CN108291461B - 具有可变气门致动结构的配气机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及配气机构组件，其包括：均具有气门杆的多个气门；至少一个带有多个主凸轮的主凸轮轴，每个气门对应于至少一个主凸轮；多个主摇臂，每个主摇臂对应于一个气门且具有气门杆致动部分、平行于主凸轮轴的枢轴和从动于对应的主凸轮的主凸轮从动件，其中该气门杆致动部分、枢轴和主凸轮从动件沿主摇臂长度彼此间隔布置；设置在该主凸轮轴上的至少一个副凸轮；用于每个副凸轮且从动于副凸轮的至少一个副凸轮从动件，其中每个副凸轮从动件在第一和第二位置之间可移动地布置在其中一个主摇臂上；以及闩锁，其布置在相应的主摇臂上用于将副凸轮从动件锁定在第一位置；其中至少一个可旋转的控制杆用于在第一位置和第二位置之间控制该闩锁，所述至少一个控制杆包括用于每个闩锁的传动件，该传动件将至少一个控制杆中的转矩转换成与控制杆相切的控制力以控制闩锁在第一和第二位置之间的运动。

Description

具有可变气门致动结构的配气机构
技术领域
本发明涉及一种配气机构组件，其包括：
-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、枢轴以及主凸轮从动件沿着主摇臂的长度彼此间隔布置；
-至少一个布置在所述主凸轮轴上的副凸轮；
-至少一个用于每个副凸轮且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移动地布置在其中一个主摇臂上；以及
-布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。
背景技术
这样的配气机构从申请人的较早专利申请PCT/EP2015/061768中已知。
在该配气机构中，闩锁由带有与闩锁接触的选择器凸轮的副凸轮轴控制。选择器凸轮施加在闩锁上的控制力相对于副凸轮轴是径向的。结果，需要将副凸轮轴靠近其中安装闩锁的摇臂定位。
如果该配气机构组件安装在现有的内燃机的气缸盖上，那么需要对气缸盖做出修改并且可能必须重新设计气缸盖以提供用于副凸轮轴的空间。
根据发动机的状况，需要启动副凸轮轴以将闩锁放在正确的位置。副凸轮轴的启动通常由电动机等完成，电动机等需要连接至副凸轮轴。对于已知的配气机构，电机连接至凸轮轴被证明是困难的并且需要进一步修改气缸盖，这源于副凸轮轴通常定位在气缸盖的深处、直接邻近摇臂。
因此，当这样的配气机构安装至气缸盖时，对于已知的配气机构需要对现有内燃机的气缸盖做出实质性修改。
发明内容
本发明的目的是减少或者甚至克服上述缺点。
该目的根据本发明利用根据前序部分的配气机构组件来实现。该配气机构组件的特征在于至少一个可旋转控制杆用于将闩锁控制在第一位置和第二位置之间，其中至少一个控制杆包括用于每个闩锁的传动件，该传动件将至少一个控制杆中的转矩转换成与控制杆相切的控制力以控制闩锁在第一和第二位置之间的运动。
根据本发明的配气机构，提供用于每个闩锁的传动件，使得与控制杆相切的控制力能够施加在闩锁上。结果，布置在摇臂中的闩锁和控制杆之间的距离会更大并且无需如同已知的配气机构组件那样使控制杆与闩锁对准。因此，控制杆可更自由地定位在气缸盖内，使得气缸盖修整次数可大大减少，甚至避免。
主摇臂可由钢板制造，但更优选地，该摇臂是金属铸件。由于需要有限的精加工操作，通过铸造摇臂可以将大量摇臂的制造成本保持较低。此外，铸造金属摇臂能够更好地传递来自凸轮轴和气门的力，从而能够使摇臂重量最小化。
虽然铸造金属摇臂优选用于本发明的配气机构组件，但这样的铸造金属摇臂也可应用在PCT/EP2015/061768的已知配气机构组件上。
在根据本发明的配气机构组件的优选实施例中，传动件是以一端布置到控制杆的细长元件，并且其中细长元件的另一端接合闩锁。
优选地，控制杆大致沿径向延伸。
细长元件(比如小横杆)作为将控制杆的旋转转换成切向力的操纵杆，利用该切向力可将闩锁控制在第一和第二位置之间。这允许控制杆的位置与闩锁和其中布置闩锁的摇臂相隔开。可更自由地选择控制杆的位置并且可以成形细长元件，使得细长元件避开气缸盖的现有设计和部件，控制杆的转矩被转移至闩锁。
在根据本发明的配气机构组件的另一实施例中，大致呈U形或R形的板簧布置在细长元件的另一端与闩锁之间，其中板簧的一个自由端布置到闩锁。
对于已知的配气机构组件，螺旋弹簧形式的挠性弹簧布置在闩锁销上。挠性弹簧确保即使在闩锁还没与闩锁开口对准时，控制凸轮也可从闩锁解锁的位置旋转至锁定闩锁位置的位置。
大致呈U形或R形板簧提供相同的挠性弹簧功能，因为U形或R形板簧比用于已知配气机构组件中的螺旋弹簧更容易安装至闩锁并且提供更简单的设计。这样的板簧还可用在已知的配气机构组件中，其中提供至少一个副凸轮轴以控制所述闩锁，该副凸轮轴具有用于每个闩锁的选择器凸轮。
根据本发明的配气机构组件的另一优选实施例还包括用于容纳主凸轮轴的凸轮轴支承座，其中传动件包括布置在控制杆上的控制凸轮和布置在控制凸轮与闩锁之间的弯曲板簧，其中弯曲板簧的一个自由端布置到凸轮轴支承座。
对于已知的配气机构组件，副凸轮轴需要靠近或邻近布置有闩锁的摇臂定位。对于本发明，具有控制凸轮的控制杆可更自由地布置在气缸盖中，例如安装在主凸轮轴的顶部上。通过使用在该实施例中是弯曲板簧的传动件，控制杆中的转矩经由控制凸轮和弯曲板簧转换成用于操作闩锁的控制力。弯曲板簧的自由端需要固定安装，尤其是固定地安装至凸轮轴支承座，从而控制凸轮可使弯曲板簧绕固定点倾斜，而弹簧的另一自由端可作用在闩锁上以将闩锁控制在第一和第二位置之间。另外，弯曲板簧还用作挠性弹簧，使得闩锁不再需要设置有这样的附加挠性弹簧。
优选地，该弯曲板簧大致呈C形，其中该控制凸轮与所述一个自由端附接到凸轮轴支承座的附接点间隔地接合该弯曲板簧，并且该弯曲板簧的另一端接合该闩锁。
在根据本发明的配气机构组件的又一实施例中，该控制杆可在两个角度之间旋转，并且该控制杆设置有弯曲部以接纳待安装有配气机构组件的气缸盖的部件。
由于控制杆仅需在两个角度之间旋转以在两个位置之间控制闩锁，并且控制杆无需整圈旋转，所以控制杆可以设置弯曲部以便避开气缸盖的部件或形状。例如，通过在控制杆中提供U形弯曲部可能避开正时皮带的正时轮。
在根据本发明的配气机构组件的又一个实施例中，该弯曲板簧从M形起始形状开始弯曲，其中该板簧包括桥部，三个支腿从该桥部平行于彼此延伸，其中两个外部支腿被布置在凸轮轴支承座上，中间支腿的自由端接合闩锁。
弯曲板簧很容易地从具有M形的平坦弹簧钢片弯出。由于两个外部支腿附接至通常布置到气缸盖的凸轮轴支承座，所以提供用于中间支腿的枢轴支撑。此外，由于通过附接的外部支腿在两侧支撑中间支腿，所以控制凸轮将使中间支腿以确定且可预测的方式枢转以控制闩锁。
该弯曲板簧的这些外部支腿优选在该控制凸轮的相对两侧延伸。这提供了对称性，使得由该控制凸轮施加的力沿着板簧均匀分布，并且板簧的扭力被最小化。
此外，如果外部支腿设置有U形自由端，则是优选的。U形自由端提供附加弹簧作用并且有助于挠性弹簧功能，从而使控制凸轮能够随时旋转而不考虑副凸轮轴和主凸轮轴是否对准。
在根据本发明的配气机构组件的又一实施例中，闩锁包括沿主摇臂的长度可移动的销，其中销的一端接合在副摇臂上，其中推动销以其另一端与传动件接触。
与控制杆相切的、并经由传动件产生自控制杆中的转矩的控制力将基本上与闩锁的销共轴。
本发明还涉及用于内燃机的气缸盖与根据本发明的配气机构组件的组合，其中配气机构组件安装在气缸盖上。
根据本发明的组合体的实施例，还包括布置在气缸盖一侧的致动器比如电动机，该致动器连接至控制杆用于旋转所述控制杆。
因为控制杆可在气缸盖内更自由地定位，通常安装在气缸盖外部的致动器的位置也可更自由地选择。
优选地，致动器连接至控制杆的端部或者致动器通过蜗杆传动连接至控制杆的中部。
附图说明
本发明的这些和其它特征将结合附图进行说明。图1示出已知配气机构组件的横截面的局部放大立体图。
图2示出根据本发明的组合体的局部立体图。
图3A和图3B示出根据本发明的配气机构组件的第一实施例。
图4A和图4B示出根据本发明的配气机构组件的第二实施例。
图5示出本发明的用于配气机构组件的铸造金属摇臂的实施例。
图6示出根据本发明的配气机构组件的第三实施例的部分立体图。
图7A和图7B示出第三实施例在两个不同位置的横截面图。
具体实施方式
图1示出了从申请人的较早专利申请PCT/EP2015/061768中已知的配气机构组件1的横截面的局部放大立体图。在图1中示出了具有主凸轮21、22和副凸轮23、24的主凸轮轴20。主摇臂6的一端靠着气门杆4以操作对应的气门。
每个主摇臂6具有绕轴26可枢转的副摇臂25。弹簧27绕轴26布置且附接至副摇臂25以向上推动臂25。副摇臂25还设置有从动于副凸轮23的轮廓的副凸轮从动件28，而主凸轮从动件9设置成从动于主凸轮21、22的轮廓。
由副凸轮轴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的长度可移动。弹簧30推压销29抵靠选择器凸轮14。销的另一端可移入副摇臂25中以将副摇臂25锁至主摇臂6。布置在销29和选择器凸轮14之间的弹簧32确保选择器凸轮14能够随时旋转，即使在副摇臂25还没有与主摇臂6对准时亦能旋转。
如将清楚明白的是，选择器凸轮14将控制力F施加在闩锁29上，力F在副凸轮轴16的径向上作用。这需要副凸轮轴16接近摇臂6、7并且副凸轮轴16的轴线与闩锁29的轴线共平面。
图2示出了根据本发明的组合体50的局部立体图。组合体50具有带入口52和出口53的气缸盖51。主凸轮轴54被设置成具有主凸轮55和副凸轮56，类似于图1的实施例。
主凸轮轴54通过支架58安装至凸轮轴支承座57。这些支架58还包括通孔，控制杆59沿着通孔延伸。控制杆59具有用于控制闩锁的细长元件60，如图3A和图3B详细解释的。
控制杆59设置有U形弯曲部61以避开正时皮带轮62。此外，控制杆59连接至布置在气缸盖51的外部的电动机63。
图3A和图3B示出了根据本发明的配气机构70组件的第一实施例。类似于图1的配气机构组件1，该配气机构组件70具有主摇臂71，其一端支撑在固定枢轴72上，另一端支撑在气门杆73上。主摇臂71具有副摇臂74，其带有铰接布置到主摇臂71的副凸轮从动件75。副凸轮从动件74与凸轮轴54上的副凸轮56接触。
闩锁销76布置在主摇臂71中以锁定副摇臂74(如图3A所示)或处于解锁位置(如图3B所示)。
闩锁销76由控制杆59和与U形片簧77接触的细长元件60操作。U形片簧77的一个自由端78布置到闩锁销76。U形片簧77提供与图1示出实施例的弹簧32相同的功能。
通过使用远离控制杆59一半径R地布置的细长元件60，控制杆59中的扭矩可以转换成切向力F。结果，控制杆59可更自由地定位在气缸盖中并且无需像在图1示出的实施例中那样邻接主摇臂71。
图4A和图4B示出本发明的配气机构组件的第二实施例80。实施例80在很大程度上类似于实施例70且相应的零部件带有相同的附图标记。
代替具有细长元件60和U形弹簧77的控制杆59，该实施例80设置有控制杆81，控制凸轮82布置在其上。凸轮82与弯曲板簧83接触，弯曲板簧的一端布置到气缸盖85，例如布置到凸轮轴支承座。
弯曲板簧83具有另一自由端86，其可与闩锁销76接触。在图4A中，凸轮82的凸角接触板簧83，使得另一自由端86压靠将副摇臂74与主摇臂71连接的闩锁76。
当控制杆81旋转时，凸轮82的凸角与弯曲板簧83脱离接触，使得闩锁76通过弹簧87移动到副摇臂74可在主摇臂71中自由旋转的位置(参见图4B)。
图5示出了根据本发明用于配气机构组件的铸造金属摇臂90的实施例。该摇臂90具有铸造金属主摇臂91，其中副摇臂92绕枢轴93可枢转地布置。
主摇臂91设置有两个凸轮从动件94，而副摇臂设置有单个凸轮从动件95。弹簧96将副摇臂92推入所示的位置，而闩锁销97使副摇臂92能够锁定至主摇臂91或与之解锁。
闩锁销97设置有R形片簧98，其确保可将力施加至闩锁97，即使在副摇臂92还没有与主摇臂91对准时。
该摇臂90不仅可应用于根据本发明的配气机构组件，还可应用于根据专利申请PCT/EP2015/061768的配气机构组件。
图6、图7A和图7B示出了根据本发明的配气机构组件的第三实施例100。该实施例100部分类似于第二实施例80并且相应的部件用相同的附图标记表示。
图6示意性示出了具有控制凸轮102的控制杆101，该控制凸轮致动板簧103。在图6中，两个板簧103示出在彼此旁边，对于其中一个板簧103略去了控制杆101。
每个板簧103布置到配气机构组件100布置在其上的气缸盖的部件104。每个板簧103具有M形起始形状，该起始形状具有桥部105，三个支腿106、107、108从桥部105延伸。外部支腿106、108弯曲成U形，使得外部支腿106、108的自由端垂直于桥部105。外部支腿106、108的自由端附接至部件104。
中间支腿107用作由控制凸轮102致动并且致动闩锁销76的操纵杆。中间支腿107的自由端折叠成U形以提供可作为挠性弹簧的附加弹簧。
当中间支腿107通过两个外部支腿106、108经由U形端部附接至气缸盖的部件104时，中间支腿107可沿着弹性悬置的枢转轴枢转，其有助于挠性弹簧功能。因此，即使在副摇臂74还没有与主摇臂71对准时，控制凸轮102可旋转到图7A示出的位置，这是由U形的外部支腿106、108中变形、U形的中间支腿107变形以及中间支腿107的弯曲实现的。一旦副摇臂74和主摇臂71对准，则闩锁销76可移位到将两个摇臂71、74彼此锁定。

Claims (12)

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，每个气门对应于至少一个主凸轮；
-多个主摇臂，每个主摇臂对应于一个气门并具有气门杆致动部分、平行于该主凸轮轴的枢轴以及从动于相应的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所述主摇臂的长度彼此间隔布置；
-至少一个布置在所述主凸轮轴上的副凸轮；
-至少一个用于各副凸轮且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位置和第二位置之间可移动地布置在其中一个所述主摇臂上；以及
-设置在相应的主摇臂上的用于将所述副凸轮从动件锁定在第一位置的闩锁；
-用于容纳该主凸轮轴的凸轮轴支承座；
其中，
设有用于在所述第一位置和第二位置之间控制所述闩锁的可旋转的至少一个控制杆，其中所述至少一个控制杆包括用于每个闩锁的传动件，该传动件将所述至少一个控制杆中的力矩转换成与该控制杆相切的控制力以控制该闩锁在第一位置和第二位置之间的运动，其中该传动件包括布置在该控制杆上的控制凸轮和布置在该控制凸轮与该闩锁之间的弯曲板簧，其中该弯曲板簧的一个自由端布置到该凸轮轴支承座。
2.根据权利要求1所述的配气机构组件，其中，该弯曲板簧大致呈C形，其中该控制凸轮与所述一个自由端附接至该凸轮轴支承座的附接点间隔地接触该弯曲板簧，其中该弯曲板簧的另一个自由端接合该闩锁。
3.根据权利要求1所述的配气机构组件，其中，该弯曲板簧从M形起始形状被弯曲，其中该板簧包括桥部，三个支腿从所述桥部彼此平行地延伸，其中两个外部支腿布置到该凸轮轴支承座，中间支腿的自由端接合该闩锁。
4.根据权利要求3所述的配气机构组件，其中，该弯曲板簧的这些外部支腿在该控制凸轮的相对两侧延伸。
5.根据权利要求4所述的配气机构组件，其中，这些外部支腿配设有U形自由端。
6.一种配气机构组件，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，每个气门对应于至少一个主凸轮；
-多个主摇臂，每个主摇臂对应于一个气门并具有气门杆致动部分、平行于该主凸轮轴的枢轴以及从动于相应的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所述主摇臂的长度彼此间隔布置；
-至少一个布置在所述主凸轮轴上的副凸轮；
-至少一个用于各副凸轮且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位置和第二位置之间可移动地布置在其中一个所述主摇臂上；以及
-设置在相应的主摇臂上的用于将所述副凸轮从动件锁定在第一位置的闩锁；
设有用于在所述第一位置和第二位置之间控制所述闩锁的可旋转的至少一个控制杆，其中所述至少一个控制杆包括用于每个闩锁的传动件，该传动件将所述至少一个控制杆中的力矩转换成与该控制杆相切的控制力以控制该闩锁在第一位置和第二位置之间的运动，其中，所述传动件是以一端布置到该控制杆的细长元件，并且该细长元件的另一端接合该闩锁，其中大致呈U形或R形的板簧布置在该细长元件的另一端和该闩锁之间，其中所述板簧以一个自由端布置到该闩锁。
7.根据权利要求1或6所述的配气机构组件，其中，该控制杆能在两个角度之间旋转，并且所述控制杆配设有弯曲部以接纳待安装有配气机构组件的气缸盖的部件。
8.根据权利要求1或6所述的配气机构组件，其中，该闩锁包括沿该主摇臂的长度可移动的销，其中该销的一端能接合副摇臂，并且该销以另一端被推压接触该传动件。
9.一种内燃机的气缸盖与根据前述权利要求中任一项所述的配气机构组件的组合体，其中该配气机构组件安装在该气缸盖上。
10.根据权利要求9所述的组合体，还包括布置在该气缸盖的一侧上的致动器，该致动器连接至该控制杆以旋转所述控制杆。
11.根据权利要求10所述的组合体，其中，该致动器被连接至控制杆的一端。
12.根据权利要求10所述的组合体，其中，该致动器通过蜗杆传动连接至该控制杆的中部。
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