CN204941629U - 一种凸轮轴相位调节器、可变气门正时系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种凸轮轴相位调节器、可变气门正时系统及汽车，涉及汽车技术领域，用于提高发动机的燃烧性能和排放性能。该凸轮轴相位调节器包括：与正时链条传动连接的定子，定子的壳体与柱体之间具有滑轨，滑轨相对柱体的径向倾斜设置，滑轨的两端分别与壳体和柱体固定连接，每个滑轨上滑动安装有滑块，每个滑块上设置有用于调节滑块的位置的电磁线圈；可转动地安装在柱体上的转子，转子与凸轮轴固定连接，转子上具有数量与滑轨的数量相同的转子臂，每个滑轨上的滑块与对应的转子臂滑动连接。该凸轮轴相位调节器由滑块带动转子发生偏转，调节凸轮轴的相位，改善发动机的燃烧性能和排放性能。

Description

一种凸轮轴相位调节器、可变气门正时系统及汽车

技术领域

本实用新型涉及汽车技术领域，特别涉及一种凸轮轴相位调节器、可变气门正时系统及汽车。

背景技术

目前，为了提高发动机的输出功率和输出转矩，以及为了降低汽车在行驶时的燃料消耗和有害物质的排放，通常在发动机上设置可变气门正时系统(VariableValveTiming，VVT)，根据发动机的运行情况，来调节进气门和排气门的开合时间和角度，以调节发动机的进气量和排气量，使通入发动机的气缸中的空气量达到最佳，并使气缸中的废气能及时排放出去，从而提高燃烧效率，进而提高发动机的输出功率和输出转矩，并降低汽车在行驶时的燃料消耗和有害物质的排放。

在可变气门正时系统中，凸轮轴相位调节器是发动机实现可变气门正时功能的关键器件，其功能是按电子控制单元(ElectronicControlUnit，ECU)的命令，使凸轮轴相对于曲轴产生一定的相位变动，从而调节进气门和排气门的开合时间和角度。目前，凸轮轴相位调节器通常安放在凸轮轴的端部上，通过发动机的油泵向凸轮轴相位调节器供应液压油，凸轮轴相位调节器在液压油的压力作用下带动凸轮轴相对于曲轴发生相位的偏转。由于凸轮轴相位调节器依赖于发动机的油泵提供的液压油的压力，因而当发动机的油泵提供的液压油的压力不足以同时满足发动机和凸轮轴相位调节器的需求时，凸轮轴相位调节器则不能及时带动凸轮轴相对于曲轴发生相位的偏转，导致发动机的燃烧性能和排放性能降低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种凸轮轴相位调节器，用于使凸轮轴相位调节器能够及时带动凸轮轴相对于曲轴发生相位的偏转，提高发动机的燃烧性能和排放性能。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种凸轮轴相位调节器，包括：

与发动机的正时链条传动连接的定子，所述定子包括具有空腔的壳体和位于所述空腔内的柱体，所述壳体和所述柱体均为回转结构，且所述柱体与所述壳体同轴设置，所述壳体与所述柱体之间具有滑轨，所述滑轨沿所述定子的转动方向相对所述柱体的径向倾斜设置，所述滑轨的两端分别与所述壳体和所述柱体固定连接，每个所述滑轨上滑动安装有滑块，每个所述滑块上设置有用于调节所述滑块的位置的电磁线圈；

可转动地安装在所述柱体上的转子，所述转子为回转结构，且所述转子与所述柱体同轴设置，所述转子与所述发动机的凸轮轴固定连接，所述转子上具有数量与所述滑轨的数量相同的转子臂，所述转子臂沿所述转子的径向朝向所述壳体延伸，每个所述滑轨上的滑块与对应的所述转子臂滑动连接。

进一步的，所述滑轨和所述转子臂的数量均为四个，四个所述转子臂沿所述转子的周向均匀分布，四个所述滑轨沿所述柱体的周向均匀分布，且各所述滑轨相对所述柱体的径向倾斜的角度相同。

进一步的，四个所述滑块中，相邻的两个所述滑块上的所述电磁线圈的磁极相反。

进一步的，每个所述滑块上设有两个滚柱，两个所述滚柱位于对应的所述转子臂的两侧。

进一步的，所述凸轮轴相位调节器还包括用于测量所述滑块在对应的所述滑轨上的滑动距离的距离传感器。

进一步的，每个所述滑块对应设置有回位弹簧，所述回位弹簧的一端与所述柱体固定连接、另一端与对应的所述滑块固定连接。

进一步的，每个所述滑轨与所述壳体固定连接的部位设置有缓冲件。

相对于现有技术，本实用新型所述的凸轮轴相位调节器具有以下优势：

使用本实用新型提供的凸轮轴相位调节器时，定子在正时链条的带动下转动，滑块受到离心力的作用后沿着滑轨朝向壳体滑动，滑块在滑动时带动转子臂发生角度偏转，使转子发生角度偏转，从而带动凸轮轴发生角度偏转，当转子臂完成角度偏转后，转子臂在滑块的带动下随定子转动，并带动凸轮轴转动，实现对凸轮轴的相位的调节；若需要对凸轮轴的相位进行调节的调节量为最小时，即滑块需要处于滑轨朝向柱体的一端，则使电磁线圈通电，滑块在电磁线圈产生的磁场的作用下固定在滑轨朝向柱体的一端，定子在正时链条的带动下转动，并经滑块带动转子转动，从而带动凸轮轴转动。

由上可知，本实用新型提供的凸轮轴相位调节器通过定子上的滑轨、滑块以及滑块上的电磁线圈的配合，使滑动安装在滑轨上的滑块带动转子发生角度偏转并随使转子随定子转动，从而带动凸轮轴发生角度偏转并使凸轮轴随转子转动，实现对凸轮轴的相位的调节，与现有技术中凸轮轴相位调节器依赖于发动机的油泵提供的液压油的压力相比，本实用新型提供的凸轮轴相位调节器的工作不受发动机的油泵提供的液压油的压力的影响，因而可以及时有效地对凸轮轴的相位进行调节，进而改善发动机的燃烧性能和排放性能。

本实用新型的另一目的在于提出一种可变气门正时系统，用于使凸轮轴相位调节器能够及时带动凸轮轴相对于曲轴发生相位的偏转，提高发动机的燃烧性能和排放性能。为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种可变气门正时系统，所述可变气门正时系统设置有如上述技术方案所述的凸轮轴相位调节器。

所述可变气门正时系统与上述凸轮轴相位调节器相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本实用新型的再一目的在于提出一种汽车，用于使凸轮轴相位调节器能够及时带动凸轮轴相对于曲轴发生相位的偏转，提高发动机的燃烧性能和排放性能。为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种汽车，所述汽车设置有如上述技术方案所述的可变气门正时系统。

所述汽车与上述可变气门正时系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的凸轮轴相位调节器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的凸轮轴相位调节器的剖视图。

附图标记说明：

1-定子，2-转子，

3-距离传感器，4-电磁线圈，

5-回位弹簧，6-缓冲件，

11-壳体，12-柱体，

13-滑轨，14-滑块，

15-滚柱，16-转子安装孔，

21-转子臂。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

请参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的凸轮轴相位调节器包括：与发动机的正时链条传动连接的定子1，定子1包括具有空腔的壳体11和位于空腔内的柱体12，壳体11和柱体12均为回转结构，且柱体12与壳体11同轴设置，壳体11与柱体12之间具有滑轨13，滑轨13沿定子1的转动方向相对柱体12的径向倾斜设置，滑轨13的两端分别与壳体11和柱体12固定连接，每个滑轨13上滑动安装有滑块14，每个滑块14上设置有用于调节滑块的位置的电磁线圈4；可转动地安装在柱体12上的转子2，转子2为回转结构，且转子2与柱体12同轴设置，转子2与发动机的凸轮轴固定连接，转子2上具有数量与滑轨13的数量相同的转子臂21，转子臂21沿转子2的径向朝向壳体11延伸，每个滑轨13上的滑块14与对应的转子臂21滑动连接。

具体实施时，如图1和图2所示，壳体11可以为圆筒状结构，柱体12为圆柱状结构，柱体12位于壳体11的空腔内，且柱体12与壳体11同轴设置，柱体12与壳体11之间的环形空间设置有滑轨13，滑轨13沿定子1的转动方向相对柱体12的径向倾斜设置，且滑轨13的两端分别与柱体12和壳体11固定连接，例如，如图1所示，定子1沿顺时针旋转，滑轨13沿顺时针方向相对柱体12的径向倾斜设置，每个滑轨13上滑动安装有一个滑块14，每个滑块14上对应安装有一个电磁线圈4，柱体12的中心具有转子安装孔16，转子安装孔16为盲孔，以防止转子2沿轴向移动；转子2可转动地安装在转子安装孔16内，且转子2与柱体12同轴，转子2上的转子臂21沿转子2的径向朝向壳体11延伸，因而转子臂21与滑轨13具有一定夹角。

通过可变气门正时系统调节凸轮轴的相位时，通常调节的是气门重叠角，而调节气门重叠角时，可以通过调节进气提前角来对气门重叠角进行调节，或者，通过调节排气迟后角来对气门重叠角进行调节，或者，通过同时调节进气提前角和排气迟后角来对气门重叠角进行调节。在本实用新型实施例中，以通过调节进气提前角来对气门重叠角进行调节为例进行具体说明。

当使用本实用新型实施例提供的凸轮轴相位调节器对进气提前角进行调节时，电子控制单元根据发动机的工况确定进气提前角的大小，并向可变气门正时系统发出使可变气门正时系统对凸轮轴的相位做出相应调节的指令，可变气门正时系统调节正时链条的转速，使正时链条的转速与对凸轮轴的相位做出相应角度的调节时所需的正时链条的转速匹配，定子1在正时链条的带动下转动，定子1在转动时向滑块14施加一个离心力，滑块14在离心力的作用下沿着滑轨13朝向壳体11滑动，滑块14在滑动的过程中带动转子臂21发生角度的偏转，转子臂21在发生角度偏转时，带动凸轮轴发生相应角度的偏转，实现对凸轮轴的相位的调节，转子臂21的角度偏转完成后，转子2随着定子1转动，从而带动凸轮轴转动。若电子控制单元根据发动机的工况确定进气提前角为最小，即需要对凸轮轴的相位进行调节的调节量为最小时，此时滑块14需要处于滑轨13朝向柱体12的一端，也就是说滑块14不沿滑轨13朝向壳体11滑动，则使电磁线圈4通电，滑块14在电磁线圈4产生的磁场的作用下固定在滑轨13朝向柱体12的一端，定子1在正时链条的带动下转动，并经滑块14带动转子2转动，从而带动凸轮轴转动。

由上可知，本实用新型实施例提供的凸轮轴相位调节器通过定子1上的滑轨13、滑块12以及滑块12上的电磁线圈4的配合，使滑动安装在滑轨13上的滑块14带动转子2发生角度偏转并使转子2随定子1转动，从而带动凸轮轴发生角度偏转并使凸轮轴随转子2转动，实现对凸轮轴的相位的调节，与现有技术中凸轮轴相位调节器依赖于发动机的油泵提供的液压油的压力相比，本实用新型实施例提供的凸轮轴相位调节器的工作不受发动机的油泵提供的液压油的压力的影响，因而可以及时有效地对凸轮轴的相位进行调节，进而改善发动机的燃烧性能和排放性能。

值得指出的是，由于凸轮轴相位调节器中设置有电磁线圈4，因而在定子1上设置有壳体11，可以将电磁线圈4产生的磁场屏蔽，防止电磁线圈4产生的磁场造成发动机中的传感器等敏感元件不能正常工作。

另外，电磁线圈4的设置，不仅可以将滑块14固定在滑轨13朝向柱体12的一端，还可以对滑块14在滑轨13上的滑动距离进行调节和控制，以使滑块14在滑轨13上的滑动距离与需要的滑动距离相匹配，改善凸轮轴相位调节器对凸轮轴的相位的调节的准确性和可靠性。

将上述凸轮轴相位调节器与正时链条传动连接时，可以是在壳体11上设置链轮，使正时链条与壳体11传动连接，也可以是在柱体12上设置链轮，是正时链条与柱体12传动连接。

值得一提的是，上述实施例中，滑块14位于滑轨13朝向柱体12的一端时，凸轮轴相位调节器对凸轮轴的相位的调节量为最小；滑块14位于滑轨13朝向壳体11的一端时，凸轮轴相位调节器对凸轮轴的相位的调节量为最大。因此凸轮轴相位调节器对凸轮轴的相位的调节量的最大值为滑轨13与转子臂21之间的夹角。滑轨13与转子臂21之间的夹角可以根据发动机的特性进行设定。

上述实施例以调节进气提前角来对气门重叠角进行调节为例，本实施例提供的凸轮轴相位调节器可以通过调节排气迟后角来对气门重叠角进行调节。

上述实施例中，滑轨13和转子臂21的数量可以根据需要进行设定，为了提高凸轮轴相位调节器的运转稳定性，优选地，滑轨13和转子臂21的数量为多个，且多个转子臂21沿转子2的周向均匀分布，多个滑轨13沿柱体12的周向均匀分布，各滑轨13相对柱体12的径向倾斜的角度相同。例如，请继续参阅图1，滑轨13和转子臂21的数量均为四个，四个转子臂13沿转子2的周向均匀分布，四个滑轨13沿柱体12的周向均匀分布，且各滑轨13相对柱体12的径向倾斜的角度相同，即各滑轨13与对应的转子臂21之间的夹角相同。转子臂21和滑轨13分别均匀分布，当转子2和定子1在转动时，不会因转子臂21和滑轨13分布不均而引起转子2和定子1产生偏心的现象的发生，从而提高凸轮轴相位调节器的运转稳定性，且转子臂21和滑轨13的数量为偶数个，偶数个转子臂21和偶数个滑轨13分别对称分布，因而可以进一步提高凸轮轴相位调节器的运转稳定性；另外，在壳体11和柱体12之间的环形空间中设置四个滑轨13，可以防止因滑轨13的数量太少而影响凸轮轴相位调节器的稳定性，以及防止因滑轨13的数量太多而导致凸轮轴相位调节器的体积相应增加，因而可以在凸轮轴相位调节器的体积一定的前提下合理有效地利用壳体11的空腔。

再者，由于四个转子臂21和四个滑轨13分别均匀分布，且各滑轨13与对应的转子臂21之间的夹角相同，因而定子1和转子2在转动时，四个滑块14在滑轨13上的滑动距离可以保持相同，防止因多个滑块14在滑轨13上的滑动距离不同而引起转子2和定子1在转动时发生窜动。

请继续参阅图1和图2，四个滑块14中，相邻的两个滑块14上的电磁线圈4的磁极相反。具体实施时，如图1所示，四个滑块14上分别设有一个电磁线圈4，相邻的两个滑块14上的电磁线圈4的磁极相反，例如，图1中上下两个滑块14上的电磁线圈4的S极均朝向柱体12，左右两个滑块14上的电磁线圈4的S极均背向柱体12。

当滑块14的滑动距离小于实际所需的滑动距离时，可以使图1中上下或左右的两个滑块14上的电磁线圈4分别通电，四个滑块14在相对的两个电磁线圈4产生的磁场的作用下沿着对应的滑轨13朝向壳体11滑动；当滑块14的滑动距离小于实际所需的滑动距离时，可以使四个滑块14上的电磁线圈4分别通电，四个滑块14在四个电磁线圈4产生的磁场的作用下沿着对应的滑轨13朝向柱体12滑动。如此，便可实现对滑块14沿滑轨13滑动的滑动距离进行控制和调节，以使滑块14的滑动距离与实际需要的滑动距离相匹配，从而改善对凸轮轴的相位的调节的效果，并对凸轮轴的相位的调节量进行控制。其中，电磁线圈4产生的磁场的大小可以通过通入电磁线圈4中的电流的大小进行调节，通入电磁线圈4中的电流的大小则可以通过电子控制单元进行控制和调节。

请继续参阅图2，每个滑块14上设有两个滚柱15，两个滚柱15位于对应的转子臂21的两侧。具体实施时，滑块14上的两个滚柱15分别位于对应的转子臂21的两侧，两个滚柱15将对应的转子臂21夹在中间，且滑块14上的两个滚柱15的轴线与转子臂21的长度方向垂直。当滑块14沿着滑轨13滑动时，滑块14上的两个滚柱15也相对转子臂21上滑动，并带动转子臂21发生角度偏转并使转子臂21随定子转动，此时，两个滚柱15发生自转，因而两个滚柱15与转子臂21之间发生滚动摩擦，与滑块14相对转子臂21运动时，滑块14与转子臂21之间发生滑动摩擦相比，可以减缓转子臂21和滑块14的磨损，延长凸轮轴相位调节器的使用寿命。

为了精确控制滑块14的滑动距离，优选地，所述凸轮轴相位调节器还包括用于测量滑块14在对应的滑轨13上的滑动距离的距离传感器3。使用时，距离传感器3将检测到的滑块14在对应的滑轨13上的滑动距离传递给电子控制单元，电子控制单元将距离传感器3所检测到的滑块14在对应的滑轨13上的滑动距离与滑块14实际需要的滑动距离相比，得知滑块14在对应的滑轨13上的滑动距离是否与滑块14实际需要的滑动距离匹配，若滑块14在对应的滑轨13上的滑动距离与滑块14实际需要的滑动距离不匹配，电子控制单元则向电磁线圈4发送使电磁线圈4通电的指令，以对滑块14的滑动距离进行调节和控制，从而实现对滑块14的滑动距离精确控制，进而改善对凸轮轴的相位的调节的效果，并对凸轮轴的相位的调节量进行控制。

值得指出的是，在实际操作时，可以是所有滑块14对应一个距离传感器3，通过一个距离传感器3对所有滑块14在对应的滑轨13上的滑动距离进行检测，也可以是多个滑块14对应多个距离传感器3，每个距离传感器3对其中一个或几个滑块14在对应的滑轨13上的滑动距离进行检测。在本实施例中，请参阅图2，每个滑块14对应设置一个距离传感器3，距离传感器3设置在滑轨13朝向壳体11的端部，距离传感器3检测出对应的滑块14与该距离传感器3的距离，进而获得滑块14在滑轨13上的滑动距离。

请继续参阅图1，每个滑块14对应设置有回位弹簧5，回位弹簧5的一端与柱体12固定连接、另一端与对应的滑块14固定连接。当对凸轮轴的相位的调节量增加时，滑块14在离心力的作用下沿滑轨13朝向壳体11滑动，回位弹簧5受到拉伸；当对凸轮轴的相位的调节量减小时，滑块14受到的离心力也相应减小，因而滑块14在回位弹簧5的作用下沿着滑轨13朝向柱体12滑动；当发动机停止运行时，滑块14在回位弹簧5的作用下回到初始位置，即回到滑轨13朝向柱体12的一端。回位弹簧5的设置，方便对滑块14的滑动的控制，并可以使滑块14及时回位至初始位置。

当对凸轮轴的相位的调节量增加时，定子1的转动速度较大，因而滑块14受到的离心力也较大，因而滑块14在离心力的作用下会沿着滑轨13朝向壳体11快速滑动，使得滑块14会撞击壳体11。为了减轻滑块14对壳体11的撞击，请继续参阅图1和图2，每个滑轨13与壳体11固定连接的部位设置有缓冲件6。当滑块14朝向壳体11滑动时，滑块14直接接触的是缓冲件6，因而可以减轻滑块14对壳体11的撞击。缓冲件6可以为橡胶垫或者缓冲弹簧。

本实用新型实施例还提供一种可变气门正时系统，所述可变气门正时系统设置有如上述实施例所述的凸轮轴相位调节器。所述可变气门正时系统与上述凸轮轴相位调节器相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本实用新型实施例还提供一种汽车，所述汽车设置有如上述实施例所述的可变气门正时系统。所述汽车与上述可变气门正时系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种凸轮轴相位调节器，其特征在于，包括：

与发动机的正时链条传动连接的定子(1)，所述定子(1)包括具有空腔的壳体(11)和位于所述空腔内的柱体(12)，所述壳体(11)和所述柱体(12)均为回转结构，且所述柱体(12)与所述壳体(11)同轴设置，所述壳体(11)与所述柱体(12)之间具有滑轨(13)，所述滑轨(13)沿所述定子(1)的转动方向相对所述柱体(12)的径向倾斜设置，所述滑轨(13)的两端分别与所述壳体(11)和所述柱体(12)固定连接，每个所述滑轨(13)上滑动安装有滑块(14)，每个所述滑块(14)上设置有用于调节所述滑块(14)的位置的电磁线圈(4)；

可转动地安装在所述柱体(12)上的转子(2)，所述转子(2)为回转结构，且所述转子(2)与所述柱体(12)同轴设置，所述转子(2)与所述发动机的凸轮轴固定连接，所述转子(2)上具有数量与所述滑轨(13)的数量相同的转子臂(21)，所述转子臂(21)沿所述转子(2)的径向朝向所述壳体(11)延伸，每个所述滑轨(13)上的滑块(14)与对应的所述转子臂(21)滑动连接。

2.根据权利要求1所述的凸轮轴相位调节器，其特征在于，所述滑轨(13)和所述转子臂(21)的数量均为四个，四个所述转子臂(21)沿所述转子(2)的周向均匀分布，四个所述滑轨(13)沿所述柱体(12)的周向均匀分布，且各所述滑轨(13)相对所述柱体(12)的径向倾斜的角度相同。

3.根据权利要求2所述的凸轮轴相位调节器，其特征在于，四个所述滑块(14)中，相邻的两个所述滑块(14)上的所述电磁线圈(4)的磁极相反。

4.根据权利要求1所述的凸轮轴相位调节器，其特征在于，每个所述滑块(14)上设有两个滚柱(15)，两个所述滚柱(15)位于对应的所述转子臂(21)的两侧。

5.根据权利要求1所述的凸轮轴相位调节器，其特征在于，所述凸轮轴相位调节器还包括用于测量所述滑块(14)在对应的所述滑轨(13)上的滑动距离的距离传感器(3)。

6.根据权利要求1所述的凸轮轴相位调节器，其特征在于，每个所述滑块(14)对应设置有回位弹簧(5)，所述回位弹簧(5)的一端与所述柱体(12)固定连接、另一端与对应的所述滑块(14)固定连接。

7.根据权利要求1-6任一所述的凸轮轴相位调节器，其特征在于，每个所述滑轨(13)与所述壳体(11)固定连接的部位设置有缓冲件(6)。

8.一种可变气门正时系统，其特征在于，所述可变气门正时系统设置有如权利要求1-7任一所述的凸轮轴相位调节器。

9.一种汽车，其特征在于，所述汽车设置有如权利要求8所述的可变气门正时系统。