用于可切换摇臂的锁止机构和内燃机的制作方法

本发明涉及一种用于可切换摇臂的锁止机构，该可切换摇臂用于内燃机的气门机构。本发明还涉及包括上述锁止机构的内燃机。

背景技术：

为提高内燃机性能、提升燃油经济性并且减少废气排放，常使用可变气门升程系统。已知一种可行的方案是可切换摇臂，其中，摇臂能够具有多个分臂，例如内臂和外臂。可切换摇臂可以借助锁止机构实现在锁定状态和解锁状态之间的切换，以控制气门致动。在一种可能的方式中，锁止机构具有锁定销，当锁定销在锁定位置上，锁定销使内臂和外臂以一个单元移动，而当锁定销在解锁位置时，摇臂的两个分臂能够相互独立地移动。在一种可能的方式中，可切换摇臂在不同的状态中借助不同的分臂接触不同的凸轮凸角，例如低升程凸角、高升凸角和无升程凸角，由此将不同的升程传递到相关联的进气门的气门杆或排气门的气门杆。气门机构系统以适合内燃机运行的方式切换摇臂模式。

例如，在美国专利文件us8,752,513b2中公开了一种可切换摇臂，其中，可切换摇臂的内臂和外臂用于将凸轮轴的运动传递到气门杆，其中，锁止机构包括锁定销，套管和导向部件。

又例如，在美国专利文件us8,726,862b2中也公开了一种可切换摇臂，其中，可切换摇臂具有由可致动锁定销形成的锁止机构，锁定销具有平坦部，并且锁定销从内臂延伸并且接合在外臂的止挡表面下方。

然而，在上述方案中，锁定销被容纳在油液环境中，并且锁定销通过比较弹簧力和油道所产生的油压来确定运动方向，从而实现锁定/解锁功能，以实现不同的气门升程。因此，必须设置油道，使得油液能够例如从气缸盖输送到锁定销的容纳腔，这极大地增加了气缸盖的复杂性，增大了气缸盖在设计上和制造上的困难程度。此外，由于工作介质是油液，因此在灵活切换摇臂的工作模式时受到一定的限制。

技术实现要素：

因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于可切换摇臂的锁止机构，这种锁止机构的致动无需设置油道，从而简化内燃机，特别是内燃机的气门机构的设计和制造

上述技术问题通过一种用于可切换摇臂的锁止机构解决，该可切换摇臂用于内燃机的气门机构，其中，可切换摇臂包括两个能够相对彼此运动的分臂，锁止机构包括锁定销和致动器，其中，锁定销被容纳在两个分臂中的沿可切换摇臂的纵向的端部之间且能够连接或分离两个分臂，例如能够在两个分臂的端部内设置凹槽，将锁定销设置在其中一个凹槽内且能够移动到另一个凹槽内，其中，致动器能够致动锁定销，使得锁定销在沿可切换摇臂的纵向分布的连接位置和分离位置之间移动，锁定销在连接位置固定连接两个分臂，锁定销在分离位置解除这种固定连接，从而两个分臂能够相对运动。根据本发明，在锁定销的朝向致动器的一端上设有磁极，致动器包括能转动的永磁体，从而使得锁定销在连接位置和分离位置之间移动。

在本发明中，可切换摇臂至少具有两个分臂，例如能够设置通过分臂的相对位置定义的内臂和外臂。这两个分臂能够相对运动，例如相对枢转。根据本发明的锁止机构能够通过移动锁止机构的锁定销将两个分臂固定连接，使得两个分臂作为一个整体的单元移动。因此，根据锁定销的位置，可切换摇臂具有两种状态，即在连接位置的锁定状态和在分离位置的解锁状态。在锁定状态中，锁定销位于连接位置，并且例如通过形状配合等方式使得两个分臂无法相对移动。在解锁状态中，锁定销位于不同于连接位置的分离位置，此时例如通过解除上述形状配合式连接使得两个分臂能够相对运动。本发明不限定可切换摇臂的多个分臂之间的连接关系以及进行相对运动的方式。由于可切换摇臂，特别是两个分臂在两个状态中的运动特性不同，因此，可切换摇臂作为凸轮的从动件，对于由凸轮轴驱动的凸轮的响应不同，从而使得气门升程也不同，实现摇臂的“可切换”功能。锁定销能够整体呈圆柱体或长方体，也能够是其他的形状。锁定销能够沿其纵向被设置在两个分臂的任一个中，也就是说，锁定销能够沿轴向或长边方向主要由一个分臂容纳，仅在锁定状态的时候连接到另一个分臂。为此，在相应的分臂中设置用于容纳锁定销的容纳腔，锁定销在切换状态时在该容纳腔内移动。

根据本发明，在锁定销的朝向致动器的一端上设有磁极，致动器包括能转动的永磁体，永磁体被能转动地布置在内燃机中相对固定的部件上。致动器的永磁体能够具有多种形状，例如长条形或u形。当致动器的永磁体为长条形时，永磁体的两个磁极优选在其纵向两端，即在永磁体的较长的延伸方向的两端，永磁体的旋转轴线基本垂直于永磁体内部的磁感线方向并且旋转轴线优选在永磁体沿纵向的中间位置处与永磁体相交。当致动器的永磁体为u形或者说蹄形时，永磁体的两个磁极优选在其两个支腿的端部，永磁体的旋转轴线垂直于永磁体的两个支腿所构成的平面并且旋转轴线优选在永磁体的两个支腿的连接处与永磁体相交。由于锁定销基本沿可切换摇臂的纵向延伸，也就是沿可切换摇臂的具有最大尺寸的方向延伸，并且锁定销位于可切换摇臂的纵向的端部，因此能够将锁定销与致动器的永磁体相互靠近地且对置地布置，其间距应使得锁定销的外端磁极和致动器的永磁体在磁性作用范围内，即锁定销的磁极产生的磁力和致动器的永磁体产生的磁力能够相互吸引或相互排斥，从而推动或拉动锁定销。例如，如果锁定销的外端磁极为n极，那么当转动致动器的永磁体，使得其n极靠近锁定销时，锁定销和致动器产生排斥力，从而推动锁定销远离致动器；而当转动致动器的永磁体，使得其s极靠近锁定销时，锁定销和致动器产生吸引力，从而拉回锁定销，使其靠近致动器。因此，能够通过根据本发明的设计方案，避免专门为锁止机构设计油路，从而简化内燃机的设计和制造。此外，虽然在摇臂外设置了致动器，但是由于省去油路的设计，例如摇臂、液压挺杆等多个部件能够相应地简化设计，从而缩小尺寸，因此，整体的结构和布局能够更为紧凑，从而能够构成紧凑型的内燃机系统。另外，由于不再使用油液作为介质，无需在设计时考虑油液流动速度，对于根据本发明的锁止机构的控制能够更为快速、灵活且精确。

在一种优选的实施方式中，锁定销在致动器的永磁体的旋转平面内。在这种情况下，致动器的永磁体的两个磁极能够在致动器的不同状态下尽可能靠近锁定销，从而增大锁定销和致动器之间的吸引力或排斥力。

在另一种优选的实施方式中，在锁定销的朝向致动器的一端安置永磁体。永磁体能够是长形的，例如是圆柱体或长方体等。有利地，永磁体内部的磁感线基本沿永磁体的轴向或者长边延伸，也就是说，永磁体面向致动器的、外侧端部仅具有一个磁极。永磁体被布置在锁定销的靠近致动器的端部处。从而能够缩小永磁体和致动器的间距，从而增强这二者之间的吸引力和排斥力。

备选地，锁定销由永磁材料制成。有利地，锁定销内部的磁感线基本沿锁定销的轴向或者长边延伸，也就是说，锁定销面向致动器的、外侧端部仅具有一个磁极。从而简化工序，方便制造。

在一种特别有利的实施方式中，由电机驱动致动器的永磁体转动。例如，能够在长条形磁铁的纵向中部设置转动轴，或者在u形磁铁的两条支腿的连接处设置转动轴。这种转动轴构成致动器的永磁体的旋转轴线并且转动轴由电机驱动。从而致动器面向锁定销的端部能够是与锁定销端部的磁极相同的或相反的磁极，由此通过排斥力“推动”锁定销或通过吸引力“拉动”锁定销。

有利地，电机的运行由电子控制单元控制。从而能够根据内燃机配置以及配备有该内燃机的交通运输工具的实际工作情况灵活调整相应气门的气门升程。

在另一种优选的实施方式中，在锁定销的外表面设置用于止挡的台肩。相应地，在容纳锁定销的容纳腔的内壁设置与锁定销的台肩相应的轮廓，从而能够在可切换摇臂的纵向上对锁定销进行止挡，例如能够防止锁定销滑出摇臂。

在另一种优选的实施方式中，在锁定销的远离致动器的一侧设置止挡件，止挡件被固定在容纳锁定销的分臂内。例如，能够设置该止挡件具有套筒部段，并且在套筒的远离锁定销的端部具有垂直于可切换摇臂的纵向向外延伸的凸缘，该凸缘例如形状配合式地止挡件固定到相应分臂的用于容纳锁定销的容纳腔的内壁上。从而能够防止锁定销的移动超过极限位置，例如导致锁定销的磁极和致动器的间距过大，使得致动力不足以移动锁定销。

在另一种优选的实施方式中，在锁定销的远离致动器的一侧设置能沿锁定销的运动方向张紧的弹性件。例如在设置有止挡件的情况下，在止挡件和锁定销之间设置沿可切换摇臂的纵向张紧的弹性件。备选地，在锁定销的朝向致动器的一侧设置能沿锁定销的运动方向张紧的弹性件。弹性件例如是螺旋弹簧。在切换气门的实际操作中，考虑到两个分臂的固定连接方式，锁定销在锁定过程和解锁过程中所需要的致动力可能会有所不同，因此，能够设计在需要较少致动力的过程中，致动器的致动力移动锁定销，同时还能够例如通过压缩弹性件存储弹性势能；而在另外的需要较多致动力的过程中，所存储的弹性势能能够协助致动器一同移动锁定销。从而保证锁止机构的可靠运行。

有利地，中空地设计锁定销的设有弹性件的端部，使得弹性件被容纳在锁定销的空腔中。例如在有止挡件的情况下，能够在锁定销的面向止挡件的一侧设置例如圆柱形的空腔，止挡件的套筒部段能够部分地伸入到锁定销的空腔中，并且弹性件抵靠止挡件和空腔的底部。从而能够缩小可切换摇臂的纵向尺寸，使得内燃机的机构更紧凑。同时，弹性体对锁定销的移动起导向作用。

在另一种优选的实施方式中，锁定销的外表面经硬化处理。备选地，锁定销由硬化钢制成。从而减小锁定销在移动过程中造成的磨损。

上述技术问题还通过一种内燃机解决，这种内燃机包括上述锁止机构。根据本发明设计的内燃机无需单独为其中的锁止机构设计油路，从而能够更简单地设计和制造。

附图说明

下面结合附图来示意性地阐述本发明的优选实施方式。附图为：

图1是具有根据本发明优选实施方式的锁止机构的气门机构的局部的示意的剖视图。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于内燃机的气门机构的剖视图的一部分，该气门机构具有根据本发明的一种优选实施方式的锁止机构。在图1中示出了气门机构的凸轮1、可切换摇臂2、气门杆3和气门挺杆4。在本实施方式中，可切换摇臂2是滚子摇臂，但本发明不仅限于滚子摇臂。在气门系统运行时，凸轮1随凸轮轴(未示出)转动，并且凸轮1的转动能够使得可切换摇臂2运动，由此带动与可切换摇臂2相连的气门杆3。气门杆3和液压式的气门挺杆4分别被布置在可切换摇臂2的沿纵向的两端，从而液压式的气门挺杆4能够作为用于调节气门间隙的间隙调节器。

可切换摇臂2具有能够相对彼此枢转的内臂5和外臂8，外臂8具有分别位于板式的内臂5的两侧的两个板件，这两个板件沿可切换摇臂2的纵向延伸，两个板件之间具有横梁，在图1中示出的是横梁的基本呈长方形的截面，外臂8的横梁和内臂5能够通过锁止机构固定连接。

锁止机构包括基本呈圆柱体的锁定销9和致动器7。锁定销9被设置在内臂5的靠近外壁8的横梁的端部。在内臂5中设置用于容纳锁定销9的、基本沿可切换摇臂2的纵向延伸的容纳腔，容纳腔的开口朝向外臂8的横梁一侧。锁定销9通过致动器在容纳腔中沿可切换摇臂2的纵向移动，容纳腔的沿可切换摇臂2的纵向延伸的内壁对锁定销9具有导向作用。锁定销9的外表面经硬化处理或者锁定销9整体由硬化钢制成，从而减少磨损。

当锁定销9位于图1所示的位置，即连接位置，锁定销9伸出内臂5的容纳腔，并且将外臂8的横梁顶到内臂5的止挡表面，从而内臂5和外臂8没有相对运动地以一个单元移动。当锁定销9位于分离位置(未示出)，锁定销9完全缩进内臂5的容纳腔，从而锁定销9不再对外臂8的横梁施加作用力，外臂8的横梁不再抵靠在内臂5的止挡表面上，从而内臂5和外臂8能够相对枢转。由于锁定销9在不同的位置导致内臂5和外臂8的运动特性不同，因此可切换摇臂作为凸轮1的从动件，对于由凸轮轴驱动的凸轮1的响应不同，从而使得气门升程也不同。

在锁止机构的锁定销上设置永磁体6，该永磁体6例如是圆柱形或长方体形的磁铁，并且永磁体6被设置在锁定销9的靠近内臂5的容纳腔开口的端部处。在本实施方式中，布置永磁体6的n极在靠近外侧一端。

锁止机构的致动器7被设计为能转动的条形永磁体13，条形永磁体13被能转动地布置在内燃机中相对固定的部件上。如图所示，在条形永磁体13的纵向的中间位置设置垂直于条形永磁体13的纵向的转动轴12，转动轴12的轴线即为条形永磁体13的旋转轴线。当转动条形永磁体13，使得条形永磁体13的n极靠近锁定销9的永磁体6的n极，从而两个永磁体6，13相互排斥，这种排斥力推动锁定销9从连接位置缩进内臂5的容纳腔直到分离位置。当转动条形永磁体13，使得条形永磁体13的s极靠近锁定销9的永磁体6的n极，从而两个永磁体6，13相互吸引，这种吸引力拉动锁定销9从分离位置移动伸出内臂5的容纳腔直到连接位置。转动轴12由电机驱动，并且电机的驱动由电子控制单元控制，从而能够根据内燃机配置以及配备有该内燃机的交通运输工具的实际工作情况灵活调整相应气门的气门升程。

在锁定销9的外侧设置用于止挡的台肩。相应地，在内臂5的容纳腔的内臂设置与锁定销9的台肩相应的轮廓，从而能够防止锁定销9滑出内臂5。在锁定销9和内臂5的容纳腔的底部之间设置止挡件11，止挡件11具有套筒部段，并且在套筒的远离锁定销9的端部具有沿径向向外延伸的凸缘部段，该凸缘例如将止挡件11卡固到内臂5的容纳腔的内臂上，从而防止锁定销过多地缩进内臂5的容纳腔。

在锁定销9面向止挡件11的端侧设置圆柱形的空腔，止挡件11的套筒部段能够部分地伸入到锁定销9的空腔中。在锁定销9的空腔中还设置螺旋弹簧10，该螺旋弹簧10一端包围止挡件11的套筒部段并且抵靠在止挡件11的凸缘部段，螺旋弹簧10的另一端抵靠在锁定销9的空腔的底部，从而螺旋弹簧10能够沿可切换摇臂的纵向张紧。在锁定销9缩进内臂5的容纳腔时，需要的动力较小，致动器的排斥动力移动锁定销9的同时还能压缩螺旋弹簧10，存储弹性势能。在锁定销9伸出内臂5的容纳腔时，需要的动力较大，所存储的弹性势能能够协助致动器一同拉出锁定销9，从而保证锁止机构的可靠运行。同时，螺旋弹簧10对锁定销9具有导向作用。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应该理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记列表

1凸轮

2摇臂

3气门杆

4气门挺杆

5内臂

6永磁体

7致动器

8外壁

9锁定销

10弹性件

11止挡件

12转动轴

13永磁体