CN102667075B - 带油压辅助的相位器 - Google Patents

Abstract

一种使用来自油压源的油压用于调整第一轴与第二轴之间的相位的可变凸轮正时相位器包括一个壳体组件以及一个转子组件，二者一起限定了多个区段。这些区段包括：至少一个工作区段，该工作区段包括一个提前室和一个延迟室，该提前室以及该延迟室在至少一个油压源与一个排放口之间是相反地可切换的，通过来自油压源的油压使其叶片是可以移动的，该油压被施加到该提前室或该延迟室之一上而该提前室以及该延迟室中的另一个被连接该排放口上；以及至少一个辅助区段，该辅助区段包括一个辅助室和一个排放室，该排放室向大气排放；这样使得供应给辅助室的油帮助该叶片在一个方向上运动。

Description

带油压辅助的相位器

相关申请援引

本申请要求在2010年1月4日提交的标题为“OPA VCT带油压辅助的相位器”的临时申请号61/291,992中所披露的一项或多项发明。在此要求美国临时申请的35USC§119(e)下的权益，并且特此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的领域。更具体地，本发明涉及一种带有油压辅助的油压致动可变凸轮正时相位器。

背景技术

除了凸轮扭矩致动（CTA）可变凸轮轴正时（VCT）系统，主要的液压VCT系统在两种原理下运转-油压致动（OPA）或扭矩辅助（TA）。在油压致动VCT相位器中，一个或多个工作工作区段30各自包括一个叶片4，该叶片限定这些工作区段30进入第一工作室2和第二工作室3它们与一个控油阀（OCV）9处于流体连通。在OPA（油压致动）的VCT（可变凸轮正时）相位器中，该OCV将发动机油压引到第一工作室2，同时对由壳体1、转子5和叶片4限定的第二相反的工作室3进行排放。这在一个或多个叶片4上产生一个压力差以便在一个方向或另一个方向上液压推动该VCT相位器。平衡或移动OCV 9至一个零位（在该位置中相OCV 9阻碍流体从该第一和第二工作腔室流入和流出）从而在叶片9的相反侧上施加相等的压力并且使该相位器保持在位。如果该相位器在一个方向移动使得多个阀更快地打开或关闭，该相位器被称作提前的，而如果该相位器在一个方向移动使得多个阀将延迟打开或关闭，该相位器被称作延迟的。

常规的相位器具有三个、四个或五个工作区段30。在每个工作区段内有一个叶片4，该叶片将形成在壳体1与转子5之间的腔室17分隔成第一工作室2和第二相反的工作室3，它们通常被成为提前室和延迟室。在常规的相位器中，供油压力被提供到这些叶片4的每一侧上（以V1，V2，V3，V4来表示）。

参见图1，该相位器的壳体组件1具有一个外周7用于接收驱动力。转子组件5被连接到该凸轮轴上并且被同轴地定位在壳体组件1之内。转子组件5具有一个叶片4，该叶片将在壳体组件1与转子组件5之间形成的腔室17分隔成由A1，A2，A3，A4表示的多个提前室2以及由R1，R2，R3，R4表示的多个延迟室3。这些叶片4是能够旋转的以便改变壳体组件1和转子组件5的相对角位置。

一个控油阀9是通过这些提前通道12和延迟通道13与这些提前室2以及延迟室3处于流体连通的。控油阀9控制从供油泵18到所有的提前室2和延迟室3以及从提前室2和延迟室3到排气口19的流动流体。控油阀9可以在一个第一方向上被一根弹簧40偏置并且在一个第二方向上被一个致动器42偏置。

如果该相位器是朝一个提前位置移动的，供油压力18应被提供给该相位器的所有这些提前室2（由A1，A2，A3，A4表示），例如该相位器中存在的全部三个、四个或任意数量的提前室，并且在这些延迟室3（由R1，R2，R3，R4表示的）的任何油压，例如该相位器中存在的所有三个、四个或任意数量的延迟室，都将被排出或排放19。

此外，如果该相位器是朝着一个延迟位置移动的，供油压力18应被提供给该相位器的所有这些延迟室3（以R1，R2，R3，R4表示的），例如该相位器中存在的所有三个、四个或任意数量的延迟室，并且在这些提前室2（以A1，A2，A3，A4表示的）中的任意油压，例如该相位器中存在的所有三个、四个或任意数量的提前室将被排出或排放19。

此外，该相位器可以是保持在一个零位中，在该位置中到提前室2以及延迟室3的供油压力18受阻，并且防止这些腔室内的油排出。

该扭矩辅助（TA）系统的工作原理与油压辅助OPA系统的工作原理类似，除了该扭矩辅助系统具有一个或多个止回阀，用于防止该VCT相位器在一个被控制的相反方向上移动，这种情况引起一个反作用力（例如一个扭矩）的情况下。

在油压致动的相位器和扭矩辅助相位器在发动机中的一些应用中，向提前位置的偏置是必须的。这种偏置通常是通过一根偏置弹簧或一组偏置弹簧来实现的。这些偏置弹簧可以存在于这些提前室或延迟室自身内或者在该壳体与该转子之间以便朝着一个提前位置来偏置该相位器。

发明内容

一种使用来自油压源的油压用于调整第一轴与第二轴之间的相位的可变凸轮正时相位器，该相位器包括一个壳体组件以及一个转子组件，二者一起限定了多个区段。这些区段包括：至少一个工作区段，该工作区段包括一个提前室和一个延迟室，该提前室以及该延迟室在至少一个油压源与一个排放口之间是相反地可切换的，通过来自油压源的油压使其叶片是可以移动的，该油压被施加到该提前室或该延迟室之一上而该提前室以及该延迟室中的另一个被连接该排放口上该叶片的运动所起的作用是转换该转子组件与该壳体的相对角相位；以及至少一个辅助区段，该辅助区段包括一个辅助室和一个排放室，该排放室向大气排放；这样使得供应给辅助室的油帮助该叶片在一个方向上运动。

附图说明

图1示出了一个常规的油压致动相位器；

图2示出了本发明的一个第一实施方案的相位器的示意图；

图3示出了本发明的一个第二实施方案的相位器的示意图。

具体实施方式

内燃发动机已经采用了不同的机构来改变凸轮轴与曲轴之间的角以改进发动机的性能或减少排放。这些可变凸轮轴正时（VCT）机构的大多在发动机凸轮轴上（或多个凸轮轴上，在一个多凸轮轴发动机中）采用了“叶片相位器”。在大多数情况下，这些相位器具有带有一个或多个叶片104的转子105，它们安装在该凸轮轴（未示出）的末端上，被一个带有多个叶片室117的壳体组件101包围着，这些叶片104被接收在这些叶片室内。有可能将这些叶片104安装到壳体组件101上，并且同样装入转子组件105的这些腔室中。壳体的外周107形成了该链轮、皮带轮或者齿轮从而通过一个链条、皮带或者多个齿轮接受驱动力，该致动力通常来自曲轴，或者有可能来自一个多凸轮发动机中的另一个凸轮轴。在该相位器的任意一侧上存在多个端板（未示出）。

参见图2，该相位器的壳体组件101具体一个外周107用于接受驱动力。转子组件105被连接到该凸轮轴（未示出）并被同轴地定位在壳体组件100中。该相位器具有至少一个辅助区段132和一个或多个工作区段130。在一个实施方案中，该相位器优选地具有比辅助区段132多的工作区段130。

这些工作区段130各自是由腔室117限定的，该腔室是在壳体组件101与转子组件105之间形成的，并且一个叶片104（以V2，V3，V4表示的）分隔成提前流体腔室102（以A2，A3，A4表示的）以及延迟流体腔室103（以R2，R3，R4表示的）。该一个或多个叶片104（以V2，V3，V4表示的）是能够旋转的以便在该相位器的这些工作区段130之内双向地改变壳体组件101和转子组件105的相对角位置。

辅助区段132是由腔室117限定，该腔室形成在壳体组件101与转子组件105之间，并且一个叶片104将该腔室分隔成一个流体辅助室134和一个排放室133，该流体辅助室通过一个控油阀与一个油压供应源118进行流体连通，并且该排放室随时向大气或排泄口119进行排放。叶片104（以V1表示的）是能够旋转的以便单向转换壳体组件101和转子组件105的相对角位置，并且由此辅助区段132仅在一个方向上帮助改变该壳体组件相对于该转子组件的相对角位置。尽管这些图中仅示出了使相位器提前的辅助，但是本领域的技术人员可以应用本发明使得这种辅助将是针对相位器延迟的。

一个泵118通过与这些提前室102，延迟室103进行流体连通的控油阀109提供供油压力，并且通过这些提前通道112和延迟通道113与辅助室134提供油压。一个排出或排放口119与控油阀109以及排放室133是处于流体连通的。

一个锁定机构（未示出）可以存在以便相对于壳体组件101来锁定转子组件105。该锁定机构可以被可滑动地安装在转子组件105中的一个孔内并且并且通过一根弹簧辅助一个端部朝向并且装配到壳体组件101的一个凹陷内。可替代地，该锁定机构可以是安装在壳体组件101中并且弹簧辅助朝向转子组件105的一个凹陷。

一个控油阀109是通过多个提前通道112和延迟通道113与这些工作区段130进行流体连通的并且通过这些提前通道112与辅助室134进行流体连通。这些工作区段130和辅助区段132的辅助室134的油压是由控油阀109主动控制的。图2所示的控油阀109在一个第一方向中是由一根弹簧140进行偏置的，而在一个第二方向中是由一个致动器142进行偏置的，但是可以采用任何控制方式来对控油阀109的位置进行控制。致动器142可以是一个开/关螺线管、可变力螺线管、机电式、电机驱动式、液压式或其他任何类型的致动器。

例如，在图2所示的一个四叶片系统中，当该相位器正向提前位置移动时，油压从供油泵118，经过控油阀109并且经过这些提前通道112流到这些工作区段130的所有这些提前室102（以A2，A3，A4表示的）中，并且流到辅助区段132的辅助室134中。同时，流体从这些工作区段130的所有延迟室103（以R2，R3，R4表示的）中排出，从而使得流体经过这些延迟通道113并且经过控油阀109排放到排放口119中。任何可能泄漏进入排放室133的流体都立刻被排放到大气或排放口119中。这些提前室102（以A2，A3，A4表示的）内的油压在图中顺时针地移动叶片104，而辅助室134内的油压对在提前方向上的移动进行辅助。

当该相位器正向延迟位置移动时，油压从供油泵118，经过控油阀109并且经过这些延迟通道113流到这些延迟室103（以R2，R3和R4表示的），并且流体是经过这些提前通道112从所有这些提前室102（以A2，A3，A4表示的）排出。同时，流体被从排放室133排放到大气或排放口119中，并且经过这些提前通道112从辅助室134排出。这些延迟室103（以R2，R3，R4表示的）内的油压在图中逆时针地移动这些叶片104。

当该相位器处于零位时，来自供油泵118的流体被控油阀109限制到这些提前室102（以A2，A3，A4表示的），这些延迟室103（以R2，R3，R4表示的）以及辅助室134中。这些提前室102、这三个延迟室103以及辅助室134中的任何流体都被阻止从这些腔室排放。排放室133内的任何流体可以自由地排放到大气或排放口119中。在一个替代性实施方案中，来自供油泵118的流体可以被控油阀109阻止进入这些提前室102（以A2，A3，A4表示的），这些延迟室103（以R2，R3，R4）以及辅助室134中。

通过向数量多于辅助区段132的工作区段130施加供油压力118，而该辅助区段的这些腔室之一没有被连接到供油油压力118上，在该提前方向上针对任意给定的油压提供一个更高的扭矩从而导致针对提前方向的辅助，这种辅助期望能够抵消该凸轮轴与气门机构之间的摩擦。此外，通过在辅助区段132内提供一个排放室133，该油压致动相位器具有更好地平衡提前和延迟致动速率、简化控制策略的显著益处；提供与一根偏置弹簧大致相同的功能，允许省去这根偏置弹簧，从而节省成本、减轻重量并且减小包装空间；并且在使用一个锁定机构将相位器锁定在提前方向上的情况下，提供更强的力矩以便返回到该基座（锁定）位置。

偏置弹簧提供一个与发动机运行条件无关的恒定的扭矩偏移量，而在本发明中，提供了一个基于可用油压的可变的扭矩偏移量。这是有利的，因为在发动机处于凸轮轴摩擦扭矩高的运行条件下，油压也倾向于高（比如低温），本发明提供了常规的偏置弹簧更一致性相位器反应。油压的使用也帮助消除机械式偏置弹簧的相位角敏感性，例如弹簧扭矩随相位角改变，这是不希望的。

图3示出了本发明的一个第二个实施方案的示例图。在这个实施方案，一个朝向提前方向的辅助是被动控制的。与前面的实施方案一样，该相位器具有至少一个辅助区段132以及一个或多个工作区段130。在一个实施方案中，该相位器优选地具有比辅助区段132多的工作区段130。

该相位器的壳体组件101具有一个外周107用于接收驱动力。转子组件105被连接到一个轴（未示出）并且被同轴地定位在壳体组件100内。这些工作区段130各自是由腔室117限定的，该腔室形成在壳体组件101与转子组件105之间并且被一个叶片104（以V2，V2，V4表示的）分隔成多个提前流体室102（以A2，A3，A4表示的）和多个延迟流体室103（以R2，R3，R4表示的）。这一个或多个叶片104（以V2，V2，V4表示的）是能够旋转的以便在该相位器的这些工作区段130内双向地改变壳体组件101和转子组件105的相对角位置。

辅助区段132是由腔室117限定的，该腔室形成在壳体组件101与转子组件105之间，并且一个叶片104将该腔室分隔成一个流体辅助室134和一个排放室133，该流体辅助室与一个连续供应油压的供油泵118进行流体连通，并且排放室随时向大气或排放口119进行排放。叶片104（以V1表示的）是能够旋转以便单向地改变壳体组件101和转子组件105的相对角位置并且由此，辅助区段132仅在一个方向上辅助转换该壳体组件相对于该转子组件的相对角位置。尽管附图中仅示出了使该相位器提前的辅助，但是本领域的技术人员可以应用本发明使得这种辅助将是针对该相位器延迟的。应当注意到尽管供油泵118被示出向辅助室134提供供油压力，一个单独的泵也可以提供供油压力。

一个锁定机构（未示出）可以被表现为相对于壳体组件101锁定转子组件105。该锁定机构可以被可滑动地安装在转子组件105内的一个孔内并且通过一根弹簧辅助一个端部朝向并且装配到壳体组件101的一个凹陷内。可替代地，该锁定机构可以被安装在壳体组件101内并且朝着转子组件105中的一个凹陷被弹簧偏置。

一个控油阀109是通过多个提前通道112和延迟通道113与该工作区段130进行流体连通的。这些工作区段130上的油压是由控油阀109主动控制的。图3所示的控油阀109在一个第一方向上是由一根弹簧140进行偏置的，并且在一个第二方向上是由一个致动器142进行偏置，但是可以使用任何控制方式来对控油器109的位置进行控制。致动器142可以是一个开/关螺线管、可变力螺线管、机电式、电机驱动式、液压式或其他任何类型的致动器。应当注意到在这个实施方案中，控油阀109没有控制到辅助区段132的辅助室134的流体。

例如，在图3所示的一个四叶片系统，当该相位器正向提前位置移动时，油压从供油泵118，经过控油阀109并且经过这些提前通道112流到这些工作区段130的所有这些提前室102（以A2，A3，A4表示的）中。流体也不断地由一个供油泵118提供给辅助区段132的辅助室134。同时，流体是从这些工作区段130的所有延迟室103（以R2，R3，R4表示的）的，从而使流体通过这些延迟通道113并且通过控油阀109排放到排放口119中。任何可能泄漏进入排放室133的流体被立刻排放到大气或排放口119中。这些提前室102（以A2，A3，A4表示的）中的油压在图中顺时针地移动叶片104，而辅助室134中的油压在提前方向辅助移动。

当该相位器正在向该延迟位置移动时，油压从供油泵118，通过控油阀109并且通过这些延迟通道113流到这些延迟室103（以R2，R3和R4表示的）,并且流体通过这些提前通道112从所有这些提前室102（以A2，A3，A4表示的）被排出。同时，流体是从排放室133排放到大气或排放口119中的。流体也是由供油泵118不断地提供给辅助室134。在这些延迟室103（R2，R3，R4表示的）油压在图中逆时针地移动这些叶片104。

当该相位器处于零位时，来自供油泵118的流体被控油阀109限制到这些提前室102（以A2，A3，A4表示的），这些延迟室103（以R2，R3，R4表示的）。流体不受限制地从供油泵118被不断提供给辅助室134。在这些提前室102、这三个延迟室103内的任何流体被阻止从这些腔室排出。任何可能泄漏进入排放室133的流体立刻被排放到大气或排放口119中。在一个替代方案中，来自供油泵118流体可以被控油阀109阻止进入这些提前室102（以A2，A3，A4表示的）以及这些延迟室103（以R2，R3，R4表示的）。

通过将供应油压118施加到数量比辅助区段132多的工作区段130上，而该辅助区段的腔室之一没有被连接到供油压力118上，在该提前方向上针对任意给定的油压提供一个更高的扭矩从而导致针对提前方向的辅助，这种辅助期望能够抵消该凸轮轴与气门机构之间的摩擦。此外，通过在辅助区段132内提供一个排放室133，该油压致动相位器具有更好地平衡提前和延迟致动速率、简化控制策略的显著益处；提供与一根偏置弹簧大致相同的功能，允许省去这根偏置弹簧，从而节省成本、减轻重量以及减小包装空间；并且在使用一个锁定机构将相位器锁定在提前方向上的情况下，提供更强的力矩以便返回到该基座（锁定）位置。

偏置弹簧提供了与发动机的运行条件无关的一个恒定的扭矩偏移量，而在本发明中提供了一个基于可用油压的可变的扭矩偏移量。这是有利的，因为当发动机处于凸轮轴摩擦扭矩高的运行条件下，油压也倾向于高（比如低温），本发明提供了比常规的偏置弹簧更一致相位器反应。油压的使用也帮助消除机械式偏置弹簧的相位角敏感性，例如弹簧扭矩随相位角改变，这是不希望的。

被动辅助系统超越主动辅助系统的一个优点在于在相同的致动下流过该控油阀的油更少并且油不必流过该控油阀以及这些限制件，从而整体上产生一个更好的响应系统。

在上述实施方案和实例中，对应于一个延迟室的排放室经常向大气排放从而导致该相位器在该提前方向的辅助，但是一个本领域技术人员可以将排放室应用到一个提前室上并将提前室排放到大气中以导致该相位器在该延迟方向的辅助。

在上述任一实施方案中，该控油阀可以被定位在该相位器之内或者远离该相位器。

所提供的区段、叶片和相应的提前和延迟室的数量仅作为示例性实例，而不限制本发明中相位器中存在的叶片或腔室的数量。

尽管示出的所有实施方案都没有入口止回阀以及由此的油压致动相位器，本领域技术人员应当能够运用将上述所有的实施方案应用到存在止回阀的扭矩辅助相位器中。

在上述所有的实施方案中，应当理解该控油阀具有一个无限数量的中间位置，这样使得该控制阀不仅可以控制该VCT相位器移动的方向，也可以依据离散的阀芯位置，控制该VCT相位器变换位置的速率。因此，应该理解，该控油阀还可以在无限的中间位置中运行而不限于图中所示的这些位置。

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本发明原理的应用的说明。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对于本发明必不可少的那些特征。

Claims (6)

1.一种使用来自油压源的油压用于在第一轴与第二轴之间调整相位的可变凸轮正时相位器，该相位器包括：

一个壳体组件，该壳体组件具有一个外周以便接收一个驱动力；以及

一个转子组件，该转子组件具有多个同轴地定位于壳体组件内的叶片用于连接到该第一轴上，该壳体组件以及该转子组件限定了多个区段，每个区段被该多个叶片中的一个分隔成两个室，该多个区段包括：

      至少一个工作区段，该工作区段包括一个提前室以及一个延迟室，该提前室以及该延迟室在至少一个油压源与一个排放口之间是相反地可切换的，该叶片通过由与该油压源进行流体连通的油控制阀引导的油压是可移动的，其中该油压通过该油控制阀被施加到该提前室亦或该延迟室上而使该提前室和该延迟室中的另一个被连接到该排放口上，该叶片的运动所起的作用是转换该转子组件与该壳体的相对角相位；以及

      至少一个辅助区段，该辅助区段包括一个辅助室和一个排放室，该排放室向大气排放；这样使得供应给该辅助室的油协助该叶片在一个方向上的运动。

2.如权利要求1所述的相位器，其中供应到该至少一个辅助区段的辅助室中的油压是通过一个控油阀来控制的。

3.如权利要求1所述的相位器，其中供应到该至少一个辅助区段的辅助室的油压是直接从该油压源供应的。

4.如权利要求1所述的相位器，其中该相位器包括的工作区段多于辅助区段。

5.如权利要求1所述的相位器，其中由向该辅助区段的辅助室供应的油所造成的该叶片在该至少一个辅助区段中的运动方向是一个提前方向。

6.如权利要求1所述的相位器，其中由向该辅助区段的辅助室供应的油所造成的该叶片在该至少一个辅助区段中运动的方向是一个延迟方向。