CN109209547B - 单向离合器型可变气门正时设备及其发动机*** - Google Patents

单向离合器型可变气门正时设备及其发动机*** Download PDF

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Abstract

一种单向离合器型可变气门正时设备及其发动机***，应用于发动机***的所述可变气门正时设备可以包括：转子、单向离合器、链轮、旋转轴和轴固定构件，用油供应所述转子，并且所述转子以顺时针和逆时针方向旋转，所述单向离合器联接至转子以限制转子的旋转量，所述链轮具有围绕转子的外径部分的转子孔，所述旋转轴装配在转子的轴孔中以将油供应至油槽，所述轴固定构件联接至旋转轴以固定转子和旋转轴，其中单向离合器通过凸轮轴的转矩限制转子的顺时针/逆时针旋转，实现发动机的燃料效率/排放材料(EM)的改进。

Description

单向离合器型可变气门正时设备及其发动机***
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年6月29日提交的韩国专利申请第10-2017-0082574号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文用于所有目的。
技术领域
本发明涉及一种可变气门正时设备；更具体地涉及一种具有可变气门正时设备的发动机***，其中单向离合器应用于连接至凸轮轴的转子。
背景技术
通常地，可变气门正时设备控制凸轮轴的相位，凸轮轴打开和关闭进气门和排气门。在该情况下，可变气门正时设备是连续可变气门正时(下文称为“CVVT”)设备，其直接控制凸轮轴以调节凸轮的提前/延迟相位，并且可以包括连续可变气门持续时间(CVVD)(其中控制气门持续时间而不改变气门升程)和连续可变气门升程(CVVL)(其中通过改变气门升程控制气门持续时间)。
为此目的，CVVT设备被构造成将转子直接连接至凸轮轴，当气门随着凸轮轴的旋转而打开和关闭时所述转子通过产生的转矩以顺时针/逆时针方向旋转。根据控制转子以顺时针/逆时针方向旋转从而控制凸轮轴相位的方法，CVVT分为液压CVVT设备和电动CVVT设备。
例如，液压CVVT设备通过使用供应至凸轮轴轴颈中形成的提前/滞后凹槽的油的压力使转子叶片旋转从而控制凸轮轴的相位。另一方面，电动CVVT设备分成摩擦离合器型CVVT设备和电机型CVVT设备，所述摩擦离合器型CVVT设备使用摩擦离合器控制凸轮轴的相位，所述电机型CVVT设备使用电动机控制凸轮轴的相位。
因此，液压CVVT设备、摩擦离合器型CVVT设备和电机型CVVT设备的每一者通过直接控制凸轮轴根据发动机的每分钟转数(RPM)而优化控制进气门和排气门的打开正时或关闭正时，实现发动机的燃料效率的改进、排放的减少、低速转矩的增加和动力的改进。
然而，液压CVVT设备消耗过多的油并且由于油压而具有有限的响应，同时当发动机启动时中间相位受到限制性固定。摩擦离合器型CVVT设备由于摩擦离合器而降低离合器持久性，并且由于凸轮轴的驱动摩擦的增加而降低燃料效率。电机型CVVT设备的优点在于具有迅速响应并且当通过电动机启动发动机时中间相位可固定，但是缺点在于具有复杂的结构/控制并且制造成本和/或维修成本高昂。
本发明的背景部分包括的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的示例性实施方案的各个方面旨在提供一种单向离合器型可变气门正时设备和具有所述设备的发动机***，所述可变气门正时设备被构造成使用单向离合器通过充当旋转轴的凸轮轴的转矩限制转子的顺时针/逆时针旋转，实现发动机的燃料效率/排放材料(EM)的改进，此外还改进了相位设定自由度并且当发动机启动时扩展了相对于凸轮轴的相移，实现了迅速响应和中间相位启动并且以低成本增加了相位范围。
本发明的其它各个方面可以通过如下描述而理解，并且参考本发明的示例性实施方案而变得清楚。同样地，本发明所属领域的技术人员显而易见的是，本发明的目的和优点可以通过要求保护的方法或其组合而实现。
根据本发明的各个示例性实施方案，一种可变气门正时设备可以包括转子、单向离合器、链轮、旋转轴和轴固定构件，所述转子通过向其供应油而以顺时针和逆时针方向旋转，所述单向离合器联接至转子从而限制转子的旋转量，所述链轮具有围绕转子的外径部分的转子孔，所述旋转轴装配在转子的轴孔中以将油供应至油槽，所述轴固定构件联接至旋转轴以固定转子和旋转轴。
单向离合器可以包括托架、滚珠、止挡托架和弹簧，所述托架的位置受到液压作用的控制从而形成被油填充的左腔和右腔，所述滚珠设置在托架的滚珠槽中，所述止挡托架从托架突出以限制转子的旋转量，所述弹簧由叶片支撑。转子可以具有转子本体，所述转子本体具有在其中心形成的轴孔，托架可以围绕转子本体的外径部分，滚珠可以与转子本体的外周表面接触，并且叶片可以固定在转子本体的外周表面上。
转子本体可以具有六边形形状并且具有在其中沿径向形成的出油孔，六边形转子本体可以具有用于密封其中心的上密封表面和下密封表面以及左离合器作用表面和右离合器作用表面，滚珠与左离合器作用表面和右离合器作用表面接触，并且固定槽可以在上密封表面和下密封表面的一者上凹陷，叶片固定在固定槽中。油可以通过出油孔从转子本体的内径部分排至其外径部分。
转子本体可以具有在其中部形成的转子凸缘，并且单向离合器可以包括设置在转子凸缘的左侧的前单向离合器和设置在转子凸缘的右侧的后单向离合器。替代性地，转子本体可以具有在其两个端部处形成的左转子凸缘和右转子凸缘，并且单向离合器可以包括前单向离合器和后单向离合器，所述前单向离合器和后单向离合器在左转子凸缘和右转子凸缘之间彼此面对。
根据本发明的各个示例性实施方案，一种发动机***可以包括可变气门正时设备，所述可变气门正时设备包括转子、液压回路和电子控制单元(ECU)，所述转子的内径部分与凸轮轴联接，所述凸轮轴具有用于打开或关闭进气门和排气门的凸轮以及用于供应油的提前油槽和推迟油槽并且通过链条连接至曲柄轴，同时链轮联接至转子的外径部分，并且联接至转子的一对前单向离合器和后单向离合器形成被油填充的左腔和右腔，所述液压回路被构造成将油供应至凸轮轴，所述电子控制单元(ECU)被构造成控制用于供应油的液压回路。
转子可以具有六边形转子本体，并且六边形转子本体可以具有用于密封其中心的上密封表面和下密封表面以及作用于各个前单向离合器和后单向离合器的左离合器作用表面和右离合器作用表面。
前单向离合器可以包括托架、滚珠、止挡托架和弹簧，所述托架围绕转子本体的一个部分，以形成被油填充的左腔和右腔同时托架的位置受到油压的控制，所述滚珠设置在托架的滚珠槽中以与转子本体的外周表面接触，所述止挡托架从托架突出以限制转子本体的旋转量，所述止挡托架联接至链轮的止挡凹槽，所述弹簧构件由固定在转子本体的外周表面上的叶片支撑。后单向离合器可以包括托架、滚珠、止挡托架和弹簧，所述托架围绕转子本体的另一个部分，以形成被油填充的左腔和右腔同时托架的位置受到油压的控制，所述滚珠设置在托架的滚珠槽中以与转子本体的外周表面接触，所述止挡托架从托架突出以限制转子本体的旋转量，所述弹簧由叶片支撑，所述叶片固定地装配在形成于转子本体的上密封表面和下密封表面的一者上的固定槽中。
在前盖和后盖联接至转子的左侧和右侧的状态下，转子可以被紧固至凸轮轴的轴固定构件固定。
转子可以包括转子本体和转子凸缘，所述转子本体具有在其中沿径向形成的用于排出油的出油孔，前单向离合器和后单向离合器联接至转子本体，所述转子凸缘在转子本体的中部形成同心圆从而使前单向离合器和后单向离合器彼此分离。替代性地，转子可以包括转子本体和转子凸缘，所述转子本体具有在其中沿径向形成的用于排出油的出油孔，前单向离合器和后单向离合器联接至转子本体，所述转子凸缘在转子本体的两个端部处形成同心圆从而围绕前单向离合器和后单向离合器。
液压回路可以包括油泵、油路和油流量控制阀，所述油泵通过ECU的控制而操作以泵送油，所述油路从油泵通往凸轮轴，其中油通过凸轮轴供应至转子，所述油流量控制阀被构造成通过ECU的控制而打开或关闭油路从而控制油的供应。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体描述，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1A为显示根据本发明的示例性实施方案的单向离合器型可变气门正时设备的组装立体图；图1B为图1A中A方向的视图；
图2为显示根据本发明的示例性实施方案的单向离合器型可变气门正时设备的分解立体图；
图3A、图3B和图3C为显示根据本发明的示例性实施方案的转子旋转受到单向离合器限制的操作状态的视图；
图4为显示根据本发明的示例性实施方案的单向离合器的分散布置的实施例的视图；
图5为显示根据本发明的示例性实施方案的单向离合器的集中布置的实施例的视图；
图6为显示根据本发明的另一个示例性实施方案的具有单向离合器型可变气门正时设备的发动机***的实施例的视图；
图7为显示根据本发明的示例性实施方案的单向离合器的液压连接状态的视图；
图8A和图8B为显示根据本发明的示例性实施方案的单向离合器的操作状态的视图，所述单向离合器通过响应液压信号进行托架的位置控制从而延迟凸轮轴；
图9A和图9B为显示根据本发明的示例性实施方案的单向离合器的操作状态的视图，所述单向离合器通过响应液压信号进行托架的位置控制从而固定凸轮轴；
图10A和图10B为显示根据本发明的示例性实施方案的单向离合器的操作状态的视图，所述单向离合器通过响应液压信号进行托架的位置控制从而提前凸轮轴；
图11为显示根据本发明的示例性实施方案的单向离合器的操作状态的视图，所述单向离合器在响应液压信号进行托架的位置控制从而延迟或提前凸轮轴之后限制转子的旋转；
应当了解，所附附图并非按比例地绘制，显示了说明本发明的基本原理的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征(包括例如具体尺寸、方向、位置和形状)将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图中，贯穿附图的多幅图，附图标记涉及本发明的相同或等同的部分。
具体实施方式
下面将更具体地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的示例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，应当理解本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。另一方面，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
参考图1A和图1B，单向离合器型可变气门正时设备1包括具有单向离合器的转子设备10-1、链轮10-2、旋转轴10-3和轴固定构件10-4。
例如，转子设备10-1的外径部分联接至链轮10-2并且其内径部分联接至旋转轴10-3。链轮10-2具有形成在其外径部分上的链轮齿并且链接至外部旋转设备使得旋转轴10-3连同转子设备10-1一起旋转。旋转轴10-3联接至转子设备10-1从而当链轮10-2旋转时连同转子设备10-1一起旋转，并且将来自外源的油压供应至转子设备10-1的内部部件。轴固定构件10-4紧固至转子设备10-1中的旋转轴10-3，从而将转子设备10-1固定至旋转轴10-3。
图2为显示单向离合器型可变气门正时设备1的分解立体图，并且显示了转子设备10-1的详细构造，所述转子设备10-1包括转子20、前单向离合器30-1、后单向离合器30-2、前盖40-1、后盖40-2、链轮10-2、旋转轴10-3和轴固定构件10-4。
在转子设备10-1的组装结构中，作为转子设备10-1的部件的链轮10-2、旋转轴10-3和轴固定构件10-4的构造如下。
链轮10-2具有在其外径部分上形成的链轮齿和在其中心形成的转子孔10-2a从而将转子20装配在转子孔10-2a中，并且转子孔10-2a具有止挡凹槽10-2b，所述止挡凹槽10-2b在转子孔10-2a的内周表面上形成并且具有预定的角尺寸。通过所述结构，链轮10-2限制前单向离合器30-1和后单向离合器30-2的旋转。特别地，止挡凹槽10-2b限制形成在各个前单向离合器和后单向离合器30-1和30-2上的止挡托架31b的移动。因此，当转子20通过旋转轴10-3的旋转(例如通过凸轮轴的提前/延迟旋转)而旋转时，当响应液压信号移动预定角度或更大角度时，前单向离合器30-1和后单向离合器30-2的止挡托架31b移动至不同于由止挡凹槽10-2b所决定的位置的位置，有助于限制转子20的额外移动。
旋转轴10-3具有提前油槽10-3a、延迟油槽和10-3b、左腔油路10-3aa和右腔油路10-3bb(参见图4)，所述提前油槽10-3a和延迟油槽10-3b从旋转轴10-3的外径部分的端部凹陷并且以预定间隔分离，所述左腔油路10-3aa和右腔油路10-3bb在旋转轴10-3的内径部分的端部处沿轴向形成从而具有相位差(例如90度)并且分别与提前油槽10-3a和延迟油槽10-3b连通。旋转轴10-3具有螺栓凹槽10-3c，所述螺栓凹槽10-3c在旋转轴10-3的端部处沿轴向形成并且紧固至轴固定构件10-4。
轴固定构件10-4具有典型的螺栓形状并且通过转子20的轴孔21a旋拧至旋转轴10-3的螺栓凹槽10-3c从而固定转子20和旋转轴10-3。
在转子设备10-1的详细结构中，转子20、分别联接至转子20的左部和右部的前单向离合器30-1和后单向离合器30-2以及分别覆盖前单向离合器30-1和后单向离合器30-2的前盖40-1和后盖40-2的构造如下。
转子20包括转子本体21和转子凸缘23，所述转子本体21具有形成在其中心的轴孔21a从而将旋转轴10-3装配在轴孔21a中，所述转子凸缘23装配在链轮10-2的转子孔10-2a中从而联接至链轮10-2。转子本体21和转子凸缘23的直径不同并且转子凸缘23在转子本体21的中部相对于转子本体21形成同心圆，使得转子本体21相对于转子凸缘23分成左转子本体和右转子本体。
此外，转子20还具有出油孔21b、油槽21c、左离合器作用表面和右离合器作用表面25a和25b、上密封表面和下密封表面26a和26b和固定槽28。出油孔21b与油槽21c连通，所述油槽21c在转子本体21中沿径向形成从而从转子本体21的外径部分凹陷至转子凸缘23的左部和右部并且具有“
Figure BDA0001568112660000071
”形状。出油孔21b和油槽21c的每一者在转子本体21的左部和右部的每一者处形成并且相对于转子本体21具有对称结构(例如180度)。左离合器作用表面25a和右离合器作用表面25b以及上密封表面26a和下密封表面26b允许转子本体21具有六边形形状。
例如，左离合器作用表面25a和右离合器作用表面25b的每一者由两个六边形表面形成使得两个作用表面(two acute surfaces)为平面并且在转子本体21的左部和右部具有对称结构。两个作用表面形成直线多边形结构从而连同前单向离合器30-1和后单向离合器30-2实现单向离合器功能。上密封表面26a和下密封表面26b的每一者具有一个六边形表面并且上密封表面26a和下密封表面26b的六边形表面在转子本体21的上部和下部具有对称结构。它们形成对应于圆的弯曲表面从而增加组装状态下密封油的功能。固定槽28是在上密封表面26a和下密封表面26b中的上密封表面26a上凹陷的直线凹槽，其中在转子20的组装状态下上密封表面26a位于上方，并且叶片34固定地装配在固定槽28中，如图3A、图3B和图3C所示。
前单向离合器30-1和后单向离合器30-2具有相同的部件，即前单向离合器30-1和后单向离合器30-2的每一者包括托架31、滚珠槽31a、止挡托架31b、滚珠32、弹簧33和叶片34。
例如，托架31包括具有预定宽度和厚度的环形凸缘从而具有形成在其上的用于定位滚珠32的四个滚珠槽31a。托架31具有左腔和右腔，所述左腔和右腔联接至转子20的转子本体21以由提前油槽10-3a和延迟油槽10-3b供应的油填充，并且托架31的位置受到左腔和右腔中的油压的控制。此外，托架31具有止挡托架31b，所述止挡托架31b以预定尺寸向环形凸缘的一个端部突出并且沿着链轮10-2的止挡凹槽10-2b移动，并且止挡托架31b的移动受到止挡凹槽的限制。因此，当转子20通过旋转轴10-3的旋转(例如通过凸轮轴的提前/延迟旋转)而旋转时，当响应液压信号移动预定角度或更大角度时，前单向离合器30-1和后单向离合器30-2的止挡托架31b移动至不同于由止挡凹槽10-2b所决定的位置的位置，有助于限制转子20的额外移动。
四个滚珠32装配在托架31的四个滚珠槽31a中并且可以具有滚柱而非圆球的形状。弹簧33是具有弹力的弯曲叶片弹簧并且位于叶片34的一侧。弹簧33设置在托架31的四个滚珠槽31a之一的区域中从而通过托架31的旋转与托架31接触。叶片34允许弹簧33位于其一侧，并且固定地装配在转子20的固定槽28中从而与转子20一体。
前盖40-1和后盖40-2的每一者具有圆盘形状。前盖40-1朝向前单向离合器30-1设置从而覆盖前单向离合器30-1，而后盖40-2朝向后单向离合器30-2设置从而覆盖后单向离合器30-2。为此目的，前盖40-1具有形成在其中心的螺栓孔40-1a，其中轴固定构件10-4穿过所述螺栓孔40-1a，并且后盖40-2具有形成在其中心的轴孔40-2a，其中旋转轴10-3穿过所述轴孔40-2a。
图3A、图3B和图3C显示了转子20的旋转受到前单向离合器30-1和后单向离合器30-2限制的状态。在该情况下，图3A、图3B和图3C所示的顺时针箭头和逆时针箭头限定旋转状态，并且面对的箭头限定限制状态。
在图3A中，托架31允许止挡托架31b在相对于链轮10-2的位置下位于止挡凹槽10-2b的中部，并且滚珠32在相对于托架31的位置下与滚珠槽31a的左端部紧密接触。因此，由于转子20在逆时针方向上受到托架31的限制，转子20只能在其顺时针方向上旋转。在图3B中，托架31允许止挡托架31b在相对于链轮10-2的位置下位于止挡凹槽10-2b的中部，并且滚珠32在相对于托架31的位置下与滚珠槽31a的右端部紧密接触。因此，由于转子20在顺时针方向上受到托架31的限制，转子20只能在其逆时针方向上旋转。在此，滚珠32与滚珠槽31a的左端部紧密接触表明滚珠32以顺时针方向移动从而移动至滚珠槽31a的右端部，并且滚珠32与滚珠槽31a的右端部紧密接触表明滚珠32以逆时针方向移动从而移动至滚珠槽31a的左端部。因此，左端部和右端部定义为与托架31的顺时针旋转有关的位置。
同时，图4和图5显示了转子20以及前单向离合器30-1和后单向离合器30-2的布置。
图4显示了单向离合器的分散布置。在图4中，前单向离合器30-1和后单向离合器30-2位于转子20的左部和右部并且转子20的转子凸缘23介于其间。在该情况下，前单向离合器30-1包括托架31、滚珠槽31a、止挡托架31b、滚珠32、弹簧33和叶片34，并且后单向离合器30-2包括托架31、滚珠槽31a、止挡托架31b、滚珠32、弹簧33和叶片34。然而，当转子20在相对于固定槽28的截面中分成左部和右部时，前单向离合器30-1与后单向离合器30-2的不同之处在于弹簧33位于前单向离合器30-1的叶片34的左部而弹簧33位于后单向离合器30-2的叶片34的右部。上述构造的原因是前单向离合器30-1和后单向离合器30-2通过引入油来操作。
图5显示了单向离合器的集中布置。在图5中，前单向离合器30-1和后单向离合器30-2在转子20的转子凸缘23之间位于转子20的左部和右部。因此，前单向离合器30-1和后单向离合器30-2在左右转子凸缘23之间紧密接触并且前盖40-1和后盖40-2联接至左右转子凸缘23。为此目的，转子20包括轴孔21a、出油孔21b、油槽21c、转子本体21、转子凸缘23、左离合器作用表面25a、右离合器作用表面25b、上密封表面26a、下密封表面26b和固定槽28，以上作为转子20的部件。因此，转子20的操作方式与图1A、图1B、图2、图3A、图3B、图3C和图4所示的转子20相似，但是该转子20与图1A、图1B、图2、图3A、图3B、图3C和图4所示的转子20的不同之处在于，转子凸缘23位于转子本体21的左端部和右端部。
参考图6，发动机***100包括可变气门正时设备1、曲柄轴110、曲柄位置检测器110-1、凸轮轴120、凸轮位置检测器120-1、液压回路130和电子控制单元(ECU)170。
更具体地，如参考图1A、图1B、图2、图3A、图3B、图3C、图4和图5所描述的，可变气门正时设备1包括转子设备10-1、链轮10-2、旋转轴10-3和轴固定构件10-4，所述转子设备10-1具有前单向离合器30-1和后单向离合器30-2以及前盖40-1和后盖40-2。然而，链轮10-2联接至用于同步曲柄轴110和凸轮轴120的正时链以接收由活塞的往复运动引起的竖直力，并且提供的力传递至转子20的转子凸缘23。因此，转子凸缘23通常为滑动轴承。旋转轴10-3被凸轮轴120替代。在前单向离合器30-1和后单向离合器30-2组装至转子20的状态下，前单向离合器30-1和后单向离合器30-2通过进气门和排气门的打开或关闭而接收凸轮轴120的顺时针/逆时针转矩。因此，可变气门正时设备1使用前单向离合器30-1和后单向离合器30-2通过转矩限制转子20的顺时针/逆时针旋转，实现发动机的燃料效率/排放材料(EM)的改进，此外还改进了相位设定自由度并且当发动机启动时扩展了相对于凸轮轴120的相移。能够实现迅速响应和中间相位启动并且增加相位范围。
可变气门正时设备1包括连续可变气门正时(CVVT)(其直接控制凸轮轴从而调节凸轮的提前/延迟相位)、连续可变气门持续时间(CVVD)(其中控制气门持续时间而不改变气门升程)和连续可变气门升程(CVVL)(其中通过改变气门升程控制气门持续时间)。
更具体地，曲柄轴110通过发动机的活塞的往复运动而旋转。曲柄位置检测器110-1被构造成检测曲柄轴110的速度从而确定发动机的每分钟转数。凸轮轴120通过正时链连接至曲柄轴110从而与曲柄轴110同步，通过具有提前油槽10-3a和延迟油槽10-3b的凸轮轴颈121联接至可变气门正时设备1，并且根据燃烧正时通过偏心凸轮122打开和关闭进气门和排气门。
更具体地，液压回路130将油供应至凸轮轴120的提前油槽10-3a和延迟油槽10-3b。为此目的，液压回路130包括油泵140、油流量控制阀150和油路160。例如，油泵140泵送油，并且油流量控制阀150打开和关闭油路160以控制油的供应从而控制凸轮轴120的提前相位和延迟相位。油路160通过油流量控制阀150而打开和关闭，并且分成提前槽路160-1和延迟槽路160-2，油通过所述提前槽路160-1供应至曲柄轴120的提前油槽10-3a，油通过所述延迟槽路160-2供应至曲柄轴120的延迟油槽10-3b。
更具体地，ECU 170通过由曲柄位置检测器110-1和凸轮位置检测器120-1各自检测的值控制凸轮相位从而控制正时，并且被构造成通过作为控制信号的脉宽调制(PWM)负荷来控制油泵140和油流量控制阀150的操作。
图7、图8A、图8B、图9A、图9B、图10A和图10B显示了可变气门正时设备1根据发动机驱动的操作状态。
图7为单向离合器的分散布置的示例性实施方案。在图7中，前单向离合器30-1和后单向离合器30-2在通过转子凸缘23彼此分离的状态下联接至转子20，并且转子20的转子本体21联接至凸轮轴颈121从而包括在凸轮轴120中。
因此，油被油泵泵送并且经由油控制阀150流动至提前槽路160-1和延迟槽路160-2。从提前槽路160-1排出的油供应至提前油槽10-3a，从延迟槽路160-2排出的油供应至延迟油槽10-3b。因此，从通往提前油槽10-3a的左腔油路10-3aa排出的油和从通往延迟油槽10-3b的右腔油路10-3bb排出的油排至转子20的出油孔21b和油槽21c，并且分别供应至前单向离合器30-1和后单向离合器30-2。为此目的，左腔油路10-3aa和右腔油路10-3bb形成相位差(例如约90度)。因此，在前单向离合器30-1和后单向离合器30-2的托架31分成左腔(所述左腔相对于凸轮轴颈121的中心在左部形成并且具有两个滚珠32)和右腔(所述右腔相对于凸轮轴颈121的中心在左部形成并且具有两个滚珠32)的状态下，所述腔被油填充。
此外，各个前单向离合器30-1和后单向离合器30-2中包括的弹簧33由于相对于叶片34的位置差异而形成相反方向的弹簧力。亦即，前单向离合器30-1的弹簧33在其顺时针方向上向叶片34施加弹簧力，而后单向离合器30-2的弹簧33在其逆时针方向上向叶片34施加弹簧力。所述弹簧力充当偏压。
在下文中，流动至凸轮轴颈121的提前油槽121-1的油限定为grv_1，流动至凸轮轴颈121的延迟油槽121-2的油限定为grv_2，前单向离合器30-1的托架31的被油填充的左腔限定为cb_f1，前单向离合器30-1的托架31的被油填充的右腔限定为cb_f2，后单向离合器30-2的托架31的被油填充的左腔限定为cb_r1，后单向离合器30-2的托架31的被油填充的右腔限定为cb_r2。因此，grv_1通过凸轮轴120和转子20流动至cb_f1和cb_r1从而传递油压，并且grv_2通过凸轮轴120和转子20流动至cb_f2和cb_r2从而传递油压。前单向离合器30-1的弹簧33限定为spr_fr，后单向离合器30-2的弹簧33限定为spr_rr，并且对应于弹簧力的偏压限定为Pb。
因此，grv_1和grv_2形成如下关系式：
1)grv_2<grv_1-Pb，
2)grv_1-Pb<grv_2<grv_1+Pb，和
3)grv_1+Pb<grv_2。
在此，符号“<”是两个值之间大小不等的记号，“A<B”表示B是大于A的值，符号“-”是减号，符号“+”是加号。
图8A和图8B为根据关系式1)“grv_2<grv_1-Pb”的前单向离合器30-1和后单向离合器30-2的操作实施例。在前单向离合器30-1中托架31的顺时针旋转受到限制，产生逆时针旋转，同时在后单向离合器30-2中托架31的顺时针旋转受到限制，产生逆时针旋转。因此，凸轮轴120由于逆时针旋转而延迟。
图9A和图9B为根据关系式2)“grv_1-Pb<grv_2<grv_1+Pb”的前单向离合器30-1和后单向离合器30-2的操作实施例。在前单向离合器30-1中托架31的顺时针旋转受到限制，产生逆时针旋转，同时在后单向离合器30-2中托架31的逆时针旋转受到限制，产生顺时针旋转。因此，凸轮轴120固定。
图10A和图10B为根据关系式3)“grv_1+Pb<grv_2”的前单向离合器30-1和后单向离合器30-2的操作实施例。在前单向离合器30-1中托架31的逆时针旋转受到限制，产生顺时针旋转，同时在后单向离合器30-2中托架31的逆时针旋转受到限制，产生顺时针旋转。因此，凸轮轴120提前。
下表1是响应液压控制信号来控制由前单向离合器30-1和后单向离合器30-2的操作产生的凸轮相位的结果的实施例。
[表1]
Figure BDA0001568112660000131
在表1中，CCW：逆时针，CW：顺时针。
图11显示了通过链轮10-2的止挡凹槽10-2b和托架31的止挡托架31b限制转子20旋转的操作，并且是液压信号具有关系式“cb_f1+Pb<cb_f2”的实施例。
如图所示，在关系式“cb_f1+Pb<cb_f2”中，前单向离合器30-1和后单向离合器30-2的每一者的托架31的逆时针旋转受到限制，如图11的左图所示，产生顺时针旋转，同时凸轮轴120的凸轮122由于逆时针固定而在顺时针方向上移动。在该情况下，止挡托架31b位于止挡凹槽10-2b的一个端部处，并且滚珠32在相对于托架31的位置下挤压滚珠槽31a的左端部。在该状态下，当凸轮122在其顺时针方向上额外旋转时，托架31的位置通过止挡托架而改变。因此，托架31的位置变化造成托架31的逆时针旋转，如图11的右图所示，因此凸轮轴120的凸轮122由于顺时针固定而在逆时针方向上移动。
因此，当沿着链轮10-2的止挡凹槽10-2b移动时，托架31的止挡托架31b受到止挡凹槽10-2b的形状的限制。因此，当转子20在提前/延迟过程中移动预定角度或更大角度时，止挡托架31b响应液压信号移动至不同于预定位置的位置，使得转子20的移动额外受限。
如上所述，根据本示例性实施方案的应用于发动机***100的可变气门正时设备1包括转子20以及单向离合器30-1和30-2，用油供应所述转子20，并且所述转子20以顺时针和逆时针方向旋转，所述单向离合器30-1和30-2联接至转子20从而限制转子的旋转量。单向离合器30-1和30-2通过凸轮轴120的转矩限制转子20的顺时针/逆时针旋转，实现发动机的燃料效率/排放材料(EM)的改进，此外还改进了相位设定自由度并且当发动机启动时扩展了相对于凸轮轴120的相移。能够实现迅速响应和中间相位启动并且以低成本增加相位范围。
根据本发明的示例性实施方案的可变气门正时设备具有相对简单的结构并且利用已经测试的机械元件的单向离合器。因此，当发动机启动时能够自由配置可变气门正时设备的相位，增加相移，并且非常有助于改进发动机的燃料效率/EM。能够实现迅速响应和中间相位启动并且以低成本增加相位范围。
此外，由于进气门和排气门的打开正时或关闭正时受到具有单向离合器的可变正时气门设备的控制，能够进一步实现发动机的燃料效率/EM的改进。
为了方便解释和精确限定所附权利要求，术语“上方”、“下方”、“上”、“下”、“向上”、“向下”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”、“向内”、“向外”、“内部”、“外部”、“前”、“后”、“后方”、“向前”和“向后”被用于参考附图中所显示的这些特征的位置来描述示例性实施方案的特征。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不旨在成为穷举的，也并不旨在把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (18)

1.一种可变气门正时设备，包括：
转子设备，所述转子设备包括转子和单向离合器，所述转子能够通过向其供应油而以顺时针或逆时针方向旋转，所述单向离合器联接至转子从而限制转子的旋转量；
其中，所述单向离合器包括托架、滚珠、止挡托架和弹性构件，所述托架围绕转子的外周表面，以形成被油填充的第一腔和第二腔，同时托架的位置得到控制，所述滚珠设置在托架的滚珠槽中以与转子的外周表面接触，所述止挡托架从托架突出以限制转子的旋转量，所述弹性构件由固定在转子的外周表面上的叶片支撑。
2.根据权利要求1所述的可变气门正时设备，其中，所述转子具有转子本体，所述转子本体具有在其中心形成的轴孔，所述托架围绕转子本体的外径部分，所述滚珠与所述转子本体的外周表面接触，所述叶片固定在所述转子本体的外周表面上。
3.根据权利要求2所述的可变气门正时设备，其中，所述转子本体具有六边形形状，六边形转子本体具有用于密封其中心的上密封表面和下密封表面以及第一离合器作用表面和第二离合器作用表面，所述滚珠与所述第一离合器作用表面和第二离合器作用表面接触，固定槽在上密封表面和下密封表面的一者上凹陷，所述叶片固定在所述固定槽中。
4.根据权利要求3所述的可变气门正时设备，其中，所述转子本体进一步具有在其中沿径向形成的出油孔，其中油从转子本体的内径部分排至其外径部分。
5.根据权利要求2所述的可变气门正时设备，其中，所述转子本体具有在其中部形成的转子凸缘，所述单向离合器包括设置在转子凸缘的第一侧的前单向离合器和设置在转子凸缘的第二侧的后单向离合器。
6.根据权利要求2所述的可变气门正时设备，其中，所述转子本体具有在其第一端部和第二端部处形成的第一转子凸缘和第二转子凸缘，所述单向离合器包括前单向离合器和后单向离合器，所述前单向离合器和后单向离合器在所述第一转子凸缘和第二转子凸缘之间彼此面对。
7.根据权利要求1所述的可变气门正时设备，其中，所述转子联接至链轮，所述链轮具有围绕转子的外径部分的转子孔，止挡凹槽在转子孔的内周表面上凹陷，止挡托架联接至止挡凹槽。
8.根据权利要求1所述的可变气门正时设备，其中，所述转子联接至装配在轴孔中的旋转轴，旋转轴具有油槽，油通过所述油槽供应至托架以控制托架的位置，所述转子和所述旋转轴通过轴固定构件固定。
9.根据权利要求8所述的可变气门正时设备，其中，前盖和后盖联接至转子的第一预定侧和第二预定侧。
10.一种发动机***，包括：
可变气门正时设备，所述可变气门正时设备包括转子，所述转子的内径部分与凸轮轴联接从而供应油，同时链轮联接至转子的外径部分，一对前单向离合器和后单向离合器联接至转子以形成被油填充的第一腔和第二腔；
液压回路，所述液压回路被构造成将油供应至凸轮轴；和
电子控制单元，所述电子控制单元被构造成控制用于供应油的液压回路；
其中，所述转子具有转子本体，所述转子本体具有用于密封其中心的上密封表面和下密封表面以及作用于各个前单向离合器和后单向离合器的第一离合器作用表面和第二离合器作用表面；
其中，所述前单向离合器包括托架、滚珠、止挡托架和弹性构件，所述托架围绕转子本体的第一部分，以形成被油填充的第一腔和第二腔，同时托架的位置受到油压的控制，所述滚珠设置在托架的滚珠槽中以与转子本体的外周表面接触，所述止挡托架从托架突出以限制转子本体的旋转量，所述弹性构件由固定在转子本体的外周表面上的叶片支撑；
所述后单向离合器包括托架、另一个滚珠、止挡托架和弹性构件，所述托架围绕转子本体的第二部分，以形成被油填充的第一腔和第二腔同时托架的位置受到油压的控制，所述另一个滚珠设置在托架的滚珠槽中以与转子本体的外周表面接触，所述止挡托架从托架突出以限制转子本体的旋转量，所述弹性构件由固定在转子本体的外周表面上的叶片支撑。
11.根据权利要求10所述的发动机***，其中，所述转子本体具有六边形形状。
12.根据权利要求10所述的发动机***，其中，所述叶片固定地装配在形成于转子本体的上密封表面和下密封表面的一者上的固定槽中。
13.根据权利要求10所述的发动机***，其中，所述托架具有从其突出的止挡托架，所述止挡托架联接至形成在链轮的内径部分中的止挡凹槽。
14.根据权利要求10所述的发动机***，其中，在前盖和后盖联接至转子的第一预定侧和第二预定侧的状态下，转子被紧固至凸轮轴的轴固定构件固定。
15.根据权利要求10所述的发动机***，其中，所述转子本体具有在其中沿径向形成的用于排出油的出油孔，所述前单向离合器和后单向离合器联接至转子本体，所述转子进一步包括转子凸缘，所述转子凸缘在转子本体的中部形成同心圆从而使前单向离合器和后单向离合器彼此分离。
16.根据权利要求10所述的发动机***，其中，所述转子本体具有在其中沿径向形成的用于排出油的出油孔，所述前单向离合器和后单向离合器联接至转子本体，所述转子进一步包括转子凸缘，所述转子凸缘在转子本体的第一端部和第二端部形成同心圆从而围绕前单向离合器和后单向离合器。
17.根据权利要求10所述的发动机***，其中，所述凸轮轴具有用于打开或关闭进气门和排气门的凸轮以及用于供应油的提前油槽和推迟油槽，所述提前油槽和推迟油槽通往转子的内径部分，所述链轮通过链条连接至曲柄轴。
18.根据权利要求10所述的发动机***，其中，液压回路包括油泵、油路和油流量控制阀，所述油泵通过电子控制单元的控制而操作从而泵送油，所述油路从油泵通往凸轮轴，其中油通过凸轮轴供应至转子，所述油流量控制阀被构造成通过电子控制单元的控制而打开或关闭油路从而控制油的供应。
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