一种发动机可变气门正时机构的制作方法

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种机械式内燃机凸轮轴可变配气相位机构。

背景技术：

配气机构是内燃机的重要组成部分之一，它承载着实现发动机各个气缸进、排气门的开、闭正时以及控制气门升程运动规律的重要作用，是实现发动机换气过程，保证内燃机热功转换的工作循环得以周而复始不断进行下去的基础。因此，发动机是否能可靠工作，其动力性和经济性能否得到保障，与配气机构在实现换气过程中的配气相位的选择密切相关。传统的发动机由于结构固定，在发动机运转过程中，配气相位是固定不变的，传统发动机配气相位的确定是在发动机各种不同工况下进行大量实验研究后，设计选取的一种折衷方案，通常只能保证在某一工况使内燃机的性能最优，不能同时兼顾各工况的要求，很难达到真正的最佳配气相位。显然，这一劣势已使其不能满足现阶段对发动机高效率、低油耗、低排放的总体要求。因此，为了满足不同工况下各异的配气相位需求，提高内燃机经济性和动力性，降低有害物排放，采用可变气门技术显得尤为重要。可变气门技术可根据内燃机工况的变化，实现气门升程从零至最大设计升程和配气相位的连续可变。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有发动机气门相位固定不变或不能灵活改变气门配气相位的缺点，提供一种结构简单可靠且能灵活控制气门配气相位，实现配气正时连续可变的发动机可变气门正时机构。

本发明所述的一种发动机可变气门正时机构主要由凸轮轴动力系统Ⅰ、凸轮轴主体系统Ⅱ和凸轮轴相位控制系统Ⅲ组成。

其特征在于所述的凸轮轴动力系统Ⅰ中的齿轮a1与发动机曲轴相连，为齿轮轴5的转动提供动力；凸轮轴动力系统Ⅰ中的齿轮轴5和凸轮轴主体系统Ⅱ中的凸轮轴7轴线重合；凸轮轴动力系统Ⅰ中的电磁离合器a6的主动盘a16安装在齿轮轴5的左侧，凸轮轴动力系统Ⅰ中的电磁离合器a6的从动盘a25安装在凸轮轴主体系统Ⅱ中的凸轮轴7的右侧；凸轮轴相位控制系统Ⅲ安装在凸轮轴主体系统Ⅱ中的凸轮轴7的左侧。

所述的凸轮轴动力系统Ⅰ主要由齿轮a1、限位凸肩a2、上盖板a3、限位凸肩b4、齿轮轴5、电磁离合器a6、下盖板b14、平键15、限位凸肩e19、卡环a20、限位凸肩f24组成；其中齿轮a1通过平键15与齿轮轴5固定连接；限位凸肩a2、限位凸肩b4和限位凸肩e19设置在齿轮轴5外表面上；限位凸肩f24设置在凸轮轴主体系统Ⅱ中的凸轮轴7上；上盖板a3和下盖板b14置于限位凸肩a2和限位凸肩b4之间，并与齿轮轴5间隙配合，下盖板b14固接在发动机缸盖上，上盖板a3与下盖板b14通过螺栓连接；电磁离合器a6包括主动盘a16、线圈a17、弹簧a21、摩擦盘组a22、摩擦盘组b23、从动盘a25和衔铁a26部件；其中主动盘a16通过普通平键与齿轮轴5固定连接；从动盘a25与凸轮轴7花键连接，并且从动盘a25与凸轮轴7可发生相对滑动，从动盘a25的左极限位置由限位凸肩f24进行限位；线圈a17设置在主动盘a16上；主动盘a16上设有环槽a18；弹簧a21置于环槽a18内，且弹簧a21底部与环槽a18底部固接；摩擦盘组a22与主动盘a16固定连接，摩擦盘组b23与从动盘a25固定连接；衔铁a26设置在从动盘a25上；衔铁a26有部分置于环槽a18内，且与弹簧a21接触，衔铁a26可在环槽a18内滑动；卡环a20安装在主动盘a16中心孔的卡环槽内；卡环a20与限位凸肩e19共同对电磁离合器a6的主动盘a16进行轴向定位。

所述的凸轮轴主体系统Ⅱ主要由凸轮轴7、凸轮8、限位凸肩c9、上盖板b10、限位凸肩d11、下盖板a13组成；其中凸轮8固接在凸轮轴7上；限位凸肩c9和限位凸肩d11设置在凸轮轴7外表面上；上盖板b10和下盖板a13置于限位凸肩c9和限位凸肩d11之间，并与凸轮轴7间隙配合，下盖板a13固接在发动机缸盖上，上盖板b10与下盖板a13通过螺栓连接。

所述的凸轮轴相位控制系统Ⅲ主要由电磁离合器b12、齿轮b27、限位凸肩g31、滚针轴承32、卡环b36、螺栓37、导向平键38、挡板39、电机轴42、电机43、齿轮c44组成；其中电磁离合器b12包括主动盘b28、线圈b29、弹簧b33、摩擦盘组c34、摩擦盘组d35、从动盘b40和衔铁b41部件；齿轮c44固接在电机轴42上，电机轴42由电机43驱动；齿轮b27固接在电磁离合器b12的主动盘b28上，齿轮b27与齿轮c44啮合；主动盘b28套装在滚针轴承32上；从动盘b40通过导向平键38与凸轮轴主体系统Ⅱ中的凸轮轴7连接，从动盘b40可相对凸轮轴7滑动；线圈b29设置在主动盘b28上；主动盘b28上设有环槽b30；弹簧b33置于环槽b30内，且弹簧b33底部与环槽b30底部固接；摩擦盘组c34与主动盘b28固定连接，摩擦盘组d35与从动盘b40固定连接；衔铁b41设置在从动盘b40上；衔铁b41有部分置于环槽b30内，且与弹簧b33接触，衔铁b41可在环槽b30内滑动；卡环b36安装在主动盘b28中心孔的卡环槽内；限位凸肩g31设置在凸轮轴7外表面上；卡环b36与限位凸肩g31共同对电磁离合器b12的主动盘b28进行轴向定位；滚针轴承32套装在凸轮轴7上，其内圈与凸轮轴7过盈配合，外圈与主动盘b28中心孔过渡配合；挡板39通过螺栓37压紧在凸轮轴7的左端面上，螺栓34与凸轮轴7螺纹连接。

所述的电磁离合器a6和电磁离合器b12为多盘式摩擦电磁离合器，工作过程中通电接合，断电分离；电磁离合器a6处于断电状态下时，摩擦盘组a22和摩擦盘组b23分离，从动盘a25与限位凸肩f24接触；电磁离合器a6处于通电状态时，摩擦盘组a22和摩擦盘组b23紧密贴合同步转动，弹簧a21处于压缩状态，从动盘a25与限位凸肩f24分离，有一定间隙；电磁离合器b12处于断电状态下时，摩擦盘组c34和摩擦盘组d35分离，从动盘b40与挡板39接触；电磁离合器b12处于通电状态时，摩擦盘组c34和摩擦盘组d35紧密贴合同步转动，弹簧b33处于压缩状态，从动盘b40与挡板39分离，有一定间隙。

本发明装置的工作过程如下：

发动机工况稳定，配气相位恒定过程：

当发动机工况稳定时，电磁离合器a6处于通电接合状态，此时线圈a17通电，衔铁a26被吸合，压紧摩擦盘组a22和摩擦盘组b23，电磁离合器a6的从动盘a25和主动盘a16同步转动；电磁离合器b12处于断电分离状态，此时线圈b29不通电，摩擦盘组c34与摩擦盘组d35分离，即电磁离合器b12的主动盘b28和从动盘b40处于分离状态；电机43不工作，此时齿轮c44和齿轮b27不转动，电磁离合器b12的主动盘b28处于静止状态，从动盘b40随凸轮轴同步转动；在此工作状态下时，由发动机曲轴带动齿轮a1转动，动力传递至齿轮轴5—电磁离合器a6—凸轮轴7—凸轮8，从而驱动气门运动。

气门配气相位控制过程：

当发动机工况发生变化时，需要根据工况变化相应地改变气门配气相位；此时电机43工作，带动齿轮c44转动，与齿轮c44啮合的齿轮b27随之转动，带动电磁离合器b12的主动盘b28转动，当主动盘b28转速与凸轮轴7转速相同时，电磁离合器a6断电，即线圈a17断电，衔铁a26在弹簧a21的作用力下带动摩擦盘组b23和摩擦盘组a22分离；同时电磁离合器b12通电，即线圈b29通电，衔铁b41被吸合，压紧摩擦盘组d35与摩擦盘组c34，使电磁离合器b12的主动盘b28和从动盘b40接合同步转动；在此工作状态下，凸轮轴7的转动从由发动机曲轴提供动力驱动变为由电机43提供动力驱动，之后电机43控制电机轴42转速改变，带动电磁离合器b12转速变化，从而使凸轮轴7相对齿轮轴5转速发生变化，改变凸轮8相对齿轮a1的配气相位。

在气门配气相位达到要求时刻，使凸轮轴7转速重新与齿轮轴5转速达到一致，电磁离合器a6通电接合，电磁离合器b12断电分离，凸轮轴7重新由发动机曲轴提供动力驱动，完成一次配气正时过程。

与现有技术相比本发明的有益效果在于：

1.本发明提供的可变气门正时机构可实现气门配气相位的连续可变，控制灵活；

2.本发明提供的可变气门正时机构可兼顾发动机不同工况下性能，优化发动机工作过程；

2.本发明提供的可变气门正时机构可提高发动机的充气效率，有效提高发动机动力性和经济性；

3.本发明提供的可变气门正时机构结构简单，制造方便，易于推广。

附图说明

图1是发动机可变气门正时机构的结构示意图

图2是图1中凸轮轴动力系统Ⅰ中的电磁离合器a6位置处沿凸轮轴轴线方向的剖视图结构示意图，且显示电磁离合器a6断电状态下的位置

图3是电磁离合器a6通电状态下的位置示意图

图4是图1中凸轮轴相位控制系统Ⅲ沿凸轮轴轴线方向的剖视图结构示意图，且显示电磁离合器b12断电状态下的位置

图5是电磁离合器b12通电状态下的位置示意图

图6是图2中Ⅳ处的放大示意图

图7是图4中Ⅴ处的放大示意图

其中，Ⅰ.凸轮轴动力系统 Ⅱ.凸轮轴主体系统 Ⅲ.凸轮轴相位控制系统 1.齿轮a 2.限位凸肩a 3.上盖板a 4.限位凸肩b 5.齿轮轴 6.电磁离合器a 7.凸轮轴 8.凸轮 9.限位凸肩c 10.上盖板b 11.限位凸肩d 12.电磁离合器b 13.下盖板a 14.下盖板b 15.平键 16.主动盘a 17.线圈a 18.环槽a 19.限位凸肩e 20.卡环a 21.弹簧a 22.摩擦盘组a 23.摩擦盘组b 24.限位凸肩f 25.从动盘a 26.衔铁a 27.齿轮b 28.主动盘b 29.线圈b 30.环槽b 31.限位凸肩g 32.滚针轴承 33.弹簧b 34.摩擦盘组c 35.摩擦盘组d 36.卡环b 37.螺栓 38.导向平键 39.挡板 40.从动盘b 41.衔铁b 42.电机轴 43.电机 44.齿轮c

具体实施方式

下面结合附图1-7对本发明做详细描述：

参照附图1、2、3、6：

本发明由凸轮轴动力系统Ⅰ、凸轮轴主体系统Ⅱ和凸轮轴相位控制系统Ⅲ所组成。

所述的凸轮轴动力系统Ⅰ主要由齿轮a1、限位凸肩a2、上盖板a3、限位凸肩b4、齿轮轴5、电磁离合器a6、下盖板b14、平键15、限位凸肩e19、卡环a20、限位凸肩f24组成；

齿轮a1通过平键15与齿轮轴5固定连接；并且齿轮a1与发动机曲轴相连，为齿轮轴5转动提供动力；

限位凸肩a2和限位凸肩b4设置在齿轮轴5外表面上，其作用是共同限制齿轮轴5的轴向位置；

上盖板a3和下盖板b14置于限位凸肩a2和限位凸肩b4之间，并与齿轮轴5间隙配合，保证齿轮轴5在其内能够自由转动；

下盖板b14固接在发动机缸盖上，上盖板a3与下盖板b14通过螺栓连接；

电磁离合器a6包括主动盘a16、线圈a17、弹簧a21、摩擦盘组a22、摩擦盘组b23、从动盘a25和衔铁a26部件；

主动盘a16通过普通平键与齿轮轴5固定连接，与齿轮轴5同步转动；

线圈a17设置在主动盘a16上，通电状态下产生磁场吸合衔铁a26；

环槽a18设置在主动盘a16上，其作用是为弹簧a21提供安装位置，并为衔铁a26的移动提供导向作用；

限位凸肩e19设置在齿轮轴5外表面上；卡环a20安装在主动盘a16中心孔的卡环槽内；卡环a20与限位凸肩e19共同对电磁离合器a6的主动盘a16进行轴向定位；

弹簧a21置于环槽a18内，且弹簧a21底部与环槽a18底部固接；其作用是在电磁离合器a6断电时为从动盘a25的回位提供动力；

摩擦盘组a22与主动盘a16固定连接，摩擦盘组b23与从动盘a25固定连接；摩擦盘组a22和摩擦盘组b23的作用是在接合状态下传递扭矩作用，保证电磁离合器a6的从动盘a25和主动盘a16同步转动；

从动盘a25与凸轮轴7花键连接，并且从动盘a25与凸轮轴7可发生相对滑动；

限位凸肩f24设置在凸轮轴7上，其作用是限制从动盘a25的左极限位置；

衔铁a26设置在从动盘a25上；衔铁a26有部分置于环槽a18内，且与弹簧a21接触，衔铁a26可在环槽a18内滑动。

参照附图1：

所述的凸轮轴主体系统Ⅱ主要由凸轮轴7、凸轮8、限位凸肩c9、上盖板b10、限位凸肩d11、下盖板a13组成；

凸轮8固接在凸轮轴7上，驱动气门运动；

限位凸肩c9和限位凸肩d11设置在凸轮轴7外表面上，其作用是对凸轮轴7进行轴向定位；

上盖板b10和下盖板a13置于限位凸肩c9和限位凸肩d11之间，并与凸轮轴7间隙配合，保证凸轮轴7在其内内购自由转动；

下盖板a13固接在发动机缸盖上，上盖板b10与下盖板a13通过螺栓连接。

参照附图1、4、5、7：

所述的凸轮轴相位控制系统Ⅲ主要由电磁离合器b12、齿轮b27、限位凸肩g31、滚针轴承32、卡环b36、螺栓37、导向平键38、挡板39、电机轴42、电机43、齿轮c44组成；

电磁离合器b12包括主动盘b28、线圈b29、弹簧b33、摩擦盘组c34、摩擦盘组d35、从动盘b40和衔铁b41部件；

齿轮b27固接在电磁离合器b12的主动盘b28上，齿轮b27与齿轮c44啮合；

主动盘b28套装在滚针轴承32上，主动盘b28的转动由电机43驱动；

线圈b29设置在主动盘b28上，通电状态下产生磁场吸合衔铁b41；

环槽b30设置在主动盘b28上，其作用是为弹簧b33提供安装位置，并为衔铁b41的移动提供导向作用；

滚针轴承32套装在凸轮轴7上，其内圈与凸轮轴7过盈配合，随凸轮轴7同步转动，外圈与主动盘b28中心孔过渡配合，对主动盘b28起支承作用；

弹簧b33置于环槽b30内，且弹簧b33底部与环槽b30底部固接，在电磁离合器b12断电时为从动盘b40的回位提供动力；

摩擦盘组c34与主动盘b28固定连接，摩擦盘组d35与从动盘b40固定连接；摩擦盘组c34和摩擦盘组d35的作用是在接合状态下传递扭矩，保证电磁离合器b12的从动盘b40和主动盘b28同步转动；

卡环b36安装在主动盘b28中心孔的卡环槽内；限位凸肩g31设置在凸轮轴7外表面上；卡环b36与限位凸肩g31共同对电磁离合器b12的主动盘b28进行轴向定位；

螺栓37与凸轮轴7螺纹连接；

挡板39通过螺栓37压紧在凸轮轴7的左端面上，其作用是限制从动盘b40的左极限位置；

从动盘b40通过导向平键38与凸轮轴7连接，从动盘b40可相对凸轮轴7滑动，导向平键38为从动盘b40沿凸轮轴7轴线方向的移动提供导向作用；

衔铁b41设置在从动盘b40上；衔铁b41有部分置于环槽b30内，且与弹簧b33接触，衔铁b41可在环槽b30内滑动；

齿轮c44固接在电机轴42上，电机轴42由电机43驱动，在凸轮轴7配气相位变化过程中，电机42为凸轮轴7的转动提供动力。

结合本发明装置各组件及其安装位置关系，该发动机可变气门正时机构的技术方案如下：

本发明装置的具体工作过程可分为如下两种情况：

发动机工况稳定，配气相位恒定过程：

当发动机工况稳定时，电磁离合器a6处于通电接合状态，此时线圈a17通电，衔铁a26被吸合，压紧摩擦盘组a22和摩擦盘组b23，电磁离合器a6的从动盘a25和主动盘a16同步转动；电磁离合器b12处于断电分离状态，此时线圈b29不通电，摩擦盘组c34与摩擦盘组d35分离，即电磁离合器b12的主动盘b28和从动盘b40处于分离状态；电机43不工作，此时齿轮c44和齿轮b27不转动，电磁离合器b12的主动盘b28处于静止状态，从动盘b40随凸轮轴同步转动；在此工作状态下时，由发动机曲轴带动齿轮a1转动，动力传递至齿轮轴5—电磁离合器a6—凸轮轴7—凸轮8，从而驱动气门运动。

气门配气相位控制过程：

当发动机工况发生变化时，需要根据工况变化相应地改变气门配气相位；此时电机43工作，带动齿轮c44转动，与齿轮c44啮合的齿轮b27随之转动，带动电磁离合器b12的主动盘b28转动，当主动盘b28转速与凸轮轴7转速相同时，电磁离合器a6断电，即线圈a17断电，衔铁a26在弹簧a21的作用力下带动摩擦盘组b23和摩擦盘组a22分离；同时电磁离合器b12通电，即线圈b29通电，衔铁b41被吸合，压紧摩擦盘组d35与摩擦盘组c34，使电磁离合器b12的主动盘b28和从动盘b40接合同步转动；在此工作状态下，凸轮轴7的转动从由发动机曲轴提供动力驱动变为由电机43提供动力驱动，之后电机43控制电机轴42转速改变，带动电磁离合器b12转速变化，从而使凸轮轴7相对齿轮轴5转速发生变化，改变凸轮8相对齿轮a1的配气相位。

在气门配气相位达到要求时刻，使凸轮轴7转速重新与齿轮轴5转速达到一致，电磁离合器a6通电接合，电磁离合器b12断电分离，凸轮轴7重新由发动机曲轴提供动力驱动，完成一次配气正时过程。