CN101737110A - 摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，包括支承在气缸头内的凸轮轴及其上的进气凸轮和排气凸轮，在该凸轮轴的一端固定有正时链轮，其特征在于：所述凸轮轴分成同轴的两段，其中一段是包括有进气凸轮的进气凸轮段，另一段是包括有排气凸轮和正时链轮的排气凸轮段，两所述凸轮段通过VVT控制器连接，该VVT控制器包括容纳有叶轮的密封腔体，在该腔体内有第一油腔和第二油腔，第一油腔和第二油腔分别通过第一油道和第二油道与机油控制阀连接。本发明可改变进气凸轮的相位角，其结构简单、布置紧凑、制造成本低，能有效提高摩托车单顶置凸轮轴发动机在整个转速和负荷工况范围内的动力性、经济性和排放特性。
Description
技术领域
本发明涉及发动机的配气机构，尤其涉及一种用于摩托车的单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构。
背景技术
发动机可变气门正时(VVT，Variable Valve Timing)技术是近年来逐渐应用于汽车发动机的新技术，由此技术发展的新技术有本田的i-VTEC、丰田的VVT-i等。但在摩托车发动机上应用此技术的仅有极少数大排量摩托车发动机，且配气机构以双顶置凸轮轴的结构形式为基础，如铃木的GSF400V等。
摩托车发动机多为单缸四冲程结构，配气机构主要采用单顶置凸轮轴布置形式。虽然单顶置凸轮轴VVT结构在汽车上也有应用，但主要是切换凸轮型线的结构形式。目前，在摩托车发动机单顶置凸轮轴结构形式基础上应用VVT技术的有：可切换凸轮型线VVT系统(专利号200420060204.6)和改变凸轮轴相位的VVT结构(专利号200510001794.4)等。可切换凸轮型线VVT通过设置高速凸轮和低速凸轮，分别对应于高速工况和低速工况进行切换，无法实现对配气正时进行连续调节；后一种VVT结构是通过在凸轮轴上套设自由凸轮，使自由凸轮相对于驱动轮旋转的方法来实现配气相位的调整，但这种套装形式加工与安装的精度要求很高，而可靠性差。因此，针对摩托车发动机单顶置凸轮轴结构形式，需要设计一种进气相位连续可变机构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，该机构可改变进气凸轮的相位角，其结构简单、布置紧凑、制造成本低，能有效提高摩托车单顶置凸轮轴发动机在整个转速和负荷工况范围内的动力性、经济性和排放特性。
本发明的技术方案如下：一种摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，包括支承在气缸头内的凸轮轴及凸轮轴上的进气凸轮和排气凸轮，在该凸轮轴的一端固定有正时链轮，其特征在于：所述凸轮轴分成同轴的两段，其中一段是包括有进气凸轮的进气凸轮段，另一段是包括有排气凸轮和正时链轮的排气凸轮段，两所述凸轮段通过VVT控制器连接；所述VVT控制器包括容纳有叶轮的密封腔体，在所述排气凸轮段远离正时链轮的一端设有法兰盘，该法兰盘通过第一螺栓依次与壳体和盖连接构成所述腔体，所述叶轮与壳体等宽度且可转动地位于壳体中，该叶轮通过第二螺栓与伸入盖中的所述进气凸轮段固定，叶轮的两端面与所述法兰盘和盖的内侧端面滑合密封；在所述壳体的内环面上均布有突块，在所述叶轮的圆柱形轮毂上均布有叶片，各所述叶片位于两相邻所述突块之间，叶片顶面与壳体的内环面滑合，突块的顶面与叶轮的轮毂圆柱面滑合，从而在各所述叶片的两侧形成密封的第一油腔和第二油腔，所述第一油腔通过第一油道、第二油腔通过第二油道分别与供油系统的机油控制阀连接。
本发明将单顶置凸轮轴配气机构的凸轮轴分成可相对转动的两部分，一部分为进气凸轮段，另一部分为排气凸轮段，两凸轮段通过VVT控制器连接，根据发动机的运行工况，VVT控制器能使进气凸轮段相对于排气凸轮段顺时针或逆时针转动，从而调整进气凸轮的相位角。VVT控制器安装于排气凸轮段与进气凸轮段之间，VVT控制器形成的密封腔体可使叶轮相对壳体转动，转动的方向由机油控制阀控制。
需要提前进气相位角时，调整机油控制阀的工作位置，使机油由第一油道进入第一油腔，第二油腔的机油通过第二油道回油卸压，第一油腔油压高于第二油腔，压力油推动叶轮逆时针转动，叶轮带动进气凸轮段相对于与壳体固定的排气凸轮段逆时针转动，实现进气凸轮提前转动，转动的角度由机油控制阀进行调节；当需要滞后进气相位角时，调整机油控制阀的工作位置，使机油由第二油道进入第二油腔，第一油腔的机油通过第一油道回油卸压，第二油腔的油压高于第一油腔，压力油推动叶轮顺时针转动，叶轮带动进气凸轮段相对于与壳体固定的排气凸轮段顺时针转动，实现进气凸轮滞后转动。如上所述，通过叶轮相对壳体的提前或滞后转动，从而实现改变配气正时相位角的功能，当需要进气相位角不变时，调整机油控制阀的工作位置，使第一油道和第二油道都处于截止状态，第一油腔和第二油腔的油压平衡，叶轮和壳体同步转动，配气相位角维持不变。因而，本发明能提高摩托车发动机在整个运行工况的动力性、燃油经济性和排放特性，且结构简单、布置紧凑，对原机的改动小，适合在摩托车发动机上广泛应用。
作为进一步的改进，在其中一个所述叶片上设置有装有锁销的轴向通孔，与该通孔相对的盖上设置有连接孔，所述锁销在压簧的作用下能够插入该连接孔；所述锁销前部通过台阶设有小直径的锁止段，在锁止段与锁销孔之间形成环形油腔，该环形油腔通过所述盖上的油槽与所述锁销邻近的第一油腔贯通。发动机停止工作时，弹簧迫使锁销与连接孔啮合，限制叶轮与壳体的相对转动，防止发动机启动时叶轮与壳体凸块撞击而产生噪声。当需要改变进气相位角时，通过机油控制阀的控制，增大第一油腔的油压，使第一油腔的油经过盖中的油槽流入环形油腔，迫使锁销向锁销孔内回退，使锁销与连接孔分离。
进一步地，为便于布置，所述第二螺栓的中心线与所述叶轮和排气凸轮段的中心线相重合，其螺栓头位于所述排气凸轮段内侧端的端孔内，在螺栓头和叶轮之间压有密封垫，密封垫用于阻挡油液从叶轮的螺栓安装孔流过。
进一步地，所述第一油道包括油孔、环形油道、进油槽、进油道和环形油槽，在所述叶轮中心设有阶梯孔，其小端孔用于通过所述第二螺栓，而大端孔与该第二螺栓之间形成所述环形油道；所述油孔开在叶轮上且将该环形油道与第一油腔贯通，所述环形油槽开在所述进气凸轮段与轴瓦相配合的轴颈表面上，所述进油槽和进油道分别设在所述叶轮和进气凸轮段上，该进油槽和进油道将环形油道和环形油槽相连通，该环形油槽通过轴瓦和气缸头上的孔与所述机油控制阀相连。这样，第一油腔的油液就可通过叶轮上的油孔进入环形油道，再由叶轮上的进油槽进入进气凸轮段的进油道，最终经进气凸轮段的环形油槽和轴瓦、气缸头上的孔流过机油控制阀，也可反之。
进一步地，所述第二油道包括出油槽、环槽和出油道，所述环槽设在盖用于插装进气凸轮段的内孔中部，该环槽通过盖上所设的所述出油槽与第二油腔贯通，所述出油道设在所述进气凸轮段上并将所述环槽和气缸头上的孔连通，该气缸头上的孔与所述机油控制阀相连。这样，第二油腔的油液就可通过盖上的出油槽进入环槽，再由环槽进入进气凸轮段的出油道，最后经气缸头上的孔流过机油控制阀，也可反之。
进一步地，为润滑进气凸轮和排气凸轮，沿所述第二螺栓的中心线还设有润滑油道，它包括进气凸轮段内直通螺栓孔的中心油孔、第二螺栓内的中心通孔以及排气凸轮段内与螺栓头孔相接的盲孔，所述中心油孔和盲孔分别通过径向油孔与所述进气凸轮和排气凸轮的型面贯通。
为方便连接，在所述壳体的突块上设有螺纹孔，所述第一螺栓通过此螺纹孔与所述盖和法兰盘连接。
进一步地，为转动平稳，所述叶片和突块数量相同，为3～6个。
为能更好地密封第一油腔和第二油腔，在所述叶片和突块的顶面上设有轴向的密封槽，该密封槽中装有密封件。
进一步地，所述排气凸轮段通过轴承支承在气缸头中，所述正时链轮通过螺栓固定在排气凸轮段端部，所述进气凸轮段通过轴瓦支承在气缸头中。
本发明的有益效果是：结构简单、布置紧凑，能够方便地应用在摩托车单顶置凸轮轴发动机上，对原机的改动很小，制造成本低。而且，与传统的摩托车发动机的固定配气正时相位角相比，本发明提供的可变配气正时相位角机构，可以在发动机的整个工况范围内，使配气正时相位角处于理想位置，从而有效提高摩托车发动机在各工况时的动力性、燃油经济性和排放特性。
附图说明
图1为本发明安装在发动机气缸头上的结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是VVT控制器的盖、壳体与排气凸轮段的装配示意图。
图4是VVT控制器的叶轮与进气凸轮段的装配示意图。
图5是本发明第一油道的结构示意图。
图6是图5拆去排气凸轮段后的左视图。
图7是本发明第二油道的结构示意图。
图8是图7中的B-B剖视图。
图9是本发明润滑油道的结构示意图。
图10是图8沿C-C的放大剖视图。
图中：1.气缸头，2.进气凸轮段，3.轴瓦，4.进气凸轮，5.第一螺栓，6.盖，7.壳体，8.排气凸轮，9.排气凸轮段，10.正时链轮，11.螺栓，12.排气门弹簧，13.排气门，14.排气滚子摇臂，15.进气滚子摇臂，16.进气门，17.进气门弹簧，18.轴承，19.压簧，20.连接孔，21.叶轮，22.密封垫，23.第二螺栓，24.环形油槽，25.进油道，26.进油槽，27.环形油道，28.油孔，29.第一油腔，30.密封件，31.出油道，32环槽，33.出油槽，34.第二油腔，35.锁销，36.中心油孔，37.径向油孔，38.中心通孔，39.盲孔，40.油槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1和图2所示，本发明是一种摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，包括支承在气缸头1内的凸轮轴，凸轮轴分成同轴的两段，其中一段是有进气凸轮4的进气凸轮段2，另一段是有排气凸轮8和正时链轮10的排气凸轮段9，进气凸轮段2和排气凸轮段9通过VVT控制器连接；排气凸轮段9通过轴承18支承在气缸头1中，轴承18是深沟球轴承，正时链轮10通过螺栓11固定在排气凸轮段9的外侧端部，进气凸轮段2通过轴瓦3支承在气缸头1中。
如图3、图4、图6和图8所示，VVT控制器包括容纳有叶轮21的密封腔体，在排气凸轮段9远离正时链轮10的一端设有法兰盘9a，该法兰盘9a通过第一螺栓5依次与壳体7和盖6连接构成密封腔体，叶轮21与壳体7等宽且可转动地位于壳体7中，该叶轮21通过其轴心的第二螺栓23与伸入盖6中的进气凸轮段2固定。第二螺栓23的中心线与叶轮21和排气凸轮段9的中心线相重合，其螺栓头位于排气凸轮段9内侧端的端孔内，在螺栓头和叶轮21之间压有密封垫22，叶轮21的两端面与法兰盘9a和盖6的内侧端面滑合密封。在壳体7的内环面上均布有4个突块7a，各突块7a上均设有一螺纹孔，4颗第一螺栓5通过螺纹孔与盖6和法兰盘9a连接。在叶轮21的圆柱形轮毂上均布有4个叶片21a，各叶片21a位于两相邻突块7a之间，叶片21a顶面与壳体7的内环面滑合，突块7a的顶面与叶轮21的轮毂圆柱面滑合，在叶片21a和突块7a的顶面上均设有轴向的密封槽，该密封槽中装有密封件30，从而在各叶片21a的两侧形成密封的第一油腔29和第二油腔34。第一油腔29通过第一油道、第二油腔34通过第二油道分别与供油系统的机油控制阀连接。
如图8和图10所示，在其中一个叶片21a上设置有装有锁销35的轴向通孔，与该通孔相对的盖6上设置有连接孔20，在锁销35的中后部设有内孔，该内孔中装有压簧19，压簧19的后端与法兰盘9相抵，锁销35在压簧19的作用下能够插入连接孔20。在锁销35的前部通过台阶设有小直径的锁止段35a，在锁止段35a与锁销孔之间形成环形油腔35b，该环形油腔35b通过盖6上所设的油槽40与锁销35相邻近的第一油腔29贯通。当需要改变进气相位角时，通过机油控制阀的控制，增大第一油腔29的油压，使第一油腔29的油经过盖6中的油槽40流入环形油腔35b，迫使锁销35向锁销孔内回退，使锁销35与连接孔20分离。
如图5和图6所示，第一油道包括油孔28、环形油道27、进油槽26、进油道25和环形油槽24，在叶轮21中心设有阶梯孔，其小端孔用于通过第二螺栓23，而大端孔与该第二螺栓23之间形成环形油道27；4个油孔28分别开在4个叶轮21上，并将4个第一油腔29分别与环形油道27贯通；进油槽26和进油道25将环形油道27和环形油槽24相连通，该环形油槽24通过轴瓦3和气缸头1上的孔与机油控制阀相连。具体地说，环形油槽24开在进气凸轮段2与轴瓦3相配合的轴颈表面上，进油槽26和进油道25分别设在叶轮21和进气凸轮段2上，进油道25有一轴向段和一径向段，径向段的出口与环形油槽24相接，轴向段直通进气凸轮段2的内侧端面，并且其出口与进油槽26相接，进油槽26位于叶轮21端部且将环形油道27和进油道25连通。这样，第一油腔29的油液就可通过叶轮21上的4个油孔28进入环形油道27，再由叶轮21上的进油槽26进入进气凸轮段2的进油道25，最终经进气凸轮段2的环形油槽24和轴瓦3、气缸头1上的孔流过机油控制阀，也可反之。
如图7和图8所示，第二油道包括出油槽33、环槽32和出油道31，环槽32设在盖6用于插装进气凸轮段2的内孔中部，该环槽32通过盖6所设的4个出油槽33分别与4个第二油腔34贯通，出油道31设在进气凸轮段2上并将环槽32和气缸头1上的孔连通，该气缸头1上的孔与机油控制阀相连。从图7中可看到，出油道31有一轴向段和一径向段，径向段的出口与环槽32相接，轴向段直通进气凸轮段2的外侧端面。这样，第二油腔34的油液就可通过盖6上的4个出油槽33进入环槽32，再由环槽33进入进气凸轮段2的出油道31，最后经气缸头上的孔流过机油控制阀，也可反之。
如图9所示，沿第二螺栓23的中心线还设有润滑油道，它包括进气凸轮段2内直通螺栓孔的中心油孔36、第二螺栓23内的中心通孔38以及排气凸轮段9内与螺栓头孔相接的盲孔39，中心油孔36和盲孔39分别通过径向油孔37与进气凸轮4和排气凸轮8的型面贯通，从而润滑进气轮和排气凸轮。
本发明是这样工作的：需要提前进气相位角时，调整机油控制阀的工作位置，使机油由第一油道进入第一油腔29，第二油腔29的机油通过第二油道向曲轴箱回油卸压，第一油腔29油压高于第二油腔34，第一油腔29的油经过盖6中的油槽40流入环形油腔35b，迫使锁销35向锁销孔内回退，使锁销35与连接孔20分离，同时压力油推动叶轮21逆时针转动，叶轮21带动进气凸轮段2相对于与壳体7固定的排气凸轮段9逆时针转动，实现进气凸轮4提前转动，转动的角度由机油控制阀进行调节；当需要滞后进气相位角时，调整机油控制阀的工作位置，使机油由第二油道进入第二油腔34，第一油腔29的机油通过第一油道向曲轴箱回油卸压，第二油腔34的油压高于第一油腔29，压力油推动叶轮21顺时针转动，叶轮21带动进气凸轮段2相对于排气凸轮段9顺时针转动，实现进气凸轮4滞后转动。如上所述，通过叶轮21相对壳体7的提前或滞后转动，从而实现改变配气正时相位角的功能，当需要进气相位角不变时，调整机油控制阀的工作位置，使第一油道和第二油道都处于截止状态，第一油腔和第二油腔的油压平衡，叶轮21和壳体7同步转动，配气相位角维持不变。
Claims (10)
1.一种摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，包括支承在气缸头(1)内的凸轮轴及凸轮轴上的进气凸轮(4)和排气凸轮(8)，在该凸轮轴的一端固定有正时链轮(10)，其特征在于：所述凸轮轴分成同轴的两段，其中一段是包括有进气凸轮(4)的进气凸轮段(2)，另一段是包括有排气凸轮(8)和正时链轮(10)的排气凸轮段(9)，两所述凸轮段通过VVT控制器连接；所述VVT控制器包括容纳有叶轮(21)的密封腔体，在所述排气凸轮段(9)远离正时链轮(10)的一端设有法兰盘(9a)，该法兰盘(9a)通过第一螺栓(5)依次与壳体(7)和盖(6)连接构成所述腔体，所述叶轮(21)与壳体(7)等宽度且可转动地位于壳体(7)中，该叶轮(21)通过第二螺栓(23)与伸入盖(6)中的所述进气凸轮段(2)固定，叶轮(21)的两端面与所述法兰盘(9a)和盖(6)的内侧端面滑合密封；在所述壳体(7)的内环面上均布有突块(7a)，在所述叶轮(21)的圆柱形轮毂上均布有叶片(21a)，各所述叶片(21a)位于两相邻所述突块(7a)之间，叶片(21a)顶面与壳体(7)的内环面滑合，突块(7a)的顶面与叶轮(21)的轮毂圆柱面滑合，从而在各所述叶片(21a)的两侧形成密封的第一油腔(29)和第二油腔(34)，所述第一油腔(29)通过第一油道、第二油腔(34)通过第二油道分别与供油系统的机油控制阀连接。
2.根据权利要求1所述的摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，其特征在于：在其中一个所述叶片(21a)上设置有装有锁销(35)的轴向通孔，与该通孔相对的盖(6)上设置有连接孔(20)，所述锁销(35)在压簧(19)的作用下能够插入该连接孔(20)；所述锁销(35)前部通过台阶设有小直径的锁止段(35a)，在锁止段(35a)与锁销孔之间形成环形油腔(35b)，该环形油腔(35b)通过所述盖(6)上的油槽(40)与所述锁销(35)邻近的第一油腔(29)贯通。
3.根据权利要求1所述的摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，其特征在于：所述第二螺栓(23)的中心线与所述叶轮(21)和排气凸轮段(9)的中心线相重合，其螺栓头位于所述排气凸轮段(9)内侧端的端孔内，在螺栓头和叶轮(21)之间压有密封垫(22)。
4.根据权利要求1所述的摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，其特征在于：所述第一油道包括油孔(28)、环形油道(27)、进油槽(26)、进油道(25)和环形油槽(24)，在所述叶轮(21)中心设有阶梯孔，其小端孔用于通过所述第二螺栓(23)，而大端孔与该第二螺栓(23)之间形成所述环形油道(27)；所述油孔(28)开在叶轮(21)上且将该环形油道(27)与第一油腔(29)贯通，所述环形油槽(24)开在所述进气凸轮段(2)与轴瓦(3)相配合的轴颈表面上，所述进油槽(26)和进油道(25)分别设在所述叶轮(21)和进气凸轮段(2)上，该进油槽(26)和进油道(25)将环形油道(27)和环形油槽(24)相连通，该环形油槽(24)通过轴瓦(3)和气缸头(1)上的孔与所述机油控制阀相连。
5.根据权利要求1所述的摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，其特征在于：所述第二油道包括出油槽(33)、环槽(32)和出油道(31)，所述环槽(32)设在盖(6)用于插装进气凸轮段(2)的内孔中部，该环槽(32)通过盖(6)上所设的所述出油槽(33)与第二油腔(34)贯通，所述出油道(31)设在所述进气凸轮段(2)上并将所述环槽(32)和气缸头(1)上的孔连通，该气缸头(1)上的孔与所述机油控制阀相连。
6.根据权利要求1所述的摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，其特征在于：沿所述第二螺栓(23)的中心线还设有润滑油道，它包括进气凸轮段(2)内直通螺栓孔的中心油孔(36)、第二螺栓(23)内的中心通孔(38)以及排气凸轮段(9)内与螺栓头孔相接的盲孔(39)，所述中心油孔(36)和盲孔(39)分别通过径向油孔(37)与所述进气凸轮(4)和排气凸轮(8)的型面贯通。
7.根据权利要求1所述的摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，其特征在于：在所述壳体(7)的突块(7a)上设有螺纹孔，所述第一螺栓(5)通过此螺纹孔与所述盖(6)和法兰盘(9a)连接。
8.根据权利要求1所述的摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，其特征在于：所述叶片(21a)和突块(7a)数量相同，为3～6个。
9.根据权利要求1或8所述的摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，其特征在于：在所述叶片(21a)和突块(7a)的顶面上设有轴向的密封槽，该密封槽中装有密封件(30)。
10.根据权利要求1所述的摩托车发动机单顶置凸轮轴进气相位连续可变机构，其特征在于：所述排气凸轮段(9)通过轴承(18)支承在气缸头(1)中，所述正时链轮(10)通过螺栓(11)固定在排气凸轮段(9)端部，所述进气凸轮段(2)通过轴瓦(3)支承在气缸头(1)中。
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