CN101365865A - 带有停阀摇臂的气门控制系统 - Google Patents

带有停阀摇臂的气门控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及气门控制系统(15)，其具有停阀摇臂(51)，该停阀摇臂安置在传统的上摇臂(27)的下方并且设置在组件壳体(17)中。该停阀摇臂包括锁舌(63)，并且当锁舌接合锁闩(65)时(图3)，气门控制系统按照正常气门启动模式操作。当锁闩处于解锁状态(图4)时，停阀摇臂枢转，压缩气门回位弹簧(41)，气门回位弹簧随后起到所期望的空回弹簧的作用，将停阀摇臂(51)和间隙补偿器(35)压回向它们的平常位置。

Description

带有停阀摇臂的气门控制系统
技术领域
本发明涉及用于控制内燃发动机的发动机菌形气门的气门控制系统，确切地说，本发明涉及气门停闭(停阀)型气门控制系统。
背景技术
虽然本发明的气门控制系统可被用来在发动机菌形气门机构中引入一定的附加间隙并由此使气门启闭度小于正常启闭度，但是，本发明极其适用于在配气机构中引入足够大的间隙(以下也被称为空回行程)，以至根本不用再启闭气门，并且将与此技术相关地描述本发明。车辆生产厂商希望能将这样的气门停闭能力加入他们的发动机中，从而例如可以在发动机低负荷的情况下停闭众多发动机菌形进气门中的几个进气门，由此改善车辆的燃油经济性。
尽管本发明的气门控制系统可被应用在不同类型和构造的阀动装置中，但它极其适用在“端支点摇臂”型阀动装置中，以下将结合这样的阀动装置来说明本发明的气门控制系统，但这种说明只是举例性的，而不是限制性的。在端支点摇臂型阀动装置中，所谓的“端支点”一般包括液压间隙调节器(以下也被称为HLA或间隙补偿器)的球塞部。摇臂的一端可转动地安装在HLA的球塞部上，另一端与发动机菌形气门的气门杆头相接。在这相反两端的中间，摇臂具有与凸轮轴的凸轮凸角相接触的凸轮从动部，发动机配气机构领域的技术人员现在已经非常熟悉这些内容。
本领域技术人员现在还熟知以下信息，曾有人提出具有气门停闭能力类型的气门控制系统。在气门停闭控制系统的一个已知的实施例中，对端支点摇臂型阀动装置来说，设有包括活动锁闩的液压间隙调节器。仅举例而言，锁闩一般会以可操作方式与其中安置有HLA的缸盖孔、以及HLA的轴向可移件相关联。于是，HLA可以在锁止状态或解锁状态下被操作，(i)在锁止状态下，凸轮轴的转动会导致正常气门升程，(ii)解锁状态将空回行程引入阀动装置，由此一来，凸轮轴的转动会导致非常小的升程，或者更常见的是，凸轮轴的转动导致根本没有相关的发动机菌形气门的升程。
现在，这样的气门停闭控制系统已开始获得一定的商业成功，尽管所需要的锁止机构和相关的控制装置显著提高了发动机配气机构的整体成本。更重要的是，现有技术中的典型的气门停闭系统需要空回弹簧(需要用它将HLA的解锁部压回至其正常锁止位置)。如在这种系统所属的领域中众所周知的，阀动装置中的空回行程一般约等于最大气门升程(即，发动机菌形气门在气门开启时的直线移动)，从而表明所需要的空回弹簧的尺寸和行程。除因设置这种空回弹簧而带来的额外成本外，停闭型HLA的存在也要求缸盖中有大得多的地方，从而使整个配气机构系统的组装变复杂。
如果需要被用在停闭型HLA中的空回弹簧是非常小的弱力弹簧，则空回弹簧的额外成本以及停闭型HLA的组装将不会阻碍这种气门停闭系统的商业化。可是，如本领域技术人员将认识到的那样，空回弹簧的尺寸(偏置力)一般必须保证，无论阀动装置何时在“气门停闭模式”下工作，空回弹簧都将能保持阀动装置的动态稳定性。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种经过改进的气门控制系统，它具有气门停闭能力并且克服现有的气门停闭系统的上述缺陷。
本发明的更具体的目的是提供一种经过改进的气门控制系统，它通过消除为将装置回压向其“气门启动”模式而需要的单独的空回弹簧的需求来实现上述目的。
本发明的更具体的目的是提供一种这样的改进型气门控制系统，它通过用气门回位弹簧来完成所期望的空回偏压功能来实现上述目的。
通过提供一种用于内燃发动机的气门控制系统来完成本发明的上述目的和其它目的，该气门控制系统包括：缸盖和发动机菌形气门，发动机菌形气门可相对缸盖在大致竖直的方向上在关闭位置和开启位置之间响应于凸轮轴转动地移动，该凸轮轴限定出包括基圆部和升程部的凸轮型线。第一摇臂具有可与凸轮型线相接触的凸轮从动件，第一摇臂在其与发动机菌形气门的气门杆相接的轴向端限定出气门杆头座并且在与气门杆头座相反的轴向端限定出支点表面。间隙补偿器以只相对缸盖做大致竖向运动的方式相对缸盖被安装，此间隙补偿器包括与第一摇臂的支点表面相接触的支点部。气门回位弹簧具有竖向上端和竖向下端，该上端相对发动机菌形气门是固定的。
经过改进的气门控制系统的特征是具有停阀摇臂，它在竖向上安置在第一摇臂的下方并且包括相对缸盖被固定的枢轴位置。停阀摇臂具有第一和第二端部，第一和第二端部在轴向上与枢轴位置对置，第一端部在竖向上相对气门回位弹簧的下端是固定的，第二端部在竖向上相对间隙补偿器的下端是固定的。锁闩相对缸盖是固定不动的并且以可操作方式与间隙补偿器和停阀摇臂第二端部中的一个相关联。在锁止状态下，锁闩阻止间隙补偿器的实质竖向运动，而在解锁状态下，锁闩允许第二端部向下进行实质竖向运动，从而第一摇臂绕发动机菌形气门的气门杆头转动，并且锁闩允许停阀摇臂的第一端部向上进行实质竖向运动，压缩气门回位弹簧。
附图说明
图1是按照本发明构成的气门停闭组件的透视图。
图2是图1所示的气门停闭组件的透视图，但视角不同，并且组件壳体被取掉以便观察本发明。
图3和图3A是处于其正常气门启动模式的本发明气门控制系统的轴向横截面图，分别示出了升程状态和基圆状态。
图4和图4A与图3相似是轴向横截面图，表示处于其气门停闭模式的本发明气门停闭系统，再次分别示出了升程状态和基圆状态。
具体实施方式
现在，参见并非要限制本发明的多幅附图，图1表示气门控制系统，用于控制总体用1表示的发动机菌形气门，该发动机菌形气门包括气门杆13。本领域的技术人员应该完全明白，本发明不应局限于发动机菌形气门的任何特定的类型或者构造，例如，实心而非空心，锻造而非深拉，等等。
图1表示总体用15表示的气门停闭组件(停阀机构)，本领域技术人员将会明白，气门停闭组件15通常会容纳在由发动机缸盖(在此未示出)限定出的、形状相似的匹配凹面中。不过，本领域技术人员应该明白，本发明的实施无需采用在此示出的组件式构造。气门停闭组件15包括组件壳体17，它优选限定出多个孔和开口。具体地说，组件壳体17限定出大的HLA竖孔19和至少一个螺栓竖孔21。本领域技术人员应该明白，在这里和在后续的权利要求书中使用的用语“竖”不是要限制发明，而只是依据平常的发动机方位来表示可能的大体方向，在此情况下，假定气门杆13是大致竖直取向的，在直列发动机中就可能采取这样的取向。
组件壳体17还限定出一对对准的横孔23(图1只示出一个)、和另一个横孔25，随后将说明横孔23和25的功能。还应该认识到，尽管为了简明起见在附图中省掉了缸盖，但组件壳体17实际上是缸盖的一部分，因而以下提到“相对于缸盖”是固定的或可移动的构件将被理解为意指所指构件相对组件壳体17是固定的或可移动的，如果适当的话。
仍然参见图1，但现在结合图2来看，气门停闭组件15包括“上”摇臂27(在后续的权利要求书中被称为第一摇臂)，此上摇臂可以是属于任何众所周知的类型和构造的摇臂。如图1和图2所示，上摇臂27可以包括带有相对两侧壁的冲压件或铸件，所述相对两侧壁支撑滚轮轴29，滚轮型摇臂从动件31可转动地安装在此滚轮轴上，不过人们应该明白，本发明不局限于与滚轮型凸轮从动件连用。上摇臂27限定出支点表面33，此支点表面(图1和图2示出其底侧)按照本领域技术人员所公知的方式被构造成能与总体用35表示的液压间隙调节器的球塞部(在图中勉强能看到)配合。尽管在此优选液压间隙调节器，但本发明不局限于此，任何类型的间隙补偿器都可以被用作上摇臂27的“支点件”或支撑件。
在上摇臂27的相反轴端上，即在沿轴向与支点表面33相反的端头上，按照本领域技术人员所公知的方式设有某种气门杆头座37，用于接触气门杆13的杆头。因为实际上在任何附图中都看不到气门杆的杆头，所以，人们对杆头将只参照表示气门杆的标记13。就像在凸轮从动件31中一样，气门杆头座37可以被构造成本领域公知的任何形状，本发明不局限于气门杆头座37的任何特定形状。
现在，参见所有附图，靠近气门杆13的上端设有弹簧座圈39，它相对气门杆13是固定的(即无法竖向运动地被固定)。气门回位弹簧41的上端落座在弹簧座圈39上。弹簧座圈39和气门回位弹簧41可以包括早已公知的且可在市场上得到的零件。
现在只参见图3、图3A、图4和图4A，设有可以属于任何传统类型和构造的凸轮轴43，此凸轮轴可以通过任何一种传统的凸轮轴制造方法形成。如众所周知的，凸轮轴43包括凸轮凸角，凸轮凸角的凸轮型线包括基圆部45和升程部47。因而，在图3和图4中，凸轮型线的升程部47与凸轮从动件31相接触，而在图3A和图4A中，凸轮型线的基圆部45与凸轮从动件31相接触。
现在，主要参见图2至图4A，依据本发明的一个重要方面，在组件壳体17中设有停阀摇臂51，此停阀摇臂具有从停阀摇臂51的每一侧横向伸出的一对圆柱体53(在图2至图4A的每一幅图中只能看到一个)。或者，可以设置单根轴杆，而不是独立的圆柱体，轴杆穿过停阀摇臂51并且轴杆两端容纳在组件壳体17中。每个圆柱体53(或单根轴杆的每一端)分别容纳在横孔23(图1所示)中的一个横孔内，由此一来，横孔23和圆柱体53联合限定出停阀摇臂51的枢轴位置，根据以上说明，该枢轴位置相对组件壳体17并进而相对缸盖是固定不动的。随着停闭组件15相对缸盖处于其任何一个正常取向中，停阀摇臂51将在竖向上被安置在上摇臂27的下方，以后将会明白为什么这样做。
停阀摇臂51具有第一端部55(一般是一对端部55，但在大多数的附图中只看到其中一个)。一个圆柱形支撑件57落座在每个第一端部55的上表面上，支撑件57形成在弹簧座59的完全对置的两侧。弹簧座59以大体杯状的形状形成，但底部限定出一个用于容纳气门杆13的开口，因而弹簧座59起到支承气门回位弹簧41下端的座圈的作用。
停阀摇臂51也包括如图2最清楚示出的第二端部61，第二端部61的上表面起到支承液压间隙调节器35下端的支座的作用，因而第二端部61就竖向运动而言要相对HLA35的下端保持固定不动的关系。第二端部61的上表面优选配设有某种触垫片，触垫片与HLA35的外体下端面相接触，由此允许HLA外体和第二端部61的上表面在气门启动模式和气门停闭模式之间运动的期间内完成相对滑动，这在以下将详加描述。
锁舌63沿轴向从停阀摇臂51的第二端部61伸出，在这里仅举例示出了锁舌。如可从图2中最清楚看到的，一个总体用65表示的活动锁闩设置在锁舌63的旁边，该活动锁闩的功能可选择地或是(a)用于接合锁舌63，或是(b)不接合锁舌63，以后将对此详加说明。在此实施例中，锁闩65只是例如安置在图1所示的横孔25中并且将被弹簧(在此未示出)压向图2所示的位置(锁止状态)。锁闩65将受到输入横孔25(从在图1中可看到的那端)的液压的偏压，迫使锁闩65移向锁舌63不再与锁闩部67相接合的位置(在图2的图面中向右上方)。
本领域技术人员应该明白，在本发明的范围内可以采用许多公知的锁止结构中的任何一种。例如，尽管在此所示的锁止结构位于锁闩和停阀摇臂51之间，但在本发明范围内，锁止结构位于活动锁闩和间隙补偿器(HLA35)的某部分之间也是可行的。此外，尽管在此所示的锁止结构牵涉到锁闩65的横向移动，但在锁止状态和解锁状态之间的运动也可以伴随锁闩沿停阀摇臂51轴线的移动。本领域技术人员也将会想到其它各种不同的锁止结构(其可以为液压的、机械的、电磁的，等等)，所有这样的锁止结构替换方案都被包含在权利要求书的范围内。
如果希望气门停闭组件15在“气门启动模式”下操作，锁闩65就被移向如图2和图3所示的锁止状态，此时的锁舌63与锁闩部67相接合。在锁止状态下，当圆柱体53相对组件壳体17是固定不动的并且锁舌63被锁闩65锁止在“固定”位置上时，人们显然应该认识到不存在停阀摇臂51的实质运动。因此，弹簧座59保持位于图3所示的位置，为气门回位弹簧41的下端提供“固定不动”的支座。与此同时，停阀摇臂51的第二端部61为HLA35提供竖向“固定不动”的支座(此方式基本上就像HLA35被安置在缸盖孔中那样)，从而HLA35的球塞部起到真正支点的作用，上摇臂27以该支点为中心转动。
在如上所述的锁止状态下，如果凸轮型线的升程部47接触凸轮从动件31，则不存在液压间隙调节器35的球塞部的实质向下移动(只有轻微的“间隙补偿”移动)。因此，在HLA35为上摇臂27有效提供“固定不动”的支点位置的情况下，凸轮型线的升程部47造成上摇臂27按照图3所示的方式转动，离开图3A所示的“基圆”状态，迫使发动机菌形气门11从图4所示的关闭位置向下移向图3所示的开启位置。按照一般常见的方式，发动机菌形气门11的这种下移要克服气门回位弹簧41的偏压力，这是因为弹簧座59基于以下事实而在竖向上保持固定不动，即，停阀摇臂51被锁止而无法以圆柱体53为中心转动。
如果希望气门停闭组件15在“气门停闭模式”下操作，则锁闩65从图2所示的位置被移向解锁状态，在解锁状态下，锁闩65不再接触锁舌63并且不再阻止锁舌下移。因此，气门停闭组件15现在能在图4所示的解锁状态下操作。随着停阀摇臂51的第二端部61现在能自由下移，第一端部55被迫上移，迫使支撑件57和弹簧座59上移，将气门回位弹簧41压向弹簧座圈39。如人们将要认识到的，因为发动机菌形气门11如图4所示地处于关闭位置并落座在其气门座镶圈(未示出)中，所以弹簧座圈39因其与气门杆13的上端相连接而在竖向上是“固定不动”的。结果，在凸轮型线的升程部47已脱离与凸轮从动件31的接触后，凸轮从动件31随后将与基圆部45相接触(见图4A)。气门回位弹簧41现在起到用于停阀摇臂51和HLA35的“空回”弹簧的作用，向上偏压HLA35并将上摇臂27上压至图4A所示的位置，以保持凸轮从动件31与凸轮型线相接触。
在气门停闭组件15处于图4所示的解锁状态但如图4A所示“沿基圆”操作的情况下，气门回位弹簧41下压弹簧座59，并且支撑件57作用于第一端部55上的相应的力造成停阀摇臂51绕圆柱体53转动，使第二端部61和HLA35上移。HLA35的上移迫使上摇臂27再次转动，但这次的枢轴位置是气门杆头座37与气门杆13相接触的接触点。于是，使上摇臂27返回其平常未操作位置并使停阀摇臂51返回其如图2和图3所示的位置，在此位置，锁止结构可根据需要再被锁上，以实现气门启动模式下的操作。
人们将会发现，从圆柱体53的轴线至第一端部55同支撑件57相接触的接触点的距离与从圆柱体53的轴线至第二端部61同HLA35相接触的接触点的距离之间存在比例关系。在此实施例中，该比例大约为1.0:1.5，而重要的是，必须与气门回位弹簧41的力相关地选择该比例，以对HLA35提供一个向上的、与将会由空回弹簧(如果有的话)所施加的力相等的力。与此同时，上摇臂27的构造必须如此选择，即在气门停闭模式下，如果升程部47接触凸轮从动件31，则HLA35下移，而不是发动机菌形气门11下移。于是，第二端部61必须比第一端部55更远离圆柱体53。我们相信，在阅读并理解了以上说明内容之后，本领域技术人员能够在其能力范围内对各种尺寸、比例、弹簧力等做出合适的选择。
依据本发明的另一个方面，整个气门停闭组件15优选完成组装和测试并被运输至发动机总装厂，以便装入缸盖。通常，但只是举例而言，被运送至发动机总装厂的气门停闭组件15将不包括发动机菌形气门11、弹簧座圈39或气门回位弹簧41。在组件壳体17被装在缸盖中后，发动机菌形气门11将从缸盖的点火层(燃烧)侧被装入，向上穿过气门导管和气门杆封(在此未示出)并穿过弹簧座59中的开口。气门回位弹簧41和弹簧座圈39将随后安装，上摇臂27将最后安装到位，其与HLA35的支点部位和气门杆13的杆头相接触。
在以上说明书中已经很详细地说明了本发明，我们相信，在阅读和理解了说明书以后，对本发明的不同的改动和修改对本领域技术人员来说将是显而易见的。本发明意图涵盖所有这样的改动和修改，只要它们落在后续的权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种用于内燃发动机的气门控制系统(15)，包括：缸盖和发动机菌形气门(11)，所述发动机菌形气门可相对所述缸盖在大致竖直的方向上在关闭位置(图4)和开启位置(图3)之间响应于凸轮轴(43)转动地移动，所述凸轮轴限定出包括基圆部(45)和升程部(47)的凸轮型线；第一摇臂(27)，所述第一摇臂具有可与所述凸轮型线相接触的凸轮从动件(31)，所述第一摇臂在其与所述发动机菌形气门(11)的气门杆(13)相接的轴向端限定出气门杆头座(37)并在与所述气门杆头座(37)相反的轴向端限定出支点表面(33)；间隙补偿器(35)，所述间隙补偿器以只相对所述缸盖做大致竖向运动的方式相对所述缸盖被固定，并且所述间隙补偿器包括与所述第一摇臂(27)的支点表面(33)相接触的支点部；气门回位弹簧(41)，所述气门回位弹簧具有竖向上端和竖向下端，所述上端相对所述发动机菌形气门(11，13)是固定的，其特征在于，
a)包括停阀摇臂(51)，所述停阀摇臂在竖向上安置在所述第一摇臂(27)的下方并且具有相对所述缸盖(17)被固定的枢轴位置(23，53)；
b)所述停阀摇臂(51)具有第一端部(55)和第二端部(61)，所述第一端部和所述第二端部在轴向上与所述枢轴位置(23，53)对置，所述第一端部(55)在竖向上相对所述气门回位弹簧(41)的所述下端是固定的，所述第二端部(61)在竖向上相对所述间隙补偿器(35)的下端是固定的；
c)包括锁闩(65)，所述锁闩相对所述缸盖(17)是固定不动的并且以可操作方式与所述间隙补偿器(35)和所述停阀摇臂(51)的所述第二端部(61)中的一个相关联，由此一来，
i)在锁止状态下(图2和图3)，所述锁闩(65)阻止所述间隙补偿器(35)的实质竖向运动，
ii)在解锁状态下(图4)，所述锁闩允许所述第二端部(61)向下进行实质竖向运动，从而所述第一摇臂(27)以所述发动机菌形气门(11)的所述气门杆头(13)为中心转动，并且所述锁闩允许所述停阀摇臂(51)的所述第一端部(55)向上进行实质竖向运动，压缩所述气门回位弹簧(41)。
2.根据权利要求1所述的气门控制系统(15)，其特征在于，当所述锁闩(65)处于所述解锁状态(图4)时，所述气门回位弹簧(41)起到用于所述停阀摇臂(51)和所述间隙补偿器(35)的空回弹簧的作用。
3.根据权利要求1所述的气门控制系统(15)，其特征在于，所述缸盖限定出凹面，所述气门控制系统包括组件壳体(17)，所述组件壳体适于安置在所述凹面中，所述组件壳体(17)限定出大致竖直的竖孔(19)，所述间隙补偿器(35)可往复移动地安置在所述竖孔(19)中。
4.根据权利要求3所述的气门控制系统(15)，其特征在于，所述停阀摇臂(51)的枢轴位置(23，53)包括相对所述组件壳体(17)被固定的构件(53)，所述停阀摇臂(51)安置在所述组件壳体(17)中，并且所述锁闩(65)安置在所述组件壳体中并以只在锁止状态(图2和图3)和解锁状态(图4)之间相对所述组件壳体运动的方式被固定。
5.根据权利要求1所述的气门控制系统(15)，其特征在于，所述气门回位弹簧(41)具有座件(59)，所述座件以可操作方式与所述气门回位弹簧的所述竖向下端相关联，所述座件(59)的一部分(57)与所述停阀摇臂(51)的所述第一端部(55)相接，由此一来，所述第一端部(55)的竖直上移驱动所述座件(59)竖直上移，压缩所述气门回位弹簧(41)。
6.根据权利要求5所述的气门控制系统(15)，其特征在于，按照下述方式构成所述停阀摇臂(51)，从所述枢轴位置(23，53)至所述第二端部(61)的距离大于从所述枢轴位置(23，53)至所述第一端部(55)的距离，这样一来，在所述解锁状态(图4)下，所述升程部(47)和所述凸轮从动件(31)的接触将所述间隙补偿器(35)下压，但没有下压所述发动机菌形气门(11)。
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