同中心组装在同心凸轮轴系统上的双相位器

摘要

一种用于具有同心凸轮轴的内燃发动机的可变凸轮正时相位器可以包括具有一条旋转轴线的一个定子（14）。一个外转子（20）可以相对该定子（14）的旋转轴线而独立地转动。一个外叶片（22）与一个外空腔（20a）的一个组合可以与该外转子（20）相关联以便限定第一外部可变容积工作室和第二外部可变容积工作室（20b，20c）。一个径向内置的转子（30）可以相对这条旋转轴线且独立于该定子（14）以及该外转子（20）而转动。一个内叶片（32）与一个空腔（30a）的一个组合可以与该内转子（20）相关联以便限定第一内部可变容积工作室和第二内部可变容积工作室（30b，30c）。当这个第一外部可变容积工作室、第一内部可变容积工作室、第二外部可变容积工作室以及第二内部可变容积工作室（20b，30b，20c，30c）在与一个加压流体源进行选择性地连通时，协助了该外转子和该内转子（20，30）相对于彼此且相对于该定子（14）的相位定向。

说明书

发明领域

本发明涉及一种机构，该机构以内燃发动机的曲轴和提升式进气门 或排气门为媒介用于操作至少一个这样的气门，其中该机构改变相对于发 动机运转周期的时间段，并且更具体地说，其中该机构可操作地与一个同 心凸轮轴相接合以便改变一个凸轮轴和一个相关联的凸轮相对于另一个 凸轮轴和相关联的凸轮的角位置。

背景

内燃发动机的性能可以通过使用双凸轮轴来改善，一个凸轮轴用于 操作发动机的不同汽缸的多个进气门而另一个凸轮轴用于操作多个排气 门。典型地，此类双凸轮轴中的一个凸轮轴是由发动机的曲轴、通过一个 链轮与链条传动或一个皮带传动来驱动的，而此类双凸轮轴中的另一个凸 轮轴是由该第一凸轮轴、通过一个第二链轮与链条传动或一个第二皮带传 动来驱动的。可替代的是，这两个凸轮轴均可由一个链条传动或皮带传动 供以动力的单一曲轴来驱动。一个曲轴可以从活塞获取动力来驱动至少一 个变速器和至少一个凸轮轴。就怠速性能、燃油经济性、减少排放或增加 转矩而言，具有双凸轮轴的发动机的发动机性能可以得到进一步改善，这 是通过改变这些凸轮轴之一（通常是操作该发动机的进气门的这个凸轮 轴）相对于另一个凸轮轴以及相对于曲轴的位置关系而进行的，由此改变 就进气门相对于发动机排气门操作而言或者就发动机气门相对于曲轴位 置而言的发动机正时。

如在本领域常规的是，每台发动机可以有一个或多个凸轮轴。一个 凸轮轴可以由一个皮带、或一个链条、或一个或多个齿轮、或另一个凸轮 轴来驱动。一个或多个凸部可以存在于一个凸轮轴上来推动一个或多个气 门。一台多凸轮轴发动机典型地具有用于多个排气门的一个凸轮轴、用于 多个进气门的一个凸轮轴。一台“V”型发动机通常具有两个凸轮轴（每 组用一个）或四个凸轮轴（每组分进气和排气）。

可变凸轮正时（VCT）装置在本领域是普遍已知的，例如美国专利 号7,841,311；美国专利号7,789,054；美国专利号7,270,096；美国专利号 6,725,817；美国专利号6,244,230；和美国公开申请号2010/0050967。已知 的专利和公布披露了用于单一相位器组件的液力耦合器，在这些液力耦合 器中在一个单个从动构件与同中心地围绕其的一个主动构件之间提供了 一个环形空间。该环形空间被分成多个扇形的或弧形的可变容积工作室， 这是通过从该主动构件的一个内表面径向地向内延伸的一个或多个叶片 以及从该单一从动构件的一个外表面径向向外延伸的一个或多个叶片来 实现的。当液压流体被允许进入不同的室以及被允许从这些不同的室排出 时，这些叶片相对彼此转动并由此改变该主动构件与该单一从动构件的相 对角位置。使用多个径向叶片来施加切向作用力的液力耦合器在此被称作 叶片式液力耦合器。这些现有已知专利和公布中的每一个似乎都适合其预 期的目的。然而，具有定位成相对彼此轴向地间隔开的多个可变容积工作 室的双可变凸轮正时（VCT）装置需要用于该双VCT组件的额外的轴向 空间；而具有定位成相对彼此环圆周地间隔开的多个可变容积工作室的这 些双VCT装置可能经受相关联的转子与叶片的角致动距离的减小，并且 有可能由于有限数目的叶片、有限的叶片表面面积、以及有限的致动流体 室尺寸而导致的致动力减小。因此，将希望提供一种用于双VCT组件的 需要更少轴向空间的构形。还将希望的是对双VCT组件提供增大的角致 动距离。此外，将希望的是对双VCT组件提供增大的致动力的能力。

概述

一种双可变凸轮正时相位器可以由来自发动机曲轴被传输的并且 被传送到一个具有径向内轴和径向外轴的同心凸轮轴的动力来驱动以便 对两组凸轮进行操作。该相位器可以包括一个主动定子和两个同心的从动 转子，该主动定子可连接用于与一个发动机曲轴一起转动；每个转子可连 接用于与这个同心凸轮轴的对相对应的两组凸轮进行支撑的一个对应的 轴一起转动。该主动定子和这些从动转子都被安装用于围绕一条共同的轴 线转动。这些从动转子通过多个径向叠加的（如与轴向叠加或环圆周叠加 不同）叶片式液力耦合器而被联接用于与该主动转子一起转动以便使这些 从动转子的相位能够彼此独立地相对该主动定子进行调整。应该认识到的 是这种构形对于双VCT组件需要更小的轴向空间。此外，这种构形可以 对双VCT组件提供增大的角致动距离。这种构形还可以对双VCT组件提 供增大的致动力能力。

一种用于具有一个同心凸轮轴的内燃发动机的可变凸轮正时相位 器可以包括具有一条旋转轴线的一个定子，该同心凸轮轴具有一个径向内 轴和一个径向外轴。一个外转子可以相对该定子的旋转轴线且独立于该定 子是可转动的。一个径向外置的叶片式液力耦合器可以包括一个外叶片与 一个外空腔的一个组合，这个组合与该外转子相关联以便限定第一外部可 变容积工作室和第二外部可变容积工作室。一个内转子可以相对该定子的 旋转轴线且独立于该定子以及该外转子是可转动的。该内转子可以被径向 地向内设置在该外转子的一个最靠内的周边内。一个径向内置的叶片式液 力耦合器可以包括一个内叶片与一个内空腔的一个组合，这个组合与该内 转子相关联以便限定第一内部可变容积工作室和第二内部可变容积工作 室。多个流体通道可以相对于一个加压流体源而连接该第一外部可变容积 工作室、第一内部可变容积工作室、第二外部可变容积工作室以及第二内 部可变容积工作室，以便协助该外转子和内转子相对彼此独立地且相对该 定子独立地进行角相位定向。

对于本领域普通技术人员而言在以下结合附图来阅读用于实践本 发明所考虑的最佳模式的说明时，本发明的其他应用将变得清楚。

附图的简要说明

在此的说明参照了附图，其中在这几个视图中相似的参考数字指代 相似的部分，并且在附图中：

图1是横向于根据本发明的用于具有一个同心凸轮轴的内燃发动机 的一个双可变凸轮正时相位器的一条旋转轴线而获取的截面视图；

图2是沿图1的双可变凸轮正时相位器的一条旋转轴线获取的截面 视图；

图3是图1至图2的双可变凸轮正时相位器的透视端视图；

图4是横向于根据本发明的另一个构形的用于具有一个同心凸轮轴 的内燃发动机的一个双可变凸轮正时相位器的一条旋转轴线而获取的一 个截面视图；

图5是沿图4的双可变凸轮正时相位器的一条旋转轴线获取的截面 视图；

图6是图4至图5的双可变凸轮正时相位器的透视端视图。

详细说明

现在参照图1至图3，一个双可变凸轮正时相位器10可以由来自发 动机曲轴（未示出）被传输的并且被传送到一个同心凸轮轴12的动力来 驱动以便对两组凸轮（未示出）进行操作。展示了一个可变凸轮正时（VCT） 组件10的一部分，该组件包括同心凸轮轴12，该同心凸轮轴具有一个内 轴12a和一个外轴12b。初级旋转运动可以通过与主动定子14可操作地相 关联的环形凸缘16的链轮齿圈52而被传输到同心凸轮轴12。次级旋转运 动或者在内部凸轮轴12a与外部凸轮轴12b之间的定相的相对旋转运动可 以由该双可变凸轮正时相位器10来提供。相位器10可以包括有待通过一 个环形的柔性动力传输构件来连接用于与发动机曲轴一起转动的主动定 子14。两个同心的从动转子20、30可以是与定子14相关联的。每个转子 20、30可以被连接用于与同心凸轮轴12的对相对应的两组凸轮进行支撑 的一个对应的轴12a、12b一起转动。主动定子14以及这些从动转子20、 30都被安装成围绕一条共同轴线转动。用于联接这些从动转子20、30以 便与主动定子14一起转动的多个径向叠加的叶片式液力耦合器40、50使 这些从动转子20、30的相位能够彼此独立地相对主动定子14得到调整。

该多个径向叠加的叶片式液力耦合器可以包括一个径向外置的叶 片式液力耦合器40和一个径向内置的叶片式液力耦合器50。该径向外置 的叶片式液力耦合器40可以包括至少一个径向外置的叶片22以及至少一 个相对应的径向外置的空腔20a，该至少一个相对应的径向外置的空腔与 该径向外置的转子20相关联以便被该至少一个径向外置的叶片22分成一 个第一外部可变容积工作室20b和一个第二外部可变容积工作室20c。该 径向内置的叶片式液力耦合器50可以包括至少一个径向内置的叶片32以 及至少一个相对应的径向内置的空腔30a，该至少一个相对应的径向内置 的空腔邻近该径向内置的转子30以便被该至少一个径向内置的叶片32分 成一个第一内部可变容积工作室30b和一个第二内部可变容积工作室30c。

该径向外置的叶片式液力耦合器40可以包括外叶片22与外空腔 20a的组合，这个组合与该外转子20相关联以便限定第一外部可变容积工 作室20b和第二外部可变容积工作室20c。外叶片22与外空腔20a的这个 组合可以由定子14和外转子20来限定，该定子具有一个壁部分14a，该 壁部分带有一个对该外叶片22进行限定的径向外表面14b，并且外转子 20围绕定子14的这个径向外表面14b来限定该外空腔20a。该径向内置 的叶片式液力耦合器50可以包括一个内叶片32与一个内空腔30a的一个 组合，这个组合与内转子30相关联以便限定第一内部可变容积工作室30b 和第二内部可变容积工作室30c。内叶片32与内空腔30a的这个组合可以 由定子14和内转子30限定，该定子具有一个壁14a，该壁带有一个对内 空腔30a进行限定的径向内表面14c，并且该内转子具有一个对内叶片32 进行限定的外表面30d。

如在图1和图2中最清楚的看出，主动定子14通过多个紧固件24 而被连接到环形凸缘16以及相关联的链轮齿圈52上。外转子20通过端 板34、多个外紧固件36和中央紧固件38而被连接到内部同心凸轮轴12a 上。内转子30被直接地连接到外部同心凸轮轴12b的一个外表面42上。

操作中，一个双可变凸轮正时相位器10相对于主动定子14以及同 中心设置的从动外转子20和从动内转子30而提供了多个径向外部环形空 间或空腔20a以及多个径向内部环形空间或空腔30a。这些环形空间或空 腔20a、30a被分成多个扇形的或弧形的可变容积工作室20b、20c、30b、 30c，这是通过从外转子20和内转子30的表面径向延伸的外叶片22和内 叶片32、以及从主动定子14的一个表面径向延伸的一个或多个叶片或壁 18来实现的。当液压流体被允许进入不同的室20b、20c、30b、30c以及 被允许从这些不同的室排出时，叶片22、32相对彼此转动并且由此改变 该从动外转子20和从动内转子30相对于彼此以及相对于定子14的相对 角位置。

现在参照图4至图6，并且如之前相对于图1至图3所描述的，一 个双可变凸轮正时相位器10可以由来自发动机曲轴（未示出）被传输的 并且被传送到一个同心凸轮轴12的动力来驱动以便对两组凸轮（未示出） 进行操作。展示了一个可变凸轮正时（VCT）相位器组件10的一部分， 该组件包括同心凸轮轴12，该同心凸轮轴具有一个内部凸轮轴12a和一个 外部凸轮轴12b。初级旋转运动可以通过将链轮齿圈52组装到与主动定子 14可操作地相关联的环形凸缘16上而被传输到同心凸轮轴12。次级旋转 运动或者在内部凸轮轴12a与外部凸轮轴12b之间的定相的相对旋转运动 可以由双可变凸轮正时相位器10来提供。相位器10可以包括有待被连接 用于与发动机曲轴一起转动的主动定子14。两个同心的从动转子20、30 可以是与定子14相关联的。每个转子20、30可以被连接用于与这些同心 凸轮轴12中的对相对应的两组凸轮进行支撑的一个对应的同心凸轮轴一 起旋转。主动定子14和从动转子20、30都被安装用于围绕一条共同的轴 线转动。用于将这些从动转子20、30联接用于与主动转子14一起旋转的 多个径向叠加的叶片式液力耦合器40、50使这些从动转子20、30的相位 能够彼此独立地相对于主动定子14进行调整。在这种构形中，定子14包 括一个径向外壁部分14d、以及一个径向内壁部分14f。

该多个径向叠加的叶片式液力耦合器可以包括一个径向外置的叶 片式液力耦合器40和一个径向内置的叶片式液力耦合器50。该径向外置 的叶片式液力耦合器40可以包括至少一个径向外置的叶片22和至少一个 相对应的径向外置的空腔20a，该至少一个径向外置的空腔与该径向外置 的转子20相关联以便被该至少一个径向外置的叶片22分成一个第一外部 可变容积工作室20b和一个第二外部可变容积工作室20c。该径向内置的 叶片式液力耦合器50可以包括至少一个径向内置的叶片32和至少一个相 对应的径向内置的空腔30a，该至少一个径向内置的空腔邻近该径向内置 的转子30以便被该至少一个径向内置的叶片32分成一个第一内部可变容 积工作室30b和一个第二内部可变容积工作室30c。

该径向外置的叶片式液力耦合器40可以包括一个外叶片22与一个 外空腔20a的一个组合，这个组合与该外转子20相关联以便限定第一外 部可变容积工作室20b和第二外部可变容积工作室20c。外叶片22与外空 腔20a的这个组合可以由定子14和外转子20限定，该定子具有一个径向 外壁部分14d，该径向外壁部分带有对该外空腔20a进行限定的一个内表 面14e，并且该外转子具有对外叶片22进行限定的一个外表面20d。该径 向内置的叶片式液力耦合器50可以包括一个内叶片32与一个内空腔30a 的一个组合，这个组合与内转子30相关联以便限定第一内部可变容积工 作室30b和第二内部可变容积工作室30c。内叶片32与空腔30a的这个组 合可以由定子14限定，该定子具有在外转子20与内转子30之间径向插 入的一个径向内壁部分14f。内部分14f可以具有对内空腔30a进行限定的 一个径向内表面14g，并且内转子30可以具有对内叶片32进行限定的一 个外表面30d。

如图4至图5中最清楚地看出，主动定子14的外壁部分14d通过 多个紧固件24而被连接到凸缘16以及相关联的链轮齿圈52上。外转子 20通过端板34、多个外紧固件36和中央紧固件38而被连接到内部同心 凸轮轴12a上。主动定子14的内壁部分14f通过多个紧固件26而被连接 到凸缘16以及相关联的链轮齿圈52上。内转子30被直接连接到外部同 心凸轮轴12b的一个外表面42上。

操作中，一个双可变凸轮正时相位器组件相对于主动定子14以及同 中心设置的从动外转子20和从动内转子30而提供多个径向外部环形空间或 空腔20a以及多个径向内部环形空间或空腔30a。这些环形空间或空腔20a、 30a被分成多个扇形的或弧形的可变容积工作室20b、20c、30b、30c，这是 通过从外转子20和内转子30的一个表面径向延伸的外叶片22和内叶片32 以及从主动定子14的一个表面径向延伸的一个或多个叶片或壁18来实现 的。当液压流体被允许进入不同的室20b、20c、30b、30c以及被允许从这 些不同的室排出时，叶片22、32相对彼此转动并由此改变该从动外转子20 和从动内转子30相对于彼此以及相对于定子14的相对角位置。

虽然本发明已经结合目前所考虑到的最实用和优选的实施例进行了 说明，应该理解本发明不限于所披露的这些实施例，而相反地是旨在涵盖在 所附权利要求的精神和范围中包括的不同的修改和等效安排，对该范围应给 予最广义的解释以便涵盖如法律所容许的所有此类修改和等效结构。