用于限制氣門挺桿的角位移的夾具的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于限制氣門挺桿的角位移的夾具（92），包括一件式金屬主體（93），一件式金屬主體（93）具有支架（94）和連接的吊架（96）。夾具（92）構(gòu)造為與氣門挺桿（42）連接以形成挺桿組件（30）來改變內(nèi)燃機（10）中的氣門（36）的位置。支架（94）可以是C形，而吊架（96）可以是U形。一件式金屬主體（93）還包括抗磨損外輪廓以及從支架（94）過渡到吊架（96）的第一圓角和第二圓角（114），用于在通過吊架（96）與缸體（14）的壁部分（19）之間的接觸限定的角位移限制停止位置處擴散夾具（92）中引起的應(yīng)力。
【專利說明】用于限制氣門挺桿的角位移的夾具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型總體上涉及用于內(nèi)燃機的氣門挺桿，更具體地，涉及通過抑制用于氣門挺桿的位移限制夾具的疲勞失效來延長發(fā)動發(fā)動機使用壽命。

【背景技術(shù)】
[0002]在內(nèi)燃機中使用氣門挺桿以將發(fā)動機凸輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成直線運動，用于控制氣體交換氣門的位置。典型的設(shè)計包括挺桿主體，該挺桿主體與推桿相耦接，該推桿被配置成致動一個或多個氣體交換氣門的搖臂。挺桿主體包括與發(fā)動機凸輪接觸地定位的輥，以使得發(fā)動機凸輪的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致氣門挺桿在發(fā)動機殼體內(nèi)形成的挺桿孔內(nèi)滑動。氣門挺桿的滑動調(diào)整推桿，其又使搖臂以公知的方式運動。
[0003]所述輥可為大致圓柱形并且與所述凸輪的外表面接觸，使得該輥與該凸輪外表面之間理想接口基本是線性的。在發(fā)動機中工作期間，通過氣門挺桿在挺桿孔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)，氣門挺桿可能會與凸輪錯位。這種錯位的原因看起來在發(fā)動機之間變化。即使表面上相同的發(fā)動機設(shè)計在發(fā)動機的使用壽命期間可以表現(xiàn)出不同的其氣門挺桿上的錯位問題。即使在相同的發(fā)動機內(nèi)，一些氣門挺桿趨向于比其它氣門挺桿旋轉(zhuǎn)更多、或不同于其它氣門挺桿，這增加了復(fù)雜性。
[0004]這些年來，已經(jīng)提出了各種策略來限制氣門挺桿轉(zhuǎn)動。一個技術(shù)采用與氣門挺桿率禹接的引導(dǎo)機構(gòu)。授予Weber的美國專利第5，3，886，808號提出這樣一種設(shè)計。在Weber的專利中，所述引導(dǎo)機構(gòu)包括垂直設(shè)置的腿部和一對圓柱形狀的臂，所述腿部用于落座在氣門挺桿中形成的狹槽中，所述臂落座在也形成于氣門挺桿中的圓周溝槽內(nèi)。連接到腿部的鉤位于發(fā)動機的缸體內(nèi)的孔中，這顯然防止引導(dǎo)機構(gòu)和氣門挺桿轉(zhuǎn)動。
[0005]近年來已經(jīng)研發(fā)了在Weber所教導(dǎo)的基本引導(dǎo)設(shè)計上的變型。但是，隨著技術(shù)的持續(xù)進步，發(fā)動機設(shè)計、占空比和性能特性發(fā)生改變，氣門挺桿轉(zhuǎn)動的性質(zhì)和程度以及這在發(fā)動機中的后果也同樣發(fā)生變化。在過去也許是令人滿意的一些限制或以其他方式控制氣門挺桿轉(zhuǎn)動的策略變得不適用。如同許多工程解決方案，這些策略在開始就已經(jīng)不完美。氣門挺桿和相關(guān)組件的失效或損壞可能需要昂貴的維護或修理，并縮短了發(fā)動機的使用壽命。對氣門挺桿轉(zhuǎn)動原因缺乏了解并與避免重新設(shè)計發(fā)動機的期望一起使得在這個【技術(shù)領(lǐng)域】的方案的追求變得復(fù)雜和不可預(yù)測。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]在一個方面，一種延長內(nèi)燃機使用壽命的方法，包括將扭矩從轉(zhuǎn)動成與凸輪錯位的氣門挺桿傳遞給夾具；夾具包括圍繞氣門挺桿的挺桿主體接合的支架以及延伸進入挺桿主體中形成的切口的吊架；所述方法還包括通過所傳遞的扭矩，同時轉(zhuǎn)動夾具與氣門挺桿，并在停止位置停止氣門挺桿和夾具的轉(zhuǎn)動，停止位置是由吊架與內(nèi)燃機的缸體的壁部分之間的接觸所限定；所述方法還包括抑制夾具的疲勞失效，這是至少部分地通過經(jīng)由在停止位置從支架過渡到吊架的圓角來擴散夾具中引起的應(yīng)力。
[0007]在另一方面，一種用于限制氣門挺桿的角位移的夾具，所述氣門挺桿位于內(nèi)燃機的缸體中形成的缸孔內(nèi)，所述夾具包括具有支架和吊架的一件式金屬主體，所述一件式金屬主體包括第一夾爪和相對的第二夾爪，以及連接第一夾爪和第二夾爪的底座，以便支架在第一平面內(nèi)形成C形；所述第一夾爪和第二夾爪中的每一個包括鄰接底座的近端和自由遠端；所述支架還包括由自由遠端形成的開口側(cè)，用于圍繞氣門挺桿夾住支架以形成挺桿組件；所述吊架在垂直于所述第一平面的方向上從支架突出，并具有筆直近端部分，該筆直近端部分連接到底座并可設(shè)置在氣門挺桿內(nèi)形成的切口內(nèi)以便可旋轉(zhuǎn)地將夾具連接其上；所述吊架還具有在垂直于第一平面的第二平面內(nèi)形成U形的遠端部分，用于將挺桿組件與缸體鄰近挺桿孔的壁部分連接；所述一件式金屬主體具有抗磨損外輪廓，所述抗磨損外輪廓構(gòu)造為在向著和從由吊架與壁部分之間的接觸限定的角位移限制停止位置轉(zhuǎn)動挺桿組件的過程中，抑制底座與挺桿孔之間的干涉；所述一件式金屬主體還包括從底座過渡到筆直近端部分的第一圓角和第二圓角，用于在角位移限制停止位置擴散夾具中引起的應(yīng)力。
[0008]在又一方面，提供了一種用于限制氣門挺桿的角位移的夾具，角位移在氣門挺桿的組件和夾具在內(nèi)燃機中使用期間由發(fā)動機動力學(xué)引起；所述夾具包括具有支架和吊架的一件式金屬主體；所述支架包括第一夾爪和相對的第二夾爪、以及連接第一夾爪和第二夾爪的底座，以便支架形成C形；所述第一夾爪和第二夾爪中的每一個包括鄰接底座的近端和自由遠端；所述支架還包括由自由遠端形成的開口側(cè)，以便分開自由遠端來擴大開口側(cè)，用于圍繞氣門挺桿夾住所述支架以形成組件；所述吊架從支架突出，并且具有形成U形的遠端部分，用于在內(nèi)燃機中將組件與缸體鄰近挺桿孔的壁部分連接；所述吊架還具有筆直近端部分，連接到底座并設(shè)置在氣門挺桿中形成的切口內(nèi)，以便可旋轉(zhuǎn)地將夾具連接到其上，通過吊架與壁部分之間的接觸在停止位置限制氣門挺桿的角位移；所述夾具還包括構(gòu)件，所述構(gòu)件包括一件式金屬主體的形狀和厚度，用于響應(yīng)于停止位置處引起的應(yīng)力以便抑制吊架的疲勞失效。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是根據(jù)一個實施例的內(nèi)燃機的局部剖面示意圖；
[0010]圖2是圖1的發(fā)動機的部分的局部剖面示意圖；
[0011]圖3是根據(jù)一個實施例的發(fā)動機氣門挺桿組件的示意圖；
[0012]圖4是圖3的部分發(fā)動機氣門挺桿組件的正視圖；
[0013]圖5是根據(jù)一個實施例的發(fā)動機氣門挺桿的不意圖；
[0014]圖6是圖5的發(fā)動機氣門挺桿的正視圖；
[0015]圖7是圖5和圖6的發(fā)動機氣門挺桿的后視圖；
[0016]圖8是圖5-圖7的發(fā)動機氣門挺桿的頂視圖；
[0017]圖9是圖5-圖8的發(fā)動機氣門挺桿的底視圖；
[0018]圖10是圖5-圖9的發(fā)動機氣門挺桿的正面示意圖，與已知設(shè)計的發(fā)動機氣門挺桿的某些特征的形狀相比較；
[0019]圖11是根據(jù)一個實施例的角位移限制夾具的示意圖；
[0020]圖12是圖11的夾具的另一示意圖；
[0021]圖13是圖11和圖12的夾具的正視圖；
[0022]圖14是圖11-圖13的夾具的后視圖；
[0023]圖15是圖11-圖14的夾具的頂視圖；
[0024]圖16是圖11-圖15的夾具的底視圖；
[0025]圖17是沿圖15的17-17線截取的剖視圖；
[0026]圖18是沿圖15的18-18線截取的剖視圖；
[0027]圖19是圖11-圖18的夾具的示意圖，與已知設(shè)計相比較夾具的一些特征的形狀；
[0028]圖20是設(shè)置在發(fā)動機缸體內(nèi)的發(fā)動機氣門挺桿組件的俯視圖；
[0029]圖21是設(shè)置在發(fā)動機的缸體內(nèi)的發(fā)動機氣門挺桿組件的俯視圖。

【具體實施方式】
[0030]參考圖1，顯示了根據(jù)一個實施例的內(nèi)燃機10。內(nèi)燃機10可以是壓縮點火柴油發(fā)動機。發(fā)動機10可包括發(fā)動機殼體12,該發(fā)動機殼體12具有缸體14,該缸體限定了氣缸16和挺桿孔18?；钊?0在氣缸16內(nèi)作往復(fù)運動，并與曲軸24以傳統(tǒng)方式通過活塞桿22連接。發(fā)動機10還可包括凸輪軸26，其可響應(yīng)曲軸24的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)。在所示的實施例中，只示出了一個氣缸和一個挺桿孔，然而，應(yīng)該理解，在大多數(shù)實現(xiàn)方式中發(fā)動機10將包括多個汽缸、多個活塞和多個挺桿孔。發(fā)動機10還可包括氣門挺桿組件30，其至少部分地定位在挺桿孔18中。在實用的實施策略中，兩個氣門挺桿組件可以與所述多個氣缸中的每一個相關(guān)聯(lián)。組件30被配置成致動推桿32，該推桿32與用于發(fā)動機10的氣體交換氣門36的搖臂34相耦接。圖中示出兩個氣體交換氣門36，并可包括進氣氣門或排氣氣門，并至少部分位于發(fā)動機殼體12的缸蓋38內(nèi)。凸輪軸26的凸輪28與凸輪軸26 —起旋轉(zhuǎn)，以在挺桿孔18內(nèi)移動組件30。正如從以下描述中將會進一步清楚理解的，與傳統(tǒng)設(shè)計相比，發(fā)動機10可以是唯一地為延長壽命而構(gòu)造。已經(jīng)觀察到，在內(nèi)燃機維護期間，氣門挺桿組件旋轉(zhuǎn)而與凸輪錯位，其具有不期望的和潛在的災(zāi)難性后果。本實用新型克服了現(xiàn)有發(fā)動機設(shè)計中的這些缺點，且被認(rèn)為防止挺桿組件30的部件的過早失效，使得其使用壽命超過發(fā)動機10的使用壽命，如本文進一步所述。
[0031]組件30可包括氣門挺桿42以及與氣門挺桿42耦合的角位移限制夾具92。氣門挺桿42可具有近端44、遠端46和位于遠端46內(nèi)并構(gòu)造成接觸凸輪28的挺桿輥48。夾具92可包括支架94以及吊架96，支架94與氣門挺桿42接合，所述吊架96連接到支架94并將氣門挺桿組件30與缸體14的一部分，尤其是在下面描述的壁部分相耦接。現(xiàn)在也參考圖2，其中更詳細地示出了挺桿組件30。支架94被顯示為耦合到氣門挺桿42，吊架96與位于挺桿孔18附近的缸體14的壁部分19耦接。挺桿輥48被示出為接觸凸輪28，尤其顯示出看起來凸輪28的上斜面31以及隨后的鼻部29已經(jīng)旋轉(zhuǎn)通過輥48。在上斜面31和鼻部29上示出磨損標(biāo)記33。下面進一步描述凸輪上的磨損標(biāo)記在診斷角位移限制夾具的失效模式的根本原因中的重要性以及在此呈現(xiàn)的解決方案的改進。
[0032]現(xiàn)在參考圖3，顯示了挺桿組件30，其可能呈現(xiàn)出退出在發(fā)動機10中使用，或在投入發(fā)動機10中使用之前，并且示出了又一些特征。氣門挺桿42可包括細長挺桿主體50，細長挺桿主體50具有外周表面52和內(nèi)周表面54。內(nèi)周表面54限定了具有中心軸線35的縱向推桿孔56。挺桿主體50進一步包括多個軸向主體段，包括限定了通向孔56的開口 62的近段60和遠段64。遠段64限定了具有中心軸線37的橫向孔66，其中挺桿輥48可旋轉(zhuǎn)地定位。主體50還可包括:夾具段68，該夾具段軸向定位在近段60和遠段64之間；中間段69，該中間段軸向定位在夾具段68和遠段64之間；以及過渡段71，該過渡段軸向定位在該夾具段68和近段60之間。近段60、遠段64以及中間段69中的每一個可包括完整的直徑段，且限定完整的外徑尺寸，而夾具段68可限定減小的外徑尺寸72，用于圍繞氣門挺桿42接納支架94，以形成組件30。
[0033]現(xiàn)在再參照圖4，顯示了挺桿組件30的一部分的主視圖。挺桿主體50還可包括切口 74，該切口 74軸向延伸通過近段60，并從外周表面52凹進。切口 74包括側(cè)壁76，該側(cè)壁限定了切口 74的近端通道78和遠端錐形部80。通道78被配置為與吊架96的直線段配合，如在此進一步討論的，從而可旋轉(zhuǎn)地將挺桿主體42連接到夾具92，使得挺桿組件30的角位移通過夾具92的角位移的限制而得以限制。從圖2，可以記得，吊架96將挺桿組件30與壁部分19耦合。夾具92的角位移限制停止位置可以在此進一步描述為由連接到所述直線段的吊架96的彎曲部分與壁部分19之間的接觸而限定。由圖4，應(yīng)該注意的是，錐形部80從通道78沿遠側(cè)方向加寬。以這種方式擴寬的錐形部80在側(cè)壁76與從支架94向吊架96的直線段過渡的第一應(yīng)力和第二應(yīng)力緩解圓角114之間提供間隙，使得在如上所述的夾具92的停止位置處，側(cè)壁76在圓角114上的沖擊被抑制。
[0034]現(xiàn)在參照圖5，圖中表示了夾具92被去除的情況下的氣門挺桿42。在所示實施例中，切口 74包括在整個切口 74上延伸并定向為平行于縱向軸線35的平坦的后壁82。后壁82可以被定向垂直于側(cè)壁76。平坦的凹陷表面90可以部分形成在夾具段68上且部分形成在挺桿主體50的過渡段71上，使得平坦的后壁82和凹陷表面90是無過渡的。凹陷表面90提供了挺桿主體50的外部輪廓的凹陷，以容納夾具92的互補形狀的特征，正如本文所進一步討論?，F(xiàn)在再參照圖6，可以回想起每個段60、64和69可限定完整的外徑尺寸。在圖6中，該尺寸是通過附圖標(biāo)記70示出，并且在實際的實施策略中可以等于約30毫米。在一個特定實施例中，尺寸70可以等于約29.5毫米。本文所用的術(shù)語“約”應(yīng)在主要數(shù)字的圓整和數(shù)量的含義上理解，因此，“約”30毫米意味著從25.5毫米到30.4毫米?！凹s”29.5毫米表示從29.45毫米到29.54毫米等等。圖6中還示出了由夾具段68限定的減小的外徑尺寸，并且通過附圖標(biāo)記72表示。在實際實施策略中尺寸72可以等于約20毫米，并且更具體地等于約20.9毫米。圖6中還示出了通道長度尺寸77。尺寸77可以等于約6毫米，以及更具體地等于約5.7毫米。
[0035]在圖6的圖示中還可以注意到，側(cè)壁76可以是彼此的鏡像，并且每個都包括直線的近端部分86和弧形的遠端部分88，使得筆直部分86限定了通道78和弧形部分88限定錐形部80。筆直部分86可以彼此平行，并且遠端部分88可以是凹入的，從而使切口 74限定了高腳酒杯的形狀。每個弧形部分88還可以進一步限定了共同的圓的弧段81，其具有大于約5毫米的半徑，并且在特定實施例中其可以等于約10毫米。圖6中示出了另一個外徑尺寸79，其由過渡段71限定。尺寸79可以等于約24毫米，更特別是等于約23.6毫米。返回簡要參閱圖4，將回想到側(cè)壁76和圓角114之間存在間隙。該間隙可以包括軸向和圓周方向間隙。還應(yīng)注意的是，弧形部分88限定的凹陷的曲率半徑大于每個圓角114限定的凹陷的曲率半徑。從圖3至圖6中可以理解的挺桿組件30的另一個特征是近段60和遠段64可被理解為限定圓柱形空間外殼。支架94和吊架96的一部分可以位于該圓柱形空間外殼內(nèi)，其重要性將從以下描述中進一步理解到。盡管在圖3-圖6中不可見，夾具92可以包括與凹陷表面90和后壁82相對且平行的平坦的內(nèi)側(cè)表面，所述平坦的內(nèi)側(cè)表面部分形成在吊架96的直線段上，并且部分形成在支架94上。
[0036]現(xiàn)在參照圖7，該圖示出了氣門挺桿42的后視圖，從圖6所示的視圖旋轉(zhuǎn)大約180°?？梢宰⒁獾?，圖7中可見的挺桿主體50的特征可以基本上與圖6中所示的特征相同，除了切口 74和凹陷表面90。轉(zhuǎn)到圖8，示出了氣門挺桿42的頂視圖，特別是因為它呈現(xiàn)出沿軸線35向下看并進入孔56。從圖8要注意的是，側(cè)壁76被定向為垂直于后壁82、和后壁82鄰接。圖8中還示出了切口 74的徑向深度84，由此后壁82從外周表面52凹入。在一種實用的實施策略中，深度84可等于整個外徑尺寸70的約15%或更大?？梢詷?gòu)想到實施例，其中尺寸84等于約5毫米，更特別是等于約4.75毫米。也示出了切口 74的寬度尺寸75，且可等于大約9毫米，并且在某些實施方式中約為8.8毫米。參照圖9，示出了氣門挺桿42的底視圖，該圖是沿軸線35在近端方向看。
[0037]轉(zhuǎn)到圖10，示出了氣門挺桿42的一部分的視圖，并且示出與已知氣門頂桿設(shè)計相比的氣門挺桿42的某些幾何屬性差異。在圖10中，通過虛線示出了已知的氣門挺桿設(shè)計的特定特征。例如，可以注意到，在已知挺桿設(shè)計包括切口，但是該切口僅形成的相對較窄通道而根本沒有錐形部。盡管已知設(shè)計包括與其切口過渡的平坦表面，但該表面較窄，較短，并且與氣門挺桿42的平坦的凹陷表面90不同的形狀。已知氣門設(shè)計中的過渡段比過渡段71略窄，而已知的挺桿設(shè)計中的夾具段具有比由夾具段68限定的相對大的外徑尺寸。盡管由于圖10的觀察點而不容易理解到，切口 74的深度，尺寸84，也可以大于已知設(shè)計的切口的深度。
[0038]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖11和圖12，示出了夾具92的兩個不同視圖并更詳細地圖示某些特征。夾具92可以包括一件式金屬主體93，其由例如從單個沖壓形成，一件式金屬主體93包括支架94和吊架96，并且構(gòu)造成與氣門挺桿42耦接，以形成挺桿組件30，如上所述。支架94可以包括第一夾爪98和相對的第二夾爪98，以及連接夾爪98的底座102。每個夾爪98可以是弓形的，而底座102可以是直的，以使支架94在第一平面中形成C形形狀。該C型在圖12中容易理解到。每個夾爪98可包括鄰接底座102的近端104和自由的遠端106。在夾具92中，“近端”表示更靠近吊架96連接于支架94的位置，而“遠端”指遠離該位置。保持件94還包括由自由的遠端106限定的開口側(cè)108，用于將支架94圍繞氣門挺桿42的夾具段68夾緊以形成挺桿組件30。吊架96沿著垂直于第一平面的方向從支架94突出。因此，雖然吊架96實際上是彎曲的，其突出的整體方向可以被理解為垂直于C形所在的平面。吊架96還可以包括直的近端部分110，如上所述，其連接至底座102并可定位在切口 74中以將夾具92旋轉(zhuǎn)地耦合到挺桿42。吊架96可以進一步包括遠端部分112。該遠端部分112是彎曲的，使得當(dāng)夾具92與挺桿42組裝時，遠端部分112從軸線35徑向向外彎曲。在某些實施例中，遠端部分112可被理解為在垂直于第一平面的第二平面內(nèi)形成U形，并被設(shè)置成將夾具92以及挺桿組件30與壁部分19連接，如在此描述的那樣。
[0039]可以回想起，夾具92可以包括平面的內(nèi)側(cè)表面，其可被定位成與挺桿主體50的后表面82和凹陷表面90相對并平行。在圖12中，示出了形成在主體93上的平面的內(nèi)側(cè)表面124。相對內(nèi)側(cè)表面124是平坦的外側(cè)表面120，且形成在底座102上。吊架96的筆直部分110可以包括另一平面的外側(cè)表面122，且與外側(cè)表面120鄰接并過渡。已經(jīng)觀察到，具有非凹陷的外部輪廓的已知的夾具設(shè)計隨著包括該夾具的挺桿組件在挺桿孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)而可以磨損挺桿孔。主體93可以被理解為包括抗磨損的外部輪廓，其被構(gòu)造為在挺桿組件30在挺桿孔18內(nèi)旋轉(zhuǎn)期間抑制底座94和挺桿孔18之間干涉?？鼓p的外部輪廓部分地由表面120限定，其就不會接觸挺桿孔18，這樣挺桿孔18和夾具92之間的干涉主要通過遠端106發(fā)生。在一種實用的實施策略中，抗磨損的外部輪廓可以包括由夾爪98中的第一個限定的第一弓形段、由夾爪98中的另一個限定的第二弓形段、和由底座102限定的線性段。該抗磨損外部輪廓和其對應(yīng)的段在上面提到的第一平面中是最明顯的，并且還將通過隨后的描述進一步理解。
[0040]現(xiàn)在參照圖13，顯示了夾具92的前視圖?？梢宰⒁獾?，主體93在第三平面內(nèi)形成為T型，第三平面是圖13中頁面的平面，其垂直于第一平面和第二平面。還應(yīng)當(dāng)指出的是，支架94包括平坦的上邊緣表面116，和非平坦的下邊緣表面118。每個圓角從平坦的上邊緣表面116向吊架96向上成弧形。每個圓角114在第三平面內(nèi)進一步限定了半徑，該半徑從大約2毫米至大約4毫米。在特定實施例中，通過圓角114所限定的該半徑可以等于約3毫米。所公開的尺寸的半徑已被發(fā)現(xiàn)賦予適當(dāng)?shù)膽?yīng)力擴散特性以抑制夾具92，特別是吊架96在維護中的疲勞失效。所公開的尺寸的半徑也與其他考慮是一致的，如能將夾具92與氣門挺桿42配合，而不會過度地改變氣門挺桿42的形狀，避免側(cè)壁76在圓角114上的沖擊，并具有可制造性。圖13中還示出了安裝輔助錐形體130，這有利于將組件30滑動到挺桿孔18中。安裝輔助錐形體130在與吊架96的突出方向相反的方向上變窄。
[0041]參考圖14，其示出了夾具92的后視圖，并且與借助于虛線示出的已知夾具的幾何屬性相比較地示出主體93的某些幾何屬性。在可以注意到，已知的夾具設(shè)計根本不包括應(yīng)力擴散圓角，而是包括由夾具的上邊緣限定的空隙，在開始向上彎曲并過渡到吊架之前，該上邊緣開始從支架向下彎曲。上述第三平面包括圖13和圖14中頁面的平面。
[0042]轉(zhuǎn)到圖15，示出了夾具92的俯視圖，并示出由每個夾住98的遠端表面126限定的角度128。上述的第一平面是圖15中頁面的平面。在一種實用的實施策略中，角度128可以等于約110°或更大。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種角度使夾爪98能夠展開，以擴大開口側(cè)108用于使夾具92繞氣門挺桿42接合。還可以看到，夾爪98是弧形的，并且彼此成鏡像。吊架的寬度尺寸135可以等于約9毫米，更特別是等于約8.58毫米，使得筆直部分110能夠配合在通道78內(nèi)。參考圖16，示出了夾具92的底視圖，并且示出了非平面下表面118。形成安裝輔助錐形體130可以如下發(fā)生，即:使頜部118的下側(cè)向內(nèi)彎曲，使得下表面118大致呈圓錐狀，至少在頜部118之內(nèi)。每個遠端表面126在它們與下表面118過渡時，也可被加工以去除銳邊，表現(xiàn)為曲線形式的遠端表面126。
[0043]現(xiàn)在參考圖17，顯示了沿圖15中的17-17線截取的剖視圖。在圖17的該剖視圖中，上表面116和下表面118之間的彎曲輪廓是顯而易見的。圖17中還示出了主體93的厚度尺寸125。在某些實施例中，厚度125可以遍及主體93均勻，并且可以小于圓角114限定的半徑。厚度125可以從大約2毫米至大約4毫米，更特別是約2.0毫米至約3.0毫米，更特別是約等于2.5毫米。圖17中還示出了支架的高度尺寸133，其從上表面116到支架94的最低部分或尖端測量，該最低部分或尖端鄰接下表面118或為下表面118的一部分。在一個實施例中，尺寸133可等于約8毫米，更特別是約等于8.13毫米。參照圖18，示出了沿著圖15中的18-18線截取的側(cè)剖視圖。上述第二平面包括圖18的頁面所在平面內(nèi)。圖18示出了吊架的高度尺寸131，如從吊架96的上表面116到遠端部分112的尖端測量的。在一個實施例中，尺寸131可以約等于5毫米，更特別是約等于4.6毫米。圖18中還示出了平坦表面120和122限定的線性輪廓。
[0044]現(xiàn)在參看圖19，再次示出夾具92，并且將主體93的某些幾何屬性與已知夾具設(shè)計的那些幾何屬性相比較?？梢曰叵肫穑黧w93包括抗磨損外部輪廓，而已知的夾具設(shè)計傾向于具有不防止磨損挺桿孔的外部輪廓。在圖19中，已知的夾具設(shè)計的某些特征借助于虛線示出?？梢宰⒁獾?，除了具有由表面120限定的線性段的外部輪廓外，還具有已知的夾具設(shè)計中使用了非凹陷的彎曲輪廓。圖19中還示出了另一角度129，在已知的夾具設(shè)計中，其可以是由支架的頜部的遠端表面限定。角度129小于角度128。已知夾具的主體的厚度也小于厚度125。
[0045]工業(yè)實用性
[0046]總地參照各附圖，發(fā)動機10通過燃料和空氣的混合物在氣缸16中燃燒，驅(qū)動活塞20以使得曲軸24以傳統(tǒng)的方式旋轉(zhuǎn)。曲軸24的旋轉(zhuǎn)將引起凸輪軸26旋轉(zhuǎn)，使凸輪26抵靠輥48旋轉(zhuǎn)并在挺桿孔18內(nèi)向上滑動氣門挺桿42以打開氣門36。偏壓彈簧與搖臂34耦合傾向于將氣門挺桿42向凸輪軸26返回并關(guān)閉氣門36。可以回想起，在發(fā)動機10維護中，夾具92轉(zhuǎn)動地耦接到氣門挺桿42。在發(fā)動機10操作期間，氣門挺桿42會旋轉(zhuǎn)而與凸輪28錯位。由于夾具92與氣門挺桿42的旋轉(zhuǎn)耦接，使得氣門挺桿42旋轉(zhuǎn)的扭矩被傳送到夾具92，使得夾具92與氣門挺桿42同時旋轉(zhuǎn)。特別地，該扭矩可以至少主要是通過使側(cè)壁76的筆直部分86與吊架96的筆直部分110相接觸而得以傳遞。吊架96與發(fā)動機10中的壁部分19耦接。在吊架96與壁部分19的外側(cè)和內(nèi)側(cè)中的每一個之間通常存在間隙，這與早期設(shè)計相反，在早期設(shè)計中，夾具至少接觸缸體壁部分的內(nèi)側(cè)。壁部分19的內(nèi)側(cè)23和外側(cè)21在圖20中表示。內(nèi)側(cè)23可以是倒圓的，并隨著挺桿孔18過渡，而外側(cè)21可具有總體筆直的形狀，使得與氣門挺桿42 —起旋轉(zhuǎn)的夾具92移動吊架96，以減小與壁部分19的間隙。氣門挺桿42和夾具92的旋轉(zhuǎn)將趨于繼續(xù)，直到間隙被減小到零，使得吊架96和壁部分19之間的接觸使得夾具92停止旋轉(zhuǎn)并因此使得氣門挺桿42停止旋轉(zhuǎn)。
[0047]在圖20中，示出了夾具92，其可能呈現(xiàn)出其中氣門挺桿42已經(jīng)轉(zhuǎn)動成與凸輪28錯位，然后其旋轉(zhuǎn)停止在由夾具92和壁部分19之間的接觸限定的角位移限制停止位置。角140也顯示在圖20中，并且識別在與凸輪28對齊的氣門挺桿42的位置和角位移限制停止位置之間發(fā)生的氣門挺桿42和夾具92的近似角位移。在一個實施例中，角度140可以等于約20°。不同的氣門挺桿組件在維護中可以彼此有不同的表現(xiàn)。在許多情況下，夾具92可以在順時針和逆時針方向中的任一方向上從對齊位置旋轉(zhuǎn)大約20°。因此，夾具92在兩個角位移限制停止位置之間可以旋轉(zhuǎn)總共約40°。然而，根據(jù)發(fā)動機與各個氣門挺桿組件，該角度可以變化。此外，某些氣門挺桿組件可以具有在一個方向上比另一個方向更多地旋轉(zhuǎn)的趨勢。在任何情況下，在一個或多個角位移限制停止位置處力可以施加到挺桿組件，在夾具中引起應(yīng)力。在夾具92中，這些應(yīng)力通過圓角114被擴散，使得夾具92的疲勞失效被抑制，并且使得挺桿組件30的使用壽命超過發(fā)動機10的使用壽命。根據(jù)下面要解釋的原因，這些應(yīng)力產(chǎn)生的根本原因以及有望成功的解決方案的改進很長時間都沒有實現(xiàn)。
[0048]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將熟悉發(fā)動機動力學(xué)的概念。隨著內(nèi)燃機運轉(zhuǎn)，許多不同的線性和旋轉(zhuǎn)力、振動、熱導(dǎo)致的尺寸變化、和其它因素，可以組合、疊加、相減、或以其它方式中以交叉耦合和不可預(yù)料的方式彼此相互作用。因此，任何給定的組件或方法，盡管最佳的工程設(shè)計工作，可以以與所預(yù)期的不同的方式表現(xiàn)、執(zhí)行，或發(fā)生。即使在部件的幾何形狀、發(fā)動機操作參數(shù)或其他特征上看起來微小的改變，也可以對發(fā)動機動力學(xué)具有顯著的和不可預(yù)測的影響。如上面所提到的那樣，在表面上相同的發(fā)動機之間可以通常觀察到顯著的變化，甚至在發(fā)動機內(nèi)表面上相同的零件之間，通常觀察到現(xiàn)象中的變化。氣門挺桿的旋轉(zhuǎn)是被認(rèn)為由于發(fā)動機動力學(xué)的復(fù)雜現(xiàn)象所導(dǎo)致的一個現(xiàn)象。在完全表征發(fā)動機動力學(xué)中的挑戰(zhàn)導(dǎo)致了解決挺桿旋轉(zhuǎn)的問題的困難，并防止了各種對挺桿旋轉(zhuǎn)的解決方案及其后果的可預(yù)測性。
[0049]在較早的夾具設(shè)計中，如與圖14和圖19中的夾具92相比較地示出的設(shè)計，夾具的疲勞失效有時在相關(guān)的發(fā)動機的正常壽命結(jié)束之前發(fā)生。在已知的夾具設(shè)計中已經(jīng)觀察到兩個普通的失效模式。在某些情況下，吊架能夠大概在其筆直部分過渡到其遠端部分的位置或者在其彎曲的遠端部分本身內(nèi)失效。在特定情況中，吊架會在“根部”、大致在筆直部分固定到所述支架的位置處發(fā)生失效。相信后一種失效模式傾向于出現(xiàn)在夾具吊架的筆直部分和相關(guān)聯(lián)的氣門挺桿中形成的通道的側(cè)壁之間存在相對較大間隙的情況下。前者的失效模式趨于發(fā)生在間隙是較為緊的情況下?？梢源_信夾具和氣門挺桿之間的公差疊加至少部分作用于從挺桿組件到挺桿組件的這些變化。只有在廣泛研究后才能揭示這些不同失效模式的共同根本原因。
[0050]可以回想，磨損標(biāo)記33可以在維護期間從與挺桿輥48接觸開始形成在凸輪28上，如圖3所示?？梢宰⒁獾剑瑯?biāo)記33在寬度上稍微變化，但通常在凸輪28上是從左到右對稱的。在導(dǎo)致本實用新型的對挺桿組件失效的研究過程中，提出這樣的磨損圖案可以氣門挺桿自對準(zhǔn)的地方觀察到。這就意味著，所述氣門挺桿在維護期間可以角位移，它可能傾向來調(diào)整到理想取向，導(dǎo)致隨時間較寬的對稱磨損圖案。還觀察到傾向于自對準(zhǔn)的挺桿組件似乎具有降低的夾具疲勞失效的發(fā)生率。在已知的發(fā)生失效的設(shè)計中，還觀察到在對應(yīng)的凸輪上的磨損標(biāo)記與標(biāo)記33看上去不同，有時更薄、更不對稱，因此提示該氣門挺桿至少在一些時間不能自對準(zhǔn)。在這方面不能自對準(zhǔn)的原因仍然是未知的。
[0051]參考圖21，示出了位于缸體114內(nèi)的氣門挺桿142和夾具192，使得夾具192的吊架與具有外側(cè)121和內(nèi)側(cè)123壁部分119耦合。與圖20所示的結(jié)構(gòu)不同，挺桿142和夾具192被安裝成使得由于螺栓連接凸塊200的位置而產(chǎn)生固有錯位。換句話說，夾具192和挺桿142不能相對于相應(yīng)的凸輪安裝在精確理想取向。在示出的實例中，挺桿142和夾具192僅能安裝在限定的角度141的取向上，其與理想取向偏離大約為10°。
[0052]在觀察很多不同凸輪上的磨損圖案時，包括那些與固有地錯位和自對準(zhǔn)挺桿組件耦合的凸輪，發(fā)現(xiàn)固有的錯位可能導(dǎo)致在相應(yīng)凸輪上的不同的磨損圖案，該圖案類似于但不同于與失效夾具相關(guān)聯(lián)的凸輪上觀察到的磨損圖案。通過再進一步檢查夾具已經(jīng)失效的發(fā)動機和很多挺桿組件的特征，進一步推斷出固有錯位的挺桿和夾具組件本身是與失效的風(fēng)險增加相關(guān)聯(lián)的。磨損圖案的該相似性，和夾具疲勞失效的明顯共享的可能性，最終導(dǎo)致如下假說，即:失效的夾具可能已經(jīng)經(jīng)歷了與固有錯位夾具類似的維護條件。雖然這些維護條件的性質(zhì)仍然保持未知的，額外觀察在挺桿孔上的摩擦標(biāo)記最終得到以下結(jié)論，即各種因素已經(jīng)使夾具在挺桿孔內(nèi)“掛起”而不能自我校準(zhǔn)，導(dǎo)致應(yīng)力足以最終導(dǎo)致疲勞失效。這一結(jié)論本身與常規(guī)認(rèn)識相反，常規(guī)認(rèn)識為:氣門挺桿總是傾向于自調(diào)整。一旦挺桿組件，尤其是夾具被掛起的現(xiàn)象開始被揭示，就可以調(diào)查潛在原因?，F(xiàn)在相信，在發(fā)動機之間，且在挺桿組件之間的變化導(dǎo)致這樣的趨勢，即:基于與缸體的相互作用，一些挺桿組件經(jīng)歷在其旋轉(zhuǎn)上的約束，而其他則可以更自由地旋轉(zhuǎn)。從一個發(fā)動機到另一個的缸體壁部分的尺寸的變化可以是為什么這些氣門挺桿與其他的表現(xiàn)不同并且不能可靠地從偏移位置返回到對準(zhǔn)位置的一個特別原因。不管在不能自對準(zhǔn)、在夾具上的彎曲載荷和扭轉(zhuǎn)載荷、最終導(dǎo)致所觀察到的失效模式后面的具體原因如何，被認(rèn)為是最敏銳的是:挺桿組件掛在角位移限制停止位置，然后挺桿輥被相關(guān)的凸輪的旋轉(zhuǎn)的上斜面和鼻部接觸。
[0053]本實用新型解決了氣門挺桿組件中夾具失效的問題，使得發(fā)動機的使用壽命可以延長，這至少部分地通過將夾具92設(shè)計成對這樣的彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷更高的容忍度，并通過將氣門挺桿42設(shè)計成最佳地容納夾具92而實現(xiàn)。如上所述，夾具92和氣門挺桿42分別以多種方式不同于已知的設(shè)計。這些差異相互補充，使得上面討論的失效模式可以不再出現(xiàn)，或者在發(fā)動機正常操作期間需要很長時間才會發(fā)生，使挺桿組件30的使用壽命超過發(fā)動機10的使用壽命。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將熟悉改變整個發(fā)動機設(shè)計、包括新部件，改變部件或組件的空間占地面積以及其它基本和昂貴的改變的不理想性。如上所述，發(fā)動機動力學(xué)可以實質(zhì)性和不可預(yù)測的方式變化，即使做出微小改變。對一個挑戰(zhàn)或問題的解決方案可能是有效的，但經(jīng)常會產(chǎn)生新的和意外的失效模式或者有其他方面的缺陷，更不必說附加成本。
[0054]然而，該夾具92和氣門挺桿42的特征，和這些特征彼此相互作用以及與發(fā)動機10的其他零件的作用方式在已知的設(shè)計上是保守地進步，而不產(chǎn)生新的失效模式，且無需修改發(fā)動機本身。夾具92可以更厚并且具有與已知設(shè)計不同的形狀，如上所述。夾具92的該厚度被認(rèn)為使主體93更堅固，而圓角114擴散了可能導(dǎo)致疲勞失效的應(yīng)力，并且抗磨損外部輪廓在夾具旋轉(zhuǎn)到角位移限制停止位置以及從角位移限制停止位置旋轉(zhuǎn)時阻止夾具抵靠挺桿孔18的拖動。在實用的實施策略中，夾具92可以設(shè)計成使得遠端118與挺桿孔18具有相對溫和的干涉配合，而支架94的其他部分根本不干涉。本文構(gòu)想到的夾具也可以在吊架和缸體的壁部分之間具有減小或消除的干涉，與現(xiàn)有設(shè)計中的相反，在后者中，吊架的下部稍向外凸出并產(chǎn)生了現(xiàn)在認(rèn)為并不期望的與挺桿孔的干涉。在氣門挺桿42的情況下，凹陷的外表面90使得與夾具92更緊密和更好地匹配配合，相對更深的切口 74容納夾具92的厚度增加，而錐形部80確保側(cè)壁76將不沖擊在圓角114上。挺桿組件30將典型地具有這樣的空間占地面積，使得挺桿組件30可以安裝在發(fā)動機10內(nèi)，而不需要對硬件或操作策略做出任何其它改進。因此，在特定方面本實用新型可以理解為將固定數(shù)量的材料從一個部件重新分配到另一個，而從現(xiàn)有的氣門挺桿組件可用的占地面積改變空間占地面積。其中氣門挺桿組件已經(jīng)失效，或者被認(rèn)為可能失效的發(fā)動機因此可以通過將現(xiàn)有的挺桿組件換成根據(jù)本實用新型的氣門挺桿組件而予以維護。
[0055]本描述僅用于說明的目的，而不應(yīng)該解釋為以任何方式縮小本實用新型的范圍。因此，本【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的技術(shù)人員將會認(rèn)識到，在不背離本公開的完整和合理范圍和精髓的前提下，可以對目前公開的實施例做出各種修改。例如，夾具92和挺桿42的特定特征在這里已被描述為具有示例尺寸和幾何形狀特性，本實用新型并不限制于此，基于該教導(dǎo)可以開發(fā)可替代的實施方式。其它方面、特征和優(yōu)點將在查看附圖和所附的權(quán)利要求書時變得明顯。
【權(quán)利要求】
1.一種用于限制氣門挺桿(42)的角位移的夾具(92)，所述氣門挺桿(42)位于內(nèi)燃機(10)的缸體(14)中形成的挺桿孔(18)內(nèi)；其特征在于，所述夾具包括: 一件式金屬主體(93)，包括支架(94)和吊架(96)； 所述支架(94)具有第一夾爪(98)和相對的第二夾爪(98)，以及連接所述第一夾爪和第二夾爪(98)的底座(102)，以便所述支架(94)在第一平面內(nèi)形成C形，第一夾爪和第二夾爪(98)中的每一個包括鄰接所述底座(102)的近端(104)和自由遠端(106)，所述支架(94)還具有由所述自由遠端(106)限定的開口側(cè)(108)，用于圍繞所述氣門挺桿(42)夾住所述支架(94)以形成挺桿組件(30)； 所述吊架(96)在垂直于所述第一平面的方向上從所述支架(94)突出，并具有筆直近端部分(110)，所述筆直近端部分(110)連接到所述底座(102)并設(shè)置在所述氣門挺桿(42)中形成的切口(74)內(nèi)以便可旋轉(zhuǎn)地將所述夾具(92)連接到其上，并且所述吊架(96)還具有在垂直于所述第一平面的第二平面內(nèi)形成U形的遠端部分(112)，用于將所述挺桿組件(30)與鄰近所述挺桿孔(18)的所述缸體(14)的壁部分(19)連接；以及 所述一件式金屬主體(93)具有抗磨損外輪廓,所述抗磨損外輪廓構(gòu)造為在向著和從由所述吊架(96)與壁部分(19)之間的接觸所限定的角位移限制停止位置轉(zhuǎn)動所述挺桿組件(30)的過程中，抑制所述底座(102)與所述挺桿孔(18)之間的干涉，所述一件式金屬主體(93)還包括從所述底座(102)過渡到所述筆直近端部分(110)的第一圓角和第二圓角(114)，用于在所述角位移限制停止位置處擴散所述夾具(92)中引起的應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于限制氣門挺桿(42)的角位移的夾具(92)，其特征在于，所述一件式金屬主體(93)在垂直于所述第一和第二平面中的每一個的第三平面內(nèi)形成T形； 其中，所述支架(94)包括平坦的上邊緣表面(116)和非平坦的下邊緣表面(118)，每個所述第一圓角和第二圓角(114)從所述平坦的上邊緣表面(116)到所述吊架(96)向上形成弧形；以及 其中每個所述第一圓角和第二圓角(114)在所述第三平面內(nèi)限定半徑，所述半徑從2毫米至4毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于限制氣門挺桿(42)的角位移的夾具(92)，其特征在于，所述抗磨損外輪廓包括在所述第一平面內(nèi)由所述第一夾爪(98)限定的第一弧形段、由所述第二夾爪(98)限定的第二弧形段和由所述底座(102)限定的直線段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于限制氣門挺桿(42)的角位移的夾具(92)，其特征在于，所述一件式金屬主體(93)包括均勻厚度，所述均勻厚度從2.0毫米到3.0毫米； 其中所述第一夾爪(98)包括第一遠端表面(126)，并且所述第二夾爪(98)包括第二遠端表面(126)，并且其中所述遠端表面(126)限定角度，所述角度大于或等于110°，并且其中所述第一夾爪和第二夾爪(98)各自具有弧形結(jié)構(gòu)，且彼此為鏡像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于限制氣門挺桿(42)的角位移的夾具(92)，其特征在于，所述支架(94)還包括在與所述吊架(96)突出的方向相反的方向上變窄的安裝輔助錐形體(130)。
6.一種用于限制氣門挺桿(42)的角位移的夾具(92)，其特征在于，所述角位移在內(nèi)燃機(10)中的所述氣門挺桿(42)的組件(30)和所述夾具(92)的使用期間由發(fā)動機動力學(xué)引起，所述夾具(92)包括: 一件式金屬主體(93)，包括支架(94)和吊架(96)； 所述支架(94)，具有第一夾爪(98 )和相對的第二夾爪(98 )、以及連接所述第一夾爪和第二夾爪(98)的底座(102)，以便所述支架(94)形成C形，所述第一夾爪和第二夾爪(98)中的每一個包括鄰接所述底座的近端(104)和自由遠端(106); 所述支架(94)還具有由所述自由遠端(106)限定的開口側(cè)(108)，以便分開所述自由遠端(106)來擴大所述開口側(cè)(108)，用于圍繞所述氣門挺桿(42)夾住所述支架(94)以形成所述組件(30); 所述吊架(96)從所述支架(94)突出，并且具有形成U形的遠端部分(112)，用于在所述內(nèi)燃機(10)中將所述組件(30)與缸體(14)鄰近挺桿孔(18)的壁部分(19)連接； 所述吊架(96)還具有筆直近端部分(110)，所述筆直近端部分(110)連接到所述底座(102)并設(shè)置在所述氣門挺桿(42)中形成的切口(74)內(nèi)，以便旋轉(zhuǎn)地將所述夾具(92)連接到其上，通過所述吊架(96)與所述壁部分(19)之間的接觸在停止位置限制所述氣門挺桿(42)的角位移；以及 所述夾具(92)還具有構(gòu)件，所述構(gòu)件包括所述一件式金屬主體(93)的形狀和厚度，用于響應(yīng)于停止位置處引起的應(yīng)力抑制所述吊架(96)的疲勞失效。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于限制氣門挺桿(42)的角位移的夾具(92)，其特征在于，所述一件式金屬主體(93)還包括從所述支架(94)過渡到所述吊架(96)的第一圓角和第二圓角(114)，第一圓角和第二圓角(114)中的每個具有限定半徑的應(yīng)力擴散弧形，并且其中所述底座(102)包括抗磨損外輪廓，所述抗磨損外輪廓構(gòu)造為抑制所述支架(94)與所述挺桿孔(18)之間的干涉； 其中所述一件式金屬主體(93)包括均勻厚度，所述均勻厚度在2毫米到4毫米之間，并且所述半徑在2毫米至4毫米之間；以及其中所述均勻厚度小于所述半徑。
【文檔編號】F01L1/46GK204113366SQ201290001061
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月14日
【發(fā)明者】S·瑞姆拉, S·羅曼 申請人:卡特彼勒公司