用于电致动凸轮轴相位器的液压锁定器的制作方法

本申请涉及电致动的凸轮轴相位器，并且更具体地，涉及通过电致动的凸轮轴相位器选择性控制凸轮轴相位的液压锁定器。

背景技术：

内燃机包括凸轮轴，其打开和闭合阀从而调节发动机的燃烧室内燃料和空气的燃烧。阀的打开和闭合相对于各种事件精确地进行定时，比如燃料到燃烧室内用于燃烧的喷射、活塞相对于上止点(tdc)的位置和曲轴的旋转速度，仅仅举了几个例子。凸轮轴由曲轴的旋转通过连接这些元件的驱动构件来驱动，比如皮带或链条。

过去，在曲轴的旋转和凸轮轴的旋转之间存在固定关系。然而，内燃机越来越多地使用可变凸轮轴正时(vct)来相对于曲轴旋转改变凸轮轴旋转的相位。vct可以通过凸轮轴相位器实现，其由具有输出轴的电动马达致动并控制，输出轴调节凸轮轴相对于曲轴的相位关系。电动马达控制器可以指示电动马达调节凸轮相位器，以利用输出轴的旋转位置和/或速度改变凸轮轴和曲轴之间的相位。也就是说，根据凸轮轴相位器的设计，电动马达可以减小或增大输出轴的旋转速度，以由此使凸轮轴和曲轴之间的相位延迟或提前。除了改变相位之外，凸轮轴相位器的电动马达可以由电动马达控制器指示来在凸轮轴和曲轴之间保持特定的相位关系。

然而，利用电致动的凸轮轴相位器来在凸轮轴和曲轴之间保持相位关系可能是具有挑战性的。控制系统确定凸轮轴相位器是否正在凸轮轴和曲轴之间保持期望相位关系。这样的确定可能涉及接收来自曲轴传感器的位置信号和来自凸轮轴信号的位置信号，以及基于来自这些信号的数据，检测在凸轮轴和曲轴之间是否存在任何角漂移，并且如果存在，则命令电动马达调节相位。这样做涉及将控制系统、传感器和电动马达保持在活动状态。其将有助于控制凸轮轴和曲轴之间的相位而不用考虑控制系统、传感器、和/或电致动凸轮相位器的电动马达的操作状态。

技术实现要素：

在一个实施例中，一种调节凸轮轴和曲轴之间相位的可变凸轮轴正时装置包括：行星齿轮组件，其相对于曲轴的角位置改变凸轮轴的角位置；中心齿轮，其配置为接收电动马达的输出轴，该电动马达旋转行星齿轮组件的至少一部分并通过相对于曲轴使凸轮轴角度偏置来控制凸轮轴和曲轴之间的相位调节；以及液压锁定器，其响应于加压流体所施加的力可释放地接合可变凸轮轴正时装置的一部分，由此选择性地防止凸轮轴相对于曲轴的旋转。

在另一实施例中，一种调节凸轮轴和曲轴之间相位的可变凸轮轴正时装置包括：第一环形齿轮，其配置为接收来自曲轴的旋转输入并围绕中心轴线旋转，具有多个径向面向内的齿轮齿；第二环形齿轮，其与第一环形齿轮轴向间隔开，配置为连接到凸轮轴并围绕中心轴线旋转，具有多个径向面向内的齿轮齿；行星齿轮组件，其与第一环形齿轮和第二环形齿轮接合并从第一环形齿轮和第二环形齿轮径向向内定位；电动马达，其具有输出轴，该输出轴旋转行星齿轮组件并通过相对于第二环形齿轮使第一环形齿轮角度偏置来控制凸轮轴和曲轴之间的相位调节；以及板，其轴向邻近行星齿轮组件，具有液压锁定器，该液压锁定器可释放地接合行星齿轮组件的一部分，由此选择性地防止行星齿轮组件相对于板的旋转。

附图说明

图1是示出具有液压锁定器的凸轮轴相位器的实施方式的分解图；

图2是示出具有液压锁定器的凸轮轴相位器的实施方式的一部分的分解图；

图3是示出具有液压锁定器的凸轮轴相位器的实施方式的一部分的剖视图；

图4是示出具有液压锁定器的凸轮轴相位器的实施方式的一部分的剖视图；

图5是示出具有液压锁定器的凸轮轴相位器的另一实施方式的一部分的剖视图；以及

图6是示出具有液压锁定器的凸轮轴相位器的另一实施方式的一部分的剖视图。

具体实施方式

利用电动马达但是使用液压控制的锁定器控制或致动的凸轮轴相位器可以在凸轮轴和曲轴之间保持相位关系，而无需来自控制系统、电动马达和/或检测凸轮轴或曲轴的角位置的位置传感器的输入或辅助。过去，由电动马达控制/致动的凸轮轴相位器(有时也被称为e相位器)通常仅将机油用于润滑。然而，本文所提出的e相位器可以使用加压液态润滑剂，比如机油，来选择性的接合锁定元件，该锁定元件相对于曲轴的角位置机械地锁定凸轮轴的角位置。锁定元件可以由e相位器的一部分携载，该e相位器的一部分与内燃机(ice)的油供给流体连通并且响应于供油的不存在、存在或压力变化可释放地偏置到与凸轮轴相位器的调节机构锁定接合。

例如，锁定元件可以由偏置构件推入与调节机构(比如，行星齿轮组件)的锁定接合，使得在凸轮轴和曲轴之间保持了固定相位。阀可以选择性地允许加压油从油供给流动到锁定元件，使得打开阀允许加压油移动锁定元件并脱离调节结构，由此克服由偏置构件施加的力。这允许凸轮轴响应于来自控制凸轮轴相位器的电动马达的输出轴的控制，相对于曲轴被角度偏置。之后当闭合阀时，阻止了油到达锁定元件，从而允许偏置构件将锁定构件移动到与调节结构锁定接合。

关于图1至图3示出了可以包含液压控制锁定器的凸轮轴相位器10的实施例。相位器10是具有多个部件的多件式机构，这些部件一起工作来将旋转从发动机的曲轴传递到发动机的凸轮轴，并且可以一起工作来相对于曲轴使凸轮轴角度偏置，以用于使发动机阀打开和闭合提前和延迟。相位器10可以具有不同的设计和构造，除了其他可能的因素，取决于其中采用相位器的应用以及与相位器一起工作的曲轴和凸轮轴。例如，在图1至图3中呈现的实施例中，相位器10包括链轮12、行星齿轮组件14以及内板或板16。

链轮12接收来自发动机曲轴的旋转驱动输入并围绕轴线x1旋转。正时链条或正时皮带可以环绕链轮12和曲轴，使得曲轴的旋转通过链条或皮带转化成链轮12的旋转。用于在链轮12和曲轴之间传递旋转的其他技术也是可能的。沿着外表面，链轮12具有一组齿18，用于与正时链条、正时皮带或另一部件匹配。在不同的实例中，该组齿18可以包括38个单独的齿、42个单独的齿或者围绕链轮12的圆周连续跨越的一些其他数量的齿。如图所示，链轮12具有从该组齿18轴向跨越的壳体20。壳体20是环绕行星齿轮组14的部件的圆柱形壁。

在本文所呈现的实施例中，行星齿轮组件14包括中心齿轮22、行星齿轮24、第一环形齿轮26、第二环形齿轮28以及锁定器接收器30。中心齿轮22由电动马达23驱动以用于围绕轴线x1旋转。中心齿轮22与行星齿轮24接合并且在其外部具有一组齿32，其实现了与行星齿轮24的直接齿对齿啮合。在不同的实例中，该组齿32可以包括26个单独的齿、37个单独的齿或者围绕中心齿轮22的圆周连续跨越的一些其他数量的齿。以圆筒形状的裙部34从该组齿32跨越。如前所述，中心齿轮22是外部正齿轮，但是可以是另一种类型的齿轮。锁定器30可以是插座或者其他类型的孔口，以用于和液压锁定器接合并阻止行星齿轮组件14相对于内板16的旋转运动。在图中锁定器接收器30被显示为行星齿轮组件14的一部分，但是在其他实施例中可以位于任何位置。这将在以下更详细地进行讨论。

当在将发动机的凸轮轴带入提前和延迟的角位置中间时，行星齿轮24围绕它们各自的旋转轴线x2旋转。当未提前或延迟时，行星齿轮24随着中心齿轮22并随着环形齿轮26、28一起围绕轴线x1旋转。在本文所呈现的实施例中，有总共三个分立的行星齿轮24，它们相对于彼此类似地设计和构造，但是也可以存在其他数量的行星齿轮，比如两个或四个或六个。无论有多少个，行星齿轮24的每一个可以与第一和第二环形齿轮26、28两者接合，并且每个行星齿轮可以沿其外部具有一组齿60以用于实现与环形齿轮的直接齿对齿啮合。在不同的实例中，该组齿60可以包括21个单独的齿或者围绕行星齿轮24的圆周连续跨越的一些其他数量的齿。为了将行星齿轮24保持在适当位置并且支承它们，可以设置承载组件62。承载组件62可以具有不同的设计和构造。在图中所呈现的实施例中，承载组件62包括在一端处的第一承载板64、在另一端处的第二承载板66、用作旋转行星齿轮24的衬套的圆筒68。行星销或者螺栓70可以和承载组件62一起使用。

第一环形齿轮26接收来自链轮12的旋转驱动输入，使得运行时第一环形齿轮26和链轮12一起围绕轴线x1旋转。第一环形齿轮26可以是链轮12的一体延伸，也就是说，第一环形齿轮26和链轮12可以一起形成整体结构。第一环形齿轮26具有环形形状，与行星齿轮24接合，并且在其内部具有一组齿72以用于实现与行星齿轮24的直接齿对齿啮合。在不同的实例中，该组齿72可以包括80个单独的齿或者围绕第一环形齿轮26的圆周连续跨越的一些其他数量的齿。在本文所呈现的实施例中，第一环形齿轮26是内部正齿轮，但是也可以是另一种类型的齿轮。

第二环形齿轮28围绕轴线x1向发动机凸轮轴传递旋转驱动输出。在该实施例中，第二环形齿轮28通过板16驱动凸轮轴的旋转。第二环形齿轮28和板16可以以不同方式连接在一起，包括通过切口和突片互连、压配合、焊接、附接、螺栓连接、铆接或通过另一种技术。在本文未示出的实施例中，第二环形齿轮28和板16可以是彼此的一体延伸以实现整体结构。和第一环形齿轮26一样，第二环形齿轮28具有环形形状，与行星齿轮24接合，并且在其内部具有一组齿74以用于实现与行星齿轮的直接齿对齿啮合。在不同的实例中，该组齿74可以包括77个单独的齿或者围绕第二环形齿轮28的圆周连续跨越的一些其他数量的齿。通过提供多种数目的行星齿轮24，第一和第二环形齿轮26、28之间齿的数目可以相对于彼此而不同。因此，例如，齿72可以包括80个单独的齿，而齿74可以包括77个单独的齿，在该实例中三个单独齿的差异用于三个行星齿轮24。在具有六个行星齿轮的另一实例中，齿72可以包括70个单独的齿，而齿74可以包括82个单独的齿。满足了该关系，在运行中通过在第一和第二环形齿轮26、28之间给予相对旋转运动和相对旋转速度，提供了提前和延迟的能力。在本文所呈现的实施例中，第二环形齿轮28是内部正齿轮，但是也可以是另一种类型的齿轮。板16包括中心孔76，中心螺栓78穿过该中心孔以牢固地将板16附接至凸轮轴。此外，板16还利用卡环80固定到链轮12，该卡环将行星齿轮组件14轴向约束在链轮12和板16之间。

板16包括与油供给(未示出)流体连通的液压锁定器82，该油供给选择性地接合液压锁定器82以防止在行星齿轮组件14和板16之间的相对角运动，这也防止了这些元件之间性对于链轮12的角运动。油供给可以由ice的油泵提供，该油泵对从位于油槽(未示出)中的输入管获得的油加压并将油输送到ice内的各个位置，比如曲轴支承轴颈、输入/输出阀、凸轮轴以及液压锁定器82，仅举几个例子。液压锁定器82可以包括锁定元件84，其可以由锁定器偏置构件反偏置到与锁定器接收器30滑动接合。锁定器接收器30与锁定元件84刚性接合以防止凸轮轴和曲轴之间的相对旋转运动。加压油可以由液压锁定器82通过相位器流体通道86接收。油可以通过凸轮轴内的流体通道提供给液压锁定器82，其从油供给接收油并利用相位器流体通道86传送加压油。

图4中所示的阀102可以控制加压油到液压锁定器82的流动，由此选择性地控制锁定元件84的位置。加压油的流动可以使锁定元件84远离行星齿轮组件14并朝向板16滑动而压缩锁定器偏置构件124，使得锁定元件84与锁定器接收器30脱离而允许链轮12和板16相对于彼此具有相对角运动。而当阀102停止加压油到液压锁定器82的流动时，锁定器偏置构件朝向行星承载架组件14并远离板16滑动地移动锁定元件84到与锁定器接收器30锁定接合。以下将更详细地讨论这些元件和液压锁定器74的功能。

两个环形齿轮26、28一起构成了用于行星齿轮组件14的拼合环形齿轮构造。然而，电控凸轮轴相位器的其他实施方式也可以和液压锁定器一起使用。例如，行星齿轮组件14可以包括两个以上的环形齿轮，比如针对总共三个环形齿轮的附加的第三环形齿轮。此时，第三环形齿轮也可以和第二环形齿轮28一样向发动机的凸轮轴传递旋转驱动输出，并且可以具有和第二环形齿轮相同数目的单独齿。

转向图4，凸轮轴相位器10的一部分的剖视图被显示为附接至凸轮轴100并与控制加压油到液压锁定器82流动的阀102流体连通。在该实施例中，阀102控制加压油从ice的油槽通过与相位器流体通道86连通的凸轮轴流体通道104的流动。阀102可以包括油供给通道106和排放口108以及螺线管110，该螺线管在打开和闭合位置之间滑动地移动阀杆112。压力调节器102'可以和阀102包含在一起以降低施加在液压锁定器84上的油压。压力调节器102'可以随着油压增大而减少油消耗。阀杆112可以由偏置构件114偏置到阻挡加压油从油源到液压锁定器82流动的闭合位置。当向螺线管110施加电压时，螺线管110的衔铁可以朝向偏置构件114线性滑动阀杆112，从而克服偏置构件114所施加的力并流体连接油供给通道106与凸轮轴流体通道104。之后又液压锁定器82接收加压油。当从螺线管110去除电压时，偏置构件114朝向螺线管110滑动阀杆112，并关闭油供给通道106与凸轮轴流体通道104之间的流体连接。阀102可以定位成远离凸轮轴相位器10和ice。这在图4中利用阀102和凸轮轴流体通道104之间的虚线示出。在阀102和凸轮轴流体通道104之间可以存在许多未确认的流体通道来根据实施方式输送加压油。

液压锁定器82与相位器流体通道86流体连接并且包括锁芯116，在该锁芯内锁定元件84在锁定位置和未锁定位置之间滑动。锁定元件84可以包括偏置端118和锁定端120。偏置端118包括凹陷部分122以接收锁定器偏置构件124的一端，而构件124的另一端抵靠锁芯116的内表面而将锁定元件84推向行星齿轮组件14。偏置端118可以延伸到锁芯116整个宽度或直径，使得锁定元件84的外表面抵靠并压在锁芯116的内表面上滑动。该抵靠关系可以防止相位器流体通道86的加压油流动到达锁定器偏置构件124。锁芯116可以包括排放口126，其接收环境空气而有助于允许阀杆112的轴向运动。锁定端120包括肩部128和锁定销130。肩部128可以是环形形状的并且由锁定销130的直径和锁定元件84的外径限定。锁定销130可以延伸通过开口132以延伸超过板16并与行星齿轮组件14中的锁定器接收器30接合。锁芯116包括流体腔134，其可以与相位器流体通道86流体连通并至少部分由锁定端120限定。

在锁定位置，锁定器偏置构件124将锁定元件84反偏置成通过开口132与行星齿轮组件14中的锁定器接收器30接合。这可以在没有来自相位器流体通道86的加压油的情况下发生，如当阀102闭合时发生的。锁定元件84可以在锁芯116内朝向行星齿轮组件14轴向滑动。根据凸轮轴相对于曲轴的角位置，锁定销130抵靠第二承载板68滑动直到锁定销130越过锁定器接收器30与开口132对准，使得销130可以进一步滑动离开板16并与接收器30接合。

锁定元件84可以响应于加压油引入流体腔134移动到非锁定位置。打开阀102将加压油释放到凸轮轴通道104和相位器流体通道86内，其中其最终到达流体腔134。由加压油施加在肩部128上的力大于由偏置构件124施加到偏置端118的力。锁定销130响应于接收到加压油滑动远离锁定器接收器30和行星齿轮组件14而压缩偏置构件124。当阀102闭合时，减轻了施加在肩部128上的压力并且锁定元件84被再次朝向行星齿轮组件14偏置，使得锁定器接收器可以接收锁定销130。

阀102的打开和闭合以及电动相位器马达的操作可以由控制系统控制。控制系统可以包括一个或多个处理器、包括计算机可读存储器的存储器装置以及输入/输出装置，该输入/输出装置用于从一个或多个传感器接收传感器数据和将计算机可读指令从控制系统传送至各种类型的硬件，比如电子相位器马达23和阀102。处理器可以是能够处理电子指令的任何类型的装置，包括微处理器、微控制器、主处理机、控制器、车辆通信处理器以及专用集成电路(asic)。该处理器可以是仅用于控制电动相位器马达23和/或阀102的专用处理器或者可以与其他车辆系统共享。处理器执行各种类型的数字存储指令，比如存储在存储器装置的存储器中的软件或固件程序，其使凸轮轴相位器能够操作。传感器可以包括凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器。输入/输出可以以各种网络连接中的任一种链接到电动相位器马达23、阀102和/或传感器，比如那些利用车辆总线实现的。合适的网络连接的实例包括控制器局域网络(can)、媒体导向系统传输(most)、本地互连网络(lin)、局域网(lan)以及诸如以太网的其他适当连接，或者符合已知的iso、sae和ieee标准和规范的其他网络连接，仅举几个例子。

控制系统可以命令电动相位器马达改变或保持凸轮轴和曲轴之间的相对角位置。当液压锁定器82脱离时，控制系统可以接收来自凸轮轴位置传感器和曲轴位置传感器的输入并基于该传感器输入命令电动相位器马达23提前、延迟或保持凸轮轴和曲轴之间的相位。通常，控制系统在车辆运行期间保持运转以保持凸轮轴相位并防止当ice起动或停止时可能有凸轮扭矩改变所引起的漂移。然而，液压锁定器82的启动可以允许凸轮轴相位器10包凸轮轴和曲轴之间保持相对角位置或相位而无需从控制系统接收命令，并在ice仍然运转的同时停用控制系统一段时间。这可以降低由电动相位器马达和/或控制系统所带来功率消耗。

鉴于启动后的液压锁定器防止了凸轮轴和曲轴之间的相对运动，在操作期间为了保护齿轮可能需要较少润滑。能够利用控制液压锁定器的同一阀结束对凸轮轴相位器的润滑油供给。例如，当阀打开时，加压油可以使液压锁定器脱离并且也开始供应油以润滑凸轮轴相位器，同时在凸轮轴和曲轴之间能够有相对角运动。而当阀闭合时，不再向凸轮轴相位器供应加压油，而缺少加压油使液压锁定器接合以防止凸轮轴和曲轴之间的相对角运动。应当意识到，凸轮轴相位器10仅是凸轮轴相位器和液压锁定器的一个实施例。除了以上所述之外包括电动马达和液压锁定器的凸轮轴相位器可以以各种不同的方式来实施。

液压锁定器还可以用于控制提供给电控凸轮轴相位器的润滑。例如，当启动液压锁定器时，可以停止用来润滑凸轮轴相位器10的齿轮的加压油供给。图5示出了液压锁定器82'的另一实施方式，其被偏置在未锁定位置并且也控制加压机油到凸轮轴相位器10的流动。在该实施方式中，液压锁定器82'包括锁芯116'，在该锁芯内锁定元件84'在未锁定位置和锁定位置之间滑动。锁定元件84'可以包括锁定器偏置肩部150和锁定端120'。锁芯116'包括凹陷部分122'以接收锁定器偏置构件124'的一端，而构件124'的另一端抵靠锁定器偏置肩部150而推动锁定元件84远离行星齿轮组件14进入未锁定位置(a)。锁定元件84'可以延伸到锁芯116'整个宽度或直径，使得锁定元件84'的外表面抵靠并压在锁芯116'的内表面上滑动。在装配期间，锁定元件84'可以轴向滑入锁芯116'，并且通过塞子154固定在适当位置，该塞子牢固地配合在锁芯116'的一端内。锁定元件84'包括流体端156，其与塞子154一起限定了流体腔134'，该流体腔从相位器流体通道86'接收加压机油。在一些实施方式中，流体端156可以具有直径缩小的部分，使得该部分的直径不会延伸到触及锁芯116'的内表面。缩小的直径部分随后将增大流体腔134'的大小。加压机油可以与相位器流体通道86'连通并且可以由以上所讨论的阀控制。

此外，锁定元件84'可以包括环形凹槽152，其根据锁定元件84'的轴向位置控制润滑流体(比如，机油)到凸轮相位器10的流动。环形凹槽152选择性地将加压机油从油供给通道158传送到相位器润滑通道160。在未锁定位置(a)，锁定器偏置构件124'将锁定元件84'反偏置成远离并与行星齿轮组件14的锁定器接收器30'脱离接合。这可以在没有来自相位器流体通道86'的加压机油的情况下发生，如当阀102闭合时发生的。当在未锁定位置时，环形凹槽152允许加压机油通过相位器润滑通道160流动到凸轮轴相位器10。锁定元件84'可以响应于打开阀102以及通过相位器流体通道86'将加压机油引入流体腔134'移动到锁定位置(b)。由加压油施加在流体端156上的力大于由偏置构件124'施加到锁定器偏置肩部150的力。锁定销130'响应于接收到加压油朝向锁定器接收器30'和行星齿轮组件14滑动而压缩偏置构件124'。此外，环形凹槽152轴向移动，使得其不再允许加压机油从油供给通道158流动到相位器润滑通道160，同时锁定元件84'处于锁定位置(b)。当阀102闭合时，减轻了施加在流体端156上的压力，并且锁定元件84'被再次偏置远离行星齿轮组件14。

图6示出了可以结合到凸轮轴相位器10内的液压锁定器的另一实施例。在该实施例中，液压锁定器82'包含在内板16中并且选择性地接合凸轮轴相位器10的壳体162。液压锁定器82'包括锁定元件84”，其通过锁定器偏置构件124”偏置到锁定位置。壳体162可以是环形元件，该环形元件抵靠最接近凸轮轴100且远离第二环形齿轮28的内板16的一侧。卡环80可以将壳体162和内板16保持成相对于链轮12轴向约束。并且壳体162可以利用与壳体162的径向向外表面168接合的面向内的锁定表面166(比如花键或键合连接)，相对于链轮12可旋转地约束。在该实施方式中，锁定元件84”十分类似于以上关于图4所述的锁定元件84起作用。然而，应当意识到，不同于锁定销通过内板接合行星齿轮组件，该锁定销通过内板接合壳体。

应当理解的是，以上只是对本发明的一个或多个实施例的描述。本发明并不限于本文所公开的特定实施例，而是仅由以下权利要求所限定。此外，以上描述中包含的陈述涉及特定实施例并且不应被解释为对本发明的范围或权利要求中使用的术语定义进行限制，除了以上术语或短语被明确定义的情况外。各种其他实施例以及对所公开实施例的各种改变和修改对本领域技术人员而言将变得显而易见。所有此类其他实施例、改变和修改旨在落入所附权利要求书的范围内。

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