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技术领域

本发明涉及一种VVL凸轮轴结构，尤其是一种用于汽车发动机领域的VVL凸轮轴结构。

背景技术

发动机的配气相位机构负责向气缸提供汽油燃烧做功所必须的新鲜空气，并将燃烧后的 废气排出，从工作原理上讲，配气相位机构的主要功能是按照一定的时限来开启和关闭各气 缸的进、排气门，从而实现发动机气缸换气补给的整个过程。对于没有可变气门技术的普通 发动机而言，进排气们开闭时间及升程都是固定的，发动机的配气相位不能根据发动机的转 速而改变，这种固定不变的气门升程很难顾及到发动机在不同转速工况时的工作需要。因此 为了满足发动机全工况的工作要求，就要设计可变气门，提升发动机的动力表现，使燃烧更 有效率。为解决前述问题，VVL技术即可变气门升程技术应运而生。VVL技术可以在发动 机不同转速、不同负荷时匹配合适的气门升程，使得发动机在低转速、小负荷时使用较小的 气门升程，改善冷启动和降低油耗。高转速、大负荷时使用较大的气门升程，减少气门节流 损失，提高充气效率，提高发动机在高转速、大负荷时的功率输出并能降低发动机的燃油消 耗，提高燃油经济性，降低HC,NOx的排放。

在现有技术中可变气门升程技术是利用两种不同型线的凸轮分别来控制发动机在高速工 作状态和低速工作状态时的气门升程，如专利文献《两级可调可变配气》公开号 CN201220616883中采用的凸轮轴结构，该专利技术在凸轮轴外部套有凸轮轴套，凸轮轴与凸 轮轴套两端花键连接，限位套套在凸轮轴套外部；低速凸轮与高速凸轮固定连接并与凸轮轴 套连接为一体，凸轮轴套的两端设置旋向相反的螺旋沟槽，沟槽顶杆置于螺旋沟槽内，并通 过电磁促动器控制以切换低速凸轮高速凸轮。以上技术采用沟槽顶杆与螺旋沟槽来实现高速 凸轮与低速凸轮的切换，其切换过程冲击较大，在切换过程结束时，其速度和加速度均不为 零，需要通过沟槽槽边挡住顶杆，而VVL凸轮轴结构属于精密部件，加工成本高，其在冲击 过程中容易损坏。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，可以避免发动机在高速工作状态和低 速工作状态相互切换的过程中产生冲击，能有效保护凸轮轴部件，可以大大延长机械零件使 用寿命的VVL凸轮轴结构。

本发明解决其技术问题所采用的VVL凸轮轴结构，包括芯轴和凸轮组件，所述凸轮组件 套设在芯轴上，所述芯轴上设置有定位孔，所述凸轮组件包括高低速凸轮组和轴颈，每组高 低速凸轮组由一个高速凸轮和一个低速凸轮组成，两组高低速凸轮组配成一对，所述轴颈位 于同一对高低速凸轮组之间，还包括定位槽，所述定位槽设置在凸轮组件的两侧，所述定位 槽由高速定位槽和低速定位槽组成，所述定位孔中设置有弹性件，弹性件的两端设置有钢球， 当发动机处于高速工作状态时，弹性件两端的钢球一部分位于高速定位槽中，另一部分位于 定位孔中；当发动机处于低速工作状态时，弹性件两端的钢球一部分位于低速定位槽中，另 一部分位于定位孔中，还包括端件，所述端件设置在凸轮组件的两侧。

进一步的是，所述端件上还设置有径向凸轮，所述轴向端面凸轮和径向凸轮复合在端件 上。

进一步的是，所述轴向端面凸轮的速度曲线由起始段、加速段、高速过渡段、减速段和 结束段依次连接而成，且轴向端面凸轮升程结束时的速度和加速度均零。

进一步的是，所述径向凸轮升程结束时的速度和加速度为零。

进一步的是，所述凸轮组件包括两对高低速凸轮组，所述两对高低速凸轮组之间设置有 隔套。

进一步的是，还包括中间销，位于两组凸轮组件相邻一侧的两个轴向端面凸轮通过与该 侧两个轴向端面凸轮同时接触的中间销驱动。

进一步的是，所述中间销为扁平销。

进一步的是，所述中间销为椭圆形销。

进一步的是，所述中间销为双销。

进一步的是，还包括用于检测中间销径向位置的检测装置。

本发明的有益效果是：本申请采用端面凸轮来驱动凸轮组件相对芯轴移动，由于端面凸 轮的形状可以根据凸轮组件轴向移动的要求进行设计，使其可以驱动凸轮组件按照满足冲击 小的运动规律做轴向移动，因此本申请凸轮轴结构可以实现高低速工况平稳转换，使高低速 凸轮在转换过程中快速、准确且冲击小，显著减小了高低速转换对机械零件的损害，大大提 高了VVL凸轮轴的耐用性，延长其使用寿命。

附图说明

图1是端面凸轮的升程曲线图；

图2是端面凸轮的速度曲线图；

图3是端面凸轮的加速度曲线图；

图4是径向凸轮的升程曲线图；

图5是径向凸轮的速度曲线图；

图6是径向凸轮的加速度曲线图；

图7是本发明凸轮组件为分体结构的结构示意图；

图8是本发明采用两缸一组形式的结构示意图；

图中零部件、部位及编号：芯轴1、轴颈2、高低速凸轮组3、高速凸轮4、低速凸轮5、 定位孔6、高速定位槽8、低速定位槽9、钢球10、弹性件11、端件12、隔套14、起始段15、 加速段16、高速过渡段17、减速段18、结束段19。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：如图7所示，在本实施例中的VVL凸轮轴结构，包括芯轴1和凸轮组件，凸 轮组件套设在芯轴1上，所述芯轴1上设置有定位孔6，所述凸轮组件包括高低速凸轮组3 和轴颈2，每组高低速凸轮组3由一个高速凸轮4和一个低速凸轮5组成，两组高低速凸轮 组3配成一对，所述轴颈2位于同一对高低速凸轮组3之间，还包括定位槽，所述定位槽设 置在凸轮组件的两侧，所述定位槽由高速定位槽8和低速定位槽9组成，所述定位孔6中设 置有弹性件11，弹性件11的两端设置有钢球10，当发动机处于高速工作状态时，弹性件11 两端的钢球10一部分位于高速定位槽8中，另一部分位于定位孔6中；当发动机处于低速工 作状态时，弹性件11两端的钢球10一部分位于低速定位槽9中，另一部分位于定位孔6中， 还包括端件12，所述端件12设置在凸轮组件的两侧。当发动机需要在高速工作状态和低速 工作状态之间转换时，电磁阀驱动推杆或销进入到与轴向端面凸轮接触的位置，此时轴向端 面凸轮在转动过程中推杆推动轴向端面凸轮按照要求进行轴向移动，轴向端面凸轮再带动凸 轮组件轴向移动，以实现高低速工作状态的切换。由于端面凸轮的形状由其升程曲线决定的， 而升程曲线也决定了凸轮组件的移动规律，因此可以根据凸轮组件移动的要求来设计端面凸 轮的形状。本申请采用端面凸轮传动后有利于凸轮组件在切换过程中平稳移动，有效避免了 其对发动机零部件造成冲击。

实施例2：在本实施例中，所述端件12上还设置有径向凸轮，所述轴向端面凸轮和径向 凸轮复合在端件12上，设置在端件12上的径向凸轮可以使由电磁阀驱动的推杆或销平稳进 出端件12，本例的端件12可采用粉末冶金的方式进行制造。

实施例3：在本实施例中采用优选的轴向端面凸轮的升程曲线来进一步提高凸轮轴工作 状态切换时的平稳性。

如图2所示，轴向端面凸轮的速度曲线由起始段15、加速段16、高速过渡段17、减速 段18和结束段19依次连接而成，且轴向端面凸轮升程结束时的速度和加速度均零。采用前 述速度曲线划分可以使凸轮组件在升程开始时在起始段15先平缓加速到一定速度、进入加速 段16后再进一步加快速度增加的快慢，当速度接近峰值前进入高速过渡段17，在高速过渡 段17中减缓速度变化的快慢，使凸轮组件速度由加速到减速平稳过渡，当进入减速段18后 加快速度减少的快慢，使其较快降低到设定的速度后进入结束段19，在结束段19减缓速度 降低的快慢，使其速度平稳减小至零。相应的升程曲线和加速度曲线如图1和图3所示。

作为进一步的改进，为了使推杆平稳进出端件12更加平稳地进出端件12，径向凸轮升 程结束时的速度和加速度为零。具体实施时可以采用图4所示的凸轮升程曲线，与之相对应 的速度曲线和加速度曲线如图5和图6所示。

实施例4：如图8所示，在本实施例中，凸轮组件包括两对高低速凸轮组3，两对高低速 凸轮组3之间设置有隔套14。由于一对高低速凸轮组3对应发动机的一个缸，本实施例将两 对高低速凸轮组3作为一组，与之先对应的发动机的两个缸组成一组既两缸一组的形式。在 两对高低速凸轮组3之间设置隔套14，这样就省去了实施例1如图1所示两对高低速凸轮组 3之间的端面凸轮，同时也节省了该处的电磁阀和推杆，使电磁阀由原来的八个减少为原来 的四个。

实施例5：在本实施例中还包括中间销，位于两组凸轮组件相邻一侧的两个轴向端面凸 轮通过与该侧两个轴向端面凸轮同时接触的中间销驱动。本实施例在实施例4的基础上进一 步改进，位于两组凸轮组件相邻处的两个轴向端面凸轮采用由同一个电磁阀驱动的销来推动， 这样又可以减少一个电磁阀，如图8所示，对于一个四缸的发动机来讲，其VVL凸轮轴结构 上对应两组凸轮组件，即四对高低速凸轮组3，如果采用实施例1中的结构需要八个电磁阀， 而本实施例只需要三个电磁阀。

实施例6：在本实施例中采用扁平销来同时驱动中间位置的两个轴向端面凸轮。使扁平 销的两端同时与两个轴向端面凸轮接触。

实施例:7：在本实施例中采用所述销为椭圆形销，来同时驱动中间位置的两个轴向端面 凸轮。

实施例8：在本实施例中采用双销的结构来实现用一个电磁阀同时驱动中间两个轴向端 面凸轮。

实施例9：在本实施例中增加了用于检测中间销径向位置的检测装置。本实施例只检查 中间销径向位置，不必检查两侧销的位置，通过对中间销位置的检测来判断中间销是否正确 进入或者退出端件12。