CN106907205B - 用于内燃机的气门正时调节装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于内燃机的气门正时调节装置。该装置包括防旋转机构，用于通过抑制或防止转子与壳体的相对旋转来抑制转子和壳体之间的位置变化。所述防旋转机构包括：形成在棘轮板上的多个锁定槽，其具有不同的深度并彼此连接；以及锁定销构件，其具有弹性地设置在形成于叶片中的一个中的装配孔中的外销，以及弹性地设置在所述外销内部的内销。具体地，当外销和内销通过来自凸轮轴的扭矩顺序地装配在锁定槽中时，内销将转子锁定到壳体。

Description

用于内燃机的气门正时调节装置
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的气门正时调节装置。
背景技术
本部分的说明仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
通常，内燃机(以下称为“发动机”)配备有可根据发动机的操作状态改变进气门和排气门正时的气门正时调节装置。这种气门正时调节装置通过根据凸轮轴的位移或旋转改变相位角而调节进气门或排气门的正时，其中所述凸轮轴通常通过正时带或链条连接到曲轴，并且已经提出了各种类型的气门正时调节装置。
通常，使用包括具有多个叶片的转子的叶片式气门正时调节装置，所述多个叶片通过壳体中的工作流体自由旋转。
叶片式气门正时调节装置使用由于转子在提前(advance)方向或者滞后(retard)方向上的相对旋转而产生的旋转相位差来调节气门正时，其中所述转子通过由工作流体压力操作的叶片在全提前相位角(full advance phase angle)和全滞后相位角(fullretard phase angle)之间旋转到提前室或滞后室。
我们已经发现，因凸轮在与凸轮旋转方向相反的方向上的旋转而引起的摩擦会产生正扭矩。同时，当气门开始关闭时，气门弹簧在与凸轮旋转方向相同的方向上的恢复力会产生负扭矩，并且负扭矩小于正扭矩。
发明内容
本发明提供一种用于内燃机的气门正时调节装置，该装置通过使用负扭矩的多个锁定步骤扩大转子的相位角的可变调节范围，可以提高发动机的性能并有助于减小发动机的尺寸。
在一种形式中，本发明提供一种用于内燃机的气门正时调节装置。该装置联接到与曲轴可联动操作的凸轮轴，以使用来自凸轮轴的扭矩和工作流体的压力，调节进气门和排气门中的至少一个的气门正时。该气门正时调节装置包括：壳体，其与和曲轴可联动操作的棘轮板限定出空间；具有多个叶片的转子，其被配置成通过工作流体的压力在预定角度范围内相对于壳体旋转，所述转子设置在壳体中与凸轮轴可联动操作；以及防旋转机构，其通过抑制或防止转子与壳体的相对旋转，来抑制或防止转子和壳体之间的位置变化。
具体地，防旋转机构包括：多个锁定槽，其形成在棘轮板上，具有不同的深度并且彼此连接；以及锁定销构件，其具有中空外销和内销，中空外销弹性地设置在形成于多个叶片中的至少一个叶片中的装配孔中，内销弹性地设置在外销内部。内销被配置成当外销和内销顺序地装配在多个锁定槽中时，将转子锁定到壳体。
多个锁定槽可以包括具有大直径的大槽和具有小直径的小槽，以便形成具有预定深度的台阶部分。
台阶部分的宽度可以是外销厚度的两倍，并且小槽的内径可以和外销的外径相同。
锁定销构件还可以包括具有第一凹部的上盖，并且被配置成封闭装配孔的第一端。
第二凹部可以形成在外销的第一端，并且对多个锁定槽施加弹性力的外弹簧可以设置在第二凹部和上盖的第一端之间。
第三凹部可以形成在内销的第一端，并且对多个锁定槽施加弹性力的内弹簧可以设置在第三凹部和上盖的第一凹部之间。
壳体中的转子可以具有四个叶片。
密封槽可以在面向壳体内侧的多个叶片的端部在凸轮轴的纵向方向上形成，并且密封件设置在密封槽中。
锁定销构件还可以具有定位在装配孔的第二端的下盖，并且下盖被配置成支承外销的外侧。
在转子中额外地形成排出孔，并且所述排出孔被配置成当锁定销构件被锁定时排出多个锁定槽中的工作流体。
本发明的一方面，提供一种用于内燃机的气门正时调节装置。该装置联接到与曲轴可联动操作的凸轮轴，以使用来自凸轮轴的扭矩和工作流体的压力，调节进气门和排气门中的至少一个的气门正时。该装置可以包括：壳体，其与和曲轴可联动操作的棘轮板限定出空间；具有多个叶片的转子，其通过工作流体的压力在预定角度范围内相对于壳体旋转，并且设置在壳体中以与凸轮轴可联动操作；以及防旋转机构，其通过抑制或防止转子对于壳体的相对旋转，来抑制或防止转子和壳体之间的位置变化。具体地，防旋转机构包括：多个锁定槽，其形成在转子的多个叶片中的至少一个叶片中，多个锁定槽具有不同的深度并且彼此连接；以及锁定销构件，其具有中空外销和内销，中空外销弹性地设置在形成于棘轮板中的至少一个的装配孔中，内销弹性地设置在外销内部，并且被配置成当外销和内销顺序地装配在多个锁定槽中时，将转子锁定到壳体。
本发明的另一方面，提供一种用于内燃机的气门正时调节装置，该装置包括：本体，在其外侧具有多个油口，并且其被配置成与凸轮轴可联动操作；电磁阀，其包括在外侧周围具有多个油槽并由弹簧弹性地支承的阀芯，所述电磁阀设置在本体中，以响应于控制信号通过与本体的油口选择性地连通来控制工作流体的流动；以及控制器，其被配置成将控制信号传送到电磁阀，并且该装置还包括防旋转机构，用于响应于来自控制器的控制信号，通过抑制或防止转子与壳体的相对旋转，来抑制或防止转子和壳体之间的位置变化。
在一种形式中，具有外销和内销的锁定销构件通过来自凸轮轴的扭矩顺序地插入锁定槽中，使得相位角的调节范围可以扩大。因此，可以减小气门正时调节装置的尺寸，并且可以通过改善发动机的燃料效率和输出来提高发动机的性能。
根据本文提供的描述，其它适用领域将变得显而易见。应该理解，描述和具体示例仅仅旨在用于示例的目的，并且不旨在限制本发明的范围。
附图说明
为了很好地理解本发明，以下将参考附图对仅以示例方式给出的其各种实施方式进行说明，其中：
图1是气门正时调节装置的剖面组装图；
图2是沿图1的线II-II截取的前视图；
图3是沿图2的线Ш-Ш截取的断面图；
图4A至图4F是顺序地示出叶片上的锁定销构件通过全滞后相位角位置处的负扭矩装配到锁定槽中的剖面图；以及
图5A至图5C是顺序地示出叶片上的锁定销构件通过全提前相位角位置处的正扭矩装配到锁定槽中的剖面图。
附图仅用于示例性目的，而不旨在以任何方式限制本发明的范围。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本发明、应用或用途。应该理解，在所有附图中，相应的附图标记指示相同或相应的部件和特征。
以下将参考附图详细描述本发明的一种形式的用于内燃机的气门正时调节装置。
图1是本发明的一种形式的气门正时调节装置100的剖面组装图。
参考图1至图3，气门正时调节装置100具有联接到内燃机中的凸轮轴1的本体2，其中通过链条或正时带(未示出)联接到曲轴3的链轮(sprocket)4可旋转地设置在本体2上，并且盘形棘轮板5一体地形成于链轮4的内侧。
设置在本体2中并且具有围绕外侧的多个油槽6a的阀芯6与弹性地支承阀芯6的弹簧7形成电磁阀。电磁阀通过响应于来自控制器(未示出)的控制信号，选择性地与形成在本体2周围的多个油口2a连通，来控制工作流体的流动。
同时，本体2与圆柱形壳体10、同凸轮轴1可联动操作并在壳体10中选择性地旋转的转子20、以及防旋转机构30连接，其中防旋转机构30通过抑制或防止转子20相对于壳体10的旋转，来使转子20与壳体10旋转。
多个突起12围绕壳体10的内侧11以预定间隔形成。密封槽13沿壳体10的纵向方向形成在各个突起12的自由端处，并且密封件14插入密封槽13中，从而在相邻的突起12之间形成空间15。
同时，多个叶片22形成在联接到本体2的凸台21上，并且朝向壳体10的内侧11突出。密封槽23沿转子20的纵向方向形成在各个叶片22的自由端处，并且密封件24插入密封槽23中，从而在壳体10的相邻的突起12之间形成空间15。
如图2所示，空间15分成提前室15a和滞后室15b。提前室15a处在作为凸轮轴1的旋转方向的箭头B的方向(即提前方向)上，并且滞后室15b处在箭头A的方向(即滞后方向)上，叶片22位于其间。
因此，工作流体被选择性地供应至提前室15a和滞后室15b，并且转子20通过叶片22中作用的扭矩，相对于壳体沿箭头B的方向(提前方向)旋转，从而调节提前相位。转子20可以沿箭头A的方向(滞后方向)旋转，从而调节滞后相位。借助这种布置，调节进气门或排气门的气门正时。
提供防旋转机构30用于紧急操作，以选择性地抑制或防止转子20和壳体10之间由于外部因素而相对旋转，从而使他们一起旋转。同时，防旋转机构30可允许转子20相对于壳体10自由地旋转。
具体地，如图2所示，防旋转机构30可以设置在叶片22中的一个上。为了便于描述，具有防旋转机构30的叶片22由附图标记22A表示，以区别于其他叶片22。
如图1或图3所示，防旋转机构30包括插在穿过叶片22A形成的装配孔25中的锁定销构件40，以及形成在棘轮板5中用以与锁定销构件40锁定或解锁的多个锁定槽50。
如图3所示，锁定销构件40具有封闭叶片22A的装配孔25的第一端(图3中的上端)的上盖41，通过外弹簧42弹性地设置在上盖41下方的中空圆柱形外销43，以及可滑动地设置在外销43的内侧43a并通过内弹簧44弹性地安置在上盖41的第一凹部41a中的内销45。
锁定销构件40还可以具有环形下盖46，环形下盖46定位在装配孔25的第二端(图3中的下端)处，并且支承外销43的外侧。
外弹簧42具有支承在外销43的上部的台阶形第二凹部43b上的第一端，以及支承在从上盖41的第一凹部41a延伸出的突起41b上的第二端。
另外，内弹簧44具有第一端和第二端，第一端支承在形成在内销45的上部中的第三凹部45a的底部上，第二端支承在上盖41的第一凹部41a的底部上。
如图3中详细所示，形成在防旋转机构30中的棘轮板5上的锁定槽50连接并且具有不同的直径和深度，面向叶片22A的装配孔25。
也就是说，锁定槽50是具有大直径的大槽51和具有小直径的小槽52，其中大槽和小槽连接形成具有台阶形剖面的台阶部分53。如图3所示，大槽51形成为具有预定的深度并具有左内侧51a和右内侧51b，并且小槽52形成为具有预定的深度，并且具有左内侧52a和右内侧52b，其中大槽51的右内侧51b可以在同一平面中连接到小槽52的右内侧52b。
如图3所示，在本发明的一种形式中，当外销43的厚度为“A”，内销45的内径为“B”，台阶部分53的宽度为“C”，并且小槽52的内径为“D”时，A、B、C及D之间的关系可以表示为：C＝2A，D＝B+C。也就是说，小槽52的内径可以和外销43的外径相同。
用于将工作流体供应到围绕外销43形成的空间26中或通过装配孔25从空间26排出工作流体的油通道22b以一定角度形成在叶片22A中，并且与电磁阀连通。
下面描述本发明的一种形式的气门正时调节装置的操作。
本发明的气门正时调节装置可以是中间相(intermediate phase)型气门正时调节装置，其中叶片22A几乎锁定在空间15中的全滞后相位角位置和全提前相位角位置之间的中间位置处。
如图2所示，当发动机正常操作时，转子20的叶片22A在相邻的突起12之间的空间15左、右两侧形成滞后室15b和提前室15a，并且通过来自凸轮轴1的扭矩在相对于壳体10的提前方向(方向B)或滞后方向(方向A)上被自由地控制，从而可以通过凸轮轴1调节进气门或排气门的气门正时。
当在特定控制下操作气门正时调节装置并且相应地提高发动机的起动能力时，或者当操作发动机时发生不可控的紧急情况时，锁定构件40需要在特定控制下自然地锁定，从而抑制或防止转子20与壳体10的相对旋转。
首先，参考图4A至图4F说明锁定构件40的锁定操作。在一种形式中，当叶片22A处于空间15中的滞后位置，即朝向空间15的滞后室15b的偏置位置时，可以执行锁定操作。
图4A示出当工作流体通过形成在叶片22A中的油通道22b供应到空间26中时的状态。在该状态下，外销43和内销45压缩弹簧42和弹簧44，并且由于工作流体的压力而被最大地提升到上盖41。另外，内销45的下端被外销43从棘轮板5的表面抬起。
在图4B中，工作流体已通过油通道22b从图4A所示的状态排出。在该状态下，由于工作流体的压力已去除，因此外销43和内销45由于弹簧42和弹簧44的弹性力而向下移动。另外，外销43和内销45的下端与棘轮板5的表面紧密接触。
在图4B所示的状态下，来自凸轮轴1的负扭矩通过转子20传递到叶片22A，并且叶片22A沿提前方向(方向B)以预定角度旋转，从而形成图4C所示的状态。也就是说，内销45被内弹簧44的弹性力向下移动并插入大槽51中，并且内销45的下端锁定在大槽51的左内侧51a上，使得下端与台阶部分53紧密接触。另外，外销43的下端仍然与棘轮板5的表面紧密接触。因此，执行抑制或防止叶片22A在滞后方向上移动的棘轮操作。
作为参考，偏置弹簧(未示出)可以在凸轮轴1的方向上连接到转子20的一侧，并且偏置弹簧可以通过凸轮轴1辅助负扭矩。
接下来，当从凸轮轴1通过转子20将负扭矩额外地施加到叶片22A时，执行图4D所示的状态。更具体地，外销43从图4C所示的状态被外弹簧42的弹性力向下移动并插入大槽51中。外销43的下端锁定在大槽51的左内侧51a上，并且外销43和内销45的下端都与台阶部分53紧密接触。在该状态下，叶片22A仍然不能在滞后方向上移动，因此保持棘轮操作。
在图4E中，负扭矩已经从图4D所示的状态额外地施加到叶片22A。也就是说，内销45被内弹簧44的弹性力向下移动并插入小槽52中，并且内销45的下端锁定在小槽52的左内侧52a上，使得内销45的下端与小槽52的底部紧密接触。另外，外销43的下端仍然与台阶部分53紧密接触。因此，保持抑制或防止叶片22A在滞后方向上移动的棘轮操作。
如图4F所示，当在图4E所示的状态下将负扭矩额外地施加到叶片22A时，外销43和内销45的下端通过外弹簧42和内弹簧44的弹性力与小槽52的底部紧密接触。在该状态下，外销43的下端锁定在大槽51的右内侧51b和小槽52的左内侧52a和右内侧52b上，并且叶片22A被锁定，而在滞后方向和提前方向上都不移动。因此，锁定销构件40稳固地装配在棘轮板5的锁定槽50中，使得转子20与壳体10一起旋转，而不相对于壳体10旋转。
如上所述，当叶片22A处于滞后位置时，锁定销构件40通过相对小的负扭矩顺序地锁定在棘轮板5的锁定槽50中。在本发明的一种形式中，由于通过五个步骤顺序地执行锁定，因此发动机的起动位置可以在滞后方向上移动，可以减小气门正时装置的尺寸，并且可以通过改善进气门或排气门的打开和关闭的操作，来提高发动机的效率和性能。
接下来，参考图5A至图5C说明利用来自凸轮轴的正扭矩的锁定操作。具体地，叶片22A被偏置到提前位置，即在空间15的提前室15a中。
图5A示出当工作流体已经通过形成在叶片22A中的油通道22b供应到空间26中时的状态。由于工作流体的压力而压缩外弹簧42，外销43已被最大地提升到上盖41。另外，内销45的下端被外销43从棘轮板5的表面抬起。
接下来，通过从图5A所示的状态经油通道22b排放工作流体来形成图5B所示的状态。也就是说，由于施加到外销43的工作流体的压力被去除，因此外销43被外弹簧42的弹性力向下移动。因此外销43和内销45的下端通过弹簧42和弹簧44的弹性力与棘轮板5的表面紧密接触。
在图5B所示的状态下，来自凸轮轴1的正扭矩通过转子20传递到叶片22A，并且叶片22A沿滞后方向(方向A)以预定角度旋转，从而形成图5C中所示的状态。通常，正扭矩大于负扭矩，因此在本发明的一种形式中通过一个步骤来实现锁定。
具体地，在图5B所示的状态下的外销43和内销45被弹簧42和弹簧44的弹性力经过锁定槽50的大槽51一步插入小槽52中。因此，如图5C所示，外销43的下端锁定在大槽51的右内侧51b以及小槽52的右内侧52b和左内侧52a上。
因此，叶片22A处于在滞后方向和提前方向上都不能移动的锁定状态。因此，锁定销构件40锁定在棘轮板5的锁定槽50中，所以转子20与壳体10一起旋转，而不相对于壳体10旋转。
以上描述仅是本发明的示例性形式，并且本发明不限于此。本领域的技术人员应该理解，可以以本发明的范围内的各种方式对本发明进行改变和修改。
例如，虽然转子20在本发明的具体实施方式中具有四个叶片22，但是根据发动机的类型或操作特征，可以提供三个或其他数量的叶片22。
另外，虽然在本发明的具体实施方式中一个叶片22A具有锁定销构件40，但是转子20的两个叶片22A也可各自具有锁定销构件40。
另外，排出孔22c和排出孔5a可以分别形成在叶片22A和棘轮5中，用以与锁定槽50连通，以使得当外销43或内销45向下移动到锁定槽50中时，能够排出锁定槽50中的工作流体。
另外，虽然在本发明的具体实施方式中，在防旋转机构30中，锁定销构件40形成在转子20上，并且锁定槽50形成在棘轮板5中，但是锁定槽也可以形成在转子20中，并且棘轮板5可以具有锁定销构件40。
虽然为了示例的目的已描述了本发明的示例性形式，但是本领域的技术人员应该理解，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、添加和替换。

Claims (12)

1.一种用于内燃机的气门正时调节装置，所述气门正时调节装置包括：
壳体，其与和曲轴可联动操作的棘轮板限定出空间；
具有多个叶片的转子，其被配置成通过工作流体的压力在预定角度范围内相对于所述壳体旋转，所述转子设置在所述壳体中与凸轮轴可联动操作；以及
防旋转机构，其被配置成通过抑制或防止所述转子与所述壳体的相对旋转，来抑制或防止所述转子和所述壳体之间的位置变化，
其中所述防旋转机构包括：
多个锁定槽，其形成在所述棘轮板上，具有不同的深度并且彼此连接；以及
锁定销构件，其包括：
外销，其弹性地设置在形成于所述多个叶片中的至少一个叶片中的装配孔中，以及
内销，其弹性地设置在所述外销内部，并且被配置成当所述外销和所述内销顺序地装配在所述多个锁定槽中时，将所述转子锁定到所述壳体。
2.根据权利要求1所述的气门正时调节装置，其中所述多个锁定槽包括直径较大的大槽和直径较小的小槽，其中所述大槽和所述小槽形成具有预定深度的台阶部分。
3.根据权利要求2所述的气门正时调节装置，其中所述台阶部分的宽度是所述外销厚度的两倍，并且所述小槽的内径和所述外销的外径相同。
4.根据权利要求1所述的气门正时调节装置，其中所述锁定销构件还包括具有第一凹部的上盖，并且被配置成封闭所述装配孔的第一端。
5.根据权利要求4所述的气门正时调节装置，其中在所述外销的第一端形成有第二凹部，并且对所述多个锁定槽施加弹性力的外弹簧设置在所述第二凹部和所述上盖的第一端之间。
6.根据权利要求5所述的气门正时调节装置，其中在所述内销的第一端形成有第三凹部，并且对所述多个锁定槽施加弹性力的内弹簧设置在所述第三凹部和所述上盖的第一凹部之间。
7.根据权利要求6所述的气门正时调节装置，其中所述锁定销构件还具有定位在所述装配孔的第二端的下盖，并且所述下盖被配置成支承所述外销的外侧。
8.根据权利要求7所述的气门正时调节装置，其中在所述转子中还形成有排出孔，并且所述排出孔被配置成，当所述锁定销构件被锁定时排出所述多个锁定槽中的工作流体。
9.根据权利要求1所述的气门正时调节装置，其中所述壳体中的所述转子具有四个叶片。
10.根据权利要求9所述的气门正时调节装置，其中在面向所述壳体内侧的所述多个叶片的端部，在所述凸轮轴的纵向方向上，形成有密封槽，并且在所述密封槽中设置有密封件。
11.一种用于内燃机的气门正时调节装置，所述装置包括：
壳体，其被配置成与和曲轴可联动操作的棘轮板限定出空间；
具有多个叶片的转子，其通过工作流体的压力在预定角度范围内相对于所述壳体旋转，并且与凸轮轴可联动操作；以及
防旋转机构，其通过防止所述转子与所述壳体的相对旋转，来防止所述转子和所述壳体之间的位置变化，
其中所述防旋转机构包括：
多个锁定槽，其形成在所述转子的所述叶片中的至少一个中，具有不同的深度并且彼此连接；以及
锁定销构件，其具有弹性地设置在形成于所述棘轮板中的至少一个的装配孔中的中空外销，以及弹性地设置在所述外销内部的内销，并且当所述外销和所述内销中的一个或多个顺序地装配在所述锁定槽中时，所述锁定销构件将所述转子锁定到所述壳体。
12.一种用于内燃机的气门正时调节装置，所述装置包括：
本体，在其外侧具有多个油口，并且其与凸轮轴可联动操作；
电磁阀，其包括在外侧周围具有多个油槽并由弹簧弹性地支承的阀芯，所述电磁阀设置在所述本体中，以响应于控制信号，通过与所述本体的油口选择性地连通，来控制工作流体的流动；以及
控制器，其将所述控制信号传送到所述电磁阀，并且
还包括权利要求1至权利要求11中任一项所述的装置中的防旋转机构，用以响应于来自所述控制器的控制信号，通过防止所述转子与所述壳体的相对旋转，来防止所述转子和所述壳体之间的位置变化。
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