WO2019113830A1 - 凸轮轴相位器及其组装方法 - Google Patents

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李欣
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Abstract

一种凸轮轴相位器，包括盖单元（1）、前盖（2）、弹簧（4）、转子（3）和定子（5），盖单元（1）的弹簧保持器（11）呈大致杯状并包括从其周壁（11B）朝向径向外侧突出的凸块（141），前盖（2）包括朝向径向外侧凹陷的前盖凹部（23），转子（3）包括朝向径向外侧凹陷的转子凹部（34），前盖（2）和转子（3）被构造成使得，在凸轮轴相位器的预装配状态，从前盖（2）的远离转子（3）的一侧沿轴向观察时，转子凹部（34）的一部分被前盖（2）遮挡，在将弹簧保持器（11）沿凸轮轴相位器的轴向插入到前盖（2）和转子（3）之后，盖单元（1）在弹簧的扭矩的作用下转动，使得弹簧保持器（11）的凸块被前盖（2）的内周缘轴向止挡。还提供了一种凸轮轴相位器的组装方法。在实际使用中，凸轮轴相位器由于盖单元（1）被前盖（2）轴向止挡，不需增加限位部件，且不易掉落。

Description

凸轮轴相位器及其组装方法 技术领域
本发明涉及发动机的可变气门正时系统的零部件，更具体地，涉及凸轮轴相位器及其组装方法。
背景技术
在发动机的可变气门正时系统的凸轮轴相位器中，在一体式盖单元设计中，在凸轮轴相位器运输和客户侧的组装过程中，由于张力和/或震动，盖单元可能会掉落，这将引起客户的投诉，甚至可能会导致安全问题。因此需要防松功能，以防止盖单元出现掉落风险。
欧洲专利公报EP2273077B1公开了一种凸轮轴相位器，如图1所示，扭簧101位于相位器的凸轮轴102所在的一端，使用盖元件103支撑和保护扭簧101。为了组装凸轮轴相位器，首先应当克服扭簧101的扭矩旋转盖元件103，在将盖元件103调整到正确位置后拧紧螺栓104，因此组装过程复杂。
欧洲专利公报EP1492943B1公开了另一种凸轮轴相位器，如图2所示，该凸轮轴相位器包括弹簧盖201和弹簧保持器202，弹簧保持器202位于弹簧盖201的顶部。弹簧盖201通过过盈配合安装到前盖203。弹簧204在轴向上位于弹簧盖201和前盖203之间。由于弹簧保持器202上没有轴向止动结构，在运输期间和客户组装之前，弹簧保持器202会有掉落风险。
发明内容
基于上述现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是防止盖单元在运输和组装过程中沿轴向掉落，同时提供简单的组装方法。
本发明提供一种凸轮轴相位器，其包括盖单元、前盖、弹簧、转子和定 子，所述盖单元包括弹簧保持器，所述前盖固定到所述定子，所述定子环绕所述转子，所述弹簧的一端安装于所述前盖或所述定子，所述弹簧的另一端安装于所述盖单元，其中，
所述弹簧保持器呈大致杯状并包括从其周壁朝向径向外侧突出的凸块，
所述前盖包括朝向径向外侧凹陷的前盖凹部，所述转子包括朝向径向外侧凹陷的转子凹部，所述前盖和所述转子被构造成使得，在所述凸轮轴相位器的预装配状态，从所述前盖的远离所述转子的一侧沿轴向观察时，所述转子凹部的一部分被所述前盖遮挡，
在将所述弹簧保持器沿所述凸轮轴相位器的轴向插入到所述前盖和所述转子之后，所述盖单元在所述弹簧的扭矩的作用下转动，使得所述弹簧保持器的凸块被所述前盖的内周缘轴向止挡。
在至少一个实施方式中，所述前盖包括用于供所述弹簧保持器的周壁穿过的中心孔，所述前盖凹部从所述中心孔朝向径向外侧凹陷，
所述转子包括用于收纳所述弹簧保持器的底部的凹陷部，所述转子凹部从所述凹陷部朝向径向外侧凹陷，
在所述弹簧的扭矩的作用下，所述弹簧保持器的凸块抵靠所述转子凹部的侧壁。
在至少一个实施方式中，所述转子的凹陷部和所述转子凹部从所述转子的轴向上端朝向轴向下端沿轴向凹陷。
在至少一个实施方式中，所述前盖凹部的周向长度大于所述凸块的周向长度，所述转子凹部的周向长度大于所述前盖凹部的周向长度。
在至少一个实施方式中，所述转子凹部的顶部侧的凹陷深度大于或等于底部侧和轴向中间位置的凹陷深度。
在至少一个实施方式中，所述弹簧保持器包括位于所述凸块的轴向上侧 的开口，由所述开口限定所述凸块的轴向上端。
在至少一个实施方式中，所述开口延伸到所述弹簧保持器的位于所述凸块的周向两侧的周壁。
在至少一个实施方式中，通过对所述弹簧保持器的周壁进行冲压而形成轴向凸条，通过去除所述轴向凸条的一部分而形成所述开口和所述凸块。
在至少一个实施方式中，所述弹簧保持器包括沿周向分布的两个或更多个所述凸块。
本发明还提供上述凸轮轴相位器的组装方法。
本申请中提到的“弹簧的一端安装于前盖或定子”包括弹簧的一端安装到前盖、定子、前盖和定子之间的固定结构(例如螺栓)等，只要弹簧的该一端相对于前盖和定子位置固定即可。
本申请中提到的“凸轮轴相位器的预装配状态”是指前盖和定子已固定安装并且转子和定子的相对位置被固定的凸轮轴相位器安装状态，凸轮轴相位器一般会在安装到发动机之前保持这一安装状态。
本发明提供了一种盖单元安装后不会轴向掉落的凸轮轴相位器。该凸轮轴相位器结构简单，利用弹簧的扭矩作用使盖单元转动，即可由前盖实现对盖单元的轴向限位，不需要在轴向插入盖单元之后主动转动盖单元，安装过程简单、限位效果可靠。
附图说明
图1示出了根据现有技术的一种凸轮轴相位器的轴向截面图。
图2示出了根据现有技术的另一凸轮轴相位器的局部轴向截面图。
图3示出了根据本发明的一个实施方式的凸轮轴相位器的轴向截面图。
图4示出了图3中的凸轮轴相位器的盖单元的立体图。
图5示出了图3中的凸轮轴相位器的前盖的立体图。
图6示出了图3中的凸轮轴相位器的转子的立体图。
图7A和图7B示出了图3中的凸轮轴相位器的盖单元安装过程的示意图。
附图标记说明
101扭簧；102凸轮轴；103盖元件；104螺栓；
201弹簧盖；202弹簧保持器；203前盖；204弹簧；
1盖单元；11弹簧保持器；11A底壁；11B周壁；12弹簧盖；12A弹簧盖的主体；12B边沿；14轴向凸条；141凸块；15开口；16第一弹簧观察孔；18第二弹簧观察孔；19弹簧保持器的中心孔；2前盖；21前盖的中心孔；21A内周缘；22螺栓孔；23前盖凹部；3转子；31转子的主体；32转子的中心孔；33凹陷部；33A凹陷部的底面；33B凹陷部的侧面；34转子凹部；34A转子凹部的侧壁；35突出臂；4弹簧；5定子；6链轮；7螺栓。
具体实施方式
以下将参照说明书附图描述本发明的实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
首先参照图3说明本发明的凸轮轴相位器的整体结构。图3中的方向A指示凸轮轴相位器的轴向，本申请中将图3中的上侧(弹簧盖12侧)称为轴向上侧，将图3中的下侧(链轮6侧)称为轴向下侧。图3中的方向R指示凸轮轴相位器的径向。
本发明的凸轮轴相位器包括盖单元1、前盖2、转子3、弹簧4、定子5、 链轮6和螺栓7。盖单元1包括弹簧保持器11和弹簧盖12。例如涡卷弹簧的弹簧4卷绕于弹簧保持器11并在轴向A上被限制在弹簧盖12和前盖2之间。弹簧4的一端可以安装到前盖2或定子5，弹簧4的另一端可以安装到盖单元1。
前盖2通过螺栓7与定子5和链轮6固定安装。盖单元1的弹簧保持器11通过后述的沿轴向延伸的轴向凸条14(凸块141)而与位于定子5的径向内侧的转子3接合，从而防止盖单元1相对于转子3转动。
下面参照图4至图6进一步说明本发明的凸轮轴相位器的盖单元1、前盖2和转子3的结构。
盖单元1的弹簧保持器11和弹簧盖12可以由金属板一体地冲压而成。然而，本发明不限于此，例如，还可以分开地形成弹簧保持器11和弹簧盖12，然后将二者通过铆接等手段固定到一起。
如图4清楚示出的，盖单元1的弹簧保持器11呈大致杯状并由底壁11A和周壁11B限定。在底壁11A上形成有中心孔19，中心孔19允许用于连接到凸轮轴的中央螺栓的螺杆穿过。弹簧保持器11包括从周壁11B朝向径向外侧突出的两个或更多个沿轴向延伸的轴向凸条14。轴向凸条14优选地沿着周壁11B的周向均匀布置。轴向凸条14可以沿弹簧保持器11的轴向A延伸到底壁11A。可以但不限于通过对周壁11B进行冲压而形成轴向凸条14。
在轴向凸条14中形成有开口15。开口15优选地表现为去除轴向凸条14的轴向上部或中间部，并且开口15在弹簧保持器11的周向上优选地延伸到轴向凸条14两侧的周壁11B。开口15使得弹簧保持器11具有从周壁11B朝向径向外侧突出的凸块141。在弹簧保持器11安装到前盖2和转子3之后，前盖2在轴向上位于开口15的位置，并且前盖2的下表面高于凸块141的轴向上端。这样，轴向凸条14/凸块141不会妨碍盖单元1相对于前盖2的相对转动。
可以通过对轴向凸条14进行冲压或机加工(例如，切削)来去除凸条14 的一部分而形成开口15和凸块141。在通过在轴向凸条14上形成开口15而形成凸块141的情况下，凸块141的轴向上部与后述的前盖2的内周缘21A之间的卡合或止挡关系更稳定。然而，凸块141不限于通过在轴向凸条14上形成开口15而形成，可以仅通过对弹簧保持器11的周壁11B进行冲压来形成凸块141。
盖单元1的弹簧盖12呈从弹簧保持器11的杯状开口朝向径向外侧延伸的凸缘状。弹簧盖12的外径大于下述前盖2的中心孔21的内径。弹簧盖12包括平板状的主体12A和从主体12A的周缘弯折的边沿12B，从而边沿12B与主体12A大致垂直并大致沿轴向A延伸。在主体12A中均匀布置有多个第一弹簧观察孔16，第一弹簧观察孔16除了用于观察弹簧4之外还可以用于减轻盖单元1的重量。在第一弹簧观察孔16的径向内侧还形成有第二弹簧观察孔18。
如图5所示，前盖2为圆板状，并包括用于供弹簧保持器11的周壁11B(不包括凸块141)穿过的大致圆形的中心孔21。前盖2还包括从中心孔21的内周面朝向径向外侧凹陷的前盖凹部23，前盖凹部23用于供弹簧保持器11的轴向凸条14，更具体地为凸块141沿轴向穿过。前盖凹部23的周向长度可以略大于轴向凸条14/凸块141的周向长度。在中心孔21的周围还形成有多个螺栓孔22，用于与螺栓7螺纹连接。
如图6清楚示出的，转子3包括主体31和从主体31向径向外侧突出的多个突出臂35。突出臂35用于与定子5配合形成多个液室。主体31形成有中心孔32，围绕中心孔32在主体31的轴向上端设置有用于安装盖单元1的弹簧保持器11的底部的朝向轴向下侧凹陷的凹陷部33。凹陷部33由底面33A和侧面33B限定。转子3还包括从凹陷部33的侧面33B朝向径向外侧凹陷的多个转子凹部34。转子凹部34用于与凸块141接合，而防止盖单元1相对于转子3转动。凹陷部33形成为其顶部侧具有最大外径，换言之，凹陷部33的顶部侧的外径 大于或等于底部侧(底面33A侧)和轴向中间位置的外径。同样地，转子凹部34朝向径向外侧凹陷的深度在转子凹部34的顶部侧最大，换言之，转子凹部34的顶部侧的凹陷深度大于或等于底部侧(底面33A侧)和轴向中间位置的凹陷深度。这样，凹陷部33和转子凹部34可以容易地、但不限于通过对转子3进行轴向压制来形成。
转子凹部34的周向长度可以大于凸块141的周向长度。同时，转子凹部34的周向长度可以大于前盖凹部23的周向长度。这允许凸块141容易地穿过前盖凹部23而达到转子凹部34。同时，可以容易地实现：从前盖2的远离转子3的一侧沿轴向A观察时，转子凹部34的一部分被前盖2遮挡。
然而，转子凹部34的周向长度不必须大于前盖凹部23的周向长度，可以通过转子凹部34和前盖凹部23的周向错位布置来实现：从前盖2的远离转子3的一侧沿轴向A观察时，转子凹部34的一部分被前盖2遮挡。
下面参照图3、图7A和7B说明本发明的凸轮轴相位器的组装过程。
在安装盖单元1之前，前盖2已通过螺栓7安装到定子5，并且定子5和转子3之间通过例如锁定销实现相互的定位。在安装盖单元1时，可以先将弹簧4安装到盖单元1，然后将盖单元1和弹簧4一起安装到前盖2和转子3。
在安装盖单元1时，使盖单元1的轴向凸条14/凸块141与前盖2的前盖凹部23和转子3的转子凹部34沿轴向A对准。沿轴向A移动盖单元1，使盖单元1的凸块141穿过盖前2的前盖凹部23并达到转子3的转子凹部34。在盖单元1的凸块141装入转子3的转子凹部34之后，在弹簧4的扭矩的作用下，盖单元1沿着图7B中的箭头A1的方向转动，从而使凸块141与前盖凹部23产生周向错位，在前盖2的轴向下侧抵靠转子3的转子凹部34的侧壁34A，盖单元1不能进一步转动。此时，凸块141的至少一部分与前盖2的内周缘21A干涉，即凸块141的至少一部分被前盖2的内周缘21A轴向止挡，从而防止盖单元1从转子3和前盖2掉落。
应当理解，在凸轮轴相位器安装到发动机上后，由于盖单元1被中央螺栓固定，因此，也不存在松动、振动及掉落风险。
下面简单说明本发明的该实施方式可以获得的有益效果。
1.由于盖单元1被前盖2轴向止挡，可以可靠地实现轴向限位，盖单元1不会因掉落而引起客户负担及安全问题。
2.本发明的凸轮轴相位器结构简单，通过沿轴向的装配即可实现形状锁定限位。利用弹簧4的扭矩作用使盖单元1转动，即可实现盖单元1的轴向限位，防止盖单元1掉落，不需要在轴向插入盖单元1之后主动转动盖单元1。
3.由于盖单元1被前盖2轴向止挡，不需要增加额外的限位部件或结构，转子3和前盖2加工尺寸精度要求低。
虽然通过上述具体实施方式对本发明的凸轮轴相位器的结构进行了具体说明，但是，本发明不限于上述具体实施方式。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种修改和变型，这仍包含在本发明的权利要求的范围内。

Claims (10)

  1. 一种凸轮轴相位器，其包括盖单元、前盖、弹簧、转子和定子，所述盖单元包括弹簧保持器，所述前盖固定到所述定子，所述定子环绕所述转子，所述弹簧的一端安装于所述前盖或所述定子，所述弹簧的另一端安装于所述盖单元，其中，
    所述弹簧保持器呈大致杯状并包括从其周壁朝向径向外侧突出的凸块，
    所述前盖包括朝向径向外侧凹陷的前盖凹部，所述转子包括朝向径向外侧凹陷的转子凹部，所述前盖和所述转子被构造成使得，在所述凸轮轴相位器的预装配状态，从所述前盖的远离所述转子的一侧沿轴向观察时，所述转子凹部的一部分被所述前盖遮挡，
    在将所述弹簧保持器沿所述凸轮轴相位器的轴向插入到所述前盖和所述转子之后，所述盖单元在所述弹簧的扭矩的作用下转动，使得所述弹簧保持器的凸块被所述前盖的内周缘轴向止挡。
  2. 根据权利要求1所述的凸轮轴相位器，其特征在于，所述前盖包括用于供所述弹簧保持器的周壁穿过的中心孔，所述前盖凹部从所述中心孔朝向径向外侧凹陷，
    所述转子包括用于收纳所述弹簧保持器的底部的凹陷部，所述转子凹部从所述凹陷部朝向径向外侧凹陷，
    在所述弹簧的扭矩的作用下，所述弹簧保持器的凸块抵靠所述转子凹部的侧壁。
  3. 根据权利要求2所述的凸轮轴相位器，其特征在于，所述转子的凹陷部和所述转子凹部从所述转子的轴向上端朝向轴向下端沿轴向凹陷。
  4. 根据权利要求1至3中任一项所述的凸轮轴相位器，其特征在于，所 述前盖凹部的周向长度大于所述凸块的周向长度，所述转子凹部的周向长度大于所述前盖凹部的周向长度。
  5. 根据权利要求1至4中任一项所述的凸轮轴相位器，其特征在于，所述转子凹部的顶部侧的凹陷深度大于或等于底部侧和轴向中间位置的凹陷深度。
  6. 根据权利要求1至5中任一项所述的凸轮轴相位器，其特征在于，所述弹簧保持器包括位于所述凸块的轴向上侧的开口，由所述开口限定所述凸块的轴向上端。
  7. 根据权利要求6所述的凸轮轴相位器，其特征在于，所述开口延伸到所述弹簧保持器的位于所述凸块的周向两侧的周壁。
  8. 根据权利要求6或7所述的凸轮轴相位器，其特征在于，通过对所述弹簧保持器的周壁进行冲压而形成轴向凸条，通过去除所述轴向凸条的一部分而形成所述开口和所述凸块。
  9. 根据权利要求1至8中任一项所述的凸轮轴相位器，其特征在于，所述弹簧保持器包括沿周向分布的两个或更多个所述凸块。
  10. 根据权利要求1至9中任一项所述的凸轮轴相位器的组装方法。
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