CN101490369B - 具有可变气门致动机构的发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有气门机构的内燃机，该气门机构包括操作两组气门(16、22)的SCP凸轮轴(10)，通过叠加摇臂系统(38、40)操作第一组气门(22)，使得气门升程特性由两个凸轮轮廓(18、20)的组合产生。第二组气门(16)具有不同于第一组气门的气门升程特性。在本发明中，通过改变SCP凸轮轴的内轴(10b)相对于SCP凸轮轴的外管(10a)的相位来改变第一组气门的气门升程特性，第一组气门的气门升程特性的改变额外地用来改变第二组气门的操作。

Description

具有可变气门致动机构的发动机
技术领域
本发明涉及具有可变气门致动机构的发动机，该可变气门致动机构利用两个通过叠加(summation)机构作用的凸轮来操作气门。
背景技术
US6,941,910公开了如何利用叠加杠杆与两个凸轮轮廓的运动的组合来产生气门升程，并且公开了如何通过改变这两个凸轮轮廓的相对相位关系来控制气门升程。近来的专利还提供了如何通过将凸轮凸角(lobe)安装在已装配好的凸轮轴的内轴和外管上来获得凸轮凸角彼此之间相对的相位关系，该已装配好的凸轮轴被称为SCP(单凸轮相位器，single cam phaser)凸轮轴，其具有固定成与外管一起旋转的一组凸角和固定成与内轴一起旋转的第二组凸角。
发明内容
根据本发明，提供一种具有气门机构的内燃机，该气门机构包括操作两组气门的SCP凸轮轴，通过叠加摇臂系统操作第一组气门，使得气门升程特性由两个凸轮轮廓的组合产生，第二组气门具有不同于第一组气门的气门升程特性，其中，通过改变SCP凸轮轴的内轴相对于SCP凸轮轴的外管的相位来改变第一组气门的气门升程特性，第一组气门的气门升程特性的改变额外的用来改变第二组气门的操作。
本发明可应用于发动机上，该发动机使用单独的凸轮轴来致动多组气门，比如进气门和排气门。凸轮凸角叠加摇臂系统应用到一组气门上需要使用SCP凸轮轴，以控制该第一组气门的升程特性。本发明采用SCP凸轮轴的优点在于提供了利用任何相位变化的机会，以引起第二组气门操作上的改变。
可以通过传统的摇臂系统来致动第二组气门，在这种情况下，改变SCP凸轮的相位关系将会在气门运动中引起简单的相位改变。
或者，可以通过凸轮叠加系统来操作第二组气门，在这种情况下，两组气门的升程特性可以同时改变。
此外，具有两个输出端的相位器可以用在SCP凸轮轴的前侧，以改变其相对于曲轴的正时，以及改变内轴相对于凸轮轴外管的正时。在这种情况下，相位器的两个输出端可以是独立控制的，或者其可以联接起来使其彼此以固定的关系进行相位调整。
与现有的设计相比，本发明具有以下的优点：
●使用单独的控制系统可以以不同的方式改变两组气门的运动特性；
●相比较于拥有仅仅一组具有可变打开特性的气门而言，两组气门的控制仅仅表现为很小的成本增加；
●该系统提供了紧凑的设计解决方案；
●仅仅具有一个控制参数降低了发动机标定复杂性。
附图说明
现在将借助实例，参考附图进一步说明本发明，其中：
图1为具有一个凸轮叠加系统的气门机构系统的侧视图，该凸轮叠加系统结合有由通常的SCP凸轮轴和相位器驱动的传统的摇臂系统；
图1A和1B为图1中A-A和B-B面的截面图；
图2和2A为图1中的气门机构的轴测图；
图2B为图1中的气门机构的局部分解图；
图3、4、5、6和8显示了通过本发明的气门机构系统可实现的不同气门正时状态；
图7为本发明可选实施例的侧视图；
图7A、7B、7C和7D分别为图7中所示实施例的横截面图、轴测图、端视图和分解图；以及
图9和9A为本发明另一个实施例的轴测图。
具体实施方式
因为现有技术中已经充分公开了叠加杠杆系统和SCP凸轮轴，所以接下来的说明将认为读者熟悉其操作原理和结构细节。
图1示出了已装配好的SCP凸轮轴10，最好如图1A中的横截面所示，该SCP凸轮轴10由外管10a和内轴10b组成。安装在SCP凸轮轴10前端的相位器12具有两个输出端，一个驱动SCP凸轮轴的外管10a，另一个驱动SCP凸轮轴的内轴10b。该相位器可以构造成比如叶片式相位器。
凸轮轴带有四个凸轮凸角，也就是操作第一气门16的第一凸轮凸角14，以及借助叠加杠杆系统24一起作用于第二气门22上的三个凸轮18、20a和20b，下文中将参考图2B更加详细的说明该叠加杠杆系统24。从图1A和1B中可以看到，凸轮14和18通过销30和32固定成与凸轮轴的内轴10b一起旋转，该销30和32穿过凸轮轴外管10a上的沿圆周的细长狭槽。另一方面，凸轮凸角20a和20b彼此是相同的，并且都固定成与凸轮轴的外管10a一起旋转。
凸轮凸角14通过摇臂34(如图1A)作用于气门16上，该摇臂34的一端接触气门16的杆，另一端支撑在间隙调整装置36上，并且其具有与凸轮凸角14接触的中心凸轮从动件。
凸轮18、20a和20b通过最好如图2B中所示的杠杆系统作用于气门22上，该杠杆系统包括叠加杠杆38和摇臂40。曲柄叠加杠杆38的中心区域可枢转的连接到摇臂40上。叠加杠杆38的一端带有一对凸轮从动件滚子42，该凸轮从动件滚子绕着公共轴线是可旋转的，并且借助弹簧44与两个凸轮凸角20a和20b保持接触，该弹簧44通过弹簧44的可伸缩折叠的导销47所带有的托架46作用于滚子42的轴上。叠加杠杆38的另一端带有与凸轮凸角18接触的第二滚子从动件43。摇臂40的一端作用于气门22的杆上，并且其另一端由间隙调整装置48支撑。
调节内轴10b相对于外管10a的相位关系将会改变由传统摇臂34操作的气门16的相位关系，并且其将改变由叠加系统产生的气门22的升程特性。
采用这种系统可以产生多种气门运动特性，图3和4示出了两个例子。在附图3至6和图8所示的气门正时图中，相互对应的排气和进气以及排气过程分别分配有为100和200系列的相同附图标记，并且采用匹配各种线型(实线、虚线、点划线等等)的线条来进行说明。
在图3所示的例子中，凸轮叠加摇臂系统用来操作排气门，以在进气冲程202、204期间产生可控制的第二排气升程102、104。该进气门由传统的摇臂系统进行操作，并且当次级排气升程的特性改变时，进气门正时相对于曲轴发生变化。
在图4中，具有叠加系统的凸轮作用于进气门上，以在排气冲程112、114期间产生可控制的第二升程212、214，同时，排气门具有传统的摇臂系统，并且当调整进气特性的时候，排气门进行相位调整。
重要的是要注意到，在本发明所有的实施例中，用来产生第二升程的SCP调整的范围仅仅需要与SCP的全调整范围成比例。
此外，可通过具有两个输出端的相位调整系统来驱动SCP凸轮轴，如EP1234954和EP1030035中所描述的例子。在这些专利的第一个中，相位器具有两个可独立控制的输出端，这将允许相对于发动机曲轴独立的控制凸轮轴的外管和驱动内轴两者。在这些专利的第二个中，相位器具有两个彼此以固定关系移动的输出端，允许凸轮轴外管和驱动内轴两者的正时相对于发动机曲轴以固定关系进行改变。后一个专利的优点在于，其仅需要单个的控制输入端来控制SCP凸轮轴的凸轮轴外管和驱动内轴两者。
使用具有两个输出端的相位器提供了可实现的对气门机构变化的进一步的灵活性。图5和6中示出了这些基于图3的升程曲线的进一步选择的例子。在图5中，叠加摇臂系统用来产生次级排气门开度，进气门的相位关联到SCP凸轮轴的内轴并随着次级排气门升程的关闭正时移动。
在图6中，进气门的相位关系联接到SCP凸轮轴的外管，并因此随着排气门打开正时一起移动。
还有一种可能的设计是在进气门和排气门两者上使用凸轮叠加摇臂系统，如图7所示。这进一步提供了改变两组气门运动的可能性。
图7中示出的叠加摇臂系统是与图1和2所示实施例稍微有所不同的设计。为了避免不必要的重复，与前述部件功能相同的部件被分配给相似的但是为300系列的附图标记。
在这个实施例中，叠加杠杆338仅仅具有两个凸轮从动件342、343，并且摇臂轴348用来支撑气门致动摇臂340。这种布置在某些应用中可能是有利的，因为其将所需的凸轮凸角数量从六减小为四，并减小了对各个气门的摇臂系统的整体宽度。其还可便于使用扭矩弹簧344在图1和2中所示的压缩弹簧44的位置上来控制叠加摇臂的运动，如图7D所示。
图8示出了通过使用凸轮叠加系统来获得进气门上可控制的次级排气升程和可控制的持续时间而可以实现的气门运动。仅在两个最长的进气持续时间调整处才会出现额外的排气升程，并且排气门在标准进气持续时间处和减小了的进气持续时间调整处具有单一固定的动作(event)。采用这种方式，排气门升程的变化仅仅覆盖SCP相位关系的部分范围，同时进气的变化覆盖全部范围。
当然，也可以使用具有两个输出端的相位器来控制整个SCP凸轮轴的正时，同时也控制其两组凸轮凸角的相对正时。这将允许图8中所示的曲线的正时按所需要的相对于曲轴正时变化。
同时，之前的附图已经说明了本发明是如何能够应用于每个气缸具有两个气门(一个进气门和一个排气门)的单凸轮轴发动机，对于该系统来说，能够在每个气缸多于两个气门的发动机中进行操作，如图9所示。
图9示出了是如何能够借助单个的SCP凸轮轴来操作EP1426569和US6,854,434中所述的两个凸轮叠加摇臂系统设计的，以及桥接件(bridge piece)410是如何能够用来将摇臂运动传递到一对气门上的。
当然还可以采用标准的摇臂系统来代替图9中的一个叠加摇臂系统，以产生图3至6中所述的运动特性。

Claims (10)

1.一种具有气门机构的内燃机，该气门机构包括操作两组气门(16、22)的SCP凸轮轴(10)，第一组气门(22)通过叠加摇臂系统(38、40)操作，使得气门升程特性由两个凸轮轮廓(18、20)的组合产生，第二组气门(16)具有不同于第一组气门的气门升程特性，其特性在于，通过相对于SCP凸轮轴(10)的外管(10a)改变SCP凸轮轴(10)的内轴(10b)的相位来改变第一组气门(22)的气门升程特性，额外地用于改变第二组气门(16)的操作。
2.如权利要求1所述的内燃机，其中所述第二组气门中的每个都是通过单个凸轮轮廓来控制的。
3.如权利要求2所述的内燃机，其中改变第一组气门的升程特性伴随有第二组气门相对于曲轴的正时的改变。
4.如权利要求3所述的内燃机，其中所述第二组气门的正时与第一组气门的打开正时同步。
5.如权利要求3所述的内燃机，其中所述第二组气门的正时与第一组气门的关闭正时同步。
6.如权利要求1所述的内燃机，其中两组气门都是通过叠加摇臂系统来操作的，并且当调整第一组气门的特性时，第二组气门的升程特性发生改变。
7.如上述任一个权利要求所述的内燃机，其中一叠加摇臂系统用来产生次级气门升程。
8.如权利要求1所述的内燃机，其中所述第一组气门为排气门，所述第二组气门为进气门。
9.如权利要求1所述的内燃机，其中所述第一组气门为进气门，所述第二组气门为排气门。
10.如权利要求1所述的内燃机，其中使用桥接件将所述叠加摇臂系统连接到多个气门中的每个上。
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