内燃机气门正时调整装置和方法与流程

本发明示例性实施例大体涉及一种内燃机气门正时调整装置及其方法，具体涉及一种通过增强锁定操作可靠性来提高内燃机性能的内燃机气门正时调整装置及其方法。

背景技术：

一般来说，已使用的气门正时调整装置(下文称为“调整气门正时的装置”或简称为“装置”)能够响应内燃机(下文称为“内燃机”)的运行状态来改变进气门或排气门的正时。气门正时调整装置是通过改变凸轮轴的位移角或者转动相位来改变进气门或者排气门的正时，凸轮轴通过正时带或者正时链，或者其他各种类型的正时装置与曲轴互相作用。

一般来说，应用广泛的有叶片式气门正时调整装置，包括具有多叶片，例如三或四片叶片的转子，所述叶片被工作液带动在壳体内自由转动。在这些装置中，气门正时调整装置，比如中间相位气门正时调整装置，由于效率因素而被广泛使用，其中当凸轮轴位于相对于曲轴的完全提前相位角和完全延迟相位角的中间位置时，凸轮轴由锁销锁定，而内燃机通过与曲轴的连接启动。

同时，所述使用锁销的锁定方法可以归类为利用用油型液压棘齿的方法，和利用机械棘齿的方法。液压棘齿的方法虽然油耗低但是流通路径复杂，而机械棘齿方法由于结构简单所以应用广泛，虽然它的油耗要高于液压棘齿方法。

比如，日本已公开专利号2000-50016公开了一种气门正时调整装置用于阻止噪音的产生并且快速启动位于中间位置的内燃机，而日本已公开专利号2000-2104公开了一种气门正时调整装置用于阻止噪音的产生。此外，日本已公开专利号2002-357105公开了一种气门正时调整装置，其具有两个锁销，分为一个用于控制延迟相位角运行的销和另一个用于控制提前相位角的销。

以上提到的气门正时调整装置是外置型结构，其中用于调整供给给转子的工作液流向的液压性控制门安装在气缸头部，以使进、出气门的正时增加或延迟。

同时，外置型气门正时调整装置具有的缺点是，工作液的流动会产生流动阻力，或者由于在液压控制门和在壳体内装有转子的气门正时调整装置之间加长的距离因而产生的的液漏，由此工作液压力的减小而引起气门正时调整装置的敏感度下降。另一个缺点是，为了安装液压控制门在气缸头部的液压回路变得要复杂。

最重要的是，当中间相位气门正时调整装置应用于外置型结构中时，在一些情况可能需要一个额外的控制门或者一个液压回路，来控制锁销的操作，这样就增加了结构和操作设计的复杂度。

为了克服上述的缺陷，研发出了一种内置(中心供给)型气门正时调整装置，其中液压控制门内置安装于转子的固定螺栓内，整个气门正时调整装置的设计紧凑，外部管路也很简单。比如，日本已公开的专利号2010-285986公开了一种气门正时调整装置，可以通过改进液压控制门的运作结构来快速调整门正时。但是，日本公开专利号2010-285986中的气门正时调整装置同样具有缺陷，因为虽然工作液的涌流会影响到锁定操作的负面影响可以被移除，以允许气门正时的快速控制，但是由于使用两个锁销结构使转子结构变得复杂，并且由于增加的构成部件数量使改进的运行可信度受限。

因此，用于内燃机的各种气门正时调整装置被研究出来，其可以通过有效地调整门正时来提高内燃机性能，而同时具有良好响应度的锁定和释放运行和高可靠度可以通过使用简单的结构实现。本发明的申请人已经通过韩国专利号10-2015-0185229和10-20160001689提供了一种内燃机的气门正时调整装置，因此优选地需要液压控制技术的研究来改进气门正时调整装置的运行敏感性并增加其可靠性。

技术实现要素：

本发明意欲解决现有技术的上述缺陷，因此本发明的某些实施例的目的是提供内燃机的气门正时调整装置，所述装置通过使用工作液损失较低的结构，实现高可靠性的锁定和释放操作，从而提高内燃机的性能。

另一个目的是提供一种内燃机气门正时调整方法，通过实现具有精准响应性的高可靠性锁定和释放操作，从而提高内燃机的性能。

本发明要解决的技术主题不应局限于上述的描述，本领域的技术人员将从下面的描述中清楚地得知未提及的任何其他技术问题。

本发明的一个目的是解决至少一或多个上述的问题和/或缺陷的全部或部分，并并提供至少下文描述的优点。为了实现至少上述的全部或部分目的，根据具体表述和广泛描述的本发明目的，本发明的一个主要方面是提供一种内燃机的气门正时调整装置，包括：壳体，具有内部空间且与曲轴联锁；转子，具有多片叶片，每片叶片在调整提前相位角的方向上形成提前室，在调整延迟相位角的方向上形成延迟室，每个叶片安装在与凸轮轴联锁的壳体内部空间中；锁定销构件,包括空心外销，其可伸缩地安装形成于叶片上的锁定室上，内销，其可伸缩地安装在外销的内部，当调整气门正时处于在转子的全提前相位角位置和全延迟相位角位置之间的中间位置，锁定销构件利用从凸轮轴传递而来的扭矩，通过与壳体连接来阻止转子转动；液压控制门，其安装在转子内部以响应内燃机的运行状态来给提前室、延迟室或锁定室供应或排放工作液，，并且与液压泵相连以控制锁定销构件的操作。

优选地，但不是必须地，所述壳体可以包括多个锁槽，每个在不同的深度连接，以便能与锁定销构件连接。

优选地，但不是必须地，通过让具有大直径的大直径槽和具有小直径的小直径槽每个按预设深度形成，而使所述锁槽可以具有阶梯部分。

优选地，但不是必须地，所述装置可以进一步包括排液通道，当操作锁定销构件相位角调整时，排液通道中断，当锁定销构件锁定时，排液通道将锁槽中的工作液排放到外面。

优选地，但不是必须地，排液通道可以包括通过叶片与外面相连的第一排液孔，和通过与所述第一排液孔连通与锁槽相连的第二排液孔。

优选地，但不是必须地，液压控制门可以包括5通5位门，通过分别与提前室、延迟室和锁定室相连的通道选择性地供给或排放工作液。

优选地，但不是必须地，装置可以进一步包括止回门，用于阻止液压控制门与液压泵之间的回流。

优选地，但不是必须地，外销可以分为上环和底环。

本发明的另一个主要方面，提供一种内燃机气门正时的调整方法，装置包括壳体，具有内部空间并与曲轴联锁；转子，具有多片叶片，每个叶片在调整提前相位角的方向上形成提前室并在调整延迟相位角的方向上形成延迟室，每个叶片安装在与凸轮轴联锁的壳体内部空间中；及锁定销构件，其包括空心外销，其可伸缩地安装形成于叶片上的锁定室上，内销，其可伸缩地安装在外销内，并且调整气门正时在转子处于全提前相位角位置和全延迟相位角位置之间的中间位置时，利用从凸轮轴传递而来的扭矩，锁定销构件通过与壳体连接来阻止转子的转动，所述方法包括：当内燃机处于静止状态时排放提前室、延迟室和锁定室的工作液；当内燃机处于空转状态时给提前室和延迟室供给工作液，并排放锁定室的工作液；当内燃机处于正常操作状态时，向锁定室供给工作液，选择性地向提前室或者向延迟室供给工作液。

优选地，但不是必须地，所述方法可以进一步包括在内燃机正常运行状态期间，中断向提前室和延迟室供给工作液，而只向锁定室提供工作液。

优选地，但不是必须地，液压控制门可以包括5通5位门，用于通过分别与提前室、延迟室和锁定室相连的通道选择性地供给或者排放工作液。

优选地，但不是必须地，锁定可以用如下方式实施：在正常内燃机运行状态期间，从凸轮轴传递而来的负扭矩依次带动外销和内销使之选择性地与大直径槽和小直径槽连接。

优选地，但不是必须地，锁定可以用如下方式实施：在正常内燃机运行状态期间，从凸轮轴传递而来的正扭矩同时带动外销和内销使之与锁槽连接。

有益效果

本发明配置的有益效果为，转轴内嵌有液压控制门和锁定销构件，以使敏感度因工作液的较小损失而变得精准，通过向转轴的叶片供给工作液使转轴可以操作相位角控制，液压控制门可响应内燃机的运行状态而切换至不同的位置，控制工作液的供给和排放，实现高可靠性的锁定销构件的锁定和释放操作，通过调整气门正时改进内燃机的性能。

附图说明

附图是为了进一步理解本发明的技术方案和实施例，并且并入本发明中并作为本发明的的一部分。在附图中，相同元件符号指代相同的元件，其中：

图1是根据本发明的一个示例性实施例的内燃机气门正时调整装置的结构示意图；

图2是沿图1中的ii-ii线的前视图；

图3是根据本发明的一个示例性实施例的内燃机气门正时调整方法的概念示意图；

图4(a)-4(c)是根据本发明的一个示例性实施例，位于全延迟相位角位置的叶片的锁定销构件通过负扭矩与锁槽连接的操作的剖面图；

图5(a)是当位于全提前相位角位置的叶片的锁定销构件的锁定状态释放时，相位角控制操作处于可操作状态的剖面图；以及

图5(b)与图5(a)类似，是当位于全提前相位角位置的叶片的锁定销构件的锁定状态释放时，相位角控制操作处于可操作状态的剖面图。

具体实施方式

下文，参考附图详细描述本发明的示例性实施例。在附图中，为了便于清楚的说明，组成部件的大小、相对尺寸、位置关系或者形状可能被人为的组合、放大或扩大。

图1是根据本发明的一个示例性实施例，内燃机气门正时调整装置100的结构示意图。

内燃机的气门正时调整装置100(下文称为“气门正时调整装置”或简称为“装置”)可以如下方式配置：扩展出与内燃机的凸轮轴1相连的阀体2，通过链条(未在附图中显示)或者正时皮带与曲轴3相连的链轮4与阀体2的外侧可转动地连接，以及一个碟型棘齿板5与链轮4的外侧4a相连。

与凸轮轴1联锁的阀体2可以内嵌液压控制门8，其中通过一个弹簧7弹性安装阀芯6，阀芯6形成于带有多个油槽的边缘处，以切换和控制工作液流以响应应用有控制器(图中未显示)的控制信号的电磁线圈(v)。

对于图1和图3，液压控制门是一个5通5位门，通过与在液压泵p和排出罐t之间的供给通道s和排液通道d1,d2的连接，5通5位门用于控制工作液向装置100的供给和排放。

在图3中，在位置-1时当内燃机停机或者启动时控制工作液，在位置-2时当内燃机在空转状态时控制工作液，在位置-3、4、5时当内燃机在正常运行状态进行气门正时相位控制时控制工作液。位置-3显示了提前相位角运行控制，位置-4显示了当锁定状态为完全释放时的同步调整，位置-5显示了延迟相位角运行控制。

同时，靠近阀芯6外侧的阀体2可以形成有通过供给通道s与液压泵p连接的进入口2a,和通过排液通道d1,d2与排出罐t相连的排出口2b.此外，阀体2可以相应地形成有相应与提前室(稍后说明)或者延迟室(稍后说明)连接的提前口2c，以及与锁定室(稍后说明)联锁的延迟口2d和锁口2e。

同时，阀体2与圆柱形壳体10、转轴20和防转动装置30，转轴20与凸轮轴1联锁并且以相对转动的方式与壳体10的内部空间连接，防转动装置30通过限制转轴20相对壳体10的相对转动让转轴20同壳体10转动。

壳体10的内表面11可以突出地设有多个突出部分12，每个突出部分间隔有预设距离。每个突出部分12在其上端设有在壳体10纵向上的密封槽13，密封槽13可以通过密封14插入密封槽13让在相邻突出部分12间产生空隙14。

同时，对于图2，转轴20可以设置成多个叶片22突出设于轴套部分21，轴套部分21与主体2相连，叶片22指向壳体10的内表面11。每个叶片22在其上端设有在转轴20纵向上的密封槽23，密封槽23可以通过密封24插入密封槽23让在相邻突出部分12间产生空隙15。

对于图2，空隙15在叶片12周围可以被分割成延迟室15a和提前室15b,延迟室15a在箭头b方向上(即，提前方向)，提前室15b在箭头a方向上(即，延迟方向)。

同时，轴套部分21可以设有提前液体通道21a、延迟液体通道21b和锁通道21c，提前液体通道21a通过和提前口2c、延迟室15a的联锁供给工作液，延迟液体通道21b通过和延迟口2d和提前室15b的联锁供给工作液，锁通道21c通过锁口2e和锁定室(稍后说明)供给工作液。

因此，当通过让选择性地供给工作液，通过提前液体通道21a或者延迟液体通道21b，到延迟室15a或者到提前室15b，以使液压作用到叶片12上时，转轴20将相对于壳体10沿箭头b方向(提前方向)转动以调整提前相位，或者反之沿箭头b方向(延迟方向)调整延迟相位，凭此进气门或排气门气门正时可以进行调整。

同时，防转动装置30可以设有紧急操作，以防止由于外部原因引起的在转轴20和壳体10之间的相对转动，以及用于在转轴20相对壳体10自由、相对地转动后，联锁转轴20和壳体10以调整相位。

简言之，如图2所示的本发明的一个实施例，防转动装置30可以安装在任何一个叶片12上。这里为了便于说明，安装了防转动装置30的叶片22可以通过标记附图标记22a来与其他叶片22区分。

对于图1和2，防转动装置30可以包括锁定销构件40、多个锁槽50，锁槽部件40插入贯通设于叶片22a的安装孔25，锁槽50设于棘齿板5，通过与锁定销构件40的互相连接允许锁定操作或者锁定释放。

这里，锁定销构件40可以包括上端盖41、空心圆柱形外销43和内销45，上端盖41闭合安装孔25的一端(图1中左端)，空心圆柱形外销43通过位于上端盖41底端的外部弹簧42弹性安装，内销45通过内部弹簧44相对于上端盖41弹性安装，同时与外销43内侧滑动连接。

锁定销构件40可以还包括环形底端盖46，环形底端盖46支撑外销外侧43，同时闭合安装孔25的另一端(图1中右侧)。

此外，叶片22a可以设有贯穿的锁通道22b，锁通道22b将工作液从安装孔25供给到外销43周围的锁定室26或者排放工作液。同时，如图4所示，多个锁定室50设于棘齿板5构成防转动装置30，锁定室50可以是相连接的多个，每一个通过叶片25a的与之对立的安装孔25设有不同的深度和直径。

也就是说，锁槽50会设成，大直径槽51和小直径槽52连接形成具有阶梯型截面的部分53。

但是，作为本发明的改进，具有大直径槽51和小直径槽52的锁槽50可以设于壳体10处。

同时，装置可以包括排液通道60，在锁定销构件40进行相位调整操作时排液通道60关闭，而在锁定时排放锁槽50的工作液到外界。如图1和2所示，排液通道60可以包括第一排液孔61和第二排液孔62，第一排液孔61设于棘齿板5以与锁槽50相连通，第二排液孔62通过贯通叶片22a与外部相连，同时与第一排液孔61相连接。

但是这里，不像锁槽50的真实尺寸或者截面、大小和相对位置，第一排液孔61和第二排液孔62可以为人为的结合、放大或者增加，用于方便解释相应锁定销构件40的互相联锁关系。

现在，将解释根据本发明的一个实施例的由此设置的气门正时调整装置的运行。

当内燃机停机或启动时，通过让装置在预设位置无需单独控制就可运行来提高启动性能时，或者在内燃机运行时出现无法控制的紧急状态时，锁定销构件40必须在没有单独控制时自我锁定从而防止转轴20对于壳体10相对转动。

当内燃机被停机或者被紧急停机，也要控制门8会处于如图2所示的位置-1状态以响应控制器(图中未显示)的控制信号。

因此，液压泵p的供给通道s被阻断，并且所有的延迟室15a、提前室15b和锁定室26的工作液经由排液通道d1、d2通过端口21a、21b、21c连接向排出罐t。比如，当液压控制门8改变到如图2位置-1状态时，同时叶片22a位于全延迟相位角，叶片22a将通过来自于凸轮轴1的负扭矩转动一个预设角度。

此时，因为工作液还在延迟室15a和提前室15b中变成了阻力，锁定性能会降低。另外，当负扭矩作用时，注入提前室15b的工作液变成了阻力，而延迟室15a中的工作液通过静压力的作用变成了阻力。

在这种状态下，当液压控制门8切换到图2中的位置-1状态，延迟室15a和提前室15b连接向排出罐t。结果是，通过引入外界空气进入提前室移除负压，通过排出工作液移除作用于延迟室15a的正压。状态如图4(a)所示。

也就是说，当工作液的压力释放时由于弹簧42、44的弹性外销43和内销45相应下降。此时，外销43和内销45的底端与棘齿板5的表面紧密接触，以让自锁操作启动。

在图4(a)状态中，当经由转轴20通过凸轮轴1将负扭矩传送至叶片22a时，叶片22a沿提前方向(b方向)转动至预设角度。因而，仅内销45会单独被内弹簧44的弹性下降，或者外销43也会被外弹簧42的弹性下降，使其被插入大直径槽51，以让底端与阶梯部分53处于紧密接触，其所述状态如图4(b)所示。

因此，所有的外销43和内销45被钩挂在底端的大直径槽51的左边墙体部分上，由此叶片22a变为在延迟方向上是不可移动的棘齿运行状态。

在本操作过程下,因为排液通道60,即第一和第二排液孔61、62,是部分连通的，注入锁槽50的工作液的部分被排出到外界，由此对于锁定操作没有阻力。

依序地，当经由转轴20通过凸轮轴1将额外的负扭矩应用到叶片22a上时，只有内销45单独会被内弹簧45的弹性下降，或者外销43也会被外弹簧42的弹性下降，以插入到小直径槽52。此时，如图2所示，因为第一和第二排液孔61、62是完全连通的，在锁槽50中的工作液被排到外界。因此，外销43的底端与小直径槽52的底部表面紧密接触，如图4(c)所示状态。

这里，外销43的底端被钩挂在大直径槽51的右边墙体部分以及在小直径槽52的左右墙体部分，由此叶片22a变为锁定状态，其中切片不能延提前方向或者延迟方向移动。结果是，锁定销构件40变为与棘齿板5的锁槽50可靠连接，转轴20可以同时随壳体转动，同时阻止相对于壳体10的相对转动。

下面，将解释利用凸轮轴1的正扭矩实现自锁操作，同时叶片22a处在空隙15中对于提前位置，即对于延迟室15a侧，的偏向位置。

此时，一般正扭矩大于负扭矩，因此，在本发明的实施例中，自锁操作一次实现，作用与叶片22a的正扭矩的作用方向变为a方向，其与负扭矩的方向(b方向)相反。

也就是说，当正扭矩被用于让叶片22a在a方向上转动一个预设角度，锁定销构件40的外销43和内销45同时穿过锁槽50的大直径槽51，插入小直径槽52，被锁定，如图4(c)所示的状态。

此时，当在内燃机启动让内燃机空转后预设时间已经过去时，液压控制门8通过控制器的控制信号被切换到如图3所示的位置-2，其被用来让所述状态在内燃机在起始稳定部分启动后维持一段最短时间。也就是说，需要一个预设时间来达到完全注水，因为在内燃机的起始启动状态工作液没有完全充进延迟室15a和提前室15b。

这时候，虽然液压控制门8在图3的位置-2中，让工作液从液压泵p供给给延迟室15a和提前室15b，锁定销构件40如图4(c)保持在锁定状态，因为锁定室26通过排液通道d1、d2和排出罐t连接。

同时，当内燃机启动进入正常运行状态时，进气门和排气门的气门正时必须被调整，因此，图4(c)的锁定销构件40的锁定状态必须被释放。

所以，通过控制器的控制信号使液压控制门8被切换至图3的位置-4。因而，从液压泵p到延迟室15a和提前室15b的工作液的供给被阻断，工作液依次穿过锁口2e、锁通道21c和油通道22b供给到锁定室26。

结果，外销43和内销45相应地压缩弹簧42、43以响应工作液的压力，并变为处于相对于上端盖41的最大上升状态。这时，由于内弹簧44的弹性内销45的底部与棘齿板5表面处于紧紧接触的状态，如图5(a)和图5(b)所示状态。

这里，图5(a)显示了的情况是同锁定销构件40安装的叶片22a处在全提前相位角位置，而图5(b)显示的情况是通锁定销构件40安装的叶片22a处在全延迟相位角位置。

因此，同锁定销构件40安装的叶片22a可以在延迟室15a和提前室15b之间转动，利用来自凸轮轴1的作用于叶片12的扭矩来调整进气口或者排气口的气门正时。

首先，当通过控制器的控制信号使液压控制门8切换到图3的位置-3时，提前控制操作启动。也就是说，工作液被送到提前室15b,同时工作液从液压泵p送到锁定室26，而延迟室15a与排出罐t相连，让工作液排出。因此，叶片22是在提前方向(b方向)或者延迟方向(b方向)相对于壳体10被自由控制的，以响应通过凸轮轴1的负扭矩或者正扭矩，来借由凸轮轴1调整进气门或者排气门的气门正时

同时，当通过控制器的控制信号使液压控制门8倍切换到图3的位置-5时，延迟控制操作启动。

也就是说，工作液供给到延迟室15a,同时工作液从液压泵p供给到锁定室26，而提前室15b与排出罐t相连让工作液排出。因此，叶片22是在提前方向(b方向)或者在延迟方向(a方向)相对于壳体10任意被控制的，以响应借由凸轮轴1的负扭矩或者正扭矩，来借由凸轮轴1调整进气门或者排气门的气门正时。

如以上所做的说明，本发明的实施例是把液压控制门嵌入转轴以减少工作液的损失，敏感度变得精确，通过使用具有多个控制位置的液压控制门来高可靠性地实现锁部件的锁定和释放操作，通过调整气门正时来提高内燃机的性能。

以上的描述说明了本发明的实施例，而本发明不局限于此。因此，应当理解的是，本领域的技术人员可以认识到，所述的实施例可以用不同的方法改进或者修改，所有这些改进或修改都不背离本发明的思想或者范围。

比如，虽然本发明的实施例说明了转轴20装有4个叶片22，叶片22的数量可以选择设计为三片数量或者其他数量，以响应内燃机的类型或者内燃机的工作特性。

此外，虽然本发明的实施例说明了与锁定销构件40安装的叶片22a只有一个，但它也可以是两个叶片22a,每个都同锁定销构件40安装，设于转轴20上。

另外，如图5(b)所示，作为本发明的改进，外销可以分为上部和底部，分为上环43a和底环43b,由此积累的容差可以作用到外环43a的外侧，以此缓和锁定销构件40的容差控制。

同时，虽然本发明的实施例说明了与锁定销构件40安装的转轴20和设有锁槽50在棘齿板5上的防转动装置30，替换装置可以设计为，转轴20设有锁槽和棘齿板5或者壳体10设有锁定销构件40。