《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》是長城汽車股份有限公司於2014年11月28日申請的發明專利，該專利的申請號為2014107127450，公布號為CN104481626A，授權公布日為2015年4月1日，發明人是劉濤、劉勝強、馮柏超、張文龍、尹吉、胡佳佳、陳超、姬浩然、高原、徐黎明、李冠宇；涉及車輛技術領域。
《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》所述的用於發動機的配氣機構，包括：氣門機構；中間擺臂，所述中間擺臂設定在所述氣門機構的頂部，所述中間擺臂的底部構造有驅動型面，所述驅動型面適於驅動所述氣門機構的氣門沿平行於氣門中心線的方向運動；升程調節機構，所述升程調節機構包括：調節軸和驅動電機組件，所述調節軸穿設所述中間擺臂，所述驅動電機組件設定成用於驅動所述調節軸繞升程調節軸線轉動；凸輪軸機構，所述凸輪軸機構設定成用於驅動所述中間擺臂繞擺動軸線擺動，其中所述擺動軸線與所述調節軸的中心軸線重合。
2019年9月29日，《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》獲2018年河北省專利獎一等獎。
基本介紹
- 中文名：用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛
- 申請號：2014107127450
- 類別：發明專利
- 發明人：劉濤、劉勝強、馮柏超、張文龍、尹吉、胡佳佳、陳超、姬浩然、高原、徐黎明、李冠宇
- 申請人：長城汽車股份有限公司
- 公布號：CN104481626A
- 授權日：2015年4月1日
- 申請日：2014年11月28日
- 地址：河北省保定市朝陽南大街2266號
- Int.Cl.：F01L13/00(2006.01)I、F01L1/04(2006.01)I
- 代理機構：北京清亦華智慧財產權代理事務所（普通合夥）
- 代理人：黃德海
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
截至2014年11月，相關技術中，發動機的配氣機構包括氣門升程是固定不變以及氣門升程可變兩種。其中氣門升程是固定不變的配氣機構，氣門升程的大小取決於設計的工況點並由凸輪形狀確定，採用這種配氣機構的發動機通過調節節氣門的開度來改變發動機負荷的大小，在中小負荷工況下，節氣門開度很小，節氣門後方存在較大的真空度，造成發動機換氣過程的泵氣損失大，存在改進空間。
氣門升程可變的配氣機構又分為氣門升程連續可變和氣門升程非連續可變兩種。其中氣門升程連續可變的配氣機構多採用偏心輪結構，零件之間為線接觸，接觸面積較小，對零件的磨損較大且大多數都依賴與偏心軸的調節，且零部件加工精度較高，工藝複雜、成本高。
其中氣門升程非連續可變的配氣機構，氣門升程不能充分應對不同工況下氣門升程的要求，並且氣門升程的變化是突變的，系統的連貫性較差。
鑒於上述特點，相關技術中的發動機的配氣機構存在改進空間。
發明內容
專利目的
《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》旨在提出一種用於發動機的配氣機構，以簡化結構，提高各缸氣門升程的一致性。該發明的另一目的在於提出一種發動機，所述發動機包括上述的用於發動機的配氣機構。該發明的再一目的在於提出一種車輛，所述車輛包括上述發動機
技術方案
一種用於發動機的配氣機構包括：氣門機構；中間擺臂，所述中間擺臂設定在所述氣門機構的頂部，所述中間擺臂的底部構造有驅動型面，所述驅動型面適於驅動所述氣門機構的氣門沿平行於氣門中心線的方向運動；升程調節機構，所述升程調節機構包括：調節軸和驅動電機組件，所述調節軸穿設所述中間擺臂，所述驅動電機組件設定成用於驅動所述調節軸繞升程調節軸線轉動；凸輪軸機構，所述凸輪軸機構設定成用於驅動所述中間擺臂繞擺動軸線擺動，其中所述擺動軸線與所述調節軸的中心軸線重合。
進一步地，所述驅動電機組件包括：調節臂，所述調節臂上設定有調節臂齒條，所述調節臂套設在所述調節軸上且所述調節臂還通過調節臂固定銷連線至缸蓋或設定在缸蓋上的支承座上；驅動電機，所述驅動電機的電機軸上設定有螺桿，所述螺桿與所述調節臂齒條嚙合以使所述驅動電機能夠驅動所述調節軸繞所述調節臂固定銷的中心軸線轉動，其中所述調節臂固定銷的中心軸線與所述升程調節軸線重合。
進一步地，所述用於發動機的配氣機構還包括：限位板，所述限位板上構造有限位圓弧面，所述限位圓弧面貼靠在所述調節軸上並且所述限位圓弧面對應的中心軸線與所述升程調節軸線重合。
進一步地，所述用於發動機的配氣機構還包括：連線臂和連線臂固定銷，所述連線臂的第一端套設在所述調節軸上，所述連線臂的第二端通過連線臂固定銷連線至缸蓋或設定在缸蓋上的支承座上，所述連線臂固定銷與所述調節臂固定銷同軸布置。
進一步地，所述中間擺臂上設定有中間擺臂滾子，所述凸輪軸機構的凸輪抵靠在所述中間擺臂滾子上，所述中間擺臂的底部形成有兩個所述驅動型面。
進一步地，所述中間擺臂為多個且共用所述調節軸。
進一步地，所述驅動型面與所述氣門機構之間設定有滾子搖臂，所述驅動型面抵靠在所述滾子搖臂的滾子上，並且所述升程調節軸線與所述滾子搖臂的滾動軸線重合。
進一步地，所述中間擺臂的兩側分別設定有一個所述連線臂，相鄰的兩個所述中間擺臂之間的兩個連線臂共用一個所述連線臂固定銷。
改善效果
相對於2014年11月已有技術，《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》所述的用於發動機的配氣機構具有以下優勢：
該發明所述的用於發動機的配氣機構，利用一根調節軸穿設中間擺臂且中間擺臂的擺動軸線與調節軸的中心軸線重合，因而氣門機構可在中間擺臂的驅動下，實現氣門升程的連續可調，且發動機各缸氣門升程的一致性好，可靠性高，結構簡單、零部件數量少，工藝簡單且製造成本低。此外，調節軸的結構簡單，且中間擺臂的運動軌跡簡單，加工容易，變向的降低了加工精度的要求。同時，採用上述用於發動機的配氣機構，不但可以提高發動機的動力性、經濟性和怠速穩定性，還可以降低油耗，減少泵氣損失和HC、NOX等有害氣體的排放。
附圖說明
圖1為《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》的用於發動機的配氣機構的一個實施例的爆炸圖；
圖2為該發明的用於發動機的配氣機構的一個實施例的一個視角的組裝圖；
圖3為該發明的用於發動機的配氣機構的一個實施例的另一個視角的組裝圖；
圖4為該發明的用於發動機的配氣機構的另一個實施例的爆炸圖；
圖5為該發明的用於發動機的配氣機構的另一個實施例的一個視角的組裝圖；
圖6為《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》的用於發動機的配氣機構的另一個實施例的另一個視角的組裝圖。
附圖示記說明：100-用於發動機的配氣機構、1-氣門機構、L1-氣門中心線、2-中間擺臂、21-驅動型面、22-中心通孔、23-中間擺臂滾子、3-升程調節機構、31-調節軸、L2-調節軸的中心軸線、32-驅動電機組件、321-調節臂、3211-調節臂齒條、322-調節臂固定銷、L3-調節臂固定銷的中心軸線、323-驅動電機、3231-螺桿、4-凸輪軸機構、41-凸輪軸支承軸頸、42-凸輪、5-滾子搖臂、51-滾子搖臂的滾子、L4-滾動軸線、6-限位板、61-限位圓弧面、7-連線臂、8-連線臂固定銷、L5-連線臂固定銷的中心軸線、9-復位彈簧。
權利要求
1.一種用於發動機的配氣機構（100），其特徵在於，包括：氣門機構（1）；中間擺臂（2），所述中間擺臂（2）設定在所述氣門機構（1）的頂部，所述中間擺臂（2）的底部構造有驅動型面（21），所述驅動型面（21）適於驅動所述氣門機構（1）的氣門沿平行於氣門中心線（L1）的方向運動；升程調節機構（3），所述升程調節機構（3）包括：調節軸（31）和驅動電機組件（32），所述調節軸（31）穿設所述中間擺臂（2），所述驅動電機組件（32）設定成用於驅動所述調節軸（31）繞升程調節軸線轉動；凸輪軸機構（4），所述凸輪軸機構（4）設定成用於驅動所述中間擺臂（2）繞擺動軸線擺動，其中所述擺動軸線與所述調節軸（31）的中心軸線（L2）重合；所述驅動電機組件（32）包括：調節臂（321），所述調節臂（321）上設定有調節臂齒條（3211），所述調節臂（321）套設在所述調節軸（31）上且所述調節臂（321）還通過調節臂固定銷（322）連線至缸蓋或設定在缸蓋上的支承座上；驅動電機（323），所述驅動電機（323）的電機軸上設定有螺桿（3231），所述螺桿（3231）與所述調節臂齒條（3211）嚙合以使所述驅動電機（323）能夠驅動所述調節軸（31）繞所述調節臂固定銷（322）的中心軸線（L3）轉動，其中所述調節臂固定銷（322）的中心軸線（L3）與所述升程調節軸線重合；限位板（6），所述限位板（6）上構造有限位圓弧面（61），所述限位圓弧面（61）貼靠在所述調節軸（31）上並且所述限位圓弧面（61）對應的中心軸線與所述升程調節軸線重合。
2.根據權利要求1所述的用於發動機的配氣機構（100），其特徵在於，還包括：連線臂（7）和連線臂固定銷（8），所述連線臂（7）的第一端套設在所述調節軸（31）上，所述連線臂（7）的第二端通過連線臂固定銷（8）連線至缸蓋或設定在缸蓋上的支承座上，所述連線臂固定銷（8）與所述調節臂固定銷（322）同軸布置。
3.根據權利要求1或2所述的用於發動機的配氣機構（100），其特徵在於，所述中間擺臂（2）上設定有中間擺臂滾子（23），所述凸輪軸機構（4）的凸輪（42）抵靠在所述中間擺臂滾子（23）上，所述中間擺臂（2）的底部形成有兩個所述驅動型面（21）。
4.根據權利要求1或2所述的用於發動機的配氣機構（100），其特徵在於，所述中間擺臂（2）為多個且共用所述調節軸（31）。
5.根據權利要求1或2所述的用於發動機的配氣機構（100），其特徵在於，所述驅動型面（21）與所述氣門機構（1）之間設定有滾子搖臂（5），所述驅動型面（21）抵靠在所述滾子搖臂（5）的滾子（51）上，並且所述升程調節軸線與所述滾子搖臂（5）的滾動軸線（L4）重合。
6.根據權利要求2所述的用於發動機的配氣機構（100），其特徵在於，所述中間擺臂（2）的兩側分別設定有一個所述連線臂（7），相鄰的兩個所述中間擺臂（2）之間的兩個連線臂（7）共用一個所述連線臂固定銷（8）。
7.一種發動機，其特徵在於，包括根據權利要求1-6中任一項所述的用於發動機的配氣機構（100）8.一種車輛，其特徵在於，包括根據權利要求7所述的發動機。
實施方式
需要說明的是，在不衝突的情況下，《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
可以理解的是，發動機的機體組是發動機的支架，是曲柄連桿機構、配氣機構以及各系統裝配的基體。在該領域內，一般地，機體組主要由缸體、缸蓋、缸蓋襯墊以及油底殼等組成，油底殼一般設在氣缸體的底部，缸蓋設在缸體的頂部，缸蓋襯墊設在缸體的頂面與缸蓋的底面之間，用於密封二者之間的間隙。
缸蓋與活塞頂部和氣缸一起形成燃燒室，燃燒室的頂部具有進氣口和排氣口，氣門機構的氣門穿設在缸蓋內且封閉進氣口和排氣口。對於2014年11月已有的一般發動機而言，多採用兩進兩出的氣門形式，少數也有採用一進一出或三進兩出的氣門形式。
對同一發動機而言，一般都具有多種不同的工況，例如低速小負荷工況、高速大負荷工況等，當發動機處於不同工況下，發動機對外輸出的扭矩和功率是不同的，同時發動機排放的有害氣體的含量也不同，用於發動機的配氣機構按照每一氣缸內進行的工作循環和點火次序的要求，開閉進氣門和排氣門。
用於發動機的配氣機構可以調節氣門的升程量，用於發動機的配氣機構中的升程調節機構既要保證可變氣門升程的連續可變功能，又要保證對氣門升程的調節精度。
根據《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》實施例的用於發動機的配氣機構100可以用於驅動進氣側的氣門動作，當然也可以用於驅動排氣側的氣門動作，或者同時用在進氣側和排氣側以驅動相應氣門動作。優選地，根據該發明實施例的配氣機構用於驅動排氣側的氣門動作。
下面將參考附圖並結合實施例來詳細說明《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》。
如圖1-圖6所示，根據《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》實施例的用於發動機的配氣機構100包括氣門機構1、中間擺臂2、升程調節機構3和凸輪軸機構4。
中間擺臂2設定在氣門機構1的頂部，中間擺臂2的底部構造有驅動型面21，驅動型面21適於驅動氣門機構1的氣門沿平行於氣門中心線L1的方向運動。
其中，氣門機構1已為2014年11月已有技術，且為該領域的技術人員所熟知，例如氣門機構1可以包括氣門，氣門可沿著平行於氣門的中心線在氣門導管中上下往復移動以打開或關閉燃燒室的進氣口或排氣口，對於這些可與2014年11月已有技術採用相同設定的部分，這裡不再詳細描述。
升程調節機構3包括調節軸31和驅動電機組件32，調節軸31穿設中間擺臂2，驅動電機組件32設定成用於驅動調節軸31繞升程調節軸線轉動。具體地，如圖1所示，中間擺臂2內形成有中心通孔22，調節軸31穿設在中心通孔22內以在驅動電機組件32的驅動下繞升程調節軸線轉動。可以理解的是，驅動電機組件32驅動調節軸31繞升程調節軸線轉動，而調節軸31穿設中間擺臂2，從而調節軸31可帶動中間擺臂2一起繞升程調節軸線轉動。
可選地，調節軸31可以具有中空結構，以減輕調節軸31的重量，利於配氣機構100的輕量化。有利地，調節軸31的表面可以進行塗層處理，以增加調節軸31的耐磨性和耐腐蝕性。
凸輪軸機構4設定成用於驅動中間擺臂2繞擺動軸線擺動。凸輪軸機構4也為2014年11月已有技術，且為該領域的技術人員所熟知，例如凸輪軸機構4可以包括凸輪軸軸體和壓裝在所述凸輪軸軸體上的凸輪42，其中凸輪42可以為多個，多個凸輪42可以沿凸輪軸機構4的軸向間隔開，相鄰兩個凸輪42之間設有凸輪軸支承軸頸41，凸輪軸支承軸頸41可以支承在設定在缸蓋上的支承座上。
其中擺動軸線與調節軸31的中心軸線L2重合，也就是說，凸輪軸機構4驅動中間擺臂2繞調節軸31的中心軸線L2擺動。
也就是說，用於發動機的配氣機構100工作時，中間擺臂2的運動為複合運動，即中間擺臂2即可在凸輪軸機構4的驅動下繞擺動軸線（即調節軸31的中心軸線L2）擺動，又可通過驅動電機組件32以及調節軸31的驅動繞升程調節軸線轉動，從而改變中間擺臂2的位置，以便中間擺臂2的驅動型面21驅動氣門機構1的氣門沿平行於氣門中心線L1的方向運動，從而在打開和關閉燃燒室的進氣口或排氣口的同時，實現氣門升程的連續可調。
有利地，在氣門開啟後，為使中間擺臂2恢復到初始位置可增加復位彈簧9來輔助中間擺臂2回到初始位置，減少氣門對中間擺臂2的作用力，解決由於中間擺臂2回位慢導致的氣門常開對發動機的影響。
根據《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》實施例的用於發動機的配氣機構100，利用一根調節軸31穿設中間擺臂2且中間擺臂2的擺動軸線與調節軸31的中心軸線L2重合，因而氣門機構1可在中間擺臂2的驅動下，實現氣門升程的連續可調，且發動機各缸氣門升程的一致性好，可靠性高，結構簡單、零部件數量少，工藝簡單且製造成本低。此外，調節軸31的結構簡單，且中間擺臂2的運動軌跡簡單，加工容易，變向的降低了加工精度的要求。同時，採用上述用於發動機的配氣機構100，不但可以提高發動機的動力性、經濟性和怠速穩定性，還可以降低油耗，減少泵氣損失和HC、NOX等有害氣體的排放。
下面參照圖1-圖6詳細描述根據《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》的用於發動機的配氣機構100的一些具體實施例。
如圖1-圖6所示，驅動電機組件32可以包括：調節臂321和驅動電機323。
調節臂321上設定有調節臂齒條3211，調節臂321套設在調節軸31上，且調節臂321還可以通過調節臂固定銷322連線至缸蓋或設定在缸蓋上的支承座上。其中支承座可以用於支承凸輪軸機構4和調節軸31。
驅動電機323的電機軸上設定有螺桿3231，螺桿3231與調節臂齒條3211嚙合以使驅動電機323能夠驅動調節軸31繞調節臂固定銷322的中心軸線L3轉動，其中調節臂固定銷322的中心軸線L3與升程調節軸線重合。
換言之，驅動電機323通過螺桿3231與調節臂齒條3211嚙合驅動調節軸31繞調節臂固定銷322的中心軸線L3轉動，進而帶動中間擺臂2繞調節臂固定銷322的中心軸線L3轉動。
如圖1和圖4所示，中間擺臂2上設定有中間擺臂滾子23，凸輪軸機構4的凸輪42抵靠在中間擺臂滾子23上，中間擺臂2的底部形成有兩個驅動型面21。驅動型面21與氣門機構1之間設定有滾子搖臂5，驅動型面21抵靠在滾子搖臂5的滾子51上，以驅動滾子搖臂5帶動氣門機構1的氣門沿氣門中心線L1移動。
也就是說，一個凸輪42對應一個中間擺臂2，一個中間擺臂2具有兩個驅動型面21，一個驅動型面21通過一個滾子搖臂5驅動一個氣門機構1的氣門。由此與一個中間擺臂2對應的兩個氣門機構1，可以通過一個整體式的中間擺臂2進行驅動調節，對應的兩個氣門的氣門升程變化一致性高。
有利地，升程調節軸線與滾子搖臂5的滾動軸線L4重合，由此在配氣機構100工作過程中，調節軸31的轉動軸線與滾子搖臂5的滾子51的滾動軸線L4重合，避免調節軸31的移動軌跡超出限定範圍，增加配氣機構100的可靠性和調節精度。
進一步地，如圖1-圖6所示的一些實施例中，中間擺臂2可以為多個，且多箇中間擺臂2共用調節軸31。具體而言，每箇中間擺臂2上均設有中心通孔22，且多箇中心通孔22均與調節軸31同軸設定，調節軸31依次穿設在每箇中間擺臂2的中心通孔22內。這樣，當調節軸31在驅動電機組件32的驅動下轉動時，可以帶動多箇中間擺臂2同時轉動，進而提高多箇中間擺臂2的運動的同步性，提高發動機各缸氣門升程的一致性。
進一步地，調節臂321兩側的中間擺臂2的個數相同，也就是說，調節臂321位於調節軸31的軸向上的中間位置，由此配氣機構100的對稱性好，結構穩定性高。如圖1-圖6所示的一些具體示例中，調節臂321兩側均有兩個中間擺臂2。
在如圖1-圖3的一些可選的實施例中，用於發動機的配氣機構100包括氣門機構1、中間擺臂2、升程調節機構3、凸輪軸機構4和限位板6。
如圖1所示，限位板6上可以構造有限位圓弧面61，限位圓弧面61貼靠在調節軸31上，並且限位圓弧面61對應的中心軸線與升程調節軸線重合，也就是說，限位圓弧面61對應的中心軸線與調節臂固定銷322的中心軸線L3重合。由此在配氣機構100工作過程中，實現限位板6的運動軌跡中心與升程調節軸線重合，避免調節軸31的移動軌跡超出限定範圍，增加配氣機構100的可靠性和調節精度。具體地，限位圓弧面61對應的中心軸線、滾子搖臂5的滾動軸線L4、升程調節軸線三者重合。
有利地，調節軸31與限位板6的配合處可以安裝有滾針軸承，從而減少調節軸31與限位板6之間的摩擦和運動阻力，使配氣機構100的運動更順暢，調節精度更高。
在如圖4-圖6所示的另一些可選的實施例中，用於發動機的配氣機構100包括氣門機構1、中間擺臂2、升程調節機構3、凸輪軸機構4、限位板6、連線臂7和連線臂固定銷8。
連線臂7的第一端（如圖4所示的上端）套設在調節軸31上，連線臂7的第二端（如圖4所示的下端）通過連線臂固定銷8連線至缸蓋或設定在缸蓋上的支承座上，連線臂固定銷8與調節臂固定銷322同軸布置。也就是說，連線臂固定銷8的中心軸線L5與升程調節軸線重合。
具體地，連線臂固定銷8可以過盈壓裝在缸蓋或設定在缸蓋上的支承座上，連線臂7的第二端（如圖4所示的下端）套設在連線臂固定銷8上。
如圖4-圖6所示，中間擺臂2的兩側可以分別設定有一個連線臂7，也就是說，一個中間擺臂2對應兩個連線臂7。相鄰的兩個中間擺臂2之間的兩個連線臂7共用一個連線臂固定銷8，由此減少了連線臂固定銷8的數量，使配氣機構100的結構更簡潔、更緊湊。
簡言之，根據《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》實施例的用於發動機的配氣機構100，利用一根調節軸31穿設中間擺臂2，且驅動電機組件32驅動調節軸31繞升程調節軸線轉動，中間擺臂2在凸輪軸機構4的驅動下繞擺動軸線擺動，其中擺動軸線與調節軸31的中心軸線L2重合，從而改變中間擺臂2的位置，利用中間擺臂2的驅動型面21驅動氣門機構1的氣門沿平行於氣門中心線L1的方向運動，實現氣門升程連續可調，且結構簡單、結構緊湊，各缸氣門升程的一致性好。
《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》還提出一種發動機，所述發動機具有上述用於發動機的配氣機構100，從而實現氣門升程連續可調，且結構簡單、結構緊湊，各缸氣門升程的一致性好。
《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》還提出一種車輛，所述車輛包括上述的發動機，從而實現氣門升程連續可調，且結構簡單、結構緊湊，各缸氣門升程的一致性好。
榮譽表彰
2019年9月29日，《用於發動機的配氣機構及具有其的發動機和車輛》獲2018年河北省專利獎一等獎。
