CN101713305B - 用于内燃机的气门机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的气门机构，尤其用于柴油发动机，包括用于操纵气门挺杆的主摇杆，其中，主摇杆可通过凸轮轴的第一凸轮绕杆轴线在转动方向上转动；包括转换摇杆，其中，转换摇杆可通过凸轮轴的、相对于第一凸轮角度有所偏移的第二凸轮绕杆轴线转动；包括转换部件，通过在激活状态(图4)的转换部件，转换摇杆使主摇杆绕杆轴线一起转动，其中，转换部件包括转换销和止挡，其中，该止挡布置在主摇杆和转换摇杆中的一个上并且使转换销在主摇杆和转换摇杆中的另一个上在滑移方向上这样地可移动地被引导，即，使得所述转换销在激活的转换部件中起到使主摇杆与转换摇杆一起转动的作用，其中，所述滑移方向(S)大致上垂直于杆轴线地布置。

Description

用于内燃机的气门机构
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于内燃机、尤其是柴油发动机的气门机构(Ventiltrieb)、一种带有这种气门机构的内燃机以及一种用于调整这种气门机构的方法。
背景技术
在这种分类中的具有摇杆(也称为随动杆)的气门机构中，气门机构通过凸轮轴的凸轮而绕杆轴线转动，同时操纵气门挺杆(Ventilstoessel)或推杆，用于使内燃机的进气门或排气门逆着复位力、例如气门弹簧的复位力而打开。
在此通常通过凸轮轮廓而从结构上来确定气门开启时间(Ventiloeffnungszeiten)，其可作为0度至360度之间的转动角而被给出。气门开启时间从根本上影响发动机特性。
因此已知各种具有所谓的凸轮调整的气门机构，其中，气门开启时间可例如根据转速或变化的发动机负荷而改变，以在NOx优化的发动机中减少炭黑排放。
为此，在概念“可变气门正时及升程电子控制”(“Variable ValveTiming and Lift Electronic Control”，VTEC)下已知了一种根据权利要求1的前序部分所述的气门机构，其中，第一摇杆通过用于低转速的凸轮而绕杆轴线转动以用于操纵气门挺杆。通过用于高转速的凸轮而绕杆轴线转动的第二摇杆在转换部件不激活时自由随动。该转换部件包括布置在第二摇杆中的转换销，其在与杆轴线平行的滑移方向上可移动地被引导。如果该转换销以液压的方式伸出，则其嵌接到第一摇杆的相应凹部中，由此使该第一摇杆通过该第二摇杆而一起转动，气门挺杆即通过用于高转速的凸轮而被促动。该解决方案的缺陷是，在杆轴线的轴向方向上作用的转换部件的调整力试图迫使第一和第二摇杆在轴方向(Achsrichtung)上分开，尤其地是在凹部与转换销并不精确地彼此平齐的时候。因此，不利的是，需要精确地对准转换销和容纳该转换销的凹部。另一方面，由于转换销支承在两个摇杆中，所以在激活的转换部件中、以及在激活过程和使其失活的过程中都会在转换销中产生高剪切力并产生较高的磨损。
发明内容
本发明的目的是，减小或避免这些缺陷中的至少一个缺陷。
为了实现该目的，通过权利要求1特征部分所述特征改进根据其前序部分所述的气门机构。权利要求15保护具有这种气门机构的内燃机，权利要求16保护用于调整这种气门机构的方法。从属权利要求涉及有利的改进方案。
按照本发明的气门机构用于控制内燃机、例如柴油发动机、尤其是大型或船用柴油发动机的气缸的进气或排气时间。在此，按照本发明的气门机构既可以操纵一个或多个进气门，也可附加地或备选地操纵一个或多个排气门。也可为不同的进气门和/或排气门各设置按照本发明的气门机构，优选地，内燃机的所有进气门和/或所有排气门可各具有按照本发明的气门机构。
所述气门机构包括用于直接或间接操纵气门挺杆或推杆的主摇杆，该主摇杆可通过凸轮轴的第一凸轮而绕杆轴线在转动方向上转动。该主摇杆可例如通过保持该气门通常关闭的气门弹簧或者通过适合的复位弹簧而被预紧并且通过绕平行于杆轴线的凸轮轴线转动的第一凸轮的轮廓而以形状配合的方式(formschluessig)逆着该起复位作用的预紧力而绕杆轴线转动，从而，在第一凸轮继续转动时主摇杆重新返回到其初始角位置。在此，将可弹性变形的部件简称为弹簧，其除了机械弹簧、尤其是螺簧以外，也包括液压的、气动的和磁的弹簧。
按照本发明的气门机构还包括转换摇杆(Schaltschwinghebel)，该转换摇杆可通过凸轮轴的第二凸轮而绕杆轴线转动。在此，第二凸轮相对于第一凸轮优选在转动方向上超前地偏移(vorversetzt)，从而，在凸轮轴旋转时，第二凸轮首先使转换摇杆转动并且第一凸轮在时间上错开地使主摇杆转动，其中，在主摇杆转动开始时，转换摇杆可仍然处在被该第二凸轮转出其初始位置的状态中。通过相应地选择第一与第二凸轮之间的角度偏移(Winkelversatz)以及第一和第二凸轮的轮廓可以改变气门开启的过程、尤其是例如以曲轴的转动角为参照的气门开启时刻(Ventiloeffnungszeitpunkt)，以及/或者改变气门开启时间。所述可变的气门机构的气门调整可以改变开启角(转换摇杆的凸轮轮廓超前)、关闭角(转换摇杆的凸轮轮廓滞后)或升程(更大的凸轮轮廓)。能够实现三种可能性的组合。在所示的实施例中优选保持开启角而改变关闭角。
在此，按照本发明的气门机构还包括转换部件，通过在激活状态的转换部件，转换摇杆使主摇杆绕杆轴线一起转动。即，在不激活的转换部件中，主摇杆由第一凸轮所转动并相应地操纵气门挺杆，而在激活的转换部件中主摇杆还由转换摇杆、即由第二凸轮所转动，由此改变气门开启的过程。
所述转换部件包括转换销和止挡，其中，该止挡布置在主摇杆和转换摇杆中的一个上而该转换销在主摇杆和转换摇杆中的另一个上在滑移方向上这样地可移动地被引导，即，使得其在激活的转换部件中起到使主摇杆与转换摇杆一起转动的作用。
按照本发明，该滑移方向大致上正交于，即，垂直于杆轴线而布置。由此，转换部件的调整力不再作用在杆轴线的轴向方向上，这避免了摇杆彼此间的不利的夹紧和变形。当伸出的转换销在一种优选的实施例中在与止挡对置的侧面上置放到主摇杆和转换摇杆中的另一摇杆的支撑止挡上时，可以有利地避免剪应力，因为转换销可支撑在引导该转换销的摇杆上。
按照本发明的第一实施例，该转换销可以在转换摇杆上被引导并在转换部件激活的情况下在转动方向上反卡(hintergreifen)布置在主摇杆上的止挡，以使主摇杆与转换摇杆一起转动。在这种情况下，所述转换销在激活的转换部件中伸出，以将该止挡反卡。
在此，该止挡可构造成大致上与背离凸轮轴的主摇杆的顶面平齐。这使得通过本发明而成为可能的气门机构的紧凑结构进一步被改善并因此尤其地易于结合到给定的凸轮轴结构空间中。
在本发明的备选的第二实施例中可将该止挡布置在转换摇杆处，并且，在转换部件激活的情况下，在转动方向上反卡此时在主摇杆处被引导的转换销。在这种情况下转换销在激活的转换部件中伸出并且被止挡所反卡，用于使主摇杆与转换摇杆一起转动。
所述转换销尤其可以液压的方式、气动的方式、电磁的方式和/或电动的方式被移动。通过液压的或气动的操纵可以较小的能量来施加较大的作用力且还可以有利地缓冲系统中的振动，而电磁式的或电动式的促动则有利地具有更短的反应时间。
所述转换销优选在引导衬套(Fuehrungsbuchse)中被引导。由此可以减小磨损并由此提高气门机构的使用寿命。该引导衬套可在与该止挡对置的一侧上至少延长直到该止挡下方，从而，其形成该支撑止挡并且对被转换部件的止挡所加载的转换销在相对侧上加以支撑。同样地，支撑止挡也可构造为与这样的摇杆相结合或者可拆卸或不可拆卸地与该摇杆相连接——在该摇杆上，转换销被引导。那么，引导衬套可有利地在滑移方向上平齐地过渡到该支撑止挡。
优选的是，使转换销与止挡的接触面相对于滑移方向倾斜，尤其在滑移方向上楔形地下降，由此使得转换销在止挡下方或上方的缩入运动或伸出运动变得容易。由此，转换销可有利地在一定程度上自定心。
有利地，该转换销可以是逆着第一弹性复位部件可移动的，该复位部件在操纵力被取消时使转换销调整至激活或非激活状态。举例而言，第一弹性复位部件可以将转换销调整至激活的、例如伸出的状态，从而，该转换销可例如借助于液压压力或电磁力而逆着该复位部件受控地缩入，但在通常情况下则为激活的(“normallyengaged”)。备选地，该转换销也逆着复位部件而受控地伸出并且在通常情况下则为非激活的(“normally disengaged”)。
优选地，该止挡与转换销只在这样的转动方向上共同作用，在该转动方向上，凸轮将摇杆从其初始位置(该初始位置优选地为预紧的)中转出。这样，在转换部件激活的情况下，转换摇杆使主摇杆绕杆轴线在转动方向上一起从初始位置转动出来，但是，可与该转动方向相反地从主摇杆上脱开。换言之，在该优选的实施例中，主摇杆和转换摇杆只单侧地、即、在转动方向上彼此支撑，并且，可以在相反的方向上彼此分开。
与已知的轴向地移动的销嵌入凹部中的那种嵌接所不同，该解决方案具有许多优点。一方面降低了对转换销与止挡之间的精确的对准的要求。另一方面单侧支撑的负荷可减小磨损并由此提高气门机构的使用寿命。此外有利的是，可使如下一点成为可能，即，在主摇杆继续地转出其初始位置的情况下，转换摇杆已经与该转动方向相反地返回到其初始位置了。由此，转换摇杆可跟随第二凸轮的轮廓，这使得凸轮轮廓的设计和协调变得容易。
该止挡在滑移方向上优选布置在主摇杆和转换摇杆中的一个摇杆与使该摇杆转动的凸轮的接触点的附近。尤其地，止挡离接触点的距离在滑移方向上最多为转换销在滑移方向上的长度的50％、优选地最多为转换销在滑移方向上的长度的25％。由此，出自与凸轮以及与止挡的接触的彼此相反地作用的力以大致上相同的、相对于杆轴线的杠杆臂而作用于转换销上，以使得，转换销不会经受大的弯矩变化。
该转换部件可具有约束止挡，其约束主摇杆与转换摇杆相对彼此的角调整。该约束止挡例如可在与转换销相对而置的止挡的侧面处布置在这样的摇杆处，即，在该摇杆上转换销被引导，并由此限制主摇杆与转换摇杆的、与转动方向相反的彼此分开的转动。
优选地，按照本发明的气门机构具有第二弹性复位部件，用于使转换摇杆相对于第二凸轮预紧。尤其地，当转换摇杆只单侧地支撑在主摇杆上的时候，其不通过作用于该主摇杆上的预紧力(例如气门弹簧的预紧力)而被迫使回到其初始位置。第二弹性复位部件可以有利地保证与第二凸轮的接触。
该主摇杆和转换摇杆的彼此面对的端面可彼此至少部分地接触并由此彼此支撑。因为与轴向地移动的转换销不同，在这里无需在其中一个端面中设置凹部，所以支撑和滑动面可以有利地构造成平滑的。
附图说明
由从属权利要求和实施例给出其它优点和特征。在此，以部分地示例性地示出的方式：
图1在透视图中示出按照本发明的实施例的气门机构，
图2在从对置侧面看去的部分剖视的视图中示出图1的气门机构，
图3示出从背面看去的按照图1的气门机构，
图4在侧视图中示出按照图1的气门机构，具有激活的转换部件，
图5在侧视图中示出按照图1的气门机构，具有未激活的转换部件。
附图标记清单
1    气门挺杆
2    杆轴线
3    用于感应性转换元件的保持架
4    凸轮轴
10  主摇杆
11  第一凸轮
12  滚子
20  转换摇杆
21  第二凸轮
22  第二复位部件
23  滚子
31  转换销
32  止挡
33  引导衬套
34  第一复位弹簧
35  液压管道
36  感应性转换元件
D   转动方向
S   滑移方向
具体实施方式
图1在透视图中示出了按照本发明实施例的气门机构。其包括用于操纵气门挺杆1的主摇杆10以及与其相邻的转换摇杆20。主摇杆和转换摇杆绕杆轴线2可转动地支撑，其中，主摇杆10以未详细示出的方式通过作用于气门挺杆1上的气门弹簧与转动方向D相反(图4)地被预紧。以相同的方式，转换摇杆20通过包括压力弹簧的第二复位部件22与转动方向D相反地被预紧，从而，使两个摇杆10，20均对着凸轮轴4预紧。
在此，该主摇杆10利用滚子12(图3)对着凸轮轴4的第一凸轮11而按压，滚子12在该凸轮11上滚动，而转换摇杆20以相应的方式利用滚子23对着这样的凸轮轴4的第二凸轮21按压，即，该滚子23在该凸轮21上滚动，并且该凸轮21与第一凸轮11相比与凸轮轴4的转动方向相反地回缩。换言之，在凸轮轴回转时，第二凸轮21的轮廓首先——在第一凸轮11的轮廓在进一步的转动中也径向向外地偏离其基圆之前——偏离其基圆。
因此，通过凸轮轴4的转动，当滚子12不在第一凸轮11的基圆上滚动的时候，第一凸轮11将主摇杆10与该预紧相反地从其初始位置中按压出来并使其在转动方向D上绕杆轴线2转动。由此，主摇杆10与气门弹簧(未示出)的预紧相反地移动气门挺杆1并由此根据凸轮轴4的角位置打开未进一步示出的船用柴油发动机的进气门。以类似的方式，当滚子23跟随着升起超出基圆的凸轮轮廓的时候，第二凸轮21使转换摇杆20在转动方向D上逆着复位部件22的预紧而转动。
尤其如图4，5所示，该气门机构包括带有止挡32和转换销31的转换部件，该止挡32构造成与主摇杆10成一体，该转换销31在转换摇杆20中的引导衬套33中在垂直于杆轴线2的滑移方向S上可移动地被引导。借助于液压管道35中的液压压力(该液压压力可由未示出的阀所控制)，转换销31可在引导衬套33中在滑移方向S上被移动并由此夹紧第一复位弹簧34(该第一复位弹簧34布置在引导衬套33内并包围转换销31)。如果液压管道35中的液压压力低于给定的值，则第一复位弹簧34与滑移方向S相反地将转换销31引导回其示于图5中的初始位置。该转换销具有终端位置缓冲部，以使得转换销的制动不会导致该衬套的损伤。该缓冲部通过如下方式实现，即，使环带(具有略大的直径的轴肩)将衬套端部处的、填充有油的腔室加以封闭。油必须以节流的方式通过环缝(该环缝通过直径差而形成)而泄出。由此，该伸出运动在达到终端位置之前约3-4mm被缓冲。
现在，如下地调整气门机构：在未激活的转换部件下、即，在液压管道35中没有液压压力时，第一复位弹簧34将转换销31压紧到其收回的初始位置中(图5)。一旦主摇杆10的滚子12滚上第一凸轮11的偏离基圆的凸轮轮廓的区域，则该滚子使主摇杆10在转动方向D上转动，由此使该主摇杆操纵气门挺杆1。
以凸轮轴的回转为参照，在主摇杆10的滚子12滚上第一凸轮11的凸轮轮廓的偏离基圆的区域之前，转换摇杆20的滚子23就已经在第二凸轮21(该第二凸轮21相对于第一凸轮在凸轮轴的转动方向上超前地偏移)的偏离基圆的凸轮轮廓的区域上滚动了。由此，转换摇杆20与第二复位部件22的复位力相反地自其初始位置出发而在转动方向D上被转动。但是，因为转换销31缩入其初始位置中，所以，在转换摇杆20绕旋转轴线4转动的时候，该转换销31可(如图5所示)在主摇杆10的止挡32旁经过，而不会使主摇杆10一起转动。相应地，转换摇杆20在转换部件未激活的情况下自由地一起运动并跟随第二凸轮21的轮廓，而不会在此对气门挺杆1进行操纵。
如果现在，要使气门的开启时刻向前偏移(以凸轮轴的角位置为参照)，则可以使气门机构控制器(未示出)例如根据船用柴油机的转速相应地发出指令并这样地控制液压管道35中的液压压力，即，使得，当主摇杆和转换摇杆占据相对于杆轴线4的大致上相同的角位置、也即是例如当滚子12，23均在第一或第二凸轮11，21的相应的基圆上滚动的时候，转换销31逆着第一复位弹簧34的阻力而伸出并由此伸到止挡32下方。由此，转换部件被激活且转换销31在转动方向D上反卡止挡32。
在当前的实施例中，即使没有控制机构，可变的气门调整也可起作用。如果两个摇杆10，20处在相同的位置中、例如在基圆上，则转换销31可伸出。如果摇杆10，20在不同的位置中，则止挡32将开口挡住并阻止销31伸出。一旦止挡32将该开口释放，则销31可伸出。在此，通过未示出的止挡而在滑移方向上约束转换销31的伸出运动。
如果现在转换摇杆20的滚子23首先滚上第二凸轮21的、径向地突出于基圆的区域，则转换摇杆20如上所描述地在转动方向D上绕杆轴线4转动。因为在激活的转换部件中转换销31在转动方向D上反卡着止挡32，因此转换摇杆20使主摇杆10在转动方向上一起转动，由此使得，该转换摇杆更早地对气门挺杆1进行操纵。在此有利的是，转换销31列于与止挡32相对而置的感应性转换元件36处。
一旦滚轮23驶离第二凸轮21的升起超出基圆的轮廓，第二复位部件22就使转换摇杆20与转动方向D相反地转回到其初始位置。因为转换摇杆20通过反卡止挡32的转换销31只单侧地对着主摇杆10而支撑，因此这一点可与主摇杆10(该主摇杆10例如地继续保持被第一凸轮11从初始位置按压出的状态且可操纵气门挺杆1)的位置无关地被实现。通过转换部件的激活，在本实施例中，不仅可以改变由气门挺杆1所操纵的气门的开启时刻而且可改变其开启持续时间。
如果需要使气门的开启时刻的变化重新反向地进行，则，通过以下做法，即，气门机构控制器使液压管道35中的液压压力下降，以使得，第一复位弹簧34使转换销31重新返回其初始位置(图5)，从而使转换部件失活。该转换过程在基圆阶段或在打开的气门的情况下可同样地实现，因为在这里转换销31在很大程度上是无负荷的。
设置有与转换摇杆20一体地构成的、或者与转换摇杆20可拆卸或不可拆卸相连接的、用于感应性转换元件36的保持架3，以便能够检测，该转换销31是否已伸出或缩入。

Claims (16)

1.一种用于内燃机的气门机构，所述气门机构带有：
用于操纵气门挺杆(1)的主摇杆(10)，其中，所述主摇杆能够通过凸轮轴(4)的第一凸轮(11)绕杆轴线(2)在转动方向(D)上转动；
转换摇杆(20)，其中，所述转换摇杆能够通过所述凸轮轴的、相对于所述第一凸轮角度有所偏移的第二凸轮(21)而绕所述杆轴线(2)转动；和
转换部件，通过在激活状态下的所述转换部件，所述转换摇杆使所述主摇杆绕所述杆轴线一起转动，其中，所述转换部件包括转换销(31)和止挡(32)，其中，所述止挡(32)或者布置在所述主摇杆(10)处或者布置在所述转换摇杆(20)处，且所述转换销(31)或者在所述转换摇杆(20)处或者在所述主摇杆(10)处在滑移方向(S)上这样地可移动地被引导，即，使得所述转换销(31)在激活的转换部件中导致所述主摇杆与所述转换摇杆在转动方向上一起转动，
其特征在于，
所述滑移方向(S)布置成大致上正交于所述杆轴线(2)，
其中，
所述止挡与所述转换销只在这样的转动方向上共同作用，在该转动方向上，凸轮将摇杆从摇杆的初始位置中转出，
其中，
如果止挡(32)布置在所述主摇杆(10)处，则在转换摇杆(20)处设置有支撑止挡；而
如果止挡(32)布置在所述转换摇杆(20)处，则在所述主摇杆(10)处设置有支撑止挡，其中，
转换销(31)在激活的转换部件中在与止挡(32)对置的侧面上置放到支撑止挡上。
2.根据权利要求1所述的气门机构，其特征在于，所述转换销(31)在所述转换摇杆(20)上被引导并且在激活的转换部件中在转动方向(D)上反卡所述止挡(32)，以使所述主摇杆(10)与所述转换摇杆一起转动。
3.根据权利要求1所述的气门机构，其特征在于，所述止挡布置在所述转换摇杆处并且在激活的转换部件中在转动方向上反卡所述转换销，以使所述主摇杆与所述转换摇杆一起转动。
4.根据前述权利要求1至3中任一项所述的气门机构，其特征在于，所述转换销能够以液压的方式(35)、气动的方式、电磁的方式或电动的方式来移动。
5.根据前述权利要求1至3中任一项所述的气门机构，其特征在于，所述转换销在引导衬套(33)中被引导。
6.根据前述权利要求1至3中任一项所述的气门机构，其特征在于，所述转换销与所述止挡的接触面相对于所述滑移方向倾斜。
7.根据前述权利要求1至3中任一项所述的气门机构，其特征在于，所述转换销能够逆着第一弹性复位部件(34)而移动，该复位部件在去掉操纵力时将所述转换销调整到所述激活状态或非激活状态。
8.根据前述权利要求1至3中任一项所述的气门机构，其特征在于，主摇杆和转换摇杆中的一个摇杆具有止挡(32)而主摇杆和转换摇杆中的另一个摇杆在与所述止挡(32)相对而置的侧面上具有感应性转换元件(36)。
9.根据前述权利要求1至3中任一项所述的气门机构，其特征在于，所述止挡在滑移方向(S)上布置在所述主摇杆与使主摇杆转动的凸轮的接触点附近，或者，所述止挡在滑移方向(S)上布置在所述转换摇杆与使转换摇杆转动的凸轮的接触点附近。
10.根据前述权利要求1至3中任一项所述的气门机构，其特征在于第二弹性复位部件(22)，以使所述转换摇杆(20)对着所述第二凸轮(21)预紧。
11.根据前述权利要求1至3中任一项所述的气门机构，其特征在于，主摇杆和转换摇杆的彼此面对的端面彼此至少部分地接触。
12.根据前述权利要求1至3中任一项所述的气门机构，其特征在于，主摇杆和所述转换摇杆具有在使该摇杆转动的凸轮上滚动的滚子(12，23)。
13.根据前述权利要求1至3中任一项所述的气门机构，其特征在于，所述内燃机是柴油发动机。
14.一种内燃机，其带有根据前述权利要求1至13中任一项所述的气门机构。
15.根据权利要求14所述的气门机构，其特征在于，所述内燃机是柴油发动机。
16.一种用于调整根据前述权利要求1至13中任一项所述的气门机构的方法，其特征在于，在所述主摇杆和所述转换摇杆具有大致上一致的绕所述杆轴线的角位置的时候，使所述转换部件激活。
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