CN112219016A - 内燃机的气门传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有至少一个换气阀的气门传动装置(100、200)，换气阀能通过凸轮轴(101、201)的至少两个不同的凸轮(102、103；202、203)交替地操纵，其中，在凸轮(102、103；202、203)与换气阀之间布置有能围绕摇臂轴(105、205)摆动的气门摇臂(104、204)，气门摇臂具有第一杠杆部分(106、206)和第二杠杆部分(107、207)，其中，第一杠杆部分(106、206)能围绕摇臂轴(105、205)摆动且在至少两个轴向位置(B)之间可位移地支承，并且第二杠杆部分(107、207)围绕摇臂轴(105、205)可摆动地、优选地不可轴向位移地支承，并且其中各杠杆部分(106、206、107、207)机械联接，使得摆动运动能传递。为了进行调节，第一杠杆部分(106、206)的位移通过滑槽引导件(111、211)进行，其中，滑槽引导件(111、211)的操纵通过摇臂轴(105、205)的旋转进行。

Description

内燃机的气门传动装置
本发明涉及一种内燃机的气门传动装置，其具有至少一个换气阀，换气阀可通过凸轮轴的至少两个不同的凸轮交替地操作，其中，在凸轮与换气阀之间布置有可绕摇臂轴摆动的气门摇臂，该气门摇臂具有第一杠杆部分和第二杠杆部分，其中，第一杠杆部分可围绕气门轴线摆动地被支承并且在至少(一个)第一轴向位置与(一个)第二轴向位置之间可移动地被支承，而第二杠杆部分可围绕摇臂轴摆动地、优选不可轴向移动地被支承，并且其中，第一杠杆臂与第二杠杆臂机械地联接，从而第一杠杆部分的摆动运动可传递到第二杠杆臂上。
WO 2016/059456 A1公开了一种内燃机的气门传动装置，其具有布置在换气阀与凸轮轴之间的多件式的气门摇臂。凸轮轴具有配属于该气门摇臂的两个凸轮。摇臂的具有滚子的第一杠杆部分可轴向移动且可摆动地布置在凸轮轴上。接合到换气阀上的第二杠杆部分同样可摆动地、但不可轴向移动地布置在摇臂轴上。第一杠杆臂与第二杠杆臂联接，使得第一杠杆臂的摆动运动传递到第二杠杆臂上。通过第一杠杆部分的轴向移位，滚子可以选择性地与第一凸轮或第二凸轮接合。第一气门摇臂(阀杆)的轴向位移是液压地发生的。
此外，由出版物DE 197 00 736 A1、DE 10 2007 049 074 A1、DE 10 2016 205833 A1、DE 10 2016 210 973 A1和DE 10 2016 210 976 A1已知具有气门摇臂的气门传动装置，其中，气门摇臂的滚子或滚子轴线可以轴向移动并由此可以在第一凸轮和第二凸轮之间转换。
本发明的目的是以低耗费来实现对气门传动装置的简单调节。
从开头所述的气门传动装置出发，根据本发明，该目的通过如下方式实现，即，第一杠杆部分通过滑槽引导件进行位移，滑槽引导件具有形状配合地共同作用的至少两个滑动元件，其中，第一滑动元件具有至少一个、优选地为槽缝或凹槽形的滑轨，第二滑动元件具有借助滑轨来引导的至少一个滑块，其中，滑槽引导件的操纵通过摇臂轴在至少(一个)第一旋转位置与第二旋转位置之间的旋转来进行。
滑槽引导件(槽缝/栓销控制件)在此是指用于机械力传递的机械传动元件，借助该传动元件可以对具有至少一个滑轨的滑动引导件(第一滑动元件)中的销状滑块(第二滑动元件)进行强制控制。滑轨可以例如由轴或轴线的侧面(表面、护套)中的螺旋状槽形成。通过轴或轴线的旋转，滑动元件以及与滑动元件连接的调节元件轴向位移。例如从DE 102016 210 976 A1中已知这种用于滑动元件的强制引导的滑动引导(件)。
有利地，通过操纵元件进行摇臂轴在至少第一旋转位置与第二旋转位置之间的旋转。操纵元件的控制可以液压、气动、机械或电气地进行。通过使用滑槽引导件，只需要很小的力即可调节气门传动装置。优选地，摇臂轴的第一旋转位置分配给第一杠杆部分的第一轴向位置，而摇臂轴的第二旋转位置分配给第一杠杆部分的第二轴向位置。
在本发明的一种有利的实施变型中规定，第一杠杆部分和摇臂轴通过彼此形状配合地共同作用的两个滑动元件连接，其中，一个滑动元件布置在摇臂轴上，而另一滑动元件布置在第一杠杆部分上。这实现了非常紧凑的布置。
在具有很少数量的零件的、根据本发明的节省空间且易于制造的实施方式中规定，第一滑动元件布置在摇臂轴的外侧(罩套)面上，并且第二滑动元件固定地布置在在第一杠杆部分上，优选地从内毂面径向突出。
通过将摇臂轴转过180°，第一杠杆臂的滑块在形成到摇臂轴的外侧面(表面)中的滑轨中被引导，并且与滑块相连的第一杠杆部分由此根据滑轨的经定义的斜率轴向位移。在此，滑轨有利地实施为循环回路，由此，通过摇臂轴沿相同的方向旋转，第一杠杆部分既可以从第一轴向位置位移到第二轴向位置，又可以从第二轴向位置再次位移回到第一轴向位置中。替代于此，也可以通过改变摇臂轴的旋转方向来进行切换。
适宜地，两个凸轮之间的切换仅在凸轮的基圆的区域中进行。这样可以防止故障和损坏。为了确保这种切换仅在凸轮的基圆的区域中发生，在本发明的另一实施方式中规定了：可以通过锁定装置、根据凸轮轴的旋转位置来锁定或释放摇臂轴的旋转。锁定装置例如具有与凸轮轴固定连接的锁定凸轮和与摇臂轴不可(相对)旋转地连接的锁紧元件，其中，锁紧元件的旋转在凸轮轴的至少一个锁定位置中通过锁定凸轮阻挡，并且在至少一个释放位置中被释放。
在本发明的另一实施方式中规定了：第一滑动元件具有布置在凸轮轴的外侧面上的至少一个第一滑轨，并且第二滑动元件具有带有第一滑块的至少一个第一切换爪，该至少一个第一切换爪不可旋转地与摇臂轴连接，其中，第一切换爪的第一滑块在摇臂轴的至少一个第一旋转位置中接合到(卡入)第一滑动元件的第一滑轨中。
特别有利地，第一滑动元件还具有布置在凸轮轴的外侧面上的至少一个第二滑轨，并且第二滑动元件具有带有第二滑块的至少一个第二切换爪，该至少一个第二切换爪不可旋转地与摇臂轴连接，其中，第二切换爪的第二滑块在摇臂轴的至少一个第二旋转位置中接合到(卡入)第一滑动元件的第二滑轨中。
在摇臂轴的第二旋转位置中，第一滑块从第一滑轨释放，在第二旋转位置中，第二滑块从第二滑轨释放。优选地，摇臂轴具有第一旋转位置与第二旋转位置之间的至少一个中间位置，在该至少一个中间位置中，第一滑块从第一滑轨释放，并且第二滑块从第二滑轨释放。在该中间位置，没有轴向力作用到第一杠杆部分上。可通过限定第一摇臂轴的轴向位置的弹簧加载的锁止元件可以避免第一杠杆部分的独立的、不期望的轴向调节。
在此，第一滑轨和第一切换爪分配给第一气门摇臂的第一轴向切换运动，从第一轴向位置到第二轴向位置中，第二滑轨和第二切换爪分配给第一气门摇臂的第二轴向切换运动，从第二轴向位置到第一轴向位置中。为了实现这些相反的轴向的切换运动，第一滑轨和第二滑轨有利地相反地设计构造。
第一气门摇臂的位移力是通过凸轮轴的驱动来提供的。仅需要相对小的操纵力来操纵切换爪。
为了节省零件，有利地，两个切换爪通过一个、优选为一件式的切换拨叉形成。
两个滑轨的形状和布置确保了两个凸轮之间的切换只能在其基圆的区域中进行。由此，在此实施方式中不需要单独的锁定装置。
接下来根据在附图中示出的、非限制性的实施例来进一步阐释本发明。附图中示出：
图1以轴测图示出了第一实施变型中的根据本发明的气门传动装置；
图2以另一轴测图示出图1所示的气门传动装置；
图3以侧视图示出该气门传动装置；
图4以分解图示出该气门传动装置；
图5示出了图4中的细节V；
图6以分解图示出该气门传动装置的气门摇臂；
图7以轴测图示出了第二实施变型中的根据本发明的气门传动装置；
图8以另一分解图示出图7所示的气门传动装置；
图9以正视图示出该气门传动装置；
图10以从下方观察的视图示出该气门传动装置；
图11以轴测图示出了处于第一气门摇臂的第一位置中的该气门传动装置；
图12以轴测图示出了处于第一气门摇臂的第二位置中的该气门传动装置；
图13以侧视图示出该气门传动装置；
图14以侧视图示出该气门传动装置；
图15以侧视图示出该气门传动装置；
图16以分解图示出图7所示的气门传动装置。
图1至图6示出第一实施变型中的、用于操纵内燃机的未进一步示出的至少一个换气阀的气门传动装置100，图7至图16示出第二实施变型中的气门传动装置200。在此，相应将气门传动设备理解为气门传动装置100、200。
在所示的两个实施变型中的每一个中，气门传动装置100、200具有凸轮轴101、201，该凸轮轴带有第一凸轮102、202和第二凸轮103、203。第一凸轮102、202和第二凸轮103、203与凸轮轴101、201不可(相对)转动地连接，并且直接彼此相邻布置。第一凸轮102、103和第二凸轮202、203具有基圆表面102a、103a；202a、203a，带有相同的基圆半径r，但是不同的凸轮升程102b、103b；202b、203b。两个凸轮的基圆构造为轴向地延伸。
对至少一个换气阀的调节通过气门摇臂104、204来实现，气门摇臂围绕摇臂轴105、205可摆动地支承地布置气门摇臂104、204被分开实施，并且由第一杠杆部分106、206和第二杠杆部分107、207组成。第一杠杆部分106、206可转动地且可轴向移动地围绕摇臂轴105、205支承。第二杠杆部分107、207可转动地、但不可轴向移动地围绕摇臂轴105、205支承。第一杠杆部分106、206和第二杠杆部分107、207在构造上彼此联接，使得第一杠杆部分106、206的摆动运动传递到第二杠杆部分107、207上。在本示例中，该传递通过第一杠杆部分106、206的第一凸耳106c、206c来实现，第一凸耳106c、206c搁放到第二杠杆部分107、207的第二凸耳107c、207c上(图4、图16)。
第一杠杆部分106、206在背离摇臂轴105、205的第一杠杆端部108、208上具有可旋转地支承的滚子109、209，该滚子构造成在两个凸轮102、103；202、203的两个凸轮轮廓中的一个上滚动。通过第一杠杆部分106、206的轴向位移，滚子109、209能够选择性地与第一凸轮102、202或第二凸轮103、203接合，其中，第一杠杆部分106、206的第一轴向位置分配给第一凸轮102、202，并且第一杠杆部分106、206的第二轴向位置分配给第二凸轮103、203。
第一杠杆部分106、206机械上联接到第二杠杆部分107、207，使得第一杠杆部分106、206的摆动运动能传递到第二杠杆部分107、207。背离摇臂轴105、205的第二杠杆端部110、210作用到未进一步示出的换气阀的阀杆上。第二杠杆部分107、207的第二杠杆端部110、210在此叉形地设计构造，从而同时操纵两个换气阀。
第一杠杆部分106、206的位移在这两个实施变型中通过滑槽引导件(槽缝/栓销控制件)111、211进行。滑槽引导件111、211在此分别具有至少一个第一滑动元件111a、211a和至少一个第二滑动元件111b、212b，利用所述第一滑动元件和第二滑动元件，摇臂轴105或凸轮轴201的旋转运动转化为第一杠杆部分106、206的平移轴向运动。第一滑动元件111a、211a分别具有成形在摇臂轴105的侧面105a中或凸轮轴201的外侧面201a中的至少一个滑轨112；212，213，其具有限定的斜率，构成第二滑动元件111b，211b的至少一个滑块、例如是销形的滑块114；214、215以该斜率接合(接合到该滑轨中)，滑块使第一杠杆部分106、206轴向位移。滑轨112、212、213在此用作所述滑槽引导件的滑槽。
在图7、图8、图9、图10、图11中所示的第一杠杆部分106、206的第一轴向位置A中，滚子109、209与第一凸轮102、202接合。在图1、图2、图12中所示的第一杠杆部分106、206的第二轴向位置B中，滚子109、209与第二凸轮103、203接合。
在图1至图6中示出的第一实施形式中，滑道112形成到摇臂轴105的外侧面105a中。摇臂轴105可摆动地支承，并且能通过操纵元件120至少在第一旋转位置1A与第二旋转位置1B之间旋转。第一旋转位置1A与第一杠杆部分106的轴向位置A相对应，第二旋转位置1B与第一杠杆部分106的第二轴向位置B相对应。栓销形滑块114与第一杠杆部分106固定连接，并从第一杠杆部分106的内毂面106d径向突出到滑槽引导件111的滑轨112中。
通过将摇臂轴105转过例如180°，第一杠杆部分106在滑轨112中通过滑块114引导，并且发生轴向运动。滑道112可以例如实施为闭合的循环回路，使得摇臂轴105仅需沿一个方向旋转：在摇臂轴105沿相同的旋转方向重新旋转时，第一杠杆部分106通过在滑轨112中被引导的滑块114再次推回。
为了确保仅在滚子109处于两个凸轮102、103的基圆102a，103a的区域中时才发生第一杠杆部分106的轴向位移，设有锁定装置116，通过该锁定装置，摇臂轴105的旋转可以根据凸轮轴101的旋转位置来锁定。在此，锁定装置116具有与凸轮轴101固定地连接的锁定凸轮117和与摇臂轴105不可(相对)旋转地连接的锁紧元件118，其中，锁紧元件118的旋转在凸轮轴101的至少一个锁定位置中通过锁定凸轮117阻挡，并且在至少一个释放位置中被释放。在此，锁定凸轮117不可(相对)旋转地与凸轮轴101连接，并具有在其中允许切换的切换区域117a和在其中不允许切换的锁定区域117b。锁紧元件118不可(相对)旋转地连接至摇臂轴105，并因此遵循摇臂轴105的操纵。如果通过操纵元件120将切换指令给到摇臂轴105，则锁紧元件118与摇臂轴线105一起旋转，并且通过锁定凸轮117被阻止进一步旋转(当锁定凸轮117朝向摇臂轴105时)或不被阻止旋转(当锁定凸轮117背离摇臂轴105时)。在阻止切换的情况下，例如在开度大的换气阀的情况下，锁紧元件118在锁定凸轮的升程，在117处，第一杠杆部分106的位移和在两个凸轮102、103之间的切换都是不可能的，并且在机械上是被阻止的。另一方面，如果通过在换气阀关闭的时间点旋转摇臂轴105来发出切换指令，则摇臂轴105可以不受阻碍地旋转，并且因此第一杠杆部分106可以轴向位移，从而在两个凸轮102、103之间执行切换。这样的时间点例如在图3中示出。
在图7至图16所示的第二实施形式中，第一滑道212和第二滑道213以相反的、限定的斜率形成到凸轮轴201的外侧面210a中。摇臂轴205在此也可摆动地支承，并且能通过操纵元件220至少在第一旋转位置与第二旋转位置之间旋转。每个滑道212、213分配有滑块214、215。
切换拨叉216通过传动销219不可旋转地、但可轴向位移地与摇臂轴205连接。传动销219插入、例如拧入切换拨叉216的径向开口221中，并接合到摇臂轴205的轴向长孔222中(图16)。切换拨叉216与第一杠杆部分206分开地设计，并且独立于该第一杠杆部分206围绕摇臂轴205可旋转地安装。切换拨叉216以两个端面216a、216b与第一杠杆部分206的接合面206a、206b邻接，并且可以沿两个方向轴向位移。第一杠杆部分206沿轴向方向在此叉状地包围切换拨叉216，其中，第一接合面206a和第二接合面206b邻接切换拨叉216的背离彼此的表面216a、216b(图16)。
切换拨叉216具有第一切换爪217和第二切换爪218，其中，例如栓销形的滑块215、215在背离摇臂轴105的端部217a、218a处分别牢固地(固定地)安装在每个切换爪217、218上。切换拨叉216的切换爪217、218以角度α围绕凸轮轴210，该角度α在实施示例中约为180°(图15)，使得第一滑块214和第二滑块215关于凸轮轴201大致在直径上布置。根据空间要求，角度α也可以更大或更小。滑块214、215关于凸轮轴201大致径向布置。第一滑块214在第一旋转位置中接合到第一滑道212中，而第二滑块215在第二旋转位置中接合到第二滑道213中。在每个旋转位置中，不多于一个滑块214、215与滑轨212、213接合。对应不接合的滑块215、214从相应的滑轨213、212中释放。
此外，摇臂轴205和切换拨叉216具有在第一旋转位置与第二旋转位置之间的至少一个中间位置，在该中间位置中，两个滑块214、215都不接合到滑轨212、213中。在图15所示的中间位置中，第一滑块214从第一滑轨212释放，并且第二滑块215从第二滑轨213释放。
通过将摇臂轴205旋转到第一旋转位置2A中或到第二旋转位置2B中，滑块214、215与对应的滑轨212、213接合。当凸轮轴201旋转时，处于接合状态的滑块214、215沿着滑槽引导件211的滑轨212、213被引导，并且切换拨叉216轴向地、即沿摇臂轴205的方向运动，其中，切换拨叉使第一杠杆部分移动到第一轴向位置A或者第二轴向位置B。旋转位置2A在此与第一杠杆部分206的第一轴向位置A对应，旋转位置2B与第二位置B相对应。切换拨叉216通过第一杠杆部分206的相应的接触面(接合面)206a、206b作用到第一杠杆部分206上并使其第一杠杆部分206对应地轴向移动，由此，在第一凸轮202和第二凸轮203之间进行气门传动装置200的调节。如果摇臂轴205沿另一个方向旋转，则另一个滑块215、214与相应的另一滑轨213、212接合，由此，第一杠杆部分206通过对应的切换爪218、217再次被推回。
图13示出了处于第一旋转位置2A的切换拨叉216和摇臂轴205，并且图14示出了处于第二旋转位置2B的切换拨叉216和摇臂轴205。
通过至多只有一个滑块214、215与滑槽引导件211的对应的滑轨212、213接合，确保了纯机械上的可靠性。通过滑道212、213的布置和形状还确保了两个凸轮202、203只能在基圆201a、203a处切换。由此，在很大程度上防止了故障。

Claims (14)

1.一种具有至少一个换气阀的内燃机的气门传动装置(100、200)，所述换气阀能通过凸轮轴(101、201)的至少两个不同的凸轮(102、103；202、203)交替地操纵，其中，在所述凸轮(102、103；202、203)与所述换气阀之间布置有能围绕摇臂轴(105、205)摆动的气门摇臂(104、204)，所述气门摇臂具有第一杠杆部分(106、206)和第二杠杆部分(107、207)，其中，所述第一杠杆部分(106、206)围绕所述摇臂轴(105、205)可摆动地支承且在至少第一轴向位置(A)与第二轴向位置(B)之间可位移地支承，而所述第二杠杆部分(107、207)围绕所述摇臂轴(105、205)可摆动地、优选地不可轴向位移地支承，并且其中所述第一杠杆部分(106、206)与所述第二杠杆部分(107、207)机械联接，使得所述第一杠杆部分(106、206)的摆动运动能传递到所述第二杠杆部分(107、207)上，其特征在于，所述第一杠杆部分(106、206)的位移通过滑槽引导件(111、211)进行，所述滑槽引导件具有形状配合地共同作用的至少两个滑动元件(111a、111b；211a、211b)，在所述至少两个滑动元件中，第一滑动元件(111a、211a)具有至少一个滑轨(112；212、213)，所述至少一个滑轨优选地是槽缝或凹槽状，第二滑动元件(111b、211b)具有借助所述滑轨(112；212、213)引导的至少一个滑块(114；214、215)，其中，所述滑槽引导件(111、211)的操纵通过所述摇臂轴(105、205)在至少第一旋转位置(1A、2A)与第二旋转位置(1B、2B)之间的旋转来进行。
2.如权利要求1所述的气门传动装置(100、200)，其特征在于，所述摇臂轴(105、205)能通过操纵元件(120、220)至少在至少所述第一旋转位置(1A、2A)与所述第二旋转位置(1B、2B)之间旋转。
3.如权利要求1或2所述的气门传动装置(100、200)，其特征在于，所述摇臂轴(105、205)的所述第一旋转位置(1A、2A)分配给所述第一杠杆部分(106、206)的所述第一轴向位置(A)，并且所述摇臂轴(105、205)的所述第二旋转位置(2A、2B)分配给所述第一杠杆部分(106、206)的所述第二轴向位置(B)。
4.如权利要求1至3中任一项所述的气门传动装置(100)，其特征在于，所述第一杠杆部分(106)和所述摇臂轴(105)通过彼此形状配合地共同作用的两个滑动元件(111a、111b)连接，其中，一个所述滑动元件(111a)布置在所述摇臂轴(105)上，而另一所述滑动元件(111b)布置在所述第一杠杆部分(106)上。
5.如权利要求3或4所述的气门传动装置(100)，其特征在于，所述第一滑动元件(111a)布置在所述摇臂轴(105)的外表面(105a)上，并且所述第二滑动元件(111b)固定地布置在所述第一杠杆部分(106)上，优选地从所述第一杠杆部分(106)的内毂面(106d)径向突出。
6.如权利要求1至5中任一项所述的气门传动装置(100)，其特征在于，所述摇臂轴(105)的旋转能通过锁定装置(116)根据所述凸轮轴(101)的旋转位置来锁定。
7.如权利要求6所述的气门传动装置(100)，其特征在于，所述锁定装置(116)具有与所述凸轮轴(101)固定地连接的锁定凸轮(117)和与所述摇臂轴(105)不能相对转动地连接的锁紧元件(118)，其中，所述锁紧元件(118)的旋转在所述凸轮轴(101)的至少一个锁定位置中通过所述锁定凸轮(117)阻挡，并且在至少一个释放位置中被释放。(变型1)
8.如权利要求1至3中任一项所述的气门传动装置(200)，其特征在于，所述第一滑动元件(211a)具有布置在所述凸轮轴(201)的外表面(201a)上的至少一个第一滑轨(212)，并且所述第二滑动元件(211b)具有带有第一滑块(214)的至少一个第一切换爪(217)，所述至少一个第一切换爪与所述摇臂轴(205)不可相对旋转地连接，其中，所述第一切换爪(217)的所述第一滑块(214)在所述摇臂轴(205)的至少一个第一旋转位置(2A)中接合到所述第一滑动元件(211a)的所述第一滑轨(212)中。
9.如权利要求8所述的气门传动装置(200)，其特征在于，所述第一滑动元件(211a)具有布置在所述凸轮轴(201)的所述外侧面(201a)上的至少一个第二滑轨(213)，并且所述第二滑动元件(211b)具有带有第二滑块(215)的至少一个第二切换爪(218)，所述至少一个第二切换爪与所述摇臂轴(205)不可相对旋转地连接，其中，所述第二切换爪(218)的所述第二滑块(215)在所述摇臂轴(205)的至少一个第二旋转位置(2B)中接合到所述第一滑动元件(211a)的所述第二滑轨(213)中。
10.如权利要求9所述的气门传动装置(200)，其特征在于，所述第一切换爪(217)和所述第二切换爪(218)通过一个、优选的一件式的切换拨叉(216)形成。
11.如权利要求9或10所述的气门传动装置(200)，其特征在于，所述第一滑轨(212)和所述第二滑轨(213)相反地构造。
12.如权利要求8至11中任一项所述的气门传动装置(200)，其特征在于，在所述摇臂轴(205)的所述第二旋转位置(2B)中，所述第一滑块(214)从所述第一滑轨(212)释放。
13.如权利要求9至12中任一项所述的气门传动装置(200)，其特征在于，在所述摇臂轴(205)的所述第一旋转位置(2A)中，所述第二滑块(215)从所述第二滑轨(213)释放。
14.如权利要求9至11中任一项所述的气门传动装置(200)，其特征在于，所述摇臂轴(205)具有在所述第一旋转位置(2A)与所述第二旋转位置(2B)之间的至少一个中间位置，在所述至少一个中间位置中，所述第一滑块(214)从所述第一滑轨(212)释放，并且所述第二滑块(215)从所述第二滑轨(213)释放。
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