CN110284935A - 致动装置、可切换摇臂和可变气门机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种致动装置、可切换摇臂和可变气门机构，所述可切换摇臂包括两个能够相对彼此运动的分臂和锁止机构，锁止机构包括锁定销和致动装置，其中，锁定销被容纳在两个分臂中的纵向端部之间且能够连接或分离两个分臂，其中，致动装置能够致动锁定销，使得锁定销在连接位置与分离位置之间移动，其中，致动装置包括锁定摇臂和线性致动器，其中，锁定摇臂能够绕垂直于锁定摇臂的纵向布置的枢轴转动，其中，锁定摇臂的一个纵向端部由线性致动器致动，从而锁定摇臂的另一个纵向端部能够致动锁定销，使得锁定销在连接位置和分离位置之间移动。

Description

致动装置、可切换摇臂和可变气门机构

技术领域

本发明涉及一种用于可切换摇臂的锁止机构的致动装置。本发明还涉及包括上述致动装置的可切换摇臂。此外，本发明还涉及包括上述可切换摇臂的可变气门机构。

背景技术

为提高内燃机性能、提升燃油经济性并且减少废气排放，常使用可变气门机构。已知一种可行的方案是可切换摇臂，其中，摇臂能够具有多个分臂，例如内臂和外臂。可切换摇臂可以借助锁止机构实现在锁定状态和解锁状态之间的切换，以控制气门致动。在一种可能的方式中，锁止机构具有锁定销，当锁定销在连接位置上，可切换摇臂处于锁定状态，锁定销使内臂和外臂以一个单元移动，而当锁定销在分离位置时，可切换摇臂处于解锁状态，摇臂的两个分臂能够相互独立地移动。在一种可能的方式中，可切换摇臂在不同的状态中借助不同的分臂接触不同的凸轮凸角，例如低升程凸角、高升凸角和无升程凸角，由此将不同的升程传递到相关联的进气门的气门杆或排气门的气门杆。气门机构系统以适合内燃机运行的方式切换摇臂模式。

例如，在美国专利文件US 8,726,862B2中公开了一种可切换摇臂，其中，可切换摇臂具有包括可致动锁定销的锁止机构，锁定销具有平坦部，并且锁定销从内臂延伸并且接合在外臂的止挡表面下方。然而，在上述方案中，锁定销被容纳在油液环境中，并且锁定销通过比较弹簧力和油道所产生的油压来确定运动方向，从而实现锁定/解锁功能，以提供不同的气门升程。因此，必须设置油道，使得油液能够例如从气缸盖输送到锁定销的容纳腔，这极大地增加了气缸盖的复杂性，增大了气缸盖在设计上和制造上的困难程度。此外，由于工作介质是油液，因此在灵活切换摇臂的工作模式时受到一定的限制。

又例如，在美国专利申请US 20170198613A1中也公开了一种可切换摇臂，其中，可切换摇臂具有包括可致动锁定销的锁止机构，锁止机构具有副凸轮轴，副凸轮轴上并排地布置针对各个可切换摇臂的选择器凸轮，用以控制锁定销。然而，这种设计方案的问题在于，在选择器凸轮和锁定销之间的摩擦严重，使得零件寿命较短。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于可切换摇臂的锁止机构的致动装置，使得锁止机构具有简单的结构。

上述技术问题通过一种致动装置和一种包括该致动装置的可切换摇臂解决。具体地，可切换摇臂用于可变气门机构，其中，可切换摇臂包括两个能够相对彼此运动的分臂，其中，可切换摇臂还包括锁止机构，该锁止机构至少包括锁定销和致动装置，其中，锁定销被容纳在两个分臂中的纵向端部之间且能够连接或分离两个分臂，其中，致动装置能够致动该锁定销，使得锁定销在沿可切换摇臂的纵向分布的连接位置和分离位置之间移动，其中，锁定销在连接位置固定连接两个分臂，锁定销在分离位置解除这种固定连接，从而两个分臂能够相对运动。

也就是说，可切换摇臂至少具有两个分臂，例如能够设置通过分臂的相对位置来定义的内臂和外臂。这两个分臂能够相对运动，例如相对枢转。本发明不限定可切换摇臂的多个分臂之间的连接关系以及进行相对运动的方式。

可切换摇臂的锁止机构能够通过移动锁止机构的锁定销来切换可切换摇臂的状态。根据锁定销的位置，可切换摇臂具有两种状态，即锁定销处在连接位置时的锁定状态和锁定销处在分离位置时的解锁状态。在锁定状态中，锁定销位于连接位置，并且例如通过形状配合等方式使得两个分臂无法相对移动。在解锁状态中，锁定销位于不同于连接位置的分离位置，此时例如通过解除上述形状配合式连接使得两个分臂能够相对运动。由于可切换摇臂，特别是两个分臂在两个状态中的运动特性不同，因此，可切换摇臂作为凸轮的从动件，对于由凸轮轴驱动的凸轮的响应不同，从而使得气门升程也不同，实现摇臂的“可切换”功能。

锁定销能够整体呈圆柱体或长方体，也能够是其他的形状。锁定销能够沿其纵向被设置在两个分臂的任一个中，也就是说，锁定销能够沿轴向或长边方向主要由一个分臂容纳，仅在锁定状态的时候连接到另一个分臂。为此，在相应的分臂中设置用于容纳锁定销的容纳腔，锁定销在切换状态时在该容纳腔内移动。

在本发明的范围内，用于可切换摇臂的锁止机构除了锁定销，还包括用于致动锁定销的致动装置和用于复位锁定销的锁定销复位件。

根据本发明的致动装置包括锁定摇臂和线性致动器，其中，锁定摇臂能够绕垂直于锁定摇臂的纵向布置的枢轴转动，其中，锁定摇臂的一个纵向端部由线性致动器致动，从而锁定摇臂的另一个纵向端部能够致动锁定销，使得锁定销在连接位置和分离位置之间移动。

锁定销复位件例如是在锁定销的远离致动装置的一侧设置的弹性件，该弹性件能沿锁定销的运动方向张紧。弹性件例如是螺旋弹簧。

也就是说，锁定摇臂能够以其枢轴为旋转轴线地进行转动，尤其进行摆动。这种转动或者说摆动通过线性致动器驱动锁定摇臂的一个纵向端部实现，使得锁定摇臂能够从第一位置转动到与第一位置不同的第二位置，或者从第二位置转动到第一位置，其中，上述第一位置对应于可切换摇臂的解锁状态，上述第二位置对应于可切换摇臂的锁定状态。

当锁定摇臂处于第一位置，则锁定摇臂的另一个纵向端侧抵靠在锁定销上，在例如克服锁定销复位件的张紧力的情况下，使得锁定销能够维持在分离位置。

当锁定摇臂处于第二位置，则锁定摇臂的另一个纵向端侧无法将锁定销从连接位置移动到分离位置。此时，锁定摇臂不与锁定销接触，或者锁定摇臂与锁定销接触，但无法克服锁定销复位件的张紧力，进而无法使得锁定销从连接位置移动到分离位置。

因此，在根据本发明设计的可切换摇臂中，无需专门为锁止机构设计油路，从而简化内燃机的设计和制造。此外，虽然在摇臂外设置了致动装置，但是由于省去油路的设计，例如摇臂、液压挺杆等多个部件能够相应地简化设计，从而缩小尺寸，因此，整体的结构和布局能够更为紧凑，从而能够构成紧凑型的内燃机系统。另外，由于不再使用油液作为介质，无需在设计时考虑油液流动速度，对于根据本发明的锁止机构的控制能够更为快速、灵活且精确。

此外，根据本发明的致动装置还能够实现锁止机构，尤其致动装置的灵活布置，尤其能够布置在发动机缸盖外侧。另外，通过锁定摇臂的枢轴分别相对两个纵向端部的尺寸的合理设计，能够利用杠杆原理平衡锁定销实际所需的致动力和线性致动器所能提供的动力，增加了线性致动器的可选择性。

在一种特别优选的方式中，线性致动器是电磁致动器。一种可能的工作方式是：在电磁致动器通入电流时，电磁致动器中的电磁销将向上移动，顶着锁定摇臂的一个纵向端部，使得锁定摇臂从第一位置移动到第二位置，进而可切换摇臂从解锁状态切换到锁定状态；在电磁致动器停止通电时，电磁销将向下移动，锁定摇臂依靠自身结构、或者依靠电磁销的带动、或者依靠附加构件从第二位置移动到第一位置，进而可切换摇臂从锁定状态切换到解锁状态。在这种情况下，优选地，电磁致动器由电子控制单元控制。

在一种优选的实施方式中，致动装置具有用于驱动锁定摇臂相对枢轴转动的复位件。由此线性致动器仅需负责锁定摇臂在一个方向上(即第一位置到第二位置的方向或者第二位置到第一位置的方向)的致动。相反方向的致动或者说复位则由复位件完成。从而能够简化设计，节省成本。

有利地，复位件能够是能张紧在锁定摇臂和枢轴之间的弹簧。例如，弹簧的两个端部分别固定在枢轴上，弹簧的中间部段张紧地设置在锁定摇臂主体上。或者，弹簧以张紧的方式在两端处分别固定在枢轴和锁定摇臂上。例如，在线性致动器是电磁致动器的情况下，通过引入例如弹簧带动复位件，在可切换摇臂处于解锁状态时不会产生额外的功耗，从而节省能源。

备选地，也能够通过锁定摇臂自身的结构设计实现自动复位。例如，在线性致动器的不作用于锁定摇臂时，通过重力实现自动复位。

备选地，也能够通过合理的方式将锁定摇臂与线性致动器的移动部(例如电磁致动器的致动销)连接，以实现移动部和锁定摇臂的联动。

在一种有利的实施方式中，在锁定摇臂上设置滚子，用于锁定摇臂与锁定销之间的滚动式接触。由此实现致动装置与锁定销之间的滚动摩擦，相比现有技术中致动装置与锁定销之间的滑动摩擦，能够明显减少致动装置与锁定销之间的磨损，有利于延长零部件的使用寿命。例如，滚子是能够相对锁定摇臂转动的滚轮。滚轮例如是圆盘形构件并且通过设置在锁定摇臂的纵向端部的滚轮枢轴能自转地固持在该纵向端部，其中，滚轮枢轴与锁定摇臂的枢轴优选平行设置。在这种情况下，可以采用当前市场已经存在的用于内燃机的摇臂作为锁定摇臂，从而节省额外的设计成本。

在一种可能的实施方式中，致动装置包括多个锁定摇臂，其中，多个锁定摇臂布置在同一枢轴上。备选地，致动装置包括多个锁定摇臂，其中，多个锁定摇臂布置在不同的枢轴上。由此可以灵活地布置致动装置，尤其能够实现错位布置方式。

上述技术问题还通过一种可变气门机构解决，该可变气门机构包括至少一个上述的可切换摇臂。

附图说明

下面结合附图来示意性地阐述本发明的优选实施方式。附图为：

图1是根据本发明一种优选实施方式的可切换摇臂在锁定状态下的示意图；

图2是根据图1的可切换摇臂在解锁状态下的示意图；和

图3是根据一种优选实施方式的致动装置的局部的立体图。

具体实施方式

图1和图2分别示出了根据本发明一种优选实施方式的可切换摇臂在锁定状态和解锁状态的示意图。该可切换摇臂用于内燃机的可变气门机构。

在图1和图2中示出了可变气门机构的凸轮1、可切换摇臂2、气门杆3和气门挺杆4。在该优选实施方式中，可切换摇臂2是滚子摇臂，但本发明不仅限于滚子摇臂。在气门系统运行时，凸轮1随凸轮轴(未示出)转动，并且凸轮1的转动能够使得可切换摇臂2运动，由此带动与可切换摇臂2相连的气门杆3。气门杆3和液压式的气门挺杆4分别被布置在可切换摇臂2的沿纵向的两端，从而液压式的气门挺杆4能够作为用于调节气门间隙的间隙调节器。

可切换摇臂2具有能够相对彼此枢转的内臂5和外臂11，外臂11具有分别位于板式的内臂5的两侧的两个板件，这两个板件沿可切换摇臂2的纵向延伸，两个板件之间具有横梁，在图1和图2中由11标记的是横梁的基本呈长方形的截面，外臂11的横梁和内臂5能够通过锁止机构固定连接。

锁止机构包括锁定销12、致动装置和锁定销复位件13。

锁定销12基本呈圆柱体。锁定销12被设置在内臂5的靠近外臂11的横梁的端部。在内臂5中设置用于容纳锁定销12的、基本沿可切换摇臂2的纵向延伸的容纳腔，容纳腔的开口朝向外臂11的横梁一侧。锁定销12通过致动器在容纳腔中沿可切换摇臂2的纵向移动，容纳腔的沿可切换摇臂2的纵向延伸的内壁对锁定销12具有导向作用。锁定销12的外表面经硬化处理或者锁定销12整体由硬化钢制成，从而减少磨损。在锁定销12的外侧设置用于止挡的台肩。相应地，在内臂5的容纳腔的内臂设置与锁定销12的台肩相应的轮廓，从而能够防止锁定销12滑出内臂5。在锁定销12和内臂5的容纳腔的底部之间设置止挡件14，止挡件14具有套筒部段，并且在套筒的远离锁定销12的端部具有沿径向向外延伸的凸缘部段，该凸缘例如将止挡件14卡固到内臂5的容纳腔的内臂上，从而防止锁定销过多地缩进内臂5的容纳腔。

用作锁定销复位件的螺旋弹簧13设置锁定销12的圆柱形的空腔中，该空腔面向止挡件14的端侧地设置，止挡件14的套筒部段能够部分地伸入到该空腔中。螺旋弹簧13一端包围止挡件14的套筒部段并且抵靠在止挡件14的凸缘部段，螺旋弹簧13的另一端抵靠在锁定销12的空腔的底部，从而螺旋弹簧13能够沿可切换摇臂的纵向张紧。同时，螺旋弹簧13对锁定销12也具有导向作用。

致动装置主要包括锁定摇臂8和设计为电磁致动器的线性致动器7。如图3所示，锁定摇臂8能够绕垂直于锁定摇臂8的纵向布置的枢轴9转动。锁定摇臂8的一个纵向端部设有滚轮6形式的滚子。锁定摇臂8的另一个纵向端部由电磁致动器致动，电磁致动器能够由电子控制单元(未示出)来控制，由此滚子6能够致动锁定销12，使得锁定销12在如图1所示的连接位置和如图2所示的分离位置之间移动。在图3中还清楚地示出了一种复位件的优选实施方式。该复位件设计为张紧在锁定摇臂8和枢轴9之间的弹簧10，复位件配合电磁致动器，使得锁定摇臂8在两个位置之间摆动。在此，弹簧10的两个端部分别通过固定环15固定在枢轴9上，弹簧10的中间部段张紧地设置在锁定摇臂8的凹部。

在图1中示出了可切换摇臂2的锁定状态。当电磁致动器7开始通电，电磁销将向上移动，抵靠住锁定摇臂8的一个纵向端部，使得锁定摇臂8相对枢轴9转动直至如图1所示的第二位置。在本实施方式中，锁定摇臂8在第二位置处不与锁定销12接触。同时，锁定销12在螺旋弹簧13的作用下伸出内臂5的容纳腔，直到锁定销12到达如图1所示的连接位置。锁定销12在连接位置处将外臂11的横梁顶到内臂5的止挡表面，从而内臂5和外臂11没有相对运动地以一个单元移动。

在图2中示出了可切换摇臂2的解锁状态。当电磁致动器通7停止通电，电磁销向下移动，锁定摇臂8通过弹簧10的张紧力相对枢轴9转动，从图1所示的第二位置转回到图2所示的第一位置。同时，锁定摇臂8通过其滚轮6抵靠锁定销12的端部，并且克服螺旋弹簧13的张力使得锁定销12完全缩进内臂5的容纳腔，直到锁定销12位于分离位置。当锁定销处于分离位置，锁定销12不再对外臂11的横梁施加作用力，外臂11的横梁不再抵靠在内臂5的止挡表面上，从而内臂5和外臂11能够相对枢转。

由于锁定销12在不同的位置导致内臂5和外臂11的运动特性不同，因此可切换摇臂作为凸轮1的从动件，对于由凸轮轴驱动的凸轮1的响应不同，从而使得气门升程也不同。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应该理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记列表

1 凸轮

2 摇臂

3 气门杆

4 气门挺杆

5 内臂

6 滚子

7 线性致动器，电磁致动器

8 锁定摇臂

9 枢轴

10 复位件，弹性件，弹簧

11 外臂

12 锁定销

13 锁定销复位件，螺旋弹簧

14 止挡件

15 固定环

Claims (10)

1.一种致动装置，用于可变气门机构的可切换摇臂(2)的锁止机构，其中，所述可切换摇臂(2)包括两个能够相对彼此运动的分臂(5、11)，所述锁止机构包括锁定销(12)和致动装置，

其中，所述锁定销(12)被容纳在所述两个分臂(5、11)中的纵向端部之间且能够连接或分离所述两个分臂(5、11)，

其中，所述致动装置(7)能够致动所述锁定销(12)，使得所述锁定销(12)在固定连接所述两个分臂(5、11)的连接位置与解除所述固定连接的分离位置之间移动，

其特征在于，

所述致动装置(7)包括锁定摇臂(8)和线性致动器(7)，

其中，所述锁定摇臂(8)能够绕垂直于所述锁定摇臂(8)的纵向布置的枢轴(9)转动，

其中，所述锁定摇臂(8)的一个纵向端部由所述线性致动器(7)致动，从而所述锁定摇臂(8)的另一个纵向端部能够致动所述锁定销(12)，使得所述锁定销(12)在所述连接位置和所述分离位置之间移动。

2.根据权利要求1所述的致动装置，其特征在于，所述线性致动器(7)是电磁致动器。

3.根据权利要求2所述的致动装置，其特征在于，所述电磁致动器由电子控制单元控制。

4.根据权利要求1所述的致动装置，其特征在于，所述致动装置具有用于驱动所述锁定摇臂(8)相对所述枢轴(9)转动的复位件(10)。

5.根据权利要求4所述的致动装置，其特征在于，所述复位件是张紧在所述锁定摇臂(8)和所述枢轴(9)之间的弹簧(10)。

6.根据权利要求1所述的致动装置，其特征在于，在所述锁定摇臂(8)上设置滚子(6)，用于所述锁定摇臂(8)与所述锁定销(12)之间的滚动式接触。

7.根据权利要求1所述的致动装置，其特征在于，所述致动装置包括多个锁定摇臂，其中，所述多个锁定摇臂布置在同一枢轴上。

8.根据权利要求1所述的致动装置，其特征在于，所述致动装置包括多个锁定摇臂(8)，其中，所述多个锁定摇臂布置在不同的枢轴上。

9.一种可切换摇臂，包括根据权利要求1-8中任一项所述的致动装置。

10.一种用可变气门机构，包括根据权利要求9所述的可切换摇臂。