CN102144079B - 在一个凸轮轴或多个同心凸轮轴中内装的相位器 - Google Patents

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Abstract

一种用于内燃发动机的凸轮轴组件，包括：一个中空外轴(2)、一个内轴(4)、多个凸轮凸角(6，8)、一个相位器(42)、以及一个遥控阀(16)。内轴(4)是容纳在中空外轴(2)之内。相位器(42)是安装到内轴和外轴(4，2)上。遥控阀(16)控制着流体通过多个通道(22，24，26，28)以及内轴(4)流入和流出相位器(42)。

Description

在一个凸轮轴或多个同心凸轮轴中内装的相位器
相关申请的引用
本专利申请要求一个或多个发明的权益，这些发明公开在2008年9月19日提交的题为“在一个凸轮轴或多个同心凸轮轴中内装的相位器”的临时申请号61／098,274以及2008年9月19日提交的题为“使用在一个凸轮轴或多个同心凸轮轴中内装的带式止回阀的凸轮扭矩致动相位器”的临时申请号61／098,289中。特此要求美国临时申请根据35USC§119(e)的权益，并且特此将上述申请通过引用结合在此。
发明背景
发明领域
本发明涉及在一个凸轮轴或多个同心凸轮轴中内装的相位器的领域。更具体地说，本发明涉及一种扭矩辅助相位器，该扭矩辅助相位器使用在一个凸轮轴或多个同心凸轮轴中内装的带式止回阀或使用在一个凸轮轴或多个同心凸轮轴中内装的油压致动的相位器。
相关技术说明
凸轮内凸轮系统在现有技术中是众所周知的。在现有技术的凸轮内凸轮系统中，凸轮轴具有两个轴，一个定位在另一个的内部。这些轴是一个支撑在另一个之中并且是彼此相对可旋转的。
发明概述
一种用于内燃发动机的凸轮轴组件包括：一个中空外轴、一个内轴、多个凸轮凸角、一个相位器以及一个遥控阀。该内轴容纳在中空外轴之内。相位器安装到内轴和外轴上。遥控阀控制着流体通过多个通道和内轴流向相位器以及从该相位器流出。
该相位器可以是扭矩辅助的或油压致动的。
附图简要说明
图1示出了第一实施方案的一种凸轮轴组件在零位置的示意图。
图2示出了第一实施方案的一种凸轮轴组件向延迟位置移动的示意图。
图3示出了第一实施方案的一种凸轮轴组件向提前位置移动的示意图。
图4示出了第二实施方案的一种凸轮轴组件在零位置的示意图。
图5示出了图1中的相位器沿着线A-A的正视图。
图6示出了第三实施方案的一种凸轮轴组件在零位置的示意图。
图7示出了第三实施方案的一种凸轮轴组件向延迟位置移动的示意图。
图8示出了第三实施方案的一种凸轮轴组件向提前位置移动的示意图。
发明详细说明
图1至3以及图5示出了附接至本发明的第一实施方案的相位器42上的一种凸轮轴组件。
该凸轮轴组件40具有内轴4以及外轴2。该凸轮轴组件40可以用于多气缸发动机或单气缸发动机。
对于多气缸发动机，外轴2是中空的、具有与旋转轴线垂直的多个槽缝(未示出)并且具有附接至外轴2上的外部的链轮14。中空外轴2的内部是一个中空的内轴4，该内轴具有与该轴长度垂直延伸的多个孔(未示出)。第一组凸轮凸角6被刚性地附接至外轴2上，而第二组凸轮凸角8是自由旋转的并且以一个间隙配合被置于外轴2上。第二组凸轮凸角8被定位在外轴2上的多个槽缝(未示出)的上方并且通过机械连接(未示出)受内轴4的控制。
对于单气缸发动机，外轴2是中空的并且具有附接至外轴2上的外部的链轮14。中空外轴2的内部是一个中空的内轴4。至少一个凸轮凸角6被直接附接至或迫压在该外轴2上并且至少一个另外的凸轮凸角8直接附接至或迫压在内轴4上。
内燃发动机已经采用了不同的机构来改变凸轮轴和曲轴之间的角度用于改进发动机的性能或减少排放。大多数的这些可变凸轮轴正时(VCT)机构使用在发动机凸轮轴(或在多凸轮轴发动机中的多个凸轮轴)上的一个或多个“叶片式相位器”。在大多数情况下，这些相位器42具有安装到凸轮轴组件40末端上的一个转子10，这个转子具有一个或多个叶片10a并且由壳体12围绕或同轴地位于壳体内。壳体12与转子10形成多个室，其中安装了多个叶片10a，从而将该多个室分成多个提前室3和多个延迟室5。叶片10a能够旋转以便改变壳体12与转子10的相对角位置。有可能将叶片安装至壳体12上，并且同样将这些室安装到转子10之中。壳体的外周的一部分形成了通常从凸轮轴或有可能从多凸轮发动机中的另一个凸轮轴通过一个链、条带、或多个齿轮来接受致动力的链轮14、滑轮或齿轮，并且它被安装链轮到外轴2上。内轴4被安装到转子10上。
相位器42调整轴2和4彼此之间的相位。遥控阀16控制流体流入凸轮轴组件40和相位器42。遥控阀16包括具有至少两个圆周台肩17a，17b的一个滑阀芯17，这些台肩被偏置到一个第一方向和第二相反的方向上。虽然未示出，但可以由流体、多个弹簧或致动器或流体、多个弹簧和致动器的组合在第一和第二方向上使滑阀芯17偏置。
在遥控阀16和凸轮轴组件40之间的多个通道22、24、26、28允许将流体供给和排出相位器的多个腔室3、5。在遥控阀16和凸轮轴组件40之间的这些通道22、24、26、28通向外轴2中的多个端口22a、24a、26a、28a和多个环孔24b、26b，这些端口开向内轴4中或内轴上的多个孔4a、4c、4d和／或槽4b。流体从内轴4流入或流出提前通道33或延迟通道34并且流向提前和延迟室3、5。可以使用孔或槽的任何组合从提前和延迟室3、5通过提前通道33或延迟通道34将液体供给到内轴4并从中排放。
在一个实例中，内轴4的外表面上的一个槽4b通过提前通道33为提前室3提供流体并且使流体从其中流出，而内轴4内的孔4a、4c、4d通过图1至3和5所示的延迟通道34将流体供给延迟室并使流体从其中流出。内轴4的端部存在一个插塞36用于关闭内轴4中的孔4a。
可替代地，内轴4的外表面上的槽4b可以将流体供给延迟室5并且使流体从其中流出，而内轴4内的多个孔4a、4c、4d可以将流体供给提前室3并使流体从其中流出。
另外，内轴4的外表面上的两个槽(未示出)可以用于将流体供给提前和延迟室3、5和从其中排出，或在内轴4内的两个钻孔可以用于将流体供给提前和延迟室3、5并使液体从其中流出。
止回阀30、32在输入通道24、26存在于通向提前和延迟室3、5的出外轴2的环孔24b、26b中。止回阀30和32优选地是带式止回阀或盘式止回阀，然而也可以使用其他类型的止回阀。在这个实施方案中，相位器42是扭矩辅助的。在以下专利中可以找到使用扭矩辅助的相位器的多个例子：题为“具有位于转子中的控制的扭矩辅助多位置凸轮分度器”的美国专利号6,883,481、题为“用于发动机汽缸体中的凸轮的扭矩辅助凸轮相位器”的美国专利号6,772,721、以及题为“用于具有在腔室和滑阀之间的转子中的两个止回阀的发动机的凸轮相位器”的美国专利号6,763,791，并且它们通过引用结合在此。
图1示出了零位置上的相位器42。在这个位置，阀芯17的一个端部17c上的力等于滑阀芯17的第二端部17d上的力，并且第一台肩17a阻塞了来自排放提前室3的提前排放通道22的液流，而第二台肩17b阻塞了来自排放延迟室5的延迟排放通道28的液流。流体分别通过通道24、26供给提前和延迟室3、5。为了通过输入管线18将流体从加压源(未示出)提供给提前和延迟室3、5，可以使滑阀芯17高频振动或可以将第一和第二台肩17a、17b的一部分定型为允许少量流体进入这些提前输入和延迟输入通道24、26。
图2示出了移向延迟位置的相位器。在这个位置，滑阀芯17的第一侧面17c上的力大于滑阀芯17的第二侧面17d上的力，因此将滑阀芯17移向一个位置，在该位置上第一台肩17a阻塞了提前输入通道24并且第二滑阀芯台肩17b阻塞了延迟输入通道28，从而允许提前排放通道22打开并且将任何流体排放到贮槽19、并且允许延迟输入通道26通过输入管线18接收来自一个加压源的流体。来自加压源的流体从输入管线18流向延迟输入通道26。流体从延迟输入通道26流经端口26a、环孔26b、以及外轴2中的延迟止回阀32到达内轴4中的孔4c，4a，再到达通向相位器42的延迟室5的延迟通道34，从而在延迟方向上移动转子10的叶片10a。在延迟方向上移动叶片10a相对于外轴2移动了内轴4。通过第二滑阀芯台肩17b防止了流体从延迟室5排放。提前室3中的流体通过提前通道33流出该室到达内轴4的外表面上的槽4b并且通过外轴2上的一个端口22a到达一个提前排放通道22。提前排放通道22中的流体排放到贮槽19。通过提前止回阀30防止了流体从槽4b进入提前输入通道24。
图3示出了移向提前位置的相位器。在这个位置，滑阀芯17的第二侧面17d上的力大于滑阀芯17的第一侧面17c上的力，因此将滑阀芯17移向一个位置，在该位置上第一台肩17a阻塞了提前排放通道22并且第二台肩17b阻塞了延迟输入通道26，从而允许延迟排放通道28打开、并且允许提前输入通道24通过输入管线18接收来自一个加压源的流体。来自加压源的流体从输入管线18流向提前输入通道24。流体从提前输入通道24流经端口24a，环孔24b以及外轴2中的提前止回阀30到达内轴4中的槽4b，再到达通向相位器的提前室3的提前通道33，并且在提前方向上移动转子10的叶片10a。在提前方向上移动叶片10a相对于外轴2移动了内轴4。通过第一滑阀芯台肩17a防止了流体从提前室3排放。延迟室5中的流体通过延迟通道34流出该室到达内轴4中的孔4a、4d，再到达一个延迟排放通道28。延迟排放通道28中的流体排放到贮槽20。通过延迟止回阀32防止了流体从孔4c进入延迟输入通道26。
图4示出了第二实施方案的一种凸轮轴组件40。如第一实施方案，凸轮轴组件具有一个内轴4和一个外轴2。凸轮轴组件40可用于多气缸发动机或单气缸发动机。
对于多气缸发动机，外轴2是中空的，具有垂直于旋转轴线的多个槽隙(未示出)并且具有附接至外轴2的外部的一个链轮14上。中空外轴2内部是一个中空的内轴4，该内轴具有垂直于轴的长度延伸的多个孔(未示出)。第一组凸轮凸角6被刚性地附接至外轴2上，而第二组凸轮凸角8是自由旋转的并且以一个间隙配合而被置于外轴2上。第二组凸轮凸角8位于外轴2上的多个槽隙(未示出)上并且由内轴4通过机械连接(未示出)来控制。
对于单气缸发动机，外轴2是中空的并且具有附接至外轴2外部的一个链轮14。该中空外轴2内部是一个中空的内轴4。至少一个凸轮凸角6被直接附接至或迫压在该外轴2上并且至少一个另外的凸轮凸角8被直接附接至或迫压在内轴4上。
在这个实施方案的相位器42中，已经将止回阀30、32从提前输入通道24和延迟输入通道26移除。这个实施方案的相位器是油压致动的。相位器42具有以上述功能，除了不能物理上通过止回阀来阻塞流体流回提前输入通道24和延迟输入通道26之外。换言之，当相位器向延迟位置移动和／或在凸轮扭矩逆转的过程中，可以发生流体回流进入延迟输入通道26并且流体可以进入提前输入管线24。另外，当相位器向提前位置移动和／或在凸轮扭矩逆转的过程中，可以发生流体回流进入提前输入通道24并且流体可以进入延迟输入管线26。
图6至图8示出了第三实施方案的一种凸轮轴组件。为了促进流体在相位器42和遥控阀17之间流动，可以使用分离式输油套管50而不是用与槽4b键合的内轴4。输油套管50被压入内轴4中并且被置于同通道33、34(这些通道通向相位器的提前和延迟室3、5并从它们导出)对齐，同样还与通道52和54(这些通道通向遥控阀和从其导出)对齐。
第三实施方案的凸轮轴组件40具有一个内轴4以及一个外轴2。凸轮轴组件可用于多气缸发动机或单气缸发动机。
对于多气缸发动机，外轴2是中空的，具有垂直于旋转轴线的多个槽隙(未示出)，并且具有附接至外轴2外部的一个链轮14。中空外轴2的内部是中空内轴4，中空内轴具有垂直于该轴长度的多个孔(未示出)。第一组凸轮凸角6被刚性地附接至外轴2上，而第二组凸轮凸角8可自由旋转并利用一个间隙配合设置在外轴2上。第二组凸轮凸角8被定位于外轴2上的多个槽隙(未示出)上并且由内轴4通过机械连接(未示出)来控制。
对于单气缸发动机，外轴2是中空的并且具有附接至外轴2外部的一个链轮14。在中空外轴2内部是一个中空内轴4。至少一个凸轮凸角6被直接附接至或迫压在外轴2上并且至少一个另外的凸轮凸角8直接附接至或迫压在内轴4上。
内燃发动机已经采用了不同的机构来改变凸轮轴和曲轴之间的角度以改进发动机的性能或减少排放。大多数的这些可变凸轮轴正时(VCT)机构在发动机凸轮轴(或多凸轮轴发动机中的多个凸轮轴)上使用一个或多个“叶片式相位器”。在大多数情况下，相位器42具有装配一个或多个叶片10a(参见图5)的转子10，它安装到凸轮轴组件40的端部，由壳体12围绕或同轴地设置在壳体12之内。壳体12和转子10形成了多个腔室，叶片10a安装在这些腔室中，将这些腔室分隔为提前腔室3和延迟室5。叶片10a能够旋转以改变壳体12和转子10的相对角位置。有可能将这些叶片安装到壳体12上，并且同样可以将它们安装到转子10中的这些腔室中。壳体外周的一部分形成了通常从曲轴，或者有可能从多凸轮发动机的另一个凸轮轴通过链条、条带或者齿轮接受致动力的链轮14、滑轮或齿轮，并且且它被安装到外轴2上。内轴4被安装到转子10上。
相位器42调整轴2和4彼此之间的相位。遥控阀16控制流体流入凸轮轴组件40和相位器42。遥控阀16包括具有至少两个圆周台肩17a，17b的一个滑阀芯17，这些台肩被偏置在第一方向和第二相反方向上。虽然未示出，滑阀芯17可以被流体、多个弹簧或致动器或流体、多个弹簧和致动器的组合偏置到第一和第二方向上。
在遥控阀16和凸轮轴组件40之间的多个通道52、54允许将流体供给相位器的多个腔室3、5并从其中排出。在遥控阀16和凸轮轴组件40之间的通道52、54通向外轴2内的多个端口52a、端口54a，这些端口开向流经内轴4的外径的孔56、58，到达分离式输油套管50。流体从输油套管50流向提前通道33或延迟通道34到达提前或延迟室3、5或从其中流出。
图6示出了零位置上的相位器42。在这个位置，滑阀芯17的一端部17c上的力等于滑阀芯17的第二端部17d上的力。为了通过输入管线18将流体从加压源(未示出)提供给提前和延迟室3、5，可以使滑阀芯17高频振动或可以将第一和第二台肩17a、17b的一部分的形状确定为允许少量流体进入提前输入和延迟输入通道52、54。流体通过通道52、54对应地供给提前和延迟室3、5以及输油套管50。
图7示出了移向延迟位置的相位器。在这个位置，滑阀芯17的第一侧面17c上的力大于滑阀芯17的第二侧面17d上的力，因此将滑阀芯17移向一个位置，在该位置上第二台肩17b阻塞了延迟排放通道20进入贮槽并且第一台肩17a阻塞来来自输入通道18的流体流入提前输入通道52。
来自加压源的流体从输入管线18流向延迟输入通道54。从延迟输入通道54，流体流经外轴2中的端口54a，到达内轴4中的孔58并且进入内轴4内的输油套管50的端口50b。输油套管50的端口50b与输油套管的孔50a处于流体连通，孔50a与通向延迟室5的延迟通道34处于流体连通。延迟室5中的流体在延迟方向移动转子10的叶片10a。在延迟方向上移动叶片10a相对于外轴2移动了内轴4。
提前室3中的流体通过提前通道33流出该腔室到达输油套管50的外表面上的槽60。从输油套管50上的槽60，流体流经内轴4上的孔56并穿过外轴2上的端口52a到达提前输入管线52。从提前输入管线52，流体流入提前排放管线19到达贮槽。
图8示出了移向提前位置的相位器。在这个位置，滑阀芯17的第二侧面17d上的力大于滑阀芯17的第一侧面17c上的力，因此将滑阀芯17移向一个位置，在该位置第一台肩17a阻塞了提前排放通道19进入贮槽并且第二台肩17b阻塞了来自输入通道18的流体流入延迟输入通道54。
来自加压源的流体从输入管线18流向提前输入通道52。流体从提前输入通道52流经外轴2中的端口52a，到达内轴4中的孔56，并且进入内轴4内的输油套管50的外表面上的槽60。输油套管50的外表面上的槽60与通向相位器的提前室3的提前通道33处于流体连通。提前室3中的流体在提前方向上移动转子10的叶片10a。在提前方向上移动叶片10a相对于外轴2移动了内轴4。
延迟室5中的流体通过延迟通道34流出该腔室到达输油套管50的通孔50a并且流经输油套管的端口50b，穿过内轴4中的孔58并穿过外轴2中的端口54a到达延迟输入通道54。从延迟输入通道54，流体流入延迟排放管线20到达贮槽。
因此，应当理解在此说明的本发明的这些实施方案仅仅是对应用本发明原理的说明。在此提及的所说明的实施方案的细节无意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的那些必要的特征。

Claims (5)

1.一种用于内燃发动机的凸轮轴组件(40)，包括：
一个中空外轴(2)；
容纳在该中空外轴(2)内的一个内轴(4)；
直接附接至该外轴(2)上的至少一个凸轮凸角(6)以及直接附接至该内轴(4)上至少一个另外的凸轮凸角(8)；
安装到该内轴和外轴(2，4)上的一个相位器(42)；
一个遥控阀(16)，该遥控阀控制着流体通过多个通道(52，54)以及该内轴(4)流向该相位器(42)和从其流出；以及
与该遥控阀(16)处于流体连通的被插入该内轴(4)内部并且与该相位器以及该多个通道(52，54)对齐的一个输油套管(50)。
2.如权利要求1所述的凸轮轴组件，其中该相位器(42)进一步包括：
一个壳体(12)，该壳体包括用于接受致动力的一个外周(14)并被安装到该外轴(2)上；以及
同轴地设置于该壳体(12)内的一个转子(10)，该壳体(12)以及限定了至少一个叶片的转子(10)，该叶片将该壳体内的一个腔室分隔为提前和延迟室(3，5)，该叶片(10a)能够旋转以改变该壳体(12)和转子(10)的相对角位置；将该转子(10)安装到该内轴(4)上。
3.如权利要求1所述的凸轮轴组件，其中该内轴(4)进一步包括与该相位器(42)以及该多个通道(52，54)处于流体连通的位于该内轴上的多个孔(56，58，62)。
4.如权利要求2所述的凸轮轴组件，其中输油套管(50)包括：
与该输油套管(50)的外表面上的一个端口(50b)处于流体连通的一个通孔(50a)、该内轴中的孔(58)、该外轴(2)以及延迟输入通道(54)中的一个端口(54a)、以及与该延迟室(5)处于流体连通的延迟通道(34)；以及
在与孔(62)处于流体连通的一个外表面上的一个槽(60)，该孔通向与该提前室(3)处于流体连通的一个提前通道(33)，以及在与该外轴(2)中的一个端口(52a)处于流体连通的并且与提前输入通道(52)处于流体连通的该内轴上的孔(56)。
5.如权利要求1所述的凸轮轴组件，其中该多个通道(52，54)包括一个提前输入通道(52)以及一个延迟输入通道(54)。
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