有氣缸蓋的內燃機氣門機構的製作方法
2023-07-26 11:54:36
專利名稱：有氣缸蓋的內燃機氣門機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種按權利要求1前序部分所述的有氣缸蓋的內燃機氣門機構。
為了改進內燃機的熱動力性能已知一些機械裝置，它們影響氣門機構的工作間隙以及例如可以根據轉速改變換氣閥的打開時間或升程。
由文獻DE 4230877已知這種裝置，其中，凸輪座旋轉固定和可軸向移動地裝在基本凸輪軸上。在這裡，凸輪座由管狀材料構成，在它上面設至少一個凸輪，在此凸輪中從一個共同的基圓出發沿軸向錯開地形成多個不同的凸輪工作面。通過在基本凸輪軸上軸向移動凸輪段，使換氣閥可以通過不同形狀的凸輪工作面操縱，在這裡這些凸輪工作面在升程輪廓形狀和/或相位方面各不相同。
由文獻EP 0 798 451已知一種有利的用於軸向移動凸輪座的裝置，據此在凸輪座的兩側設計螺旋機構，它有一曲線軌道設計為凹槽，其中可嚙合一個用於軸向移動凸輪座的調節機構。
為了使凸輪座在基本凸輪軸上保持在一位置上—凸輪座通過將調節機構嚙合在螺旋機構內被移動到所述位置上，設一個止動裝置，它由一個設在基本凸輪軸內的止動件組成，止動件嚙合在止動槽中，止動槽加工在凸輪座內。對應於在一個凸輪上設計的三個凸輪工作面，在凸輪座內加工三個止動槽。
止動裝置的這種定心在凸輪軸上的設計的突出缺點在於，基本凸輪軸和內燃機的氣缸蓋往往用有不同熱膨脹係數的不同材料製成。因此，定心在凸輪軸上的止動裝置或在內燃機的冷態或在其運行時的熱態不能準確止動。這一效應可由於製造、裝配或運行導致的方式等的不準確性而更加強化，以致內燃機不能可靠運行。
由文獻DE 10148243已知一種定心在氣缸蓋上的止動裝置，用於帶有可軸向移動的凸輪座的基本凸輪軸，其中，基本凸輪軸在內燃機氣缸蓋中的支承通過至少一個圍繞凸輪座的凸輪軸軸承實現。
止動裝置由一個裝在凸輪軸軸承內的止動件組成，它嚙合在加工在凸輪座內的止動槽中。當一個凸輪座有兩個分別包括兩個凸輪工作面的凸輪時，在此凸輪座內需要兩個軸向相鄰的與止動件嚙合的止動槽。
這種定心在氣缸蓋上的止動裝置突出的缺點在於在凸輪軸軸承內形成的嚴重磨損，因為軸承滑動面的絕大部分被使用於止動槽。此外，基本凸輪軸和凸輪座通過止動件朝凸輪軸軸承一側移動。在這種情況下止動裝置需要充分供應潤滑劑，通過配合準確和往往拋光的軸承滑動面不能保證這一要求。
本發明的目的是創造一種按權利要求1前序部分特徵的氣門機構，其中，凸輪座在移動後與溫度影響無關地可靠固定在其位置上。
按本發明此目的通過權利要求1特徵部分所述特徵達到，據此，凸輪座的第一個軸向位置這樣確定，即，令固定在凸輪座上的第一止擋面貼靠在固定在氣缸蓋上的第一止擋面上。
相應地，凸輪座的第二軸向位置通過將固定在凸輪座上的第二止擋面貼靠在固定在氣缸蓋上的第二止擋面上確定。
達裡規定，在基本凸輪軸與所述至少一個凸輪座之間設計一些裝置用於施加軸向夾緊力。此夾緊力定向為使在第一軸向位置的凸輪座也朝此第一軸向位置的方向移動。同樣，在第二軸向位置的凸輪座也朝第二軸向位置的方向移動。在這裡所述的夾緊力與溫度引起的氣門機構的膨脹效應無關地起作用。
在這裡規定，固定在凸輪座上的第一軸向止擋面和固定在凸輪座上的第二止擋面是凸輪座所述至少一個凸輪的側面。
固定在氣缸蓋上的第一止擋面和固定在氣缸蓋上的第二止擋面是所述至少一個圍繞著凸輪座的凸輪軸軸承的側面。
按本發明的一項有利的進一步發展規定，用於從基本凸輪軸向凸輪座施加軸向夾緊力的裝置設計為止動裝置。
止動裝置有一個可沿徑向運動地裝在凸輪軸內的止動件，止動件在力作用下沿徑向向外優選地壓靠在凸輪座的內表面上。相應地，在凸輪座的內側設計至少兩個沿軸向隔開距離的環形止動槽，止動槽近似V形地設計在凸輪座內，以及，因此止動槽的兩側為止動件構成一個斜面。在這裡，止動槽原則上也可以設計在基本凸輪軸內，在這種情況下止動裝置設在凸輪座內。
按本發明的另一項有利的進一步發展規定，徑向方向的力是一個彈性元件的復位力。
按本發明下一項有利的進一步發展規定，止動件是一個止動銷，以及止動銷面朝止動槽的一端修圓。
按本發明另一項有利的進一步發展規定，止動件是一個止動珠。
按本發明的最後一項有利的進一步發展規定，在所述至少一根基本凸輪軸上為內燃機的每個氣缸設一個凸輪座。
下面藉助實施例並結合七個附圖表示和說明按本發明的內燃機氣門機構。
圖1按本發明的四缸內燃機側視圖；圖2圖1所示內燃機的圖1中11-11視圖；圖3安裝在圖1和圖2所示內燃機中的凸輪軸在取走氣缸蓋罩後的透視圖；圖4兩根凸輪軸之一在拆卸狀態的視圖；圖5圖3所示凸輪軸的一部分，包括一個被凸輪軸軸承體圍繞的凸輪座；圖6圖5所示凸輪座處於第一個氣門升程控制位置時的剖視圖；以及圖7圖5所示凸輪座處於第二個氣門升程控制位置時的剖視圖。
在圖1至3中作為範例表示一個外源點火的四缸直列式發動機，包括氣缸體曲軸箱30、固定在曲軸箱上的氣缸蓋31和氣缸蓋罩33，它們按已知的傳統方式設計。每個氣缸按未表示的已知的方式分別設計有兩個進氣門和兩個排氣門，其中，進氣門由進氣凸輪軸和排氣門由排氣凸輪軸16按已知的方式有控制地操縱。在這裡，進氣凸輪軸和排氣凸輪軸16平行於發動機縱軸線定向以及在氣缸蓋31內可旋轉地裝在氣缸排兩側。
排氣凸輪軸16和由基本凸輪軸1及四個凸輪座2組成的進氣凸輪軸按已知的圖中沒有進一步表示的方式被驅動。
圖4表示進氣凸輪軸，在其基本凸輪軸1上沿軸向隔開距離地設四個設計為空心軸的凸輪座2。在這裡，凸輪段2軸向可移動但旋轉固定地裝在基本凸輪軸1上。如圖3、4、5、6和7所示，在每個凸輪座2的兩端設螺旋機構，包括一個設計為凹槽的軸向曲線(Axialkurve)10或11，它螺旋形地繞凸輪座軸線卷繞。
在每個凸輪座2上設兩個凸輪，其中在每個凸輪上由相同的基圓出發沿軸向錯開地形成兩個不同的凸輪工作面6、7或8、9。每個凸輪段2外表面處於兩個凸輪之間的圓柱區設計為凸輪軸軸承3的軸承面。
如圖3、5、6和7所示，每個含有此圓柱形軸承面的凸輪座2可旋轉和軸向可移動地支承在氣缸蓋31的凸輪軸軸承體3內。
凸輪面朝凸輪軸軸承體3的兩個端面設計為止擋面18和19。與此對應，凸輪軸軸承體3面朝凸輪的端面設計為止擋面17或20。在這裡，凸輪的兩個止擋面17和18之間的距離大於凸輪軸軸承體3的止擋面19與20的距離。
在這裡，止擋面17和19或止擋面18與20彼此可以有的最大間距，對應於凸輪工作面6、7、8、9的寬度以及凸輪座可通過螺旋機構的軸向曲線10和11移動的行程。
內燃機的換氣閥27、28由凸輪通過牽引杆21、22操縱，為了減小摩擦，牽引杆設計有滾輪23。
為牽引杆21、22按傳統的已知方式配設一個設計在氣缸蓋內的間隙補償器25或26。
如圖6和7所示，凸輪座2內側有兩個互相平行、軸向有間距地圍繞凸輪座整個內圓周的環形止動槽34、35。止動槽近似設計為V形，V形止動槽的稜邊修圓。
兩個止動槽34、35設計有從徑向的外部向徑向的內部傾斜延伸的槽壁，它們構成錐面36或37，其中槽34的錐面36有一個相對於凸輪軸1旋轉軸線的斜角α，以及槽35的面37有一個相對於凸輪軸1旋轉軸線的斜角β。
如圖5、6、7所示，在凸輪軸內在一個沿徑向設計的盲孔38內，可按已知的方式移動地裝有一個止動珠40。止動珠40通過一個螺旋壓力彈簧39預緊為使止動珠40沿徑向向外朝凸輪座2沿徑向的內表面預緊地貼靠在此內表面上，上述螺旋壓力彈簧39將其一端支承在盲孔38的構成為支座的底部，以及它將另一端支承在止動珠40上。
兩個槽34或35的錐面36和37彼此的距離以及盲孔38的軸向位置在這裡互相協調為，當凸輪8的止擋面18支靠在軸承體3的止擋面20上時，止動珠40貼靠在錐面37上，如圖7中所示；以及，當凸輪7的止擋面17支靠在凸輪軸承體3的止擋面19上時，止動珠40貼靠在槽34的錐面36上，如圖5和圖6所示。
以此方式，當凸輪座2處於圖5和6中表示的位置時，此時凸輪7的止擋面17貼靠在軸承體3的止擋面19上，通過止動珠40和圓周槽34的錐面36，從凸輪軸1向凸輪座2內引入一個軸向力，此軸向力的方向與從軸承體3通過止擋面19作用在凸輪7的止擋面17上的軸向力的方向相反。以此方式將凸輪座2沿兩個軸向方向固定。
當凸輪座2處於圖7所示的位置，此時凸輪8的止擋面18與軸承體3的止擋面20接觸，止動珠40與第二圓周槽35的錐面37接觸，因此從凸輪軸1向凸輪座2內引入一個軸向力，這一軸向力與由軸承體3的止擋面20作用在凸輪8止擋面18上的軸向力反向。因此，在此工作位置同樣將凸輪座2沿兩個方向軸向固定。
基本凸輪軸與氣缸蓋相比不同的膨脹，僅造成在滾珠40與錐面36(如圖6所示的第一個位置)或與錐面37(如圖7所示的第二個位置)之間接觸點的微小移動。此外，在這裡相應於錐面36、37的斜角α或β，通過滾珠40向凸輪座2內引入需要的軸向力。
從圖5和6表示的工作狀態到圖7所示工作狀態氣門升程控制(Hubventilsteuerung)的調整這樣進行，即，如圖6所示，一個裝在氣缸蓋31內為軸向曲線10配設的由致動器的隨動銷14嚙合在設計為凹槽的軸向曲線10內。通過旋轉凸輪軸1和凸輪座2，由於隨動銷14與軸向曲線10槽壁之間接觸，使凸輪座2沿軸向向左移動如此遠，直至被彈簧39預緊的滾珠40過渡到凸輪座2的槽35中。在凸輪座2進一步軸向移動時滾珠40沿錐面37滾動，而凸輪8的止擋面18向軸承體3的止擋面20運動，並與止擋面20進入接觸狀態。在這裡滾珠40仍始終與錐面37軸向接觸。凸輪座2被沿軸向固定。隨動銷14藉助電致動器12按已知的方式重新從設計為圓周槽的軸向曲線10拔出。
為了從圖7所示的工作狀態到圖5和圖6所示工作狀態調整氣門升程控制，一個為軸向曲線11配設的以及裝在氣缸蓋31內的電致動器13的隨動銷15從致動器插入設計為凹槽的軸向曲線11內。通過旋轉凸輪軸1，藉助在軸向曲線11的槽壁與隨動銷15之間的接觸，使凸輪座2在圖7中沿軸向向右移動，所以止動珠40沿錐面37的輪廓克服彈簧39的彈簧力首先從槽35滾出，直至止動珠40沿錐面36的輪廓在彈簧39復位力作用下進入槽34內，以及凸輪7的止擋面17與軸承體3的止擋面19進入接觸狀態。隨動珠40與錐面36之間保持接觸。凸輪座2一方面通過凸輪7的止擋面17與軸承體3的止擋面19之間的支承，以及另一方面通過錐面36與止動珠40之間的支靠，沿兩個方向軸向固定。隨動銷15藉助電致動器13按已知的方式從軸向曲線11的圓周槽拔出。
電致動器的操縱按已知的圖中沒有進一步表示的方式由圖中未表示的電動機控制器進行控制。
角度α和β在這裡取決於具體要求這樣確定其大小，即，保證為了氣門升程控制在工作位置有所需要的軸向固定力，以及在隨動銷14或15插入圓周槽10或11後，當凸輪軸1沿其運行方向旋轉時保證脫開止動連接。例如，角度α和β選擇為在15°與45°之間的相同大小，例如各為30°。
雖然在圖示的實施例中錐面36和37沿其軸向長度分別有一恆定的錐角α和β，仍可設想，只要動態軸向力變化是合理的，將一個或兩個錐面36和37的錐角設計為沿軸向不斷變化的錐角α或β。
在圖3和4中表示的凸輪軸1的四個凸輪座2，可以此方式逐個通過配屬的致動器12或13在其兩個工作位置之間調整以便進行氣門升程控制。
氣門升程控制調整的這種設計，不僅可以用於一根僅控制進氣門的進氣凸輪軸1，而且可以在一根僅控制排氣門的排氣凸輪軸16上實現。同樣地，這種設計也可以在一根既控制進氣門也控制排氣門的凸輪軸上採用。
當如在圖1至3中表示的內燃機中有兩根凸輪軸1和16，其中之一僅設計用於控制進氣門以及另一根僅設計用於控制排氣門時，則在上面的敘述中介紹的氣門升程控制的調整，可以只設計在兩根凸輪軸之一上，但是也可以設計在兩根凸輪軸上。
這樣一種有控制地調整氣門升程控制的設計，也可以在比實施例中介紹的四缸有更多或較少個氣缸的內燃機中採用。這種有控制地調整氣門升程控制的設計也可以在氣缸布局不同的發動中採用，例如直列式發動機、V形發動機或VR或W形發動機。這種氣門升程控制的調整既可以在外源點火內燃機上也可以在自點火內燃機上採用。
權利要求
1.有氣缸蓋的內燃機氣門機構，包括至少一根凸輪軸(1)，在凸輪軸上旋轉固定和可軸向移動地安裝至少一個凸輪座(3)，其中，·所述至少一個凸輪座(3)有至少一個凸輪(5、6)，在凸輪上設計至少兩個不同的凸輪工作面(5.1、5.2、6.1、6.2)，·所述至少一個凸輪座(2)為了支承所述至少一根凸輪軸(1、16)被至少一個固定在氣缸蓋上的凸輪軸軸承(3)圍繞，·設置一些裝置，用於相對於所述至少一根凸輪軸(1)在一個第一軸向位置與至少一個第二軸向位置之間軸向移動所述至少一個凸輪座(2)，其特徵為·在凸輪座的第一軸向位置，一固定在凸輪座上的第一止擋面(17)貼靠在一固定在氣缸蓋上的第一止擋面上；·在凸輪座的第二軸向位置，一固定在凸輪座上的第二止擋面(18)貼靠在一固定在氣缸蓋上的第二止擋面上；以及·在凸輪軸(1)與凸輪座(2)之間設計一些裝置，用於施加一個軸向夾緊力，此軸向夾緊力將在第一軸向位置區域內的凸輪座朝第一軸向位置的方向移動，以及將在第二軸向位置區域內的凸輪座朝第二軸向位置的方向移動。
2.按照權利要求1所述的氣門機構，其特徵為固定在凸輪座上的第一軸向止擋面(17)和固定在凸輪座上的第二軸向止擋面(17)是所述至少一個凸輪的側面。
3.按照權利要求1或2所述的氣門機構，其特徵為固定在氣缸蓋上的第一止擋面和固定在氣缸蓋上的第二止擋面是所述至少一個凸輪軸軸承的側面。
4.按照權利要求1至3之一所述的氣門機構，其特徵為用於從基本凸輪軸(1)向凸輪座(2)施加軸向夾緊力的裝置設計為止動裝置。
5.按照權利要求4所述的氣門機構，其特徵為止動裝置有一個可沿徑向運動地裝在凸輪軸(1)內的止動件(40)，止動件(40)在力作用下沿徑向向外壓靠在凸輪座(2)的內表面上；以及，在凸輪座(2)的內側設計至少兩個沿軸向隔開距離的環形止動槽(36、37)；以及，止動槽(36、37)在凸輪座內設計為V形，因此止動槽的兩側為止動件(40)構成一個斜面。
6.按照權利要求5所述的氣門機構，其特徵為徑向方向的力是一個彈性元件的復位力。
7.按照權利要求5或6所述的氣門機構，其特徵為止動件(40)是一個止動銷；以及，止動銷面朝止動槽的一端修圓。
8.按照權利要求5或6所述的氣門機構，其特徵為止動件是一個止動珠(40)。
9.按照權利要求1至8之一所述的氣門機構，其特徵為在所述至少一根基本凸輪軸(1)上為內燃機的每個氣缸設一個凸輪座(2)。
全文摘要
本發明涉及一種內燃機的氣門機構，包括至少一根凸輪軸，在凸輪軸上旋轉固定和可軸向移動地安裝至少一個凸輪座，其中，在所述至少一根凸輪軸與至少一個凸輪座之間設計一些用於施加軸向夾緊力的裝置，通過軸向夾緊力沿軸向固定所述至少一個凸輪座。
文檔編號F01L13/00GK1756896SQ200480005787
公開日2006年4月5日 申請日期2004年3月17日 優先權日2003年3月21日
發明者S·登格勒 申請人:奧迪股份公司