專利名稱：摩托車發動機單頂置凸輪軸可變配氣正時機構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種摩托車發動機的可變配氣正時機構，適合于在四沖程兩氣門的中小排量摩托車發動機上的廣泛應用。
背景技術：
由于環境保護和人類可持續發展的要求，可變配氣正時(VVT，Variable Valve Timing)技術在汽車發動機上得到較為廣泛的使用，但受制造成本和機構復雜性的限制，在摩托車發動機上的應用僅有鈴木的GSF400V和本田的CB400 SUPER FOUR等極少數大排量摩托車發動機，以雙頂置凸輪軸(DOHC)配氣機構結構形式為基礎。我國摩托車整體排量結構主要集中在50ml～250ml排量范圍(稱之為中小排量)，此排量范圍內摩托車發動機多為單缸四沖程兩氣門結構，配氣機構主要采用單頂置凸輪軸(SOHC)布置形式，凸輪配氣正時是通過各種不同配氣相位的試驗，從中選取某一固定配氣相位來兼顧各種工況，是發動機性能的一種折衷方案。目前國內外尚沒有以單頂置凸輪軸(SOHC)配氣機構結構形式為基礎，且適合于中小排量單缸四沖程兩氣門摩托車發動機的可變配氣機構及其應用實例。
雖然單頂置凸輪軸(SOHC)可變配氣正時機構在汽車發動機上也有所應用，如本田2.3LF23A3型發動機采用的SOHC VTEC系統(針對四缸四氣門發動機，每缸采用三進氣凸輪和三進氣搖臂進行切換)，但汽車發動機單頂置凸輪軸可變配氣正時機構的結構較為復雜。受結構復雜程度、空間布置緊湊性的限制，汽車發動機單頂置凸輪軸可變配氣正時機構實際上不能直接應用于中小排量的摩托車發動機。
發明內容
本實用新型的目的在于提供一種摩托車發動機單頂置凸輪軸可變配氣正時機構。該機構提供兩套進氣配氣正時參數，可廣泛應用于采用單頂置凸輪軸配氣機構結構形式的中小排量摩托車發動機上，能夠有效提高中小排量摩托車發動機在整個轉速和負荷工況范圍內的動力性、燃油經濟性和排放特性，結構簡單、布置緊湊。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是在中小排量四沖程兩氣門摩托車發動機的單頂置凸輪軸配氣機構的基礎上，設置雙進氣凸輪、雙進氣搖臂和正時切換機構，實現可變配氣正時。可變配氣正時機構由凸輪軸及其上的雙進氣凸輪、雙進氣搖臂、搖臂軸和正時切換機構組成。凸輪軸上的雙進氣凸輪，其中一個進氣凸輪為主凸輪，另一個進氣凸輪為高速凸輪；在進氣搖臂軸上套有雙進氣搖臂，其中一進氣搖臂為主搖臂，另一進氣搖臂為高速搖臂；主搖臂和高速搖臂的一端分別與主凸輪和高速凸輪接觸，主搖臂的另一端通過氣門間隙調節機構與進氣門接觸，高速搖臂的另一端與高速搖臂返回挺柱接觸；正時切換機構包括正時片、正時活塞、回位彈簧、切換活塞、阻擋活塞和返回彈簧，正時活塞與切換活塞位于主搖臂一端的開口孔內且是活動配合。回位彈簧位于正時活塞的開口孔內，并與切換活塞接觸，返回彈簧和阻擋活塞位于高速搖臂一端的開口孔內，阻擋活塞與該開口孔活動配合，阻擋活塞與切換活塞接觸；正時活塞、切換活塞與阻擋活塞的外形尺寸相同，正時片套在進氣搖臂上，一端活動地穿過主搖臂上的孔。三個活塞和兩個彈簧在油壓作用下使雙進氣凸輪和雙進氣搖臂的工作方式根據運行工況的不同而進行切換。在低速低負荷運行時，正時片的該端與正時活塞前環形定位槽接觸；在高速高負荷運行時，該正時片的該端與正時活塞的后環形定位槽接觸，切換活塞的部分段進入高速搖臂一端的開口孔內，使主搖臂與高速搖臂成為一整體，主搖臂與高速搖臂均由高速凸輪驅動，控制進氣門的開或閉。
發動機在低速低負荷運轉時，主搖臂、高速搖臂是彼此分離獨立運動的，凸輪軸進氣主凸輪驅動主搖臂，控制氣門的開閉；此時高速搖臂雖已被凸輪軸進氣高速凸輪驅動，但由于高速搖臂與主搖臂是彼此分離的，故不影響氣門的正常開閉。發動機在高速高負荷運行時，正時活塞在油壓的作用下移動，正時活塞推動兩個搖臂內的切換活塞移動，主搖臂、高速搖臂就被一個切換活塞貫穿，兩個搖臂成一體；此時，由于進氣高速凸輪較進氣主凸輪高，兩個搖臂均由進氣高速凸輪來驅動，控制氣門的開啟或關閉，并且使氣門的開啟時間延長，開啟的升程增大，使之與發動機的高速高負荷工況相適應。當發動機轉速和負荷降低時，切斷搖臂中的正時活塞端的油壓，阻擋活塞的返回彈簧將切換活塞推回原位，兩個搖臂又將彼此分離獨立工作。基于如上所述雙進氣凸輪和雙進氣搖臂的正時切換，從而實現可變配氣正時功能。
本實用新型的有益效果是結構簡單、布置緊湊，制造成本低，應用于中小排量摩托車發動機時對原機的改動很小。另外，傳統的摩托車發動機凸輪配氣正時是通過各種不同配氣相位的試驗，從中選取某一固定配氣相位兼顧各種工況，是發動機性能的一種折衷方案；與固定配氣正時相比，本實用新型提供的可變配氣正時機構，可以在發動機整個工況范圍內，提供兩套進氣配氣正時參數，從而有效提高中小排量摩托車發動機在高轉速和低轉速、高負荷和低負荷條件下的動力性、燃油經濟性和排放特性。
圖1是本實用新型可變配氣正時機構俯視圖，圖2是可變配氣正時機構A-A剖面圖，圖3是可變配氣正時機構B-B剖面圖，圖4是可變配氣正時機構右視圖，圖5是圖2中的C-C剖視圖，圖6是可變配氣正時機構凸輪軸剖視圖，圖7是凸輪軸左視圖，圖8是凸輪軸上的排氣凸輪D-D剖面圖，圖9是凸輪軸上的進氣主凸輪E-E剖面圖，圖10是凸輪軸上的進氣高速凸輪F-F剖面圖，圖11是可變配氣正時切換機構在低負荷下的狀態圖，圖12是可變配氣正時切換機構切換圖，圖13是可變配氣正時切換機構切換圖，圖14是可變配氣正時切換機構在高負荷下的狀態圖。
圖中1.氣缸體，2.排氣凸輪，3.排氣搖臂，4.進氣主凸輪，5.排氣搖臂軸，6.進氣高速凸輪，7.高速搖臂，8.正時片，9.主搖臂，10.進氣搖臂軸，11.凸輪軸，12.排氣門，13.排氣門彈簧，14.高速搖臂返回挺柱，15.進氣門彈簧，16.進氣門，17.返回彈簧，18.阻擋活塞，19.切換活塞，20.回位彈簧，21.正時活塞。
具體實施方式
以下結合附圖予以說明。
在圖1～圖14所示的一個實例中，在水平布置的凸輪軸11上設置一個進氣高速凸輪6和一個進氣主凸輪4；凸輪軸11上的排氣凸輪2、進氣主凸輪4和進氣高速凸輪6依次相鄰，或排氣凸輪2、進氣高速凸輪6和進氣主凸輪4依次相鄰。進氣主凸輪4和進氣高速凸輪6的凸輪型線各自對稱，其對稱中心線與水平線的夾角相同，而高速凸輪6的升程最頂點高于主凸輪4升程的最頂點。主搖臂9和高速搖臂7的一側分別與進氣主凸輪4和高速凸輪6接觸；主搖臂9的另一端通過氣門間隙調節機構與進氣門16接觸，高速搖臂7的另一端與高速搖臂返回挺柱14接觸；主搖臂9和高速搖臂7都套在同一進氣搖臂軸10上。進氣主凸輪4在低速低負荷工況時驅動主搖臂9控制進氣門16，進氣高速凸輪6在高速高負荷工況時驅動高速搖臂7和主搖臂9控制進氣門16。正時切換機構由正時片8、正時活塞21、回位彈簧20、切換活塞19、阻擋活塞18與返回彈簧17構成。其中，正時片8穿過主搖臂9上的開槽，與正時活塞21的前定位槽接觸；在主搖臂9一端內孔中的正時活塞21、回位彈簧20和切換活塞19按順序連接；高速搖臂7內的阻擋活塞18與返回彈簧17按順序連接；三個活塞的直徑相同，在高速與低速工況切換的時候，主搖臂9內的切換活塞19能推進到高速搖臂7的內孔中，使主搖臂9和高速搖臂7貫穿從而聯成一體，從而實現進氣凸輪在不同工況下的切換。
在低速低負荷工況時，正時切換機構工作狀態，圖11，此時，切換活塞19未進入高速搖臂7，高速搖臂7與主搖臂9是彼此分離的。當達到高速高負荷工況時，正時切換機構通入切換油壓，當主搖臂9與高速搖臂7未在凸輪基圓上時，正時切換機構活塞不同心，正時活塞21在壓力油作用下前進一段距離，使正時片8離開正時活塞21的前定位槽，圖12，高速搖臂7與主搖臂9仍然是彼此分離的。當兩搖臂都處于凸輪基圓上時，正時活塞21才在壓力油作用下繼續推動切換活塞19和阻擋活塞18，使阻擋活塞18貫穿高速搖臂7，兩個搖臂成一體，圖13，所有的搖臂均由凸輪軸11上的高速凸輪6驅動進氣門16。當正時活塞21在油壓作用下前進到正時活塞21的后定位槽位置時，正時片8插入后定位槽，正時活塞21停止移動，切換完成，圖14。當發動機又處于低速低負荷工況時，正時切換機構又按上述切換過程的逆過程回到正時切換機構初始工作狀態，圖11。
權利要求1.一種摩托車發動機單頂置凸輪軸可變配氣正時機構，包括中小排量四沖程兩氣門摩托車發動機單頂置凸輪軸配氣機構中的凸輪軸及其上的進、排氣凸輪，搖臂軸、搖臂、氣門間隙調節機構，其特征是凸輪軸上的進氣凸輪為雙進氣凸輪，其中一個進氣凸輪為主凸輪，另一個進氣凸輪為高速凸輪；在進氣搖臂軸上套有雙進氣搖臂，其中一進氣搖臂為主搖臂，另一進氣搖臂為高速搖臂；主搖臂和高速搖臂的一端分別與主凸輪和高速凸輪接觸，主搖臂的另一端通過氣門間隙調節機構與進氣門接觸，高速搖臂的另一端與高速搖臂返回挺柱接觸；正時切換機構包括正時片、正時活塞、回位彈簧、切換活塞、阻擋活塞和返回彈簧，正時活塞與切換活塞位于主搖臂一端的開口孔內且是活動配合，回位彈簧位于正時活塞的開口孔內，并與切換活塞接觸，返回彈簧和阻擋活塞位于高速搖臂一端的開口孔內，阻擋活塞與該開口孔活動配合，阻擋活塞與切換活塞接觸；正時活塞、切換活塞與阻擋活塞的外形尺寸相同，正時片套在進氣搖臂上，一端活動地穿過主搖臂上的孔；活塞和彈簧在壓力油作用下使進氣凸輪在不同速度下切換；當主凸輪在低速低負荷運行時，正時片的該端與正時活塞前環形定位槽接觸，主搖臂與高速搖臂各自獨立運行，凸輪軸上的主凸輪驅動主搖臂，控制進氣門的開或閉；當高速凸輪在高速高負荷運行時，該正時片的該端與正時活塞的后環形定位槽接觸，切換活塞的部分段進入高速搖臂一端的開口孔內，使主搖臂與高速搖臂成為一整體，主搖臂與高速搖臂均由高速凸輪驅動，控制進氣門的開或閉。
2.根據權利要求1所述的摩托車發動機單頂置凸輪軸可變配氣正時機構，其特征是凸輪軸上的進氣主凸輪和進氣高速凸輪的凸輪型線各自對稱，進氣主凸輪與進氣高速凸輪的對稱中心線與水平線的夾角相同，進氣高速凸輪的升程最頂點高于進氣主凸輪升程的最頂點。
3.根據權利要求1所述的摩托車發動機單頂置凸輪軸可變配氣正時機構，其特征是凸輪軸上的排氣凸輪、進氣主凸輪和進氣高速凸輪依次相鄰。
4.根據權利要求1所述的摩托車發動機單頂置凸輪軸可變配氣正時機構，其特征是凸輪軸上的排氣凸輪、進氣高速凸輪和進氣主凸輪依次相鄰。
專利摘要一種能實現可變配氣正時的摩托車發動機單頂置凸輪軸可變配氣正時機構。該機構以單頂置凸輪軸配氣機構為基礎，包括雙進氣凸輪軸上的主凸輪、高速凸輪，雙進氣搖臂和正時切換機構，根據發動機運行工況以兩套配氣正時參數進行配氣機構切換。雙進氣搖臂包括主搖臂和高速搖臂；主凸輪在低速低負荷工況時驅動主搖臂控制氣門，高速凸輪在高速高負荷工況時控制氣門。正時切換機構包括正時片、正時活塞、回位彈簧、切換活塞、阻擋活塞和返回彈簧。活塞和彈簧在壓力油作用下使進氣凸輪在不同速度下切換。該機構能提高中小排量摩托車發動機在整個轉速和負荷內的動力性、燃油經濟性和排放性，結構簡單、布置緊湊，適合在中小排量摩托車發動機上廣泛應用。
文檔編號F01L1/34GK2721880SQ20042006020
公開日2005年8月31日 申請日期2004年7月9日 優先權日2004年7月9日
發明者張力, 吳俊剛, 張勇, 蘇進輝, 徐宗俊 申請人:重慶大學