一種發動機可變氣門正時機構的製作方法

2023-04-24 07:28:57 2

本發明屬於發動機技術領域，具體涉及一種機械式內燃機凸輪軸可變配氣相位機構。

背景技術：

配氣機構是內燃機的重要組成部分之一，它承載著實現發動機各個氣缸進、排氣門的開、閉正時以及控制氣門升程運動規律的重要作用，是實現發動機換氣過程，保證內燃機熱功轉換的工作循環得以周而復始不斷進行下去的基礎。因此，發動機是否能可靠工作，其動力性和經濟性能否得到保障，與配氣機構在實現換氣過程中的配氣相位的選擇密切相關。傳統的發動機由於結構固定，在發動機運轉過程中，配氣相位是固定不變的，傳統發動機配氣相位的確定是在發動機各種不同工況下進行大量實驗研究後，設計選取的一種折衷方案，通常只能保證在某一工況使內燃機的性能最優，不能同時兼顧各工況的要求，很難達到真正的最佳配氣相位。顯然，這一劣勢已使其不能滿足現階段對發動機高效率、低油耗、低排放的總體要求。因此，為了滿足不同工況下各異的配氣相位需求，提高內燃機經濟性和動力性，降低有害物排放，採用可變氣門技術顯得尤為重要。可變氣門技術可根據內燃機工況的變化，實現氣門升程從零至最大設計升程和配氣相位的連續可變。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有發動機氣門相位固定不變或不能靈活改變氣門配氣相位的缺點，提供一種結構簡單可靠且能靈活控制氣門配氣相位，實現配氣正時連續可變的發動機可變氣門正時機構。

本發明所述的一種發動機可變氣門正時機構主要由凸輪軸動力系統Ⅰ、凸輪軸主體系統Ⅱ和凸輪軸相位控制系統Ⅲ組成。

其特徵在於所述的凸輪軸動力系統Ⅰ中的齒輪a1與發動機曲軸相連，為齒輪軸5的轉動提供動力；凸輪軸動力系統Ⅰ中的齒輪軸5和凸輪軸主體系統Ⅱ中的凸輪軸7軸線重合；凸輪軸動力系統Ⅰ中的電磁離合器a6的主動盤a16安裝在齒輪軸5的左側，凸輪軸動力系統Ⅰ中的電磁離合器a6的從動盤a25安裝在凸輪軸主體系統Ⅱ中的凸輪軸7的右側；凸輪軸相位控制系統Ⅲ安裝在凸輪軸主體系統Ⅱ中的凸輪軸7的左側。

所述的凸輪軸動力系統Ⅰ主要由齒輪a1、限位凸肩a2、上蓋板a3、限位凸肩b4、齒輪軸5、電磁離合器a6、下蓋板b14、平鍵15、限位凸肩e19、卡環a20、限位凸肩f24組成；其中齒輪a1通過平鍵15與齒輪軸5固定連接；限位凸肩a2、限位凸肩b4和限位凸肩e19設置在齒輪軸5外表面上；限位凸肩f24設置在凸輪軸主體系統Ⅱ中的凸輪軸7上；上蓋板a3和下蓋板b14置於限位凸肩a2和限位凸肩b4之間，並與齒輪軸5間隙配合，下蓋板b14固接在發動機缸蓋上，上蓋板a3與下蓋板b14通過螺栓連接；電磁離合器a6包括主動盤a16、線圈a17、彈簧a21、摩擦盤組a22、摩擦盤組b23、從動盤a25和銜鐵a26部件；其中主動盤a16通過普通平鍵與齒輪軸5固定連接；從動盤a25與凸輪軸7花鍵連接，並且從動盤a25與凸輪軸7可發生相對滑動，從動盤a25的左極限位置由限位凸肩f24進行限位；線圈a17設置在主動盤a16上；主動盤a16上設有環槽a18；彈簧a21置於環槽a18內，且彈簧a21底部與環槽a18底部固接；摩擦盤組a22與主動盤a16固定連接，摩擦盤組b23與從動盤a25固定連接；銜鐵a26設置在從動盤a25上；銜鐵a26有部分置於環槽a18內，且與彈簧a21接觸，銜鐵a26可在環槽a18內滑動；卡環a20安裝在主動盤a16中心孔的卡環槽內；卡環a20與限位凸肩e19共同對電磁離合器a6的主動盤a16進行軸向定位。

所述的凸輪軸主體系統Ⅱ主要由凸輪軸7、凸輪8、限位凸肩c9、上蓋板b10、限位凸肩d11、下蓋板a13組成；其中凸輪8固接在凸輪軸7上；限位凸肩c9和限位凸肩d11設置在凸輪軸7外表面上；上蓋板b10和下蓋板a13置於限位凸肩c9和限位凸肩d11之間，並與凸輪軸7間隙配合，下蓋板a13固接在發動機缸蓋上，上蓋板b10與下蓋板a13通過螺栓連接。

所述的凸輪軸相位控制系統Ⅲ主要由電磁離合器b12、齒輪b27、限位凸肩g31、滾針軸承32、卡環b36、螺栓37、導向平鍵38、擋板39、電機軸42、電機43、齒輪c44組成；其中電磁離合器b12包括主動盤b28、線圈b29、彈簧b33、摩擦盤組c34、摩擦盤組d35、從動盤b40和銜鐵b41部件；齒輪c44固接在電機軸42上，電機軸42由電機43驅動；齒輪b27固接在電磁離合器b12的主動盤b28上，齒輪b27與齒輪c44嚙合；主動盤b28套裝在滾針軸承32上；從動盤b40通過導向平鍵38與凸輪軸主體系統Ⅱ中的凸輪軸7連接，從動盤b40可相對凸輪軸7滑動；線圈b29設置在主動盤b28上；主動盤b28上設有環槽b30；彈簧b33置於環槽b30內，且彈簧b33底部與環槽b30底部固接；摩擦盤組c34與主動盤b28固定連接，摩擦盤組d35與從動盤b40固定連接；銜鐵b41設置在從動盤b40上；銜鐵b41有部分置於環槽b30內，且與彈簧b33接觸，銜鐵b41可在環槽b30內滑動；卡環b36安裝在主動盤b28中心孔的卡環槽內；限位凸肩g31設置在凸輪軸7外表面上；卡環b36與限位凸肩g31共同對電磁離合器b12的主動盤b28進行軸向定位；滾針軸承32套裝在凸輪軸7上，其內圈與凸輪軸7過盈配合，外圈與主動盤b28中心孔過渡配合；擋板39通過螺栓37壓緊在凸輪軸7的左端面上，螺栓34與凸輪軸7螺紋連接。

所述的電磁離合器a6和電磁離合器b12為多盤式摩擦電磁離合器，工作過程中通電接合，斷電分離；電磁離合器a6處於斷電狀態下時，摩擦盤組a22和摩擦盤組b23分離，從動盤a25與限位凸肩f24接觸；電磁離合器a6處於通電狀態時，摩擦盤組a22和摩擦盤組b23緊密貼合同步轉動，彈簧a21處於壓縮狀態，從動盤a25與限位凸肩f24分離，有一定間隙；電磁離合器b12處於斷電狀態下時，摩擦盤組c34和摩擦盤組d35分離，從動盤b40與擋板39接觸；電磁離合器b12處於通電狀態時，摩擦盤組c34和摩擦盤組d35緊密貼合同步轉動，彈簧b33處於壓縮狀態，從動盤b40與擋板39分離，有一定間隙。

本發明裝置的工作過程如下：

發動機工況穩定，配氣相位恆定過程：

當發動機工況穩定時，電磁離合器a6處於通電接合狀態，此時線圈a17通電，銜鐵a26被吸合，壓緊摩擦盤組a22和摩擦盤組b23，電磁離合器a6的從動盤a25和主動盤a16同步轉動；電磁離合器b12處於斷電分離狀態，此時線圈b29不通電，摩擦盤組c34與摩擦盤組d35分離，即電磁離合器b12的主動盤b28和從動盤b40處於分離狀態；電機43不工作，此時齒輪c44和齒輪b27不轉動，電磁離合器b12的主動盤b28處於靜止狀態，從動盤b40隨凸輪軸同步轉動；在此工作狀態下時，由發動機曲軸帶動齒輪a1轉動，動力傳遞至齒輪軸5—電磁離合器a6—凸輪軸7—凸輪8，從而驅動氣門運動。

氣門配氣相位控制過程：

當發動機工況發生變化時，需要根據工況變化相應地改變氣門配氣相位；此時電機43工作，帶動齒輪c44轉動，與齒輪c44嚙合的齒輪b27隨之轉動，帶動電磁離合器b12的主動盤b28轉動，當主動盤b28轉速與凸輪軸7轉速相同時，電磁離合器a6斷電，即線圈a17斷電，銜鐵a26在彈簧a21的作用力下帶動摩擦盤組b23和摩擦盤組a22分離；同時電磁離合器b12通電，即線圈b29通電，銜鐵b41被吸合，壓緊摩擦盤組d35與摩擦盤組c34，使電磁離合器b12的主動盤b28和從動盤b40接合同步轉動；在此工作狀態下，凸輪軸7的轉動從由發動機曲軸提供動力驅動變為由電機43提供動力驅動，之後電機43控制電機軸42轉速改變，帶動電磁離合器b12轉速變化，從而使凸輪軸7相對齒輪軸5轉速發生變化，改變凸輪8相對齒輪a1的配氣相位。

在氣門配氣相位達到要求時刻，使凸輪軸7轉速重新與齒輪軸5轉速達到一致，電磁離合器a6通電接合，電磁離合器b12斷電分離，凸輪軸7重新由發動機曲軸提供動力驅動，完成一次配氣正時過程。

與現有技術相比本發明的有益效果在於：

1.本發明提供的可變氣門正時機構可實現氣門配氣相位的連續可變，控制靈活；

2.本發明提供的可變氣門正時機構可兼顧發動機不同工況下性能，優化發動機工作過程；

2.本發明提供的可變氣門正時機構可提高發動機的充氣效率，有效提高發動機動力性和經濟性；

3.本發明提供的可變氣門正時機構結構簡單，製造方便，易於推廣。

附圖說明

圖1是發動機可變氣門正時機構的結構示意圖

圖2是圖1中凸輪軸動力系統Ⅰ中的電磁離合器a6位置處沿凸輪軸軸線方向的剖視圖結構示意圖，且顯示電磁離合器a6斷電狀態下的位置

圖3是電磁離合器a6通電狀態下的位置示意圖

圖4是圖1中凸輪軸相位控制系統Ⅲ沿凸輪軸軸線方向的剖視圖結構示意圖，且顯示電磁離合器b12斷電狀態下的位置

圖5是電磁離合器b12通電狀態下的位置示意圖

圖6是圖2中Ⅳ處的放大示意圖

圖7是圖4中Ⅴ處的放大示意圖

其中，Ⅰ.凸輪軸動力系統 Ⅱ.凸輪軸主體系統 Ⅲ.凸輪軸相位控制系統 1.齒輪a 2.限位凸肩a 3.上蓋板a 4.限位凸肩b 5.齒輪軸 6.電磁離合器a 7.凸輪軸 8.凸輪 9.限位凸肩c 10.上蓋板b 11.限位凸肩d 12.電磁離合器b 13.下蓋板a 14.下蓋板b 15.平鍵 16.主動盤a 17.線圈a 18.環槽a 19.限位凸肩e 20.卡環a 21.彈簧a 22.摩擦盤組a 23.摩擦盤組b 24.限位凸肩f 25.從動盤a 26.銜鐵a 27.齒輪b 28.主動盤b 29.線圈b 30.環槽b 31.限位凸肩g 32.滾針軸承 33.彈簧b 34.摩擦盤組c 35.摩擦盤組d 36.卡環b 37.螺栓 38.導向平鍵 39.擋板 40.從動盤b 41.銜鐵b 42.電機軸 43.電機 44.齒輪c

具體實施方式

下面結合附圖1-7對本發明做詳細描述：

參照附圖1、2、3、6：

本發明由凸輪軸動力系統Ⅰ、凸輪軸主體系統Ⅱ和凸輪軸相位控制系統Ⅲ所組成。

所述的凸輪軸動力系統Ⅰ主要由齒輪a1、限位凸肩a2、上蓋板a3、限位凸肩b4、齒輪軸5、電磁離合器a6、下蓋板b14、平鍵15、限位凸肩e19、卡環a20、限位凸肩f24組成；

齒輪a1通過平鍵15與齒輪軸5固定連接；並且齒輪a1與發動機曲軸相連，為齒輪軸5轉動提供動力；

限位凸肩a2和限位凸肩b4設置在齒輪軸5外表面上，其作用是共同限制齒輪軸5的軸向位置；

上蓋板a3和下蓋板b14置於限位凸肩a2和限位凸肩b4之間，並與齒輪軸5間隙配合，保證齒輪軸5在其內能夠自由轉動；

下蓋板b14固接在發動機缸蓋上，上蓋板a3與下蓋板b14通過螺栓連接；

電磁離合器a6包括主動盤a16、線圈a17、彈簧a21、摩擦盤組a22、摩擦盤組b23、從動盤a25和銜鐵a26部件；

主動盤a16通過普通平鍵與齒輪軸5固定連接，與齒輪軸5同步轉動；

線圈a17設置在主動盤a16上，通電狀態下產生磁場吸合銜鐵a26；

環槽a18設置在主動盤a16上，其作用是為彈簧a21提供安裝位置，並為銜鐵a26的移動提供導向作用；

限位凸肩e19設置在齒輪軸5外表面上；卡環a20安裝在主動盤a16中心孔的卡環槽內；卡環a20與限位凸肩e19共同對電磁離合器a6的主動盤a16進行軸向定位；

彈簧a21置於環槽a18內，且彈簧a21底部與環槽a18底部固接；其作用是在電磁離合器a6斷電時為從動盤a25的回位提供動力；

摩擦盤組a22與主動盤a16固定連接，摩擦盤組b23與從動盤a25固定連接；摩擦盤組a22和摩擦盤組b23的作用是在接合狀態下傳遞扭矩作用，保證電磁離合器a6的從動盤a25和主動盤a16同步轉動；

從動盤a25與凸輪軸7花鍵連接，並且從動盤a25與凸輪軸7可發生相對滑動；

限位凸肩f24設置在凸輪軸7上，其作用是限制從動盤a25的左極限位置；

銜鐵a26設置在從動盤a25上；銜鐵a26有部分置於環槽a18內，且與彈簧a21接觸，銜鐵a26可在環槽a18內滑動。

參照附圖1：

所述的凸輪軸主體系統Ⅱ主要由凸輪軸7、凸輪8、限位凸肩c9、上蓋板b10、限位凸肩d11、下蓋板a13組成；

凸輪8固接在凸輪軸7上，驅動氣門運動；

限位凸肩c9和限位凸肩d11設置在凸輪軸7外表面上，其作用是對凸輪軸7進行軸向定位；

上蓋板b10和下蓋板a13置於限位凸肩c9和限位凸肩d11之間，並與凸輪軸7間隙配合，保證凸輪軸7在其內內購自由轉動；

下蓋板a13固接在發動機缸蓋上，上蓋板b10與下蓋板a13通過螺栓連接。

參照附圖1、4、5、7：

所述的凸輪軸相位控制系統Ⅲ主要由電磁離合器b12、齒輪b27、限位凸肩g31、滾針軸承32、卡環b36、螺栓37、導向平鍵38、擋板39、電機軸42、電機43、齒輪c44組成；

電磁離合器b12包括主動盤b28、線圈b29、彈簧b33、摩擦盤組c34、摩擦盤組d35、從動盤b40和銜鐵b41部件；

齒輪b27固接在電磁離合器b12的主動盤b28上，齒輪b27與齒輪c44嚙合；

主動盤b28套裝在滾針軸承32上，主動盤b28的轉動由電機43驅動；

線圈b29設置在主動盤b28上，通電狀態下產生磁場吸合銜鐵b41；

環槽b30設置在主動盤b28上，其作用是為彈簧b33提供安裝位置，並為銜鐵b41的移動提供導向作用；

滾針軸承32套裝在凸輪軸7上，其內圈與凸輪軸7過盈配合，隨凸輪軸7同步轉動，外圈與主動盤b28中心孔過渡配合，對主動盤b28起支承作用；

彈簧b33置於環槽b30內，且彈簧b33底部與環槽b30底部固接，在電磁離合器b12斷電時為從動盤b40的回位提供動力；

摩擦盤組c34與主動盤b28固定連接，摩擦盤組d35與從動盤b40固定連接；摩擦盤組c34和摩擦盤組d35的作用是在接合狀態下傳遞扭矩，保證電磁離合器b12的從動盤b40和主動盤b28同步轉動；

卡環b36安裝在主動盤b28中心孔的卡環槽內；限位凸肩g31設置在凸輪軸7外表面上；卡環b36與限位凸肩g31共同對電磁離合器b12的主動盤b28進行軸向定位；

螺栓37與凸輪軸7螺紋連接；

擋板39通過螺栓37壓緊在凸輪軸7的左端面上，其作用是限制從動盤b40的左極限位置；

從動盤b40通過導向平鍵38與凸輪軸7連接，從動盤b40可相對凸輪軸7滑動，導向平鍵38為從動盤b40沿凸輪軸7軸線方向的移動提供導向作用；

銜鐵b41設置在從動盤b40上；銜鐵b41有部分置於環槽b30內，且與彈簧b33接觸，銜鐵b41可在環槽b30內滑動；

齒輪c44固接在電機軸42上，電機軸42由電機43驅動，在凸輪軸7配氣相位變化過程中，電機42為凸輪軸7的轉動提供動力。

結合本發明裝置各組件及其安裝位置關係，該發動機可變氣門正時機構的技術方案如下：

本發明裝置的具體工作過程可分為如下兩種情況：

發動機工況穩定，配氣相位恆定過程：

當發動機工況穩定時，電磁離合器a6處於通電接合狀態，此時線圈a17通電，銜鐵a26被吸合，壓緊摩擦盤組a22和摩擦盤組b23，電磁離合器a6的從動盤a25和主動盤a16同步轉動；電磁離合器b12處於斷電分離狀態，此時線圈b29不通電，摩擦盤組c34與摩擦盤組d35分離，即電磁離合器b12的主動盤b28和從動盤b40處於分離狀態；電機43不工作，此時齒輪c44和齒輪b27不轉動，電磁離合器b12的主動盤b28處於靜止狀態，從動盤b40隨凸輪軸同步轉動；在此工作狀態下時，由發動機曲軸帶動齒輪a1轉動，動力傳遞至齒輪軸5—電磁離合器a6—凸輪軸7—凸輪8，從而驅動氣門運動。

氣門配氣相位控制過程：

當發動機工況發生變化時，需要根據工況變化相應地改變氣門配氣相位；此時電機43工作，帶動齒輪c44轉動，與齒輪c44嚙合的齒輪b27隨之轉動，帶動電磁離合器b12的主動盤b28轉動，當主動盤b28轉速與凸輪軸7轉速相同時，電磁離合器a6斷電，即線圈a17斷電，銜鐵a26在彈簧a21的作用力下帶動摩擦盤組b23和摩擦盤組a22分離；同時電磁離合器b12通電，即線圈b29通電，銜鐵b41被吸合，壓緊摩擦盤組d35與摩擦盤組c34，使電磁離合器b12的主動盤b28和從動盤b40接合同步轉動；在此工作狀態下，凸輪軸7的轉動從由發動機曲軸提供動力驅動變為由電機43提供動力驅動，之後電機43控制電機軸42轉速改變，帶動電磁離合器b12轉速變化，從而使凸輪軸7相對齒輪軸5轉速發生變化，改變凸輪8相對齒輪a1的配氣相位。

在氣門配氣相位達到要求時刻，使凸輪軸7轉速重新與齒輪軸5轉速達到一致，電磁離合器a6通電接合，電磁離合器b12斷電分離，凸輪軸7重新由發動機曲軸提供動力驅動，完成一次配氣正時過程。