CN109209546A - 连续可变气门升程机构的间隙调节装置及调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种连续可变气门升程机构的间隙调节装置，属于发动机零部件技术领域。包括激光测距传感器、传感器测头、测量座和调节螺栓分组垫片、插销；所述传感器测头包括长测头和短测头，所述长测头的一端可与激光测距传感器配合，另一端可置于测量座的底座标定孔内与其配合，所述短测头的一端可与激光测距传感器配合，另一端可置于测量座的测量装配孔内与其配合并通过插销限位。本发明还公开了一种连续可变气门升程机构的间隙调节装置的调节方法。本发明能够完成连续可变气门升程机构的间隙装调功能，为机构顺利搭载、可靠运行以及量产工业化提供可能。

Description

连续可变气门升程机构的间隙调节装置及调节方法

技术领域

本发明涉及发动机零部件技术领域，具体涉及一种连续可变气门升程机构的间隙调节装置及调节方法。

背景技术

现有内燃机中广泛要求其配气机构具备连续可调的进气门关闭时刻与持续期，因此，许多主机厂同时搭载可变配气相位与可变气门升程技术，来实现进气门开启时刻不变的前提下：升程持续期同步增大，关闭时刻迟后；以及升程持续期同步减小，关闭时刻提前的基本功能。

在实际使用过程中，由于可变气门升程机构凸轮从动件数量较多，在零件制造和机构安装过程中会产生较大的误差累积，机构内累积的误差会给整机带来不良的影响：1、改变气门的既定开闭时刻，影响充气效率和进气初始阶段滚流的形成；2、改变气门的最大升程，影响型线丰满系数，在极限工况下增加气门活塞发生干涉的风险；3、产生机构异响与异常冲击，影响机构可靠性；4、基圆位置气门无法关闭，降低发动机功率，带来气门烧蚀风险。因此，使用过程中对机构内误差累积进行补偿调节具有必要性。

针对机构内误差累积当前主要有两种补偿手段，即通过液压调节机构充油进行动态补偿，以及将所有误差传递至一个零件尺寸，通过分级选配的形式进行机械补偿。

单独使用液压机构调节间隙，虽能省去选配步骤，用滚动接触方式获得一定的摩擦功收益，但系统整体刚度会降低，难以得到精确的气门升程曲线。并且，在油压过大的工况下，液压间隙调节器没有机械限位，容易出现泵升。

单独使用机械结构调节间隙，虽能提高调节精度，但调节范围受到分组数限制，对零件组别的设置与零件加工精度提出了更高的要求。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种连续可变气门升程机构的间隙调节装置及调节方法。

本发明采用的技术方案是：一种连续可变气门升程机构的间隙调节装置，包括激光测距传感器、传感器测头、测量座和调节螺栓分组垫片、插销；所述传感器测头包括长测头和短测头，所述长测头的一端可与激光测距传感器配合，另一端可置于测量座的底座标定孔内与其配合，所述短测头的一端可与激光测距传感器配合，另一端可置于测量座的测量装配孔内与其配合并通过插销限位。

进一步优选的结构，所述激光测距传感器包括传感器本体，所述传感器本体固定在传感器支架上；所述传感器支架包括两块相互平行的安装板，所述传感器本体位于两块安装板之间上部，所述两块安装板之间下部设有传感器测头安装板，所述长测头或短测头穿过传感器测头安装板与传感器本体上下相对。

进一步优选的结构，所述长测头或短测头上部开设通孔，且通过限位插销限位。

进一步优选的结构，所述长测头外部设有用于导向的外套管。

进一步优选的结构，所述传感器支架与测量座之间设有定位结构。

进一步优选的结构，所述定位结构包括传感器支架底部的凹槽和测量座顶面的与凹槽配合的方形定位结构。

进一步优选的结构，所述插销用于与调节螺栓下垫片底部开设通孔配合，所述测量座底部开设用于插销插入的插槽。

一种连续可变气门升程机构的间隙调节装置的调节方法，包括以下步骤：

(1)、用长测头放入底座标定孔中，对系统进行调零标定，测定底座标定孔深度L3；

(2)、将激光测距传感器移出标定工位，将长测头放入气缸盖罩的调节螺栓总成安装孔中，测定调节螺栓弹簧下座顶面到上摇臂支撑臂滚轮表面距离L4，此距离为调节螺栓下垫片厚度L1+调节螺栓分组垫片厚度L2-第一间隙的结果；

(3)、激光测距传感器换上短测头，在底座测量装配孔测量调节螺栓下垫片厚度L1，根据测量结果为其选择若干组厚度合适的调节螺栓分组垫片；

(4)、将若干组垫片依次放入底座测量装配孔内，用短测头测量调节螺栓下垫片厚度L1+调节螺栓分组垫片厚度L2；

(5)、将插销穿过调节螺栓下垫片通孔，带上调节螺栓与调节螺栓上垫片，以适当力矩打紧，并测量调节螺栓顶面到调节螺栓上垫片底面的距离；

(6)、将装配好的调节螺栓总成放入气缸盖罩调节螺栓总成安装孔中，测量调节螺栓顶面到调节螺栓下垫片底面的距离。

进一步地，上述步骤(6)测量结果与上述步骤(5)测量结果之差即为所需的第一间隙，如第一间隙不在设计公差范围之内，则重复以上三至六步骤，直至满足设计要求。

本发明的实施应用对象，采用了液压与机械补偿相结合的方式，一方面为各缸各气门配置了液压间隙调节器，在机油泵运转时抬升从动件结构，减小间隙名义值；另一方面为液压机构设置了上极限位置限位，当从动件到达上极限位置便不在继续抬升，此时使用数组厚度不同的垫片改变调节螺栓总成长度，用机械补偿的方式对余下的间隙进行调节。

本发明旨在为此类特殊的，液压与机械补偿结合的结构，提供可行且易于实施的选配装调方案，使其能够输出高度拟合设计值的气门升程曲线，满足实际应用需求。

应用本发明能够为可变气门升程机构带来如下显著效果：

1、使实际气门升程更加接近理论设计值，更加精确的控制进气过程，规避气门升程曲线失真带来的碰撞、烧蚀等可靠性问题；2、使用调节螺栓总成为液压调节机构限位，从源头上避免了液压调节机构的泵升问题；3、将系统公差累积至调节螺栓分组垫片一环中，放宽了凸轮轴、摇臂等零件的制造公差，制造成本降低。

本发明能够完成连续可变气门升程机构的间隙装调功能，为机构顺利搭载、可靠运行以及量产工业化提供可能。

附图说明

图1是连续可变气门升程机构示意图；

图2是调节螺栓总成局部视图；

图3是间隙调节装置结构示意图；

图4是步骤1使用长测头测量示意；

图5是步骤2使用长测头测量示意；

图6是步骤4使用短测头测量示意；

图7是使用本间隙调节装置能得到的效果示意(其中实线为最大升程位置理论型线，虚线为使用本发明装调后的实际型线，点线为未装调状态的实际型线)；

其中，1-两侧凸轮、2-中间凸轮、3-上摇臂、4-下摇臂气门侧、5-下摇臂液压挺柱侧、6-调节螺栓弹簧上座安装平面、7-调节螺栓弹簧上座、8-调节螺栓弹簧、9-调节螺栓弹簧下座安装平面、10-调节螺栓弹簧下座、11-调节螺栓总成(11-a-调节螺栓、11-b-调节螺栓上垫片、11-c-调节螺栓分组垫片、11-d-调节螺栓下垫片、11-e-调节螺栓上垫片底面、11-f-调节螺栓分组垫片底面、11-g-调节螺栓下垫片底面)、12-第二间隙、13-第一间隙、14-激光测距传感器(14-a-传感器本体、14-b-传感器支架、14-c-安装板、14-d-传感器测头安装板)、15-传感器测头(15-a-限位插销、15-b-长测头、15-c-外套管、15-d-短测头)、16-测量座(16-a-测量座导向孔、16-b-底座标定孔、16-c-方形定位结构、16-d-测量装配孔、16-f-插槽)、17-插销；

L1-调节螺栓下垫片厚度、L2-调节螺栓分组垫片厚度、L3-标定孔深度、L4-上摇臂滚轮轮面到调节螺栓下弹簧座顶面距离、L1+L2-调节螺栓下垫片厚度+调节螺栓分组垫片厚度。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

图1、图2所示是本发明一种连续可变气门升程机构完成安装的状态，工作时，机构下摇臂液压挺柱侧5始终受到来自液压挺柱的向上推力，另一边下摇臂气门侧4受气门座圈限位无法向上抬升，但要下压需要克服很大的气门弹簧力，因此可视为固定支点。液压挺柱充油后，下摇臂会以气门侧作为支点逆时针转动，将与其固联的上摇臂3顶起，直至上摇臂3的两个滚轮分别与两侧凸轮1与调节螺栓总成11发生接触。此时，调节螺栓下垫片11-d直接决定了上摇臂3所能到达的上极限位置，在调节螺栓总成11的轴线方向上，通过使用不同组别的调节螺栓分组垫片11-c，可以灵活按需调节上述上极限位置，调节螺栓分组垫片11-c厚度增加时，第二间隙12增大，调节螺栓分组垫片11-c厚度减小时，第二间隙12变小。

发动机运转时，中间凸轮2负责气门开启，两侧凸轮1负责气门关闭，中间凸轮2由其基圆向最大升程位置滑动时，会首先消除掉第二间隙12，使中间凸轮2与上摇臂3的滚轮接触，随后凸轮升程的变化才能反映到气门升程的输出中。第二间隙12的存在意义在于补偿加工制造以及热变形给零件带来的长度变化，保持系统气门升程输出的高度一致性。如果第二间隙12偏离设计值，实际气门升程曲线会严重失真，带来噪音、干涉、充气效率下降等一系列问题。

适用本装置调节的轴套轴式可变气门升程机构中存在两个间隙，其一为未安装调节螺栓弹簧时，出现在调节螺栓上垫片与调节螺栓下座之间的第一间隙13。安装调节螺栓弹簧后，调节螺栓上垫片在弹簧力的作用下与调节螺栓下座接触，此时第一间隙13消失，调节螺栓总成将摇臂向下顶动，新的间隙出现在中间凸轮与中间滚轮之间，即第二间隙12。

第一间隙为测量状态的系统内间隙，第二间隙为运行状态的系统内间隙，其中第二间隙为需要调节控制的目标。但由于测量时不安装调节弹簧，第二间隙难以直接测得，且两间隙间存在确定的近似线性的对应关系，装调时需要通过第一间隙对第二间隙进行间接装调。

下面结合图3对本发明间隙调节装置的构造原理与使用方法进行说明。

本发明一种连续可变气门升程机构的间隙调节装置包括激光测距传感器14、传感器测头15、测量座16和调节螺栓分组垫片11-c、插销17；所述传感器测头15包括长测头15-b和短测头15-d，所述长测头15-b的一端可与激光测距传感器14配合，另一端可置于测量座16的底座标定孔16-b内与其配合，所述短测头15-d的一端可与激光测距传感器14配合，另一端可置于测量座16的测量装配孔16-d内与其配合并通过插销17限位。

所述调节螺栓总成11包括从上至下的调节螺栓11-a、调节螺栓上垫片11-b、调节螺栓分组垫片11-c和调节螺栓下垫片11-d。

所述激光测距传感器14包括传感器本体14-a，所述传感器本体14-a固定在传感器支架14-b上；所述传感器支架14-b包括两块相互平行的安装板14-c，所述传感器本体14-a位于两块安装板14-c之间上部，所述两块安装板之间下部设有传感器测头安装板14-d，所述长测头或短测头穿过传感器测头安装板与感器本体14-a上下相对。

所述长测头或短测头上部开设通孔，且通过限位插销15-a限位。

所述长测头外部设有用于导向的外套管15-c。

所述传感器支架与测量座之间设有定位结构。所述定位结构包括传感器支架底部的凹槽和测量座顶面的与凹槽配合的方形定位结构16-c。

所述调节螺栓下垫片底部开设通孔用于插销17配合，所述测量座16底部开设用于插销插入的插槽16-f。

图3中所示是本发明间隙调节装置的总体结构，其中传感器本体14-a通过内六角螺栓固定在传感器支架14-b上，传感器支架14-b为在为传感器测头15提供安装位置的同时，也通过方形定位结构16-c辅助激光测距传感器14在测量座16上进行装配。由于接口形状完全一致，激光测距传感器14可以在底座标定孔16-b和测量装配孔16-d工位自由安装切换。

光束通过滤镜打在传感器测头15顶平面，当传感器测头15发生轴向位移后，传感器内部处理器能够通过光束返回接收器镜头的角度，精确计算出其与标定零位的相对距离。

如需更换长测头15-b长测头或15-d短侧头，需要将激光测距传感器14从测量座16上拿出，拔掉限位插销15-a，将长测头15-b或短侧头15-d与外套管15-c分离，再将需要的测头换上插回限位插销15-a使用。

如需装配调节螺栓总成11，需要先将配好的调节螺栓下垫片11-d与调节螺栓分组垫片11-c依次放入测量装配孔16-d中，取出调节螺栓11-a和调节螺栓上垫片11-b，在调节螺栓11-a螺纹上涂抹乐泰胶，随后将其手动旋入调节螺栓下垫片11-d，转动总成，使调节螺栓下垫片的插销孔与测量座装配孔16-d侧壁的方形槽(即插槽16-f)对齐，插入插销17后用带长套筒的力矩扳手穿过测量座导向孔16-a进行打紧。

以单缸间隙调节为例，本发明一种连续可变气门升程机构的间隙调节装置的调节方法：第一步需要用长测头放入底座标定孔中，对系统进行调零标定，测定底座标定孔深度L3；第二步将激光测距传感器移出标定工位，将长测头放入气缸盖罩的调节螺栓总成安装孔中，测定调节螺栓弹簧下座顶面到上摇臂支撑臂滚轮表面距离L4，此距离为调节螺栓下垫片厚度L1+调节螺栓分组垫片厚度L2-第一间隙13的结果；第三步将激光测距传感器换上短测头，在底座测量装配孔测量调节螺栓下垫片厚度L1，根据测量结果为其选择3组(优选地)厚度合适的调节螺栓分组垫片；第四步将3组(优选地)垫片依次放入底座测量装配孔内，用短测头测量调节螺栓下垫片厚度L1+调节螺栓分组垫片厚度L2；第五步将插销穿过调节螺栓下垫片通孔，带上调节螺栓与调节螺栓上垫片，以适当力矩打紧，并测量调节螺栓11-a顶面到调节螺栓上垫片底面11-e的距离；第六步将装配好的调节螺栓总成放入气缸盖罩调节螺栓总成安装孔中，测量调节螺栓11-a顶面到调节螺栓下垫片底面11-g的距离，第六步测量结果与第五步测量结果之差即为所需的第一间隙13，如第一间隙13不在设计公差范围之内，则重复以上三至六步骤，直至满足设计要求。

下面结合图4-图6对关键测量步骤进行说明。

图5-6中对调节螺栓下垫片厚度L1、调节螺栓分组垫片厚度L2以及上摇臂滚轮轮面到调节螺栓下弹簧座顶面距离L4的测量进行了说明，不难得出L1+L2-L4即为机构中第一间隙13的理论数值，但值得说明的是，在调节螺栓总成11完成装配并放入气缸盖罩调节螺栓总成安装孔后，第一间隙13无法进行直接测量，此时，需要通过步骤五和步骤六中测量调节螺栓11-a顶面到调节螺栓上垫片底面11-e的距离和调节螺栓11-a顶面到调节螺栓下垫片底面11-g距离，并用两结果做差间接计算实际间隙，检查实际装配后的间隙是否满足设计要求。

如图7所示，在本发明的一个实施例中，装调前：气门的开启时刻较理论位置约迟后6°曲轴转角，气门的关闭时刻较理论位置约提前6°曲轴转角，最大升程较理论升程减少约0.5mm，气门升程曲线整体与理论型线拟合度低。装调后：气门的开启和关闭时刻较理论位置偏差在1°曲轴转角以内，最大升程偏差在0.1mm以内，极大的提升了实际气门升程曲线与理论型线的拟合度。

为了顺利的实现选配装调，装调装置需要具有下列结构特征：

激光测距传感器具备测量与记录功能，测量精度需要达到1-2微米级别，传感器支架下部具有方形槽定位安装结构，安装时能够与测量座和气缸盖罩安装支架匹配。

传感器测头包括外套管和内测头，受制于激光测距传感器量程，内测头需要有长、短两个制式，长测头用于步骤一至二无调节螺栓下垫片时的测量，短测头用于步骤三至六有调节螺栓下垫片时的测量。

测量座需要有底座标定孔、测量装配孔和方形定位结构，为各测量步骤提供工具和零件的安装与定位。其中测量座的上板打有2个通孔，用于为传感器测头的外套管进行导向，测量装配孔侧壁开有方槽，用于插入插销以及使用插销取出装配好的调节螺栓总成，此外，测量座上板顶面还装有与激光传感器支架匹配的方形定位结构，用于安装定位。

进一步地，为了提高装调效率与可靠性，满足生产线量产装调需求，调节装置还可以从下列几个方向进行升级：

1.使用电机低速匀速驱动进气凸轮轴，在支架上并联3-4个激光测距传感器，在步骤二测量调节螺栓下垫片厚度+调节螺栓分组垫片厚度-第一间隙时，凸轮轴旋转一圈完成所有气缸测量，激光测距传感器将结果自动记录并输入电脑，节省传感器拆装与读数、记录、计算时间。

2.将调节螺栓总成简化为无需装配调整的一体分组零件，在正态分布期望附近的数个组别以0.02mm为间隔，在远离期望的数个组别以0.03mm为间隔，计算出需求长度后，根据零件上标刻的长度组别进行选配，将步骤三至五简化为一个步骤，节省测量、调节螺栓总成装配时间。

3.为装调过程设计专用软件，由软件完成数据记录、需求组别计算与第一间隙第二间隙的转换工作，装调完成后自动存档测量数据，增加装配过程的可追溯性。

4.下线前增加气门升程测量验证，使用激光位移传感器测量装调后实际气门升程，判定最大升程、开闭时刻和持续期等参数是否满足设计要求，作为产品合格下线或返修的依据。

应用本发明能够为可变气门升程机构带来如下显著效果：

1、使实际气门升程更加接近理论设计值，更加精确的控制进气过程，规避气门升程曲线失真带来的碰撞、烧蚀等可靠性问题；2、使用调节螺栓总成为液压调节机构限位，从源头上避免了液压调节机构的泵升问题；3、将系统公差累积至调节螺栓分组垫片一环中，放宽了凸轮轴、摇臂等零件的制造公差，制造成本降低。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种连续可变气门升程机构的间隙调节装置，其特征在于，包括激光测距传感器、传感器测头、测量座和调节螺栓分组垫片、插销；所述传感器测头包括长测头和短测头，所述长测头的一端可与激光测距传感器配合，另一端可置于测量座的底座标定孔内与其配合，所述短测头的一端可与激光测距传感器配合，另一端可置于测量座的测量装配孔内与其配合并通过插销限位。

2.根据权利要求1所述的连续可变气门升程机构的间隙调节装置，其特征在于，所述激光测距传感器包括传感器本体，所述传感器本体固定在传感器支架上；所述传感器支架包括两块相互平行的安装板，所述传感器本体位于两块安装板之间上部，所述两块安装板之间下部设有传感器测头安装板，所述长测头或短测头穿过传感器测头安装板与传感器本体上下相对。

3.根据权利要求2所述的连续可变气门升程机构的间隙调节装置，其特征在于，所述长测头或短测头上部开设通孔，且通过限位插销限位。

4.根据权利要求1或2或3所述的连续可变气门升程机构的间隙调节装置，其特征在于，所述长测头外部设有用于导向的外套管。

5.根据权利要求2所述的连续可变气门升程机构的间隙调节装置，其特征在于，所述传感器支架与测量座之间设有定位结构。

6.根据权利要求5所述的连续可变气门升程机构的间隙调节装置，其特征在于，所述定位结构包括传感器支架底部的凹槽和测量座顶面的与凹槽配合的方形定位结构。

7.根据权利要求2所述的连续可变气门升程机构的间隙调节装置，其特征在于，所述插销用于与调节螺栓下垫片底部开设通孔配合，所述测量座底部开设用于插销插入的插槽。

8.基于权利要求1—7任一项所述的一种连续可变气门升程机构的间隙调节装置的调节方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、用长测头放入底座标定孔中，对系统进行调零标定，测定底座标定孔深度L3；

(2)、将激光测距传感器移出标定工位，将长测头放入气缸盖罩的调节螺栓总成安装孔中，测定调节螺栓弹簧下座顶面到上摇臂支撑臂滚轮表面距离L4，此距离为调节螺栓下垫片厚度L1+调节螺栓分组垫片厚度L2-第一间隙的结果；

(3)、激光测距传感器换上短测头，在底座测量装配孔测量调节螺栓下垫片厚度L1，根据测量结果为其选择若干组厚度合适的调节螺栓分组垫片；

(4)、将若干组垫片依次放入底座测量装配孔内，用短测头测量调节螺栓下垫片厚度L1+调节螺栓分组垫片厚度L2；

(5)、将插销穿过调节螺栓下垫片通孔，带上调节螺栓与调节螺栓上垫片，以适当力矩打紧，并测量调节螺栓顶面到调节螺栓上垫片底面的距离；

(6)、将装配好的调节螺栓总成放入气缸盖罩调节螺栓总成安装孔中，测量调节螺栓顶面到调节螺栓下垫片底面的距离。

9.根据权利要求8所述的连续可变气门升程机构的间隙调节装置的调节方法，其特征在于，上述步骤(6)测量结果与上述步骤(5)测量结果之差即为所需的第一间隙，如第一间隙不在设计公差范围之内，则重复以上三至六步骤，直至满足设计要求。