CN101595281B - 用于内燃机换气阀的包括能轴向运动的轴承的气门机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机换气阀的气门机构(1)，包括：一个凸轮轴，该凸轮轴可旋转地支承在内燃机的壳体内；至少一个抗旋转地且可轴向移动地在凸轮轴(2)上导向的凸轮支承件(3、4)；以及用于可旋转地支承凸轮支承件(3、4)的轴承(26)。为了尤其是在轴承(26)设置在两个换气阀之间的情况下凸轮支承件(3、4)的移动路程可以鉴于轴承(26)的轴向尺寸设计毫无问题地增大，按本发明建议，轴承(26)能相对于内燃机的壳体沿凸轮轴(2)的轴向方向移动。

Description

用于内燃机换气阀的包括能轴向运动的轴承的气门机构
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机换气阀的气门机构以及一种具有这种气门机构的内燃机。
背景技术
为了改善内燃机的热力学的特性已知一些机械的装置，所述装置影响气门机构的工作间隙并且例如允许与转速有关地改变内燃机的气缸的换气阀的打开时间和升程。
由DE 102004011586A1已经已知一种按开头所述方式的气门机构，其中凸轮支承件抗旋转地且可轴向移动地设置在基础凸轮轴上。为了操纵内燃机的气缸的两个换气阀，在凸轮支承件上设置两个轴向错开的凸轮组，其中每个凸轮组具有两个带有不同的凸轮外形的凸轮。通过凸轮支承件在基础凸轮轴上在两个移动位置之间的轴向移动，相应地，每一个凸轮组的两个凸轮的每一个可以与换气阀之一的压杆处于贴靠接触，因此可以调节换气阀的升程和/或打开时间。凸轮支承件在凸轮轴上的轴向移动借助于两个蜗杆传动机构实现，所述蜗杆传动机构轴向彼此间隔距离地设置在内燃机的气缸盖壳体内，其中每个蜗杆传动机构具有一个以执行器形式的调节机构以及一个以从动销形式的作用元件，其中后者通过操作调节机构可以与在凸轮支承件上的曲线滑槽处于嵌接。曲线滑槽在所述两个蜗杆传动机构中的一个中具有左旋的螺旋形的槽并且在所述两个蜗杆传动机构中的另一个中具有右旋的螺旋形的槽，使得向右或向左移动凸轮支承件，这是根据是操作其中一个还是另一个蜗杆传动机构的调节机构。凸轮支承件在位置固定的轴承中可旋转地且可轴向移动地支承在两个凸轮外形组之间。EP1608849B1同样公开一种这样的气门机构。
为了改善对气门机构的工作间隙的影响，值得期望的是，凸轮组扩展成具有不同凸轮轮廓或不同凸轮外形的另一个凸轮。但是凸轮组成为具有另一个凸轮或另一个凸轮外形的这种扩展使得凸轮支承件在三个不同的移动位置之间往复运动变得必要，其中相应不同的凸轮或不同的凸轮外形与压杆共同作用。因此凸轮支承件的移动路程变得更长，鉴于在气缸的两个相邻的换气阀之间相对较小的轴向间距尤其是在凸轮支承件支承在气门之间的情况中，这会导致在轴向确定轴承尺寸时存在问题。
发明内容
由此本发明的目的在于，如下改善开头所述类型的气门机构，使得凸轮支承件的移动路程可以鉴于轴承的轴向尺寸设计毫无问题地增大，在该凸轮支承件设置在气门之间的情况下尤其如此。
按本发明该目的如下解决，即提供一种内燃机的气门机构，包括：一个凸轮轴，该凸轮轴可旋转地支承在内燃机的壳体内；至少一个抗旋转地且可轴向移动地在凸轮轴上导向的凸轮支承件；以及用于可旋转地支承凸轮支承件的轴承，轴承能相对于内燃机的壳体沿凸轮轴的轴向方向移动。
由于其轴向可移动性，轴承在凸轮支承件移动时可以沿与凸轮支承件相同的方向移动，尽管在气缸的两个相邻的换气阀之间相对较小的轴向间距这仍使得如下成为可能，即设置在换气阀之间的轴承具有大的承载的轴承宽度。
因此轴承必要时或者可以构成成为传统的滑动轴承或者可以构成为滚动轴承。
有利的是，设有用于轴向移动凸轮支承件和轴承的装置。
轴承的轴向移动与凸轮支承件的轴向移动一起实现，因此按本发明的一种有利的结构，轴承安装到在凸轮支承件的两个对置的限定面之间的凹部内，所述限定面的间距相等于轴承的宽度并且所述限定面在凸轮支承件移动时作用到轴承的相对的端面上，以便轴承与凸轮支承件一起移动。凸轮支承件的移动按与在现有技术中类似的方式借助于蜗杆传动机构实现，该蜗杆传动机构与轴承轴向间隔距离地设置。
本发明的一种优选的实施形式设定，凸轮支承件包括至少一个带有两个或更多不同凸轮外形的凸轮组或凸轮外形组并且轴承可锁定在分散的移动位置中，所述移动位置的间距相等于两个或更多个凸轮外形的中心距。优选地凸轮支承件的每个凸轮组或凸轮外形组包括三个不同的凸轮外形，而轴承可锁定在三个移动位置中，所述移动位置的间距相等于所述三个凸轮外形的相应的中心距。
凸轮支承件的锁定优选通过一个锁定装置实现，该锁定装置位置固定地装配在内燃机的壳体内、从外面作用到轴承上。按这样的方式锁定装置比如下的锁定装置明显更容易安置和制成，即该锁定装置在开头所述的DE 102004011586A1中的气门机构中设置在凸轮轴的内部并且从里面作用到凸轮支承件上。此外可以消除误差问题。
为了考虑凸轮轴或配备有锁定装置的气缸盖壳体的不同的热膨胀，凸轮支承件借助于锁定装置在其相对的外部的移动位置中优选相对于气缸盖壳体的止挡张紧。
本发明另一有利的结构设定，凸轮支承件包括两个间隔距离设置的凸轮组或凸轮外形组并且轴承设置在两个凸轮组或凸轮外形组之间并且邻接到其上，其中该轴承至少在凸轮支承件移动期间以该轴承的两个相对的端面中的一个贴靠到两个凸轮组或凸轮外形组之一的轴向的限定面上。
为了降低在轴承的端面与邻接的凸轮组或凸轮外形组的相邻的轴向限定面之间的滑动摩擦，轴承的两个相对的端面适宜地具有小于凸轮组或凸轮外形组的凸轮和/或凸轮外形的基圆直径的外径。
如果轴承按传统的方式构成为滑动轴承，那么优选地该轴承包括一个抗旋转地装配在内燃机的气缸盖壳体内的轴承套，该轴承套关于气缸盖壳体可以沿凸轮轴的轴向导向地移动并且具有一个同轴于凸轮轴旋转轴线的内部的圆周面，该圆周面在凸轮支承件的圆柱形部段的相邻的外部的圆周面上滑动。与此对应地其外部的圆周面不是旋转对称或同轴于凸轮轴的旋转轴线并且形锁合地穿过在至少一个保持轴承套的气缸盖轴承桥中的互补的导向凹部。
为了润滑滑动轴承，轴承套在这种情况中适宜地具有多个穿过轴承套的壁的润滑剂通道，它们通到轴承套的内部的和外部的圆周面上，使得凸轮支承件和轴承的相互滑动的圆周面可以由一个适宜地在气缸盖轴承桥内留出的润滑剂供给通道穿过轴承套用处于压力下的机油施加。为了保证，尽管凸轮支承件和轴承套的移动位置在轴承桥中的润滑剂供给通道仍与该轴承套的内部的圆周面接通，轴承套优选具有与每个凸轮组或凸轮外形组的凸轮数目相等的数目的润滑剂通道，它们的入口部以相等于凸轮组或凸轮外形组的凸轮或凸轮外形的中心距的轴向间距设置在轴承套的外部的圆周面上。
有利的是，设有一个装配在内燃机壳体内的、用于轴承的轴向的导向装置。
有利的是，凸轮支承件通过作用到轴承上的锁定装置能在分散的移动位置中锁定，所述移动位置的间距相等于凸轮和/或凸轮外形的中心距。
有利的是，锁定装置使凸轮支承件在相对的最外面的移动位置中相对于内燃机壳体的或凸轮轴的止挡张紧。
有利的是，锁定装置以相对于润滑剂通道的通入口一定的角度位置设置。
本发明还提供一种内燃机，其设有至少一个按本发明的气门机构。
附图说明
下面借助于在附图中描述的实施例详细解释本发明，其中：
图1显示用于内燃机的缸的一些进气门的气门机构的从上面看的俯视图，其包括两个在一个凸轮轴上可移动的凸轮支承件；
图2显示沿图1的箭头II-II方向气门机构的端侧视图；
图3显示沿图2的线III-III的气门机构的纵剖视图。
具体实施方式
用在附图中仅部分描述的气门机构1可以调节每个气缸的两个由凸轮轴2操纵的进气门的升程和打开时间，该气门机构用于内燃机的气缸的四个进气门(未描述)，该内燃机包括一个位于上面的、可旋转地支承在内燃机的气缸盖壳体中的凸轮轴2。
如最佳地在图1和3中描述的那样，此外气门机构1对于每对进气门包括一个抗旋转地且可轴向移动地装配在凸轮轴2上的凸轮支承件3或4，其中每个凸轮支承件3、4具有两个轴向彼此间隔距离地设置的凸轮组5、6。两个凸轮组5、6的每个与气门之一的可摆动支承的滚轮压杆8的滚轮7共同作用。通过滚轮7操作在图2中用虚线描述的、在下端部上设有阀盘9的气门元件10，该气门元件为了打开相应的气门能够克服在气缸盖中的气门弹簧11的力向下压。另外气门机构1对于每个气门包括一个同样在图2中用虚线表示的液压的气门间隙补偿元件12。
每个凸轮支承件3、4的两个凸轮组5、6的每个具有三个凸轮13、14、15，所述凸轮具有不同的凸轮轮廓或凸外形并且可以通过配属的凸轮支承件3、4在凸轮轴2上的轴向移动有选择地与配属的气门的压杆8的滚轮7贴靠接触。这在图1中示例描述，在那儿在左边的凸轮支承件3的第一外部的移动位置中两个左边的气门的压杆8的滚轮7贴靠在两个凸轮组5和6的右边外部的凸轮15上，而两个右边的气门的压杆8的滚轮在右边的凸轮支承件4的第二中间的移动位置中贴靠到两个凸轮组5和6的中间的凸轮14上。
如最佳地在图2中描述的那样，两个凸轮组5、6分别在凸轮支承件3、4的相对于凸轮13、14、15的在图2中朝下指的侧面上具有一个基圆部段16，其外径在凸轮组5、6的整个轴向长度上相同并且在大致180度的圆周角度上延伸。每个凸轮组5、6的凸轮13、14、15具有不同的轮廓或外形，其中相应左边的且相应右边的外部的凸轮13和15的轮廓的顶部虽然相对于凸轮轴2的旋转轴线17具有相同的间距(图1)，但是沿圆周方向彼此错开(图2)，而相应中间的凸轮14的轮廓的顶部与凸轮轴2的旋转轴线17间隔较小的间距地设置并且此外沿圆周方向相对于凸轮13、15的轮廓的顶部错开(图2)。各凸轮轮廓的顶部的间距这样适配气门元件10的升程高度，使得如果在图1和3中在左边的凸轮支承件3的示例中描述的第一外部的移动位置中右边的凸轮15设置在配属的压杆8的滚轮7的上方并且与之共同作用，那么进气门完全打开，而如果在图1和3中在右边的凸轮支承件4的示例中描述的第二中间的移动位置中中间的凸轮14与配属的压杆8的滚轮7共同作用，那么进气门仅部分打开。如果在凸轮支承件3、4的第三外部的移动位置中，凸轮13与配属的压杆8的滚轮7共同作用，那么进气门同样完全打开，但是与第一移动位置相比较在于不同的打开时间。三个凸轮12、13、14的次序在凸轮支承件3、4上的所有凸轮组5、6中是相同的，但是不同凸轮组5、6的凸轮12、13、14的轮廓可以不同地成型和1或设计尺寸。
为了凸轮支承件3、4与凸轮轴2抗旋转地连接，但是允许它们沿凸轮轴2轴向移动，空心圆柱形的凸轮支承件3、4在其内圆周上具有纵向齿，该纵向齿与在凸轮轴2上的互补的外齿啮合，如在图2中标记18所示。
用于调节进气门的升程或打开时间的、凸轮支承件3、4在凸轮轴2上的轴向移动在需要时实现，并且总是在凸轮组5、6的基圆部段16在凸轮轴2大约180度转角期间对置于压杆8的滚轮7时执行。在两个相邻的移动位置之间凸轮支承件3、4的轴向移动的大小相等于相邻的凸轮13、14或14、15或凸轮外形的中心距。
为了必要时凸轮支承件3、4可以移动到三个移动位置的任一个中，对于每个凸轮支承件3、4设置一个蜗杆传动机构19。每个蜗杆传动机构19包括一个在配属的凸轮支承件3或4的右端部上的曲线滑槽20，以及一个位置固定地装配在气缸盖壳体内的调节机构21(执行器)，该调节机构具有三个以带动销22、23、24形式的轴向间隔距离设置的作用元件，其中相应一个由调机构21移动出来并且以其自由端可以与曲线滑槽20的槽25处于嵌接，以便凸轮支承件3、4分别以两个相邻的凸轮13、14或14、15的中心距向左或向右移动。
蜗杆传动机构19结构和功能方式在具有内部标记P6501和相同申请日的本申请人的相关专利申请中详细描述，在此参阅其公开内容。
在两个外部的移动位置中即在第一和第三移动位置中凸轮支承件3、4的轴向移动路程分别通过气缸盖壳体的止挡(未描述)限定。
为了凸轮支承件3、4关于凸轮轴2的旋转轴线17定心或者在所述凸轮支承件移动期间关于旋转轴线17保持定心，凸轮支承件3和4借助于滑动轴承26相应可旋转地支承在两个气门之间，如最佳地在图1和3中描述。两个轴承26的每个由两个上下设置的、横向于凸轮轴2的旋转轴线17定向的、关于气缸盖壳体位置固定的气缸盖轴承桥27、28保持，其中一个27设置在凸轮轴2的上方并且另一个28设置在凸轮轴2的下方。
区别于凸轮轴或凸轮支承件的已知的位置固定地装配在气缸盖壳体内的轴承，两个滑动轴承26关于气缸盖轴承桥27、28可沿凸轮轴2的轴向移动，使得它们相应与配属的凸轮支承件3、4一起轴向移动，如果该凸轮支承件必要时运动到另一移动位置中的话。
为了这个目的，两个滑动轴承26分别包括一个轴承套29，该轴承套在每个凸轮支承件3、4的两个凸轮组5、6之间可旋转地装配在该凸轮支承件上并且可在两个配属的气缸盖轴承桥27、28的轴向导向凹部30内导向地移动。导向凹部30具有非圆形的开口横截面，而轴承套29具有互补的非圆形的外横截面，以便一方面防止轴承套29与凸轮支承件3、4一起旋转并且另一方面轴承套29在其轴向移动时形锁合地导向。相反轴承套29具有同轴于凸轮轴2旋转轴线17的圆形的内横截面，其直径这样适配凸轮支承件3、4的穿过滑动轴承26的圆柱形部段31的外径，使得轴承套29的圆柱形的内圆周面在凸轮支承件部段31的对置的外部的圆周面上滑动。在此凸轮支承件部段31的直径小于凸轮组5、6的基圆部段16的直径，如在图3所示。
为了固定在配属的凸轮支承件3、4的圆柱形的两侧由凸轮组5或6的轴向限定面限定的凸轮支承件部段31上，轴承套29由两个半壳组成，所述半壳在一个延伸通过凸轮轴2的旋转轴线17的平面中彼此连接。轴承套29的轴向长度略微短于在每个凸轮支承件3、4的两个凸轮组的对置的轴向限定面之间的间距，使得凸轮支承件3、4以小的轴向间隙可以相对于轴承套29旋转。为了例如在凸轮支承件3、4在凸轮轴2上移动期间在轴承套29的对置的端面与凸轮组5或6的相应相邻的限定面之间接触的情况中，降低在端面与对置的限定面之间的摩擦，轴承套29具有两个减小的端部32(图3)，其外径小于轴承套29的剩余部分的外部的横截面尺寸。另外轴承套29的轴向长度可以这样选择，使得该轴承套在两个外部的移动位置中虽然轴向搭接相邻的压杆8，但是并不轴向搭接该压杆的滚轮7。
轴承套29在其下侧上具有三个径向的润滑剂通道33、34、35，所述润滑剂通道由轴承套29的一个外部的圆周面穿过该轴承套的壁延伸直至其内部的圆周面，该内部的圆周面与凸轮支承件部段31的圆周面处于滑动接触。润滑剂通道33、34、35轴向间隔距离地设置，该距离相等于相邻的凸轮13、14、15或凸轮外形的中心距，使得在凸轮支承件3、4和轴承套29的三个移动位置的每一个中，润滑剂通道33、34、35之一与在下面的气缸盖轴承桥28中的润滑剂供给通道36接通。通过通道36，处于压力下的发动机油供给到相应对准的润滑剂通道33、34或35内，如在图3中对于右边或中间的润滑剂通道35或34示例描述的那样。
为了具有轴承套29的凸轮支承件3、4固定在期望的移动位置中，轴承套29借助于锁定装置37可轴向锁定在每个移动位置中。如最佳地在图3中描述的那样，锁定装置37包括一个在气缸盖轴承桥27内位置固定地装配在凸轮支承件3、4上方的止动机构，该止动机构是以由在弹簧套39内的螺旋压力弹簧40弹性预紧的定位锁球38形式的，该定位锁球在凸轮支承件3、4的三个移动位置的每个中可以与装配在轴承套29的上侧上的轴向止动板条41(图1)处于止动嵌接，该止劝凸肩具有三个通过突出部42、43分开的相应于移动位置的止动凹处44、45、46。
锁定装置37的结构和功能方式在具有内部标记P6500和相同申请日的本申请人的相关专利申请中详细描述，在此参阅其公开内容。
附图标记列表
1    气门机构
2    凸轮轴
3    凸轮支承件
4    凸轮支承件
5    凸轮组
6    凸轮组
7    滚轮
8    滚轮压杆
9    阀盘
10   气门元件
11   气门弹簧
12   气门间隙补偿元件
13   凸轮
14   凸轮
15   凸轮
16   基圆部段
17   凸轮轴的旋转轴线
18   齿
19   蜗杆传动机构
20   曲线滑槽
21   调节机构
22   作用元件
23   作用元件
24   作用元件
25   槽
26   轴承
27   上部的气缸盖轴承桥
28   下部的气缸盖轴承桥
29   轴承套
30   导向凹部
31   圆柱形的凸轮支承件部段
32   端部的轴套
33   润滑剂通道
34   润滑剂通道
35   润滑剂通道
36   润滑剂供给通道
37   锁定装置
38   定位锁球
39   弹簧套
40   螺旋压力弹簧
41   止动板条
42   突出部
43   突出部
44   止动凹处
45   止动凹处
46   止动凹处

Claims (21)

1.内燃机的气门机构，包括：一个凸轮轴，该凸轮轴可旋转地支承在内燃机的壳体内；至少一个抗旋转地且可轴向移动地在凸轮轴上导向的凸轮支承件；以及用于可旋转地支承凸轮支承件的轴承，其特征在于：轴承(26)能相对于内燃机的壳体沿凸轮轴(2)的轴向方向移动。
2.按权利要求1所述的气门机构，其特征在于：轴承(2)能与凸轮支承件(3、4)一起移动。
3.按权利要求1所述的气门机构，其特征在于：设有用于轴向移动凸轮支承件(3、4)和轴承(26)的装置(19)。
4.按权利要求2所述的气门机构，其特征在于：设有用于轴向移动凸轮支承件(3、4)和轴承(26)的装置(19)。
5.按权利要求1至4任一项所述的气门机构，其特征在于：轴承(26)是滑动轴承。
6.按权利要求1至4任一项所述的气门机构，其特征在于：轴承是滚动轴承。
7.按权利要求1至4任一项所述的气门机构，其特征在于：轴承(26)安装在凸轮支承件(3、4)的两个对置的限定面之间，所述限定面的间距相等于轴承(26)的宽度。
8.按权利要求1至4任一项所述的气门机构，其特征在于：凸轮支承件(3、4)包括至少一个凸轮组或凸轮外形组(5、6)，该凸轮组或凸轮外形组具有多个不同的凸轮(13、14、15)和/或凸轮外形；并且轴承(26)能在至少两个分散的移动位置中锁定，所述移动位置的间距相等于凸轮(13、14、15)和/或凸轮外形的中心距。
9.按权利要求8所述的气门机构，其特征在于：所述至少一个凸轮组或凸轮外形组(5、6)包括三个不同的凸轮(13、14、15)和/或凸轮外形并且轴承(26)能在三个分散的移动位置中锁定，所述移动位置的间距相等于凸轮(13、14、15)和/或凸轮外形的中心距。
10.按权利要求8所述的气门机构，其特征在于：凸轮支承件(3、4)包括两个凸轮组或凸轮外形组(5、6)并且轴承(26)邻接到这两个凸轮组或凸轮外形组(5、6)上。
11.按权利要求10所述的气门机构，其特征在于：轴承(26)至少在凸轮支承件(3、4)移动期间以其相对的端面之一贴靠到凸轮组或凸轮外形组(5、6)之一的轴向限定面上。
12.按权利要求11所述的气门机构，其特征在于：轴承(26)的相对的端面的外径小于凸轮(13、14、15)和/或凸轮外形的基圆直径。
13.按权利要求1至4和9至12任一项所述的气门机构，其特征在于：轴承(26)包括一个抗旋转地装配在内燃机的壳体内的、可沿凸轮轴(2)的轴向移动的轴承套(29)。
14.按权利要求13所述的气门机构，其特征在于：轴承套(29)具有一个同轴于凸轮轴(2)的内部的圆周面和一个不同轴于凸轮轴(2)的外部的圆周面。
15.按权利要求14所述的气门机构，其特征在于：设有至少两个穿过轴承套(29)的、通到轴承套(29)的内部的和外部的圆周面上的润滑剂通道(33、34、35)。
16.按权利要求15所述的气门机构，其特征在于：润滑剂通道(33、34、35)通到轴承套(29)的外部的圆周面上的通入口的间距相等于凸轮(13、14、15)和/或凸轮外形的中心距。
17.按权利要求1至4、9至12和14至16任一项所述的气门机构，其特征在于：设有一个装配在内燃机壳体内的、用于轴承(26)的轴向的导向装置(27、28、30)。
18.按权利要求8所述的气门机构，其特征在于：凸轮支承件(3、4)通过作用到轴承(26)上的锁定装置(37)能在分散的移动位置中锁定，所述移动位置的间距相等于凸轮(13、14、15)和/或凸轮外形的中心距。
19.按权利要求18所述的气门机构，其特征在于：锁定装置(37)使凸轮支承件(3、4)在相对的最外面的移动位置中相对于内燃机壳体的或凸轮轴(2)的止挡张紧。
20.按权利要求18或19所述的气门机构，其特征在于：锁定装置(37)以相对于润滑剂通道(33、34、35)的通入口一定的角度位置设置。
21.内燃机，其特征在于：设有至少一个按权利要求1至20任一项所述的气门机构。
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