CN103306767B - 用于内燃机的气门机构和内燃机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的气门机构和内燃机，其带有全负荷摇臂、部分负荷摇臂和开关元件，部分负荷摇臂通过凸轮轴的第二凸轮可围绕臂轴线旋转，第二凸轮具有相对于凸轮基圆径向向外伸出的第二凸轮突起，开关元件包括开关螺栓和止挡，止挡布置在全负荷摇臂处或者在部分负荷摇臂处，开关螺栓在另一处、即在部分负荷摇臂处或者在全负荷摇臂处在推进方向上这样可移动地来引导，使得其在开关元件的不激活状态中经由部分负荷摇臂与全负荷摇臂的联结引起全负荷摇臂与部分负荷摇臂一起旋转，其特征在于，凸轮轴的第二凸轮此外具有相对于相应的凸轮基圆径向向内回置的凸轮轮廓，以便为了部分负荷摇臂与全负荷摇臂的联结和分离确保开关螺栓的限定的移动。

Description

用于内燃机的气门机构和内燃机
技术领域
本发明涉及一种气门机构(Ventiltrieb)和一种内燃机。
背景技术
一种用于船用柴油内燃机的气门机构由文件DE102008027649A1已知。在那里公开的气门机构具有：全负荷摇臂(Volllastschwinghebel)，用于在内燃机的全负荷运行范围中操纵内燃机的气门的气门挺杆(Ventilstoessel)；和部分负荷摇臂，用于在内燃机的部分负荷运行范围中操纵气门挺杆，其中，全负荷摇臂通过凸轮轴的第一凸轮可围绕臂轴线(Hebelachse)旋转，并且其中，部分负荷摇臂通过凸轮轴的第二凸轮可围绕臂轴线旋转。用于操纵全负荷摇臂的第一凸轮轴的第一凸轮具有相对于凸轮基圆径向向外伸出的第一凸轮突起(Nockenvorsprung)。用于操纵部分负荷摇臂的凸轮轴的第二凸轮具有相对于凸轮基圆径向向外伸出的第二凸轮突起。在那里公开的气门机构此外具有由开关螺栓(Schaltbolzen)和止挡构成的开关元件。开关元件在不激活状态中使部分负荷摇臂与全负荷摇臂彼此相分离。在开关元件的激活状态中，其使部分负荷摇臂与全负荷摇臂彼此相联结。开关元件的止挡布置在全负荷摇臂处或者在部分负荷摇臂处，其中，开关螺栓在另一处、即在部分负荷摇臂处或者在全负荷摇臂处在推进方向(Schubrichtung)上可移动地来引导，即这样使得开关螺栓在开关元件的激活状态中经由部分负荷摇臂与全负荷摇臂的联结引起全负荷摇臂与部分负荷摇臂一起旋转(Mitdrehen)。
利用这样的气门机构可来改变内燃机的换气阀的气门开启时间，以减少内燃机的废气排放。
在由现有技术已知的气门机构中，在部分负荷摇臂与全负荷摇臂的联结以及部分负荷摇臂和全负荷摇臂的分离之间的转换是关键，因为在转换时尤其那么当开关螺栓位于在为了部分负荷摇臂与全负荷摇臂的分离而完全移入的状态与为了部分负荷摇臂与全负荷摇臂的联结而完全移出的状态之间的未限定的中间位置中时高的力和力矩作用到开关螺栓上。在该关键的中间位置中对于开关螺栓存在构件塑性变形的危险，由此开关螺栓可被损坏并且然后内燃机的气门机构失灵。这必须被避免。
发明内容
由此出发，本发明目的在于提供一种新型气门机构和一种新型内燃机。
该目的通过根据本发明的气门机构来实现。根据本发明，凸轮轴的第二凸轮具有相对于相应的凸轮基圆径向向内回置的(zurueckgesetzt)凸轮轮廓，以便为了部分负荷摇臂与全负荷摇臂的联结确保开关螺栓在开关元件的激活状态中在开关螺栓的移出方向上的限定的移动以及为了部分负荷摇臂与全负荷摇臂的分离确保开关螺栓在开关元件的不激活状态中在开关螺栓的与移出方向相反的移入方向上的限定的移动。
利用本发明来确保开关螺栓的限定的移入和开关螺栓的限定的移出用于部分负荷摇臂与全负荷摇臂的分离和联结。开关螺栓的未限定的中间位置(在其中其遭受构件塑性变形的危险)由此能够安全地且可靠地被避免，从而相对于现有技术减小开关螺栓的损坏危险和因此气门机构的失灵危险。
第一凸轮突起的起点和第二凸轮突起的起点在相应的凸轮基圆处优选地位于相同的周缘位置处，其中，在凸轮的旋转方向上观察，第二凸轮突起的起点在相应的凸轮基圆处位于第一凸轮突起的终点后面，并且其中，在第二凸轮的旋转方向上观察，第二凸轮的径向向内回置的凸轮轮廓可直接联结到其第二凸轮突起处。这两个凸轮的凸轮突起的上述轮廓以及第二凸轮的回置的凸轮轮廓允许摇臂的特别有利的操纵、即联结和分离。
根据本发明的一有利的改进方案，可移动地引导的开关螺栓具有在其移动方向上相继定位的多个槽，其与形成止挡的、弹簧加载的锁止元件共同作用，这样使得那么当开关螺栓为了部分负荷摇臂与全负荷摇臂的分离而完全移入时，其前端在移出方向上观察移入到锁止元件后面，并且那么当开关螺栓为了部分负荷摇臂与全负荷摇臂的联结而完全移出时，其前端在移出方向上观察逐段地相对于锁止元件这样移出，使得锁止元件接合到开关螺栓的第一槽中，其中，在开关螺栓的中间位置中锁止元件接合到第二槽，其布置在开关螺栓的前端与第一槽之间。
通过这些细节不仅在其移入时而且在其移出时进一步改进开关螺栓的限定的、多级的移位用于部分负荷摇臂与全负荷摇臂的分离和联结。
优选地，开关元件和因此其开关螺栓经由液压管路可加载有液压压力，其中，开关螺栓具有与液压管路这样共同作用的突起，使得在其移出时在开关元件的激活状态中为了部分负荷摇臂与全负荷摇臂的联结首先相对较小的液压压力而接下来相对较大的液压压力在开关螺栓处有效。由此减小对与开关螺栓共同作用的止挡的损坏危险。
根据本发明的一有利的改进方案，开关螺栓的在其移位时与止挡共同作用的截段在开关螺栓的完全移入的位置中相对于开关螺栓的支承壳体伸出且因此不用作支承面。
附图说明
本发明的优选的改进方案由接下来的说明得出。根据附图详细地来阐述本发明的实施例(而不应限于此)。其中：
图1显示内燃机的气门机构的透视性的视图；
图2在相对的侧面的透视性的视图中以部分剖开的视图显示根据图1的气门机构；
图3在后视图中显示根据图1和图2的气门机构；
图4显示根据本发明的气门机构的凸轮轮廓；
图5显示根据本发明的气门机构的开关螺栓和弹簧加载的锁止元件；
图6显示涉及开关螺栓的支承的细节；以及
图7显示涉及以液压压力加载开关螺栓的细节。
附图标记清单
10气门机构
11气门挺杆
12气门挺杆
13全负荷摇臂
14部分负荷摇臂
15凸轮
16凸轮轴
17凸轮
18臂轴线
19滚子
20滚子
21凸轮
22滚子
23摇臂
24开关元件
25液压管路
26开关螺栓
27止挡
28弹簧元件
29复位元件
30凸轮基圆
31凸轮突起
32凸轮突起
33起点
34起点
35终点
36终点
37凸轮轮廓
38槽
39槽
40锁止元件
41弹簧元件
42端部
43支承壳体
44突起。
具体实施方式
本发明涉及一种用于内燃机的气门机构和一种带有这样的气门机构的内燃机。图1至图3显示气门机构的不同的视图，如其在其基本结构方面由文件DE102008027649A1已知，其中，这里通过参照来明确涉及其公开内容。
图1到图3显示用于操控内燃机的气缸的换气阀的气门机构10，其中，气门机构一方面用于操纵用于进气门(Einlassventil)的气门挺杆11而另一方面用于操纵气门挺杆12以操纵内燃机的排气门(Auslassventil)。
在具体的应用情况中，气门挺杆11用于操纵内燃机的气缸的两个进气门而气门挺杆12用于操纵内燃机的相应的气缸的两个排气门，其中，对于内燃机的每个气缸存在这样的气门机构10。经由气缸的进气门，压缩的增压空气到达相应的气缸的燃烧室中而经由排气门废气从相应的气缸的燃烧室出来，其中，燃料可经由单独的喷射器被引入相应的气缸的燃烧室中。
本发明涉及气门机构的用于操纵用于内燃机的气缸的进气门的气门挺杆11的细节。
为了操纵用于内燃机的气缸的进气门的气门挺杆11，气门机构10在所示的实施例中包括两个摇臂、即用于在内燃机的全负荷运行范围中操纵气门挺杆11的全负荷摇臂13和用于在内燃机的部分负荷运行范围中操纵气门挺杆11的部分负荷摇臂14，其中，全负荷摇臂13通过凸轮轴16的第一凸轮15而部分负荷摇臂14通过凸轮轴16的第二凸轮17相应可围绕臂轴线18旋转，其中，对此全负荷摇臂13经由第一滚子19在第一凸轮15上而部分负荷摇臂14经由第二滚子20在第二凸轮17上滚动。
从图3可得出，通过凸轮轴16的凸轮21来操纵用于操纵内燃机的排气门的气门挺杆12，用于操纵气门挺杆12的摇臂23的滚子22在凸轮21上滚动。
图1至图5的气门机构具有开关元件24。开关元件24用于在部分负荷运行与全负荷运行之间转换气门机构10，其中，开关元件24可经由液压管路25加载有液压压力，以激活开关元件24。开关元件24具有开关螺栓26和与开关螺栓26共同作用的止挡27。
在开关元件24的激活状态中、即在其加载有液压压力时，开关螺栓26可逆着弹簧元件28的弹力移位，以便为了确保部分负荷运行使部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13彼此相联结。
反之在开关元件24的不激活状态中，即那么当其不加载有液压压力时，开关螺栓26通过弹簧元件28的弹力可在相反的方向上移位，以便为了确保全负荷运行使部分负荷摇臂与全负荷摇臂彼此相分离。
在开关元件24的不激活状态中其相应地使部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13彼此相分离，而在其激活状态中开关元件24使部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13彼此相联结，其中，开关元件24的开关螺栓26在开关元件24的不激活状态中经由部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13的联结引起或提供全负荷摇臂13与部分负荷摇臂14一起旋转和因此部分负荷运行。
在所示的实施例中，开关元件24的开关螺栓26在部分负荷摇臂14中可移动地来引导，其中，止挡27布置在全负荷摇臂13处。
不同于此，也可能将止挡27布置在部分负荷摇臂14处而在全负荷摇臂13中可移动地引导或支承开关元件24的开关螺栓26。
如同样在图1至图3中所示，部分负荷摇臂14在它的由凸轮17引起的围绕臂轴线18的旋转中逆着复位元件29的预紧来旋转。
气门机构10的凸轮15和凸轮17具有限定的轮廓。由此第一凸轮15(其经由第一滚子19用于操纵全负荷摇臂13)以及第二凸轮17(其经由第二滚子20用于操纵部分负荷摇臂14)具有相同的凸轮基圆30。第一凸轮15具有相对于凸轮基圆30径向向外伸出的第一凸轮突起31而第二凸轮17具有相对于凸轮基圆30径向向外伸出的第二凸轮突起32，其中，这两个凸轮突起31、32的起点33、34关于相应的凸轮基圆30几乎处在相同的周缘位置处。
在凸轮15、17的旋转方向D上观察，第一凸轮15的凸轮突起31的终点35位于第二凸轮17的第二凸轮突起32的终点36之前。经由用于在部分负荷运行中操纵气门挺杆11的第二凸轮17的第二凸轮突起32，相应的由气门机构10操纵的气缸的进气门的较长的气门开启时间相应地可调节。
除了凸轮突起32之外，第二凸轮17具有相对于其凸轮基圆30径向向内回置的凸轮轮廓37。该凸轮轮廓37用于开关螺栓26一方面在部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13联结的情况下在开关元件24的激活状态中在开关螺栓26的移出方向上而另一方面在部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13分离的情况下在开关元件24的不激活状态中在开关螺栓26的与移出方向相反的移入方向上的限定的移动。
第二凸轮17的径向向内回置的凸轮轮廓37在凸轮17的旋转方向D上观察直接联接到凸轮17的第二突起32处，其中，在第二凸轮17的凸轮轮廓37与凸轮突起32之间确保柔和的过渡。
可移动地引导的开关螺栓26具有在其移动方向S上观察相继定位的多个槽。在所示的实施例中，开关螺栓26包括两个槽38和39，其相应实施为环形槽。开关螺栓26与止挡27共同作用，止挡27根据图5由锁止元件40(其由弹簧元件41加载)来提供。
图5局部地显示在完全移入位置中的开关螺栓26，在该位置中开关螺栓26使部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13彼此相分离，其中，在该情况中开关螺栓26的前端42在开关螺栓26的移出方向上观察移入到锁止元件40和因此止挡27后面。
那么当开关元件24的开关螺栓26通过液压压力来加载且相应地激活时，(那么当滚子19、20在相应的凸轮15、17的凸轮基圆20上滚动时)以自由端42将开关螺栓26压向止挡27，其中，那么当部分负荷摇臂14的滚子20滚过凸轮17的径向向内偏置的凸轮轮廓37时，开关螺栓26才可通过其与部分负荷摇臂14一起下降到止挡27之下在移出方向上被移位，以使部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13彼此相联结。
那么当开关螺栓26为了部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13的联结而完全移出时，弹簧加载的锁止元件40和因此止挡27接合到开关螺栓26的第一槽39中，以在完全移出的位置中锁止它。如果开关螺栓26为了部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13的分离应在与移出方向相反的移入方向上被移位，则开关元件24由于撤销液压压力而变成不激活，其中，然而与开关螺栓26的移出类似，当滚子20又滚过凸轮17的径向向内偏置的凸轮轮廓37以使开关螺栓26相对于止挡27向下下降使得其然后可通过弹簧元件28的弹力被移入时，开关螺栓26那么才可被移入。
那么当建立液压压力用于激活开关元件24或者移除液压压力用于使开关元件24不起作用这样不利地实现使得在部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13分离的情况下开关螺栓26不能被完全移入或者在部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13联结的情况下开关螺栓26不能被完全移出时，可通过第二槽38(其定位在开关螺栓26的自由端41与第一槽39之间)来避免开关螺栓26的关键遮盖，其可引起它的塑性变形和因此损坏。
不仅在开关螺栓26移出时而且在其移入时相应地那么可在止挡27接合到第二槽38时将开关螺栓26固定在限定的中间位置中，在其中不存在塑性的构件变形的危险。
在接下来、再次滚过凸轮17的径向向内偏置的凸轮轮廓37时，通过再次使开关螺栓26相对于止挡27下降来释放它，使得其从限定的中间位置出发可被移位到其相应的终点位置中，即在部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13联结的情况下到它的完全移出的终点位置中而在部分负荷摇臂14与全负荷摇臂13分离的情况下到它的完全移入的位置中。
图6同样局部地显示在完全移入的位置中的开关螺栓26。从图6可得出，开关螺栓26的与止挡27或由弹簧元件41加载的锁止元件40共同作用的截段在开关螺栓26的完全移入的位置中相对于在所示的实施例中由部分负荷摇臂14提供的用于开关螺栓26的支承壳体43伸出。
就此而言，开关螺栓26的与止挡27共同作用且在运行中遭受损坏危险的截段不用作用于在支承壳体43中支承开关螺栓26的支承面。如果开关螺栓26的不希望的变形相应地应在与止挡27共同作用的截段的区域中实现，则开关螺栓26尽管如此可被移位到在图6中所示的、完全移入的位置中。这通过支承壳体43的相对短的结构形式来实现。
由此来保证，开关螺栓26的与止挡27共同作用的截段在开关螺栓26的完全移入的位置中也相对于支承壳体43伸出且相应地不形成用于引导开关螺栓26的滑动支承面。
图7显示根据本发明的开关螺栓26的另外的细节。图7如此示出，开关螺栓26关联有突起44，其不仅在开关螺栓26的完全移入的状态中而且对于开关螺栓26在其移出时的限定的路程伸入液压管路25中，其用于以液压压力加载开关螺栓26。那么当开关螺栓26移出如此远使得突起44完全从压力管路25中移出时，在该情况中才提供开关螺栓26的完全的液压的有效面积。就此而言，当开关螺栓26移出限定的路程时，在图7的变体中完全的液压力那么才可供液压操纵开关螺栓26使用。因此可实现开关螺栓26的压力和速度受调节的移出。
利用这些细节可能尤其在开关螺栓26移出时机械地卸载止挡27或由弹簧元件41加载的锁止元件40，因为经由突起44可来确保，当开关螺栓26的自由端42至少经过锁止元件40的右棱边时完全的液压压力那么才可供使用。由此来阻止加载有液压压力的开关螺栓26以完全的液压力压向锁止元件40且由此可能会损坏它。
为了在开关螺栓26反向移位时、即在其移入时使能够更快地移入，在开关螺栓26的壳体43的区域中可存在用于液压油的附加的排出口。该附加的、在附图中未示出的用于液压油的排出口使在全负荷摇臂13与部分负荷摇臂14分离时开关螺栓26能够更快地移入且由此开关螺栓26能够机械卸载，其中，这样的附加的排出口优选地液压地来预控制。
在开关螺栓26移出时该附加的排出口关闭，仅在开关螺栓26移入时该附加的排出口打开。这可以经由弹簧加载的球阀来实现，其为了开关螺栓26的移出关闭附加的排出口而为了开关螺栓26的移入开启它。

Claims (12)

1.一种用于内燃机的气门机构，其带有：全负荷摇臂(13)，用于在所述内燃机的全负荷运行范围中操纵气门挺杆(11)；且带有部分负荷摇臂(14)，用于在所述内燃机的部分负荷运行范围中操纵所述气门挺杆(11)，其中，所述全负荷摇臂(13)通过凸轮轴(16)的第一凸轮(15)能够围绕臂轴线(18)旋转，所述第一凸轮(15)具有相对于凸轮基圆径向向外伸出的第一凸轮突起(31)，并且其中，所述部分负荷摇臂(14)通过所述凸轮轴(16)的第二凸轮(17)能够围绕所述臂轴线(18)旋转，所述第二凸轮(17)具有相对于凸轮基圆径向向外伸出的第二凸轮突起(32)；且带有开关元件(24)，其在不激活状态中使所述部分负荷摇臂(14)和所述全负荷摇臂(13)彼此相分离而其在激活状态中使所述部分负荷摇臂(14)和所述全负荷摇臂(13)彼此相联结，其中，所述开关元件(24)包括开关螺栓(26)和止挡(27)，其中，所述止挡(27)布置在所述全负荷摇臂(13)处或者在所述部分负荷摇臂(14)处，并且其中，所述开关螺栓(26)在另一处、即在所述部分负荷摇臂(14)处或者在所述全负荷摇臂(13)处在推进方向上这样可移动地来引导，使得其在所述开关元件(24)的激活状态中经由部分负荷摇臂(14)与全负荷摇臂(13)的联结引起所述全负荷摇臂(13)与所述部分负荷摇臂(14)一起旋转，其特征在于，所述凸轮轴(16)的第二凸轮(17)此外具有相对于相应的所述凸轮基圆径向向内回置的凸轮轮廓(37)，以便为了部分负荷摇臂(14)与全负荷摇臂(13)的联结和分离确保所述开关螺栓(26)的限定的移动。
2.根据权利要求1所述的气门机构，其特征在于，所述第一凸轮突起(31)的起点(33)和所述第二凸轮突起(32)的起点(34)在相应的所述凸轮基圆(30)处位于相同的周缘位置处，并且在所述凸轮的旋转方向上观察，所述第二凸轮突起(32)的终点(36)在相应的所述凸轮基圆处位于所述第一凸轮突起(31)的终点(35)后面。
3.根据权利要求1或2所述的气门机构，其特征在于，在所述第二凸轮(17)的旋转方向上观察，所述第二凸轮(17)的径向向内回置的凸轮轮廓(37)能够直接联结到所述第二凸轮(17)的第二凸轮突起(32)处。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的气门机构，其特征在于，可移动地引导的所述开关螺栓(26)具有在其移动方向上相继定位的多个槽(38，39)，其与形成所述止挡(27)的、弹簧加载的锁止元件(40)共同作用。
5.根据权利要求4所述的气门机构，其特征在于，那么当所述开关螺栓(26)为了部分负荷摇臂与全负荷摇臂的分离而完全移入时，其前端(42)在移出方向上观察移入到所述锁止元件(40)后面，并且，那么当所述开关螺栓(26)为了部分负荷摇臂与全负荷摇臂的联结而完全移出时，其前端(42)在移出方向上观察逐段地相对于锁止元件(40)这样移出，使得所述锁止元件接合到所述开关螺栓的第一槽(39)中，其中，在所述开关螺栓(26)的中间位置中所述锁止元件(40)接合到第二槽(38)，其布置在所述开关螺栓的前端(42)与第一槽(39)之间。
6.根据权利要求4所述的气门机构，其特征在于，所述开关螺栓(26)在所述全负荷摇臂(13)中可移动地来引导，并且弹簧加载的所述锁止元件(40)布置在所述部分负荷摇臂(14)处。
7.根据权利要求4所述的气门机构，其特征在于，所述开关螺栓(26)在所述部分负荷摇臂(14)中可移动地来引导，并且弹簧加载的所述锁止元件(40)布置在所述全负荷摇臂(13)处。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的气门机构，其特征在于，所述开关元件(24)的开关螺栓(26)经由液压管路(25)能够加载有液压压力，其中，所述开关螺栓(26)具有与所述液压管路(25)这样共同作用的突起(44)，使得在其移出时在所述开关元件(24)的激活状态中首先相对较小的液压压力而接下来相对较大的液压压力在所述开关螺栓(26)处有效。
9.根据权利要求1至2中任一项所述的气门机构，其特征在于，所述开关螺栓(26)的在其移位时与所述止挡(27)共同作用的截段在所述开关螺栓(26)的完全移入的位置中相对于所述开关螺栓(26)的支承壳体(43)伸出。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的气门机构，其特征在于，所述内燃机为船用柴油内燃机。
11.一种带有根据权利要求1至10中任一项所述的气门机构的内燃机。
12.根据权利要求11所述的内燃机，其特征在于，所述内燃机为船用柴油内燃机。
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