CN104854318B - 低摩擦垫表面 - Google Patents

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Abstract

低摩擦垫表面。一种可变气门致动机构，包括：具有可相对彼此旋转的两个同心凸轮凸角的凸轮轴；与该两个凸轮凸角均接合的总合杆；气门致动摇臂，其可枢转地连接至该总合杆，且在第一端与液压间隙调节器接合并在第二端与气门接合，以及垫表面，其可与将总合杆连接至气门致动摇臂的枢转轴一起运动，以限制液压间隙调节器的扩张从而控制摇臂系统中的空隙，其特征在于，为了减少摩擦，垫表面抵靠形成凸轮轴支承轴承一部分的固定不动的止挡表面。

Description

低摩擦垫表面
技术领域
本发明涉及用于内燃机的可变气门升程和时长系统，更具体涉及减小配气机构的摩擦以降低燃料消耗。
背景技术
本发明涉及本发明申请人早前开发的可变升程和时长机构(VLD)。它利用了两个可相对彼此改变相位的同心凸轮轴。采用这两个凸轮轴的目的是使赋予气门的升程由每个凸轮轴轮廓所产生的升程总和决定。在任一凸轮轴“离开凸轮”时，没有升程赋予气门。通过改变两个凸轮轴的相位，可以改变累积的升程和时长。无论在进气还是排气时，这都会导致直接改变发动机气门的打开时长和升程。
累积的升程通过利用总合杆来获得，该总合杆具有与两组凸轮均接触的凸轮随动件。如果任一个凸轮随动件位于相关凸轮的基圆上，则总合杆仅会围绕将其连接至气门致动摇臂的枢转轴摇动。如果两个凸轮随动件都与凸轮凸角接触，则总合杆将向下移动并向下推动致动摇臂，继而该致动摇臂绕液压间隙调节器枢转从而打开发动机气门。
VLD系统运行的一项基本特征在于，当(多个)气门闭合且摇臂系统经历其“复位”或“重置”运动时，系统中必须存在空隙。如果该系统被设计成没有空隙，则第二凸轮凸角相对于第一凸轮凸角改变相位以改变主升程动作的效果是，要么在增加气门升程时长时引入空隙，要么在减少气门升程时长时导致复位运动期间出现额外的气门升程。
为了使气门运动符合理论升程曲线，确保系统中存在正确的空隙量是必要的。发动机气缸之间空隙大小的不同将会导致气缸之间气门升程的不一致。这将引起经过发动机各气缸的气流不同，从而可能导致不着火或发动机稳定性较差。
通常，采用接触凸轮轴旋转部分的垫表面来限制液压间隙调节器(HLA)的扩张并由此控制所述空隙。可以通过从所述垫表面上去除材料或通过调节垫表面的位置来设定每个VLD摇臂系统内的空隙。传统上，气门致动摇臂上的垫表面抵靠凸轮凸角侧面的轴环以限制HLA扩张并由此控制空隙。
采用凸轮轴上的表面而不是附接至气缸盖的固定止挡表面来控制间隙，这是有利的，因为这避免了气缸盖几何形状的任何变化影响到VLD摇臂系统的运行空隙。该空隙仅由VLD摇臂系统和凸轮轴限定，从而允许系统中所有其它部件的任何变化都能被HLA补偿。
虽然这种设计在控制间隙方面表现很好，但垫表面和凸轮轴轴环之间的滑动界面导致作用于凸轮轴的小摩擦力矩，这在传统配气机构中不会出现。所述界面还存在磨损的可能性，所述磨损会改变配气机构的空隙，从而可能使气门在摇臂系统的复位运动期间产生升程。
虽然人们认为所述界面的这种摩擦损失很小，但是在燃料经济性方面的法规日趋严格和因此努力提高发动机效率的情况下，消除任何不必要的摩擦损失都是有利的。这对于本身就是用来产生燃料经济性效益的气门升程控制系统而言是尤为重要的。
还须注意的是，与所有可变气门升程系统一样，VLD摇臂系统具有许多不会出现在传统滚柱指轮随动器系统中的附加的部件界面。虽然在低气门升程的设定下运行时VLD系统的摩擦通常小于传统配气机构，但在高升程时这些附加的界面所产生的摩擦将变得更加显著。另外，VLD摇臂系统在高升程下运行时往往会使凸轮轴轴承上的载荷增大，这可能造成凸轮轴的摩擦力矩增大。
发明内容
为了减轻上述缺点，本发明提供一种可变气门致动机构。
示例性实施例进一步提供附加的优点，其公开了：
凸轮轴支承轴承可以是滚动轴承。
垫表面可设置在气门致动摇臂上。
垫表面可以是可拆卸部件，其由将气门致动摇臂连接至总合杆的枢转轴支承。
滚动轴承可位于可拆卸垫件与枢转轴之间。
气门致动摇臂和总合杆之间的枢转连接可以包括滚动轴承。
单个滚动轴承可将垫和气门致动摇臂二者的载荷传递至枢转轴。
滚动轴承可包括圆柱形滚动体。
本发明的优选实施例可进一步包括调节机构，用于改变垫表面所抵靠的固定不动的表面的位置，从而改变摇臂系统的空隙。
调节机构可通过渐进地旋转绕凸轮轴旋转的偏心表面而改变固定不动的表面的位置。
偏心表面可形成为凸轮轴轴承的一部分，且凸轮轴轴承成对地安装，以使用于邻近各气缸盖支座的两个垫表面的止挡位置可被独立地调节。
可将附加部件装配至轴承的外滚道以提供止挡表面。
附加部件可以是滚动轴承。
附加部件可以是用于设定摇臂系统空隙的分级的部分圆柱形表面。
附加部件可以用于将外滚道轴向定位在气缸盖轴颈内。
固定不动的止挡表面可以有效地允许润滑剂进入到凸轮轴支承轴承中。
本发明详细描述了用于控制VLD摇臂空隙的低摩擦解决方案的实施例，这些实施例全部使用固定不动的、不旋转的表面代替不旋转垫所抵靠的旋转表面。
本发明的优选实施例使用作为主凸轮轴轴承组件一部分的固定不动的外滚道或轴承外壳，以提供用于VLD摇臂系统垫的限位止挡，从而控制VLD的空隙。
本发明利用了这样的事实，即以后许多凸轮轴都将组装有凸轮轴滚动轴承以(尤其在低发动机转速下)减少摩擦，并且利用这些轴承上的特征来控制VLD的空隙是尤其有利的。
附图说明
现在将参照附图详细描述本发明，其中：
图1显示了非根据本发明的配气机构构型的截面图，其示出可与本发明连用的凸轮轴支承轴承衬套装置；
图2a显示了非根据本发明的第二构型的截面图，其示出可与本发明连用的凸轮轴滚动轴承装置；
图2b和图2c显示了用于改善给凸轮轴支承轴承的供油的两种可行方法。
图3a显示了非根据本发明的第三构型的截面图，其示出可与本发明连用的第二凸轮轴滚动轴承装置；
图3b是图3a的滚动轴承组件的分解视图；
图4a显示了本发明的第一实施例的与图3a类似的截面图；
图4b显示了第一实施例的摇臂系统和可拆卸垫件的等轴视图；
图5a显示了本发明的第二实施例的截面图；图5b显示了图5a的摇臂和总合杆的分解视图；
图6显示了本发明的第三实施例的截面图；
图7a显示了本发明的第四实施例的截面图；
图7b显示了图7a的凸轮轴承和偏心调节器组件的等轴视图；
图8a显示了非根据本发明的构型的截面图，其示出可与本发明连用的替代的偏心调节器装置；
图8b显示了图8a的偏心凸轮衬套调节器系统的等轴视图；
图9显示了本发明的第五实施例的截面图，和
图10a和图10b显示了现有技术中通常采用的空隙控制系统。
具体实施方式
先从现有技术的图10a和图10b开始，其显示已知的可变升程和时长(VLD)的摇臂总成。图中示出用于每个气门(或每对气门)的安装在两个同心凸轮轴上的三个凸轮凸角。三个凸角中的两个具有相同凸轮轮廓的凸角在一个凸轮轴上成对旋转，第三个凸角在另一个凸轮轴上旋转。采用这种构造的目的在于消除任何可能导致凸轮轮廓的从动部件发生扭转的不对称性。两个同心凸轮轴以相同的速度一起旋转，但也可相对彼此旋转以改变相位，进而影响气门时长和升程。
该三个凸轮凸角作用在带有三个指形件的总合杆上。每个指形件均包括接触凸轮面的凸轮随动件或滚子。两个指形件和相应的随动件布置在杆的一端以接触一个凸轮轴上的该对凸轮，与另一凸轮轴上的凸轮接触的另一个指形部和滚子布置在另一端。
采用所述两个凸轮轴的目的在于，使赋予气门的升程由每个凸轮轮廓所产生的升程总合决定。通过向下移动总合杆，累积升程被传递至气门。
如果任一个凸轮随动件位于相关凸轮的基圆上，则总合杆仅会围绕将其连接至气门致动摇臂12的枢转轴摇动。如果两个凸轮随动件都与凸轮凸角接触，则总合杆将向下移动并向下推动致动摇臂，继而该致动摇臂绕液压间隙调节器枢转从而打开发动机气门。总合杆可枢转地连接至致动气门的气门致动摇臂12。设置液压间隙调节器(HLA)16用于克服气门弹簧的力推压摇臂至休止位置。
传统上，气门致动摇臂12上的垫表面10抵靠凸轮凸角侧面上的轴环14以限制HLA16的扩张并由此控制空隙。可通过从所述垫表面上去除材料或通过调节垫表面的位置来设定每个VLD摇臂系统内的空隙。
这种设计的缺点在于凸轮轴旋转时的垫表面10和凸轮轴轴环14之间的滑动接触，其导致作用在凸轮轴上的小摩擦力矩，这在传统配气机构中不会出现。这种界面还存在磨损的可能性，所述磨损会改变配气机构的垫结构，从而可能导致气门产生意外升程。
在所包含的实施例中，凸轮轴轴承的衬套、外壳或外滚道被延长以使其宽于传统应用所需的宽度，以提供能作为用于VLD摇杆系统垫表面的止挡部的表面。外滚道在气缸盖上被夹紧就位，从而成固定不动的且不能自由旋转。当垫表面接触所述表面时，与图10a和图10b所示及背景技术中提到的现有技术的滑动界面相比，摩擦损失极小。
延长的凸轮轴轴承同等地适用于现有技术中出现的具有在气门致动摇臂12上的垫表面10的系统或者本发明的采用独立垫部件的系统。
专利申请GB1111184.6介绍了如何将轴承衬套安装至同心凸轮轴以允许凸轮轴轴承直接在气缸盖螺栓上方被定位。随后介绍了这种轴承衬套的长度可以朝凸轮轴的凸角进一步延长以提供本发明所需的固定不动的表面。
请注意，尽管有些特征对于每个实施例都是相同的，但还是给所有特征都标注了新的参考标记以避免在各实施例间发生混淆。各实施例按照其所参照附图的主图号编号。
图1的截面图示出非根据本发明的构型，其使用轴承衬套来在气缸盖中支承凸轮轴，以提供位于气缸盖螺栓上方的轴承表面。该轴承衬套(见附图标记18)往气缸盖中的支座20的两侧延伸以给两个气门致动摇臂上的垫表面22提供固定不动的接触表面。
替代地，利用安装至气缸盖的对开轴承外壳而非安装至凸轮轴的轴承衬套，也可能实现类似的功能。
图2a的截面图示出非根据本发明的第二构型，其使用安装至凸轮轴的滚动轴承。滚动轴承的外滚道24往凸轮轴支座26的两侧延伸，并且正是该外滚道接触气门致动摇臂上的垫结构28。内滚动体和保持架组件30被夹具32保持在位，该夹具安装在外滚道表面的内槽中。
必要时还可提供特征34以改善油进入外滚道和润滑滚动轴承的能力。
图2b和图2c示出允许油雾在外滚道24内部聚集以润滑滚动轴承的两种可能设计。在图2b中，特征34涉及在延长的滚道的上侧中的槽形切口，不旋转的外滚道的下侧没有这样的槽以便提高其整体性，从而确保作为抵接面来抵抗垫突出部(见附图标记28)的运动所需的强度。在图2c中，通过在延长的外滚道上形成向凸轮轴旋转通道倾斜的轴端面来实现所需的下侧的结构整体性同时允许油雾进入上侧。
如图3a所示的构型在许多方面与第二构型相同，但是不同之处在于内滚动体和保持架组件36被两个套筒38保持，该套筒与外滚道(见附图标记40)的内径过盈配合。替代地，在本实施例中可采用塑料保持架组件来使轴承和滚子对中。
图3b示出如何利用轴承的外滚道和两个定位套筒38中的特征来确保轴承的内滚动体和保持架组件36受到润滑。所述特征与图2b针对第二实施例所示出的特征相似。应注意，保持套筒38具有齿形的横截面，该横截面与外滚道中的槽一起确保了润滑油能到达内滚动体和保持架组件。
第一实施例
第一实施例与图3所示的构型非常类似，除了其没有气门致动摇臂48上的垫结构。而是，将单独的可拆卸垫件(见附图标记42)安装在将摇臂附接至总合杆的枢转轴44上。该可拆卸垫件被端盖46保持在位，并且既可与枢转轴44过盈配合，也可被约束以与气门致动摇臂48一起旋转。这种设置相对于图3所示构型的优点在于其能显著减小轴承外滚道50的整体长度。每个可拆卸垫件也是这样的简单部件，其能分级以在与凸轮轴组装时改变配气机构空隙。
图4b更具体示出该单独的垫件。在这里，采用安装至气门致动摇臂48的销52来在可拆卸垫件被端盖46保持在位之前定位该垫件。
第二实施例
图5a和图5b所示的第二实施例相对于第一实施例的改进在于进一步减小了配气机构的摩擦。第五实施例在气门致动摇臂56和枢转轴58之间的界面设置滚针滚道54。这可在图5的截面图和图5b的分解视图中看出。
第三实施例
第二和第三实施例几乎相同，除了图6中所示第三实施例的圆柱形滚针(见附图标记60)在气门致动摇臂62和可拆卸垫件64二者的下方延伸。在总合杆66和枢转轴68旋转固定至彼此的情况下，这种设计是有利的。在这种情况下，当总合杆旋转且气门(未示出)位于其气门座上时，枢转轴68与垫件/气门致动摇臂62之间的摩擦水平较低。
第四实施例
如图7a和图7b所示，第四实施例进一步包括位于外滚道72的外径和配气机构枢转轴上的可拆卸垫件74之间的附加的调节器(见附图标记70)。调节器和垫件74之间的圆形配合表面76具有偏心的中心(该中心偏离凸轮轴的中心)。旋转该调节器的效果是改变VLD摇臂系统内的空隙，而无需更换部件。
为了详细理解该调节器的工作方式，图7b显示出相关部件的放大图。偏心调节器带有齿，齿78与安装到凸轮轴承盖上的销80相接合以在发动机运行时防止发生旋转。为了进行调节，夹箍82被拆下以使调节器能轴向滑动。然后调节器可脱离销80，旋转，然后通过沿相反方向滑动而重新接合销。在发动机重新起动之前将夹箍82组装回原位。替代地，可以拆下凸轮轴承盖以允许调节器旋转然后放回原位，从而将其固定在位。虽然这是在不替换部件的情况下改变空隙的方法的一个实例，但还有许多不同的方法可用于控制调节器的旋转位置并相对于摇臂机构固定该调节器。
作为图7a和图7b所示调节系统的替代形式，还可采用轴承衬套来支承凸轮轴以实现相似的功能——如之前关于图1所示构型所描述的。
在这里，一对轴承衬套(见附图标记84)被用于支承凸轮轴且其各自具有供气门致动摇臂的垫结构88接触的偏心表面(见附图标记86)。轴承衬套可固定在多个不同的旋转位置上以使摇臂系统的空隙能通过偏心表面的运动而被调节。必须使用一对支承衬套以使能够独立地调节相邻的摇臂系统的空隙。
图8b示出凸轮轴衬套和用于固定其旋转位置的夹具90的等轴视图。
第五实施例
图9示出的第五实施例与上述第四实施例非常相似。不同之处仅在于垫结构被替换成滚珠轴承滚道垫(见附图标记92)。如果枢转轴94相对总合杆旋转固定，则本实施例是有利的。当总合杆旋转时，滚珠滚道垫(见附图标记92)和枢转轴94之间的摩擦极小。
应注意，滚珠滚道垫不一定要使用偏心调节器，附接至凸轮轴承滚道的固定部件同样是可行的，该凸轮轴承滚道与VLD摇臂系统的枢转轴上的滚珠轴承滚道相接。

Claims (12)

1.一种可变气门致动机构，包括：
具有能相对彼此旋转的同心的两个凸轮凸角的凸轮轴；
与该两个凸轮凸角均接合的总合杆；
气门致动摇臂(12)，其通过枢转轴(44)可枢转地连接至该总合杆，且在第一端与液压间隙调节器(16)接合并在第二端与气门接合，以及
垫表面(22)，其能与将该总合杆连接至该气门致动摇臂的该枢转轴一起运动，以限制该液压间隙调节器的扩张从而控制摇臂系统中的空隙，其中，为了减少摩擦，该垫表面抵靠形成凸轮轴支承轴承一部分的固定不动的止挡表面(18),
其特征在于，该固定不动的止挡表面(18)是滚动轴承(40)的轴承外滚道、轴承衬套或对开轴承外壳，并且该垫表面位于独立部件(42)上，该独立部件安装在将该总合杆连接至该气门致动摇臂的该枢转轴(44)上，该枢转轴(44)能够转动而不在该垫表面(22)和该固定不动的止挡表面(18)之间发生任何滑动。
2.根据权利要求1所述的可变气门致动机构，其中，该滚动轴承(60；92)位于可拆卸的垫件(64)和该枢转轴(68)之间。
3.根据任一前述权利要求所述的可变气门致动机构，其中，在该气门致动摇臂(56)和该总合杆之间的枢转连接包括滚动轴承。
4.根据权利要求2所述的可变气门致动机构，其中，共用的滚动轴承(60)将载荷从垫件(64)和该气门致动摇臂(62)二者传递至该枢转轴(68)。
5.根据权利要求1或2所述的可变气门致动机构，进一步具有调节机构(70)，用于改变该垫表面所抵靠的固定不动的表面(76)的位置，从而改变摇臂系统的空隙。
6.根据权利要求5所述的可变气门致动机构，其中，该调节机构(70)通过使绕该凸轮轴旋转的偏心表面(76)渐进地旋转而改变固定不动的表面(76)的位置。
7.根据权利要求6所述的可变气门致动机构，其中，该偏心表面被形成为该凸轮轴轴承(84)的一部分且凸轮轴轴承(84)成对地安装，以使邻近各气缸盖支座的两个垫表面(86)的止挡位置可以被独立地调节。
8.根据权利要求1或2所述的可变气门致动机构，其中，附加部件被装配至该凸轮轴支承轴承以提供固定不动的止挡表面(18)。
9.根据权利要求8所述的可变气门致动机构，其中，该附加部件是滚动轴承。
10.根据权利要求8所述的可变气门致动机构，其中，该附加部件具有用于设定摇臂系统空隙的分级的部分圆柱形表面。
11.根据权利要求8所述的可变气门致动机构，其中，该附加部件可用于将该凸轮轴支承轴承轴向定位在气缸盖轴颈内。
12.根据权利要求1或2所述的可变气门致动机构，其中，该固定不动的止挡表面构造成有效允许润滑剂进入到该凸轮轴支承轴承中。
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