CN108868945B - 多级可变气门升程装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多级可变气门升程装置，所述多级可变气门升程装置可以包括：移动凸轮，其形成为中空圆柱状，所述移动凸轮配置为随着凸轮轴旋转的同时能够在凸轮轴的轴向方向上移动，并且所述移动凸轮形成有多个凸轮，所述多个凸轮具备有凸轮引导突出装置而且具有彼此不同的气门升程；操作装置，其选择性地引导凸轮引导突出装置，以在凸轮轴的轴向方向上移动所述移动凸轮；控制器，其配置为控制所述操作装置的操作；气门打开/关闭装置，其与所述多个凸轮中的任意一个凸轮相接触；多个止动凹槽，所述多个止动凹槽形成在凸轮轴的外圆周上；以及止动件装置，其设置于所述移动凸轮并且插入到所述止动凹槽以在移动凸轮移动后的位置旋转。

Description

多级可变气门升程装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年5月16日提交的韩国专利申请第10-2017-0060520号的优先权，该申请的全部内容结合于此以用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种多级可变气门升程装置。更具体地，本发明涉及这样一种多级可变气门升程装置，其配置为利用简单构造的同时实现多级气门升程。
背景技术
通常，内燃机通过在燃烧室中接收并燃烧空气和燃料以产生动力。进气气门由凸轮轴操作，从而在打开进气气门的同时将空气引入燃烧室。排气气门也由凸轮轴操作，从而在打开排气气门的同时将空气从燃烧室排出。
然而，进气气门和排气气门的最佳操作取决于发动机的每分钟转数(RPM)。也即，抬升或者打开/关闭气门的适当时间取决于发动机的RPM。如上所述，为了实现根据发动机的RPM的适当的气门操作，已经研发出连续可变气门升程(Continuously Variable ValveLift,CVVL)装置，所述CVVL装置根据发动机的RPM以不同的升程操作气门。
凸轮切换类型的可变气门升程(variable valve lift，VVL)装置中设计有配置为驱动气门的多个凸轮，所述多个凸轮在轴向方向上移动以选择驱动气门的凸轮，并且所述可变气门升程装置对于恰当地控制多个凸轮和气门打开/关闭装置的相对位置是非常重要的。
然而，当引导凸轮切换的组成元件在发动机温度急剧变化导致的热膨胀作用下发生形变时，可能会不恰当地控制多个凸轮和气门打开/关闭装置的相对位置。因此，凸轮切换的可靠性可能会变差。
公开于本发明的背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面致力于提供一种多级可变气门升程装置，所述多级可变气门升程装置在通过简单构造实现多级气门升程的同时改善凸轮切换的可靠性。
根据本发明示例性实施方案的多级可变气门升程装置包括：移动凸轮，其形成为中空圆柱状，所述移动凸轮配置为随着凸轮轴旋转的同时能够在凸轮轴的轴向方向上移动，并且所述移动凸轮形成有多个凸轮，所述多个凸轮具备有凸轮引导突出装置而且具有彼此不同的气门升程；操作装置，其选择性地引导凸轮引导突出装置，以在凸轮轴的轴向方向上移动所述移动凸轮；控制器，其配置为控制所述操作装置的操作；气门打开/关闭装置，其与所述多个凸轮中的任意一个凸轮接触以打开和关闭；多个止动凹槽，所述多个止动凹槽形成在凸轮轴的外圆周上；以及止动件装置，其设置于所述移动凸轮并且插入到所述止动凹槽以在移动凸轮移动后的位置旋转。
所述止动件装置可以包括：止动件安装槽，其在径向方向上从移动凸轮的内圆周向外部凹陷；止动球，其插入到所述止动凹槽；以及弹性构件，其设置在所述止动件安装槽中并且弹性地支撑所述止动球。
所述止动球可以根据移动凸轮的轴向移动而逐步地插入到所述多个止动凹槽。
所述凸轮引导突出装置可以形成为板状。
所述操作装置可以包括：螺线管，其由所述控制器操作；以及引导装置，其由所述凸轮引导突出装置插入，并且根据所述螺线管的操作而选择性地突出以引导所述凸轮引导突出装置。
所述多个凸轮可以以实现的气门升程的降序排列的方式顺序地设置。
当实现最大气门升程或最小气门升程时，所述移动凸轮可以在轴向方向上与凸轮盖相接触。
所述止动件安装槽可以形成在所述移动凸轮的设置有凸轮的部分。
所述止动件安装槽可以形成为在凸轮的凸角突出的方向上凹陷。
所述止动件安装槽可以形成在所述多个凸轮中气门升程最大的凸轮处。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
图1为根据本发明示例性实施方案的多级可变气门升程装置的立体图；
图2、图3、图4、图5、图6和图7为根据本发明示例性实施方案的多级可变气门升程装置的操作示意图；
图8为沿着图7的线A-A所呈现的截面图。
应当理解的是，附图并非按比例地绘制，而是图示性地简化呈现各种特征以显示本发明的基本原理。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如，具体尺寸、方向、位置和外形)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记指代本发明的同样的或等同的部分。
具体实施方式
下面将详细参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当理解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种替代形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
图1为根据本发明示例性实施方案的多级可变气门升程装置的立体图。
如图1所示，根据本发明示例性实施方案的多级可变气门升程装置包括：凸轮轴10，第一移动凸轮20，第二移动凸轮30，第一操作装置60，第二操作装置90，控制器12，以及气门打开/关闭装置110和120；在所述第一移动凸轮20中形成有形状彼此不同的多个凸轮21、22和23以及第一凸轮引导突出装置25，所述第一移动凸轮20与凸轮轴10一起旋转并且配置为在凸轮轴10的轴向方向上滑动；在所述第二移动凸轮30中形成有形状彼此不同的多个凸轮31、32和33以及第二凸轮引导突出装置35，所述第二移动凸轮30与凸轮轴10一起旋转并且配置为在凸轮轴10的轴向方向上滑动；所述第一操作装置60选择性地突出以引导第一凸轮引导突出装置25，并且所述第一操作装置60在第一方向上移动第一移动凸轮20；所述第二操作装置90选择性地突出以引导第二凸轮引导突出装置35，并且所述第二操作装置90在第二方向上移动第二移动凸轮30；所述控制器12配置为控制第一操作装置60和第二操作装置90的操作；所述气门打开/关闭装置110和120与多个凸轮21、22、23、31、32和33中的任意一个相接触。
在第一移动凸轮20和第二移动凸轮30中分别形成有三个凸轮21、22和23以及31、32和33，但是本发明并不限于此，也可以形成有多个凸轮。
多个凸轮可以以将要实现的气门升程的降序排列的方式顺序地设置。任意一个凸轮(例如，图1中23和33所表示的凸轮)可以是停缸(CDA)凸轮，其凸轮升程为“0”。
第一凸轮引导突出装置25和第二凸轮引导突出装置35具有彼此相对的成型方向以在其第一方向或第二方向上分别移动第一移动凸轮20和第二移动凸轮30。例如，第一凸轮引导突出装置25可以向图的左手边移动第一移动凸轮20，而第二凸轮引导突出装置35可以向图的右手边移动第二移动凸轮30。
第一操作装置60和第二操作装置90分别包括第一螺线管61和第二螺线管91以及第一引导装置70和第二引导装置100；所述第一螺线管61和第二螺线管91根据控制器12的控制来操作，所述第一引导装置70和第二引导装置100通过第一螺线管61和第二螺线管91而突出以分别移动第一移动凸轮20和第二移动凸轮30，并且所述第一引导装置70和第二引导装置100由第一凸轮引导突出装置25和第二凸轮引导突出装置35插入。
第一操作装置60和第二操作装置90还分别包括销壳体78，并且第一引导装置70和第二引导装置100还包括主销71和101以及从属销74、76、104和106，所述第一主销71和101设置于所述销壳体78以根据第一螺线管61和第二螺线管91的操作而旋转和突出，所述从属销74、76、104和106可旋转地设置于所述销壳体78以与所述主销71和101接合并且随着主销71和101突出。
图1示出了每个销壳体78分别设置有一个主销71和101以及两个从属销74、76、104和106，然而，主销71和101以及从属销74、76、104和106的个数不限于此，并且销的个数可以设置为与多个凸轮21、22、23、31、32和33的个数成比例。
在第一移动凸轮20和第二移动凸轮30中形成有倾斜部分27和37，使得第一引导装置70和第二引导装置100在移动第一移动凸轮20和第二移动凸轮30之后回到初始位置。
第一移动凸轮20和第二移动凸轮30可以连接为一起移动，或者可以整体地形成为一个移动凸轮40。也即，第一凸轮引导突出装置25和第二凸轮引导突出装置35可以在其第一方向或第二方向上分别移动移动凸轮40。并且，具有恒定半径的圆柱体形状的轴颈部42形成为连接第一移动凸轮20和第二移动凸轮30。
当主销71和101以及从属销74、76、104和106突出使得第一凸轮引导突出装置25和第二凸轮引导突出装置35插入主销71和101与从属销74、76、104和106之间时，第一移动凸轮20和第二移动凸轮30(或者移动凸轮40)在凸轮轴10的轴向方向上移动，并且主销71和101以及从属销74、76、104和106沿着倾斜部分27和37移动以回到初始位置。
接下来，将参考图2、图3、图4、图5、图6和图7来描述根据本发明示例性实施方案的多级可变气门升程装置的操作。
图2、图3、图4、图5、图6和图7是根据本发明示例性实施方案的多级可变气门升程装置的操作示意图。
图3是图2的局部截面图，图5是图4的局部截面图，图7是图6的局部截面图。
如图3、图5和图7所示，根据本发明示例性实施方案的多级可变气门升程装置还包括止动凹槽50和止动件装置80。
止动凹槽50形成在成为圆柱状的凸轮轴10的外圆周上。并且，止动凹槽50可以形成为多个凹槽并且可以根据所要实现的气门升程的数量来形成。图3、图5和图7显示了三个止动凹槽52、54和56。
止动件装置80包括止动件安装槽82、止动球84和弹性部件86，所述止动件安装槽82形成为在径向方向上从移动凸轮40的内圆周向外部凹陷的形状(形成为中空圆柱状)，所述止动球84插入到止动凹槽50，所述弹性部件86设置在止动件安装槽82中并且弹性地支撑止动球84。
止动球84插入到止动凹槽50以使得移动凸轮40移动后在所设置的位置处平稳地旋转。
如图2和图3所示，在止动球84插入到左侧凹槽52并且气门打开/关闭装置110和120与凸轮中的右侧凸轮21和31相接触的状态下，发动机的负载降低，控制器12操作第二操作装置90使得第二引导装置100突出。这样，第二凸轮引导突出装置35插入第二引导装置100的主销101与其左侧从属销106之间并且被引导。因此，如图4和图5所示，第二移动凸轮30和第一移动凸轮20在第二方向上(图的右侧)移动时，止动球84插入到中间凹槽54，并且气门打开/关闭装置110和120与凸轮中的中间凸轮22和32相接触以打开或者关闭。通过这样的步骤，气门升程是可变的。并且，第二引导装置100通过形成在第二移动凸轮30上的倾斜部分37回到初始位置。
在气门打开/关闭装置110和120与凸轮中的右侧凸轮21和31相接触，并且发动机处于高速和高负载状态时(参照图2和图3)，配置为围绕轴颈部42的外圆周的凸轮盖130的右表面根据凸轮21、22、23、31、32和33的旋转与第二移动凸轮30相接触从而防止凸轮轴10脱离。相应地，通过凸轮中的右侧凸轮21和31实现气门升程的移动凸轮40可以稳定地定位，并且可以改善凸轮切换的可靠性。
在图4和图5的状态下，当发动机的负载降低时，控制器12操作第二操作装置90以使第二引导装置100突出。这样，第二凸轮引导突出装置35插入第二引导装置100的主销101和其右侧从属销104之间并且被引导。因此，如图6和图7所示，第二移动凸轮30和第一移动凸轮20在第二方向上(图的右侧)再次移动时，止动球84插入到右侧凹槽56，并且气门打开/关闭装置110和120与凸轮中的左侧凸轮23和33相接触以打开和关闭。通过这样的步骤，气门升程是可变的。并且，第二引导装置100通过形成在第二移动凸轮30上的倾斜部分37回到初始位置。
在气门打开/关闭装置110和120与凸轮中的左侧凸轮23和33相接触，并且发动机处于低速和低负载状态时(参照图6和图7)，凸轮盖130的左表面与第一移动凸轮20相接触。相应地，通过凸轮中的左侧凸轮23和33实现气门升程的移动凸轮40可以稳定地定位，并且可以改善凸轮切换的可靠性。
在图6和图7的状态下，当发动机的负载增加时，控制器12操作第一操作装置60以使第一引导装置70突出。根据移动凸轮40通过第一引导装置70的突出在第一方向上(图的左侧)的移动而得到的气门升程与上述的根据移动凸轮40在第二方向上(图的右侧)的移动而得到的气门升程的不同之处在于，仅仅是移动凸轮40的移动方向是相反的，而它们的操作是相似的，因此省略其详细的描述。
通常，凸轮之间的区域是有限的，但是第一凸轮引导突出装置25和第二凸轮引导突出装置35在根据本发明示例性实施方案的多级可变气门升程装置中形成为板状，其中，可以保留对凸轮轴10的轴向方向区域的限制。对于形成为板状的第一凸轮引导突出装置25和第二凸轮引导突出装置35，根据发动机温度变化的轴向方向形变是不敏感的，因此，当产生形变时，对移动凸轮40的操作的影响可能很小。
图8为沿着图7的线A-A所呈现的截面图。
如图8所示，止动件安装槽82形成在凸轮21、22、31、32和33形成移动凸轮40的部分。而且，止动件安装槽82可以形成为在凸轮21、22、23、31、32和33的凸角突出的方向上凹陷。从而，可以确保包括弹性部件86的止动件安装槽82。即，当止动件安装槽82形成时，形成有凸轮21、22、23、31、32和33的移动凸轮40的强度可能是最大的。并且，还可以提高包括止动凹槽50和止动件装置80的凸轮轴10的设计自由度。在图3、图5、图7和图8中，止动件安装槽82形成于右侧凸轮21和31，其中，凸轮21和31的凸角在凸轮21、22、23、31、32和33中是最突出的，但是，本发明并不限于此。
另一方面，在移动凸轮40和凸轮轴10(其中形成有用于轴向方向上的相对移动的花键)中，当止动件安装槽82形成在凸轮轴10上时，凸轮轴10的加工和大规模生产可能并不容易，并且凸轮轴10的强度可能会变差。然而，根据本发明示例性实施方案，可以解决所述问题。
如上所述，根据本发明示例性实施方案，利用简单的构造可以实现多级气门升程。而且，因为引导突出装置25和35形成为板状并且凸轮盖130使移动凸轮40的位置稳定，所以可以改善移动凸轮40的凸轮切换的可靠性。进一步地，当止动件装置80设置在移动凸轮40中时，可以确保凸轮轴10的强度，而且其耐用性和可靠性也可以得到改善。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上方”、“下方”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“前”、“后”、“背”、“向前”和“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在穷尽本发明，或将本发明限定为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同替代形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (5)

1.一种多级可变气门升程装置，包括：
移动凸轮，其形成为中空圆柱状，所述移动凸轮配置为随着凸轮轴旋转的同时能够在凸轮轴的轴向方向上移动，并且所述移动凸轮形成有多个凸轮，所述多个凸轮具备有凸轮引导突出装置而且具有彼此不同的气门升程；
操作装置，其配置为选择性地引导凸轮引导突出装置，以在凸轮轴的轴向方向上移动所述移动凸轮；
控制器，其配置为控制所述操作装置的操作；
气门打开/关闭装置，其与所述多个凸轮中的凸轮相接触以打开或者关闭；
多个止动凹槽，所述多个止动凹槽形成在凸轮轴的外圆周上；
止动件装置，其设置于所述移动凸轮并且与所述止动凹槽中的一个结合以在移动凸轮移动后的位置旋转；以及
凸轮盖，其配置为围绕凸轮轴的轴颈部的外圆周；
其中，所述止动件装置包括：
止动件安装槽，其在移动凸轮的径向方向上从移动凸轮的内圆周向外部凹陷；
止动球，其构造成插入到所述止动凹槽中的一个中；以及
弹性构件，其设置在所述止动件安装槽中并且弹性地支撑所述止动球，
其中，所述止动件安装槽形成在多个所述移动凸轮中的所述凸轮所设置的部分处，
其中，所述止动件安装槽形成在所述多个凸轮中气门升程最大的凸轮处；
其中，所述多个凸轮以实现的气门升程的降序排列的方式顺序地设置；
其中，当实现最大气门升程或最小气门升程时，所述移动凸轮在轴向方向上与凸轮盖相接触；
其中，所述止动件安装槽形成为在凸轮的凸角突出的方向上凹陷。
2.根据权利要求1所述的多级可变气门升程装置，其中，
所述止动球根据移动凸轮的轴向移动而逐步地插入到所述多个止动凹槽。
3.根据权利要求1所述的多级可变气门升程装置，其中，
所述凸轮引导突出装置形成为板状。
4.根据权利要求1所述的多级可变气门升程装置，其中，所述操作装置包括：
螺线管，其由所述控制器操作；以及
引导装置，其由所述凸轮引导突出装置插入，并且根据所述螺线管的操作而选择性地突出以引导所述凸轮引导突出装置。
5.根据权利要求1所述的多级可变气门升程装置，其中，
所述多个凸轮中的一个的升程为零。
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