用于发动机凸轮轴驱动的可变张紧的制作方法

本公开涉及用于内燃机中的凸轮轴驱动的可变张紧。

背景技术：

内燃机通常采用凸轮轴以打开和闭合发动机的阀以控制供应至气缸的进气从而在气缸中燃烧和从气缸中去除燃烧后气体。诸如正时带或正时链的凸轮轴驱动元件通常用以同步发动机的曲柄轴和凸轮轴的旋转，使得发动机的阀在每个气缸的进气和排气冲程期间的适当时间打开和闭合。

正时带通常包括接触凸轮轴和曲柄轴链轮的表面上的齿，而正时链通常包括用于接触这些链轮的滚动元件。在某些发动机设计中，正时带或正时链还用来维持发动机的阀与活塞之间的安全运转间隙。另外，在某些发动机设计中，正时带或正时链可以用来驱动其它发动机部件，诸如水泵和/或油泵。

张紧器通常随同正时带或正时链在发动机中使用。此张紧器通常施加力至正时带或正时链以维持带或链拉紧，且因此维持发动机的曲柄轴与凸轮轴之间的旋转正时。张紧器确保独立于带或链的运动，发动机的曲柄轴与凸轮轴之间的连接保持完好，同时限制相关部件上的应力。

技术实现要素：

本公开的一个实施例涉及用于具有凸轮轴驱动元件的内燃机的凸轮轴驱动张紧器系统。此凸轮轴驱动元件可为正时带或正时链。凸轮轴驱动张紧器系统包括张紧器，该张紧器配置成由加压流体供能以施加力至凸轮轴驱动元件。凸轮轴驱动张紧器系统还包括配置成供应加压流体的流体 泵。凸轮轴驱动张紧器系统另外包括控制器，控制器配置成调节由流体泵供应至张紧器的流体的体积或压力以由此选择性地改变施加至凸轮轴驱动元件的力。

凸轮轴驱动张紧器系统还可以包括布置在张紧器与凸轮轴驱动元件之间的可枢转张紧器臂。可枢转张紧器臂可以配置成将力从张紧器传递至凸轮轴驱动元件。

凸轮轴驱动张紧器系统另外可以包括配置成检测发动机的转速的传感器。在此情况中，控制器可以配置成响应于发动机的经检测转速而调节由流体泵供应至张紧器的流体的体积或压力。因此，改变施加至凸轮轴驱动元件的力可以用来以较低发动机速度减小发动机摩擦力并且以较高发动机速度控制凸轮轴驱动元件的振动。或者，控制器可编程成计算发动机的转速并且响应于因此计算的发动机的转速而调节由流体泵供应至张紧器的流体的体积。

凸轮轴驱动张紧器系统另外可以包括与控制器操作地通信的流体控制阀。流体控制阀可以配置成改变由流体泵供应至张紧器的流体的体积或压力。

控制器可以利用查找表来编程，该查找表在由流体泵供应至张紧器的流体的体积或压力与发动机的转速之间建立对应。

控制器可以编程来调节由流体泵供应至张紧器的流体的体积或压力，使得第一量级的力施加至凸轮轴驱动元件直至并包括发动机的预定检测转速，且第二量级的力施加至凸轮轴驱动元件使其高于发动机的预定检测转速。

本公开的另一个实施例涉及一种具有此凸轮轴驱动张紧器系统的内燃机。

本公开的又一个实施例涉及一种选择性地改变施加至内燃机中的凸轮轴驱动元件的力的方法。

结合附图和随附权利要求书，从用于实行所述公开的实施例的以下详述和最佳模式的上述特征和优点中本公开的其它特征和优点将显而易见。

附图说明

图1是具有包括凸轮轴驱动张紧器系统的内燃机的车辆的示意性透视图。

图2是根据本公开的一个实施例的内燃机和凸轮轴驱动张紧器系统的示意性部分横截面前视图。

图3是根据本公开的另一个实施例的内燃机和凸轮轴驱动张紧器系统的示意性部分横截面前视图。

图4以流程图格式示意地说明选择性地改变施加至图1和2中所示的内燃机中的凸轮轴驱动元件的力的方法。

具体实施方式

参考附图，其中相同附图标记对应于贯穿若干视图的相同或类似部件，图1示出具有内燃机10(诸如火花或压缩点火类型)的机动车辆8。如图1和2中所示，发动机10包括其中布置有多个气缸14的气缸体12以及安装在气缸体上的气缸盖16。在替代实施例中，虽然未具体示出，但是气缸盖16可以集成至气缸体12中或与气缸体12浇铸在一起。

气缸盖16接收空气和燃料作为在气缸14内侧以供后续燃烧使用的预燃烧充气。如图2中可见，每个气缸14包括配置成在其中往复运动的相应活塞18。或者，燃烧室20形成在气缸14内介于气缸盖16的底面与活塞18的顶部之间。气流通过进气歧管22引导至每个燃烧室20，在燃烧室20中，燃料与空气结合并且形成燃料空气混合物以供主燃烧室内侧的后续燃烧。虽然图1至2中示出了直列式四缸发动机，但是并不妨碍本公开应用于具有不同数量和/或布置的气缸的发动机。

如图2至3中所示，发动机10还包括多个进气阀26，多个进气阀26操作地连接至气缸盖16并且配置成控制供应至每个气缸14的空气以供其中与燃料的燃烧。进气凸轮轴28配置成在发动机10的操作期间调节相应 进气阀26的打开和闭合。发动机10另外包括多个排气阀30，多个排气阀30操作地连接至气缸盖16并且配置成控制燃烧后气体从每个气缸14中的去除。排气凸轮轴32配置成在发动机10的操作期间调节相应排气阀30的打开和闭合。

发动机10还包括配置成在气缸体12内旋转的曲柄轴34。如本领域中已知的是，曲柄轴34经由连接杆24通过活塞18旋转，这是因为选择性地允许适当比例的量的燃料和空气经由一个或多个进气阀26进入燃烧室20中并且在燃烧室中燃烧。在空气燃料混合物在具体的燃烧室20内侧燃烧之后，特定活塞18的往复运动用来经由一个或多个排气阀30从相应气缸14中排放燃烧后气体。气缸盖16还配置成诸如经由排气歧管36从燃烧室20中排放燃烧后气体。

进气凸轮轴28和排气凸轮轴32包括相应的链轮28-1、32-1，而曲柄轴包括链轮34-1。发动机10还包括凸轮轴驱动元件38，诸如正时带(未示出)或正时链(如图2至3中所示)。凸轮轴驱动元件38操作地连接相应的链轮28-1、32-1和34-1以由此同步曲柄轴34和凸轮轴28、32的旋转。如本领域技术人员所理解，发动机的曲柄轴34和凸轮轴28、32经由凸轮轴驱动元件38的同步旋转确保阀26、30在每个气缸的进气和排气冲程期间的适当时间打开和闭合，并且另外可以维持阀与活塞18之间的安全运转间隙。

发动机10另外包括凸轮轴驱动元件张紧器系统40。凸轮轴驱动张紧器系统40包括配置成供应加压流体43(诸如发动机润滑油)的流体泵42。流体泵42可以由发动机10(诸如通过曲柄轴34)或经由电机(未示出)机械地驱动。流体泵42可以配置成将油供应用于润滑进气凸轮轴28和排气凸轮轴32的发动机10的各个轴承(未示出)(诸如曲柄轴34的轴承)并且将油供应至其它发动机子系统。凸轮轴驱动张紧器系统40还包括配置成施加力F至凸轮轴驱动元件38的张紧器44。

流体泵42经由下文将详细讨论的流体通道56将加压流体43供应至张紧器44。张紧器44变成由来自流体泵42的加压流体43供能以由此施加力F至凸轮轴驱动元件38。如图所示，可枢转张紧器臂46可以布置在 张紧器44与凸轮轴驱动元件38之间。张紧器臂46配置成沿凸轮轴驱动元件38的延伸跨距传递来自张紧器44的力F，以由此在发动机10的操作期间引导和减小凸轮轴驱动元件上的应力。固定臂48还可用来引导凸轮轴驱动元件38的相对侧，如图2至3中所示。

由张紧器44施加至凸轮轴驱动元件38的力F旨在维持主凸轮轴驱动元件中的预定张力，并且因此维持曲柄轴34与凸轮轴28、32之间的旋转正时。张紧器44连续地施加力F以确保凸轮轴驱动元件38的运动在各种发动机速度下保持可控。典型的机械凸轮轴驱动张紧器必须在操作发动机之前(例如，发动机预张紧)调整以无论(例如)新的链轮28-1、32-1、34-1、新的凸轮轴驱动元件38或新的张紧器44何时安装在发动机上均提供适当量级的力F。然而，主张紧器44在经由来自泵43的加压流体43供能时可大致上经由控制供应至主张紧器44的流体的压力或体积而调节，并且可以因此在无此预张紧的情况下按照要求操作。

凸轮轴驱动张紧器系统40还包括控制器50，控制器50配置成调节由流体泵42供应至张紧器的流体43的压力或体积。控制器50可以是用于发动机10的专用控制器、用于包括发动机10和变速器49两者的车辆8的动力系的控制器或用于整个机动车辆的中央处理单元。控制器50包括存储器，至少某些存储器是有形并且非暂时性的。存储器可以是参与提供计算机可读数据或程序指令的任何可记录介质。这种介质可以呈许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。用于控制器50的非易失性介质可以包括(例如)光盘或磁盘和其它持久存储器。易失性介质可以包括(例如)可以构成主存储器的动态随机访问存储器(DRAM)。这些指令可以由一种或多种传递介质(包括同轴电缆、铜线和光纤(包括具有联接至计算机的处理器的系统总线的导线))传递。控制器50的存储器还可以包括软盘、软磁盘、硬盘、磁带、任何其它磁性介质、CD-ROM、DVD、任何其它光学介质等。控制器50可配置或配备有其它所需计算机硬件，诸如高速时钟、必需模数(A/D)和/或数模(D/A)电路、任何必要的输入/输出电路和装置(I/O)以及合适的信号调节和/或缓存电路。控制器50需要或由此可以访问的任何算法可以存储在存储器中并且自动地执行以 提供所需功能性。

具体地说，控制器50编程成选择性地改变由张紧器44施加至凸轮轴驱动元件38的力F的量级。凸轮轴驱动张紧器系统40还可以包括与控制器50操作地连通并且配置成检测发动机10转速的传感器52。具体地说，传感器52可以配置为用于检测曲柄轴34的转速的接近传感器。控制器50可以配置成响应于由传感器52检测的发动机10的转速而调节由流体泵42供应至张紧器44的流体43的体积或压力。因此，供应至张紧器44的流体43的经调节体积或压力将改变力F的量级使得凸轮轴驱动元件38上的张力以及不利于发动机10的操作效率的所得摩擦力可以较低发动机速度减小。另外，在较高发动机速度下，力F可增加，以由此控制并且最小化凸轮轴驱动元件38的振动。

凸轮轴驱动张紧器系统40还可以包括与控制器50操作地连通的流体控制阀。在其各个实施例中，流体控制阀布置成与流体泵42和张紧器44中的每一个流体连通，并且配置成改变由流体泵42施加至张紧器的流体43的体积或压力以改变力F的量级。流体控制阀可以是允许在施加至张紧器44的两种不同流体压力或流量之间做出选择的装置或允许流体流或压力的无限可变调节的装置。下文更详细地讨论预期流体控制阀的某些可能实施例。

如图2中所示，流体控制阀的实施例可以是被动式固定孔流体控制阀54-1，控制阀54-1限制流体泵42与张紧器44之间的流体流。如图所示，在流体泵42的下游，流体通道56分离为第一通道56-1和第二通道56-2。流体控制阀54-1布置在第一通道56-1中、与流体泵42和张紧器44中的每一个流体连通。第二通道56-2流体地布置成与第一通道56-1平行并且包括诸如控制螺线管的双位置装置58。如图所示，装置58布置成与控制器50电通信以根据来自控制器的命令而调节供应至张紧器44的流体43的压力。

装置58配置成选择性地打开第二通道56-2以允许流体流通过，以及闭合第二通道以由此经由流体通道56-1将整个流体流引导通过流体控制阀54-1。当第二通道56-2闭合时，凸轮轴驱动张紧器系统40在张紧器44 处提供第一、低水平的流体流或压力。另一方面，当第二通道56-2经由装置58打开时，在张紧器44处提供第二、高水平的流体流或压力。因此，流体控制阀54-1配置成在施加至张紧器44的两种离散量级的流体流或压力之间选择以在两个预设量级的力F之间选择。

如图3中所示，流体控制阀的实施例可以是脉宽调制(PWM)螺线管阀54-2，螺线管阀54-2无限地改变流体泵42与张紧器44之间的流体流。螺线管阀54-2布置在流体通道56中成与流体泵42和张紧器44中的每一个流体连通，并且配置成将至张紧器44的流体流从零改变为可获自流体泵的预定最大值。如图所示，螺线管阀54-2布置成与控制器50电通信并且配置成根据来自控制器的命令而调节供应至张紧器44的流体43的压力。螺线管阀54-2配置成连续地改变流体通道56的量级并且提供对张紧器44处的流体压力的无限控制以由此选择期望量级的力F。

控制器50可以利用查找表57来编程，所述查找表57在由流体泵42供应至张紧器44的流体43的体积和/或压力与如由用于图2的实施例的传感器52检测的发动机10的转速之间建立对应。或者，例如结合螺线管阀54-2，控制器50可以编程成在以离散步长调节供应至张紧器44的流体43的体积或压力。在此实施例中，第一量级的力F可施加至凸轮轴驱动元件38直至并包括发动机10的预定阈值转速S1，且第二相当高的量级的力F可施加至凸轮轴驱动元件使其高于预定检测阈值转速S1。阈值转速S1可在发动机10的合适测试期间以经验确定。

图4示出了如上文关于图1至3所述选择性地改变施加至内燃机10中的凸轮轴驱动元件38的力F的方法60。方法60开始于框62，其中发动机10启动并且以某个速率(例如，空转速度)旋转。方法从框62前进至框64。在框64中，方法包括经由流体泵42供应加压流体43。继框64之后，方法进行至框66。在框66中，方法包括经由张紧器44接收加压流体43以由此通过张紧器施加力F至凸轮轴驱动元件38。方法接着前进至框68，其中方法包括经由传感器52检测发动机10的转速。

继框68之后，方法前进至框70，其中方法包括经由控制器50调节由流体泵42供应至张紧器44的流体43的体积或压力。供应至张紧器44的 流体43的体积或压力的此调节旨在响应于发动机10的经检测转速而选择性地改变施加至凸轮轴驱动元件38的力F。如上文关于图1至3所讨论，调节供应至张紧器44的流体43的体积或压力可以经由控制流体控制阀的螺线管阀54-2的实施例来实现。如上所述，螺线管阀54-2可以是允许在进入张紧器44的两种不同流体流体积之间做出选择的双位置装置或允许流体流的无限可变调节的装置。

在框70中，方法可以包括施加第一量级F1的力F至凸轮轴驱动元件38直至并包括发动机10的经检测预定转速S1以及施加第二量级F2的力至凸轮轴驱动元件使其高于发动机的经检测预定转速。或者，在框70中，方法可以包括经由控制器50根据在控制器50中编程的查找表57来调节供应至张紧器44的流体43的体积或压力。如上所述，编程至控制器50中的查找表57在供应至张紧器的流体43的体积和/或压力与发动机的经检测转速之间建立对应。方法60旨在以较低发动机速度(例如，以预定阈值转速S1或低于预定阈值转速S1)减小凸轮轴驱动元件38中的负载，并且以较高发动机速度(例如，高于预定阈值转速S1)控制凸轮轴驱动元件的振动。继框70之后，方法可以返回循环至框68以继续检测发动机10的转速。

具体说明和附图或图支持并且描述本公开，但是本公开的范围仅仅是由权利要求书界定。虽然已详细描述了用于实行所述公开的某些最佳模式和其它实施例，但是也存在用于实践随附权利要求书中界定的本公开的各种替代设计和实施例。另外，附图中所示的实施例或本描述中提及的各个实施例的特性不一定理解为彼此独立的实施例。事实上，可行的是，实施例的一个实例中描述的每个特性可与来自其它实施例的一个或多个其它期望特性组合，从而产生没有以文字描述或没有通过参考附图描述的其它实施例。因此，这些其它实施例落在随附权利要求书的保护范围的框架内。