CN102410057B - 气门正时变更装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气门正时变更装置，其能够实现装置整体的小型化等，且能够将可调整的相位角度的范围设定得较大以便能进行大幅度的相位控制。该气门正时变更装置具有与曲轴的旋转联动地在凸轮轴的轴线上旋转的壳体转子(30)、以能够在预定角度范围相对旋转的方式收容于壳体转子的收容室内且与凸轮轴一体旋转的叶片转子(20)、以及将叶片转子相对于壳体转子锁定在预定角度范围内的预定位置的锁定机构，壳体转子用于划定与收容叶片转子的收容室(A1)隔开的隔离室(A2)，锁定机构设在该隔离室(A2)内。由此，能够将相位角度设定得较大，从而能够进行与发动机的运转状态相应的大幅度的相位控制。

Description

气门正时变更装置
技术领域
本发明涉及根据运转状况来变更内燃机的进气门或排气门的开闭正时(气门正时)的气门正时变更装置，尤其涉及采用了油压等流体压力作为驱动力的叶片式气门正时变更装置。
背景技术
已知现有的气门正时变更装置包括：与曲轴同步旋转的壳体转子(链轮、鞋形壳体(shoe housing)和前板)；叶片转子，其与凸轮轴同步旋转，并且被收容在壳体转子内，并且将其收容室分为延迟角室和提前角室两部分且该叶片转子能够相对于壳体转子在预定角度范围内(最大提前角位置和最大延迟角位置之间)旋转；在发动机起动时相对于壳体转子将叶片转子锁定在最大延迟角位置的锁定机构(设置成可相对于叶片转子沿凸轮轴的轴线方向自由移动的止动销、设在壳体转子(前板)上以使止动销突出嵌合的止动孔、对止动销施力以使该止动销嵌合到止动孔内的弹簧)；以及用于控制工作油相对于提前角室和延迟角室的供给和排出的切换阀等，当发动机起动时，在最大延迟角位置使止动销嵌合到止动孔内，从而锁定叶片转子以使叶片转子和壳体转子一体旋转，当延迟角室内的油压升高时，止动销在该油压的作用下克服弹簧的作用力而被推压并从止动孔脱落，从而解除叶片转子相对于壳体转子的锁定(例如，参照专利文献1)。
另外，还已知另一种气门正时变更装置包括：与曲轴同步旋转的壳体转子(外部转子、前板、后板、正时链轮)；叶片转子(内部转子)，其与凸轮轴同步旋转，并且被收容在壳体转子内，并且将其收容室分为延迟角室和提前角室两部分且该叶片转子可相对于壳体转子在预定角度范围内(最大提前角位置和最大延迟角位置之间)旋转；在发动机起动时相对于壳体转子将叶片转子锁定在最大延迟角位置的锁定机构(设置成可相对于壳体转子在径向自由出没的锁定板、设在叶片转子上以使锁定板突出嵌合的收容槽、对锁定板施力以使该锁定板嵌合到收容槽内的扭转弹簧)；以及用于控制工作油相对于提前角室和延迟角室的供给和排出的切换阀等，当发动机起动时，在最大延迟角位置使锁定板嵌合到收容槽内，从而锁定叶片转子以使叶片转子和壳体转子一体旋转。当提前角室内的油压升高时，锁定板克服扭转弹簧的作用力而从收容槽脱落，从而解除叶片转子相对于壳体转子的锁定(例如，参照专利文献2)。
然而，这些装置中，可相对于叶片转子和壳体转子的滑动界面出没的锁定机构(止动销或锁定板、提供作用力的弹簧等)设在收容叶片转子的壳体转子的收容室内，所以该叶片转子或壳体转子内需要用于配置锁定机构的容积。
因此，与用于配置此锁定机构的容积量相应地，限制了两者的可相对转动的角度、即最大提前角位置～最大延迟角位置之间的相位调整角度，难以依据需要设定大幅度的相位调整角度。
另外，上述装置中，在发动机起动时，叶片转子(凸轮轴)相对于壳体转子保持在相位调整角度范围内的最大延迟角位置，但依据发动机的种类或特性、或者考虑到进一步改善起动性能，还需要将叶片转子(凸轮轴)保持在相位调整角度范围内的预定的中间位置。
现有技术文献
专利文献1：日本专利第3146956号公报
专利文献2：日本专利第4320903号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况完成的，本发明的目的在于提供这样一种气门正时变更装置：在叶片转子的相位控制(最大提前角位置～最大延迟角位置的相位调整角度范围内的相位变更)中，不仅能够实现构造的简化、部件数量的减少、装置整体的小型化等，还能够提高发动机的起动性能、防止发动机起动时的撞击声等，并且能够将相位调整角度设定得较大，从而能够进行与发动机的运转状态相应的大幅度的相位控制。
本发明的气门正时变更装置用于变更利用凸轮轴进行开闭驱动的进气门或排气门的开闭正时，该气门正时变更装置包括：壳体转子，该壳体转子与曲轴的旋转联动地在凸轮轴的轴线上旋转；叶片转子，该叶片转子以能够在预定角度范围相对旋转的方式收容于壳体转子的收容室内，从而将收容室分成提前角室和延迟角室两部分，并且该叶片转子与凸轮轴一体旋转；提前角通路，该提前角通路与提前角室连通以使流体通过；延迟角通路，该延迟角通路与延迟角室连通以使流体通过；以及锁定机构，该锁定机构将叶片转子相对于壳体转子锁定在预定角度范围内的预定位置，壳体转子形成为划定出与收容叶片转子的收容室隔开的隔离室，锁定机构设在隔离室内。
依据此结构，相对于壳体转子将叶片转子(凸轮轴)锁定在预定角度范围内的预定位置的锁定机构设在与收容叶片转子的收容室分隔的隔离室内，所以与以往那样将锁定机构设置成相对于收容叶片转子的收容室内的滑动界面出没的情况相比，不需要用于配置锁定机构的容积，能够与该容积量相应地将最大提前角位置～最大延迟角位置之间的相位调整角度设定得更大，由此能够依据需要进行大幅度的相位控制。
特别地，若像以往那样在收容室内将收纳有锁定用销的厚壁的叶片在起动时保持于中间位置，则不能确保用于从叶片的起动时位置向提前角方向进行相位调整的控制角度，然而在本发明中，由于叶片不需要多余的厚度，所以能够充分确保可进行相位控制的角度(相位调整角度)，尤其能够充分确保从起动时起在提前角方向进行相位控制所需的角度(相位调整角度)。
上述结构中可采用这样一种结构，锁定机构在发动机起动时将叶片转子锁定在预定角度范围内的预定的中间位置。
依据此结构，在发动机起动时(曲柄转动时)，通过锁定机构将叶片转子(凸轮轴)定位在中间位置。由此能够防止撞击声等的产生，并且能够使发动机顺畅地起动(完爆)而不带来无用的负荷，并且，即便在发动机起动(完爆)后，也能够防止增加无用的负荷，从而能够顺畅地进行相位控制。
上述结构中可采用这样一种结构，壳体转子包括壳体部件和盖部件，壳体部件具有使隔离室与收容室隔离的隔离壁，盖部件形成为能够相对于壳体部件自由装卸，以便与隔离壁协作来划定隔离室。
依据此结构，因为配置锁定机构的隔离室由壳体部件的隔离壁和可相对于该壳体部件自由装卸的盖部件划定，所以能够在叶片转子组装于壳体部件的收容室内的状态下容易地进行锁定机构的组装作业或拆卸作业。
上述结构中可采用这样一种结构，锁定机构包括锁定凸轮和锁定杆，锁定凸轮穿过设于隔离壁的贯通孔，并以与叶片转子一体旋转的方式与叶片转子连接，锁定杆设置为相对于壳体转子可动，锁定杆能够借助作用力而与锁定凸轮卡合以实现锁定，并且借助流体压力而解除锁定。
依据此结构，在发动机起动时(摆动曲柄时)，锁定杆将锁定凸轮锁定，由此能够相对于壳体转子将叶片转子锁定在预定位置(中间位置)，在发动机起动(完爆)后，能够利用流体压力解除锁定杆的锁定。即，通过利用锁定机构将叶片转子可靠地维持于预定位置(中间位置)，能够使发动机更可靠地起动。另外，锁定机构不直接锁定叶片转子，所以能够使叶片转子的叶片部较薄，从而设计自由度和布置自由度增大。
上述结构中可采用这样一种结构，气门正时变更装置还包括施力弹簧，该施力弹簧用于施加作用力以使锁定杆与锁定凸轮卡合从而实现锁定，锁定杆包括：提前角限制锁定杆，该提前角限制锁定杆与锁定凸轮卡合以限制叶片转子向提前角侧旋转；以及延迟角限制锁定杆，该延迟角限制锁定杆与锁定凸轮卡合以限制叶片转子向延迟角侧旋转，施力弹簧包括：提前角限制施力弹簧，该提前角限制施力弹簧用于对提前角限制锁定杆施力以使提前角限制锁定杆与锁定凸轮卡合从而实现锁定；以及延迟角限制施力弹簧，该延迟角限制施力弹簧用于对延迟角限制锁定杆施力以使延迟角限制锁定杆与锁定凸轮卡合从而实现锁定，壳体转子包括：提前角限制侧连通路，该提前角限制侧连通路与提前角室或提前角通路连通，并将流体的压力导向隔离室内的提前角限制锁定杆以解除锁定；以及延迟角限制侧连通路，该延迟角限制侧连通路与延迟角室或延迟角通路连通，并将流体的压力导向隔离室内的延迟角限制锁定杆以解除锁定。
依据此结构，在不向提前角限制侧连通路和延迟角限制侧连通路施加流体压力的状态下，提前角限制锁定杆被提前角限制施力弹簧施力从而限制锁定凸轮(即叶片转子)从预定位置(中间位置)向提前角侧偏移，并且延迟角限制锁定杆被延迟角限制施力弹簧施力从而限制锁定凸轮(即叶片转子)从预定位置(中间位置)向延迟角侧偏移，因此叶片转子可靠地定位在预定位置(中间位置)。另一方面，经由提前角限制侧连通路或延迟角限制侧连通路对提前角限制锁定杆或延迟角限制锁定杆施加流体压力，从而解除由提前角限制锁定杆或延迟角限制锁定杆实现的锁定，以不妨碍提前角动作或延迟角动作。
上述结构中可采用这样一种结构，锁定杆被支承成能够在与凸轮轴的轴线垂直的垂直面内自由摆动。
依据此结构，即使在例如发动机停止状态下锁定杆(提前角限制锁定杆和延迟角限制锁定杆)处于从锁定锁定凸轮的位置偏离的状态，也能够通过发动机起动时(曲柄转动时)的凸轮轴的转矩变动等来使锁定杆朝向受力方向旋转，从而能够可靠地将锁定凸轮(即叶片转子)锁定在预定位置(中间位置)。
上述结构中可采用这样一种结构，锁定杆形成为：在与锁定凸轮卡合的锁定状态下，锁定杆的重心定位在连接锁定杆的摆动中心与凸轮轴的轴线而得的直线上或者直线附近，以便朝向维持锁定状态的方向产生离心力；在借助流体压力而脱离了锁定凸轮的锁定解除状态下，锁定杆的重心定位在从上述直线偏离了的位置，以便朝向维持锁定解除状态的方向产生离心力。
依据此结构，当锁定杆与锁定凸轮卡合而处于锁定状态时，利用弹簧作用力来维持锁定状态、而由旋转产生的离心力则不起作用，或者利用由旋转产生的离心力和弹簧作用力两者来维持锁定状态，另一方面，当锁定杆在流体压力的作用下处于脱离了锁定凸轮的锁定解除状态时，除流体压力以外，由旋转产生的离心力也发挥作用，从而可靠地维持了锁定解除状态。
依据具有上述结构的气门正时变更装置，在叶片转子的相位控制(最大提前角位置～最大延迟角位置的相位调整角度范围内的相位变更)中，不仅能够实现构造的简化、部件数量的减少、装置整体的小型化等，还能够提高发动机的起动性能、防止发动机起动时的撞击声等，并且能够将相位调整角度设定得较大，由此能够进行与发动机的运转状态相应的大幅度的相位控制。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的气门正时变更装置的一种实施方式的分解立体图。
图2是表示本发明所涉及的气门正时变更装置的内部的剖视图。
图3是表示在构成气门正时变更装置的一部分的叶片转子处于相位调整角度范围内的预定的中间位置的状态下与提前角室连通的提前角通路的剖视图。
图4是表示在构成气门正时变更装置的一部分的叶片转子处于相位调整角度范围内的预定的中间位置的状态下与延迟角室连通的延迟角通路的剖视图。
图5是表示构成气门正时变更装置的一部分的锁定机构(锁定凸轮和锁定杆)将叶片转子锁定在中间位置的状态的剖视图。
图6是表示构成气门正时变更装置的一部分的锁定机构(锁定凸轮和锁定杆)解除对叶片转子的锁定、且该叶片转子被定位在最大延迟角位置的状态的剖视图。
图7是表示构成气门正时变更装置的一部分的锁定机构(锁定凸轮和锁定杆)解除对叶片转子的锁定、且该叶片转子被定位在最大提前角位置的状态的剖视图。
图8是表示构成锁定机构的一部分的锁定杆的立体图。
图9是发动机起动时的气门正时变更装置的示意图。
图10是对在发动机起动后朝向延迟角侧变更相位的情况下的气门正时变更装置的动作进行说明的示意图。
图11是对在发动机起动后朝向提前角侧变更相位的情况下的气门正时变更装置的动作进行说明的示意图。
图12是对在发动机起动后保持于预定相位角度的情况下的气门正时变更装置的动作进行说明的示意图。
图13是表示构成本发明所涉及的气门正时变更装置的一部分的锁定机构的另一实施方式的剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
如图1和图2所示，此气门正时变更装置包括以下等部分：可自由装卸地固定在凸轮轴10上的叶片转子20；壳体转子30(壳体部件31、链轮部件32和盖部件33)，其在凸轮轴10的轴线S1上旋转，并且以可相对旋转的方式收容叶片转子20，而且与该叶片转子20协作来划定提前角室30a和延迟角室30b；固定在叶片转子20上的锁定凸轮40；设在壳体转子30上且用于限制叶片转子20(锁定凸轮40)向提前角侧偏移的提前角限制锁定杆50和提前角限制施力弹簧51；设在壳体转子30上且用于限制叶片转子20(锁定凸轮40)向延迟角侧偏移的延迟角限制锁定杆60和延迟角限制施力弹簧61；将叶片转子20紧固于凸轮轴10上的中心螺栓70；辅助锁定凸轮返回预定位置(中间位置)的辅助机构80；以及工作油控制系统100，其包括作为流体控制阀的工作油控制阀(OCV)103和工作油的通路，所述工作油控制阀103控制作为流体的工作油(发动机的润滑油)的流动。
这里，凸轮轴10通过凸轮作用来驱动发动机的进气门和排气门开闭。壳体转子30经由链条等与曲轴的旋转相联动，并经由叶片转子20将曲轴的旋转驱动力传递给凸轮轴10。
另外，通过锁定凸轮40、提前角限制锁定杆50、提前角限制施力弹簧51、延迟角限制锁定杆60和延迟角限制施力弹簧61来构成锁定机构，该锁定机构将叶片转子20锁定在可相对于壳体转子30转动的预定角度(相位调整角度)范围内的预定位置(这里为中间位置)。
而且，在此装置中，上述预定角度范围(最大延迟角位置～最大提前角位置的角度范围)设定为大约35度至40度，上述预定位置(中间位置)设定为从最大延迟角位置向提前角侧转动大约10度的角度位置。
凸轮轴10以能够绕轴线S1旋转(在图1中为向箭头CR方向旋转)的方式由形成在发动机的气缸盖上的轴承B支承，且如图1和图2所示，凸轮轴10包括：由轴承B支承的轴颈部11、将壳体转子30支承成能够自由转动的圆筒部12、形成在凸轮轴10的内部且供工作油通过的提前角通路13和延迟角通路14、以及用于紧固中心螺栓70的内螺纹部15等。
提前角通路13形成为与提前角室30a连通，以便根据工作油控制阀103的控制来将工作油导入至提前角室30a或者从提前角室30a排出工作油。
延迟角通路14形成为与延迟角室30b连通，以便根据工作油控制阀103的控制来将工作油导入至延迟角室30b或者从延迟角室30b排出工作油。
如图1至图4所示，叶片转子20包括四个叶片部21、等间隔地一体保持四个叶片部21的毂部22、形成在毂部22且供中心螺栓70通过的贯通孔23、与提前角室30a连通的提前角通路24、与延迟角室30b连通的延迟角通路25、以及形成在叶片部21的前端且供密封部件S嵌入的四个槽部26等。
另外，如图2所示，叶片转子20和锁定凸轮40一起利用中心螺栓70紧固于凸轮轴10，从而与该凸轮轴10一体旋转。
壳体转子30被支承为能够与曲轴的旋转联动地在凸轮轴10的轴线S1上旋转，如图1所示，壳体转子30由壳体部件31、与该壳体部件31的背面侧结合的链轮部件32以及与该壳体部件31的前表面侧结合的盖部件33构成，壳体转子30划定出收容室A1和隔离室A2，该收容室A1以使叶片转子20能够在预定角度范围(相位调整角度的范围)内相对转动的方式收容该叶片转子20，该隔离室A2与收容室A1隔开且用于收容锁定机构(40、50、51、60、61)，并且壳体转子30形成为：收容室A1通过收容在该收容室A1内的叶片转子20(的叶片部21)被分成提前角室30a和延迟角室30b两部分。
如图1至图4所示，壳体部件31包括圆筒壁31a、隔离壁31b、设在隔离壁31b中央的贯通孔31c、在隔离壁31b的背面侧朝向中心突出的四个轴承部31d、由各轴承部31d之间和中央部划定且用于收容叶片转子20的凹部31e、形成在隔离壁31b的前表面侧且用于收容锁定机构的凹部31f、设在隔离壁31b上且用于与提前角室30a连通的提前角限制侧连通路31g、设在隔离壁31b上且用于与延迟角室30b连通的延迟角限制侧连通路31h、支轴3li和31j、勾挂突起31k和31m、限定最大延迟角位置的止动壁31n、限定最大提前角位置的止动壁31o、能够与提前角限制锁定杆50抵接的止动壁31p、能够与延迟角限制锁定杆60抵接的止动壁31q、收容辅助机构80的凹部31r、以及用于使用螺栓将盖部件33和链轮部件32紧固起来的螺纹孔31s等。
隔离壁31b形成为将收容室A1与隔离室A2隔离开，以使锁定机构(40、50、51、60、61)与叶片转子20隔开地配置。
贯通孔31c形成为这样一种形状和尺寸，此形状和尺寸容许锁定凸轮40的背面与叶片转子20的毂部22的前表面紧密接触并利用中心螺栓70结合为一体，并且此形状和尺寸使隔离壁31b的背面与叶片转子20(的叶片部21)的前表面紧密接触以确保密封性(能够防止工作油泄漏)。
通过在以能够在预定角度范围(工作角度范围)内旋转的方式组装了叶片转子20的状态下结合链轮部件32，使凹部31e起到收容室A1的作用。
如图5至图7所示，凹部31f形成为：以能够使锁定凸轮40绕轴线S1转动的方式收容该锁定凸轮40，以能够使提前角限制锁定杆50绕轴线S2摆动的方式收容该提前角限制锁定杆50，以能够使提前角限制施力弹簧51伸缩的方式收容该提前角限制施力弹簧51，以能够使延迟角限制锁定杆60绕轴线S3摆动的方式收容该延迟角限制锁定杆60，并且以能够使延迟角限制施力弹簧61伸缩的方式收容该延迟角限制施力弹簧61。
另外，凹部31f形成为：与提前角限制锁定杆50的侧面协作而被充填从提前角限制侧连通路31g导入的工作油以获得预定水平以上的油压，或者与延迟角限制锁定杆60的侧面协作而被充填从延迟角限制侧连通路31h导入的工作油以获得预定水平以上的油压。
并且，通过在组装了锁定机构(40、50、51、60、61)的状态下结合盖部件33，使凹部31f起到隔离室A2的作用。
由此，配置锁定机构的隔离室A2由壳体部件31的隔离壁31b和可相对于该壳体部件31自由装卸的盖部件33划定，所以能够在叶片转子20组装于壳体部件31的收容室A1内的状态下容易地进行锁定机构的组装作业或拆卸作业。
提前角限制侧连通路31g形成为与提前角室30a连通并将油压导向提前角限制锁定杆50的侧面，以克服提前角限制施力弹簧51的作用力而解除提前角限制锁定杆50的锁定。
延迟角限制侧连通路31h形成为与延迟角室30b连通并将油压导向延迟角限制锁定杆60的侧面，以克服延迟角限制施力弹簧61的作用力而解除延迟角限制锁定杆60的锁定。
如图5至图7所示，支轴3li形成为将提前角限制锁定杆50支承成能够在垂直于轴线S2的垂直面内自由摆动。
如图5至图7所示，支轴31j形成为将延迟角限制锁定杆60支承成能够在垂直于轴线S3的垂直面内自由摆动。
如图5至图7所示，勾挂突起31k形成为勾挂提前角限制施力弹簧51的一端。
如图5至图7所示，勾挂突起31m形成为勾挂延迟角限制施力弹簧61的一端。
在叶片转子20相对于壳体转子30旋转的预定角度范围内，如图6所示，使锁定凸轮40的突起41与止动壁31n抵接以限定最大延迟角位置。
在叶片转子20相对于壳体转子30旋转的预定角度范围内，如图7所示，使锁定凸轮40的突起41与止动壁31o抵接以限定最大提前角位置。
如图5和图6所示，止动壁31p用于限定停止位置，该停止位置是在不施加工作油的油压的状态下、提前角限制锁定杆50借助提前角限制施力弹簧51的作用力被旋转施力从而能够将锁定凸轮40锁定的位置。
如图5和图7所示，止动壁31q用于限定停止位置，该停止位置是在不施加工作油的油压的状态下、延迟角限制锁定杆60借助延迟角限制施力弹簧61的作用力被旋转施力从而能够将锁定凸轮40锁定的位置。
如图1和图2所示，链轮部件32包括供传递曲轴的旋转驱动力的链条卷绕的链轮32a、以能够自由转动的方式与凸轮轴10的圆筒部12嵌合的内周面32b、以能够自由滑动的方式与叶片转子20的背面接触的前表面32c、以及用于使用螺栓来将该链轮部件32与壳体部件31结合的螺纹孔32d等。
另外，通过采用螺栓将链轮部件32与收容有叶片转子20的壳体部件31结合，从而该链轮部件32的前表面32c与凹部31e协作地划定出收容室A1。
如图1和图2所示，盖部件33具有供中心螺栓70通过的圆孔33a、背面33b、以及用于使用螺栓来将该盖部件33紧固于壳体部件31的螺纹孔33c等，且该盖部件33形成为可相对于壳体部件31自由装卸。
另外，盖部件33在锁定机构(锁定凸轮40、提前角限制锁定杆50、提前角限制施力弹簧51、延迟角限制锁定杆60以及延迟角限制施力弹簧61)收容于凹部31f内的状态下从前方覆盖壳体部件31，并进行密封以免工作油泄漏，并且使用螺栓等将该盖部件33与壳体部件31结合，由此，该盖部件33的背面33b与凹部31f协作地划定出隔离室A2。
如图1、图2以及图5至图7所示，锁定凸轮40通过中心螺栓70与叶片转子20一起紧固在凸轮轴10上，且与该叶片转子20和凸轮轴10一体地旋转，锁定凸轮40包括：能够与止动壁31n、31o抵接且能够与辅助机构80的推杆81抵接的突起41；能够以可脱离的方式与提前角限制锁定杆50卡合的凸轮面42；能够以可脱离的方式与延迟角限制锁定杆60卡合的凸轮面43；以及供中心螺栓70通过的贯通孔44。
凸轮面42形成为当叶片转子20位于中间位置时与提前角限制锁定杆50抵接从而限制其朝向提前角侧旋转。
凸轮面43形成为当叶片转子20位于中间位置时与延迟角限制锁定杆60抵接从而限制其朝向延迟角侧旋转。
另外，锁定凸轮40以如下方式固定在凸轮轴10上：在图5所示的状态下被提前角限制锁定杆50和延迟角限制锁定杆60锁定从而定位在中间位置，在如图6所示的突起41抵接于止动壁31n的状态下限定最大延迟角位置，在如图7所示的突起41抵接于止动壁31o的状态下限定最大提前角位置。
如图5至图7所示，提前角限制锁定杆50支承在壳体部件31的支轴3li上，且能够在垂直于轴线S1的垂直面内绕轴线S2自由摆动，提前角限制施力弹簧51的另一端勾挂于提前角限制锁定杆50，从而该提前角限制锁定杆50被向逆时针方向旋转施力以与止动壁31p抵接。
另外，提前角限制锁定杆50在抵接于止动壁31p从而被限制了逆时针旋转的状态下，与锁定凸轮40的凸轮面42抵接以限制该锁定凸轮40(即叶片转子20)从停止位置向提前角侧旋转，另一方面，在通过提前角限制侧连通路31g供给的工作油的油压作用下，提前角限制锁定杆50顺时针旋转从而解除锁定。
在这里，提前角限制锁定杆50形成为：一方面，如图5所示，在与锁定凸轮40卡合的锁定状态下，该提前角限制锁定杆50的重心G1定位在连接其摆动中心S2与凸轮轴的轴线S1而得的直线L1上或直线L1附近(从直线L1向顺时针转动侧偏移的位置)，以便朝向维持锁定状态的方向产生离心力；另一方面，如图7所示，在借助工作油的油压而脱离了锁定凸轮40的锁定解除状态下，该提前角限制锁定杆50的重心G1定位在从直线L1(向逆时针转动侧)偏离了的位置，以便朝向维持锁定解除状态的方向产生离心力。
另外，作为将重心G1的位置定位成靠近摆动中心S2的方法，例如图8所示，在采用密度固定的材料的情况下，将提前角限制锁定杆50形成为使摆动中心侧的部分50a的壁厚大于前端侧的部分50b的壁厚。
由此，当提前角限制锁定杆50与锁定凸轮40卡合而处于锁定状态时，通过弹簧作用力来维持锁定状态、而由旋转产生的离心力则不起作用，或者通过由旋转产生的离心力和提前角限制施力弹簧51的作用力两者来维持锁定状态，另一方面，当提前角限制锁定杆50在工作油的油压作用下处于脱离了锁定凸轮40的锁定解除状态时，除工作油的油压以外，由旋转产生的离心力也发挥作用，从而可靠地维持了锁定解除状态。
如图5至图7所示，延迟角限制锁定杆60支承在壳体部件31的支轴31j上，且能够在垂直于轴线S1的垂直面内绕轴线S3自由摆动，延迟角限制施力弹簧61的另一端勾挂于延迟角限制锁定杆60，从而该延迟角限制锁定杆60被向顺时针方向旋转施力以与止动壁31q抵接。
另外，延迟角限制锁定杆60在抵接于止动壁31q从而被限制了顺时针旋转的状态下，与锁定凸轮40的凸轮面43抵接以限制该锁定凸轮40(即叶片转子20)从停止位置向延迟角侧旋转，另一方面，在通过延迟角限制侧连通路31h供给的工作油的油压作用下，延迟角限制锁定杆60逆时针旋转从而解除锁定。
在这里，延迟角限制锁定杆60形成为：一方面，如图5所示，在与锁定凸轮40卡合的锁定状态下，该延迟角限制锁定杆60的重心G2定位在连接其摆动中心S3与凸轮轴的轴线S1而得的直线L2上或直线L2附近(从直线L2向逆时针转动侧偏移的位置)，以便朝向维持锁定状态的方向产生离心力；另一方面，如图6所示，在借助工作油的油压而脱离了锁定凸轮40的锁定解除状态下，该延迟角限制锁定杆60的重心G2定位在从直线L2(向顺时针转动侧)偏离了的位置，以便朝向维持锁定解除状态的方向产生离心力。
另外，作为将重心G2的位置定位成靠近摆动中心S3的方法，例如图8所示，在采用密度固定的材料的情况下，将延迟角限制锁定杆60形成为使摆动中心侧的部分60a的壁厚大于前端侧的部分60b的壁厚。
由此，当延迟角限制锁定杆60与锁定凸轮40卡合而处于锁定状态时，通过弹簧作用力来维持锁定状态、而由旋转产生的离心力则不起作用，或者通过由旋转产生的离心力和延迟角限制施力弹簧61的作用力来维持锁定状态，另一方面，当延迟角限制锁定杆60在工作油的油压作用下处于脱离了锁定凸轮40的锁定解除状态时，除工作油的油压以外，由旋转产生的离心力也发挥作用，从而可靠地维持了锁定解除状态。
这样，由于锁定杆(提前角限制锁定杆50和延迟角限制锁定杆60)被支承为能够在垂直于凸轮轴10的轴线S1的垂直面内自由摆动，所以即便在发动机停止状态下锁定杆(提前角限制锁定杆50和延迟角限制锁定杆60)暂时处于从锁定锁定凸轮40的位置偏离的状态，也能够通过发动机起动时(曲柄转动时)的凸轮轴10的转矩变动等来使该锁定杆(提前角限制锁定杆50和延迟角限制锁定杆60)朝向受力方向旋转，从而能够使该锁定杆可靠地移动至锁定该锁定凸轮40(即叶片转子20)的中间位置。
另外，如上所述，由于锁定机构(40、50、51、60、61)设在与收容叶片转子20的收容室A1分隔的隔离室A2内，其不直接锁定该叶片转子20，所以能够使叶片转子20的叶片部21较薄且能够增大设计自由度和布置自由度，而且，在收容叶片转子20的收容室A1侧不需要用于配置锁定机构的容积，能够与该容积量相应地将最大提前角位置～最大延迟角位置之间的相位调整角度设定得更大，由此能够依据需要进行大幅度的相位控制。
特别地，若像以往那样在收容室内将收纳有锁定用销的厚壁的叶片在起动时保持于中间位置，则不能确保用于从叶片的起动时位置向提前角方向进行相位调整的控制角度，然而在本发明中，由于叶片不需要多余的厚度，所以能够充分确保可进行相位控制的角度(相位调整角度)，尤其能够充分确保从起动时起在提前角方向进行相位控制所需的角度(相位调整角度)。
如图1和图2所示，中心螺栓70将锁定凸轮40和叶片转子20紧固于凸轮轴10，在中心螺栓70的内部具有延迟角通路71和外螺纹部72等，所述延迟角通路71连通延迟角通路14与延迟角室30b，以向该延迟角室30b供给工作油或使工作油从该延迟角室30b排出，所述外螺纹部72与凸轮轴10的内螺纹部15螺合。
辅助机构80提供辅助力，以使锁定凸轮40(叶片转子20和凸轮轴10)从最大延迟角位置侧朝向中间位置移动，如图1所示，辅助机构80由推杆81和施力弹簧82构成，所述推杆81收容在壳体部件31的凹部31r内，所述施力弹簧82对推杆81施力以使其向隔离室A2内突出。
另外，推杆81以使其前端突出的方式被施力弹簧82施力，该推杆81与锁定凸轮40的突起41的一个侧面抵接、并从延迟角侧向提前角侧对该锁定凸轮40施力，从而将该锁定凸轮40定位在中间位置。
如图2所示，工作油控制系统100包括送出工作油的泵101、排出通路102、工作油控制阀(OCV)103、提前角通路104以及延迟角通路105等。
如图2所示，工作油控制阀103包括：从提前角通路104和延迟角通路105排出工作油的DD口103a、能够从提前角通路104排出工作油并向延迟角通路105供给工作油的DP口103b、将提前角通路104和延迟角通路105切断的CC口103c、以及能够向提前角通路104供给工作油并从延迟角通路105排出工作油的PD口103d。
另外，工作油控制阀103在非通电的停止状态下借助弹簧的作用力而选择DD口103a，并且通过适当控制电磁驱动力来选择DP口103b、CC口103c或PD口103d。
提前角通路104和延迟角通路105由形成在发动机的气缸体或气缸盖内的工作油通路(润滑油通路)所使用的管、或者配设在发动机外部的工作油通路所使用的管等来划定。
接着，参照图5至图7以及图9至图12来说明上述气门正时变更装置的动作。
当发动机停止时，如图9所示，工作油控制阀103选择DD口103a，提前角室30a和延迟角室30b的工作油处于经由提前角通路104和延迟角通路105排出的状态。
而且，如图5所示，由于提前角限制锁定杆50和延迟角限制锁定杆60处于锁定了锁定凸轮40的状态(锁定状态)，并且辅助机构80的推杆81处于与突起41抵接的状态，所以如图3和图4所示，叶片转子20被定位在预定角度范围内的中间位置。
当在此状态下开始起动发动机(使曲柄转动)时，由于此中间位置被设定为能够进行顺畅起动的气门正时，所以能够使发动机顺畅地起动(完爆)。
这样，因为在发动机起动时(曲柄转动时)叶片转子20(凸轮轴10)被锁定机构定位在中间位置，所以能够防止撞击声等的产生，并且能够使发动机顺畅地起动(完爆)而不带来无用的负荷，并且，即便在发动机起动(完爆)后，也能够防止增加无用的负荷，从而能够顺畅地进行相位控制。
另外，在发动机停止时，若仅辅助机构80的辅助力起作用、而锁定凸轮40未被提前角限制锁定杆50和延迟角限制锁定杆60锁定，则叶片转子20停止在中间位置～最大提前角位置之间的任意位置；或者，若锁定凸轮40未被提前角限制锁定杆50和延迟角限制锁定杆60锁定、且辅助机构80的辅助力也不起作用，则叶片转子20停止在最大延迟角位置～最大提前角位置之间的任意位置。
此状态下，若开始起动发动机(使曲柄转动)，则叶片转子20处于可相对于壳体转子30旋转的状态，并且提前角限制锁定杆50和延迟角限制锁定杆60在凸轮轴10的转矩变动、提前角限制施力弹簧51和延迟角限制施力弹簧61等的作用下立刻工作，从而将锁定凸轮40锁定在中间位置。
由此，叶片转子20被立刻定位在中间位置，从而能够防止撞击声等的产生，并且能够使发动机顺畅地起动(完爆)。
一旦发动机起动(完爆)，则如图10至图12所示，工作油控制阀103被适当地切换，从而进行相位控制，以使叶片转子20(凸轮轴10)从中间位置偏向提前角侧或延迟角侧、进而保持在预定的角度位置。
例如，在从中间位置向延迟角侧变更相位的情况下，如图10所示，切换工作油控制阀103，选择DP口103b。由此，工作油经由延迟角通路105供应给延迟角室30b，并且工作油的油压从该延迟角室30b经由延迟角限制侧连通路31h供应给延迟角限制锁定杆60，另一方面，工作油从提前角室30a经由提前角通路104排出。
另外，如图6所示，在经由延迟角限制侧连通路31h供给的工作油的油压作用下，延迟角限制锁定杆60脱离锁定凸轮40从而解除锁定。由此，能够使叶片转子20向延迟角侧移动以变更相位。
另一方面，在向提前角侧变更相位的情况下，如图11所示，切换工作油控制阀103，选择PD口103d。由此，工作油经由提前角通路104供应给提前角室30a，并且工作油的油压从该提前角室30a经由提前角限制侧连通路31g供应给提前角限制锁定杆50，另一方面，工作油从延迟角室30b经由延迟角通路105排出。
另外，如图7所示，在经由提前角限制侧连通路31g供给的工作油的油压作用下，提前角限制锁定杆50脱离锁定凸轮40从而解除锁定。由此，能够使叶片转子20向提前角侧移动以变更相位。
另外，在要将叶片转子20保持于预定的相位角度的情况下，如图12所示，切换工作油控制阀103，选择CC口103c。由此，提前角通路104和延迟角通路105都被切断，从而提前角室30a和延迟角室30b内的工作油的油压维持原状。
由此，提前角限制锁定杆50、延迟角限制锁定杆60和锁定凸轮40能够保持此时的状态，且能够将叶片转子20保持于预定的相位角度。
如上所述，依据上述气门正时变更装置，锁定机构设在与收容叶片转子20的收容室A1分隔的隔离室A2内，所以与以往那样将锁定机构设置成相对于收容叶片转子的收容室内的滑动界面出没的情况相比，不需要用于配置锁定机构的容积，能够与该容积量相应地将最大提前角位置～最大延迟角位置之间的相位调整角度设定得更大，由此能够依据需要进行大幅度的相位控制。
特别地，若像以往那样在收容室内将收纳有锁定用销的厚壁的叶片在起动时保持于中间位置，则不能确保用于从叶片的起动时位置向提前角方向进行相位调整的控制角度，然而在本发明中，由于叶片不需要多余的厚度，所以能够充分确保能进行相位控制的角度(相位调整角度)，尤其能够充分确保从起动时起在提前角方向进行相位控制所需的角度(相位调整角度)。
图13是表示构成本发明所涉及的气门正时变更装置的一部分的锁定机构的其它实施方式的图。
此实施方式中，采用提前角限制锁定杆50′、延迟角限制锁定杆60′、提前角限制施力弹簧51′和延迟角限制施力弹簧61′来代替前述实施方式的提前角限制锁定杆50、延迟角限制锁定杆60、提前角限制施力弹簧51和延迟角限制施力弹簧61。
如图13所示，提前角限制锁定杆50′在远离摆动支点S2的前端侧具有弹簧卡合部50c′。
如图13所示，提前角限制施力弹簧51′是压缩型螺旋弹簧，其在被压缩至预定压缩量的状态下与提前角限制锁定杆50′的前端侧(弹簧卡合部50c′)卡合，从而提供将提前角限制锁定杆50′按压于锁定凸轮40(的凸轮面42)的作用力。
如图13所示，延迟角限制锁定杆60′在远离摆动支点S3的前端侧具有弹簧卡合部60c′。
如图13所示，延迟角限制施力弹簧61′是压缩型螺旋弹簧，其在被压缩至预定压缩量的状态下与延迟角限制锁定杆60′的前端侧(弹簧卡合部60c′)卡合，从而提供将延迟角限制锁定杆60′按压于锁定凸轮40(的凸轮面43)的作用力。
此实施方式中，因为弹簧(提前角限制施力弹簧51′和延迟角限制施力弹簧61′)的作用力作用于锁定杆(提前角限制锁定杆50′和延迟角限制锁定杆60′)的自由端侧，所以由该作用力产生的绕摆动支点S2、S3的转矩增大，因此能够使弹簧(提前角限制施力弹簧51′和延迟角限制施力弹簧61′)变小，有助于装置的小型化、轻量化和简化等。
上述实施方式中，示出了具有用来传递曲轴的旋转力的链轮32a的壳体转子30，然而不限于此，如果用于传递曲轴的旋转驱动力的装置为其它构造(例如，带齿的正时带等)，则可采用具有与此构造相配合的部件(带齿的皮带轮等)的壳体转子。
上述实施方式中，示出了采用锁定凸轮40、提前角限制锁定杆50、50′、提前角限制施力弹簧51、51′、延迟角限制锁定杆60、60′和延迟角限制施力弹簧61、61′作为锁定机构的情况，然而不限于此。只要锁定机构设在与收容室A1隔开的隔离室A2中，也可采用与叶片转子一体形成的锁定凸轮，或者也可废除提前角限制施力弹簧51、51′和延迟角限制施力弹簧61、61′而采用提前角限制锁定杆和延迟角限制锁定杆受自身作用力而被向停止位置(将锁定凸轮40锁定的位置)施力的结构。
上述实施方式中，作为提前角限制侧连通路31g和延迟角限制侧连通路31h，示出了被分别形成为与提前角室30a和延迟角室30b连通的例子，然而不限于此，也可形成为分别与提前角通路和延迟角通路连通。
上述实施方式中，示出了采用提前角限制锁定杆50、50′和延迟角限制锁定杆60、60′作为锁定杆的情况，然而不限于此，也可采用其它个数及形状的锁定杆。
上述实施方式中，作为锁定机构锁定叶片转子的预定位置，示出了预定角度范围内的中间位置，然而不限于此，也可依据发动机的特性来选择预期的位置，例如锁定于最大延迟角位置或者锁定于提前角侧的位置等。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的气门正时变更装置在叶片转子的相位控制(最大提前角位置～最大延迟角位置的相位调整角度范围内的相位变更)中，不仅能够实现构造的简化、部件数量的减少、装置整体的小型化等，还能够提高发动机的起动性能、防止发动机起动时的撞击声等，并且能够将相位调整角度设定得较大，由此能够进行与发动机的运转状态相应的大幅度的相位控制，所以毫无疑问能够应用于机动车等上装载的内燃式发动机，也可用于两轮车等上装载的小型发动机等。
标号说明
B轴承
CR凸轮轴的旋转方向
10凸轮轴
S1轴线
11轴颈部
12圆筒部
13提前角通路
14延迟角通路
15内螺纹部
20叶片转子
21叶片部
22毂部
23贯通孔
24提前角通路
25延迟角通路
26槽部
S密封部件
30壳体转子
30a提前角室
30b延迟角室
A1收容室
A2隔离室
31壳体部件
31a圆筒壁
31b隔离壁
31c贯通孔
31d轴承部
31e凹部
31f凹部
31g提前角限制侧连通路
31h延迟角限制侧连通路
31i、31j支轴
S2、S3轴线
31k、31m勾挂突起
31n、31o、31p、31q止动壁
31r凹部
31s螺纹孔
32链轮部件
32a链轮
32b内周面
32c前表面
32d螺纹孔
33盖部件
33a圆孔
33b背面
33c螺纹孔
40锁定凸轮(锁定机构)
41突起
42、43凸轮面
50、50′提前角限制锁定杆(锁定机构)
L1直线
G1重心
51、51′提前角限制施力弹簧(锁定机构)
60、60′延迟角限制锁定杆(锁定机构)
L2直线
G2重心
61、61′延迟角限制施力弹簧(锁定机构)
70中心螺栓
71延迟角通路
72外螺纹部
80辅助机构
81推杆
82施力弹簧
100工作油控制系统
101泵
102排出通路
103工作油控制阀(流体控制阀)
103a DD 口
103b DP 口
103c CC 口
103d PD 口
104提前角通路
105延迟角通路

Claims (7)

1.一种气门正时变更装置，其用于变更利用凸轮轴进行开闭驱动的进气门或排气门的开闭正时，所述气门正时变更装置包括：壳体转子，该壳体转子与曲轴的旋转联动地在凸轮轴的轴线上旋转；叶片转子，该叶片转子以能够在预定角度范围相对旋转的方式收容于所述壳体转子的收容室内，从而将所述收容室分成提前角室和延迟角室两部分，并且该叶片转子与凸轮轴一体旋转；提前角通路，该提前角通路与所述提前角室连通以使流体通过；延迟角通路，该延迟角通路与所述延迟角室连通以使流体通过；以及锁定机构，该锁定机构将所述叶片转子相对于所述壳体转子锁定在所述预定角度范围内的预定位置，所述气门正时变更装置的特征在于，
所述壳体转子形成为划定出与收容所述叶片转子的收容室隔开的隔离室，
所述锁定机构设在所述隔离室内。
2.根据权利要求1所述的气门正时变更装置，其特征在于，
所述锁定机构在发动机起动时将所述叶片转子锁定在所述预定角度范围内的预定的中间位置。
3.根据权利要求2所述的气门正时变更装置，其特征在于，
所述壳体转子包括壳体部件和盖部件，所述壳体部件具有使所述隔离室与所述收容室隔离的隔离壁，所述盖部件形成为能够相对于所述壳体部件自由装卸，以便与所述隔离壁协作来划定所述隔离室。
4.根据权利要求3所述的气门正时变更装置，其特征在于，
所述锁定机构包括锁定凸轮和锁定杆，所述锁定凸轮穿过设于所述隔离壁的贯通孔，并以与所述叶片转子一体旋转的方式与所述叶片转子连接，所述锁定杆设置为相对于所述壳体转子可动，所述锁定杆能够借助作用力而与所述锁定凸轮卡合以实现锁定，并且借助流体压力而解除所述锁定。
5.根据权利要求4所述的气门正时变更装置，其特征在于，
所述气门正时变更装置还包括施力弹簧，该施力弹簧用于施加作用力以使所述锁定杆与所述锁定凸轮卡合从而实现锁定，
所述锁定杆包括：提前角限制锁定杆，该提前角限制锁定杆与所述锁定凸轮卡合以限制所述叶片转子向提前角侧旋转；以及延迟角限制锁定杆，该延迟角限制锁定杆与所述锁定凸轮卡合以限制所述叶片转子向延迟角侧旋转，
所述施力弹簧包括：提前角限制施力弹簧，该提前角限制施力弹簧用于对所述提前角限制锁定杆施力以使所述提前角限制锁定杆与所述锁定凸轮卡合从而实现锁定；以及延迟角限制施力弹簧，该延迟角限制施力弹簧用于对所述延迟角限制锁定杆施力以使所述延迟角限制锁定杆与所述锁定凸轮卡合从而实现锁定，
所述壳体转子包括：提前角限制侧连通路，该提前角限制侧连通路与所述提前角室或提前角通路连通，并将流体的压力导向所述隔离室内的所述提前角限制锁定杆以解除锁定；以及延迟角限制侧连通路，该延迟角限制侧连通路与所述延迟角室或延迟角通路连通，并将流体的压力导向所述隔离室内的所述延迟角限制锁定杆以解除锁定。
6.根据权利要求4或5所述的气门正时变更装置，其特征在于，
所述锁定杆被支承成能够在与所述轴线垂直的垂直面内自由摆动。
7.根据权利要求6所述的气门正时变更装置，其特征在于，
所述锁定杆形成为：在与所述锁定凸轮卡合的锁定状态下，所述锁定杆的重心定位在连接所述锁定杆的摆动中心与所述凸轮轴的轴线而得的直线上或者从所述直线向一侧偏移的位置，以便朝向维持所述锁定状态的方向产生离心力；在借助流体压力而脱离了所述锁定凸轮的锁定解除状态下，所述锁定杆的重心定位在从所述直线向另一侧偏离了的位置，以便朝向维持所述锁定解除状态的方向产生离心力。
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