一种发动机链系统及发动机的制作方法

1.本发明涉及汽车零部件，具体涉及一种发动机链系统及发动机。


背景技术：

2.现有技术中典型的发动机链系统如图1和图2所示，包括正时链条109、机油泵链条 110、动轨111、定轨112、机械张紧器113、曲轴链轮107、机油泵链轮108、进气凸轮轴链轮105和排气凸轮轴链轮106；该发动机链系统一般布置在发动机101的前端，由曲轴 104的前端进行驱动，然后由正时链条109和机油泵链条110进行驱动机油泵115、进气凸轮轴102、排气凸轮轴103等发动机内部运动机构。同时发动机101的高压燃油泵114一般由凸轮轴进行直接驱动，平衡轴由曲轴104上的齿轮进行直接驱动。
3.现有技术中典型的发动机链系统存在多种问题，主要有：
4.曲轴104前端驱动，由于结构特性决定曲轴104前端的扭振大，对整个链系统的受力和nvh性能不友好；
5.平衡轴由曲轴104直接齿轮驱动，受力冲击较多，易发生平衡轴、齿轮断裂问题，装配工艺性差，成本高；
6.相位器布置在发动机101前端，占用发动机总成的前端布置空间，增加了发动机101 的轴向长度；链条在曲轴104至两根凸轮轴的连接布置中，直接连接将经过发动机101的缸体和缸盖的水套布置空间，相对间隙小，需增加发动机101的轴向长度；无法适应混合动力发展趋势所要求的发动机101长度减小；
7.曲轴104至两根凸轮轴的传动比为2：1；4缸4冲程发动机101完成每缸点火，需在两根凸轮轴旋转1圈内，完成4次燃油喷射；凸轮轴驱动高压燃油泵114的凸轮需设计成4 桃尖形状；在相同的凸轮驱动型线上，布置在凸轮轴上的4桃尖的曲率更大，使凸轮轴的凸轮接触应力更大；同时凸轮轴除驱动高压燃油泵114外，还需驱动发动机101内部的配气机构，受力及动态力矩更复杂。由此导致未来发动机101采用500bar以上高压燃油泵114 时，凸轮轴难以稳健驱动。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提出一种发动机链系统及发动机，以减轻或消除至少一个上述的技术问题。
9.本发明所述的一种发动机链系统，包括正时上链条、正时下链条、平衡轴链条、用于连接在进气凸轮轴的后端部上的进气凸轮轴链轮、用于连接在排气凸轮轴的后端部上的排气凸轮轴链轮、用于连接在曲轴的后端部上的曲轴链轮组、用于连接在平衡轴的后端部上的平衡轴链轮、用于驱动燃油泵的中间轴、连接在中间轴上的中间轴链轮组；
10.所述中间轴链轮组包括同步转动的第一链轮和第二链轮，
11.所述曲轴链轮组包括同步转动的第三链轮和第四链轮，
12.所述正时上链条绕在所述进气凸轮轴链轮、所述排气凸轮轴链轮和所述第一链轮
285mm；
26.所述第四正时下链条段为向内凸的弧线形结构，所述第四正时下链条段的上端部的切线与左右方向的夹角为d7，所述第四正时下链条段的下端部的切线与左右方向的夹角为d8；所述第四正时下链条段的半径为r4，99
°
≤d7≤105
°
，21
°
≤d8≤24
°
，110mm≤r4≤ 115mm。
27.进一步，所述正时上链条包括与所述进气凸轮轴链轮啮合的第一正时上链条段、与所述排气凸轮轴链轮啮合的第二正时上链条段、与所述第一链轮啮合的第三正时上链条段、位于所述第一正时上链条段和所述第二正时上链条段之间的第四正时上链条段、位于所述第一正时上链条段和所述第三正时上链条段之间的第五正时上链条段以及位于所述第二正时上链条段和所述第三正时上链条段之间的第六正时上链条段；
28.所述第五正时上链条段为向内凸的弧线形结构，所述第五正时上链条段的上端部的切线与左右方向的夹角为d9，所述第五正时上链条段的下端部的切线与左右方向的夹角为 d10，所述第五正时上链条段的半径为r5，94
°
≤d9≤96
°
，76
°
≤d10≤78
°
，1000mm≤r5≤1010mm；
29.所述第六正时上链条段为向内凸的弧线形结构，所述第六正时上链条段的上端部的切线与左右方向的夹角为d11，所述第六正时上链条段的下端部的切线与左右方向的夹角为 d12，所述第六正时上链条段的上部的半径为r6，所述第六正时上链条段的下部的半径为 r7，17
°
≤d11≤20
°
，114
°
≤d12≤116
°
，124mm≤r6≤126mm，420mm≤r7≤425mm。
30.进一步，还包括作用于第四平衡轴链条段的第一定轨、作用于第三平衡轴链条段的第一动轨和作用于所述第一动轨的第一液压张紧器；从后向前看，所述第一液压张紧器的柱塞轴的中心轴线与所述平衡轴链轮的中心轴线的间距为l1，所述第一液压张紧器的柱塞轴的中心轴线从左至右向上倾斜，所述第一液压张紧器的柱塞轴的中心轴线与左右方向的夹角为d13，58mm≤l1≤60mm，15
°
≤d13≤18
°
；
31.还包括作用于第三正时下链条段的第二定轨、作用于第四正时下链条段的第二动轨和作用于所述第二动轨的第二液压张紧器；从后向前看，所述第二液压张紧器的柱塞轴的中心轴线与所述曲轴链轮组的中心轴线的间距为l2，所述第二液压张紧器的柱塞轴的中心轴线从右至左向上倾斜，所述第二液压张紧器的柱塞轴的中心轴线与左右方向的夹角为d14， 45mm≤l2≤48mm，38
°
≤d14≤42
°
；
32.还包括作用于第五正时上链条段的第三定轨、作用于第六正时上链条段的第三动轨和作用于所述第三动轨的第三液压张紧器，从后向前看，所述第三液压张紧器的柱塞轴的中心轴线与所述中间轴链轮组的中心轴线的间距为l3，所述第三液压张紧器的柱塞轴的中心轴线从左至右向上倾斜，所述第三液压张紧器的柱塞轴的中心轴线与左右方向的夹角为 d15，173mm≤l3≤178mm，18
°
mm≤d15≤22
°
。
33.进一步，还包括用于与发动机相连的外壳，所述外壳上设有用于安装燃油泵的安装座，所述中间轴可转动的安装在所述外壳中，所述中间轴上设有用于驱动所述燃油泵的凸轮。
34.进一步，所述进气凸轮轴链轮和所述第一链轮的齿数比为2：1，所述排气凸轮轴链轮和所述第一链轮的齿数比为2：1，所述第三链轮和所述第二链轮的齿数比为1:1，所述第四链轮和所述平衡轴链轮的传动比为2:1。
35.本发明还提出了一种发动机，所述发动机的后端设置有上述的发动机链系统。
36.本发明由曲轴后端直驱链系统，能够大幅降低链系统负载，能够减小链条力，确保了链系统的稳健性；正时上链条、相位器等组成部件都能够布置在变速器的上端空间，不影响发动机的轴向尺寸；中间轴组件的布置位置使链条布置有效避开缸体水套和缸盖的水套布置空间，使整个发动机更为紧凑；使用中间轴驱动高压燃油泵，凸轮的接触应力更小，系统负载更小，能够驱动500bar以上的高压燃油泵。通过合理布置各链轮的位置和各链条的运动轨迹，使得发动机链系统整体最大链条力仅1800n,链系统保持很好的低摩擦性能。同时张紧器的张紧行程小于1mm,系统稳定性好。链系统传递至凸轮轴的扭振角度仅为1度，扭振水平更优。
附图说明
37.图1为背景技术中所述的发动机链系统安装示意图；
38.图2为背景技术中所述的发动机链系统的结构示意图；
39.图3为实施例中所述的发动机的结构示意图；
40.图4为实施例中的发动机链系统的结构示意图；
41.图5为实施例中的曲轴链轮组和曲轴的结构示意图；
42.图6为实施例中的中间轴链轮组的结构示意图；
43.图7为实施例中的中间轴组件的结构示意图；
44.图8为实施例中的中间轴的结构示意图；
45.图9为实施例中的发动机链系统的布置尺寸示意图；
46.图10为实施例中的发动机链系统的各个液压张紧器的布置示意图。
47.图中部分序号为：1—缸体；2—缸盖；3—进气凸轮轴；4—排气凸轮轴；5—中间轴组件；6—曲轴；7—燃油泵；8—进气凸轮轴链轮；9—排气凸轮轴链轮；10—中间轴链轮组； 11—曲轴链轮组；12—平衡轴链轮；13—正时上链条；14—正时下链条；15—平衡轴链条； 16—第三定轨；17—第三动轨；18—第二定轨；19—第二动轨；20
‑
机油盘；21—第一动轨； 22—第一定轨；23—轴间导轨；1001—第一链轮；1002—第二链轮；1101—第三链轮；1102 —第四链轮；501—外壳；502—中间轴；503—轴盖；504—安装座；505—衬套；506—凸轮。
具体实施方式
48.下面结合附图对本发明作进一步说明。
49.如图3至图10所示的一种发动机链系统，包括正时上链条13、正时下链条14、平衡轴链条15、用于连接在进气凸轮轴3的后端部上的进气凸轮轴链轮8、用于连接在排气凸轮轴4的后端部上的排气凸轮轴链轮9、用于连接在曲轴6的后端部上的曲轴链轮组11、用于连接在平衡轴的后端部上的平衡轴链轮12、用于驱动燃油泵7的中间轴502、连接在中间轴502上的中间轴链轮组10；中间轴链轮组10包括同步转动的第一链轮1001和第二链轮1002，曲轴链轮组11包括同步转动的第三链轮1101和第四链轮1102，正时上链条13 绕在进气凸轮轴链轮8、排气凸轮轴链轮9和第一链轮1001上，正时下链条14绕在第二链轮1002和第三链轮1101上，平衡轴链条15绕在第四链轮1102和平衡轴链轮12上。
50.发动机链系统布置在发动机的后端，由曲轴6驱动曲轴链轮组11转动，曲轴链轮组
11 通过正时下链条14和平衡轴链条15分别驱动中间轴链轮组10和平衡轴链轮12转动，再由中间轴链轮组10转接并驱动正时上链条13；实现了发动机链系统驱动平衡轴、进气凸轮轴3、排气凸轮轴4及中间轴组件5的功能，进而通过中间轴组件5驱动燃油泵7以及由平衡轴驱动机油泵。由曲轴后端直驱链系统，能够大幅降低链系统负载，能够减小链条力，确保了链系统的稳健性；正时上链条、相位器(两个相位器一般分别与排气凸轮轴链轮9 和进气凸轮轴链轮8连为一体)等组成部件都能够布置在变速器的上端空间，不影响发动机的轴向尺寸；中间轴的布置位置使链条布置有效避开缸体水套和缸盖的水套布置空间，使整个发动机更为紧凑；使用中间轴驱动高压燃油泵，凸轮的接触应力更小，系统负载更小，能够驱动500bar以上的高压燃油泵。
51.在本实施例中，从后向前看，平衡轴链轮12位于曲轴链轮组11的右下方，中间轴链轮组10位于曲轴链轮组11的左上方，进气凸轮轴链轮8和排气凸轮轴链轮9位于中间轴链轮组10的右上方，合理布置各个链轮的位置，有利于发动机链系统的平衡，能够有效避开缸体水套和缸盖的水套布置空间。
52.在本实施例中，还包括用于与发动机相连的外壳501，外壳501上设有用于安装燃油泵 7的安装座504，中间轴502可转动的安装在外壳501中，外壳501上设置有轴盖503，外壳501的轴孔和中间轴502配合，外壳501的轴孔和中间轴502之间设置有衬套505，中间轴502上设有用于驱动燃油泵7的凸轮506，凸轮506可设计成2桃尖结构，凸轮形线的曲率大大降低，凸轮的接触应力减小。外壳501给中间轴提供后端的支撑，并连接缸体油路用于润滑；轴盖给中间轴提供前端的支撑，并提供喷射油孔用于润滑凸轮接触面。衬套为铝合金或铜合金衬套，提升轴孔的支撑能力，更耐磨并适应高的面压力。外壳501、中间轴 502、轴盖503和衬套505构成中间轴组件5。
53.在本实施例中，进气凸轮轴链轮8和第一链轮1001的齿数比为2：1，排气凸轮轴链轮 9和第一链轮1001的齿数比为2：1，第三链轮1101和第二链轮1002的齿数比为1:1，第四链轮1102和平衡轴链轮12的传动比为2:1。该传动比适用于4缸机。
54.从发动机链系统动态、受力和系统平衡最优考虑，将发动机链系统的尺寸设置如下：
55.平衡轴链轮12的中心轴线与曲轴链轮组11的中心轴线在左右方向上的间距为x1，平衡轴链轮12的中心轴线与曲轴链轮组11的中心轴线在上下方向上的间距为y1，x1＝21mm， y1＝123mm；中间轴链轮组10的中心轴线与曲轴链轮组11的中心轴线在左右方向上的间距为x2，中间轴链轮组10的中心轴线与曲轴链轮组11的中心轴线在上下方向上的间距为y2， x2＝140mm，y3＝160mm；进气凸轮轴链轮8的中心轴线与曲轴链轮组11的中心轴线在左右方向上的间距为x3，进气凸轮轴链轮8的中心轴线与曲轴链轮组11的中心轴线在上下方向上的间距为y3，x3＝78mm，y3＝375.6mm；排气凸轮轴链轮9的中心轴线与曲轴链轮组11的中心轴线在左右方向上的间距为x4，排气凸轮轴链轮9的中心轴线与曲轴链轮组11的中心轴线在上下方向上的间距为y3，x4＝45mm；排气凸轮轴链轮9位于进气凸轮轴链轮8的右方，且排气凸轮轴链轮9的中心轴线与进气凸轮轴链轮8的中心轴线在左右方向上的间距为 x3 x4。
56.平衡轴链条15包括与第四链轮1102啮合的第一平衡轴链条段、与平衡轴链轮12啮合的第二平衡轴链条段、连接在第一平衡轴链条段的左端和第二平衡轴链条段的左端之间
的第三平衡轴链条段以及连接在第一平衡轴链条段的右端和第二平衡轴链条段的右端之间的第四平衡轴链条段，第三平衡轴链条段为向内凸的弧线形结构，第三平衡轴链条段的上端部的切线与左右方向的夹角为d1，第三平衡轴链条段的下端部的切线与左右方向的夹角为 d2；第三平衡轴链条段的半径为r1，60
°
≤d1≤63
°
，93
°
≤d2≤96
°
，105mm≤r1≤110mm；第四平衡轴链条段为向内凸的弧线形结构，第四平衡轴链条段的上端部的切线与左右方向的夹角为d3，第四平衡轴链条段的下端部的切线与左右方向的夹角为d4，第四平衡轴链条段的半径为r2，73
°
≤d3≤76
°
，73
°
≤d4≤76
°
，115mm≤r2≤118mm。
57.正时下链条14包括与第二链轮1002啮合的第一正时下链条段、与第三链轮1101啮合的第二正时下链条段、连接在第一正时下链条段的左端和第二正时下链条段的左端之间的第三正时下链条段以及连接在第一正时下链条段的右端和第二正时下链条段的右端之间的第四正时下链条段，第三正时下链条段为向内凸的弧线形结构，第三正时下链条段的上端部的切线与左右方向的夹角为d5，第三正时下链条段的下端部的切线与左右方向的夹角为 d6；第三正时下链条段的半径为r3，33
°
≤d5≤35
°
,116
°
≤d6≤120
°
,280mm≤r3≤ 285mm；第四正时下链条段为向内凸的弧线形结构，第四正时下链条段的上端部的切线与左右方向的夹角为d7，第四正时下链条段的下端部的切线与左右方向的夹角为d8；第四正时下链条段的半径为r4，99
°
≤d7≤105
°
，21
°
≤d8≤24
°
，110mm≤r4≤115mm。
58.正时上链条13包括与进气凸轮轴链轮8啮合的第一正时上链条段、与排气凸轮轴链轮 9啮合的第二正时上链条段、与第一链轮1001啮合的第三正时上链条段、位于第一正时上链条段和第二正时上链条段之间的第四正时上链条段、位于第一正时上链条段和第三正时上链条段之间的第五正时上链条段以及位于第二正时上链条段和第三正时上链条段之间的第六正时上链条段；第五正时上链条段为向内凸的弧线形结构，第五正时上链条段的上端部的切线与左右方向的夹角为d9，第五正时上链条段的下端部的切线与左右方向的夹角为 d10，第五正时上链条段的半径为r5，94
°
≤d9≤96
°
，76
°
≤d10≤78
°
，1000mm≤r5≤ 1010mm；第六正时上链条段为向内凸的弧线形结构，第六正时上链条段的上端部的切线与左右方向的夹角为d11，第六正时上链条段的下端部的切线与左右方向的夹角为d12，第六正时上链条段的上部的半径为r6，第六正时上链条段的下部的半径为r7，17
°
≤d11≤20
°
， 114
°
≤d12≤116
°
，124mm≤r6≤126mm，420mm≤r7≤425mm。作为一种优选，还包括与第四正时上链条段对应设置的轴间导轨23，在正常运行时与链条不接触，只有在链系统负载波动时，防止链条运动波动过大，规避链系统的跳齿问题。
59.还包括作用于第四平衡轴链条段的第一定轨22、作用于第三平衡轴链条段的第一动轨 21和作用于第一动轨21的第一液压张紧器；从后向前看，第一液压张紧器的柱塞轴的中心轴线与平衡轴链轮12的中心轴线的间距为l1，第一液压张紧器的柱塞轴的中心轴线从左至右向上倾斜，第一液压张紧器的柱塞轴的中心轴线与左右方向的夹角为d13，58mm≤l1≤ 60mm，15
°
≤d13≤18
°
；还包括作用于第三正时下链条段的第二定轨18、作用于第四正时下链条段的第二动轨19和作用于第二动轨19的第二液压张紧器；从后向前看，第二液压张紧器的柱塞轴的中心轴线与曲轴链轮组11的中心轴线的间距为l2，第二液压张紧器的柱塞轴的中心轴线从右至左向上倾斜，第二液压张紧器的柱塞轴的中心轴线与左右方向的夹角为d14，45mm≤l2≤48mm，38
°
≤d14≤42
°
；还包括作用于第五正时上链条段的第三定轨16、作用于第六正时上链条段的第三动轨17和作用于第三动轨17的第三液压张紧器，从后向前
看，第三液压张紧器的柱塞轴的中心轴线与中间轴链轮组10的中心轴线的间距为 l3，第三液压张紧器的柱塞轴的中心轴线从左至右向上倾斜，第三液压张紧器的柱塞轴的中心轴线与左右方向的夹角为d15，173mm≤l3≤178mm，18
°
mm≤d15≤22
°
。
60.在本实施例中，各链条运动轨迹主要受链轮位置、定轨的轮廓和动轨的轮廓约束，张紧器提供张紧力，配合动轨使正时链条始终保持合适的张紧力，链条、链轮、定轨、动轨和张紧器的结构和安装方式均可参考现有技术中的发动机链系统，在此不做赘叙。
61.本发明还提出了如图1所示的一种发动机，发动机包括缸盖2、缸体1设置在缸体1的底部的机油盘20，平衡轴设置在缸体1的下部，曲轴6设置在缸体1的中部，中间轴组件 5位于缸体1的上部，进气凸轮轴链轮8和排气凸轮轴链轮9位于缸盖2上，发动机的后端设置有上述的发动机链系统。