CN109372605A - 一种中置式vvt系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中置式VVT系统，包括执行器、相位器与机油控制阀，所述执行器的中央设有推杆，所述的推杆和位于机油控制阀端部的阀芯顶盖接触，所述的机油控制阀通过中央螺栓本体与相位器内的转子连接，所述推杆伸出端的端部设有钢球，所述的钢球能够与阀芯顶盖中央的凹坑匹配；所述转子的叶片上设有锁紧装置；所述机油控制阀的末端设有滤网。本发明通过增加滤网和减少油道长度，提高了整个系统的使用可靠性和精度；同时，采用部件相对悬浮式工作，实现了部件之间不接触的、无磨损的相对运动，使得产品使用寿命成倍提高；另外，由于采用了在转子上增加定位自锁装置，实现了定子和转子位置的高精度定位。

Description

一种中置式VVT系统

技术领域

本发明涉及一种发动机可变气门正时系统，尤其涉及一种中置式VVT系统。

背景技术

随着国家节能减排的要求日益加严，VVT技术(Variable Valve Timing，发动机可变气门正时技术)也由以前作为发动机特有技术变为燃油发动机的标配；同时随着中国汽车市场的爆发式增长，VVT技术的市场前景也十分乐观。由于中置式液压VVT系统的机油控制阀安装在相位器的转子内部，离相位器内部油腔比较近，工作过程中油道中沿程油压损失小，相对于传统分体式VVT系统响应速度更快，因此在欧美，日本以及国内合资汽车企业逐步开始成规模的使用中置式液压VVT系统。同时，国内外汽车零部件企业对于中置式VVT系统的研究方兴未艾，投入了大量的人力，物力进行研究。

CN 203499748U的专利提供了一种中置式VVT系统，包括有凸轮相位调节机构，固定在凸轮相位调节机构的凸轮轴上的中央阀体机构和设置于中央阀体机构后端的电磁阀机构。该方案能够缩短机油在整个系统中的油路通道，降低了机油的泄露量，更能有效的提高凸轮相位机构的响应速度和实现更优的控制精度，降低机油用量。

然而，在该中置式VVT系统中，存在着以下不足：为了尽量减少内泄露量，机油控制阀各个组件的公差配合控制的范围极小，因此对机油的清洁度要求非常高，当前的液压油直接进入机油控制阀内部，很容易因清洁度问题导致阀芯卡死失效；通过执行器的推杆推动机油控制阀的阀芯来实现凸轮轴上凸轮相对角度，然而机油控制阀安装在相位器的转子内部，相位器与凸轮轴联接在一起。当推杆动作顶住阀芯时，阀芯与推杆之间会发生相对运动,随着推杆的频繁动作以及时间的推移导致推杆阀芯之间会有磨损,然而随着推杆和阀芯磨损的加剧但两者之间没有自动补偿，调节的提前角或者滞后角随之出现偏差，导致VVT系统的效能逐渐降低；当转子相对定子转过一定角度后，相位器左右两侧油腔油压实现平衡，转子和定子需要保持在该相对位置，因此，通常VVT介入调节后，大部分时间会工作在某一角度的动态稳定位置，然而，由于油道以及相对位置的差异，控制在某个位置的精度欠佳。当前存在的问题始终困扰着中置式系统的可靠性和使用寿命。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种中置式VVT系统，解决了当前中置式VVT系统中出现的阀芯卡死，执行器推杆与阀芯配合工作时出现相对磨损的问题，及整个系统相对位置精度控制不佳的问题。

技术方案：本发明包括执行器、相位器与机油控制阀，所述执行器的中央设有推杆，所述的推杆和位于机油控制阀端部的阀芯顶盖接触，所述的机油控制阀通过中央螺栓本体与相位器内的转子连接，所述推杆伸出端的端部设有钢球，所述的钢球能够与阀芯顶盖中央的凹坑匹配；所述转子的叶片上设有锁紧装置。

所述机油控制阀的末端设有滤网，滤网的孔径为160～200μm，能够将98％以上的杂质过滤掉，保证VVT系统的工作稳定性。

所述的机油控制阀包括中央螺栓本体和位于其内部的阀芯，所述阀芯的端部连接有阀芯顶盖，阀芯外圈套有第一支撑套筒和第二支撑套筒，所述的第一支撑套筒与第二支撑套筒之间设有后端弹簧，第二支撑套筒和阀芯之间设有前端弹簧。

所述后端弹簧的刚度为前端弹簧的一半，在受力压缩时，后端弹簧先压缩。

所述阀芯顶盖的中央设有凹坑，所述的凹坑底部与液压油孔C连接，凹坑的底部还设有溢流槽，钢球与阀芯顶盖的凹坑配合在一起,同时在溢流槽的作用下,避免了钢球与阀芯的刚性撞击,延长了系统的使用寿命。

所述的液压油孔C与阀芯的油道相通。

所述中央螺栓本体的外侧还连接有凸轮轴，所述的凸轮轴通过中央螺栓本体与转子固定，确保转子与凸轮轴同步转动。

有益效果：本发明通过增加滤网和减少油道长度，提高了整个系统的使用可靠性和精度；同时，采用部件相对悬浮式工作，实现了部件之间不接触的、无磨损的相对运动，使得产品使用寿命成倍提高；另外，由于采用了在转子上增加定位自锁装置，实现了定子和转子位置的高精度定位。

附图说明

图1为本发明的执行器主视图；

图2为本发明的相位器和机油控制阀主视图；

图3为图2所示的A-A剖视图；

图4为本发明的定子和转子工作状态示意图；

图5为本发明的VVT系统初始位置状态示意图；

图6为本发明的VVT系统第一工作状态示意图；

图7为本发明的VVT系统锁止状态工作示意图；

图8为本发明的VVT系统第二工作状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图8所示，本发明包括执行器外壳1；电磁螺线管2；推杆3；钢球31；磁芯4；链轮5；定子凸出部51；第一支撑盖板6；机油控制阀7；第二支撑盖板8；转子9；转子叶片91；凸轮轴10；卡簧11；滤网12；第一支撑套筒13；后端弹簧14；第二支撑套筒15；前端弹簧16；中央螺栓本体17；阀芯18；阀芯顶盖19；溢流槽191；锁紧装置20；左油腔21和右油腔22。

如图1所示，执行器包括执行器外壳1，电磁螺线管2和推杆3，推杆3伸出端的端部上旋铆有钢球31，钢球31可以在旋铆的空间内自由转动，并与阀芯顶盖19上的凹坑相匹配，同时在溢流槽191的作用下,避免了钢球31与阀芯18的刚性撞击,延长了系统的使用寿命。

如图2至图4所示，相位器由链轮5，第一支撑盖板6，第二支撑盖板8，转子9和螺栓组成。转子9与链轮5组合在一起，链轮9安装在第一支撑盖板6和第二支撑盖板8之间，4个螺栓将链轮5，第一支撑盖板6，第二支撑盖板8和转子9组合成一个整体。转子9上设有数个叶片，在某个叶片上设有锁紧装置20，链轮5采用链轮与定子一体式结构，在链轮5内侧设有与转子9的叶片相同数量的定子凸出部51。转子叶片91将两个定子凸出部51之间的区域分隔成左油腔21和右油腔22，在转子9上设有进油口A和进油口B,分别对应着两个油腔。

机油控制阀7包括第一支撑套筒13，第二支撑套筒15，中央螺栓本体17，阀芯18与阀芯顶盖19。第一支撑套筒13和第二支撑套筒15之间设有后端弹簧14，第二支撑套筒15和阀芯18之间设有前端弹簧16，其中，后端弹簧14的刚度为前端弹簧16的一半甚至更小，在受力压缩时，后端弹簧14先压缩。阀芯顶盖19内设有液压油孔C、与钢球31相适配的凹坑及溢流槽191，液压油孔C与阀芯18的油道相通。阀芯18上设有右油腔22进油孔A2和左油腔21进油孔T。中央螺栓本体17设有右油腔22的连接孔A1和左油腔21的进油孔B1。第二支撑套筒15开有油孔D，阀芯18中间设有中心油孔、油孔A2和T。第一支撑套筒13的末端设有机油滤网12，试验表明，滤网12的孔径为160～200μm，能够将98％以上的杂质过滤掉，保证VVT系统的工作稳定性。

具体工作过程为：

当前VVT系统所有的调节工作都是通过液压来完成，为保证VVT及时、准确的工作，必须保证发动机壳体内油压工作的稳定性。为此，配有VVT调节系统的发动机均有单独的VVT油路。机油从发动机油壳底部的机油泵送到凸轮轴10，而后经过执行器按照ECU的指令，通过推杆3推动机油控制阀7的阀芯18改变轴向位置来调节机油进入相位器内部空腔的机油量和机油流入以及流出方向，使转子叶片91相对定子或者链轮5转动，从而实现对配气相位的调节及控制。

在相位器中，其中转子9与凸轮轴10通过中央螺栓本体17固定在一起，转子9与凸轮轴10的转动是同步的，而链轮5或定子与曲轴的转动是同步的，因此，当转子9在机油控制阀的作用下，相对于链轮5有相对转动时，就实现了凸轮轴10相对于曲轴做正时提前或者滞后运动。

在VVT系统中，机油控制阀7为一种比例控制阀，即阀芯18的轴向移动位置与汽车ECU向执行器线圈提供的PWM占空比的大小成比例。当PMW占空比逐渐加大时，线圈电磁力逐渐加大，推杆3在电磁螺线管2中移动并克服弹簧力，推动阀芯18向前移动；PMW占空比逐渐减小时，阀芯18在弹簧力的作用下复位。阀芯18在轴向移动过程中，与中央螺栓本体17配合实现了液压油路的切换，从而实现了对机油控制阀7的进油和出油方向及流量进行控制。

如图5所示，当中置式VVT系统处于初始位置状态时，执行器的电磁螺线管2未接收到ECU的动作指令，此时PMW占空比为0，磁芯4没有产生磁力，推杆3停留在初始位置；液压油从凸轮轴10上的P孔进入机油控制阀7的阀芯18内，然后通过阀芯18上的中心孔，从阀芯顶盖19上的C孔流出，回到发动机油壳底部。此时相位器内的转子叶片91相对于链轮5处于中心位置，如图4所示。

如图6所示，当中置式VVT系统处于第一工作状时，执行器的电磁螺线管2接收到ECU的动作指令,PMW占空比逐渐增大时，执行器中的磁芯4产生磁力，推杆3带着钢球31向右运动,推动阀芯18也向右运动，后端弹簧14和前端弹簧16被压缩，由于后端弹簧14的弹性系数较小，因此先于前端弹簧16被压缩。钢球31与阀芯顶盖19的凹坑配合在一起,同时在溢流槽191的作用下,钢球31避免了与阀芯18的刚性撞击,延长了系统的使用寿命。此时C孔被钢球堵住，VVT系统的液压油沿着P孔，阀芯18上的中心孔，油孔A2,油孔A1,油孔A的方向进入右油腔22。随着液压油量的增多，相位器中的右油腔22压力逐渐加大，在锁紧装置20被解除锁定后，克服凸轮轴10的摩擦转矩以及相位器转子9的摩擦转矩，转子9相对链轮5作逆时针转动，凸轮轴10向正时提前方向调节，进气门提前打开；此时左油腔21的液压油经油孔B，油孔B1，中央螺栓本体17与阀芯18的间隙，油孔A1和油孔A进入右油腔22，提升了系统的整体响应速度；油孔T被第二支撑套筒15关闭，无液压油通过。

如图7所示，当中置式VVT系统处于锁止状态时，执行器的电磁螺线管2接收到ECU的动作指令,PMW占空比逐渐减小，执行器中的磁芯4产生磁力，推杆3带着钢球31向左复位，阀芯18也向左做复位运动，第二支撑套筒15在后端弹簧14作用下也随着阀芯18一起运动，阀芯18上的油孔T被打开，伴随着油孔D完全打开且与油孔B1,左油腔21的油孔B接通时，液压油进入左油腔21，此时左油腔21与右油腔22内的液压油压力相等，即转子9的叶片两端压力平衡，此时在锁紧装置20的作用下，中置式VVT系统处于动态平衡，使得正时系统保持着第一或第二种工作状态不变。

如图8所示，当中置式VVT系统处于第二工作状态时，执行器的电磁螺线管2接收到ECU的动作指令,PMW占空比逐渐增大到极值时，执行器中的磁芯4产生最大磁力，推杆3带着钢球31向右运动,推动阀芯18也向右运动至最远距离，后端弹簧14被压缩至一定间隙，而前端弹簧16被压缩至极限位置。此时有两条油路向左油腔21供油，以实现VVT系统快速响应的目标：第1条油路为：机油通过油孔A2，阀芯18，中央螺栓本体17和第二支撑套筒15组成的油腔，油孔B1和油孔B，到达左油腔21；第2条油路为：机油通过油孔T，阀芯18，中央螺栓本体17和第二支撑套筒15组成的油腔，油孔B1和油孔B，到达左油腔21。右油腔22的机油在压力作用下，沿着油孔A,油孔A1进入机油循环回路中。随着液压油量的增多，相位器中左油腔21的压力逐渐加大，在锁紧装置20被解除锁定后，克服凸轮轴10的摩擦转矩以及相位器转子9的摩擦转矩后，转子9相对链轮5顺时针转动，凸轮轴向正时提前方向调节，进气门提前关闭。

Claims (7)

1.一种中置式VVT系统，包括执行器、相位器与机油控制阀(7)，所述执行器的中央设有推杆(3)，所述的推杆(3)和位于机油控制阀(7)端部的阀芯顶盖(19)接触，所述的机油控制阀(7)通过中央螺栓本体(17)与相位器内的转子(9)连接，其特征在于，所述推杆(3)伸出端的端部设有钢球(31)，所述的钢球(31)能够与阀芯顶盖(19)中央的凹坑匹配；所述转子(9)的叶片上设有锁紧装置(20)。

2.根据权利要求1所述的一种中置式VVT系统，其特征在于，所述机油控制阀(7)的末端设有滤网(12)。

3.根据权利要求1或2所述的一种中置式VVT系统，其特征在于，所述的机油控制阀(7)包括中央螺栓本体(17)和位于其内部的阀芯(18)，所述阀芯(18)的端部连接有阀芯顶盖(19)，阀芯(18)外圈套有第一支撑套筒(13)和第二支撑套筒(15)，所述的第一支撑套筒(13)与第二支撑套筒(15)之间设有后端弹簧(14)，第二支撑套筒(15)和阀芯(18)之间设有前端弹簧(16)。

4.根据权利要求3所述的一种中置式VVT系统，其特征在于，所述后端弹簧(14)的刚度为前端弹簧(16)的一半。

5.根据权利要求1所述的一种中置式VVT系统，其特征在于，所述阀芯顶盖(19)的中央设有凹坑，所述的凹坑底部与液压油孔C连接，凹坑的底部还设有溢流槽(191)。

6.根据权利要求5所述的一种中置式VVT系统，其特征在于，所述的液压油孔C与阀芯(18)的油道相通。

7.根据权利要求1所述的一种中置式VVT系统，其特征在于，所述中央螺栓本体(17)的外侧还连接有凸轮轴(10)，所述的凸轮轴(10)通过中央螺栓本体(17)与转子(9)固定。