CN108825325A - 一种发动机可变气门机构 - Google Patents

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郑文良
洪晨
李小平
洪伟
胡云峰
许允
苏岩
姜北平
金兆辉
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Abstract

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种发动机可变气门机构，提供了一种新的简便调节可变气门机构。其中齿轮a与发动机曲轴动力系统相连，为凸轮轴的转动提供动力；齿轮f与电机固定连接与齿条啮合；内齿轮和凸轮轴齿轮g啮合；齿轮b、齿轮c、齿轮d、齿轮e被壳体所包围；底座a和底座b支撑着凸轮轴及偏心轴套；齿轮e与内齿轮固定连接给凸轮轴提供动力：底座a和底座b支撑着偏心轴套和凸轮轴,通过电机驱动齿轮f来调节气门配气相位,调节控制杆和齿轮f共同来控制凸轮轴升程。此机构可实现气门配气正时连续可变，控制灵活；可变凸轮轴升程控制简单；可提高发动机的充气效率，优化发动机工作过程，提高发动机性能；结构简单，易于推广。

Description

一种发动机可变气门机构
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种机械式内燃机凸轮轴可变配气机构。
背景技术
配气机构是内燃机的重要组成部分之一，它承载着实现发动机各个气缸进、排气门的开、闭正时以及控制气门升程运动规律的重要作用，是实现发动机换气过程，保证内燃机热功转换的工作循环得以周而复始不断进行下去的基础。因此，发动机是否能可靠工作，其动力性和经济性能否得到保障，与配气机构在实现换气过程中的配气相位的选择密切相关。传统的发动机由于结构固定，在发动机运转过程中，配气相位是固定不变的,气门的升程也是固定的。显然，这一劣势已使其不能满足现阶段对发动机高效率、低油耗、低排放的总体要求。因此，为了满足不同工况下对配气机构的需求，提高内燃机经济性和动力性，降低有害物排放，采用可变气门技术显得尤为重要。可变气门技术可根据内燃机工况的变化，实现气门升程从零至最大设计升程和配气相位的连续可变。
发明内容
本发明的目的在于克服现有发动机不能灵活改变气门配气相位的缺点和克服可变配气相位与可变凸轮轴升程不能灵活配合的缺点，提供一种结构简单可靠且能灵活控制气门配气相位和凸轮轴升程，实现配气正时连续可变和凸轮轴升程可变的发动机可变气门机构。
所述的发动机可变气门机构,其特征在于：包括齿轮a1、传动杆a2、齿轮b3、齿轮c4、传动杆b5、齿轮d6、齿轮e7、壳体8、弧形齿条9、齿轮f10、驱动电机11、内齿轮12、齿轮g13、凸轮轴14、偏心轴套15、底座a16、控制杆17、底座b18；其中齿轮a1与发动机曲轴动力系统相连，为凸轮轴14的转动提供动力；内齿轮9和凸轮轴14齿轮f啮合；齿轮b3、齿轮c4、齿轮d6、齿轮e7被壳体8所包围；底座a16和底座b18支撑着凸轮轴14及偏心轴套15；齿轮e7与内齿轮12固定连接给凸轮轴提供动力：底座a16和底座b18支撑着偏心轴套15和凸轮轴14。
所述的一种发动机可变气门机构，其特征在于齿轮a1通过传动轴a2与齿轮轴b3固定连接，齿轮a1与齿轮b3共同转动；齿轮c3、齿轮d6和传动轴b5固定连接；齿轮b3与齿轮 c4啮合,齿轮d6与齿轮e7啮合；壳体8与传动轴a2、传动轴b5、内齿轮9滑动连接；驱动电机11固定连接着齿轮f10,位于壳体8的上部；齿条9固接在壳体8上；齿条f10的形状是以传动轴a1为中心的一段圆弧；齿轮f10与齿条9啮合；驱动电机11可驱动齿轮f10通过与齿条9啮合带动壳体8和传动轴b5绕内齿轮12和传动轴a2转动；齿轮b3、齿轮c4、齿轮d6、齿轮e7、内齿轮9和齿轮g13的齿数分特定的比例，以达到齿轮a1的转速与齿轮 g13的转速相同。
所述的一种发动机可变气门机构，其特征在于凸轮14固接在齿轮g13上；凸轮轴14与偏心轴套15滑动连接；偏心轴套15分别与底座a16和底座b18滑动连接；控制杆17固定连接在偏心轴套15上来控制偏心轴套15在底座a16和底座b18上的转动。
所述的一种发动机可变气门机构，其特征在于所述的内齿轮12与齿轮g13的中心距与偏心轴套的偏心距相同。
所述的一种发动机可变气门机构，其特征在于电机11在不工作时，齿轮f10不发生任何转动。
所述的一种发动机可变气门机构，其特征在于齿轮b2和齿轮a1在电机11工作时不发生转动。
结合本发明装置各组件及其安装位置关系，该发动机可变气门机构的技术方案如下：
本发明装置的具体工作过程可分为三种情况：
发动机工况稳定，气门机构恒定过程：
当发动机工况稳定时,驱动电机11处于断电关闭状态,壳体8位置不发生改变；控制杆15 位置不变,凸轮轴14的位置不变；此时齿轮啮合位置不发生改变；在此工作状态下,发动机曲轴带动齿轮a1转动,通过齿轮的啮合和传动杆的连接，动力传动到齿轮b3-齿轮c4-齿轮d6- 齿轮e6-内齿轮12-齿轮g13-凸轮轴14；通过调整好各个齿轮的齿数，使得齿轮a1与凸轮轴 11转速相同。
气门配气相位控制过程：
当发动机工况发生变化时，需要根据工况变化相应地改变气门配气相位；此时电机11工作，驱动与齿条9齿轮f10带动壳体8及与它滑动连接的传动杆b3、齿轮c4和齿轮d6绕传动杆a2和内齿轮12的外表面转动；齿轮a1此时不发生转动；由于齿轮c4与齿轮d5的齿数不同，相同的壳体偏转下，两个齿轮的自转角度不同，从而齿轮e7发生相对转动；齿轮e7 与内齿轮12固定连接，从而内齿轮12发生转动，通过与内齿轮12啮合的齿轮g13带动凸轮轴14发生转动；此时凸轮轴14与齿轮a1的相位发生改变，从而改变配气机构相位。
在气门配气相位达到要求时刻，凸轮轴11与齿轮a1的转速依旧相同。当驱动电机11工作时，配气相位继续发生改变。
凸轮轴升程控制过程：当需要改变凸轮轴升程时,调节控制杆17使得偏心轴套15在底座 a16和底座b18上发生转动，从而由偏心轴套15带动改变凸轮轴14的位置，从而改变凸轮轴升程；由于偏心轴套15的偏心距和内齿轮12与齿轮g13的中心距相同，从而调节控制杆 17时，内齿轮12与齿轮f13仍然啮合；但当调节控制杆17时，齿轮g13会带动内齿轮12 发生转动，从而齿轮e7、齿轮d6、齿轮c4、齿轮b3发生转动，气门相位发生改变，这时电机11启动从而修正气门相位。
与现有技术相比本发明的有益效果在于：
1.本发明提供的可变气门机构可实现气门配气相位的连续可变，控制灵活；
2.本发明提供的可变气门机构可兼顾发动机不同工况下性能，优化发动机工作过程；
3.本发明提供的可变气门机构可实现凸轮轴升程的改变，从而改变气门升程。
4.本发明提供的可变气门机构可提高发动机的充气效率，有效提高发动机动力性和经济性；
5.本发明提供的可变气门机构结构简单，制造方便，易于推广。
附图说明
图1是发动机可变气门机构示意图
图2是发动机可变气门机构示意图
图3是内齿轮12与齿轮g13啮合处的剖视图
图4是底座b18处的剖视图
其中1.齿轮a、2.传动杆a、3.齿轮b、4.齿轮c、5.传动杆b、6.齿轮d、7.齿轮e、8. 壳体、9.弧形齿条、10.齿轮f、11.驱动电机、12.内齿轮、13.齿轮g、14.凸轮轴、15.偏心轴套、16.底座a、17.控制杆、18.底座b
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细描述：
参照附图1、2、3、4：
所述的发动机可变气门机构由齿轮a1、传动杆a2、齿轮b3、齿轮c4、传动杆b5、齿轮d6、齿轮e7、壳体8、弧形齿条9、齿轮f10、驱动电机11、内齿轮12、齿轮g13、凸轮轴 14、偏心轴套15、底座a16、控制杆17、底座b18组成；
其中齿轮a1与发动机曲轴动力系统相连，为凸轮轴14的转动提供动力；内齿轮9和凸轮轴14齿轮f啮合；
齿轮b3、齿轮c4、齿轮d6、齿轮e7被壳体8所包围；底座a16和底座b18支撑着凸轮轴14及偏心轴套15；
齿轮e7与内齿轮12固定连接给凸轮轴提供动力：底座a16和底座b18支撑着偏心轴套 15和凸轮轴14。
齿轮a1通过传动轴a2与齿轮轴b3固定连接，齿轮a1与齿轮b3转速相同；齿轮c3、齿轮d6和传动轴b5固定连接；
齿轮b3与齿轮c4啮合,齿轮d6与齿轮e7啮合；壳体8与传动轴a2、传动轴b5、内齿轮9滑动连接；
驱动电机11固定连接着齿轮f10,位于壳体8的上部；齿条9固接在壳体8上；齿轮f10 与齿条9啮合；
驱动电机11可驱动齿轮f10通过与齿条9啮合带动壳体8和传动轴b5绕内齿轮12和传动轴a2转动；齿轮b3、齿轮c4、齿轮d6、齿轮e7、内齿轮9和齿轮g13的齿数分别为30、 40、36、45、30、18，以达到齿轮a1的转速与齿轮g13的转速相同。
所述的一种发动机可变气门机构，其特征在于凸轮14固接在齿轮g13上；凸轮轴14与偏心轴套15滑动连接；
偏心轴套15分别与底座a16和底座b18滑动连接；控制杆17固定连接在偏心轴套15上来控制偏心轴套15在底座a16和底座b18上的转动。
内齿轮12与齿轮g13的中心距与偏心轴套的偏心距相同。
电机11在不工作时，齿轮f10不发生任何转动。
齿轮b2和齿轮a1在电机11工作时不发生转动。
发动机工况稳定，气门机构恒定过程：
当发动机工况稳定时,驱动电机16处于断电关闭状态,壳体8角度不发生改变；控制杆15 位置不变,凸轮轴11的位置不变；此时齿轮啮合位置不发生改变；在此工作状态下,发动机曲轴带动齿轮a1转动,通过齿轮的啮合和传动杆的连接，动力传动到齿轮b3-齿轮c4-齿轮d6- 齿轮e6-内齿轮9-齿轮f10-凸轮轴11；通过调整好各个齿轮的齿数，使得齿轮a1与凸轮轴 11转速相同。
气门配气相位控制过程：
当发动机工况发生变化时，需要根据工况变化相应地改变气门配气相位；此时电机16工作，带动壳体8及与它滑动连接的传动杆b8、齿轮c4和齿轮d6绕传动杆a2和内齿轮9的外表面转动，此时齿轮a1相对静止，齿轮c4、齿轮d5固定连接在传动杆5上无相对转动，从而齿轮e8发生相对转动；齿轮e8与内齿轮9固定连接，从而内齿轮9发生相对转动，通过与内齿轮9啮合的齿轮f10带动凸轮轴11发生转动，从而改变配气机构相位。
在气门配气相位达到要求时刻，凸轮轴11与齿轮a1的转速相同。当驱动电机16工作时，配气相位继续发生改变。
凸轮轴升程控制过程：当需要改变凸轮轴升程时,调节控制杆12使得偏心轴套12发生转动，从而由偏心轴套12带动改变凸轮轴11的位置，从而改变凸轮轴升程；由于偏心轴套12 的偏心距和内齿轮9与齿轮f10的中心距相同，从而调节控制杆12时，内齿轮9与齿轮f10 仍然啮合；但当调节控制杆17时，齿轮g13会带动内齿轮12发生转动，从而齿轮e7、齿轮d6、齿轮c4、齿轮b3发生转动，气门相位发生改变，这时电机11启动从而修正气门相位。

Claims (5)

1.一种发动机可变气门机构,其特征在于：包括齿轮a(1)、传动杆a(2)、齿轮b(3)、齿轮c(4)、传动杆b(5)、齿轮d(6)、齿轮e(7)、壳体(8)、弧形齿条(9)、齿轮f(10)、驱动电机(11)、内齿轮(12)、齿轮g(13)、凸轮轴(14)、偏心轴套(15)、底座a(16)、控制杆(17)、底座b(18)；其中齿轮a(1)与发动机曲轴动力系统相连，为凸轮轴(14)的转动提供动力；内齿轮(9)和凸轮轴(14)齿轮f(10)啮合；齿轮b(3)、齿轮c(4)、齿轮d(6)、齿轮e(7)被壳体(8)所包围；底座a(16)和底座b(18)支撑着凸轮轴(14)及偏心轴套(15)；齿轮e(7)与内齿轮(12)固定连接给凸轮轴提供动力：底座a(16)和底座b(18)支撑着偏心轴套(15)和凸轮轴(14)。
2.按权利要求1所述的一种发动机可变气门机构，其特征在于齿轮a(1)通过传动轴a(2)与齿轮轴b(3)固定连接，齿轮a(1)与齿轮b(3)共同转动；齿轮a(1)随着发动机曲轴转动而转动；齿轮c(3)和齿轮d(6)固定连接在传动轴b(5)；齿轮b(3)与齿轮c(4)啮合,齿轮d(6)与齿轮e(7)啮合；壳体(8)与传动轴a(2)、传动轴b(5)、内齿轮(9)接触并且滑动连接；驱动电机(11)固定连接着齿轮f(10),位于壳体(8)的上部；齿条(9)固定安装在壳体(8)上；齿轮f(10)与齿条(9)啮合；齿轮f(10)与齿条(9)啮合；齿条f(10)的形状是以传动轴a(1)为中心的一段圆弧；驱动电机(11)可驱动齿轮f(10)转动，通过齿条带动壳体(8)绕内齿轮(12)和传动轴a(2)转动。
3.按权利要求1所述的一种发动机可变气门机构，其特征在于齿轮b(3)、齿轮c(4)、齿轮d(6)、齿轮e(7)、内齿轮(9)和齿轮g(13)的齿数具有一定比例，以达到齿轮a(1)的转速与齿轮g(13)的转速相同。
4.按权利要求1所述的一种发动机可变气门机构，其特征在于凸轮(14)固接在齿轮g(13)上；凸轮轴(14)与偏心轴套(15)滑动连接；偏心轴套(15)分别与底座a(16)和底座b(18)滑动连接；控制杆(17)固定连接在偏心轴套(15)上来控制偏心轴套(15)在底座a(16)和底座b(18)上的转动。
5.按权利要求1所述的一种发动机可变气门机构，其特征在于所述的内齿轮(12)与齿轮g(13)的中心距与偏心轴套的偏心距相同。
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