CN103089362A - 带有缺省机构的持续可变阀升程*** - Google Patents

Abstract

一种用于致动发动机的燃烧阀的持续可变阀升程***包括具有凸轮轴凸部的凸轮轴，该凸轮轴凸部可绕凸轮轴转动轴线转动。摇杆组件可枢转，用于为燃烧阀提供往复运动。控制轴可绕控制轴转动轴线转动，使得控制轴绕控制轴转动轴线的转动改变摇杆组件的位置，以改变燃烧阀的升程；致动器使控制轴选择性地在最小升程位置和最大升程位置之间转动。围绕控制轴转动轴线的偏置弹簧用以在致动器发生故障时、仅仅从最小升程位置至预定位置偏置控制轴，该预定位置介于最小升程位置和最大升程位置之间。

Description

带有缺省机构的持续可变阀升程***

技术领域

本申请要求2011年11月2日提交的美国临时专利申请序列号61/554,550的优先权，在此其全部内容以参见的方式纳入本文。

本发明涉及一种用于改变内燃机中燃烧阀升程的持续可变阀升程***，且更具体地涉及带有用于提供燃烧阀的缺省升程的机构的持续可变阀升程***。

背景技术

内燃机制造商已开发出连续可变气门升程（CVVL）***来致动内燃机的燃烧阀（进气阀和/或排气阀），试图提高燃料经济性、降低排放并另外改进内燃机的性能。这些CVVL***可根据内燃机的需求而仅仅应用于进气阀、仅仅应用于排气阀或者应用于进气阀和排气阀两者。CVVL***用于改变燃烧阀的升程幅度，其中阀升程通常被理解为燃烧阀离开其阀座运动的距离。在共同转让的美国专利申请公开号US 2011/0061618中示出一种CVVL***，在此以参见的方式引入该专利的全部内容。在该CVVL***中，按照内燃机领域的惯例，带有发动机凸轮轴凸部的发动机凸轮轴绕发动机凸轮轴轴线转动。摇杆组件经由摇杆组件上的辊子接收来自发动机凸轮轴凸部的输入，其中发动机凸轮轴凸部的转动运动致使摇杆组件以往复方式枢转。摇杆组件的输出部分作用在指状从动件中在液压间隙调节器上枢转的辊子上。当指状从动件绕液压间隙调节阀枢转时，燃烧阀打开和关闭。为了改变燃烧阀的阀升程，设有控制轴，该控制轴可通过致动器绕控制轴轴线转动。控制轴绕控制轴轴线的转动改变摇杆组件的位置，而这致使燃烧阀的阀升程发生变化。在致动器发生故障的情形下，可希望使CVVL***默认为预定阀升程，使得内燃机能令人满意地启动和运行，直到可进行维修为止。

美国专利号7,886,703教示了一种CVVL***，该CVVL***具有缺省机构，用以在采用了电动机的致动器发生故障的情形下，提供缺省阀升程。在此种构造中，电动机的转动运动通过滚珠螺杆转换成直线运动。通过滚珠螺杆产生的直线运动通过附连于滚珠螺杆和控制轴的连杆转换成控制轴的转动运动。缺省机构包括两个压簧，这两个压簧沿相反方向作用，以提供缺省阀升程。此种缺省机构配置的一个缺点在于：在操作过程中，在控制轴的整个运动范围，致动器须抵抗压簧中至少一个而工作，而这会增大对于致动器的能力需求。此种缺省机构的另一缺点在于，须用在将致动器的转动运动转换成直线运动的***中。

美国专利号7,418,933教示了一种CVVL***，该CVVL***具有缺省机构，用以在采用了电动机的致动器发生故障的情形下，提供缺省阀升程。在此种构造中，电动机具有带有驱动齿轮的输出轴，该驱动齿轮与从动尺寸啮合。从动齿轮连接于涡轮的轴，且该涡轮与CVVL***的控制轴的扇形齿轮啮合。缺省机构包括随着涡轮的轴运动的大直径齿轮和小直径齿轮。第一缺省弹簧围绕控制轴，以使控制轴从最大升程位置偏置到缺省位置，该缺省位置介于最大升程位置和最小升程位置之间。第二缺省弹簧使控制轴从最小升程位置偏置到缺省位置，且该齿轮组包括大直径齿轮和小直径齿轮。此种缺省机构配置的一个缺点在于：致动器须在操作过程中控制轴的整个运动范围上抵抗缺省弹簧中至少一个而工作，而这会增大对于致动器的能力需求。另一个缺点在于，此种缺省机构由于增添齿轮而增大成本和复杂度，而仅仅第二偏置弹簧需要这些齿轮来将控制轴从最小升程位置偏置到缺省位置。

需要一种带有缺省机构的CVVL***，该机构可使CVVL***的致动器的尺寸需求最小化。需要一种带有缺省机构的CVVL***，该机构可使CVVL***的部件和复杂度最小化。

发明内容

简而言之，提供一种用于致动内燃机的燃烧阀的持续可变阀升程***。该持续可变阀升程***包括具有发动机凸轮轴凸部的发动机凸轮轴，该发动机凸轮轴凸部可绕发动机凸轮轴转动轴线转动。该持续可变阀升程***还包括摇杆组件，该摇杆组件可枢转，用于为燃烧阀提供往复运动。摇杆组件包括摇杆组件输入部件和摇杆组件输出部件，该摇杆组件输入组件用于接收来自发动机凸轮轴凸部的运动，而该摇杆组件输出组件用于将该运动传递至燃烧阀。该持续可变阀升程***还包括控制轴，该控制轴可绕控制轴转动轴线转动，使得控制轴绕控制轴转动轴线的转动改变摇杆组件的位置，由此改变燃烧阀的升程。该持续可变阀升程***还包括致动器，该致动器用于使控制轴选择性地在最小升程位置和最大升程位置之间转动。该持续可变阀升程***还包括偏置弹簧，该偏置弹簧围绕控制轴转动轴线，并且用以在致动器发生故障时、仅仅从最小升程位置至预定位置偏置控制轴，该预定位置介于最小升程位置和最大升程位置之间。

附图说明

将参考附图来进一步描述本发明，其中：

图1A是从内燃机的正面来看、根据本发明的CVVL***的剖视图，其中CVVL***处于高发动机载荷模式且输入摇杆子组件位于发动机凸轮轴凸部的基圆上；

图1B是在当前输入摇杆子组件位于发动机凸轮轴凸部的鼻部上的情形下图1A所示***的剖视图；

图2A是在当前CVVL***处于低发动机载荷模式下且输入摇杆子组件位于发动机凸轮轴凸部的基圆上的情形下图1A所示***的剖视图；

图2B是在当前输入摇杆子组件位于发动机凸轮轴凸部的鼻部上的情形下图2A所示***的剖视图；

图3是处于代表性凸轮轴角度下的CVVL***的等轴视图；

图4是用于根据本发明的CVVL***的代表凸轮轴定时、升程以及持续时间的曲线族；以及

图5是从内燃机的背面来看、根据本发明的CVVL***的致动器和偏置弹簧的等轴视图。

具体实施方式

在图1A、1B、2A和2B中，从内燃机14的正面来看，在内燃机14的燃烧阀12处示出根据本发明的CVVL***10。燃烧阀12可以是进气阀或排气阀。CVVL***10在应用于进气阀时管理内燃机进气交换过程，其中控制轴16的角位置发生改变，该控制轴16可绕作为控制轴16几何中心的旋转轴线17（在图3中示出）转动。类似地，CVVL***10在应用于排气阀时管理内燃机的排气交换过程，其中控制轴16的角位置发生改变。在图1A和图1B中，CVVL***10示作处于高发动机载荷模式，而在图2A和图2B中，CVVL***10示作处于低发动机载荷模式。在这些成对附图中的每个中，在左侧（图1A和图2A）示出输入辊子18位于发动机凸轮轴凸部22的基圆20上的CVVL***10的视图，而在右侧（图1B和图2B）示出输入辊子18位于发动机凸轮轴凸部22（最大升程点）上的CVVL***10的类似视图。发动机凸轮轴凸部22是发动机凸轮轴26的一部分，该凸轮轴以传统方式绕发动机凸轮轴的转动轴线28转动。

控制轴16偏心地固定于控制轴盘30，从而当控制轴16转动时，控制轴盘30绕控制轴转动轴线17偏心地转动。只要控制轴16转动地定位成、使得输入摇杆枢转中心32和输出凸轮枢转中心34是同心的，则会产生图1A和1B中示出的高发动机载荷情形，该输入摇杆枢转中心也是控制轴盘30的几何中心。作为摇杆组件36的输入部件的输入辊子18较佳地由硬化钢形成，并且自由地绕钢销38转动，该钢销38在输入摇杆U形夹（clevis）40内支承（类似于桩子的方式）就位。在发动机凸轮轴26如箭头A所示顺时针转动时，发动机凸轮轴凸部22的扩开侧面（opening flank）42向上推动输入辊子18，致使摇杆组件36的输入摇杆子组件44沿顺时针方向绕控制轴盘30并绕输入摇杆枢转中心32转动。在摇杆子组件36转动时，其绕控制轴盘30的输入摇杆枢转中心32转动。在输入摇杆子组件44绕输入摇杆枢转中心32顺时针转动时，致使摇杆组件36的输出摇杆子组件48绕固定就位的输出摇杆枢转中心34顺时针转动。输出摇杆子组件48的顺时针转动使输出摇杆子组件48作用在指状从动件52上的输出凸轮型面50行进。输出凸轮型面50是摇杆组件36的输出部件。指状从动件52的右端绕液压阀间隙调节器54枢转。这样，在指状从动件52上进行下推的输出摇杆子组件48将升程传递给燃烧阀12。输出摇杆子组件48更进一步转动，则更大的升程会通过指状从动件52赋予燃烧阀12。

如图1A和1B所示，当控制轴盘30处于高发动机载荷模式时，只要输入辊子18到达发动机凸轮轴凸部22的鼻部24，则最大升程会赋予燃烧阀12。在此点处，输入摇杆子组件44和输出摇杆子组件48停止沿顺时针方向运动。在发动机凸轮轴凸部22进一步沿顺时针方向转动时，发动机凸轮轴凸部22的鼻部24滑过输入辊子18，且间隙弹簧56（图3中示出）促使输入摇杆子组件44和输出摇杆子组件48逆时针转动。此种逆时针转动还会减小输出凸轮型面50和指状从动件52之间产生的升程。最终，随着发动机凸轮轴26持续顺时针转动，输入辊子18到达发动机凸轮轴凸部22的基圆部20，在此升程保存为零，直到下一次阀打开情形发生为止。刚才描述的运动产生类似于图4所示峰值升程曲线58的峰值升程曲线，以使流过燃烧阀12的气体最大化。

现在参见图2A、2B和5；示作电动机60的致动器（仅仅在图5中示出）通过齿轮组62操作地连接于控制轴16，以改变控制轴16的角位置。应提及的是，图1A、1B、2A和2B从内燃机14的正面观察而得，而图5从内燃机14的背面观察而得。于是，控制轴16在图1A、1B、2A和2B中的顺时针转动与控制轴16在图5中的逆时针转动相对应。当控制轴16相对于其前述高发动机载荷模式位置如图2A和2B所示顺时针或者如图5所示逆时针显著地转动时，CVVL***10产生与低发动机载荷相对应的具有减小持续时间的低升程情形（参见图4中的区域64）。当此种情形发生时，控制轴盘30的输入摇杆枢转中心32朝发动机凸轮轴26向内运动，远离输出摇杆子组件48的枢转摇杆枢转中心34。因此，当发动机凸轮轴凸部22引起输入摇杆子组件44产生角运动时，输出摇杆子组件48将指状从动件52向下推动，而向下推动的幅度与高发动机载荷操作模式相比较小，由此将较小的升程传递至燃烧阀12。当控制轴16处于最低发动机载荷模式时，CVVL***10会产生由图4中曲线66所表示的短且浅升程情形，该曲线适用于所有发动机载荷中的最轻载荷。虽然并未示出，但CVVL***10还可防止燃烧阀12打开，且对于气缸停用技术领域的技术人员已知的是，当希望使内燃机14中一些气缸停用时，会需要防止燃烧阀12打开。

应观察到，控制轴16从图1A、1B所示的位置移位（即，转动）至图2A、2B所示的位置用于：a）改变输入辊子18在发动机凸轮轴凸部22上的位置，由此使阀打开的启动提前，以及b）改变输出凸轮型面50与指状从动件52的接触点，由此减小可能的阀升程。更简要地说，控制轴16的移位改变摇杆组件36的位置。因此，改变控制轴16在图1A、1B所示的高发动机载荷位置（最大阀升程位置）和图2A、2B所示的低发动机载荷位置（最小阀升程位置）之间的角位置，会产生图4所示的整个升程曲线族。

现在将参见图5，为了清楚起见，除了控制轴16、电动机60、齿轮组62以及其它本文将进行描述的构件以外，将CVVL***10的所有构件移除。齿轮组62包括驱动齿轮68，该驱动齿轮68固定于电动机60的输出轴，从而当电流施加于电动机60时，该驱动齿轮68随着输出轴以一对一关系转动。齿轮组62还包括从动齿轮70，该从动齿轮70固定于控制轴16，以随着控制轴16以一一对应的关系转动。齿轮组62还包括中间齿轮72，该中间齿轮72操作地设置在驱动齿轮68和从动齿轮70之间。中间齿轮72包括与驱动齿轮68啮合的中间大直径齿轮74。中间齿轮72还包括中间小直径齿轮（未示出，因为该中间小直径齿轮藏在中间大直径齿轮74之后），且该中间小直径齿轮固定于中间大直径齿轮74，以随着中间大直径齿轮74以一一对应的关系转动。该中间小直径齿轮与从动齿轮70啮合。于是，驱动齿轮68通过电动机60产生的转动致使控制轴16发生转动。

设有部分示作偏置弹簧76的缺省机构，以在电动机60发生故障的情形下，将控制轴16运动至最小升程位置和最大升程位置中间的预定位置。偏置弹簧76是围绕控制轴转动轴线17的扭簧。偏置弹簧76的偏置弹簧固定端76固定于内燃机14，而偏置弹簧76的偏置弹簧可动端80仅仅从最小升程位置至预定位置将偏置力施加于从动齿轮70。从动齿轮70包括切除部段82，该切除部段为偏置弹簧可动端80提供在从最小升程位置至预定位置时作用的反应面84。在未示出的替代方案中，弧形槽可作为切除部段82的替代。当控制轴16到达预定位置时，通过弹簧止动件86防止偏置弹簧可动端80进一步运动，该弹簧止动件86固定于内燃机14。图5示出处于预定位置的控制轴16，并且可以看到，偏置弹簧可动端80与弹簧止动件86和反应面84相接触。如果如图5所示电动机60被致动以使从动齿轮70沿顺时针方向转动，则弹簧止动件86会防止偏置弹簧可动端80运动，且反应面84会不再与偏置弹簧可动端80接触。因此，偏置弹簧76不再会对电动机60和控制轴16起作用。与此相反，如果如图5所示电动机60被致动以使从动齿轮70沿逆时针方向转动，则反应面84会致使偏置弹簧76卷起，且偏置弹簧可动端80会不再与弹簧止动件86接触。因此，偏置弹簧76会经由从动齿轮70对于控制轴16提供偏置力，如果电动机60将要发生故障，则该偏置力会促使控制轴16到达预定位置。

虽然如果在控制轴16定位于最小升程位置和预定位置之间的情形下电动机60发生故障，偏置弹簧76会促使控制轴16到达预定位置，但如果在控制轴16定位于最大升程位置和预定位置之间的情形下电动机60发生故障，偏置弹簧76不会促使控制轴16到达预定位置。反而，仅仅由发动机凸轮轴凸部22和燃烧阀12在摇杆组件36上作用而产生的力会促使控制轴16到达预定位置。当控制轴16到达预定位置时，反应面84会与偏置弹簧可动端80相接触。选择偏置弹簧76，以提供会抵抗由发动机凸轮轴凸部22和燃烧阀12在摇杆组件36上作用而产生力的弹簧力。因此，由发动机凸轮轴凸部22在摇杆组件36上作用而产生的力无法将偏置弹簧76卷起，且控制轴16维持在预定位置。

由于电动机60仅需对于控制轴16的总运动范围的仅仅一部分抵抗一个偏置弹簧来工作，因而电动机60无需增大载重能力来克服两个弹簧的力，而如果所提供的偏置弹簧用以既从最小升程位置又从最大升程位置朝预定位置来偏置控制轴16，则会需要增大电动机的载重能力来克服两个弹簧的力。此外，由于仅仅存在一个偏置弹簧，因而存在较少的CVVL***部件，且CVVL***的设计得以简化且更紧凑。

虽然通过本发明的较佳实施例来描述本发明，但这些实施例并不意指仅需限制。

Claims (12)

1.一种用于致动内燃机的燃烧阀的持续可变阀升程***，所述持续可变阀升程***包括：

发动机凸轮轴，所述发动机凸轮轴具有发动机凸轮轴凸部，且所述发动机凸轮轴凸部可绕发动机凸轮轴转动轴线转动；

摇杆组件，所述摇杆组件可枢转用于为所述燃烧阀提供往复运动，且所述摇杆组件具有摇杆组件输入部件和摇杆组件输出部件，所述摇杆组件输入部件用于接收所述发动机凸轮轴凸部的运动，而所述摇杆组件输出部件用于将所述运动传递至所述燃烧阀；

控制轴，所述控制轴可绕控制轴转动轴线转动，其中所述控制轴绕所述控制轴转动轴线的转动改变所述摇杆组件的位置，由此改变所述燃烧阀的升程；

致动器，所述致动器用于使所述控制轴选择性地在最小升程位置和最大升程位置之间转动；

以及偏置弹簧，所述偏置弹簧围绕所述控制轴的转动轴线，并且用以在所述致动器发生故障时、仅仅从所述最小升程位置至预定位置偏置所述控制轴，所述预定位置介于所述最小升程位置和所述最大升程位置之间。

2.如权利要求1所述的持续可变阀升程***，其特征在于，在所述致动器发生故障的情形下，仅仅由所述发动机凸轮轴和所述燃烧阀中的一个所产生的力将所述控制轴从所述最大升程位置偏置到所述预定位置。

3.如权利要求1所述的持续可变阀升程***，其特征在于，所述致动器通过齿轮组连接于所述控制轴。

4.如权利要求3所述的持续可变阀升程***，其特征在于，所述齿轮组包括驱动齿轮和从动齿轮，所述驱动齿轮连接于所述致动器，而所述从动齿轮连接于所述控制轴，使得所述从动齿轮随着所述控制轴以一一对应的关系转动，并且使得所述驱动齿轮的转动致使所述从动齿轮转动。

5.如权利要求4所述的持续可变阀升程***，其特征在于，所述偏置弹簧包括固定端和可动端，所述固定端固定于所述内燃机，而所述可动端用以仅仅在所述控制轴从所述最小升程位置定位到所述预定位置时、将偏置力施加于所述从动齿轮的反应面。

6.如权利要求5所述的持续可变阀升程***，其特征在于，所述反应面由所述从动齿轮的切除部段来限定。

7.如权利要求5所述的持续可变阀升程***，其特征在于，当所述控制轴从所述最小升程位置转动至所述预定位置时或者从所述预定位置转动至所述最小升程位置时，所述可动端随着所述从动齿轮转动。

8.如权利要求5所述的持续可变阀升程***，其特征在于，当所述控制轴位于所述预定位置和所述最大升程位置之间时，所述可动端不与所述从动齿轮接触。

9.如权利要求5所述的持续可变阀升程***，其特征在于，当所述控制轴在所述预定位置和所述最大升程位置之间转动时，所述可动端是静止的。

10.如权利要求5所述的持续可变阀升程***，其特征在于，还包括弹簧止动件，所述弹簧止动件固定于所述内燃机，以防止在所述控制轴位于所述预定位置和所述最大升程位置时间时、所述偏置弹簧的所述可动端将所述偏置力施加于所述从动齿轮。

11.如权利要求10所述的持续可变阀升程***，其特征在于，当所述控制轴从所述预定位置定位至所述最大升程位置时，所述偏置弹簧的所述可动端与所述弹簧止动件接触。

12.如权利要求11所述的持续可变阀升程***，其特征在于，当所述控制轴定位在所述预定位置和所述最小升程位置之间时，所述偏置弹簧的所述可动端不与所述弹簧止动件接触。

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