CN109057904A - 一种基于vvt的车用发动机配气机构 - Google Patents

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Abstract

一种基于VVT的车用发动机配气机构，它涉及发动机技术领域，以解决目前基于VVT技术的气门升程与正时调节范围有限不能够对行车状态进行精确的供油匹配，在保证动力输出情况下，由于进气量不可调节存在较大燃料浪费，常常给驾驶员带来不适感的问题。本发明包括花键轴、花键轴套、传动机构和轴向调节机构和N个渐变凸轮，N≥1，N为整数；每个渐变凸轮过花键轴的中心线的最大纵截面为直角梯形，每个渐变凸轮过花键轴的中心线的最小纵截面为等腰梯形，渐变凸轮的横截面的轮廓与盘形凸轮轮廓相同；每个渐变凸轮固定在花键轴上并与发动机气门顶杆端部的顶板相对应接触，花键轴的两侧分别滑动地设置有花键轴套。本发明适用于车用发动机。

Description

一种基于VVT的车用发动机配气机构
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种车用发动机配气机构。
背景技术
近年来，随着我国经济的迅速发展，汽车保有量逐年增加，燃油消耗量和废弃物的排放也日益增加，使全世界面临着能源短缺和环境破坏等严峻考验，在目前以环境保护为背景的大前提下，如何高效的利用能源成为发动机技术研发的主要方向。
VVT(Variable Valve Timing可变正时技术)是近些年来被逐渐应用于现代轿车上的新技术中的一种,它通过控制发动机进、排气门的开闭时刻(正时)和改变气门运动升程,与汽车运行工况实现最佳匹配,从而提高进气充量,使充量系数增加,发动机的扭矩和功率由此可以得到进一步的提高,从而提高汽车的燃油经济性。
传统的配气机构设计中，一般都是根据车辆对所搭载发动机的最突出性能要求，通过试验来确定在某一转速下比较合适的配气相位，然后确定正时标记，以保证装配时的准确。目前对于发动机进气门的创新已经实现对进气门的“两段式”控制(双智能正时可变气门)，能使进气凸轮轴和排气凸轮轴分别在40°和35°(曲轴的角度)范围内，提供更适合发动机运行状态的配气正时，根据行车状态在两种进气模式之间进行切换。
当前VVT技术在汽油机和柴油机上各具特点，并且可以与涡轮增压技术共存。在汽油机中，空气与汽油最佳混合比为14.7:1，而目前普通发动机空气与油气比不到10:1。
目前VVT技术存在的问题是气门升程与正时调节范围有限不能够对行车状态进行精确的供油匹配，在保证动力输出情况下，由于进气量不可调节存在较大燃料浪费，常常给驾驶员带来不适感的问题。
发明内容
本发明为了解决目前基于VVT技术的气门升程与正时调节范围有限不能够对行车状态进行精确的供油匹配，在保证动力输出情况下，由于进气量不可调节存在较大燃料浪费，常常给驾驶员带来不适感的问题，而提供一种基于VVT的车用发动机配气机构。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
它包括花键轴、花键轴套、传动机构、轴向调节机构和N个渐变凸轮，N≥1，N为整数；
每个渐变凸轮过各自的中心线的最大纵截面为直角梯形，每个渐变凸轮过各自的中心线的最小纵截面为等腰梯形，渐变凸轮的横截面的轮廓与盘形凸轮轮廓相同；
每个渐变凸轮固定在花键轴上并与发动机气门顶杆端部的顶板相对应接触，花键轴的两侧分别滑动地设置有花键轴套，每个花键轴套上设置有轴承，两个轴承的外圈固定在发动机壳体上，传动机构能驱动花键轴转动并能在花键轴上滑动，轴向调节机构能驱动花键轴轴向移动。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
一、本发明设置渐变凸轮，渐变凸轮能轴向移动，可以无极调整气门升程与正时，从而实现精确配油，达到省油的效果。
二、本发明可以根据发动机转速和工况的不同，调整花键轴的轴向位置，使气门顶杆与凸轮的接触位置发生改变，进而调节气门升程与正时，使得发动机在高低速下都能获得理想的进、排气效率，本发明可以将油气比提高到11:1以上，并可节油5％到20％，提升动力5％左右。
附图说明
图1是本发明轴测图；
图2是本发明的主视图；
图3是图2的I处局部放大视图；
图4是本发明的侧视图。
图5是渐变凸轮5的侧视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2来说明本实施方式，本实施方式它包括花键轴1、花键轴套2、传动机构3、轴向调节机构4和N个渐变凸轮5，N≥1，N为整数；
每个渐变凸轮5过各自的中心线1-1的最大纵截面为直角梯形，每个渐变凸轮5过各自的中心线1-1的最小纵截面为等腰梯形，渐变凸轮5的横截面的轮廓与盘形凸轮轮廓相同；
每个渐变凸轮5固定在花键轴1上并与发动机气门顶杆6端部的顶板7相对应接触，花键轴1的两侧分别滑动地设置有花键轴套2，每个花键轴套2上设置有轴承8，两个轴承8的外圈固定在发动机壳体上，传动机构3能驱动花键轴1转动并能在花键轴1上滑动，轴向调节机构4能驱动花键轴1轴向移动。
具体实施方式二：结合图1来说明本实施方式，本实施方式所述气门顶杆6与所述顶板7铰接，且顶板7沿着所述花键轴1长度方向转动。
其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图4来说明本实施方式，本实施方式相邻两个所述渐变凸轮5上的最大纵截面的夹角θ为30-40°。
如此设置，适应不同种类的发动机。
其它组成和连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1和图2来说明本实施方式，本实施方式所述传动机构3包括从动带轮3-1、主动带轮3-2、两个止推板3-3和两个推力球轴承3-4；
从动带轮3-1中心加工有与所述花键轴1配合的花键孔，从动带轮3-1滑动地设置在所述花键轴1上，从动带轮3-1两侧分别设置有一个推力球轴承3-4，每个推力球轴承3-4上设有一个止推板3-3，两个止推板3-3固定在发动机壳体上，主动带轮3-2固定在发动机上的曲轴9的一侧，主动带轮3-2和从动带轮3-1通过皮带连接传动。
本实施方式通过发动机上的曲轴9转动，带动从动带轮3-1转动，进而带动渐变凸轮5转动来实现气门的开闭。
其它组成和连接关系与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图2、图3和图5来说明本实施方式，本实施方式所述轴向调节机构4包括齿轮4-1、齿条4-2、拉杆4-3和两个压板4-4；
齿轮4-1与齿条4-2互相啮合，齿轮4-1通过电机驱动，齿条4-2滑动设置在导轨4-5上，导轨4-5固定在发动机壳体上，齿条4-2的一端固接有拉杆4-3，拉杆4-3端部固接有拉杆帽4-6，所述花键轴1的端部固接有法兰4-7，法兰4-7的端部加工有与拉杆帽4-6配合的孔，拉杆帽4-6设置在法兰4-7的孔内并能转动，拉杆帽4-6通过两个压板4-4固定在法兰4-7端部的孔内。
拉杆4-3为圆柱形杆，拉杆帽4-6为比圆柱形杆直径大的圆板。
本实施方式齿轮4-1驱动齿条做直线运动来实现花键轴1的轴向移动，进而调整渐变凸轮5的位置，改变渐变凸轮5与气门顶杆6端部的顶板7的接触位置，以调整气门升程与正时。
其它组成和连接关系与具体实施方式四相同。
当渐变凸轮5转动角度处于α角度时，发动机处于压缩冲程和做功冲程，此时发动机气门关闭，当渐变凸轮5转动角度处于β角度时，发动机处于排气冲程阶段，当渐变凸轮5转动角度处于γ角度时，发动机处于吸气冲程阶段。通过电机驱动齿轮4-1，带动齿条移动，改变气门正时和气门升程，即改变渐变凸轮5转动γ+β角度需要的时间和气门开闭大小。
在发动机低转速时，通过推动拉杆4-3驱动花键轴1向远离导轨4-5方向移动，减小发动机气门排气提前角γ，气门开启较小，从而减小膨胀功损失，增加扭矩；发动机在高转速时，通过拉动拉杆4-3驱动花键轴1向靠近导轨4-5方向移动，加大发动机气门排气提前角γ，气门开启较大，可以保证有充足的时间排出缸内废气，减少残余废气量，提高充量系数。使用本发明后，充量系数在中低转速的工况下有很大的改善。这是因为在中低转速时进气提前角γ较大，进气门关闭较早，这样可以有效地减小缸内气体倒流到进气管中，从而提高充量系数。具体结果如下表一所示。
表一
转速/(r·min<sup>-1</sup>) 优化前的充量系数 优化后的充量系数
2000 0.682 0.846
2400 0.709 0.900
2800 0.685 0.876
3200 0.702 0.808
3600 0.752 0.839
4000 0.791 0.839
4400 0.790 0.842
4800 0.811 0.851
5200 0.836 0.865
5600 0.851 0.858
6000 0.821 0.821

Claims (5)

1.一种基于VVT的车用发动机配气机构，其特征在于：它包括花键轴(1)、花键轴套(2)、传动机构(3)、轴向调节机构(4)和N个渐变凸轮(5)，N≥1，N为整数；
每个渐变凸轮(5)过各自的中心线(1-1)的最大纵截面为直角梯形，每个渐变凸轮(5)过各自的中心线(1-1)的最小纵截面为等腰梯形，渐变凸轮(5)的横截面的轮廓与盘形凸轮轮廓相同；
每个渐变凸轮(5)固定在花键轴(1)上并与发动机气门顶杆(6)端部的顶板(7)相对应接触，花键轴(1)的两侧分别滑动地设置有花键轴套(2)，每个花键轴套(2)上设置有轴承(8)，两个轴承(8)的外圈固定在发动机壳体上，传动机构(3)能驱动花键轴(1)转动并能在花键轴(1)上滑动，轴向调节机构(4)能驱动花键轴(1)轴向移动。
2.根据权利要求1所述的一种基于VVT的车用发动机配气机构，其特征在于：所述气门顶杆6与所述顶板(7)铰接，且顶板(7)沿着所述花键轴(1)长度方向转动。
3.根据权利要求2所述的一种基于VVT的车用发动机配气机构，其特征在于：相邻两个所述渐变凸轮(5)上的最大纵截面的夹角(θ)为30-40°。
4.根据权利要求3所述的一种基于VVT的车用发动机配气机构，其特征在于：所述传动机构(3)包括从动带轮(3-1)、主动带轮(3-2)、两个止推板(3-3)和两个推力球轴承(3-4)；
从动带轮(3-1)中心加工有与所述花键轴(1)配合的花键孔，从动带轮(3-1)滑动地设置在所述花键轴(1)上，从动带轮(3-1)两侧分别设置有一个推力球轴承(3-4)，每个推力球轴承(3-4)上设有一个止推板(3-3)，两个止推板(3-3)固定在发动机壳体上，主动带轮(3-2)固定在发动机上的曲轴(9)的一侧，主动带轮(3-2)和从动带轮(3-1)通过皮带连接传动。
5.根据权利要求4所述的一种基于VVT的车用发动机配气机构，其特征在于：所述轴向调节机构(4)包括齿轮(4-1)、齿条(4-2)、拉杆(4-3)和两个压板(4-4)；
齿轮(4-1)与齿条(4-2)互相啮合，齿轮(4-1)通过电机驱动，齿条(4-2)滑动设置在导轨(4-5)上，导轨(4-5)固定在发动机壳体上，齿条(4-2)的一端固接有拉杆(4-3)，拉杆(4-3)端部固接有拉杆帽(4-6)，所述花键轴(1)的端部固接有法兰(4-7)，法兰(4-7)的端部加工有与拉杆帽(4-6)配合的孔，拉杆帽(4-6)设置在法兰(4-7)的孔内并能转动，拉杆帽(4-6)通过两个压板(4-4)固定在法兰(4-7)端部的孔内。
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