一种连续可变正时装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种内燃机可变正时装置,尤其是一种组合式凸轮轴可变正时装置。
【背景技术】
[0002]近几十年来,基于提高汽车发动机动力性、经济性和降低排污的要求,许多国家和发动机厂商、科研机构投入了大量的人力、物力进行新技术的研宄与开发。目前,这些新技术和新方法,有的已在内燃机上得到应用,有些正处于发展和完善阶段。在当前的内燃机使用过程中,气门的关闭&打开作为内燃机的工作状态的一部分,为了达到最优化的气门控制方式,设计者期望能够根据不同的需求设置来打开或关发动机的进气和排气阀门。发动机可变气门正时技术(VVT,Variavle Valve Timing)是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种,它是能够对发动机的气门开启、关闭时间及进气量进行连续调节,使充量系数增加,从而可提高发动机功率,优化扭矩曲线,提升产品的动力性、降低油耗,可变配气技术带来的优势是显而易见的,这种技术将逐步成为先进发动机的标准配备。随着这一技术的普及,现在已经配备在大多数主流发动机上,不配备这种技术的发动机在大多数领域将面临淘汰。
[0003]通常气门是由发动机的曲轴通过凸轮轴带动的,气门的配气正时取决于凸轮轴的转角。在普通的发动机上,进气门和排气门的开闭时间是固定不变的,这种固定不变的正时很难兼顾到发动机不同转速的工作需求,可变气门正时就是解决这一矛盾的技术。在发动机运转的时候,我们需要让更多的新鲜空气进入到燃烧室,让废气能尽可能的排出燃烧室,最好的解决方法就是让进气门提前打开,让排气门推迟关闭。这样,在进气行程和排气行程之间,就会发生进气门和排气门同时打开的情况,这种进排气门之间的重叠被称为气门叠加角。当发动机处于不同转速时,气门叠加角的要求也是不同的。没有任何一种固定的气门叠加角设置能让发动机在高地转速时都能完美输出的,如果没有可变气门正时技术,发动机只能根据其匹配车型的需求,选择最优化的固定的气门叠加角。例如,赛车的发动机一般都采用较小的气门叠加角,以有利于高转速时候的动力输出。而普通的民用车则采用适中的气门叠加角,同时兼顾高速和低速是的动力输出,但在低转速和高转速时会损失很多动力。而可变气门正时技术,就是通过技术手段,实现气门叠加角的可变来解决这一矛盾。
[0004]采用了可变气门正时技术,发动机的功率和扭力输出将会更加线性,同时兼顾高低转速的动力输出,这样发动机的转速能够设计得更高,因而获得更多的功率输出;同时采用了可变气门正时技术,发动机在低转速时能增加扭力输出,大大增强驾驶的操纵灵活性,发动机采用可变气门正时技术获得上述好处的同时,没有任何负面影响,换句话说,就是没有对于发动机的工作强度提出更高的要求。在整个可变配气技术领域里,它通过液压和齿轮传动机构,根据发动机的需要调整凸轮轴相位,实现了动态调节气门正时。需要一套液压装置及电磁阀,控制液压缸与高压油路相连,那么活塞会向凸轮轴方向运动,随之而来的是凸轮轴的转角被提前更高性能的可变配气相位VVT系统能够连续可变相位角,根据转速的不同,在O度-30度之间线性调教配气相位,其缺点在于液压系统可靠性易受到污染物干扰及无法改变气门开闭持续时间,
[0005]当前丰田的VVTL-1是是当今世界上最先进的VVT系统,它强大的功能包括:连续可变气门正时,分两段可变气门行程和气门打开持续时间且进排气都可变,这套可变气门正时系统也是通过发动机的管理系统根据发动机的转速、加速度、上坡、下坡等参数,计算出合适的气门正时,并通过布置在凸轮轴末端的一个液压机构来控制。此外其相位角能在0-60度范围内连续可变。因此气门正时能与发动机的工作完美匹配。丰田的这套系统采用了一组摇臂设计,它位于两个进气门之间(或排气门)。它也有两个不同形状的凸轮来驱动摇臂,其横切面有着不同的形状,一个有较长的气门打开时间(用于高转速时),另一个有较短的气门打开时间(用于低转速时)。在低转速时,低速凸轮通过滚动轴承驱动摇臂运动(为了减小摩擦阻力)。高转速时,由于这个凸轮与下面的液压顶杆之间留有足够的间隙,无法直接驱动摇臂。当转速增加到极限的时候,滑块在液压的作用下,被推到液压顶杆的间隙中。高速凸轮开始有效的工作。在高速凸轮的驱动下,气门开启的持续时间更长,此时行程也更长(就像本田的VTEC—样,气门开启行程和打开持续时间都取决于凸轮轴的形状)。然而,它的缺点也十分明显:结构也是极其的复杂,成本高,大量的成本制造工艺上,才能保证整个系统的持续运转。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是:提出一种连续可变正时装置,利用组合式凸轮轴解决了当前液压机构控制的可靠性相对较差,高性能连续可变正时装置机构复杂且成本高的冋题。
[0007]本发明所采用的技术方案为:一种连续可变正时装置,包括空心凸轮轴,内置凸轮轴,I号进气门凸轮,2号进气门凸轮;所述的内置凸轮轴通过轴承安装在空心凸轮内;所述的I号进气凸轮由可调式凸轮和固定凸轮组成;所述的可调节式进气凸轮通过第二固定销安装在内置凸轮轴上,固定凸轮安装在空心凸轮上;所述的2号进气门凸轮由另一个可调式凸轮和另一个固定凸轮组成;所述的另一个可调节式进气凸轮通过第一固定销安装在内置凸轮轴上,另一个固定凸轮安装在空心凸轮上。
[0008]进一步的说,本发明所述的内置凸轮轴与空心凸轮轴做相对角度为O?70度的转动。本发明所述的内置凸轮轴上设有涡轮,在蜗杆的带动下实现与空心凸轮轴做相对角度为O?70度的转动。
[0009]再进一步的说,本发明所述的蜗杆顺时针方向运动,带动涡轮转动,涡轮带动内置凸轮轴顺时针转动;蜗杆逆时针方向运动,带动祸轮转动,祸轮带动内置凸轮轴逆时针转动。
[0010]本发明的有益效果是:相比传统的O?30度气门连续可调调节机构,其可调节范围更大,其可靠性更强;与当前最先进的丰田VVL系统相比,本发明简化了调节机构,构结构简单,占用空间小,能够应用于小排量的发动机中,大幅度的降低了生产成本,易于推广使用。
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0012]图1是本发明的结构示意图;
[0013]图1-1是图1中I处的局部放大图;
[0014]图2是冷启动和怠速工况时进气门和排气门开启时刻示意图;
[0015]图3是发动机转速处于中高速时(>1300rpm)进气门和排气门开启时刻示意图;
[0016]图4是发动机转速处于高速时(>3600r/min)进气门和排气门开启时刻示意图;
[0017]图5是本发明的另一实施例的结构示意图;
[0018]图中:1-空心凸轮轴;2-1号进气门凸轮;21_可调式凸轮;22_固定凸轮;3_2号进气门凸轮;31_另一个可调式凸轮;32_另一个固定凸轮;4_内置凸轮轴;5_第一固定销;6-第二固定销;7_涡轮;8_蜗杆;CRA-凸轮轴转角;TDC-发动机上止点;H_气门升程。
【具体实施方式】
[0019]现在结合附图和优选实施例对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
[0020]如图1和图1-1所示,一种连续可变正时装置,包括空心凸轮轴1,内置凸轮轴4,I号进气门凸轮2,所述I号进气凸轮2由可调式凸轮21和固定凸轮22组成,可调节式进气凸轮21通过第二固定销6及2号进气门凸轮3通过第一固定销5安装在内置凸轮轴4,固定凸轮22安装在空心凸轮I上;2号进气门凸轮3,内置凸轮轴4通过轴承安装在空心凸轮I内;所述内置凸轮轴4上设有涡轮7,在蜗杆8的带动下可实现与空心凸轮轴I可做相对角度为O?70度的转动。
[0021]如图5所示,该连续可变正时装置,其2号进气门凸轮3也可以做成组合凸轮结构,由另一个可调式凸轮31和另一个固定凸轮32组成,另一个可调节式凸轮31通过固定销内置凸轮轴4,另一个固定凸轮32安装在空心凸轮I上。
[0022]现以该连续可变正时装置应用于发动机进气门为例,简述其工作过程:
[0023]采用可变配气定时机构可以改善发动机的性能。发动机转速不同,要求不同的配气定时。当发动机转速改变时,由于进气流速和强制排气时期的废气流速也随之改变,因此在气门晚关期间利用气流惯性增加进气和促进排气的效果将会不同。
[0024]如图2所示,当发动机处于小于1300rpm的冷启动和怠速工况时,此时蜗杆8顺时针方向运动,带动涡轮7转动,涡轮7带动内置凸轮轴4顺时针转动,这样凸轮轴4与空心凸轮轴I顺时针转过一定角度Θ,进气门早开角度变小,处于冷启动和怠速工况下的进气门与排气门的重叠角最小,需求的燃油浓度最低,燃烧稳定性较好,发动机低速运转平稳;由于发动机通常有3个缸或者4个缸,因此,图2中的EXl表不发动机某个缸第一排气门,EX2表示发动机某个缸第二排气门;IN1表示发动机某个缸第一进气门,IN2表示发动机某个缸第二进气门。
[0025]如图3所示,当发动机转速高于1300r/min时,此时蜗杆8逆时针方向运动,带动涡轮7转动,涡轮7带动内置凸轮轴4逆时针转动,这样凸轮轴4与空心凸轮轴I逆时针转过一定角度Θ,进气门早开角度变大,进、排气门的重叠角变大,废气排出率加大,提高了容积效率和转矩值。图3中的EXl表示发动机某个缸第一排气门,EX2表示发动机某个缸第二排气门;IN1表示发动机某个缸第一进气门,IN2表示发动机某个缸第二进气门。
[0026]如图4所示,当发动机转速高于3600r/min时,蜗杆8带动祸轮7复位,调节工作结束,进气门又回到不提前的位置,进气门晚开和晚关角度加大,气门重叠角相对较小,可利用气体的惯性能量,增加进气量和减少残余废气量,使发动机的换气过程臻于完善,提高功率值。图4中的EXl表示发动机某个缸第一排气门,EX2表示发动机某个缸第二排气门;INl表示发动机某个缸第一进气门,IN2表示发动机某个缸第二进气门。
[0027]可变气门正时机构的特点是只改变进气门开、关时间的早晚及进气量,配气相位角值不变(时间平移一即早开、早关;晚开、晚关),不改变进气门升程的大小。
[0028]本发明根据发动机的不同,可分别运用于当前发动机连续可变VVT的四种结构:仅调节进气凸轮相位;仅调节排气相位;进排气相位同时调节;进排气双独立相位调节。
[0029]以上说明书中描述的只是本发明的【具体实施方式】,各种举例说明不对本发明的实质内容构成限制,所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后可以对以前所述的【具体实施方式】做修改或变形,而不背离发明的实质和范围。
【主权项】
1.一种连续可变正时装置,其特征在于:包括空心凸轮轴(I),内置凸轮轴(4),I号进气门凸轮(2),2号进气门凸轮(3);所述的内置凸轮轴⑷通过轴承安装在空心凸轮(I)内;所述的I号进气凸轮⑵由可调式凸轮(21)和固定凸轮(22)组成;所述的可调节式进气凸轮(21)通过第二固定销(6)安装在内置凸轮轴⑷上,固定凸轮(22)安装在空心凸轮(I)上;所述的2号进气门凸轮(3)由另一个可调式凸轮(31)和另一个固定凸轮(32)组成;所述的另一个可调节式进气凸轮(31)通过第一固定销(5)安装在内置凸轮轴(4)上,另一个固定凸轮(32)安装在空心凸轮(I)上。2.如权利要求1所述的一种连续可变正时装置,其特征在于:所述的内置凸轮轴(4)与空心凸轮轴⑴做相对角度为O?70度的转动。3.如权利要求2所述的一种连续可变正时装置,其特征在于:所述的内置凸轮轴(4)上设有涡轮(7),在蜗杆(8)的带动下实现与空心凸轮轴(I)做相对角度为O?70度的转动。4.如权利要求3所述的一种连续可变正时装置,其特征在于:所述的蜗杆(8)顺时针方向运动,带动涡轮(7)转动,涡轮(7)带动内置凸轮轴(4)顺时针转动。5.如权利要求3所述的一种连续可变正时装置,其特征在于:所述的蜗杆(8)逆时针方向运动,带动涡轮(7)转动,涡轮(7)带动内置凸轮轴(4)逆时针转动。
【专利摘要】本发明涉及一种连续可变正时装置,包括空心凸轮轴,内置凸轮轴,两个进气门凸轮;内置凸轮轴通过轴承安装在空心凸轮内;1号进气凸轮由可调式凸轮和固定凸轮组成;可调节式进气凸轮通过第二固定销安装在内置凸轮轴上,固定凸轮安装在空心凸轮上;2号进气门凸轮由另一个可调式凸轮和另一个固定凸轮组成;另一个可调节式进气凸轮通过第一固定销安装在内置凸轮轴上,另一个固定凸轮安装在空心凸轮上。本发明相比传统的0~30度气门连续可调调节机构,其可调节范围更大,其可靠性更强;与当前最先进的丰田VVL系统相比,简化了调节机构,构结构简单,占用空间小,能够应用于小排量的发动机中,大幅度的降低了生产成本,易于推广使用。
【IPC分类】F01L1/34, F01L1/047, F01L1/06
【公开号】CN104895634
【申请号】CN201510372239
【发明人】王峰, 田宏霞, 吴海东
【申请人】常州机电职业技术学院
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月30日