液压气门间隙调节器

摘要

一种用于发动机配气机构的液压间隙调节器(HLA)，包括用于自动消除发动机配气机构中的间隙的液压间隙调节装置，其特征是还包括空动装置，用于阻止在配气机构中响应于转动的凸轮的升程轮廓而引起的运动被传递至发动机气门。

说明书

发明领域

本发明涉及用在发动机配气机构总成中的液压间隙调节器。本发明尤其 涉及提供空动行程可变气门驱动(VVA)能力的液压间隙调节器。

发明背景

典型的液压间隙调节器(HLA)包括在外主体和可滑动安装在外主体中的 柱塞机构之间限定出的第一油腔以及被偏压以通过从外主体向外推压出柱 塞机构来扩大第一油腔从而伸展HLA的弹簧。一般，HLA具有第二油腔， 其由柱塞机构限定并且与发动机供油装置流体连通。所述第一油腔和第二油 腔通过单向阀分隔开，并且当HLA伸展(进而第一腔扩大)时，因为第二腔内 的油压变得高于第一腔内的油压，油从第二腔经所述单向阀流入第一腔。虽 然油可以经所述单向阀流入第一压力腔，但它只能很缓慢地逸出第一压力 腔，例如通过间隔很近的下泄表面。因而，HLA可伸展以消除在配气机构 总成内的例如在凸轮和滚子之间的任何间隙，但在其伸展之后，在第一腔内 的不可压缩的油对HLA提供足够刚性的支承以在摇臂枢转时打开该气门(即 不可压缩的油阻止柱塞机构被向内推回到外主体中且由此该HLA成为一刚 性整体)。

发动机压缩制动装置一般作为除轮制动装置以外的辅助制动装置用在 由重型或中型柴油发动机提供动力的较大型运输工具如卡车上。在被启动 时，发动机压缩制动系统被设置成在气缸内的活塞接近其压缩冲程的上止点 位置时提供发动机气缸排气门的附加打开，从而压缩空气经该排气门被释 放。这造成发动机起到减缓运输工具速度的耗功压气机作用。

在与发动机压缩制动装置连用的典型配气机构总成中，排气门被摇臂驱 动以提供除主排气门升程之外的附加的压缩制动排气门升程。该摇臂响应于 在转动的凸轮轴上的凸轮而摇摆并且直接或间接(例如通过气门桥)作用于排 气门以打开它。当发动机处于正常的发动机燃烧模式时，空动可变气门驱动 系统可被用来阻止附加压缩制动排气门升程。

液压间隙调节器也可以设置在所述配气机构总成中来消除在配气机构 中的组成部件之间形成的任何间隙(即空隙)。

US7156062描述了一种气门驱动系统，其包括空动系统和单独的独立自 动间隙调节器。该系统复杂且具有大量独立组成构件。

US7484483描述了一种可变气门驱动系统，其包括手动间隙调节器。手 动间隙调节器的缺点是不能提供自动间隙调节。相反，技工必须在发动机维 护过程中调整手动间隙调节器。

发明内容

根据本发明，提供一种如权利要求1所述的液压间隙调节器。

将空动装置加入HLA提供了这样一种系统，其与具有相互分开独立的 HLA和空动系统的已知系统相比更简单且具有更少的组成部件。这简化了 制造过程并降低了成本。

根据本发明，还提供一种如权利要求12所述的配气机构。

附图简介

图1是配气机构总成的侧视示意图。

图2是HLA的侧视剖面示意图。

图3a是HLA的侧视剖面示意图，其组成部件处于第一形态。

图3b是图3a的HLA的侧视剖面示意图，其组成部件处于第一形态。

图4是配气机构总成的侧视示意图。

图5是配气机构总成的侧视示意图。

图5是夹箍件的透视图。

图6a是HLA的侧视剖面示意图。

图6b是HLA的侧视剖面示意图。

图7是配气机构总成的侧视示意图。图8示出了致动器的组成部件。

图8示出了气门升程与凸轮角度之间关系的曲线图。

图9b示出了处于第二形态的致动器和发动机制动腔体。

图9a、9b和9c均示出了替代的HLA的侧视剖面示意图。

所示出的发明实施例的具体说明

图1示意性示出了配气机构总成1，其包括能绕摇臂轴5枢转运动地安 装的排气摇臂3。排气摇臂3在第一端7包括可转动安装的滚子9用于接合 排气凸轮11，该排气凸轮安装或形成在可转动的凸轮轴13上。排气凸轮11 包括基圆11a、主排气升程轮廓11b和附加排气升程轮廓11c。

如图1所示，排气摇臂3在第二端15包括空腔17，该空腔中支承有液 压间隙调节器(HLA)19。HLA 19用于接触发动机气缸21的排气门20。

参见图2，HLA 19包括通过第一限位夹箍23支承在空腔17内的空心 外主体21。空心外主体21包括第一闭合端25，其从空腔17伸出并限定出 球头27，球头容纳在由象脚31限定的承窝29内。象脚31包括用于接触排 气门20的杆35的平底端33。球头27通过第二限位夹箍37被限制在承窝 29中。

HLA 19包括第一柱塞39，其可滑动安装在空心外主体21内并且延伸 到空心外主体21的第二敞开端26上方。在此例子中，第一柱塞39是由两 个部分构成的空心构件，包括第一空心体39a和第二空心体39b。第二空心 体39b同轴抵靠在第一空心体39a内，例如抵靠在由第一空心体39a限定的 第一环形唇41上。位于外主体21的第一闭合端25处的第一偏压机构40如 压缩弹簧向外偏压第一柱塞39远离外主体21，从而第一柱塞39的由第一空 心体39a和第二空心体39b的各端所限定的第一敞开端45压在空腔17的上 内表面47上。

HLA 19还包括可滑动安装在第一柱塞39的第一空心体39a内的第二柱 塞49。第二柱塞49与第二空心体39b同轴且相对。在如图2所示的位置上， 第二柱塞49靠置在由第一空心体39a限定的第二环形唇50上。第二柱塞49 限定出第一开孔51，用于连通由空心外主体21、第一空心体39a和第二柱 塞49所限定的第一腔52和由第一空心体39a、第二柱塞49和第二空心体 39b所限定的第二腔54。

第二油腔54中装有第二偏压机构53如压缩弹簧，其偏压第二柱塞49 远离第二空心体39b。

HLA 19还配设有止回球阀56，其包括被壳体60限制的球58，该壳体 通过第二柱塞49支承在第一腔52内，该球被第三偏压机构62如小压缩弹 簧偏压到关闭第一开孔51的位置。

在使用中，如果在配气机构总成1中的任何组成部件之间形成间隙(即 空隙)，则第一偏压机构40可通过推压第一柱塞39远离空心外主体21而伸 展HLA 19的整个有效长度，以收紧配气机构总成1中的间隙。在此运动过 程中，球阀58允许油从第二腔54经第一开孔51流到第一腔52，从而第一 腔52保持充满加压油。通过球阀60阻止油从第一腔52流回到第二腔54。 HLA 19由此提供自动液压间隙调节。

第二空心体39b和摇臂3的上内表面47限定出位于第二腔54上方的第 三腔68。第二空心体39b限定出连通第三腔68和第二腔54的第二开孔64。

油从发动机供油装置(未示出)经供油管路65被供给到第三腔68，该供 油管路穿过摇臂轴5和排气摇臂3连通到HLA 19中。当减压阀70打开时， 油从第三腔68被供入第二腔54。实际上，第二腔54和第三腔68成为储油 器，用于在HLA 19伸展时给第一腔52供油并且例如在气门升程动作过程 中HLA经受负载时补充经下泄表面(由竖向虚线所示)逸出第一腔52的油。

在此例子中，减压阀70是提升阀，包括沿第三腔68的纵轴线延伸并在 第一端结束于阀头74的细长杆72，阀头在减压阀70关闭第二开孔64时与 第二空心件39b形成密封。可以取而代之地采用许多其它类型的阀。杆72 的第二端78延伸穿过HLA 19的上壁80，该第二端在此处能被致动器82接 触，该致动器能被操作以将减压阀70从第二开孔64是关闭的第一位置推动 到第二开孔64是打开的第二位置。第四偏压机构84位于第三腔68内且被 设置成将减压阀70偏压到第二开孔64被关闭的位置。

在此例子中，致动器82包括具有接触头86的杆84。当减压阀70处于 其关闭第二开孔64的第一位置时，杆84处于使接触头86高于而未接触阀 杆72的第二端78的位置。杆84可从此位置移动至接触阀杆72的第二端78， 以便抵抗第四偏压机构84的偏压推动减压阀70来打开第二开孔64。杆84 可以通过例如受发动机控制系统控制的电磁系统87被移动。其它类型的致 动器也可用于驱动减压阀70，例如液压致动器。

HLA 19可通过致动器82被配置成减压阀70是打开的“燃烧模式”或 者减压阀70是关闭的“制动模式”。“燃烧模式”对应于发动机气缸提供 动力冲程的正常发动机运行。与之相对，“制动模式”对应于这样的发动机 运行模式，此时禁止燃烧并且实施发动机卸压制动。

在制动模式中，排气摇臂3的响应于接合滚子11的附加排气升程凸轮 轮廓11c的枢转以每个发动机周期有一次的方式造成排气门20的附加气门 升程，以产生发动机卸压制动动作。相比之下，在燃烧模式中，排气摇臂3 的响应于接合滚子11的附加排气升程凸轮轮廓11c的枢转被HLA 19的可变 气门驱动“空动行程”吸纳，因而阻止排气门20的附加气门升程。

现参见图1、图3a、图3b和图4，以下将解释燃烧操作模式。如图1 所示，凸轮轴13就图面而言正顺时针转动，并且致动器82通过推动减压阀 70打开第二开孔72而将HLA 19配置于燃烧模式。图1示出了当滚子9与 凸轮11的基圆11a接合且排气门21关闭、滚子9马上就要接合附加排气升 程轮廓11c时的配气机构总成1。

图3a是图1的HLA 19的放大图，并且示出了抵靠在环形唇50上的第 二柱塞49，该环形唇围绕第一空心体39a的底部形成，还示出了在第二柱塞 49和第二空心体39b之间有空隙。

随着滚子9开始接合附加排气升程轮廓11c的前部上坡段，排气摇臂3 开始就图面而言顺时针枢转。随着排气摇臂3枢转，排气摇臂3的上内表面 66朝第一腔52底部的方向将第一柱塞39推到空心外主体21内。因为减压 阀70是打开的，所以第一柱塞39的运动能够排移第一腔52内的油，在第 一腔52和第二油腔54之间所造成的压力差使第二柱塞49向第二空心体39b 上移。

当第一柱塞39和第二柱塞49正如此移动时，外主体21保持基本固定 不动，并且没有足以打开排气门20的力被传递给该外主体，尽管排气摇臂3 顺时针枢转。这可持续进行直到第二柱塞49碰到第二空心体39b，此刻， HLA 19将会开始成为一刚性整体，将打开力传递至排气门21，但在此例子 中，即便在滚子9如图4所示接触排气升程轮廓11c的顶点的时刻，第二柱 塞49也保持稍微远离第二空心体39b，如图3B所示，因而排气门20保持 关闭。实际上，第二柱塞49的运动保证了所谓的“空动行程”，其中排气 摇臂3执行枢转行程但排气门20保持关闭。

当滚子9接合主排气升程轮廓11b的上坡段时(附图未示出)，排气摇臂 3顺时针枢转了比滚子9接合附加排气升程轮廓11c的上坡段时更大的程度。 这种运动足以让第二柱塞49碰到作为止挡的第二空心体39b，此刻HLA 19 因第一腔52内的不可压缩的油而成为一刚性整体并且传递打开力至排气门 20，以使排气门打开从而实现发动机周期的排气冲程。

排气门20的最大气门升程出现在滚子9接触主排气升程轮廓11b的顶 点时。当滚子9脱离与主排气升程轮廓11b的顶点的接触时，排气摇臂3开 始就图面而言逆时针枢转，并且排气门21开始在气门回位弹簧(未示出)的作 用下关闭。当滚子9又变成与基圆11a接触时，排气门21被关闭。另外， 第一柱塞39在第一偏压机构40的偏压下从其如图3b所示的位置回到其如 图3a所示的位置，第二柱塞49在第二偏压机构53的偏压下从其如图3b所 示的位置回到其如图3a所示的位置。

参见图5、图6a、图6b和图7，以下将解释卸压制动运行模式。在此模 式中，致动器82保持不接触减压阀70，减压阀在第四偏压机构84的偏压下 保持第二开孔72关闭。图5示出了当滚子9与凸轮11的基圆11a接触且排 气门20关闭、滚子9马上就要与附加排气升程轮廓11c接合时的配气机构 总成1。

图6a是图5的HLA 19的放大图，并且示出了第二柱塞49靠置在环形 唇50上，该环形唇围绕第一空心体39a的底部形成。

随着滚子9开始接合附加排气升程轮廓11c的前部上坡段，排气摇臂3 开始在图面上顺时针枢转。在此运行模式中，因为减压阀70是关闭的，故 当排气摇臂3枢转时，由第二腔54内的油施加在第二柱塞49上的油压与由 第一腔52内的油施加在第二柱塞49上的油压保持平衡，从而第一柱塞39 无法朝空心外主体21内移动且第二柱塞49无法向第二空心体39b上移。而 是，HLA 19因为在第一油腔52内的油的不可压缩性而马上成为一刚性整体， 并且下推气门杆以打开排气门20。排气门20的打开正时是这样的，它在发 动机气缸的压缩冲程结束前打开，从而压缩空气从气缸被排出以产生发动机 卸压制动。该附加气门动作的最大气门升程X(如1.9mm)出现在滚子9接触 附加排气升程轮廓11c的顶点时，见图7。图6b是图7的HLA 19的放大图， 并且在图6a和图6b之间画有线来表示气门升程X。

当滚子9接合主排气升程轮廓11b的上坡段时，排气摇臂3顺时针转动 了比滚子9接合附加排气升程轮廓11e的上坡段时更大的程度，并且HLA 19 作用于排气门20以完全打开它从而实现发动机周期的排气冲程。排气门21 的最大气门升程出现在滚子9接触主排气升程轮廓11b的顶点时。就像在燃 烧模式中那样，当滚子9脱离与主排气升程轮廓11b的顶点接触时，排气门 21开始在气门回位弹簧(未示出)的作用下关闭并且在滚子9回到与基圆11a 接合时被完全关闭。

图8示出了气门升程与凸轮转动角度的关系的曲线图。曲线101表示排 气门20，曲线102表示该发动机气缸的相应进气门(附图中未示出)，进气摇 臂(附图中也未示出)响应于进气凸轮(附图中也未示出)作用于该进气门。由 HLA 19在燃烧模式中所吸纳的空动行程如双头箭头100所示。在燃烧模式 中，排气门20在“空动行程”中保持关闭，并且排气门在标以EVO的时刻 打开并在标以EVC的时刻关闭。在制动模式中，排气门21在气缸压缩冲程 结束前的时刻ExBr VO开始打开以实现附加气门动作，从而允许压缩空气 从气缸排出。排气门在主排气升程之后的时刻ExBb Vc关闭。人们将会认识 到，在附加气门升程中气门的具体运动方式将由附加凸轮升程轮廓11c的形 状来决定。

图9a-9c示出了替代的HLA 19，其可以被用在本发明的实施例中。在这 些图中，相同的附图标记表示前述的相同特征。

在各图9a-9c中，第一空心柱塞39'是单件式构件，而不是如上所述的由 两个部分构成的构件。柱塞39'具有环形区200，其限定出第二开孔64并提 供接触面以止挡第二柱塞49。

在图9b中，减压阀70'是由两个部分构成的构件，包括从HLA 19伸出 且能被致动器82(图9b未示出)接触的第一部分70a'以及受第一部分70a'作用 以打开第二开孔62的第二部分70b'。

在图9c中，减压阀70"包括阀针70a"，其从HLA 19伸出并且能被致动 器82(图9c未示出)移动以作用在止回球阀201上以打开第二开孔62。止回 球阀201具有与关闭第一开孔51的止回球阀60相似的功能和构件。

以上实施例应该理解为只是本发明的示范例。可以想到本发明的其它实 施例。例如虽然在上述实施例中该HLA支承在摇臂内，但不一定是这样的， 该HLA可以支承在配气机构的不同位置或不同组成部件中。虽然在以上实 施例中该HLA直接作用于发动机气门，但不一定是这样的。虽然在以上实 施例中该HLA作用于单个气门，但它可以作用于多个气门，例如通过作用 于气门桥或者其它这样的承载多个气门的构件。虽然在上述实施例中该HLA 与发动机卸压制动运行连用，但可以想到与其它运行模式如尾气再循环连 用。虽然在上述实施例中该HLA的空动装置被用来在燃烧模式中时完全阻 止附加排气门升程(即附加升程根本没有发生)，但它也可被用于部分阻止气 门动作(如气门确实升起，但没有达到在其它情况下将会达到的程度)。也可 以在不超出如所附权利要求书限定的发明范围的情况下采用以上未描述的 其它等同形式和修改。