本發(fā)明屬于內燃機技術領域，涉及一種無級可變氣門升程的發(fā)動機配氣機構。

背景技術：

配氣機構的功用是按照發(fā)動機每個氣缸內進行的工作循環(huán)和發(fā)火次序的要求，定時開啟和關閉進、排氣門，使新鮮沖量（汽油機為可燃混合氣）及時進入氣缸，而廢氣及時從氣缸排出。

搖臂實際上是一個雙向杠桿，用來將推桿傳來的力改變方向，作用到氣門桿端以推開氣門。搖臂兩邊臂長比一般為1.2-1.8，其中長臂一端是推動氣門的。搖臂端頭的工作表面一般制成圓柱形，當搖臂擺動時可沿氣門桿斷面滾滑，這樣可以使兩者之間的力盡可能沿氣門軸線作用。

搖臂驅動控制氣門開啟，通過選擇搖臂兩側的長度比改變氣門升程的大小。氣門較大的發(fā)動機可以采用這種驅動方式，其結構使氣門間隙的調整比較方便。

凸輪軸上置式配氣機構中的凸輪軸布置在氣缸蓋上。在這種結構中，凸輪軸通過搖臂、擺臂驅動氣門，或直接驅動氣門。這種傳動機構的往復運動質量小于凸輪軸中置式配氣機構，因此適用于高速發(fā)動機。

90年代初，日本本田公司推出了一種既可改變配氣定時，又能改變氣門運動規(guī)律的可變配氣定時-升程的控制機構，稱為VTEC機構。其配氣凸輪軸上布置了高速和低速兩種凸輪，采用特殊的搖臂，根據(jù)發(fā)動機轉速的高低，自動切換凸輪，使搖臂分別被高速凸輪或低速凸輪驅動。

但是，VTEC機構僅能實現(xiàn)兩級可調，僅可在轉速高和轉速低的情況下進行切換，不是很靈活，無法達到在發(fā)動機低轉速下節(jié)省燃油，在發(fā)動機高速轉動下具有足夠的動力的效果。而且，更換凸輪時，穿桿機構的插入需要過高的精度控制，且磨損較大。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種無級可變氣門升程的發(fā)動機配氣機構，以提高發(fā)動機的工作效率、降低油耗，同時減小電子控制精度及材料的磨損程度。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案：

一種無級可變氣門升程的發(fā)動機配氣機構，包括凸輪軸、搖臂和氣門，所述搖臂的一端與所述凸輪軸上的凸輪抵靠并相切，另一端與所述氣門的頂端鉸接，所述搖臂的中間部位設有長圓孔洞，所述長圓孔洞的長軸沿搖臂的長度方向設置；還包括支座和驅動機構，所述支座于其支撐部上設有支撐桿，所述支撐桿穿入搖臂上的長圓孔洞中，作為搖臂的支點；所述驅動機構用于驅動所述支座沿搖臂的長度方向往復移動，以調節(jié)搖臂的支點與氣門的距離。

在發(fā)動機低速狀態(tài)下，支撐桿位于搖臂上長圓孔洞的最右處，隨著轉速的提高，螺桿逐漸向左運動，在發(fā)動機以最高速度運轉時，支撐桿正好處于長圓孔洞的最左邊。此過程逐漸改變了氣門的最大升程，進而調節(jié)了進氣量。

優(yōu)選的，所述長圓孔洞的長度為搖臂長度的1/6～1/5；寬度為搖臂寬度的1/4～1/3，且略大于所述支撐桿的直徑。從而保證了搖臂于支點兩端臂長的比值在1.2-1.8之間，使其符合在發(fā)動機最低轉速升程和最高轉速升程范圍內。

優(yōu)選的，所述支撐桿的高度大于搖臂旋轉最大角度所產生的距離，以保證整個機構能夠最大限度的正常運行。

優(yōu)選的，所述搖臂的材料為45號鋼，采用薄板沖壓制成。這樣制造出來的搖臂既具有較大的剛度，而且其耐磨性也有所提高。

進一步的，所述支撐桿上套設有環(huán)形套環(huán)，該套環(huán)的寬度與搖臂的厚度相匹配，用于減小摩擦。

進一步的，所述驅動機構包括步進電機、控制器和螺桿，所述支座上設有與所述螺桿相匹配的長螺孔，所述長螺孔沿搖臂的長度方向設置，所述螺桿的一端與步進電機連接，另一端穿過所述長螺孔后活動安裝于一裝配座上，使所述螺桿與支座構成螺旋傳動連接，所述控制器用于控制步進電機的轉動。工作時，步進電機的轉動帶動螺桿旋轉，而螺桿的位置未發(fā)生變化，由于支座的旋轉受到了限制，因此只能水平運動，從而螺桿的轉動使支座發(fā)生水平移動，進而使搖臂的支點發(fā)生連續(xù)性變化。

優(yōu)選的，所述螺桿與步進電機通過齒輪組嚙合，其傳動比為1: 2。

進一步的，所述支座和驅動機構設置于機架上，所述機架上設有滑動導軌，所述滑動導軌沿搖臂的長度方向設置，所述支座安裝于所述滑動導軌上，沿滑動導軌往復移動。采用上述設計，支座的運動具有一定的運動軌跡，在機架的一條線上，保證了搖臂的運動穩(wěn)定性。

本發(fā)明還提供了上述無級可變氣門升程的發(fā)動機配氣機構的控制方法，具體如下

在發(fā)動機轉速降低時，驅動機構驅動支座移動，使支座上的支撐桿在搖臂上的長圓孔洞內更靠近氣門，以減小搖臂的支點與氣門的距離，從而減少氣門升程；

在發(fā)動機轉速提高時，驅動機構驅動支座移動，使支座上的支撐桿在搖臂上的長圓孔洞內更靠近凸輪，以增加搖臂的支點與氣門的距離，從而增大氣門升程。

本發(fā)明的無級可變氣門升程的發(fā)動機配氣機構，采用設有長圓孔洞的搖臂使得整個無級可變氣門升程裝置更加實用，而且結構簡單、體積小，使發(fā)動機有限的空間得到充分的利用。長圓孔洞可以使搖臂旋轉中心發(fā)生水平方向的變化，而限制了搖臂上下的跳動，使整個裝置的穩(wěn)定性得到最大的保障，減小了因氣門上下運動及搖臂旋轉造成的震動疲勞強度。搖臂上的長圓孔洞與支座上的軸承之間為滾動摩擦，這樣可以使搖臂的磨損程度下降，步進電機的運動的影響也會降低到最小。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明可以在發(fā)動機任何轉速下進行工作，實現(xiàn)氣門升程的無級可調，而且效果比VTEC結構更加精確，有助于提高發(fā)動機的性能，同時搖臂在運動中受到的摩擦相較于VTEC機構較小。本發(fā)明的配氣機構原理簡單，容易實現(xiàn)，精確度較高，而且效果要好，可以提高發(fā)動機的性能，達到在發(fā)動機低轉速下節(jié)省燃油，在發(fā)動機高速轉動下具有足夠的動力的效果，具有較廣的應用范圍。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的無級可變氣門升程的發(fā)動機配氣機構實施例的結構示意圖。

圖2為圖1中實施例的側視圖。

圖3為圖1實施例中支座和驅動機構的結構示意圖。

具體實施方式

為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求的限制。

如圖1和2所示為本發(fā)明的無級可變氣門升程的發(fā)動機配氣機構較佳實施例，其包括凸輪軸1、搖臂2、氣門3、支座4和驅動機構5。凸輪軸1上設有凸輪11，搖臂2的一端頭部與凸輪11抵靠并相切，另一端的頭部22與氣門3的頂端鉸接。優(yōu)選的，搖臂2與凸輪11抵靠的一端設有滑輪21，其作用是將凸輪11與搖臂2之間的滑動摩擦轉變?yōu)闈L動摩擦，以減小摩擦力，提高零件的使用壽命。

搖臂2的外觀形狀為一個比較扁的橢圓，其中間部位設有長圓孔洞23，該長圓孔洞23具有相互平行的長邊和位于兩端的弧形端面，其長軸沿搖臂2的長度方向設置。優(yōu)選的，搖臂2的材料一般為45號鋼，采用薄板沖壓而成，這樣制造出來的搖臂既具有較大的剛度，而且其耐磨性也有所提高。長圓孔洞23的長度為搖臂2長度的1/6～1/5；寬度為搖臂2寬度的1/4～1/3。

支座4具有底座和設于底座上的支撐部41，支撐部41對稱設置，其上設有支撐桿42。該支撐桿42穿入搖臂2上的長圓孔洞23中，使支撐桿42作為搖臂2旋轉的支點。優(yōu)選的，支撐桿42由表面十分光滑的鑄鐵制成，其直徑略小于搖臂2上的長圓孔洞23的寬度，且離底座的高度大于搖臂2旋轉最大角度所產生的距離。由于支撐桿42是搖臂4的動態(tài)支點，搖臂4的每一次旋轉運動均要與支撐桿42進行滑動接觸。因此，減小兩者之間的摩擦力顯得尤為重要。

如圖3所示，作為進一步的優(yōu)選實施方案，上述支座4的支撐桿42上套設有環(huán)形套環(huán)43，該環(huán)形套環(huán)43的寬度與搖臂2的厚度相匹配，且外徑略小于搖臂2上的長圓孔洞23的寬度。優(yōu)選的，環(huán)形套環(huán)43通過滾珠軸承安裝于支撐桿42上，從而將滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，進一步減小了搖臂2和支撐桿42之間的摩擦。

驅動機構5的作用是驅動支座4沿搖臂2的長度方向往復移動，從而調節(jié)搖臂2的支點與氣門3的距離。具體的，驅動機構5包括步進電機51、螺桿52和控制器。同時，支座4設有與螺桿52相匹配的長螺孔，該長螺孔沿搖臂2的長度方向設置。螺桿52的一端與步進電機51連接，另一端穿過支座4上的長螺孔后活動安裝于一裝配座54上，使螺桿52與支座4構成螺旋傳動連接；控制器用于控制步進電機的轉動。優(yōu)選的，螺桿52與步進電機51通過齒輪組53嚙合，其中，齒輪組53的一個齒輪設于螺桿52的一端，另一個齒輪設于步進電機51的電機軸上，其傳動比為1: 2。

實際安裝時，支座4被固定在搖臂2的正下方，這就限定了支座4的運動軌跡，使支座4與搖臂2僅有支撐桿42上的接觸，而不存在搖臂2與支座4的側面發(fā)生接觸，產生摩擦。

為了進一步規(guī)范支座4的運動軌跡，上述的支座4和驅動機構5均設置于機架6上，該機架6上設有沿搖臂2的長度方向設置的滑動導軌61，支座4安裝于滑動導軌61上，沿滑動導軌往復移動，保證了支座4上的支撐桿42在搖臂2的長圓孔洞23內移動時的穩(wěn)定性。優(yōu)選的，支座4的材料可以選擇鑄鐵，采用澆筑即可完成，但要保證支座底面的光滑程度，以減小摩擦。

本實施例中的配氣機構有一定的裝配順序。首先是根據(jù)氣門3的位置確定步進電機51與機架6的焊接位置，第二步是驅動機構的螺桿52與支座4連接，第三步是調節(jié)螺桿52與步進電機51之間的齒輪組53的配合以及支座4與機架6的連接，這幾個零件的配合是最為關鍵的，最后是搖臂2上長圓孔洞23與支座4上的支撐桿42的連接。

本發(fā)明還提供了上述實施例中的配氣機構的控制方法。通過步進電機51調節(jié)支座4的位置來控制搖臂2支點與氣門3之間的距離，以實現(xiàn)力臂長度的變化，進而調節(jié)氣門3的最大開度，使其適應發(fā)動機不同的工作狀態(tài)。

具體的，控制器根據(jù)發(fā)動機的轉速控制步進電機的正、反轉方向及轉動的角度，使得：

在發(fā)動機轉速降低時，驅動機構驅動支座移動，使支座上的支撐桿在搖臂上的長圓孔洞內更靠近氣門，以減小搖臂的支點與氣門的距離，從而減少氣門升程；

在發(fā)動機轉速提高時，驅動機構驅動支座移動，使支座上的支撐桿在搖臂上的長圓孔洞內更靠近凸輪，以增加搖臂的支點與氣門的距離，從而增大氣門升程。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實例而已，并不用于限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在發(fā)明創(chuàng)造精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應在本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之內。