无级可变气门升程的发动机配气机构技术领域
本发明属于内燃机技术领域，涉及一种无级可变气门升程的发动机配气机构。
背景技术
配气机构的功用是按照发动机每个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，使新鲜冲量（汽油机为可燃混合气）及时进入气缸，而废气及时从
气缸排出。
摇臂实际上是一个双向杠杆，用来将推杆传来的力改变方向，作用到气门杆端以
推开气门。摇臂两边臂长比一般为1.2-1.8，其中长臂一端是推动气门的。摇臂端头的工作
表面一般制成圆柱形，当摇臂摆动时可沿气门杆断面滚滑，这样可以使两者之间的力尽可
能沿气门轴线作用。
摇臂驱动控制气门开启，通过选择摇臂两侧的长度比改变气门升程的大小。气门
较大的发动机可以采用这种驱动方式，其结构使气门间隙的调整比较方便。
凸轮轴上置式配气机构中的凸轮轴布置在气缸盖上。在这种结构中，凸轮轴通过
摇臂、摆臂驱动气门，或直接驱动气门。这种传动机构的往复运动质量小于凸轮轴中置式配
气机构，因此适用于高速发动机。
90年代初，日本本田公司推出了一种既可改变配气定时，又能改变气门运动规律
的可变配气定时-升程的控制机构，称为VTEC机构。其配气凸轮轴上布置了高速和低速两种
凸轮，采用特殊的摇臂，根据发动机转速的高低，自动切换凸轮，使摇臂分别被高速凸轮或
低速凸轮驱动。
但是，VTEC机构仅能实现两级可调，仅可在转速高和转速低的情况下进行切换，不
是很灵活，无法达到在发动机低转速下节省燃油，在发动机高速转动下具有足够的动力的
效果。而且，更换凸轮时，穿杆机构的插入需要过高的精度控制，且磨损较大。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种无级可变气门升程的发动机配
气机构，以提高发动机的工作效率、降低油耗，同时减小电子控制精度及材料的磨损程度。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种无级可变气门升程的发动机配气机构，包括凸轮轴、摇臂和气门，所述摇臂的一端
与所述凸轮轴上的凸轮抵靠并相切，另一端与所述气门的顶端铰接，所述摇臂的中间部位
设有长圆孔洞，所述长圆孔洞的长轴沿摇臂的长度方向设置；还包括支座和驱动机构，所述
支座于其支撑部上设有支撑杆，所述支撑杆穿入摇臂上的长圆孔洞中，作为摇臂的支点；所
述驱动机构用于驱动所述支座沿摇臂的长度方向往复移动，以调节摇臂的支点与气门的距
离。
在发动机低速状态下，支撑杆位于摇臂上长圆孔洞的最右处，随着转速的提高，螺
杆逐渐向左运动，在发动机以最高速度运转时，支撑杆正好处于长圆孔洞的最左边。此过程
逐渐改变了气门的最大升程，进而调节了进气量。
优选的，所述长圆孔洞的长度为摇臂长度的1/6～1/5；宽度为摇臂宽度的1/4～1/
3，且略大于所述支撑杆的直径。从而保证了摇臂于支点两端臂长的比值在1.2-1.8之间，使
其符合在发动机最低转速升程和最高转速升程范围内。
优选的，所述支撑杆的高度大于摇臂旋转最大角度所产生的距离，以保证整个机
构能够最大限度的正常运行。
优选的，所述摇臂的材料为45号钢，采用薄板冲压制成。这样制造出来的摇臂既具
有较大的刚度，而且其耐磨性也有所提高。
进一步的，所述支撑杆上套设有环形套环，该套环的宽度与摇臂的厚度相匹配，用
于减小摩擦。
进一步的，所述驱动机构包括步进电机、控制器和螺杆，所述支座上设有与所述螺
杆相匹配的长螺孔，所述长螺孔沿摇臂的长度方向设置，所述螺杆的一端与步进电机连接，
另一端穿过所述长螺孔后活动安装于一装配座上，使所述螺杆与支座构成螺旋传动连接，
所述控制器用于控制步进电机的转动。工作时，步进电机的转动带动螺杆旋转，而螺杆的位
置未发生变化，由于支座的旋转受到了限制，因此只能水平运动，从而螺杆的转动使支座发
生水平移动，进而使摇臂的支点发生连续性变化。
优选的，所述螺杆与步进电机通过齿轮组啮合，其传动比为1: 2。
进一步的，所述支座和驱动机构设置于机架上，所述机架上设有滑动导轨，所述滑
动导轨沿摇臂的长度方向设置，所述支座安装于所述滑动导轨上，沿滑动导轨往复移动。采
用上述设计，支座的运动具有一定的运动轨迹，在机架的一条线上，保证了摇臂的运动稳定
性。
本发明还提供了上述无级可变气门升程的发动机配气机构的控制方法，具体如下
在发动机转速降低时，驱动机构驱动支座移动，使支座上的支撑杆在摇臂上的长圆孔
洞内更靠近气门，以减小摇臂的支点与气门的距离，从而减少气门升程；
在发动机转速提高时，驱动机构驱动支座移动，使支座上的支撑杆在摇臂上的长圆孔
洞内更靠近凸轮，以增加摇臂的支点与气门的距离，从而增大气门升程。
本发明的无级可变气门升程的发动机配气机构，采用设有长圆孔洞的摇臂使得整
个无级可变气门升程装置更加实用，而且结构简单、体积小，使发动机有限的空间得到充分
的利用。长圆孔洞可以使摇臂旋转中心发生水平方向的变化，而限制了摇臂上下的跳动，使
整个装置的稳定性得到最大的保障，减小了因气门上下运动及摇臂旋转造成的震动疲劳强
度。摇臂上的长圆孔洞与支座上的轴承之间为滚动摩擦，这样可以使摇臂的磨损程度下降，
步进电机的运动的影响也会降低到最小。
与现有技术相比，本发明可以在发动机任何转速下进行工作，实现气门升程的无
级可调，而且效果比VTEC结构更加精确，有助于提高发动机的性能，同时摇臂在运动中受到
的摩擦相较于VTEC机构较小。本发明的配气机构原理简单，容易实现，精确度较高，而且效
果要好，可以提高发动机的性能，达到在发动机低转速下节省燃油，在发动机高速转动下具
有足够的动力的效果，具有较广的应用范围。
附图说明
图1为本发明的无级可变气门升程的发动机配气机构实施例的结构示意图。
图2为图1中实施例的侧视图。
图3为图1实施例中支座和驱动机构的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是
应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的
限制。
如图1和2所示为本发明的无级可变气门升程的发动机配气机构较佳实施例，其包
括凸轮轴1、摇臂2、气门3、支座4和驱动机构5。凸轮轴1上设有凸轮11，摇臂2的一端头部与
凸轮11抵靠并相切，另一端的头部22与气门3的顶端铰接。优选的，摇臂2与凸轮11抵靠的一
端设有滑轮21，其作用是将凸轮11与摇臂2之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，以减小摩擦
力，提高零件的使用寿命。
摇臂2的外观形状为一个比较扁的椭圆，其中间部位设有长圆孔洞23，该长圆孔洞
23具有相互平行的长边和位于两端的弧形端面，其长轴沿摇臂2的长度方向设置。优选的，
摇臂2的材料一般为45号钢，采用薄板冲压而成，这样制造出来的摇臂既具有较大的刚度，
而且其耐磨性也有所提高。长圆孔洞23的长度为摇臂2长度的1/6～1/5；宽度为摇臂2宽度
的1/4～1/3。
支座4具有底座和设于底座上的支撑部41，支撑部41对称设置，其上设有支撑杆
42。该支撑杆42穿入摇臂2上的长圆孔洞23中，使支撑杆42作为摇臂2旋转的支点。优选的，
支撑杆42由表面十分光滑的铸铁制成，其直径略小于摇臂2上的长圆孔洞23的宽度，且离底
座的高度大于摇臂2旋转最大角度所产生的距离。由于支撑杆42是摇臂4的动态支点，摇臂4
的每一次旋转运动均要与支撑杆42进行滑动接触。因此，减小两者之间的摩擦力显得尤为
重要。
如图3所示，作为进一步的优选实施方案，上述支座4的支撑杆42上套设有环形套
环43，该环形套环43的宽度与摇臂2的厚度相匹配，且外径略小于摇臂2上的长圆孔洞23的
宽度。优选的，环形套环43通过滚珠轴承安装于支撑杆42上，从而将滑动摩擦变为滚动摩
擦，进一步减小了摇臂2和支撑杆42之间的摩擦。
驱动机构5的作用是驱动支座4沿摇臂2的长度方向往复移动，从而调节摇臂2的支
点与气门3的距离。具体的，驱动机构5包括步进电机51、螺杆52和控制器。同时，支座4设有
与螺杆52相匹配的长螺孔，该长螺孔沿摇臂2的长度方向设置。螺杆52的一端与步进电机51
连接，另一端穿过支座4上的长螺孔后活动安装于一装配座54上，使螺杆52与支座4构成螺
旋传动连接；控制器用于控制步进电机的转动。优选的，螺杆52与步进电机51通过齿轮组53
啮合，其中，齿轮组53的一个齿轮设于螺杆52的一端，另一个齿轮设于步进电机51的电机轴
上，其传动比为1: 2。
实际安装时，支座4被固定在摇臂2的正下方，这就限定了支座4的运动轨迹，使支
座4与摇臂2仅有支撑杆42上的接触，而不存在摇臂2与支座4的侧面发生接触，产生摩擦。
为了进一步规范支座4的运动轨迹，上述的支座4和驱动机构5均设置于机架6上，
该机架6上设有沿摇臂2的长度方向设置的滑动导轨61，支座4安装于滑动导轨61上，沿滑动
导轨往复移动，保证了支座4上的支撑杆42在摇臂2的长圆孔洞23内移动时的稳定性。优选
的，支座4的材料可以选择铸铁，采用浇筑即可完成，但要保证支座底面的光滑程度，以减小
摩擦。
本实施例中的配气机构有一定的装配顺序。首先是根据气门3的位置确定步进电
机51与机架6的焊接位置，第二步是驱动机构的螺杆52与支座4连接，第三步是调节螺杆52
与步进电机51之间的齿轮组53的配合以及支座4与机架6的连接，这几个零件的配合是最为
关键的，最后是摇臂2上长圆孔洞23与支座4上的支撑杆42的连接。
本发明还提供了上述实施例中的配气机构的控制方法。通过步进电机51调节支座
4的位置来控制摇臂2支点与气门3之间的距离，以实现力臂长度的变化，进而调节气门3的
最大开度，使其适应发动机不同的工作状态。
具体的，控制器根据发动机的转速控制步进电机的正、反转方向及转动的角度，使
得：
在发动机转速降低时，驱动机构驱动支座移动，使支座上的支撑杆在摇臂上的长圆孔
洞内更靠近气门，以减小摇臂的支点与气门的距离，从而减少气门升程；
在发动机转速提高时，驱动机构驱动支座移动，使支座上的支撑杆在摇臂上的长圆孔
洞内更靠近凸轮，以增加摇臂的支点与气门的距离，从而增大气门升程。
以上所述仅为本发明的较佳实例而已，并不用于限制本发明创造，凡在发明创造
精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应在本发明创造的保护范围之内。