可變氣門操作系統(tǒng)的監(jiān)視和診斷的制作方法
【專利摘要】公開了一種用于監(jiān)視可變氣門操作裝置的操作并診斷其中的故障的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有搖臂組件，該搖臂組件包括：第一臂；第二臂，第一和第二臂安裝在第一端；液壓地操作的鎖閂組件，該鎖閂組件用于在鎖定時將第一臂固定在第二臂上。鎖閂可由遠程裝置操作。搖臂組件在液壓間隙調(diào)節(jié)器(HLA)上樞轉(zhuǎn)?？刂仆ǖ缹⑺鲆簤洪y與所述鎖閂連接。壓力傳感器定位在控制通道或HLA中并形成指示所感測的壓力的信號。(控制單元)讀取來自壓力傳感器的信號并確定搖臂組件的故障。該系統(tǒng)還可采用監(jiān)視搖臂組件的狀態(tài)的非接觸式換能器。該系統(tǒng)還采用監(jiān)視發(fā)動機氣門位置以判斷搖臂組件的故障的氣門桿位置傳感器。
【專利說明】可變氣門操作系統(tǒng)的監(jiān)視和診斷
[0001] 優(yōu)先權(quán)要求
[0002] 本申請要求以下美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)：2012年4月30日提交的、題為"用 于利用油控制閥的控制通道或控制通道端口中的壓力診斷可變氣門升程系統(tǒng)的故障的方 法（METHODTODIAGNOSETHEMALFUNCTIONOFAVARIABLEVALVELIFTSYSTEMUSING PRESSUREINTHECONTROLGALLERYORINTHECONTROLGALLERYPORTOFTHEOIL CONTROLVALVE) "的系列號61/640, 705(卷號EATN-0207-P01) ;2012年4月 30 日提交的、題 為"用于利用給送間隙調(diào)節(jié)器間隙補償?shù)囊簤和ǖ乐械挠蛪涸\斷可變氣門操作系統(tǒng)的故障 的方法（METHODTODIAGNOSETHEMALFUNCTIONOFAVARIABLEVALVEACTUATIONSYSTEM USINGOILPRESSUREOFTHEHYDRAULICGALLERYTHATFEEDSTHELASHADJUSTERLASH COMPENSATION) " 的系列號 61/640, 707(卷號EATN-0208-P01) ;2012 年 4 月 30 日提交的、 題為"用于監(jiān)視可變氣門操作系統(tǒng)的搖臂是正常轉(zhuǎn)換還是已發(fā)生故障的方法（METHODSTO MONITORWHETHERAROCKERARMOFAVARIABLEVALVEACTUATIONSYSTEMISSWITCHING NORMALLYORHASMALFUNCTIONED)" 的系列號 61/640, 709(卷號EATN-0209-P01) ;2012 年4月30日提交的、題為"用于氣門位置反饋的儀表化氣門導(dǎo)管和用于排放系統(tǒng)診斷的控 制裝置（INSTRUMENTEDVALVE⑶IDEFORVALVEPOSITIONFEEDBACKANDCONTROLFOR EMISSIONSSYSTEMDIAGNOSIS)"的系列號 61/640, 713(卷號EATN-0210-P01);和 2013 年 3 月1日提交的、題為"改進的分立可變氣門升程裝置和方法（ImprovedDiscreteVariable ValveLiftDeviceandMethods)" 的系列號 61/771，769(卷號EATN-0202-P01)，各申請 的全文通過引用并入本文。
[0003] 本申請還要求以下美國非臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)：2013年4月22日提交的 系列號13/868, 068 (卷號EATN-0210-U01) "用于氣門桿位置感測的系統(tǒng)、方法和裝置 (SYTEMS,METHODS,ANDDEVICESFORVALVESTEMPOSITIONSENSING)"，該美國臨時申請的 全文通過引用并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004] 本申請涉及用于內(nèi)燃發(fā)動機且更具體地用于更有效的新穎可變氣門操作轉(zhuǎn)換搖 臂系統(tǒng)的搖臂設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0005] 與增加的燃料消耗和溫室氣體排放、全世界的上升的能量成本和對更低的運行成 本的需求有關(guān)的全球環(huán)境和經(jīng)濟擔(dān)憂正在促進法律規(guī)章和消費者需求的轉(zhuǎn)變。隨著這些規(guī) 章和需求變得更嚴(yán)格，必須開發(fā)和實施先進的發(fā)動機技術(shù)以實現(xiàn)期望益處。
[0006] 圖IB示出當(dāng)今使用的若干氣門機構(gòu)布置結(jié)構(gòu)。在I型（21)和II型（22)兩種 布置結(jié)構(gòu)中，帶有一個或多個氣門操作桃尖30的凸輪軸位于發(fā)動機氣門29上方（頂置凸 輪）。在I型（21)氣門機構(gòu)中，頂置凸輪桃尖30經(jīng)液壓氣門間隙調(diào)節(jié)器（HLA)812直接驅(qū) 動氣門。在Π型（22)氣門機構(gòu)中，頂置凸輪桃尖30驅(qū)動搖臂25,且搖臂的第一端在HLA 812上樞轉(zhuǎn)，而第二端操作氣門29。
[0007] 在III型（23)中，搖臂28的第一端跨置在凸輪桃尖30上并位于其上方，而搖臂 30的第二端操作氣門29。隨著凸輪桃尖30旋轉(zhuǎn)，搖臂圍繞固定的軸31樞轉(zhuǎn)。HLA812可 以在氣門桿頭29與搖臂28之間實施。
[0008] 在V型（24)中，凸輪桃尖30使用推桿27間接驅(qū)動搖臂26的第一端。HLA812被 顯示為在凸輪桃尖30與推桿27之間實施。搖臂26的第二端操作氣門29。隨著凸輪桃尖 30旋轉(zhuǎn)，搖臂圍繞固定的軸31樞轉(zhuǎn)。
[0009] 如圖IA還示出的，預(yù)計作為整個市場的百分比示出的對汽車發(fā)動機中的II型 (22)氣門機構(gòu)的行業(yè)預(yù)測為2019年生產(chǎn)的最普遍的構(gòu)型。
[0010] 引入了專注于II型（22)氣門機構(gòu)的技術(shù)--其通過減少摩擦損失、泵吸損失和 熱損失來提高汽油發(fā)動機的整體效率--以最佳地利用發(fā)動機內(nèi)的燃料。這些可變氣門操 作（WA)技術(shù)之中的一部分已經(jīng)被引入并記載于文獻中。
[0011] VVA裝置可以是可變氣門升程（VVL)系統(tǒng)、諸如在此通過引用全文并入的在2012 年6月25日提交的美國專利申請No. 13/532,777 "單桃尖的停閉搖臂（SingleLobe DeactivatingRockerArm)"中描述的氣缸停閉（CDA)系統(tǒng)、或其它氣門操作系統(tǒng)。如所指 出的，這些機構(gòu)被開發(fā)成提高發(fā)動機的性能、燃料經(jīng)濟性和/或降低其排放。幾類VVA搖臂 組件包括位于外搖臂內(nèi)的內(nèi)搖臂，所述外搖臂和內(nèi)搖臂使用扭力彈簧偏壓在一起。鎖閂在 處于鎖定位置時使內(nèi)搖臂和外搖臂兩者整體移動。當(dāng)解鎖時，允許搖臂彼此獨立地移動。
[0012] 轉(zhuǎn)換搖臂允許通過在鎖定狀態(tài)與解鎖狀態(tài)之間交替來控制氣門操作，其通常包括 如上所述的內(nèi)臂和外臂。在一些情形中，這些臂與不同的凸輪桃尖如低升程桃尖、高升程桃 尖和無升程桃尖接合。需要用于以適合內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)的方式轉(zhuǎn)換搖臂模式的機構(gòu)。
[0013] 用來改變II型汽油發(fā)動機的運轉(zhuǎn)并提高其燃料經(jīng)濟性的VVA技術(shù)的一個示例為 離散可變氣門升程（DVVL)，有時也稱為DVVL轉(zhuǎn)換搖臂。DVVL通過使用發(fā)動機氣門限制發(fā) 動機氣缸進氣流量而工作，所述發(fā)動機氣門利用離散氣門升程狀態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)"部分油門"的關(guān) 系。
[0014] 美國環(huán)境保護署（EPA)證實了在使用應(yīng)用于各種乘用車發(fā)動機的DVVL時燃料經(jīng) 濟性提高了 4%。美國能源部發(fā)起的較早報告列舉了DVVL將燃料經(jīng)濟性提高4. 5%的益處。 由于汽車大部分處于通常巡航運轉(zhuǎn)期間的"部分油門"，所以在最大限度地減少這些油門損 失時可以實現(xiàn)大幅的燃料經(jīng)濟性提高。
[0015] 目前，需要更有效地操作并與現(xiàn)有的搖臂設(shè)計相比具有增加的能力的轉(zhuǎn)換搖臂。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0016] 一種先進的離散可變氣門升程（DVVL)系統(tǒng)被設(shè)計成在單個搖臂中提供兩種離散 氣門升程狀態(tài)。所提出的方案的實施例涉及上文描述且在圖IB中示出的II型氣門機構(gòu)。 本文提出的系統(tǒng)的實施例可應(yīng)用于具有電-液壓油控制閥、雙饋式液壓氣門間隙（Iash)調(diào) 節(jié)器（DFHLA)和DVVL轉(zhuǎn)換搖臂的乘用車發(fā)動機（在實施例中具有4個氣缸）。本文中描述 的DVVL轉(zhuǎn)換搖臂實施例專注于轉(zhuǎn)換輥式指狀隨動件（SRFF)搖臂系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)上，所 述搖臂系統(tǒng)在端部樞軸輥式指狀從動件氣門機構(gòu)上實現(xiàn)雙模式離散可變氣門升程。該轉(zhuǎn)換 搖臂構(gòu)型包括用于低升程事件的低摩擦滾柱軸承界面，并保持通常的液壓氣門間隙調(diào)節(jié)以 維持自由的氣門機構(gòu)操作。
[0017] 模式轉(zhuǎn)換（即，從低升程到高升程，或反之）在一個凸輪轉(zhuǎn)圈內(nèi)完成，從而使駕駛 者清楚。SRFF防止安裝在現(xiàn)有的發(fā)動機設(shè)計方案中所需的頂部空間的明顯變化。凸輪界面 處的承載表面可包括用于低升程運轉(zhuǎn)的滾柱軸承和用于高升程運轉(zhuǎn)的涂有類鉆碳的滑塊 墊。除其它方面外，本申請的教導(dǎo)能夠在增加剛度的同時減小質(zhì)量和慣性矩，以在低升程和 高升程模式下實現(xiàn)期望的動態(tài)性能。
[0018] 類鉆碳涂層（DLC涂層）允許緊湊組件中更高的滑塊墊界面應(yīng)力。試驗結(jié)果表明， 該技術(shù)可靠且滿足所有壽命要求，其中一些方面延長到使用壽命要求的6倍。篩查了替代 材料和表面處理方法，且結(jié)果表明DLC涂層是最可行的替代方案。本申請解決了為了在 DVVL轉(zhuǎn)換搖臂的滑塊墊上采用類鉆碳（DLC)涂層而開發(fā)的技術(shù)。
[0019] 系統(tǒng)驗證試驗結(jié)果揭示了該系統(tǒng)滿足動態(tài)和耐久性要求。除其它方面外，本專利 申請還解決了用于滿足乘用車耐久性要求的SRFF設(shè)計的耐久性。針對高速、低速、轉(zhuǎn)換和 冷起動運轉(zhuǎn)進行了大量耐久性試驗。高發(fā)動機轉(zhuǎn)速試驗結(jié)果證實了 7000發(fā)動機rpm之上 的穩(wěn)定氣門機構(gòu)動態(tài)性能。系統(tǒng)耐磨要求滿足用于轉(zhuǎn)換、滑動、滾動和扭力彈簧界面的壽命 結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。評價磨損的一個重要尺度是監(jiān)視氣門間隙的變化。對磨損的壽命要求表明間隙 變化在可接受的窗口內(nèi)。機械方面在所有試驗中都發(fā)揮可靠的表現(xiàn)，包括包含類鉆碳（DLC) 涂層的滑塊墊界面。
[0020] 利用靈活和緊湊的封裝，該DVVL系統(tǒng)可以在多氣缸發(fā)動機中實施。DVVL布置結(jié)構(gòu) 可以應(yīng)用于活塞驅(qū)動式內(nèi)燃發(fā)動機上的進氣門或排氣門的任意組合。促成技術(shù)包括0CV、 DFHLA、DLC涂層。
[0021] 本發(fā)明可實施為一種用于診斷具有搖臂組件的可變氣門操作系統(tǒng)中的故障的系 統(tǒng)，所述搖臂組件包括：第一臂；第二臂，所述第一和第二臂安裝在第一端；液壓操作的鎖 閂組件，該鎖閂組件用于在鎖定時將第一臂固定在第二臂上。它還包括連接到液壓閥的加 壓流體源，該加壓流體源適于向液壓操作的鎖閂提供至少兩種不同壓力的流體。鎖閂可由 遠程裝置操作。
[0022] 通道將液壓閥與鎖閂連接。壓力傳感器位于該通道內(nèi)并適于形成指示通道內(nèi)的壓 力的信號。
[0023] 控制單元聯(lián)接到液壓閥和壓力傳感器，并且適于感測發(fā)動機運轉(zhuǎn)參數(shù)，操作液壓 閥，讀取來自壓力傳感器的信號；以及基于來自傳感器的信號來確定鎖閂的運動。
[0024] 本發(fā)明還可實施為一種診斷可變氣門操作系統(tǒng)的故障的方法。該方法需要提供搖 臂組件，該搖臂組件具有至少兩個樞轉(zhuǎn)地連接的臂--所述臂具有在鎖定時將臂固定在一 起的液壓地操作的鎖閂，感測在一定時間段提供給鎖閂的流體的壓力，并在鎖閂已移動的 情況下計算感測出的壓力。
[0025] 本發(fā)明可實施為一種用于診斷可變氣門操作系統(tǒng)中的故障的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具 有充填有流體的腔室的液壓間隙調(diào)節(jié)器（HLA)，以及具有適于在HLA上樞轉(zhuǎn)的第一端的搖 臂組件。該搖臂組件包括第一臂和第二臂，其中所述臂在第一端彼此樞轉(zhuǎn)地連接。該搖臂 組件還包括鎖閂組件，該鎖閂組件用于在第一模式下鎖定時將第一臂固定在第二臂上，并 用于在第二模式下解鎖時允許第一臂相對于第二臂移動，其中鎖閂可能發(fā)生故障。
[0026] 該系統(tǒng)還包括位于HLA腔室中的壓力傳感器，該壓力傳感器適于形成隨著時間推 移指示流體壓力的壓力指示信號。
[0027] 控制單元聯(lián)接到液壓閥和壓力傳感器并適于讀取來自壓力傳感器的壓力指示信 號，并且基于該壓力指示信號來判斷故障。
[0028] 本發(fā)明還可實施為一種診斷可變氣門操作系統(tǒng)的故障的方法。該方法包括提供具 有流體腔室的液壓間隙調(diào)節(jié)器（HLA)，提供具有適于在HLA上樞轉(zhuǎn)的第一端的搖臂組件。該 搖臂組件具有至少兩個樞轉(zhuǎn)地連接的臂，所述臂具有在鎖定時將所述臂固定在一起的液壓 操作的鎖閂，其中鎖閂可能定期發(fā)生故障。
[0029] 搖臂組件然后被操作，并且在HLA的流體腔室中感測壓力指示信號，該壓力指示 信號是隨著時間推移測定的壓力信號。
[0030] 然后基于該壓力指示信號判斷故障。
[0031] 本申請的教導(dǎo)可實施為用于一種用于監(jiān)視內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有 搖臂組件，該搖臂組件具有包括第一端的第一臂、與第一臂的第一端鄰近的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)、也具 有樞轉(zhuǎn)地連接在第一臂的第一端附近的第一端的第二臂。采用了鎖閂，該鎖閂在鎖定時在 鎖定模式下相對于第二臂固定第一臂，而在解鎖時在解鎖模式下允許第一臂相對于第二臂 移動。
[0032] 搖臂組件適于繞支點樞轉(zhuǎn)以打開發(fā)動機氣門，并返回發(fā)動機氣門關(guān)閉的靜止位 置。傳感器位于搖臂組件附近，該傳感器適于提供指示基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)與傳感器的接近度的信號。 基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)在搖臂處于它的第一模式并處于它致使傳感器提供第一信號的靜止位置時離傳 感器第一距離，而在搖臂組件處于第二模式并處于它使傳感器提供第二信號的靜止位置時 離傳感器第二距離?？墒褂脵M梁支承件作為基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)。
[0033] 本申請的教導(dǎo)還可實施為一種用于監(jiān)視具有用于操作發(fā)動機氣門的搖臂組件的 內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)。搖臂組件包括第一臂、第二臂和鎖閂，所述第一臂具有第一端， 所述第二臂也具有樞轉(zhuǎn)地連接在第一臂的第一端附近的第一端，所述鎖閂在鎖定時在鎖定 模式下相對于第二臂固定第一臂，并且在解鎖時在解鎖模式下允許第一臂相對于第二臂移 動。
[0034] 該系統(tǒng)還采用安裝在第一和第二臂中的一者上的傳感器，該傳感器能檢測臂何時 相對于彼此移動，并適于提供指示感測到的移動的信號。
[0035] 本申請的教導(dǎo)可實施為一種用于監(jiān)視發(fā)動機氣門的位置的系統(tǒng)，所述發(fā)動機氣門 包括氣門導(dǎo)管，該氣門導(dǎo)管具有貫穿其長度的中央凹部，并且所述發(fā)動機氣門具有氣門桿 頭和氣門桿，該氣門桿具有與第二磁性材料區(qū)段鄰近的第一磁性材料區(qū)段，從而形成兩個 區(qū)段之間的界面。氣門桿配合在中央凹部中并被允許直線地移動通過其長度。
[0036] 線性可變差動變壓器（LVDT)位于氣門桿周圍以監(jiān)視具有第一磁性的區(qū)段的直線 運動并形成指示所監(jiān)視的運動的信號。
[0037] 本申請的教導(dǎo)的另一實施例可為一種用于監(jiān)視發(fā)動機氣門的位置的裝置。該系統(tǒng) 包括氣門導(dǎo)管，該氣門導(dǎo)管具有貫穿其長度的中央凹部。發(fā)動機氣門具有氣門桿頭和氣門 桿，該氣門桿具有與第二磁性區(qū)段鄰近的第一磁性材料的區(qū)段，從而形成兩個區(qū)段之間的 界面。
[0038] 氣門桿配合在中央凹部中并且氣門導(dǎo)管被允許直線地移動通過中央凹部。
[0039] 通電線圈圍繞所述氣門導(dǎo)管凹部。傳感器線圈也圍繞氣門導(dǎo)管凹部，該傳感器線 圈位于通電線圈附近。
[0040] 氣門桿隨著它相對于線圈移動而改變線圈之間的聯(lián)接，由此在傳感器線圈內(nèi)形成 與氣門桿相對于線圈的位置直接相關(guān)的不同信號。
[0041] 本申請的教導(dǎo)也可實施為一種用于監(jiān)視發(fā)動機氣門位置的線性可變差動變壓器 (LVDT)。該系統(tǒng)包括氣門導(dǎo)管，該氣門導(dǎo)管具有穿過它的長形凹部。發(fā)動機氣門具有氣缸 桿頭和氣門桿，該氣門桿具有在界面處交匯的具有不同磁性的兩種相鄰的材料。氣門桿配 合在氣門導(dǎo)管內(nèi)并直線地移動，并且氣門桿頭封閉發(fā)動機燃燒室。
[0042] 它還包括位于氣門導(dǎo)管內(nèi)的監(jiān)視線圈，該監(jiān)視線圈形成與氣門導(dǎo)管內(nèi)的界面的位 置相關(guān)的信號。發(fā)動機控制單元（E⑶）聯(lián)接到監(jiān)視線圈并且接收和分析來自監(jiān)視線圈的信 號以確定氣門位置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0043] 將了解的是，附圖所示的零部件的范圍僅表示該范圍的一個例子。本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員將了解的是，單個元件可設(shè)計成多個元件，或多個元件可設(shè)計成單個元件。作為內(nèi) 部特征被示出的元件可實施為外部特征，反之亦然。
[0044] 另外，在附圖和以下的描述中，相同的零部件在所有的附圖和描述中以相同的附 圖標(biāo)記來表示。附圖并未按比例繪制，某些部分的比例被放大以便顯示。
[0045] 圖IA示出2012年和2019年的發(fā)動機類型的相對百分比。
[0046] 圖IB示出I型、II型、III型和V型氣門機構(gòu)的一般布置結(jié)構(gòu)和市場規(guī)模。
[0047] 圖2示出進氣門和排氣門機構(gòu)布置結(jié)構(gòu)。
[0048] 圖3示出包括DVVL系統(tǒng)的主構(gòu)件，所述DVVL系統(tǒng)包括液壓操作。
[0049] 圖4示出使用三桃尖凸輪操作期間可以構(gòu)造成的示例性轉(zhuǎn)換搖臂的透視圖。
[0050] 圖5是示出相對于針對示例性DVVL實施方案用于進氣門和排氣門兩者的凸輪軸 曲柄角度示出的氣門升程狀態(tài)的圖。
[0051] 圖6是用于液壓操作的DVVL搖臂組件的系統(tǒng)控制圖。
[0052] 圖7示出搖臂油道和控制閥裝置。
[0053] 圖8示出低升程（解鎖）操作期間的液壓操作系統(tǒng)和示例性DVVL轉(zhuǎn)換搖臂系統(tǒng) 的狀態(tài)。
[0054] 圖9示出高升程（鎖定）操作期間的液壓操作系統(tǒng)和示例性DVVL轉(zhuǎn)換搖臂系統(tǒng) 的狀態(tài)。
[0055] 圖10示出帶有雙饋式液壓間隙調(diào)節(jié)器（DFHLA)的示例性轉(zhuǎn)換搖臂組件的側(cè)面剖 視圖。
[0056] 圖11是DFHLA的剖視圖。
[0057] 圖12示出類鉆碳涂層。
[0058] 圖13示出用于感測DFHLA球塞的位置或相對移動的儀器。
[0059] 圖14示出與氣門桿結(jié)合用于測量相對于已知狀態(tài)的氣門移動的儀器。
[0060] 圖14A和14B示出使用三個繞組來測量氣門桿移動的第一線性可變差動變壓器的 首1J視圖。
[0061] 圖14C和14D示出使用兩個繞組來測量氣門桿移動的第二線性可變差動變壓器的 首1J視圖。
[0062] 圖15示出示例性轉(zhuǎn)換搖臂的另一透視圖。
[0063] 圖16示出被設(shè)計成感測位置和/或移動的儀器。
[0064] 圖17是示出在高升程狀態(tài)與低升程狀態(tài)之間的過渡期間OCV操作電流、操作油壓 和氣門升程狀態(tài)之間的關(guān)系的曲線圖。
[0065] 圖17A是示出鎖閂過渡期間的OCV操作電流、操作油壓和鎖閂狀態(tài)之間的關(guān)系的 曲線圖。
[0066] 圖17B是示出另一鎖閂過渡期間的OCV操作電流、操作油壓和鎖閂狀態(tài)之間的關(guān) 系的曲線圖。
[0067] 圖17C是示出用于高升程狀態(tài)和低升程狀態(tài)的氣門升程輪廓和操作油壓之間的 關(guān)系的曲線圖。
[0068] 圖18是用于DVVL系統(tǒng)的控制邏輯圖。
[0069] 圖19示出示例性轉(zhuǎn)換搖臂的分解圖。
[0070] 圖20是針對DVVL搖臂組件的低升程和高升程兩種操作示出油壓條件和油控制閥 (OCV)狀態(tài)的圖。
[0071] 圖21-22示出顯示油溫與鎖閂響應(yīng)時間之間的關(guān)系的曲線圖。
[0072] 圖23是顯示4缸發(fā)動機中示例性DVVL轉(zhuǎn)換搖臂的可用轉(zhuǎn)換窗口的時間圖，其中 操作油壓由均控制兩個氣缸的OCV控制。
[0073] 圖24是DVVL轉(zhuǎn)換搖臂的側(cè)面剖視圖，示出在從高升程轉(zhuǎn)換到低升程之前的鎖閂 預(yù)加載。
[0074] 圖25是DVVL轉(zhuǎn)換搖臂的側(cè)面剖視圖，示出在從低升程轉(zhuǎn)換到高升程之前的鎖閂 預(yù)加載。
[0075] 圖25A是DVVL轉(zhuǎn)換搖臂的側(cè)面剖視圖，示出在低升程與高升程之間轉(zhuǎn)換時臨界轉(zhuǎn) 變事件。
[0076] 圖26是顯示4缸發(fā)動機中示例性DVVL轉(zhuǎn)換搖臂的可用轉(zhuǎn)換窗口和構(gòu)成的機械轉(zhuǎn) 換時間的擴展時間圖，其中操作油壓由均控制兩個氣缸的OCV控制。
[0077] 圖27示出示例性轉(zhuǎn)換搖臂的透視圖。
[0078] 圖28示出示例性轉(zhuǎn)換搖臂的自上至下的視圖。
[0079] 圖29示出沿圖28中的線6-6截取的截面圖。
[0080] 圖30A-30B示出示例性扭力彈簧的剖視圖。
[0081] 圖31示出外臂的底部透視圖。
[0082] 圖32示出處于其鎖定位置的鎖定機構(gòu)沿圖28中的線7-7的截面圖。
[0083] 圖33示出處于其解鎖狀態(tài)的鎖定機構(gòu)的截面圖。
[0084] 圖34示出替代鎖閂銷設(shè)計。
[0085] 圖35A-35F示出用于定位銷的若干保持裝置。
[0086] 圖36示出示例性鎖閂。
[0087] 圖37示出替代鎖定機構(gòu)。
[0088] 圖38-40示出組裝轉(zhuǎn)換搖臂的示例性方法。
[0089] 圖41示出銷的替代實施例。
[0090] 圖42示出銷的替代實施例。
[0091] 圖43示出轉(zhuǎn)換搖臂的各種鎖閂測量結(jié)果。
[0092] 圖44示出轉(zhuǎn)換搖臂的示例性內(nèi)臂的透視圖。
[0093] 圖45示出圖61的內(nèi)臂的從下方看的透視圖。
[0094] 圖46示出轉(zhuǎn)換搖臂的示例性外臂的透視圖。
[0095] 圖47示出示例性轉(zhuǎn)換搖臂的鎖閂組件的剖視圖。
[0096] 圖48是轉(zhuǎn)換搖臂的間隙與凸輪軸角的關(guān)系的曲線圖。
[0097] 圖49示出示例性轉(zhuǎn)換搖臂組件的側(cè)面剖視圖。
[0098] 圖50示出在處于負載狀態(tài)下時具有識別出的最大撓度區(qū)域的外臂的透視圖。
[0099] 圖51示出示例性轉(zhuǎn)換搖臂的頂視圖。
[0100] 圖52示出示例性轉(zhuǎn)換搖臂的沿圖51的線11-11的剖視圖。
[0101] 圖53示出示例性轉(zhuǎn)換搖臂的分解圖，顯示了影響示例性轉(zhuǎn)換搖臂組件的慣性的 主要構(gòu)件。
[0102] 圖54示出用于優(yōu)化示例性轉(zhuǎn)換搖臂組件的慣性和剛度之間的關(guān)系的設(shè)計過程。
[0103] 圖55針對示例性轉(zhuǎn)換搖臂組件的設(shè)計迭代示出慣性與剛性的關(guān)系的特征圖。
[0104] 圖56示出顯示示例性轉(zhuǎn)換搖臂組件的應(yīng)力、撓度、負荷和剛度與位置的關(guān)系的特 征圖。
[0105] 圖57示出針對示例性轉(zhuǎn)換搖臂組件的范圍顯示慣性與剛性的關(guān)系的特征圖。 [0106]圖58示出多個DVVL轉(zhuǎn)換搖臂組件的構(gòu)件的剛性和慣性的離散值的可接受范圍。
[0107] 圖59是包括DFHLA和氣門的示例性轉(zhuǎn)換搖臂組件的側(cè)面剖視圖。
[0108] 圖60示出針對示例性轉(zhuǎn)換搖臂組件的構(gòu)件顯示剛性值的范圍與位置的關(guān)系的特 征圖。
[0109] 圖61示出針對示例性轉(zhuǎn)換搖臂組件的構(gòu)件顯示質(zhì)量分布值的范圍與位置的關(guān)系 的特征圖。
[0110] 圖62示出測量鎖閂位移的試驗臺。
[0111] 圖63是用于測試轉(zhuǎn)換搖臂組件的非點火試驗臺的圖示。
[0112] 圖64是氣門位移與凸輪軸角的關(guān)系的曲線圖。
[0113] 圖65示出用于轉(zhuǎn)換輥式指狀隨動件（SRFF)搖臂組件的耐久性的關(guān)鍵試驗的層 級。
[0114] 圖66示出對加速系統(tǒng)老化試驗循環(huán)評估SRFF的試驗協(xié)議。
[0115] 圖67是顯示SRFF耐久性測試的相對測試時間的餅形圖。
[0116] 圖68顯示了在測試期間安裝在SRFF上并監(jiān)視SRFF的應(yīng)變儀。
[0117] 圖69是在低升程模式下氣門關(guān)閉速率的曲線圖。
[0118] 圖70是氣門下降高度分布。
[0119] 圖71顯示了臨界轉(zhuǎn)變關(guān)于凸輪軸角的分布。
[0120] 圖72顯示了在使用之前的新外臂的端部。
[0121] 圖73顯示了外臂在使用之后的典型磨損。
[0122] 圖74示出在壽命結(jié)束試驗時的平均扭力彈簧負載損失。
[0123] 圖75示出加速系統(tǒng)老化試驗的總機械間隙變化。
[0124] 圖76示出呈現(xiàn)最低限度磨損的帶DLC涂層的壽命結(jié)束的滑塊墊。
[0125] 圖77是采用冠形的凸輪軸表面實施例。
[0126] 圖78示出安裝在試驗樣板（testcoupon)上的支承搖臂上的一對滑塊墊。
[0127] 圖79A示出樣板測試中的提前DLC涂層損失。
[0128] 圖79B顯示了以0. 2度的夾角在最大設(shè)計負荷測試的樣板之一的典型示例。
[0129] 圖80是針對具有DLC涂層的試驗樣板的測試的應(yīng)力水平與發(fā)動機壽命的關(guān)系的 曲線圖。
[0130] 圖81針對在涂覆有DLC涂層之前具有拋光和未拋光表面的滑塊墊顯示了發(fā)動機 壽命的增加的曲線圖。
[0131] 圖82是示出與測試同時發(fā)生的制造研磨和拋光過程的開發(fā)的流程圖。
[0132] 圖83對三個不同的砂輪機顯示了滑塊墊角度控制結(jié)果。
[0133] 圖84針對三個不同的砂輪機示出表面光潔度測量結(jié)果。
[0134] 圖85示出了六個不同的固定裝置在滑塊墊研磨操作期間保持外臂的結(jié)果。
[0135] 圖86是在高升程模式下氣門關(guān)閉速率的曲線圖。
[0136] 圖87示出耐久性試驗循環(huán)。
【具體實施方式】
[0137] 文中所用的術(shù)語具有其通常含義，除非在本說明書中重新定義，否則這種情況下 新定義將取代通常含義。
[0138]LDVVL系統(tǒng)概述
[0139] 下面描述利用雙饋式液壓間隙調(diào)節(jié)器（DFHLA)和油控制閥（OCV)的組合液壓地操 作的凸輪驅(qū)動的離散可變氣門升程（DVVL)轉(zhuǎn)換搖臂裝置，就好像它將被安裝在II型氣門 機構(gòu)中的進氣門上一樣。在替代實施例中，該裝置可以應(yīng)用于活塞驅(qū)動式內(nèi)燃發(fā)動機上的 進氣門或排氣門的任意組合。
[0140]如圖2所示，本實施例中的排氣門機構(gòu)包括固定的搖臂810、單桃尖凸輪軸811、標(biāo) 準(zhǔn)液壓間隙調(diào)節(jié)器（HLA)812和排氣門813。如圖3所示，進氣門機構(gòu)的構(gòu)件包括三桃尖凸 輪軸102、轉(zhuǎn)換搖臂組件100、帶上部流體端口 506和下部流體端口 512的雙饋式液壓間隙 調(diào)節(jié)器（DFHLA) 110、以及電液式螺線管油控制閥組件（OCV) 820。OCV820具有輸入端口 821 以及分別地第一控制端口 822和第二控制端口 823。
[0141] 參照圖2,進氣門和排氣門機構(gòu)共有特定的共同幾何形狀，包括氣門813與HLA 812的間距和氣門112與DFHLA110的間距。維持共同的幾何形狀允許在利用標(biāo)準(zhǔn)鏈條驅(qū)動 系統(tǒng)的同時利用現(xiàn)有的或稍微修改的Π型氣缸蓋空間來封裝DVVL系統(tǒng)。進氣門機構(gòu)和排 氣門機構(gòu)兩者共有的圖4所示的附加構(gòu)件包括氣門112、氣門彈簧114和氣門彈簧座116。 進氣門和排氣門兩者還共有氣門鎖片和氣門桿密封件（未示出）。通過利用共有的構(gòu)件維 持共有的幾何形狀來最大限度地降低DVVL系統(tǒng)的實施成本。
[0142] 圖3所示的進氣門機構(gòu)元件協(xié)同工作以打開帶有高升程凸輪軸桃尖104U06或低 升程凸輪軸桃尖108的進氣門112。高升程凸輪軸桃尖104U06被設(shè)計成提供與固定的進 氣門機構(gòu)相當(dāng)?shù)男阅?，并由不發(fā)生升程的大致圓形部、可包括線性過渡部的升程部、和對應(yīng) 于最大升程的鼻狀部組成。低升程凸輪軸桃尖108允許較低的氣門升程和進氣門提前關(guān) 閉。低升程凸輪軸桃尖108也包括不發(fā)生升程的大致圓形部、作為升程過渡的大致直線部、 和對應(yīng)于最大升程的鼻狀部。圖5中的曲線圖顯示了氣門升程818與曲柄角817的關(guān)系的 圖示。凸輪軸高升程輪廓814和固定的排氣門升程輪廓815與低升程輪廓816形成對比。 輪廓816所示的低升程事件在部分油門運轉(zhuǎn)期間降低了進氣事件的升程和持續(xù)時間兩者 以降低油門損失并實現(xiàn)燃料經(jīng)濟性的提高。這也稱為進氣門提前關(guān)閉或EIVC。當(dāng)需要全功 率運轉(zhuǎn)時，DVVL系統(tǒng)返回高升程輪廓814,這與標(biāo)準(zhǔn)固定升程事件相似。從低升程過渡到高 升程和從高升程過渡到低升程發(fā)生在一個凸輪軸轉(zhuǎn)圈內(nèi)。輪廓815所示的排氣升程事件是 固定的并以與低升程或高升程進氣事件相同的方式操作。
[0143]用于控制DVVL轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)使用液壓操作。供本申請的教導(dǎo)的實施例使用的液壓 控制和操作系統(tǒng)800的示意性圖示在圖6中示出。液壓控制和操作系統(tǒng)800被設(shè)計成按控 制邏輯的命令將液壓流體輸送到提供高升程狀態(tài)與低升程狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換的機械鎖閂組 件。發(fā)動機控制單元825控制何時啟動機械轉(zhuǎn)換過程。所示的液壓控制和操作系統(tǒng)800在 四缸直列II型發(fā)動機中用在上述進氣門機構(gòu)上，不過技術(shù)人員將了解的是，控制和操作系 統(tǒng)可應(yīng)用于其它"型"和具有不同數(shù)量的氣缸的發(fā)動機。
[0144] 前文提到并用于本文描述的DVVL系統(tǒng)中的若干促成技術(shù)可與文中描述的其它 DVVL系統(tǒng)構(gòu)件相結(jié)合地使用，從而提供獨特的組合，文中將描述一些組合：
[0145] 2.DVVL系統(tǒng)促成技術(shù)
[0146] 用于該系統(tǒng)中的若干技術(shù)用于不同應(yīng)用中，它們在文中被描述為文中公開的DVVL 系統(tǒng)的構(gòu)件。這些構(gòu)件包括：
[0147] 2. 1.油控制閥（OCV)和油控制閥組件
[0148] 現(xiàn)在，參照圖7-9,OCV是引導(dǎo)或不引導(dǎo)加壓的液壓流體以使搖臂100在高升程模 式與低升程模式之間轉(zhuǎn)換的控制裝置。OCV啟用和停用由控制裝置信號866引起。一個或 多個OCV可以被封裝在單個模塊中以形成組件。在一個實施例中，OCV組件820由兩個封 裝在一起的螺線管型OCV組成。在本實施例中，控制裝置向OCV組件820提供信號866,從 而使OCV向油控制通道802、803提供高壓（在實施例中，至少2巴的油壓）或低壓（在實 施例中，0. 2-0. 4巴）油，從而使轉(zhuǎn)換搖臂100處于低升程模式或高升程模式，如分別在圖8 和9中所示。以下章節(jié)中包含對該OCV組件820實施例的進一步描述。
[0149] 2. 2.雙饋式液壓間隙調(diào)節(jié)器（DFHLA):
[0150] 存在許多用于維持發(fā)動機中的間隙的液壓間隙調(diào)節(jié)裝置。要進行搖臂100(圖4) 的DVVL轉(zhuǎn)換，需要傳統(tǒng)間隙管理，但傳統(tǒng)HLA裝置不足以提供所需的用于轉(zhuǎn)換的油流量要 求，在運轉(zhuǎn)期間承受由組件100施加的相關(guān)的側(cè)面加載，并裝配在有限的封裝空間中。描述 與轉(zhuǎn)換搖臂100 -起使用的緊湊的雙饋式液壓間隙調(diào)節(jié)器llO(DFHLA)，其具有設(shè)計成以低 消耗提供最佳的油流動壓力的一組參數(shù)和幾何形狀以及設(shè)計成管理側(cè)面加載的一組參數(shù) 和幾何形狀。
[0151] 如圖10所示，球塞端部210配合在允許在任何方向上的旋轉(zhuǎn)移動自由度的球窩 502中。這允許球塞端部210在特定操作模式下--例如在從高升程轉(zhuǎn)換到低升程和從低 升程轉(zhuǎn)換到高升程時--的側(cè)面和可能地不對稱的加載。與用于HLA裝置的典型球塞端部 相反，DFHLA110球塞端部210由較厚的材料構(gòu)成以阻止側(cè)面加載，在圖11中作為塞厚度 510示出。
[0152] 為球塞端部210選擇的材料也可具有較高的容許運動應(yīng)力負荷，例如鉻釩合金。
[0153]DFHLA110中的液壓流路徑被設(shè)計用于高流量和低壓降以確保一致的液壓轉(zhuǎn)換和 降低的泵送損失。DHlLA在發(fā)動機中安裝在確定尺寸成靠在圖11所示的外表面511上密封 的圓柱形接納座中。該圓柱形接納座與第一油流動通道504組合而形成具有規(guī)定截面積的 封閉流體路徑。
[0154] 如圖11所示，該優(yōu)選實施例包括四個油流動端口 506(僅示出兩個），因為它們以 等距隔開的方式布置在第一油流動通道504的基部周圍。另外，兩個第二油流動通道508以 等距隔開的方式布置在球塞端部210周圍，并經(jīng)油端口 506與第一油流動通道504流體連 通。油流動端口 506和第一油流動通道504確定尺寸成具有特定面積并隔開在DFHLA110 周圍以確保從第一流動通道504到第三油流動通道509的均勻油流量和最小壓降。第三油 流動通道509針對來自多個第二油流動通道508的組合油流確定尺寸。
[0155] 2. 3.類鉆碳涂層（DLCC)
[0156] 現(xiàn)在描述能降低被處理的零部件之間的摩擦且同時提供必要的磨損和加載特性 的類鉆碳涂層（DLC)。存在類似的涂層材料和過程，無一足以滿足在供VVA系統(tǒng)使用時遇到 的許多要求。例如，1)具有足夠的硬度，2)具有合適的承載能力，3)在運轉(zhuǎn)環(huán)境中在化學(xué)上 穩(wěn)定，4)適用于溫度不超過零部件退火溫度的工藝中，5)滿足發(fā)動機使用壽命要求，和6) 與鋼質(zhì)界面上的鋼材相比提供降低的摩擦。
[0157] 現(xiàn)在描述滿足上述要求的獨特的DLC涂層方法。所選擇的DLC涂層來源于氫化非 晶碳或類似材料。DLC涂層由在圖12中描述的若干層組成。
[0158] 1.第一層為用作金屬接納表面700與下一層702之間的結(jié)合劑的鉻粘附層701。
[0159] 2.第二層702為對基底金屬接納表面700與DLC涂層之間的界面增加延展性的氮 化鉻。
[0160] 3.第三層703為碳化鉻和將DLC涂層結(jié)合至氮化鉻層702的氫化非晶碳的組合。
[0161] 4.第四層704由提供硬工作磨損界面的氫化非晶碳組成。
[0162] 層701-704的組合厚度介于2微米與6微米之間。DLC涂層不能直接施加至金屬 接納表面700。
[0163] 為了滿足耐久性要求并且為了使第一鉻粘附層701與基底接納表面700適當(dāng)粘 附，向基層接納表面700機械地施加非常特定的表面光潔度。
[0164] 2. 4感測和測量
[0165] 利用傳感器收集的信息可用來驗證轉(zhuǎn)換模式，確定錯誤狀態(tài)，或提供經(jīng)分析并用 于轉(zhuǎn)換邏輯和配時的信息。下面描述可以使用的若干感測裝置。
[0166] 2. 4. 1雙饋式液壓間隙調(diào)節(jié)器（DFHLA)移動
[0167] 可變氣門操作（VVA)技術(shù)被設(shè)計成利用轉(zhuǎn)換裝置如DVVL轉(zhuǎn)換搖臂或氣缸停閉 (CDA)搖臂在發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間改變氣門升程輪廓。當(dāng)采用這些裝置時，氣門升程狀態(tài)是確認 成功的轉(zhuǎn)換操作或檢測錯誤狀態(tài)/故障的重要信息。
[0168]DFHLA既用來管理間隙，又用來供給用于采用諸如CDA或DVVL之類的轉(zhuǎn)換搖臂組 件的VVA系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換的液壓流體。如圖10的剖視圖中所示，用于DVVL搖臂組件100的 通常間隙調(diào)節(jié)（在下面的章節(jié)中詳細描述）使球塞210在高升程操作和低升程操作兩者期 間保持與內(nèi)臂122接納座接觸。球塞210被設(shè)計成當(dāng)符合在高升程狀態(tài)與低升程狀態(tài)之間 變化時按需移動。與已知的運轉(zhuǎn)狀態(tài)相比對圖13的移動514進行的測量可以確定鎖閂位 置狀態(tài)。在一個實施例中，無觸點開關(guān)513位于HLA外部主體與球塞圓柱形主體之間。第 二示例可加入以允許測量通過特定移動514產(chǎn)生的磁場的變化的方式安裝的霍爾效應(yīng)傳 感器。
[0169] 2. 4. 2氣門桿移動
[0170] 可變氣門操作（VVA)技術(shù)被設(shè)計成利用轉(zhuǎn)換裝置如DVVL轉(zhuǎn)換搖臂在發(fā)動機運轉(zhuǎn) 期間改變氣門升程輪廓。氣門升程狀態(tài)是確認成功的轉(zhuǎn)換操作或檢測錯誤狀態(tài)/故障的重 要信息。氣門桿位置和相對移動傳感器可用于該功能。
[0171] 監(jiān)視VVA轉(zhuǎn)換狀態(tài)并判斷是否存在轉(zhuǎn)換故障的一個實施例在圖14和14A中示出。 根據(jù)本教導(dǎo)的一方面，線性可變差動變壓器（LVDT)型的傳感器可以將它機械地聯(lián)接的氣 門872的直線運動變換為對應(yīng)的電信號。LVDT線性位置傳感器是現(xiàn)成的，它們可以測量小 至百萬分之幾英寸到高達若干英寸的移動。
[0172] 圖14A示出安裝在氣門桿導(dǎo)管871中的典型LVDT的構(gòu)件。LVDT內(nèi)部結(jié)構(gòu)由在一 對相同地卷繞的二級繞線897、898之間的主繞線899組成。在實施例中，繞線897、898、899 卷繞在形成在氣門導(dǎo)管主體871中的凹進中空部中，所述凹進中空部以薄壁區(qū)段878、第一 端壁895和第二端壁896為邊界。在本實施例中，氣門導(dǎo)管主體871是靜止的。
[0173] 現(xiàn)在，參照圖14、14A和14B，該LVDT裝置的移動元件是稱為芯部873的由透磁材 料構(gòu)成的單獨的管狀銜鐵。在實施例中，芯部783利用任何合適的方法和制造材料如鐵組 裝在氣門782中。
[0174] 芯部873在主繞線899和二級盤圈897、898的內(nèi)側(cè)軸向地自由移動，并且它與正 被測量位置的氣門872機械地聯(lián)接?？變?nèi)部的芯部873和氣門導(dǎo)管871之間不存在物理接 觸。
[0175] 在操作中，LVDT的主繞線899通過施加適當(dāng)振幅和頻率的交流電流（已知為主勵 磁）而通電。這樣產(chǎn)生的磁通量通過芯部873與相鄰的二級繞線897和898耦合。
[0176] 如圖14A所示，如果芯部873位于二級繞線897、898之間的中途，則相等的磁通量 于是與各二級繞線耦合。在該基準(zhǔn)中途芯部873位置（已知為零點），差動電壓輸出基本上 為零。
[0177] 芯部873布置成使得它延伸經(jīng)過繞線899的兩端。如圖14B所示，如果芯部873 移動距離870以使它與繞線897比與繞線898更接近，則較多磁通量與繞線897耦合且較 少磁通量與繞線898耦合，從而引起非零的差動電壓。以此方式測量差動電壓可以指示氣 門872的移動方向和位置兩者。
[0178] 在圖14C和14D所示的第二實施例中，上述LVDT裝置通過移除圖14A中的第二線 圈898而進行了修改。當(dāng)線圈898被移除時，線圈897中感應(yīng)的電壓將相對于芯部873的 端部位置874變化。在氣門872的移動方向和時點已知的實施例中，僅需一個二級線圈897 來測量移動的幅度。如上所述，氣門的芯部873部分可以利用若干方法定位和制造。例如， 端部位置874的焊接可以結(jié)合鎳基非芯部材料和鐵基芯部材料，直徑的物理縮小可以用來 定位端部位置874以改變特定位置的磁通量，或小塊鐵基材料可以插入并定位在端部位置 874。
[0179] 根據(jù)本發(fā)明將了解的是，一個示例中的LVDT傳感器構(gòu)件可以位于氣門導(dǎo)管871的 頂部附近以允許低于該點的散熱。盡管這種位置可以高于用于氣門桿制造的典型焊接點， 但焊接部位可以如上所述移動。芯部873相對于二級繞線897的位置與感生了多大的電壓 成比例。
[0180] 在運轉(zhuǎn)的發(fā)動機中使用如上所述的LVDT傳感器具有若干優(yōu)點，包括1)無摩擦運 轉(zhuǎn)--在通常使用中，LVDT的芯部873與線圈組件之間不存在機械接觸。無摩擦還延長了 機械壽命。2)幾乎無限的分辨率--由于LVDT在無摩擦結(jié)構(gòu)中基于電磁耦合原理操作，所 以它可以測量芯部位置的極小變化，僅受LVDT信號調(diào)整器中的噪音和輸出顯示器的分辨 率限制。該特性還引起出色的再現(xiàn)性，3)環(huán)境穩(wěn)健性--材料和用于組裝LVDT的施工技 術(shù)引起對各種環(huán)境條件穩(wěn)健的堅固、耐用的傳感器。繞線897、898、899的結(jié)合可接著用環(huán) 氧樹脂封裝在氣門導(dǎo)管主體871中，從而引起優(yōu)良的防水防潮性能，以及吸收大的沖擊載 荷和高振動水平的能力。另外，線圈組件可以被密閉以抵抗油和腐蝕性環(huán)境。4)零點再現(xiàn) 性--上述LVDT的零點的位置甚至在它的很寬操作溫度范圍內(nèi)也非常穩(wěn)定且可重復(fù)。5) 快速的動態(tài)響應(yīng)--在普通運轉(zhuǎn)期間不存在摩擦允許LVDT對芯部位置的變化非?？焖俚?響應(yīng)。LVDT傳感器的動態(tài)響應(yīng)僅受由于芯部組件質(zhì)量而引起的小慣性作用限制。在大部分 情況下，LVDT感測系統(tǒng)的響應(yīng)由信號調(diào)整器的特性決定。6)絕對輸出--LVDT是與增量 輸出裝置相對的絕對輸出裝置。這意味著，在功率損失的情況下，從LVDT發(fā)送的位置數(shù)據(jù) 不會受損。當(dāng)測量系統(tǒng)重新起動時，LVDT的輸出值將與它在發(fā)生電源故障之前相同。
[0181] 上述氣門桿位置傳感器采用LVDT型傳感器來確定在發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間氣門桿的位 置。該傳感器可以是任何已知的傳感器技術(shù)，包括霍爾效應(yīng)傳感器、可以跟蹤氣門桿的位置 并且將監(jiān)視位置反饋給E⑶的電子、光學(xué)和機械傳感器。
[0182] 2. 4. 3零部件位置/移動
[0183] 可變氣門操作（VVA)技術(shù)被設(shè)計成利用轉(zhuǎn)換裝置如DVVL轉(zhuǎn)換搖臂在發(fā)動機運轉(zhuǎn) 期間改變氣門升程輪廓。轉(zhuǎn)換狀態(tài)的變化也可絕對地或在WA組件中相對于彼此改變組件 中的構(gòu)件的位置。位置變化測量可以被設(shè)計和實施為監(jiān)視WA轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，并可能地判定 是否存在轉(zhuǎn)換故障。
[0184] 現(xiàn)在，參考圖15-16,示例性DVVL轉(zhuǎn)換搖臂組件100可以構(gòu)造成具有測量相對移 動、運動或距離的精確非接觸式傳感器828。
[0185] 在一個實施例中，移動傳感器828位于第一端101 (圖15)附近，以針對高升程模 式和低升程模式評估外臂120相對于已知位置的移動。在本例中，移動傳感器828包括卷 繞在永久磁化的芯部周圍的線，并定位和定向成通過測量隨著鐵質(zhì)材料通過其已知磁場而 產(chǎn)生的磁通量的變化來檢測移動。例如，當(dāng)磁性（鐵質(zhì)材料）的外臂拉桿875通過位置傳 感器828的永磁場時，通量密度被調(diào)整，從而在線圈中感應(yīng)交流電壓并產(chǎn)生與拉桿875的接 近度成比例的電力輸出。調(diào)制電壓輸入發(fā)動機控制單元（ECU)(在下面的章節(jié)中描述），其 中處理器采用邏輯和計算來啟動搖臂組件100轉(zhuǎn)換操作。在實施例中，電壓輸出可以是二 元的，意味著電壓信號的有或無指示高升程或低升程。
[0186] 可見位置傳感器828可定位成測量搖臂組件100中的其它零部件的移動。在第二 實施例中，傳感器828可位于DVVL搖臂組件100 (圖15)的第二端103以評估內(nèi)臂122相 對于外臂120的位置。
[0187] 第三實施例可以將傳感器828定位成直接評估DVVL搖臂組件100中的鎖閂200 位置。鎖閂200和傳感器828在它們處于鎖定狀態(tài)（高升程模式）時彼此接合和固定，并 且針對解鎖（低升程）操作移動分開。
[0188] 也可利用感應(yīng)式傳感器檢測移動。傳感器877可以是以允許測量例如氣門桿112 是否移動的方式安裝的霍爾效應(yīng)傳感器。
[0189] 2. 4. 4壓力特性
[0190] 可變氣門操作（VVA)技術(shù)被設(shè)計成利用轉(zhuǎn)換裝置如DVVL轉(zhuǎn)換搖臂在發(fā)動機運轉(zhuǎn) 期間改變氣門升程輪廓。由于鎖定狀態(tài)是可使ECU能夠執(zhí)行各種功能如調(diào)節(jié)燃料/空氣混 合物以增加行駛里程、減少污染或調(diào)節(jié)怠速和爆震的對ECU的重要輸入，所以需要確認成 功的轉(zhuǎn)換操作或檢測錯誤狀態(tài)或故障的測量裝置或系統(tǒng)來進行適當(dāng)?shù)目刂?。在一些情況 下，需要轉(zhuǎn)換狀態(tài)報告和錯誤通知以符合規(guī)定。
[0191] 在包括如圖6所示的液壓地操作的DVVL系統(tǒng)800的實施例中，轉(zhuǎn)換狀態(tài)的變化提 供明顯不同的液壓轉(zhuǎn)換流體壓力指示。由于需要流體壓力來產(chǎn)生啟動轉(zhuǎn)換的必要的液壓剛 度，并且由于液壓流體通路被幾何地限定有特定通道和腔室，所以產(chǎn)生可以用來可預(yù)測地 確定鎖定或解鎖狀態(tài)或轉(zhuǎn)換故障的特征壓力指示?？梢悦枋鰷y量壓力并且將測定結(jié)果與已 知和可接受的運轉(zhuǎn)參數(shù)進行比較的若干實施例。壓力測量結(jié)果可以通過檢查在若干轉(zhuǎn)換循 環(huán)的流體壓力而從宏觀層面進行分析，或針對持續(xù)數(shù)毫秒的單個轉(zhuǎn)換事件進行評估。
[0192] 現(xiàn)在參考圖6、7和17,示例性圖示（圖17)示出當(dāng)轉(zhuǎn)換搖臂100在高升程或低升 程下操作并在高升程與低升程之間轉(zhuǎn)換時氣缸1的關(guān)于時間的氣門升程高度變化882。液 壓轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的對應(yīng)數(shù)據(jù)在相同的時間標(biāo)尺上示出（圖17)，包括利用壓力傳感器890測定的 上通道802、803中的油壓880和用來開閉OCV組件820中的電磁閥822、823的電流881。 如可見的，這種從宏觀層面的分析級別顯示了在所有操作狀態(tài)期間的OCV轉(zhuǎn)換電流881、控 制壓力880和升程882之間的關(guān)聯(lián)。例如，在時刻0. 1，0CV被命令轉(zhuǎn)換，如增大的電流881 所示。當(dāng)OCV轉(zhuǎn)換時，增大的控制壓力880引起高升程至低升程轉(zhuǎn)換事件。隨著對一個或 多個完整的轉(zhuǎn)換循環(huán)評估操作，可以評估包括OCV和通向搖臂組件100的加壓流體輸送系 統(tǒng)的子系統(tǒng)的適當(dāng)操作?？梢允褂闷渌毩⒌臏y量結(jié)果例如如上所述的氣門桿移動來增強 轉(zhuǎn)換故障判斷。如可見的，這些分析可以針對任何數(shù)量用來控制一個或多個氣缸的進氣門 和/或排氣門的OCV執(zhí)行。
[0193] 使用類似的方法，但利用在轉(zhuǎn)換事件期間以毫秒級別測量和分析數(shù)據(jù)，提供了足 夠詳細的控制壓力信息（圖17A、17B)，以在不直接測量氣門升程或鎖閂銷移動的情況下獨 立地評估成功的轉(zhuǎn)換事件或轉(zhuǎn)換故障。在使用該方法的實施例中，通過將測定的壓力瞬變 與在測試期間開發(fā)并儲存在ECU中用于分析的已知的操作狀態(tài)壓力瞬變進行比較來判斷 轉(zhuǎn)換狀態(tài)。圖17A和17B示出用來在DVVL系統(tǒng)中產(chǎn)生用于轉(zhuǎn)換搖臂的已知操作壓力瞬變 的示例性試驗數(shù)據(jù)。
[0194] 該試驗系統(tǒng)包括如圖3所示的四個轉(zhuǎn)換搖臂組件100、OCV組件820 (圖3)、兩個 上部油控制通道802、803(圖6-7)、以及用于控制控制通道802、803中的液壓操作流體溫 度和壓力的閉環(huán)系統(tǒng)。各控制通道提供處于經(jīng)調(diào)節(jié)后的壓力下的液壓流體，以控制兩個搖 臂組件100。圖17A示出有效的單次試運行，顯示了OCV電磁閥通電以啟動從高升程狀態(tài) 到低升程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時的數(shù)據(jù)。安裝儀器以測量鎖閂移動1003、控制通道802、803中的壓 力880、0CV電流881、液壓流體供給源804中的壓力1001 (圖6-7)以及鎖閂間隙和凸輪間 隙?？梢詫⑹录樞蛎枋鋈缦拢?br>
[0195] ·Oms-ECU接通電流881以使OCV電磁閥通電
[0196] ·IOms-通向OCV螺線管的轉(zhuǎn)換電流881足以將壓力調(diào)節(jié)成如壓力曲線880所示 比控制通道802、803中高。
[0197] ·10-13π?8-當(dāng)液壓流體從供給源804(圖6-7)流入上控制通道802、803中時供給 壓力曲線1001降低到通過OCV調(diào)節(jié)的壓力之下。作為響應(yīng)，壓力880在控制通道802、803 中快速上升。鎖閂銷移動如在鎖閂銷移動曲線1003中所示開始。
[0198] · 13-15ms-供給壓力曲線1001在流量穩(wěn)定時返回穩(wěn)定的未調(diào)節(jié)狀態(tài)。控制通道 802、803中的壓力880上升到通過OCV調(diào)節(jié)的更高壓力。
[0199] ·15-20ι?8-控制通道802、803中的壓力880上升/下降瞬變在加壓液壓流體將鎖 閂完全推回到位時產(chǎn)生（鎖閂銷移動曲線1002)，并且液壓流量和壓力穩(wěn)定在OCV未調(diào)節(jié)的 壓力。壓力尖峰1003是該瞬變的特征。
[0200] ?在12ms和17ms，可以在壓力曲線880中看到與鎖閂位置1002的突然變化一致 的明顯不同的壓力瞬變。
[0201] 圖17B示出有效的單次試運行，顯示了OCV電磁閥斷電以啟動從低升程狀態(tài)到高 升程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換時的數(shù)據(jù)?？梢詫⑹录樞蛎枋鋈缦拢?br>
[0202] ·Oms-ECU切斷電流881轉(zhuǎn)換以使OCV電磁閥斷電。
[0203] Cms-OCV螺線管移動得足夠多以將經(jīng)調(diào)節(jié)后、較低壓力的液壓流體導(dǎo)入控制通道 8〇2和8〇3(壓力曲線88〇)。
[0204]dms-控制通道802、803中的壓力在OCV調(diào)低壓力時如曲線880所示快速下降。
[0205] · 7-12ms-與低壓點1005 -致，控制通道802、803中的較低壓力啟動如鎖閂移動 曲線1002所示的鎖閂移動。壓力曲線880瞬變在鎖閂彈簧230 (圖19)壓縮和移動與鎖閂 接合的空間中的液壓流體時啟動。
[0206] · 12-15ms-壓力曲線880所示的壓力瞬變在鎖閂銷移動曲線1002所示的鎖閂銷 移動完成時再次導(dǎo)入。
[0207] ·15-30π?8-控制通道802、803中的壓力如壓力曲線880所示穩(wěn)定在OCV調(diào)節(jié)后的 壓力。
[0208] ?如上所述，在7-10ms和13-20ms，可以在壓力曲線880中看到與鎖閂位置1002 的突然變化一致的明顯不同的壓力瞬變。
[0209] 如前文所述，并且在以下章節(jié)中，液壓通道的固定幾何構(gòu)型、孔、間隙和腔室以及 鎖閂彈簧的剛度是與用于經(jīng)調(diào)節(jié)后的液壓流體壓力的變化的液壓響應(yīng)和機械轉(zhuǎn)換速度有 關(guān)的變量。圖17A和17B中的壓力曲線880描述了在可接受的范圍內(nèi)操作的DVVL轉(zhuǎn)換搖臂 系統(tǒng)。在操作期間，特定的壓力上升率或下降率（曲線斜率）是通過以上列舉的事件的時 刻表征的適當(dāng)操作的特征。錯誤狀態(tài)的示例包括：顯示鎖閂響應(yīng)時間的惡化的壓力事件的 時間推移，事件發(fā)生率的變化（壓力曲線斜率變化），或壓力事件的幅度的整體減小。例如， 15-20ms周期中低于預(yù)期的壓力上升表示鎖閂尚未完全退回，從而潛在地引起臨界轉(zhuǎn)變。
[0210] 以50psi的油壓和70攝氏度的油溫測量這些示例中的試驗數(shù)據(jù)。一系列不同操 作狀態(tài)下的試驗可以提供要由ECU用于轉(zhuǎn)換診斷的特征曲線的數(shù)據(jù)庫。
[0211] 描述利用壓力測量結(jié)果來診斷轉(zhuǎn)換狀態(tài)的另一實施例。如圖3所示的DFHLA110 既用來管理間隙，又用來供給用于操作采用諸如CDA或DVVL之類的轉(zhuǎn)換搖臂組件的VVA系 統(tǒng)的液壓流體。如圖52的剖視圖中所示，用于DVVL搖臂組件100的通常間隙調(diào)節(jié)致使球 塞210在高升程操作和低升程操作兩者期間保持與內(nèi)臂組件222的接納座接觸。當(dāng)在發(fā)動 機中組裝好時，DFHLA110處于固定位置，而內(nèi)搖臂組件222繞球頂端接觸點211進行旋轉(zhuǎn) 移動。內(nèi)臂組件222的旋轉(zhuǎn)移動和球塞負荷215的大小在高升程狀態(tài)與低升程狀態(tài)之間的 轉(zhuǎn)換時變化。球塞210被設(shè)計成在負荷和移動變化時以補償?shù)姆绞揭苿印?br>
[0212] 用于球塞負荷215的補償力在下控制通道805使下端部512與腔室905連通時由 下控制通道805中的液壓流體壓力提供（圖11)。如圖6-7所示，處于未經(jīng)調(diào)節(jié)的壓力下的 液壓流體從發(fā)動機氣缸蓋被傳送到下控制通道805中。
[0213] 在實施例中，壓力傳感器被安置在給送DFHLA110的間隙調(diào)節(jié)部的液壓通道805 中。壓力傳感器可以用來在從高升程狀態(tài)過渡到低升程狀態(tài)或從低升程狀態(tài)過渡到高升程 狀態(tài)時監(jiān)視給送間隙調(diào)節(jié)器的液壓通道805中的瞬時壓力變化。通過在從一種模式轉(zhuǎn)換到 另一種模式時監(jiān)視壓力指示，該系統(tǒng)能夠檢測可變氣門操作系統(tǒng)何時在任何一個位置發(fā)生 故障。在作為壓力與以毫秒為單位的時間的關(guān)系示出的實施例中，壓力指示曲線提供可以 包括幅度、斜率和/或其它參數(shù)的特征形狀。
[0214] 例如，圖17C顯示了進氣門升程輪廓曲線814、816與以毫秒為單位的關(guān)系的圖示， 該圖示與液壓通道壓力曲線1005U005與相同的時間標(biāo)尺的關(guān)系的圖示疊加。壓力曲線 1006和氣門升程輪廓曲線816對應(yīng)于低升程狀態(tài)，而壓力曲線1005和氣門升程輪廓814對 應(yīng)于高升程狀態(tài)。
[0215] 在穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)期間，壓力指示曲線1005、1006呈現(xiàn)周期性表現(xiàn)，其中在DFHLA補償隨 著凸輪向下推動搖臂組件以壓縮氣門彈簧（圖3)并提供氣門升程時分配的交替的球頂端 負荷215、氣門彈簧伸長以關(guān)閉氣門時以及凸輪位于不發(fā)生升程的基圓上時產(chǎn)生明顯不同 的尖峰1007、1008。如圖17C所示，瞬時壓力尖峰1006、1007分別與低升程輪廓816和高升 程輪廓814的尖峰對應(yīng)。當(dāng)液壓系統(tǒng)壓力穩(wěn)定時，穩(wěn)態(tài)壓力指示曲線1005U006恢復(fù)。
[0216] 如前文所述，并且在以下章節(jié)中，DFHLA液壓通道的固定幾何構(gòu)型、孔、間隙和腔室 是與對于給定的液壓流體壓力和溫度的液壓響應(yīng)和壓力瞬變有關(guān)的變量。圖17C中的壓力 指示曲線1005U006描述了在可接受的范圍內(nèi)操作的DVVL轉(zhuǎn)換搖臂系統(tǒng)。在操作期間，特 定的壓力上升率或下降率（曲線斜率）、壓力峰值和峰值壓力關(guān)于最大升程的時刻也可以 是通過轉(zhuǎn)換事件的時刻表征的適當(dāng)操作的特征。錯誤狀態(tài)的示例可包括壓力事件的時間推 移、事件的發(fā)生率的變化（壓力曲線斜率變化）、突然的未預(yù)期壓力瞬變或壓力事件的幅度 的整體下降。
[0217] 一系列不同操作狀態(tài)下的試驗可以提供要由ECU用于轉(zhuǎn)換診斷的特征曲線的數(shù) 據(jù)庫?？梢曰谙到y(tǒng)構(gòu)型和車輛要求使用一個或若干壓力值?？梢詫⒈O(jiān)視的壓力曲線與標(biāo) 準(zhǔn)曲線進行比較以確定系統(tǒng)何時發(fā)生故障。
[0218] 3.轉(zhuǎn)換控制和邏輯
[0219] 3. 1.發(fā)動機實施方案
[0220] 以受控壓力向圖4所示的DVVL轉(zhuǎn)換搖臂100輸送發(fā)動機油的DVVL液壓流體系統(tǒng) 在下面的章節(jié)中描述，因為它可以安裝在四缸發(fā)動機中的II型氣門機構(gòu)中的進氣門上。在 替代實施例中，該液壓流體輸送系統(tǒng)可以應(yīng)用于活塞驅(qū)動式內(nèi)燃發(fā)動機上的進氣門或排氣 門的任意組合。
[0221] 3.2.通向搖臂組件的液壓流體輸送系統(tǒng)
[0222] 參考圖3、6和7,液壓流體系統(tǒng)以受控壓力向DVVL轉(zhuǎn)換搖臂100 (圖4)輸送發(fā)動 機油801。在該布置結(jié)構(gòu)中，來自氣缸蓋801的未進行壓力調(diào)節(jié)的發(fā)動機油進給到HLA下進 給通道805中。如圖3所示，該油始終與DFHLA的下進給入口 512流體連通，在此DFHLA用 來執(zhí)行通常的液壓間隙調(diào)節(jié)。來自氣缸蓋801的未進行壓力調(diào)節(jié)的發(fā)動機油也供給到油控 制閥組件入口 821。如上所述，用于該DVVL實施例的OCV組件820包括調(diào)節(jié)來自公共入口 821的油壓的兩個獨立地操作的電磁閥。來自O(shè)CV組件820第一控制端口出口 822的液壓 流體供給到第一上通道802,而來自第二控制端口 823的液壓流體供給到第二上通道803。 第一OCV確定氣缸1和氣缸2的升程模式，而第二OCV確定氣缸3和氣缸4的升程模式。如 圖18所示和在下面的章節(jié)中所述，OCV組件820中的閥的操作由發(fā)動機控制單元825利用 基于對特定的物理構(gòu)型感測和存儲的信息、轉(zhuǎn)換窗口以及一組運轉(zhuǎn)狀態(tài)例如氣缸的特定數(shù) 量和特定油溫的邏輯引導(dǎo)。來自上通道802、803的調(diào)壓后的液壓流體被引導(dǎo)到DFHLA上端 口 506,在此它經(jīng)通道509傳輸?shù)睫D(zhuǎn)換搖臂組件100。如圖19所示，液壓流體經(jīng)由第一油通 道144和第二油通道146經(jīng)搖臂組件100傳送到鎖定銷組件201，在此它用來啟動高升程狀 態(tài)與低升程狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。
[0223] 上通道802、803中蓄積的掃除空氣對維持液壓剛度和最大限度地減小壓力上升 時間的變化而言很重要。壓力上升時間直接影響轉(zhuǎn)換操作期間的鎖閂移動時間。圖6所示 的被動放氣端口 832、833被增加至上通道802、803中的高點以將蓄積的空氣放出到位于氣 門蓋下方的氣缸蓋空隙中。
[0224] 3. 2. 1用于低升程模式的液壓流體輸送：
[0225] 現(xiàn)在參考圖8,DVVL系統(tǒng)被設(shè)計成在低升程模式下從怠速運轉(zhuǎn)到3500rpm。搖臂 組件100和3桃尖凸輪102的剖視圖顯示了低升程操作。圖8和19所示的組件的主要構(gòu) 件包括內(nèi)臂122、滾柱軸承128、外臂120、滑塊墊130、132、鎖閂200、鎖閂彈簧230、樞軸118 和空動扭力彈簧134、136。對于低升程操作，當(dāng)OCV組件820中的電磁閥通電時，壓力彡2. 0 巴的未調(diào)節(jié)的油經(jīng)控制通道802、803和DFHLA110供給到轉(zhuǎn)換搖臂組件100。該壓力使鎖 閂200退回，從而將內(nèi)臂122和外臂120解鎖，并允許它們獨立地移動。高升程凸輪軸桃 尖104、106 (圖3)保持與外臂120上的滑動截面墊130、132接觸。外臂120繞樞軸118旋 轉(zhuǎn)并且不向氣門112分配任何運動。這通常稱為"空動"。由于低升程凸輪輪廓816(圖5) 被設(shè)計成用于氣門提前關(guān)閉，所以轉(zhuǎn)換搖臂100必須被設(shè)計成吸收來自高升程凸輪軸桃尖 104、106 (圖4)的全部運動。來自空動扭力彈簧134、136 (圖15)的力確保外臂120保持與 高升程桃尖104、106 (圖3)接觸。低升程桃尖108 (圖3)與內(nèi)臂122上的滾柱軸承128接 觸并且氣門在每個低升程氣門提前關(guān)閉輪廓816(圖4)打開。
[0226] 3. 2. 2用于高升程模式的液壓流體輸送
[0227] 現(xiàn)在參考圖9,DVVL系統(tǒng)被設(shè)計成在高升程模式下從怠速運轉(zhuǎn)到7300rpm。轉(zhuǎn)換 搖臂100和3桃尖凸輪102的剖視圖顯示了高升程操作。圖9和19所示的組件的主要構(gòu) 件包括內(nèi)臂122、滾柱軸承128、外臂120、滑塊墊130、132、鎖閂200、鎖閂彈簧230、樞軸118 和空動扭力彈簧134、136。
[0228]OCV組件820中的電磁閥被斷電以實現(xiàn)高升程操作。鎖閂彈簧230使鎖閂200伸 出，從而鎖緊內(nèi)臂122和外臂120。鎖緊的臂的功能與固定的搖臂相似。對稱的高升程桃 尖104、106 (圖3)與外臂120上的滑塊墊130 (未示出132)接觸，從而使內(nèi)臂122繞DFHLA 110球端210旋轉(zhuǎn)并且在每個高升程輪廓814(圖4)打開氣門112(圖4)。在此期間，壓力 從0. 2巴調(diào)節(jié)到0. 4巴的油經(jīng)控制通道802、803供給到轉(zhuǎn)換搖臂100。維持在0. 2至0. 4 巴的油壓保持油路充滿但不使鎖閂200退回。
[0229] 在高升程模式下，DFHLA的雙饋功能對于在最大發(fā)動機轉(zhuǎn)速下確保氣門機構(gòu)的適 當(dāng)間隙補償很重要。圖9中的下通道805將氣缸蓋油壓傳送到DFHLA下端口 512(圖11)。 DFHLA的下部被設(shè)計成作為通常液壓間隙補償機構(gòu)工作。DFHLA110機構(gòu)被設(shè)計成確保液壓 裝置具有充分的壓力以避免曝氣并在所有發(fā)動機轉(zhuǎn)速下都保持充滿油。利用該系統(tǒng)維持液 壓剛度和適當(dāng)?shù)臍忾T機構(gòu)功能。
[0230] 圖20中的表歸納了在高升程模式和低升程模式下的壓力狀態(tài)。還示出了DFHLA 通常間隙補償功能與搖臂組件轉(zhuǎn)換功能的液壓分離。發(fā)動機在高升程模式（鎖閂伸出并接 合）下起動，因為這是默認模式。
[0231] 3. 3運轉(zhuǎn)參數(shù)
[0232] 操作DVVL系統(tǒng)的一個重要因素是從高升程模式到低升程模式的可靠控制。DVVL 氣門操作系統(tǒng)僅在預(yù)定的時間窗期間才可在各模式之間轉(zhuǎn)換。如上所述，從高升程模式到 低升程模式和從低升程模式到高升程模式的轉(zhuǎn)換通過來自發(fā)動機控制單元（ECU)825的信 號啟動，所述ECU使用分析存儲的信息例如用于特定物理構(gòu)型的轉(zhuǎn)換窗口、存儲的運轉(zhuǎn)狀 態(tài)和通過傳感器收集的處理后的數(shù)據(jù)的邏輯。轉(zhuǎn)換窗口持續(xù)時間由DVVL系統(tǒng)物理構(gòu)型決 定，包括氣缸數(shù)量、由單個OCV控制的氣缸的數(shù)量、氣門升程持續(xù)時間、發(fā)動機轉(zhuǎn)速以及液 壓控制和機械系統(tǒng)中固有的鎖閂響應(yīng)時間。
[0233] 3. 3. 1收集的數(shù)據(jù)
[0234] 實時傳感器信息包括來自任何數(shù)量的傳感器的輸入，如在圖6所不的不例性DVVL 系統(tǒng)800中所示。傳感器可包括：1)在一個實施例中利用上述線性可變差動變壓器（LVDT) 測定的氣門桿移動829,2)利用霍爾效應(yīng)傳感器或運動檢測器測定的運動/位置828和鎖 閂位置827, 3)利用接近開關(guān)、霍爾效應(yīng)傳感器或其它傳感器測定的DFHLA移動826,4)油 壓830,和5)油溫890。凸輪軸旋轉(zhuǎn)位置和速度可直接收集或從發(fā)動機轉(zhuǎn)速傳感器推定。
[0235] 在液壓操作的VVA系統(tǒng)內(nèi)中，油溫影響用于諸如CDA和VVL之類的系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換 的液壓系統(tǒng)的剛度。如果油過冷，則其粘度減慢轉(zhuǎn)換事件，從而導(dǎo)致故障。該關(guān)系在圖21-22 中針對示例性DVVL轉(zhuǎn)換搖臂系統(tǒng)示出。利用位于使用點附近而不是發(fā)動機油曲軸箱中的 圖6所示的傳感器890獲得的精確油溫提供最精確的信息。在一個示例中，靠近油控制閥 (OCV)監(jiān)視的VVA系統(tǒng)中的油溫必須大于或等于20°C，從而以要求的液壓剛度啟動低升程 (解鎖）運轉(zhuǎn)。可以利用任何數(shù)量可商購的構(gòu)件例如熱電偶來進行測量。油控制閥在2010 年4月15日公開的已公布的美國專利申請US2010/0089347和2010年1月28日公開的 US2010/0018482中詳細描述，兩申請在此通過全文引用并入。
[0236] 傳感器信息作為實時運轉(zhuǎn)參數(shù)（圖18)發(fā)送到發(fā)動機控制單元（E⑶)825。
[0237] 3. 3. 2存儲的信息
[0238] 3. 3. 2. 1轉(zhuǎn)換窗口算法
[0239] 機械轉(zhuǎn)換窗口 ：
[0240] 圖4所示的三桃尖凸輪的各桃尖的形狀包括不發(fā)生升程的基圓部605、607、609、 用來在升程事件之前吸收機械間隙的過渡部和使氣門112移動的升程部。對于安裝在系統(tǒng) 800 (圖6)中的示例性DVVL轉(zhuǎn)換搖臂100而言，當(dāng)防止其移動的鎖閂上無負荷時高升程模 式與低升程模式之間的轉(zhuǎn)換僅可以在基圓操作期間發(fā)生。對該機構(gòu)的進一步描述在下面的 章節(jié)中提供?；鶊A部的無升程部863在圖5中用曲線圖示出。DVVL系統(tǒng)800在20°C及以 上的油溫下以高達3500發(fā)動機rpm在一個凸輪軸轉(zhuǎn)圈內(nèi)轉(zhuǎn)換。時間窗口或預(yù)定油狀態(tài)之 外的轉(zhuǎn)換可能引起臨界轉(zhuǎn)變事件，該臨界轉(zhuǎn)變事件是當(dāng)氣門致動器切換構(gòu)件或發(fā)動機氣門 上的負荷高于該結(jié)構(gòu)被設(shè)計成在轉(zhuǎn)換時適應(yīng)的負荷時發(fā)動機氣門位置在發(fā)動機循環(huán)中的 一個時點的轉(zhuǎn)變。臨界轉(zhuǎn)變事件可引起氣門機構(gòu)和/或其它發(fā)動機零部件的損壞。轉(zhuǎn)換窗 口可以進一步定義為改變控制通道中的壓力并使閂鎖從伸出位置移動到退回位置和從退 回位置移動到伸出位置所需的凸輪軸曲柄角的持續(xù)時間。
[0241] 如上所述和圖7所示，DVVL系統(tǒng)具有包含兩個獨立地控制的電磁閥的單個OCV組 件820。第一閥控制第一上通道802壓力并確定氣缸1和氣缸2的升程模式。第二閥控制 第二上通道803壓力并確定氣缸3和4的升程模式。圖23針對氣缸點火次序為（2-1-3-4) 的直列四缸發(fā)動機示出該OCV組件820(圖3)構(gòu)型的進氣門正時（升程順序）與曲軸角的 關(guān)系。氣缸二851、氣缸一 852、氣缸三853和氣缸四854的高升程進氣門輪廓在圖的頂部 作為相對于曲柄角示出的升程示出。對應(yīng)的氣缸的氣門升程持續(xù)時間在下部作為升程持續(xù) 時間區(qū)域855、856、857和858相對于曲柄角示出。還示出了各個氣缸的無升程基圓操作區(qū) 域863。必須確定使鎖閂在一個凸輪軸轉(zhuǎn)圈內(nèi)移動的預(yù)定的轉(zhuǎn)換窗口，其中約定每個OCV都 構(gòu)造成同時控制兩個氣缸。
[0242] 可以通過理解和改進鎖閂移動來優(yōu)化機械轉(zhuǎn)換窗口。現(xiàn)在參考圖24-25,轉(zhuǎn)換搖臂 組件100的機械構(gòu)型提供了允許擴大有效轉(zhuǎn)換窗口的兩種截然不同的條件。稱為高升程鎖 閂限制的第一條件在鎖閂200通過為了打開氣門112而施加的負荷鎖緊到位時在高升程模 式下發(fā)生。稱為低升程鎖閂限制的第二條件在外臂120阻止鎖閂200在外臂120的下方伸 出時在解鎖的低升程模式下發(fā)生。將這些條件描述如下：
[0243] 高升程鎖閂限制：
[0244] 圖24示出鎖閂200與外臂120接合的高升程事件。隨著氣門克服由氣門彈簧114 供給的力打開，鎖閂200將該力從內(nèi)臂122傳遞到外臂120。當(dāng)彈簧114的力通過鎖閂200 傳遞時，鎖閂200變成鎖定在其伸出位置。在此狀態(tài)下，通過在嘗試從高升程模式轉(zhuǎn)換到低 升程模式的同時轉(zhuǎn)換OCV而施加的液壓壓力不足以克服鎖緊鎖閂20的力，從而防止它退 回。該狀態(tài)通過允許在高升程事件之前施加壓力和開始基圓部863(圖23)使鎖閂200卸 載的操作而擴大了總轉(zhuǎn)換窗口。當(dāng)鎖閂200上的力釋放時，可以立即開始轉(zhuǎn)換事件。
[0245] 低升程鎖閂限制：
[0246] 圖25示出鎖閂200在低升程模式下退回的低升程操作。在該事件的升程部分，夕卜 臂120阻擋鎖閂200,從而防止它伸出，即使OCV轉(zhuǎn)換，并且液壓流體壓力降低以返回高升程 鎖定狀態(tài)。該狀態(tài)通過允許在高升程事件之前釋放液壓壓力和到達基圓部863 (圖23)而 擴大了總轉(zhuǎn)換窗口。一旦到達基圓，鎖閂彈簧230便可以使鎖閂200伸出。通過允許在基 圓之前釋放壓力來擴大總轉(zhuǎn)換窗口。當(dāng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)至基圓時，可以立即開始轉(zhuǎn)換。
[0247] 圖26示出圖23所示的相同信息，但也附加了在高升程狀態(tài)與低升程狀態(tài)之間的 過渡期間完成機械轉(zhuǎn)換過程的每個步驟所需的時間。這些步驟代表轉(zhuǎn)換搖臂組件的設(shè)計中 固有的機械轉(zhuǎn)換的要素。如對圖23所述，發(fā)動機的點火次序在頂部連同進氣門輪廓851、 852、853、854被示出，其與以氣缸二為基準(zhǔn)的曲柄角度數(shù)對應(yīng)。鎖閂200在進氣凸輪桃尖位 于基圓863 (參照機械轉(zhuǎn)換窗口）時必須移動。由于OCV組件820中的各電磁閥控制兩個 氣缸，所以轉(zhuǎn)換窗口必須配時成在位于它們各自的基圓上時適應(yīng)兩個氣缸。氣缸二在285 度曲柄角返回基圓。鎖閂移動在氣缸二的下一個升程事件之前必須完成690度曲柄角。類 似地，氣缸一在465度返回基圓且必須以150度完成轉(zhuǎn)換。如可見的，氣缸一和氣缸二的轉(zhuǎn) 換窗口略微不同。如可見的，第一OCV電觸發(fā)器在氣缸一進氣門升程事件之前開始轉(zhuǎn)換，而 第二OCV電觸發(fā)器在氣缸四進氣門升程事件之前開始轉(zhuǎn)換。
[0248] 執(zhí)行最壞情況分析以在3500rpm的最大轉(zhuǎn)換速度下定義圖26中的轉(zhuǎn)換事件。注 意，發(fā)動機可在7300rpm的高得多的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)；然而，模式轉(zhuǎn)換不允許高于3500rpm。氣 缸二的總轉(zhuǎn)換窗口為26毫秒，并被分解成兩部分：7毫秒高升程/低升程鎖閂限制時間861 和19毫秒機械轉(zhuǎn)換時間864。10毫秒機械響應(yīng)時間862對于所有氣缸而言都是一致的。15 毫秒鎖R限制時間861對于氣缸一而言較長，因為OCV轉(zhuǎn)換在氣缸一發(fā)生進氣門升程事件 的同時啟動，并且鎖閂被限制移動。
[0249] 必須適應(yīng)若干機械和液壓限制以滿足總轉(zhuǎn)換窗口。首先，必須避免在下一個進氣 門升程事件開始之前未完成的轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的臨界轉(zhuǎn)變860。其次，實驗數(shù)據(jù)表明，在20°C的最 低允許發(fā)動機油溫下移動鎖閂的最大轉(zhuǎn)換時間為10毫秒。如在圖26中指出的，有19毫秒 可用于基圓上的機械轉(zhuǎn)換864。由于所有試驗數(shù)據(jù)都表明轉(zhuǎn)換機械響應(yīng)862將發(fā)生在第一 個10毫秒內(nèi)，所以不需要全部19毫秒的機械轉(zhuǎn)換時間864。機械和液壓限制的組合限定了 17毫秒的最壞情況轉(zhuǎn)換時間，其包括鎖閂限制時間861加鎖閂機械響應(yīng)時間862。
[0250] DVVL轉(zhuǎn)換搖臂系統(tǒng)被設(shè)計成以一定余量來完成轉(zhuǎn)換，其中余量為9毫秒。另外，9 毫秒余量可允許以高于3500rpm的轉(zhuǎn)速進行模式轉(zhuǎn)換。氣缸三和氣缸四對應(yīng)于與如圖26 所不具有不同定相的氣缸一和氣缸二相同的轉(zhuǎn)換時間。在該分析中未考慮啟動OCV組件中 的電磁閥所需的電轉(zhuǎn)換時間，不過ECU可以容易地進行標(biāo)定以考慮該變量，因為從OCV通電 到控制通道油壓開始改變的時間保持可預(yù)測。
[0251] 現(xiàn)在，參照圖4和25A，如果凸輪軸旋轉(zhuǎn)的正時和鎖閂200移動與其中鎖閂200僅 部分地接合在外臂120上的一個邊緣上的鎖閂200的負荷一致，則可能發(fā)生臨界轉(zhuǎn)變。一 旦高升程事件開始，鎖閂200就可以滑動并與外臂120分離。此時，通過氣門彈簧114的力 加速的內(nèi)臂122導(dǎo)致滾柱軸承128與低升程凸輪桃尖108之間的沖擊。臨界轉(zhuǎn)變是非期望 的，因為它形成搖臂組件100和氣門移動的瞬時失控，以及對系統(tǒng)的沖擊。DVVL轉(zhuǎn)換搖臂被 設(shè)計成滿足臨界轉(zhuǎn)變發(fā)生的使用壽命要求（lifetimeworth)。
[0252] 3· 3· 2· 2存儲的運轉(zhuǎn)參數(shù)
[0253] 運轉(zhuǎn)參數(shù)包括由ECU825(圖18)用于基于在如后面的章節(jié)中描述的擴展測試期間 收集的數(shù)據(jù)來轉(zhuǎn)換邏輯控制的存儲信息。可描述已知的運轉(zhuǎn)參數(shù)的若干示例：在實施例中， 1)需要20攝氏度的最低油溫來從高升程狀態(tài)轉(zhuǎn)換到低升程狀態(tài)，2)發(fā)動機油底殼中應(yīng)該 存在用于轉(zhuǎn)換操作的大于2巴的最低油壓，3)鎖閂響應(yīng)時間根據(jù)圖21-22中示出的數(shù)據(jù)而 隨油溫變化，4)如圖17所示和前文所述，液壓轉(zhuǎn)換操作導(dǎo)致的可預(yù)測的壓力變化如由壓力 傳感器890所確定的發(fā)生在上通道802、803 (圖6)中，5)如圖5所示和前文所述，可以預(yù)先 確定并存儲基于升程輪廓814、816的已知的氣門移動與曲柄角（時間）的關(guān)系。
[0254] 3. 3控制邏輯
[0255] 如上所述，DVVL轉(zhuǎn)換在特定運轉(zhuǎn)狀態(tài)下可以僅在小的預(yù)定時間窗期間發(fā)生，并且 在該時間窗之外轉(zhuǎn)換DVVL系統(tǒng)可能引起臨界轉(zhuǎn)變事件，其可引起對氣門機構(gòu)和/或其它發(fā) 動機零部件的損壞。由于諸如油壓、溫度、排放和負荷之類的發(fā)動機狀態(tài)可快速變化，所以 可以使用高速處理器來分析實時狀態(tài)，將它們與表征作業(yè)系統(tǒng)的已知運轉(zhuǎn)參數(shù)進行比較， 使結(jié)果一致以確定何時轉(zhuǎn)換，并發(fā)送轉(zhuǎn)換信號。這些操作可以每秒執(zhí)行幾百次或幾千次。在 實施例中，該運算功能可以由專用處理器或由稱為發(fā)動機控制單元（ECU)的已有的多功能 汽車控制系統(tǒng)執(zhí)行。典型的ECU具有用于模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的輸入部、包括微處理器、可編程 存儲器和隨機存取存儲器的處理部、以及輸出部，該輸出部可包括繼電器、開關(guān)和警示燈操 作。
[0256] 在一個實施例中，圖6和18所示的發(fā)動機控制單元（ECU)825接受來自多個傳感 器的輸入，例如氣門桿移動829、運動/位置828、鎖閂位置827、DFHLA移動826、油壓830和 油溫890。諸如對于給定發(fā)動機轉(zhuǎn)速而言的允許操作溫度和壓力之類的數(shù)據(jù)（圖20)以及 轉(zhuǎn)換窗口（圖26和在其它章節(jié)中描述）存儲在存儲器中。然后將實時收集的信息與存儲 信息進行比較并進行分析以提供ECU825轉(zhuǎn)換時間和控制的邏輯。
[0257] 在對輸入進行分析之后，控制信號由E⑶825輸出到OCV820以啟動轉(zhuǎn)換操作，該 轉(zhuǎn)換操作可配時成避免在滿足諸如提高的燃料經(jīng)濟性和降低的排放之類的發(fā)動機性能目 標(biāo)的同時避免臨界轉(zhuǎn)換事件。如果有必要，ECU825也可向操作者提供錯誤狀態(tài)。
[0258] 4.DVVL轉(zhuǎn)換搖臂組件
[0259] 4. 1組件描述
[0260] 公開了一種用于接合凸輪的由加壓流體液壓操作的轉(zhuǎn)換搖臂。外臂和內(nèi)臂構(gòu)造成 將運動轉(zhuǎn)移到內(nèi)燃發(fā)動機的氣門。鎖定機構(gòu)包括鎖閂、套筒和定向部件。套筒接合鎖閂和 內(nèi)臂中的孔，并且還提供用于定向部件的開口，所述定向部件用于提供鎖閂相對于套筒和 內(nèi)臂的正確定向。套筒、鎖閂和內(nèi)臂具有用來確定鎖閂的最佳定向的參考標(biāo)記。
[0261] 示例性轉(zhuǎn)換搖臂100可構(gòu)造成在操作期間具有如圖4的透視圖所示的三桃尖凸輪 102。替代地，類似的搖臂實施例可構(gòu)造成利用其它凸輪設(shè)計如雙桃尖凸輪工作。轉(zhuǎn)換搖 臂100構(gòu)造成具有用于維持液壓間隙調(diào)節(jié)的機構(gòu)和用于向內(nèi)臂122饋送液壓轉(zhuǎn)換流體的機 構(gòu)。在實施例中，雙饋液壓間隙調(diào)節(jié)器（DFHLA)llO執(zhí)行兩種功能。氣門112、彈簧114和彈 簧座116也構(gòu)造成具有該組件。凸輪102具有第一高升程桃尖104和第二高升程桃尖106 以及低升程桃尖108。轉(zhuǎn)換搖臂具有外臂120和內(nèi)臂122,如圖27所示。在操作期間，高升 程桃尖104U06與外臂120接觸，而低升程桃尖與內(nèi)臂122接觸。桃尖導(dǎo)致外臂120和內(nèi) 臂122的周期性向下移動。該向下運動由內(nèi)臂122轉(zhuǎn)移到氣門112,由此打開該氣門。搖 臂100可在高升程模式與低升程模式之間轉(zhuǎn)換。在高升程模式下，外臂120被鎖定在內(nèi)臂 122上。在發(fā)動機運轉(zhuǎn)期間，高升程桃尖周期性地向下推動外臂120。由于外臂120被鎖定 在內(nèi)臂122上，所以高升程運動從外臂120轉(zhuǎn)移到內(nèi)臂122并進一步轉(zhuǎn)移到氣門112。當(dāng)搖 臂100處于其低升程模式時，外臂120未被鎖定在內(nèi)臂122上，因此外臂120所呈現(xiàn)的高升 程移動不轉(zhuǎn)移到內(nèi)臂122。作為替代，低升程桃尖與內(nèi)臂122接觸并產(chǎn)生轉(zhuǎn)移到氣門112的 低升程運動。當(dāng)從內(nèi)臂122解鎖時，外臂120繞軸118樞轉(zhuǎn)，但不將運動轉(zhuǎn)移到氣門112。
[0262] 圖27示出示例性轉(zhuǎn)換搖臂100的透視圖。轉(zhuǎn)換搖臂100僅通過示例的方式示出， 并且將了解的是，作為本發(fā)明的主題的轉(zhuǎn)換搖臂100的構(gòu)型并不限于在本文包含的附圖中 示出的轉(zhuǎn)換搖臂100的構(gòu)型。
[0263] 如圖27所示，轉(zhuǎn)換搖臂100包括具有第一外側(cè)臂124和第二外側(cè)臂126的外臂 120。內(nèi)臂122設(shè)置在第一外側(cè)臂124與第二外側(cè)臂126之間。內(nèi)臂122和外臂120兩者 均安裝在位于搖臂100的第一端101附近的樞軸118上，所述樞軸將內(nèi)臂122固定在外臂 120上，同時還允許相對于外臂120繞內(nèi)臂122的樞軸118的旋轉(zhuǎn)自由度。除所示的具有安 裝在外臂120和內(nèi)臂122上的單獨的樞軸118的實施例外，樞軸118可以是外臂120或內(nèi) 臂122的一部分。
[0264] 圖27所示的搖臂100具有構(gòu)造成接合三桃尖凸輪的中央低升程桃尖的滾子128。 外臂120的第一滑塊墊130和第二滑塊墊132構(gòu)造成接合圖4所示的第一高升程桃尖104 和第二高升程桃尖106。第一扭力彈簧134和第二扭力彈簧136用于向上偏壓由高升程桃 尖104、106移位之后的外臂120。該搖臂設(shè)計提供了彈簧超轉(zhuǎn)矩特征。
[0265] 外臂的第一超程限制器140和第二超程限制器142防止扭力彈簧134、136的過度 卷繞并限制彈簧134、136上的過大應(yīng)力。當(dāng)外臂120在低升程模式期間達到其最大旋轉(zhuǎn)時， 超程限制器140、142在第一油道144和第二油道146中與內(nèi)臂122接觸。此時，超程限制 器140、142與通道144、146之間的干涉停止外臂120的任何進一步向下旋轉(zhuǎn)。圖28示出 搖臂100的自上至下的視圖。如圖28所示，超程限制140、142從外臂120朝內(nèi)臂122延伸 成與內(nèi)臂122的通道144、146重疊，從而確保限制器140、142與通道144、146之間的干涉。 如表示沿線6-6截取的截面圖的圖29所示，限制器140的接觸面143呈波形以與通道144 的截面形狀匹配。這有助于在限制器140、142與通道144、146接觸時應(yīng)用均勻的力分配。
[0266] 當(dāng)外臂120如上所述在低升程模式期間達到其最大旋轉(zhuǎn)時，圖15所示的鎖閂止擋 部90防止鎖閂伸出和不正確地鎖定。該特征可以按需配置成適合外臂120的形狀。
[0267] 圖27示出搖臂組件100的從上方看的透視圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的一個實 施例的扭力彈簧134、136。圖28是圖27的搖臂組件100的平面圖。該設(shè)計顯示了具有均 卷繞在保持軸118周圍的扭力彈簧134U36的搖臂組件100。
[0268] 轉(zhuǎn)換搖臂組件100必須足夠緊湊，以配合在有限的發(fā)動機空間中而不犧牲性能或 耐久性。在一些實施例中，從確定尺寸成滿足設(shè)計的轉(zhuǎn)矩要求的圓形線卷繞而成的傳統(tǒng)扭 力彈簧太寬而無法配合在如圖28所示的位于外臂120與內(nèi)臂122之間的允許彈簧空間121 中。
[0269] 4. 2扭力彈簧
[0270] 描述利用由選定的結(jié)構(gòu)材料制成的大體矩形線引起緊湊設(shè)計的扭力彈簧134、136 設(shè)計和制造方法。
[0271] 現(xiàn)在，參考圖15、28、30A和30B，扭力彈簧134、136由形狀大體為梯形的線397構(gòu) 成。該梯形被設(shè)計成允許線397變形成隨著在卷繞過程中施力而變形成大體矩形。在扭 力彈簧134U36被卷繞之后，得到的線的形狀可以被描述為與具有大體矩形截面的第一線 396相似。沿圖28中的線8的剖面顯示了在截面圖中作為多個盤圈398、399示出的兩個扭 力彈簧實施例。在優(yōu)選實施例中，線396具有矩形截面形狀，具有在此被顯示為堅邊402、 404的兩個長邊以及頂部401和底部403。該盤圈的邊402和邊404的平均長度與頂部401 和底部403的平均長度之比可以是小于1的任意值。該比例產(chǎn)生比使用直徑與盤圈398的 頂部401和底部403的平均長度相等的圓形線卷繞的彈簧更多的沿盤圈彎曲軸線400的剛 度。在替代實施例中，線的截面形狀為具有較大頂部401和較小底部403的大致梯形。
[0272] 在該構(gòu)型中，隨著盤圈被卷繞，各盤圈的長邊402擱靠在前一個盤圈的長邊402 上，由此使扭力彈簧134、136穩(wěn)定。該形狀和布置結(jié)構(gòu)將所有盤圈保持在直立位置，從而防 止它們在壓力下彼此交叉或偏角。
[0273] 當(dāng)搖臂組件100操作時，扭力彈簧134、136的大體矩形或梯形由于它們繞圖30A、 30B和圖19所示的軸線400彎曲而產(chǎn)生高局部應(yīng)力，特別是頂面401上的拉應(yīng)力。
[0274] 為了滿足耐久性要求，一起使用技術(shù)和材料的組合。例如，扭力彈簧134U36可按 照該設(shè)計由包含鉻釩合金鋼的材料制成以提高強度和耐久性。
[0275] 扭力彈簧134U36可被加熱并快速冷卻以使彈簧回火。這降低了殘留局部應(yīng)力。
[0276] 使用射彈沖擊用于形成扭力彈簧134、136的線396、397的表面或"噴丸加工"用 來將殘留壓縮應(yīng)力置于線396、397的表面中。然后將線396、397卷繞在扭力彈簧134U36 中。由于它們的噴丸加工，得到的扭力彈簧134、136現(xiàn)在可以接受比不使用噴丸加工制造 的相同彈簧更大的拉應(yīng)力。
[0277] 4. 3扭力彈簧座
[0278] 轉(zhuǎn)換搖臂組件100可以足夠緊湊，從而以對周圍結(jié)構(gòu)最小的沖擊配合在有限的發(fā) 動機空間中。
[0279] 描述為扭力彈簧座提供由相鄰組件形成的保持特征的轉(zhuǎn)換搖臂100。
[0280] 現(xiàn)在參考圖27、19、28和31，外臂120和內(nèi)臂122的組件形成如圖31所示的彈簧 座119。該座包括用于圖19的扭力彈簧134、136的端部的一體的保持特征119。
[0281] 扭力彈簧134、136可以沿樞軸118的軸線自由移動。當(dāng)組裝完成時，內(nèi)臂122上的 第一突片405和第二突片406分別保持扭力彈簧134、136的內(nèi)端409、410。外臂120上的 第一超程限制器140和第二超程限制器142組裝成防止旋轉(zhuǎn)并分別保持第一扭力彈簧134 和第二扭力彈簧136的外端407、408,不存在多余的限制或附加的材料和零部件。
[0282] 4. 4 外臂
[0283] 外臂120的設(shè)計針對在操作期間預(yù)期的特定負荷進行了優(yōu)化，并且它的抗彎性能 和由其它裝置或從其它方向施加的轉(zhuǎn)矩可能導(dǎo)致超規(guī)格撓曲。非操作負荷的示例可由操作 或加工引起。在零部件中形成的夾緊特征或表面被設(shè)計成在研磨滑塊墊的同時協(xié)助夾緊 和保持過程，這是在它保持零部件靜止而不變形時維持滑塊墊之間的平行度所需的關(guān)鍵步 驟。圖15示出搖臂100的另一透視圖。第一夾緊桃尖150從第一滑塊墊130的下方突出。 第二夾緊桃尖（未示出）類似地放置在第二滑塊墊132的下方。在制造過程中，夾緊桃尖 150在滑塊墊130、132的研磨期間與夾具接合。向夾緊桃尖150施力，所述夾緊桃尖將外臂 120限制在適當(dāng)位置，就好像它作為搖臂組件100的零部件處于組裝狀態(tài)下一樣。這些表面 的研磨要求墊130、132保持相互平行并且外臂120不變形。在夾緊桃尖150處夾緊防止在 其它夾緊布置結(jié)構(gòu)下外臂120可能發(fā)生的變形。例如，在優(yōu)選與外臂120成整體的夾緊桃 尖150處夾緊有助于消除通過朝彼此擠壓外側(cè)臂124、126的夾緊而發(fā)生的任何機械應(yīng)力。 在另一示例中，夾緊桃尖150位于滑塊墊130U32正下方的位置引起外臂120上由于與砂 輪機的接觸力而產(chǎn)生的基本上為零到最小轉(zhuǎn)矩。在某些應(yīng)用中，可能需要向外臂120中的 其它部位施加壓力以最大限度地減少變形。
[0284] 4.OTVVL組件操作
[0285] 圖19示出圖27和15的轉(zhuǎn)換搖臂100的分解圖。參考圖19和28,當(dāng)組裝好時，滾 子128是滾針型組件129的一部分，所述滾針型組件可具有安裝在滾子128與滾軸182之間 的滾針180。滾軸182經(jīng)由滾軸孔洞183、184安裝在內(nèi)臂122上。滾柱組件129用于將低 升程凸輪108的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)移到內(nèi)搖臂122,并且進而將運動轉(zhuǎn)移到處于解鎖狀態(tài)的氣門 112。樞軸118經(jīng)套環(huán)123安裝在內(nèi)臂122上并在搖臂100的第一端101經(jīng)樞軸孔洞160、 162安裝在外臂120上。外臂120在解鎖狀態(tài)下相對于內(nèi)臂122的孔洞旋轉(zhuǎn)圍繞樞軸118 發(fā)生。此上下文中的空動移動意味著外臂120在解鎖狀態(tài)下相對于內(nèi)臂122的運動。在解 鎖狀態(tài)下該運動不會將凸輪102的第一高升程桃尖104和第二高升程桃尖106的旋轉(zhuǎn)運動 傳遞到氣門112。
[0286] 不同于滾子組件129和墊130、132的其它構(gòu)型也允許將運動從凸輪102轉(zhuǎn)移到搖 臂100。例如，諸如墊130、1332之類的平滑非旋轉(zhuǎn)面（未示出）可被置于內(nèi)臂122上以接 合低升程桃尖108,并且滾子組件可安裝在搖臂100上以將運動從高升程桃尖104、106轉(zhuǎn)移 到搖臂100的外臂120。
[0287] 現(xiàn)在，參考圖4、19和12,如上所述，示例性轉(zhuǎn)換搖臂100使用三桃尖凸輪102。
[0288] 為了使設(shè)計緊湊，其中動態(tài)負荷盡可能與非轉(zhuǎn)換式搖臂設(shè)計接近，使用滑塊墊 130、132作為在高升程模式操作期間與凸輪桃尖104、106接觸的表面?；瑝K墊在操作期間 產(chǎn)生比諸如滾柱軸承之類的其它設(shè)計大的摩擦，并且第一滑塊墊表面130與第一高升程桃 尖表面104之間的摩擦加第二滑塊墊132與第二高升程桃尖106之間的摩擦形成發(fā)動機效 率損失。
[0289] 當(dāng)搖臂組件100處于高升程模式時，氣門打開事件的全部負荷施加至滑塊墊130、 132。當(dāng)搖臂組件100處于低升程模式時，施加至滑塊墊130、132的氣門打開事件的負荷較 小，但存在。示例性轉(zhuǎn)換搖臂100的封裝限制要求如通過與凸輪桃尖104、106接觸的滑塊 墊邊緣長度710、711所述的各滑塊墊130、132的寬度比大部分已有的滑塊界面設(shè)計窄。這 引起比大部分已有的滑塊墊界面設(shè)計高的零部件負荷和應(yīng)力。該摩擦引起對凸輪桃尖104、 106和滑塊墊130U32的過大磨損，并且當(dāng)與較高的負荷組合時可能引起提前的零部件故 障。在示例性轉(zhuǎn)換搖臂組件中，在外臂120上的滑塊墊130U32上使用諸如類鉆碳涂層之 類的涂層。
[0290] 類鉆碳（DLC)涂層實現(xiàn)通過降低摩擦來操作示例性轉(zhuǎn)換搖臂100,并且同時為滑 塊墊表面130U32提供必要的耐磨和負載特性。如可容易地看到的，DLC涂層的益處可應(yīng) 用于該組件或其它組件中的任何零部件表面，例如在圖19中所述的外臂120上的樞軸表面 160、162。
[0291] 盡管存在類似的涂層材料和工藝，但它們都不足以滿足以下DVVL搖臂組件要求： 1)具有足夠的硬度，2)具有合適的承載能力，3)在運轉(zhuǎn)環(huán)境中在化學(xué)上穩(wěn)定，4)適用于溫 度不超過外臂120的退火溫度的工藝中，5)滿足發(fā)動機使用壽命要求，和6)與鋼界面上的 鋼材相比提供降低的摩擦。前文描述的DLC涂層方法滿足上述要求，并且適用于滑塊墊表 面130、132,利用針對DLC涂層應(yīng)用開發(fā)的砂輪材料和速度將所述滑塊墊表面研磨至最終 光潔度?；瑝K墊表面130、132還利用若干技術(shù)之一被拋光至特定表面粗糙度，例如蒸氣珩 磨或微粒噴砂。
[0292] 4. 5. 1液壓流體系統(tǒng)
[0293] 用于搖臂組件100的液壓鎖閂必須制造成配合在緊湊的空間中，滿足轉(zhuǎn)換響應(yīng)時 間要求，并且最大限度地降低泵油損失。油以受控壓力沿流體路徑行進，并以提供啟動鎖閂 銷轉(zhuǎn)換所需的力和速度的方式施加至受控的容積。液壓管道需要特定間隙和尺寸，以使得 系統(tǒng)具有正確的液壓剛度和因而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換響應(yīng)時間。液壓系統(tǒng)的設(shè)計必須與包括轉(zhuǎn)換機 構(gòu)的其它元件例如偏壓彈簧230協(xié)調(diào)。
[0294] 在轉(zhuǎn)換搖臂100中，油經(jīng)一系列流體連接的腔室和通路傳輸?shù)芥i閂銷機構(gòu)210或 任何其它液壓啟動的鎖閂銷機構(gòu)。如上所述，液壓傳輸系統(tǒng)始于DFHLA110中的油流動端 口 506,在此處于受控壓力下的油或另一種液壓流體被導(dǎo)入?？梢允褂棉D(zhuǎn)換裝置例如電磁閥 來調(diào)制壓力。在離開球塞端部210之后，油或其它加壓流體從該單個位置經(jīng)圖10所示的具 有確定尺寸成最大限度地減小油從球窩502流動時的壓降的上述內(nèi)臂的第一油道144和第 二油道146被引導(dǎo)到圖19中的鎖閂銷組件201。
[0295] 用于將內(nèi)臂122鎖定在外臂120上的機構(gòu)201--其在所示的實施例中位于搖臂 100的第二端103附近--在圖19中被顯示為包括鎖閂銷200,該鎖閂銷在高升程模式下 伸出，從而將內(nèi)臂122固定在外臂120上。在低升程模式下，鎖閂200退回到內(nèi)臂122中， 從而允許外臂120的空動移動。油壓用來控制鎖閂銷200移動。
[0296] 如圖32所示,鎖閂銷組件的一個實施例顯示了油道144、146 (在圖19中示出）經(jīng) 油孔280與腔室250流體連通。
[0297] 油根據(jù)要求的操作模式在一定壓力范圍內(nèi)被提供給油孔280和鎖閂銷組件201。
[0298] 如在圖33中可見的，在將加壓油導(dǎo)入腔室250之后，鎖閂200退回到孔240中，從 而允許外臂120發(fā)生相對于內(nèi)臂122的空動旋轉(zhuǎn)。油可以在第一大體圓柱形表面205和表 面241之間從腔室250傳輸?shù)綀D32所示的第二腔室420。
[0299] -些油經(jīng)在內(nèi)臂122中鉆出的孔209離開回到發(fā)動機。殘油隨著偏壓彈簧230在 它返回鎖定的高升程狀態(tài)時伸展而經(jīng)液壓路徑被推回?？梢娍梢詾獒槍νǔ＝怄i操作被偏 壓的鎖閂機構(gòu)采用類似的流動路徑。
[0300] 鎖閂銷組件設(shè)計通過間隙、公差、孔尺寸、腔室尺寸、彈簧設(shè)計和控制油的流動的 類似度量的組合來管理鎖閂銷響應(yīng)時間。例如，鎖閂銷設(shè)計可包括諸如設(shè)計成具有活動液 壓區(qū)域以在給定壓力范圍內(nèi)的公差內(nèi)操作的雙直徑銷、設(shè)計成限制泵油損失的封油凸肩或 給油槽（chamferoilin-feed)之類的特征結(jié)構(gòu)。
[0301] 現(xiàn)在參考圖32-34,鎖閂200包含在有限空間中提供多個功能的設(shè)計特征：
[0302] 1.鎖R200米用第一大體圓柱形表面205和第二大體圓柱形表面206。第一大體 圓柱形表面205具有比第二大體圓柱形表面206大的直徑。當(dāng)銷200和套筒210在孔240 中組裝在一起時，腔室250在不采用任何附加零部件的情況下形成。如已指出的，該容積與 油孔280流體連通。另外，加壓表面422的面積以及傳遞的油壓可以被控制成提供使銷200 移動、壓縮偏壓彈簧230和轉(zhuǎn)換到低升程模式（解鎖）所需的力。
[0303] 2.第一大體圓柱形表面205與相鄰的孔壁241之間的空間旨在最大限度地減少從 腔室250流入第二腔室420的油量。第一大體圓柱形表面205與表面241之間的間隙必須 被嚴(yán)密地控制成當(dāng)油在第一大體圓柱形表面205與表面241之間從腔室250傳輸?shù)降诙?室420時允許銷200的移動自由度而不存在漏油和相關(guān)的泵油損失。
[0304] 3.封裝限制要求最大限度地減小沿銷200的移動軸線的距離。在一些運轉(zhuǎn)狀態(tài) 下，可用的封油凸肩424可能不足以控制在第一大體圓柱形表面205與表面241之間從腔 室250傳輸?shù)降诙皇?20的油的流動。描述環(huán)形密封表面。隨著鎖閂200退回，鎖閂200 以其后表面203與孔壁208相遇。在一個優(yōu)選實施例中，鎖閂200的后表面203具有大體 垂直于第一大體圓柱形孔壁241和第二大體圓柱形孔壁242且平行于孔壁208的平坦環(huán)形 或密封表面207。平坦環(huán)形表面207形成抵靠孔壁208的密封，這減少了油從腔室250經(jīng)由 鎖閂200的第一大體圓柱形表面205和第一大體圓柱形孔壁241形成的密封件泄漏。密封 表面207的面積被確定尺寸成最大限度地減小圖32所示的密封表面207和孔壁208之間 的薄油膜造成的分離阻力，同時維持防止加壓油在密封表面207和孔壁208與外孔209之 間流動的密封。
[0305] 4.在一個鎖閂銷200實施例中，給油表面426例如凹槽提供初始加壓表面區(qū)域以 允許更快的轉(zhuǎn)換啟動，并克服由加壓表面422與套筒端部427之間的薄油膜導(dǎo)致的分離阻 力。凹槽的尺寸和角度允許轉(zhuǎn)換啟動的容易性，而不會由于在通常操作期間遇到的油壓變 壓而無計劃啟動。在第二鎖閂銷200實施例中，如圖34所示呈放射狀地布置的一系列齒形 槽（castellation)428提供初始加壓表面區(qū)域，其被確定尺寸成允許更快的轉(zhuǎn)換啟動，并 克服由加壓表面422與套筒端部427之間的薄油膜導(dǎo)致的分離阻力。
[0306] 給油表面426也可以通過降低對加壓表面422與套筒端部427之間的分離力的要 求來降低轉(zhuǎn)換所需的壓力和泵油損失。這些關(guān)系可以作為對轉(zhuǎn)換響應(yīng)和泵吸損失的遞增改 進示出。
[0307] 隨著油流遍上述轉(zhuǎn)換搖臂組件100液壓系統(tǒng)，油壓與油流體路徑面積和長度之間 的關(guān)系在很大程度上限定了液壓系統(tǒng)的反應(yīng)時間，這也直接影響轉(zhuǎn)換響應(yīng)時間。例如，如果 處于高速率下的高壓油進入大的空間，則其速率將突然減慢，從而減少其液壓反應(yīng)時間或 降低其剛度。可以計算針對于轉(zhuǎn)換搖臂組件100的操作的這些關(guān)系的范圍。例如，可以將 一種關(guān)系描述如下：處于2巴壓力下的油供給到腔室250,其中通過加壓表面區(qū)域分割的油 壓傳遞克服偏壓彈簧230的彈力的力，并在10毫秒內(nèi)從鎖定操作轉(zhuǎn)換到解鎖操作。
[0308] 可以從能夠定義如下的系統(tǒng)設(shè)計變量計算泵油損失最低的引起可接受的液壓剛 度和響應(yīng)時間的特征關(guān)系的范圍：
[0309] ?油道144、146的內(nèi)徑和從球窩502到孔280的長度
[0310] ?孔280的直徑和長度
[0311] ?加壓表面422的面積
[0312] ?在所有操作狀態(tài)下腔室250的容積
[0313] ?在所有操作狀態(tài)下第二腔室420的容積
[0314] ?由第一大體圓柱形表面205與表面241之間的空間形成的截面積
[0315] ?封油凸肩424的長度
[0316] ?平坦環(huán)形表面207的面積
[0317] ?孔209的直徑
[0318] ?由DFHLA 110供給的油壓
[0319] ?偏壓彈簧230的剛度
[0320] ?流動通道504、508、509的截面積和長度
[0321] ?給油表面426的面積和數(shù)量
[0322] ?齒形槽428的數(shù)量和截面積
[0323] 可以針對一定范圍的條件描述轉(zhuǎn)換搖臂100中的上述液壓裝置的鎖閂響應(yīng)時間， 例如：
[0324]油溫：10°C至 120°C
[0325] 油類型：5w_20重量
[0326] 這些條件產(chǎn)生影響鎖閂響應(yīng)時間的油粘度范圍。
[0327] 4. 5. 2鎖閂銷機構(gòu)
[0328] 搖臂組件100的鎖閂銷機構(gòu)201提供了從高升程轉(zhuǎn)換到低升程和從低升程轉(zhuǎn)換到 高升程的方式。鎖閂銷機構(gòu)可以構(gòu)造成通常處于解鎖狀態(tài)或鎖定狀態(tài)?？梢悦枋鋈舾蓛?yōu)選 的實施例。
[0329] 在一個實施例中，位于搖臂100的第二端103附近的用于將內(nèi)臂122鎖定在外臂 120上的機構(gòu)201在圖19中被顯示為包括鎖閂銷200、套環(huán)210、定向銷220和鎖閂彈簧 230。機構(gòu)201構(gòu)造成在孔240內(nèi)安裝在內(nèi)臂122的內(nèi)側(cè)。如下所述，在組裝好的搖臂100 中，鎖閂200在高升程模式下伸出，從而將內(nèi)臂122固定在外臂120上。在低升程模式下， 鎖閂200退回到內(nèi)臂122中，從而允許外臂120的空動移動。如上所述的轉(zhuǎn)換油壓經(jīng)第一 油道144和第二油道146提供以控制鎖閂200是被鎖定還是解鎖。插塞170插入通道孔 172中以形成封閉第一油道144和第二油道146的壓密密封并允許它們將油傳送到鎖定機 構(gòu) 201。
[0330] 圖32示出處于其鎖定狀態(tài)的鎖定機構(gòu)201沿圖28中的線7-7的截面圖。鎖閂 200設(shè)置在孔240內(nèi)。鎖閂200具有偏壓彈簧230插入其中的彈簧孔202。鎖閂200具有 后表面203和前表面204。鎖R200還米用第一大體圓柱形表面205和第二大體圓柱形表 面206。第一大體圓柱形表面205具有比第二大體圓柱形表面206大的直徑。彈簧孔202 與表面205和206大體同心。
[0331] 套筒210具有大體圓柱形內(nèi)表面215和與第一大體圓柱形孔壁241接口的大體圓 柱形外表面211?？?40具有第一大體圓柱形孔壁241和直徑比第一大體圓柱形孔壁241 大的第二大體圓柱形孔壁242。套筒210的大體圓柱形外表面211和鎖閂200的第一大體 圓柱形表面205接合第一大體圓柱形孔壁241而形成壓密密封。另外，套筒210的大體圓 柱形內(nèi)表面215也與鎖閂200的第二大體圓柱形表面206形成壓密密封。在操作期間，這 些密封允許在環(huán)繞鎖閂200的第二大體圓柱形表面206的腔室250中形成油壓。
[0332] 圖32所示的鎖閂200的默認位置為鎖定位置。彈簧230將鎖閂200從孔240向外 偏壓到鎖定位置。供給到腔室250的油壓使鎖閂200退回并使它移動到解鎖位置。其它構(gòu) 型也是可能的，例如彈簧230偏壓處于解鎖位置的鎖閂200,以及在孔壁208與后表面203 之間施加油壓使鎖閂200從孔240向外伸出以鎖定外臂120。
[0333] 在鎖定狀態(tài)下，鎖閂200使外臂120的鎖閂表面214與臂接合面213接合。如圖 32所示，外臂120被阻礙向下移動并且將經(jīng)鎖閂200將運動轉(zhuǎn)移到內(nèi)臂122。定向特征結(jié) 構(gòu)212呈通道的形式，定向銷221從外側(cè)內(nèi)臂122經(jīng)第一銷孔217然后經(jīng)套筒210中的第 二銷孔218延伸到所述通道中。定向銷221通常是實心和光滑的。定位器222將銷221固 定在適當(dāng)位置。定向銷221防止鎖閂200在孔240內(nèi)的過度旋轉(zhuǎn)。
[0334] 如上所述和在圖33中可見的，在將加壓油導(dǎo)入腔室250之后，鎖閂200退回到孔 240中，從而允許外臂120發(fā)生相對于內(nèi)臂122的空動旋轉(zhuǎn)。外臂120然后不再被鎖閂200 阻礙向下移動和進行空動移動。加壓油經(jīng)油孔280導(dǎo)入腔室250中，所述油孔與油道144、 146流體連通。
[0335] 圖35A-35F示出用于定向銷的若干保持裝置。在圖35A中，銷221呈圓柱形，具有 均勻厚度。如圖35C所示的卡環(huán)910定位在位于套筒210中的凹部224中。銷221插入 環(huán)910中，從而使齒912變形并將銷221固定在環(huán)910上。銷221然后由于環(huán)910由內(nèi)臂 122封閉在凹部224內(nèi)而被固定在適當(dāng)位置。在圖35B所示的另一實施例中，銷221具有槽 902,環(huán)910的齒912壓入該槽中，從而將環(huán)910固定在銷221上。在圖3?所示的另一實 施例中，銷221具有槽904,圖35E所示類型的E形夾914或如圖35F所示的弓形夾914可 插入所述槽中以相對于內(nèi)臂122將銷221固定在適當(dāng)位置。在又一些實施例中，可適用于 金屬絲環(huán)代替沖孔環(huán)。在組裝期間，將E形夾914放入凹部224中，此時將套筒210插入內(nèi) 臂122中，然后穿過夾910插入定向銷221。
[0336] 示例性鎖閂200在圖36中示出。鎖閂200通常分為頭部290和體部292。前表面 204為突出的凸起彎曲表面。該表面形狀朝外臂120延伸并使得鎖閂200的臂接合面213 與外臂120適當(dāng)接合的幾率提高。臂接合面213包括大體平坦的表面。臂接合面213從具 有第二大體圓柱形表面206的第一邊界285延伸到第二邊界286,并從具有前表面的邊界 287延伸到具有表面232的邊界233。臂接合面213的從表面232沿鎖閂200的縱向軸線A 的方向延伸得最多的部分大致等距地位于第一邊界285與第二邊界286之間。相反，臂接 合面213的從表面232沿軸線方向A延伸得最少的部分大致位于第一邊界285和第二邊界 286處。前表面204不必為凸起的彎曲表面，而是可為V形表面，或某種其它形狀。該布置 結(jié)構(gòu)允許鎖閂200在孔240內(nèi)的更大范圍的旋轉(zhuǎn)，同時提高鎖閂200的臂接合面213與外 臂120適當(dāng)接合的可能性。
[0337] 替代性鎖定機構(gòu)201在圖37中示出。呈中空杯形插塞形式的定向插塞1000通過 延伸到定向特征212中而被壓配合在套筒孔1002中并定向鎖閂200,從而防止鎖閂200相 對于套筒210過度旋轉(zhuǎn)。如下文進一步說明的，定位槽1004通過提供可用以使鎖閂200在 套筒210內(nèi)旋轉(zhuǎn)的特征結(jié)構(gòu)來協(xié)助將鎖閂200定向在套筒210內(nèi)并最終定向在內(nèi)臂122內(nèi)。 定位槽1004可用作用以使鎖閂200旋轉(zhuǎn)并且還用以測量其相對定向的特征結(jié)構(gòu)。
[0338] 參考圖38-40,組裝轉(zhuǎn)換搖臂100的示例性方法如下：將定向插塞1000壓配合在 套筒孔1002中并且將鎖閂200插入套筒210的大體圓柱形內(nèi)表面215中。
[0339] 然后使鎖閂銷200順時針旋轉(zhuǎn)，直至定向特征結(jié)構(gòu)212到達插塞1000,此時定向特 征結(jié)構(gòu)212與插塞1000之間的干涉阻止進一步旋轉(zhuǎn)。然后獲得如圖38所示的角度測量值 Al，其對應(yīng)于臂接合面213與定位成垂直于套筒孔1002的套筒基準(zhǔn)面1010、1012之間的角 度。定位槽1004還用作用于鎖閂200的基準(zhǔn)線，并且鍵槽1014也可用作位于套筒210上 的基準(zhǔn)。鎖閂銷200然后逆時針旋轉(zhuǎn)，直至定向特征結(jié)構(gòu)212到達插塞1000,從而防止進 一步旋轉(zhuǎn)。如在圖39中可見，獲得第二角度測量值A(chǔ)2,其對應(yīng)于接合面213與套筒基準(zhǔn)面 1010U012之間的角度。還允許逆時針旋轉(zhuǎn)然后順時針旋轉(zhuǎn)以獲得Al和A2。如圖40所示， 在插入內(nèi)臂122后，套筒210和銷子組件1200以在內(nèi)臂基準(zhǔn)面1020與套筒基準(zhǔn)面1010、 1012之間測得的角A旋轉(zhuǎn)，從而使得臂接合面213相對于內(nèi)臂122水平地定向，如內(nèi)臂基 準(zhǔn)面1020所示。旋轉(zhuǎn)量A應(yīng)該選擇成最大限度地提高鎖閂200將接合外臂120的可能性。 一個這樣的示例是使子組件1200以如從內(nèi)臂基準(zhǔn)面1020測得的A2和Al之差的一半的角 度旋轉(zhuǎn)。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，其它調(diào)節(jié)量A是可能的。
[0340] 銷1000的替代性實施例的輪廓在圖41中示出。這里，銷1000是空心的，部分地 封閉內(nèi)容積1050。該銷具有大致圓柱形的第一壁1030和大致圓柱形的第二壁1040。大致 圓柱形的第一壁1030具有比第二壁1040的直徑D2大的直徑Dl。在圖41所示的一個實施 例中，凸緣1025用來限制銷100向下移動通過套筒210中的銷孔218。在圖42所示的第二 實施例中，壓配合限制銷1000向下移動通過套筒210中的銷孔218。
[0341] 4. 6DVVL組件間隙管理
[0342] 描述管理圖4所示的DVVL轉(zhuǎn)換搖臂組件100中的三個或更多間隙值或設(shè)計間隙 的方法。該方法可包括凸輪桃尖/搖臂接觸面的制造公差的范圍、磨損留量和設(shè)計輪廓。
[0343]DVVL組件間隙描述
[0344] 圖4所示的示例性搖臂組件100具有必須維持在組件中的一個或多個位置的一個 或多個間隙值。圖4所示的三桃尖凸輪102由三個凸輪桃尖--即第一高升程桃尖104、第 二高升程桃尖106和低升程桃尖108--組成。凸輪桃尖104、106和108由分別包括被描 述為大體圓形并與凸輪軸同心的基圓605、607、609的輪廓組成。
[0345] 圖4所示的轉(zhuǎn)換搖臂組件100被設(shè)計成在兩個位置具有小間隙（間隙）。圖43所 示的第一位置為鎖閂間隙602,即鎖閂墊表面614與鎖閂表面613之間的距離。鎖閂間隙 602確保鎖閂200未加載并且當(dāng)在高升程模式與低升程模式之間轉(zhuǎn)換時可以自由移動。如 圖4、27、43和49所示，間隙的第二示例--即第一滑塊墊130與第一高升程凸輪桃尖基圓 605之間的距離--被圖示為凸輪軸間隙610。凸輪軸間隙610在圖49所示的滾子128在 低升程操作期間與低升程凸輪基圓609接觸時消除了滑塊墊130、132與它們各自的高升程 凸輪桃尖基圓605、607之間的接觸和引申而言摩擦損失。
[0346] 在低升程模式期間，凸輪軸間隙610還防止扭力彈簧134、136的彈力在基圓609 操作期間傳遞到DFHLA110。這允許DFHLA110像其中DFHLA的間隙補償部分從發(fā)動機油 壓力通道直接供給的具有通常液壓間隙補償?shù)臉?biāo)準(zhǔn)搖臂組件一樣操作。如圖47所示，該動 作由轉(zhuǎn)換搖臂組件100內(nèi)的旋轉(zhuǎn)止擋部621、623促進，所述旋轉(zhuǎn)止擋部防止外臂120由于 扭力彈簧134、136的彈力而旋轉(zhuǎn)得足夠多以與高升程桃尖104、106接觸。
[0347] 如圖43和48所示，總機械間隙為凸輪軸間隙610與鎖閂間隙602之和。該和影 響閥運動。高升程凸輪軸輪廓包括用于補償總機械間隙612的打開和關(guān)閉斜線661?？倷C 械間隙612的最小變化對于貫穿發(fā)動機的壽命維持性能目標(biāo)而言很重要。為了將間隙保持 在特定范圍內(nèi)，總機械間隙612公差在制造中被嚴(yán)密地控制。由于構(gòu)件磨損與總機械間隙 的變化關(guān)聯(lián)，所以貫穿機構(gòu)的壽命允許低水平的構(gòu)件磨損。擴展的耐久性表明分配的磨損 留量和總機械間隙在壽命測試結(jié)束時保持在規(guī)定極限內(nèi)。
[0348] 參照圖48所示的輪廓圖，以毫米為單位的間隙位于堅直軸線上，而以度為單位的 凸輪軸角布置在水平軸線上。氣門升程輪廓660的線性部分661示出對于凸輪軸角的給定 變化而言以毫米為單位的恒定距離變化，并且代表接觸面之間的閉合速率恒定的區(qū)域。例 如，在氣門升程輪廓660的線性部分661期間，當(dāng)搖臂組件100 (圖4)從低升程模式轉(zhuǎn)換到 高升程模式時，第一滑塊墊130與第一高升程桃尖104(圖43)之間的閉合距離代表恒定速 率。利用該恒定速率區(qū)域降低了由于加速而引起的沖擊負荷。
[0349] 如圖48所示，在恒定速率期間氣門升程輪廓660的無升程部分661不發(fā)生氣門升 程。如果通過改進的系統(tǒng)設(shè)計、制造或組裝方法減小或嚴(yán)密地控制總間隙，則氣門升程輪廓 的線性速率部分所需的時間量減少，從而提供發(fā)動機管理益處，例如允許氣門提前打開或 發(fā)動機的恒定氣門操作。
[0350] 現(xiàn)在，參照圖43、47和48,用于各個零部件和子組件的設(shè)計和組裝變化可以產(chǎn)生 滿足轉(zhuǎn)換正時規(guī)格并降低上述轉(zhuǎn)換區(qū)域所需的恒定數(shù)量的間隙值的矩陣。例如，一個鎖閂 銷200自對齊實施例可包括工作時需要10微米的最小鎖閂間隙602的特征結(jié)構(gòu)。構(gòu)造成 不具有自對齊特征結(jié)構(gòu)的改進的改型鎖閂200可設(shè)計成需要5微米的鎖閂間隙602。該設(shè) 計變化將總間隙減小5微米，并且減少了氣門升程輪廓660所需的無升程部分661。
[0351] 對于使用其它與三桃尖凸輪102接觸的方法的圖4的轉(zhuǎn)換搖臂組件100的任何設(shè) 計變化而言，可以以類似的方式描述鎖閂間隙602和圖43所示的凸輪軸間隙610。在一個 實施例中，使用類似于130的滑動墊代替滾子128 (圖15和27)。在第二實施例中，使用類 似于128的滾子代替滑塊墊130和滑塊墊132。還存在具有滾子和滑塊組合的其它實施例。
[0352] 間隙管理、測試
[0353] 如在下面的章節(jié)中所述，對預(yù)期的運轉(zhuǎn)狀態(tài)的范圍測試和檢驗了用來管理間隙的 設(shè)計和制造方法以模擬通常操作和代表更高應(yīng)力狀態(tài)的狀態(tài)兩者。
[0354] 通過與磨損測量結(jié)合證明持續(xù)的性能（S卩，氣門適當(dāng)?shù)卮蜷_和關(guān)閉）來評估DVVL 轉(zhuǎn)換搖臂的耐久性。通過量化DVVL轉(zhuǎn)換搖臂上的材料、具體地DLC涂層的損耗以及系統(tǒng)中 的機械間隙的相對量來評估磨損。如上所述，鎖閂間隙602(圖43)對于允許鎖閂銷在內(nèi)臂 與外臂之間移動以在發(fā)動機電子控制單元（ECU)命令時實現(xiàn)高升程和低升程兩種運轉(zhuǎn)而 言是必要的。DVVL轉(zhuǎn)換搖臂上由于任何原因而引起的間隙增大都減少了可用的無升程斜線 661(圖48)，從而引起氣門機構(gòu)的高加速度。相對于機械間隙的磨損的規(guī)格被設(shè)定成允許 限制將零部件制造成在壽命結(jié)束時維持期望的動態(tài)性能。
[0355] 例如，如圖43所示，搖臂組件中的接觸面之間的磨損將改變鎖閂間隙602、凸輪軸 間隙610和得到的總間隙?？梢詫⒂绊戇@些相應(yīng)值的磨損描述如下：1)滾子128(圖15)與 凸輪桃尖108 (圖4)之間的界面處的磨損減小了總間隙，2)滑塊墊130、132 (圖15)與凸輪 桃尖104、106(圖4)之間的滑動界面增加了總間隙，和3)鎖閂200與鎖閂墊表面614之間 的磨損增加了總間隙。由于軸承界面磨損減小總間隙且鎖閂和滑塊截面磨損增大總間隙， 所以總磨損可引起貫穿搖臂組件的壽命的最低限度的凈總間隙變化。
[0356] 4. 7DVVL組件動態(tài)性能
[0357] 傳統(tǒng)搖臂的重量分布、剛度和慣性已針對指定的與在操作期間的動態(tài)穩(wěn)定性、氣 門桿頭負荷和氣門彈簧壓縮相關(guān)的操作速度和反作用力的范圍進行了優(yōu)化。圖4所示的示 例性轉(zhuǎn)換搖臂100具有與傳統(tǒng)搖臂相同的設(shè)計要求，其它限制由組件的增加的質(zhì)量和轉(zhuǎn)換 功能施加。還必須考慮其它因素，包括由于模式轉(zhuǎn)換錯誤和子組件功能要求而引起的沖擊 負荷。減小質(zhì)量和慣性但未有效地解決維持結(jié)構(gòu)剛度和抵抗關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力所需的材料 分布的設(shè)計會引起不符合規(guī)格或變得過度受壓的零部件，這兩種情況都是可能引起不良的 轉(zhuǎn)換性能和提前的零部件失效的條件。圖4所示的DVVL搖臂組件100必須動態(tài)地穩(wěn)定為 在低升程模式下的3500rpm和在高升程模式下的7300rpm以滿足性能要求。
[0358] 參照圖4、15、19和27,在低升程和高升程兩種模式下評估DVVL搖臂組件100的 剛度。在低升程模式下，內(nèi)臂122傳遞力以打開氣門112。內(nèi)臂122的發(fā)動機封裝容積限 額和內(nèi)臂122的功能參數(shù)不需要高度優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，因為內(nèi)臂剛度大于用于相同應(yīng)用的固定 式搖臂。在高升程模式下，外臂120與內(nèi)臂122協(xié)作以傳遞用于打開氣門112的力。有限 元分析（FEA)技術(shù)表明，外臂120是最兼容的部件，如圖50中在顯示了最大堅向撓度區(qū)域 670的示例性圖示中所示。用于該零部件的質(zhì)量分布和剛度優(yōu)化集中在增加外臂120在滑 塊墊130U32與鎖閂200之間的堅向剖面高度上。對外臂120的上部輪廓的設(shè)計限制基于 外臂120與高升程桃尖104U06的掃掠輪廓線之間的間隙。對外臂120的下部輪廓的設(shè)計 限制基于在低升程模式下與氣門彈簧座116的間隙。在所述設(shè)計限制內(nèi)優(yōu)化材料分布減少 了堅向撓度并且提高了剛度，在一個示例中，與初始設(shè)計相比提高了 33 %以上。
[0359] 如圖15和52所示，DVVL搖臂組件100被設(shè)計成隨著它通過盡可能朝側(cè)面101偏 壓組件的質(zhì)量而繞DFHLA110的球塞接觸點211樞轉(zhuǎn)時最大限度地減少慣性。這引起兩個 質(zhì)量較大的構(gòu)件--即樞軸118和扭力彈簧134U36--在側(cè)面101位于DFHLA110附近 的大體布置。在樞軸118處于該位置的情況下，鎖閂200位于DVVL搖臂組件100的端部 103。
[0360] 圖55是將DVVL搖臂組件100在高升程模式下的剛度與其它標(biāo)準(zhǔn)搖臂進行比較的 圖。DVVL搖臂組件100具有比用于該應(yīng)用的固定式搖臂低的剛度，然而，它的剛度處在用于 目前制造的類似氣門機構(gòu)構(gòu)型中的搖臂的已有范圍內(nèi)。DVVL搖臂組件100的慣性為固定式 搖臂的慣性的大約兩倍，然而，它的慣性僅略高于用于目前制造的類似氣門機構(gòu)構(gòu)型中的 搖臂的平均值。由多個DVVL搖臂組件100組成的進氣門機構(gòu)的總有效質(zhì)量比固定式進氣 門機構(gòu)大28%。這些剛度、質(zhì)量和慣性值需要對各構(gòu)件和子組件進行優(yōu)化以在滿足操作設(shè) 計標(biāo)準(zhǔn)的同時確保最低慣性和最大剛度。
[0361] 4. 7.IDVVL組件動力學(xué)性能詳細描述
[0362] 包括搖臂組件100的總慣性的主要構(gòu)件在圖53中示出。這些構(gòu)件為內(nèi)臂組件222、 外臂120和扭力彈簧134、136。如上所述，內(nèi)臂組件222的功能要求，例如，其液壓流體傳送 路徑和其鎖閂銷機構(gòu)殼體，需要比用于相同應(yīng)用的固定式搖臂更剛硬的結(jié)構(gòu)。在以下描述 中，將內(nèi)臂組件22視為單個零部件。
[0363] 參照圖51-53,圖51示出圖4中的搖臂組件100的頂視圖。圖52是沿圖51中的 線11-11的剖視圖，示出了搖臂組件100的負載接觸點。旋轉(zhuǎn)的三桃尖凸輪102向滾子128 或根據(jù)操作模式向滑塊墊130U32分配凸輪負荷213。球塞端部210和氣門桿頭212提供 對向的力。
[0364] 在低升程模式下，內(nèi)臂組件22將凸輪負荷213傳遞到氣門桿頭212,壓縮彈簧 114,并打開氣門112。在高升程模式下，外臂120和內(nèi)臂組件222被鎖定在一起。這種情況 下，外臂120將將凸輪負荷213傳遞到氣門桿頭212,壓縮彈簧114,并打開氣門121。
[0365] 現(xiàn)在參考圖4和52,搖臂組件100的總慣性由在它的主要構(gòu)件繞球塞接觸點211 旋轉(zhuǎn)時計算出的所述主要構(gòu)件的慣性之和決定。在示例性搖臂組件100中，主要構(gòu)件可定 義為扭力彈簧134、136、內(nèi)臂組件222和外臂120。當(dāng)總慣性增加時，氣門桿頭212上的動 態(tài)負荷增大，并且系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定性降低。為了最大限度地減小氣門桿頭負荷并且最大限度 地提高動態(tài)穩(wěn)定性，整個搖臂組件100的質(zhì)量被朝球塞接觸點211偏壓?？梢员黄珘旱馁|(zhì) 量受給定凸輪負荷213、氣門桿頭負荷214和球塞負荷215所需的搖臂組件100的要求剛度 限制。
[0366] 現(xiàn)在參照圖4和52,搖臂組件100的剛度受內(nèi)臂組件222和外臂120在它們處于 高升程或低升程狀態(tài)時的組合剛度決定。搖臂組件100上的任何給定位置的剛度值可以利 用有限元分析（FEA)或其它分析方法來計算和顯化，并在沿測量軸線218的剛度與位置的 關(guān)系圖中表征。以類似的方式，外臂120和內(nèi)臂組件222的剛度可以利用有限元分析（FEA) 或其它分析方法分別計算和顯化。示例性圖示106將這些分析的結(jié)果顯示為一系列沿測量 軸線218的剛度與位置特征關(guān)系圖。作為上述附加圖示，圖50示出外臂120的最大撓度圖。
[0367] 現(xiàn)在參考圖52和56,搖臂組件100上的任何給定位置的應(yīng)力和撓度可以利用有限 元分析（FEA)或其它分析方法來計算，并被表征為沿用于給定的凸輪負荷213、氣門桿頭負 荷214和球塞負荷215的測量軸線218的應(yīng)力和撓度與位置的關(guān)系圖。以類似的方式，夕卜 臂120和內(nèi)臂組件222的應(yīng)力和撓度可以利用有限元分析（FEA)或其它分析方法分別計算 和顯化。圖56中的示例性圖示將這些分析的結(jié)果顯示為一系列沿用于給定凸輪負荷213、 氣門桿頭負荷214和球塞負荷215的測量軸線218的應(yīng)力和撓度與位置的特征關(guān)系圖。
[0368] 4. 7. 2DVVL組件動力學(xué)性能分析
[0369] 對于應(yīng)力和撓度分析，在如圖52所不的負荷位置和大小方面描述負荷狀況。例 如，在處于高升程模式下的鎖定的搖臂組件100中，凸輪負荷213施加至滑塊墊130、132。 凸輪負荷213與氣門桿頭負荷214和球塞負荷215對向。第一距離232為沿氣門桿頭負荷 214與球塞負荷215之間的測量軸線218測得的距離。第二距離234為沿氣門桿頭負荷214 與凸輪負荷213之間的測量軸線218測得的距離。負荷比為第一距離除以第二距離。為了 進行動力學(xué)分析，為分析和可能的優(yōu)化考慮多個值和運轉(zhuǎn)狀態(tài)。這些可包括三桃尖凸輪軸 界面參數(shù)、扭力彈簧參數(shù)、總機械間隙、慣性、氣門彈簧常數(shù)和DFHLA參數(shù)。
[0370] 可以描述用于評估的設(shè)計參數(shù)：
[0371]
【權(quán)利要求】
1. 一種用于診斷可變氣門操作系統(tǒng)中的故障的系統(tǒng)，包括： 搖臂組件，所述搖臂組件包括： 具有第一端的第一臂； 第二臂，所述第二臂的第一端可樞轉(zhuǎn)地連接到所述第一臂； 用于在鎖定時將所述第一臂固定至所述第二臂的液壓操作的鎖閂組件； 加壓流體源； 聯(lián)接到所述加壓流體源的液壓閥，所述液壓閥適于向液壓操作的鎖閂提供至少兩種不 同壓力的流體，所述鎖閂能通過遠程裝置操作； 將所述液壓閥連接到所述鎖R的通道； 位于所述通道中的壓力傳感器，所述壓力傳感器適于產(chǎn)生指示所述通道中的壓力的信 號； 聯(lián)接到所述液壓閥和所述壓力傳感器的控制單元，所述控制單元適于： 讀取來自所述壓力傳感器的信號；以及 基于來自所述傳感器的信號來識別所述鎖閂的運動。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元還適于： 感測發(fā)動機運轉(zhuǎn)參數(shù)；以及 操作所述液壓閥。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元還適于： 基于從所述壓力傳感器接收的信號來確定所述鎖閂何時已被操作且不移動而指示故 障。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元還適于： 基于從所述壓力傳感器接收的信號來計算所述鎖閂的速率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元還適于： 計算所述鎖閂何時移動得比預(yù)定的可接受速率慢，從而指示故障。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元還適于： 儲存事先計算出的鎖閂速率并隨著時間推移確定速率變化以確定鎖閂不會在預(yù)定的 可接收時間段內(nèi)作出響應(yīng)的概率。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元還適于： 基于測定的時間與來自所述傳感器的壓力信號的關(guān)系的斜率來計算所述鎖閂的速率。
8. -種診斷可變氣門操作系統(tǒng)的故障的方法，包括以下步驟： 提供搖臂組件，所述搖臂組件具有至少兩個樞轉(zhuǎn)地連接的臂，所述臂具有液壓地操作 的鎖閂，所述鎖閂在鎖定時將所述臂固定在一起； 改變提供給所述鎖閂的流體的壓力； 感測在一定時間段提供給所述鎖閂的流體的壓力； 由感測的壓力計算所述鎖閂是否已移動。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括以下步驟： 由感測出的壓力計算所述鎖閂的速率。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述由感測的壓力計算所述鎖閂是否已移動的 步驟包括以下步驟： 形成時間與感測出的壓力的速率曲線的關(guān)系， 由所述時間與壓力曲線的關(guān)系計算指示所述鎖閂的速率的曲線的斜率。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述鎖閂的速率被用來預(yù)測所述鎖閂何時不 會在預(yù)定時間窗口內(nèi)鎖定。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述鎖閂的速率被用來預(yù)測所述鎖閂何時不會 在預(yù)定鎖定窗口內(nèi)作出響應(yīng)。
13. -種用于診斷可變氣門操作系統(tǒng)中的故障的系統(tǒng)，包括： 具有充填有流體的腔室的液壓間隙調(diào)節(jié)器（HLA); 具有適于在所述HLA上樞轉(zhuǎn)的第一端的搖臂組件，所述搖臂組件能夠處于第一模式和 第二模式中的一種模式下；所述搖臂組件包括： 具有第一端的第一臂； 第二臂，所述第二臂的第一端可樞轉(zhuǎn)地連接到所述第一臂； 鎖閂組件，所述鎖閂組件用于在第一模式下鎖定時將所述第一臂固定在所述第二臂上 并用于在第二模式解鎖時允許所述第一臂相對于所述第二臂移動； 聯(lián)接到所述HLA腔室的壓力傳感器，所述壓力傳感器適于產(chǎn)生指示所述HLA腔室內(nèi)的 流體壓力的壓力指示信號；和 聯(lián)接到所述液壓閥和所述壓力傳感器的控制單元，所述控制單元適于： 接收來自所述壓力傳感器的壓力指示信號；以及 至少部分基于所述壓力指示信號來判斷故障。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元還適于： 通過將預(yù)先儲存的壓力指示信號與所產(chǎn)生的壓力指示信號進行比較來判斷故障。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元還適于： 將所述預(yù)先儲存的壓力指示信號與所產(chǎn)生的壓力指示信號進行比較并確定以下中的 至少一者： 壓力事件的時間推移； 事件發(fā)生率的變化； 意料之外的突然壓力瞬變；和 壓力事件的幅度的總體變化。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元還適于： 具有指示期望模式的預(yù)先儲存的信息； 由所述壓力指示信號確定當(dāng)前模式； 將所述期望模式與當(dāng)前模式進行比較；并且 在所述期望模式與所述當(dāng)前模式不相等的情況下判斷發(fā)生故障。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元還適于： 確定在預(yù)定時間段的故障次數(shù)以確定故障率。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元還適于： 判斷所述故障率是否超過預(yù)定故障率。
19. 一種診斷可變氣門操作系統(tǒng)的故障的方法，包括以下步驟： 提供具有流體腔室的液壓間隙調(diào)節(jié)器（HLA); 提供搖臂組件，所述搖臂組件具有適于在所述HLA上樞轉(zhuǎn)的第一端，其中所述搖臂組 件具有至少兩個樞轉(zhuǎn)地連接的臂，所述臂具有液壓地操作的鎖閂，所述鎖閂在鎖定時將各 所述臂固定在一起， 當(dāng)所述搖臂組件操作時，在所述HLA的流體腔室內(nèi)產(chǎn)生壓力指示信號； 基于所述壓力指示信號來判斷故障。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述判斷故障的步驟包括以下步驟： 將預(yù)先儲存的壓力指示信號與所產(chǎn)生的壓力指示信號進行比較以判斷故障。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述判斷故障的步驟包括以下步驟： 將預(yù)先儲存的壓力指示信號與所產(chǎn)生的壓力指示信號進行比較，以及 由比較確定以下中的至少一者： 壓力事件的時間推移； 事件發(fā)生率的變化； 意料之外的突然壓力瞬變；和 壓力事件的幅度的總體減小。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括以下步驟： 獲取指示所述搖臂組件的期望狀態(tài)的預(yù)先儲存的信息； 由所產(chǎn)生的壓力指示信號計算所述搖臂組件的當(dāng)前狀態(tài)； 將所述期望狀態(tài)與所述當(dāng)前狀態(tài)進行比較；以及 確定所述期望狀態(tài)何時與所述當(dāng)前狀態(tài)不匹配。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括以下步驟： 確定在預(yù)定時間段的故障次數(shù)以確定故障率；以及 判斷所計算出的故障率是否超過預(yù)定的最大故障率。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括以下步驟： 隨著時間推移計算多個故障率； 確定所述故障率的趨勢；以及 如果所述趨勢上升，則估計所述故障率何時將達到預(yù)定的不可接受的故障率。
25. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括： 第一凸輪桃尖，所述第一凸輪桃尖具有適于旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動所述第一臂的鼻狀點； 第二凸輪桃尖，所述第二凸輪桃尖具有適于旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動所述第二臂的鼻狀點； 其中，所述控制單元還適于： 感測壓力尖峰是否大致在所述第一凸輪桃尖的鼻狀點與所述第一臂接觸時發(fā)生，從而 指示所述搖臂組件處于所述第一狀態(tài)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，還包括： 第一凸輪桃尖，所述第一凸輪桃尖具有適于旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動所述第一臂的鼻狀點； 第二凸輪桃尖，所述第二凸輪桃尖具有適于旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動所述第二臂的鼻狀點； 其中，所述控制單元還適于： 感測壓力尖峰是否大致在所述第二凸輪桃尖的鼻狀點與所述第二臂接觸時發(fā)生，從而 指示所述搖臂組件處于所述第二狀態(tài)。
27. -種用于監(jiān)視內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，包括： 搖臂組件，所述搖臂組件具有： 具有第一端的第一臂； 與所述第一臂的所述第一端鄰近的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)； 第二臂，所述第二臂具有在所述第一臂的所述第一端附近樞轉(zhuǎn)地連接的第一端； 鎖閂，所述鎖閂在鎖定時在鎖定模式下相對于所述第二臂固定所述第一臂，并且在解 鎖時在解鎖模式下允許所述第一臂相對于所述第二臂移動； 其中，所述搖臂組件適于繞支點樞轉(zhuǎn)以打開所述發(fā)動機氣門，并返回所述發(fā)動機氣門 關(guān)閉的靜止位置； 位于搖臂組件附近的傳感器，所述傳感器適于提供指示所述基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)與所述傳感器的 接近度的信號； 其中，在所述搖臂處于它的第一模式并位于致使所述傳感器提供第一信號的靜止位置 時，所述基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)與所述傳感器相距第一距離。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，在所述搖臂組件處于所述第二模式并位于致 使所述傳感器提供第二信號的靜止位置時，所述基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)與所述傳感器相距第二距離。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，所述基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)為外臂拉桿。
30. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，所述基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)為位于所述第一臂的第一端附 近的結(jié)構(gòu)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，所述基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)為金屬且所述傳感器形成與它 離金屬物體的距離有關(guān)的信號。
32. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器為非接觸式傳感器。
33. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器為光學(xué)傳感器。
34. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器為霍爾效應(yīng)傳感器。
35. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述搖臂組件處于所述鎖定模式時，所述搖 臂組件能向所述發(fā)動機氣門提供第一最大升程高度。
36. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的系統(tǒng)，其中，當(dāng)所述搖臂組件處于所述解鎖模式時，所述搖 臂組件能向所述發(fā)動機氣門提供第二最大升程高度。
37. 根據(jù)權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中，所述第二最大升程高度低于所述第一最大升 程高度。
38. -種用于監(jiān)視內(nèi)燃發(fā)動機的運轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，包括： 用于操作發(fā)動機氣門的搖臂組件，所述搖臂組件具有： 具有第一端的第一臂； 第二臂，所述第二臂具有在所述第一臂的所述第一端附近樞轉(zhuǎn)地連接的第一端； 鎖閂，所述鎖閂在鎖定時在鎖定模式下相對于所述第二臂固定所述第一臂，并且在解 鎖時在解鎖模式下允許所述第一臂相對于所述第二臂移動；和 安裝在所述第一和第二臂中的一者上的傳感器，所述傳感器能檢測所述第一和第二臂 何時相對于彼此移動，并適于提供指示感測到的移動的信號。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器包括： 連接到所述第一臂和所述第二臂中的一者的磁性材料；和 安裝在另一個臂上的線圈，其中所述磁性材料相對于所述線圈的相對運動產(chǎn)生指示所 述搖臂組件未處于所述鎖定模式的信號。
40. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器為非接觸式傳感器。
41. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器為光學(xué)傳感器。
42. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中，所述傳感器為霍爾效應(yīng)傳感器。
43. -種用于測量發(fā)動機氣門位置的系統(tǒng)，包括： 氣門導(dǎo)管，所述氣門導(dǎo)管具有貫穿其長度的中央凹部； 其中，所述發(fā)動機氣門包括： 氣門桿，所述氣門桿具有與第二磁性區(qū)段鄰近的第一磁性材料區(qū)段，從而形成所述兩 個區(qū)段之間的界面；和 氣門桿頭； 其中，所述氣門桿由中央凹部接納并且所述氣門導(dǎo)管被允許直線地移動通過所述中央 凹部； 線性可變差動變壓器（LVDT)，所述LVDT位于所述氣門桿周圍以監(jiān)視所述具有第一磁 性的區(qū)段的直線運動并形成指示所監(jiān)視的運動的信號。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，還包括： 聯(lián)接到所述LVDT的控制單元，所述控制單元用于確定所述具有第一磁性的區(qū)段的直 線運動的最大程度。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元指示所述最大程度是否更接近 預(yù)定的第一升程高度或預(yù)定的第二升程高度中的一者。
46. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的系統(tǒng)，其中，所述LVDT定位成包括所述界面的最大直線移 動。
47. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，其中，所述氣門桿上的界面位置和所述LVDT的位置 被選擇成在處于最大直線移動位置時圍繞所述氣門桿的界面。
48. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的系統(tǒng)，還包括： 轉(zhuǎn)換搖臂組件，所述轉(zhuǎn)換搖臂組件適于在高升程模式和低升程模式中的一種模式下驅(qū) 動所述發(fā)動機氣門，其中所述高升程模式致使所述氣門桿界面以第一直線位移移動，并且 所述低升程模式致使所述氣門以比所述第一位移小的第二直線位移移動。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的系統(tǒng)，其中，所述控制單元適于從所述LVDT接收信號并判 斷所述搖臂組件是在所述高升程模式下還是在所述低升程模式下操作。
50. -種用于監(jiān)視發(fā)動機氣門的位置的裝置，包括： 氣門導(dǎo)管，所述氣門導(dǎo)管具有貫穿其長度的中央凹部； 其中，所述發(fā)動機氣門包括： 氣門桿，所述氣門桿具有與第二磁性區(qū)段鄰近的第一磁性材料區(qū)段，從而形成所述兩 個區(qū)段之間的界面；和 氣門桿頭； 其中，所述氣門桿由中央凹部接納并且所述氣門桿被允許直線地移動通過所述中央凹 部； 通電線圈，所述通電線圈圍繞所述氣門導(dǎo)管凹部， 也圍繞所述氣門導(dǎo)管凹部的傳感器線圈，所述傳感器線圈位于所述通電線圈附近； 其中，所述氣門桿隨著它相對于各所述線圈移動而改變各所述線圈之間的聯(lián)接，由此 在所述傳感器線圈內(nèi)形成與所述氣門桿相對于各所述線圈的位置直接相關(guān)的不同信號。
51. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，所述線圈位于所述氣門導(dǎo)管的將涉及到所述 界面的運動的最冷部分。
52. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，所述通電線圈形成交替的磁場。
53. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，所述氣門桿的所述界面具有磁間斷性。
54. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，所述界面介于具有不相似的磁導(dǎo)率的金屬之 間。
55. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，所述界面為焊接界面。
56. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，所述界面介于鐵磁性材料與非鐵磁性材料之 間。
57. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的系統(tǒng)，其中，所述界面介于所述氣門桿的實心部分與所述 氣門桿的空心部分之間。
58. -種用于監(jiān)視發(fā)動機氣門位置的線性可變差動變壓器（LVDT)，包括： 氣門導(dǎo)管，所述氣門導(dǎo)管具有貫穿它的長形凹部； 發(fā)動機氣門，所述發(fā)動機氣門包括： 氣門桿，所述氣門桿具有在界面處交匯的具有不同磁性的兩種相鄰的材料，和 氣門桿頭， 其中，所述氣門桿配合在所述氣門導(dǎo)管內(nèi)并直線地移動，并且所述氣門桿頭封閉發(fā)動 機燃燒室； 位于所述氣門導(dǎo)管內(nèi)的監(jiān)視線圈，所述監(jiān)視線圈產(chǎn)生與所述氣門導(dǎo)管內(nèi)的所述界面的 位置相關(guān)的信號； 聯(lián)接到所述監(jiān)視線圈的發(fā)動機控制單元（E⑶)，所述E⑶適于接收和分析來自所述監(jiān) 視線圈的信號以確定所述氣門的操作。
59. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的LVDT，其中，所述ECU確定所述氣門在高升程模式下操作。
60. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的LVDT，其中，所述ECU確定所述氣門在低升程模式下操作。
61. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的LVDT，其中，所述ECU確定所述氣門無法關(guān)閉。
62. 根據(jù)權(quán)利要求58所述的LVDT，其中，所述ECU確定所述氣門在所述發(fā)動機的順序 之外操作。
【文檔編號】F02D41/22GK104411951SQ201380034834
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2013年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月30日
【發(fā)明者】A·R·祖爾費斯, R·博伊丘克, B·K·范德森, D·B·特魯戴爾, M·W·希爾德布蘭德特, D·J·尼耳森 申請人:伊頓公司