用于内燃机的可变配气定时机构 本发明涉及一种可变配气定时机构，该机构按照发动机的运转工况控制发动机进气门配气定时和排气门配气定时中至少一个。
按照发动机运转工况控制发动气门配气定时的一些可变配气定时机构正在使用中。这些可变配气定时机构其中之一型式是不断改变凸轮轴相对于曲轴的旋转相位(偏移角度)。
日本未审查公开专利平1-92504号公开了一种可连续变化相位的可变配气定时机构，该可变配气定时机构中的一个定时轮可相对于一个内转子转动。下面将参考图8对此型式的一个例子进行描述。
一个可变配气定时机构90包括一个配气定时轮91和一个内转子92。定时轮91有若干从其内表面向其中心凸出的凸块911。每对相邻的凸块911构成了油腔912。一些叶片921从内转子92凸出。各叶片921分别装在对应的某个油腔912内。叶片921和油腔912的壁面构成了压力腔93，每个叶片921的两侧都有这样的压力腔93。定时轮通过一根定时链与曲轴相连。凸轮轴94上有一些通道96，同样内转子92上也有一些通道97。
油经凸轮轴94上的通道96和内转子92上的通道97供应到压力腔93内。压力腔93内作用在叶片921上的液压，使内转子92和凸轮轴94一起相对定时轮92转动。
在一对相对的凸块911上分别钻有一对孔913。每个孔913内都装有一个锁止销95和一个弹簧951。由于后面装有弹簧951，各锁止销都有向定时轮91中心移动的趋势。内转子92上的通道97内有啮合孔922。每个孔922都与一锁止销95对应。各锁止销95都可插入与之对应的孔922内。更具体地说，当叶片921处于某一最大偏移量位置时，某一锁止销会插入与之对应的孔922内，此时叶片921与腔912的某一侧壁接触。当通道97内油压的推力大于弹簧地推力时，与某孔922啮合的锁止销95缩回，脱离啮合。
当发动机起动时，通道96和97内的油未被加压。因此，某锁止销95在后面弹簧的作用下与啮合孔922啮合。这使得叶片921保持在一个最大偏移位置，定时轮91和内转子92间的相对转动被限制。
当发动机的工作使得通道96、97内的油压增至一个足够高的水平时，作用于锁止销95上的油压也相应升高。结果，与孔922啮合的销95被与弹簧弹力反向的油压推回，从而脱离孔922。如果，压力腔93内叶片921两边的压力不等，叶片会向压力腔内压力较低的一侧转动。相应地定时轮92相对内转子92产生了转动。
在该可变配气定时机构90中，定时轮90和曲轴同步旋转。因此，定时轮91和内转子92间的相对转动使得凸轮轴92的转动相位相对于发动机参考旋转相位或曲轴转动相位发生了变动。相应地，配气定时相对于曲柄转角被提前或延迟。
某些上述型式的可变配气机构改变了进气配气定时。如果在起动发动机时，在通过延迟凸轮轴转动相位来延迟进气关闭定时的情况下，燃烧室内的空气-燃料混合物会流回进气管。
发动机起动时转速很低。此时，空-燃混合物向进气管内的回流将会降低有效压缩比，防碍发动机起动。空-燃混合物的温度较低时，其体积较小。此时，发动机的转动就不可能将混合气压缩至一个足够高的水平。这进一步防碍了发动机的起动。
配气定时由适于发动机起动的配气定时延迟就是推迟进气门的关闭时刻。以利用发动机高速转动时的进气惯性增加进气量，提高发动机的功率特性。延迟进气门关闭时刻产生的空-燃混合气回流使泵损失减少。因而发动机的燃油消耗率会降低。
但是，在图8所示的现有技术可变配气定时机构90中，为获得一个满意的发动机起动性能，配气定时在发动机起动时处于其最大延迟位置。因此，该配气定时在发动机运行中不能被进一步延迟。
再有，发动机起动时，过分提前进气门配气定时会加大气门重叠角。这将增加燃烧室内废气再循环的数量(EGR)，进而降低发动机的起动性能。
某些可变配气定时机构用于控制排气门的配气定时。当某一装有该机构的发动机起动时，过分推迟的排气门配气定时也会加大气门重叠角。同样会增加燃烧室内EGR的数量，降低发动机的起动性能。
发动机起动时，一个过分提前的排气门配气定时过早地提前了排气门的开启时刻，因此延长了燃烧冲程中的排气门开启阶段。这会使燃烧冲程中产生的燃烧压力得不到更充分的利用。发动机的起动性能也相应地降低了。
鉴于上述情况，本发明的一个目的是提供一种用于内燃机的可变配气定时机构，该机构可改善发动机的起动性能，阔展发动机工作时配气定时变化的范围，进而提高发动机的功率特性。本发明可以以多种方式实施，包括一种装置和一种方法。
一个用于内燃机的可变配气定时机构，至少应有一个由一根从动轴驱动的气门和一根驱动轴。该可变配气定时机构通过改变从动轴相对驱动轴的旋转相位来改变发动机气门的定时。该可变配气定时机构包括一个与驱动轴同步转动的第一转动构件、一个与从动轴同步转动的第二转动构件和一个液压驱动装置。该液压驱动装置可改变第一转动构件相对于第二转动构件的位置，从而改变从动轴相对于驱动轴的相位。该液压驱动装置包括一个可在气门提前极限位置和气门延迟极限位置间以两个相反方向移动的可移动执行器。在气门提前极限位置，该执行器处于一个气门定时被提前至最大值的位置。在气门延迟极限位置，该执行器处于一个气门定时被延迟至最大值的位置。该执行器的转动使第一转动构件相对于第二转动构件发生转动，从而使驱动轴相对于从动轴的转动相位改变。该液压驱动装置还包括一个位于驱动器一边的第一液压腔、一个位于该驱动器另一边的第二液压腔、可选择性地向第一和第二压力腔施加液压以使执行器在所选定的方向上运动的装置及一个用于锁止第一转动构件的锁止构件。该锁止构件可将第一转动构件锁止在第二转动构件的一个预定位置上，以固定从动轴相对驱动轴的相位，该锁止构件有一个锁止位置和一个松开位置。在锁止位置，第一转动构件相对第二转动构件保持固定，执行器相对液压腔保持固定。在松开位置，执行器可相对液压腔运动，以使第一转动构件和第二转动件间发生相对转动。该锁止构件在发动机不运转时趋于向锁止位置移动。
作为一个锁止内燃机中可变配气定时机构的方法，本发明可执行如下工作，即用一个锁止构件将第一转动构件锁止在第二转动构件的某一预定位置上，以使发动机起动时从动轴相对于驱动轴固定。该锁止构件有一锁止位置和一松开位置。在锁止位置，第一转动构件与第二转动构件相对固定。在松开位置，第一和第二转动构件间允许发生相对转动。该方法还可在发动机停止动转时，使锁止构件向其锁止位置移动，并在发动机起动后达到某一预定工况时该锁止构件从其锁止位置移开的工作。
在后附的权利要求书中将特别呈述本发明新颖的特征。参考对本发明最佳实施例和与其对应的附图进行的描述，可更好地理解本发明及其目的和优点。
图1是本发明内燃机的正视示意图；
图2是本发明内燃机可变配气定时机构的立体分解图；
图3是不带罩盖的内燃机可变配气定进机构的正视图；
图4是图3中沿4-4线的剖视图；
图5是图3中沿5-5线的剖视图；
图6是解释本发明内燃机可变配气定时机构工作范围的图表；
图7是解释现有技术可变配气定时机构工作范围的图表；
图8是现有技术可变配气定时机构的正视剖视图。
下面将参考附图对本发明可变配气定时机构的一个最佳实施例作具体描述。
图1所示发动机70包括一根进气凸轮轴15、一根排气凸轮轴71和一根曲轴72。链轮11、73和72分别固定在轴15、71和72的端部。一条定时链75将链轮11、73和74相连接。一对链条张紧轮76将链75张紧。一个可变配气相位机构装在进气凸轮轴15上。曲轴72的转动通过链条75及链轮11、73和74传到凸轮轴15和71上。相应地，凸轮轴15和71与曲轴72同步旋转，并以一预定的配气定时驱动进气门77和排气门78。
如图2至5所示，该可变配气相位机构10包括链轮11、一个转子12、一个前盖13、一个后盘14和进气凸轮轴15。
该进气凸轮轴15上有一些轴颈151(图中只示出一个)。如图4所示，一个位于凸轮轴15前端的轴颈151上有一对法兰151a和151b。法兰151a、151b与一个瓦盖80的配合使凸轮轴15被可转动地支撑在缸盖79上。
该后盘14包括一个盘状部分141和一个轴套142。轴套142的后端有一个环形凹槽141a，后盘14的凹槽141a与法兰151a相配合，法兰151a装有一个向前凸出的啮合销31，后盘14的盘状部分141上有一个销孔147。销31和孔147接合使后盘14随着凸轮轴15一起转动。
转子12上有一轴孔121。孔121内形成一个台阶。转子12还有四个径向凸出的叶片122。四个叶片122在一周内均匀分布。如图所示转子12与后盘14的轴套142同轴配合。后盘14的盘状部分141上有若干孔146。一些定位销30(图中只示出一个)固定于孔146中并向前凸出。各叶片122上都有一个孔127。销30和孔127相配合。这就使得转子12同后盘14和凸轮轴15一起转动。置于轴套142和转子12间的密封件149使轴套142和转子间密封。
位于后盘14有外侧的链轮11大致呈柱形。该链轮11有一环形凹槽116，该凹槽116的直径与后盘14盘状部分141的直径大致相等。后盘14的盘状部分141与链轮11的凹槽116接合。因此链轮被可转动地支撑在后盘14上。
链轮11的前端与转子12被一前盖13覆盖。盖13由螺栓32固定在凸轮轴上。这使得链轮11可与前盖13发生相对转动。换句话说，前盖13和转子12、后盘14及凸轮轴15一起转动。
链轮11外周有许多齿112。如图4所示，齿112沿径向对着凹槽116。链75和齿112相啮合。如图3所示，链轮11有四个由其外周边向其中心凸出的凸块115。凸块115均匀分布。每对相邻的凸块115构成一个容纳某一转子12叶片122的叶片腔。这些凸块115还在链轮11中心部位形成一个容纳转子12柱状部分的柱状空间。当转子12放入链轮11内时，各叶片122和与之对应的叶片腔114一起构成一个提前角腔101和一个滞后角腔102。传给转子12。进而使凸轮轴15同转子12一起转动。
密封件123装在各叶片122的端部并被一个片弹簧124压在与该叶片对应的叶片腔内壁上。各密封件123将对应的提前角腔101和滞后角腔102彼此密封。当腔101和102内注满油时，油的压力使转子12与链轮11耦合。此时链轮11的转动可通过油
如果滞后角腔102内的油压比提前角腔102内的油压高，叶片122会相对链轮11逆时针转动(见图3)。当叶片122与提前角腔101的壁面接触时，凸轮轴15相对曲轴72处于最大滞后角位置。相反，如果提前角腔101内的油压大于滞后角腔内的油压时，叶片122会相对链轮11顺时针转动(见图3)。当叶片122与滞后角腔102壁面接触时，凸轮轴15相对曲轴77处于最大提前角位置。
如图2至4所示，链轮11的某一凸块115上有一接收孔117。该孔117平行凸轮轴15轴线延伸，其内有一台阶。后盘14上有一锁止凹槽145。该凹槽145与孔117面对，为椭圆形。另外，如图3所示，盘14上的凹槽145的径向长度要比其宽度要大。
孔117有一直径较大的部分117a和一直径较小的部分117b。锁止销20可滑动地插入孔117内。如图4所示，该锁止销20后端有一直径较小的部分21，前端有一直径较大的部分22。销20的大直径部分22比孔117的大直径部分短，而其小直径部分比孔117的小直径部分长。因此在销20的大直径部分22和孔117的小直径部分117b间形成一个环形压缩腔181。
压缩腔181内的油压作用在锁止销20的一个台阶上。或是一个第一受压面25上。锁止销20小直径部分21的后端面成为第二受压面26。弹簧24在一个容纳锁止销20大直径部分22的孔内伸展，并与前盖13接触。弹簧24促使锁止销20沿着可与锁止凹槽145啮合的方向移动。当作用于第一受压面25和第二受压面26上的压力和小于弹簧弹力时，该弹簧24使锁止销20紧靠在盘状部分141的前端面上，或是插入后盘14的锁止凹槽145内。
当锁止销20紧靠盘状部分141时，链轮11相对后盘14的转动会使锁止销20与锁止凹槽145对齐，并插入该凹槽145内。这使得链轮11与后盘14机械耦合。
锁止销20与锁止凹槽145接合后，转子12位于图3所示位置。在此位置，各叶片122都从最大滞后角位置提前了α度。
当作用于第一受压面25和第二受压面26上的压力和大于弹簧弹力时，锁止销20会与盘状部分141分开。这就允许链轮11和后盘14间发生相对转动。此时锁止销20完全缩回到孔117内，不和盘状部分141磨擦。
安装该配气定时机构时，首先应将后盘14和转子12装在凸轮轴15的法兰151a上。然后将链轮11和销20装在后盘14上。最后在链轮11上装前盖13，并将螺钉32穿过转子12、链轮11和后盘14拧入凸轮轴15内。
现将描述提前角腔101和滞后角腔102的供油通道，及第一和第二受压面25、26。如图2所示，转子12前端开有十字型提前角通道125。该提前角通道125与各提前角腔101相通。瓦盖80内壁和环绕轴颈151的缸盖轴承座的内壁上开有一环形提前角槽81，如图4和5所示。该槽81经通道82和一个油控制阀40与一液压泵46相连。
轴颈151上有一对″L″型连接通道，轴套142和螺钉32间形成一空腔143。提前角槽81经由连接通道155、空腔143和提前角通道125与提前角腔101相通。液压泵46经油控制阀40向通道82内供油。这些油又经提前角槽81、连接通道155、空腔143和提前角通道125供入到提前角腔101内。
转子12背面有一十字型滞后角通道126。该通道126与提前角通道125形状相同，并与各滞后角腔102相通(见图2和5)。轴颈151的外周开有一环形滞后角通道157。该通道157经通道83和油控制阀40与液压泵46相通。
轴颈151上有一对笔直的连接通道156。该通道156沿凸轮轴15轴线延伸。后盘14上有一对中间通道84(见图5)。该通道84将连接通道156与滞后角通道126相连。液压泵46经油控制阀40向通道83内泵入油。这些油又经滞后角通道157、连接通道156、中间通道84和滞后角通道126供入到滞后角腔102内。
如图3所示，带有啮合孔117的凸块115的一侧壁上有一条滞后角连接通道119。该通道119将容纳孔117内的压力腔181与相邻的滞后角腔102连接。因此，滞后角腔102内的压力经连接通道119作用在销20的第一受压面上。
如图3和4所示，带有容纳孔117的凸块115的背面有一条连接通道118。该连接通道118将容纳孔117与相邻提前角腔101相连。因此，提前角腔101的压力经该连接通道118作用在锁止销20的第二受压面上。
如图4所示，后盘14后端面上有一条径向通道144。空腔143经提前角通道上游的该通道144与锁止凹槽145相连。因此注入空腔143的油的压力可直接作用于锁止销20的第二受压面上。
油控制阀40是一个控制向腔101和102注入油的方向控制阀。该油控制阀阀40包括一个外壳45、一个阀柱44和一个电磁执行器41。阀柱44是一个柱型阀体，可往复运动地装在外壳45内。执行器41固定在外壳45的一端，包括一个插入件43。该插入件43紧靠阀柱44。放置在外壳45内的螺旋弹簧42促使阀柱44向插入件43移动。
该油控制阀40的外壳45还有一个罐开口45t、一个A开口45a、一个B开口45b和一对接收开口45r。罐开口45t与油底壳47之间用一液压泵46相连。A开口45a经通道82与提前角槽81相连，B开口45b经通道83与滞后角槽157相连。接收开口45r与油底壳47相连。
执行器41承担着控制并移动阀柱44使其对着或顺着弹簧42弹力方向运动的工作。
阀柱44有一些接合面44a。阀柱44的往复移动导致接合面44a使两开口(45a和45t、45a和45r、45b和45t、45b和45r)间的油停止流动。接合面44a形成若干通道44b、44c。通道44b、44c使两开口(45a和45t、45a和45r、45b和45t、45b和45r)间的油流动。
发动机不运转时，液压泵46和油控制阀40不工作。因此没有油供入到提前角腔101和滞后角腔102内。锁止销20上未受到油压的作用。发动机起动时，也就是转动发动机时，产生的油压也很小。因此，锁止销20在弹簧弹力作用下要不插入锁止凹槽145内，要不就是紧压在后盘14的前端面上。
如果，曲柄转动带动链轮11一起转动，且锁止销20尚未锁止时，锁止销20会沿后盘14的表面滑动并与锁止槽145接合。这样，链轮11、转子12、后盘14和凸轮轴15之间机械耦合。因此，发动机起动时，凸轮轴15相对链轮11和曲轴72的转动相位不会发生变化。
在此实施例中，锁止销20与后盘14上的锁止凹槽145接合时，凸轮轴的转动相位被机械固定。此转动相位从最迟配气定时提前了α度。这样就可得到最优的发动机起动配气定时，进而改善发动机的起动性能。
发动机起动后，假如液压泵46产生出足够的油压，且阀柱44又同时向左移动(如图4所示)，通道44b就会将开口45t和A开口连通。结果，油被液压泵泵入提前角槽81中。而后这些油又经空腔143、提前角通道125和轴颈151上的连接通道155进入提前角腔101内，使提前角腔内的油压升高。
同时，通道44c的其中之一将B开口45b与接收开口45r相通。这会使滞后角腔内的油经转子12上的滞后角通道126、后盘14上的中间通道84、轴颈151上的连接通道156、滞后角槽157、通道83、B开口45b和油控制阀40的接收开口45r排泄到油底壳147内。使滞后角腔102内的油压降低。
流经位于提前角腔101上游的空腔143的油的压力经径向通道144作用在第二受压面26上。进入提前角腔101的油的压力经连接通道118也作用在第二受压面26上。因此，增加进入提前角腔101油的数量，会增加作用在受压面26上的压力。当作用在第二受压面26上的力大于弹簧24的弹力时，锁止销从锁止凹槽145内脱出并完全容纳在孔117内。这就允许转子12与链轮11间发生平滑的相对转动。
当提前角腔101内的压力升高，滞后角腔102内的压力降低时，腔101和102间的压差导致转子顺时针转动，如图3所示。通过后盘14向进气凸轮轴15施加一个旋转力，从而改变了进气凸轮轴15相对于链轮11或曲轴72的转动相位。也就是说，凸轮轴15从锁止位置转到一个提前角位置。此凸轮轴15的转动提前了进气门77开启的时刻。
相应地，排气门78仍处于开启位置时，进气门77就被打开了。因而，排气门的气门开启重叠角增大了。
如图4所示，如果发动机起动后，油控制阀40向右移阀柱44，通道44b会将罐开口45t和B开口45b连通。此时油被泵45泵入滞后角槽157内。这些油又经通道83、滞后角槽157、连接通道156、中间通道84和滞后角通道126进入滞后角腔102内。引起滞后角腔内的油压升高。
同时，通道44c的其中之一把A开口45a和某一接收开口45r连通。这就使提前角腔101内的油经转子12上的提前角通道125、空腔143、轴颈151上的连接通道155、提前角槽81、通道82、A开口45a和油控制阀40的罐开口45r排泄到油底壳147内。进而降低了提前角腔101内的压力。
泵人滞后角腔102内的油的压力经连接通道119作用在第一受压面25上。当油压大于弹簧24的弹力时，锁止销20从锁止凹槽145内脱出并收笼到孔117内。转子12和链轮11间允许有平滑的相对转动。
当滞后角腔102内的压力升高，提前角腔内101内的压力降低时，腔101、102间的压差导致转子12逆时针转动，如图3所示。一个旋转力通过后盘14施加到进气凸轮轴15上，改变了进气凸轮轴15相对于链轮11或曲轴72的转动相位。也就是说，凸轮轴15从锁止位置转到一个滞后角位置。这种凸轮轴15的转动推迟了进气开启的时刻。相应地，气门重叠角减小或消除。
随着发动机工况的不同，进气门77的开启配气定时连续地变化。具体说，根据发动机的运转工况计算出目标提前角，并与实际提前角相比较。按目标提前角和实际提前的差别，改变传输给油控制阀阀40的执行器41的工作频率。这样就可连续地提前或延迟配气定时。结果，使进气门77开启的时刻连续地变化。同样气门重叠角也连续变化。
在现有技术机构中，发动机以最滞后的配气定时起动(见图7)。但根据本发明，发动机起动时，链轮11相对于凸轮轴15固定在一比最迟配气定时提前了α度的相位上。这就允许发动机运转时配气定时进一步从起始相位延迟。
发动机停止工作时，液压泵46也停止工作。相应地向发动机的供油也停止了。油控制阀40上的阀柱44在弹簧弹力的作用下移动到图4位置。在该位置，通道44b连通B开口45b和罐开口45t。滞后角腔102与油底壳47连通。既然泵46不工作，滞后角腔内的油就会流回到油底壳47。在该位置，一个通道44c将A开口45a和一个接收开口45r连通。这会使提前角腔内的油经开口45a和45r流回到油底壳47内。
伴随着油流回到油底壳47内，作用在第一受压面25和第二受压面上26上的压力会相应地降低。锁止销20受弹簧24弹力的作用会向后盘14方向移动。发动机停止运转后，进气门77的反作用力使凸轮轴15、后盘14和转子12向滞后角方向转动。换句话说，转子12如图3所示逆时针转动。如果这样的转动使得锁止凹槽145正对锁止销20，该锁止销就会与该凹槽145接合。转子12与链轮11间的相对转动被限制。如果该凹槽145未能和锁止销20正对，该锁止销20会保持紧靠在后盘14的前端面上直到发动机重新被起动。
如上所述，发动机起动时，该可变配气定时机构10中的链轮11相对凸轮轴15被锁止在一个比最迟提前角提前了α度的位置上。因此，发动机是以一个比最迟提前角位置提前了的配气定时起动的。这会改善发动机的起动性能。
该可变配气定时机构10允许发动机运转中配气定时从起动时的配气定时进一步延迟。以便充分利用发动机高速范围内的进气惯性，提高发动机的功率。在本实施例中，最迟配气定时不是发动机起动时的配气定时，而是比发动机起动配气定时还要延迟的配气相位。这会减少泵损失，降低发动机的油耗。
再有，上述实施例中，在转子12相对链轮11转动时，或配气定时变化时，油压是恒定地作用在锁止销20上的。因此可以防锁止销20在配气定时改变时从孔117内凸出。所以锁止销20和后盘14彼此间不接触。
上述实施例锁止凹槽145呈一个直径方向较长的扁圆形。以防该锁止凹槽145在转子12和后盘14向滞后角方向转动时与滞后角腔102相通。
当转子12和后盘14向提前角方向转动时，该锁止凹槽会与提前角腔101相通，但此时锁止凹槽145已先经空腔143和径向凹槽144与提前角腔101相通了。因此，该凹槽145与腔101的连通不会干扰油的流动。
尽管，上述只描述了一个本发明实施例，但很明显本领域技术人员可在本发明的范围和精神内将本发明更具体化。特别地，本发明可作如下形式修改：
在上述本发明实施例中，容纳锁止销20的孔117做在链轮11上，与锁止销20相啮合的锁止凹槽145开在后盘14上。
但是，锁止销容纳孔也可做在与转子一起转动的后盘上，对应的锁止凹槽可开在链轮上。这种结构同样可以锁止链轮相对转子的转动。
因此，该例子以及前面实施例只能被认为是示意性的而不是限制性的。本发明也不限于前面给出的细节，在后面权利要求书的范围内可对本发明进行修改。