CN206707791U - 一种机械式内燃机凸轮轴可变配气相位机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型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相位机构，克服了现有技术存在的气门相位固定不变或不能灵活改变气门配气相位的缺点。本机构主要包括凸轮轴主体系统、凸轮轴相位控制系统和凸轮轴动力系统；凸轮轴主体系统通过支承块、销a和销b与凸轮轴相位控制系统连接；凸轮轴动力系统与凸轮轴相位控制系统通过轴套与套筒花键啮合连接，凸轮轴动力系统与凸轮轴主体系统通过套筒中心孔内螺旋槽a和螺旋槽b与销a和销b的配合相连接；凸轮轴相位控制系统由步进电机驱动。本实用新型所述方案可实现气门配气相位的连续可变，控制灵活；结构简单，制造方便，成本低，易于推广；可提高发动机的充气效率，提高发动机性能。
Description
技术领域
本实用新型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相位机构。
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，它是在发动机各种不同工况下进行大量实验研究后，设计选取的一种折衷方案，通常只能保证在某一工况使内燃机的性能最优，不能同时兼顾各工况的要求，很难达到真正的最佳配气相位。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各异的配气相位需求，提高内燃机经济性和动力性，降低有害物排放，需要采用可变气门技术。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。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有发动机气门相位固定不变或不能灵活改变气门配气相位的缺点，提供一种结构简单可靠且能灵活控制气门配气相位的机械式内燃机凸轮轴可变配气相位机构。
本实用新型主要由凸轮轴主体系统Ⅰ、凸轮轴相位控制系统Ⅱ和凸轮轴动力系统Ⅲ组成。
其特征在于所述的凸轮轴主体系统Ⅰ主要由凸轮轴1、凸轮2、限位凸肩a3、上盖板a4、限位凸肩b5、下盖板b25组成；其中限位凸肩a3和限位凸肩b5设置在凸轮轴1外表面上；上盖板a4和下盖板b25置于限位凸肩a3和限位凸肩b5之间，并与凸轮轴1间隙配合，下盖板b25固接在发动机缸盖上，上盖板a4与下盖板b25通过螺栓连接；凸轮2固接在凸轮轴1上，所述的凸轮轴1右侧段圆周方向上下两侧分别开有一个销孔，销孔b27，销孔c28。
所述的凸轮轴相位控制系统Ⅱ由支承块6、齿轮套8、齿轮a9、平键10、电机轴11、步进电机12、销a13、定位钢销a14、定位钢销b21、销b22、套筒23组成；其中支承块6固接在发动机缸盖上，凸轮轴1可从其中心孔穿过，凸轮轴1与支承块6中心孔间隙配合，支承块6外表面还设有外螺纹7；齿轮套8套装在套筒23的凸肩上，齿轮套8中心孔为两段式结构，左段设有内螺纹24，与外螺纹7啮合，右段为光滑段，与套筒23间隙配合；齿轮a9通过平键10与电机轴11相连，由步进电机12控制电机轴11的转动，进而带动齿轮a9的转动；齿轮套8外侧分布有齿，与齿轮a9啮合，且齿宽比齿轮a9齿宽长，保证齿轮套8在轴向移动时与齿轮a9一直完全啮合；套筒23中心孔与凸轮轴1间隙配合，其中心孔圆周方向设有螺旋槽a30和螺旋槽b31，套筒23外表面圆周方向设有销孔a26，销孔d29，定位钢销a14和定位钢销b21安装在销孔a26和销孔d29内，并且与销孔均为过盈配合，套筒23外表面还设有花键。所述的销a13和销b22安装在凸轮轴1右侧的销孔b27和销孔c28内，且均与销孔过盈配合，销a13和销b22的上半段分别安装在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31内，并且均与螺旋槽间隙配合，可与螺旋槽发生相对滑动。
所述的凸轮轴动力系统Ⅲ主要由限位凸肩c15、上盖板b16、限位凸肩d17、齿轮b18、轴套19、下盖板a20组成；其中限位凸肩c15和限位凸肩d17设置在轴套19外表面上；上盖板b16和下盖板a20置于限位凸肩c15和限位凸肩d17之间，并与轴套19间隙配合，上盖板b16与下盖板a20通过螺栓连接，下盖板a20固接在发动机缸盖上；轴套19内圈为花键结构，与套筒23外圈花键相啮合，套筒23外圈花键比轴套19花键长，保证套筒23在轴向移动时与轴套19一直完全啮合；齿轮b18固接在轴套19上，并与发动机曲轴齿轮相啮合，为凸轮轴1转动提供动力。
进一步地当凸轮轴1相对齿轮b18相位一定时，步进电机12不工作，此时齿轮a9和齿轮套8不转动，套筒23位置一定，从而销a13和销b22在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31内位置一定。当发动机工况变化要求凸轮轴1相对齿轮b18相位改变时，步进电机12工作，齿轮a9转动，带动与之啮合的齿轮套8转动，齿轮套8转动的同时，其内螺纹24与支承块6的外螺纹7啮合长度发生变化，带动齿轮套8轴向移动，其移动方向由步进电机12控制电机轴11的转动方向所控制；齿轮套8的移动带动套筒23轴向移动，从而带动销a13和销b22在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31内滑动，使凸轮轴1相对齿轮b18相位发生变化。
本实用新型装置的工作过程如下：
发动机工况稳定，配气相位恒定过程：
当发动机工况稳定时，凸轮轴1相对齿轮b18相位一定，步进电机12不工作，齿轮a9和齿轮套8不转动，齿轮套8相对支承块6的位置一定，套筒23轴向位置一定，进而销a13和销b22在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31内位置一定。此时，由发动机曲轴齿轮带动齿轮b18转动，凸轮轴1随之转动从而驱动气门运动。
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。相应地步进电机12工作，控制电机轴11旋转，带动齿轮a9转动，与齿轮a9啮合的齿轮套8随之转动，齿轮套8的转动带动内螺纹24与支承块6的外螺纹7啮合长度改变，齿轮套8相对支承块6轴向移动，由此带动套筒23轴向移动，套筒23移动的同时带动销a13和销b22在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31内滑动，使凸轮轴1相对齿轮b18转过某一角度，从而改变气门配气相位。当配气相位达到要求时，步进电机12停止工作。
根据发动机工况变化，凸轮轴1相对齿轮b18转动的方向由步进电机12带动电机轴11的转动方向所控制。
与现有技术相比本实用新型的有益效果在于：
1.可实现气门配气相位的连续可变，控制灵活；
2.结构简单，制造方便，成本低，易于推广；
3.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。
附图说明
图1是机械式内燃机凸轮轴可变配气相位机构的结构示意图
图2是A—A方向剖视图结构示意图
图3是套筒23结构示意图
图4是B—B方向剖视图结构示意图
图5是C—C方向剖视图结构示意图
其中，Ⅰ.凸轮轴主体系统 Ⅱ.凸轮轴相位控制系统 Ⅲ.凸轮轴动力系统 1.凸轮轴2.凸轮 3.限位凸肩a 4.上盖板a 5.限位凸肩b 6.支承块 7.外螺纹 8.齿轮套 9.齿轮a10.平键 11.电机轴 12.步进电机 13.销a 14.定位钢销a 15.限位凸肩c 16.上盖板b 17.限位凸肩d 18.齿轮b 19.轴套 20.下盖板a 21.定位钢销b 22.销b 23.套筒 24.内螺纹25.下盖板b 26.销孔a 27.销孔b 28.销孔c 29.销孔d 30.螺旋槽a 31.螺旋槽b
具体实施方式
下面结合附图1-5对本实用新型做详细描述：
参照附图1，2：
本实用新型由凸轮轴主体系统Ⅰ、凸轮轴相位控制系统Ⅱ和凸轮轴动力系统Ⅲ所组成。
所述的凸轮轴主体系统Ⅰ主要由凸轮轴1、凸轮2、限位凸肩a3、上盖板a4、限位凸肩b5、下盖板b25组成；
凸轮2固接在凸轮轴1上，驱动气门运动；
限位凸肩a3和限位凸肩b5设置在凸轮轴1外表面上，其作用是限制凸轮轴1的轴向移动；
上盖板a4和下盖板b25置于限位凸肩a3和限位凸肩b5之间，并与凸轮轴1间隙配合，保证凸轮轴1能够自由转动；
上盖板a4和下盖板b25通过螺栓连接，下盖板b25固接在发动机缸盖上；
凸轮轴1右侧段圆周方向上下两侧分别开有一个销孔，销孔b27，销孔c28，为销a13和销b22提供安装位置。
参照附图1—5：
所述的凸轮轴相位控制系统Ⅱ由支承块6、齿轮套8、齿轮a9、平键10、电机轴11、步进电机12、销a13、定位钢销a14、定位钢销b21、销b22、套筒23组成；
支承块6固接在发动机缸盖上，凸轮轴1可从其中心孔穿过，并且凸轮轴1与支承块6中心孔间隙配合，保证凸轮轴1能够自由转动；
支承块6上设有外螺纹7，与齿轮套8的内螺纹24相啮合，为齿轮套8的轴向移动提供导向作用；
齿轮套8套装在套筒23的凸肩上，可控制套筒23的轴向移动；齿轮套8中心孔为两段式结构，左段设有内螺纹24，与支承块6的外螺纹7啮合，右段为光滑段，与套筒23间隙配合，保证套筒23在其内能够自由转动；
齿轮套8外侧分布有齿，与齿轮a9啮合，且齿宽比齿轮a9齿宽长，保证齿轮套8在轴向移动时与齿轮a9一直完全啮合；
平键10连接齿轮a9与电机轴11，将电机轴11的扭矩传递给齿轮a9；
步进电机12控制电机轴11的转动方向，从而控制凸轮轴1相对齿轮b18相位的改变；
套筒23中心孔与凸轮轴1间隙配合，保证凸轮轴1在其内能够自由转动；
套筒23中心孔圆周方向设有螺旋槽a30和螺旋槽b31，为销a13和销b22的滑动提供导向作用；
套筒23外表面圆周设有销孔a26，销孔d29，为定位钢销a14和定位钢销b21提供安装位置；
套筒23外表面设有花键，与轴套19内圈花键啮合，起到传递齿轮b18的力和扭矩的作用；
定位钢销a14和定位钢销b21安装在套筒23的销孔a26和销孔d29内，且均与销孔过盈配合，保证在套筒23转动过程中不会掉落；
定位钢销a14和定位钢销b21的上半段限制齿轮套8的轴向位置，且可以传递齿轮套8向左的轴向推力，带动套筒23向左运动；
销a13和销b22安装在凸轮轴1右侧的销孔b27和销孔c28内，并且均与销孔过盈配合；
销a13和销b22的上半段安装在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31内，且均与螺旋槽间隙配合，可与螺旋槽发生相对滑动。
参照附图1：
所述的凸轮轴动力系统Ⅲ主要由限位凸肩c15、上盖板b16、限位凸肩d17、齿轮b18、轴套19、下盖板a20组成；
限位凸肩c15和限位凸肩d17设置在轴套19外表面上，其作用是限制轴套19的轴向移动；
上盖板b16和下盖板a20置于限位凸肩c15和限位凸肩d17之间，并与轴套19间隙配合，保证轴套19在其内能自由转动；
上盖板b16与下盖板a20通过螺栓连接，下盖板a20固接在发动机缸盖上；
轴套19内圈为花键结构，与套筒23外圈花键相啮合，套筒23外圈花键比轴套19花键长，保证套筒23在轴向移动时与轴套19一直完全啮合；
齿轮b18固接在轴套19上，并与发动机曲轴齿轮相啮合，为凸轮轴1转动提供动力。
结合本实用新型装置各组件及其安装位置关系，该机械式内燃机凸轮轴可变配气相位机构的技术方案如下：
本实用新型装置的具体工作过程可分为如下两种情况：
发动机工况稳定，配气相位恒定过程：
当发动机工况稳定时，凸轮轴1相对齿轮b18相位一定，步进电机12不工作，齿轮a9和齿轮套8不转动，齿轮套8相对支承块6的位置一定，套筒23轴向位置一定，进而销a13和销b22在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31内位置一定。此时，发动机正常工作动力传动关系为由发动机曲轴齿轮带动齿轮b18转动，动力传递至轴套19—套筒23—销a13和销b22—凸轮轴1—凸轮2，从而驱动气门运动。
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。相应地步进电机12工作，控制电机轴11旋转，带动齿轮a9转动，与齿轮a9啮合的齿轮套8随之转动，齿轮套8的转动带动内螺纹24与支承块6的外螺纹7啮合长度改变，齿轮套8相对支承块6轴向移动，由此带动套筒23轴向移动，套筒23移动的同时带动销a13和销b22在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31内滑动，使凸轮轴1相对齿轮b18转过某一角度，从而改变气门配气相位。当配气相位达到要求时，步进电机12停止工作，完成改变气门配气相位的工作过程。根据发动机工况变化，凸轮轴1相对齿轮b18转动的方向由步进电机12带动电机轴11的转动方向所控制。
Claims (5)
1.一种机械式内燃机凸轮轴可变配气相位机构，由凸轮轴主体系统Ⅰ、凸轮轴相位控制系统Ⅱ和凸轮轴动力系统Ⅲ组成；其特征在于所述的凸轮轴主体系统Ⅰ主要由凸轮轴(1)、凸轮(2)、限位凸肩a(3)、上盖板a(4)、限位凸肩b(5)、下盖板b(25)组成；其中限位凸肩a(3)和限位凸肩b(5)设置在凸轮轴(1)外表面上；上盖板a(4)和下盖板b(25)置于限位凸肩a(3)和限位凸肩b(5)之间，并与凸轮轴(1)间隙配合，下盖板b(25)固接在发动机缸盖上，上盖板a(4)与下盖板b(25)通过螺栓连接；凸轮(2)固接在凸轮轴(1)上；凸轮轴(1)右侧段圆周方向上下两侧分别开有一个销孔，销孔b(27)和销孔c(28)。
2.按权利要求1所述的一种机械式内燃机凸轮轴可变配气相位机构，其特征在于所述的凸轮轴相位控制系统Ⅱ由支承块(6)、齿轮套(8)、齿轮a(9)、平键(10)、电机轴(11)、步进电机(12)、销a(13)、定位钢销a(14)、定位钢销b(21)、销b(22)、套筒(23)组成；其中支承块(6)固接在发动机缸盖上，凸轮轴(1)可从其中心孔穿过，凸轮轴(1)与支承块(6)中心孔间隙配合，支承块(6)外表面还设有外螺纹(7)；齿轮套(8)套装在套筒(23)的凸肩上，齿轮套(8)中心孔为两段式结构，左段设有内螺纹(24)，与外螺纹(7)啮合，右段为光滑段，与套筒(23)间隙配合；齿轮a(9)通过平键(10)与电机轴(11)相连，由步进电机(12)控制电机轴(11)的转动，进而带动齿轮a(9)的转动；齿轮套(8)外侧分布有齿，与齿轮a(9)啮合，且齿宽比齿轮a(9)齿宽长，保证齿轮套(8)在轴向移动时与齿轮a(9)一直完全啮合；套筒(23)中心孔与凸轮轴(1)间隙配合，其中心孔圆周方向设有螺旋槽a(30)和螺旋槽b(31)，套筒(23)外表面圆周设有销孔a(26)，销孔d(29)，定位钢销a(14)和定位钢销b(21)安装在销孔a(26)和销孔d(29)内，并且与销孔均为过盈配合，套筒(23)外表面还设有花键。
3.按权利要求2所述的一种机械式内燃机凸轮轴可变配气相位机构，其特征在于所述的销a(13)和销b(22)安装在凸轮轴(1)右侧的销孔b(27)和销孔c(28)内，且均与销孔过盈配合，销a(13)和销b(22)的上半段分别安装在套筒(23)的螺旋槽a(30)和螺旋槽b(31)内，并且均与螺旋槽间隙配合，可与螺旋槽发生相对滑动。
4.按权利要求1所述的一种机械式内燃机凸轮轴可变配气相位机构，其特征在于所述的凸轮轴动力系统Ⅲ主要由限位凸肩c(15)、上盖板b(16)、限位凸肩d(17)、齿轮b(18)、轴套(19)、下盖板a(20)组成；其中限位凸肩c(15)和限位凸肩d(17)设置在轴套(19)外表面上；上盖板b(16)和下盖板a(20)置于限位凸肩c(15)和限位凸肩d(17)之间，并与轴套(19)间隙配合，上盖板b(16)与下盖板a(20)通过螺栓连接，下盖板a(20)固接在发动机缸盖上；轴套(19)内圈为花键结构，与套筒(23)外圈花键相啮合，套筒(23)外圈花键比轴套(19)花键长，保证套筒(23)在轴向移动时与轴套(19)一直完全啮合；齿轮b(18)固接在轴套(19)上，并与发动机曲轴齿轮相啮合，为凸轮轴(1)转动提供动力。
5.按权利要求1至4任一所述的一种机械式内燃机凸轮轴可变配气相位机构，其特征在于凸轮轴(1)相对齿轮b(18)相位一定时，步进电机(12)不工作，此时齿轮a(9)和齿轮套(8)不转动，套筒(23)位置一定，从而销a(13)和销b(22)在套筒(23)的螺旋槽a(30)和螺旋槽b(31)内位置一定；当发动机工况变化要求凸轮轴(1)相对齿轮b(18)相位改变时，步进电机(12)工作，齿轮a(9)转动，带动与之啮合的齿轮套(8)转动，齿轮套(8)转动的同时，其内螺纹(24)与支承块(6)的外螺纹(7)啮合长度发生变化，带动齿轮套(8)轴向移动，其移动方向由步进电机(12)控制电机轴(11)的转动方向所控制；齿轮套(8)的移动带动套筒(23)轴向移动，从而带动销a(13)和销b(22)在套筒(23)的螺旋槽a(30)和螺旋槽b(31)内滑动，使凸轮轴(1)相对齿轮b(18)相位发生变化。
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| CN106837459A (zh) * | 2017-03-30 | 2017-06-13 | 吉林大学 | 一种机械式内燃机凸轮轴可变配气相位机构 |
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