CN115398083B - 用于凸轮轴相位器的加压油贮存器 - Google Patents

Abstract

一种凸轮轴相位器将加压流体从容积减小的一组室输送至贮存器。转子相对于定子的振荡产生间隔，在所述间隔中，贮存器中的压力超过容积增大的一组室中的压力。在这些间隔期间，流体从贮存器通过单向阀流动到容积增大的室中。贮存器的加压增大了通过单向阀的体积流量，从而减小了凸轮轴移相器所需的泵流量。

Description

用于凸轮轴相位器的加压油贮存器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年4月29日提交的美国非临时申请No.16/861352的优先权，该美国非临时申请的全部公开内容通过参引并入本文中。

技术领域

本发明总体上涉及内燃(IC)发动机的凸轮轴相位器。

背景技术

图1示意性地图示了活塞发动机气门系统的一部分。凸轮轴10响应于气缸中的燃料的燃烧而旋转。凸轮轴10固定有第一链轮12。第二链轮14由第一链轮12经由链条16驱动。链轮12和14的相对尺寸导致链轮14在链轮12每旋转两圈时旋转一次。凸轮轴18由链轮14驱动，使得该凸轮轴在凸轮轴10每旋转两圈时旋转一次。凸轮轴18上的凸轮对气门进行致动，该气门在动力循环期间在适当的时间允许空气/燃料混合物流动到气缸中，并且允许燃烧产物流动离开气缸。

在一些发动机中，凸轮轴18固定地联接至链轮14。在这种系统中，无论运行情况如何，气门在相同的凸轮轴位置处打开和关闭。发动机设计者必须选择在所有运行情况下都提供可接受的性能的气门打开位置和关闭位置。这通常需要在针对发动机启动进行优化的位置与针对高速运行进行优化的位置之间进行折衷。

为了提高在可变的运行情况下的性能，一些发动机采用允许控制器改变链轮14与凸轮轴18之间的旋转偏移的可变凸轮正时机构20。

发明内容

凸轮轴相位器包括定子、转子、第一覆盖件和第二覆盖件、贮存器覆盖件和阀组件。转子固定至凸轮轴。第一覆盖件和第二覆盖件固定至定子。定子、转子以及第一覆盖件和第二覆盖件限定有A室和B室，使得A室与B室之间的容积比率根据转子相对于定子的旋转位置而变化。贮存器覆盖件与第一覆盖件一起形成流体贮存器。贮存器覆盖件可以与转子流体密封。贮存器覆盖件可以在旋转方面固定至转子，并且可以相对于定子滑动。贮存器覆盖件可以限定有至少一个孔口。流体贮存器通过单向阀连接至A室和B室，该单向阀构造成允许从流体贮存器流动，但是不允许流动至贮存器。阀组件构造成根据位置选择性地引导加压流体。在第一位置中，阀组件将加压流体从流体源引导至A室和B室两者。在第二位置中，阀组件将加压流体从流体源引导至A室并将加压流体从B室引导至贮存器。在第三位置中，阀组件将加压流体从流体源引导至B室并将加压流体从A室引导至贮存器。在这种情况下，将加压流体从源引导至水槽意味着流体在整个路线中保持高于环境压力。阀组件可以包括延伸穿过转子的阀壳体，在这种情况下，贮存器覆盖件可以夹持在转子与阀壳体之间。流体可以从阀组件通过由贮存器覆盖件和转子中的径向凹槽限定的通路流动至贮存器。阀组件可以包括液压单元和阀芯。液压组件可以具有流体连接至加压流体源的第一端口、流体连接至A室的第二端口、流体连接至B室的第三端口、以及流体连接至贮存器的第四端口。阀芯可以位于液压单元内。阀芯可以具有第一凸台、第二凸台、第三凸台和第四凸台，并且阀芯可以限定有内部通路，该内部通路将第一凸台与第二凸台之间的空间连接至第三凸台与第四凸台之间的空间。在第一位置中，第一端口、第二端口和第三端口可以位于第二凸台与第三凸台之间，并且第四端口可以位于第三凸台与第四凸台之间。在第二位置中，第一端口和第二端口可以位于第二凸台与第三凸台之间，并且第三端口和第四端口可以位于第三凸台与第四凸台之间。在第三位置中，第二端口可以位于第一凸台与第二凸台之间，第一端口和第三端口可以位于第二凸台与第三凸台之间，并且第四端口可以位于第三凸台与第四凸台之间。

一种凸轮轴相位器包括定子、转子、第一覆盖件和第二覆盖件、以及贮存器覆盖件。转子固定至凸轮轴。第一覆盖件和第二覆盖件固定至定子。定子、转子以及第一覆盖件和第二覆盖件限定有A室和B室，其中，A室与B室之间的容积比率根据转子相对于定子的旋转位置而变化。贮存器覆盖件固定至转子并且与第一覆盖件形成液体贮存器。流体贮存器通过单向阀连接至A室和B室，该单向阀构造成允许从流体贮存器流动，但是不允许流动至贮存器。

一种操作凸轮轴相位器的方法包括输送流体以保持当前凸轮正时并调节凸轮正时。凸轮轴相位器包括定子和转子，该定子和转子限定有一组A室和一组B室。贮存器通过单向阀连接至A室和B室。为了保持当前凸轮正时，将加压流体从加压流体源输送至A室和B室两者。为了沿第一方向调节凸轮正时，将流体从加压流体源输送至A室，并在压力下将流体从B室输送至贮存器。为了沿第二方向调节凸轮正时，将流体从加压流体源输送至B室，并在压力下将流体从A室输送至贮存器。在压力下将流体输送至贮存器可以包括在转子的凹槽与固定至转子的贮存器覆盖件之间输送流体。在压力下将流体输送至贮存器还可以包括通过阀芯中的内部通路输送流体。

附图说明

图1是凸轮轴驱动器的示意图。

图2是凸轮相位器和凸轮轴的示意图。

图3是凸轮相位器的定子和转子的分解示意图。

图4是凸轮相位器的第一横截面图。

图5是在稳定状态操作期间的凸轮相位器的第二横截面图。

图6是在沿第一方向调节期间的凸轮相位器的第二横截面图。

图7是在沿第二方向调节期间的凸轮相位器的第二横截面图。

具体实施方式

本文中描述了本公开的各实施方式。应当理解的是，出现在不同附图视图中的相似附图标记标识相同或功能相似的结构元件。此外，应当理解的是，所公开的实施方式仅仅是示例并且其他实施方式可以采取各种替代性形式。附图不一定是按比例绘制的；一些特征可以被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用实施方式的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照附图中的任何一个附图所图示和描述的各种特征可以与在一个或更多个其他附图中所图示的特征组合以产生未明确图示或描述的实施方式。所图示的特征的组合提供用于典型应用的代表性的实施方式。然而，对于特定应用或实现方式，可能期望与本公开的教示相一致的特征的各种组合和改型。

本文中使用的术语是仅出于描述特定方面的目的，而非旨在限制本公开的范围。除非另有定义，否则本文中使用的技术术语和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管与本文中所描述的方法、装置或材料类似或等同的任何方法、装置或材料都可以用于本公开的实践或测试中，但是现在将对以下示例方法、装置和材料进行描述。

图2示出了被称为凸轮相位器的可变气门正时机构20。链轮14由凸轮轴经由链条驱动。凸轮轴18由链轮14驱动，其中，相位偏移由凸轮相位器20确定。一些类型的凸轮相位器可以包括固定至凸轮相位器转子的正时轮22，以使传感器能够精确地测量当前的相位偏移。

图3以分解图示出了凸轮相位器机构的两个主要部分。控油阀壳体25穿过凸轮相位器20延伸到凸轮轴18中。定子24固定至链轮14。转子26支承在定子24内。转子26的叶片28与定子24的内部径向突出部30在周向上交错布置以限定多个室。叶片的一侧上的室被称为A室，而叶片的相反侧上的室被称为B室。当转子26相对于定子24沿第一方向(例如顺时针)旋转时，A室的容积增大，并且B室的容积减小。相反地，当转子26相对于定子24沿第二方向(例如逆时针)旋转，A室的容积减小，并且B室的容积增大。如稍后将讨论的，利用这种关系通过将处于不同压力的流体供应至A室和B室来调节转子相对于定子的旋转位置。高压流体被迫压进入一组室中，以使容积增大，同时随着相反室容积减小，允许处于低压的流体流出相反室。

室的轴向端部由通过螺栓固定至定子24的前覆盖件32和后覆盖件34(在后面的附图中示出)限定。在这种情况下，不管组件位于发动机的哪一端也不管发动机如何定位在车辆内，背对凸轮轴的一侧称为前面，并且朝向凸轮轴的一侧称为后面。在没有液压压力的情况下，附加的特征和部件将转子紧固至前覆盖件。

图4是凸轮相位器调节机构20的概念横截面。零部件不一定按比例绘制，而是绘制成有助于功能性的图示。图4的横截面是在周向位置处截取的，其图示了加压流体如何被供应至控油阀。一些特征是轴对称的，但是其他特征不是轴对称的。

贮存器覆盖件36连接至定子的前部并且与前覆盖件32一起形成液体贮存器38。止回阀板40夹置在前覆盖件32与定子24之间。前覆盖件中的孔和止回阀板的特征部产生从贮存器38通向A室和B室的单向流动路径。如果室中的一个室中的压力下降到低于贮存器中的压力，则流体从贮存器流动至低压室。这例如在由气门机构施加在凸轮轴上的扭矩暂时使凸轮轴加速、从而引起凸轮相位器转子的加速和A室或B室中的压降时发生。当压力下降到低于贮存器中的压力时，油从贮存器流出以填充室，从而防止进一步的压降。防止在室中形成真空使得调节更快、更可控，并防止噪音。

凸轮轴的一端和凸轮相位器由安装件42支承，该安装件是发动机箱的一部分或者固定至发动机箱。转子26直接地或经由中间部件固定至凸轮轴18。定子24固定至前覆盖件32和后覆盖件34。控油阀壳体44固定至凸轮轴18并且延伸穿过中空的转子26。贮存器覆盖件36夹持在转子26与控油阀壳体44之间。凸轮轴18、控油阀壳体44、转子26和贮存器覆盖件36全部作为一个单元旋转，从而具有大致相同的旋转速度和旋转位置，由于扭转顺应性而经受略微的轴扭转。类似地，定子24、后覆盖件34、止回阀板40和前覆盖件32全部作为一个单元旋转。

液压单元46配装在中空的控油阀壳体44内并与控油阀壳体一起旋转。在液压单元46内配装有阀芯48。在液压单元46与阀芯48之间、在阀芯48的凸台52与凸台54之间形成有给送腔50。弹簧56将阀芯48相对于液压单元46朝向前方偏置。螺线管(未示出)响应于电流而抵抗弹簧56将阀芯48朝向后方推动。阀芯48的轴向位置通过调节电流的大小来控制。在图4所图示的周向位置处，在液压单元46与控油阀壳体44之间形成有流体通路58。通路58将加压流体从凸轮轴18的中空芯部引导到腔50中。

图5至图7是在与图4的横截面不同的周向位置处截取的凸轮相位器调节机构的概念横截面。例如，图5至图7的横截面可以在从图4的横截面偏移90度的平面上。在图5至图7的周向位置处形成有多个流体通路。流体通路60穿过液压单元46、控油阀壳体44和转子26延伸到A室中的每个室中。类似地，流体通路62穿过液压单元46、控油阀壳体44和转子26延伸到B室中的每个室中。最后，流体通路64穿过液压单元46、控油阀壳体44和转子26延伸到贮存器38中。通路62的最后的部段由转子26中的凹槽和贮存器覆盖件36的一个侧部形成。

图5图示了阀芯48在稳定状态操作期间的位置，在稳定状态操作期间，转子26相对于定子24保持在恒定的旋转位置中。加压流体既经由通路60流动至A室又经由通路62流动至B室。

图6图示了阀芯48在转子26相对于定子24沿第二方向(例如逆时针)主动旋转时的位置。阀芯48是通过增大由螺线管施加的磁力、使得弹簧56压缩、从而允许阀芯48向左移动而移动至该位置。在这种情况下，加压流体经由腔50和通路60供应至B室。A室中的流体被释放到通路62中，该流体从该通路流动到凸台54与凸台68之间的室66中。流体从室66经由通路64流动至贮存器38。由于流体是通过转子26的运动而被主动推出A室，因此贮存器38中的压力大于环境压力。随着气门打开和关闭，气门机构在凸轮轴18上施加可变扭矩，从而导致转子26相对于定子24的运动是不均匀的。在一些阶段期间，转子26的运动可能快到足以使B室中的压力下降到低于贮存器38中的压力。在这些时间期间，流体经由阀板40中的单向阀流动到B室中。这降低了流体从室50进入B室的平均流量。这是有利的，因为这允许使用具有小阻力的较小的泵，从而提高了燃料效率。室66中的压力将一些流体推出凸台68与液压单元46之间的较小间隙。另外，贮存器38中的压力将一些流体推出贮存器覆盖件36与定子24之间。如果这些自然间隙过度限制离开A室的流量，则在贮存器覆盖件36中可以形成具有适合尺寸的附加的有意的孔口。

图7图示了阀芯48在转子26相对于定子24沿第一方向(例如顺时针)主动旋转时的位置。阀芯48是通过减小通向螺线管的电流、使得螺线管弹簧56将阀芯48向右推动而移动至该位置。在液压单元46与阀芯48之间、在凸台52与凸台72之间形成有腔70。孔将腔70连接至阀芯48的中空芯部74，阀芯的中空芯部又通过另一个孔连接至腔66。流体从室66经由通路64流动至贮存器38。由于流体通过转子26的运动而被主动推出B室，因此贮存器38中的压力大于环境压力。由于气门机构扭矩可变，因此转子26的运动有时可能快到足以使A室中的压力下降到低于贮存器38中的压力。在这些时间期间，流体经由阀板40中的单向阀而流动到A室中。如上所述，这降低了流体从室50进入A室的平均流量。

在常规的凸轮相位器中，随着A室或B室的容积的减小而从A室或B室排出的流体被排出至环境压力。流体中的一些部分流体从环境压力被捕获在贮存器中，并且通过组件旋转时的离心力而被略微加压。随着贮存器38主动加压，流体通过单向阀流动到室中的时间部分增加。

尽管上面描述了示例性实施方式，但并不意味着这些实施方式描述了权利要求所涵盖的所有可能的形式。说明书中所使用的词语是描述性的而非限制性的词语，并且应当理解的是，可以在不偏离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如先前所描述的，各种实施方式的特征可以被组合以形成可能没有被明确描述或说明的其他实施方式。尽管各种实施方式可能已经被描述为在一个或更多个期望的特性方面提供优点或优于其他实施方式或现有技术实现方式，但是本领域普通技术人员认识到可以折衷一个或更多个特征或特性以实现期望的总体系统属性，这取决于特定的应用和实现方式。因此，在某种程度上，任何实施方式被描述为在一个或更多个特性方面不如其他实施方式或现有技术实现方式更理想，这些实施方式不超出本公开的范围并且对于特定应用而言可能是期望的。

Claims (15)

1.一种凸轮轴相位器，所述凸轮轴相位器包括：

定子；

转子，所述转子固定至凸轮轴；

第一覆盖件和第二覆盖件，所述第一覆盖件和所述第二覆盖件固定至所述定子，所述定子、所述转子以及所述第一覆盖件和所述第二覆盖件限定有A室和B室，其中，所述A室与所述B室之间的容积比率根据所述转子相对于所述定子的旋转位置而变化；

贮存器覆盖件，所述贮存器覆盖件被固定以用于与所述转子一起旋转，所述贮存器覆盖件与所述第一覆盖件一起形成流体贮存器，所述流体贮存器通过单向阀连接至所述A室和所述B室，所述单向阀构造成允许从所述流体贮存器流出，但是不允许流入至所述贮存器；以及

阀组件，所述阀组件构造成：

在第一位置中，将加压流体从流体源引导至所述A室和所述B室两者，

在第二位置中，将加压流体从所述流体源引导至所述A室并将加压流体从所述B室引导至所述贮存器，并且

在第三位置中，将加压流体从所述流体源引导至所述B室并将加压流体从所述A室引导至所述贮存器。

2.根据权利要求1所述的凸轮轴相位器，其中，所述贮存器覆盖件与所述转子密封接触。

3.根据权利要求1所述的凸轮轴相位器，其中：

所述贮存器覆盖件相对于所述定子旋转地滑动。

4.根据权利要求3所述的凸轮轴相位器，其中：

所述转子是中空的；

所述阀组件包括延伸穿过所述转子的阀壳体；并且

所述贮存器覆盖件夹持在所述转子与所述阀壳体之间。

5.根据权利要求3所述的凸轮轴相位器，其中，流体从所述阀组件通过由所述贮存器覆盖件和所述转子中的径向凹槽限定的通路流动至所述贮存器。

6.根据权利要求1所述的凸轮轴相位器，其中，所述贮存器覆盖件限定有至少一个孔口。

7.根据权利要求1所述的凸轮轴相位器，其中，所述阀组件包括：

液压单元，所述液压单元具有流体连接至加压流体源的第一端口、流体连接至所述A室的第二端口、流体连接至所述B室的第三端口、以及流体连接至所述贮存器的第四端口；以及

阀芯，所述阀芯位于所述液压单元内，所述阀芯具有第一凸台、第二凸台、第三凸台和第四凸台，并且所述阀芯限定有内部通路，所述内部通路将所述第一凸台与所述第二凸台之间的空间连接至所述第三凸台与所述第四凸台之间的空间，其中：

在所述第一位置中，所述第一端口、所述第二端口和所述第三端口位于所述第二凸台与所述第三凸台之间，并且所述第四端口位于所述第三凸台与所述第四凸台之间，

在所述第二位置中，所述第一端口和所述第二端口位于所述第二凸台与所述第三凸台之间，并且所述第三端口和所述第四端口位于所述第三凸台与所述第四凸台之间，并且

在所述第三位置中，所述第二端口位于所述第一凸台与所述第二凸台之间，所述第一端口和所述第三端口位于所述第二凸台与所述第三凸台之间，并且所述第四端口在所述第三凸台与所述第四凸台之间。

8.根据权利要求1所述的凸轮轴相位器，其中：

所述第一覆盖件位于所述定子的前部上，所述定子的前部背向所述凸轮轴上的凸轮；并且

所述第二覆盖件位于所述定子的后部上，所述定子的后部面向所述凸轮轴上的凸轮。

9.一种凸轮轴相位器，所述凸轮轴相位器包括：

定子；

转子，所述转子固定至凸轮轴；

第一覆盖件和第二覆盖件，所述第一覆盖件和所述第二覆盖件固定至所述定子，所述定子、所述转子以及所述第一覆盖件和所述第二覆盖件限定有A室和B室，其中，所述A室与所述B室之间的容积比率根据所述转子相对于所述定子的旋转位置而变化；以及

贮存器覆盖件，所述贮存器覆盖件固定至所述转子并且与所述第一覆盖件一起形成流体贮存器，所述流体贮存器通过单向阀连接至所述A室和所述B室，所述单向阀构造成允许从所述流体贮存器流动，但是不允许流动至所述贮存器。

10.根据权利要求9所述的凸轮轴相位器，还包括阀组件，所述阀组件构造成：

在第一位置中，将加压流体从流体源引导至所述A室和所述B室两者；

在第二位置中，将加压流体从所述流体源引导至所述A室并将加压流体从所述B室引导至所述贮存器，并且

在第三位置中，将加压流体从所述流体源引导至所述B室并将加压流体从所述A室引导至所述贮存器。

11.根据权利要求10所述的凸轮轴相位器，其中：

所述转子是中空的；

所述阀组件包括延伸穿过所述转子的阀壳体；并且

所述贮存器覆盖件夹持在所述转子与所述阀壳体之间。

12.根据权利要求10所述的凸轮轴相位器，其中，流体从所述阀组件通过由所述贮存器覆盖件和所述转子中的径向凹槽限定的通路流动至所述贮存器。

13.一种操作凸轮轴相位器的方法，所述凸轮轴相位器包括限定有一组A室和一组B室的定子和转子，所述方法包括：

为了保持当前凸轮正时，将流体从加压流体源输送至所述A室和所述B室两者；

为了沿第一方向调节凸轮正时，将流体从所述加压流体源输送至所述A室，并在压力下将流体从所述B室输送至贮存器，其中，所述贮存器通过单向阀连接至所述A室和所述B室，在压力下将流体输送至所述贮存器包括在所述转子的凹槽与固定至所述转子的贮存器覆盖件之间输送流体。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：

为了沿第二方向调节凸轮正时，将流体从所述加压流体源输送至所述B室，并且在压力下将流体从所述A室输送至所述贮存器。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，在压力下将流体输送至所述贮存器包括通过阀芯中的内部通路输送所述流体。