改进的摇臂组件的制作方法
【专利摘要】一种改进的摇臂组件，它具有偏移端并且设计为用在具有阻碍的发动机缸盖中，该阻碍将不允许切换摇臂使用。该改进的摇臂组件具有阻碍侧和无阻碍侧。该摇臂组件具有包括第一端的外结构和装配在该外结构中的内结构，该内结构也具有第一端。该改进的摇臂组件具有枢转地连接内结构的第一端到外结构的第一端的轴，从而内结构可以在外结构中围绕该轴旋转。至少一个扭力弹簧安装在该轴的一侧，并相对于外结构旋转偏压该内结构。外结构，在阻碍侧上当其从第一端朝向第二端伸出时，朝向无阻碍侧偏移而产生第一偏移部分，以在阻碍侧上提供额外的间隙。这种设计允许该改进的摇臂组件装配在具有阻碍发动机缸盖中并处在其阻碍侧。
【专利说明】改进的摇臂组件
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2013年2月22日提交的名称为"Custom VVA Rocker Arms for Left Hand and Right Hand Orientations"（EATN-0100-P01)的美国临时 专利申请No. 61/768214的权益。本申请还是以下申请的延续申请并要求它们的 权益：2013年4月22日提交的美国专利申请No. 13/868025(EATN-0201-U01)， 2013 年 4 月 22 日提交的美国专利申请 No. 13/868035(EATN-0201-U01-C01)， 2013年4月22日提交的美国专利申请No. 13/868045(EATN-0202-U01)，2013年 4 月 22 日提交的美国专利申请 No. 13/868054(EATN-0202-U01-C01)，2013 年 4 月22日提交的国际专利申请PCT/US2013/037667(EATN-0204-TO)，2013年4月 22日提交的美国专利申请No. 13/868061(EATN-0206-U01)，2013年4月22日 提交的国际专利申请 PCT/US2013/037665(EATN-0206-W0)，2013 年 4 月 22 日 提交的美国专利申请No. 13/868067(EATN-0209-U01)，2013年4月22日提交的 美国专利申请No. 13/868068(EATN-0210-U01)，2013年4月30日提交的美国专 利申请No. 13/873774(EATN-0207-U01)，2013年4月30日提交的美国专利申 请No. 13/873797(EATN-0208-U01)，2013年4月30日提交的国际专利申请PCT/ US2013/038896(EATN-0210-TO)，2013 年 11 月 5 日提交的国际专利申请 PCT/ US2013/068503(EATN-0211-W0)〇
[0003] 美国非临时申请 No.l3/868025(EATN-0201-U01)、 No. 13/868035 (EATN-0201-U01-C0I)、No. 13/868045 (EATN-0202-U01)、 No. 13/868054 (EATN-0 202-U01-C01)、No. 13/868061 (EATN-0 20 6-U0 1)、 No. 13/868067 (EATN-0209-U01)和 No. 13/868068(EATN-0210-U01)都要求以下美 国临时专利申请的权益：2012年4月20日提交的No. 61/636277 (EATN-0205-P01)、 2012 年 4 月 24 日提交的 No. 61/637786 (EATN-0206-P01)、2012 年 4 月 30 日提交的 No. 61/640709 (EATN-0209-P01)、2012 年 4 月 30 日提交的 No. 61/640713 (EATN-0210-P01) 以及 2013 年 3 月 1 日提交的 No. 61/777769(EATN-0202-P01)。
[0004] 美国非临时申请 No.l3/868025(EATN-0201-U01)、 No. 13/868035 (EATN-0201-U01-C0I)、No. 13/868045 (EATN-0202-U01)、 No. 13/868054 (EATN-0 202-U01-C01)、No. 13/868061 (EATN-0 20 6-U0 1)、 No. l3/868〇67(EATN-〇2〇9_U01)和 No. 1：3/868〇68 (EATN-〇2l〇-U01)是美国专利申请 No. 13/051839 和 No. 13/051848 的延续申请。
[0005] 美国非临时专利申请 No. 13/873774 (EATN-0207-U01)、 No. 13/873797 (EATN-0208-U01)以及国际专利申请 PCT/US2013/038896 (EATN-0210-W0) 要求以下美国临时专利申请的权益：2012年4月20日提交的 No. 61/636277 (EATN-0205-P01)、2012 年 4 月 24 日提交的 No. 61/637786 (EATN-0206-P01)、 2012 年 4 月 30 日提交的 No. 61/640705(EATN-0207-P01)、2012 年 4 月 30 日提交的 No. 61/640707 (EATN-0208-P01)、2012 年 4 月 30 日提交的 No. 61/640709 (EATN-0209-P01)、 2012年4月30日提交的No. 61/640713(EATN-0210-P01)以及2013年3月1日提交的 No. 61/771769(EATN-0202-P01)〇
[0006] 国际专利申请 PCT/US2013/068503(EATN-0211-TO)要求 2012 年 5 月 11 日提交的 美国临时专利申请No. 61/722765 (EATN-2011-P01)的权益。
[0007] 美国非临时专利申请 No. 13/873774 (EATN-0207-U01)、 No.13/873797(EATN-0208-U01)和国际专利申请 PCT/US2013/038896(EATN-0210-W0) 是以下美国专利申请的延续申请：No. 13/051839和No. 13/051848。美国非临时专利 申请No. 13/051839和No. 13/051848要求2010年3月19日提交的美国临时专利申请 No. 61/315464的权益。所有上述申请在此通过引用整体引入。
【技术领域】
[0008] 本申请涉及摇臂设计，它用于内燃发动机，特别是用于更高效的新型可变气门致 动切换摇臂系统。
【背景技术】
[0009] 有关汽油消耗增长和温室气体排放的全球环境和经济焦点、全球范围的能源成本 上升和较低运行成本的需求正在使立法规定和消费需求产生改变。随着这些规定和需求变 得越来越迫切，必须要发展先进的发动机技术并且实现所需的优点。
[0010] 图IB描述了现在使用的一些气门机构装置。在型号1(21)和型号11(22)两种装 置中，带有一个或多个阀致动凸角30的凸轮轴位于发动机气门29之上（上凸轮）。在型号 1(21)气门机构中，上凸轮凸角30通过液压间隙调节器（HLA)812直接驱动气门。在型号 II (22)气门机构中，上凸轮凸角30驱动摇臂25,并且摇臂第一端在HLA812上枢转，同时第 二端致动气门29。
[0011] 在型号III (23)中，摇臂28的第一端骑在并且位于凸轮凸角30之上，同时摇臂28 的第二端致动气门29。当凸轮凸角30转动时，摇臂围绕固定轴31枢转。HLA812可以安置 在气门29顶端和摇臂28之间。
[0012] 在型号V(24)中，凸轮凸角30利用推杆27直接驱动摇臂26的第一端。示出的 HLA812安置在凸轮凸角30和推杆27之间。摇臂26的第二端致动气门29。当凸轮凸角30 旋转时，摇臂围绕固定轴31枢转。
[0013] 还如图IA所示，汽车发动机中型号11(22)气门机构的工业预测一显示为整个市 场的百分比-预示截至2019年制造的最普遍的构造。
[0014] 技术重点在型号11(22)气门机构，其通过减少摩擦、泵送来提高汽油发动机的整 体效率，热损失被引入以最佳使用发动机内的燃油。这些可变气门驱动（WA)技术中的一 些已经被引入并且有文件证明。
[0015] VVA装置可以是可变气门升程（VVL)系统、停缸（CDA)系统，如2012年7月25日 提交的美国专利申请 NO. 13/532777 "Single Lobe Deactivating Rocker Arm" 中描述 的-该文献整体在此纳入引用，还可以是其他气门致动系统。正如所指，改进这些机构以提 高性能、燃油经济性和/或减少发动机排放。一些型号的WA摇臂组件包括在外摇臂之内 的内摇臂，它们通过扭力弹簧被一起偏压。闩锁当在卡锁位置时使内外摇臂两者以一个单 元移动。当在未卡锁位置时，摇臂可以相互独立地移动。
[0016] 切换摇臂可以通过在卡锁和未卡锁状态之间切换来控制气门致动，如上所述，通 常包括内臂和外臂。在某些情况中，这些臂接触不同的凸轮凸角，例如低升程凸角、高升程 凸角和无升程凸角。机构需要以适合内燃机运行的方式切换摇臂模式。摇臂通过凸轮轴驱 动以致动通常安装在气缸盖上的气缸吸气或排气气门。设有从气缸盖伸出的机构、例如凸 轮塔，以确保凸轮轴为上凸轮设计。还有火花塞管从每个气缸的顶部向上伸出穿过盖以容 纳火花塞。
[0017] 如上所述，一些实施方式的VVA切换摇臂组件包括在摇臂内的摇臂，它们通过任 意侧的弹簧被一起偏压。由于内/外臂设计通常在中心使用滚轮以接触凸轮凸角，有利的 是保持滚轮与凸轮凸角同样的宽度。因此，滚轮任意一端的结构给摇臂组件增加了宽度导 致其比起初的非WA摇臂更宽，并且太宽而不能适合特定的气缸盖设计。
[0018] 例如，一些型号II发动机缸盖使用具有靠近盖中心线的液压间隙调节器（HLA)的 凸轮塔以及阻碍宽WA切换摇臂组件的一端的火花塞管。
[0019] 许多发动机部件被制造者设计为与特定的气缸盖配合工作，使得气缸盖很难变 化，由于变化可能影响一些内部相关组件，可能增加成本或导致装配间隙问题。
[0020] 型号II燃油发动机中用于改变运行并提高燃油经济性的VVA技术的一个例子是 离散可变气门升程（DVVL)，有时也称作DVVL切换摇臂。DVVL通过使用离散可变气门升程 状态与标准"部分节流"对比的发动机气门来限制发动气缸进气流工作。第二个例子是停 缸（CDA)。在部分负荷条件下通过使用CDA可提高燃油经济性，以在高负荷下运行选择的 燃烧气缸同时关闭其他气缸。
[0021] 美国环境保护署（EPA)显示当DVVL应用于各种轿车发动机时燃油经济性提高 4%。由美国能源机构发起的更早的一项报告指出，DVVL的益处是提高了 4. 5%的燃油经济 性。由于在正常巡航运行中汽车大部分的寿命消耗在"部分节流"，当这些节流损失最小化 时可以认作大大提高燃油经济性。对于CDA，研究显示燃油经济性增加，在考虑到由于关闭 气缸导致局部阻力之后，平均在2和14%之间。当前，需要适合特定气缸盖设计的VVA摇臂 用于增加性能，经济性和/或降低排放。 实用新型内容
[0022] 用于活塞型内燃机的先进的VVA系统结合了气门升程控制装置-例如CDA或DVVL 切换摇臂、气门升程致动方法-例如使用加压发动机油液（润滑油）的液压致动、软件和硬 件控制系统以及使能技术。使能技术可以包括传感检测和设置仪表、OCV设计、DFHLA设计、 扭力弹簧、专门的涂层、算法、物理布置等。
[0023] 在一个实施方式中，公开了一种改进的摇臂组件，它具有阻碍侧（被阻碍的一侧） 和无阻碍侧（不被阻碍的一侧），并且包括具有第一端的外结构、装配在该外结构中的内摇 臂结构，该内结构也具有第一端。该改进的摇臂组件具有轴，该轴枢转连接内结构的第一端 到外结构，以使内结构可以在外结构内围绕该轴旋转。至少一个扭力弹簧在该轴的一侧上， 并相对于外结构旋转偏压该内结构。外结构当在阻碍侧上从第二端向第一端延伸时朝向无 阻碍侧偏移而产生第一偏移部分，以便在阻碍侧提供附加的间隙。这种设计使改进的摇臂 能在具有阻碍的发动机缸盖的阻碍侧装配入该发动机缸盖中。
[0024] 在一个实施方式中，公开了一种改进的摇臂组件，它具有阻碍侧和无阻碍侧，并且 包括具有第一端的外结构、装配在该外结构中的内摇臂结构，该内结构也具有第一端。一轴 使内结构的第一端枢转地连接到外结构，这样内结构可以在外结构内围绕该轴旋转。至少 一个扭力弹簧安装在该轴的无阻碍侧，该扭力弹簧相对于外结构旋转偏压该内结构。当阻 碍侧上的外结构从第二端朝向第一端延伸时，该外结构朝向无阻碍侧偏移而产生第一偏移 部分。该第一偏移部分在阻碍侧上提供附加的间隙。
[0025] 在一个实施方式中，公开了一种改进的摇臂组件，它具有阻碍侧和无阻碍侧。该改 进的摇臂组件包括具有带偏移部分的第一端的外结构，装配在外结构中的内摇臂结构。该 内结构也具有第一端。轴使内结构的第一端枢转连接到外结构，以使内结构可以在外结构 内围绕该轴旋转。该改进的摇臂组件在该轴的一侧上具有至少一个扭力弹簧，以便相对于 外结构旋转地偏压内结构。当在阻碍侧上外结构从第二端朝向第一端延伸时，该外结构朝 向无阻碍侧平滑地弯曲。这产生第一偏移部分，该第一偏移部分在阻碍侧上提供附加的间 隙。这使得该实施方式可以在阻碍侧装配到具有阻碍的发动机缸盖中。
[0026] 在一个实施方式中，公开了一种改进的离散可变气门升程（DVVL)系统。该改进的 离散可变气门升程（DVVL)系统设计为在单个摇臂中提供两个离散的气门升程状态。所提 出的方法的实施方式涉及上面描述并在图IB中示出的型号II气门机构。在此提出的系统 的实施方式可以应用到轿车发动机（在实施例中具有四个气缸）中，该发动机具有电动液 压式油液控制阀、双供给液压间隙调节器（DFHLA)和DVVL切换摇臂。在此描述的DVVL切 换摇臂实施例聚焦于切换滚柱指轮随动器（SRFF)摇臂系统的设计和改进，它使得在端部 枢轴滚柱指轮随动器气门机构上能进行双模式离散可变气门升程。这种切换摇臂构型包括 用于低升程事件的低摩擦滚柱轴承界面，并对免维护气门机构操作保持正常的液压间隙调 整。
[0027] 模式切换（即，从低到高升程或反之）在一个凸轮旋转（转动一圈）内完成，使得 驾驶者更明确。SRFF防止现有发动机设计中安装所需顶板的较大改变。凸轮界面的承载 表面可以包括用于低升程操作的滚柱轴承和用于高升程操作的类金刚石碳涂层滑块（滑 垫）。本申请的教导可以减少质量和惯性矩，同时增大刚度以完成在低和高升程模式中所需 的动力性能。
[0028] 类金刚石碳涂层（DLC涂层）允许紧凑包装中的较高滑块界面应力。测试结果显 示，该技术是稳健的并且满足所有寿命需要，在一些方面延长到六倍的使用寿命需求。筛选 了替代性的材料和表面处理方法，结果显示DLC涂层是最可行。本申请提出的技术进步在 于在DVVL切换摇臂的滑块上使用类金刚石碳（DLC)涂层。
[0029] 系统验证测试结果显示，该系统满足动力和耐久性需求。本专利申请还致力于 SRFF设计的耐久性，以用于满足轿车耐久性需求。对高速、低速、切换和冷起动操作进行了 大量的耐久性测试。高发动机速度测试结果显示在发动机7000rpm以上有稳定的气门机构 动态。系统耐磨性需求满足用于切换、滑动、滚动和扭力弹簧界面的寿命终止标准。用于评 估磨损的一个重要计量法是监视气门间隙中的变化。耐磨性需要的寿命显示间隙变化在可 接受窗口内。机械方面在包括含有类金刚石碳（DLC)涂层的滑块界面的所有测试上表现出 稳健的性能。
[0030] 由于柔性且紧凑的包装，这种DVVL系统可以实施在多气缸发动机中。DVVL布置可 以应用于活塞驱动式内燃机上的任何进气或排气气门的组合。使能技术包括OCV、DFHLA、 DLC涂层。
[0031] 在第二实施方式中，描述了一种改进的单凸角停缸（cylinder deactivation) (CDA-IL)系统。该改进的单凸角停缸（CDA-IL)系统设计为停止一个或多个气缸。在此提 出的实施例涉及上述并在图22中示出的型号II气门。在此提出的系统的实施方式可以应 用到轿车发动机（在实施方式中具有2的倍数个气缸，例如2、4、6、8个）中，该发动机具有 电动液压式油液控制阀、双供给液压间隙调节器（DFHLA)和CDA-IL切换摇臂。在此描述的 CDA-IL切换摇臂实施例聚焦于切换滚柱指轮随动器（SRFF)摇臂系统的设计和改进，该系 统使得针对端部滚柱指轮随动器气门能进行升程/无升程操作。这种切换摇臂构型包括用 于停缸事件的低摩擦滚柱轴承界面，并对免维护气门机构操作保持正常液压间隙调整。
[0032] 用于CDA-IL系统的模式切换在一个凸轮旋转内完成，以便对驾驶者更透明。SRFF 防止现有发动机设计中安装所需顶板的较大改变。本申请的教导可以减少质量和惯性矩， 同时增加刚度以便在升程或无升程模式中实现所需的动力性能。
[0033] CDA-IL系统验证测试结果显示，该系统满足动力和耐久性需求。本专利申请还致 力于满足轿车耐久性需求所需的SRFF设计的耐久性需求。对高速、低速、切换和冷起动操 作进行大量耐久性测试。高发动机速度测试结果显示在发动机7000rpm以上有稳定的气门 机构动力。系统耐磨性需求满足用于切换、滚动和扭力弹簧界面的寿命终止标准。用于评 估磨损的一个重要计量法是监视气门间隙的变化。耐磨性需要的寿命显示，间隙变化在可 接受窗口内。机械方面在全部测试上表现出稳健的性能。
[0034] 通过柔性且紧凑的包装，这种CDA-IL系统可以实施在多气缸发动机中。使能技术 包括OCV、DFHLA和专门的扭力弹簧设计。
[0035] 摇臂被描述为用于接合针对每个气门具有一个升程凸角的凸轮。该摇臂包括外 臂、内臂、枢转轴、接触轴承的升程凸角、轴承轴和至少一个轴承轴弹簧。外臂具有第一和第 二外侧臂以及构造为安装枢转轴的外枢转轴孔。内臂位于第一和第二外侧臂之间，并且第 一内侧臂和第二内侧臂。第一和第二内侧臂具有用以容纳和保持枢转轴的内枢转轴孔以及 用于安装轴承轴的内轴承轴通孔。
[0036] 枢转轴装配在内枢转轴孔和外枢转轴孔中。
[0037] 轴承轴安装在内臂的轴承轴孔中。
[0038] 轴承轴弹簧固定到外臂并且与轴承轴偏压接触。升程凸角接触安装到第一和第二 内侧臂之间的轴承轴上的轴承。
[0039] 另一个实施方式可以描述为用于接触每个发动机气门具有单升程凸角的凸轮的 摇臂。该摇臂包括外臂、内臂、构造成可以从凸轮的单个升程凸角传送移动到摇臂的凸轮接 触组件以及至少一个偏压弹簧。
[0040] 摇臂还包括第一外侧臂和第二外侧臂。
[0041] 内臂置于第一和第二外侧臂之间，并具有第一内侧臂和第二内侧臂。
[0042] 内臂通过构造为允许内臂相对于外臂围绕枢转轴进行旋转运动的枢转轴固定到 外臂。
[0043] 凸轮接触组件置于第一和第二内侧臂之间。
[0044] 至少一个偏压弹簧固定到外臂并且偏压接触凸轮接触组件。
[0045] 另一个实施方式可以描述为用于接触具有单升程凸角的凸轮的停止摇臂。该停止 摇臂包括第一端和第二端、外臂、内臂、枢转轴、构造为可以从凸轮的升程凸角传送移动到 摇臂的升程凸角接触组件、构造为可以选择性停止摇臂的闩锁以及至少一个偏压弹簧。
[0046] 外臂包括第一外侧臂和第二外侧臂、用于安装枢转轴的外枢转轴孔、用于接纳升 程凸角接触组件的轴槽，以允许升程凸角接触元件的空转运行。
[0047] 内臂置于第一个第二外侧臂之间，并具有第一内侧臂和第二内侧臂。第一内侧臂 和第二内侧臂具有用于安装枢转轴的内枢转轴孔以及用于安装升程凸角接触元件的内升 程凸角接触元件孔。
[0048] 枢转轴邻近摇臂的第一端安装并且置于内枢转轴孔和外枢转轴孔中。
[0049] 闩锁设置成邻近摇臂的第二端。
[0050] 升程凸角接触元件安装在内臂的升程凸角接触元件孔和外臂的轴槽中，并处于枢 转轴和闩锁之间。
[0051] 偏压弹簧固定到外臂并且偏压接触升程凸角接触元件。
【专利附图】
【附图说明】
[0052] 可以理解，图中所示元件的范围仅代表范围中的一个例子。本领域技术人员可以 理解的是单个元件可以设计为多个元件或多个元件可以设计为单个元件。表示为内部特征 的元件可以实现为外部特征，反之亦然。
[0053] 此外，在以下的附图和说明书中，整个附图和说明书分别使用相同的附图标记表 示相似的部件。相应地，附图可能没有依比例绘制并且某些部件的比例为了方便描述而被 放大。
[0054] 图IA示出2012年和2019年发动机型号的相关百分比。
[0055] 图IB示出型号I、型号II、型号III和型号V气门机构的一般装置和市售尺寸。
[0056] 图2不出进气和排气气门系布置。
[0057] 图3示出包括DVVL系统的主要部件,包括液压致动器。
[0058] 图4示出在运行中可以设置具有三个凸角凸轮的示例性切换摇臂的透视图。
[0059] 图5是表示针对用于示例DVVL实施例的进气和排气气门的凸轮轴曲轴温度的气 门升程状态图表。
[0060] 图6是用于液压致动DVVL摇臂组件的系统控制图表。
[0061] 图7示出摇臂油道和控制阀布置。
[0062] 图8示出用于示例DVVL切换摇臂系统在低升程（未卡锁）操作期间的液压致动 系统和条件。
[0063] 图9示出用于示例DVVL切换摇臂系统在高升程（卡锁）操作期间的液压致动系 统和条件。
[0064] 图10示出具有双液压间隙调节器（DFHLA)的示例切换摇臂组件的侧截面图。
[0065] 图11是DFHLA的截面图。
[0066] 图12示出类金刚石碳涂层。
[0067] 图13示出用于感应DFHLA球柱塞的位置或相对运动的仪器。
[0068] 图14示出与气门杆结合使用以测量气门相对于已知状态移动的仪器。
[0069] 图14A和14B示出使用三个线圈以测量气门杆运动的第一线性可变差动变换器的 剖面图。
[0070] 图14C和14D示出使用两个线圈以测量气门杆运动的第二线性可变差动变换器的 剖面图。
[0071] 图15示出示例切换摇臂的另一个透视图。
[0072] 图16示出设计为感应位置和/或运动的仪器。
[0073] 图17是描述在高升程和低升程状态间的过渡期间，OCV致动电流、致动油压和气 门升程状态之间的关系的曲线图。
[0074] 图17A是描述在闩锁转换期间，OCV致动电流、致动油压和闩锁状态之间的关系的 曲线图。
[0075] 图17B是描述在另一个闩锁转换期间，OCV致动电流、致动油压和闩锁状态之间 的关系的曲线图。
[0076] 图17C是描述气门升程曲线和用于高升程和低升程状态的致动油压之间的关系 的曲线图。
[0077] 图18是DVVL系统的控制逻辑图。
[0078] 图19示出示例切换摇臂的分解视图。
[0079] 图20是描述用于DVVL摇臂组件的低升程和高升程操作的油压条件和油液控制阀 (OCV)状态的图表。
[0080] 图21-22示出表示油温和闩锁响应时间之间关系的曲线图。
[0081] 图23是用于示例DVVL切换摇臂的已有的可变切换窗口的时间图，在4气缸发动 机中，通过两个OCV的每个控制两个气缸致动油压控制。
[0082] 图24是描述在从高升程到低升程切换之前的闩锁预加载的DVVL切换摇臂的侧截 面图。
[0083] 图25是描述在从低升程到高升程切换之前的闩锁预加载的DVVL切换摇臂的侧截 面图。
[0084] 图25A是描述当在低升程和高升程之间切换时临界档位的DVVL切换摇臂的侧截 面图。
[0085] 图26是用于示例DVVL切换摇臂的可变切换窗口和构成机构切换时间的扩大时间 图，在4气缸发动机中，通过两个OCV各自控制两个气缸的致动油压控制。
[0086] 图27示出示例切换摇臂的透视图。
[0087] 图28示出示例切换摇臂的顶视图。
[0088] 图29示出从图28中的线29-29截取的截面图。
[0089] 图30A-30B示出示例扭力弹簧的截面图。
[0090] 图31示出外臂的底视图。
[0091] 图32示出闩锁机构在卡锁状态沿着图28中线32,33-32,33的截面图。
[0092] 图33示出闩锁机构在未卡锁状态的截面图。
[0093] 图34示出替代性闩锁销设计。
[0094] 图35A-35F示出用于定位销的数个阻挡装置。
[0095] 图36示出示例闩锁销设计。
[0096] 图37示出替代性闩锁机构。
[0097] 图38-40示出组装切换摇臂的示例方法。
[0098] 图41示出销的替代实施方式。
[0099] 图42示出销的替代实施方式。
[0100] 图43示出切换摇臂的各种间隙测量结果。
[0101] 图44示出切换摇臂的示例内臂的透视图。
[0102] 图45示出切换摇臂的内臂从下方看去的透视图。
[0103] 图46示出切换摇臂的示例外臂的透视图。
[0104] 图47示出示例切换摇臂的闩锁组件的截面图。
[0105] 图48是切换摇臂的间隙-凸轮轴角度的曲线图。
[0106] 图49示出示例切换摇臂组件的侧截面图。
[0107] 图50示出在负载条件下具有最大偏斜确定区域的外臂的透视图。
[0108] 图51示出示例切换摇臂和三凸角凸轮的顶视图。
[0109] 图52示出示例切换摇臂沿着图51的线52-52的截面图。
[0110] 图53示出示例切换摇臂的分解视图，显示示例切换摇臂组件的影响惯性的主要 部件。
[0111] 图54示出优化示例切换摇臂组件的惯性和刚性之间关系的设计流程。
[0112] 图55示出用于示例切换摇臂组件设计迭代的惯性与刚性的特征曲线。
[0113] 图56示出表示示例切换摇臂组件的压力、偏差、负载和刚度相对于位置的特征曲 线。
[0114] 图57示出表示一些示例切换摇臂组件的刚度相对于惯性的特征曲线。
[0115] 图58示出多DVVL切换摇臂组件的组成部件的刚度和惯性的离散值的可接受范 围。
[0116] 图59是包括DFHLA和气门的示例切换摇臂组件的侧截面图。
[0117] 图60示出表示示例切换摇臂组件的组成部件的一些刚度值相对于位置的特征曲 线。
[0118] 图61示出示例切换摇臂组件的组成部件的一些质量分布相对于位置的特征曲 线。
[0119] 图62示出用于测量闩锁位移的测试台。
[0120] 图63是用于测试切换摇臂组件的非点火测试台的视图。
[0121] 图64是气门位移相对于凸轮轴角度的曲线。
[0122] 图65示出用于测试切换滚柱指轮随动器（SRFF)摇臂组件的耐久性的关键测试的 层级。
[0123] 图66表示在评估SRFF中经过加速老化系统测试周期的测试协议。
[0124] 图67是表示SRFF耐久性测试的相关测试时间的饼状图。
[0125] 图68表示在测试期间连接并监测SRFF的应变计。
[0126] 图69是低升程模式的气门关闭速率的曲线。
[0127] 图70是气门下落高度分布。
[0128] 图71显示临界档位相对于凸轮轴角度的分布。
[0129] 图72表示使用前的新外臂的一端。
[0130] 图73示出使用后的外臂的典型磨损。
[0131] 图74示出寿命终止测试中平均扭力弹簧负载损耗。
[0132] 图75示出加速老化系统测试的总机械间隙变化。
[0133] 图76示出具有DLC涂层的滑块的寿命终止，具有最小磨损。
[0134] 图77是采用冠形的凸轮轴表面实施例。
[0135] 图78示出连接到试样上的支撑摇臂上的一对滑块。
[0136] 图79A示出DLC涂层在试样测试中的早期损耗。
[0137] 图79B表示在具有0. 2度坡口角度的最大设计下测试的一个试样的典型示例。
[0138] 图80是具有DLC涂层测试试样的测试压力水平相对于发动机寿命的曲线。
[0139] 图81是表示在覆盖DLC涂层之前具有抛光或未抛光表面的滑块在增加发动机寿 命中的曲线。
[0140] 图82是描述与测试同时进行的产品磨削和抛光工艺进展的流程图。
[0141] 图83表示滑块角度控制相对于三种不同磨具的结果。
[0142] 图84示出对于三种不同磨具的表面光洁度测量。
[0143] 图85示出在滑块磨削操作期间六个不同夹具保持外臂的结果。
[0144] 图86是高升程模式气门关闭速率的曲线。
[0145] 图87示出耐久性测试阶段。
[0146] 图88示出示例CDA-IL设计的透视图。
[0147] 图89A示出具有闩锁机构和滚柱轴承的示例SRFF-IL系统的部分截面侧正视图。
[0148] 图89B示出图89A的示例SRFF-IL系统的前视图。
[0149] 图90是表示示例SRFF-IL摇臂组件在排气或进气气门的发动机设计。
[0150] 图91示出液压流体控制系统。
[0151] 图92示出运行中的示例SRFF-IL系统，表现出正常升程发动机气门操作。
[0152] 图93A、93B和93C示出运行中的示例SRFF-IL系统，表现出无升程发动机气门操 作。
[0153] 图94示出示例切换窗口。
[0154] 图95示出凸轮轴调相在切换窗口的作用。
[0155] 图96示出用于SRFF-I系统实施例的闩锁响应时间。
[0156] 图97是示出用于示例SRFF-I系统的在40摄氏度以上的切换窗口时间的曲线。
[0157] 图98是表示用于示例SRFF-I系统的考虑到凸轮轴调相和油温的切换窗口时间的 曲线。
[0158] 图99示出示例SRFF-IL摇臂组件。
[0159] 图100示出图99的示例SRFF-1L摇臂组件的分解视图。
[0160] 图101示出包括DFHLA、气门杆和凸轮凸角的示例SRFF-IL摇臂组件的侧视图。
[0161] 图102示出包括DFHLA、气门杆和凸轮凸角的示例SRFF-IL摇臂组件的端视图。
[0162] 图103表示在压力损失情况下的闩锁再接合特征。
[0163] 图104表示示例SRFF-IL系统的凸轮轴对齐。
[0164] 图105表示施加在使用液压间隙调整器的RFF上的力。
[0165] 图106表示在无升程模式中示例SRFF-IL系统的力平衡。
[0166] 图107是表示示例SRFF-I系统的油压需求的图表。
[0167] 图108表示示例SRFF-I系统的机械间隙。
[0168] 图109表示用于三凸角CDA系统以及用于示例SRFF-IL系统的凸轮轴升降型线。
[0169] 图110是表示多摇臂设计的刚度相对于惯性矩的曲线图。
[0170] 图111示出示例SRFF-IL系统的进气气门的产生的底部关闭速度。
[0171] 图112是表不扭力弹簧测试总结的图表。
[0172] 图113是表示泵送测试期间位移和压力的曲线。
[0173] 图114表示示例SRFF-IL系统经过特定测试阶段的耐久性和间隙变化。
[0174] 图115是为了清晰移除了部件的现有技术气缸盖的透视图。
[0175] 图116是图115的气缸盖的正视截面图。
[0176] 图117是现有技术的可变气门升程（VVL)摇臂组件的透视图。
[0177] 图118是根据本实用新型教导的一个方面的、提供可变气门升程的左（改进）摇 臂组件的透视图。
[0178] 图119是图118的改进摇臂组件的顶视平面图。
[0179] 图120是图118-119的改进的摇臂组件400的侧视图。
[0180] 图121是图118-120的改进的摇臂组件从其铰链（第一）端观察的端视图。
[0181] 图122是图118-121的改进的摇臂组件从其闩锁（第二）端观察的端视图。
[0182] 图123是从示出第一和第二偏移区域的外结构上方看去的平面图。
[0183] 图124是图123的外结构的从下方看去的平面图。
[0184] 图125是根据本实用新型教导的一个方面的外结构的侧视图。
[0185] 图126是根据本实用新型教导的一方面的内结构的顶端的视图。
[0186] 图127是图126的内结构的底端的视图。
[0187] 图128是图126-127的内结构从顶端看去的视图。
[0188] 图129是图126-128的内结构从底端看去的视图。
[0189] 图130是图126-129的内结构从铰链（第一）端观察的端视图。
[0190] 图131是图126-130的内结构从闩锁（第二）端观察的端视图。
[0191] 图132是图118-122的改进的摇臂组件被安装在气缸盖中所呈现的透视图。
[0192] 图133是从另一个视点的、图118-122的改进摇臂组件400的透视图，其显示被安 装在气缸盖中。
【具体实施方式】
[0193] 在此使用的词语具有它们常规和普通的含义，除非在本说明书中重新定义，如此 在新定义将会取代普通的含义。
[0194] 可以理解，在此使用的措辞和术语目的是说明而不应该认定为限制。涉及单复数 形式不是为了限制本公开的系统或方法、它们的组成、行为或元件。此处使用的"包含"、"包 括"、"具有"、"含有"及它们的变形意思是包括之后列出的事物或等同物以及其他事物。涉 及"或"可以理解为包括在内，从而任何使用"或"描述的词组可以理解为单个、多于一个和 所有描述词组。任何涉及前和后、左和右、上和下、高和低是为了方便描述，而不是限制本系 统或方法或它们组成为任何一个位置或特定方向。
[0195] 如在不同附图中所述，为了描述的目的结构或部分的一些尺寸相对于其他结构或 部分放大，从而，提供描述本实用新型主题的一般结构。此外，本实用新型主题的各个方面 参考在其他结构、部分上成型的结构或部分描述，或者两者同时。正如本领域技术人员能够 理解的，涉及结构形成在另一个结构或部分"之上"或"上"理解为可以涉及另外的构件或 部分。在此描述的涉及结构或部分形成在另一个结构或部分"上"而没有中间结构或部分 描述为"直接"到构件或部分上。类似的，可以理解，当元件涉及"连接"、"附装"、"耦接（联 接）"到另一个元件时，它可直接连接、附装、耦接到另一个元件，或存在中间元件。相反， 当元件涉及"直接连接"、"直接附装"、"直接耦接"到另一个元件时，不存在中间元件。
[0196] 此外，在此使用的相对术语例如"上"、"之上"、"上部"、"顶部"、"下"、"下部"用以描 述附图所示的一个结构或部分与另一个结构或部分的关系。可以理解，相对术语例如"上"、 "之上"、"上部"、"顶部"、"下"、"下部"目的是除了图中所指的方向之外包括装置的不同方 向。例如，如果图中的装置旋转，描述为在其他结构或部分"之上"的结构或部分将会改变 方向为在其他结构或部分"之下"。类似的，如果图中的装置沿着轴旋转，描述为在其他结构 或部分"之上"的结构或部分将会改变方向为或其他结构或部分"相邻"或"左侧"。全文相 似的附图标记涉及相似的元件。
[0197] WA系统实施方式：WA系统实施方式表示切换装置、致动方法、分析和控制系统 以及共同生成VVA系统的使能技术的独特组合。VVA系统实施方式可以包括一种或多种使 能技术。
[0198] I.离散可变气门升程（DVVL)系统实施方式的说明
[0199] LDVVL系统概述
[0200] 下面将描述凸轮驱动的、离散可变气门升程（DVVL)的切换摇臂装置，该切换摇臂 装置被使用双供给液压间隙调节器（DFHLA)和油压控制阀（OCV)的组合液压致动，它将被 安装在型号II气门机构中的进气气门上。在可替代实施方式中，这种布置可以应用于活塞 驱动式内燃机上的任何进气或排气气门的组合。
[0201] 如图2所示，本实施方式中的排气气门机构包括固定摇臂810、单凸角凸轮轴811、 标准液压间隙调整器（HLA)812和排气气门813。如图2和图3中所示，进气气门机构的部 件包括三凸角凸轮轴102、切换摇臂组件100、具有上流体口 506和下流体口 512的双供给 液压间隙调节器（DFHLA)IOO以及电液螺线管油压控制阀组件（OCV)820。0CV820具有入口 821以及第一控制口 822和第二控制口 823。
[0202] 参考图2,进气和排气气门机构共有某些几何形状，包括与HLA812间隔开的气门 813和与DFHLA110间隔开的气门112。保持共同的几何形状使DVVL系统能与现有的或稍 稍改进的型号II气缸盖空间一起组装，同时使用标准链条驱动系统。如图4所示，进气和 排气气门机构两者共有的另外的部件包括气门112、气门弹簧114、气门弹簧保持器116。气 门键和气门杆密封件（未示出）对于进气和排气也是共有的。通过保持共同几何形状、使 用共同部件使得DVVL系统的实施成本最小化。
[0203] 图3所示进气气门机构元件一起工作以开启具有高升程凸轮轴凸角104U06或低 升程凸轮轴凸角108的进气气门112。高升程凸轮轴凸角104U06设计为提供相当于固定 进气气门机构的性能，并且包括没有升程产生的大致圆形部分、可包括线性升程过度部分 的升程部分以及对应于最大升程的突出部分。低升程凸轮轴凸角108允许较低气门升程和 早期进气气门关闭。低升程凸轮轴凸角108也包括没有升程产生的大致圆形部分、作为升 程过渡的大致线性部分和对应于最大升程的突出部分。图5中的图片示出气门升程818相 对于曲轴转角817的曲线。凸轮轴高升程曲线814和固定排气气门升程曲线815与低升程 曲线816形成对比。由曲线816表示的低升程事件在部分节流操作期间降低进气事件的升 程和持续时间，以便减少节流损耗并实现燃油经济性的改进。这也称为早期进气气门关闭， 或EIVC。当需要全动力运行时，DVVL系统变回高升程曲线814,其与标准固定升程事件相 似。从低升程到高升程的转变和反向转变在一个凸轮轴转动周期内产生。由曲线815表示 的排气升程事件被固定并以低升程或高升程进气事件相同的方式运行。
[0204] 用于控制DVVL切换的系统使用液压致动。在图6中示出了本申请教导的实施方 式使用的液压控制和致动系统800。液压控制和致动系统800设计为由控制逻辑指挥，输送 液压流体到机械闩锁组件，该机械闩锁组件为高升程状态和低升程状态之间提供切换。当 机械切换过程初始化时由发动机控制单元825控制。所示液压控制和致动系统800用于前 文所述进气气门机构上的四气缸直列II型发动机中，然而本领域技术人员可以清楚的是， 控制和致动系统可以应用于其他"型号"的发动机和不同数量的气缸。
[0205] 前文提及的用于在此描述的DVVL系统中的一些使能技术可以和在此描述的DVVL 系统部件组合使用，从而打破唯一的组合，其中的一些将在此描述：
[0206] 2. DVVL系统使能技术
[0207] 用于该系统中的一些技术以不同的应用具有多种用途，它们在此被描述为在此公 开的DVVL系统的部件。这些包括：
[0208] 2. 1油压控制阀（OCV)和油压控制阀组件
[0209] 现在参见图7-9, OCV是一种控制装置，它引导或不引导加压液压流体以引发摇臂 1〇〇在高升程模式和低升程模式之间切换。OVC的致动和停止（使之不活动）通过控制装置 信号866引发。一个或多个OVC可以包装在一个模块中以形成组件。在一个实施方式中， OVC组件820包括包装在一起的两个螺线管型0VC。在这个实施方式中，控制装置提供信号 866到OVC组件820,引发该组件提供高压（在实施方式中，至少2巴的油压）或低压（在 实施方式中，0.2-0. 4巴）油至油压控制通道（廊道）802、803,以使切换摇臂100处于低升 程或高升程模式，分别如图8和9所示。这种OCV组件820实施方式的进一步描述包含在 以下段落中。
[0210] 2. 2双供给液压间隙调节器（DFHLA)
[0211] 一些液压间隙调节装置的存在是为了保持发动机中的间隙。对于DVVL切换摇臂 100(图4)，需要传统的间隙管理，但传统HLA装置不足以为切换提供必须的油流需求、经受 在运行期间由组件100施加的相关侧面负载以及装配到受限制的包装空间。描述了一种与 切换摇臂100-起使用的紧凑双供给液压间隙调节器（DFHLA)，它具有用以提供低消耗的 优化油流压力的一系列参数和形状以及用以管理侧面负载的一系列参数和形状。
[0212] 如图10所示，球柱塞端601装配在球座502中，该球座在所有方向上允许自由旋 转。在某些运行模式中这允许球柱塞端601的侧面和可能的不对称负载，例如当从高升程 到低升程切换时或反之亦然。与用于HLA装置的典型球端柱塞相比，DFHLA110球柱塞端 601由更薄的材料构建以经受侧面负载，图11中示出柱塞厚度510。
[0213] 为球柱塞端601选择的材料还可以具有更高许用动力应力负载，例如铬钒合金。
[0214] DFHLAl 10中的液压流动路径设计为高流动和低压降，以确保恒定液压切换和减小 的泵送损耗。如图11中所示，DFHLA安装在发动机中的尺寸设计成密封外表面511的圆柱 容纳座中。圆柱容纳座结合第一油流通道504以形成具有特定截面区域的闭合流体路径。
[0215] 如图11中所示，优选实施方式包括四个油流口 506(只示出两个），它们以等间距 方式围绕第一油流通道504的基部布置。此外,两个第二油流通道508以等间距方式围绕 球柱塞端601布置，并且通过油流口 506流体连通第一油流通道504。油流口 506和第一油 流通道504的尺寸设计成具有特定区域（面积），并且围绕DFHLAl 10的体部隔开，以确保从 第一油流通道504到第三油流通道509的均匀油液流动并且使压降最小化。第三油流通道 509的尺寸设计成联合从多个第二油流通道508来的油流。
[0216] 2. 3类金刚石碳涂层（DLCC)
[0217] 描述一种类金刚石碳涂层（DLCC)涂覆，该涂覆可以降低已处理部分之间的摩擦， 并且同时提供必要的耐磨和负载特性。已知类似的涂覆材料和方法，当与VVA系统一起使 用时它们都不足以满足一些需求。例如，1)足够的硬度，2)具有适合的负荷承载能力，3)在 运行环境中化学稳定，4)应用于温度不超过部件退火温度的工艺中，5)满足发动机寿命需 求，和6)相比于钢界面上的钢提供降低的摩擦。
[0218] 描述一种满足上述需求的独特的DLC涂层工艺。选择的DLC涂层来自含氢非晶碳 或类似材料。DLC涂层包括图12所示的数个层。
[0219] 1.第一层是铬附着层701，它作为金属接收表面700和下一层702之间的结合剂。
[0220] 2.第二层702是氮化铬，它为基体金属接收表面700和DLC涂层之间的界面增加 了延展性。
[0221] 3.第三层703是碳化铬和含氢非晶碳的组合，它使DLC涂层结合到氮化铬层702。
[0222] 4.第四层704包括含氢非晶碳，它提供硬质功能磨损界面。
[0223] 层701-704的组合厚度在2-6微米之间。DLC涂层不能直接施加到金属接收表面 700。为了满足耐久性需求并且为了第一铬附着层701适当附着到金属接收表面700,向基 体接收表面700机械地施加非常专门的表面精整（抛光）。
[0224] 2. 4感应和测量
[0225] 可使用利用传感器进行的信息采集来核实切换模式、识别错误条件或提供所分析 并用于切换逻辑和正时的信息。以下描述可被使用的一些传感装置。
[0226] 2. 4. 1双供给液压间隙调节器（DFHLA)移动
[0227] 可变气门致动器（VVA)技术设计为在发动机运行期间使用切换装置例如DVVL切 换摇臂或停缸（CDA)摇臂改变气门升程曲线。当使用这些装置时，气门升程的状态是确认 成功的切换操作或检测错误条件/故障的重要信息。
[0228] 使用DFHLA在采用切换摇臂组件例如DCA或DVVL的VVA系统中管理间隙和为切 换供给液压流液体。如图10的截面图所示，对DVVL摇臂组件100的常规间隙调整（详细 说明在以下段落中）使得球柱塞601在高升程以及低升程操作期间保持与内臂122容纳座 接触。球柱塞601设计为当负载在高升程状态和低升程状态之间变化时根据需要移动。图 13中与已知运行状态对比的移动的测量结果514可以确定间隙位置状态。在一个实施方式 中，非接触开关513位于HLA外体部和球柱塞圆柱体部之间。第二示例可以包括霍尔效应 传感器，该霍尔效应传感器安装成允许测量由某些移动514产生的磁场变化。
[0229] 2. 4. 2气门杆移动
[0230] 可变气门致动器（VVA)技术设计为在发动机运行期间使用切换装置例如DVVL切 换摇臂改变气门升程曲线。气门升程的状态是确认成功的切换操作或检测错误条件/故 障的重要信息。为了此功能可使用气门杆位置和相对移动传感器。
[0231] 图14、14A中示出监测VVA切换的状态以及确定是否出现切换故障的一个实施方 式。根据本实用新型教导的一个方面，线性可变差动变换器（LVDT)型转换器可以将它所机 械耦接的气门872的直线运动转换为对应电信号。LVDT线性位置传感器容易获得，它可以 测量小到百万分之几英寸到几英寸的移动。
[0232] 图14A示出安装在气门杆引导件871中的典型LVDT的部件。LVDT内部结构包括 初级线圈（绕组）899,该初级线圈处于一对相同缠绕的二级线圈897、898之间。在实施方 式中，线圈897、898、899缠绕在形成于气门引导件体部871中的中空凹陷中，该中空凹陷由 薄壁段878、第一端壁895和第二端壁896界定。在这个实施方式中，气门引导件体部871 是位置固定的。
[0233] 现在参见图14、14A和14B，该LVDT装置的活动元件是独立的可透磁材料的管状衔 铁，也称为芯体873。在实施方式中，芯体873使用任何适当的方法和加工材料例如铁制造 成气门872杆。
[0234] 芯体873在初级线圈899和二级线圈897、898内部轴向自由移动，并且机械地耦 接到气门872,该气门的位置被测量。芯体873和气门引导件871在孔内没有物理接触。
[0235] 在操作中，LVDT的初级线圈899被施加适当幅度和频率的交变电流来供能，已知 为初级激励。由此产生的磁通量通过芯体873耦合到相邻的二级线圈897和898。
[0236] 如图14A中所示，如果芯体873位于二级线圈897、898之间的中途，则相等的磁通 量耦合到每个二级线圈，使各线圈897、898中感生的电压相等。在该基准中途芯体873位 置-它称为零点，差值电压输出基本是零。
[0237] 芯体873布置成延伸经过线圈899的两端。如图14B所示，如果芯体873移动距 离870以便与线圈898相比更靠近线圈897,则更多磁通量耦合到线圈897并且更少磁通 量耦合到线圈898,从而导致不为零的差值电压。以这种方式测量差值电压可以指示气门 872的移动方向和位置。
[0238] 在图14C和14D所示的第二实施方式中，上述LVDT装置通过去除第二线圈898 (图 14A)而修改。当线圈898去除后，线圈897中感应的电压将会相对于芯体873的端部位置 874改变。在其中已知气门872的移动方向和时机的实施方式中，仅需要一个二级线圈897 来测量移动量。如上所述，气门的芯体873部分可以使用多种方法制作和定位。例如，端部 位置874的焊接可以将镍基非芯体材料接合到铁基芯体材料，使用直径的物理减小来定位 端部位置874以改变特定位置的磁通量，或可以插入铁基材料的坯件并将其定位在端部位 置 874。
[0239] 可以理解，按照公开内容，LVDT传感器部件在一个实例中可以靠近气门引导件 871顶部定位，以允许温度耗散在该点之下。而这个位置可以高于用于气门杆制作的典型焊 接点，焊缝可以移动或如上所述。芯体873相对于二级线圈897的位置与感生多少电压成 比例。
[0240] LVDT传感器的在发动机运行中上述使用具有一些优点，包括1)无摩擦运行-在 正常使用中，LVDT的芯体873和线圈组件之间没有机械接触。无摩擦还导致更长的机械寿 命。2)接近无限的分辨率-由于LVDT以电磁耦合原理在无摩擦结构中运行，因此可以测量 芯体位置的极小变化，仅受限于LVDT信号调节器中的噪音和输出显示的分辨率。该特征还 导致显著的可重复性。3)环境稳健性-用于组装LVDT的材料和构造技术产生稳健、耐用 的传感器，该传感器适于不同的环境条件。线圈897、898、899接合后可以用环氧树脂封装 入气门引导件体部871中，产生较好的防潮和防湿性，同样可以进行较大振动载荷和高振 动水平。此外，该线圈组件可以密封以防油和防腐蚀环境。4)零点可重复性一前文所述， LVDT的零点的位置是非常稳定和可重复的，即使在它的非常宽的操作温度范围内。5)快的 动态响应-常规运行期间摩擦的消失允许LVDT非常快的响应以改变芯体位置。LVDT传感 器的动态响应仅受限于由芯体组件质量导致的较小惯性效应。在多数情况下，LVDT传感系 统的响应由信号调节器的特征决定。6)绝对输出-LVDT是绝对输出装置，而不是增量输出 装置。这意味着在能量的损失的情况下，从LVDT输出的位置数据不会丢失。当测量系统 重启时，LVDT的输出值会和在发生电源断电之前一样。
[0241] 上述气门杆位置传感器使用LVDT型转换器以确定气门杆在发动机运行期间的位 置。传感器可以是任何已知的传感器技术，包括霍尔效应传感器、可以追踪气门杆位置和将 监视位置报道到E⑶的电子、光学和机械传感器。
[0242] 2. 4. 3部件位置/移动
[0243] 可变气门致动（VVA)技术设计为在发动机运行期间使用切换装置例如DVVL切换 摇臂改变气门升程曲线。切换状态的变化还可改变WA组件中组成部件的位置，所述位置 为在组件中的绝对位置或彼此相对的位置。可以设计和实现位置变化测量以监视VVA切换 的状态，并可能地确定是否存在切换故障。
[0244] 现在参考图15-16,示例DVVL切换摇臂组件100可以构造为具有用于测量相对移 动、动作或距离的精密非接触传感器828。
[0245] 在一个实施方式中，移动传感器828靠近第一端101 (图15)，以便针对高升程或低 升程模式评估外臂120相对于已知位置的移动。在这个实施例中，移动传感器828包括围 绕永磁芯体的线圈，并且定位和定向成通过测量当铁材料经过其已知磁场时磁通量的变化 来检测移动。例如，当磁性（铁材料）的外臂系杆875经过位置传感器828的永磁场时，磁 通量密度被调整，包括线圈中的感生AC电压和与对系杆875的接近成比例的电输出。调整 电压被输入到发动机控制单元（ECU)(以下段落中描述），其中处理器使用逻辑和计算起动 摇臂组件10切换操作。在实施方式中，电压输出可以是二进制的，即电压信号的不存在或 存在指示高升程或低升程。
[0246] 可以看到，位置传感器828可以安放成测量摇臂组件100中其他部件的移动。在 第二实施方式中，传感器828可以置于DVVL摇臂组件100(图15)的第二端103以评估内 臂122相对于外臂120的位置。
[0247] 第三实施方式可以放置传感器828以直接评估DVVL摇臂组件100中闩锁200的 位置。闩锁200和传感器828可以在处于卡锁状态（高升程模式）时相对于彼此接合和 固定，并在未卡锁（低升程）操作时分开。
[0248] 也可使用感应传感器来检测移动。传感器877可以是霍尔效应传感器，该传感器 安装成允许测量移动或不移动，例如气门杆112的移动或不移动。
[0249] 2. 4. 4压力特征
[0250] 可变气门致动（VVA)技术设计为在发动机运行期间使用切换装置例如DVVL切换 摇臂改变气门升程曲线。由于闩锁状态是ECU的重要输入-该ECU可以使它执行不同的功 能例如调节燃油/空气混合以增加耗油里程、减少污染或调节怠速和爆振，所以为了正确 控制需要用于确认成功的切换操作或检测错误状况或故障的测量装置或系统。在一些情况 中，为了遵守法规，需要切换状态报告和错误通知。
[0251] 在包括液压致动DVVL系统800的实施方式中-如图6中所示，切换状态的改变提 供有区别的液压切换流体压力特征。由于需要流体压力以产生起动切换的必要液压刚度， 并且由于液压流体路径由具体通道和腔室几何地限定，所以产生可以用于可预期地确定卡 锁或未卡锁状态或切换故障的特征压力特征。可描述一些测量压力并将测量结果与已知且 可接受的运行参数相比较的实施例。可以通过检查数个切换周期上的流体压力或评估持续 数毫秒的单个切换事件而在宏观层面分析压力测量结果。
[0252] 现在参照图6、7和17,示例图表（图17)示出当切换摇臂100以高升程或低升程运 行并在高升程和低升程之间切换时，气缸1随时间的气门升程高度变化882。用于液压切换 系统的对应数据示为相同时间比例（图17)，包括使用压力变换器890测量的上通道802、 803中的油压880,和用于打开和关闭OVC组件820中螺线管阀822、823的电流881。可以 看到，这种宏观层面的分析层面清楚地示出OCV切换电流881、控制压力880和升程882之 间在所有状态运行期间的相互关系。例如，在时间〇. l，〇CV被指令切换，如增大的电流881 所示。当OCV切换时，增大的控制压力880导致高升程向低升程切换事件。当在一个或多 个完整的切换周期上评估操作时，包括OCV和针对摇臂组件100的加压流体输送系统的子 系统的适当操作可被评估。可使用其它独立测量结果例如上述气门杆移动来增强切换故 障的确定。可以看到，这些分析可以针对任何数量的用于控制一个或多个气缸的进气和/ 或排气气门的OCV来执行。
[0253] 使用类似方法，但使用在切换期间在微秒级上测量和分析的数据，可提供足够的 详细控制压力信息（图17A、17B)以独立评估成功的切换或切换故障，而不必直接测量气门 升程或闩锁销移动，在使用该方法的实施例中，通过比较测量压力瞬态和在测试期间发展 的已知运行状态压力瞬态来确定切换状态，并且存入E⑶以用于分析。图17A和17B示出 用于产生在DVVL系统中用于切换摇臂的已知运行压力瞬态的示例测试数据。
[0254] 测试系统包括四个如图3中所示的切换摇臂组件100、OCV组件820 (图3)、两个 上油压控制通道802、803(图6-7)和用以控制控制通道802、803中液压致动流体的温度和 压力的闭合回路系统。每个控制通道以规则的压力提供液压流体以控制两个摇臂组件100。 图17A示出当OCV螺线管阀通电以起动从高升程到低升程状态的切换时的有效单一测试运 行显示数据。安装测量仪器以测量闩锁移动1003、控制通道802、803中的压力880、0CV电 流881、液压流体供给804(图6-7)中的压力1001和闩锁间隙及凸轮间隙。事件的顺序如 下所述：
[0255] ? Oms-ECU开启电流881切换以向OCV螺线管阀通电。
[0256] ^lOms-如压力曲线880所示，到OCV螺线管的切换电流881足以将控制通道中的 压力调节变高。
[0257] ? 10-13ms_随着液压流体从供给804 (图6-7)流入上控制通道802、803,供给压力 曲线1001减小到由OCV调节的压力以下。作为响应，压力880在控制通道802、803中快速 增加。如闩锁销移动曲线1003所示，闩锁销开始移动。
[0258] .13-151118-当流体稳定时供给压力曲线1001回到稳定未调节状态。控制通道802、 803中的压力880增大到通过OCV调节的更高压力。
[0259] ? 15-20ms-当加压液压流体推动闩锁完全回位（闩锁销移动曲线1002)时，在控 制通道802、803中产生压力880增大/减小瞬态，并且在OCV未调节压力下液压流和压力 稳定。压力尖峰1003是这种瞬态的特征。
[0260] ?在12ms和17ms的特定压力瞬态可以参见压力曲线880,该压力曲线与闩锁位置 1002的突然变化重合。
[0261] 图17B示出当OCV螺线管阀失电以起动从低升程到高升程状态切换时的有效单一 测试运行显示数据。事件的顺序如下所述：
[0262] ? Oms-ECU关闭电流881以使OCV螺线管阀失电。
[0263] ? 5ms-0CV螺线管移动足够远以引起已调节的较低压力，液压流体进入控制通道 8〇2、8〇 3中（压力曲线88〇)。
[0264] ? 5-7ms-当OCV调节为更低的压力时，压力通道802、803中的压力如曲线880所 示快速减小。
[0265] ? 7-12ms-当与低压力点1005重合时，压力通道802、803中较低的压力起动闩锁 移动，如闩锁移动曲线1002所示。当闩锁弹簧230(图19)压缩并且移动闩锁接合空间内 的液压流体时压力曲线880瞬态被起动。
[0266] ?U-lSms-当由闩锁销移动曲线1002示出的闩锁销移动完成时，重新引入如压力 曲线880中所示的压力瞬态。
[0267] ? 15-30ms-控制通道802、803中的压力稳定在OCV调节压力下，如压力曲线880 所示。
[0268] ?如上所述，在7-10ms和13-20ms特定压力瞬态可以从压力曲线880中看出，这与 闩锁位置1002的突然变化一致。
[0269] 如前文及以下段落中所述，液压通道、孔、间隙和腔室的固定几何形状构型以及闩 锁弹簧的刚度是可变的，这与用于改变所调节的液压流压力的液压响应和机械切换速度相 关。图17A和17B中的压力曲线880描述了一种在可接受范围内运行的DVVL切换摇臂系 统。在运行中，压力增大或减小的特定速率（曲线斜率）是以上述事件的时间为特征的适 当运行特征。错误状况的例子包括：压力事件的时间位移示出闩锁响应时间的缓慢恶化，事 件发生速率的变化（压力曲线斜率变化），或压力事件幅度的整个减小。例如，在15-20ms 时段中低于预期压力增加表示闩锁没有完全缩回，可能导致危急的转变。
[0270] 这些实施例中的测试数据以50psi的油压和70摄氏度的油温测量。不同运行环 境中的一系列测试可以提供特征曲线的数据库，以便被ECU用于切换诊断。
[0271] 下面描述使用压力测量结果来诊断切换状态的附加实施例。如图3所示的 DFHLA110用于既管理间隙又供给液压流体，该液压流体用于致动使用切换摇臂组件例如 CDA或DVVL的VVA系统。如图52的截面图所示，用于DVVL摇臂组件100的常规间隙调整 使得球柱塞601在高升程和低升程运行期间保持与内臂组件622的容纳座接触。当完全组 装在发动机中时，DFHLA110处在固定位置，同时内摇臂组件622存在围绕球头接触点611的 旋转运动。当在高升程和低升程状态之间切换时，内摇臂组件622的旋转运动和球柱塞负 载615在大小上变化。球柱塞601设计为当负载和移动变化时补偿移动。
[0272] 当下控制通道805连通下口 512和腔室905 (图11)时，由该下控制通道中的液压 流体压力提供用于球柱塞负载615的补偿力。如图6-7中所示，处于未调节压力的液压流 体从发动机气缸盖通入下控制通道805中。
[0273] 在实施方式中，压力转换器置于液压通道805中，该液压通道供给DFHLA110的间 隙调整器部件。压力转换器可以用于监视液压通道805中的瞬态压力变化，该液压通道当 从高升程状态向低升程状态转变或从低升程状态向高升程状态转变时供给间隙调整器。通 过当从一种模式切换到另一种模式时监视压力特征，可以当可变气门致动系统在任何一 个位置发生故障时检测该系统。压力特征曲线-在实施例中图示为压力相对于毫秒的时 间-提供包括幅度、斜率和/或其他参数的特性形状。
[0274] 例如，图17C示出进气气门升程型线曲线814、816相对于毫秒的时间的图表，加上 液压通道压力曲线1005U005相对于相同时间比例的图表。压力曲线1006和气门升程型 线曲线816对应于低升程状态，并且压力曲线1005和气门升程型线曲线814对应于高升程 状态。
[0275] 在稳定状态操作期间，压力特征曲线1005、1006存在周期性特点，具有当DFHLA补 偿交替球柱塞负载615时导致的独特峰值1007、1008,所述交替球柱塞负载是当凸轮向下 推动摇臂组件以压缩气门弹簧（图3)并且随着气门弹簧延伸以关闭气门而提供气门升程 时以及当凸轮在没有升程产生的基圆上时形成的。如图17C所示，瞬态压力峰值1006U007 分别对应于低升程和高升程型线816、814的顶点。当液压系统压力稳定时，恢复稳态压力 特征曲线1005、1006。
[0276] 如前文和以下段落中所述，DFHLA液压通道、孔、间隙和腔室的固定几何形状构型 是可变的，这与用于给定液压流体压力和温度的液压响应和压力瞬态相关。图17C中的压 力特征曲线1005、1006描述了一种在可接受范围内运行的DVVL切换摇臂系统。在操作中， 压力增大或减小的某些速率（曲线斜率）、顶点压力值和顶点压力相对于最大升程的时间 同样是以切换事件的时间为特征的适当操作的特征。错误状况的例子可以包括压力事件的 时间位移，事件发生比率的变化（压力曲线斜率变化），突然的不期望的压力瞬态或压力事 件幅度的整个减小。
[0277] 不同运行环境中的一系列测试可以提供由ECU用于切换诊断的特征曲线的数据 库。基于系统构型和车辆指令可以使用压力的一个或几个值。所监视的压力轨迹可以与标 准轨迹相比较以确定何时系统出现故障。
[0278] 3.切换控制和逻辑
[0279] 3. 1发动机实施
[0280] 下面描述DVVL液压流体系统，该系统以受控的压力输送发动机油液到图4所示的 DVVL切换摇臂100,该系统可安装在四气缸发动机中型号II气门机构中的进气气门上。在 替代性实施方式中，该液压流体输送系统可以应用于活塞驱动内燃机上进气或排气气门的 任何组合。
[0281] 3. 2通向摇臂组件的液压流体输送系统
[0282] 参考图3、6和7,液压流体系统以受控的压力向DVVL切换摇臂100 (图4)输送发 动机油液。在该布置中，来自气缸盖801的非压力调节发动机油液供给入HLA下供给通道 805。如图3所示，该油液总是与DFHLA的下供给入口 512流体连通，在该处它用于执行正常 的液压间隙调整。从气缸盖801而来的非压力调节发动机油液还供给到油压控制阀组件入 口 821。如前所述，用于该DVVL实施方式的OCV组件820包括两个独立致动的螺线管阀， 该螺线管阀调节来自共同入口 821的油压。从OCV组件820第一控制出口 822而来的液压 流体供给到第一上通道802,从第二控制口 823而来的液压流体供给到第二上通道803。第 一 OCV针对气缸一和二确定升程模式，第二OCV针对气缸三和四确定升程模式。如图18中 所示和以下段落中描述的，OCV组件820中的气门的致动由发动机控制单元825指引，该单 元使用这样的逻辑，该逻辑基于针对特别物理构型、切换窗口和操作条件组所检测和存储 的信息，例如一定数量的气缸和特定的油温。从上通道802、803而来的经压力调节的液压 流体被引入DFHLA上口 506,在该处通过通道509被传递到切换摇臂组件100。如图19中 所示，液压流体通过第一油液通道144连通切换摇臂组件100,并通过第二油液通道146连 通闩锁销组件201，在该处被用于起动高升程和低升程状态之间的切换。
[0283] 清除上通道802、803中积累的空气对在压力上升时段保持液压刚度和最小化振 动是很重要的。压力上升时间直接影响切换操作期间的闩锁移动时间。图6中所示的被动 式放气口 832、833添加到上通道802、803中的高点，以将积累的空气排放入气门盖下方的 气缸盖空气空间。
[0284] 3. 2. 1用于低升程模式的液压流体输送
[0285] 现在参见图8, DVVL系统设计为在低升程模式中从怠速运行到3500rpm。摇臂组 件100和三凸角凸轮102的截面图显示低升程运行。图8和19中示出的组件的主要部件 包括内臂122、滚柱轴承128、外臂120、滑块130、132、闩锁200、闩锁弹簧230、枢转轴118 和空转扭力弹簧（lost motion torsion spring) 134、136。对于低升程运行，当OCV组件 820中的螺线管阀通电时，彡2. 0巴的未调节油压经过控制通道802、803和DFHLA110供给 到切换摇臂组件100。该压力导致闩锁200缩回，解锁内臂122和外臂120,并且允许它们 独立移动。高升程凸轮轴凸角104、106 (图3)保持接触外臂120上的滑块130、132。这通 常称作空转。由于低升程凸轮型线816(图5)用于早期气门关闭，切换摇臂组件100必须 设计成吸收从高升程凸轮轴凸角104、106 (图3)而来的所有动作。从空转扭力弹簧134、 136 (图15)而来的力确保外臂120与高升程凸角104、106 (图3)保持接触。低升程凸角 108 (图3)接触内臂122上的滚柱轴承128,在每个低升程早期气门关闭型线816 (图5)气 门被打开。
[0286] 3. 2. 2用于高升程模式的液压流体输送
[0287] 参照图9，DVVL系统设计为在高升程模式中从怠速至7300rpm运行。摇臂组件100 和三凸角凸轮102的截面图显示高升程运行。组件的主要部件示出在图9和19中，包括内 臂122、滚柱轴承128、外臂120、滑块130、132、闩锁200、闩锁弹簧230、枢转轴118和空转 扭力弹簧134、136。
[0288] OCV组件820中的螺线管阀失电以能够高升程运行。闩锁弹簧230使闩锁200伸 出，锁闭内臂122和外臂120。被锁闭的臂类似固定摇臂起作用。对称的高升程凸角104、 106 (图3)接触外臂120上的滑块130 (132没有示出），使内臂122围绕DFHLA100球端601 旋转，并在每个高升程型线814(图5)打开气门112(图4)。在这段时间内，从0.2-0. 4巴 的已调节油压被经过控制通道802、803供给到切换摇臂100。维持在0. 2-0. 4巴的油压保 持油液通道充满但不使闩锁200缩回。
[0289] 在高升程模式中，DFHLA的双供给功能对确保气门机构在最大发动机速度下的适 当间隙补偿是重要的。图9中的下通道805使气缸盖油压连通到下DFHLA 口 512 (图11)。 DFHLA的下部部分设计作为正常液压间隙补偿机构。DFHLA110机构设计为确保液压具有足 够压力，以避免充气并保持在所有发动机速度下充满油液。在该系统中保持液压刚度和适 当的气门功能。
[0290] 图20的表格概述了高升程和低升程模式中的压力状态。还示出了从摇臂组件切 换功能到DFHLA正常间隙补偿功能的液压分离。在高升程模式（闩锁伸出并接合）中发动 机被起动，由于这是默认模式。
[0291] 3. 3运行参数
[0292] 运行DVVL系统中的一个重要因素是从高升程模式向低升程模式切换的可靠控 制。DVVL气门致动系统仅可以在预定窗口的时间内在模式之间切换。如上所述，从高升程 模式向低升程模式切换和相反操作由来自使用逻辑的发动机控制单元（ECU) 825 (图18)的 信号起动，该逻辑分析存储的信息，例如用于特定物理构型的切换窗口、存储运行条件和由 传感器收集的处理数据。切换窗口时长通过DVVL系统物理构型确定，包括气缸数量、由单 个OCV控制的气缸数量、气缸升程时长、发动机转速和液压控制及机械系统中固有的闩锁 响应时间。
[0293] 3. 3. 1收集的数据
[0294] 实时传感器信息包括来自任何数量传感器的输入，如图6所不的不例DVVL系统 800。传感器可以包括1)气门杆位移829,它如上文所述的在一个实施方式中使用线性可变 差动变换器（LVDT)测量，2)使用霍尔效应传感器或运动检测器的动作/位置828和闩锁位 置827, 3)使用接近开关、霍尔效应传感器或其他装置的DFHLA位移826,4)油压830, 5)油 温890。凸轮轴旋转位置和速度可以直接收集或从发动机转速传感器推断。
[0295] 在液压致动的VVA系统中，油温影响用于在系统中切换的液压系统的刚度，例如 CDA和VVL。如果油温过冷，它的粘度减慢切换时间，导致故障。这种关系在图21-22中针 对示例DVVL切换摇臂系统示出。准确的油温提供最准确的信息，该油温取自图6中所示的 传感器890,该传感器靠近使用点而不是发动机油液曲轴箱。在一个实施例中，VVA系统中 的在油压控制阀（OCV)附近监视的油温必须大于或等于20摄氏度，以便以需要的液压刚度 起动低升程（未卡锁）操作。测量结果可以取自任何数量的市场上可买到的部件，例如热 电偶。油压控制阀在2010年4月15日公开的美国专利申请US2010/0089347和2010年1 月28日公开的US2010/0018482中被进一步描述，这两个文献在此整体纳入参考。
[0296] 传感器信息被送到发动机控制单元（E⑶)825以作为实时运行参数（图18)。
[0297] 3. 3. 2储存的信息
[0298] 3. 3. 2. 1切换窗口算法
[0299] 机械切换窗口 ：
[0300] 图4中所示三凸角凸轮的每个凸角的形状包括没有升程产生的基圆部分605、 607、609,用于在升程事件之前产生机械间隙的过渡部分，和使气门112移动的升程部分。 对于安装在系统800(图6)中的示例DVVL切换摇臂100,当闩锁上没有阻止其运动的负载 时，高升程和低升程之间的切换可以仅发生在基圆运行期间。在以下段落中对该机构进一 步描述。基圆运行的无升程部分863在图5中图示出。DVVL系统800在油温为20°C及以 上以3500发动机rpm以内的速度在单次凸轮轴转动中切换。在正时窗口或预定油液条件 之外的切换可能导致危急的转换事件，该事件为当气门致动器切换部件或发动机气门上的 负载高于结构设计的切换承受能力时，在发动机周期的某点时发动机气门位置的转变。危 急的转换事件可能导致气门机构和/或其他发动机部件的损坏。切换窗口可以进一步定义 为改变在控制通道中的压力和从伸出到缩回位置移动闩锁和相反操作时所需的凸轮轴曲 柄角的持续时间。
[0301] 如前所述和图7所示，DVVL系统具有单个OCV组件820,该组件包括两个独立控 制的螺线管阀。第一阀控制第一上通道802压力和为气缸一和二确定升程模式。第二阀控 制第二上通道803压力和为气缸三和四确定升程模式。图23相对于用于气缸起动顺序为 (2-1-3-4)的直列四气缸发动机的凸轮轴角示出用于这种OCV组件820 (图3)构型的进气 气门正时（升程顺序）。气缸二851、气缸一 852、气缸三853和气缸四854的高升程进气气 门型线在图示顶部示出为升程与曲柄角度的比。对应气缸的气门升程时间绘制在下部中作 为升程时间区域855、856、867和858升程与曲柄角度的比。还示出用于个体气缸的无升程 基圆运行区域863。前述切换窗口必须确定为在一个凸轮轴转动中移动闩锁，其中每个OCV 构造为一次控制两个气缸。
[0302] 机械切换窗口可以通过熟悉和改进闩锁移动被优化。参照图24-25,切换摇臂组件 100的机械构型提供两个允许增大有效切换窗口的不同状况。称为高升程闩锁限制的第一 状况当通过为打开气门112而施加的载荷将闩锁200锁闭就位时在高升程模式中发生。称 为低升程闩锁限制的第二状况当外臂120阻止闩锁200延伸到外臂120以下时在未卡锁 低升程模式中发生。这些状况描述如下：
[0303] 高升程闩锁限制：
[0304] 图24示出其中闩锁200接合外臂120的高升程事件。当气门克服由气门弹簧114 施加的力而打开时，闩锁200将力从内臂122传递到外臂120。当弹簧114力通过闩锁传递 时，闩锁200变为锁闭在伸出位置。在这种情况下，当试图从高升程模式切换到低升程模式 时，由切换OCV施加的液压压力不足以克服锁闭闩锁200的力，从而防止该闩锁缩回。这种 情况通过在高升程事件结束和卸载闩锁200的基圆863 (图23)操作开始之前允许施加压 力来扩大总的切换窗口。当力在闩锁200上释放时，切换事件可以立即开始。
[0305] 低升程闩锁限制：
[0306] 图25示出其中闩锁200缩回到低升程模式中的低升程操作。在事件的升程部分 中，外臂120阻止闩锁200,防止其伸出，即使OCV切换，液压流体压力降低以回到高升程卡 锁状态。这种状况通过在高升程事件结束和基圆863 (图23)操作开始之前允许释放压力 来扩大总的切换窗口。一旦到达基圆，闩锁弹簧230可以使闩锁200延伸。通过在基圆之 前释放压力来增加总的切换窗口。当凸轮轴旋转到基圆时，切换可以立即开始。
[0307] 图26描述与图23所示相同的信息，但还叠加了在低升程和高升程状态间转换期 间机械切换过程完成每个步骤需要的时间。这些步骤代表切换摇臂组件中固有的机械切换 的元件。如图23所示，发动机的起动顺序显示在上部并对应于参照气缸二沿着进气气门型 线851、852、853、854的曲柄角度。在进气凸轮凸角处于基圆863上时闩锁200必须被移动 (被称为机械切换窗口）。由于OCV组件820中每个螺线管阀控制两个气缸，切换窗口必须 定时以在它们的基圆上时接受两个气缸。气缸二在285度曲柄角回到基圆。闩锁在气缸二 的下一个升程之前通过690曲柄角度必须完成移动。相似的，气缸一在465度回到基圆并 且必须通过150度完成切换。可以看到，气缸一和二的切换窗口略微不同。可以看到，第一 OCV电触发器在气缸一进气升程事件之前起动切换，第二OCV电触发器在气缸四进气升程 事件之前起动。
[0308] 进行最坏情况分析以定义在图26中最大切换速度为3500rpm的切换时间。注意 发动机可以在更高的7300rpm速度下运行，然而，在3500rpm以上不允许模式切换。气缸二 的总切换窗口为26毫秒，并且分为两部分：7毫秒高升程/低升程闩锁限制时间861，和19 毫秒机械切换时间864。10毫秒机械响应时间862对所有气缸是一致的。15毫秒闩锁限制 时间861对气缸一来说太长，因为在气缸一的进气升程事件时OCV切换被起动，并且闩锁被 限制移动。
[0309] 一些机械和液压制约因素必须适合以满足总切换窗口。首先，必须避免由在下一 个进气升程事件开始之前未完成的切换引起的临界转变860。其次，试验数据显示，在最低 限度发动机油温20°C下移动闩锁的最大切换时间为10毫秒。如图26所示，有19毫秒可用 于基圆上的机械切换864。由于所有测试数据都显示切换机械响应862会在前10毫秒中发 生，不需要全部19毫秒的机械切换时间864。机械和液压制约因素的组合定义了 17毫秒的 最坏情况切换时间，它包括闩锁限制时间861加上闩锁机械响应时间862。
[0310] DVVL切换摇臂系统设计为具有裕度以便在9毫秒裕度完成切换。此外，9毫秒裕 度可以允许高于3500rpm的速度下的模式切换。气缸三和四对应于气缸一和二的相同切换 时间，不同的是图26所示的阶段。由于从OCV通电到控制通道油压开始改变的时间保持可 预测，尽管E⑶可以容易地校准以考虑此变量，但致动OCV组件中螺线管阀所需的电切换时 间不计入这次分析。
[0311] 如图4和25A，如果凸轮轴旋转和闩锁200移动正时与在一个边缘加载闩锁 200-其中它仅部分接合在外臂120上-的正时一致，则可能产生临界转换。一旦高升程事 件开始，闩锁200可以滑动并且与外臂120脱离接合。当这样发生时，由气门弹簧114的力 加速的内臂122导致在滚柱轴承128和低升程凸轮凸角108之间的冲击。临界转换是不被 期望的，因为它会导致摇臂组件100和气门运动的瞬间失控以及对系统的冲击。DDVL切换 摇臂设计成满足值得发生临界切换的寿命。
[0312] 3. 3. 2. 2存储的运行参数
[0313] 运行参数包括存储的信息，该信息被ECU825(图18)用于切换逻辑控制，并基于以 下段落描述的扩展测试期间收集的数据。描述已知运行数据的一些例子：在实施例中，1) 从高升程状态向低升程状态切换需要20摄氏度的最小油温，2)大于2巴的最小油压应该 存在于发动机底壳以用于切换操作，3)闩锁响应切换时间根据图21-22绘制数据随油温变 化，4)如图17所示和前文所述，由液压切换操作导致的可预计压力变化发生在上通道802、 803 (图6)中并由压力传感器890确定，5)如图5所不和前文所述，相对于曲柄角度（时 间）并基于升程型线814、816的已知气门移动可以被预设并存储。
[0314] 3. 3控制逻辑
[0315] 如上所示，DVVL切换可以仅发生在一定运行条件下的小预定窗口时间期间，在正 时窗口之外切换DVVL系统可能导致临界转换事件，该事件可导致气门机构和/或其他发动 机部件损坏。由于发动机状况例如油压、温度、排放和负载可能快速变化，可使用高速处理 器来分析实时状况，将它们和已知运行参数比较来表征工作系统，根据结果以确定何时切 换，并且发送切换信号。这些操作可以每秒进行数百或数千次。在实施方式中，这种计算功 能可以由专用处理器或由称为发动机控制单元（ECU)的现有的多功能汽车控制系统进行。 典型ECU具有用于模拟和数字数据的输入段，包括微处理器、可编程存储器和随机存储器 的处理段，以及可能包括继电器、开关和警示灯致动的输出段。
[0316] 在一个实施方式中，图6和18中所的发动机控制单兀（ECU) 825从多个传感器 接收输入，例如气门杆位移829、动作/位置828、闩锁位置827、DFHLA移动826、油压830和 油温890。诸如对给定发动机速度允许的运行温度和压力（图20)和切换窗口（图26并且 在其他段中所述）的数据存储在存储器中。实时收集的信息随后与存储的信息对比并且分 析以便为E⑶825切换正时和控制提供逻辑。
[0317] 在输入被分析以后，控制信号通过E⑶825输出到0CV820以初始化切换操作，这可 以定时以避免临界转换同时满足发动机性能目标，例如提高燃油经济性和降低排放。如果 需要，E⑶825还提醒驾驶员错误状况。
[0318] 4. DVVL切换摇臂组件
[0319] 4.1组件说明
[0320] 公开了一种切换摇臂，它由加压流体液压地致动并用于接合凸轮。外臂和内臂配 置为传输动作到内燃机的气门。闩锁机构包括闩锁、套管和定向构件。套管接合闩锁和内 臂中的孔，并且还为定向构件提供开口，该定向构件用于为闩锁相对于套管和内臂提供正 确的定向。套管、闩锁和内臂具有用于确定闩锁的最佳定向的参考标记。
[0321] 示例切换摇臂100可以在运行期间构造成与如图4所示的三凸角凸轮10-起。可 替代的，相似摇臂实施方式可以构造为与诸如两凸角凸轮的其他凸轮设计一起工作。切换 摇臂100与用于保持液压间隙调整的机构和用于供给液压切换流体到内臂122的机构一起 构造。在实施方式中，双供给液压间隙调节器（DFHLA) 110执行两种功能。气门112、弹簧 114和弹簧保持器116也同样与组件一起配置。凸轮102具有第一和第二高升程凸角104、 106和低升程凸角108。切换摇臂具有外臂120和内臂122,如图27所示。在运行期间，高升 程凸角104、106接触外臂120,而低升程凸角接触内臂122。凸角导致外臂120和内臂122 的周期性向下运动。向下的动作通过内臂122传递到气门112,从而打开气门。摇臂100在 高升程模式和低升程模式之间可切换。在高升程模式，外臂120卡锁到内臂122。在发动机 运行期间，高升程凸角周期性地向下推动外臂120。由于外臂120卡锁到内臂122,高升程 动作从外臂120传送到内臂122并且进一步到气门112。当摇臂100在其低升程模式中时， 外臂120未卡锁到内臂122,因此由外臂120呈现的高升程运动未传递到内臂122。取而代 之，低升程凸角接触外臂120并且产生传递到气门112的低升程动作。当从内臂122解锁 时，外臂120围绕轴118枢转，但是不传递动作到气门112。
[0322] 图27示出示例切换摇臂100的透视图。切换摇臂100仅以示例方式给出，可以理 解，本公开主题的切换摇臂100的构型不限于在此图中所示的切换摇臂100的构型。
[0323] 如图27中所示，切换摇臂100包括具有第一外侧臂124和第二外侧臂126的外臂 120。内臂122置于第一外侧臂124和第二外侧臂126之间。内臂122和外臂120都安装 在枢转轴118上，该枢转轴邻近摇臂100的第一端101，它将内臂122固定到外臂120,同时 还允许内臂122相对于外臂120围绕枢转轴118的旋转自由度。除了具有安装到外臂120 和内臂122上的独立枢转轴118的所示实施方式外，枢转轴118可以是外臂120或内臂122 的一部分。
[0324] 图27中所示摇臂100具有滚柱轴承128,该滚柱轴承构造为接合三凸角凸轮的中 心低升程凸角。外臂120的第一和第二滑块130、132构造为接合图4所示第一和第二高升 程凸角104、106。第一和第二扭力弹簧134、136功能为在被高升程凸角104、106移位后向 上偏压外臂120。该摇臂设计提供弹簧过大扭矩特征。
[0325] 外臂的第一和第二超程限制器140U42防止扭力弹簧134U36的过度卷绕，并限 制弹簧134、136上的过度应力。当低升程模式中外臂120达到其最大旋转时，超程限制器 140、142在第一和第二油道144、146上接触内臂122。在该点，超程限制器140、142和油道 144U46之间的干涉阻止外臂120的任何进一步向下旋转。图28表示摇臂100的顶视图。 如图28所示，超程限制器140、142从外臂120向内壁122伸出以与内壁122的油道144、 146重叠，由此确保超程限制器140、142和油道144、146之间的干涉。如图29所示，该图示 出沿线29-29截取的截面图，限制器140的接触表面143的轮廓设计成匹配油道144的截 面形状。这在限制器140、142与油道144、146接触时有助于力的平均分布。
[0326] 当外臂120如上所述在低升程模式中到达其最大旋转，在图15中示出的闩锁停止 件90防止闩锁伸出以及不正确的锁闭。此特征可以构造为根据需要、适合于外臂120的 形状。
[0327] 图27示出从摇臂组件100上方看去的透视图，其中示出根据本申请教导的一个实 施方式的扭力弹簧134、136。图28是图27的摇臂组件100的平面视图。这种设计示出了 具有扭力弹簧134、136的摇臂组件100,扭力弹簧134、136各自围绕轴118卷绕。
[0328] 切换摇臂组件100必须足够紧凑以装配在有限的发动机空间中而不牺牲性能或 耐久性。由其尺寸满足该设计的力矩需求的圆形金属丝卷绕的传统扭力弹簧在一些实施方 式中太宽而不能装配在外臂120和内壁122之间允许的弹簧空间121内，如图28所示。
[0329] 4. 2扭力弹簧
[0330] 现在描述扭力弹簧134、136的设计和制造工艺，它形成具有由选择的结构材料制 成的大致矩形的金属丝的紧凑设计。
[0331] 现在参照图15、28、30A和30B，扭力弹簧134、136由大致梯形的金属丝397构造。 该梯形形状设计为当卷绕加工期间施加力时允许金属丝397变形为大致矩形形状。扭力 弹簧134、136被卷绕之后，生成金属丝的形状可以描述为类似于具有大致矩形截面的第一 金属丝396。图28中沿着线8的截面示出两个扭力弹簧134、136实施方式，在截面中描述 为多个线圈398、399。在优选实施方式中，金属丝396具有矩形截面形状，它具有两个伸长 侦牝在此表示为坚直侧402、404和底部403。线卷的坚直侧402和坚直侧403的平均长度 与顶部401和底部403的平均长度比值可以是小于1的任何值。这种比率沿着线卷弯曲轴 线400比由直径等于线卷398的顶部401和底部403平均长度的圆形金属丝卷绕的弹簧线 圈产生更大刚度。在替代性实施方式中，截面金属丝形状为具有较大上部401和较小底部 403的大致梯形的形状。
[0332] 在这种构型中，当线卷被卷绕时，每个线卷的伸长侧402抵靠前一个线卷的伸长 侧402,从而使扭力弹簧134、136保持稳定。上述形状和设置保持所有线卷在坚直位置，防 止它们在压力下时相互越过或形成角度。
[0333] 当摇臂组件100运行时，大致矩形或梯形的扭力弹簧134、136-当它们如图30A、 30B和图19所示围绕轴400弯曲时一产生高的部件应力，特别是在上部表面401的拉伸应 力。
[0334] 为满足耐久性要求，材料和技术的组合一起被应用。例如，扭力弹簧134U36可以 由包括铬钒合金钢的材料制成，采用这种设计以改善强度和耐久性。
[0335] 扭力弹簧134U36可被加热并快速冷却以回火所述弹簧。这降低了剩余应力。
[0336] 用弹射体冲击制造扭力弹簧134、136所用的金属丝396、397的表面，或"喷丸加工 (shot peening)"以将残余压缩应力加入金属丝396、397的表面。金属丝396、397随后卷 绕成扭力弹簧134、136。由于它们被喷丸加工，制造出的扭力弹簧134U36可以比由未进行 喷丸处理的同样弹簧承受更大的拉伸应力。
[0337] 4. 3扭力弹簧座
[0338] 切换摇臂组件100可以足够紧凑以便对周围结构有最小影响地装配在有限的发 动机空间内。
[0339] 切换摇臂100提供扭力弹簧座，该扭力弹簧座具有由所述相邻组件形成的保持特 征。
[0340] 参照图27、19、28和31，如图31所示，外臂120和内臂122的组件形成弹簧座119。 该座包括对图19中的扭力弹簧134U36的端部的整体保持特征119。
[0341] 扭力弹簧134U36可以沿着枢转轴118的轴线自由移动。当完全组装时，内臂122 上的第一和第二凸耳405、406分别保持扭力弹簧134U36的内端409、410。外臂120上的 第一和第二超程限制器140U42组装为防止旋转并且分别保持扭力弹簧134U36的外端 407、408,而没有过度的约束或增加材料和部件。
[0342] 4. 4 外臂
[0343] 外臂120的设计针对运行期间预期的特定载荷优化，而且它对由其他装置施加或 来自其他方向的力矩和弯曲的抵抗可能导致它偏差出其规格。非运行载荷的示例可以是 由处理或机加工导致。夹紧特征或表面构建到部件中，设计为在磨削滑块时辅助夹紧和保 持工艺，当滑块保持部件固定没有变形时需要关键的步骤以保持滑块之间平行。图15示出 另一个摇臂100的透视图。第一夹紧凸耳150从第一滑块130的下面凸出。类似地，第二夹 紧凸耳（未示出）位于第二滑块132的下面。在制造过程中，在磨削滑块130U32期间通 过夹具接合夹紧凸耳150。作用力施加到夹紧凸耳150,该力将外臂120限制在适当位置， 就像作为摇臂组件100的一部分的组装状态。磨削这些表面需要滑块130、132保持相互平 行并且外臂120不变形。在夹紧凸耳150处的夹紧防止在其他夹紧设置之下时可能发生在 外臂120的变形。例如，在夹紧凸耳150处夹紧，优选整体夹紧到外臂120,有助于消除在夹 紧时互相挤压外端臂124U26产生的任何机械压力。在另一个实施例中，夹紧凸耳150的 位置直接在滑块130、132之下，导致在外臂120上由研磨机接触力产生的力矩几乎为零至 最小力矩。在某些应用中，可能需要在外臂120中的其它部分施加压力，以便最小化变形。
[0344] 4. OTVVL组件运行
[0345] 图19示出图27和15的切换摇臂100的分解图。参照图19和28,当组装时，滚柱 轴承128是针滚式组件129的一部分，针滚式组件129可以具有安装在滚柱轴承128和滚 轴182之间的针180。滚轴182通过滚轴通孔183、184安装到内臂122。
[0346] 滚柱组件129用于传送低升程凸轮108的旋转动作到内摇臂122,并且继而传送 动作到未卡锁状态的气门112。枢转轴118在摇臂100的第一端101处通过轴环123安装 到内臂122并通过枢转轴通孔160、162安装到外臂120。外臂120相对于内臂122在未卡 锁状态的空转旋转围绕枢转轴118产生。在这种情况下空转运动表示外臂120相对于内臂 122在未卡锁状态的运动。在未卡锁状态中这种动作不向气门112传递凸轮102的第一和 第二高升程凸角104、106的旋转动作。
[0347] 除滚柱组件129和滑块130、132以外的其他构型也允许从凸轮102传送动作到摇 臂100。例如，光滑不旋转表面（未示出）如滑块130、132可以放在内臂122上以接合低 升程凸角108,滚柱组件可以安装到摇臂100以从高升程凸角104U06传送动作到摇臂100 的外臂120。
[0348] 现在参照图4、19和12,如上所述，示例的切换摇臂100使用三凸角凸轮102。
[0349] 为使设计紧凑，使动态负载尽可能靠近无切换摇臂设计，高升程模式运行期间滑 块130U32用作表面以接触凸轮凸角104、106。滑块在运行期间产生的摩擦比其它设计例 如滚柱轴承多，第一滑块表面130和第一高升程凸角104之间的摩擦，加上第二滑块132和 第二高升程凸角106之间的摩擦，造成发动机效率损失。
[0350] 当摇臂组件100在高升程模式中，气门打开事件的全负载施加到滑块130、132。当 摇臂组件100在低升程模式中，气门打开事件施加到滑块130U32的负载很小，但存在。示 例切换摇臂100的包装约束要求每个滑块130、132的如通过滑块边缘长度710、711与凸轮 凸角104U06接触描述的宽度比大多数现有滑块界面设计更窄。这导致比大多数滑块界面 设计更高的部件负载和压力。摩擦导致对凸轮凸角104U06和滑块130U32的过度磨损， 当结合更高的负载时可能导致部件过早失效。在示例的切换摇臂组件中，例如类金刚石涂 层的涂层用在外臂120上的滑块130、312上。
[0351] 类金刚石涂层（DLC)使示例的切换摇臂100的运行降低摩擦，并且同时为滑块表 面130U32提供必须的磨损和负载特征。可以容易地看出，DLC涂层的优点可以应用于此 组件或其他组件的任何部件表面，例如图19所示外臂120上的枢转轴表面160、162。
[0352] 虽然存在相似的涂层材料和工艺，但它们都不足以满足以下DVVL摇臂组件的需 求：1)足够的硬度，2)具有合适的负荷承载能力，3)在运行环境中化学稳定，4)适合于其 中温度不超过外臂120的退火温度的工艺，5)满足发动机寿命需求，和6)与钢界面上的钢 相比提供减小的摩擦。之前所述的DLC涂层工艺满足以上所列需求，并且应用到滑块表面 130、132,所述滑块表面使用为DLC涂层应用研发的磨轮材料和速度将滑块表面130、132研 磨到最终精度。滑块表面130U32同样被抛光到特定的表面粗糙度，使用几种技术中的一 种，例如蒸汽珩磨或微粒喷砂。
[0353] 4. 5. 1液压流体系统
[0354] 用于摇臂组件100的液压闩锁必须构建为装配到紧凑空间中，满足切换响应时间 需求和最小化油泵送损耗。油液在受控的压力下沿着流体路径被引导，并且以提供起动闩 锁销切换所需力和速度的方式应用受控的体积。液压通道需要特定的间隙和尺寸，以使系 统具有合适的液压刚度和产生的切换响应时间。液压系统的设计必须与包括切换机构例如 偏压弹簧230的其他元件协作。
[0355] 在切换摇臂100中，油液输送经过一系列流体连通腔室并且到达闩锁销组件201， 或任何其他液压致动闩锁销机构。如上所述，液压传动系统从DFHLAl 10中的油流口 506开 始，在该口油液或其他液压流体以受控的压力被引入。可使用切换装置例如螺线管阀调节 压力。在离开球柱塞端部601后，油或其它加压流体被从该单一位置引导经过上述内臂的 第一油液通道144和第二油液通道146,该内臂具有当油液从球座502流过时尺寸为最小化 压力下降的孔-如图10所示，到达图19中的闩锁销组件201。
[0356] 图19中示出用于将内臂122卡锁到外臂120的闩锁销组件201，在所述实施方式 中该闩锁销组件201靠近摇臂组件100的第二端103,该闩锁销组件201示出为包括在高升 程模式中伸出并将内臂122固定到外臂120的闩锁销200。在低升程模式中，闩锁200缩回 到内臂122中，允许外臂120的空转运动。油压用于控制闩锁销200的移动。
[0357] 如图32所示，闩锁销组件的一个实施方式显示，油液通道144、146(图19所示） 与腔室250通过油液开口 280流体连通。
[0358] 视运行模式的需要而定，油液被以一定范围的压力供给到油液开口 280和闩锁销 组件201。
[0359] 如图33可以看出，一旦加压油液被引入到腔室250中，H锁200缩回到孔240中， 允许外臂120相对于内臂122进行空转旋转。油液可以在第一整体圆柱表面205和表面 241之间传输，从第一腔室250到第二腔室420,如图32所示。
[0360] 一些油液通过孔209排出回到发动机，进入内臂122。当偏压弹簧回到卡锁的高升 程状态时，随着该偏压弹簧230的伸展，剩余油液通过液压路径被推回。可以明白，相似的 流动路径可以用于偏压正常未卡锁运行的卡锁机构。
[0361] 通过间隙、公差、孔尺寸、腔室尺寸、弹簧设计和控制油流的相似标准的组合，闩锁 销组件设计管理闩锁销响应时间。例如，闩锁销设计可以包括一些特征，如具有主动液压区 域以在给定压力范围内的公差内运行的双直径销、设计为限制油泵损耗的密封面、或进油 倒角。
[0362] 现在参照图32-34,闩锁200包括在有限空间中提供多种功能的设计特征：
[0363] 1、R锁200使用第一大致圆柱表面205和第二大致圆柱表面206。第一大致圆柱 表面205具有的直径比第二大致圆柱表面206的直径大。当销200和套管210在孔240中 组装在一起，在不使用任何附加部件的情况下形成腔室250。注意的是，这个空间与油液开 口 280流体连通。另外，加压表面422的区域一结合所传递的油压一可被控制以提供必须 的力，以便使销200移动、压缩偏压弹簧230并且切换到低升程模式（未卡锁）。
[0364] 2、第一大致圆柱表面205和相邻孔壁241之间的空间用于使从腔室250流入第二 腔室420的油液量最小化。当油液在第一大致圆柱表面205和表面241之间从腔室250向 第二腔室420输送时，第一大致圆柱表面205和表面241之间的间隙必须被接近地控制以 允许销200自由移动，而没有油液泄露和相关油液泵送损耗。
[0365] 3、包装限制要求沿着销200的移动轴线的距离最小化。在一些运行环境中，现有 的油液密封面424可能不足以控制在第一大致圆柱表面205和表面241之间从腔室250向 第二腔室420输送的油液的流量。一种环形密封表面被描述。当闩锁200缩回时，它在它的 后表面203触碰孔壁208。在一个优选实施方式中，闩锁200的后表面203具有平环形或密 封表面207,该表面大致垂直于第一和第二大致圆柱形孔壁241、242并且平行于孔壁208。 平环形表面207抵靠孔壁208形成密封，这减少了通过密封从腔室250的油液泄漏，该密 封由R锁200的第一大致圆柱形表面205和第一大致圆柱形孔壁241形成。密封表面207 的区域尺寸设计为使由图32所示密封表面207和孔壁208之间的油膜导致的分离阻力最 小，同时保持密封以防止加压油液在密封表面207和孔壁208之间流动并流出孔209。
[0366] 4、在一个闩锁销200的实施方式中，进油表面426,例如倒角部，提供初始加压表 面区域，以允许加快切换起动和克服由加压表面422和套管端427之间的油膜导致的分离 阻力。倒角部的尺寸和角度使切换容易起动，而不会由于正常运行期间发生的油压变化意 外起动。在第二个闩锁销200的实施方式中，一系列城堡状部分428 -如图34所示径向设 置-提供初始加压表面区域，其尺寸设计为允许加快切换起动和克服由加压表面422和套 管端427之间的油膜导致的分离阻力。
[0367] 进油表面426还可以通过降低对加压表面422和套管端427之间分开作用力的需 求来减小切换所需的压力和泵送损耗。这些关系可以表示为对切换响应和泵送损耗的增量 改进。
[0368] 当油液流过先前所述的切换摇臂组件100液压系统时，油压和油流路径区域（面 积）和长度之间的关系大大限制了液压系统的反应时间，这还直接影响了切换响应时间。 例如，如果高压油液以高速度进入较大空间，其速度立刻降低，从而减小其液压反应时间或 强度。这些特别用于操作切换摇臂组件100的关系的范围是可以计算的。一种关系例如可 以描述如下：2巴压力的油液供给到腔室250,在该腔室处油压-被加压表面区域来除-传 递一个力，该力克服偏压弹簧230力，并且在10毫秒内起动从卡锁到未卡锁操作的切换。
[0369] 导致适合的液压强度和响应时间-其中最小化的泵送损耗可以从系统设计变量 计算-的特征关系的范围可以限定如下：
[0370] ?油液通道144、146的内径和从球座502到孔280的长度
[0371] ?孔280直径和长度
[0372] ?加压表面422的面积
[0373] ?腔室250在所有运行状态中的体积
[0374] ?第二腔室420在所有运行状态中的体积
[0375] ?由第一大致圆柱形表面205和表面241间的空间产生的截面面积
[0376] ?密封面424的长度
[0377] ?平环形表面207的面积
[0378] ?孔209的直径
[0379] ?由DFHLAl 10供给的油压
[0380] ?偏压弹簧230的刚度
[0381] ?流动通道504、508、509的截面面积和长度
[0382] ?进油表面426的面积和数量
[0383] ?城堡状部分428的数量和截面面积。
[0384] 前文所述切换摇臂100中液压装置的闩锁响应时间被描述为用于一定范围的条 件，例如：
[0385] 油温：1(TC 到 12(TC
[0386] 油液类型：5w_20weight
[0387] 这些条件导致影响闩锁响应时间的一定范围的油液粘度。
[0388] 4. 5. 2闩锁销机构
[0389] 摇臂组件100的闩锁销机构201提供从高升程到低升程和反之的机械切换方式。 闩锁销机构可以设置为通常处于未卡锁或卡锁状态。可以描述一些优选实施方式。
[0390] 在一个实施方式中，用于将内臂122卡锁到外臂120-可在摇臂100的第二端103 附近看到-的闩锁销组件201在图19中示出，它包括闩锁销200、套管210、定位销220和 闩锁弹簧230。闩锁销组件201设置为在孔240中安装在内臂122的内侧。如下所述，在已 组装的摇臂100中，闩锁200在高升程模式伸出，以便将内臂122固定到外臂120。在低升 程模式，闩锁200缩回到内臂122中，允许外臂120的空转运动。如前文所述，通过第一和 第二油液通道144、146提供切换油压，以控制闩锁200是否卡锁。塞170插入通道孔172 中，以形成靠近第一和第二油液通道144、146的紧压密封并且允许它们流过油液到卡锁机 构 201。
[0391] 图32示出沿着图28中的线32、33-32、33的处于卡锁状态的卡锁机构201的截面 图。闩锁200置于孔240内。闩锁200具有弹簧孔202,其中插入偏压弹簧230。闩锁200 具有后表面203和前表面204。R锁200还具有第一大致圆柱形表面205和第二大致圆柱 形表面206。第一大致圆柱形表面205具有比第二大致圆柱形表面206大的直径。弹簧孔 202与表面205、206大致同心。
[0392] 套管210具有一个与第一大致圆柱形孔壁241交界的大致圆柱形的外表面211和 一个大致圆柱形内表面215。孔240具有第一大致圆柱形孔壁241和直径比第一大致圆柱 形孔壁241大的第二大致圆柱形孔壁242。套管210的大致圆柱形外表面211和闩锁200 的第一大致圆柱形表面205接合第一大致圆柱形孔壁241以形成紧压密封。此外，套管210 的大致圆柱形内表面215还与闩锁200的第二大致圆柱形表面206形成紧压密封。在运行 中，这些密封使油压在腔室250中形成，该腔室围绕闩锁200的第二大致圆柱形表面206。
[0393] 闩锁200的默认位置-在图32中示出-是卡锁位置。弹簧230从孔240向外偏 压闩锁200到卡锁位置中。施加到腔室250的油压使闩锁200缩回并且使之移动到未卡锁 位置。其他构型也是可能的，例如弹簧230在未卡锁位置中偏压闩锁200,孔壁208和后表 面203之间油压的施加导致闩锁200从孔240向外伸出到卡锁外臂120。
[0394] 在卡锁状态，闩锁200使外臂120的卡锁表面214接合臂接合表面213。如图32 所示，外臂120被阻止向下移动并且通过闩锁200传动动作到内臂122。定向特征部212采 用通道的形式，定位销221通过第一销开口 217并且随后通过套管210中第二销开口 218 在外侧从内壁122伸入该通道。定位销221通常是实心和平滑的。保持器222使销221固 定就位。定位销221防止闩锁200在孔240内过度旋转。
[0395] 如前文所述，并参见图33, 一旦引入加压油液到腔室250中，闩锁200就缩回到孔 240中，允许外臂120相对于内臂122进行空转旋转。外臂120随后不再被闩锁200阻止向 下移动，并且具有空转运动。加压油液通过油液开口 280引入到腔室250,该油液开口与油 液通道144、146流体连通。
[0396] 图35A-35F示出用于定位销221的一些保持装置。在图35A中，销221是具有均匀 厚度的圆柱形。如图35C所示的推紧环910设置在位于套管210上的凹陷224中。销221 插入环910中，导致齿912变形并固定销221到环910。然后由于环910被内臂122封闭在 凹陷224中，销22被固定就位。在另一实施例中，如图35B所示，销221具有槽902,环910 的齿912压入该槽内以将环910固定至销221。在图3?所示的另一实施方式中，销221具 有槽904,如图35E所示的E形夹子914或如图35F所示的弓形E形夹子914可以插入该槽 中，以便相对于内臂122将销221固定就位。在另一个实施方式中，金属丝圈可以用于代替 冲压环。在组装期间，E形夹子914置于凹陷224中，并处于套管210插入到内臂122的点 处，随后定位销221穿过夹子910插入。
[0397] 图36中示出示例的闩锁200。闩锁200大致分为头部部分290和体部部分292。 前表面204是伸出凸形曲面。这种表面形状朝向外臂120延伸并且增加闩锁200的臂接合 表面213与外臂120适当接合的机会。臂接合表面213包括大致平坦的表面。臂接合表面 213从具有第二大致圆柱形表面206的第一边界285延伸到第二边界286并且从具有前表 面的边界287延伸到具有表面232的边界233。臂接合表面213的在闩锁200的纵轴A的 方向上从表面232延伸最远的部分基本等距的位于第一边界285和第二边界286之间。相 反，臂接合表面213的在R锁200的纵轴A的方向上从表面232延伸最近的部分基本位于 第一边界285和第二边界286处。前表面204不必是凸形曲面，而可以是V形表面，或某些 其他形状。该设置允许闩锁200在孔240内更大的旋转，同时提高闩锁200的臂接合表面 213和外臂120的适当接合的可能性。
[0398] 替代形式的卡锁机构201示出在图37中。中空杯形塞形式的定位塞（定向 塞）1000压配合入套管孔1002中，并且通过伸入定位特征部212中来定位闩锁200,以防止 闩锁200相对于套管210过度旋转。如以下进一步讨论的，通过提供使闩锁200可以在套 管200内转动的特征部，调整槽（对齐槽）1004有助于闩锁200定位在套管210内并且最 终定位在内臂122内。调整槽1004可以作为一种特征部，利用该特征部使闩锁200旋转， 并且还测量它的相对方向。
[0399] 参照图38-40,组装切换摇臂100的示例方法如下：使定位塞1000压配合入套管 孔1002中，并将闩锁插入套管210的大致圆柱形内表面215。
[0400] 闩锁销210随后顺时针旋转直到定位特征部212到达塞1000,在该点特征部212 和塞1000之间的干涉防止进一步旋转。然后测量角度A1，如图38所示，它对应于臂接合 表面213和套筒基准1010、1012之间的角度，该套筒基准垂直于套管孔1002对齐。调整槽 1004还可以作为闩锁200的基准线，键槽1014还可以作为位于套管210上的参照。闩锁 销200随后逆时针旋转直到定位特征部212到达塞1000,从而防止进一步旋转。图39中可 见，测量第二角度A2,它对应于臂接合表面213和套管基准1010、1012之间的角度。为了得 到Al和A2,逆时针并随后顺指针旋转也是允许的。如图40所示，一旦插入到内臂122中， 套管210和销子组件1200旋转一在内臂基准1020和套管基准1010、1012之间测量的角度 A，从而导致臂接合表面213相对于内臂122水平定向，如内臂基准1020所示。旋转的量A 应当选定为使得闩锁200接合外臂120的可能性最大化。一个这样的实施例是当从内臂基 准1020测量时，以A2和Al之差的一半角度旋转子组件1200。在本公开的范围内调整A的 其他量也是可能的。
[0401] 销1000的替代实施方式的剖面在图41中示出。在此，销1000是中空的，部分包 围内部体积1050。销具有基本圆柱形的第一壁1030和基本圆柱形的第二壁1040。基本圆 柱形的第一壁1030具有直径D1，该直径Dl大于第二壁1040的直径D2。在图41所不的一 个实施方式中，边缘1025用于限制销1000向下移动通过套管210中销开口 218。在图42 所示第二实施方式中，压配合限制销1000向下移动通过套管210中销开口 218。
[0402] 4. 6DVVL组件间隙管理
[0403] 描述一种管理图4所示的DVVL切换摇臂组件100的三个或多个间隙值或设计空 隙的方法。该方法可以包括一定范围制造公差、磨损公差和凸轮凸角/摇臂接触表面的设 计轮廓。
[0404] DVVL组件间隙说明
[0405] 图4所示的示例摇臂组件100具有一个或多个间隙值,这些必须在组件中的一个 或多个位置处被保持。图4所示的三凸角凸轮102包括三个凸轮凸角、第一高升程凸角104、 第二高升程凸角106和低升程凸角108。凸轮凸角104、106、108具有分别包含基圆605、 607、609的型线，所述基圆示出为大致圆形并且与凸轮轴同心。
[0406] 图4所示的切换摇臂100设计为在两个位置具有小间隙。第一位置-示出在图43 中-是闩锁间隙602,它是闩锁垫表面214和臂接合表面213之间的距离。闩锁间隙602保 证闩锁200不受载荷并且当在高升程和低升程模式之间切换时可以自由移动。如图4、27、 43和49所示，间隙的第二示例是第一滑块130和第一高升程凸轮凸角基圆605之间的距 离，它表示为凸轮轴间隙610。当在低升程运行期间如图49所示的滚柱轴承128接触低升 程凸轮基圆609时，凸轮轴间隙610消除滑块130、132和它们各自的高升程凸轮凸角基圆 605、607之间接触以及相关摩擦损耗。
[0407] 在低升程模式中，在基圆609运行期间凸轮轴间隙610还防止扭力弹簧134U36 的力传送到DFHLA110。这允许DFHLA110像具有正常液压间隙补偿的标准摇臂组件一样运 行，其中DFHLA的间隙补偿部分是直接从发动机油压通道提供的。如图47所示，这种动作 被切换摇臂组件100内的旋转止挡件621、623所促进，所述止挡件防止外臂120由于扭力 弹簧134、136的力接触高升程凸角104、106而旋转地足够远。
[0408] 如图43和48所示，总机械间隙是凸轮轴间隙610和闩锁间隙602之和。该和影 响气门动作。高升程凸轮轴型线包括打开和关闭坡面661以补偿总机械间隙612。总机械 间隙612中的最小变动在整个发动机寿命中对保持性能目标是重要的。在特定范围保持间 隙，在生产中严格控制总机械间隙612的误差。由于部件磨损涉及总机械间隙的变化，在整 个机构的寿命中允许低程度的部件磨损。大量的耐久性表明通过所分配的磨损余量和总机 械间隙直至测试结束仍然在特定的极限内。
[0409] 参照图48所示图表，以毫米计的间隙在纵轴，以度计的凸轮轴角设置在横轴。气 门升程型线660的线性部分661示出相对于给定凸轮轴角变化的以毫米计的距离的恒定变 化，并示出其中接触表面间的闭合速度恒定的区域。例如，在气门升程型线曲线660的线性 部分661，当摇臂组件100 (图4)从低升程模式向高升程模式切换时，第一滑块130和第一 高升程凸角1〇4(图43)之间的闭合距离代表恒定速度。使用恒定速度区域减少了由于加 速的冲击载荷。
[0410] 如图48所示，在恒定速度期间在气门升程型线曲线660的无升程部分661中没有 气门升程发生。如果通过改进系统设计、制造或组装工艺来减少或严格控制总间隙，则气门 升程型线的线性速度部分的时间需求量降低，这提供了发动机管理优势，例如允许气门更 早地打开或发动机之间一致的气门操作。
[0411] 如图43、47和48,个体部件或子组件的设计和组装变化可以产生间隙值矩阵，这 些值满足切换正时规范并降低前文所述需要的恒定速度切换区域。例如，一个闩锁销200 自动对准实施方式可以包括需要10微米的最小化闩锁间隙602以便起作用的特征部。构 造为无自动对准特征部的改进的闩锁200可以设计为需要5微米的闩锁间隙602。这种设 计变化减少了 5微米的总间隙，并且减少气门升程型线660需要的无升程661部分。
[0412] 图43中所示的闩锁间隙602和凸轮轴间隙610可以以针对图4中使用其他方式 接触三凸角凸轮102的切换摇臂组件100的任何设计变化相似的方式被描述。在一个实施 方式中，使用类似130的滑块替代滚柱轴承128 (图15和27)。在第二实施方式中，类似于 128的滚柱用于替代滑块130和滑块132。还有其他实施方式具有滚柱和滑块的组合。
[0413] 间隙管理，测试
[0414] 如以下段落描述的，用于管理间隙的设计和制造方法针对期望运行环境的一定范 围被测试和验证，以模拟正常运行和代表高应力环境的运行。
[0415] DVVL切换摇臂的耐久性通过持续性能（例如气门适当的打开和关闭）结合磨损 测试来评估。磨损通过量化DVVL切换摇臂上的材料特别是DLC涂层的损失以及系统中机 械间隙的相对量来评估。如以上所述，闩锁间隙602 (图43)必需以允许闩锁销在内外臂之 间移动，以便能在由发动机电子控制单元（ECU)命令时使高和低升程运行。DVVL切换摇臂 上出于任何原因的间隙的增大都会减少有效无升程坡面661 (图48)，导致气门机构高的加 速度。相对于机械间隙的磨损规范设定为允许限制构造部件以在寿命后期保持所需动态性 能。
[0416] 例如，如图43所示，摇臂组件中接触表面之间的磨损会改变闩锁间隙602、凸轮轴 间隙610及产生的总间隙。影响这些各个值的磨损可以如下描述：1)滚柱轴承128 (图15) 和凸轮凸角1〇8(图4)之间的界面磨损降低总间隙，2)滑块130、132(图15)和凸轮凸角 104、106(图4)之间滑动界面的磨损增大总间隙，3)闩锁200和闩锁垫表面214之间的磨 损增加总间隙。由于轴承界面磨损减小总间隙而闩锁和滑块的界面磨损增大总间隙，故在 摇臂组件的整个寿命中全部磨损导致最小化的净总间隙变化。
[0417] 4.7DVVL 组件动态
[0418] 传统摇臂的惯性、重量分布和刚度已被优化，以用于涉及运行期间的动态稳定性、 气门杆头加载和气门弹簧压缩的特定范围的运行速度和作用力。图4所示的示例切换摇 臂100具有与传统摇臂相同的设计要求，其中由组件的增加的质量和切换功能施加了附加 限制。其他因素也必须考虑，包括由于模式切换错误导致的冲击载荷和子组件功能性要求。 减少质量和惯性但不能有效地进行保持结构刚度和抵抗关键区域中应力所需材料分配的 设计导致部件偏离规范或变得过应力，这两者都是导致较差切换性能和过早部件失效的状 况。图4所示的DVVL摇臂组件100必须在低升程模式稳定在3500rpm并在高升程模式中 稳定在7300rpm以满足性能要求。
[0419] 如图4、15、19和27, DVVL摇臂组件100强度在低升程和高升程模式中均被评估。 在低升程模式，内臂122传送力以开启气门112。内臂112的发动机包装空间余量和功能 参数不需要高优化的结构，因为内臂刚度大于相同应用中的固定摇臂的刚度。在高升程模 式，外臂120与内臂122-起工作以传递作用力来开启气门112。有限元分析（FEA)技术显 示，夕卜臂120是最顺从的部件，如图50中以示例图中示出垂直偏差670的最大区域。对这 个部件的质量分布和刚度优化集中在增加滑块130、132和闩锁200之间外臂120的垂直段 高度上。外臂120的上型线的设计限制是基于外臂120和高升程凸角104、106的扫描型线 之间的间隙。外臂120的下型线的设计限制基于低升程模式中到气门弹簧保持器116的间 隙。在所述设计内优化材料分布约束条件减少垂直偏差和增加刚度，在一个实施例中，大于 初始设计的33%。
[0420] 如图15和52所示，DVVL摇臂组件100设计为，当它围绕DFHLA110的球柱塞接触 点611枢转时通过尽可能朝向侧部101偏压组件的质量来使惯性最小化。这导致设置有两 个较大质量的组件，枢转轴118和扭力弹簧134、136位于DFHLAl 10的侧部101附近。通过 处于该位置的枢转轴118,闩锁200位于DVVL摇臂组件100的末端103。
[0421] 图55是比较高升程模式中DVVL摇臂组件100刚度和其他标准摇臂的图表。对于 本申请DVVL摇臂组件100具有比固定摇臂低的刚度；然而，它的刚度在现今生产的相似气 门机构构型中使用的摇臂的现有范围内。DVVL摇臂组件100的惯性大约是固定摇臂的惯性 的两倍，然而，它的惯性仅稍高于现今生产的相似气门机构设置中使用的摇臂的中值。进气 气门机构的全部有效质量-包括多DVVL摇臂组件100-比固定进气气门机构大28%。这些 刚度、质量和惯性值需要优化每个部件和子组件以确保最小化惯性和最大刚度，同时满足 运行设计标准。
[0422] 4. 7. IDVVL组件动态详述
[0423] 摇臂组件100的包括总惯性的主要部件在图53中示出。它们是内臂组件622、外 臂120和扭力弹簧134、136。正如所指，内臂组件622的功能需求，例如它的液压流体传递 路径和它的闩锁销机构壳，对于相同的应用需要比固定摇臂更硬的结构。在以下描述中，内 臂组件622被认为是单个部件。
[0424] 参照图51-53,图51示出图4中摇臂组件100的俯视图。图52是沿着图51中线 52-52的截面图，示出摇臂组件100的负载接触点。转动的三凸角凸轮102分配凸轮负载 616到滚柱轴承128或-视运行模式而定-到滑块130、132。球柱塞端601和气门杆头613 提供相反的力。
[0425] 在低升程模式中，内臂组件622传递凸轮负载616到气门杆头613,挤压弹簧 114(图4)，并且开启气门112。在高升程模式，外臂120和内臂组件622卡锁在一起。在这 种情况中，外臂120传递凸轮负载616到气门杆头613,挤压弹簧114,并且开启气门112。
[0426] 现在参考图4和52,摇臂100的总惯性由它的主要部件的惯性之和确定，并当它 们围绕球柱塞接触点611旋转时计算。在示例的摇臂组件100中，主要部件可以限定为扭 力弹簧134、136、内臂组件622和外臂120。当总惯性增加时，气门杆头613上的动态负载 增加，系统动态稳定性下降。为了最小化气门杆头负载和最大化动态稳定性，所有摇臂组件 100的质量被朝向球柱塞接触点611偏压。可被偏压质量的量由摇臂组件100需要对给定 凸轮负载616、气门杆头614和球柱塞负载615的所需强度限定。
[0427] 现在见图4和52,当它们在高升程或低升程状态时，摇臂组件100的刚度由内臂组 件622和外臂120的组合刚度决定。对摇臂组件100上任何给定部位的刚度值可以使用有 限元分析（FEA)或其他分析方法计算和形象化，其特征在于刚度相对于沿着测量轴618的 位置的图表。以相似的方式，外臂120和内臂组件622的刚度可以使用有限元分析（FEA) 或其他分析方法分别计算和形象化。示例描述106示出了刚度相对于沿着测量轴618的位 置的一系列特征图表的这些分析的结果。正如之前另外的描述，图50示出外臂120的最大 偏斜的图表。
[0428] 现在参照图52和56,对摇臂组件100上任何给区域的压力和偏差可以使用有限元 分析（FEA)或其他分析方法计算，并且特征是针对给定凸轮负载616、气门杆头614和球柱 塞负载615的压力和偏差相对于沿着测量轴618的位置的图表。以类似的方式，外臂120 和内臂组件622的压力和偏差可以使用有限元分析（FEA)或其他分析方法分别计算。图56 中不例性描述不出了针对给定凸轮负载616、气门杆头614和球柱塞负载615的压力和偏差 相对于沿着测量轴618的位置的一系列特征图表分析结果。
[0429] 4. 7. 2DVVL组件动态分析
[0430] 对于压力和偏差分析，就图52中所示的负载位置和量值来描述负载情况。例如， 在高升程模式中的卡锁摇臂组件100中，凸轮负载616施加到滑块130、132。凸轮负载616 由气门杆头负载614和球柱塞负载615反作用。第一距离632是沿着测量轴618在气门杆 头负载614和球柱塞负载615之间测量的距离。第二距离634是沿着测量轴618在气门杆 头负载614和凸轮轴负载616之间测量的距离。负载比例是第二距离634除以第一距离 632。为了动态分析，考虑多个值和运行条件用于分析和可能的优化。这些可包括三凸角凸 轮轴界面参数、扭力弹簧参数、总机械间隙、惯性、气门弹簧参数和DFHLA参数。
[0431] 用于评估的设计参数可以描述为：
[0432]
【权利要求】
1. 改进的摇臂组件，它具有阻碍侧和无阻碍侧并且包括： 外结构，该外结构具有一第一端； 内结构，该内结构装配在该外结构中，该内结构也具有一第一端； 其中，该内结构的第一端枢转地连接到该外结构的第一端，以使该内结构能在该外结 构中旋转； 位于该摇臂组件的一侧上的至少一个扭力弹簧，该扭力弹簧相对于该外结构旋转地偏 压该内结构； 其中，该外结构朝向靠近第二端的无阻碍侧偏移，从而产生第一偏移部分以便在该阻 碍侧上提供额外间隙。
2. 根据权利要求1的改进的摇臂组件，其中，当外结构在无阻碍侧从第二端朝向第一 端伸出时，该外结构向外弯曲远离该改进的摇臂组件，以便为额外的扭力弹簧提供额外的 间隙。
3. 根据权利要求1的改进的摇臂组件，其中，该至少一个扭力弹簧包括两个相邻的扭 力弹黃。
4. 根据权利要求1的改进的摇臂组件，其中，该至少一个扭力弹簧施加大约两倍于传 统VVL或CDA摇臂组件所用的标准扭力弹簧的力。
5. 根据权利要求1的改进的摇臂组件，其中，第一偏移部分的外结构朝向靠近其第二 端的无阻碍侧弯曲，以在阻碍侧提供额外间隙。
6. 根据权利要求1的改进的摇臂组件，其中，该至少一个扭力弹簧包括两个扭力弹簧， 这两个扭力弹簧都处在该摇臂组件的相同侧上。
7. 根据权利要求6的改进的摇臂组件，其中，这些扭力弹簧以相反的方向卷绕。
8. 改进的摇臂组件，它具有阻碍侧和无阻碍侧并且包括： 外结构，该外结构具有一第一端； 内结构，该内结构装配在该外结构中，该内结构也具有一第一端； 轴，该轴使该内结构的第一端枢转地连接到该外结构的第一端，以使该内结构能在该 外结构中围绕该轴旋转； 至少一个扭力弹簧，该至少一个扭力弹簧安装在该轴的无阻碍侧上，并且相对于该外 结构旋转地偏压该内结构； 其中，该外结构朝向邻近其第二端的无阻碍侧偏移，由此产生第一偏移部分以便在阻 碍侧上提供额外的间隙。
9. 根据权利要求8的改进的摇臂组件，其中，当外结构在无阻碍侧上从第二端朝向第 一端伸出时，该外结构向外弯曲远离该改进的摇臂组件，以便为额外的扭力弹簧提供额外 的间隙。
10. 根据权利要求8的改进的摇臂组件，其中，该至少一个扭力弹簧包括两个相邻的扭 力弹黃。
11. 根据权利要求8的改进的摇臂组件，其中，该至少一个扭力弹簧施加大约两倍于传 统VVL或CDA摇臂组件所用的标准扭力弹簧的力。
12. 根据权利要求8的改进的摇臂组件，其中，该第一偏移部分的外结构朝向邻近该外 结构的第二端的无阻碍侧弯曲，以便在阻碍侧提供额外的间隙。
13. 根据权利要求8的改进的摇臂组件，其中，该至少一个扭力弹簧包括两个扭力弹 簧，这两个扭力弹簧都在摇臂的相同侧上。
14. 根据权利要求13的改进的摇臂组件，其中，这些扭力弹簧以相反的方向卷绕。
15. 改进的摇臂组件，它具有阻碍侧和无阻碍侧并且包括： 外结构，该外结构具有包括偏移部分的第一端； 内结构，该内结构装配在该外结构中，该内结构也具有第一端； 轴，该轴使该内结构的第一端枢转地连接到该外结构，从而该内结构能在该外结构中 围绕该轴旋转； 至少一个扭力弹簧，该至少一个扭力弹簧位于该轴的无阻碍侧，并且相对于该外结构 旋转地偏压该内结构； 其中，该外结构朝向该无阻碍侧平滑地弯曲以邻近该外结构的第二端产生第一偏移部 分，由此在该阻碍侧上提供额外的间隙。
16. 根据权利要求15的改进的摇臂组件，其中，当外结构在无阻碍侧上从第二端朝向 第一端伸出时，该外结构向外弯曲远离该改进的摇臂组件以便为额外的扭力弹簧提供额外 的间隙。
17. 根据权利要求15的改进的摇臂组件，其中，该至少一个扭力弹簧包括两个相邻的 扭力弹簧。
18. 根据权利要求15的改进的摇臂组件，其中，该至少一个扭力弹簧施加大约两倍于 传统VVL或CDA摇臂组件所用的标准扭力弹簧的力。
19. 根据权利要求15的改进的摇臂组件，其中，该第一偏移部分的外结构具有弯曲的 区段，该弯曲的区段朝向外结构的无阻碍侧延伸，以便在阻碍侧上提供额外的间隙。
20. 根据权利要求15的改进的摇臂组件，其中，该至少一个扭力弹簧包括两个扭力弹 簧，这两个扭力弹簧都处在该摇臂组件的相同侧上。
21. 根据权利要求20的改进的摇臂组件，其中，这些扭力弹簧以相反的方向卷绕。
【文档编号】F01L1/18GK204082242SQ201420243139
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年2月24日 优先权日:2013年2月22日
【发明者】J·E·小麦卡锡 申请人:伊顿公司