用于内燃机的定心槽的制作方法
用于内燃机的定心槽的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于内燃机的定心槽。具体公开了用于内燃机的气门正时控制装置，所述气门正时控制装置包括与凸轮轴连接且具有多个叶片的转子。定子与转子接合，且包括多个辐板。压力腔设在每一个辐板和叶片之间。定心槽设在定子和/或转子上。压力介质控制阀被置于转子的一个叶片内，且被构造为不仅相对于定子选择性地锁定和解锁转子的位置，而且还被构造为使得压力腔中的压力介质能够通过定心槽且随后通过压力介质控制阀排出。
【专利说明】用于内燃机的定心槽
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内燃机的凸轮相位器，其中设有定心槽，该定心槽取决于内燃机的工作阶段而在指定时间趋于使转子相对于定子定心且锁定。
【背景技术】
[0002]典型的内燃机设有曲轴，该曲轴使用链条或传动带来驱动传动轮。定子以扭转刚性方式连接至传动轮。由此，定子通过该传动元件元件和传动轮被传动连接至曲轴。
[0003]相应的转子与定子接合，且以扭转刚性方式与曲轴接合。曲轴上设有凸轮凸部，该凸轮凸部推靠换气气门以打开换气气门。通过旋转曲轴，换气气门的打开和关闭时间点被转换使得内燃机提供其在相应的速度下的最优性能。
[0004]为优化内燃机的工作期间的性能，取决于转子相对于定子的相对位置，曲轴的角位置相对于传动轮被连续地变化。具体地，发动机的每分钟转数(RPM)和要求发动机产生的转矩及马力的量是正时调整的基础。这些调整在发动机运转时发生。这使得可变气门正时是可行的，因为进气门和排气门正时在整个RPM范围内被不断地调整。该性能益处包括发动机的效率和空转平滑度的提高。与带有常规气门定时的类似排量发动机相比，该发动机还可以提供更多的马力和转矩。这也允许该发动机具有提高的燃油经济性且使得发动机排放较少的碳氢化合物。
[0005]定子包括向定子中心轴线径向突出的辐板。在相邻的辐板之间形成中间空间，且压力介质通过液压阀被引导至这些空间。转子包括背离转子的中心轴线径向突出且在定子的相邻辐板之间伸出的叶片。转子的这些叶片将定子之间的中间空间再分为两个压力腔(通常分别被称为“A”和“B”)。为了改变在曲轴和传动轮之间的角位置，转子相对于定子旋转。为此目的，取决于每次所需的旋转方向，每隔一个压力腔("A"或"B")中的压力介质被施压，而其他压力腔("B"或"A")则向贮存器泄压。
[0006]在内燃机的一些工作状态下，变得有必要相对于定子锁定转子的位置。为此目的，锁定销形式的气门正时控制装置可以被用于该转子以锁定到在定子上设置的相应孔中。
[0007]很多凸轮相位锁定系统的锁定销允许通过一个腔的压力将锁定销保持在解锁位置。如果使用阶形锁定销，压力也可以来自两个腔，因为阶形锁定销的“台阶”将两个腔彼此隔开。
[0008]凸轮相位系统中的典型问题包括但不局限于:
[0009]当压力介质是冷的时，不能锁定或锁定低效；
[0010]在迟滞和/或提前腔内的残余压力(由于凸轮轴的转矩反向(可能由换气气门的弹簧力导致))趋向于将该销解锁，尤其当发动机点火关闭但曲轴还在旋转时。
[0011]当发动机被关闭时不能锁定或锁定低效；以及
[0012]当压力介质变热有时会泄漏，从而导致泵传递较小的压力，这影响凸轮相位器以及锁定销的操作，其中因低的压力介质压力而可能存在不能锁定或锁定低效。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于提供一种改进的气门正时控制装置，具体地提供一种凸轮相位器，该凸轮相位器提供定心槽，所述定心槽趋于在相对于发动机的工作状态的期望时间自然地使转子相对于定子定心并锁定。
[0014]在本发明的一个示例性实施例中，定心机构被关于转子相对于定子的位置来设置。具体地，定心槽被设置在转子和/或定子上，并提供了从迟滞腔和提前腔通过压力介质控制阀的压力介质泄漏通道。这趋向于使转子相对于定子定心并锁定转子。
[0015]因此，本发明提供了在控制信号中断情况(B卩，施加到执行机构的零占空比或电流)下的故障防护锁定机构。
[0016]与许多其它中间锁定凸轮相位器系统相比，本发明还允许低的部件数和降低的复杂度。
[0017]本发明还允许关于锁定位置的提前和迟滞的扩展的工作范围。
[0018]本发明允许当发动机关闭时的有效锁定，即使当压力介质是冷的时或者当压力介质压力降低时同样如此。
[0019]进一步地，本发明使得锁定销并不趋于因迟滞和/或提前腔内含有残余压力而被解锁。
[0020]本发明另外的优点可以从本发明权利要求书、说明书和附图中得到。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下文中将结合【专利附图】
【附图说明】本发明，其中同样的附图标记表示同样的元件，且:
[0022]图1为根据本发明实施例的气门正时控制装置的转子部件的透视图；
[0023]图2为气门正时控制装置的定子部件的正视图；
[0024]图3示出了彼此接合的转子和定子；
[0025]图4为沿图3中的线4-4的剖视图，示出了气门正时控制装置的压力介质控制阀部件、以及凸轮轴以及液压阀；
[0026]图5至图8示出了在发动机的各个工作阶段期间压力介质控制阀的各个状态；
[0027]图9示出了转子相对于定子的定向，在该时间点期间，定心槽被堵塞；
[0028]图10和11示出了转子相对于定子的方向，在该时间点期间，能够通到定心槽；
[0029]图12示出了具有大的槽(即流路)的替代转子；
[0030]图13示出了具有大的槽(即流路)的替代定子；且
[0031]图14示出了与图1的转子一起使用的图13中的定子。
【具体实施方式】
[0032]尽管本发明可易于实现为不同形式的实施例，已在附图中示出且在本文中将详细说明具体的实施例，应理解本公开被认为是本发明原理的例示，而并不意图将本发明限制于所例示的内容。
[0033]本发明的实施例提供了一种与内燃机一起使用的气门正时控制装置，具体地提供了一种凸轮相位器。
[0034]如图1所示，气门正时控制装置的部件之一包括转子10。转子10包括轮毂12以及背离轮毂12径向突出的叶片14。转子10还包括环形通道16，环形通道16与通向转子10的外表面22的附加通道18、20 (见图3)相连通。如将要说明的，这些通道16、18、20提供了用于压力介质的流路。
[0035]转子10还包括位于其叶片14之一(24)内的压力介质控制阀腔26。如图4至8所示，压力介质控制阀28被置于该腔26内，且转子10提供至少一个内部流体通道30，该至少一个内部流体通道30通到腔26且与被设在转子10的轮毂12内的环形通道16中的至少一个相连通。因此，压力介质能够在压力介质控制阀28和液压阀32之间来回流动(如图4所示)。
[0036]如图1所示，在转子10的叶片24的外表面36上形成的定心槽34接近压力介质控制阀腔26并且与之流体连通。如在下文更全面地说明的，在发动机的一些工作阶段中，当转子10处于相对于定子40的一些位置时，该定心槽34使得压力介质能够沿着定心槽34移动至压力介质控制阀28。
[0037]优选地，转子10在其外侧上没有密封。相反地，优选地密封受到叶片长度(即，密封长度)的影响。优选地没有密封，因为如果槽必须允许在叶片的径向外侧上的密封，这会减少压力介质控制阀腔26的可用空间。虽然如此，仍能够明确地在本发明的范围内设置密封。
[0038]如图2所示，气门正时控制装置的另一个部件包括定子40。定子40借助于传动元件(未示出)被传动连接至曲轴(同样未示出)。这在图3中用箭头42表示。定子40包括柱形定子基部44和从基部44径向向内突出的辐板46。这些辐板46被间隔开，在两个辐板46之间的这些空间48中的一个空间中，锁定销孔50被构造为接纳压力介质控制阀28的锁定销52 (图4至8所示)，由此相对于定子40锁定转子10的位置(见图4、5和8)。
[0039]如图2所示，优选地，定心槽54也形成在定子40的外表面56上，接近锁定销孔50。如在下文更加全面地说明，在发动机的一些工作阶段中，当转子10处于相对于定子40的一些位置时，该定心槽54工作以使压力介质能够沿着定子10中的定心槽54移动至转子10上的定心槽34以及移动至压力介质控制阀腔26。
[0040]转子10和定子40中的一个或两者均可以被烧结成，此时形成槽34、54。尽管图1和2示出了在转子10和定子40中的每一个上均设有定心槽34、54，但同样在在本发明范围内的是，在这些部件中的仅一个上诸如定子40上设置定心槽和/或提供和与本文描述的定心槽34、54完全不同的流体通道，只要一些形式的流路被设置成从存在于叶片14和辐板46之间的压力腔60、62至压力介质控制阀腔26。
[0041]此外，尽管本文中使用了术语“定心”，但必须认识到，锁定销孔50不必(且最可能地不会被)恰好设置在定子40的两个相邻辐板46之间；然而优选地，该锁定销孔50被设置在转子10的完全迟滞位置和完全提前位置之间的某个中间位置处。
[0042]图3示出了与定子40接合的转子10。具体地，转子10和定子40被彼此接合使得定心槽34、54彼此面对(即转子10的外表面36面对定子40的外表面)。如图3所示，转子10和定子40相对于彼此同轴，且转子10的每一个叶片都被置于定子40的两个相邻辐板46之间。因此，在每一个叶片14和辐板46之间设有压力腔60、62。转子10对每一个压力腔60、62均提供至少一个流路，使得压力介质能够在每一个压力腔60、62和液压缸32之间来回流动(见图4)。更具体地，转子10的内部通道16、18、20被构造为使得在转子10的叶片14和定子40的辐板46之间布置有两组压力腔60，62，其中每隔一个腔60是迟滞压力通道，而其余压力腔62是提前压力通道。在操作中，在提前腔62中比在迟滞腔60中提供更大的压力介质压力，使得转子10相对于定子40顺时针转动。在这种情况下，受压缩的迟滞腔60中的压力介质将被排放到贮存器T中(如在图4中箭头70所示)。另一方面，在迟滞腔60中比在提前腔62中提供更大的压力介质压力导致转子10相对于定子40逆时针转动。在这种情况下，来自受压缩的提前腔62中的压力介质会被排放到贮存器T中(如在图4中箭头70所示)。
[0043]图4为沿着图3中的线4-4的剖面图。如图所示，转子10以扭转刚性的方式被连接到凸轮轴64。凸轮轴64包括一个或更多个凸轮凸部66 (图4示出了其中之一)，该凸轮凸部66被构造为推靠换气气门(未不出)以将换气气门打开。液压阀32被布置在凸轮轴64中，接近转子10。液压阀32是常规的，因此在图4中仅大体上以单件的形式示出。液压阀32经由电子装置控制以有效地允许压力介质的受控流动，以控制凸轮轴64。更具体地，泵(未示出)工作以将压力介质提供至液压阀(如图4中箭头68所示)，并且液压阀排出至贮存器T。
[0044]现在将参照图4更加详细地说明压力介质控制阀28。如图所示，压力介质控制阀28包括锁定销52。优选地，锁定销52是大体上的柱形，且为大致非阶形的，但具有头部72。该锁定销52还包括具有内台肩76的通孔74。如下文更加全面地说明，该通孔使得压力介质能够流过锁定销52。
[0045]压力介质控制阀28还包括:帽78，其与固定于定子40的盖80抵接；以及偏压部件，例如压缩弹簧82，其构造为接合锁定销52且推动锁定销52以与定子40中的锁定销孔50接合(见图4、5、8)，从而相对于定子40有效地锁定转子10的位置。优选地，锁定销52的接合在锁定销孔50中的部分84具有与锥形相对的柱形外表面；然而，可以使用锥形锁定销，这仍在本发明的范围内。无论如何，压缩弹簧82的一端接合锁定销52的内台肩76，而压缩弹簧82的另一端88接合帽78。虽然压缩弹簧82的端部86示出为接合锁定销52中的内台肩76，压缩弹簧82的该端部86可接合锁定销52的背面，其中压缩弹簧82的另一端88接合在被设置在帽78中的凹部中。在本发明的范围内，压缩弹簧82可以用很多种方法实施。事实上，虽然偏压部件在图4至8中被描绘为压缩弹簧82，但偏压部件可以采取其他形式，只要锁定销52被朝向设置在定子40中的锁定销孔50推压。
[0046]如图4至8所示，转子10设有至少一个通向压力介质控制阀腔26的流体通道30。由此，压力介质可以在液压阀32 (见图4)和压力介质控制阀腔26之间、通过转子10、沿着至少一个环形通道16来回流动。此外，转子10设有至少一个附加的通道92，该通道92被构造允许压力介质能够从压力介质控制阀腔26排至曲柄箱。此外，来自液压阀32的流通到由曲柄箱建立的贮存器T。如在下文中更加详细地说明，压力介质有时推锁定销52的头部72以克服压缩弹簧82的力，使得锁定销52退回且从锁定销孔50离开，由此将转子10从定子40释放使得转子10能够相对于定子40枢转。
[0047]现在将参考图5-11描述在发动机的一些工作阶段中压力介质控制阀28的操作以及压力介质的流动。
[0048]图5示出了在发动机启动期间压力介质控制阀28的状态。如图所示,压力介质控制阀28处于无效位置，在此期间，压缩弹簧82推动锁定销52以与定子40的锁定销孔50接合。此时，压力介质可以从压力介质控制阀腔26排出(如在图5和9中箭头94所示)至液压阀32 (见图4)。此外，如图9所示，压力介质被节流(throttle)至提前腔60和迟滞腔62 (即，节流至每一个叶片14的两侧)(如图9中箭头95所示)，而由于转子10的位置使得转子10的叶片24覆盖定子40上的定心槽54，定子40上定心槽54相对于压力腔60，62封闭。
[0049]图6示意了在发动机运行时压力介质控制阀28的状态。如图所示，压力介质被从液压阀32 (见图4)提供至压力介质控制阀腔26 (如箭头96所示)，从而克服了压缩弹簧82的偏压力，且锁定销52被推动脱离与定子40中的锁定销孔50的接合。锁定销52被移动而与帽78支承接触，这使得压力介质不能通过转子10排出(即通过通道92到达曲柄箱)。此时，转子10有效地从定子40解锁且相对于定子40自由枢转，如图10所示。
[0050]图7示出了发动机停机期间压力介质控制阀28的状态。如图所示，在发动机停机期间，压力介质控制阀8朝向其无效位置移动。压力介质从压力介质控制阀腔26通过转子10中的通道30 (如箭头98所示)排至液压阀32 (见图4)，且压缩弹簧82趋于推动锁定销52而导致锁定销52从帽78离开，由此打开泄漏通路。如图11所示，因为转子10相对于定子40枢转,不仅压力介质被节流至压力腔60、62 (如图11中箭头100所示),而且定子40中的定心槽54变得接通压力腔60、62中的压力介质。这形成了低压区域，该低压区域将转子10驱动至使得锁定销52变得与锁定销孔50对准的位置。由于转子10移动使得锁定销52最终与锁定销孔50对准，压力腔60、62中的压力介质能够沿着设置在定子40中的定心槽54 (如图11中箭头101所示)、沿着设置在转子10中的定心槽34、排至压力介质控制阀腔26 (如图7中箭头102所示)、穿过锁定销52中的通孔74、经过帽78 (如箭头104所示)、排出设在转子10中的通道92，被排至曲柄箱。
[0051]如图8所示，在发动机停机后的某一时刻，锁定销52变得与锁定销孔50对准且支承在锁定销孔50中。在此期间，残留在压力介质控制阀腔26中的任何压力介质均能够通过转子10中的通道30、92排出(至液压阀32(所述流体流动由图8中箭头106和图9中的箭头94标示)并且至曲柄箱(所述流体流动由图8中箭头108标示))。此时,如图9所示，转子10被相对于定子40定位成使得定子40中的定心槽54被转子10的位置所覆盖。因此，压力腔60、62不能通过定心槽34、54排出，并且压力介质被节流至压力腔60、62 (如图9中箭头95所示)。
[0052]虽然当转子10的位置经由锁定销52被相对于定子40锁定(或当锁定销52至少大体上与锁定销孔50对准时)，定心槽34、54能够通到压力腔60、62，如图10所示，优选地，转子10和定子40上的定心槽34、54被构造为使得它们在转子10处于完全提前位置或完全迟滞位置时彼此流体连通。
[0053]在图1和2中，转子10和定子40上的定心槽34、54被描绘为设置在转子10和定子40的外表面36、56上的较窄的、大体上线性的凹部，这些流路可以采取很多其他形式。例如，图12中示出了设有槽34的部位在转子10上更大，而图13示出设有槽54的部位在定子40上更大。图14示出了这样的示例，其中在定子40上设有大的槽34，而在转子10上设有小的槽54。如上所述，背离压力腔60、62引导的流路可以采取许多形式。
[0054]通过提供这样的机构，该机构在发动机的一些工作状态中趋于导致转子10移动至使得锁定销52变得与定子40中的锁定销孔50对准的位置，本发明提供了诸多优点。由于锁定销52为压力介质控制阀28的一部分，其中压力介质能够通过该压力介质控制阀28从压力腔60、62排出，而在发动机的一些工作阶段中提供了额外的优点。这些优点中的许多优点已在上文中说明。
[0055]已说明的实施例只涉及示例性构造。针对不同实施例描述的特征的组合也是可以的。属于本发明的装置部件的额外特征，特别是尚未说明的特征能够从图中所示的装置部件的几何构造中得出。
[0056]尽管已经示出和说明了本发明的具体实施例，但预期在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员能够设想出各种修改。
【权利要求】
1.一种用于内燃机的气门正时控制装置，所述气门正时控制装置包括: 连接到凸轮轴的转子，所述转子包括多个叶片； 与所述转子接合的定子，所述定子包括多个辐板，其中所述转子和所述定子中的至少一个包括定心槽，并且其中在每一个所述辐板和叶片之间设有腔； 压力介质控制阀，所述压力介质控制阀被布置于所述转子的所述叶片中的一个叶片中，其中所述压力介质控制阀被构造为选择性地锁定和解锁所述转子相对于所述定子的位置，其中所述气门正时控制装置被构造为使得所述腔能够根据所述转子的位置而通过所述定心槽且随后通过所述压力介质控制阀进行排泄。
2.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，在所述转子和所述定子两者上均设有定心槽。
3.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，所述转子被构造为能够定位成使得所述定心槽不能通到所述腔。
4.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，所述转子被构造为能够定位成至少部分地覆盖所述定子上的所述定心槽。
5.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，所述转子被构造为能够定位成完全地覆盖所述定子上的所述定心槽。
6.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，所述压力介质控制阀包括锁定销和朝向所述定子推压所述锁 定销的偏压部件。
7.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，所述压力介质控制阀包括锁定销，其中所述锁定销被构造为提供穿过该锁定销的压力介质流路。
8.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，所述压力介质控制阀包括锁定销，其中所述锁定销的一部分与所述定子接合，其中所述部分是柱形的。
9.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述压力介质控制阀包括锁定销，其中所述转子被构造为提供压力介质流路，其中所述锁定销能够移位以打开和关闭所述压力介质流路。
10.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述压力介质控制阀包括锁定销，其中所述锁定销是非阶形的但包括头部。
11.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述压力介质控制阀被布置在所述转子的所述至少一个叶片中的压力介质控制阀腔内，其中所述定心槽被设置在所述转子的所述至少一个叶片的与所述压力介质控制阀腔接近的表面上。
12.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述定子包括锁定销孔，其中所述压力介质控制阀包括与所述锁定销孔接合的锁定销，且所述定心槽被设置在所述定子的与所述锁定销孔接近的表面上。
13.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述气门正时控制装置进一步包括锁定销，其中所述压力介质控制阀被构造为存在于这样的状态，在该状态下所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子接合且相对于所述定子锁定所述转子的位置，压力介质能从所述压力介质控制阀被排出所述转子，压力介质被节流至所述腔，且所述转子被定位成使得所述定心槽不能通到所述腔。
14.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述气门正时控制装置进一步包括锁定销，其中所述气门正时控制装置被构造为存在于这样的状态，在该状态下所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子脱离接合，且所述压力介质控制阀被构造为防止压力介质从所述压力介质控制阀排出。
15.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述气门正时控制装置进一步包括锁定销，其中所述气门正时控制装置被构造为存在于这样的状态，在该状态下所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子脱离接合，从而允许所述转子能够相对于所述定子移动，其中所述转子被定位成使得所述定心槽能够通到至少一个所述腔，且所述压力介质控制阀被构造为使得压力介质能够从所述至少一个腔排出、沿着所述定心槽进入所述压力介质控制阀并且被排出所述转子。
16.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述气门正时控制装置进一步包括锁定销，其中所述压力介质控制阀被构造为存在于这样的状态，在该状态下所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子接合，从而相对于所述定子锁定所述转子的位置，所述压力介质控制阀被构造为使得压力介质能够从所述压力介质控制阀排出，压力介质被节流至所述腔，且所述转子被定位成使得所述定心槽不能通到所述腔。
17.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述气门正时控制装置进一步包括锁定销，其中所述压力介质控制阀被构造为存在于第一状态、第二状态、第三状态和第四状态，其中: 在所述第一状态期间，所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子接合且相对于所述定子锁定所述转子的位置，压力介质能够从所述压力介质控制阀被排出所述转子，压力介质被节流至所述腔，且所述转子被定位成使得所述定心槽不能通到所述腔； 在所述第二状态期间，所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子脱离接合，并且所述压力介质控制阀被构造为防止压力介质从所述压力介质控制阀排出； 在所述第三状态期间，所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子脱离接合，从而允许所述转子能够相对于所述定子移动，其中所述转子被定位成使得所述定心槽能够通到至少一个所述腔，且所述压力介质控制阀被构造为使得压力介质能够从所述至少一个腔排出、沿着所述定心槽进入所述压力介质控制阀且被排出所述转子；且 在所述第四状态期间，所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子接合，从而锁定所述转子相对于所述定子的位置，所述压力介质控制阀被构造为使得压力介质能够从所述压力介质控制阀被排出，压力介质被节流至所述腔，且所述转子被定位成使得所述定心槽不能通到所述腔。
【文档编号】F01L1/46GK103670574SQ201310384589
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2012年9月21日
【发明者】詹姆斯·安东尼·摩尔黑德, 韦斯·吉泽威斯基, 约翰·斯奈德, 乔·S·科尔, 杰克·道尔·哈奇森, 史蒂夫·南希 申请人:德国海利特有限公司
【专利摘要】本发明提供了一种用于内燃机的定心槽。具体公开了用于内燃机的气门正时控制装置，所述气门正时控制装置包括与凸轮轴连接且具有多个叶片的转子。定子与转子接合，且包括多个辐板。压力腔设在每一个辐板和叶片之间。定心槽设在定子和/或转子上。压力介质控制阀被置于转子的一个叶片内，且被构造为不仅相对于定子选择性地锁定和解锁转子的位置，而且还被构造为使得压力腔中的压力介质能够通过定心槽且随后通过压力介质控制阀排出。
【专利说明】用于内燃机的定心槽
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内燃机的凸轮相位器，其中设有定心槽，该定心槽取决于内燃机的工作阶段而在指定时间趋于使转子相对于定子定心且锁定。
【背景技术】
[0002]典型的内燃机设有曲轴，该曲轴使用链条或传动带来驱动传动轮。定子以扭转刚性方式连接至传动轮。由此，定子通过该传动元件元件和传动轮被传动连接至曲轴。
[0003]相应的转子与定子接合，且以扭转刚性方式与曲轴接合。曲轴上设有凸轮凸部，该凸轮凸部推靠换气气门以打开换气气门。通过旋转曲轴，换气气门的打开和关闭时间点被转换使得内燃机提供其在相应的速度下的最优性能。
[0004]为优化内燃机的工作期间的性能，取决于转子相对于定子的相对位置，曲轴的角位置相对于传动轮被连续地变化。具体地，发动机的每分钟转数(RPM)和要求发动机产生的转矩及马力的量是正时调整的基础。这些调整在发动机运转时发生。这使得可变气门正时是可行的，因为进气门和排气门正时在整个RPM范围内被不断地调整。该性能益处包括发动机的效率和空转平滑度的提高。与带有常规气门定时的类似排量发动机相比，该发动机还可以提供更多的马力和转矩。这也允许该发动机具有提高的燃油经济性且使得发动机排放较少的碳氢化合物。
[0005]定子包括向定子中心轴线径向突出的辐板。在相邻的辐板之间形成中间空间，且压力介质通过液压阀被引导至这些空间。转子包括背离转子的中心轴线径向突出且在定子的相邻辐板之间伸出的叶片。转子的这些叶片将定子之间的中间空间再分为两个压力腔(通常分别被称为“A”和“B”)。为了改变在曲轴和传动轮之间的角位置，转子相对于定子旋转。为此目的，取决于每次所需的旋转方向，每隔一个压力腔("A"或"B")中的压力介质被施压，而其他压力腔("B"或"A")则向贮存器泄压。
[0006]在内燃机的一些工作状态下，变得有必要相对于定子锁定转子的位置。为此目的，锁定销形式的气门正时控制装置可以被用于该转子以锁定到在定子上设置的相应孔中。
[0007]很多凸轮相位锁定系统的锁定销允许通过一个腔的压力将锁定销保持在解锁位置。如果使用阶形锁定销，压力也可以来自两个腔，因为阶形锁定销的“台阶”将两个腔彼此隔开。
[0008]凸轮相位系统中的典型问题包括但不局限于:
[0009]当压力介质是冷的时，不能锁定或锁定低效；
[0010]在迟滞和/或提前腔内的残余压力(由于凸轮轴的转矩反向(可能由换气气门的弹簧力导致))趋向于将该销解锁，尤其当发动机点火关闭但曲轴还在旋转时。
[0011]当发动机被关闭时不能锁定或锁定低效；以及
[0012]当压力介质变热有时会泄漏，从而导致泵传递较小的压力，这影响凸轮相位器以及锁定销的操作，其中因低的压力介质压力而可能存在不能锁定或锁定低效。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于提供一种改进的气门正时控制装置，具体地提供一种凸轮相位器，该凸轮相位器提供定心槽，所述定心槽趋于在相对于发动机的工作状态的期望时间自然地使转子相对于定子定心并锁定。
[0014]在本发明的一个示例性实施例中，定心机构被关于转子相对于定子的位置来设置。具体地，定心槽被设置在转子和/或定子上，并提供了从迟滞腔和提前腔通过压力介质控制阀的压力介质泄漏通道。这趋向于使转子相对于定子定心并锁定转子。
[0015]因此，本发明提供了在控制信号中断情况(B卩，施加到执行机构的零占空比或电流)下的故障防护锁定机构。
[0016]与许多其它中间锁定凸轮相位器系统相比，本发明还允许低的部件数和降低的复杂度。
[0017]本发明还允许关于锁定位置的提前和迟滞的扩展的工作范围。
[0018]本发明允许当发动机关闭时的有效锁定，即使当压力介质是冷的时或者当压力介质压力降低时同样如此。
[0019]进一步地，本发明使得锁定销并不趋于因迟滞和/或提前腔内含有残余压力而被解锁。
[0020]本发明另外的优点可以从本发明权利要求书、说明书和附图中得到。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]下文中将结合【专利附图】
【附图说明】本发明，其中同样的附图标记表示同样的元件，且:
[0022]图1为根据本发明实施例的气门正时控制装置的转子部件的透视图；
[0023]图2为气门正时控制装置的定子部件的正视图；
[0024]图3示出了彼此接合的转子和定子；
[0025]图4为沿图3中的线4-4的剖视图，示出了气门正时控制装置的压力介质控制阀部件、以及凸轮轴以及液压阀；
[0026]图5至图8示出了在发动机的各个工作阶段期间压力介质控制阀的各个状态；
[0027]图9示出了转子相对于定子的定向，在该时间点期间，定心槽被堵塞；
[0028]图10和11示出了转子相对于定子的方向，在该时间点期间，能够通到定心槽；
[0029]图12示出了具有大的槽(即流路)的替代转子；
[0030]图13示出了具有大的槽(即流路)的替代定子；且
[0031]图14示出了与图1的转子一起使用的图13中的定子。
【具体实施方式】
[0032]尽管本发明可易于实现为不同形式的实施例，已在附图中示出且在本文中将详细说明具体的实施例，应理解本公开被认为是本发明原理的例示，而并不意图将本发明限制于所例示的内容。
[0033]本发明的实施例提供了一种与内燃机一起使用的气门正时控制装置，具体地提供了一种凸轮相位器。
[0034]如图1所示，气门正时控制装置的部件之一包括转子10。转子10包括轮毂12以及背离轮毂12径向突出的叶片14。转子10还包括环形通道16，环形通道16与通向转子10的外表面22的附加通道18、20 (见图3)相连通。如将要说明的，这些通道16、18、20提供了用于压力介质的流路。
[0035]转子10还包括位于其叶片14之一(24)内的压力介质控制阀腔26。如图4至8所示，压力介质控制阀28被置于该腔26内，且转子10提供至少一个内部流体通道30，该至少一个内部流体通道30通到腔26且与被设在转子10的轮毂12内的环形通道16中的至少一个相连通。因此，压力介质能够在压力介质控制阀28和液压阀32之间来回流动(如图4所示)。
[0036]如图1所示，在转子10的叶片24的外表面36上形成的定心槽34接近压力介质控制阀腔26并且与之流体连通。如在下文更全面地说明的，在发动机的一些工作阶段中，当转子10处于相对于定子40的一些位置时，该定心槽34使得压力介质能够沿着定心槽34移动至压力介质控制阀28。
[0037]优选地，转子10在其外侧上没有密封。相反地，优选地密封受到叶片长度(即，密封长度)的影响。优选地没有密封，因为如果槽必须允许在叶片的径向外侧上的密封，这会减少压力介质控制阀腔26的可用空间。虽然如此，仍能够明确地在本发明的范围内设置密封。
[0038]如图2所示，气门正时控制装置的另一个部件包括定子40。定子40借助于传动元件(未示出)被传动连接至曲轴(同样未示出)。这在图3中用箭头42表示。定子40包括柱形定子基部44和从基部44径向向内突出的辐板46。这些辐板46被间隔开，在两个辐板46之间的这些空间48中的一个空间中，锁定销孔50被构造为接纳压力介质控制阀28的锁定销52 (图4至8所示)，由此相对于定子40锁定转子10的位置(见图4、5和8)。
[0039]如图2所示，优选地，定心槽54也形成在定子40的外表面56上，接近锁定销孔50。如在下文更加全面地说明，在发动机的一些工作阶段中，当转子10处于相对于定子40的一些位置时，该定心槽54工作以使压力介质能够沿着定子10中的定心槽54移动至转子10上的定心槽34以及移动至压力介质控制阀腔26。
[0040]转子10和定子40中的一个或两者均可以被烧结成，此时形成槽34、54。尽管图1和2示出了在转子10和定子40中的每一个上均设有定心槽34、54，但同样在在本发明范围内的是，在这些部件中的仅一个上诸如定子40上设置定心槽和/或提供和与本文描述的定心槽34、54完全不同的流体通道，只要一些形式的流路被设置成从存在于叶片14和辐板46之间的压力腔60、62至压力介质控制阀腔26。
[0041]此外，尽管本文中使用了术语“定心”，但必须认识到，锁定销孔50不必(且最可能地不会被)恰好设置在定子40的两个相邻辐板46之间；然而优选地，该锁定销孔50被设置在转子10的完全迟滞位置和完全提前位置之间的某个中间位置处。
[0042]图3示出了与定子40接合的转子10。具体地，转子10和定子40被彼此接合使得定心槽34、54彼此面对(即转子10的外表面36面对定子40的外表面)。如图3所示，转子10和定子40相对于彼此同轴，且转子10的每一个叶片都被置于定子40的两个相邻辐板46之间。因此，在每一个叶片14和辐板46之间设有压力腔60、62。转子10对每一个压力腔60、62均提供至少一个流路，使得压力介质能够在每一个压力腔60、62和液压缸32之间来回流动(见图4)。更具体地，转子10的内部通道16、18、20被构造为使得在转子10的叶片14和定子40的辐板46之间布置有两组压力腔60，62，其中每隔一个腔60是迟滞压力通道，而其余压力腔62是提前压力通道。在操作中，在提前腔62中比在迟滞腔60中提供更大的压力介质压力，使得转子10相对于定子40顺时针转动。在这种情况下，受压缩的迟滞腔60中的压力介质将被排放到贮存器T中(如在图4中箭头70所示)。另一方面，在迟滞腔60中比在提前腔62中提供更大的压力介质压力导致转子10相对于定子40逆时针转动。在这种情况下，来自受压缩的提前腔62中的压力介质会被排放到贮存器T中(如在图4中箭头70所示)。
[0043]图4为沿着图3中的线4-4的剖面图。如图所示，转子10以扭转刚性的方式被连接到凸轮轴64。凸轮轴64包括一个或更多个凸轮凸部66 (图4示出了其中之一)，该凸轮凸部66被构造为推靠换气气门(未不出)以将换气气门打开。液压阀32被布置在凸轮轴64中，接近转子10。液压阀32是常规的，因此在图4中仅大体上以单件的形式示出。液压阀32经由电子装置控制以有效地允许压力介质的受控流动，以控制凸轮轴64。更具体地，泵(未示出)工作以将压力介质提供至液压阀(如图4中箭头68所示)，并且液压阀排出至贮存器T。
[0044]现在将参照图4更加详细地说明压力介质控制阀28。如图所示，压力介质控制阀28包括锁定销52。优选地，锁定销52是大体上的柱形，且为大致非阶形的，但具有头部72。该锁定销52还包括具有内台肩76的通孔74。如下文更加全面地说明，该通孔使得压力介质能够流过锁定销52。
[0045]压力介质控制阀28还包括:帽78，其与固定于定子40的盖80抵接；以及偏压部件，例如压缩弹簧82，其构造为接合锁定销52且推动锁定销52以与定子40中的锁定销孔50接合(见图4、5、8)，从而相对于定子40有效地锁定转子10的位置。优选地，锁定销52的接合在锁定销孔50中的部分84具有与锥形相对的柱形外表面；然而，可以使用锥形锁定销，这仍在本发明的范围内。无论如何，压缩弹簧82的一端接合锁定销52的内台肩76，而压缩弹簧82的另一端88接合帽78。虽然压缩弹簧82的端部86示出为接合锁定销52中的内台肩76，压缩弹簧82的该端部86可接合锁定销52的背面，其中压缩弹簧82的另一端88接合在被设置在帽78中的凹部中。在本发明的范围内，压缩弹簧82可以用很多种方法实施。事实上，虽然偏压部件在图4至8中被描绘为压缩弹簧82，但偏压部件可以采取其他形式，只要锁定销52被朝向设置在定子40中的锁定销孔50推压。
[0046]如图4至8所示，转子10设有至少一个通向压力介质控制阀腔26的流体通道30。由此，压力介质可以在液压阀32 (见图4)和压力介质控制阀腔26之间、通过转子10、沿着至少一个环形通道16来回流动。此外，转子10设有至少一个附加的通道92，该通道92被构造允许压力介质能够从压力介质控制阀腔26排至曲柄箱。此外，来自液压阀32的流通到由曲柄箱建立的贮存器T。如在下文中更加详细地说明，压力介质有时推锁定销52的头部72以克服压缩弹簧82的力，使得锁定销52退回且从锁定销孔50离开，由此将转子10从定子40释放使得转子10能够相对于定子40枢转。
[0047]现在将参考图5-11描述在发动机的一些工作阶段中压力介质控制阀28的操作以及压力介质的流动。
[0048]图5示出了在发动机启动期间压力介质控制阀28的状态。如图所示,压力介质控制阀28处于无效位置，在此期间，压缩弹簧82推动锁定销52以与定子40的锁定销孔50接合。此时，压力介质可以从压力介质控制阀腔26排出(如在图5和9中箭头94所示)至液压阀32 (见图4)。此外，如图9所示，压力介质被节流(throttle)至提前腔60和迟滞腔62 (即，节流至每一个叶片14的两侧)(如图9中箭头95所示)，而由于转子10的位置使得转子10的叶片24覆盖定子40上的定心槽54，定子40上定心槽54相对于压力腔60，62封闭。
[0049]图6示意了在发动机运行时压力介质控制阀28的状态。如图所示，压力介质被从液压阀32 (见图4)提供至压力介质控制阀腔26 (如箭头96所示)，从而克服了压缩弹簧82的偏压力，且锁定销52被推动脱离与定子40中的锁定销孔50的接合。锁定销52被移动而与帽78支承接触，这使得压力介质不能通过转子10排出(即通过通道92到达曲柄箱)。此时，转子10有效地从定子40解锁且相对于定子40自由枢转，如图10所示。
[0050]图7示出了发动机停机期间压力介质控制阀28的状态。如图所示，在发动机停机期间，压力介质控制阀8朝向其无效位置移动。压力介质从压力介质控制阀腔26通过转子10中的通道30 (如箭头98所示)排至液压阀32 (见图4)，且压缩弹簧82趋于推动锁定销52而导致锁定销52从帽78离开，由此打开泄漏通路。如图11所示，因为转子10相对于定子40枢转,不仅压力介质被节流至压力腔60、62 (如图11中箭头100所示),而且定子40中的定心槽54变得接通压力腔60、62中的压力介质。这形成了低压区域，该低压区域将转子10驱动至使得锁定销52变得与锁定销孔50对准的位置。由于转子10移动使得锁定销52最终与锁定销孔50对准，压力腔60、62中的压力介质能够沿着设置在定子40中的定心槽54 (如图11中箭头101所示)、沿着设置在转子10中的定心槽34、排至压力介质控制阀腔26 (如图7中箭头102所示)、穿过锁定销52中的通孔74、经过帽78 (如箭头104所示)、排出设在转子10中的通道92，被排至曲柄箱。
[0051]如图8所示，在发动机停机后的某一时刻，锁定销52变得与锁定销孔50对准且支承在锁定销孔50中。在此期间，残留在压力介质控制阀腔26中的任何压力介质均能够通过转子10中的通道30、92排出(至液压阀32(所述流体流动由图8中箭头106和图9中的箭头94标示)并且至曲柄箱(所述流体流动由图8中箭头108标示))。此时,如图9所示，转子10被相对于定子40定位成使得定子40中的定心槽54被转子10的位置所覆盖。因此，压力腔60、62不能通过定心槽34、54排出，并且压力介质被节流至压力腔60、62 (如图9中箭头95所示)。
[0052]虽然当转子10的位置经由锁定销52被相对于定子40锁定(或当锁定销52至少大体上与锁定销孔50对准时)，定心槽34、54能够通到压力腔60、62，如图10所示，优选地，转子10和定子40上的定心槽34、54被构造为使得它们在转子10处于完全提前位置或完全迟滞位置时彼此流体连通。
[0053]在图1和2中，转子10和定子40上的定心槽34、54被描绘为设置在转子10和定子40的外表面36、56上的较窄的、大体上线性的凹部，这些流路可以采取很多其他形式。例如，图12中示出了设有槽34的部位在转子10上更大，而图13示出设有槽54的部位在定子40上更大。图14示出了这样的示例，其中在定子40上设有大的槽34，而在转子10上设有小的槽54。如上所述，背离压力腔60、62引导的流路可以采取许多形式。
[0054]通过提供这样的机构，该机构在发动机的一些工作状态中趋于导致转子10移动至使得锁定销52变得与定子40中的锁定销孔50对准的位置，本发明提供了诸多优点。由于锁定销52为压力介质控制阀28的一部分，其中压力介质能够通过该压力介质控制阀28从压力腔60、62排出，而在发动机的一些工作阶段中提供了额外的优点。这些优点中的许多优点已在上文中说明。
[0055]已说明的实施例只涉及示例性构造。针对不同实施例描述的特征的组合也是可以的。属于本发明的装置部件的额外特征，特别是尚未说明的特征能够从图中所示的装置部件的几何构造中得出。
[0056]尽管已经示出和说明了本发明的具体实施例，但预期在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员能够设想出各种修改。
【权利要求】
1.一种用于内燃机的气门正时控制装置，所述气门正时控制装置包括: 连接到凸轮轴的转子，所述转子包括多个叶片； 与所述转子接合的定子，所述定子包括多个辐板，其中所述转子和所述定子中的至少一个包括定心槽，并且其中在每一个所述辐板和叶片之间设有腔； 压力介质控制阀，所述压力介质控制阀被布置于所述转子的所述叶片中的一个叶片中，其中所述压力介质控制阀被构造为选择性地锁定和解锁所述转子相对于所述定子的位置，其中所述气门正时控制装置被构造为使得所述腔能够根据所述转子的位置而通过所述定心槽且随后通过所述压力介质控制阀进行排泄。
2.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，在所述转子和所述定子两者上均设有定心槽。
3.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，所述转子被构造为能够定位成使得所述定心槽不能通到所述腔。
4.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，所述转子被构造为能够定位成至少部分地覆盖所述定子上的所述定心槽。
5.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，所述转子被构造为能够定位成完全地覆盖所述定子上的所述定心槽。
6.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，所述压力介质控制阀包括锁定销和朝向所述定子推压所述锁 定销的偏压部件。
7.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，所述压力介质控制阀包括锁定销，其中所述锁定销被构造为提供穿过该锁定销的压力介质流路。
8.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中，所述压力介质控制阀包括锁定销，其中所述锁定销的一部分与所述定子接合，其中所述部分是柱形的。
9.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述压力介质控制阀包括锁定销，其中所述转子被构造为提供压力介质流路，其中所述锁定销能够移位以打开和关闭所述压力介质流路。
10.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述压力介质控制阀包括锁定销，其中所述锁定销是非阶形的但包括头部。
11.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述压力介质控制阀被布置在所述转子的所述至少一个叶片中的压力介质控制阀腔内，其中所述定心槽被设置在所述转子的所述至少一个叶片的与所述压力介质控制阀腔接近的表面上。
12.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述定子包括锁定销孔，其中所述压力介质控制阀包括与所述锁定销孔接合的锁定销，且所述定心槽被设置在所述定子的与所述锁定销孔接近的表面上。
13.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述气门正时控制装置进一步包括锁定销，其中所述压力介质控制阀被构造为存在于这样的状态，在该状态下所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子接合且相对于所述定子锁定所述转子的位置，压力介质能从所述压力介质控制阀被排出所述转子，压力介质被节流至所述腔，且所述转子被定位成使得所述定心槽不能通到所述腔。
14.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述气门正时控制装置进一步包括锁定销，其中所述气门正时控制装置被构造为存在于这样的状态，在该状态下所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子脱离接合，且所述压力介质控制阀被构造为防止压力介质从所述压力介质控制阀排出。
15.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述气门正时控制装置进一步包括锁定销，其中所述气门正时控制装置被构造为存在于这样的状态，在该状态下所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子脱离接合，从而允许所述转子能够相对于所述定子移动，其中所述转子被定位成使得所述定心槽能够通到至少一个所述腔，且所述压力介质控制阀被构造为使得压力介质能够从所述至少一个腔排出、沿着所述定心槽进入所述压力介质控制阀并且被排出所述转子。
16.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述气门正时控制装置进一步包括锁定销，其中所述压力介质控制阀被构造为存在于这样的状态，在该状态下所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子接合，从而相对于所述定子锁定所述转子的位置，所述压力介质控制阀被构造为使得压力介质能够从所述压力介质控制阀排出，压力介质被节流至所述腔，且所述转子被定位成使得所述定心槽不能通到所述腔。
17.如权利要求1所述的气门正时控制装置，其中所述气门正时控制装置进一步包括锁定销，其中所述压力介质控制阀被构造为存在于第一状态、第二状态、第三状态和第四状态，其中: 在所述第一状态期间，所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子接合且相对于所述定子锁定所述转子的位置，压力介质能够从所述压力介质控制阀被排出所述转子，压力介质被节流至所述腔，且所述转子被定位成使得所述定心槽不能通到所述腔； 在所述第二状态期间，所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子脱离接合，并且所述压力介质控制阀被构造为防止压力介质从所述压力介质控制阀排出； 在所述第三状态期间，所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子脱离接合，从而允许所述转子能够相对于所述定子移动，其中所述转子被定位成使得所述定心槽能够通到至少一个所述腔，且所述压力介质控制阀被构造为使得压力介质能够从所述至少一个腔排出、沿着所述定心槽进入所述压力介质控制阀且被排出所述转子；且 在所述第四状态期间，所述压力介质控制阀的所述锁定销与所述定子接合，从而锁定所述转子相对于所述定子的位置，所述压力介质控制阀被构造为使得压力介质能够从所述压力介质控制阀被排出，压力介质被节流至所述腔，且所述转子被定位成使得所述定心槽不能通到所述腔。
【文档编号】F01L1/46GK103670574SQ201310384589
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2012年9月21日
【发明者】詹姆斯·安东尼·摩尔黑德, 韦斯·吉泽威斯基, 约翰·斯奈德, 乔·S·科尔, 杰克·道尔·哈奇森, 史蒂夫·南希 申请人:德国海利特有限公司
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