高频切换可变凸轮正时移相器制造技术

公开了一种可变凸轮正时移相器装置(1)，包括：具有至少一个叶片(5)的转子(3)；同轴地围绕转子(3)的定子(7)，该定子具有至少一个凹部(9)，用于接收转子的至少一个叶片(5)，其中至少一个叶片(5)将至少一个凹部(9)分为第一腔室(13)和第二腔室(15)；和控制组件，用于调节从第一腔室(13)到第二腔室(15)的液压流体流量，反之亦然。控制组件包括用于允许或阻止第一(13)与第二(15)腔室之间的流体连通的居中开/关先导阀(17)，以及用于控制开/关先导阀(25)的被远离地定位的螺线管控制的致动器(25)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高频切换可变凸轮正时移相器
本专利技术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。本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的专利技术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，本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于内燃机(103)的可变凸轮正时移相器装置(1)，包括：转子(3)，其具有至少一个叶片(5)，所述转子设置成连接到凸轮轴；定子(7)，其同轴地围绕所述转子(3)，具有用于接收所述转子的所述至少一个叶片(5)的至少一个凹部(9)，并且允许所述转子(3)相对于所述定子(7)的旋转运动，所述定子(7)具有设置成用于接受驱动力的外圆周；其中所述至少一个叶片(5)将所述至少一个凹部(9)分成第一腔室(13)和第二腔室(15)，所述第一腔室(13)和所述第二腔室(15)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所述第一腔室(13)中使得所述转子(3)相对于所述定子(7)沿第一旋转方向移动，并且将液压流体引入到所述第二腔室(15)中使得所述转子(3)相对于所述定子(7)沿第二旋转方向移动，所述第二旋转方向与所述第一旋转方向相反；以及控制组件，其用于调节从所述第一腔室到所述第二腔室的液压流体流量，反之亦然；其特征在于，所述控制组件包括：开/关先导阀(17)，其被居中地定位在所述转子(3)或凸轮轴内，所述先导阀(17)包括先导端口、第一流动端口和第二流动端口，所述第一流动端口与所述第一腔室(13)流体连通，并且所述第二流动端口与所述第二腔室(15)流体连通，其中先导阀能够通过调节所述先导端口处的先导流体的压力在打开状态与关闭状态之间切换，其中在所述打开状态，所述先导阀(17)允许所述第一腔室(13)与所述第二腔室(15)之间的流体连通，并且在所述关闭状态，所述先导阀(17)阻止所述第一腔室(13)与所述第二腔室(15)之间的流体连通；以及螺线管控制的致动器(25，43)，其被远离所述可变凸轮正时移相器装置(1)的旋转部件定位，并与所述先导阀的所述先导端口流体连通，所述螺线管控制的致动器(25，43)具有至少两个状态，即主要状态和次要状态，其中所述螺线管控制的致动器(25，43)设置成当所述螺线管控制的致动器(25，43)从所述主要状态切换到所述次要状态时将所述先导阀(17)从所述打开状态切换到所述关闭状态，并且其中所述螺线管控制的致动器(25，43)设置成当所述螺线管控制的致动器(25，43)从所述次要状态切换到所述主要状态时通过调节所述先导端口处的所述先导流体的压力将所述先导阀(17)从所述关闭状态切换到所述打开状态。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.24 SE 1650711-31.一种用于内燃机(103)的可变凸轮正时移相器装置(1)，包括：转子(3)，其具有至少一个叶片(5)，所述转子设置成连接到凸轮轴；定子(7)，其同轴地围绕所述转子(3)，具有用于接收所述转子的所述至少一个叶片(5)的至少一个凹部(9)，并且允许所述转子(3)相对于所述定子(7)的旋转运动，所述定子(7)具有设置成用于接受驱动力的外圆周；其中所述至少一个叶片(5)将所述至少一个凹部(9)分成第一腔室(13)和第二腔室(15)，所述第一腔室(13)和所述第二腔室(15)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所述第一腔室(13)中使得所述转子(3)相对于所述定子(7)沿第一旋转方向移动，并且将液压流体引入到所述第二腔室(15)中使得所述转子(3)相对于所述定子(7)沿第二旋转方向移动，所述第二旋转方向与所述第一旋转方向相反；以及控制组件，其用于调节从所述第一腔室到所述第二腔室的液压流体流量，反之亦然；其特征在于，所述控制组件包括：开/关先导阀(17)，其被居中地定位在所述转子(3)或凸轮轴内，所述先导阀(17)包括先导端口、第一流动端口和第二流动端口，所述第一流动端口与所述第一腔室(13)流体连通，并且所述第二流动端口与所述第二腔室(15)流体连通，其中先导阀能够通过调节所述先导端口处的先导流体的压力在打开状态与关闭状态之间切换，其中在所述打开状态，所述先导阀(17)允许所述第一腔室(13)与所述第二腔室(15)之间的流体连通，并且在所述关闭状态，所述先导阀(17)阻止所述第一腔室(13)与所述第二腔室(15)之间的流体连通；以及螺线管控制的致动器(25，43)，其被远离所述可变凸轮正时移相器装置(1)的旋转部件定位，并与所述先导阀的所述先导端口流体连通，所述螺线管控制的致动器(25，43)具有至少两个状态，即主要状态和次要状态，其中所述螺线管控制的致动器(25，43)设置成当所述螺线管控制的致动器(25，43)从所述主要状态切换到所述次要状态时将所述先导阀(17)从所述打开状态切换到所述关闭状态，并且其中所述螺线管控制的致动器(25，43)设置成当所述螺线管控制的致动器(25，43)从所述次要状态切换到所述主要状态时通过调节所述先导端口处的所述先导流体的压力将所述先导阀(17)从所述关闭状态切换到所述打开状态。2.根据权利要求1所述的可变凸轮正时移相器装置，其中所述液压流体和/或先导流体是液压油。3.根据权利要求1所述的可变凸轮正时移相器装置，其中所述先导流体是空气。4.根据前述权利要求中任一项所述的可变凸轮正时移相器装置，其中所述先导阀(17)是2/2路开/关阀，设置成通常处于打开状态，并且通过所述先导端口处的增加的流体压力致动以切换到所述关闭状态。5.根据权利要求1-4中任一项所述的可变凸轮正时移相器装置，其中所述螺线管控制的致动器是3/2路开/关电磁阀(25)，其具有与增加的流体压力源(27)流体连通的入口端口、与所述先导阀(17)的所述先导端口流体连通的出口端口、以及通气端口，其中所述电磁阀(25)的所述主要状态是断电状态，防止从所述增加的流体压力源(27)到所述先导阀(17)的所述先导端口的流体连通，并且允许从所述先导阀(17)的所述先导端口到所述通气端口的流体连通，并且其中所述电磁阀(25)的所述次要状态是通电状态，允许从所述增加的流体压力源(27)到所述先导阀(17)的所述先导端口的流体连通并且致动所述先导阀(17)。6.根据权利要求1-4中任一项所述的可变凸轮正时移相器装置，其中所述螺线管控制的致动器包括设置在汽缸(41)中的螺线管驱动的活塞(43)，所述汽缸(41)设置成与所述先导阀(17)的所述先导端口流体连通，其中所述螺线管驱动的活塞(43)的所述主要状态是缩回的断电状态，并且所述螺线管驱动的活塞的所述次要状态是延伸的通电状态，所述延伸状态增加所述先导阀(17)的所述先导端口处的流体压力并且致动所述先导阀(17)。7.根据权利要求1-3中任一项所述的可变凸轮正时移相器装置，其中所述先导阀(17)是2/2路开/关阀，设置成通常...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·埃里克松，D·奥洛夫松，
申请(专利权)人：斯堪尼亚商用车有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE