用于内燃发动机的阀运动测量组件的制作方法

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本发明涉及对内燃发动机的阀运动的测量，且具体涉及内燃发动机的汽缸阀(即允许从汽缸排气和进气的阀)的运动(即升程)的测量。

背景技术：

阀运动测量通常在发动机测试期间执行，但是对于具有可变阀打开系统的应用来说会需要用于连续阀升程监测的系列设备。通常，传感器(通常是近程或激光传感器)朝向阀头以测量阀的运动。然而，为了安装这些传感器，孔应该被机加工到汽缸盖中，以定位传感器支撑元件。这是时间长、复杂且昂贵的过程。进而，在用于开发目的的典型阀运动测量时，传感器朝向阀头的上部部件，其被滤波。因为传感器要求平坦目标表面，使用在测试期间应该使用被适当地机加工的阀。

阀头随后被弱化且这会防止测试在有燃烧的情况下进行，这意味着通常仅允许在测试设备上进行测量。此外，用于测试的汽缸盖和阀的制备花费相对长的时间，且经修改的阀可能无法如实际(标准)部件那样正确地工作。由于标准方法需要修改，所以用于测试的所有部件(汽缸盖、阀组件、阀促动装置)必须被认为是一次性的，带来随后的硬件成本。

在测试阀运动的标准方法中，传感器可朝向阀的燃烧面。阀将不被修改，但是传感器的定位需要将汽缸体去除移除且这显然防止所有测试在燃烧的情况下进行。实际上，这是这类测试的通常局限性，因为发动机硬件的修改事实上会造成油或燃料泄露。在传感器就位之后在传感器上进行操作(例如设定阀的“零”位置)通常也是不适宜的，因为仅有窄小的可用空间，尤其是在发动机已经组装的情况下。而且，传感器会在燃烧期间由于太高温而损坏。

通过这种接近，在没有燃烧情况下的测试不能提供对实际发动机阀门机构性能的详细情况，特别是阀打开和关闭动态特点。替换的，阀位置的间接测量(例如通过安装在阀门机构部件上的应变计)也被证明是不够可靠，具体是因为这类传感器输出解译存在困难。

技术实现要素：

根据本发明，提供一种用于测量内燃发动机的阀的运动的方案，其允许对发动机(其具体是汽缸盖)本身最小的修改。这种方案可以按照标准应用适用于系列(标准)阀运动测量，其被转换为可变阀升程。本发明还提供用于燃烧期间测量内燃发动机的阀的运动的方案和用于在测试期间不损坏传感器的情况下测量内燃发动机的阀的运动的方案。

根据一实施例，用于内燃发动机的汽缸阀的阀运动测量组件包括阀位置传感器、设置有用于阀位置传感器的至少一个传感器座的支撑支架，所述汽缸阀设置有阀杆和阀头。阀运动测量组件进一步包括传感器目标元件，所述传感器目标元件在距阀头一距离处联接到阀杆，以跟随阀的运动。阀位置传感器与传感器目标元件相互作用，用于确定阀的位置。有利地，支撑支架可容易地安装安装到内燃发动机(例如在汽缸盖的顶部)。而且，传感器远离发动机的燃烧室，使得在监测汽缸阀的位置的同时可以在燃烧情况下执行测试。运动测量组件包括在距阀头一距离处联接到汽缸阀的阀杆的目标元件。结果，传感器可容易地监测目标元件的运动，且由此监测汽缸阀的运动。

根据一实施例，支撑支架包括用于紧固件的至少一个紧固件孔，以将支撑支架联接到内燃发动机的汽缸盖。具体说，置于内燃发动机汽缸盖顶部的短的螺纹孔可用于将阀运动测量组件安装到汽缸盖。汽缸盖的内部构造由此不被改变。而且，由于该原因，运动测量组件可正确地用于不同种类的汽缸盖，即用于不同种类的内燃发动机。

根据一实施例，至少一个传感器座布置在相对于至少一个紧固件孔的不同高度处。由此，传感器可在操作情况下以简单且有效的方式被正确定位。具体说，传感器可容易地布置在其与阀的运行不干涉的位置，同时其可检测阀本身的位置。

根据一实施例，至少一个紧固件孔设置有与至少一个传感器座的轴线平行的轴线。优选地，紧固件孔(一个或多个)和传感器座(一个或多个)全部彼此平行。这提供了传感器的尤其简单的定位。

根据一实施例，支撑支架包括设置有紧固件孔的中央部分和设置有传感器座的两个侧部分。由此，阀运动测量组件可置于两个汽缸阀之间，以监测两个汽缸阀的运动。

根据一实施例，侧部分平行于中央部分。

根据一实施例，目标元件设置有目标表面，优选是基本上平坦的目标表面。在传感器朝向目标表面时，由此可以确保传感器的特别有效的运行。

根据一实施例，目标元件包括阀弹簧保持器。由此，目标元件可容易地安装在阀杆上。进而，需要弹簧保持器来让汽缸阀运行，从而使得目标元件可提供两个功能。而且，目标元件不干涉阀的运行(例如其基本上不增加阀的重量)，而相反，其用于后者。

根据一实施例，目标元件包括设置有目标表面的保持器凸片。传感器和目标表面之间的协作由此可以以尤其容易且有效的方式提供。

根据一实施例，目标表面基本上平行于阀弹簧保持器的上表面。可由此建立通过传感器感测的目标表面的位置和阀的位置之间尤其简单的关系。

根据一实施例，支撑支架设置有凸片座，其配置为部分地围绕保持器凸片，以限制支撑支架和目标元件之间的相对旋转，例如阀弹簧保持器。保持器凸片可以包含在两个引导件中。引导件是支撑支架的设计的一部分，目的是防止凸片旋转到传感器读取范围以外。由此可以避免目标表面和传感器之间的可能的未对准。根据一实施例，阀弹簧保持器与保持器凸片是一个部件。可由此直接在阀弹簧保持器的制造期间获得凸片。进而，相对于常规的阀弹簧保持器，对阀增加了最小重量(即限制到凸片的重量)。

根据一实施例，目标元件包括联接到阀弹簧保持器的层状元件，层状元件设置有保持器凸片。在这些实施例中，保持器凸片可容易地应用于传统的阀弹簧保持器。

根据一实施例，保持器凸片设置有圆形边缘。避免尖锐边缘的存在，以在保持器凸片和凸片座彼此接触时防止对保持器凸片和/或凸片座的损坏。根据一实施例，凸片座的宽度大于保持器凸片的宽度，以在两个元件之间的联接中提供间隙。这种间隙减少目标元件相对于凸片座沿阀杆运动期间的摩擦。

本发明的实施例进一步用于内燃发动机，所述内燃发动机包括汽缸盖、设置有阀杆和阀头的至少一个汽缸阀和紧固到汽缸盖的阀运动测量组件，例如通过至少一个紧固件。阀运动组件包括阀位置传感器、设置有用于阀位置传感器的至少一个传感器座和在距阀头的一距离处联接到阀杆的传感器目标元件。根据一实施例，内燃发动机设置有用于阀运动测量组件的座、设置有联接到支撑支架的侧向表面的至少一个突出部分，以让阀运动测量组件相对于汽缸盖取向。

附图说明

参考之后的附图在下文描述本发明，其中相同附图标记表示相同元件。

图1显示了包括内燃发动机的汽车系统的实施例；

图2是属于图1汽车系统的内燃发动机的平面A-A的截面；

图3是根据本发明实施例的阀运动测量组件的透视图；

图4是图3的阀运动测量组件的的支撑支架的透视图；

图5a是图3的阀运动测量组件的目标元件的的透视图；

图5b是根据进一步实施例的阀运动测量组件的目标元件的透视图；

图6是根据进一步实施例的阀运动测量组件的支撑支架的截面透视图；

图7是联接到图6的支撑支架的图4的目标元件的俯视图；

图8是联接到汽缸阀的图7的组件的支撑支架的透视图；

图9是根据图1的两个阀运动测量组件的透视图，其每一个联接到两个汽缸阀；

图10是联接到内燃发动机的汽缸盖的阀运动测量组件的正面透视图；

图11是图10的放大部分的视图；

图12是内燃发动机的汽缸盖的顶部部分的顶部透视图；和

图13是联接到图12的汽缸盖的图1的阀运动测量组件的顶部透视图。

具体实施方式

以下详细描述仅是示例性的且目的不是限制本发明或本发明的应用和使用。进而，目的是不受如前所述的本发明背景或之后的详细描述中给出的任何理论的限制。

一些实施例可以包括汽车系统100，如图1和2所示，其包括内燃发动机(ICE)110，所述内燃发动机具有发动机缸体120，所述汽缸体限定至少一个汽缸125，所述至少一个汽缸具有联接为让曲轴145旋转的活塞140。汽缸盖130与活塞140协作以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)设置在燃烧室150中且被点燃，形成的热膨胀排气造成活塞140的往复运动。通过至少一个燃料喷射器160提供燃料，且通过至少一个进气口210提供空气。从与燃料泵180流体连通的燃料分配管170以高压向燃料喷射器160提供燃料，所述燃料泵增加从燃料源190接收的燃料的压力。每一个汽缸125具有至少两个汽缸阀215，所述阀通过凸轮轴135促动，所述凸轮轴与曲轴145适时地旋转。汽缸阀215选择性地允许空气从进气口210进入燃烧室150且交替地允许排气通过排气口220离开。在一些例子中，凸轮相位器155可以选择性地改变凸轮轴135和曲轴145之间的正时。

空气可以通过进气歧管200分配到空气进气口(一个或多个)210。空气进气管道205可以从周围环境将空气提供到进气歧管200。在其他实施例中，可以提供节流阀本体330，以调节进入歧管200中的空气流。在其他实施例中，可以提供例如涡轮增压器230(具有压缩机240，其旋转地联接到涡轮机250)这样的强制空气系统。压缩机240的旋转增加管道205和歧管200中空气的压力和温度。设置在管道205中的内部冷却器260可以降低空气的温度。通过从排气歧管225接收排气，涡轮机250旋转，所述排气歧管从排气口220引导排气且在通过涡轮机250膨胀之前经过一系列叶片。排气离开涡轮机250且被引导到排气系统270中。该例子显示了可变几何涡轮机(VGT)，VGT促动器290布置为让叶片运动，以改变经过涡轮机250的排气的流动。在其他实施例中，涡轮增压器230可以是固定几何结构的和/或包括废气门。

排气系统270可以包括排气管275，所述排气管具有一个或多个排气后处理装置280。排气后处理装置可以是配置为改变排气成分的任何装置。排气后处理装置280的一些例子包括但不限于催化转换器(两向和三向(two and three way))、氧化催化器、贫NOx捕获器、碳氢化合物吸收器、选择性催化还原(SCR)系统和颗粒过滤器。其他实施例可以包括联接在排气歧管225和进气歧管200之间的排气再循环(EGR)系统300。EGR系统300可以包括EGR冷却器310，以降低EGR系统300中的排气温度。EGR阀320调节EGR系统300中的排气流动。

汽车系统100可以进一步包括与相关于ICE110的一个或多个传感器450和/或装置通信的电子控制单元(ECU)450。ECU 450可以从各种传感器接收输入信号，所述传感器配置为产生与相关于ICE 110的各种物理参数成比例的信号。传感器包括但不限于空气流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却剂和油温以及液位传感器380、燃料分配管压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲柄位置传感器420、排气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440和加速踏板位置传感器445。进而，ECU 450可以产生到各种控制装置的输出信号，所述控制装置布置为控制ICE 110的运行，包括但不限于燃料喷射器160、节流阀本体330、EGR阀320、VGT促动器290、和凸轮相位器155。应注意，虚线用于表示ECU 450和各种传感器和装置之间的通信，但是为了清楚，其中的一些被省略。

现在转到ECU 450，该设备可以包括与存储系统460，或数据载体,和接口总线通信的数字中心处理单元(CPU)。CPU配置为执行作为程序存储在存储系统460中的指令，且向接口总线发送信号/从接口总线接收信号。存储系统460可以包括各种存储类型，包括光学存储、磁性存储、固态存储和其他非易失存储器。接口总线可以配置为向/从各种传感器和控制装置发送、接收和调制模拟和/或数字信号。

代替ECU 450，汽车系统100可以具有不同类型的处理器，以提供电子逻辑，例如嵌入控制器、车载计算机、或可布置在车辆上的任何处理模块。

参考图3-13，阀运动测量组件1包括阀位置传感器2、支撑支架3和传感器目标元件4。阀位置传感器2是能测量物体距参考位置(称为“零”或“零位置”)距离的元件。这类传感器是已知的，例如可使用近程传感器或激光传感器。这类传感器，例如近程传感器，通常将信号(例如红外辐射)引导到目标(例如本发明实施例的传感器目标元件4)且读取从目标而来的返回信号。以已知的方式，近程传感器能从上述返回信号推断物体的位置。

通常，阀位置传感器2能确定传感器目标元件4的位置(即距离)，而没有与传感器目标元件4的物理接触。通常，为了有效地运行，阀位置传感器2应该适当地被引导朝向目标元件4。换句话说，传感器目标元件4和阀位置传感器2应该被置于相对于彼此的一定取向，以便保证阀位置传感器2的正确运行，优选是不干扰目标。如进一步在下文描述的，这种取向通过支撑支架3提供。

具体参考图4，根据可行实施例，支撑支架3设置有至少一个紧固件孔3a和至少一个传感器座3b。优选实施例的支撑支架，如图所示，设置有一个紧固件孔3a和传感器座3b的联接件。参考所示实施例，紧固件孔3a可插置在传感器座3b之间。换句话说，支撑支架3可包括设置有紧固件孔3a的中央部分31和两个侧部分32，两个侧部分32每一个设置有传感器座3b。

不同实施例可设置有不同数量的紧固件孔(或允许支撑支架联接到汽缸盖的不同紧固器件)和/或具有不同数量的传感器座。为了描述方便，对一个紧固件孔3a和一个传感器座3b做出描述。之后的描述也可应用于更多的紧固件孔和/或传感器座的实施例。

在一实施例中，紧固件孔3a是穿通孔，以允许紧固件穿过支撑支架3。进而，传感器座3b配置为是穿通开口，其经过(即穿过)支撑支架3。传感器座3b的形状优选配置为匹配阀位置传感器2的形状。通常，传感器座3b是贯穿圆柱形开口，即其也配置为类似贯穿通孔。

根据一实施例，紧固件孔3b的轴线A1基本上平行于传感器座3b的轴线A2。通常，轴线A1和A2取向为使得在支撑支架通过紧固件5联接到内燃发动机110时，轴线A2朝向目标元件4，优选相对于目标元件的目标表面4a正交。

根据一实施例，传感器座3b布置在相对于紧固件孔3a的不同高度处。具体说，支撑支架3的上表面(即与面对内燃发动机110的表面相对的表面)包括布置在不同平面P1、P2上的至少两个区域3c、3d。具体说，这些不同平面以距离D至少在紧固件孔3a的轴线A1的方向上彼此间隔开。一个区域3c设置有紧固件孔3a，而另一区域3d设置有传感器座3b。参考所示实施例，一个区域3c布置在中央部分31上，而另一区域3d布置在侧部分32上。

在所示实施例中，中央部分31和侧部分32通过连接部分33连接，所述连接部分相对于中央部分31和侧部分32倾斜。通常，侧部分32和中央部分31彼此平行。进而，连接部分33优选基本上与中央部分31和侧部分32正交。

通常，在设置有多个紧固件孔和/或多个传感器座的中，紧固件孔优选设置于第一高度，而传感器座设置于与第一高度不同的第二高度。然而，根据需要，不排除不同紧固件孔可设置于彼此之间不同的高度处。对于传感器座来说也是如此。

目标元件4是配置为联接到内燃发动机110的汽缸阀215的元件。阀设置有阀杆215a和阀头215b。目标元件4配置为联接到汽缸阀215的阀杆215a。在所示实施例中，目标元件4设置有开口4b，阀杆215a可插入该开口。用于将目标元件4联接到阀杆的其他器件可用在不同实施例中。

通常，目标元件4配置为联接到汽缸阀215以便跟随汽缸阀215的运动，通常是阀杆215a的运动，如上所述。目标元件4还设置有目标表面4a，其优选是平坦的且更通常的是其配置为与传感器2协作。作为例子，目标表面材料和形状被选择为适当地与通过近程传感器发出的信号相互作用(且反射)。优选地，目标表面4a平行于目标元件4的上表面，以便简化阀位置传感器2和目标元件4之间的距离d1与汽缸阀215的位置之间的关系。

根据优选实施例，目标元件4包括阀弹簧保持器40。由此，不需要将外部元件联接到汽缸阀215，因为目标元件4是阀本身的元件。事实说，阀弹簧保持器40联接到阀杆215a和阀弹簧215c。如已知的，阀弹簧215c保证汽缸阀215和汽缸阀215的促动器之间的接触，其通常为凸轮轴135。

如所述的，目标元件4优选设置有目标表面4a。在所示实施例，目标表面4a设置在保持器凸片41上。保持器凸片41通常布置为从阀弹簧保持器40的边缘(在平面图中是周边)侧向地延伸。在图5a的实施例中，保持器凸片41与阀弹簧保持器40是一体的。可选地，保持器凸片可布置在不同元件上，联接到阀弹簧保持器。作为例子，在图5b的实施例中，设置有保持器凸片41的层状(或叶片状)元件42联接到弹簧保持器40。具体说，在该实施例中，可使用传统的阀弹簧保持器。通常，层状元件可布置在阀弹簧保持器的顶部上。通常，保持器凸片41可联接到阀弹簧保持器40以便获得目标元件4。根据一实施例，保持器凸片41设置有侧向圆形边缘41b，如图5a所示的实施例中。换句话说，侧向边缘41b没有锋利边缘。

在一实施例中，如图6、7和8所示，支撑支架3可设置有凸片座34。凸片座34配置为部分地包围保持器凸片41。更具体地，凸片座34可设置有打开部分34a，以允许保持器凸片41插入保持器座34，且设置有侧向表面34b，侧向表面34b接合凸片座34，以限制凸片座34和保持器凸片41之间的相对旋转。在一实施例中，如图所示，在平面图中，凸片座34设置为大致U形状。

凸片座34尺寸设置为以距保持器凸片41b的一定间隙提供接合。换句话说，凸片座34的尺寸略微大于保持器凸片41的尺寸。通常，凸片座34具有大于保持器凸片41宽度W2的宽度W1。优选地，两个宽度W1和W2之间的差比凸片座34的宽度W1小得多(例如不大于1毫米)。在所示实施例中，凸片座34包括一个或多个侧向突出部34c，其朝向内燃发动机110突出。凸片座34的侧向突出部(一个或多个)34c的高度H(即沿平行于紧固件孔3a轴线A1的方向测量的凸片座34的尺寸)必须大于汽缸阀215的最大升程，以便避免阀门机构损坏和针对汽缸阀215的全部运动而在凸片座34和保持器凸片41b之间提供接合。

参考图10 13，现在将描述内燃发动机110和阀运动测量组件1之间的相对定位。具体说，阀运动测量组件1安装到内燃发动机110的汽缸盖130。汽缸盖130通常设置有用于阀运动测量组件的座131。座131通常包括一个或多个突出部分131a，以使得阀运动测量组件1正确定向。突出部分131a通常用作支撑支架3的肩部，即它们接合阀运动测量组件1的侧向表面，以便避免阀运动测量组件1和汽缸盖130之间的旋转。

在所示实施例中，显示了两个相对突出部分131a。不同实施例例如仅可设置有一个突出部分131a。根据实施例，座131还设置有用于紧固件5(例如螺钉)的螺纹孔131b，以允许阀运动测量组件1和汽缸盖130之间的联接。优选地，在汽缸盖130的惰性肋(inert rib)132(即没有结构功能的肋)上获得座131。不需要对汽缸盖130进行进一步修改就能将阀运动测量组件1安装到汽缸盖130。

应注意，可设置不同的紧固器件以允许阀运动测量组件1之间的联接，并且特别是支撑支架和汽缸盖130之间的联接。通常，阀运动测量组件1在汽缸盖130的顶部部分处联接。对于“顶部部分”，其意味着汽缸盖130的与汽缸125相对的部分。优选地，阀运动测量组件1联接到汽缸盖130的顶部表面，即与面对汽缸125的汽缸盖130的表面相对的表面。一旦安装，阀运动测量组件1的阀位置传感器2被朝向目标元件4引导，以便测量阀位置传感器2和目标元件4之间的距离d1。

在运行期间，汽缸阀215通过与旋转凸轮轴135接合而交替升起和下降。目标元件4随汽缸阀215一起运动，使得阀位置传感器2和目标元件4之间的距离d1变化。阀位置传感器2检测如上所述的距离d1。从阀位置传感器2和目标元件4之间的距离d1可以推断汽缸阀215的位置。

尽管至少一个示例性实施例已经在前述发明内容和具体实施方式中进行了描述，但是应理解存在许多变化例。还应理解，一个或多个示例性实施例仅是例子，且目的不是以任何方式限制范围、适用性或构造。相反，前面的详细描述和详细描述为本领域技术人员提供了实施至少一个示例性实施例的便捷方式，应理解，以对示例性实施例中所述的元件的功能和布置做出各种改变，而不脱离权利要求及其等效方式限定的范围。