專利名稱：對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋內(nèi)菌形換氣門(mén)行程控制的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋內(nèi)菌形換氣門(mén)行程控制的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
為了降低內(nèi)燃機(jī)消耗和為了減少?gòu)U氣內(nèi)有害物含量以及進(jìn)一步為了影響內(nèi)燃機(jī)在全部轉(zhuǎn)速范圍的扭矩變化過(guò)程，已知一些氣門(mén)機(jī)構(gòu)，其中進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)的打開(kāi)及關(guān)閉時(shí)間以及進(jìn)氣門(mén)可變的氣門(mén)行程借助受通用特性曲線控制的電致動(dòng)器造成。
例如法國(guó)專利公開(kāi)文件FR 2 608 675 A1公開(kāi)和介紹了一種活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，它有一個(gè)包括多個(gè)控制凸輪的氣門(mén)機(jī)構(gòu)用于一個(gè)氣缸的一些同類菌形氣門(mén)，這些凸輪借助一臺(tái)受通用特性曲線控制的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其目的是針對(duì)基準(zhǔn)氣缸改變菌形氣門(mén)相對(duì)于曲軸的打開(kāi)和關(guān)閉時(shí)間。因?yàn)樵诖艘阎木哂懈髯缘耐馆喌臍忾T(mén)機(jī)構(gòu)中，在打開(kāi)菌形氣門(mén)時(shí)必須克服氣門(mén)關(guān)閉彈簧的力，所以使電動(dòng)機(jī)或旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器要消耗很大的電流，這是配備此類內(nèi)燃機(jī)的汽車(chē)的車(chē)上電網(wǎng)沉重的負(fù)擔(dān)。
電氣設(shè)備或車(chē)上電網(wǎng)的這種巨大的電流負(fù)載，已知可通過(guò)一種具有用于內(nèi)燃機(jī)換氣門(mén)或菌形氣門(mén)行程控制的行程致動(dòng)器的氣門(mén)機(jī)構(gòu)采取措施顯著降低，即，為菌形氣門(mén)各自的氣門(mén)關(guān)閉彈簧配設(shè)一個(gè)氣門(mén)打開(kāi)彈簧，其目的是在換氣門(mén)的行程控制時(shí)，彈簧能量在互相反向作用地配置的彈簧之間振蕩，從支持在相關(guān)的行程致動(dòng)器內(nèi)的電磁力，如由德國(guó)專利文件DE 30 24 109 C2已知的那樣。這種用于換氣門(mén)行程控制設(shè)計(jì)為質(zhì)量-彈簧振蕩系統(tǒng)的行程致動(dòng)器，其缺點(diǎn)尤其是結(jié)構(gòu)高度很大。
最后，由US 5,873,335已知一種旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置，其中，一個(gè)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的普通結(jié)構(gòu)方式的控制凸輪，一方面與由氣門(mén)關(guān)閉彈簧加載的菌形氣門(mén)配合工作，以及另一方面與一根垂直于菌形氣門(mén)布置的在一個(gè)所謂氣門(mén)打開(kāi)彈簧的作用下在凸輪上滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)地作用的挺桿連接。雖然在此已知的氣門(mén)機(jī)構(gòu)中彈簧能量的這種已知的振蕩也用于降低旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器電能的消耗，然而在此已知的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置中存在的缺點(diǎn)尤其在于，在菌形氣門(mén)關(guān)閉時(shí)由于在預(yù)緊的氣門(mén)打開(kāi)彈簧作用下處于頂部區(qū)內(nèi)的挺桿造成控制凸輪的位置不穩(wěn)定，在少量偏離控制凸輪上凸輪頂點(diǎn)時(shí)，挺桿產(chǎn)生一個(gè)沿旋轉(zhuǎn)方向或逆旋轉(zhuǎn)方向的扭矩，它必須通過(guò)受控制的電旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器各自的反扭矩補(bǔ)償，尤其在內(nèi)燃機(jī)停車(chē)時(shí)這會(huì)導(dǎo)致車(chē)上電網(wǎng)的持續(xù)負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是改進(jìn)一種用于在內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋內(nèi)菌形換氣門(mén)行程控制的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置，使得當(dāng)內(nèi)燃機(jī)停車(chē)換氣門(mén)或菌形氣門(mén)處于終端位置時(shí)，具有凸輪型面的控制盤(pán)被絕對(duì)保持，與此同時(shí)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有電流流過(guò)，但另一方面為了離開(kāi)被保持的位置只須向電旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器輸入比較少量直至零的電能。
此目的通過(guò)權(quán)利要求1達(dá)到。
采用本發(fā)明以有利的方式在控制盤(pán)處于各終端位置時(shí)可靠地避免過(guò)調(diào)，以及，通過(guò)機(jī)械的終端止擋還避免為達(dá)到或保持控制盤(pán)的終端位置向旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)單獨(dú)供電流。在旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置工作時(shí)，在旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)中直至一個(gè)預(yù)定的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)頻率，通過(guò)小的供能使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)以越過(guò)第一原始位置，以及除此之外儲(chǔ)存的氣門(mén)打開(kāi)彈簧的壓緊功轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)功能，其中，轉(zhuǎn)子從控制盤(pán)的基圓階段一直加速到達(dá)到凸輪工作面起始處凸輪斜坡面的區(qū)域。隨著達(dá)到凸輪斜坡面，氣門(mén)打開(kāi)彈簧的能量已基本轉(zhuǎn)換，此時(shí)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)固定地連接的控制盤(pán)達(dá)到了最大轉(zhuǎn)速。菌形換氣門(mén)被打開(kāi)，為此所需的能量取自轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)功能以及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速開(kāi)始降低。當(dāng)菌形換氣門(mén)達(dá)到最大打開(kāi)行程時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速趨近于零，以及與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)固定地連接的控制盤(pán)到達(dá)第二終端旋轉(zhuǎn)止擋。在這里，氣門(mén)打開(kāi)彈簧還可以施加一個(gè)小的正力矩，用于第二旋轉(zhuǎn)位置或第二原始位置的保持。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于，氣門(mén)打開(kāi)位置可按照馬達(dá)的要求保持。
為了關(guān)閉菌形換氣門(mén)，向旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)短時(shí)供入反向能量用于離開(kāi)第二原始位置，接著，旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子通過(guò)凸輪工作面被菌形氣門(mén)舒張的關(guān)閉彈簧加速，并與此同時(shí)開(kāi)始?jí)壕o氣門(mén)打開(kāi)彈簧。在換氣門(mén)關(guān)閉過(guò)程中轉(zhuǎn)子達(dá)到最大速度和功能，氣門(mén)打開(kāi)彈簧借助此動(dòng)能通過(guò)與轉(zhuǎn)子的軸連接的杠桿壓緊，其中，控制盤(pán)已經(jīng)沿凸輪基圓與氣門(mén)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)元件配合工作。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)直至預(yù)定的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)頻率通過(guò)擋靠在第一終端旋轉(zhuǎn)止擋上終止，由此達(dá)到的原始位置通過(guò)按本發(fā)明作用在杠桿上的氣門(mén)打開(kāi)彈簧保持。
在按本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置工作并離開(kāi)預(yù)定的軸旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)頻率時(shí)，總是被保持的原始位置借助一種通過(guò)互相碰撞并協(xié)調(diào)一致的止擋之一的彈性變形造成的回彈運(yùn)動(dòng)越過(guò)，回彈運(yùn)動(dòng)使軸和轉(zhuǎn)子沿回彈運(yùn)動(dòng)的方向加速，使旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)為了離開(kāi)各被保持的原始位置基本上無(wú)需供給能量。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，在上述包括換氣門(mén)打開(kāi)和關(guān)閉的循環(huán)期間，可隨時(shí)供給由于系統(tǒng)中摩擦和在換氣閥上的氣體功所需要的能量。
按本發(fā)明一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)，控制盤(pán)包括半個(gè)凸輪型面，凸輪型面在用于打開(kāi)和關(guān)閉的凸輪頂與凸輪基圓之間有一個(gè)設(shè)有斜坡面的凸輪工作面，控制盤(pán)與之沿直徑相反的區(qū)域內(nèi)有一個(gè)沿周向延伸的基圓段，與此基圓段連接一個(gè)基本上沿徑向朝凸輪頂峰區(qū)定向的止擋，用于設(shè)在馬達(dá)或氣缸蓋一側(cè)的第一終端旋轉(zhuǎn)止擋。
采用上述設(shè)計(jì)以有利的方式獲得一種有“半個(gè)”凸輪和組合在內(nèi)的止擋的質(zhì)量小的控制盤(pán)。此外，采用這種包括設(shè)在凸輪基圓與凸輪工作面之間的斜坡面的控制盤(pán)，可通過(guò)旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)附加的控制器有利地影響在此區(qū)域內(nèi)的氣門(mén)加速度，以獲得有利的聲學(xué)效果。
按本發(fā)明的另一項(xiàng)設(shè)計(jì)，與控制盤(pán)毗鄰并與軸旋轉(zhuǎn)固定地連接的杠桿，在其自由端裝有一個(gè)具有環(huán)形導(dǎo)輪由滾動(dòng)軸承支承的滾輪，用圓鋼絲制造并通過(guò)螺旋線狀的線圈定位在氣缸蓋內(nèi)/上作為氣門(mén)打開(kāi)彈簧的螺旋扭力彈簧預(yù)緊的自由彈簧臂，借助滾輪在杠桿的擺動(dòng)范圍內(nèi)導(dǎo)引；以及，在菌形氣門(mén)關(guān)閉時(shí)貼靠在第一終端旋轉(zhuǎn)止擋上的控制盤(pán)，在此原始位置借助彈簧臂的一個(gè)向滾輪加載的折角端段保持。
通過(guò)按本發(fā)明使用螺旋扭力彈簧作為氣門(mén)打開(kāi)彈簧，可以在結(jié)構(gòu)空間小和有比較自由的配置可能性的情況下，以有利的方式獲得一種結(jié)構(gòu)尺寸小并有相應(yīng)彈簧力的彈簧。因?yàn)榘锤欣姆绞剿瑫r(shí)用作止擋保持裝置，所以按另一項(xiàng)建議規(guī)定，端段相對(duì)于彈簧臂以這樣的方式折角，即，使得在滾輪上造成一個(gè)朝打開(kāi)菌形氣門(mén)的方向作用的小的分力。由此以有利的方式減小旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)的起動(dòng)供能。
按另一項(xiàng)建議這也適用于第二終端旋轉(zhuǎn)止擋，按此建議規(guī)定，端段相對(duì)于螺旋扭力彈簧的彈簧臂也可以這樣的方式折角，即，當(dāng)菌形氣門(mén)在第二終端旋轉(zhuǎn)止擋達(dá)到的最大打開(kāi)行程時(shí)，在旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)的轉(zhuǎn)子上作用一個(gè)趨近于零的扭矩。
上述措施適用于此旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置，直至達(dá)到與轉(zhuǎn)子連接的軸的一個(gè)預(yù)定的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)頻率。
按本發(fā)明的另一項(xiàng)設(shè)計(jì)，第一終端旋轉(zhuǎn)止擋當(dāng)內(nèi)燃機(jī)停車(chē)時(shí)可用作靜止止擋，以及，在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)為了提高原動(dòng)力，在控制盤(pán)的第一原始位置的范圍內(nèi)，借助一臺(tái)規(guī)定作為旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)擋靠在彈簧臂端段上的滾輪造成一種動(dòng)態(tài)的原始定位。在這里，旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的供電可以這樣進(jìn)行，即，使克服了彈簧臂端段的作用有些遠(yuǎn)離終端旋轉(zhuǎn)止擋后固定的控制盤(pán)獲得一個(gè)穩(wěn)定的位置，在發(fā)出打開(kāi)換氣門(mén)的打開(kāi)信號(hào)時(shí)迅速越過(guò)此位置，這適用于直至預(yù)定的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)頻率。
此外，采用本發(fā)明可采取措施實(shí)現(xiàn)第二旋轉(zhuǎn)止擋在結(jié)構(gòu)上有利的設(shè)計(jì)，為此，螺旋扭力彈簧的彈簧臂端段在其自由端帶有一個(gè)與滾輪共同作用限制菌形氣門(mén)打開(kāi)行程的彈性止擋鉤，作為第二終端旋轉(zhuǎn)止擋，以及，控制盤(pán)在所屬的凸輪頂部必要時(shí)有一個(gè)與軸同軸的圓弧。通過(guò)此圓弧，以有利的方式保證為第二原始位置提供同樣的起動(dòng)條件。
本發(fā)明除了一種有最大氣門(mén)開(kāi)度和關(guān)閉的氣門(mén)機(jī)構(gòu)外，還能以有利的方式實(shí)現(xiàn)一種有可變行程的氣門(mén)機(jī)構(gòu)，為此還建議，為了實(shí)現(xiàn)菌形氣門(mén)的一種可變的行程，借助控制器實(shí)施交替旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)式步進(jìn)馬達(dá)至少可沿氣門(mén)打開(kāi)方向按一種微步進(jìn)模式工作。此外，轉(zhuǎn)子在正電流后可通過(guò)負(fù)電流制動(dòng)，以及在部分行程時(shí)它可通過(guò)相應(yīng)的轉(zhuǎn)子扭矩固定。
為了在這里能保持比較低的能量需求，按本發(fā)明規(guī)定，針對(duì)菌形氣門(mén)取決于工作點(diǎn)的部分行程，彈簧臂作用在杠桿上的預(yù)緊力可借助于螺旋扭力彈簧相對(duì)于氣缸蓋的位置變化有控制地改變。
對(duì)于低摩擦的氣門(mén)機(jī)構(gòu)還建議，控制盤(pán)與滾柱搖桿配合工作；以及，滾柱搖桿通過(guò)液壓式氣門(mén)間隙補(bǔ)償元件支靠在氣缸蓋上。按另一項(xiàng)設(shè)計(jì)，旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)用作內(nèi)燃機(jī)一個(gè)氣缸上多個(gè)同類菌形氣門(mén)的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器。最后，除了滾柱搖桿外，搖桿和/或杯形挺桿必要時(shí)與液壓式氣門(mén)間隙補(bǔ)償元件結(jié)合可以作為另一個(gè)傳動(dòng)元件。


下面借助附圖表示的實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。其中圖1旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置端面圖；圖2此旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置透視圖，包括作用在杠桿滾輪上使之加速的螺旋扭力彈簧的彈簧臂。
具體實(shí)施例方式
在一個(gè)對(duì)圖中未表示的內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)沒(méi)有詳細(xì)表示的氣缸蓋3內(nèi)的菌形換氣閥2進(jìn)行行程控制的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置1中，一個(gè)由氣門(mén)關(guān)閉彈簧4加載的菌形氣門(mén)2，在傳動(dòng)元件5作為中間連接的情況下，借助控制盤(pán)6進(jìn)行控制行程，其中，與軸7旋轉(zhuǎn)固定地連接的控制盤(pán)6與一臺(tái)受通用特性曲線控制尤其電的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)8處于驅(qū)動(dòng)連接狀態(tài)。此旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)8按照氣門(mén)關(guān)閉彈簧4與一個(gè)通過(guò)控制盤(pán)6與氣門(mén)關(guān)閉彈簧4反向作用的預(yù)緊的氣門(mén)打開(kāi)彈簧9的協(xié)同動(dòng)作進(jìn)行控制。
為了達(dá)到當(dāng)內(nèi)燃機(jī)不工作菌形氣門(mén)2處于終端位置時(shí)控制盤(pán)被絕對(duì)保持，與此同時(shí)旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)8不供電；以及，除此之外為了離開(kāi)此被保持的位置可向旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)8供給比較少的能量，規(guī)定，控制盤(pán)6在菌形氣門(mén)2的關(guān)閉位置和在其打開(kāi)位置，借助分開(kāi)的第一和第二終端旋轉(zhuǎn)止擋10和11定位，并通過(guò)預(yù)緊地作用在一根單獨(dú)設(shè)在軸7上的杠桿12上的氣門(mén)打開(kāi)彈簧9，防轉(zhuǎn)動(dòng)地保持處于各自的原始位置10’、11’，以及，通過(guò)向旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)8供電，實(shí)現(xiàn)越過(guò)各自的原始位置10’、11’，在各壓緊的彈簧4、9內(nèi)儲(chǔ)存的能量，通過(guò)適當(dāng)選擇旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)8轉(zhuǎn)子的慣性矩，用于支持菌形氣門(mén)2的打開(kāi)和關(guān)閉，與此同時(shí)顯著減少供電。
控制盤(pán)6有凸輪型面6’，它在用于打開(kāi)和關(guān)閉氣門(mén)的凸輪頂13與凸輪基圓14之間，包括一個(gè)設(shè)計(jì)為斜坡面的凸輪工作面15，控制盤(pán)6在與之沿直徑相反的區(qū)域內(nèi)有一個(gè)沿周向延伸的基圓段14’，與之相連的是一個(gè)基本上沿徑向朝凸輪頂部定向的止擋16，用于設(shè)在馬達(dá)或氣缸蓋一側(cè)的第一旋轉(zhuǎn)止擋10。
與控制盤(pán)6毗鄰并與軸7旋轉(zhuǎn)固定地連接的杠桿12，在其自由端裝有一個(gè)由滾動(dòng)軸承支承具有環(huán)形導(dǎo)輪18的滾輪17，一個(gè)用圓鋼絲制造并通過(guò)一個(gè)螺旋狀的線圈20定位在氣缸蓋3內(nèi)/上作為氣門(mén)打開(kāi)彈簧9的螺旋扭力彈簧21的自由的、預(yù)緊的彈簧臂19，借助滾輪17在杠桿12的擺動(dòng)范圍內(nèi)導(dǎo)引。以及，在菌形氣門(mén)2關(guān)閉時(shí)貼靠在第一終端旋轉(zhuǎn)止擋10上的控制盤(pán)6，借助彈簧臂19的一個(gè)向滾輪17加載的折角端段22保持在此原始位置10’上，而且優(yōu)選地直至軸7的一個(gè)預(yù)定的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)頻率。
端段22相對(duì)于彈簧臂19可按這樣的方式折角，即，使得在滾輪17上造成一個(gè)朝打開(kāi)菌形氣門(mén)2的方向作用的小的分力，在菌形氣門(mén)2開(kāi)始打開(kāi)時(shí)，此分力使旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)8易于起動(dòng)。
此外，端段22相對(duì)于螺旋扭力彈簧21彈簧臂19的折角可按這樣的方式進(jìn)行，即，當(dāng)菌形氣門(mén)2在第二終端旋轉(zhuǎn)止擋11達(dá)到的相關(guān)的打開(kāi)行程時(shí)，在旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)8的轉(zhuǎn)子上作用一個(gè)趨近于零的扭矩。
還有，由舌形尖軌構(gòu)成的第一旋轉(zhuǎn)止擋10在內(nèi)燃機(jī)停車(chē)時(shí)可以起靜止止擋的作用。然后，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)，在控制凸輪6第一原始位置10’的范圍內(nèi)，可借助一臺(tái)規(guī)定作為旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)式步進(jìn)電機(jī)8，通過(guò)擋靠在彈簧臂端段22上的滾輪17造成一種動(dòng)態(tài)的原始定位。
此外，第二終端旋轉(zhuǎn)止擋11在結(jié)構(gòu)上有利的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)可這樣達(dá)到令螺旋扭力彈簧21彈簧臂19的端段22，在其自由端帶有一個(gè)與滾輪17共同作用限制菌形氣門(mén)2相關(guān)的打開(kāi)行程的彈性止擋鉤25，作為第二終端旋轉(zhuǎn)止擋11，以及，控制盤(pán)6在所屬的凸輪頂部必要時(shí)有一個(gè)與軸7同軸的圓弧26，用于避免造成一個(gè)必須通過(guò)供能來(lái)克服的止動(dòng)位置。
按本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置1的一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)還由此獲得，即，離開(kāi)軸7預(yù)定的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)頻率后，借助一個(gè)通過(guò)相互撞擊和協(xié)調(diào)一致的止擋10、16或25、17之一的彈性變形造成的回彈運(yùn)動(dòng)，分別被保持的原始位置10’、11’在各自的原始位置10’、11’獲得軸7及與軸7連接的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)8轉(zhuǎn)子的一個(gè)加速的反方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以在遠(yuǎn)離軸7預(yù)定的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)頻率時(shí)，為了越過(guò)總是被保持的原始位置10’、11’，基本上不必向旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)8供能。
在本發(fā)明如附圖所示的實(shí)施例中，終端旋轉(zhuǎn)止擋10由剛性的舌形尖軌構(gòu)成，它直至達(dá)到軸7預(yù)定的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)頻率范圍，如一個(gè)剛性的用于在軸一側(cè)的止擋16的旋轉(zhuǎn)止擋那樣作用，以及，當(dāng)越過(guò)軸7預(yù)定的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)頻率時(shí)，它使此止擋16和軸7以及與軸連接的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)8的轉(zhuǎn)子按回彈運(yùn)動(dòng)的方式彈性地反向轉(zhuǎn)動(dòng)。類似地，這同樣適用于螺旋扭力彈簧21彈簧臂19上設(shè)計(jì)為彈性止擋鉤25的終端旋轉(zhuǎn)止擋11，在這里，在軸一側(cè)的杠桿12上由滾動(dòng)軸承支承的滾輪17則起在軸一側(cè)的止擋的作用。
取代彈性的終端旋轉(zhuǎn)止擋10，也可以將它設(shè)計(jì)為剛性，以及不僅終端旋轉(zhuǎn)止擋10而且在控制盤(pán)6上協(xié)調(diào)一致的止擋16均設(shè)有淬火的止擋面，由此在以高的速度互相碰撞時(shí)同樣引發(fā)回彈運(yùn)動(dòng)。
為了擴(kuò)展旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置1的工作范圍，借助控制器實(shí)施交替旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)式步進(jìn)馬達(dá)8，為獲得菌形氣門(mén)2可變的行程，致少可沿氣門(mén)打開(kāi)方向按一種微步進(jìn)模式工作。由此，可從菌形氣門(mén)2的關(guān)閉位置出發(fā)達(dá)到任何期望的較小的氣門(mén)行程。為了在這里保持比較小的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)8的能量需求，針對(duì)菌形氣門(mén)2取決于工作點(diǎn)的部分行程，彈簧臂19作用在杠桿12上的預(yù)緊力，可借助于螺旋扭力彈簧21相對(duì)于氣缸蓋3的位置變化有控制地改變(圖中未表示)。
按本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置1尤其從結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)看可按有利的方式將控制盤(pán)6與滾柱搖桿23組合，以及，滾柱搖桿23通過(guò)液壓式氣門(mén)間隙補(bǔ)償元件或HVA24支靠在氣缸蓋3上。采用HVA24按已知的方式達(dá)到控制盤(pán)6與滾柱搖桿23無(wú)間隙地共同工作，其優(yōu)點(diǎn)是，借助按本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置1也可以實(shí)現(xiàn)菌形氣門(mén)2的最小部分行程。
附圖表示了一個(gè)為單個(gè)菌形氣門(mén)2配設(shè)的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)式步進(jìn)馬達(dá)8，但它也可以用作內(nèi)燃機(jī)一個(gè)氣缸多個(gè)同類菌形氣門(mén)2(尤其進(jìn)氣門(mén))的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器，此時(shí)，單個(gè)旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)8驅(qū)動(dòng)一根軸7和按菌形氣門(mén)2的數(shù)量設(shè)置的控制盤(pán)6。
除了滾柱搖桿23或牽引桿外，必要時(shí)與液壓式氣門(mén)間隙補(bǔ)償元件相結(jié)合，也可以采用搖桿和/或杯形挺桿作為旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置1另一個(gè)傳動(dòng)元件5。
在此旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置1中，換氣門(mén)的打開(kāi)力尤其源于通過(guò)氣門(mén)打開(kāi)彈簧9與氣門(mén)關(guān)閉彈簧4的協(xié)同動(dòng)作產(chǎn)生的致動(dòng)器轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)動(dòng)能以及轉(zhuǎn)子通過(guò)控制盤(pán)6與滾柱搖桿23的強(qiáng)制耦合。由此，尤其更好并更準(zhǔn)確地打開(kāi)排氣門(mén)，此時(shí)基本上取消了排氣門(mén)中對(duì)氣門(mén)直徑的限制。
采用按本發(fā)明的螺旋扭力彈簧杠桿運(yùn)動(dòng)學(xué)的運(yùn)動(dòng)學(xué)條件，旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)8的轉(zhuǎn)子在起動(dòng)位置逆旋轉(zhuǎn)方向壓靠在止擋10上，由此使菌形氣門(mén)2或換氣門(mén)在控制盤(pán)6的凸輪基圓14內(nèi)可靠地保持關(guān)閉以及為此也取消供電。在最大行程位置，通過(guò)凸輪中心或按選擇同樣逆旋轉(zhuǎn)方向的凸輪接觸力針對(duì)止擋11，所以氣門(mén)2在最大行程位置同樣無(wú)電流地保持穩(wěn)定。
由上面所述的可知，在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)時(shí)，換氣門(mén)或菌形氣門(mén)2不必在曲軸轉(zhuǎn)第一圈之前供電并被置于關(guān)閉位置，如在行程致動(dòng)器中所要求的那樣。由此需要較小的起動(dòng)能量以及使車(chē)上電網(wǎng)負(fù)擔(dān)較輕。
最后，應(yīng)當(dāng)注意，按本發(fā)明選擇的螺旋扭力彈簧21通過(guò)低摩擦地支承在杠桿12上的滾輪17作用，并由此產(chǎn)生一種扭矩變化過(guò)程，這種扭矩變化過(guò)程可通過(guò)杠桿相對(duì)于控制盤(pán)6的角度有利地自由選擇其隨時(shí)間的變化。此外，借助此在設(shè)計(jì)按本發(fā)明的氣門(mén)機(jī)構(gòu)時(shí)要確定的杠桿12與控制盤(pán)6之間的角度，可以兼顧在換氣門(mén)2部分行程時(shí)的能量需求，使得針對(duì)部分行程所需的負(fù)電流不達(dá)到極值。
旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)也可以氣動(dòng)或液壓地通過(guò)內(nèi)燃機(jī)通用特性線控制或操縱。此外，旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)也可設(shè)計(jì)為電動(dòng)機(jī)或旋轉(zhuǎn)磁鐵。
權(quán)利要求
1.用于對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋內(nèi)菌形換氣門(mén)進(jìn)行行程控制的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置，-包括一個(gè)受通用特性曲線控制的、作為旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)式馬達(dá)(8)，它有一個(gè)在終端旋轉(zhuǎn)止擋(10、11)之間被交替操縱的轉(zhuǎn)子，-轉(zhuǎn)子通過(guò)一根軸(7)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)固定地連接的具有分段式凸輪型面(6’)的控制盤(pán)(6)，用于對(duì)由氣門(mén)關(guān)閉彈簧(4)加載的菌形氣門(mén)(2)進(jìn)行行程控制，其中-還借助一個(gè)定位在氣缸蓋(3)內(nèi)/上、具有一個(gè)以預(yù)緊力作用在一根與軸固定地設(shè)置的杠桿(12)上的彈簧臂(19)的螺旋扭力彈簧(21)，通過(guò)控制盤(pán)(6)朝氣門(mén)打開(kāi)方向?qū)螝忾T(mén)(2)加載，以及-此外，螺旋扭力彈簧(21)借助在這里以按下述方式減小后的力作用在與軸固定的杠桿(12)上的彈簧臂(19)，用于使與軸固定地設(shè)置的止擋(16、17)保持地貼靠在為菌形氣門(mén)(2)的關(guān)閉位置或打開(kāi)位置配設(shè)的終端旋轉(zhuǎn)止擋(10、11)上，即，-一方面，在比較少地供能的情況下，借助旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)(8)，越過(guò)各被保持的原始位置(10’、11’)直至軸(7)或轉(zhuǎn)子的一個(gè)預(yù)定的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)頻率，以及，-另一方面，在遠(yuǎn)離預(yù)定的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)頻率時(shí)，借助一個(gè)通過(guò)相互撞擊的相對(duì)應(yīng)的止擋(10、16；11、17)之一的彈性變形造成的回彈運(yùn)動(dòng)，越過(guò)各被保持的原始位置(10’、11’)，在這種情況下，總是-接著，借助旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)(8)的其慣性矩根據(jù)氣門(mén)關(guān)閉彈簧(4)與螺旋扭力彈簧(2)的能量交換選擇得比較大的轉(zhuǎn)子，實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步減少供能。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征為旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)(8)被供以電能或氣動(dòng)能或液壓能。
3.按照權(quán)利要求1和2所述的裝置，其特征為與回彈運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的止擋(10、16；11、17)借助淬火的止擋面或借助各自的剛性、彈性的止擋(10、25)實(shí)現(xiàn)。
4.按照權(quán)利要求3所述的裝置，其特征為-控制盤(pán)(6)包括半個(gè)凸輪型面(6’)，-凸輪型面在用于打開(kāi)和關(guān)閉的凸輪頂(13)與凸輪基圓(14)之間有一個(gè)由斜坡面構(gòu)成的凸輪工作面(15)，-控制盤(pán)(6)在一個(gè)直徑線上的區(qū)域內(nèi)具有一個(gè)沿周向延長(zhǎng)的基圓段(14’)，-在此基圓段上連接一個(gè)基本上沿徑向朝凸輪頂區(qū)域定向的止擋(16)，用于設(shè)在馬達(dá)或氣缸蓋一側(cè)的第一終端旋轉(zhuǎn)止擋(10)。
5.按照權(quán)利要求4所述的裝置，其特征為-與控制盤(pán)(6)毗鄰并與軸(7)旋轉(zhuǎn)固定地連接的杠桿(12)，在其自由端裝有一個(gè)具有環(huán)形導(dǎo)輪(18)的由滾動(dòng)軸承支承的滾輪(17)，-用圓鋼絲制造并通過(guò)一螺線狀的線圈(20)定位在氣缸蓋(3)內(nèi)/上的螺旋扭力彈簧(21)的預(yù)緊的自由彈簧臂(19)，在杠桿(12)的擺動(dòng)范圍內(nèi)導(dǎo)引；以及，-在菌形氣門(mén)(2)關(guān)閉時(shí)，貼靠在第一終端旋轉(zhuǎn)止擋(10)上的控制盤(pán)(6)，借助彈簧臂(19)的一個(gè)向滾輪(17)加載的折角端段(22)保持在此原始位置(10’)上。
6.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征為-端段(22)相對(duì)于彈簧臂(19)按這樣的方式折角，即，-使得在滾輪(17)上造成一個(gè)朝打開(kāi)菌形氣門(mén)(2)的方向作用的比較小的分力。
7.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征為-端段(22)相對(duì)于螺旋扭力彈簧(21)的彈簧臂(19)還以這樣的方式折角，即，-當(dāng)菌形氣門(mén)(2)在第二終端旋轉(zhuǎn)止擋(11)達(dá)到相關(guān)的打開(kāi)行程時(shí)，在旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)(8)的轉(zhuǎn)子上作用一個(gè)趨近于零的扭矩。
8.按照權(quán)利要求3所述的裝置，其特征為-由彈性尖軌構(gòu)成的第一終端旋轉(zhuǎn)止擋(10)在內(nèi)燃機(jī)停車(chē)時(shí)起靜止止擋的作用；以及-在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)，在控制盤(pán)(6)的第一原始位置(10’)的范圍內(nèi)，借助一臺(tái)規(guī)定作為旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)式步進(jìn)電機(jī)(8)通過(guò)擋靠在彈簧臂端段(22)上的滾輪(17)造成一種動(dòng)態(tài)的原始定位，直至一個(gè)預(yù)定的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)頻率。
9.按照權(quán)利要求3所述的裝置，其特征為-螺旋扭力彈簧(21)彈簧臂(19)的端段(22)，在其自由端帶有一個(gè)與滾輪(17)共同作用限制菌形氣門(mén)(2)相關(guān)的打開(kāi)行程的彈性止擋鉤(25)，作為第二終端旋轉(zhuǎn)止擋(11)；以及-控制盤(pán)(6)在所屬的凸輪頂區(qū)域必要時(shí)有一個(gè)與軸(7)同軸的圓弧。
10.按照權(quán)利要求8所述的裝置，其特征為-借助一個(gè)控制器實(shí)施交替旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)(8)，為了達(dá)到菌形氣門(mén)(2)的一種變化的行程，至少可沿氣門(mén)打開(kāi)方向按一種微步進(jìn)工作方式運(yùn)行。
11.按照權(quán)利要求4所述的裝置，其特征為-控制盤(pán)(6)與一根滾柱搖桿(23)配合工作，以及，-滾柱搖桿(23)通過(guò)一液壓式氣門(mén)間隙補(bǔ)償元件(HVA 24)支靠在氣缸蓋(3)上。
12.按照權(quán)利要求8所述的裝置，其特征為旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)式步進(jìn)馬達(dá)(8)用作內(nèi)燃機(jī)一個(gè)氣缸上多個(gè)同樣菌形氣門(mén)(2)的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器。
13.按照權(quán)利要求10所述的裝置，其特征為針對(duì)菌形氣門(mén)(2)取決于工作點(diǎn)的部分行程，彈簧臂(19)作用在杠桿(12)上的預(yù)緊力可借助于螺旋扭力彈簧(21)相對(duì)于氣缸蓋(3)的位置變化有控制地改變。
14.按照權(quán)利要求4所述的裝置，其特征為-搖桿和/或杯形挺桿必要時(shí)與一液壓式氣門(mén)間隙補(bǔ)償元件(HVA)結(jié)合用作另一個(gè)傳動(dòng)元件(5)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣缸蓋內(nèi)換氣門(mén)進(jìn)行行程控制的旋轉(zhuǎn)致動(dòng)裝置，包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)(8)，用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)控制換氣門(mén)的具有凸輪型面(6′)的控制盤(pán)，其中，旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)(8)按照菌形氣門(mén)(2)關(guān)閉彈簧(4)與一個(gè)和關(guān)閉彈簧反方向作用作為氣門(mén)打開(kāi)彈簧被預(yù)緊的螺旋扭力彈簧(21)的協(xié)同工作進(jìn)行控制。本發(fā)明的目的是獲得控制盤(pán)(6)穩(wěn)定的終端位置。為達(dá)到此目的規(guī)定，控制盤(pán)(6)借助分開(kāi)的第一和第二旋轉(zhuǎn)止擋定位在菌形氣門(mén)(2)的關(guān)閉位置和打開(kāi)位置，以及借助預(yù)緊地作用在一個(gè)單獨(dú)設(shè)在支承控制盤(pán)(6)的軸(7)上的杠桿(12)上的氣門(mén)打開(kāi)彈簧(21)防止旋轉(zhuǎn)地保持在各自的原始位置；以及，總是借助向旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)(8)較小的供電量或借助協(xié)調(diào)一致的止擋造成的回彈運(yùn)動(dòng)越過(guò)各自的原始位置，進(jìn)一步的供電借助旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)馬達(dá)的其慣性矩根據(jù)氣門(mén)關(guān)閉彈簧(4)與螺旋扭力彈簧(21)之間的能量交換選擇的轉(zhuǎn)子保持為顯著降低的水平。
文檔編號(hào)F01L13/00GK1543533SQ02816103
公開(kāi)日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2002年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月17日
發(fā)明者約翰內(nèi)斯·邁爾, 約翰內(nèi)斯·登特勒, 斯 登特勒, 約翰內(nèi)斯 邁爾 申請(qǐng)人:寶馬股份公司