复合廓形评估方法和复合廓形测量装置与流程

本发明涉及用于凸轮轴的复合廓形评估方法和复合廓形测量装置，凸轮轴根据与一对固定凸轮和可动凸轮的相对定位对应的复合廓形来打开和关闭设置在内燃发动机的气缸中的发动机阀。

背景技术：

例如，在日本特开07-190702号公报中，提出了一种用于具有相同形状和相同相位的凸轮的凸轮轴的检查方法。更具体地，能够在与凸轮轴的轴线垂直的方向上移动的接触元件与前述两个凸轮的圆周表面接触，并且凸轮轴在该状态下旋转。据此，确定：待检测的两个接触元件的相对移动量越小，凸轮的尺寸精度和组装精度越高。

顺便提及，例如，根据日本特开2002-054410号公报，为了任意地控制内燃发动机的发动机阀的打开角度，代替相同形状和相同相位的凸轮，提出了包括可动凸轮和固定凸轮的凸轮轴，其中可动凸轮和固定凸轮之间的相对定位(相位差)是可变的。

利用这样的凸轮轴，因为固定凸轮和可动凸轮的相位不限于相互相同，所以即使应用日本特开07-190702号公报的检测方法，也将难以评估凸轮表面的状态。因此，通过使接触元件抵靠各固定凸轮和可动凸轮来分开地评估相应凸轮表面的状态是不可缺少的。

技术实现要素：

利用如上所述配备有固定凸轮和可动凸轮的凸轮轴，由沿着凸轮轴的轴向方向彼此相邻地配置的一对固定凸轮和可动凸轮来驱动同一摇臂。利用这样的构造，所述固定凸轮和所述可动凸轮的复合廓形用于驱动阀，并且因为凸轮廓形可以以模拟的方式变化，所以可以执行非常复杂的阀控制。

以这种方式，在由所述固定凸轮和所述可动凸轮的复合廓形来驱动发动机阀的情况下，有必要评估所述复合廓形。然而，如上文指出的，利用接触元件与所述固定凸轮和所述可动凸轮分开地接触的方法，即使可以评估所述固定凸轮和所述可动凸轮的相应廓形，也不能执行实际复合廓形的评估。

由此，可考虑通过计算所述固定凸轮和所述可动凸轮的相应廓形来合成地获得所述复合廓形而执行这样的评估。然而，在这种情况下，分别根据所述固定凸轮和所述可动凸轮各测量廓形，并且需要组合所述廓形的计算过程等，导致大量的复杂步骤。此外，如果实际复合廓形和计算获得的复合廓形之间出现误差，则评估的精度降低。

本发明的主要目的是提供一种评估复合廓形的方法，容易且高度准确地实现对固定凸轮和可动凸轮的复合廓形的评估。

本发明的另一目的是提供一种能够容易且高度准确地评估固定凸轮和可动凸轮的复合廓形的复合廓形测量装置。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种评估复合廓形的方法，该方法评估根据与一对固定凸轮和可动凸轮的相对位置对应的复合廓形来打开和关闭设置在内燃发动机的气缸中的发动机阀的凸轮轴的复合廓形，其中在所述凸轮轴中，内轴以可旋转的方式布置在柱形外轴的内部中，所述固定凸轮设置在所述外轴的外周上，并且所述可动凸轮经由所述外轴的凹口固定到所述内轴，所述方法包括：调整步骤，该调整步骤通过使所述内轴相对于所述外轴相对旋转以及使所述可动凸轮在沿着所述外轴的外周面滑动的同时与所述内轴一起旋转来调整所述固定凸轮和所述可动凸轮的所述相对位置；以及复合廓形检测步骤，该复合廓形检测步骤通过在将第一接触元件和第二接触元件中的至少一者放置成与所述固定凸轮的凸轮表面或所述可动凸轮的凸轮表面接触的状态下使所述外轴和所述内轴旋转并且通过用位移量检测单元检测所述第一接触元件和所述第二接触元件的位移量来获得所述复合廓形，所述第一接触元件通过接触所述固定凸轮的所述凸轮表面而沿着所述固定凸轮的直径方向移位，所述第二接触元件与所述第一接触元件一体地移位并且通过接触所述可动凸轮的所述凸轮表面而沿着所述可动凸轮的直径方向移位。

在根据本发明的评估复合廓形的方法中，如上文指出的，所述第一接触元件通过被放置成与所述固定凸轮的所述凸轮表面接触而沿着所述固定凸轮的直径方向移位，并且所述第二接触元件通过被放置成与所述可动凸轮的所述凸轮表面接触而沿着所述可动凸轮的直径方向移位。此外，因为所述第一接触元件和所述第二接触元件相互一体地移位，所以当其中任一者移位时，另一者也根据这种移位而移位。

因此，在所述固定凸轮和所述可动凸轮的相位偏移的状态下，在所述可动凸轮的所述凸轮表面内，所述第二接触元件仅接触其相位从所述固定凸轮偏移的部分，并且以这种方式，所述第一接触元件仅在所述第二接触元件接触所述可动凸轮的区域内与所述固定凸轮分离。换句话说，所述第一接触元件可以仅接触使用所述固定凸轮的所述凸轮表面的廓形的那一部分，并且所述第二接触元件可以仅接触使用所述可动凸轮的所述凸轮表面的廓形的那一部分。

换言之，因为与所述固定凸轮和所述可动凸轮的实际使用的复合廓形对应的位移量可以由所述位移量检测单元检测，所以可以直接测量和评估所述复合廓形。因而，因为不需要执行计算过程等来组合分别测得的所述固定凸轮和所述可动凸轮的廓形，所以可以容易而高效且高精度地获得复合廓形。

因此，例如，通过将以前述方式测量的复合廓形与基于所述固定凸轮和所述可动凸轮的相对位置(相位差)而确定的复合廓形的设定值比较，可以容易且高精度地评估所述凸轮轴的组装精度和尺寸精度等等。

在评估复合廓形的上述方法中，优选地进一步包括：相位检测步骤，在所述外轴和所述内轴在所述复合廓形检测步骤中旋转期间，所述相位检测步骤检测所述外轴和所述内轴的相应旋转相位；相位差计算步骤，该相位差计算步骤由计算单元计算在所述相位检测步骤中检测的所述外轴和所述内轴的旋转相位之间的相位差；以及记录步骤，该记录步骤记录在所述复合廓形检测步骤中检测的所述复合廓形以及在所述相位差计算步骤中计算的所述相位差，所述复合廓形和所述相位差彼此关联。

因为所述固定凸轮与所述外轴一起旋转并且所述可动凸轮与所述内轴一起旋转，所以所述外轴和所述内轴的旋转相位之间的相位差对应于所述固定凸轮和所述可动凸轮的相对位置。此外，基于所述固定凸轮和所述可动凸轮的相对位置来确定所述复合廓形。因此，通过彼此关联并且基于实际检测的所述外轴和所述内轴的旋转相位来记录所述相位差以及所述固定凸轮和所述可动凸轮的复合廓形，可以更高精度地评估所述凸轮轴的组装精度和尺寸精度等等。

在评估复合廓形的上述方法中，通过多次执行调整步骤和复合廓形检测步骤，在一对所述固定凸轮和所述可动凸轮之间的所述相对位置的可变范围内，优选地，分别针对所述可变范围内的多个所述相对位置中的每一个相对位置而获得复合廓形。在该情形下，所述可变范围是从一对固定凸轮和可动凸轮的相位彼此一致的状态直到相位偏移最大的范围。以这种方式，关于一对固定凸轮和可动凸轮，通过测量所述可变范围内的多个相对位置中的每一个相对位置的复合廓形，可以更高精度地评估与所述凸轮轴的实际使用状态一致的组装精度和尺寸精度等等。

根据本发明的另一实施方式，提供了一种用于凸轮轴的复合廓形测量装置，所述凸轮轴根据一对固定凸轮和可动凸轮的复合廓形来打开和关闭设置在内燃发动机的气缸中的发动机阀，所述复合廓形测量装置包括：第一旋转单元，所述第一旋转单元被构造成使柱形外轴旋转，所述外轴的外周上设置有固定凸轮；第一相位检测单元，所述第一相位检测单元被构造成检测所述外轴的旋转相位；第二旋转单元，所述第二旋转单元被构造成使以可旋转的方式布置在所述外轴的内部中的内轴旋转；第二相位检测单元，所述第二相位检测单元被构造成检测所述内轴的旋转相位；计算单元，所述计算单元被构造成基于所述第一相位检测单元和所述第二相位检测单元的检测结果来计算所述外轴和所述内轴的旋转相位之间的相位差；第一接触元件，所述第一接触元件被构造成通过接触与所述外轴一起旋转的所述固定凸轮的凸轮表面而沿着所述固定凸轮的直径方向移位；第二接触元件，所述第二接触元件被构造成与所述第一接触元件一体地移位并且通过接触与所述内轴一起旋转的所述可动凸轮的凸轮表面而沿着所述可动凸轮的直径方向移位；位移量检测单元，所述位移量检测单元被构造成检测所述第一接触元件和所述第二接触元件的位移量；以及记录单元，所述记录单元被构造成记录所述位移量检测单元的与由所述计算单元计算的所述相位差关联的检测结果。

依照根据本发明的复合廓形测量装置，通过用所述位移量检测单元检测与所述复合廓形对应的所述第一接触元件和所述第二接触元件的位移量，可以直接测量所述固定凸轮和所述可动凸轮的复合廓形。因此，可以容易而高效且高精度地获得和评估所述复合廓形。

当结合借助说明性示例示出本发明优选实施方式的附图时，根据以下描述，本发明的以上及其它目的、特征和优点将变得更显而易见。

附图说明

图1是应用了根据本发明的一个实施方式的复合廓形评估方法和复合廓形测量装置的凸轮轴的轮廓分解立体图；

图2是图1的凸轮轴的可动凸轮被固定的区域的示意性剖视图；

图3是指示固定凸轮和可动凸轮的相位发生偏移的状态的说明图；以及

图4是根据本发明的一个实施方式的复合廓形测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图详细地描述根据本发明的复合廓形评估方法和复合廓形测量装置的优选实施方式。

可以例如相对于图1和图2中示出的凸轮轴10合适地应用根据本实施方式的复合廓形评估方法(下文中也简称为评估方法)以及复合廓形测量装置100(下文中也简称为测量装置100，参见图4)。由此，首先，参考图1和图2，将给出关于凸轮轴10的描述。

凸轮轴10用在具有三个气缸的内燃发动机(未示出)中，并且设置在相应气缸中的进气阀或排气阀(即，发动机阀，均未示出)各通过一对固定凸轮12和可动凸轮14打开和关闭。因此，设置了总共三对固定凸轮12和可动凸轮14。

一对固定凸轮12和可动凸轮14沿着凸轮轴10的轴向方向彼此相邻地布置，并且用于驱动同一摇臂(未示出)。换句话说，通过使用固定凸轮12和可动凸轮14的复合廓形，可以以模拟的方式使凸轮廓形可变。出于该原因，基本上，使用固定凸轮12的廓形，而关于可动凸轮14的廓形，仅使用可动凸轮14相对于固定凸轮12相位偏移的那一部分。

凸轮轴10配备有：柱形外轴16，其中固定凸轮12一体地形成在外轴16的外周上；内轴18，内轴18以可旋转的方式布置在外轴16的内部中；以及可动凸轮14，可动凸轮14固定到内轴18。

固定凸轮12由沿着外轴16的轴向方向以预定间隔配置的三个单独构件构成。分别邻近设置三个固定凸轮12的位置配置的三对凹口20形成在外轴16上。各对凹口20在外轴16的直径方向上相互面对彼此。凹口20均具有沿着外轴16的周向方向延伸的弓形形状。

在邻近外轴16的凹口20的位置的两侧之中，窄径部22分别形成在与固定凸轮12相对的那一侧上。窄径部22位于这样的位置，即：外轴16的外周壁的直径方向上的相对两端被切除以便部分地减小外轴16的外径。此外，轴颈部24分别在远离外轴16的窄径部22的位置处设置在与凹口20相反的那一侧上。轴颈部24相对于内燃发动机的气缸盖(未示出)以可旋转的方式支撑。

内轴18是直径比外轴16的内径小的实心圆棒。因此，通过将内轴18同轴地配置在外轴16的内部中，在外轴16的内周面与内轴18的外周面之间相互形成间隙。此外，作为沿着内轴18的直径方向延伸的通孔的三个销孔26沿着内轴18的轴向方向间隔地设置。

可动凸轮14的横截面形状为大致c形，并且在其周向方向上的两端之间设置有开口。可动凸轮14由分别在邻近外轴16的固定凸轮12的位置处沿着周向方向以可滑动的方式安装的三个单独构件构成。形成可动凸轮14的开口的两个端部之间的距离略大于外轴16的窄径部22的外径，并且小于外轴16的安装可动凸轮14的位置的外径。

据此，在经由开口将外轴16的窄径部22插入到可动凸轮14中之后，并且通过使可动凸轮14沿着外轴16的轴向方向滑动，可动凸轮14可被装设在邻近固定凸轮12的位置处。此时，因为可动凸轮14沿周向方向的长度被设定为覆盖沿外轴16的周向方向的一半(180度)以上，所以可以防止可动凸轮14从外轴16脱离或分离。

如上所述，在凸轮轴10中，可动凸轮14的廓形仅用于相对于固定凸轮12相位偏移的那些部分。因此，通过使可动凸轮14的横截面形成为大致c形，在其不使用廓形的位置被设置为开口的情况下，与柱形内凸轮比较可以降低可动凸轮14的重量。此外，可以通过减少形成可动凸轮14所需要的材料量来降低成本。此外，通过使可动凸轮14的横截面形成为大致c形，可动凸轮14可以在固定凸轮12已设置在外轴16上之后相对于外轴16从其直径方向进行装设。因此，可以简化凸轮轴10的制造过程，并且提高效率。

在每个可动凸轮14中，一对插入孔28形成为在以前述方式将可动凸轮14装设在外轴16上时面对凹口20和销孔26。如图2所示，通过经由插入孔28和凹口20将销30压配合到销孔26中，可动凸轮14被固定到内轴18。结果，可动凸轮14能够与内轴18一起旋转。

更具体地，通过使内轴18相对于外轴16相对旋转，可动凸轮14与内轴18以随动关系(即，共同旋转)旋转，并且在周向方向上沿着外轴16的外周面滑动。结果，如图3所示，可动凸轮14相对于固定凸轮12在箭头x的方向上相对移位，并且它们之间的相对定位(相位差)可以是可变的。换句话说，基于固定凸轮12和可动凸轮14的相对定位而确定的复合廓形也可以是可变的。

如上文指出的，利用凸轮轴10，由固定凸轮12和可动凸轮14驱动同一摇臂，因此，通过按前述方式改变复合廓形，凸轮廓形可以以模拟的方式变化。更具体地，通过使内轴18相对于外轴16相对旋转，可以调整固定凸轮12和可动凸轮14之间的相对定位，由此可以任意地控制发动机阀被打开和关闭的定时(打开角度)。

如图4所示，关于凸轮轴10，根据本实施方式的测量装置100用于测量固定凸轮12和可动凸轮14的实际复合廓形。

更具体地，测量装置100配备有：第一旋转部件(第一旋转单元)102、第一相位检测部件(第一相位检测单元)104、第二旋转部件(第二旋转单元)106、第二相位检测部件(第二相位检测单元)108、第一接触元件110、第二接触元件112、位移量检测部件(位移量检测单元)114和计算机116，计算机116包括计算部件(计算单元)和记录部件(记录单元)。

当进行复合廓形的测量时，期望凸轮轴10以可旋转的方式设定在第一旋转部件102与第二旋转部件106之间，使得其轴向方向沿着竖直方向。在这种情况下，与沿着水平方向设定凸轮轴10的情况不同，因为可以避免由于重力等在细长凸轮轴10的轴向方向上的中心侧造成的弯曲或屈曲，所以可以提高复合廓形的测量精度。

第一旋转部件102是布置在凸轮轴10的下端侧的马达，并且仅使外轴16旋转。第一相位检测部件104是用于检测外轴16的旋转相位的旋转编码器。第二旋转部件106是布置在凸轮轴10的上端侧的马达，并且仅使内轴18旋转。第二相位检测部件108是用于检测内轴18的旋转相位的旋转编码器。

第一相位检测部件104和第二相位检测部件108的检测结果被传送给计算机116。据此，基于第一相位检测部件104和第二相位检测部件108的检测结果，计算机116的计算部件计算外轴16与内轴18之间的相位差。

第一接触元件110通过接触与外轴16一起旋转的固定凸轮12的凸轮表面而沿着直径方向移位。第二接触元件112通过接触与内轴18一起旋转的可动凸轮14的凸轮表面而沿着直径方向移位。此外，因为第一接触元件110和第二接触元件112相互一体地移位，所以当其中任一者移位时，另一者也根据它的移位而移位。位移量检测部件114是检测第一接触元件110和第二接触元件112的位移量的线性编码器。

更具体地，在固定凸轮12和可动凸轮14的相位偏移的状态下，在可动凸轮14的凸轮表面内，第二接触元件112仅接触其相位从固定凸轮12偏移的部分。此外，以这种方式，第一接触元件110仅在第二接触元件112接触可动凸轮14的区域内与固定凸轮12分离。因此，第一接触元件110仅接触使用固定凸轮12的凸轮表面的廓形的那一部分，并且第二接触元件112仅接触使用可动凸轮14的凸轮表面的廓形的那一部分。因此，第一接触元件110和第二接触元件112与实际使用的复合廓形对应地移位，并且通过用位移量检测部件114检测第一接触元件110和第二接触元件112的位移量，可以直接测量复合廓形。

位移量检测部件114的检测结果被传送给计算机116。据此，与如计算部件计算的外轴16和内轴18的旋转相位之间的相位差相关联地，计算机116的记录部件记录由位移量检测部件114检测的复合廓形。

根据本实施方式的测量装置100基本上按上述方式构建。接着，将关于测量装置100的操作来描述根据本实施方式的评估方法。

首先，通过将内轴18附接至第二旋转部件106连同将外轴16附接至第一旋转部件102来设定测量装置100的凸轮轴10。接着，通过使第一旋转部件102和第二旋转部件106旋转，外轴16和内轴18相对于彼此相对旋转，由此进行调整过程来调整一对固定凸轮12和可动凸轮14之间的相对定位。

此后，第一接触元件110和第二接触元件112中的至少一者与固定凸轮12或可动凸轮14接触。在该状态下，外轴16和内轴18由第一旋转部件102和第二旋转部件106来旋转，以维持已按前述方式调整的固定凸轮12与可动凸轮14之间的相对定位。此时，由第一相位检测部件104和第二相位检测部件108进行相位检测过程来检测外轴16和内轴18的相应旋转相位。

因为固定凸轮12和可动凸轮14与外轴16和内轴18的旋转一起旋转，所以第一接触元件110和第二接触元件112与固定凸轮12和可动凸轮14的复合廓形对应地移位。通过使用位移量检测部件114来检测第一接触元件110和第二接触元件112的位移量，进行复合廓形检测过程以获得复合廓形。

接着，基于外轴16和内轴18的从第一相位检测部件104和第二相位检测部件108传送给计算机116的相应旋转相位，由计算部件进行相位差计算过程以便计算旋转相位的相位差。

此后，计算机116执行记录过程以在记录部件中记录从位移量检测部件114传送的复合廓形以及外轴16和内轴18的由计算部件计算的相位差。复合廓形和相位差彼此关联。

根据上文，基于已在以上调整过程中调整的固定凸轮12和可动凸轮14的相对定位的复合廓形的实际测量值通过其与外轴16和内轴18之间的相位差的关系而获得。此外，前述调整过程和复合廓形检测过程(伴随着相位检测过程)、相位差计算过程和记录过程优选地进行多次，同时在可变范围内改变一对固定凸轮12和可动凸轮14之间相互的相对位置。在该情形下，可变范围是从一对固定凸轮12和可动凸轮14的相位彼此一致的状态直到相位偏移最大的范围。根据该特征，可以分别针对可变范围内的多个相对位置中的每一个相对位置获得复合廓形的实际测量值。

此外，关于也设置在凸轮轴10上的其余两对固定凸轮12和可动凸轮14，通过多次进行与以上类似的过程，可以分别针对在可变范围内的多个相对位置中的每一个相对位置获得复合廓形的实际测量值。

因此，例如，通过比较按前述方式获得的复合廓形，以及基于固定凸轮12和可动凸轮14的相对定位而确定的复合廓形的设定值，可以评估复合廓形。更具体地，在复合廓形的实际值和设定值之差变小时，可以判断：凸轮轴10中的前述构成元件的组装精度以及固定凸轮12和可动凸轮14的凸轮表面等等的尺寸精度较高。

依照根据本实施方式的评估方法和测量装置100，通过用位移量检测部件114检测与复合廓形对应的第一接触元件110和第二接触元件112的位移量，可以直接测量和评估固定凸轮12和可动凸轮14的复合廓形。因此，因为不需要执行计算过程等来组合固定凸轮12和可动凸轮14的分别测得的廓形，所以可以容易而高效且高精度地获得复合廓形。因而，关于凸轮轴10，可以容易且高精度地研究其多个构件是否以满足制造产品的良好精度和预定质量进行组装等。

本发明并不特别限于上述实施方式，并且可以在不脱离本发明的实质和要旨的情况下对其作出各种修改。

例如，在固定凸轮12和可动凸轮14的相位一致的状态下，并且在它们之间的相位偏移最大的条件内，测量装置100可在可动凸轮14相对于固定凸轮12相对移动期间进行第一接触元件110和第二接触元件112的位移量的检测过程。

更具体地，在已在测量装置100中设定好凸轮轴10之后，通过使第一旋转部件102和第二旋转部件106旋转，外轴16和内轴18相对旋转，并且固定凸轮12和可动凸轮14的相位一致。代替固定凸轮12和可动凸轮14的相位一致，它们之间的相位偏移可最大。在该状态下，使外轴16和内轴18旋转，并且固定凸轮12相对于第一接触元件110的相对位置按下面随后描述的方式来设定。

然后，在外轴16被固定的同时，仅内轴18由第二旋转部件106旋转。由此，可动凸轮14相对于固定凸轮12在固定凸轮12和可动凸轮14的相位一致的状态与相位偏移最大的状态之间移动。

此时，设定固定凸轮12相对于第一接触元件110的相对位置，使得可动凸轮14的凸轮表面的至少一部分与第二接触元件112接触。以这种方式，可以在可动凸轮14相对于固定凸轮12相对移动期间检测第一接触元件110和第二接触元件112的位移量(主要是第二接触元件112的伴随位移)。

另外，如上文指出的，当在可动凸轮14的凸轮表面的至少一部分与第二接触元件112接触的范围内改变了固定凸轮12相对于第一接触元件110的相对位置时，通过多次执行以上过程，可以检测内轴18相对于外轴16相对移动时可动凸轮14相对于固定凸轮12的行为。由此，同样根据该技术，可以高精度地评估凸轮轴10的组装精度和尺寸精度等等。

利用根据前述实施方式的评估方法和测量装置100，虽然获得了用在三缸内燃发动机中的关于凸轮轴10的三对固定凸轮12和可动凸轮14的复合廓形，但是本发明并不限于该特征，并且可以类似地应用于任何数量的固定凸轮12和可动凸轮14对。