CN111852605A - 可变气门升程系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种总和摇杆系统，其根据由同心凸轮轴(46)的不同凸轮凸角(14、22)限定的第一和第二凸轮轮廓的组合升程来作用在提升气门(16)的杆的端部上。所述系统包括安装在枢转轴(18)上并具有与第一凸轮轮廓接触的第一从动件(44)和作用在气门(16)上的端部以根据第一凸轮轮廓的升程来使气门(16)移动一定量的第一摇杆(12)，将固定地安装在发动机上的摇杆轴(24)，以及可绕摇杆轴(24)枢转的第二摇杆(20)，第二摇杆(20)具有接触第二凸轮轮廓的第二从动件(48)并用于根据第二凸轮轮廓的升程来移动第一摇杆(12)的枢转轴(18)。摇杆轴(24)与一平面相交，该平面包含枢转轴(18)的轴线和第一摇杆(12)的作用在气门杆上的端部，并且第一摇杆(12)包括用于容纳摇杆轴(24)的切口(26)，切口(26)构造和尺寸设计成可防止摇杆轴(24)干扰第一摇杆(12)的运动。

Description

可变气门升程系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的气门机构系统，尤其涉及一种提供可变气门升程的系统。
背景技术
传统上，内燃机使用单个凸轮轮廓来使气体能够进入或离开燃烧室。更现代的发动机能够根据多种因素(例如发动机转速和负载)改变气门升程轮廓，以实现更高的效率。利用总和摇杆系统的可变气门升程系统可以用于组合两个不同的凸轮轮廓以产生期望的气门升程轮廓。可以通过改变两个凸轮轮廓相对于彼此的正时来修改气门升程轮廓以适应当前的发动机工况。
总和摇杆系统从现有技术中是已知的，在EP1426569中描述了一种被认为最接近本发明的摇杆系统。它们使用两个摇杆起作用，每个摇杆都由两个凸轮轮廓中的一个作用。两个摇杆使用允许摇杆相对于彼此旋转的枢转轴连接。
两个摇杆中的第一个绕枢转轴枢转，并在第一凸轮轮廓和提升气门的杆之间起作用，以打开和关闭该气门。两个摇杆中的第二个安装在发动机中在固定摇杆轴上，并在第二凸轮轮廓和第一摇杆的枢转轴之间起作用。这根据第二凸轮轮廓的轮廓升高和降低支承第一摇杆的枢转轴。枢转轴的运动改变了第一摇杆的位置，从而改变了气门升程。由此得出，在任何一点处的气门升程都由第一和第二凸轮轮廓两者的组合确定。在每种情况下，凸轮轮廓可以由单个凸轮凸角或为避免不平衡力而由两个相同但轴向间隔的凸角限定。
为了最佳性能，两个摇杆应具有相同的机械优势，并且施加在摇杆上的力应仅施加扭矩以使摇杆绕枢转轴或摇杆轴旋转(视情况而定)。在设计气门机构的几何形状时的进一步考虑是，在发动机中可用来容纳该气门机构的空间可能受到限制。由于这些不同的考虑产生了相互矛盾的需求，因此迄今为止，有必要折衷和解决一种在运动几何形状和气门机构封装方面并非最佳的配置。
发明内容
发明的目的
因此，本发明试图提供一种采用凸轮总和但在气门机构的不同元件的相对安置方面提供更大自由度的气门机构。
根据本发明，提供了一种如以下所附权利要求书的权利要求1中所述的可变气门升程系统。
在所附的从属权利要求中陈述了本发明的优选特征。
附图说明
现在将通过示例参考附图进一步描述本发明，其中：
图1a是可变气门升程系统的第一实施例的前视图，其中，在第一摇杆中设有用于摇杆轴的孔形式的切口，
图1b示出了图1a中的摇杆的另一种设计方案的细节，其中切口为延伸到第一个摇杆边界的槽的形式，
图2是可变气门升程系统的第二实施例的等轴视图，其中第一摇杆中的孔和有间隙地穿过所述孔的摇杆轴，每个都具有一个以上的直径，
图3a和3b是可变气门升程系统的第三实施例的第一摇杆的不同视图，其中第一摇杆由单个成形的钣金件制成，
图4是由两个钣金件制成并使用枢转轴和凸轮从动轴组装的另一种第一摇杆的等轴视图，
图5是气门机构的等轴视图，其中进气门和排气门中的一个使用凸轮总和系统进行操作，而另一个气门通过常规摇杆和单个凸轮轮廓进行操作，
图6是与图5的气门机构类似的气门机构的等轴视图，但其中偏心衬套用于优化常规摇杆的枢转轴线的位置，
图7是与图6的气门机构类似的气门机构的等轴视图，显示了固定偏心衬套的另一种方式，以及
图8是与图7的气门机构类似的另一气门机构的视图，但是其中控制弹簧被安装在第二摇杆而不是第一摇杆上。
具体实施例
在下面对本发明的实施例的以下描述中，为了避免不必要的重复，已经给不同实施例的类似部分分配了具有相同的后两位数字的附图标记。因此，数字XX、1XX、2XX、3XX等将表示相同的元件，或可能实现相同功能的修改元件。
图1a示出了用于根据由同心凸轮轴46的不同凸轮凸角14、22限定的第一和第二凸轮轮廓的组合升程而作用在两个提升气门16上的总和摇杆系统10。系统10的第一摇杆12围绕枢转轴18安装，并且具有与第一凸轮凸角14的轮廓接触的呈辊形式的第一凸轮从动件44。第一摇杆12的另一端经由桥接件27作用在气门杆上，以根据第一凸轮14的轮廓的升程来移动气门16。第二摇杆20可绕固定安装在发动机上的摇杆轴24枢转，第二摇杆20具有与第二凸轮22的轮廓接触的也呈辊形式的第二从动件48(在图2中可以更清楚地看到)。第二摇杆20用于根据第二凸轮22的轮廓的升程来移动第一摇杆12的枢转轴18。
从图1a可以看出，摇杆轴24与一平面相交，该平面穿过枢转轴18的轴线和第一摇杆12的向气门16施加向下的力(如图所示)的端部。摇杆轴24的这种安置，虽然使气门机构的几何形状和封装最佳化，但传统上是不可能的，因为坚固的第一摇杆12和摇杆轴24将竞争以占据相同的空间。
为了将摇杆轴24容纳在这样的位置，图1a和1b所示的本发明的实施例的第一摇杆12设有切口26，该切口26构造成和尺寸设计为防止摇杆轴24干扰第一摇杆12的运动。在图1a的情况下，切口26是孔的形式，摇杆轴24以具有间隙的方式容纳在该孔中，而在图1b中，切口26a是延伸至第一摇杆12的边界的槽。
虽然可以使用具有足够大直径的圆形孔，但是优选的是，通过提供沿相对运动方向伸长的孔，来最小化从第一摇杆去除的材料的量。相对运动的方向可以是弯曲的或相对笔直的，这取决于气门机构的几何形状。
在图3a和3b中示出的实施例的第一摇杆212包括轴向地跨过第二摇杆20的两个内表面213、215，两个表面213、215在它们之间限定了一个袋217，第二摇杆20被有间隙地容纳在袋217中。容纳在第一摇杆12的表面213和215中的对准孔219中的枢转轴18被可枢转地连接到在袋217内的第二摇杆20。
使用图1a所示的控制弹簧28，以使第一从动件44在其整个旋转过程中和与其对应的凸轮凸角14之间保持接触。控制弹簧28作用在第一摇杆12上并被安装到发动机上的固定点。
控制弹簧28的最佳位置通过与枢转轴18和固定摇杆轴24之间形成的线垂直的枢转轴18来产生力矢量。然而，通常更重要的是使气门机构的高度最小化，在这种情况下，弹簧28可以从该最佳位置移动。
在如图2所示的本发明的第二实施例中，摇杆轴124在其穿过第一摇杆112的区域中具有减小的直径121和123。摇杆轴124的减小的直径的区域121、123允许第一摇杆112中的切口126的至少一部分具有减小的直径，由于更少的材料被去除，使得第一摇杆112受益于增加的刚度特性。
同样可能的是，使摇杆轴124的减小的区域形成有一个或多个槽，而不是减小的直径，以便减小第一摇杆112中的切口126的尺寸。
如果形成为孔，则切口126的一部分应保持直径，以为摇杆轴124的较大直径区域提供间隙配合。摇杆轴124的直径通常是为第二摇杆120的轴颈轴承指定的，因此不能在穿过第二摇杆120的区域中直接改变。孔的该较大直径部分的位置可以沿其扫掠范围安置在任何位置，以使刚度最大化。
图3a和3b的第一摇杆212可以由钣金件形成。当物料仍处于其展开的板材状态时，可以冲压或切出所需的任何孔，例如用于摇杆轴、枢转轴和凸轮从动轴的孔，然后冲压或切出摇杆的外部轮廓，然后最后折叠以形成摇杆212。使用钣金件自动地创建一个可以在其中安置第二个摇杆的袋，避免进行机械加工的需要。
可替代地，如图4所示，第一摇杆712可以由两个成形的钣金件部件712a和712b组装而成。这两个部件可以通过枢转轴718和凸轮从动轴730保持在一起。用于摇杆轴724的切口726和用于第二摇杆的袋的生产可以再次在任何成形之前进行。应当注意，第一摇杆可以由两个以上的部件组装而成，并且并非必须所有部件都由钣金件形成。
通常仅在进气门或排气门的其中一个气门上使用总和摇杆系统，该气门使用具有单个凸轮轮廓的常规系统来操作。这种气门机构在图5至7的每一个中被示出。在图5的实施例中，传统的第三摇杆332用于操作图中未示出的气门，该摇杆332作用在另一个气门与安装到凸轮轴346的第三凸轮凸角334之间。该气门由第三摇杆332根据单个第三凸轮轮廓打开和关闭。如图5所示，摇杆332绕摇杆轴324枢转。尽管这样的配置使总和摇杆系统对气缸盖设计的影响最小化，但是摇杆轴324可能无法为第三摇杆332的枢转提供最佳位置。
图6和7所示的本发明的实施例提供了减轻该问题的解决方案。在这些实施例中，通过将诸如衬套436之类的偏心元件装配到摇杆轴424上来改变摇杆轴424的枢转轴线的位置，第三摇杆432被安装到偏心衬套436上。必须防止衬套436在摇杆轴424上旋转。图6示出了通过机械螺钉438固定至摇杆轴424的衬套。可以使用其它的固定装置。
在图7所示的实施例中采用了防止衬套436旋转的另一种方法。通过具有将摇杆轴424固定至支承件440的轴安装螺栓450的摇杆轴支承件440约束沿第一方向的旋转和轴向运动。沿第二方向的轴向运动被衬套保持垫圈442约束，并且最终被总和摇杆系统的第一摇杆412约束。该解决方案消除了对任何额外固定的需求，并且仅需要对摇杆轴支承件440进行最小的设计改变以容纳衬套436。
如先前所公开的，控制弹簧28有时可以以欠佳定向的方式安装，以使气门机构的总高度最小化。将控制弹簧28从其最佳位置移动需要弹簧28产生更大的力。设计施加足够力但仍适合气缸盖的封装空间的控制弹簧可能很困难或成本很高。
图8示出了控制弹簧528的替代布置。使用图4的实施例中描述的两件式摇杆，控制弹簧528可以被直接安装到第二摇杆520而不是第一摇杆512。由于第二摇杆520安装得比第一摇杆低，因此将控制弹簧528安装到第二摇杆520上减小了气门机构高度，同时保持控制弹簧528的最佳或接近最佳的角度。在此位置，由控制弹簧528产生的力矢量通过与在枢转轴518和固定摇杆轴24之间形成的线垂直的枢转轴518作用。因此，弹簧528需要产生较小的力并且更易于封装。
应当理解，上述实施例可以在技术上可能的地方进行组合。例如，控制弹簧可以独立于第一摇杆的设计而作用在第二摇杆上。如果第一摇杆将以不同于图8所示的任何其他方式构造，则第一摇杆可能需要用于控制弹簧穿过的通孔。可替代地，控制弹簧可以位于第一摇杆中的凹口或孔中。
此外，或者可能的是，控制弹簧可以布置为在两个摇杆之间作用，以保持与凸轮轮廓之一的期望接触，而不是在其中一个摇杆和发动机上的固定点之间作用。
尽管在上述实施例中，总和摇杆系统与改变气门的升程有关，但是气门打开的持续时间和气门的正时可以根据凸轮凸角相对于彼此、相对于发动机曲轴的任何一个或两者的相位而变化。
本发明可以与发动机中的任何数量的进气门或排气门一起使用，或者实际上可以与任何发动机配置或数量的气缸一起使用。如果每个摇杆作用一个以上的气门，则可通过将气门连接到气门的气门桥来同步气门。

Claims (11)

1.一种用于根据由同心凸轮轴(46)的不同凸轮凸角(14、22)限定的第一和第二凸轮轮廓的组合升程来作用在提升气门(16)的杆的端部上的总和摇杆系统，所述系统包括：
第一摇杆(12)，其安装在枢转轴(18)上并具有与所述第一凸轮轮廓接触的第一从动件(44)和作用在所述气门(16)上的端部，以根据所述第一凸轮轮廓的升程来使所述气门(16)移动一定量，
摇杆轴(24)，其将固定地安装在发动机上，以及
第二摇杆(20)，其绕所述摇杆轴(24)可枢转，所述第二摇杆(20)具有接触所述第二凸轮轮廓的第二从动件(48)并用于根据所述第二凸轮轮廓的升程来移动所述第一摇杆(12)的所述枢转轴(18)，
其特征在于
所述摇杆轴(24)与一平面相交，所述平面包含所述枢转轴(18)的轴线和所述第一摇杆(12)的作用在气门杆上的端部，并且
所述第一摇杆(12)包括用于容纳所述摇杆轴(24)的切口(26)，所述切口(26)构造和尺寸设计成防止所述摇杆轴(24)干扰所述第一摇杆(12)的运动。
2.根据权利要求1所述的总和摇杆系统，其中，所述第一摇杆(12)中的所述切口(26)是用于容纳所述固定的摇杆轴(24)的孔，所述孔(26)尺寸设计成允许所述摇杆轴(24)有扫掠间隙地穿过所述孔(26)。
3.根据权利要求1或2所述的总和摇杆系统，其中，所述摇杆轴(124)在区域(121、123)中具有减小的横截面面积，在所述区域(121、123)中所述摇杆轴(124)被容纳在所述第一摇杆(112)中的所述切口(126)内。
4.根据任一前述权利要求所述的总和摇杆系统，其中，所述第一摇杆(212)包括轴向地跨过所述第二摇杆(20)的两个表面(213、215)，所述两个表面(213、215)在它们之间限定了袋(217)，所述第二摇杆(20)被有间隙地容纳在所述袋(217)内。
5.根据权利要求1所述的总和摇杆系统，其中，所述第一摇杆(212)包括至少两个彼此固定的部件(712a、712b)。
6.根据任一前述权利要求所述的总和摇杆系统，其中，所述第一摇杆(212)由钣金件形成。
7.一种包括根据任一前述权利要求所述的总和摇杆系统的气门机构，其用于操作发动机汽缸的两种不同类型的气门，其中，所述求和摇杆系统用于根据所述凸轮轴的所述两个凸轮轮廓的组合升程来打开和关闭所述两种类型的气门(16)中的一个，并且其中，所述气门机构还包括第三摇杆(332)，所述第三摇杆(334)用于根据所述凸轮轴的第三凸轮(334)的单个轮廓来操作所述两种类型的气门中的另一个。
8.根据权利要求7所述的气门机构，其中，所述第三摇杆(332)绕所述第二摇杆(320)的所述摇杆轴(324)的轴线可枢转地安装。
9.根据权利要求7所述的气门机构，其中，所述第三摇杆(432)通过偏心元件(436)安装到所述摇杆轴(424)，以绕与所述摇杆轴(424)的轴线不同的轴线枢转。
10.根据权利要求7所述的气门机构，其中，设置有作用在所述发动机中的固定点和所述第一摇杆(12)之间的控制弹簧(28)，以将所述从动件(44)推向所述第一凸轮轮廓(14)。
11.根据权利要求7所述的气门机构，其中，所述第一摇杆(512)具有孔，所述孔具有位于与所述枢转轴(518)和所述摇杆轴(524)的轴线垂直的平面中的轴线，所述孔允许连接到所述第二摇杆(520)的控制弹簧(528)有间隙地穿过所述第一摇杆(512)。
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