一种可变凸轮轴及采用该凸轮轴的发动机的制作方法

本发明涉及汽车发动机技术领域，特别涉及到凸轮轴及发动机。

背景技术

在2012年，国务院已经发布了《国务院关于印发节能与新能源汽车产业发展规划（2012―2020年）的通知》中很明确的支出了，到2015年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至6.9升/百公里，节能型乘用车燃料消耗量降至5.9升/百公里以下。到2020年，当年生产的乘用车平均燃料消耗量降至5.0升/百公里，节能型乘用车燃料消耗量降至4.5升/百公里以下。在如此紧迫的法规环境下，作为降低油耗的重要手段之一的气门控制技术，受到了技术人员越来越多的关注。

可变气门正时技术和可变气门升程技术都是气门的控制手段之一，其中可变气门正时系统现在应用非常广泛，但其应用有很大局限性。可变气门正时系统只能控制气门打开的早一点或者晚一点，而可变气门升程系统根据其结构的不同，即可以实现气门打开的大一点或者小一点，也可以实现气门打开的时间长一点或者短一点，在小升程上，和节气门开度配合，可以大幅度降低泵气损失，并且在发动机低负载时可以降低发动机输出和进气量，从而降低油耗。

现在有很多种可变气门升程技术，但是普遍的缺点是结构复杂、控制不方便。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种结构简单、易于加工的可变凸轮轴及采用该凸轮轴的发动机，该发动机能利用凸轮轴来调节气门升程，从而达到改善燃油经济性和动力性的目的。

本发明的可变凸轮轴由两侧的空心轴和中部的主轴构成，所述主轴的两侧伸入到对应侧的空心轴内，并与对应侧的空心轴通过花键配合而活动连接；所述主轴的轴身上设有至少两个对应不同升程曲线的凸轮；所述主轴与至少一侧的空心轴设有相互配合，以使主轴位置固定在预定位置的自锁机构；所述空心轴在远离主轴的一端设有堵盖，所述堵盖设有用于与液压油管相连的油液孔道。

本发明的发动机包括上述的可变凸轮轴，所述可变凸轮轴的至少一侧的空心轴与正时齿轮连接；所述空心轴的油液孔道与液压供给装置相连，所述液压供给装置与ecu相连，并在ecu的控制下为空心轴提供可变方向的液压，以驱动可变凸轮轴的主轴朝预定方向移动。

上述发动机的工作原理如下：

ecu接收到改变气门升程的命令后，控制液压供给装置工作，利用高压油液推动主轴水平移动，使得主轴上的预定的凸轮与挺柱配合，由于不同的凸轮对应着不同的升程曲线，因此通过改变与挺柱配合的凸轮即可改变气门开启大小，实现气门升程变化。上述自锁机构能够使主轴停留在预定的位置（即凸轮与摇臂轴正对的位置处），避免在工作过程中主轴随意移动而导致气门损坏。主轴与空心轴同构花间配合连接，可以确保两者同轴转动。

具体来说，所述液压供给装置由油泵、单向阀、电磁换向阀依次连接而成，电磁换向阀分别与两侧空心轴的油液孔道相连；所述油泵及电磁换向阀均与ecu相连。通过电磁换向阀的换向，可以改变液压方向，从而推动主轴朝不同的方向移动。

进一步地，为保证安全，所述液压供给装置中，油泵与单向阀之间的管道与一个泄压阀相连，单向阀与电磁换向阀之间的管道与一个蓄能器相连。

在本发明中，所述自锁机构包括设置于主轴轴身上的锥形孔洞，所述锥形孔洞内安装有复位弹簧和球销；所述空心轴的内壁间隔设有数量与凸轮数量一致的定位凹部，相邻定位凹部之间的间距与相邻凸轮的中线之间的间距相同。球销在复位弹簧的弹力下向外伸出，并卡入到空心轴的定位凹部中，从而将主轴与空心轴的相对位置锁定。由于相邻定位凹部之间的间距与相邻凸轮的中线之间的间距相同，且定位凹部的数量与凸轮数量一致，因此当球销卡入到定位凹部内时，恰好使定位凹部所对应的凸轮位于挺柱处，确保凸轮位置准确。只有液压供给装置提供的液压超过预定液压时，才能使球销克服复位弹簧的弹力而缩回到锥形孔洞中，此时主轴可以相对于空心轴移动，实现气门升程的调整。上述锥形孔洞可以防止球销从锥形孔洞中全部脱出。

进一步地，所述锥形孔洞有两个，且两个锥形孔洞之间的间距与相邻定位凹部之间的间距相同，这样每个凸轮的定位均由两个球销来实现，避免了由于单个球销工作不正常而带来的定位失效的问题，提高了可靠性。

进一步地，所述主轴的两侧在位于空心轴内的位置设有密封圈，所述密封圈设置于主轴两侧端部的环形槽内，且密封圈相对于花键更接近于主轴的端部，上述密封圈可以避免空心轴内的液压油沿着主轴与空心轴的相接面处泄露。

本发明的可变凸轮轴结构简单、控制方便、可靠，并能确保不同凸轮与挺柱的配合良好，非常适合应用于发动机气门升程的调节。

附图说明

图1是本发明的可变凸轮轴的整体结构示意图。

图2是本发明中的转轴的结构示意图。

图3、4是不同气门升程所对应的是可变凸轮轴的轴向剖视图。

图5是液压供给装置的系统原理图。

附图标示：1、空心轴；2、主轴；3、花键；4、凸轮；5、锥形孔洞；6、复位弹簧；7、球销；8、定位凹部；9、密封圈；10、油泵；11、单向阀；12、电磁换向阀；13、泄压阀；14、蓄能器。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

实施例1：

本实施例提出了一种结构简单、易于加工的可变凸轮轴及采用该凸轮轴的发动机，该发动机能利用凸轮轴来调节气门升程，从而达到改善燃油经济性和动力性的目的。

如图1、2所示，本实施例的可变凸轮轴由两侧的空心轴1和中部的主轴2构成，所述主轴2的两侧伸入到对应侧的空心轴1内，并与对应侧的空心轴1通过花键配合而活动连接，其中主轴2的轴身上设有外花键3，而空心轴1的内壁设有内花键；所述主轴2的轴身中部间隔设有两个对应不同升程曲线的凸轮4；所述主轴2与左侧的空心轴1设有相互配合，以使主轴2位置固定在预定位置的自锁机构；两侧的空心轴1在远离主轴2的一端利用螺纹配合安装有堵盖（堵盖在图中未画出），所述堵盖设有用于与液压油管相连的油液孔道。

在本实施例中，所述自锁机构包括间隔设置于主轴2轴身上的两个锥形孔洞5，锥形孔洞5内安装有复位弹簧6和球销7；所述空心轴1的内壁间隔设有两个定位凹部8，两个锥形孔洞5之间的间距、两个定位凹部8之间的间距以及两个凸轮4的中线之间的间距均相同。球销7在复位弹簧6的弹力下向外伸出，并卡入到空心轴1的定位凹部8中，从而将主轴2与空心轴1的相对位置锁定。由于相邻定位凹部8之间的间距与相邻凸轮4的中线之间的间距相同，且定位凹部8的数量与凸轮4数量一致，因此当球销7卡入到定位凹部8内时，恰好使定位凹部8所对应的凸轮4位于挺柱处，确保凸轮4位置准确。只有液压供给装置提供的液压超过预定液压时，才能使球销7克服复位弹簧6的弹力而缩回到锥形孔洞5中，此时主轴2可以相对于空心轴1移动，实现气门升程的调整。上述锥形孔洞5可以防止球销7从锥形孔洞5中全部脱出。

主轴2的两侧在位于空心轴1内的位置设有密封圈9，所述密封圈9设置于主轴2两侧端部的环形槽内，且密封圈9相对于花键3更接近于主轴2的端部，上述密封圈9可以避免空心轴1内的液压油沿着主轴2与空心轴1的相接面处泄露。

本实施例提出的发动机包括上述的可变凸轮轴，所述可变凸轮轴的至少一侧的空心轴1与正时齿轮连接；所述空心轴1的油液孔道与液压供给装置相连，所述液压供给装置与ecu相连，并在ecu的控制下为空心轴1提供可变方向的液压，以驱动可变凸轮轴的主轴2朝预定方向移动。

在本实施例中，所述液压供给装置由油泵10、单向阀11、电磁换向阀12依次连接而成，电磁换向阀12分别与两侧空心轴1的油液孔道相连；所述油泵10及电磁换向阀12均与ecu相连，油泵10与单向阀11之间的管道与一个泄压阀13相连，单向阀11与电磁换向阀12之间的管道与一个蓄能器14相连。通过电磁换向阀12的换向，可以改变液压方向，从而推动主轴2朝不同的方向移动。

上述发动机的工作原理如下：ecu接收到改变气门升程的命令后，控制液压供给装置工作，利用油泵提供的高压油液推动主轴2水平移动，使得主轴2上的预定的凸轮4与挺柱配合，由于不同的凸轮4对应着不同的升程曲线，因此通过改变与挺柱配合的凸轮4即可改变气门开启大小，实现气门升程变化。上述自锁机构能够使主轴2停留在预定的位置（即凸轮4与摇臂轴正对的位置处），避免在工作过程中主轴2随意移动而导致气门损坏。主轴2与空心轴1同构花间配合连接，可以确保两者同轴转动。

具体过程如下：

ecu接收到将凸轮4由如图3所示位置移动到如图4所示位置的命令，液压供给装置开始工作，液压供给装置提供的高压油液进入到左侧的空心轴1的内腔，推动主轴2向右移动，该向右的轴向力克服复位弹簧6的弹力，使得球销7进入锥形空洞内，主轴2整体向右移动，直到主轴2向右达到最大位移量，球销7在复位弹簧6的弹力作用下弹出，部分进入定位凹部8内，完成主轴2位置的锁死，此时液压供给装置停止工作，并完成泄压过程，整个凸轮4的切换过程完成。

凸轮4由如图4所示位置移动到如图3所示位置的过程与上述过程类似，只是液压供给装置提供的高压油液进入到右侧的空心轴1的内腔而已，此处不再赘述其具体过程。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体设计并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。