CN204126681U - 一种组合式凸轮轴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种组合式凸轮轴。本实用新型包括轴体、进气凸轮、制动凸轮、内部EGR凸轮和排气凸轮，所述轴体的外壁上开有轴向贯通的定位凹槽，在上述每个凸轮的内壁设置有与定位凹槽数量相等、形状匹配的定位凸起，所述进气凸轮的型线包括基圆和凸轮桃，凸轮与轴体采用定位凹槽和定位凸起防止相对旋转，通过工装进行轴向限位后，再将两者烧结在一起，相比压装更为稳固可靠，能承受更大的扭矩，加工成本降低、效率提高；除了常规的进气凸轮和排气凸轮外，其他用途的凸轮型线可以灵活设计，进气凸轮最大加速度可达到0.029mm/deg²，提高发动机低转速扭矩，改善发动机的动力性能，降低有害气体的排放。

Description

一种组合式凸轮轴

技术领域

本实用新型涉及一种轴，具体是一种组合式凸轮轴。 

背景技术

凸轮轴作为发动机的核心部件，其性能直接影响车辆的整体性能，随着人们对汽车发动机性能追求的不断提高，对凸轮轴也提出了更高的要求。最早的发动机凸轮轴，通过铸造或者锻造实现，整个凸轮轴采用同一种材料，通过热处理、机械加工后制造出来，工艺复杂、重量大、生产成本高，且零部件的设计不灵活，不能满足发动机轻量化设计的要求。之后，出现了组合式凸轮轴，轴体与凸轮单独设计，再组合安装在一起，实现了轻量化，降低了工艺复杂度。但是，由于凸轮是通过过盈配合压装在轴体上，使得组合式凸轮轴抗扭能力差，无法承受较大的扭矩，以满足一些扭矩要求高的特殊场合使用，另外，对于一些结构特殊、形状复杂的凸轮来说，增加了机械加工难度，甚至有可能根本无法通过机加制造。 

在柴油发动机电控技术口新月异的发展中，为了降低污染物排放量，EGR(废气再循环)技术有了很快的发展，内置EGR技术就是改动凸轮轴排气升程。凸轮轴的凸轮升程是控制气门打开或关闭的时间和位移量的东西，正常发动机是进气门打开后，排气门就会很快关闭，更改排气门凸轮轴型线会让排气门延时关闭，这样排气歧管里面的过多的废气就有一些会回流到燃烧室内参与下一次燃烧，这个就是内置EGR的原理。对于带内置EGR技术的发动机来说，其凸轮轴型线也是设计到排气凸轮上的，没有单独的内部EGR凸轮。 

总的来说，现有柴油发动机上的凸轮轴主要存在下述几点问题:1、整体式凸轮轴上凸轮只能采用与轴相同的材料，不能根据需求进行材料的优化匹配；2、整体式凸轮轴上凸轮加工成本高，不利于实现柔性化生产；3、整体式凸轮轴受工艺的限制，凸轮间距和位置不能灵活选择；4、制动或内部EGR桃头和排气桃头设计在一个凸轮上，型线在设计时受到排气凸轮型线的限制，难以实现最佳性能。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种组合式凸轮轴，以解决上述背景技术中提出的问题。 

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案： 

一种组合式凸轮轴，包括轴体、进气凸轮、制动凸轮、内部EGR凸轮和排气凸轮19，所述轴体的外壁上开有轴向贯通的定位凹槽，在上述每个凸轮的内壁设置有与定位凹槽数量相等、形状匹配的定位凸起，所述定位凹槽设为四个，呈圆周均布在轴体的外壁，所述定位凸起也设为四个，呈圆周均布在凸轮的内壁，所述定位凸起卡在定位凹槽内，并通过烧结将上述凸轮与轴体固定在一起，所述进气凸轮的型线包括基圆和凸轮桃，所述基圆的圆心与凸轮桃的径向中心重合于凸轮中心，所述基圆的两个端点分别与凸轮桃的两个端点重合，所述凸轮桃的两个端点分别是开启端点a和关闭端点b，所述凸轮桃上还包括缓冲段开始点、完全消除气门间隙点、气门最大升程点、气门关闭点和关闭缓冲段结束点，所述基圆的半径为16mm，所述凸轮最大升程为8mm，凸轮缓冲段升程为0.29mm，所述开启端点至所述缓冲段开始点之间的开始角度为3.5°，所述缓冲段开始点至完全消除气门间隙点之间的开启缓冲段角度为27.5°，所述完全消除气门间隙点至气门最大升程点之间的气门开启段角度为59°，所述气门最大升程点至气门关闭点之间的气门关闭段角度为59°，所述气门关闭点至关闭缓冲段结束点之间的关闭缓冲段角度为27.5°，所述关闭缓冲结束点至关闭端点之间的结束角度为3.5°，所述气门最大升程点到凸轮中心的距离为24mm；所述排气凸轮的型线的基圆半径设计范围为15-17mm，所述排气凸轮型线的最大升程设计范围为7-8mm，缓冲段凸轮升程设计范围为0.2-0.4mm。 

作为本实用新型进一步的方案：上述凸轮均采用粉末冶金材料成型。 

作为本实用新型再进一步的方案：所述定位凹槽的横截面为三角形，所述定位凸起的横截面也为三角形，且三角形的尖部和根部倒圆。 

作为本实用新型再进一步的方案：所述轴体为中空轴，采用合金钢管制成。 

作为本实用新型再进一步的方案：所述制动凸轮和内部EGR凸轮的型线根据发动机制动需求进行设计。 

作为本实用新型再进一步的方案：所述各凸轮位置关系、功能、宽度等均可根据实际需求进行调整。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：各凸轮和轴是装配到一起的，凸轮采用粉末冶金材料成型，具有油液吸附能力，特别适用于一些结构复杂，难于切削加工处理的凸轮，同时相对机加而言，凸轮的制造精度更高，在使用过程中，能起到很好的润滑作用，同时减轻整个凸轮轴重量，凸轮与轴体采用定位凹槽和定位凸起防止相对旋转，通过工装进行轴向限位后，再将两者烧结在一起，相比压装更为稳固可靠，能承受更大的扭矩，由于各凸轮和轴是分别加工，因此与传统的一体式凸轮轴相比，加工成本降低、效率提高；除了常规的进气凸轮和排气凸轮外，其他用途的凸轮型线可以灵活设计，例如制动凸轮的制动型线设计不再受排气凸轮的限制，可以完全根据需求进行设计以达到更高的制动功率，进气凸轮最大加速度可达到0.029mm/deg2，提高发动机低转速扭矩，改善发动机的动力性能，降低有害气体的排放。 

附图说明

图1为组合式凸轮轴的结构示意图。 

图2为组合式凸轮轴中进气凸轮的结构示意图。 

图3为组合式凸轮轴中轴体的结构示意图。 

图中：基圆1、凸轮桃2、开启端点2a、关闭端点2b、开始角度3、缓冲段开始点4、开启缓冲段角度5、完全消除气门间隙点6、气门开启段角度7、气门最大升程点8、气门关闭段角度9、气门关闭点10、关闭缓冲段角度11、关闭缓冲段结束点12、结束角度13、凸轮中心14、轴体15、进气凸轮16、制动凸轮17、内部EGR凸轮18、排气凸轮19、定位凹槽A、定位凸起B。 

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。 

请参阅图1-3，一种组合式凸轮轴，包括轴体15、进气凸轮16、制动凸轮17、内部EGR凸轮18和排气凸轮19，上述凸轮均采用粉末冶金材料成型，所述轴体15的外壁上开有轴向贯通的定位凹槽A，在上述每个凸轮的内壁设置有与定位凹槽A数量相等、形状匹配的定位凸起B，所述定位凹槽A设为四个，呈圆周均布在轴体15的外壁，所述定位凸起B也设为四个，呈圆周均布 在凸轮2的内壁，所述定位凸起B卡在定位凹槽A内，并通过烧结将上述凸轮与轴体15固定在一起，所述定位凹槽A的横截面为三角形，所述定位凸起B的横截面也为三角形，且三角形的尖部和根部倒圆，所述轴体15为中空轴，采用合金钢管制成，在保证扭矩强度可靠性满足使用要求的前提下，采用中空轴可以使凸轮轴的整体质量明显减轻，符合整机轻量化需求，对发动机节能具有重要意义，同时中空轴的材料成本更低；所述制动凸轮17和内部EGR凸轮18的型线根据发动机制动需求进行设计，所述各凸轮位置关系、功能、宽度等均可根据实际需求进行调整，所述进气凸轮的型线包括基圆1和凸轮桃2，所述基圆1的圆心与凸轮桃2的径向中心重合于凸轮中心14，所述基圆1的两个端点分别与凸轮桃2的两个端点重合，所述凸轮桃2的两个端点分别是开启端点2a和关闭端点2b，所述凸轮桃2上还包括缓冲段开始点4、完全消除气门间隙点6、气门最大升程点8、气门关闭点10和关闭缓冲段结束点12，所述基圆1的半径为16mm，16mm是实现本凸轮型线平稳过渡的最佳数值，在发动机耐久性试验中，凸轮过渡段的磨损量小于50um，完全达到了发动机的设计要求，所述凸轮最大升程为8mm，凸轮缓冲段升程为0.29mm，所述开启端点2a至所述缓冲段开始点4之间的开始角度3为3.5°，所述缓冲段开始点4至完全消除气门间隙点6之间的开启缓冲段角度5为27.5°，所述完全消除气门间隙点6至气门最大升程点8之间的气门开启段角度7为59°，所述气门最大升程点8至气门关闭点10之间的气门关闭段角度9为59°，所述气门关闭点10至关闭缓冲段结束点12之间的关闭缓冲段角度11为27.5°，所述关闭缓冲结束点12至关闭端点2b之间的结束角度13为3.5°，所述气门最大升程点8到凸轮中心14的距离为24mm；所述进气凸轮16型线开启侧和关闭侧及开启和关闭缓冲段采用对称型线设计，凸轮最大加速度可达到0.029mm/deg²，发动机低速时最大扭矩112N.m/(3600一3800)rpm，全负荷最低油耗260g/kw*h，可提高发动机低转速扭矩，改善发动机的动力性能，降低有害气体的排放；所述排气凸轮19的型线的基圆半径设计范围为15-17mm，使得凸轮型线可以平稳过渡，磨损量小于50um，所述排气凸轮19型线的最大升程设计范围为7-8mm，缓冲段凸轮升程设计范围为0.2-0.4mm，可以兼顾到发动机的高、低速性能，因而可以实现发动机不同 转速下性能的优化。 

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。 

Claims (6)

1.一种组合式凸轮轴，包括轴体（15）、进气凸轮（16）、制动凸轮（17）、内部EGR凸轮（18）和排气凸轮（19），其特征在于，所述轴体（15）的外壁上开有轴向贯通的定位凹槽（A)，在上述每个凸轮的内壁设置有与定位凹槽（A）数量相等、形状匹配的定位凸起（B），所述定位凹槽（A）设为四个，呈圆周均布在轴体（15）的外壁，所述定位凸起（B）也设为四个，呈圆周均布在凸轮（2）的内壁，所述定位凸起（B）卡在定位凹槽（A）内，并通过烧结将上述凸轮与轴体（15）固定在一起，所述进气凸轮的型线包括基圆（1）和凸轮桃（2），所述基圆（1）的圆心与凸轮桃（2）的径向中心重合于凸轮中心（14），所述基圆（1）的两个端点分别与凸轮桃（2）的两个端点重合，所述凸轮桃（2）的两个端点分别是开启端点（2a）和关闭端点（2b），所述凸轮桃（2）上还包括缓冲段开始点（4）、完全消除气门间隙点（6）、气门最大升程点（8）、气门关闭点（10）和关闭缓冲段结束点（12），所述基圆（1）的半径为16mm，所述凸轮最大升程为8mm ，凸轮缓冲段升程为0. 29mm，所述开启端点（2a）至所述缓冲段开始点（4）之间的开始角度（3）为3.5°，所述缓冲段开始点（4）至完全消除气门间隙点（6）之间的开启缓冲段角度（5）为27.5°，所述完全消除气门间隙点（6）至气门最大升程点（8）之间的气门开启段角度（7）为59°，所述气门最大升程点（8）至气门关闭点（10）之间的气门关闭段角度（9）为59°，所述气门关闭点（10）至关闭缓冲段结束点（12）之间的关闭缓冲段角度（11）为27.5°，所述关闭缓冲结束点（12）至关闭端点（2b）之间的结束角度（13）为3.5°，所述气门最大升程点（8）到凸轮中心（14）的距离为24mm；所述排气凸轮（19）的型线的基圆半径设计范围为15-17mm，所述排气凸轮（19）型线的最大升程设计范围为7-8mm，缓冲段凸轮升程设计范围为0. 2-0. 4mm。

2.根据权利要求1所述的组合式凸轮轴，其特征在于，上述凸轮均采用粉末冶金材料成型。

3.根据权利要求1所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述定位凹槽（A）的横截面为三角形，所述定位凸起（B）的横截面也为三角形，且三角形的尖部和根部倒圆。

4.根据权利要求1所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述轴体（15）为中空轴，采用合金钢管制成。

5.根据权利要求1所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述制动凸轮（17）和内部EGR凸轮（18）的型线根据发动机制动需求进行设计。

1.6、根据权利要求1所述的组合式凸轮轴，其特征在于，所述各凸轮位置关系、功能、宽度等均可根据实际需求进行调整。