具有阻尼裝置的液壓間隙調節器的製作方法

2023-10-26 21:25:52 1

專利名稱：具有阻尼裝置的液壓間隙調節器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種使用在內燃發動機氣門結構中的具有阻尼裝置的液壓間隙調節器。
背景技術：
現代氣門結構系統使用液壓間隙調節元件以補償氣門結構的磨損、發動機暖機時 的熱膨脹以及其他任何改變氣門結枸機械連接空隙的現象。液壓間隙調節器在活塞後 的體積可變壓力室內使用液壓液以從凸輪軸向搖臂傳遞氣門驅動力。壓力室內的液體 量發生改變以移動活塞並去除氣門結構的機械連接的空隙或間隙。在某些運轉條件下 或特殊應用的氣門結構中，當機械連接發生迅速卸載事件時，間隙調節器會允許過多 的液壓液進入壓力室，從而產生"抽吸"或過補償。如果卸載事件持續時間比間隙調 節器所需以響應並增加高壓室內液壓液的量的時間長，則間隙調節器會妨礙氣門合適 地關閉，從而導致不需要的運轉或發動機損壞。傳統的間隙調節器設計沒有考慮到調 節系統阻尼特性的外在控制。而是由間隙調節器中高壓室、低壓室之間通道的幾何形 狀和設計控制系統響應。儘管這種方法可能對很多應用都很適用，但是很難調整或適 應對特殊氣門結構系統的響應。實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題包括提供一種減少或消除間隙調節器的過補償 或抽吸的液壓間隙調節器。為解決該技術問題，本實用新型提供一種具有阻尼裝置的 液壓間隙調節器，概括而言，本實用新型提供下述技術方案一種使用液壓間隙調節器調整內燃發動機氣門結構中間隙的系統，該液壓間隙調 節器包括阻尼裝置以限制間隙調節器活塞相對於間隙調節器本體的移動速度。實施例 中包括液壓間隙調節器，其擁有具有封閉端和接收活塞的開口端的本體，活塞根據布 置在活塞與本體中間的體積可變高壓室中液壓液的量的變化而移動。與上述活塞和本 體中至少一個配合的阻尼裝置限制了活塞相對於本體的移動速度。布置在高壓室或者 阻尼室中的阻尼元件限制了液壓液越過或穿過阻尼元件的流速。根據本實用新型的第一方面，提供一種用於內燃發動機氣門結構的液壓間隙調節 器，其中所述液壓間隙調節器包括具有封閉端和用以接收活塞的開口端的本體，所述 活塞響應氣門結構組件變化的長度在所述本體中移動且由設置在所述活塞與所述本 體之間的體積可變高壓室中的一些液壓液所支撐，所述液壓間隙調節器包含與所述活塞和所述本體中至少一個相關聯以限制所述活塞相對於所述本體的移動速度的阻 尼裝置。根據本實用新型的第二方面，提供一種用於內燃發動機氣門結構的液壓間隙調節 器，其中所述液壓間隙調節器包含具有封閉端和開口端的本體；設置在所述本體中 的活塞，其在所述活塞與所述本體的封閉端之間形成了體積可變高壓室，所述活塞具 有設置在其中的低壓室，所述低壓室設有與所述本體上的供給埠相連的低壓埠和選擇性連接至所述高壓室的高壓埠；設置在所述低壓室和所述高壓室之間的止回 閥；和設置在所述活塞和所述本體之間用以限制所述活塞在所述本體中的移動速度的 阻尼裝置。本實用新型包括具有多種優勢的實施例。例如，本實用新型的系統將液壓阻尼器 結合在間隙調節器的設計中，間隙調節器可以為常閉的、常開的或自由球式間隙調節 器以適應頂置凸輪發動機或推桿發動機。控制流道的幾何形狀和/或阻尼室體積有助 於調整間隙調節器以響應特殊的氣門結構設計和/或運轉條件。本實用新型具有下述有益效果例如，使用阻尼裝置的間隙調節器的響應時間調 整可以有助於更好地控制氣門的開啟和關閉事件、氣門開啟持續時間和氣門升程。另 外，可以使用可調整響應以更好地匹配特殊氣門結構設計的特性以降低噪聲、振動和 聲振粗糙度(NVH)。本實用新型的可調整阻尼特徵在執行積極冷啟動策略時可用於 補償氣門膨脹，且提供對油的溫度和粘度變化較不敏感的更加可靠的控制系統。結合附圖參看對本實用新型的優選實施例的詳細說明，本實用新型的上述及其他 優點和特徵將變得顯而易見。


附圖l為說明了根據本實用新型實施例的內燃發動機氣門結構的局部剖視圖，所 述內燃發動機氣門結構設有具有阻尼裝置的液壓間隙調節器；附圖2為根據本實用新型實施例的液壓間隙調節器的剖視圖，所述液壓間隙調節 器在活塞和本體之間設置有阻尼裝置；附圖3為根據本實用新型實施例的液壓間隙調節器的剖視圖，所述液壓間隙調節器具有設有從活塞延伸出的阻尼元件的阻尼室；附圖4為根據本實用新型實施例的液壓間隙調節器的剖視圖，所述液壓間隙調節 器具有設有從本體延伸出的阻尼元件的阻尼室；附圖5為說明了根據本實用新型用於頂置凸輪、滾柱指輪從動件氣門結構應用中 的液壓間隙調節器的剖視圖。
具體實施方式
本領域技術人員應了解，參考任一附圖所說明並描述的實施例的多種特徵可與一 個或多個其他附圖中所說明的特徵相結合以產生文中沒有明確說明或描述的可選實 施例。所說明的特徵的結合為典型應用提供了代表實施例。然而與本實用新型教導相 一致的多種特徵組合與改變為特殊應用或實施所期望。在說明中所使用的代表實施例 總體上涉及一種用於四衝程多汽缸內燃發動機氣門結構的液壓間隙調節器。本領域的 技術人員可以認識到對其它發動機/車輛技術的類似應用或實施。附圖1-5說明了根據本實用新型代表實施例的用於內燃發動機氣門結構的液壓 問隙調節器的運轉。多汽缸內燃發動機10除液壓間隙調節器外總體上為傳統設計。 因此，發動機和氣門結構的多種傳統特徵也不再明確說明與描述。本領域技術人員應 當認識到本實用新型所公開的液壓間隙調節器可被用於多種類型和配置的發動機中， 包括但不限於例如排列為''V"形排列配置、"W"型排列配置或直列配置的壓縮點火式、 火花點火式發動機。說明描述本實用新型的代表實施例包括整體式凸輪發動機或推桿 發動機的應用和頂置凸輪、滾柱指輪從動件的應用。多汽缸內燃發動機IO包括設置於發動機汽缸體14中的凸輪軸12,也可以被稱為整體式凸輪發動機。每個汽缸16 (圖中只顯示了一個)包括通過連接杆20與曲軸 (圖中未示)相連的往復式活塞18。汽缸蓋22固定於發動機汽缸體14,提供了連接 到與換氣氣門28關聯的汽缸蓋22中的對應埠的傳統的進氣道、排氣道15(附圖5), 換氣氣門包括進氣門30、 32和排氣門36、 38。汽缸蓋22包括傳統的硬體，例如與 換氣氣門28的運轉相配合的氣門導管、氣門座等(圖中未示)。燃料噴射器40響應 相關發動機控制器提供的信號向汽缸16傳輸燃料。儘管附圖1所說明的為直噴發動 機，本實用新型也可用於具有其他燃料噴射策略例如進氣道燃料噴射的發動機。發動機IO包括氣門結構50以控制空氣和/或燃料(針對進氣道燃料噴射發動機) 進入汽缸16和排出燃燒氣體。氣門結構50包括氣門28、氣門彈簧52、搖臂54、推 杆56和有時被稱為挺杆或凸輪從動件的挺柱58，挺柱58包括如本實用新型的附圖 2-4所說明的具有阻尼特徵的液壓間隙調節器。凸輪軸12包括凸角70以通過凸輪從 動件58以及關聯的推桿56和搖臂54驅動氣門28。在運轉時，當凸輪軸12旋轉時，挺柱58與凸輪軸12的對應凸角70接觸，使挺 柱58和相關的間隙調節器上升以向相關的推桿56傳遞力。推桿56對相關的搖臂54 施加對應的力，搖臂54圍繞一體化的球型/球窩型樞軸點120樞軸轉動，而小球由固 定在汽缸蓋22中的相關支點126所支撐。搖臂54將推桿56基本上向上的運動轉換 為基本上向下的運動以使進氣門30、 32克服相關彈簧52移動以打開進氣埠。隨著 凸輪軸12繼續旋轉，挺柱58沿著凸角70的輪廓，開始基本上向下運動，以使相關 彈簧52關閉進氣門30、 32。排氣門36、 38以類似的方式驅動。參考附圖2-4所說明和描述的，每個凸輪從動件或挺柱58優選地包括具有阻尼 裝置的液壓間隙調節器以調節每個推桿和搖臂相關的間隙以補償熱膨脹、磨損等。附 圖2中的挺柱58為凸輪從動件或挺杆，包括繞固定在殼體154上的軸152旋轉的滾 柱150。軸承156或類似裝置有助於滾柱150在與對應的凸輪軸凸角接觸時繞軸152 旋轉。殼體154包括軸向孔，間隙調節器130設置在其中。間隙調節器130包括固定 在殼體154的軸向孔中的本體160,所述本體160具有封閉端162和開口端164以接 受可移動活塞166。本體160的封閉端162和活塞166底部之間的空間形成了體積可 變高壓室170。止回閥176控制液壓液從設置在活塞166中的低壓室或存儲器186穿 過高壓埠 188流入高壓室170。儘管所說明的止回閥176為常閉彈簧球閥，在某些 應用中也需要使用常開型配置。類似地，多種其他類型的止回閥也可用於控制液壓液 的流向。在附圖2的實施例中，間隙調節器130包括用設置在高壓室170內的阻尼元件 180所實現的阻尼裝置。阻尼元件180作用為分離器，將高壓室170劃分為第一和第 二區域，並包括至少一個孔口 182,其尺寸可控制或限制液壓液在高壓室170的第一 和第二區域間的流速。彈簧184設置在高壓室170中位於本體160和阻尼元件或分離 器180之間。彈簧184操作阻尼元件180和活塞166以施加一個足夠的力以伸展間隙調節器並消除系統中的間隙。當彈簧184伸展時，液壓液流入高壓室170以支撐氣門 結構系統和間隙調節器處於適當高度。在附圖2-4所說明的代表實施例中，活塞166通過具有適合與推桿連接的上端部 192的上部活塞部件190實現。上端部192還可以包括潤滑油通道194以通過推桿向 氣門結構的上部組件輸送發動機潤滑油。可選擇地，上端部192可以基本上為凹面以 連接球面端部的推桿。活塞166包括設置在本體160中的下部活塞部件200,其與上 部活塞部件190接觸。殼體154包括一個或多個供給埠 220以向本體160的外部供給液壓液/發動機 潤滑油，本體160上還包括一個或多個供給埠 222以向本體160的內部和潤滑油通 道194傳輸潤滑油。類似地，活塞166包括至少一個低壓埠以從本體160的內部向 低壓室186傳輸液壓液。在運轉時，間隙調節器基本上消除了在變化的運轉和環境條件下氣門結構組件之 間的任何間隙或空隙以提供穩定可靠的氣門驅動，包括可重複的氣門開啟、關閉時間 和升程峰值。對於根據本實用新型的液壓間隙調節器，當氣門結構組件的長度由於溫 度或磨損發生變化時，液壓液從加壓供應源穿過殼體154中的橫向孔220進入挺柱 58,並進入低壓室186。少量的液壓液穿過止回閥176進入體積可變高壓室170以將 活塞支撐在一個位置以去除對應的推桿與搖臂之間的任何間隙或空隙。因此，凸輪凸 角與滾柱150旋轉接觸生成的力通過殼體154被傳遞到間隙調節器本體160,並通過 被止回閥176收集在高壓室170中的液壓液被傳遞到活塞166。如果氣門結構組件由 於熱膨脹而長度增加，液壓液非常緩慢地穿過活塞166和本體160之間的空隙形成的 "下漏"路徑離開高壓室170以減少容納在高壓室170中的量。有些不包括本實用新型所描述的阻尼裝置的傳統液壓間隙調節器由於氣門結構 機械連接迅速卸載，容易產生"抽吸"或過補償。如果卸載事件持續時間比間隙調節 器的響應時間長，則額外(不需要)的液壓液會進入高壓室170,且無法足夠迅速地 通過下漏路徑離開，以致間隙調節器會充分延伸而保持氣門不與氣門座接近，導致會 使得一個或多個汽缸不點火，和/或導致發動機的永久性損壞的不利的發動機運轉。 傳統液壓間隙調節器的響應時間為固有阻尼的函數，該固有阻尼由高壓室與低壓室之 間通道的幾何形狀和設計決定。然而，該通道常常受到其他限制，無法輕易調整以適 應特殊的氣門結構系統設計。根據本實用新型，提供了一種阻尼裝置以減少或消除常開和常閉間隙調節器的 "抽吸"。在附圖2的實施例中，阻尼元件180包括孔口 182以限制高壓室170內液 壓液的流速。通過控制高壓室170中的第一、第二區域的體積以及孔口 182的大小和 數量，阻尼元件180限制了液壓液流入高壓室170的流速，其限制了活塞166相對於 本體160的移動速度以減少或消除抽吸。可選擇地或共同使用，高壓埠 188可具有 一定大小以調整間隙調節器的響應以減少或消除抽吸或過補償發生。附圖3和4說明了根據本實用新型的具有阻尼裝置的液壓間隙調節器的可選實施 例。附圖3和4的實施例以類似於參考附圖2所描述的間隙調節器的方式運轉，具有 上標的附圖標記U30'， 130"等)指示了與無上標附圖標記所描述的對應特徵具有 類似或相同結構和功能的組件或特徵，其區別亦有記載。如附圖3所顯示，間隙調節器130'包括由圓周形阻尼室250和至少一個延伸入 阻尼室250的流動約東元件260所實現的阻尼裝置。阻尼室250成型在活塞166'的 中部和本體160'之間，填充有從埠 220'進入的液壓液。阻尼室250還通過低壓供 給埠 21(K向低壓室186'供給液壓液。流動約束元件260從活塞166'延伸進入阻尼 室250以當活塞166'在本體160'中移動時控制液壓液的流速。流動約東元件260可 以與活塞166'—體成型為整體結構，根據特殊應用和實施從上部活塞部件190'和/ 或下部活塞部件200'延伸出來。類似地，流動約東元件260可以通過固定與活塞166' 一起運動的分離元件所實現，例如卡環。應當注意，埠 210'和220'可以定位在流 動約東元件260的上方或下方。同樣如附圖3所說明，上部活塞部件190'包括適合連接對應的氣門結構組件例 如從動臂或推桿的上端部192',和具有延伸入阻尼室250的法蘭196的下端部。下 部活塞部件200'包括具有外徑比法蘭196的外徑減小的上端部198以形成阻尼室 250。類似地，上部活塞部件190'包括在法蘭196上方的直徑減小部分。具有密封件 的蓋子262固定在本體160'中以限制液壓液通過活塞166'和本體160'間空隙形成的 下漏途徑離開調節器130'的速度。在運轉時，在氣門結構卸載事件中，阻尼室250中的液壓液必須從法蘭196的上 方轉移至法蘭196的下方，且/或必須通過下漏路徑離開阻尼室250以便活塞166'在 本體160'中移動。同樣地，法蘭196運轉作為限制活塞166'在本體160'中移動的速 度的流動約東阻尼元件。類似地，蓋子262也可運轉作為與法蘭196徑向重疊的流動 約東元件，以約東或限制液壓液的流速，使得間隙調節器130'不會響應氣門結構卸 載事件發生過補償或抽吸。可以為了特殊應用而調整間隙調節器130'的時間常數或 響應時間，在該特殊應用中，結合阻尼室250的體積與通過法蘭196實現的阻尼元件 的尺寸和/或兩個或更多阻尼元件的重疊區域來約東液壓液流動。另外，孔210'和 220'的大小適於傳輸所需的阻尼響應。現在參考附圖4,液壓間隙調節器130"包括以設置在活塞166"中部和本體1601' 之間的阻尼室250'和延伸入阻尼室250'的阻尼元件270實現的阻尼裝置以限制活塞 166"在本體160"中的移動速度。阻尼元件270從本體160"延伸入阻尼室250',可以 為如所說明的由單一結構一體成型。可選擇地，阻尼元件270也可以為固定在本體 160"上並延伸入阻尼室250'的分離組件。例如，阻尼元件270可以由固定在本體160" 的內凹槽中並延伸入阻尼室250'的卡環所實現。附圖3、 4所說明的實施例的特徵可 以在具有阻尼室的間隙調節器中結合使用， 一個或多個阻尼元件從本體延伸入阻尼室，另一個或多個阻尼元件從活塞延伸入阻尼室。阻尼元件可以徑向重疊以約束流動， 彼此軸向或縱向間隔排列以防止其在運轉時相互接觸。
附圖5說明了根據本實用新型實施例在頂置凸輪、滾柱指輪從動件氣門結構中的 設有阻尼裝置的液壓間隙調節器。凸輪軸12'包括多個與滾柱指輪從動件300相接觸 以驅動對應換氣氣門28'的凸角70'。間隙調節器130放置在汽缸蓋22'中並運轉以 去除氣門結構組件例如氣門28'、滾柱指輪從動件300、氣門彈簧52'和凸輪軸12' 因熱膨脹和/或磨損帶來的間隙。間隙調節器130如上文參考附圖2描述的那樣運轉。 當然，結合一個或多個根據本實用新型的阻尼裝置，例如附圖3所說明的實施例的間 隙調節器130的多種其它實施例，也可以用在如前述的多種發動機配置的頂置凸輪應 用中。
因此，本實用新型的調節內燃發動機氣門結構中間隙的系統將液壓阻尼器結合在 間隙調節器設計中以提供一種常開或常閉間隙調節器。控制流道的幾何形狀和/或阻 尼室體積有助於調整特殊氣門結構設計和/或運轉條件下的間隙調節器響應。使用阻 尼裝置的間隙調節器的響應時間調整可有助於更好地控制氣門開啟和關閉事件、氣門 開啟持續時間和氣門升程。另外，可調整響應可以用於更好地匹配特殊氣門結抅設計 的特性以管理噪聲、振動和聲振粗糙度(NVH)。本實用新型的可調整阻尼特徵在執行 積極冷啟動策略時可用於補償氣門膨脹，且提供對油的溫度和粘度變化較不敏感的更 加可靠的控制系統。
儘管已經詳細描述了最佳實施例，本領域的技術人員還可認識到在權利要求範圍 中還有多種可選擇設計與實施例。描述了一個或多個實施例以提供本實用新型相較於 其他實施例或傳統裝置關於一個或多個所需特性的優勢或作為優選例。然而，本領域 技術人員應注意，不同的特性具有優勢，且在某些應用中優選，而在另一些應用中則 是不需要或不利的。這些屬性包括但不限於成本、強度、耐久性、壽命周期成本、 巿場性、外觀、裝配、尺寸、保養方便性、重量、製造容易性和組裝容易性等。因此， 任何描述的實施例雖然對於一個或多個特性優選或有優勢，但並未排除具有較少優勢 或不需要的但也在本實用新型權利要求範圍內的實施例或實施方式。
權利要求1.一種用於內燃發動機氣門結構的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述液壓間隙調節器包括具有封閉端和用以接收活塞的開口端的本體，所述活塞響應氣門結構組件變化的長度在所述本體中移動且由設置在所述活塞與所述本體之間的體積可變高壓室中的一些液壓液所支撐，所述液壓間隙調節器包含與所述活塞和所述本體中至少一個相關聯以限制所述活塞相對於所述本體的移動速度的阻尼裝置。
2. 根據權利要求l所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述阻尼裝置包含 設置在所述高壓室中並將所述高壓室分為第一和第二區域的分離器，所述分離器包括至少一個孔口，所述至少一個孔口進行了尺寸設計以控制所述高壓室的第一、第 二區域之間液壓液的流速。
3. 根據權利要求2所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述活塞包括設置在其 中的低壓室，所述液壓間隙調節器進一步包括設置在所述高壓室中位於所述本體和所述分離器之間的第一彈簧；和 設置在所述分離器和所述低壓室之間的止回閥。
4. 根據權利要求2所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述活塞包括設置在其 中的低壓室，所述阻尼裝置包含設置在所述活塞中並連接所述低壓室和所述高壓室的 孔口，所述孔口進行了尺寸設計以控制所述低壓室和所述高壓室之間液壓液的流速。
5. 根據權利要求l所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述阻尼裝置包含 成型在所述活塞的中部和所述本體之間的圓周形阻尼室；和 至少一個流動約東元件，所述至少一個流動約束元件從所述本體和/或所述活塞延伸至所述阻尼室內，以便當所述活塞在所述本體內移動時控制所述阻尼室中液壓液的流速。
6. 根據權利要求5所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述流動約東元件一體 成型在所述本體中。
7. 根據權利要求5所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述流動約東元件包含 部分放置於所述本體內的凹槽中的卡環。
8. 根據權利要求5所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述流動約東元件與所 述活塞一體成型。
9. 一種用於內燃發動機氣門結構的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述液壓間 隙調節器包含具有封閉端和開口端的本體；設置在所述本體中的活塞，其在所述活塞與所述本體的封閉端之間形成了體積可 變高壓室，所述活塞具有設置在其中的低壓室，所述低壓室設有與所述本體上的供給 埠相連的低壓埠和選擇性連接至所述高壓室的高壓埠；設置在所述低壓室和所述高壓室之間的止回閥；和設置在所述活塞和所述本體之間用以限制所述活塞在所述本體中的移動速度的 阻尼裝置。
10. 根據權利要求9所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述阻尼裝置包含設 置在所述高壓室中的具有至少一個孔口的阻尼元件，以約東液壓液在所述高壓室中的流動。
11. 根據權利要求10所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，進一步包含 設置在所述阻尼元件和所述本體之間的偏動彈簧，所述止回閥包括被設置在所述阻尼元件上方的彈簧偏置的小球，以限制液壓液流入所述高壓室的控制方向。
12. 根據權利要求9所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述阻尼裝置包含 成型在所述活塞與所述本體之間的阻尼室；和至少一個延伸入所述阻尼室的阻尼元件，以限制液壓液越過所述至少一個阻尼元 件的流速。
13. 根據權利要求12所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述至少一個阻尼元 件從所述本體延伸入所述阻尼室。
14. 根據權利要求12所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述至少一個阻尼元 件包含從所述本體延伸入所述阻尼室的第一阻尼元件；和 從所述活塞延伸入所述阻尼室的第二阻尼元件。
15. 根據權利要求14所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述第一和第二阻尼元件包括重疊部分。
16.根據權利要求9所述的液壓間隙調節器，其特徵在於，所述阻尼裝置包括環 繞所述活塞的中部的阻尼室，且所述活塞包含上部活塞部件，所述上部活塞部件具有適合連接至推桿的上端部和設有延伸入所 述阻尼室的法蘭的下端部；和下部活塞部件，所述下部活塞部件設置在所述上部活塞部件下方的所述本體中， 具有外徑相對於所述法蘭的外徑減小的上端部。
專利摘要本實用新型涉及具有阻尼裝置的液壓間隙調節器，提供一種用於內燃發動機氣門結構的間隙調節的系統，包括具有阻尼裝置以限制活塞相對於本體的移動速度的液壓間隙調節器，以控制間隙調節器減少或消除間隙調節器的過補償或抽吸的響應時間。
文檔編號F01L1/24GK201401200SQ20082011232
公開日2010年2月10日 申請日期2008年8月20日 優先權日2008年8月20日
發明者佛洛伊德·梅爾文·卡默, 凱文·V·塔利歐, 傑夫·切斯特·萊傑克 申請人:福特環球技術公司