滚子式凸轮轴支架以及包含该凸轮轴支架的内燃机
阅读：962发布：2020-10-06
专利汇可以提供滚子式凸轮轴支架以及包含该凸轮轴支架的内燃机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及滚子式 凸轮 轴 支架 以及包含该 凸轮轴 支架的 内燃机 。所述辊子式凸轮轴支架用于可旋转地 支撑 I型 阀 机构的凸轮轴，所述凸轮轴具有至少一个旋转表面。这样的滚子式凸轮轴支架包括至少一个滚子式 轴承 以及对于每一个所述滚子式轴承的至少一个轴承支架，其中每一个轴承支架包括轴承上支架元件和轴承下支架元件。每一个滚子式轴承包括内 滚道 、外滚道和多个滚动元件，所述滚动元件设置在所述内滚道和外滚道之间并且在宽度上横穿各滚道而延伸。所述轴承上支架元件和轴承下支架元件配置为将滚子式轴承容放于所述轴承上支架元件和轴承下支架元件之间。另外，所述轴承下支架元件配置并设置为与I型阀机构的配置的一部分互补。，下面是滚子式凸轮轴支架以及包含该凸轮轴支架的内燃机专利的具体信息内容。
1.一种滚子式凸轮轴支架，以能够旋转地支撑与I型阀机构一起使用的凸轮轴，所述凸轮轴对于每一个进气阀和排气阀具有至少一个凸轮，并且具有至少一个旋转表面，其中所述凸轮和所述至少一个旋转表面沿着所述凸轮轴的长度定位，所述滚子式凸轮轴支架包括：
至少一个滚子式轴承，每一个所述滚子式轴承具有内滚道、外滚道以及多个滚动元件，所述内滚道围绕每一个所述至少一个旋转表面而在周向和轴向上延伸，所述外滚道围绕所述内滚道在周向和轴向上延伸，所述多个滚动元件设置在所述内滚道和外滚道之间并且在宽度上横穿各滚道而延伸；
对于每一个所述至少一个滚子式轴承的至少一个轴承支架，每一个所述至少一个轴承支架包括轴承上支架元件和轴承下支架元件；
其中，所述轴承上支架元件和轴承下支架元件配置为将所述至少一个滚子式轴承容放于所述轴承上支架元件和轴承下支架元件之间；
其中，所述轴承下支架元件配置并设置为与I型阀机构的配置的一部分互补；并且其中每一个所述至少一个滚子式轴承进一步包括保持架，所述保持架被配置成使得在周向上相对隔开地对所述多个滚动元件进行保持，其中所述保持架包括多个突出部，所述突出部垂直于所述保持架的周向端部表面而延伸，从而邻近所述内滚道或外滚道中的一个的周向端部表面。
2.根据权利要求1所述的滚子式凸轮轴支架，其中：
所述轴承上支架元件具有与所述内滚道相对的第一内表面，所述第一内表面具有第一宽度；
所述轴承下支架元件具有与所述内滚道相对的第二内表面，所述第二内表面具有第二宽度；
所述第一宽度大于所述第二宽度；并且
所述内滚道的宽度基本不变。
3.根据权利要求2所述的滚子式凸轮轴支架，其中所述第二宽度与所述第一宽度的比值在30％至50％的范围内。
4.根据权利要求2所述的滚子式凸轮轴支架，其中所述第二宽度在周向上变化，从而在最小宽度和最大宽度之间变化。
5.根据权利要求4所述的滚子式凸轮轴支架，其中所述第一宽度W1和第二宽度W2的宽度满足如下关系：
30％≤W2/W1≤50％。
6.根据权利要求4所述的滚子式凸轮轴支架，其中所述第一宽度W1和第二宽度W2的宽度满足如下关系：
30％≤W2/W1。
7.根据权利要求4所述的滚子式凸轮轴支架，其中所述第一宽度W1和第二宽度W2的宽度满足如下关系：
W2/W1≤50％。
8.根据权利要求1所述的滚子式凸轮轴支架，其中：
所述轴承上支架元件的第一内表面配置有沟槽，所述沟槽延伸所述内表面的圆周的至少一部分，所述沟槽流体联接到润滑剂源；
所述内滚道配置为包括通孔；并且
所述沟槽进一步设置成被流体联接到所述通孔。
9.根据权利要求1所述的滚子式凸轮轴支架，其中：
所述凸轮轴包括多个凸轮和多个旋转表面；并且
所述滚子式凸轮轴支架进一步包括多个滚子式轴承和多个支架；对于每一个所述多个旋转表面具有一个滚子式轴承和轴承支架。
10.一种内燃机，具有I型阀机构、至少一个进气阀以及至少一个排气阀；所述内燃机包括：
凸轮轴，所述凸轮轴具有至少一个旋转表面，并且对于每一个进气阀和每一个排气阀具有至少一个凸轮，其中所述凸轮和至少一个旋转表面沿着所述凸轮轴的长度而定位；
滚子式轴承支架，对于每一个所述至少一个旋转表面具有一个滚子式轴承支架；并且其中每一个所述滚子式轴承支架包括：
至少一个滚子式轴承，每一个所述滚子式轴承具有内滚道、外滚道以及多个滚动元件，所述内滚道围绕每一个所述至少一个旋转表面而在周向和轴向上延伸，所述外滚道围绕所述内滚道在周向和轴向上延伸，所述多个滚动元件设置在所述内滚道和外滚道之间并且在宽度上横穿各滚道而延伸，
对于每一个所述至少一个滚子式轴承的至少一个轴承支架，每一个所述至少一个轴承支架包括轴承上支架元件和轴承下支架元件，
其中，所述轴承上支架元件和轴承下支架元件配置为将所述至少一个滚子式轴承容放于所述轴承上支架元件和轴承下支架元件之间，
其中，所述轴承下支架元件配置并设置为与I型阀机构的配置的一部分互补，并且其中每一个所述至少一个滚子式轴承进一步包括保持架，所述保持架配置为在周向上相对隔开地保持所述多个滚动元件，其中所述保持架包括多个突出部，所述突出部垂直于所述保持架的周向端部表面而延伸，从而邻近所述内滚道或外滚道中的一个的周向端部表面。
11.根据权利要求10所述的内燃机，其中：
所述轴承上支架元件具有与所述内滚道相对的第一内表面，所述第一内表面具有第一宽度；
所述轴承下支架元件具有与所述内滚道相对的第二内表面，所述第二内表面具有第二宽度；
所述第一宽度大于所述第二宽度；并且
所述内滚道的宽度基本不变。
12.根据权利要求11所述的内燃机，其中所述第一宽度W1和第二宽度W2的宽度满足如下关系：
30％≤W2/W1≤50％。
13.根据权利要求11所述的内燃机，其中所述第二宽度在周向上变化，以便在最小宽度和最大宽度之间变化。
14.根据权利要求13所述的内燃机，其中所述第一宽度W1和第二宽度W2的宽度满足如下关系：
30％≤W2/W1≤50％。
15.根据权利要求13所述的内燃机，其中所述第一宽度和第二宽度的宽度满足如下关系：
W2/W1≤50％。
16.根据权利要求10所述的内燃机，其中：
所述轴承上支架元件的第一内表面配置有沟槽，所述沟槽延伸所述内表面的圆周的至少一部分，所述沟槽流体联接到润滑剂源；
所述内滚道配置为包括通孔；并且
所述沟槽进一步设置成被流体联接到所述通孔。
17.根据权利要求10所述的内燃机，其中：
所述凸轮轴包括多个旋转表面；并且
所述滚子式凸轮轴支架进一步包括多个滚子式轴承和多个轴承支架，对于每一个所述多个旋转表面具有一个滚子式轴承和轴承支架。
18.一种用于能够旋转地支撑用于I型阀机构的凸轮轴的方法，所述凸轮轴使得往复式发动机中的至少一个进气阀和至少一个排气阀中的每一个选择性地运动；其中所述凸轮轴具有至少一个旋转表面区域，所述方法包括如下步骤：
设置至少一个滚子式轴承支架，其中每一个所述滚子式轴承支架包括：
滚子式轴承，所述滚子式轴承具有内滚道、外滚道以及多个旋转元件，所述旋转元件设置在所述内滚道和外滚道之间并且在宽度上横穿各个滚道而延伸，
轴承支架结构，所述轴承支架结构具有顶部支架构件和底部支架构件，其中，轴承底部支架构件配置为与I型阀机构的配置互补，并且
其中，轴承上支架构件和轴承下支架构件配置为将所述至少一个滚子式轴承容放于所述轴承上支架构件和轴承下支架构件之间，从而使所述外滚道与所述轴承上支架构件和轴承下支架构件两者的内表面相对；并且
围绕所述凸轮轴的每一个所述至少一个旋转表面区域设置各个至少一个滚子轴承，并且将所述凸轮轴和各个滚子轴承能够旋转地固定在所述轴承上支架构件和轴承下支架构件之间；
其中每一个所述至少一个滚子式轴承进一步包括保持架，所述保持架被配置成使得在周向上相对隔开地对多个滚动元件进行保持，其中所述保持架包括多个突出部，所述突出部垂直于所述保持架的周向端部表面而延伸，从而邻近所述内滚道或外滚道中的一个的周向端部表面。
滚子式凸轮轴支架以及包含该凸轮轴支架的内燃机
技术领域
[0001] 本发明总体涉及用于可旋转地支撑凸轮轴的支架结构，尤其涉及用于顶置凸轮轴配置的这种滚动轴承支架结构。在更为具体的设置中，本发明涉及一种用于顶置凸轮轴配置的滚动轴承支架结构以及具有这种支架结构和I型直接作用阀机构的内燃机，所述顶置凸轮轴配置具有I型直接作用阀机构配置。
背景技术
[0002] 往复式发动机或内燃机包括一个或多个凸轮轴，例如图1A所示的示例凸轮轴20，这对于本领域技术人员来说是公知的。凸轮轴独立地使阀机构的各自的进气阀和排气阀响应于凸轮轴的旋转运动而进行直行运动。
[0003] 凸轮轴20典型地包括轴部22和多个凸轮24。轴部22通过一个或多个轴承以及发动机的气缸盖的对等结构而被可旋转地支撑。凸轮轴20通过正时皮带(未显示)或其它结构(例如，齿轮)而连接到发动机的曲轴，从而使凸轮轴根据曲轴的旋转而进行旋转。
[0004] 当每一个凸轮24可操作地分别联接或连接到进气阀或排气阀时，设置与阀数量相同数量的凸轮。每一个凸轮24包括相对长径部24a(有时称为凸起部)以及相对短径部24b。沿着凸轮轴20将多个凸轮24设置为使长径部24a的位置在周向方向上错开。因此随着进气阀和排气阀可操作地连接到多个凸轮24的每一个，这些进气阀和排气阀可以响应于各自的凸轮轴的旋转而在不同的正时下打开和关闭。
[0005] 这样的往复式发动机或内燃机10可配置为包括一个或多个汽缸，更具体地为4缸、6缸、8缸、10缸和12缸。而且，在发动机中将各汽缸设置为成直线、倾斜，以形成V形，或者以本领域技术人员所公知的多种方法中的任意一个进行设置。因此，凸轮轴的数量和凸轮轴的设置取决于汽缸的数量和汽缸的设置。
[0006] 往复式发动机或内燃机可以设置为具有两个凸轮轴，并且设置为位于进气阀和排气阀的每一侧上，所述凸轮轴放置并设置在每个气缸盖的上侧，这是本领域技术人员公知的。这样的设置通常称为双顶置凸轮或凸轮轴(DOHC)设置。在这种DOHC配置中，一个凸轮轴的凸轮可操作地联接到进气阀，以便分别在适合正时处打开和关闭每一个进气阀，并且其它凸轮轴的凸轮可操作地联接到排气阀，以便在适合正时处分别打开和关闭每一个排气阀。可替代地，并且正如本领域技术人员所公知的，内燃机可配置为对于每一个气缸盖具有一个凸轮轴(即，单顶置凸轮轴——SOHC)，该凸轮轴包括沿着凸轮轴设置的凸轮，以便在适合的正时下打开和关闭进气阀和排气阀中的每一个。在内燃机包括多于一个气缸盖的情况下，例如当发动机为V形配置时，设置两组凸轮轴，对于每一个气缸盖具有一组。
[0007] 当所描述的进气阀被打开时，各个凸轮24的长径部24a邻接进气阀30a的各自的端部。以此方式，进气阀被向下推动抵抗阀弹簧的力，从而使进气阀头从阀座位移并延伸进入汽缸内。当所述的进气阀关闭时，凸轮24的短径部24b邻接进气阀的各自的端部，从而通过阀弹簧的回复力向上推动进气阀。这也适用于排气阀，因此在此将不再赘述。
[0008] 用于可旋转地支撑顶置凸轮轴发动机配置中的凸轮轴20的最普遍的技术或机构是一种组件，该组件包括多个薄膜动液轴承，所述薄膜动液轴承包括气缸盖中的互补的轴承支架结构，其中各动液轴承沿着凸轮轴的长度相对隔开。更特别地，通常对应于凸轮轴的每一个轴部22设置轴承组件。在这样的轴承组件中，受压油被导入每一个轴部22的外表面和相对的动液轴承结构之间。与其它动液轴承结构结合的这种油的受压薄膜可旋转地支撑凸轮轴，并且该油还作为润滑剂，从而在凸轮轴旋转时降低摩擦。在发动机速度较低时或者当发动机空转时，油泵并不产生产生足够压力以形成油的受压薄膜；而是形成混合膜。正如本领域技术人员所公知的，与薄膜条件相比，该混合膜条件增大了摩擦力，从而在这种速度较低时或者当发动机空转时引起更高的凸轮轴扭矩。
[0009] 这在发动机在已经停机一段时间之后正要起动时也是有意义的，这是因为当正要起动发动机时，可能在凸轮轴和轴承支架表面之间仅有很少油甚至没有油用于润滑(例如，在气缸盖的固定结构和凸轮轴之间没有润滑剂或只有很少润滑剂)。换句话说，当起动发动机时，可能将与凸轮轴的轴部22存在金属与金属的接触，从而增大了轴承组件上的磨损。
[0010] 在美国专利公开US 2009/0235887和US 2010/0012059中，滚子式轴承设置为与气缸盖中的结构结合，并可旋转地支撑凸轮轴。记载于美国专利公开No.US 2009/0235887中的滚针式轴承是一种滚子式轴承，其包括外环、多个滚针以及油槽，该外环通过在周向方向上连接多个弧形外环构件而形成，所述多个滚针沿着外环的内径表面而设置，所述油槽在周向方向上延伸并且在外环构件的外径表面中形成。
[0011] 记载于美国专利公开No.US 2010/0012059中的滚子轴承包括外环以及多个滚子，该外环通过在周向方向上连接多个弧形外环构件而形成，所述多个滚子沿着外环的内径表面而设置。在外环构件的内径表面上的一个或每一个周向端部处设置倾斜表面，并且该倾斜表面的轮廓线沿循垂直于滚子的旋转方向的方向。
[0012] 在这两个申请中描述的滚子轴承组件：(1)用于外环构件的总宽度支架；(2)具有在上轴承滚道中形成的或加工的润滑沟槽，该润滑沟槽在上轴承滚道上并且围绕上轴承滚道的中心而在周向方向上延伸；并且(3)具有拉制杯状外滚道(drawn cup outer raceway)，其设计为控制轴承的轴向运动。如图2B所示，在I型阀机构中，为了收容勺斗(bucket)型挺杆而在气缸盖中加工表面凹口或勺斗使得气缸盖中的下轴承支架结构的宽度极大地缩短了。这种缩短的宽度意味着，下轴承支架结构将不能提供横跨总宽度轴承组件的整个宽度的支撑，例如在上文引用的专利申请公开中所看到的。
[0013] 此外，正如在这些公开中所述，在上轴承滚道中形成的或加工的润滑沟槽在上轴承滚道上并且围绕上轴承滚道的中心而沿着周向方向延伸，在I型阀机构中所看到的宽度缩短的下轴承支架结构的区域中，该润滑沟槽也减小了滚道的厚度。此外，这样的凹槽将意味着，在滚道和下轴承支架结构之间将可能存在间隙。这样的配置将意味着，在滚道凹槽和宽度缩短的下轴承支架结构之间将存在很少接触或不存在接触，特别是在不可接受的凹槽的区域中更是如此。
[0014] 而且，拉制杯状外管道的设计有助于控制轴承在这些总宽度配置中的轴向运动，该设计在阀机构的运动结构之间产生潜在的不可接受的干涉，这是因为在该处挺杆和凸轮的相关凸出部位于I型阀机构中。
[0015] 而且，在滚针围绕它们在滚子轴承之内的旋转中心旋转的同时，滚子轴承自身也围绕凸轮轴的中心旋转。因此，在I型阀机构配置中，滚子轴承将通过宽度缩短的下轴承支架结构而旋转。至少是因为上述的困难，所以诸如在上文等同的专利申请公开中所述的滚子轴承还没有使用在具有I型阀机构配置的内燃机中。
[0016] 另外，当在发动机起动、空转和低速运行的过程中阀机构是I型阀机构时(例如，增大了摩擦力)，下轴承支架的缩短的宽度还进一步关系到动液轴承的使用。
[0017] 因此，可预期在使用I型阀机构时提供一种用于可旋转地支撑凸轮轴的轴承支架结构，同时在使用I型阀机构时提供用于可旋转地支撑凸轮轴的方法。具体而言，可预期提供这样的设备和方法，其将在轴承支架结构包含滚子式轴承元件时可旋转地支撑凸轮轴。也可预期提供这样的滚子式轴承支架结构，与现有技术中的设备或结构相比，其并不显著地改变相关部件的尺寸和配置。
发明内容
[0018] 在宽泛的方面，本发明涉及一种滚子式凸轮轴支架(rollerized camshaft support)，以便可旋转地支撑I型阀机构的凸轮轴，所述凸轮轴具有至少一个旋转表面。这样的滚子式凸轮轴支架包括至少一个滚子式轴承以及对于每一个所述滚子式轴承的至少一个轴承支架，其中每一个轴承支架包括轴承上支架元件和轴承下支架元件。每一个滚子式轴承包括内滚道、外滚道和多个滚动元件，所述滚动元件设置在所述内滚道和外滚道之间并且在宽度上横穿各滚道而延伸。所述轴承上支架元件和轴承下支架元件配置为将滚子式轴承容放于所述轴承上支架元件和轴承下支架元件之间。另外，所述轴承下支架元件配置并设置为与I型阀机构的配置的一部分互补。
[0019] 根据本发明的一个方面，涉及一种滚子式凸轮轴支架，以便可旋转地支撑与I型阀机构一起使用的凸轮轴。这样的凸轮轴对于每一个进气阀和排气阀具有至少一个凸轮，并且具有至少一个旋转表面，其中所述凸轮和所述至少一个旋转表面沿着所述凸轮轴的长度定位。这样的滚子式凸轮轴支架包括至少一个滚子式轴承，并且对于每一个所述至少一个滚子式轴承包括至少一个轴承支架。在另外的实施方式中，所述凸轮轴包括多个凸轮和多个旋转表面；并且所述滚子式凸轮轴支架包括多个滚子式轴承和多个支架；对于每一个所述多个旋转表面具有一个滚子式轴承和轴承支架。
[0020] 每一个所述至少一个或多个滚子式轴承包括内滚道、外滚道以及多个滚动元件，所述内滚道围绕每一个所述至少一个旋转表面而在周向和轴向上延伸，所述外滚道围绕所述内滚道在周向和轴向上延伸，所述多个滚动元件设置在所述内滚道和外滚道之间并且在宽度上横穿各滚道而延伸。每一个所述至少一个或多个轴承支架包括轴承上支架元件和轴承下支架元件。
[0021] 所述轴承上支架元件和轴承下支架元件配置为将滚子式轴承容放于所述轴承上支架元件和轴承下支架元件之间。所述轴承下支架元件配置并设置为与I型阀机构的配置的一部分互补。
[0022] 在更为具体的实施方式中，所述轴承上支架元件具有与所述内滚道相对的第一内表面，所述第一内表面具有第一宽度，并且所述轴承下支架元件具有与所述内滚道相对的第二内表面，所述第二内表面具有第二宽度。对于这样的设置，所述第一宽度大于所述第二宽度，并且所述内滚道的宽度基本上不变。
[0023] 在另外的实施方式中，所述第一宽度和第二宽度的宽度为使所述第二宽度与所述第一宽度的比值在大约30％至大约50％的范围内。另外，所述第二宽度在周向上变化，以便在最小宽度和最大宽度之间变化。
[0024] 在其它实施方式中，所述第一宽度和第二宽度的宽度满足如下关系中的一个或一个以上：
[0025] (a)所述最小宽度(W2)除以所述第一宽度(W1)的商在从大约30％至大约50％的范围内(即，大约30％≤W2/W1≤50％)；
[0026] (b)大于或等于大约30％(即，大约30％≤W2/W1)；或者
[0027] (c)所述第二宽度的最小宽度/第一宽度小于或等于50％(即，W2/W1≤大约50％)。
[0028] 在其它实施方式中，每一个滚子式轴承进一步包括保持架(cage)，所述保持架配置为在周向上相对隔开地保持所述多个滚动元件。这样的保持架还配置为包括多个突出部，所述突出部垂直于所述保持架的周向端部表面而延伸，从而邻近所述内滚道或外滚道中的一个的周向端部表面。
[0029] 在其它实施方式中，所述轴承上支架元件的第一内表面配置有沟槽，所述沟槽延伸所述内表面的圆周的至少一部分，所述沟槽流体联接到润滑剂源，并且所述内滚道配置为包括通孔。此外，所述沟槽进一步设置为流体联接到所述通孔。以此方式，诸如受压油的润滑剂经过所述沟槽并由此经过所述通孔而连通，从而对所述滚子式轴承的滚子元件进行润滑。
[0030] 根据本发明的另一个方面，涉及一种内燃机，其具有I型阀机构、至少一个进气阀以及至少一个排气阀。这样的内燃机包括凸轮轴以及滚子式轴承支架，所述凸轮轴对于每一个进气阀和每一个排气阀具有至少一个凸轮，并且具有至少一个旋转表面，其中所述凸轮和至少一个旋转表面沿着所述凸轮轴的长度而定位，对于每一个所述至少一个旋转表面具有一个滚子式轴承支架。
[0031] 每一个所述滚子式轴承支架包括至少一个滚子式轴承和至少一个轴承支架。每一个滚子式轴承包括内滚道、外滚道以及多个滚动元件，所述内滚道围绕每一个所述至少一个旋转表面而在周向和轴向上延伸，所述外滚道围绕所述内滚道在周向和轴向上延伸，所述多个滚动元件设置在所述内滚道和外滚道之间并且在宽度上横穿各滚道而延伸。每一个滚子式轴承支架包括轴承上支架元件和轴承下支架元件。所述轴承上支架元件和轴承下支架元件配置为将所述至少一个滚子式轴承容放于所述轴承上支架元件和轴承下支架元件之间。另外，所述轴承下支架元件配置并设置为与I型阀机构的配置的一部分互补。
[0032] 在另外的实施方式中，所述轴承上支架元件具有与所述内滚道相对的第一内表面，所述第一内表面具有第一宽度，并且所述轴承下支架元件具有与所述内滚道相对的第二内表面，所述第二内表面具有第二宽度。在更为具体是实施方式中，所述第一宽度大于所述第二宽度，并且所述内滚道的宽度基本上不变。
[0033] 在其它实施方式中，所述第一宽度(W1)和第二宽度(W2)的宽度满足如下关系：大约30％≤W2/W1≤大约50％。在更为具体的实施方式中，所述第二宽度在周向上变化，从而在最小宽度和最大宽度之间变化。
[0034] 在其它实施方式中，所述第一宽度和第二宽度的宽度满足如下关系中的一个：
[0035] (a)大约30％≤W2/W1≤大约50％；
[0036] (b)30％≤W2/W1，或者
[0037] (c)W2/W1≤大约50％。
[0038] 在其它实施方式中，每一个滚子式轴承进一步包括保持架，所述保持架配置为在周向上相对隔开地对所述多个滚动元件进行保持，其中所述保持架包括多个突出部，所述突出部垂直于所述保持架的周向端部表面而延伸，从而邻近所述内滚道或外滚道中的一个的周向端部表面。
[0039] 在其它实施方式中，所述轴承上支架元件的第一内表面配置有沟槽，所述沟槽延伸所述内表面的圆周的至少一部分，所述沟槽流体联接到润滑剂源，并且所述内滚道配置为包括通孔。此外，所述沟槽进一步设置为流体联接到所述通孔。
[0040] 在另外的实施方式中，所述凸轮轴包括多个旋转表面；并且所述滚子式凸轮轴支架进一步包括多个滚子式轴承和多个轴承支架，对于每一个所述多个旋转表面具有一个滚子式轴承和轴承支架。
[0041] 根据本发明的另一个方面，涉及一种方法，用于可旋转地支撑用于I型阀机构的凸轮轴，其中所述凸轮轴使得往复式发动机中的所述至少一个进气阀和至少一个排气阀中的每一个选择性地运动。这样的凸轮轴包括至少一个旋转表面区域。所述方法包括：设置至少一个滚子式轴承支架，其中每一个滚子式轴承支架包括滚子式轴承和轴承支架结构。
[0042] 所述滚子式轴承包括内滚道、外滚道以及多个旋转元件，所述旋转元件设置在所述内管道和外滚道之间并且在宽度上横穿各个滚道而延伸。所述轴承支架结构包括顶部支架构件和底部支架构件，其中所述轴承底部支架构件配置为与I型阀机构的配置互补。
[0043] 所述轴承上支架构件和轴承下支架构件配置为将所述滚子式轴承容放于所述轴承上支架构件和轴承下支架构件之间，并且使得其外滚道与所述轴承上支架构件和轴承下支架构件两者的内表面相对。
[0044] 所述方法包括：围绕所述凸轮轴的每一个所述至少一个旋转表面区域设置各个所述至少一个滚子轴承，并且将所述凸轮轴和各个滚子轴承可旋转地固定在所述轴承上支架构件和轴承下支架构件之间。
[0045] 下面讨论本发明的其它方面和实施方式。
[0046] 定义
[0047] 参考如下定义将最为清楚地理解本发明：
[0049] 在本文中，术语“包括”或“包含”用于表示成分、方法、设备、装置和系统包含所述的元件，但是不排除其它元件。当使用“主要由……构成”来限定成分、设备、装置、系统和方法时，表示排除对于该组合具有任何实质性意义的其它元件。这些过渡术语中的每一个所限定的实施方式都在本发明的范围之内。
[0051] 为了更全面地理解本发明的特性和预期目的，对结合所附附图的如下具体描述进行参考，在这些附图中，贯穿多幅视图的相同的附图标记表示相应的部件，其中：
[0052] 图1A为示例性内燃机中使用的示例性凸轮轴的轴测图。
[0053] 图1B为在美国专利申请公开No.US 2009/0235887中描述的总宽度凸轮轴轴承支架结构的示意图。
[0054] 图1C为在美国专利申请公开No.US 2010/0012059中描述的总宽度凸轮轴轴承支架结构的示意图。
[0055] 图1D为轴承滚道的示意图，更为具体地显示了上轴承滚道中的润滑沟槽，该轴承滚道用于图1B或1C中的总宽度凸轮轴轴承支架结构中包含的轴承。
[0056] 图1E为图1B或1C中的总宽度凸轮轴轴承支架结构的横截面图，显示了其中包含的拉制杯状外滚道设计，以便控制轴承的轴向运动。
[0058] 图2B为具有挺杆的示例性I型阀机构的示意图。
[0059] 图2C为I型阀机构的下轴承支架结构的轴测图，其中为了清楚而略去了轴承、阀组件、凸轮轴和上轴承支架结构。
[0060] 图2D为下支架结构和上支架结构的示意图，其中为了清楚而略去了动液轴承、挺杆和凸轮轴。
[0061] 图3A为用于I型阀机构的根据本发明的下轴承支架结构的轴测图，具有滚子式轴承的外滚道的一部分，其中为了清楚而略去了阀组件、凸轮轴和上轴承支架结构。
[0062] 图3B为图3A中的下轴承支架结构的俯视图。
[0063] 图3C、3D分别为图3A中的下轴承支架结构的侧视图(图3C)和图3A中的下轴承支架结构的示意图(图3D)，其显示了轴承剖面和勺斗挺杆之间的适合间隙，其中阀机构组件和勺斗挺杆处于凸轮基圆上。
[0065] 图4B为图4A的更为具体的示意图，显示了在轴承保持架上的成角度的突出部设置于凸轮轴上的轴承内滚道上。
[0066] 图4C为图4A中所示的旋转轴承支架结构的一部分的示意图，并且包括设置在轴承保持架上的轴承外滚道。
[0067] 图4D为旋转轴承支架结构的示意图，包括固定到气缸盖罩的凸轮轴轴承支架盖。
[0068] 图5为拼合式外滚道的立体示意图。
[0069] 图6A为凸轮轴轴承支架盖的轴测图，显示了润滑剂供给沟槽。
[0070] 图6B为另一个凸轮轴轴承支架盖的轴测图，显示了另一个润滑剂供给沟槽的配置。
[0071] 图7A、7B显示了旋转轴承支架结构和相关气缸盖结构的局部剖去的立体图。
[0072] 图8A为与I型阀机构相关的旋转轴承支架结构和相关气缸盖结构的分解图。
[0073] 图8B为单侧拼合保持架的示意图，该单侧拼合保持架能将滚子轴承组合到凸轮轴上，更具体地，能将滚子轴承组合到内滚道上。
[0074] 图9的示意性的截面图显示了横穿下轴承板或支架结构的截面宽度的缩短以及从总宽度到缩短的宽度的变化。
[0075] 图10为滚子轴承的示意性的侧视图，显示了负载下的凸轮轴轴承。
[0076] 图11为下轴承支架结构的示意图，进一步显示了从总宽度到缩短的宽度的变化。
[0077] 图12的图表表示预期摩擦随着阀机构速度(rpm)的变化而降低，此时I型阀机构中的凸轮轴通过本发明的滚子轴承支架结构而被可旋转地支撑。
具体实施方式
[0078] 下面参考附图中的各个视图，其中同样的附图标记表示同样的部件，在图2A中显示了示例性内燃机100中的汽缸的横截面图，内燃机100包括凸轮轴120，在这种内燃机中使用的凸轮轴120用于独立地使进气阀组件130和排气阀组件132各自的进气阀130a和排气阀132a运动。这样的示例性内燃机还包括气缸体112、曲轴140和活塞142，曲轴140和活塞142在气缸体的汽缸112a之内往复运动。
[0079] 尽管显示了单个汽缸112a和活塞142的横截面，但是正如本领域技术人员公知的，这样的往复式发动机或内燃机100中的气缸体112配置为包括4缸、6缸、8缸、10缸和12缸，并且其中活塞的数量对应于汽缸的数量。而且，在发动机或气缸体中将各汽缸设置为成直线、倾斜，以形成V形，或者以本领域技术人员所公知的多种方法中的任意一个进行设置。
[0080] 这样的内燃机100是往复式发动机，其具有作为外壳的气缸体112和气缸盖150、将活塞142的往复运动转换为旋转运动的运动转换机构、供应空气-燃料混合物并排放废气的供气和排气系统以及作为点火设备的火花塞116。正如本领域技术人员公知的，气缸盖固定到气缸体，从而使供气和排气系统的一部分相对于每一个汽缸112a固定。运动转换机构容放于气缸体112中，并且包括活塞142、曲轴140以及连接杆或连杆144，连接杆或连杆144的一端连接到活塞142，且另一端连接到曲轴140，以便将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动。
[0081] 正如本领域技术人员所公知的，曲轴140又可操作地联接到为本领域技术人员公知的传动装置(例如，机械的、液压的、CVT等)，该传动装置又可操作地联接到机动车辆的驱动轮(未显示)。以此方式，通过运行发动机而产生的动力/扭矩传递到驱动轮，从而使车辆在预期方向(例如，前进、后退)上运动。
[0082] 供气和排气系统包括供气路径152a和排气路径152b，供气路径152a和排气路径152b形成于气缸盖150中，并且选择性地联接到气缸体112的每一个气缸112a。进气阀130a位于汽缸112a和供气路径152a之间，排气阀132a位于气缸112a和排气路径152b之间，并且正如在此进一步描述的，凸轮轴120设置为直接控制进气阀130a和排气阀132a的打开和关闭的正时。
[0083] 进气阀组件130包括进气阀130a和阀弹簧130d，进气阀130a具有阀杆130b和阀头130c，阀头130c设置在阀杆130b的一个侧端，阀弹簧130d在关闭进气路径152a的方向上压迫进气阀130a。排气阀组件132包括排气阀132a和阀弹簧132d，排气阀132a具有阀杆132b和阀头132c，阀头132c设置在阀杆132b的一个侧端，阀弹簧132d在关闭排气路径152a的方向上压迫排气阀132a。凸轮轴120连接到每一个阀杆130b、132b的另一个侧端，以便直接作用在阀杆上，从而控制进气阀130a和排气阀132a的各自的打开和关闭。
[0084] 在内燃机100中使用的凸轮轴120包括轴部122和多个凸轮124。一个或多个轴承以及气缸盖150的对等结构通过轴部122而被可旋转地支撑，正如在此处进一步描述的。凸轮轴120通过正时皮带(未显示)或其它结构(例如，齿轮)而连接到曲轴140，从而使凸轮轴根据曲轴的旋转而进行旋转。
[0085] 当每一个凸轮124可操作地分别联接或连接到进气阀130或排气阀132时，设置与阀130、132数量相同数量的凸轮。每一个凸轮124包括相对长径部124a(有时称为凸起部)以及相对短径部124b。沿着凸轮轴120将多个凸轮24设置为使长径部124a的位置在周向方向上错开。因此，随着进气阀130和排气阀132可旋转地连接到多个凸轮124的每一个，这些进气阀130和排气阀132可以对应于各自的凸轮轴120的旋转而在不同正时处打开和关闭。
[0086] 图2A中所示的内燃机100为双顶置凸轮轴(DOHC)发动机，其中两个凸轮轴120放置并设置在气缸盖150的上侧，并且放置并设置为位于进气阀130和排气阀132的每一侧。在这种DOHC配置中，一个凸轮轴的凸轮可操作地联接到进气阀130，从而分别在适合正时处打开和关闭每一个进气阀，并且其它凸轮轴的凸轮可操作地联接到排气阀132，从而在适合正时处分别打开和关闭每一个排气阀。然而，正如本领域技术人员公知的，这样的内燃机还配置为包括一个凸轮轴120(即，单顶置凸轮轴——SOHC)，该凸轮轴120包括沿着凸轮轴设置的凸轮，从而在适合正时处打开和关闭进气阀130和排气阀132中的每一个。
[0087] 进行如下讨论，以便概括地描述这样的示例性内燃机100的运行(在已经起动发动机之后)。示例性内燃机100为四冲程内燃机，其具有四个步骤，例如为供气或进气步骤、压缩步骤、燃烧步骤和排气步骤。在这样的示例性发动机中，活塞142在气缸112a中的最高位置(即，顶部死点或顶部静点)和最低位置(即，底部死点或底部静点)之间运动的步骤是发动机的一个步骤或冲程。
[0088] 在供气或进气步骤时，活塞142从顶部静点运动到底部静点，同时供气阀130打开而排气阀132关闭。随着汽缸112a之内的容积(在下文中指活塞142的上部空间)增大，其中的压力降低，并且空气-燃料混合物经过供气路径152a而导入到汽缸112a之内。供气系统的其它部分配置并设置为对将要供应到气缸盖中的每一个进气路径152的燃料和空气混合物进行混合。这样的供气系统可以设置为利用增压技术或涡轮增压技术供应燃料-空气混合物的受压源。
[0089] 在压缩步骤时，活塞142从底部静点运动到顶部静点，同时进气阀130和排气阀132关闭。随着汽缸112a之内的容积通过这样的运动而减小，汽缸之中的压力升高或增大。
[0090] 在燃烧步骤时，火花塞116点火，同时进气阀130和排气阀132关闭，这使得受压状态的空气-燃料混合物燃烧并猛然膨胀。这样的膨胀将活塞142从顶部静点向下推动到底部静点。来自活塞的该向下运动的力通过连杆144而转换到曲轴140作为旋转运动，从而由发动机产生驱动力。
[0091] 在柴油机的情况下，当发动机点火起动时，发动机可以包括便于柴油燃料-空气混合物点火的装置(例如，电热塞)，然而，在正常运行的过程中，在压缩步骤的过程中对柴油燃料-空气混合物的压缩足以使燃料-空气混合物点火。
[0092] 在排气步骤时，活塞142从底部静点运动到顶部静点，同时供气阀130关闭而排气阀132打开。汽缸112a之内的容积通过这样的运动而减小，从而使废气排放到排气路径152b。当活塞142到达顶部静点，继续重复上述的四冲程过程，直到关掉发动机。排气系统的其它部分配置并设置为便于热的燃烧气体运动或排放到大气中。
[0093] 当在上述步骤中所描述的进气阀被打开时，各个凸轮124的长径部124a邻接进气阀130a的各自的端部。以此方式，进气阀130a被向下推动抵抗阀弹簧132d的力，从而使进气阀头130c从阀座位移并延伸进入汽缸112a内。当所描述的进气阀被关闭时，凸轮124的短径部124b邻接进气阀130的各自的端部。在此配置中，进气阀130a通过阀弹簧130d的回复力而被向下推动，从而使进气阀头130c与阀座接触，关闭该路径。这也适用于排气阀132，因此在此将不再赘述。
[0094] 在上述步骤中，仅在燃烧步骤时产生驱动力，并且在其它步骤时，一个汽缸的活塞142通过飞轮(未显示)旋转以及/或者在另一个汽缸中产生的驱动力(如果发动机的汽缸多于一个)而往复运动。因此，通过多个汽缸而在时间上错开燃烧步骤，以便维持曲轴140的平稳旋转。
[0095] 下面参考图2B，所显示的气缸盖250的横截面图示出了具有挺杆的示例性I型阀机构。对于具有共同附图标记的各特征(例如，阀机构的特征)，将参考对于图2A的上述讨论。另外，如图2A所示，这样的气缸盖250通常通过螺栓而固定到发动机体112。此外，气缸盖250和发动机体112彼此固定，从而使气缸盖和发动机体中所选的端口或开口彼此对应，进而将发动机的冷却剂和润滑剂(受压油)从发动机体供应到气缸盖。
[0096] 还包括进气阀组件230，进气阀组件230包括进气阀130a和阀弹簧130d，进气阀130a具有阀杆130b和阀头130c，阀头130c设置在阀杆130b的一端，阀弹簧130d在关闭进气路径152a的方向上压迫进气阀130a。这样的进气阀组件还包括挺杆236，挺杆236设置在凸轮124和进气阀130a的另一端之间。使用时，凸轮124的长径部124a作用在挺杆236上，从而使进气阀130a运动到打开位置。相应地，当短径部124b与挺杆236相对时，阀弹簧130d使进气阀130a向着气缸盖250中包含的阀座运动并与阀座接触，从而使进气阀运动到关闭位置。
[0097] 排气阀组件232包括排气阀132a和阀弹簧132d，排气阀132a具有阀杆132b和阀头132c，阀头132c设置在阀杆132b的一个侧端，阀弹簧132d在关闭排气路径152b的方向上压迫排气阀130a。这样的排气阀组件还包括挺杆236，挺杆236设置在凸轮124和阀杆132b的另一端之间。使用时，凸轮124的长径部124a作用在挺杆236上，从而使排气阀132a运动到打开位置。相应地，当短径部124b与挺杆236相对时，阀弹簧130d使排气阀132a向着气缸盖250中包含的阀座运动并与阀座接触，从而使排气阀运动到关闭位置。
[0098] 正如在图2C中更为清楚地显示的，每一个挺杆236位于在气缸盖250中形成的或加工的凹口252中，从而使挺杆对应于凸轮124的旋转运动而进行直线运动。又如图2C所示，用于这样的凹口252而对气缸盖250的这种加工或形成使得轴承支架结构300的下轴承支架元件320的宽度在周向上变化。在更为具体的实施方式中，该宽度在最大宽度和最小宽度之间变化，最小宽度基本对应于与挺杆236最接近的位置，此时挺杆236设置在凹口252中。图9中的截面图更为清楚地显示了横穿下轴承支架元件320的截面宽度的缩短以及外滚道210相对于挺杆236和下轴承支架元件的定位。如其它视图所示，为了获得良好的整体支架特性，下轴承支架元件的宽度逐渐变化到总宽度。
[0099] 这样的轴承支架结构300还包括上轴承支架元件310。如图2D所示，上轴承支架元件利用螺栓312而以螺栓连接到气缸盖250的配合表面。上轴承支架元件310的宽度基本恒定或不变化。更具体地，上轴承支架元件310具有公称宽度。
[0100] 在其它实施方式中，上轴承支架元件310的宽度基本大于下轴承支架元件320的宽度。在其它实施方式中，上轴承支架元件310和下轴承支架元件320的宽度满足如下关系：下支架元件的最小宽度(Wlse)除以上支架元件的宽度(Wuse)之商在从大约30％至大约50％的范围内(即，大约30％≤Wlse/Wuse≤大约50％)。
[0101] 在另外的实施方式中，下支架元件的宽度在周向上变化，以便在最小宽度和最大宽度之间变化。在更为具体的实施方式中，在对应于下轴承支架元件320的最小宽度的位置320a处，上轴承支架元件310的宽度基本大于下轴承支架元件320的宽度。
[0102] 在其它实施方式中，上轴承支架元件310的宽度(Wuse)和下轴承支架元件320的宽度(Wlse)满足如下关系中的一个：
[0103] (a)大约30％≤Wlse/Wuse≤大约50％；
[0104] (b)Wlse/Wuse≤大约50％；或者
[0105] (c)大约30％≤Wlse/Wuse。
[0106] 轴承支架结构300还包括滚子式轴承400，当上轴承支架元件310固定或以螺栓连接到气缸盖250时，滚子式轴承400维持在处于上轴承支架元件310和下轴承支架元件320之间的固定设置中。这样的滚子式轴承包括外滚道410、内滚道420、多个(更具体地为若干个)滚子或滚动元件430以及保持架440。正如在此处进一步描述的，这样的滚子式轴承使用拼合式壳体概念，以便在旋转的整个360度上为滚子430提供全面支撑。
[0107] 如图5所示，在具体实施方式中，外滚道410为两个周向部分410a、410b，从而形成拼合式外滚道。在其它实施方式中，拼合式外滚道的端部410c设置为形成成角度的拼合，从而有助于组件找准。优选地，内滚道420与外滚道410相似地进行配置，从而形成拼合式滚道。
[0108] 在更为具体的实施方式中，外滚道410和内滚道420中的每一个配置为使每一个的宽度对于滚动的周长相对不变。更具体地，内滚道和外滚道中的每一个具有各自的公称宽度。此外，外滚道和内滚道由本领域技术人员公知的以及其它适于预期使用的大量材料中的任意一种构成。
[0109] 内滚道420围绕凸轮轴120的轴部122的表面设置。当围绕轴部122组装滚子式轴承400并通过上轴承支架元件310和下轴承支架元件320而将其固定时，内滚道420与轴部122配合地接触。
[0110] 如图3A-3C所示，外滚道410的一部分410b定位为与下轴承支架元件320接触，并且其它部分410a定位为与上轴承支架元件310接触。当围绕轴部122组装滚子式轴承400并通过上轴承支架元件310和下轴承支架元件320而将其固定时，外滚道410与上轴承支架元件310和下轴承支架元件320的相对的表面配合地接触。
[0111] 滚子保持架440配置并设置为包括多个(更具体地为若干个)狭槽442，狭槽442在宽度上延伸但并不横穿滚子保持架的整个宽度。狭槽442在滚子保持架440中形成通孔。滚子设置在狭槽442的每一个中，从而将滚子或滚动元件保持在相对于滚子保持架的圆周的空间中。
[0112] 在组装后，滚子保持架430位于外滚道310和内滚道320之间，从而使滚动元件与外滚道和内滚道滚动接触。这些滚子运行凸轮轴旋转。正如本领域技术人员所公知的，滚子和滚子保持架在使用的过程中还围绕凸轮轴旋转。在其它实施方式中，滚针440和滚子保持架430具有拼合的保持架设置，其允许该组件容易地安装到凸轮轴上。
[0113] 在其它实施方式中，滚子保持架440包括多个突出部432，突出部432相对于保持架的端部表面434成角度地(例如，垂直地)延伸，并且从这样的端部表面434向下和/或向上延伸。更具体地，突出部设置为使它们在邻接或靠近内滚道220的对应端部表面21的方向上延伸。这些突出部432或者设置突出部定位为阻止轴承/保持架组件430、440在内滚道上轴向运动。
[0114] 在其它实施方式中，突出部432设置为邻接或靠近外滚道410的端部表面，从而阻止这样的轴向运动。在其它实施方式中，突出部432设置为选择性地邻接或靠近外滚道410和内滚道420的端部表面。在其它实施方式中，对内滚道和外滚道的端部表面进行倒角。因此，突出部432设置为与这样的倒角互补。
[0115] 在其它实施方式中，通孔411设置在外滚道410中(参见图4C)，并且上轴承支架元件310配置为在与外滚道相对的表面中包括沟槽314。沟槽314和通孔411设置为使通孔流体联接到该沟槽。正如在此进一步描述的，沟槽314流体联接到润滑剂(例如，受压油)源。因此，在发动机处于运行中时，经由沟槽314并经过孔隙411而将润滑剂供应到滚子430或滚动元件，例如如图6A、6B所示。
[0116] 此外，如图6B所示，上轴承支架元件可以配置有一个或多个剖去部316，剖去部316与气缸盖中的润滑通道连通。以此方式，将润滑剂供应到每一个挺杆236。
[0117] 下面描述在一个位置处围绕凸轮轴装配轴承支架的示例性方法。因此，应当理解，这样的方法在为凸轮轴设置旋转支架的每一个位置处都可以进行。下文的描述将参考图8A所示的分解图。
[0118] 在安装勺斗挺杆236之后，将外滚道410的一部分410b插入到下轴承支架元件230内。随后，将滚子430和滚子保持架440的组件安装到内滚道420上，内滚道420也安装到凸轮轴122上。按需要重复多次该步骤，使得在安装凸轮轴之前，组件位于气缸盖的每一个下轴承支架元件处。
[0119] 在完成上述步骤之后，安装凸轮轴，从而使凸轮轴的轴部122适合地定位。之后，围绕凸轮轴120设置保持架440和滚子430和内滚道420的其它部分。然后，围绕组装后的滚子和滚子保持架设置外滚道410的其它部分410a。如此处所述，外滚道410的两部分的端部430c提供了便于这两个部分找准的机构。
[0120] 如此处所述并且如图8B所示，单侧拼合保持架设计能将滚子/滚子保持架430、440的组件容易地组装到凸轮轴上，更具体地，组装到内滚道420上。
[0121] 将上轴承支架元件310定位于气缸盖250的对应的配合表面处。随后，利用装配螺栓312将上轴承支架元件310固定到气缸盖。
[0122] 在下轴承支架元件的每一个位置处重复前述过程。
[0123] 如图10所示，在轴承的上半部中表示了凸轮轴轴承的负载。因此，当上轴承支架元件310横穿外滚道410的整个宽度而与外滚道410接触时，上轴承支架元件能够处理这样的负载。与凸轮轴在轴承的上半部中的负载相比，凸轮轴在轴承的下半部中的负载降低了。因此，下轴承支架即使利用缩短的宽度也能够处理这样的负载。
[0124] 下面参考图12，所显示的图表表示预期摩擦随着阀机构速度(rpm)的变化而降低，此时I型阀机构中的凸轮轴通过本发明的滚子轴承支架结构而被可旋转地支撑。
[0125] 特别是在发动机处于低速时减小的摩擦可以有助于提高燃料经济性，并且改进发动机的磨损。另外，由于根据本发明的滚子轴承所需的润滑极大地减少了，所以可以考虑缩小发动机的油泵，这也可以有助于提高发动机处于低速时的燃料经济性。
[0127] 通过引用而包含
[0128] 通过全文引用的方式，在此公开的所有专利、公开的专利申请和其他参考文献均通过引用而明确包含于本文中。
[0129] 等效方式
[0130] 仅使用常规实验方法，本领域技术人员就能认识或能够确定在此描述的本发明的特定实施方式的许多等效方式。这些等效方式将被包含在权利要求中。
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