专利名称:将旋转运动转换为直线运动的机构的制作方法
本发明涉及将旋转部件的旋转运动转换为直线移动部件的直线运动的机构。
本发明之机构，特别但非唯独适用于内燃机菌形气门的启闭。本发明之实施例可提前和/或延迟此类气门启闭的开始时间，使气门升程从零变至最大;延长最大开启的持续时间;利用气门对发动机节气，以及使具有此类气门的一个或多个气缸不作功。
久已知道，内燃机进排气门的定时和其他工作参数如能变更，好处很大，既提高功率而又省油，发动机排气亦更干净。但是，迄今提出的可变气门定时的装置很复杂，在大量生产的情况下是行不通的。本发明现提出一个比较简单的解决气门定时可变问题的办法。
本发明提出一种将旋转运动转换为直线运动的机构，在该机构中，旋转部件的旋转通过绕枢轴转动并与旋转部件保持接触的部件转换为直线运动部件的位移;枢轴轴线平行于旋转部件旋转轴线;上述枢轴线可绕平行于旋转部件旋转轴线的基准轴线调节角度，故直线运动部件的位移可随枢轴线绕基准轴线的转动角度而变更。
在本发明的一个实施例中，旋转部件是一个具有凸轮轮廓线的凸轮，而绕枢轴转动的部件是具有一个与凸轮轮廓线保持接触的从动面的凸轮从动件。
在一个实施例中，从动面是凸轮从动件的外表面。另一种凸轮从动件是一个环形零件，凸轮则在环内旋转。
在本发明的另一个实施例中，绕枢轴转动的部件是一个凸轮轮廓线在内表面的环形从动件，而旋转部件是一个与从动件凸轮轮廓线保持接触的偏心轮。
为便于了解本发明，现参照附图并举例说明各实施例。
图1至图3以部分侧视和部分剖视表示本发明中驱动内燃机菌形气门的机构的第一实施例;
图4再以部分剖视和部分侧视表示图1至图3所示机构用于双气门式内燃机的情形;
图5是图4所示双气门机构部分剖视的俯视图;
图6是用于图4和图5所示机构的半圆蜗轮的正视图。
图7表示图1至图3所示机构的一种改进形式，即其零件的相互位置可以改变。
图8至图10表示图1至图3所示机构另一种可行的改进。
图11至图13以部分侧视和部分视表示本发明中驱动内燃机菌形气门的机构的第二实施例;
图14表示图11至图13所示机构用于双气门式内燃机的情形;
图15至17表示本发明中驱动内燃机菌形气门的机构的第三实施例。
图18表示图15至17所示第三实施例的一项可行的改进;
图19表示图1至图18所述本发明各实施例中从动件的一项可行的改进。
图1至图3表示根据本发明的机构的第一实施例。凸轮轴1上凸轮9的旋转运动转换为菌形气门8被限制在气门导管7内的直线运动。凸轮9绕凸轮轴1旋转轴线的动动转换为气门8的直线运动是通过一个从动件3，安装于并绕枢轴2运动并作用于菌形气门弹簧座5自由端上楔形瓦4的弧形接触面。由枢轴2限定的枢轴轴线平行于凸轮轴1的旋转轴线，它可绕平行于凸轮轴1的旋转轴线的基准轴线D调节角度。此实施例中的凸轮轴是一般的本身有整体凸轮突出部分9的整体凸轮轴。
图1和后面图中的箭头C5表示使从动件3与楔形瓦4和凸轮9保持接触的弹簧压紧机构(未示)的作用。
图1至图3中与凸轮轴旋转线和气门8位移方向成直角的Ⅹ-Ⅹ线表示凸轮轴1的中线基准，而且也表示枢轴2的枢轴轴线从图1所示位置反时针方向转90°的位置。
图4和图5表示图1至图3所示气门驱动机构在双气门式内燃机上应用。在图4和图5所示双气门式的两套气门驱动机构中，相同的零件用相同的编号，其中一套尾标“a”字，以示区分。通常每一个气门的驱动机构零件都一样，但亦可有所不同。有时一个机构用右向零件而另一个机构用相同而左向的零件。一般，只详细叙述所示两套气门驱动机构的其中之一。
从图4和图5看到，凸轮轴1藉其轴颈16和17支承在气缸盖铸件或类似部件6的支柱13上，绕其轴旋转。如果需要，轴颈16和17可在与图平面相垂直的平面从中央分开。从动件3装于并绕其转动的枢轴2是曲柄调节轴10的一个偏心部分，调节轴支承在铸件6的支座13的相应轴承上，并绕基准轴线Ⅹ-Ⅹ旋转。调节轴10又和作为其由曲柄14一部分的一个半圆蜗轮15一起转动。此蜗轮15始终与一个蜗杆11啮合，其螺旋角选用大约10°的“锁止角”。蜗杆11和蜗轮15成10°相接的作用是，蜗杆11能带动蜗轮15转动而蜗轮15不能带动蜗杆转动。一个驱动源(未示)诸如电动机连接并转动蜗杆11，从而转动调节轴10。驱动源的供电一旦停止，采用锁止角的接合就能保证蜗轮一旦达于选定的位置，之后可稳固地保持到驱动源再供电。采用其他合适的方法将调节轴10转动并锁于其调节后的位置亦未尝不可。
位于两个气门及其驱动机构之间有一个中间轴承座18，用以支承两调节轴10和10a转动的相邻两端。如将轴10和10a连接，就可用一个蜗杆蜗轮副调节两个气门8和8a。
图中加粗的线条表示轴承的表面或零件。
现在叙述图1至图6所示气门驱动机构第一实施例的基本工作情形，着重参考图1至图3。
凸轮9的外周表面或轮廓线与从动件3外表面或从动面始终保持滑动接触。凸轮及其从动件之间在凸轮轴1旋转360°(正反方向)时保持滑动接触。
图1中凸轮轴的角度位置是转动了124°的凸轮凸出部分开始作用在从动件3的圆形从动面上。然而，枢轴2位于所示位置时，枢轴线和基准轴线D的连线与基准线Ⅹ-Ⅹ成90°，如图2所示，凸轮转到最高点时也仅是推动从动件3经过楔形瓦4的弧形表面而楔形瓦完全不受力。处于空程时凸轮9不起作用，因为由枢轴2限定的枢轴轴线与楔形瓦4接触面的弧形轮廓相一致，当从动件转动时，枢轴线和楔形瓦之间的径向距离保持不变。
当枢轴2处于图1和图2所示的位置时，尽管凸轮旋转气门8仍关闭，而且枢轴2的这种布置可使采用这种气门8的发动机的气缸不作功。
图3所示枢轴2已从图1的位置反时针方向转90°，此时枢轴轴线与基准线重叠。因此在图3中凸轮轴1的位置时，凸轮9作用的结果与图2大不相同。如图3所示，凸轮轴的旋转现在使从动件3产生一个向下作用于楔形瓦4上的压力并因此推动气门8。此外，假定凸轮9的最大升程为0.228″，可以看到，由于此机构固有的杠杆作用和楔形瓦的倾斜效果，凸轮的升程可以增加到0.425″。
因此，在图1和图3中枢轴2的两个极端的调节位置分别表示气门8的位移是0和大约0.425″。在所示的两个极端位置之间，即在90°的调节角度范围包括了气门位移变化的全部范围。图4和图5所示为具有两个进气门和两个排气门的双气门式发动机。不过本发明一样适用于诸如二冲程的单气门式的发动机、每个气缸有一个进气门和一个排气门的发动机和多进气门和排气门的发动机。应该注意，在所示的双气门式机构中，气门8和8a的调节轴10和10a是独立的，以便每个气门分别调节。
在一台典型的六缸发动机中，则会有24个气门(12个进气门和12个排气门)，即每个气缸有4个气门。假如每一种气门12个全部要调节，则可用一个多曲柄的调节轴10，并且只需一套角度调节和锁紧控制零件(例如蜗杆和蜗轮)。当发动机运行时如果想要某个气缸或多个气缸不作功或作其他调整，则该气缸或多气的调节轴需要分开。
图7所示为图1至图6所示机构一项可行的变革。其基准线x-x不必和从动件3的基准轴线与凸轮轴的旋转轴线一致。因而在图7大致并部分表示的机构中，凸轮轴1的旋轴轴线位于一条新的更高的基准线Z-Z，而枢轴轴线(处于90°位置)位于一条较低的基准线Y-Y。从动件3的基准轴线D位于基准线X-X。凸轮轴旋转枢轴2处于90°空程位置时，从动件3的位置用虚线表示，3b表示凸轮最高点到达从动件3的位置。
图4和图5所示的两个凸轮9和9a外形相同，位置一样。不过它们也可以错开一个角度，例如使两个气门8和8a的开启时间略为不同。
因此，图1至图7中的机构可以完全控制单独的或成组的气门，因为在发动或具有此种机构的其他机械在运转时能够将气门升程从零调到最大。在本发明第一实施例中可以做到这一点，而不改变气门定时。
如有需要，可在一个或多个接触位置采用控制弹簧机构，以保证凸轮与从动件之间和从动件与楔形瓦之间的连续接触。
图8至图10表示本发明第一实施例的一项改进，它除了在从动件3的圆形从动面上多一个凸出部分3C外，结构与图1至图7所述的基本相同。其次，在图8至图10中，基准线Z-Z即凸轮轴1的旋转轴线位于基准线Y-Y即枢轴轴线(处于其90°位置)和基准线X-X即基准轴线D之间。基准线Z-Z高于基准线X-X的作用是当枢轴2的基准线Y-Y转向基准X-X时，由于从动件3与凸轮9保持接触从而控制从动件3。
如图8至图10之例所示，从动件3的从动面上的凸出部分3C的构成方式使得可以保持从动件自由枢轴2限定的枢轴轴线起的最大径向距离，以得到气门升程为零时的空程位置(见图10)。
图9表示图8至图10的机构可以延长气门最大开启的停顿时间并延迟重叠时间。举例来说，这种机构的凸轮轴1可提前若干度，例如因凸出部分3C可获得的一半工作度数，这就可保证总地延长气门开启时间及最大升程时的持续时间。图9显示最大升程时的持续时间从16°增加到37.5°即增加了21.5°。
图11至图14表示本发明的第二实施例，凸轮101在一个环形或空心的从动件103内旋转。从动件装于枢轴102并绕其转动。枢轴是与凸轮轴101同心的空心调节轴上的一个偏心部分。
接触辊子119装于凸轮轴101并接触从动件103上有一凸出部分109的内从动面。空心轴110上有一个与其共转并啮合蜗杆111的蜗轮。隔开件102b连接图14所示双气门式机构中两个枢轴102和102a。
图11至图14中其他与第一实施例相同的零件用相同的编号。
现再更具体地参照图11至图13，所示本发明实施例的工作情况如下。
如果凸轮轴1作反时针方向旋转，当枢轴102处于图11所示的位置时，可以看到一个空程位置，此时从动件3只是绕枢轴102上转，气门8没有位移。如果凸轮轴1作顺时针方向旋转亦然。
图12表示枢轴2已绕基准轴轴D转90°并与凸轮轴1旋转轴线重叠的情形。辊子119开始触及从动件103的从动面上凸出部分9的斜面起点。如果凸轮轴1顺时针方向继续旋转至图13所示的位置，则从动件103产生位移，气门8随之位移。如果12和图13所示，由凸出部分9所能提供的可能的最大升程0.350″变成了气门的最大升程0.360″。
如同第一实施例一样枢轴102在图11和图12所示的两个位置之间进行角度调节，则在本例情况下气门升程就可以从零到0.360″变化。
然而，图11至图14所示的机构与图1至图7中的第一实施例不同。因为在调节枢轴102时，凸出部分9和从动件103一起调节了角度，故气门定时及升程均产生改变。
在图11至图14的实施例中值得注意的是，将枢轴102从空程位置调节到最大升程位置时也产生了有关“滑触”力方面的益处，即在空程位置时，从动件103在整个楔形瓦104上产生相当大的滑触作用，但升程增大时，滑触作用减小，该情况从图12、13可见。它表明座的挺杆可以轻质材料，从而使运动质量降低到满意的程度。
图11至图14所示的第二实施例也可采用类似图1实施例中外部接触弹簧机构的压紧弹簧机构。但是要注意，由于气门关闭弹簧对抗着压紧弹簧，故调节枢轴102的同时也改变了弹簧负载。枢轴从一端调节到另一端时，两个弹簧的负载均有所改变，但总的负载保持不变。
图15至图18表示本发明的第三实施例，它类似图11至图14的第二实施例，即其凸轮轴1穿过一个环形从动件103。图15至图18中的凸轮轴是具有在图1至图7第一实施例中那种凸轮9的标准凸轮轴。凸轮9经辊子200与从动件103接触。靠气门弹簧(未示)将座和瓦5和4总成压贴于从动件3的外表面以保持接触压力。
图16表示枢轴调节到气门升程为零时间空程位置。
图15和图17表示枢轴调节到气门升程最大时的位置。图15表示凸轮9在旋转时与辊子200处于不发生作用的位置。辊子藉气门弹簧压力紧贴于凸轮轮廓线上的圆周部分。图17表示凸轮轴已经转到凸轮的凸出部分9与辊子200接触的位置，从动件103和气门8因此产生位移，凸轮凸出部分9提供的可能的升程0.288″，在这种机构中变成了气门的最终最大升程0.312″。
图18表示图15至图17所示机构采用完全弹簧控制的形式。从动件203上有一个弹簧套24，里面的压紧弹簧作用于弹簧弹套24的一个封闭端和带有一个辊子21的活塞之间。与凸轮9接触的辊子21正对着载于从动件203内从动面上的辊子200。此种弹簧加载机构可使从动件受到控制，然而仍能够充分调节气门的定时和升程。图18之改进亦为一种创新的机构带来了可能。这种机构的从动件3将直接接触气门8而不再需要弹簧座5或气门弹簧。
在前述发明的诸实施例中可以看到，凸轮与从动件之间的接触面和从动面与楔形瓦之间的接触面是同一个，但此处不然。在图19所示的机构中，从动件从动于凸轮9的面和其作用于楔形瓦4或两个楔形瓦4和4a的面是分开的。
图19所示的机构准备用于例如图4所示的双气门式装置。为此，可用一个从动件3上的两个输出环3b和3c，分别作用于气门座5和5a(图19未示)。所以气门8和8a的动作是一致的。如有需要，两个输出环3b和3c可以做成不同的外形轮廓。此种机构的一对气门只需要一个枢轴2，但也可提供如图4中所示两个独立的枢轴2和2a如有需要，两个独立的从动件3和3a可各有一输出环3b或3c，如果此举可取。
本发明之诸实施例在于通过对内燃机现有设计的小小改善，便可收到变更升程、定时及气门节气之效，因此是值得重视的。
权利要求
1.一种将旋转运动转换为直线运动的机构，其特征是旋转部件的旋转是通过绕枢轴转动并与旋转部件保持接触的部件转换为直线运动部件的位移；枢轴轴线平行于旋转部件的旋转轴线；上述枢轴轴线可绕平行于旋转部件旋转轴线的基准轴线调节角度，故直线运动部件的移动可随枢轴轴线绕基准轴线的转动角度而变更。
2.根据权利要求
1的机构，其旋转部件是一个具有凸轮轮廓线的凸轮，而绕枢轴动动的部件是一个具有与凸轮轮廓线保持接触的从动面的凸轮从动件。
3.根据权利要求
2的机构，其从动面是凸轮从动件的一个外表面。
4.根据权利要求
2的机构，其凸轮从动件是一个凸轮在其内圈旋转的环形零件。
5.根据权利要求
1的机构，其绕枢轴转动的部件是一个具有内凸轮轮廓线的环形从动件，而旋转部件是一个与从动件凸轮轮廓保持接触的偏心轮的形式。
6.根据权利要求
5的机构，其偏心轮是一个与从动件凸轮轮廓线接触的辊子的形式。
7.根据权利要求
3或4的机构，其从动件的从动面上有一个凸轮形的凸出部分。
8.根据权利要求
5的机构，其凸轮从动面上装有一个与凸轮轮廓线接触的辊子。
9.根据权利要求
8的机构，其从动面接触辊子的位置与从动件的枢轴线隔开成90°。
10.根据权利要求
9的机构，其从动件有一个沿基准轴线径向移动并有弹性地压向基准轴线的第二接触辊子。
11.根据权利要求
10的机构，其从动件的第一和第二接触辊子是完全正对的。
12.根据上述任何一项权利要求
的机构，其从动件的枢轴轴线由偏心置于调节轴上的枢轴限定，调节轴的旋转轴线形成基准轴线。藉转动调节轴调节轴的角度并固定于其调节后的位置。
13.根据权利要求
12的机构，其调节装置包括一个与调节轴一起转动的从动件和一个由动力源驱动的主动件，主动件和从动件之间的传动关系应该是运动由主动件和从动件而不可反之。
14.根据权利要求
13的机构，其从动件是一个蜗轮而主动件是一个蜗杆。
15.根据上述任何一项权利要求
的机构，其旋转零件装于或构成于凸轮轴而直线运动零件是一个气门。
16.一种将旋转运动转换为直线运动的机构根据附图基本上已知上述。
17.具有根据上述权利要求
中任何一项将凸轮轴运动转换为发动机气门运动的机机的内燃机。
专利摘要
一种将凸轮轴(1)上凸轮(9)的旋转运动转换为菌形气门(8)在导管7内被导致直线移动的周期性直线运动的机构，气门有一受气门弹簧(未示)作用的座5，座上有接触表面呈弧形的楔形瓦(4)。凸轮从动件装于枢轴(2)并绕其转动。枢轴规定枢轴轴线平行于凸轮轴(11)的旋转轴线。从动件(3)在弹性压力作用(CS))下与凸轮和楔形瓦接触。枢轴可绕平行于凸轮轴旋转轴线的基准轴线(D)调节角度，因此气门(8)的直线位移可根据枢轴(2)所选定的角度而变更。
文档编号F16H25/00GK86104317SQ86104317
公开日1988年1月6日 申请日期1986年6月21日
发明者弗雷德里克·迈克尔·斯蒂沃西 申请人:弗雷德里克·迈克尔·斯蒂沃西导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan