摇臂机构
技术领域
本发明涉及一种摇臂机构，该摇臂机构能够通过根据曲轴角度移位并通过逐渐改变最大阀开度来选择性地调节打开或关闭进气阀或排气阀的正时，或者该摇臂机构能够通过在内燃发动机的压缩冲程之前打开排气阀减压同样选择性地允许发动机制动。
背景技术
内燃发动机是通过燃烧将化学能转化为机械能的机器之一。内燃发动机由于在气缸中燃烧化石燃料而产生力，这种力使其能够进行旋转运动。内燃发动机基本上由发动机缸体、气缸盖、离合器轴、离合器杆、气缸、活塞和曲轴组成。通过气缸盖确保了对发动机缸体上部的保护。气缸盖在其中设置有点火器、进气阀和排气阀，点火器用来使燃烧发生，进气阀用于将空气-燃料混合物填充到气缸中，打开排气阀用于将燃烧后形成的废气转移到外部环境。
发动机制动是一种常用的制动方法，特别是用在重型商用车中。发动机制动是在不使用行车制动器的情况下确保车辆制动的方法。该方法基于利用发动机的滚动摩擦来降低车速的原理。即使下坡行驶时未踩下油门踏板且燃料未被递送至气缸，发动机的曲轴也会因齿轮接合时施加至车轮的扭矩而被迫旋转。然而，曲轴抵抗旋转(由于气缸中的压缩和摩擦部件的阻力)。由于这种阻力，车轮也缓慢滚动，导致车辆减速。除此之外，尽管具有车速保持不变的事实，但降档会使曲轴旋转得更快。随着发动机转速的增加，发动机的滚动摩擦也增加。因此，低档导致更高的发动机制动力。
特别是在重型商用车中，行车制动器的持续使用导致维护频率和操作成本增加。使用发动机制动是为了避免这种成本增加。然而，目前在重型商用车中使用的发动机制动器是由液压锁定机构进行操作；并且发动机制动性能可能由于诸如油温、发动机速度和气缸压力等参数增加液压损失而受到不利影响。然而，在能够在不使用液压锁定机构的情况下制动的系统中，由于部件过载而存在损坏的风险，因为在到/由发动机制动器打开/关闭的关键切换期间，它们不能瞬时提供足够的力传递面积。
现有技术的中国专利申请No. CN105736086 (A)公开了一种燃烧制动和降压制动相结合的发动机制动方法。在这种设计中，当不需要发动机制动时，发动机制动控制模块不打开。发动机正常操作。发动机降压制动组件的常规点火排气凸轮和制动排气凸轮设置在花键凸轮轴的第一轴向位置上。当操作发动机制动器时，发动机节流阀部分打开，进行燃料喷射。发动机减压制动控制模块被操作，使得发动机降压制动组件的常规点火排气凸轮和制动排气凸轮将被移动到花键凸轮轴的第二轴向位置。发动机制动排气凸轮驱动器致动排气阀用于发动机减压。
在现有技术的美国专利申请No. US2015204250 (A1)中，公开了一种用于机动车辆上的内燃发动机的阀致动机构。该发明还涉及一种装备有阀致动机构的卡车。该设计中的阀致动机构包括可绕纵向轴线旋转的凸轮轴。凸轮轴包括几个凸轮，每个凸轮专用于移动内燃发动机的一个气缸的阀。每个凸轮都有凸轮轮廓，该凸轮轮廓可以包括一个或几个“凸起”，即阀升程部分，在该处凸轮轮廓呈现了与凸轮的基础半径相比相对于轴线的更大的偏心率。
现有技术的英国(联合王国)专利申请No. GB2540736 (A)公开了一种摇臂组件，其在驱动(燃烧)模式的制动事件期间仅打开一个排气阀。在该设计中，排气阀摇臂组件包括绕摇臂轴旋转的排气摇臂。排气阀摇臂组件还包括阀桥形件、阀组件和发动机制动致动器。阀的桥形件接合与发动机的气缸相关联的第一和第二排气阀。排气摇臂基于凸轮轴的升程轮廓绕摇臂轴旋转。排气阀摇臂组件可以具有致动器组件，该致动器组件具有致动器杆、致动器活塞、致动器弹簧和配准螺栓。
然而，本发明允许选择性地改变内燃发动机（优选的是四冲程内燃发动机）中的排气阀正时。因此，发动机制动是通过在压缩冲程前打开排气阀减压进行的。在这样做时，使用基于机械距离补偿的机构代替液压锁定机构；因此，克服了受油状况影响的问题。由于连续启动状态，关于高发动机速度下的注油问题也得以消除。利用本发明，减小了气缸之间的摩擦差，并且利用更稳定的发动机制动操作，形成了减小的曲轴扭转振动。在关键切换(打开/关闭)期间，通过安全设计防止故障，防止机构过载。本发明不限于排气阀和发动机制动器；相反，它也可以适用于其他可替换的阀正时系统。
发明内容
发明目的
本发明的目的是提供一种摇臂机构，其允许选择性地改变内燃发动机中的排气阀正时。
并且本发明的另一个目的是提供一种摇臂机构，其通过在压缩冲程之前打开排气阀通过减压来执行发动机制动。
发明概述
为实现本发明的目的而实施的并且在第一权利要求以及其他从属权利要求中限定的摇臂机构优选地设置有摇臂。所述摇臂的一侧与凸轮轴连通，而另一侧与排气阀接合。在靠近摇臂的中间部分的区域制有孔，使得摇臂轴将定位在其中。摇臂将其从凸轮轴接收的绕所述孔轴线的运动转移到排气阀。摇臂的与排气阀连接的一侧设置有运动构件。所述运动构件能够通过旋转支架绕其自身轴线顺时针或逆时针旋转。本发明的该实施例中的运动构件能够经由第一施力装置和第二施力装置执行这种旋转。
附图说明
为实现本发明的目的而开发的摇臂机构在附图中示出，其中:
图1是摇臂机构以及凸轮轴和摇臂轴的透视图。
图2是从一个角度看的摇臂机构的透视图。
图3是从另一个角度看的摇臂机构的透视图。
图4是从另一个角度看的摇臂机构的透视图。
图5是从另一个角度看的摇臂机构的透视图。
图6是摇臂机构的透视图以及第一施力装置的分解图。
图7是运动构件、第一施力装置和第二施力装置的透视图。
图8是当发动机制动器关闭时，摇臂机构内的运动构件的截面图。
图9是当发动机制动器打开时，摇臂机构内的运动构件的截面图。
图10是的运动部件的透视图。
附图中的部件被个别地列举，并且与其相对应的附图标记在下面给出。
1. 摇臂机构
2. 摇臂
3. 运动构件
3.1 第一延伸部
3.2 第二延伸部
3.3 弯曲部
3.4 平面
4. 旋转支架
5. 主旋转体
6. 主旋转体支撑件
7. 油塞
8. 第一施力装置
8.1. 力活塞
8.2. 第一弹性元件
8.3. 制动活塞
9. 第二施力装置
9.1. 定位活塞
9.2 第二弹性元件
10. 衬套
11. 桥形件
12. 调节销
13. 紧固元件
A. 凸轮轴
B. 摇臂轴
C. 排气阀。
具体实施方式
摇臂机构(1)能够通过根据曲轴角度移位和通过逐渐改变最大阀开度来选择性地调节打开或关闭进气阀或排气阀(C)的正时，或者同样选择性地允许通过在内燃发动机的压缩冲程之前打开排气阀(C)通过减压进行发动机制动，该摇臂机构(1)基本上包括:
-至少一个摇臂(2)，其从一侧与凸轮轴(A)接合，并且从其另一侧与排气阀(C)接合，并且其将通过凸轮轴(A)形成的运动转移到排气阀(C)，以及
-至少一个运动构件(3)，其连接到摇臂(2)的与排气阀(C)接合的一侧，并且能够绕轴线顺时针或逆时针旋转；并且由于在排气阀(C)移动的轴线方向上的这种旋转，其允许通过向排气阀(C)施加力，独立于从凸轮轴(A)接收的运动并且相对地改变排气阀(C)在所述轴线上的位置来可选地改变阀的打开和关闭时间和间隔。
在本发明的实施例中，摇臂机构(1)优选设置有摇臂(2)。所述摇臂(2)从一侧与凸轮轴(A)接合，并且从其另一侧与排气阀(C)接合。摇臂(2)的与排气阀(C)连接的一侧设置有运动构件(3)。所述运动构件(3)可通过穿过其中间部分的旋转支架(4)顺时针或逆时针旋转和/或可沿轴向方向滑动。旋转支架(4)的两侧连接到摇臂(2)的与排气阀(C)接合的一侧。在旋转支架(4)的中间部分中，存在运动构件(3)。运动构件(3)与旋转支架(4)接合，并且能够绕旋转支架(4)自由旋转。为了使摇臂(2)由设置在凸轮轴(A)中的凸轮以时间相关的方式驱动，在摇臂(2)的与凸轮轴(A)接合的一侧存在主旋转体(5)。所述主旋转体(5)又通过主旋转体支撑件(6)与摇臂(2)连接。类似于运动构件(3)，主旋转体(5)也能够绕主旋转体支撑件(6)在两个方向上自由旋转。由于主旋转体(5)与凸轮轴(A)的接合，以及主旋转体(5)每次与凸轮轴(A)接触时都绕其自身轴线旋转的事实，接触表面永久地改变。
在本发明的此实施例中提供的运动构件(3)通过第一施力装置(8)和第二施力装置(9)顺时针或逆时针运动。穿过运动构件(3)的中心并垂直于排气阀(C)的移动方向的轴线在一侧设有第一施力装置(8)，并且在其另一侧设有第二施力装置(9)。运动构件(3)与所述第一施力装置(8)和第二施力装置(9)直接接合。在本发明的该实施例中，第一施力装置(8)被配置成使得当优选时它将被启动，并且通过在运动构件(3)上施加力而在一个方向上旋转该运动构件(3)。在本发明的这个实施例中，第二施力装置(9)是被动的，即它仅在与第一施力装置(8)旋转运动构件(3)的方向相反的方向上以确定的强度在运动构件(3)上施加力。换句话说，在运动构件(3)通过第一施力装置(8)在一个方向上旋转的情况下，第二施力装置(9)则在另一个方向上在运动构件(3)上施加旋转力，从而试图使运动构件(3)呈现其原始位置。
本发明的这个实施例中的摇臂机构(1)可以在下面进一步详细描述。摇臂(2)的中间部分中设有孔，摇臂轴(B)可穿过该孔。摇臂轴(B)穿过所述孔；因此，摇臂(2)从凸轮轴(A)接收的运动被传递到排气阀(C)。摇臂(2)在孔中有衬套(10)，摇臂轴(B)被引入该衬套中。所述衬套(10)布置于固定在气缸盖中的摇臂轴(B)与上述孔之间。如上文所提到的，存在绕主旋转体支撑件(6)旋转的主旋转体(5)，以避免在设置在凸轮轴(A)中的凸轮轮廓的传递期间形成的高的作用力可能导致的磨损。摇臂(2)设置有运动构件(3)，该运动构件(3)可在桥形件(11)侧绕旋转支架(4)旋转，使得其两个排气阀(C)能同时打开；并且其还以穿过其中心的方式包括第一延伸部(3.1)和第二延伸部(3.2)，当发动机制动器未被启动时，第二延伸部(3.2)与桥形件(11)接触，所述延伸部布置在其两侧，用作接触界面，使得其将利用第一施力装置(8)和第二施力装置(9)执行推动、拉动或旋转运动。另一方面，运动构件(3)的运动由如上文所提到的第一施力装置(8)和第二施力装置(9)执行。第一施力装置(8)优选地包括力活塞(8.1)、第一弹性元件(8.2)和制动活塞(8.3)。另一方面，第二施力装置(9)优选地包括定位活塞(9.1)和第二弹性元件(9.2)。在摇臂(2)中，存在第二施力装置(9)，第二施力装置(9)具有定位活塞(9.1)和第二弹性元件(9.2)，定位活塞(9.1)以控制运动构件(3)的位置的方式与运动构件(3)接触，第二弹性元件(9.2)预加载该定位活塞(9.1)。摇臂(2)在其中还设置有第一施力装置(8)，该第一施力装置具有制动活塞(8.3)、力活塞(8.1)和第一弹性元件(8.2)，力活塞(8.1)能够在制动活塞(8.3)内轴向移动，第一弹性元件(8.2)能够在力活塞(8.1)与制动活塞(8.3)之间预加载。
在本发明的该实施例中提供的摇臂机构(1)中，摇臂(2)优选地具有不同直径和尺寸的通道和油塞(7)，该通道允许流体到达受液压控制的部件并给与其接触的部件加油，油塞用于通过关闭所述通道通向大气的区域来产生压力。
在本发明的该实施例中的摇臂机构(1)中，为了确保桥形件(11)与运动构件(3)之间的距离是可调节的，存在调节销(12)和紧固元件(13)，该调节销(12)以间隔的方式附连在排气阀(C)之一上，并且能够通过接合设置在与排气阀(C)一致的区域中的螺纹来调节桥形件(11)的竖直位置，紧固元件(13)能够在调节结束时固定所述调节销(12)。
在本发明的该实施例中提供的发动机的正常操作模式中，仅在排气冲程期间需要打开排气阀(C)。在正常操作条件下，必须防止设置在凸轮轴(A)上的发动机制动器操作所需的峰部随着运动传递到排气阀(C)。为了实现这一点，必须在桥形件(11)与运动构件(3)之间提供至少与所述峰部一样高的空间。运动构件(3)在穿过运动构件(3)的中心并且垂直于排气阀(C)的移动方向的轴线的两个分开侧处设置有第一延伸部(3.1)和第二延伸部(3.2)。第一延伸部(3.1)与第一施力装置(8)直接接合，而第二延伸部(3.2)与第二施力装置(9)直接接合。设置在运动构件(3)上的弯曲部(3.3)与平面(3.4)相对于旋转支架(4)的轴线的径向距离之间存在差异，运动构件(3)能够绕旋转支架(4)的轴线顺时针和逆时针运动，所述距离至少与阀开度的尺寸一样大，设置在凸轮轴(A)上且发动机制动器操作所需的峰部对应于阀开度的尺寸。换句话说，运动构件(3)在相对于主旋转体支撑件(6)的中心的径向距离之间具有弯曲部(3.3)和平面(3.4)，主旋转体支撑件(6)使得凸轮轴(A)与主旋转体(5)之间的空间能够被选择性地调节，并且主旋转体(5)能够绕主旋转体支撑件(6)顺时针和逆时针旋转，其中存在至少与发动机制动期间限定的排气阀开度的尺寸一样大的差异。当发动机制动器未启动时，即在正常操作模式期间，第二延伸部(3.2)与桥形件(11)接触。运动构件(3)还与由第二弹性元件(9.2)预加载的定位活塞(9.1)接触。在由该定位活塞(9.1)施加的力的作用下，设置在运动构件(3)中的第二延伸部(3.2)变成与桥形件(11)线性接触。当凸轮轴(A)通过主旋转体(5)将摇臂(2)朝向桥形件(11)移动时，第二弹性元件(9.2)被压缩，并且运动构件(3)的平面(3.4)与桥形件(11)之间的距离减小。通过这种方式，桥形件(11)可以被稳定地保持而不被移动。
在本发明的该实施例中提供的发动机中，在优选启动发动机制动器的情况下，需要将运动构件(3)从图8中的位置带到图9中的位置。为了执行该操作，运动构件(3)由力活塞(8.1)以比第二弹性元件(9.2)的力更大的力移动。优选地从螺线管控制阀机构选择性递送的流体到达力活塞(8.1)池，以允许所述运动。这里，力活塞(8.1)的设计考虑了其直径和第二弹性元件(9.2)的最小发动机制动启动压力。除了排气冲程之外，在正常操作条件下，桥形件(11)与设置在排气阀(C)正时轮廓移动的摇臂(2)的排气阀(C)侧上的运动构件(3)之间的距离改变。所述改变距离在一定程度上将使得运动构件(3)能够在整个阀运动的有限时间内旋转(在给定的曲柄角度期间)。在其他时间期间，这个距离变得显著更小，并在排气冲程期间为零。因此，力活塞(8.1)池完全填充有流体，以便完全启动。根据发动机速度，此填充操作的时间仍然有限。由于在排气冲程期间不可能物理地移动运动构件(3)，因此同时递送的流体用于预加载第一弹性元件(8.2)。在排气冲程中预加载的第一弹性元件(8.2)在排气阀(C)关闭之后在运动构件(3)上施加力，并使运动构件(3)在短时间内呈现图9中的位置，从而使得发动机制动器能够打开。
在本发明的该实施例中，在启动发动机制动器之后，在运动构件(3)的第二延伸部(3.2)与桥形件(11)之间存在线性接触。通过在桥形件(11)的表面上增加具有相同半径的腔，这种接触可以转变成表面接触。类似地，接触表面可以通过为设置在运动构件(3)上的第一延伸部(3.1)和第二延伸部(3.2)提供各种几何形状来优化，只要它们到运动构件(3)中心的距离的差将被保持。当发动机制动器被启动时，桥形件(11)与运动构件(3)之间的距离比发动机正常操作条件下的距离短。运动构件(3)的第一延伸部(3.1)被选择为相对于旋转支架(4)的中心具有固定的半径，从而防止发动机制动力作用在运动构件(3)上时形成扭矩，并且防止其呈现正常操作位置，即图8中所示的运动构件(3)的位置。在运动构件(3)上具有固定半径的第一延伸部(3.1)的延续部处，半径可以以一定程度增加。因此，在发动机制动操作期间，运动构件(3)稍微朝向图9中所示的位置旋转更多，并弥补该距离。
在本发明的该实施例中，当发动机制动器接合时，由于主旋转体(5)将在预定程度上稍微更靠近地跟随凸轮轴(A)上的凸轮，所以排气阀(C)的正常关闭时间被延迟，并且最大排气阀(C)开度增加。由于活塞在排气冲程结束时越来越接近上止点，因此通过活塞中的凹穴或通过自此以后关闭发动机制动器来保持活塞和排气阀(C)之间的安全距离是很重要的。为了从图10中所示的固定半径弯曲部(3.3)到达平面(3.4)，即正常操作部分，以便能够在每个排气循环中通过利用每次排气阀(C)接近最大阀开度时摇臂(2)与水平方向形成的相对角度来关闭发动机制动器，当发动机制动器被启动时，运动构件(3)以接近于运动构件(3)与摇臂(2)形成的最大相对角度的角度靠在摇臂(2)中的参考点上，同时运动构件(3)处于第一延伸部(3.1)与平面(3.4)之间。换句话说，在图9中所示的位置，运动构件(3)的最大角度根据该形成来限定。由于当排气阀(C)到达发动机制动开度时，在摇臂(2)与运动构件(3)之间形成的相对移位角度方面保持在固定半径，排气阀(C)保持打开，同时活塞接近上止点；然而，在靠近排气阀(C)的开度的区域中发生额外的移位之后，运动构件(3)返回其在图8中所示的位置，使得排气阀(C)能够像在发动机的正常操作模式中那样被关闭。排气阀(C)被关闭后，发动机制动器再次启动，在每个循环中重复该操作。当发动机制动器接合时，定位活塞(9.1)和摇臂(2)与运动构件(3)接触。同时，由第二弹性元件(9.2)在运动构件(3)上形成的力产生的扭矩小于由制动活塞(8.3)产生的扭矩。
当发动机制动器打开时，在本发明的该实施例中设置的弯曲部(3.3)与桥形件(11)和平面(3.4)以安全的角度距离接触时，运动构件(3)同时与定位活塞(9.1)接触。此时，由制动活塞(8.3)在运动构件(3)上产生的扭矩在每个操作角度都大于由第二弹性元件(9.2)在相反方向上产生的扭矩，并且倾向于使运动构件(3)搁靠在摇臂(2)上。第二弹性元件(9.2)结合在定位活塞(9.1)的后方，并且当发动机制动器未被启动时，该第二弹性元件(9.2)能够施加相对于由制动活塞(8.3)形成的力较大的力，并且当制动活塞被启动时，该第二弹性元件(9.2)能够施加相对较小的力，将运动构件(3)保持远离桥形件(11)预定距离，使得设置在运动构件(3)中的弯曲部(3.3)能在正确位置与桥形件(11)接触。因此，当发动机制动器被启动时，即使在最大排气阀(C)开度时也将形成的相对角度将压缩第二弹性元件(9.2)，并且运动构件(3)将绕其自身的轴线旋转，而不是在桥形件(11)上滑动。当发动机制动器接合时，定位活塞(9.1)和运动构件(3)彼此接触。同时，由第二弹性元件(9.2)在运动构件(3)上形成的力产生的扭矩小于由制动活塞(8.3)产生的扭矩，而由第二弹性元件(9.2)在定位活塞(9.1)上形成的力产生的扭矩等于由制动活塞(8.3)形成的力产生的扭矩。
在本发明的该实施例中，在启动发动机制动器时，当发动机制动器被驾驶员或控制单元关闭时，供给制动活塞(8.3)池的油通过螺线管被中断，并且制动活塞(8.3)后方剩余的体积向大气开放。此时，由第二弹性元件(9.2)产生的力使得运动构件(3)呈现图8中所示的位置，即正常操作位置。结果，执行正常的排气阀(C)启动。
