一种实现进排气门一体调节的控制机构及内燃机

1.本实用新型涉及内燃机的配气机构领域，具体涉及一种实现液压可变气门系统进排气门一体调节的控制机构。


背景技术：

2.内燃机技术的快速发展和排放法规的日益严格对其配气系统不断提出新的要求，其中可变气门技术对于内燃机技术的突破具有重大意义。为了进一步挖掘内燃机的工作潜力，可变气门技术不仅从可变气门正时向可变气门持续期、可变气门升程的方向发展，也逐步由单一气门可变向进、排气门同时可变的方向发展。
3.液压可变气门系统的气门可变开启功能以控制高压油路与低压油路的通断作为实现方式，常用高频电磁阀或机械式控油阀作为通断开关。其中，机械式控油阀与高频电磁阀相比，具有响应频率高、一致性好、成本低廉等优势；与此同时，要实现机械式控油阀在内燃机上的装机使用，对控油阀的控制机构也提出了较高要求，除了要满足控制精度高、响应速度快，还要做到结构尺寸小。
4.对于使用多个机械式控油阀实现进、排气门均可变开启的液压可变气门系统，当其控制机构采用传统单一电机的控制结构时，只能对进排气门中的进气门或排气门进行控制，无法实现对进、排气门的共同控制；当采用多个电机的控制结构时，虽然可以实现对进、排气门的共同控制，但会增加控制机构的复杂性和空间占用，在一定程度上增加了机构的制造和使用成本。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种结构简单、成本低廉、扩展性强的由单一电机实现进排气门一体调节的控制机构以及包括该机构的内燃机。该控制机构通过匹配液压可变气门系统的多个控油阀使用，主要特点是利用驱动元件先后带动第一控制齿扇、第二控制齿扇旋转一定角度，从而改变第一控油阀和第二控油阀的泄油时刻，进而实现对进、排气门可变开启的一体调节，控制形成的多种进、排气门开启方式对发动机综合性能的提高具有重要意义。
6.本实用新型采用如下技术方案：
7.第一方面，本实用新型提供了一种实现进排气门一体调节的控制机构，包括驱动元件、驱动齿轮、控制轴、控制轴齿轮、第一控制齿扇、第二控制齿扇、齿扇推动销和复位扭簧；
8.所述驱动元件的输出轴上安装驱动齿轮，所述驱动齿轮与控制轴齿轮啮合，所述控制轴齿轮安装在控制轴的第一端，驱动控制轴旋转，控制轴安装在支撑体上；所述第一控制齿扇固定安装在控制轴上，第二控制齿扇通过轴承安装在控制轴上，且所述第二控制齿扇上设有扇形缺口；所述齿扇推动销固定安装在控制轴上，其轴向位置设于所述第二控制齿扇的扇形缺口位置，且能在所述扇形缺口内转动，所述驱动元件可依次通过驱动齿轮、控
制轴齿轮、控制轴和齿扇推动销驱动第二控制齿扇；所述复位扭簧一端固定安装在支撑体上，另一端安装在第二控制齿扇安装孔内，复位扭簧的复位力矩施加在第二控制齿扇上，能够带动第二控制齿扇向驱动元件驱动方向的反方向转动。
9.本实用新型的第一控制齿扇和齿扇推动销在控制轴的带动下同步转动，当齿扇推动销外圆面未与第二控制齿扇的扇形缺口接触端面接触时，第二控制齿扇始终保持在设定的初始位置，此时控制轴仅驱动第一控制齿扇改变第一控油阀的泄油时刻，实现对应气门的可变开启控制，第二控油阀的泄油时刻不发生改变，其对应气门的开启运动不发生改变；
10.当齿扇推动销外圆面与第二控制齿扇的扇形缺口接触端面接触时，控制轴同时驱动第一控制齿扇和第二控制齿扇转动，实现对第一控油阀泄油时刻和第二控油阀泄油时刻的共同改变。此时由于第一控油阀的泄油时刻位于凸轮基圆角度范围内，因此第一控油阀泄油时刻的改变对处于关闭状态的气门不产生影响，第二控油阀所对应的气门随第二控油阀泄油时刻的改变实现可变开启。
11.进一步的，所述第二控制齿扇设有齿扇初始位置调节装置，所述齿扇初始位置调节装置包括定位螺钉和紧定螺母，所述定位螺钉通过螺纹安装在支撑体上。
12.进一步的，所述驱动元件为步进电机或直流电机或比例电磁铁。
13.进一步的，所述驱动齿轮也可为驱动齿扇或驱动齿条。
14.进一步的，所述控制机构可通过控制轴齿轮和控制轴将驱动元件的力矩同时传递到两个或多个控制齿扇，实现对多缸内燃机多个控油阀部件的控制。
15.第二方面，本实用新型还提供了一种包括上述结构的内燃机，具体的，本实用新型与内燃机液压可变气门系统的控油阀匹配使用，其中第一控制齿扇与第一阀套轮齿啮合，调节控制第一控油阀的泄油时刻；第二控制齿扇与第二阀套轮齿啮合，调节控制第二控油阀的泄油时刻。
16.当对第一控油阀的泄油时刻进行控制时，驱动元件依次通过驱动齿轮、控制轴齿轮和控制轴驱动第一控制齿扇旋转，从而带动第一阀套转动相应角度，实现第一控油阀泄油时刻的改变。这一过程中，齿扇推动销仅在第二控制齿扇的扇形缺口内转动，不与扇形缺口接触端面接触，因此第二控制齿扇不受驱动元件旋转动作的影响，保持在设定的初始位置不转动。
17.当对第二控油阀的泄油时刻进行控制时，齿扇推动销旋转过第二控制齿扇的扇形缺口行程，其外圆面与第二控制齿扇的扇形缺口接触端面接触，驱动元件依次通过驱动齿轮、控制轴齿轮、控制轴和齿扇推动销驱动第二控制齿扇旋转，从而带动第二阀套转动相应角度，实现第二控油阀泄油时刻的改变。此时由于第一控油阀的泄油时刻位于凸轮基圆角度范围内，因此第一控油阀泄油时刻的改变对处于关闭状态的气门不产生影响。
18.当不需要对第一控油阀和第二控油阀的泄油时刻进行控制时，驱动元件复位，第二控制齿扇在复位扭簧的作用下向驱动元件驱动方向的反方向转动，直至恢复第二控制齿扇设定的初始位置，驱动元件继续复位转动，至第一控制齿扇恢复初始位置。
19.根据第一控油阀的控制角度范围大小以及第二控油阀的初始安装位置，第二控制齿扇的初始位置可通过齿扇初始位置调节装置进行调整并锁止设定。
20.驱动元件可根据实际使用情况选用步进电机或直流电机或比例电磁铁，驱动元件通过驱动齿轮或驱动齿扇或驱动齿条与控制轴齿轮啮合。
21.控制轴齿轮可将驱动元件的力矩同时传递到两个或多个控制齿扇，实现对多缸内燃机多个控油阀部件的控制。
22.本实用新型的有益效果是：
23.在结构上改进传统的可变气门系统控制机构，利用齿扇推动销、设有扇形缺口的控制齿扇和复位扭簧等，在保证结构简单紧凑和成本基本不变的前提下，实现了对进排气门的一体调节控制，扩展了内燃机的工作模式。
附图说明
24.构成本实用新型的一部分说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
25.图1为实施例1中实现进排气门一体调节的控制机构示意图；
26.图2为图1中的a-a剖面图；
27.图3为齿扇推动销外圆面与扇形缺口接触端面接触时的示意图；
28.图4为实施例2中应用于两组控油阀的控制机构示意图。
29.附图标记：
30.1、驱动元件，2、驱动齿轮，3、控制轴齿轮，4、复位扭簧，5、第二控制齿扇，5-1、扇形缺口，5-2、扇形缺口接触端面，6、齿扇推动销，6-1、齿扇推动销外圆面，7、控制轴，8、第一控制齿扇，9、齿扇初始位置调节装置，9-1、定位螺钉，9-2、紧定螺母；
31.k-1、第一控油阀阀芯，k-2、第二控油阀阀芯，k-3、第一阀套，k-4、第二阀套。
具体实施方式
32.为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图详细描述本实用新型的实施过程。
33.实施例1
34.如图1和图2所示，本实施例提出了一种实现进排气门一体调节的控制机构，包括驱动元件1、驱动齿轮2、控制轴7、控制轴齿轮3、第一控制齿扇8、第二控制齿扇5、齿扇推动销6、复位扭簧4和齿扇初始位置调节装置9。本实施例中，第一控制齿扇8为进气控制齿扇，第二控制齿扇5为排气控制齿扇。第一控油阀为进气控油阀，包括第一控油阀阀芯k-1和第一阀套k-3；第二控油阀为排气控油阀，包括第二控油阀阀芯k-2和第二阀套k-4。
35.驱动齿轮2固定安装在驱动元件1的输出轴上；控制轴7通过轴承安装在支撑体上；控制轴齿轮3与控制轴7固定连接并与驱动齿轮2啮合；第一控制齿扇8与控制轴7固定连接，驱动元件1可依次通过驱动齿轮2、控制轴齿轮3和控制轴7驱动第一控制齿扇8转动；设有扇形缺口5-1的第二控制齿扇5通过轴承安装在控制轴7上；齿扇推动销6固定安装在控制轴7上，其轴向位置设于第二控制齿扇5扇形缺口5-1位置，且能在扇形缺口5-1内转动，驱动元件1可依次通过驱动齿轮2、控制轴齿轮3、控制轴7和齿扇推动销6驱动第二控制齿扇5；复位扭簧4一端固定安装在支撑体上，另一端安装在第二控制齿扇5安装孔内；
36.齿扇初始位置调节装置9包括定位螺钉9-1和紧定螺母9-2，定位螺钉9-1通过螺纹安装在支撑体上。
37.应用时，将本实用新型与内燃机液压可变气门系统的控油阀匹配使用，其中第一控制齿扇8与第一阀套k-3轮齿啮合，调节控制第一控油阀的泄油时刻；第二控制齿扇5与第二阀套k-4轮齿啮合，调节控制第二控油阀的泄油时刻。
38.所设计的控制过程从进气门开始，当对第一控油阀的泄油时刻进行控制时，驱动元件1根据接收到的信号转动一定角度，驱动元件1依次通过驱动齿轮2、控制轴齿轮3和控制轴7驱动第一控制齿扇8旋转，使第一阀套k-3转动相应角度，完成第一控油阀泄油时刻的改变，实现进气门的可变调节。这一过程中，齿扇推动销6仅在第二控制齿扇5的扇形缺口5-1内转动，不与扇形缺口接触端面5-2接触，因此第二控制齿扇5不受驱动元件1旋转动作的影响，保持在设定的初始位置不转动，排气门的开启运动不发生改变。根据第一控油阀的控制角度范围大小以及第二控油阀的初始安装位置，第二控制齿扇5的初始位置可通过齿扇初始位置调节装置9进行调整并锁止设定。
39.当对第二控油阀的泄油时刻进行控制时，齿扇推动销6旋转过第二控制齿扇5的扇形缺口5-1行程，如图3所示，其外圆面6-1与第二控制齿扇5的扇形缺口接触端面5-2接触，驱动元件依次通过驱动齿轮2、控制轴齿轮3、控制轴7和齿扇推动销6驱动第二控制齿扇5旋转，使第二阀套k-4转动相应角度，完成第二控油阀泄油时刻的改变，实现排气门的可变调节。此时由于第一控油阀的泄油时刻位于凸轮基圆角度范围内，因此第一控油阀泄油时刻的改变对处于关闭状态的进气门不产生影响。
40.当驱动元件1复位时，驱动元件1接收到信号反方向转动，齿扇推动销6不再推动第二控制齿扇5，第二控制齿扇5在复位扭簧4的作用下向驱动元件1驱动方向的反方向转动，直至恢复第二控制齿扇5设定的初始位置；驱动元件1继续复位转动，至第一控制齿扇8恢复初始位置。
41.进、排气门的先后控制顺序不局限于本实施例。
42.进一步的，本实施例中的驱动元件为步进电机或直流电机或比例电磁铁，具体根据实际工况进行选择即可。
43.进一步的，本实施例中的驱动齿轮也可为驱动齿扇或驱动齿条。
44.实施例2
45.如图4所示，当该控制机构应用于多缸内燃机的其中两个气缸时，本实施例在实施例1的基础上通过控制轴齿轮3对机构进行扩展，其基本结构组成、连接方式及工作过程均与实施例1中的机构相同。
46.同时控制两个第一控油阀的泄油时刻时，驱动元件1的旋转动作通过驱动齿轮2传递到控制轴齿轮3，两根控制轴7通过同一控制轴齿轮3固定连接，实现两根控制轴7同轴转动，从而保证不同气缸之间的第一控制齿扇8转动相同的角度，进一步实现多缸内燃机多个第一控油阀中第一阀套k-3同时、同步转动相同的角度。
47.同时控制两个第二控油阀的泄油时刻时，驱动元件1的旋转动作通过驱动齿轮2传递到控制轴齿轮3，两根控制轴7通过同一控制轴齿轮3固定连接，实现两根控制轴7同轴转动，从而保证不同气缸之间的第二控制齿扇5在齿扇推动销6的推动下转动相同的角度，进一步实现多缸内燃机多个第二控油阀中第二阀套k-4同时、同步转动相同的角度。
48.该控制机构在多缸内燃机的扩展应用中，通过齿扇初始位置调节装置9可对第二控制齿扇5的初始位置进行精确设定，从而保证各气缸控制的均匀性和一致性。
49.尽管在理论上，将控制机构中的控制轴齿轮和控制轴成组延伸下去，即可实现对多缸内燃机多个控油阀中第一阀套和第二阀套的控制，但是由于机构实际运行过程中的受力情况和零部件加工精度等条件限制，以及在装机应用中实际存在的驱动元件的负载能力、控制机构零部件的配合公差和装配过程的难易程度等客观因素，需要对控制机构的延伸扩展进行合理安排。
50.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、同等替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。