CN110295962B - 预加载扭转偏置装置 - Google Patents

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Abstract

一种与VCT装置一起使用的偏置组件包括：扭转偏置元件，该扭转偏置元件是细长的并且配置成接合VCT装置的转子或定子中的一个并接收来自其的旋转运动；刚性元件，该刚性元件配置成与VCT装置的转子或定子中的另一个接合并且与扭转偏置元件一起***凸轮轴的腔室内；接收特征，该接收特征将刚性元件联接到扭转偏置元件并且抑制转子和定子远离默认角位置的角运动，其中当扭转偏置元件和刚性元件接合转子和定子时，扭转偏置元件和刚性元件从静止位置角向位移到预加载位置。

Description

预加载扭转偏置装置
技术领域
本申请涉及可变气门正时(VVT)，并且更具体地涉及可变凸轮轴正时(VCT)。
背景技术
过去，凸轮轴的角位置通过无端环(如正时链)相对于曲轴的角位置固定。但是，VCT越来越多地与内燃机(ICE)一起使用，并且可以选择性地改变凸轮轴相对于曲轴的角位置。现存多种不同的方式来改变凸轮轴相对于曲轴的角位置。例如，可以使用液压致动或电致动凸轮轴相位器来实现VCT，该相位器允许凸轮轴相对于曲轴进行限定量的角位移，而这可以被称为权限范围。现代车辆中的权限范围可能相当得大。虽然增大的范围可以有助于改善ICE的操作性能，但是，如果凸轮轴的角位置相对于曲轴无意地保持在提前或延迟位置，则ICE可能无法高效地进行操作。VCT装置(有时被称为凸轮轴相位器)设计成通过锁定VCT装置来防止出现这种状况，如此便让凸轮轴的角位置相对于曲轴固定在中间位置，既不提前也不延迟。然而，有利的是包括带VCT装置的特征，这种特征有助于在没有刚性地锁定转子和定子的前提下使凸轮轴返回到中间位置。
发明内容
在一种实施方式中，与VCT装置一起使用的偏置组件包括：扭转偏置元件，该扭转偏置元件是细长的并且配置成接合VCT装置的转子或定子中的一个并接收来自其的旋转运动；刚性元件，该刚性元件配置成与VCT装置的转子或定子中的另一个接合并且与扭转偏置元件一起***凸轮轴的腔室内；接收特征，该接收特征将刚性元件联接到扭转偏置元件并且抑制转子和定子远离默认角位置的角运动，其中当扭转偏置元件和刚性元件接合转子和定子时，扭转偏置元件和刚性元件从静止位置成角度地位移到预加载位置。
在另一种实施方式中，与VCT装置一起使用的偏置组件包括：扭转偏置元件，该扭转偏置元件是细长的并且配置成接合VCT装置的转子或定子中的一个并接收来自其的旋转运动；具有内表面和外表面的扭矩管，该扭矩管配置成与VCT装置的转子或定子中的另一个接合，从内表面径向向内地接收扭转偏置元件并且***凸轮轴的腔室内；由扭矩管承载的接收特征，该接收特征接合扭转偏置元件的一部分并且抑制转子和定子远离默认角位置的角运动，其中当扭转偏置元件和管状致动器接合VCT装置的转子和定子时，扭转偏置元件和扭矩管相对于彼此成角度地从静止位置位移到预加载位置。
在又一种实施方式中，与VCT装置一起使用的偏置组件包括扭转偏置元件，该扭转偏置元件具有：第一细长扭转偏置构件，该第一细长扭转偏置构件包括第一凸轮轴端和第一远端；与第一细长扭转偏置构件间隔开的第二细长扭转偏置构件，该第二细长扭转偏置构件包括第二凸轮轴端和第二远端，其中第一细长扭转偏置构件与第二细长扭转偏置构件联接；第一输入构件，该第一输入构件联接到第一细长扭转偏置构件的第一凸轮轴端；以及第二输入构件，该第二输入构件联接到第二细长扭转偏置构件的第二凸轮轴端，其中当第一输入构件和第二输入构件接合VCT装置的转子和定子时，第一输入构件和第二输入构件相对于彼此成角度地从静止位置位移到预加载位置。
附图说明
图1是描绘了扭转偏置组件和VCT装置的一部分的实施方式的横截面轮廓图；
图2包括描绘了扭转偏置组件的实施方式的横截面轮廓图；
图3包括描绘了扭转偏置组件的实施方式的横截面轮廓图；
图4包括描绘了扭转偏置组件的实施方式的横截面轮廓图；
图5是描绘了扭转偏置组件的实施方式的横截面轮廓图；
图6是描绘了扭转偏置组件的实施方式的横截面轮廓图；
图7是描绘了扭转偏置组件的实施方式的横截面轮廓图；
图8是描绘了扭转偏置组件的另一实施方式的透视图；以及
图9是描绘了扭转偏置组件的实施方式的横截面轮廓图。
具体实施方式
与可变凸轮轴正时(VCT)装置一起使用的偏置组件有助于将装置的转子相对于装置的定子的角位置定向在中间位置(该中间位置既不提前也不延迟凸轮轴相对于曲轴的正时)，并且可以在VCT装置的致动器不起作用时这样做。偏置组件包括扭转偏置元件，该扭转偏置元件是细长的并且接收来自VCT装置的转子或定子的旋转力。刚性元件联接到扭转偏置元件并且接合VCT装置的转子或定子中的另一个。刚性元件和扭转偏置元件可以***凸轮轴的腔室内，从而使得这些元件可相对于凸轮轴自由地旋转。接收特征可以将刚性元件联接到扭转偏置元件并抑制转子和定子的远离默认角位置的角运动。默认角位置可以是VCT装置(例如，凸轮轴相位器)的既不提前也不延迟的中间位置。
VCT装置改变转子相对于定子的相位。在一种实施方式中，转子可以直接联接到扭转偏置元件，并且定子可以通过刚性元件间接地联接到扭转偏置元件。当凸轮轴的角位置被提前(在一个角方向上移动)时，转子直接在扭转偏置元件的一端上施加旋转力，该扭转偏置元件通过接收特征相对于刚性元件固定。扭转偏置元件(比如，被旋扭或扭转的扭转弹簧)抵抗旋转力并促使转子返回到默认角位置。并且当凸轮轴的角位置被延迟(在另一个角度方向上移动)时，定子可以间接地在扭转偏置元件的另一端上施加旋转力。扭转偏置元件抵抗在不同的角方向上移动的定子的旋转力，并且促使定子返回到默认角位置。尽管在相反的旋转方向上向扭转偏置元件施加了旋转力，但是，在一个旋转方向上将旋转力施加到扭转偏置元件的一端并且在另一个旋转方向上将旋转力施加到扭转偏置元件的另一端使得偏置元件在相同的旋转方向上扭转。然而，应当理解的是，在其他实施方式中，可以将定子直接联接到扭转偏置元件并且通过刚性元件将转子间接地联接到扭转偏置元件。
当与VCT装置分离时，所联接的扭转偏置元件和刚性元件存在于静止位置。在进行安装以使得扭转偏置元件和刚性元件接合转子和定子之前，扭转偏置元件和刚性元件相对于彼此成角度地从静止位置位移到预加载位置。当扭转偏置元件和刚性元件在预加载位置接合VCT装置的转子和定子时，这些元件可以在转子和定子上都施加正旋转弹簧力。在没有预负载的情况下，扭转偏置元件可能无法将转子和定子精确地移动到默认位置。
转向图1，示出了与VCT装置12一起使用的偏置组件10的实施方式。偏置组件10包括扭转偏置元件14和刚性元件16，刚性元件16使用接收特征18联接到扭转偏置元件14。刚性元件16被实施为接合VCT装置12的定子20的扭矩管，而扭转偏置元件14接合VCT装置12的转子22。包括刚性元件16和扭转偏置元件14的偏置组件10可以被接收在凸轮轴26的腔室24内。偏置组件可以与VCT装置的不同实施方式一起使用，VCT装置也被称为凸轮轴相位器，包括电致动凸轮轴相位器以及液压致动凸轮轴相位器。为了提供背景，在美国申请第15/507,526号中描述了电致动凸轮轴相位器的一个示例，其内容通过引用的方式结合于此。并且，在美国申请第12/921,425号中描述了液压致动凸轮轴相位器的一个示例，其内容通过引用的方式结合于此。应当理解，美国申请第15/507,526中描述的电致动凸轮轴相位器和美国申请第12/921,425号中描述的液压致动凸轮轴相位器是可以与偏置组件一起使用的VCT装置的示例，不过，VCT装置的许多其他不同的实施方式也是可能的。
将结合具有链轮28、行星齿轮组件30和多个环形齿轮的电致动凸轮轴相位器来描述图1中所示的实施方式。链轮28可以包括齿轮齿，这些齿轮齿径向向外延伸以接合无端环(未示出)(如正时链)，而无端环也环绕附接到曲轴(未示出)远端的曲轴链轮(未示出)。第一环形齿轮32也与链轮28包括在一起，并且包括多个径向向内的齿轮齿，这些齿轮齿接合多个行星齿轮34。第二环形齿轮36联接到凸轮轴26并且包括多个径向向内的齿轮齿。在本实施方式中，第二环形齿轮36与内板38包括在一起，而内板38与凸轮轴26联接。具有径向向外的齿轮齿的太阳齿轮40接合行星齿轮组件30。太阳齿轮40可以在与凸轮轴26相同的角速度下旋转，以保持凸轮轴26相对于曲轴的角位置。由于太阳齿轮40是在与凸轮轴26相同的角速度下旋转，因此，太阳齿轮40、行星齿轮组件30、第一环形齿轮32和第二环形齿轮36不会相对于彼此移动。然而，太阳齿轮40可以在大于或小于凸轮轴26的角速度的角速度下旋转，以改变凸轮轴26相对于曲轴的角位置。第一环形齿轮32具有与第二环形齿轮36不同数量的齿轮齿，因此，当太阳齿轮40旋转并向行星齿轮34施加旋转时，行星齿轮34产生旋转，并且第一环形齿轮32相对于第二环形齿轮36发生位移。在本实施例中，链轮/第一环形齿轮28，32用作定子20，联接到凸轮轴26的内板/第二环形齿轮36，38用作转子22
扭转偏置元件14接合链轮28，内板38接合扭矩管16或扭转偏置元件14接合内板38，扭矩管16接合链轮28，这具体取决于凸轮轴相位器是被调节来提前还是延迟正时。第一输入构件42可以从扭转偏置元件14基本上垂直地延伸，以接合固定到链轮28的径向表面的链轮销44。第一输入构件42可以在链轮28与扭转偏置元件14之间传递旋转力。第二输入构件46可以从扭矩管16基本上垂直地延伸，以接合固定到内板38的径向表面的内板销48。第二输入构件46可以在内板38与扭矩管16之间传递旋转力。接收特征18包括在扭矩管16的一端，用于将扭矩管16与扭转偏置元件14联接，进而抑制这些元件之间的角位移。在一种实施方式中，接收特征18可以是扭矩管16的端部中的花键孔，该花键孔允许扭转偏置元件14的轴向运动，但是却抑制了扭转偏置元件14相对于扭矩管16的角位移。实现刚性元件的扭矩管16可以由保持其形状的材料设计而成，这样，扭矩管14能抵抗由扭转偏置元件14施加的扭转力或扭矩。在一个实施例中，扭矩管16可以由金属形成，该金属的内径和外径被设定成即使是在从扭转偏置元件14通过接收特征18向扭矩管16施加扭矩的情况下仍保持扭矩管的尺寸。扭转偏置构件14可以从扭矩管16的内表面径向向内地定位。
扭转偏置元件14可以是细长的并且由具有特定尺寸的金属形成，所述特定尺寸对应于在进行旋扭或施加扭矩时的抗扭力水平。在一种实施方式中，扭转偏置元件14可以是直径为4毫米(mm)的实心线。由具有这种直径的扭转偏置元件14产生的扭矩可以是8牛顿米(Nm)。也就是说，扭转偏置元件14可以设计成以旋转方式进行旋扭或偏转，这样使得第一输入构件42或第二输入构件46的角位置变化符合由元件14提供的相应的旋转阻力。凸轮轴26包括接收扭转偏置元件14和扭矩管16的腔室26。当偏置组件10与VCT装置12组合时，第一输入构件42可以接合链轮销44，第二输入构件46可以接合内板销48，并且当凸轮轴26与内板38联接时，扭转偏置元件14和扭矩管16被接收在凸轮轴26的腔室28内。
图2至图4描绘了附接到扭转偏置元件14并且接合链轮销44的第一输入构件42以及附接到扭矩管16并接合内板销48的第二输入构件46的横截面轮廓图。扭矩管16示出在凸轮轴腔室24中。图2包括在施加预负载之前处于静止位置的扭转偏置元件14和扭矩管16的视图。扭转偏置元件14是示出为***到扭矩管16的接收特征18中。接收特征18可以包括允许扭转偏置元件14相对于扭矩管16的轴向运动但却抑制扭转偏置元件14相对于扭矩管16的旋转运动的元件。如上所述，这些元件可以是花键。在静止位置，第一输入构件42定向在不与第二输入构件46平行的角位置50。转到图3，扭转偏置元件14和扭矩管16是示出为处于预加载位置，在该位置，扭转偏置元件14已经相对于扭矩管16成角度地位移或旋转。在预加载位置，第一输入构件42与第二输入构件46平行。并且，在第一输入构件42接合链轮销44且第二输入构件46接合内板销48之前，扭转偏置构件在处于预加载位置时相对于扭矩管16轴向地移动，从而使得第一输入构件42和第二输入构件46在YZ平面内对齐，如图4所示。在将凸轮轴相位器调节到中间位置的同时，第一输入构件42和第二输入构件46可以分别同时接合链轮销44和内板销48。
图5至图7描绘了附接到扭转偏置元件14并且接合链轮销44的第一输入构件42以及附接到扭矩管16并接合内板销48的第二输入构件46的轮廓图。图5示出了当VCT装置12已经调节了链轮28和内板38的角位置时第一输入构件42/扭转偏置元件14的角位置和第二输入构件46/扭矩管16的角位置，这样使得凸轮轴26处于凸轮轴26既没提前也没延迟的中间位置。在中间位置，第一输入构件42和第二输入构件46可以基本上彼此平行。当VCT装置12相对于链轮28的角位置调节内板38的角位置时，凸轮轴26的角位置可以相对于曲轴提前或延迟，如结合图6至图7所示。当改变凸轮轴26相对于曲轴的角位置以使得正时提前时，内板38改变角位置并在旋转方向B上移动。第二输入构件46通过内板销48施加与内板38在方向B上的运动相反的旋转力。当改变凸轮轴26相对于曲轴的角位置以使得正时延迟时，内板38改变角位置并在旋转方向A上移动。第一输入构件42通过内板销48施加与内板38在方向A上的运动相反的旋转力。通过扭转偏置元件的旋扭产生旋转力。
图8中示出了偏置组件的另一实施方式。偏置组件100可以由整体结构或元件和连杆50形成，连杆50限制第一细长扭转偏置构件相对于第二细长扭转偏置构件54的运动。图8描绘了偏置组件100接合由链轮28的径向侧承载的链轮销44和由内板38承载的内板销48，其中内板38配置成联接到凸轮轴26。在本实施方式中，偏置组件100可以由实心金属线的不间断部分形成，该部分形成为所限定的形状并且与连杆50组合来形成偏置组件100。
扭转偏置元件14包括第一细长扭转偏置构件52，其包括第一凸轮轴端56和第一远端58。与第一细长扭转偏置构件52间隔开且可能平行的第二细长扭转偏置构件54包括第二凸轮轴端60和第二远端62。第一细长扭转偏置构件52可以与第二细长扭转偏置构件54联接，这是因为它们是由一个元件(比如，实心金属线)共同形成。第一输入构件64联接到第一细长扭转偏置构件52的第一凸轮轴端56，而第二输入构件66联接到第二细长扭转偏置构件54的第二凸轮轴端60。
在一种实施方式中，包括两个端部的直的实心金属线部分在第一端和第二端处弯曲，从而分别形成第一输入构件64和第二输入构件66。然后，可以将所得到的线折叠成两半，形成第一细长扭转偏置构件52和第二细长扭转偏置构件54。并且第一输入构件64和第二输入构件66可以在轴向位置(A)处弯曲，在这些轴向位置，第一输入构件64和第二输入构件66接合链轮28和内板38的销44，48。第一输入构件64可以相对于第二输入构件66成角度地位移，由此使得这些构件彼此之间不平行并且相对于彼此以锐角定向。这可以被称为静止位置。之后，当扭转偏置构件14配置成接合链轮28和内板38的销44，48时，第一输入构件64和第二输入构件68相对于彼此成角度地从静止位置位移到预加载位置，由此使得第一输入构件64和第二输入构件68接合VCT装置12的链轮28和内板38的销44，48。预加载位置可以使第一输入构件64与第二输入构件66基本上平行。由偏置构件100接合的链轮28和内板38可以如上面结合图5至图7所述的那样移动。
应理解，前述内容是对本发明的一个或多个实施例的描述。本发明不限于在此公开的特定实施例，而是仅由下面的权利要求限定。此外，前面描述中包含的陈述涉及到特定实施例，不应被解释为对本发明的范围或对权利要求中使用的术语的定义的限制，除非以上明确定义了术语或短语。对于本领域技术人员来说，各种其他实施例以及对所公开的实施例的各种改变和修改都将是显而易见的。所有这些其他实施例、改变和修改都意图落入所附权利要求的范围内。
如在本说明书和权利要求书中所用，当与一个或多个组成部分或其他项目的列表结合使用时，术语“例如”、“举例而言”、“举例来说”、“比如”和“等”以及动词“包括”、“具有”、“包含”及其其他动词形式各自应被解释为开放式的，这意味着该列表不被视为排除了其他附加组成部分或项目。其他术语应使用其最广泛的合理含义来进行解释，除非它们是用在需要不同解释的上下文中。

Claims (20)

1.一种与可变凸轮轴正时装置一起使用的偏置组件，包括：
扭转偏置元件，所述扭转偏置元件是细长的并且配置成接合所述可变凸轮轴正时装置的转子或定子中的一个并接收来自其的旋转运动；
刚性元件，所述刚性元件配置成与所述可变凸轮轴正时装置的所述转子或所述定子中的另一个接合并且与所述扭转偏置元件一起***凸轮轴的腔室内；
接收特征，所述接收特征将所述刚性元件联接到所述扭转偏置元件并且抑制所述转子和所述定子远离默认角位置的角运动，
其中当所述扭转偏置元件和所述刚性元件接合所述转子和所述定子时，所述扭转偏置元件和所述刚性元件从静止位置角向位移到预加载位置。
2.根据权利要求1所述的偏置组件，其中所述转子在第一方向上的角运动和所述定子在第二方向上的角运动使得所述扭转偏置元件在相同的旋转方向上旋转。
3.根据权利要求1所述的偏置组件，其中所述转子联接到凸轮轴，所述定子包括链轮。
4.根据权利要求1所述的偏置组件，其中所述接收特征包括允许所述扭转偏置元件相对于所述元件的轴向运动并抑制所述扭转偏置元件相对于所述元件的所述旋转运动的特征。
5.根据权利要求1所述的偏置组件，还包括配置成接合所述转子和所述定子的成形部分。
6.根据权利要求1所述的偏置组件，其中所述可变凸轮轴正时装置是液压致动的。
7.根据权利要求1所述的偏置组件，其中所述可变凸轮轴正时装置是电致动的。
8.一种与可变凸轮轴正时装置一起使用的偏置组件，包括：
扭转偏置元件，所述扭转偏置元件是细长的并且配置成接合可变凸轮轴正时装置的转子或定子中的一个并接收来自其的旋转运动；
具有内表面和外表面的扭矩管，所述扭矩管配置成与所述可变凸轮轴正时装置的所述转子或所述定子中的另一个接合，从所述内表面径向向内地接收所述扭转偏置元件并且***凸轮轴的腔室内；
由所述扭矩管承载的接收特征，所述接收特征接合所述扭转偏置元件的一部分并且抑制所述转子或所述定子远离默认角位置的角运动，
其中当所述扭转偏置元件和管状致动器接合所述可变凸轮轴正时装置的所述转子和所述定子时，所述扭转偏置元件和所述扭矩管相对于彼此角向地从静止位置位移到预加载位置。
9.根据权利要求8所述的偏置组件，其中所述转子在第一方向上的角运动和所述定子在第二方向上的角运动使得所述扭转偏置元件在相同的旋转方向上旋转。
10.根据权利要求8所述的偏置组件，其中所述转子联接到凸轮轴，所述定子包括链轮。
11.根据权利要求8所述的偏置组件，其中所述接收特征包括允许所述扭转偏置元件相对于所述元件的轴向运动并抑制所述扭转偏置元件相对于所述元件的所述旋转运动的特征。
12.根据权利要求8所述的偏置组件，还包括配置成接合所述转子和所述定子的成形部分。
13.根据权利要求8所述的偏置组件，其中所述可变凸轮轴正时装置是液压致动的。
14.根据权利要求8所述的偏置组件，其中所述可变凸轮轴正时装置是电致动的。
15.一种与可变凸轮轴正时装置一起使用的偏置组件，包括：
扭转偏置元件，所述扭转偏置元件包括：
第一细长扭转偏置构件，所述第一细长扭转偏置构件包括第一凸轮轴端和第一远端；
与所述第一细长扭转偏置构件间隔开的第二细长扭转偏置构件，所述第二细长扭转偏置构件包括第二凸轮轴端和第二远端，其中所述第一细长扭转偏置构件与所述第二细长扭转偏置构件联接；
第一输入构件，所述第一输入构件联接到所述第一细长扭转偏置构件的所述第一凸轮轴端；以及
第二输入构件，所述第二输入构件联接到所述第二细长扭转偏置构件的所述第二凸轮轴端，
其中当所述第一输入构件和所述第二输入构件接合所述可变凸轮轴正时装置的转子和定子时，所述第一输入构件和所述第二输入构件相对于彼此角向地从静止位置位移到预加载位置。
16.根据权利要求15所述的偏置组件，其中所述第一细长扭转偏置构件、所述第二细长扭转偏置构件、所述第一输入构件和所述第二输入构件由整体结构形成。
17.根据权利要求16所述的偏置组件，其中所述整体结构是实心金属线。
18.根据权利要求15所述的偏置组件，其中所述第一输入构件和所述第二输入构件包括配置成接合所述转子和所述定子的成形部分。
19.根据权利要求15所述的偏置组件，还包括限制所述第一细长扭转偏置构件相对于所述第二细长扭转偏置构件的运动的连杆。
20.根据权利要求15所述的偏置组件，其中所述可变凸轮轴正时装置是电致动的。
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