CN107035455B - 一种可调式液压齿轮轴传动机构 - Google Patents

一种可调式液压齿轮轴传动机构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可调式液压齿轮轴传动机构，其曲轴的自由端齿轮经调节机构与高压油泵轴端部的高压油泵轴齿轮连接传动，飞轮端齿轮经调节机构与凸轮轴端部的凸轮轴齿轮连接传动；调节机构包括有外轴、芯轴、T字形结构的调节轴、输油阀以及盖板，调节轴套设于所述芯轴上，外轴装配于调节轴外，调节轴的左端与盖板之间形成有左油腔，调节轴与外轴之间形成有右油腔，输油阀装配于所述外轴外，输油阀上的左注孔与左油腔相连通，输油阀上的右注孔与右油腔相连通；调节轴与外轴之间采用螺旋牙槽啮合，调节轴与芯轴之间采用花键牙槽相配合。其优点在于：结构合理，能够增大调节扭矩、提高调节精度、减小调节压力，改变进排气门正时、喷油正时。

Description

一种可调式液压齿轮轴传动机构
技术领域
本发明涉及液压传动技术领域，尤其指一种可调式液压齿轮轴传动机构，特别是一种用以实现发动机可变喷油正时和可变气门正时的齿轮轴传动机构。
背景技术
随着国家内燃机技术的日新月异，目前在车用内燃机领域，为改善内燃机的燃油消耗和尾气排放，出现了许多通过液压调节可变气门正时的技术。但由于这类技术主要针对车用内燃机领域，目前这些技术无法适用大功率船用中速柴油机领域，其主要的原因主要包括：
1．液压调节机构基于设计原理，强度不足导致调节扭矩过小；
2．液压调节行程较小，导致调节精度不高，自稳能力变差；
3．液压调节压力较大，导致密封难度提升。
除了以上这些原因之外，部分液压调节方案安装于凸轮轴上，导致调节过程中，传动机构的扰动直接影响凸轮轴的运转。因此，为了解决液压调节可变喷油正时和可变气门正时在大功率船用中速柴油机上的应用，需要对现有的齿轮轴传动机构进行进一步的改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供结构合理，能够增大调节扭矩、提高调节精度、减小调节压力，改变进排气门正时、喷油正时的一种可调式液压齿轮轴传动机构。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种可调式液压齿轮轴传动机构，包括有曲轴，曲轴的一端设置有自由端齿轮，其另一端设置有飞轮端齿轮，自由端齿轮经调节机构与高压油泵轴端部的高压油泵轴齿轮连接传动，飞轮端齿轮经调节机构与凸轮轴端部的凸轮轴齿轮连接传动；调节机构包括有外轴、芯轴、T字形结构的调节轴、输油阀以及盖板，调节轴套设于所述芯轴上，外轴装配于调节轴外，调节轴的左端与盖板之间形成有左油腔，调节轴与外轴之间形成有右油腔，输油阀装配于所述外轴外，输油阀上的左注孔与左油腔相连通，输油阀上的右注孔与右油腔相连通，输油阀上还设置有反馈孔；调节轴与外轴之间采用螺旋牙槽啮合，调节轴与芯轴之间采用花键牙槽相配合。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的螺旋牙槽的牙形为圆弧形结构。
上述的反馈孔的数目大于或者等于四个。
上述的外轴的外壁与输油阀的内壁之间设置有高压密封环。
上述的高压密封环的数目大于或者等于8道。
上述的芯轴呈T字形结构。
上述的输油阀的一端径向向内延伸形成有挡边。
上述的调节轴的外周与所述外轴的内壁之间设置有密封圈。
上述的芯轴的外周与所述外轴的内壁之间也设置有密封圈。
上述的密封圈采用U形高压密封圈。
与现有技术相比，本发明一种可调式液压齿轮轴传动机构，曲轴上自由端齿轮经调节机构与高压油泵轴端部的高压油泵轴齿轮连接传动，飞轮端齿轮经调节机构与凸轮轴端部的凸轮轴齿轮连接传动，调节机构包括有外轴、芯轴、T字形结构的调节轴、输油阀以及盖板；通过引入齿轮轴技术，可以在内燃机的运行中，通过液压控制，改变齿轮轴与齿轮间的转角，实现曲轴与凸轮轴、高压油泵轴相应位置的变化，最终使得进排气门正时、喷油正时发生改变。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中调节机构的结构示意图；
图3是图2中A部放大图；
图4是图1中调节机构使用状态的控制连接图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1至图4所示的实施例，
图标号说明：曲轴1、自由端齿轮11、飞轮端齿轮12、调节机构2、外轴21、高压密封环21a、芯轴22、调节轴23、左油腔23a、右油腔23b、输油阀24、左注孔24a、右注孔24b、反馈孔24c、挡边24d、盖板25、高压油泵轴3、高压油泵3a、高压油泵轴齿轮31、凸轮轴4、气阀4a、凸轮轴齿轮41、螺旋牙槽5、花键牙槽6、密封圈7、压力传感器81、控制系统82、回油阀83、液压电控阀84、主液压阀85、液压油泵86。
如图1至图4所示，
一种可调式液压齿轮轴传动机构，包括有曲轴1，曲轴1的一端设置有自由端齿轮11，其另一端设置有飞轮端齿轮12，自由端齿轮11经调节机构2与高压油泵轴3端部的高压油泵轴齿轮31连接传动，飞轮端齿轮12经调节机构2与凸轮轴4端部的凸轮轴齿轮41连接传动；调节机构2包括有外轴21、芯轴22、T字形结构的调节轴23、输油阀24以及盖板25，调节轴23套设于所述芯轴22上，外轴21装配于调节轴23外，调节轴23的左端与盖板25之间形成有左油腔23a，调节轴23与外轴21之间形成有右油腔23b，输油阀24装配于所述外轴21外，输油阀24上的左注孔24a与左油腔23a相连通，输油阀24上的右注孔24b与右油腔23b相连通，输油阀24上还设置有四个反馈孔24c；调节轴23与外轴21之间采用螺旋牙槽5啮合，调节轴23与芯轴22之间采用花键牙槽6相配合。
高压油泵轴3上设置有高压油泵3a，凸轮轴4上设置有气阀4a；反馈孔24c的数目也可大于四个。
实施例中，螺旋牙槽5的牙形为圆弧形结构。首先，圆弧形的牙形受力均匀，四周受力指向圆心；其次，圆弧形的牙形受扭矩作用时，牙形和牙槽的形变减小了相互接触的面积，这样能够减小摩擦力；最后，圆弧形的牙形，其周长与面积之比最小，相同摩擦力力下强度最大。
调节轴23与外轴21之间采用螺旋牙槽5啮合，调节轴23与芯轴22之间采用花键牙槽6相配合，螺旋牙槽5半径大于花键牙槽6，传递扭矩更大。作为变形，实际应用中，可以将螺旋牙槽5与花键牙槽6的位置进行互换，这样传递扭矩减小；同时，外轴21与调节轴23之间的相对运动，转变为芯轴22与调节轴23之间的相对运动，相对运动半径减小，密封效果提高。
实施例中，输油阀24上还设置有反馈孔24c，反馈孔24c与右油腔23b相连通。
实施例中，外轴21的外壁与输油阀24的内壁之间设置有高压密封环21a。
实施例中，高压密封环21a的数目大于或者等于8道。
实施例中，芯轴22呈T字形结构。
实施例中，输油阀24的一端径向向内延伸形成有挡边24d。
实施例中，调节轴23的外周与所述外轴21的内壁之间设置有密封圈7。
实施例中，芯轴22的外周与所述外轴21的内壁之间也设置有密封圈7。
实施例中，密封圈7采用U形高压密封圈。动态工作条件下该密封圈的最高工作压力可达21MPa，最大往复速度可达0.5m/s,最大旋转速度可达1.0m/s；根据高压喷油扭矩大小，以及左油腔23a和右油腔23b的截面面积，应该确保液压油泵86供油液压不会超过10MPa。为实现更好的密封效果，可以适当增加密封圈7的数量。
采用密封圈7来隔绝左油腔23a和右油腔23b，确保调节轴23在来回平移的过程中，液压油不会发生泄漏，同时用密封圈7密封外轴21与芯轴22之间的间隙，外轴21的外壁与输油阀24的内壁之间则用高压密封环21a密封，确保了液压油不会外泄。由于输油阀24和外轴21存在较大相对速度，因此高压密封环21a需要得到液压油润滑方可工作。
本发明通过引入齿轮轴技术，可以在内燃机的运行中，通过液压控制，改变齿轮轴与齿轮间的转角，实现曲轴与凸轮轴、高压油泵轴相应位置的变化，最终使得进排气门正时、喷油正时发生改变。
使用时，将输油阀24上的反馈孔24c与压力传感器81相连接，压力传感器81与控制系统82相连接；输油阀24上的左注孔24a、右注孔24b分别与回油阀83的上端两孔相连，回油阀83的两侧孔分别与液压电控阀84的两侧孔相连，回油阀83的下端中孔经主液压阀85后连接至液压油泵86，回油阀83的下端左右两孔直接接入液压油泵86，液压电控阀84的下端孔与液压油泵86相连；控制系统82与液压电控阀84、液压油泵86控制连接。
液压油通过液压油泵86的增压，经过主液压阀85，进入了回油阀83；回油阀83采取中孔恒定进油，左右两孔恒定回油，左右侧孔控制阀芯位置；经由回油阀83的作用，液压油通过上端的两孔分别进入左油腔23a或右油腔23b，控制调节轴23的位置；另一侧的油腔回流，通过回油阀83中左右两孔回油；部分控制油路进入液压电控阀84引导回油阀83运动。
本发明通过液压调节，液压反馈实现调节齿轮轴的方法，具体按照以下步骤进行：
1)液压油通过输油阀24的左注孔24a注入左油腔23a，右注孔24b连接回油阀83，实现调节轴23向右侧平移；
2)液压油通过输油阀24的右注孔24b注入右油腔23b，左注孔24a连接回油阀83，实现调节轴23向左侧平移；
3)液压油同时通过输油阀24的左注孔24a和右注孔24b压住左油腔23a和右油腔23b，在液压作用下，实现调节轴23的位置固定；
4) 调节轴23的位置通过反馈孔24c的通断来判定；
5)液压油通过反馈孔24c，连接到压力传感器81，压力传感器81将压力信号传给控制系统82判断调节轴23的位置，根据位置信息控制液压电控阀84和液压油泵86的动作，重复步骤1)或步骤2)或步骤3)，实现调节轴23位置的调节。
当调节轴23左右平移之时，由于花键牙槽6的作用，调节轴23与芯轴22没有相对的转动，只有相对平移；由于螺旋牙槽5的作用调节轴23与外轴21存在相对的转动，同时依靠外轴21与芯轴22之间的定位，两者没有相对平移，只有相对转动，从而实现调节机构内外轴接齿轮相位变化。
这种相位变化，通过连接曲轴1的飞轮端齿轮12和凸轮轴4的凸轮轴齿轮41，可以引起凸轮轴4与曲轴1的相位变化，从而实现可变气门正时；同时通过连接曲轴1的自由端齿轮11和高压油泵轴3的高压油泵轴齿轮31，可以引起高压油泵轴3与曲轴1的相位变化，从而实现可变喷油正时。
本发明的最佳实施例已被阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (10)

1.一种可调式液压齿轮轴传动机构，包括有曲轴(1)，所述的曲轴(1)的一端设置有自由端齿轮(11)，其另一端设置有飞轮端齿轮(12)，其特征是：所述的自由端齿轮(11)经调节机构(2)与高压油泵轴(3)端部的高压油泵轴齿轮(31)连接传动，所述的飞轮端齿轮(12)经调节机构(2)与凸轮轴(4)端部的凸轮轴齿轮(41)连接传动；所述的调节机构(2)包括有外轴(21)、芯轴(22)、T字形结构的调节轴(23)、输油阀(24)以及盖板(25)，所述的调节轴(23)套设于所述芯轴(22)上，外轴(21)装配于调节轴(23)外，调节轴(23)的左端与盖板(25)之间形成有左油腔(23a)，调节轴(23)与外轴(21)之间形成有右油腔(23b)，所述的输油阀(24)装配于所述外轴(21)外，输油阀(24)上的左注孔(24a)与左油腔(23a)相连通，输油阀(24)上的右注孔(24b)与右油腔(23b)相连通，输油阀(24)上还设置有反馈孔(24c)；所述的调节轴(23)与外轴(21)之间采用螺旋牙槽(5)啮合，所述的调节轴(23)与芯轴(22)之间采用花键牙槽(6)相配合。
2.根据权利要求1所述的一种可调式液压齿轮轴传动机构，其特征是：所述的螺旋牙槽(5)的牙形为圆弧形结构。
3.根据权利要求2所述的一种可调式液压齿轮轴传动机构，其特征是：所述的反馈孔(24c)的数目大于或者等于四个。
4.根据权利要求3所述的一种可调式液压齿轮轴传动机构，其特征是：所述的外轴(21)的外壁与输油阀(24)的内壁之间设置有高压密封环(21a)。
5.根据权利要求4所述的一种可调式液压齿轮轴传动机构，其特征是：所述的高压密封环(21a)的数目大于或者等于8道。
6.根据权利要求5所述的一种可调式液压齿轮轴传动机构，其特征是：所述的芯轴(22)呈T字形结构。
7.根据权利要求6所述的一种可调式液压齿轮轴传动机构，其特征是：所述的输油阀(24)的一端径向向内延伸形成有挡边(24d)。
8.根据权利要求7所述的一种可调式液压齿轮轴传动机构，其特征是：所述的调节轴(23)的外周与所述外轴(21)的内壁之间设置有密封圈(7)。
9.根据权利要求8所述的一种可调式液压齿轮轴传动机构，其特征是：所述的芯轴(22)的外周与所述外轴(21)的内壁之间也设置有密封圈(7)。
10.根据权利要求9所述的一种可调式液压齿轮轴传动机构，其特征是：所述的密封圈(7)采用U形高压密封圈。
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