高频切换可变凸轮正时移相器的制作方法

本发明涉及一种用于内燃机的可变凸轮正时移相器装置，以及一种使用这种可变凸轮正时移相器控制内燃机中的凸轮轴的正时的方法。本发明还涉及一种内燃机以及一种包括这种可变凸轮正时移相器装置的车辆。

背景技术：

内燃机中的阀用于调节进入发动机汽缸的进气和排气的流量。内燃机中的进气和排气阀的打开和关闭通常由一个或多个凸轮轴驱动。由于阀控制空气进入发动机汽缸和从发动机汽缸排出的流量，因此至关重要的是它们在汽缸活塞的每个行程期间在适当的时间打开和关闭。出于这个原因，每个凸轮轴通常经由同步带或正时链由曲柄轴驱动。但是，最佳气门正时根据发动机负载而变化。在传统的凸轮轴装置中，气门正时由凸轮轴和曲柄轴的关系固定地确定，因此正时并非在整个发动机操作范围内都被优化，导致受损的性能、更低的燃料经济性和/或更大的排放。因此，已经开发根据发动机状况改变气门正时的方法。

一种这样的方法是液压可变凸轮移相(hvcp)。hvcp是通过允许对发动机阀重叠和正时进行连续和广泛设定来提高发动机整体性能的最有效策略之一。因此，其已成为现代压缩点火和火花点火发动机中常用的技术。

油压致动和凸轮扭矩致动的液压可变凸轮移相器在本领域中是已知的。

油压致动的hvcp设计包括转子和分别安装在凸轮轴和凸轮链轮上的定子和转子。液压油经由油控制阀馈送给转子。当开始移相时，油控制阀被定位以将油流引导到形成在转子与定子之间的提前室，或者形成在转子与定子之间的延迟室。由此产生的提前室与延迟室之间的油压差使转子相对于定子旋转。根据选定的油控制阀的位置，这可以提前或延迟凸轮轴的正时。

油控制阀通常是三位置柱形阀，其可以被居中地定位，即与凸轮轴同轴，或被远离地定位，即作为hvcp装置的非旋转部件。该油控制阀通常由可变力螺线管(vfs)调整，该可变力螺线管(当油控制阀被居中地安装时)相对于旋转凸轮移相器是静止的。可变力螺线管和柱形阀具有三个操作位置：一个用于向提前室提供油、一个用于向延迟室提供油、一个用于向两个腔室补充油(即保持位置)。

已建立的油压致动hvcp技术在改变气门正时方面是有效的，但具有相对较慢的移相速度和高油耗。因此，hvcp技术的最新迭代利用称为凸轮扭矩致动(cta)的技术。随着凸轮轴旋转，凸轮轴上的扭矩以正弦方式在正扭矩与负扭矩之间周期性地变化。凸轮扭矩变化的确切周期、大小和形状取决于许多因素，包括由凸轮轴调节的阀的数量和发动机旋转频率。正凸轮扭矩抵抗凸轮旋转，而负凸轮扭矩有助于凸轮旋转。凸轮扭矩致动的移相器利用这些周期性扭矩变化来使转子沿选定的方向旋转，由此提前或延迟凸轮轴正时。原则上它们作为“液压棘轮”操作，允许流体沿单个方向从一个腔室流到另一个腔室，这是由于扭矩作用在腔室中的油上并引起周期性的压力波动。通过止回阀阻止流体的反向流动。因此，在扭矩沿相关方向作用的每个周期，转子将相对于定子旋转地移位，但是当扭矩沿相反方向周期性地作用时，转子将保持静止。以这种方式，转子可以相对于定子旋转，并且凸轮轴的正时可以提前或延迟。

因此，凸轮扭矩致动系统需要将止回阀放置在转子内部，以便实现“液压棘轮”效应。通常使用三位置柱形阀实现将油流引导至提前室、延迟室或两者/两者皆非(在保持位置)。该柱形阀可以被居中地定位，即与凸轮轴同轴，或者被远离地定位，即作为凸轮移相装置的非旋转部件。通常使用可变力螺线管将三位置柱形阀移动到三个操作位置中的每一个。

专利申请us2008/0135004描述了一种移相器，其包括壳体、转子、移相器控制阀(阀芯)和调节压力控制系统(rcps)。移相器可以是凸轮扭矩致动的移相器或油压启动的移相器。rpcs具有控制器，该控制器基于发动机参数向直接控制压力调节阀提供设定点、期望角度和信号。直接控制压力调节阀将供应压力调节到控制压力。控制压力将移相器控制阀芯与供应的压力成比例地移动到三个位置(提前、延迟和零位)中的一个位置。

尽管现有技术存在用于凸轮正时移相器的解决方案，仍然需要改进的凸轮正时移相器装置。特别地，仍然需要适用于商用车辆的凸轮正时移相器装置，与乘用车相比，商用车辆经常承受较重的发动机负载和较长的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的发明人已经认定现有技术中的一系列缺点，特别是涉及在商用车辆中使用现有凸轮移相器装置。已经发现，现有系统中的油控制阀(ocv)的三位置柱形阀必须被精确调节，因此对可能将阀芯堵塞在单个位置的杂质敏感。由于需要三位置调节，必须能够精确调节与油控制阀一起使用的螺线管或压力调节器以提供变化的力，以便获得三个位置。这给系统增加了相当大的机械复杂性，使其更加昂贵、对杂质更敏感并且不那么坚固。其还使控制凸轮移相器的例程更加复杂。

已经观察到，当油控制阀被螺线管致动并且被居中地安装时，螺线管销与油控制阀之间的接触是非静止的，因为油控制阀旋转并且螺线管销是静止的。这种滑动接触磨损接触表面，并且长期影响油控制阀的位置精度，这会影响凸轮移相器的性能。可变力螺线管本身的精度也必须保持很高，以确保对ocv的精确控制。

此外，现有凸轮移相器装置的漏油也是一个问题。油控制阀内部的交叉端口泄漏导致油从液压回路中逸出，并且由于减小的系统刚度而增加凸轮轴振荡。这种泄漏还影响凸轮移相器装置的油耗。已经观察到，用于调节油流量的三位置柱形阀提供了许多不同的泄漏路径，以使油从凸轮移相器腔室中逸出。最值得注意的是在阀是螺线管致动的情况下最靠近可变力螺线管的滑动接触表面，以及连接到通气口的端口。这种泄漏随着凸轮移相器腔室内的压力增加而增加，因为系统中的所有压力峰值必须被油控制阀吸收。这些压力峰值又取决于凸轮轴扭矩，对于商用车辆可能超过50巴。重型车辆的凸轮轴扭矩更高，导致更高的压力峰值和更多的泄漏。

已经观察到，利用被远离地安装的油控制阀的现有凸轮移相系统遭受甚至更大的系统泄漏，因为来自凸轮移相器的压力峰值必须在到达油控制阀之前通过凸轮轴轴颈轴承传递，因此增加了轴承泄漏。

此外，已经发现现有凸轮扭矩致动的移相系统的转子非常紧凑和复杂。必须将特殊设计的止回阀安装在转子中，以便与油控制阀配合。这种止回阀不如传统的止回阀耐用，并增加了额外的费用。而且，转子需要复杂的内部液压管道系统。由于这些要求，凸轮扭矩致动的凸轮移相器的制造需要特殊工具和组装。

可以看出，由于需要容纳固定的、被居中地安装的可变力螺线管，所以螺线管致动的被居中地安装的油控制阀需要在待安装的发动机顶部上具有额外的轴向空间。

因此，本发明的一目的是提供一种利用凸轮扭矩致动的可变凸轮正时移相器装置，其比已知的凸轮扭矩致动的凸轮移相器机械上更简单、更坚固并且更不易于漏油。

该目的通过根据所附权利要求的可变凸轮正时移相器装置来实现。

可变凸轮正时移相器装置包括：

转子，其具有至少一个叶片，转子设置成连接到凸轮轴；

定子，其同轴围绕转子，具有用于接收转子的该至少一个叶片的至少一个凹部，并且允许转子相对于定子的旋转运动，定子具有设置用于接收驱动力的外圆周；

其中该至少一个叶片将该至少一个凹部分成第一腔室和第二腔室，第一腔室和第二腔室设置成接收一定压力下的液压流体，其中将液压流体引入到第一腔室中使得转子相对于定子沿第一旋转方向移动，并且将液压流体引入到第二腔室中使得转子相对于定子沿第二旋转方向移动，第二旋转方向与第一旋转方向相反；

控制组件，其用于调节从第一腔室到第二腔室的液压流体流量，反之亦然。

控制组件包括：

开/关先导阀，其被居中地定位在转子或凸轮轴内，先导阀包括先导端口、第一流动端口和第二流动端口，第一流动端口与第一腔室流体连通，第二流动端口为与第二腔室流体连通，其中先导阀通过调节先导端口处的先导流体的压力而在打开状态与关闭状态之间可切换，其中在打开状态，先导阀允许第一腔室腔室与第二腔室之间的流体连通，并且在关闭状态，先导阀防止第一腔室与第二腔室之间的流体连通；以及

螺线管控制的致动器，其被远离可变凸轮正时移相器装置的旋转部件定位并且与先导阀的先导端口流体连通，螺线管控制的致动器具有至少两个状态，即主要状态和次要状态，其中螺线管控制的致动器设置成当螺线管控制的致动器从主要状态切换到次要状态时将先导阀从打开状态切换到关闭状态，并且其中螺线管控制的致动器设置成当螺线管控制的致动器从次要状态切换到主要状态时，通过调节先导端口处的先导流体的压力，将先导阀从关闭状态切换到打开状态。

所描述的可变凸轮正时移相器装置可以用于通过为阀的打开和关闭设定正时来提供凸轮移相，以允许定向流体沿期望方向从一个腔室流动到另一个腔室，同时防止沿相反的不期望方向流动。

以这种方式构造的可变凸轮正时移相器装置具有许多优点。其结构简单，只需要简单的开/关阀和/或螺线管来控制凸轮移相器。可以避免先导阀与螺线管致动器之间的滑动磨损，因为先导阀在没有物理接触的情况下被被远离致动。凸轮移相器与其他凸轮扭矩致动的凸轮移相器相比由于较不复杂和/或灵敏度较低的液压部件而更坚固。使用结构坚固的开/关阀并避免通过凸轮轴轴承传递压力峰值意味着油逸出路径更少并且油耗更低。阀堵塞的风险被降低，因为使用的任何阀仅需要采取两个位置，这意味着可以使用更大的致动力和/或更强的返回机构。可以使用更坚固的螺线管，因为不需要中间位置精度。类似地，不需要精细的多压力调节来致动开/关先导阀。止回阀可以安装在凸轮移相器的外部(即不在转子或定子中)，从而允许使用更加牢固和坚固的止回阀。进一步的优点在于，转子部件与油致动的凸轮移相器具有更大的相似性，其比已知的凸轮扭矩致动的凸轮移相器制造成本更低。非常宝贵的发动机空间通过多种方式节约。已知cta凸轮移相器的大型多位置阀由较小的开/关阀代替。在已知的cta解决方案中使用的被居中地安装的可变力螺线管由远离的开/关螺线管致动器代替，其可以更自由地放置，使得整个子组件更紧凑。

可变凸轮正时移相器装置可以利用液压油作为液压流体和/或先导流体。利用液压油的凸轮移相器已经很成熟。通过利用液压油作为先导流体，简化了凸轮移相器装置的结构，并且提供了用于使凸轮移相器补充油的替代方式。

可变凸轮正时移相器装置可以利用空气作为先导流体。因此，开/关先导阀可以是气动致动的。气动致动的液压阀是成熟、坚固的部件，非常适合长时间使用。

先导阀可以是2/2路开/关阀，其设置成通常处于打开状态，并且通过先导端口处的增加的流体压力致动以切换到关闭状态。这种阀易于获得、成熟且足够坚固，以在商业和重型车辆应用中提供可靠的服务。

螺线管控制的致动器可以是3/2路开/关电磁阀，其具有与增加的流体压力源流体连通的入口端口、与先导阀的先导端口流体连通的出口端口、以及通气端口，其中电磁阀的主要状态是断电状态，防止从增加的流体压力源到先导阀的先导端口的流体连通，并允许从先导阀的先导端口到通气端口的流体连通，并且其中电磁阀的次要状态是通电状态，允许从增加的流体压力源到先导阀的先导端口的流体连通。该增加的流体压力可以用于致动先导阀。这种电磁阀易于获得、成熟且足够坚固，以在商用和重型车辆应用中提供可靠的服务。电磁阀可以是提升阀型，这实际上消除了阀堵塞的风险。

螺线管控制的致动器可以包括设置在汽缸中的螺线管驱动的活塞，汽缸设置成与先导阀的先导端口流体连通，其中螺线管驱动的活塞的主要状态是缩回的断电状态，并且螺线管驱动的活塞的次要状态是延伸的通电状态，延伸状态增加在先导阀的先导端口处的流体的压力。该增加的流体压力可以用于致动先导阀。因此，先导阀的致动压力不需要取决于车辆的系统油压。利用汽缸致动器，在期望的情况下，可以将致动压力设计为高于或低于油系统压力。这允许更大的系统稳健性。

先导阀可以是2/2路开/关阀，其设置成通常处于关闭状态，并且通过先导端口处的减小的流体压力致动以切换到打开状态。这种阀也容易获得、成熟且足够坚固以在商业和重型车辆应用中提供可靠的服务。从故障保护的角度来看，可能期望具有通常关闭的先导阀，因此在未被致动时保持相位角。

螺线管控制的致动器可以包括设置在汽缸中的螺线管驱动的活塞，汽缸设置成与先导阀的先导端口流体连通，其中螺线管驱动的活塞的主要状态是缩回的通电状态，并且螺线管驱动的活塞的次要状态是延伸的断电状态，缩回状态减小先导阀的先导端口处的流体压力。该减小的流体压力可以用于通过“拉动”效应致动先导阀。这种汽缸与上述常闭先导阀组合使用意味着先导阀在螺线管致动器停用或发生故障的情况下将会关闭，这意味着凸轮移相器将在这种情况下保持相位角。

上述螺线管控制的致动器还可以包括常开的2/2路电磁阀，其具有与增加的流体压力源流体连通的入口端口和与汽缸流体连通的出口端口，其中电磁阀的主要状态是关闭的通电状态，并且电磁阀的次要状态是打开的断电状态，允许从增加的流体压力源到先导阀的先导端口的流体连通。这确保在先导端口处的足够压力，以使先导阀返回到解除致动位置，而不需要弹簧复位机构。弹簧复位机构可以替代地放置在螺线管或螺线管致动器上。由于这些部件被远离凸轮移相器的旋转部件定位，因此可以使用更大、更坚固的弹簧。

增加的流体压力源可以设置成分别经由第一补充通道和第二补充通道与第一腔室和第二腔室流体连通，第一补充通道和第二补充通道各自具有止回阀，该止回阀设置成防止从第一腔室或第二腔室到增加的流体压力源的流体流动。这确保向凸轮移相器充分供应油以获得最佳性能。

可变凸轮正时移相器装置可以包括先导止回阀，其具有设置成与先导阀流体连通的第一流动端口、设置成与第二腔室流体连通的第二流动端口以及设置成与第二补充通道流体连通的先导端口，其中先导止回阀设置成当第二补充通道中的流体压力大于预定压力时处于允许在先导阀与第二腔室之间沿任何方向的流动的第一状态，并且当第二补充通道中的流体压力低于预定压力时处于第二状态，其中当处于第二状态时，先导止回阀仅允许流体从第二腔室经由先导阀流动到第一腔室，并阻止从第一腔室到第二腔室的流动。这种先导止回阀在油系统故障的情况下用作“液压棘轮”，并且通过凸轮轴转矩致动使转子朝向选定的锁定位置(完全提前或完全延迟)移动。因此，可以避免需要将凸轮移相器朝向锁定位置偏置的扭转弹簧故障保护机构。这意味着当执行凸轮移相时可以替代地收获更多的扭矩来移动转子。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于控制内燃机中凸轮轴的正时的方法，该内燃机包括如上所述的可变凸轮正时移相器装置。该方法包括以下步骤：

i.将螺线管控制的致动器配置在次要状态，由此将先导阀配置在关闭状态，从而防止第一腔室与第二腔室之间的流体连通；

ii.为螺线管控制的致动器从次要状态切换到主要状态设定正时以与沿选定方向作用的凸轮轴扭矩一致，由此将先导阀切换到打开状态并且允许流体沿依照选定的凸轮轴扭矩方向的方向在第一腔室与第二腔室之间流动，从而使转子沿选定的方向相对于定子旋转；

iii.在凸轮轴扭矩方向改变之前将螺线管控制的致动器从主要状态切换到次要状态，由此将先导阀切换到关闭状态并且防止流体沿与步骤ii相反的方向在第一腔室与第二腔室之间流动；

iv.重复步骤ii和iii，直到获得转子相对于定子的期望角度；以及

v.将螺线管控制的致动器维持在次要状态，由此将先导阀配置在关闭状态，从而防止第一腔室与第二腔室之间的流体连通，由此保持转子相对于定子的期望角度。

该方法提供了一种控制凸轮移相的简单、可靠的方法。由于凸轮轴扭矩以取决于发动机状况和凸轮轴所服务的阀的数量的周期性已知的方式波动，因此不需要复杂的传感器来提供期望的正时：用于设定正时的构件已经存在于正时装置中，即现有车辆的凸轮链轮和正时带/链。

可以为螺线管控制的启动器在步骤ii中的切换设定正时以与凸轮轴扭矩增加超过阈值一致，并且可以为螺线管控制的启动器在步骤iii中的切换设定正时以与凸轮轴扭矩减小低于阈值一致。两个腔室之间可能需要一定的阈值压力差，以便启动和维持转子的旋转。用于启动和维持旋转的阈值可以相同或不同。通过以上述方式控制切换的正时，可以确保先导阀仅当可获得旋转时打开。

根据另一方面，提供了一种内燃机，其包括如上所述的可变凸轮正时移相器装置。

根据又一方面，提供了一种车辆，其包括如上所述的可变凸轮正时移相器装置。

在下面参考附图的具体实施方式中定义了其他方面、目的和优点。

附图说明

为了理解本发明及其进一步的目的和优点，下面给出的具体实施方式可以与附图一起阅读，其中相同的附图标记表示各个图中的类似项，并且其中：

图1示意性地展示了根据本发明的可变凸轮正时移相器装置的一个实施方式。

图2示意性地展示了根据本发明的可变凸轮正时移相器装置的另一实施方式。

图3示意性地展示了根据本发明的可变凸轮正时移相器装置的又一实施方式。

图4示意性地展示了根据本发明的可变凸轮正时移相器装置的另一实施方式。

图5示意性地展示了根据本发明的可变凸轮正时移相器装置的又一实施方式。

图6示出了根据本发明的用于控制内燃机中的凸轮轴的正时的方法的过程图。

图7示意性地展示了作为凸轮轴角度的函数的凸轮轴扭矩的周期性变化。

图8示意性地展示了包括内燃机的车辆，该内燃机包括根据本发明的可变凸轮正时移相器装置。

具体实施方式

本发明基于这样的认识，即通过利用被居中地安装的开/关先导阀而非现有技术中已知的多位置柱形阀，可以实现凸轮扭矩致动的凸轮移相。开/关阀控制凸轮移相器的第一腔室与第二腔室之间的流体通道。可以为先导阀的切换设定正时以在凸轮轴扭矩沿期望方向作用的每个周期期间允许流动，并且当凸轮轴扭矩沿相反方向作用时防止流动。以这种方式，转子相对于定子沿期望方向旋转地移动。

本发明的凸轮正时移相器装置包括转子、同轴地围绕转子的定子、以及控制组件。

凸轮移相器转子设置成连接到内燃机的凸轮轴。这可以是进气阀凸轮轴、排气阀凸轮轴、或发动机中的任何其他凸轮轴，诸如组合的进气/排气凸轮轴。转子具有至少一个叶片，但是可以优选地具有多个叶片，诸如三个、四个、五个或六个叶片。用于将油引导到控制组件的先导阀和从控制组件的先导阀引导走的单独的油通道配置在至少一个叶片的每一侧，但是优选地在每个叶片的每一侧。

定子设置成用于接受驱动力。这可以例如通过将定子连接到凸轮链轮，该凸轮链轮经由正时带从曲柄轴吸收驱动力。定子也可以与凸轮链轮在结构上一体化。定子同轴地围绕转子并且具有至少一个凹部，用于接受转子的至少一个叶片。实际上，定子具有与转子叶片的数量相同数量的凹部。定子中的凹部稍微大于转子叶片，这意味着当转子被定位在定子中且叶片被居中地定位在凹部中时，在每个转子的每一侧处形成腔室。这些腔室可以描绘为第一腔室，当填充有液压油时相对于定子沿第一方向旋转转子，以及第二腔室，当填充有液压油时相对于定子沿第二方向旋转转子。

控制组件包括先导阀和被远离地定位的螺线管控制的致动器，用于致动先导阀。

在阀被称为“开/关”的情况下，这指的是仅具有两种状态的阀：打开状态和关闭状态。然而，这种阀可具有两个以上的端口。例如，3/2路开/关阀有三个端口和两个状态。这种阀通常当打开时连接两个流动端口，并且当关闭时将其中一个流动端口连接到通气/排气端口。

在阀被称为“常闭/打开/开/关”的情况下，这指的是当未被致动时阀的状态。例如，常开电磁阀当未被致动/通电时保持在打开位置，通常使用诸如弹簧复位的复位件。当常开电磁阀被致动/通电时，螺线管利用足以将保持阀打开的复位件的力克服的力作用，因此阀关闭。在取消致动/断电时，复位件使阀复位到打开状态。

在说明组件处于“流体连通”或者在组件“之间”允许或防止流动的情况下，该流动应被解释为不一定是方向性的，即流动可以沿任一方向进行。沿单个方向的定向流动表示为“从”一部件“到”另一部件的流动。

先导阀可以是2/2路开/关阀，即具有两个流动端口(即第一和第二端口)和两个位置(打开或关闭)的阀。先导阀与通向第一端口处的第一腔室的油通道流体连通，并且与通向第二端口处的第二腔室的油通道流体连通。因此，当阀打开时，建立第一与第二腔室之间的流体连通。先导阀还具有连接到先导流体输入端的先导端口。开/关先导阀的切换通过先导端口处的先导流体的压力调节；先导流体的压力由远离放置的螺线管致动器调节。先导流体可以是空气，即先导阀可以是气动致动的。然而，优选的是，先导流体是液压油，因为这由于已经在凸轮移相器装置中使用液压油而大大简化了系统设计。先导阀可以是常闭的，即当未被致动时关闭。然而，其也可以是常开的，即当未被致动时打开并且允许第一腔室与第二腔室之间的流体连通。先导阀可以是本领域已知的任何合适的阀类型，包括但不限于提升阀、滑动柱形阀和旋转柱形阀。阀可以具有复位弹簧。先导阀被居中地定位，诸如在转子或凸轮轴中。

螺线管致动器被远离凸轮移相器装置的旋转部件定位，并且可以替代地放置在内燃机的固定部件(诸如凸轮轴承保持器)上。电磁阀执行器调节先导流体压力，以便致动先导阀。这可以通过增加压力以通过“推动”致动先导阀来完成。然而，先导阀也可以通过使用减小的先导流体压力的“拉动”效应来致动。螺线管致动器可以是开/关电磁阀，其通过连接到流体压力源(诸如在使用油作为先导流体情况下的主油道)来增加流体压力。例如，其可以是3端口、2位置的开/关电磁阀，其连接到入口端口处的油道，在出口端口处连接到通向导阀的先导端口的油通道，并且具有通气口，用于当处于“关闭”位置时从通向先导端口的通道释放油压。其通常可以当螺线管未被致动时处于“关闭”位置，并且在启动螺线管时切换到“打开”位置。电磁阀可以是本领域已知的任何合适的阀类型，包括但不限于提升阀、滑动柱形阀和旋转柱形阀。提升阀的使用实质上消除了阀堵塞的风险。

螺线管致动器也可以是与先导阀的先导端口流体连接的充油缸。开/关螺线管致动的活塞配置在汽缸中。螺线管致动的活塞可以在致动时向下推动汽缸中的油量，从而导致先导端口处的压力增加。可选地，螺线管致动的活塞可以在致动时缩回到汽缸中，导致先导阀处的减小的油压，并因此导致“拉动”效应。

通过连接到油压源(诸如主油道)，可以在凸轮移相器系统中保持油压。例如，这种连接点可以设置在从第一和/或第二腔室通向先导阀的流体通道上。这种连接点也可以与螺线管致动器一起设置例如作为与电磁阀的入口端口的连接(如前所述)，或者与充油缸一起设置。连接到油压源的通道(或多个通道)可以配置有止回阀(或多个止回阀)，以防止油从凸轮移相器组件回流到油压源。

凸轮移相器组件还可以配置有许多故障保护特征。例如，压力致动的锁定销可以设置在转子的至少一个叶片中，以及定子中用于接收锁定销的相应凹部。用于接收锁定销的凹部位于基础位置，即完全提前或完全延迟。可以配置扭转弹簧，以便在系统故障的情况下将转子朝向基础位置偏置。锁定销通常处于展开(锁定)位置，并且当凸轮移相器装置的部件中的压力超过阈值压力时被致动到缩回(解锁)位置。例如，锁定销可以与从腔室通向先导阀的一个或多个通道流体连接。可选地，锁定销可以与从螺线管致动器通向先导阀的通道流体连接。这意味着锁定销可以在螺线管故障的情况下展开。在这种情况下，收缩部可以配置在通向锁定销的通道中，使得当执行凸轮移相时，先导端口处的油压暂时下降不会导致锁定销瞬间展开。

可以利用的另一故障保护特征是设置在从腔室通向先导阀的通道中的先导止回阀。每当通道中的压力超过阈值水平时，该先导止回阀通常允许沿任一方向的流动。但是，如果通道中的压力被降低到阈值水平以下，例如在系统发生故障的情况下，则先导止回阀防止单向流动。这导致实现“液压棘轮”效果，只要先导阀打开，并且转子通过凸轮轴扭矩的作用指向锁定基础位置。因此，通过使用这种先导止回阀故障保护措施，对转子中的故障保护扭转弹簧的需求被消除，从而允许凸轮移相器利用更多的凸轮轴扭矩。

当期望凸轮轴移相时，为螺线管致动器的切换设定正时，使得先导阀打开以与沿期望方向的凸轮轴扭矩一致，并且先导阀关闭以与沿与期望方向相反的方向的凸轮轴扭矩一致。因此，例如正凸轮轴扭矩抵抗凸轮旋转并且延迟可变凸轮正时。如果期望延迟凸轮轴正时，则为螺线管致动器的致动设定正时，使得先导阀在正扭矩期间打开并且在负扭矩期间关闭。同样，如果期望提前凸轮轴正时，则为螺线管致动器的致动设定正时，使得先导阀在负扭矩期间打开并且在正扭矩期间关闭。还可以控制螺线管致动器的切换，使得仅当扭矩超过某个(正或负)量度时，先导阀才打开。

现在将参考附图进一步说明本发明。

图1示出了本发明的可变凸轮正时移相器装置1的一个实施方式。转子3包括至少一个叶片5。具有至少一个凹部9的定子7同轴地围绕转子3。定子固定到凸轮链轮(未示出)。叶片5将凹部9分成第一腔室13和第二腔室15。2/2路开/关先导阀17被居中地设置在转子3中。第一油通道19设置在叶片5的侧面并且从第一腔室13通向先导阀17的第一端口。第二油通道21设置在叶片5的侧面并且从第二腔室15通向先导阀17的第二端口。先导油通道23从先导阀17的先导端口通向3/2路开/关电磁阀25的出口端口。电磁阀25位于内燃机的固定部件(诸如凸轮保持器轴承)上，远离燃式发动机的旋转部件，诸如转子3、定子7、凸轮链轮和凸轮轴(未示出)。电磁阀25的入口端口连接到油压源27，电磁阀25的剩余端口是通气端口。从油压源27引出的油补充通道29，31分别邻接第一油通道19和第二油通道21。每个油补充通道29，31装配有止回阀(30，32)，以防止油从第一和第二油通道19，21回流。锁定销33设置在转子3的叶片5中。锁定销33通过锁定油通道35与先导油通道23流体连通。限制孔37设置在锁定油通道35中。

先导阀17当未通过增加的流体压力致动时打开，电磁阀25当未被致动时关闭(将先导油通道23引导到通气口)。为了将凸轮正时移相器装置1设置在保持状态，即没有发生移相的状态，先导阀17必须通过致动电磁阀25关闭，以增加先导油通道23中的油压。一旦处于保持状态，则可以通过为电磁阀27的切换设定正时来使凸轮正时移相器装置1提前，使得先导阀17打开以与凸轮轴上的负扭矩周期一致并且关闭以与正扭矩周期一致。可选地，可以通过为电磁阀27的切换设定正时来使凸轮正时移相器装置1延迟，使得先导阀17打开以与凸轮轴上的正扭矩周期一致并且关闭以与负扭矩周期一致。当获得期望的正时提前或延迟程度时，可以通过致动电磁阀25来保持(维持)移相。

油补充通道29，31确保向凸轮移相器装置1持续供应油。锁定销33当电磁阀25向先导油通道23提供油压时缩回(解锁)，为了保持移相其必须如此。在移相期间，压力将会在先导油通道23中波动，但是由于切换的高频率和限制孔37，锁定销33将不会经历这些压力波动并且将不会展开。然而，如果油系统压力变得太低或者螺线管在相当长的一段时间内停用，则锁定销33将会展开并且转子将会通过扭转弹簧(未示出)旋转到基础(锁定)位置。

图2所示的实施方式类似于图1所示的实施方式，不同之处在于锁定油通道35与油补充通道29而非先导油通道23流体连通。在该实施方式中，锁定销将会当系统压力足够高时缩回，并且将会当系统压力下降到阈值水平以下时将展开，而不管电磁阀的功能如何。

图3所示的实施方式类似于图2所示的实施方式，不同之处在于先导止回阀39设置在第二油通道21中靠近先导阀17。如果系统油压高于阈值水平，则先导止回阀39将会允许油沿两个方向流动。然而，如果压力低于该阈值，则先导止回阀39将会仅允许从第二腔室15流到第一腔室13。这意味着在油系统故障时，转子将会通过凸轮扭矩致动移动到基础(锁定)位置，无需扭转弹簧。在期望处于相对旋转末端处的锁定位置的情况下，先导止回阀可以替代地设置在第一油通道19中。

图4所示的实施方式类似于图2所示的实施方式，不同之处在于具有螺线管致动的活塞43的汽缸41替代电磁阀25作为螺线管致动器。油系统压力源27通过止回阀44联接到先导油通道23以防止回流。通过致动螺线管致动的活塞43，压力在先导阀17的先导端口处增加，其借此向下压在汽缸中的油柱上，由此升高汽缸41以及与汽缸41流体连通的先导油通道23中的压力。

图5中所示的实施方式类似于图2中的实施方式，但是利用不同的控制组件。凸轮移相器装置被示出为没有系统油压，因此先导阀17打开。在正常系统压力下操作期间，先导阀17是常闭的2/2路阀。先导阀17接下来可以通过先导端口处的压力降低来致动(打开)，即通过降低的油压将阀“拉”开。螺线管致动器是具有螺线管致动的活塞43的汽缸41。然而，与图4的实施方式的汽缸相比，螺线管致动的活塞43通常处于延伸位置中，由于在螺线管致动的活塞43上存在弹簧复位件而向下压在汽缸41中的流体柱上。当被致动时，螺线管致动的活塞43缩回，减小汽缸41和先导油通道23中的压力，由此将先导阀17“拉”开。单独的开/关2/2路电磁阀45提供从油压源27到汽缸41和先导油通道23的流体连接。该电磁阀45当未被致动时处于打开状态，这意味着先导油通道23当电磁阀45未被致动时受到油压影响。电磁阀致动的活塞和电磁阀45串联工作并且同时切换。当两者都未被致动时，先导油通道中的压力由于打开与油系统压力源27的连接而升高。当两者都被致动时，与油系统压力源27的流体连通结束，并且螺线管致动的活塞43的回缩减小先导油通道23中的油压，从而致动先导阀17。在该实施方式中，对于先导阀17中的弹簧复位件的需要较少。相反，螺线管致动的活塞和电磁阀45都装配有弹簧复位件。由于这些部件被远离旋转凸轮移相器部件定位，因此可以使用更大、更坚固的弹簧，从而增加凸轮移相器装置的坚固性。

因此，图5的实施方式当未被致动时处于保持状态。为了获得移相，螺线管致动器(电磁阀27和螺线管致动的活塞43)通电，以便在凸轮轴扭矩沿期望方向作用的时段期间打开先导阀17。

上述可变凸轮正时移相器装置用于控制内燃机中凸轮轴的正时。控制方法包括以下步骤，如图6所示：

i.控制凸轮轴移相的方法在初始状态开始，借此保持当前正时。这当先导阀关闭时实现，而这又通过将螺线管致动器在其还没有处于次要状态的情况下切换到次要状态来实现。在保持状态，不允许第一腔室与第二腔室之间的流体流动，因此转子相对于定子的旋转是不可能的。

ii.为了启动移相，通过将螺线管致动器切换到主要状态来打开先导阀。执行该切换以与沿移相所期望方向作用的凸轮轴扭矩一致。正凸轮轴扭矩将正时延迟，负凸轮轴扭矩将正时提前。图7示出了凸轮轴扭矩(y轴)如何根据曲柄角(x轴)变化的示意图。例如，为了实现正时的延迟，可以打开先导阀以与凸轮轴扭矩曲线上的点47一致。

iii.为了获得从一个腔室到另一个腔室的单向流动，先导阀当凸轮轴扭矩沿与期望方向相反的方向作用时必须关闭。这通过将螺线管致动器切换到次要状态实现。例如，为了实现正时延迟，可以关闭先导阀以与凸轮轴扭矩曲线上的点49一致。

iv.重复步骤ii和iii，直到获得期望的正时提前或延迟程度；即，直到获得转子相对于定子的期望角度。每次执行开/关切换循环时，转子相对于定子逐渐旋转。

v.一旦已经实现了期望的正时，则通过将螺线管致动器保持在次级位置来保持正时。

应该注意的是，螺线管主要状态可以是如图1-4的实施方式中所示的未被致动状态，或者其可以是如图5所示的被致动状态。也就是说，在一些实施方式中，通过使螺线管致动器通电来实现先导阀的打开，并且在一些实施方式中，通过使螺线管致动器断电来实现先导阀的打开。

由于例如摩擦效应，可能存在启动和传播转子相对于定子的旋转的障碍。因此，在某些情况下，可能期望仅当凸轮轴扭矩超过足以启动旋转的值时打开先导阀，并且当凸轮轴扭矩不再足以保持旋转时关闭先导阀。启动和传播旋转所需的扭矩可以相同，但不一定相同。例如，为了实现正时的延迟，先导阀可以在图7中所示的凸轮轴扭矩曲线上的点51处打开，并且在点53处关闭。

本发明还涉及一种内燃机和一种包括如上所述的可变凸轮正时移相器装置的车辆。图8示意性地示出了具有内燃机103的重型货车100。内燃机具有曲柄轴105、曲柄轴链轮107、凸轮轴(未示出)、凸轮轴链轮109和正时链111。可变凸轮正时移相器装置1位于凸轮链轮/凸轮轴处。配置有这种可变凸轮正时移相器装置的发动机与缺少凸轮移相的车辆相比具有许多优点，诸如更好的燃料经济性、更低的排放和更好的性能。