CN106609686B - 一种凸轮轴配气机构、发动机和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凸轮轴配气机构、发动机和车辆。所述凸轮轴配气机构包括凸轮轴总成，所述凸轮轴总成包括轴体，所述凸轮轴配气机构还包括偏心重块，所述偏心重块以能够在随所述轴体同步旋转时产生抑制发动机振动的作用力的方式安装在所述轴体上。本发明集成后的凸轮轴总成既具有驱动气门的功能，还兼具有产生抑制发动机振动作用力的功能，而且减少了零件数量，气缸盖上的布置空间更加宽敞，这有利于减小气门的夹角布置，此外，缩短了凸轮轴离曲轴的距离，整体结构更加紧凑，有利于发动机在整车上的布置。

Description

一种凸轮轴配气机构、发动机和车辆

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种凸轮轴配气机构、发动机和车辆。

背景技术

当发动机处在工作状态时，活塞在上止点和下止点(下文简称为“上、下止点”)之间作往复直线运动，活塞的运动速度非常快，而且速度很不均匀。位于上、下止点位置时，活塞的速度为零，但在上、下止点之间的中间位置的速度则达到最高。由于活塞在气缸内做反复的高速直线运动，因此必然会在活塞、活塞销和连杆上产生较大的惯性力。虽然连杆上的配重可以有效地平衡这些惯性力，但却只有一部分运动质量参与直线运动，另一部分参与了旋转。因而除了上、下止点位置外，其它惯性力并不能完全达到平衡状态，此时的发动机便产生了振动。

配气机构作为发动机中较为重要的部分，其是按照发动机每一气缸内进行的工作循环和发火次序的要求，定时开启和关闭进、排气门，使新鲜充量气体及时进入气缸而废气及时从气缸排出。配气机构包括凸轮轴和平衡轴，其中：凸轮轴用于驱动气门，目前使用较多的是凸轮轴上置式配气机构，也就是说，凸轮轴布置在气缸盖上。平衡轴布置在气缸体曲轴箱内，平衡轴具有偏心重块，该偏心重块可随曲轴同步旋转，偏心重块在发动机的下部所产生的反向振动力，能够较好地抑制发动机振动，使发动机获得良好的平衡效果。

但是，上述的凸轮轴离曲轴中心线远，因此定时传动机构较为复杂，拆装气缸盖也比较困难，还使发动机的整体高度增加，布置不紧凑，且对于整车的总布置不利。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种凸轮轴配气机构来克服或至少减轻现有技术中的至少一个上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种凸轮轴配气机构，所述凸轮轴配气机构包括凸轮轴总成，所述凸轮轴总成包括轴体，所述凸轮轴配气机构还包括偏心重块，所述偏心重块以能够在随所述轴体同步旋转时产生抑制发动机振动的作用力的方式安装在所述轴体上。

进一步地，所述偏心重块通过卡扣连接件以卡扣方式连接到所述轴体。

进一步地，所述偏心重块和所述卡扣连接件的横截面均呈部分圆环状，二者以卡扣方式接合而形成完整的圆圈结构，以能够匹配性地卡箍在所述轴体上。

进一步地，所述轴体上设有轴向定位结构和周向定位结构，其中，所述轴向定位结构用于限制所述偏心重块沿所述轴体的轴向自由度，所述周向定位结构用于限制所述偏心重块沿所述轴体的周向自由度。

进一步地，所述轴向定位结构包括径向凸圈，至少两个所述径向凸圈沿所述轴向间隔分布在所述轴体外表面，且相邻的两所述径向凸圈的间距与所述偏心重块的厚度相适配。

进一步地，所述周向定位结构包括卡装槽和钩状结构，其中：所述卡装槽开设在相邻两所述径向凸圈之间，且位于所述轴体的中心轴线以下，所述钩状结构设于卡扣连接件的两端，分别贯通所述偏心重块两侧的卡装通孔，并斜向上插入到所述卡装槽中。

进一步地，所述偏心重块具有对称设置的左侧凹面和右侧凹面，且所述左侧凹面和所述右侧凹面的轮廓曲线均与所述轴体的外表面相切，所述偏心重块的轴向中心线与所述轴体的轴向中心线位于同一条直线上。

进一步地，所述凸轮轴总成还包括轴承、凸轮和第一齿轮，其中：所述第一齿轮设在所述轴体的一端，并与所述曲轴总成中的第二齿轮啮合，所述轴承和所述凸轮间隔布置在所述轴体上，所述轴承的外径大于所述偏心重块外环面的直径进一步地，所述凸轮轴配气机构还包括导向齿轮，所述导向齿轮布置在所述第二齿轮与所述第一齿轮之间，分别与所述第二齿轮和所述第一齿轮啮合。

进一步地，所述导向齿轮、所述第二齿轮和所述第一齿轮均为斜齿轮。

本发明还提供一种发动机，包括配气机构，所述配气机构为如上所述的凸轮轴配气机构。

本发明还提供一种车辆，包括发动机，所述发动机为如上所述的发动机。

由于本发明取消了现有技术中的平衡轴，将凸轮轴总成下移至原来平衡轴的位置，并将原来平衡轴上的偏心重块集成到凸轮轴总成上，在曲轴总成的驱动作用下，凸轮轴总成上的偏心重块随着凸轮轴总成同步旋转，并在其偏心作用下能够产生抑制发动机振动的作用力，以抵消大部分曲轴总成运动产生的离心力，因此集成后的凸轮轴总成既具有驱动气门的功能，还兼具有产生抑制发动机振动作用力的功能，而且减少了零件数量，气缸盖上的布置空间更加宽敞，这有利于减小气门的夹角布置，此外，缩短了凸轮轴离曲轴的距离，整体结构更加紧凑，有利于发动机在整车上的布置。

附图说明

图1为本发明所提供的凸轮轴配气机构一实施方式的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1中的凸轮轴总成的结构示意图；

图4为图1中的偏心重块与轴体的配合关系示意图；

图5为图1中的齿轮啮合关系示意图；

图6为图1中偏心重块与卡扣连接件的配合关系示意图；

图7为图1中轴体上轴向定位结构和周向定位结构的结构示意图；

图8为图1中偏心重块和卡扣连接件与凸轮轴总成的配合关系示意图；

图9为图8中A-A向的剖面示意图。

附图标记：

1	凸轮轴总成	2	曲轴总成
				3	偏心重块	4	导向齿轮
5	气缸体	6	气缸盖
				7	配气驱动装置	8	卡扣连接件
1a	轴体	1b	轴承
				1c	凸轮	1d	第一齿轮
1e	卡装槽	2a	第二齿轮
				3a	外环面	3b	内环面
3c	左侧凹面	3d	右侧凹面
				3e	卡装通孔	7a	顶杆
7b	连接轴	7c	摇臂

7d	气门	8a	钩状结构
				9	径向凸圈

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1至图3所示，本实施方式所提供的凸轮轴配气机构包括凸轮轴总成1、曲轴总成2和偏心重块3，其中：凸轮轴总成1和曲轴总成2传动连接，凸轮轴总成1包括轴体1a，本实施方式中的曲轴总成2与凸轮轴总成1之间的传动方式是齿轮传动。

本实施方式取消了现有技术中的平衡轴，将凸轮轴总成1下移至原来平衡轴的位置，并将原来平衡轴上的偏心重块3集成到凸轮轴总成1上，偏心重块3 以能够在随轴体1a同步旋转时产生抑制发动机振动的作用力的方式安装在轴体1a上。也就是说，在曲轴总成2的驱动作用下，轴体1a上的偏心重块3随着轴体1a同步旋转，并在其偏心作用下能够产生抑制发动机振动的作用力，该作用力与曲轴总成2产生的二阶往复惯性力方向相反且位于同一条直线上，所以该作用力可以抵消大部分曲轴总成2运动产生的离心力，进而使发动机在运转过程中振动减小，噪音减小。

综上所述，集成后的凸轮轴总成既具有驱动气门的功能，还兼具有产生抑制发动机振动作用力的功能，而且减少了零件数量，气缸盖上的布置空间更加宽敞，这有利于减小气门的夹角布置，此外，缩短了凸轮轴离曲轴的距离，整体结构更加紧凑，有利于发动机在整车上的布置。此外，由于凸轮轴总成1下移至原来平衡轴的位置，因此，本实施方式所提供的凸轮轴配气机构还可以通过曲轴箱里的油气及曲轴总成2旋转飞溅的油液进行润滑，从而降低了磨损，提高了零件的耐久性能。

如图6至图9所示，偏心重块3通过卡扣连接件8以卡扣方式连接到轴体 1a。此种形式偏心重块3方便安装，可在整个凸轮轴总成1的凸轮1c安装完成后进行安装偏心重块3，方便拆解，可以重复利用。

如图4和图6所示，偏心重块3和卡扣连接件8的横截面均呈部分圆环状，其中：偏心重块3的横截面为不大于二分之一圆的圆环，卡扣连接件8的横截面为大于二分之一圆的圆圈，二者以卡扣方式接合而形成完整的圆圈结构，以能够匹配性地卡箍在轴体1a上。通过上述结构形式的偏心重块3，有利于在随轴体1a旋转过程中产生与曲轴总成2产生的二阶往复惯性力方向相反且位于同一条直线上的偏心力，所以该偏心力可以抵消大部分曲轴总成2运动产生的离心力，进而使发动机在运转过程中振动减小，噪音减小。

轴体1a上设有轴向定位结构和周向定位结构，其中，所述轴向定位结构用于限制偏心重块3沿轴体1a的轴向自由度，所述周向定位结构用于限制所述偏心重块3沿轴体1a的周向自由度。本发明中，轴体1a的中心线方向为“轴向”，环绕轴体1a的中心线的方向为“周向”。

所述轴向定位结构具有多种实现方式，比如：所述轴向定位结构包括径向凸圈9，至少两个径向凸圈9沿所述轴向间隔分布在轴体1a外表面，且相邻的两径向凸圈9的间距与偏心重块3的厚度相适配，从而偏心重块3能够恰好卡入到相邻的两径向凸圈9之间，这样径向凸圈9便可以起到防止偏心重块3 在轴向蹿动。优选地，所述轴向定位结构可以是沿轴体1a的周向的一圈突出部分，但不限于此，比如，沿周向的突起。

所述周向定位结构具有多种实现方式，比如：所述周向定位结构包括卡装槽1e和钩状结构8a，其中：卡装槽1e开设在相邻两径向凸圈9之间，且位于轴体1a的中心轴线以下。也就是说，两卡装槽1e与其所在和横截圆面的中心的连线之间的夹角B为钝角。钩状结构8a设于卡扣连接件8的两端，优选为与卡扣连接件8一体成型。两钩状结构8a分别贯通偏心重块3两侧的卡装通孔3e，并斜向上插入到卡装槽1e中。使用时，首先将偏心重块3置于两个径向凸圈9之间，并将偏心重块3的内环面3a压紧咬合到轴体1a的下表面，再将卡扣连接件8放置到轴体1a的上表面，最后将钩状结构8a通过通孔3e 卡入到卡装槽1e中，实现偏心重块3固定连接到轴体1a上。

优选地，偏心重块3具有对称设置的左侧凹面3c和右侧凹面3d，并且，左侧凹面3c和右侧凹面3d的轮廓曲线均与轴体1a的外表面相切。通过将上述偏心重块3的左侧凹面3c和右侧凹面3d对称以及轮廓线与轴体1a的相切，可以保证偏心重块3产生的偏心力尽可能地与曲轴总成2产生的二阶往复惯性力方向相反且位于同一条直线上，这样抑制发动机振动的效果将更好。

优选地，偏心重块3的轴向中心线与轴体1a的轴向中心线位于同一条直线上。这样可以使集成有偏心重块3的凸轮轴总成1旋转更加顺畅和平稳，防止凸轮轴总成1在旋转过程中受力变形或损坏。

如图3所示，本实施方式所提供的凸轮轴配气机构的凸轮轴总成1包括轴体1a、轴承1b、凸轮1c和第一齿轮1d，其中：第一齿轮1d设在轴体1a的一端，并与曲轴总成2中的第二齿轮2a啮合，轴承1b和凸轮1c间隔布置在轴体1a上。轴承1b的外环与气缸体5固定连接，轴承1b对凸轮轴本体1a 形成支承，而取代了现有技术中凸轮轴本体1a需要通过凸轮轴轴颈支撑在凸轮轴轴承孔内，从而使得凸轮轴总成1的旋转更平稳、更顺畅，以避免凸轮轴总成1在旋转过程中受力变形或损坏。轴承1b可以是球轴承，也可以为其它形式的轴承，尺寸大小根据缸体曲轴箱内部结构而定。轴承1b的外径大于偏心重块3外环面3a的直径，以方便装配。

如图5所示，本实施方式所提供的凸轮轴配气机构还包括导向齿轮4，导向齿轮4布置在第二齿轮2a与第一齿轮1d之间，并分别与第二齿轮2a和第一齿轮1d啮合。通过增加导向齿轮4，可以使齿轮传动平稳，减小噪声。导向齿轮4、第二齿轮2a和第一齿轮1d均为斜齿轮，斜齿轮具有啮合性好、传动平稳、承载能力高和噪声小的优势，适合高速内燃机。

本实施方式所提供的凸轮轴配气机构工作时，曲轴总成2中的第二齿轮 2a驱动导向齿轮4，导向齿轮4再驱动凸轮轴总成1中的第一齿轮1d，第一齿轮1d通过轴体1a带动轴承1b和凸轮1c旋转，凸轮1c驱动顶杆7a，顶杆 7a驱动摇臂7c,摇臂7c驱动气门7d，气门7d最终使发动机进气和排气。

本发明还提供一种发动机，包括配气机构，所述配气机构为上述各实施方式中所述的凸轮轴配气机构。所述发动机的其它部分均为现有技术，在此不再展开描述。

本发明还提供一种车辆，包括发动机，所述发动机为上述各实施方式中所述的发动机。所述车辆的其它部分均为现有技术，在此不再展开描述。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种凸轮轴配气机构，包括凸轮轴总成(1)，所述凸轮轴总成(1)包括轴体(1a)，其特征在于，还包括偏心重块(3)，所述偏心重块(3)以能够在随所述轴体(1a)同步旋转时产生抑制发动机振动的作用力的方式安装在所述轴体(1a)上；所述轴体(1a)上设有轴向定位结构和周向定位结构，其中，所述轴向定位结构用于限制所述偏心重块(3)沿所述轴体(1a)的轴向自由度，所述周向定位结构用于限制所述偏心重块(3)沿所述轴体(1a)的周向自由度。

2.如权利要求1所述的凸轮轴配气机构，其特征在于，所述偏心重块(3)通过卡扣连接件(8)以卡扣方式连接到所述轴体(1a)。

3.如权利要求2所述的凸轮轴配气机构，其特征在于，所述偏心重块(3)和所述卡扣连接件(8)的横截面均呈部分圆环状，二者以卡扣方式接合而形成完整的圆圈结构，以能够匹配性地卡箍在所述轴体(1a)上。

4.如权利要求3所述的凸轮轴配气机构，其特征在于，所述轴向定位结构包括径向凸圈(9)，至少两个所述径向凸圈(9)沿所述轴向间隔分布在所述轴体(1a)外表面，且相邻的两所述径向凸圈(9)的间距与所述偏心重块(3)的厚度相适配。

5.如权利要求4所述的凸轮轴配气机构，其特征在于，所述周向定位结构包括卡装槽(1e)和钩状结构(8a)，其中：所述卡装槽(1e)开设在相邻两所述径向凸圈(9)之间，且位于所述轴体(1a)的中心轴线以下，所述钩状结构(8a)设于卡扣连接件(8)的两端，分别贯通所述偏心重块(3)两侧的卡装通孔(3e)，并斜向上插入到所述卡装槽(1e)中。

6.如权利要求1所述的凸轮轴配气机构，其特征在于，所述偏心重块(3)具有对称设置的左侧凹面(3c)和右侧凹面(3d)，且所述左侧凹面(3c)和所述右侧凹面(3d)的轮廓曲线均与所述轴体(1a)的外表面相切，所述偏心重块(3)的轴向中心线与所述轴体(1a)的轴向中心线位于同一条直线上。

7.如权利要求6所述的凸轮轴配气机构，其特征在于，所述凸轮轴总成(1)还包括轴承(1b)、凸轮(1c)和第一齿轮(1d)，其中：所述第一齿轮(1d)设在所述轴体(1a)的一端，并与曲轴总成(2)中的第二齿轮(2a)啮合，所述轴承(1b)和所述凸轮(1c)间隔布置在所述轴体(1a)上，所述轴承(1b)的外径大于所述偏心重块(3)外环面(3a)的直径。

8.一种发动机，包括配气机构，其特征在于，所述配气机构为权利要求1至7中任一项所述的凸轮轴配气机构。

9.一种车辆，包括发动机，其特征在于，所述发动机为权利要求8所述的发动机。