CN1325771C - 一种汽油发动机可变配气相位机构 - Google Patents

Abstract

一种汽油发动机可变配气相位机构，它包括一凸轮轴，该凸轮轴上设有多个凸轮，在凸轮轴上还顺次设有从动盘和驱动轮，从动盘上设有凸柱，驱动轮上对应开设有弧形槽，该凸柱插入弧形槽并能够在弧形槽内滑动，使从动盘相对于驱动轮能够产生位移；驱动轮的外侧设有两个离心块，离心块为片状体，其边缘轮廓为不规则曲线，离心块上开设定位孔，对应穿设在驱动轮的固定柱上，两个离心决的两端分别通过弹性元件彼此首尾连接，离心块上开设滑动槽，从动盘上的凸柱透过驱动轮插入滑动槽并能够在滑动槽内滑动。本发明所提供的可变配气相位机构省去了现有的ECU、电磁阀和多个传感器等复杂且昂贵的零部件，整体机构结构简单、零件数量少且易加工、成本低廉。

Description

一种汽油发动机可变配气相位机构

技术领域

本发明涉及一种汽油发动机配气机构，尤其是一种汽油发动机可变配气相位机构，属于汽油发动机制造技术领域。

背景技术

如图1所示，为普通汽油发动机配气相位图。从图1中可知，α为进气提前角，β为排气迟闭角，θ为进气迟闭角，γ为排气提前角。

配气相位的选取决定于发动机的性能要求，并须与发动机气道形状和尺寸相适应。配气相位对发动机的换气质量、泵气损失、充气效率、扭矩外特性、怠速稳定性、有害排放等都有很大的影响。为保证上止点时进气门有较大的开启面积及进气的扫气作用，进气门应有一定大小的进气提前角；为充分利用进气的气流惯性，进气门应有一定大小的进气迟闭角；为使排气行程中排气门有较大的开度和较小的排气阻力，排气门应有一定大小的排气提前角；为减少节流损失，充分利用气流惯性，排气门应有一定大小的排气迟闭角；在保证发动机高速性能的前提下，为避免低速时废气倒流，改善发动机低速性能及怠速稳定性，应尽量选较小的气门重叠角；这里所说的气门重叠角为进气提前角与排气迟闭角之和。

现有的采用凸轮直接或通过摇臂间接驱动气门开闭方式为配气机构的四冲程发动机，其不同的工况下需要不同的配气相位才能得到最佳性能，主要指功率和扭矩。高速时为了保证上止点时进气门有较大的开启面积及进气的扫气作用，进气门需一定大小的进气提前角打开，此处角度指曲轴转角，为充分利用进气时混合气的惯性，进气门要有一个尽量大的进气迟闭角；为充分利用排气时废气的惯性，排气门要有一定大小的排气迟闭角，气门重叠角应尽量大。大功率发动机的重要特征之一就是，采用大的气门重叠角和大的进气迟闭角，因为高速时活塞每一行程所花费的时间非常短，而进气速度又无法达到声速，所以应充分利用进气惯性和排气惯性来增加进气量；低速时，为防止混合气倒流，相对于高速时要适当减小进气迟闭角，气门重叠角也不应过大；当气门重叠角过大而发动机的转速又极低时会引起废气倒流，但实际发动机不会出现这种现象，因为对大功率高速发动机来说其发动机怠速都不低，一般是1000r/min左右，活塞完成一个行程只需八分之一秒。当然，气门重叠角过大及进气迟闭角过大均会使发动机低速性能变差。综上所述，为了满足发动机不同工况时，对配气相位的不同需求，其配气部分应当采用可变配气相位机构。

现在使用较多的可变配气相位机构主要由电子控制的液压机构来实现配气相位的改变，主要由信息采集系统即若干转速、油压、温度传感器，信息处理系统即ECU，控制及执行机构即电磁阀和液压执行机构等组成，结构复杂，成本很高，此类系统只在一些较少的高级轿车、摩托车用发动机上使用，难以普及到大多数经济型轿车、摩托车用发动机上使用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种汽油发动机可变配气相位机构，按发动机曲轴转速的高低，通过将进气凸轮或排气凸轮单独旋转一定角度，或将凸轮轴整体旋转一定角度改变配气相位，来满足发动机高速和低速时对配气相位的不同需求。

为实现上述目的，本发明提供一种汽油发动机可变配气相位机构，它包括一凸轮轴，该凸轮轴上设有多个凸轮，在凸轮轴上还顺次设有从动盘和驱动轮，从动盘上设有凸柱，驱动轮上对应开设有弧形槽，该凸柱插入弧形槽并能够在弧形槽内滑动，使从动盘相对于驱动轮能够产生位移；驱动轮的外侧设有两个离心块，离心块为片状体，其边缘轮廓为不规则曲线，离心块上开设定位孔，对应穿设在驱动轮的固定柱上，两个离心块的两端分别通过弹性元件彼此首尾连接，离心块上开设滑动槽，从动盘上的凸柱透过驱动轮插入滑动槽并能够在滑动槽内滑动。

所述的凸轮全部固定在凸轮轴上，使凸轮轴相对于驱动轮整体旋转；同时，所述的凸轮还可以部分固定在凸轮轴上，部分为套设在凸轮轴上的自由凸轮，使该自由凸轮相对于驱动轮旋转。从动盘的一侧凸设第一圆环形凸台，在所述驱动轮与从动盘相对的一侧，对应凸设有第二圆环形凸台，第一圆环形凸台与第二圆环形凸台相互贴合以增大驱动轮与从动盘的接触面积，提高了二者产生相对运动时零件旋转的稳定性及动力传递的可靠性。离心块为外部轮廓彼此对称的两个片状体，其外部轮廓线为光滑曲线。为了防止设置在凸轮轴上的各个部件发生轴向窜动，所述的驱动轮外侧的凸轮轴上设有限位装置，该限位装置为固设在凸轮轴端部的锁紧垫圈和锁紧螺母。用于将两个离心块的两端分别彼此首尾连接的弹性元件为预紧回位弹簧。为了连接稳定，从动盘与自由凸轮的接触面之间为爪型连接。另外，限位装置、驱动轮、从动盘和凸轮轴之间，彼此两两贴合的表面之间还都设有垫圈。

综上所述，本发明提供的汽油发动机可变配气相位机构，其中离心块的作用相当于现有发动机的曲轴转速传感器，该离心块是改变配气相位的执行机构的重要组件，整个可变配气相位机构省去了ECU、电磁阀和多个传感器，使整体机构结构简单、零部件数量少且易加工、成本低廉。

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细地说明。

附图说明

图1为普通汽油发动机配气相位图；

图2为本发明实施例一的汽油发动机可变配气相位机构结构局部剖面示意图；

图3为本发明实施例二的汽油发动机可变配气相位机构结构局部剖面示意图；

图4为本发明发动机低速运转时离心块的运动位置示意图；

图5为本发明发动机高速运转时离心块的运动位置示意图。

具体实施方式

实施例一

如图2所示，为本发明实施例一的汽油发动机可变配气相位机构结构局部剖面示意图。从图2中可知，本发明提供一种汽油发动机可变配气相位机构，它包括一凸轮轴31，该凸轮轴31上设有多个凸轮1和3，在凸轮轴31上还顺次设有从动盘2和驱动轮4，从动盘2上设有凸柱21，驱动轮4上对应开设有弧形槽42，该凸柱21插入弧形槽42并能够在弧形槽42内滑动，使从动盘2相对于驱动轮4能够产生位移。

结合图4、图5所示，分别为本发明发动机低速和高速运转时离心块的运动位置示意图。从图4、图5中可知，驱动轮4的外侧设有两个离心块5，离心块5为片状体，其边缘轮廓为不规则曲线，离心块5上开设定位孔51，对应穿设在驱动轮4的固定柱41上，两个离心块5的两端分别通过弹性元件6彼此首尾连接，离心块5上开设滑动槽52，从动盘2上的凸柱21透过驱动轮插入滑动槽52并能够在滑动槽52内滑动。

如图2所示，凸轮1和3全部固定在凸轮轴31上，使凸轮轴31相对于驱动轮4整体旋转。从动盘2的一侧凸设第一圆环形凸台22，在驱动轮4与从动盘2相对的一侧，对应凸设有第二圆环形凸台43，第一圆环形凸台22与第二圆环形凸台43相互贴合以增大驱动轮4与从动盘2的接触面积，提高了二者产生相对运动时零件旋转的稳定性及动力传递的可靠性。离心块5为外部轮廓彼此对称的两个片状体，其外部轮廓线为光滑曲线。为了防止设置在凸轮轴31上的各个部件发生轴向窜动，驱动轮4外侧的凸轮轴31上设有限位装置32，该限位装置32为固设在凸轮轴31端部的锁紧垫圈和锁紧螺母。用于将两个离心块的两端分别彼此首尾连接的弹性元件6为预紧回位弹簧。另外，限位装置32、驱动轮4、从动盘2和凸轮轴31之间，彼此两两贴合的表面之间还都设有垫圈7。

结合图2、图4和图5可知，该可变配气相位机构的配气凸轮轴31不是直接由驱动轮4来驱动的，而是由驱动轮4上的离心块5绕驱动轮上的某一圆柱形固定柱41的旋转来驱动以花键连接形式与凸轮轴相联的从动盘2，进而再由从动盘2驱动凸轮轴31旋转的。驱动轮4上的旋转轴的轴线与驱动轮4或凸轮轴的自身轴线平行，离心块5只能绕该固定柱41旋转轴旋转而不能沿其轴线方向上运动，离心块5和驱动轮4上分别开有滑动槽和弧形槽，从动盘上的两个凸柱均穿过离心块5和驱动轮4上的滑动槽和弧形槽；有两个预紧回位弹簧，连接方式如图；从动盘2、驱动轮4沿凸轮轴3的轴线方向的窜动由限位装置32来限位，在凸轮轴3、从动盘2、驱动轮4之间装有垫片，凸轮轴3、垫圈、从动盘2、驱动轮4均有一定间隙，以便于驱动轮4、从动盘2、凸轮轴3间的旋转能够灵活。当凸轮轴的转速低于某一临界值时，由于“离心块”产生的离心力矩(离心力)首先要克服“预紧回位弹簧”产生的预紧力矩(预紧力)和配气机构产生的阻力力矩以下简称“配气阻力矩”，故凸轮轴与驱动轮之间无相对旋转运动即二者之间相对静止，发动机配气相位保持不变，离心块5的状态A如图4中所示。当凸轮轴的转速高于某一临界值时，由于“离心块”产生的离心力矩(离心力)已足够大，其一部分力矩用于克服“预紧回位弹簧”产生的预紧力矩(预紧力)，剩余的离心力矩用于克服配气阻力矩以驱动从动盘(从动盘与凸轮轴以花键形式连接，二者之间始终无相对运动)，进而再由从动盘驱动凸轮轴相对于驱动轮顺时针(逆时针)旋转一定角度或直至从动盘上的凸柱到达驱动轮圆弧形运动槽末端即从动盘无法相对于驱动轮旋转后(驱动轮圆弧形运动槽的始端和末端起限位作用)，凸轮轴仍与驱动轮之间保持无相对运动，并一起旋转着，从而实现的发动机配气相位的改变，离心块5的状态B如图5中所示。

实施例二

如图3所示，为本发明实施例二的汽油发动机可变配气相位机构结构局部剖面示意图。从图3中可知，凸轮还可以为套设在凸轮轴31上的自由凸轮1’，使该自由凸轮1’相对于驱动轮4旋转。为了连接稳定，从动盘2与自由凸轮1’的接触面之间为爪型连接。本实施例与实施例一的不同之处还在于，凸轮轴31的端部与驱动轮4是通过焊接连接在一起的，因此，此处不需要安装实施例一中用于防止零部件轴向窜动的限位装置。

本实施例的其他技术特征与实施例一相同，具体技术方案请参见实施例一，在此不再赘述。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而未脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1、一种汽油发动机可变配气相位机构，它包括一凸轮轴，该凸轮轴上设有多个凸轮，其特征在于：在凸轮轴上还顺次设有从动盘和驱动轮，从动盘上设有凸柱，驱动轮上对应开设有弧形槽，该凸柱插入弧形槽并能够在弧形槽内滑动，使从动盘相对于驱动轮能够产生位移；驱动轮的外侧设有两个离心块，离心块为片状体，其边缘轮廓为不规则曲线，离心块上开设定位孔，对应穿设在驱动轮的固定柱上，两个离心块的两端分别通过弹性元件彼此首尾连接，离心块上开设滑动槽，从动盘上的凸柱透过驱动轮插入滑动槽并能够在滑动槽内滑动。

2、根据权利要求1所述的汽油发动机可变配气相位机构，其特征在于：所述的凸轮全部固定在凸轮轴上，使凸轮轴相对于驱动轮整体旋转。

3、根据权利要求1所述的汽油发动机可变配气相位机构，其特征在于：所述的凸轮部分固定在凸轮轴上，部分为套设在凸轮轴上的自由凸轮，使该自由凸轮相对于驱动轮旋转。

4、根据权利要求3所述的汽油发动机可变配气相位机构，其特征在于：所述的从动盘与自由凸轮的接触面之间为爪型连接。

5、根据权利要求1或2或3或4所述的汽油发动机可变配气相位机构，其特征在于：所述的从动盘的一侧凸设第一圆环形凸台，在所述驱动轮与从动盘相对的一侧，对应凸设有第二圆环形凸台，第一圆环形凸台与第二圆环形凸台相互贴合以增大驱动轮与从动盘的接触面积。

6、根据权利要求1或2或3或4所述的汽油发动机可变配气相位机构，其特征在于：所述的离心块为外部轮廓彼此对称的两个片状体，其外部轮廓线为光滑曲线。

7、根据权利要求1或2所述的汽油发动机可变配气相位机构，其特征在于：所述的驱动轮外侧的凸轮轴上设有限位装置，用于防止设置在凸轮轴上的各个部件发生轴向窜动。

8、据权利要求7所述的汽油发动机可变配气相位机构，其特征在于：所述的限位装置为固设在凸轮轴端部的锁紧垫圈和锁紧螺母。

9、根据权利要求7所述的汽油发动机可变配气相位机构，其特征在于：所述的限位装置、驱动轮、从动盘和凸轮轴之间，彼此两两贴合的表面之间都设有垫圈。

10、根据权利要求1或2或3或4所述的汽油发动机可变配气相位机构，其特征在于：所述的弹性元件为预紧回位弹簧。

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