CN1457386A - 带有气门间隙自动调整/重调装置的内燃机气门机构用摇臂 - Google Patents

带有气门间隙自动调整/重调装置的内燃机气门机构用摇臂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可翻转或转动地支承的内燃机气门机构用摇臂，它配备有一机械式气门间隙调整件，用于自动调整/重调摇臂与气门杆端之间预定的第一气门间隙，其中，此气门间隙调整件包括一个可旋转地安装在摇臂内具有一些围绕空心柱体周边构成的平的表面的空心柱体(“滑块”)和一个使滑块沿预定的旋转方向旋转的扭转弹簧，以及，只要没有达到预定的第二气门间隙，便通过平的表面相关的那个表面后棱边支靠在气门杆端部，阻止滑块的自动旋转。

Description

带有气门间隙自动调整/重调装置 的内燃机气门机构用摇臂
本发明涉及一种内燃机气门机构用摇臂，它用于克服闭合气门的气门弹簧的弹簧力以操纵气门杆开启气门，该摇臂配备有一机械式气门间隙调整件。
典型的内燃机采用气门装置，以便控制气体吸入发动机气缸和从发动机气缸中排出。气门的打开和闭合通常电磁式或纯机械式完成，为此气门杆通过一杠杆装置操纵，杠杆装置本身被一根由发动机曲轴传动的凸轮轴控制。在这种情况下，通过杠杆装置通常方向向下的运动和与之相连系的对气门杆端的操纵，使气门头与其气门座脱开。这一运动要克服一相应设置的气门弹簧的复位力，气门弹簧保证在发动机循环的一个恰当的时刻将气门头重新拉回到它与气门座密封地啮合的位置。
为了避免气门机构内的公差和内燃机工作时的温度变化导致气门机构与气门杆相互硬碰，以及除此之外保证气门的可靠闭合，已知在气门机构与气门杆之间采用预定(最小)尺寸的气门间隙。但是，在内燃机工作过程中由于磨损使气门间隙的尺寸加大，从而会导致在发动机工作必需的气门准确控制方面出现不希望的改变，并可能由这种改变引起后续的破坏。
出于这一原因，在内燃机经过相应的运行期限后，气门间隙必须调整/重调到一个预定的尺寸，这通常意味着昂贵的费用和较长的停机时间。此外，这种维修工作的前提条件是要有相应的专业知识和配备一定的设备。
已公知的用于自动调整/重调气门间隙的自动工作系统可为此提供一条出路。广泛应用的是一种液压式的气门间隙自动补偿系统(DE 2200131 C2)，其中，通常可通过一个单向止回阀向一个在一液压缸与一个在缸内可移动地安装的柱塞之间的压力腔内充填压力油，所以与气门杆端配合作用的柱塞可以随时补偿气门间隙。
然而这些液压式系统存在缺点，即，它们必须从润滑油回路获得压力油并且其反应时间取决于油压升高和油粘度。此外，它们的结构复杂同时制造成本也很高，所以它们不适合在简单的内燃机内使用。
还已知一些机械式工作的气门间隙补偿装置。
DE 4339433 A1介绍了一种带有回转装置的气门摇臂，该回转装置包括一个具有两个楔形表面的调整楔，调整楔设在一个朝调整楔的调整方向位置稳定地装在气门摇臂内的支承楔与一个在气门摇臂内横向于调整楔的调整方向朝换气门方向被导引运动的气门受压件的进给楔之间。采用这种装置成功地做到，显著地减小在气门受压件与其在气门摇臂内的导引装置之间的表面压力。
在EP 0331901 A2中也介绍了一种机械式气门间隙补偿系统，其中，为了消除气门间隙，一个摇臂与一偏心轮配合作用。偏心轮的偏心率选择为，在气门的操纵行程期间减小摇臂的传动比，反之，在气门返回其闭合位置和消除弹簧作用的传递力后，偏心轮进行回转直至消除气门间隙。
因此值得追求的是，为调整/重调气门间隙，提供一种能方便和廉价地制造的纯机械式自动工作的装置。
上述目的按照本发明通过权利要求1所述的摇臂达到。由从属权利要求给出本发明其它有利的设计。
按本发明，前言所述气门间隙调整件的特征在于，它包括一个可旋转地安装在摇臂内、设计为空心柱体并有一些围绕空心柱体周边构成的平的表面的“滑块”和一个使滑块沿预定的旋转方向转动的扭转弹簧。相邻的平面互相以其表面棱边为界。
用于使滑块沿预定的旋转方向转动的扭转弹簧，有一个比闭合气门的气门弹簧小得多的弹簧力，因此气门的闭合不受扭转弹簧的弹簧力反向的力分量的影响。
按本发明，滑块设计成这样，即，围绕其空心柱体周边构成的平的表面分别平行于空心柱体的轴线布置。这隐含着，每个平的表面有一到空心柱体轴线的垂直线。这条垂直线的方向与空心柱体圆形横截面的径向是一致的。按本发明，此平的表面到空心柱体轴线的垂直线确定了此平面到空心柱体轴线的最短距离。
这些平面具有平行于空心柱体轴线(并因而互相平行)的表面棱边。就由扭转弹簧造成的滑块沿预定方向的转动而言，所述每个平面平行于空心柱体轴线的表面棱边可分为一个赶在前面的表面前棱边和一个落在它后面的表面后棱边。
滑块的特点在于，它的那些平面到柱体轴线的最短距离沿与预定旋转方向相反的方向逐渐增大，并且其相关的表面后棱边到柱体轴线的径向距离逐渐增大。
此外按本发明还规定，这些平面通过扭转弹簧造成滑块的自动旋转总是到达一个用于操纵气门杆的旋转位置。在气门的闭合位置和摇臂的相应位置下，当一个平面处于该旋转位置上时，由空心柱体的旋转轴线到气门杆端的垂直距离与此平面离柱体轴线最短距离之间的差值，得出预定的第一气门间隙。当各个平的表面处于操纵气门杆的旋转位置时，在一个给定的气门间隙的范围内，滑块的自动继续旋转由于此平面所属的表面后棱边支靠在气门杆端上而不可能进行。因此在表面后棱边支靠在气门杆端上时，扭转弹簧的弹簧力便不能导致滑块转动，而只是导致滑块沿旋转方向预紧。
在气门的闭合位置和摇臂相应的位置下，处于操纵气门杆位置上的平的表面由于其表面后棱边受扭转弹簧的作用支靠在气门杆端上而倾斜。在通过摇臂的回转操纵气门杆时，此平面相对于气门杆端的这一斜度消除，此平面因而全面地贴靠在气门杆端上。
如此调整好的气门间隙受磨损作用以后会逐渐倾向于增大，所以在气门间隙变得足够大时，处于操纵气门杆的旋转位置上的那个平的表面的表面后棱边失去了在气门杆端上的支靠，因此滑块基于扭转弹簧的弹簧力开始自动旋转。显然，这一旋转只能在这个处于操纵气门杆的位置上的平面完全没有贴靠在气门杆端上时才开始发生，换句话说只有在气门闭合位置和摇臂相应的位置下存在一相应增大的气门间隙时才能进行。
按本发明，只要气门间隙没有达到预定的第二气门间隙(这一气门间隙等于此平面的表面后棱边离柱体轴线的径向距离与此平面离柱体轴线的最短距离之间的差值)，便通过处于操纵气门杆位置上的那个平面的表面后棱边的支靠而阻止滑块的自动旋转。当然，实际工作中应考虑到表面后棱边的磨损会缩短重调间隔。
因为空心柱体的旋转轴线到气门杆端的垂直距离，在气门的闭合位置和摇臂处于规定的位置时基本上是常数，所以在各个平面由于滑块的自动旋转到达用于操作气门杆的旋转位置上时，基于这些平面到柱体轴线最短距离的逐渐增大，可调整或重调预定的第一气门间隙。
在滑块的基本位置按这样的方式调整滑块，即，使得有离空心柱体轴线最小的最短距离的那个平面到达操纵气门杆的旋转位置。在此情况下调整到预定的第一气门间隙。
优选地将所述扭转弹簧设计成一个绕空心柱体轴线安装的双支承的螺旋弹簧，它有一个在滑块上的固定支承和另一个在摇臂上的固定支承。这种设计可简化结构、节省空间和降低成本。
按照本发明一项有利的设计，摇臂配备至少四个平的表面，由此至少可以四次调整/重调预定的第一气门间隙。
此外优选的是，所预定的第一气门间隙对于每一个平的表面在它们处于操纵气门杆的旋转位置上时是相同的。由此做到气门间隙的多次重调每一次都达到相同的预定值。尤其是例如对于每个重调台阶可调整为一个恒定的最小气门间隙。
同样优选的是，预定的第二气门间隙对于每一个平的表面在它们处于操纵气门杆的旋转位置上时是相同的。由此保证不超过一个预定的、对于每一个处于操纵气门杆的旋转位置上的平面相同的气门间隙。与预定的恒定的第一气门间隙相结合，便可以将气门间隙保持在由预定的第一和第二气门间隙界定的范围之内。
按优选的方式，预定的第一气门间隙在0.01mm-1mm范围内；它优选地为0.1mm。
按优选的方式，预定的第二气门间隙与预定的第一气门间隙有一差值，该差值在0.05mm-1mm范围内；优选地为0.2mm。
本发明的一项有利的设计规定，所述滑块的平的表面两端以装在空心柱体上的垫片为界。因此滑块在其绕旋转轴线可旋转地安装在摇臂内的情况下可简单和与此同时有效地固定，而且不会影响滑块的自动旋转。
此外，按本发明优选的是，将对于具有最大的最短距离的那个平的表面、亦即作为最后一个卡锁在操纵气门杆的旋转位置下的那个平的表面所预定的第二气门间隙选择得这样大，即，在内燃机的平均使用寿命期间可保证表面后棱边的支靠。因此，离空心柱体轴线有最大的最短距离的，亦即对于磨损引起的损耗有最大补偿能力的那个平的表面，可持久地在内燃机剩余的使用寿命中使用。
优选地，滑块用冷硬铸铁、烧结材料、冷压或挤压成形的钢制造。
如已说明的那样，本发明的装置可以简单而廉价地生产。但本发明的一个突出的优点在于，它所需要的空间很小并且实际上可以通用。此外，也可以方便和经济地改装已制成的使用摇臂的内燃机，只要用本发明的摇臂更换掉迄今使用的摇臂即可。
下面参照附图举例说明本发明。
图1示出处于与气门杆接触状态下的本发明摇臂；
图2a用俯视图表示本发明摇臂的一部分；
图2b用俯视图表示图2a所示本发明摇臂放大的局部；
图3是滑块具有七个平的表面的第一种实施方式的横截面图；以及
图4是滑块具有九个平的表面的第二种实施方式的横截面图。
由图1可见，按本发明的摇臂1通过滑块2处于与气门杆4的气门杆端相接触的状态。气门杆4可移动地装在气门杆导套6内。气门杆4被气门弹簧8压在一个位置，在此位置气门头11与气门座12密封地接触。气门弹簧8一方面支靠在气缸盖13上，另一方面支靠在一个固定在气门杆上的弹簧盘10上。摇臂1通过杆3固定在发动机缸体上。滑块2可旋转地装在摇臂1一端的一个相应的缺口内并位于垫片7之间。使滑块2旋转的一个扭转弹簧5的一个固定支承处于摇臂1的上边缘上。
在滑块2的基本位置，滑块上有最小最短距离的那个平的表面、亦即到空心柱体轴线有最短垂线的那个平的表面与气门杆端接触。在气门闭合位置和摇臂1相应的位置下，在每一个处于操纵气门杆端的旋转位置上的平的表面与气门杆之间存在气门间隙。所述扭转弹簧5的弹簧力可促使滑块2自动旋转，使得处于操纵位置的平的表面相对于气门杆端倾斜。
当摇臂1为了开启气门而回转时，它的配备有滑块2的端部沿顺时针方向向下运动，并与此同时操纵与滑块2处于接触状态的气门杆端。在此运动过程中，在此平的表面全面贴靠在气门杆端前，摇臂1首先走过气门间隙的路程。
当气门在发动机循环的一个恰当的时刻重新闭合时，亦即在气门头重新被拉回到它与在气缸盖中的气门座密封地啮合的状态下时，摇臂2沿逆时针方向重新转回其起始位置，同时气门杆4在气门弹簧8的弹簧力作用下跟随这一运动，在此过程中不会失去与滑块2的这个平的表面的接触。
在摇臂1的最终位置，配备有滑块2的摇臂端部重新离气门杆端有一定距离，此时，在与气门杆端处于接触状态的平面与气门杆端之间会有气门间隙。
只要沿滑块2的旋转方向落在后面的那个表面后棱边支靠在气门杆端上，这个平的表面便保持与气门杆端接触。滑块2在此状态下只是被扭转弹簧5预紧。
若在发动机使用寿命期间气门间隙加大，则此气门间隙可大到这样的程度，即，它达到预定的第二气门间隙值，在这种情况下表面后棱边不再支靠在气门杆端上。于是，滑块在扭转弹簧预紧的弹簧力作用下转动，直至下一个平的表面由于其表面后棱边的支靠而到达用于操纵气门杆的旋转位置。原本增大了的气门间隙，现在由于该平的表面比较大的最短距离而重新减小并调整到预定的第一气门间隙。
一旦在第一表面台阶的气门间隙值例如达到0.3mm，滑块便旋转到下一个表面台阶，由此立即重新获得例如0.1mm的起始气门间隙。由此保证始终存在一个最小气门间隙并保持气门不打开。
图2a和2b分别表示从配备有滑块2的摇臂1上面看的俯视图。可以看出，扭转弹簧5设计为装在中央的螺旋弹簧，它在滑块2上有一固定支承以及在摇臂1的夹板上有另一个固定支承。滑块2有空心柱体的形状，并有围绕其周边构成的一些平的表面。扭转弹簧5装在空心柱体空的中央。此外，为了适应滑块2可旋转地支承，滑块还配备有两个装在平面两端的垫片7。
图3表示滑块2的横截面。由扭转弹簧5造成的滑块旋转方向用箭头表示。滑块的空心柱体在其圆形的横截面内有半径R1。围绕此空心柱体的周边设计有一些同样剖切表示的平的表面。这些平表面的相交直线构成了一条绕空心柱体周边的封闭的多边形折线，这条折线逆规定的旋转方向离圆周面越来越远。只有离旋转轴线有最短垂直径向距离的那条相交直线才与空心柱体的圆周面相切。这一条相交直线或滑块的那个与之对应的平的表面，调整为用于操纵气门杆端的滑块的初始基本位置。相交直线离空心柱体轴线的垂直径向距离相当于平的表面到空心柱体轴线的垂线。
预定的第一气门间隙由空心柱体旋转轴线到气门杆端的垂直距离与平的表面离柱体轴线最短距离之间的差值得出。在滑块的基本位置，预定的第一气门间隙因而在R1与R1+X1之差的范围内。
预定的第二气门间隙等于平的表面的表面后棱边离柱体轴线的径向距离与此平面离柱体轴线最短距离之间的差值。在滑块的基本位置，预定的第二气门间隙因而为X1。
只要气门间隙没有达到R1与R1+X1之间的全额差值、亦即X1，由于表面后棱边支靠在气门杆端上，因而滑块的自动旋转受阻。
一旦气门间隙达到值X1，滑块便跳跃到下一个卡锁位置，此时，沿与旋转方向相反方向的下一个平的表面进入与气门杆端相接触的状态。这一平面离旋转轴线的最短距离现在是R2＝R1+X1-Y1。在滑块的这一位置下，预定的第一气门间隙在R2＝R1+X1-Y1与R2+X2之差的范围内。预定的第二气门间隙为X2。
只要气门间隙没有达到R2＝R1+X1-Y1与R2+X2之间的全额差值、亦即X2，由于表面后棱边支靠在气门杆端上，因而滑块的自动旋转受阻。
一旦气门间隙达到值X2，滑块便跳跃到下一个卡锁位置，此时仍是沿与旋转方向相反方向的下一个平的表面进入与气门杆端相接触的状态。现在这一平面离旋转轴线的最短距离是R3＝R2+X2-Y2。
在滑块的这一位置下，预定的第一气门间隙在R3＝R2+X2-Y2与R3+X3之差的范围内。预定的第二气门间隙为X3。只要气门间隙没有达到R3＝R2+X2-Y2与R3+X3之间的金额差值、亦即X3，由于表面后棱边支靠在气门杆端上，因而滑块的自动旋转受阻。
一旦气门间隙达到值X3，滑块便跳跃到下一个卡锁位置，于是沿与旋转方向相反方向的下一个平的表面进入与气门杆端接触的状态。对于所有其他的平的表面均适用类似的考虑。台阶的数量可按需选择，由此可无任何困难地补偿例如1mm的磨损。在图3中举例表示了7个台阶或棱边。
图4表示按本发明带有九个平的表面的滑块的第二种实施方式。在这里为了说明表示了滑块的准确设计尺寸。
预定的第一和第二气门间隙对于每个平的表面是相同的。预定的第一气门间隙为0.1mm。每一次当下一个平的表面处于操纵气门杆的旋转位置上时，重调预定的第一气门间隙为0.1mm。在基本位置，气门间隙调整为0.1mm。预定的第二气门间隙为0.3mm。在预定的第二气门间隙与预定的第一气门间隙之间的差值为0.2mm。每个平的表面在磨损量为0.2mm后卡锁在用于操纵气门杆的旋转位置并将实际的气门间隙重新从0.3mm减小到0.1mm。除此之外在图4中还表示了各平的表面到空心柱体轴线的相邻垂线之间的角度。
在此实施方式中，空心柱体长度为14.4mm，外径为7mm以及内径为3.7mm。平的表面沿空心柱体轴线的宽度为6mm。空心柱体在其带有平的表面的区域两侧的长度分别为4.2mm。
采用按本发明配备有按本实施方式调整/重调气门间隙装置的摇臂，直至最后一个平的表面卡锁在用于操纵气门杆的旋转位置，其平均寿命可达5000小时。在这里，对最后一个平的表面的表面后棱边的设计要考虑到，在内燃机仍有后续的平均使用寿命期间，气门杆的操纵将仅仅通过此最后的平的表面进行。
在所表示的实施方式中表示了七个或九个平的表面用于调整/重调气门间隙。理论上还可设想有更多个具有较短重调间隔的较短的平表面，直至由平的表面变为近似于螺旋线；后面一种情况的前提条件是，摩擦力能防止滑转。这样始终存在线接触，类似于支承面的支承。在这里后棱边的磨损同样会导致重调间隔缩短。

Claims (10)

1.一种内燃机气门机构用摇臂，它用于克服闭合气门的气门弹簧(8)的弹簧力，以操纵气门杆(4)开启气门，该摇臂配备有一机械式气门间隙调整件，其特征在于：该气门间隙调整件包括一个可旋转地安装在摇臂(1)内、设计为空心柱体并有围绕空心柱体周边构成的一些平的表面的滑块(2)，以及一个使滑块(2)沿预定的旋转方向转动的扭转弹簧(5)，其中
a)这些平的表面分别平行于空心柱体的轴线布置，各平面到空心柱体轴线的垂直线等于此平面离空心柱体轴线的最短距离，
b)这些平面各有一个沿预定的旋转方向赶在前面的表面前棱边和一个落在其后面的表面后棱边，它们均平行于空心柱体轴线，
c)这些平面沿与预定的旋转方向相反的方向具有离柱体轴线逐渐增大的最短距离，并且各相关的表面后棱边具有离柱体轴线逐渐增大的径向距离，
d)由于滑块(2)的自动旋转，这些平面分别到达下一个操作气门杆的旋转位置，在此位置，由空心柱体的旋转轴线到气门杆端的垂直距离与所述平面离柱体轴线最短距离之间的差值，得出预定的第一气门间隙，在这种情况下，只要没有达到预定的第二气门间隙，便通过该平面的表面后棱边支靠在气门杆端上阻止滑块(2)的自动旋转，其中，该第二气门间隙大于预定的第一气门间隙并等于该平面的表面后棱边离柱体轴线的径向距离与该平面离柱体轴线最短距离之间的差值。
2.按照权利要求1所述的摇臂，其特征为：所述扭转弹簧(5)是一个绕空心柱体轴线安装的双支承的螺旋弹簧，它有一个在滑块(2)上的固定支承和另一个在摇臂上的固定支承。
3.按照权利要求1和2所述的摇臂，其特征为：所述滑块(2)具有至少四个平的表面。
4.按照权利要求1至3之一所述的摇臂，其特征为：对于各个平的表面而言，在它们分别处于操纵气门杆(4)的旋转位置上时，所述预定的第一气门间隙是相同的。
5.按照权利要求1至4之一所述的摇臂，其特征为：对于各个平的表面而言，在它们分别处于操纵气门杆(4)的旋转位置上时，所述预定的第二气门间隙是相同的。
6.按照权利要求1至5之一所述的摇臂，其特征为：所述预定的第一气门间隙在0.01mm-1mm范围内，但优选为0.1mm。
7.按照权利要求1至6之一所述的描臂，其特征为：所述预定的第二气门间隙与所述预定的第一气门间隙有一差值，此差值在0.01mm-1mm范围内，但优选为0.2mm。
8.按照权利要求1至7之一所述的摇臂，其特征为：所述滑块(2)的平的表面两端以装在空心柱体上的垫片为界。
9.按照权利要求1至8之一所述的摇臂，其特征为：将对于具有最大的最短距离的那个平的表面所预定的第二气门间隙选择得这样大，即，对于内燃机的平均使用寿命能保证表面后棱边的支靠。
10.按照权利要求1至9之一所述的摇臂，其特征为：所述滑块(2)用冷硬铸铁、烧结材料、冷压或挤压法成形的钢制造。
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