多模式可变凸轮正时相位器的制作方法

文档序号:12170577阅读:424来源:国知局
多模式可变凸轮正时相位器的制作方法与工艺

技术领域

本发明涉及可变凸轮正时相位器的领域。更具体地,本发明涉及一种多模式可变凸轮正时相位器。

相关技术说明

已证明,操作一种利用凸轮轴的转矩能量来调整阀门正时装置相位的可变凸轮轴正时装置相位器是可取的,这是因为,通过凸轮轴转矩致动的可变凸轮轴正时装置所需的流体量较低。然而,并非所有的发动机在整个发动机工作范围内提供足够的凸轮轴转矩能量以有效地调整可变凸轮轴正时装置的相位。

Borg Wdrner的美国6,453,859专利公开了使用凸轮转矩和油压来移动相位器的一种相位器。相位器有单个的再循环止回阀,其流体再循环至超前端口或滞后端口。单个再循环止回阀位于控制阀的下游,而不是直接连接到超前和滞后腔室。

Hilite的美国7,946,266专利公开了使用凸轮转矩和压力来移动相位器的另一种相位器。相位器在排放流体进入控制阀或控制阀上游之前具有两个再循环止回阀。每组超前与滞后腔室均需要再循环止回阀。



技术实现要素:

在一个实施例中,可变凸轮轴正时装置可使用由凸轮轴转矩能量产生的压力,以从一个工作腔室传送流体到另一个工作腔室来操作,或通过外部流体压力源填充一个工作腔室,同时排空相对的工作腔室来操作,或同时使用这两种模式来操作。可变凸轮轴正时装置的模式由控制阀的位置来确定。在该实施例中,锁定销受控于来自工作腔室之一的流体。

在另一个实施例中,可变凸轮轴正时装置使用凸轮轴转矩能量从一个工作腔室传送流体到另一个工作腔室,并在再循环期间选择性地从供应源接收补充流体。在本实施例中,锁定销由阀芯位置控制。

附图说明

图1示出了在第一状态或模式下运行的可变凸轮正时相位器的示意图。

图2示出了在第二状态或模式下运行的可变凸轮正时相位器的示意图。

图3示出了在第三状态或模式下运行的可变凸轮正时相位器的示意图。

图4示出了在第四状态或模式下运行的可变凸轮正时相位器的示意图。

图5示出了在第五状态或模式下运行的可变凸轮正时相位器的示意图。

图6示出了在第一模式下运行的相位器的控制阀的放大图。

图7示出了在第二模式下运行的相位器的控制阀的放大图。

图8示出了在第三模式下运行的相位器的控制阀的放大图。

图9示出了在第四模式下运行的相位器的控制阀的放大图。

图10示出了在第五模式下运行的相位器的控制阀的放大图。

图11示出了在第一模式下运行的另选实施例的可变凸轮正时相位器的示意图。

图12示出了在第二模式下运行的另选实施例的可变凸轮正时相位器的示意图。

图13示出了在第三模式下运行的另选实施例的可变凸轮正时相位器的示意图。

图14示出了图11的在第一模式下运行的相位器的控制阀的放大图。

图15示出了图12的在第二模式下运行的相位器的控制阀的放大图。

图16示出了图13的在第三模式下运行的相位器的控制阀的放大图。

具体实施方式

在本发明的一个实施例中,控制阀可引导流体从工作腔室排放到穿过相位器内部的再循环止回阀、通向另一个腔室的路径,或排出流体回油箱或储液槽的路径,或同时两者都用。

在本发明中,应当认识到,使用单个再循环止回阀和单个入口止回阀来实现多模式。此外,再循环止回阀和入口止回阀位于控制阀内部,这可以降低径向封装尺寸。

单个入口止回阀和单个再循环止回阀可以是相同类型的止回阀(板型、球型或盘型),或可以是不同类型的止回阀。

内燃机采用各种机构来改变凸轮轴和曲柄轴之间的相对正时以改善发动机性能或减少排放。大多数此类可变凸轮轴正时(VCT)机构使用在发动机凸轮轴(或多凸轮轴发动机中的多个凸轮轴)上的一个或多个“叶片相位器”。如图所示,叶片相位器具有带有一个或多个叶片104的转子组件105,叶片安装在凸轮轴的端部,并由具有叶片装配在其中的叶片腔室的壳体组件100包围。也可将叶片104安装在壳体组件100和转子组件105中的腔室内。壳体的外圆周101形成链轮、滑轮或齿轮,其通过链条、皮带或齿轮,通常从曲柄轴或者可能从多凸轮发动机中的另一个凸轮轴接受驱动力。

相位器的壳体组件100具有用于接受驱动力的外圆周101。转子组件105被连接到凸轮轴(未示出)并同轴定位于壳体组件100内。转子组件105具有叶片104,其将壳体组件100与转子组件105之间形成的腔室分隔成超前腔室102和滞后腔室103。叶片104能够旋转以切换壳体组件100与转子组件105的相对角位置。虽然仅示出了一个超前腔室和一个滞后腔室,但是也可以存在多个腔室。另外,在相位器中,至少一组超前和滞后腔室是工作的或主动地接收或排放流体并且移动叶片104。

锁定销组件145存在于相位器中。锁定销147可滑动地容置在转子组件105中的孔内,并具有端部,其由弹簧148偏置朝向并装配到壳体组件100中的凹部146内。可替代地,锁定销147可接收在壳体组件100内并被弹簧148偏置朝向转子组件105的凹部146。锁定销147与凹部146的接合和脱离通过滞后腔室103中的流体和阀芯111的位置控制。可替代地,锁定销147与凹部146的接合和脱离通过超前腔室102中的流体和阀芯111的位置控制。

控制阀109(优选为阀芯)包括阀芯111,其具有可滑动地接收在中心螺栓110的孔108内的套筒114中的圆柱形台肩111a、111b、111c、111d、111e。套筒114具有多个端口125、126、127、129和连接端口126和129的凹部128。凹部128与中心螺栓110的孔108形成供流体流动的通道139。

中心螺栓110优选地由凸轮轴(未示出)接收。中心螺栓110具有连接到超前腔室102并与套筒114的端口125流体连通的端口120,连接到滞后腔室103并与套筒114的端口126流体连通的端口121,以及连接到供应源142并与套筒114的端口127流体连通的端口122。

阀芯111具有中心通道,其被再循环止回阀124和入口止回阀123分隔成工作中心通道136和入口中心通道135。再循环止回阀124包括插塞140、板117和弹簧116,其中弹簧116的第一端接触插塞140,而第二端接触板117。入口止回阀123包括插塞140、板119和弹簧118,其中弹簧118的第一端接触插塞140,而第二端接触板119。位于第一台肩111a与第二台肩111b之间的是通向工作中心通道136的开口130。位于第二台肩111b与第三台肩111c之间的是两个开口,其中一个开口131通向再循环止回阀124,另一个开口132通向入口止回阀123。位于第三台肩111c与第四台肩111d之间的是环形沟槽133。位于第四台肩111d与第五台肩111b之间的是通向入口中心通道135的开口134。

阀芯111的一端与弹簧115接触,该阀芯的另一端与经脉冲宽度调制的可变力螺线管(VFS)107接触。螺线管107还可以通过改变电流或电压或其它适用的方法来线性地控制。另外,阀芯111的另一端可以接触马达或其它致动器并受其影响。

控制阀109的位置通过发动机控制单元(ECU)106进行控制,发动机控制单元(ECU)106控制可变力螺线管107的工作周期。ECU 106优选地包括中央处理单元(CPU),其运行各种计算进程,以对发动机、存储器、以及与外部设备和传感器进行数据交换所用的输入和输出端口进行控制。

阀芯111的位置受弹簧115和ECU 106控制的螺线管107影响。以下详细讨论与相位器的控制相关的更多细节。阀芯111的位置控制相位器的模式或状态以及锁定销147的接合或者脱离。控制阀109具有5种模式。在第一种模式中,其中阀芯111定位成使得叶片104在超前方向上被凸轮转矩致动和扭矩辅助所移动。在第二种模式中,其中阀芯111定位成使得叶片104在超前方向上被凸轮转矩致动。在第三种模式中,其中阀芯111定位成使得叶片104被保持就位。在第四种模式中,其中阀芯111定位成使得叶片104在滞后方向上被凸轮转矩致动,在第五种模式中,其中阀芯111定位成使得叶片104在滞后方向上被凸轮转矩致动和扭矩辅助所移动。

相位器的可变凸轮轴正时(VCT)的凸轮转矩致动采用通过发动机阀门的开启和关闭的力导致转矩在凸轮轴中反转来移动叶片104。超前和滞后腔室102、103被布置成抵抗凸轮轴中的正负转矩脉冲(未示出)并由该凸轮转矩交替加压。控制阀109通过允许流体从超前腔室102流到滞后腔室103(反之亦然),这取决于期望的移动方向,从而使相位器中的叶片104移动。

除了凸轮轴转矩致动(CTA)的可变凸轮轴正时(VCT)系统以外,大多数的液压VCT系统都按两种原理运行,即油压致动(OPA)或扭矩辅助(TA)。在油压致动的VCT系统中,油控制阀(OCV)将发动机油压引导到VCT相位器的一个工作腔室内,同时使壳体组件、转子组件和叶片所限定的相对的工作腔室通风。这样产生了跨越一个或多个叶片的压力差,从而以一个方向或另一个方向液压地推动VCT相位器。将阀门置于中位或移动至零位,在叶片的相对两侧上形成相等的压力,并将相位器保持在任何中间位置。如果相位器以使得阀门将更早地开启或闭合的方向移动,那么该相位器称为超前的,如果相位器以使得阀门将更迟地开启或闭合的方向移动,那么该相位器称为滞后的。

扭矩辅助(TA)系统在与OPA系统类似的原理下运行,不同之处在于,其具有一个或多个止回阀,以防止一旦VCT相位器受到相反的作用力,比如凸轮运行时所产生的转矩脉冲,则沿着与命令方向相反的方向移动。

图1到图10示出了根据滑阀位置的多模式VCT相位器的运行模式。附图中所示的位置限定了VCT相位器正在移动的方向。应当理解,相位控制阀具有无限数量的中间位置,使得该控制阀不仅控制VCT相位器的移动方向,而且根据不相关联的阀芯位置,控制VCT相位器改变位置的速率。因此,应当理解,相位控制阀还可以在无限个中间位置处运行,且不限于附图中所示的位置。

在第一种模式中,控制阀109的阀芯111移动到一个位置,使得流体可以从滞后腔室103通过阀芯111和阀芯111内的再循环止回阀124流到超前腔室102。来自滞后腔室103的流体也可以流出阀芯111到油箱T。来自供给源S的流体通过阀芯111和阀芯111内的入口止回阀123提供流体到超前腔室102。通过阀芯111防止来自供给源S的流体流到油箱T。锁定销147与凹部146接合或者被锁定。

在第二种模式中,控制阀109的阀芯111移动到一个位置,使得流体可以从滞后腔室103通过阀芯111和阀芯内的再循环止回阀124流到超前腔室102。阻止流体从超前腔室102流出。来自供给源S的流体通过阀芯111和阀芯111内的入口止回阀123仅向超前腔室102提供补充流体。通过阀芯111防止来自供给源S和超前腔室102的流体流到油箱T。锁定销147不与凹部146接合或者被解锁。

在第三种模式中,阀芯111移动到一个位置,使得阻止流体从超前腔室和滞后腔室102、103中流出,但来自供给源S的少量流体能够通过阀芯111进入超前腔室和滞后腔室102、103中。锁定销147与凹部146脱离或者被解锁。

在第四种模式中,阀芯111移动到一个位置,使得流体可以从超前腔室102通过阀芯111和阀芯内的再循环止回阀124流到滞后腔室103。阻止流体从滞后腔室103流出。来自供给源S的流体通过阀芯111和阀芯111内的入口止回阀123向滞后腔室103提供流体。通过阀芯111防止来自供给源S的流体流到油箱T。锁定销147与凹部146脱离或者被解锁。

在第五种模式中,阀芯111移动到一个位置,使得流体可以从超前腔室102通过阀芯111和阀芯111内的再循环止回阀124流到滞后腔室103。来自超前腔室102的流体也可以流出阀芯111到油箱T。来自供给源S的流体通过阀芯111和阀芯111内的入口止回阀123向滞后腔室103提供流体。通过阀芯111防止来自供给源S和滞后腔室103的流体流到油箱T。锁定销147与凹部146脱离或者被解锁。

基于脉冲宽度调制的可变力螺线管107的工作周期,阀芯111沿其行程移动至对应的位置,比如0mm行程、1mm行程、2.5mm行程、4mm行程、5mm行程。改变可变力螺线管107的工作周期,以对应于沿其行程的具体位置。

参照图1和图6,相位器朝向超前位置移动。为了朝向超前位置移动,VFS 107的工作周期是使得阀芯111的行程为0mm,且阀芯111受弹簧115的作用力而移动,直至弹簧115的力与VFS 107的力平衡时为止。

凸轮轴转矩将滞后腔室103加压,使得流体从滞后腔室103移动到超前腔室102,且叶片104朝向滞后壁103a移动。

对于第一种模式中的阀芯111的位置,流体从滞后腔室103或相对的腔室(图6中虚线所示)通过管线113流到控制阀109。流体从管线113通过中心螺栓110的端口121和套筒114的端口126流到控制阀109。流体从端口126围绕阀芯台肩111c和111d之间的环状凹槽133流到套筒114与中心螺栓110之间形成的凹部128和通道139。

来自通道139的流体可以流到油箱T和超前腔室102两者。来自通道139的流体,通过套筒114的端口129流到油箱T,并通过阀芯111、套筒114和中心螺栓110之间形成的通道137流出。

在此模式中流至超前腔室或工作腔室102的流体从通道139流动,通过阀芯台肩111a与111b之间的开口130流过套筒114的端口129,进而流至工作中心通道136。来自滞后腔室103的流体在板117上的压力足以克服再循环止回阀124的弹簧116的力并且通过阀芯台肩111b与111c之间的开口131且通过与超前腔室102流体连通的端口125和120流出至超前腔室102。

流体还从供给源S供应至超前腔室102。供给源S通过供应管线142与端口122和127流体连通(由图6中的实线指示)。流体从端口122和127流至阀芯中介于阀芯台肩111d与111e之间的开口134。来自开口134的流体流至阀芯111的入口中心通道135。来自供给源S的流体在板119上的压力足以克服入口止回阀123的弹簧118的力并且通过阀芯台肩111b与111c之间的开口132且通过与超前腔室102流体连通的端口125和120流出至超前腔室102。

因此,当控制阀109和相位器处于第一模式中时,凸轮转矩致动(流体通过再循环止回阀124从滞后腔室103再循环至超前腔室102)和扭矩辅助(流体通过入口止回阀123从供给源S流至超前腔室102且流体从滞后腔室中排出至容器T)这两者同时用以移动叶片104。

因为来自滞后腔室103的流体排出并且再循环至超前腔室102,所以流体在锁定销147上的压力的大小不足以克服锁定销弹簧148的力,且锁定销147接合凹部146,从而相对于转子组件105将壳体组件101锁定。

图2示出了朝超前位置移动的相位器,且图7示出了通过控制阀的流体流的放大图。为了朝超前位置移动,VFS 107的工作周期使得阀芯111的冲程为1mm且阀芯111由VFS 107的力移动直至弹簧115的力与VFS 107的力平衡为止。

凸轮轴转矩对滞后腔室103加压,从而导致流体从滞后腔室103移动并且进入超前腔室102中,且导致叶片104朝滞后壁103a移动。

由于第二模式中的控制阀109的阀芯111的位置,来自滞后腔室103(由图6中的虚线指示)的流体通过管线113流至控制阀109。来自管线113的流体通过中心螺栓110的端口121和套筒114的端口126流至控制阀中。来自端口126的流体围绕阀芯台肩111c与111d之间的环状凹槽133流至凹部128和形成在套筒114与中心螺栓110之间的通道139。来自通道139的流体可仅再循环至超前腔室102。不同于在第一模式中,阀芯台肩111a与套筒114的界面141阻止流体排放至容器T。

流至超前腔室102的流体从通道139流动,通过阀芯台肩111a与111b之间的开口130流过套筒114的端口129进而流至工作中心通道136。来自滞后腔室103的流体在板117上的压力足以克服再循环止回阀124的弹簧116的力并且通过阀芯台肩111b与111c之间的开口116且通过与超前腔室102流体连通的端口125和120流出至超前腔室102。

流体还从供给源S被供应至超前腔室102以补偿泄漏并且不会用来移动叶片104。供给源S通过供应管线142与端口122和127流体连通(由图6中的实线指示)。流体从端口122和127流至阀芯中介于阀芯台肩111d与111e之间的开口134。来自开口134的流体流至阀芯111的入口中心通道135。来自供给源S的流体在板119上的压力足以克服入口止回阀123的弹簧118的力并且通过阀芯台肩111b与111c之间的开口118且通过与超前腔室102流体连通的端口125和120流出至超前腔室102。

因此,当控制阀109和相位器处于第二模式中时,仅凸轮转矩致动(流体通过再循环止回阀124从滞后腔室103再循环至超前腔室102)用以移动叶片104。流体并未从系统中排放。从供给源提供的流体用以补偿泄漏。当凸轮转矩能量反转时,入口止回阀123和再循环止回阀124这两者均阻止流体离开超前腔室102或工作腔室。

因为来自滞后腔室103的流体排出并且再循环至超前腔室但未排放至储液槽或大气,所以流体在锁定销147上的压力的足以克服锁致动中的销弹簧148的力,且锁定销147保持脱离凹部146并且因此被解锁。

图3示出了处于零位中的相位器,且图8示出了通过控制阀的流体流的放大图。在此位置中,可变力螺线管107的工作周期使得阀芯的冲程是3mm。VFS 107在阀芯111的一端上的力等于弹簧115在零位中的阀芯111的相对端上的力。

由于第三模式中的阀芯的位置,来自供给源S的流体通过中心螺栓110的端口122和套筒110的端口127被提供至阀芯111的入口中心通道135。来自中心通道135的补充流体通过入口止回阀123被提供至超前腔室102和滞后腔室103。虽然滑阀台肩111b和111c似乎完全阻断了从开口116和118至通向超前腔室102和滞后腔室103的端口120、125、126、121的通道,但是存在底切或间隙以允许流体流至超前腔室102和滞后腔室103。

因为流体存在于滞后腔室103中并且被提供至滞后腔室103,所以流体在锁定销147上的压力大于锁定销弹簧148的力,锁定销147脱离凹部146,并且允许转子组件105相对于壳体组件101移动。

图4示出了朝滞后位置移动的相位器且图9示出了通过控制阀的流体流的放大图。为了朝滞后位置移动,VFS 107的工作周期使得阀芯111的冲程为4mm且阀芯111由VFS 107的力移动直至弹簧115的力与VFS 111的力平衡为止。

凸轮轴转矩对滞后腔室103加压,从而导致流体从超前腔室102移动并且进入超前滞后103中,且导致叶片104朝超前壁102a移动。

由于第四模式中的阀芯的位置,来自超前腔室102(由图9中的虚线指示)的流体通过管线112流至控制阀109。来自管线112的流体通过中心螺栓110的端口120和套筒114的端口125流至控制阀109中。来自端口125的流体通过端口130流至工作中心通道136。来自超前腔室102的流体在板117上的压力足以克服再循环止回阀124的弹簧116的力并且通过阀芯台肩111b与111c之间的开口116且通过与滞后腔室103流体连通的端口126和121流出至滞后腔室103。流体可仅从超前腔室102再循环至滞后腔室103。阀芯台肩111a与套筒114的界面141阻止流体排放至容器T。阀芯台肩111c和阀芯111d止阻断流至通道139中的任何流体到达滞后腔室103。

流体还从供给源S被供应至滞后腔室103以补偿泄漏并且不会用来移动叶片104。供给源S通过供应管线142与端口122和127流体连通(由图9中的实线指示)。流体从端口122和127流至阀芯中介于阀芯台肩111d与111e之间的开口134。来自开口134的流体流至阀芯111的入口中心通道135。来自供给源S的流体在板119上的压力足以克服入口止回阀123的弹簧118的力并且通过阀芯台肩111b与111c之间的开口118且通过与滞后腔室103流体连通的端口126和121流出至滞后腔室103。

因此,当控制阀109和相位器处于第四模式中时,仅凸轮转矩致动(流体通过再循环止回阀124从超前腔室102再循环至滞后腔室103)用以移动叶片104。流体并未从系统中排放。从供给源S提供的流体用以补偿泄漏。当凸轮转矩能量反转时,入口止回阀123和再循环止回阀124这两者均阻止流体离开滞后腔室103或工作腔室。

因为流体是由超前腔室通过再循环供应至滞后腔室103,所以流体在锁定销147上的压力足以克服锁定销弹簧148的力,且锁定销147脱离凹部146,从而允许壳体组件101相对于转子组件105移动。

图5示出了朝滞后位置移动的相位器且图10示出了通过控制阀的流体流的放大图。为了朝滞后位置移动,VFS 107的工作周期使得阀芯111的冲程为5mm且阀芯111由弹簧115的力移动直至弹簧115的力与VFS 111的力平衡为止。

凸轮轴转矩对超前腔室102加压,从而导致流体从超前腔室102移动并且进入滞后腔室103中,且导致叶片104朝超前壁102a移动。

由于第五模式中的阀芯111的位置,来自超前腔室102或相对腔室(由图10中的虚线指示)的流体通过管线112流至控制阀109。来自管线112的流体通过中心螺栓110的端口120和套筒114的端口125流至控制阀109中。来自端口125的流体通过端口130流至工作中心通道136。来自超前腔室102的流体在板117上的压力足以克服再循环止回阀124的弹簧116的力并且通过阀芯台肩111b与111c之间的开口116且通过与滞后腔室103流体连通的端口126和121流出至滞后腔室103。

来自工作中心通道136的流体还可通过开口130流至通道137进入套筒114的端口129中。来自端口129的流体通过通道137流至容器T,其中通道137被界定在阀芯台肩111a与套筒台肩111a之间。阀芯台肩111c和阀芯台肩111d阻断流至通道139中的任何流体到达滞后腔室103。

流体还从供给源S被供应至滞后腔室103以补偿泄漏并且不会用来移动叶片104。供给源S通过供应管线142与端口122和127流体连通(由图9中的实线指示)。流体从端口122和127流至阀芯中介于阀芯台肩111d与111e之间的开口134。来自开口134的流体流至阀芯111的入口中心通道135。来自供给源S的流体在板119上的压力足以克服入口止回阀123的弹簧118的力并且通过阀芯台肩111b与111c之间的开口118且通过与滞后腔室103流体连通的端口126和121流出至滞后腔室103。

因此,当控制阀109和相位器处于此第五模式中时,凸轮转矩致动(流体通过再循环止回阀124从超前腔室102再循环至滞后腔室103)和扭矩辅助(流体通过入口止回阀123从供给源S流至滞后腔室103且流体从超前腔室中排出至容器T)这两者同时用以移动叶片104。

因为流体是由超前腔室102通过再循环供应至滞后腔室103,所以流体在锁定销147上的压力足以克服锁定销弹簧148的力,且锁定销147脱离凹部146,从而允许壳体组件101相对于转子组件105移动。

通过具有可以使用TA和CTA这两者来移动叶片104的模式操作的相位器,相位器可利用TA和CTA这两者提供的优点。例如,CTA在低速下最有效,但是在高速下具有有限的影响且TA在高速下最有效。对于四缸发动机,例如,相位器可以被放置在第二和第四模式中,该第二和第四模式仅使用凸轮转矩致动且流体消耗因为流体再循环而为低。相位器可以在高速下放置在第一和第五模式中,该第一和第五模式使用凸轮转矩和扭矩辅助,使得在高速下,油压将补偿凸轮转矩能量中的任何损耗。

图11至图16示出了本发明的替代实施例。此实施例因其仅使用图1至图10的第二、第三和第四模式而不同于图1至图10的相位器,且锁定销基于阀芯位置而解锁或锁定,这是因为锁定销并未与任一个工作腔室直接流体连通。第一实施例的第二、第三和第四模式已被重新编号为第二实施例中的第一、第二和第三模式。

内燃机已采用各种机构来改变凸轮轴与曲柄轴之间的相对正时以改进发动机性能或减少排放。大多数这样的可变凸轮轴正时(VCT)机构使用发动机凸轮轴(或在多凸轮轴发动机中,使用多个凸轮轴)上的一个或多个“叶片相位器”。如图中所示,叶片相位器具有带有一个或多个叶片204的转子组件205,该叶片204被安装至凸轮轴的端部、由具有其中装配有叶片的叶片腔室的壳体组件200包围。也可将叶片204安装至壳体组件200和转子组件205中的腔室。壳体的外圆周201形成通过链条、皮带或齿轮通常从曲柄轴或可能从多凸轮发动机中的另一个凸轮轴接受驱动力的链轮、皮带轮或齿轮。

相位器的壳体组件200具有用于接受驱动力的外圆周201。转子组件205连接至凸轮轴(未示出)并且同轴地定位在壳体组件200内。转子组件205具有叶片204,其将形成在壳体组件200与转子组件205之间的腔室分离成超前腔室202和滞后腔室203。叶片204能够旋转以切换壳体组件200和转子组件205的相对角位置。虽然仅示出了一个超前腔室和一个滞后腔室,但是也可以存在多个腔室。另外,在相位器中,至少一组超前和滞后腔室是工作的或主动地接收或排放流体并且移动叶片。

控制阀209(优选地滑阀)包括具有可滑动地接收在中心螺栓210的孔208内的套筒214中的圆柱形台肩211a、211b、211c、211d、211e的阀芯211。套筒214具有多个端口225、226、227、229、250、252、254、连接端口252与254的第一凹部256以及连接端口226与229的第二凹部228。第一凹部256与中心螺栓210的孔208形成通道257用于使流体流至锁定销组件245和从锁定销组件245流动。第二凹部228与中心螺栓210的孔208形成通道239用于流体的流动。

中心螺栓210优选地由凸轮轴(未示出)接收。中心螺栓210具有连接至超前腔室202并且与套筒214的端口225流体连通的端口220、连接至滞后腔室203并且与套筒214的端口250流体连通的端口221、连接至供给源242并且与套筒214的端口227流体连通的端口222,以及经由通道244连接至锁定销组件245并且与套筒214的端口252流体连通的端口260。

阀芯211具有带有再循环止回阀224的工作中心通道236以及通过通道235与入口止回阀223流体连通的轴向入口通道234。再循环止回阀224包括插塞240、板217和弹簧216,其中弹簧216的第一端接触插塞240且第二端接触板217。入口止回阀223包括插塞240、球体219和弹簧218,其中弹簧218的第一端接触插塞240且第二端接触球体219。开口230介于第一台肩211a与第二台肩211b之间,该开口230通向工作中心通道236。开口231介于第二台肩211b与第三台肩211c之间,该开口231通向再循环止回阀224和入口止回阀223。环状凹槽233介于第三台肩211c与第四台肩211d之间。开口258介于第四台肩211d与第五台肩211e之间,该开口258通向轴向入口通道234。

阀芯211的一端接触弹簧215,且阀芯211的相对端接触经脉冲宽度调制的可变力螺线管(VFS)207。螺线管207还可以通过改变电流或电压或可适用的其它方法来线性地控制。另外,阀芯211的相对端可以接触马达或其它致动器,并且可以受马达或其它致动器影响。

控制阀209的位置是由控制可变力螺线管207的工作周期的发动机控制单元(ECU)206来控制。ECU 206优选地包括中央处理单元(CPU),其运行各种计算程序以控制发动机、存储器以及用以与外部装置和传感器交换数据的输入和输出端口。

阀芯211的位置受由ECU206控制的弹簧215和螺线管207影响。下文详细地讨论关于相位器的控制的进一步细节。阀芯211的位置控制相位器的模式以及锁定销247是接合还是脱离。

控制阀209具有三种模式。在第一模式中,控制阀209的阀芯211被定位使得叶片204由凸轮转矩致动在超前方向上移动。在第二模式中,阀芯211被定位使得叶片204由凸轮转矩致动在滞后方向上移动。在第三模式中,阀芯211被定位使得叶片保持就位。

锁定销组件245存在于相位器内。锁定销247可滑动地容置在转子组件205中的孔中,并且具有由弹簧248朝壳体组件200中的凹部246偏置并装配至凹部246中的端部。或者,锁定销247可以容置在壳体组件200中并且是朝转子组件205中的凹部246偏置的弹簧248。锁定销247与凹部246的接合和脱离是由阀芯211的叶片211e控制。

相位器的可变凸轮轴正时(VCT)的凸轮转矩致动在凸轮轴中使用由打开和封闭发动机阀的力引起的扭矩反转以移动叶片204。超前腔室202和滞后腔室203被布置成抵抗凸轮轴(未示出)中的正和负转矩脉冲并且由凸轮转矩交替地加压。控制阀209允许相位器中的叶片204通过取决于期望的移动方向允许流体从超前腔室202流至滞后腔室203(或反之亦然)来进行移动。

图11至图16示出了取决于滑阀位置的多模式VCT相位器的操作模式。图中所示的位置界定VCT相位器移动的方向。应当理解的是,相位控制阀具有无限数量的中间位置,使得控制阀不但控制VCT相位器移动的方向,而且取决于离散阀芯位置来控制VCT相位器改变位置的速率。因此,应当理解的是,相位控制阀还可在无限个中间位置中操作并且不限于图中所示的位置。

在第一模式中,阀芯211移动至一个位置使得流体可以从滞后腔室203流动,通过阀芯211和阀芯211内的再循环止回阀224,流至超前腔室202。来自供给源S的流体仅通过阀芯211和阀芯211内的入口止回阀223将来自供应管线242的流体提供至超前腔室202以仅用作补充流体。锁定销247与凹部246接合或被锁定,这是因为流体被阻止进入管线244,进而阻止其通过阀芯台肩211e从供给源进入锁定销245。

在第二模式中,阀芯211移动至一个位置使得流体可以从超前腔室202流动,通过阀芯211和阀芯211内的再循环止回阀224,流至滞后腔室203。来自供给源S的流体通过阀芯211和阀芯211内的入口止回阀223仅提供至滞后腔室203以仅用作补充流体。锁定销247脱离凹部246或被解锁。

在第三模式中,阀芯211移动至一个位置,该位置阻断流体从超前腔室202和滞后腔室203中流出,但是来自供给源S的少量流体能够通过阀芯211进入超前腔室202和滞后腔室203。锁定销247脱离凹部246或被解锁。

基于脉冲宽度调制的可变力螺线管207的工作周期,阀芯211移动至沿其冲程(例如,0mm冲程、2.5mm冲程和5mm冲程)的对应位置。可变力螺线管207的工作周期被改变成对应于沿其冲程的具体位置。

参考图11和图14,相位器朝超前位置移动。为了朝超前位置移动,VFS 207的工作周期使得阀芯211的冲程为0mm且阀芯211由弹簧215的力移动直至弹簧215的力与VFS211的力平衡为止。

凸轮轴转矩对滞后腔室203加压,从而导致流体从滞后腔室203移动并且进入超前腔室202中,且导致叶片204朝滞后壁203a移动。

由于第一模式中的阀芯的位置,来自滞后腔室203(由图14中的虚线指示)的流体通过管线213流至控制阀209。来自管线213的流体通过中心螺栓210的端口221和套筒214的端口250流至控制阀中。来自端口250的流体围绕阀芯台肩211c与211d之间的环状凹槽233流至凹部228和形成在套筒214的凹部228与中心螺栓210之间的通道239。来自通道239的流体可仅再循环至超前腔室202。

流至超前腔室202的流体从通道239流动,通过阀芯台肩211a与211b之间的端口230流过套筒214的端口229进而流至工作中心通道236。来自滞后腔室203的流体在板217上的压力足以克服再循环止回阀224的弹簧216的力并且通过阀芯台肩211b与211c之间的开口231且通过与超前腔室202流体连通的端口225和220流出至超前腔室202。

流体还从供给源S仅被供应至超前腔室202以补偿泄漏并且不会用来移动叶片204。供给源S通过供应管线242与端口222和227流体连通(由图14中的实线指示)。流体从端口222和227流至阀芯中介于阀芯台肩211d与211e之间的轴向通道234和通道235。来自供给源S的流体在球体219上的压力足以克服入口止回阀223的弹簧218的力并且通过阀芯台肩211b与211c之间的开口231且通过与超前腔室202流体连通的端口225和220流出至超前腔室202。

因此,当控制阀209和相位器是在此模式中时,仅凸轮转矩致动(流体通过止回阀224从滞后腔室203再循环至超前腔室202)用来移动叶片204。流体并未从系统中排放。液压流体是从供给源提供至工作腔室(在此情况中是超前腔室202)以补偿泄漏。当凸轮转矩能量反转时,入口止回阀223和再循环止回阀224这两者均阻止流体离开超前腔室202或工作腔室。

基于阀芯211的位置,阻止来自供给源S的流体通过阀芯台肩211e和套筒214将流体提供至管线244。来自管线244的流体通过中心螺栓210的通道257和238排放至储液槽(未示出)。锁定销弹簧248的力移动锁定销247,使得其接合凹部246,从而相对于转子组件205锁定壳体组件201。

图12示出了朝滞后位置移动的相位器且图15示出了通过控制阀的流体流的放大图。为了朝滞后位置移动,VFS 207的工作周期使得阀芯211的冲程为5mm且阀芯211由弹簧215的力移动直至弹簧215的力与VFS 211的力平衡为止。

凸轮轴转矩对超前腔室202加压,从而导致流体从超前腔室202移动并且进入滞后腔室203中,且导致叶片204朝超前壁202a移动。

借助于第二模式中的阀芯的位置,来自超前腔室202(由图15中虚线表示)的流体通过管线212流至控制阀209。流体从管线212通过中心螺栓210的端口220和套筒214的端口225流入控制阀209。流体从端口255通过阀芯台肩211a和211b之间的开口230流入工作中心通道236。来自超前腔室202的流体在板217上的压力足以克服再循环止回阀224的弹簧216的力并且通过阀芯台肩211b与211c之间的开口231以及通过与滞后腔室203流体连通的端口250和221流出至滞后腔室203。

流体还从供给源S仅供应至滞后腔室203以补偿泄漏并且不会用来移动叶片204。供给源S通过供应管线242(由图15中的实线表示)与端口222和227流体连通。流体从端口222和227流至阀芯中介于阀芯台肩211d与211e之间的轴向通道234和通道235。来自供给源S的流体在球体219上的压力足以克服入口止回阀223的弹簧218的力并且通过阀芯台肩211b与211c之间的开口231以及通过与滞后腔室203流体连通的端口250和221流出至滞后腔室203。

因此,当控制阀209和相位器处于此模式中时,仅凸轮转矩致动(流体通过止回阀224从超前腔室202再循环至滞后腔室203)用以移动叶片204。流体不从系统中排放。液压流体是从供给源S提供至工作腔室(在此情况中是滞后腔室203)以补偿泄漏。当凸轮转矩能量反转时,入口止回阀223和再循环止回阀224两者均阻止流体离开滞后腔室203或工作腔室。

基于阀芯211的位置,来自供给源S的流体通过轴向通道234将流体提供至管线244。流体从轴向通道234流动通过阀芯台肩211d和211e之间的开口258到达第一凹部256。流体流入由套筒214的第一凹部256和中心螺栓210的孔208形成的通道258到达通向管线244的端口252和端口260。来自供给源S的流体的压力的力大于锁定销弹簧248的力,并移动锁定销247,使得其脱离凹部246,且壳体组件201可相对于转子组件205移动。

图13示出了处于零位的相位器,且图16示出了通过控制阀的流体流的放大图。在此位置中,可变力螺线管207的工作周期使得阀芯的冲程是2.5mm。VFS 207在阀芯211的一端上的力等于弹簧215在零位中在阀芯211的相对端上的力。

借助于第三模式的阀芯的位置,来自供给源S的流体通过供应管线242(由图16中的实线表示)由端口222和227提供至超前腔室202和滞后腔室203。流体从端口222和227流至阀芯中介于阀芯台肩211d与211e之间的轴向通道234和通道235。来自供给源S的流体在球体219上的压力足以克服入口止回阀223的弹簧218的力并且通过阀芯台肩211b与211c之间的开口231以及通过与滞后腔室203流体连通的端口250和221流出至滞后腔室203并且通过穿过端口225和220的开口231流至超前腔室202。

虽然滑阀台肩211b和211c似乎完全阻断了从开口231至通向超前腔室202和滞后腔室203的端口225、220、221、250的通道,但是存在底切或间隙以允许流体流至超前腔室202和滞后腔室203。

基于阀芯211的位置,来自供给源S的流体从轴向通道234将流体提供至管线244。流体从轴向通道234流动通过阀芯台肩211d和211e之间的开口258到达第一凹部256。流体流入由套筒214的第一凹部256和中心螺栓210的孔208形成的通道257到达通向管线244的端口252和端口260。来自供给源S的流体的压力的力大于锁定销弹簧248的力,并移动锁定销247,使得其脱离凹部246,且壳体组件201可相对于转子组件205移动。

因此应当理解,本文所述的本发明的实施例仅说明本发明的原理的应用。对所述实施例细节的引用不是对权利要求范围的限制,权利要求自身所叙述的那些特征认为是本发明的实质。

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