CN1977091B - 具可变气门正时的发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机，所述发动机具有曲轴和凸轮轴，凸轮轴由两个同心的旋转件(50、52)形成，其中至少一个旋转件承载一组凸轮(54)。传动系以与曲轴成固定相位关系驱动其中一个旋转件(52)，而相位器(12)用来使另一个旋转件(50)的相位能相对曲轴和第一旋转件(52)的相位动态改变。本发明利用非相位可变的旋转件(52)来驱动辅助装置(16)如柴油泵，以便使辅助装置(16)的反作用转矩不影响相位器(12)的工作。

Description

具可变气门正时的发动机
技术领域
本发明涉及具有相位改变机构的内燃机，上述相位改变机构用于在发动机工作循环期间改变发动机气门的打开和关闭时间，也就是说，用于相对于发动机曲轴的相位而改变作用在气门上的凸轮的相位。
背景技术
不管人们是否希望操纵发动机用于最大输出功率、最佳燃料经济性或最小排放量，气门正时的最佳设定将取决于工况如速度和负荷。因此长期以来都公认理想的情况是能改变发动机的凸轮相对于曲轴的相位，以便适合当前的工况。
为此，以前已经提出了许多种相位改变机构，所述相位改变机构在本文中叫做相位器，以当发动机工作时，相对于曲轴转动凸轮。
某些内燃机配置利用凸轮轴的后端亦即非从动端来驱动辅助装置。这些装置中的某一些，如在柴油发动机中所见的高压共轨泵，需要高的驱动转矩。当实施可变气门正时策略时，这就产生了问题，因为它要求相位器产生足够的输出转矩，所述输出转矩不仅改变凸轮的相位，而且还驱动辅助装置。
作为例子，某些辅助装置需要高达40Nm的驱动转矩，但如果相位器在发动机的油压下运转，则它也许只能供应5Nm。因此，相位器将不能控制凸轮轴相角，并且大反作用转矩将简单地把相位器推到它调节范围的终端。
发明内容
为了减轻上述问题，本发明提供一种发动机，所述发动机具有曲轴、凸轮轴、传动系和相位器，上述凸轮轴由两个同心的旋转件形成，其中至少一个旋转件承载一组凸轮，上述传动系连接成驱动与曲轴成固定的相位关系的上述旋转件中的第一旋转件，而上述相位器用于使上述旋转件中的第二旋转件的相位能相对于曲轴和第一旋转件的相位而动态改变，其特征在于，辅助装置连接成由从曲轴通过凸轮轴的第一旋转件传递来的转矩驱动。
在现有技术中已知凸轮轴，所述凸轮轴供在多缸发动机中使用，并具有两个旋转件，所述两个旋转件取内轴的形式，该内轴被外管包围，上述外管承载至少若干个凸轮，一个例子可在EP-A-1234954中找到。本发明利用这种两部分凸轮轴，通过未被相位器驱动的凸轮轴的旋转件将转矩传递到辅助装置上，来克服现有技术中所遇到的问题。
在本发明的一个实施例中，外管紧固成与凸轮轴的所有凸轮一起旋转。
在本发明的可替换的实施例中，凸轮轴形成具有两组凸轮，其中一组凸轮紧固成与外管一起旋转，而另一组凸轮通过销钉连接到内轴上，销钉通过外管中圆周上的细长槽伸入内轴中。
本发明还可以在具有两个凸轮轴的发动机中使用，在这种情况下有几种可能性。尤其是，第二凸轮轴可以是实心(整体)凸轮轴，所述实心(整体)凸轮轴由第一凸轮轴的旋转件的其中一个或是直接驱动、或是通过相位器驱动。作为另外的可能性，第二凸轮轴可以自身包括两个旋转件，其中至少一个旋转件承载一组凸轮，其中第二凸轮轴的旋转件中的一个与第一凸轮轴的旋转件中的一个被同步驱动，而第二凸轮轴的第二旋转件由相位器驱动，所述相位器使第二凸轮轴的两个旋转件的相对角位置能动态改变，以便可相对于曲轴改变第二凸轮轴上至少某些凸轮凸角的相位能。
附图说明
现在将参照附图以示例的方式进一步说明本发明，在附图中：
图1是把转矩从曲轴通过凸轮轴传递到辅助装置如柴油燃料泵的流动路径的示意图；
图2是在本发明的实施例中转矩流动路径的类似图；
图3和4是可以在实施本发明时使用的穿过不同的两部分凸轮轴的剖视图；以及
图5和6是本发明的两个另外的实施例的转矩流动路径的示意图。
具体实施方式
在图1中，凸轮轴驱动装置10通过相位器12将转矩传递到整体凸轮轴14上。凸轮轴驱动装置10包括发动机曲轴和传动系，所述传动系由若干齿轮、皮带或链条组成，上述皮带或链条把曲轴上的皮带轮连接到相位器12上。在现有技术中已知有不同类型的相位器12，并且相位器的选择对本发明来说不是最重要的。实质上，相位器12是在动态地起作用，以相对于发动机曲轴移动凸轮轴的相位。相位器可从外部来源如加压液压液供应得到它的动力，或者它可以依靠配气机构的反作用转矩的反向。在以后的说明中，假定相位器是液压提供动力的所谓的叶片式相位器。
如果凸轮轴14是在其后端处耦合到存在高反作用转矩的辅助装置16如柴油机燃料泵上，则相位器12会没有克服辅助装置16的反作用转矩的动力，并且会变得无效。由于这个原因，在常规的可变相位气门正时系统中，人们不用凸轮轴来给辅助装置提供动力，而必须寻找另外的方法来把转矩从曲轴传递到辅助装置上。
在本发明中，如图2中所示，凸轮轴14分成两个旋转件，亦即第一旋转件14a和第二旋转件14b，上述第一旋转件14a由曲轴驱动并驱动任何非相位可变的凸轮，而上述第二旋转件14b驱动所有相位可变的凸轮，也就是说，相位可变的凸轮相位是相对于曲轴而变化的。因为只有第二旋转件14b位于相位器12的转矩输出路线中，所以相位器12仅必须克服配气机构的反作用转矩，且不需要克服辅助装置16的反作用转矩。
图3和4示出可在本发明中应用的两种不同的两部分凸轮轴。它们相互不同之处在于，在图3的情况下，所有的凸轮都是相位可变的，而在图4中仅有某些凸轮是相位可变的。
在图3中，凸轮轴具有外管50，所述外管50轴颈安装在汽缸盖内的轴承(未示出)中。外管50起相位可变的旋转件14b的作用，并承载所有凸轮54，因此所有凸轮都是相位可变的。外管支承内轴52，所述内轴52相当于非相位可变的旋转件14a，用来将转矩传递到辅助装置16上，所述辅助装置16示出为柴油泵。
图4的凸轮轴也包括轴颈安装的外管60，所述外管60支承内轴62。然而，在这种情况下，只有某些凸轮64用与图3中凸轮54相同的方式安装在外管60上，并与外管60一起旋转。其余的凸轮66可以绕外管60旋转，并通过销钉68连接与内轴62一起旋转，上述销钉68穿过外管60中切向上细长的槽。为了避免销钉穿过凸轮凸角，每个与内轴62一起旋转的凸轮66都形成有环形延伸部分66a，所述环形延伸部分66a接收销钉68。图4示出辅助装置16，所述辅助装置16由内轴62驱动，但在这个实施例中，也可用任一外管60来将转矩传递到辅助装置。在某些情况下，后一种方法可能是有利的，因为外管60具有较大的扭转刚度，并且由于外管60直接支承在轴承中。
图3和4中所示的相位器12是具有一个从动件的叶片式相位器，上述从动件取凸轮轴皮带轮的形式，所述皮带轮通过曲轴和两个驱动件被转动。其中一个驱动件直接耦合到从动件亦即凸轮轴皮带轮上，从而使其相位不相对于发动机曲轴改变。
相位器12的第二驱动件连接到承载叶片的叶片转子上，上述叶片用与液压千斤顶的活塞相同的方式起作用。随着将液压流体供应给各叶片相对侧上的工作室，叶片转子的相位相对于驱动皮带轮偏移。利用相位器的叶片转子来驱动凸轮轴14的相位可变件14b，所述相位可变件14b在图3和4的实施例中是外管50。
在具有单个凸轮轴的发动机的情况下，图4的凸轮轴可使进气凸轮相移，而同时不影响排气凸轮的相位。
本发明还可以在具有分开的进气和排气凸轮轴的发动机中找到应用。在这种情况下，不需要借助于图4的较复杂的凸轮轴构造，并且任一凸轮轴的所有凸轮都可以由外管14b承载。
图5与图2不同之处在于，第一凸轮轴14的非相位可变的旋转件14a连接成驱动常规的第二整体凸轮轴30。在这种情况下，由凸轮轴30所承载的各凸轮的相位相对于发动机曲轴固定，并且转矩可以从第一凸轮轴14的旋转件14a和/或从第二凸轮轴30传递到辅助装置16。
图6是图5所示配气机构的变体方案，且与图5的不同之处在于，发动机具有另外的相位器42，所述相位器42布置在第一凸轮轴14的非相位可变的旋转件14a和第二凸轮轴30之间。在这种情况下，第二凸轮轴30可以是实心的整体凸轮轴或者是用图3和4中所示的方式构成的凸轮轴。如同图5所示的实施例一样，转矩可以传递到两个辅助装置16a和16b，传递到第二辅助装置16b的转矩或是取自第一凸轮轴14的非相位可变的旋转件，如上所述，或者如果第二凸轮轴30用图3和4所示的方式构成，则转矩取自第二凸轮轴30的非相位可变的旋转件。

Claims (8)

1.一种发动机，具有曲轴、凸轮轴(14)、传动系和相位器(12)，上述凸轮轴(14)由两个同心的旋转件(50，52)形成，两个旋转件(50，52)中的至少一个承载一组凸轮(54)，上述传动系连接成驱动所述旋转件中的与所述曲轴成固定相位关系的第一旋转件，而上述相位器(12)用于使所述旋转件中的第二旋转件的相位能相对所述曲轴和所述第一旋转件的相位而动态改变，其特征在于，辅助装置(16)连接成由从所述曲轴通过所述凸轮轴的第一旋转件传递来的转矩驱动。
2.如权利要求1所述的发动机，其中所述发动机是多缸发动机，并且其中所述两个旋转件由内轴和围绕所述内轴的外管构成。
3.如权利要求2所述的发动机，其中所述外管紧固成与所述凸轮轴的所有凸轮一起旋转。
4.如权利要求2所述的发动机，其中所述凸轮轴形成有两组凸轮，其中一组凸轮紧固成与所述外管一起旋转，而另一组凸轮通过销钉连接到所述内轴上，上述销钉穿过所述外管中圆周上的细长槽延伸到所述内轴中。
5.如上述权利要求其中之一所述的发动机，其中所述发动机具有两个凸轮轴，第二凸轮轴是实心凸轮轴，该实心凸轮轴与第一凸轮轴的旋转件的其中一个同步地被驱动。
6.如权利要求1至4其中之一所述的发动机，其中所述发动机具有两个凸轮轴，第二凸轮轴是通过第二相位器连接到第一凸轮轴的旋转件的其中一个上的实心凸轮轴。
7.如权利要求1至4其中之一所述的发动机，其中所述发动机具有两个凸轮轴，且第二凸轮轴包括两个旋转件，其中至少一个旋转件承载有一组凸轮；其中所述第二凸轮轴的旋转件中的一个与第一凸轮轴的旋转件中的一个同步地被驱动，所述第二凸轮轴的第二旋转件由相位器驱动，所述相位器能使所述第二凸轮轴的两个旋转件的相对角位置动态变化，以便使所述第二凸轮轴上的至少某些凸轮凸角的相位可相对于所述曲轴而被改变。
8.如权利要求5所述的发动机，其中利用所述第二凸轮轴来将非相位可变的驱动装置提供给辅助装置，所述辅助装置通过转矩驱动，上述转矩由所述曲轴通过所述第二凸轮轴传递。
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