专利名称：具有锁销控制的可变凸轮轴正时的远程控制阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及可变凸轮正时系统的领域。更具体地说，本发明涉及具有锁销控制的可变凸轮正时系统的远程控制阀。
背景技术：
在相位器中通常会增设锁销，以便锁住转子相对于外壳的位置。带有锁销的相位器的一些例子有美国专利6477999、6481402、6644258、6668778、6766777和6772721。
美国专利6477999公开了一种链轮中的通道，其平行于凸轮轴的纵向旋转轴线且与之间隔开地延伸。销可在通道内滑动，并且被弹簧可回弹地推动。相位器叶片带有板，该板具有用于容纳销端的凹穴。如果提供了足够的油压，那么该油压可使销端保持为不与叶片凹穴接合，如果不能提供足够的油压，那么销便与凹穴接合而阻碍了叶片的运动。凹穴与在可变凸轮正时系统中使用的油流体式连通。
美国专利6481402公开了一种可变凸轮正时系统，其中当柱塞处于零位时，转子和外壳通过销而相互间锁定住。来自供应源的高压流体将流体提供给流体管线的锁销通道，从而提供给提前腔或延迟腔。
美国专利6644258公开了一种处于外壳中的销，其可将外壳相对于转子锁定住。释放锁销所需的油压高于将销保持在解锁位置中所需的压力。
美国专利6668778公开了一种与可变凸轮正时系统的差压控制系统(DPCS)的控制回路液压式连通的锁销。当控制压力小于50％负载循环时，控制信号指示销形成接合，并且使VCT朝向机械止动件运动。当回路的控制压力大于50％负载循环时，锁销便脱开，并且叶片运动离开机械止动件。
美国专利6766777公开了一种可变凸轮正时系统，其中供应源的油通道将油提供给柱塞滑阀和锁销。锁销由供应源来直接供给。当油泵打开时，锁销被解锁。不论锁销被锁定或被解锁，柱塞位置均不受到支承。
美国专利6772721公开了一种具有转子的可变凸轮正时系统，该转子包括两组叶片，包括带有一对台肩的叶片。台肩定位成阻塞了通向锁销的通道。在提前位置、延迟位置和零位中，锁销被解锁。在完全提前位置中锁销被锁定。当柱塞被命令而运动离开其默认位置时，锁销受到了压力。
美国专利6814038公开了一种可变凸轮正时系统，其利用用来控制VCT机构的同一柱塞来主动地控制锁销。柱塞的多个台肩的位置直接影响源油是否被供应给锁销以及相位器的延迟腔或提前腔。
图5a-5c显示了现有技术的凸轮扭矩促动(CTA)式相位器。在凸轮扭矩促动式相位器中，由打开和关闭阀的力所引起的凸轮轴中的扭矩逆转使叶片6运动。CTA系统中的控制阀4允许相位器中的叶片6运动，这是通过允许流体从提前腔8流向延迟腔10或者相反来实现的，这取决于所需的运动方向。采用正凸轮扭转来延迟相位器，而采用采用负凸轮扭转来提前相位器。在凸轮扭矩促动式相位器的操作期间，柱塞滑阀4使提前腔8和延迟腔10同时增压，并且使油往返于柱塞滑阀4和腔8，10而循环。由于凸轮扭矩促动式相位器中的腔8，10被同时增压，因此锁销决不会被直接加入到腔中，这是因为压力决不会降到零。
更具体地说，在如图5a所示的零位中，柱塞台肩9a，9b阻塞了线路12和13，叶片6被锁定位。额外的流体被提供给相位器，以便弥补因泄漏而导致的损耗。在该位置中，孔52中的锁销处于解锁位置。流体从供应源经由管线50和54而被提供给锁销。来自供应源的流体压力大于将弹簧23偏压在锁销24上所施加的力。锁销24因柱塞台肩9b而无法进行排放。此外，在一些发动机中，凸轮扭矩能量在高速下耗散掉，而CTA的VCT无法在没有凸轮扭矩能量的情况下运动，这是因为由于CTA的液压回路的特性，在叶片的两侧上施加了相等的供应源压力，使得VCT不会运动。
为了延迟相位器，如图5b所示，来自供应源的液压流体进入到管线18中，并经由止回阀19而运动到柱塞滑阀4。柱塞滑阀4安装在内部，并且包括用于容纳带有台肩9a，9b，9c的柱塞9和偏压弹簧5的套筒17。由ECU2控制的可变力螺线管或促动器3使柱塞9在套筒17内运动。柱塞可通过弹簧5而向左运动，此时柱塞台肩9b阻塞了管线13并部分地打开了排放管线21，而柱塞台肩9c阻塞了管线54以及通向管线50和锁销24的供应源流体。在没有供应源流体的压力下，偏压弹簧23迫使锁销24运动到锁定位置。存在于带有锁销的孔52内的所有或任何流体排放到管线21中。管线12和16打开。流体从柱塞9中进入管线16，经打开的止回阀15进入到管线13和延迟腔10中。同时，流体经由管线12离开提前腔8，流体流经台肩9a和9b之间的柱塞，并且回到管线16，在这里它流入到管线13中，将流体提供给延迟腔10。
为了提前相位器，如图5c所示，柱塞通过VFS3而向右运动，因此柱塞台肩9a和9b不会阻塞管线13、管线16或任何排放管线，而柱塞台肩9a阻碍了流体从管线12中离开。来自延迟腔10的流体经由管线13而离开腔，管线13使流体在台肩9a和9b之间流过柱塞9。流体然后进入管线16，通过打开的止回阀14而流到管线12和提前腔8中。额外的流体由供应源经由管线18和止回阀19而被提供给柱塞滑阀4。在该位置中，锁销24处于解锁位置。供应源流体和压力通过管线50和54被提供给锁销24的孔52。来自供应源的流体压力大于偏压弹簧23施加在锁销24上的力。由于柱塞台肩9b的原因，锁销24无法实现排放。
发明内容
一种VCT系统，具有外壳、转子、锁销和柱塞滑阀。柱塞滑阀具有可滑动地设置在具有多个端口的孔中的柱塞。柱塞具有多个可阻塞端口的台肩。当柱塞处于提前位置时，该多个台肩允许流体经由端口从延迟腔流到提前腔中。当柱塞处于延迟位置时，该多个台肩允许流体经由端口从提前腔流到延迟腔中。当柱塞处于零位时，该多个台肩允许流体从供应源流到提前腔和延迟腔中。当柱塞处于锁定位置时，该多个台肩允许供应到提前腔或延迟腔中之一的流体使锁销运动到锁定位置。本发明对于凸轮扭矩促动式VCT而言特别重要，这是因为它允许在不为锁销增设单独的液压控制管线的情况下有效地切换锁销。
图1显示了处于零位的相位器的示意图。
图2显示了处于延迟位置的相位器的示意图。
图3显示了处于提前位置的相位器的示意图。
图4显示了处于完全提前止动位置的相位器的示意图。
图5a显示了采用柱塞滑阀控制的锁定特征的处于零位的现有技术凸轮促动扭矩式相位器的示意图。图5b显示了处于延迟和锁定位置的现有技术凸轮促动扭矩式相位器的示意图。图5c显示了处于提前位置的现有技术凸轮促动扭矩式相位器的示意图。
具体实施例方式
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，以便改善发动机性能或减少排放物。这些可变凸轮轴正时(VCT)机构中的大部分采用了位于发动机凸轮轴(或者多凸轮轴式发动机中的多个凸轮轴)上的一个或多个“叶片相位器”。在大多数情况下，相位器具有带有一个或多个叶片的转子，其安装在凸轮轴的端部上并被外壳所包围，其中外壳具有叶片安装于其中的叶片腔。也可将叶片安装在外壳上，而将叶片腔设于转子中。外壳的外周形成了链轮、滑轮或齿轮，其可通过链条、皮带或齿轮而通常从该凸轮轴或者多凸轮式发动机内的另一凸轮轴中接收驱动力。
图1显示了处于零位的本发明相位器的示意图。液压流体经由管线136和供给端口136a而进入套筒130。套筒130设置成远离相位器，并且具有敞开的外端、内表面以及用于容纳偏压弹簧132的内端。套筒130可滑动地容纳了柱塞109及其台肩109a，109b，109c，109d和109e，它们通过第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽而相互间隔开。柱塞109通过远程式设置的促动器138而被偏压在弹簧132上。沿着套筒130的长度设置了端口110a、118a、112a、116a和134a，它们分别通向提前管线110、延迟止回阀管线118、提前止回阀管线112、延迟管线116和排放端口管线134。这些端口按下述顺序从敞开的外端到容纳了弹簧132的内端来设置与提前管线110和通向提前腔102的管线108流体连通的提前端口110a；与通向管线114的延迟止回阀管线118、延迟腔104和锁销120流体连通的延迟止回阀端口118a；与通向管线108的提前止回阀管线112和提前腔102流体连通的提前止回阀端口112a；与锁销120、通向延迟腔104的管线114和延迟止回阀管线118流体连通的延迟端口116a；以及与排放管线134流体连通的排放端口134a。在套筒130的相对的内表面上设有供给端口136a和供给管线136。
在柱塞109处于零位时，来自供给管线136和端口136a的流体进入到远程式安装的套筒130中，并供给到提前腔102、延迟腔104和锁销120中。在该位置中，供给腔102，104的流体维持了叶片106的位置。
为了使流体进入到提前腔102，流体从柱塞109的供给端口136a经由包含有止回阀128的提前止回阀管线112的提前止回阀端口112a而流到管线108中。止回阀128仅允许流体从提前止回阀端口112a流到管线108中。
为了使流体进入到延迟腔104，流体从柱塞109的供给端口136a经由包含有止回阀126的延迟止回阀管线118的延迟止回阀端口118a而流到延迟管线116和管线114中。止回阀126仅允许流体从延迟止回阀端口118a流到管线114和延迟管线116。液体压力通过延迟端口116a和延迟管线116而被供应给外壳的孔123中的锁销120，从而维持锁销120或使锁销120解锁。所供给流体的压力大于锁销120的孔123中的偏压弹簧121所施加的力，导致销124使转子相对于外壳解锁，反之亦然。锁销120的偏压弹簧121设计成使得供应源压力可维持或释放销120的锁定，甚至在流体离开延迟腔104时也是如此。柱塞台肩109a和109e分别阻塞了提前管线110的提前端口110a和排放管线134的排放端口134a。
当弹簧132的作用力大于促动器138的作用力时，柱塞109如图2所示地向左运动到延迟位置。在延迟位置中，流体离开提前腔102，并经由管线108流到提前管线110、端口110a和提前止回阀管线112。流体因止回阀128而无法离开提前止回阀管线112到达端口112a。如果有任何流体流到提前止回阀端口112a，那么该流体会被柱塞台肩109c和109d阻止而无法循环到相位器的其它部分。来自提前管线端口110a的流体流到通向延迟止回阀管线118的延迟止回阀端口118a，并经由止回阀126流到管线114和116。流体从管线114进入延迟腔104，使叶片106如图所示地向左运动。进入延迟管线116的流体克服弹簧121的作用力而偏压销124，将锁销120保持在解锁位置。流体因柱塞台肩109d和109e而无法循环到相位器的其它部分。柱塞台肩109c还阻止了供给流体进入提前止回阀端口112a中。柱塞台肩109d还阻止了供给流体进入延迟端口116a，而柱塞台肩109e阻止了相位器中的任何流体流出到排放端口134a和排放端口管线134。
当促动器138的作用力大于弹簧132的作用力时，柱塞109如图3所示地向右运动到提前位置。在提前位置中，流体离开延迟腔104，并经由管线114流到延迟管线116、端口116a和延迟止回阀管线118。虽然流体经由延迟管线116和端口116a而从延迟腔流出到提前止回阀管线112，然而锁销120仍被供应源压力增压足够的量以保持解锁。流体因止回阀126而无法离开延迟止回阀管线118到达端口118a。如果有任何流体流过延迟止回阀端口118a，那么该流体会被柱塞台肩109a和109b阻止而无法循环到相位器的其它部分。来自延迟管线端口116a的流体流向提前止回阀端口112a，并经由止回阀128流到提前止回阀管线112，并到达管线108和提前管线110。流体从管线108进入提前腔102，使叶片106如图所示地向右运动。进入提前管线110的流体因柱塞台肩109a而无法经柱塞滑阀循环到相位器的其它部分。柱塞台肩109a还阻止了供给流体进入提前管线110。柱塞台肩109a和109b阻止了供给流体进入延迟止回阀管线118和端口118a。柱塞台肩109e阻止了相位器中的任何流体流出到排放端口134a和排放端口管线134。
图4显示了处于完全提前止动位置的相位器。在该位置中，柱塞109向右运动到套筒所允许的尽可能远的位置。柱塞台肩109a阻止了任何流体离开提前管线110而循环到相位器的其它部分，柱塞台肩109a还阻止了任何供给流体进入提前管线110。柱塞台肩109a和109b阻止了供给流体进入延迟止回阀管线118。柱塞台肩109b和109c阻止了不是来自供应源的流体进入提前止回阀管线112和端口112a。
来自延迟腔104的流体流出到管线114、延迟管线116和延迟止回阀管线118。止回阀126阻止了来自延迟腔的流体流出管线而到达柱塞滑阀。延迟管线中的流体经由延迟端口116a离开，并且经由排放端口134a流到排放端口管线。来自延迟腔的所有流体完全排空到排放端口管线134和排放端口134a。由于所有流体从延迟腔104中排空，并且不会被再循环到提前腔102中，因此延迟腔104中的压力降到零，这样，弹簧121的作用力大得足以偏压销124而使之运动到锁定位置，将转子相对于外壳锁住。提前腔102填充有从供应源136经由包括止回阀128的提前止回阀管线112流到管线108的流体，使叶片106向图中所示的位置运动，这类似于油压促动式(OPA)或扭转辅助式(TA)相位器，这是因为其中一个腔、在该例中是延迟腔104被排空，供应源流体无法再填充腔104，并且使提前腔102增压。因此，可采用该压力来推动VCT到止动位置，并且使锁销124运动到锁定位置。
提前腔102或延迟腔104均可被排空，并且控制锁销120。此外，容纳了锁销120的孔123可以设在外壳中或转子中。端口沿孔或套筒长度的分布和次序并不限于图中所示。
促动器138可以是可变力螺线管、液力螺线管或差压控制系统(DPCS)。
套筒130和柱塞滑阀109可居中地安装在转子的孔中。
因此可以理解，这里所述的本发明实施例仅是本发明原理的应用的示例。对所示实施例的细节的引用并不限制权利要求的范围，权利要求本身只是叙述了对本发明而言被视为是必不可少的那些特征。
权利要求
1.一种用于内燃机的可变凸轮正时系统，包括用于承受驱动力的带有外周的外壳；与同轴地设于所述外壳内的凸轮轴相连的转子，所述外壳和转子限定了至少一个叶片，其将所述外壳中的腔分成提前腔和延迟腔，所述叶片可以转动以改变所述外壳与转子的相对角位置；可滑动地设置在所述转子或外壳中之一的孔内的锁销，包括具有直径适合于液密式安装在所述孔中的主体，以及带有适于安装在所述转子或外壳中另一个的凹槽内的部分的内端，所述锁销可在所述孔中从锁定位置运动到解锁位置，所述锁销可通过由所述提前腔或延迟腔中之一所提供的压力释放；柱塞滑阀，其包括可滑动地设置在带有多个端口的孔中的柱塞，所述柱塞包括可阻塞所述端口的多个台肩；使得，在延迟位置中，所述多个台肩允许流体从所述提前腔经由所述端口流到所述延迟腔；在提前位置中，所述多个台肩允许流体从所述延迟腔经由所述端口流到所述提前腔；在零位中，所述多个台肩允许流体从供应源流到所述提前腔和延迟腔；和在锁定位置中，所述多个台肩允许供应到所述提前腔或延迟腔中之一的流体使所述锁销运动到锁定位置，并将来自所述提前腔或延迟腔中另一个的流体排出。
2.根据权利要求1所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述系统还包括从所述供应源延伸到所述柱塞滑阀的供给管线。
3.根据权利要求2所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述供给管线还包括止回阀。
4.根据权利要求1所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述孔位于转子中。
5.根据权利要求1所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述孔位于发动机中。
6.根据权利要求1所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述多个端口包括提前端口、提前止回阀端口、延迟端口、延迟止回阀端口和排放端口。
7.根据权利要求6所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述系统还包括从所述提前止回阀端口到所述提前腔的通道以及从所述延迟止回阀端口到所述延迟腔的通道。
8.根据权利要求7所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述通道包括有止回阀。
9.一种用于具有至少一个凸轮轴的内燃机的可变凸轮正时系统，包括用于承受驱动力的带有外周的外壳；与同轴地设于所述外壳内的凸轮轴相连的转子，所述外壳和转子限定了至少一个叶片，其将所述外壳中的腔分成提前腔和延迟腔，所述叶片可以转动以改变所述外壳与转子的相对角位置；可滑动地设置在所述转子或外壳中之一的孔内的锁销，包括具有直径适合于液密式安装在所述孔中的主体，以及带有适于安装在所述转子或外壳中另一个的凹槽内的部分的内端，所述锁销可在所述孔中从锁定位置运动到解锁位置；柱塞滑阀，其包括可滑动地设置在孔中的柱塞，所述孔包括敞开的外端、内表面和内端，沿着所述孔设置有与所述提前腔流体连通的提前端口、与所述延迟腔流体连通的延迟止回阀端口、供给端口、与所述提前腔流体连通的提前止回阀端口、与所述延迟腔和锁销流体连通的延迟端口，以及排放端口；所述柱塞沿着从外端到内端的顺序包括第一台肩、第一凹槽、第二台肩、第二凹槽、第三台肩、第三凹槽、第四台肩、第四凹槽和第五台肩，其中，当所述柱塞处于最接近所述孔端部的延迟位置中时，所述提前端口与所述提前腔和延迟止回阀端口流体连通，所述延迟止回阀端口与所述供给端口、提前端口、延迟端口和锁销流体连通，使得所述销锁处于解锁位置，所述提前止回阀端口被所述第三和第四柱塞台肩阻塞，所述延迟端口被所述第四和第五台肩阻塞，而所述排放端口被所述第五台肩阻塞；当所述柱塞处于零位中时，所述提前端口被所述第一台肩阻塞，所述延迟止回阀端口与所述供给端口、延迟腔、提前止回阀端口、延迟端口和锁销流体连通，使得所述销锁处于解锁位置，所述提前止回阀端口与所述供给端口、延迟止回阀端口、提前腔和延迟端口流体连通，所述延迟端口与所述供给端口、延迟止回阀端口、提前止回阀端口和锁销流体连通，而所述排放端口被所述第五柱塞台肩阻塞；当所述柱塞处于提前位置中时，所述提前端口被所述第一柱塞台肩阻塞，所述延迟止回阀端口被所述第一和第二柱塞台肩阻塞，所述提前止回阀端口与所述提前腔、供给端口和延迟端口流体连通，所述延迟端口与所述延迟腔、提前止回阀端口和锁销流体连通，使得所述销锁处于解锁位置，并且所述排放端口被所述第五台肩阻塞；当所述柱塞处于最内的提前位置中时，所述提前端口被所述第一台肩阻塞，所述延迟止回阀端口被所述第一和第二台肩阻塞，所述提前止回阀端口与所述提前腔和供给端口流体连通，所述延迟端口与所述延迟腔、排放端口和锁销流体连通，使得所述销锁处于锁定位置，并且所述排放端口与所述延迟端口流体连通。
10.根据权利要求9所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述系统还包括与供应源和供给端口流体连通的供给管线；在所述提前端口和提前腔之间延伸的提前管线；在所述延迟端口、延迟腔和锁销之间延伸的延迟管线；在所述提前止回阀端口和通到所述提前腔的提前管线之间延伸的提前阀管线；在延迟止回阀端口和延迟管线之间延伸并通到所述延迟腔和锁销的延迟止回阀管线；和从所述排放端口延伸到油底壳中的排放管线。
11.根据权利要求10所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述提前阀管线和延迟止回阀管线还包括止回阀。
12.一种用于内燃机的可变凸轮正时系统，包括用于承受驱动力的带有外周的外壳；与同轴地设于所述外壳内的凸轮轴相连的转子，所述外壳和转子限定了至少一个叶片，其将所述外壳中的腔分成提前腔和延迟腔，所述叶片可以转动以改变所述外壳与转子的相对角位置；可滑动地设置在所述转子或外壳中之一的孔内的锁销，包括具有直径适合于液密式安装在所述孔中的主体，以及带有适于安装在所述转子或外壳中另一个的凹槽内的部分的内端，所述锁销可在所述孔中从锁定位置运动到解锁位置，所述锁销可通过由所述提前腔提供的压力来释放；柱塞滑阀，其包括可滑动地设置在带有多个端口的孔中的柱塞，所述柱塞包括可阻塞所述端口的多个台肩；使得，在延迟位置中，所述多个台肩允许流体从所述提前腔经由所述端口流到所述延迟腔；在提前位置中，所述多个台肩允许流体从所述延迟腔经由所述端口流到所述提前腔；在零位中，所述多个台肩允许流体从供应源流到所述提前腔和延迟腔；和在锁定位置中，所述多个台肩允许供应到所述提前腔中的流体使所述锁销运动到锁定位置，并将来自所述延迟腔中的流体排出。
13.根据权利要求12所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述系统还包括从所述供应源延伸到所述柱塞滑阀的供给管线。
14.根据权利要求13所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述供给管线还包括止回阀。
15.根据权利要求12所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述孔位于转子中。
16.根据权利要求12所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述孔位于发动机中。
17.根据权利要求12所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述多个端口包括提前端口、提前止回阀端口、延迟端口、延迟止回阀端口和排放端口。
18.根据权利要求17所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述系统还包括从所述提前止回阀端口到所述提前腔的通道以及从所述延迟止回阀端口到所述延迟腔的通道。
19.根据权利要求18所述的可变凸轮正时系统，其特征在于，所述通道包括有止回阀。
全文摘要
一种VCT系统，具有外壳、转子、锁销和柱塞滑阀。柱塞滑阀具有可滑动地设置在具有多个端口的孔中的柱塞。柱塞具有多个可阻塞端口的台肩。当柱塞处于提前位置时，该多个台肩允许流体经由端口从延迟腔流到提前腔中。当柱塞处于延迟位置时，该多个台肩允许流体经由端口从提前腔流到延迟腔中。当柱塞处于零位时，该多个台肩允许流体从供应源流到提前腔和延迟腔中。当柱塞处于锁定位置时，该多个台肩允许供应到提前腔或延迟腔中之一的流体使锁销运动到锁定位置。
文档编号F01L1/34GK1793619SQ20051013401
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月19日 优先权日2004年12月20日
发明者F·R·史密斯 申请人:博格华纳公司