专利名称：柱塞滑阀控制的可变凸轮轴正时锁定销的释放机构的制作方法
技术领域：
本申请要求享有于2003年6月25日提交的题为“柱塞滑阀控制的可变凸轮轴正时锁定销的释放机构”的待决实用新型申请No.10/603637的优先权，该申请公开在于2002年9月19日提交的题名为“柱塞滑阀控制的可变凸轮轴正时锁定销的释放机构”的临时申请No.60/411921中。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，本发明涉及用于锁定和解锁VCT相位器(phaser)中的锁定销的控制系统。
背景技术：
为了提高发动机的性能或减少排放物，内燃机已经采用了多种机构来改变凸轮轴和曲轴之间的角度。这些可变凸轮轴正时(VCT)机构中的大部分都使用一个或多个位于发动机凸轮轴(在多凸轮轴的发动机中为多凸轮轴)上的“叶片相位器”。在大多数情况下，相位器具有带一个或多个叶片的转子，其安装在凸轮轴的末端并被带叶片腔的外壳包围，叶片安装在叶片腔内。也可将叶片安装在外壳上，以及安装在转子中的空腔内。外壳的外圆周形成了链轮、皮带轮或齿轮，其通过链条、皮带或齿轮而接受通常来自该凸轮轴或多凸轮发动机中的另一凸轮轴的传动力。
由于相位器不能很好地进行密封，因此它会遇到泄漏引起的油耗。在发动机的正常运转期间，由发动机油泵所产生的油的压力和流量通常足以使相位器保持充满油并充分地起作用。然而当发动机关闭时，油可能会从VCT机构中泄漏出去。在发动机的起动状态期间，在发动机油泵产生油压之前，缺乏对空腔中的油压的控制可能导致相位器由于缺油而过度振动，产生噪音并可能危害该机构。另外，当试图起动发动器时，需要将相位器锁定在某一特定的位置上。
在现有技术的相位器中所采用的一种解决方法是引入锁定销，当空腔中的油不足时，锁定销将相位器锁定在相对于凸轮轴的某一特定的相角位置。这些锁定销通常是弹簧加载，从而利用机油压力来接合和释放。因此当发动机关闭时，机油压力达到某个预定的低值，使得弹簧加载的销接合并锁住了相位器。在发动机的起动期间，销仍保持接合状态，直到发动机油泵产生了足以释放销的压力为止。举例来说，美国专利No.6247434显示了一种由机油促动的多位置可变凸轮轴正时系统。在此系统中，在凸轮轴上固定了轮毂以与凸轮轴同步旋转，外壳围绕着轮毂并可与轮毂和凸轮轴一起旋转，并在预定的旋转角内相对于轮毂和凸轮轴摆动。驱动叶片径向地设置在外壳内并与轮毂的外表面相配合，而从动叶片径向地设置在轮毂内并与外壳的内表面相配合。锁定装置可响应于油压来防止外壳和轮毂之间的相对运动。控制装置可控制外壳相对于轮毂的摆动。
美国专利No.6311655显示了一种具有安装有叶片的锁定活塞装置的多位置可变凸轮正时系统。在此专利中介绍了具有凸轮轴和可变凸轮轴正时系统的内燃机，其中转子固定在凸轮轴上并可相对于凸轮轴旋转而不能摆动。围绕着转子的外壳可与转子和凸轮轴一起旋转，并可在完全延迟位置和完全提前位置之间相对于转子和凸轮轴摆动。锁定结构可防止转子和外壳之间的相对运动，其安装在转子或外壳上，并在完全延迟位置、完全提前位置以及它们之间的位置中与转子和外壳中的另一个相应地可释放地接合。锁定装置包括锁定活塞，其具有终止于其一端的键，锁定装置还包括与键相对地安装在锁定活塞上的齿，用于将转子互锁在外壳上。控制结构可控制转子相对于外壳的摆动。
美国专利No.6374787显示了一种由机油压力促动的多位置可变凸轮轴正时系统。在凸轮轴上固定了轮毂以与凸轮轴同步旋转，外壳围绕着轮毂并与轮毂和凸轮轴一起旋转，并在预定的旋转角内相对于轮毂和凸轮轴摆动。驱动叶片径向地设置在外壳内并与轮毂的外表面相配合，而从动叶片径向地设置在轮毂内并与外壳的内表面相配合。锁定装置可响应于油压来防止外壳和轮毂之间的相对运动。控制装置可控制外壳相对于轮毂的摆动。
美国专利No.6477999显示了具有固定在其一端从而与之一起非摆动式旋转的叶片的凸轮轴。凸轮轴还带有链轮，其可与凸轮轴一起旋转但可相对于凸轮轴摆动。叶片具有相对的凸角，其分别容纳在链轮的相对凹腔中。凹腔具有比凸角更大的周向范围，以允许叶片和链轮彼此相对地摆动。凸轮轴相位可响应于在其正常操作期间所经历的脉冲而变化，并通过选择性地阻挡或允许高压液压流体、优选是机油从凹腔中流出而只沿着给定方向变化，即提前或延迟，这是通过控制柱塞在控制阀的阀体内的位置来实现的。链轮具有从中延伸穿过的通道，此通道平行于凸轮轴的纵向旋转轴线并与之间隔开。销可在通道内滑动，并可被弹簧弹性地推动到销的自由端延伸超出通道的位置。叶片还带有具有凹穴的板，该凹穴与预定链轮到凸轮轴方位中的通道对齐。凹穴容纳了液压流体，当流体压力处于其正常操作水平时，在凹穴中存在有足够的压力，使销的自由端保持不进入到凹穴中。然而在较低水平的液压下时，销的自由端会进入到凹穴中，并将凸轮轴和链轮一起锁定在预定的方位中。
其它在现有技术中所采用的解决方法具有单独的液压路径、管线或液压控制系统来促动锁定销，这些单独的液压路径、管线或系统可通过单独的柱塞滑阀或通过电动或电磁锁定机构来控制。例如，美国专利No.5901674公开了一种用来促动锁定销的单独的液压路径，其由单独的柱塞滑阀来控制。
美国专利No.5941202公开了一种用来释放锁定销的单独的液压管线，其中该管线由电动阀来控制。
美国专利No.6386164公开了一种用于气门正时控制装置的锁定销，其中单独的液压油路中的一条用于促动锁定销，一条用于释放锁定销，它们都与用于液压提前和液压延迟的通道无关。控制锁定销的液压油路由单独的油开关阀(OSV)来控制，而非由位于主机油控制阀(OCV)上的端部通道来控制。
发明内容
用于发动机的VCT相位器具有外壳、转子和柱塞滑阀。转子具有孔，其包含敞开的外端、内表面以及具有排放端口的内端，并且沿着孔布置了提前端口、公共端口、延迟端口和锁定端口。柱塞滑阀包括带第一台肩、第一沟槽、第二台肩、第二沟槽和第三台肩的柱塞，孔的内表面和第一沟槽之间的区域限定了第一腔，孔和第二沟槽之间的区域限定了第二腔，而孔和柱塞内端之间的区域限定了第三腔。供流体通过的位于第一沟槽和第二沟槽之间的通道提供了第一腔和第二腔与锁定销之间的流体连通。
当柱塞处于最靠近孔外端的最外位置时，第二台肩阻塞了延迟端口或提前端口中的一个。第一腔与提前端口或延迟端口中的另一个以及公共端口连通，而锁定端口与第三腔和排放端口流体连通，使得锁定销处于锁定位置。
当柱塞处于零位时，第一台肩和第二台肩阻塞了提前端口和延迟端口，而锁定端口与第二腔流体连通，使得锁定销处于解锁位置。
当柱塞处于最靠近孔内端的最内位置时，第一台肩阻塞了延迟端口或提前端口中的一个。第一腔与提前端口或延迟端口中的另一个以及公共端口连通，而锁定端口与第二腔流体连通，使得锁定销处于解锁位置。
图1a，1b，1c和1d显示了本发明的第一实施例的示意图。
图2显示了第一实施例的VCT相位器的截面图，其具有与入口和出口通道相连的锁定销。
图3显示了沿着图2中的线A-A剖切的截面图。
图4显示了沿着图2中的线B-B剖切的截面图。
图5a，5b和5c显示了凸轮扭矩促动相位器中的本发明的第二实施例的示意图。
图6显示了容纳有图5a所示柱塞的轴向圆柱形孔的特写图。
图7a，7b和7c显示了油压促动相位器中的本发明的第三实施例。
图8显示了容纳有图7a所示柱塞的轴向圆柱形孔的特写图。
图9a，9b和9c显示了单止回阀扭力辅助相位器中的本发明的第四实施例。
图10显示了容纳有图9a所示柱塞的轴向圆柱形孔的特写图。
图11a，11b和11c显示了双止回阀扭力辅助相位器中的本发明的第五实施例。
图12显示了容纳有图11a所示柱塞的轴向圆柱形孔的特写图。
具体实施例方式
为了提高发动机的性能或减少排放物，内燃机已经采用了多种机构来调整凸轮轴相对于曲轴的角度。这些机构的其中之一是可变凸轮轴正时(VCT)。这些VCT机构中的大多数使用机油作为液压工作流体来起作用。由于大多数VCT机构并不是100％密封的，因此它们会遇到泄漏引起的油耗。在发动机的正常运转期间，由发动机油泵所产生的机油压力和流量通常足以使相位器保持充满油并因而充分地起作用。然而，当发动机关闭时，油可能从VCT机构中泄漏出去。因此，在后续的发动机的起动状态期间，由于VCT系统中的油压不足而使VCT过度振动。
图1a到1d显示了处于以下位置的本发明的控制系统零位(图1a)、提前位置(图1b)、锁定销释放的延迟位置(图1c)和锁定销接合的延迟位置(图1d)。在每幅图中，具有三个台肩18，19，20的圆柱形柱塞22跨置在孔或套筒17中。机油源13通过通道14和第一通道15而连接至孔17中，其中在通道14中设有止回阀，而第一通道15与油源如机油供应源13直接流体连通。应当注意，油源提供了用于实现正常VCT机构的手段。换句话说，在没有第一通道15的条件下，机油源13仍可维持对VCT机构的供油。第一通道15使机油源13分叉，以便实现本发明。通道16通向机油箱(未示出)，并允许油从锁定销11流回到油槽或供油箱中。第二通道或锁定通道23通向锁定销11，其设置成可配合到凹腔12中，从而将相位器锁定住。第二通道23用于将油导入和导出锁定销11。
支线8通向提前腔2，支线10类似地通向延迟腔3。这两个腔2，3由叶片1间隔开，叶片1是转子的一部分。在图1a-1d中所示类型的“凸轮扭矩促动”(CTA)的相位器中，带止回阀6，7的通道9提供了允许促动流体从提前腔2流向延迟腔3和反之亦然的循环管线。促动流体的方向取决于柱塞滑阀的位置，其方式与美国专利No.5107804中所描述的方式类似，该专利通过引用结合于本文中。然而，本领域的技术人员应当理解，本发明的系统可用于直接由油压激励或移动的相位器、混合型装置或者任何其它使用单个柱塞滑阀来控制相位器的装置中。
回过来看图1a，柱塞滑阀22处于零位。第一台肩18阻塞了排放通道或第三通道16，其可防止源油从锁定销11排出。第二台肩19阻塞了来自提前支线8的源油，而第三台肩20阻塞了来自延迟支线10的源油。供应至柱塞20以及随后供应至支线8，10的补给源油通过包含有止回阀14的供给管线来提供，从而可在因扭矩反向而引起的压力脉冲的期间防止来自柱塞22的油返回到供给源中。
由于提前支线8和延迟支线10是阻塞的，因此源油只能通过源支线9朝向提前腔2和延迟腔3移动，以补给因泄漏而引起的油耗。源支线9终止于由止回阀6，7所标记的截面上。同样，由于提前支线8和延迟支线10是阻塞的，因此止回阀6，7均未关闭，从而允许源油穿过提前管线4和延迟管线5。这样就可保持提前腔2和延迟腔3充满油。然而，油不能从提前腔2流向延迟腔3或从延迟腔3流向提前腔2。因此，叶片1被有效地锁住。如图所示，在柱塞22处于这个位置即零位时，通过供给管线或第一通道15仍可自由地将源油供应至锁定销11中，从而促使锁定销11保持与凹腔12脱开。
图1b显示了处于提前位置的柱塞22。第二台肩19阻塞了提前支线8，防止提前腔2中的油排出。第三台肩20不再阻塞延迟支线10，从而允许源油和离开延迟腔3的油经由源支线9和止回阀6而流向提前支线4，以充满提前腔2，同时允许凸轮扭矩反向以移动叶片1。类似于图1a，源油仍可供应至锁定销11处，从而保持锁定销11与凹腔12脱开。
图1c显示了处于延迟位置的柱塞，其中锁定销处于脱开或解锁状态。供应至锁定销11的油量在数量上仍然足以保持锁定销11与凹腔12脱开。第三台肩20完全阻塞了延迟支线10。源油和离开提前腔2的油通过支线4而流向源支线9，并穿过止回阀7而流向通往延迟腔3的延迟支线10，填充延迟腔3，从而允许凸轮扭矩反向以将叶片移向延迟位置。类似于图1a和1b，源油仍可供应至锁定销11处，从而保持锁定销11与凹腔12脱开。
图1d显示了处于延迟位置的柱塞22，其中锁定销处于接合状态。第一台肩18不再阻塞排放通道16。第二台肩19此时阻塞了将锁定销11保持在脱开位置上的源油的供给管线15；并且不再阻塞源油的提前支线8。第三台肩20此时阻塞了源油的延迟支线10。由于台肩18，19，20处于这些特定位置，因此源油通过止回阀14而流入包含有柱塞22的孔17中。源油和离开提前腔2的油一起通过止回阀7而流向延迟支线10，从而填充延迟腔3并因此移动叶片1。由于油的供给不再存在，而剩余的油通过排放通道或第三通道16而排出，因此锁定销11与凹腔12接合。
应当理解，当VCT机构处于延迟或零位状态时，锁定销与转子脱开，而当如本发明所述地通过使柱塞另一端上的台肩18和通道15，16及23的位置反过来而使VCT机构处于提前状态时，锁定销与转子相接合。如参照图1a-1d所见，销11受到弹性件25的平衡，该弹性件被偏压在相对于与第二通道23中的油保持流体接触的末端相反的末端上，或者与这一末端接合。弹性件25所施加的力基本上是恒定的。另外，弹性件25可以是弹簧，或者更具体地说是金属弹簧。
图2显示了相位器的截面图。图3和4显示了沿着图2中的线A-A和B-B的截面图。大体说来，这些图显示了本发明的控制系统如何安装到在转子中心处具有柱塞滑阀的这类凸轮相位器中。柱塞又具有附加台肩18，其用于控制流入和流出锁定销11附近的受激流体，并且包括通道23和16。
参看图2，其显示了本发明相位器的正面视图。更具体地说，图2以正面视图显示了锁定销11和出/入锁定销11的通道23。图中显示了在外壳(未示出)内摆动的转子，其中在转子上周向地形成了三个从中伸出的叶片1。在转子的中央设有大致圆柱形状的允许柱塞22在其内移动的圆周孔。设置了两组相同的孔。另外应该注意，第二通道23可促进源(未示出)和销11之间的流体连通。另外，通道4和5起到如图1a-1d所述的作用。
参看图3，其显示了沿着图2的线A-A的截面图。更具体地说，图3是显示了锁定销通道23和排放通道16的截面图。供给源13提供油，柱塞滑阀22可滑动地定位在转子4的中心。排放通道16将过多的油排出。
参看图4，其显示了沿着图2中的线B-B的截面图。更具体地说，图4是显示了锁定销通道23、源通道13和通道15的截面图。柱塞22可控制地在转子4中心处的孔中移动或滑动，并且在行程上受到孔17的长度的限制。
以下是显示了只使用一个即单个柱塞滑阀(与分别用于控制叶片1和控制锁定销11的独立的柱塞滑阀相反)的本发明的功能的示例，其中当柱塞滑阀22移出时，其同时执行或实现两项功能。首先，“柱塞滑出”命令VCT或相位器移动到停止位置。这个停止位置根据液压通道的设计可以是完全提前或完全延迟的。通过将锁定销11定位在完全提前或完全延迟的停止位置，VCT系统便可自动地找到锁定位置。第二命令是切断源油，并使锁定销11通过排放通道15进行排放，从而允许锁定销11延伸到凹腔12中并与其接合。
如所理解的那样，与使用独立的柱塞滑阀来控制液压通道的已知VCT锁定系统相比，以及与在源油不通过单个柱塞如本发明所示的中心定位柱塞22附近的条件下而使用源油的压力来锁定或解锁相位器的已知VCT锁定系统相比，可以更有效地执行这两项功能。换句话说，本发明只提供了一个柱塞滑阀22来执行上面两项功能(即将VCT调整到某一相位位置且实现锁定)，如图1a-1d中所见。
本发明还提供了一种结合有上面两项功能的独特特征。这个特征例如可以通过回头参见图1a-1d来描述。例如，当柱塞滑阀22移出并经过零位时，基于柱塞位置的第一指令将使VCT移动到锁定位置。第二指令在柱塞滑阀移出得更远时发生。这样，在柱塞滑阀22移出时所发生的事件顺序是，首先重新定位VCT，然后重新定位锁定销11。当柱塞滑阀“移入”时，该事件的顺序相反。即使在柱塞滑阀到达零位之前，柱塞滑阀的第一少量移动也首先会使VCT解锁。在移入并穿过零位之后，VCT才能离开锁定位置。这是所希望的，因为如果在锁定销脱开之前命令VCT移动，那么锁定销会被楔住，从而不能通过销上的促动力来使VCT解锁。如所看到的那样，本发明防止了在命令VCT离开锁定位置之前需要给予VCT足够时间来进行释放的控制策略。
本发明的另一所需结果是当柱塞滑阀移入时，所发生的第一动作是使锁定销11脱开。这甚至发生在柱塞滑阀22移动到足够远以命令VCT移动之前。
图5a至6显示了凸轮扭矩促动相位器中的本发明第二实施例的示意图。图5a显示了处于零位的第二实施例的凸轮扭矩促动相位器。图5b显示了处于延迟位置的第二实施例的凸轮扭矩促动相位器。图5c显示了处于提前位置的第二实施例的凸轮扭矩促动相位器。图6显示了图5a所示柱塞的特写图。
参见图5a和6，液压流体从供给管线118进入相位器而流向公共管线116。流体从公共管线116流向提前腔102和延迟腔103以及柱塞滑阀109的公共端口126。流向提前腔102和延迟腔103的流体经由止回阀106，107而移动至具有一端通向提前腔102和延迟腔103而另一端通向提前端口114和延迟端口115的管线104，105。柱塞109内置在轴向圆柱形套筒或孔124中，其容纳了柱塞台肩109a，109b和109c、沟槽134，136以及偏压弹簧125。柱塞109从外端至内端包括第一台肩109a、第一沟槽134、第二台肩109b、第二沟槽136和第三台肩109c，其中外端和内端相对于轴向孔124来限定。孔124的内表面和第一沟槽134限定了第一腔128。孔124的内表面的另一部分与第二沟槽136限定了第二腔130。柱塞109的内端和孔124限定了第三腔132。在第一沟槽134中存在通道119a，其通向第二台肩109b和沟槽136中的另一通道119b，从而允许流体在第一腔128和第二腔130之间通过。
孔124具有敞开外端、内表面以及具有排放端口122的内端。沿着孔124设置了通向提前管线104的端口114、通向公共管线116的端口126、通向延迟管线105的端口115和通向管线110的端口138，其中管线110通向位于其自身孔112中的锁定销111。如图5a至5c以及尤其如图6中所示，这些端口按照以下的顺序从敞开外端至具有排放端口122的内端进行设置，即提前端口114通过提前管线104而与提前腔102流体连通，公共端口126与公共管线116流体连通，延迟端口115通过延迟管线105而与延迟腔103流体连通，锁定端口138通过管线110而与锁定销111流体连通。
由发动机控制单元(ECU)(未示出)控制的可变力螺线管(VFS)(示意性示出)120使柱塞109在孔124中移动。在零位处，通过柱塞台肩109a和109b可防止流体经由管线104，105而离开提前腔102和延迟腔103。通过公共端口126而流向柱塞109的流体进入到位于柱塞台肩109a和109b之间的第一沟槽134中的第一腔128和柱塞通道119a。流体从第一柱塞通道119a移动至柱塞通道119b，其穿过整个柱塞台肩109b而进入第二腔130。流体从第二腔130进入端口138而流向管线110，该管线110通向容纳有锁定销111的孔112。流体具有足以克服偏压弹簧而推动锁定销111的压力和作用力，从而导致锁定销111处于解锁位置。由于柱塞台肩109c的位置的原因，流体并不从孔124中排出。柱塞台肩109c包含有插塞121。管线110通过环圈123而与孔124的端口138相连。
图5b显示了处于延迟位置的第二实施例的凸轮扭矩促动相位器。对于延迟位置来说，偏压弹簧125的作用力大于VFS120(示意性示出)的作用力，并且柱塞109向图中的左侧移动，导致柱塞台肩109b移动，从而阻塞了延迟端口115和延迟管线105。柱塞台肩109c阻塞了从第二腔130流向锁定端口138以及流向与锁定销111相连的管线110的流体。由于来自柱塞通道119b的流体不能到达管线110或锁定销111，因此偏压弹簧的作用力将锁定销111锁住，并且来自锁定销111的流体经由锁定端口138和管线110而进入第三腔132，其通过排放端口122排出。
液压流体从供给管线118进入相位器而流向公共管线116。流体从公共管线116经由止回阀107和延迟管线105而流向延迟腔103。提前腔102中的流体通过提前管线104和提前端口114而流入第一腔128。流体从第一腔128进入端口126和公共管线116。如上所述，流体从公共管线116流向延迟腔103。来自第一腔128的少量流体将进入位于台肩109a和109b之间的第一沟槽134内的柱塞通道119a中。流体从柱塞通道119a移动至柱塞通道119b，其穿过整个柱塞台肩109b，进入第二腔130。然而如上所述，流体无法进入到锁定端口138和管线110中。
图5c显示了处于提前位置的第二实施例的凸轮扭矩促动相位器。对于提前位置来说，偏压弹簧125的作用力小于VFS120(示意性示出)的作用力，并且柱塞109向图中的右侧移动，导致柱塞台肩109a移动，从而阻塞提前端口114和提前管线104。
液压流体从供给管线118进入相位器，流向公共管线116。流体从公共管线116经由止回阀106和提前管线104而流向提前腔102。延迟腔103中的流体离开延迟管线105和延迟端口115而流入第一腔128。流体从第一腔128进入端口126和公共管线116，或进入位于台肩109a和109b之间的第一沟槽134内的柱塞通道119a中。进入公共管线116的流体如上所述地流向提前腔102。进入柱塞通道119a的流体移动至柱塞通道119b，其穿过整个柱塞台肩109b而进入第二腔130。流体从第二腔130进入锁定端口138而流向管线110，该管线110通向容纳有锁定销111的孔112。流体具有足以克服偏压弹簧而推动锁定销111的压力和作用力，从而导致锁定销111处于解锁位置。由于柱塞台肩109c的位置的原因，流体并不从孔124中排出。柱塞台肩109c包括插塞121。
图7a至8显示了油压促动相位器中的本发明第三实施例的示意图。图7a显示了处于零位的第三实施例的油压促动相位器。图7b显示了处于延迟位置的第三实施例的油压促动相位器。图7c显示了处于提前位置的第三实施例的油压促动相位器。图8显示了图7a所示柱塞的特写图。
参见图7a和8，液压流体从供给管线218进入相位器，流向管线216和孔224的端口226。孔224具有敞开的外端、内表面以及具有排放端口222的内端。沿着孔224设置了通向提前管线204的端口214、通向管线216的端口226、通向延迟管线205的端口215、通向管线210的端口238和通向第二提前管线240的端口244，其中管线210通向位于其自身孔212中的锁定销211。如图7a至7c以及尤其如图8所示，这些端口按照以下的顺序从敞开外端至具有排放端口222的内端进行设置，即提前端口214通过提前管线204而与提前腔202流体连通，端口226与管线216流体连通，延迟端口215通过延迟管线205而与延迟腔203流体连通，锁定端口238通过管线210而与锁定销211流体连通，第二提前端口244与第二提前管线240流体连通。
孔224还容纳有内置柱塞209和偏压弹簧225，柱塞209包括台肩209a，209b和209c以及沟槽234，236。柱塞209从外端至内端包括第一台肩209a、第一沟槽234、第二台肩209b、第二沟槽236和第三台肩209c，其中外端和内端相对于孔224来限定。孔224的内表面和第一沟槽234限定了第一腔228。孔224的内表面的另一部分与第二沟槽236限定了第二腔230。柱塞209的内端和孔224限定了第三腔232。在第一沟槽234中存在通道219a，其通向位于第二台肩209b和沟槽236中的另一通道219b，从而允许流体在第一腔228和第二腔230之间通过。
如图7a所示，当相位器处于零位且台肩209a和209b阻塞了端口215，214以及分别通向提前腔和延迟腔的管线205，204时，流体从端口226进入第一腔228和柱塞通道219a中。流体从位于台肩209a和209b之间的第一沟槽234中的柱塞通道219a进入柱塞通道119b，其穿过整个台肩209b而进入第二腔230。流体从第二腔230进入锁定端口238而流向管线210，该管线210通向容纳有锁定销211的孔212。流体具有足以克服偏压弹簧而推动锁定销211的压力和作用力，从而导致锁定销211处于解锁位置。由于柱塞台肩209c的位置的原因，流体并不从孔224中排出。柱塞台肩209c包含插塞221。管线210通过环圈223而与孔224的锁定端口238相连。
某些来自第二腔230的流体将进入与提前管线204相连的第二提前管线240，某些来自提前腔202的流体可通过第二提前管线240而进入第二腔。如图中所示，台肩209c部分地阻塞了通向第二提前管线240的第二提前端口244。这种流体交换是可以忽略的。
图7b显示了处于延迟位置的第三实施例的油压促动相位器。对于延迟位置来说，偏压弹簧225的作用力大于VFS220(示意性示出)的作用力，并且柱塞209向图中的左侧移动，导致柱塞台肩209b设置成阻塞了提前端口214和提前管线204。柱塞台肩209c阻塞了流体从第二腔230流向通向第二提前管线240的第二提前端口244以及通向管线210和锁定销211锁定端口238。由于来自柱塞通道219b的流体不能到达管线210，因此偏压弹簧的作用力将锁定销211锁住。流体从锁定销孔212经由锁定端口238和管线210而进入第三腔232。第三腔232中的流体通过排放端口222排出。
液压流体从供给管线218进入相位器，流向管线216和端口226。流体从端口226进入第一腔228。由于柱塞台肩209b阻塞了提前端口214，因此第一腔228中的流体将如上所述地进入柱塞通道219a，或进入到通往延迟管线205的延迟端口215。延迟管线205中的流体进入延迟腔203，并使叶片201沿箭头所示的方向移动。提前腔202中的流体经由提前管线204离开。流体受到台肩209b的阻塞而不能穿过提前端口214，相反，流体通过相连的第二提前管线240和第二提前端口244而移动至第三腔232中。第三腔232中的流体通过排放端口222排出。
图7c显示了处于提前位置的第三实施例的油压促动相位器。对于提前位置来说，偏压弹簧225的作用力小于VFS220(示意性示出)的作用力，并且柱塞209向图中的右侧移动，导致延迟管线205和延迟端口215打开以排放流体。
液压流体从供给管线218进入相位器，流向管线216和端口226。流体从端口226进入第一腔228。柱塞209的位置使第一腔228与柱塞通道219a和管线216以及提前管线204流体连通。流体从第一腔228移动至柱塞通道219a中，或经由提前端口214和提前管线204而移动至提前腔202。提前腔202中的流体使叶片201沿箭头所示的方向移动。延迟腔中的流体离开延迟管线205和延迟端口215而流入周围环境中或进行排放。移动至位于柱塞台肩209a和209b之间的第一沟槽234的柱塞通道219a中的流体进入柱塞通道219b，其穿过整个台肩209b而进入第二腔230。流体从第二腔230进入锁定端口238而流向管线210，该管线210通向容纳有锁定销211的孔212。流体具有足以克服偏压弹簧而推动锁定销211的压力和作用力，从而导致锁定销211处于解锁位置。由于柱塞台肩209c的位置的原因，流体并不从孔224中排出。柱塞台肩209c包含有插塞221。管线210通过环圈而与孔224的锁定端口238相连。
提前管线204中的某些流体可进入第二提前管线240和第二提前端口244而流向第二腔230。流体将从第二腔230进入锁定端口238和管线210而流向锁定销211。
图9a至10显示了单止回阀扭力辅助相位器中的本发明第四实施例的示意图。图9a显示了处于零位的第四实施例的单止回阀扭力辅助相位器。图9b显示了处于延迟位置的第四实施例的单止回阀扭力辅助相位器。图9c显示了处于提前位置的第四实施例的单止回阀扭力辅助相位器。图10显示了图9a所示柱塞的特写图。
参看图9a和10，液压流体从包含有止回阀342的供给管线318进入相位器，流向管线316和孔324的端口326。孔324具有敞开的外端、内表面以及具有排放端口322的内端。沿着孔324设置了通向提前管线304的端口314、通向管线316的端口326、通向延迟管线305的端口315、通向管线310的端口338和通向第二提前管线340的端口344，其中管线310通向位于其自身孔212中的锁定销211。如图9a至9c以及尤其如图10中所示，这些端口按照以下的顺序从敞开外端到具有排放端口322的内端进行设置，即提前端口314通过提前管线304而与提前腔302流体连通，端口326与管线316流体连通，延迟端口315通过延迟管线305而与延迟腔303流体连通，锁定端口338通过管线310而与锁定销311流体连通，第二提前端口344与第二提前管线340流体连通。
孔324还容纳有内置柱塞309和偏压弹簧325，柱塞309包括台肩309a，309b和309c以及沟槽334，336。柱塞309从外端至内端包括第一台肩309a、第一沟槽334、第二台肩309b、第二沟槽336和第三台肩309c，其中外端和内端相对于孔325来限定。孔324的内表面和第一沟槽334限定了第一腔328。孔324的内表面的另一部分与第二沟槽336限定了第二腔330。柱塞309的内端和孔324限定了第三腔332。在第一沟槽334中存在通道319a，其通向位于第二台肩309b和沟槽336中的另一通道319b，从而允许流体在第一腔328和第二腔330之间通过。
如图9a中所示，当相位器处于零位且台肩309a和309b了阻塞端口315，314以及分别通向延迟腔和提前腔的管线305，304时，流体从端口326进入第一腔328和柱塞通道319a中。流体从位于柱塞台肩309a和309b之间的第一沟槽334中的柱塞通道319a进入柱塞通道319b，其穿过整个台肩309b而进入第二腔330。流体从第二腔330进入锁定端口338，流至管线310，该管线310通向包含有锁定销311的孔312。流体具有足以克服偏压弹簧而推动锁定销211的压力和作用力，从而导致锁定销311处于解锁位置。由于柱塞台肩309c的位置的原因，流体并不从孔324中排出。柱塞台肩309c包含有插塞321。管线310通过环圈323而与孔324的锁定端口338相连。
某些来自第二腔330的流体将进入与提前管线304相连的第二提前管线340，而某些来自提前腔302的流体可通过第二提前管线340而进入第二腔。如图中所示，台肩309c部分地阻塞了通向第二提前管线340的第二提前端口344。这种流体交换是可以忽略的。
图9b显示了处于延迟位置的第四实施例的单止回阀扭力辅助相位器。对于延迟位置来说，偏压弹簧325的作用力大于VFS320(示意性示出)的作用力，并且柱塞309向图中的左侧移动，导致柱塞台肩309b设置成阻塞了提前端口314和提前管线304。柱塞台肩309c阻塞了流体从第二腔330流向通向第二提前管线340的第二提前端口344以及通向管线310和锁定销311的锁定端口338。由于来自柱塞通道319b的流体不能到达管线310，因此偏压弹簧的作用力将锁定销311锁住。流体从锁定销的孔312经由锁定端口338和管线310而进入第三腔332。第三腔332中的流体通过排放端口322排出。
液压流体从包含有止回阀342的供给管线318进入相位器，流向管线316和端口326。流体从端口326进入第一腔328。由于柱塞台肩309b阻塞了端口314，因此第一腔328中的流体将如上所述地进入柱塞通道319a，或者进入通往延迟管线305的延迟端口315。延迟管线305中的流体进入延迟腔303，并使叶片301沿箭头所示的方向移动。提前腔302中的流体通过提前管线304离开。流体受到台肩309b的阻塞而不能穿过提前端口314，相反，流体通过相连的第二提前管线340和第二提前端口344而移动至第三腔332中。第三腔332中的流体通过排放端口322排出。
图9c显示了处于提前位置的第四实施例的单止回阀扭力辅助相位器。对于提前位置来说，偏压弹簧325的作用力小于VFS320(示意性示出)的作用力，并且柱塞309向图中的右侧移动，导致延迟管线305和延迟端口315打开以排放流体。
液压流体从供给管线318进入相位器，流向管线316和端口326。流体从端口326进入第一腔328。柱塞309的位置使第一腔328与柱塞通道319a、管线316以及提前管线304流体连通。流体从第一腔328移动至柱塞通道319a中，或者经由提前端口314和提前管线304而移动至提前腔302。提前腔302中的流体使叶片301沿箭头所示的方向移动。延迟腔303中的流体经由延迟管线305和延迟端口315离开而流入外界环境中或排出。移动至位于柱塞台肩309a和309b之间的第一沟槽334的柱塞通道319a中的流体进入柱塞通道319b，其穿过整个台肩309b而进入第二腔330。流体从第二腔330进入锁定端口338，流向管线310，该管线310通向容纳有锁定销311的孔312。流体具有足以克服偏压弹簧而推动锁定销311的压力和作用力，从而导致锁定销311处于解锁位置。由于柱塞台肩309c的位置的原因，流体并不从孔324中排出。柱塞台肩309c包含有插塞321。管线310通过环圈423而与孔324的锁定端口338相连。
提前管线304中的某些流体可进入第二提前管线340和第二提前端口344而流向第二腔330。流体将从第二腔330进入锁定端口338和管线310而流向锁定销311。
图11a至12显示了双止回阀扭力辅助相位器中的本发明第五实施例的示意图。图11a显示了处于零位的第五实施例的双止回阀扭力辅助相位器。图11b显示了处于延迟位置的第五实施例的双止回阀扭力辅助相位器。图11c显示了处于提前位置的第五实施例的双止回阀扭力辅助相位器。图12显示了图11a所示柱塞的特写图。
参看图11a和12，液压流体通过供给管线418进入相位器，流向管线416和孔424的端口426。孔424具有敞开的外端、内表面以及具有排放端口422的内端。沿着孔424设置了通向在止回阀448之上与延迟管线相连的第二延迟管线450的端口452、通向止回阀448之下的延迟管线405的端口415、通向管线416的端口426、通向止回阀446之下的提前管线404的端口414，以及通向在止回阀446之上与提前管线404相连的第二提前管线440的端口444。如图11a至11c以及尤其如图12中所示，这些端口按照以下的顺序从敞开外端到具有排放端口422的内端来设置，即第二延迟端口452与延迟管线405流体连通，延迟端口415通过延迟管线405而与延迟腔403流体连通，端口426与管线416流体连通，提前端口414通过提前管线404而与提前腔402流体连通，第二提前端口444与提前管线440流体连通。
孔424还容纳有内置柱塞409和偏压弹簧425，柱塞409包括台肩409a，409b和409c以及沟槽434，436。柱塞409从外端至内端包括第一台肩409a、第一沟槽434、第二台肩409b、第二沟槽436和第三台肩409c，其中外端和内端相对于孔425来限定。孔424的内表面和第一沟槽434限定了第一腔428。孔424的内表面的另一部分与第二沟槽436限定了第二腔430。柱塞409的内端和孔424限定了第三腔432。第一沟槽434中存在通道419a，其通向位于第二台肩409b和沟槽436中的另一通道419b，从而允许流体在第一腔428和第二腔430之间通过。
如图11a所示，当相位器处于零位且台肩409a，409b和409c阻塞了通向提前腔402和延迟腔403的端口452，415，414和444时，流体从端口426进入第一腔428和柱塞通道419a中。流体从位于柱塞台肩409a和409b之间的第一沟槽434中的柱塞通道419a进入柱塞通道419b，其穿过整个台肩409b而进入第二腔430。流体从第二腔430进入锁定端口438而流向管线410，该管线410通向容纳有锁定销411的孔412。流体具有足以克服偏压弹簧而推动锁定销411的压力和作用力，从而导致锁定销411处于解锁位置。由于柱塞台肩409a和409c的位置的原因，流体并不从孔424中排出。柱塞台肩409c包含有插塞421。管线410通过环圈423与孔424的锁定端口438相连。
图11b显示了处于延迟位置的第五实施例的双止回阀扭力辅助相位器。对于延迟位置来说，偏压弹簧425的作用力大于VFS420(示意性示出)的作用力，并且柱塞409向图中的左侧移动，导致柱塞台肩409a设置成阻塞了第二延迟端口452和第二延迟管线450，并导致柱塞台肩409b阻塞了提前端口414和提前管线404。柱塞台肩409c阻塞了流体从第二腔430流向通向第二提前管线440的第二提前端口444以及通向管线410和锁定销411的锁定端口438。由于来自柱塞通道419b的流体不能到达管线410，因此偏压弹簧的作用力将锁定销411锁住。流体从锁定销孔412经由锁定端口438和管线410而进入第三腔432。第三腔432中的流体通过排放端口422排出。
液压流体从供给管线418进入相位器，流向管线416和端口426。流体从端口426进入第一腔428。由于柱塞台肩409b阻塞了提前端口414，因此第一腔428中的流体将如上所述地进入柱塞通道419a，或者经由延迟管线405中的止回阀448而进入延迟端口415中。延迟管线405中的流体进入延迟腔403并使叶片401沿箭头所示的方向移动，或者进入第二延迟管线450。然而，第二延迟管线450和第二延迟端口452被柱塞台肩409a阻塞。提前腔402中的流体通过提前管线404离开。流体受到止回阀446和台肩409b的阻塞而不能穿过提前端口414，相反，流体通过相连的第二提前管线440和第二提前端口444而移动至第三腔432中。第三腔432中的流体通过排放端口422排出。
图11c显示了处于提前位置的第五实施例的双止回阀扭力辅助相位器。对于提前位置来说，偏压弹簧425的作用力小于VFS420(示意性示出)的作用力，并且柱塞409向图中的右侧移动，导致柱塞台肩409a设置成阻塞了延迟端口415和延迟管线405。柱塞台肩409c部分地阻塞了第二提前端口444和第二提前管线440。第二延迟管线450和第二延迟端口452打开以排放流体。
液压流体从供给管线418进入相位器，流向管线416和端口426。流体从端口426进入第一腔428。柱塞409的位置使第一腔428与柱塞通道419a、管线416以及提前管线404流体连通。流体从第一腔428移动至柱塞通道419a中，或者穿过提前端口414经由提前管线404中的止回阀446而移动至提前腔402。提前腔402中的流体使叶片401沿箭头所示的方向移动。延迟腔403中的流体离开延迟管线405。流体受到止回阀448和台肩409a的阻塞而不能穿过延迟端口415，相反，流体流过相连的第二延迟管线450和第二延迟端口452，并从孔424中排出。移动至位于柱塞台肩409a和409b之间的第一沟槽434内的柱塞通道419a中的流体进入柱塞通道419b，其穿过整个台肩409b而进入第二腔430。流体从第二腔430进入锁定端口438，流向管线410，该管线410通向容纳有锁定销411的孔412。流体具有足以克服偏压弹簧而推动锁定销411的压力和作用力，从而导致锁定销411处于解锁位置。由于柱塞台肩409c的位置的原因，流体并不从孔424中排出。柱塞台肩409c包含有插塞421。管线410通过环圈423而与孔424的锁定端口438相连。
提前管线404中的某些流体可进入第二提前管线440和第二提前端口444而流向第二腔430。流体将从第二腔430进入锁定端口438和管线410而流向锁定销411。
因此，应当理解，这里所介绍的本发明实施例都只是本发明原理的示例性应用。这里对所示实施例的细节参考并不意味限制了权利要求的范围，权利要求自身阐述了那些被认为是本发明所必需的特征。
权利要求
1.一种用于带有至少一个凸轮轴的内燃机的可变凸轮正时相位器，包括外壳，其具有用于接受传动力的外圆周；用于与凸轮轴相连且同轴地定位在所述外壳内的转子，所述外壳和转子限定了至少一个叶片，其将所述外壳中的内腔分成提前腔和延迟腔，所述叶片能够转动以改变所述外壳和转子的相对角位置；所述转子还具有轴向圆柱形孔，其包括敞开的外端、内表面以及具有排放端口的内端，并且沿着所述孔布置了与所述提前腔流体连通的提前端口、公共端口、与所述延迟腔流体连通的延迟端口，以及与锁定销孔流体连通的锁定端口；柱塞滑阀，其包括可滑动地定位在所述转子孔内的柱塞，所述柱塞从外端到内端依次包括第一台肩、第一沟槽、第二台肩、第二沟槽和第三台肩；所述孔的内表面和所述第一沟槽之间的孔内区域限定了第一腔，所述孔的内表面和所述第二沟槽之间的区域限定了第二腔，所述孔的内表面和所述柱塞的内端之间的区域限定了第三腔；所述柱塞具有从所述第一沟槽到所述第二沟槽的通道，用于使流体在所述第一腔和所述第二腔之间流过。其中，当所述柱塞处于最靠近所述孔外端的最外位置时，所述第二台肩阻塞了所述延迟端口或提前端口中的一个，所述第一腔与所述提前端口或延迟端口中的另一个以及公共端口连通，并且所述锁定端口与所述第三腔和排放端口连通，使得所述锁定销处于锁定位置；当所述柱塞处于零位时，所述第一台肩和第二台肩阻塞了所述提前端口和延迟端口，并且所述锁定端口与第二腔流体连通，使得所述锁定销处于解锁位置；和当所述柱塞处于最靠近所述孔内端的最内位置时，所述第一台肩阻塞了所述延迟端口或提前端口中的一个，所述第一腔与所述提前端口或延迟端口中的另一个以及公共端口连通，并且所述锁定端口与第二腔流体连通，使得所述锁定销处于解锁位置。
2.根据权利要求1所述的相位器，其特征在于，所述相位器还包括与源、公共端口、提前管线和延迟管线流体连通的公共管线。
3.根据权利要求2所述的相位器，其特征在于，所述公共管线还包括将所述提前管线和延迟管线与所述公共管线连接起来的管线，所述管线还包括止回阀，其中一个止回阀位于将所述公共管线与提前管线连接起来的管线中，而另一止回阀位于将所述公共管线与延迟管线连接起来的管线中。
4.根据权利要求2所述的相位器，其特征在于，来自所述源的流体经由所述公共管线和止回阀而移动至所述提前管线中，或者经由所述公共管线和止回阀而移动至所述延迟管线中，从而移动所述叶片，并在所述提前腔或所述延迟腔和另一所述延迟腔或所述提前腔之间传递流体。
5.根据权利要求1所述的相位器，其特征在于，所述相位器还包括与供给管线和所述公共端口相连的公共管线。
6.根据权利要求5所述的相位器，其特征在于，来自所述供给管线的流体经由所述公共管线而移动至所述公共端口，并且流体从所述公共端口移动至所述提前腔或所述延迟腔。
7.根据权利要求5所述的相位器，其特征在于，所述相位器还包括位于所述供给管线中的止回阀。
8.根据权利要求1所述的相位器，其特征在于，所述相位器还包括与提前管线流体连通的第二提前管线，其具有位于所述提前端口和所述轴向圆柱形孔的具有排放端口的内端之间的第二提前端口。
9.根据权利要求8所述的相位器，其特征在于，当所述柱塞处于最靠近所述孔外端的最外位置时，所述第二提前端口与所述第三腔和排放端口流体连通。
10.根据权利要求8所述的相位器，其特征在于，当所述柱塞处于零位时，所述第二提前端口与所述第二腔流体连通。
11.根据权利要求8所述的相位器，其特征在于，当所述柱塞处于最靠近所述孔内端的最内位置时，所述第二提前端口与所述第二腔流体连通。
12.根据权利要求1所述的相位器，其特征在于，所述锁定销孔通过环圈与所述锁定端口相连。
13.根据权利要求1所述的相位器，其特征在于，所述相位器还包括与提前管线流体连通的第二提前管线，其具有位于所述提前端口和所述轴向圆柱形孔的具有排放端口的内端之间的第二提前端口；以及与延迟管线流体连通的第二延迟管线，其具有位于所述敞开外端和延迟端口之间的第二延迟端口。
14.根据权利要求13所述的相位器，其特征在于，所述相位器还包括位于所述提前管线中的止回阀和位于所述延迟管线中的另一止回阀。
15.根据权利要求13所述的相位器，其特征在于，当所述柱塞处于最靠近所述孔外端的最外位置时，所述第二提前端口与所述第三腔和排放端口流体连通，而第二延迟端口被所述柱塞的第一台肩阻塞。
16.根据权利要求13所述的相位器，其特征在于，当所述柱塞处于零位时，所述柱塞的第三台肩阻塞了所述第二提前端口，而所述柱塞的第一台肩阻塞了所述第二延迟端口。
17.根据权利要求13所述的相位器，其特征在于，当所述柱塞处于最靠近所述孔内端的最内位置时，所述第二提前端口与所述第二腔流体连通，而所述第二延迟端口将流体排放至大气中。
全文摘要
一种用于发动机的VCT相位器，具有外壳、转子和柱塞滑阀。转子具有孔，其包括敞开的外端、内表面以及具有排放端口的内端，并且沿着孔布置了提前端口、公共端口、延迟端口和锁定端口。柱塞滑阀包括带有第一台肩、第一沟槽、第二台肩、第二沟槽和第三台肩的柱塞，孔的内表面和第一沟槽之间的区域限定了第一腔，孔和第二沟槽之间的区域限定了第二腔，孔和柱塞内端之间的区域限定了第三腔。供流体通过的位于第一沟槽和第二沟槽之间的通道提供了第一腔和第二腔与锁定销之间的流体连通。
文档编号F01L1/34GK1752419SQ20051010895
公开日2006年3月29日 申请日期2005年9月21日 优先权日2004年9月22日
发明者F·R·史密斯 申请人:博格华纳公司