CN101171404A - 正时相位器控制*** - Google Patents

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Abstract

一种相位器(22)包括一个壳体(44)、一个转子(42)、一个相位器控制阀(36)以及一个调压控制***(RPCS)。该相位器控制阀(36)引导流体以改变该转子相对于该壳体(44)的相对角位置。该RPCS具有一个控制器，该控制器基于发动机参数提供一个设定点。然后基于该设定点产生一个信号并将该信号传送至该直接控制压力调节阀(38)。该直接控制压力调节阀(38)具有一个供应端口(5)和一个控制端口(5)，其中该供应端口(5)接收来自一个源的一个供应流体压力并基于一个信号将该压力调节成一个控制压力。该控制压力对抗一个弹簧对该相位控制阀(36)的阀芯的一端施偏压，从而改变该壳体(44)与该转子(42)之间的相对角位置。还披露了控制一个相位器的一种方法。

Description

正时相位器控制***
相关申请交叉参引
本申请要求于2005年5月2日提交的名为“正时相位器控制***”的临时申请第60/676,771号中所披露的发明的权益。这里要求根据美国法典第35篇§119(e)对临时申请的权益，并通过引用将上述申请结合于此。
技术领域
本发明涉及用于可变凸轮正时***的控制***的领域。更具体地说，本发明涉及具有一个调压控制***(RPCS)的一种可变凸轮正时相位器。
背景技术
内燃机采用多种机构来改变凸轮轴与曲轴之间的角度，以提高发动机性能或减少排放。这些可变凸轮轴正时(VCT)机构的大多数在发动机的凸轮轴上(或者在多凸轮轴发动机的多个凸轮轴上)使用一个或多个“叶片相位器”。大多情况下，相位器具有带一个或多个叶片的一个壳体，该壳体装配于凸轮轴的端部，该凸轮轴由一个具有叶片室的壳体所包围，其中安装这些叶片。有可能将叶片装配于壳体上，而这些室也在壳体中。壳体的外圆周形成链轮、皮带轮或者齿轮，通过链条、皮带或齿轮来接收驱动力，该驱动力一般来自于凸轮轴，或者可能来自于多凸轮发动机的另一凸轮轴。
在一些***中，使用脉宽调制(PWM)技术来控制相位器的滑阀，以向滑阀的一端施加一个百分比的发动机油压力，从而对抗滑阀另一侧上的一个弹簧力。参见图1的先有技术，一个阀芯200可滑动地容纳于凸轮轴226的一个圆柱构件298内。该阀芯200包括一个第一滑面200b、一个第二滑面200a，以及介于滑面200a和200b之间的直径减小了的部分200c。在该图中，阀芯200有接触第一滑面200b的端部的弹簧202而向右施偏压。在该图中，阀芯200通过向滑面200a外部上的圆柱构件298的部分298a内供应加压的液压流体而向左施偏压。阀芯200的向右运动受到一个套状机械停止件298b的限制。该部分298b内的压力由来自脉宽调制(PWM)阀206的压力控制信号控制，该脉宽调制阀由ECU208控制。PWM阀206通过输入管线210接收来自主油道的发动机油并选择性地通过管线212将发动机油输送给部分298a。来自PWM阀206的用过的油经由输出管线214返回到低压调节阀216，该低压调节阀还接收来自输入管线210的油。来自低压调节阀216的油经由输出管线218返回到发动机贮油底壳。低压调节阀216用于维持圆柱部分298的部分298a中的最小油压。阀芯将流体通过管线282、294、296以及止回阀284引导至汽缸254、256并从这些汽缸中引导出。由于该发动机油的压力随着发动机速度而自然变动，所以这种技术不允许对滑阀位置进行精确控制，这是因为取决于发动机油压的波动，任何PWM设定点都可能导致滑阀上的一个不同的压力。
为缓解该问题，先有技术采用包括差压控制***的其他***。在该***中，对发动机油压进行脉宽调制以产生分压。该分压仍施加于具有一个阀门直径的该滑阀的第一端上，与在该滑阀的具有一个较小直径第二端上的弹簧力相对。因为与小面积上相同的分压施加在大面积上，因此第二端上的相对的压力是滑阀第一端上的分压的一个固定百分比(通常是两倍)。
参照图2，滑阀492包括具有一个延伸部500c、一个第一滑面500b、以及一个第二滑面500a的一个阀芯500，一个第一弹簧504，以及一个第二弹簧502。阀芯500容纳在凸轮轴426的一个圆柱构件498内。阀芯500的位置还受向第二滑面500a的外部上的圆柱构件498的部分498a内供应的加压液压流体的影响，该加压液体流将阀芯500推至左侧。该部分498a接收来自主油道530的加压流体。对阀芯在圆柱构件498内的位置的控制是响应一个控制压力缸534内的液压，其活塞534a顶在阀芯延伸部500c上。活塞534a的表面积大于阀芯500的端部表面积，该活塞面积承受该部分498内的液压，并且优选地是大两倍。汽缸534内的压力受一个螺线管506的控制，它优选为响应于来自ECU508的一个控制信号的一个脉宽调制型。螺线圈506通过一条输入管线504接收来自发动机油道530的发动机油并选择性地通过一条供应管线538将来自该来源处的发动机油送给汽缸。滑阀492将流体从管线488、490、496、482、494、460c以及止回阀486、484引导至形成于叶片与壳体之间的凹槽432a、432b中并从这些凹槽中引导出。这样，此类型的***使用差压来消除发动机油压中的变动，允许对滑阀的位置进行更精确的控制，尽管用了更加复杂的油路和更加复杂的滑阀。
因此，需要具有一种正时相位器控制***，该控制***精确、能够抵抗发动机油波动，并且该控制***采用简单的滑阀结构。
发明内容
一种相位器，包括一个壳体、一个转子、一个相位器控制阀以及一个调压控制***(RPCS)。该RPCS具有一个控制器，该控制器向一个直接控制压力调节阀提供基于发动机参数的一个设定点、一个希望角度以及一个信号。该直接控制压力调节阀具有一个供应端口和控制端口，其中该供应端口接收来自一个源的一个供应流体压力并根据基于该设定点的该信号将该压力调节成一个控制压力。该相位器控制阀引导流体以改变该转子相对于该壳体的相对角位置。该相位器控制阀具有一个阀芯，具有一个第一端和一个第二端的该阀芯可滑动地容纳于该转子的一个孔中。该阀芯的第一端通过一个弹簧沿第一方向偏压。该控制压力对该阀芯的第二端沿与该第一方向相反的第二方向施偏压，从而改变该壳体与该转子之间的相对角位置。
还披露了一种控制该相位器的定位的方法。在一个第一步骤中，该ECU或控制器提供基于多个发动机参数的一个设定点以及该凸轮轴于该曲轴之间的一个希望角度。然后对该设定点和该凸轮轴与该曲轴之间的实际相位求和，从而得到一个误差信号。将该误差信号输入到一个控制律中并转换成一个控制信号。然后将该控制信号与一个零控制信号求和。然后在下以步骤中将该求和信号发送至该调压控制阀。将来自一个油道的供应油压也输入到该调压控制阀中，从而产生一个直接调节了的输出控制油压。来自在前步骤的该调节了的控制压力使该阀芯的位置与所供应的压力成比例地移动，该压力进而在凸轮转矩或油压的协助下使该VCT相位器移动，从而改变该凸轮轴与该曲轴之间的相位。在该VCT相位器被移动之后，再次测量该相位并重复上述步骤。
同时还披露了根据本发明的具有该调节压力控制***的一种旋转致动器及控制其定位的方法。
附图说明
图1示出了一种现有技术相位器的一个示意图，该相位器使用脉宽调制阀来控制阀芯在滑阀内的位置。
图2示出了一种现有技术相位器的一个示意图，该相位器使用差压控制***来控制阀芯在滑阀内的位置。
图3a示出了具有本发明的一种控制***的一个凸轮转矩驱动式相位器在零位中的一个示意图。
图3b示出了具有本发明的一种控制***的一个凸轮转矩驱动式相位器向超前位置移动时的一个示意图。
图3c示出了具有本发明的一种控制***的一个凸轮转矩驱动式相位器向滞后位置移动时的一个示意图。
图4示出了一个替代实施方案的一个凸轮转矩驱动式相位器在零位中的一个示意图。
图5示出了具有本发明的一种控制***的一个油压致动式相位器在零位中的一个示意图。
图6示出了具有本发明的一种控制***的一个扭力助推式相位器在零位中的一个示意图。
图7示出了本发明的该控制***的一个流程图。
图8示出了具有一个可变凸轮正时相位器的本发明的控制***的另一流程图。
图9示出了具有本发明的控制***的可变凸轮正时***的一个示意图。
图10示出了当不同电流施加于直接控制压力调节阀时供应压力对比控制压力的曲线图。
图11示出了当不同电流施加于一个替代实施方案的一个直接控制压力调节阀时供应压力对比控制压力的曲线图。
图12示出了具有本发明的控制***的一个旋转致动器的一个示意图。
图13示出了具有一个旋转致动器的本发明的控制***的一个流程图。
具体实施方案
本发明的调压控制***(RPCS)基于一个设定点而接收一个信号，该信号使得一个调压控制阀或一个直接控制压力调节阀(DCPR)将一个输入油压调节成一个调整了的控制油压，该调整了的控制油压与信号及主油道中的压力成比例地对一个相位控制阀的阀芯的一端施偏压。该相位控制阀的阀芯的另一端优选地由一个弹簧沿反方向施偏压
与该调压控制***一起使用的可以是如图3a至3c及图4所示的一种凸轮转矩驱动式相位器、如图5所示的一种油压致动式相位器、如图6所示的扭力助推式相位器、如图12所示的旋转致动器，或者如2005年11月23日提交的名为“用于在具有低凸轮扭力的发动机条件下致动的具有比例油压的CTA相位器”的第11/286,483号申请中披露的混合相位器，该相位器通过引用结合在此。
图9示出了一个凸轮轴26、一个曲轴24以及一个相位器22之间的关系。第一可旋转体24(优选地为一个曲轴)和一个第二可旋转体26(优选地为一个凸轮轴)通过机械连接而连在一起，尽管该连接优选是一条链，但也可以是一个皮带或一个带轮。该曲轴24连接于一个动力源34并接收来自该动力源的动力，且驱动凸轮轴26。该动力源34可以是来自一个发动机的一个或多个活塞、一个电机、一个曲柄、一个涡轮或者是能够驱动一个轴的任何其他装置。一个相位器22连接于该凸轮轴26并且能够改变该凸轮轴26与该曲轴24之间的相对角位置。该相位器具有一个滑阀36，该滑阀通过连接于一个控制器40的直接控制压力调节阀或压力控制阀38而定位。位置传感器39、41连接于该控制器40并且可用来监控该凸轮轴24与该曲轴26之间的角位置。
图3a至图3c示出了具有一个凸轮转矩驱动式相位器的本发明的该控制***。凸轮转矩驱动式(CTA)相位器利用了由打开和关闭发动机阀以使叶片移动的力所产生的该凸轮轴的转矩反转。存在一个控制阀以允许流体从一个室移动到另一室从而使叶片移动，或者停止油的流动从而将叶片锁定在位。该CTA相位器具有油输入以补充由于泄漏而造成的损失，但是不使用发动机油压来使相位器移动。CTA相位器已经显示出它们提供了快速响应和低的油使用量，从而减少燃料消耗和排放。然而，在一些发动机中，即4-缸发动机中，来自凸轮轴的扭转能不足以在发动机的整个速度范围上驱动该相位器，尤其当转速较高时，而鉴于发动机运行操作条件(例如，可供使用的凸轮扭力的量)优化相位器的性能是必须的。
由打开和关闭发动机阀门的力所引起的凸轮轴的转矩反转使得该凸轮转矩驱动式(CTA)叶片46移动。该超前和滞后室50、52安排成抵抗该凸轮轴中的正负转矩脉冲并由该凸轮转矩交替加压。叶片控制阀，优选一个滑阀36，通过允许流体从超前室50流到滞后室52或反之亦然(这取决于所希望的移动方向)，如图3b和图3c所示。正负凸轮扭力用于使该相位器移动。
相位器22的壳体44具有用于接受驱动力的一个外周边45。转子42连接于该凸轮轴并同轴地定位在该壳体44内。该转子42具有至少一个叶片46，该叶片将在该壳体44与该转子42之间形成的一个室分成该超前室50和该滞后室52。该叶片46能够旋转以改变该壳体44与该转子42的相对角位置。
该滑阀36包括一个阀芯37，具有圆柱形滑面37a和37b的阀芯37可滑动地容纳在该转子42的一个套管62中。该套管62具有接受管线68的一个第一端以及具有通向大气的一个孔或一个开口71的一个第二端。该阀芯37的位置受弹簧66以及由一个控制器或ECU40所控制的调压控制***的一个直接控制压力调节阀38的影响。该阀芯37的位置控制该相位器的移动(例如，朝超前位置或滞后位置的移动)以及该凸轮轴相对于该曲轴的位置。
该调压阀控制***(RPCS)的直接控制压力调节阀38远离该相位器而定位，优选定位在该汽缸盖中或如图所示定位在该凸轮轴承盖76中，并通过管线70接收来自该主油道(MOG)72一个输入或供应油压。来自该主油道72的供应油压通常随RPM、温度、以及发动机载荷而变化，但是该直接控制压力调节阀38能够提供与基于来自该控制器40的一个设定点的信号成比例的一个稳定的已知或恒定压力。控制器40可以是一个微处理器、专用集成电路(ASIC)、数字电子装置、模拟电子装置、或它们的任意组合。该控制信号可以是电流(安培)、电压(伏特)，或者可以是具有数字信息的编码信号。该直接控制压力调节阀38还具有通向管线69的排气端口E以及穿过该凸轮轴承盖76通向管线68的控制端口C。
该直接控制压力调节阀38通过供应端口S接收来自该主油道72的供应压力并将该供应压力调节至优选介于0至15PSI之间的一个控制压力。该控制压力的范围不限于0至15PSI并且可基于该***所使用的应用而变化。该控制压力与该阀的电流成比例。该阀的电流优选地在从0至1安培的范围内变化，但不限于这个范围并且可根据应用而变化。更确切地，如图7所示，该控制器或ECU40提供一个设定点以及该凸轮轴与该曲轴之间的一个希望角度。接着，在第二步骤93中，提供基于来自该控制器的希望角度以及该设定点的一个信号。在第三步骤94中，基于由该ECU确定的设定点的该信号协助对一个供应或输入油压的直接调节，从而产生一个受控的油输出压。该受控油输出压随后被发送至该相位控制阀36，从而在第四步骤96中，对该阀芯37的一侧施偏压，与对该阀芯37的相对侧施偏压的弹簧66相对抗。最后，在第五步骤98中，基于该相位控制阀的阀芯位置调整该凸轮轴26相对于该曲轴24的相对位置。该信号也可以是包含数字信息的一个编码信号。
图10示出了当设定点信号(以安培为单位)施加于该直接控制压力调节阀38时供应或输入压力(以PSI为单位)对比控制压力(以PSI为单位)的一个曲线图。基于该可供使用的供应压力以及该信号，可以得出一个控制压力。该信号的范围可以基于发动机和设计参数而变化。只要提供了适当的供应压力，那么例如0.5安培的一个零控制信号使该阀芯位置被设置为零并保持该相位器的位置。如图10中的实例，该设定点信号的范围是在从0至1安培。所产生的控制压力还可基于发动机和设计参数而变化。在该实例中，该控制压力的范围是在从0至15PSI(1bar)。
当该供应压力大于或等于15PSI时，所产生的控制压力取决于该信号的强度。例如，如果该信号为0.33安培，则该控制压力为5 PSI；如果该信号为0.66安培，则该控制压力为10PSI；并且如果该信号为1安培，则该控制压力为15PSI。如果该供应压力小于15PSI，则该控制压力取决于该信号的强度以及可供使用的供应压力。例如，如果该信号为0.33安培并且该供应压力为10PSI，则该控制压力为5PSI，而如果该信号为1安培并且该供应压力为10PSI，则该控制压力为10PSI。该控制压力不可能大于可供使用的供应压力。通过使该控制压力基于该信号以及供应压力，该供应压力被调节为一个常数。尽管示出了0.33安培和0.66安培，但是也可使用其他信号强度，但仍然要允许该阀芯被移动至三个位置(超前、滞后，以及零位)。
图8示意性地示出了本发明的调压控制***的一个更详细的闭环控制***。在第一步骤108中，该ECU或控制器40基于多个发动机参数(诸如，但不限于，转速、温度、发动机载荷，及节流阀位置)来确定该凸轮轴24与该曲轴26之间的一个希望的角度以及一个设定点。该设定点与该相位器22的凸轮轴24和曲轴26之间的实际相位102求和106。所产生的误差信号107(该信号可能是正的、负的或正等于零)被输入到控制律104中。该控制律104将该误差信号107转换为电流形式或者是电压形式的一个控制信号110。该控制信号110与同样为电压或电流形式的零控制信号111求和112并将该阀芯37的位置调整到一个零位或中间位置。如参照图10所论述的，该零控制信号大约是电流的所选范围的50％。通过对该零控制信号111与该控制信号110进行求和112，该阀芯37向后移动至中间位置，允许该阀芯37能够在后续步骤中根据所需在或者该超前位置或者该滞后位置中具有最大行程量，以调整该相位器22的位置。由该求和112所产生的电压或电流形式的求和信号在接下来的步骤113中被传送至该调压控制阀38。来自油道72的供应油压114也被输入到该调压控制阀38中，从而在步骤116中产生一个直接调节的输出控制油压，如图10和图11所示。在步骤118中，来自步骤116的该调节的控制压力使该阀芯37的位置与所供应的压力成比例地移动，该压力进而在凸轮转矩或油压的协助下使该VCT相位器22移动，从而改变该凸轮轴24与该曲轴26之间的相位。当在步骤119中该VCT相位器22被移动后，再次在步骤102中测量该相位的位置并重复进行上述步骤。
应该注意，该设定点108、该设定点108与该相位的位置102的求和106、所产生的误差信号107、该控制律104、所产生的控制信号110、该零控制信号111，以及该控制信号110与该零控制信号111的求和112都发生在该控制器或ECU40之内。
步骤102至119与参照图7所论述的步骤92至98类似，并且这些论述同样应用于图8中的步骤102至119。
应该注意，尽管可以确定如图10中所示的10PSI的一个中间控制压力值，从而产生导致该相位器处于零位的一个阀芯位置，但是该闭环***可根据需要将中点调节为高于或低于在该***的压力范围内所选的中点，如图11所示。
再返回来参照图3a至图3c，该控制压力穿过该凸轮轴承76并且该压力通过管线68在该阀芯37的第二端上产生一个力，该力与沿反方向对该阀芯37施偏压的弹簧66相对抗。该弹簧力与该控制压力68之间的平衡确定该阀芯的位置。通过使该控制压力穿过该凸轮轴承盖界面76，该控制流体与该供应流体之间的泄漏可由该密封凸轮轴承间隙和/或该凸轮轴承密封而最小化。
该直接控制压力调节阀38可以是例如一个传输压力调节阀。该直接控制压力调节阀38也可以是一个直接作用可变力电磁压力调节阀或一个可变排气压力调节阀。尽管也可使用其他控制范围，但是在上述实例及实施方案中，当该主油道压力为15PSI或更大时该直接控制压力调节阀38设计成输出在0至15PSI之间。
在该实施方案中，穿过一个凸轮轴承76设置了两条油通路。第一油通路用于控制压力输出68，而第二油通路用于提供来自主油道的补充输入油74。在零位或中间位置中，如图3a所示，该滑阀的阀芯滑面37a和37b阻挡流体的流动，从而将该叶片锁定在位。少量流体被提供给该相位器，以补充由于泄漏造成的损失。
在向该超前位置移动的过程中，如图3b所示，管线68中的来自该直接控制压力调节阀38的控制压力减少，并且在该图中该滑阀37由弹簧66向右移动，直到弹簧66的力与来自该直接控制压力调节阀38的控制压力平衡为止。在所示位置中，该滑阀37的移动迫使该套管62内的流体通过管线68排出到该直接控制压力调节阀38的控制端口C。从该控制端口C，该流体通过该排放端口排放至管线69。阀芯滑面37a阻挡管线56；管线58和60被打开，并且该叶片46可朝该超前位置移动。凸轮轴转矩对该滞后室52加压，从而使得该滞后室52中的流体流动到该超前室50中并且使得该叶片46沿箭头41所示方向移动。流体通过管线60从滞后室52排出到阀芯滑面37a与37b之间的该滑阀36并再回流到中央管线58、管线56，以及该超前室50中。
补充油从该主油道(MOG)72被供应到该相位器，以补充泄漏并进入管线74且通过入口止回阀54移动到该滑阀36。从该滑阀36，流体进入管线58并穿过止回阀47、49之一，这取决于哪一个对于该超前或滞后室50、52开放。
在向该滞后位置移动的过程中，如图3c所示，管线68中的来自该RPCS***的控制压力增加并且该阀芯37由于管线68中的来自该调压控制***38的压力而向左移动，直到该弹簧66的力与来自该直接控制压力调节阀38的控制压力平衡为止。
在所示位置中，该阀芯37的移动推动该套管62中的任何流体通过出口71排出。阀芯滑面37b阻挡管线60，管线56和60被打开，并且该叶片46可朝该滞后位置移动。凸轮轴转矩对该超前室50加压，从而使得该超前室50中的流体流动到该滞后室52中并使得该叶片46沿箭头41所指方向移动。流体通过管线56从该超前室52排出至阀芯滑面37a与37b之间的滑阀36，并再回流到管线58、管线60，及该滞后室52。
补充油从该主油道(MOG)72供应给该相位器以补充泄漏并进入管线74且通过入口止回阀54移动到该滑阀36。从该滑阀36，流体进入管线58并穿过该止回阀47、49之一(这取决于哪一个对于该超前或滞后室50、52是打开的)。
在一个优选的实施方案中，一个锁定销300可滑动地定位在该转子42中的一个径向孔中，该锁定销300包括一个销体300a，该销体具有的直径适配为用于在该径向孔中得到一个流体密封配合。当来自管线301的流体的压力大于弹簧300b的力时对该锁定销300向一个未锁定位置施偏压。管线301连接于管线68。当管线301中的流体压力小于施偏压于该锁定销的销体300a的弹簧300b的力时该锁定销被锁定。在朝该超前位置移动的过程中，管线301中的流体压力不大于该锁定销的弹簧300b的力，并且该销被移向一个锁定位置。在朝该滞后位置移动的过程中以及在该零位中，管线301的流体压力大于该弹簧300b的力并且该锁定销被移向一个未锁定位置。
图4示意性地示出了一个VCT相位器22的另一实施方案。除了用于该凸轮转矩驱动式***的补充油是从该直接控制压力调节阀38的控制压力输出68供应的而不是从主油道72供应的之外，图4的实施方案与图3a至图3c的实施方案相同。因此，该相位器22设计成仅有一个穿过该凸轮轴承76的油路78。在这种情况下，施加于该相位器22的压力不会低于一个预定最小值(例如0.35bar或5psi)，因为这是润滑该凸轮轴承76所需要的最小压力，并提供补充油以补充泄漏。用于维持该最小值的一个方法是设计该直接控制压力调节阀38，从而该最小控制压力输出为5psi，如图11的曲线图所示，该图示出了该供应或输入压力(以PSI为单位)与该控制压力(以PSI为单位)及被施加于该直接控制压力调节阀的设定点信号(以安培为单位)的曲线图。在该实施方案中，该控制压力的范围是从5PSI到15PSI。由于可以供应一个恒定压力，所以即使当不存在一个设定点时，少量油也可以穿过该凸轮轴承，从而允许有一个供应管线。可替换地，可设置从该主油道72到该凸轮轴承76的一条专用独立油路，用于轴承润滑。
应该注意到，尽管可以确定如图11中所示的10PSI的一个中间控制压力值，从而产生一个阀芯位置，它导致该相位器处于零位置，该闭环***可根据需要将中点调节为高于或低于所选中点。
图5示意性地示出了具有该调压控制***的处于零位中的一个油压致动式相位器。在一个油压致动式***中，具有带滑面37a、37b、37c和37d的一个阀芯37的该滑阀36选择性地允许来自该主油道72的发动机油压经由供应管线56、60(这取决于该滑阀36的位置)进入或者该超前室50或者该滞后室52。来自该相对室的油经由超前排放管线80或者滞后排放管线82通过管线84、88排放回该发动机贮油底壳。
如在图3a至3c所示的并参照图7至图11进一步论述的实施方案中，来自该直接控制压力调节阀38的该控制油压68用于在该滑阀36内精确地使该阀芯37定位。该阀芯37的一端由弹簧66沿一个方向施偏压，而来自该直接控制压力调节阀38的该控制压力对该阀芯37沿反方向施偏压。来自该主油道72的供应油压86被用于使该叶片46移动。这样，两条油路穿过该凸轮轴承76，一条用于控制油压68而一条使来自该油道72的油成为供应油压86。在其他油压致动式实施方案中，该供应油压86可仅来自于该控制压力68，从而使之有可能仅有一条油路穿过该凸轮轴承76。
图6示意性地示出了具有本发明的该调压控制***的一个扭力助推式相位器22。该扭力助推式相位器包括位于该供油管线中的一个止回阀，或者位于通向各室(未示出)的管线56、60中的止回阀。2005年4月26日公布的名称为“具有定位于转子中的控制器的扭力助推式多位置凸轮分度器”的第6,883,481号美国专利披露了一种单个止回阀TA，并且该专利通过引证结合于此，而且2004年7月20日公布的名称为“用于发动机的具有位于室与滑阀之间的转子中的两个止回阀的凸轮相位器”的第6,763,791号美国专利披露了两个止回阀TA，并且该专利通过引证结合于此。该止回阀90阻止由于通过改变载荷条件造成的转矩反转所引起的油压脉冲返回至该油***中，从而防止当该发动机停止时来自该相位器的油泄漏，并阻止该叶片由于转矩反向而向后移动。向前的转矩作用帮助移动该叶片46。除了防止由于转矩反转而造成的油返回到该油***中之外，该扭力助推式相位器22以与图5的油压致动式***相似的方式操作。
在一个扭力助推式相位器中，该滑阀36选择性地将来自该主油道72的发动机油压经由供应管线56、60(这取决于该滑阀36的位置)提供给该超前室50或者该滞后室52。来自该相对室的油经由超前排放管线80或者滞后管线82通过管线84和88排回到该发动机贮油底壳。如在图3a至图3c所示的并在参照图7至图11进一步讨论的实施方案中，该直接控制压力调节阀38的控制油压68被用于精确定位该滑阀36。由向前转矩运动助推的该供应油压86用于使该叶片46移动。该供应油通过该止回阀90来自于该主油道72。这样，两条油路穿过该凸轮轴承，一条用于调节油压68而一条使来自该油道72的油成为供应油压86。可替换地，该供应油压86可仅来自于该控制压力68，从而使之有可能仅有一条油路穿过该凸轮轴承76。
该调压控制***或该直接控制压力调节阀也可与一种混合相位器一起使用，如2005年11月23日提交的名称为“用于在具有低凸轮扭力的发动机条件下致动的具有比例油压的CTA相位器”的序列号为11/286,483的专利申请中所披露，并且该申请通过引证结合于此。
此外，该调压阀控制***(RPCS)的直接控制压力调节阀38可以与一个旋转致动器一起使用，如图12所示。在该旋转致动器80中，该壳体44不具有用于接受驱动力的一个外周边并且该壳体的运动受限制。该壳体是静止部分。对该壳体44的限制的范围是从使该壳体根本不移动到使该壳体具有限制为小于360度的运动，如箭头150所示。除了该轴的扭转之外，任何运动都通过作为可动部分的该转子42来完成。该转子42和该叶片46移动或摆动穿过由该壳体限定并限制的距离。所有循环载荷都是在该转子42上并且该转子42接受所有驱动力。如在前面的实施方案中，来自该直接控制压力调节阀38的控制油压68被用于精确定位该滑阀。该阀芯37的一端由弹簧66沿一个方向施偏压，而来自该直接控制压力调节阀的控制压力对该阀芯37沿反方向施偏压。
图13示意性地示出了本发明的该调压控制***的一个更详细的闭环控制***。在第一步骤108中，该ECU或控制器40基于多个发动机参数(诸如，但不限于，转速、温度、发动机载荷，及节流阀位置)来确定该凸轮轴与该曲轴之间的一个希望角度以及一个设定点。该设定点和该固定部分或壳体44与该可动部分或该转子42之间的实际相位102求和106。所产生的误差信号107(该信号可能是正的、负的或正等于零)被输入到控制律104中。该控制律104将该误差信号107转换为电流形式或者电压形式的一个控制信号110。该控制信号110与同样为电压或电流形式的零控制信号111求和112并将该阀芯37的位置调整到一个零位或中间位置。如参照图10所论述的，该零控制信号大约是所选范围上的电流的50％。通过对该零控制信号111与该控制信号110求和112，该阀芯37向后移动至一个中间位置，从而使得该阀芯37能够在后续步骤中根据所需在该超前位置或者该滞后位置中具有最大行程量，以调整该旋转致动器80的位置。由该求和步骤112所产生的电压或电流形式的求和信号在接下来的步骤113中被传送至该调压控制阀38。来自油道72的供应油压114也被输入到该调压控制阀38中，从而在步骤116中产生一个直接调节的输出控制油压，如图10和图11所示。在步骤118中，来自步骤116的该调节的控制压力使该阀芯37的位置与所供应的压力成比例地移动，该压力进而在凸轮转矩121的协助下使该旋转致动器80移动，从而改变该壳体或固定部分44与该转子或可动部分42之间的相位。在步骤120中当该旋转致动器80被移动后，再次在步骤102中测量该可动部分与该固定部分之间的相位并重复进行上述步骤。
许多以前的用于相位器滑阀的液压控制***被设计成使该控制的油压施加于该滑阀的两端。例如在一个差压控制***中，如图2的先有技术所示，要求一个滑阀具有两个直径，在该控制端上的一个较小的直径，以及在相对端上的一个较大的直径。在该较大区域上以及该较小区域上施加相同的压力，从而由于较小的力施加于具有较大直径的侧部，所以还存在一个弹簧以对该阀芯的该较大直径侧施偏压。通过使相同的油压施加于该滑阀的两端，由发动机RPM造成的油压波动得以抵消。当前的实施方案与这样的一种差压控制***相比具有一大优势，这是因为该直接控制压力调节阀能将有害的压力波动消除或减少到无须一个差压***的程度。由于该滑阀仅具有一个直径，从而这简化了该滑阀并降低其成本。
除了不易受油道油压改变的影响之外，该直接控制压力调节阀38具有这样的一个控制压力，该控制压力不具有存在于依赖脉宽调制来调整油压的VCT***中的高频压力波动。这使得能够对该滑阀36的位置进行更精确的控制。
另一优点在于，如果需要的话使用仅一条控制管线来向该直接控制压力调节阀提供一个设定点，而不是如图1的现有技术所示的多条管线，这对于脉宽调制***通常必需的。这使得已经具备仅具有一个相位器控制管线的控制器(假设用于一个可变力电磁线圈)的厂商能够通过一个液压控制滑阀来改装或者装入该液压控制滑阀，而无须重新设计该控制器。此外，通过使用该调压阀控制***，该相位器的整体轴向总体尺寸减小。
这里所描述的***及其等同物减少了由于该主油道或供应压力中的油压波动所引起的变化，基本上使得该供应压力成为一个常数。该直接控制压力调节阀可安装在远离该凸轮相位器。该直接控制压力调节阀还可补充凸轮轴承泄漏。这里所描述的***还可维持一个凸轮相位器的免出故障的位置，简化该相位器的设计，并减少总体长度。能够受益于具有一个直接控制压力调节阀的一种正时相位器控制***的机械***的类型不限于内燃机。明显地，取决于具体的实施，可以进行多种其他功能上和/或结构上等同的更改和替换，从而根据在此所涵盖的概念来实施用于具有一个直接控制压力调节阀的一种正时相位器的实施方案，然而这些更改和替换仍然落在以下权利要求的范围内。
因此，必须理解，这里所描述的本发明的各个实施方案仅仅是对本发明原理应用的说明。这里提及的所展示的实施方案的细节并不旨在限制权利要求的范围，这些权利要求本身列举了被认为是本发明基本要素的那些特征。

Claims (51)

1.用于具有一个曲轴和至少一个凸轮轴的内燃机的一种可变凸轮正时相位器，包括：
一个壳体，具有用于接受驱动力的一个外周边；
一个转子，用于连接至同轴地定位于该壳体内的一个凸轮轴，该转子具有限定该壳体与该转子之间的一个室的至少一个叶片，该至少一个叶片将该室分成一个超前室和一个滞后室，该至少一个叶片能够旋转从而改变该壳体与该转子之间的相对角位置；
一个相位控制阀，用于引导流体流动以改变该转子相对于该壳体的相对角位置，该相位控制阀具有一个阀芯，具有一个第一端以及一个第二端的该阀芯可滑动地容纳于该转子的一个孔中，其中由一个弹簧沿一个第一方向对该阀芯的第一端施加偏压；以及
一个调压控制***，包括：
一个控制器，用于基于发动机参数提供一个信号；以及
一个直接控制压力调节阀，具有一个供应端口和一个控制端口；
其中，该直接控制压力调节阀的该供应端口从一个加压流体源接收一个供应流体压力并基于来自该控制器的信号将该供应流体源压力调节成一个控制压力，该控制压力通过该控制端口离开该直接控制压力调节阀以沿与该第一方向相反的一个第二方向偏压该阀芯的该第二端施加偏压，从而改变该壳体与该转子的相对角位置。
2.根据权利要求1所述的相位器，其中，该直接控制压力调节阀远离该相位器。
3.根据权利要求1所述的相位器，其中，该直接控制压力调节阀定位于该汽缸盖中。
4.根据权利要求1所述的相位器，其中，该直接控制压力调节阀定位于该凸轮轴承盖中。
5.根据权利要求1所述的相位器，其中，该信号所基于的这些发动机参数为温度、转速，和节流阀位置。
6.根据权利要求1所述的相位器，其中，该信号为一个电流或一个电压。
7.根据权利要求6所述的相位器，其中，该电流介于0至1安培。
8.根据权利要求1所述的相位器，其中，该控制压力介于0至15PSI。
9.根据权利要求1所述的相位器，其中，该相位控制阀将来自该加压流体源的流体导引到该超前室或该滞后室并使流体从另一超前或滞后室排出。
10.根据权利要求9所述的相位器，进一步包括介于该相位控制阀与该加压流体源之间的一个止回阀。
11.根据权利要求1所述的相位器，其中，该相位控制阀通过选择性地将流体从该超前室引导至该滞后室并阻挡逆向流体流动来控制相位器的位置。
12.根据权利要求11所述的相位器，进一步包括连接至该加压流体源的一条通路，该通路用于向该超前室和该滞后室供应补充流体。
13.根据权利要求12所述的相位器，其中，该通路进一步包括一个止回阀。
14.根据权利要求1所述的相位器，进一步包括介于该相位控制阀与该加压流体源之间的一条补充管线，用于向该相位器提供补充流体。
15.根据权利要求1所述的相位器，其中，该直接控制压力调节阀进一步包括一个排放端口。
16.用于在具有一个曲轴和至少一个凸轮轴的一个内燃机中控制一个相位器的一个相位控制阀的位置正时的一种方法，该方法包括以下步骤：
a)通过一个控制器基于发动机参数设置该凸轮轴与该曲轴之间的一个希望角以及一个设定点；
b)通过该控制器提供基于该希望角和该设定点的一个信号；
c)将来自该控制器的该信号发送至一个直接控制压力调节阀；
d)对通过该直接控制压力调节阀的一个供应端口接收的一个供应流体源压力进行调节；
e)产生基于该信号和该供应流体源压力的一个控制压力；以及
f)用该控制压力对一个相位控制阀的一端施加偏压，从而改变该凸轮轴与该曲轴之间的相对角位置。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，从一个加压流体源提供该供应流体源压力。
18.根据权利要求16所述的方法，其中，该直接控制压力调节阀远离该相位器。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，该直接控制压力调节阀定位于该汽缸盖中。
20.根据权利要求16所述的方法，其中，该直接控制压力调节阀定位于该凸轮轴承盖中。
21.根据权利要求16所述的方法，其中，该控制压力介于0至15PSI之间。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，该相位控制阀包括具有一个第一端以及一个第二端的一个阀芯，该阀芯可滑动地容纳于该相位器的一个孔中，该阀芯的第一端由一个弹簧沿一个第一方向施加偏压，用于引导流体流动从而改变该相位器的位置。
23.根据权利要求16所述的方法，其中，该相位控制阀使来自一个加压流体源的流体导引到一个超前室或一个滞后室中并使流体从另一超前或滞后室中排出。
24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括介于该相位控制阀与一个加压流体源之间的一个止回阀。
25.根据权利要求16所述的方法，其中，该相位控制阀通过选择性地将流体从一个超前室引导至一个滞后室并阻挡逆向流体流动来控制相位器位置。
26.根据权利要求25所述的方法，进一步包括连接至一个加压流体源的一条通路，该通路用于向该超前室和该滞后室供应补充流体。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，该通路进一步包括一个止回阀。
28.根据权利要求16所述的方法，进一步包括介于该相位控制阀与该加压流体源之间的一条补充管线，用于向该相位器提供补充流体。
29.根据权利要求16所述的方法，其中，该直接控制压力调节阀进一步包括一个排放端口。
30.根据权利要求16所述的方法，其中，该信号为一个电流或一个电压。
31.根据权利要求16所述的方法，在步骤a)与b)之间进一步包括以下步骤：
g)确定该凸轮轴与该曲轴之间的相位；
h)对该相位与该设定点求和，从而产生一个误差信号；
i)将该误差信号输入一个控制律，从而产生一个控制信号；
j)对该控制信号与一个零控制信号求和；以及
k)将该控制信号与该零控制信号之和提供给该直接控制压力调节阀。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，该控制信号、该零控制信号、以及该零控制信号与该控制信号之和为一个电压或一个电流。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，该电流介于0至1安培之间。
34.一种旋转致动器，用于具有至少一个活动部分及一个静止部分的一种内燃机，该旋转致动器包括：
一个壳体，其运动被限制为小于360度；
一个转子，用于接受驱动力并连接至同轴地定位于该壳体内的一个轴，该壳体与该转子限定至少一个叶片，该叶片将该壳体内的一个室分成一个超前室和一个滞后室，该叶片能够旋转以改变该壳体与该转子之间的相对角位置；
一个相位控制阀，用于引导流体流动以改变该转子相对于该壳体的相对角位置，该相位控制阀具有一个阀芯，具有一个第一端以及一个第二端的该阀芯可滑动地容纳于该转子的一个孔中，其中，该阀芯的第一端由一个弹簧沿第一方向施加偏压；以及
一个调压控制***，包括：
一个控制器，用于提供基于发动机参数的一个信号；以及
一个直接控制压力调节阀，具有一个供应端口和一个控制端口；
其中，该直接控制压力调节阀的供应端口接收来自一个加压流体源的一个供应流体源压力并基于来自该控制器的信号将该供应流体源压力调节成一个控制压力，该控制压力通过该控制端口离开该直接控制压力调节阀以使该阀芯的第二端沿与该第一方向相反的一个第二方向受到偏压，从而改变该壳体与该转子之间的相对角位置。
35.根据权利要求34所述的旋转致动器，其中，该直接控制压力调节阀远离该旋转致动器。
36.根据权利要求34所述的旋转致动器，其中该设定点所基于的该发动机参数为温度、转速，和节流阀位置。
37.根据权利要求34所述的旋转致动器，其中，该信号为一个电流或一个电压。
38.根据权利要求37所述的旋转致动器，其中，该电流介于0至1安培之间。
39.根据权利要求34所述的旋转致动器，其中，该控制压力介于0至15PSI。
40.根据权利要求34所述的旋转致动器，其中，该相位控制阀将来自该加压流体源的导引到该超前室或该滞后室中并使流体从另一超前或滞后室中排除。
41.根据权利要求40所述的旋转致动器，进一步包括介于该相位控制阀与该加压流体源之间的一个止回阀。
42.根据权利要求34所述的旋转致动器，其中，该相位控制阀通过选择性地将流体从该超前室引导到该滞后室并阻挡逆向流体流动来控制该旋转致动器的定位。
43.根据权利要求42所述的旋转致动器，进一步包括连接于该加压流体源的一个通路，该通路用于向该超前室或该滞后室供应补充流体。
44.根据权利要求43所述的旋转致动器，其中，该通路进一步包括一个止回阀。
45.根据权利要求34所述的旋转致动器，进一步包括介于该相位控制阀与该加压流体源之间的一条补充管线，该补充管线用于向该旋转致动器提供补充流体。
46.根据权利要求34所述的旋转致动器，其中，该直接控制压力调节阀进一步包括一个排放端口。
47.用于具有一个活动部分和一个静止部分的一台内燃机的对一个旋转致动器的一个相位控制阀的位置正时进行控制的一种方法，该方法包括以下步骤：
a)通过一个控制器基于发动机参数设置该活动部分与该固定部分之间的一个希望角以及一个设定点；
b)通过该控制器提供基于该希望角和该设定点的一个信号；
c)将来自该控制器的信号发送至一个直接控制压力调节阀；
d)对由该直接控制压力调节阀的一个供应端口接收的一个供应流体源压力进行调节；
e)产生基于该信号和该供应流体源压力的一个控制压力；以及
f)用该控制压力对一个相位控制阀的一端施偏压，从而改变该活动部分与该固定部分之间的相对角位置。
48.根据权利要求47所述的方法，其中，该信号为一个电流或一个电压。
49.根据权利要求47所述的方法，在步骤a)与b)之间进一步包括以下步骤：
g)确定该活动部分与该固定部分之间的相位；
h)对该相位与该设定点求和，从而产生一个误差信号；
i)将该误差信号输入一个控制律，从而产生一个控制信号；
j)对该控制信号与一个零控制信号求和；以及
k)将该控制信号与该零控制信号之和提供给该直接控制压力调节阀。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，该控制信号、该零控制信号，以及该零控制信号与该控制信号之和为一个电压或一个电流。
51.根据权利要求50所述的方法，其中，该电流介于0至1安培之间。
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