一种可变气门正时驱动装置的制作方法

本发明属于气门正时装置技术领域，特别涉及一种一种可变气门正时驱动装置。

背景技术：

传统发动机气门机构的气门开启和闭合时间是固定不变的，不随发动机工况而改变，其只能保障发动机在某一转速范围内处于最佳配气状态，不能兼顾发动机低速时的燃油经济性和高速时的动力性。

发动机可变气门正时技术是通过改变发动机进排气门早开或晚关来实现最佳的气门正时，使气门相位始终处于理想状态，有助于改善发动机低转速工作段的燃油经济性和大转矩工作段的扭矩输出，既能保障发动机低负荷时的燃油经济性，又能保障发动机高负荷时的动力性能。同时可变气门正时技术还有助于提高混合动力汽车发动机的瞬时启停性能。

技术实现要素：

本发明设计开发了一种可变气门正时驱动装置，目的是实现发动机进排气门早开或晚关，以满足发动机不同工况下的最佳配气需求。

本发明提供的技术方案为：

一种可变气门正时驱动装置，包括：

外壳，其呈空心圆柱状，所述外壳内壁上沿周向均布有多个凸出的外导轨；所述外导轨的一端设置有楔形工作面；

套筒，其呈空心圆柱状并且同轴设置在外壳内，所述套筒内壁上沿周向均布有多个凸出的内导轨；所述内导轨的一端设置有楔形工作面；

外分度爪，其套设在所述套筒外的一端，所述外分度爪上设置有与所述外导轨相配合的外导轨槽，所述外分度爪的内侧端面上设置有多个沿周向排列的外分度齿；

外滑爪套，其套设在所述套筒外的另一端并且所述外滑爪套与套筒通过移动副配合；所述外滑爪套内侧端面上设置有多个沿周向排列的外楔形滑爪；

凸轮轴，其同轴设置在所述套筒内；

内分度爪，其套设在套筒和凸轮轴之间，所述内分度爪上设置有与所述内导轨配合的内导轨槽，所述内分度爪的内侧端面上设置有多个沿周向排列的内分度齿；

内滑爪套，其套设在套筒和凸轮轴之间并且所述内滑爪套与凸轮轴通过移动副配合；所述内滑爪套内侧端面上设置有多个沿周向排列的内楔形滑爪；

其中，所述外分度齿和外导轨的楔形工作面均与外楔形滑爪相配合，使外分度爪沿轴线往复运动一个周期，能够带动所述外滑爪套旋转一定角度；所述内分度齿和内导轨的楔形工作面均与内楔形滑爪相配合，使内分度爪沿轴线往复运动一个周期，能够带动所述内滑爪套旋转一定角度；所述外滑爪套和内滑爪套旋转方向相反。

优选的是，所述外壳的两端面呈敞开式，所述外壳的左右两端分别可拆卸的设置有左端盖和右端盖。

优选的是，所述外壳的一端固定有正时链轮，其通过与正时链条配合，使发动机曲轴能够带动外壳旋转。

优选的是，所述外壳的一端固定有正时带轮，其通过与正时皮带配合，使发动机曲轴能够带动外壳旋转。

优选的是，所述外滑爪套外侧端面设置有外螺旋弹簧，所述外分度爪的外侧端面与第一油腔连接。

优选的是，所述内滑爪套的外侧端面设置有内螺旋弹簧，所述内滑爪套的外侧端面与第二油腔连接，所述内分度爪的外侧端面与第三油腔连接。

优选的是，所述凸轮轴上设置有支撑环，所述外壳内设置有挡圈，所述支撑环与挡圈配合，以使凸轮轴能够支撑在外壳内。

优选的是，所述支撑环的内侧设置有密封垫。

优选的是，所述凸轮轴上第一进油孔、第二进油孔和进三进油孔，所述第一进油孔、第二进油孔和进三进油孔分别与第一油腔、第二油腔和第三油腔连通。

优选的是，所述第一进油孔通过软管与第一油腔连通，所述第二进油孔和进三进油孔分别通过设置在凸轮轴内的油道与第二油腔和第三油腔连通。

本发明所述的可变气门正时驱动装置的有益效果是：本发明提供的可变气门正时驱动装置可方便装配在发动机进排气凸轮轴一端实现进排气门的可变气门正时，不仅能有效地改善传统燃油发动机的燃油消耗和动力输出，还能优化混合动力汽车发动机的启停转速控制，提高混合动力汽车发动机的瞬时启动转速等。因此本发明设计的可变气门正时驱动装置，对传统汽车和新能源汽车发动机控制有着重要的实际意义和应用前景。

附图说明

图1是可变气门正时驱动装置结构图。

图2是可变气门正时驱动装置的外腔结构图。

图3是可变气门正时驱动装置的内腔结构图。

图4是可变气门正时驱动装置结构剖视图。

图5是可变气门正时驱动装置的外分度爪滑动极限位置示意图。

图6是可变气门正时驱动装置的左端盖结构图。

图7是可变气门正时驱动装置的凸轮轴结构图。

图8是可变气门正时驱动装置的外壳及链轮结构图。

图9是可变气门正时驱动装置的外滑爪套结构图。

图10是可变气门正时驱动装置的套筒结构图。

图11是可变气门正时驱动装置的内滑爪套结构图。

图12是可变气门正时驱动装置的外分度爪结构图。

图13是可变气门正时驱动装置的内分度爪结构图。

图14是可变气门正时装置实现的气门位移变化正时曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-4所示，本发明提供了一种可变气门正时驱动装置，具体包括：进排气凸轮轴111，正时链轮112，凸轮轴轴肩113，油孔114，外壳115，右端盖116，左端盖117，软管118，套筒119，外分度爪120，外导轨121，外滑爪套122，外螺旋弹簧123，密封垫124，支撑环125，卡簧126，内螺旋弹簧127，内滑爪套128，内导轨129，内分度爪130，油道301，油腔302，油腔303，油道304，油腔305，油道306，凸台401，轴肩402，轴肩403，凸块501，滑道502，凸块601，导轨槽602。

可变气门正时驱动装置结构图如图1所示，由链条正时链轮112相配合，通过发动机曲轴带动进排气凸轮轴111转动，其转动方向如图1中箭头方向所示。凸轮轴111右端通过轴承结构支撑于发动机机体内。该装置可根据发动机实时工况调节进排气凸轮轴111相位，实现气门正时。所述链条与正时链轮112可以采用皮带和正时带轮。

如图1、图4所示，可变气门正时驱动装置包括正时装置外壳115、右端盖116、左端盖117和凸轮轴111，及图2中的套筒119、外分度爪120和外滑爪套122，图3中的密封垫124、支撑环125、内滑爪套128和内分度爪130，及其图4各部件构成的油腔302、油腔303、油腔305。

可变气门正时驱动装置上的正时链轮112固定在外壳115的右端。其中外壳115内壁上设置有均匀分布的外导轨121，如图8所示，外导轨121的形状和布置位置与图2中所示的外分度爪120和外滑爪套122上的导轨槽602和楔面形状相吻合。如图9所示，外滑爪套122上的单个楔面圆弧宽度可以设置为10度或15度且按圆周等弧度均匀分布，外滑爪套122通过内壁圆周上均匀布置的凸块501与套筒119外壁上的滑道502相吻合，且外滑爪套122能在套筒119外壁上沿滑道502轴向滑动，向右端滑动时受外螺旋弹簧123限位支撑。因此套筒119在圆周方向转动时始终与外滑爪套122同步转动。

外分度爪120和外滑爪套122，及其外壳115内壁上的外导轨121组装在套筒119外壁上的位置关系如图2和4所示。套筒119是通过左端盖117的凸台401和凸轮轴111上的轴肩402支撑在凸轮轴111上。左端盖117通过螺栓结构固定在外壳115的左端并完成对套筒119的左端支撑及密封，并在左端盖117上的凸台401内圈通过轴承及密封圈结构来完成对凸轮轴111的左端支撑及密封。外分度爪120与左端盖117及其外壳115和套筒119外壁构成一个密封的环形油腔302，其中在套筒119和外分度爪120左端与外壳115之间采用密封圈密封。油腔302内的油液通过油道301补给完成的，其油腔302内油液是通过发动机ecu控制储油设备供油来调节的。

右端盖116通过螺栓结构固定在外壳115的右端，且右端盖116与凸轮轴111的轴肩403之间采用轴承结构支撑，以保障外壳115与凸轮轴111的相对转动。在外壳115内圈右端与凸轮轴111的轴肩402对应位置通过安装密封垫124和支撑环125来完成对套筒119右端的密封和对外壳115内圈右端的密封及支撑。密封垫124和支撑环125通过卡簧126固定在凸轮轴111上，且二者能随凸轮轴111相对于外壳115实现转动。外滑爪套122与密封垫124和支撑环125之间通过外螺旋弹簧123支撑，在装置结构安装时外螺旋弹簧123预设一定的预紧度，且其初始位置的预紧力与左侧油腔302内油液压力保持平衡状态。

如图10所示，套筒119内壁上设置有均匀分布的内导轨129，内导轨129的形状和布置位置与图3中所示的内滑爪套128和内分度爪130上的导轨槽603和楔面形状相吻合。如图11所示，内滑爪套128的楔面宽度按圆周等弧度均匀分布，且楔面宽度与内导轨129宽度相加(10度或15度)和外滑爪套122上的楔形面宽度一致，以保障该驱动装置相对方向转动角度一致。内滑爪套128通过内壁圆周上均匀布置的凸块601形状与凸轮轴111左端的滑道相吻合，使内滑爪套128只能在凸轮轴上沿滑道轴向滑动，向左端滑动时受内螺旋弹簧127限位支撑。因此内滑爪套128在圆周方向转动时始终与凸轮轴111同步。

套筒119内壁上的内导轨129与内滑爪套128和内分度爪130的初始位置关系如图3和4所示。在凸轮轴右端，凸轮轴111的轴肩402与套筒119内壁及内分度爪130构成一个密封的环形油腔305，且在内分度爪130右端与套筒119之间采用密封圈密封，油腔305内的油液通过油道306补给完成的，其油腔305内油液是通过发动机ecu控制储油设备供油调节的；在凸轮轴左端，左端盖117与套筒119内壁及内滑爪套128构成一个密封的环形油腔303，油腔303内的油液通过油道304补给完成的，其中凸台401和内滑爪套128左端与套筒119内壁之间采用密封圈密封。左端盖117与内滑爪套128之间通过内螺旋弹簧127限位支撑，在安装时内螺旋弹簧127预设一定的预紧力，其预紧力大小协调左右两侧油腔303和305内油液压力处于初始平衡状态。

油道301、304和306的油液供给孔114设置在凸轮轴轴肩113上的环形凹槽内如图1所示，凸轮轴轴肩113上的环形凹槽与发动机机体内支撑凸轮轴111的支座位置重叠，保障随凸轮轴111转动时油道301、304和306分别连接的储油设备供油顺畅。油道301、304和306加工时可先采用贯穿通孔的方式加工，之后再填充多余通孔，并且保障不影响凸轮轴111的强度和凸轮轴111转动时的动态平衡，其油道效果图如图4所示。其中油道301是通过橡胶软管118连接凸轮轴111上油孔与外壳115右端上油孔贯通实现的，软管118的设置可保障凸轮轴111相对外壳115同向或逆向转过一定角度时不影响油道301的油液供给。

可变气门正时驱动装置在正时链轮112带动下按图1所示方向初始转动时，外壳115随链轮112同步转动，此时该驱动装置内各部件处于初始安装平衡位置，三个密封油腔302、303、305内油液压力与分别对应的轴向螺旋弹簧预紧力保持平衡状态。因此在发动机初始工作时，该驱动装置内的外分度爪120和外滑爪套122，内滑爪套128和内分度爪130在凸轮轴111轴向方向上保持初始位置不变。

本发明提供的可变气门正时驱动装置具有两中工作模式。

工作模式一：保持套筒119内两侧油腔303和305内油量及油压没有变化。

参照图1中所示的链轮112转动方向，当外分度爪120在油腔302内油压作用下向右端移动时，外分度爪120在外导轨121的导向作用下只能沿轴向向右滑动，且外导轨121固定在外壳115内壁上相对凸轮轴轴向方向保持静止。外分度爪120利用自身的分度爪和导轨槽结构推动外滑爪套122向右端滑动，因外导轨121和外滑爪套122内壁上的凸块501的导向作用，且按图示方向转动时外壳115内壁上的外导轨121与外滑爪套122上楔形结构形成一定的惯性作用力，促使外滑爪套122相对外分度爪120不产生相对转动。

由于外导轨121的导向及限位作用，当外分度爪120在随油腔302内油液增加的作用力下推动滑爪套122向右滑动到极限位置时如图5所示，外螺旋弹簧123被压缩到一定长度。此时外导轨121右端楔形面与外滑爪套122的楔形面正好吻合，外导轨121在外螺旋弹簧123的弹性恢复力和外壳115随链轮112的惯性力作用下快速滑移通过与外滑爪套122楔形面的交叉点。之后在油腔302内油液压力随发动机ecu控制下快速减小及其外螺旋弹簧123弹性恢复力等作用下，外滑爪套122反推外分度爪120向左端滑动，由于外导轨121与外滑爪套122的楔形面结构促使外滑爪套122相对外导轨121在圆周方向上转过一定圆周角度。因外壳115内壁上的外导轨121与外分度爪120在圆周方向上保持相对静止，即外滑爪套122相对外壳115的同步转动产生相反方向的转动，转动圆周角度即为外滑爪套122的单个楔形面对应的圆周弧度。

外滑爪套122是通过内壁上的凸块501限制在套筒119上左右滑动，且在圆周方向转动时始终与套筒119同步，此时套筒119会随外滑爪套122相对外壳115转过对应的圆周弧度。因套筒119内两侧油腔303和油腔305保持相对平衡状态，凸轮轴111与套筒119保持同步转速，凸轮轴111随套筒119相对外壳115以相反方向转过对应的圆周弧度，因此凸轮轴111会相对于链轮112滞后一定转角。此时该气门正时驱动装置通过自身内部机构的反向转动实现了凸轮轴111上凸轮相对链轮112转动角度的延迟，即所谓的气门延迟开启或闭合，其有助于提高充气效率，为发动机高转速和大功率工作段提供保障。

根据车辆行驶工况实时变化，可由发动机ecu根据车辆行车需求重复上述操作过程，实现气门二次或三次正时，其正时次数由车速和外滑爪套122上的楔形面宽度决定(参考发动机可变气门正时范围±30度)。当车辆停止时，发动机ecu控制可变气门正时控制装置恢复到初始平衡位置。

工作模式一适用于车辆行驶车速逐渐增大时，当车速由低速到中低速、或由中低速到中高速、或由中高速到高速变化时发动机ecu对应控制的可变气门正时。

工作模式二：保持套筒119外侧油腔302内油量及油压没有变化。

参照图2中所示的外分度爪120和外滑爪套122所处位置，当油腔302内油液压力与外螺旋弹簧123弹性力保持相对平衡状态时，外分度爪120和外滑爪套122随外导轨121和套筒119转动时相对保持静止状态。此时通过增加油腔303内的油液油量及油压并减小油腔303内的油液油量及油压，油腔305内油液推动内分度爪130沿凸轮轴111轴向方向左端滑移，内分度爪130利用自身的分度爪和导轨槽结构推动内滑爪套128向左端滑动。因内导轨129和内滑爪套128内壁上凸块601的导向作用，及其左右两个油腔303和305内油液压力作用随发动机ecu实时控制变化，使内分度爪130到达指定位置之前内滑爪套128相对内分度爪130不会产生相对转动。

由于内导轨129的导向及限位作用，当内分度爪130在油腔305内油液作用力下推动内滑爪套128向左滑动到极限位置时(参照图5中外导轨121位置)，内螺旋弹簧127被压缩到一定长度。此时内导轨129左端楔形面与内滑爪套128的楔形面正好吻合，内导轨129在油腔303内油液压力及内螺旋弹簧127弹性恢复力作用下快速滑移通过与内滑爪套128楔形面的交叉点。之后在油腔305内油液压力随发动机ecu控制下快速减小、油腔303内油液压力随发动机ecu控制下快速增加及其内螺旋弹簧127的弹性恢复力等作用下，内滑爪套128反推内分度爪130向右端滑动，由于内导轨129与内滑爪套128的楔形面结构促使内滑爪套128相对内导轨129在圆周方向上转过一定圆周角度。此时相对于油腔303内油液压力的快速增加，内导轨129楔形面结构在随套筒119转动时形成的惯性作用力可以忽略不计，促使内导轨129快速滑过内滑爪套128楔形面进入到导轨槽603内。

因套筒119内壁上的内导轨129与内分度爪130在圆周方向上保持相对静止，即内滑爪套128相对套筒119的同步转动产生同向转动，其转动圆周角度为内滑爪套128单个楔形面对应的圆周弧度与内导轨129的圆弧宽度之和，其值等于外滑爪套122单个楔形面对应的圆周弧度。同时套筒119随外壳115同步转动，凸轮轴111随内分度爪130相对外壳115以相同方向提前转过对应的圆周弧度，因此凸轮轴111相对链轮112提前转过一定角度。此时该可变气门正时驱动装置通过自身内部机构的同向转动实现了凸轮轴111上凸轮相对链轮112转动角度的提前，即所谓的气门提前开启或闭合，其促使气门重叠角加大，进而改善排气效果，有助于改善发动机低转速工作段的燃油经济性和大转矩工作段的扭矩输出。

根据车辆行驶工况实时变化，可由发动机ecu根据车辆行车需求重复上述操作过程，实现气门二次或三次正时，其正时次数由车速和滑爪套上的楔形面宽度决定。当车辆停止时，发动机ecu控制可变气门正时控制装置恢复到初始平衡位置。

实例二适用于车辆行驶车速逐渐减小时，当车速由高速降到中高速、或由中高速降到中低速、或由中低速降到低速、或由发动机瞬时增大扭矩输出时发动机ecu对应控制的可变气门正时。

在车辆实际行驶过程中，该可变气门正时驱动装置会根据不同传感器检测的实时车速、发动机转速、链轮相对凸轮轴的转角等，通过发动机ecu实时调节不同油腔内油液的油量和油压变化来改变套筒119内外分度爪与滑爪套的位置关系，控制凸轮轴111相对于链轮112的同向或逆向转动，实现进排气凸轮轴111上凸轮相位的提前或滞后，其对应的进气门位移变化正时曲线如图14所示。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。