CN101344023A - 汽油机集成式气门定时连续调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽油机集成式气门定时连续调节装置，该调节装置包括：圆形外壳、内置定子、前进腔室、阻滞腔室以及可供工作流体进入或排出的一系列径向孔、轴向孔和凹槽；阻滞腔室、凸轮轴第一环形凹槽、凸轮轴第一径向孔、凸轮轴第一轴向孔、凸轮轴第三径向孔、第四环形凹槽构成一个通路；前进腔室、凸轮轴第二环形凹槽、凸轮轴第二径向孔、凸轮轴第二轴向孔、凸轮轴第三环形凹槽、第四径向孔构成另外一个通路。本发明适用于小型紧凑性汽油机，仅对现有的排气凸轮轴设计作局部的改进，即可实现根据发动机工作状况改变曲轴与凸轮轴之间的角度关系，因此降低了该***的制造成本。

Description

汽油机集成式气门定时连续调节装置

技术领域

本发明属于内燃机配气***领域，它根据发动机工作状况改变曲轴与凸轮轴之间的角度关系。

背景技术

可变气门定时(VVT-Variable Valve Timing)是针对传统的固定式气门定时来说的。在传统固定气门定时发动机中，设计者不得不在发动机的燃油消耗，最大功率，怠速稳定性和排放性能等众多因素之间进行折衷，以使所选择的配气正时能同时满足在不同工况下发动机要求。汽油机效率比柴油机效率低的一个很重要的原因是汽油机在部分负荷时存在着很高的泵气损失，通过调节进气门的相位定时，可以使汽油机在各种工况下都有一个比较小的泵气损失，使发动机在各种工况下都有良好的动力输出，达到节能、降低排放的效果。

为了实现汽油机气门定时可变，需要使用一个能够在不同工况下调节凸轮轴相位的装置。目前用来调节气门相位的机构主要有机械式调节、液压式调节、电液式调节等机构，由于电控技术的日益成熟，阀控液压式调节也成为VVT装置的主要形式。阀控液压式是利用电磁阀来驱动VVT机构，以达到调节相位的目的，而且它的价格相对较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽油机集成式气门定时连续调节装置，它适用于小型紧凑性汽油机，仅对现有的排气凸轮轴设计作局部的改进，即可实现根据发动机工作状况改变曲轴与凸轮轴之间的角度关系，因此降低了该***的制造成本。

本发明主要提供一种汽油机集成式气门定时连续调节装置，该调节装置包括：

一圆形外壳，包括一周壁和一侧壁，侧壁与周壁为一体，周壁的另一端为开口端；周壁上有从该周壁向内突出的隔壁，该外壳借助从曲轴传送的扭矩进行转动；一布置在该外壳中的内置定子，包括与所述圆形外壳隔壁的前端滑动接触的基本为圆柱形的主体和该主体径向向外突出的叶片，该内置定子与凸轮轴形成一体以便能够一起转动；形成在外壳的隔壁与内置定子叶片之间的前进腔室，向该前进腔室提供工作流体以使凸轮轴沿着前进方向相对于曲轴进行相对转动；形成在外壳的隔壁与内置定子叶片之间的阻滞腔室，向该阻滞腔室提供工作流体以使凸轮轴沿着阻滞方向相对于曲轴进行相对转动；位于内置定子圆柱形主体上连通前进腔室与第二环形凹槽的前进腔室通道；位于内置定子圆柱形主体上连通阻滞腔室与第一环形凹槽的阻滞腔室通道；相互平行的第一环形凹槽和第二环形凹槽，形成在凸轮轴外周表面与内置定子连接处；以及位于第一环形凹槽底部，轴线与凸轮轴轴线垂直相交的第一径向孔，深度延伸至凸轮轴轴线；位于第二环形凹槽底部，轴线与凸轮轴垂直相交的第二径向孔；位于凸轮轴端面，与凸轮轴具有同一轴线的第一轴向孔，其深度从凸轮轴安装气门定时调解装置的端部至第一径向孔；位于凸轮轴端面，轴线与第一轴向孔轴线平行的第二轴向孔，其深度从凸轮轴安装气门定时调解装置的端部至第二径向孔；第三环形凹槽，形成在排气凸轮轴轴盖与凸轮轴连接处凸轮轴外表面，其深度正好使得其与第二轴向孔连通；第三径向孔，位于凸轮轴外周表面与排气凸轮轴轴盖连接处，轴线与第一轴向孔轴垂直相交，其深度使其与第一轴向孔刚好连通；第四径向孔，位于排气凸轮轴轴盖与凸轮轴连接处的轴盖内表面，正好与第三环形凹槽连通；第四环形凹槽，形成在排气凸轮轴轴盖与凸轮轴连接处的轴盖内表面，正好与第三径向孔连通；凸轮轴第一环形凹槽、凸轮轴第一径向孔、凸轮轴第一轴向孔、凸轮轴第三径向孔、第四环形凹槽构成一个通路；凸轮轴第二环形凹槽、凸轮轴第二径向孔、凸轮轴第二轴向孔、凸轮轴第三环形凹槽、第四径向孔构成另外一个通路；位于圆形外壳周壁另一端的密封挡板，有用来支撑位于凸轮轴的侧面上的不见的轴部的支撑孔并且封闭了圆形外壳的开口端；

上述圆形外壳，内置定子和密封挡板之间的密封为间隙密封，使得调节过程中提供良好的端面润滑条件。

上述内置定子内存在一定位键槽，和排气凸轮轴上的键配合起到定位和传动扭矩的作用，同时受锁紧螺母拧紧的作用固定在排气凸轮轴上。

作为本发明的进一步改进，还包括一用来在发动机启动时限制外壳与定子之间相对转动的锁紧机构，该机构包括：轴向形成在定子的一个叶片中的销孔；可滑动地容纳在该销孔中的锁紧销；一偏压部件，它与锁紧销一起容纳在销孔中，用来朝着外壳侧壁部件压紧锁紧销；形成在侧壁部件中地锁紧孔，用于与锁紧销的前端结合；以及一松开机构，包括用来将锁紧松开液压施加在锁紧销上的松开通道。定位销上存在自润滑油环，通过锁紧销润滑孔给油环供油，保证锁紧销在运动过程中始终保持有油的润滑，以减小运动阻力。锁紧销锁定位置在进气门定时最延迟位置，也就是发动机起动位置，调节进气门相位只能向提前位置方向移动。

作为本发明的更进一步改进，还包括两条位于排气凸轮轴轴盖中供工作流体流入/流出第四环形凹槽或第四径向孔的通道，该通道一端与凸轮轴相连，另一端与与电磁阀及进油孔相连；所述电磁阀位于排气凸轮轴轴盖顶端进油孔正下方。

附图说明

图1集成式气门定时连续调节装置整体结构图；

图2集成式气门定时连续调节装置底部视图；

图3集成式气门定时连续调节装置沿排气凸轮轴轴线垂直剖面图；

图4圆形外壳与内置定子最大调节位置时的剖面图；

图5圆形外壳与内置定子初始锁紧位置时的剖面图；

图6内置定子外形图；

图7密封挡板；

图8锁紧销外形图；

图9变气门执行机构调节原理图；

图10工作液体在轴部的连通图；

图中：1排气凸轮轴，2锁紧螺母，3进气凸轮轴，4排气凸轮轴盖，5排气传动齿轮，7进气传动齿轮，8凸轮轴盖进油孔，9电磁阀安装孔，10密封挡板，11排气凸轮轴第二环形凹槽，12排气凸轮轴第一环形凹槽，13圆形外壳，14密封条压簧，15密封条，16锁紧销偏压弹簧，17锁紧销套筒，18锁紧销，19内置定子，20、阻滞腔室通孔，21前进腔室通孔，22锁紧销松开通道，23锁紧孔，24调节定位面，25前进腔室，26锁紧销润滑孔，27定位销孔，28阻滞腔室，29键，30油路控制阀，31油环，41第一径向孔，42第二径向孔，43第三径向孔，44第四径向孔，45锁紧销销孔，51第一轴向孔，52第二轴向孔，53螺栓，63第三环形凹槽，64第四环形凹槽，71内置定子通气孔，72密封挡板通气孔，81密封槽，82定位键槽，91电磁阀，

具体实施方式：

下面将结合这些附图对实现本申请发明的一种汽油机集成式气门定时连续调节装置进行说明，在这些附图中相同的附图标记在所有附图中表示相同的部件。

汽油机集成式气门定时连续调节装置采用阀控旋转式液压缸结构，其总体结构如图1、2所示；圆形外壳和内置定子如图4、5所示。

参照图1，发动机包括可转动的排气凸轮轴1，凸轮(未示出)设置在凸轮轴1上的轴向中央部分中，用来打开和关闭排气门，气门正时连续调节装置在图1中的右端。

气门定时连续调节装置包括：圆形外壳13，它由发动机的曲轴通过链条(未示出)驱动；一内置定子19，它通过内置一定位键槽82，和排气凸轮轴上的键29配合起到定位和传动扭矩的作用，同时受锁紧螺母2拧紧的作用固定在排气凸轮轴1上；以及一系列供液或排液通道，以使工作液体能够按照控制的要求从凸轮轴轴盖4外进入和流出前进腔室25或阻滞腔室28，以便在圆形外壳13和内置定子19之间产生相对转动。

参照图4和图5，圆形外壳包括：一大致为圆柱形的主体，它具有四个大致等间隔地分布在周壁内周边上，径向向内突出地具有梯形横截面的隔壁，侧壁用于封闭在凸轮轴侧上的外壳主体的侧部。

内置定子包括：布置在圆形外壳中央部分的主体，其外周表面开有四个密封槽81，密封条15与隔壁的前端的间隙密封通过放置在密封槽81内的密封条压簧14的压紧来实现。

四个叶片，它们从内置定子主体径向向外突出；每个叶片沿着外壳的圆周方向设置在相邻隔壁之间，从而在它们之间形成前进腔室25和阻滞腔室28；叶片顶端开有四个密封槽81，密封条15与圆形外壳4周壁的间隙密封通过放置在密封槽81内的密封条压簧14的压紧来实现。

四个前进腔室通孔21，它们位于内置定子19的中央主体上，并使得内置定子19与圆形外壳13装配后在任何一个相对旋转位置，这些通孔21的一端始终与前进腔室25连通，另一端始终与第二环形凹槽11连通。

四个阻滞腔室通孔20，它们位于内置定子19的中央主体上，并使得内置定子19与圆形外壳13装配后在任何一个相对旋转位置，这些通孔20的一端始终与阻滞腔室28连通，另一端始终与第一环形凹槽12连通。

内置定子19内存在一定位键槽82，和排气凸轮轴上的键29配合起到定位和传动扭矩的作用，同时受锁紧螺母2拧紧的作用固定在排气凸轮轴1上。

相互平行的第一环形凹槽12和第二环形凹槽11，形成在凸轮轴1外周表面与内置定子19连接处。

位于第一环形凹槽12底部，轴线与凸轮轴1轴线垂直相交的第一径向孔41，深度延伸至凸轮轴1轴线。

位于第二环形凹槽11底部，轴线与凸轮轴1垂直相交的第二径向孔42。

位于凸轮轴1端面，与凸轮轴1具有同一轴线的第一轴向孔51，其深度从凸轮轴安装气门定时调解装置的端部至第一径向孔41，第一轴向孔51通过螺栓53封口。

位于凸轮轴1端面，轴线与第一轴向孔51轴线平行的第二轴向孔52，其深度从凸轮轴安装气门定时调解装置的端部至第二径向孔42，第二轴向孔52通过钢球过盈配合封口。

第三环形凹槽63，形成在排气凸轮轴轴盖4与凸轮轴1连接处凸轮轴1外表面，其深度正好使得其与第二轴向孔52连通。

第三径向孔43，位于凸轮轴1外周表面与排气凸轮轴轴盖4连接处，轴线与第一轴向孔51轴垂直相交，其深度使其与第一轴向孔51刚好连通。

第四径向孔44，位于排气凸轮轴轴盖4与凸轮轴1连接处的轴盖4内表面，正好与第三环形凹槽63连通。

第四环形凹槽64，形成在排气凸轮轴轴盖4与凸轮轴1连接处的轴盖4内表面，正好与第三径向孔43连通。

参照图1和图10，凸轮轴第一环形凹槽12、凸轮轴第一径向孔41、凸轮轴第一轴向孔51、凸轮轴第三径向孔43、第四环形凹槽64构成一个通路；凸轮轴第二环形凹槽11、凸轮轴第二径向孔42、凸轮轴第二轴向孔52、凸轮轴第三环形凹槽63、第四径向孔44构成另外一个通路。

密封挡板10位于圆形外壳13周壁另一端的；

通气孔71、72分别位于内置定子的叶片和密封挡板上，在锁紧销锁紧位置时，两通气孔71、72相通，保证锁紧销末端始终为大气压力，调节相位时，锁紧销可以顺利开启。

参照图3、图4、图5和图8，设置锁紧机构，该机构包括：轴向形成在内置19定子的一个叶片中的锁紧销销孔45；

可滑动地容纳在该销孔中的锁紧销18；

防止锁紧销18从锁紧销销孔中滑出的锁紧销套筒17；

偏压弹簧16，它与锁紧销一起容纳在锁紧销销孔45中，用来朝着圆形外壳13侧壁部件压紧锁紧销；

形成在圆形外壳13侧壁部件中的锁紧孔23，用于与锁紧销18的前端结合；以及

用来将锁紧松开液压施加在锁紧销18上的锁紧销松开通道22；

连通阻滞腔室28与锁紧销销孔45的锁紧销润滑孔26；

锁紧销18上存在自润滑油环31，通过锁紧销润滑孔26给油环31供油，保持锁紧销在运动过程中始终保持有油的润滑，以减小运动阻力。

下面将结合图7对本实施方式的操作进行说明

发动机启动时，随着内置定子19相对于圆形外壳13转动到最大前进位置，锁紧机构将这两个部件机械锁紧，从而将曲轴的扭矩全部传递给排气凸轮轴1。

然后，当发动机启动之后，电磁阀91通过内置在排气凸轮轴轴盖内的通道依次向第四环形凹槽64、凸轮轴第三径向孔43、凸轮轴第一轴向孔、凸轮轴第一环形凹槽12、阻滞腔室通孔20，最后流入阻滞腔室28；前进腔室25内的工作流体依次通过前进腔室通孔、凸轮轴第二环形凹槽11、凸轮轴第二轴向孔52、凸轮轴第三环形凹槽63、第四径孔44，构成一个通路和电磁阀92的放油口相连，因此由锁紧销18在定位销孔27内锁紧并且结合制动油压室提供的液压力始终将内置定子19固定在初始位置上。因此，发动机起动时进气门始终有固定的开启和关闭相位。

调节相位时，工作流体首先供入到前进腔室25内并同时给锁紧销松开通道22供油，在油压力的作用下将锁紧销18压回到锁紧销套筒17内并释放内置定子19。工作流体的供应通路与前进腔室25接通，向该腔供油，工作流体的回流通路与阻滞腔室28接通。由于内置定子19和曲轴存在固定的传动关系，在前进腔室和阻滞腔室压力差的作用下，圆形外壳13相对于内置定子19发生旋转，从而通过排气传动齿轮5带动进气传动齿轮7发生相对转动，从而改变进气凸轮轴相位。反向调节时，工作流体的流向与上述方向相反，进气门相位角向反方向调节。由油路控制阀30控制供泄油的方向，可以控制此可变气门定时装置的两定位面24在50度转角范围内连续调节。在发动机起动时，进气门相位处在最延迟位置，转速增加时，进气门开始往提前方向调节。

Claims (8)

1、汽油机集成式气门定时连续调节装置，通过改变相对于汽油机的曲轴和凸轮轴的旋转相位，来改变通过凸轮轴被驱动以打开和关闭的进气门或排气门定时，该调节装置包括：

一圆形外壳，包括一周壁和一侧壁，侧壁与周壁为一体，周壁的另一端为开口端；周壁上有从该周壁向内突出的隔壁，该外壳借助从曲轴传送的扭矩进行转动；

一布置在该外壳中的内置定子，包括与所述圆形外壳隔壁的前端滑动接触的基本为圆柱形的主体和该主体径向向外突出的叶片，该内置定子与凸轮轴形成一体以便能够一起转动；

形成在外壳的隔壁与内置定子叶片之间的前进腔室，向该前进腔室提供工作流体以使凸轮轴沿着前进方向相对于曲轴进行相对转动；

形成在外壳的隔壁与内置定子叶片之间的阻滞腔室，向该阻滞腔室提供工作流体以使凸轮轴沿着阻滞方向相对于曲轴进行相对转动；

位于内置定子圆柱形主体上连通前进腔室与第二环形凹槽的前进腔室通道；

位于内置定子圆柱形主体上连通阻滞腔室与第一环形凹槽的阻滞腔室通道；

相互平行的第一环形凹槽和第二环形凹槽，形成在凸轮轴外周表面与内置定子连接处；以及

位于第一环形凹槽底部，轴线与凸轮轴轴线垂直相交的第一径向孔，深度延伸至凸轮轴轴线；

位于第二环形凹槽底部，轴线与凸轮轴垂直相交的第二径向孔；

位于凸轮轴端面，与凸轮轴具有同一轴线的第一轴向孔，其深度从凸轮轴安装气门定时调解装置的端部至第一径向孔；

位于凸轮轴端面，轴线与第一轴向孔轴线平行的第二轴向孔，其深度从凸轮轴安装气门定时调解装置的端部至第二径向孔；

第三环形凹槽，形成在排气凸轮轴轴盖与凸轮轴连接处凸轮轴外表面，其深度正好使得其与第二轴向孔连通；

第三径向孔，位于凸轮轴外周表面与排气凸轮轴轴盖连接处，轴线与第一轴向孔轴垂直相交，其深度使其与第一轴向孔刚好连通；

第四径向孔，位于排气凸轮轴轴盖与凸轮轴连接处的轴盖内表面，正好与第三环形凹槽连通；

第四环形凹槽，形成在排气凸轮轴轴盖与凸轮轴连接处的轴盖内表面，正好与第三径向孔连通；

凸轮轴第一环形凹槽、凸轮轴第一径向孔、凸轮轴第一轴向孔、凸轮轴第三径向孔、第四环形凹槽构成一个通路；

凸轮轴第二环形凹槽、凸轮轴第二径向孔、凸轮轴第二轴向孔、凸轮轴第三环形凹槽、第四径向孔构成另外一个通路；

位于圆形外壳周壁另一端的密封挡板，有用来支撑位于凸轮轴的侧面上的不见的轴部的支撑孔并且封闭了圆形外壳的开口端。

2.如权利要求1所述汽油机集成式气门定时连续调节装置，其特征在于，还包括一用来在发动机启动时限制外壳与定子之间相对转动的锁紧机构，该机构包括：

轴向形成在定子的一个叶片中的销孔；

可滑动地容纳在该销孔中的锁紧销；

一偏压部件，它与锁紧销一起容纳在销孔中，用来朝着外壳侧壁部件压紧锁紧销；

形成在侧壁部件中的锁紧孔，用于与锁紧销的前端结合；以及

一松开机构，包括用来将锁紧松开液压施加在锁紧销上的松开通道；

锁紧销上存在自润滑油环，通过锁紧销润滑孔给油环供油，保持锁紧销在运动过程中始终保持有油的润滑，以减小运动阻力。

3.如权利要求1所述汽油机集成式气门定时连续调节装置，其特征在于，内置定子和密封挡板上都存在通气孔，并且在锁紧销锁紧位置时，两通气孔相通，保证锁紧销末端始终为大气压力，调节相位时，锁紧销可以顺利开启。

4.根据权利要求1所述的汽油机集成式可变气门定时装置，其特征在于：圆形外壳，内置定子和密封挡板之间的密封为间隙密封，使得调节过程中提供良好的端面润滑条件。

5、根据权利要求1所述的汽油机集成式可变气门定时装置，其特征在于：所述内置定子内存在一定位键槽，和排气凸轮轴上的键配合起到定位和传动扭矩的作用，同时受锁紧螺母拧紧的作用固定在排气凸轮轴上。

6、根据权利要求1所述的汽油机集成式可变气门定时装置，其特征在于：锁紧销锁定位置在进气门定时最延迟位置，也就是发动机起动位置，调节进气门相位只能向提前位置方向移动。

7、根据权利要求1至6中任何一项所述的汽油机集成式可变气门定时装置，其特征在于：还包括两条位于排气凸轮轴轴盖中供工作流体流入/流出第四环形凹槽和第四径向孔的通道，该通道一端与凸轮轴相连，另一端与与电磁阀及进油孔相连。

8、根据权利要求7所述的汽油机集成式可变气门定时装置，其特征在于：所述电磁阀位于排气凸轮轴轴盖顶端进油孔正下方。

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