CN107131022B - 一种可变气门正时装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变气门正时装置，包括：壳体，其内设置有圆柱形密闭空腔，所述壳体内壁上设置有沿轴线方向延伸的直线凹槽；所述壳体由发动机曲轴带动旋转；套筒，其呈圆柱形，设置在壳体内，所述套筒与进气凸轮轴同轴固定连接，所述套筒的周向外侧壁的两端分别设置进油孔，两个进油孔分别与进气凸轮轴上的两个油道相连通；所述套筒周向外侧壁上曲线凹槽，其沿轴向延伸并沿周向扭转；钢珠保持架，其呈圆环形，所述钢珠保持架的内侧面与套筒外侧面相贴合，所述钢珠保持架的外侧面与壳体的内侧面相贴合；所述钢珠保持架上设置有可滚动的钢珠，所述钢珠分别与直线凹槽和曲线凹槽相贴合。
Description
技术领域
本发明属于汽车气门技术领域，特别涉及一种可变气门正时装置。
背景技术
发动机可变气门正时技术是目前汽车发动机中一项重要技术。发动机进气门早开、早关促使气门重叠角加大，进而改善排气效果，提高容积效率，有助于改善发动机低转速工作段的燃油经济性和大转矩工作段的扭矩输出。发动机进气门晚开、晚关，充分利用气流惯性，提高充气效率，为发动机高转速和大功率工作段提供保障。可变气门正时技术正是通过改变发动机进排气门早开或晚关来实现最佳的气门正时，更好地兼顾发动机低速与高速时的经济性和动力性，既改善了发动机的废气排放，又能保障发动机的动力性能。
目前基于发动机可变气门正时技术的装置种类较多，其中以叶片转子式凸轮相位器最为常见。
发明内容
本发明的目的是解决现有可变气门装置结构复杂，占用空间大的缺陷，提供了一种结构紧凑的可变气门正时装置。
本发明提供的技术方案为：
一种可变气门正时装置，包括：
壳体，其内设置有圆柱形密闭空腔，所述壳体内壁上设置有沿轴线方向延伸的直线凹槽；所述壳体由发动机曲轴带动旋转；
套筒，其呈圆柱形，设置在壳体内，所述套筒与进气凸轮轴同轴固定连接，所述套筒的周向外侧壁的两端分别设置进油孔，两个进油孔分别与进气凸轮轴上的两个油道相连通；所述套筒周向外侧壁上曲线凹槽，其沿轴向延伸并沿周向扭转；
钢珠保持架，其呈圆环形，所述钢珠保持架的内侧面与套筒外侧面相贴合，所述钢珠保持架的外侧面与壳体的内侧面相贴合；所述钢珠保持架上设置有可滚动的钢珠，所述钢珠同时分别与直线凹槽和曲线凹槽的弧形槽壁相贴合。
优选的是，所述壳体的一端固定连接进气带轮，所述进气带轮与正时皮带相啮合。
优选的是，所述壳体的一端固定连接进气链轮，所述进气链轮与正时链条相啮合。
优选的是，
所述直线凹槽设置有8个，沿周向均匀布置；
所述曲线凹槽设置有8个，沿周向均匀布置；
所述钢珠保持架上的钢珠设置有8个，沿周向均匀布置。
优选的是，所述曲线凹槽沿周向扭转45°。
优选的是，所述套筒的两端分别设置有密封圈，所述密封圈外侧设置有挡圈。
优选的是，所述套筒与进气凸轮轴采用过盈配合方式固定。
优选的是，所述壳体包括本体和两端可拆卸的密封盖，所述密封盖通过螺钉固定在壳体本体上。
优选的是，所述钢珠与钢珠保持架通过热装配而成。
优选的是，所述进气凸轮轴从壳体的一端穿出。
本发明的有益效果是：本发明提供的可变气门正时装置的结构简单、稳定性好。该装置可方便装配在发动机进排气凸轮轴一端实现进排气门的连续可变气门正时，有效地改善了发动机的燃油消耗和动力输出等问题。因此本发明设计的可变气门正时装置，有着重要的实际意义和应用前景。
附图说明
图1为本发明所述的可变气门正时装置总体装配结构示意图。
图2为本发明所述的可变气门正时装置总体外形结构示意图。
图3为本发明所述的壳体结构示意图。
图4为本发明所述的套筒结构示意图。
图5为本发明所述的壳体内部部件结构示意图。
图6为本发明所述的钢珠保持架结构示意图。
图7为本发明所述的可变气门正时装置实现的进气门位移变化正时曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供了一种基于皮带或链条传动的发动机可变气门正时装置，以实现进排气门的早开或晚关，使气门开启时间随发动机工况改变始终处于理想状态，从而满足发动机不同工况下的最佳配气需求。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
如图1所示，正时皮带110通过发动机曲轴带动，通过正时皮带110带动进气带轮120和排气带轮130转动，排气带轮130与排气凸轮轴140同轴固定连接，通过排气带轮130带动排气凸轮轴140转动。进气带轮120通过可变气门正时装置200带动进气凸轮轴150旋转，所述可变气门正时装置200能够调节进气凸轮轴150的相位，实现气门正时。
如图2、图3所示，所述可变气门正时装置200包括壳体210，所述壳体210为两端开口的空心圆柱体。进气带轮120固定在壳体210的一端。在所述壳体210的内壁上，设置有8个直线凹槽211，每个直线凹槽211的结构尺寸完全相同。所述直线凹槽211沿壳体210轴线方向延伸，直线凹槽211贯穿壳体210的两端，并且8个直线凹槽211沿周向均匀分布。所述直线凹槽211的内表面为圆弧形。
如图4所示，在所述壳体210内设置有套筒220，套筒220同轴固定在进气凸轮轴150的左端，套筒220与进气凸轮轴150装配时采用过盈配合的装配方式。在进气凸轮轴150上设置有第一供油孔151和第二供油孔152，所述套筒220的周向侧壁的两端分别设置有第三供油孔221和第四供油孔222，所述第一供油孔151和第三供油孔221通过进气凸轮轴150和套筒220 内部的油道相连通，所述第二供油孔152和第四供油孔222通过进气凸轮轴150和套筒220内部的油道相连通。
所述套筒220的周向外侧壁上设置有8个曲线凹槽223，曲线凹槽223贯穿套筒220的两端，曲线凹槽223沿轴向延伸并沿周向扭转，其扭转的圆周角度大小可根据发动机气门正时变化需求放大或缩小。作为一种优选的，曲线凹槽223扭转的圆周角度为45°。8个曲线凹槽223沿周向均匀分布，所述曲线凹槽223的内表面为圆弧形。
如图2、图5所示，所述套筒220的两端分别设置有密封圈224，两个密封圈224的外侧分别设置有挡圈225，密封圈224和挡圈225中部均设置有让进气凸轮轴150穿过的通孔，装配后密封圈224和挡圈225与进气凸轮轴150之间保持相对转动。第一密封盖230和第二密封盖240分别盖合在壳体210的两端，并通过螺钉231与壳体210的端面进行固定。第一密封盖230中部设置有一通孔，使进气凸轮轴150能够从中穿出。通过第一密封盖230、第二密封盖240、密封圈224以及挡圈225，使壳体210与套筒220之间构成了一个密封的储油空腔。密封圈224和挡圈225不仅能对空腔内油液起密封作用，还对壳体210起到支撑作用。
一并参阅图6，在壳体210和套筒220之间设置有环形钢珠保持架250，在环形钢珠保持架250的圆周上均匀装配8颗钢珠251，钢珠251与钢珠保持架250可通过热装配加工完成组装，且装配后的钢珠251可在钢珠保持架250内转动。8颗钢珠251分别与8个曲线凹槽223和8个直线凹槽211相配合。钢珠251中间1/3部分装配在钢珠保持架250内，位于钢珠保持架250内侧的1/3部分与曲线凹槽223内表面完全贴合，位于钢珠保持架250外侧的1/3部分与直线凹槽211内表面完全贴合。钢珠保持架250的内表面与套筒220的外表面贴合，钢珠保持架250的外表面与壳体210的内表面相贴合。因此，通过钢珠保持架250与钢珠251，将壳体210与套筒220之间的储油空腔一分为二成两个相互独立的密闭油腔，即第三供油孔221位于右侧油腔内，第四供油孔222位于左侧油腔内。左右两油腔内的油液量是通过第三供油孔221和第四供油孔222来补给完成，通过发动机ECU控制两个油腔内的油液量及油压来改变自身油腔的大小。
钢珠保持架250是通过发动机ECU控制左右两个油腔内的油量和油压变化实现左右滑移的。初始位置使钢珠保持架250位于中间的位置，保持静止不动，左右两个油腔内的油压相等。当左侧油腔内油液油量和油压通过第二供油孔152和第四供油孔222流入增大时，油液推动处于中间的位置钢珠保持架250按照钢珠251所对应的直线凹槽211和曲线凹槽223轨迹向右侧滑移，促使右侧油腔内的油液通过第三供油孔221和第一供油孔151流回到对应的储油室控制室内。钢珠保持架250滑移距离的大小是由发动机ECU控制左右两个油腔内的油液和油压变化实现的。
为减小钢珠保持架250及其钢珠251在壳体210内壁与套筒220外壁之间滑动时油腔内油液产生的缝隙流动效应，可在钢珠保持架250上增加油环及密封圈等减小油液缝隙流动影响。同时优化第三供油孔221和第四供油孔222所对应的油道孔径的大小来满足油压变化需求，使钢珠保持架250滑移时产生的缝隙流动效应相对于油道的油量供给可忽略不计。
由于钢珠251对应的直线凹槽211和曲线凹槽223成交叉布置，钢珠保持架250上的钢珠251沿直线沟槽211和曲线沟槽223左右滑移时，直线沟槽211和曲线沟槽223的交叉位置时刻变化，促使壳体210与套筒220之间产生相对转动。因壳体210随发动机进气带轮120同步转动，钢珠251的滑移只能使曲线沟槽223的位置相对直线凹槽211发生改变，使套筒220相对壳体210转过对应于钢珠120滑过曲线凹槽223的圆周角度。进气凸轮轴150随套筒220转过相同的角度，即实现发动机气门系统的可变气门正时。
参照图1中所示的进气带轮120转动方向，当钢珠保持架250在油压作用下向右端移动时，由于钢珠251和曲线凹槽223的结构限制，套筒220以与进气带轮120转动的反方向转动一定角度，该角度等于钢珠251滑过曲线凹槽223对应的圆周角度。此时进气凸轮轴150相对于进气带轮120滞后一定转角，即进气凸轮相位的滞后，可实现进气门延迟开启和关闭，提高充气效率，为发动机高转速和大功率工作段提供保障。
当钢珠保持架250在油压作用下向左端移动时，套筒220以与进气带轮120转动的相同方向转动一定的角度。此时进气凸轮轴150相对于进气带轮120提前一定转角，即进气凸轮相位的提前，可实现进气门提前开启和关闭， 促使气门重叠角加大，进而改善排气效果，有助于改善发动机低转速工作段的燃油经济性和大转矩工作段的扭矩输出。
发动机ECU会根据不同传感器检测的实时车速、发动机转速、带轮或链轮相对凸轮轴的转角等，通过控制两侧油腔内油液的油量和油压变化来改变钢珠保持架250上钢珠251在曲线凹槽223内滑移对应的圆周角度，实时调节发动机不同工况下所需的气门重叠大小，实现连续可变气门正时。
可变气门正时装置200通过控制环形钢珠保持架250的左右滑移实现了进气凸轮轴凸轮相位的滞后或提前，其对应的进气门位移变化正时曲线如图7所示。
在另一实施例中，正时皮带110可更换为传动链，相应的将进气带轮120和排气带轮130更换为链轮。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.一种可变气门正时装置，其特征在于，包括：
壳体，其内设置有圆柱形密闭空腔，所述壳体内壁上设置有沿轴线方向延伸的直线凹槽；所述壳体由发动机曲轴带动旋转；
套筒，其呈圆柱形，设置在壳体内，所述套筒与进气凸轮轴同轴固定连接，所述套筒的周向外侧壁的两端分别设置进油孔，两个进油孔分别与进气凸轮轴上的两个油道相连通；所述套筒周向外侧壁上曲线凹槽，其沿轴向延伸并沿周向扭转；
钢珠保持架，其呈圆环形，所述钢珠保持架的内侧面与套筒外侧面相贴合，所述钢珠保持架的外侧面与壳体的内侧面相贴合；所述钢珠保持架上设置有可滚动的钢珠，所述钢珠同时分别与直线凹槽和曲线凹槽的弧形槽壁相贴合；
正时皮带通过发动机曲轴带动，通过正时皮带带动排气带轮转动，排气带轮与排气凸轮轴同轴固定连接。
2.根据权利要求1所述的可变气门正时装置，其特征在于，所述壳体的一端固定连接进气带轮，所述进气带轮与正时皮带相啮合。
3.根据权利要求1所述的可变气门正时装置，其特征在于，所述壳体的一端固定连接进气链轮，所述进气链轮与正时链条相啮合。
4.根据权利要求2或3所述的可变气门正时装置，其特征在于，
所述直线凹槽设置有8个，沿周向均匀布置；
所述曲线凹槽设置有8个，沿周向均匀布置；
所述钢珠保持架上的钢珠设置有8个，沿周向均匀布置。
5.根据权利要求4所述的可变气门正时装置，其特征在于，所述曲线凹槽沿周向扭转45°。
6.根据权利要求1所述的可变气门正时装置，其特征在于，所述套筒的两端分别设置有密封圈，所述密封圈外侧设置有挡圈。
7.根据权利要求1所述的可变气门正时装置，其特征在于，所述套筒与进气凸轮轴采用过盈配合方式固定。
8.根据权利要求1所述的可变气门正时装置，其特征在于，所述壳体包括本体和两端可拆卸的密封盖，所述密封盖通过螺钉固定在壳体本体上。
9.根据权利要求1所述的可变气门正时装置，其特征在于，所述钢珠与钢珠保持架通过热装配而成。
10.根据权利要求1所述的可变气门正时装置，其特征在于，所述进气凸轮轴从壳体的一端穿出。
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