CN102439265A - 用于内燃机的移相器组件 - Google Patents

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Abstract

一种移相器组件被设置用于安装在发动机的凸轮轴的一端，该发动机具有两组凸轮凸角，它们能相对于彼此改变相位，并相对于该发动机的机轴改变相位。所述移相器组件包括两个移相器，每个移相器具有输入部件和至少一个输出部件。第一移相器具有：输入部件，由发动机机轴直接驱动；以及输出部件，可联接到所述两组凸轮凸角的第一组凸轮凸角。第二移相器具有：输入部件，被连接到或整合到第一移相器的输出部件；以及输出部件，可联结地驱动所述两组凸轮凸角的第二组凸轮凸角。

Description

用于内燃机的移相器组件
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的移相器组件，用于改变两组凸轮凸角相对于发动机机轴的定时。
背景技术
关于汽车的燃油经济性和废气排放，它们日益成为关注的重点。近年来，已经导致在发动机操作方面的改进以及替代动力传动系配置的导入。混合动力汽车正变得越来越平凡，电动机结合内燃机（IC engine）一起用于这类汽车中，越来越多的汽车整合了自动停止/启动功能用于减少发动机燃油消耗。因此，获得最小噪声和振动的“热”重启的能力正成为日益重要的需求。对于柴油发动机，这是特别重要的，柴油发动机通常采用比汽油发动机明显更高的压缩比，结果导致当柴油发动机启动或停止时会承受高水平的噪声或振动。
众所周知，进气门和排气门事件的开启持续期间可对于发动机性能产生显著效应。特别地，进气门的关闭定时可被用于控制在汽缸内的滞留的气团和有效压缩比，而排气门开启定时可被用于控制膨胀比。许多系统已经被设计用于控制发动机气门的开启持续期间，例如在美国专利US 5,787,849中所示的（例如，图15），这叠加了循环角速度变化到凸轮凸角的旋转上。这种类型的系统的问题是它们增加了明显的复杂性，因而增加发动机气门系统的费用。
“双等”凸轮定相系统也是众所周知的，其中，一个相等的相移被应用到相对于机轴的发动机的进气门和排气门。在美国专利US 6,321,731中描述了一种双等凸轮定相系统，该系统用于提供部分负载的燃油经济性和排放改进。
发明目的
本发明的目的是提供一种用于发动机的移相器组件，该移相器组件能改善燃油经济性和废气排放，并使得能以降低噪声或振动水平的方式来执行重启动和关闭操作。
发明内容
根据本发明所述，提供了一种用于安装在发动机的凸轮轴的一端上的移相器组件，所述发动机具有两组凸轮凸角，它们能相对于彼此改变相位，并相对于所述发动机的机轴改变相位，所述双移相器组件包括两个移相器，每个移相器具有输入部件和至少一个输出部件，其中，所述组件的第一移相器具有：输入部件，适合于由发动机机轴直接驱动；以及输出部件，可联接到所述两组凸轮凸角的第一组凸轮凸角；所述第二移相器具有：输入部件，被连接到或整合到第一移相器的输出部件；以及输出部件，可联结地驱动所述两组凸轮凸角的第二组凸轮凸角。
“移相器”或相位改变机构是指任意耦合具有输入和输出部件的机构，这些部件一起旋转但它们相对的角位置可以是变动的。
在本发明的具体实施例中，移相器组件包括两个分离的可控制的移相器，它们作用在两组凸轮凸角上。第一移相器产生作用以改变两组凸轮凸角相对于发动机机轴的相位，而不改变在这两组凸轮凸角之间的相对相位，而第二移相器产生作用以改变第二组凸轮凸角相对于第一组凸轮凸角与发动机机轴的相位。
本发明以这种方式提供了：在单一的移相器组件内，设计为将该移相器组件安装在发动机机轴的末端上，两个系列的连接的移相器，其中，第一移相器驱动第二移相器和两组凸轮凸角的其中一组凸轮凸角，而第二移相器驱动第二组凸轮凸角。
优选地，所述的移相器是液压操作的叶片型移相器。叶片型移相器是一种具有转子的移相器，带有轴向叶片，该叶片在定子内将弧形凹槽分隔为圆周相对的液压工作室。当机油被泵入其中一个室并从另一个室抽出时，这些叶片圆周地移动以改变转子相对于定子的相位。术语“定子”仅被用于指限定所述弧形凹槽的部件，而并不指示该部件是否作用为所述移相器的输入或输出部件。
在本发明的一些实施例中，这些移相器可被轴向配置为彼此成一直线，而在其他实施例中，这些移相器可被配置在相同的轴向平面内，但一个移相器是径向位于另一移相器内。优选的构造是根据所应用的任意发动机来确定，通过在该发动机的隔间内可采取的间隔来实现。
这些凸轮凸角可被配置在两个分离的固凸轮轴上，正如在带有双顶置凸轮轴的DOHC发动机中可见，或者这些凸轮凸角可由同心组装的凸轮轴的凸角来形成，有时是指SCP（单凸轮移相器）凸轮轴。这样一种SCP凸轮轴包括安装在外管内的可旋转的内轴。所述两组凸角的第一组凸角是与外管旋转地紧固在一起，而另一组凸角时相对于外管自由旋转的，但它是被连接用于通过销与内轴一起旋转，这些销通过在外管内的圆周分布的细长的狭槽而穿过间隙。
本发明可被应用于不同的发动机构造，其中，由两组凸轮凸角来实现不同的目的。例如，本发明可用于：将一组凸轮凸角仅作用在进气门上，而另一组凸轮凸角则仅作用在排气门上，但并不限于总是这样的例子。
本发明也可用于：将这两组凸轮凸角的一些或所有凸角都作用在相同类型的气门（进气门或排气门）上，而在同一组中的其他凸角可作用在不同类型的气门上。当这些凸角是相对于彼此定相时，具有增加对于该特定组的气门事件的持续时间。然后，可从对于全发动机操作范围内的气门升程事件的持续时间的优化而获得在发动机燃油经济性表现上的改善。
以下气门系也是已知的：其中，凸轮随动件是切换凸轮随动件，该随动件也能在分布在相同凸轮轴上的两组凸轮凸角之间切换。这样一个随动件可参见欧洲专利EP0620360和美国专利US6668779。本发明也可被用于这样一种发动机，该发动机采用这类切换式随动件系统，可进一步获得在性能上的利益。
以下气门系也是已知的：其中，两组凸轮凸角通过总合杠杠作用在相同气门上，以使得气门升程和/或持续时间可通过适当地设置这两组凸轮凸角的相对相位而被改变。用于这样的气门系的凸轮轴被称为可变升程和持续时间的凸轮轴，取首字母而简写为VLD。这些凸轮轴也具有两组凸轮凸角，它们是相对于彼此定相的，以在最终气门升程事件上产生改变。
附图说明
本发明将进一步通过实施例结合所附的附图来进行描述，在这些附图中：
图1A至图1E显示了不同气门系构造，一种双移相器组件可被用于其中。
图2A是一种非根据本发明所述的双移相器组件的立体图，该组件安装在同心凸轮轴的一端。
图2B是图2A中所示的组件的侧视图。
图2C是在图2B中穿过轴平面C-C的截面图。
图3是类似于图2C的示意图，显示了穿过非根据本发明所述的另一种双移相器的截面图。
图4A是非根据本发明所述的移相器组件的进一步的侧视图。
图4B和图4C分别是在图4A中穿过轴平面B-B和C-C的截面图。
图5A是本发明的一个具体实施例的立体图。
图5B是图5A所示的具体实施例的侧视图。 
图5C和图5D分别是在图5B中穿过轴平面C-C和D-D的截面图。
图5E是在图5C中穿过轴平面E-E的截面图。
具体实施方式
图1显示了一种气门系构造，其中，第一凸角组和第二凸角组是在两个固凸轮轴上形成的。在这样一个构造中，一组凸轮凸角可操作进气门，而第二组凸轮凸角可操作发动机的排气门。驱动两组凸角的双移相器是已知的，例如，从欧洲专利EP1234954的图9和图10中可见。
图1B显示了一种气门系构造，具有本发明所述的移相器组件，安装在同心凸轮轴上。这个凸轮轴和移相器构造将会适合DOHC发动机，也适合每汽缸三气门的发动机。在这个构造中，两组凸角都在相同类型的气门（进气门或排气门）上操作，其中，第一组凸轮操作在每个汽缸内的第一对同类气门，而第二组凸轮操作在每个汽缸内的其他气门。
当移相器1的相位被改变时，每对的两个气门将改变它们相对于凸轮轴的定时，但当移相器2的相位被改变时，仅有第二凸角组将会改变它的定时。这样具有在特定汽缸内对于一对气门延长其开放持续时间的效果。
因此，所得的系统使得整个凸轮轴定相与相邻凸角定相都成为可能。
图1C所示的气门系构造在总体上类似于图1B所示的构造，简单地说，它采用VLD凸轮轴，正如在欧洲专利EP 1417399中所描述的。在这个构造中，两组凸轮凸角通过在相同类型的进气门或排气门的气门对上的总合杠杠来发生作用。这使得它可以改变该对进气门或排气门相对于彼此或相对于凸轮轴的实际的（而不是有效的）开放点和闭合点。
图1D显示了一种构造，在分离的凸轮轴上具有两个凸角组，一个在同心凸轮轴上，另一个在固凸轮轴上。这样一种配置可被用于产生双等定相以及在进气上的有效持续时间控制，例如用于DOHC发动机上。虽然未示出，它可选地也可用于将输出部件从第二移相器联接到固凸轮轴，而不是将该凸轮轴联接到第一移相器的输出部件。该具体实施例未画出。
在图1E中所示的构造是类似于图1D中的构造，它适合用于DOHC发动机，其中，四个气门排列是旋转90度的，以致操作每对进气门/排气门的凸角是定位在不同凸轮轴上。这里，需要改变在相邻凸轮轴上的凸角组的相位，以获得带有在持续时间控制上改变的双等定相。
应当提到的是，图1D和图1E所示的构造可被修改为整合VLD凸轮轴。
剩下的附图都显示了根据本发明所述的双移相器组件的不同实施例，该双移相器组件图解地显示在图1A至图1E的每幅图中，在凸轮轴驱动器与凸轮轴之间用方框框住。在每个例子中的双移相器组件包括两个分离的可控制的移相器，它们被配置为以系列方式发生作用，以致第一移相器改变所有两个凸角组相对于发动机机轴的相位，而第二移相器改变着两个凸角组相对于彼此的相位。
图2A和图2B显示了非根据本发明所述的双移相器组件100。该移相器组件是安装在同心凸轮轴102的一端，该凸轮轴具有内轴和外管，内轴驱动两组凸角的其中一组，而外管驱动另一组凸角。该移相器组件100是液压操作的，由机油所控制，通过供应管104来输入机油，该供应管是固定的，例如安装在发动机盖上。该移相器组件100的内部设计是这样的，以致一对控制线改变整个凸轮轴102相对于机轴的相位，而第二对控制线时同心凸轮轴的内轴相对于它的外管旋转。
因为叶片型移相器的构造是已知的和文献记载了，后面的描述将不包括这些叶片的构造的详细解释，也不包括控制机油的方式，油从供应管104引导到所述移相器的各个工作室。
在图2C中所示的两个移相器共享一个共同的定子114，该定子限定六个圆周间隔的凹槽。其中三个凹槽，标记为116a，形成第一移相器的工作室，其中，转子112径向带有向内突出的叶片，该转子是由链轮齿110直接驱动的，该链轮齿偶联到发动机机轴。其他三个凹槽，标记为116b，形成第二移相器的工作室，其中，转子118是中央轮毂，该轮毂径向带有向外突出的叶片。
转子112用作第一移相器的输入部件，而定子114作为它的输出部件。定子114加倍作为第二移相器的输入部件，并直接偶联到同心凸轮轴102的外管。第二移相器的转子118是偶联到同心凸轮轴102的内轴。
当第一移相器是通过控制油供应到在凹槽116a内的相对的弧形工作室来操作时，定子114相对于链轮齿110旋转。如果同时没有油被传输到在凹槽116b内的工作室之间，该定子114和第二移相器的转子118将会相对于彼此锁住。因此，所述同心凸轮轴的内轴和外管都将会相对于机轴旋转。控制供油到在凹槽116b内的工作室在另一方面将不会影响定子114和凸轮轴102的外管的相位，仅会改变内轴相对于外管与发动机机轴的偏移。
图2C也显示，两个液压操作的锁120和122的其中一个，它们也是已知的，在这里不需要详细说明。这些锁被用于指示在启动过程中移相器的位置，当液压是不足以带有任何相位改变时。锁120限定转子112相对于定子114的位置，而锁122限定定子114相对于转子118的位置。类似的锁在本发明所示的具体实施例中全都展示了。 
尽管在图2A至图2C中所示的具体实施例中的凹槽是被配置在相同半径上，图3显示了一种可替代的实施例，其中，一个移相器是径向地容纳在另一个移相器内。这个构造提供了这样的优势：每个移相器具有六个工作室，而不是三个，使得扭矩可被扩展到更大数量的叶片上。
在图3中，第一移相器的定子212是连接到驱动链轮齿210。第一移相器的转子214是连接到凸轮轴的外管，并加倍作为第二移相器的定子。第二移相器的转子218是再次被构造为中央轮毂，被连接到凸轮轴的内轴。
第三个实施例，在图4A至图4C中所示的移相器组件不同于图2和图3中所示的移相器组件，其中，这两个移相器是轴向间隔的，而不是径向间隔。第一移相器的定子312是与驱动链轮齿310整合在一起的。第一移相器的转子314A是偶联到同心凸轮轴的外轴，并直接连接到第二移相器的定子314B。第二移相器的转子318是联接到同心凸轮轴的内轴。
在所有之前所述的移相器组件中，叶片已经通过在它们各自转子内的径向槽而被保留。图5A至图5E的实施例显示了替代设计，其中，这些叶片是轴向夹紧在合适的位置。
正如在所有前面所述的移相器组件，双移相器组件500是被安装在同心凸轮轴502的末端，该组件包括两个移相器。正如图4A至图4C所示的具体实施例，这两个移相器是彼此轴向间隔的，一个移相器位于图5B所示的平面C-C，并显示在图5C所示的截面内，而另一个移相器是位于在图5D中所示的平面D-D内。
正如在图5E中清楚可见，两组叶片530和532是轴向夹紧到一个薄板534，该薄板加倍作为这两个移相器的转子。叶片530是由螺钉536夹紧到移相器组件500的后板538，然后通过螺钉紧固到同心凸轮轴502的外管502A。该移相器组件的前板540是通过螺钉539紧固到叶片530，这些螺钉穿过在叶片532内的校准但无螺纹的孔。
因此，第一移相器的定子512是由链轮510形成，并用作第一移相器的输入部件。第一移相器的转子是由叶片530来形成，这些叶片是通过后螺丝536和后板538而偶联到同心凸轮轴502的外管502a。该转子用作第一移相器的输出部件。
第二移相器的转子是由叶片532和前板540来形成，叶片和前板是通过前螺丝539联接到第一移相器的输出部件。该转子用作第二移相器的输入部件。
所述板534用作第一移相器的转子和输出部件，也用作第二移相器的转子和输入部件，其中，定子542是通过轮毂544偶联到内轴502b，该定子542是驱动适合在轮毂544上。
在图5A所示的具体实施例的一个重要优势是定时标记550和552，它们可在前板540上形成，以及在第二移相器的定子542的圆周上形成，以致两组凸角的相位可随时从凸轮驱动器的前面来测量。

Claims (16)

1.一种用于安装在发动机的凸轮轴的一端上的移相器组件，所述发动机具有两组凸轮凸角，它们能相对于彼此改变相位，并相对于所述发动机的机轴改变相位，所述双移相器组件包括两个移相器，每个移相器具有输入部件和至少一个输出部件，其中，所述组件的第一移相器具有：输入部件，适合于由发动机机轴直接驱动；以及输出部件，可联接到所述两组凸轮凸角的第一组凸轮凸角；所述第二移相器具有：输入部件，被连接到或整合到第一移相器的输出部件；以及输出部件，可联结地驱动所述两组凸轮凸角的第二组凸轮凸角。
2.根据权利要求1所述的移相器组件，其特征在于：所述的移相器是液压操作的叶片型移相器。
3.根据权利要求2所述的移相器组件，其特征在于：所述两个移相器被配置在正交于所述移相器组件的旋转轴的共同的平面内，且具有彼此圆周偏移的工作室。
4.根据权利要求2所述的移相器组件，其特征在于：所述两个移相器被配置在正交于所述移相器组件的旋转轴的共同的平面内，且具有彼此径向偏移的工作室。
5.根据权利要求2所述的移相器组件，其特征在于：所述两个移相器具有工作室，被配置在移相器组件的轴向方向上的彼此间隔的两个不同平面内。
6.根据权利要求5所述的移相器组件，其特征在于：所述第一移相器的转子与第二移相器的转子是被形成为所述两个移相器共同的单独组件，并可连接到所述两组凸角的第一组凸角。
7.具有根据前述任意权利要求之一所述的移相器组件的发动机，其特征在于：所述发动机具有两个固凸轮轴，每个凸轮轴包括所述两组凸角的各一组凸角，所述移相器组件是被安装在所述凸轮轴的第一凸轮轴上，所述第一移相器的输出部件是被连接为驱动所述第一凸轮轴，所述第二移相器的输出部件是被连接为驱动第二凸轮轴。
8.具有根据权利要求1至6之一所述的移相器组件的发动机，其特征在于：所述发动机具有单独的同心凸轮轴，该凸轮轴包括可相对于彼此旋转的外管和内轴，第一组凸角被安装用于与外管一起旋转，而第二组凸角被连接用于与内轴一起旋转，其中，所述移相器组件是被安装在所述同心凸轮轴上，所述第一移相器的输出部件是被连接到所述外管，而所述第二移相器的输出部件是被连接到所述内轴。
9.具有根据权利要求1至6之一所述的移相器组件的发动机，其特征在于：所述发动机具有单独的同心凸轮轴，该凸轮轴包括可相对于彼此旋转的外管和内轴，第一组凸角被安装用于与外管一起旋转，而第二组凸角被连接用于与内轴一起旋转，其中，所述移相器组件是被安装在所述同心凸轮轴上，所述第一移相器的输出部件是被连接到所述内轴，而所述第二移相器的输出部件是被连接到所述外管。
10.具有根据权利要求1至6之一所述的移相器组件的发动机，所述发动机具有两个凸轮轴，第一凸轮轴是固凸轮轴，而第二凸轮轴是同心凸轮轴，凸轮轴包括可相对于彼此旋转的外管和内轴，第一组凸角被安装用于与外管一起旋转，而第二组凸角被连接用于与内轴一起旋转，其中，所述移相器组件是被安装在所述同心凸轮轴上，所述第一移相器的输出部件是被连接到所述同心凸轮轴的一组凸轮凸角，而所述第二移相器的输出部件是被连接到所述同心凸轮轴的第二组凸轮凸角。
11.根据权利要求7至10之一所述的发动机，其特征在于：所述两组凸轮凸角的一组凸轮凸角作用在发动机的进气门上，而另一组凸轮凸角作用在发动机的排气门上。
12.根据权利要求7至10之一所述的发动机，其特征在于：所述发动机的每个汽缸具有多个进气门和/或排气门，所述两组凸轮凸角的凸角作用在与相同发动机汽缸相关联的相同类型的不同气门上。
13.根据权利要求7至10之一所述的发动机，其特征在于：所述两组凸轮凸角的凸角通过总合杠杠作用在相同的发动机气门上。
14.根据权利要求7至10之一所述的发动机，其特征在于：所述两组凸轮凸角的至少一组凸轮凸角的凸角通过切换凸轮随动件系统来操作所述发动机的气门。
15.根据附图中的图2A至图5E之一所示并参考该图的描述所构建并适合操作的移相器组件。
16.根据附图中的图1A至图1E之一所示并参考该图的描述所构建的根据权利要求13所述的具有移相器组件发动机。
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