专利名称：可变阀动装置的制作方法
技术领域：
本发明提供了一种可变阀动装置，尤其是用于内燃机的可变阀动装置，其中支撑在一可旋转控制表面的一凸轮轴的一控制凸轮通过一自由凸轮从动件作用到一阀门上，以产生对阀门冲程的调节。当阀门间隙保持不变时，阀门冲程能够从一最大值到零连续变化。
最接近的现有技术是专利申请PCT/GR02/00035。
一个可调阀动系统实际上提供的是在所有发动机回转和每一载荷中持久优化的通气，因此也是最优化的燃烧它在更低和更高的每分钟转数下扩展了一发动机的有效回转范围，提升了更高发动机转数的重要性。
建议的可变阀动装置包括较少和较简单部件。它实现了在较高的发动机转数下的可靠性，部分原因是它的快速移动部分是轻的和坚固的，还有部分原因是共同运转的部件之间的滑动改成了滚动，因此使摩擦和磨损最小化。
将仅提供两种模式的液压控制操作(美国专利6470841)并且拥有批生产发动机中的动力集中度世界纪录的现有发动机的当前状态改造成如
图15所示的一无限模式发动机，其结果就是进行简化，因为现有发动机的许多部件被舍弃了，保留的部件变得更简单、更轻巧和更坚固，以及因为控制可以是纯机械化的。控制轴的旋转实际上已经证明是容易的且无需协助直接从气动踏板来的“节流”电缆就足够了。对最好的进行改进并同时简化它，听起来不错。
尽管为无限模式的运转，即使与简单模式的发动机相比，它还是一个更可靠的气门机件系统。当发动机在从中到低转数或部分载荷时-而且大多数时间都是这种情况，由于仅是轻微压缩的阀簧，所以这意味着短阀门冲程和弱恢复力，载荷、磨损和气门机件系统的摩擦就变得不仅是低于常规的，而是低于数倍震荡能量与恢复力和阀门冲程二者均呈线性比例。
建议的系统能够在没有电线驱动和没有附加支持系统如可变阀定时器，伺服电动机，特别中央控制单元等条件下运行。
建议的系统控制起来是容易和经济的。与用在一些现有技术专利中的沿滑动器的控制部件的滑动相比，一控制轴的旋转是一个更简单和更精确的动作。
在一个如美国专利5373818所描述的滑动控制轴情况下，阀门升程和阀门保持打开的持续时间是必需一起变化的小升程只与短持续时间结合，而长持续时间只能结合到高阀门升程。在重载荷和低转数时一发动机需要小升程和长持续时间，在这中机构中是不可能的，因为它们基于“剪”的动作短升程时阀门仅通过凸轮凸角的突出部的尖端打开。在本申请中阀门的持续时间基本恒定，不论阀门升程如何。
图1至7显示了基本的意图。
图8至10显示了平坦的斗式提升机和平坦的控制表面。
图11显示圆柱形控制表面时的情况。
图12为一个杆，可旋转地结合到阀门传动器，支撑着辊子，而图13和14为部分圆柱形的辊子。
图15显示为摇臂时的应用。
图16显示球形辊子的情况，以及图17为阀门冲程和曲柄角度的曲线图。
图18至24显示凸轮凸角对辊子间接激活的情况。
图25显示基于最接近现有技术的机构的侧凸轮的应用。
图1和2显示可调升程的机构的普通形式。一凸轮从动件6由一凸轮轴1的控制凸轮2来推动，凸轮从动件6强加于一控制表面7上，或是该控制表面7支撑，推动了阀门传动器5和阀门4。凸轮从动件6和阀门传动器5的接触存在于阀门传动器5的一接触表面8之上。
通常为了改变阀门的升程，控制表面7相对于外壳是可旋转的。当控制表面是可围着外壳的固定轴9旋转的，以保持轴间隙不变或是在所有阀门升程范围内小到可以接受时，控制表面7的轴9的旋转不得不与凸轮从动件的轴在静止位置相合，即凸轮从动件6既与控制凸轮2的基圆3又与控制表面7接触时。如果凸轮从动件6的轴在静止位置与控制表面7的旋转轴9相合，那么无论控制表面7的轮廓如何，间隙都保持不变。
如果凸轮从动件6的轴在静止位置偏离了轴9，那么阀门间隙只对特定轮廓形式的控制表面7保持不变。更特别地是，如果控制表面7具有一圆柱形的起始部分，而且旋转轴9与这个圆柱形表面的轴相合，那么只要凸轮从动件工作在控制表面7的该圆柱形起始部分内，阀门间隙就能保持不变。在控制表面7的圆柱形起始部分之后它可以跟随另一部分，沿着该部分凸轮从动件推动阀门传动器，并打开阀门。
图3显示了这样的一系统。第一行阀门的冲程为零，因为凸轮从动件在所有的凸轮轴角度上只沿着控制表面7的圆柱形起始部分移动。在第二行凸轮从动件移动了，但是阀门最初保持关闭，只是后来由于一中等升程凸轮从动件6开始推动阀门。在第三行控制表面围绕其交叉号处的轴旋转，为了更多的角度和一长冲程凸轮从动件打开阀门。一个像这样的系统提供了可调的阀门升程，可变的持续时间，可变的定时和不变的阀门间隙。它操作起来同美国专利5373818中描述的系统相似，只是更简单。
为了避免中间部件、滑动器、共同运转部件之间的空隙、能够容下所有这些的空间，以及它们额外的集结和费用，控制表面7被安装在一与凸轮轴平行的可旋转轴上。在类似这样的系统中，附加的可调阀门定时系统的存在是必要的，还包括一用于协调子系统的中心控制单元。图4在右边显示图3中的机构，一辊子可旋转地安装在阀门传动器5上，接触表面8作为该辊子的外围。
图6和7显示的是一个应用在阀门上的系统。控制表面7是可围着交叉号处的轴旋转的。如果7和8这两条曲线是“平行的”，即意味着凸轮从动件能够在7和8之间的空间中移动，而表面8保持不动，那么升程就是零。由于表面7是旋转的，如右边所示，凸轮从动件从控制凸轮的移动，使表面8和阀门传动器5移动，并打开阀门。通过更多地旋转控制表面7，阀门升程就得到增加。
在要求零阀门冲程或小阀门冲程时，就有一种方法可以从阀门传动器的表面8得到控制表面7，反过来一样，如图5所示。在图5中，接触表面8是随机选取的。凸轮从动件沿着表面8移动，并与表面8接触，得到相应的表面7，如右边所示。使用球形的代替圆柱形的凸轮从动件，它们能够设置成对的在其上具有“合适槽”的控制表面/控制表面，类似那些在球轴承中的，如图16所示。
不变的持续时间、不变的阀门开启和关闭定时以及所有阀门升程范围内的不变的间隙条件下，很显然有无限对控制表面7/接触表面8适于连续提供从零开始可变阀门冲程。
图8所示的系统中控制表面7和接触表面3都是平坦的表面，即最简单的可能的轮廓。
当控制表面7变得平行于与斗式提升机的上平坦表面8时，升程变为零。当控制表面7变得垂直于由轴9和凸轮轴定义的平面时，阀门升程增加。间隙是不变的。阀门开启的持续时间是不变的。阀门开启和关闭的定时是不变的。图17显示纵轴表示的阀门移动对横轴表示的曲轴旋转角度的曲线图。左边的系列曲线是排气阀的，而右边的系列曲线是进气阀的。曲线是控制表面旋转65，33，18，8，3和1度时采集的。阀门以基本不变的曲轴角度来开启和关闭，尽管重叠角保持不变，但实际的重叠是随最大阀门升程而完全改变的。从工作介质的观点来看，实际重叠取决于进气口和排气口都保持开启状态的时间是多少以及此时进气和排气沟通有多容易。
控制表面7的旋转作为基本变量时，不变的持续时间和定时使得控制发动机很容易。由于普通阀簧的作用，控制表面7在自由时返回到“空闲”位置。在最简单的情形中，加速踏板可以仅通过一绳旋转控制表面7增加了阀门升程，因此允许更多的混合物进入圆柱体，这与常规的火花点火发动机的节流阀的旋转控制相似。
为了使摩擦最小化，代替一辊子凸轮从动件在凸轮凸角2和控制表面7以及接触表面8上的滚动或滑动，可以使用一组合的辊子凸轮从动件，如图9所示。中心轴在控制轴上的一平坦表面上滚动，中间环在控制凸轮上滚动，两侧环在斗式提升机的上表面滚动。
图10显示了常见的凸轮从动件激活一对阀门的情形。控制表面是平坦的，凸轮从动件的内部轴在安装在控制轴上的平坦控制表面上滚动，中间环在控制凸轮上滚动，每一在平坦的上阀门传动器上滚动的侧环激活一个阀门。左边的是用于短阀门冲程，右边的是用于长阀门冲程。中间显示的是不同视角的控制轴和分解的凸轮从动件。
除了简单的和重量轻的结构，系统是短的且由少量的组件构成。辊子在市场上很容易发现，而针对平控制表面的控制轴更容易制造。
图11和15显示的是所述系统的另一实施例，具有圆柱形控制表面7。在图11中凸轮从动件6在控制凸轮、控制表面7和作为一辊子的外围的接触表面8上滚动或滑动。如图15所示，为了降低摩擦，当中间环在控制凸轮上滚动和两侧环在摇臂的辊子8上滚动时，辊子6有一个内部轴在圆柱形控制表面7上滚动。
在前面的分析中凸轮从动件实际上是自由的。这意味着不需摇臂或是杆来将它固定位置。凸轮从动件围在控制凸轮、控制表面和接触表面中。通过控制轴、接触表面和凸轮轴的合适的横截面形式，凸轮从动件被轴向保持在适当的位置上。
如果控制表面7或接触表面8是圆柱形式的，即实际上意味着它们将凸轮从动件与一轴保持一不变的距离，为了使凸轮从动件离一轴保持不变的距离，圆柱形表面能够被一个围绕着一轴旋转的适当的杆所替代，如图12所示。
如果控制表面7或接触表面8是不变的曲率，凸轮从动件只能是部分圆柱形的或是球形的，如图13和14所示。
图15显示在一摇臂阀门传动器驱动一对阀门情况下，图11的机构的应用凸轮从动件的内部轴在加工在控制轴上的圆柱形表面上滚动，而凸轮从动件的外部环在控制凸轮上滚动以及也在可旋转地固定在摇臂上的一辊子上滚动，以降低摩擦。
在用来使一些阀门或气缸不活动零阀门升程和在短阀门冲程中，为使凸轮从动件与控制凸轮相连接，可以添加一弹簧机构。
为了保证凸轮从动件处在合适位置，尤其是极限位置，控制表面或接触表面或外壳能被适当地修改成作为制动器。
在固定控制轴情况下，即控制轴由顶推后座推动的情况，尽管由此引起的唯一操作模式，气门机件系统实际上被改进了如果在图8中右边的控制轴保持固定，斗式提升机阀门传动器能在侧面、重量和强度上能最小化，因为它永远不会同凸轮凸角相接触，因为推力负载在它之前就已经承担了。
在图18和图19中所示的侧凸轮轴布置中，凸轮凸角推动斗提升机和推动杆。推动杆接着推动一第一摇臂。第一摇臂推动一自由辊子，该辊子接着推动一第二摇臂，该第二摇臂最终推动阀门。依靠一控制轴的旋转角度，阀门的冲程不断地改变，而阀门间隙保持不变。这个机构如前面描述的机构一样运转，不同的是凸轮凸角不直接推动自由辊子而是通过如一联接、一杆等间接地推动。
与图20和图21中的侧凸轮轴布置相比，优选图18和19的布置，阐述如下。
它最初在气缸头上传送，也就是接近阀门，完整的或“满幅”凸轮凸角作为第一摇臂的宽摆动，然后带有自由辊子的机构根据控制轴的角度位置来将凸轮凸角动作修改为阀门的一长或更短的冲程。相反地图20和21中自由辊子直接由凸轮凸角来激活的布置，不能在短升程时如此精确，而这里恰恰是要求精确的地方，因为关于把凸轮凸角动作传送到气缸头的其中的接合处和各部件的弹性，不能精确地传送短升程到阀门，例如0.2毫米到0.3毫米的升程。
它也是一可达性和空间缺乏的问题。升级一侧凸轮发动机，例如一个V字形八汽缸发动机，如图18和19，所有的改动毫无例外地涉及气缸头，这里易于接近并且有大量的空间安装新的组件和一些现成的用于摇臂和控制轴的支撑装置，如枢轴。相反的，图20和21的侧凸轮发动机的升级需要对汽缸体作重大的改动，而间距和凸轮轴区域的可达性不能令人满意。
如图22到24所示机构也能够应用到顶置凸轮轴布置中，给设计者提供更多的自由度，例如使用普通的顶置凸轮轴来进气和排气。
最接近现有技术中建议的布置都能做相似的改动本发明中，在最接近现有技术中提到的作为凸轮从动件的部件不直接被凸轮凸角所推动，而是间接地通过一个杆或是联接，如图25所示，其中带有最接近现有技术的可旋转连接杆的方案应用在一侧凸轮发动机中。
在每一个提阀式发动机中这个系统都能应用。
尽管本发明已经描述并图解得很详细了，应清楚地理解的是它是作为图解和例子，但是并不仅仅局限于此。本发明的精神和范围应当被所附的权利要求所限定。
权利要求
1.一种可变阀动装置，至少包括一外壳；一凸轮轴(1)；一安装在所述凸轮轴(1)上的控制凸轮(2)；一阀门(4)；一用于移动阀门(4)的阀门传动器(5)；一辊子(6)；一能围绕所述外壳的轴(9)旋转的控制轴(7)；其特征在于所述辊子连接所述控制凸轮和阀门传动器以及控制轴，所述控制凸轮移动所述辊子，且支撑在所述控制轴上的所述辊子根据所述控制轴的角位移在一可变冲程移动所述阀门传动器和所述阀门，由此得到一简单、轻、紧凑、精确、低摩擦、能用于高转数、易调节和易控制的连续可变阀门升程系统，同时具有对所有可获得的阀门升程来说都可接受的小阀门间隙。
2.根据权利要求1所述的可变阀动装置，其特征在于为了减少或者消除所述辊子在它所连接的各部件上的滑动，所述辊子包括轴和环。
3.根据权利要求1所述的可变阀动装置，其特征在于所述辊子是圆柱形或者球形或者是圆筒状的或是通常是一旋转体或包括旋转体。
4.根据权利要求1所述的可变阀动装置，其特征在于所述辊子是一自由辊子，限制在所述控制凸轮、控制轴和阀门传动器之间。
5.根据权利要求1所述的可变阀动装置，其特征在于所述辊子只是部分圆柱形的或者它是一旋转体的一部分。
6.根据权利要求1所述的可变阀动装置，其特征在于所述辊子直接与所述控制凸轮、控制轴以及阀门传动器接触。
7.根据权利要求1所述的可变阀动装置，其特征在于所述辊子是一滚柱轴承，在与它相连接的所有或部分组件上直接滚动。
8.根据权利要求1所述的可变阀动装置，其特征在于所述阀门关闭情况下，当所述辊子与所述控制凸轮的基圆相接触时，所述控制轴的旋转轴和所述辊子的轴基本相互补偿，所述辊子沿所述控制轴的一表面被支撑，所述控制轴包括一接有一启动部分的空转起始部分，所述空转起始部分实际上是一与所述控制轴的旋转轴相合的旋转体表面，由此得到一可调升程/可调持续时间/可调定时的系统。
9.根据权利要求1所述的可变阀动装置，其特征在于所述阀门关闭情况下，当所述辊子与所述控制凸轮的基圆接触时，所述控制轴的旋转轴与所述辊子的轴基本相合，由此得到一具有基本不变的持续时间、定时和间隙的可变阀门升程。
10.根据权利要求1所述的可变阀动装置，其特征在于有一杆在其一端连接到所述阀门传动器，且所述杆在其另一端支撑所述辊子。
11.根据权利要求1所述的可变阀动装置，其特征在于适当选择所述控制轴和所述辊子间的所述接触表面的轮廓以及所述阀门传动器和所述辊子间的接触表面的轮廓，以提供具备可接受的小阀门间隙时希望的阀门升程范围。
12.根据权利要求1所述的可变阀动装置，其特征在于适当选择所述控制轴和所述辊子间的接触表面的轮廓以及所述阀门传动器和所述辊子间的接触表面的轮廓，以在可接受的阀门间隙下提供具备从基本为零到一最大值的阀门升程，由此得到一节流系统以及一用于使一些气缸不活动的系统。
13.根据权利要求1所述的可变阀动装置，其特征在于所述控制轴和所述辊子间的接触表面的轮廓，以及所述阀门传动器和所述辊子间的接触表面的轮廓是平面的或是圆柱形的。
14.根据权利要求1所述的可变阀动装置，其特征在于所述辊子被所述控制凸轮通过一联接间接地移动，由此得到一高精确度系统，适于如侧凸轮发动机一样布置。
15.一种可变阀动装置，包括一凸轮轴(1)；一安装在所述凸轮轴(1)上的控制凸轮(2)；一凸轮从动件(33)；一阀门(4)；一用于移动阀门(4)的阀门移置装置(5)；一与所述阀门移置装置(5)可旋转地联接的阀门杆(61)；一控制杆(8)，可围绕一轴(9)旋转且与所述阀门杆(61)在一旋转接合点(11)可旋转地联接；一用于沿着一路径移动所述轴(9)的调节装置；所述阀门(4)的冲程根据所述轴(9)沿所述路径的移动是可变的；其特征在于所述阀门杆(61)和所述控制杆(8)的旋转接合点(11)被所述控制凸轮(2)通过一联接间接地移动；由此得到一高精确度的系统，特别适于如侧凸轮发动机的布置。
全文摘要
本发明提供了一种可变阀动装置，尤其是用于内燃机的可变阀动装置，其中支撑在一可旋转控制表面的一凸轮轴(1)的一控制凸轮(2)通过一自由凸轮从动件作用到一阀门(4)上，以产生对阀门冲程的调节。当阀门间隙保持不变时，阀门冲程能够从一最大值到零连续变化。在一种情况下这个系统只不过是限制在一凸轮凸角、一控制轴(7)和一阀门传动器(5)之间的一辊子(6)。
文档编号F01L13/00GK1836094SQ200480023538
公开日2006年9月20日 申请日期2004年8月12日 优先权日2003年8月18日
发明者曼诺西斯·帕特克斯, 约翰·帕特克斯, 艾玛诺尔·帕特克斯 申请人:曼诺西斯·帕特克斯, 约翰·帕特克斯, 艾玛诺尔·帕特克斯