锁销组件、使用锁销组件的摇臂装置、和方法

摘要

本发明涉及锁销组件、使用锁销组件的摇臂装置、和方法。一种用于接合气门致动装置中的凸轮的摇臂包括具有锁销、保持器和偏压机构的锁销组件。所述锁销具有带头部和位于第二端的尾部的销本体；所述本体限定了开放空间；所述尾部具有与所述本体的开放空间连通的开口；所述开放空间具有非圆形横截面。所述保持器具有阳性接合部和外部。所述阳性接合部通过所述开口接纳在所述本体的开放空间中。所述阳性接合部具有非圆形横截面。所述外部不可移除地固连到所述摇臂的外臂上。所述偏压机构定位在所述本体的开放空间中，且位于和抵靠在所述锁销和所述保持器之间。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年11月6日提交的美国临时专利申请No.61/556282的优先权，其内容通过引用而并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的摇臂。特别地，本发明涉及一种可用于选择性地去激活和激活摇臂的锁销(latch pin)组件以及其组装方法和使用方法。

背景技术

许多内燃机使用摇臂来将凸轮的旋转运动转化为适宜于发动机中的气门致动的直线运动。如果需要关闭发动机气门中的一个，例如需要较少的动力且期望燃油经济性时，摇臂可以通过包含允许摇臂选择性地去激活的机构来选择性地去激活。在许多情况下，锁销被用于摇臂的选择性的激活或去激活。当使用平的锁销表面时，锁销需要旋转地定位成允许与匹配平表面的正确接合。考虑到制造成本，由于定位锁销所需的精度，锁销的定位是一种挑战。需要改进来解决该问题。

发明内容

在一个方面，提供了一种用于气门致动装置(气门传动机构)中的摇臂的锁销组件。所述锁销组件包括锁销，所述锁销具有带相对的第一端和第二端的销本体、位于所述第一端的臂接合头部、和位于所述第二端的保持器接合尾部。所述本体限定了开放空间。所述尾部具有与所述本体的开放空间连通的开口。所述开放空间具有非圆形横截面。提供了具有阳性接合部的保持器。所述阳性接合部通过所述开口接纳在所述本体的开放空间中。所述阳性接合部具有非圆形横截面。偏压机构定位在所述本体的开放空间中，且位于和抵靠在所述锁销和所述保持器之间。

在另一个方面，提供了一种用于接合气门致动装置中的凸轮的摇臂。所述摇臂包括外臂、内臂、固连所述外臂和所述内臂的枢轴、构造成将来自凸轮的运动转移到所述摇臂上的凸轮接触件、和锁销组件。所述锁销组件被所述外臂所保持且可在接合位置和分离位置之间移动。所述接合位置将所述外臂和所述内臂固连在一起以使得外臂和内臂响应于凸轮一起运动。所述分离位置允许所述内臂响应于凸轮相对于所述外臂绕所述枢轴枢转。所述锁销组件包括锁销，所述锁销具有带相对的第一端和第二端的销本体、在所述第一端选择性地接合所述内臂的头部、在所述第二端的尾部；所述本体限定了开放空间；所述尾部具有与所述本体的开放空间连通的开口；并且所述开放空间具有非圆形横截面。所述锁销组件还包括具有阳性接合部和外部的保持器。所述阳性接合部通过所述开口位于所述本体的开放空间中。所述阳性接合部具有非圆形横截面。所述外部不可移除地固连到所述外臂上。所述锁销组件还包括偏压机构，其定位在所述本体的开放空间中，且位于和抵靠在所述锁销和所述保持器之间。

在另一个方面，提供了一种将锁销组件组装到摇臂上的方法。所述方法包括提供具有外臂和内臂以及固连所述外臂和内臂的摇臂的枢轴。所述外臂具有孔。所述方法包括将具有带头部和尾部的销本体的锁销插入到所述孔中，直到所述头部与所述内臂接合。所述销本体具有带非圆形横截面的开放空间。所述方法包括将偏压机构插入到所述开放空间中以及将保持器插入到所述销本体的开放空间中。所述保持器具有带非圆形横截面的阳性接合部。接着，将所述保持器不可移除地固连到所述外臂上。

附图说明

应当理解的是，附图中示出的元件的形式仅仅是所有形式中的一个例子。本领域普通技术人员将会知晓的是，单个元件可以设计成多个元件，或者多个元件可以设计成单个元件。示出为内部件的元件可以实施为外部件，反之亦然。在下述相应的附图和说明书中，相同部件在所有的附图和说明书中将分别以相同的参考数字表示。附图可能并非按比例作出，特定部分的比例被放大以便于图示。

图1是根据本发明原理构造的气门致动装置的透视图，包括位于激活位置的摇臂、凸轮、气门杆和间隙调节器；

图2是根据本发明原理设计的图1中的装置的一部分的截面图，其示出了锁销组件位于激活摇臂的接合位置；

图3是图1的气门致动装置的透视图，示出摇臂位于去激活位置；

图4是根据本发明原理设计的图3中的装置的一部分的截面图，其示出了锁销组件位于分离位置以去激活摇臂；

图5是图1-4中所示的摇臂的透视图；

图6是图5的摇臂的透视图，示出了锁销组件从摇臂的其余部分分解开；

图7是图5和6中的摇臂和锁销组件的透视截面图；

图8是根据本发明原理构造的锁销组件中使用的保持器的透视图；

图9是根据本发明原理构造的组件中使用的锁销的透视图；

图10是示出位于摇臂中的接合位置的锁销组件的放大的截面图；

图11A和11B是锁销和保持器被安装在外臂的示意性端视图，示出了平衡锁销在外臂的孔中的旋转的过程；和

图12是与图11A和11B相似的示意性端视图，示出了在将保持器不可移除地固连到外臂上之后保持器和锁销的最终位置。

具体实施方式

A.综述，图1-4

图1和图3示出了一种气门致动装置20，包括摇臂30、凸轮22、气门杆32和间隙调节器34。图1和图2示出了摇臂30位于“激活位置”，其中凸轮22的运动导致气门杆32的运动。图3和图4示出了摇臂30位于“去激活位置”，其中凸轮22的运动不会转换为气门杆32的运动。

在图1和图3中，气门致动装置20包括具有轴24和凸轮凸角26的凸轮22。凸轮凸角26包括抬起部28。

凸轮22与摇臂30在摇臂30上的凸轮接触表面31(图2和4)接触。如下面将进一步说明的，摇臂30包括锁销组件40(图2和4)，其可在接合位置和分离位置之间移动。当锁销组件40位于接合位置(图1和2)时，摇臂30被激活并周期性地向下推动示出为附接到摇臂30上的气门杆32，这将会打开相应的气门(未示出)。即，凸轮22绕轴24旋转，且凸轮凸角26的抬起部28推动摇臂30，从而致使摇臂30向下推动气门杆32。

当锁销组件40位于分离位置(图3和4)，摇臂30被去激活并且不传递力到气门杆32。间隙调节器34被示出为在第一端36接合摇臂30，所述第一端位于摇臂30的第二端37的对面。间隙调节器34在减小气门间隙的同时提供向上的压力给摇臂30。在图3和图4中，锁销组件40被分离。当锁销组件40分离时，凸轮22的抬起部28和摇臂30之间的接触并不致使摇臂30向下推动气门杆32。相反，产生了“空动(lost motion)”，其将在下面进一步说明。

B.摇臂30的示例，图5-7

摇臂30包括外臂42。在该示例中，外臂42具有第一外侧臂44和第二外侧臂46。在该示例中，第一外侧臂44和第二外侧臂46相互隔开。

摇臂30进一步包括内臂48。在该示例中，内臂48包括第一内侧臂50和第二内侧臂52。如图5所示，第一和第二外侧臂44、46相互隔开，在它们之间包含有具有第一和第二内侧臂50、52的内臂48。在该示例中为内臂48一部分的连接件53连接第一和第二内侧臂50、52。

内臂48和外臂42都安装到枢轴54(图6和7)上。枢轴54邻近摇臂30的第二端37定位。枢轴54将内臂48固连到外臂42上，然而当摇臂30位于去激活状态(图3和4)时也允许围绕枢轴54以一定旋转角度自由枢转。在本教导的其他方面，枢轴54可以与外臂42或内臂48成一体。

摇臂30具有轴承56，该轴承包括安装在第一内侧臂50和第二内侧臂52之间位于轴承轴60上的滚子58，在摇臂30的正常操作期间，该轴承轴将来自凸轮22的能量传递到摇臂30上。将滚子58安装到轴承轴60上使得轴承56能够围绕轴60旋转，这有利于减少由于旋转凸轮22与滚子58接触而产生的摩擦。正如从示出的示例中获知的，滚子58包括凸轮接触表面31。

在示出的示例中，轴承轴60安装到内臂48并延伸通过外臂42的轴承轴槽62。其他构造也是可以的。当摇臂30位于去激活状态(图3和4)时，当凸轮22的抬起部28接触轴承56的滚子58时内臂48相对于外臂42向下枢转，因此将其向下压。外臂42中的轴槽62允许轴承轴60的向下运动，进而允许内臂48和轴承56的向下运动。随着凸轮22持续旋转，凸轮22的抬起部28旋转而离开轴承56的滚子58，随着轴承轴60被轴承轴弹簧64向上偏压而允许轴承56向上移动。

在示出的示例中，轴承轴弹簧64是扭转弹簧，其通过弹簧保持器68固连到位于外臂42上的安装件66上。轴承轴弹簧64邻近摇臂30的第一端36固连并具有与轴承轴60接触的弹簧臂70。随着轴承轴60和弹簧臂70向下移动，轴承轴60沿着弹簧臂70滑动。摇臂30的具有邻近摇臂30的第一端36固连的轴弹簧64和邻近摇臂30的第二端37定位的枢轴54且轴承轴60位于枢轴54和轴弹簧64之间的构造减轻了摇臂30的第二端37附近的质量。

如图1-4所示的，气门杆32在邻近第二端37处与摇臂30接触，由此在摇臂30的第二端37减轻的质量减轻了整个气门机构(未示出)的质量，因而减轻了改变气门机构速度所需要的力。应注意，其他弹簧结构可以用来偏压轴承轴60，例如连续弹簧。

图7示出了摇臂30的部分分解的截面图。如图7所示，轴承56是滚针型轴承，其包括与滚针72结合的滚子58，其可以安装到轴承轴60上。轴承56用于在凸轮接触表面31处将凸轮22的旋转运动转化到摇臂30上，随后将运动到传递气门杆32上(图1-4)。如前述，轴承轴60被示出为接纳在外臂42的轴槽62内。当摇臂30处于“去激活”状态时(图3和4)，这允许轴承轴60和内臂48的“空动”运动。“空动”运动可以认为是摇臂30的不将凸轮22的旋转运动传递到气门杆32上的运动。在示出的示例中，空动通过内臂48相对于外臂42绕枢轴54的枢转运动而呈现。

用于选择性去激活摇臂30的机构是锁销组件40。在本教导的示例方面，锁销40邻近摇臂30的第一端36。通过该示例的方式，锁销组件40被构造成安装在外臂42内部。当锁销40处于接合位置(图1和2)时，内臂48可移除地固连到外臂42，因此防止了内臂48相对于外臂42移动。当锁销组件40处于接合位置时，摇臂30处于激活状态，这使得力可以从凸轮22传递到气门杆32。当锁销组件40分离时，内臂48被允许相对于外臂42绕枢轴54枢转。当分离时，摇臂30被去激活，凸轮22的运动转换为内臂48相对于外臂42绕枢轴54枢转的空动，其中轴承轴60在外臂42的轴槽62内线性地运动。

C.锁销40的示例，图6-10

现参考图6-10，进一步描述了锁销组件40的一个示例。如背景技术所提到的，所遇到的一个问题是：当摇臂30处于去激活状态时，锁销组件40是分离的，而当分离时，现有技术中的锁销组件将会相对于摇臂30的其他部分旋转或移动。现有技术中的锁销组件相对于摇臂30的其他部分的这种旋转在重新接合锁销组件并激活摇臂30时会造成问题。此处描述和示出的锁销组件40可以解决该问题而不需要对制造和组装过程增加额外成本。

图2、4和6-10中的锁销组件40包括锁销80。锁销80包括具有第一端83和相对的第二端84的销本体82。在第一端83是臂接合头部86。在第二端84是保持器接合尾部88。如图9和10所示，销本体82限定了内部开放空间90。开放空间90可以具有非圆形的横截面92。

尽管可以设想本教导的多种方面，但是在示出的示例中，本体开放空间90的横截面92是多边形。特别地，其示出为正多边形。在该示例中，开放空间90的正多边形的横截面是矩形。该矩形截面可以具有某些圆角，如图9所示。即，术语“矩形”并非需要具有尖锐角部的完美矩形。

仍然参考图9，保持器接合尾部88可包括开口94。开口94可与销本体82的开放空间90连通。开口94可具有非圆形的横截面96。在示出的示例中，开口94的截面96可具有与销本体82的开放空间90的横截面92相同的形状。因此，开口94的横截面96可以为多边形，例如正多边形。在示出的特定示例中，开口94的横截面96是矩形，其可以具有圆角。

仍然参考图9，可以看出在该示例中，销本体82具有圆形外轮廓98。该圆形外轮廓98配合到外臂42的圆柱形孔100中。

在图中示出的特定示例中，销本体82包括具有第一外直径103的第一部分102和具有第二外直径105的第二部分104。第二外直径105可以大于第一外直径103。在示出的示例中，第一部分102邻近臂接合头部86，而第二部分104包括且作为保持器接合尾部88的一部分。在销本体88的第一部分102和第二部分104之间可以具有台阶106。

在图7中，外臂42内的孔100可以相似地包括具有第一直径108的第一部分107和具有第二直径110的第二部分109。孔100的第二直径110可以比第一直径108大。第一直径108的尺寸可以使得接纳销本体82的第一部分102，但是不接纳销本体82的第二部分104。孔100的第二部分109的尺寸可以使得保持和接纳销本体82的第二部分104。这可以在图2、4和10中看出。

在图2、4、7和10中可以看出，臂接合头部86可以包括支架部112。支架部112是销本体82的一部分，其可以接合内臂48。在该示例中，如图10所示，支架部112可具有平的接合表面114。在图10中，可以看出支架部112的平的接合表面114可以接触内臂48的平的接合表面116。特别地，支架部112的平的接合表面114可以选择性地接合在内臂48的连接件53上。

在图10所示的示例中，锁销80的臂接合头部86包括端面148。在该示例中的端面148可以是平的且在连接件53处接合在内臂48上。在该示例中，端面148可大致垂直于支架部112的平的接合表面114。内臂48可以在支架部112的端面148和接合表面114处接合锁销80。在销本体82的端面148和第一部分102之间，可以具有角面149。换句话说，在示出的示例中(其他实施例也可以)，销本体82的臂接合头部86可以在臂接合头部86的与支架部112相反的一侧从第一部分102沿朝向端面148的方向向内渐缩。端面148和角面149之间的夹角可以为大约210-230°。角面149用于可能的接合抵靠在内臂48的连接件53上，当锁销80处于分离位置(图4)且凸轮22的抬起部28已相对于外臂42和锁销80向下推动内臂48时，即，当锁销80处于分离位置时如果油压暂时降低，则锁销80可以通过弹簧144的力沿朝向接合位置(图2和10)的方向移动；内臂48上的连接件53的斜坡和角面149有助于推动锁销80返回到外臂42中的分离位置(图4)。连接件53上的斜坡和角面149典型地为大致相同角度的斜坡。

在图10中，可以看出内臂48的连接件53是如何限定锁扣152的。锁扣152可包括限定在突出区域156和凹陷区域158之间的台阶154。内臂48上的平的接合表面116可以是在内臂48从突出区域156过渡到凹陷区域158时台阶154的一部分。当锁销组件40处于接合位置(图10)时，台阶154上的平的接合表面116可以定位成使得其面向支架部112的平的接合表面114且与之相对。凹陷区域158可限定平表面160，其相对于平表面116以85-95°、通常为大约90°的角度倾斜。该平表面160可接合抵靠锁销80的端面148。

从披露内容可以理解，因为锁销组件40的所述特征，销本体82可以保持在适当位置处以使得平的接合表面114、116可以保持相对且大致相互平行，以获得良好的接触和接合。

锁销组件40进一步包括保持器120。保持器120可具有阳性接合部122，其可以通过开口94接纳在销本体82的开放空间90内。在该示例中，阳性接合部122可具有非圆形的横截面124。在一个示例中，阳性接合部122的横截面124是多边形，例如，正多边形。在图8所示的特定示例中，阳性接合部122可以具有八边形的横截面。在图10中，可以看出阳性接合部122是如何装入并接纳在销本体82的开放空间90中的。

在所描述的示例中，阳性接合部122可具有位于其中的内部凹陷126。凹陷126可用作弹簧座128。弹簧座128可保持偏压机构130，其将在下面描述。

仍然参考图8，保持器120可包括外部132。外部132可具有大于阳性接合部122的最外尺寸的外部尺寸134。在外部132和阳性接合部122之间，保持器120可具有台阶136。当保持器120可操作地以阳性接合部122定位在锁销80的开放空间中，且当锁销组件40处于分离位置时，台阶136可以作为止挡部并接合抵靠到保持器接合尾部88的端表面138。当锁销组件40处于接合位置时，保持器接合尾部88的端面138可与台阶136隔开。

保持器120的外部132的尺寸可以使得接纳在外臂42的孔100的第二部分109(图7)中。在该示例中，在锁销组件40已装配到摇臂30内之后，外部132可以不可移除地固连到外臂42。该固连可以通过机械或化学结合来实现。在该示例中，焊接接头140(图5和10)可以不可移除地将保持器120固连到摇臂30。例如，焊接接头140通过将外部焊接到外臂42上而形成。

如图5所示，外臂42可包括外臂面162且不需要包含任何额外的沟槽等来保持锁销组件40。也就是说，外臂42可以在锁销组件40被固连的位置处不带沟槽，即，在外臂面162处不带沟槽。

锁销组件40可进一步包括偏压机构130，如上所述。偏压机构130可定位在销本体82的开放空间90中，并可以位于和抵靠在锁销80和保持器120之间。特别地，偏压机构130可以位于和抵靠在保持器120的弹簧座128和销本体82的开放空间40的内端表面142(图10)之间。在该示例中，内端表面142可以位于销本体82的第一部分102中。偏压机构130可以用来在孔100中相对于保持器120在接合位置(图2和10)和分离位置(图4)之间移动锁销80。在所示的示例中，偏压机构可以是螺旋弹簧144。

在组装好的摇臂30中，锁销80在接合位置和分离位置之间变换。为了去激活摇臂30，可例如通过构造成允许油压施加到销本体80的台阶106上的孔146(图4)施加足以克服弹簧144的偏压力的油压。当施加油压时，锁销80可被朝着摇臂30的第一端36推动，直到锁销80的端面138接合抵靠保持器120的台阶136，因此包括臂接合头部86的锁销80从与内臂48的连接件53的接合退出。这可表现为允许内臂48绕枢轴54旋转，这导致了轴承轴60在轴承槽62中响应于凸轮22的凸角26线性移动。为了激活摇臂30，锁销80上的油压可被释放，这可使得弹簧144通过接合抵靠内端表面142而推动锁销80，直到支架部112的平的接合表面114抵靠内臂48。这可将外臂42和内臂48固连在一起，使外臂42和内臂48响应于凸轮22一起运动并周期性地推动气门杆32。

在披露内容的教导下应当理解，在该示例中，锁销组件40包括不外乎三部分，即锁销80、保持器120和偏压机构130。在该示例中，锁销组件40需要不外乎这三部分，也可以说在该示例中锁销组件40本质上由不多于三个部分组成，即锁销80、保持器120和偏压机构130。这些效果可以表现为解决问题的成本有效的方案和快速、简易的制造步骤。

D.方法

可以应用一种将锁销组件40组装到摇臂30上的方法。首先，提供具有外臂42、内臂48、固连外臂42和内臂48的枢轴54的摇臂30。外臂48具有孔100。孔100提供了从摇臂30外部通过外臂42到内臂48的进入。

该方法包括将锁销80插入孔100直到臂接合头部与内臂48接合。销本体82包括具有非圆形横截面92的开放空间90。

该方法进一步包括将偏压机构130插入到开放空间90中。保持器120可以插入销本体82的开放空间90中。保持器120可以包括具有非圆形横截面的阳性接合件122。

保持器120可以不可移除地固连到外臂42。例如，将保持器120不可移除地固连到外臂42上的步骤可包括将保持器120焊接到外臂42。

将保持器120插入到销本体82的开放空间90中可包括将保持器120通过孔100插入到销本体82的开放空间90中，直到保持器120的端面138与外臂的面162一致或者平齐。

锁销组件40允许锁销80在孔100中被平衡，这可表现为进一步减小销80在孔100内的旋转。该过程也可以表现为消除或减小由于支架部112和内臂锁扣152从额定状态的偏离而对锁销的旋转所施加的影响。例如，现参考图11，可以具有如下步骤：从销本体82的开放空间90内的中心位置沿顺时针和逆时针旋转保持器120，直到在保持器120和销本体82之间存在止动接合。该方法还包括记录从中心沿顺时针和逆时针位置旋转的角度。例如，在图11A中，保持器120在逆时针位置旋转直到阳性接合部122在170处接触销本体82的开放空间90的横截面92的内壁。直到该接合发生时偏离中心的角度的数字被记录。该角度数字在图11A中以角度α示出，其指示锁销80的在中心的轴线172和阳性接合部122在其在点170处接触内壁之后的轴线174之间的角度差。

相似地，保持器120可以顺时针旋转(图11B)，直到阳性接合部122和销本体82的开放空间90的横截面92的内壁之间在点176处接合。偏离中心的旋转量以角度数字记录下来。该角度数字在图11B中以角度β示出，其指示锁销80的在中心的轴线172和阳性接合部122在其在点176处接触内壁之后的轴线174之间的角度差。基于从中心向顺时针和逆时针位置旋转所记录下的旋转角度，可以计算新的中心位置。保持器120随后被固定到新的中心位置，以将保持器120不可移除地固连到外臂42。图12示出了新的中心位置，锁销80的轴线172和保持器120的轴线174相互对准。

在孔100中平衡锁销旋转的方法可以这样进行：将锁销80插入到外臂42的孔100中并随后通过支架部112和内臂48的扣152的接合将锁销80锁定在适当位置。

在一个平衡的示例中，保持器120可以逆时针旋转，直到在保持器120和销本体82的开放空间90的内壁之间由于在170处接合而出现停止。这被记录为6°的角度α。下一步，保持器120返回到中心处并顺时针旋转，直到在保持器120和销本体82的开放空间90的内壁之间在176处出现接合。这被记录为2°的角β。下一步，这些偏离中心的角度加起来再除以2，如(6°+2°)/2＝4°。新的中心这样计算：使保持器120从原始中心逆时针移动2°到达-2°的位置(或者，从接合位置170处的逆时针的-6°处移动+4°到达新的位置-2°处)，这样由于公差的原因，在新中心的顺时针和逆时针的两侧都有4°的旋转。在该新中心处，保持器120例如通过焊接被固定和永久地固连到外臂上。