阅读说明：本技术 内燃发动机 (Internal combustion engine ) 是由 V·I·拉克什米纳拉西姆汉 T·L·巴拉苏布拉曼尼亚 K·维蒂林格 于 2020-02-14 设计创作，主要内容包括：本发明主题涉及一种用于内燃发动机的用于提供机械式可变阀定时的凸轮轴组件。凸轮轴组件(200)包括被设置为邻近至少一个进气凸缘(220)和至少一个排气凸缘(225)中的一者的机械定相组件(230)。至少一个径向预加载的质量构件(235)能够根据凸轮轴组件(200)的旋转速度执行进气凸缘(220)和排气凸缘(225)中的至少一者相对于从动链轮(205)的相移。将沿轴向方向预加载的轴向载荷构件(245)设置为邻近质量构件(235),以对其施加轴向载荷。本发明主题改善了阀的打开和关闭时间的变化,从而满足发动机在所有运行速度下的进气和排气要求。(The present subject matter relates to a camshaft assembly for an internal combustion engine for providing mechanically variable valve timing. The camshaft assembly (200) includes a mechanical phasing assembly (230) disposed adjacent one of the at least one intake flange (220) and the at least one exhaust flange (225). The at least one radially preloaded mass member (235) is configured to perform a phase shift of at least one of the intake flange (220) and the exhaust flange (225) relative to the driven sprocket (205) as a function of a rotational speed of the camshaft assembly (200). An axial load member (245) preloaded in an axial direction is disposed adjacent the mass member (235) to apply an axial load thereto. The present subject matter improves the variation in valve opening and closing times to meet the intake and exhaust requirements of the engine at all operating speeds.)

具体实施方式

通常，凸轮定相/改变使得发动机能够超出其次优性能运行。例如，如果进气阀在较低的每分钟转数期间推进，则进气阀经历早期关闭，从而最小化压缩冲程期间的回流，由此以较低的RPM改善容积效率和扭矩。此外，在较高的RPM下，可以对进气阀执行定相，这导致进气阀迟滞/延迟关闭，从而利用以高速进入进气歧管的空气的动量进行扫气。类似地，排气阀的打开和关闭可以通过凸轮定相提前或延迟。而且，凸轮定相可以在进气阀和排气阀两者上完成。

通常，为了执行凸轮定相/改变，使用各种电气、机电和液压装置，此些装置复杂并且不具有成本效益。例如，需要螺线管或滑动销等，此些螺线管或滑动销容纳在凸轮轴部分附近，该凸轮轴部分在已经紧凑的气缸盖区域上需要大空间。此外，对于横跨式两轮或三轮车辆来说，重要的要求是动力系统尽可能紧凑以能够在小空间内包装，并且允许容易地接近动力系统的各个部分，以用简单的工具进行及时维修和修复，而不需要从车辆上拆卸动力系统。此外，此类电动/机电或液压系统包括电动或液压驱动装置，该电动或液压驱动装置由车载电池供电并且由控制单元控制。此外，像控制器一样的控制模块的添加增加了系统和电机，的成本，例如导致定相的步进电机使发动机庞大，尤其是气缸盖部分。在本领域已知的一些其他解决方案中，建议用于根据速度使各种摇臂接合和脱离接合的滑动机构。即使在此类系统中，也需要外部控制的滑块，并且使用电动机等来控制滑块移动，从而使系统更加昂贵和庞大。因此，需要额外的系统并且那些系统还消耗电池电力。此外，电气系统和机械系统的功能特性受到发动机温度变化的影响，例如在冷启动期间或在高温下。

此外，在本领域中，已知机械定相系统能够根据发动机速度/RPM的变化来执行凸轮定相。通常，机械定相系统可以用于紧凑型车辆(像具有紧凑型发动机布局的两轮车或三轮车辆一样)中。而且，此类机械定相系统由于其能够在没有任何电气/液压控制的情况下运作而提供成本效益。然而，此类系统不是万无一失的并且当相位角增加时往往出现故障。例如，在使用离心力进行凸轮定相的机械系统中，由于作用在定相装置上的力分量例如离心力分量/惯性分量，甚至在达到期望的速度之前突然发生凸轮定相。此类问题在使用单个凸轮轴来控制进气阀和排气阀两者的车辆中是突出的，因为凸轮轴的扭矩更高，并且凸轮轴的运行速度也更高。考虑到用户突然加速的情况，会发生凸轮轴的旋转速率/速度突然增加，这导致离心力突然增加，导致离心分量增加，从而导致滑动。此外，甚至在使用滚子轴承的系统中，由于离心力的作用，此类过早现象也可能发生。因此，在此类系统中，凸轮定相以不期望的速度发生，由于阀在不期望的条件下的打开/关闭而影响系统的性能，并且这也可能会导致排放不良。例如，当发生进气时间或不期望的扫气，从而影响发动机性能时，在中程期间凸轮定相的发生会影响发动机性能。此外，即使沿径向方向进行预加载，本领域已知的系统也可能由于可移动部件的存在而引起振动，这可能会引起不必要的噪声。

因此，需要甚至在紧凑型IC发动机中也可以实施的机械凸轮定相系统，并且该凸轮定相系统应能够仅在期望的发动机速度下执行其功能并且应能够克服现有技术的上述问题和其他问题。

因此，本发明主题提供了一种内燃发动机，该内燃发动机设置有使用机械构件并且根据发动机的速度/RPM而不需要外部控制的机械定相系统/组件。

本发明主题提供了包括机械定相组件的凸轮轴组件，该机械定相组件能够执行进气凸角或排气凸角中的一者相对于彼此相移，从而使阀打开/关闭提前/迟滞。

本发明主题的凸轮轴组件能够通过提供相移的集成构件打开/关闭进气阀和排气阀。

在一个实施例中，凸轮轴组件包括第一凸轮部分和第二凸轮部分，其中，一个或多个轴承可旋转地支撑第一凸轮部分和第二凸轮部分。此外，在一个实施例中，另一个轴承(例如滚子轴承)设置在第一凸轮部分和第二部分之间，以使其能够相对旋转。

进气凸缘连接到第一凸轮部分和第二凸轮部分中的一者，而排气凸缘连接到第一凸轮部分和第二凸轮部分中的另一者。术语“进气凸缘”和“排气凸缘”不限于单一构件并且可以包括多于一个凸缘。凸轮轴组件包括与凸缘中的每个凸缘相对应的一个或多个凸轮凸角，其中，凸轮凸角被选择成根据发动机要求执行阀升程。类似地，词语凸轮凸角是指执行阀致动的构件轮廓的任何几何形状。

凸轮轴组件包括支撑在凸轮部分中的一者上的从动链轮。换句话说，从动链轮被固定到凸轮部分中的一者。机械定相组件包括能够根据凸轮轴组件的旋转速度沿径向方向改变位置的质量构件。质量构件被设置为邻近进气凸缘或排气凸缘中的一者。

在一个实施例中，质量构件可以由沿周向方向分裂并且通过张力弹性构件保持靠近轴线的两个或更多个弧状构件形成。此些两个或多个弧状构件能够由于离心力而沿径向方向移动。

在一个实施例中，此些两个或多个弧状构件设置有一个或多个孔口，并且一个或多个销被配置为穿过孔口，其中，此些一个或多个销可与弧状构件一起移动。

根据一个实施方式，进气凸缘、排气凸缘和从动链轮设置有细长槽。根据一个实施方式，进气凸缘和排气凸缘中的一者被固定到从动链轮。凸缘和从动链轮中的一者各自在其上设置有具有相位角或弧度的细长槽。进气凸缘和排气凸缘中的另一个凸缘具有基本上沿径向方向延伸的细长槽。因此，当销沿着从动链轮的成角度的细长槽和连接到从动链轮的一个凸缘移动时，由于销的成角度移动，销往往使另一个凸缘相移。

例如，为了使进气凸缘相移(根据速度改变进气阀打开/关闭)，从动链轮和排气凸缘设置有弧形细长槽，并且进气凸缘设置有基本上径向延伸的细长槽。因此，当质量构件沿径向方向扩展时，随质量构件移动的销沿着使进气凸缘相移的弧形细长槽移动。

相移组件包括基本上被设置为邻近凸缘中的一者的轴向载荷构件。轴向载荷构件沿轴向方向预加载，以向质量构件施加摩擦力。

在一个实施例中，由曲轴驱动的从动链轮连接到凸缘中的一者，而另一个凸缘适于执行相对于从动链轮的朝向的相移。在另一个实施例中，两个凸缘均适于经历相对于从动链轮一次一个或者一次两个的相移(提前或延迟)。

在一个实施例中，轴向载荷构件被设置在从动链轮的一个轴向侧，并且轴向载荷构件沿轴向方向设置有预载荷，以向质量构件施加力。在一个实施方式中，在从动链轮的另一侧设置固定构件，并且固定板支撑预载荷构件的一端，该端是邻接轴向载荷构件的另一侧。

沿轴向方向施加力的轴向载荷构件导致摩擦力从任一侧作用在质量构件上。摩擦力在销沿着细长槽移动的方向上使作用在质量构件上的力分量平衡。否则往往使销沿径向向外的方向移动的此力分量由轴向载荷构件施加的摩擦力所平衡。

因此，即使当相位角增加到大约20度时，销往往也不会由于摩擦力而滑动(即使切向速度分量作用在销上)。本发明主题的特征是，凸轮轴组件可以适于仅通过调节轴向载荷构件上的预载荷而在大约5-25度的范围内定相。例如，组件可以保持不变，并且可以仅更换像弹簧一样的预载荷构件。

优选地，设置位于质量构件上的至少两个孔口，位于凸缘和从动链轮上的至少两个细长槽，并且对应地，两个销用于将旋转力从一个部件均匀地传递到另一个部件。此外，细长槽的使用减轻了系统的重量，并且保持部件的结构完整性。

此外，本发明主题沿轴向方向紧凑地容纳。例如，在一个实施例中，从动链轮设置有圆盘形凹槽，并且轴向载荷构件紧凑地容纳在凹槽处。因此，不需要修改布局，尤其是参考凸轮凸角和从动链轮。

此外，轴向载荷构件抑制了可能由于质量构件由通过张力弹簧连接的子构件形成而发生的任何振动。

在另一个实施例中，质量构件可以是环形设置的滚子轴承的集合，并且滚子轴承由于向其施加离心力而可沿径向方向移动。滚子轴承沿径向方向的移动(沿着成角度地设置在接触部分中的一者上的路径)能够实现相移。轴向载荷构件被设置为向质量构件施加引入摩擦力的轴向载荷。

本发明主题的各种特征和实施例此处将从下面阐述的本发明主题的以下另外的描述中变得明显。根据一个实施例，此处描述的内燃发动机(IC)是机动车辆的原动机中的一者或唯一的原动机。IC发动机可以是固定安装或可摆动地连接到机动车辆的向前倾斜型或基本上水平型。IC发动机包含每气缸盖至少两个阀，即一个进气阀和一个排气阀。

将结合以下段落中的附图，利用单缸IC发动机的实施例更详细地描述本发明主题以及所有伴随的实施例及其其他优点。

图1示出了根据本发明主题的实施例的IC发动机100的侧视图。IC发动机100包括由IC发动机的曲轴箱101支撑的气缸体102。气缸体102限定气缸部分，活塞可以在该气缸部分处执行往复式运动。气缸盖103安装到气缸体102，并且气缸盖103充当所述气缸部分的一端。气缸体102设置有散热片106，并且气缸盖103可以设置有散热片。IC发动机100包括活塞(未示出)，该活塞由于通过空气燃料混合物的燃烧赋予其力而在气缸部分中执行往复式运动。此往复式运动通过连接杆(未示出)被转换成并传递到曲轴110的旋转运动。此外，将气缸盖-罩104安装到气缸盖103。曲轴箱101由左侧曲轴箱和右侧曲轴箱组成。曲轴箱101可旋转地支撑曲轴110。此外，像磁电机组件111或集成起动发电机一样的电机安装在曲轴110。磁电机组件111在运行期间用于给电池(未示出)充电。气缸盖103包括设置在气缸盖103的第一面和第二面上的进气口105和排气口(未示出)。在本实施例中，第一面是面向上的一侧，而第二面是其面向下的一侧。此外，气缸盖103支撑凸轮轴组件200(图2中部分示出)，该凸轮轴组件能够操作IC发动机100的进气阀和排气阀。图2示出了根据本发明主题的实施例的沿线W-W'截取的IC发动机100的截面视图。

IC发动机100包括连接到曲轴110的主动齿轮113并且与其一体地旋转。主动齿轮113充当主驱动器并且能够将旋转力传递到主从动112。主从动齿轮112因此可操作地连接到曲轴110。气缸盖103包括用于控制进气阀和排气阀的打开和关闭的阀机构布置，由此控制空气燃料混合物和进气和排气的出气。凸轮轴组件200(部分地示出)可旋转地安装道气缸盖103。凸轮链114可操作地连接曲轴110和凸轮轴组件200。凸轮轴组件200的从动链轮205被配置为与主动齿轮113啮合，并且从动链轮205将曲轴110的旋转运动传递到凸轮轴组件200。在一个实施例中，从动链轮205与主动齿轮113的比率为2，由此对于曲轴110的每旋转两次，凸轮轴组件200将旋转一次。IC发动机100设置有能够通过调节构件116调节凸轮链114的张力的一个或多个紧链器115。

图3(a)示出了了根据本发明主题的实施例的凸轮轴组件的等距视图。图3(b)示出了根据图3(a)的实施例的在其上具有所选零件的凸轮轴组件的另一个立体图。图3(c)示出了沿着轴线U-U'截取的凸轮轴组件200的径向截面视图。凸轮轴组件200包括至少一个进气凸角210和至少一个排气凸角211。凸轮链114围绕主动齿轮113和从动链轮205加载。凸轮轴组件200被一个或多个轴承215、216可旋转地支撑。在本实施例中，凸轮轴组件200包括第一凸轮部分201和第二凸轮部分202。此外，从动链轮205被设置为围绕前述部件的旋转轴。凸轮轴组件200包括机械定相组件230。凸轮轴组件200包括对应于至少一个进气凸角210的至少一个进气凸缘220和对应于至少一个排气凸角211的至少一个排气凸缘225。在本实施例中，进气凸缘220被设置在质量构件235和排气凸缘225之间。

在一个实施例中，凸轮轴组件200也设置有减压系统280。减压系统280包括在一端处枢转并且具有可移动端的减压臂。减压臂由预加载弹性构件支撑在排气凸缘225上。减压系统280使得排气阀能够在发动机启动期间的压缩冲程期间具有额外的升程，并且一旦发动机速度超过预定义值，额外的升程就缩减。

图4示出了根据图3的实施例的质量构件。图5(a)示出了根据如图3(a)所描绘的实施例的沿轴线X-X'截取的排气凸轮组件200的截面视图。图5(b)示出了根据如图3(b)所描绘的实施例的沿轴线V-V'截取的排气凸轮组件200的另一个截面视图。图6描绘了根据本发明主题的实施例的凸轮轴组件的分解图。第一凸轮部分201被第一轴承215可旋转地支撑并且具有一体形成的进气凸角210。第一凸轮部分201基本上沿凸轮轴组件200的轴线延伸并且连接到进气凸缘220。类似地，第二凸轮部分202具有一体地形成的排气凸角211并且被第二轴承216可旋转地支撑。第二凸轮部分202至少部分地同轴地被设置在第一凸轮部分201周围。在一个实施例中，滚子轴承214被设置在第一凸轮部分201和第二凸轮部分202之间。排气凸缘225由第二凸轮部分202支撑。凸轮轴组件200被可旋转地支撑在气缸盖103上(如图1所示)。

在本实施例中，从动链轮205支撑在第一凸轮部分201上。从动链轮205通过紧固件243被固定到第一凸轮部分201。此外，设置锁定紧固件241(如图6所示)以将固定板240、从动链轮205和凸缘225固定在一起。机械定相组件230包括轴向载荷构件245。质量构件235支撑在进气凸缘220上。此外，根据本实施例，轴向载荷构件245被设置为邻近进气凸缘220。质量构件235可以被设置为邻近凸缘中的至少一个凸缘。此外，凸轮轴组件200包括轴向载荷构件245，其中，质量构件235夹置在轴向载荷构件245和进气凸缘220之间。

轴向载荷构件245基本上被设置在从动链轮205的一侧，并且固定板240设置在从动链轮205的另一侧。从动链轮205包括一个或多个通孔206，并且一个或多个轴向力弹性构件242通过通孔206设置在轴向载荷构件245和固定板240之间，从而在轴向载荷构件245上提供预载荷。

从动链轮205通过一个或多个销255提供从曲轴110接收的旋转力(如图3(b)所示)。此些一个或多个销形成机械定相组件230的一部分。从动链轮205、进气凸缘220、排气凸缘225中的每一个设置有细长槽260、261、262，并且一个或多个销255被设置在细长槽260、261、262周围，由此来自从动链轮205的旋转力被传递到凸缘220、225，从而使得凸角210、211能够旋转。此外，轴向载荷构件245还设置有细长槽263。

质量构件235由第一弧状构件236和第二弧状构件237形成，此些第一弧状构件和第二弧状构件通过张力弹性构件238彼此连接(如图4所示)。当离心力超过刚度(k)时，在凸轮轴组件200旋转期间，由于离心力，质量构件235往往沿径向向外方向扩展。选择弹性构件238，使得在凸轮轴组件200的预定RPM之后，刚度(k)将被离心力超过。凸缘220、225中的一者设置有作为弧形部分的成角度的细长部分261。

第一弧状构件236和第二弧状构件237设置有销255穿过的一个或多个孔口270。弧状构件236、237的运动由设置在从动链轮205上的细长槽260引导。由于离心力，弧状构件236、337沿径向方向的运动使得销255能够与弧状构件236、237一起移动，并且销255能够滑动穿过细长槽260、262、263。然而，第一细长槽261是设置在至少一个凸缘225上的弧形细长槽，导致凸缘225由于销255移动而相移，从而导致相对于设置在凸缘220中的另一者上的第二细长槽262以期望的速度/RPM相移，该第二细长槽沿径向方向基本上线性延伸。

在本实施例中，排气凸缘225被固定到从动链轮205，并且在其间设置间隔件275。间隔件275能够保持从动链轮205和凸缘之间的预定间隔，从而使轴向载荷构件245和质量构件235运作，而没有来自其他元件的任何额外轴向载荷。从动链轮205的旋转使排气凸缘261旋转，从而保持相同的相位。此外，排气凸缘225设置有成角度的细长槽261，当销255沿径向向外方向滑动时，该细长槽具有一定程度的移动(成角度的旋转)，从而使进气凸缘220经历相移。因此，进气凸角210还经历引起进气阀开启/关闭定时变化的相移。根据一个实施例，成角度的细长槽提供5-25度范围内的相移。轴向载荷板245向质量构件235施加轴向力，由此弧状构件236、237沿径向方向的滑动减少。

图7示出了根据本发明主题的实施例的凸轮轴组件200的截面的放大/详细视图。当凸轮轴组件200经受旋转时，质量构件235的弧状构件236、237经受往往沿径向向外方向拉动弧状构件的离心力CF。弧状构件236、237通过具有刚度k的弹性构件238彼此连接，该刚度往往用力KF沿径向向内方向拉动弧状构件236、237。此外，轴向载荷构件245由于作用在其上的预载荷而向弧状构件236、237施加轴向力。因此，夹置在凸缘220和轴向载荷构件245之间的弧状构件236、237接收质量构件235上的摩擦力FF，并且由于弹性构件238的刚度/张力，控制过早定相。

作为机械定相组件230的穿过孔口270的主要部件中的一者的销255还经受作用在质量构件235上的力。由于由凸轮轴组件200所经受的扭矩，即阀机构扭矩，该扭矩具有在销255沿细长槽在径向方向的移动的方向上作用的一个力分量。否则往往使销255沿径向向外的方向移动的此力分量由轴向载荷构件施加的摩擦力所平衡245。仅当发动机100的速度/RPM(其类似于凸轮轴组件200的速度)较高时，离心力CF取代由弹性构件238施加的力KF和作用在弧状构件236、237上的摩擦力FF，由此，弧状构件236、237沿径向向外方向移动。因此，销255的移动改变了凸缘220的朝向，从而导致相移。此外，设置在第二凸轮部分202的内周和第一凸轮部分201的外周之间的滚子轴承214使得便于在相移期间凸轮部分201、202之间进行相对旋转。因此，根据本发明主题的机械定相组件230根据由以下等式(1)定义的方法出现。根据本发明主题的如在图8中详细描述的进行机械定相的方法在下文详述：

CF＝KF+μ(FF)………………(1)

根据一个实施例，沿轴向方向预加载的被设置为用于在凸轮轴组件200中施加轴向载荷的轴向载荷构件245向质量构件235的侧表面施加阻力/摩擦力FF。轴向载荷构件245提供取决于轴向载荷构件245的摩擦系数μ的摩擦力FF(该摩擦力是材料的固有表面摩擦或由于设置在轴向载荷构件245上的表面涂层而产生的摩擦系数)以对抗在某些操作条件(像突然加速等)期间作用在质量构件235上的任何过度的离心力。

该方法提供了在步骤S301处，作为机械定相系统的在不需要任何外部控制的情况下运行的系统要求IC发动机100处于运行状态，由此曲轴使凸轮轴组件200旋转。由于凸轮轴组件200的旋转，离心力作用在沿径向方向预加载的质量构件235上。此外，在步骤S302处，检查作用在质量构件235上的离心力CF。本文使用的术语“检查”仅表示解释该方法并且不需要实际检查，因为机械定相组件230是自动发生的。此外，作用在质量构件235上的离心力CF与由弹性构件施加的力KF和根据摩擦系数的摩擦力FF进行比较。如果离心力CF小于刚度力KF和摩擦力(即，μ时间FF)的累积力，则系统返回到步骤S302继续检查离心力CF。在步骤S303处，如果离心力CF超过力KF和摩擦力μ时间FF的总和，则在步骤S304处，系统执行机械定相，这是在不需要任何外部控制的情况下执行的。这导致阀的打开和关闭时间的变化，从而满足发动机在所有运行速度下的进气和排气要求。

此外，根据本实施例，轴向载荷构件245是被设置为邻近从动链轮205的圆盘形构件。此外，从动链轮205的轴向面设置有圆盘形凹槽，该圆盘形凹槽能够在凹槽处容纳轴向载荷构件245。因此，轴向载荷构件245具有第一轴向内表面246，而从动链轮205具有第二轴向内表面207，并且第一轴向内表面246和第二轴向内表面207被设置为沿着与凸轮轴组件200的轴线A-A'正交截取的平面P。因此，轴向载荷构件245容纳在容纳从动链轮205所需的相同量的空间中。这消除了对凸轮轴组件200上额外的安装空间的需要，尤其是从动链轮和凸轮凸角210、211之间的空间。因为连接到曲轴的凸轮链114的位置、凸轮链114的容纳空间以及与凸轮凸角210、211相互作用的阀的位置不需要根据本发明主题而改变，从而保持IC发动机的可用布局，尤其是气缸盖。因此，本发明主题提供了不需要任何布局修改的改进的阀定时组件/机械定相组件。

在一个实施方式中，轴向载荷构件245面向质量构件235的轴向面和凸缘220面向该质量构件的轴向面被加工或设置有表面涂层以实现期望的摩擦系数。

根据以上公开内容，本发明主题的许多修改和变化是可能的。因此，在本发明主题的权利要求的范围内，本公开可以不同于如具体描述的方式实践。

附图标记列表

100发动机 240固定板

101曲轴箱 241锁定紧固件

102气缸体 242轴向力弹性构件

103气缸盖 243紧固件

104气缸盖-罩 245轴向载荷构件

105进气口 246第一轴向内表面

110曲轴 255销

111磁电机组件 260/

113主动齿轮 261/

114凸轮链 262/

115紧链器 263细长槽

116调节构件 270孔口

200凸轮轴组件 275间隔件

201第一凸轮部分 280减压系统

202第二凸轮部分

205从动齿轮/凸轮链轮

206孔

207第二轴向内表面

210进气凸角

211排气凸角

214

215/

216/轴承

220进气凸缘

225排气凸缘

230定相组件

235质量构件

236第一弧状构件

237第二弧状构件

238张力弹性构件