用在内燃机的气缸盖的气门机构内的摇臂组件的制作方法

本发明主要涉及发动机气门机构系统，且更具体地，涉及用在内燃机的气缸盖的气门机构的摇臂组件。

背景技术：

在本领域中已知的常规的发动机气门机构系统一般包括与支撑在气缸体中的曲轴旋转连通的一个或多个凸轮轴，支撑在气缸盖中的一个或多个进气和排气气门，以及用于将来自凸轮轴的凸角的径向运动转换成气门的线性运动的一个或多个中间构件。气门用于调节进出气缸体的气缸的气体的流量。为此目的，每个气缸具有头部和从头部延伸的杆部。气门头部构造成周期性地对气缸盖进行封闭。为此目的，通常将压缩弹簧支撑在气缸盖中，绕气门杆部设置，且通过弹簧座圈可操作地附接至气门杆部。气门杆部通常由气门导管支撑，气门导管也可操作地附接至气缸盖，从而气门杆部延伸穿过气门导管且响应于来自中间构件的接合沿气门导管行进。

当凸轮轴旋转时，中间构件将来自凸角的力转换成气门在两个不同位置之间的线性运动，两个不同位置通常称为“气门打开”和“气门关闭”。在气门关闭位置，来自已负载的弹簧的潜在能量使气门头部保持封闭气缸盖。在气门打开位置，中间构件转移线性运动以压缩弹簧，从而将气门头部从气缸盖解封，以便允许气体流入(或流出)气缸体的气缸。

在发动机运行期间，且特别是在高发动机转速下，凸轮轴凸角、中间构件和气门杆部之间必须维持紧密公差。过度公差引起不利的发动机性能以及各个气门机构部件的增加的磨损，导致发动机寿命显著地减少。为了维持适当的公差，在现代“顶置凸轮”气门机构系统中，中间构件一般由间隙调节器和摇臂实现。间隙调节器一般支撑在气缸盖中、与气门杆部间隔开，同时凸轮轴的凸角设在间隙调节器和气门杆部上方(头顶上方)。在变化的发动机运行条件下，例如发动机转速或运行温度，常规的间隙调节器利用来自发动机的液压油压维持气门杆部和凸轮轴凸角之间的公差。

由此，在运行时，来自凸轮轴凸角的力通过摇臂转移至间隙调节器和气门杆部。为此目的，摇臂在调节器和气门杆部之间延伸且接合间隙调节器和气门杆部，并且还包括接合凸轮轴凸角的轴承。轴承一般由固定至摇臂的轴支撑。轴承在轴上旋转，跟随凸轮轴的凸角的轮廓，且通过轴将力转移至摇臂，以便打开气门。

上述类型的发动机气门机构系统的每个部件必须配合以有效地转换来自凸轮轴的运动以便在各种发动机转速和运行温度下恰当地操作气门，并且同时维持正确的气门机构公差。此外，每个部件必须设计成不仅有利于改善性能和效率，还便于降低制造和装配气门机构系统的成本和复杂性，以及在运行时减少磨损。虽然在现有技术中已知的发动机气门机构系统通常已经针对其预期的目的表现优异，但是在现有技术中仍然存在对具有优秀运行特性，并且同时能够减少制造系统的部件的成本和复杂性的发动机气门机构系统的需求。

技术实现要素：

本发明克服了相关技术中的用于内燃机气门机构的摇臂组件的缺点，内燃机气门机构具有气门、间隙调节器以及具有凸角的凸轮轴。摇臂组件包括轴、可旋转地由轴支撑以用于接合凸轮轴的凸角的轴承，以及摇臂。摇臂具有用于接合气门的垫板，以及与垫板间隔开以用于接合间隙调节器的承窝。一对壁设在垫板和承窝之间，且在其间限定出用于容纳轴的谷部。一对向上开口的弧形承载表面在纵向上设在垫板和承窝之间且在侧向上彼此间隔开。在轴承接合凸轮轴的凸角时，弧形承载表面可旋转地支撑轴。一对保持件从壁至少部分地延伸至谷部内且以间隔的关系设在弧形承载表面上方，以便在轴承和凸轮轴的凸角之间没有接合时防止轴从谷部中移出。

以此方式，本发明显著地减少了气门机构系统及其相关联部件的复杂性和包装尺寸。而且，本发明减少了气门机构系统的制造成本，该气门机构系统具有优秀的运行特征，例如改善的发动机性能、控制、润滑、效率，以及减少的振动、噪音生成、发动机磨损和包装尺寸。

附图说明

在结合附图阅读随后的描述后，随着本发明的其他目的、特征和优势被更好地理解，本发明的其他目的、特征和优势将容易被领会，其中：

图1是具有顶置凸轮构造的汽车发动机的局部主视剖视图，其中顶置凸轮构造包括安装在气缸盖内的气门机构。

图2是图1的气门机构的一部分的主视图，示出了根据本发明的一个实施例的气门、凸轮轴、间隙调节器以及摇臂组件。

图3是根据本发明的摇臂组件的第一实施例的立体图，其中摇臂组件包括轴、轴承和摇臂。

图4是图3的摇臂组件的分解立体图。

图5是图3的摇臂组件的主视平面图，其中轴、轴承的一部分以及摇臂的内部特征和结构以虚线示出。

图6是沿图3的摇臂组件的纵向中心线截取的剖视图。

图7是沿图3的摇臂组件的轴的侧向中心线截取的剖视图。

图8是根据本发明的摇臂组件的第二实施例的立体图，其中摇臂组件包括轴、轴承和摇臂。

图9是图8的摇臂组件的分解立体图。

图20是图8的摇臂组件的主视平面图，其中轴、轴承的一部分以及摇臂的内部特征和结构以虚线示出。

图11是沿图8的摇臂组件的纵向中心线截取的剖视图。

图12是沿图8的摇臂组件的轴的侧向中心线截取的剖视图。

图13是根据本发明的摇臂组件的第三实施例的立体图，其中摇臂组件包括轴、轴承和摇臂。

图14是图13的摇臂组件的分解立体图。

图15是图13的摇臂组件的主视平面图，其中轴的一部分、轴承的一部分以及摇臂的内部特征和结构以虚线示出。

图16是沿图13的摇臂组件的轴的侧向中心线截取的剖视图。

具体实施方式

现在参考附图，其中相同标号用于指定相同结构，内燃机的一部分在图1中以20示出。发动机20包括气缸体22和安装至气缸体22的气缸盖24。曲轴26可旋转地支撑在气缸体22中，并且凸轮轴28可旋转地支撑在气缸体22中且与曲轴26间隔开。曲轴26通过正时链条或传动带(未示出，但在现有技术中通常是已知的)驱动凸轮轴28。气缸体22一般包括一个或多个气缸30，活塞32支撑在气缸30中以用于沿其往复运动。活塞32可枢转地连接至连杆34，连杆34也连接至曲轴26。在工作时，在发动机20的气缸30中的燃烧使活塞22在气缸30内以往复的方式移动。

活塞32的往复运动产生旋转力矩，旋转力矩随后由曲轴26转移至凸轮轴28，凸轮轴28反过来与气门机构(通常以36指示)配合以控制气缸盖24、气缸30和外部环境之间的进气和排气的流量和正时。具体地，曲轴28控制在现有技术中通常被称为“气门动作”的东西，从而凸轮轴28相对于曲轴26的旋转位置以特定的时间间隔有效地致动支撑在气缸盖24中的气门38，从而产生发动机20的完整的热力循环。为此目的，气门38均具有头部40和从头部40延伸的杆部42(见图2)。气门头部40构造成周期性地对邻近气缸30的气缸盖24进行密封，例如通过支撑在气缸盖24中，绕气门杆部42设置，且通过座圈46可操作地附接至气门38的压缩弹簧44。气门杆部42一般由气门导管48支撑，气门导管48也可操作地附接至气缸盖24，从而气门杆部42延伸穿过气门导管48且响应于通过凸轮轴28的旋转转移的力而沿气门导管48行进(见图2)。为此目的，凸轮轴28具有带有预定轮廓的凸角50，凸角50构造成与气门机构36配合使得来自凸轮轴28的径向运动转换成气门38的线性运动，以便控制气门动作，如上所述。更具体地，气门机构36还包括间隙调节器52和根据本发明的一般以54指示的摇臂组件。在变化的发动机运行条件下，例如发动机旋转速度或者运行温度，常规的间隙调节器52利用来自发动机20的液压油压力来维持气门杆部42和凸轮轴凸角50之间的公差。为此目的，间隙调节器52支撑在气缸盖24中，与气门杆部42间隔开，并且与摇臂组件54配合以实现向气门38的力的转移，如将在下面更详细描述的。尽管图1和图2中示出的间隙调节器52是液压间隙调节器，可以理解的是，在没有脱离本发明的范围的情况下，间隙调节器52可以是任何合适的类型或构造。

本领域普通技术人员可以认识到本文描述的气门机构36形成通常被称为“顶置凸轮”构造的东西，从而凸轮轴28的旋转能够转移至摇臂组件54，摇臂组件54转而将力接合并引导至气门38和间隙调节器52。虽然图1中示出的发动机20是直列构造、单顶置凸轮、火花点火、奥托循环发动机，本领域普通技术人员可以理解的是，在没有脱离本发明的范围的情况下，发动机20可以具有任何合适的构造，具有任何合适数量的且以任何合适的方式设置的气缸盖24和/或凸轮轴28，使用任何合适的热力循环控制，以及具有任何合适类型的气门机构36。通过非限制性举例，发动机20可以是所谓的“双顶置凸轮v8”，具有八气缸v型构造的气缸体22以及一对气缸盖24，每个气缸盖24支撑对应的一对凸轮轴28(未示出，但在现有技术中通常是已知的)。进一步地，虽然发动机20构造为与机动车一起使用，本领域普通技术人员可以理解的是，本发明可以被使用在任何合适类型的发动机20中。通过非限制性举例，在没有脱离本发明的范围的情况下，本发明可以与乘用或商用车辆、摩托车、全地形车辆、草坪养护装备、重型卡车、火车、飞机、船舶、工程车辆和装备、军用车辆或其他任何合适的应用一起使用。

如以上说明的，本发明针对用在发动机20的气门机构36中的摇臂组件54。更具体地，摇臂组件54与气门38、凸轮轴28的凸角50和间隙调节器52配合。如在随后的描述中可以理解的是，在没有脱离本发明的范围的情况下，摇臂组件54能够以多种不同方式构造。通过非限制性举例，本文描述了本发明的摇臂组件54的三种不同的实施例。为了清楚和一致的目的，除非另外地指出，摇臂组件54的随后的讨论将参考在实施例之间通用的特征和部件。此外，实施例之间的具体不同将详细描述。

现在参考图3至图7，本发明的摇臂组件54的第一实施例被示出。摇臂组件54包括轴56、轴承58和一般以60指示的摇臂。轴承58可旋转地由轴56支撑且适于接合凸轮轴28的凸角50。更具体地，轴承58跟随凸角50的轮廓，使得在凸轮轴28旋转时，力被转移至轴承58，该力同时使轴承58绕轴56旋转且推动轴承58远离凸轮轴28而接近气门38和间隙调节器52。这里，推动轴承58远离凸轮轴28的力通过轴56被转移至摇臂60，从而摇臂60随后将力转移至间隙调节器52和气门杆部42以打开气门38，从而控制气体进入(或排出)气缸30的流量，如上所述。为此目的，摇臂60包括用于接合气门38的垫板62，以及与垫板62间隔开的用于接合间隙调节器52的承窝64。当凸轮轴28运行旋转时，垫板62适于压在气门38上且保持基本与气门38接合，承窝64适于压在间隙调节器52上且保持基本与间隙调节器52接合(也见图2)。在一个实施例中，摇臂60还包括从垫板62下垂的一对垫板支架66，其有助于将摇臂组件54与气门38对准，例如在将摇臂组件54安装进气缸盖24期间。同样地，承窝64具有用于容纳和对准间隙调节器52的一部分(未示出，但在现有技术中通常是已知的)的弯曲槽腔68。然而，本领域普通技术人员可以理解的是，在没有脱离本发明的范围的情况下，垫板62和/或承窝64能够以任何合适的方式构造。

如在图4中最佳地示出的，摇臂60包括设置在垫板62和承窝64之间的一对壁70。壁70在两者之间限定出用于容纳轴56的谷部，一般以72指示。摇臂60还包括一对向上开口的弧形承载表面，一般以74指示。弧形承载表面74在侧向上彼此间隔开，且在纵向上设在垫板62和承窝64之间。当轴承58接合凸轮轴28的凸角50时，弧形承载表面74可旋转地支撑轴56，如下面更详地细描述的。摇臂60还包括从壁70至少部分地延伸入谷部72的一对保持件76。保持件76以间隔的关系设在弧形承载表面74上方，使得在轴承58和凸轮轴28的凸角50之间没有接合时，防止轴56从谷部72中移出。当摇臂组件54安装至气缸盖24内且接合凸轮轴28的凸角50时，一定量的预载力被施加在轴承58上，轴承58转而将轴56推靠在弧形承载表面74上，从而将摇臂60推靠在气门38和间隙调节器52上。该预载力在运行时将轴56保持在弧形承载表面74上。正因如此，轴56仅需要由摇臂60径向地支撑而不需要被径向地约束。为此目的，保持件76将轴56保持在谷部72中直到摇臂组件54被安装；具体地，直到轴承58接合凸轮轴28的凸角50。在一个实施例中，当轴接合弧形承载表面74时，保持件76间隔地位于轴56上方(见图7)。

在全部附图示出的实施例中，摇臂60形成为单一的一体部件。更具体地，摇臂60是由冲压和折弯成形的单件钢板制造。由此，如在图7中最佳地示出的，每个弧形承载表面74具有承载宽度78，承载宽度78基本上等于壁70的壁宽80。然而，本领普通技术人员可以理解的是，在没有脱离本发明的范围的情况下，摇臂60能够由任何合适的材料以任何合适的方式形成或者另外地制造。

如以上说明的，保持件76从壁70延伸至谷部72内。如在图4和图7中最佳地示出的，在一个实施例中，每个保持件76从壁70中的一个延伸至保持件边沿82，且每个保持件76还包括唇部84，唇部84将保持件边沿82与壁70合并。如在图7中最佳地示出的，唇部84具有基本上弯曲的轮廓。在一个实施例中，每个弧形承载表面74具有内侧向边沿86和外侧向边沿88，并且每个保持件边沿82如下定位：在侧向上位于对应的弧形承载表面74的内侧向边沿86和外侧向边沿88之间，且在竖直方向上位于对应的弧形承载表面74上方(见图7)。然而，可以理解的是，在没有脱离本发明的范围的情况下，边沿82、86、88和/或唇部84能够以多种不同的方式构造。而且，在没有脱离本发明的范围的情况下，保持件76能够以任何足够将轴56保持在谷部72中直到轴承58接合凸轮轴28的凸角50的方式构造。

如在以上说明的，轴56相对于弧形承载表面74旋转。通过允许轴56独立于轴承58旋转，原本可能发生在轴56和轴承58和/或弧形承载表面74之间的剥落基本上被消除。由此，摇臂组件54能够设计成优化材料和/或应用规格，从而减少成本和使部件寿命最大化。除了相对于摇臂60旋转，轴56还可以被构造成相对于摇臂60轴向地移动，从而进一步降低磨损和增加部件寿命。为此目的，在一个实施例中，轴56具有轴长度90，摇臂60具有在弧形承载表面74的外侧向边沿88之间测量的弧形外侧向边沿距离92，并且轴长度90和弧形外侧向边沿距离92之间的比大于0.9：1(见图7)。同样地，在一个实施例中，摇臂60具有在保持件76的保持件边沿82之间测量的保持件距离94，并且轴长度90和保持件距离94之间的比大于0.92：1。进一步地，在一个实施例中，轴56具有轴直径96，且摇臂60的每个保持件76具有小于轴直径96的纵向件宽度98(见图5)。这种关系有助于保证轴56保持在谷部72内，同时允许旋转和轻微的轴向移动，从而优化性能和部件寿命，如上所述的。此处图示的代表性实施例中，保持件76相似地成形，且在一个实施例中，具有基本上相等的纵向件宽度98。然而，如上说明的，在没有脱离本发明的范围的情况下，保持件76能够以任何合适的方式构造，具有彼此相同或者不同的构造。

如在图4中最佳地示出的，在本发明的摇臂组件54的第一实施例中，轴承58以常规的轴颈轴承布置直接地支撑在轴承56上。然而，如以上说明的，本发明的摇臂组件54的第二实施例在图8至图12中示出。第二实施例基本上与第一实施例相似。正因如此，在下面的描述中，仅对摇臂组件54的第二实施例的不同的部件进行详细描述且为其提供用于摇臂组件54的第一实施例的相同参考标号且增加100。

现在参考图8至图12，在摇臂组件154的第二实施例中，多个滚针轴承件100以常规的滚针轴承布置设在轴156和轴承158之间。在此实施例中，摇臂组件158还可以包括设在轴承158的每一侧的一对保持环102，保持环102与轴156配合以轴向地固定滚针轴承件100。由轴承158和滚针轴承件100采用的滚针轴承布置提供增加的部件寿命和减少的摇臂组件154的磨损。然而，本领域普通技术人员可以理解的是，在没有脱离本发明的范围的情况下，任何合适的轴承布置均能够被利用，使用或者不使用滚针轴承件100和/或保持环102。

如以上关于本发明的摇臂组件54的第一实施例所说明的，在没有脱离本发明的范围的情况下，保持件76能够以多种不同的方式设计或者另外地实施。为此目的，且如上说明的，本发明的摇臂组件54的第三实施例在图13至图16中被示出。第三实施例与第一实施例基本上相似。正因如此，在下面的描述中，仅对摇臂组件54的第三实施例的不同的部件进行详细描述且为其提供用于摇臂组件54的第一实施例的相同参考标号且增加200。

现在参考图13至图16，在摇臂组件254的第三实施例中，摇臂260的保持件276具有基本上凸面的轮廓，且轴256在相对的轴端304之间延伸，其中每个轴端304中限定有凹陷306(见图16)。在此实施例中，凹陷306具有对应于保持件276的凸面的轮廓的基本上凹面的轮廓。这里，摇臂260的保持件276的凸面的轮廓沿第一半径308而限定，且轴256的凹陷260的凹面的轮廓沿大于第一半径308的第二半径310而限定(见图16)。而且，凹陷306相对于保持件276基本上同心地对准。同样地，凹陷306相对于轴256基本上同心地对准。此布置有利于将轴256轻松地安装至摇臂60的谷部272中，且同时保证保持件276将轴256保持在谷部272中。然而，如以上说明的，在没有脱离本发明的范围的情况下，保持件276能够以任何合适的方式构造、定向或者另外地成形。

以这种方式，本发明的摇臂组件54、154、254显著地减少了制造和装配气门机构36和关联部件的成本和复杂性。具体地，可以理解的是，保持件76、276使得轴56、156、256能够一致且简单地安装至摇臂60、260，而同时保证将轴56、156、256保持在谷部72、272内直到轴承58、158接合凸轮轴28的凸角50。具体地，可以理解的是，摇臂组件54、154、254的构造允许轴56、156、256相对于摇臂60、260被保持直到将摇臂组件54、154、254安装至气缸盖24中，从而显著地减少制造和装配气门机构36的成本和复杂性。进一步地，可心理解的是，本发明为优秀发动机20运行特征提供机会，例如改善的性能、部件寿命和耐久性、效率、重量、负载和受力能力以及包装定位。

本发明已经以图示的方式进行描述。将要理解的是，已经使用的术语旨在具有描述的词语而不是限制的词语的性质。根据以上教导，本发明的许多修改和变化是可能的。因此，在所附权利要求的范围内，本发明可以不同于如具体描述的来实践。