CN106194311A - 一种步进电机驱动内燃机配气机构及步进电机驱动内燃机 - Google Patents

一种步进电机驱动内燃机配气机构及步进电机驱动内燃机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种步进电机驱动内燃机配气机构以及步进电机驱动内燃机，它包括端面轴承、弹簧、缸盖、气门以及气门座圈，所述气门座圈固定安装于所述缸盖的下端，且设有座圈孔；所述气门的杆部从下至上依次穿过所述气门座圈、所述缸盖以及所述端面轴承后，通过卡瓣固定在所述端面轴承上，所述弹簧套在所述气门上，其上端与所述端面轴承抵接，下端与所述缸盖抵接，所述气门下端的头部与所述气门座圈抵接，并设有气门孔，所述气门相对所述气门座圈转动以使所述气门孔与所述座圈孔重合或错开。本发明的技术方案的内燃机配气机构省去了用于传动的凸轮轴、摇臂等零部件，大大降低了发动机配气机构引起的功率损失。

Description

一种步进电机驱动内燃机配气机构及步进电机驱动内燃机
技术领域
本发明涉及一种内燃机的技术领域，尤其涉及一种步进电机驱动内燃机配气机构以及步进电机驱动内燃机。
背景技术
配气机构是内燃机的重要机构，当前主流技术是根据曲轴的转动，通过机械同步装置带动凸轮轴转动，再经由摇臂、挺杆等转为气门的升降运动，以实现气门的开闭。
为了进一步优化内燃机的动力性、经济性和排放指标，各种可变气门升程和/或电子控制可变气门正时技术也得到了广泛的应用。
为了实现内燃机换气和工况的实时响应，进一步降低内燃机配气机构的功率损失，迫切需要开发全新的配气机构以满足未来汽车动力的需求，而最新电子控制和执行技术的发展也为开发这样的机构提供了可能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何省去内燃机配气机构中用于传动的凸轮轴、摇臂等零部件，大大降低了发动机配气机构引起的功率损失。。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种步进电机驱动内燃机配气机构，它包括端面轴承、弹簧、缸盖、气门以及气门座圈，所述气门座圈固定安装于所述缸盖的下端，且设有座圈孔，所述气门的杆部从下至上依次穿过所述气门座圈、所述缸盖以及所述端面轴承后，通过卡瓣固定在所述端 面轴承上，所述弹簧套在所述气门上，其上端与所述端面轴承抵接，下端与所述缸盖抵接，所述气门下端的头部与所述气门座圈抵接，并设有气门孔，所述气门相对所述气门座圈转动以使所述气门孔与所述座圈孔重合或错开。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明产品通过气门与气门座圈之间的抵接转动使气门孔与座圈孔重合或错开，来实现进排气，缸盖内的正压力提供了密封压力，进气产生的负压力则由一端与端面轴承抵接，另一端与缸盖抵接的弹簧的弹力来克服，这样就有效的省去了用于同步转动的凸轮轴、摇臂等零部件，简化了内燃机配气机构的结构，大大降低了发动机配气机构引起的功率损失。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步地，还包括气门导套，所述气门导套套设于所述气门上，且其下端伸入所述缸盖内，上端设于所述弹簧内。
采用上述进一步方案的有益效果是：气门导套可以很好的为气门提供转动导向。
进一步地，还包括气门油封，所述气门油封下端套设于所述气门导套远离所述缸盖的一端，上端套设于所述气门上。采用上述进一步方案的有益效果是：气门油封能有效的密封气道，防止汽油与空气的混合气体以及排放废气泄漏。
进一步地，还包括垫片，所述垫片套设于所述气门导套上，且其上端与所述弹簧抵接，下端与所述缸盖抵接。
采用上述进一步方案的有益效果是：弹簧抵接垫片上，这样端面轴承压迫弹簧时，就可以通过垫片作用到缸盖上，力的传导更加稳定。
进一步地，所述座圈孔和所述气门孔均为三个，且三个所述座圈孔的形状尺寸均相同，三个所述气门孔的形状尺寸均相同。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过气门相对气门座圈转动，使三 个气门孔与三个座圈孔重合或错开，来实现进排气，且能有效控制进排气量。
进一步地，所述气门座圈和所述气门下端头部的形状均为圆形，三个所述座圈孔周向间隔分布在所述气门座圈上，三个所述气门孔周向间隔分布在所述气门下端头部上。
采用上述进一步方案的有益效果是：将气门座圈和气门下端头部的形状均设置成圆形，这样能使二者相对转动的效果更好，且座圈孔和气门孔都是周向分布的，气门座圈与气门相对转动时座圈孔和气门孔就能很好的调节重合或错开的面积大小，进而控制进排气量。
进一步地，三个所述座圈孔均匀等间距的设置在所述气门座圈上，三个所述气门孔均匀等间距的设置在所述气门下端头部上。
采用上述进一步方案的有益效果是：座圈孔和气门孔都均匀等间隔的设置，可以使气门座圈与气门下端头部相对转动时，能更好的控制座圈孔与气门孔的完全重合、部分重合、完全错开，以调节进排气量的大小。
进一步地，所述气门下端头部上还设有三个凹槽，三个所述凹槽与三个所述气门孔交替间隔设置，所述座圈孔周边设有凸起，所述凸起可在所述凹槽内转动。
采用上述进一步方案的有益效果是：气门上的凹槽与气门座圈上的凸起可以配合形成内外轮圈连接轮辐形状的封严带，以使气门相对气门座圈转动进行进排气的效果更好。
进一步地，所述凸起的高度与所述凹槽的深度相同。。
采用上述进一步方案的有益效果是：可使凸起在凹槽内更好的转动，形成封严带。
本发明还提出了一种步进电机驱动内燃机，包括电机控制器、步进电机、信号轮、曲轴转角传感器、发动机控制器、驱动控制模块以及如上所述的步进电机驱动内燃机配气机构，所述电机控制器用于驱动所述步进电机 的输出轴转动，所述步进电机安装于所述缸盖的上端，且所述气门的上端头部固定在所述步进电机的输出轴上，所述信号轮安装在曲轴上，所述曲轴转角传感器安装在缸体上，所述曲轴转角传感器与所述发动机控制器信号连接，所述发动机控制器根据车速、油门开度和曲轴转角传感器的信号，按照所述驱动控制模块的控制模型和预设参数，来控制所述电机控制器驱动所述步进电机转动。
采用上述进一步方案的有益效果是：发动机控制器根据车速、油门开度和曲轴转角信号安装智能控制模块，通过电机控制器和步进电机驱动气门转动，进而实现了气门开闭和发动机工况的电子同步控制。
附图说明
图1为本发明配气机构优选实施例的结构示意图；
图2为本发明配气机构的工作原理流程图；
图3为本发明气门座圈优选实施例的结构示意图；
图4为图3沿A-A的剖视图；
图5为本发明气门优选实施例的结构示意图，其中，对部分位置进行了剖视；
图6为图5的右视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、步进电机，2、卡瓣，3、端面轴承，4、气门油封，5、弹簧，6、垫片，7、缸盖，8、气门导套，9、气门座圈，10、气门，11、座圈孔，12、气门孔，13、凹槽，14、凸起。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本 发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种步进电机驱动内燃机配气机构，包括端面轴承3、弹簧5、缸盖7、气门10以及气门座圈9，所述气门座圈9固定安装于所述缸盖7的下端，且设有座圈孔11，所述气门10的杆部从下至上依次穿过所述气门座圈9、所述缸盖7以及所述端面轴承3后，通过卡瓣2固定在所述端面轴承3上，所述弹簧5套在所述气门10上，其上端与所述端面轴承3抵接，下端与所述缸盖7抵接，所述气门10下端的头部与所述气门座圈9抵接，并设有气门孔12，所述气门10相对所述气门座圈9转动以使所述气门孔12与所述座圈孔11重合或错开。具体地，所述气门座圈9压装到所述缸盖7上，压装时需保证气门座圈9上阀口的角向位置的一致性。所述气门10以气门座圈9的密封面和内孔进行定位，气门10通过卡瓣2卡持固定到端面轴承3上，端面轴承3压迫弹簧5，经弹簧5作用到缸盖7上，进而为气门提供了预密封压力。
为了给气门10提供导向，并保证气门10做直线运动，可在所述气门10上套设气门导套8，所述气门导套8的下端伸入所述缸盖7内，其上端设于所述弹簧5内。需要说明的是，为了使端面轴承3压迫弹簧5向缸盖7的作用力传导更加稳定，可在所述气门导套8上套设垫片6，所述垫片6的上端与所述弹簧5抵接，下端与所述缸盖7抵接。
优选地，还包括气门油封4，所述气门油封4下端套设于所述气门导套8远离所述缸盖7的一端，上端套设于所述气门10上。所述气门油封4能有效的密封气道，防止汽油与空气的混合气体以及排放废气泄漏。
如图3-6所示，优选地，所述气门座圈9和所述气门10下端头部的形状均为圆形，所述气门孔12和所述座圈孔11均为三个，三个所述气门孔12周向间隔设置在所述气门10的下端头部，三个所述座圈孔11周向间隔设置在所述气门座圈9上。具体地，所述座圈孔11可以为形状、大小均相同的 异形气孔，且均匀等间距的设置在所述气门座圈9上。所述气门孔12可以为形状、大小均相同的气孔，且均匀等间距的设置在所述气门10的下端头部上。这样，所述气门10相对所述气门座圈9转动，气门座圈9上的三个座圈孔11与气门10上的三个气门孔完全重合时，气门10的开度最大，进排气量最大；气门座圈9上的三个座圈孔11与气门10上的三个气门孔12完全错开时，气门10全闭。通过调节气门孔12与座圈孔11的重合面积，完全错开、部分重合、完全重合以形成气门10的全闭、部分开启和全开，控制气门10的开度量，调节进排气量。气门10转动一周，可提供三次气门由全开到全闭的工作过程。在另一优选实施例中，所述气门10的下端头部上还设有三个凹槽13，三个所述凹槽13交替间隔三个所述气门孔12设置，所述座圈孔11周边设有凸起14，所述凸起14可在所述凹槽13内转动。当气门10相对气门座圈9转动时，气门座圈9上的凸起14可在气门10上的凹槽13内配合转动，可形成内外轮圈连接轮辐形状的封严带。气门与气门座圈封严面的结合形成了干摩擦密封，线性封严带设计提高了密封性。为了使凸起14与凹槽13之间配合转动形成封严带，可将凸起14的高度与凹槽13的深度设置相同。所述凸起14的高度最佳为0.5mm，所述凹槽13的深度为最佳0.5mm，这种尺寸的设置可以使得凸起14与凹槽13更好的形成封严带。
如图2所示的工作流程图及图1所示的结构示意图，本发明还提供了一种步进电机驱动内燃机包括电机控制器、步进电机1、信号轮、曲轴转角传感器、发动机控制器、驱动控制模块以及如上所述的步进电机驱动内燃机配气机构，所述电机控制器用于驱动所述步进电机1的输出轴转动，所述步进电机1安装于所述缸盖7的上端，且所述气门10的上端头部固定在所述步进电机1的输出轴上，所述信号轮安装在曲轴上，所述曲轴转角传感器安装在缸体上，所述曲轴转角传感器与所述发动机控制器信号连接，所述发动机 控制器根据车速、油门开度和曲轴转角传感器的信号，按照所述驱动控制模块的控制模型和预设参数，来控制所述电机控制器驱动所述步进电机转动。
发动机工作时，发动机控制器根据车速、油门开度和曲轴转角信号，按照控制模块和程序预设的参数，通过电机控制器驱动步进电机向一个方向步进转动，进而带动气门转动，实现了全时全工况进排气的柔性电子控制。
发动机装配时过程中，应安装测试用缸压传感器，使用测试用发动机控制器，标定步进电机初始位置，气门转动一周时的全开位置和全闭位置，并将这些数据写入发动机控制器中。
本发明的内燃机及配气机构的优点：
1、通过电子同步控制实现了真正意义上的内燃机进排气的柔性控制，进而与发动机工况和环保排放最佳匹配。
2、省去了用于同步传动的凸轮轴、摇臂、凸轮轴相位控制装置等零部件，大大降低了发动机配气机构引起的功率损失。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种步进电机驱动内燃机配气机构，其特征在于，包括端面轴承(3)、弹簧(5)、缸盖(7)、气门(10)以及气门座圈(9)，所述气门座圈(9)固定安装于所述缸盖(7)的下端，且设有座圈孔(11)，所述气门(10)的杆部从下至上依次穿过所述气门座圈(9)、所述缸盖(7)以及所述端面轴承(3)后，通过卡瓣(2)固定在所述端面轴承(3)上，所述弹簧(5)套在所述气门(10)上，其上端与所述端面轴承(3)抵接，下端与所述缸盖(7)抵接，所述气门(10)下端的头部与所述气门座圈(9)抵接，并设有气门孔(12)，所述气门(10)相对所述气门座圈(9)转动以使所述气门孔(12)与所述座圈孔(11)重合或错开。
2.根据权利要求1所述的步进电机驱动内燃机配气机构，其特征在于，还包括气门导套(8)，所述气门导套(8)套设于所述气门(10)上，且其下端伸入所述缸盖(7)内，上端设于所述弹簧(5)内。
3.根据权利要求2所述的步进电机驱动内燃机配气机构，其特征在于，还包括气门油封(4)，所述气门油封(4)下端套设于所述气门导套(8)远离所述缸盖(7)的一端，上端套设于所述气门(10)上。
4.根据权利要求3所述的步进电机驱动内燃机配气机构，其特征在于，还包括垫片(6)，所述垫片(6)套设于所述气门导套(8)上，且其上端与所述弹簧(5)抵接，下端与所述缸盖(7)抵接。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的步进电机驱动内燃机配气机构，其特征在于，所述座圈孔(11)和所述气门孔(12)均为三个，且三个所述座圈孔(11)的形状尺寸均相同，三个所述气门孔(12)的形状尺寸均相同。
6.根据权利要求5所述的步进电机驱动内燃机配气机构，其特征在于，所述气门座圈(9)和所述气门(10)下端头部的形状均为圆形，三个所述座圈孔(11)周向间隔分布在所述气门座圈(9)上，三个所述气门孔(12)周向间隔分布在所述气门(10)下端头部上。
7.根据权利要求6所述的步进电机驱动内燃机配气机构，其特征在于，三个所述座圈孔(11)均匀等间距的设置在所述气门座圈(9)上，三个所述气门孔(12)均匀等间距的设置在所述气门(10)下端头部上。
8.根据权利要求6所述的步进电机驱动内燃机配气机构，其特征在于，所述气门(10)下端头部上还设有三个凹槽(13)，三个所述凹槽(13)与三个所述气门孔(12)交替间隔设置，所述座圈孔(11)周边设有凸起(14)，所述凸起(14)可在所述凹槽(13)内转动。
9.根据权利要求7所述的步进电机驱动内燃机配气机构，其特征在于，所述凸起(14)的高度与所述凹槽(13)的深度相同。
10.一种步进电机驱动内燃机，其特征在于，包括电机控制器、步进电机(1)、信号轮、曲轴转角传感器、发动机控制器、驱动控制模块以及权利要求1-9中任一项所述的步进电机驱动内燃机配气机构，所述电机控制器用于驱动所述步进电机(1)的输出轴转动，所述步进电机(1)安装于所述缸盖(7)的上端，且所述气门(10)的上端头部固定在所述步进电机(1)的输出轴上，所述信号轮安装在曲轴上，所述曲轴转角传感器安装在缸体上，所述曲轴转角传感器与所述发动机控制器信号连接，所述发动机控制器根据车速、油门开度和曲轴转角传感器的信号，按照所述驱动控制模块的控制模型和预设参数，来控制所述电机控制器驱动所述步进电机(1)转动。
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