专利名称：用于内燃机换气阀可变操作的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种相应于权利要求1前序部分提出的用于内燃机换气阀可变操作的装置。
这种装置用于为换气阀设计一种控制策略，使得活塞式发动机在没有另外的通常的节气门的情况下进行运行。
一种这样的装置例如在DE 101 23 186 A1中已经为大家所公知。在这种装置中，一个旋转运动的凸轮首先驱动一个中间环节，该中间环节进行纯旋转振动运动并且支承有一个控制凸轮，该控制凸轮由一个止动区域和一个提升区域共同组成。控制凸轮将用于操作阀所必须的提升曲线传递到一个牵引杆式驱动环节的滚子上，该驱动环节用以操作阀。所希望的不同的阀提升曲线通过这样的方式形成，将中间环节的旋转中心推到一个圆弧形的轨道上，该轨道与阀门关闭时候位置的驱动环节的滚轮是同心的。旋转中心通过一个设置在中间环节上的滚轮构成，该滚轮在外壳内受力作用支撑在圆弧形导轨上，该导轨同样与驱动环节的滚轮是同心的，构成了与旋转中心轨道的等距线，并且被称为连杆。另外设置在中间环节上的滚轮支撑在一个凸轮上，其角度位置确定了旋转中心在其圆弧形轨道上的位置。
另外一种这类的装置也是公知的，在这种装置中由凸轮驱动的中间环节的旋转中心可以在一个环形导轨上调节(OS 195 32 334 A1；EP 0717 174 A1；DE 101 64 493)。但是在这些已发布的文献中没有包含在技术上实现这种调节的理论。
所有公知的装置都有共同的缺点，即对于由凸轮驱动的中间环节的旋转中心的调节需要一个独立的调节装置。这个调节装置按照现有的技术例如通过一个调节凸轮轴来实现，该调节凸轮轴支承于外壳中。
本发明的任务在于设计一种装置，该装置节省了一个独立的调节装置，简单的由较少的组件构成。
本发明的任务通过权利要求1的特征来解决。优选的设计方案和改进方案在权利要求2到21中描述。优选的将圆柱销同时作为可调整轴，在圆柱销上支承有中间环节。为此圆柱销上设有凸轮，并且可以自由转动或者支承于摆动支座中，在一个四杆链系中或者在一个滑块中。凸轮固定在圆柱销上不可相对转动。凸轮直接或者间接的支撑在外壳内。如果是直接支撑可以在外壳内为凸轮设置一个用加强材料制成的滑块。通过用一种合适的调节工具例如可以是一个伺服电动机来转动可调整轴，调定所希望的阀提升曲线。因为该调节工具例如是一个伺服电动机通常是固定设置在外壳上的，圆柱销或者控制轴在调节运动的时候平行于自身进行移动，所以必须在两者之间设置一个连接元件，该连接元件允许这种移动。该连接元件根据结构空间条件可以是一个万向轴，一个施密特(Schmidt)联轴器，一个奥德姆(Oldham)联轴器或者也可以是一个齿轮传动装置或者链传动装置。在液力操作的情况下也可以由一个升降装置来完成。
可以为一个气缸头的所有进气阀或者排气阀分别设置本发明的装置包括一个伺服电动机或者一个调节装置。如果一个气缸头的进气阀和排气阀由一个共同的凸轮轴操作，这样可为一个气缸头的所有进气阀和排气阀设置本发明的装置包括一个伺服电动机或者一个调节调节装置。可以为一个发动机的每一个阀分别设置本发明的装置包括一个伺服电动机或者一个调节装置，这样一个发动机的单个阀的阀升程或者开启角的任意组合都将成为可能，包括单个气缸的关闭。然而通常需要对多个阀进行共同的调节。这特别适用于多气门发动机的一个气缸的进气阀和排气阀。例如两个进气阀可以由一个凸轮通过一个中间环节操作，中间环节对每一个阀具有一个控制凸轮。因为只有一个中间环节以及只有一个圆柱销，两个阀就会共同用同样的方式进行调节。按照本发明在共同的中间环节上也可以设置两个不同的控制凸轮，这样的结果就是尽管使用相同的调节方式，但能够得到两个阀的不同的提升曲线。这种变型特别在最小负荷范围内可以实现只打开两个阀中的一个。这种可能性的特别的优点为，在最小负荷范围内必须打开很小的横截面积，并且当只通过一个阀进行换气的时候可保持更精确。另外还可以通过进气阀中的一个的开启来产生气缸充量的扭力。为一个气缸的两个进气阀或者也可以是排气阀产生不同的阀提升曲线的方案按照本发明是这样进行扩充的，即使用两个不同的凸轮以及两个带有不同控制凸轮的中间环节。这样两个阀也可以一起进行调节，因为两个中间环节可以支承在一个共同的圆柱销上。
只要出于构造(结构)的原因(例如凸轮轴在一个希望的位置定位)的需要，可以例如在凸轮和中间环节之间设置一个或者多个其它的附加传动环节。
另一种可能是，更多的并行排列的阀的中间环节共同通过一个伺服电动机或者机械装置进行调节，特别是当中间环节支承在一个共同的圆柱销上的时候。
因为对于一种可变的阀控制以及本发明的装置的认可具有重大意义的是可以使调节功率很小，并且因为功率在装置或者说其滑轨接头和接头负载状态下比在不受力状态下高，这种不受力的状态在阀关闭后还会继续存在，按照本发明基本上在所有需要共同调节的阀的共同的静止阶段进行一个调节。该静止阶段可以由曲轴以及凸轮轴的信号导出，并且共同调节的阀越多静止阶段就越短。因此其数量是受限制的。
每次仅一个气缸的进气阀或者排气阀的共同调节具有一个长的容易调节的静止阶段。这也使得使用本发明的一种调节策略可以对单个的气缸进行单独的负荷控制，即对整个发动机的每个负荷状态调节单个气缸的转矩。这特别是在低负荷范围内对发动机平稳的运行是重要的，因为由于公差阀提升通常是不够一致的。这种调节策略要求的信号还是由曲轴的转角传感器给出，并且由凸轮轴的转角传感器分配给单个气缸。
通过本发明的解决方案可以达到这个优点，即使用简单的结构元件完成一种安全的换气阀调节装置。此外有利的是可以实现一种灵敏的调节。
借助于附图中描述的一些实施例对本发明进行详细说明。
附图示出图1示出这类装置在从凸轮轴到阀的闭合动力流中打开的活动零件。
图2示出使用了图1中示出的零件的带有摆动支座和可调整轴的一个截面图。
图3示出以摆动支座和圆柱销作为可调整轴的本发明装置的透视图。
图4示出发动机控制单元，油门踏板，转角传感器，伺服电动机以及蓄电池相互作用的示意图。
图1示出一个凸轮轴1，该凸轮轴承载有一个凸轮2。该凸轮推动中间环节4的终端区域的滚轮3。滚轮3可转动的固定在中间环节4上，该中间环节有一个整体式的基体。中间环节4具有一个控制凸轮5，该控制凸轮由一个止动区域5a和一个提升区域5b共同构成。中间环节4支承在一个圆柱销6上，圆柱销的轴线7在一个圆弧形的调节曲线8上可移动。该圆弧形的调节曲线8的中心位于传动环节11的滚轮10的轴线9上，该传动环节通过一个接头12支撑在没有示出的外壳内，并用于操作阀13。可以很清楚的看到，轴线7在调节曲线8上沿箭头14所示的方向的调节可以减小阀13的开启角以及升程。
图2示出了一种实施例，在该实施例中，圆柱销6或者它的轴线7通过一个摆动支座15在圆弧形调节曲线8上形状配合的移动。气缸头侧的摆动支座15的接头16或者该接头的轴线与传动环节11的滚轮10的轴线9重合。可调整轴17承载着凸轮18，该凸轮通过推杆18a确定圆柱销6或者其轴线7在调整曲线8上的位置。轴线7在调节曲线8上的调节，如方向箭头14所示，通过凸轮18或者可调整轴17按照方向箭头14a的方向旋转实现。所述调节运动会减小阀13的升程以及开启角。如果结构框架调节(例如结构空间)允许，也可以取消推杆18a，凸轮18可以直接作用于圆柱销6上。
图3示出了带有用于一个气缸的进气阀19和排气阀20的摆动支座15的本发明装置的透视图，由一系列气缸或者阀中抽取出。可以很清楚的看出，气缸头侧摆动支座15的接头16，其轴线与传动环节11的滚轮10的轴线9相重合，这样圆柱销6可以在圆弧形调节曲线上强制导引。与图2中所示实施例不同的是这里圆柱销6按照本发明同时还承担可调整轴的功能。其承载着凸轮18，其支撑在设置在外壳中的经过硬化处理的滑块21上，并且在摆动支座中可以转动。通过一种合适的连接元件圆柱销6与固定在外壳上的伺服电动机23连接。在上述实施例中一个万向轴22用于连接元件。这个实施例具有显著的零件多样性以及阀控制范围内的结构空间方面的优点。因为除了万向轴，还可以考虑其它的连接元件，例如施密特(Schmidt)联轴器，奥德姆(Oldham)联轴器，齿轮传动装置和链传动装置，因此伺服电动机23的安置具有一定的灵活性。
图4示出油门踏板40，伺服电动机23，飞轮上的转角传感器42以及凸轮轴上的转角传感器43与发动机控制单元44的相互作用示意图。一个由油门踏板40或者其位置传感器发出的信号会被发动机控制单元44转换成伺服电动机23用于提高或者减少阀升程的一种信号。在达到整个发动机所希望的负荷状态后发动机控制单元44分析飞轮上的高分辨率的转角传感器42的信号。这些信号会在凸轮轴上的或者其它具有曲轴一半转速的轴上的低分辨率转角传感器43的帮助下分配给单个的气缸。带着这些信息，信号传到单个的伺服电动机23来测平转矩峰值或者曲轴转速，对具有较小的转矩的气缸将其阀升程向上修正，对于具有较高转矩的气缸将其阀升程向下修正。根据本发明，不管有还是没有补偿，调节在由一个伺服电动机操作的阀的共同的静止阶段进行。该静止阶段的位置由发动机控制单元44从旁边的凸轮轴上的传感器43获得。
附图标记列表1 凸轮轴2 凸轮3 滚轮4 中间环节5 控制凸轮5a 止动区域5b 提升区域6 圆柱销7 轴线8 调节曲线9 轴线10 滚轮11 传动环节12 接头13 阀14 箭头14a 方向箭头15 摆动支座16 接头17 可调整轴18 凸轮18a 推杆19 进气阀20 排气阀21 滑块22 万向轴23 伺服电动机40 油门踏板42 转角传感器43 转角传感器44 发动机控制单元，控制单元
权利要求
1.用于内燃机换气阀可变操作的装置，其中在一个外壳中支承的凸轮轴(1)的一个或者多个凸轮(2)按照发动机的转速转动，所述凸轮(2)首先驱动一个中间环节(4)，该中间环节实施一种纯旋转振动运动，其旋转轴线(7)在外壳中可以沿着一个调节曲线(8)平行于其自身移动，该中间环节具有一个由一个止动区域(5a)和一个提升区域(5b)组成的控制凸轮(5)，并且通过这个控制凸轮操作一个传动环节(11)，该传动环节操作至少一个阀，其特征为，该中间环节(4)支承在一个具有与旋转轴线(7)对应的轴线的圆柱销(6)上，并且该圆柱销设置在控制凸轮上，并可以平行的移动，其中该平行移动借助于凸轮(18)和推杆(18a)或者滑块(21)来进行，其中该滑块直接或者间接的支撑在外壳上。
2.按照权利要求1的装置，其特征为，所述一个可调整轴(17)上的凸轮(18)可转动的连接在外壳上，并且通过凸轮(18)产生的调节运动通过一个推杆(18a)传递到圆柱销(6)上。
3.按照权利要求1的装置，其特征为，所述圆柱销(6)可旋转的支承在其导向机构中，并且支承一个或者多个凸轮(18)，凸轮外廓曲线直接或者间接的支撑在外壳上并且所述圆柱销可通过一种合适的连接元件由调节装置转动。
4.按照权利要求1到3中一项或者多项的装置，其特征为，所述凸轮(18)基本沿着调节曲线(8)的切线方向支撑着圆柱销(6)。
5.按照权利要求3的装置，其特征为，在所述外壳中设置有用提高硬度的材料做成的滑块(21)，凸轮(18)支撑在滑块上。
6.按照权利要求1到5的装置，其特征为，在所述传动环节上设置有一个液压间隙补偿元件。
7.按照权利要求1到6的装置，其特征为，该装置为每个发动机阀单独设置。
8.按照权利要求1到6的装置，其特征为，该装置为一个气缸头的所有进气阀或者排气阀单独设置。
9.按照权利要求1到6的装置，其特征为，该装置为一个气缸头的所有阀单独设置。
10.按照权利要求1到6的装置，其特征为，该装置分别为一个气缸的两个相邻的并行的阀单独设置。
11.按照权利要求10的装置，其特征为，共同的，联合的操作一个气缸的进气阀或/和排气阀。
12.按照权利要求11的装置，其特征为，为所述两个阀设置一个带有两个相同的控制凸轮的共同的中间环节。
13.按照权利要求11的装置，其特征为，为所述两个阀设置一个带有两个不同的控制凸轮的共同的中间环节。
14.按照权利要求10的装置，其特征为，为所述两个阀设置一个两个相同的凸轮(2)和两个带有相同控制凸轮的中间环节(4)。
15.按照权利要求10的装置，其特征为，为所述两个阀设置两个不同的凸轮(2)以及两个带有不同控制凸轮的中间环节(4)。
16.按照权利要求10的装置，其特征为，为所述两个阀具有两个不同的凸轮(2)以及两个带有相同控制凸轮的中间环节(4)。
17.按照权利要求1到16的装置，其特征为，实施调节直至至少一个阀保持持续的关闭状态。
18.按照权利要求1到17的装置，其特征为一液压装置，该液压装置直接或间接的为圆柱销(6)设定各需要的角位置。
19.按照权利要求1到17的装置，其特征为一种伺服电动机(23)，其通过一个传动装置直接或间接的为圆柱销(6)设定各需要的角位置。
20.按照1到7以及10到19不同权利要求的装置，其特征为一种调节策略，即从曲轴的转角传感器(42)的信号或者其分析结果导出，单个气缸的阀升程连续地进行再调整。
21.按照1到7以及10到20不同权利要求的装置，其特征为一种调节策略，即该调节运动基本上在所有由伺服电动机(23)共同操作的阀的共同的静止阶段进行。
全文摘要
用于内燃机换气阀可变操作的装置，其中一个连续旋转的凸轮驱动一个中间环节，该中间环节实施一种纯旋转的振动运动，并且通过一个控制凸轮推动一个相应于各个阀提升曲线的传动环节。为了改变阀提升曲线，中间环节的旋转轴线的位置沿着一个调节曲线可以改变。中间环节的旋转轴线通过一个圆柱销构成，其在导向机构上可以自由转动，并且支承着不可相对转动地连接的凸轮，该凸轮直接或者间接设定各个所需要的在调节曲线上的位置。通过一种合适的连接元件，圆柱销可以旋转。
文档编号F01L13/00GK1764770SQ200480007858
公开日2006年4月26日 申请日期2004年3月17日 优先权日2003年3月24日
发明者H·舍恩, K·-U·凯勒, P·库恩 申请人:泰森克鲁普汽车股份公司