发动机及其凸轮轴、凸轮装置、控制凸轮的制作方法

本实用新型涉及汽车领域，具体涉及一种发动机及其凸轮轴、凸轮装置、控制凸轮。

背景技术：

凸轮轴是发动机中的重要部件，其用于控制气门的开启和闭合动作。传统的凸轮轴中，若干个凸轮均布在凸轮轴上，凸轮与凸轮轴为一体式结构，凸轮不可轴向移动。

随着技术的发展，为了使得气门的升程可变，出现了一种新的凸轮轴，该凸轮轴中，每个气缸的若干个凸轮集成在一个套筒上，并通过套筒安装在凸轮轴上。每个凸轮都具有两个沿轴向排列的不同升程，套筒可相对于凸轮轴沿轴向移动来切换凸轮的升程。

其中，套筒上设有控制凸轮，控制凸轮具有两个沿轴向相背的驱动面，每个驱动面对应一个锁销，锁销可伸入控制凸轮中与对应的驱动面接触，或者缩回、与驱动面脱离接触。随着凸轮轴的转动，通过驱动面与驱动机构的之间产生的轴向力，套筒将被驱动沿轴向移动，从而切换凸轮的升程。

上述方案的缺点在于，当其中一个锁销伸入控制凸轮中与对应的驱动面接触时，如果发生控制信号故障或者机械故障导致另一个锁销掉落，则另一个锁销有可能进入控制凸轮与另一个驱动面接触。此时，由于控制凸轮的两个驱动面受到的相反的轴向力，将影响发动机的升程切换，甚至导致控制凸轮甚至凸轮轴的损坏。

技术实现要素：

本实用新型解决的问题是当锁销由于控制信号故障或者机械故障而掉落时，控制凸轮的两个驱动面将由于受到的相反的轴向力而影响发动机的升程切换，甚至导致控制凸轮甚至凸轮轴的损坏。

为解决上述问题，本实用新型提供一种控制凸轮，用于发动机凸轮轴的凸轮装置，其特征在于，包括：第一凸轮，环绕所述第一凸轮外且位于所述第一凸轮中部的第二凸轮，以及分别形成在所述第一凸轮沿轴向伸出所述第二凸轮的伸出部分、且与所述第二凸轮间隔设置的防错凸起；所述第二凸轮在轴向两端具有沿径向平面镜像对称的第一驱动面、第二驱动面，所述第一驱动面、第二驱动面分别用于与对应的驱动件相互作用以实现轴向移动；所述第二凸轮包括沿周向依次首尾连接且平滑过渡的第一部分、第二部分以及第三部分，所述第一部分、第三部分的轴向宽度均一且所述第一部分的轴向宽度小于所述第三部分的轴向宽度，沿从所述第一部分到第三部分的方向，所述第二部分的轴向宽度逐渐增大；在周向方向上，所述防错凸起的轴向投影覆盖所述第一部分，所述防错凸起与所述第二凸轮之间的间隔可供对应的驱动件插入；其中一个驱动面在与对应的驱动件接触时：防错凸起用于与另一个驱动面所对应的驱动件沿径向相对，或者所述第二凸轮用于与另一个驱动面所对应的驱动件沿径向相对。

可选的，在周向方向上，所述防错凸起的轴向投影至少还覆盖所述第二部分靠近所述第一部分的部分区域。

可选的，在周向方向上，所述防错凸起具有在轴向投影覆盖所述第一部分的第一区域，所述第一区域的外径与所述第一部分的外径相等。

可选的，所述第二凸轮的外周面的轴向投影为圆形。

可选的，所述防错凸起分别位于所述第一凸轮在轴向的两个端部。

本实用新型还提供一种发动机凸轮轴的凸轮装置，其包括：套筒，用于套设在芯轴外，在周向与所述芯轴抗旋转地连接、在轴向可相对于芯轴移动；至少一组升程凸轮，套设于所述套筒上，一组升程凸轮用于控制一个气缸的气门开闭，每个所述升程凸轮包括至少两个沿轴向排布且升程不同的凸桃；还包括上述任一项所述的控制凸轮，所述控制凸轮固套于所述套筒外、且与所述升程凸轮沿轴向排布。

可选的，所述升程凸轮具有多组，分别用于控制多个气缸的气门开闭。

可选的，沿轴向方向，所有的所述升程凸轮组均设于所述控制凸轮的同一侧。

可选的，沿轴向方向，多组所述升程凸轮组分别设于所述控制凸轮的两侧。

本实用新型还提供一种发动机凸轮轴，包括芯轴，以及上述任一项所述的凸轮装置，所述凸轮装置通过所述套筒套设于所述芯轴外。

本实用新型还提供一种发动机，其包括上述发动机凸轮轴，以及驱动机构；所述驱动机构包括电磁驱动器，以及与所述电磁驱动器连接、且由所述电磁驱动器驱动的第一驱动件、第二驱动件；所述第一驱动件、第二驱动件可沿所述控制凸轮的径向伸出或缩回，在伸出时分别与所述第一驱动面、第二驱动面接触，以推动所述凸轮装置沿轴向朝不同的方向移动。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

通过在第二凸轮的第一部分的轴向两侧设置防错凸起，使得当其中一个驱动面与对应的驱动件接触时，另一个驱动面对应的防错凸起与对应的驱动件沿径向相对，以对该驱动件进行阻挡，从而避免该驱动件在由于控制信号故障或者机械故障而掉落时进入另一个驱动面，进而避免控制凸轮受到的相反的轴向力而影响发动机的升程切换、避免控制凸轮和凸轮轴被损坏。

附图说明

图1、图2从两个角度分别示出了本实用新型实施例的控制凸轮的立体结构图；

图3示出了本实用新型实施例的控制凸轮沿径向方向的主视结构；

图4以一个角度示出了本实用新型实施例的凸轮装置的立体结构图；

图5示出了本实用新型实施例的凸轮装置的主视结构图；

图6以另一个角度示出了本实用新型实施例的凸轮装置的立体结构图；

图7示出了本实用新型实施例的凸轮装置的后视结构图；

图8-图10出了本实用新型实施例的发动机凸轮轴的立体结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

参照图1、图2所示，本实用新型实施例提供一种控制凸轮10，该控制凸轮10用于发动机凸轮轴的凸轮装置，包括：第一凸轮11，环绕第一凸轮11外且位于第一凸轮11中部的第二凸轮12，以及分别形成在第一凸轮11沿轴向伸出第二凸轮12的伸出部分、且与第二凸轮12间隔设置的防错凸起13。

第二凸轮12在轴向两端具有沿径向平面镜像对称的第一驱动面S1、第二驱动面S2，第一驱动面S1、第二驱动面S2分别用于与对应的驱动件相互作用以实现轴向移动。其中，径向平面，指的是与控制凸轮10的轴向垂直的平面。其中，驱动件沿轴向的位置固定不动。当第一驱动面S1与对应的驱动件接触时，控制凸轮10随着转动运动将沿轴向朝向一个方向移动，当第二驱动面S2与对应的驱动件接触时，控制凸轮10随着转动运动将沿轴向朝向另一个方向移动。

结合图3所示，第二凸轮12包括沿周向依次首尾连接且平滑过渡的第一部分121、第二部分122以及第三部分123，第一部分121、第三部分123的轴向宽度均一且第一部分121的轴向宽度小于第三部分123的轴向宽度，沿从第一部分121到第三部分123的方向，第二部分122的轴向宽度逐渐增大。从图3的周向展开图中可以看出，位于第一部分121、第三部分123中的驱动面在展开图中的径向投影为直线、即与径向平行，位于第二部分122中的驱动面在展开图中的径向投影大致为斜线、即与径向不平行。

在周向方向上，防错凸起13的轴向投影覆盖第一部分121，也就是说，防错凸起13至少位于第一部分121的轴向两侧，且从第一部分121的周向一端延伸至周向另一端。防错凸起13与第二凸轮12之间的间隔可供对应的驱动件插入。

第一驱动面S1、第二驱动面S2中，其中一个驱动面在与对应的驱动件接触时：防错凸起13用于与另一个驱动面所对应的驱动件沿径向相对，或者所述第二凸轮12用于与另一个驱动面所对应的驱动件沿径向相对。

由此，当一个驱动面在第一部分121与对应的驱动件接触时：对于另一个驱动件来说，有两种且只能由两种状态，第一种状态是与另一个驱动面所对应的防错凸起沿径向相对，第二种状态是与第二凸轮12沿径向相对。不管处于哪种状态，都能阻止该驱动件进一步伸出、避免其与另一个驱动面接触，进而保证控制凸轮10在同一时间只能与一个驱动件相互作用。

从上述分析可以得出，控制凸轮10中，防错凸起13的长度设置需要满足：当一个驱动件沿周向从第一部分121依次朝向第二部分122、第三部分123运动时，当驱动件运动至防错凸起13的末端时，另一驱动件应当与第二凸轮12沿径向相对。

其中，“沿径向相对”，指的是在径向方向的投影具有重合部分，例如部分重合或者完全重合。当驱动件与防错凸起13沿径向相对时，如果驱动件朝向控制凸轮10伸出，将与防错凸起13的外周面接触，受防错凸起13的阻挡而不能继续伸入至与对应的驱动面接触。

由此可见，本实施例中，通过在第二凸轮的第一部分的轴向两侧设置防错凸起，使得当其中一个驱动面与对应的驱动件接触时，另一个驱动面对应的防错凸起与对应的驱动件沿径向相对，以对该驱动件进行阻挡，从而避免该驱动件在由于控制信号故障或者机械故障而掉落时进入另一个驱动面，进而避免控制凸轮受到的相反的轴向力而影响发动机的升程切换、避免控制凸轮和凸轮轴被损坏。

其中，一个驱动面对应一个驱动件，驱动件为锁销，通过电磁驱动器驱动。在其他实施例中，驱动件也可以是其他任意一种能够由电磁驱动器或者其他驱动机构驱动而沿径向伸出或者缩回的部件。在其他实施例中，位于第二部分122中的驱动面在展开图中的径向投影大致为斜线也可以是内凹或者外凸的曲线。

第一部分121作为进入段、驱动件在与第一部分121径向相对时伸出；第二部分122作为切换段，驱动件与切换段配合时，控制凸轮10能够随着转动而被沿轴向驱动。第三部分123作为退出段、驱动件在与第三部分123接触时，随着控制凸轮10的转动将被推出。换言之，当驱动件与第一部分121、第三部分123接触时，并不能推动控制凸轮10沿轴向移动。

本实施例中，在周向方向上，防错凸起13的轴向投影至少还覆盖第二部分122靠近第一部分121的部分区域。也就是说，防错凸起13还部分地位于第二部分122的轴向两侧。当一个驱动面在第二部分122的该部分区域与对应的驱动件接触时，另一个驱动面所对应的防错凸起与对应的驱动件沿径向相对。

本实施例对于防错凸起13的形状以及外径不作限制，只要能满足上述止挡要求即可。

例如，可以设置：在周向方向上，防错凸起13具有在轴向投影覆盖第一部分121的第一区域，第一区域的外径与第一部分121的外径相等。也就是说，在与第一部分121对应的部分，防错凸起13的外径可以与第一部分121的外径相等。

本实施例对于第二凸轮12的外径也不作限制，只要能在轴向的两端形成上述驱动面即可。例如，可以设置：第二凸轮12的外周面的轴向投影为圆形。此时，防错凸起13在于第一部分121对应的部分的轴向投影也为圆形。

如图1、图2，本实施例的防错凸起13分别位于第一凸轮11在轴向的两个端部，防错凸起13远离第二凸轮12一侧的端面与第一凸轮11的端面平齐，以使得第一凸轮11具有较小的轴向长度。

继续参照图3，沿周向方向，对于第一驱动面S1、第二驱动面S2而言，沿周向方向，定义第一部分121远离第二部分122的一端所在的周向位置为第一点Q1，第一部分121与第二部分122的交点所在的周向位置为第二点Q2，第二部分122与第三部分Q3的交点所在的周向位置为第三点Q3，第三部分123远离第二部分122的一端所在的周向位置为第四点Q4。

当控制凸轮10需要沿轴向移动时，驱动件从第一部分121进入至与驱动面接触，并随着控制凸轮10的转动、沿着驱动面依次经过第二点Q2、第三点Q3、第四点Q4，以实现从第一部分121依次朝向第二部分122、第三部分123移动。

沿周向方向，在第一点Q1到第二点Q2之间，从第一点Q1到第二点Q2的方向，第一凸轮11的外径呈减小趋势，以使得驱动件与驱动面之间的接触面积逐渐增大；在第二点Q2到第三点Q3之间，第一凸轮11的外径不变；在第三点Q3到第四点Q4之间，从第三点Q3到第四点Q4的方向，第一凸轮11的外径呈增大趋势，以使得驱动件与驱动面之间的接触面积逐渐减小，并最终将驱动件沿径向推出驱动面。

其中，第一点Q1、第四点Q4可以重合，也可以有周向间距。也就是说，驱动面沿周向的长度可以是360度，也可以小于360度。

本实用新型实施例还提供一种发动机凸轮轴的凸轮装置，参照图4、图5以及图6、图7所示，包括：套筒20、套设于套筒20上的至少一组升程凸轮30以及上述控制凸轮10。一组升程凸轮30用于控制一个气缸的气门开闭，每个升程凸轮30包括至少两个沿轴向排布且升程不同的凸桃。

其中，套筒20用于套设在芯轴1外，在周向与芯轴1抗旋转地连接、在轴向可相对于芯轴1移动。控制凸轮10与升程凸轮30沿轴向排布。

其中，升程凸轮30可以是一组，也可以是多组，例如可以由两个升程凸轮30构成一组，用于控制一个气缸的气门。

如图4至图7所示，沿轴向方向，升程凸轮30为两个，并构成一组，控制凸轮10设于套筒20的轴向一端。

在其他实施例中，当升程凸轮30具有多组时，一组升程凸轮30对应一个气缸，也就是说，多组升程凸轮30分别用于控制气缸的气门开闭。其中，所有的升程凸轮30组均设于控制凸轮10的同一侧。或者，沿轴向方向，多组升程凸轮30组分别设于控制凸轮10的两侧。

本实用新型实施例还提供一种发动机凸轮轴，参照图8至图10所示，该凸轮轴包括芯轴1，以及上述凸轮装置，凸轮装置通过套筒20套设于芯轴1外。

如图8所示的实施例中，每个凸轮装置上设有一组升程凸轮30，一根凸轮轴1上套设有四个凸轮装置，每个凸轮装置分别对应一个气缸。如图9，每个凸轮装置上设有两组升程凸轮30，并且两组升程凸轮30均位于控制凸轮10的同一侧，一根凸轮轴1上套设有两个凸轮装置，每个凸轮装置分别对应两个气缸。如图10，每个凸轮装置上设有两组升程凸轮30，并且两组升程凸轮30分别位于控制凸轮10的两侧，一根凸轮轴1上套设有两个凸轮装置，每个凸轮装置分别对应两个气缸。

本实用新型实施例还提供一种发动机，其包括上述发动机凸轮轴，以及驱动机构2。

参照图4并结合图7至图10所示，驱动机构2包括电磁驱动器21，以及与电磁驱动器21连接、且由电磁驱动器21驱动的第一驱动件22、第二驱动件23。其中，第一驱动件22、第二驱动件23可以是锁销。

第一驱动件22、第二驱动件23可沿控制凸轮10的径向伸出或缩回，在伸出时分别与第一驱动面S1、第二驱动面S2接触，以推动凸轮装置沿轴向朝不同的方向移动。

如图4、图5，当第一驱动件22伸出、并与控制凸轮10的第二凸轮12中位于第一部分121的第一驱动面S1接触时，第二驱动件23与防错凸起13沿径向相对，从而阻止该驱动件进一步伸出、避免其与另一个驱动面接触；如图6、图7，当第一驱动件22沿周向运动至防错凸起13的终点(末端)时，第二驱动件23与第二凸轮12沿径向相对，从而也能阻止该驱动件进一步伸出、避免其与另一个驱动面接触。

当第二驱动件23伸出、并与第二驱动面S2接触时，第一驱动件22的状态与上述第二驱动件23的状态一致。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。