CN106414918A - 具有可变气门致动结构的配气机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种配气机构组件，包括：多个气门，每个气门具有气门杆；至少一个具有多个主凸轮的主凸轮轴，每个气门对应有至少一个主凸轮；多个主摇臂，每个主摇臂对应于一个气门并且具有气门杆致动部分、平行于主凸轮轴的枢轴和从动于相应主凸轮的主凸轮从动件，其中气门杆致动部分、枢轴和主凸轮从动件沿着主摇臂的长度方向彼此隔开设置；至少一个设置在主凸轮轴上的副凸轮；至少一个用于各副凸轮并从动于所述副凸轮的副凸轮从动件，其中每个副凸轮从动件在第一和第二位置之间可运动地设置在其中一个主摇臂上；设置在相应主摇臂上的闩锁，用于将副凸轮从动件锁定在第一位置；以及至少一个副凸轮轴，其针对每个闩锁具有一个选择器凸轮以控制所述闩锁。

Description

具有可变气门致动结构的配气机构
本发明涉及一种配气机构组件，包括：
-多个气门，每个气门具有气门杆；
-至少一个具有多个主凸轮的主凸轮轴，每个气门对应有至少一个主凸轮；
-多个主摇臂，每个主摇臂对应于一个气门并且具有气门杆致动部分、平行于主凸轮轴的枢轴以及从动于相应主凸轮的主凸轮从动件，其中气门杆致动部分、枢轴以及主凸轮从动件沿着主摇臂的长度彼此隔开地设置；
这样的配气机构组件已知，通常用于燃烧发动机中以保证气门与汽缸的活塞运动同步开闭。
气门的正时和升程是由对应于特定气门的凸轮的轮廓决定的。然而，轮廓是静态的并且不能够改变，所以轮廓是在例如油耗、功率和排放之间进行折衷的结果。
现有技术中还已知，可以设置可变气门致动结构来在发动机运转时改变气门的正时和升程。很多技术被用来实现这一目标。
一种技术是，在凸轮轴上为每个气门提供两个不同形状的凸轮并且在发动机运转时轴向地移动凸轮轴。这允许人们使用两种不同的气门正时轮廓。例如，一种轮廓用于获得高功率，还有高油耗和高排放，另一种轮廓用于低功率，但是油耗更佳且排放较少。
另一种技术是，改变凸轮轴的相位以使气门的升程提前或延迟。通过例如延迟排气门的关闭，将保证更多燃尽的燃料排出汽缸，以使更多燃料可以在下一个冲程内燃烧。
还可采用电动液压系统，其中本体设置在凸轮与气门之间，该本体可传递凸轮的致动或者吸收致动。为此，本体是可伸缩的并且充满液压流体。当通过电动阀关闭排流口时，本体是刚性且无法收缩的，气门由凸轮致动。然而，当排流口打开时，液压流体被推出并且本体可被压缩，以使凸轮的致动被吸收并且气门保持在关闭位置。
现在，通过电子控制电动阀，人们可以改变凸轮的轮廓并因此改变气门的正时和升程。如果要使用凸轮的全部轮廓，阀保持关闭，但是如果仅需要部分气门升程，电动阀将在凸轮致动气门的过程中打开。
然而，液压油的温度、压力以及粘度会影响电动液压可变气门致动结构的性能。
还知道，不使用凸轮，而是例如通过电磁型的致动系统来操作气门。然而，这样的系统很复杂且具有高成本，因为燃烧发动机的每个气门都需要这种致动器。
本发明的目的是提供一种根据本文开头所述的气门系统，其减轻甚至消除上述缺点。
该目的通过根据本发明的一种气门系统实现，其特点在于：
-至少一个设置在主凸轮轴上的副凸轮；
-至少一个用于各副凸轮并从动于所述副凸轮的副凸轮从动件，其中每个副凸轮从动件在第一和第二位置之间可动地设置并位于其中一个主摇臂上；
-设置在相应主摇臂上的闩锁，用于将副凸轮从动件锁定在第一位置；以及
-至少一个副凸轮轴，其针对每个闩锁具有一个选择器凸轮以控制所述闩锁。
在根据本发明的配气机构中，在主凸轮轴上设置有副凸轮，所述副凸轮可以通过控制闩锁来启用和停用。闩锁由副凸轮轴控制，使得仅通过将副凸轮轴旋转至希望位置就能开启或者关闭相邻气门的多个闩锁成为可能。
当闩锁被锁定时，副凸轮会改变主凸轮的轮廓，甚或完全取代主凸轮的轮廓。当闩锁被解锁时，副凸轮从动件能够在第一和第二位置间自由运动，以致副凸轮实际上不起作用。只有主凸轮将其轮廓施加在气门上。
在根据本发明的气门系统中可能的是，为所有的气门提供两种不同的轮廓用于升程和正时，但是还可能仅给选定数目的气门提供这种功能。例如，可只给每个汽缸的第一进气门提供双轮廓。也可能为具有许多汽缸的发动机提供停用功能。通过这种功能，当发动机仅产生其最大功率的一部分时，其中一些汽缸可被关闭。
在根据本发明的配气机构组件的一优选实施例中，副凸轮从动件设置在副摇臂的自由端上，所述副摇臂的另一端可枢转地设置在主摇臂上。
利用副摇臂，人们可以实现副凸轮从动件在第一和第二位置之间的大冲程。该冲程例如可以大于主摇臂的高度。
优选的，弹簧装置设置在副摇臂和主摇臂之间以将副凸轮从动件迫压至第一位置。弹簧装置还能够确保副凸轮从动件在未锁定状态下不会因发动机的振动而跳动。
在根据本发明配气机构组件的另一优选实施例中，闩锁包括沿主摇臂长度方向可移动的销，其中销的一端能接合在副摇臂上，并且销被迫压以使其另一端与副凸轮轴上的选择器凸轮相接触。
当副摇臂与主摇臂大概对齐时，仅通过将销滑动到副摇臂中的孔内，副摇臂就能够很容易地被锁定。这几乎不需要任何力量，以致副凸轮轴的旋转能够快速进行。通过在选择器凸轮和滑动销之间设置弹簧，可确保选择器凸轮能随时旋转，并且一旦副摇臂与主摇臂对齐，滑动销就会滑进副摇臂内。
在根据本发明配气机构组件的又一实施例中，气门杆致动部分设置在摇臂的端部，枢轴设置在摇臂的另一端，并且主凸轮从动件设置在气门杆致动部分和枢轴之间。
通过在摇臂的另一端设置枢轴，使摇臂的基本静止的部分易于接触。因此优选的是，将闩锁设置在枢轴附近，以使选择器凸轮能容易地控制闩锁。
根据本发明的配气机构组件的再一实施例包括用于驱动副凸轮轴的电驱动装置。这些电驱动装置可以是直接联结至副凸轮轴的步进电机，或者是通过齿轮传动机构联结到凸轮轴的另一电驱动装置。
根据本发明配气机构组件的再一优选实施例包括至少第一和第二气门，二者均与内燃机的一个汽缸相对应，其中用于第一气门的第一选择器凸轮具有不同于用于第二气门的第二选择器凸轮的轮廓。
在该实施例中，可以例如选择第一进气门、第二进气门或者这两个进气门设置替代的升程和正时轮廓。
在根据本发明的配气机构组件的又一实施例中，主凸轮包括两个相同的盘状凸轮部分，其中相应的副凸轮设置在两个相同的凸轮部分之间，并且其中主摇臂有两个相对于摇臂长度方向镜像对称设置的主凸轮从动件。
通过将主摇臂、副摇臂和相应的凸轮设计成镜像对称，可确保施加在配气机构的部件上的力为最小并且配气机构内不会出现不希望的力矩。
本发明的这些和其它特征将结合附图进行阐明。
图1所示为根据本发明的配气机构组件的一实施例的透视图。
图2所示为图1配气机构组件的部分剖切的放大透视图。
图3A-3C所示为图1配气机构组件在三个位置上的横截面图，其中闩锁未锁定。
图4A-4C所示为图1配气机构组件在三个位置上的横截面图，其中闩锁已锁定。
图1所示为根据本发明的配气机构组件1一实施例的透视图。
图1示出了两个气门2,3，例如一个汽缸的进气门。各自的气门杆4,5由主摇臂6,7致动。每个摇臂6,7均有两个设置在各摇臂6,7中心的主凸轮从动件8,9,10,11。
主摇臂6,7分别有闩锁12,13位于枢轴端。这些闩锁12,13由设置在副凸轮轴16上的它们各自的选择器凸轮14,15操作。副凸轮轴16由电动机17驱动旋转，电动机17经由传动件18,19与凸轮轴16联结。
图2示出了图1的配气机构组件1的部分剖切的放大透视图。图2中同样示出具有主凸轮21,22和副凸轮23,24的主凸轮轴20。
每个主摇臂6,7有围绕轴杆26可枢转的副摇臂25。弹簧27围绕轴杆26设置并且附接在副摇臂25上以向上迫压副摇臂25。副摇臂25还设置有副凸轮从动件28，其从动于副凸轮23的轮廓。
由设置在副凸轮轴16上的选择器凸轮14操作的闩锁12具有销29，其沿主摇臂6的长度方向可移动。弹簧30迫使销29抵靠选择器凸轮14。销的另一端可以移入副摇臂25中以将副摇臂25锁定至主摇臂6。设置在销29和选择器凸轮14之间的弹簧32可确保选择器凸轮14能够随时旋转，甚至在副摇臂25没有与主摇臂6对准时亦能旋转。
图3A-3C示出了图1配气机构组件在主凸轮轴20三个位置上的横截面图，其中闩锁未锁定。
在图3A中，气门4处于关闭位置。主摇臂6处于基本水平的位置。主摇臂6的枢轴显示为球形支撑件31。选择器凸轮14处于销29与副摇臂25脱离接合的位置。这允许摇臂25围绕轴杆26自由转动。
此外，图3A示出了主凸轮从动件8,9与主凸轮21相接触，同时副凸轮从动件29与副凸轮23相接触。
在图3B中，主凸轮轴20旋转使主凸轮21的凸轮凸角推动主凸轮从动件8,9向下，从而使主摇臂6偏斜并且气门4提升了一段距离x1。在这一位置副凸轮从动件28与副凸轮23不接触。
在图3C中，主凸轮轴进一步旋转，使主凸轮21的凸轮凸角再次脱离与主凸轮从动件8,9的接触，主摇臂6再次偏斜回到水平位置并且气门4再次关闭。
在主凸轮轴20的所示位置上，副凸轮23的凸角与副凸轮从动件28相接触。由于副摇臂25处于未锁定状态，副摇臂25在主摇臂6内向下枢转，而不影响气门4。所有的凸轮从动件8,9,28均与它们各自的位于主凸轮轴20上的凸轮21,23相接触。
图4A-4C示出了图1配气机构组件在如图3A-3C所示的三个位置上的横截面图，其中闩锁12锁定。
为了锁定闩锁12，副凸轮轴16旋转使选择器凸轮14的凸角沿主摇臂6的纵向移动销29，以使销29插入到副摇臂25中。
图4A同样示出了与图3A类似的水平休止位置，其中凸轮从动件8,9,28与它们各自的凸轮21,23相接触。
在图4B中，同样与图3B相似，主凸轮轴旋转使主凸轮21的凸角与凸轮从动件8,9相接触，促使主摇臂6偏斜并且气门4提升了一段距离x1。
在图4C中，主凸轮轴20进一步旋转使副凸轮23的凸角与副凸轮从动件28相接触。与图3C不同，副摇臂25不能够枢转下去，因为它被销29锁定至主摇臂6。由此造成主摇臂6将通过副凸轮23的轮廓枢转，使得气门4仍然提升一段距离x2。在这一位置，主凸轮从动件8,9将不再与主凸轮21接触，仅副凸轮从动件28将与副凸轮23有直接的接触。
通过为主凸轮21和副凸轮23二者选择合适的轮廓，人们可以为锁定状态和未锁定状态提供理想的气门升程和正时。
由于每个气门2,3,4,5的闩锁12,13由单独的选择器凸轮14,15控制，人们可以通过为选择器凸轮14,15设置恰当的轮廓来提供理想的锁定和未锁定模式。
在图1和图2中，凸轮14显示具有大致扇形的轮廓，而凸轮15具有大致椭圆形的轮廓。结果，人们通过以90°分步旋转副凸轮轴16可获得以下状态：气门2,3均未锁定；气门2未锁定，气门3锁定；气门2锁定，气门3未锁定；气门2,3均锁定。

Claims (9)

1.一种配气机构组件，包括：
-多个气门，每个气门具有气门杆；
-至少一个具有多个主凸轮的主凸轮轴，每个气门对应有至少一个主凸轮；
-多个主摇臂，每个主摇臂对应于一个气门并且具有气门杆致动部分、平行于主凸轮轴的枢轴以及从动于相应主凸轮的主凸轮从动件，其中所述气门杆致动部分、所述枢轴和所述主凸轮从动件沿着主摇臂的长度方向彼此隔开设置；
其特征在于，
-至少一个设置在所述主凸轮轴上的副凸轮；
-至少一个用于各副凸轮并从动于所述副凸轮的副凸轮从动件，其中每个副凸轮从动件在第一和第二位置之间可运动地设置在其中一个主摇臂上；
-设置在相应主摇臂上的闩锁，用于将所述副凸轮从动件锁定在所述第一位置；以及
-至少一个副凸轮轴，其针对每个闩锁具有一个选择器凸轮以控制所述闩锁。
2.根据权利要求1所述的配气机构组件，其中所述副凸轮从动件设置在副摇臂的自由端上，所述副摇臂的另一端可枢转地设置到所述主摇臂上。
3.根据权利要求2所述的配气机构组件，其中在所述副摇臂和所述主摇臂之间设置弹簧装置，用于将所述副凸轮从动件迫压至所述第一位置。
4.根据权利要求1-3任一项所述的配气机构组件，其中所述闩锁包括在主摇臂长度方向上可移动的销，所述销的一端能接合在副摇臂上，并且销被迫压使其另一端与所述副凸轮轴上的选择器凸轮相接触。
5.根据权利要求1-4任一项所述的配气机构组件，其中所述气门杆致动部分设置在所述摇臂的一端，所述枢轴设置在所述摇臂的另一端，并且所述主凸轮从动件设置在所述气门杆致动部分和所述枢轴之间。
6.根据权利要求5所述的配气机构组件，其中所述闩锁设置在所述枢轴附近。
7.根据权利要求1-6任一项所述的配气机构组件，包括用于驱动所述副凸轮轴的电驱动装置。
8.根据权利要求1-7任一项所述的配气机构组件，包括至少第一和第二气门，二者均与燃烧发动机的一个汽缸相对应，其中用于所述第一气门的第一选择器凸轮具有不同于用于所述第二气门的第二选择器凸轮的轮廓。
9.根据权利要求1-8任一项所述的配气机构组件，其中主凸轮包括两个相同的盘状的凸轮部分，其中相应的副凸轮设置在两个相同的所述凸轮部分之间，并且其中所述主摇臂具有两个相对于所述摇臂的长度方向镜像对称设置的主凸轮从动件。
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