包括在发动机停机过程中防止非故意失效的部件的自动减压装置的制作方法

专利名称：包括在发动机停机过程中防止非故意失效的部件的自动减压装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机，和更具体地，涉及用于内燃机中的自动减压(compression release)装置。
背景技术：
自动减压装置用于内燃机中，以在发动机的各转速提供改进的发动机性能。该装置典型地包括基于发动机转速被驱动的部件，发动机转速改变凸轮凸部的外表面的特性，相配的配气机构(mating valvetrain)部件沿凸轮凸部驱动发动机排气门和/或进气门。当发动机起动时，在凸轮凸部上产生突起，使排气门在发动机压缩冲程中略微打开。由“低速方位(low speed orientation)”引起的减压降低了起动发动机的力。然而，当发动机转速较高，如在正常工作或待机过程中，突起被消除，使排气门在发动机的压缩冲程中保持关闭。该“正常转速方位(normal speed orientation)”使发动机功率达到最大。
这类自动减压装置常采用重量(weight)组件，可转动地附加在凸轮轴，如凸轮轴齿轮的一部分上。当凸轮轴转动时，作用在重量件上的离心力使得重量件离开凸轮轴轴线径向向外地移动。然而，重量件典型地被弹簧偏压向凸轮轴，使得当发动机处于低速时，重量件被向内拉向凸轮轴。由于重量件的移动取决于凸轮轴的转速，重量件的移动可用于控制与凸轮凸部有关联的部件，产生想要的与速度相关的凸轮凸部形状上的变化。通常，这些部件包括带有凹进侧和没有凹进侧的成形轴，与重量件相连。成形轴设置在形成在凸轮凸部表面的凹口中，并且当重量件在发动机低速时径向向内设置时，成形轴的没有凹进侧向外伸过凸轮凸部的外表面形成突起。当重量件在较高的发动机转速向外转动时，成形轴的凹进侧面向外，凸轮凸部上的突起被大部分或完全消除。
在许多发动机中，为了简化并因此降低装置的成本，希望使用有尽可能少的部件的自动减压装置。这在某种程度上可以通过将重量件和成形轴整体地制成作为一单件组件来实现，使重量件的转动直接引起成形轴的转动。基于类似的有关成本的原因，对于发动机常希望在整个凸轮轴组件中采用制造简单并且便宜的部件。例如，凸轮轴齿轮可由塑料模制或者压铸成一个单件。同样，凸轮凸部可整体地制成作为凸轮轴齿轮的一部分，或至少稳定地附加在凸轮轴齿轮。
当发动机停机时，发动机的转动通过摩擦以及通过压缩冲程过程中气缸中活塞对气体的作用被减慢。在停机过程中，成形轴转动到低速方位，其中突起露在凸轮表面。如果在转动的最后时刻没有足够的角动量来完成压缩，那么压缩的气体会反抗活塞，引起少量的反向转动。发动机的少量的反向转动使凸轮从动件压在成形轴的凹进侧或平侧，并且克服偏压弹簧力将其转到其正常转速方位。因此，该自动减压装置变得对随后的起动失去作用，因此由于高压缩力使其难以再起动发动机。

发明内容
本发明是对自动减压装置的改进，防止其在发动机停机过程中的失效。更具体地，本改进包括形成在凹口中的台阶，沿着凸轮凸部的表面可转动地支撑成形轴。台阶在停机过程中发动机反向转动时阻止或者防止凸轮从动件转动成形轴。
具体地，本发明涉及一种有重量组件的自动减压装置的改进，用于在凸轮凸部凹口中，在其中成形轴出现在凸轮凸部表面上突出的第一表面的低速方位和在其中成形轴出现与凸轮凸部表面基本平齐的第二表面的正常转速方位之间转动成形轴。所述改进包括形成在凸轮凸部的凹口中的台阶，与成形轴相互配合，当凸轮凸部在发动机停机过程中以与发动机在正常运转过程中凸轮凸部的第二转动方向相反的第一转动方向运动时，抵制成形轴从低速方位到正常转速方位的转动。
本发明还涉及一种凸轮轴组件，包括带有凹部的凸轮凸部，与凸轮凸部相连的凸轮轴齿轮，和包括有互相连接的重量件和轴的执行器组件。执行器组件相对于凸轮凸部被支撑，以使轴伸进凹部。执行器组件的轴被制成在凸轮凸部的低速转动过程中由轴的一部分形成的突起伸出凹部伸过凸轮凸部的周边，并且突起在凸轮凸部的正常速度转动过程中被降低和被消除中的至少一种。此外，凹部包括通过台阶表面连接的两个弯曲表面，台阶表面至少在某些时候限制轴的转动。
本发明还涉及凸轮轴组件的操作方法。该方法包括使凸轮轴组件的转速从第一速度减到第二速度，其中凸轮轴组件以第一转动方向旋转，随着凸轮轴组件被减速，在凸轮轴组件的凸轮凸部的凹部中转动凸轮轴组件的执行器组件的轴，以使在凸轮凸部上出现突起。该方法还包括，相邻于形成在凹部的轴向伸展的台阶，容纳轴的轴向伸展的边缘，在至少一个运行状态防止轴以使边缘经过台阶的方式转动。


图1是单缸发动机的第一透视图，沿着发动机有起动器和气缸盖的一侧；图2是图1所示的单缸发动机的第二透视图，沿着发动机有空气滤清器和油滤清器的一侧；图3是图1所示的单缸发动机的第三透视图，其中去掉了发动机的某些部件示出发动机的其它内部部件；图4是图1所示的单缸发动机的第四透视图，其中去掉了发动机的某些部件示出发动机的其它内部部件；图5是图1的单缸发动机部分的第五透视图，其中去掉了曲轴箱的顶部示出曲轴箱的内部；图6是图1的单缸发动机的部分的第六透视图，其中分解示出曲轴箱的顶部和曲轴箱的底部；图7是图1的单缸发动机的顶视图，示出发动机的内部部件；图8是图1单缸发动机的配气机构的部件的透视图；图9是图1发动机中用的凸轮轴、凸轮轴齿轮和自动减压(ACR)装置的透视图；图10是图9的凸轮轴、凸轮机构和ACR机构的透视图，其中ACR机构从凸轮轴齿轮分解；图11是穿过凸轮凸部的剖面图，示出在其正常的发动机转速方位的ACR机构；
图12是穿过凸轮凸部的剖面图，示出了在其低速方位的ACR机构；图13是穿过凸轮凸部的剖面图，示出了在发动机停机过程中的ACR机构；和图14是凸轮凸部的透视图，示出了容纳ACR的凹部。
具体实施例方式
参照图1和2，单缸、四冲程内燃机100包括曲轴箱110，和其内有风扇130和飞轮140的鼓风机外罩120。发动机100还包括起动器150、气缸160、气缸盖170和摇臂盖180。图1中所示的排气口190和图2中所示的进气口200装在气缸盖170。如本领域中已知的，在发动机100的工作过程中，活塞210(见图7)在气缸160中朝向和离开气缸盖170往复运动。活塞210的运动依次引起曲轴220(见图7)转动，以及连接到曲轴箱的风扇130和飞轮140的转动。风扇130的转动冷却发动机，飞轮140的转动保持了相对恒定的转动动量。
现参照图2，发动机100还包括连接到进气口200的空气滤清器230，在向气缸盖170提供空气之前过滤发动机所需的空气。提供给进气口200的空气经气缸盖170被送进气缸160，然后通过气缸盖从气缸160流出排气口190排出发动机。经由气缸盖170进、出气缸160的空气的流入和流出分别由输入(input)(进气)阀240和输出(output)(排气)阀250(参见图8)控制。仍如图2所示，发动机100包括机油滤清器260，发动机100的润滑油从其通过并且被过滤。具体地，机油滤清器260分别通过进线和出线270、280连接到曲轴箱110，从而将加压的润滑油提供给机油滤清器260，然后从机油滤清器返回到曲轴箱。
参照图3和图4，示出的发动机100去掉了鼓风机壳体120露出曲轴箱110的顶部290。参照图3，其中风扇130和飞轮140也都被去掉了，示出线圈300，根据风扇130和/或飞轮140的转动产生电流，一起起磁发电机的作用。另外，曲轴箱110的顶部290有一对突起部310，它们覆盖一对凸轮轴齿轮320(参见图5和图7-8)。如图4所示，风扇130和飞轮140位于曲轴箱110的顶部290之上。另外，图4示出了发动机100，没有摇臂盖180，以更清楚地示出一对管330，一对相应的推杆340通过其延伸。推杆340在一对相应的摇臂350和曲轴箱110中的一对凸轮360之间伸展(参见图8)，请见下文的详细说明。
参照图5和图6，示出了发动机100，曲轴箱110的顶部290被从曲轴箱110的底部370拆卸，示出曲轴箱的内部380。还参照图5和图6，以剖开的方向示出发动机100，没有包括发动机伸过气缸160的部分，如没有包括气缸盖170。参照图6，以分解图示出曲轴箱110的顶部290在曲轴箱的底部370之上。在本实施例中，底部370不仅包括曲轴箱的底面390，还包括曲轴箱的所有四个侧壁400，而顶部290仅相当于曲轴箱的顶。顶部290和底部370被制成两个单独的部件，使得为了打开曲轴箱110能实际上将顶部290从底部拆卸。此外，如图5所示，曲轴箱110中的一对凸轮轴齿轮320整体地形成作为相应的凸轮轴410的一部分，或者至少由其支撑，凸轮轴410依次由曲轴箱110的底部370支撑。
参照图7，示出发动机100的顶视图(去掉了曲轴箱110的顶部290)，其中示出了发动机的其它内部部件。具体地，图7示出了气缸160中的活塞210通过连杆420与曲轴220相连。曲轴220依次连接到转动配重430和反的配重(reciprocal weight)440，它们平衡由活塞210施加在曲轴220上的力。进一步地，曲轴220与各齿轮320接触，并且因此将转动运动传给齿轮。在本优选施例中，凸轮轴齿轮320被支撑在其上的凸轮轴410能将润滑油从曲轴箱110(如图5所示)的底面向上送到齿轮320。到机油滤清器260的进线270被连接到凸轮轴410中的一个来接受润滑油，机油滤清器的出线280连接到曲轴220向其提供润滑。图7还示出了位于气缸盖170上的火花塞450，它在发动机工作冲程过程中提供点火，使得在气缸160中发生燃烧。火花塞450的电能由线圈300(参见图3)提供。
参照图7和图8，示出了发动机100的配气机构460的元件。配气机构460包括由凸轮轴410驱动的凸轮轴齿轮320，还包括设置在相应的齿轮320之下并且围绕相应的凸轮轴410的凸轮凸部360。凸轮从动件臂470可转动地装在曲轴箱110，并且伸展设置在相应的凸轮凸部360上。推杆340依次设置在相应的凸轮从动件臂470上，当凸轮凸部360转动时，随着推杆340跟着其相应的凸轮凸部360，推杆被凸轮从动件臂470向外推离开各自的凸轮轴410。这使得摇臂350摇摆或转动，从而使相应的阀240和250在热机循环过程中在适当的时候打开和关闭。设置在气缸盖170和摇臂350之间的一对弹簧480、490在趋于关闭阀240、250的方向上给摇臂施加偏压力。作为在摇臂350上作用偏压力的结果，推杆340也被压到凸轮从动件臂470，从而压到凸轮凸部360。
发动机100是垂直轴发动机，能输出15-20马力，可用于各种用户草地和花园机械，如割草机。在可选实施例中，发动机100也可用于水平轴发动机，可设计成输出更大或更小的功率，和/或应用于各种其它类型的机器，如除雪机。此外，在可选实施例中，发动机100中部件的具体设置可与以上所示和所述的不同。例如，在一个可选实施例中，凸轮凸部360可设置在齿轮320之上而不是在齿轮的下面。
如图9和10所示，各凸轮轴齿轮320直接设置在曲轴箱的顶盖290之下。中心套640支撑各凸轮轴齿轮320相对于其相应的凸轮轴410，用于绕垂直的凸轮轴轴线645转动。辐板649从套640向外径向伸展，并且支撑轮齿700的圆环。套640和轮齿700的环在每个凸轮轴齿轮320的上侧形成环形凹部。
如图9和10所示，自动减压(ACR)装置装在各凸轮轴齿轮320(或者，在可选实施例中，装在凸轮轴齿轮中的一个)上，并且设置在各自的凸轮轴齿轮的凹部中。与各凸轮轴齿轮有关联的ACR机构包括执行器组件510，它包括弧形重量件530和整体形成的成形轴540。在一个实施例中，组件510由粉未金属制成，尽管它还可以用塑料或其它材料模制，或者它可被压铸而成。通过将成形轴540伸进并且穿过通过凸轮轴齿轮辐板649形成的中空管550，组件510可转动地装在凸轮轴齿轮320上。成形轴540绕与凸轮轴轴线645平行的轴线647转动。
成形轴540的上端是圆形轮廓，并且与重量件530的一端相连。它向下延伸穿过管550，进入形成在凸轮凸部360中的轴向定向的凹口或者凹部580。凸轮凸部360位于凸轮轴齿轮320之下，成形轴540的下端被制成在其圆柱形表面中形成平的凹进表面620的形状。该平的表面620延伸在凸轮凸部凹部580的轴向长度，和成形轴540在凹部580有“D形”截面，如图11-13所示。
如图11所示，当组件510转到正常的发动机转速方位时，成形轴540的平的表面620径向地面向外，并且其与凸轮凸部360的外表面基本齐平。另一方面，如图12所示，当组件旋转到低发动机转速方位时，成形轴540在凹部580中转动，使其D形表面的部分在凸轮凸部360的表面上突起。正是该突起通过凸轮从动件470向上推着推杆340，在发动机低速时打开阀240和250，从而有利于起动。
再参照图9和10，执行器组件510在其低发动机转速方位中被弹簧600偏压。弹簧600的一端绕在重量件530，其另一端压到形成在凸轮轴齿轮320上的销(未示出)上。通过绕成形轴540顶部两圈产生的弹簧作用将重量件530偏压到套640。在发动机起动，发动机转速建立后，凸轮轴齿轮320的转动使执行器组件510绕其轴647转动，并且相对于偏压弹簧力从凸轮轴轴线645径向地向外移动到其发动机正常转速方位。这是由于转动的重量件530产生的离心力，使弧形重量件绕轴线647摆动。当发动机转速降低时，该离心力下降，偏压弹簧600转动组件510回到其与套640相邻的发动机低速方位。
继续参照图9和10，执行器组件510由环形垫圈654保持在适当位置。垫圈654围绕凸轮轴410并且填充执行器组件510顶部和曲轴箱盖290底面之间的空隙。因此，执行器组件510由垫圈654轴向地保持不向上移动。它被关在支撑管550中，被约束成在其两个运行方位之间的转动。
具体参照图11-14，本发明的一个重要方面是凸轮凸部360表面中的轴向定向的凹部580的形状。凹部580轴向延伸一定距离，并且形成具有两个弯曲表面582和583的槽。每个弯曲表面582和583被制成与成形轴540的圆形表面相配的形状，但是，它们互相偏移形成台阶584。如图13所示，当成形轴540处于其发动机低速方位时，其平的表面620的一个边缘与这个台阶584啮合，禁止其到高速方位的转动。这在停机时发动机反转时尤其有效，如箭头588所示。作用在平的表面620的相对边缘的凸轮从动件470的向下压力试图转动成形轴，但是相同的向下压力保持成形轴540压到凹进表面583，并且使其不会上升过台阶584，不会转到图11所示的正常速度方位。
虽然台阶584能有效阻止执行器组件在发动机停机过程中转动到正常的发动机转速方位，但其并不阻碍发动机起动过程中转换到正常的发动机转速。在起动过程中，成形轴540与台阶584啮合，如图12所示，突起的轴540减压缩来帮助起动。如上文所述。随着发动机转速的建立，通过转动轴540克服边缘584的重量件530，转矩被作用于成形轴540。此外，整个地作用在执行器组件上的离心力将成形轴540的边缘提升到台阶584之上。为了能出现这种情况，管550中的轴向开口(参见图10)必须大到足以使成形轴540能与弯曲表面582和583径向对齐。
这样，凸轮凸部凹部580中的台阶584与通过平的表面620形成在成形轴540上的边缘的相互作用，利用凸轮从动件470产生的其也是在发动机停机过程中产生问题的原因的压力来解决了该问题。然而，在发动机起动过程中，该压力没有施加于凸轮凸部360各旋转的大部分，并且使得自动减压装置能正常运转。因此，本发明利用引起停机问题的力来解决该问题。
虽然以上示出和说明了本发明的优选实施例，但应该理解本发明并不限于在此公开的具体结构。在不偏离本发明的精神和实质的情况下，本发明可包含其它特定的形式。例如，本发明可广泛应用于凸轮凸部外表面的改进，无论是否涉及发动机的排气门、进气门或其它阀。本发明还可扩展到凸轮轴组件的设计的其它方面。例如，本发明的一个方面可以是上述的用于将重量件和成形轴执行器组件固定到凸轮轴齿轮的装置，其中成形轴延伸穿过形成在凸轮轴齿轮中的开口，进入形成在凸轮凸部中的对齐的凹口，和其中重量件可以自由地使成形轴绕穿过开口的轴线转动并且被轴向地约束在其中，通过绕凸轮轴齿轮套设置的由其径向向外伸展来在盖和重量组件之间调节的垫圈。相应地，本发明的范围应该参考下文中的权利要求，而不是参考前面的说明。
权利要求
1.在一种有重量组件的自动减压装置，所述重量组件用于在所述成形轴在其中出现突起在凸轮凸部表面之上的第一表面的低速方位和在所述成形轴在其中出现与所述凸轮凸部的表面基本平齐的第二表面的正常转速方位之间在凸轮凸部的凹口中转动成形轴，所述改进包括形成在所述凸轮凸部的凹口中的台阶，与所述成形轴相互作用，当所述凸轮凸部在发动机停机过程中以与发动机正常运转中所述凸轮凸部的第二转动方向相反的第一转动方向移动时，阻止所述成形轴从所述低速方位到正常转速方位的转动。
2.如权利要求1所述的改进，其中所述成形轴具有由在两个轴向定向的边缘相交的弯曲表面和平的表面形成的基本为D形的截面。
3.如权利要求2所述的改进，其中所述凹口由两个各与所述成形轴的弯曲表面相配的弯曲表面形成，并且所述凹口的弯曲表面互相偏移在所述凹口中形成所述台阶。
4.如权利要求3所述的改进，其中所述成形轴的所述轴向定向的边缘中的一个和所述平的表面的一部分，至少在所述成形轴处于低速方位的某些时候靠在所述台阶上。
5.如权利要求4所述的改进，其中在所述凸轮凸部以所述第一方向移动时，当压力由凸轮从动件被作用在所述成形轴上时，所述压力趋于使所述成形轴压在所述两个弯曲表面中的一个，防止所述成形轴移动克服所述台阶。
6.如权利要求4所述的改进，其中当所述凸轮凸部以所述第二方向移动时，和所述凸轮凸部从低转速加速到正常转速时，所述成形轴转动并且被提升过所述台阶。
7.如权利要求6所述的改进，其中所述成形轴被制成装配进具有大到足够以使所述成形轴能与所述的两个弯曲表面的每个径向对齐的内部区域的管中。
8.如权利要求1所述的改进，其中所述重量组件和成形轴至少是由下述之一形成由粉未金属制成；由金属材料形成；由塑料材料形成；和压铸制成。
9.一种凸轮轴组件，它包括具有凹部的凸轮凸部；连接到所述凸轮凸部的凸轮轴齿轮；和包括彼此连接的重量件和轴的执行器组件；其中，所述执行器组件相对于所述凸轮凸部被支撑，所述轴伸进所述凹部；其中所述执行器组件的轴被制成在所述凸轮凸部的低速转动的过程中由所述轴的一部分形成的突起伸出所述凹部伸过所述凸轮凸部的周界，和在所述凸轮凸部正常速度转动过程中所述突起至少被减小或者被消除；和其中所述凹部包括通过台阶表面连接的两个弯曲表面，所述台阶表面至少在某些时候限制所述轴的转动。
10.如权利要求9所述的凸轮轴组件，其中所述轴具有由在两个轴向定向的边缘相交的弯曲表面和平的表面形成的基本为D形的截面。
11.如权利要求10所述的凸轮轴组件，进一步包括至少与所述凸轮凸部和所述轴中的一个接触的凸轮从动件。
12.如权利要求11所述的凸轮组件，其中在所述凸轮凸部以与正常转动方向相反的非正常转动方向移动时，当压力通过所述凸轮从动件作用在所述轴上时，所述压力趋向于将所述成形轴推向所述两个弯曲表面中的一个，用来依次防止所述成形轴转过所述台阶。
13.如权利要求9所述的凸轮轴组件，进一步包括支撑机构，至少在所述凸轮凸部和所述凸轮轴齿轮中的一个上，其中所述执行器组件通过所述支撑机构相对于所述凸轮凸部被支撑，使所述轴伸进所述凸轮凸部的凹部。
14.如权利要求13所述的凸轮轴组件，其中所述支撑机构包括延伸穿过所述凸轮轴齿轮的管，和其中所述支撑机构支撑所述执行器组件，使所述重量件沿着所述凸轮轴齿轮的第一侧设置，所述轴从所述重量件通过所述管伸出伸过所述凸轮轴齿轮的第二侧并且进入所述凸轮凸部的凹部。
15.如权利要求14所述的凸轮轴组件，进一步包括垫圈，绕所述凸轮轴齿轮的中心套设置并且从其径向的向外伸展，来在所述执行器组件和壳体的一部分之间调节，使所述执行器组件的轴被轴向保持在所述管中和在所述凹部中。
16.如权利要求9所述的凸轮轴组件，进一步包括用于朝所述凸轮轴齿轮的内部偏压所述执行器组件的重量件的装置，其中在所述凸轮轴齿轮和所述凸轮凸部高速转动时，离心力使所述重量件离开所述凸轮轴齿轮的内部向外移动，与所述用于偏压的装置提供的偏压力相反。
17.一种凸轮轴组件的操作方法，所述方法包括将所述凸轮轴组件的转速从第一速度减到第二速度，其中所述凸轮轴组件以第一转动方向旋转；在所述凸轮轴组件减速时，在所述凸轮轴组件的凸轮凸部的凹部中转动所述凸轮轴组件的执行器组件的轴，使突起在所述凸轮凸部上出现；和相邻于形成在所述凹部中的轴向延伸的台阶，容纳所述轴的轴向延伸的边缘，其中在至少一个运行状态，防止所述轴以使所述边缘越过所述台阶的方式转动。
18.如权利要求17所述的方法，其中在所述凸轮轴组件减速时、后出现所述的至少一个运行状态，所述凸轮轴组件开始以与所述第一转动方向相反的第二转动方向转动。
19.如权利要求17所述的方法，进一步包括在所述转速减速之前，将所述凸轮轴组件的转速从所述第二转速加速到所述第一转速；和当所述凸轮轴组件加速时，所述凸轮轴组件的执行器组件的轴在所述凸轮轴组件的所述凸轮凸部的凹部中转动，所述突起至少被减小或者被消除。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述轴的转动是由将所述执行器组件的重量部分朝所述凸轮轴齿轮的内部偏压的弹簧所引起的。
全文摘要
一种用于内燃机的自动减压装置，其包括具有凸轮轴齿轮的凸轮轴组件，具有沿着齿轮的第一侧设置的凹口的凸轮凸部，穿过凸轮轴齿轮与凹口对齐的管，和在凸轮轴齿轮第二侧的支撑。一种执行器组件包括延伸穿过管并容纳在凹口中的成形轴。执行器组件可在两个运行方位之间转动，形成在凹口表面的台阶防止执行器在发动机停机过程中失效。
文档编号F01L13/08GK1839251SQ200480023851
公开日2006年9月27日 申请日期2004年8月19日 优先权日2003年8月20日
发明者T·M·罗特, P·L·贝滕豪森, T·E·韦尔曼, S·X·陈, H·云 申请人:科勒公司