CN102562209A - 内燃机的曲轴与凸轮轴传动比切换机构 - Google Patents

内燃机的曲轴与凸轮轴传动比切换机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机械领域的内燃机的曲轴与凸轮轴传动比切换机构，包括凸轮轴、中间轴、曲轴，其特征是：在凸轮轴上通过移动花键连接有切换器，在凸轮轴上切换器的两侧分别通过轴承安装有一个小链轮和一个大链轮，切换器的两侧分别与小链轮或大链轮啮合，在中间轴上平行地固接有三个链轮，在曲轴上固接有一个链轮，中间轴上的链轮分别与凸轮轴小链轮、大链轮、曲轴链轮用传动链连接。其优点是：可以使单台内燃机同时具备二冲程和四冲程两种曲轴与凸轮轴的传动比，从而使单台内燃机具备两种工作模式，并且可以根据内燃机工况在两种曲轴与凸轮轴传动比和内燃机工作模式之间切换，提高单台内燃机的工作性能，拓宽单台内燃机的应用范围。

Description

内燃机的曲轴与凸轮轴传动比切换机构
技术领域
本发明涉及一种机械领域的内燃机的曲轴与凸轮轴传动比切换机构，尤其是一种二冲程工作模式与四冲程工作模式可切换内燃机的曲轴与凸轮轴传动比切换机构。
背景技术
目前四冲程内燃机与二冲程内燃机各有优缺点和相应的应用领域，二冲程内燃机结构简单，升功率高，低转速扭矩输出大，但油耗高，排放性差，润滑不良；四冲程内燃机油耗低，排放性好，润滑好，但结构复杂，升功率低，低速扭矩性能不佳。随着科技的进步和内燃机技术的不断发展，二冲程内燃机已开始采用电控缸内直喷技术，较好地解决了高油耗的问题，若再采用四冲程内燃机的润滑方式，二冲程内燃机的优势会更加明显。若将二冲程与四冲程内燃机的优点融合在一起，单台内燃机的综合性能将会得到很大提高，有效外延单台内燃机的应用范围。已有研发机构开始从事单台内燃机具备多种工作模式的研究工作，可以实现二冲程和四冲程两种工作模式的内燃机已经出现，其中需要解决的一个关键技术问题，就是如何实现曲轴与凸轮轴传动比的动态切换。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题，提出一种二冲程与四冲程可切换内燃机的曲轴与凸轮轴传动比切换机构，它可实现内燃机二冲程与四冲程两种工作模式之间曲轴与凸轮轴不同传动比的相互切换，而且经过不同链轮传动比的组合，可以实现曲轴与凸轮轴任意两级传动比的动态切换。
本发明所采用的技术方案如下：
本发明包括凸轮轴、中间轴、曲轴，在凸轮轴上通过移动花键连接有切换器，切换器可以相对于凸轮轴作轴向移动，在凸轮轴上切换器的两侧分别通过轴承安装有一个小链轮和一个大链轮，切换器的两侧分别与小链轮或大链轮啮合，在中间轴上平行地固接有三个链轮，在曲轴上固接有一个链轮，凸轮轴小链轮与中间轴的三个链轮以及曲轴链轮规格完全相同，中间轴上一端的链轮与凸轮轴小链轮之间用传动链连接，中间轴上中间链轮与凸轮轴大链轮之间用传动链连接，中间轴上另一端的链轮与曲轴链轮之间用传动链连接。
由于凸轮轴小链轮与中间轴的三个链轮以及曲轴链轮规格完全相同，所以凸轮轴小链轮与中间轴上的链轮之间，以及中间轴上的链轮与曲轴链轮之间组成的传动比均为1：1。
所述中间轴上链轮与凸轮轴大链轮的传动比为2：1。
本发明的有益效果是：可以使单台内燃机同时具备二冲程和四冲程两种曲轴与凸轮轴的传动比，从而使单台内燃机具备两种工作模式，并且可以根据内燃机工况在两种曲轴与凸轮轴传动比和内燃机工作模式之间切换，提高单台内燃机的工作性能，拓宽单台内燃机的应用范围。
附图说明
图1是二冲程与四冲程可切换内燃机的曲轴与凸轮轴切换机构主视图；
图2是二冲程与四冲程可切换内燃机的曲轴与凸轮轴切换机构左视图；
图3是切换器右视图；
图4是切换器主视图；
图5是切换器左视图；
图6是凸轮轴大链轮右视图；
图7是凸轮轴大链轮主视图；
图8是凸轮轴大链轮左视图；
图9是凸轮轴小链轮右视图；
图10是凸轮轴小链轮主视图；
图11是凸轮轴小链轮左视图；
图12是切换器与凸轮轴大链轮啮合工作示意图；
图13是切换器与凸轮轴小链轮啮合工作示意图。
附图中：1. 凸轮轴大链轮，2. 切换器，3. 凸轮轴小链轮，4. 第一传动链，5. 中间轴左端链轮，6. 中间轴左端支撑轴承，7. 中间轴，8.第三传动链，9. 曲轴，10. 曲轴链轮，11. 曲轴链轮端的支撑轴承，12. 中间轴右端支撑轴承，13. 中间轴右端链轮，14. 中间轴上中间链轮，15. 第二传动链，16. 凸轮轴，17. 凸轮轴链轮端的支撑轴承，18. 凸轮轴小链轮装配轴承，19.凸轮轴移动花键，20. 切换器大链轮端的小啮合柱，21. 切换器移动花键，22. 切换器大链轮端的大啮合柱，23. 切换器小链轮端的小啮合柱，24. 切换器小链轮端的大啮合柱，25. 凸轮轴大链轮的大啮合柱槽；26. 凸轮轴大链轮轴承孔，27. 凸轮轴大链轮的小啮合柱槽；28. 凸轮轴小链轮的大啮合柱槽；29. 凸轮轴小链轮轴承孔，30. 凸轮轴小链轮的小啮合柱槽。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明包括凸轮轴16、中间轴7、曲轴9，凸轮轴上的轴承17为凸轮轴链轮端的支撑轴承，在凸轮轴16上通过凸轮轴移动花键19和切换器移动花键21的配合连接有切换器2，切换器可以相对于凸轮轴作轴向移动，在凸轮轴上切换器的两侧分别通过安装在小链轮轴承孔29的轴承18安装有一个小链轮3和通过安装在大链轮轴承孔26的轴承安装有一个大链轮1，切换器2在驱动装置轴向力作用下通过可分别与大链轮1或小链轮3相结合为一体旋转。轴承6和12为中间轴的左右端支撑轴承，在中间轴7上平行地固接有三个链轮5、14、13，轴承11为曲轴链轮端的支撑轴承，在曲轴9上固接有一个链轮10，凸轮轴小链轮3与中间轴的三个链轮5、14、13以及曲轴链轮10规格完全相同，中间轴左端链轮5与凸轮轴小链轮3之间用第一传动链4连接，中间轴上中间链轮14与凸轮轴大链轮1之间用第二传动链15连接，中间轴右端链轮13与曲轴链轮10之间用第三传动链8连接。中间轴上中间链轮14与凸轮轴大链轮1的传动比为2：1。当切换器2与小链轮3结合时，曲轴9与凸轮轴16传动比为1：1，当切换器2与大链轮3结合时，曲轴9与凸轮轴16传动比为2：1。当曲轴、中间轴和凸轮轴上的链轮传动比组合不同时，可以实现凸轮轴与曲轴之间任意传动比的二级切换功能。
如图3、4、5所示，切换器2由同心的大、小两个圆盘叠合组成，小圆盘端与凸轮轴小链轮对应，大圆盘端与凸轮轴大链轮对应，在大圆盘端的同一圆周上的两个对称位置上分别设有切换器大链轮端的小啮合柱20和切换器大链轮端的大啮合柱22，大链轮端的小啮合柱20和大啮合柱22高度相同，但小啮合柱20的直径小于大啮合柱22的直径；在小圆盘端的同一圆周上的两个对称位置上分别设有切换器小链轮端的小啮合柱23和切换器小链轮端的大啮合柱24，小链轮端的小啮合柱23和大啮合柱24高度相同，但小啮合柱23的直径小于大啮合柱24的直径。
如图6、7、8、9、10、11所示，在凸轮轴大链轮1的与切换器2对应端的两个对称的半圆上分别开有圆弧形凸轮轴大链轮的大啮合柱槽25和圆弧形凸轮轴大链轮的小啮合柱槽27；同样地，在凸轮轴小链轮3的与切换器2对应端的两个对称的半圆上分别开有圆弧形凸轮轴小链轮的大啮合柱槽28和圆弧形凸轮轴小链轮的小啮合柱槽30。凸轮轴大链轮的大啮合柱槽25和凸轮轴大链轮的小啮合柱槽27深度相同，其槽宽分别与相应的啮合柱匹配，啮合柱槽的深度大于与其匹配的啮合柱高度；凸轮轴小链轮的小啮合柱槽30和大啮合柱槽28深度相同，其槽宽分别与相应的啮合柱匹配，啮合柱槽的深度大于与其匹配的啮合柱高度，这就保证了当切换器2与大链轮1或小链轮3结合时，由于啮合柱高度小于啮合柱槽深度，当啮合柱插入相应的啮合柱槽后，由于啮合柱需要在槽内移动到啮合柱槽一端才能卡死定位同步旋转，在移动过程中，切换器与链轮端面贴合接触摩擦，使得链轮和切换器相对速度不断减小，减小了啮合柱与啮合柱槽端部的同步冲击力。
如图12、13所示，当切换器2与凸轮轴大链轮1结合时，仅能在相同的相对位置结合卡死同步旋转，实现了内燃机曲轴9与凸轮轴16传动比切换为2：1后，四冲程工作模式配气相位的一致性；当切换器2与凸轮轴小链轮3结合时，仅能在相同的相对位置结合卡死同步旋转，实现了内燃机曲轴9与凸轮轴16传动比切换为1：1后，二冲程工作模式配气相位的一致性。
本发明的内燃机的曲轴与凸轮轴传动比切换机构在工作时，凸轮轴16通过凸轮轴链轮端的支撑轴承17装配到相应的机架上，中间轴7通过中间轴左端支撑轴承6和中间轴右端支撑轴承12装配到相应的机架上，曲轴9通过曲轴上的曲轴链轮端的支撑轴承11装配到相应的机架上。其工作原理如下：
1. 四冲程工作模式：  曲轴链轮10与中间轴链轮13通过第三传动链8连接，其传动比为1：1，中间轴链轮14与凸轮轴大链轮1通过第二传动链15连接，其传动比为2：1，中间轴链轮5与凸轮轴小链轮3通过第一传动链4连接，其传动比为1：1，凸轮轴大链轮1和小链轮3与凸轮轴16之间为轴承连接不直接驱动凸轮轴旋转，驱动装置将切换器2通过移动花键19和21的相对轴向移动使之与大链轮1相结合同步旋转，切换器2与凸轮轴16之间通过花键连接同步旋转，因此凸轮轴16此时与大链轮1保持同步旋转，曲轴9与凸轮轴16的传动比为2：1，配合同步切换的四冲程凸轮型线工作，实现内燃机四冲程工作模式；
2. 二冲程工作模式：  曲轴链轮10与中间轴链轮13通过第三传动链8连接，其传动比为1：1，中间轴链轮14与凸轮轴大链轮1通过第二传动链15连接，其传动比为2：1，中间轴链轮5与凸轮轴小链轮3通过第一传动链4连接，其传动比为1：1，凸轮轴大链轮1和小链轮3与凸轮轴16之间为轴承连接不直接驱动凸轮轴旋转，驱动装置将切换器2通过移动花键19和21的相对轴向移动使之与小链轮3相结合同步旋转，切换器2与凸轮轴16之间通过花键连接同步旋转，因此凸轮轴16此时与小链轮3保持同步旋转，曲轴9与凸轮轴16的传动比为1：1，配合同步切换的二冲程凸轮型线工作，实现内燃机二冲程工作模式。

Claims (5)

1.一种内燃机的曲轴与凸轮轴传动比切换机构，包括凸轮轴、中间轴、曲轴，其特征是：在凸轮轴上通过移动花键连接有切换器，在凸轮轴上切换器的两侧分别通过轴承安装有一个小链轮和一个大链轮，切换器的两侧分别与小链轮或大链轮啮合，在中间轴上平行地固接有三个链轮，在曲轴上固接有一个链轮，凸轮轴小链轮与中间轴的三个链轮以及曲轴链轮规格完全相同，中间轴上一端的链轮与凸轮轴小链轮之间用传动链连接，中间轴上中间链轮与凸轮轴大链轮之间用传动链连接，中间轴上另一端的链轮与曲轴链轮之间用传动链连接。
2.根据权利要求1所述的内燃机的曲轴与凸轮轴传动比切换机构，其特征是：中间轴上链轮与凸轮轴大链轮的传动比为2：1。
3.根据权利要求1或2所述的内燃机的曲轴与凸轮轴传动比切换机构，其特征是：切换器由同心的大、小两个圆盘叠合组成，小圆盘端与凸轮轴小链轮对应，大圆盘端与凸轮轴大链轮对应，在大圆盘端的同一圆周上的两个对称位置上分别设有切换器大链轮端的小啮合柱和切换器大链轮端的大啮合柱，大链轮端的小啮合柱和大啮合柱高度相同，小啮合柱的直径小于大啮合柱的直径；在小圆盘端的同一圆周上的两个对称位置上分别设有切换器小链轮端的小啮合柱和切换器小链轮端的大啮合柱，小链轮端的小啮合柱和大啮合柱高度相同，小啮合柱的直径小于大啮合柱的直径。
4.根据权利要求3所述的内燃机的曲轴与凸轮轴传动比切换机构，其特征是：在凸轮轴大链轮的与切换器对应端的两个对称的半圆上分别开有圆弧形凸轮轴大链轮的大啮合柱槽和圆弧形凸轮轴大链轮的小啮合柱槽；在凸轮轴小链轮的与切换器对应端的两个对称的半圆上分别开有圆弧形凸轮轴小链轮的大啮合柱槽和圆弧形凸轮轴小链轮的小啮合柱槽。
5.根据权利要求4所述的内燃机的曲轴与凸轮轴传动比切换机构，其特征是：凸轮轴大链轮的大啮合柱槽和凸轮轴大链轮的小啮合柱槽深度相同，其槽宽分别与相应的啮合柱匹配，啮合柱槽的深度大于与其匹配的啮合柱高度；凸轮轴小链轮的小啮合柱槽和大啮合柱槽深度相同，其槽宽分别与相应的啮合柱匹配，啮合柱槽的深度大于与其匹配的啮合柱高度。
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