一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機構的製作方法

2023-07-29 09:27:31 2

專利名稱：一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及發動機的配氣機構，尤其涉及一種用於摩託車單頂置凸輪軸進氣 相位連續可變機構。
背景技術：
發動機可變氣門正時(VVT，Variable Valve Timing)技術是近年來逐漸應用於汽 車發動機的新技術，由此技術發展的新技術有本田的i-VTEC、豐田的VVT-i等。但在摩託車 發動機上應用此技術的僅有極少數大排量摩託車發動機，且配氣機構以雙頂置凸輪軸的結 構形式為基礎，如鈴木的GSF400V等。摩託車發動機多為單缸四衝程結構，配氣機構主要採用單頂置凸輪軸布置形式。 雖然單頂置凸輪軸VVT結構在汽車上也有應用，但主要是切換凸輪型線的結構形式。目前， 在摩託車發動機單頂置凸輪軸結構形式基礎上應用VVT技術的有可切換凸輪型線VVT系 統(專利號200420060204. 6)和改變凸輪軸相位的VVT結構(專利號200510001794. 4)等。 可切換凸輪型線VVT通過設置高速凸輪和低速凸輪，分別對應於高速工況和低速工況進行 切換，無法實現對配氣正時進行連續調節；後一種VVT結構是通過在凸輪軸上套設自由凸 輪，使自由凸輪相對於驅動輪旋轉的方法來實現配氣相位的調整，但這種套裝形式加工與 安裝的精度要求很高，而可靠性差。因此，針對摩託車發動機單頂置凸輪軸結構形式，需要 設計一種進氣相位連續可變機構。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在於提供一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連 續可變機構，該機構可改變進氣凸輪的相位角，其結構簡單、布置緊湊、製造成本低，能有效 提高摩託車單頂置凸輪軸發動機在整個轉速和負荷工況範圍內的動力性、經濟性和排放特 性。本實用新型的技術方案如下一種摩託車發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變 機構，包括支承在氣缸頭內的凸輪軸及凸輪軸上的進氣凸輪和排氣凸輪，在該凸輪軸的一 端固定有正時鏈輪，其特徵在於所述凸輪軸分成同軸的兩段，其中一段是包括有進氣凸輪 的進氣凸輪段，另一段是包括有排氣凸輪和正時鏈輪的排氣凸輪段，兩所述凸輪段通過VVT 控制器連接；所述VVT控制器包括容納有葉輪的密封腔體，所述葉輪的葉片兩側設有密封 的第一油腔和第二油腔，所述第一油腔通過第一油道、第二油腔通過第二油道分別與供油 系統的機油控制閥連接，從而使進氣凸輪段可相對於排氣凸輪段順時針或逆時針轉動。在所述排氣凸輪段遠離正時鏈輪的一端設有法蘭盤，該法蘭盤通過第一螺栓依次 與殼體和蓋連接構成所述腔體，所述葉輪與殼體等寬度且可轉動地位於殼體中，該葉輪通 過第二螺栓與伸入蓋中的所述進氣凸輪段固定，葉輪的兩端面與所述法蘭盤和蓋的內側端 面滑合密封；在所述殼體的內環面上均布有突塊，在所述葉輪的圓柱形輪轂上均布有葉片， 各所述葉片位於兩相鄰所述突塊之間，葉片頂面與殼體的內環面滑合，突塊的頂面與葉輪的輪轂圓柱面滑合，從而在各所述葉片的兩側形成密封的第一油腔和第二油腔。本實用新型將單頂置凸輪軸配氣機構的凸輪軸分成可相對轉動的兩部分，一部分 為進氣凸輪段，另一部分為排氣凸輪段，兩凸輪段通過VVT控制器連接，根據發動機的運行 工況，VVT控制器能使進氣凸輪段相對於排氣凸輪段順時針或逆時針轉動，從而調整進氣凸 輪的相位角。VVT控制器安裝於排氣凸輪段與進氣凸輪段之間，VVT控制器形成的密封腔體 可使葉輪相對殼體轉動，轉動的方向由機油控制閥控制。需要提前進氣相位角時，調整機油控制閥的工作位置，使機油由第一油道進入第 一油腔，第二油腔的機油通過第二油道回油卸壓，第一油腔油壓高於第二油腔，壓力油推動 葉輪逆時針轉動，葉輪帶動進氣凸輪段相對於與殼體固定的排氣凸輪段逆時針轉動，實現 進氣凸輪提前轉動，轉動的角度由機油控制閥進行調節；當需要滯後進氣相位角時，調整機 油控制閥的工作位置，使機油由第二油道進入第二油腔，第一油腔的機油通過第一油道回 油卸壓，第二油腔的油壓高於第一油腔，壓力油推動葉輪順時針轉動，葉輪帶動進氣凸輪段 相對於與殼體固定的排氣凸輪段順時針轉動，實現進氣凸輪滯後轉動。如上所述，通過葉輪 相對殼體的提前或滯後轉動，從而實現改變配氣正時相位角的功能，當需要進氣相位角不 變時，調整機油控制閥的工作位置，使第一油道和第二油道都處於截止狀態，第一油腔和第 二油腔的油壓平衡，葉輪和殼體同步轉動，配氣相位角維持不變。因而，本實用新型能提高 摩託車發動機在整個運行工況的動力性、燃油經濟性和排放特性，且結構簡單、布置緊湊， 對原機的改動小，適合在摩託車發動機上廣泛應用。作為進一步的改進，在其中一個所述葉片上設置有裝有鎖銷的軸向通孔，與該通 孔相對的蓋上設置有連接孔，所述鎖銷在壓簧的作用下能夠插入該連接孔；所述鎖銷前部 通過臺階設有小直徑的鎖止段，在鎖止段與鎖銷孔之間形成環形油腔，該環形油腔通過所 述蓋上的油槽與所述鎖銷鄰近的第一油腔貫通。發動機停止工作時，彈簧迫使鎖銷與連接 孔嚙合，限制葉輪與殼體的相對轉動，防止發動機啟動時葉輪與殼體凸塊撞擊而產生噪聲。 當需要改變進氣相位角時，通過機油控制閥的控制，增大第一油腔的油壓，使第一油腔的油 經過蓋中的油槽流入環形油腔，迫使鎖銷向鎖銷孔內回退，使鎖銷與連接孔分離。進一步地，為便於布置，所述第二螺栓的中心線與所述葉輪和排氣凸輪段的中心 線相重合，其螺栓頭位於所述排氣凸輪段內側端的端孔內，在螺栓頭和葉輪之間壓有密封 墊，密封墊用於阻擋油液從葉輪的螺栓安裝孔流過。進一步地，所述第一油道包括油孔、環形油道、進油槽、進油道和環形油槽，在所述 葉輪中心設有階梯孔，其小端孔用於通過所述第二螺栓，而大端孔與該第二螺栓之間形成 所述環形油道；所述油孔開在葉輪上且將該環形油道與第一油腔貫通，所述環形油槽開在 所述進氣凸輪段與軸瓦相配合的軸頸表面上，所述進油槽和進油道分別設在所述葉輪和進 氣凸輪段上，該進油槽和進油道將環形油道和環形油槽相連通，該環形油槽通過軸瓦和氣 缸頭上的孔與所述機油控制閥相連。這樣，第一油腔的油液就可通過葉輪上的油孔進入環 形油道，再由葉輪上的進油槽進入進氣凸輪段的進油道，最終經進氣凸輪段的環形油槽和 軸瓦、氣缸頭上的孔流過機油控制閥，也可反之。進一步地，所述第二油道包括出油槽、環槽和出油道，所述環槽設在蓋用於插裝進 氣凸輪段的內孔中部，該環槽通過蓋上所設的所述出油槽與第二油腔貫通，所述出油道設 在所述進氣凸輪段上並將所述環槽和氣缸頭上的孔連通，該氣缸頭上的孔與所述機油控制閥相連。這樣，第二油腔的油液就可通過蓋上的出油槽進入環槽，再由環槽進入進氣凸輪段 的出油道，最後經氣缸頭上的孔流過機油控制閥，也可反之。進一步地，為潤滑進氣凸輪和排氣凸輪，沿所述第二螺栓的中心線還設有潤滑油 道，它包括進氣凸輪段內直通螺栓孔的中心油孔、第二螺栓內的中心通孔以及排氣凸輪段 內與螺栓頭孔相接的盲孔，所述中心油孔和盲孔分別通過徑向油孔與所述進氣凸輪和排氣 凸輪的型面貫通。為方便連接，在所述殼體的突塊上設有螺紋孔，所述第一螺栓通過此螺紋孔與所 述蓋和法蘭盤連接。進一步地，為轉動平穩，所述葉片和突塊數量相同，為3 6個。為能更好地密封第一油腔和第二油腔，在所述葉片和突塊的頂面上設有軸向的密 封槽，該密封槽中裝有密封件。本實用新型的有益效果是結構簡單、布置緊湊，能夠方便地應用在摩託車單頂置 凸輪軸發動機上，對原機的改動很小，製造成本低。而且，與傳統的摩託車發動機的固定配 氣正時相位角相比，本實用新型提供的可變配氣正時相位角機構，可以在發動機的整個工 況範圍內，使配氣正時相位角處於理想位置，從而有效提高摩託車發動機在各工況時的動 力性、燃油經濟性和排放特性。

圖1為本實用新型安裝在發動機氣缸頭上的結構示意圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是VVT控制器的蓋、殼體與排氣凸輪段的裝配示意圖。圖4是VVT控制器的葉輪與進氣凸輪段的裝配示意圖。圖5是本實用新型第一油道的結構示意圖。圖6是圖5拆去排氣凸輪段後的左視圖。圖7是本實用新型第二油道的結構示意圖。圖8是圖7中的B-B剖視圖。圖9是本實用新型潤滑油道的結構示意圖。圖10是圖8沿C-C的放大剖視圖。圖中1.氣缸頭，2.進氣凸輪段，3.軸瓦，4.進氣凸輪，5.第一螺栓，6.蓋，7.殼 體，8.排氣凸輪，9.排氣凸輪段，10.正時鏈輪，11.螺栓，12.排氣門彈簧，13.排氣門， 14.排氣滾子搖臂，15.進氣滾子搖臂，16.進氣門，17.進氣門彈簧，18.軸承，19.壓簧， 20.連接孔，21.葉輪，22.密封墊，23.第二螺栓，24.環形油槽，25.進油道，26.進油槽， 27.環形油道，28.油孔，29.第一油腔，30.密封件，31.出油道，32環槽，33.出油槽，34.第 二油腔，35.鎖銷，36.中心油孔，37.徑向油孔，38.中心通孔，39.盲孔，40.油槽。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明如圖1和圖2所示，本實用新型是一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機 構，包括支承在氣缸頭1內的凸輪軸，凸輪軸分成同軸的兩段，其中一段是有進氣凸輪4的進氣凸輪段2，另一段是有排氣凸輪8和正時鏈輪10的排氣凸輪段9，進氣凸輪段2和排氣 凸輪段9通過VVT控制器連接；排氣凸輪段9通過軸承18支承在氣缸頭1中，軸承18為深 溝球軸承，正時鏈輪10通過螺栓11固定在排氣凸輪段9的外側端部，進氣凸輪段2通過軸 瓦3支承在氣缸頭1中。如圖3、圖4、圖6和圖8所示，VVT控制器包括容納有葉輪21的密封腔體，在排氣 凸輪段9遠離正時鏈輪10的一端設有法蘭盤9a，該法蘭盤9a通過第一螺栓5依次與殼體 7和蓋6連接構成密封腔體，葉輪21與殼體7等寬且可轉動地位於殼體7中，該葉輪21通 過其軸心的第二螺栓23與伸入蓋6中的進氣凸輪段2固定。第二螺栓23的中心線與葉輪 21和排氣凸輪段9的中心線相重合，其螺栓頭位於排氣凸輪段9內側端的端孔內，在螺栓頭 和葉輪21之間壓有密封墊22，葉輪21的兩端面與法蘭盤9a和蓋6的內側端面滑合密封。 在殼體7的內環面上均布有4個突塊7a，各突塊7a上均設有一螺紋孔，4顆第一螺栓5通 過螺紋孔與蓋6和法蘭盤9a連接。在葉輪21的圓柱形輪轂上均布有4個葉片21a，各葉片 21a位於兩相鄰突塊7a之間，葉片21a頂面與殼體7的內環面滑合，突塊7a的頂面與葉輪 21的輪轂圓柱面滑合，在葉片21a和突塊7a的頂面上均設有軸向的密封槽，該密封槽中裝 有密封件30，從而在各葉片21a的兩側形成密封的第一油腔29和第二油腔34。第一油腔 29通過第一油道、第二油腔34通過第二油道分別與供油系統的機油控制閥連接。如圖8和圖10所示，在其中一個葉片21a上設置有裝有鎖銷35的軸向通孔，與該 通孔相對的蓋6上設置有連接孔20，在鎖銷35的中後部設有內孔，該內孔中裝有壓簧19， 壓簧19的後端與法蘭盤9相抵，鎖銷35在壓簧19的作用下能夠插入連接孔20。在鎖銷35 的前部通過臺階設有小直徑的鎖止段35a，在鎖止段35a與鎖銷孔之間形成環形油腔35b， 該環形油腔35b通過蓋6上所設的油槽40與鎖銷35相鄰近的第一油腔29貫通。當需要 改變進氣相位角時，通過機油控制閥的控制，增大第一油腔29的油壓，使第一油腔29的油 經過蓋6中的油槽40流入環形油腔35b，迫使鎖銷35向鎖銷孔內回退，使鎖銷35與連接孔 20分離。如圖5和圖6所示，第一油道包括油孔28、環形油道27、進油槽26、進油道25和環 形油槽24，在葉輪21中心設有階梯孔，其小端孔用於通過第二螺栓23，而大端孔與該第二 螺栓23之間形成環形油道27 ；4個油孔28分別開在4個葉輪21上，並將4個第一油腔29 分別與環形油道27貫通；進油槽26和進油道25將環形油道27和環形油槽24相連通，該 環形油槽24通過軸瓦3和氣缸頭1上的孔與機油控制閥相連。具體地說，環形油槽24開 在進氣凸輪段2與軸瓦3相配合的軸頸表面上，進油槽26和進油道25分別設在葉輪21和 進氣凸輪段2上，進油道25有一軸向段和一徑向段，徑向段的出口與環形油槽24相接，軸 向段直通進氣凸輪段2的內側端面，並且其出口與進油槽26相接，進油槽26位於葉輪21 端部且將環形油道27和進油道25連通。這樣，第一油腔29的油液就可通過葉輪21上的 4個油孔28進入環形油道27，再由葉輪21上的進油槽26進入進氣凸輪段2的進油道25， 最終經進氣凸輪段2的環形油槽24和軸瓦3、氣缸頭1上的孔流過機油控制閥，也可反之。如圖7和圖8所示，第二油道包括出油槽33、環槽32和出油道31，環槽32設在蓋 6用於插裝進氣凸輪段2的內孔中部，該環槽32通過蓋6所設的4個出油槽33分別與4個 第二油腔34貫通，出油道31設在進氣凸輪段2上並將環槽32和氣缸頭1上的孔連通，該 氣缸頭1上的孔與機油控制閥相連。從圖7中可看到，出油道31有一軸向段和一徑向段，徑向段的出口與環槽32相接，軸向段直通進氣凸輪段2的外側端面。這樣，第二油腔34的 油液就可通過蓋6上的4個出油槽33進入環槽32，再由環槽33進入進氣凸輪段2的出油 道31，最後經氣缸頭上的孔流過機油控制閥，也可反之。如圖9所示，沿第二螺栓23的中心線還設有潤滑油道，它包括進氣凸輪段2內直 通螺栓孔的中心油孔36、第二螺栓23內的中心通孔38以及排氣凸輪段9內與螺栓頭孔相 接的盲孔39，中心油孔36和盲孔39分別通過徑向油孔37與進氣凸輪4和排氣凸輪8的型 面貫通，從而潤滑進氣輪和排氣凸輪。本實用新型是這樣工作的需要提前進氣相位角時，調整機油控制閥的工作位置， 使機油由第一油道進入第一油腔29，第二油腔29的機油通過第二油道向曲軸箱回油卸壓， 第一油腔29油壓高於第二油腔34，第一油腔29的油經過蓋6中的油槽40流入環形油腔 35b，迫使鎖銷35向鎖銷孔內回退，使鎖銷35與連接孔20分離，同時壓力油推動葉輪21逆 時針轉動，葉輪21帶動進氣凸輪段2相對於與殼體7固定的排氣凸輪段9逆時針轉動，實 現進氣凸輪4提前轉動，轉動的角度由機油控制閥進行調節；當需要滯後進氣相位角時，調 整機油控制閥的工作位置，使機油由第二油道進入第二油腔34，第一油腔29的機油通過第 一油道向曲軸箱回油卸壓，第二油腔34的油壓高於第一油腔29，壓力油推動葉輪21順時針 轉動，葉輪21帶動進氣凸輪段2相對於排氣凸輪段9順時針轉動，實現進氣凸輪4滯後轉 動。如上所述，通過葉輪21相對殼體7的提前或滯後轉動，從而實現改變配氣正時相位角 的功能，當需要進氣相位角不變時，調整機油控制閥的工作位置，使第一油道和第二油道都 處於截止狀態，第一油腔和第二油腔的油壓平衡，葉輪21和殼體7同步轉動，配氣相位角維 持不變。
權利要求一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機構，包括支承在氣缸頭(1)內的凸輪軸及凸輪軸上的進氣凸輪(4)和排氣凸輪(8)，在該凸輪軸的一端固定有正時鏈輪(10)，其特徵在於所述凸輪軸分成同軸的兩段，其中一段是包括有進氣凸輪(4)的進氣凸輪段(2)，另一段是包括有排氣凸輪(8)和正時鏈輪(10)的排氣凸輪段(9)，兩所述凸輪段通過VVT控制器連接；所述VVT控制器包括容納有葉輪(21)的密封腔體，所述葉輪(21)的葉片(21a)兩側設有密封的第一油腔(29)和第二油腔(34)，所述第一油腔(29)通過第一油道、第二油腔(34)通過第二油道分別與供油系統的機油控制閥連接，從而使進氣凸輪段(2)可相對於排氣凸輪段(9)順時針或逆時針轉動。
2.根據權利要求1所述的一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機構，其特徵在 於在所述排氣凸輪段(9)遠離正時鏈輪(10)的一端設有法蘭盤(9a)，該法蘭盤(9a)通過 第一螺栓(5)依次與殼體(7)和蓋(6)連接構成所述密封腔體，所述葉輪(21)與殼體(7) 等寬度且可轉動地位於殼體(7)中，該葉輪(21)通過第二螺栓(23)與伸入蓋(6)中的所述 進氣凸輪段(2)固定，葉輪(21)的兩端面與所述法蘭盤(9a)和蓋(6)的內側端面滑合密 封；在所述殼體(7)的內環面上均布有突塊(7a)，在所述葉輪(21)的圓柱形輪轂上均布有 葉片(21a)，各所述葉片(21a)位於兩相鄰所述突塊(7a)之間，葉片(21a)頂面與殼體(7) 的內環面滑合，突塊(7a)的頂面與葉輪(21)的輪轂圓柱面滑合，從而在各所述葉片(21a) 的兩側形成密封的第一油腔(29)和第二油腔(34)。
3.根據權利要求1所述的一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機構，其特徵 在於在其中一個所述葉片(21a)上設置有裝有鎖銷(35)的軸向通孔，與該通孔相對的蓋 (6)上設置有連接孔(20)，所述鎖銷(35)在壓簧(19)的作用下能夠插入該連接孔(20)； 所述鎖銷(35)前部通過臺階設有小直徑的鎖止段(35a)，在鎖止段(35a)與鎖銷孔之間形 成環形油腔(35b)，該環形油腔(35b)通過所述蓋(6)上的油槽(40)與所述鎖銷(35)鄰近 的第一油腔(29)貫通。
4.根據權利要求1所述的一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機構，其特徵在 於所述第二螺栓(23)的中心線與所述葉輪(21)和排氣凸輪段(9)的中心線相重合，其 螺栓頭位於所述排氣凸輪段(9)內側端的端孔內，在螺栓頭和葉輪(21)之間壓有密封墊 (22)。
5.根據權利要求1所述的一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機構，其特徵 在於所述第一油道包括油孔(28)、環形油道(27)、進油槽(26)、進油道(25)和環形油槽 (24)，在所述葉輪(21)中心設有階梯孔，其小端孔用於通過所述第二螺栓(23)，而大端孔 與該第二螺栓(23)之間形成所述環形油道(27)；所述油孔(28)開在葉輪(21)上且將該 環形油道(27)與第一油腔(29)貫通，所述環形油槽(24)開在所述進氣凸輪段(2)與軸瓦(3)相配合的軸頸表面上，所述進油槽(26)和進油道(25)分別設在所述葉輪(21)和進氣 凸輪段(2)上，該進油槽(26)和進油道(25)將環形油道(27)和環形油槽(24)相連通，該 環形油槽(24)通過軸瓦(3)和氣缸頭(1)上的孔與所述機油控制閥相連。
6.根據權利要求1所述的一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機構，其特徵在 於所述第二油道包括出油槽(33)、環槽(32)和出油道(31)，所述環槽(32)設在蓋(6)用 於插裝進氣凸輪段(2)的內孔中部，該環槽(32)通過蓋(6)上所設的所述出油槽(33)與 第二油腔(34)貫通，所述出油道(31)設在所述進氣凸輪段(2)上並將所述環槽(32)和氣缸頭(1)上的孔連通，該氣缸頭(1)上的孔與所述機油控制閥相連。
7.根據權利要求1所述的一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機構，其特徵在 於沿所述第二螺栓(23)的中心線還設有潤滑油道，它包括進氣凸輪段(2)內直通螺栓孔 的中心油孔(36)、第二螺栓(23)內的中心通孔(38)以及排氣凸輪段(9)內與螺栓頭孔相 接的盲孔(39)，所述中心油孔(36)和盲孔(39)分別通過徑向油孔(37)與所述進氣凸輪 (4)和排氣凸輪(8)的型面貫通。
8.根據權利要求1所述的一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機構，其特徵在 於在所述殼體(7)的突塊(7a)上設有螺紋孔，所述第一螺栓(5)通過此螺紋孔與所述蓋 (6)和法蘭盤(9a)連接。
9.根據權利要求1或8所述的一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機構，其特 徵在於所述葉片(21a)和突塊(7a)數量相同，為3 6個。
10.根據權利要求1所述的一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機構，其特徵 在於在所述葉片(21a)和突塊(7a)的頂面上設有軸向的密封槽，該密封槽中裝有密封件 (30)。
專利摘要本實用新型公開了一種發動機單頂置凸輪軸進氣相位連續可變機構，包括支承在氣缸頭內的凸輪軸及其上的進氣凸輪和排氣凸輪，在該凸輪軸的一端固定有正時鏈輪，其特徵在於所述凸輪軸分成同軸的兩段，其中一段是包括有進氣凸輪的進氣凸輪段，另一段是包括有排氣凸輪和正時鏈輪的排氣凸輪段，兩所述凸輪段通過VVT控制器連接，該VVT控制器包括容納有葉輪的密封腔體，在該腔體內有第一油腔和第二油腔，第一油腔和第二油腔分別通過第一油道和第二油道與機油控制閥連接。本實用新型可改變進氣凸輪的相位角，其結構簡單、布置緊湊、製造成本低，能有效提高摩託車單頂置凸輪軸發動機在整個轉速和負荷工況範圍內的動力性、經濟性和排放特性。
文檔編號F01L1/356GK201581947SQ20092029390
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者張力, 謝博強, 黃新華 申請人:重慶大學