專利名稱：具有偏置滑閥的正時相位器的制作方法
技術領域：
本發明涉及可變凸4侖正時系統的領域。更確切地it，該發明涉及一 種具有偏置閥芯的可變凸輪正時相位器。
背景技術：
內燃機采用了多種機構來改變凸輪軸與曲軸之間的角度，以提高發 動機性能或減少排放。多數可變凸輪軸正時(VCT)機構在發動機的凸 輪軸上(或者在多凸輪軸發動機中的多個凸輪軸上)使用 一個或多個"葉 片相位器"。大多情況下，這些相位器具有一個包含一個或多個葉片的殼 體，該殼體裝配于凸輪軸的端部，由一個具有葉片室的殼體所包圍，其 中葉片安裝在葉片室中。可以將葉片同樣裝配于殼體上，而這些室位于 殼體中。殼體的外圓周形成鏈輪、皮帶輪或者齒輪，以通過鏈條、皮帶 或齒輪接受驅動力，該驅動力一般來自于凸輪軸，或者有可能來自于一 臺多凸輪發動機中的另 一 凸輪軸。
可變凸輪正時相位器的滑閥可以安裝在相位器的外部或者相位器的 內部。內裝式滑閥可以安裝在中心，并且中心安裝一個閥芯的某些局限 性是必須使用中心螺栓來安裝該滑閥(如在Butterfield等人的專利US 5,046,460中所示)，將滑閥安裝在凸輪軸端部(如在Butterfield等人的專 利US5，002,023中所示的)，或者在凸輪軸的端部使用一個法蘭來安裝滑 閥(如在Becker等人的專利US5,107，804中所示的)。
在圖1的先有技術中示出一個可變凸輪正時(VCT)相位器中的內 部中心安裝式閥芯的一個實例。該VCT相位器22通過多個螺栓36連接 于凸輪軸。相位器的殼體40具有用于接收來自鏈條58的驅動力的一個 外圓周或者多個齒56。轉子38連接于凸輪軸并且同軸地位于殼體40中。 轉子38具有葉片42,該葉片將形成于殼體40和轉子38之間的室分為
超前室46以及滯后室48。葉片42能夠旋轉，以改變殼體40與轉子38 的相對角位置。通過引向滑閥50的供應管線55將流體供應給相位器22。 管線52、 54、 60在超前室46與滯后室48以及中心安裝式滑閥50之間 供應流體。管線54中存在止回閥61。閥芯在滑閥50內的位置控制相位 器的移動(例如向超前位置的移動或者向滯后位置的移動)。
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正時相位器包括 一個殼體、 一個轉子，以及一個相位控制閥。該相位控制閥偏置于該相 位器的一個旋轉中心軸線，并且可以平行于該旋轉中心軸線。該相位控 制閥引導流體流動，以改變轉子相對于殼體的相對角位置。該相位器可 以由凸輪轉矩驅動、油壓驅動，或者扭力助推。
"偏置"一詞的意思是從該相位器的旋轉中心軸線上偏移。
圖1示出了先有技術的一個具有中心安裝型滑閥的可變凸輪正時系 統的一個示意圖。
圖2示出了第一實施方案的一個可變凸輪正時(VCT)系統的一個
示意圖。
圖3示出了沿圖2的線A-A截取的偏置滑閥的一個截面圖。
圖4示出了沿圖2的線B-B的通過進液止回閥和鎖定銷的一個截面圖。
圖5a示出了第一實施方案的凸輪轉矩致動的相位器在零位(null position)中的另一示意圖。
圖5b示出了第一實施方案的凸輪轉矩致動的相位器向滯后位置移動 的一個示意圖。
圖5c示出了第一實施方案的凸輪轉矩致動的相位器向超前位置移動 的一個示意圖。
圖6a示出了第二實施方案的具有偏置滑閥的油壓驅動式可變凸輪正 時相位器在零位中的一個示意圖。
圖6b示出了第二實施方案的具有偏置滑閥的油壓致動的可變凸輪正 時相位器向超前位置移動的一個示意圖。
圖6c示出了第二實施方案的具有偏置滑閥的油壓致動的可變凸輪正 時相位器向滯后位置移動的一個示意圖。
圖7示出了第三實施方案的具有偏置滑閥的扭力助推式可變凸輪正 時相位器的一個示意圖。
圖8示出了第四實施方案的具有偏置滑閥的凸輪轉矩致動的可變凸
輪正時相位器的一個示意圖。
圖9示出了第五實施方案的具有偏置滑閥的凸輪轉矩致動的可變凸 輪正時相位器的一個示意圖。
圖10示出了第六實施方案的具有偏置滑閥的凸輪轉矩致動的可變凸 輪正時相位器的一個示意圖。
圖11示出了第七實施方案的凸輪轉矩致動的相位器的一個示意圖， 其該滑閥偏置于該相位器的中心線而安裝在殼體中。
發明詳細說明
圖2至圖5c示出了本發明在凸輪轉矩致動的相位器中的一個第一實 施方案。凸輪轉矩致動(CTA)的相位器利用由開啟和關閉發動機閥門 的力產生的凸輪軸126中的轉矩反轉來移動葉片142。存在一個控制閥 168以允許流體能夠從滯后室148流到超前室146，或者反之亦然，從而 使葉片142移動。該超前和滯后室146、 148被安排為用來抵消凸輪軸126 中的正負轉矩脈沖，并且通過凸輪轉矩交替地加壓。CTA相位器具有油 輸入，以補充由于泄漏造成的損失，但它不使用發動4幾油壓來移動相位 器。CTA相位器已經顯示出它們可提供快速響應和低油耗，從而減少燃 料消耗和排放。
該相位器122具有一個殼體144，該殼體具有由齒156形成的外圓 周，用于接收來自鏈條158的驅動力。轉子138通過位于中心的螺栓166 連才妾于凸輪軸126,并且同軸地位于殼體144內。殼體144與相位器的前 蓋板103通過螺栓136連接在一起。該轉子138具有至少一個葉片142， 該葉片將殼體144與轉子138之間的室分為超前室146和滯后室148。密 封件121裝配在殼體144與轉子138之間，以協助控制泄漏。葉片142 能夠旋轉，以改變殼體144與轉子138的相對角位置。
通過引向控制閥168的供應管線155將流體供給相位器122。具有止 回岡151、 152的管線174向管線170和178l是供流體。管線170和178 將流體導引至超前和滯后室146、 148與內裝式偏置或偏離中心的控制閥 或者滑閥168之間。"偏置"和"偏離中心"意思是從相位器旋轉中心軸線 移開，該軸線通過凸輪軸126的中心并且如圖3和4所示。在本實施方
案中，偏置控制閥168還與相位器的旋轉軸線平行。
控制閥168包括在殼體144的一個孔中的套筒106，該套筒可滑動地 容納具有滑面169a、 16%的閥芯169。閥芯169的一端由彈簧153向第 一方向施偏壓力，而另一端由一個致動器162沿與第一方向相反的第二 方向施偏壓力，參見圖5a至圖5c。閥芯169在控制閥168中的位置控制 著相位器的移動(例如，向超前位置或滯后位置的移動)。在一優選實施 方案中，該致動器是液壓性質的并且優選地是一個調整的壓力控制系統 (如在2005年5月2日提交的標題為"正時相位器控制系統"的第 60/676,771號臨時申請中所公開，該申請通過引證結合于此)，或者是一 個差壓式控制系統(如1992年12月22日公布的Butterfield等人的標題 為"用于可變凸輪正時系統的差壓式控制系統"的專利US 5,172,659，該 專利通過引證結合于)。可替換地，該閥芯的另一端可由脈寬調制式閥、 可變力電磁線圈、第二彈簧或者開/關電磁線圏來施加偏壓力。
圖5a示出該相位器處于零位或中心位置，其中該閥芯滑面169a,169b 分別阻塞了管線170和178，并且葉片142被鎖定位置。少量流體供應給 器，以補充由于泄漏的損失。
在向該滯后位置移動時，如圖5b所示，由致動器162產生的力增大 并且閥芯169被致動器162移向左側，直到彈簧153的力與致動器162 產生的力相平衡。閥芯滑面169b阻塞了管線178,而管線170和174開 啟。凸l侖軸轉矩對超前室146加壓，使得超前室146中的流體流到滯后 室148中。從超前室146流出的流體流經管線170并進入滑面169a和169b 之間的滑閥168。流體/人滑閥168流回到管線174和開啟的單向閥152, 于此流體進入管線178，從而向滯后室148提供流體并使葉片142沿箭頭 104所示方向移動。
補充的油從供應源S供給相位器以補償泄漏，并進入管線155且通 過進液止回閥157流向滑閥168。流體通過止回閥151、 152之一 (耳又決 于哪一個對超前室146或滯后室148開啟)從滑閥進入管線174。
為了移向該超前位置，如圖5c所示，通過致動器162產生的力被減 小，并且閥芯169通過彈簧153產生的力向右移動，直至彈簧153的力 與致動器162的力相平衡。在所示的位置中，閥芯滑面169a阻止了流體 從管線170流出，而管線174和178開啟。凸輪軸轉矩對滯后室148加 壓，使得滯后室148中的流體移動到超前室146中。從滯后室148流出
的流體流經管線178移動并進入滑面169a和169b之間的滑閥168。流體 從滑閥169進入管線174并通過開啟的止回閥151進入管線170以及超 前室146中，從而使葉片142沿箭頭104所示方向移動。
補充的油從供應源S供給相位器以補償泄漏，并進入管線155且通 過止回閥157流向滑閥168。流體通過止回閥151， 152之一 (取決于哪 一個對超前室146或滯后室148開啟)從滑閥進入管線174。
該相位器還優選包括一個鎖定銷100 (如圖2和圖4所示)，該鎖定 銷可滑動地位于葉片142的一個徑向孔內。該鎖定銷100具有一個銷體， 其直徑適于在該徑向孔中的一種流體密封配合，以及對鎖定銷100向一 個鎖定位置施偏壓的彈簧102。當來自致動器162 (它在本實施方案中優 選地是液壓性質的)通過螺栓166流到該鎖定銷前面的管線106的流體 的壓力大于彈簧102的力時，鎖定銷100被壓向一個非鎖定位置。當來 自致動器162通過螺栓166流到該鎖定銷前面的管線106的流體的壓力 小于使該鎖定銷的銷體101偏斜的彈簧102的力時，該鎖定銷100被鎖 定。在向滯后位置移動時，管線106中的流體壓力不大于鎖定銷彈簧102 的力，并且該銷被移到鎖定位置。在向超前位置移動時，以及在零位時， 管線106中的流體的壓力大于彈簧102的力，該鎖定銷向非鎖定位置移 動。存在一個出口 105以允許彈簧102與鎖定銷100之間的室中的任何 流體得以溢出。
圖6a至圖6c示意性地示出了第二實施方案的一種具有偏置滑閥168 的油壓致動的相位器222。在一個油壓致動系統中，該滑閥168具有帶滑 面的閥芯(未示出)，這些滑面選擇性地允許發動機油壓從供應源經由供 應管線270、 278流向超前室146或者滯后室148之一 (耳又決于滑閥168 的位置)。來自相對的室146、 148中的油通過管線286、 283,經由超前 排放管線282或者滯后排放管線284排回到發動機油底殼。
圖6a示出處于零位中的油壓致動的相位器，其中閥芯滑面阻塞了管 線270、 286、 283、 278、 272、 280以及排放管線282、 284，使它們不能 接受流體，從而使葉片142鎖定在位。少量流體提供給相位器以補償泄 漏造成的損失。
為了向超前位置移動，如圖6b所示，偏置滑閥168中的閥芯被移動 到的位置為致使該超前排放管線282被阻塞，管線270、 272對油源開啟， 而管線278、 280、 283和284開啟以使流體排回到底殼。流體通過管線
278、 280、 283從滯后室148到達滯后排放管線284后排放回底殼，從而 使葉片142沿箭頭104方向移動。
為了向滯后位置移動，如圖6c所示，偏置滑閥168中的閥芯被移動 到的位置為致使該滯后排放管線284被阻塞，管線27S、 280對來自管線 155的油源開啟，而管線270、 272、 282和286開啟以使流體排回到底殼。 流體通過管線270、 272以及286從超前室148排i文到滯后排放管線282 而回到底殼，從而使葉片142沿箭頭104方向移動。
圖7示意性地示出了一個第三實施方案，其中一種扭力助推式相位 器322具有一個偏置滑閥168。扭力助推式相位器包括供應管線155中的 一個止回閥387,或者通向各個室的管線270、 278中的止回閥(未示出)。 2005年4月26日公開的標題為"具有安裝在轉子中的控制器的扭力助推 式多位置凸輪分度器"的美國專利NO. 6,883,481公開了單個止回閥TA, 該申請通過引證結合于此，并且，2004年7月20日公布開的標題為"用 于發動機的具有位于室和滑閥之間的轉子中的兩個止回閥的凸輪相位 器"的美國專利NO. 6,763,791公開了兩個止回閥TA，該申請通過引證 結合于此。該止回閥387阻止由于負載條件改變所造成的轉矩反轉而引 起的油壓脈沖傳遞到油系統中，從而防止當發動機停止時油從相位器中 排出，并且阻止葉片由于轉矩反轉而向后移動。向前的轉矩有助于使葉 片移動。除了防止由于轉矩反轉使得油流回到油系統中之外，扭力助推 式相位器322以與圖6a到圖6c的油壓致動的系統相似的方式操作，并且 該-說明通過引證在此重復。
圖8示出了一個第四實施方案的具有與圖2至圖5c中所示的相位器 相似的偏置滑閥168的凸輪轉矩致動的相位器422。通過使滑閥168在相 位器中偏置，連接滑閥168到室146、 148的管線的長度會有所不同。例 如，管線170和178在長度上就不同于管線472和480。為補償對一些較 長管線(諸如管線472、 480)所增加的限制，可將管線制作得更大。較 長的超前流體管線472在截面積上大于較短的超前流體管線170。同樣， 較長的滯后流體管線480在橫截面積上大于較短的滯后流體管線178。盡 管在凸輪轉矩致動的相位器中示出了較大橫截面積的管線472、 480,但 是它們也可用于油壓致動的相位器中以及扭力助推式相位器中。
圖9示出了一個第五實施方案，其中凸輪轉矩致動的相位器522的 一部分被去除以提供一個平衡區域590。平衡區域590的大小和形狀可選
擇成來對應于滑閥168，該滑閥比轉子138中被滑岡168所取代的材料 輕。可替換地，如果滑閥168比轉子138中被滑閥168取代的材料重， 那么平衡區域590要填充較致密的材料以幫助平衡VCT相位器。如果 VCT會變得不平衡，系統中可能出現負載變化并且會引起驅動相位器的 零部件磨損加劇。該平衡區域590也可用于扭力助推式相位器或者油壓 致動的相位器。
圖IO示出了一個第六實施方案，其中，該偏置滑閥168被安裝為偏 離通過凸輪軸的旋轉中心軸線并且沿著與相位器622的旋轉軸不平行的 一條軸線。需要注意的是，盡管本實施方案的滑閥是在一個凸輪轉矩式 驅動相位器中示出，但是它也可以應用于扭力助推式相位器和油壓驅動 相位器中。
圖11示出了一個第七實施方案，其中，該滑閥168已經從轉子138 移出并進入到殼體144中。該實施方案的移相器722與圖2到圖5c的相 位器以相似的方式操作。實驗和模擬已經顯示，即使偏置到殼體中，偏 置滑閥上的離心力與可操作滑閥的操作油壓相比還是足夠低的。在這些 實施方案的任一個之中，如果離心力變得太大，那么問題在于，由于摩 擦系數的增加，滑閥將很難移動。為抵消這種影響，滑閥可選地由較輕 的材料制成，并且/或者滑閥可以做得較小。同樣，盡管該偏置滑閥是在 凸輪轉矩致動的相位器的殼體中示出，但是它也可存在于油壓致動的相 位器和扭力助推式相位器的殼體中。
該偏置滑閥168并不限于圖中所示的安排、形狀或者滑面數量。致 動器162可以為液壓、電動、差壓控制系統、調節壓力控制系統或者可 變力電^茲線圈。
在以上所有實施方案中，用詞"偏置"和"偏心"的意思是偏離該相位器 的旋轉中心軸線，該軸線通過凸輪軸126的中心延伸并如圖3和圖4中 所示。
因為對滑閥168上來自離心力的邊負載的顧慮，將該滑閥168偏離 中心或從旋轉中心軸線偏移的布置與普通設計考慮是相違背的。然而， 通過將滑閥168定位為偏移于相位器的旋轉中心軸線，可使用一個單獨 的螺栓166將相位器連接于凸輪軸126。很多汽車制造商習慣于使用安裝 更簡便的單個螺栓式VCT相位器。然而，這些現有技術的相位器具有位 置遠離相位器(不是在相位器上偏置)的滑閥，因此具有更長的管線、
更多的局限、并且經受更多的泄漏。圖2至圖11的實施方案安裝了內置
的滑閥168，但使之偏置以便在凸輪軸126上容納一個比較容易單螺栓安 裝，同時保持管線較短、泄漏較少，以及限制性較小的優勢。
因此，必須理解，在此說明的本發明的這些實施方案僅僅是展示對 本發明原理的應用。這里對所述實施方案細節的說明并非旨在限制權利 要求的范圍，這些權利要求本身引述了被認為是本發明基本要素的那些 特征。
權利要求
1.一種用于具有至少一個凸輪軸的內燃機的可變凸輪正時相位器，包括一個殼體，具有用于接收驅動力的一個外圓周；一個轉子，用于同軸連接至設置在該殼體中的一個凸輪軸，該殼體具有限定該殼體與該轉子之間的一個室的至少一個葉片，該至少一個葉片將該室分為一個超前室和一個滯后室，該至少一個葉片能夠轉動，以改變該殼體和該轉子之間的相對角位置；以及一個相位控制閥，它偏置于通過該相位器的凸輪軸的旋轉中心軸線，用于引導流體流動以改變該轉子相對于該殼體的相對角度位置。
2. 如權利要求1所述的可變凸輪正時相位器，其中，該相位控制 閥平行于該相位器的旋轉中心軸線。
3. 如權利要求1所述的可變凸輪正時相位器，其中，該相位控制 閥位于該殼體內。
4. 如權利要求1所述的可變凸輪正時相位器，其中，該相位控制 閥為具有 一個閥芯的 一個滑閥，該閥芯具有可滑動地容納在該殼體的 一個孔中的一個第一端和一個第二端，其中，由一個彈簧在一個第一 方向上對該閥芯的第一端施加偏壓力，并由一個致動器在一個第二方 向上對該滑閥的第二端施加偏壓力。
5. 如權利要求4所述的可變凸輪正時相位器，其中，該致動器為 一個調節壓力的控制系統或者一個差壓控制系統。
6. 如權利要求4所述的可變凸輪正時相位器，其中，該致動器是 一個脈寬調制式閥、 一個可變力電磁線圈、 一個第二彈簧、或者一個 開/關電磁線圏。
7. 如權利要求1所述的可變凸輪正時相位器，其中，該相位控制 閥使流體從 一 個加壓流體源導引至該超前室或者該滯后室，并且使流 體從另一個超前室或滯后室排出。
8. 如權利要求7所述的可變凸輪正時相位器，其中，流體被導引 通過多個通道。
9. 如權利要求8所述的可變凸輪正時相位器，其中，該多個通道 中的至少兩個在橫截面上以及長度上大于該多個通道。
10. 如權利要求7所述的可變凸輪正時相位器，進一步包括在該 相位控制閥與該加壓流體源之間的 一 個止回閥。
11. 如權利要求1所述的可變凸輪正時相位器，其中，該相位控 制閥通過選擇性地引導流體從該超前室向該滯后室流動并阻止反向 流體流動來控制相位器的位置。
12. 如權利要求11所述的可變凸輪正時相位器，進一步包括連 才妻至一個加壓流體源的一個通道，該通道用于向該超前室和滯后室供 應補充流體。
13. 如權利要求12所述的可變凸輪正時相位器，其中該通道進 一步包括一個止回閥。
14. 如權利要求1所述的可變凸輪正時相位器，進一步包括在該 相位控制閥與該加壓流體源之間的 一個補償管線，該補償管線用于為 移位器提供補充流體。
15. 如權利要求1所述的可變凸輪正時相位器，進一步包括與該 相位控制閥對齊的一個平衡區域。
全文摘要
用于具有至少一個凸輪軸的內燃機的一種可變凸輪正時相位器，其包括一個殼體(144)、一個轉子(138)，以及一個相位器控制閥(168)。該相位控制閥偏置離通過該相位器的凸輪軸的旋轉中心軸線，并且還可以平行于該旋轉中心軸線。該相位器控制閥引導流體流動，以改變該轉子相對于該殼體的相對角位置。該相位器可以由凸輪轉矩驅動、油壓驅動或者轉矩助推。
文檔編號F01L1/344GK101194086SQ200680015085
公開日2008年6月4日 申請日期2006年5月2日 優先權日2005年5月2日
發明者F·R·史密斯, P·查普曼 申請人:博格華納公司