CN107869403A - 具有气门停用器的汽缸盖 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种具有气门停用器的汽缸盖。为了改善燃料效率，一些汽油发动机在一些汽缸中装备有气门停用器，以便在低转矩状况下仅汽缸总体数量的子集是启用的。在现有技术发动机中，特别是该发动机的每一汽缸具有四个气门时，空间紧凑。在汽缸盖与凸轮轴之间的盖中提供凸轮承载器是已知的。汽缸盖螺栓穿过在凸轮承载器下面的盖。根据本公开，通过加宽用于凸轮轴的轴承、使用较小直径的缸盖螺栓以及将用于缸盖螺栓的孔口直接穿过轴承，来消除凸轮承载器及其相关联的缺点。

Description

具有气门停用器的汽缸盖

技术领域

本公开涉及用于内燃发动机的汽缸盖，特别是那些具有气门停用器(deactivator)的汽缸盖。

背景技术

众所周知，在扭矩需求低时，火花点火式发动机的效率受损。在提供有汽缸停用的发动机中，在这样的低扭矩工况下的效率可以通过停用一些汽缸来提高，这使得相比于所有汽缸都被启用的情况下可能的扭矩工况，启用的汽缸操作在更高的扭矩工况下。当汽缸停用模式被计划时，排气门和进气门借助可切换的或可停用的滚柱指轮从动件(follower)与凸轮凸角运动脱离。该凸轮运动作为从动件内的空转被吸收。因此，这些气门保持关闭并且其各自的汽缸是未使用的。典型地，一部分汽缸(通常一半)被装备有停用器，这些停用器的封装使汽缸盖布局变得复杂，因为可停用指轮从动件是庞大的。这样的发动机被称为可变排量发动机(VDE)、排量随需技术(displacement on demand)、汽缸停用、主动燃料管理等。

图1中示出内燃发动机10前端的图示。发动机10具有缸体12，油盘14耦接至缸体12。发动机10是具有两个汽缸盖16的V型发动机。曲轴(未示出)耦接至带轮20。凸轮轴(未示出)耦接至带轮22。带24由曲轴带轮20驱动，以驱动凸轮轴带轮22。

图2中示出汽缸盖30的下侧。两个进气提升阀34的盖和两个排气提升阀36的盖被容纳在燃烧室32上部部分内。燃烧室由活塞顶部(未示出)、汽缸壁(未示出)和本文中被称为燃烧室顶部的燃烧室32的上部部分限定。孔口38被提供用于火花塞。在典型内燃发动机中的燃烧室由汽缸壁、在汽缸壁内往复运动的活塞的顶部以及包括这些进气门和排气门的一部分汽缸盖限定。在本文中，在汽缸盖中的燃烧室的部分被称为燃烧室顶部。

在图3中示出具有汽缸停用的现有技术汽缸盖50。汽缸盖50覆盖四个汽缸，其中每一汽缸具有两个进气门和两个排气门，因此，共十六个气门(未示出)。凸缘52被提供用于气门盖(未示出)，以附接至汽缸盖50的配气机构(valve train)侧。在图3中示出的实施例中，与外部汽缸关联的气门是可停用的，并且与内部汽缸关联的气门是固定的。八个可停用滚柱指轮从动件54(在图3左侧的四个排气可停用滚柱指轮从动件和右侧的四个进气可停用滚柱指轮从动件)具有基于提供至从动件54的液压变为空转装置的能力。用于致动的任意其他适当的机构或系统可以被替代。可停用从动件54比被提供给内侧汽缸的固定滚柱指轮从动件56更宽。内部汽缸被提供有固定滚柱指轮从动件56：四个固定滚柱指轮从动件用于左手侧的排气门，并且四个固定滚柱指轮从动件用于右手侧的进气门。由于可停用从动件54比固定从动件56更宽，因此可停用从动件54使已经拥挤的汽缸盖变得复杂。除了具有四个气门和用于致动这些气门的相关联的配气机构硬件之外，在一些情况中，火花塞和直接喷射器必须进入汽缸盖内侧。

由于从动件遮挡气门杆端(valve tip)并且气门弹簧遮挡气门杆，图3中的提升阀不可见。为了使将被更详细论述的其他元件清楚，在图3中十六个气门弹簧60和十六个保持器62的每个仅提供一个编号。图3是配气机构的视图，其中至少没有附接凸轮承载器(camcarrier)、凸轮轴、凸轮塔、凸轮盖和凸轮罩。缸盖螺栓58将汽缸盖50附接至发动机缸体(图3中未示出)。提供孔口64来附接凸轮承载器(该视图中未示出)。

在汽缸盖50前面(图3的底边缘)，排气凸轮轴带轮42和进气凸轮轴带轮44是可见的。

图4中示出凸轮承载器180。凸轮承载器180具有半圆形轴承186和188。左手轴承支撑排气凸轮轴的轴颈(未示出)；右手轴承支撑进气凸轮轴的轴颈(未示出)。被提供通过凸轮承载器180的孔口164和165被用于固定凸轮盖(未示出)，以将凸轮轴固定在轴承186和188内。其他孔口167被提供作为螺栓通孔，以将凸轮承载器180固定至汽缸盖。

在图5中，汽缸盖50被示出为具有经由螺栓67安装的凸轮承载器80。凸轮承载器80具有外壁84，以提供用于凸轮承载器80的结构。本质上是半球形的轴承88被提供以支托(cradle)凸轮轴(未示出)。在操作期间，加压油被提供给轴承88，以润滑相对于轴承88移动的旋转凸轮轴(未示出)。凸轮承载器80的轴承88被安装在缸盖螺栓58(在图3中示出)上，其中仅超过轴承88的一些缸盖螺栓的一小部分可见。轴承88的宽度由尺寸90示出。

在图6中，排气凸轮轴100和进气凸轮轴102被示出为安装在汽缸盖50中，其中凸轮盖104和108捕捉排气凸轮轴100以及凸轮盖106和109捕捉进气凸轮轴102。凸轮盖104、106、108和109经由螺栓120被固定至汽缸盖，螺栓120延伸通过凸轮承载器80并进入汽缸盖50。螺栓120帮助将凸轮承载器80附接至汽缸盖50。凸轮盖104、106、108和109通过附接至凸轮承载器80的螺栓122被固定在内侧。凸轮承载器经由螺栓67被固定至汽缸盖50。进气凸轮轴102和排气凸轮轴100分别被提供有凸角112和凸角110，凸角112和凸角110按压从动件(不可见)以分别致动进气门和排气门。

期望的是，消除在这种汽缸盖中的凸轮承载器，以简化组件、减轻重量、降低成本和减少零件数量。

发明内容

一种用于克服现有技术中的问题的内燃发动机的汽缸盖组件，其包括：具有多个燃烧室顶部的汽缸盖，每个汽缸盖具有两个进气门和两个排气门，与该汽缸盖整体形成的凸轮塔以及具有多个凸轮凸角的进气凸轮轴，凸轮凸角经由被设置在汽缸盖中的进气从动件作用于进气门，其中至少一部分从动件是可停用的。

该汽缸盖组件也包括：具有多个凸轮凸角的排气凸轮轴，凸轮凸角经由被设置在汽缸盖中的排气从动件作用于排气门，以及被设置在每对凸轮塔之间的轴承表面。进气凸轮轴被支托在第一多个轴承表面中。排气凸轮轴被支托在第二多个轴承表面中。

轴承表面具有被限定在其中以容纳缸盖螺栓的孔。

轴承表面具有在与轴承表面相关联的孔口的第一侧上的第一工作面(land)和在孔口的第二侧上的第二工作面。

该汽缸盖具有四个汽缸，与内部汽缸相关联的全部气门具有可停用从动件，并且与外部汽缸相关联的全部气门具有固定从动件。在其他实施例中，汽缸具有更多或更少的汽缸。

轴承表面与汽缸盖是一体的。

同样公开了一种发动机，其具有：汽缸体和汽缸盖。汽缸盖具有：与汽缸盖整体形成的凸轮塔；位于凸轮塔对之间的半圆形轴承，其中孔口被限定在轴承内；插入孔口中的汽缸盖螺栓，其与汽缸体接合；凸轮轴，其被支托在多个轴承中并且具有作用于气门的多个凸轮凸角；以及具有多个凸轮凸角的进气凸轮轴，凸轮凸角经由进气从动件作用于设置在汽缸盖中的气门，其中至少一部分从动件是可停用的。

该发动机进一步包括放置在凸轮轴上的凸轮盖以及安装到凸轮盖中的孔口内的螺栓，螺栓与凸轮塔中的螺纹接合。

该发动机具有致动进气门的进气凸轮轴以及致动排气门的排气凸轮轴。进气凸轮轴被支托在第一多个轴承中并且排气凸轮轴被支托在第二多个轴承中。

在一些实施例中，该发动机具有带四个汽缸的发动机组。四个汽缸中的第一汽缸和第二汽缸中的气门被提供有可停用从动件。四个汽缸中的第三汽缸和第四汽缸中的气门被提供有固定从动件。

轴承与汽缸盖是一体的。

轴承表面具有在孔口的第一侧和第二侧上的第一工作面和第二工作面。

也公开了一种组装发动机的方法，其包括：铸造包括燃烧顶部和多个凸轮塔的汽缸盖，凸轮塔具有轴承表面，每个轴承表面具有被限定在轴承表面中的孔口，将汽缸盖螺栓连接至发动机缸体，其中螺栓穿过凸轮塔的轴承表面中的孔口；以及在汽缸盖中安装从动件，至少一半从动件是可停用从动件。

该方法包括：将两个进气提升阀和两个排气提升阀安装到汽缸盖中的每个燃烧顶部中形成的端口中。

该方法包括：在汽缸盖中安装多个非可停用从动件。

该汽缸盖具有四个燃烧室顶部。每个燃烧室顶部具有设置在每个燃烧室顶部中的两个进气门和两个排气门。一半进气门和一半排气门提供有可停用从动件。

该方法也包括：将凸轮轴放置在凸轮塔中以及

将凸轮盖安装到汽缸盖的凸轮塔上，以由此捕捉凸轮轴。

凸轮塔与汽缸盖是一体的。

轴承表面具有在孔口的第一侧上的第一工作面和在孔口的第二侧上的第二工作面。

汽缸盖具有两个可停用汽缸和两个非可停用汽缸。该方法包括在与两个可停用汽缸相关联的气门中安装可停用从动件以及在与两个非可停用汽缸相关联的气门中安装非可停用从动件。

附图说明

图1是内燃发动机的图示；

图2是汽缸盖下侧的图示；

图3、图5和图6是在组件的多级中的现有技术汽缸盖的图示；

图4是现有技术凸轮承载器的图示；

图7是由凸轮轴施加在与轴承和凸轮盖相关联的轴承表面上的力的图表；

图8示出具有小整体直径的缸盖螺栓；

图9和图10示出根据本公开的实施例的汽缸盖；

图11是根据本公开的实施例的汽缸盖；

图12示出组装现有技术发动机的过程；以及

图13示出根据本公开的实施例组装发动机的过程。

具体实施方式

本领域普通技术人员将理解的是，说明的实施例和参考任一个附图描述的实施例的各种特征可以与在一个或更多个其他附图中说明的特征结合，以产生未明确说明或描述的替换性实施例。说明的特征的组合提供用于典型申请的代表性实施例。然而，对于特定应用或实现方式，与本公开的教导一致的特征的不同组合和修正可能是期望的。本领域技术人员可以认识到类似的应用或实现方式，不论其是否被明确地描述或说明。

如果凸轮承载器被集成到汽缸盖中，即单独的零件被消除，那么为发动机制造商带来许多优势。用于将凸轮承载器耦接至汽缸盖的螺栓以及用于提供螺纹和足够强固的凸轮承载器的伴随较厚部分能够被去除。这些优势至少包括：成本节约、减少零件数量、减轻重量以及简化组件。

公差不精确导致配气机构噪声和持久性影响。通过消除凸轮承载器(即更少的零件)，由层叠导致的偏差更少，即尺寸精度提高。根据本公开中的实施例，精度被提高以避免配气机构噪声和降低的持久性。

在图7中，示出在两个旋转的过程中轴承上的力的图表。由于与每个气门相关联的气门弹簧向上推动，在正y方向上的力是压倒性的。在图5的轴承88上很少有向下的力，并且即使向下时，该力的大小也是微不足道的。因此，在轴承88上的表面积(即该宽度)大于在图5中示出的轴承88的一部分中所需要的表面积。凸轮盖104和106(图6)在轴承88的任一侧被附接至凸轮塔。图7中示出的正y方向力抵抗轴承盖。在凸轮盖中的该轴承表面积不能被减小。在一些现有技术汽缸盖中，凸轮盖的宽度更宽，承认了抵抗凸轮盖的力大于抵抗与凸轮盖相对的轴承的力。

根据本公开的实施例，轴承的宽度被增大并且用于缸盖螺栓的孔口直接通过轴承被机加工，即轴承表面的部分具有低的力。用于缸盖螺栓的孔位于轴承的中心，以便在螺栓孔的任一侧都有工作面(land)以保持油膜。

有利于使缸盖螺栓穿过轴承的另一特征是较小外直径的缸盖螺栓。图8中示出具有内部驱动件59的缸盖螺栓58。内部驱动件59有利于较小的整体直径。

图9中示出汽缸盖200，其中缸盖螺栓通过轴承插入汽缸盖200。缸盖螺栓202是内部驱动螺栓，其直径小于图3中的螺栓58。缸盖螺栓202位于轴承224中心。在轴承224任一侧是具有孔口204的凸轮塔220和222，螺栓被插入孔口204以附连凸轮盖。轴承224以及凸轮塔220和222由汽缸盖200的母体材料形成。这与图5和图6中的汽缸盖形成对比，其中轴承88和在轴承88任一侧的凸轮塔(其未被单独标出)形成单独部件，即凸轮承载器80。再参考图9，在靠近带轮42和带轮44的发动机前面，轴承234具有凹槽190。推力轴承(未示出)与凹槽190接合。在图7中的图表通常应用于轴承220。然而，靠近带轮42和44的轴承234主要具有向上的力。为了允许缸盖螺栓横穿轴承234同时持续提供足够的轴承表面，宽度显著地比其他轴承更宽。此外，仅提供一个凹槽190。在图4的现有技术凸轮承载器中示出的凹槽92被提供在本公开的汽缸盖的轴承盖(图9中未示出)中。

在图10中，汽缸盖200被示出，其中凸轮盖240和242被安装以固定排气凸轮轴103和进气凸轮轴104。凸轮盖240经由螺栓244固定，螺栓244与凸轮塔接合，凸轮塔与汽缸盖200是一体的。凸轮盖242经由螺栓244固定，螺栓244与凸轮塔接合，凸轮塔与汽缸盖200是一体的。

凸轮塔与汽缸盖200一起铸造。出于很多目的，铸造过程不提供尺寸精度。作为一个示例，凸轮塔被机加工以便为凸轮轴提供轴承表面。在那种情况下，尺寸精度和表面抛光两者均经由机加工提供。凸轮塔的外表面可能占用可停用从动件所需的空间，可停用从动件比不允许停用的标准从动件更宽。汽缸盖被机加工以保证有足够的空间用于可停用从动件。靠近可停用从动件或气门弹簧的凸轮塔的一些材料可以被移除，以适应在汽缸盖中的可停用从动件或其他元件。来自凸轮塔的材料的示例在图10中被示出为238。根据本公开的实施例，在凸轮塔和靠近凸轮塔的部件之间的正常较宽的公差(例如，气门弹簧或滚柱指轮从动件)被制造得较窄，以便这些部件能够被封装。当在铸造中存在误差而产生凸轮塔与这些部件的一个部件重叠的情况下，凸轮塔分别被机加工以提供部件之间期望的间隙。

图11中汽缸盖250的一部分的另一视图示出与汽缸盖250整体形成的凸轮塔252。轴承254被提供在凸轮塔252之间并且支撑凸轮轴的轴颈(未示出)。轴承254具有孔口256，汽缸盖螺栓(不可见)被插入孔口256内以将汽缸盖250与缸体(未示出)耦接在一起。轴承254具有在孔口256任一侧的工作面258，工作面258足以限制油泄漏，以提供适当的油膜厚度，以便该凸轮轴的轴颈被适当润滑。在缸盖螺栓将汽缸盖250固定至缸体之后，凸轮盖260经由螺栓262被固定至凸轮塔252。在实践中，在安装凸轮盖260之前，凸轮轴被放置在轴承254上。然而，孔口256将被凸轮轴遮挡。因此，出于说明性目的，该凸轮轴不包含在图11中。

参考图12，简要示出组装具有气门停用器和凸轮承载器的汽缸盖的过程。在方框750中，汽缸盖被铸造和机加工。在方框752中，凸轮承载器被铸造和机加工。存在用于准备组装汽缸盖和凸轮承载器的许多机加工过程。

在方框756中，提升阀及其相关联的弹簧和其他硬件被安装在汽缸盖的端口中。在方框758中，汽缸盖被螺栓连接至发动机缸体。在方框760中，从动件被安装并且凸轮轴被放置在凸轮承载器的轴承表面中。至少一些从动件是可停用的，以由此停用与来自发动机控制单位的命令相关联的气门。在方框762中，凸轮承载器被螺栓连接至汽缸盖。至少一些从动件是可停用的，以由此停用与来自发动机控制单位的命令相关联的气门。在方框764中，凸轮轴被放置在凸轮承载器中形成的轴承内。在方框766中，凸轮盖被安装在凸轮承载器的凸轮塔上。凸轮盖将凸轮轴保留在凸轮承载器的轴承表面中。图12中的过程是针对使用凸轮承载器的现有技术配置。

图13中示出用于组装具有可停用从动件的汽缸盖的过程。在方框800中，具有整体凸轮塔的汽缸盖被铸造。汽缸盖被机加工，以包括：孔口，缸盖螺栓被提供通过这些孔口(缸盖螺栓穿过在凸轮塔中的轴承表面)；凸轮塔，其能足够适应具有停用器的从动件；和用于凸轮轴的轴承表面。在方框806中，提升阀及相关联的硬件被安装到汽缸盖中的端口内。在方框808中，汽缸盖被螺栓连接至发动机缸体，其中缸盖螺栓穿过轴承。在方框810中，从动件被安装，从动件中的一些被停用。在方框812中，进气和排气凸轮轴被放置在凸轮塔之间的轴承中。在方框814中，凸轮盖被耦接至汽缸盖的凸轮塔中，以捕捉凸轮轴。

凸轮塔与汽缸盖被一起铸造。出于很多目的，铸造过程不提供尺寸精度。作为一个示例，凸轮塔被机加工以便为凸轮轴提供轴承表面。在那种情况下，尺寸精度和表面抛光两者均经由机加工提供。凸轮塔的外表面可能占用可停用从动件所需的空间，可停用从动件比不允许停用的标准从动件更宽。汽缸盖被机加工以保证有足够的空间用于可停用从动件。靠近可停用从动件的凸轮塔的一些材料可以被移除，以适应在汽缸盖中的可停用从动件或其他元件。

虽然已经详细描述关于特定实施例的最佳模式，但是本领域技术人员将认识到在随附权利要求的范围内的各种替换性设计和实施例。虽然对于一个或更多个期望的特性，各种实施例可能已经被描述为提供优势或优于其他实施例，但是如本领域技术人员所知，一个或更多个特性可以被折中以实现期望的系统属性，这取决于具体应用和实现方式。这些属性包括但不限于：成本、强度、持久性、生命周期成本、可销售性、外观、封装、尺寸、适用性、重量、可制造性、易于组装等等。本文描述的对于一个或更多个特性表征为与其他实施例或现有技术实现方式相比不太期望的实施例未超出公开的范围，并且对于特定应用可能是期望的。

Claims (20)

1.一种内燃发动机的汽缸盖组件，其包括：

汽缸盖，其包括：

多个燃烧室顶部，每个燃烧室顶部具有两个进气门和两个排气门；

与所述汽缸盖整体形成的凸轮塔；以及

具有多个凸轮凸角的进气凸轮轴，所述凸轮凸角经由设置在所述汽缸盖中的进气从动件作用于所述进气门，其中至少一部分所述从动件是可停用的。

2.根据权利要求1所述的汽缸盖组件，其进一步包括：

具有多个凸轮凸角的排气凸轮轴，所述多个凸轮凸角经由设置在所述汽缸盖中的排气从动件作用于所述排气门；以及

设置在每对凸轮塔之间的轴承表面，其中：

所述进气凸轮轴被支托在第一多个所述轴承表面中；以及

所述排气凸轮轴被支托在第二多个所述轴承表面中。

3.根据权利要求2所述的汽缸盖组件，其中：

所述轴承表面具有被限定在其中以容纳缸盖螺栓的孔口。

4.根据权利要求3所述的汽缸盖组件，其中所述轴承表面具有在与所述轴承表面相关联的所述孔口的第一侧上的第一工作面和在所述孔口的第二侧上的第二工作面。

5.根据权利要求1所述的汽缸盖组件，其中所述汽缸盖具有四个汽缸，与所述内部汽缸相关联的全部所述气门具有可停用从动件，并且与所述外部汽缸相关联的全部所述气门具有固定从动件。

6.根据权利要求1所述的汽缸盖组件，其中所述轴承表面与所述汽缸盖是一体的。

7.一种内燃发动机，其包括：

汽缸体；

汽缸盖，其包括：

与所述汽缸盖整体形成的凸轮塔；

位于凸轮塔对之间的半圆形轴承，所述轴承具有设置在其中的孔口；

插入在所述孔口中的汽缸盖螺栓，所述汽缸盖螺栓与所述汽缸体接合；

凸轮轴，其被支托在多个所述轴承中并且具有作用于气门的多个凸轮凸角；以及

具有多个凸轮凸角的进气凸轮轴，所述凸轮凸角经由进气从动件作用于设置在所述汽缸盖中的气门，其中至少一部分所述从动件是可停用的。

8.根据权利要求7所述的发动机，其进一步包括：

放置在所述凸轮轴上的凸轮盖；以及

安装到所述凸轮盖中的孔口中的螺栓，所述螺栓与所述凸轮塔中的螺纹接合。

9.根据权利要求7所述的发动机，其中所述凸轮轴是进气凸轮轴并且所述气门是进气门，所述发动机进一步包括：

排气凸轮轴，其被支托在多个所述轴承中并且具有作用于排气门的多个凸轮凸角。

10.根据权利要求7所述的发动机，其中：

所述发动机具有带有四个汽缸的发动机组；

在所述四个汽缸中的第一汽缸和第二汽缸中的气门被提供有可停用从动件；以及

在所述四个汽缸中的第三汽缸和第四汽缸中的气门被提供有固定从动件。

11.根据权利要求7所述的发动机，其中所述轴承与所述汽缸盖是一体的。

12.根据权利要求7所述的发动机，其中所述轴承具有在所述孔口的第一侧上的第一工作面和在所述孔口的第二侧上的第二工作面。

13.一种用于组装发动机的方法，其包括：

铸造包括燃烧顶部和多个凸轮塔的汽缸盖，所述凸轮塔具有轴承表面，每个轴承表面具有限定在所述轴承表面中的孔口；

将所述汽缸盖螺栓连接至发动机缸体，其中螺栓穿过所述凸轮塔的所述轴承表面中的所述孔口；以及

在所述汽缸盖中安装从动件，至少一半所述从动件是可停用从动件。

14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括：

将两个进气提升阀和两个排气提升阀安装到所述汽缸盖中的每个所述燃烧顶部中形成的端口中。

15.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括：

在所述汽缸盖中安装多个非可停用从动件。

16.根据权利要求13所述的方法，其中：

所述汽缸盖具有四个燃烧室顶部；

每个燃烧室顶部具有设置在其中的两个进气门和两个排气门；

一半所述进气门和一半所述排气门被提供有所述可停用从动件。

17.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括：

将凸轮轴放置在所述凸轮塔中；以及

将凸轮盖安装到所述汽缸盖的凸轮塔上，从而捕捉所述凸轮轴。

18.根据权利要求13所述的方法，其中所述凸轮塔与所述汽缸盖是一体的。

19.根据权利要求13所述的方法，其中所述轴承表面具有在所述孔口的第一侧上的第一工作面和在所述孔口的第二侧上的第二工作面。

20.根据权利要求13所述的方法，其中：

所述汽缸盖具有两个可停用汽缸和两个非可停用汽缸，所述方法进一步包括：

在与所述两个可停用汽缸相关联的气门中安装可停用从动件；以及

在与所述两个非可停用汽缸相关联的气门中安装非可停用从动件。