专利名称：具有阻尼装置的液压间隙调节器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种使用在内燃发动机气门结构中的具有阻尼装置的液压间隙调节器。
背景技术：
现代气门结构系统使用液压间隙调节元件以补偿气门结构的磨损、发动机暖机时 的热膨胀以及其他任何改变气门结枸机械连接空隙的现象。液压间隙调节器在活塞后 的体积可变压力室内使用液压液以从凸轮轴向摇臂传递气门驱动力。压力室内的液体 量发生改变以移动活塞并去除气门结构的机械连接的空隙或间隙。在某些运转条件下 或特殊应用的气门结构中，当机械连接发生迅速卸载事件时，间隙调节器会允许过多 的液压液进入压力室，从而产生"抽吸"或过补偿。如果卸载事件持续时间比间隙调 节器所需以响应并增加高压室内液压液的量的时间长，则间隙调节器会妨碍气门合适 地关闭，从而导致不需要的运转或发动机损坏。传统的间隙调节器设计没有考虑到调 节系统阻尼特性的外在控制。而是由间隙调节器中高压室、低压室之间通道的几何形 状和设计控制系统响应。尽管这种方法可能对很多应用都很适用，但是很难调整或适 应对特殊气门结构系统的响应。实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题包括提供一种减少或消除间隙调节器的过补偿 或抽吸的液压间隙调节器。为解决该技术问题，本实用新型提供一种具有阻尼装置的 液压间隙调节器，概括而言，本实用新型提供下述技术方案一种使用液压间隙调节器调整内燃发动机气门结构中间隙的系统，该液压间隙调 节器包括阻尼装置以限制间隙调节器活塞相对于间隙调节器本体的移动速度。实施例 中包括液压间隙调节器，其拥有具有封闭端和接收活塞的开口端的本体，活塞根据布 置在活塞与本体中间的体积可变高压室中液压液的量的变化而移动。与上述活塞和本 体中至少一个配合的阻尼装置限制了活塞相对于本体的移动速度。布置在高压室或者 阻尼室中的阻尼元件限制了液压液越过或穿过阻尼元件的流速。根据本实用新型的第一方面，提供一种用于内燃发动机气门结构的液压间隙调节 器，其中所述液压间隙调节器包括具有封闭端和用以接收活塞的开口端的本体，所述 活塞响应气门结构组件变化的长度在所述本体中移动且由设置在所述活塞与所述本 体之间的体积可变高压室中的一些液压液所支撑，所述液压间隙调节器包含与所述活塞和所述本体中至少一个相关联以限制所述活塞相对于所述本体的移动速度的阻 尼装置。根据本实用新型的第二方面，提供一种用于内燃发动机气门结构的液压间隙调节 器，其中所述液压间隙调节器包含具有封闭端和开口端的本体；设置在所述本体中 的活塞，其在所述活塞与所述本体的封闭端之间形成了体积可变高压室，所述活塞具 有设置在其中的低压室，所述低压室设有与所述本体上的供给端口相连的低压端口和选择性连接至所述高压室的高压端口；设置在所述低压室和所述高压室之间的止回 阀；和设置在所述活塞和所述本体之间用以限制所述活塞在所述本体中的移动速度的 阻尼装置。本实用新型包括具有多种优势的实施例。例如，本实用新型的系统将液压阻尼器 结合在间隙调节器的设计中，间隙调节器可以为常闭的、常开的或自由球式间隙调节 器以适应顶置凸轮发动机或推杆发动机。控制流道的几何形状和/或阻尼室体积有助 于调整间隙调节器以响应特殊的气门结构设计和/或运转条件。本实用新型具有下述有益效果例如，使用阻尼装置的间隙调节器的响应时间调 整可以有助于更好地控制气门的开启和关闭事件、气门开启持续时间和气门升程。另 外，可以使用可调整响应以更好地匹配特殊气门结构设计的特性以降低噪声、振动和 声振粗糙度(NVH)。本实用新型的可调整阻尼特征在执行积极冷启动策略时可用于 补偿气门膨胀，且提供对油的温度和粘度变化较不敏感的更加可靠的控制系统。结合附图参看对本实用新型的优选实施例的详细说明，本实用新型的上述及其他 优点和特征将变得显而易见。
附图l为说明了根据本实用新型实施例的内燃发动机气门结构的局部剖视图，所 述内燃发动机气门结构设有具有阻尼装置的液压间隙调节器；附图2为根据本实用新型实施例的液压间隙调节器的剖视图，所述液压间隙调节 器在活塞和本体之间设置有阻尼装置；附图3为根据本实用新型实施例的液压间隙调节器的剖视图，所述液压间隙调节器具有设有从活塞延伸出的阻尼元件的阻尼室；附图4为根据本实用新型实施例的液压间隙调节器的剖视图，所述液压间隙调节 器具有设有从本体延伸出的阻尼元件的阻尼室；附图5为说明了根据本实用新型用于顶置凸轮、滚柱指轮从动件气门结构应用中 的液压间隙调节器的剖视图。
具体实施方式
本领域技术人员应了解，参考任一附图所说明并描述的实施例的多种特征可与一 个或多个其他附图中所说明的特征相结合以产生文中没有明确说明或描述的可选实 施例。所说明的特征的结合为典型应用提供了代表实施例。然而与本实用新型教导相 一致的多种特征组合与改变为特殊应用或实施所期望。在说明中所使用的代表实施例 总体上涉及一种用于四冲程多汽缸内燃发动机气门结构的液压间隙调节器。本领域的 技术人员可以认识到对其它发动机/车辆技术的类似应用或实施。附图1-5说明了根据本实用新型代表实施例的用于内燃发动机气门结构的液压 问隙调节器的运转。多汽缸内燃发动机10除液压间隙调节器外总体上为传统设计。 因此，发动机和气门结构的多种传统特征也不再明确说明与描述。本领域技术人员应 当认识到本实用新型所公开的液压间隙调节器可被用于多种类型和配置的发动机中， 包括但不限于例如排列为''V"形排列配置、"W"型排列配置或直列配置的压缩点火式、 火花点火式发动机。说明描述本实用新型的代表实施例包括整体式凸轮发动机或推杆 发动机的应用和顶置凸轮、滚柱指轮从动件的应用。多汽缸内燃发动机IO包括设置于发动机汽缸体14中的凸轮轴12,也可以被称为整体式凸轮发动机。每个汽缸16 (图中只显示了一个)包括通过连接杆20与曲轴 (图中未示)相连的往复式活塞18。汽缸盖22固定于发动机汽缸体14,提供了连接 到与换气气门28关联的汽缸盖22中的对应端口的传统的进气道、排气道15(附图5), 换气气门包括进气门30、 32和排气门36、 38。汽缸盖22包括传统的硬件，例如与 换气气门28的运转相配合的气门导管、气门座等(图中未示)。燃料喷射器40响应 相关发动机控制器提供的信号向汽缸16传输燃料。尽管附图1所说明的为直喷发动 机，本实用新型也可用于具有其他燃料喷射策略例如进气道燃料喷射的发动机。发动机IO包括气门结构50以控制空气和/或燃料(针对进气道燃料喷射发动机) 进入汽缸16和排出燃烧气体。气门结构50包括气门28、气门弹簧52、摇臂54、推 杆56和有时被称为挺杆或凸轮从动件的挺柱58，挺柱58包括如本实用新型的附图 2-4所说明的具有阻尼特征的液压间隙调节器。凸轮轴12包括凸角70以通过凸轮从 动件58以及关联的推杆56和摇臂54驱动气门28。在运转时，当凸轮轴12旋转时，挺柱58与凸轮轴12的对应凸角70接触，使挺 柱58和相关的间隙调节器上升以向相关的推杆56传递力。推杆56对相关的摇臂54 施加对应的力，摇臂54围绕一体化的球型/球窝型枢轴点120枢轴转动，而小球由固 定在汽缸盖22中的相关支点126所支撑。摇臂54将推杆56基本上向上的运动转换 为基本上向下的运动以使进气门30、 32克服相关弹簧52移动以打开进气端口。随着 凸轮轴12继续旋转，挺柱58沿着凸角70的轮廓，开始基本上向下运动，以使相关 弹簧52关闭进气门30、 32。排气门36、 38以类似的方式驱动。参考附图2-4所说明和描述的，每个凸轮从动件或挺柱58优选地包括具有阻尼 装置的液压间隙调节器以调节每个推杆和摇臂相关的间隙以补偿热膨胀、磨损等。附 图2中的挺柱58为凸轮从动件或挺杆，包括绕固定在壳体154上的轴152旋转的滚 柱150。轴承156或类似装置有助于滚柱150在与对应的凸轮轴凸角接触时绕轴152 旋转。壳体154包括轴向孔，间隙调节器130设置在其中。间隙调节器130包括固定 在壳体154的轴向孔中的本体160,所述本体160具有封闭端162和开口端164以接 受可移动活塞166。本体160的封闭端162和活塞166底部之间的空间形成了体积可 变高压室170。止回阀176控制液压液从设置在活塞166中的低压室或存储器186穿 过高压端口 188流入高压室170。尽管所说明的止回阀176为常闭弹簧球阀，在某些 应用中也需要使用常开型配置。类似地，多种其他类型的止回阀也可用于控制液压液 的流向。在附图2的实施例中，间隙调节器130包括用设置在高压室170内的阻尼元件 180所实现的阻尼装置。阻尼元件180作用为分离器，将高压室170划分为第一和第 二区域，并包括至少一个孔口 182,其尺寸可控制或限制液压液在高压室170的第一 和第二区域间的流速。弹簧184设置在高压室170中位于本体160和阻尼元件或分离 器180之间。弹簧184操作阻尼元件180和活塞166以施加一个足够的力以伸展间隙调节器并消除系统中的间隙。当弹簧184伸展时，液压液流入高压室170以支撑气门 结构系统和间隙调节器处于适当高度。在附图2-4所说明的代表实施例中，活塞166通过具有适合与推杆连接的上端部 192的上部活塞部件190实现。上端部192还可以包括润滑油通道194以通过推杆向 气门结构的上部组件输送发动机润滑油。可选择地，上端部192可以基本上为凹面以 连接球面端部的推杆。活塞166包括设置在本体160中的下部活塞部件200,其与上 部活塞部件190接触。壳体154包括一个或多个供给端口 220以向本体160的外部供给液压液/发动机 润滑油，本体160上还包括一个或多个供给端口 222以向本体160的内部和润滑油通 道194传输润滑油。类似地，活塞166包括至少一个低压端口以从本体160的内部向 低压室186传输液压液。在运转时，间隙调节器基本上消除了在变化的运转和环境条件下气门结构组件之 间的任何间隙或空隙以提供稳定可靠的气门驱动，包括可重复的气门开启、关闭时间 和升程峰值。对于根据本实用新型的液压间隙调节器，当气门结构组件的长度由于温 度或磨损发生变化时，液压液从加压供应源穿过壳体154中的横向孔220进入挺柱 58,并进入低压室186。少量的液压液穿过止回阀176进入体积可变高压室170以将 活塞支撑在一个位置以去除对应的推杆与摇臂之间的任何间隙或空隙。因此，凸轮凸 角与滚柱150旋转接触生成的力通过壳体154被传递到间隙调节器本体160,并通过 被止回阀176收集在高压室170中的液压液被传递到活塞166。如果气门结构组件由 于热膨胀而长度增加，液压液非常缓慢地穿过活塞166和本体160之间的空隙形成的 "下漏"路径离开高压室170以减少容纳在高压室170中的量。有些不包括本实用新型所描述的阻尼装置的传统液压间隙调节器由于气门结构 机械连接迅速卸载，容易产生"抽吸"或过补偿。如果卸载事件持续时间比间隙调节 器的响应时间长，则额外(不需要)的液压液会进入高压室170,且无法足够迅速地 通过下漏路径离开，以致间隙调节器会充分延伸而保持气门不与气门座接近，导致会 使得一个或多个汽缸不点火，和/或导致发动机的永久性损坏的不利的发动机运转。 传统液压间隙调节器的响应时间为固有阻尼的函数，该固有阻尼由高压室与低压室之 间通道的几何形状和设计决定。然而，该通道常常受到其他限制，无法轻易调整以适 应特殊的气门结构系统设计。根据本实用新型，提供了一种阻尼装置以减少或消除常开和常闭间隙调节器的 "抽吸"。在附图2的实施例中，阻尼元件180包括孔口 182以限制高压室170内液 压液的流速。通过控制高压室170中的第一、第二区域的体积以及孔口 182的大小和 数量，阻尼元件180限制了液压液流入高压室170的流速，其限制了活塞166相对于 本体160的移动速度以减少或消除抽吸。可选择地或共同使用，高压端口 188可具有 一定大小以调整间隙调节器的响应以减少或消除抽吸或过补偿发生。附图3和4说明了根据本实用新型的具有阻尼装置的液压间隙调节器的可选实施 例。附图3和4的实施例以类似于参考附图2所描述的间隙调节器的方式运转，具有 上标的附图标记U30'， 130"等)指示了与无上标附图标记所描述的对应特征具有 类似或相同结构和功能的组件或特征，其区别亦有记载。如附图3所显示，间隙调节器130'包括由圆周形阻尼室250和至少一个延伸入 阻尼室250的流动约東元件260所实现的阻尼装置。阻尼室250成型在活塞166'的 中部和本体160'之间，填充有从端口 220'进入的液压液。阻尼室250还通过低压供 给端口 21(K向低压室186'供给液压液。流动约束元件260从活塞166'延伸进入阻尼 室250以当活塞166'在本体160'中移动时控制液压液的流速。流动约東元件260可 以与活塞166'—体成型为整体结构，根据特殊应用和实施从上部活塞部件190'和/ 或下部活塞部件200'延伸出来。类似地，流动约東元件260可以通过固定与活塞166' 一起运动的分离元件所实现，例如卡环。应当注意，端口 210'和220'可以定位在流 动约東元件260的上方或下方。同样如附图3所说明，上部活塞部件190'包括适合连接对应的气门结构组件例 如从动臂或推杆的上端部192',和具有延伸入阻尼室250的法兰196的下端部。下 部活塞部件200'包括具有外径比法兰196的外径减小的上端部198以形成阻尼室 250。类似地，上部活塞部件190'包括在法兰196上方的直径减小部分。具有密封件 的盖子262固定在本体160'中以限制液压液通过活塞166'和本体160'间空隙形成的 下漏途径离开调节器130'的速度。在运转时，在气门结构卸载事件中，阻尼室250中的液压液必须从法兰196的上 方转移至法兰196的下方，且/或必须通过下漏路径离开阻尼室250以便活塞166'在 本体160'中移动。同样地，法兰196运转作为限制活塞166'在本体160'中移动的速 度的流动约東阻尼元件。类似地，盖子262也可运转作为与法兰196径向重叠的流动 约東元件，以约東或限制液压液的流速，使得间隙调节器130'不会响应气门结构卸 载事件发生过补偿或抽吸。可以为了特殊应用而调整间隙调节器130'的时间常数或 响应时间，在该特殊应用中，结合阻尼室250的体积与通过法兰196实现的阻尼元件 的尺寸和/或两个或更多阻尼元件的重叠区域来约東液压液流动。另外，孔210'和 220'的大小适于传输所需的阻尼响应。现在参考附图4,液压间隙调节器130"包括以设置在活塞166"中部和本体1601' 之间的阻尼室250'和延伸入阻尼室250'的阻尼元件270实现的阻尼装置以限制活塞 166"在本体160"中的移动速度。阻尼元件270从本体160"延伸入阻尼室250',可以 为如所说明的由单一结构一体成型。可选择地，阻尼元件270也可以为固定在本体 160"上并延伸入阻尼室250'的分离组件。例如，阻尼元件270可以由固定在本体160" 的内凹槽中并延伸入阻尼室250'的卡环所实现。附图3、 4所说明的实施例的特征可 以在具有阻尼室的间隙调节器中结合使用， 一个或多个阻尼元件从本体延伸入阻尼室，另一个或多个阻尼元件从活塞延伸入阻尼室。阻尼元件可以径向重叠以约束流动， 彼此轴向或纵向间隔排列以防止其在运转时相互接触。
附图5说明了根据本实用新型实施例在顶置凸轮、滚柱指轮从动件气门结构中的 设有阻尼装置的液压间隙调节器。凸轮轴12'包括多个与滚柱指轮从动件300相接触 以驱动对应换气气门28'的凸角70'。间隙调节器130放置在汽缸盖22'中并运转以 去除气门结构组件例如气门28'、滚柱指轮从动件300、气门弹簧52'和凸轮轴12' 因热膨胀和/或磨损带来的间隙。间隙调节器130如上文参考附图2描述的那样运转。 当然，结合一个或多个根据本实用新型的阻尼装置，例如附图3所说明的实施例的间 隙调节器130的多种其它实施例，也可以用在如前述的多种发动机配置的顶置凸轮应 用中。
因此，本实用新型的调节内燃发动机气门结构中间隙的系统将液压阻尼器结合在 间隙调节器设计中以提供一种常开或常闭间隙调节器。控制流道的几何形状和/或阻 尼室体积有助于调整特殊气门结构设计和/或运转条件下的间隙调节器响应。使用阻 尼装置的间隙调节器的响应时间调整可有助于更好地控制气门开启和关闭事件、气门 开启持续时间和气门升程。另外，可调整响应可以用于更好地匹配特殊气门结抅设计 的特性以管理噪声、振动和声振粗糙度(NVH)。本实用新型的可调整阻尼特征在执行 积极冷启动策略时可用于补偿气门膨胀，且提供对油的温度和粘度变化较不敏感的更 加可靠的控制系统。
尽管已经详细描述了最佳实施例，本领域的技术人员还可认识到在权利要求范围 中还有多种可选择设计与实施例。描述了一个或多个实施例以提供本实用新型相较于 其他实施例或传统装置关于一个或多个所需特性的优势或作为优选例。然而，本领域 技术人员应注意，不同的特性具有优势，且在某些应用中优选，而在另一些应用中则 是不需要或不利的。这些属性包括但不限于成本、强度、耐久性、寿命周期成本、 巿场性、外观、装配、尺寸、保养方便性、重量、制造容易性和组装容易性等。因此， 任何描述的实施例虽然对于一个或多个特性优选或有优势，但并未排除具有较少优势 或不需要的但也在本实用新型权利要求范围内的实施例或实施方式。
权利要求1.一种用于内燃发动机气门结构的液压间隙调节器，其特征在于，所述液压间隙调节器包括具有封闭端和用以接收活塞的开口端的本体，所述活塞响应气门结构组件变化的长度在所述本体中移动且由设置在所述活塞与所述本体之间的体积可变高压室中的一些液压液所支撑，所述液压间隙调节器包含与所述活塞和所述本体中至少一个相关联以限制所述活塞相对于所述本体的移动速度的阻尼装置。
2. 根据权利要求l所述的液压间隙调节器，其特征在于，所述阻尼装置包含 设置在所述高压室中并将所述高压室分为第一和第二区域的分离器，所述分离器包括至少一个孔口，所述至少一个孔口进行了尺寸设计以控制所述高压室的第一、第 二区域之间液压液的流速。
3. 根据权利要求2所述的液压间隙调节器，其特征在于，所述活塞包括设置在其 中的低压室，所述液压间隙调节器进一步包括设置在所述高压室中位于所述本体和所述分离器之间的第一弹簧；和 设置在所述分离器和所述低压室之间的止回阀。
4. 根据权利要求2所述的液压间隙调节器，其特征在于，所述活塞包括设置在其 中的低压室，所述阻尼装置包含设置在所述活塞中并连接所述低压室和所述高压室的 孔口，所述孔口进行了尺寸设计以控制所述低压室和所述高压室之间液压液的流速。
5. 根据权利要求l所述的液压间隙调节器，其特征在于，所述阻尼装置包含 成型在所述活塞的中部和所述本体之间的圆周形阻尼室；和 至少一个流动约東元件，所述至少一个流动约束元件从所述本体和/或所述活塞延伸至所述阻尼室内，以便当所述活塞在所述本体内移动时控制所述阻尼室中液压液的流速。
6. 根据权利要求5所述的液压间隙调节器，其特征在于，所述流动约東元件一体 成型在所述本体中。
7. 根据权利要求5所述的液压间隙调节器，其特征在于，所述流动约東元件包含 部分放置于所述本体内的凹槽中的卡环。
8. 根据权利要求5所述的液压间隙调节器，其特征在于，所述流动约東元件与所 述活塞一体成型。
9. 一种用于内燃发动机气门结构的液压间隙调节器，其特征在于，所述液压间 隙调节器包含具有封闭端和开口端的本体；设置在所述本体中的活塞，其在所述活塞与所述本体的封闭端之间形成了体积可 变高压室，所述活塞具有设置在其中的低压室，所述低压室设有与所述本体上的供给 端口相连的低压端口和选择性连接至所述高压室的高压端口；设置在所述低压室和所述高压室之间的止回阀；和设置在所述活塞和所述本体之间用以限制所述活塞在所述本体中的移动速度的 阻尼装置。
10. 根据权利要求9所述的液压间隙调节器，其特征在于，所述阻尼装置包含设 置在所述高压室中的具有至少一个孔口的阻尼元件，以约東液压液在所述高压室中的流动。
11. 根据权利要求10所述的液压间隙调节器，其特征在于，进一步包含 设置在所述阻尼元件和所述本体之间的偏动弹簧，所述止回阀包括被设置在所述阻尼元件上方的弹簧偏置的小球，以限制液压液流入所述高压室的控制方向。
12. 根据权利要求9所述的液压间隙调节器，其特征在于，所述阻尼装置包含 成型在所述活塞与所述本体之间的阻尼室；和至少一个延伸入所述阻尼室的阻尼元件，以限制液压液越过所述至少一个阻尼元 件的流速。
13. 根据权利要求12所述的液压间隙调节器，其特征在于，所述至少一个阻尼元 件从所述本体延伸入所述阻尼室。
14. 根据权利要求12所述的液压间隙调节器，其特征在于，所述至少一个阻尼元 件包含从所述本体延伸入所述阻尼室的第一阻尼元件；和 从所述活塞延伸入所述阻尼室的第二阻尼元件。
15. 根据权利要求14所述的液压间隙调节器，其特征在于，所述第一和第二阻尼元件包括重叠部分。
16.根据权利要求9所述的液压间隙调节器，其特征在于，所述阻尼装置包括环 绕所述活塞的中部的阻尼室，且所述活塞包含上部活塞部件，所述上部活塞部件具有适合连接至推杆的上端部和设有延伸入所 述阻尼室的法兰的下端部；和下部活塞部件，所述下部活塞部件设置在所述上部活塞部件下方的所述本体中， 具有外径相对于所述法兰的外径减小的上端部。
专利摘要本实用新型涉及具有阻尼装置的液压间隙调节器，提供一种用于内燃发动机气门结构的间隙调节的系统，包括具有阻尼装置以限制活塞相对于本体的移动速度的液压间隙调节器，以控制间隙调节器减少或消除间隙调节器的过补偿或抽吸的响应时间。
文档编号F01L1/24GK201401200SQ20082011232
公开日2010年2月10日 申请日期2008年8月20日 优先权日2008年8月20日
发明者佛洛伊德·梅尔文·卡默, 凯文·V·塔利欧, 杰夫·切斯特·莱杰克 申请人:福特环球技术公司