CN100378298C

CN100378298C - 有气缸盖的内燃机气门机构

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Publication number: CN100378298C
Application number: CNB2004800057875A
Authority: CN
Inventors: S·登格勒
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-03-21
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: CN1756896A

Abstract

本发明涉及一种内燃机的气门机构，包括至少一根凸轮轴，在凸轮轴上旋转固定和可轴向移动地安装至少一个凸轮座，其中，在所述至少一根凸轮轴与至少一个凸轮座之间设计一些用于施加轴向夹紧力的装置，通过轴向夹紧力沿轴向固定所述至少一个凸轮座。

Description

有气缸盖的内燃机气门机构

技术领域

本发明涉及一种有气缸盖的内燃机气门机构，包括至少一根凸轮轴，在凸轮轴上旋转固定和可轴向移动地安装至少一个凸轮座。

背景技术

为了改进内燃机的热动力性能已知一些机械装置，它们影响气门机构的工作间隙以及例如可以根据转速改变换气阀的打开时间或升程。

由文献DE 4230877已知这种装置，其中，凸轮座旋转固定和可轴向移动地装在基本凸轮轴上。在这里，凸轮座由管状材料构成，在它上面设至少一个凸轮，在此凸轮中从一个共同的基圆出发沿轴向错开地形成多个不同的凸轮工作面。通过在基本凸轮轴上轴向移动凸轮段，使换气阀可以通过不同形状的凸轮工作面操纵，在这里这些凸轮工作面在升程轮廓形状和/或相位方面各不相同。

由文献EP 0 798 451已知一种有利的用于轴向移动凸轮座的装置，据此在凸轮座的两侧设计螺旋机构，它有一曲线轨道设计为凹槽，其中可啮合一个用于轴向移动凸轮座的调节机构。

为了使凸轮座在基本凸轮轴上保持在一位置上-凸轮座通过将调节机构啮合在螺旋机构内被移动到所述位置上，设一个止动装置，它由一个设在基本凸轮轴内的止动件组成，止动件啮合在止动槽中，止动槽加工在凸轮座内。对应于在一个凸轮上设计的三个凸轮工作面，在凸轮座内加工三个止动槽。

止动装置的这种定心在凸轮轴上的设计的突出缺点在于，基本凸轮轴和内燃机的气缸盖往往用有不同热膨胀系数的不同材料制成。因此，定心在凸轮轴上的止动装置或在内燃机的冷态或在其运行时的热态不能准确止动。这一效应可由于制造、装配或运行导致的方式等的不准确性而更加强化，以致内燃机不能可靠运行。

由文献DE 10148243已知一种定心在气缸盖上的止动装置，用于带有可轴向移动的凸轮座的基本凸轮轴，其中，基本凸轮轴在内燃机气缸盖中的支承通过至少一个围绕凸轮座的凸轮轴轴承实现。

止动装置由一个装在凸轮轴轴承内的止动件组成，它啮合在加工在凸轮座内的止动槽中。当一个凸轮座有两个分别包括两个凸轮工作面的凸轮时，在此凸轮座内需要两个轴向相邻的与止动件啮合的止动槽。

这种定心在气缸盖上的止动装置突出的缺点在于在凸轮轴轴承内形成的严重磨损，因为轴承滑动面的绝大部分被使用于止动槽。此外，基本凸轮轴和凸轮座通过止动件朝凸轮轴轴承一侧移动。在这种情况下止动装置需要充分供应润滑剂，通过配合准确和往往抛光的轴承滑动面不能保证这一要求。

发明内容

本发明的目的是创造一种前述类型的气门机构，其中，凸轮座在移动后与温度影响无关地可靠固定在其位置上。

为此，本发明提供一种有气缸盖的内燃机气门机构，包括至少一根凸轮轴，在凸轮轴上旋转固定和可轴向移动地安装至少一个凸轮座，其中，所述至少一个凸轮座有至少一个凸轮，在凸轮上设计至少两个不同的凸轮工作面，所述至少一个凸轮座为了支承所述至少一根凸轮轴被至少一个固定在气缸盖上的凸轮轴轴承围绕，设置一些装置，用于相对于所述至少一根凸轮轴在一个第一轴向位置与至少一个第二轴向位置之间轴向移动所述至少一个凸轮座，其特征为：在凸轮座的第一轴向位置，一固定在凸轮座上的第一止挡面贴靠在一固定在气缸盖上的第一止挡面上；在凸轮座的第二轴向位置，一固定在凸轮座上的第二止挡面贴靠在一固定在气缸盖上的第二止挡面上；以及在凸轮轴与凸轮座之间设计一些装置，用于施加一个轴向夹紧力，此轴向夹紧力将在第一轴向位置区域内的凸轮座朝第一轴向位置的方向移动，以及将在第二轴向位置区域内的凸轮座朝第二轴向位置的方向移动。

按本发明，凸轮座的第一个轴向位置这样确定，即，令固定在凸轮座上的第一止挡面贴靠在固定在气缸盖上的第一止挡面上。

相应地，凸轮座的第二轴向位置通过将固定在凸轮座上的第二止挡面贴靠在固定在气缸盖上的第二止挡面上确定。

这里规定，在基本凸轮轴与所述至少一个凸轮座之间设计一些装置用于施加轴向夹紧力。此夹紧力定向为使在第一轴向位置的凸轮座也朝此第一轴向位置的方向移动。同样，在第二轴向位置的凸轮座也朝第二轴向位置的方向移动。在这里所述的夹紧力与温度引起的气门机构的膨胀效应无关地起作用。

在这里规定，固定在凸轮座上的第一轴向止挡面和固定在凸轮座上的第二止挡面是凸轮座所述至少一个凸轮的侧面。

固定在气缸盖上的第一止挡面和固定在气缸盖上的第二止挡面是所述至少一个围绕着凸轮座的凸轮轴轴承的侧面。

按本发明的一项有利的进一步发展规定，用于从基本凸轮轴向凸轮座施加轴向夹紧力的装置设计为止动装置。

止动装置有一个可沿径向运动地装在凸轮轴内的止动件，止动件在力作用下沿径向向外优选地压靠在凸轮座的内表面上。相应地，在凸轮座的内侧设计至少两个沿轴向隔开距离的环形止动槽，止动槽近似V形地设计在凸轮座内，以及，因此止动槽的两侧为止动件构成一个斜面。在这里，止动槽原则上也可以设计在基本凸轮轴内，在这种情况下止动装置设在凸轮座内。

按本发明的另一项有利的进一步发展规定，径向方向的力是一个弹性元件的复位力。

按本发明下一项有利的进一步发展规定，止动件是一个止动销，以及止动销面朝止动槽的一端修圆。

按本发明另一项有利的进一步发展规定，止动件是一个止动珠。

按本发明的最后一项有利的进一步发展规定，在所述至少一根基本凸轮轴上为内燃机的每个气缸设一个凸轮座。

附图说明

下面借助实施例并结合七个附图表示和说明按本发明的内燃机气门机构。

图1 按本发明的四缸内燃机侧视图；

图2 图1所示内燃机的图1中II-II视图；

图3 安装在图1和图2所示内燃机中的凸轮轴在取走气缸盖罩后的透视图；

图4 两根凸轮轴之一在拆卸状态的视图；

图5 图3所示凸轮轴的一部分，包括一个被凸轮轴轴承体围绕的凸轮座；

图6 图5所示凸轮座处于第一个气门升程控制位置时的剖视图；以及

图7 图5所示凸轮座处于第二个气门升程控制位置时的剖视图。

具体实施方式

在图1至3中作为范例表示一个外源点火的四缸直列式发动机，包括气缸体曲轴箱30、固定在曲轴箱上的气缸盖31和气缸盖罩33，它们按已知的传统方式设计。每个气缸按未表示的已知的方式分别设计有两个进气门和两个排气门，其中，进气门由进气凸轮轴和排气门由排气凸轮轴16按已知的方式有控制地操纵。在这里，进气凸轮轴和排气凸轮轴16平行于发动机纵轴线定向以及在气缸盖31内可旋转地装在气缸排两侧。

排气凸轮轴16和由基本凸轮轴1及四个凸轮座2组成的进气凸轮轴按已知的图中没有进一步表示的方式被驱动。

图4表示进气凸轮轴，在其基本凸轮轴1上沿轴向隔开距离地设四个设计为空心轴的凸轮座2。在这里，凸轮段2轴向可移动但旋转固定地装在基本凸轮轴1上。如图3、4、5、6和7所示，在每个凸轮座2的两端设螺旋机构，包括一个设计为凹槽的轴向曲线(Axialkurve)10或11，它螺旋形地绕凸轮座轴线卷绕。

在每个凸轮座2上设两个凸轮，其中在每个凸轮上由相同的基圆出发沿轴向错开地形成两个不同的凸轮工作面6、7或8、9。每个凸轮段2外表面处于两个凸轮之间的圆柱区设计为凸轮轴轴承3的轴承面。

如图3、5、6和7所示，每个含有此圆柱形轴承面的凸轮座2可旋转和轴向可移动地支承在气缸盖31的凸轮轴轴承体3内。

凸轮面朝凸轮轴轴承体3的两个端面设计为止挡面18和1 9。与此对应，凸轮轴轴承体3面朝凸轮的端面设计为止挡面17或20。在这里，凸轮的两个止挡面17和18之间的距离大于凸轮轴轴承体3的止挡面19与20的距离。

在这里，止挡面17和19或止挡面18与20彼此可以有的最大间距，对应于凸轮工作面6、7、8、9的宽度以及凸轮座可通过螺旋机构的轴向曲线10和11移动的行程。

内燃机的换气阀27、28由凸轮通过牵引杆21、22操纵，为了减小摩擦，牵引杆设计有滚轮23或24。

为牵引杆21、22按传统的已知方式配设一个设计在气缸盖内的间隙补偿器25或26。

如图6和7所示，凸轮座2内侧有两个互相平行、轴向有间距地围绕凸轮座整个内圆周的环形止动槽34、35。止动槽近似设计为V形，V形止动槽的棱边修圆。

两个止动槽34、35设计有从径向的外部向径向的内部倾斜延伸的槽壁，它们构成锥面36或37，其中槽34的锥面36有一个相对于凸轮轴1旋转轴线的斜角α，以及槽35的面37有一个相对于凸轮轴1旋转轴线的斜角β。

如图5、6、7所示，在凸轮轴内在一个沿径向设计的盲孔38内，可按已知的方式移动地装有一个止动珠40。止动珠40通过一个螺旋压力弹簧39预紧为使止动珠40沿径向向外朝凸轮座2沿径向的内表面预紧地贴靠在此内表面上，上述螺旋压力弹簧39将其一端支承在盲孔38的构成为支座的底部，以及它将另一端支承在止动珠40上。

两个槽34或35的锥面36和37彼此的距离以及盲孔38的轴向位置在这里互相协调为，当凸轮8的止挡面18支靠在轴承体3的止挡面20上时，止动珠40贴靠在锥面37上，如图7中所示；以及，当凸轮7的止挡面17支靠在凸轮轴承体3的止挡面19上时，止动珠40贴靠在槽34的锥面36上，如图5和图6所示。

以此方式，当凸轮座2处于图5和6中表示的位置时，此时凸轮7的止挡面17贴靠在轴承体3的止挡面19上，通过止动珠40和圆周槽34的锥面36，从凸轮轴1向凸轮座2内引入一个轴向力，此轴向力的方向与从轴承体3通过止挡面19作用在凸轮7的止挡面17上的轴向力的方向相反。以此方式将凸轮座2沿两个轴向方向固定。

当凸轮座2处于图7所示的位置，此时凸轮8的止挡面18与轴承体3的止挡面20接触，止动珠40与第二圆周槽35的锥面37接触，因此从凸轮轴1向凸轮座2内引入一个轴向力，这一轴向力与由轴承体3的止挡面20作用在凸轮8止挡面18上的轴向力反向。因此，在此工作位置同样将凸轮座2沿两个方向轴向固定。

基本凸轮轴与气缸盖相比不同的膨胀，仅造成在滚珠40与锥面36(如图6所示的第一个位置)或与锥面37(如图7所示的第二个位置)之间接触点的微小移动。此外，在这里相应于锥面36、37的斜角α或β，通过滚珠40向凸轮座2内引入需要的轴向力。

从图5和6表示的工作状态到图7所示工作状态气门升程控制(Hubventilsteuerung)的调整这样进行，即，如图6所示，一个装在气缸盖31内为轴向曲线10配设的由致动器的随动销14啮合在设计为凹槽的轴向曲线10内。通过旋转凸轮轴1和凸轮座2，由于随动销14与轴向曲线10槽壁之间接触，使凸轮座2沿轴向向左移动如此远，直至被弹簧39预紧的滚珠40过渡到凸轮座2的槽35中。在凸轮座2进一步轴向移动时滚珠40沿锥面37滚动，而凸轮8的止挡面18向轴承体3的止挡面20运动，并与止挡面20进入接触状态。在这里滚珠40仍始终与锥面37轴向接触。凸轮座2被沿轴向固定。随动销14借助电致动器12按已知的方式重新从设计为圆周槽的轴向曲线10拔出。

为了从图7所示的工作状态到图5和图6所示工作状态调整气门升程控制，一个为轴向曲线11配设的以及装在气缸盖31内的电致动器13的随动销15从致动器***设计为凹槽的轴向曲线11内。通过旋转凸轮轴1，借助在轴向曲线11的槽壁与随动销15之间的接触，使凸轮座2在图7中沿轴向向右移动，所以止动珠40沿锥面37的轮廓克服弹簧39的弹簧力首先从槽35滚出，直至止动珠40沿锥面36的轮廓在弹簧39复位力作用下进入槽34内，以及凸轮7的止挡面17与轴承体3的止挡面19进入接触状态。随动珠40与锥面36之间保持接触。凸轮座2一方面通过凸轮7的止挡面17与轴承体3的止挡面19之间的支承，以及另一方面通过锥面36与止动珠40之间的支靠，沿两个方向轴向固定。随动销15借助电致动器13按已知的方式从轴向曲线11的圆周槽拔出。

电致动器的操纵按已知的图中没有进一步表示的方式由图中未表示的电动机控制器进行控制。

角度α和β在这里取决于具体要求这样确定其大小，即，保证为了气门升程控制在工作位置有所需要的轴向固定力，以及在随动销14或15***圆周槽10或11后，当凸轮轴1沿其运行方向旋转时保证脱开止动连接。例如，角度α和β选择为在15°与45°之间的相同大小，例如各为30°。

虽然在图示的实施例中锥面36和37沿其轴向长度分别有一恒定的锥角α和β，仍可设想，只要动态轴向力变化是合理的，将一个或两个锥面36和37的锥角设计为沿轴向不断变化的锥角α或β。

在图3和4中表示的凸轮轴1的四个凸轮座2，可以此方式逐个通过配属的致动器12或13在其两个工作位置之间调整以便进行气门升程控制。

气门升程控制调整的这种设计，不仅可以用于一根仅控制进气门的进气凸轮轴1，而且可以在一根仅控制排气门的排气凸轮轴16上实现。同样地，这种设计也可以在一根既控制进气门也控制排气门的凸轮轴上采用。

当如在图1至3中表示的内燃机中有两根凸轮轴1和16，其中之一仅设计用于控制进气门以及另一根仅设计用于控制排气门时，则在上面的叙述中介绍的气门升程控制的调整，可以只设计在两根凸轮轴之一上，但是也可以设计在两根凸轮轴上。

这样一种有控制地调整气门升程控制的设计，也可以在比实施例中介绍的四缸有更多或较少个气缸的内燃机中采用。这种有控制地调整气门升程控制的设计也可以在气缸布局不同的发动中采用，例如直列式发动机、V形发动机或VR或W形发动机。这种气门升程控制的调整既可以在外源点火内燃机上也可以在自点火内燃机上采用。

Claims

1.有气缸盖的内燃机气门机构，包括至少一根凸轮轴(1)，在凸轮轴上旋转固定和可轴向移动地安装至少一个凸轮座(2)，其中，

·所述至少一个凸轮座(2)有至少一个凸轮，在凸轮上设计至少两个不同的凸轮工作面(6、7、8、9)，

·所述至少一个凸轮座(2)为了支承所述至少一根凸轮轴(1、16)被至少一个固定在气缸盖上的凸轮轴轴承(3)围绕，

·设置一些装置，用于相对于所述至少一根凸轮轴(1)在一个第一轴向位置与至少一个第二轴向位置之间轴向移动所述至少一个凸轮座(2)，其特征为：

·在凸轮座的第一轴向位置，一固定在凸轮座上的第一止挡面(17)贴靠在一固定在气缸盖上的第一止挡面上；

·在凸轮座的第二轴向位置，一固定在凸轮座上的第二止挡面(18)贴靠在一固定在气缸盖上的第二止挡面上；以及

·在凸轮轴(1)与凸轮座(2)之间设计一些装置，用于施加一个轴向夹紧力，此轴向夹紧力将在第一轴向位置区域内的凸轮座朝第一轴向位置的方向移动，以及将在第二轴向位置区域内的凸轮座朝第二轴向位置的方向移动。

2.按照权利要求1所述的气门机构，其特征为：固定在凸轮座上的第一轴向止挡面(17)和固定在凸轮座上的第二轴向止挡面(18)是所述至少一个凸轮的侧面。

3.按照权利要求1或2所述的气门机构，其特征为：固定在气缸盖上的第一止挡面和固定在气缸盖上的第二止挡面是所述至少一个凸轮轴轴承的侧面。

4.按照权利要求1所述的气门机构，其特征为：用于从基本凸轮轴(1)向凸轮座(2)施加轴向夹紧力的装置设计为止动装置。

5.按照权利要求4所述的气门机构，其特征为：止动装置有一个可沿径向运动地装在凸轮轴(1)内的止动件(40)，止动件(40)在力作用下沿径向向外压靠在凸轮座(2)的内表面上；以及，在凸轮座(2)的内侧设计至少两个沿轴向隔开距离的环形止动槽(34、35)；以及，止动槽(34、35)在凸轮座内设计为V形，因此止动槽的两侧为止动件(40)构成一个斜面。

6.按照权利要求5所述的气门机构，其特征为：径向方向的力是一个弹性元件的复位力。

7.按照权利要求5所述的气门机构，其特征为：止动件(40)是一个止动销；以及，止动销面朝止动槽的一端修圆。

8.按照权利要求5所述的气门机构，其特征为：止动件是一个止动珠(40)。

9.按照权利要求1所述的气门机构，其特征为：在所述至少一根基本凸轮轴(1)上为内燃机的每个气缸设一个凸轮座(2)。