本發(fā)明屬于發(fā)動機技術領域，具體涉及一種機械式內燃機凸輪軸可變配氣相位機構。

背景技術：

配氣機構是內燃機的重要組成部分之一，它承載著實現(xiàn)發(fā)動機各個氣缸進、排氣門的開、閉正時以及控制氣門升程運動規(guī)律的重要作用，是實現(xiàn)發(fā)動機換氣過程，保證內燃機熱功轉換的工作循環(huán)得以周而復始不斷進行下去的基礎。因此，發(fā)動機是否能可靠工作，其動力性和經(jīng)濟性能否得到保障，與配氣機構在實現(xiàn)換氣過程中的配氣相位的選擇密切相關。傳統(tǒng)的發(fā)動機由于結構固定，在發(fā)動機運轉過程中，配氣相位是固定不變的，它是在發(fā)動機各種不同工況下進行大量實驗研究后，設計選取的一種折衷方案，通常只能保證在某一工況使內燃機的性能最優(yōu)，不能同時兼顧各工況的要求，很難達到真正的最佳配氣相位。顯然，這一劣勢已使其不能滿足現(xiàn)階段對發(fā)動機高效率、低油耗、低排放的總體要求。因此，為了滿足不同工況下各異的配氣相位需求，提高內燃機經(jīng)濟性和動力性，降低有害物排放，需要采用可變氣門技術。可變氣門技術可根據(jù)內燃機工況的變化，實現(xiàn)氣門升程從零至最大設計升程和配氣相位的連續(xù)可變。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有發(fā)動機氣門相位固定不變或不能靈活改變氣門配氣相位的缺點，提供一種結構簡單可靠且能靈活控制氣門配氣相位的機械式內燃機凸輪軸可變配氣相位機構。

本發(fā)明主要由凸輪軸主體系統(tǒng)Ⅰ、凸輪軸相位控制系統(tǒng)Ⅱ和凸輪軸動力系統(tǒng)Ⅲ組成。

其特征在于所述的凸輪軸主體系統(tǒng)Ⅰ主要由凸輪軸1、凸輪2、限位凸肩a3、上蓋板a4、限位凸肩b5、下蓋板b25組成；其中限位凸肩a3和限位凸肩b5設置在凸輪軸1外表面上；上蓋板a4和下蓋板b25置于限位凸肩a3和限位凸肩b5之間，并與凸輪軸1間隙配合，下蓋板b25固接在發(fā)動機缸蓋上，上蓋板a4與下蓋板b25通過螺栓連接；凸輪2固接在凸輪軸1上，所述的凸輪軸1右側段圓周方向上下兩側分別開有一個銷孔，銷孔b27，銷孔c28。

所述的凸輪軸相位控制系統(tǒng)Ⅱ由支承塊6、齒輪套8、齒輪a9、平鍵10、電機軸11、步進電機12、銷a13、定位鋼銷a14、定位鋼銷b21、銷b22、套筒23組成；其中支承塊6固接在發(fā)動機缸蓋上，凸輪軸1可從其中心孔穿過，凸輪軸1與支承塊6中心孔間隙配合，支承塊6外表面還設有外螺紋7；齒輪套8套裝在套筒23的凸肩上，齒輪套8中心孔為兩段式結構，左段設有內螺紋24，與外螺紋7嚙合，右段為光滑段，與套筒23間隙配合；齒輪a9通過平鍵10與電機軸11相連，由步進電機12控制電機軸11的轉動，進而帶動齒輪a9的轉動；齒輪套8外側分布有齒，與齒輪a9嚙合，且齒寬比齒輪a9齒寬長，保證齒輪套8在軸向移動時與齒輪a9一直完全嚙合；套筒23中心孔與凸輪軸1間隙配合，其中心孔圓周方向設有螺旋槽a30和螺旋槽b31，套筒23外表面圓周方向設有銷孔a26，銷孔d29，定位鋼銷a14和定位鋼銷b21安裝在銷孔a26和銷孔d29內，并且與銷孔均為過盈配合，套筒23外表面還設有花鍵。所述的銷a13和銷b22安裝在凸輪軸1右側的銷孔b27和銷孔c28內，且均與銷孔過盈配合，銷a13和銷b22的上半段分別安裝在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31內，并且均與螺旋槽間隙配合，可與螺旋槽發(fā)生相對滑動。

所述的凸輪軸動力系統(tǒng)Ⅲ主要由限位凸肩c15、上蓋板b16、限位凸肩d17、齒輪b18、軸套19、下蓋板a20組成；其中限位凸肩c15和限位凸肩d17設置在軸套19外表面上；上蓋板b16和下蓋板a20置于限位凸肩c15和限位凸肩d17之間，并與軸套19間隙配合，上蓋板b16與下蓋板a20通過螺栓連接，下蓋板a20固接在發(fā)動機缸蓋上；軸套19內圈為花鍵結構，與套筒23外圈花鍵相嚙合，套筒23外圈花鍵比軸套19花鍵長，保證套筒23在軸向移動時與軸套19一直完全嚙合；齒輪b18固接在軸套19上，并與發(fā)動機曲軸齒輪相嚙合，為凸輪軸1轉動提供動力。

進一步地當凸輪軸1相對齒輪b18相位一定時，步進電機12不工作，此時齒輪a9和齒輪套8不轉動，套筒23位置一定，從而銷a13和銷b22在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31內位置一定。當發(fā)動機工況變化要求凸輪軸1相對齒輪b18相位改變時，步進電機12工作，齒輪a9轉動，帶動與之嚙合的齒輪套8轉動，齒輪套8轉動的同時，其內螺紋24與支承塊6的外螺紋7嚙合長度發(fā)生變化，帶動齒輪套8軸向移動，其移動方向由步進電機12控制電機軸11的轉動方向所控制；齒輪套8的移動帶動套筒23軸向移動，從而帶動銷a13和銷b22在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31內滑動，使凸輪軸1相對齒輪b18相位發(fā)生變化。

本發(fā)明裝置的工作過程如下：

發(fā)動機工況穩(wěn)定，配氣相位恒定過程：

當發(fā)動機工況穩(wěn)定時，凸輪軸1相對齒輪b18相位一定，步進電機12不工作，齒輪a9和齒輪套8不轉動，齒輪套8相對支承塊6的位置一定，套筒23軸向位置一定，進而銷a13和銷b22在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31內位置一定。此時，由發(fā)動機曲軸齒輪帶動齒輪b18轉動，凸輪軸1隨之轉動從而驅動氣門運動。

氣門配氣相位控制過程：

當發(fā)動機工況發(fā)生變化時，需要根據(jù)工況變化相應地改變氣門配氣相位。相應地步進電機12工作，控制電機軸11旋轉，帶動齒輪a9轉動，與齒輪a9嚙合的齒輪套8隨之轉動，齒輪套8的轉動帶動內螺紋24與支承塊6的外螺紋7嚙合長度改變，齒輪套8相對支承塊6軸向移動，由此帶動套筒23軸向移動，套筒23移動的同時帶動銷a13和銷b22在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31內滑動，使凸輪軸1相對齒輪b18轉過某一角度，從而改變氣門配氣相位。當配氣相位達到要求時，步進電機12停止工作。

根據(jù)發(fā)動機工況變化，凸輪軸1相對齒輪b18轉動的方向由步進電機12帶動電機軸11的轉動方向所控制。

與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明的有益效果在于：

1.可實現(xiàn)氣門配氣相位的連續(xù)可變，控制靈活；

2.結構簡單，制造方便，成本低，易于推廣；

3.可提高發(fā)動機的充氣效率，有效提高發(fā)動機動力性和經(jīng)濟性。

附圖說明

圖1是機械式內燃機凸輪軸可變配氣相位機構的結構示意圖

圖2是A—A方向剖視圖結構示意圖

圖3是套筒23結構示意圖

圖4是B—B方向剖視圖結構示意圖

圖5是C—C方向剖視圖結構示意圖

其中，Ⅰ.凸輪軸主體系統(tǒng) Ⅱ.凸輪軸相位控制系統(tǒng) Ⅲ.凸輪軸動力系統(tǒng) 1.凸輪軸 2.凸輪 3.限位凸肩a 4.上蓋板a 5.限位凸肩b 6.支承塊 7.外螺紋 8.齒輪套 9.齒輪a 10.平鍵 11.電機軸 12.步進電機 13.銷a 14.定位鋼銷a 15.限位凸肩c 16.上蓋板b 17.限位凸肩d 18.齒輪b 19.軸套 20.下蓋板a 21.定位鋼銷b 22.銷b 23.套筒 24.內螺紋 25.下蓋板b 26.銷孔a 27.銷孔b 28.銷孔c 29.銷孔d 30.螺旋槽a 31.螺旋槽b

具體實施方式

下面結合附圖1-5對本發(fā)明做詳細描述：

參照附圖1，2：

本發(fā)明由凸輪軸主體系統(tǒng)Ⅰ、凸輪軸相位控制系統(tǒng)Ⅱ和凸輪軸動力系統(tǒng)Ⅲ所組成。

所述的凸輪軸主體系統(tǒng)Ⅰ主要由凸輪軸1、凸輪2、限位凸肩a3、上蓋板a4、限位凸肩b5、下蓋板b25組成；

凸輪2固接在凸輪軸1上，驅動氣門運動；

限位凸肩a3和限位凸肩b5設置在凸輪軸1外表面上，其作用是限制凸輪軸1的軸向移動；

上蓋板a4和下蓋板b25置于限位凸肩a3和限位凸肩b5之間，并與凸輪軸1間隙配合，保證凸輪軸1能夠自由轉動；

上蓋板a4和下蓋板b25通過螺栓連接，下蓋板b25固接在發(fā)動機缸蓋上；

凸輪軸1右側段圓周方向上下兩側分別開有一個銷孔，銷孔b27，銷孔c28，為銷a13和銷b22提供安裝位置。

參照附圖1—5：

所述的凸輪軸相位控制系統(tǒng)Ⅱ由支承塊6、齒輪套8、齒輪a9、平鍵10、電機軸11、步進電機12、銷a13、定位鋼銷a14、定位鋼銷b21、銷b22、套筒23組成；

支承塊6固接在發(fā)動機缸蓋上，凸輪軸1可從其中心孔穿過，并且凸輪軸1與支承塊6中心孔間隙配合，保證凸輪軸1能夠自由轉動；

支承塊6上設有外螺紋7，與齒輪套8的內螺紋24相嚙合，為齒輪套8的軸向移動提供導向作用；

齒輪套8套裝在套筒23的凸肩上，可控制套筒23的軸向移動；齒輪套8中心孔為兩段式結構，左段設有內螺紋24，與支承塊6的外螺紋7嚙合，右段為光滑段，與套筒23間隙配合，保證套筒23在其內能夠自由轉動；

齒輪套8外側分布有齒，與齒輪a9嚙合，且齒寬比齒輪a9齒寬長，保證齒輪套8在軸向移動時與齒輪a9一直完全嚙合；

平鍵10連接齒輪a9與電機軸11，將電機軸11的扭矩傳遞給齒輪a9；

步進電機12控制電機軸11的轉動方向，從而控制凸輪軸1相對齒輪b18相位的改變；

套筒23中心孔與凸輪軸1間隙配合，保證凸輪軸1在其內能夠自由轉動；

套筒23中心孔圓周方向設有螺旋槽a30和螺旋槽b31，為銷a13和銷b22的滑動提供導向作用；

套筒23外表面圓周設有銷孔a26，銷孔d29，為定位鋼銷a14和定位鋼銷b21提供安裝位置；

套筒23外表面設有花鍵，與軸套19內圈花鍵嚙合，起到傳遞齒輪b18的力和扭矩的作用；

定位鋼銷a14和定位鋼銷b21安裝在套筒23的銷孔a26和銷孔d29內，且均與銷孔過盈配合，保證在套筒23轉動過程中不會掉落；

定位鋼銷a14和定位鋼銷b21的上半段限制齒輪套8的軸向位置，且可以傳遞齒輪套8向左的軸向推力，帶動套筒23向左運動；

銷a13和銷b22安裝在凸輪軸1右側的銷孔b27和銷孔c28內，并且均與銷孔過盈配合；

銷a13和銷b22的上半段安裝在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31內，且均與螺旋槽間隙配合，可與螺旋槽發(fā)生相對滑動。

參照附圖1：

所述的凸輪軸動力系統(tǒng)Ⅲ主要由限位凸肩c15、上蓋板b16、限位凸肩d17、齒輪b18、軸套19、下蓋板a20組成；

限位凸肩c15和限位凸肩d17設置在軸套19外表面上，其作用是限制軸套19的軸向移動；

上蓋板b16和下蓋板a20置于限位凸肩c15和限位凸肩d17之間，并與軸套19間隙配合，保證軸套19在其內能自由轉動；

上蓋板b16與下蓋板a20通過螺栓連接，下蓋板a20固接在發(fā)動機缸蓋上；

軸套19內圈為花鍵結構，與套筒23外圈花鍵相嚙合，套筒23外圈花鍵比軸套19花鍵長，保證套筒23在軸向移動時與軸套19一直完全嚙合；

齒輪b18固接在軸套19上，并與發(fā)動機曲軸齒輪相嚙合，為凸輪軸1轉動提供動力。

結合本發(fā)明裝置各組件及其安裝位置關系，該機械式內燃機凸輪軸可變配氣相位機構的技術方案如下：

本發(fā)明裝置的具體工作過程可分為如下兩種情況：

發(fā)動機工況穩(wěn)定，配氣相位恒定過程：

當發(fā)動機工況穩(wěn)定時，凸輪軸1相對齒輪b18相位一定，步進電機12不工作，齒輪a9和齒輪套8不轉動，齒輪套8相對支承塊6的位置一定，套筒23軸向位置一定，進而銷a13和銷b22在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31內位置一定。此時，發(fā)動機正常工作動力傳動關系為由發(fā)動機曲軸齒輪帶動齒輪b18轉動，動力傳遞至軸套19—套筒23—銷a13和銷b22—凸輪軸1—凸輪2，從而驅動氣門運動。

氣門配氣相位控制過程：

當發(fā)動機工況發(fā)生變化時，需要根據(jù)工況變化相應地改變氣門配氣相位。相應地步進電機12工作，控制電機軸11旋轉，帶動齒輪a9轉動，與齒輪a9嚙合的齒輪套8隨之轉動，齒輪套8的轉動帶動內螺紋24與支承塊6的外螺紋7嚙合長度改變，齒輪套8相對支承塊6軸向移動，由此帶動套筒23軸向移動，套筒23移動的同時帶動銷a13和銷b22在套筒23的螺旋槽a30和螺旋槽b31內滑動，使凸輪軸1相對齒輪b18轉過某一角度，從而改變氣門配氣相位。當配氣相位達到要求時，步進電機12停止工作，完成改變氣門配氣相位的工作過程。根據(jù)發(fā)動機工況變化，凸輪軸1相對齒輪b18轉動的方向由步進電機12帶動電機軸11的轉動方向所控制。