專利名稱：具有可變氣門裝置的內(nèi)燃機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有凸輪相位改變機(jī)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)，該凸輪相位改變機(jī)構(gòu)能夠改變進(jìn)氣凸輪的相位。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)地，存在這樣的內(nèi)燃機(jī)，其包括作為使進(jìn)氣門的打開和關(guān)閉正時(shí)變化的可變 氣門裝置的凸輪相位改變機(jī)構(gòu)，該凸輪相位改變機(jī)構(gòu)改變進(jìn)氣凸輪的相位。此外，已經(jīng)發(fā)展 了一種技術(shù)，其中，將凸輪相位改變機(jī)構(gòu)應(yīng)用于在一個(gè)氣缸上具有多個(gè)進(jìn)氣門的內(nèi)燃機(jī)。根 據(jù)該技術(shù)，僅僅一部分進(jìn)氣門的打開和關(guān)閉正時(shí)根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的負(fù)載和旋轉(zhuǎn)速度來變化。在這種僅改變多個(gè)進(jìn)氣門中的一部分的打開和關(guān)閉正時(shí)的的內(nèi)燃機(jī)中，例如在高 速、重載模式時(shí)，一部分進(jìn)氣門的打開和關(guān)閉正時(shí)延遲，由此，延長(zhǎng)進(jìn)氣門的打開時(shí)段，包括 沒有受到延遲角控制的那些進(jìn)氣門的打開時(shí)段，以增加進(jìn)氣的流入量，確保輸出。另一方 面，為了保證合適的壓縮比，如在低速、重載啟動(dòng)模式時(shí)，限制進(jìn)氣門的延遲角(日本特開 平3-202602號(hào)公報(bào))。然而，根據(jù)上述專利文獻(xiàn)中所記載的技術(shù)，由于通過在啟動(dòng)模式中限制進(jìn)氣門的 延遲角，來使多個(gè)進(jìn)氣門的打開正時(shí)變?yōu)橄嗤虼?，在燃燒室中，進(jìn)氣的流動(dòng)互相干擾，從 而抑制了漩渦的產(chǎn)生。因此，可能使燃燒率減少，很可能導(dǎo)致排氣性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有可變氣門裝置的內(nèi)燃機(jī)，其能夠在啟動(dòng)模式時(shí)確保 漩渦以改善其排氣性能。為了實(shí)現(xiàn)上面的目的，本發(fā)明提供了一種具有可變氣門裝置的內(nèi)燃機(jī)，其包括用 于每個(gè)氣缸的第一進(jìn)氣門和第二進(jìn)氣門，該第一進(jìn)氣門和第二進(jìn)氣門被構(gòu)造成分別由第一 進(jìn)氣凸輪和第二進(jìn)氣凸輪驅(qū)動(dòng)；以及凸輪相位改變機(jī)構(gòu)，該凸輪相位改變機(jī)構(gòu)被構(gòu)造成改 變第二進(jìn)氣凸輪的相位，該具有可變氣門裝置的內(nèi)燃機(jī)的特征在于包括控制裝置，該控制 裝置用于控制所述凸輪相位改變機(jī)構(gòu)，以便在啟動(dòng)模式中使所述第二進(jìn)氣門的打開正時(shí)提 前在第一進(jìn)氣門的打開正時(shí)之前。因此，在啟動(dòng)模式中使第二進(jìn)氣門的打開正時(shí)提前在第一進(jìn)氣門的打開正時(shí)之 前，以便在只有第二進(jìn)氣門在進(jìn)氣門打開時(shí)段的初始階段中打開時(shí)才產(chǎn)生漩渦。因此，可以 加速燃料的氣化以及其與空氣的混合，以改善在啟動(dòng)模式中的燃燒性和排氣性能。優(yōu)選地，控制裝置應(yīng)該控制凸輪相位改變機(jī)構(gòu)，以便在啟動(dòng)模式中第二進(jìn)氣門的 打開時(shí)段與排氣門的打開時(shí)段重疊。因此，通過該重疊而返回的廢氣使進(jìn)氣的溫度上升，使得可以加速燃料的氣化，以 確保良好的燃燒。此外，由于進(jìn)氣溫度的上升導(dǎo)致了排氣溫度的上升，所以可以快速地增加 廢氣排放控制催化劑的溫度，使得可以改善排氣性能。此外，優(yōu)選地，應(yīng)該將第二進(jìn)氣凸輪設(shè)定為使得第二進(jìn)氣門的打開時(shí)段比第一進(jìn)氣門的打開時(shí)段更短。由于在進(jìn)氣門打開時(shí)段的最后階段提供有一側(cè)氣門打開時(shí)段，因此，能夠使漩渦增強(qiáng)，以進(jìn)一步加速燃料的氣化以及其與空氣的混合，使得能夠改善燃燒性。


通過下面給出的詳細(xì)說明以及附圖，本發(fā)明將變得更加通俗易懂，該附圖和說明 僅以示例方式給出，因此并不限制本發(fā)明，其中圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性結(jié)構(gòu)圖；圖2是示出氣門和進(jìn)出口的布局的參考圖；圖3是示出了氣門機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的縱向剖視圖；圖4是示出了氣門機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的頂視圖；圖5是示出了第二進(jìn)氣凸輪的安裝部分的結(jié)構(gòu)的剖視圖；圖6A至圖6C是示出了進(jìn)氣門的升程的時(shí)間圖，其中圖6A是示出了輕載模式，圖 6B示出了高速、重載模式，而圖6C示出了啟動(dòng)模式；圖7A和圖7B是示出了漩渦的參考圖，其中圖7A示出了在啟動(dòng)模式中在一側(cè)氣門 打開時(shí)段期間的進(jìn)氣沖程的初始階段，而圖7B示出了在啟動(dòng)模式中在一側(cè)氣門打開時(shí)段 的壓縮沖程。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。圖1是本實(shí)施方式的具有可變氣門裝置的內(nèi)燃機(jī)(發(fā)動(dòng)機(jī)1)的示意性結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，本實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)1包括DOHC氣門機(jī)構(gòu)。將凸輪鏈輪4和5分別 連接到發(fā)動(dòng)機(jī)1的進(jìn)氣凸輪軸2和排氣凸輪軸3的各自的前端。凸輪鏈輪4和5通過鏈條 6連接于曲軸7。當(dāng)曲軸7旋轉(zhuǎn)時(shí)，進(jìn)氣凸輪軸2和排氣凸輪軸3與凸輪鏈輪4和5 —起旋 轉(zhuǎn)。進(jìn)氣門12和13通過進(jìn)氣凸輪軸2上的進(jìn)氣凸輪10和11而被打開和關(guān)閉，而排氣門 16和17通過排氣凸輪軸3上的排氣凸輪14和15而被打開和關(guān)閉。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)1的燃燒 室18被設(shè)置成單坡屋頂形狀。圖2是示出發(fā)動(dòng)機(jī)1的氣門和進(jìn)出口的布局的參考圖。如圖2所示，發(fā)動(dòng)機(jī)1的每個(gè)氣缸都具有兩個(gè)進(jìn)氣門(第一和第二進(jìn)氣門12和 13)以及兩個(gè)排氣門16和17。第一和第二進(jìn)氣門12和13縱向排列在燃燒室18的中心部 分c的圖中右側(cè)上。兩個(gè)排氣門16和17縱向排列在燃燒室18的中心部分c的圖中左側(cè)上。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)1的進(jìn)氣口 19從燃燒室18的右側(cè)斜上方朝向燃燒室18延伸，在接 近燃燒室18的地方分岔，并且分別與通過第一和第二進(jìn)氣門12和13而打開和關(guān)閉的氣門 孔相連通。此外，發(fā)動(dòng)機(jī)1的第二進(jìn)氣門13的氣門機(jī)構(gòu)包括改變第二進(jìn)氣凸輪11的相位的 凸輪相位改變機(jī)構(gòu)20。圖3到圖5是氣門機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是縱向剖視圖，圖4是頂視圖，而圖5 是示出了用于第二進(jìn)氣凸輪11的安裝部分的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
如圖3到圖5所示，進(jìn)氣凸輪軸2具有包括空心的第一進(jìn)氣凸輪軸21以及插入在該第一進(jìn)氣凸輪軸21中的第二進(jìn)氣凸輪軸22的雙重結(jié)構(gòu)。第一和第二進(jìn)氣凸輪軸21和 22同心地設(shè)置，同時(shí)在其之間具有間隙，并且由形成在發(fā)動(dòng)機(jī)1的氣缸頭上的支撐部分23 可旋轉(zhuǎn)地支撐。用于驅(qū)動(dòng)第一進(jìn)氣門12的第一進(jìn)氣凸輪10固定于第一進(jìn)氣凸輪軸21。此 夕卜，第二進(jìn)氣凸輪11可旋轉(zhuǎn)地支撐在第一進(jìn)氣凸輪軸21上。第二進(jìn)氣凸輪11包括大致圓 柱形的支撐部分Ila和凸輪部分lib。第一進(jìn)氣凸輪軸21插入在支撐部分Ila中。凸輪部 分lib從支撐部分Ila的外周突出，并且用于驅(qū)動(dòng)第二進(jìn)氣門13。第二進(jìn)氣凸輪11和第 二進(jìn)氣凸輪軸22通過固定銷24而彼此固定。固定銷24穿過第二進(jìn)氣凸輪11的支撐部分 Ila以及第一和第二進(jìn)氣凸輪軸21和22。該固定銷24幾乎沒有間隙地插入在第二進(jìn)氣凸 輪軸22的孔中，并且兩端部被夾壓且固定于支撐部分11a。固定銷24所穿過的長(zhǎng)孔25在 周方向上延伸地形成在第一進(jìn)氣凸輪軸21中。凸輪相位改變機(jī)構(gòu)20設(shè)置在第一進(jìn)氣凸輪軸21的一端部分上。該凸輪相位改變 機(jī)構(gòu)20是傳統(tǒng)的葉片式凸輪相位改變機(jī)構(gòu)，其被構(gòu)造成使葉片轉(zhuǎn)子31可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在外 殼30中，該外殼30與凸輪鏈輪4是一體的，并且通過螺栓32使第二進(jìn)氣凸輪軸22緊固到 葉片轉(zhuǎn)子31上。此外，凸輪相位改變機(jī)構(gòu)20設(shè)置有彈簧36。該彈簧36設(shè)置在外殼30與葉片轉(zhuǎn)子 31之間，并且在提前角方向上激勵(lì)該葉片轉(zhuǎn)子31。因此，在提前角方向上激勵(lì)第二進(jìn)氣凸 輪11。該凸輪相位改變機(jī)構(gòu)20通過形成在第一進(jìn)氣凸輪軸21與支撐部分23中的油道 33而與燃油控制閥(下文中稱作為0CV) 34相連接。如圖1所示，該凸輪相位改變機(jī)構(gòu)20 能夠連續(xù)地調(diào)整第二進(jìn)氣凸輪軸22相對(duì)于凸輪鏈輪4的相位角，也就是，第二進(jìn)氣門13的 打開和關(guān)閉正時(shí)，即，當(dāng)切換0CV34的時(shí)候，使得葉片轉(zhuǎn)子31通過從發(fā)動(dòng)機(jī)1的油泵35向 形成在葉片轉(zhuǎn)子31與外殼30之間的油室供應(yīng)的液壓油而旋轉(zhuǎn)。E⑶40 (控制裝置)設(shè)置有未圖示的輸入_輸出設(shè)備、諸如ROM和RAM等的存儲(chǔ)設(shè) 備、中央處理單元(CPU)等，并且綜合地控制發(fā)動(dòng)機(jī)1。曲柄角傳感器41和節(jié)流傳感器42等的各種傳感器連接于E⑶40的輸入側(cè)。曲柄 角傳感器41檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)1的曲柄角。節(jié)流傳感器42檢測(cè)節(jié)流閥(未圖示)的開度。此外， 燃料注入閥43、火花塞44等，以及0CV34連接于E⑶40的輸出側(cè)。該E⑶40基于來自各傳 感器的檢測(cè)信息來確定點(diǎn)火時(shí)刻、燃料注入量等，并且驅(qū)動(dòng)地控制火花塞44和燃料注入閥 43。此外，E⑶40驅(qū)動(dòng)地控制0CV34，即，凸輪相位改變機(jī)構(gòu)20。圖6A至圖6C是示出了進(jìn)氣門的升程的時(shí)間圖，其中圖6A是示出了輕載模式，圖 6B示出了高速、重載模式，而圖6C示出了啟動(dòng)模式。在本實(shí)施方式中，如圖6A到圖6C所示，氣門打開正時(shí)固定在上止點(diǎn)附近，同時(shí)第 一進(jìn)氣門12的關(guān)閉正時(shí)固定在進(jìn)氣被活塞推回到進(jìn)氣口 19的區(qū)域附近?；趤碜郧莻鞲衅?1和節(jié)流傳感器42的輸入信號(hào)，ECU40獲得發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn) 速度N和負(fù)載L，并且基于該發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度N和負(fù)載L，有效地控制該凸輪相位改變機(jī)構(gòu) 20的有效控制量，即，第二進(jìn)氣門13的打開和關(guān)閉正時(shí)。具體地，如圖6A所示，在輕載模式中，E⑶40延遲第二進(jìn)氣門13的打開和關(guān)閉正 時(shí)。此時(shí)，進(jìn)氣門打開時(shí)段是在第一進(jìn)氣門12的打開正時(shí)與延遲的第二進(jìn)氣門13的關(guān)閉正時(shí)之間的時(shí)段，并且該時(shí)段比第二進(jìn)氣門13沒有延遲的情況更長(zhǎng)。此外，此時(shí)，在最大延 遲角時(shí)，將第二進(jìn)氣門13的關(guān)閉正時(shí)設(shè)定為與下止點(diǎn)(BDC)相比更靠近上止點(diǎn)(TDC)。另一方面，如圖6B所示，在高速、重載的模式中，E⑶40將第二進(jìn)氣門13的打開和 關(guān)閉正時(shí)的延遲角量設(shè)定為比圖6A所示的輕載模式更少，使得該第二進(jìn)氣門13的打開時(shí) 段在第一進(jìn)氣門12的打開時(shí)段之內(nèi)。
此外，如圖6C所示，在啟動(dòng)模式中，E⑶40使第二進(jìn)氣門13的打開和關(guān)閉正時(shí)提 前。此時(shí)，該第二進(jìn)氣門13的打開正時(shí)提前在第一進(jìn)氣門12的打開正時(shí)之前，并且該第二 進(jìn)氣門13的打開時(shí)段與排氣門16和17的打開時(shí)段重疊。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，在輕載模式中使氣門打開時(shí)段延長(zhǎng)，因此可以降低泵氣損 失以改善燃料效率。由于將第一進(jìn)氣門12的打開正時(shí)設(shè)定在上止點(diǎn)附近，所以也可以降低 進(jìn)氣沖程的初始階段中的泵氣損失。另一方面，在高速、重載的狀態(tài)下，因?yàn)榈诙M(jìn)氣門13的關(guān)閉正時(shí)提前在第一進(jìn) 氣門12的關(guān)閉正時(shí)之前，因此作為整體的進(jìn)氣門裝置的關(guān)閉正時(shí)變?yōu)榈谝贿M(jìn)氣門12的關(guān) 閉正時(shí)。第一進(jìn)氣門12的關(guān)閉正時(shí)設(shè)定在壓縮沖程的上半時(shí)并且在進(jìn)氣被活塞推回到進(jìn) 氣口 19中的區(qū)域附近，因此能夠提升進(jìn)氣的充氣效率，以確保輸出。如圖7A所示，在啟動(dòng)模式中，使第二進(jìn)氣門13的打開和關(guān)閉正時(shí)提前，以提供一 側(cè)氣門打開時(shí)段，在該一側(cè)氣門打開時(shí)段，僅僅第二進(jìn)氣門13在進(jìn)氣門打開時(shí)段的初始階 段中打開。因此，產(chǎn)生了順時(shí)針漩渦，以加速燃料與空氣的混合以及燃料的氣化，使得可以 用較少量的燃料啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并且可以改善燃燒性以提升排氣性能。此外，由于排氣門16 和17具有大的重疊，所以進(jìn)氣在進(jìn)氣門打開的時(shí)候吹回到到進(jìn)氣口 19中，并且吹動(dòng)附著于 進(jìn)氣口 19的燃料并使該燃料微粒化。因此，進(jìn)氣溫度通過該排氣而增加，可以加速燃料的 氣化以改善燃燒性。此外，在排氣沖程的后半時(shí)中，含有大量未燃燃料的廢氣被排放到廢氣口中。然 而，由于節(jié)流閥(未圖示)關(guān)閉，所以在進(jìn)氣口中形成負(fù)壓，使得曾在排氣沖程的后半時(shí)中 排除的廢氣被吸出到進(jìn)氣口側(cè)。于是，使廢氣再一次吸入并燃燒，使得減少了未燃燃料成 分。此時(shí)，如果進(jìn)氣門和排氣門分別位于單坡屋頂形狀的燃燒室的相對(duì)的斜面上，在這種情 況下，廢氣被平穩(wěn)地吸出到進(jìn)氣口側(cè)并且在下一個(gè)沖程被再次吸入。于是，附著在進(jìn)氣口 的壁表面上的液體燃料被吹散，因此，加速了燃料的氣化，連同空氣與燃料的混合以及內(nèi)部 EGR氣體與未燃燃料成分的混合。因此，進(jìn)一步減少了未燃燃料的排放。此外，由于廢氣被 吸出到進(jìn)氣口側(cè)，在燃燒室中也產(chǎn)生漩渦，使得也加速了混合。此外，如圖7B所示，將第二進(jìn)氣門13的打開和關(guān)閉時(shí)段設(shè)定為比第一進(jìn)氣門12 的打開和關(guān)閉時(shí)段更短，由于只有第一進(jìn)氣門12打開的一側(cè)氣門打開時(shí)段設(shè)置在進(jìn)氣門 打開時(shí)段的最終階段，所以，一旦被吸入的氣體混合物被推回到進(jìn)氣口 19中。因此，可以增 強(qiáng)順時(shí)針漩渦，以加速燃料的氣化，從而改善燃燒性。此外，被推回到進(jìn)氣口中的混合氣體 在下一個(gè)沖程中被再一次吸入，但是預(yù)先使氣化和混合提前，使得進(jìn)一步改善燃燒性。根據(jù)本實(shí)施方式，分別由在單坡屋頂形狀的燃燒室的壁表面的一個(gè)斜面上的第一 和第二進(jìn)氣門打開和關(guān)閉的氣門孔位于偏離燃燒室的中心的位置處，并且進(jìn)氣口 19從右 側(cè)延伸。由于燃燒室18是單坡屋頂形狀的，所以通過進(jìn)氣口 19的進(jìn)氣能夠輕松平穩(wěn)地流 入到左側(cè)。因此，可以在一個(gè)氣門打開的狀態(tài)下增強(qiáng)漩渦。
此外，在啟動(dòng)模式中，第二進(jìn)氣門13的關(guān)閉正時(shí)并沒有延遲到在第一進(jìn)氣門12的 關(guān)閉正時(shí)之后，使得可以確保可燃性，而不會(huì)減小實(shí)際壓縮比。因此，可以減少在啟動(dòng)模式 中的燃料消耗，使得可以抑制廢氣的HC含量的增加，以進(jìn)一步改善排氣性能。此外，由于能 夠保持較高的實(shí)際壓縮比，所以能夠確保輸出性能。本發(fā)明并不局限于圖6A到圖6C所示的對(duì)凸輪相位改變機(jī)構(gòu)20設(shè)定的三種工作 模式，例如，可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的屬性連續(xù)地設(shè)定這些模式。
權(quán)利要求
一種具有可變氣門裝置的內(nèi)燃機(jī)，其包括用于每個(gè)氣缸的第一進(jìn)氣門(12)和第二進(jìn)氣門(13)，該第一進(jìn)氣門(12)和第二進(jìn)氣門(13)被構(gòu)造成分別由第一進(jìn)氣凸輪(10)和第二進(jìn)氣凸輪(11)驅(qū)動(dòng)；以及凸輪相位改變機(jī)構(gòu)(20)，該凸輪相位改變機(jī)構(gòu)(20)被構(gòu)造成改變所述第二進(jìn)氣凸輪(11)的相位，該具有可變氣門裝置的內(nèi)燃機(jī)的特征在于，包括控制裝置(40)，該控制裝置(40)用于控制所述凸輪相位改變機(jī)構(gòu)(20)，以便在啟動(dòng)模式中使所述第二進(jìn)氣門(13)的打開正時(shí)提前在所述第一進(jìn)氣門(12)的打開正時(shí)之前。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有可變氣門裝置的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，所述控制裝置 (40)控制所述凸輪相位改變機(jī)構(gòu)(20)，以便在啟動(dòng)模式中使所述第二進(jìn)氣門(13)的打開 時(shí)段與所述排氣門(16，17)的打開時(shí)段重疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有可變氣門裝置的內(nèi)燃機(jī)，其特征在于，將所述第二進(jìn) 氣凸輪(11)設(shè)定為使得所述第二進(jìn)氣門(13)的打開時(shí)段比所述第一進(jìn)氣門(12)的打開 時(shí)段更短。
全文摘要
提供一種具有可變氣門裝置的內(nèi)燃機(jī)，其包括用于每個(gè)氣缸的第一進(jìn)氣門(12)和第二進(jìn)氣門(13)，該第一進(jìn)氣門(12)和第二進(jìn)氣門(13)被構(gòu)造成分別由第一進(jìn)氣凸輪(10)和第二進(jìn)氣凸輪(11)驅(qū)動(dòng)；并且該內(nèi)燃機(jī)具備改變所述第二進(jìn)氣凸輪(11)的相位的凸輪相位改變機(jī)構(gòu)(20)，控制所述凸輪相位改變機(jī)構(gòu)(20)，以便在啟動(dòng)模式中使所述第二進(jìn)氣門(13)的打開正時(shí)提前在所述第一進(jìn)氣門(12)的打開正時(shí)之前。
文檔編號(hào)F01L1/26GK101813013SQ201010125178
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月23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