带有双向油压偏置电路的凸轮转矩致动式可变凸轮轴正时装置

摘要

一种相位器，具有一个凸轮转矩致动式叶片，其限定凸轮转矩致动式提前和延迟室，以及一个油压致动式叶片，其限定油压致动式提前和延迟室。该相位器通过凸轮转矩能量和油压能量移动到一个提前位置和一个延迟位置。该相位器的保持位置通过油压能量来维持。

说明书

发明背景

发明领域

本发明涉及可变凸轮正时相位器的领域。更具体地，本发明涉及带有一个双向油压偏置电路的凸轮转矩致动式可变凸轮轴正时装置。

相关技术的说明

已经证实，利用凸轮轴转矩能量操作一个可变凸轮轴正时装置相位器以对该阀正时装置进行相位调整是希望的，因为一个凸轮轴转矩致动式可变凸轮轴正时装置所需的油量少。但是，不是所有的发动机都能在整个发动机工作范围内提供足够的凸轮轴转矩能量来有效地对该可变凸轮轴正时装置进行相位调整。

发明内容

本发明用发动机油压补充了凸轮轴转矩能量，以使该可变凸轮轴正时装置在凸轮轴转矩低的时进行相位调整。

附图简述

图1示出了第一实施例的一种相位器向提前位置移动的示意图。

图2示出了第一实施例的一种相位器向延迟位置移动的示意图。

图3示出了第一实施例的一种相位器在零位置或保持位置的示意图。

图4示出了第二实施例的一种相位器向提前位置移动的示意图。

图5示出了第二实施例的一种相位器向延迟位置移动的示意图。

图6示出了第二实施例的一种相位器在零位置或保持位置的示意图。

发明的详细说明

内燃发动机已经采用了不同的机构来改变凸轮轴与曲轴之间的相对正时以改进发动机的性能或减少排放。大多数的这些可变凸轮轴正时 (VCT)机构在发动机凸轮轴(或多凸轮轴发动机中的多个凸轮轴)上使用一个或多个“叶片式相位器”。如图中所示，叶片式相位器具有一个转子组件105，该转子组件带有一个或多个叶片104a、104b，该转子组件被安装到凸轮轴的端部上，该转子组件被一个带有叶片室的壳体组件100环绕，这些叶片安装在这些叶片室内。有可能将这些叶片104a、104b安装到壳体组件100上，并且同样安装到转子组件105的这些室中。壳体的外周101形成了该链轮、皮带轮或者齿轮从而通过一个链条、皮带或者多个齿轮接受驱动力，该驱动力通常来自曲轴，或者有可能来自一个多凸轮发动机中的另一个凸轮轴。

图1至图6示出了VCT相位器取决于滑阀位置的这些工作模式。图中所示的这些位置限定了该VCT相位器正在移动的方向。应理解，该相位控制阀具有无限数目的中间位置，这样该控制阀不但控制该VCT相位器移动的方向而且通过取决于该不连续的滑阀芯位置控制该VCT相位器改变位置的速率。因此，应该理解，该相位控制阀还可以在无数的中间位置中工作而不限于图中所示的这些位置。

在第一实施例中，穿过控制阀109的油压致动的室125、127的端口分开地在轴向上沿着套管116。参见第一实施例的图1至图3，该相位器的壳体组件100具有一个用于接受驱动力的外周101。转子组件105被连接到该凸轮轴上并且被同轴地定位在壳体组件100之内。转子组件105具有至少两个叶片，一个凸轮转矩致动式叶片104a和一个油压致动式叶片104b。凸轮转矩致动式(CTA)叶片104a将在壳体组件100和转子组件105之间形成的室117a分离成一个凸轮转矩致动式(CTA)提前室和一个凸轮转矩致动式(CTA)延迟室103。

在该凸轮轴中由多个打开和关闭的发动机阀的力所引起的转矩逆转使CTA叶片104a移动。该CTA提前室和延迟室102、103被安排为反抗凸轮轴中的正的和负的转矩脉冲并且替代地被凸轮转矩施加压力。取决于希望的移动方向，通过允许流体从CTA提前室102流向CTA延迟室103或反过来而移动，控制阀109允许该相位器中的CTA叶片104a移动。

油压致动式(OPA)叶片104b将在壳体组件100和转子组件105之间形成的室117b分离成一个油压致动式(OPA)提前室125和一个油压致动式(OPA)延迟室127。OPA叶片104b由发动机油压致动辅助。

这些叶片104a、104b是能够旋转的以便改变壳体组件100和转子组 件105的相对角位置。

锁销130被可滑动地容纳在转子组件105中的一个孔中并且具有一个末端部分，该末端部分被一个弹簧131朝向壳体组件100中的一个凹陷132偏置并且装配在其中。在一个锁定位置中，锁销130的末端部分接合壳体组件100的凹陷132。在一个解锁位置中，锁销130的末端部分不接合壳体组件100。替代地，锁销130可以被容纳在壳体组件100中并且被弹簧131朝向转子组件105中的一个凹陷132偏置。

在图1至图6中，通过与凹陷132流体连通的管线128，锁销130的加压被OPA提前室125中的流体控制。在锁销130被在OPA提前室125中的流体控制的情况下，该相位器可以通过使OPA提前室125排空被锁定在该延迟位置，这样锁销130将接合在一个延迟停止件处。替代地，锁销130的加压可能被在OPA延迟室127中的流体控制。在锁销130被在OPA延迟室127中的流体控制的情况下，该相位器可以通过使OPA延迟室127排空被锁定在该提前位置，这样锁销130将接合在一个提前停止件处。

CTA提前室102通过提前管线112、延迟管线113、共用管线114、提前止回阀108、延迟止回阀110以及控制阀109连接到CTA延迟室103。OPA提前室125通过提前油压管线123连接到控制阀109，并且OPA延迟室127通过延迟油压管线124连接到控制阀109。

控制阀109优选为滑阀，包括一个阀芯111，该阀芯带有可滑动地接收在一个套管116内的圆柱形台面111a、111b、111c和111d。该控制阀可以定位为远离该相位器，在转子组件105中的一个在该凸轮轴中导向的孔中，或在该相位器的一个中心螺栓中。该滑阀芯111的一端接触弹簧115而该滑阀芯111的相反端接触一个脉冲宽度调制的可变力螺线管(VFS)107。螺线管107还可以受变化的电流或电压或如适用的其他方法的线性控制。另外，滑阀芯111的相反端可以接触一个电动机、或其他致动器并且受其影响。

滑阀芯111的位置受弹簧115的影响并且螺线管107受ECU 106的控制。关于该相位器的控制的其他细节将在以下更详细地讨论。滑阀芯111的位置控制该相位器的运动(例如，朝向该提前位置、保持位置、或延迟位置移动)连同控制锁销130是在锁定还是解锁位置。控制阀109具有一种提前模式、一种延迟模式、以及一种保持模式。

图1示出了该相位器朝向提前位置移动。为了朝向该提前位置移动，占空比被增加为大于50％，滑阀芯111上的VFS 107的力被增加并且滑阀芯111在一种提前模式中被VFS 107移动到右侧，直到弹簧115的力平衡VFS 107的力。

在所示的提前模式中，滑阀芯台面111a阻止流体通过排放管线121从该CTA提前室102中流出。管线113和114对该CTA提前室102和该CTA延迟室103开放。凸轮轴转矩对CTA延迟室103施加压力，从而致使流体从CTA延迟室103移动并且进入CTA提前室102，并且使CTA叶片104a朝向延迟壁103a移动。流体通过管线113从CTA延迟室103流出到滑阀芯台面111a与111b之间的控制阀109，并且再循环回到共用管线114和通向CTA提前室102的管线112。

流向该CTA提前室102的流体也流动通过提前管线112并且在滑阀芯台面111a与111b之间通过管123流到OPA室125，从而使OPA叶片104b朝向延迟壁127a移动，实际上帮助CTA叶片104a朝向延迟壁103a移动。在OPA提前室125中的流体能够对锁销管线128加压，对抗弹簧131偏置锁销130远离凹槽132并到达一个解锁位置。来自OPA延迟室127的流体通过在滑阀芯台面111c与111d之间的控制阀109并且通过管线124流出到排放管线122。

由泵140将补充油从供给S提供给该相位器以补充泄露并且补充油进入管线119。管线119通向一个输入止回阀118和该控制阀109。流体从控制阀109通过提前止回阀108进入管线114，并且流到CTA提前室102和OPA提前室125。

通过允许流体通过提前止回阀108从CTA延迟室103流到共用管线114并且填充CTA提前室102；使滑阀芯台面111a阻挡CTA提前室排出到排除线管121；并且允许OPA延迟室127通过排放管线122排出到储槽，导致该相位器利用凸轮转矩能量和来自油压能量的辅助来移动CTA叶片104a以便移动OPA叶片104b，因此该相位器可以被凸轮转矩能量和源油压能量这两种能量来源中的任意一种或两种致动。

当占空比被设置在20％-50％之间时，该相位器的叶片将朝向一个延迟位置移动和/或移动到一个延迟位置中。

图2示出了朝向延迟位置移动的相位器。为了朝向该延迟位置移动，该占空比被改变到大于0％但是小于50％，在该图中的一种延迟模式中通 过弹簧115，滑阀芯111上的VFS 107的力被减小并且滑阀芯111移动到左侧，直到弹簧115的力平衡了VFS 107的力。

在所示的延迟模式中，滑阀芯台面111d阻止流体通过排放管线122从该CTA延迟室103中流出。管线112和114对CTA提前室102和CTA延迟室103开放。凸轮轴转矩对CTA提前室102施加压力，从而致使在CTA提前室102中的流体移动进入CTA延迟室103，并且使叶片104a朝向提前室壁102a移动。流体通过管线112从CTA提前室102流出到在滑阀芯台面111b与111c之间的控制阀109，并且再循环回到共用管线114和通向CTA延迟室103的管线113。

流向该CTA提前室103的流体也流动通过延迟管线113并且在滑阀芯台面111c与111d之间流到OPA延迟室127，从而移动OPA叶片104b到提前壁125a，实际上帮助CTA叶片104a朝向提前壁102a的移动。流体通过在滑阀芯台面111a与111b之间的控制阀109并且通过管线123从OPA提前室125流出到排放管线121。由于流体离开OPA提前室125，该锁销线管128被减压并且弹簧131将锁销130的末端部分偏置成与壳体组件100的凹槽132接合。

由泵140将补充油从供给S提供给该相位器以补充泄露并且补充油进入管线119。管线119通向一个输入入口止回阀118和控制阀109。流体从控制阀109通过延迟止回阀110进入管线114并流向CTA延迟室103。

通过允许流体通过延迟止回阀110从CTA提前室102流到共用管线114并且填充CTA提前室103；使滑阀芯台面111d阻挡CTA延迟室102排出到排放线管122；并且允许OPA提前室125通过排放管线121排出到储槽，导致该相位器利用凸轮转矩能量和来自油压能量的辅助来移动CTA叶片104a在以便移动OPA叶片104b，因此该相位器可以被凸轮转矩能量和源油压能量这两种能量来源中的任意一种或两种致动。

该相位器的保持位置优选地出现在该叶片相对于壳体的延迟和提前位置之间。

图3示出了处于零位置或保持位置的相位器。在这个位置中，可变力螺线管107的占空比是50％并且滑阀芯111的一端上的VFS 107的力等于处于保持模式中的滑阀芯111的相反端上的弹簧115的力。台面111b和111c限制了流体从连接至CTA提前室102和OPA提前室125的提前管线112的流动并限制了流体从连接至CTA延迟室103和OPA延迟室127的 延迟管线113的流动。滑阀芯台面111a阻挡了排放管线121并且滑阀芯台面111d阻挡了排放管线122。

由泵140将补充油从供给S提供给该相位器以补充泄露并且补充油进入管线119。管线119通向一个输入止回阀118和该控制阀109。流体从控制阀109通过提前止回阀108进入管线114到达CTA提前室102，并且通过延迟止回阀110到达CTA延迟室103。

滑阀111被定位以使得流体可以从供给流经提前止回阀108和延迟止回阀110到达CTA提前室102和CTA延迟室103，并且然后到达OPA提前室125和OPA延迟室127。在OPA提前室125中的流体将锁销管线128加压，对抗弹簧131将锁销130偏置远离凹部132并到达解锁位置。由于施加相同压力到OPA提前室125和OPA延迟室127，该相位器将维持位置。

在附图4-6所示的实施例中，到OPA室125、127和CTA室102、103的端口是共面的且径向围绕套管116彼此分离的。使用于OPA室125、127和CTA室102、103的端口共面且径向围绕套管116彼此分离的一个优点是油被引导至OPA室125、127，不必如第一实施例中一样流过提前或延迟止回阀108、110。

参见第二实施例中的图4-6，该相位器的壳体组件100具有一个外周101用于接受驱动力。转子组件105被连接到该凸轮轴上并且被同轴地定位在壳体组件100之内。转子组件105具有至少两个叶片，一个CTA叶片104a和一个OPA叶片104b。CTA叶片104a将形成在壳体组件100与转子组件105之间的室117a分离成一个CTA提前室和一个CTA延迟室103。在该凸轮轴中由多个打开和关闭的发动机阀的力所引起的转矩逆转使CTA叶片104a移动。该CTA提前室和延迟室102、103被安排为反抗凸轮轴中的正的和负的转矩脉冲并且替代地被凸轮转矩施加压力。取决于希望的移动方向，控制阀109允许该相位器中的CTA叶片104a通过允许流体从CTA提前室102流向CTA延迟室103或反过来而移动。

OPA叶片104b将形成在壳体组件100与转子组件105之间的一个室117b分离成一个OPA提前室125和一个OPA延迟室127。OPA叶片104b由发动机油压致动辅助。

叶片104a、104b能够旋转从而改变壳体组件100和转子组件105的相对角位置。

锁销130被可滑动地容纳在转子组件105中的一个孔中并且具有一个末端部分，该末端部分被一个弹簧131朝向壳体组件100中的一个凹陷132偏置并且装配在其中。在一个锁定位置中，锁销130的末端部分接合壳体组件100的凹陷132。在一个解锁位置中，锁销130的末端部分未接合壳体组件100。替代地，锁销130可以被容纳在壳体组件100中并且被弹簧131朝向转子组件105中的一个凹陷132偏置。

在图4-6中，锁销130的增压由在OPA提前室125中经由管线128与OPA提前室125流体连通的流体控制。在锁销130被OPA提前室125中的流体控制的情况下，该相位器能通过排空OPA提前室125以锁定在延迟位置中，使得锁销130将接合在一个延迟停止处。替代地，锁销130的增压可以由OPA延迟室127中的流体控制。在锁销130被OPA延迟室127中的流体控制的情况下，该相位器能通过排空OPA延迟室127以锁定在提前位置，使得锁销130将接合在一个提前停止处。

CTA提前室102经由提前管线112、延迟管线113、共用管线114、提前止回阀108、延迟止回阀110和控制阀109连接到CTA延迟室103。OPA提前室125经由油压提前管线224连接到控制阀109，并且OPA延迟室127经由油压延迟管线223连接到OPA延迟室127。

控制阀109，优选为滑阀，包括一个滑阀芯111，该滑阀芯带有可滑动地接收在一个套管116中的多个圆柱形台面111a、111b、111c以及111d。该控制阀可以定位为远离该相位器，在转子组件105中的一个在该凸轮轴中导向的孔中，或在该相位器的一个中心螺栓中。滑阀芯111的台面111a、111b、111c以及111d的长度使得CTA室102、103不在阀芯111运动过程中向排放管线122、121开放而排空。该滑阀芯的一端接触弹簧115而该滑阀芯的相反端接触一个脉冲宽度调制的可变力螺线管(VFS)107。螺线管107还可以受变化的电流或电压或如适用的其他多种方法的线性控制。另外，滑阀芯111的相反端可以接触一个电动机、或其他致动器并且受其影响。

滑阀芯111的位置受弹簧115的影响并且螺线管107受ECU 106的控制。关于该相位器的控制的其他细节将在以下更详细地讨论。滑阀芯111的位置控制该相位器的运动(例如，朝向该提前位置、保持位置、或延迟位置移动)连同控制锁销130是在锁定还是解锁的位置。控制阀109具有提前模式、延迟模式、以及保持位置。

图4示出了朝向该提前位置移动的相位器。为了朝向该提前位置移动，该占空比被增加为大于50％，滑阀芯111上的VFS 107的力被增加并且滑阀芯111在一种提前模式中被VFS 107移动到右侧，直到弹簧115的力平衡VFS 107的力。

在所示的提前模式中，滑阀芯台面111b阻止流体通过排放管线121从CTA提前室102流出。这些管线113和114对该CTA延迟室103开放。凸轮轴转矩对CTA延迟室103施加压力，从而致使流体从CTA延迟室103移动并且进入该CTA提前室102，并且致使该CTA叶片104a通过凸轮转矩能量朝向该延迟壁103a移动。流体通过管线113从CTA延迟室103流出到在滑阀芯台面111b与111c之间的控制阀109，并且再循环回到共用管线114，该提前止回阀108，以及通向CTA提前室102的管线112。

通过滑阀芯台面111b阻止流向该CTA提前室102的流体从管线112流出并且穿过该控制阀109。从该CTA延迟室103流出的流体，除了来自该供应管线119的流体之外，也流入该OPA提前室125，从而使该OPA叶片104b向该延迟壁127a移动，因此用油压能量辅助该CTA叶片104a的运动。该OPA延迟室127中的流体通过管线223流出该室，并且通过在滑阀芯台面111a与111b之间的控制阀到达排放管线121。因此，该相位器可由凸轮转矩能量或源油压能量中的任一或两种能量来源致动。

该OPA提前室125中的流体对锁销管线128施加压力，从而反抗该弹簧131使该锁销130偏置远离该凹陷132并且到达一个解锁位置。

由泵140将补充油从供给S提供给该相位器以补充泄露并且补充油进入管线119。管线119通向一个输入止回阀118和该控制阀109。流体从该控制阀109通过该提前止回阀108进入管线114，并且流到该CTA提前室102。

当该占空比被设定在0-50％之间时，该相位器的叶片朝向一个延迟位置和/或到一个延迟位置移动。

图5示出了朝向延迟位置移动的相位器。为了朝向该延迟位置移动，该占空比被改变到大于0％但是小于50％，在该图中的一种延迟模式中通过弹簧115，滑阀芯111上的VFS 107的力被减小并且该滑阀芯111被移动到左侧，直到弹簧115的力平衡了VFS 107的力。

在所示的延迟模式中，滑阀芯台面111c阻挡流体通过排放管线122从CTA延迟室103流出。管线112和114对该CTA提前室102开放。凸 轮轴转矩对CTA提前室102施加压力，从而致使在CTA提前室102中的流体移动进入CTA延迟室103，并且致使该叶片104a通过凸轮转矩能量朝向该提前壁102a移动。流体通过管线112从该CTA提前室102流出到在滑阀芯台面111b与111c之间的控制阀109，并且再循环回到共用管线114，该延迟止回阀110，以及通向该CTA延迟室103的管线113。

通过滑阀芯台面111c阻止流向该CTA延迟室103的流体从管线113流出并且穿过该控制阀109。从该CTA提前室102流出的流体，除了来自该供应管线119的流体之外，也流入该OPA延迟室127，从而使该叶片104b朝向该提前壁125a移动，因此用油压能量辅助该CTA叶片104a的运动。该OPA提前室125中的流体通过管线224流出到储槽，并且通过在滑阀芯台面111c与111d之间的控制阀到达排放管线122。因此，该相位器可由凸轮转矩能量或源油压能量中的任一或两种能量来源致动。

当流体流出该OPA提前室125时，该锁销管线128被减压，并且弹簧131将该锁销130的末端部分偏置成与该壳体组件100的凹陷132相接合。

由泵140将补充油从供给S提供给该相位器以补充泄露并且补充油通过轴承120进入管线119。管线119通向一个输入止回阀118和该控制阀109。流体从该控制阀109通过该延迟止回阀110进入管线114，并且流到该CTA延迟室103。

该相位器的保持位置优选地出现在叶片相对于该壳体的延迟与提前位置之间。

图6示出了处于该零或保持位置的相位器。在这个位置中，该可变力螺线管107的占空比大约是50％并且滑阀芯111的一端上的VFS 107的力等于处于保持模式中的滑阀芯111的相反端上的弹簧115的力。该台面111b和111c阻止流体从该CTA提前室102和该CTA延迟室103流出。这些相同的台面111b和111c还允许来自该供给管线119的流体流入管线223和224中，通过套管116中扩大的端口到达该OPA延迟室127以及该OPA提前室125。滑阀芯台面111b阻挡排放管线121，并且滑阀芯台面111c阻挡排放管线122。由于相同的压力被施加至该OPA提前室125和该OPA延迟室127，因此该相位器将维持位置。

由泵140将补充油从供给S提供给该相位器以补充泄露并且补充油通过轴承120进入管线119。管线119通向一个输入止回阀118和该控制阀 109。流体从该控制阀109通过该提前止回阀108进入管线114到达该CTA提前室102，并且通过该延迟止回阀110到达该CTA延迟室103。

因此，应理解本发明的在此描述的这些实施例仅用于说明本发明的这些原理的应用。在此提及的所说明的实施例的细节无意限制权利要求书的范围，这些权利要求书本身引述了被视为对本发明必不可少的那些特征。