專利名稱：用于診斷按需升程系統(tǒng)中閥門提升器故障的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于診斷按需升程系統(tǒng)中發(fā)動機閥門提升器故障的方法和裝置。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域中已經(jīng)已知，尤其涉及車輛發(fā)動機，由曲軸驅(qū)動的凸輪軸致動閥門，該凸輪軸具有凸輪，該凸輪直接或者通過合適的閥門機構(gòu)致動閥門提升器。在每個氣缸循環(huán)中提升器通常致動進氣閥門和排氣閥門一次。
為了改善燃料效率或性能，一些發(fā)動機設(shè)置有閥門不致動提升器，或者閥門升程曲線切換提升器。致動時，這些切換提升器切斷所選擇氣缸的閥門，以致發(fā)動機靠著維持工作狀態(tài)的其它氣缸更加高效地運行。在一些情況下，切換提升器用于在高和低閥門升程操作之間切換。
具有切換提升器的發(fā)動機還設(shè)置有一個或多個凸輪移相器，凸輪移相器通常安裝在凸輪軸上，用于提前或者延遲發(fā)動機進氣/排氣閥門的閥門致動正時。這種凸輪移相器由葉輪液壓馬達操作，該葉輪液壓馬達成為凸輪移相器的組成部分，相對于驅(qū)動鏈輪旋轉(zhuǎn)相關(guān)凸輪軸的角度，以便相對于曲軸相角改變凸輪軸相角。
凸輪移相器具有位于驅(qū)動鏈輪的槽中的液壓提前和延遲驅(qū)動腔，這些腔被從安裝在凸輪軸上的轉(zhuǎn)子突出的葉片或支柱分隔。鏈輪通過向提前腔中的油施加旋轉(zhuǎn)力或扭矩而驅(qū)動凸輪軸，油作用在葉片上，從而使凸輪軸旋轉(zhuǎn)。為了改變凸輪軸相角，油從提前腔偏移到位于葉片另一側(cè)的延遲腔，以致相對于驅(qū)動鏈輪，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，或者角度發(fā)生變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于識別發(fā)動機凸輪軸在致動它們的閥門機構(gòu)時施加的力從高值顯著變化到低值，當(dāng)凸輪軸開啟一個氣缸的閥門時為高值，當(dāng)凸輪軸關(guān)閉閥門或者在閥門開啟事件之間旋轉(zhuǎn)時為低值。因為凸輪軸被凸輪移相器提前(驅(qū)動)腔內(nèi)的油驅(qū)動，所以當(dāng)凸輪移相器旋轉(zhuǎn)凸輪軸時，特別當(dāng)致動閥門時，提前腔內(nèi)的油壓與施加在凸輪軸上的載荷或者扭矩成比例地變化。因而，只要一個氣缸的閥門開啟，提前腔內(nèi)的壓力就增加到峰值。
正如所發(fā)生的，提前腔和位于葉片另一側(cè)的延遲腔通過內(nèi)通道供油，該內(nèi)通道連接電磁閥或其它合適的閥門控制裝置。在一種形式中，電磁閥具有中立的中間位置，在該位置供給到葉片兩側(cè)腔內(nèi)的油被切斷，以致提前腔和延遲腔內(nèi)的油都被限制。在這種情況下，凸輪移相器維持在固定的相位置，提前腔壓力作為凸輪軸上的扭矩載荷的函數(shù)而變化。
通過在導(dǎo)向提前腔的供給線和導(dǎo)向每個葉片另一側(cè)的延遲腔的供給線上安裝壓力傳感器，傳感葉片兩側(cè)的腔內(nèi)壓力是可能的。傳感器傳感的壓力連接到計算機，例如發(fā)動機控制模塊，它能識別每當(dāng)凸輪軸開啟一個氣缸的閥門時發(fā)生的峰值壓力。
如果驅(qū)動一個氣缸的一個或多個進氣或排氣閥門的切換提升器發(fā)生故障，以致當(dāng)要求時它致動的一個或多個閥門沒有完成想要的升程，則與開啟其它氣缸上被正確致動的閥門的力相比，凸輪軸上的力，因而，提前腔內(nèi)的壓力將會不同。因而，計算機可以計算腔內(nèi)的峰值壓力。如果當(dāng)一個氣缸的閥門開啟時提前腔指示低壓力，計算機可在儀表板上發(fā)出讀數(shù)信號，在計算機程序中設(shè)置指示特定切換閥門提升器已經(jīng)發(fā)生故障的代碼。如果提升器故障好像已經(jīng)發(fā)生，在需要的程度上，計算機還能以如下方式控制發(fā)動機的操作在相信已存在故障的情況下，防止損壞發(fā)動機或者發(fā)動機的不適當(dāng)操作。
結(jié)合附圖，根據(jù)下面對本發(fā)明某些特定實施例的描述，將更加徹底地理解本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)勢。


圖1是具有根據(jù)本發(fā)明的提升器故障診斷裝置的車輛發(fā)動機的前視圖； 圖2是沿著圖1的線2-2截取的局部剖面圖； 圖3是通過凸輪移相器第一實施例的內(nèi)腔的橫向剖面圖； 圖4是顯示凸輪移相器第二實施例、類似于圖3的視圖； 圖5是發(fā)動機氣缸蓋的示意圖，其顯示凸輪移相器控制閥門，同時用線指示從閥門到相關(guān)凸輪軸凸輪移相器的軸承帽中的通道的連接；和圖6復(fù)制了示波器描跡，其顯示正在運轉(zhuǎn)的具有下降壓力信號的發(fā)動機中凸輪移相器腔壓力的變化，該下降壓力信號指示氣缸之一發(fā)生故障；
具體實施例方式現(xiàn)在詳細地參考附圖，數(shù)字10通常指示使用本發(fā)明診斷方法和裝置的車輛發(fā)動機。發(fā)動機10包括傳統(tǒng)的氣缸體12，該氣缸體具有氣缸蓋14，該氣缸蓋傳統(tǒng)地安裝以便接近未顯示的發(fā)動機氣缸的上端部。發(fā)動機包括曲軸16，該曲軸安裝有驅(qū)動鏈輪18，通過鏈條20連接傳遞構(gòu)件22，該傳遞構(gòu)件22具有雙鏈輪。傳遞構(gòu)件22連接第二鏈條24，該第二鏈條依次驅(qū)動兩個鏈輪26、28，每個鏈輪26、28合并了液壓致動的凸輪移相器30、32，該凸輪移相器用于分別控制進氣閥門和排氣閥門的正時。鏈輪連接凸輪軸34、36，該凸輪軸包括未顯示的凸輪，該凸輪適合于致動未顯示的發(fā)動機氣缸的各種閥門。進氣和排氣凸輪移相器30、32分別安裝在進氣和排氣凸輪軸34、36的端部。
下面參考附圖2，以局部剖面圖顯示安裝在進氣凸輪軸34端部的凸輪移相器30。凸輪軸端部由軸承軸頸38和相應(yīng)的軸承帽40支撐，軸承軸頸和軸承帽中具有分別在其內(nèi)形成的提前和延遲油通道42、44。提前通道42通過傳遞通道46連接凸輪移相器30中的提前供給通道48，隨后將更加詳細地描述。延遲通道44通過傳遞通道52連接凸輪移相器中的通道，最好如圖3所示。
提前和延遲壓力傳感器54、56安裝在軸承帽40上，分別連接通道42、44，用于傳感提前和延遲油壓，隨后將更加詳細地描述。傳感器54、56外部連接計算機58，如圖1示意所示。
現(xiàn)在參考圖2和圖3，凸輪移相器30顯示為包括中心轂60，該中心轂與凸輪軸34固定，包括若干徑向延伸的葉片62。進氣凸輪軸鏈輪26形成凸輪移相器30的外部，包括具有內(nèi)徑的中心開口64，該中心開口支承在轂60上。中心開口64包括若干徑向延伸的槽66，這些槽被若干向內(nèi)延伸的脊68分隔。轂60的葉片62將凸輪軸鏈輪26的槽66分成提前腔和延遲腔70、72。提前腔70通過提前供給通道48供油，同時延遲腔72通過延遲供給通道74供油，該延遲供給通道與延遲傳遞通道52連通。
圖4顯示液壓凸輪移相器76的另一個實施例，與圖2和3中的凸輪移相器30類似，其中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部件。凸輪移相器76設(shè)置有凸輪軸鏈輪26，該鏈輪具有中心開口64，該中心開口在轂60上可旋轉(zhuǎn)，該轂安裝在未顯示的凸輪軸34上。中心開口64包括若干徑向延伸的槽66，這些槽由若干徑向延伸的脊68分隔。轂60包括若干徑向延伸的葉片62，該葉片將槽66分成提前腔和延遲腔70、72。如果希望也可用其它形式的液壓凸輪移相器代替。
圖5顯示與氣缸體分離、且安裝凸輪軸之前的發(fā)動機氣缸蓋14，該凸輪軸支撐在若干傳統(tǒng)的凸輪軸承軸頸和帽80中。軸承軸頸38和軸承帽40安裝在蓋14左側(cè)的前部82附近，該軸承軸頸和軸承帽包括用于進氣凸輪軸34的提前和延遲供油通道42、44。完全相同的軸頸38和帽40安裝在氣缸蓋的右側(cè)，用于排氣凸輪軸36。壓力傳感器54和56安裝在進氣凸輪軸軸承帽40上，如圖2所示。如果希望類似的傳感器可用于排氣軸承帽。
同樣，在氣缸蓋的前部附近安裝有兩個電磁閥80、82。閥80通過虛線84指示的內(nèi)通道連接左側(cè)軸承軸頸和帽38、40中的提前和延遲通道42、44。另一個電磁閥82通過虛線86指示的類似通道內(nèi)連接右側(cè)軸承軸頸38和帽40。
當(dāng)裝配之后的部件工作時，曲軸16以附圖1、3和4所示的順時針方向通過鏈條20、24和傳遞構(gòu)件22旋轉(zhuǎn)兩個凸輪軸。參考進氣凸輪軸34，通過沿某一方向致動相關(guān)電磁閥80，以便將油經(jīng)過提前供給通道48供到提前(驅(qū)動)腔70，同時將油從延遲腔72中排出，從而提前凸輪軸相對于曲軸的相角。如圖所示，這導(dǎo)致凸輪軸順時針旋轉(zhuǎn)到類似于圖3所示的位置，但是如果希望它還可以進一步順時針移動。為了再次延遲凸輪軸相對于曲軸的相角使其回到初始位置，閥80沿著相反的方向操作，這將油供到延遲供給通道74和延遲(驅(qū)動)腔72，同時將油從提前腔70通過提前供給通道48排出。
當(dāng)凸輪軸相位改變時，提前和延遲(驅(qū)動)腔中的壓力受到油供給到一個腔時的壓力和油從另一個腔排出時的背壓力中任一個的控制。但是，當(dāng)閥移動到中立位置時，它停止凸輪軸的提前或延遲運動，它還切斷油進出提前和延遲腔的流動，提前和延遲腔保持充滿油的狀態(tài)。
在發(fā)動機工作中，作用在凸輪軸上的旋轉(zhuǎn)力施加到提前腔70中的油，油沿著從脊68到相關(guān)葉片62的順時針方向?qū)⑿D(zhuǎn)力施加到提前腔70的相對側(cè)。在這種條件下，提前腔70中產(chǎn)生的壓力通過提前通道42傳導(dǎo)到傳感器54，報告給計算機58。同時，延遲腔72中產(chǎn)生的壓力通過延遲通道44傳送到延遲傳感器56，同樣，如果希望，報告給計算機58。
當(dāng)腔中的油受到限制時，提前腔中的壓力通常直接隨著施加的扭矩而變化，以便與發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn)同相地驅(qū)動凸輪軸。相反，延遲腔中的壓力通常與凸輪軸驅(qū)動扭矩相反地變化。因而，任一個壓力都可用于確定凸輪軸驅(qū)動扭矩的變化，該變化與每個氣缸的閥門開度有關(guān)，因而，壓力變化下降指示當(dāng)閥門應(yīng)該開啟時是否任一個閥門沒有開啟。參考圖6闡述這種情況。
圖6顯示連接凸輪移相器的提前和延遲腔的通道中的壓力的示波器描跡，該凸輪移相器驅(qū)動裝配有切換閥門提升器的發(fā)動機的進氣凸輪軸。描跡顯示當(dāng)發(fā)動機工作時，在閥門切換到全閥門升程和閥門開度的過程中腔壓力上的壓力。重實線88表示限制在提前腔和凸輪移相器通道中的油壓。較輕的虛線90表示限制在延遲腔和凸輪移相器通道中的油壓。
在數(shù)字92處，閥門提升器油壓增加，從而導(dǎo)致氣缸1、3和4的進氣閥門的切換提升器將閥門開度切換到全升程。在數(shù)字94和98處，峰值指示因施加到凸輪軸的扭矩增加而導(dǎo)致油壓增加，以便開啟氣缸1和4的進氣閥門。這些峰值顯示提升器完全開啟對應(yīng)氣缸的兩個進氣閥門。這被數(shù)字95和99處顯示的延遲腔中相應(yīng)反壓力峰值證實。
在數(shù)字96處，提前腔中油壓的類似峰值指示氣缸3的切換提升器未能完全開啟它的閥門。這被數(shù)字97處凸輪移相器延遲腔中下降的壓力差證實，該氣缸的兩個進氣閥門都應(yīng)該完全開啟。正如進一步證實的，線1A-4B顯示近似探測讀數(shù)，讀數(shù)顯示當(dāng)進氣閥門3B完全開啟時進氣閥門3A未能完全開啟。
在這點上，氣缸3提升器動作產(chǎn)生的相對低壓力讀數(shù)向計算機58(圖1)指示切換提升器發(fā)生故障。計算機接著采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以便記錄和通知駕駛員需要檢查發(fā)動機的工作。
所述實施例包括對凸輪移相器的提前和延遲腔都使用壓力傳感器和壓力描跡，以便指示和確認(rèn)本發(fā)明的操作。但是顯而易見，為了在運轉(zhuǎn)車輛中應(yīng)用本發(fā)明的產(chǎn)品，僅連接凸輪移相器提前腔(例如)的單個傳感器足夠用于指示系統(tǒng)中切換提升器的故障。
盡管參考一些優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解在所述本發(fā)明概念的精神和范圍之內(nèi)可作出許多變化。因此，本發(fā)明并不局限于公開的實施例，它的完整范圍有下面權(quán)利要求書中的語言限定。
權(quán)利要求
1.一種用于診斷發(fā)動機按需升程系統(tǒng)中切換閥門提升器故障的方法，發(fā)動機具有驅(qū)動凸輪軸的凸輪移相器，凸輪軸通過提升器致動閥門，所述方法包括傳感凸輪移相器的驅(qū)動腔中的油壓變化；比較因開啟發(fā)動機各個氣缸的閥門而產(chǎn)生的驅(qū)動腔內(nèi)的峰值油壓讀數(shù)；識別具有低于正常閥門開啟壓力讀數(shù)的氣缸，其指示相關(guān)閥門提升器未能正確致動氣缸閥門。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，識別步驟由計算機執(zhí)行。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，計算機用于致動指示故障發(fā)生的適當(dāng)信號。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，信號包括車輛儀表板上的指示器。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，信號包括車輛事件記錄器中的代碼，記錄器設(shè)計用于引導(dǎo)維修服務(wù)人員找到故障位置。
6.一種用于指示發(fā)動機閥門機構(gòu)中切換提升器故障的裝置，該裝置包括凸輪軸，其連接用于通過發(fā)動機一些或所有氣缸中的切換閥門提升器執(zhí)行閥門開啟。液壓腔元件，其包括腔，該腔適合于包含受到限制的油，當(dāng)執(zhí)行由凸輪軸控制的切換提升器氣缸的閥門開啟時，通過油施加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動扭矩從而驅(qū)動凸輪軸，閥門開啟步驟導(dǎo)致腔內(nèi)油壓可測量的增加；壓力傳感器，其連接用于指示腔內(nèi)壓力變化；和壓力指示器，其連接傳感器，適合于指示實際壓力變化，用于與正常變化比較，從而識別指示切換提升器故障的低壓力峰值。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，液壓腔元件是凸輪移相器，其連接用于驅(qū)動凸輪軸。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，壓力指示器是示波器屏幕。
9.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，壓力指示器是計算機。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，計算機連接可視讀出裝置、代碼設(shè)置器和通知裝置中的至少一個。
全文摘要
一種用于診斷切換閥門提升器故障的方法包括傳感液壓凸輪軸驅(qū)動裝置的驅(qū)動腔內(nèi)受到限制的油的壓力變化，例如凸輪移相器，比較因開啟發(fā)動機各個氣缸閥門的扭矩增加而產(chǎn)生的驅(qū)動腔內(nèi)的峰值油壓讀數(shù)，識別具有低于正常閥門開啟壓力讀數(shù)的氣缸，其指示相關(guān)閥門提升器未能正確致動氣缸閥門。一種用于指示這種故障的裝置包括具有壓力腔的凸輪移相器，連接用于指示腔內(nèi)壓力變化的壓力傳感器；連接傳感器、適合于指示實際壓力變化的壓力指示器，以便與正常變化比較，從而識別指示切換提升器故障的低壓力峰值。計算機用于接收故障指示和對故障指示采取措施。
文檔編號F01L9/02GK1940256SQ200610141318
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者K·J·欽平斯基, V·M·帕特爾 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司