发动机可调的阀定时机构 本发明涉及被装在发动机上以改变进口阀或出口阀阀定时的可调的阀定时机构。本发明尤其适合于用流体压力驱动的可调的阀定时机构。
一可调的阀定时机构(此后称为VVT)被安装在一发动机上，以移动凸轮轴的旋转相位，并调节一进口阀或一出口阀的阀定时。VVT的操作根据发动机的工作状态(发动机)负载，发动机速度，和其他因素)选择最佳的阀定时。与发动机不同的工作状态无关，这节约了燃料，增大了发动机功率，以及抑制了不希望的发动机输出。
这里将美国专利号5,483,930合并进来作为参考，其公开了一种用于内燃发动机的可调的阀定时机构(此后称之为VVT)。此VVT是螺旋齿轮型。在此VVT中，通过移动包括一螺旋花键轴的圆齿轮，改变相对于皮带轮的凸轮轴旋转相位，以便调节被凸轮轴驱动的阀的阀门定时。
同时，日本未审查专利公开号No.5-113112公开了一叶片型VVT的例子，在这个叶片型VVT中，转子相对于皮带轮旋转。利用油压来改变凸轮轴相对于皮带轮地旋转相位，因此调节了被凸轮轴驱动的阀的阀门定时。同使用螺旋齿轮型VVT相比，这种叶片型VVT允许凸轮轴有减小的轴向长度。
一般地，叶片型VVT具有如图12和13所示的结构，如图12所示，VVT80被固定在凸轮轴84的末端。凸轮轴84在其末端有一螺栓孔84，一转子82通过螺栓85固定在这端。链轮81围绕转子82，其能相对于转子82和凸轮轴84转动，链轮81通过链条(未示出)连接到曲轴(未示出)上。
如图13所示，链轮81有多个向内的突起部811，每相邻的两个突起部811确定一凹入处812。转子82有多个叶片821，每个叶片821位于凹入处812之一中。在相应的凹入处812，每个叶片821在每一侧限定了一第一液压腔831和一第二液压腔832。
当油压通过凸轮轴84中的油通道842供应到第一液压腔831时，转子82相对于链轮81顺时针旋转。当油压通过凸轮轴84中的油通道843被供应到第二液压控832时，转子82相对于链轮81逆时针旋转。由于转子82的相对转动，凸轮轴84相对于链轮81(曲轴)的旋转相位被改变，因此，被凸轮轴84驱动的阀(未示出)的阀定时被调节。
在VVT80操作期间，凸轮轴84在其末端从VVT80接受扭矩，然而，由于凸轮轴84包含包括油通道842，843和螺栓孔841在内的许多中空区，凸轮轴84倾向于没有足够的刚度来反抗扭矩。特别地，由于凸轮轴84在轴颈844处比其它部位有着更小的直径，轴颈844的刚度低于其它部位的刚度。
油通道842，843并在同一平面上，即凸轮轴84的端面86上，这些油通道842，843的开口彼此较近。相应地，在油通道842和油通道843之间很难密封，被供至油通道842的油可漏入油通道843或者被供至油通道843的油可漏入油通道842。如果泄漏发生，在液压腔831，832中就不会达到所希望的油压值，从而降低VVT80的反应。
鉴于上述这些情况，将完成了本发明，本发明的一个目的是：提供一被液压流体压力驱动的可调的阀定时机构，特别是用于发动机的可调的阀定时机构，其中使用了有着改善刚度和能降低供至相应压力腔的液压流体泄漏的凸轮轴。
为了实现上述目的，装置包括：一驱动凸轮的凸轮轴，该凸轮轴有一圆周表面和一第一端，其中该第一端有一端面，被固定在凸轮轴端面上的一第一转子，该第一转子有着径向延伸叶片，围绕第一转子安装并相对于第一转子可转动的一第二转子，在该第二转子上成形有一凹入处，该凹入处被叶片分成一第一压力腔和一第二压力腔，在凸轮轴内限定有一第一通道，其用于向第一压力腔供应液压流体，以改变第二转子相对于凸轮轴的旋转相位，在充满第一液压腔期间，第一通道有相对于流体流动方向的一上游端和一下游端，第一通道有一位于端面上的下游开口，在凸轮轴内限定有一第二通道，其用于向第二压力腔供应液压流体，以改变第二转子相对于凸轮轴的旋转相位，在充满第二液压腔期间，第二通道有相对于流体流动方向的一上游端和一下游端，第二通道有一位于凸轮轴表面而不是端面上的下游开口。
从下面的描述，连同举例图解本发明主要点的附图中将可明显看到本发明的其它方面和优点。
下面参照目前的最佳实施例连同附图的描述，本发明及其目的和优点将更加明显。
图1显示了根据本发明包括可调的阀定时机构(VVT)的阀组的示意性平面图；
图2显示了根据本发明第一实施例的VVT的横剖图；
图3显示了沿图2中3-3线的横剖图；
图4显示了根据本发明第二实施例的VVT的横剖图；
图5显示了沿图4中5-5线的横剖图；
图6显示了根据本发明第三实施例包含VVT的发动机的示意性前视图；
图7显示了图6中VVT沿图8中7-7线的横剖图；
图8显示了沿图7中8-8线的横剖图；
图9显示了根据本发明第四实施例的VVT沿图10中9-9线的横剖图；
图10显示了沿图9中10-10线的横剖图；
图11显示了根据本发明第五实施例的VVT的横剖图；
图12显示了现有技术VVT的横剖图；
图13显示了沿图12中的13-13线的横剖图。
根据本发明第一实施例的可调的阀定时机构(以后称之为VVT)将参考附图1～3在下面被描述。
如图1所示，一进口侧凸轮轴14和一出口侧凸轮可旋转地被支承在油缸盖79上，在此所用的术语“左”和“右”指图1的左向和右向。类似地，术语“顺时针”和“逆时针”指从图2来看。
每个凸轮轴14，70上配有许多凸轮75。一进口阀77位于凸轮轴14的每个凸轮下，而一出口阀78位于凸轮轴70的每个凸轮下。一VVT10被固定在进口侧凸轮轴14的端部。一被固定在出口凸轮轴70左端的驱动齿轮74同被固定在进口侧凸轮轴末端部分的被驱动齿轮13啮合。一皮带轮71被固定在出口凸轮轴70的右端，并通过定时皮带72与曲轴73的皮带轮76相连。
当曲轴73旋转时，出口凸轮轴70通过皮带轮76，71和皮带72的传动而旋转，出口凸轮轴70的扭矩通过齿轮74，13被传送到进口凸轮轴14，以使凸轮轴14旋转。因而，由于这些凸轮轴14和70的旋转，进口阀77和出口阀78在预定的阀定时下开启和关闭。
如图3所示，VVT10包括：凸轮轴14，被固定在凸轮轴14左端的转子11，围绕转子11的机体12，被固定在机体12上的从动齿轮13，以及覆盖机体12的外罩15。
凸轮轴14有一轴颈141，凸轮轴14在轴颈141处被油缸盖79和轴承盖67所支承。在凸轮轴14的左端有一螺栓孔143。通过螺栓30转子11和外罩15被固定在凸轮轴14的左端，并和凸轮轴14组成一体旋转。机体12围绕转子11，且能相对于凸轮轴14和转子11旋转。外罩15有一包住机体12的法兰151。
用螺栓31将从动齿轮固定在机体12的一侧，以使其能相对于凸轮轴14和转子11转动。从动齿轮呈厚环形，其周向有许多齿132。从动齿轮13被可旋转地支承在凸轮轴14的外表面149上。
如图2示，机体12和转子11顺时针旋转。图2所示的机体12和转子11处在它们的初始位置，此处进口阀77(图1所示)的阀定时处于最滞后状态。机体12有四个向内的突起部121，每相邻的两个突起部121限定一凹入处122。通过螺栓31将从动齿轮13固定到机体12的突起部121上。
转子11由一轮毂48和四中径向向外伸出的叶片112组成。轮毂48的外圆周与突起部121的端面相接触。这四个叶片112大致呈90°的间隔分布，叶片112分别被安放在机体12的凹入处112。每个叶片112在相应的凹入处122限定了一第一液压腔101和一第二液压腔102。相对于叶片112的旋转方向，第一液压腔101位于后侧，而第二液压腔位于前侧。油压被分别供应到液压腔101，102，以便引起转子11相对于机体12的相对转动。一密封垫123和迫使密封垫123朝着机体12内圆周的片簧124被固定到每个叶片112的末端。在第一液压腔101和第二液压腔102之间用密封垫123和片簧124密封。
接下来，将描述为第一和第二液压腔101，102提供油压的结构。
如图3所示，在凸轮轴14的轴向有两个油通道145、147。同时，在油缸盖79内有两个油通道36，37。在油缸盖79的内表面和轴承盖上成形有圆环状油槽18，19。凸轮轴14内的一个油孔144连接油通道145和油槽18；而凸轮轴14内的另一个油孔146连接油通道147和油槽19。围绕凸轮轴14左端部有一环形腔114。转子11的轮毂48上沿径向设有四个通道115，每个通道115保证环形腔114和第一液压腔101间的联系(图2)。在凸轮轴14的外表面149上成形有环状油槽142。也在凸轮轴14上的另一油孔148连接油通道147和油槽142。从动齿轮13包括沿其径向分布的四个油通道134，这些通道134连接油槽142和第二液压腔102(图2)。油通过油通道36，油槽18、油孔144、油通道145、环形腔114和通道115被供入第一液压腔。同时，油通过油通道37、油槽19、油孔146、油通道147、油孔148、油槽142和通道134被供入第二液压腔。
按上述描述，凸轮轴14有一些中空区，但仅油通道145和螺栓孔143开向凸轮轴14的左端面，以及油槽开在凸轮轴14的外表面149上。
在凸轮轴14的外表面149和从动齿轮的内表面133之前限定了一小间隙，以允许凸轮轴14和从动齿轮13之间的相对转动。
接下来，将描述为供应油压到第一和第二液压控101，102的油控制阀(此后称为OCV)和VVT的动作。
如图3所示，OCV40有许多口45a，45b，45r，45t，以便变换供油和排油的方法，且调节从第一口45a和第二口45b供到液压腔101和102中的油压，相应地，OCV40上装有一螺线管传动机构41、外壳45、一被安放在外壳45中的阀柱44、一同阀柱44相连的柱塞43和为压迫阀柱44的盘簧42。阀柱44在轴向往复运动，以实现传动机构41的任务控制。阀柱44的往复运动实现了被供油量的调节。
进油口45t通过一液压泵46连到油槽47上；而第一和第二口45a，45b分别与油通道36和37相连。排放口45r被连接到油槽47上。阀柱44是一圆柱形阀主体，其上有台阶44a，台阶中断油的流动和允许油流动的通道44b，44c。
油在OCV40的控制下通过泵46吸入或排出，油通过进油口45t和第一口45a供到油通道36，或通过进油口45t和第二口45b供到油通道37。当油通过第一口45a被引入时，油被供到第一液压腔101，以增加每个液压腔101中的油压。同时，每个第二液压腔102中的油通过油通道37被排放到第二口45b，以降低第二液压腔102中的油压。同样，当油通过第二口45b被引入时，每个第二液压腔102中的油压升高。同时，每个第一液压腔101中的油通过油通道36被排放到第一口45a，以降低第一液压腔101中的油压。通过口45a、45b导入或排放油的动作通过阻塞它们而被中断。
按照上述描述，当油压被供应到第一液压腔101时，扭矩被施加至转子11和凸轮轴14上，引起转子移动至初始位置，如图2所示，即转子11和凸轮轴14相对于从动齿轮13顺时针旋转。因而，凸轮轴14相对于从动齿轮13和曲轴73(图1)的旋转相位发生变化，被凸轮轴14驱动的进口阀77(图1)的阀定时被前置。转子11的相对转动被突起部121所限制。当叶片到达顺时针的极限以及至少一个叶片112靠近一突起部121时，进阀77的阀定时达到最超前的状态。
当油压被供至第二液压腔102时，扭矩被施加到转子11和凸轮轴14上，以引起它们相对于从动齿轮13逆时针旋转。因而，凸轮轴14相对于从动齿轮13和曲轴(图1)的旋转相位发生变化，被凸轮轴14驱动的进口阀77的阀定时被滞后。当转子旋转至图2所示的初始位置时，进口阀77的阀定时处于最滞后的状态。
被供至凸轮轴14的油槽142的油被送至凸轮轴14的外表面149和从动齿轮13的内表面133之间的小间隙，以便于凸轮轴14相对于从动齿轮13相对平滑地旋转。
在OCV40的控制下，通过分别进行液压腔101，102中油压值的双态调节，进口阀77的阀定时能被变换至最滞后的角相位或最超前的角相位。另外，通过连续调节液压腔101，102中油压值，进口阀77的阀定时可在最滞后的角相位和最超前的角相位之间连续变化。
按以上所述，根据图解，仅油通道145和螺栓孔143开至凸轮轴14的左端面，油槽142开在凸轮轴14的表面149。不象现有技术的凸轮轴，所有与第一和第二液压腔联系的油通道和螺栓孔都开在凸轮轴的左端面上。第一实施例的凸轮轴14在其左端有较少的中空区，这样凸轮轴14的刚度提高了。
通向每个第一液压腔101的通道115和通向每个第二液压腔102的通道134之间的距离与现有技术的VVT相比增大了。相应地，从通道134漏至第一液压腔101的油或从通道115漏至第二液压腔102的油减少了，这减小了液压腔101和102之间的油压干涉。因而，就能向液压腔101和102提供所期望的油压，VVT的反应度提高了。
下面将参照图4和5描述根据本发明第二实施例的VVT。对应于第一实施例的部件，这个实施例中的部件被给出相同或相似的附图标记，仅描述与第一实施例的不同之处。在这个实施例中，凸轮轴14左端部的外径和转子11的轮毂48的外径与第一实施例中不同。
如图5所示，凸轮轴14末端部的外径B被设计成比转子11的轮毂48的外径要小。因而在凸轮轴14的末端面处，凸轮轴14的外圆周149和从动齿轮13的内圆周133之间的边界被轮毂48的一侧所密封。相应地，边界不会被暴露在第一和第二液压腔101，102中(图4)。
在第二实施例中，在凸轮轴14的外表面149和从动齿轮13的内表面133之间限定有一小间隙，以允许凸轮轴14和从动齿轮13之间的相对旋转。通过将油供至这个间隙，实现相对于从动齿轮13的凸轮轴平滑转动。
在第二实施例中，由于间隙在凸轮轴14的左端面处被密封，从而避免了从间隙泄漏油。相应地，就能分别向腔101，和102提供所希望的油压，改善了VVT16的反应度和可操作度。
下面将参照图6至8描述根据本发明第三实施例的VVT。
如图6所示，通过一链条29将一进口侧凸轮轴25，出口凸轮轴70和曲轴73连在一起，用惰轮58，59对链条29施加一预定张力。根据第三实施例的VVT被固定在进口侧凸轮轴25的左端。当曲轴73旋转时，凸轮轴25，70通过链条29和链轮49，21，57随曲轴73同步地旋转，进口阀77和出口阀78分别在预定阀定时下运转。
如图7所示，WT20包括转子22，围绕转子22的机体24，通过板23被固定到机体24上的链轮21，以及覆盖机体24的外罩26。
被支承在油缸盖79上的凸轮轴25在其左端有一螺栓孔253。用螺栓32将转子22固定到凸轮轴25的端部，以便它同凸轴25组成一体地旋转。围绕转子22的机体24相对于凸轮轴25和转子22是可转动的。外罩26，板板23和链轮21用螺栓33固定在机体24上，以便它们成为整体地转动。
如图8所示，转子22有一轮毂27和四个叶片222，在机体24的相应凹入处242中，每个叶片确定一第一液压腔101和一第二液压腔102。在凸轮轴25的左端部和转子22之间限定有一环形腔221。转子22的轮毂27上沿径向限定有四个通道225，这些通道将环形腔221和第一液压腔101连通。
如图7所示，转子22的轮毂直径A被设计成比凸轮轴25的左端部直径B要大。因而，在凸轮轴25的左端面处，凸轮轴25的外圆周231和板23的内圆周211之间的边界被轮毂27所密封。
凸轮轴25包括沿轴向确定的油通道255，油通道255在左端通向环形腔221，在右端通向油孔254。
在构成第一和第二液压腔101，102的壁面的板23一面上有四个油孔232，它们分别同第二液压腔102相连。在链轮21和板23之间限定有一环形腔213，以连接凸轮轴25外圆周上的油槽252和油孔232。凸轮轴25包括斜向延伸的油通道258，以连通油槽252和螺栓孔253。凸轮轴35在其轴颈251处限定有一径向油通道256，以便连通螺栓孔253。
当油从OCV40通过油孔254，油通道255，环形腔221，和通道225被供至第一液压腔101时，转子22和凸轮轴25相对于机体24顺时针旋转。因而，进口阀77(图6)的阀定时被超前。当油从OCV40通过油通道256，螺栓孔253，油通道258、油槽252，环形腔213和油孔232被供至第二液压腔102时，转子22和凸轮轴25相对于机体24逆时针旋转。因而，进口阀77的阀定时被滞后。
在第三实施例中，凸轮轴25的外表面231和板23内表面之间的间隙在凸轮轴25的左端面处被轮毂27所密封，以便大体上避免从间隙泄漏油。相应地，就能分别给腔101和102提供所希望的油压，VVT20的反应度和可操作度就被提高了。
在第三实施例中，通向第一液压腔101的通道225和通向第二液压腔的油孔232之间的距离与现有技术的VVT相比加大了。相应地，基本上减少了通道225和油孔232之间的油泄漏，结果使VVT20有更准确的操作。
在这个实施例中，由于板23构成了每个压力腔101，102的侧壁，通过增大板23的直径而不增大链轮21的直径，就能增大机体24的直径。如以上所述，通过增大机体24的直径和每个叶片222的径向长度，就能增大施加到每个叶片222上的力。相应地，VVT20的驱动力被增大了，而由凸轮轴25扭矩波动所造成的转子22的振动被减小了。因而，提高了VVT20的反应度。
下面参照图9和10，描述根据本发明第四实施例的VVT。这里将主要描述它与第三实施例的不同之处。第四实施例的VVT中使用与图6所示相同的阀组。
如图9所示，根据第四实施例的VVT50，在其四个叶片522中的一个上装设有一锁销60。锁销60相对于链轮51锁住转子52，以便将转子52保持在图10的初始位置。
在转子52上限定有四个斜向通道525，以连通环形腔221和每个液压腔101。一通道525既通向第一液压腔101，也通向释放腔67(随后将被描述)。
如图9所示，锁销60位于锁销孔523中。锁销60呈圆柱形。其有一大直径部分61和一小直径部分62。锁销60被一弹簧64所推动，其将锁销60推向板53。锁销60有一位于大直径部分61和小直径部分62之间的第一压力承受面65，和一位于小直径部分62端部的第二压力承受面66。第一压力承受面65接受被供至第一液压腔101的油压，而第二压力承受面接受被供至第二液压腔102的油压。
在锁销孔523中，锁销60限定了一环形释放腔67，第一压力承受面65与释放腔67相对。通过通道525向释放腔67供应油压。
板53包括一环形接合孔533，锁销能接合在其中。锁销60的第二压力承受面66与接合孔533相对。
在板53的右侧和凸轮轴55的左端之间确定了一环形腔534。环形腔534通过油孔532连通每个第二液压腔，其也与接合孔533连通。在凸轮轴55中有一连通环形腔543的油通道543，通过凸轮轴55中的另一个油通道，这个油通道558被连到OCV40上。
当发动机28(图6)停止运转时，由于油被排放到油槽47中，液压腔101，102中无油压。在这个状态下，由于弹簧64的作用力，锁销60被推向板53，并保持在接合孔533的接合位置。相应地，当发动机停止运转时，转子52相对于链轮51的转动被制止。
当发动机被开动时，转子52与链轮51成为整体地旋转。油被逐近供至液压腔101，102，直到油被充满，液压腔101，102中的油压才稳定。同时，转子52受到凸轮轴55扭矩的波动。然而，在第四实施例中，由于转子52的运动被锁销60所制止，就不会产生转子52的后冲。
当转子52的相对转动如上述那样被制止时，一个大载荷被施加在板53的内表面，其上成形有一接合孔533。在这个VVT50中，板53的内表面是一硬化表面。作为板53的材料，可选用经高频率火的硼钢、经淬火、回火和渗碳处理的Cr钢或Cr-Mn钢。
当发动机刚启动时，虽然压力低，但油仍被供到释放腔67或接合孔533。相应地，锁销60在第一压力承受面65或第二压力承受面66承受着油压。当油压足够高时，锁销60就反抗弹簧64的推力从接合孔中脱出。因而，在油压到达某值后，锁销60与接合孔533的接合被分离，以允许转子52相对于链轮51转动。一旦到达足够高油压，直到发动机停止运转为止，锁销60被保持在脱出状态。
通过供油至第一液压腔101或第二液压腔102，转子52和凸轮轴55相对于链轮51旋转(销60缩回)。因此，就能改变被凸轮轴55驱动的阀77的阀定时。
当发动机停止运转时，从液压泵46的供油也被停止。当发动机停止运转时，OCV40的阀柱44被停在使油供至第二液压腔102的位置，每个第一液压腔中的油被排放到油槽47中。因而转子转到图10所示的初始位置。在这个过程中，释放腔67和接合孔533中的油压减小，以便锁销60再与接合孔533接合，以限制转子52的相对转动。
依上所述，由于VVT50装设有表面硬化板53，即使锁销60频繁地与板53的内表面接触，也不会损伤板23。
在第四实施例中，一旦锁销60被放松，油压不断地被供至释放腔67或接合孔533，锁销60就整个地缩进锁销孔523中。因而，当油压处于正常操作值时，锁销60就不接触板53。
根据第四实施例，链轮51，机体54和板53都用螺34固定在一起。然而，用烧结材料构成板53以及当板被烧结时用钎焊填料合金来结合链轮51、板53和机体54是可能的，因而改善了机体54和板53之间的密封。
尽管在此只描述了几个实施例，但不脱离本发明的精神或范围的许多其它特定形式都可包括在本发明中，这对本领域的技术人员来说应该是明显的。特别地，应该懂得下列形式均可包括在本发明中。
如图11所示，第三实施例和第四实施例中的板23和53可省略。在这种情况下，如果链轮21的厚度增加，环形腔69就能如图示那样被形成。
在上述实施例中，当进口阀77的阀定时被改变时，也可通过将VVT连接到出口侧凸轮轴上而改变出口阀的阀定时。
在上述实施例中，当装有VVT的进口侧凸轮轴的旋转相位相对于曲轴被改变时，改变没连接到VVT上的凸轮轴旋转相位也是可能的。例如，在图1中，皮带轮71可被连到进口凸轮轴14的右端，且皮带轮71可通过皮带72被连到曲轴73的皮带轮76上。借助于这种结构，进口凸轮轴14随曲轴73同步地转动。在VVT10的控制下，出口侧凸轮轴70的旋转相位能相对于曲轴73被改变。
因而，这些例子和实施例只被当作解释，而不是限制，本发明不限于这里所给出的细节，它可在所附权利要求书的等同物和范围内作修改。