專利名稱：凸輪扭矩致動(dòng)相位器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可變凸輪正時(shí)系統(tǒng)領(lǐng)域。更特別的，本發(fā)明屬于一種在低凸輪扭矩過(guò)程中允許相位器致動(dòng)的裝置。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)使用不同的機(jī)構(gòu)來(lái)改變凸輪軸和曲軸之間的角度，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能或降低排放。這些可變凸輪軸正時(shí)(VCT)機(jī)構(gòu)大多數(shù)都在發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸(或在多凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的多個(gè)凸輪軸)上使用一個(gè)或多個(gè)“葉片相位器”。在大多數(shù)情況下，相位器具有一個(gè)帶有一個(gè)或多個(gè)葉片的殼體，裝配在凸輪軸的末端，由一個(gè)具有葉片腔的殼體環(huán)繞，葉片裝配在該葉片腔中。葉片可能裝配在殼體上，也可能裝配在殼體內(nèi)的上述腔中。殼體的外周形成了鏈輪、皮帶輪或齒輪，通過(guò)一個(gè)鏈條、皮帶或齒輪接受通常來(lái)自凸輪軸或也可能來(lái)自多凸輪軸中的另一個(gè)凸輪軸的驅(qū)動(dòng)力。
相位器的兩個(gè)類型是凸輪扭矩致動(dòng)(CTA)的和油壓致動(dòng)(OPA)的。在OPA或TA相位器中，發(fā)動(dòng)機(jī)油壓在延遲或提前腔中被施加到葉片的一側(cè)或另一側(cè)，以移動(dòng)葉片。由于前行扭矩效果而使葉片運(yùn)動(dòng)。
在一個(gè)CTA相位器中，可變凸輪正時(shí)系統(tǒng)使用在凸輪軸中由于打開(kāi)和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)閥的力引起的反向扭矩來(lái)移動(dòng)葉片?？刂崎y設(shè)置用于允許流體在腔間流動(dòng)以使葉片移動(dòng)，或停止油的流動(dòng)，以將葉片鎖定就位。該CTA相位器具有油輸入，以補(bǔ)償由于泄漏而造成的損失，但是不使用發(fā)動(dòng)機(jī)油壓來(lái)移動(dòng)相位器。CTA相位器已經(jīng)顯示了它們提供了快速反應(yīng)和低滑油消耗，減少了燃料消耗和排放。然而，在一些發(fā)動(dòng)機(jī)中，如4缸發(fā)動(dòng)機(jī)，凸輪軸的扭矩能量不足以在發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)速度范圍內(nèi)致動(dòng)相位器，特別是在轉(zhuǎn)速(rpm)高的速度范圍內(nèi)。
圖7表示一個(gè)致動(dòng)速率相對(duì)轉(zhuǎn)速(rpm)的曲線圖。當(dāng)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)低時(shí)，凸輪的扭矩能量高。當(dāng)轉(zhuǎn)速(rpm)高時(shí)，凸輪扭矩能量逐漸減少。油壓致動(dòng)(OPA)或扭矩協(xié)助(TA)相位器的致動(dòng)速率由虛線路表示。由于轉(zhuǎn)速低時(shí)油壓低，所以致動(dòng)速率也低。隨著轉(zhuǎn)速(rpm)提高，油壓提高，而且OPA或TA相位器的致動(dòng)速率也得到提高。實(shí)線表示了凸輪扭矩致動(dòng)(CTA)相位器的致動(dòng)速率。該CTA相位器通過(guò)扭矩能量來(lái)致動(dòng)，該扭矩能量在低轉(zhuǎn)速(rpm)時(shí)高，在較高轉(zhuǎn)速(rpm)時(shí)低。
許多策略已經(jīng)用于解決在高轉(zhuǎn)速或高發(fā)動(dòng)機(jī)速度時(shí)低凸輪扭矩能量的問(wèn)題。例如，如果凸輪相位器的位置在低扭矩能量過(guò)程中完全延遲，則凸輪驅(qū)動(dòng)的摩擦可以用于將相位器拉回到完全延遲的位置。另一個(gè)策略是附加一個(gè)偏置彈簧以幫助移動(dòng)并保持該相位器在低扭矩能量過(guò)程中位于完全提前的位置上。其它例子如美國(guó)專利No.6,276,321，6,591,799，5,657,725，和6,453,859中所示。
美國(guó)專利No.6,276,321使用一個(gè)連接到蓋板上的彈簧從而將轉(zhuǎn)子移動(dòng)到提前或延遲的位置上，以使鎖銷在低發(fā)動(dòng)機(jī)速度和油壓過(guò)程中能夠滑動(dòng)就位。
美國(guó)專利No.6,591,799披露了一個(gè)閥正時(shí)控制裝置，該裝置包括一個(gè)用于使凸輪軸向提前方向偏置的偏置裝置，在該方向上，偏置力近似等于或小于在凸輪和推桿之間產(chǎn)生的摩擦扭矩的峰值。
美國(guó)專利No.5,657,725披露一個(gè)對(duì)一個(gè)副葉片提供足夠壓力的CTA相位器，該副葉片憑油泵的壓力給相位器提供偏壓。該油壓偏壓使用一敞開(kāi)的壓力開(kāi)口并且在高發(fā)動(dòng)機(jī)速度下缺少比例控制。
美國(guó)專利No.6,453,859披露了一種控制具有凸輪扭矩致動(dòng)和兩個(gè)止回閥扭矩協(xié)助(TA)特性的相位器的單獨(dú)滑閥。閥的轉(zhuǎn)換功能用于在低扭矩能量過(guò)程中從CTA到TA的轉(zhuǎn)換。

發(fā)明內(nèi)容
一種用于具有至少一個(gè)凸輪軸的內(nèi)燃機(jī)的可變凸輪軸正時(shí)相位器，包括多個(gè)位于由一個(gè)殼體和一個(gè)滑閥限定的腔內(nèi)的葉片。這些葉片限定了一提前和一延遲腔。葉片中的至少一個(gè)是凸輪扭矩致動(dòng)(CTA)的，而其他葉片中的至少一個(gè)是油壓致動(dòng)(OPA)或扭矩協(xié)助(TA)的?；y連接到由CTA葉片限定的提前和延遲腔和由OPA葉片限定的提前腔上。當(dāng)相位器在提前位置時(shí)，流體從由OPA葉片限定的延遲腔輸送到由CTA葉片限定的提前腔中。當(dāng)相位器在延遲位置時(shí)，流體從由CTA葉片限定的延遲腔輸送到由CTA葉片限定的提前腔。
該相位器進(jìn)一步包括一個(gè)設(shè)置于葉片之一內(nèi)的鎖銷。當(dāng)鎖銷容納在殼體的容納孔中時(shí)，鎖銷處于鎖閉位置。該容納孔取決于相位器是否是排放或吸入而處于完全提前停止位置或完全延遲停止位置處。


圖1是本發(fā)明的一個(gè)透視圖。
圖2是將移開(kāi)蓋板和墊板后圖1的端視圖。
圖3是圖1沿線A-A的側(cè)視圖。
圖4是本發(fā)明在零位置的示意圖。
圖5是本發(fā)明在提前位置的示意圖。
圖6是本發(fā)明在延遲位置的示意圖。
圖7是對(duì)于油壓致動(dòng)/扭矩協(xié)助相位器和凸輪扭矩致動(dòng)相位器來(lái)說(shuō)，致動(dòng)速率相對(duì)每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(rpm)的曲線圖。
圖8a是OPA/TA相位器致動(dòng)速率相對(duì)于不同速度下閥芯位置的曲線圖。
圖8b是CTA相位器致動(dòng)速率相對(duì)于不同速度下閥芯位置的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
在可變凸輪正時(shí)(VCT)系統(tǒng)中，凸輪軸上的正時(shí)齒輪由公知的“相位器”的可變角度聯(lián)軸器所取代，該聯(lián)軸器具有一個(gè)連接到該凸輪軸上的轉(zhuǎn)子和一個(gè)連接(或形成)該正時(shí)齒輪的殼體，其允許凸輪軸在角度限制范圍內(nèi)獨(dú)立于正時(shí)齒輪旋轉(zhuǎn)，以改變凸輪軸和曲軸的相對(duì)正時(shí)。在此使用的術(shù)語(yǔ)“相位器”包括殼體和轉(zhuǎn)子，而且這些部件全都用于控制殼體和轉(zhuǎn)子的相對(duì)角位置，以允許凸輪軸的正時(shí)與曲軸偏離。在任何一個(gè)多凸輪軸發(fā)動(dòng)機(jī)中，如現(xiàn)有技術(shù)所公知的那樣，應(yīng)當(dāng)理解在每個(gè)凸輪軸上都有一個(gè)相位器。
圖8a和8b顯示了在OPA/TA相位器和CTA相位器中致動(dòng)速率相對(duì)于閥芯位置的曲線圖。如圖8a所示，當(dāng)閥芯處于OPA/TA相位器用的內(nèi)部位置和外部位置時(shí)，如實(shí)線所示，致動(dòng)速率在高速時(shí)最高。如點(diǎn)線所示，致動(dòng)速率在低速時(shí)最低。在中速時(shí)，如虛線所示，致動(dòng)速率介于相位器在高速和低速時(shí)的致動(dòng)速率之間。圖8b顯示了當(dāng)相位器以低速運(yùn)行時(shí)CTA相位器中的最高致動(dòng)速率，如點(diǎn)線所示，且閥芯處于內(nèi)部和外部位置。高速時(shí)CTA相位器的致動(dòng)速率低，如實(shí)線所示。在中速，致動(dòng)速率介于相位器在高速和低速時(shí)的致動(dòng)速率之間，如虛線所示。如比較各曲線圖示出的那樣，在OPA/TA相位器和CTA相位器兩者中零位置相同。此外，高速時(shí)CTA相位器的致動(dòng)可能由致動(dòng)高速時(shí)的OPA或TA相位器來(lái)協(xié)助，使得在給定速度下兩個(gè)致動(dòng)的總和產(chǎn)生令人滿意的發(fā)動(dòng)機(jī)性能，即使在四氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)，也是如此。
參看圖1～3，鏈輪10連接于殼體24。轉(zhuǎn)子12具有一對(duì)沿徑向相反的外突葉片22，其裝配到殼體24中。轉(zhuǎn)子12將閥芯104和鎖銷300罩在其內(nèi)。轉(zhuǎn)子12的葉片22之一包含鎖銷300。鎖銷300被設(shè)置于殼體24內(nèi)的容納孔151所容納。連接到轉(zhuǎn)子12上的是一個(gè)簧片止回閥盤14，包含至少兩個(gè)止回閥122和124。蓋18和墊片16固定在該簧片止回閥盤14上。
圖4～6分別顯示了相位器的零位、提前和延遲位置。相位器操縱流體，如圖所示以發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的形式流進(jìn)腔17a(用“A”標(biāo)記“提前”)和17b(用“R”標(biāo)記“延遲”)，經(jīng)由連接到主油道119上的公共流入線路110被引入到相位器中。流入線路110通過(guò)凸輪軸26的軸承113進(jìn)入相位器。該公共流入線路110包含止回閥126，該止回閥可以設(shè)置或可以不設(shè)置以阻止任何回流油進(jìn)入主油道119內(nèi)。如果設(shè)置有止回閥126，則葉片為扭矩協(xié)助(TA)的，如果沒(méi)有設(shè)置止回閥126，則葉片為油壓致動(dòng)(OPA)的。流入線路110分支為兩路，其均在進(jìn)入滑閥109時(shí)終止。流入線路110的一個(gè)分支通向供給線路117，另一分支，即線路149通向線路145。線路145分支為兩路，一路為腔17b供應(yīng)油，另一路147通向鎖銷300。
鎖銷300只有當(dāng)其容納于腔17b的容納孔151中時(shí)才鎖住。該容納孔151可以根據(jù)凸輪相位器是否吸入還是排放而設(shè)置在完全提前停止位置、完全延遲停止位置，或稍微離開(kāi)停止位置的位置上。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，吸入凸輪相位器通常被鎖閉在完全延遲位置，并且排放凸輪相位器通常被鎖定在完全提前位置。鎖銷300被可滑動(dòng)地設(shè)置在轉(zhuǎn)子的徑向孔內(nèi)，該轉(zhuǎn)子包含一個(gè)主體，其直徑適于在徑向孔內(nèi)流體密封地裝配。鎖銷300的內(nèi)端適合于裝配在由殼體24限定構(gòu)成的容納孔151中。鎖銷300在該孔內(nèi)可以從一個(gè)鎖閉位置處徑向移動(dòng)到一個(gè)解鎖位置，其中在鎖閉位置上，內(nèi)端裝配在由殼體24限定構(gòu)成的容納孔151中，在解鎖位置上，內(nèi)端沒(méi)有與由殼體24限定的容納孔151嚙合。
滑閥109由一個(gè)閥芯104和一個(gè)圓柱形元件115組成。該閥芯104可以前后滑動(dòng)，包括隱藏裝配在圓柱形元件115內(nèi)的閥芯臺(tái)肩104a，104b，和104c。該閥芯臺(tái)肩104a，104b，和104c優(yōu)選地為圓柱形臺(tái)肩，優(yōu)選地有三個(gè)位置，以下將描述更多細(xì)節(jié)。圓柱形元件115內(nèi)的閥芯位置受彈簧118的影響，該彈簧彈性地促使閥芯向左(如圖4～6中所示)移動(dòng)。一個(gè)可變力電磁線圈(VFS)103根據(jù)來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元(EUC)102的控制信號(hào)促使閥芯向右。
為了維持相位角度，如圖4所示，閥芯104置于零位置上，凸輪扭矩能量、油壓和摩擦扭拒必須得到平衡。來(lái)自主油槽119的補(bǔ)充油充滿17a和17b兩個(gè)腔中。當(dāng)閥芯104在零位置時(shí)，閥芯臺(tái)肩104a和104b堵住線路112、114和排放口106。線路117保持未被堵住，并且是補(bǔ)充油的來(lái)源。供給線路117分支為兩條線路，每一條都連接到線路112和114上。線路117的分支包括止回閥122和124，以阻止回流油進(jìn)入供給線路117中。因?yàn)榫€路112、114和排放口106被閥芯104堵住，壓力被維持在腔17a和17b中。閥芯臺(tái)肩104c部分堵住線路149。部分堵住的線路149允許足夠的油進(jìn)入線路145和147，從而使鎖銷從容納孔中解鎖，以便移動(dòng)葉片，然后將帶鎖銷300的葉片22維持在零位置。因?yàn)闆](méi)有設(shè)置容納孔151，所以鎖銷尖端沿相位器內(nèi)側(cè)拖拽。
圖5顯示在提前位置上的相位器。為了移動(dòng)到提前位置，閥芯104向右移動(dòng)，壓縮在圓柱形元件115內(nèi)的彈簧118。如果先前的位置被延遲了，則將少量的油供給鎖銷300，以從容納孔151中解鎖該鎖銷300。除了用于推動(dòng)含有鎖銷300在油壓致動(dòng)側(cè)上的葉片的油壓外，來(lái)自主油槽的油壓還幫助支配相位器到達(dá)提前位置。油從主油槽119通過(guò)公共流入線路110流入線路145和線路117。線路117中的油流入線路112，穿過(guò)止回閥122充滿腔17b，除了存在很小的凸輪扭矩能量之外，還幫助葉片移動(dòng)到提前位置。在移動(dòng)葉片22中，腔17a中的所有油都被迫流出并流入將導(dǎo)回到線路117中的線路114中。線路149中的油導(dǎo)入線路147和145中，充滿腔17b并與凸輪扭矩能量一起幫助葉片移動(dòng)。腔17a中的所有油被迫流出出口153。當(dāng)葉片22在提前位置時(shí)，因?yàn)闆](méi)有設(shè)置容納孔151，所以鎖銷300保持在解鎖位置。當(dāng)通過(guò)用油壓幫助移動(dòng)相位器到提前位置時(shí)，并且當(dāng)存在很小的凸輪扭矩能量時(shí)，該相位器可以在高轉(zhuǎn)速下使用，當(dāng)油壓低時(shí)，可以在低轉(zhuǎn)速下使用。
圖6顯示在延遲位置的相位器。在低扭矩能量期間，因?yàn)橥馆嗇S承摩擦力在低和高速期間總是試圖使相位器返回延遲位置，相位器可以在該位置上。在低發(fā)動(dòng)機(jī)速度期間，閥芯104抵抗可變電磁線圈力103移動(dòng)到左邊，而凸輪扭矩能量向延遲位置移動(dòng)相位器。油壓在幫助葉片向延遲位置移動(dòng)的過(guò)程中起最小的作用，并存在補(bǔ)充油。線路117中的油穿過(guò)止回閥124流入線路114，充滿腔17a，幫助移動(dòng)葉片到延遲位置。腔17b中的全部油被迫流出并流入將導(dǎo)回到線路117中的線路112中。閥芯臺(tái)肩104c堵住線路149，阻止任何油到達(dá)鎖銷300。腔17b中的油由導(dǎo)入排放口106的線路145容納。在延遲位置，鎖銷300由孔151容納。
高速時(shí)，凸輪軸承摩擦力提供一個(gè)明顯的拉力，幫助移動(dòng)相位器到延遲位置。鎖銷300由孔151容納并保持在鎖閉位置上。
應(yīng)該注意到圖4到6中顯示了止回閥126。通過(guò)在線路110上添加止回閥，帶鎖銷的葉片為扭矩協(xié)助(TA)的。如果沒(méi)有設(shè)置止回閥，則帶鎖銷的葉片為油壓致動(dòng)(OPA)的。
因此，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明在此描述的實(shí)施例僅僅是為了闡明本發(fā)明原理的應(yīng)用。這里所涉及的參考各實(shí)施例的詳述說(shuō)明并不是為了限制各權(quán)利要求的范圍，這些權(quán)利要求本身所記載的這些特征被認(rèn)為是本發(fā)明的基本。
權(quán)利要求
1.一種可變凸輪軸正時(shí)相位器，用于具有至少一個(gè)凸輪軸的內(nèi)燃機(jī)的，包括一個(gè)殼體，具有一個(gè)用于承受驅(qū)動(dòng)力的外圓周；一個(gè)轉(zhuǎn)子，用于連接同軸設(shè)置在殼體內(nèi)的凸輪軸，該殼體和該轉(zhuǎn)子限定至少一個(gè)將殼體內(nèi)的一個(gè)腔分隔成一個(gè)提前腔和一個(gè)延遲腔的葉片；多個(gè)位于由殼體限定的腔內(nèi)的葉片，其中至少一個(gè)CTA葉片為凸輪扭矩致動(dòng)，至少另一個(gè)OPA葉片為油壓致動(dòng)；和一個(gè)沿相位器旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置的滑閥，連接到油壓源上，由CTA葉片限定該提前腔和延遲腔，和至少一個(gè)提前腔由OPA葉片限定，該滑閥具有一個(gè)提前位置，其中流體從由CTA葉片限定的延遲腔流到由CTA葉片限定的提前腔，并從一個(gè)油供給裝置流到由OPA葉片限定的提前腔；和一個(gè)延遲位置，其中流體從由CTA葉片限定的提前腔流到由CTA葉片限定的延遲腔。
2.如權(quán)利要求1所述的可變凸輪軸正時(shí)相位器，進(jìn)一步包括一個(gè)在至少一個(gè)葉片中的鎖銷，受油壓控制，可滑動(dòng)地設(shè)置在徑向孔內(nèi)，包括一個(gè)主體，該主體的直徑適于流體密封地裝配在徑向孔內(nèi)，和一個(gè)朝向殼體適于裝配在由殼體限定的容納孔中的內(nèi)端，該鎖銷在該孔內(nèi)可以從一個(gè)鎖閉位置處徑向移動(dòng)到一個(gè)解鎖位置，其中在鎖閉位置上，該內(nèi)端裝配在由殼體限定的容納孔中，在解鎖位置上，該內(nèi)端沒(méi)有連接到由殼體限定的容納孔上。
3.如權(quán)利要求2所述的可變凸輪軸正時(shí)相位器，其中由殼體限定的容納孔設(shè)置于完全延遲停止位置或完全提前停止位置。
4.如權(quán)利要求1所述的可變凸輪軸正時(shí)相位器，進(jìn)一步包括一個(gè)在壓力油源內(nèi)的止回閥。
5.一種以低凸輪扭矩致動(dòng)相位器的方法，包括a)提供一個(gè)可變凸輪正時(shí)相位器，該相位器包括一個(gè)殼體，具有一個(gè)用于承受驅(qū)動(dòng)力的外圓周；一個(gè)轉(zhuǎn)子，用于連接同軸設(shè)置在殼體內(nèi)的凸輪軸，該殼體和該轉(zhuǎn)子限定至少一個(gè)將殼體內(nèi)的一個(gè)腔分隔成一個(gè)提前腔和一個(gè)延遲腔的葉片；多個(gè)位于由殼體限定的腔內(nèi)的葉片，其中至少一個(gè)CTA葉片為凸輪扭矩致動(dòng)，至少另一個(gè)OPA葉片為油壓致動(dòng)；和一個(gè)沿相位器旋轉(zhuǎn)軸設(shè)置的滑閥，連接到油壓源上，由CTA葉片限定該提前腔和延遲腔，和至少一個(gè)提前腔由OPA葉片限定；b)移動(dòng)相位器的滑閥到提前位置上，其中當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，流體從由CTA葉片限定的延遲腔流到由CTA葉片限定的提前腔，并從壓力油供給裝置流到OPA葉片的提前腔，以致于油壓致動(dòng)輔助相位器的致動(dòng)；和c)移動(dòng)閥芯到延遲位置上，其中當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低時(shí)，流體從由CTA葉片限定的提前腔流到由CTA葉片限定的延遲腔，以致于相位器主要是凸輪扭矩致動(dòng)。
全文摘要
一個(gè)用于具有至少一個(gè)凸輪軸的內(nèi)燃機(jī)的可變凸輪軸正時(shí)相位器，包括多個(gè)在由殼體和滑閥限定的腔內(nèi)的葉片。葉片限定出一個(gè)提前腔和一個(gè)延遲腔。葉片中的至少一個(gè)是凸輪扭矩致動(dòng)(CTA)的，其他葉片中的至少一個(gè)是油壓致動(dòng)(OPA)的?；y連接于由CTA葉片限定的提前和延遲腔和由OPA葉片限定的提前腔。當(dāng)相位器在提前位置時(shí)，流體通過(guò)從由OPA葉片限定的延遲腔流到由CTA葉片限定的提前腔。當(dāng)相位器在延遲位置時(shí)，流體通過(guò)從由CTA葉片限定的延遲腔流到由CTA葉片限定的提前腔。
文檔編號(hào)F01L1/344GK1619113SQ20041010239
公開(kāi)日2005年5月25日 申請(qǐng)日期2004年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月17日
發(fā)明者R·T·辛普森 申請(qǐng)人:博格華納公司