CN101194086A - 具有偏置滑阀的正时相位器 - Google Patents

Abstract

用于具有至少一个凸轮轴的内燃机的一种可变凸轮正时相位器，其包括一个壳体(144)、一个转子(138)，以及一个相位器控制阀(168)。该相位控制阀偏置离通过该相位器的凸轮轴的旋转中心轴线，并且还可以平行于该旋转中心轴线。该相位器控制阀引导流体流动，以改变该转子相对于该壳体的相对角位置。该相位器可以由凸轮转矩驱动、油压驱动或者转矩助推。

Description

具有偏置滑阀的正时相位器

相关申请的参考

本申请要求2005年5月2日提交的标题为“具有偏置滑阀的正时相位器”的第60/676,822号临时申请的权益。这里要求根据美国法典第35篇§119(e)对临时申请的权益，并将上述申请通过引用结合在此。

技术领域

本发明涉及可变凸轮正时系统的领域。更确切地说，该发明涉及一种具有偏置阀芯的可变凸轮正时相位器。

背景技术

内燃机采用了多种机构来改变凸轮轴与曲轴之间的角度，以提高发动机性能或减少排放。多数可变凸轮轴正时(VCT)机构在发动机的凸轮轴上(或者在多凸轮轴发动机中的多个凸轮轴上)使用一个或多个“叶片相位器”。大多情况下，这些相位器具有一个包含一个或多个叶片的壳体，该壳体装配于凸轮轴的端部，由一个具有叶片室的壳体所包围，其中叶片安装在叶片室中。可以将叶片同样装配于壳体上，而这些室位于壳体中。壳体的外圆周形成链轮、皮带轮或者齿轮，以通过链条、皮带或齿轮接受驱动力，该驱动力一般来自于凸轮轴，或者有可能来自于一台多凸轮发动机中的另一凸轮轴。

可变凸轮正时相位器的滑阀可以安装在相位器的外部或者相位器的内部。内装式滑阀可以安装在中心，并且中心安装一个阀芯的某些局限性是必须使用中心螺栓来安装该滑阀(如在Butterfield等人的专利US5,046,460中所示)，将滑阀安装在凸轮轴端部(如在Butterfield等人的专利US5,002,023中所示的)，或者在凸轮轴的端部使用一个法兰来安装滑阀(如在Becker等人的专利US5,107,804中所示的)。

在图1的先有技术中示出一个可变凸轮正时(VCT)相位器中的内部中心安装式阀芯的一个实例。该VCT相位器22通过多个螺栓36连接于凸轮轴。相位器的壳体40具有用于接收来自链条58的驱动力的一个外圆周或者多个齿56。转子38连接于凸轮轴并且同轴地位于壳体40中。转子38具有叶片42，该叶片将形成于壳体40和转子38之间的室分为超前室46以及滞后室48。叶片42能够旋转，以改变壳体40与转子38的相对角位置。通过引向滑阀50的供应管线55将流体供应给相位器22。管线52、54、60在超前室46与滞后室48以及中心安装式滑阀50之间供应流体。管线54中存在止回阀61。阀芯在滑阀50内的位置控制相位器的移动(例如向超前位置的移动或者向滞后位置的移动)。

发明内容

一种用于具有至少一个凸轮轴的内燃机的可变凸轮正时相位器包括一个壳体、一个转子，以及一个相位控制阀。该相位控制阀偏置于该相位器的一个旋转中心轴线，并且可以平行于该旋转中心轴线。该相位控制阀引导流体流动，以改变转子相对于壳体的相对角位置。该相位器可以由凸轮转矩驱动、油压驱动，或者扭力助推。

“偏置”一词的意思是从该相位器的旋转中心轴线上偏移。

附图说明

图1示出了先有技术的一个具有中心安装型滑阀的可变凸轮正时系统的一个示意图。

图2示出了第一实施方案的一个可变凸轮正时(VCT)系统的一个示意图。

图3示出了沿图2的线A-A截取的偏置滑阀的一个截面图。

图4示出了沿图2的线B-B的通过进液止回阀和锁定销的一个截面图。

图5a示出了第一实施方案的凸轮转矩致动的相位器在零位(nullposition)中的另一示意图。

图5b示出了第一实施方案的凸轮转矩致动的相位器向滞后位置移动的一个示意图。

图5c示出了第一实施方案的凸轮转矩致动的相位器向超前位置移动的一个示意图。

图6a示出了第二实施方案的具有偏置滑阀的油压驱动式可变凸轮正时相位器在零位中的一个示意图。

图6b示出了第二实施方案的具有偏置滑阀的油压致动的可变凸轮正时相位器向超前位置移动的一个示意图。

图6c示出了第二实施方案的具有偏置滑阀的油压致动的可变凸轮正时相位器向滞后位置移动的一个示意图。

图7示出了第三实施方案的具有偏置滑阀的扭力助推式可变凸轮正时相位器的一个示意图。

图8示出了第四实施方案的具有偏置滑阀的凸轮转矩致动的可变凸轮正时相位器的一个示意图。

图9示出了第五实施方案的具有偏置滑阀的凸轮转矩致动的可变凸轮正时相位器的一个示意图。

图10示出了第六实施方案的具有偏置滑阀的凸轮转矩致动的可变凸轮正时相位器的一个示意图。

图11示出了第七实施方案的凸轮转矩致动的相位器的一个示意图，其该滑阀偏置于该相位器的中心线而安装在壳体中。

发明详细说明

图2至图5c示出了本发明在凸轮转矩致动的相位器中的一个第一实施方案。凸轮转矩致动(CTA)的相位器利用由开启和关闭发动机阀门的力产生的凸轮轴126中的转矩反转来移动叶片142。存在一个控制阀168以允许流体能够从滞后室148流到超前室146，或者反之亦然，从而使叶片142移动。该超前和滞后室146、148被安排为用来抵消凸轮轴126中的正负转矩脉冲，并且通过凸轮转矩交替地加压。CTA相位器具有油输入，以补充由于泄漏造成的损失，但它不使用发动机油压来移动相位器。CTA相位器已经显示出它们可提供快速响应和低油耗，从而减少燃料消耗和排放。

该相位器122具有一个壳体144，该壳体具有由齿156形成的外圆周，用于接收来自链条158的驱动力。转子138通过位于中心的螺栓166连接于凸轮轴126，并且同轴地位于壳体144内。壳体144与相位器的前盖板103通过螺栓136连接在一起。该转子138具有至少一个叶片142，该叶片将壳体144与转子138之间的室分为超前室146和滞后室148。密封件121装配在壳体144与转子138之间，以协助控制泄漏。叶片142能够旋转，以改变壳体144与转子138的相对角位置。

通过引向控制阀168的供应管线155将流体供给相位器122。具有止回阀151、152的管线174向管线170和178提供流体。管线170和178将流体导引至超前和滞后室146、148与内装式偏置或偏离中心的控制阀或者滑阀168之间。“偏置”和“偏离中心”意思是从相位器旋转中心轴线移开，该轴线通过凸轮轴126的中心并且如图3和4所示。在本实施方案中，偏置控制阀168还与相位器的旋转轴线平行。

控制阀168包括在壳体144的一个孔中的套筒106，该套筒可滑动地容纳具有滑面169a、169b的阀芯169。阀芯169的一端由弹簧153向第一方向施偏压力，而另一端由一个致动器162沿与第一方向相反的第二方向施偏压力，参见图5a至图5c。阀芯169在控制阀168中的位置控制着相位器的移动(例如，向超前位置或滞后位置的移动)。在一优选实施方案中，该致动器是液压性质的并且优选地是一个调整的压力控制系统(如在2005年5月2日提交的标题为“正时相位器控制系统”的第60/676,771号临时申请中所公开，该申请通过引证结合于此)，或者是一个差压式控制系统(如1992年12月22日公布的Butterfield等人的标题为“用于可变凸轮正时系统的差压式控制系统”的专利US 5,172,659，该专利通过引证结合于)。可替换地，该阀芯的另一端可由脉宽调制式阀、可变力电磁线圈、第二弹簧或者开/关电磁线圈来施加偏压力。

图5a示出该相位器处于零位或中心位置，其中该阀芯滑面169a，169b分别阻塞了管线170和178，并且叶片142被锁定位置。少量流体供应给相位器，以补充由于泄漏的损失。

在向该滞后位置移动时，如图5b所示，由致动器162产生的力增大并且阀芯169被致动器162移向左侧，直到弹簧153的力与致动器162产生的力相平衡。阀芯滑面169b阻塞了管线178，而管线170和174开启。凸轮轴转矩对超前室146加压，使得超前室146中的流体流到滞后室148中。从超前室146流出的流体流经管线170并进入滑面169a和169b之间的滑阀168。流体从滑阀168流回到管线174和开启的单向阀152，于此流体进入管线178，从而向滞后室148提供流体并使叶片142沿箭头104所示方向移动。

补充的油从供应源S供给相位器以补偿泄漏，并进入管线155且通过进液止回阀157流向滑阀168。流体通过止回阀151、152之一(取决于哪一个对超前室146或滞后室148开启)从滑阀进入管线174。

为了移向该超前位置，如图5c所示，通过致动器162产生的力被减小，并且阀芯169通过弹簧153产生的力向右移动，直至弹簧153的力与致动器162的力相平衡。在所示的位置中，阀芯滑面169a阻止了流体从管线170流出，而管线174和178开启。凸轮轴转矩对滞后室148加压，使得滞后室148中的流体移动到超前室146中。从滞后室148流出的流体流经管线178移动并进入滑面169a和169b之间的滑阀168。流体从滑阀169进入管线174并通过开启的止回阀151进入管线170以及超前室146中，从而使叶片142沿箭头104所示方向移动。

补充的油从供应源S供给相位器以补偿泄漏，并进入管线155且通过止回阀157流向滑阀168。流体通过止回阀151，152之一(取决于哪一个对超前室146或滞后室148开启)从滑阀进入管线174。

该相位器还优选包括一个锁定销100(如图2和图4所示)，该锁定销可滑动地位于叶片142的一个径向孔内。该锁定销100具有一个销体，其直径适于在该径向孔中的一种流体密封配合，以及对锁定销100向一个锁定位置施偏压的弹簧102。当来自致动器162(它在本实施方案中优选地是液压性质的)通过螺栓166流到该锁定销前面的管线106的流体的压力大于弹簧102的力时，锁定销100被压向一个非锁定位置。当来自致动器162通过螺栓166流到该锁定销前面的管线106的流体的压力小于使该锁定销的销体101偏斜的弹簧102的力时，该锁定销100被锁定。在向滞后位置移动时，管线106中的流体压力不大于锁定销弹簧102的力，并且该销被移到锁定位置。在向超前位置移动时，以及在零位时，管线106中的流体的压力大于弹簧102的力，该锁定销向非锁定位置移动。存在一个出口105以允许弹簧102与锁定销100之间的室中的任何流体得以溢出。

图6a至图6c示意性地示出了第二实施方案的一种具有偏置滑阀168的油压致动的相位器222。在一个油压致动系统中，该滑阀168具有带滑面的阀芯(未示出)，这些滑面选择性地允许发动机油压从供应源经由供应管线270、278流向超前室146或者滞后室148之一(取决于滑阀168的位置)。来自相对的室146、148中的油通过管线286、283，经由超前排放管线282或者滞后排放管线284排回到发动机油底壳。

图6a示出处于零位中的油压致动的相位器，其中阀芯滑面阻塞了管线270、286、283、278、272、280以及排放管线282、284，使它们不能接受流体，从而使叶片142锁定在位。少量流体提供给相位器以补偿泄漏造成的损失。

为了向超前位置移动，如图6b所示，偏置滑阀168中的阀芯被移动到的位置为致使该超前排放管线282被阻塞，管线270、272对油源开启，而管线278、280、283和284开启以使流体排回到底壳。流体通过管线278、280、283从滞后室148到达滞后排放管线284后排放回底壳，从而使叶片142沿箭头104方向移动。

为了向滞后位置移动，如图6c所示，偏置滑阀168中的阀芯被移动到的位置为致使该滞后排放管线284被阻塞，管线278、280对来自管线155的油源开启，而管线270、272、282和286开启以使流体排回到底壳。流体通过管线270、272以及286从超前室148排放到滞后排放管线282而回到底壳，从而使叶片142沿箭头104方向移动。

图7示意性地示出了一个第三实施方案，其中一种扭力助推式相位器322具有一个偏置滑阀168。扭力助推式相位器包括供应管线155中的一个止回阀387，或者通向各个室的管线270、278中的止回阀(未示出)。2005年4月26日公开的标题为“具有安装在转子中的控制器的扭力助推式多位置凸轮分度器”的美国专利NO.6,883,481公开了单个止回阀TA，该申请通过引证结合于此，并且，2004年7月20日公布开的标题为“用于发动机的具有位于室和滑阀之间的转子中的两个止回阀的凸轮相位器”的美国专利NO.6,763,791公开了两个止回阀TA，该申请通过引证结合于此。该止回阀387阻止由于负载条件改变所造成的转矩反转而引起的油压脉冲传递到油系统中，从而防止当发动机停止时油从相位器中排出，并且阻止叶片由于转矩反转而向后移动。向前的转矩有助于使叶片移动。除了防止由于转矩反转使得油流回到油系统中之外，扭力助推式相位器322以与图6a到图6c的油压致动的系统相似的方式操作，并且该说明通过引证在此重复。

图8示出了一个第四实施方案的具有与图2至图5c中所示的相位器相似的偏置滑阀168的凸轮转矩致动的相位器422。通过使滑阀168在相位器中偏置，连接滑阀168到室146、148的管线的长度会有所不同。例如，管线170和178在长度上就不同于管线472和480。为补偿对一些较长管线(诸如管线472、480)所增加的限制，可将管线制作得更大。较长的超前流体管线472在截面积上大于较短的超前流体管线170。同样，较长的滞后流体管线480在横截面积上大于较短的滞后流体管线178。尽管在凸轮转矩致动的相位器中示出了较大横截面积的管线472、480，但是它们也可用于油压致动的相位器中以及扭力助推式相位器中。

图9示出了一个第五实施方案，其中凸轮转矩致动的相位器522的一部分被去除以提供一个平衡区域590。平衡区域590的大小和形状可选择成来对应于滑阀168，该滑阀比转子138中被滑阀168所取代的材料轻。可替换地，如果滑阀168比转子138中被滑阀168取代的材料重，那么平衡区域590要填充较致密的材料以帮助平衡VCT相位器。如果VCT会变得不平衡，系统中可能出现负载变化并且会引起驱动相位器的零部件磨损加剧。该平衡区域590也可用于扭力助推式相位器或者油压致动的相位器。

图10示出了一个第六实施方案，其中，该偏置滑阀168被安装为偏离通过凸轮轴的旋转中心轴线并且沿着与相位器622的旋转轴不平行的一条轴线。需要注意的是，尽管本实施方案的滑阀是在一个凸轮转矩式驱动相位器中示出，但是它也可以应用于扭力助推式相位器和油压驱动相位器中。

图11示出了一个第七实施方案，其中，该滑阀168已经从转子138移出并进入到壳体144中。该实施方案的移相器722与图2到图5c的相位器以相似的方式操作。实验和模拟已经显示，即使偏置到壳体中，偏置滑阀上的离心力与可操作滑阀的操作油压相比还是足够低的。在这些实施方案的任一个之中，如果离心力变得太大，那么问题在于，由于摩擦系数的增加，滑阀将很难移动。为抵消这种影响，滑阀可选地由较轻的材料制成，并且/或者滑阀可以做得较小。同样，尽管该偏置滑阀是在凸轮转矩致动的相位器的壳体中示出，但是它也可存在于油压致动的相位器和扭力助推式相位器的壳体中。

该偏置滑阀168并不限于图中所示的安排、形状或者滑面数量。致动器162可以为液压、电动、差压控制系统、调节压力控制系统或者可变力电磁线圈。

在以上所有实施方案中，用词“偏置”和“偏心”的意思是偏离该相位器的旋转中心轴线，该轴线通过凸轮轴126的中心延伸并如图3和图4中所示。

因为对滑阀168上来自离心力的边负载的顾虑，将该滑阀168偏离中心或从旋转中心轴线偏移的布置与普通设计考虑是相违背的。然而，通过将滑阀168定位为偏移于相位器的旋转中心轴线，可使用一个单独的螺栓166将相位器连接于凸轮轴126。很多汽车制造商习惯于使用安装更简便的单个螺栓式VCT相位器。然而，这些现有技术的相位器具有位置远离相位器(不是在相位器上偏置)的滑阀，因此具有更长的管线、更多的局限、并且经受更多的泄漏。图2至图11的实施方案安装了内置的滑阀168，但使之偏置以便在凸轮轴126上容纳一个比较容易单螺栓安装，同时保持管线较短、泄漏较少，以及限制性较小的优势。

因此，必须理解，在此说明的本发明的这些实施方案仅仅是展示对本发明原理的应用。这里对所述实施方案细节的说明并非旨在限制权利要求的范围，这些权利要求本身引述了被认为是本发明基本要素的那些特征。

Claims (15)

1.一种用于具有至少一个凸轮轴的内燃机的可变凸轮正时相位器，包括：

一个壳体，具有用于接收驱动力的一个外圆周；

一个转子，用于同轴连接至设置在该壳体中的一个凸轮轴，该壳体具有限定该壳体与该转子之间的一个室的至少一个叶片，该至少一个叶片将该室分为一个超前室和一个滞后室，该至少一个叶片能够转动，以改变该壳体和该转子之间的相对角位置；以及

一个相位控制阀，它偏置于通过该相位器的凸轮轴的旋转中心轴线，用于引导流体流动以改变该转子相对于该壳体的相对角度位置。

2.如权利要求1所述的可变凸轮正时相位器，其中，该相位控制阀平行于该相位器的旋转中心轴线。

3.如权利要求1所述的可变凸轮正时相位器，其中，该相位控制阀位于该壳体内。

4.如权利要求1所述的可变凸轮正时相位器，其中，该相位控制阀为具有一个阀芯的一个滑阀，该阀芯具有可滑动地容纳在该壳体的一个孔中的一个第一端和一个第二端，其中，由一个弹簧在一个第一方向上对该阀芯的第一端施加偏压力，并由一个致动器在一个第二方向上对该滑阀的第二端施加偏压力。

5.如权利要求4所述的可变凸轮正时相位器，其中，该致动器为一个调节压力的控制系统或者一个差压控制系统。

6.如权利要求4所述的可变凸轮正时相位器，其中，该致动器是一个脉宽调制式阀、一个可变力电磁线圈、一个第二弹簧、或者一个开/关电磁线圈。

7.如权利要求1所述的可变凸轮正时相位器，其中，该相位控制阀使流体从一个加压流体源导引至该超前室或者该滞后室，并且使流体从另一个超前室或滞后室排出。

8.如权利要求7所述的可变凸轮正时相位器，其中，流体被导引通过多个通道。

9.如权利要求8所述的可变凸轮正时相位器，其中，该多个通道中的至少两个在横截面上以及长度上大于该多个通道。

10.如权利要求7所述的可变凸轮正时相位器，进一步包括在该相位控制阀与该加压流体源之间的一个止回阀。

11.如权利要求1所述的可变凸轮正时相位器，其中，该相位控制阀通过选择性地引导流体从该超前室向该滞后室流动并阻止反向流体流动来控制相位器的位置。

12.如权利要求11所述的可变凸轮正时相位器，进一步包括连接至一个加压流体源的一个通道，该通道用于向该超前室和滞后室供应补充流体。

13.如权利要求12所述的可变凸轮正时相位器，其中该通道进一步包括一个止回阀。

14.如权利要求1所述的可变凸轮正时相位器，进一步包括在该相位控制阀与该加压流体源之间的一个补偿管线，该补偿管线用于为移位器提供补充流体。

15.如权利要求1所述的可变凸轮正时相位器，进一步包括与该相位控制阀对齐的一个平衡区域。

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