CN109563747B - 用于锁定可变凸轮正时装置的机构 - Google Patents

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Abstract

一种用于VCT装置的锁销，其具有锁定位置以及解锁位置，锁定位置相对于可变凸轮正时装置的转子组件锁定壳体组件。锁销具有主体，主体包括具有第一区域的第一直径、具有第二区域的第二直径以及腔室，该腔室形成在第一直径的第一区域和第二直径的第二区域之间用于接收流体，其中第一区域大于第二个区域。当通过可变凸轮定时相位器将流体施加到腔室时，限定腔室的第一区域和第二区域之间的差异产生力不平衡，使得施加到主体的腔室的油压有助于将袜子销保持在锁定位置。

Description

用于锁定可变凸轮正时装置的机构
技术领域
本发明涉及可变凸轮轴正时(VCT)装置领域。更具体地，本发明涉及用于锁定可变凸轮正时装置的位置的机构。
背景技术
可变凸轮轴正时(VCT)装置可使用锁销来固定凸轮轴和曲轴之间的正时，而无需发动机控制单元(ECU)输入。VCT装置可以使用弹簧来保持锁销接合。当指令发出，指令VCT装置改变定时时，可以使用发动机油压来克服弹簧力和缩回锁销，允许VCT装置定相。
在某些发动机条件下，当VCT装置被锁定时，VCT装置上的液压和机械输入可能解锁锁销，导致凸轮轴和曲轴之间的未指令定相。未指令的解锁以及由此导致的VCT装置定相不受控可导致发动机效率降低和其他发动机相关问题。
发明内容
为了解决由于锁销解锁而导致的凸轮轴和曲轴之间的非指令相位，本发明的锁销在锁定方向上具有压力区域，利用发动机油压在锁定方向上产生净力以维持VCT设备处于锁定位置。
在VCT装置内提供具有多个直径的锁销。锁销默认位置是锁定位置，防止转子(固定到凸轮轴)和接合正时驱动器的端板之间的相对运动，其中，锁定位置中锁销的前端接合端板中的销容槽，该端板接合发动机正时驱动器。当锁销被ECU指令解锁时，发动机油压被引导到锁销的前端并且锁销从销容槽缩回，从而导致解锁状态或位置，其中允许转子和端板之间的相对运动。
锁销可以是“T”形，具有两个不同的直径。锁销容纳在转子的孔中，该孔具有多个直径，其与锁销形成动态液压密封。锁销的第一区域(区域A)存在于锁销的第一头端的前端或顶部上，其由VCT相位器或装置的板中的销容槽接收。第二区域(区域B)存在于锁销的头端的下侧。
锁销可以是“I”形，具有三个不同的直径，最小直径在两个较大直径的中间。锁销容纳在转子的孔中，该孔具有多个直径，与锁销形成动态液压密封。锁销的第一区域(区域A)存在于锁销的第一头端的前端或顶部上，其由VCT相位器的板中的销容槽接收。第二区域(区域B)位于锁销头端的下侧。第三区域(区域C)与锁销的第二端处的第二区域相对。第一区域(A)大于第二区域(B)，第二区域(B)大于第三区域(C)。锁销的第二区域(B)和第三区域(C)形成液压室，第二区域(B)垂直于锁销的锁定方向，第三较小区域(C)垂直于解锁方向。施加到在第二区域(B)和第三区域(C)之间形成的液压室的压力导致力不平衡，引起锁销移动到锁定位置或保持在锁定位置并因此当该液压室加压时，在锁定方向上存在净正力。优选地，第一区域(A)大于第二(B)和第三区域(C)，使得单个油压源能够在被ECU指令时克服锁定力以解锁。
提供给在第二和第三区域之间形成的液压室的发动机油防止销解锁，并且当销解锁时将锁销朝向锁定位置移动。因此，锁销的不等压区域用于将锁销移动到锁定位置并保持锁定位置，直到ECU指令锁销解锁并将油压引导到对应于第一区域的锁销的噪音。
在另一个实施例中，锁销是“T”形的。
附图说明
图1a示出了在本发明的第一实施例中具有三个压力区域的锁销的示意图。
图1b示出了区域A，即锁销的前端，的端视图。
图1c示出了区域B，即处于锁定方向的液压室区域，的端视图。
图1d示出了区域C，即处于解锁方向的液压室区域，的端视图。
图2示出了锁定图1a-1d的锁销的示意图。
图3示出了重新锁定本发明第一实施例的锁销的示意图。
图4示出了解锁本发明第一实施例的锁销的示意图。
图5示出了第一实施例的锁销处于锁定位置时，相位器的横截面图。
图6示出了在正常定相操作期间第一实施例的锁销处于解锁位置时，相位器的横截面图。
图7示出了当相位器被锁定时，第一实施例的锁销的近视图。
图8示出了在正常定相操作期间，第一实施例的锁销在解锁位置的近视图。
图9示出了锁定第二实施例的锁销的示意图。
图10示出了重新锁定第二实施例的锁销的示意图。
图11示出了解锁第二实施例的锁销的示意图。
图12示出了锁定第二实施例的锁销的示意图。
具体实施方式
图1a-1d示出了第一实施例的锁销，其中锁销具有三个分开的区域。具有第一端100a和第二端100b的“I”形锁销100容纳在VCT装置或相位器的转子105的阶梯孔109内。阶梯孔109具有第一直径109a和第二直径109b。
锁销100的第一端100a容纳在相位器的端板101的销容槽101a内。销容槽101a中的油压可以由ECU控制以通过减压来重新锁定，或者通过移动锁销100的前端来加压以解锁锁销100。
锁销100的第一端100a具有区域A102，并且是“I”或第一接合区100c的顶线的顶表面。“I”的顶线的下表面形成第二区域B103。“I”或第二接合区100d的底线的顶表面形成第三区域C104。区域B103和区域C104通过锁销100的减小直径106连接，使得区域B103和区域C104可以作为一个单元一起移动。区域A102的表面大于区域B103的表面。区域B103的表面大于区域C104的表面。第一接合区100c和第二接合区100d各自具有不同的直径，第一接合区100c容纳在阶梯孔109的第一直径109a内，第二接合区100d容纳在转子105的阶梯孔109的第二直径109b内。液压室108在锁销100的第二区域B103、第三区域C104和减小直径106以及转子105的阶梯孔109之间形成。第二区域B103与锁销100的锁定方向垂直，第三较小的区域C104与解锁方向垂直。施加到在第二区域B103和第三区域C104之间形成的液压室108的压力导致力不平衡，引起锁销100移动到锁定位置或保持在锁定位置。
锁销100具有锁定位置，其中锁销100的第一端100a接合相位器的端板101中的销容槽101a，防止转子105和VCT相位器的端板101之间相对运动。锁销100还具有解锁位置，在该位置允许转子105和端板101之间相对运动。
不等压区域A-C允许使用提供给锁销100的第一端100a的压力和从发动机源油向公共端口或腔室108施加压力来控制锁销100的位置。当锁销100的第一端100a通过出口107放出时，由于发动机源油产生的净力锁销100将保持在锁定位置。当ECU指令油压到锁销100a的前端时，锁销100将克服锁定方向上的力，移动到解锁位置。
参考图2，从发动机供应(未示出)向液压室108提供流体。液压室108中有流体，由于区域B103大于区域C104，因此在锁定方向(朝向端板101的销容槽101a的方向)上存在净正区域。区域B103上的流体压力使锁销100的第一端100a朝向端板101的销容槽101a移动并与之接合。在锁定方向上的净正区域的情况下，除非由ECU指令，否则防止锁销100解锁。当ECU指令相位器锁定时，销容槽101a放出到大气中。液压室108中的压力等于发动机油压。
图3示出了锁销100从解锁位置移动到锁定位置或“重新锁定”。从发动机供应(未示出)向液压室108提供流体。锁销前端100a、区域A102和销容槽101a放出到大气中。液压室108中有流体，由于区域B103大于区域C104，因此在锁定方向(朝向端板101的销容槽101a的方向)上存在净正区域。液压室108中的压力等于发动机源油压。区域B103上的流体压力使锁销100的第一端100a朝向端板101的销容槽101a移动并与之接合。
图4示出了锁销100如何移动到解锁位置。为了解锁锁销100，从发动机供应(未示出)向液压室108以及锁销100的第一端100a提供流体。随着液压流体施加到液压室108和锁销100的第一端100a，在解锁方向上存在净正区域，因为流体被施加到区域A102和区域C104，其大于区域B103。锁销100沿解锁方向移动，使得锁销100的第一端100a不再与端板101的销容槽101a接合。施加到液压室108的压力等于由发动机源油压提供给锁销100的第一端100a的压力。
内燃机已采用各种机构来改变凸轮轴和曲轴之间的相对正时，以改善发动机性能或减少排放。这些可变凸轮轴正时(VCT)机构或装置中的大多数在发动机凸轮轴(或数个凸轮轴，在多凸轮轴发动机中)上使用一个或多个“叶片相位器”。如图所示，叶片相位器具有转子105，其中该转子105具有一个或多个叶片，安装在凸轮轴的端部，由具有叶片室的壳体组件围绕，叶片适配在叶片室中。壳体的外圆周可以形成链轮、皮带轮或齿轮，其通过链条、皮带或齿轮接受驱动力，该驱动力通常来自曲轴或者可能来自多凸轮发动机中的另一个凸轮轴。壳体组件优选地包括端板101。
图5和图7示出了相位器的锁销处于锁定位置，当相位器的控制阀指令相位器锁定时，防止转子相对于相位器的壳体移动。
发动机油压从控制阀(未示出)通过中心螺栓120中的通道121提供给液压室108。由于区域B103大于区域C104，因此在锁定方向(朝向端板101的销容槽101a的方向)上存在净正区域。区域B103上的流体压力使锁销100的第一端100a朝向端板101的销容槽101a移动并与之接合。由于净正区域在锁定方向上，防止锁销100由于发动机的状况而解锁。销容槽101a通过中心螺栓120从出口107到大气中。液压室108中的压力等于发动机油压。
图6和图8示出了相位器的锁销处于解锁位置，其中相位器处于正常操作模式。在正常操作模式中，到控制阀(未示出)的发动机源油被密封到大气，由转子和壳体组件形成的腔室内的流体在腔室之间再循环以使转子相对于壳体定相。流体也被供应到锁销100的第一端100a以及液压室108。由于区域B103大于区域C104，因此锁销(朝向端板101的销容槽101a的方向)上的锁定方向上有净正区域。区域B103上的流体压力使锁销100的第一端100a朝向端板101的销容槽101a移动并与之接合。锁定方向上的净正区域和合力防止锁销100解锁，除非ECU指令。当ECU指令相位器重新锁定或保持在锁定位置时，销容槽101a放出到大气。液压室108中的压力等于发动机油压。
图9-12示出了具有两个单独直径的锁销200。锁销200的第一端容纳在相位器的端板101的销容槽201a内。销容槽201a中的油压可以由ECU控制，减压以重新锁定，或加压以从端板101解锁锁销200的前端。
锁销200的第一端200a具有区域A202，并且是顶线“T”或第一接合区200c的顶表面。“T”的顶行的下表面形成第二区域B203。“T”的水平线可以是接合区200c，垂直线可以是接合区200d。锁销200具有锁定位置，其中锁销200的第一端200a接合相位器的端板101中的销容槽101a，防止转子105和VCT相位器的端板101之间相对运动，还具有解锁位置，解锁位置允许转子105和端板101之间相对运动。应注意，区域A202对应于图1b，区域B203对应于图1c。
参考图10，从发动机供应(未示出)向液压室208提供流体。随着液压室208中有流体，在锁定方向(朝向端板101的销容槽101a的方向)上存在净正区域。区域B203上的流体压力使锁销200的第一端200a朝向端板101的销容槽101a移动并与之接合。在锁定方向上的净正区域防止锁销200解锁，除非ECU指令。当ECU指令相位器锁定时，销容槽101a通过出口107放出到大气。液压室208中的压力等于发动机油压。
图11示出了锁销200从解锁位置移动到锁定位置或“重新锁定”。流体从发动机供应(未示出)提供到液压室208。锁销前端区域(区域A)202和销容槽101a放出到大气。液压室208中有流体的情况下，在锁定方向(朝向端板101的销容槽101a的方向)上存在净正区域。液压室208中的压力等于发动机源油压。区域B203上的流体压力使锁销200的第一端200a朝向端板101的销容槽101a移动并与之接合。
图12示出了锁销200如何移动到解锁位置。为了解锁锁销200，从发动机供应(未示出)向液压室208以及锁销200的第一端200a提供流体。随着液压流体施加到液压室208和锁销200的第一端200a，在解锁方向上存在净正区域，因为流体被施加到区域A202，其大于区域B203。锁销200沿解锁方向移动，使得锁销200的第一端200a不再与端板101的销容槽101a接合。施加到液压室208的压力等于通过发动机源油压提供给锁销的第一端200a的压力。
锁销100、200的长度与接合区的长度可以变化。销容槽101a的深度可以变化。液压室108、208的公共供应端口的数量可以变化。
锁销弹簧可在锁定方向上添加到锁销100、200的第二端100b、200b，以确保在低油压下锁销100、200不会解锁。然而，在锁销在锁定或解锁位置之间移动中，锁销弹簧不是所必需的。
本发明的锁销100、200可用于所有液压VCT装置。如果不同的机械解决方案不足以使相位器保持锁定，则在锁定方向上引起力非常有用。本发明可单独用于控制锁销功能(锁定/解锁/重新锁定)或与锁销弹簧或其他机械解决方案结合使用。
应该注意的是，本发明的优点之一是在锁定方向上可以产生比在相同封装中的弹簧可获得的更大的力(例如，大于11N的力对比2N弹簧力，在锁定方向上)。本发明的锁销可以与弹簧结合，使得在非常低的油压和高的凸轮扭矩(通常在高温条件下)情况下，VCT相位器将不会解锁。在具有高油压和高凸轮扭矩的低温下，油压和在腔室108、208上产生的净力在防止非指令解锁时是稳健的。
液压室108、208中的液压流体在锁销区域上的力将根据发动机供应的油压而变化。因此，当在非指令时可能导致锁销解锁的情况下，锁销将由于腔室108、208上的净力而保持锁定。可以引起非指令的解锁的情形主要发生在油压高以及本发明的益处最大化的情况下。弹簧及其弹簧力不随压力或温度而变化。
因此，应该理解，这里描述的本发明的实施例仅仅是对本发明原理的应用的说明。这里对所示实施例的细节的参考并不旨在限制权利要求的范围，权利要求本身叙述了被认为对本发明必不可少的那些特征。

Claims (6)

1.一种用于可变凸轮正时相位器的锁销，其中所述锁销具有锁定位置和解锁位置，其中所述锁定位置相对于所述可变凸轮正时相位器的转子组件锁定壳体组件，所述锁销包括：
主体，包括具有第一区域的第一直径、具有第二区域的第二直径，以及形成在所述第一直径的所述第一区域和所述第二直径的所述第二区域之间用于接收流体的腔室，所述第一区域大于所述第二区域；
其中，当流体通过所述可变凸轮正时相位器施加到所述腔室时，限定所述腔室的第一区域和所述第二区域之间的差异产生力不平衡，使得施加到所述锁销的所述主体的所述腔室的油压有助于将所述锁销保持在所述锁定位置。
2.根据权利要求1所述的锁销，其中所述腔室垂直于所述主体的中心线而形成。
3.一种可变凸轮正时相位器，包括：
壳体组件，具有用于接收驱动力的外圆周；
转子，容纳在所述壳体组件内，所述壳体组件具有带有第一直径和第二直径的阶梯孔；
锁销，可滑动地容纳有所述阶梯孔，所述阶梯孔具有第一端和第二端，所述锁销包括：
主体，包括具有第一区域的第一直径、具有第二区域的第二直径，以及腔室，所述腔室形成在所述第一直径的所述第一区域、所述第二直径的所述第二区域，与所述阶梯孔之间，以用于接收流体，所述第一区域大于所述第二区域；
其中，所述锁销能够在锁定位置和解锁位置之间移动，在所述锁定位置，所述第一端与所述壳体组件的端板中的容槽接合，锁定所述转子和所述壳体组件之间的相对运动，在所述解锁位置，所述第一端从所述壳体组件的所述端板中的所述容槽脱离；
其中，当流体通过所述可变凸轮定时相位器施加到所述腔室时，限定所述腔室的第一区域和所述第二区域之间的差异产生力不平衡，使得施加到所述主体的所述腔室的油压有助于使所述锁销保持在所述锁定位置中。
4.一种用于可变凸轮正时相位器的锁销，包括：
第一接合区，具有第一直径、具有第一区域的第一端和具有第二区域的第二端，其中所述第二区域小于所述第一区域；和
第二接合区，通过减小的直径连接到所述第一接合区，所述第二接合区具有小于所述第一直径的第二直径，所述第二接合区具有第一端，所述第一端具有小于所述第一区域和所述第二区域的第三区域。
5.一种可变凸轮正时相位器，包括：
壳体组件，具有用于接收驱动力的外圆周；
转子，容纳在所述壳体组件内，所述壳体组件具有带有第一直径和第二直径的阶梯孔；
锁销，可滑动地容纳有所述阶梯孔，包括：
第一接合区，具有第一直径、具有第一区域的第一端和具有第二区域的第二端，其中所述第二区域小于所述第一区域；和
第二接合区，通过减小的直径连接到所述第一接合区，所述第二接合区具有小于所述第一直径的第二直径，所述第二接合区具有第一端，所述第一端具有小于所述第一区域和所述第二区域的第三区域；
液压室，在所述阶梯孔、所述第一接合区的所述第二区域以及所述第二接合区的所述第三区域之间形成，用于接收来自发动机供给的流体；
其中所述锁销能够在锁定位置和解锁位置之间移动，在所述锁定位置，所述第一接合区接合所述壳体组件的端板中的容槽，锁定所述转子和所述壳体组件之间的相对运动，在所述解锁位置，所述第一接合区没能接合所述壳体组件的所述端板中的所述容槽；
其中，为了将所述锁销移动到所述锁定位置，将流体供应到所述液压室，使得供应的所述流体的压力在所述锁销的所述第二区域上提供力，其大于所述锁销的所述第一区域和所述第三区域上存在的力；并且
其中，为了将所述锁销移动到解锁位置，将流体供应到所述液压室和所述第一区域，使得所述锁销的所述第一端上和所述第三区域上的所述流体的所述力大于所述锁销的所述第二区域上存在的力。
6.如权利要求5所述的可变凸轮正时相位器，其中当所述锁销移动到所述锁定位置时，所述第一区域减压。
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