CN103075221B - 流体压力操纵的气门正时控制器 - Google Patents

Abstract

一种流体压力操纵的气门正时控制器，包括：外转子(10)；内转子(20)；和螺旋弹簧(50、2050、3050、4050)，借助使元件线(52)呈螺旋状地延伸来构造出螺旋弹簧。根据内转子相对于外转子沿着变形方向的滑动旋转，在螺旋弹簧扭曲变形时，螺旋弹簧沿着偏压方向偏压内转子。螺旋弹簧具有弯曲部分(524、2524、3524)，该弯曲部分被弯曲成沿着径向伸出。螺旋弹簧的弯曲部分与元件线的一部分相线性接触，该一部分元件线设置成沿着径向邻近弯曲部分。

Description

流体压力操纵的气门正时控制器

技术领域

本发明涉及一种流体压力操纵的气门正时控制器。

背景技术

JP-2011-69316A(US2011/0073056)公开了一种流体压力操纵的气门正时控制器，它具有：外转子，它与曲轴一起旋转；和内转子，它与外转子内部的凸轮轴一起旋转。内转子在外转子内限定出工作室，及这些工作室沿着圆周方向布置。借助工作流体流入/流出这些工作室，内转子相对于外转子沿着圆周方向可滑动地旋转，因此根据内转子和外转子之间的相对旋转可以控制气门正时。

气门正时控制器具有元件线，该元件线呈螺旋状地延伸从而形成螺旋弹簧。该线的最外侧圆周部分由外转子来支撑，及该线的最内侧圆周部分由内转子来支撑。借助内转子相对于外转子沿着变形方向进行旋转，螺旋弹簧扭曲变形，因此相对于外转子，沿着与变形方向相对的偏压方向，偏压内转子。因此，在发动机停止的情况下，在工作流体停止供给到这些工作室中时，螺旋弹簧使内转子相对于外转子沿着偏压方向进行旋转。因此可以强制实现适合于发动机起动的气门正时

一般地，发动机由于旋转而具有振动，并且振动频率由于发动机旋转速度的增大而增大。如果振动频率增大到等于螺旋弹簧振动的自然频率，那么在螺旋弹簧内将产生共振。其结果是，施加到螺旋弹簧中的应力快速增大，并且螺旋弹簧可以具有故障如弯曲或者破裂。

由于元件线呈螺旋状延伸，因此一部分线设置成沿着径向与另一部分线相邻近。借助只使最外侧圆周部分沿着径向向内，该一部分线和该另一部分线刚好接触，并且在螺旋弹簧扭曲变形时，容易相互分开。在这种情况下，螺旋弹簧的自然频率减小了，并且在螺旋弹簧内变得容易产生共振。

而且，在最外侧圆周部分沿着径向在接触位置上向内时，该元件线可以在不同于接触位置的位置上沿着径向向外张紧，并且容易产生过大的应力。

此外，在最外侧圆周部分沿着径向向内时，沿着径向把不必要的力施加到最内侧圆周部分上，该最内侧圆周部分由内转子来支撑。这时，在内转子和外转子之间所产生的接触阻力增大了，并且气门正时的响应度可以被降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种流体压力操纵的气门正时控制器，它具有较高的耐疲劳度(endurance)和较高的响应度。

根据本发明的例子，流体压力操纵的气门正时控制器控制由从使用工作流体的内燃机的曲轴传递到凸轮轴中的扭矩来打开/关闭的气门的气门正时，并且包括外转子、内转子和螺旋弹簧。外转子可与曲轴同步旋转。内转子可与凸轮轴同步旋转，并且沿着圆周方向把外转子的内部空间分隔成若干工作室。利用工作流体相对于这些工作室的流动，使内转子相对于外转子沿着圆周方向可滑动地旋转。借助使元件线呈螺旋状地延伸，构造出螺旋弹簧。元件线具有：最外部圆周部分，它在第一位置上由外转子来支撑；及最内部圆周部分，它在第二位置上由内转子来支撑。圆周方向具有变形方向和相互相对的偏压方向。根据内转子相对于外转子沿着变形方向的旋转，借助扭曲变形，螺旋弹簧相对于外转子沿着偏压方向偏压内转子。螺旋弹簧具有弯曲部分，该弯曲部分被弯曲成在第一位置和第二位置之间沿着径向伸出，及螺旋弹簧的弯曲部分与元件线的一部分相线性接触，该一部分元件线设置成沿着径向邻近弯曲部分。

相应地，流体压力操纵的气门正时控制器具有较高的耐疲劳度(endurance)和较高的响应度。

附图说明

参照附图所进行的下面详细描述使得本发明的上面目的、特征和优点和其他目的、特征和优点变得更加清楚。在附图中：

图1是示出了第一实施例的气门正时控制器的横剖视图；

图2是沿着图1的线II-II所截取的横剖视图；

图3是沿着图1的线III-III所截取的横剖视图；

图4是示出了第二实施例的气门正时控制器的横剖视图；

图5是示出了第三实施例的气门正时控制器的横剖视图；

图6是示出了第四实施例的气门正时控制器的横剖视图。

具体实施方式

之后参照附图来描述本公开的实施例。在这些实施例中，与前面实施例所描述的内容相对应的零件可以用相同的标号来表示，及省略了对该零件的重复解释。在实施例中只描述一部分结构时，另一个前面的实施例可以应用到该结构的其他零件中。即使没有明确地描述这些零件可以结合使用，但是这些零件也可以结合起来使用。即使没有明确地描述这些实施例可以结合使用，但是这些实施例可以部分地结合使用，只要在结合中没有损害就行。

(第一实施例)

根据第一实施例的气门正时控制器1应用到机动车的内燃机中。控制器1设置在传动系中，在该传动系中，发动机的扭矩从曲轴(未示出)传递到凸轮轴2。使用工作流体如油，气门正时控制器1控制排气门的气门正时，该排气门由凸轮轴2来驱动。

如图1和2所示，气门正时控制器1具有外转子10和内转子20，并且借助改变内转子20相对于外转子10的旋转相位来控制气门正时。外转子10和内转子20具有共同的圆周方向、共同的径向和共同的轴向。而且，内转子20相对于外转子10的旋转相位可以称为转子10和20之间的旋转相位。

外转子10包括：壳体12，该壳体12具有链轮齿124；后板13；和前板14，而后板13和前板14沿着轴向各自被紧固到壳体12的端部上。外转子10可以称为链轮壳体。

壳体12具有边缘壁120、以相等间隔沿着圆周方向进行布置的若干支撑垫块122和链轮齿124。每个支撑垫块122从边缘壁120的内表面沿着径向向内地伸出。在沿着圆周方向设置成相互邻近的邻近支撑垫块122之间限定出容纳室30。

每个链轮齿124沿着径向从壁120向外伸出，及这些齿124沿着圆周方向以均匀的间隔进行设置。定时链(没有示出)布置在链轮齿124和曲轴的齿之间，因此壳体12与曲轴相连接。在发动机旋转时，来自曲轴的发动机扭矩输出通过定时链被传递到壳体12中，及外转子10响应曲轴的旋转而沿着图2的顺时针方向进行旋转。

内转子20共轴线地设置在外转子10内的板13和14之间。内转子20可以称为叶片转子。内转子20包括旋转轴200和若干叶片202。圆柱形旋转轴200被安装在外转子10内，及轴200的第一端可滑动地与前板14相接触。旋转轴200的第二端经过后板13的中心(主)孔132从外转子10向外伸出，因此限定出了伸出部204，该伸出部204共轴线地与凸轮轴2紧固在一起。内转子20相对于外转子10沿着圆周方向在两侧可旋转，同时内转子20与凸轮轴2一起沿着图2的顺时针方向被旋转。

每个叶片202沿着圆周方向以均匀的间隔从轴200沿着径向向外地伸出，并且被安装在相应的室30内。叶片202沿着轴向的两端各自可滑动地与板13和14相接触。叶片202沿着径向的伸出侧端部可滑动地接触壳体12的内圆周部分。

每个叶片202沿着圆周方向隔开容纳室30，因此限定出了提前室32和延迟室33。工作流体各自经过提前通道34和延迟通道35流入到提前室32和延迟室33或者从提前室32和延迟室33中流出。

当工作流体通过提前通道34(该通道34穿过旋转轴200)而被加入到提前室32时，产生了旋转扭矩，从而使内转子20相对于外转子10沿着提前方向Da旋转。另一方面，当工作流体通过延迟通道35(该通道35穿过旋转轴200)被加入到延迟室33时，产生了旋转扭矩，从而使内转子20相对于外转子10沿着延迟方向Dr旋转。

这些叶片202中的一个(称为预定叶片202a)包括锁紧件22和锁紧弹簧24。如图1所示那样，锁紧件22具有柱式销形状，并且由锁紧弹簧24来偏压。锁紧件22被安装到在后板13中所限定出的圆柱形锁紧孔140中，从而锁紧内转子20。因此，内转子20变得相对于外转子10不可能具有相对旋转。当内转子20被锁紧时，转子10和20之间的旋转相位作为锁紧相位被设定成图2的最大提前相位，在发动机停止时，该最大提前相位是最佳的。

另一方面，借助沿着圆周方向通过叶片202a在相互相对的室32和33中的至少一个内接受工作流体的压力，使锁紧件22从锁紧孔140中分离，因此取消了内转子20的锁紧。

在内转子20被解除锁定时，当工作流体被加入到每个提前室32中并且从每个延迟室33中排出时，内转子20相对于外转子10沿着提前方向Da进行旋转。其结果是，沿着提前方向改变了转子10、20之间的旋转相位，并且相应地使气门正时提前了。

在内转子20被解除锁紧时，在工作流体被加入到每个延迟室33中并且从每个提前室32中排出时，内转子20相对于外转子10沿着延迟方向Dr进行旋转。其结果是，沿着延迟方向改变了转子10、20之间的旋转相位，并且相应地使气门正时延迟。

气门正时控制器1还包括具有外制动器18和螺旋弹簧50的偏压组件5，如图1和3所示那样，从而向着锁紧相位偏压内转子20。由金属所形成的外转子10具有外制动器18，该制动器18沿着轴向远离壳体12地从后板13伸出。外制动器18设置成沿着径向偏离转子10和20的共同旋转中心Cr一个预定距离，并且具有柱形销形状。

绕着由金属所形成的内转子20的轴200的突出部204布置螺旋弹簧50。螺旋弹簧50可以是扭簧，该扭簧借助在基本上相同的平面内呈螺旋状地缠绕金属元件线52(metal element wire)来限定出。螺旋弹簧50以这样的方式来布置，以致螺旋弹簧50的中心Cs与转子10和20的旋转中心Cr相对应。螺旋弹簧50沿着轴向接触与壳体12相对的后板13的外端表面130。

螺旋弹簧50的最内部圆周部分520沿着径向从外侧包围突出部204。最内部圆周部分520的尖端520a被弯曲从而具有沿着径向向内的L形状，并通过安装到安装孔204a中由内转子20来支撑，其中安装孔204a在突出部204内限定出。尖端520a可以与第一位置相对应。

螺旋弹簧50的最外部圆周部分522沿着径向被布置在后板13的外端表面130的外边缘130a的内侧上。因此，整个螺旋弹簧50沿着径向被安装在外边缘130a的内侧上。最外部圆周部分522的尖端522a沿着径向向外弯曲，从而具有U形形状，并且外制动器18与U形尖端522a的内部安装在一起。因此，尖端522a由外转子10来支撑。尖端522a可以与第二位置相对应。

如图3所示那样，借助使元件线52弯曲从而沿着径向向外伸出，螺旋弹簧50具有弯曲部分524。弯曲部分524设置在由外转子10所支撑的尖端522a和由内转子20所支撑的尖端520a之间。弯曲部分524具有拱形形状，它平滑地弯曲从而沿着径向向外伸出。这个实施例的弯曲部分524被形成为，在弯曲部分524和最外部圆周部分522沿着径向设置成相互邻近时，沿着圆周方向在预定角度范围内与最外部圆周部分522相线性接触。

对于转子10和20之间的旋转相位而言，在所有的可移动范围内，最内部圆周部分520由内转子20来支撑，而最外部圆周部分522由外转子10来支撑。因此，根据转子10和20之间的旋转相位，借助扭转变形，在其内弯曲部分524和最外部圆周部分522沿着径向相互线性接触的螺旋弹簧50产生了恢复力。

其结果是，内转子20受到在螺旋弹簧50内所产生的、作为沿着提前方向Da进行偏压的偏压力的恢复力。即，在螺旋弹簧50根据内转子20相对于外转子10的旋转沿着延迟方向Dr(变形方向)具有扭转变形时，沿着提前方向Da(偏压方向)偏压内转子20。

根据第一实施例，元件线52的最外部圆周部分522由外转子10来支撑，而元件线52的最内部圆周部分520由内转子20来支撑。在尖端522a和尖端520a之间沿着径向弯曲从而向外伸出的弯曲部分524与最外部圆周部分522相线性接触，该圆周部分522沿着径向设置成邻近弯曲部分524。

因此，承受发动机振动的元件线52的长度在尖端522a、520a和接触位置之间变得较短，其中在该接触位置上，弯曲部分524和最外部圆周部分522相互线性接触。因此，螺旋弹簧50的振动的原有自然频率增大了。相应地，即使借助提高发动机的旋转速度，在发动机内使该振动频率增大了，但是可以限制螺旋弹簧50具有共振，因为事先使螺旋弹簧50具有比针对发动机所估计的最大值还大的振动原有自然频率。

根据该实施例，由于弯曲部分524而变成不需要使最外部圆周部分522沿着径向向内。相应地，限制元件丝52承受过多的应力，并且借助消除把不需要的力沿着径向施加到最内部圆周部分520上，限制转子10和20之间的接触阻力增大。

借助限制共振和过多的应力，提高了螺旋弹簧50的耐疲劳度。此外，借助减小转子10和20之间的阻力，可以减小转矩损失。因此，可以提高气门正时的响应度。

如图3所示那样，弯曲部分524具有第一端524a和第二端524b，及在第一端524a和第二端524b之间限定出平滑弯曲的拱形形状。因此，在弯曲部分524的两端524a和524b上可以减小曲率变化。因此，在螺旋弹簧50扭曲变形时，限制弯曲部分524的两端524a和524b具有过大的应力。相应地，可以大大地提高螺旋弹簧50的耐用性。

此外，偏压组件5的螺旋弹簧50沿着径向布置在内侧，而不是布置在外转子10的外端表面130的外边缘130a上。因为借助弯曲部分524和最外部圆周部分522之间的线性接触结构，限制了元件线52沿着径向向外张紧，所以限制了螺旋弹簧50沿着径向从外边缘130a向外伸出。因此，也可以减小气门正时控制器1的尺寸大小，同时获得较高的耐用性和较高的响应度。

(第二实施例)

参照图4来描述是第一实施例的改进例子的第二实施例。偏压组件2005的螺旋弹簧2050具有弯曲部分2524，通过在最外部圆周部分522的尖端522a和最内部圆周部分520的尖端520a之间的位置上弯曲元件线52从而沿着径向向内伸出，来限定出该弯曲部分2524。

弯曲部分2524具有平滑的拱形形状，并且与最内部圆周部分520相线性接触，而该圆周部分520沿着径向设置成邻近弯曲部分2524。弯曲部分2524和最内部圆周部分520相互线性接触的接触位置设置在沿着圆周方向的预定位置上。

螺旋弹簧2050产生了恢复力，根据在弯曲部分2524和最内部圆周部分520处于相互线性接触的状态下转子10和20之间的旋转相位，该恢复力偏压内转子20。因此，在第二实施例中大约可以获得与第一实施例相同的优点。

(第三实施例)

参照图5来描述第三实施例，该第三实施例是第一实施例的改进例子。偏压组件3005的螺旋弹簧3050具有若干(例如三个)弯曲部分3524，通过在位于最外部圆周部分522的尖端522a和最内部圆周部分520的尖端520a之间的位置上弯曲元件线52从而沿着径向向外伸出，限定出该若干弯曲部分。每个弯曲部分3524具有平滑的拱形形状，并且与最外部圆周部分522相线性接触，该部分522沿着径向设置成邻近弯曲部分3524。弯曲部分3524和最内部圆周部分520在此相互线性接触的接触位置设置在沿着圆周方向的预定位置上。

螺旋弹簧3050产生了恢复力，根据在弯曲部分3524和最外部圆周部分522处于相互线性接触的状态下转子10和20之间的旋转相位，该恢复力偏压内转子20。

因此，承受发动机振动的元件线52的长度在线性接触位置之间可以形成得较短，其中在这些线性接触位置上，弯曲部分3524和最外部圆周部分522相互接触。此外，承受发动机振动的元件线的长度在尖端522a、520a和线性接触位置之间可以形成得更短，而该线性接触位置设置成沿着圆周方向紧紧邻近尖端522a、520a。因此，螺旋弹簧3050振动的原有自然频率可以可靠地增大，从而限制共振。相应地，可以获得较高的耐疲劳度。

(第四实施例)

参照图6来描述第四实施例，该第四实施例是第一实施例的改进例子。除了螺旋弹簧4050和外制动器18之外，偏压组件4005还包括支撑件4019。支撑件4019具有柱形销形状，它远离壳体12地沿着轴向从外转子10的后板13向外伸出。支撑件4019沿着径向与旋转中心Cr隔开一个预定间隔。沿着径向位于旋转中心Cr和支撑件4019之间的距离大于位于旋转中心Cr和外制动器18之间的距离。支撑件4019设置第三位置上，在延迟侧上，该第三位置沿着圆周方向偏离外制动器18。

偏压组件4005的螺旋弹簧4050的最外部圆周部分522具有支撑部分4526，该支撑部分通过使元件线52弯曲从而在沿着圆周方向从尖端522a移动到延迟侧上的位置上沿着径向向外伸出来限定出。支撑部分4526被弯曲从而具有沿着径向向外伸出的峰脊形状(crest shape)，及支撑件4019与峰脊形的支撑部分4526的内侧安装在一起。因此，支撑部分4526沿着径向从内侧通过支撑件4019由外转子10支撑。

此外，整个螺旋弹簧4050从外边缘130a沿着径向被装备在内侧上，因为支撑部分4526沿着径向被布置在内侧上，而不是布置在后板13的外端表面130的外边缘130a上。

此外，支撑部分4526设置在尖端522a和最外部圆周部分522的一部分之间，该最外部圆周部分522的一部分沿着圆周方向与弯曲部分524相线性接触。

根据第四实施例，由于支撑部分4526沿着径向从内侧由外转子10来支撑，因此在螺旋弹簧4050具有扭曲变形时，限制最外部圆周部分522沿着径向向内移动。

因此，借助沿着径向向外施加的张力，限制元件线52具有过大的应力。此外，限制最内部圆周部分520沿着径向承受不必要的力，因此可以限制转子10和20之间的接触阻力增大。相应地，可以获得较高的耐用性和较高的响应度。

(其他实施例)

本公开不局限于上面这些实施例，并且在没有脱离本公开的精神实质的情况下可以以其他方式来实施。

与第四实施例的支撑部分4526相类似，弯曲部分524、2524、3524可以具有峰脊形状。

而且，在第一、第三和第四实施例，弯曲部分524、3524可以与沿着径向设置在内侧上(而不是设置在最外部圆周部分522)的元件线52相线性接触。在第二实施例中，弯曲部分2524可以与沿着径向设置在外侧上(而不是设置在最内部圆周部分520上)的元件线52相线性接触。

此外，与第二实施例相类似，在第三和第四实施例中，弯曲部分524、3524可以沿着径向向内伸出。就第三实施例而言，所有的弯曲部分或者一些弯曲部分3524可以沿着径向向内伸出。

在第四实施例中，在从尖端522a沿着圆周方向移动的若干位置上可以限定出支撑部分4526。另外，在第四实施例中，最外部圆周部分522的一部分(没有被弯曲)可以沿着径向从内侧由支撑件4019来支撑。

螺旋弹簧50、2050、3050、4050可以被布置成沿着径向从沿着轴向邻近螺旋弹簧50、2050、3050、4050的、外转子10的外端表面130的外边缘130a向外伸出。

此外，在第一至第四实施例中，锁紧相位可以设定成位于最提前相位和最延迟相位之间的旋转相位。在这种情况下，在其内内转子20承受来自螺旋弹簧50、2050、3050、4050的偏压力的旋转相位范围可以被限制到从最提前相位或者最延迟相位到锁紧相位的范围中。

在第一到第四实施例中，由凸轮轴2来打开/关闭的气门可以是进气门，而不是排气门。在这种情况下，“提前”和“延迟”之间的关系颠倒了，并且沿着延迟方向Dr由螺旋弹簧50、2050、3050、4050来偏压内转子20。

这些改变和改进应该被理解成落入附加的权利要求书所限定的本公开范围内。

Claims (6)

1.一种流体压力操纵的气门正时控制器，所述控制器控制由从使用工作流体的内燃机的曲轴传递到凸轮轴中的扭矩来打开/关闭的气门的气门正时，该气门正时控制器包括：

外转子(10)，与曲轴一起旋转；

内转子(20)，与凸轮轴一起旋转，该内转子沿着圆周方向将外转子的内部空间分隔成若干工作室，利用工作流体相对于这些工作室的流动，使内转子相对于外转子沿着圆周方向可滑动地旋转，及

螺旋弹簧(50、2050、3050、4050)，借助使元件线(52)呈螺旋状地延伸来构造出所述螺旋弹簧，该元件线具有：最外部圆周部分(522)，在第一位置(522a)上由外转子来支撑；及最内部圆周部分(520)，在第二位置(520a)上由内转子来支撑，圆周方向具有变形方向和相互相对的偏压方向，其中：

在内转子相对于外转子沿着变形方向可滑动地旋转时，螺旋弹簧具有扭曲变形；

在螺旋弹簧具有扭曲变形时，螺旋弹簧相对于外转子沿着偏压方向偏压内转子；

螺旋弹簧具有弯曲部分，该弯曲部分被弯曲成在第一位置和第二位置之间沿着径向伸出，及

螺旋弹簧的弯曲部分与元件线的一部分相线性接触，该元件线的一部分设置成沿着径向邻近弯曲部分。

2.根据权利要求1所述的流体压力操纵的气门正时控制器，其特征在于，借助使螺旋弹簧的元件线弯曲，该弯曲部分具有弯曲拱形形状。

3.根据权利要求1所述的流体压力操纵的气门正时控制器，其特征在于，该弯曲部分是布置在第一位置和第二位置之间的若干弯曲部分中的一个。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的流体压力操纵的气门正时控制器，其特征在于，在沿着圆周方向偏离第一位置的第三位置(4019)上，最外部圆周部分沿着径向从内侧由外转子来支撑。

5.根据权利要求4所述的流体压力操纵的气门正时控制器，其特征在于，最外部圆周部分具有支撑部分(4526)，该支撑部分沿着径向从内侧由外转子来支撑，及

借助使元件线弯曲从而沿着径向向外伸出，限定出支撑部分。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的流体压力操纵的气门正时控制器，其特征在于，

外转子沿着轴向具有端表面(130)；及

螺旋弹簧从外转子的端表面的外边缘(130a)沿着径向布置在内侧上。