專利名稱：凸輪扭矩致動相位器的制作方法
技術領域：
本發明屬于可變凸輪正時系統領域。更特別的，本發明屬于一種在低凸輪扭矩過程中允許相位器致動的裝置。
背景技術：
內燃機使用不同的機構來改變凸輪軸和曲軸之間的角度，以提高發動機的性能或降低排放。這些可變凸輪軸正時(VCT)機構大多數都在發動機的凸輪軸(或在多凸輪軸發動機內的多個凸輪軸)上使用一個或多個“葉片相位器”。在大多數情況下，相位器具有一個帶有一個或多個葉片的殼體，裝配在凸輪軸的末端，由一個具有葉片腔的殼體環繞，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的上述腔中。殼體的外周形成了鏈輪、皮帶輪或齒輪，通過一個鏈條、皮帶或齒輪接受通常來自凸輪軸或也可能來自多凸輪軸中的另一個凸輪軸的驅動力。
相位器的兩個類型是凸輪扭矩致動(CTA)的和油壓致動(OPA)的。在OPA或TA相位器中，發動機油壓在延遲或提前腔中被施加到葉片的一側或另一側，以移動葉片。由于前行扭矩效果而使葉片運動。
在一個CTA相位器中，可變凸輪正時系統使用在凸輪軸中由于打開和關閉發動機閥的力引起的反向扭矩來移動葉片。控制閥設置用于允許流體在腔間流動以使葉片移動，或停止油的流動，以將葉片鎖定就位。該CTA相位器具有油輸入，以補償由于泄漏而造成的損失，但是不使用發動機油壓來移動相位器。CTA相位器已經顯示了它們提供了快速反應和低滑油消耗，減少了燃料消耗和排放。然而，在一些發動機中，如4缸發動機，凸輪軸的扭矩能量不足以在發動機的整個速度范圍內致動相位器，特別是在轉速(rpm)高的速度范圍內。
圖7表示一個致動速率相對轉速(rpm)的曲線圖。當每分鐘轉數(rpm)低時，凸輪的扭矩能量高。當轉速(rpm)高時，凸輪扭矩能量逐漸減少。油壓致動(OPA)或扭矩協助(TA)相位器的致動速率由虛線路表示。由于轉速低時油壓低，所以致動速率也低。隨著轉速(rpm)提高，油壓提高，而且OPA或TA相位器的致動速率也得到提高。實線表示了凸輪扭矩致動(CTA)相位器的致動速率。該CTA相位器通過扭矩能量來致動，該扭矩能量在低轉速(rpm)時高，在較高轉速(rpm)時低。
許多策略已經用于解決在高轉速或高發動機速度時低凸輪扭矩能量的問題。例如，如果凸輪相位器的位置在低扭矩能量過程中完全延遲，則凸輪驅動的摩擦可以用于將相位器拉回到完全延遲的位置。另一個策略是附加一個偏置彈簧以幫助移動并保持該相位器在低扭矩能量過程中位于完全提前的位置上。其它例子如美國專利No.6,276,321，6,591,799，5,657,725，和6,453,859中所示。
美國專利No.6,276,321使用一個連接到蓋板上的彈簧從而將轉子移動到提前或延遲的位置上，以使鎖銷在低發動機速度和油壓過程中能夠滑動就位。
美國專利No.6,591,799披露了一個閥正時控制裝置，該裝置包括一個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生的摩擦扭矩的峰值。
美國專利No.5,657,725披露一個對一個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的壓力開口并且在高發動機速度下缺少比例控制。
美國專利No.6,453,859披露了一種控制具有凸輪扭矩致動和兩個止回閥扭矩協助(TA)特性的相位器的單獨滑閥。閥的轉換功能用于在低扭矩能量過程中從CTA到TA的轉換。
發明內容
一種用于具有至少一個凸輪軸的內燃機的可變凸輪軸正時相位器，包括多個位于由一個殼體和一個滑閥限定的腔內的葉片。這些葉片限定了一提前和一延遲腔。葉片中的至少一個是凸輪扭矩致動(CTA)的，而其他葉片中的至少一個是油壓致動(OPA)或扭矩協助(TA)的。滑閥連接到由CTA葉片限定的提前和延遲腔和由OPA葉片限定的提前腔上。當相位器在提前位置時，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。當相位器在延遲位置時，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。
該相位器進一步包括一個設置于葉片之一內的鎖銷。當鎖銷容納在殼體的容納孔中時，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是本發明的一個透視圖。
圖2是將移開蓋板和墊板后圖1的端視圖。
圖3是圖1沿線A-A的側視圖。
圖4是本發明在零位置的示意圖。
圖5是本發明在提前位置的示意圖。
圖6是本發明在延遲位置的示意圖。
圖7是對于油壓致動/扭矩協助相位器和凸輪扭矩致動相位器來說，致動速率相對每分鐘轉數(rpm)的曲線圖。
圖8a是OPA/TA相位器致動速率相對于不同速度下閥芯位置的曲線圖。
圖8b是CTA相位器致動速率相對于不同速度下閥芯位置的曲線圖。
具體實施例方式
在可變凸輪正時(VCT)系統中，凸輪軸上的正時齒輪由公知的“相位器”的可變角度聯軸器所取代，該聯軸器具有一個連接到該凸輪軸上的轉子和一個連接(或形成)該正時齒輪的殼體，其允許凸輪軸在角度限制范圍內獨立于正時齒輪旋轉，以改變凸輪軸和曲軸的相對正時。在此使用的術語“相位器”包括殼體和轉子，而且這些部件全都用于控制殼體和轉子的相對角位置，以允許凸輪軸的正時與曲軸偏離。在任何一個多凸輪軸發動機中，如現有技術所公知的那樣，應當理解在每個凸輪軸上都有一個相位器。
圖8a和8b顯示了在OPA/TA相位器和CTA相位器中致動速率相對于閥芯位置的曲線圖。如圖8a所示，當閥芯處于OPA/TA相位器用的內部位置和外部位置時，如實線所示，致動速率在高速時最高。如點線所示，致動速率在低速時最低。在中速時，如虛線所示，致動速率介于相位器在高速和低速時的致動速率之間。圖8b顯示了當相位器以低速運行時CTA相位器中的最高致動速率，如點線所示，且閥芯處于內部和外部位置。高速時CTA相位器的致動速率低，如實線所示。在中速，致動速率介于相位器在高速和低速時的致動速率之間，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CTA相位器的致動可能由致動高速時的OPA或TA相位器來協助，使得在給定速度下兩個致動的總和產生令人滿意的發動機性能，即使在四氣缸發動機內，也是如此。
參看圖1～3，鏈輪10連接于殼體24。轉子12具有一對沿徑向相反的外突葉片22，其裝配到殼體24中。轉子12將閥芯104和鎖銷300罩在其內。轉子12的葉片22之一包含鎖銷300。鎖銷300被設置于殼體24內的容納孔151所容納。連接到轉子12上的是一個簧片止回閥盤14，包含至少兩個止回閥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，如圖所示以發動機潤滑油的形式流進腔17a(用“A”標記“提前”)和17b(用“R”標記“延遲”)，經由連接到主油道119上的公共流入線路110被引入到相位器中。流入線路110通過凸輪軸26的軸承113進入相位器。該公共流入線路110包含止回閥126，該止回閥可以設置或可以不設置以阻止任何回流油進入主油道119內。如果設置有止回閥126，則葉片為扭矩協助(TA)的，如果沒有設置止回閥126，則葉片為油壓致動(OPA)的。流入線路110分支為兩路，其均在進入滑閥109時終止。流入線路110的一個分支通向供給線路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供應油，另一路147通向鎖銷300。
鎖銷300只有當其容納于腔17b的容納孔151中時才鎖住。該容納孔151可以根據凸輪相位器是否吸入還是排放而設置在完全提前停止位置、完全延遲停止位置，或稍微離開停止位置的位置上。當發動機起動時，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被可滑動地設置在轉子的徑向孔內，該轉子包含一個主體，其直徑適于在徑向孔內流體密封地裝配。鎖銷300的內端適合于裝配在由殼體24限定構成的容納孔151中。鎖銷300在該孔內可以從一個鎖閉位置處徑向移動到一個解鎖位置，其中在鎖閉位置上，內端裝配在由殼體24限定構成的容納孔151中，在解鎖位置上，內端沒有與由殼體24限定的容納孔151嚙合。
滑閥109由一個閥芯104和一個圓柱形元件115組成。該閥芯104可以前后滑動，包括隱藏裝配在圓柱形元件115內的閥芯臺肩104a，104b，和104c。該閥芯臺肩104a，104b，和104c優選地為圓柱形臺肩，優選地有三個位置，以下將描述更多細節。圓柱形元件115內的閥芯位置受彈簧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。一個可變力電磁線圈(VFS)103根據來自發動機控制單元(EUC)102的控制信號促使閥芯向右。
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。來自主油槽119的補充油充滿17a和17b兩個腔中。當閥芯104在零位置時，閥芯臺肩104a和104b堵住線路112、114和排放口106。線路117保持未被堵住，并且是補充油的來源。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，以阻止回流油進入供給線路117中。因為線路112、114和排放口106被閥芯104堵住，壓力被維持在腔17a和17b中。閥芯臺肩104c部分堵住線路149。部分堵住的線路149允許足夠的油進入線路145和147，從而使鎖銷從容納孔中解鎖，以便移動葉片，然后將帶鎖銷300的葉片22維持在零位置。因為沒有設置容納孔151，所以鎖銷尖端沿相位器內側拖拽。
圖5顯示在提前位置上的相位器。為了移動到提前位置，閥芯104向右移動，壓縮在圓柱形元件115內的彈簧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。除了用于推動含有鎖銷300在油壓致動側上的葉片的油壓外，來自主油槽的油壓還幫助支配相位器到達提前位置。油從主油槽119通過公共流入線路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，還幫助葉片移動到提前位置。在移動葉片22中，腔17a中的所有油都被迫流出并流入將導回到線路117中的線路114中。線路149中的油導入線路147和145中，充滿腔17b并與凸輪扭矩能量一起幫助葉片移動。腔17a中的所有油被迫流出出口153。當葉片22在提前位置時，因為沒有設置容納孔151，所以鎖銷300保持在解鎖位置。當通過用油壓幫助移動相位器到提前位置時，并且當存在很小的凸輪扭矩能量時，該相位器可以在高轉速下使用，當油壓低時，可以在低轉速下使用。
圖6顯示在延遲位置的相位器。在低扭矩能量期間，因為凸輪軸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。在低發動機速度期間，閥芯104抵抗可變電磁線圈力103移動到左邊，而凸輪扭矩能量向延遲位置移動相位器。油壓在幫助葉片向延遲位置移動的過程中起最小的作用，并存在補充油。線路117中的油穿過止回閥124流入線路114，充滿腔17a，幫助移動葉片到延遲位置。腔17b中的全部油被迫流出并流入將導回到線路117中的線路112中。閥芯臺肩104c堵住線路149，阻止任何油到達鎖銷300。腔17b中的油由導入排放口106的線路145容納。在延遲位置，鎖銷300由孔151容納。
高速時，凸輪軸承摩擦力提供一個明顯的拉力，幫助移動相位器到延遲位置。鎖銷300由孔151容納并保持在鎖閉位置上。
應該注意到圖4到6中顯示了止回閥126。通過在線路110上添加止回閥，帶鎖銷的葉片為扭矩協助(TA)的。如果沒有設置止回閥，則帶鎖銷的葉片為油壓致動(OPA)的。
因此，應當理解，本發明在此描述的實施例僅僅是為了闡明本發明原理的應用。這里所涉及的參考各實施例的詳述說明并不是為了限制各權利要求的范圍，這些權利要求本身所記載的這些特征被認為是本發明的基本。
權利要求
1.一種可變凸輪軸正時相位器，用于具有至少一個凸輪軸的內燃機的，包括一個殼體，具有一個用于承受驅動力的外圓周；一個轉子，用于連接同軸設置在殼體內的凸輪軸，該殼體和該轉子限定至少一個將殼體內的一個腔分隔成一個提前腔和一個延遲腔的葉片；多個位于由殼體限定的腔內的葉片，其中至少一個CTA葉片為凸輪扭矩致動，至少另一個OPA葉片為油壓致動；和一個沿相位器旋轉軸設置的滑閥，連接到油壓源上，由CTA葉片限定該提前腔和延遲腔，和至少一個提前腔由OPA葉片限定，該滑閥具有一個提前位置，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，并從一個油供給裝置流到由OPA葉片限定的提前腔；和一個延遲位置，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.如權利要求1所述的可變凸輪軸正時相位器，進一步包括一個在至少一個葉片中的鎖銷，受油壓控制，可滑動地設置在徑向孔內，包括一個主體，該主體的直徑適于流體密封地裝配在徑向孔內，和一個朝向殼體適于裝配在由殼體限定的容納孔中的內端，該鎖銷在該孔內可以從一個鎖閉位置處徑向移動到一個解鎖位置，其中在鎖閉位置上，該內端裝配在由殼體限定的容納孔中，在解鎖位置上，該內端沒有連接到由殼體限定的容納孔上。
3.如權利要求2所述的可變凸輪軸正時相位器，其中由殼體限定的容納孔設置于完全延遲停止位置或完全提前停止位置。
4.如權利要求1所述的可變凸輪軸正時相位器，進一步包括一個在壓力油源內的止回閥。
5.一種以低凸輪扭矩致動相位器的方法，包括a)提供一個可變凸輪正時相位器，該相位器包括一個殼體，具有一個用于承受驅動力的外圓周；一個轉子，用于連接同軸設置在殼體內的凸輪軸，該殼體和該轉子限定至少一個將殼體內的一個腔分隔成一個提前腔和一個延遲腔的葉片；多個位于由殼體限定的腔內的葉片，其中至少一個CTA葉片為凸輪扭矩致動，至少另一個OPA葉片為油壓致動；和一個沿相位器旋轉軸設置的滑閥，連接到油壓源上，由CTA葉片限定該提前腔和延遲腔，和至少一個提前腔由OPA葉片限定；b)移動相位器的滑閥到提前位置上，其中當發動機轉速高時，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，以致于油壓致動輔助相位器的致動；和c)移動閥芯到延遲位置上，其中當發動機轉速低時，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。
全文摘要
一個用于具有至少一個凸輪軸的內燃機的可變凸輪軸正時相位器，包括多個在由殼體和滑閥限定的腔內的葉片。葉片限定出一個提前腔和一個延遲腔。葉片中的至少一個是凸輪扭矩致動(CTA)的，其他葉片中的至少一個是油壓致動(OPA)的。滑閥連接于由CTA葉片限定的提前和延遲腔和由OPA葉片限定的提前腔。當相位器在提前位置時，流體通過從由OPA葉片限定的延遲腔流到由CTA葉片限定的提前腔。當相位器在延遲位置時，流體通過從由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F01L1/344GK1619113SQ20041010239
公開日2005年5月25日 申請日期2004年11月16日 優先權日2003年11月17日
發明者R·T·辛普森 申請人:博格華納公司