專利名稱：提升式氣門的可變升程和持續(xù)時間裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請要求享有于2004年3月29日提交的題為“提升式氣門的可變升程和持續(xù)時間裝置”的臨時申請60/557184所公開的發(fā)明的權(quán)益。根據(jù)美國法典第35條119(e)款，在此要求享有該美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，該申請通過引用結(jié)合于本文中。
本發(fā)明涉及可變氣門挺桿的領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及允許無節(jié)氣門的發(fā)動機負荷控制的可變氣門挺桿。
背景技術(shù)：
發(fā)動機氣門在大多數(shù)情況下都在固定的凸輪軸凸角的促動下開啟和閉合，所得到的氣門動作是在發(fā)動機的高轉(zhuǎn)速與低轉(zhuǎn)速下發(fā)動機氣門動作的時間要求之間的折衷。最近，用來調(diào)節(jié)由固定從動凸輪軸所確定的正時的裝置已經(jīng)投入生產(chǎn)，其可增強發(fā)動機的性能和排放物排放(通過允許受控的內(nèi)部廢氣再循環(huán))。這些裝置與凸輪軸可變相位裝置一樣簡單，它們可控制凸輪軸相對于凸輪驅(qū)動鏈輪和凸輪凸角開關(guān)的角位置，凸輪凸角開關(guān)可將氣門促動從一組凸輪凸角輪廓切換到另一組凸輪凸角輪廓中。
與固定正時的自然吸氣式發(fā)動機相比，這些可變凸輪正時系統(tǒng)在較廣發(fā)動機速度范圍內(nèi)的發(fā)動機輸出方面提供了顯著增強的效果，并且在功能上可以代替節(jié)氣門部分開啟時的廢氣再循環(huán)控制氣門。一方面，它們不具備充分的氣門正時功能以便能省掉發(fā)動機節(jié)氣門。電動液壓的和電磁的氣門控制系統(tǒng)確實具有允許實現(xiàn)無節(jié)氣門發(fā)動機的潛力，但是，這些系統(tǒng)嚴(yán)格來說只是樣機系統(tǒng)，在它們被生產(chǎn)出來之前還有大量的成本、包裝、NVH(噪音、振動和舒適性)以及能量平衡方面的難題需要克服。
現(xiàn)有技術(shù)的一個例子是美國專利US 4523550，它提供了一種具有凸輪機構(gòu)以及第一和第二搖臂的氣門停用裝置，其中一個搖臂與凸輪接合。第一和第二搖臂兩者都具有包含了接合件和驅(qū)動件的開孔。施加壓力以將接合件壓到驅(qū)動件上，使得第一和第二搖臂可驅(qū)動地連接在一起，并且使進氣門或排氣門相互間同時開啟。
美國專利US 4526142公開了一種設(shè)置在氣門正時控制桿上的彈簧似的延伸部，該延伸部可將氣門偏壓至氣門桿上，直到搖臂凸輪式地樞軸轉(zhuǎn)動了預(yù)定量為止。設(shè)定了彈簧夾來通過搖臂向氣門桿施加預(yù)定的預(yù)加載荷，因此，如果氣門桿因熱膨脹而要伸長的話，彈簧夾將產(chǎn)生撓曲以維持零間隙。
美國專利US 4986227公開了一種氣門裝置，其包括在一端與凸輪接合的搖臂，這樣，凸輪的向上運動將導(dǎo)致氣門的向下運動。搖臂具有與在搖臂的端部之間延伸的上表面相接合的凸起支點。該可變位置的支點組件包括旋轉(zhuǎn)臂，其下端可樞軸轉(zhuǎn)動地安裝在樞軸點上，而其上端帶有與接合于搖臂上表面處的支點相接合的支撐滾子。
美國專利US 5365895、5456224和5572962公開了一種具有樞軸和搖臂的可變氣門升程機構(gòu)，樞軸和搖臂帶有可相互配合的嚙合齒。樞軸在靜止的齒條上滾動，以改變氣門升程與凸輪升程之比。對于樞軸的每一給定位置來說，樞軸都因跨置在軸承座上而不能轉(zhuǎn)動，該軸承座的運動受到與靜止齒條一樣形狀的軸承導(dǎo)套的限制。間隙調(diào)整與樞軸位置之間的關(guān)系帶來了相位及持續(xù)時間的可控變化。在美國專利US 5456224中，搖臂與樞軸之間的接觸路徑可以是圓形的或者非圓形的。在美國專利US 5572962中，氣門動作的相位還可在發(fā)動機的運行期間通過移動搖臂的樞軸且同時改變氣門間隙而變化。通過在樞軸移動的同時縱向地移動搖臂也可以改變相位。
US 2001/0037781公開了一種具有中心軸線的細長輸入軸。輸入凸輪凸角在輸入軸上相對于中心軸線偏心地布置。在輸入凸輪凸角上可樞軸轉(zhuǎn)動地安裝了導(dǎo)向件，并且該導(dǎo)向件可樞軸轉(zhuǎn)動且可滑動地連接到導(dǎo)向件上。在輸入軸上可樞軸轉(zhuǎn)動地安裝了輸出凸輪，它還可樞軸轉(zhuǎn)動地安裝在連桿臂的一端上。連桿臂的另一端可樞軸轉(zhuǎn)動地連接到框架上。輸出凸輪還構(gòu)造成可與指狀滾子從動件的滾子擺動式接合。
US 2002/0166523公開了一種包括帶有旋轉(zhuǎn)滾子的主搖臂、框架樞銷以及連接銷的可變氣門促動組件。旋轉(zhuǎn)滾子連接在主搖臂上且由主搖臂所攜帶?？刂萍男D(zhuǎn)通過框架樞軸銷而轉(zhuǎn)換為主搖臂相對于凸輪軸的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)。主搖臂的旋轉(zhuǎn)通過連接銷而轉(zhuǎn)換為連桿的旋轉(zhuǎn)。擺動凸輪銷將連桿的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為擺動凸輪的旋轉(zhuǎn)，從而建立了擺動凸輪凸角相對于從動滾子的旋轉(zhuǎn)位置。由于旋轉(zhuǎn)凸輪由凸輪軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，因此旋轉(zhuǎn)滾子根據(jù)輸入凸輪的升程曲線而產(chǎn)生位移。旋轉(zhuǎn)滾子的位移導(dǎo)致主搖臂產(chǎn)生相應(yīng)的位移。
US 2003/0037635公開了一種帶有滾子的凸輪從動件，凸輪從動件的本體具有集成到其中的滾子支撐部、兩端固定在滾子支撐部上的滾子支撐軸，以及可旋轉(zhuǎn)地支撐在滾子支撐軸上并插入有多個滾針的滾子。至少一個支撐軸和滾針具有氮化物附加層以提高表面硬度。
US 2003/0121484提出，當(dāng)可變氣門的提升盤旋轉(zhuǎn)時，搖臂組件的樞軸也會改變。可變搖臂組件包括兩組搖臂，兩個搖臂的一端均可圍繞樞軸旋轉(zhuǎn)，而另一端相互覆蓋且由彈簧分隔開。當(dāng)兩個搖臂之間的間距變化時，氣門升程的量也變化?？勺兲嵘P具有可與螺旋齒輪相配合的嚙合齒。搖臂軸安裝在可變提升盤上，當(dāng)盤旋轉(zhuǎn)時，它就會改變搖臂樞軸的位置。
US 2003/0127063與上述已公布的專利申請類似，其中通過改變搖臂樞軸的位置來實現(xiàn)發(fā)動機中的升程及持續(xù)時間。在此例中使用了機械間隙補償器。
US 2003/0154940公開了一種包括有框架件和搖臂的可變氣門驅(qū)動裝置。搖臂包括第一端部和第二端部，第一端部可樞軸轉(zhuǎn)動地連接到框架上。連桿包括第一端部和第二端部，第一端部通過第一銷可樞軸轉(zhuǎn)動地連接到搖臂的第二端部上。第二銷將輸出凸輪可樞軸轉(zhuǎn)動地連接到連桿的第二端部上。第一或第二銷是偏心的。
US 2003/0209217顯示了一種包括有用于與液壓間隙調(diào)節(jié)器相接合的從動件和閥桿的搖臂組件。中心腔室包含有隨從中心的低升程凸輪凸角運動的滾子。在從動件上安裝了隨從高升程凸輪凸角運動的滾子。在從動件的表面上設(shè)置有向下的鎖定件，其通過活塞而在第一和第二位置之間滑動，從而鎖住和松開高升程從動件。
US 2004/0003789公開了一種包括有第一及第二凸輪、凸輪從動件、氣門桿和鎖定裝置的可變氣門升程裝置。凸輪從動件可形成在安裝銷上，使得它可以交替的方式與第一和第二凸輪接合。在第一旋轉(zhuǎn)位置，凸輪從動件與第一凸輪可操作地接合，并產(chǎn)生了第一量的氣門開啟距離。在第二旋轉(zhuǎn)位置，凸輪從動件與第二凸輪可操作地接合，并產(chǎn)生了第二量的氣門開啟距離。氣門桿將第一和第二量的開啟距離傳遞到氣門上。鎖定裝置在第一或第二旋轉(zhuǎn)位置中鎖住安裝銷和凸輪從動件。
US 2004/0020454公開了一種包括有控制軸及搖臂的可變氣門執(zhí)行裝置。搖臂的第二端部連接到控制軸上。搖臂攜帶有與凸輪凸角相接合的滾子。連接臂在第一端部處可樞軸轉(zhuǎn)動地連接到搖臂的第一端部上。輸出凸輪可樞軸轉(zhuǎn)動地連接到連接臂的第二端部上，并與發(fā)動機的相應(yīng)凸輪從動件接合。彈簧偏壓滾子，以使?jié)L子與凸輪凸角接觸。
在SAE Technical Paper 2000-01-1224中的題為“可變氣門動作及正時系統(tǒng)在汽車發(fā)動機中的應(yīng)用”的論文中討論了另一例子。該論文討論了用于單或雙頂置凸輪發(fā)動機的可變氣門動作(VVE)系統(tǒng)，其中驅(qū)動盤的中心線與凸輪軸中心線之間的偏置使得驅(qū)動軸的扭矩會傳遞到凸輪軸上。在驅(qū)動軸上固定了驅(qū)動板。在驅(qū)動板中開有徑向狹槽以容納驅(qū)動銷。驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)經(jīng)板、銷和驅(qū)動盤而傳遞到凸輪軸上。驅(qū)動盤相對于驅(qū)動軸線性地偏心。當(dāng)凸輪軸被驅(qū)動且驅(qū)動軸偏心時，凸輪軸相位器相對于驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生波動，因而就影響到氣門的開啟/關(guān)閉正時。通過使用本論文所討論的VVE系統(tǒng)，只有氣門的關(guān)閉時間或開啟時間是可變的，而開啟和關(guān)閉正時不對稱地變化，或者開啟和關(guān)閉正時對稱地變化。
SAE Technical Paper 1999-01-0329中的題為“Meta VVH系統(tǒng)-連續(xù)機械式可變氣門正時的優(yōu)點”的論文包括兩個系統(tǒng)。第一系統(tǒng)是可變氣門升程系統(tǒng)，第二系統(tǒng)是驅(qū)動凸輪軸和使凸輪軸的切換到閉合所必須的相位裝置。氣門系統(tǒng)的凸輪凸角經(jīng)專門設(shè)計，并且開啟氣門和關(guān)閉氣門都具有上升和下降側(cè)翼。開啟凸輪下降側(cè)翼是預(yù)加載側(cè)翼，而關(guān)閉凸輪上升側(cè)翼是間隙側(cè)翼。要完成氣門的驅(qū)動循環(huán)需要兩個側(cè)翼。Meta VVH系統(tǒng)的第二系統(tǒng)包括樞軸轉(zhuǎn)動用單手柄(monolevel)，其中頂面的一端接觸到開啟凸輪，而底面在同一端用彈簧推動進氣門桿。頂面的另一端具有彈簧和滾子。滾子與開啟凸輪和關(guān)閉凸輪都保持接觸。
SAE Technical Paper 2000-01-1227中的題為“第三代氣門系統(tǒng)-用于無節(jié)氣門負荷控制的新型完全可變氣門系統(tǒng)”的論文公開了一種借助增設(shè)中間桿來實現(xiàn)的無限可調(diào)式進氣門升程裝置。該中間桿由軸、進氣凸輪軸、滾子凸輪從動件和復(fù)位彈簧固定住。進氣門的最小或最大升程的產(chǎn)生取決于軸的旋轉(zhuǎn)以及中間桿的旋轉(zhuǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于氣門的可變升程和持續(xù)時間的裝置，具有第一和第二搖臂以及控制連桿機構(gòu)。第一搖臂具有可容納第一滾子的第一端部，以及跨置于凸輪軸的凸角上的第二端部。第二滾子可沿第一搖臂的上表面滾動。第二搖臂的下表面容納了間隙調(diào)節(jié)器和氣門的氣門桿。第二搖臂的上表面容納了第一滾子。當(dāng)控制連桿機構(gòu)處于第一位置時，第一搖臂和滾子沿著第二搖臂的上表面滑向搖臂的第一端部，使得氣門頭具有相對于氣門座的最大持續(xù)時間和升程。當(dāng)控制連桿機構(gòu)處于第二位置時，第一滾子沿著第二搖臂的上表面朝向第二搖臂的第二端部滑動，使得氣門頭具有相對于氣門座的最小持續(xù)時間和升程。


圖1顯示了處于接近最大升程和持續(xù)時間位置中的本發(fā)明。
圖2顯示了處于最小升程位置中的本發(fā)明。
具體實施例方式
圖1和2分別顯示了可變氣門升程裝置的最大升程和最小升程?？刂茡u臂16具有跨置于凸輪塊31中的凸輪軸26上的凸輪端19、滾子端17以及上表面15。滾子14環(huán)繞著通過控制連桿機構(gòu)12連接在控制搖臂16的滾子端17的上端處的樞軸30?？刂七B桿機構(gòu)12包括第一控制連桿12a，其一端連接在控制搖臂16的滾子端17上而另一端用銷11連接在第二控制連桿12b上。第二控制連桿12b的另一端連接在樞軸30上。樞軸30固定地連接在氣缸體27上。
控制搖臂16的滾子端17的下端容納有滾子18，其跨置于端部樞軸搖臂20的上表面21上。在端部樞軸搖臂20的下表面23上安裝連接了間隙調(diào)節(jié)器22和提升式氣門的氣門桿25。穩(wěn)定軸28容納了位于其一端處的間隙調(diào)節(jié)器22、安裝在提升式氣門的氣門頭24上的氣門桿25以及安裝在第二端處的凸輪塊31。為清楚起見，未示出提升式氣門的彈簧。提升式氣門的氣門頭24容納于氣門座32中。
控制連桿12a，12b的伸展及收回使得控制搖臂16沿凸輪軸26運動，并且使得滾子18沿端部樞軸搖臂20的上表面21運動。具體來說，在如圖2所示的最小升程及持續(xù)時間的情況下，控制連桿12a，12b完全收回，因此滾子14平貼到滾子端的壁13上，并且滾子18與氣門桿25處于一條線上。滾子18在端部樞軸搖臂20的上表面21上的位置克服氣門彈簧(未示出)的作用而推動桿25，使氣門頭24移動到相對于氣門座32的最小升程位置。
控制連桿12a，12b的位置決定了升程及持續(xù)時間，它是凸輪凸角的升程及持續(xù)時間基于不同因素的函數(shù)。第一個因素是當(dāng)控制連桿12a，12b朝向間隙調(diào)節(jié)器22移動控制搖臂16時，端部樞軸搖臂的搖臂傳動比增大，控制搖臂的搖臂傳動比也增大。這兩個傳動比的乘積是凸輪凸角26與提升式氣門之間的總搖臂傳動比。由于兩個搖臂傳動比都增大，因此當(dāng)控制搖臂16朝向端部樞軸搖臂20上的間隙調(diào)節(jié)器22移動時，氣門的升程及持續(xù)時間也快速增加。如圖1所示，在最大升程位置，控制連桿機構(gòu)伸展，使控制搖臂16和滾子18移離凸輪軸26，或者沿著端部樞軸搖臂20的上表面21移向間隙調(diào)節(jié)器22。沿著端部樞軸搖臂20的上表面21的滾子作用力大于氣門彈簧(未示出)的作用力，氣門頭24具有最大升程及持續(xù)時間。該液壓間隙調(diào)節(jié)器可以是帶有機械式間隙調(diào)節(jié)器的固定樞軸，或者，間隙調(diào)節(jié)可在控制搖臂16和凸輪軸26之間、控制搖臂16和端部樞軸搖臂20之間或端部樞軸搖臂20和提升式氣門之間的其它接觸面上來實現(xiàn)。
第二個因素是當(dāng)控制連桿12a，12b使控制搖臂16移離間隙調(diào)節(jié)器22時，端部樞軸搖臂的搖臂傳動比減小，控制搖臂的搖臂傳動比也減小。這兩個傳動比的乘積是凸輪凸角26與提升式氣門之間的總搖臂傳動比。由于兩個搖臂傳動比都減小，因此當(dāng)控制搖臂移離端部樞軸搖臂20上的間隙調(diào)節(jié)器22時，氣門的升程及持續(xù)時間也快速減小。在圖2中，端部樞軸搖臂的傳動比大約是1∶1，控制搖臂的傳動比很小。最小升程足夠小，使得既允許通過此機構(gòu)來控制總負荷，又允許無節(jié)氣門的發(fā)動機空轉(zhuǎn)，因此省掉了對節(jié)氣門的需要。該系統(tǒng)的凈功能可按比例地顯著增大和減小凸輪升程曲線的升程及持續(xù)時間。該機構(gòu)可以與凸輪軸的可變相位裝置結(jié)合起來，以獲得最大的發(fā)動機性能和控制方面的優(yōu)點。這樣，發(fā)動機性能、排放物排放以及燃料燃燒效率相對于固定氣門幾何形狀的氣門裝置來說都有所改善。
或者，所有或任何一個滾子可由滑動接觸面來代替，盡管所示的搖臂為直的，然而出于包裝方面的原因它也可以是彎曲的?？刂茡u臂和控制軸之間的接觸面可以是齒條與小齒輪，在這里齒條位于控制搖臂的上表面上。這將省掉對控制連桿、銷或滾子的需求，這是因為穿過氣缸體的軸上的小齒輪的轉(zhuǎn)動可以使控制搖臂運動。也可采用用于控制連桿機構(gòu)的其它連桿配置，連桿機構(gòu)與氣缸蓋之間的連接點不需要與樞軸同心。
上述實施例不僅僅局限于提升式氣門。
因此，可以理解，這里所描述的本發(fā)明實施例只是本發(fā)明原理的應(yīng)用的示例性說明。參考所示實施例的具體細節(jié)并不意味著對權(quán)利要求范圍的限制，權(quán)利要求本身敘述了對本發(fā)明來說是必要的那些特征。
權(quán)利要求
1.一種用于開啟和關(guān)閉氣門的內(nèi)燃機的可變升程和持續(xù)時間裝置，具有一端裝有氣門頭的氣門桿和可在發(fā)動機中偏壓所述氣門頭使之離開氣門座的彈簧，所述裝置包括具有第一端部、上表面以及第二端部的第一搖臂，所述第一端部容納了第一滾子并具有從所述上表面中伸出的延伸壁，所述第二端部跨置在凸輪軸凸角的頂部上；控制連桿機構(gòu)，其與所述第一搖臂的延伸壁和固定連接到氣缸體上的軸相連，所述軸容納了沿所述第一搖臂的上表面滾動的第二滾子；具有第一端部、第二端部、上表面以及下表面的第二搖臂，所述下表面容納了間隙調(diào)節(jié)器的第一端部和提升式氣門的氣門桿，所述上表面容納了由所述第一搖臂的第一端部來接受的所述第一滾子；其中，當(dāng)所述控制連桿機構(gòu)處于第一位置時，所述第一搖臂和第一滾子沿著所述第二搖臂的上表面滑向所述第二搖臂的第一端部和所述間隙調(diào)節(jié)器，使得所述氣門頭具有相對于所述氣門座的最大持續(xù)時間和升程；和當(dāng)所述控制連桿機構(gòu)處于第二位置時，所述第一搖臂和第一滾子沿著所述第二搖臂的上表面滑向所述搖臂的第二端部且離開所述間隙調(diào)節(jié)器，使得所述氣門頭具有相對于所述氣門座的最小持續(xù)時間和升程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變升程和持續(xù)時間裝置，其特征在于，所述間隙調(diào)節(jié)器是液壓式的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變升程和持續(xù)時間裝置，其特征在于，所述間隙調(diào)節(jié)器是機械式的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變升程和持續(xù)時間裝置，其特征在于，所述控制搖臂和端部樞軸搖臂是彎曲的以便于包裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變升程和持續(xù)時間裝置，其特征在于，所述裝置還包括用于容納所述間隙調(diào)節(jié)器的第二端部和所述氣門桿的第三臂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變升程和持續(xù)時間裝置，其特征在于，所述第二搖臂固定在所述氣缸體上。
全文摘要
一種具有第一和第二搖臂以及控制連桿機構(gòu)的裝置。第一搖臂具有容納了第一滾子的第一端部和跨置于凸輪軸的凸角上的第二端部。第二滾子沿第一搖臂的上表面滾動。第二搖臂的上表面容納了第一滾子。當(dāng)控制連桿機構(gòu)處于第一位置時，第一搖臂和滾子沿著第二搖臂的上表面滑向搖臂的第一端部，使得氣門頭具有相對于氣門座的最大持續(xù)時間和升程。當(dāng)控制連桿機構(gòu)處于第二位置時，第一滾子沿著第二搖臂的上表面滑向搖臂的第二端部，使得氣門頭具有相對于氣門座的最小持續(xù)時間和升程。
文檔編號F01L1/30GK1676886SQ20051006374
公開日2005年10月5日 申請日期2005年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月29日
發(fā)明者D·B·羅思 申請人:博格華納公司