專利名稱：閥操縱機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及發(fā)動機。更具體地，本發(fā)明涉及發(fā)動機的閥操縱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)動機典型地包括一或多個在一或多個汽缸內(nèi)往復(fù)運動的活塞。
該活塞結(jié)合到隨著活塞的往復(fù)運動而旋轉(zhuǎn)的曲軸上，該曲軸伸出殼體并提供軸動力以驅(qū)動一或多個部件(例如，輪子、草坪剪草機葉片，拋雪器螺旋運送機等)。
通常每個汽缸有二個或多個的閥被置于鄰近燃燒室并且在活塞往復(fù)運動的過程中在預(yù)定點打開。典型地，每個汽缸包括至少一個進氣閥和一個排氣閥。該進氣閥為燃燒提供空氣/燃油充氣的進入。該排氣閥打開以允許燃燒產(chǎn)物的排放?？赡苡性S多種不同的閥操縱系統(tǒng)，包括推桿系統(tǒng)和頂部凸輪系統(tǒng)。
通常頂部凸輪系統(tǒng)包括置于燃燒室與閥相同的一側(cè)的以及燃燒室與活塞相對的一側(cè)的凸輪。該凸輪結(jié)合到由曲軸驅(qū)動的凸輪軸以確保它們與曲軸成比例的速度旋轉(zhuǎn)。該凸輪軸包括一或幾個隨著凸輪軸的旋轉(zhuǎn)而驅(qū)動閥或中間構(gòu)件如搖臂的凸輪凸起。通常，該凸輪軸通過皮帶驅(qū)動(同步皮帶)、鏈驅(qū)動或直接齒輪連接結(jié)合到曲軸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種發(fā)動機的閥操縱系統(tǒng)，該發(fā)動機包括沿活塞軸線往復(fù)運動的活塞。該閥操縱系統(tǒng)包括可在第一位置與第二位置之間移動的閥構(gòu)件，可繞曲柄軸線旋轉(zhuǎn)的曲軸，和正交于曲軸軸線的第一平面。第二平面正交于第一平面且平行于活塞軸線，這樣活塞軸線可投影到第一平面上以限定第一直線同時可投影到第二平面上以限定第二直線。一根軸隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)可繞凸輪軸線旋轉(zhuǎn)。該凸輪軸線可投影到第一平面上以限定第三直線同時投影到第二平面上以限定第四直線。該第一直線與第三直線一起限定第一角而第二直線與第四直線一起限定第二角。該第一角和第二角的至少一個是斜角(即，是銳角或鈍角)。凸輪構(gòu)件隨著該軸的旋轉(zhuǎn)是可旋轉(zhuǎn)的。該凸輪構(gòu)件包括成形表面同時搖臂與閥構(gòu)件及成形表面互動以隨著凸輪構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)而移動閥構(gòu)件。
在另一方面，本發(fā)明提供一種發(fā)動機的閥操縱系統(tǒng)，該發(fā)動機包括沿活塞軸線往復(fù)運動的活塞。該閥操縱系統(tǒng)包括一個可沿閥軸線在第一位置與第二位置之間移動的閥構(gòu)件以及繞曲柄軸線可旋轉(zhuǎn)的曲軸。一個凸輪構(gòu)件包括基本上非平面的、非圓柱表面的及疊加于其上的凸輪輪廓。驅(qū)動連桿機構(gòu)與凸輪構(gòu)件及曲軸相互連接這樣該凸輪構(gòu)件隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。搖臂與閥構(gòu)件及凸輪輪廓結(jié)合以便隨著凸輪構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)而移動閥構(gòu)件。
還在另一方面，本發(fā)明提供一種包括沿活塞軸線往復(fù)運動的活塞的發(fā)動機的閥操縱系統(tǒng)。該閥操縱系統(tǒng)包括一個可在第一位置與第二位置之間移動的第一閥構(gòu)件以及可在第一位置與第二位置之間移動的第二閥構(gòu)件。繞曲柄軸線旋轉(zhuǎn)的曲軸和凸輪構(gòu)件可以隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)繞凸輪軸線旋轉(zhuǎn)，該凸輪軸線平行活塞軸線但偏置一個非零距離。該凸輪構(gòu)件包括在凸輪軸線周圍延伸的第一凸輪輪廓以及在凸輪軸線周圍延伸并在第一凸輪輪廓的徑向向內(nèi)地布置的第二凸輪輪廓。
技術(shù)人員在考慮當(dāng)前理解的實施本發(fā)明的示范的最好形式的優(yōu)選實施例的以下詳細描述時其它特征和優(yōu)點將變得顯而易見。


詳細的描述特別涉及到附圖，其中圖1是包括發(fā)動機殼體的發(fā)動機的透視圖；圖2是圖1的發(fā)動機的頂部的透視圖，表示閥操縱機構(gòu)的一部分；圖3是圖2的閥操縱機構(gòu)一部分的附視圖；圖4是圖2的閥操縱機構(gòu)的側(cè)視圖；圖5是圖2的閥操縱機構(gòu)的圓盤的附視圖；圖6是沿圖5的6-6線取的圓盤的剖視圖；圖7是沿圖5的7-7線取的圓盤的剖視圖；圖8是沿圖5的8-8線取的圓盤的剖視圖；圖9是現(xiàn)有技術(shù)凸輪輪廓和圖5的圓盤的凸輪輪廓的曲線比較；圖10是沿軸線D-D取的發(fā)動機的剖視圖；
圖11是對于活塞軸線傾斜的軸的示意性說明；圖12是對于活塞軸線不傾斜的軸的示意性說明；圖13是對于活塞軸線傾斜的另一軸的示意性說明；圖14是對于活塞軸線不傾斜的另一軸的示意性說明；圖15是沿圖1的15-15線取的圖1的發(fā)動機的一部分的剖視圖；以及圖16是在16-16線以上取的圖15的發(fā)動機的一部分的剖視圖。
具體實施例方式
在說明本發(fā)明的任何實施例之前，應(yīng)該理解本發(fā)明不局限于其對在以下描述或以下附圖中的說明中所述結(jié)構(gòu)的細節(jié)以及零件布置的應(yīng)用。本發(fā)明能夠以多種方式實踐或執(zhí)行其它的實施例。還有，應(yīng)該理解此處使用的用語和術(shù)語只是為說明的目的不應(yīng)該認為是限制?！鞍ā薄ⅰ氨容^”、或“具有”及其變型的應(yīng)用意味著包含此后列出的各項和其等效項以及附加的各項。術(shù)語“連接”、“結(jié)合”、和“安裝”及其變型被廣泛應(yīng)用并包含直接和間接的連接件、結(jié)合件、和安裝件。
圖1表示垂直軸發(fā)動機10的一部分，該發(fā)動機適于使用本發(fā)明的閥操縱機構(gòu)(圖3和4所示)，所示發(fā)動機10是頂部凸輪發(fā)動機。圖1所示型式的發(fā)動機10通常用作室外動力設(shè)備的動力源，諸如，但不局限于，草坪剪草器，拋雪器、壓力洗滌機、發(fā)電機等。盡管圖1的發(fā)動機10是單缸垂直軸發(fā)動機，但是本發(fā)明也適用于多缸發(fā)動機和水平軸發(fā)動機。
該發(fā)動機10包括一個曲柄箱20，它被分成第一半個25與第二半個30。該第二半個30起到可拆除的蓋的作用，它允許接觸置于曲柄箱20內(nèi)的內(nèi)部件。曲柄箱20的第一和第二半個25和30對曲軸35提供支撐，該曲軸伸出兩個半個25、30的至少一個。如圖1所示，曲軸35伸出兩個半個25、30以便從一端提供動力輸出以及驅(qū)動安裝在另一端的飛輪和風(fēng)扇。曲軸箱20限定一密閉空間，它包括發(fā)動機10的許多運動部件。該密閉空間還能對運動部件使用諸如機油的潤滑油。該潤滑油為曲柄箱20內(nèi)的各種運動部件提供潤滑和冷卻。
汽缸40安裝到曲柄箱20上或者與曲柄箱20整體形成。該汽缸40包括若干個在外部的散熱片45，它在發(fā)動機工作過程中促進散熱，孔50(如圖4所示)延長汽缸40的長度并提供活塞55的往復(fù)運動的通道。該活塞55和汽缸40一起以便至少部分地限定鄰近汽缸40的頂部的燃燒室60(如圖4所示)。
應(yīng)該注意，遠離曲軸35分開的汽缸40的末端此處稱為汽缸頂部，或發(fā)動機10的頂部。作為普通技術(shù)人員應(yīng)理解，汽缸40的位置或發(fā)動機10的方位可以有很大的變化。因此，稱為“頂”的汽缸40的部分可以與曲軸35處在相同的高度或者甚至比曲軸35低。這樣，術(shù)語“頂部”或“發(fā)動機的頂部”的使用不應(yīng)該理解成要求特殊的發(fā)動機方位或布置，也不應(yīng)將這些術(shù)語理解成要求此空間處于比發(fā)動機10的其余部分或曲軸35更高的高度。
參照圖1，所示汽缸蓋65安裝在汽缸40的頂端以封閉汽缸孔50和燃燒室60。限定在汽缸蓋65中的兩個閥孔其尺寸定成以接納閥構(gòu)件75，該閥構(gòu)件沿閥軸線76移動，兩個閥構(gòu)件75沿閥軸線A-A(如圖4所示)往復(fù)運動以打開或關(guān)閉汽缸蓋65中的閥孔。每個閥構(gòu)件75包括閥頭80和閥桿85。該閥頭80與汽缸蓋結(jié)合并且當(dāng)處于關(guān)閉位置時提供密封。閥桿85延伸到汽缸蓋65中并且與各自的驅(qū)動閥的搖臂互動。該汽缸蓋65也可以包括一個接納火花塞90或其它點火器的開口。當(dāng)然，如果發(fā)動機10是一種壓縮點火發(fā)動機(柴油機)，則不需要火花塞90或點火器。
應(yīng)該注意，如果希望的話，如圖1所示，汽缸40、汽缸蓋65、和曲柄箱20的一半可以整體地形成。此外，如果希望的話，曲柄箱兩個半個的分離面對于活塞軸線B-B和曲軸軸線C-C可以是有角度的。這樣，不應(yīng)由汽缸40、汽缸蓋65、和曲柄箱20的布置來限制本發(fā)明。
如圖4所示，閥構(gòu)件75沿基本上平行于活塞軸線B-B的閥軸線A-A往復(fù)運動。但是，其它結(jié)構(gòu)可以包括沿平行于活塞軸線B-B或彼此不平行的軸線往復(fù)運動。
閥構(gòu)件75的端部86包括在搖臂箱95內(nèi)(在圖2中表示打開)。該搖臂箱95構(gòu)成為汽缸蓋65的一部分并限定一個內(nèi)部腔100，該腔的尺寸設(shè)定成包容閥構(gòu)件75的閥桿85以及任何驅(qū)動閥構(gòu)件75的閥操縱機構(gòu)的至少一部分。搖臂箱蓋105(在圖1中表示置于其上而圖2中表示拆除)安裝到汽缸蓋65上并且是可拆除的以允許接觸到汽缸蓋65的搖臂箱部分95的內(nèi)部100。
如圖1-4所示，曲軸35包括一個對曲軸35的旋轉(zhuǎn)軸線C-C偏置的曲柄部分110。連桿115(如圖4所示)包括連接到曲柄部分110的第一端102，和連接到活塞55的第二端125。這種布置將活塞55的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變成曲軸35繞曲柄軸線C-C的旋轉(zhuǎn)運動，在發(fā)動機行業(yè)中是眾所周知的。
參照圖3-4，閥操縱機構(gòu)15包括驅(qū)動齒輪130、從動齒輪135、軸140、凸輪盤145形成的凸輪構(gòu)件，第一搖臂150、第二搖臂155和搖臂軸160。該驅(qū)動齒輪130連接到(例如，熱裝、鍵連接、夾緊等)曲軸35，這樣它與曲軸35一起旋轉(zhuǎn)。在某些結(jié)構(gòu)中，驅(qū)動齒輪130可以構(gòu)成曲軸35的一部分，正如技術(shù)人員理解的，凸輪盤145被置于與閥構(gòu)件75相同的燃燒室60的一側(cè)上并且在燃燒室60的與活塞55相對的一側(cè)上，因此確定一種頂部凸輪發(fā)動機。
從動齒輪135與驅(qū)動齒輪130嚙合并隨驅(qū)動齒輪130的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。從動齒輪135與驅(qū)動齒輪130之間的傳動比對于四沖程發(fā)動機是2比1而對于二沖程發(fā)動機是1比1。當(dāng)然，對于其它發(fā)動機的布置其它的傳動比是合要求的，諸如多閥或多缸發(fā)動機。此外，在驅(qū)動齒輪130與從動齒輪135之間可以放置惰輪以便倒轉(zhuǎn)從動齒輪135的旋轉(zhuǎn)方向和/或改變驅(qū)動齒輪130與從動齒輪135之間的傳動比。
驅(qū)動齒輪130和從動齒輪135是交叉軸線螺旋齒輪，它允許兩個齒輪130、135的旋轉(zhuǎn)軸線是不平行的。如果要求可以使用其它齒輪裝置和齒輪型式(例如，正齒輪、斜齒輪，或平面齒輪)。然而，螺旋齒輪的應(yīng)用產(chǎn)生一種僅要求兩個齒輪130、135且占據(jù)比較小的空間的閥驅(qū)動系統(tǒng)15。
軸140從從動齒輪135的中心延伸以確定凸輪軸線D-D。在某些結(jié)構(gòu)中，該軸140延伸超過從動齒輪135的兩側(cè)。軸140的第一端165延伸到搖臂箱95中并驅(qū)動凸輪盤145。軸140的第二端170在相反方向延伸，但是包容在曲柄箱20內(nèi)。該第二端170可以用來驅(qū)動輔助設(shè)備諸如調(diào)速器或其它裝置。如圖10所示，軸頸軸承171構(gòu)成曲柄箱20、汽缸40、或汽缸蓋65的一部分以支撐旋轉(zhuǎn)的軸140。正如見到的，軸140的至少一端以懸臂的方式被支撐。
在曲柄箱20內(nèi)從動齒輪135的位置允許齒輪135起到，或驅(qū)動，拋油的作用。在大多數(shù)結(jié)構(gòu)中，齒輪135的一部分經(jīng)過在曲柄箱20內(nèi)匯聚的潤滑油而旋轉(zhuǎn)。于是該潤滑油隨旋轉(zhuǎn)齒輪135運行以便在驅(qū)動齒輪130與從動齒輪135之間提供潤滑油。此外，齒輪135的速度將油的一部分拋離齒輪135，因而將油分布整個曲柄箱20。在其它結(jié)構(gòu)中，當(dāng)齒輪135旋轉(zhuǎn)時葉片或其它裝置從齒輪135延伸并匯聚潤滑油。當(dāng)齒輪135旋轉(zhuǎn)出潤滑油時潤滑油從這些葉片被拋出。
如前所述，軸170的第二端可以支撐諸如調(diào)速器的輔助裝置。圖4、10和15表示一種置于軸170的第二端上的飛球調(diào)速器172。圖4表示鄰近從動齒輪135置于軸140的一端上的滑動器板173。圖10表示飛球調(diào)速器172它包括飛球架174、滑動器板173和若干個飛球176。該飛球架174安裝到從動齒輪135上或者構(gòu)成為從動齒輪135的一部分。該飛球架174支撐若干個飛球176并在徑向提供球176的比較自由的運動。該飛球架174還包括在軸向遠離飛球架174延伸的若干齒177。如果要求，其它結(jié)構(gòu)可以包括圍繞整個飛球架延伸的單個齒。
滑動器板173包括一錐度部分178、一整體地構(gòu)成的活塞部分179、和一個環(huán)形鉤子181。該錐度部分178與飛球架結(jié)合以限定一空間，它隨著距軸140的徑向距離增加而變窄。該環(huán)狀鉤子181包圍錐度部分178的最外徑。當(dāng)滑動器板173軸向移動時整體形成的活塞部分179在軸170的第二端上滑動。調(diào)速器臂182嚙合活塞179的末端隨著活塞179的運動而移動。
在工作過程中，曲軸35旋轉(zhuǎn)軸140，該軸轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)飛球調(diào)速器172。隨著速度的增加，離心力徑向向外地移動若干個飛球176。在球向外移動時，它們嚙合滑動器板173的錐板173的錐度部分178并開始軸向地移動滑動器板173?；瑒悠?73的軸向運動產(chǎn)生調(diào)速器臂182的相應(yīng)運動，因此控制發(fā)動機的速度。環(huán)狀鉤子181嚙合若干個齒177以便防止飛球架174與滑動器板173的松開。
圖3-4表示軸140相對于曲軸軸線C-C和活塞軸線B-B的方位。正如見到的，該軸140既不平行于曲軸線C-C，也不平行于活塞軸線B-B。相反地，它相對于B-B和C-C二軸線是傾斜的。這種傾斜的布置能使閥驅(qū)動系統(tǒng)15更緊湊。緊湊的閥操縱系統(tǒng)15導(dǎo)致更緊湊的發(fā)動機10、較短的搖臂150、155以及減少部件和裝配工作。
當(dāng)由二軸在兩平面的任一平面上的投影確定的角是傾斜時(即，投影線彼此不平行或不正交以及由此二線確定的角是銳角或是印角，該二軸是“傾斜”如此處所使用的。如此處術(shù)語“投影”所定義的物體的投影最好理解為被由來自物體平面的另一側(cè)的光源垂直于該平面照射的光產(chǎn)生的物體的影子。
此處定義兩個平面的第一平面為平面Q，它正交于曲柄軸線C-C。第二平面QQ被定義為與第一平面Q正交且平行于活塞軸線B-B的平面。技術(shù)人員將理解，可以選擇有限數(shù)的平面作為平面Q和平面QQ。為描述的目的，可以使用有限數(shù)平面的任何一個作為平面Q與平面QQ。圖11和13表示軸140例子，它相對于活塞軸線B-B是傾斜的。
在圖11中，軸140不平行于活塞軸線B-B且不存在于由活塞軸線B-B和曲柄軸線C-C所定義的平面中。如所示的，軸140在平面Q上的投影140′定義角A′，該角A’不平行于活塞軸線B-B的投影P′或與其正交。此外，軸140在平面QQ上的投影定義角A″，該角A″不平行或垂直于活塞軸線B-B的投影P″。因此在圖11的例子中軸140相對于活塞軸線B-B是傾斜的。
圖12表示一個例子，在該例子不認為軸140相對于活塞軸線B-B是傾斜的，如此處定義的術(shù)語“傾斜”。在圖12中，軸140被置于正交于活塞軸線B-B的平面中。軸140在平面Q上的投影140′以及軸140在平面QQ上的投影140″確定90°的角A′、A″且分別正交于活塞軸線在平面Q與QQ上的投影P′和P″。
圖13表示對于活塞軸線B-B傾斜的軸140的另一個例子。圖13的軸140置于由活塞軸線B-B和曲柄軸線C-C定義的平面內(nèi)。該軸140不平行于活塞軸線B-B。如所見到的，軸在平面Q上的投影140′基本上平行于活塞軸線B-B的投影P′。軸在平面QQ上的投影140″定義一個不平行于或正交于活塞軸線B-B的投影P″的斜角A″。因此，由于軸的投影140″結(jié)合活塞軸線B-B在平面QQ上的投影P″確定一個斜角，所以在圖13的例子中認為軸140相對于活塞軸線B-B是傾斜的。
除去軸140平行于活塞軸線B-B外，圖14表示一個類似于圖13的例子，在平面Q上的投影140′、P′與圖13的那些相同。但是，軸140在平面QQ上的投影140″平行于活塞軸線B-B的投影P″。因此，軸在平面Q和平面QQ上的投影140′、140″平行于活塞軸線B-B的投影P′、P″。這樣，不認為圖14的軸140相對于活塞軸B-B是傾斜的。
參照圖2，凸輪盤145和搖臂150、155表示在它們的工作位置。該搖臂150、155被樞轉(zhuǎn)地支撐在凸輪盤145之上。汽缸蓋的搖臂箱部分95包括兩個延伸部分175，它們支撐搖臂軸160并限定搖臂150、155的樞轉(zhuǎn)軸線E-E。正如已經(jīng)描述的，所述的結(jié)構(gòu)包括二個閥構(gòu)件75，它們沿二平行軸線A-A移動。在包括非平行閥的結(jié)構(gòu)中，每個搖臂150、155可能需要它們自己的樞轉(zhuǎn)軸。
每個搖臂150、155包括一個閥驅(qū)動部分180和一個從動器部分185。每個搖臂150、155的閥驅(qū)動部分結(jié)合閥桿85、閥蓋、或閥構(gòu)件75的一個的其它居中部件并隨著凸輪盤145的旋轉(zhuǎn)在打開位置與關(guān)閉位置之間移動閥構(gòu)件75。搖臂150、155的從動器部分185的每一個結(jié)合并跨在凸輪盤145上的輪廓表面，如圖16所示。閥彈簧195將閥構(gòu)件75的每一個偏置到關(guān)閉位置并將從動器部分185偏置到與凸輪盤145的輪廓表面接觸。搖臂150、155的每一個被搖臂軸160樞轉(zhuǎn)地支撐，這樣從動器部分185的向上運動產(chǎn)生閥驅(qū)動部分190的向下運動。搖臂軸160和從動器部分185或閥驅(qū)動部分180之間的距離可以變化以便產(chǎn)生對于給定從動器或凸輪抬起的閥抬起的要求量。例如，可以構(gòu)造搖臂150、155以便通過與搖臂軸160和從動器部分185之間的距離比較簡單地加倍搖臂軸160和閥驅(qū)動部分180之間的距離而產(chǎn)生是雙倍從動器185處抬起的閥抬起。
凸輪盤145(如圖5-8所示)是包括輪廓表面190的基本上的圓盤狀構(gòu)件。該輪廓表面196包括第一凸輪表面200和第一凸輪表面200的基本上徑向向內(nèi)設(shè)置的第二凸輪表面205。該二凸輪表面200、205基本上是連續(xù)的、同心的、非平面的，它們包括各自的疊加于其上的凸輪輪廓。換句話說，每個凸輪表面限定一個非平面、非圓柱形的錐形截面，如果不是對于疊加于其上的凸輪輪廓它將不產(chǎn)生閥的運動。
圖6-8是沿不同直線(平面)經(jīng)凸輪盤145(如圖5所示)取的剖面圖。這些圖較好地表示凸輪表面200、205彼此間的方位。圖6表示凸輪盤145的剖面，在該剖面處兩個凸輪表面200、205處于其最低點。在這些點結(jié)合的從動器185將閥構(gòu)件75置于其關(guān)閉位置。正如所看到的，圖6的兩個凸輪表面限定了錐形部分同時它們是非平面的。凸輪表面200、205相對于垂直凸輪軸線D-D的表面的實際角度是軸140相對于閥軸線76的角度的角度的函數(shù)。例如，在一個結(jié)構(gòu)中，凸輪軸線D-D(及軸140)設(shè)置成相對于閥軸線76的大約20度的角。在此例中，第一凸輪表面200和第二凸輪表面205二者處于相對于垂直凸輪軸線D-D的平面的20度角的方位。如果在凸輪盤145上的近似180度分開的這些點處測量，此二表面將基本上是平行的。如果在凸輪盤145的同一側(cè)上測量，該二表面限定大約140度的二表面之間的包括的角。
凸輪表面200、205的每一個的基本部分產(chǎn)生平的凸輪輪廓(即，當(dāng)通過與從動件的結(jié)合平坦部分旋轉(zhuǎn)時搖臂和閥保持在關(guān)閉位置)。但是每個凸輪表面200、205包括由向上過渡部分、平坦部分、和向下過渡部分限定的凸起220。當(dāng)凸起220旋轉(zhuǎn)進入與從動器185接觸時，該從動器185結(jié)合向上過渡部分同時閥構(gòu)件75開始移向打開位置。當(dāng)搖臂150、155的從動器部分185達到平坦部分時，該閥構(gòu)件75保持在打開位置。凸輪盤145的進一步旋轉(zhuǎn)移動向下過渡部分進入與從動器部分185的接觸，這樣就允許閥彈簧195關(guān)閉閥構(gòu)件75。
圖7是經(jīng)過第二凸輪表面205的凸起220在徑向角處取的凸輪盤145的剖視圖。當(dāng)從動器185結(jié)合凸起220時，與第二凸輪表面205相關(guān)聯(lián)的閥構(gòu)件75移動到完全打開的位置。圖8是經(jīng)過第一凸輪表面200的凸起220在徑向角處取的凸輪盤145的剖視圖。當(dāng)從動器185結(jié)合凸起220時，與第一凸輪表面200相關(guān)聯(lián)閥構(gòu)件75移動到完全打關(guān)的位置。
圖4和16表示有角度的凸輪表面200、205如何與從動器185互動。第一從動器部分185在第一凸輪點225處結(jié)合第一凸輪表面200。第二從部器部分185在第二凸輪點230處結(jié)合第二凸輪表面205。正如可以看到的，第一凸輪點225與第二凸輪點230分開近似180度。在此二凸輪點225、230處正交于閥軸線76的二平面也平行于凸輪表面200、205的切線。因此，搖臂150、155的從動器部分185與凸輪表面200、205之間的任何力基本上平行于閥軸線76作用。這樣布置降低或消除作用在搖臂150、155或閥構(gòu)件75上的不希望的側(cè)向負荷。
當(dāng)與現(xiàn)有的搖臂比較時，本發(fā)明考慮使用可以比較輕的短搖臂150、155。短、輕的搖臂150、155很適合于用到在打開與關(guān)閉之間包括較短的、較陡的過渡部分的凸輪輪廓。一種理想的閥瞬時地打開與關(guān)閉(即、方波型)。但是，作為技術(shù)人員認為，理想的閥是不可得到的。如圖9所示，當(dāng)與現(xiàn)有的閥比較時，本發(fā)明能夠降低過渡時間，因為搖臂的減少的重量和慣性及其減少的尺寸。圖9表示在凸輪點225、230處測量時的兩個凸輪輪廓。上曲線是現(xiàn)有技術(shù)凸輪輪廓235，而下曲線是適合用于本發(fā)明的可能凸輪輪廓240的一個例子。正如可以看到的，用本發(fā)明可以實現(xiàn)較陡的過渡部分和較長的平坦部分，因此移動更接近于理想的方波245(如虛線所示)。較陡的過渡部分降低過渡時間并能導(dǎo)致發(fā)動機容積效率的改善。此外，使用本發(fā)明的剛性更好、更輕的搖臂可以得到的更陡的過渡也可以導(dǎo)致發(fā)動機的較低的發(fā)射率和改善的功率輸出而不產(chǎn)生發(fā)動機的不穩(wěn)定性。
在工作中，通過從活塞的最上或上死點(TDC)位置向下移動該活塞55開始進氣沖程以吸入空汽/燃油充氣到汽缸65中。在此運動過程中，進氣閥構(gòu)件75是處于其打開位置。隨著活塞55向下移動，曲軸35與凸輪盤145旋轉(zhuǎn)。凸輪盤145旋轉(zhuǎn)到進氣閥構(gòu)件75關(guān)閉的一點。曲軸35繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并再移動活塞55向著TDC位置以便開始壓縮沖程。該壓縮沖程繼續(xù)以兩個閥構(gòu)件75處于關(guān)閉位置。移動的活塞55減少汽缸65的容積并增加汽缸65內(nèi)的壓力。在該壓縮沖程的一個預(yù)定點處，引入火花到燃燒室中同時燃燒發(fā)生。該燃燒驅(qū)動活塞55向下以產(chǎn)生曲軸35的有用軸功率(動力沖程)。在壓縮和動力沖程二者的過程中，兩個閥構(gòu)件75保持關(guān)閉。在動力沖程的終點，凸輪盤145旋轉(zhuǎn)到一點，在該點第二凸輪凸起230開始結(jié)合第二搖臂155的從動器部分185。隨著活塞55再移向其TDC位置，第二搖臂155打開排氣閥。在此排氣沖程的過程中，活塞55將燃燒過程中產(chǎn)生的氣體推出汽缸65。在排氣沖程的終點，凸輪盤145旋轉(zhuǎn)到允許第二閥彈簧195關(guān)閉排氣閥，同時也打開進氣閥以便再開始過程。正如可以看到的，每個循環(huán)過程中活塞55兩次移動到其TDC位置。因此，對于每個循環(huán)曲軸完成兩轉(zhuǎn)。驅(qū)動齒輪130與從動齒輪135之間的2比1的傳動比能使用凸輪盤145在曲軸35的兩轉(zhuǎn)過程中僅旋轉(zhuǎn)一次，因而保持要求的閥的時間控制。
應(yīng)該注意，前面的描述與附圖表示閥處于一個可能的位置與方位。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，其它結(jié)構(gòu)將閥置于不同位置與方位。
雖然參照某些優(yōu)選實施例已經(jīng)詳細描述本發(fā)明，但是在本發(fā)明的如以下權(quán)利要求描述和限定的范圍和精神以內(nèi)存在變型與修改。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機的閥操縱系統(tǒng)，該發(fā)動機包括沿活塞軸線往復(fù)運動的活塞，該閥操縱系統(tǒng)包括可在第一位置與第二位置之間移動的閥構(gòu)件；繞曲柄軸線可旋轉(zhuǎn)的曲軸；正交于曲柄軸線的第一平面；與第一平面正交的且平行于活塞軸線的第二平面，這樣活塞軸線可在第一平面上投影以限定第一直線并在第二平面上投影限定第二直線；隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)可繞凸輪軸線旋轉(zhuǎn)的軸，該凸輪軸線可在第一平面上投影以限定第三直線并在第二平面上投影以限定第四直線，該第一直線與第三直線一起限定第一角同時第二直線與第四直線一起限定第二角，第一角和第二角的至少一個是斜角；可隨軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)的凸輪構(gòu)件，該凸輪構(gòu)件包括成形表面；以及與閥構(gòu)件和成形表面互動的搖臂，以隨著凸輪構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)而移動閥構(gòu)件。
2.權(quán)利要求1的閥操縱系統(tǒng)，其中該閥構(gòu)件可沿基本上平行于活塞軸線的一軸線移動。
3.權(quán)利要求1的閥操縱系統(tǒng)，還包括聯(lián)結(jié)到曲軸的第一齒輪和聯(lián)結(jié)到軸的第二齒輪，該第一齒輪與第二齒輪嚙合以便隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。
4.權(quán)利要求3的閥操縱系統(tǒng)，其中第一齒輪和第二齒輪的每一個是螺旋齒輪。
5.權(quán)利要求1的閥操縱系統(tǒng)，其中成形表面包括疊加于其上的凸輪輪廓，同時其中成形表面基本上是非平面的。
6.權(quán)利要求1的閥操縱系統(tǒng)，其中成形表面包括至少兩個表面，同時其中兩個表面的相鄰部分被置于彼此相對的非零角度處。
7.權(quán)利要求1的閥操縱系統(tǒng)，其中成形表面包括基本上環(huán)形的第一凸輪表面和置于第一凸輪表面的徑向向內(nèi)的基本上環(huán)形的第二凸輪表面。
8.權(quán)利要求7的閥操縱系統(tǒng)，其中第一凸輪表面與第二凸輪表面的相鄰部分彼此不平行。
9.權(quán)利要求7的閥操縱系統(tǒng)，還包括第二搖臂，其中第一搖臂結(jié)合第一凸輪表面且第二搖臂結(jié)合第二凸輪表面。
10.權(quán)利要求1的閥操縱系統(tǒng)，其中曲柄軸線可投影到第二平面上以限定第五直線，同時其中第四直線與第五直線一起限定一斜角。
11.權(quán)利要求1的閥操縱系統(tǒng)，其中該發(fā)動機還包括燃燒室，同時其中活塞被置于燃燒室的第一側(cè)上，而其中凸輪構(gòu)件被置于與所述第一側(cè)相對的燃燒室的第二側(cè)上。
12.權(quán)利要求1的閥操縱系統(tǒng)，還包括一對齒輪，其中該對齒輪在軸與曲軸之間提供唯一的旋轉(zhuǎn)連接。
13.一種發(fā)動機的閥操縱系統(tǒng)，該發(fā)動機包括沿活塞軸線往復(fù)運動的活塞，該閥操縱系統(tǒng)包括沿閥軸線在第一位置與第二位置之間可移動的閥構(gòu)件；可繞曲柄軸線旋轉(zhuǎn)的曲軸；包括基本上非平面的、非圓柱形表面和疊加于其上的凸輪輪廓的凸輪構(gòu)件；互連凸輪構(gòu)件與曲軸的驅(qū)動連桿機構(gòu)，這樣該凸輪構(gòu)件隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)；以及與閥構(gòu)件和凸輪輪廓結(jié)合的搖臂，以便隨著凸輪構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)而移動該閥構(gòu)件。
14.權(quán)利要求13的閥操縱系統(tǒng)，其中驅(qū)動連桿機構(gòu)包括隨著曲軸旋轉(zhuǎn)可繞凸輪軸線旋轉(zhuǎn)的軸。
15.權(quán)利要求14的閥操縱機構(gòu)，還包括一對齒輪，其中該齒輪在軸與曲軸之間提供唯一的旋轉(zhuǎn)連接。
16.權(quán)利要求14的閥操縱系統(tǒng)，還包括聯(lián)結(jié)到曲軸的第一齒輪和聯(lián)結(jié)到軸的第二齒輪，該第一齒輪與第二齒輪嚙合以便隨曲軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)該軸。
17.權(quán)利要求16的閥操縱系統(tǒng)，其中第一齒輪與第二齒輪的每一個是螺旋齒輪。
18.權(quán)利要求14的閥操縱系統(tǒng)，其中凸輪軸線是可投影到與曲柄軸線正交的第一平面上以限定第一直線同時可投影到與第一平面正交且與活塞軸線平行的第二平面上以限定第二直線，活塞軸線可投影到第一平面上以限定第三直線并可投影到第二平面上以限定第四直線，該第一直線與第三直線一起限定一第一角而第二直線與第四直線一起限定一第二角，該第一角與第二角的至少一個是斜角。
19.權(quán)利要求14的閥操縱系統(tǒng)，其中凸輪構(gòu)件繞凸輪軸線旋轉(zhuǎn)同時該凸輪軸線對活塞軸線偏置一個非零距離。
20.權(quán)利要求13的閥操縱系統(tǒng)，還包括第二非平面的和非圓柱形的表面，其中兩個非平面的非圓柱形的鄰近部分彼此相對置于非零角度。
21.權(quán)利要求13的閥操系統(tǒng)，還包括具有疊加于其上的第二凸輪輪廓的第二非平面的非圓柱形的表面，該第二凸輪輪廓為凸輪輪廓的徑向向內(nèi)地設(shè)置。
22.權(quán)利要求21的閥操縱系統(tǒng)，其中第一非平面的非圓柱形的表面與第二非平面的非圓柱形的表面的相鄰部分是彼此不平行的。
23.權(quán)利要求21的閥操縱系統(tǒng)，還包括第二搖臂，其中該搖臂結(jié)合第一非平面的非圓柱形的表面而第二搖臂結(jié)合第二非平面的非圓柱形的表面。
24.權(quán)利要求13的閥操縱系統(tǒng)，其中該發(fā)動機還包括一燃燒室，同時其中活塞置于該燃燒室的第一側(cè)，而其中凸輪構(gòu)件置于與第一側(cè)相對的燃燒室的第二側(cè)上。
25.一種發(fā)動機的閥操縱系統(tǒng)，該發(fā)動機包括沿活塞軸線往復(fù)運動的活塞，該閥操縱系統(tǒng)包括可在第一位置與第二位置之間移動的第一閥構(gòu)件；可在第一位置與第二位置之間移動的第二閥構(gòu)件；可繞曲柄線旋轉(zhuǎn)的曲軸；以及可隨曲軸繞凸輪軸線旋轉(zhuǎn)的可旋轉(zhuǎn)凸輪構(gòu)件，該凸輪軸線平行于活塞軸線且對活塞軸線非零距離偏置，該凸輪構(gòu)件包括繞凸輪軸線延伸的第一凸輪輪廓以及繞凸輪軸線延伸并為第一凸輪輪廓的徑向向內(nèi)地設(shè)置的第二凸輪輪廓。
26.權(quán)利要求25的閥操縱系統(tǒng)，還包括與第一閥構(gòu)件和第一凸輪輪廓互動的第一搖臂以便隨凸輪構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)而移動第一閥構(gòu)件，以及與第二閥構(gòu)件和第二凸輪輪廓互動的第二搖臂以便隨著凸輪構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)而移動第二閥構(gòu)件。
27.權(quán)利要求25的閥操縱系統(tǒng)，還包括與凸輪構(gòu)件和曲軸聯(lián)結(jié)的軸，這樣該軸可以隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)而繞凸輪線旋轉(zhuǎn)。
28.權(quán)利要求27的閥操縱系統(tǒng)，還包括與曲軸聯(lián)結(jié)的第一齒輪和與軸聯(lián)結(jié)的第二齒輪，該第一齒輪與第二齒輪嚙合以便隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)該軸。
29.權(quán)利要求28的閥操縱系統(tǒng)，其中第一齒輪與第二齒輪的每一個是螺旋齒輪。
30.權(quán)利要求27的閥操縱系統(tǒng)，還包括一對齒輪，其中該對齒輪提供軸與曲軸之間的唯一旋轉(zhuǎn)連接。
31.權(quán)利要求25的閥操縱系統(tǒng)，還包括互連凸輪構(gòu)件和曲軸的驅(qū)動連桿機構(gòu)。
32.權(quán)利要求25的閥操縱系統(tǒng)，其中發(fā)動機還包括燃燒室，同時其中活塞置于該燃燒室的第一側(cè)上，而其中該凸輪構(gòu)件置于與第一側(cè)相對的燃燒室的第二側(cè)上。
33.權(quán)利要求25的閥操縱系統(tǒng)，其中第一閥構(gòu)件是可沿第一軸線移動的而第二閥構(gòu)件是可沿第二軸線移動的，該第一軸線與第二軸線彼此基本上是平行的。
全文摘要
一種發(fā)動機的閥操縱系統(tǒng)，它包括沿活塞軸線往復(fù)運動的活塞。該閥操縱系統(tǒng)包括可沿閥軸線在第一位置與第二位置之間移動的閥構(gòu)件以及可繞曲柄軸線旋轉(zhuǎn)的曲軸。凸輪構(gòu)件包括基本上非平面、非圓柱表面和疊加于其上的凸輪輪廓。驅(qū)動連桿機構(gòu)將凸輪構(gòu)件與曲軸互相連接，這樣凸輪構(gòu)件隨著曲軸的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，搖臂與閥構(gòu)件和凸輪輪廓結(jié)合以便隨著凸輪構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)而移動閥構(gòu)件。
文檔編號F01L1/06GK1982658SQ20061017328
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月15日
發(fā)明者G·格雷西亞爾尼 申請人:布里格斯及斯特拉頓公司