CN109424381A - 凸轮轴相位器 - Google Patents

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Abstract

一种凸轮轴相位器(12)，包括：输入构件(18)；输出构件(20)，其与输入构件(18)限定出提前腔室(42)和延迟腔室(44)；供给通道(78)；排放通道(146)；以及输出构件(20)内的阀芯(30)，其能在第一位置与第二位置之间移动。第一位置防止提前腔室(42)与排放通道(146)之间的连通，防止延迟腔室(44)与排放通道(146)之间的连通，并且允许油从提前腔室(42)和延迟腔室(44)中的一个流至提前腔室(42)和延迟腔室(44)中的另一个。第二位置提供排放通道(146)与提前腔室(42)和延迟腔室(44)中的一个之间的连通，防止排放通道(146)与提前腔室(42)和延迟腔室(44)中的另一个之间的连通，并且提供供给通道(78)与提前腔室(42)和延迟腔室(44)中的另一个之间的连通。

Description

凸轮轴相位器
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求2017年8月31日提交的美国临时专利申请第62/552,985号优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及一种凸轮轴相位器，用于改变内燃机中的曲轴与凸轮轴之间的相位关系；更具体而言，涉及一种叶片式凸轮轴相位器的凸轮轴相位器；更进一步具体而言，涉及一种叶片式凸轮轴相位器，其能够从仅使用凸轮轴的扭矩反向来致动凸轮轴相位器切换到使用至少来自外部油源的加压油来致动凸轮轴相位器。
背景技术
用于改变内燃机的曲轴与凸轮轴之间的相位关系的典型的叶片式凸轮轴相位器通常包括在转子上向外延伸的多个叶片，多个叶片与在定子上向内延伸的多个叶瓣相互穿插，从而在叶片与叶瓣之间形成交替的提前腔室和延迟腔室。机油被选择性地供给到提前腔室和延迟腔室中的一个，并且通过调相油控制阀从提前腔室和延迟腔室中的另一个撤离，以使转子在定子内旋转，从而改变凸轮轴与曲轴之间的相位关系。在Lichti等人的美国专利第8,534,246号中描述了一种这样的凸轮轴相位器，其公开内容通过引用整体并入本文，并且在下文中称为Lichti等人。
而Lichti等人的凸轮轴相位器可能有效的是，该凸轮轴相位器可以依附在内燃机的润滑系统上，该润滑系统还提供用于使转子相对于定子旋转的油，从而需要增加内燃机油泵的容量，这增加了内燃机的负载。为了减少凸轮轴相位器的依附特性，还开发了所谓的凸轮扭矩致动凸轮轴相位器。在凸轮扭矩致动凸轮轴相位器中，基于由内燃机的进气阀和排气阀施加在凸轮轴上的扭矩反向，油直接从提前腔室移动到延迟腔室或直接从延迟腔室移动到提前腔室。扭矩反向本质上是可预测的和周期性的，并且在倾向于沿提前方向推动转子与倾向于沿延迟方向推动转子之间交替。已知通过由螺线管致动器定位的阀芯来控制扭矩反向对油流的影响。因此，为了提前凸轮轴相位器，阀芯被螺线管致动器定位成形成其中具有第一止回阀的通道，第一止回阀允许扭矩反向将油从提前腔室输送到延迟腔室，同时防止扭矩反向将油从延迟腔室输送到提前腔室。相反，为了延迟凸轮轴相位器，阀芯被螺线管致动器定位成形成其中具有第二止回阀的通道，第二止回阀允许扭矩反向将油从延迟腔室输送到提前腔室，同时防止扭矩反向将油从提前腔室输送到延迟腔室。然而，两个止回阀的需求增加了系统的成本和复杂性。在Smith等人的美国专利第7,000,580号中描述了一种这样的凸轮轴相位器，在下文中称为Smith等人。
还已知提供有一种凸轮轴相位器，其能够利用来自凸轮轴相位器外部的油源的油压和施加在凸轮轴上的扭矩反向来致动凸轮轴相位器。然而，这种已知的凸轮轴相位器可能太复杂而难以实现。
需要一种凸轮轴相位器，可最小化或消除如上所述的一个或多个缺点。
发明内容
简而言之，提供一种与内燃机一起使用的凸轮轴相位器，用于可控地改变内燃机中的曲轴与凸轮轴之间的相位关系。凸轮轴相位器包括：输入构件，所述输入构件能连接到内燃机的曲轴，以在输入构件与曲轴之间提供固定的旋转比；输入构件，所述输出构件能连接到内燃机的凸轮轴，并与输入构件限定出提前腔室和延迟腔室；供给通道，所述供给通道将加压油从油源引入凸轮轴相位器；排放通道，所述排放通道选择性地从凸轮轴相位器排出油；以及输出构件内的阀芯，所述阀芯能在第一位置与第二位置之间移动。第一位置1)防止提前腔室与排放通道之间的流体连通，2)防止延迟腔室与排放通道之间的流体连通，3)允许油从提前腔室和延迟腔室中的一个流至提前腔室和延迟腔室中的另一个，并且4)防止从提前腔室和延迟腔室中的另一个流至提前腔室和延迟腔室中的一个的油流。第二位置1)提供排放通道与提前腔室和延迟腔室中的一个之间的流体连通，2)防止排放通道与提前腔室和延迟腔室中的另一个之间的流体连通，并且3)提供供给通道与提前腔室和延迟腔室中的另一个之间的流体连通。
附图简述
将参照附图，对本发明作进一步描述，其中：
图1是根据本发明的凸轮轴相位器的分解等距视图；
图2是根据本发明的凸轮轴相位器的径向剖视图；
图3是穿过凸轮轴相位器的转子的提前通道和延迟通道剖切的根据本发明的凸轮轴相位器的剖视图；
图4是穿过凸轮轴相位器的锁销剖切的根据本发明的凸轮轴相位器的剖视图；
图5是示出了凸轮轴相位器的阀芯位于锁销与锁销座接合的默认位置的图4的放大部分；
图6是现示出阀芯现位于锁销从锁销座缩回的第一延迟位置的图5的视图；
图7是现示出阀芯现位于锁销从锁销座缩回的第二延迟位置的图5的视图；
图8是现示出阀芯现位于锁销从锁销座缩回的保持位置的图5的视图；
图9是现示出阀芯现位于锁销从锁销座缩回的第一提前位置的图5的视图；
图10是现示出阀芯现位于锁销从锁销座缩回的第二提前位置的图5的视图；
图11和图12是根据本发明的凸轮轴相位器的阀芯的插入件的等距视图；以及
图13是根据本发明的凸轮轴相位器的插入件和阀芯的等距剖视图。
具体实施方式
根据本发明的优选实施例并参照图1-图4，示出了包括凸轮轴相位器12的内燃机10。内燃机10还包括凸轮轴14，该凸轮轴14能够基于旋转输入绕凸轮轴轴线16旋转，该旋转输入来自由多个往复活塞(未示出)驱动的曲轴和皮带(也未示出)。众所周知，在内燃机技术中，当凸轮轴14旋转时，它将阀提升和关闭运动赋予进气阀和/或排气阀(未示出)。凸轮轴相位器12允许改变曲轴与凸轮轴14之间的时序。以这种方式，能够提前或延迟进气阀和/或排气阀的打开和关闭，以实现期望的发动机性能。
凸轮轴相位器12通常包括：定子18，其用作输入构件；转子20，其同轴地配置在定子18内，并用作输出构件；后盖22，其封闭定子18的一端；前盖24，其封闭定子18的另一端；锁销26；凸轮轴相位器附接螺栓28，其用于将凸轮轴相位器12附接到凸轮轴14；以及阀芯30。将在以下段落中对凸轮轴相位器12的各种元件进行更详细描述。
定子18通常呈圆筒状，并且包括多个径向腔室31，该径向腔室31由径向向内延伸的多个叶瓣32限定。在所示实施例中，四个叶瓣32限定出四个径向腔室31，然而，应当理解，可以设置不同数量的叶瓣32以限定径向腔室31，该径向腔室31的数量与叶瓣32的数量相等。定子18也可以包括齿形带轮34，该齿形带轮34与定子18一体形成或以其它方式固定到定子18。带轮34构造成由皮带驱动，该皮带由内燃机10的曲轴驱动。替代地，带轮34可以是由链条驱动的链轮或用于通过曲轴驱动凸轮轴相位器12的其它任意已知的驱动构件。
转子20包括中心毂36，该中心毂36具有：从该中心毂36径向向外延伸的多个叶片38；以及穿过该中心毂36轴向延伸的转子中心通孔40。叶片38的数量等于设置于定子18的径向腔室31的数量。转子20同轴地配置在定子18内，使得每个叶片38将每个径向腔室31分成提前腔室42和延迟腔室44。叶瓣32的径向末端能够与中心毂36配合，以将径向腔室31彼此分开。叶片38的每个径向末端可以包括多个刮擦密封件46中的一个，以使相邻的提前腔室42与延迟腔室44彼此大致密封。虽然未示出，但叶瓣32的每个径向末端还可以包括多个刮擦密封件46中的一个。
后盖22使用盖螺栓48密封固定到定子18的靠近凸轮轴14的轴向端部。紧固盖螺栓48，防止后盖22与定子18之间相对旋转。后盖密封件50(仅作为示例，为O形环)可以设置在后盖22与定子18之间，以提供后盖22与定子18的界面之间的油封。后盖22包括穿过该后盖22同轴延伸的后盖中心孔52。凸轮轴14的端部同轴地接收在后盖中心孔52内，以允许凸轮轴14相对后盖22旋转。在一替代布置中，带轮34可以一体形成或附接到后盖22而非定子18。
类似地，前盖24使用盖螺栓48密封固定到定子18的与后盖22相反的轴向端部。前盖密封件54(仅作为示例，为O形环)可以设置在前盖24与定子18之间，以提供前盖24与定子18的界面之间的油封。盖螺栓48穿过后盖22和定子18并螺纹接合前盖24，从而将定子18夹在后盖22与前盖24之间，以防止定子18、后盖22与前盖24之间相对旋转。以这种方式，提前腔室42和延迟腔室44轴向地限定在后盖22与前盖24之间。
凸轮轴相位器12利用凸轮轴相位器附接螺栓28附接到凸轮轴14，该凸轮轴相位器附接螺栓28穿过转子20的转子中心通孔40同轴地延伸并螺纹接合凸轮轴14，从而将转子20牢固地夹紧到凸轮轴14。以这种方式，定子18与转子20之间的相对旋转导致内燃机10的曲轴与凸轮轴14之间的相位或时序变化。
由于由内燃机10的配气机构施加到凸轮轴14的扭矩、即凸轮轴14的扭矩反转，油被选择性地从延迟腔室44输送到推进腔室42，以引起定子18与转子20之间相对旋转，这导致延迟了凸轮轴14相对于内燃机10的曲轴的时序。相反地，由于由内燃机10的配气机构施加到凸轮轴14的扭矩，油被选择性地从推进腔室44输送到延迟腔室42，以引起定子18与转子20之间相对旋转，这导致提前了凸轮轴14相对于内燃机10的曲轴的时序。替代地，当油从延迟腔室44排出凸轮轴相位器12时，能够从凸轮轴相位器12外部源将加压油供给至提前腔室42，以引起定子18与转子20之间相对旋转，这使得凸轮轴14相对于内燃机10的曲轴的时序延迟。相反地，当油从前进腔室44排出凸轮轴相位器12时，能够从凸轮轴相位器12外部源将加压油供给至延迟腔室44，以引起定子18与转子20之间相对旋转，这使得凸轮轴14相对于内燃机10的曲轴的时序提前。转子提前通道56可以设置于转子20中，用于向提前腔室42供给油和从提前腔室42排放油，而转子延迟通道58可以设置于转子20中，用于向延迟腔室44供给油和从延迟腔室44排放油。以下将会详细描述，通过阀芯30和定相止回阀62来控制将油从延迟腔室44输送至提前腔室42，并将油从提前腔室42输送至延迟腔室44，并将加压油从外部源供给至提前腔室42或延迟腔室44，且从提前腔室42或延迟腔室44排出凸轮轴相位器12，使得阀芯30能滑动地同轴配置在凸轮轴相位器附接螺栓28的阀孔64内，其中，阀孔64以凸轮轴轴线16为中心。
锁销26选择性地在位于定子18内的转子20的预定对准位置处防止定子18与转子20之间相对旋转，如图所示，其可以是完全提前位置，即转子20在定子18内沿旋转的提前方向尽可能远。锁销能滑动地配置在锁销孔66内，该锁销孔66形成于转子20的一个叶片38中。锁销座68设置于前盖24中，用于选择性地将锁销26接收在该锁销座68内。锁销26和锁销座68的尺寸设定成当锁销26被接收在锁销座68内时，大致防止定子18与转子20之间旋转。当不期望将锁销26安置在锁销座68内时，加压油通过形成于转子20中的转子锁销通道72供给至锁销孔66，从而将锁销26推出锁销座68并压缩锁销弹簧70。相反地，当期望将锁销26安置在锁销座68内时，加压油通过转子锁销通道72从锁销孔66排放，从而允许锁销弹簧70将锁销26推向前盖24。以这种方式，当转子20定位在定子18内时，锁销26通过锁销弹簧70安置在锁销座68内，以允许锁销26与锁销座68对准。通过阀芯30来控制将加压油供给至锁销26和从锁销26排放，稍后将进行描述。
现将继续参照图1-图4并进一步参照图5-图10，对一起用作阀的凸轮轴相位器附接螺栓28和阀芯30进行更详细描述。凸轮轴相位器附接螺栓28包括螺栓供给通道74，该螺栓供给通道74从阀孔64径向向外延伸到凸轮轴相位器附接螺栓28的外表面。螺栓供给通道74从凸轮轴相位器12外部的油源76(该外部的油源例如为内燃机10的油泵)经由环状供油通道78并经由凸轮轴14的径向凸轮轴油通道80接收加压油，其中，上述环状供油通道78径向地形成在凸轮轴相位器附接螺栓28与凸轮轴14的沉孔之间。来自油源76的加压油用于：1)补充在使用中可能从提前腔室42和延迟腔室44泄漏的油；2)使锁销26从锁销座68脱离；3)补充从锁销26排放的油；以及4)在阀芯30的某些位置期间将加压油供给至提前腔室42或延迟腔室44。过滤器82可以在螺栓供给通道74处周向地围绕凸轮轴相位器附接螺栓28，以防止可能存在于油中的异物到达阀芯30。
凸轮轴相位器附接螺栓28还包括：螺栓环状锁销槽84，其位于凸轮轴相位器附接螺栓28的外周上；螺栓环状锁销槽85，其位于阀孔64的内周上；以及螺栓锁销通道86，其从螺栓环状锁销槽85径向向外延伸至螺栓环状锁销槽84。螺栓环状锁销槽84沿远离凸轮轴14的方向与螺栓供给通道74轴向地间隔开，并与转子环状锁销槽88对齐，该转子环状锁销槽88从转子中心通孔40径向向外延伸，使得转子锁销通道72从转子环状锁销槽88延伸至锁销孔66。以这种方式，在阀孔64与锁销孔66之间提供了流体连通。
凸轮轴相位器附接螺栓28还包括：螺栓环状提前槽90，其位于凸轮轴相位器附接螺栓28的外周上；螺栓环状提前槽91，其位于阀孔64的内周上；以及螺栓提前通道92，其从螺栓环状提前槽91径向向外延伸至螺栓环状提前槽90。螺栓环状提前槽90与螺栓供给通道74及螺栓环状锁销槽84轴向地间隔开，使得螺栓环状锁销槽84轴向地位于螺栓供给通道74与螺栓环状提前槽90之间。螺栓环状提前槽90与转子环状提前槽94对齐，该转子环状提前槽94从转子中心通孔40径向向外延伸，使得转子提前通道56从转子环状提前槽94延伸至提前腔室42。以这种方式，在阀孔64与提前腔室42之间提供了流体连通。
凸轮轴相位器附接螺栓28还包括：螺栓环状延迟槽96，其位于凸轮轴相位器附接螺栓28的外周上；螺栓环状延迟槽97，其位于阀孔64的内周上；以及螺栓延迟通道98，其从阀孔64径向向外延伸至螺栓环状延迟槽96。螺栓环状延迟槽96与螺栓环状提前槽90轴向地间隔开，使得螺栓环状提前槽90轴向地位于螺栓环状锁销槽84与螺栓环状延迟槽96之间。螺栓环状延迟槽96与转子环状延迟槽100对齐，该转子环状延迟槽100从转子中心通孔40径向向外延伸，使得转子延迟通道58从转子环状延迟槽100延伸至延迟腔室44。以这种方式，在阀孔64与延迟腔室44之间提供了流体连通。
阀芯30通过致动器102和阀弹簧104在凸轮轴相位器附接螺栓28的阀孔64内轴向移动，以通过打开和关闭螺栓供给通道74、螺栓锁销通道86、螺栓提前通道92以及螺栓延迟通道98来实现凸轮轴相位器12的期望操作状态，现将进行详细描述。阀芯30包括阀芯孔106，该阀芯孔106从阀芯30的靠近凸轮轴14的端部轴向延伸至阀芯30。插入件108配置在阀芯孔106内，以使插入件108限定出定相空间110和排放空间112，使得定相空间110与排放空间112大致流体隔离，即定相空间110不与排放空间112连通。定相止回阀62被捕获在插入件108与阀芯孔106之间，使得定相止回阀62接地到插入件108。仅作为非限制性示例，插入件108可以由塑料注射成型而净形成，并且可以在阀芯30插入凸轮轴相位器附接螺栓28的阀孔64之前，容易地从阀芯孔106的靠近阀弹簧104的端部插入阀芯孔106内。以这种方式，可容易且经济地形成定相空间110和排放空间112。
阀芯30还包括供给平台114，该平台114的尺寸设定成以紧密滑动的关系装配在阀孔64内，以基本防止油在供给平台114与阀孔64之间的界面间流过，同时允许阀芯30在阀孔64内基本不受限制地轴向移位。
阀芯30还包括阀芯环状供给槽116，其与供给平台114轴向相邻。阀芯供给通道118从阀芯环状供给槽116径向向内延伸至阀芯孔106内的定相空间110。供给止回阀120被捕获在插入件108与定相空间110内的阀芯孔106之间，使得供给止回阀120接地到插入件108，以允许油从阀芯供给通道118进入定相空间110，同时基本上防止了油从定相空间110离开至阀芯供给通道118。
阀芯30还包括锁销平台122，其与阀芯环状供给槽116轴向相邻。锁销平台122的尺寸设定成以紧密滑动的关系装配在阀孔64内，以基本上防止油在锁销平台122与阀孔64之间的界面间流过，同时允许阀芯30在阀孔64内基本不受限制地轴向移位。锁销平台122被阀芯环状锁销槽124轴向分开，使得阀芯锁销通道126从阀芯环状锁销槽124径向向内延伸至阀芯孔106内的排放空间112，从而提供阀芯环状锁销槽124与排放空间112之间的流体连通。
阀芯30还包括阀芯提前通道130，该阀芯提前通道130从阀芯30的外周径向向内延伸至阀芯孔106内的定相空间110，以在阀芯30的外周与定相空间110之间提供流体连通。
阀芯30还包括阀芯再循环通道134，该阀芯再循环通道134从阀芯30的外周径向向内延伸到阀芯孔106内的定相空间110。定相止回阀62位于定相空间110中，以允许油从阀芯再循环通道134进入定相空间110，同时基本防止油从定相空间110离开至阀芯再循环通道134。阀芯再循环通道134与阀芯提前通道130轴向地间隔开，使得阀芯提前通道130轴向地位于阀芯再循环通道134与锁销平台122之间。
阀芯30还包括阀芯延迟通道142，该阀芯延迟通道142从阀芯30的外周径向向内延伸至阀芯孔106内的定相空间110，以在阀芯30的外周与定相空间110之间提供流体连通。阀芯延迟通道142与阀芯提前通道130轴向地间隔开，使得阀芯再循环通道134轴向地位于阀芯延迟通道142与阀芯提前通道130之间。
阀芯30还包括第一排放通道144，该第一排放通道144从阀芯30的外周径向向内延伸至阀芯孔106内的排放空间112，以在阀芯30的外周与排放空间112之间提供流体连通。
应当注意，阀芯30的包括阀芯提前通道130、阀芯再循环通道134、阀芯延迟通道142以及第一排放通道144的部分的尺寸设定成以紧密滑动的关系装配在阀孔64内，以基本上防止油沿着阀芯30与阀孔64的界面在阀芯提前通道130、阀芯再循环通道134、阀芯延迟通道142以及第一排放通道144之间连通。
阀芯30还包括第二排放通道146，该第二排放通道146从排放空间112径向向外延伸，从而允许排放空间112内的油排放至阀孔64，并排出凸轮轴相位器12，在该凸轮轴相位器12处，油可以排回到油源76。替代地，能够在凸轮轴相位器附接螺栓28中形成从通道，该通道从阀孔64延伸至凸轮轴14中的排出通道，以排出排放空间112内的油，在该排放空间112处，油可以排回到油源76。
致动器102可以是螺线管致动器，其选择性地以不同大小的电流通电，以在所需轴向位置处将阀芯30定位在阀孔64内，从而控制油流以实现凸轮轴相位器12的期望操作。在默认位置，如图5所示，当没有电流供给至致动器102时，阀弹簧104沿朝向致动器102的方向推动阀芯30，直到阀芯30轴向抵接第一止动构件148，仅作为非限制性示例，该抵接第一止动构件148可以是在从阀孔61径向向外延伸的卡环槽内的卡环。在默认位置，供给平台114定位成打开螺栓供给通道74，从而允许油从油源76供给到定相空间110。同样在默认位置，锁销平台122定位成使阀芯环状锁销槽124与螺栓锁销通道86对准，从而允许油经由转子锁销通道72、转子环状锁销槽88、螺栓锁销通道86、阀芯环状锁销槽124、阀芯锁销通道126、排放空间112以及第二排放通道146从锁销孔66排出，并因此允许锁销弹簧70将锁销26推向前盖24。在默认位置，锁销平台122还阻止螺栓锁销通道86与定相空间110之间流体连通。同样在默认位置，阀芯提前通道130定位成允许螺栓提前通道92与定相空间110之间流体连通，而第一排放通道144定位成允许螺栓延迟通道98与排放空间112之间流体连通。当阀芯延迟通道142与阀芯再循环通道134对齐时，通过定相止回阀62来防止从定相空间110流至螺栓延迟通道98和第一排放通道144的流动。以这种方式，油从延迟腔室44排出，并且来自油源76的油使提前腔室42膨胀，从而导致凸轮轴14相对于曲轴的时序延迟，并且当锁销26与锁销座68对齐时，锁销弹簧70将锁销26推入锁销座68，以将转子20保持在与定子18对准的预定对准位置。然而，重要的是应当注意，取决于因凸轮轴14的扭矩反转而在延迟腔室44中产生的压力，油也能够通过定相止回阀62从延迟腔室44流至提前腔室42。
在第一延迟位置，如图6所示，当向致动器102供给第一大小的电流时，致动器102沿朝向阀弹簧104的方向推动阀芯30，从而使阀弹簧104轻微压缩。在第一延迟位置，供给平台114定位成打开螺栓供给通道74，从而当定相空间110内的压力低于油源76的压力时，允许加压油通过供给止回阀120从油源76供给至定相空间110。同样在延迟位置，锁销平台122定位成防止螺栓锁销通道86与阀芯环状锁销槽124之间流体连通，从而防止油从锁销孔66排出。在第一延迟位置，锁销平台122还打开螺栓锁销通道86与定相空间110之间的流体连通，从而允许加压油供给至锁销孔66，结果，锁销26压缩锁销弹簧70，并且锁销26从锁销座68缩回。应当注意，通过将油从定相空间110供给至锁销孔66，无需用于使锁销26从锁销座68缩回的单独专用供给。同样在第一延迟位置，阀芯提前通道130定位成允许螺栓提前通道92与定相空间110之间流体连通，而第一排放通道144定位成允许螺栓延迟通道98与排放空间112之间流体连通。当阀芯延迟通道142与阀芯再循环通道134对齐时，通过定相止回阀62来防止从定相空间110流至螺栓延迟通道98和第一排放通道144。以这种方式，油从延迟腔室44排出，并且来自油源76的油使提前腔室42膨胀，从而导致凸轮轴14相对于曲轴的时序延迟。然而，重要的是应当注意，取决于因凸轮轴14的扭矩反转而在延迟腔室44中产生的压力，油也能够通过定相止回阀62从延迟腔室44流至提前腔室42。
在第二延迟位置，如图7所示，当向致动器102供给第二大小的电流时，致动器102沿朝向阀弹簧104的方向比在第一延迟位置更轻微地推动阀芯30，从而使阀弹簧104进一步轻微压缩。在第二延迟位置，供给平台114定位成打开螺栓供给通道74，从而当定相空间110内的压力低于油源76的压力时，允许加压油通过供给止回阀120从油源76供给至定相空间110。同样在第二延迟位置，锁销平台122定位成防止螺栓锁销通道86与阀芯环状锁销槽124之间流体连通，从而防止油从锁销孔66排出。在第二延迟位置，锁销平台122还打开螺栓锁销通道86与定相空间110之间的流体连通，从而允许加压油供给至锁销孔66，结果，锁销26压缩锁销弹簧70，并且锁销26从锁销座68缩回。同样在第二延迟位置，阀芯提前通道130定位成允许螺栓提前通道92与定相空间110之间流体连通，而第一排放通道144定位成防止螺栓提前通道92与排放空间112之间流体连通，并且还防止螺栓延迟通道98与排放空间112之间流体连通。同样在延迟位置，阀芯提前通道130定位成允许螺栓提前通道92与定相空间110之间流体连通，而阀芯延迟通道142定位成允许螺栓延迟通道98与定相空间110之间经由阀芯再循环通道134和定相止回阀62流体连通。以这种方式，倾向于对延迟腔室44内的油进行加压的凸轮轴14的扭矩反转导致油被排出延迟腔室44并被供给至提前腔室42。然而，由于定相止回阀62防止油供给至延迟腔室44，因此，防止了倾向于对提前腔室42内的油进行加压的凸轮轴14的扭矩反转将油从提前腔室42排出。因此，在第二延迟位置，凸轮轴14的扭矩反转使得转子20相对于定子18旋转，从而导致凸轮轴14相对于曲轴的时序延迟。应当注意，当凸轮轴14的扭矩反转产生的油压大于油源76产生的压力时，供给止回阀120防止油从定相空间110连通至油源76。还应当注意，由于第一排放通道144定位成防止螺栓提前通道92与排放空间112之间流体连通，并且还防止螺栓延迟通道98与排放空间112之间流体连通，因此，由扭矩反转独自产生的压力导致相位关系变化，即除了更换可能从凸轮轴相位器12泄漏的油之外，来自油源76的加压油不会有助于改变相位关系。
在保持位置，如图8所示,当向致动器102供给第三大小的电流时，致动器102沿朝向阀弹簧104的方向推动阀芯30，从而使阀弹簧104比在第二延迟位置更轻微压缩。在保持位置，供给平台114定位成打开螺栓供给通道74，从而当定相空间110内的压力低于油源76的压力时，允许加压油通过供给止回阀120从油源76供给至定相空间110。同样在保持位置，锁销平台122定位成防止螺栓锁销通道86与阀芯环状锁销槽124之间流体连通，从而防止油从锁销孔66排出。在保持位置，锁销平台122还打开螺栓锁销通道86与定相空间110之间的流体连通，从而允许加压油供给至锁销孔66，结果，锁销26压缩锁销弹簧70，并且锁销26从锁销座68缩回。同样在保持位置，阀芯提前通道130定位成阻止螺栓提前通道92与阀芯提前通道130之间流体连通。类似地，在保持位置，阀芯延迟通道142定位成阻断螺栓延迟通道98与阀芯延迟通道142之间流体连通。因此，转子20相对于定子18的旋转位置大致维持在保持位置。
在第一提前位置，如图9所示,当向致动器102供给第四大小的电流时，致动器102沿朝向阀弹簧104的方向推动阀芯30，从而使阀弹簧104比在保持位置更轻微压缩。在第一提前位置，供给平台114定位成打开螺栓供给通道74，从而当定相空间110内的压力低于油源76的压力时，允许加压油通过供给止回阀120从油源76供给至定相空间110。同样在第一提前位置，锁销平台122定位成防止螺栓锁销通道86与阀芯环状锁销槽124之间流体连通，从而防止油从锁销孔66排出。在第一提前位置，锁销平台122还打开螺栓锁销通道86与定相空间110之间的流体连通，从而允许加压油供给至锁销孔66，结果，锁销26压缩锁销弹簧70,并且锁销26从锁销座68缩回。同样在第一提前位置，阀芯延迟通道142定位成允许螺栓延迟通道98与定相空间110之间流体连通，而第一排放通道144定位成防止螺栓提前通道92与排放空间112之间流体连通，并且还防止螺栓延迟通道98与排放空间112之间流体连通。同样在第一提前位置，阀芯延迟通道142定位成允许螺栓延迟通道98与定相空间110之间流体连通，而阀芯提前通道130定位成允许螺栓提前通道92与定相空间110之间经由阀芯再循环通道134和定相止回阀62流体连通。以这种方式，倾向于对提前腔室42内的油进行加压的凸轮轴14的扭矩反转导致油被排出提前腔室42并被供给至延迟腔室44。然而，由于定相止回阀62防止油供给至提前腔室42，因此，防止了倾向于对延迟腔室44内的油进行加压的凸轮轴14的扭矩反转将油从延迟腔室44排出。因此，在第一提前位置，凸轮轴14的扭矩反转使得转子20相对于定子18旋转，从而导致凸轮轴14相对于曲轴的时序延迟。应当注意，当凸轮轴14的扭矩反转产生的油压大于油源76产生的压力时，供给止回阀120防止油从定相空间110连通至油源76。还应当注意，由于第一排放通道144定位成防止螺栓提前通道92与排放空间112之间流体连通，并且还防止螺栓延迟通道98与排放空间112之间流体连通，因此，由扭矩反转独自产生的压力导致相位关系变化，即除了更换可能从凸轮轴相位器12泄漏的油之外，来自油源76的加压油不会有助于改变相位关系。
在第二提前位置，如图10所示,当向致动器102供给第五大小的电流时，致动器102沿朝向阀弹簧104的方向推动阀芯30，从而使阀弹簧104比在第一提前位置更轻微压缩，直到阀芯30抵接第二止动构件150，仅作为非限制性示例，该第二止动构件150可以是形成于阀孔64的肩部。在第二提前位置，供给平台114定位成打开螺栓供给通道74，从而当定相空间110内的压力低于油源76的压力时，允许加压油通过供给止回阀120从油源76供给至定相空间110。同样在第二提前位置，锁销平台122定位成防止螺栓锁销通道86与阀芯环状锁销槽124之间流体连通，从而防止油从锁销孔66排出。在第二提前位置，锁销平台122还打开螺栓锁销通道86与定相空间110之间的流体连通，从而允许加压油供给至锁销孔66，结果，锁销26压缩锁销弹簧70，并且锁销26从锁销座68缩回。同样在第二提前位置，阀芯延迟通道142定位成允许螺栓延迟通道98与定相空间110之间流体连通，而第一排放通道144定位成允许螺栓提前通道92与排放空间112之间流体连通。当阀芯提前通道130与阀芯再循环通道134对齐时，通过定相止回阀62来防止从定相空间110流至螺栓提前通道92和第一排放通道144。以这种方式，油从提前腔室42排出，并且来自油源76的油使提前腔室42膨胀，从而导致凸轮轴14相对于曲轴的时序提前。然而，重要的是应当注意，取决于因凸轮轴14的扭矩反转而在提前腔室42中产生的压力，油也能够通过定相止回阀62从提前腔室42流至延迟腔室44。
总之，第一排放通道144选择性地对提前腔室42或延迟腔室44提供通路，从而选择性地允许来自油源76的油压与凸轮轴14的扭矩反转结合，以引起凸轮轴14与内燃机10的曲轴之间的相位关系变化。然而，当需要时，第一排放通道144可以被阻挡，从而仅导致凸轮轴14扭矩反转，以引起凸轮轴14与内燃机10的曲轴之间的相位关系变化。
如图所示，定相止回阀62和供给止回阀120各自可以是由成型金属板制成的简单的单件设备，其弹性且柔顺，并且被捕获在插入件108与阀芯孔106之间。虽然定相止回阀62与供给止回阀120作为不同的元件示出，但当前应理解，定相止回阀62与供给止回阀120可以由成型金属板的单件制成，使得定相止回阀62与供应止回阀120共用接合插入件108的公共部分。当前还应理解，定相止回阀62和供给止回阀120中的一个或两个可以采用止回阀领域中已知的多种其它形式，并且可以包括诸如线圈压缩弹簧和球之类的多个元件。
现将进一步参照图11-图13对插入件108进行描述，其中，图11和图12是插入件108的等距视图，而图13是阀芯30和插入件108的等距轴向剖视图。插入件108包括成对的相对插入件侧壁152，其在阀芯孔106内轴向延伸。插入件侧壁152的轮廓与阀芯孔106相匹配，并且间隔开以允许插入件侧壁152密封接合阀芯孔106，从而基本上防止了油在插入件侧壁152与阀芯孔106的界面间流过。插入件分隔壁154横跨插入件侧壁152，使得插入件分隔壁154的一侧侧向偏离阀芯孔106并面向定相空间110，而插入件分隔壁154的另一侧侧向偏离阀芯孔106并面向排放空间112。定相止回阀腔156和供给止回阀腔158可限定在插入件分隔壁154的朝向定相空间110的一侧内，以分别接收定相止回阀62和供给止回阀120的部分，从而主动将定相止回阀62和供给止回阀120定位在定相空间110内。插入件侧壁152的一端终止于圆形插入件基部160，该圆形插入件基部160接收在阀芯孔106的阀芯沉孔162内。插入件基部端壁164限定在插入件基部160与插入件分隔壁154之间，以封闭定相空间110的一端，而插入件基部通道166限定在插入件基部160与插入件分隔壁154之间，以向着阀孔64的包含阀弹簧104的部分敞开排放空间112，从而为任何可能泄漏到其中的油提供排放路径。插入件基部160还可以用作阀弹簧104的弹簧座。插入件端壁168限定在插入件侧壁152的另一端，以封闭定相空间110的另一端。应当注意，插入件端壁168保持排放空间112向着第二排放通道146敞开。成对插入件保持构件170可从插入件端壁168轴向延伸，以卡扣并接合阀芯30的端部，从而轴向保持插入件108，并且还将插入件108径向地定向在阀芯孔106内。替代地，由于阀弹簧104可足以将插入件108保持在阀芯孔106内，因此，可省略插入件保持构件170。在省略插入件保持构件170的情况下，可以需要其它特征将插入件108径向地定向在阀芯孔106内。
虽然已将凸轮轴相位器12描述成默认为完全提前，但现应当理解，凸轮轴相位器12可以通过简单重新布置油通道而替代地默认为完全延迟。类似地，虽然已将完全提前描述为图2所示的定子18内的转子20的完全逆时针旋转，但当前还应理解，完全提前可以替代地是定子18内的转子20的完全顺时针旋转，这取决于凸轮轴12是安装到内燃机10的前部(如图所示)还是安装到内燃机10的后部。
虽然已根据其优选实施例对本发明进行了描述，但并非旨在限制本发明，而仅在于所附权利要求书所述的范围。

Claims (15)

1.一种与内燃机(10)一起使用的凸轮轴相位器(12)，用于可控地改变所述内燃机(10)中的曲轴与凸轮轴(14)之间的相位关系，所述凸轮轴相位器(12)包括：
输入构件(18)，所述输入构件能连接到所述内燃机(10)的所述曲轴，以在所述输入构件(18)与所述曲轴之间提供固定的旋转比；
输出构件(20)，所述输出构件能连接到所述内燃机(10)的所述凸轮轴(14)，并与所述输入构件(18)一起限定提前腔室(42)和延迟腔室(44)；
供给通道(78)，所述供给通道将加压油从油源(76)引入所述凸轮轴相位器(12)；
排放通道(146)，所述排放通道选择性地从所述凸轮轴相位器(12)排出油；以及
所述输出构件(20)内的阀芯(30)，所述阀芯能在第一位置与第二位置之间移动；
其中，所述第一位置1)防止所述提前腔室(42)与所述排放通道(146)之间的流体连通，2)防止所述延迟腔室(44)与所述排放通道(146)之间的流体连通，3)允许油从所述提前腔室(42)和所述延迟腔室(44)中的一个流至所述提前腔室(42)和所述延迟腔室(44)中的另一个，并且4)防止从所述提前腔室(42)和所述延迟腔室(44)中的另一个流至所述提前腔室(42)和所述延迟腔室(44)中的所述一个的油流；
其中，所述第二位置1)提供所述排放通道(146)与所述提前腔室(42)和所述延迟腔室(44)中的一个之间的流体连通，2)防止所述排放通道(146)与所述提前腔室(42)和所述延迟腔室(44)中的另一个之间的流体连通，并且3)提供所述供给通道(78)与所述提前腔室(42)和所述延迟腔室(44)中的另一个之间的流体连通。
2.如权利要求1所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，
所述第一位置允许油从所述延迟腔室(44)流至所述提前腔室(42)，并防止从所述提前腔室(42)流至所述延迟腔室(44)的油流；
所述第二位置1)提供所述排放通道(146)与所述延迟腔室(44)之间的流体连通，2)防止所述排放通道(146)与所述提前腔室(42)之间的流体连通，并且3)提供所述供给通道(78)与所述提前腔室(42)之间的流体连通；以及
所述阀芯(30)还能移动到第三位置，所述第三位置1)防止所述提前腔室(42)与所述排放通道(146)之间的流体连通，2)防止所述延迟腔室(44)与所述排放通道(146)之间的流体连通，3)允许油从所述提前腔室(42)流至所述延迟腔室(44)，并且4)防止从所述延迟腔室(44)流至所述提前腔室(42)的油流。
3.如权利要求2所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，所述阀芯(30)还能移动到第四位置，所述第四位置1)提供所述排放通道(146)与所述提前腔室(42)之间的流体连通，2)防止所述排放通道(146)与所述延迟腔室(44)之间的流体连通，并且3)提供所述供给通道(78)与所述延迟腔室(44)之间的流体连通。
4.如权利要求3所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，所述阀芯(30)还能移动到第五位置，所述第五位置1)防止所述提前腔室(42)与所述排放通道(146)之间的流体连通，2)防止所述延迟腔室(44)与所述排放通道(146)之间的流体连通，3)防止从所述提前腔室(42)流至所述延迟腔室(44)的油流，并且4)防止从所述延迟腔室(44)流至所述提前腔室(42)的油流。
5.如权利要求4所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，
所述阀芯(30)在所述第一位置、所述第二位置、所述第三位置、所述第四位置和所述第五位置之间沿着轴线(16)移动；并且
所述第五位置在轴向上位于所述第一位置与所述第三位置之间。
6.如权利要求5所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，
所述第一位置在轴向上位于所述第二位置与所述第五位置之间；并且所述第三位置在轴向上位于所述第四位置与所述第五位置之间。
7.如权利要求1所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，
所述阀芯(30)包括阀芯孔(106)，所述阀芯孔在所述阀芯孔(106)内包括定相空间(110)和排放空间(112)，使得所述定相空间(110)与所述排放空间(112)流体隔离；
所述阀芯(30)包括阀芯排放通道(144)，所述阀芯排放通道与所述排放空间(112)始终流体连通；
当所述阀芯(30)位于所述第二位置时，所述阀芯排放通道(144)提供从所述提前腔室(42)和所述延迟腔室(44)中的所述一个到所述排放空间(112)的流体连通；
当所述阀芯(30)位于所述第一位置时，防止了从所述提前腔室(42)和所述延迟腔室(44)中的所述一个到所述排放空间(112)的流体连通；并且
所述定相空间(110)从所述供给通道(78)接收加压油。
8.如权利要求7所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，当所述阀芯(30)位于所述第一位置和所述阀芯(30)位于所述第二位置时，防止了从所述提前腔室(42)和所述延迟腔室(44)中的另一个到所述排放空间(112)的流体连通。
9.如权利要求7所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，
所述第一位置允许油从所述延迟腔室(44)流至所述提前腔室(42)，并防止从所述提前腔室(42)流至所述延迟腔室(44)的油流；
所述第二位置1)提供所述排放通道(146)与所述延迟腔室(44)之间通过所述阀芯排放通道(144)的流体连通，2)防止所述排放通道(146)与所述提前腔室(42)之间的流体连通，并且3)提供所述供给通道(78)与所述提前腔室(42)之间的流体连通；并且
所述阀芯(30)还能移动到第三位置，所述第三位置1)防止所述延迟腔室(44)与所述排放通道(146)之间的流体连通，2)防止所述提前腔室(42)与所述排放通道(146)之间的流体连通，3)允许油从所述提前腔室(42)流至所述延迟腔室(44)，并且4)防止从所述延迟腔室(44)流至所述提前腔室(42)的油流。
10.如权利要求9所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，所述阀芯(30)还能移动到第四位置，所述第四位置1)提供所述排放通道(146)与所述提前腔室(42)之间通过所述阀芯排放通道(144)的流体连通，2)防止所述排放通道(146)与所述延迟腔室(44)之间的流体连通，并且3)提供所述供给通道(78)与所述延迟腔室(44)之间的流体连通。
11.如权利要求10所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，
当所述阀芯(30)位于所述第一位置、所述第二位置和所述第三位置时，防止了通过所述阀芯排放通道(144)从所述提前腔室(42)到所述排放空间(112)的流体连通；并且
当所述阀芯(30)位于所述第一位置、所述第三位置和所述第四位置时，防止了通过所述阀芯排放通道(144)从所述延迟腔室(44)到所述排放空间(112)的流体连通。
12.如权利要求10所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，所述阀芯(30)还能移动到第五位置，所述第五位置1)防止所述提前腔室(42)与所述排放通道(146)之间的流体连通，2)防止所述延迟腔室(44)与所述排放通道(146)之间的流体连通，3)防止从所述提前腔室(42)流至所述延迟腔室(44)的油流，并且4)防止从所述延迟腔室(44)流至所述提前腔室(42)的油流。
13.如权利要求12所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，
当所述阀芯(30)位于所述第一位置、所述第二位置、所述第三位置和所述第五位置时，防止了通过所述阀芯排放通道(144)从所述提前腔室(42)到所述排放空间(112)的流体连通；并且
当所述阀芯(30)位于所述第一位置、所述第三位置、所述第四位置和所述第五位置时，防止了通过所述阀芯排放通道(144)从所述延迟腔室(44)到所述排放空间(112)的流体连通。
14.如权利要求7所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，
当所述阀芯(30)位于所述第一位置和当所述阀芯(30)位于所述第二位置时，提供了从所述定相空间(110)到所述提前腔室(42)和所述延迟腔室(44)中的另一个的流体连通；并且
当所述阀芯(30)位于所述第一位置和当所述阀芯(30)位于所述第二位置时，油流被防止从所述定相空间(110)至所述提前腔室(42)和所述延迟腔室(44)中的所述一个。
15.如权利要求7所述的凸轮轴相位器(12)，其特征在于，
所述阀芯(30)在上述第一位置与所述第二位置之间沿着轴线(16)移动；并且
所述阀芯排放通道(144)沿朝向所述轴线(16)的方向从所述阀芯(30)的外周延伸至所述排放空间(112)。
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