專利名稱：具有鎖定銷的可變凸輪軸正時機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請要求享有在2002年4月22日提交的題為“可變凸輪軸正時的鎖定銷釋放機(jī)構(gòu)”的臨時申請No.60/374332中所公開的發(fā)明的優(yōu)先權(quán)。根據(jù)美國法典第35章119(e)款，本申請要求享有上述美國臨時申請的權(quán)益，上述申請通過引用結(jié)合于本文中。
本發(fā)明涉及一種用于控制可變凸輪軸正時(VCT)系統(tǒng)的操作的液壓控制系統(tǒng)。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于利用油壓來改變曲軸-凸輪軸相位的葉片型或類似的凸輪相位器的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)已采用了各種機(jī)構(gòu)來改變凸輪軸和曲軸之間的角度，以提高發(fā)動機(jī)的性能或降低排氣污染。大多數(shù)這些可變凸輪軸正時(VCT)機(jī)構(gòu)采用一個或多個位于發(fā)動機(jī)凸輪軸(或多凸輪軸發(fā)動機(jī)上的多個凸輪軸)上的“葉片相位器”。在大多數(shù)情況下，相位器具有安裝在凸輪軸端部上的帶有一個或多個葉片的轉(zhuǎn)子，其被具有葉片腔的外殼所圍繞，葉片安裝在葉片腔中?？蓪⑷~片安裝在轉(zhuǎn)子上，將葉片腔設(shè)置在外殼內(nèi)。外殼的外部周邊形成了可通過鏈條、皮帶或齒輪來承受驅(qū)動力的鏈輪、滑輪或齒輪，驅(qū)動力通常來自此凸輪軸，或者也可能來自多凸輪發(fā)動機(jī)中的另一凸輪軸。
相位器采用機(jī)油作為工作介質(zhì)來進(jìn)行操作，工作介質(zhì)引入到葉片各側(cè)的油腔中，使得凸輪軸相對于來自曲軸的驅(qū)動而產(chǎn)生角旋轉(zhuǎn)。
由于相位器無法完全地密封，因此它們會因泄漏而產(chǎn)生油耗。在正常發(fā)動機(jī)操作中，機(jī)油泵所產(chǎn)生的油壓和流動通常足以使相位器保持足夠的油和完整的功能。然而，當(dāng)發(fā)動機(jī)停機(jī)時，油會從VCT機(jī)構(gòu)中泄漏出，使得腔內(nèi)填充了空氣，這些空氣是必須被清除的。在發(fā)動機(jī)起動狀態(tài)下，在機(jī)油泵產(chǎn)生油壓前，對腔內(nèi)的油壓和空氣的控制不足會使相位器因缺少油而過度地振動，產(chǎn)生了噪音并可能損壞機(jī)構(gòu)。另外，希望在起動發(fā)動機(jī)時將相位器鎖定在一個特定位置。
在現(xiàn)有技術(shù)的相位器中采用的一個解決方法是引入鎖定銷，當(dāng)腔內(nèi)的油不足時它可將相位器相對于曲軸鎖定在一個特定的相角位置上。這些鎖定銷通常被彈性地加載而接合，并采用機(jī)油壓力來釋放。因此，當(dāng)發(fā)動機(jī)停機(jī)且機(jī)油壓力達(dá)到預(yù)定的下限值時，彈性加載的銷將與相位器接合并鎖定相位器。在發(fā)動機(jī)起動時，銷保持接合，直到機(jī)油泵產(chǎn)生了足夠的壓力以釋放銷。
這些現(xiàn)有鎖定銷的一個缺點(diǎn)是必須采用可得到的最低機(jī)油壓力將它們保持在釋放位置，以避免在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時鎖定VCT機(jī)構(gòu)。一些發(fā)動機(jī)在高油溫下操作或在低轉(zhuǎn)速如怠速下運(yùn)轉(zhuǎn)時只能產(chǎn)生低油壓。另外，磨損的發(fā)動機(jī)在升溫怠速狀態(tài)下會產(chǎn)生甚至更低的油壓。在一些發(fā)動機(jī)中，此油壓可能低至5磅/平方英寸。如果相位鎖定銷設(shè)計成在此低油壓下釋放，那么當(dāng)冷的發(fā)動機(jī)初次起動時，鎖定銷可能在所有空氣被充分地從相位器中清除之前釋放。這會使相位器在其充滿油和完全操作前運(yùn)動。在這種狀態(tài)下，相位器會產(chǎn)生振動。
因此，鎖定銷需要能在發(fā)動機(jī)起動期間在較高壓力下釋放以允許相位器清除足量的空氣，同時仍允許鎖定銷在發(fā)動機(jī)升溫和怠速時保持在所得的較低壓力下釋放。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了無法從VCT中充分地清除正確量的空氣的問題。在怠速下當(dāng)發(fā)動機(jī)在高油溫下操作和在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時，這個空氣的不充分清除是最大的問題。對于舊車來說這尤為嚴(yán)重，在舊車中發(fā)動機(jī)磨損并在升溫怠速狀態(tài)下產(chǎn)生了甚至更低的油壓。
本發(fā)明包括一種可使鎖定銷在比將鎖定銷保持在釋放位置所需的更高壓力下釋放的機(jī)構(gòu)。釋放所需的更高壓力在釋放相位器以實(shí)現(xiàn)其功能前允許相位器清除更多的空氣。保持鎖定銷所需的更低壓力允許VCT在低油壓狀態(tài)如升溫怠速下操作，而鎖定銷不會與轉(zhuǎn)子接合或部分地接合。
本發(fā)明是用于內(nèi)燃機(jī)的可變凸輪軸正時系統(tǒng)中的鎖定葉片相位器，其中鎖定銷需要更高的油壓以在初始起動時退回，然而在高溫和/或怠速操作期間出現(xiàn)的低壓下保持未鎖定。鎖定銷被通向安裝有鎖定銷的凹腔的油道中的球形或柱體形活塞推回。活塞的截面積小于鎖定銷的截面積。當(dāng)活塞被推到錐形凹腔中時，油可通過活塞并推在鎖定銷的較大面積上，因此保持銷所需的壓力比使活塞運(yùn)動所需的壓力更小。


圖1顯示了結(jié)合有本發(fā)明的VCT相位器的正視圖。
圖2a和2b分別詳細(xì)地顯示了圖1中方框2內(nèi)的本發(fā)明中的接合和脫離位置。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，葉片型VCT相位器包括外殼(1)，其外部具有由正時鏈(9)驅(qū)動并與之嚙合的鏈輪齒(8)。在外殼(1)內(nèi)設(shè)有流體腔(6)和(7)。轉(zhuǎn)子(2)與外殼(1)同軸并可相對于外殼自由地轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子帶有安裝在腔(6)和(7)之間的葉片(5)以及將高壓油分別經(jīng)通道(12)和(13)引到腔(6)和(7)中的中央控制閥(4)。由閥(4)引入通道(12)的高壓油可將葉片(5)相對于外殼(1)逆時針地推動，迫使油從腔(6)中流到通道(13)和閥(4)中。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，此介紹對葉片相位器來說是普遍的，圖1所示的葉片、腔、通道和閥的特定設(shè)置均可在本發(fā)明的內(nèi)容中進(jìn)行變化。例如，可以改變?nèi)~片的數(shù)量和它們的位置，一些相位器只具有一個葉片，而其它相位器可具有多達(dá)12個葉片，葉片可以位于外殼上并在腔內(nèi)在轉(zhuǎn)子上往返運(yùn)動。外殼可被鏈條、皮帶或齒輪驅(qū)動，鏈輪齒可與是齒輪齒或者是用于皮帶的帶齒滑輪。
參見圖1和圖2a的具體情況，在本發(fā)明的相位器中，鎖定銷(10)在外殼(1)的孔(17)中滑動，并被彈簧(21)壓入到轉(zhuǎn)子(2)的凹腔(19)中，從而將轉(zhuǎn)子(2)和外殼(1)鎖定在一個固定的旋轉(zhuǎn)位置。排放口(11)允許任何可能泄漏的油經(jīng)活塞(14)而排放出去。在孔中設(shè)置了至少圍繞著鎖定銷的內(nèi)端(20)的襯套(16)，用于提供更好的密封。
液道(15)將高壓油從發(fā)動機(jī)供油源(未示出)提供到凹腔(19)中。在液道(15)中設(shè)置了球形或柱體形活塞(14)，其可壓縮鎖定銷(10)的內(nèi)尖端(18)?；钊?14)的大小設(shè)置成可在鎖定銷(10)接合時裝入在液道(15)中并完全地堵住液道(15)，如圖2a所示。
孔(17)以及安裝在孔(17)中的鎖定銷主體的內(nèi)端(20)的直徑(以及表面積)大于液道(15)的直徑。因此，安裝在液道(15)中的活塞(14)的表面積也小于鎖定銷主體的表面積?；钊?14)的表面積選擇成在發(fā)動機(jī)起動時活塞無法克服彈簧(21)的作用力而推動鎖定銷(10)，直到所供應(yīng)的油壓上升到足夠的水平為止，這個水平可使通道(12)或(13)中的油完全地充滿腔(6)和(7)，并清除因在發(fā)動機(jī)停機(jī)時的泄漏所可能引入的任何空氣。
當(dāng)壓力升高到所選的壓力(或更高)時，活塞(14)開始將鎖定銷(10)從凹腔(19)中推回，如圖2b所示。當(dāng)活塞(14)被推入到錐形凹腔(19)中時，油可流動(22)而經(jīng)過活塞(14)，并推在鎖定銷(10)的較大面積(20)上。此較大的面積使得保持銷的壓力小于在第一種情況下使活塞離開凹腔所需的壓力，此面積選擇成在發(fā)動機(jī)升溫并降低到怠速下時較低的油壓仍足以將鎖定銷(10)保持在其孔(17)中。由于活塞(14)為圓的(球形或柱體形)，因此在轉(zhuǎn)子(2)旋轉(zhuǎn)并使液道(15)與銷(10)不對齊時，活塞(14)不會干涉轉(zhuǎn)子(2)相對于外殼(1)的旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)發(fā)動機(jī)停機(jī)時，液道(15)中的壓力下降到可克服彈簧(21)的作用力而將銷(10)保持在孔(17)中的所選壓力之下，鎖定銷(10)朝向轉(zhuǎn)子(2)運(yùn)動。當(dāng)銷(10)和凹腔(19)對齊時，銷(10)落入到凹腔(19)中，再一次鎖定轉(zhuǎn)子(2)和外殼(1)。
本發(fā)明的鎖定銷的運(yùn)動和設(shè)置并不限于此應(yīng)用中所述的方位或方向。例如，鎖定銷可軸向地定位，在機(jī)油壓力下降到可克服彈簧的作用力而將銷保持在孔中的所選壓力之下其可朝向外殼向外滑動。
因此，可以理解，這里所述的本發(fā)明的實(shí)施例只是說明本發(fā)明原理的應(yīng)用。這里引用的所示實(shí)施例的細(xì)節(jié)并不限制本發(fā)明的范圍，它們只是敘述了被視為本發(fā)明的核心內(nèi)容的特征。
權(quán)利要求
1.一種用于具有至少一個凸輪軸的內(nèi)燃機(jī)的可變凸輪軸正時相位器，包括具有用于接受驅(qū)動力的外周的外殼；同軸地位于所述外殼內(nèi)并與凸輪軸相連的轉(zhuǎn)子，其可旋轉(zhuǎn)以改變所述外殼和轉(zhuǎn)子的相對角位置，并具有位于外周上的錐形凹腔以及將所述錐形凹腔與發(fā)動機(jī)流體壓力源相連的液道；可滑動地位于孔中的鎖定銷，其包括具有直徑適于在所述孔中形成流體密封配合的主體和具有可安裝到所述錐形凹腔中的錐形部分的內(nèi)端，所述鎖定銷可在所述孔中從鎖定位置移動到松開位置，在所述鎖定位置中所述錐形端部位于所述錐形凹腔中并鎖定所述外殼和轉(zhuǎn)子的相對角位置，在所述松開位置中所述外殼和轉(zhuǎn)子可自由運(yùn)動；位于所述孔中的與所述鎖定銷的內(nèi)端相反處的彈簧，可朝向所述松開位置向內(nèi)推動所述鎖定銷；和以流體密封配合位于所述液道內(nèi)的活塞，所述活塞可從位于所述液道內(nèi)并可堵住其中的流體流動的第一位置運(yùn)動到至少部分地位于所述錐形凹腔內(nèi)并允許流體流經(jīng)所述活塞并流到所述錐形凹腔中的第二位置；當(dāng)所述鎖定銷位于所述鎖定位置且所述錐形端部處于所述錐形凹腔中時所述活塞處于所述第一位置，因此當(dāng)所述鎖定銷位于所述鎖定位置且流體壓力被引入到所述液道中時，所述活塞克服所述彈簧的作用力而壓在所述鎖定銷的錐形端部上，當(dāng)所述壓力達(dá)到釋放水平時，所述活塞克服所述彈簧的作用力并朝向所述松開位置向外推動所述鎖定銷，當(dāng)所述活塞達(dá)到所述第二位置時，流體流經(jīng)所述活塞并對所述鎖定銷的內(nèi)端施加壓力，因此保持水平的壓力可將所述鎖定銷保持在所述松開位置中；所述活塞的截面積小于所述鎖定銷的主體直徑的截面積，因此所述釋放水平的壓力大于所述保持水平的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變凸輪軸正時相位器，其特征在于，所述相位器還包括位于所述孔中并至少圍繞著所述鎖定銷的內(nèi)端的襯套。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變凸輪軸正時相位器，其特征在于，所述活塞是球形的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變凸輪軸正時相位器，其特征在于，所述活塞是圓柱體形的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變凸輪軸正時相位器，其特征在于，所述孔在徑向上定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變凸輪軸正時相位器，其特征在于，所述孔在軸向上定位。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃機(jī)的可改變旋轉(zhuǎn)相位的可變凸輪軸正時相位器，包括外殼、轉(zhuǎn)子、鎖定銷和活塞。鎖定銷可沿可推動鎖定銷的錐形端部以與轉(zhuǎn)子中的錐形凹腔相接合的第一方向和與第一方向相反并脫離轉(zhuǎn)子的第二方向運(yùn)動。這是通過與發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)同步的發(fā)動機(jī)輸出來驅(qū)動的，轉(zhuǎn)子與凸輪軸相連，并具有將機(jī)油供應(yīng)源與轉(zhuǎn)子的錐形凹腔相連的液道?；钊挥谝旱纼?nèi)并具有與鎖定銷接觸的活塞表面?；钊慕孛娣e小于鎖定銷的截面積，在鎖定銷鎖定時可堵住液道，并可移動活塞以允許流體流經(jīng)凹腔中的活塞且壓在鎖定銷上，因此需要比使鎖定銷保持在其松開位置中更高的壓力來松開鎖定銷。
文檔編號F01L1/46GK1497135SQ0312291
公開日2004年5月19日 申請日期2003年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月22日
發(fā)明者F·R·史密斯, F R 史密斯 申請人:博格華納公司