本發(fā)明涉及改進的凸輪接觸裝置，所述改進的凸輪接觸裝置用于在內(nèi)燃機中使用并且優(yōu)選地用于在具有可變氣門致動的內(nèi)燃機中使用。尤其，具有樞轉的蘑菇頭凸輪隨動件的凸輪隨動件與可軸向位移的凸輪軸的可變凸輪表面組合使用以獲得對怠速轉速和容積效率的改進。

背景技術：

內(nèi)燃機的設計尤其相對于凸輪軸設計并且由此相對于氣門致動在沖突設計或性能參數(shù)之間需要大量的權衡。

例如，在發(fā)動機的設計中，設計師會想要在不危及令人滿意的發(fā)動機性能的情況下將排氣排放物減到最少并且提供提高的燃料經(jīng)濟性。在過去，這種發(fā)動機的設計將受到這樣的沖突參數(shù)限制，導致設計師對該設計妥協(xié)以實現(xiàn)參數(shù)之間的平衡。照此，設計師將經(jīng)常關注于主要性能目標(例如，較低的排放物)，這會不利于期望的發(fā)動機性能(例如，轉矩或怠速穩(wěn)定性)。這樣的妥協(xié)經(jīng)常由設計師的失敗所導致而將透氣性并入發(fā)動機中，如由最佳的燃料和空氣的進氣以及在燃燒之后的消耗的氣體的排氣所代表。

發(fā)動機的透氣性主要由凸輪軸、凸輪凸角、氣門挺桿(及其相關聯(lián)的推桿或搖臂，如果適用的話)的物理結構確定。尤其，凸輪的物理形狀或輪廓以及它們相對于彼此的相對取向確定進氣門和排氣門打開的定時、打開的持續(xù)時間、氣門升程和氣門關閉的定時，所述氣門關閉的定時連同相應的進氣門和排氣門圍繞凸輪軸的取向一起確定氣缸的功率曲線分布圖。

由于工作環(huán)境的高溫、高壓和機械速度以及這些部件的物理復雜性，在發(fā)動機操作期間對氣門調(diào)節(jié)是困難的，并且因此，大多數(shù)的發(fā)動機利用固定的凸輪凸角設計，其中，氣門操作的相對參數(shù)不隨發(fā)動機轉速而變化。結果，固定的凸輪凸角發(fā)動機需要在發(fā)動機的性能參數(shù)之間權衡。

更具體地，凸輪軸的功能是在適當?shù)臅r間打開和關閉氣門，以便在燃燒之前填充氣缸和在燃燒之后清空氣缸。凸輪凸角被安裝在凸輪軸上并且具有輪廓，所述輪廓確定氣門打開的定時、氣門升程和打開的持續(xù)時間以及氣門關閉的定時。凸輪隨動件與凸輪的表面密切接觸并且騎跨在這些表面上，以便將打開/關閉的力施加到氣門。氣門的打開和關閉由此與凸輪軸的轉動合拍，所述凸輪軸的轉動繼而由曲柄軸控制。

因此，凸輪的物理尺寸或形狀、挺桿、和凸輪相對于彼此的取向是可以變化的參數(shù)，以便獲得需要的發(fā)動機性能。

相對于凸輪的物理尺寸或設計，各種術語通常用于說明凸輪的形狀和氣門的物理運動。例如，凸輪的“基圓”限定氣門關閉的周期，“間隙斜面”限定在關閉和可測量的氣門升程之間的過渡時間，“側翼”或“斜面”提供用于氣門打開的時間和氣門打開的特征，鼻部限定氣門完全打開的時間和最大打開位移，并且“持續(xù)時間”限定氣門離開其座部的時間。

凸輪的這些參數(shù)中的每個都不能在發(fā)動機操作期間被獨立地控制，并且因此需要在將關于其它參數(shù)所允許的凸輪的物理尺寸之間妥協(xié)。例如，持續(xù)時間是在通過打開氣門太久而將氣門打開久到足以填充和/或排空氣缸但導致動態(tài)壓縮損和增大的升程增加了動力但由挺桿直徑限制之間妥協(xié)。

相對于挺桿(或挺柱)的設計，挺桿的技術是可在發(fā)動機之間變化的。通常，挺桿設計的主要目標是在將操作期間的噪音減到最小的同時維持挺桿表面和凸輪表面之間的接觸。挺桿的兩大主要類別是固體挺桿和液壓挺桿，每個類別都提供可變接觸端部、蘑菇狀物和滾子，所述可變接觸端部包括平端部。液壓挺桿的使用通常減小氣門間隙和噪音。平坦的挺柱凸輪一般橫過其表面具有輕微的錐度，而相對應的挺柱端面一般略微凸起，以便補償未對準的挺桿孔。

滾子挺桿包括與凸輪接觸的輪或滾子。滾子挺桿允許用于高度積極的斜面輪廓，并且結果需要較高的氣門彈簧張力以保持滾子與凸輪接觸。滾子挺桿也減少挺桿和凸輪之間的摩擦損失，并且由此將提高發(fā)動機的總功率或效率。

蘑菇挺桿在端部處具有凸起，并且用于在每一持續(xù)時間提供更大的升程。

進氣和排氣凸輪相對于彼此的相對取向有助于限定發(fā)動機的功率曲線分布圖。具體地，凸角分離角或重疊部確定由進氣和排氣門同時打開所持續(xù)的時間，其中較寬的凸角分離角通常提高怠速質(zhì)量、怠速真空和高端功率，而較窄的凸角分離角降低怠速質(zhì)量，但是提供較好的中間范圍轉矩。

凸輪達到的程度也是這樣的參數(shù)，即，所述參數(shù)可以用于影響發(fā)動機性能并且涉及改變供凸輪相對于曲柄軸促動氣門的點。具體地，延遲凸輪軸，即，相對于曲柄軸較遲打開氣門使功率向高轉速運動，并且可以在降低下端部轉矩的同時增大馬力。相比之下，提前凸輪軸(較早打開氣門)具有相反的效果。

為了解決與固定的凸輪定時相關聯(lián)的問題中的某些，已經(jīng)設計出可變凸輪定時系統(tǒng)。通常，這樣的系統(tǒng)提供具有三維表面的凸輪凸角和挺桿，所述挺桿允許軸向地運動越過三維凸輪表面。因此，凸輪軸的軸向位置將確定控制氣門定時的特定凸輪輪廓。

例如，通過稀釋氣缸內(nèi)的混合物、通過降低燃料進入特征、通過提供較短的進入時間，提高了燃料經(jīng)濟性，但是降低了發(fā)動機的轉矩響應。相比之下，通過使氣缸內(nèi)的混合物濃縮、通過增加燃料進入時間、通過提供更大的升程和更久的持續(xù)時間，引起馬力增大?？勺儦忾T定時系統(tǒng)可以通過依據(jù)發(fā)動機的轉速(每分鐘轉數(shù))提供不同的凸輪輪廓由此有助于改進發(fā)動機的透氣性和增大歧管壓力來調(diào)解這樣的沖突目標。

在較高性能應用中，目前最先進的技術將基于單軸滾子或輪的挺桿認為用于氣門機構操作的最優(yōu)性能增強裝置。然而，隨著對更高發(fā)動機轉速的渴望已經(jīng)增長，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基于輪的挺桿將在構造成用于更高轉速的發(fā)動機中使用的更高張力的彈簧下失效。典型地，失效在兩種方式下發(fā)生；輪自身中的滾子軸承失效和/或挺桿的突變失效，二者均是由于在氣門挺桿和氣門機構中產(chǎn)生振動的輪“平點”。

此外，現(xiàn)有的基于輪的挺桿設計不向滾子軸承提供直接輸送的潤滑，而是間接地發(fā)生潤滑，這降低了從軸承表面散熱的能力。因此，隨著輪會在兩個表面之間有最小油膜的情況下與軸承座圈間接接觸，軸承壽命會減少。

為了在基于單軸的系統(tǒng)中實現(xiàn)最大軸承壽命，鑒于在挺桿本體的界限內(nèi)將輪直徑最大化，設計師必須平衡三個參數(shù)。這三個因素是滾子軸承直徑、軸直徑和輪厚度。這些參數(shù)中的每個都必須改變以將軸承表面上的壓縮和接觸應力最小化、將軸中的應力最小化和將軸的偏轉最小化，所述軸的偏轉直接影響滾子軸承內(nèi)的接觸應力。

雖然過去例如在美國專利2969051、德國公布DE 197 55 937、瑞士公布DE 304494和美國專利2307926以及PCT公布No.W002/12682中已經(jīng)公開了可變氣門定時系統(tǒng)，但是挺桿/凸輪接觸系統(tǒng)還沒有經(jīng)歷普遍的實施方案或成功。這種缺乏成功的原因在于假設是在這樣的系統(tǒng)的實際實施方案中所經(jīng)歷的故障的結果。即，在內(nèi)燃機的苛刻的操作條件內(nèi)，推測先前的可變氣門定時系統(tǒng)在這些系統(tǒng)的軸承/座圈內(nèi)經(jīng)歷軸承故障。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種凸輪隨動件，所述凸輪隨動件用于可操作附裝到氣門挺桿組件以用于與在可變氣門致動系統(tǒng)中的可變凸輪凸角凸輪軸一起使用，所述凸輪隨動件包括：外殼，所述外殼具有中心腔體；和蘑菇頭，所述蘑菇頭具有主干部，所述主干部在中心腔體中可樞轉地連接到外殼，所述蘑菇頭具有圓弧(radiused)表面，所述圓弧表面用于接觸凸輪凸角表面。

在一些實施例中，蘑菇頭具有部分圓弧的凸輪表面和部分平坦的凸輪接觸面。

在凸輪隨動件的一些實施例中，圓弧表面的邊緣是彎曲的以幫助圓弧表面與凸輪凸角表面的邊緣滑動接合。

在凸輪隨動件的一些實施例中，主干部通過軸可樞轉地連接到外殼，所述軸通過外殼的相對的側中的開口和通過蘑菇頭的主干部延伸。

在凸輪隨動件的一些實施例中，外殼操作地連接到用于向蘑菇頭和凸輪凸角表面提供潤滑的潤滑系統(tǒng)，所述潤滑系統(tǒng)包括：在外殼中的至少一個通道，所述在外殼中的至少一個通道從氣門挺桿組件中的潤滑劑儲器延伸到外殼的相對的側中的開口中的至少一個；在軸中的至少一個潤滑劑接收端口和在軸中的至少一個潤滑劑輸送端口，所述在軸中的至少一個潤滑劑接收端口用于接收穿過外殼中的通道的潤滑劑，所述在軸中的至少一個潤滑劑輸送端口用于將潤滑劑從軸傳送到蘑菇頭的主干部；和在蘑菇頭中的通道，所述在蘑菇頭中的通道從主干部延伸到圓弧表面以用于將潤滑劑傳送到圓弧表面，由此向圓弧表面和凸輪凸角表面提供潤滑。

在包括潤滑系統(tǒng)的凸輪隨動件的一些實施例中，包含有一對通道，所述一對通道中的每個通道都從儲器延伸到外殼的相對的側中的開口中的一個。在軸中的至少一個潤滑劑接收端口由在軸中的一對潤滑劑接收端口提供，并且每個潤滑劑接收端口都與所述一對通道中的相對應的通道基本對準。

在包括潤滑系統(tǒng)的凸輪隨動件的一些實施例中，在軸中的潤滑劑輸送端口基本位于軸的縱向中心中。

在包括潤滑系統(tǒng)的凸輪隨動件的一些實施例中，在蘑菇頭中的通道基本位于蘑菇頭的縱向中心中并且與在軸中的潤滑劑輸送端口基本對準。

本發(fā)明的另一個方面是一種氣門挺桿組件，所述氣門挺桿組件用于與在內(nèi)燃機(ICE)內(nèi)的可變氣門致動系統(tǒng)中的可變凸輪凸角凸輪軸一起使用，所述氣門挺桿組件包括此處說明的實施例中的任一個的凸輪隨動件，所述凸輪隨動件操作地連接到氣門挺桿或與ICE內(nèi)的氣門挺桿成一體地形成。

本發(fā)明的又一個方面是具有樞轉的凸輪隨動件的搖臂氣門挺桿組件，所述搖臂氣門挺桿組件用于與在內(nèi)燃機(ICE)內(nèi)的可變氣門致動系統(tǒng)中的可變凸輪凸角凸輪軸一起使用，所述搖臂氣門挺桿組件包括：具有凸輪隨動件外殼的搖臂，在所述搖臂內(nèi)所述凸輪隨動件外殼與所述搖臂成一體地形成，所述外殼具有中心腔體；和具有主干部的蘑菇頭，所述主干部在中心腔體中可樞轉地連接到外殼，所述蘑菇頭具有圓弧表面，所述圓弧表面用于接觸凸輪凸角表面。

在搖臂氣門挺桿組件的一些實施例中，圓弧表面的邊緣是彎曲的以幫助圓弧表面與凸輪凸角表面的邊緣滑動接合。

在搖臂氣門挺桿組件的一些實施例中，主干部通過軸可樞轉地連接到外殼，所述軸通過外殼的相對的側和通過蘑菇頭的主干部延伸。

在搖臂氣門挺桿組件的一些實施例中，外殼操作地連接到如此次說明的潤滑系統(tǒng)。

本發(fā)明的又一個方面是一種在內(nèi)燃機(ICE)內(nèi)的可變氣門致動系統(tǒng)，所述可變氣門致動系統(tǒng)包括：具有多個凸輪凸角的可變凸角凸輪軸，每個凸輪凸角都用于控制在ICE內(nèi)的相對應的氣門的打開；根據(jù)此處說明的實施例的多個氣門挺桿組件，所述多個氣門挺桿組件與可變凸角凸輪軸的相對應的凸輪凸角操作接合；和多個氣門，所述多個氣門與相對應的氣門挺桿組件操作接合；所述多個氣門還與一個或多個氣缸燃燒室的相對應的進氣端口或排氣端口操作接合。

在可變氣門定時系統(tǒng)的一些實施例中，每個凸輪凸角都在每個凸輪凸角的相對的端部處具有第一凸輪凸角面和第二凸輪凸角面，并且第一凸輪凸角面和第二凸輪凸角面的頂點相對于彼此軸向地位移以提供凸輪凸角定相。

在可變氣門定時系統(tǒng)的一些實施例中，凸輪軸構造成用于相對于相對應的曲柄軸進行角位移以提供凸輪定相。

在可變氣門定時系統(tǒng)的一些實施例中，進氣端口由氣門座包圍，所述氣門座設有多個燃料注射器端口。

在包括多個燃料注射器端口的可變氣門定時系統(tǒng)的一些實施例中，在每個氣門座中都有8個等間隔的燃料注射器端口。

附圖說明

本發(fā)明的各種目的、特征和優(yōu)點將從以下如在附圖中所示的本發(fā)明的特定實施例的說明而顯而易見。附圖不必是按比例的，反而重點放在示出本發(fā)明的各種實施例的原理。類似的附圖標記指示類似的部件。

圖1A是凸輪軸100的側視圖，所述凸輪軸100包括可變凸輪凸角，所述可變凸輪凸角適于與本發(fā)明的一些方面組合使用。插圖A示出主旨凸輪軸的段的2倍放大，其用于與圖1B的常規(guī)凸輪軸的類似段邊對邊比較。

圖1B是常規(guī)凸輪軸200的側視圖，所述常規(guī)凸輪軸200具有常規(guī)凸輪凸角。該側視圖通過將圖1A中所示的視圖轉動90°獲得。插圖B示出該常規(guī)凸輪軸的段的2倍放大，其用于與圖1A的主旨凸輪軸的類似段邊對邊比較。

圖2A是常規(guī)滾輪氣門挺桿組件300的側視圖，所述常規(guī)滾輪氣門挺桿組件300具有滾子表面380，所述滾子表面380用于與如圖1B中所示的常規(guī)凸輪軸200的常規(guī)凸輪凸角220接觸，如在凸輪軸軸線211與頁面的平面垂直的情況下觀察。

圖2B是常規(guī)滾輪氣門挺桿組件300的側視圖，所述常規(guī)滾輪氣門挺桿組件300具有滾子表面380，所述滾子表面380用于與如圖1B中所示的常規(guī)凸輪軸200的常規(guī)凸輪凸角220接觸，如在凸輪軸軸線211與頁面的平面平行的情況下觀察。該側視圖通過將圖2A中所示的視圖轉動90°獲得。

圖3A是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的樞轉的蘑菇頭氣門挺桿組件400的側視圖，其示出樞轉的蘑菇頭480接觸如圖1A中所示的可變凸角凸輪軸100的可變凸輪凸角120的中間位置，如在凸輪軸軸線111與頁面的平面垂直的情況下觀察。

圖3B是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的樞轉的蘑菇頭氣門挺桿組件400的側視圖，其示出樞轉的蘑菇頭480接觸如圖1A中所示的可變凸角凸輪軸100的可變凸輪凸角120的中間位置，如在凸輪軸軸線111與頁面的平面平行的情況下觀察。

圖4A是圖3A中所示的樞轉的挺桿組件400的側視圖的復制圖，其用于與圖4B比較。

圖4B是樞轉的蘑菇頭氣門挺桿組件400的側視圖，其示出樞轉的蘑菇頭480接觸不同的凸輪凸角520，所述凸輪凸角520經(jīng)受凸角定相，如在凸輪軸軸線511與頁面的平面垂直的情況下觀察。看到，定相的凸角520的中間向上相位相對于由虛線所示的最終向上相位是不對稱的，與圖4A中所示的對稱的可變凸輪輪廓形成對照。

圖4C是與圖4A中所示的視圖類似的樞轉的蘑菇頭480的側視圖，其指示樞轉的蘑菇頭480的圓弧凸輪接觸面481是完美地徑向的。

圖4D是樞轉的蘑菇頭880的另一個實施例的側視圖，所述樞轉的蘑菇頭880具有部分圓弧的表面881和部分平坦的凸輪接觸面882。

圖5A是圖3A中所示的樞轉的蘑菇頭氣門挺桿組件400的側視圖的復制圖，提供該視圖以幫助將以下圖5C和圖5E的俯視圖和分解圖中的部件的可視化。

圖5B是圖3B中所示的樞轉的蘑菇頭氣門挺桿組件400的側視圖的復制圖，提供該視圖以幫助將圖5D和圖5F的俯視圖和分解圖中的部件的可視化。該側視圖通過將圖5A中所示的視圖轉動90°獲得。

圖5C是外殼段470的俯視圖，其示出加壓的儲油器490。

圖5D是外殼段470和加壓的儲油器490的另一個俯視圖。該視圖通過將圖5C中所示的視圖轉動90°獲得。

圖5E是圖5A中所示的樞轉的蘑菇頭氣門挺桿組件400的側視圖的下端部的分解圖。

圖5F是圖5B中所示的樞轉的蘑菇頭氣門挺桿組件400的側視圖的下端部的分解圖。

圖6A是樞轉的挺桿組件400的側視圖，提供該視圖以幫助將圖6C和圖6D的分解圖和俯視圖中的部件的可視化。

圖6B是挺桿機構410的側視圖，提供該視圖以幫助將圖6C和圖6D的分解圖和俯視圖中的部件的可視化。

圖6C是圖6B中所示的挺桿機構410的分解圖。

圖6D是挺桿機構410的所選部件的一系列俯視圖。

圖7示出樞轉的挺桿組件600的另一個實施例，所述樞轉的挺桿組件600具有樞轉的蘑菇頭680的外殼670，所述外殼670與搖臂本體60S成一體地構造。

圖8示出與圖1A相同的可變凸角凸輪軸100，所述可變凸角凸輪軸100處于適于與V-8發(fā)動機一起操作的布置中。V-8氣缸蓋的兩個相對的基部(700a和700b)取向為在它們之間有凸輪軸100。從在軸頸130b和軸頸130c之間的四個可變凸輪凸角延伸的點虛線示意性地指示在每個可變凸輪凸角及其相應的進氣端口707或排氣端口709之間的搖臂(未示出)的定位。在插圖中示出代表性的燃燒室705和所選的功能部件，其包括燃料注射器端口719。

具體實施方式

基本原理

凸輪軸的軸向位移已經(jīng)通過使用液壓活塞或機械致動器推壓離合器狀軸承組件來實現(xiàn)。該促動可以相對于轉速的變化自動地或與節(jié)流閥位置關聯(lián)地提供。將應理解，彈簧可以用于恢復和抵抗氣門運動。安全氣囊、液壓系統(tǒng)和連控軌道系統(tǒng)可以代替彈簧供該類型的可變氣門技術使用。在發(fā)動機操作期間的氣門定時的變更允許發(fā)動機性能被修改以匹配操作條件。在可變凸輪系統(tǒng)內(nèi)的給定凸輪的相關形狀的變型可以能夠?qū)⑦M氣凸輪獨立定相、將排氣凸輪獨立定相、將進氣和排氣相等地定相、或?qū)⑴艢馔馆喓瓦M氣凸輪彼此獨立地定相。

在生產(chǎn)用于可變凸輪凸角的改進的凸輪隨動件的先前努力中，球軸承作為可變凸輪凸角隨動件被測試(PCT公布No.W002/12682)并且被發(fā)現(xiàn)合適地操作，但是點接觸載荷導致凸輪表面迅速地惡化。因此認識到，可替代的凸輪凸角隨動件應當設有較大的表面積以分散點接觸載荷。

根據(jù)此處說明的一些實施例所提供的氣門提升組件的凸輪凸角隨動件具有蘑菇頭的大致形狀。一些實施例具有蘑菇頭，所述蘑菇頭具有圓弧進近面以使其能夠橫貫凸輪表面的斜面。一些實施例的額外有用的特征由在蘑菇形狀的“主干部”中的樞轉點提供。當固定到支撐面時，蘑菇頭從而設有圍繞其樞轉點樞轉的裝置，由此允許接觸凸輪的蘑菇頭表面的斜面隨著凸輪凸角的斜面改變而改變。這允許凸輪接觸面適應從凸輪的一個端部到另一個端部的任何連續(xù)斜面。

因為凸輪隨動件的點載荷由于由蘑菇頭所提供的較大表面積而相對于球軸承或滾子式凸輪隨動件分散，所以本發(fā)明的凸輪凸角隨動件的一些實施例相對于具有常規(guī)滾子式凸輪隨動件的挺桿組件允許容忍更高的彈簧壓力。因此，本發(fā)明的凸輪隨動件允許凸輪的升程和持續(xù)時間在發(fā)動機轉速的較廣泛的范圍上被優(yōu)化，由此提高發(fā)動機效率。

相對于可變升程和持續(xù)時間力學，本發(fā)明的實施例提供優(yōu)化氣流速度的裝置，由此引起燃料液滴霧化的改進。該系統(tǒng)的額外優(yōu)點將通過使用可能的最寬凸輪凸角而得以實現(xiàn)。該特征將借助適當?shù)臍忾T推桿或搖臂間距而受氣缸控制。

簡介

現(xiàn)在將參照附圖說明本發(fā)明的各種方面。為了說明的目的，附圖中所示的部件不必按比例繪制。反而，重點放在強調(diào)部件對本發(fā)明的各種方面的功能性的各種貢獻。多個可能的可替代特征在本說明書的進程期間被引入。將應理解，根據(jù)本領域的技術人員的知識和判斷，這樣的可替代的特征可以以各種組合取代以得出本發(fā)明的不同實施例。

可變凸角凸輪軸

現(xiàn)在將參照圖1說明適于用在本發(fā)明的一些方面中的可變凸角凸輪軸?，F(xiàn)在參照圖1A，示出可變凸角凸輪軸100，其適于軸向運動，用于與適當設計的氣門挺桿組件協(xié)同地提供可變氣門定時的目的，本文以下將說明。該特定的可變凸角凸輪軸100被設計成用于供V-8發(fā)動機使用(如以下將在圖8的背景中更加詳細地討論)。本領域的技術人員將認識到，設計成用于供具有較少氣缸的較小發(fā)動機使用的可替代的實施例將具有這樣的凸輪軸，即，所述凸輪軸在保持本發(fā)明的特征的同時具有較少的可變凸輪凸角。

可變凸角凸輪軸100是具有一系列可變凸角凸輪120的軸110的形式，所述一系列可變凸角凸輪120在該特定的實施例中具有1英寸的寬度并且是基于LS-1型雪佛蘭凸輪軸。在該特定的實施例中，在每一對凸輪軸頸(多對凸輪軸頸是130a和130b；130b和130c；130c和130d；以及130d和130e)之間布置有四個可變凸角凸輪120。為了保持清晰，可變凸輪凸角中的僅三個被標記(120a、120b和120c)。將應理解，雖然圖1A的凸輪中的某些明顯示出為直線形式，但是圖1A的凸輪中的每一個都以與具體的可變凸輪凸角120a和120b的方式類似的方式設有傾斜表面，并且可變凸輪凸角120c的直線外觀例如是由于遠離觀察者的角度指向的可變凸輪凸角120c的細長的側。在一些實施例中，控制用于進氣端口的氣門的凸輪凸角全部具有相同的尺寸，并且控制用于排氣端口的氣門的凸輪凸角全部具有相同的尺寸。在一些實施例中，凸輪軸100的凸輪凸角全部具有相同的尺寸。

位于軸110的左側處的尺寸標注指示代表性的可變凸角凸輪120a的特征?？商娲膶嵤├龑⒕哂胁煌某叽??？吹?，在14度的傾斜的凸輪表面的最高點和最低點之間的距離是0.125英寸，并且在傾斜的凸輪表面的最低點和軸110的表面之間的距離是0.135英寸。

在圖1B中示出用于供V-8發(fā)動機使用的常規(guī)凸輪軸200，并且示出所述常規(guī)凸輪軸200以用于與上述凸輪軸100比較。凸輪軸100被設計為是對凸輪軸200的顯著改進。凸輪軸200具有軸210，所述軸210具有常規(guī)凸角凸輪220a、200b和凸輪軸頸230a、230b、230c、230d和230e。在比較的插圖A和插圖B中看到，可變凸角凸輪120b寬于其對應的常規(guī)凸角凸輪220b，并且凸輪軸100的凸輪軸頸130d寬于其對應的常規(guī)凸輪軸200中的凸輪軸頸230d。將應理解，這應用于分別在圖1A和圖1B中所示的兩個凸輪軸100和200的凸輪凸角和凸輪軸頸全部。

凸輪軸100的凸角120和凸輪軸頸130的額外厚度被設置成從凸輪軸100的軸向運動獲得優(yōu)點。較寬的凸輪凸角允許氣門挺桿具有較低的爬升角。在搖臂氣門系統(tǒng)(以下更加詳細地說明)中，比率可以從1.4變化到1.8。臂(并且從而可以由臂施加在氣門主干部上的力)的有效杠桿作用由搖臂比率確定，所述比率是從搖臂的旋轉中心到尖端的距離除以從旋轉中心到供凸輪軸或推桿起作用的點的距離。當前的汽車設計青睞約1.5：1至1.8：1的搖臂比率。然而，在過去，已經(jīng)使用較小的積極比率(氣門升程大于凸輪升程)以及甚至消極比率(氣門升程小于凸輪升程)。因此，凸角高度的僅微小變化都會對流入燃燒室中的空氣有驚人的影響。

氣門挺桿組件

現(xiàn)在將說明體現(xiàn)本發(fā)明的實施例的氣門挺桿組件，所述氣門挺桿組件用于與諸如凸輪軸100的可變凸角凸輪軸協(xié)同使用。

在討論涉及本發(fā)明的氣門挺桿組件之前，將首先討論常規(guī)滾輪氣門挺桿組件以幫助比較和強調(diào)本發(fā)明的方面的優(yōu)點。在圖2A和圖2B中以兩個不同的視圖示出用于與常規(guī)凸輪軸200一起使用的常規(guī)滾輪氣門挺桿組件300。

圖2A示出常規(guī)滾輪氣門挺桿組件300的側視圖，所述常規(guī)滾輪氣門挺桿組件300在其頂點處與常規(guī)凸輪凸角220接觸。凸輪軸軸線211從頁面的平面垂直地向外延伸。組件300包括氣門挺桿本體350，所述氣門挺桿本體350可滑動地聯(lián)接到挺桿360，如圖所示。在挺桿的下端部處是滾子外殼370和聯(lián)接到滾子外殼370的滾子380。

將凸輪凸角220從實線位置轉動90°而產(chǎn)生由虛線所示的位置并且促使?jié)L子380沿著凸輪凸角220的表面豎直向下地運動，直到滾子380達到如由虛線雙箭頭所示的最下面的位置為止。

圖2B是由圖2A的視圖轉動90°以便使凸輪軸210的軸線211與頁面的平面平行而產(chǎn)生的常規(guī)滾輪挺桿組件300的視圖。重要地，看到，凸輪凸角220的頂點的整個上表面是平坦的。

圖3A和圖3B提供包含有本發(fā)明的方面的樞轉的氣門挺桿組件400的視圖。圖3A和圖3B的視圖分別與圖2A和圖2B的視圖類似，并且因此將被同時地討論。組件400用于與諸如圖1A中所示的凸輪軸100的可變凸角凸輪軸或其它可以具有較少凸輪凸角的可變凸角凸輪軸一起使用。在圖3A和圖3B中，凸輪軸110的軸線由111指示。在該特定的實施例中，氣門挺桿本體450和挺桿460本質(zhì)上與圖2A和圖2B中所示的組件300的氣門挺桿本體350和挺桿360是相同的。然而，重要的不同之處在于，凸輪隨動件部件由樞轉的蘑菇頭480提供，所述樞轉的蘑菇頭480由外殼470可樞轉地支撐。外殼470設有用于將樞轉軸440支撐在以下說明的、圖5中更詳細地示出的布置中的裝置。進一步在圖3B中看到，樞轉的蘑菇頭480具有彎曲的外邊緣483a和483b，所述彎曲的外邊緣483a和483b幫助樞轉的蘑菇頭480橫過凸輪凸角120的傾斜表面運動。

凸輪凸角120的表面的傾斜在圖3A中如由實線和虛線的組合指示。實線指示現(xiàn)在沿著凸輪凸角120的傾斜在中間位置處的接觸位置。最上面的位置由在虛線雙箭頭的上端部處的虛線之一指示。凸輪軸軸線111的90°轉動致使頂點位于如圖所示的組件400的右側上。在該布置中，示出最上面的位置和中間傾斜位置二者。

本領域的技術人員將認識到，由凸輪凸角120的傾斜表面所產(chǎn)生的較大范圍的豎直氣門位移產(chǎn)生較大范圍的氣門致動，所述較大范圍的氣門致動通過凸輪軸110的軸向位移控制，如在圖3B中所指示。當凸輪軸120向右軸向地位移時，由固定的挺桿組件400的固定的外殼470所支撐的樞轉的蘑菇頭480沿著凸輪凸角120的傾斜向下運動，產(chǎn)生較低的豎直氣門位移。相反地，當凸輪軸120向左軸向地位移時，樞轉的蘑菇頭480沿著凸輪凸角120的傾斜向上運動，產(chǎn)生較大的豎直氣門位移。從而，本領域的技術人員將認識到，氣門的打開和關閉的較大范圍的定時由這些本發(fā)明的特征所提供。凸輪軸的一系列凸輪凸角可以在升程和持續(xù)時間方面改變。

在圖4A中看到，與凸輪的表面接觸的蘑菇頭480的表面是彎曲的或圓弧的。在該特定的實施例中，該形狀如由圖4C中的封閉的虛線圓所示是完美的圓弧的，圖4C提供與圖4A中所示的視圖類似的蘑菇頭的視圖。結果，蘑菇頭480的圓弧表面481沿著窄點觸到凸輪的表面，所述窄點沿著蘑菇頭480的凸輪接觸面的長度延伸。蘑菇頭的其它實施例，例如圖40中的蘑菇頭880，具有部分圓弧的表面881和部分平坦的凸輪接觸面882。部分平坦的表面882可以用于將凸輪隨動件的蘑菇頭880的點載荷分配在凸輪的表面上。

與定相的凸輪凸角組合的氣門挺桿組件

根據(jù)本發(fā)明的一個方面提供的樞轉的挺桿組件400可以與“定相的”凸輪凸角組合使用。凸輪凸角的定相提供了通過凸輪凸角的端面相對于中性位置的線性“扭轉”而提前或延遲氣門提升事件的措施。凸輪凸角的定相不應與已知為“凸輪定相”的過程混淆，所述已知為“凸輪定相”的過程涉及凸輪軸相對于曲柄軸(向前或向后)的角轉動，由此促使氣門較早或較晚打開和關閉。

圖3B中所示的樞轉的挺桿組件400的視圖被復制為圖4A以用于與圖4B的視圖比較，圖4B示出與定相的凸輪凸角520接觸的相同的組件400。如圖4A中所示，凸輪凸角120(未定相的可變凸輪凸角)的實線示出第一面121，所述第一面121的凸角頂點123與樞轉的蘑菇頭480接觸并且與凸角的相對的面或第二面的第二頂點125對準。相比之下，如圖4B中所示，第一凸角面521相對于第二面軸向地轉動，以便使每個面的頂點523和頂點525相對于彼此位移了角度頂點朝右的兩條虛線是將凸輪凸角轉動90°的結果。

本領域的技術人員將認識到，諸如具有定相的凸輪凸角的組件400的實施例的樞轉的挺桿組件的組合提供了對氣門定時的額外控制，促使期望對發(fā)動機性能、燃料經(jīng)濟性和減小的排放物有顯著地改進。

具有凸輪隨動件潤滑系統(tǒng)的樞轉的氣門挺桿組件

氣門挺桿組件400的另一個實施例在圖5中示出并且包括用于潤滑樞轉的蘑菇頭480和凸輪凸角表面的系統(tǒng)(在圖5中未示出)。圖5A和圖5B示出與圖3A和3B中所示的組件400相同的視圖，以便幫助理解在圖5C和圖5D(外殼470的可替代的俯視圖)、圖5E和圖5F(外殼470和與其相關聯(lián)的部件的分解圖)中所示的額外的特征部。額外的特征部包括分別在氣門挺桿本體450中和在外殼470中的油進入端口491和492，所述油進入端口491和492允許油進入加壓的儲油器490。

儲器490被部分地容納在外殼470內(nèi)(如在圖5E中看到的)并且被部分地容納在挺桿460的內(nèi)部內(nèi)。儲器490設有供油進入儲器490的油輸送端口493a和493b。

外殼470具有敞開的中心腔體471以容納蘑菇頭480。外殼470的側面具有軸開口465a和465b，并且蘑菇頭480也設有軸開口485。軸440經(jīng)螺紋穿過軸開口465a、485和465b。軸440繼而通過軸擋圈441a和441b被保持在外殼470上。該布置提供從蘑菇頭480到外殼470的可樞轉附裝，由此能夠使蘑菇頭480的下表面跟隨傾斜的凸輪表面。外殼470設有一對油通道467a和467b，所述一對油通道467a和467b允許流體從儲器490中的油輸送端口493a和493b流到它們的相應的軸開口465a和465b。軸440也設有油輸送端口443a和443b，所述油輸送端口443a和443b從相應的軸開口465a和465b接收流體，由此允許油進入軸440的空心內(nèi)部，在該處油隨后通過中心油輸送端口445離開并且也滴在蘑菇頭480的側面上。通過輸送端口445運動的流體繼而進入居中地位于蘑菇頭480中的油通道487，所述流體從所述油通道487向下通往其下凸輪接觸面，所述流體在油輸送端口488處離開，以便為蘑菇頭480的凸輪接觸面和凸輪凸角表面之間的滑動接合提供潤滑。

總之，樞轉的氣門挺桿組件400的潤滑系統(tǒng)使?jié)櫥瑒┰谝韵侣窂街羞\動：491/492-490-493a/493b-467a/467b-443a/443b-445-485-488，在該處潤滑劑繼而在蘑菇頭480的下表面和凸輪凸角表面之間提供潤滑，由此減小蘑菇頭470在凸輪凸角表面上的接觸面載荷并且防止其磨損。

液壓挺桿機構

本發(fā)明的氣門挺桿方面的一些實施例設有基于液壓彈簧的液壓挺桿機構，例如，圖6中所示的機構，所述機構在樞轉的挺桿組件400的背景中示出(圖6A)。示例性挺桿機構410在圖6B中和在圖6C中的分解圖中示出?？梢钥吹?，該機構包括柱塞414，所述柱塞414在柱塞彈簧418的影響下運動，所述柱塞彈簧418借助回止球415、回止球彈簧416和回止球保持器417聯(lián)接到柱塞414。柱塞414的上端部聯(lián)接到推桿座杯413，所述推桿座杯413保持推桿座412，所述推桿座412借助擋圈411保持在適當?shù)奈恢弥?。在圖6D中示出所選部件的俯視圖。該機構確保組件400的挺桿部件平穩(wěn)操作。

本領域的技術人員將認識到，樞轉的氣門挺桿的實施例還可以與固體挺桿組合。

基于搖臂的樞轉的氣門挺桿組件

本領域的技術人員將認識到，以上參照涉及挺桿組件400的實施例所述的樞轉的蘑菇頭部件可以適用于其它氣門提升組件。因而，在圖7中示出搖臂樞轉的挺桿組件600。

搖臂(在汽車、船舶、摩托車和往返航空類型的內(nèi)燃機的背景中)是擺動桿，所述擺動桿將徑向運動從凸輪凸角傳送到在提升閥處的線性運動中以打開提升閥。一個端部通過凸輪軸的轉動的凸角(直接地或經(jīng)由挺柱(挺桿)和推桿)升高和降低，而另一個端部作用在氣門主干部上。當凸輪軸凸角升高臂的外側時，臂的內(nèi)側向下加壓在氣門主干部上，打開氣門。當臂的外側由于凸輪軸轉動而容許返回時，臂的內(nèi)側升高，容許氣門彈簧關閉氣門。

在該組件600中，搖臂605具有成一體形成的外殼670。能夠有可替代的實施例，其中常規(guī)搖臂被改造以連接與外殼670的那些類似的分離的外殼部件。外殼670使用與以上參照圖6所述的軸布置類似的軸布置容納樞轉的蘑菇頭680。

搖臂605可樞轉地由支點615支撐并且在搖臂氣門接觸點625處沖擊氣門645。氣門645的運動通過彈簧635控制，所述過彈簧635以常規(guī)方式連接到氣門645。該組件600適合于與可變凸角凸輪軸一起使用，所述可變凸角凸輪軸例如是圖1A中所示的凸輪軸。而且在圖7中示出這種凸輪軸的可變凸角120。至于圖3A也示出可變凸角120圍繞凸輪軸軸線111的運動。

本領域的技術人員將應理解，參照圖5中的組件400說明的潤滑系統(tǒng)可以通過提供在搖臂605的本體內(nèi)的儲器和在外殼670和蘑菇頭680內(nèi)的合適通道而適合于與搖臂氣門挺桿組件600一起使用，以便獲得在蘑菇頭680的圓弧凸輪凸角接觸面和凸輪凸角120的表面之間提供直接潤滑的優(yōu)點。

與V-8發(fā)動機中的可變凸角凸輪軸組合使用的基于搖臂的樞轉的氣門挺桿組件

如以上參照圖7所述的，樞轉的氣門挺桿組件可以構造成用于與搖臂一起使用。現(xiàn)在參照圖8，示出V-8發(fā)動機700的輪廓，所述V-8發(fā)動機700包括相對的氣缸蓋基部703a和703b，每個氣缸蓋基部都具有4個氣缸。對于每個氣缸(參見插圖)而言，示出燃燒室705，所述燃燒室705包括具有包圍的進氣門座713的進氣端口707、排氣端口709和包圍的排氣門座717。每個燃燒室705的視圖也示出火花塞端口721。

注射器端口719被加工到進氣門座713中。在該特定的實施例中，氣門座713具有總共8個注射器端口?？商娲膶嵤├龑ú煌瑪?shù)量的注射器端口719，但是有利地它們設置在大致對稱的布置中以用于燃料的一致性分配。這些注射器端口719機械地控制燃料輸送到發(fā)動機。這消除了對于昂貴的基于計算機的管理的電子燃料注射系統(tǒng)的需要以及容許用于較高的注射壓力，所述較高的注射壓力可能高達3000psi至5000psi，這樣的注射壓力在電磁螺線管燃料注射器下是不可實現(xiàn)的。這樣的壓力將顯著地改進燃料液滴霧化并且將促使改進的燃料燃燒和較低的排放物。橫過ICE的操作rpm范圍控制氣門致動和持續(xù)時間的能力也提供了有效地操作燃料注射的措施。

圖8示出可變凸角凸輪軸100的凸輪凸角中的每個(圖1A中所示的相同的凸輪軸)如何控制特定氣缸燃燒室705的進氣端口707或排氣端口709的打開和關閉的示意性示例。在該示例中使用位于凸輪軸頸130b和130c之間的四個凸輪凸角，并且所述四個凸輪凸角具有從其延伸的點虛線，所述點虛線每個都指示基于搖臂的樞轉的氣門挺桿組件的定位。從左向右運動，第一點虛線示出在從氣缸蓋基部703b中的左側開始的最左凸輪凸角和第二氣缸燃燒室的進氣端口707之間的連接。第二點虛線示出從氣缸蓋基部703a中的左側開始的下一個凸輪凸角和第二氣缸燃燒室的進氣端口707之間的連接。第三點虛線示出從左側開始的第三凸輪凸角和從氣缸蓋基部703b中的左側開始的第二氣缸燃燒室的排氣端口之間的連接。最后，第四點虛線示出從左側開始的第四凸輪凸角和從氣缸蓋基部703a中的左側開始的第二氣缸燃燒室的排氣端口之間的連接。

將應理解，雖然為了清楚起見僅示出了指示搖臂連接的一套線，但是在該V-8發(fā)動機輪廓中有全套16個搖臂，一個搖臂用于16個氣門凸輪組合中的每個。

當圖8的V-8發(fā)動機輪廓與一套1.7：1的搖臂接合時，每個搖臂都具有構型與圖7的搖臂類似的構型，每個氣門都可以被控制在0.2295英寸至0.443英寸的開度范圍內(nèi)。該范圍在較高的發(fā)動機轉速范圍處提供極好的轉矩和馬力。

結論

雖然已經(jīng)相對于優(yōu)選的實施例及其優(yōu)選的用法說明了和示出了本發(fā)明，但是本發(fā)明不應當由于可以在本發(fā)明內(nèi)做出修改和改變而被如此限制，所述修改和改變處于如由本領域的技術人員所理解的本發(fā)明的完全預計的范圍內(nèi)。