正时系统安装方法及车辆与流程

1.本公开涉及车辆技术领域，尤其涉及一种正时系统安装方法及车辆。


背景技术：

2.发动机气门开启和关闭与曲轴角度/相位存在严格的相对关系，正时系统就是用于确保两者之间角度/相位关系的系统。
3.正时系统中凸轮轴的安装通常有无销安装和有销安装两种方式。其中，无销安装是通过凸轮轴工装来保证凸轮轴与曲轴之间的安装角度。但由于安装工艺要求，凸轮轴工装存在安装间隙，以便装配时卡入工装。该安装间隙使凸轮轴工装卡住凸轮轴时存在垂直度偏差，造成凸轮轴存在随机的角相位偏差，最终安装相位的偏差将会随机分布在正负极限偏差之间，该相位偏差的波动会影响ems控制模型精度，进而影响发动机控制精度，影响发动机点火、油耗、爆震等性能。
4.因此，亟需一种正时系统安装方法及车辆，以解决上述问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本公开提供了一种正时系统安装方法及车辆。
6.第一方面，本公开提供了一种正时系统安装方法，包括：
7.建立凸轮轴的相位与气门弹簧对凸轮轴的旋转力矩的对应关系；
8.选择所述凸轮轴受旋转力矩不为零的其中一个相位作为安装相位；
9.采用所述安装相位安装所述凸轮轴与曲轴，并计算获得所述凸轮轴的极限安装相位偏差，所述极限安装相位偏差的方向与所述凸轮轴于所述安装相位所受旋转力矩的方向相同。
10.可选地，所述正时系统安装方法在计算极限安装相位偏差后还包括：
11.重新设计所述凸轮轴的型线，以补偿极限安装相位偏差；
12.采用重新设计的所述凸轮轴进行安装。
13.可选地，采用重新设计的凸轮轴进行安装包括：采用与安装相位对应的旋转力矩的方向相同的任一相位安装重新设计的凸轮轴。
14.可选地，计算极限安装相位偏差包括：获取凸轮轴工装的安装间隙、凸轮轴设计参数及气门机构的几何参数，根据凸轮轴工装的安装间隙、凸轮轴设计参数及气门机构的几何参数计算得到极限安装相位偏差。
15.可选地，建立凸轮轴的相位与气门弹簧对凸轮轴的旋转力矩的对应关系包括：
16.建立进气凸轮轴的相位与气门弹簧对所述进气凸轮轴的旋转力矩的对应关系及建立排气凸轮轴的相位与气门弹簧对所述排气凸轮轴的旋转力矩的对应关系。
17.选择凸轮轴受旋转力矩不为零的其中一个相位作为安装相位包括：
18.选择进气凸轮轴和排气凸轮轴受旋转力矩均不为零的其中一个相位作为安装相位；
19.可选地，采用安装相位安装凸轮轴与曲轴，计算获得凸轮轴的极限安装相位偏差包括：
20.采用安装相位安装进气凸轮轴、排气凸轮轴和曲轴，分别计算获得进气凸轮轴和排气凸轮轴的极限安装相位偏差。
21.可选地，计算获得极限安装相位偏差包括：获取凸轮轴工装的安装间隙，并根据凸轮轴工装的安装间隙计算获得极限安装相位偏差。
22.可选地，在选择凸轮轴受旋转力矩不为零的其中一个相位作为安装相位后还包括：获取凸轮轴于安装相位所受的旋转力矩的方向。
23.可选地，在计算获得极限安装相位偏差之后还包括：根据凸轮轴于安装相位所受的旋转力矩的方向及极限安装相位偏差重新设计凸轮轴，并补偿极限安装相位偏差。
24.第二方面，本公开提供了一种车辆，采用第一方面所述的正时系统安装方法。
25.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
26.通过建立凸轮轴的相位与气门弹簧对凸轮轴的旋转力矩的对应关系；选择凸轮轴受旋转力矩不为零的其中一个相位作为安装相位；采用安装相位安装凸轮轴与曲轴，并计算获得极限安装相位偏差，极限安装相位偏差的方向与凸轮轴于安装相位所受旋转力矩的方向相同。通过使得凸轮轴在安装时受到气门弹簧所施加的外力作用而在安装相位仅偏向一个方向，从而能够使得极限安装相位偏差偏向一个方向而不是随机偏向两个方向，能够降低随机误差，提高凸轮轴的安装精度；且可通过ems控制模型将极限安装相位偏差作为发动机固有属性来进行标定，进而提高发动机控制精度，降低对发动机点火、油耗、爆震性能的影响。
附图说明
27.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
28.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本公开实施例所述正时系统安装方法的流程图；
30.图2为本公开实施例所述凸轮轴的相位与受气门弹簧的旋转扭矩的关系示意图。
31.图3为凸轮轴的理想安装状态的示意图；
32.图4为凸轮轴的极限相位偏差的一种状态示意图；
33.图5为凸轮轴的极限相位偏差的另一种状态示意图。
34.其中，
35.1、凸轮轴；2、凸轮轴工装。
具体实施方式
36.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
37.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
38.正时系统：发动机气门开启和关闭与曲轴角度/相位存在严格的相对关系，正时系统就是用于确保两者之间角度/相位关系的系统。
39.凸轮轴工装2：用于安装凸轮轴确保凸轮轴1安装位置和角度的专用工具。
40.凸轮轴安装相位：凸轮轴1相对于曲轴的安装角度/相位。
41.凸轮轴相位偏差：凸轮轴安装后实际角度/相位与设计角度/相位之间偏差。
42.凸轮轴的安装包括：将发动机曲轴锁定在指定的安装相位，使用凸轮轴工装2固定凸轮轴安装相位；将凸轮轴1与凸轮轴链轮连接，通过链条使链轮与曲轴连接；安装链条张紧器张紧链条；拧紧凸轮轴链轮与凸轮轴连接的螺栓。具体的，凸轮轴正时安装过程：首先将发动机曲轴锁定在指定的安装相位，使用凸轮轴工装2固定凸轮轴安装相位，将凸轮轴1与凸轮轴链轮连接，通过链条使链轮与曲轴连接，再安装链条张紧器张紧链条，之后拧紧凸轮轴链轮与凸轮轴连接的螺栓，此时凸轮轴1与曲轴之间的相位关系即锁定。但由于凸轮轴工装2存在安装间隙，因此用工装安装凸轮轴，就会产生凸轮轴相位偏差。
43.本公开实施例的凸轮轴1可以是进气凸轮轴，也可以是排气凸轮轴。对应的，当凸轮轴1为进气凸轮轴时，气门弹簧为进气门弹簧；当凸轮轴1为出气凸轮轴时，气门弹簧为出气门弹簧。
44.如图1所示，本公开实施例提供一种正时系统安装方法，该正时系统安装方法包括以下步骤：
45.s1、建立凸轮轴1的相位与气门弹簧对凸轮轴1的旋转力矩的对应关系。
46.具体地，通过计算或测量的方式得到凸轮轴1在不同的安装相位时气门弹簧对凸轮轴1的旋转力矩，进而得到凸轮轴1的安装相位与气门弹簧对凸轮轴1的旋转力矩的对应关系。凸轮轴1的相位与气门弹簧对凸轮轴1的旋转力矩的对应关系如图2所示，可以理解的是，当凸轮轴1为进气凸轮轴时，建立的是进气凸轮轴与进气门弹簧对进气凸轮轴的旋转力矩的对应关系。当凸轮轴1为排气凸轮轴时，建立的是排气凸轮轴与排气门弹簧对排气凸轮轴的旋转力矩的对应关系。具体地，在图2中，a代表的是进气凸轮轴的相位与气门弹簧对进气凸轮轴的旋转力矩的对应关系曲线，b代表的是排气凸轮轴的相位与气门弹簧对排气凸轮轴的旋转力矩的对应关系曲线。
47.s2、选择凸轮轴1受旋转力矩不为零的其中一个相位作为安装相位。
48.参照图2，定义相位线上方的旋转力矩为正向，定义相位线下方的旋转力矩为负向。以进气凸轮轴为例，由图2可以看出，在某些相位，进气凸轮轴受到气门弹簧的旋转力矩是正向；在某些相位，进气凸轮轴受到气门弹簧的旋转力矩是负向，而在其余的相位，进气凸轮轴受到的气门弹簧的旋转力矩为零。因此，选择的安装相位对应的凸轮轴1受旋转力矩不为零，从而使得凸轮轴1受旋转力矩的作用而偏向一个方向，使得相位偏差也是在一个方向上。优选地，采用凸轮轴1受旋转力矩较大的相位作为安装相位。
49.s3、采用安装相位安装凸轮轴1和曲轴，并计算凸轮轴1的极限安装相位偏差，极限安装相位偏差的方向与凸轮轴1于安装相位所受旋转力矩的方向相同。
50.可以理解的是，如图3至图5所示，现有技术中，通过凸轮轴工装2安装凸轮轴1时，
由于凸轮轴工装2的安装间隙h的存在使得凸轮轴1存在两个方向上的随机相位偏差，在对生产下线发动机的相位偏差进行测量，极限相位偏差约为
±
α
°
，也就是说随机相位偏差在-α
°
到+α
°
之间，因此随机相位偏差会影响ems控制模型精度，而选择气门弹簧对凸轮轴1的旋转力矩不为零的相位作为安装相位，当凸轮轴1安装在该安装相位时，凸轮轴1由于受到气门弹簧的作用力则自然偏向一个方向，所以相位偏差也只是在一个方向上而不是随机偏向两个方向，并且在计算得到极限安装相位偏差后可通过ems控制模型将极限安装相位偏差作为发动机的固有属性进行标定，也就是在软件控制层面来消除相位偏差，在不改变现有工艺流程的情况下，能够降低随机误差，提高凸轮轴1的安装精度，从而提高发动机的控制精度，降低对发动机点火、油耗、爆震性能的影响。
51.进一步地，参照图1，在一些实施例中，上述正时系统安装方法还包括：
52.s4、重新设计凸轮轴1型线，以补偿极限安装相位偏差。
53.s5、采用重新设计的凸轮轴1进行安装。
54.由上述内容可知，凸轮轴1具有偏向一个方向的极限安装相位偏差，因此根据该极限安装相位偏差，重新设计凸轮轴1的型线，在凸轮轴1设计加工时将该固定安装偏差补偿到设计值里，如此是在结构上消除上述极限安装相位偏差，最终使得实际安装的凸轮轴1的相位偏差位于0
°
附近，提高凸轮轴1的安装精度。可以理解的是，正是因为气门弹簧对凸轮轴1的旋转力矩的存在使得凸轮轴1的相位偏差只偏向一个方向，而不是随机偏向两个方向，如此可实现重新设计凸轮轴1来补偿极限安装相位偏差。
55.该正时系统安装方法可以减少安装相位的随机偏差。该正时系统安装方法适用于采用凸轮轴1控制气门正时的发动机，可使发动机正时安装精度达到约
±1°
。换言之，凸轮轴1在重新设计时补偿极限安装相位偏差的方法就是在设计凸轮轴1的时，在图纸里添加反向偏差，安装后叠加偏差，就可以相互抵消。比如，需要安装后无偏差，也就是0
°
偏差，而实际安装会导致-β
°
偏差，那就需要在凸轮轴1设计图纸里直接设计β
°
偏差，以此来抵消-β
°
重新设计的凸轮轴1在安装后就可以达到0
°
偏差。如果不采用该正时系统安装方法，凸轮轴1的相位偏差不是一个固定值，而是一个范围，比如+α
°
到－α
°
，如此则无法在凸轮轴1的设计图纸中进行补偿。
56.进一步地，上述正时系统安装方法在s2和s3之间还包括s21：确定凸轮轴1于安装相位所受的旋转力矩的方向。如此在s4中，可确定极限安装相位偏差的方向，从而根据极限安装相位偏差及其方向来对凸轮轴1进行补偿设计。
57.可以理解的是，当凸轮轴1所受的气门弹簧的旋转力矩方向确定后，则凸轮轴1于安装相位的极限安装相位偏差的方向确定，如此可通过重新设计凸轮轴型线，在与极限安装相位偏差的反方向进行补偿，以减小，甚至消除该极限安装相位偏差。
58.进一步地，在一些实施例中，采用重新设计的凸轮轴1进行安装包括：采用与安装相位对应的旋转力矩的方向相同的任一相位安装重新设计的凸轮轴1。
59.可以理解的是，当凸轮轴1在不同的相位所受到气门弹簧对其的旋转力矩的方向相同时，凸轮轴1的极限安装相位偏差方向是相同的，因此可选择其中任一个相位对重新设计的凸轮轴1进行安装。
60.需要说明的是，采用未补偿安装相位偏差的凸轮轴1，在受到气门弹簧的旋转力矩时进行安装，最终使实际凸轮轴1相位偏差稳定位于极限安装相位偏差附近。这种方式也可
以获得偏差稳定一致的凸轮轴1安装相位。减少相位偏差波动，对于实际工程应用依然有很高的价值。
61.进一步地，在安装相位安装凸轮轴1时，凸轮轴1能在气门弹簧所施加外力下自然旋转。即在安装相位安装凸轮轴1时，凸轮轴1在气门弹簧反作用力下自然旋转。本公开实施例通过选择受气门弹簧旋转力矩的安装相位，使凸轮轴1在安装时受到外力作用，该力使凸轮轴1在安装时的相位偏差自然偏向一个方向，而不是随机偏向两个方向，最终达到使凸轮轴1的相位偏差分布位于一个极限相位偏差附近。
62.进一步地，计算极限安装相位偏差包括：获取凸轮轴工装2的安装间隙、凸轮轴1的设计参数及气门机构的几何参数，根据凸轮轴工装2的安装间隙、凸轮轴1的设计参数及气门机构的几何参数计算得到极限安装相位偏差。
63.可选地，也可以直接采用现有技术中的极限相位偏差
±
α
°
对凸轮轴的设计进行补偿。该极限相位偏差与凸轮轴工装2的间隙相关，可通过计算得到，也可通过对生产线下的发动机测量得到。通过选择凸轮轴1受旋转力矩不为零的其中一个相位作为安装相位，当凸轮轴1位于安装相位时，由于旋转力矩的作用，使得凸轮轴1的偏差仅偏向一个方向，比如正向(定义相位偏差为0至+α
°
时为正向，相位偏差为-α
°
至0时为负向)，此时直接重新设计凸轮轴，并给予-α
°
的补偿，同样能够降低随机误差，提高凸轮轴1的安装精度。
64.具体地，计算极限安装相位偏差包括：获取凸轮轴工装2的安装间隙，并根据凸轮轴工装2的安装间隙计算得到极限安装相位偏差。并在选择凸轮轴1受旋转力矩不为零的其中一个相位作为安装相位后还包括：获取凸轮轴1于安装相位所受的旋转力矩的方向。在计算极限安装相位偏差之后还包括：根据凸轮轴1于安装相位所受的旋转力矩的方向及极限安装相位偏差重新设计凸轮轴1，并补偿极限安装相位偏差。
65.本公开实施例提供了一种利用气门弹簧对进气凸轮轴的旋转力矩来降低进气凸轮轴安装相位随机偏差的正时系统安装方法，具体如下：
66.①
计算/测量出气门弹簧对进气凸轮轴的旋转力矩，得到进气凸轮轴相位与旋转力矩之间关系；
67.②
选择安装相位，使进气凸轮轴同时存在旋转力矩。
68.③
使用该安装相位锁定曲轴，安装进气凸轮轴。此时使用工装安装进气凸轮轴，因为进气凸轮轴存在旋转力矩，因此安装偏差不再是随机偏差，而是一个固定的极限安装相位偏差。假设此时进气凸轮轴的极限安装相位偏差为+3
°
。
69.④
重新设计进气凸轮轴型线，补偿进气凸轮轴+3
°
偏差。
70.⑤
采用补偿偏差的进气凸轮轴安装，最终安装相位偏差将会在0
°
附近。
71.通过对出厂发动机相位偏差进行统计，采用该方法后，发动机的相位偏差从原来的约
±3°
曲轴转角，降低到约
±1°
曲轴转角。本公开实施例提供的正时系统安装方法可以减少安装相位的随机偏差。该方法适用于采用凸轮轴控制气门正时的发动机，可使发动机正时安装精度达到约
±1°
。
72.需要说明的是，也可采用上述正时系统安装方法同样适用于排气凸轮轴。
73.可选地，上述正时系统安装方法还适用于同时进行进气凸轮轴和排气凸轮轴的安装。具体地，上述建立凸轮轴的相位与气门弹簧对凸轮轴的旋转力矩的对应关系包括：建立进气凸轮轴的相位与气门弹簧对进气凸轮轴的旋转力矩的对应关系及建立排气凸轮轴的
相位与气门弹簧对排气凸轮轴的旋转力矩的对应关系，如图2所示。上述选择凸轮轴受旋转力矩不为零的其中一个相位作为安装相位包括：选择进气凸轮轴和排气凸轮轴受旋转力矩均不为零的其中一个相位作为安装相位；上述采用安装相位安装凸轮轴与曲轴，计算获得凸轮轴的极限安装相位偏差包括：采用安装相位安装进气凸轮轴、排气凸轮轴和曲轴，分别计算获得进气凸轮轴和排气凸轮轴的极限安装相位偏差。随后分别重新设计进气凸轮轴和排气凸轮轴的型线，并各自进行补偿。
74.可以理解的是，根据曲轴转角选择进气凸轮轴或排气凸轮轴都受旋转力力矩的相位(推荐采用力矩较大的相位，如图2中以虚线标示的矩形区域)，使进气凸轮轴和排气凸轮轴安装时同时受到外力作用，该力使得进气凸轮轴和排气凸轮轴各自在安装相位的相位偏差自然偏向一个方向，而不是随机偏向2个方向。最终达到使各自的相位偏差分布位于一个极限相位偏差附近。然后在设计进气凸轮轴和排气凸轮轴时各自补偿相位偏差。也就是在凸轮轴1设计加工时将该固定安装偏差补偿到设计值里，最终使实际凸轮轴1相位偏差位于0
°
附近。
75.本公开实施例还提供了一种车辆，包括上述正时系统安装方法。由于本公开实施例提供的车辆与采用本公开实施例提供的正时系统安装方法，因此与本公开实施例提供的正时系统安装方法具有相同的优势，在此不再赘述。
76.一种车辆，采用上述正时系统安装方法。
77.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
78.以上仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种正时系统安装方法，其特征在于，包括：建立凸轮轴的相位与气门弹簧对凸轮轴的旋转力矩的对应关系；选择所述凸轮轴受旋转力矩不为零的其中一个相位作为安装相位；采用所述安装相位安装所述凸轮轴与曲轴，并计算获得所述凸轮轴的极限安装相位偏差，所述极限安装相位偏差的方向与所述凸轮轴于所述安装相位所受旋转力矩的方向相同。2.根据权利要求1所述的正时系统安装方法，其特征在于，所述正时系统安装方法在计算极限安装相位偏差后还包括：重新设计所述凸轮轴的型线，以补偿极限安装相位偏差；采用重新设计的所述凸轮轴进行安装。3.根据权利要求1所述的正时系统安装方法，其特征在于，采用重新设计的凸轮轴进行安装包括：采用与安装相位对应的旋转力矩的方向相同的任一相位安装重新设计的凸轮轴。4.根据权利要求1所述的正时系统安装方法，其特征在于，计算极限安装相位偏差包括：获取凸轮轴工装的安装间隙、凸轮轴设计参数及气门机构的几何参数，根据凸轮轴工装的安装间隙、凸轮轴设计参数及气门机构的几何参数计算得到极限安装相位偏差。5.根据权利要求1所述的正时系统安装方法，其特征在于，建立凸轮轴的相位与气门弹簧对凸轮轴的旋转力矩的对应关系包括：建立进气凸轮轴的相位与气门弹簧对所述进气凸轮轴的旋转力矩的对应关系及建立排气凸轮轴的相位与气门弹簧对所述排气凸轮轴的旋转力矩的对应关系。选择凸轮轴受旋转力矩不为零的其中一个相位作为安装相位包括：选择进气凸轮轴和排气凸轮轴受旋转力矩均不为零的其中一个相位作为安装相位。6.根据权利要求5所述的正时系统安装方法，其特征在于，采用安装相位安装凸轮轴与曲轴，计算获得凸轮轴的极限安装相位偏差包括：采用安装相位安装进气凸轮轴、排气凸轮轴和曲轴，分别计算获得进气凸轮轴和排气凸轮轴的极限安装相位偏差。7.根据权利要求1-6任一项所述的正时系统安装方法，其特征在于，计算获得极限安装相位偏差包括：获取凸轮轴工装的安装间隙，并根据凸轮轴工装的安装间隙计算获得极限安装相位偏差。8.根据权利要求7所述的正时系统安装方法，其特征在于，在选择凸轮轴受旋转力矩不为零的其中一个相位作为安装相位后还包括：获取凸轮轴于安装相位所受的旋转力矩的方向。9.根据权利要求8所述的正时系统安装方法，其特征在于，在计算获得极限安装相位偏差之后还包括：根据凸轮轴于安装相位所受的旋转力矩的方向及极限安装相位偏差重新设计凸轮轴，并补偿极限安装相位偏差。10.一种车辆，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的正时系统安装方法。

技术总结
本公开涉及车辆技术领域，尤其涉及一种正时系统安装方法及车辆。该正时系统安装方法包括：建立凸轮轴的相位与气门弹簧对凸轮轴的旋转力矩的对应关系；选择凸轮轴受旋转力矩不为零的其中一个相位作为安装相位；采用安装相位安装凸轮轴与曲轴，并计算凸轮轴的极限安装相位偏差，极限安装相位偏差的方向与凸轮轴于所述安装相位所受旋转力矩的方向相同。通过使得凸轮轴在安装时受到气门弹簧所施加的外力作用而在安装相位仅偏向一个方向，从而能够使得极限安装相位偏差偏向一个方向而不是随机偏向两个方向，且可通过EMS控制模型将极限安装相位偏差作为发动机固有属性来进行标定，能够降低随机误差，提高凸轮轴的安装精度，进而提高发动机控制精度。高发动机控制精度。高发动机控制精度。


技术研发人员：尚上 宗立华 张锐
受保护的技术使用者：北京车和家汽车科技有限公司
技术研发日：2022.08.30
技术公布日：2023/8/16