CN114320516A - 用于选择性停用发动机气门的具有带滚轮锁的摇臂组件的发动机气门系统 - Google Patents

Abstract

一种用于发动机气门系统的摇臂组件包括用于致动发动机气门的摇臂、止挡件、偏置件，以及摆动锁，摆动锁附接至摇臂的气门端或凸轮端中的一者，并且限定枢转轴线并包括致动表面。致动表面能够在停止取向与空转取向之间进行旋转，并且偏置件将摆动锁朝向停止取向偏置，在停止取向上，摆动锁与止挡件接触并且被限制在摇臂与发动机气门与凸轮中的一者之间。摆动锁能够在与偏置件偏置的相反方向上朝向所述空转取移动，以停用发动机气门。

Description

用于选择性停用发动机气门的具有带滚轮锁的摇臂组件的发 动机气门系统

技术领域

本发明总体上涉及一种用于发动机气门系统的摇臂组件，更具体地涉及一种摇臂组件中的摆动锁，该摆动锁能够在致动相关发动机气门的停止取向与停用发动机气门的空转取向之间进行旋转。

背景技术

内燃机领域已知多种气门致动系统。在一种普通设计中，凸轮轴通过发动机齿轮系中的凸轮齿轮旋转。凸轮旋转使得凸轮上具有非圆形形状的凸轮凸角旋转接触打开和关闭发动机气门的部件(例如，排气门和进气门)。一些设计采用包括推杆的气门挺杆，推杆在凸轮轴与摇臂之间延伸，摇臂受到支撑以用于在发动机头部中或其上进行往复运动。其他设计将凸轮轴定位成使得凸轮凸角直接接触摇臂。摇臂通常与气门回位弹簧相反地往复运动以推动打开发动机气门。

在一些情况下，可能需要停用发动机气门。多年来，停用发动机气门已被广泛用于所谓的发动机制动。在一般示例中，发动机气门关闭以使得在发动机中进行往复运动的活塞压缩燃烧气缸中的流体，而不是将这些流体从气缸排出。单独停用气缸需要额外的功来减小或以其他方式控制发动机速度，从而增加对发动机曲轴的旋转阻力。

现有的发动机制动系统可能相对复杂且昂贵，需要发动机气门系内具有多个运动零件，这些零件可以在需要时断开零件之间的机械连接，然后根据需要重新建立这些机械连接。Cotton的美国专利第6,644,271号涉及一种用于多缸发动机的发动机制动系统。在Cotton揭示的内容中，显然，阀致动器被构造成交替地流体联接至低压流体源或发动机流体贮槽。制动控制阀可操作地联接至一些阀致动器，并能够在第一位置与第二位置之间进行移动，在第一位置，阀致动器联接到贮槽并与低压流体阻断，在第二位置，阀致动器联接到低压流体并与贮槽阻断。Cotton的专利可能具有各种应用，但在该领域一直存在改进和开发替代策略的空间。

发明内容

在一个方面，一种用于发动机气门系统的摇臂组件包括摇臂，摇臂用于致动发动机气门并且包括气门端、凸轮端以及轴孔，轴孔限定孔中心轴线并且形成在气门端与凸轮端之间以接纳支撑摇臂进行往复运动的摇臂轴。摇臂组件还包括止挡件，以及摆动锁，摆动锁附接至摇臂的气门端或凸轮端中的一者，并且包括保持件和致动表面，保持件限定平行于孔中心轴线定向的枢转轴线。摇臂组件还包括偏置件。致动表面在与枢转轴线间隔开的位置处由保持件支撑，并且能够与保持件一起在围绕枢转轴线的停止定向与围绕枢转轴线的空转定向之间进行旋转。偏置件将摆动锁朝向停止取向偏置，使得摆动锁与止挡件相接触以将摆动锁限制在摇臂与发动机气门或凸轮中的一者之间，并且摆动锁能够在与偏置件朝向空转取向偏置的相反方向上移动。

在另一方面，一种发动机气门系统包括能够围绕凸轮轴线旋转的凸轮、发动机气门和摇臂，摇臂包括气门端、凸轮端和形成在气门端与凸轮端之间的轴孔。摇臂轴位于轴孔中且支撑摇臂响应于凸轮旋转而进行往复运动。发动机气门系统还包括摆动锁，摆动锁限定枢转轴线并且包括致动表面。摆动锁能够相对于摇臂围绕枢转轴线在停止取向与空转取向之间进行旋转。在停止取向上，摆动锁被限制在摇臂与发动机气门或凸轮中的一者之间，使得致动表面在摇臂与发动机气门或凸轮中的相应一者之间传递往复运动，从而致动发动机气门。在空转取向上，摆动锁不被限制在摇臂与发动机气门或凸轮中的相应一者之间，使得致动表面不传递往复运动，从而停用发动机气门。

在又一方面，一种用于操作发动机气门系统的方法包括基于发动机气门系统中凸轮的旋转使摇臂进行往复运动，以及基于摇臂的往复运动打开和关闭发动机气门系统中的发动机气门。该方法还包括使摆动锁围绕枢转轴线从停止取向向空转取向旋转，在停止取向上，摆动锁中的致动表面在摇臂与发动机气门或凸轮中的一者之间传递往复运动。该方法还包括基于摆动锁旋转至空转取向停用发动机气门。

附图说明

图1是根据一个实施例的包括发动机气门系统的发动机系统的侧视截面图；

图2是根据一个实施例的摇臂组件的透视图；

图3是根据一个实施例的处于致动构造的发动机气门系统的图解视图；

图4是根据一个实施例的处于停用构造的发动机气门系统的图解视图；

图5是根据另一实施例的处于致动构造的发动机气门系统的图解视图；以及

图6是根据一个实施例的用于发动机气门系统中的摇臂组件的致动系统的图解视图。

具体实施方式

参见图1，示出了根据一个实施例的内燃发动机系统10，包括气缸体12，气缸体12中形成有燃烧气缸16。通常在四冲程发动机循环中，活塞18能够在气缸16内在下止点位置与上止点位置之间进行移动。发动机缸盖14联接至气缸体12，并且具有形成在其中的进气管道24和排气管道26，以分别将空气或可能与燃料和/或废气混合的空气输送到气缸16中，并将废气输送出气缸16。多个发动机气门20被示出为被支撑发动机缸盖14中，并且可以包括排气门或进气门，排气门或进气门用于控制气缸16与进气管道24或排气管道26中的一者之间的流体连通。在所示实施例中，发动机气门20包括排气门，排气门与气门横臂22联接在一起，并且构造成与回位弹簧21的偏置力相反地打开，以使活塞18能够将燃烧废气排出到排气管道26。当发动机气门20关闭，并且一个或多个进气门也关闭时，活塞18可以将气缸16中的流体压缩到本领域中公知的自燃阈值。如从以下描述中将进一步显而易见，设想本发明的一个实际应用为发动机制动，其中发动机气门20有时保持关闭，迫使活塞18在发动机循环中压缩气缸16中的流体但不燃烧，从而根据熟知的原理，基于压缩气缸16中的流体所需的功，使得发动机系统10的速度减慢。

发动机系统10还包括发动机气门系统30，发动机气门20是发动机气门系统30的一部分。气门系统30还包括凸轮轴32，凸轮轴32包括一个或多个凸轮34，并且能够围绕凸轮轴轴线36旋转。发动机气门系统30还包括摇臂组件38，摇臂组件38包括摇臂40，摇臂40用于致动一个或多个发动机气门(包括所示实施例中的发动机气门20)。摇臂组件38可以是类似构造的多个摇臂组件中的一个，并且每个摇臂组件与用于发动机系统10中的气缸的一个或多个发动机气门相关联。摇臂40包括气门端42、凸轮端44和轴孔46，轴孔46限定孔中心轴线48。轴孔46形成在气门端42与凸轮端44之间并接纳摇臂轴，摇臂轴位于轴孔46中并支撑摇臂40响应凸轮34的旋转而进行往复运动。在所示实施例中，摇臂组件38包括与凸轮34接触旋转的凸轮从动件70，凸轮34具有非圆柱形形状，用于根据公知原理引起摇臂40的往复运动。如上所述，摇臂组件38可以是多个摇臂组件中的一个，其中发动机系统10中的每个气缸16与进气门摇臂、排气门摇臂以及可能的燃料喷射器摇臂相关联。发动机系统10可以包括如上所述的压燃式发动机，然而，本发明不限于此，并且火花点火式发动机或预燃室点火式发动机也包括本发明的范围内。发动机系统10可以包括任何合适布置的任何数量的燃烧气缸。

现在参见图2，摇臂40包括摇臂上表面66和摇臂下表面68，每一者都在气门端42与凸轮端44之间延伸。摆动锁52附接至气门端42或凸轮端44中的一者，在图1和图2所示的实施例中附件到气门端42。在一些实施例中，间隙调节机构72可以联接到气门端52。摆动锁52包括滚轮保持件或保持件54，滚轮保持件或保持件54支撑在摇臂40中并限定平行于孔中心轴线48定向的枢转轴线56。在所示实施例中，枢转轴线56延伸穿过摇臂40。摆动锁52还包括致动表面57。致动表面57可以包括弧形表面，并成形和定位成接触气门横臂22的上表面37，或接触置于气门横臂22与摇臂40之间的中间表面。致动表面57还可以被成形和定位成接触一个或多个发动机气门的挺杆、阀杆，或其其他结构，或与其相关联的其他结构。致动表面57由保持件54支撑在与枢转轴线56间隔开的位置处。摆动锁52(并且包括致动表面57和保持件54)能够在如图1和图2所示的围绕枢转轴线56的停止取向与围绕枢转轴线56的空转取向之间进行旋转。在停止取向上，摆动锁52接触止挡件58，并且摆动锁52被限制在摇臂40与发动机气门20或凸轮34中的一则之间。在所示实施例中，在停止取向上，摆动锁52被限制在摇臂40与两个发动机气门20之间。被限制在其间不需要摆动锁52物理接触发动机气门，仅仅是摆动锁52被保持在发动机气门系统30的互连部件中的适当位置，使得致动表面57在摇臂40与发动机气门20或凸轮34中的相应一者之间传递往复运动。在所示的构造中，发动机气门20被致动。如在此进一步讨论的，在空转取向上，摆动锁52没有被限制在摇臂40与发动机气门20或凸轮34中的相应一者之间，使得致动表面57不传递往复运动，从而停用发动机气门20。

同样在所示实施例中，保持件54包括叉形件，并且摆动锁52包括滚轮62，滚轮62限定滚轮轴线64并且具有形成在其上的致动表面57。摇臂组件38还包括偏置件60，偏置件60将摆动锁52朝向停止取向偏压。因此，摆动锁52能够对抗偏置件60的偏置或偏置力朝向空转取向移动。偏置件60可以包括驻留在摇臂40中的偏置弹簧。摇臂组件38还包括流体致动器76，流体致动器76构造成对抗由偏置件60产生的偏置力，将摆动锁52围绕枢转轴线56从停止取向朝向空转取向旋转。当致动器76反转或停用时，偏置件60可以将摆动锁52推回停止取向。

现在还参见图3，其图解地示出了具有所示附加功能和结构特征的发动机气门系统30和摇臂组件38。保持件54可以包括通常定位在摇臂40内的枢转端82，和滚轮端84。偏置件60可以以能够操作的方式联接到保持件54的枢转端82。由滚轮轴线64在停止取向与空转取向之间限定的枢转路径在摇臂40与发动机气门20之间延伸，或者在其他实施例中在摇臂与凸轮之间延伸。从图3还可以看出，致动器76与滚轮端84联接。致动器76可以接触保持件54，或者可以接触滚轮62。致动器76包括致动器销80，因此在一些实施例中并且如在此进一步讨论的，致动器76可以包括流体致动的销致动器。在图1中，为了这样的目的，液压致动系统78被示出为与致动器76联接。

还如图3所示，固定平面90由孔中心轴线36和枢转轴线56限定，并且包含孔中心轴线36和枢转轴线56中的每一者。移动平面92由滚轮轴线64和枢转轴56限定，并且包含滚轮轴线64和枢转轴56中的每一者。图3中还示出了气门往复轴线23和竖直平面96。在操作过程中，摇臂40大致上下往复运动，竖直平面96保持大致平行于气门往复轴线23定向。移动平面92将改变其相对于固定平面90以及相对于竖直平面96和气门往复轴线23的取向。在图3中，移动平面92在摇臂40上方向上且向外延伸，并且摆动锁52在大致朝向摇臂40的中间的方向上向下且向内倾斜。气门复位弹簧21与偏置件60配合的关闭偏压将趋于使滚轮62保持牢固地保持在止挡件58上。如图2所示，止挡件58可以由摇臂40的向下突出部74形成，使得止挡件58形成摇臂下表面68的一部分，并且滚轮62和致动表面57在停止取向上与摇臂下表面68接触。如图3所示，在停止取向上，在竖直平面96与移动平面92之间形成角度98。在移动平面92与固定平面90之间形成由移动平面92和固定平面90限定的另一角度94。在停止取向上，角度94是平面90与平面92之间的锐角夹角。角度98也是锐角，相对于摇臂40向上打开，并且在一些实施例中可以在1°至5°的范围内，更具体地在1°至3°的范围内。

现在还参见图4，示出了发动机气门系统30和摇臂组件38，它们可能在摆动锁52已被调节到空转取向时出现。致动器76能够被操作以推动销80，接触保持件54或滚轮62，例如，使得移动平面92相对于摇臂40从图2所示的取向旋转。角度98可以相对于空转取向成锐角，与停止取向的符号相反，并且滚轮62现在远离止挡件58前进并且不再被限制在摇臂40与发动机气门20之间。如图4所示的摆动锁52不传递摇臂40与发动机气门20之间的往复运动。相反，摇臂40基于凸轮34的旋转继续进行往复运动，但是摆动锁52将在发动机气门20保持关闭的情况下在角度范围100内在多个空转取向之间空转或被动地进行往复运动。还示出了形成在摇臂40的气门端42中的枢转销孔86。摆动锁52的枢转销88在枢转销孔86内并且附接至保持件54，从而限定枢转轴线56。应当记得，偏置件60可以驻留在摇臂40中，并且致动器76可以驻留在摇臂40中或单独地附接至摇臂40。在一个替代构造中，偏置件60和致动器76的位置可以相对于所示出的位置互换。偏置件60和致动器76中的任一者或两者可以位于摇臂40内或附接至摇臂40的外部。

现在参见图5，示出了根据另一实施例的包括摇臂组件138的发动机气门系统130。摇臂组件138包括具有气门端142和凸轮端144的摇臂140。摇臂140可以构造成类似于上述实施例，但是代替摆动锁附接至气门端，摆动锁152附接至摇臂140的凸轮端144。摆动锁152包括保持件154，保持件154以大致类似于上述保持件52的方式支撑滚轮162。如图5所示，偏置件160将摆动锁152朝向停止取向偏置，并且设置致动器176以对抗偏置件160产生的偏置力将摆动锁152朝向空转取向旋转。在停止取向上，摆动锁152被限制在摇臂140与凸轮134之间，使得往复运动在摇臂140与凸轮134之间传递。因此，当摆动锁152处于停止取向上时，凸轮134的旋转引起摇臂140往复运动以打开和关闭发动机气门120。在196示出了与上述实施例类似限定的竖直平面。在192示出了与上述实施例类似限定的移动平面。角度198由平面196和平面192限定。致动器176能够被操作以将摆动锁152旋转到空转取向，使得摇臂140响应于凸轮134的旋转而停止往复运动，从而停用发动机气门120。致动器176可以反向操作，或停用以使偏置件160能够将摆动锁152从空转取向推回停止取向，如摇臂组件38中的情况那样。未具体描述的摇臂组件138的特征和功能可以理解为类似于在此描述的其他实施例的特征和功能。

现在参见图6，其中示出了示出进一步细节的致动系统78。销80被示出为与摆动锁52接触，并支撑在摇臂40中。流体腔在77处示出，并且通过泵81和止回阀83接收来自液压箱73的流体流。螺线管操作的截流阀被示出为85，其可以是常开的。在正常操作期间，泵81可以将液压流体泵送到腔77中，该流体通过电磁阀85返回到箱73。当希望将摆动锁52从停止取向调整到空转取向以停用发动机气门时，可以致动截止阀85以阻止流体流出空腔77，使得能够形成压力以驱动销80线性地调整摆动锁52，如在此描述的。当希望将摆动锁52返回到停止取向以重新激活发动机气门时，可以打开截止阀85，销80将例如在返回弹簧87的帮助下线性地移动，并且允许摆动锁52返回到停止取向。

工业实用性

通常参照附图，但特别是参照图1至图4的实施例，操作发动机气门系统30可以包括基于发动机气门系统30中凸轮34的旋转使摇臂40进行往复运动。可以基于摇臂40的往复运动在发动机气门系统30中打开和关闭一个或多个发动机气门20。当摆动锁52处于停止取向时，通常会出现这种情况，在摇臂40与发动机气门20之间传递往复运动。在图5的实施例的情况下，在停止取向上，滚轮162的致动表面将在摇臂140与凸轮134之间传递往复运动，从而引起摇臂140往复运动。为了停用发动机气门20，如本文所讨论的，摆动锁52围绕枢转轴线57从停止取向旋转至空转取向。在摆动锁52的情况下，空转摇臂40可以继续进行往复运动，但不会将往复运动传递到发动机气门20。在图5的实施例的情况下，摇臂140将不会响应于凸轮134的旋转而进行往复运动。在任一情况下，相关发动机气门保持关闭，从而允许发动机系统并且特别是发动机系统中的相关气缸基于主题发动机气门的停用而被制动。

本说明书仅用于说明目的，而不应解释为以任何方式缩小本发明的范围。因此，本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的完整和合理的范围和精神的情况下，可以对当前公开的实施例进行各种修改。通过研究附图和所附权利要求，其他方面、特征和优点将变得明显。如本文所用，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项目，并且可与“一个或多个”互换使用。在仅想要一个项目的情况下，使用术语“一个”或类似语言。此外，如本文所用，术语“有”、“具有”、“带有”等旨在是开放式术语。此外，短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，除非另外明确说明。

Claims (10)

1.一种用于发动机气门系统的摇臂组件，包括：

摇臂，所述摇臂用于致动发动机气门并且包括气门端、凸轮端以及轴孔，所述轴孔限定孔中心轴线并且形成在所述气门端与所述凸轮端之间以接纳支撑所述摇臂进行往复运动的摇臂轴；

止挡件；

摆动锁，所述摆动锁附接至所述摇臂的所述气门端或所述凸轮端中的一者，并且包括保持件和致动表面，所述保持件限定平行于所述孔中心轴线定向的枢转轴线；

偏置件；

所述致动表面在与所述枢转轴线间隔开的位置处由所述保持件支撑，并且能够与所述保持件一起在围绕所述枢转轴线的停止取向与围绕所述枢转轴线的空转取向之间进行旋转；并且

所述偏置件将所述摆动锁朝向所述停止取向偏置，使得所述摆动锁与所述止挡件相接触以将所述摆动锁限制在所述摇臂与所述发动机气门或所述凸轮中的一者之间，并且所述摆动锁能够在与所述偏置件朝向所述空转取向偏置的相反方向上移动。

2.根据权利要求1所述的组件，其中：

所述保持件包括叉形件，并且所述摆动锁包括滚轮，所述滚轮限定滚轮轴线并且具有形成在其上的所述致动表面；

所述摇臂包括形成在所述气门端或所述凸轮端中的一者中的枢转销孔，并且还包括位于所述枢转销孔内并附接至所述保持件的枢转销；并且

所述组件还包括致动器，所述致动器被构造成对抗所述偏置力将所述摆动锁围绕所述枢转轴线从所述停止取向朝向所述空转取向旋转。

3.根据权利要求2所述的组件，其中：

由所述孔中心轴线和所述枢转轴线限定固定平面，并且所述固定平面包含所述孔中心轴线和所述枢转轴线中的每一者；

由所述滚轮轴线和所述枢转轴线限定移动平面，并且所述移动平面包含所述混轮轴线和所述枢转轴线中的每一者；

所述固定平面与所述移动平面在所述摆动锁的所述停止取向上限定锐角夹角；

所述保持件包括枢转端和滚轮端，并且偏置件以能够操作的方式联接至所述保持件的所述枢转端；并且

所述偏置件包括驻留在所述摇臂中的偏置弹簧。

4.一种发动机气门系统，包括：

凸轮，所述凸轮能够围绕凸轮轴线旋转；

发动机气门；

摇臂，所述摇臂包括气门端、凸轮端和形成在所述气门端与所述凸轮端之间的轴孔；

摇臂轴，所述摇臂轴定位在所述轴孔中且支撑所述摇臂响应于所述凸轮的旋转而进行往复运动；

摆动锁，所述摆动锁限定枢转轴线并且包括致动表面，并且所述摆动锁能够围绕所述枢转轴线相对于所述摇臂在停止取向与空转取向之间进行旋转；

在停止取向上，所述摆动锁被限制在所述摇臂与所述发动机气门或所述凸轮中的一者之间，使得所述致动表面在所述摇臂与所述发动机气门或所述凸轮中的相应一者之间传递往复运动，从而致动所述发动机气门；并且

在空转取向上，所述摆动锁不被限制在所述摇臂与所述发动机气门或所述凸轮中的相应一者之间，使得所述致动表面不传递所述往复运动，从而停用所述发动机气门。

5.根据权利要求4所述的系统，其中：

所述摆动锁还包括限定所述枢转轴线的滚轮保持件，以及滚轮，所述滚轮支撑在所述滚轮保持件中以围绕所述枢转轴进行旋转并且包括所述致动表面；

所述发动机气门系统还包括偏置件，所述偏置件将所述摆动锁朝向所述停止取向偏置，并且所述摇臂还包括止挡件，所述止挡件在所述停止取向上与所述摆动锁接触；

所述空转取向是限定围绕所述枢转轴线的角度范围的多个空转取向之一，并且所述摆动锁能够在所述角度范围内围绕所述枢转轴线旋转；并且

所述滚轮轴线限定在所述停止取向与所述空转取向之间的枢转路径，所述枢转路径在所述摇臂与所述发动机气门或凸轮中的相应一者之间延伸。

6.根据权利要求4或5所述的系统，其中：

所述摆动锁附接至所述摇臂的所述凸轮端上，并且在所述停止取向上被限制在所述摇臂与所述凸轮之间。

7.根据权利要求4或5所述的系统，其中：

所述摆动锁附接至所述摇臂的所述气门端，并且在所述停止取向上被限制在所述摇臂与所述发动机气门之间。

8.根据权利要求4或5所述的系统，还包括致动器，所述致动器被构造成对抗所述偏置件的偏置力使所述摆动锁围绕所述枢转轴线从所述停止取向朝向所述空转取向旋转；并且

所述致动器包括流体致动销致动器。

9.一种用于操作发动机气门系统的方法，包括：

基于所述发动机气门系统中凸轮的旋转使摇臂进行往复运动；

基于所述摇臂的往复运动打开和关闭所述发动机气门系统中的发动机气门；

使摆动锁围绕枢转轴线从停止取向向空转取向旋转，在所述停止取向上，所述摆动锁中的致动表面在所述摇臂与所述发动机气门或所述凸轮中的一者之间传递往复运动；以及

基于所述摆动锁旋转至所述空转取向停用所述发动机气门。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括基于所述发动机气门的停用制动发动机，并且其中：

在所述停止取向上，所述摆动锁被限制在所述摇臂与所述发动机气门或所述凸轮中的相应一者之间，并且所述摆动锁的旋转包括使所述摆动锁对抗所述偏置件的偏置力从所述停止取向旋转；并且

所述摆动锁的旋转包括基于施加致动力来旋转所述摆动锁，所述致动力通过流体致动器施加到所述摆动锁。

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