具有悬臂桥接件的阀门升降器防旋转装置的制作方法

1.本发明总体涉及一种阀门致动系统，并且更具体地涉及一种用于阀门升降器的防旋转装置。


背景技术：

2.内燃发动机通常采用多个阀门来控制发动机的不同部分之间的流体连接，诸如，控制进气阀门和排气阀门之间的流体连接，以打开和关闭与燃烧缸的进气和排气连接。通常通过在发动机的曲轴和一个或多个旋转的凸轮轴之间的机械联动装置(机械联动装置可旋转，以致动阀门)来实现发动机阀门的致动。在典型的阀门致动系统中，凸轮轴由与发动机飞轮啮合的凸轮齿轮驱动旋转，并且包括多个非圆形凸轮，这些非圆形凸轮与阀门升降器接合，以打开发动机阀门，并且允许发动机阀门通过偏置弹簧关闭。提供摇臂(rocker arm)来回往复运动，以打开和关闭阀门，而推杆或其他中间硬件将阀门升降器联接到摇臂。
3.在运行中，凸轮从动件(诸如，辊子)直接接触凸轮，并使阀门升降器能够在发动机壳体的钻孔(bore)内往复运动。正常的运行通常需要阀门升降器相对于其往复运动轴线保持角度取向，或者允许其在相对严格的控制范围内旋转。但是，内燃发动机的运行是一个动态过程。阀门升降器可能会错位，可能需要检修，甚至会导致灾难性的发动机故障。多年来，从阀门升降器本身相对于彼此和/或相对于发动机壳体的几何形状，到与阀门升降器联接并被构造成与发动机壳体的零件接合的专用弹簧夹，已经提出了许多用于限制阀门升降器旋转的设计。在第8,826,874号美国专利中提出了一种已知的防旋转辊式阀门升降器。
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874专利提出了一种辊式升降器，其第一端具有第一直径，第二端具有更大的直径，并且其平坦表面被配置成与相邻的升降器上的对应平坦表面接合。
‘
874专利中提出的策略可能有多种应用，但始终都有改进和开发替代策略的空间。


技术实现要素：

4.在一方面，一种用于限制发动机中阀门升降器在检修中(in
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service)旋转的复合套环包括具有安装套筒、导向套筒、将导向套筒附接至安装套筒的桥接件的一体式套环主体，以及部分地形成在安装套筒、导向套筒以及桥接件中的每一者上的外周表面。安装套筒包括第一内周表面，第一内周表面形成用于容纳第一阀门升降器的第一升降器钻孔，并且第一升降器钻孔限定第一套环轴线、第一大直径(major diameter)，以及第一小直径(minor diameter)。导向套筒包括第二内周表面，第二内周表面形成用于容纳第二阀门升降器的第二升降器钻孔，并且第二升降器钻孔限定第二套环轴线、第二大直径，以及第二小直径。第一升降器钻孔和第二升降器钻孔是一致的。与第一大直径和第一小直径的尺寸相比，基于第二大直径或第二小直径中的至少一者的尺寸，第二升降器钻孔相对于第一升降器钻孔被扩大。
5.在另一方面，一种阀门升降器组件包括用于限制阀门升降器在检修中旋转的复合套环，复合套环包括具有形成第一升降器钻孔的第一内周表面的安装套筒、具有形成第二
升降器钻孔的第二内周表面的导向套筒、将导向套筒附接至安装套筒的桥接件，以及部分地形成在安装套筒、导向套筒以及桥接件中的每一者上的外周表面。阀门升降器组件还包括阀门升降器，阀门升降器具有第一升降器端和第二升降器端、面向第一升降器端的方向的升降表面、安装到第二升降器端的凸轮从动件，并且第一升降器端可定位在第一升降器钻孔或第二升降器钻孔中。第二升降器钻孔相对于第一升降器钻孔被扩大并且与第一升降器钻孔一致，使得阀门升降器与安装套筒之间具有过盈配合安装构型，且与导向套筒之间具有滑动配合安装构型。
6.在又一方面，一种发动机阀门致动系统包括凸轮轴，凸轮轴具有第一凸轮和第二凸轮，并且可绕凸轮的旋转轴线旋转。所述系统还包括复合套环，复合套环具有：安装套筒，具有形成第一升降器钻孔的第一内周表面；导向套筒，具有形成第二升降器钻孔的第二内周表面；以及桥接件，将导向套筒附接至安装套筒。所述系统还包括：第一阀门升降器，其过盈配合在第一升降器钻孔内，并且包括：升降表面，被构造成致动发动机中的第一阀门；和凸轮从动件，与第一凸轮接触，以响应于第一凸轮的旋转而使第一阀门升降器往复运动。所述系统还包括：第二阀门升降器，其滑动配合在第二升降器钻孔内，并且包括：升降表面，被构造成致动发动机中的第二阀门；和凸轮从动件，与第二凸轮接触，以响应于第二凸轮的旋转而使第二阀门升降器往复运动。第一升降器钻孔和第二升降器钻孔是一致的，并且第一阀门升降器和第二阀门升降器基本上相同。
附图说明
7.图1是根据一个实施例的发动机的剖视图；
8.图2是图1的发动机的一部分的局部剖视透视图；
9.图3是根据一个实施例的阀门升降器组件的示意图；
10.图4是根据一个实施例的阀门升降器组件的侧面剖视图；
11.图5是根据一个实施例的阀门升降器组件的俯视图；
12.图6是根据一个实施例的阀门升降器的俯视图；
13.图7是根据一个实施例的复合套环的侧面剖视图；
14.图8是根据一个实施例的复合套环的透视图；并且
15.图9是根据一个实施例的复合套环的俯视图。
具体实施方式
16.参照图1，示出了根据一个实施例的发动机10。发动机10包括内燃发动机，诸如，被构造成以柴油馏分燃料运行的压缩点火柴油发动机，然而，本发明并不因此受到限制。发动机10包括发动机壳体12和被支撑以在发动机壳体12中旋转的曲轴14。一个或多个燃烧缸20在发动机壳体12中形成，并且活塞被18构造成在每个燃烧缸20中在常规的四冲程模式中的上止点位置(top
‑
dead
‑
center position)与下止点位置(bottom
‑
dead
‑
center position)之间往复运动。燃烧缸20可以以任何合适的构型(诸如，v形、直线形或其他构型)布置，其中一个燃烧缸20在下文中以单数示出和表示。连杆16以大体上常规的方式将曲轴14联接至活塞18。第一发动机阀门22和第二发动机阀门24被构造成打开和关闭燃烧缸20与在发动机壳体12中形成的气体交换导管之间的流体连通。发动机阀门22和24中的一者可以包括进气阀
门，另一者可以包括排气阀门，然而，在实际的实施策略中，发动机阀门22和24都是进气阀门或排气阀门，并且阀门桥接件34将发动机阀门22和24联接到共用的摇臂36。应当理解，附加的发动机阀门可以与燃烧缸20相关联，但在图1的视图中不可见。
17.摇臂36是发动机阀门致动系统26的一部分。阀门致动系统26可以包括可旋转的凸轮轴28，其联接以，诸如，通过适当的中间齿轮装置与曲轴14一起旋转。阀门致动系统26还包括多个阀门升降器，其中之一以40示出。阀门升降器40通过推杆38与摇臂36联接并且在发动机壳体12中往复运动，以使摇臂36往复运动，以将发动机阀门22和24一起打开和关闭。阀门升降器42包括与推杆38接触的升降表面66。在其他实施例中，阀门升降器可以与单个发动机阀门相关联，或者可以直接与摇臂联接，或者往复运动，以致动根据又一架构的发动机阀门。在图1中示出了用于限制阀门升降器40和在图1中不可见的另一个阀门升降器在检修中旋转的复合套环80，其在图1中与阀门升降器40联接，其细节和功能将在本文中进一步讨论。
18.现在参照图2和图3，示出了包括阀门升降器组件39的阀门致动系统26的附加细节。阀门升降器组件39包括阀门升降器40(“第一”阀门升降器)和第二阀门升降器42。应理解的是，除非另有指示或从上下文中可以明显看出，否则对阀门升降器40和42中的任一者的描述和讨论可以理解为类似于阀门升降器40和42中的另一者。因此，词语“第一”和“第二”在本文中仅出于方便的目的而使用。阀门升降器40和阀门升降器42除了在制造上附带的差异外，可以是基本上相同的，并且可以在发动机10中互换使用。但是，本发明没有严格限制，且在某些情况下，本教示可以应用于具有不同构型的阀门升降器。
19.阀门升降器40包括细长的升降器本体46，其限定纵向的升降器轴线46。阀门升降器42包括细长的升降器本体48，其限定纵向的升降器轴线50。升降器轴线46和50可以垂直于凸轮轴28旋转所绕的凸轮的旋转轴线29定向。在所示的实施例中，凸轮轴28包括具有围绕凸轮的旋转轴线29的第一凸轮轮廓的第一凸轮或凸轮凸角30，和具有围绕凸轮的旋转轴线29的不同于第一凸轮轮廓的第二凸轮轮廓的第二凸轮或凸轮凸角32。第一凸轮轮廓和第二凸轮轮廓的形状可以基本上相同，但是绕凸轮的旋转轴线29具有不同的角度取向。阀门升降器40可以被构造成致动发动机10中的一个或多个进气阀门，而阀门升降器42被构造成致动发动机10中的一个或多个排气阀门，反之亦然。阀门升降器40和42中的每一者可以联接至复合套环80，这将在本文中进一步讨论。如图3所示，在阀门升降器40中，升降器轴线46在第一升降器端或轴向主体端52与第二升降器端或轴向主体端54之间延伸。阀门升降器40和阀门升降器42可各自包括升降表面，如上文在阀门升降器40中以66所示，升降表面面向对应的第一升降器端52的方向。阀门升降器40包括安装到第二升降器端54的凸轮从动件68。阀门升降器42包括类似地安装的凸轮从动件69。凸轮从动件68和69中的每一者可以包括分别与对应的凸轮30和32接触的辊子。凸轮从动件68和第一凸轮30之间的接触使阀门升降器40能够响应于凸轮30的旋转而往复运动。凸轮从动件69和凸轮32之间的接触使阀门升降器42能够响应于凸轮32的旋转而往复运动。
20.如进一步示出的，阀门升降器40以及类似的阀门升降器42包括颈缩部分56。颈缩部分56可以包括以交替方式排列的多个弓形外表面58和60以及多个平坦外表面62和64。阀门升降器40和阀门升降器42的基本上相同的构型，以及它们相对于复合套环80的构型，使阀门升降器40和42中的任一者能够以包括与复合套环80的一部分的过盈配合安装构型和
与复合套环80的另一部分的滑动配合安装构型的两种构型中的任一者与复合套环80联接，这将在本文中进一步讨论。阀门升降器组件39可以作为阀门升降器40和42中的一者或多者的组件与复合套环80结合在一起，以两种安装构型中的一种或两种(诸如，以检修包(service package)、套件，或其他售后组件)来提供。从以下描述中将进一步显而易见的是，当定位并安装在发动机10上检修(service)时，复合套环80可以通过过盈配合固定地联接至阀门升降器40和42中的第一个，并与阀门升降器40和42中的第二个滑动配合。当安装在发动机10中时，复合套环80与阀门升降器40和42的联接将允许阀门升降器40和42中的每一者往复运动，但会限制阀门升降器40和42中的每一者的旋转或将旋转限制在相对较窄的范围内。
21.现在还参照图5，示出了阀门升降器组件39的俯视图，其示出了阀门升降器40和42可能看起来与复合套环80联接并定位在复合套环80中。复合套环80包括一体式套环主体82，一体式套环主体82具有安装套筒84、导向套筒86、以悬臂方式将导向套筒86附接到安装套筒84的桥接件88，以及部分地形成在安装套筒84、导向套筒86以及桥接件88中的每一者上的外周表面90。外周表面90在安装套筒84和导向套筒86中的每一者上可以是曲线型的。还参照图6，示出了阀门升降器40，其包括示出了表面62、64、60和58的轮廓的俯视图。应当注意，包括颈缩部分56的阀门升降器40具有与安装套筒84和导向套筒86的内部形状互补的形状。但是，应该记住，阀门升降器40可以与复合套环80的一部分，即安装套筒84具有过盈配合安装构型，以及与复合套环80的另一部分，即导向套筒86具有滑动配合安装构型。阀门升降器42可以以任一种构型与复合套环80类似地联接。因此，如图5所示，当组装到发动机10中检修时，阀门升降器40的往复运动将促使复合套环80相对于阀门升降器42在页面内外往复运动。相应地，阀门升降器42也可以相对于复合套环80和阀门升降器40在图5的视图中的页面内外往复运动。
22.现在还参照图4、图7、图8以及图9，一体式套环主体82可以包括在安装套筒84、导向套筒86以及桥形件88上平坦且连续的上端面112。导向套筒86可以包括第一下端面114，第一下端面114是平坦的且与上端面112相对地布置。安装套筒84可以包括具有第二下端面118的向下悬垂的套筒壁116，第二下端面118与上端面112相对地布置并且在轴向上位于第一下端面114的外部。第二下端面118是平坦的，并且在套筒壁116上围绕下文将讨论的第一升降器钻孔94周向延伸，并且形成环形止动表面，以与阀门升降器40上的环形止动件117接触。因此，在复合套环80与阀门升降器40过盈配合期间，一体式套环主体82可以压在缩颈部分56上，直到第二下端面118接触环形止动件117为止。
23.安装套筒84包括形成第一升降器钻孔94的第一内周表面92，用于容纳阀门升降器40。导向套筒86包括形成第二升降器钻孔104的第二内周表面102，用于容纳阀门升降器42。第一升降器钻孔94和第二升降器钻孔104是一致的。在实际的实施方式中，第一升降器钻孔94和第二升降器钻孔104可以具有基本上相同的形状，在复合套环80中绕它们各自的轴线具有基本上相同的角度取向，但是在尺寸上略有不同。这种布置使阀门构件40和42中的任一者能够与安装套筒84具有过盈配合安装构型，并且使阀门构件40和42中的任一者能够与导向套筒86具有滑动配合安装构型。在本发明的上下文中，形状不相同但在重叠时具有总体重合的长轴和短轴的形状也可以认为是一致的。形状不相同且在重叠时长轴和短轴不重合的形状不太可能被认为是一致的。
24.第一升降器钻孔94限定第一套环轴线96、第一大直径98，以及第一小直径100。第二升降器钻孔104限定第二套环轴线106、第二大直径108，以及第二小直径110。与第一大直径98和第一小直径100的尺寸相比，基于第二大直径108或第二小直径110中的至少一者的尺寸，第二升降器钻孔104相对于第一升降器钻孔94被扩大，即第二升降器钻孔104中的滑动配合阀门升降器42对第一升降器钻孔94中的过盈配合阀门升降器40。
25.还应注意，如图4和图7中最佳描绘的那样，第一内周表面92限定平行于第一套环轴线96的从上端面112延伸到第二下端面118的完整的轴向长度135。第一大直径98可以沿着完整的轴向长度135的小部分具有较大的尺寸，并且沿着完整的轴向长度135的小部分具有较小的尺寸，从而限定过盈配合长度136。第一大直径98可以沿着完整的轴向长度135的大部分具有较大的尺寸，从而限定间隙配合长度138。第一升降器端52与安装套筒84之间的过盈配合长度136可以等于完整的轴向长度135的小部分。第一升降器端52与安装套筒84之间的间隙配合长度138可以等于完整的轴向长度135的大部分。第一内周表面92可以沿着间隙配合长度138具有圆柱形状。
26.因此，从图4和图7可以看出，第一内周表面92的仅一小部分与阀门升降器40压配合，并且在向下悬垂的套筒壁116和阀门升降器40之间形成有间隙140。向下悬垂的套筒壁116可抵靠或触底到阀门升降器40上的环形止动件117。在另一实际的实施方式中，与第一大直径98和第一小直径100的尺寸相比，基于第二大直径108和第二小直径110两者的尺寸，第二升降器钻孔104相对于第一升降器钻孔94被扩大。在一些实施例中，第二大直径108比第一大直径98大至少3％，而第二小直径110比第一小直径100大至少6％。如图9最清楚地描绘的，一体式主体82可以在轴向投影平面上具有覆盖区(footprint)，包括由安装套筒84上的外周表面90形成并在桥接件88处起始和终止的第一圆弧142。一体式主体82的覆盖区还可以包括镜像圆弧144，镜像圆弧144由导向套筒86上的外周表面90形成，并且也在桥接件88处起始和终止。
27.在所示的实施例中，第一内周表面92和第二内周表面102中的每一者分别包括弓形内壁120、122和124、126，从而限定各自的第一大直径98和第二大直径108。弓形内壁120、122和124、126分别与第一内周表面92和第二内周表面102的平坦内壁128、130和132、134交替布置，从而限定各自的第一小直径100和第二小直径110。在其他实施例中，可以采用不同的内周表面构型，诸如，椭圆形构型、各种多边形构型，或者就第一内周表面92而言适合于与阀门升降器过盈配合以及就第二内周表面102而言适合于与阀门升降器滑动配合同时限制其旋转的任何其他非圆形形状。
28.工业实用性
29.总体上参照附图，在发动机10运行期间，燃料和空气的混合物在燃烧缸20中燃烧，以将活塞18推向下止点位置，以通过连杆16使曲轴14旋转。凸轮轴28通常以常规的四冲程模式以一半的发动机速度旋转，以促使阀门升降器40和42往复运动，以打开和关闭相关的发动机阀门。阀门升降器40和42中的每一者包括与推杆接触的升降表面，推杆被构造成致动相应的发动机阀门，如本文所述。凸轮从动件68和69接触凸轮轴28上的凸轮30和32，以使阀门升降器40和42在适当的时间往复运动。复合套环80固定地联接到阀门升降器40，并且可滑动地容纳阀门升降器42。第二内周表面102和阀门升降器42之间的接触会抑制阀门升降器42的旋转。阀门升降器40与导向套筒86的固定联接促使复合套环80响应于凸轮轴28的
旋转，特别是凸轮30的旋转，与阀门升降器40一起相对于阀门升降器42在升高位置和下降位置之间移动。
30.在图2中，阀门升降器40被示出为可能出现在降低位置，使得相关的发动机阀门关闭。阀门升降器42被示出为可能出现在升高位置附近，使得相关的发动机阀门打开。当凸轮轴28从图2的状态旋转时，阀门升降器42将相对于复合套环80往复运动，但是被限制成无法绕升降器轴线50旋转，而阀门升降器40和复合套环80将与阀门升降器40一起往复运动，从而也被限制成无法绕升降器轴线46旋转。替代的凸轮布置和凸轮轮廓可产生使阀门升降器40和42相对于彼此上下往复运动的不同模式，但是在任何给定时间，阀门升降器40和42都将可以自由地往复运动，这取决于凸轮角，并且被禁止旋转或被限制成围绕各自的升降器轴线46和50在相对严格控制的狭窄范围内(例如，正负约5
°
的范围内)旋转。
31.本描述仅出于说明性目的，并且不应被解释为以任何方式缩小本发明的范围。因此，本领域技术人员将理解，可以在不背离本发明的完整且恰当的范围和精神的情况下，对当前公开的实施例进行各种修改。通过检查附图和所附权利要求，其他方面、特征以及优点将变得显而易见。如本文所用，冠词“一”和“一个”应包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。在只有一个项目的情况下，使用词语“一个”或类似用语。而且，如本文所用，词语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等应是开放式词语。此外，除非另有明确说明，否则短语“基于”应表示“至少部分地基于”。