CN101910570A - 用于顶置凸轮的具有多个摇臂的滑动枢转锁定机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于多摇臂气门系组件的锁定机构。所述锁定机构适于与具有多个不同的凸轮凸角的凸轮轴一同使用，所述多个不同的凸轮凸角具有多个不同的轮廓，这导致可变的气门位移量和持续时间。多个摇臂位于枢转轴上，所述枢转轴平行于所述凸轮轴延伸，每个摇臂均具有构造成被所述凸轮轴的相应凸角作用的结构。主动摇臂具有构造成作用于一个或多个发动机气门的结构。可运动锁定元件被所述摇臂完全包围并且能够选择性地沿所述枢转轴运动以允许所述主动摇臂选择性地接合其他摇臂中的一个或多个，以便共同枢转，从而导致所述一个或多个发动机气门的变化的位移量。

Description

用于顶置凸轮的具有多个摇臂的滑动枢转锁定机构
技术领域
本发明涉及用于内燃发动机的可变气门系，该内燃发动机的每个汽缸均具有两个或更多个凸轮凸角。
背景技术
气门系是内燃机内负责操作气体交换气门的机械系统。这些气门或者直接或者间接地被凸轮轴上的凸轮凸角驱动。气门打开和关闭的正时对于车辆性能非常重要，因为其会影响发动机的扭矩和功率输出以及排放。不同的发动机速度要求不同的气门正时和升程以便获得最佳性能。通常，低发动机速度要求气门在较短的持续时间内打开相对小的量，而高发动机速度和负载要求气门在较长持续时间内打开相对较大的量，以便获得最佳性能。不具有某些可变气门正时方法的发动机必须在低速或高速时的优化与牺牲非选定范围内的某些性能之间寻求折衷。通过增加在不同凸轮轮廓之间进行选择的能力并因而在不同速度和负载时不同地驱动气门，发动机能够在更宽的发动机工作条件范围内更好地优化性能。
发明内容
一种用于多摇臂气门系组件的锁定机构，适于与具有多个不同的凸轮凸角轮廓的凸轮轴一同使用。所述多个摇臂和锁定机构由枢转轴支撑，所述枢转轴平行于所述凸轮轴并且限定公共轴线，所述摇臂可绕所述公共轴线旋转。每个摇臂均直接或间接地由对应的凸轮凸角作用；每个凸轮凸角均具有构造成根据特定发动机需要而改变气门升程和正时的不同轮廓。其中一个摇臂是主动摇臂，所述主动摇臂直接或间接地操作至少一个发动机气门。用于将一个或多个副摇臂选择性地锁定到所述主动摇臂的机构被容纳在摇臂壳体内，并且该机构可操作以沿所述公共轴线轴向地滑动。
所述锁定机构通过阳性元件来工作，所述阳性元件容纳在所述摇臂中的阴性腔内。当液压压力响应于发动机条件的改变而改变时，所述阳性元件在所述阴性腔内的预定位置之间滑动。这种位置的轴向变化导致所述阳性元件将所述主动摇臂选择性地锁定到邻接的副摇臂或将其解锁，使得这二者作为一个单元一起运动或者独立于彼此运动。将所述主动摇臂选择性地锁定到副摇臂导致改变了对气门工作进行控制的凸轮轮廓。对系统进行致动的液压流体经由所述枢转轴内的平行轴向廊道被供应。
将轴向滑动锁定元件放置在所述摇臂内并围绕所述枢转轴使得能够实现紧凑且更轻重量的摇臂设计。这也使得不再需要在摇臂的外部结构上设置传递销、弹簧、机加工孔和油供给廊道，这些部件可增加摇臂和致动机构的质量和复杂度。另外的益处包括提供了一种将低扭矩施加到所述锁定机构上的紧凑系统。
从后续对实施本发明的最佳方式的详细说明并结合附图，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得明显。
附图说明
图1是多摇臂气门系组件的立体图。
图2是用于图1所示多摇臂气门系组件的锁定机构的一部分的分解图。
图3是用于图1所示多摇臂气门系组件的锁定机构的一部分的剖视图。
图4是多摇臂气门系组件的替代性实施例的立体图。
具体实施方式
参见附图，在所有几幅附图中，相同的附图标记对应于相同或相似的部件，图1示出了气门系10中采用的滑动枢转锁定机构，其为中心枢轴式构造，该构造驱动两个发动机气门11，发动机气门11具有气门杆12、气门弹簧13和气门座15。具有T形气门端16的主动摇臂14推在同一汽缸(未示出)的两个气门11上。如本领域技术人员所能意识到的，气门系可替代性地被设计成主动臂致动一个发动机气门。在一个气门或两个气门的实施例中，位于主动摇臂14的气门端16处的液压间隙调节器(未示出)执行间隙补偿。供给到间隙调节器的油通过主动摇臂14内部的传输通道(图1中未示出，图3中示出为附图标记56)传送。
两个副摇臂18和20横跨主动摇臂14的两边，并且随动于更高升程凸轮凸角。在图1的实施例中，以渐增升程的顺序，凸轮轴27上的三个凸角被表示为凸轮22、凸轮24和凸轮26。位于每个摇臂14、18和20的凸轮端的辊28提供摇臂14、18和20与它们相应的凸轮22、24和26之间的低摩擦接触。所有三个摇臂14、18和20可绕静止枢转轴30枢转，静止枢转轴30充当各摇臂的径向轴承支撑。本领域技术人员将意识到的是，该实施例是三步气门系，其具有三个不同的凸轮凸角轮廓，因此具有可供选择的三个不同的气门位移量。本领域技术人员将进一步意识到在所请求保护发明的范围内的其他气门系构造。
在工作中，如果副摇臂18和20均未被锁定到主动臂14，则发动机气门11随动于来自凸轮22的输入运动，这是三个凸角22、24和26之中最低的升程。非主动副臂18和20抵抗它们各自的偏压弹簧19和21(图1中未示出，图3中示出)空转，同时分别沿凸轮24和26的凸角运动。
如果副臂中的一个被锁定到主动臂，则主动臂和锁定的副臂共同枢转并且气门11随动于来自这两个相应凸轮凸角中的较高者的输入，而剩余的(未被锁定的)副摇臂抵抗其偏压弹簧空转。例如，如果副臂18被锁定到主动臂14，则主动臂14和副臂18共同枢转并且气门随动于来自凸轮24的输入，这是因为凸轮24是凸轮22和凸轮24中的较高者，而副摇臂20随着其随动于凸轮26抵抗其偏压弹簧21(图1中未示出，图3中示出)空转。如果需要的话，两个副臂18和20可同时被锁定到主动臂14，在这种情况下，最高升程凸轮凸角(在图1实施例中为凸轮26)将控制输入运动，并且气门随动于其输入运动。下面根据图2和图3更详细地描述锁定机构的工作。
具有这种摇臂构造的气门系在降低气门系机构的总体高度方面是有利的。这种结构还使得能够缩短发动机气门作用线和枢转轴中心线之间的距离，由此降低组装在枢转轴内部的锁定机构上的扭矩。
现在参见图2和图3，示出了图1的气门系10的几个部分。图2示出了分解图，更详细地显示了内部锁定机构的部件。除了主动摇臂14和枢转轴30之外，图2还示出了第一锁定元件32和第一偏压弹簧34。图3示出了枢转轴30、第一锁定元件32和第二锁定元件36以及第一和第二偏压弹簧34和38的剖视图。主动摇臂14的中心枢转部分40形状类似于套管，其中，位于套管内部的油槽42与枢转轴30内部的传输通道44对准。
在图1-3所示实施例中，锁定元件32和36是多边形的形状。多边形形状的阳性锁定元件32具有被倒角的端部46，被液压致动以沿枢转轴30的轴线滑动并且接合到匹配的阴性腔48内，阴性腔48与中心枢转部分40的套管整体形成。该阴性腔48具有与锁定元件32和36的多边形形状互补的外周形状，摇臂14、18和20中的每一个均包含类似的阴性腔。多边形形状的锁定元件32和36，此处被示出为具有三个凸角，可具有其他轮廓，只要保持扭矩传递能力并且容易地实现轴向接合。本领域技术人员将意识到的是，在所请求保护发明的范围内，也可使用其他锁定元件轮廓。其他可能的锁定元件轮廓包括但不限于：轴键、花键等等。
使轴向滑动锁定元件放置在摇臂内部并且围绕枢转轴使得能够实现紧凑且更轻重量的摇臂设计。该实施例不再需要在摇臂的外部结构上设置传递销、弹簧、机加工孔和油供给廊道，这些部件可增加摇臂和致动机构的质量和复杂度。
现在参见图1和图3，液压流体通道50在枢转轴30的轴向长度上延伸并且将致动油运送到第一锁定元件32，在该实施例中，第一锁定元件32是低升程到最低升程锁定元件。平行的液压流体通道52将致动油运送到第二锁定元件36，在该实施例中，第二锁定元件36是高升程到低升程锁定元件。第三通道54(图3中未示出)也平行于其他两个通道50和52延伸，并且经由传输通道56将润滑剂和间隙调节油输送到主动摇臂14和间隙调节器(未示出)。这些通道50、52和54可经由流体导管55与压力源49流体连通或者与发动机油系统(未示出)流体连通，以将油或一些其他液压流体供应到通道50、52和54，以便致动锁定元件32和36。在优选实施例中，发动机油系统用于选择性地分别对流向通道50和52的液压流体51和53加压。第三通道54(润滑剂管道)与发动机油回路连通。这些轴向液压流体通道不需要在枢转轴的整个长度上延伸；其他实施例可包括在输送油以便进行摇臂致动或润滑用途之后终止的轴向通道。这种实施例将不再需要枢转轴两端处用于每个通道的流体耦接器或其他硬件。
参见图3，气门系10示出为处于默认模式。在该模式中，通道50和52在液压流体51和53中不包含足以使锁定元件32和36抵抗它们各自的偏压弹簧34和38运动的压力。下面更详细地描述了用于控制液压流体51和53的压力的方法。在工作中，为了选择替代性的锁定模式，液压流体51或53或这二者的压力可被增加以克服偏压弹簧34和38的力。在图3所示的实施例中，除了所示默认模式之外，还可使用三个另外的锁定模式。在第一替代性锁定模式中，液压流体51的压力被增加到致动水平。压力从通道50被传递穿过传输通道44并且进入油槽42，并且在锁定元件32上产生足够的力以克服偏压弹簧34的力；从而导致锁定元件32向左运动(从图3上看)。在该被致动的状态中，锁定元件32不再将主动摇臂14锁定到副臂18，从而这二者可自由地独立枢转。因此，主动摇臂14随动于凸轮凸角22的轮廓并且将该轮廓传递到气门11。
在第二替代性锁定模式中，通道50和52中的液压流体51和53的压力均被增加到致动水平。液压流体53的压力从通道52被传递穿过传输通道45并且进入油槽43，并且在锁定元件36上产生足够的力以克服偏压弹簧38的力；从而导致锁定元件36向左运动(从图3上看)。在该被致动的状态中，锁定元件36将活动臂14锁定到副臂20，从而导致二者共同枢转。如上所述，锁定元件32处于其被致动的状态，并且副臂18从主动摇臂14脱开。因此，主动摇臂14和副臂20共同枢转，并且随动于凸轮凸角26的轮廓，将该轮廓传递到气门11。请注意，存在第三替代性锁定模式，其中锁定元件32未被致动而锁定元件36被致动。在该第三替代性模式中，所有三个摇臂14、18和20被锁定在一起并且共同枢转。这导致主动臂14和气门11随动于最高的凸轮凸角的轮廓，该最高的凸轮凸角在图1和图3所示实施例中即为凸轮凸角26。
为了调节液压流体51和53的压力，致动油管道50和52有可能通过三位四通控制阀(未示出)与发动机油回路连通，三位四通控制阀将加压油引导到一个管道而将另一管道连接到油底壳，油底壳是低压力区域。在控制阀的第三位置中，管道50和52均未被加压；这是故障保护默认模式。在该默认模式中，如图3所示，第一锁定元件32被接合，使得低升程凸轮24成为默认升程。如果最低升程凸轮轮廓不为零(零是去激活状态)，则在默认模式中，该第一锁定元件32可被设计成通过使油的压力方向反转以及偏压弹簧34的力而保持脱开。
在替代性实施例中，可使用两个更简单的控制阀(未示出)；每个具有双位双通功能，每个致动管道关联一个控制阀。在去能模式中，每个控制阀将相应的管道连接到油底壳。向一个或另一个阀供能将把相应的致动管道连接到高压油回路。
在另一个实施例中(未示出)，第三致动策略将省略所述三个轴向流体通道50、52或54中的一个。在该策略中，利用同一个供给和轴向流体通道完成润滑以及两个致动中的一个。只要通道中的润滑油压力被调节到保持低于设定值(该设定值可能低于发动机油压力水平)，使得那个锁定元件将保持在未被致动位置。为了致动共用的通道，一个控制阀将把供给压力从所调节(低)值切换到发动机油压力。控制另一个致动管路的另一控制阀保持如上所述的功能。将一个致动管道与润滑剂管道结合起来的缺点在于：所得到的用于轴颈润滑和间隙调节的、调节后的(降低的)油压力。
图4示出了锁定机构的替代性实施例，端部枢转气门系60驱动单一的发动机气门11，并且在主动摇臂14处采用滑动垫62。主动摇臂，示出为具有接触其相应凸轮22的滑动垫62，也可具有位于凸轮端的辊(类似于辊28)。该辊可降低摩擦，尤其是在期望的最低气门升程不是处于零升程、去激活状态时。上面针对中心枢转结构(图1-3)所讨论的关于凸角切换、间隙调节和油路选择特征的工作特性，也适用于该构造。锁定和致动策略也是相同的。
在另外的实施例(未示出)中，凸轮可被设置成具有两个对称的外凸角。这些对称的外凸角将提供高升程轮廓，而剩余的内凸角将是低升程轮廓。单一供给管路将同时致动两个锁定元件。低升程中心凸角是默认的工作模式，该模式对应于低压力水平或无油压力——例如在油压力系统的失效期间。当单一供给管路被充分加压以克服偏压弹簧的力时，锁定元件将把内摇臂锁定到两个外摇臂(对应于对称的高升程凸角)并且将气门系置于高升程模式。如上所述，通向锁定元件的单一供给管路可以是与润滑管路分立的管路，或者可通过使用被调节的压力管路而与润滑管路共用。
虽然已经详细描述了用于实施本发明的最佳方式，但在所附权利要求的范围内，本发明所涉及领域的技术人员还将意识到用于实施本发明的各种替代性设计和实施例。

Claims (19)

1.一种用于多摇臂气门系组件的锁定机构，所述锁定机构适于与具有多个凸轮凸角的凸轮轴一同使用，所述多个凸轮凸角具有多个凸轮凸角轮廓，所述锁定机构包括：
枢转轴，所述枢转轴平行于所述凸轮轴并且限定公共轴线；
多个摇臂，所述多个摇臂可枢转地接触所述枢转轴，每个摇臂均具有构造成被所述凸轮轴的相应凸角作用的结构；
其中，所述多个摇臂中的一个是主动摇臂，所述主动摇臂具有构造成作用于发动机气门的结构；
可运动锁定元件，所述可运动锁定元件被所述多个摇臂包围；并且
所述可运动锁定元件被定向成选择性地沿所述公共轴线运动以允许所述主动摇臂选择性地接合所述多个摇臂中的一个或多个其它摇臂，以便与所述其它摇臂共同枢转，所述选择性接合由此改变所述发动机气门的位移量。
2.如权利要求1所述的锁定机构，其特征在于，所述主动摇臂包含以所述公共轴线为中心的阴性开口，从而在所述主动摇臂和所述枢转轴之间限定腔，其中，所述可运动锁定元件具有与所述阴性开口互补的外周形状并且可枢转地且可滑动地与所述枢转轴接触。
3.如权利要求2所述的锁定机构，其特征在于，所述阴性开口和所述可运动锁定元件是多边形形状的。
4.如权利要求2所述的锁定机构，其特征在于，所述可运动锁定元件包括被倒角的边缘，所述被倒角的边缘构造成有助于所述可运动锁定元件与所述阴性开口的配合。
5.如权利要求1所述的锁定机构，其特征在于，进一步包括液压流体通道，其中，所述液压流体通道是被限定在所述枢转轴内的轴向通道，并且其中，所述液压流体通道构造成提供与所述可运动锁定元件的流体连通。
6.如权利要求5所述的锁定机构，其特征在于，进一步包括压力源，其中，所述压力源与所述液压流体通道流体连通。
7.如权利要求6所述的锁定机构，其特征在于，来自所述压力源的压力构造成致动所述可运动锁定元件。
8.如权利要求5所述的锁定机构，其特征在于，所述液压流体通道构造成将润滑油提供到所述锁定机构。
9.如权利要求1所述的锁定机构，其特征在于，所述凸轮轴具有至少三个不同的凸轮凸角轮廓，由此允许实现所述发动机气门的三个不同的位移量。
10.一种用于多摇臂气门系组件的锁定机构，所述锁定机构适于与具有多个凸轮凸角的凸轮轴一同使用，所述多个凸轮凸角具有多个凸轮凸角轮廓，所述锁定机构包括：
枢转轴，所述枢转轴平行于所述凸轮轴并且限定公共轴线；
第一摇臂，所述第一摇臂可枢转地接触所述枢转轴并且具有构造成被所述凸轮轴的第一凸角作用的结构；
其中，所述第一摇臂具有构造成作用于发动机气门的结构；
第二摇臂，所述第二摇臂可枢转地接触所述枢转轴并且具有构造成被所述凸轮轴的第二凸角作用的结构；
第三摇臂，所述第三摇臂可枢转地接触所述枢转轴并且具有构造成被所述凸轮轴的第三凸角作用的结构；
可运动锁定元件，所述可运动锁定元件被所述第一、第二和第三摇臂包围；并且
所述可运动锁定元件被定向成选择性地沿所述公共轴线运动以允许所述第一摇臂选择性地接合所述第二摇臂和所述第三摇臂中的一个，以便与所接合的摇臂共同枢转，所述选择性接合由此改变所述发动机气门的位移量。
11.如权利要求10所述的锁定机构，其特征在于，进一步包括液压流体，其中，所述可运动锁定元件由所述液压流体致动。
12.如权利要求10所述的锁定机构，其特征在于，所述第一摇臂包含以所述公共轴线为中心的阴性开口，从而在所述第一摇臂和所述枢转轴之间限定腔，其中，所述可运动锁定元件具有与所述阴性开口互补的外周形状并且可枢转地且可滑动地与所述枢转轴接触，并且其中，所述第二摇臂和所述第三摇臂中的至少一个包含相邻的互补性阴性开口。
13.如权利要求10所述的锁定机构，其特征在于，所述凸轮轴具有至少三个不同的凸轮凸角轮廓，由此允许实现所述发动机气门的三个不同的位移量。
14.一种用于多摇臂气门系组件的锁定机构，所述锁定机构适于与具有多个不同的凸轮凸角的凸轮轴一同使用，所述多个不同的凸轮凸角具有多个不同的凸轮凸角轮廓，所述锁定机构包括：
枢转轴，所述枢转轴平行于所述凸轮轴并且限定公共轴线；
第一摇臂，所述第一摇臂可枢转地接触所述枢转轴并且具有构造成被所述凸轮轴的第一凸角作用的结构；
其中，所述第一摇臂具有构造成作用于发动机气门的结构；
第二摇臂，所述第二摇臂可枢转地接触所述枢转轴并且具有构造成被所述凸轮轴的第二凸角作用的结构；
第三摇臂，所述第三摇臂可枢转地接触所述枢转轴并且具有构造成被所述凸轮轴的第三凸角作用的结构；
可运动锁定元件，所述可运动锁定元件被所述第一、第二和第三摇臂包围；
液压流体，所述液压流体位于液压流体通道内，其中，所述液压流体通道是被限定在所述枢转轴内的轴向通道；
所述可运动锁定元件被定向成选择性地沿所述公共轴线运动以允许所述第一摇臂选择性地接合所述第二摇臂和所述第三摇臂中的一个，以便与所接合的摇臂共同枢转，所述选择性接合由此改变所述发动机气门的位移量；并且
其中，所述可运动锁定元件由所述液压流体致动。
15.如权利要求14所述的锁定机构，其特征在于，所述液压流体通道进一步构造成将润滑和间隙调节油提供到所述锁定机构。
16.如权利要求14所述的锁定机构，其特征在于，所述第一摇臂包含以所述公共轴线为中心的阴性开口，从而在所述第一摇臂和所述枢转轴之间限定腔，其中，所述可运动锁定元件具有与所述阴性开口互补的外周形状并且可枢转地且可滑动地与所述枢转轴接触，并且其中，所述第二摇臂和所述第三摇臂中的至少一个包含相邻的互补性阴性开口。
17.如权利要求14所述的锁定机构，其特征在于，所述凸轮轴具有至少三个不同的凸轮凸角轮廓，由此允许实现所述发动机气门的三个不同的位移量。
18.如权利要求14所述的锁定机构，其特征在于，进一步包括锁定元件偏压弹簧，其中，抵抗所述锁定元件偏压弹簧的力致动所述可运动锁定元件。
19.如权利要求14所述的锁定机构，其特征在于，进一步包括摇臂偏压弹簧，所述摇臂偏压弹簧构造成提供反抗所述第二摇臂的枢转的力。
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