一种内燃机凸轮轴调整的装置和方法与流程

本发明关于一种内燃机凸轮轴调整的装置和方法。

背景技术：

随着节能和环保理念的日益普及，汽车节能减排愈发受到重视，而发动机可变气门升程技术是实现汽车节能减排的一个有效手段。在发动机中低负荷应用低升程可以大大降低发动机泵气损失，实现节油；在高负荷应用高升程可提高发动机动力性。同时将低升程设置为零升程，即可方便的实现发动机停缸技术。为了实现发动机高低升程的切换，滑移式凸轮轴是目前较为常见的实现方式之一。通过凸轮轴套筒的左右滑移，实现不同升程的凸轮与气门机构接触，从而改变发动机的气门升程。

现有技术中(专利cn101548069b)描述了一种基于电磁阀控制的凸轮轴滑移控制装置。该装置设置了两个深度不同宽度也不同的控制凹槽，控制单元通过控制电磁阀的推杆沿径向运动，分别与不同的控制凹槽嵌合，借助发动机运转时凸轮轴的旋转力矩，即可实现凸轮轴(套筒部分)沿两个不同的轴向进行运动。其控制电磁阀设置了同轴的内外推杆，较窄的内推杆具有更大的进入深度，以便与深而窄的控制凹槽嵌合，较宽的中空外推杆具有较小的进入深度，以便与宽而浅的控制凹槽嵌合，从而实现凸轮轴(套筒部分)轴向位置的调整。内外推杆沿凸轮轴径向的运动通过相应的通电线圈和电磁铁控制。

该现有技术的缺点表现在：

1、凸轮轴滑移控制凹槽结构复杂，需要设置深浅不同、宽度不同的第一和第二凹槽，还需要局部相互过渡，设计和加工难度大，成本高。

2、凸轮轴滑移控制凹槽结构复杂，轴向尺寸较大，一般每个气缸都需要这样一个结构，在缸心距较小的小排量发动机上，由于轴向空间较小，难以应用，不利于大小排量发动机技术的通用化。

3、电磁阀结构复杂，采用了同轴的内外推杆，推杆结构复杂，且外推杆为空心结构，承受侧向力的能力较差，在控制凹槽宽度一定的情况下，内外推杆的直径受到限制，很难同时保证内外推杆的强度，整体可靠性较差。

4、第一和第二凹槽深浅不同，与深凹槽嵌合的推杆需要更大的进入深度，悬臂更长，运行过程中接触面积增大，增加了磨损，降低了推杆的可靠性。

5、推杆底部和侧面均与凹槽接触，增加了摩擦，降低了推杆的可靠性。

6、凸轮轴滑移套筒与凸轮轴多采用花键结构进行连接，结构复杂，设计加工难度大，成本高。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种新型装置使得结构简单、设计和加工难度小成本低；同时进一步可实现大小排量发动机技术的通用化；控制简单可靠性高；降低了磨损、增加推杆的可靠性等技术目的。相应的，本发明还提供一种利用该新型装置的控制方法。

为实现上述技术目的，本发明提供一种内燃机凸轮轴调整的装置，其包括：具有多组高升程凸轮和低升程凸轮的凸轮轴，与所述凸轮轴相配合的液压摇臂，其中：所述凸轮轴包括：凸轮轴轴体和滑移式套筒，每组所述高升程凸轮和所述低升程凸轮之间首尾相紧密连续并布置在所述滑移式套筒的外表面上，且所述滑移式套筒沿所述凸轮轴的轴向方向与所述凸轮轴轴体之间形成往复滑动连接；所述滑移式套筒的外表面上还具有移位调整装置，所述移位调整装置具有圆周方向布置的导向槽，且所述导向槽的轨迹在所述凸轮轴的轴向方向具有偏移距离；在所述凸轮轴外部还布置有与所述导向槽相配合的推杆，所述推杆沿所述凸轮轴的径向具有伸缩位置，以使得所述推杆与所述导向槽相抵靠接触或分离，当所述推杆与所述导向槽相抵靠接触时，所述推杆经所述导向槽的导向并推动所述滑移式套筒沿所述凸轮轴轴体的轴向滑动，以使得所述高升程凸轮和所述低升程凸轮之间的切换。

本发明装置中采用可相对轴本体轴向滑动的移位调整装置，其上具有高低升程凸轮，同时该移位调整装置上具有的导向槽，导向槽与推杆相配合以推动移位调整装置沿轴向变化，进而带动高低升程凸轮在轴向的变动，实现凸轮轴的调整。

作为进一步的改进，当所述推杆与所述导向槽相抵靠分离时，所述滑移式套筒沿所述凸轮轴轴体的轴向相对静止，以使得所述高升程凸轮和所述低升程凸轮中的之一与所述液压摇臂相配合工作。

作为进一步的改进，所述偏移距离等于每组所述高升程凸轮和所述低升程凸轮的中心线间隔距离。

作为进一步的改进，所述导向槽在所述凸轮轴径向方向上具有高度，以配合所述推杆的所述伸缩位置。

作为进一步的改进，所述推杆经电磁阀控制并驱动以具有所述伸缩位置。

作为进一步的改进，所述移位调整装置为所述滑移式套筒的外表面上圆周方向布置的凸台，所述凸台沿圆周方向上具有渐变的轴向厚度，且在所述凸台的轴向两侧端面分别具有高度相同的第一导向槽和第二导向槽；所述推杆包括：第一推杆和第二推杆；所述第一推杆与所述第一导向槽相抵靠接触配合，所述第二推杆与所述第二导向槽相抵靠接触配合。

作为进一步的改进，所述第一推杆和所述第二推杆轴向横跨所述移位调整装置布置。

作为进一步的改进，所述滑移式套筒和所述凸轮轴轴体在圆周方向上位置相限位固定并同轴同步转动。

作为进一步的改进，所述滑移式套筒和所述凸轮轴轴体之间的配合横截面为类八角形式，以在圆周方向相限位接触固定并同轴同步转动，所述类八角的横截面包括相互间隔布置的四个直线区域和四个圆弧区域。

本发明中采用电磁阀控制推杆伸缩，双导向槽与双推杆配合，结构简单、控制方便、切换可靠。

同时本发明还相应的提供一种内燃机凸轮轴调整的方法，其包括：提供具有高升程凸轮和低升程凸轮并与液压摇臂相配合的凸轮轴，其中：所述凸轮轴具有与其凸轮轴轴体之间往复滑动连接的滑移式套筒，所述高升程凸轮和所述低升程凸轮布置在所述滑移式套筒的外表面上，所述滑移式套筒的外表面上还具有导向槽，且所述导向槽的轨迹在所述凸轮轴的轴向方向具有偏移距离，与所述导向槽相配合的推杆沿所述凸轮轴的径向具有伸缩位置，以使得所述推杆与所述导向槽相抵靠接触或分离；当正常工作时，保持所述推杆与所述导向槽之间相分离的状态，所述滑移式套筒相对所述凸轮轴轴向方向静止，所述高升程凸轮和所述低升程凸轮中的之一与所述液压摇臂相配合工作；当进行切换时，将所述推杆与所述导向槽相抵靠接触，所述推杆经所述导向槽的导向并推动所述滑移式套筒沿所述凸轮轴的轴向滑动，以使得所述高升程凸轮和所述低升程凸轮之间形成切换。

本发明方法首先通过可相对轴本体轴向滑动的移位调整装置，其上具有高低升程凸轮，同时该移位调整装置上具有的导向槽，通过控制导向槽与推杆相配合关系(即接触推动和分离两种状态)形成工作和切换两种控制，在切换时推动移位调整装置沿轴向变化，进而带动高低升程凸轮在轴向的变动，实现凸轮轴的调整，在正常工作时保持二者的分离。

附图说明

图1为本发明外观示意图；

图2为凸轮轴示意图；

图3为滑移式套筒轴向示意图；

图4为滑移式套筒端面示意图；

图5为滑移式套筒和凸轮轴轴体的圆周配合示意图；

图6为正常工作时推杆和滑移式套筒配合示意图；

图7为第一推杆和滑移式套筒配合切换示意图；

图8为第二推杆和滑移式套筒配合切换示意图。

附图标记：1电磁阀，14第一推杆，15第二推杆，2凸轮轴，21滑移式套筒，22凸轮轴轴体，23移位调整装置，231第一导向槽，232第二导向槽，24高升程凸轮，25低升程凸轮，3液压摇臂，4液压挺柱，5气门弹簧，6气门导管，7气门。

具体实施方式

如图1至8所示，本发明提供一种内燃机凸轮轴调整的装置，其包括：具有多组高升程凸轮24和低升程凸轮25的凸轮轴2，与所述凸轮轴2相配合的液压摇臂3，其中：所述凸轮轴2包括：凸轮轴轴体22和滑移式套筒21，每组所述高升程凸轮24和所述低升程凸轮25之间首尾相紧密连续并布置在所述滑移式套筒21的外表面上，且所述滑移式套筒21沿所述凸轮轴2的轴向方向与所述凸轮轴轴体22之间形成往复滑动连接；所述滑移式套筒21的外表面上还具有移位调整装置23，所述移位调整装置23具有圆周方向布置的导向槽，且所述导向槽的轨迹在所述凸轮轴2的轴向方向具有偏移距离；在所述凸轮轴2外部还布置有与所述导向槽相配合的推杆，所述推杆沿所述凸轮轴2的径向具有伸缩位置，以使得所述推杆与所述导向槽相抵靠接触或分离，当所述推杆与所述导向槽相抵靠接触时，所述推杆经所述导向槽的导向并推动所述滑移式套筒21沿所述凸轮轴轴体22的轴向滑动，以使得所述高升程凸轮24和所述低升程凸轮25之间的切换。

本发明装置中保持原有的双顶置凸轮轴、液压挺柱摇臂基本结构和操作方法不变，通过采用可相对轴本体轴向滑动的移位调整装置23，其上具有高低升程凸轮，同时该移位调整装置23上具有的导向槽，导向槽与推杆相配合以推动移位调整装置23沿轴向变化，进而带动高低升程凸轮在轴向的变动，实现凸轮轴的调整。

本发明中所述凸轮轴轴体22和液压摇臂3为相对固定形式，移位调整装置23带动高升程凸轮24和低升程凸轮25相对其往复滑动实现凸轮的调整和切换。相应的与液压摇臂3相配合的液压挺柱4、气门弹簧5、气门导管6和气门7也是轴向相对固定。

本技术领域人员可以理解的是，本发明中导向槽为满足本发明目的与相关技术特征配合的需要而采用多种形式，例如是凹槽形式，或者采用凸面形成的导向，单条轨迹的形式，多条轨迹的形式，连续轨迹或断开式、非封闭式的轨迹等。同时本发明的优选实施例中也提供了一个结构简单、操作可靠的导向槽形式。

作为进一步的改进，当所述推杆与所述导向槽相抵靠分离时，所述滑移式套筒21沿所述凸轮轴轴体22的轴向相对静止，以使得所述高升程凸轮24和所述低升程凸轮25中的之一与所述液压摇臂3相配合工作。

作为进一步的改进，所述偏移距离等于每组所述高升程凸轮24和所述低升程凸轮25的中心线间隔距离。该间隔距离即为每组高低升程凸轮的中心线间距，也可以理解为切换距离，并根据相应的导向槽轨迹和高升程凸轮24和低升程凸轮25之间的距离进行数值上计算和调整。

作为进一步的改进，所述导向槽在所述凸轮轴2径向方向上具有高度，以配合所述推杆的所述伸缩位置。

作为进一步的改进，所述推杆经电磁阀1控制并驱动以具有所述伸缩位置。

作为进一步的改进，所述移位调整装置23为所述滑移式套筒21的外表面上圆周方向布置的凸台，所述凸台沿圆周方向上具有渐变的轴向厚度，且在所述凸台的轴向两侧端面分别具有高度相同的第一导向槽231和第二导向槽232；所述推杆包括：第一推杆14和第二推杆15；所述第一推杆14与所述第一导向槽231相抵靠接触配合，所述第二推杆15与所述第二导向槽232相抵靠接触配合。

作为进一步的改进，所述第一推杆14和所述第二推杆15轴向横跨所述移位调整装置23布置。

作为进一步的改进，所述滑移式套筒21和所述凸轮轴轴体22在圆周方向上位置相限位固定并同轴同步转动。

作为进一步的改进，所述滑移式套筒21和所述凸轮轴轴体22之间的配合横截面为类八角形式，以在圆周方向相限位接触固定并同轴同步转动，所述类八角的横截面包括相互间隔布置的四个直线区域和四个圆弧区域。

在优选的实施例中，如图5所示，凸轮轴主要分为两部分，滑移式套筒和凸轮轴轴体，两部分通过图5所示的类八角结构同轴配合在一起，套筒不能相对轴体做旋转运动，仅可相对轴体做轴向滑动运动。内八角结构中有4段圆弧和4段直线组成，交替连接，共同一个圆心。4段圆弧的圆心角角度分别相等，4段直线组成的圆心角角度分别相等。相邻的一段圆弧和相邻的一段直线组成的圆心角为90度，即圆弧和直线的圆心角可以特殊的均为45度。这种结构可以很好的实现滑套和凸轮轴轴体的同心，同时不产生相对旋转运动。目前市场上同类产品主要采用的结构为花键连接，花键结构制造工艺复杂，加工成本高。类八角结构大大简化了设计和加工难度，降低了成本。

在优选的实施例中，如图3所示，滑移式套筒21主要包括三部分：移位调整装置23，高升程凸轮24和低升程凸轮25。在凸轮轴旋转驱动力的作用下，通过电磁阀与移位调整装置的配合，可实现滑移式套筒相对凸轮轴轴体轴向左右移动，从而可选的使高低不同升程的凸轮与摇臂接触，通过液压挺柱和气门弹簧，控制气门工作在不同的升程下，具有不同的开启程度。

如图6至8所示，图中箭头分别为凸轮轴2转动方向示意和滑移式套筒21的轴向移动方向示意。驱动高低升程凸轮滑移的电磁阀1由控制器控制并有两个独立的推杆：第一推杆14和第二推杆15，其分别用于与凸轮轴移位滑套上的两侧的不同的第一导向槽232和第二导向槽232嵌合，利用发动机运转时凸轮轴的旋转力矩，推动凸轮轴沿两个不同的轴向方向运动。

凸轮轴在某一位置正常稳定运转时，图6所示，第一推杆14和第二推杆15均保持在初始位置与凸轮轴导向槽不接触，凸轮轴的高升程凸轮24或低升程凸轮25正常工作。发动机正常工作时凸轮轴为顺时针旋转(从左向右看)，假设此时滑套接触摇臂的是低升程凸轮25，此时发动机若需要运行在高升程状态，则凸轮轴滑套需要向左移动(如图7)。在合适的时机电磁阀会控制第二推杆15沿凸轮轴径向向下运动(即伸出位置)，随着凸轮轴的旋转滑套第二导向槽232的侧面逐渐与第二推杆15侧面接触，并给第二推杆15一个向右的作用力，由于第二推杆15固定在电磁阀上，电磁阀是固定的，因此第二推杆15会给滑套第二导向槽232一个反作用力，从而使滑套相对凸轮轴体向左移动，实现发动机从低升程切换到高升程。随着凸轮轴的旋转，当第二推杆15与第二导向槽232脱离接触(凸轮轴移动到预定位置)，电磁阀控制第二推杆15回到初始位置(回缩位置)。相应的，当发动机需要从高升程切换回低升程时，则凸轮轴滑套需要向右移动(如图8)，该装置在合适的时机电磁阀会控制第一推杆14沿凸轮轴径向向下运动(即伸出位置)，随着凸轮轴的旋转滑套第一导向槽231侧面逐渐与第一推杆14侧面接触，并给第一推杆114一个向左的作用力，由于第一推杆14固定在电磁阀上，电磁阀是固定的，因此第一推杆14会给第一导向槽231一个反作用力，从而使滑套相对凸轮轴体向右移动，实现发动机从高升程切换到低升程。随着凸轮轴的旋转，当第一推杆14与第一导向槽231脱离接触(凸轮轴移动到预定位置)，电磁阀控制第一推杆14回到初始位置(回缩位置)。

本发明中保持原有的双顶置凸轮轴、液压挺柱摇臂基本结构和控制方法不变，通过采用电磁阀控制推杆伸缩，双导向槽与双推杆配合，结构简单、控制方便、切换可靠。采用独特的凸轮滑移控制凹槽，结构简单，不需要设计深浅不同宽度不同的复杂凹槽，降低了设计和加工难度，降低了零件成本。凸轮轴滑移控制凹槽结构简单，轴向尺寸小，可布置在缸心距较小的小排量发动机上，从而可实现大小排量发动机技术的通用化，进而降低系统成本。电磁阀采用独立的双推杆结构，非同轴结构，相互无干扰，且均为实心圆柱，推杆结构简单，承受侧向力的能力强，可靠性高。第一和第二凹槽深度相同，可以设计最优的进入深度，悬臂短，运行过程中接触面积较小，降低了磨损，增加了推杆的可靠性。仅推杆侧面与控制凹槽侧面接触，推杆底部与控制凹槽不接触，降低摩擦，提高可靠性。凸轮轴滑移套筒与凸轮轴采用类八角结构进行连接，结构简单，设计加工难度小，成本低。

同时本发明还相应的提供一种内燃机凸轮轴调整的方法，其包括：提供具有高升程凸轮24和低升程凸轮25并与液压摇臂3相配合的凸轮轴2，其中：所述凸轮轴2具有与其凸轮轴轴体22之间往复滑动连接的滑移式套筒21，所述高升程凸轮24和所述低升程凸轮25布置在所述滑移式套筒21的外表面上，所述滑移式套筒21的外表面上还具有导向槽，且所述导向槽的轨迹在所述凸轮轴2的轴向方向具有偏移距离，与所述导向槽相配合的推杆沿所述凸轮轴2的径向具有伸缩位置，以使得所述推杆与所述导向槽相抵靠接触或分离；当正常工作时，保持所述推杆与所述导向槽之间相分离的状态，所述滑移式套筒21相对所述凸轮轴2轴向方向静止，所述高升程凸轮24和所述低升程凸轮25中的之一与所述液压摇臂3相配合工作；当进行切换时，将所述推杆与所述导向槽相抵靠接触，所述推杆经所述导向槽的导向并推动所述滑移式套筒21沿所述凸轮轴2的轴向滑动，以使得所述高升程凸轮24和所述低升程凸轮25之间形成切换。

本发明中方法中保持原有的双顶置凸轮轴、液压挺柱摇臂基本结构和控制方法不变，首先通过可相对轴本体轴向滑动的移位调整装置23，其上具有高低升程凸轮，同时该移位调整装置23上具有的导向槽，通过控制导向槽与推杆相配合关系(即接触推动和分离两种状态)形成工作和切换两种控制，在切换时推动移位调整装置23沿轴向变化，进而带动高低升程凸轮在轴向的变动，实现凸轮轴的调整，在正常工作时保持二者的分离。

作为进一步的改进，所述高升程凸轮24和所述低升程凸轮25具有多组，且每组所述高升程凸轮24和所述低升程凸轮25之间首尾相紧密连续并布置在所述滑移式套筒21的外表面上；在所述凸轮轴2的轴向方向上，所述液压摇臂3相对气门7位置固定；所述滑移式套筒21的外表面上还具有移位调整装置23，所述导向槽在所述移位调整装置23圆周方向布置。

作为进一步的改进，所述偏移距离等于每组所述高升程凸轮24和所述低升程凸轮25的中心线间隔距离。

作为进一步的改进，所述导向槽在所述凸轮轴2径向方向上具有高度，以配合所述推杆的所述伸缩位置。

作为进一步的改进，提供由控制器控制的电磁阀1，所述推杆经所述电磁阀1控制并驱动以具有所述伸缩位置。

作为进一步的改进，所述移位调整装置23为所述滑移式套筒21的外表面上圆周方向布置的凸台，所述凸台沿圆周方向上具有渐变的轴向厚度，且在所述凸台的轴向两侧端面分别具有高度相同的第一导向槽231和第二导向槽232；所述推杆包括：第一推杆14和第二推杆15；所述第一推杆14与所述第一导向槽231相抵靠接触配合，所述第二推杆15与所述第二导向槽232相抵靠接触配合。

作为进一步的改进，所述第一推杆14和所述第二推杆15轴向横跨所述移位调整装置23布置。

作为进一步的改进，所述滑移式套筒21和所述凸轮轴轴体22在圆周方向上位置相限位固定并同轴同步转动。

作为进一步的改进，所述滑移式套筒21和所述凸轮轴轴体22之间的配合横截面为类八角形式，以在圆周方向相限位接触固定并同轴同步转动，所述类八角的横截面包括相互间隔布置的四个直线区域和四个圆弧区域。

本发明中的优选实施例采用独特的凸轮轴滑移控制凹槽，第一和第二控制凹槽高度和深浅均可保持一致。独特的凸轮控制凹槽仅有侧面接触推杆，极大地减少了轴向尺寸，利于布置，且摩擦小，可靠性高。采用非同轴的双推杆控制方式，双独立实心圆柱推杆，推杆进入深度可最优化设计，结构简单，可采用实心圆柱，承受侧向力能力强，可靠性高。凸轮轴滑移套筒与凸轮轴采用类八角结构进行连接，结构简单，设计加工成本低。

应了解本发明所要保护的范围不限于非限制性实施方案，应了解非限制性实施方案仅仅作为实例进行说明。本申请所要要求的实质的保护范围更体现于独立权利要求提供的范围，以及其从属权利要求。