CN107907336A - 一种发动机可变气门正时模拟系统及其模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机技术领域，具体讲的是一种发动机可变气门正时模拟系统，包括工作台(1)、第一转轴(2)、第一安装座(3)、曲轴转角信号盘(4)、第一转角信号传感器(5)、第二转轴(6)、第二安装座(7)、安装架(8)、电机(9)，电机(9)的主轴(9.1)上固定连接有凸轮转角信号盘(10)，用于给电机(9)供电的供电机构，所述凸轮转角信号盘(10)的一侧设有用于测试凸轮转角信号盘(10)的转角信号的第二转角信号传感器(11)，所述第一转角信号传感器(5)与第二转角信号传感器(11)与系统的工控系统电连接。提供一种机构简单并且通用性好的发动机可变气门正时模拟系统。

Description

一种发动机可变气门正时模拟系统及其模拟方法

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体讲的是一种发动机可变气门正时模拟系统及其模拟方法。

背景技术

发动机正时系统一般由曲轴通过正时皮带或正时链条驱动位于缸盖上的凸轮轴，再由凸轮轴驱动挺杆，挺杆位于气门上方，使气门上下往复运动，以实现气门的开闭。一般情况下，发动机正时系统的配气相位即气门开启关闭是固定不变的，这种配气系统很难满足发动机在不同工况时对配气相位的需要，不能满足发动机在各种转速工况下均输出强劲的动力要求。

针对上述不足，工程师们提出了发动机可变气门正时机构，可变气门正时机构是一种可根据工况要求改变气门开关时刻的装置，通过在不同转速下为车辆匹配更合理的气门开启或关闭时刻，来增强车辆扭矩输出的均衡性，提高发动机功率并降低车辆的油耗。

发动机可变气门正时机构一般通过如下结构实现：传感器分别监控凸轮轴信号轮和曲轴信号轮并连接控制系统，凸轮轴在曲轴的带动下转动时，经由安装缸盖上并在凸轮轴前端的油压调节装置作用下使凸轮轴可以另外做小角度转动，控制系统根据预设值控制油压装置动作，以使进气门提早开启或关闭。

在发动机研制时，一般要对发动机可变气门正时机构进行模拟测试，而现有技术中的发动机可变气门正时机构性能测试台如国家知识产权局公开的，公开号为CN101907519A，整体由控制系统控制运行，包括缸盖，凸轮轴安装在缸盖内，凸轮轴前端与移相器连接，凸轮轴的后端连接有凸轮轴位置传感器，气门组件安装于缸盖内且随凸轮轴转动而动作，缸盖上安装有机油控制阀，驱动电机通过传动同步带带动曲轴链轮，曲轴链轮通过链条带动移相器，曲轴链轮下方设置有曲轴转角传感器，液压油从缸盖上设置的进油口进入和出油口流出。上述结构虽然可以发动机可变气门正时机构的测试，但具有如下不足：1、结构复杂，采用液压系统，而发动机可变气门正时机构的油压调节装置又是设在缸盖上的，因此需要将发动机的缸盖整体搬至测试台上才能实现可变气门正时系统测试。2、通用性差，每一套曲轴与凸轮轴需要配备对应的发动机的缸盖才能进行可变气门正时测试和模拟。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种机构简单并且通用性好的发动机可变气门正时模拟系统。

为解决上述技术问题，本发明的一种发动机可变气门正时模拟系统，包括

工作台；

用于支撑第一转轴的第一安装座，第一转轴与第一安装座转动连接，所述第一安装座固定在工作台上，第一转轴上固定连接有曲轴转角信号盘；

用于测试曲轴转角信号盘的转角信号的第一转角信号传感器，所述第一转角信号传感器位于曲轴转角信号盘一侧；

用于支撑第二转轴的第二安装座，第二转轴与第二安装座转动连接，所述第二安装座固定在工作台上，

驱动第一转轴转动的驱动装置，所述驱动装置与第一转轴连接；

联动机构，第一转轴通过联动机构与第二转轴连接；

所述第二转轴的一端固定连接有安装架，所述安装架上固定有电机，所述电机随所述第二转轴转动，电机的主轴上固定连接有凸轮轴转角信号盘，所述工作台上且在所述电机远离凸轮轴转角信号盘的一端设有用于给电机供电的供电机构，所述凸轮轴转角信号盘的一侧设有用于测试凸轮轴转角信号盘的转角信号的第二转角信号传感器，所述第一转角信号传感器与第二转角信号传感器与系统的工控系统电连接。

采用上述结构后，具有如下优点：

1.采用较简单的结构实现了可变气门正时模拟。由于安装架上固定有电机，所述电机随所述第二转轴转动，电机的主轴上固定连接有凸轮轴转角信号盘，这样，当系统在模拟工作中需要模拟凸轮轴转角信号盘转动以改变相位角时，只需对电机设定调整值，电机整个主体在随着第二转轴转动的同时，电机的主轴根据所设定的调整值自转，从而实现可变气门正时信号的模拟；所述第一转角信号传感器与第二转角信号传感器分别对曲轴转角信号盘和凸轮轴转角信号盘进行实时获取数据，从而实验人员可以获取曲轴转角信号盘和凸轮轴转角信号盘的数据参数进行模拟分析。改变了现有技术中只能将曲轴和凸轮轴放在发动机的缸盖上才能模拟可变气门正时的数据参数，相对现有技术来说，本发明省去了发动机缸盖，省去了液压系统，不需采用液压系统就能模拟可变气门正时，结构简单，成本较低。

2.通用性好。现有技术中的发动机可变气门正时模拟系统，每一套曲轴与凸轮轴需要配备对应的发动机的缸盖才能进行可变气门正时模拟。而本发明，只需将第一转轴和第二转轴换上，就可以模拟可变气门正时，当然第一转轴和第二转轴可以分别是需模拟检测的曲轴与凸轮轴，这样就可以对曲轴与凸轮轴上的信号盘的转角信息进行模拟检测，不受发动机的缸盖的限制，从而通用性好。

在采用上述技术方案的基础上，还可以具有如下技术特征：

驱动装置具体可以包括电动马达和减速器，电动马达和和减速器均固定在工作台上，电动马达通过减速器与第一转轴的端部连接。电机具体可以是步进电机或伺服电机。

所述安装架包括第一安装板、第二安装板和连接柱，所述第一安装板固定在第二转轴的端部，所述第二安装板通过连接柱与第一安装板固定连接，所述电机固定在第二安装板上，并且电机的主轴朝向第一安装板设置。这样，供电机构可以更方便给电机供电。

所述连接柱的数量为多个，多个所述连接柱沿周向均匀设置在第二安装板上，所述凸轮轴转角信号盘上设有多个让位口，所述让位口的数量与连接柱的数量相适应，所述连接柱分别穿过让位口设置，所述凸轮轴转角信号盘的外周面位于连接柱的外端。这样，凸轮轴转角信号盘的外周面位于连接柱的外端可以保证第二转角信号传感器获取的信号准确，因为，若连接柱位于凸轮轴转角信号盘的外端，则连接柱会对第二转角信号传感器采集的数据产生影响，干扰测试数据。

所述供电机构包括安装块和导电滑环；所述安装块固定在工作台上，所述导电滑环具有定子和转子，所述定子固定在安装块上，所述转子一端与定子转动连接，所述转子的另一端与电机固定连接。这样，由于电机在工作状态下是整体转动的，普通的布线方式供电会造成线路缠绕，无法供电，而采用上述结构后，导电滑环可以实现给电机供电，另外，结合“电机固定在第二安装板上，并且电机的主轴朝向第一安装板设置”这种布置方式，能有效方便的给电机供电。

所述第一安装座上具有第一轴承座，第一转轴转动连接在第一轴承座上；所述第二安装座上具有第二轴承座，第二转轴转动连接在第二轴承座上。

所述联动机构包括皮带、设在第一转轴上的第一带轮和设在第二转轴上的第二带轮，所述第一带轮与第二带轮通过皮带连接。为了模仿汽车的可变气门正时，第二带轮和第一带轮的传动比为1:2。

另外，本发明还公开了上述一种发动机可变气门正时模拟系统的模拟方法，包括以下步骤：

S1.启动发动机可变气门正时模拟系统；

S2.设定驱动装置和电机的转动参数；

S3.驱动装置驱动第一转轴转动，曲轴转角信号盘随第一转轴转动而转动，第一转角信号传感器测试曲轴转角信号盘的信号数据并将数据传送至工控系统；第一转轴带动第二转轴转动；电机随第二转轴转动，凸轮轴转角信号盘随第二转轴转动而转动，同时，电机的主轴带动凸轮轴转角信号盘自转，第二转角信号传感器测试凸轮轴转角信号盘的并将数据传送至工控系统；

S4.模拟完毕，关闭发动机可变气门正时模拟系统。

附图说明

图1是本发明一种发动机可变气门正时模拟系统的结构示意图。

图2是本发明一种发动机可变气门正时模拟系统的俯视图。

图3是图1中A处放大示意图。

图4是图2中B-B处的截面示意图。

图5是本发明一种发动机可变气门正时模拟系统的模拟方法的流程图。

其中：

1、工作台；2、第一转轴；3、第一安装座；4、曲轴转角信号盘；5、第一转角信号传感器；6、第二转轴；7、第二安装座；8、安装架；9、电机；9.1、主轴；10、凸轮轴转角信号盘；11、第二转角信号传感器；12、电动马达；1 3、减速器；14、第一安装板；15、第二安装板；16、连接柱；17、让位口；18、安装块；19、导电滑环；19.1、定子；19.2、转子；20、第一轴承座；21、第二轴承座；22、皮带；23、第一带轮；24、第二带轮。

具体实施方式

下文将使用本领域技术人员向本领域的其它技术人员传达他们工作的实质所通常使用的术语来描述本公开的发明概念。然而，这些发明概念可体现为许多不同的形式，因而不应视为限于本文中所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开内容更详尽和完整，并且向本领域的技术人员完整传达其包括的范围。也应注意这些实施例不相互排斥。来自一个实施例的组件、步骤或元素可假设成在另一实施例中可存在或使用。在不脱离本公开的实施例的范围的情况下，可以用多种多样的备选和/或等同实现方式替代所示出和描述的特定实施例。本申请旨在覆盖本文论述的实施例的任何修改或变型。对于本领域的技术人员而言明显可以仅使用所描述的方面中的一些方面来实践备选实施例。本文出于说明的目的，在实施例中描述了特定的数字、材料和配置，然而，领域的技术人员在没有这些特定细节的情况下，也可以实践备选的实施例。在其它情况下，可能省略或简化了众所周知的特征，以便不使说明性的实施例难于理解。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通；术语“固定”可以是螺栓固定连接和/或螺钉固定连接和/或卡接和/或焊接，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-4，在一个实施例中，一种发动机可变气门正时模拟系统，包括

工作台1；

用于支撑第一转轴2的第一安装座3，第一转轴2与第一安装座3转动连接，所述第一安装座3固定在工作台1上，第一转轴2上固定连接有曲轴转角信号盘4；

用于测试曲轴转角信号盘4的转角信号的第一转角信号传感器5，所述第一转角信号传感器5位于曲轴转角信号盘4一侧；

用于支撑第二转轴6的第二安装座7，第二转轴6与第二安装座7转动连接，所述第二安装座7固定在工作台1上，

驱动第一转轴2转动的驱动装置，所述驱动装置与第一转轴2连接；

联动机构，第一转轴2通过联动机构与第二转轴6连接；

所述第二转轴6的一端固定连接有安装架8，所述安装架8上固定有电机9，所述电机9随所述第二转轴6转动，电机9的主轴9.1上固定连接有凸轮轴转角信号盘10，所述工作台1上且在所述电机9远离凸轮轴转角信号盘10的一端设有用于给电机9供电的供电机构，所述凸轮轴转角信号盘10的一侧设有用于测试凸轮轴转角信号盘10的转角信号的第二转角信号传感器11，所述第一转角信号传感器5与第二转角信号传感器11与系统的工控系统电连接。

工控系统能够接收第一转角信号传感器5与第二转角信号传感器11的信号数据，并且显示给实验人员。至于如何接收如何显示为本系统的电控部分，而本申请的要点在于结构方面，因此不在此描述。

采用上述结构后，具有如下优点：

1.采用较简单的结构实现了可变气门正时模拟。由于安装架8上固定有电机9，所述电机9随所述第二转轴6转动，电机9的主轴9.1上固定连接有凸轮轴转角信号盘10，这样，当系统在模拟工作中需要模拟凸轮轴转角信号盘10转动以改变相位角时，只需对电机9设定调整值，电机9整个主体在随着第二转轴6转动的同时，电机的主轴9.1根据所设定的调整值自转，从而实现可变气门正时模拟；所述第一转角信号传感器5与第二转角信号传感器11分别对曲轴转角信号盘4和凸轮轴转角信号盘10进行实时获取数据，从而实验人员可以获取曲轴转角信号盘4和凸轮轴转角信号盘10的数据参数进行模拟分析。改变了现有技术中只能将曲轴和凸轮轴放在发动机的缸盖上才能模拟可变气门正时的数据参数，相对现有技术来说，本发明省去了发动机缸盖，省去了液压系统，不需采用液压系统就能模拟可变气门正时，结构简单，成本较低。

2.通用性好。现有技术中的发动机可变气门正时模拟系统，每一套曲轴与凸轮轴需要配备对应的发动机的缸盖才能进行可变气门正时模拟。而本发明，只需将第一转轴2和第二转轴6换上，就可以模拟可变气门正时，当然第一转轴2和第二转轴6可以分别是需模拟检测的曲轴与凸轮轴，不受发动机的缸盖的限制，从而通用性好。

在采用上述技术方案的基础上，还可以具有如下技术特征：

驱动装置具体可以包括电动马达12和减速器13，电动马达12和和减速器13均固定在工作台1上，电动马达12通过减速器13与第一转轴2的端部连接。电机9具体可以是步进电机或伺服电机，电动马达12与工控系统电连接，电机9与工控系统电连接。本发明的要点在于结构方面，工控系统如何控制电动马达12和电机9在文中不再阐述。第一转角信号传感器5与第二转角信号传感器11具体可以采用与现有技术中发动机内的同款。

所述安装架8包括第一安装板14、第二安装板15和连接柱16，所述第一安装板14固定在第二转轴6的端部，所述第二安装板15通过连接柱16与第一安装板14固定连接，所述电机9固定在第二安装板15上，并且电机9的主轴9.1朝向第一安装板14设置。这样，供电机构可以更方便给电机9供电。

所述连接柱16的数量为多个，多个所述连接柱16沿周向均匀设置在第二安装板15上，所述凸轮轴转角信号盘10上设有多个让位口17，所述让位口17的数量与连接柱16的数量相适应，所述连接柱16分别穿过让位口17设置，所述凸轮轴转角信号盘10的外周面位于连接柱16的外端。这样，凸轮轴转角信号盘10的外周面位于连接柱16的外端可以保证第二转角信号传感器11获取的信号准确，因为，若连接柱16位于凸轮轴转角信号盘10的外端，则连接柱16会对第二转角信号传感器11采集的数据产生影响，干扰测试数据。

所述供电机构包括安装块18和导电滑环19；所述安装块18固定在工作台1上，所述导电滑环19具有定子19.1和转子19.2，所述定子固定在安装块18上，所述转子19.2一端与定子19.1转动连接，所述转子19.2的另一端与电机9固定连接。这样，由于电机9在工作状态下是整体转动的，普通的布线方式供电会造成线路缠绕，无法供电，而采用上述结构后，导电滑环19可以实现给电机9供电，另外，结合“电机9固定在第二安装板15上，并且电机9的主轴9.1朝向第一安装板14设置”这种布置方式，能有效方便的给电机9供电。

所述第一安装座3上具有第一轴承座20，第一转轴2转动连接在第一轴承座20上；所述第二安装座7上具有第二轴承座21，第二转轴6转动连接在第二轴承座21上。第一安装座3和第二安装座7的数量可以根据实际情况设定，可以是1个、2个或者多个。本实施例中为2个。

所述联动机构包括皮带22、设在第一转轴2上的第一带轮23和设在第二转轴6上的第二带轮24，所述第一带轮23与第二带轮24通过皮带22连接。为了模仿汽车的可变气门正时，第二带轮24和第一带轮23的传动比为1:2。

另外，如图5，本发明还公开了上述一种发动机可变气门正时模拟系统的模拟方法，包括以下步骤：

S1.启动发动机可变气门正时模拟系统；

S2.设定驱动装置和电机9的转动参数；具体是通过工控系统设置。

S3.驱动装置驱动第一转轴2转动，曲轴转角信号盘4随第一转轴2转动而转动，第一转角信号传感器5测试曲轴转角信号盘4的信号数据并将数据传送至工控系统；第一转轴2带动第二转轴6转动；电机9随第二转轴6转动，凸轮轴转角信号盘10随第二转轴6转动而转动，同时，电机9的主轴9.1带动凸轮轴转角信号盘10自转，第二转角信号传感器11测试凸轮轴转角信号盘10的并将数据传送至工控系统；

S4.模拟完毕，关闭发动机可变气门正时模拟系统。

由于是电机9随第二转轴6转动同时，工控系统控制电机9的主轴9.1带动凸轮轴转角信号盘10自转，具体的工控系统控制电机9的主轴9.1带动凸轮轴转角信号盘10自转的方式是沿顺时针转动或沿逆时针转动，或者沿顺时针/逆时针来回转动，工控系统控制电机9的主轴9.1带动凸轮轴转角信号盘10自转的角度在90°范围内，(这里解释清楚就行了，权利要求书中不需要改)相当于电机9代替了现有技术中的液压装置，实现了发动机可变气门正时的模拟，从而结构简单，操作方便，通用性好。

以上所述，仅是本发明较佳可行的实施示例，不能因此即局限本发明的权利范围，对熟悉本领域的技术人员来说，凡运用本发明的技术方案和技术构思做出的其他各种相应的改变都应属于在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种发动机可变气门正时模拟系统，包括

工作台(1)；

用于支撑第一转轴(2)的第一安装座(3)，第一转轴(2)与第一安装座(3)转动连接，所述第一安装座(3)固定在工作台(1)上，第一转轴(2)上固定连接有曲轴转角信号盘(4)；

用于测试曲轴转角信号盘(4)的转角信号的第一转角信号传感器(5)，所述第一转角信号传感器(5)位于曲轴转角信号盘(4)一侧；

用于支撑第二转轴(6)的第二安装座(7)，第二转轴(6)与第二安装座(7)转动连接，所述第二安装座(7)固定在工作台(1)上，

驱动第一转轴(2)转动的驱动装置，所述驱动装置与第一转轴(2)连接；

联动机构，第一转轴(2)通过联动机构与第二转轴(6)连接；

其特征在于，

所述第二转轴(6)的一端固定连接有安装架(8)，所述安装架(8)上固定有电机(9)，所述电机(9)随所述第二转轴(6)转动，电机(9)的主轴(9.1)上固定连接有凸轮轴转角信号盘(10)，所述工作台(1)上且在所述电机(9)远离凸轮轴转角信号盘(10)的一端设有用于给电机(9)供电的供电机构，所述凸轮轴转角信号盘(10)的一侧设有用于测试凸轮轴转角信号盘(10)的转角信号的第二转角信号传感器(11)，所述第一转角信号传感器(5)与第二转角信号传感器(11)与系统的工控系统电连接。

2.按照权利要求1所述的一种发动机可变气门正时模拟系统，所述安装架(8)包括第一安装板(14)、第二安装板(15)和连接柱(16)，所述第一安装板(14)固定在第二转轴(6)的端部，所述第二安装板(15)通过连接柱(16)与第一安装板(14)固定连接，所述电机(9)固定在第二安装板(15)上，并且电机(9)的主轴(9.1)朝向第一安装板(14)设置。

3.按照权利要求2所述的一种发动机可变气门正时模拟系统，其特征在于，所述连接柱(16)的数量为多个，多个所述连接柱(16)沿周向均匀设置在第二安装板(15)上，所述凸轮轴转角信号盘(10)上设有多个让位口(17)，所述让位口(17)的数量与连接柱(16)的数量相适应，所述连接柱(16)分别穿过让位口(17)设置，所述凸轮轴转角信号盘(10)的外周面位于连接柱(16)的外端。

4.按照权利要求2所述的一种发动机可变气门正时模拟系统，其特征在于，所述供电机构包括安装块(18)和导电滑环(19)；所述安装块(18)固定在工作台(1)上，所述导电滑环(19)具有定子(19.1)和转子(19.2)，所述定子固定在安装块(18)上，所述转子(19.2)一端与定子(19.1)转动连接，所述转子(19.2)的另一端与电机(9)固定连接。

5.按照权利要求1所述的一种发动机可变气门正时模拟系统，其特征在于，所述第一安装座(3)上具有第一轴承座(20)，第一转轴(2)转动连接在第一轴承座(20)上；所述第二安装座(7)上具有第二轴承座(21)，第二转轴(6)转动连接在第二轴承座(21)上。

6.按照权利要求1所述的一种发动机可变气门正时模拟系统，其特征在于，所述联动机构包括皮带(22)、设在第一转轴(2)上的第一带轮(23)和设在第二转轴(6)上的第二带轮(24)，所述第一带轮(23)与第二带轮(24)通过皮带(22)连接。

7.根据权利要求1所述的一种发动机可变气门正时模拟系统的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.启动发动机可变气门正时模拟系统；

S2.设定驱动装置和电机(9)的转动参数；

S3.驱动装置驱动第一转轴(2)转动，曲轴转角信号盘(4)随第一转轴(2)转动而转动，第一转角信号传感器(5)测试曲轴转角信号盘(4)的信号数据并将数据传送至工控系统；第一转轴(2)带动第二转轴(6)转动；电机(9)随第二转轴(6)转动，凸轮轴转角信号盘(10)随第二转轴(6)转动而转动，同时，电机(9)的主轴(9.1)带动凸轮轴转角信号盘(10)自转，第二转角信号传感器(11)测试凸轮轴转角信号盘(10)的并将数据传送至工控系统；

S4.模拟完毕，关闭发动机可变气门正时模拟系统。