CN105829668A - 配气机构总成 - Google Patents

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M·亚历山德里亚
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Abstract

描述了一种用于操作内燃机的第一气缸的第一气门的配气机构总成。该配气机构总成包括具有凸轮组件的可转动凸轮轴，其中凸轮组件能沿凸轮轴轴向移动以使配气机构总成能选择性地被配置于第一构型和第二构型，其中在使用中，当所述配气机构总成处于所述第一构型时，随着所述凸轮轴转动，所述第一气缸的第一气门响应于所述第一凸轮组件被操作，以在多个连续气缸循环的每个气缸循环中产生相应的气门动作，并且当所述配气机构总成处于第二构型时，随着所述凸轮轴转动，所述第一气缸的第一气门响应于所述第一凸轮组件被操作，以在多个连续的气缸循环中的每隔一个气缸循环中产生相应的气门动作。

Description

配气机构总成
技术领域
本发明涉及配气机构总成。
背景技术
用于通过根据内燃机主要运行状态(气缸一般在轻负荷运行期间停动)停动气缸进气门和排气门来停动内燃机的选定气缸的停缸系统是已知的。
一种已知的停缸系统包括下述配气机构，其对于每个待停的发动机气缸均包括用于该气缸的(多个)进气门的空动件和用于该气缸的(多个)排气门的空动件。当启动停缸模式时，空动件被致动，因此原本会响应于进气凸轮和排气凸轮转动而发生的气门升程在相应空动件内以“空动”形式被吸收。因此，气门保持关闭且其相应气缸处于无用状态。
在用于包括偶数个发动机气缸的内燃机的传统停缸系统中，发动机内的一半气缸被构造成能停动，而另一半气缸被构造成不能停动。当处于停缸模式时，被构造成能停动的一半气缸停动，而其余气缸继续正常工作。这种停缸装置对于具有奇数个气缸的发动机是不理想的。例如如果是三缸发动机，当处于停缸模式时，其中一个气缸停动而其它两个气缸继续正常工作是不理想的。无凸轮停缸系统是已知的，其适用于奇数缸发动机，在从一个循环到另一个循环的过程中使每个气缸均能被停动且随后被再启动(因而在停缸模式下没有哪个气缸被持续停动)，但该系统比较复杂。
人们期望提供一种能在尤其但不限于奇数缸发动机中提供停缸功能的改进的配气机构总成。
发明内容
本发明涉及一种用于操作内燃机的第一气缸的第一气门的配气机构总成，该配气机构总成包括：具有凸轮组件的可转动的凸轮轴，其中所述凸轮组件能沿所述凸轮轴轴向移动，从而使所述配气机构总成能有选择地被配置在第一构型和第二构型中，其中在使用中，当所述配气机构总成处于所述第一构型时，随着所述凸轮轴转动，所述第一气缸的第一气门响应于所述第一凸轮组件被操作以在多个连续气缸循环的每个气缸循环中产生相应的气门动作，且当所述配气机构总成处于第二构型时，随着所述凸轮轴转动，所述第一气缸的第一气门响应于所述第一凸轮组件被操作以在多个连续气缸循环的每隔一个气缸循环中产生相应的气门动作。
附图说明
图1是包括配气机构总成的内燃机组成部件的立体示意图。
图2示出凸轮组件。
图3是配气机构总成处于第一构型的图1的内燃机的侧视示意图。
图4是配气机构总成处于第二构型的图1的内燃机的侧视示意图。
图5是内燃机的三个气缸的点火顺序的侧视示意图。
图6是图1的内燃机的立体剖视示意图。
图7示出止动销。
图8是凸轮轴的侧视剖视示意图。
图9是致动杆的立体图。
图10是图9的致动杆的侧视剖视图。
图11是处于第一构型的配气机构总成的侧视剖视示意图。
图12是处于第二构型的配气机构总成的侧视剖视示意图。
具体实施方式
图1是内燃机1的局部示意图。在此例子中，发动机1是包括三个气缸3的三缸发动机。顶置凸轮轴(OHC)类型的配气机构总成5包括用于操作三对气门9的凸轮轴7，其中，每对气门9用于三个气缸3中的各自一个缸。气门9全部是进气门，或全部是排气门。每个气门均包括回位弹簧(未示出)，其被偏置而使气门在已打开之后回到关闭位置。应理解，无论气门9是什么类型的气门(即进气门或排气门)，发动机1均包括与凸轮轴7类似的另一凸轮轴(未示出)用于操作对应的三对其它类型气门(未示出)，每个气缸3使用一对气门。因此，每个气缸3均包括一对进气门和一对排气门。凸轮轴7包括在一端通过传动装置(未示出)连接至发动机曲轴(未示出)的凸轮轴皮带轮8，从而在使用中曲轴转动造成凸轮轴7转动。
凸轮轴7包括沿凸轮轴7的纵轴线相互间隔的三个凸轮组件11。每个凸轮组件11用于控制三对气门9中的相应一对气门。为此，每个气门在其上端部包括设置成当凸轮轴7转动时与凸轮组件11滑动接合的升程垫块9a。如下文更详细说明地，每个凸轮组件11均相对于凸轮轴7不可转动(即，当凸轮轴7和进而各凸轮组件11转动时，在凸轮7和各凸轮组件11之间无相对转动)，但凸轮组件11能沿凸轮轴7的纵轴线在第一位置和第二位置之间移动，其中第一位置用于提供正常发动机燃烧模式，第二位置用于提供周期性停缸模式。
特别参考图2，每个凸轮组件11均限定出分别位于凸轮组件11的各端部的、通过中间部段14分开的第一和第二凸轮部段13。每个凸轮组件11限定沿其纵轴线延伸的中心孔14a，当配气机构总成3已组装时，凸轮轴7延伸穿过该中心孔。
每个凸轮部段13还限定出沿凸轮组件11的轴线并排布置的第一凸轮15和第二凸轮17。每个第一凸轮15均包括基圆15a和一对升程凸角15b。在该例子中，升程凸角15b是相同的并具有180°的角间距。每个第二凸轮17限定出基圆17a和单个升程凸角17b。升程凸角17b可具有与升程凸角15b不同的轮廓。
当凸轮组件11位于提供正常发动机燃烧模式的第一位置时，每个第一凸轮15被布置成与气门9的其中一个相应升程垫块9a形成滑动接触，而每个第二凸轮17被布置成不与所述其中一个相应升程垫块9a接触。相比之下，当凸轮组件11位于提供周期性停缸模式的第二位置时，每个第二凸轮17而不是每个第一凸轮15被布置成与气门9的其中一个相应升程垫块9a形成滑动接触。
人们将会理解，在具有凸轮轴系统的标准内燃机中，气缸的完整四冲程发动机循环包括发动机曲轴的两圈完整转动(即720度)和凸轮轴的一圈转动(即360度)(因而曲轴按照以其自身转速的一半驱动凸轮轴方式连接)。通常，每个凸轮均包括单个主升程凸角，从而由该凸轮控制的发动机气门在每个发动机循环中被致动一次。
相比之下，在本例子中，发动机曲轴(未示出)通过传动装置(未示出)连接至凸轮皮带轮8，从而以曲轴自身转速的四分之一驱动凸轮轴7，以使气缸的完整四冲程发动机循环包括发动机曲轴的两圈完整转动(与标准情况相同)，但仅包括凸轮轴7的半圈转动(即180度)。
因此当凸轮组件11位于提供正常发动机燃烧模式的第一位置时(图3)，尽管凸轮轴7以凸轮轴正常转速的一半转动，但凭借具有以180度的角间距分开的两个第一升程凸角15b的各第一凸轮15，各气门9仍然在每个内燃机循环中被操作一次。但对于凸轮组件11的给定第一凸轮15，两个第一升程凸角15b中的、在气缸3的给定发动机循环中启动气门9的那个特定第一升程凸角15b在一次次循环中是交替的。
当凸轮组件11位于第二位置时(图4)，给定气缸3的凸轮组件11的两个第二凸轮17仅在每隔一个气缸发动机循环中启动该气缸的两个气门9，因为凸轮轴7以曲轴转速的1/4转动，且每个第二凸轮17仅具有单个凸角17b，但在介于连续的有效循环之间的每个循环中均不致动气门9。在气缸3被停动的这些内燃机循环中，第二凸轮17的基圆17a在整个发动机循环中保持与其相应气门9滑动接触，因此气门9保持关闭。
应理解，如果每个单个凸角17b的形状与每个凸角15b的形状均不相同和/或与最近的凸角17b角向错开，则在停缸模式下所提供的用于每个气缸的气门升程最好将与在正常燃烧模式下所提供的用于每个气缸的气门升程(在高度和/或正时方面)不同，且能够变得更适合于较低发动机速度和与停缸模式相关的负荷。
在此例子中，气缸3具有已知的所谓的1-2-3点火顺序(即气缸功率传递顺序)。因此，每个凸轮组件11的升程凸角均相对于另两个凸轮组件11的相应升程凸角角向错开，以使各气门的正时适合于气缸点火顺序。
图5示意性示出三缸点火顺序(分别在图5中被标记为1、2和3)且还示出当配气机构总成5处于第二构型时对三个气缸中的每个气缸哪个发动机循环是有效的且哪个发动机循环是无效的。每个有效循环由两条实线曲线示出(一条表示进气门的气门升程，另一条表示排气门的气门升程)，而两个无效循环则分别由两条虚线曲线示出。分别来看，可以如上所述地看到，对于给定气缸，每隔一个内燃机循环是有效的，其中连续的有效循环被无效循环分开。对于气缸1和3(如图所标注)，奇数循环是有效的，偶数循环是无效的，对于标为2的气缸则反之。当气缸以重复的1-2-3顺序点火时，三缸的最终总体组合重复顺序是1(有效)—2(无效)—3(有效)—1(无效)—2(有效)—3(无效)，结果是发动机扭矩保持很好的平衡，因为在点火顺序中的每个有效循环之后均跟着无效循环，或者反之。另外，与无凸轮式停缸系统相比，仅通过将配气机构总成置于第二构型就能直接实现这一结果。不需要用于每个气门(或每对气门)的螺线管(或其它这种控制系统)在一次次循环中重复启动或停动该(多个)气门。
应理解，在两圈凸轮转动中，每个气缸被启动一次且停动一次，所以事实上三缸发动机以1.5缸模式运行。
现在主要参考图6至图12，描述一种示例性致动系统用于使凸轮组件11轴向移动，从而在第一构型与第二构型之间配置配气机构总成5。
在此例子中，每个凸轮组件11具有第一止动销20和第二止动销22，它们阻止凸轮组件11和凸轮轴7之间的相对转动，但允许凸轮组件11沿凸轮轴11在第一和第二位置之间轴向移动。
如图7所示，第一止动销20具有第一圆柱部分23，该第一圆柱部分朝向第一端面25限定出一对切口肩部段27(在图7中仅能看到其中一个)。每个切口部段27包括第一接触平面29和第二接触平面31。第一接触平面29与第一端面25垂直且相交，第二接触平面31平行于第一端面25且与第一接触平面29相交。第一止动销20还具有与第一圆柱部分23同轴且从第一端面25延伸的第二圆柱部分33。第二圆柱部分33具有比第一圆柱部分23小的直径和长度。
第二止动销22与第一止动销20类似但不具有第二圆柱部分33。
在每个凸轮组件11中，第一止动销20被容纳在由凸轮组件11限定的第一孔35内，第二止动销22被容纳在同样由凸轮组件11限定的第二孔37内。第一止动销20紧配合于第一孔35中，其中第二接触平面31靠置凸轮轴7的外表面39，第一接触平面29与在凸轮轴7中限定的第一导槽41的侧壁接触。第一止动销20的端面25与凸轮轴7的内表面43齐平且第二圆柱部分33延伸至凸轮轴7的中空内部。
类似地，第二止动销22紧配合于第二孔37中，其中第二接触平面31靠置凸轮轴7的外表面39，第一接触平面29与在凸轮轴7中限定的第一导槽45的侧壁接触。第二止动销22的端面25与凸轮轴7的内表面43齐平，但因没有第二圆柱部分33而没有延伸至凸轮轴7的中空内部的部分。
因此，凸轮组件11的相对于凸轮轴7的转动位置在允许凸轮组件11相对于凸轮轴7轴向滑动一定程度的情况下被固定(不能转动)。
每个凸轮组件11还具有容纳在由凸轮组件11限定的第三孔47内的轴向位置定位销46。每个定位销46具有末端部46a、头部46b和位于两者之间的偏置件46c。对于每个凸轮组件11，凸轮轴7在其外表面39设有第一成形部48和第二成形部49，第一成形部和第二成形部准确限定凸轮组件11的第一和第二轴向位置。每个定位销46的末端部46a与第一成形部48和第二成形部49形状互补，从而当凸轮组件11处于第一位置时其定位销46与第一成形部47接合，且当凸轮组件11处于第二位置时其定位销46与第二成形部49接合。每个定位销46的偏置件46c被设置成将其末端46c偏压向凸轮轴7的外表面39，从而定位销46起作用以在凸轮组件11处于第一位置或第二位置时将其保持在其轴向位置。通过该方式，定位销46阻止凸轮组件11意外移出第一位置或第二位置。
在此例子中，对于给定的凸轮组件11，第一止动销20、第二止动销22和定位销46通过附接于凸轮组件中央部段14周围的夹子50被保持就位在凸轮组件11中。
应理解，对于给定的凸轮组件11，形成在凸轮轴7中的用于组件11的第一导槽41、第二导槽45、第一成形部48和第二成形部49沿凸轮轴11周面相对于用于其它凸轮组件11的那些相应的槽和成形部存在角向错位。这能使凸轮组件11以提供适合气缸点火顺序的各气门动作所需要的凸轮组件11的相应升程凸角的角向错位被装配至凸轮轴11。
与凸轮轴7同轴且装配在凸轮轴7内的致动杆51被设置用来使凸轮组件11在第一位置和第二位置之间移动，为了实现该目的，该致动杆被致动器52驱动(见图1)。致动杆51具有在其外表面55轴向间隔开的三对凸起部分53a、53b，每对凸起部分包括第一凸起部分53a和第二凸起部分53b。一对中的每个第一凸起部分53a和第二凸起部分53b具有各自的第一推压面53c和第二推压面53d。成对的凸起部分53a和53b沿致动杆51定位，使相应的每对第一推压面53c和第二推压面53d限定出当凸轮轴11转动时(致动杆51本身不转动)凸轮组件11的第一止动销20的第二圆柱部分33可自由通过的区域。第一接触面53c和第二接触面53d的高度沿其长度分别递减，对于给定一对相对的第一接触面53c和第二接触面53d，第一接触面53c和第二接触面53d在彼此相反的意义上倾斜横越致动杆51的表面，使得第一接触面53c和第二接触面53d在一端比在另一端更相互接近。应理解，当凸轮轴11转动时，每个第二部分33在第一接触面53c和第二接触面53d最大程度分开的一端进入一个区域，并在第一接触面53c和第二接触面53d彼此最靠近的一端离开该区域。
如图所示，每个第一凸起部分53a和每个第二凸起部分53b可以不与致动杆一体形成，且可以通过适当方式(例如卡扣配合)固定于致动杆51上。或者，每个第一凸起部分53a和每个第二凸起部分53b可与致动杆51一体形成。
如图11所示，当处于第一非停动位置时，各凸轮组件11的定位销46与第一成形部48接合，从而当凸轮轴7(和凸轮组件11)绕其轴线转动时帮助将凸轮组件11保持在适当位置。为了使凸轮组件11从第一位置移向第二位置，致动器使致动杆51沿轴向(在图11的平面中看为向右)移动一定量，以使每个第一表面53c与第一止动销20的第二圆柱部分33形成接触，使致动杆51在凸轮组件11上施加推力，造成定位销46与第一成形部48分离且凸轮组件11在凸轮轴7上轴向滑动，直到凸轮组件11位于第二位置，且在偏置件45c作用下定位销45与第二成形部49接合。
类似地，为了使凸轮组件11从第二位置移向第一位置，致动器使致动杆51沿反向(在图12的平面中观察为向左)轴向移动一定量，以使每个第二表面53d与第一止动销20的第二圆柱部分33形成接触，使致动杆在凸轮组件11上施加推力，造成定位销46与第二成形部49分离且凸轮组件11在凸轮轴上轴向滑动，直到凸轮组件11位于第一位置，且在偏置件作用下定位销46与第一成形部48接合。应理解，致动杆可以在与凸轮组件接触使其移动前已停止运动。还应理解，根据止动销20的相对角位，凸轮组件将以与气缸点火顺序对应的顺序移动(例如对于点火顺序1-2-3，用于气缸1的凸轮组件首先移动，然后是气缸2，然后是气缸3)。
因此，致动系统提供使配气机构总成配置成第一构型和第二构型的简单可靠的系统。
应理解上述实施例只作为发明的示范例。可以想到本发明的其它实施例。例如，尽管在所述实施例中每个凸轮组件11用于操作一对气缸气门9，但在替代实施例中每个凸轮组件11可被布置成操作单个气缸气门9或多于两个的气缸气门9。尽管在所示实施例中配气机构总成3用于三缸发动机且因此设有三个凸轮组件11，但在替代实施例中气门组件3可被布置成用于具有与三缸不同数量的气缸的发动机且设有适当数量的凸轮组件11。应理解，在此描述的致动系统仅是优选系统，也可采用其它类型的致动系统来使配气机构总成的配置形态在第一和第二构型之间变化。
应理解，关于任何一个实施例所描述的任何特征可以单独使用，或与其它的所述特征结合使用，或者可以与其它实施例的一个或多个特征结合使用，或者与其它实施例的任何组合一起使用。另外，以上未描述的等同和变化也可在不脱离由权利要求书限定的本发明范围的情况下被采用。

Claims (15)

1.一种用于操作内燃机的第一气缸的第一气门的配气机构总成，该配气机构总成包括：
具有凸轮组件的可转动的凸轮轴；
其中，所述凸轮组件能沿所述凸轮轴轴向移动，以使所述配气机构总成能有选择地被配置于第一构型和第二构型，其中在使用中，当所述配气机构总成处于所述第一构型时，随着所述凸轮轴转动，所述第一气缸的第一气门响应于所述第一凸轮组件被操作，以在多个连续气缸循环的每个气缸循环中产生相应的气门动作，并且当所述配气机构总成处于所述第二构型时，随着所述凸轮轴转动，所述第一气缸的第一气门响应于所述第一凸轮组件被操作，以在多个连续气缸循环的每隔一个气缸循环中产生相应的气门动作。
2.根据权利要求1所述的配气机构总成，其中，所述凸轮轴被布置成以发动机曲轴转速的1/4转动。
3.根据权利要求1或2所述的配气机构总成，其中，所述凸轮组件具有第一凸轮和第二凸轮，其中在使用中，当所述配气机构总成处于所述第一构型时，随着所述凸轮轴转动，所述第一气缸的第一气门响应于所述第一凸轮被操作，以在多个连续气缸循环的每个气缸循环中产生相应的气门动作，并且当所述配气机构总成处于第二构型时，随着所述凸轮轴转动，所述第一气缸的第一气门响应于所述第二凸轮被操作，以在多个连续气缸循环的每隔一个气缸循环中产生相应的气门动作。
4.根据权利要求3所述的配气机构总成，其中，所述第一凸轮具有第一升程凸角和第二升程凸角，当所述气门组件处于第一构型时，所述第一升程凸角和所述第二升程凸角在多个连续气缸循环的每个气缸循环中引起相应的气门动作，其中所述第一升程凸角和所述第二升程凸角中的哪个升程凸角在给定气缸循环引起相应气门动作在气缸循环之间是交替的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的配气机构总成，还包括用于使所述凸轮组件沿所述凸轮轴轴向移动以便有选择地将所述配气机构总成配置在所述第一构型和所述第二构型的致动装置。
6.根据权利要求5所述的配气机构总成，其中，所述致动装置包括布置成与所述凸轮轴共轴的第一致动杆，所述第一致动杆能沿轴向在第一位置和第二位置之间被往复驱动以便沿所述凸轮轴推动所述凸轮组件以将所述配气机构总成配置于所述第一构型和所述第二构型。
7.根据权利要求6所述的配气机构总成，其中，所述第一致动杆布置在所述凸轮轴内。
8.根据权利要求7所述的配气机构总成，其中，所述第一致动杆包括第一接触面和第二接触面，随着所述第一致动杆从所述第一位置被驱动至所述第二位置，所述第一接触面引起所述凸轮组件移动以使所述配气机构总成被配置于第二构型中，且随着所述第一致动杆从所述第二位置被驱动至所述第一位置，所述第二接触面引起所述凸轮组件移动以使所述配气机构总成被配置于第一构型中。
9.根据权利要求8所述的配气机构总成，其中，所述凸轮组件包括第一构件，所述第一构件延伸穿过由所述凸轮轴限定的第一导槽进入所述凸轮轴的内孔，其中随着所述第一致动杆从所述第一位置被驱动至所述第二位置，所述第一接触面推压所述第一构件而使所述凸轮组件移动，以使所述配气机构总成被构造于所述第二构型中，且随着所述第一致动杆从所述第二位置被驱动至所述第一位置，所述第二接触面推压所述第一构件而使所述凸轮组件移动，以使所述配气机构总成被配置于所述第一构型中。
10.根据权利要求8或9所述的配气机构总成，其中，所述第一构件被布置成阻止所述凸轮组件与所述凸轮轴之间的相对转动。
11.根据权利要求5至10中任一项所述的配气机构总成，其中，所述凸轮组件包括轴向定位销，所述凸轮轴包括第一成形部和第二成形部，其中当所述配气机构总成处于所述第一构型时，所述定位销与所述第一成形部接合，且当所述配气机构总成处于所述第二构型时，所述定位销与所述第二成形部接合。
12.根据权利要求1所述的配气机构总成，其中，所述配气机构总成用于操作内燃机多个气缸中的每个气缸的各自第一气门，其中所述可转动的凸轮轴具有多个凸轮组件，每个所述轮组件分别用于一个气缸，并且每个凸轮组件能沿所述凸轮轴轴向移动以使所述配气机构总成能有选择地被配置于所述第一构型和所述第二构型，其中在使用中，当所述凸轮轴转动时，在所述配气机构总成处于所述第一构型情况下，随着所述凸轮轴转动，每个气缸的第一气门响应于用于该气缸的给定凸轮组件被操作，以在该气缸的多个连续气缸循环的每个气缸循环中产生相应的气门动作，且在所述配气机构总成处于所述第二构型情况下，随着所述凸轮轴转动，每个气缸的第一气门响应于用于该气缸的给定凸轮组件被操作，以在该气缸的多个连续气缸循环的每隔一个气缸循环中产生相应的气门动作。
13.根据权利要求12所述的配气机构总成，其中，所述多个气缸具有特定的点火顺序，且用于给定气缸的所述凸轮组件被布置成与该气缸在该点火顺序中的位置相适应地操作该气缸的气门。
14.根据权利要求13所述的配气机构总成，其中，存在三个气缸。
15.根据权利要求14所述的配气机构总成，其中，在使用中，所述气缸的点火顺序是1-2-3顺序，并且当处于第二构型时，三个气缸的组合重复顺序是1(有效)-2(无效)-3(有效)-1(无效)-2(有效)-3(无效)，其中(有效)是指有效的气缸循环，(无效)是指无效的气缸循环，并且对于给定气缸，相应的气门动作发生在有效的气缸循环而不发生在无效的气缸循环中。
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