CN102996195A - 气门正时控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气门正时控制器。一种可变凸轮轴正时机构（4）设有作为止回阀的圆锥形螺旋弹簧阀（18）。当所述圆锥形螺旋弹簧阀（18）打开时，在所述止回阀（18）的相邻线圈之间形成多个流动通道间隙，藉此当工作流体流过所述止回阀（18）时能够减小所述工作流体的压力损失。当产生逆向流动时，所述止回阀（18）在它的轴向方向上接收所述逆向流动。因而，所述工作流体的逆向流动在所述止回阀（18）的关闭方向上能够用作推力。所述止回阀（18）的阀门关闭响应性能够被改进。

Description

气门正时控制器

技术领域

本公开涉及一种气门正时控制器，所述气门正时控制器相对于内燃机的凸轮轴变化凸轮轴的旋转相位。所述凸轮轴由发动机驱动以便打开/关闭进气门和/或排气门。所述气门正时控制器通过使用液压来变化所述凸轮轴的旋转相位并且在下文中被称为VVT-控制器。

背景技术

调整进气门的气门正时的VVT-控制器包括：可变凸轮轴正时机构，所述可变凸轮轴正时机构通过使用提前腔室中的压力和延迟腔室中的压力之间的液压差调整进气凸轮轴的旋转相位；油流控制阀（OCV），所述油流控制阀控制所述液压差；以及电动致动器，所述电动致动器驱动所述OCV。在下文中，所述可变凸轮轴正时机构被称为VCT-机构。

所述电动致动器由发动机控制单元（ECU）驱动以控制所述OCV的运行状况，藉此控制所述提前腔室和延迟腔室中的液压以便相对于曲轴调整所述凸轮轴的旋转相位。

当发动机处于工作状态时，VVT-控制器的叶片转子接收被传递到所述凸轮轴的转矩波动。由于从所述凸轮轴传递到所述叶片转子的转矩波动，所述提前腔室和延迟腔室中的液压也波动。

因此，由于所述转矩波动，所述提前腔室和延迟腔室中的液压交替增大和减小。为了限制响应VVT-控制器的恶化，在供油通道中设置止回阀以便防止从腔室到油泵逆向流动。

JP-2005-325841A（US-2005/0252561A1）表明止回阀的布置。在其中，阀芯（spool）具有阀芯通道。在阀芯通道里的工作流体流向提前腔室和延迟腔室。止回阀就布置在这个阀芯通道中。

所述止回阀包括打开/关闭所述阀芯通道的球阀和向着阀座偏置球阀的螺旋弹簧。

即使当所述止回阀处于打开时，球阀和阀座之间的流动通道间隙比较小。因此，足量的工作流体不能通过流动通道间隙并且由于止回阀，工作流体的压力损失增加。这可以引起响应VVT-控制器的恶化。

同时，当产生逆向流动时，球阀在其球形外表面上接收所述逆向流动使得流动通道关闭。但是，逆向流动很难在球阀上产生推力。由于这个原因，弱化了响应止回阀的阀关闭，这样也弱化了响应VVT-控制器。

发明内容

本公开的目的是提供一种具有提高响应性的可变凸轮轴正时机构的气门正时控制器。

可变凸轮轴正时机构在阀芯内配置有圆锥形螺旋弹簧阀作为止回阀。当所述止回阀打开时，保证了绕组之间的多个流体通道间隙。因此，能够减小工作流体的压力损耗并且能够提高VVT-控制器的响应性。

当产生逆向流动时，每个线圈的平坦表面接收所述逆向流动。因此，所述工作流体的逆向流动能够在所述止回阀的关闭方向上用作推力。能够改善所述止回阀的阀关闭响应性和所述VVT-控制器的响应性。

固定到所述阀芯上的滑动塞具有流动方向改变部分，所述液流方向改变部分将流体流动方向从径向方向改变到轴向方向。来自泵口的工作流通过所述液流方向改变部分被引入阀芯通道。工作流体方向改变成指向所述止回阀的轴向流动方向。因此，所述工作流体流动的方向与所述止回阀的阀门打开方向一致。由于这个原因，提高了所述止回阀的阀门打开的响应性，因而也提高了所述VVT-控制器的响应性。

附图说明

从下面参考附图所做的详细描述中，本公开的上述以及其它目标、特性以及优点会变得更加明显。在附图中：

图1是显示VVT-控制器和油流控制的纵截面图；

图2A是显示圆锥形螺旋弹簧阀的横截面视图；

图2B是所述圆锥形螺旋弹簧阀的俯视图；

图3A是显示其中所述圆锥形螺旋弹簧阀处于关闭的滑阀（spoolvalve）的纵截面图；以及

图3B是显示其中所述圆锥形螺旋弹簧阀处于打开的滑阀的纵截面图。

具体实施方式

VVT-控制器配置有：VCT-机构4、油控制阀（OCV）5、电动致动器6和电子控制单元（ECU：未显示），其中，VCT-机构4通过利用提前腔室内的流体和延迟腔室内的流体之间的压差在旋转方向上相对地旋转制动蹄壳体1和叶片转子2，使得连接到叶片转子2上的凸轮轴3的旋转相位变化；油控制阀5分别控制所述提前腔室和所述延迟腔室内的液压；电动致动器6驱动OCV5；所述电子控制单元控制根据发动机的驱动状态控制电动致动器6。

OCV 5是滑阀，它设有：套筒7，套筒7插入并且连接到凸轮轴3；阀芯8，阀芯8在其轴向方向上滑动地容纳在套筒7内以便调整各个口的连通状态；以及复位弹簧9，复位弹簧9在轴向方向上与电动致动器6的驱动方向相反地偏置阀芯8。

套筒7形成圆柱形以便在其中具有圆柱形空间。套筒7具有泵口（入口）11，增压油通过所述泵口引入其中，与排放空间连通的排放口12a，12b，与提前腔室连通的提前口13，与延迟腔室连通的延迟口14。泵口11、提前口13以及延迟口14以径向穿透套筒7的方式形成。此外，排放口12a，12b以径向穿透套筒7的方式形成，或者在套筒7的轴向方向上形成。作为替换，排放口12a，12b能够相对于套筒7轴向和径向地形成。

阀芯8限定阀芯通道15，所述工作流体通过阀芯通道15流向提前腔室13和延迟腔室14。此外，如图3A和3B所示，阀芯通道15的一端由滑动塞16封闭，滑动塞16与电动致动器6的驱动轴6a接触。滑动塞16具有流动方向改变部分17，流动方向改变部分17将流体流动方向从径向方向改变到轴向方向。来自泵口11的工作流体由流动方向改变部分17引入到阀芯通道15内。

止回阀18设置在阀芯通道15内。止回阀18允许流体从流动方向改变部分17流向阀芯通道15，而禁止流体从阀芯通道15流向流动方向改变部分17。止回阀18保持在形成在阀芯通道15的内壁表面上的环形台阶19和滑动塞16的流动方向改变部分17之间。止回阀18是用弹簧钢制成的圆锥形螺旋弹簧阀。

（VVT-控制器的构造）

所述VVT-控制器包括VCT-机构4，VCT-机构4通过利用在提前腔室内的流体和延迟腔室内流体之间的压差在旋转方向上相对地旋转制动蹄壳体1和叶片转子2，使得连接到叶片转子2的凸轮轴3的旋转相位变化。还有，所述VVT-控制器包括控制VCT-机构4的OCV 5、控制OCV 5的电动致动器6和电动控制所述电动致动器6的所述ECU。

（VCT-机构4的说明）

VCT-机构4具有制动蹄壳体1和叶片转子2，制动蹄壳体1与所述发动机的曲轴同步转动，叶片转子随着凸轮轴3相对于制动蹄壳体1一起转动。制动蹄壳体1内的液压致动器相对于制动蹄壳体1转动叶片转子，使得凸轮轴3的旋转相位提前或者延迟。

如图1所示，制动蹄壳体1包括链轮21、前板22和后板23，链轮21通过正时带或者正时链条由发动机转动，前板22附加到链轮21的前端面，后板23附加到所述链轮21的后端面。这些零件21,22,23由螺栓24固定在一起。叶片转子2驻留在制动蹄壳体1内。制动蹄壳体1具有多个在转动方向上排列的扇形凹面部分。

叶片转子2连接到凸轮轴3。叶片转子2具有多个叶片2a,各个叶片2a将所述扇形凹面部分分成提前腔室和延迟腔室。叶片转子2能够相对于制动蹄壳体1在特定的角度范围内转动。

所述提前腔室是液压腔室，所述工作流体（油）被引入到所述提前腔室中以便转动在提前方向上转动叶片2a。所述延迟腔室也是液压腔室，所述工作流体被引入到所述延迟腔室中以便在延迟方向上转动叶片2a。

VVT-机构4具有锁定装置25，锁定装置25支持叶片转子2相对于制动蹄壳体1的旋转相位在适当的位置，用于启动所述发动机。锁定装置25由锁定销26、锁孔27、弹簧28和锁定释放机构29组成，锁定销26设置到叶片2a中的一个上，锁定销26插入锁孔27内，弹簧28朝向锁孔27偏置锁定销26，锁定释放机构29通过利用液压从锁孔27放开锁定销26。

锁定销26由叶片2a滑动地支撑。锁定销26的后端部从叶片2a的后部表面突出指定的长度。锁孔27形成在后板23的前表面上。硬环27a插入锁孔27中以便强化所述接合部分。弹簧28是压缩螺旋弹簧，弹簧28朝向锁孔27偏置锁定销26。弹簧28配置在背压腔室在，所述背压腔室配置成通过孔隙与排放空间相连通。锁定释放机构29将来自所述提前腔室和/或所述延迟腔室的液压供给到在锁定销26和锁孔27的底部之间的空间中。当所述液压变得大于弹簧28的偏置力时，锁定销26移动从锁孔27移动到放开。

（OCV 5的说明）

OCV 5是用来将所述工作流体（油）供给到所述提前腔室或者所述延迟腔室以便在所述腔室之间产生液压差，使得叶片转子2关于制动蹄壳体1相对地转动。

OCV 5由连接到凸轮轴3的套筒7、轴向滑动地支撑在套筒7内的阀芯8以及在轴向方向上与电动致动器6的驱动方向相反地偏置阀芯8的复位弹簧9组成。

（套筒7的说明）

套筒7是圆柱形的。套筒7插入并且螺纹拧紧在凸轮轴3的轴向孔中。套筒7随着叶片转子2和凸轮轴3一起转动。套筒7限定圆柱形空间，阀芯8在所述圆柱形空间内轴向滑动。

套筒7具有多个径向延伸的输入/输出口。具体地，套筒7具有通过其将增压油引入其中的泵口11、用于将所述工作流体返回到所述排放空间的前排放口12a、与所述提前腔室连通的提前口13以及与所述延迟腔室连通的延迟口14。还有，套筒7具有通过凸轮轴3的轴向孔与排放空间连通的后排放口12b。

更具体地，泵口11形成在接近滑动塞16的后端部的位置上。泵口11通过在凸轮轴3和轴的轴承上形成的第一门31流动地连接到油泵的排出口。从所述油泵排出的所述工作流体（油）引入到泵口11中。

前排放口12a通过在凸轮轴3上形成的第二门32与排放空间连通。所述工作流体通过所述前排放口12a排出到所述排放空间中。提前口13通过在凸轮轴3上形成的第三门33和在叶片转子2上形成的提前通道34与所述提前腔室连通。延迟口14通过在凸轮轴3上形成的第四门35和在叶片转子2上形成的延迟通道36与所述延迟腔室连通。

（阀芯8的说明）

阀芯8是圆柱形的。阀芯通道15限定在阀芯8内。阀芯通道15是将所述工作流体引入到提前口13和延迟口14中的内部通道。

阀芯8插入套筒7内。在阀芯8和套筒7之间形成小间隙。阀芯8在套筒7中轴向滑动，使得凸轮轴3的旋转相位被提前、保持或者延迟。

阀芯8具有第一贯穿口41、圆周凹槽42、第二贯穿口43、排出-连通部分44以及油-口-封闭壁45。还有对应图1中排出-连通部分44的贯穿狭缝和后开口。小直径端部部分对应图3A和3B中的排出-连通部分44。

第一贯穿口41总是与泵口11相连通以将所述工作流体引入到阀芯8中。圆周凹槽42总是与前排放口12a相连通。只有当阀芯8在套筒7内向后(在图3A和3B中向右)滑动时，前排放口12a通过圆周凹槽42与提前口13相连通。

当阀芯8在套筒7内向前（在图3A和3B中向左）滑动时，第二贯穿口43与提前口13相连通。当这个阀芯8在套筒7内向后滑动时，第二贯穿口43与延迟口14相连通。只有当阀芯8向前滑动时，排出-连通部分44流体流动地连接延迟口14和后排放口12b。油-口-封闭壁45是中断阀芯通道15和所述轴向孔之间的连通的部分壁。

阀芯8的前部分用作密封部分（合模面部分），限制所述工作流体从泵口11到所述轴向孔的前部分的泄漏。在第一贯穿口41和圆周凹槽42之间的外围壁用作密封部分（合模面部分），限制限制所述工作流从泵口11到前排放口12a的泄漏。圆周凹槽42和第二贯穿口43之间的外围壁用作合模面部分，它根据阀芯8的轴向位置封闭提前口13。第二贯穿口43和排出-连通部分44之间的外围壁用作合模面，它根据阀芯8的轴向位置封闭延迟口14。

（滑动塞16的说明）

滑动塞16被挤压插入到阀芯8中。滑动塞16接收来自电动致动器6的驱动力并且封闭阀芯通道15的前端部部分。滑动塞16总是与电动致动器6的驱动轴6a相接触。滑动塞16具有与驱动轴6a接触的中凸部分。

如图3A和3B所示，滑动塞16在其后端具有流动方向改变部分17。流动方向改变部分17将流体流动方向从径向方向改变到轴向方向。也就是说，所述工作流体在径向方向上流过泵口11和第一贯穿口41，然后在轴向方向上流到阀芯通道15中。流动方向改变部分17包括环状部分17a和多个桥接部分17b。环状部分17a具有大致等于阀芯通道15的内直径的外直径。桥接部分17b通过轴向间隙连接环状部分17a和滑动塞16。

在滑动塞16和环状部分17a之间的轴向空间总是与第一贯穿口41相连通。所述工作流体的流动在图3B中用箭头“X”表示。

（止回阀18的说明）

当发动机处于运行时，所述VVT控制器的叶片转子2接收被传递到凸轮轴3的转矩波动。在所述提前燃烧室和延迟燃烧室中的液压因为所述转矩波动而波动。结果，所述提前燃烧室和延迟燃烧室中的液压因为所述转矩波动而交替地增加和下降。如果所述提前燃烧室和延迟燃烧室中液压超过所述油泵提供的液压，所述工作流体产生逆向流动，这恶化了所述VVT控制器的响应性。为了限制所述VVT控制器的响应性的这种恶化，在供油通道中设置止回阀18以便防止从所述腔室到油泵的逆向流动。

在这个实施方式中，止回阀18配置在阀芯通道15中。止回阀18设置在阀芯通道15中。止回阀18允许流体从流动方向改变部分17朝向阀芯通道15流动，但禁止流体从阀芯通道15朝向流动方向改变部分17流动。

具体地，止回阀18是具有多个线圈的锥形螺旋弹簧。当在轴向方向上观察时，相邻线圈在重叠部分相互重叠。止回阀18保持在环形台阶19和流动方向改变部分17的环状部分17a之间，其中，环形台阶19形成在阀芯通道15的内壁表面上。参照图2A和图2B，下面将具体描述止回阀18的构造。

如图2A所示，每个线圈的横截面是矩形的，它具有与止回阀18的轴向方向相正交的平坦表面。当止回阀18没有负荷时，即当止回阀18处于自由状态时，每个线圈的重叠部分相互接触。应注意的是，止回阀18的弹簧力设定得相对小。当止回阀18在它的延伸方向上接触外力时，止回阀18在它的轴向方向上容易延伸，如图2B所示。每个线圈的重叠部分彼此分开。

止回阀18的最外侧周缘18a夹紧在环形台阶19和环状部分17a之间。而且，在圆锥形止回阀18的顶部部分处设置盖构件18b。当止回阀18在它的轴向方向上收缩时，如图3A所示，盖构件18b封闭止回阀18的顶部部分。盖构件18b是盘形的并且具有与止回阀18的轴向方向相正交的平坦表面。

（复位弹簧9的说明）

复位弹簧9是压缩螺旋弹簧，在图1中向左侧偏置阀芯8。复位弹簧9布置在位于套筒7的后端壁和阀芯8的后端壁之间的弹簧腔室46中。

（致动器6的说明）

电动致动器6克服复位弹簧9的偏置力向后移动滑动塞16，藉此控制阀芯8的轴向位置。电动致动器6包括线圈、定子和柱塞。

（ECU的说明）

所述ECU根据发动机驱动状态计算凸轮轴3的提前量，并且使电动致动器6通电，从而VCT机构4使凸轮轴3提前。阀芯8的轴向位置被改变以控制所述提前腔室和延迟腔室中的液压，藉此控制凸轮轴3的提前量。

（提前操作的说明）

当使凸轮轴3提前时，所述ECU增加供应到电动致动器6的供应电流。驱动轴6a和阀芯8向后移动。泵口11通过第一贯穿口41、阀芯通道15和第二贯穿口43与提前口13相连通。延迟口14通过排出-连通部分44和弹簧腔室46与后部排放口12b相连通。

结果，所述提前腔室中的液压增加，并且相反地，所述延迟腔室中液压下降。叶片转子2在提前方向上相对于制动蹄壳体1旋转，从而凸轮轴3的旋转相位被提前。所述以上提前操作将在下面更详细地进行描述。

当所述泵压大于所述提前腔室中的液压时，止回阀18打开，使得所述工作流体流入到所述提前腔室中，如图3B所示。结果，叶片转子2在提前方向上相对于制动蹄壳体1旋转，使得凸轮轴3的旋转相位被提前。

当所述提前腔室中的液压变得大于所述泵压时，止回阀18关闭以避免工作流体朝向所述油泵逆向流动。叶片转子2的旋转相位因为所述工作流体的逆向流动产生的波动能够被约束。

（相位保持的说明）

当保持凸轮轴3的提前位置时，所述ECU控制供应到致动器6的供应电流，使得阀芯6封闭提前口13和延迟口14。因而通过封闭提前口13和延迟口14，所述提前腔室和延迟腔室中的液压保持恒定，从而保持凸轮轴3的提前位置。

（延迟操作的说明）

当使凸轮轴3延迟时，所述ECU降低供应到电动致动器6的供应电流。驱动轴6a和阀芯8向前移动。泵口11通过第一贯穿口41、阀芯通道15和第二贯穿口43与延迟口14相连通。提前口13通过圆周沟槽42与前排放口12a相连通。

结果，所述延迟腔室中的液压增加，并且相反地，所述提前腔室中液压下降。叶片转子2在延迟方向上相对于制动蹄壳体1旋转，从而凸轮轴3的旋转相位被延迟。所述以上延迟操作将在下面更详细地进行描述。

当所述泵压大于所述延迟腔室中的液压时，止回阀18打开，从而所述工作流体流入所述延迟腔室中。结果，叶片转子2在延迟方向上相对于制动蹄壳体1旋转，从而凸轮轴3的旋转相位被延迟。

当所述延迟腔室中的液压变得大于所述泵压时，止回阀18关闭以避免工作流体朝向所述油泵逆向流动。叶片转子2的旋转相位因工作流体逆向流动产生的波动能够被约束。

（实施方式的优点）

如图3B所示，当止回阀18打开时，在所述线圈之间保证多个流动通道间隙。因而，所述工作流体的压力损失能够减小并且所述VVT控制器的响应性能够被改进。

如图3A所示，当产生所述工作流体的逆向流动时，止回阀18在它的大面积处接收所述逆向流动。因而，所述工作流体的逆向流动在止回阀18的关闭方向上能够被用作推力。止回阀18的阀关闭响应性和所述VVT控制器的响应性能够被改进。

滑动塞16具有流动方向改变部分17，它将流体流动方向从径向方向改变到轴向方向。来自泵口11的工作流体由流动方向改变部分17引入到阀芯通道15中。如图3B中的箭头“X”所示，所述工作流体流动方向改变成指向止回阀18的轴向流动方向。因而，所述工作流体流动方向与止回阀18的阀打开方向相重合。因为这个原因，止回阀18的阀打开响应性被提高，因而所述VVT控制器的响应性也被提高。

止回阀18保持在形成于阀芯通道15的内壁表面上的环形台阶19和流动方向改变部分17的环状部分17a之间。因而止回阀18能够用简单的构造和低的成本固定在阀芯18中。

在止回阀18中，每个线圈的横截面都是矩形的，它具有与止回阀18的轴向方向相正交的平坦表面。当产生逆向流动时，每个线圈的平坦表面接收所述逆向流动。因而，所述工作流体的逆向流动在止回阀18的关闭方向上能够用作推力。止回阀18的阀关闭响应性能够被改进。

止回阀18是具有多个线圈的圆锥形螺旋弹簧阀。当产生逆向流动时，每个线圈接收所述逆向流动。因而，所述工作流体的逆向流动在止回阀18的关闭方向上能够被用作推力。止回阀18的阀关闭响应性能够被改进。（修改）

止回阀18的线的横截面可以是圆形的或椭圆形的。止回阀18可以是圆柱形螺旋弹簧阀。滑动塞16通过拧紧螺纹或焊接固定到阀芯8。代替电动致动器6，能够使用流体致动器驱动阀芯8。所述VVT控制器可以用来调整排气凸轮轴的和/或进气凸轮轴的旋转相位。

Claims (4)

1.一种气门正时控制器，所述气门正时控制器相对于内燃机的曲轴改变凸轮轴的旋转相位，包括：

可变凸轮轴正时机构（4），所述可变凸轮轴正时机构（4）通过使用提前腔室中的压力和延迟腔室中的压力之间的液压差调整所述凸轮轴（3）的旋转相位；

油流控制阀（5），所述油流控制阀（5）控制所述液压差；以及

电动致动器（6），所述电动致动器（6）驱动所述油流控制阀（5），其中，

所述油流控制阀（5）设有

套筒（7），所述套筒（7）具有增压工作流体通过其被引入所述套筒（7）中的泵口（11），与排放空间相连通的排放口（12a、12b）、与提前腔室相连通的提前口（13）和与延迟腔室相连通的延迟口（14），以及

阀芯（8），所述阀芯（8）在它的轴向方向上可滑动地容纳在所述套筒（7）中以便调整每个口的连通状态；

所述阀芯（8）限定阀芯通道（15），所述工作流体通过所述阀芯通道（15）流向所述提前口（13）和延迟口（14）；

所述阀芯（8）设有滑动塞（16），所述滑动塞（16）封闭所述阀芯通道（15）的一端并且与所述电动致动器（6）的驱动轴（6a）相接触；

所述滑动塞（16）具有流动方向改变部分（17），所述流动方向改变部分（17）将流体流动方向从径向方向改变到轴向方向，因而所述工作流体被引入到所述阀芯通道（15）中；

止回阀（18）设置在所述阀芯通道（15）中以使得所述止回阀（18）允许流体从所述流动方向改变部分（17）流向所述阀芯通道（15）并且禁止流体从所述阀芯通道（15）流向所述流动方向改变部分（17）；

所述止回阀（18）是具有多个线圈的螺旋弹簧阀；以及

每个所述线圈形成为使得在它们的轴向方向上相互接触。

2.根据权利要求1所述的气门正时控制器，其特征在于，

所述止回阀（18）的每个线圈具有矩形横截面，它的平坦表面与所述止回阀（18）的轴向方向相正交。

3.根据权利要求1或2所述的气门正时控制器，其特征在于，

所述止回阀（18）是圆锥形的螺旋弹簧阀，它的外直径沿着与所述滑动塞相反的方向减小。

4.根据权利要求1或2所述的气门正时控制器，其特征在于，

所述止回阀（18）保持在形成于所述阀芯通道（15）的内壁表面上的环形台阶（19）和所述流动方向改变部分（17）之间。

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