CN102182529A - 一种可变升程凸轮轴 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提出一种可变升程凸轮轴，包括凸轮轴本体和一个驱动轴，驱动轴的一端与正时齿轮以同轴方式固定连接，另一端固定有一个空腔结构的控制器，控制器内设置有一个可沿轴向移动的活动部，活动部的端部与凸轮轴本体固定连接，控制器通过花键结构与凸轮轴本体活动连接；凸轮轴本体活动架设在轴承座上，凸轮轴本体上设置有多个凸轮，凸轮及与其对应的滚子摇臂均为横置的圆台或圆锥结构。上述可变升程凸轮轴在对发动机原有气门机构改动较小的前提下实现了气门升程的连续可调，其整体结构体积较小，避免了大幅度地增加发动机高度，易于装配，并可以直接在凸轮轴生产线上即可完成凸轮总成的装配，降低了缸盖总成装配难度，从而有效降低成本。

Description

一种可变升程凸轮轴
技术领域
本发明属于汽车发动机技术领域，特别涉及到一种可变升程凸轮轴。
背景技术
节能减排是当前社会，尤其是汽车行业发展的主题。为了实现这一目标，各汽车厂商及研发机构都大力投入研究内燃机新技术。在内燃机各种能量损失中，泵气损失所占比例最大，所以许多公司都开发了可变气门技术以降低泵气损失，达到降低油耗的目的。
目前世界上已开发的可变气门升程技术包括组合摇臂式、液压挺柱式、纯液压控制式以及电磁控制式气门等。其中液压挺柱式只能实现两三级的升程可变，而纯液压式和电磁式气门控制复杂、体积庞大而且成本很高，不适合量产机型上使用。目前已量产的连续可变气门升程机构主要是组合摇臂式，在原有摇臂上面再加装一个可调节的组合式摇臂机构来实现升程变化。通过一根带偏心轮的控制轴转动，带动组合摇臂运动，从而实现升程变化的调节。由于组合摇臂本身高度较高，会使整个气门机构高度增加很多，而且整个机构装配复杂，影响生产效率。
发明内容
本发明的目的是提出一种可变升程凸轮轴，在对发动机原有气门机构改动较小的前提下实现气门升程的连续可调，其整体结构体积较小，易于装配，可有效降低成本。
本发明的可变升程凸轮轴包括凸轮轴本体和一个驱动轴，关键在于所述驱动轴的一端与正时齿轮以同轴方式固定连接，另一端固定有一个空腔结构的控制器，所述控制器内设置有一个可沿轴向移动的活动部，所述活动部的端部与凸轮轴本体固定连接，所述控制器通过花键结构与凸轮轴本体活动连接；所述凸轮轴本体活动架设在轴承座上，凸轮轴本体上设置有多个凸轮，所述凸轮及与其对应的滚子摇臂均为横置的圆台或圆锥结构。
在工作中，活动部沿轴向移动，带动凸轮轴本体沿其轴向移动，这样凸轮与其对应的滚子摇臂的接触点就会发生变化，因为凸轮及与其对应的滚子摇臂均为横置的圆台或圆锥结构，两者之间的接触点发生变化就会导致滚子摇臂的有效高度发生变化，从而导致气门升程发生变化。另外，所述控制器通过花键结构与凸轮轴本体活动连接，可以使得凸轮轴本体在做轴向移动的同时，还在驱动轴的带动下转动。
具体来说所述活动部的结构有以下两种：
1、所述控制器包括杯状的本体和利用螺栓固定在本体内的堵盖，所述活动部为设置于控制器本体内的活塞，控制器的两侧均设置有与发动机油道相通的油孔，所述油孔设置有利用ECU控制的电磁阀。活动部（即活塞）在液压控制下可沿轴向移动，从而带动凸轮轴本体移动，实现调节气门升程的目的。发动机油道可以是环绕在控制器上，以保证控制器油孔与发动机油道连通。
2、所述控制器包括杯状的本体和利用螺栓固定在本体内的堵盖，所述活动部为设置于控制器本体内的步进电机及利用丝杠传动机构与步进电机连接的杆体，所述杆体的端部突出于控制器且与凸轮轴本体固定连接；所述步进电机与ECU相连。活动部（即杆体）在步进电机控制下可沿轴向移动，从而带动凸轮轴本体移动，实现调节气门升程的目的。步进电机的电源可以设置在控制器表面上，并利用与控制器表面接触的电刷与ECU连通。
进一步地，上述的可变升程凸轮轴还包括一个由位置传感器和信号轮组成的凸轮轴位置反馈装置，所述位置传感器设置于发动机的气门室罩盖上，所述信号轮设置在位置传感器正下方的凸轮轴本体上，所述位置传感器与ECU相连。ECU接收位置传感器的信号，并根据该信号来控制活动部的移动，从而实现对凸轮轴本体移动的闭环控制，更精确地控制气门升程。
进一步地，所述控制器本体内部设置有花键槽，所述凸轮轴本体的端部通过法兰面固定有一个连接器，所述连接器的外周设置有与所述花键槽对应的花键。通过中间的连接器将凸轮轴本体与活塞连接起来，在活塞的作用下带动凸轮轴本体作轴向移动，同时连接器的花键部分与杯状本体的花键槽部分相连接，可在其内轴向滑动，同时，随着本体的旋转，而带动凸轮轴本体作同步旋转运动。通过增加一个分体的连接器，可以减少凸轮轴本体的加工难度，从而降低成本。
进一步地，所述轴承座的顶面设置有油槽，所述油槽与发动机油道相通。上述结构采用静液压悬浮轴承设计，发动机油道内的机油所建立起的压力可以保证整个凸轮轴本体的悬浮和润滑，从而满足凸轮轴本体轴向运动的要求。
综上所述，本发明的可变升程凸轮轴在对发动机原有气门机构改动较小的前提下实现了气门升程的连续可调，其整体结构体积较小，避免了大幅度地增加发动机高度，易于装配，并可以直接在凸轮轴生产线上即可完成凸轮总成的装配，降低了缸盖总成装配难度，从而有效降低成本。
附图说明
图1是本发明的可变升程凸轮轴的分体结构示意图。
图2是本发明中驱动轴与控制器的连接结构示意图。
图3是本发明中连接器与凸轮轴本体的连接结构示意图。
图4是本发明中轴承座与凸轮轴本体的连接结构示意图。
图5是本发明中凸轮轴位置反馈装置的结构示意图。
图6是本发明中凸轮及滚子摇臂的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图来详细说明本发明。
实施例1：
如图所示，本实施例的可变升程凸轮轴包括凸轮轴本体1和一个驱动轴2，驱动轴2的一端与正时齿轮3以同轴方式固定连接，另一端固定有一个空腔结构的控制器4，所述控制器4包括杯状的本体41和利用螺栓42固定在本体内的堵盖43，控制器本体41内设置有一个活塞5，控制器4的两侧均设置有与发动机油道相通的油孔44，油孔44设置有利用ECU控制的电磁阀，通过电磁阀调节两侧油路进油和出油，从而推动活塞５作轴向移动，再由活塞５带动右侧的凸轮轴本体１作轴向移动。凸轮轴本体1活动架设在轴承座7上，凸轮轴本体1上设置有多个凸轮8，所述凸轮8及与其对应的滚子摇臂9均为横置的圆台结构（图中未画出电磁阀及ECU）。
凸轮8是由型线部分81和基圆部分82组成，型线部分81呈锥形，与滚子摇臂锥形部分91相接触并控制气门开启，当气门关闭时，两者处于分离状态；凸轮基圆部分与滚子摇臂的圆柱部分92相接触，在气门关闭状态时起到限位作用，气门打开时，两者处于分离状态。将凸轮基圆部分82与型线部分81分开的目的是避免增大升程时，在气门关闭时刻，基圆部分82横向移动会将气门顶开的问题。
进一步地，上述的可变升程凸轮轴还包括一个由位置传感器10和信号轮11组成的凸轮轴位置反馈装置，所述位置传感器设10置于发动机的气门室罩盖12上，所述信号轮11设置在位置传感器10正下方的凸轮轴本体上，所述位置传感器10与ECU相连。
具体来说，控制器本体41内部设置有花键槽45，凸轮轴本体1通过其端部的法兰面13与连接器14端部的法兰面15固定连接，其中法兰面13、15利用螺栓16连接，连接器14的外周设置有与所述花键槽45对应的花键141。活塞5的端部通过螺栓6与连接器14固定连接，控制器4通过花键结构与连接器14活动连接。通过增加一个分体的连接器，可以减少凸轮轴本体的加工难度，从而降低成本。
进一步地，所述轴承座7的顶面设置有油槽71，所述油槽71与发动机油道相通。上述结构采用静液压悬浮轴承设计，发动机油道内的机油所建立起的压力可以保证整个凸轮轴本体的悬浮和润滑，从而满足凸轮轴本体1轴向运动的要求。
为防止漏油，堵盖43内设置有密封46。
在工作中，ECU接收位置传感器10的信号，并根据该信号来控制电磁阀的开闭，利用油压来推动活塞5作往复运动，带动凸轮轴本体1沿其轴向移动，这样凸轮8与其对应的滚子摇臂9的接触点就会发生变化，改变了凸轮8与液压挺柱的有效驱动位置，因为凸轮8及与其对应的滚子摇臂9均为横置的圆台结构，两者之间的接触点发生变化就会导致滚子摇臂9的有效高度发生变化，从而导致气门升程发生变化，实现了对凸轮轴本体1移动的闭环控制。另外，4控制器通过花键结构与凸轮轴本体1活动连接，可以使得凸轮轴本体1在做轴向移动的同时，还在驱动轴2的带动下作旋转运动。

Claims (7)

1.一种可变升程凸轮轴，包括凸轮轴本体和一个驱动轴，其特征在于所述驱动轴的一端与正时齿轮以同轴方式固定连接，另一端固定有一个空腔结构的控制器，所述控制器内设置有一个可沿轴向移动的活动部，所述活动部的端部与凸轮轴本体固定连接，所述控制器通过花键结构与凸轮轴本体活动连接；所述凸轮轴本体活动架设在轴承座上，凸轮轴本体上设置有多个凸轮，所述凸轮及与其对应的滚子摇臂均为横置的圆台或圆锥结构。
2.根据权利要求1所述的可变升程凸轮轴，其特征在于所述控制器包括杯状的本体和利用螺栓固定在本体内的堵盖，所述活动部为设置于控制器本体内的活塞，控制器的两侧均设置有与发动机油道相通的油孔，所述油孔设置有利用ECU控制的电磁阀。
3.根据权利要求1所述的可变升程凸轮轴，其特征在于所述控制器包括杯状的本体和利用螺栓固定在本体内的堵盖，所述活动部为设置于控制器本体内的步进电机及利用丝杠传动机构与步进电机连接的杆体，所述杆体的端部突出于控制器且与凸轮轴本体固定连接；所述步进电机与ECU相连。
4.根据权利要求1或2或3所述的可变升程凸轮轴，其特征在于还包括一个由位置传感器和信号轮组成的凸轮轴位置反馈装置，所述位置传感器设置于发动机的气门室罩盖上，所述信号轮设置在位置传感器正下方的凸轮轴本体上，所述位置传感器与ECU相连。
5.根据权利要求4所述的可变升程凸轮轴，其特征在于所述控制器本体内部设置有花键槽，所述凸轮轴本体的端部通过法兰面固定有一个连接器，所述连接器的外周设置有与所述花键槽对应的花键。
6.根据权利要求4所述的可变升程凸轮轴，其特征在于所述轴承座的顶面设置有油槽，所述油槽与发动机油道相通。
7.根据权利要求5所述的可变升程凸轮轴，其特征在于所述轴承座的顶面设置有油槽，所述油槽与发动机油道相通。
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