專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的可變氣門設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改變進(jìn)氣門相位或排氣門相位的內(nèi)燃機(jī)的可變氣門設(shè)備。
背景技術(shù)：
因?yàn)榉婪栋l(fā)動(dòng)機(jī)氣體泄出，減少燃料消耗等原因，許多安裝在車輛中的往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)包括可變氣門設(shè)備，用于改變進(jìn)氣門相位和排氣門相位。
許多這樣的可變氣門設(shè)備具有如下結(jié)構(gòu)凸輪軸上形成的凸輪的相位被擺動(dòng)凸輪移位，在該擺動(dòng)凸輪中并排布置有基圓區(qū)和提升區(qū)。具體地，在該使用的結(jié)構(gòu)中，擺動(dòng)凸輪的擺動(dòng)范圍是變化的，因此，經(jīng)搖臂驅(qū)動(dòng)的進(jìn)氣門和排氣門的氣門打開時(shí)間和氣門提升量是連續(xù)變化的。
為了改善泵氣損失，公開號(hào)為2003-239712的日本專利申請(qǐng)?zhí)岢隽巳缦陆Y(jié)構(gòu)傳遞臂設(shè)置在凸輪和擺動(dòng)凸輪之間，傳遞臂由控制軸可擺動(dòng)地支撐。具體地，通過控制軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位移來移動(dòng)擺動(dòng)臂。通過移動(dòng)傳遞臂來改變擺動(dòng)臂和凸輪的接觸位置。通過改變傳遞臂和凸輪的接觸位置，氣門特性即氣門打開時(shí)間，氣門開關(guān)時(shí)刻和氣門提升量連續(xù)變化。
對(duì)于這種類型的可變氣門設(shè)備，需要適用于車輛運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的可變響應(yīng)。具體地，當(dāng)氣門提升量從低氣門提升量向大于低氣門提升量的高氣門提升量變化時(shí)，即車輛加速的情況下。結(jié)果，足以使得氣門提升量相應(yīng)于加速度變化。但相反地，在許多情況下，氣門提升量是從高氣門提升量向低氣門提升量變化的，需要快速響應(yīng)。
例如，當(dāng)給高轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的車輛施加發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，節(jié)流閥關(guān)閉，同時(shí)在配備有可變氣門設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)保持由相關(guān)高轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)定的高氣門提升。通過這種情況下的泵氣損失產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果。在這種情況下，由于泵氣損失，發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)(速度)降低。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)效果消失時(shí)，需要立刻使氣門提升從高向低變化。
如公開號(hào)為2003-239712的日本專利申請(qǐng)所示的可變氣門設(shè)備，為了確保這種高速響應(yīng)，需要使用可旋轉(zhuǎn)地操縱控制軸的大容量促動(dòng)器(actuator)。
然而，大容量促動(dòng)器太大。因此，可變氣門設(shè)備的尺寸就增加。重量增加和/或?qū)е履芰肯脑黾印４送?，促?dòng)器尺寸的增加還會(huì)導(dǎo)致如下問題降低發(fā)動(dòng)機(jī)安裝到車輛的可安裝性或增加發(fā)動(dòng)機(jī)的重量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)的可變氣門設(shè)備，當(dāng)氣門提升從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)變化時(shí)其僅需要小的控制負(fù)荷。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，與本發(fā)明相應(yīng)的內(nèi)燃機(jī)的可變氣門設(shè)備允許控制軸容易地從高氣門提升量側(cè)向低氣門提升側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，且轉(zhuǎn)動(dòng)方式為通過控制軸的轉(zhuǎn)動(dòng)位移，將傳遞臂擺動(dòng)支點(diǎn)處氣門提升期間產(chǎn)生的最大負(fù)荷相對(duì)于控制軸的方向和當(dāng)控制軸從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)變化時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向設(shè)置在同一方向上。
在這種結(jié)構(gòu)中，從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)的轉(zhuǎn)矩繞控制軸的軸心施加。結(jié)果，控制軸在從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)變化的方向上很容易轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在同一方向上變化僅需小的控制負(fù)荷。
結(jié)果，能夠確保在執(zhí)行從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)的可變控制時(shí)所需要的快速可變響應(yīng)。具體的，使擺動(dòng)凸輪在氣門打開方向上擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的最大負(fù)荷和擺動(dòng)凸輪在氣門關(guān)閉方向上擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的最大負(fù)荷用作為從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)移動(dòng)的轉(zhuǎn)矩。結(jié)果，控制軸能夠容易地從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，能夠確保穩(wěn)定的高可變響應(yīng)。
結(jié)果，可變響應(yīng)能夠通過重量輕，尺寸緊湊的小容量促動(dòng)器獲得。減少了可變氣門設(shè)備的能量消耗，同時(shí)，改善了內(nèi)燃機(jī)安裝到車輛上的可安裝性。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將在下面的說明書中說明，其中的部分根據(jù)說明書就很明顯，或者通過本發(fā)明的實(shí)施就能夠理解。通過下文指出的特定手段和組合就可以實(shí)現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。


接合在說明書中并組成說明書一部分的附圖用于說明本發(fā)明的實(shí)施例，并連同上面的發(fā)明內(nèi)容和下面的實(shí)施例的詳細(xì)說明來說明本發(fā)明的原理。
圖1顯示已在其上安裝了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的可變氣門設(shè)備的氣缸蓋的俯視圖；圖2顯示沿圖1中A-A線的可變氣門設(shè)備和氣缸蓋的截面圖；圖3顯示圖2中可變氣門設(shè)備的俯視圖；
圖4顯示圖2中可變氣門設(shè)備的分解透視圖；圖5顯示圖2中可變氣門設(shè)備在最大氣門提升控制時(shí)搖臂與凸輪表面的基圓區(qū)接觸的狀態(tài)的截面圖；圖6為可變氣門設(shè)備的截面圖，顯示與基圓區(qū)接觸的搖臂并顯示在最大氣門提升控制時(shí)的氣門驅(qū)動(dòng)力和作用在傳遞臂上的力；圖7顯示圖2中可變氣門設(shè)備在最小氣門提升控制時(shí)搖臂與凸輪表面的基圓區(qū)接觸的狀態(tài)的截面圖；圖8顯示圖2中可變氣門設(shè)備在最小氣門提升控制時(shí)搖臂與凸輪表面的提升區(qū)接觸的狀態(tài)的截面圖；圖9顯示圖2中可變氣門設(shè)備的性能曲線圖；圖10是說明低氣門提升運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)作用在傳遞臂的擺動(dòng)支點(diǎn)上的負(fù)荷作用方式圖；圖11是說明中氣門提升運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)作用在傳遞臂的擺動(dòng)支點(diǎn)上的負(fù)荷作用方式圖表；圖12顯示四缸發(fā)動(dòng)機(jī)在低氣門提升和低轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)控制軸內(nèi)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩曲線圖；圖13顯示四缸發(fā)動(dòng)機(jī)在中氣門提升和中轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)控制軸內(nèi)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩曲線圖；圖14顯示在其上安裝了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的可變氣門設(shè)備的氣缸蓋的俯視圖；圖15是顯示沿圖14中B-B線的可變氣門設(shè)備和氣缸蓋的截面圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照?qǐng)D1到11，說明本發(fā)明第一實(shí)施例的可變氣門設(shè)備。圖1是多缸內(nèi)燃機(jī)的氣缸蓋1的俯視圖，例如，具有串聯(lián)配置氣缸1a的4缸往復(fù)式汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。圖2是圖1中沿A-A線的氣缸蓋1的詳細(xì)截面圖。圖3是氣缸蓋1局部放大俯視圖。圖4是安裝在氣缸蓋1上的可變氣門設(shè)備20的分解圖。
下面參照?qǐng)D1到3說明氣缸蓋1。在氣缸蓋1的下表面上，緊隨氣缸體1c中形成的4個(gè)氣缸1a之后分別形成有燃燒室2，并且前述燃燒室2以串聯(lián)方式布置。注意燃燒室2在圖中僅顯示一個(gè)。
例如，在燃燒室2中形成有進(jìn)氣口3和排氣口4(即形成有一對(duì)進(jìn)氣口3和排氣口4)。開閉進(jìn)氣口3的進(jìn)氣門5和開閉排氣口4的排氣門6裝配在氣缸蓋1的頂部。通過氣門彈簧7沿閉合方向作用的常閉式往復(fù)氣門被分別用于進(jìn)氣門5和排氣門6。注意，活塞1b可往復(fù)運(yùn)動(dòng)地容納在氣缸1a中?；钊?b由圖2中的雙點(diǎn)劃線表示。
例如，在圖1和2中，參考數(shù)字8表示安裝到氣缸蓋1上部的單頂置凸輪軸(SingleOverhead Camshaft)式氣門操作系統(tǒng)。氣門操作系統(tǒng)8驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門5和排氣門6。
參考數(shù)字10表示沿氣缸蓋1的縱向方向可轉(zhuǎn)動(dòng)地配置在燃燒室2的頂部的凸輪軸。參考數(shù)字11表示可轉(zhuǎn)動(dòng)地配置在夾持凸輪軸10的進(jìn)氣口側(cè)內(nèi)的進(jìn)氣側(cè)搖軸。搖軸11還被用作本申請(qǐng)的控制軸。
參考數(shù)字12為配置并固定在排氣口側(cè)的排氣側(cè)搖軸。參考數(shù)字13表示位于搖軸11和12上方的支撐軸，其到搖軸12的距離小于到搖軸11的距離。搖軸11與12和支撐軸13都由與凸輪軸10平行的軸構(gòu)件構(gòu)成。
發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸輸出沿圖2中箭頭方向可轉(zhuǎn)動(dòng)地驅(qū)動(dòng)凸輪軸10。注意圖中曲軸沒有顯示。對(duì)于凸輪軸10的各個(gè)部件，進(jìn)氣凸輪15和兩個(gè)排氣凸輪16形成用于每個(gè)燃燒室2(也就是每個(gè)氣缸)。進(jìn)氣凸輪15與本發(fā)明的凸輪相對(duì)應(yīng)。進(jìn)氣凸輪15配置在燃燒室2的頂部中心。排氣凸輪16和16分別配置在進(jìn)氣凸輪15的兩側(cè)。
如圖1和2所示，對(duì)于排氣側(cè)搖軸12，排氣門的搖臂18被可旋轉(zhuǎn)地支撐在每個(gè)排氣凸輪16(即每個(gè)排氣門6)上。此外，對(duì)于進(jìn)氣側(cè)搖軸11，可變氣門設(shè)備20裝配在每對(duì)進(jìn)氣凸輪15(即每對(duì)進(jìn)氣門)上。
搖臂18將排氣凸輪16的位移傳遞到排氣門6?？勺儦忾T設(shè)備20將進(jìn)氣凸輪15的位移傳遞到進(jìn)氣門5和5。由于搖臂18和可變氣門設(shè)備20由各個(gè)凸輪15和16驅(qū)動(dòng)，諸如進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、爆發(fā)沖程和排氣沖程的四沖程預(yù)定燃燒循環(huán)隨著活塞1b的往復(fù)運(yùn)動(dòng)形成在氣缸1a中。注意，圖2中參考數(shù)字87表示用于點(diǎn)燃燃燒室2中油氣混合物的點(diǎn)火塞。
為了說明可變氣門設(shè)備20，如圖1到4所示，可變氣門設(shè)備20包括搖臂25、中心搖臂35、搖動(dòng)凸輪45和支撐機(jī)構(gòu)70。搖臂25由搖軸可搖動(dòng)地支撐。
搖動(dòng)凸輪45與搖臂25組合。搖凸輪45等同于本發(fā)明的擺動(dòng)凸輪。
中心搖臂35將進(jìn)氣凸輪15的位移傳遞到搖動(dòng)凸輪45。中心搖臂35等同于本發(fā)明的傳遞臂。支撐機(jī)構(gòu)70將中心搖臂35可搖動(dòng)地支撐到搖軸11上。
例如，如圖3和4所示，搖臂25為分叉形狀。具體地，搖臂25具有輥構(gòu)件30和一對(duì)搖臂片29。圓柱形搖軸支撐軸套26形成在每個(gè)搖臂片29的中心。對(duì)于每個(gè)搖臂片29的一側(cè)，裝配有驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門的調(diào)節(jié)螺栓單元27。輥構(gòu)件30夾在兩個(gè)搖臂片29的另一端之間。輥構(gòu)件30是本發(fā)明的接觸單元。注意，參考數(shù)字32表示將輥構(gòu)件30可轉(zhuǎn)動(dòng)地樞軸安裝到搖臂片29上的短軸。
搖軸11插在軸套26中并能夠搖動(dòng)。輥構(gòu)件30配置在支撐軸13側(cè)，即氣缸蓋1的中心側(cè)。
調(diào)節(jié)螺栓單元27分別配置在進(jìn)氣門5的上端，即進(jìn)氣門5的閥桿端。當(dāng)搖臂25繞搖軸11搖動(dòng)時(shí)，進(jìn)氣門5被驅(qū)動(dòng)。
如圖2到4所示，搖動(dòng)凸輪45具有軸套單元46、臂部47和接收單元48。軸套單元46為圓柱形。支撐軸13插入軸套單元并可轉(zhuǎn)動(dòng)地適配。臂部47從軸套單元46向輥構(gòu)件30(即搖軸)延伸。接收單元48形成在臂部47的下部。
臂部47的前端表面為將位移傳遞到搖臂25的凸輪表面49。凸輪表面49沿垂直方向延伸。凸輪表面49與搖臂25的輥構(gòu)件30的外圓周表面可轉(zhuǎn)動(dòng)地接觸。凸輪表面49的細(xì)節(jié)將在后面說明。
如圖4所示，接收單元48包括凹部51和短軸52。凹部51形成在凸輪軸10正上方的臂部47下部的下表面部。短軸52沿與凸輪軸10相同的方向可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在凹部51中。注意參考數(shù)字53表示在短軸52的外圓周形成的并具有平坦底面的凹部。
如圖2和4所示，中心搖臂35使用大致L形構(gòu)件。中心搖臂35具有轉(zhuǎn)動(dòng)接觸元件，例如，與進(jìn)氣凸輪15的凸輪表面可轉(zhuǎn)動(dòng)地接觸的凸輪從動(dòng)件36，和可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐凸輪從動(dòng)件36的框架形保持單元37。
具體地，中心搖臂35具有中繼臂單元(relay arm unit)38和支點(diǎn)臂單元39。中繼臂單元38從保持單元37向上部搖軸11和支撐軸13之間延伸。如圖5到8所示，支點(diǎn)臂單元39從保持單元37向搖軸11的一對(duì)搖臂片29之間露出的搖軸11的軸部11c的下側(cè)延伸。
例如，支點(diǎn)臂單元39為分叉形狀。在中繼臂單元38的前端(上端表面)，以搖軸11一側(cè)較低和支撐軸13一側(cè)較高的方式傾斜的傾斜面40形成為驅(qū)動(dòng)表面。中繼臂單元38的前端插入搖動(dòng)凸輪45的凹部53中。這樣，中心搖臂35設(shè)置在進(jìn)氣凸輪15和搖動(dòng)凸輪45之間。中繼臂單元38的傾斜面40可滑動(dòng)地靠在形成在凹部53的底表面上的接收表面53a上。這樣，進(jìn)氣凸輪15的位移從中繼臂單元38傳遞到搖動(dòng)凸輪45，同時(shí)伴隨有滑動(dòng)。
如圖2和4所示，支撐機(jī)構(gòu)70具有支撐單元77和調(diào)節(jié)單元80。支撐單元77具有控制臂72?？刂票?2可搖動(dòng)地支撐中心搖臂35。調(diào)節(jié)單元80調(diào)節(jié)中心搖臂35的位置。
現(xiàn)在將說明支撐單元77。通孔73形成在軸部11c的下部外周壁上。通孔部11沿與軸部11c的中心軸正交的方向延伸。控制臂72被形成為包括有具有圓形截面的桿74、在桿74一端上形成的盤形銷結(jié)合片75和在銷結(jié)合片75上形成的支撐孔75a。支撐孔75a顯示在圖4中。
桿74的端部從軸部11c的底部插入通孔73。注意插入的桿74能夠沿軸向方向移動(dòng)并且能夠沿圓周方向轉(zhuǎn)動(dòng)。桿74的端部撞擊后述調(diào)節(jié)單元80的部件。
銷結(jié)合片75插入支點(diǎn)臂單元39中。銷42插入支點(diǎn)臂單元39和支撐孔75a中，從而容許支點(diǎn)臂單元39的前端和控制臂72的端部從軸部11c突出以在突出方向(即與進(jìn)氣凸輪15的凸輪軸10的軸心相正交的方向)上相互可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接。
由于支點(diǎn)臂單元39和控制臂72連接在一起，當(dāng)進(jìn)氣凸輪15轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，中心搖臂35以銷42為支點(diǎn)上下?lián)u動(dòng)。隨著中心搖臂35的運(yùn)動(dòng)，搖動(dòng)凸輪45以支撐軸13為支點(diǎn)、短軸52為作用點(diǎn)(即中心搖臂35的負(fù)荷作用的點(diǎn))以及凸輪表面49為著力點(diǎn)(即搖臂25被驅(qū)動(dòng)的點(diǎn))作周期性搖動(dòng)。
注意搖臂25、中心搖臂35和搖動(dòng)凸輪45被諸如推力器86的加力裝置沿使得它們彼此緊密接觸的方向相互施力來確保穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)。
如圖1和4所示，作為促動(dòng)器的控制電機(jī)43與搖軸11的端部連接。搖軸11被控制電機(jī)43繞軸心驅(qū)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。通過搖軸11的這種轉(zhuǎn)動(dòng)，控制臂72能夠從圖5和6所示大致垂直的姿態(tài)變成圖7和8所示的向凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向很大程度地傾斜的姿態(tài)。
由于控制臂72姿態(tài)的變化，中心搖臂35沿與軸部11c的軸方向相交叉的方向移動(dòng)(即移位)。也就是，如圖5到8所示，凸輪從動(dòng)件36和進(jìn)氣凸輪15的轉(zhuǎn)動(dòng)接觸位置能夠在提前噴射方向或推遲噴射方向上變化。
因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)接觸位置可變化，搖動(dòng)凸輪45的凸輪表面49的姿態(tài)也可以變化。這能夠同時(shí)并且連續(xù)地變化進(jìn)氣門5的開關(guān)時(shí)刻、氣門開啟時(shí)間和氣門提升量。
具體地，例如，到支撐軸13中心的距離變化的曲面用作凸輪表面49。如圖2所示，凸輪表面49具有基圓區(qū)α和提升區(qū)β?；鶊A區(qū)α成為凸輪表面49的上側(cè)。圓弧表面上的基圓區(qū)α以支撐軸13的軸心為中心。
提升區(qū)β具有第一部γ1和第二部γ2。第一部γ1從基圓區(qū)α延伸并且在與基圓區(qū)α彎曲的方向相反的相反方向上彎曲。第二部γ2從第一部γ1延伸。第二部γ2在與第一部γ1彎曲的方向相反的相反方向上彎曲。具體的，例如，提升區(qū)β為與進(jìn)氣凸輪15的提升區(qū)域的凸輪形狀相似的圓弧表面。
當(dāng)凸輪從動(dòng)件36轉(zhuǎn)動(dòng)接觸進(jìn)氣凸輪15的轉(zhuǎn)動(dòng)接觸位置在進(jìn)氣凸輪15的提前或推遲噴射方向上移位時(shí)，搖動(dòng)凸輪45的搖動(dòng)范圍發(fā)生變化。當(dāng)搖動(dòng)凸輪45的搖動(dòng)范圍發(fā)生變化時(shí)，與輥構(gòu)件30接觸的凸輪表面49的區(qū)域發(fā)生變化。更具體的，上述設(shè)計(jì)的意思是，當(dāng)進(jìn)氣凸輪15的相位轉(zhuǎn)移到提前噴射方向或推遲噴射方向時(shí)，輥構(gòu)件30來去移動(dòng)的基圓區(qū)α和提升區(qū)β的比例發(fā)生變化。
通過螺栓構(gòu)件82支撐被插入的控制臂72的端部的結(jié)構(gòu)被采用到調(diào)節(jié)單元80，如圖2到4所示。具體地，螺栓構(gòu)件82從與通孔73相對(duì)的軸部11c的位置(上部周壁)以自由進(jìn)退的方式沿螺紋插入。螺栓構(gòu)件82的插入端在通孔73的中途緊密抵靠控制臂72的端部并且支撐控制臂72。
結(jié)果，轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓構(gòu)件82的操作使得從軸構(gòu)件11c突出的軸部74的突出比例發(fā)生變化。軸部74的突出部的量發(fā)生變化。當(dāng)軸部74的突出比例變化時(shí)，與進(jìn)氣凸輪15接觸的凸輪從動(dòng)件36的轉(zhuǎn)動(dòng)接觸位置發(fā)生變化。根據(jù)與進(jìn)氣凸輪15接觸的凸輪從動(dòng)件36的轉(zhuǎn)動(dòng)接觸位置的變化，來調(diào)節(jié)進(jìn)氣門5的氣門打開時(shí)間和氣門關(guān)閉時(shí)間。
例如，參考數(shù)字83表示形成在螺栓構(gòu)件82的頂端表面上用來轉(zhuǎn)動(dòng)螺栓構(gòu)件82的十字形槽部。參考數(shù)字84表示擰在螺栓構(gòu)件82端部的鎖定螺母。參考數(shù)字84a表示形成鎖定螺母84的支承面的切口。
參考圖5到8，將討論上述結(jié)構(gòu)得到的可變氣門設(shè)備20的操作?，F(xiàn)在，假定凸輪軸10由于發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)而沿圖2中的箭頭方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
在這種情形下，中心搖臂35的凸輪從動(dòng)件36與進(jìn)氣凸輪15接觸并且被進(jìn)氣凸輪15的凸輪輪廓仿形驅(qū)動(dòng)(tracer-driven)。這樣，中心搖臂35以銷42為搖動(dòng)支點(diǎn)沿垂直方向擺動(dòng)。
中心搖臂35的搖動(dòng)位移通過傾斜面40傳遞到搖動(dòng)凸輪45的接收表面53a?，F(xiàn)在，由于接收表面53a和傾斜面40可滑動(dòng)，當(dāng)在傾斜面40上滑動(dòng)時(shí)，搖動(dòng)凸輪45重復(fù)被傾斜面40壓上或壓下的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。搖動(dòng)凸輪45的擺動(dòng)容許凸輪表面49在垂直方向上往復(fù)。
在這種情形下，因?yàn)橥馆啽砻?9與搖臂25的輥構(gòu)件30可轉(zhuǎn)動(dòng)接觸，輥構(gòu)件30被凸輪表面49周期性的擠壓。接收到的壓力驅(qū)動(dòng)搖臂并打開或關(guān)閉該對(duì)進(jìn)氣門15。
現(xiàn)在，假定由于加速踏板的操作發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行。在作為促動(dòng)器的電機(jī)43接收到加速信號(hào)后，電機(jī)43轉(zhuǎn)動(dòng)搖軸11并將控制臂72轉(zhuǎn)動(dòng)到如圖5和6所示的控制臂72為垂直姿態(tài)的最大氣門提升量得到保證的位置。
然后，中心搖臂35隨著控制臂72的轉(zhuǎn)動(dòng)在進(jìn)氣凸輪15上沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向移位。結(jié)果，中心搖臂35與進(jìn)氣凸輪15轉(zhuǎn)動(dòng)接觸的位置在進(jìn)氣凸輪15上提前噴射方向或推遲噴射方向上偏離。因此搖動(dòng)凸輪45的凸輪表面49被固定到這樣的位置處，即在該位置處搖動(dòng)凸輪45的凸輪表面49達(dá)到如圖5和6所示的近乎垂直的角度。
由于凸輪表面49的這種姿態(tài)，凸輪表面49的輥構(gòu)件30如圖5和6所示的來去區(qū)域設(shè)定為產(chǎn)生最大氣門提升量的區(qū)域，即設(shè)定為最短基圓區(qū)α和最長提升區(qū)β。也就是，搖臂25被由窄基圓區(qū)α和最長提升區(qū)β形成的凸輪表面部驅(qū)動(dòng)。結(jié)果，進(jìn)氣門5以圖9的曲線A1所示的最大氣門提升量和在進(jìn)氣沖程的開關(guān)時(shí)刻打開和關(guān)閉。
此外，當(dāng)執(zhí)行低和中轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，控制電機(jī)43的驅(qū)動(dòng)沿如圖7和8所示銷42靠近進(jìn)氣凸輪15的方向轉(zhuǎn)動(dòng)搖軸11。然后，隨著搖軸11的轉(zhuǎn)動(dòng)，中心搖臂35在進(jìn)氣凸輪15上運(yùn)動(dòng)到轉(zhuǎn)動(dòng)方向的前側(cè)。結(jié)果，中心搖臂35和進(jìn)氣凸輪15之間的轉(zhuǎn)動(dòng)接觸位置如圖7和8所示沿提前噴射方向在進(jìn)氣凸輪15上偏離。通過轉(zhuǎn)動(dòng)接觸位置的變化，凸輪相位的氣門打開時(shí)間被加快。此外，隨著中心搖臂35的移位，傾斜面40在接收表面53a上從初始位置滑動(dòng)到提前噴射方向。
在這種情況下，由于中心搖臂35的移位，搖動(dòng)凸輪45變化到如圖7和8所示的凸輪表面49向下側(cè)傾斜的姿態(tài)。當(dāng)梯度增加時(shí)，輥構(gòu)件30在其上來去的凸輪表面49的區(qū)域變?yōu)榛鶊A區(qū)α逐漸增加和提升區(qū)β逐漸減小的區(qū)域。
當(dāng)變化的凸輪表面49的凸輪輪廓被傳遞到輥構(gòu)件30時(shí)，搖臂25被可擺動(dòng)地驅(qū)動(dòng)，同時(shí)氣門打開時(shí)間加速。
因此，進(jìn)氣門5被從如圖9所示的最大氣門提升量A1控制到控制臂72最大程度傾斜的位置上的最小氣門提升量A6。也就是，從發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)到低轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)氣門5保持打開氣門的時(shí)刻與最大氣門提升期間時(shí)大致相同。當(dāng)處于低氣門提升量時(shí)，隨著氣門關(guān)閉時(shí)刻的顯著變化氣門提升量連續(xù)變化。更不用說，發(fā)動(dòng)機(jī)100是4氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)和在氣缸中采用共同的搖軸11(即控制軸)。因此，在所有氣缸1a中都會(huì)出現(xiàn)進(jìn)氣門5特性的這種變化。
在實(shí)現(xiàn)這種氣門相位變化的可變氣門設(shè)備20中提供了一種方案。當(dāng)氣門特性設(shè)置在中氣門提升區(qū)M時(shí)，這種方案在搖軸11從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)變化的方向上便于轉(zhuǎn)動(dòng)搖軸11，前述中氣門提升區(qū)M在圖9所示的最小氣門提升量A6和最大氣門提升量A1之間。
請(qǐng)注意，可變氣門設(shè)備20的氣門提升量為最小氣門提升量A6時(shí)的狀態(tài)等同于本申請(qǐng)的第一提升狀態(tài)。可變氣門設(shè)備20的氣門提升量為最大氣門提升量A1時(shí)的狀態(tài)等同于本申請(qǐng)的第二提升狀態(tài)。
該方案的技術(shù)是允許在氣門提升中在中心搖臂35的擺動(dòng)支點(diǎn)S1處產(chǎn)生的最大負(fù)荷作用在搖軸11的中心S2的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向側(cè)，即，當(dāng)氣門特性處于圖8所示的中間氣門提升區(qū)M的范圍時(shí)，朝向從高氣門提升向低氣門提升的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
對(duì)于這種技術(shù)，采用了一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，如在圖6所示的最大提升量時(shí)，將連接中心搖臂35的擺動(dòng)支點(diǎn)S1與搖軸11(即控制軸)的中心點(diǎn)S2的線L2布置成使得線L2平行或基本平行于連接進(jìn)氣凸輪15的中心與進(jìn)氣凸輪15和中心搖臂35之間的接觸點(diǎn)的連線L1。請(qǐng)注意，在本實(shí)施例中，采用了基本平行狀態(tài)。
具有這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)氣門提升位于中間氣門提升區(qū)M時(shí)，線L2被偏離，也就是，線L2相對(duì)于線L1傾斜。移位位移量，即，傾斜量隨中間氣門提升區(qū)M內(nèi)設(shè)定的氣門特性而變化?；谶@樣的移位，當(dāng)氣門驅(qū)動(dòng)力α1從進(jìn)氣凸輪15傳遞到中心搖臂35，氣門如圖8所示打開時(shí)，作用在中心搖臂35的擺動(dòng)支點(diǎn)S1上的力α2施加在搖軸11的中心S2的左側(cè)上，也就是，在繞搖軸11軸心從高氣門提升量向低氣門提升量的方向上。
此外，氣門關(guān)閉時(shí)的中心搖臂35在來自推動(dòng)器45或氣門彈簧7的力β1作用下擺動(dòng)時(shí)，施加到中心搖臂35的擺動(dòng)支點(diǎn)S1的力β2也是在繞搖軸11軸心從高氣門提升量向低氣門提升量的方向上起作用。
這樣，在中間氣門提升區(qū)M中氣門提升時(shí)擺動(dòng)支點(diǎn)S1處產(chǎn)生的最大負(fù)荷α2或最大負(fù)荷β2允許不變地施加在搖軸11的軸心的一側(cè)，也就是，在繞軸心從高氣門提升量向低氣門提升量的方向上。結(jié)果，在氣門特性從高氣門提升量向低氣門提升量變化時(shí)搖軸11的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和提升中擺動(dòng)支點(diǎn)S1處產(chǎn)生的最大負(fù)荷施加在搖軸11上的方向被設(shè)置為同一方向。
也就是，通過這樣的設(shè)置，在與氣門特性從高氣門提升向低氣門提升變化中搖軸11的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同的方向上在搖軸11上施加轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)氣門特性從高氣門提升量向低氣門提升量變化時(shí)搖軸11能夠容易地轉(zhuǎn)動(dòng)。
具體的，為了確保搖軸11容易地轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)最大負(fù)荷作用在中心搖臂35的擺動(dòng)支點(diǎn)S1上時(shí)產(chǎn)生的繞搖軸中心S2的每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向和當(dāng)氣門特性從高氣門提升向低氣門提升變化時(shí)搖軸11的轉(zhuǎn)動(dòng)方向被設(shè)置成同一方向。
圖10顯示可變氣門設(shè)備20在低氣門提升量時(shí)的狀態(tài)。注意到，低氣門提升量的氣門特性是與圖9的曲線A5相對(duì)應(yīng)的低氣門提升—低轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)氣門特性。此外，中氣門提升量的氣門特性是與圖9的曲線A4相對(duì)應(yīng)的中氣門提升—中轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)氣門特性。
如圖10所示，當(dāng)搖動(dòng)凸輪45在氣門打開方向上擺動(dòng)時(shí)施加在擺動(dòng)支點(diǎn)S1上的負(fù)荷W1的方向和當(dāng)搖動(dòng)凸輪45在氣門關(guān)閉的方向上擺動(dòng)時(shí)施加在擺動(dòng)支點(diǎn)S1上的負(fù)荷W2的方向都被設(shè)置成與當(dāng)搖軸11從高氣門提升向低氣門提升變化時(shí)的搖軸11轉(zhuǎn)動(dòng)方向(如負(fù)荷W1和W2的軌跡所示)為同一方向。
結(jié)果，如圖10和11所示，當(dāng)搖動(dòng)凸輪45在氣門打開方向上擺動(dòng)時(shí)或當(dāng)搖動(dòng)凸輪45在氣門關(guān)閉方向上搖動(dòng)時(shí)擺動(dòng)支點(diǎn)S1上產(chǎn)生的最大負(fù)荷W3的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相對(duì)于搖軸為順時(shí)針方向，也就是，與當(dāng)搖軸11從高氣門提升向低氣門提升變化時(shí)搖軸11的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。最大負(fù)荷W3產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩被設(shè)定以使得搖軸11容易地轉(zhuǎn)動(dòng)。圖10中虛線顯示的負(fù)荷W4表示最大負(fù)荷W3的負(fù)荷分力，其產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使得搖軸11在最大負(fù)荷W3下沿?fù)u軸11的逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
具有這樣的可變氣門設(shè)備20，當(dāng)搖軸11在中氣門提升區(qū)域M從高氣門提升向低氣門提升變化時(shí)其響應(yīng)得以改善。關(guān)于這一點(diǎn)，將通過具有該可變氣門設(shè)備20的車輛為例來詳細(xì)說明。假設(shè)車輛處于高轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。
當(dāng)高轉(zhuǎn)動(dòng)速度的車輛發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)，未圖示的節(jié)流閥被關(guān)閉，同時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)100保持高轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)設(shè)定的高氣門提升，例如圖9中曲線A4所示的中氣門提升。通過該例中產(chǎn)生的泵氣損失，會(huì)產(chǎn)生發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的效果。其后，由于泵氣損失，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)降低。
當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)的效果消失時(shí)，通過控制軸43(也就是從高氣門提升向低氣門提升的促動(dòng)器)沿順時(shí)針方向立刻驅(qū)動(dòng)搖軸11。
此時(shí)，線L2的姿態(tài)相對(duì)于線L1較大程度地傾斜。因此，氣門提升時(shí)產(chǎn)生的最大負(fù)荷沿順時(shí)針方向施加在搖軸11上。也就是，如圖8和10所示，轉(zhuǎn)矩W4以與搖軸11從高氣門提升向低氣門提升變化中搖軸11的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同的方向施加到搖軸11。結(jié)果，通過相關(guān)轉(zhuǎn)矩，搖軸11能夠在搖軸11從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)變化的方向上容易地轉(zhuǎn)動(dòng)。
具體的，搖動(dòng)凸輪45在氣門打開方向上擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的最大負(fù)荷和搖動(dòng)凸輪45在氣門關(guān)閉方向上擺動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的最大負(fù)荷被施加成從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)移動(dòng)的轉(zhuǎn)矩。因此，搖軸11在從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)變化的方向上依然更容易轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)氣門特性是從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)變化時(shí)，通過提供到搖軸11上的轉(zhuǎn)矩，搖軸11能夠容易地轉(zhuǎn)動(dòng)。換句話說，在從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)變化的氣門提升中施加在控制軸11上的控制負(fù)荷被降低。結(jié)果，在從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)對(duì)控制軸11的控制中可變響應(yīng)得到改善。
相反，當(dāng)氣門特性是從低氣門提升側(cè)向高氣門提升側(cè)變化時(shí)，足以使得搖軸11根據(jù)加速度轉(zhuǎn)動(dòng)。出于這個(gè)原因，即使使用小容量促動(dòng)器(即小容量電機(jī))，氣門特性可變化用于所需的響應(yīng)。結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)重量輕，尺寸緊湊，能量消耗減少且安裝到車輛的可安裝性也得以提高的可變氣門設(shè)備20。
具體的，即使當(dāng)用于多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，可采用通過共同搖軸11(控制軸)的結(jié)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)每個(gè)缸的可變氣門設(shè)備20，繞搖軸11產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，即用于所有缸的轉(zhuǎn)矩(虛線，細(xì)線或長點(diǎn)劃線所示的曲線)被合并成為不抵消的原圖上的粗線，其仍顯示在圖12的“在低氣門提升—低轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)”曲線中和圖13的“在中氣門提升—中轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)”曲線中，使得容易轉(zhuǎn)動(dòng)的特性不會(huì)丟失。
結(jié)果，即使在多缸內(nèi)燃機(jī)中，從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)的響應(yīng)得以改善。請(qǐng)注意，圖12和13的曲線顯示4缸發(fā)動(dòng)機(jī)的搖軸11上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。然而，在相同圖中“正”表示沿順時(shí)針方向施加在搖軸11上的轉(zhuǎn)矩，“負(fù)”表示以相同方式沿逆時(shí)針方向施加在搖軸11上的轉(zhuǎn)矩。
現(xiàn)在，參考圖14和15，說明根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的可變氣門設(shè)備。請(qǐng)注意，與第一實(shí)施例具有相同功能的結(jié)構(gòu)用相同參考數(shù)字標(biāo)示以免重復(fù)說明。
在本實(shí)施例中，與第一實(shí)施例不同的是可變氣門設(shè)備20設(shè)置在排氣側(cè)。其它結(jié)構(gòu)可與第一實(shí)施例相同。下面將說明這個(gè)不同點(diǎn)。
圖14是根據(jù)本實(shí)施例安裝在可變氣門設(shè)備20上的缸蓋1的俯視圖。圖15是顯示沿圖14中B-B線的可變氣門設(shè)備和氣缸蓋的截面圖。
如圖14和15，排氣側(cè)搖軸12設(shè)置在每一對(duì)排氣凸輪16(即一對(duì)排氣氣門6)的可變氣門設(shè)備20內(nèi)。進(jìn)氣用搖臂18a由每個(gè)進(jìn)氣凸輪15(即進(jìn)氣氣門15)的進(jìn)氣氣門15的搖軸11可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐。
本實(shí)施例也能夠提供與第一實(shí)施例相同的優(yōu)越效果。
請(qǐng)注意，本發(fā)明不限于上述第一和第二實(shí)施例，本發(fā)明可以在不背離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的其它特定的形式實(shí)施。例如，在上述實(shí)施中，進(jìn)氣側(cè)搖軸也用作控制軸的結(jié)構(gòu)被實(shí)施。然而，也可以為控制軸分開實(shí)施的結(jié)構(gòu)。
而且，在第一和第二實(shí)施例中，本發(fā)明應(yīng)用于SOHC式氣門操作系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)。進(jìn)氣門和排氣門被一個(gè)凸輪軸驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)被用于SOHC式氣門操作系統(tǒng)。然而，本發(fā)明不限于此，本發(fā)明可以應(yīng)用于雙頂置凸輪軸(DOHC)式的氣門操作系統(tǒng)。具有進(jìn)氣側(cè)的凸輪軸和排氣側(cè)的另一凸輪軸的結(jié)構(gòu)用于DOHC式氣門操作系統(tǒng)。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附加的優(yōu)點(diǎn)和修改很容易獲得。因此，本發(fā)明不限于本文所述和所示的具體的和典型的實(shí)施例。因此，不背離總的發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的各種修改可被后附的權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)可變氣門設(shè)備，包括可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸；形成在所述凸輪軸上的凸輪；擺動(dòng)凸輪，該擺動(dòng)凸輪可擺動(dòng)地安裝到內(nèi)燃機(jī)，且具有驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門或排氣門的凸輪表面；設(shè)置在所述擺動(dòng)凸輪和所述凸輪之間的傳遞臂，該傳遞臂將所述凸輪的位移傳遞到擺動(dòng)凸輪；和控制軸，該控制軸可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝到內(nèi)燃機(jī)，且可擺動(dòng)地支撐傳遞臂，通過轉(zhuǎn)動(dòng)位移能使得傳遞臂與凸輪的接觸位置是可變的，并且通過該位置變化能使得進(jìn)氣門或排氣門的氣門特性是可控制的，氣門提升期間在傳遞臂擺動(dòng)支點(diǎn)處產(chǎn)生的最大負(fù)荷相對(duì)于控制軸的方向和當(dāng)控制軸從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)變化時(shí)控制軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向設(shè)置在同一方向上。
2.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)可變氣門設(shè)備，其特征在于，把當(dāng)所述擺動(dòng)凸輪在氣門打開方向上擺動(dòng)時(shí)傳遞臂擺動(dòng)支點(diǎn)處產(chǎn)生的圍繞控制軸軸心的最大負(fù)荷的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，當(dāng)所述擺動(dòng)凸輪在氣門關(guān)閉方向上擺動(dòng)時(shí)圍繞控制軸軸心的最大負(fù)荷的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，和當(dāng)控制軸從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)變化時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向都設(shè)置在同一方向上。
3.如權(quán)利要求1所述的內(nèi)燃機(jī)可變氣門設(shè)備，其特征在于，在氣門特性設(shè)置在低氣門提升的第一提升狀態(tài)和高氣門提升的第二提升狀態(tài)之間的中氣門提升區(qū)的狀態(tài)下，氣門提升期間在傳遞臂擺動(dòng)支點(diǎn)處產(chǎn)生的最大負(fù)荷相對(duì)于控制軸的方向和當(dāng)控制軸從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)變化時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向設(shè)置在同一方向上。
4.如權(quán)利要求2所述的內(nèi)燃機(jī)可變氣門設(shè)備，其特征在于，在氣門特性設(shè)置在低氣門提升的第一提升狀態(tài)和高氣門提升的第二提升狀態(tài)之間的中氣門提升區(qū)的狀態(tài)下，氣門提升期間在傳遞臂擺動(dòng)支點(diǎn)處產(chǎn)生的最大負(fù)荷相對(duì)于控制軸的方向和當(dāng)控制軸從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)變化時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向設(shè)置在同一方向上。
5.如權(quán)利要求3所述的內(nèi)燃機(jī)可變氣門設(shè)備，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)具有多個(gè)缸，所述內(nèi)燃機(jī)的每個(gè)缸都安裝有所述擺動(dòng)凸輪和傳遞臂，以及所述控制軸由公用的軸構(gòu)件構(gòu)成，各公用的軸構(gòu)件分別可搖動(dòng)地支撐至少兩個(gè)缸的傳遞臂。
6.如權(quán)利要求4所述的內(nèi)燃機(jī)可變氣門設(shè)備，其特征在于，所述內(nèi)燃機(jī)具有多個(gè)缸，所述內(nèi)燃機(jī)的每個(gè)缸都安裝有所述擺動(dòng)凸輪和傳遞臂，以及所述控制軸由公用的軸構(gòu)件構(gòu)成，各公用的軸構(gòu)件分別可搖動(dòng)地支撐至少兩個(gè)缸的傳遞臂。
全文摘要
一種根據(jù)本發(fā)明的可變氣門設(shè)備，其中氣門提升期間在傳遞臂擺動(dòng)支點(diǎn)處產(chǎn)生的最大負(fù)荷相對(duì)于控制軸的方向和當(dāng)控制軸從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)變化時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向設(shè)置在同一方向上。結(jié)果，控制軸在從高氣門提升側(cè)向低氣門提升側(cè)的方向上容易地?cái)[動(dòng)。
文檔編號(hào)F01L13/00GK1877090SQ200610091309
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月9日
發(fā)明者村田真一 申請(qǐng)人:三菱自動(dòng)車工業(yè)株式會(huì)社