专利名称：一种机械式连续可变气门升程机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械式连续可变气门升程机构，该机构能够让发动机的气门升程
量按着预设控制数值由最大一直可变到闭合且保持气门正时不变。
背景技术：
大家知道，因为发动机最佳空燃比的要求，对不同工况都要精确控制气缸的空气 量，也就是多大油门要进多少空气，不然就燃烧不充分，出现排放问题。能够精确控制发动 机配气量的技术包括节气门技术和连续可变气门升程技术。目前发动机是以节气门技术对 气缸的进气量进行控制的，但是节气门技术并不是最符合发动机配气要求的技术。对节气 门情况，发动机的节气门依靠改变进气歧管的负压真空度控制气缸的进气量；此时配气量 越少，进气歧管内气压就越低，进气门内外之间气压差就越小，因此进气涡流速度越小。对 连续可变气门升程机构控制配气情况，发动机依靠连续改变气门的升程量控制气缸的进气 量；此时配气量越少，气门升程越小，进气门内外之间的气压差越大，因此进气涡流速度越 大。加大进气涡流速度，不但有利于稀薄气体燃烧，还提高了燃油燃烧速度，因此提高了燃 油的燃烧效率，既节能又环保。取消节气门(或让节气门起到辅助作用)是发动机发展的 必然趋势。 发动机可变气门升程技术由最初的两级可变气门技术逐渐向连续可变气门升程 技术发展。期间发动机设计者已经设计出几十种以上不同机制的极富有创意性的连续可 变气门升程技术，例如专利CN200480011379. 0、 CN200480037308. 8、 CN200410064170. 2、 CN200480015454. 0、CN200510069071. 8、CN200680035890. 3。出现了如此众多类型的连续可 变气门升程技术是很不正常的科技现象，除了透露出连续可变气门升程技术还处于尝试性 探索状态以外，也透露了当今世界能源和环境危机的紧迫性。 目前世界上已经装机的有宝马推出的Valvetronic连续可变气门升程系统和日 产的VVEL系统。因为VVEL系统的机构复杂以及传递气门驱动力时有着较大滑动摩擦力， 因此设计发挥空间不大。Valvetronic系统因为其设计上能够和传统的发动机技术紧密融 合，因此世界发动机连续可变气门升程技术的设计者的主流思想几乎都是从Valvetronic 系统的基础上演化和发展的。但是不管是已经发表的专利的还是已经装机的连续可变气门 升程技术，都和发动机要求的理想的可变气门技术有着差距，主要表现一下几点
第一，机构结构复杂，工本昂贵，装机困难，不能普及和推广 目前世界上已有的连续可变气门升程技术(包括未现实化的专利)，不但机构复 杂而且构件数量多，装机时空间体积要求较大，因此只能安装到中等排量以上的较大发动 机上，并且还要加大发动机气缸盖的体积。因为装机困难和工本昂贵不能推广到小排量发 动机上。 第二，双凸轮法设计机制上的问题 1、双凸轮法设计机制是由凸轮轴上的凸轮提供气门驱动力，然后依靠可变截取能 够摆动的第二凸轮上的凸轮高度去压开气门。气门升程是能改变的，并符合力学原理，但所截取的是斜面，截取位相角的轻微改变就引起气门升程较大变化，因此极难精确控制；并且 使用的是大角度高凸轮轴，这增加了气缸压縮比设计难度。双凸轮法直接表现是，最后压开 气门的摇臂是其顶部装了滚轮轴承的滚轮式摇臂(本发明最后压开气门的摇臂是滑面摇 臂)。 2、双凸轮法设计机制改变气门升程时，其配气正时是随着大幅改变的。控制上，不
但表现为复杂的二元变量控制，还可能引起气门配气位相混乱的严重问题。例如，对低转速
大油门工况，切换大气门升程同时气门正时有着很大提前角，这是不符合发动机工作要求
的。如此改变的气门正时是要以气门正时控制器调节的；但是目前世界上气门正时控制器
实际控制上还是两级控制基础上的组合切换模式，并不是多级次智能控制的。有的专利，其
气门正时最大能变到80度曲轴角度以上，这是气门正时控制器很难实现的角度。另外气门
正时控制器转动凸轮轴时得要很大的致动力，因此让气门正时控制器能够即时随着发动机
油门轻重同步切换是艰难的。 第三、气门升程量的控制精度问题 目前连续可变气门升程技术的控制精度不足或难控制的原因，还是因为其可变摇 臂(或叫摆杆、第二凸轮)的工作端面是起伏很大的凸轮形状，即依据的可变机制是双凸轮 法。具体表现是气门低升程的轻微改变难度大，得到很小气门升程同时气门开启时间就极 小，因此让设置微小的气门升程的实际意义变得难以理解；中速时气门开启速度变化急速 并不平滑；高速切换时控制数值密集，极小控制距离(或者控制转角)气门升程变化却很 大，不好控制。 第四、控制致动力和维持力的问题 以两进气门式四缸发动机为例，现有的连续可变气门升程技术(包括专利)，气门 升程切换时候，力度上要同时压下全部8个辅助回位弹簧(一个进气门对应一个辅助回位 弹簧)和压下两个进气门弹簧，因此可变机构的控制致动力和控制维持力都要很大。这对 切换时控制致动力和切换后控制维持力(要维持住不能晃动)带来很大困难。对本发明， 即使硬性切换的设计也仅压下2个辅助回位弹簧和2个进气门弹簧，柔性切换的设计则完 全不压下弹簧。 综合以上理由，发动机界想以现有的结构复杂和装机空间要求很大的连续可变气 门升程技术普及取代轻巧的节气门技术是艰难的。
发明内容
本发明目的是公开一种能够合理满足发动机要求的机械式连续可变气门升程机 构，用于解决所述的现有连续可变气门升程技术的众多技术问题；并能够和发动机其他系 统的传统和最新技术完全融合基础上，彻底解决困扰发动机界几十年的发动机可变配气问 题，完全解决发动机进气歧管的真空负压问题，能够取消发动机节气门；并且实现连续可变 气门升程技术向小排量和微型发动机推广普及。 本发明的具体方案是一种机械式连续可变气门升程机构，包括凸轮、可变摇臂的 致动机构、可变摇臂、气门挺柱和挺柱座(或者是滑面摇臂和滑面摇臂的支点构件)、辅助 回位弹簧、气门。其中，可变摇臂的致动机构设置以可变摇臂轴和可变摇臂连接，并且能够 控制改变可变摇臂的空间力学特性，用于让气门升程量能够按着预设控制数值由最小一直
5到最大连续可变。 —、本发明的机构构件及其空间组合形式 本发明所述的"基本上"的含义是不超出由于设计、加工、装配、磨损的原因对构件 所引起的空间尺寸及其空间位置设置的合理变化范围，即规范误差范围以内，具体构件的 规范误差范围能够由具体发动机所配置的维修规范说明书给出。所述的"支点"的含义是 能够为对应的构件提供力的支撑和空间转动轴线的圆柱形轴体(转轴)或者抵触面是圆弧 面或圆缺面的抵接式支点。所述的"圆弧形端面"的含义是其工作端面的曲面是圆柱面的 一部分，其轴线是对应的圆柱面的轴线；"包含圆弧形端面"的含义是其工作端面的曲面至 少有一部分是圆弧形端面，并且曲面边缘一般还有曲度过渡。
1、可变摇臂的致动机构 可变摇臂的致动机构，该机构具有一中心转轴，包括可变摇臂轴和可变摇臂轴的
支点构件，该机构的作用是实现让可变摇臂轴的轴线围绕所述中心转轴的轴线转动，其中
所述可变摇臂轴的支点构件设置用于为与其连接的可变摇臂轴提供支撑和中心转轴，并且
所述中心转轴和可变摇臂轴都基本上和凸轮轴平行设置。本发明所述的中心转轴的定义是
能够为所述可变摇臂的致动机构提供转动轴线的具有转轴功能的构件，其中该构件的轴线
是中心转轴的轴线；所述中心转轴一般是圆柱形轴体，但并不是说只能是圆柱形轴体。 因为常见的曲轴机构正好符合技术要求，可变摇臂的致动机构一般设计为曲轴式
的，并且设计时还要对曲轴机构进行变化性改进。所述的可变摇臂轴的支点构件，包含至少
一个以上由作为中心转轴的曲柄臂轴颈和其对应的曲柄臂组合的曲轴单元，并且属于同一
可变摇臂的致动机构的曲柄臂轴颈的轴线都基本上被设置位于同一轴线上。曲柄臂轴颈一
般是圆柱形轴体，特别时也能设计为包含圆弧形端面的轴体。曲柄臂是为与其连接的可变
摇臂轴提供支撑；一个曲柄臂对应一个曲轴单元，并且以固定形式连接一起的曲柄臂也算
是一个曲柄臂，其中曲柄臂间通过可变摇臂轴连接一起的情况除外。 可变摇臂的致动机构还有抵接式设计形式。所述的可变摇臂轴的支点构件包含至
少一个以上具有内圆弧形端面的抵接体，用于直接或间接抵触可变摇臂轴，并约束可变摇
臂轴的空间移动轨迹，实现让可变摇臂轴的轴线围绕所述中心转轴的轴线转动，其中抵接
体的内圆弧形端面的轴线是所述中心转轴的轴线。可变摇臂的致动机构还能设计内外齿轮
啮合式的。此类抵接式致动机构本质上都是曲轴式的等同变化技术，其工作原理以及其作
用都是完全相同的；因为结构复杂且加工和装配难度较大，不予深度解释。 2 、可变摇臂的致动机构的安装 对曲轴式可变摇臂的致动机构，曲柄臂轴颈安装到固定于发动机机体上的其安装 孔里。不同的曲柄臂轴颈安装孔之间空间上是断开的，中间被可变摇臂间断了。曲柄臂轴 颈安装孔有多类设计，一般设置位于凸轮轴支撑座板上，其位置位于凸轮轴轴颈安装孔的 附近并平行于凸轮轴。如此设计能和凸轮轴支撑座板一起加工，确保其同轴性并且能降低 加工费用。凸轮轴支撑座板上相对应的位置能开出异形孔，用于不阻碍可变摇臂轴和曲柄 臂的空间转动。要是必要曲柄臂轴颈安装孔里能够设置轴承，用于降低切换时的摩擦力。
3、曲柄臂和曲柄臂轴颈间的连接形式 因为曲轴式可变摇臂的致动机构不参与发动机高速旋转工作，并且受力上不能和 作用于活塞上的发动机曲轴比较，因此能够变化性设计。曲柄臂轴颈和其对应的曲柄臂的
6连接形式是从固定式连接或一体加工、配合间隙式连接两种里选择其一。选择不同连接形 式时，曲柄臂轴颈和其对应的安装孔间的连接形式要相应改变。曲柄臂和曲柄臂轴颈之间 一般设计为固定连接的或一体加工的，当气门级次切换时，曲柄臂围绕曲柄臂轴颈的轴线 转动。因为可变摇臂的致动机构工作时转动控制角一般不大于90度，当同一所述的可变摇 臂的致动机构包含至少两个以上所述的曲轴单元时，所述曲柄臂之间最好设置通过同一可 变摇臂轴连接到一起，并能以固定销固定；如此能增加机构稳定性并降低机构构件的装配 难度和加工精度。当一个曲柄臂轴颈只是一端和一个曲柄臂固定连接(或两者一体加工) 时，所组合的构件叫单柄式曲柄臂。 一体化的单柄式曲柄臂能增加可变摇臂的装机空间和 机构工作稳定性。 4、可变摇臂轴及其和可变摇臂的连接形式 可变摇臂轴设置分别与其对应的曲柄臂和可变摇臂相连接，并用于为其对应的可 变摇臂提供支撑和转动支点，其中所述的可变摇臂轴和其对应的可变摇臂的连接形式是从 配合间隙式连接、固定式连接或一体加工两种里选择其一；所述配合间隙式连接又包括常 见的轴与孔连接形式和抵接式连接形式。选择不同的连接形式时，曲柄臂和可变摇臂轴间 的连接形式要相应改变。当所述的可变摇臂轴和其对应的可变摇臂的连接形式是配合间隙 式连接时，所述可变摇臂和其对应可变摇臂轴两者的接触面之间能设置滚动体，用以降低 两者间摩擦力，其中所述滚动体是轴承、滚针、滚珠三者里面选择其一。 本发明的可变摇臂轴是可变摇臂的支点构件，因此可变摇臂轴不一定就是圆柱形 轴体；当以抵接式连接形式设计时，可变摇臂轴也能等同设计为具有圆弧形端面甚至圆缺 面的抵触面体，其轴线基本上平行于凸轮轴的轴线。 一个可变摇臂轴和至少一个以上可变 摇臂相对应。当可变摇臂轴和可变摇臂是固定式连接或一体加工时， 一个可变摇臂轴就仅 和一个可变摇臂相对应。可变摇臂轴间并不要求一定是同轴的，能依据气缸的控制模式的 要求变化。 可变摇臂轴一般设计为圆柱形轴体，并且以配合间隙和其对应的可变摇臂上其安 装孔相连接。对其他连接形式，因为让机构的结构变得复杂，并且很难设计辅助回位弹簧， 因此仅是几类等同或"劣变"形式，技术上并不先进。
5、可变摇臂 可变摇臂设置位于其对应的凸轮和气门挺柱/或滑面摇臂之间，其一端设置和其 对应的可变摇臂轴相连接，并随其对应的可变摇臂轴的空间位置的改变而改变其空间力学 特性，用于改变其对应的气门的升程量，其另一端设置至少一个以上包含圆弧形端面的抵 接部，用于分别与凸轮和气门挺柱/或滑面摇臂相抵触并传递气门驱动力，其中可变摇臂 的抵接部的轴线是抵接部的圆弧形端面所对应的圆柱面的轴线，并且属于同一可变摇臂的 抵接部的轴线基本上被设置位于同一轴线上。同一可变摇臂的抵接部的轴线能有偏差，但 偏差范围要满足气门同步性(对刻意违反气门同步性要求的设计，只能视为本发明的不科 学"劣变"形式)。可变摇臂的初始位置设置是，对于和一气缸相对应的可变摇臂，当该气缸 的气门闭合时，所述可变摇臂的抵接部的轴线与所述中心转轴的轴线基本上设置位于同一 轴线上。所述可变摇臂的抵接部至少是滚轮轴承、包含圆弧形端面的耐磨体两者中的一种， 即可变摇臂的具体设计为全滚轮轴承式、滚轮轴承和耐磨体组合式、全耐磨体式三种形式。
可变摇臂一般设计为多气门控制模式，此时可变摇臂的首选是三滚轮轴承式可变
7摇臂，中间的滚轮轴承和凸轮作用，两边设置的滚轮轴承分别和其对应的气门挺柱/或滑 面摇臂相互作用。可变摇臂也能设计为单一气门式可变摇臂，能设计两滚轮轴承式可变摇 臂，特别时能仅设置一个滚轮轴承/或耐磨体传递气门驱动力。可变摇臂还能设计为气缸 的单气门控制模式。可变摇臂上的滚轮轴承最好是滚针轴承，也能是滑动轴承甚至滚珠轴 承。 6、可变摇臂和气门挺柱组合的情况 本发明对气门挺柱情况和滑面摇臂情况分开描述是具有技术单一性的，技术上只 是机构构件间的同等替换；因为两构件实现的是同一主题且起到相同的作用。公知的发动 机技术，两构件作用本质上是完全相同的。 气门挺柱，设置位于其对应的可变摇臂和气门之间，用于分别与其对应的可变摇 臂的的抵接部和气门相抵触并传递气门驱动力，其中所述气门挺柱是从液压式挺柱、机械 式挺柱、垫片式挺柱三者里选择其一。液压式挺柱是由液压控制的挺柱，包括普通液压挺 柱、可切换液压挺柱、可停缸挺柱、油压挺柱等类型；机械式挺柱包括常见的内置垫片和外 置垫片等类型；两者都包括由曲面或曲面组合的特殊顶面的挺柱。液压式挺柱或机械式挺 柱安装到固定于发动机机体上的挺柱座内。所述垫片式挺柱实际上是由气门垫片改进的挺 柱，以其和气门弹簧上座的连接形式又分为内套式和外套式，能具有垫片的性能，也能内加 调节垫片；因为其受到的侧压力由气门弹簧弹力平衡，并且仅能用于气门升程可变范围较 小的发动机上，因此技术上并不先进。 气门挺柱情况具有极好的技术优势，特别对低端发动机。气门挺柱情况能轻易装 配到包括微型发动机的全部气门式发动机上。气门挺柱情况不但让机构和气缸盖结构变得 简单并且降低厂家的加工工本，还能轻易实现气门升程1-11毫米大幅连续可变；其工作磨 损比滑面摇臂情况要小得多。对摇臂加液压间隙补偿还是较难设计的，但气门挺柱情况确 能轻易解决此问题。 对气门挺柱情况，所述的滚轮轴承和耐磨体组合式可变摇臂是很重要的。因为耐 磨体和气门挺柱接触面积大(向两边扩展时，接触面积能设计比常见的凸轮和气门挺柱间 接触面积还大)，并且驱动的只是单个气门，特别是气门挺柱受到的侧向压力对比传统的气 门挺柱的要小得多，因此磨损极微。因为气门挺柱和挺柱座的尺寸较大，凸轮轴支撑座板下 部能设计留出气门挺柱的空缺。耐磨体的圆弧形端面的半径能比中间的滚针轴承的半径 大；并且耐磨体中线对气门挺柱要偏置，用于让气门挺柱旋转，使得磨损均匀。
7.可变摇臂和滑面摇臂组合的情况 滑面摇臂，设置位于其对应的可变摇臂和气门之间，其一端围绕其对应的滑面摇 臂的支点构件摆动，其另一端向其对应的气门传递气门驱动力，它和可变摇臂上的抵接部 相作用的滑面式工作端面位于其顶部的表面。滑面摇臂的工作端面是能够让滑面摇臂摆动 时正常工作的曲面，其中包含相切连接的曲面组合，最好是易于加工的向下凹的圆弧形端 面。不同类型的工作滑面对应的变化，只是气门升程特征曲线不同以及气门开启和落座速 度不同。滑面摇臂应当是不用维修的构件，即使有了磨损也能正常工作；并且怠速和低速 时，可变摇臂上的滚轮轴承往复工作对滑面摇臂有自我修复研磨功效。 滑面摇臂的支点构件是从气门间隙自动补偿器、滑面摇臂轴和机械式支点构件三 种里选择其一，其中气门间隙自动补偿器(即液压挺柱的一类，这里指用于摇臂的液压挺柱)和机械式支点构件具有凸球缺面或球座的支点顶头，用于给滑面摇臂提供稳定的摆动 支点。机械式支点构件的结构变化形式以及和滑面摇臂一体化组合变化形式是很多的，不 予广泛例举。滑面摇臂轴能设计为共用或分立式的，滑面摇臂和气门抵触端也能添加插入 式液压挺柱。滑面摇臂的支点构件一般是气门间隙自动补偿器，用于让气门O间隙。对球 座式支点构件情况，虽然滑面摇臂和可变摇臂的滚轮轴承已经配合为空间位置相互约束的 稳定组合体。但是滑面摇臂和气门抵触端能加限位挡板。
8、气门、凸轮及其凸轮轴 气门，是用于对发动机气缸配气的阀门，其和可变摇臂相对应。对滑面摇臂情况， 气门顶面能加一耐磨损的垫片，能保护气门顶部端面并增加力的接触面积。凸轮设置于发 动机凸轮轴上，用于提供气门驱动力，其工艺标准和普通液压挺柱式发动机的相同。具体设 计时要是曲柄臂轴颈安装孔的设置空间不够，能略加大凸轮的基圆外径，并且凸轮基圆的 直径一般要大于凸轮轴轴颈外径。支撑座板上的凸轮轴的轴承座和轴承盖能倾斜(包括垂 直)设置，因为凸轮和可变摇臂间的作用力是倾斜的，力学上和空间上都是合理的。另外， 本发明的讲解部分是以顶置凸轮轴式发动机为例进行的，其实本发明还能够装机到下置、 中置凸轮轴式发动机上；此时机构可变原理完全相同，不同的只是构件的空间布局不同，以 及添加了部分构件(例如推杆)。
9、辅助回位弹簧 本发明的辅助回位弹簧设置用于使其对应的可变摇臂上的抵接部和凸轮相互接 触。因为只要压开气门，气门弹簧也能帮助可变摇臂回位，因此对气门最小升程设置较大的 发动机，只要气门弹簧的预压力足够大，能不设置辅助回位弹簧。辅助回位弹簧设计一般为 扭力弹簧。辅助回位弹簧的一端固定安装到可变摇臂轴的弹簧安装孔里，并且弹簧安装孔 的轴向尽量和曲柄臂轴颈的径向相垂直；辅助回位弹簧另一端和可变摇臂上的能引起回拉 力的弹簧卡位相抵触。如此设计能尽量减小辅助回位弹簧的预压力对控制致动力和控制维 持力的负面干扰，并且辅助回位弹簧与附近的构件不撞击不摩擦。辅助回位弹簧的向外的 那一端也能够同理设置到曲柄臂上。因为切换时扭力弹簧随曲柄臂同步转动，因此辅助回 位弹簧的预压力的大小不随气门级次切换改变。柔性切换的设计能让控制致动力不去压下 辅助回位弹簧，让级次切换时力度很轻。辅助回位弹簧也能设置是其他类型的弹簧。对具 体型号发动机，辅助回位弹簧的弹性模量以及最小预压力的大小都要通过试验确定的。
10、本发明润滑油道的设计 润滑油通道一般由凸轮轴的润滑油道起步，经过凸轮轴支撑座板，进入曲柄臂轴 颈，进入曲柄臂，进入可变摇臂轴，进入可变摇臂，并设置对凸轮、滚轮轴承和/或耐磨体、 气门挺柱顶面/或滑面摇臂三者的抵触区域润滑的喷孔，也能进入可变摇臂的滚轮轴承内 部进行润滑。滑面摇臂接近气门一端能设置机油漏孔，润滑机油经过漏孔能够对滑面摇臂 和气门两者间受力面充分润滑。本发明的润滑油道和传统发动机原有的润滑油道能够流畅 连接。
11 、对以上所述构件间选择性设置的合理性的解释 对于以上所述的可变摇臂的抵接部、气门挺柱/或滑面摇臂的支点构件、可变摇 臂轴的支点构件、可变摇臂和其对应的可变摇臂轴间的连接形式的不同构件间多种选择性 设置，因为彼此都是独立的、并列的，因此完全不涉及彼此抵触问题。对具体发动机设计，能
9依据具体情况合理选择。 二、本发明的机构工作原理 1、气门开启闭合的工作原理和气门升程可控改变的工作原理 对滑面摇臂情况，当气门工作时，气门驱动力的传递是凸轮一可变摇臂的中间滚 轮轴承一滚轮轴承的轴和可变摇臂本体一可变摇臂的两边滚轮轴承一滑面摇臂的工作端 面一最后压开气门。气门压到最大开度后，依靠气门弹簧和辅助回位弹簧的弹力，让参与气 门工作的气门、可变摇臂、滑面摇臂回到初始位置。耐磨体情况的原理和滚轮轴承的相同。 该力学传递是合理的，能够让凸轮、可变摇臂和滑面摇臂三者间的摩擦力是滚动摩擦力。
对滑面摇臂情况，气门升程可控改变的工作原理是通过控制改变可变摇臂轴的轴 线围绕所述中心转轴的轴线转动的角度去可控改变气门的升程量。当控制传感器获得即时 控制数值(包括发动机油门轻重和发动机转速)改变到预设控制数值级次位时，控制传感 器发出级次切换指令。然后本发明的控制机构(液压控制机构或机电控制机构)发出致动 力；该致动力作用到曲柄臂(特别时能作用到可变摇臂轴或曲柄臂轴颈)上，推动与其连接 的可变摇臂轴围绕曲柄臂轴颈的轴线转动，并带动可变摇臂进行切换摆动。可变摇臂切换 时的摆动支点的位置是其上滚轮轴承和凸轮以及滑面摇臂顶部端面三者的相抵触的部位， 即是两条接触线。因为滚轮轴承的外圆是圆柱面(对耐磨体则是所包含的圆弧曲面)，因此 可变摇臂的切换摆动轴线就是滚轮轴承的轴线。可变摇臂的切换摆动改变了可变摇臂和滑 面摇臂间的力学结构，即改变了由可变摇臂和滑面摇臂组合的复合摇臂的摇臂比，因此改 变了气门升程。 可变摇臂改变空间位置的转动或摆动形式分两种一是，凸轮工作时可变摇臂围 绕可变摇臂轴的摆动，目的是让气门工作；二是，控制致动力作用下可变切换时，围绕可变 摇臂上的滚轮轴承的轴线转动。为了区别，我们把前者定义为可变摇臂的工作转动；后者则 定义为可变摇臂的切换转动。切换转动的目的是改变可变摇臂和滑面摇臂间的力学结构， 让气门升程连续可变。当切换转动时，可变摇臂轴的轴线围绕曲柄臂轴颈的轴线的转动角 度，我们定义为控制角①。以最小气门升程时可变摇臂轴的轴线空间位置为初始位置，当控 制角①变大时，气门升程变大，直到变到预设的最大升程；反之则气门升程变小，直到回到 初态。可变摇臂的切换转动具有气门同步性，就是当气门闭合时可变摇臂的切换转动绝对 不压开气门；如此气门级此切换就完全是不破坏气门正时且不跳跃的O间隙平滑切换了。 本发明的设计思想还是以改变传统摇臂比为基础的，只是杠杆原理由通常直线形创意为曲 线形。 气门挺柱情况的原理和滑面摇臂情况的是相同的，不予重复解释。
2 、对本发明能够现实化的两个重要技术问题的解释
(1)可变摇臂的致动机构具有0间隙稳定性的解释 本发明的连续可变气门升程机构的可变摇臂轴是绕中心转轴转动的，但气门工作 状态是稳定的。因为辅助回位弹簧和液压挺柱对可变摇臂有径向外的分力，因此此分力一 直让可变摇臂和可变摇臂轴间以及曲柄臂轴颈和曲柄臂轴颈安装孔的内壁间紧密接触；工 作时凸轮和气门弹簧对可变摇臂的力也是径向向外的。或者说可变摇臂和可变摇臂的致动 机构的工作受力具有单向性，因此两者一直都处于0间隙稳定的环境里，其稳定性比传统 发动机的摇臂机构还要好。对配置液压挺柱的发动机，气门也能O间隙平滑稳定工作。
(2)机构构件的磨损问题和发动机的低转速工况 本发明的磨损主要是可变摇臂和气门挺柱(或滑面摇臂)间的工作端面的磨损。 该磨损一般是轻微的且平滑均匀的。因为所述工作端面磨损掉O. 1毫米，气门最小升程就 要减小0. 1毫米，因此该磨损是不会破坏切换转动时的气门同步性的。该磨损对发动机高 转速工况不会有多大的作用，但严重磨损时可能引起发动机低转速工况的故障问题，对气 门最小升程的发动机要是设置很小就可能出现启动故障(此时能手动切换到固定升程)， 对不配置液压挺柱的发动机要出现气门响声。因为气门回位时要先迫使可变摇臂回位以让 出回位空间，即气门弹簧总能帮助可变摇臂回位，因此除了出现辅助回位弹簧折断极端情 况，不会出现可变摇臂被卡住或由此引起停阀缺缸问题。 3、满足本发明的连续可变气门升程机构工作稳定性的两个必要条件 必要条件(1):属于同一所述可变摇臂的致动机构的曲柄臂轴颈的轴线都基本上
设置和所述中心转轴的轴线重合，并且所述中心转轴和可变摇臂轴和发动机凸轮轴平行设置。 必要条件(2):对于和一气缸相对应的可变摇臂，当该气缸的气门闭合时，可变摇 臂上的滚轮轴承和/或耐磨体的圆弧形端面的轴线与曲柄臂轴颈的轴线基本上设置位于 同一轴线上。 其中，必要条件(1)是能够让可变摇臂的致动机构稳定工作的必要条件。必要条 件(2)确保了可变摇臂的气门同步性，让气门升程级次的切换完全是不跳跃的O间隙平滑 切换。必要条件(2)能够让可变摇臂上的滚轮轴承每一次工作后都能回到固定位置上，因 此气门工作正时保持不变，并且不因可变摇臂轴空间切换位置不同而改变。必要条件(2) 包含着十分丰富的含义，不仅直接局限了可变摇臂的致动机构的空间安装位置和可变摇臂 的设计尺寸，还确定了可变摇臂空间初始位置的设置。必要条件(2)是不可改变的。
因为设计、加工、装配、磨损的原因，发动机构件尺寸及其空间位置设置的具体数 值总有合理可变范围的。本发明以气门间隙正常范围度量机构稳定性。本发明所述的规范 误差范围是0-0. 3毫米，但仅是本发明的范围。 4、本发明设计机制及原理和双凸轮法设计机制的有着本质上的区别
本发明的机构的结构示意图和双凸轮法的比较，一看就知道是本质完全不同的两 类技术。因为设计机制不同，两者体现的气门配气正时完全不同。本发明是依据改变传统 摇臂比实现让气门升程连续可变，其气门正时必须保持不变(不计所述的规范误差范围以 及液压挺柱泄油和气门间隙变化因素)；其工作时，凸轮的突起部分一压到可变摇臂的滚 轮轴承上，气门即被压开。双凸轮法则是依据改变凸轮的空压角实现让气门升程连续可变， 其气门配气正时必须大幅度改变，不变不行；其工作时，凸轮轴上的凸轮先空转一个角度， 然后让第二凸轮空摆到突起部分以驱动固定摇臂工作，最后压开气门。 本发明的机构构件，可变摇臂的滚轮轴承和耐磨体并不要求具有凸轮性质；气门 挺柱或滑面摇臂绝对不能安装滚轮轴承和可变摇臂作用，安装了要出现可变摇臂回位困难 的技术问题。对双凸轮法的机构构件，第二凸轮(摆杆)必须是凸轮性质的，其固定摇臂必 须要安装滚轮轴承(或向上鼓的耐磨体)，不如此气门就不能可变。因为两者的气门配气正 时状态不同，两者对不同工况下的发动机配气效果上有着本质的差别，因为气门配气正时 和发动机转速是紧密联系的。控制上，双凸轮法设计的可变气门机构属于二元变量控制，本
11发明的可变气门机构属于一元变量控制。
5、对气门最小升程的设置问题的解释 气门最小升程设计上分为固定式的和自动(或手动)可调式的。本发明能实现0 毫米气门升程，但是不建议怠速和低速时气门升程设置很低(例如0.2毫米)。因为冷启动 时机油粘稠度相对很高，液压挺柱的工作状态很不稳定，气门还是有着较大间隙的；气门最 小升程设置很低，气门就几乎不打开，要出现发动机启动困难问题(此时能手动跳到固定 气门升程模式)。当气门升程极小时(例如0.2毫米)，极大的进气流速还可能引起进气紊 流问题，对发动机燃烧并不好。假如出现进气紊流问题，能设置简易控制的怠速进气辅助通 道，加大进气歧管的真空度，降低进气气流的流速，并能控制怠速时的配气量。另外，对闭阀 态和怠速态的控制能独立设置；并且设置最小气门升程量时，要侧重气门落座速度和发动 机的怠速稳定性，并要具体装机试验。 6、对本发明气门开启持续位相角具有紧縮性的解释 此现象仅当气门小升程时具有。当气门小升程且活塞推到上止点时，气门开度是 很微小的，加上液压挺柱自然泄油特性引起的气门开度下降，因此上止点时气门甚至不被 压开。此时虽然系统配气正时设置不变，实际上不但气门压开位相推迟并且闭合位相提前， 即气门开启持续位相角是紧縮的，或者说气门开启时间是自然减小的。此现象有利于发动 机低转速时的稳定性。 三、本发明与现有技术相比具有的有益效果 安装本发明的连续可变气门升程机构的发动机，除了具备现有可变气门升程机构 发动机的很好排放性能和燃油经济性能、充沛的动力性能，还具备
1、完全创新的设计机制，完全不涉及对现有技术侵权 本发明的设计机制是完全不同于目前发动机其他可变气门升程技术的，即所提供 的技术是完全具有自我知识产权的完备技术。本发明的可变摇臂和滑面摇臂和世界上其他 一切可变气门技术的构件都是不能等同替换的(替换了发动机就不能工作)。因为实现本 发明的必要技术，要不是本发明设计的，要不就是发动机界公知的技术，因此不会涉及到对 有着知识保护的其他技术侵权，并且本发明公开了众多变化性设计，即使技术边缘涉及也 能完全回避。 2、对气门升程和气门正时的可变控制是相互独立的 因为本发明连续改变气门升程同时保持气门正时不变，或者说能够独立对气门升 程和气门正时(由气门正时控制器致动)精确控制，两者互不干扰。因此能够让发动机处于 全工况最佳配气状态。气门升程能够随着油门轻重和发动机转速独立设置，因此解决了极 端工况下的配气问题；例如，发动机低转速大油门时的配气问题。因为气门配气正时不变， 因此即使不配置气门正时控制器，也能同时满足发动机动力性和燃油经济性的要求。
3、本发明结构简单，装机体积小，易于推广和普及 本发明结构简单且紧凑，其安装几乎不改变原发动机的气缸盖体内的结构和体 积。只要现有发动机的气缸盖内能够装得下本发明的可变摇臂就能够装配到此类发动机 上，因此对可变摇臂压縮设计后能够轻易装配到包括微型发动机的几乎全部气门式发动机 上。本发明的连续可变气门升程机构的构件数目少且加工误差要求只是普通发动机误差范 围，因此降低了装机工本。
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4、取消节气门，加速进气涡流的速度 取消节气门后，本发明的连续可变气门升程机构以连续改变气门升程量实现对发 动机配气量精确控制，并实现气门升程量O-ll毫米连续可变。发动机多数工况下的气门升 程量较小，因此气缸内的进气涡流速度就很大。
5 、凸轮有着很好的使用效率 当气门小升程时，此时可变摇臂处于杠杆省力状态，因此凸轮只要较小的力(仅 是正常的1/4以下)就能压开气门。凸轮力度符合传统的摇臂比理论。
6、摇臂的重量轻且数目少 安装了本发明的连续可变气门升程机构的发动机， 一个气缸有两个进气门时，对 气门挺柱情况，和两个进气门相对应的摇臂数目仅是1个；对滑面摇臂情况，摇臂数目仅3 个；并且气门挺柱或滑面摇臂的顶部工作端面上并不设置滚轮轴承。同等情况下现有的连 续可变气门升程技术的摇臂数目至少4个以上，并且每一个摇臂上都要设置至少1个以上 的滚轮轴承。因此本发明的摇臂构件的实际重量是比较轻的；有利于降低磨损和增加系统 稳定性。 7、控制数值分布均匀，能够全工况精确控制发动机配气量 因为本发明的气门挺柱或滑面摇臂的工作端面变化很平缓，并且控制角①可变 范围较大，因此控制数值(控制角①)分布相对均匀，级次切换间控制数值间距相对大。本 发明的技术能全工况精确控制发动机配气量。
8、控制系统所需的致动力和维持力很小 因为曲柄臂通过可变摇臂进行切换时，力的作用是杠杆省力状态，曲柄臂只要很 小的切向力就能够压开气门，因此切换时的所需的致动力相对很小。切换后，气门压开和气 门回位时对曲柄臂的力都是压到已经闭合的充满机油的液压室上，因此几乎控制维持力以 及控制维持能耗几乎是0。另外，因为切换时本发明的辅助回位弹簧和曲柄臂是同步转动 的，因此优化的设计能够实现切换时完全不压下弹簧。因为机构控制上力度很轻，因此本发 明让气门升程能随着油门踏板轻重和发动机转速的变化即时迅速切换。
9、能够减小正时链条或者橡胶带的拉力，降低损耗 发动机大部分时间都处于低速和怠速的状态，此时凸轮压开气门的需要的力度很
轻，因此降低了正时链条或者橡胶带的张力，减少了维修和损耗。 10、降低发动机怠速状态时转速，节油环保 当怠速时，因为凸轮轴的力度很轻，取消节气门后又降低部分泵气能耗，因此能降
低发动机怠速时的转速和功耗，不但节油并且环保。
11、气门正时控制器的切换力度小，降低发动机磨损 低转速态是发动机大部分时间的状态，此时凸轮压开气门的力度轻，不但减小气
门正时控制器的切换力度，还能降低切换能耗和发动机构件磨损。
12、机构构件受力合理且润滑充分，降低维修损耗 本发明的连续可变气门升程机构传递气门驱动力时，构件间设计以滚动摩擦力和 加大受力的面积降低磨损，构件几乎都是免维修构件。并且本发明的润滑油道设计能够和 传统的发动机的润滑油道完全流畅接合，因此能够充分润滑参与气门工作的构件，降低构 件磨损。
13、具备实现可变排量发动机的条件 本发明的连续可变气门升程机构能实现0毫米气门升程量(即闭阀态)，装机到较 大排量发动机上，多数时间能切换到小排量模式，降低发动机能耗。 发动机本身就是具有技术完备性的机械体，因此以上优点仅是符合发动机要求的 连续可变气门升程机构应当具备的基本性能，并不是特殊的性能。
图1是本发明实施例1的连续可变气门升程机构结构示意图；图2是本发明实施 例2的连续可变气门升程机构结构示意图；图3(1)和3(2)是本发明实施例1的气门升程 连续可变的动作示意图；图4(1)、4(2)和4(3)是本发明实施例2的气门升程连续可变的动 作示意图；图5是本发明实施例1和2的气门升程的特性曲线图；图6(1) (2)是本发明实 施例1的不同工况下可变摇臂的杠杆力臂分析示意图；图7是本发明实施例1的控制角① 变化示意图；图8是本发明实施例1的垫片式挺柱情况的机构结构示意图；图9是本发明实 施例2的连续可变气门升程机构分解结构立体示意图；图10是图9所示的连续可变气门升 程机构的组装后结构立体示意图；图11(1) (2) (3) (4)是本发明实施例2的连续可变气门升 程机构几类结构变化示意图；图12(1) (2)是本发明实施例1的对气门升程连续可变机制的 力学解释示意图；图13(1) (2) (3) (4)是本发明实施例1和2的曲柄结构变化形式示意图； 图14(1) (2) (3) (4) (5) (6)是本发明实施例1和2的可变摇臂结构变化形式示意图；图15 是本发明实施例1的连续可变气门升程机构的装机模拟示意图；图16是本发明实施例2的 连续可变气门升程机构的装机模拟示意图。 另外，以上附图所示的机构构件都是按着最大力学尺寸设计，并都经由电脑反复 精确动态模拟后确定；其中部分构件是发动机常见构件，不以标注。
具体实施方式
实施例1 为避免可能引起解释上的混乱，不特别指定时，以下出现的气门一律是指和可变 摇臂(301)相对应的气门，即气门(100)。构件间的空间上相互遮挡或标记困难的原因，假 如某一示意图不能标出某一构件，能参阅其他示意图。 图l所示是气门挺柱情况的连续可变气门升程机构的结构示意图(其中为易于表 述，气门挺柱(107)是以机械式气门挺柱表示的)，主要包括凸轮(101)、曲柄臂(200)、曲柄 臂轴颈(201)、可变摇臂轴(203)、可变摇臂(301)、气门挺柱(107)、挺柱座(108)、辅助回位 弹簧(403)、气门(100)。曲柄臂(200)和曲柄臂轴颈(201)是固定连接的(也能一体加工 的)；曲柄臂轴颈(201)以配合间隙安装到凸轮轴支撑座板(102)上的曲柄臂轴颈安装孔 (202)里；对属于同一可变摇臂的致动机构(20)的全部曲柄臂(200)设置以同一可变摇臂 轴(203)串连到一起并加以固定。可变摇臂(301)上设置轴线位于同一轴线上的三个滚针 轴承(302)，其中中间的滚针轴承和凸轮(101)紧密接触，两边的两个滚针轴承通过其对应 的气门挺柱(107)驱动气门工作。辅助回位弹簧(403)设置让其对应的可变摇臂(301)上 的中间滚针轴承和凸轮(101)相抵触。可变摇臂(301)空间初始位置的设置是，对于和一气 缸相对应的可变摇臂(301)，当该气缸的气门闭合时，可变摇臂(301)上的滚针轴承(302)的轴线和曲柄臂轴颈(201)的轴线被设置位于同一轴线上。曲柄臂轴颈(201)和可变摇臂轴(203)基本上和凸轮轴(104)平行安装。 当气门升程保持不变时，位于凸轮轴(104)上的凸轮(101)压下可变摇臂(301)上的中间设置的滚针轴承(302)，可变摇臂(301)上的两边设置的滚针轴承(302)分别压下对应的气门挺柱(107)，因此压开对应的气门；当气门被压到最大开度后，然后依靠气门弹簧(106)和辅助回位弹簧(403)的弹力，让参与气门工作的可变摇臂(301)、气门挺柱(107)和气门回到初始位置。当气门升程级次切换时，控制上表现是气门升程随着控制角①(402)变化而改变的，图7所示是控制角①(402)变化情况。图3(1)是气门最小升程时的机构动作示意图，此时控制角①(402)是0。图3(2)是气门最大升程时的机构动作示意图，此时控制角①(402)最大。因此当控制角①(402)变大时，气门升程变大。图12(1) (2)所示是对气门能连续可变机制的力学上的解释，其中K是可变摇臂(301)对气门挺柱(107)压点的位移切向。图12(1)所示，当气门处于小升程状态时，可变摇臂(301)上的滚针轴承(302)工作时划出的空间曲面趋向水平，此时滚针轴承(302)的压点的空间位移分配给气门开启的垂直分量很小，因此仅能轻微压开气门；当气门处于大升程状态时，由图12(2)所示，可变摇臂(301)的的滚针轴承(302)划出的空间曲面趋向垂直，此时滚针轴承(302)的压点的空间位移分配给气门开启的垂直分量很大，因此能大幅压开气门。
图6(1) (2)是本发明实施例1的可变摇臂的杠杆力臂分析示意图。图6(1)所示是气门小升程时可变摇臂(301)的杠杆力臂分析；其中O点是可变摇臂(301)摆动时的力学支点，Fl是凸轮(101)对中间滚针轴承(302)的力，对应的力臂是OA， F2是气门挺柱(107)对两边滚针轴承(302)的力，对应的力臂是OB ;OA比OB大几倍(6倍以上)，因此可变摇臂(301)处于杠杆省力状态；此时凸轮(101)以相对很小力就能压开气门；并且控制角①(402)越大，F1的力臂OA变得越小。图6(2)所示是气门升程级次切换(硬性切换的设计)时可变摇臂(301)的杠杆力臂分析；其中Q点是可变摇臂(301)切换摆动时撬压气门的力学支点，F3是曲柄臂(200)对可变摇臂(301)的力，对应力臂是QC;F2是气门挺柱(107)对两边滚针轴承(302)的力，对应的力臂是QD ;QC比QD大几倍，因此可变摇臂(301)处于杠杆省力状态；此时曲柄臂(200)以相对很小力就能压开气门，实现气门级次切换。
图5是本发明的连续可变气门升程机构的气门升程特性的曲线图，能看到气门升程变化的同时气门正时保持不变，并且气门升程的峰值略向前移，该前移现象能以凸轮轮廓线的设计校正；但此前移的好处很多，例如，低速气门压开缓慢且加大涡流和稳定怠速，高速压开急速且降低活塞处于上半缸时的吸气阻力；逆时针旋转的少数发动机，情况相反。图8是实施例1的垫片式挺柱情况的机构示意图，其中气门挺柱(107)表示是垫片式挺柱。如图14(1)所示为滚针轴承和耐磨体组合式可变摇臂(301)，此时可变摇臂以中间设置滚针轴承(302)和凸轮(101)作用，两边设置耐磨体(304)用以驱动气门挺柱工作。图14(2)是实施例1的单一气门式可变摇臂。图15是实施例1的的装机模拟示意图，能看到进气凸轮(405)对液压挺柱(109)的偏置形式能让进、排气门布置紧凑，不但有利于气缸压縮比的设计，气缸盖内的空间布局和装机空间都很好；特别是还能上抬进气歧管，因此优化了进气涡流的质量；能看到凸轮轴轴承盖(103)倾斜安装，并标出了滚针轴承和耐磨体的轴线(306)的初始位置；对现有发动机变化较大的只是凸轮轴支撑座板(102)。
气门挺柱(107)的工作端面一般是平面，但能改进气门挺柱(107)以及耐磨体
15(304)的外轮廓线的设计，用以进一步优化发动机性能(例如，实现停缸)，但耐磨体只能平
滑改变气门最小升程时耐磨体(304)对气门挺柱的压点以上部分的外轮廓线。气门挺柱情
况具有很好的技术优势，不但有很好装机空间，对原发动机改变极小。厂家不改进装配条件
就能轻易装机到包括微型发动机的全部气门式发动机上。气门挺柱情况对本发明的推广普
及有着特别意义。 实施例2 1、中等排量以上发动机 图2所示是滑面摇臂情况的连续可变气门升程机构结构示意图，主要包括凸轮(101)、曲柄臂(200)、曲柄臂轴颈(201)、可变摇臂轴(203)、可变摇臂(301)、滑面摇臂(307)、气门间隙自动补偿器(309)、辅助回位弹簧(403)、气门(100)以及虚线所示是凸轮轴轴颈(105);其中曲柄臂(200)、曲柄臂轴颈(201)、可变摇臂(301)、辅助回位弹簧(403)的工作状态及设置和实施例l完全相同。可变摇臂(301)上中间设置的滚针轴承和凸轮(101)紧密接触，两边的两个滚针轴承分别和对应的滑面摇臂(307)的工作端面相抵触。滑面摇臂(307) —端围绕气门间隙自动补偿器(309)的支点顶头摆动，其另一端驱动其对应的气门工作。可变摇臂和可变摇臂轴间的受力面铺设了滚针(310)，并且滚针处的可变摇臂轴直径能略减以局限滚针(310)的轴向移动。图9所示是实施例2的机构分解后的结构立体示意图，图10所示是图9所示的构件组装后的结构立体示意图，能直观了解到机构的布局以及不同构件的具体外形及其具体空间位置；并且使用了图13(1)所示的一体化的单柄式曲柄臂。 图4(2)和图4(3)所示分别是实施例2的气门处于小升程和大升程时动作示意图，能看出随着可变摇臂轴(203)围绕曲柄臂轴颈(201)切换转动，气门升程是不同的，其中控制角①(402)的变化状态和实施例1相同。图4(1)是气门闭阀状态动作示意图，此时可变摇臂(301)上的两边设置的两个滚针轴承(302)只是沿着滑面摇臂的工作端面(308)的表面滚动，并不压下滑面摇臂(307)，因此气门不被压开。当气门开度值小于因气门间隙自动补偿器(309)泄油引起的气门开度下降值时，气门也是闭阀状态。当气门闭阀状态时，可变摇臂(301)的回位仅依靠辅助回位弹簧(403)的弹力。图11(1) (2) (3) (4)所示是实施例2的几类机构变化形式，提供给厂家对具体发动机设计时选择，其中滑面摇臂(307)的受力是不同的，这是厂家选择时候应当注意的问题。 因为滑面摇臂情况和气门挺柱情况之间具有技术单一性，因此实施例2的工作原理及机构的其他力学性质和实施例1的完全相同，不予重复解释。
2、经济性小排量发动机 小排量发动机的气缸盖体内空间相对较小，我们能压縮可变摇臂(301)的设计。图14(1) (2) (3) (4) (5) (6)是几种不同的可变摇臂(301)的压縮形式，其中图14(3)是压縮后的三滚轮轴承式可变摇臂。对可变摇臂(301)上滚针轴承的轴要求是工作时不变弯不变形。图13(1) (2) (3) (4)所示几类曲柄臂设计形式(本发明不涉及对控制系统讨论，因此曲柄臂并未加上和控制系统相连接的部分)。图13(1) (2)所示的是单柄式曲柄臂，其中标注了可变摇臂轴安装孔(204)。不同的曲柄臂(200)对应的凸轮轴轴颈座架板的异形孔(409)的形态能略不相同。图16所示是实施例2的装机模拟示意图，特别对小排量发动机。
3、微型发动机
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滑面摇臂情况推广装配到微型发动机上。此时可变摇臂(301)能设计以耐磨体 (304)和滚轮轴承组合传递凸轮(101)和滑面摇臂(307)间的作用力，如图14(4)所示，设 置耐磨体(304)和凸轮(101)相抵触，以滚针轴承(302)和滑面摇臂(307)相抵触，以减小 滑面摇臂(307)的磨损。因为滑动轴承不但承受压力好并且尺寸较小，因此最好以滑动轴 承替换耐磨体(304)，降低传递摩擦力；此时能设置一个或几个(同轴的)滑动轴承分别和 凸轮以及滑面摇臂相抵触，也能设计为单一气门式可变摇臂。具体设计时能以机械式支点 构件(401)或滑面摇臂轴(404)代替气门间隙自动补偿器(309)，并设计以调节螺丝或垫片 改变调节气门间隙。滑面摇臂轴能为滑面摇臂提供很好的工作稳定性，但机械式支点构件 能让气缸盖空间设计简单化。对未配置ECU技术的发动机，本发明能提供已经设计好的多 级次全自动智能控制系统，降低工本。
4、单一进气门式发动机 滑面摇臂情况能够推广装配到单一进气门式发动机上。因为一般的单一进气门式 发动机的进气门、排气门、摇臂轴、凸轮轴都是单一式的，因此要合理设计进气摇臂和排气 摇臂间的空间布局。如图11(4)所示，因为排气门的摇臂(407)的滚轮轴承的位置要比进 气气门的可变摇臂(301)的滚轮轴承或者耐磨体(304)的位置低，因此凸轮轴(104)的进 气凸轮(405)比较排气凸轮(406)配气正时设计要相应提前，表现是进气凸轮对排气凸轮 提前角S (408)。如此设计不但能够让单一凸轮轴(104)同时驱动进气摇臂和排气摇臂，进 气摇臂和排气摇臂共用同一摇臂轴，并且能够给控制系统空出很大装机空间。图14(5) (6) 给出实施例2的两种单一气门式可变摇臂，其中图14(5)所示则是具有耐磨体(304)的可 变摇臂(301)的侧面剖视图。 另外，本发明的连续可变气门升程机构的维修拆解是简易的；拆解凸轮轴后，拆下 全部凸轮轴支撑座板(102)，然后由一端起，依次拆下机构构件。 以上两个实施例所示的机构是从众多设计里优选的两个机构。为让设计构思充分 体现，不同附图所布置的构件力求不同，因此厂家对具体型号发动机设计时能相互参阅。本 发明是笔者设计多类连续可变气门升程机构后精选的最佳设计，是既简单合理又完全符合 发动机要求的设计。 本发明的连续可变气门升程机构能装配的发动机是气门式发动机(不能是气孔 式发动机)，包括汽油机、柴油机、气体或替换液体燃料发动机以及混合动力发动机，包括直 列、V型和对置式多缸发动机以及单缸发动机。另外，本发明的具备智能判断能力的多级次 自动控制系统是和本发明同时设计出的，不但体积小并且控制精度和响应速度都要好于目 前的电子辅助控制系统(ECU)，特别是工本费用极低。该智能控制系统能和现有发动机的 ECU完全兼容，用于协同控制发动机的性能，也能独立实现对发动机6级次可变系统全自动 切换控制。厂家获得本发明以后，本发明设计者愿意为厂家进一步现实化出力；并且厂家能 够获得该智能控制系统全部技术资料。 欢迎本领域技术人员或者别的领域技术人员参阅上述本发明给出的具体例后，进 一步发挥和设计，让本发明的连续可变气门升程技术得到推广。大家共同为世界能源和环 保的可持续性努力。
权利要求
一种机械式连续可变气门升程机构，用于可控改变发动机气门的升程量，包括凸轮，设置位于发动机凸轮轴上，用于提供气门驱动力；气门，用于为发动机气缸配气的阀门，其和可变摇臂相对应；可变摇臂的致动机构，该机构具有一中心转轴，包括可变摇臂轴和可变摇臂轴的支点构件，该机构的作用是实现让可变摇臂轴的轴线围绕所述中心转轴的轴线转动，其中所述可变摇臂轴的支点构件设置用于为与其连接的可变摇臂轴提供支撑和中心转轴，并且所述中心转轴和可变摇臂轴都基本上和凸轮轴平行设置；可变摇臂，设置位于其对应的凸轮和气门挺柱之间，其一端设置和其对应的可变摇臂轴相连接，并随其对应的可变摇臂轴的空间位置的改变而改变其空间力学特性，用于改变其对应的气门的升程量，其另一端设置至少一个以上包含圆弧形端面的抵接部，用于分别和其对应的凸轮和气门挺柱相抵触并传递气门驱动力，其中可变摇臂的抵接部的轴线是抵接部的圆弧形端面所对应的圆柱面的轴线，并且属于同一可变摇臂的抵接部的轴线基本上设置位于同一轴线上；气门挺柱，设置位于其对应的可变摇臂和气门之间，用于分别与其对应的可变摇臂的抵接部和气门相抵触并传递气门驱动力，并且所述气门挺柱是从液压式挺柱、机械式挺柱、垫片式挺柱三种里选择其一，其中液压式挺柱或机械式挺柱安装到固定于发动机机体上的挺柱座内；所述的一种机械式连续可变气门升程机构的特征是，对于和一气缸相对应的可变摇臂，当该气缸的气门闭合时，所述可变摇臂的抵接部的轴线与所述中心转轴的轴线基本上被设置位于同一轴线上。
2. 如权利要求1所述的一种机械式连续可变气门升程机构，其特征在于， 所述的可变摇臂轴的支点构件，包含至少一个以上由作为中心转轴的曲柄臂轴颈和其对应的曲柄臂组合的曲轴单元，其中所述曲柄臂轴颈和其对应的曲柄臂的连接形式是从固 定式连接或一体加工、配合间隙式连接两种里选择其一，并且所述曲柄臂轴颈安装到固定 于发动机机体上的其安装孔内，以及属于同一可变摇臂的致动机构的曲柄臂轴颈的轴线都基本上被设置位于同一轴线上；所述的可变摇臂轴是可变摇臂的支点构件，设置分别与其对应的曲柄臂和可变摇臂相 连接，用于为其对应的可变摇臂提供支撑和工作转动轴线，其中所述可变摇臂轴和其对应 的可变摇臂的连接形式是从配合间隙式连接、固定式连接或一体加工两种里选择其一，并 且一个可变摇臂轴和至少一个以上可变摇臂相对应；所述的可变摇臂的抵接部至少是滚轮轴承、包含圆弧形端面的耐磨体两者中的一种。
3. 如权利要求2所述的一种机械式连续可变气门升程机构，其特征在于，辅助回位弹 簧设置用于使其对应的可变摇臂上的抵接部和凸轮相接触。
4. 一种机械式连续可变气门升程机构，用于可控改变发动机气门的升程量，包括 凸轮，设置位于发动机凸轮轴上，用于提供气门驱动力；气门，用于为发动机气缸配气的阀门，其和可变摇臂相对应；可变摇臂的致动机构，该机构具有一中心转轴，包括可变摇臂轴和可变摇臂轴的支点 构件，该机构的作用是实现让可变摇臂轴的轴线围绕所述中心转轴的轴线转动，其中所述可变摇臂轴的支点构件设置用于为与其连接的可变摇臂轴提供支撑和中心转轴，并且所述 中心转轴和可变摇臂轴都基本上和凸轮轴平行设置；可变摇臂，设置位于其对应的凸轮和滑面摇臂之间，其一端设置和其对应的可变摇臂 轴相连接，并随其对应的可变摇臂轴的空间位置的改变而改变其空间力学特性，用于改变 其对应的气门的升程量，其另一端设置至少一个以上包含圆弧形端面的抵接部，用于分别 和其对应的凸轮和滑面摇臂相抵触并传递气门驱动力，其中可变摇臂的抵接部的轴线是抵 接部的圆弧形端面所对应的圆柱面的轴线，并且属于同一可变摇臂的抵接部的轴线基本上 设置位于同一轴线上；滑面摇臂，设置位于其对应的可变摇臂和气门之间，其一端围绕其对应的滑面摇臂的 支点构件摆动，其另一端向其对应的气门传递气门驱动力，它和可变摇臂上的抵接部相作 用的滑面式工作端面位于其顶部的表面，并且所述的滑面摇臂的支点构件是从气门间隙自 动补偿器、滑面摇臂轴和机械式支点构件三种里选择其一；所述的一种机械式连续可变气门升程机构的特征是，对于和一气缸相对应的可变摇臂，当该气缸的气门闭合时，所述可变摇臂的抵接部的 轴线与所述中心转轴的轴线基本上被设置位于同一轴线上。
5. 如权利要求4所述的一种机械式连续可变气门升程机构，其特征在于， 所述的可变摇臂轴的支点构件，包含至少一个以上由作为中心转轴的曲柄臂轴颈和其对应的曲柄臂组合的曲轴单元，其中所述曲柄臂轴颈和其对应的曲柄臂的连接形式是从固 定式连接或一体加工、配合间隙式连接两种里选择其一，并且所述曲柄臂轴颈安装到固定 于发动机机体上的其安装孔内，以及属于同一可变摇臂的致动机构的曲柄臂轴颈的轴线都基本上被设置位于同一轴线上；所述的可变摇臂轴设置分别与其对应的曲柄臂和可变摇臂相连接，其中所述可变摇臂 轴和其对应的可变摇臂的连接形式是从配合间隙式连接、固定式连接或一体加工两种里选 择其一；所述的可变摇臂的抵接部至少是滚轮轴承、包含圆弧形端面的耐磨体两者中的一种。
6. 如权利要求5所述的一种机械式连续可变气门升程机构，其特征在于，辅助回位弹 簧设置用于使其对应的可变摇臂上的抵接部和凸轮相接触。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的一种机械式连续可变气门升程机构，其特征在于， 当所述的可变摇臂轴和其对应的可变摇臂的连接形式是配合间隙式连接时，所述可变摇臂 和其对应的可变摇臂轴两者的接触面之间设置滚动体，用以降低两者间摩擦力，其中所述 滚动体是轴承、滚针、滚珠三者里面选择其一。
8. 如权利要求1或5所述的一种机械式连续可变气门升程机构，其特征在于，所述的可 变摇臂轴的支点构件包含至少一个以上具有内圆弧形端面的抵接体，用于直接或间接抵触 可变摇臂轴，并约束可变摇臂轴的空间移动轨迹，实现让可变摇臂轴的轴线围绕所述中心 转轴的轴线转动，并且所述抵接体的内圆弧形端面的轴线是所述中心转轴的轴线。
全文摘要
本发明涉及一种机械式连续可变气门升程机构，该机构能够让发动机气门升程量按着预设的控制数值由最大一直可变到闭合且保持气门正时不变。包括凸轮(101)、可变摇臂的致动机构(20)、可变摇臂(301)、气门挺柱(107)和挺柱座(108)、气门(100)、辅助回位弹簧(403)；其中可变摇臂的致动机构(20)设置以可变摇臂轴(203)和可变摇臂(301)相连接，并且控制改变可变摇臂(301)的空间力学特性，用于让气门(100)的升程量能够连续可变。本发明的目的是彻底解决困扰发动机界几十年的内燃机可变配气问题，取消发动机的节气门，并且能够实现让连续可变气门升程技术向小排量和微型发动机推广普及。
文档编号F01L1/344GK101701540SQ20091020649
公开日2010年5月5日 申请日期2009年11月16日 优先权日2009年11月16日
发明者丛培伟 申请人:丛培伟