专利名称：具有锁定销的可变凸轮轴正时机构的制作方法
技术领域：
本申请要求享有在2002年4月22日提交的题为“可变凸轮轴正时的锁定销释放机构”的临时申请No.60/374332中所公开的发明的优先权。根据美国法典第35章119(e)款，本申请要求享有上述美国临时申请的权益，上述申请通过引用结合于本文中。
本发明涉及一种用于控制可变凸轮轴正时(VCT)系统的操作的液压控制系统。更具体地说，本发明涉及一种用于利用油压来改变曲轴-凸轮轴相位的叶片型或类似的凸轮相位器的控制系统。
背景技术：
内燃机已采用了各种机构来改变凸轮轴和曲轴之间的角度，以提高发动机的性能或降低排气污染。大多数这些可变凸轮轴正时(VCT)机构采用一个或多个位于发动机凸轮轴(或多凸轮轴发动机上的多个凸轮轴)上的“叶片相位器”。在大多数情况下，相位器具有安装在凸轮轴端部上的带有一个或多个叶片的转子，其被具有叶片腔的外壳所围绕，叶片安装在叶片腔中。可将叶片安装在转子上，将叶片腔设置在外壳内。外壳的外部周边形成了可通过链条、皮带或齿轮来承受驱动力的链轮、滑轮或齿轮，驱动力通常来自此凸轮轴，或者也可能来自多凸轮发动机中的另一凸轮轴。
相位器采用机油作为工作介质来进行操作，工作介质引入到叶片各侧的油腔中，使得凸轮轴相对于来自曲轴的驱动而产生角旋转。
由于相位器无法完全地密封，因此它们会因泄漏而产生油耗。在正常发动机操作中，机油泵所产生的油压和流动通常足以使相位器保持足够的油和完整的功能。然而，当发动机停机时，油会从VCT机构中泄漏出，使得腔内填充了空气，这些空气是必须被清除的。在发动机起动状态下，在机油泵产生油压前，对腔内的油压和空气的控制不足会使相位器因缺少油而过度地振动，产生了噪音并可能损坏机构。另外，希望在起动发动机时将相位器锁定在一个特定位置。
在现有技术的相位器中采用的一个解决方法是引入锁定销，当腔内的油不足时它可将相位器相对于曲轴锁定在一个特定的相角位置上。这些锁定销通常被弹性地加载而接合，并采用机油压力来释放。因此，当发动机停机且机油压力达到预定的下限值时，弹性加载的销将与相位器接合并锁定相位器。在发动机起动时，销保持接合，直到机油泵产生了足够的压力以释放销。
这些现有锁定销的一个缺点是必须采用可得到的最低机油压力将它们保持在释放位置，以避免在发动机运转时锁定VCT机构。一些发动机在高油温下操作或在低转速如怠速下运转时只能产生低油压。另外，磨损的发动机在升温怠速状态下会产生甚至更低的油压。在一些发动机中，此油压可能低至5磅/平方英寸。如果相位锁定销设计成在此低油压下释放，那么当冷的发动机初次起动时，锁定销可能在所有空气被充分地从相位器中清除之前释放。这会使相位器在其充满油和完全操作前运动。在这种状态下，相位器会产生振动。
因此，锁定销需要能在发动机起动期间在较高压力下释放以允许相位器清除足量的空气，同时仍允许锁定销在发动机升温和怠速时保持在所得的较低压力下释放。
发明内容
本发明解决了无法从VCT中充分地清除正确量的空气的问题。在怠速下当发动机在高油温下操作和在低转速下运转时，这个空气的不充分清除是最大的问题。对于旧车来说这尤为严重，在旧车中发动机磨损并在升温怠速状态下产生了甚至更低的油压。
本发明包括一种可使锁定销在比将锁定销保持在释放位置所需的更高压力下释放的机构。释放所需的更高压力在释放相位器以实现其功能前允许相位器清除更多的空气。保持锁定销所需的更低压力允许VCT在低油压状态如升温怠速下操作，而锁定销不会与转子接合或部分地接合。
本发明是用于内燃机的可变凸轮轴正时系统中的锁定叶片相位器，其中锁定销需要更高的油压以在初始起动时退回，然而在高温和/或怠速操作期间出现的低压下保持未锁定。锁定销被通向安装有锁定销的凹腔的油道中的球形或柱体形活塞推回。活塞的截面积小于锁定销的截面积。当活塞被推到锥形凹腔中时，油可通过活塞并推在锁定销的较大面积上，因此保持销所需的压力比使活塞运动所需的压力更小。
图1显示了结合有本发明的VCT相位器的正视图。
图2a和2b分别详细地显示了图1中方框2内的本发明中的接合和脱离位置。
具体实施例方式
参见图1，叶片型VCT相位器包括外壳(1)，其外部具有由正时链(9)驱动并与之啮合的链轮齿(8)。在外壳(1)内设有流体腔(6)和(7)。转子(2)与外壳(1)同轴并可相对于外壳自由地转动，转子带有安装在腔(6)和(7)之间的叶片(5)以及将高压油分别经通道(12)和(13)引到腔(6)和(7)中的中央控制阀(4)。由阀(4)引入通道(12)的高压油可将叶片(5)相对于外壳(1)逆时针地推动，迫使油从腔(6)中流到通道(13)和阀(4)中。本领域的技术人员可以理解，此介绍对叶片相位器来说是普遍的，图1所示的叶片、腔、通道和阀的特定设置均可在本发明的内容中进行变化。例如，可以改变叶片的数量和它们的位置，一些相位器只具有一个叶片，而其它相位器可具有多达12个叶片，叶片可以位于外壳上并在腔内在转子上往返运动。外壳可被链条、皮带或齿轮驱动，链轮齿可与是齿轮齿或者是用于皮带的带齿滑轮。
参见图1和图2a的具体情况，在本发明的相位器中，锁定销(10)在外壳(1)的孔(17)中滑动，并被弹簧(21)压入到转子(2)的凹腔(19)中，从而将转子(2)和外壳(1)锁定在一个固定的旋转位置。排放口(11)允许任何可能泄漏的油经活塞(14)而排放出去。在孔中设置了至少围绕着锁定销的内端(20)的衬套(16)，用于提供更好的密封。
液道(15)将高压油从发动机供油源(未示出)提供到凹腔(19)中。在液道(15)中设置了球形或柱体形活塞(14)，其可压缩锁定销(10)的内尖端(18)。活塞(14)的大小设置成可在锁定销(10)接合时装入在液道(15)中并完全地堵住液道(15)，如图2a所示。
孔(17)以及安装在孔(17)中的锁定销主体的内端(20)的直径(以及表面积)大于液道(15)的直径。因此，安装在液道(15)中的活塞(14)的表面积也小于锁定销主体的表面积。活塞(14)的表面积选择成在发动机起动时活塞无法克服弹簧(21)的作用力而推动锁定销(10)，直到所供应的油压上升到足够的水平为止，这个水平可使通道(12)或(13)中的油完全地充满腔(6)和(7)，并清除因在发动机停机时的泄漏所可能引入的任何空气。
当压力升高到所选的压力(或更高)时，活塞(14)开始将锁定销(10)从凹腔(19)中推回，如图2b所示。当活塞(14)被推入到锥形凹腔(19)中时，油可流动(22)而经过活塞(14)，并推在锁定销(10)的较大面积(20)上。此较大的面积使得保持销的压力小于在第一种情况下使活塞离开凹腔所需的压力，此面积选择成在发动机升温并降低到怠速下时较低的油压仍足以将锁定销(10)保持在其孔(17)中。由于活塞(14)为圆的(球形或柱体形)，因此在转子(2)旋转并使液道(15)与销(10)不对齐时，活塞(14)不会干涉转子(2)相对于外壳(1)的旋转。
当发动机停机时，液道(15)中的压力下降到可克服弹簧(21)的作用力而将销(10)保持在孔(17)中的所选压力之下，锁定销(10)朝向转子(2)运动。当销(10)和凹腔(19)对齐时，销(10)落入到凹腔(19)中，再一次锁定转子(2)和外壳(1)。
本发明的锁定销的运动和设置并不限于此应用中所述的方位或方向。例如，锁定销可轴向地定位，在机油压力下降到可克服弹簧的作用力而将销保持在孔中的所选压力之下其可朝向外壳向外滑动。
因此，可以理解，这里所述的本发明的实施例只是说明本发明原理的应用。这里引用的所示实施例的细节并不限制本发明的范围，它们只是叙述了被视为本发明的核心内容的特征。
权利要求
1.一种用于具有至少一个凸轮轴的内燃机的可变凸轮轴正时相位器，包括具有用于接受驱动力的外周的外壳；同轴地位于所述外壳内并与凸轮轴相连的转子，其可旋转以改变所述外壳和转子的相对角位置，并具有位于外周上的锥形凹腔以及将所述锥形凹腔与发动机流体压力源相连的液道；可滑动地位于孔中的锁定销，其包括具有直径适于在所述孔中形成流体密封配合的主体和具有可安装到所述锥形凹腔中的锥形部分的内端，所述锁定销可在所述孔中从锁定位置移动到松开位置，在所述锁定位置中所述锥形端部位于所述锥形凹腔中并锁定所述外壳和转子的相对角位置，在所述松开位置中所述外壳和转子可自由运动；位于所述孔中的与所述锁定销的内端相反处的弹簧，可朝向所述松开位置向内推动所述锁定销；和以流体密封配合位于所述液道内的活塞，所述活塞可从位于所述液道内并可堵住其中的流体流动的第一位置运动到至少部分地位于所述锥形凹腔内并允许流体流经所述活塞并流到所述锥形凹腔中的第二位置；当所述锁定销位于所述锁定位置且所述锥形端部处于所述锥形凹腔中时所述活塞处于所述第一位置，因此当所述锁定销位于所述锁定位置且流体压力被引入到所述液道中时，所述活塞克服所述弹簧的作用力而压在所述锁定销的锥形端部上，当所述压力达到释放水平时，所述活塞克服所述弹簧的作用力并朝向所述松开位置向外推动所述锁定销，当所述活塞达到所述第二位置时，流体流经所述活塞并对所述锁定销的内端施加压力，因此保持水平的压力可将所述锁定销保持在所述松开位置中；所述活塞的截面积小于所述锁定销的主体直径的截面积，因此所述释放水平的压力大于所述保持水平的压力。
2.根据权利要求1所述的可变凸轮轴正时相位器，其特征在于，所述相位器还包括位于所述孔中并至少围绕着所述锁定销的内端的衬套。
3.根据权利要求1所述的可变凸轮轴正时相位器，其特征在于，所述活塞是球形的。
4.根据权利要求1所述的可变凸轮轴正时相位器，其特征在于，所述活塞是圆柱体形的。
5.根据权利要求1所述的可变凸轮轴正时相位器，其特征在于，所述孔在径向上定位。
6.根据权利要求1所述的可变凸轮轴正时相位器，其特征在于，所述孔在轴向上定位。
全文摘要
一种用于内燃机的可改变旋转相位的可变凸轮轴正时相位器，包括外壳、转子、锁定销和活塞。锁定销可沿可推动锁定销的锥形端部以与转子中的锥形凹腔相接合的第一方向和与第一方向相反并脱离转子的第二方向运动。这是通过与发动机旋转同步的发动机输出来驱动的，转子与凸轮轴相连，并具有将机油供应源与转子的锥形凹腔相连的液道。活塞位于液道内并具有与锁定销接触的活塞表面。活塞的截面积小于锁定销的截面积，在锁定销锁定时可堵住液道，并可移动活塞以允许流体流经凹腔中的活塞且压在锁定销上，因此需要比使锁定销保持在其松开位置中更高的压力来松开锁定销。
文档编号F01L1/46GK1497135SQ0312291
公开日2004年5月19日 申请日期2003年4月17日 优先权日2002年4月22日
发明者F·R·史密斯, F R 史密斯 申请人:博格华纳公司