CN1619113A - 凸轮扭矩致动相位器 - Google Patents

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Abstract

一个用于具有至少一个凸轮轴的内燃机的可变凸轮轴正时相位器，包括多个在由壳体和滑阀限定的腔内的叶片。叶片限定出一个提前腔和一个延迟腔。叶片中的至少一个是凸轮扭矩致动(CTA)的，其他叶片中的至少一个是油压致动(OPA)的。滑阀连接于由CTA叶片限定的提前和延迟腔和由OPA叶片限定的提前腔。当相位器在提前位置时，流体通过从由OPA叶片限定的延迟腔流到由CTA叶片限定的提前腔。当相位器在延迟位置时，流体通过从由CTA叶片限定的延迟腔流到由CTA叶片限定的提前腔。

Description

凸轮扭矩致动相位器
相关申请的交叉参考
本申请要求保护2003年11月17日提交的题目为“在低凸轮扭矩发动机工况下用比例油压致动的凸轮扭矩致动相位器”的、以临时申请号为60/520594公开的发明优先权。在此要求获得上述美国临时申请根据35USC§119(e)中可以保护的利益，并且上述申请作为参考合并于此。
技术领域
本发明属于可变凸轮正时***领域。更特别的，本发明属于一种在低凸轮扭矩过程中允许相位器致动的装置。
背景技术
内燃机使用不同的机构来改变凸轮轴和曲轴之间的角度，以提高发动机的性能或降低排放。这些可变凸轮轴正时(VCT)机构大多数都在发动机的凸轮轴(或在多凸轮轴发动机内的多个凸轮轴)上使用一个或多个“叶片相位器”。在大多数情况下，相位器具有一个带有一个或多个叶片的壳体，装配在凸轮轴的末端，由一个具有叶片腔的壳体环绕，叶片装配在该叶片腔中。叶片可能装配在壳体上，也可能装配在壳体内的上述腔中。壳体的外周形成了链轮、皮带轮或齿轮，通过一个链条、皮带或齿轮接受通常来自凸轮轴或也可能来自多凸轮轴中的另一个凸轮轴的驱动力。
相位器的两个类型是凸轮扭矩致动(CTA)的和油压致动(OPA)的。在OPA或TA相位器中，发动机油压在延迟或提前腔中被施加到叶片的一侧或另一侧，以移动叶片。由于前行扭矩效果而使叶片运动。
在一个CTA相位器中，可变凸轮正时***使用在凸轮轴中由于打开和关闭发动机阀的力引起的反向扭矩来移动叶片。控制阀设置用于允许流体在腔间流动以使叶片移动，或停止油的流动，以将叶片锁定就位。该CTA相位器具有油输入，以补偿由于泄漏而造成的损失，但是不使用发动机油压来移动相位器。CTA相位器已经显示了它们提供了快速反应和低滑油消耗，减少了燃料消耗和排放。然而，在一些发动机中，如4缸发动机，凸轮轴的扭矩能量不足以在发动机的整个速度范围内致动相位器，特别是在转速(rpm)高的速度范围内。
图7表示一个致动速率相对转速(rpm)的曲线图。当每分钟转数(rpm)低时，凸轮的扭矩能量高。当转速(rpm)高时，凸轮扭矩能量逐渐减少。油压致动(OPA)或扭矩协助(TA)相位器的致动速率由虚线路表示。由于转速低时油压低，所以致动速率也低。随着转速(rpm)提高，油压提高，而且OPA或TA相位器的致动速率也得到提高。实线表示了凸轮扭矩致动(CTA)相位器的致动速率。该CTA相位器通过扭矩能量来致动，该扭矩能量在低转速(rpm)时高，在较高转速(rpm)时低。
许多策略已经用于解决在高转速或高发动机速度时低凸轮扭矩能量的问题。例如，如果凸轮相位器的位置在低扭矩能量过程中完全延迟，则凸轮驱动的摩擦可以用于将相位器拉回到完全延迟的位置。另一个策略是附加一个偏置弹簧以帮助移动并保持该相位器在低扭矩能量过程中位于完全提前的位置上。其它例子如美国专利No.6,276,321，6,591,799，5,657,725，和6,453,859中所示。
美国专利No.6,276,321使用一个连接到盖板上的弹簧从而将转子移动到提前或延迟的位置上，以使锁销在低发动机速度和油压过程中能够滑动就位。
美国专利No.6,591,799披露了一个阀正时控制装置，该装置包括一个用于使凸轮轴向提前方向偏置的偏置装置，在该方向上，偏置力近似等于或小于在凸轮和推杆之间产生的摩擦扭矩的峰值。
美国专利No.5,657,725披露一个对一个副叶片提供足够压力的CTA相位器，该副叶片凭油泵的压力给相位器提供偏压。该油压偏压使用一敞开的压力开口并且在高发动机速度下缺少比例控制。
美国专利No.6,453,859披露了一种控制具有凸轮扭矩致动和两个止回阀扭矩协助(TA)特性的相位器的单独滑阀。阀的转换功能用于在低扭矩能量过程中从CTA到TA的转换。
发明内容
一种用于具有至少一个凸轮轴的内燃机的可变凸轮轴正时相位器，包括多个位于由一个壳体和一个滑阀限定的腔内的叶片。这些叶片限定了一提前和一延迟腔。叶片中的至少一个是凸轮扭矩致动(CTA)的，而其他叶片中的至少一个是油压致动(OPA)或扭矩协助(TA)的。滑阀连接到由CTA叶片限定的提前和延迟腔和由OPA叶片限定的提前腔上。当相位器在提前位置时，流体从由OPA叶片限定的延迟腔输送到由CTA叶片限定的提前腔中。当相位器在延迟位置时，流体从由CTA叶片限定的延迟腔输送到由CTA叶片限定的提前腔。
该相位器进一步包括一个设置于叶片之一内的锁销。当锁销容纳在壳体的容纳孔中时，锁销处于锁闭位置。该容纳孔取决于相位器是否是排放或吸入而处于完全提前停止位置或完全延迟停止位置处。
附图说明
图1是本发明的一个透视图。
图2是将移开盖板和垫板后图1的端视图。
图3是图1沿线A-A的侧视图。
图4是本发明在零位置的示意图。
图5是本发明在提前位置的示意图。
图6是本发明在延迟位置的示意图。
图7是对于油压致动/扭矩协助相位器和凸轮扭矩致动相位器来说，致动速率相对每分钟转数(rpm)的曲线图。
图8a是OPA/TA相位器致动速率相对于不同速度下阀芯位置的曲线图。
图8b是CTA相位器致动速率相对于不同速度下阀芯位置的曲线图。
具体实施方式
在可变凸轮正时(VCT)***中，凸轮轴上的正时齿轮由公知的“相位器”的可变角度联轴器所取代，该联轴器具有一个连接到该凸轮轴上的转子和一个连接(或形成)该正时齿轮的壳体，其允许凸轮轴在角度限制范围内独立于正时齿轮旋转，以改变凸轮轴和曲轴的相对正时。在此使用的术语“相位器”包括壳体和转子，而且这些部件全都用于控制壳体和转子的相对角位置，以允许凸轮轴的正时与曲轴偏离。在任何一个多凸轮轴发动机中，如现有技术所公知的那样，应当理解在每个凸轮轴上都有一个相位器。
图8a和8b显示了在OPA/TA相位器和CTA相位器中致动速率相对于阀芯位置的曲线图。如图8a所示，当阀芯处于OPA/TA相位器用的内部位置和外部位置时，如实线所示，致动速率在高速时最高。如点线所示，致动速率在低速时最低。在中速时，如虚线所示，致动速率介于相位器在高速和低速时的致动速率之间。图8b显示了当相位器以低速运行时CTA相位器中的最高致动速率，如点线所示，且阀芯处于内部和外部位置。高速时CTA相位器的致动速率低，如实线所示。在中速，致动速率介于相位器在高速和低速时的致动速率之间，如虚线所示。如比较各曲线图示出的那样，在OPA/TA相位器和CTA相位器两者中零位置相同。此外，高速时CTA相位器的致动可能由致动高速时的OPA或TA相位器来协助，使得在给定速度下两个致动的总和产生令人满意的发动机性能，即使在四气缸发动机内，也是如此。
参看图1～3，链轮10连接于壳体24。转子12具有一对沿径向相反的外突叶片22，其装配到壳体24中。转子12将阀芯104和锁销300罩在其内。转子12的叶片22之一包含锁销300。锁销300被设置于壳体24内的容纳孔151所容纳。连接到转子12上的是一个簧片止回阀盘14，包含至少两个止回阀122和124。盖18和垫片16固定在该簧片止回阀盘14上。
图4～6分别显示了相位器的零位、提前和延迟位置。相位器操纵流体，如图所示以发动机润滑油的形式流进腔17a(用“A”标记“提前”)和17b(用“R”标记“延迟”)，经由连接到主油道119上的公共流入线路110被引入到相位器中。流入线路110通过凸轮轴26的轴承113进入相位器。该公共流入线路110包含止回阀126，该止回阀可以设置或可以不设置以阻止任何回流油进入主油道119内。如果设置有止回阀126，则叶片为扭矩协助(TA)的，如果没有设置止回阀126，则叶片为油压致动(OPA)的。流入线路110分支为两路，其均在进入滑阀109时终止。流入线路110的一个分支通向供给线路117，另一分支，即线路149通向线路145。线路145分支为两路，一路为腔17b供应油，另一路147通向锁销300。
锁销300只有当其容纳于腔17b的容纳孔151中时才锁住。该容纳孔151可以根据凸轮相位器是否吸入还是排放而设置在完全提前停止位置、完全延迟停止位置，或稍微离开停止位置的位置上。当发动机起动时，吸入凸轮相位器通常被锁闭在完全延迟位置，并且排放凸轮相位器通常被锁定在完全提前位置。锁销300被可滑动地设置在转子的径向孔内，该转子包含一个主体，其直径适于在径向孔内流体密封地装配。锁销300的内端适合于装配在由壳体24限定构成的容纳孔151中。锁销300在该孔内可以从一个锁闭位置处径向移动到一个解锁位置，其中在锁闭位置上，内端装配在由壳体24限定构成的容纳孔151中，在解锁位置上，内端没有与由壳体24限定的容纳孔151啮合。
滑阀109由一个阀芯104和一个圆柱形元件115组成。该阀芯104可以前后滑动，包括隐藏装配在圆柱形元件115内的阀芯台肩104a，104b，和104c。该阀芯台肩104a，104b，和104c优选地为圆柱形台肩，优选地有三个位置，以下将描述更多细节。圆柱形元件115内的阀芯位置受弹簧118的影响，该弹簧弹性地促使阀芯向左(如图4～6中所示)移动。一个可变力电磁线圈(VFS)103根据来自发动机控制单元(EUC)102的控制信号促使阀芯向右。
为了维持相位角度，如图4所示，阀芯104置于零位置上，凸轮扭矩能量、油压和摩擦扭拒必须得到平衡。来自主油槽119的补充油充满17a和17b两个腔中。当阀芯104在零位置时，阀芯台肩104a和104b堵住线路112、114和排放口106。线路117保持未被堵住，并且是补充油的来源。供给线路117分支为两条线路，每一条都连接到线路112和114上。线路117的分支包括止回阀122和124，以阻止回流油进入供给线路117中。因为线路112、114和排放口106被阀芯104堵住，压力被维持在腔17a和17b中。阀芯台肩104c部分堵住线路149。部分堵住的线路149允许足够的油进入线路145和147，从而使锁销从容纳孔中解锁，以便移动叶片，然后将带锁销300的叶片22维持在零位置。因为没有设置容纳孔151，所以锁销尖端沿相位器内侧拖拽。
图5显示在提前位置上的相位器。为了移动到提前位置，阀芯104向右移动，压缩在圆柱形元件115内的弹簧118。如果先前的位置被延迟了，则将少量的油供给锁销300，以从容纳孔151中解锁该锁销300。除了用于推动含有锁销300在油压致动侧上的叶片的油压外，来自主油槽的油压还帮助支配相位器到达提前位置。油从主油槽119通过公共流入线路110流入线路145和线路117。线路117中的油流入线路112，穿过止回阀122充满腔17b，除了存在很小的凸轮扭矩能量之外，还帮助叶片移动到提前位置。在移动叶片22中，腔17a中的所有油都被迫流出并流入将导回到线路117中的线路114中。线路149中的油导入线路147和145中，充满腔17b并与凸轮扭矩能量一起帮助叶片移动。腔17a中的所有油被迫流出出口153。当叶片22在提前位置时，因为没有设置容纳孔151，所以锁销300保持在解锁位置。当通过用油压帮助移动相位器到提前位置时，并且当存在很小的凸轮扭矩能量时，该相位器可以在高转速下使用，当油压低时，可以在低转速下使用。
图6显示在延迟位置的相位器。在低扭矩能量期间，因为凸轮轴承摩擦力在低和高速期间总是试图使相位器返回延迟位置，相位器可以在该位置上。在低发动机速度期间，阀芯104抵抗可变电磁线圈力103移动到左边，而凸轮扭矩能量向延迟位置移动相位器。油压在帮助叶片向延迟位置移动的过程中起最小的作用，并存在补充油。线路117中的油穿过止回阀124流入线路114，充满腔17a，帮助移动叶片到延迟位置。腔17b中的全部油被迫流出并流入将导回到线路117中的线路112中。阀芯台肩104c堵住线路149，阻止任何油到达锁销300。腔17b中的油由导入排放口106的线路145容纳。在延迟位置，锁销300由孔151容纳。
高速时，凸轮轴承摩擦力提供一个明显的拉力，帮助移动相位器到延迟位置。锁销300由孔151容纳并保持在锁闭位置上。
应该注意到图4到6中显示了止回阀126。通过在线路110上添加止回阀，带锁销的叶片为扭矩协助(TA)的。如果没有设置止回阀，则带锁销的叶片为油压致动(OPA)的。
因此，应当理解，本发明在此描述的实施例仅仅是为了阐明本发明原理的应用。这里所涉及的参考各实施例的详述说明并不是为了限制各权利要求的范围，这些权利要求本身所记载的这些特征被认为是本发明的基本。

Claims (5)

1.一种可变凸轮轴正时相位器，用于具有至少一个凸轮轴的内燃机的，包括：
一个壳体，具有一个用于承受驱动力的外圆周；
一个转子，用于连接同轴设置在壳体内的凸轮轴，该壳体和该转子限定至少一个将壳体内的一个腔分隔成一个提前腔和一个延迟腔的叶片；
多个位于由壳体限定的腔内的叶片，其中至少一个CTA叶片为凸轮扭矩致动，至少另一个OPA叶片为油压致动；和
一个沿相位器旋转轴设置的滑阀，连接到油压源上，由CTA叶片限定该提前腔和延迟腔，和至少一个提前腔由OPA叶片限定，该滑阀具有：
一个提前位置，其中流体从由CTA叶片限定的延迟腔流到由CTA叶片限定的提前腔，并从一个油供给装置流到由OPA叶片限定的提前腔；和
一个延迟位置，其中流体从由CTA叶片限定的提前腔流到由CTA叶片限定的延迟腔。
2.如权利要求1所述的可变凸轮轴正时相位器，进一步包括：
一个在至少一个叶片中的锁销，受油压控制，可滑动地设置在径向孔内，包括一个主体，该主体的直径适于流体密封地装配在径向孔内，和一个朝向壳体适于装配在由壳体限定的容纳孔中的内端，该锁销在该孔内可以从一个锁闭位置处径向移动到一个解锁位置，其中在锁闭位置上，该内端装配在由壳体限定的容纳孔中，在解锁位置上，该内端没有连接到由壳体限定的容纳孔上。
3.如权利要求2所述的可变凸轮轴正时相位器，其中由壳体限定的容纳孔设置于完全延迟停止位置或完全提前停止位置。
4.如权利要求1所述的可变凸轮轴正时相位器，进一步包括一个在压力油源内的止回阀。
5.一种以低凸轮扭矩致动相位器的方法，包括：
a)提供一个可变凸轮正时相位器，该相位器包括：
一个壳体，具有一个用于承受驱动力的外圆周；
一个转子，用于连接同轴设置在壳体内的凸轮轴，该壳体和该转子限定至少一个将壳体内的一个腔分隔成一个提前腔和一个延迟腔的叶片；
多个位于由壳体限定的腔内的叶片，其中至少一个CTA叶片为凸轮扭矩致动，至少另一个OPA叶片为油压致动；和
一个沿相位器旋转轴设置的滑阀，连接到油压源上，由CTA叶片限定该提前腔和延迟腔，和至少一个提前腔由OPA叶片限定；
b)移动相位器的滑阀到提前位置上，其中当发动机转速高时，流体从由CTA叶片限定的延迟腔流到由CTA叶片限定的提前腔，并从压力油供给装置流到OPA叶片的提前腔，以致于油压致动辅助相位器的致动；和
c)移动阀芯到延迟位置上，其中当发动机转速低时，流体从由CTA叶片限定的提前腔流到由CTA叶片限定的延迟腔，以致于相位器主要是凸轮扭矩致动。
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