CN104395564B - 摇臂 - Google Patents

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Abstract

一种摇臂，包括用于接合第一可转动凸轮面的第一滚子，由此摇臂的至少一部分可通过至少第一可转动凸轮面被枢转以移动气门来引起第一气门动作，还包括用于接合其它可转动凸轮面的其它滚子，由此摇臂的至少一部分可通过所述其它可转动凸轮面被枢转以移动气门来引起第二气门动作，第二气门动作不同于第一气门动作。摇臂可按照第一操作模式和第二操作模式来配置，在第一操作模式中发生第一气门动作和第二气门动作中的一个，在第二操作模式中发生第一气门动作和第二气门动作两者或发生第一气门动作和第二气门动作中的另一个。

Description

摇臂
技术领域
本发明涉及摇臂。
背景技术
用于通过在至少两个或更多的操作模式之间交替转换来控制气门动作的双升程摇臂是已知的。这种摇臂通常包含多个主体如内臂和外臂，这些主体被锁定在一起以提供一个操作模式，被解锁并因而能彼此相对枢转以提供另一个操作模式。这种所谓的II型配气机构(即臂端枢转摇臂，顶置凸轮)在现代汽油内燃机和柴油内燃机中都是最常用的配气机构。用于这种配气机构的双升程摇臂通常采用三凸轮型凸轮轴，其中第一凸轮和第二凸轮控制一种气门升程，第三凸轮控制另一种气门升程。通常在这种布置形式中，双升程摇臂的外臂配备有一对弧形金属垫座，这对弧形金属垫座中的每一个用于与第一凸轮和第二凸轮中的对应一个形成滑动接触，内臂配备有用于与第三凸轮形成滚动接触的滚子。这种摇臂的制造牵涉到通过精密铸造来制造滑动接触部，将这些滑动接触部焊接连接并用低摩擦涂层涂覆这些滑动接触部。这是一种复杂且比较昂贵的工艺。
人们期望生产出一种可以更简单且成效比更高地制造的摇臂。
发明内容
根据本发明，提供一种摇臂，包括：第一主体，其支承安装有用于接合第一可转动凸轮面的第一滚子和用于接合第二可转动凸轮面的第二滚子的第一轴，由此所述摇臂的至少一部分能通过作用于第一滚子的所述第一可转动凸轮面和作用于第二滚子的第二可转动凸轮面被枢转以移动气门来引起第一气门动作；以及第二主体，其支承安装有用于接合其它可转动凸轮面的其它滚子的第二轴，由此所述摇臂的至少一部分能通过所述其它可转动凸轮面被枢转以移动该气门来引起第二气门动作，其中所述第一主体和第二主体中的一个相对于所述第一主体和第二主体中的另一个可枢转安装，所述第一轴和第二轴中的一个限定出圆孔，所述第一轴和第二轴中的另一个延伸穿过该圆孔，其中延伸穿过该圆孔的所述第一轴和第二轴中的该另一个的外径小于该圆孔的直径，以当所述第一主体和第二主体彼此解锁时允许所述第一主体和第二主体相对枢转运动。
本发明的其它特征和优点将从以下参照附图对仅举例给出的本发明实施方式的描述中得以体现。
附图说明
图1示出了包括双升程摇臂的配气机构总成的透视示意图。
图2示出了配气机构总成的另一个透视图。
图3a示出了双升程摇臂的内主体的透视图。
图3b示出了内主体的另一个透视图。
图4a示出了双升程摇臂的外主体的透视图。
图4b示出了外主体的另一个透视图。
图5是双升程摇臂的分解图。
图6a和图6b示意性示出了当内主体和外主体被锁定时在发动机循环中的两个不同时刻的配气机构总成。
图7a和图7b示意性示出了当内主体和外主体被解锁时在发动机循环中的两个不同时刻的配气机构总成。
图8示出了表示气门升程与凸轮轴旋转的关系的曲线图。
具体实施方式
首先参见图1和图2，配气机构总成1包括双升程摇臂2、用于内燃机气缸(未示出)的发动机气门4以及间隙调节器6。摇臂2包括内主体或内臂8以及外主体或外臂10。内主体8可枢转地安装在轴12上，该轴用于将内主体8和外主体10连接起来。外主体10的第一端14接合气门4的气门杆16，外主体10的第二端20安装在间隙调节器6上用于枢转运动，该间隙调节器支承在发动机缸体(未示出)中。间隙调节器6例如可以是液压间隙调节器，用于调整配气机构总成1内的多个部件之间的间隙。间隙调节器本身是众所周知的，因而将不再详述间隙调节器6。
摇臂2配设有可转动安装在由外主体10承载的轴24上的一对主升程滚子22a和22b。这对主升程滚子中的一个主升程滚子22a位于外主体10的一侧，这对主升程滚子中的另一个主升程滚子22b位于外主体10的另一侧。摇臂2还配设有次升程滚子26，该次升程滚子位于内主体8中并且可转动安装在由内主体8承载的轴(在图1和图2中看不到)上。
三凸轮型凸轮轴30包括可转动的凸轮轴32，在该凸轮轴上安装有第一主升程凸轮34、第二主升程凸轮36和次升程凸轮38。次升程凸轮38位于所述两个主升程凸轮34和36之间。第一主升程凸轮34用于接合第一主升程滚子22a，第二主升程凸轮36用于接合第二主升程滚子22b，次升程凸轮38用于接合次升程滚子26。第一主升程凸轮34包括升程轮廓(即凸轮凸角)34a和基圆34b，第二主升程凸轮36包括升程轮廓36a和基圆36b，次升程凸轮38包括升程轮廓38a和基圆38b。升程轮廓34a和36a具有彼此大致相同的尺寸且角向对齐。升程轮廓38a小于升程轮廓34a(无论在升程轮廓的顶点高度方面，还是在升程轮廓的底部长度方面)并且与升程轮廓34a和升程轮廓36a角向错开。
摇臂2可在双升程模式和单升程模式之间来切换，双升程模式在每次发动机循环(如凸轮轴32的全程转动)中提供气门4的两次操作(气门操作是指气门的打开及相应的关闭)，单升程模式在每次发动机循环中提供气门4的单次操作。在双升程模式中，内主体8和外主体10被闩锁机构40锁定在一起(见图2)，因而作为单个实体动作。采用这种特殊布置形式，双升程模式在每次发动机循环中提供较大的主气门升程和较小的次气门升程。单升程模式在每次发动机循环中仅提供所述主气门升程。
在按双升程模式的发动机运行期间内，随着凸轮轴32转动，第一主升程凸轮的升程轮廓34a接合第一主升程滚子22a，同时第二主升程凸轮的升程轮廓36a接合第二主升程滚子22b，第一主升程滚子22a和第二主升程滚子22b一起施力，该力引起外主体10绕间隙调节器6枢转以克服气门弹簧(未示出)的力顶升气门杆16(即从图面上看向下移动气门杆)，于是打开气门4。随着升程轮廓34a和升程轮廓36a的顶点分别脱离与第一主升程滚子22a和第二主升程滚子22b接合，气门弹簧(未示出)开始关闭气门4(即从图面上看向上移动气门杆16)。当第一主升程凸轮的基圆34b再次接合第一主升程滚子22a且第二主升程凸轮36的升程轮廓接合第二主升程滚子22b时，气门完全关闭且主气门升程动作结束。
接着，随着凸轮轴32继续旋转，次升程凸轮的升程轮廓38a接合次升程滚子26并且在内主体8上施力，所述力因为内主体8和外主体10被锁定在一起而被传递到外主体10，引起外主体10绕间隙调节器6枢转以抵抗气门弹簧(未示出)的力顶升气门杆16，从而在发动机循环过程中第二次打开气门4。随着升程轮廓38a的顶点脱离与次升程滚子26接合，气门弹簧(未示出)开始再次关闭气门4。当次升程凸轮的基圆38b再次接合次升程滚子26时，气门4完全关闭且当前发动机循环的第二气门升程动作结束。
升程轮廓38a比升程轮廓34a和36a更矮更窄，因此第二气门升程动作比第一气门升程动作更低且持续时间更短。
在单升程模式中，内主体8和外主体10未被锁定装置40锁定在一起，因此在该模式中，内主体8能绕轴12相对于外主体10自由枢转。在按照单升程模式的发动机运行期间内，随着凸轮轴32旋转，当第一主升程凸轮的升程轮廓34a接合第一主升程滚子22a且第二主升程凸轮的升程轮廓36a接合第二主升程滚子22b时，外主体10以与在双升程模式下相同的方式绕间隙调节器6枢转，执行主气门升程动作。然后，随着凸轮轴32继续旋转，次升程凸轮的升程轮廓38a接合次升程滚子26并在内主体8上施力。但是在单升程模式下，因为内主体8和外主体10没有被锁定在一起，故该力未被传递到外主体10，该外主体因此不会绕间隙调节器6枢转，从而在发动机循环过程中没有附加的气门动作。相反，随着次升程凸轮的升程轮廓38a接合次升程滚子26，内主体8绕轴12相对于外主体10枢转，吸纳否则会被传递给外主体10的运动。设置扭力空动弹簧(在图1和图2中未示出)，一旦升程轮廓38a的顶点脱离与次升程滚子26接合，该扭力空动弹簧就使内主体8回到其相对于外主体10的起始位置。
在一个实施例中，这种布置形式可被用于提供可切换的内部废气再循环(IEGR)控制。例如，如果气门4是用于发动机气缸的排气门，则主气门升程成为发动机循环的主排气升程，次气门升程的定时可被设置成当用于该气缸的进气门打开时执行次气门升程，进气门由可枢转安装在其它间隙调节器(未示出)上的其它摇臂(未示出)控制，所述其它摇臂响应于安装在凸轮轴32上的进气凸轮(未示出)枢转。进气门和排气门以这种方式同步打开确保了燃烧过程中一定量的废气留在气缸内，如众所周知，这将降低氮氧化物排放量。切换到单升程模式使IEGR功能失效，这种失效在某些发动机工况下可能是符合期望的。本领域技术人员能够想到，如果气门4是进气门，则也可提供这种可切换的IEGR控制，此时次气门升程的定时被设置成当用于该气缸的排气门在发动机循环的排气行程期间内打开时发生。
图3a和图3b示出了内主体8，该内主体包括平行的第一侧壁40和第二侧壁42以及在第一端43处连接第一侧壁40和第二侧壁42的端壁44。在内主体8的第二端45附近，第一侧壁40和第二侧壁42各自限定出容纳轴12的第一对孔46a、46b中的一个。在第一端43附近，第一侧壁40和第二侧壁42各自限定出较大直径的第二对孔48a、48b中的一个，第二对孔48a、48b容纳安装有次升程滚子26的轴43(见图5)。端壁44的外表面具有由朝下的闩锁接触面54部分限定的凹部52，当处于双升程模式时，闩锁接触面54接合闩锁机构40。
图4a和图4b示出了外主体10，该外主体包括平行的第一侧壁60和第二侧壁62、位于第一端14处的第一基座部64a、位于第二端20处的第二基座部64b、在第二端部20处连接第一侧壁60和第二侧壁62的端壁66以及同样连接第一侧壁60和第二侧壁62且平行于端壁66的内壁68。在外主体10的第一端14附近，第一侧壁60和第二侧壁62各自限定出容纳轴12的第一对孔70a、70b中的一个。在第一端14和第二端20之间的半途，第一侧壁60和第二侧壁62各自限定出容纳轴24的第二对孔72a、72b中的一个。端壁66和内壁68均分别限定出用于容纳和引导闩销80的第三对孔74a、74b中的一个(见图5)。
第一基座部64a限定出用于接合气门杆16端部的凹槽76，第二基座部64b限定出截球形槽78以允许绕间隙调节器6的截球形端枢转。
有利地，因为摇臂2包含用于凸轮轴30的三个滚子接触部且没有滑动接触部，所以外主体10和内主体8可由冲压金属板制成。闩锁接触面54可使用合适的冲压工具进行冲压(剪切)而形成在内主体8中。使用冲压金属板保证了高成效比的制造工艺。滚子接触部还使得与凸轮接触的摩擦相对较小，而不需要低摩擦涂层。
如图5最佳示出地，次升程滚子26安装在中空的内衬套/轴43上，该内衬套/轴支承在孔48a和48b内。轴24延伸穿过内衬套/轴43(因而穿过内滚子26)，轴24的直径稍小于内衬套/轴43的内径以允许内主体8、轴43和内滚子26所形成的组件相对于外主体10运动。主升程滚子22a和22b因而沿公共纵轴线布置，并且次升程滚子26沿相对于该公共纵轴线稍错开的纵轴线布置。轴和滚子的这种布置确保了摇臂2紧凑且便于用冲压金属板制造第一主体10和第二主体。
如图5最佳示出地，闩锁机构40包括闩销80和致动件84。致动件84包括沿其宽度弯折而形成限定出直角的第一矩形部84a和第二矩形部84b的板片。第一矩形部84a限定出孔84c。致动件84还包括从第二矩形部84c向后延伸的一对翼部，该对翼部各自限定出一对孔86a、86b中的一个，这对孔86a、86b用于支承安装有滚子90的轴88。致动件84跨装在外主体10的端壁66上，第二矩形部84c可滑动地支承在端壁66上，第一矩形部84a定位在外主体10的端壁66和内壁68之间。在一端，闩销80限定出朝上的闩锁面92。
如图6和图7所示，闩销80延伸穿过端壁66中的孔74a和致动件82中的孔84c，闩销80的端部93接合致动件84的翼部。
图6a和图6b示出了当摇臂2处于单升程模式(即解锁状态)时的配气机构总成1。在此状态，致动件82和闩销80被定位成闩锁面92未穿过孔74b，因而未接合内主体8的闩锁接触面54。在此状态下，当次滚子26接合升程轮廓38a时，内主体8能绕轴12相对于外主体10自由枢转，因此没有附加的气门动作。人们将会理解，内主体8能相对于外主体10运动的运动程度(即被内主体8吸纳的空动量)由轴24的直径和内衬套/轴43的内径之间的尺寸差限定。通过轴12安装在气门杆16顶部上方并定位在内主体10中的扭簧67作为空动弹簧使内主体8在枢转后回到其相对于外主体10的起始位置。
图7a和图7b示出了当摇臂2处于双升程模式(即锁定状态)时的配气机构总成1。在此状态，致动件82和闩销80相对于其解锁状态中的位置向前运动(即在图中向左运动)，从而闩锁面92穿过孔74b以接合内主体8的闩锁接触面54。如上所述，在此状态中，内主体8和外主体10作为一个实体动作，从而当次滚子26接合升程轮廓38a时产生附加的气门动作。
致动器94被设置成在解锁位置和锁定位置之间移动闩锁机构40。在这个例子中，致动器包括致动器轴96和偏置机构98且优选为片簧。在默认的解锁状态下，片簧98未接合闩锁机构40。为了进入锁定状态，轴96旋转一定程度(如12度)，造成片簧98接合滚子88并将闩锁机构40推入锁定位置。弹簧85绕闩销80安装并支承在端壁66的外表面和致动件84的翼部之间，当致动器轴96被转回到其解锁位置且片簧98脱离滚子88时，弹簧85被偏压以使闩锁机构40回到其解锁位置。
用于闩锁机构的其它类型致动器，如使用加压油、机电系统或气压系统的致动器，对本领域技术人员来说是已知的。
致动器轴94还可用作喷油杆，其喷油以润滑或冷却配气机构部件。
有利地，当基圆38b接合内衬套/轴43时，内衬套/轴43总是停在轴24上，这确保了各构件的定向是这样的，即，闩销80能自由移动进出锁定位置和解锁位置。
图6a示出了当摇臂2在单升程模式(即解锁状态)时在发动机循环中的一个时刻的配气机构总成1，在这个时刻，主升程滚子22a和22b分别接合第一主升程凸轮34的基圆34b和第二主升程凸轮36的基圆36b。在发动机循环的这个时刻，气门4被关闭。图6b示出了当摇臂2在单升程模式时在发动机循环中的另一时刻的配气机构总成1，在所述另一时刻，主升程滚子22a和22b分别接合第一主升程凸轮34的升程轮廓34a的顶点和第二主升程凸轮36的升程轮廓36a的顶点。在发动机循环的这个时刻，气门4完全打开且主气门动作的“最大升程”表示为M。
图7a示出了当摇臂2在双升程模式(即锁定状态)时在发动机循环中的一个时刻的配气机构总成1，在这个时刻，主升程滚子22a和22b分别接合第一主升程凸轮34的基圆34b和基圆36b且次升程滚子26接合次升程凸轮38的基圆38b。在发动机循环的这一时刻，气门4被关闭。图7b示出了当摇臂2在双升程模式时在发动机循环中的另一时刻的配气机构总成1，在所述另一时刻，主升程滚子22a和22b分别接合第一主升程凸轮34的基圆34b和第二主升程凸轮36的基圆36b且次升程滚子26接合次升程凸轮38的升程轮廓38a的顶点。在发动机循环的这个时刻，在附加的气门动作期间内，气门4完全打开，次气门动作的“最大升程”表示为M’。
图8示出了曲线图，在这里，Y轴表示气门升程，X轴表示凸轮轴旋转。在气门4为排气门的例子中，曲线100表示发动机循环过程中的排气门主升程，而曲线101代表其后的发动机循环过程中的排气门附加升程。曲线102表示其后的发动机循环过程中的吸气门(附图未示出)升程，吸气摇臂(附图同样未示出)响应于安装在凸轮轴上的吸气凸轮(图中未示出)操作该吸气门。可看出，凸轮被设置成在任何某个发动机循环中当吸气门打开时排气门进行较小程度的附加打开，以提供一定程度的内部废气再循环。
如前所述，在一个替代布置形式(未描述)中，气门4是吸气门而不是排气门(使摇臂2成为吸气摇臂)，并且排气摇臂响应于安装在凸轮轴上的排气凸轮来操纵排气门。在这个替代布置形式中，凸轮被设置成在任何某个发动机循环中当排气门打开时吸气门进行较小程度的附加打开，以提供一定程度的内部废气再循环。
以上实施例应被理解为只是本发明的示范例。可以想到本发明的其它实施例。例如在一个替代实施例中，内主体8相对于外主体10永久固定，从而仅有一个运行模式，在该运行模式中主气门升程和次气门升程在每次发动机循环中均得以执行。虽然在上述实施例中，在一个运行模式中每次发动机循环有两个不同的气门升程(在循环的一个时刻是高升程而在循环的另一部分中是低升程)，但摇臂可被设置成提供替代类型的双升程模式，例如在第一模式下每次发动机循环中有单一类型的气门升程(如高升程)，而在第二模式下每次发动机循环中有不同的单一类型的气门升程(如低升程)。不同升程可以在发动机循环的相同时刻或不同时刻执行。因此，虽然在前述实施例中配气机构1被布置成为IEGR提供附加升程，但应该理解，这仅是使用本发明实施例的优选例。还应该理解，关于任何一个实施例所描述的任何特征可被单独使用，或者可与其它所述的特征组合使用，并且也可以与任何其它实施例的一个或多个特征或任何其它实施例的任何组合来组合使用。另外，也可在不超出如所附权利要求书所限定的本发明范围的情况下采用以上未描述的等同和修改。

Claims (12)

1.一种摇臂(2)，包括：
第一主体(10)，其支承安装有用于接合第一可转动凸轮面的第一滚子和用于接合第二可转动凸轮面的第二滚子的第一轴(24)，由此所述摇臂(2)的至少一部分能通过作用于第一滚子的所述第一可转动凸轮面和作用于第二滚子的第二可转动凸轮面被枢转以移动气门(4)来引起第一气门动作；以及
第二主体(8)，其支承安装有用于接合其它可转动凸轮面(38)的其它滚子(26)的第二轴(43)，由此所述摇臂的至少一部分能通过所述其它可转动凸轮面(38)被枢转以移动该气门(4)来引起第二气门动作，
其中所述第一主体(10)和第二主体(8)中的一个相对于所述第一主体(10)和第二主体(8)中的另一个可枢转安装，其特征在于，所述第一轴(24)和第二轴(43)中的一个限定出圆孔，所述第一轴(24)和第二轴(43)中的另一个延伸穿过该圆孔，其中延伸穿过该圆孔的所述第一轴(24)和第二轴(43)中的该另一个的外径小于该圆孔的直径，以当所述第一主体(10)和第二主体(8)彼此解锁时允许所述第一主体(10)和第二主体(8)相对枢转运动。
2.根据权利要求1所述的摇臂(2)，其中，所述摇臂(2)能按照第一操作模式和第二操作模式来配置，在所述第一操作模式中发生所述第一气门动作和第二气门动作中的一个，在所述第二操作模式中发生所述第一气门动作和第二气门动作两者或发生所述第一气门动作和第二气门动作中的另一个。
3.根据权利要求2所述的摇臂(2)，还包括用于将所述第一主体(10)和第二主体(8)锁定在一起和解锁的闩锁机构(40)，其中该摇臂(2)按第一操作模式和第二操作模式中哪一个配置取决于所述第一主体(10)和第二主体(8)是被锁定还是被解锁。
4.根据权利要求3所述的摇臂(2)，其中，所述闩锁机构(40)包括在使用中借助于闩锁致动器(94)在锁定位置和解锁位置之间可运动的闩锁件(80)，在锁定位置上该闩锁件(80)将所述第一主体(10)和第二主体(8)锁定在一起，在解锁位置上所述第一主体(10)和第二主体(8)被解锁。
5.根据权利要求4所述的摇臂(2)，其中，所述闩锁件(80)为闩销，其包括闩锁面(92)，该闩锁面用于接合第一主体(10)和第二主体(8)中的一个或另一个以阻止所述第一主体(10)和第二主体(8)的相对枢转运动。
6.根据权利要求5所述的摇臂(2)，其中，所述第一主体(10)和第二主体(8)中的至少一个限定出用于在该闩销在锁定位置和解锁位置之间运动时引导该闩销的导向孔。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的摇臂(2)，其中，该致动器(94)包括附接至偏置机构(98)的可转动轴(96)，其中将所述可转动轴(96)从第一位置转动到第二位置引起该偏置机构(98)在锁定位置和解锁位置之间移动该闩锁件(80)。
8.根据权利要求3至6中任一项所述的摇臂(2)，其中，当所述第一主体(10)和第二主体(8)被解锁时，所述摇臂(2)处于所述第一操作模式，当所述其它滚子(26)接合其它可转动凸轮面(38)的凸角时，所述第二主体(8)相对于所述第一主体(10)枢转，从而阻止所述第一主体引起第二气门动作。
9.根据权利要求2至6中任一项所述的摇臂(2)，其中，所述第一主体(10)和所述第二主体(8)中的一个安装在所述第一主体(10)和所述第二主体(8)中的另一个的内部。
10.一种配气机构总成，包括：
根据权利要求1至9中任一项所述的摇臂；
具有所述第一可转动凸轮面、第二可转动凸轮面和所述其它可转动凸轮面的凸轮轴。
11.根据权利要求10所述的配气机构总成，其中，所述第一气门动作和第二气门动作中的一个比所述第一气门动作和第二气门动作中的另一个持续时间更长，和/或所述第一气门动作和第二气门动作中的一个比所述第一气门动作和第二气门动作中的另一个升程更高。
12.根据权利要求10或11所述的配气机构总成，其中，所述气门(4)为用于发动机气缸的排气门或吸气门，其中所述第一气门动作是所述气门的主升程，所述第二气门动作是所述气门的次升程，该次升程被设置成允许实现废气再循环。
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