专利名称：摩托车发动机单顶置凸轮轴可变配气正时机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种摩托车发动机的可变配气正时机构，适合于在四冲程两气门的中小排量摩托车发动机上的广泛应用。
背景技术：
由于环境保护和人类可持续发展的要求，可变配气正时(VVT，Variable Valve Timing)技术在汽车发动机上得到较为广泛的使用，但受制造成本和机构复杂性的限制，在摩托车发动机上的应用仅有铃木的GSF400V和本田的CB400 SUPER FOUR等极少数大排量摩托车发动机，以双顶置凸轮轴(DOHC)配气机构结构形式为基础。我国摩托车整体排量结构主要集中在50ml～250ml排量范围(称之为中小排量)，此排量范围内摩托车发动机多为单缸四冲程两气门结构，配气机构主要采用单顶置凸轮轴(SOHC)布置形式，凸轮配气正时是通过各种不同配气相位的试验，从中选取某一固定配气相位来兼顾各种工况，是发动机性能的一种折衷方案。目前国内外尚没有以单顶置凸轮轴(SOHC)配气机构结构形式为基础，且适合于中小排量单缸四冲程两气门摩托车发动机的可变配气机构及其应用实例。
虽然单顶置凸轮轴(SOHC)可变配气正时机构在汽车发动机上也有所应用，如本田2.3LF23A3型发动机采用的SOHC VTEC系统(针对四缸四气门发动机，每缸采用三进气凸轮和三进气摇臂进行切换)，但汽车发动机单顶置凸轮轴可变配气正时机构的结构较为复杂。受结构复杂程度、空间布置紧凑性的限制，汽车发动机单顶置凸轮轴可变配气正时机构实际上不能直接应用于中小排量的摩托车发动机。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种摩托车发动机单顶置凸轮轴可变配气正时机构。该机构提供两套进气配气正时参数，可广泛应用于采用单顶置凸轮轴配气机构结构形式的中小排量摩托车发动机上，能够有效提高中小排量摩托车发动机在整个转速和负荷工况范围内的动力性、燃油经济性和排放特性，结构简单、布置紧凑。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是在中小排量四冲程两气门摩托车发动机的单顶置凸轮轴配气机构的基础上，设置双进气凸轮、双进气摇臂和正时切换机构，实现可变配气正时。可变配气正时机构由凸轮轴及其上的双进气凸轮、双进气摇臂、摇臂轴和正时切换机构组成。凸轮轴上的双进气凸轮，其中一个进气凸轮为主凸轮，另一个进气凸轮为高速凸轮；在进气摇臂轴上套有双进气摇臂，其中一进气摇臂为主摇臂，另一进气摇臂为高速摇臂；主摇臂和高速摇臂的一端分别与主凸轮和高速凸轮接触，主摇臂的另一端通过气门间隙调节机构与进气门接触，高速摇臂的另一端与高速摇臂返回挺柱接触；正时切换机构包括正时片、正时活塞、回位弹簧、切换活塞、阻挡活塞和返回弹簧，正时活塞与切换活塞位于主摇臂一端的开口孔内且是活动配合。回位弹簧位于正时活塞的开口孔内，并与切换活塞接触，返回弹簧和阻挡活塞位于高速摇臂一端的开口孔内，阻挡活塞与该开口孔活动配合，阻挡活塞与切换活塞接触；正时活塞、切换活塞与阻挡活塞的外形尺寸相同，正时片套在进气摇臂上，一端活动地穿过主摇臂上的孔。三个活塞和两个弹簧在油压作用下使双进气凸轮和双进气摇臂的工作方式根据运行工况的不同而进行切换。在低速低负荷运行时，正时片的该端与正时活塞前环形定位槽接触；在高速高负荷运行时，该正时片的该端与正时活塞的后环形定位槽接触，切换活塞的部分段进入高速摇臂一端的开口孔内，使主摇臂与高速摇臂成为一整体，主摇臂与高速摇臂均由高速凸轮驱动，控制进气门的开或闭。
发动机在低速低负荷运转时，主摇臂、高速摇臂是彼此分离独立运动的，凸轮轴进气主凸轮驱动主摇臂，控制气门的开闭；此时高速摇臂虽已被凸轮轴进气高速凸轮驱动，但由于高速摇臂与主摇臂是彼此分离的，故不影响气门的正常开闭。发动机在高速高负荷运行时，正时活塞在油压的作用下移动，正时活塞推动两个摇臂内的切换活塞移动，主摇臂、高速摇臂就被一个切换活塞贯穿，两个摇臂成一体；此时，由于进气高速凸轮较进气主凸轮高，两个摇臂均由进气高速凸轮来驱动，控制气门的开启或关闭，并且使气门的开启时间延长，开启的升程增大，使之与发动机的高速高负荷工况相适应。当发动机转速和负荷降低时，切断摇臂中的正时活塞端的油压，阻挡活塞的返回弹簧将切换活塞推回原位，两个摇臂又将彼此分离独立工作。基于如上所述双进气凸轮和双进气摇臂的正时切换，从而实现可变配气正时功能。
本实用新型的有益效果是结构简单、布置紧凑，制造成本低，应用于中小排量摩托车发动机时对原机的改动很小。另外，传统的摩托车发动机凸轮配气正时是通过各种不同配气相位的试验，从中选取某一固定配气相位兼顾各种工况，是发动机性能的一种折衷方案；与固定配气正时相比，本实用新型提供的可变配气正时机构，可以在发动机整个工况范围内，提供两套进气配气正时参数，从而有效提高中小排量摩托车发动机在高转速和低转速、高负荷和低负荷条件下的动力性、燃油经济性和排放特性。
图1是本实用新型可变配气正时机构俯视图，图2是可变配气正时机构A-A剖面图，图3是可变配气正时机构B-B剖面图，图4是可变配气正时机构右视图，图5是图2中的C-C剖视图，图6是可变配气正时机构凸轮轴剖视图，图7是凸轮轴左视图，图8是凸轮轴上的排气凸轮D-D剖面图，图9是凸轮轴上的进气主凸轮E-E剖面图，图10是凸轮轴上的进气高速凸轮F-F剖面图，图11是可变配气正时切换机构在低负荷下的状态图，图12是可变配气正时切换机构切换图，图13是可变配气正时切换机构切换图，图14是可变配气正时切换机构在高负荷下的状态图。
图中1.气缸体，2.排气凸轮，3.排气摇臂，4.进气主凸轮，5.排气摇臂轴，6.进气高速凸轮，7.高速摇臂，8.正时片，9.主摇臂，10.进气摇臂轴，11.凸轮轴，12.排气门，13.排气门弹簧，14.高速摇臂返回挺柱，15.进气门弹簧，16.进气门，17.返回弹簧，18.阻挡活塞，19.切换活塞，20.回位弹簧，21.正时活塞。
具体实施方式
以下结合附图予以说明。
在图1～图14所示的一个实例中，在水平布置的凸轮轴11上设置一个进气高速凸轮6和一个进气主凸轮4；凸轮轴11上的排气凸轮2、进气主凸轮4和进气高速凸轮6依次相邻，或排气凸轮2、进气高速凸轮6和进气主凸轮4依次相邻。进气主凸轮4和进气高速凸轮6的凸轮型线各自对称，其对称中心线与水平线的夹角相同，而高速凸轮6的升程最顶点高于主凸轮4升程的最顶点。主摇臂9和高速摇臂7的一侧分别与进气主凸轮4和高速凸轮6接触；主摇臂9的另一端通过气门间隙调节机构与进气门16接触，高速摇臂7的另一端与高速摇臂返回挺柱14接触；主摇臂9和高速摇臂7都套在同一进气摇臂轴10上。进气主凸轮4在低速低负荷工况时驱动主摇臂9控制进气门16，进气高速凸轮6在高速高负荷工况时驱动高速摇臂7和主摇臂9控制进气门16。正时切换机构由正时片8、正时活塞21、回位弹簧20、切换活塞19、阻挡活塞18与返回弹簧17构成。其中，正时片8穿过主摇臂9上的开槽，与正时活塞21的前定位槽接触；在主摇臂9一端内孔中的正时活塞21、回位弹簧20和切换活塞19按顺序连接；高速摇臂7内的阻挡活塞18与返回弹簧17按顺序连接；三个活塞的直径相同，在高速与低速工况切换的时候，主摇臂9内的切换活塞19能推进到高速摇臂7的内孔中，使主摇臂9和高速摇臂7贯穿从而联成一体，从而实现进气凸轮在不同工况下的切换。
在低速低负荷工况时，正时切换机构工作状态，图11，此时，切换活塞19未进入高速摇臂7，高速摇臂7与主摇臂9是彼此分离的。当达到高速高负荷工况时，正时切换机构通入切换油压，当主摇臂9与高速摇臂7未在凸轮基圆上时，正时切换机构活塞不同心，正时活塞21在压力油作用下前进一段距离，使正时片8离开正时活塞21的前定位槽，图12，高速摇臂7与主摇臂9仍然是彼此分离的。当两摇臂都处于凸轮基圆上时，正时活塞21才在压力油作用下继续推动切换活塞19和阻挡活塞18，使阻挡活塞18贯穿高速摇臂7，两个摇臂成一体，图13，所有的摇臂均由凸轮轴11上的高速凸轮6驱动进气门16。当正时活塞21在油压作用下前进到正时活塞21的后定位槽位置时，正时片8插入后定位槽，正时活塞21停止移动，切换完成，图14。当发动机又处于低速低负荷工况时，正时切换机构又按上述切换过程的逆过程回到正时切换机构初始工作状态，图11。
权利要求1.一种摩托车发动机单顶置凸轮轴可变配气正时机构，包括中小排量四冲程两气门摩托车发动机单顶置凸轮轴配气机构中的凸轮轴及其上的进、排气凸轮，摇臂轴、摇臂、气门间隙调节机构，其特征是凸轮轴上的进气凸轮为双进气凸轮，其中一个进气凸轮为主凸轮，另一个进气凸轮为高速凸轮；在进气摇臂轴上套有双进气摇臂，其中一进气摇臂为主摇臂，另一进气摇臂为高速摇臂；主摇臂和高速摇臂的一端分别与主凸轮和高速凸轮接触，主摇臂的另一端通过气门间隙调节机构与进气门接触，高速摇臂的另一端与高速摇臂返回挺柱接触；正时切换机构包括正时片、正时活塞、回位弹簧、切换活塞、阻挡活塞和返回弹簧，正时活塞与切换活塞位于主摇臂一端的开口孔内且是活动配合，回位弹簧位于正时活塞的开口孔内，并与切换活塞接触，返回弹簧和阻挡活塞位于高速摇臂一端的开口孔内，阻挡活塞与该开口孔活动配合，阻挡活塞与切换活塞接触；正时活塞、切换活塞与阻挡活塞的外形尺寸相同，正时片套在进气摇臂上，一端活动地穿过主摇臂上的孔；活塞和弹簧在压力油作用下使进气凸轮在不同速度下切换；当主凸轮在低速低负荷运行时，正时片的该端与正时活塞前环形定位槽接触，主摇臂与高速摇臂各自独立运行，凸轮轴上的主凸轮驱动主摇臂，控制进气门的开或闭；当高速凸轮在高速高负荷运行时，该正时片的该端与正时活塞的后环形定位槽接触，切换活塞的部分段进入高速摇臂一端的开口孔内，使主摇臂与高速摇臂成为一整体，主摇臂与高速摇臂均由高速凸轮驱动，控制进气门的开或闭。
2.根据权利要求1所述的摩托车发动机单顶置凸轮轴可变配气正时机构，其特征是凸轮轴上的进气主凸轮和进气高速凸轮的凸轮型线各自对称，进气主凸轮与进气高速凸轮的对称中心线与水平线的夹角相同，进气高速凸轮的升程最顶点高于进气主凸轮升程的最顶点。
3.根据权利要求1所述的摩托车发动机单顶置凸轮轴可变配气正时机构，其特征是凸轮轴上的排气凸轮、进气主凸轮和进气高速凸轮依次相邻。
4.根据权利要求1所述的摩托车发动机单顶置凸轮轴可变配气正时机构，其特征是凸轮轴上的排气凸轮、进气高速凸轮和进气主凸轮依次相邻。
专利摘要一种能实现可变配气正时的摩托车发动机单顶置凸轮轴可变配气正时机构。该机构以单顶置凸轮轴配气机构为基础，包括双进气凸轮轴上的主凸轮、高速凸轮，双进气摇臂和正时切换机构，根据发动机运行工况以两套配气正时参数进行配气机构切换。双进气摇臂包括主摇臂和高速摇臂；主凸轮在低速低负荷工况时驱动主摇臂控制气门，高速凸轮在高速高负荷工况时控制气门。正时切换机构包括正时片、正时活塞、回位弹簧、切换活塞、阻挡活塞和返回弹簧。活塞和弹簧在压力油作用下使进气凸轮在不同速度下切换。该机构能提高中小排量摩托车发动机在整个转速和负荷内的动力性、燃油经济性和排放性，结构简单、布置紧凑，适合在中小排量摩托车发动机上广泛应用。
文档编号F01L1/34GK2721880SQ20042006020
公开日2005年8月31日 申请日期2004年7月9日 优先权日2004年7月9日
发明者张力, 吴俊刚, 张勇, 苏进辉, 徐宗俊 申请人:重庆大学