凸轮轴传动机构

本发明涉及一种在柴油机中通过凸轮轴操纵进、排气门及喷油 泵的凸轮传动机构，其中，对每个气缸只设一个凸轮来完成这三项 操纵工作。

尤其对于小型柴油机，缩短凸轮轴是在结构方面力求达到的目 的。因此，人们试图减少通过凸轮轴来操纵的传动机构凸轮数。然 而，困难在于，两个气门和喷油泵它们所要求的运动过程是不同的。 就气门的操纵而言，在进气门到达上死点和排气门到达下死点时应 有足够长的开启时间，以便使气缸良好充填和充分排空。与之相应 地，设计者谋求在上死点和下死点之间为基本上平直的理想的矩形 曲线变化。采用一种近似于这种矩形的曲线，可以限制在气门传动 机构一侧产生的质量加速度和赫兹力。

另一方面，对于喷油泵的传动而言，要求将真正的喷油时间设 计得尽可能短。理想的柱塞速度随凸轮转角变化的曲线，在这里是 一条直至上死点为非常陡的上升曲线，以便控制喷油泵柱塞的速度； 其中，在速度曲线上升线段内，按时间相继排列着操纵油泵的三个 阶段，即起始行程，在此期间吸油通道关闭；中间行程，在此期间 喷油泵中的卸荷腔充填；最后，在到达泵柱塞上死点前不久结束的 喷油行程。与之相对的速度曲线下降段认为是非关键性的。

由于对两个气门的操纵和对喷油泵的操纵要求不同，所以迄今 为了实现这两种功能，在结构上被迫采用分开的凸轮轴传动机构， 例如在形式上是一根凸轮轴带动两个凸轮，亦即其中一个凸轮操纵 进-排气门的摇臂，另一个凸轮操纵喷油泵。

此外，仅用一个凸轮完成三种功能的凸轮传动机构尽管是现有 已知的(DE-Al-3325510)，这些功能指的是操纵喷油泵和进、排 气门，然而用这种已知的凸轮传动机构，不能满足上面所阐述的对 运动过程的不同要求。

因此，本发明的目的是制成一种简单的多功能凸轮传动机构， 它要求减少结构方面的费用支出，并能是一种紧凑的结构形式，因 此，这种传动机构特别适用于小型柴油机组的需要。

本发明的目的是通过一种在柴油机中通过凸轮轴操纵进、排气 门及喷油泵的凸轮传动机构来实现的，其中，对每一个气缸只设有 一个用来完成这三项操纵工作的凸轮，该凸轮分别中间通过一杠杆 实现对进、排气门或喷油泵的操纵，其中一杠杆分别与凸轮及喷油 泵的柱塞接触，另一杠杆则分别与凸轮及进、排气门接触，并且， 为了控制喷油泵柱塞的速度，选择关于杠杆回转轴的杠杆传动比， 以及杠杆与凸轮的滚切点和杠杆与柱塞的滚切点之间连线与杠杆回 转轴之间距离，使得在油泵行程最大为10毫米时，使柱塞速度随凸 轮转角的变化曲线，比两个气门的速度曲线更加陡地上升。

这样一来，不仅获得了一种包括喷油泵在内的整个凸轮传动机 构极小的结构体积，而且，除了以上三种功能外，甚至还可以通过 用于喷油泵的杠杆，来完成其它的对发动机的操纵功能，例如润滑 油泵和/或燃油输送泵。

在本发明的范围内，操纵喷油泵的杠杆的设计具有特殊意义。 操给进、排气门的杠杆可按常规设计为摇臂，而有关喷油泵杠杆的 结构，则通过造型设计来实现上述陡的柱塞速度变化曲线。为此目 的，按本发明以下述考虑为出发点，即，对于喷油泵柱塞速度的变 化而言，除了关于杠杆回转轴的杠杆比之外，杠杆回转轴的空间位 置是至关重要的，它应能使柱塞速度随凸轮转角的变化成为较陡的 曲线，在杠杆的两个滚切点之间连线与杠杆回转轴的距离选得愈小 则愈陡；这一距离甚至可取负值，也就是说，杠杆回转轴通过所述 的连线转移到凸轮轴所在一侧。在实践中已证明合乎目的的是，将 杠杆回转轴的中点和与凸轮滚切点以及与柱塞滚切点之间连线的距 离，选为小于连线长度的40％，最好在5％和15％之间。在一种最 佳实施例中，杠杆采用大体平直的形状，也就是说，杠杆回转轴的 侧向位移，小于凸轮端和柱塞端的杠杆滚切点连线长度的10％。以 此方式保证旋转的凸轮和有关滚切点之间有较高的相对速度。这一 点在几何上的意义是，滚切点的圆轨迹与由凸轮旋转给定的作用方 向构成了一个较大的夹角，换句话说，凸轮的滚切点某种程度上反 向移动，其结果是，滚切点的相对速度增大，并相应地增加了泵柱 塞的速度。

因此，与普通的杠杆相比只增大操纵泵的杠杆的杠杆比也许是 不够的。尽管这么做也可以达到较高的传动速度；但与此同时，加 长泵侧杠杆的臂长，意味着相应加大了泵的行程，因为喷油泵的位 置并不能任意地靠近凸轮轴。但在市场上只能买到泵行程较小的约 限为最大10毫米的喷油泵。所以，只有用按本发明建议的“平直杠 杆”，才能使用唯一的一个凸轮来既操纵气门，又操纵喷油泵。

操纵喷油泵杠杆的复位弹簧，或可用装在喷油泵中的柱塞弹簧， 或用装在杠杆凸轮端延长段上单独的压力弹簧，或也可以由在相应 位置处的拉力弹簧来构成，因此可以保证与凸轮的持续接触。两个 气门均按常规由气门弹簧支承。若喷油泵中取消柱塞弹簧，也就是 说，用一个作用在杠杆上的外部压力或拉力弹簧来替代，则需要用 一个扣卡，使杠杆在柱塞底端的滚切点与柱塞底部连续接触。

下面借助附图说明本发明的实施例。其中：

图1为通过三功能式凸轮轴的横截面；

图2所示为传动喷油泵的平伸式杠杆；

图3所示为传动喷油泵的向外弯角式杠杆；

图4所示为传动喷油泵的向内弯角式杠杆；

图5为按图2至4所示杠杆结构的曲线图。

图1表示通过凸轮轴1和唯一的一个凸轮2的横截面图，凸轮2一 方面操纵摇臂3，并通过摇臂控制进、排气门的气门杆4；另一方面 操纵杠杆5，并通过杠杆操纵喷油泵6。喷油泵6通过其泵柱塞7直接 安装在圆柱头8相应的孔中，在圆柱头8中还加工有燃油流动通道， 亦即燃油进油通道9和燃油回流通道10。在油泵头部11的上端设有 连接螺纹12，用于与压力管路连接。泵柱塞13通过其在杠杆侧的端 头14，借助于扣卡15，与装在轴16上的工作滚轮17相连。另一个围 绕着装在杠杆上的销子19及可转动的工作滚轮18，与凸轮2配合工 作。操纵喷油泵13的杠杆5可绕杠杆回转轴20摆动。在工作滚轮18 与凸轮轴1的凸轮2之间的持续接触，通过一个作用在杠杆5延长端 21上的压力弹簧22来保证，此压力弹簧22被紧压在杠杆5的端头21 和固定在外壳内的弹簧座23之间。当凸轮轴沿箭头24的方向旋转时， 通过此同一个凸轮2相继起三个作用，亦即操纵杠杆5以便控制喷油 泵，以及操纵两个摇臂3以便控制进、排气门的气门杆4。在操纵时 通过一个图上未进一步表示的制在泵柱塞13里端的控制曲线，来控 制通常与燃油喷射有关的各种功能。

图2至4表示操纵油泵用的杠杆5作不同设计时的比较。与按图2 所示大致为平直的杠杆相反，图3所示的杠杆向外弯角，亦即从图 纸上看，杠杆回转轴20位于杠杆5上两个滚切点25、26连线的下方； 图4所示的杠杆则相反，确切地说，此杠杆向内弯角，亦即从图纸 上看，杠杆回转轴20处于上述连线的上方。若人们将这些以视觉上 的形象图为依据的情况，与上述三种实施例中杠杆的几何中点联系 起来，则中点大体处在连线上(图4)或连线下方，其中，中点与 两个滚切点25、26之间连线的距离，大约为连线长度的10％(图2) 或30％(图3)。在图4中，杠杆回转轴20向里(即向上)错移得最 多，其结果是凸轮2旋转时在有关滚切点26引起的相对速度，明显 地高于图2或图3中的情况。在弯角的杠杆结构和平直的结构之间， 可以调整为许多中间状态；杠杆5合用的结构形式，可由专家例如 在图5所示两条极端的曲线之间，根据所要求的柱塞速度变化来取 定。在图5中，实线曲线表示具有按图2所示大体为平直杠杆时的柱 塞速度变化；点划线曲线表示在具有按图3所示向外弯角的杠杆时 柱塞速度变化。虚线曲线表示在具有按图4所示略向内弯角的杠杆 时柱塞速度的变化。在两条极端的曲线之间，可调整为许多不同的 方案，这些方案的柱塞速度随凸轮转角变化的曲线中，对喷油时间 为关键性的上升线段具有不同的陡度。这些曲线清楚表明，杠杆形 状或所选的杠杆回转轴位置对速度变化的影响。在图2至图4中，画 成实线的杠杆5均表示与凸轮2处于接触状态的位置；画成点划线的 杠杆位置均表示在凸轮2作用下的最大偏转状态，此时，泵柱塞13 总是处于最大行程位置。

对专家而言无疑可以理解，图5所表示的仅仅涉及当喷油泵13 和凸轮轴1在空间的位置固定时，杠杆回转轴20的不同位置。其中， 相对于杠杆回转轴20中心，在杠杆回转轴20中心和两个滚切点25、 26之间的杠杆长度选为等长；采用其它的毫无疑问可以预先调整好 的杠杆比，则可获得与所画曲线大体平行的曲线变化。