一種汽油發動機可變配氣相位機構的製作方法
2023-06-01 12:13:41
專利名稱：一種汽油發動機可變配氣相位機構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種汽油發動機配氣機構，尤其是一種汽油發動機可變配氣相位機構，屬於汽油發動機製造技術領域。
背景技術：
如圖1所示，為普通汽油發動機配氣相位圖。從圖1中可知，α為進氣提前角，β為排氣遲閉角，θ為進氣遲閉角，γ為排氣提前角。
配氣相位的選取決定於發動機的性能要求，並須與發動機氣道形狀和尺寸相適應。配氣相位對發動機的換氣質量、泵氣損失、充氣效率、扭矩外特性、怠速穩定性、有害排放等都有很大的影響。為保證上止點時進氣門有較大的開啟面積及進氣的掃氣作用，進氣門應有一定大小的進氣提前角；為充分利用進氣的氣流慣性，進氣門應有一定大小的進氣遲閉角；為使排氣行程中排氣門有較大的開度和較小的排氣阻力，排氣門應有一定大小的排氣提前角；為減少節流損失，充分利用氣流慣性，排氣門應有一定大小的排氣遲閉角；在保證發動機高速性能的前提下，為避免低速時廢氣倒流，改善發動機低速性能及怠速穩定性，應儘量選較小的氣門重疊角；這裡所說的氣門重疊角為進氣提前角與排氣遲閉角之和。
現有的採用凸輪直接或通過搖臂間接驅動氣門開閉方式為配氣機構的四衝程發動機，其不同的工況下需要不同的配氣相位才能得到最佳性能，主要指功率和扭矩。高速時為了保證上止點時進氣門有較大的開啟面積及進氣的掃氣作用，進氣門需一定大小的進氣提前角打開，此處角度指曲軸轉角，為充分利用進氣時混合氣的慣性，進氣門要有一個儘量大的進氣遲閉角；為充分利用排氣時廢氣的慣性，排氣門要有一定大小的排氣遲閉角，氣門重疊角應儘量大。大功率發動機的重要特徵之一就是，採用大的氣門重疊角和大的進氣遲閉角，因為高速時活塞每一行程所花費的時間非常短，而進氣速度又無法達到聲速，所以應充分利用進氣慣性和排氣慣性來增加進氣量；低速時，為防止混合氣倒流，相對於高速時要適當減小進氣遲閉角，氣門重疊角也不應過大；當氣門重疊角過大而發動機的轉速又極低時會引起廢氣倒流，但實際發動機不會出現這種現象，因為對大功率高速發動機來說其發動機怠速都不低，一般是1000r/min左右，活塞完成一個行程只需八分之一秒。當然，氣門重疊角過大及進氣遲閉角過大均會使發動機低速性能變差。綜上所述，為了滿足發動機不同工況時，對配氣相位的不同需求，其配氣部分應當採用可變配氣相位機構。
現在使用較多的可變配氣相位機構主要由電子控制的液壓機構來實現配氣相位的改變，主要由信息採集系統即若干轉速、油壓、溫度傳感器，信息處理系統即ECU，控制及執行機構即電磁閥和液壓執行機構等組成，結構複雜，成本很高，此類系統只在一些較少的高級轎車、摩託車用發動機上使用，難以普及到大多數經濟型轎車、摩託車用發動機上使用。
實用新型內容本實用新型的目的在於針對現有技術的不足，提供一種汽油發動機可變配氣相位機構，按發動機曲軸轉速的高低，通過將進氣凸輪或排氣凸輪單獨旋轉一定角度，或將凸輪軸整體旋轉一定角度改變配氣相位，來滿足發動機高速和低速時對配氣相位的不同需求。
為實現上述目的，本實用新型提供一種汽油發動機可變配氣相位機構，它包括一凸輪軸，該凸輪軸上設有多個凸輪，在凸輪軸上還順次設有從動盤和驅動輪，從動盤上設有凸柱，驅動輪上對應開設有弧形槽，該凸柱插入弧形槽並能夠在弧形槽內滑動，使從動盤相對於驅動輪能夠產生位移；驅動輪的外側設有兩個離心塊，離心塊為片狀體，其邊緣輪廓為不規則曲線，離心塊上開設定位孔，對應穿設在驅動輪的固定柱上，兩個離心塊的兩端分別通過彈性元件彼此首尾連接，離心塊上開設滑動槽，從動盤上的凸柱通過驅動輪插入滑動槽並能夠在滑動槽內滑動。
所述的凸輪全部固定在凸輪軸上，使凸輪軸相對於驅動輪整體旋轉；同時，所述的凸輪還可以部分固定在凸輪軸上，部分為套設在凸輪軸上的自由凸輪，使該自由凸輪相對於驅動輪旋轉。從動盤的一側凸設第一圓環形凸臺，在所述驅動輪與從動盤相對的一側，對應凸設有第二圓環形凸臺，第一圓環形凸臺與第二圓環形凸臺相互貼合以增大驅動輪與從動盤的接觸面積，提高了二者產生相對運動時零件旋轉的穩定性及動力傳遞的可靠性。離心塊為外部輪廓彼此對稱的兩個片狀體，其外部輪廓線為光滑曲線。為了防止設置在凸輪軸上的各個部件發生軸向竄動，所述的驅動輪外側的凸輪軸上設有限位裝置，該限位裝置為固設在凸輪軸端部的鎖緊墊圈和鎖緊螺母。用於將兩個離心塊的兩端分別彼此首尾連接的彈性元件為預緊回位彈簧。為了連接穩定，從動盤與自由凸輪的接觸面之間為爪型連接。另外，限位裝置、驅動輪、從動盤和凸輪軸之間，彼此兩兩貼合的表面之間還都設有墊圈。
綜上所述，本實用新型提供的汽油發動機可變配氣相位機構，其中離心塊的作用相當於現有發動機的曲軸轉速傳感器，該離心塊是改變配氣相位的執行機構的重要組件，整個可變配氣相位機構省去了ECU、電磁閥和多個傳感器，使整體機構結構簡單、零部件數量少且易加工、成本低廉。
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型的技術方案進行詳細地說明。
圖1為普通汽油發動機配氣相位圖；圖2為本其用新型實施例一的汽油發動機可變配氣相位機構結構局部剖面示意圖；圖3為本實用新型實施例二的汽油發動機可變配氣相位機構結構局部剖面示意圖；圖4為本實用新型發動機低速運轉時離心塊的運動位置示意圖；
圖5為本實用新型發動機高速運轉時離心塊的運動位置示意圖。
具體實施方式
實施例一如圖2所示，為本實用新型實施例一的汽油發動機可變配氣相位機構結構局部剖面示意圖。從圖2中可知，本實用新型提供一種汽油發動機可變配氣相位機構，它包括一凸輪軸31，該凸輪軸31上設有多個凸輪1和3，在凸輪軸31上還順次設有從動盤2和驅動輪4，從動盤2上設有凸柱21，驅動輪4上對應開設有弧形槽42，該凸柱21插入弧形槽42並能夠在弧形槽42內滑動，使從動盤2相對於驅動輪4能夠產生位移。
結合圖4、圖5所示，分別為本實用新型發動機低速和高速運轉時離心塊的運動位置示意圖。從圖4、圖5中可知，驅動輪4的外側設有兩個離心塊5，離心塊5為片狀體，其邊緣輪廓為不規則曲線，離心塊5上開設定位孔51，對應穿設在驅動輪4的固定柱41上，兩個離心塊5的兩端分別通過彈性元件6彼此首尾連接，離心塊5上開設滑動槽52，從動盤2上的凸柱21通過驅動輪插入滑動槽52並能夠在滑動槽52內滑動。
如圖2所示，凸輪1和3全部固定在凸輪軸31上，使凸輪軸31相對於驅動輪4整體旋轉。從動盤2的一側凸設第一圓環形凸臺22，在驅動輪4與從動盤2相對的一側，對應凸設有第二圓環形凸臺43，第一圓環形凸臺22與第二圓環形凸臺43相互貼合以增大驅動輪4與從動盤2的接觸面積，提高了二者產生相對運動時零件旋轉的穩定性及動力傳遞的可靠性。離心塊5為外部輪廓彼此對稱的兩個片狀體，其外部輪廓線為光滑曲線。為了防止設置在凸輪軸31上的各個部件發生軸向竄動，驅動輪4外側的凸輪軸31上設有限位裝置32，該限位裝置32為固設在凸輪軸31端部的鎖緊墊圈和鎖緊螺母。用於將兩個離心塊的兩端分別彼此首尾連接的彈性元件6為預緊回位彈簧。另外，限位裝置32、驅動輪4、從動盤2和凸輪軸31之間，彼此兩兩貼合的表面之間還都設有墊圈7。
結合圖2、圖4和圖5可知，該可變配氣相位機構的配氣凸輪軸31不是直接由驅動輪4來驅動的，而是由驅動輪4上的離心塊5繞驅動輪上的某一圓柱形固定柱41的旋轉來驅動以花鍵連接形式與凸輪軸相聯的從動盤2，進而再由從動盤2驅動凸輪軸31旋轉的。驅動輪4上的旋轉軸的軸線與驅動輪4或凸輪軸的自身軸線平行，離心塊5隻能繞該固定柱41旋轉軸旋轉而不能沿其軸線方向上運動，離心塊5和驅動輪4上分別開有滑動槽和弧形槽，從動盤上的兩個凸柱均穿過離心塊5和驅動輪4上的滑動槽和弧形槽；有兩個預緊回位彈簧，連接方式如圖；從動盤2、驅動輪4沿凸輪軸3的軸線方向的竄動由限位裝置32來限位，在凸輪軸3、從動盤2、驅動輪4之間裝有墊片，凸輪軸3、墊圈、從動盤2、驅動輪4均有一定間隙，以便於驅動輪4、從動盤2、凸輪軸3間的旋轉能夠靈活。當凸輪軸的轉速低於某一臨界值時，由於「離心塊」產生的離心力矩(離心力)首先要克服「預緊回位彈簧」產生的預緊力矩(預緊力)和配氣機構產生的阻力力矩以下簡稱「配氣阻力矩」，故凸輪軸與驅動輪之間無相對旋轉運動即二者之間相對靜止，發動機配氣相位保持不變，離心塊5的狀態A如圖4中所示。當凸輪軸的轉速高於某一臨界值時，由於「離心塊」產生的離心力矩(離心力)已足夠大，其一部分力矩用於克服「預緊回位彈簧」產生的預緊力矩(預緊力)，剩餘的離心力矩用於克服配氣阻力矩以驅動從動盤(從動盤與凸輪軸以花鍵形式連接，二者之間始終無相對運動)，進而再由從動盤驅動凸輪軸相對於驅動輪順時針(逆時針)旋轉一定角度或直至從動盤上的凸柱到達驅動輪圓弧形運動槽末端即從動盤無法相對於驅動輪旋轉後(驅動輪圓弧形運動槽的始端和末端起限位作用)，凸輪軸仍與驅動輪之間保持無相對運動，並一起旋轉著，從而實現的發動機配氣相位的改變，離心塊5的狀態B如圖5中所示。
實施例二如圖3所示，為本實用新型實施例二的汽油發動機可變配氣相位機構結構局部剖面示意圖。從圖3中可知，凸輪還可以為套設在凸輪軸31上的自由凸輪1』，使該自由凸輪1』相對於驅動輪4旋轉。為了連接穩定，從動盤2與自由凸輪1』的接觸面之間為爪型連接。本實施例與實施例一的不同之處還在於，凸輪軸31的端部與驅動輪4是通過焊接連接在一起的，因此，此處不需要安裝實施例一中用於防止零部件軸向竄動的限位裝置。
本實施例的其他技術特徵與實施例一相同，具體技術方案請參見實施例一，在此不再贅述。
最後需要說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型技術方案的精神和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。
權利要求1.一種汽油發動機可變配氣相位機構，它包括一凸輪軸，該凸輪軸上設有多個凸輪，其特徵在於在凸輪軸上還順次設有從動盤和驅動輪，從動盤上設有凸柱，驅動輪上對應開設有弧形槽，該凸柱插入弧形槽並在弧形槽內滑動；驅動輪的外側設有兩個離心塊，離心塊為片狀體，其邊緣輪廓為不規則曲線，離心塊上開設定位孔，對應穿設在驅動輪的固定柱上，兩個離心塊的兩端分別通過彈性元件彼此首尾連接，離心塊上開設滑動槽，從動盤上的凸柱通過驅動輪插入滑動槽並在滑動槽內滑動。
2.根據權利要求1所述的汽油發動機可變配氣相位機構，其特徵在於所述的凸輪全部固定在凸輪軸上。
3.根據權利要求1所述的汽油發動機可變配氣相位機構，其特徵在於所述的凸輪部分固定在凸輪軸上，部分為套設在凸輪軸上的自由凸輪。
4.根據權利要求3所述的汽油發動機可變配氣相位機構，其特徵在於所述的從動盤與自由凸輪的接觸面之間為爪型連接。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的汽油發動機可變配氣相位機構，其特徵在於所述的從動盤的一側凸設第一圓環形凸臺，在所述驅動輪與從動盤相對的一側，對應凸設有第二圓環形凸臺，第一圓環形凸臺與第二圓環形凸臺相互貼合。
6.根據權利要求1或2或3或4所述的汽油發動機可變配氣相位機構，其特徵在於所述的離心塊為外部輪廓彼此對稱的兩個片狀體，其外部輪廓線為光滑曲線。
7.根據權利要求1或2或3或4所述的汽油發動機可變配氣相位機構，其特徵在於所述的驅動輪外側的凸輪軸上設有用於防止設置在凸輪軸上的各個部件發生軸向竄動的限位裝置。
8.據權利要求7所述的汽油發動機可變配氣相位機構，其特徵在於所述的限位裝置為固設在凸輪軸端部的鎖緊墊圈和鎖緊螺母。
9.根據權利要求7所述的汽油發動機可變配氣相位機構，其特徵在於所述的限位裝置、驅動輪、從動盤和凸輪軸之間，彼此兩兩貼合的表面之間都設有墊圈。
10.根據權利要求1或2或3或4所述的汽油發動機可變配氣相位機構，其特徵在於所述的彈性元件為預緊回位彈簧。
專利摘要一種汽油發動機可變配氣相位機構，包括凸輪軸，該凸輪軸上設有多個凸輪，在凸輪軸上還順次設有從動盤和驅動輪，從動盤上設有凸柱，驅動輪上對應開設有弧形槽，該凸柱插入弧形槽並在弧形槽內滑動，使從動盤相對驅動輪產生位移；驅動輪的外側設有兩個離心塊，離心塊為片狀體，其邊緣輪廓為不規則曲線，離心塊上開設定位孔，對應穿設在驅動輪的固定柱上，兩個離心塊的兩端分別通過彈性元件彼此首尾連接，離心塊上開設滑動槽，從動盤上的凸柱通過驅動輪插入滑動槽並能夠在滑動槽內滑動。本實用新型所提供的可變配氣相位機構省去了現有的ECU、電磁閥和多個傳感器等複雜且昂貴的零部件，整體機構結構簡單、零件數量少且易加工、成本低廉。
文檔編號F01L1/04GK2761849SQ200520001150
公開日2006年3月1日 申請日期2005年1月19日 優先權日2005年1月19日
發明者郝寧寧 申請人:重慶宗申技術開發研究有限公司