专利名称：可变气门操纵装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及了一种用于内燃机的可变气门操纵装置，特别涉及了能够机械地改变气门操作特性的可变气门操纵装置。
背景技术：
传统1已知的可变气门操纵装置，比如在已公开的日本专利No.2003-239712中披露的可变气门操纵装置，能够根据发动机的运行状态来机械地改变气门提升量和气门定时。对于在已公开的日本专利No.2003-239712中描述的可变气门操纵装置而言，控制臂固定在与凸轮轴平行的控制轴上，随动件的一端安装在控制臂上并能够自由摆动。此外，摆动凸轮安装在控制轴上并能够自由摆动。摇臂压在摆动凸轮的表面上。第一滚子和第二滚子同心安装在随动件上，这些滚子相互之间能够独立地旋转。第一滚子与凸轮轴上的气门凸轮接触，第二滚子与某接触面接触，该接触面位于远离摆动凸轮的凸轮面的一侧上。
在上述配置下，当控制臂的旋转位置随控制轴旋转而改变时，随动件移动，从而改变控制轴和摆动凸轮与第二滚子接触之间的距离。气门提升量也因而改变。此外，气门凸轮与第一滚子接触的圆周位置，与凸轮轴旋转位置相同改变。气门定时也因而改变。换言之，在已公开的日本专利No.2003-239712中描述的可变气门操纵装置中，当控制轴的旋转位置由电动机来控制时，气门提升量和气门定时能够同时改变。
除了上述文献之外，本发明的现有技术文献还包括其它一些文献。所有这些技术文献如下所示。
已公开的日本专利No.2003-239712[专利文献2]已公开的日本专利No.Hei7-63023[专利文献3]已公开的日本专利No.Hei6-74011[专利文献4]已公开的日本专利No.Hei6-17628[专利文献5]已公开的日本专利No.Heil-36833发明公开与一般的采用凸轮来驱动摇臂的气门装置比较而言，已公开的日本专利申请No.2003-239712中描述的可变气门操纵装置必须要在气缸盖内部安装包括有各部件的机构，这些部件有控制轴、摆动凸轮、控制轴、随动件和滚子。但是，在现实中，气缸盖的额外空间有限。因此，当要在气缸盖内安装上述复杂机构时，必须改变各现有部件的位置关系，或者扩大气缸盖。
本发明可以解决上述问题。本发明的目的是提供一种紧凑的可变气门操纵装置，它可以机械地改变气门的操作特性。
本发明第一实施方式的可变气门操纵装置可以实现上述目的。可变气门操纵装置随凸轮轴旋转机械地改变气门的操作特性。该可变气门操纵装置包括安装在凸轮轴上的传动凸轮和与凸轮轴平行的控制轴。控制轴能够连续地或步进地改变旋转位置。该可变气门操纵装置还包括安装在控制轴上的摆动件，它能够绕控制轴摆动。摆动件上的摆动凸轮面与用来支撑气门的气门支撑件接触，并沿提升方向挤压气门。摆动件上还形成有滑动面，它朝向传动凸轮。中间件位于传动凸轮和摆动件之间，与滑动面和传动凸轮的凸轮面都接触。控制件安装在凸轮轴上，并可以旋转。支撑件安装在控制件上，用来支撑中间件，从而中间件能够沿预定的路径相对控制件移动。此外，该可变气门操纵装置还包括旋转联锁机构，它将控制件绕凸轮轴的旋转与控制轴的旋转联锁起来。
根据本发明的第一方面，凸轮轴的旋转运动通过中间件从传动凸轮的凸轮面传递到摆动件的滑动面，并接着转换为摆动件的摆动。摆动件的摆动从摆动凸轮面传递到气门支撑件，并转换为气门的提升运动。换言之，凸轮轴的旋转运动通过中间件和摆动件转换为气门的提升运动。
当控制轴的旋转位置改变时，控制轴的旋转运动通过旋转联锁机构传递到控制件，从而控制件绕凸轮轴旋转。中间件由控制件通过支撑件支撑。因而，当控制件绕凸轮轴旋转时，中间件也绕凸轮轴转动，从而改变中间件在传动凸轮和滑动面上的位置。当中间件在滑动面上的位置改变时，摆动件的旋角和初始摆动位置改变，从而引起气门提升量改变。此外，当中间件在传动凸轮面上的位置改变时，摆动件的摆动定时相对凸轮轴的相位有改变，从而引起气门定时改变。
如上所述，本发明的第一方面能够通过控制控制轴的旋转位置来机械地改变操作特性。此外，本发明的第一方面保证了支撑中间件的支撑件和控制件都位于现有凸轮轴的周围。因此，得到的装置是紧凑的。
根据本发明的第二方面，在本发明第一方面的可变气门操纵装置中，支撑件可以为与控制件成为一体的导向件。
根据本发明的第二方面，支撑件与控制件都与导向件成为一体。因此，只有摆动件和中间件移动来提升气门。这样能够避免整个可移动部分惯性质量的增加。
根据本发明的第三方面，在本发明第二方面的可变气门操纵装置中，导向件可以从凸轮轴的中心向外形成。
根据本发明的第三方面，导向件从凸轮轴的中心向外形成。这样，随着传动凸轮旋转，中间件基本上在凸轮轴的径向上往复运动。从而，阻止了中间件在滑动面上不必要的移动。从传动凸轮到摆动件的驱动力传递的损失也变得最小。
根据本发明的第四方面，在本发明第一方面的可变气门操纵装置中，支撑件可以为联接件，用来将控制件联接到中间件上，它安装在控制件上，可绕远离凸轮轴中心的位置摆动。
根据本发明的第四方面，联接件将中间件连接到控制件，因此，中间件相对控制件可以位于合适的位置。
根据本发明的第五方面，在本发明第一到四中任一方面的可变气门操纵装置中，旋转联锁机构包括第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮安装在控制轴上与控制轴一起旋转，第二齿轮安装在控制件上并与第一齿轮啮合。
根据本发明的第五方面，包括第一齿轮和第二齿轮的联锁机构用来作为旋转联锁机构，从而控制件的旋转与控制轴的旋转准确地联锁起来。因此，控制件的旋转位置可以得到准确地控制。
根据本发明的第六方面，在本发明第一到五中任一方面的可变气门操纵装置中，旋转联锁机构可以为减速机构，它利用齿轮来降低控制轴的旋转速度，并将降低的旋转速度传递到控制件上。
根据本发明的第六方面，基于齿轮的减速机构用来作为旋转联锁机构，禁止自控制件输入到控制轴的反向转矩。因中间件接受来自滑动面的反作用力，绕凸轮轴旋转的转矩将作用到控制件上。该转矩随传动凸轮旋转而改变。当转矩变化输入到控制轴上时，控制轴的旋转位置改变。但是，本发明的第六方面采用减速机构来禁止上述自控制件输入到控制轴的反向转矩，从而避免控制轴的旋转位置改变。
根据本发明的第七方面，在本发明第一到六中任一方面的可变气门操纵装置中，摆动凸轮面包括非作用面和作用面，非作用面与摆动件的摆动中心之间的距离是固定的，作用面与非作用面相连，它与到摆动中心之间的距离随着其与非作用面之间距离的增加而逐渐增加。气门在摆动件摆动时升高，摆动凸轮面与气门支撑件之间的接触位置将因而从非作用面移动到作用面上。
根据本发明的第七方面，气门提升量由气门支撑件到达的作用面上的位置来确定，气门工作角由气门支撑件位于作用面上的阶段来确定。当摆动件的旋角和初始摆动位置有前述改变时，气门支撑件到达的作用面上的位置改变。这样，气门支撑件位于作用面上的阶段也改变。从而，本发明的第七方面能够协调地改变工作角和提升量。
根据本发明的第八方面，在本发明第一到七中任一方面的可变气门操纵装置中，中间件可以包括第一滚子、第二滚子、连接轴，第一滚子与传动凸轮的凸轮面接触，第二滚子与第一滚子同心且与滑动面接触，连接轴将第一滚子连接到第二滚子，允许第一滚子和第二滚子相互之间独立地旋转。
根据本发明的第八方面，中间件包括两个滚子，即第一滚子和第二滚子，它们相互之间能够独立地旋转。第一滚子与传动凸轮表面接触，第二滚子与滑动面接触。因而，它能够降低自凸轮轴传递到气门的驱动力的摩擦损耗，并防止燃油效率恶化。此外，两个滚子安装在同一个轴上。这样，它能够使中间件紧凑，凸轮面和传动凸轮的滑动面之间的距离也最小。从而，可变气门操纵装置也变得紧凑。
附图简要描述
图1为侧视图，显示了本发明第一实施方式的可变气门操纵装置的配置；图2说明了由本发明第一实施方式的可变气门操纵装置执行的大提升操作，在图中，(A)显示气门打开状态，(B)显示气门关闭状态；图3说明了由本发明第一实施方式的可变气门操纵装置执行的小提升操作，在图中，(A)显示气门打开状态，(B)显示气门关闭状态；图4为图形，显示了在本发明第一实施方式中摇臂滚子在摆动凸轮面上的接触位置和可变气门操纵装置内气门提升量之间的关系；图5为图形，显示了由本发明第一实施方式的可变气门操纵装置获得的气门的气门提升量和气门定时之间的关系；图6为侧视图，显示了本发明第二实施方式的可变气门操纵装置的配置；图7说明了由本发明第二实施方式的可变气门操纵装置执行的大提升操作，在图中，(A)显示气门打开状态，(B)显示气门关闭状态；图8说明了由本发明第二实施方式的可变气门操纵装置执行的小提升操作，在图中，(A)显示气门打开状态，(B)显示气门关闭状态。
最佳实施方式第一实施方式下面结合图1到5来描述本发明的第一实施方式。
图1为侧视图，说明了本发明第一实施方式的可变气门操纵装置100的配置。可变气门操纵装置100包括摇臂型机械气门机构。传动凸轮122安装在凸轮轴120上，将凸轮轴120的旋转运动转换成摇臂(气门支撑件)110的摆动，以及由摇臂110支撑的气门104在垂直方向上的提升运动。传动凸轮122有两个凸轮面124a和124b，这两个面的轮廓相互之间不同。其中一个凸轮面，即非作用面124a，与凸轮轴120的中心之间在旋转方向上的距离是固定的。另一个凸轮面，即作用面124b，与凸轮轴120的中心之间在旋转方向上的距离逐渐增加，并在顶点后逐渐减小。在本文献中，当不区分非作用面124a和作用面124b时，使用术语“传动凸轮面124”。
在可变气门操纵装置100中，传动凸轮122并不直接驱动摇臂110。调节机构130位于传动凸轮122和摇臂110之间，将摇臂110的摆动和传动凸轮122的旋转运动联锁起来。通过在调节机构130上实施可变控制，可变气门操纵装置100能够连续地改变传动凸轮122的旋转运动和摇臂110的摆动之间的配合。这样就能够通过改变摇臂110的摆动量和摆动定时来连续地改变气门104的提升量和气门定时。
如下所述，调节机构130主要包括控制轴132、摆动凸轮臂(摆动件)150、控制臂(控制件)160、第一滚子170、第二滚子172和连接轴174，连接轴将第一滚子170和第二滚子172连接起来。控制轴132与凸轮轴120平行。控制轴132相对凸轮轴120的位置位于凸轮轴120旋转方向上摇臂110的下游。第一齿轮134与控制轴132同心，位于控制轴132的外圆周面上并固定到控制轴132。此外，未显示的致动器(如电动机)连接到控制轴132。用于内燃机的ECU能够控制致动器，以调节控制轴132的旋转位置。
摆动凸轮臂150由控制轴132支撑，并能够摆动。摆动凸轮臂150的前端位于传动凸轮122旋转方向的上游。摆动凸轮臂150的滑动面156位于与传动凸轮122相对的一侧。滑动面156与第二滚子172接触，第二滚子将在后面描述。滑动面156向传动凸轮122稍微弯曲，并这样形成，使得到传动凸轮122的凸轮基圆(非作用面124a)的距离随着到控制轴132的中心(即摆动中心)距离的增加而增加。
此外，摆动凸轮面152(152a、152b)位于与摆动凸轮臂150的滑动面156相对的一侧。摆动凸轮面152的凸轮中心与摆动凸轮臂150的摆动中心一致，它由非作用面152a和作用面152b组成，非作用面152a和作用面152b具有不同的轮廓。非作用面152a为凸轮基圆的圆周面，它与控制轴132中心的距离是固定的。另一个面，即作用面152b，从非作用面152a方向来看，位于朝向摆动凸轮臂150前端的位置，并平滑且连续地连接到非作用面152a，它与控制轴132中心的距离(即凸轮高度)随着到摆动凸轮臂150前端距离的减小而逐渐增加。在本文献中，当不区分非作用面152a和作用面152b时，使用术语“摆动凸轮面152”。
可变气门操纵装置100采用单凸轮双气门的驱动结构，其中一个传动凸轮122驱动两个气门104。因此，摆动凸轮臂150位于传动凸轮122的两侧上(图1仅仅显示了前摆动凸轮臂150)。每个摆动凸轮臂150都有摇臂110。摆动凸轮面152与用于摇臂110的摇臂滚子112接触。摇臂滚子112安装在摇臂110的中部并能够自由地旋转。摇臂110的一端有气门轴102，用来支撑气门104。摇臂110的另一端由液压间隙调整装置106支撑，并能够自由地转动。气门弹簧(未显示)在关闭方向，即提高摇臂110的方向上挤压气门轴102。摇臂110由气门轴102支撑，气门轴受到气门弹簧挤压。液压间隙调整装置106向摆动凸轮面152挤压摇臂滚子112。
摆动凸轮臂150有弹簧座158，用来与空动弹簧(lost-motionspring)190啮合。弹簧座158位于非作用面152a之后，并沿与摆动凸轮臂150延伸方向相对的方向延伸。空动弹簧190为压缩弹簧。其剩余端由固定件(未显示)固定。空动弹簧190施加到弹簧座158的弹力挤压摆动凸轮臂150，并将它旋转向滑动面156。
控制臂160由凸轮轴120支撑并能够旋转。控制臂160有第二齿轮162，第二齿轮为楔形，它围绕控制臂160的旋转中心，即沿与控制轴120同心的弧而形成。调整控制臂160在凸轮轴120上的位置，使第二齿轮162与第一齿轮134位于同一平面上。此外，调整控制臂160的旋转相位，使第二齿轮162面向第一齿轮134。第二齿轮162与第一齿轮134啮合，而控制轴132的旋转通过第一齿轮134和第二齿轮162输入到控制臂160。换言之，第一齿轮134和第二齿轮162组成联锁机构，将控制臂160的旋转与控制轴132的旋转联锁起来。此外，第二齿轮162的直径比第一齿轮134的大。因此，第一齿轮134和第二齿轮162还组成减速机构，降低控制轴132的旋转速度，并将降低了的旋转速度传递到控制臂160。
控制臂160位于传动凸轮122的两侧(图1仅仅显示了前控制臂160)。在有控制臂160的情况下，第一齿轮134位于右-手和左-手摆动凸轮臂150的外侧上，并与所关联控制臂160的第二齿轮162啮合。
控制臂160有导向件166，它与控制臂160形成为一个整体。该导向件166从凸轮轴中心向外延伸，即基本上沿凸轮轴120的径向延伸。控制臂160的近似旋转位置相对凸轮轴120得到调整，从而导向件166基本上与摆动凸轮臂150的滑动面156垂直。如前所述，控制臂160位于传动凸轮122的两侧上。每个右-手和左-手控制臂160都形成有导向件166。连接轴174穿过右-手和左-手导向件166。连接轴174以某种方式支撑一个第一滚子170和两个第二滚子172，从而这些滚子都能够自由地旋转。两个第二滚子172位于第一滚子170的两侧上(图1仅仅显示了前第二滚子172)。第一和第二滚子170、172位于传动凸轮面124和滑动面156之间。第一滚子170与传动凸轮面124接触。第二滚子172与每个摆动凸轮臂150的滑动面156都接触。因摆动凸轮臂150受到来自空动弹簧190的作用力，滑动面156向上推第二滚子172。第一滚子170与第二滚子172同心且成为一个整体，被挤压向传动凸轮面124。
下面结合图2到4来描述由可变气门操纵装置所执行的操作。为了阐述清晰滚子170、172的移动，图2和3去除了前控制臂160和第一齿轮134。
(1)可变气门操纵装置所执行的气门提升操作首先结合图2来描述由可变气门操纵装置100执行的提升操作。图2(A)显示了在气门提升操作程序中气门104关闭的情况下，可变气门操纵装置100处于的状态。图2(B)显示了在气门提升操作程序中气门104打开的情况下，可变气门操纵装置100处于的状态。
在可变气门操纵装置100中，传动凸轮122的旋转运动首先输入到与传动凸轮面124接触的第一滚子170中。第一滚子170和第二滚子172同心且形成为一个整体，并沿导向件166往复。在这种情况下，控制臂160能够相对凸轮轴120自由地旋转，控制轴132通过第一齿轮134(参照图1)和第二齿轮162来禁止控制臂160旋转。因而，控制臂160以固定的姿态保持静止，与传动凸轮122的旋转无关。滚子170、172沿导向件166的往复运动输入到支撑第二滚子172的摆动凸轮臂150的滑动面156。由于空动弹簧(未显示)的力不变地将滑动面156挤压向第二滚子172，摆动凸轮臂150将随传动凸轮122旋转而绕控制轴132摆动。
更为具体地说，当凸轮轴120在图2(A)所示的状态下旋转时，第一滚子170接触传动凸轮面124的接触点P1从非作用面124a改变到作用面124b，如图2(B)所示。相应地，传动凸轮122向下挤压第一滚子170。接着，第一滚子170和同心且成为一体的第二滚子172一起沿导向件166确定的轨迹移动。接着，第二滚子172向下挤压摆动凸轮臂150的滑动面156。从而，摆动凸轮臂150绕控制轴132顺时针转动，如图2所示。当凸轮轴120进一步旋转，直到第一滚子170与传动凸轮面124接触的接触点P1经过作用面124b的顶点之后，空动弹簧和气门弹簧产生的力会使摆动凸轮臂150绕控制轴132逆时针转动，如图2所示。
当摆动凸轮臂150如上所述绕控制轴132转动时，摇臂滚子112接触摆动凸轮面152的接触点P3会发生改变。在图2中，摇臂滚子112接触摆动凸轮面152的接触位置标明为P3i和P3f。这样可以将初始接触位置P3i和最终接触位置P3f区分开来，后面将进一步描述。在本文献中，“接触位置P3”简单地用来表示摇臂滚子112接触摆动凸轮面152的接触位置。
当摇臂滚子112与非作用面152a接触时，如图2(A)所示，非作用面152a和控制轴132中心之间的距离是固定的。因而，摇臂滚子112在空间内的位置保持不变，而与接触位置无关。从而，摇臂110不会摆动，这样气门104将维持在固定的位置。调整可变气门操纵装置100各组成元件之间的位置关系，使当摇臂滚子112与非作用面152a接触时，气门104关闭。
当摇臂滚子112接触摆动凸轮面152的接触位置P3从非作用面152a改变到作用面152b时，如图2(B)所示，依据作用面152b和控制轴132中心的距离，摇臂110被挤压向下。这样，摇臂110绕由液压间隙调整装置106支撑的点顺时针摆动。接着摇臂110向下挤压并打开气门104。
(2)可变气门操纵装置所执行的气门提升量变化操作下面结合图2到5来描述由可变气门操纵装置100执行的气门提升量变化操作。图3说明了可变气门操纵装置100小幅提升气门104的操作。而图2说明了可变气门操纵装置100大幅提升气门104的操作。图2(A)和3(A)显示了可变气门操纵装置100在气门104于提升操作程序中关闭时所处的状态。图2(B)和3(B)显示了可变气门操纵装置100在气门104于提升操作程序中打开时所处的状态。
当要将气门提升量从图2(B)所示的气门提升量改变到图3(B)所示的气门提升量时，图2(A)所示状态下的控制轴132的旋转方向与凸轮轴120的旋转方向相同(从图中看为顺时针方向旋转)，控制臂160旋转到图3(A)所示的旋转位置。控制臂160的旋转量由控制轴132的旋转量和第一齿轮134(参照图1)与第二齿轮162之间的齿轮比来确定。两个滚子170、172都通过控制连杆164连接到控制臂160。因此，当控制臂160旋转时，第一滚子170沿传动凸轮面124移动，其移动方向与凸轮轴120的旋转方向相反，而第二滚子172沿滑动面156移动远离控制轴132。
当第二滚子172移动远离控制轴132时，摆动凸轮臂150的摆动中心CO与第二滚子172接触滑动面156的接触位置P2之间的距离增加，从而减小了摆动凸轮臂150的旋角。这是因为摆动凸轮臂150的旋角与摆动中心CO和接触位置P2之间的距离成反比，而该接触位置P2为摆动输入点。如图2(B)和3(B)所示，当第一滚子170接触传动凸轮面124的接触位置P1位于作用面124b的顶点时，气门104的提升最大，当气门提升最大时，气门104的气门提升量由摇臂滚子112接触摆动凸轮面152的接触位置P3f(在下文中称为最终接触位置)来确定。图4说明了气门提升与摇臂滚子在摆动凸轮面152上的位置之间的关系。如图4所示，最终接触位置P3f由前述摆动凸轮臂150的旋角和如图2(A)和3(A)中所示的摇臂滚子112接触摆动凸轮面152的接触位置P3i(在下文中称为初始接触位置)来确定。
在该实施方式的可变气门操纵装置100中，滑动面156这样形成，从而到传动凸轮122的凸轮基圆(非作用面124a)的距离随着到摆动中心距离的增加而增加。因此，当前述接触位置P2从摆动凸轮臂150的摆动中心CO移动开之后，摆动凸轮臂150向某方向倾斜，从而滑动面156靠近传动凸轮面124。接着摆动凸轮臂150绕控制轴132逆时针转动，如图中所示。这样，摇臂滚子112在摆动凸轮面152上的初始接触位置P3i从作用面152b移动开，如图3(A)所示。
当控制轴132的旋转方向与凸轮轴120的旋转方向相同时，摆动凸轮臂150的旋角减小，初始接触位置P3i从作用面152b移动开。从而，摇臂滚子112能够达到的最终接触位置P3f向非作用面152a移动，如图4所示，从而减小了气门104的提升量。气门104的工作角与摇臂滚子112位于作用面152a上的阶段(曲柄角)相符合。但是，当最终接触位置P3f向非作用面152a移动时，气门104的工作角度也减小。此外，第一滚子170的移动方向与凸轮轴120的旋转方向相反。因此，在凸轮轴120在相同旋转位置的情况下，第一滚子170接触传动凸轮面124的接触位置P1向传动凸轮122的前进侧移动。这样，相对凸轮轴120的相位而言，摆动凸轮臂150的摆动定时有提前。从而，气门定时(最大提升定时)也提前了。
图5的曲线图说明了由可变气门操纵装置100获得的气门104的气门提升量和气门定时之间的关系。如图中所示，当气门104的提升量增加时，可变气门操纵装置100增加了工作角度，延迟了气门定时。反之，当气门104的提升量减小时，可变气门操纵装置100降低了工作角度，提前了气门定时。因此，如果气门104为进气门，那么在不使用VVT或其它气门定时控制机构的情况下，就能够改变操作特性，从而气门104的打开定时实质上保持不变。
如上所述，该第一实施方式的可变气门操纵装置100旋转控制轴132来改变第一齿轮134的旋转位置，从而改变第二滚子164接触滑动面的接触位置P2和第一滚子162接触传动凸轮面124的接触位置P1。从而，该实施方式的可变气门操纵装置100能够协调地改变气门104的提升量、工作角度和气门定时。
此外，控制臂160安装到现有凸轮轴120上，控制臂160支撑滚子170、172。因此，与滚子由安装到控制轴上的臂来支撑的传统结构来比较，整个装置更为紧凑。此外，对安装在气缸盖内部的其它元件和装置产生的影响也会变得最小。此外，由于滚子170、172是同心放置的，传动凸轮面124和滑动面156之间的距离也减少。这样也会使整个装置更为紧凑。
调节机构130用来改变前述操作特性，在其内部，只有中间部件，如滚子170、172和联接件174，以及摆动凸轮臂150移动来提升气门104。因此，与没有调节机构130的传统气门装置来比较，限制了整个可移动部分惯性质量的增加受到。因此，该实施方式的可变气门操纵装置100没有阻碍内燃机速度的增加，但是限制了燃油效率的降低。
此外，支撑滚子170、172的导向件166自凸轮轴120的中心向外形成。因此，随着传动凸轮122的旋转，滚子170、172基本上在凸轮轴120的径向上往复运动。从而限制了滚子170、172在滑动面156上不必要的移动，从传动凸轮122到摆动凸轮臂150的驱动力传递的损失也变得最小。这样也限制了内燃机燃油效率的降低。
当传动凸轮122旋转来提升气门104时，空动弹簧190和未显示的气门弹簧的反作用力从滑动面156输入到滚子170、172，从而绕凸轮轴120的转矩作用到支撑滚子170、172的控制臂160上。由于上述反作用力随着摆动凸轮臂150摆动而改变，作用到控制臂160上的转矩也改变。当这样的转矩变化从控制臂160反向输入到控制轴132时，控制轴130的旋转位置会意外地改变。当控制轴130的旋转位置意外地改变时，滚子170、172接触传动凸轮面124或滑动面156的接触位置P1、P2也会意外地改变。从而不能获得理想的操作特性。
根据上述情况，在该实施方式的可变气门操纵装置100中，将控制轴132的旋转和控制臂160的旋转联锁起来的齿轮134、162构成减速机构。因而能够抑制自控制臂160输入到控制轴132的反向转矩改变，防止控制轴的旋转位置发生意外地改变。这意味着能够高精度地控制改变气门104的操作特性。
第二实施方式下面结合图6到8来描述本发明的第二实施方式。
图6为侧视图，说明了本发明第二实施方式的可变气门操纵装置200的配置。可变气门操纵装置200包括摇臂型机械气门机构。传动凸轮222安装在凸轮轴220上，将凸轮轴220的旋转运动转换成摇臂(气门支撑件)210的摆动，以及由摇臂210支撑的气门204在垂直方向上的提升运动。传动凸轮222有两个凸轮面224a和224b，这两个面的轮廓相互之间不同。其中一个凸轮面，即非作用面224a，与凸轮轴220的中心之间在旋转方向上的距离是固定的。另一个凸轮面，即作用面224b，与凸轮轴220的中心之间在旋转方向上的距离逐渐增加，并在顶点后逐渐减小。在本文献中，当不区分非作用面224a和作用面224b时，使用术语“传动凸轮面224”。
与第一实施方式的可变气门操纵装置相同的是，第二实施方式的可变气门操纵装置200有调节机构230，它位于传动凸轮222和摇臂210之间，将摇臂210的摆动和传动凸轮222的旋转运动联锁起来。如下所述，调节机构230主要包括控制轴232、摆动凸轮臂(摆动件)250、控制臂(控制件)260、控制连杆(联接件)264、第一滚子270、第二滚子272和连接轴274，连接轴将第一滚子270和第二滚子272连接起来。控制轴232与凸轮轴220平行。控制轴232相对凸轮轴220的位置位于凸轮轴220旋转方向上摇臂210的下游。第一齿轮234与控制轴232同心，位于控制轴232的外圆周面上并固定到控制轴232。此外，未显示的致动器(如电动机)连接到控制轴232。用于内燃机的ECU能够控制致动器，以调节控制轴232的旋转位置。
摆动凸轮臂250由控制轴232支撑，并能够摆动。摆动凸轮臂250的前端位于传动凸轮222旋转方向的上游。滑动面256位于与传动凸轮222相对的一侧，用于摆动凸轮臂250。滑动面256与第二滚子272接触，第二滚子将在后面描述。滑动面256向传动凸轮222稍微弯曲，并这样形成，使到用于传动凸轮222的凸轮基圆(非作用面224a)的距离随着到控制轴232的中心(即摆动中心)距离的增加而增加。
此外，摆动凸轮面252(252a、252b)位于与摆动凸轮臂250的滑动面256相对的一侧。摆动凸轮面252的凸轮中心与摆动凸轮臂250的摆动中心一致，它由非作用面252a和作用面252b组成，非作用面252a和作用面252b具有不同的轮廓。非作用面252a为凸轮基圆的圆周面，它与控制轴232中心的距离是固定的。另一个面，即作用面252b，从非作用面252a方向来看，位于朝向摆动凸轮臂250前端的位置，并平滑且连续地连接到非作用面252a，它与控制轴232中心的距离(即凸轮高度)随着到摆动凸轮臂250前端距离的减小而逐渐增加。在本文献中，当不区分非作用面252a和作用面252b时，使用术语“摆动凸轮面252”。
可变气门操纵装置200采用单-凸轮双气门的驱动结构，其中一个传动凸轮222驱动两个气门204。因此，摆动凸轮臂250位于传动凸轮222的两侧上(图6仅仅显示了前摆动凸轮臂250)。每个摆动凸轮臂250都有摇臂210。摆动凸轮臂250的摆动凸轮面252与用于摇臂210的摇臂滚子212接触。摇臂滚子212安装在摇臂210的中部并能够自由地旋转。摇臂210的一端有气门轴202，用来支撑气门204。摇臂210的另一端由液压间隙调整装置206支撑，并能够自由地转动。气门弹簧(未显示)在关闭方向，即提高摇臂210的方向上挤压气门轴202。摇臂210由气门轴202支撑，气门轴受到气门弹簧挤压。液压间隙调整装置206向摆动凸轮面252挤压摇臂滚子212。
摆动凸轮臂250有弹簧座258，用来与(未显示的)空动弹簧啮合。弹簧座258位于关于非作用面256a与作用面256b相对的一侧。空动弹簧为压缩弹簧。其剩余端由固定件(未显示)固定。空动弹簧施加到弹簧座258的弹力挤压摆动凸轮臂250，并将它向滑动面256旋转。
控制臂260由凸轮轴220支撑并能够旋转。控制臂260有第二齿轮262，第二齿轮为楔形，它围绕控制臂260的旋转中心，即沿与凸轮轴220同心的弧而形成。调整控制臂260在凸轮轴220上的位置，使得第二齿轮262与第一齿轮234位于同一平面上。此外，调整控制臂260的旋转相位，使得第二齿轮262面向第一齿轮234。第二齿轮262与第一齿轮234啮合，而控制轴232的旋转通过第一齿轮234和第二齿轮262输入到控制臂260。换言之，第一齿轮234和第二齿轮262组成旋转联锁机构，将控制臂260的旋转与控制轴232的旋转联锁起来。此外，第二齿轮262的直径比第一齿轮234的大。因此，第一齿轮234和第二齿轮262还组成减速机构，降低控制轴232的旋转速度，并将降低了的旋转速度传递到控制臂260。
控制臂260具有控制连杆264。控制连杆264安装在远离凸轮轴220中心的位置上，并能够自由地旋转，而控制臂260围绕该安装位置转动。控制连杆264的支点侧端有连接销266。连接销266由控制臂260支撑并能够自由旋转。连接销266在控制轴260上的位置关于控制臂260的转动中心与第二齿轮262实质上相对。控制连杆264的前端朝向控制轴232，而连接销266用来作为支点。控制臂260位于传动凸轮222的每一侧。控制连杆264由右-手和左-手控制臂160支撑(图6中不包括前控制臂260)。
控制连杆264有一对臂268(右-手和左-手臂)。右-手和左-手臂268支撑连接轴274(图6仅仅显示了前控制臂268)。连接轴274支撑一个第一滚子270和两个第二滚子272，这些滚子都位于第一滚子270的两侧上。第一和第二滚子都能够自由地旋转(图6仅仅显示了前第二滚子272)。控制连杆264的前端朝向控制轴232，并与摆动凸轮臂250的延伸方向相反。滚子270、272都位于传动凸轮面224和滑动面256之间。第一滚子270与传动凸轮面224接触。第二滚子272与每个摆动凸轮臂250的滑动面256都接触。因摆动凸轮臂250受到来自空动弹簧的作用力，滑动面256提高第二滚子272。第一滚子270与第二滚子272同心且成为一个整体，被挤压向传动凸轮面224。
下面结合图7和8来描述由可变气门操纵装置200所执行的操作。
(1)可变气门操纵装置所执行的气门提升操作首先结合图7来描述由可变气门操纵装置200执行的提升操作。图7(A)显示了在气门提升操作程序中气门204关闭的情况下，可变气门操纵装置200处于的状态。图7(B)显示了在气门提升操作程序中气门204打开的情况下，可变气门操纵装置200处于的状态。
在可变气门操纵装置200中，传动凸轮222的旋转运动首先输入到与传动凸轮面224接触的第一滚子270中。第一滚子270和第二滚子272同心且形成为一个整体，并绕销266摆动。这种摆动输入到支撑第二滚子272的摆动凸轮臂250的滑动面256。由于空动弹簧(未显示)的力不变地将滑动面256挤压向第二滚子272，摆动凸轮臂250将随着传动凸轮222旋转而绕控制轴232摆动。
更为具体地说，当凸轮轴220在图7(A)所示的状态下旋转时，第一滚子270接触传动凸轮面224的接触点P1从非作用面224a改变到作用面224b，如图7(B)所示。相应地，传动凸轮222向下挤压第一滚子270。接着，第一滚子270和同心且成为一体的第二滚子272一起沿控制连杆264确定的轨迹移动。接着，第二滚子272向下挤压摆动凸轮臂250的滑动面256。从而，摆动凸轮臂250绕控制轴232顺时针转动，如图7所示。当凸轮轴220进一步旋转，直到第一滚子270与传动凸轮面224接触的接触点P1经过作用面224b的顶点之后，空动弹簧和气门弹簧产生的力会使摆动凸轮臂250绕控制轴232逆时针转动，如图7所示。
当摆动凸轮臂250如上所述绕控制轴232转动时，摇臂滚子212接触摆动凸轮面252的接触点P3会发生改变。在图7中，摇臂滚子212接触摆动凸轮面252的接触位置标明为P3i和P3f。这样可以将初始接触位置P3i和最终接触位置P3f区分开来，后面将进一步描述。在本文献中，“接触位置P3”简单地用来表示摇臂滚子212接触摆动凸轮面252的接触位置。
当摇臂滚子212与非作用面252a接触时，如图7(A)所示，非作用面252a和控制轴232中心之间的距离是固定的。因而，摇臂滚子212在空间内的位置保持不变，而与接触位置无关。从而，摇臂210不会摆动，这样气门204将维持在固定的位置。调整可变气门操纵装置200各组成元件之间的位置关系，使得当摇臂滚子212与非作用面252a接触时，气门204关闭。
当摇臂滚子212接触摆动凸轮面252的接触位置P3从非作用面252a改变到作用面252b时，如图7(B)所示，因作用面252b和控制轴232中心的距离，摇臂210被挤压向下。这样，摇臂210绕由液压间隙调整装置206支撑的点顺时针摆动。接着摇臂210向下挤压并打开气门204。
(2)可变气门操纵装置所执行的气门提升量变化操作下面结合图7和8来描述由可变气门操纵装置200执行的气门提升量变化操作。图8说明了可变气门操纵装置200向气门204给出小提升的操作。而图7说明了可变气门操纵装置200向气门204给出大提升的操作。图7(A)和8(A)显示了可变气门操纵装置200在气门204于气门提升操作程序中关闭时所处的状态。图7(B)和8(B)显示了可变气门操纵装置200在气门204于气门提升操作程序中打开时所处的状态。
当要将气门提升量从图7(B)所示的气门提升量改变到图8(B)所示的气门提升量时，图7(A)所示状态下的控制轴232的旋转方向与凸轮轴220的旋转方向相同(从图中看为顺时针方向旋转)，控制臂260旋转到图8(A)所示的旋转位置。控制臂260的旋转量由控制轴232的旋转量和第一齿轮234(参照图1)与第二齿轮232之间的齿轮比来确定。两个滚子270、272都通过控制连杆264连接到控制臂260。因此，当控制臂260旋转时，第一滚子270沿传动凸轮面224移动，其移动方向与凸轮轴220的旋转方向相反，而第二滚子272沿滑动面256远离控制轴232移动。
当第二滚子272远离控制轴232移动时，摆动凸轮臂250的摆动中心CO与第二滚子272接触滑动面256的接触位置P2之间的距离增加，从而减小了摆动凸轮臂250的旋角。这是因为摆动凸轮臂250的旋角与摆动中心CO和接触位置P2之间的距离成反比，而该接触位置P2为摆动输入点。如图7(B)和8(B)所示，当第一滚子270接触传动凸轮面224的接触位置P1位于作用面224b的顶点时，气门204的提升最大，当气门提升最大时，气门204的气门提升量由摇臂滚子212接触摆动凸轮面252的接触位置P3f(在下文中称为最终接触位置)来确定。与第一实施方式(参照图4)相同的是，最终接触位置P3f由前述摆动凸轮臂250的旋角和如图7(A)和8(A)中所示的摇臂滚子212接触摆动凸轮面252的接触位置P3i(在下文中称为初始接触位置)来确定。
在该实施方式的可变气门操纵装置200中，滑动面256这样形成，从而到传动凸轮222的凸轮基圆(非作用面224a)的距离随着到摆动中心距离的增加而增加。因此，当前述接触位置P2从摆动凸轮臂250的摆动中心CO移动开之后，摆动凸轮臂250向某方向倾斜，从而滑动面256靠近传动凸轮面224。接着摆动凸轮臂250绕控制轴232逆时针转动，如图中所示。这样，摇臂滚子212在摆动凸轮面252上的初始接触位置P3i从作用面252b移动开，如图8(A)所示。
当控制轴232的旋转方向与凸轮轴220的旋转方向相同时，摆动凸轮臂250的旋角减小，初始接触位置P3i从作用面252b移动开。从而，摇臂滚子212能够达到的最终接触位置P3f向非作用面252a移动，从而减小了气门204的提升量。气门204的工作角度与摇臂滚子212位于作用面252a上的阶段(曲柄角)相符合。但是，当最终接触位置P3f移动向非作用面252a时，气门204的工作角度也减小。此外，第一滚子270的移动方向与凸轮轴220的旋转方向相反。因此，在凸轮轴220在相同旋转位置的情况下，第一滚子270接触传动凸轮面224的接触位置P1向传动凸轮222的前进侧移动。这样，相对凸轮轴220的相位而言，摆动凸轮臂250的摆动定时有提前。从而，气门定时(最大提升定时)也提前了。
如上所述，该实施方式的可变气门操纵装置200改变控制轴232的旋转位置来改变第二滚子272接触滑动面256的接触位置P2和第一滚子270接触传动凸轮面224的接触位置P1，从而协调地改变气门204的提升量、工作角度和气门定时。与第一实施方式的可变气门操纵装置100相同的是，该实施方式的可变气门操纵装置200也提供有气门定时-气门提升特性，如图5所示。
在该实施方式的可变气门操纵装置200中，控制臂260安装到现有凸轮轴220上，这与第一实施方式的可变气门操纵装置相同。控制连杆264安装到控制轴260上，用来支撑滚子270、272。因此，整个装置更为紧凑。此外，对安装在气缸盖内部的其它元件和装置产生的影响也会变得最小。此外，由于滚子270、272是同心放置的，传动凸轮面224和滑动面256之间的距离也减少，这与第一实施方式的情况相同。
在本实施方式的可变气门操纵装置200中，滚子270、272由控制连杆264支撑。但是，与滚子由安装到控制轴上的臂来支撑的传统结构来比较，用来将滚子270、272支撑在凸轮轴220附近的控制连杆较短。因此，与传统结构来比较，该实施方式的可变气门操纵装置200还能够避免整个可移动部分惯性质量的增加。
在该实施方式的可变气门操纵装置200中，将控制轴232的旋转和控制臂260的旋转联锁起来的齿轮234、264构成减速机构，这与第一实施方式的可变气门操纵装置相同。因而能够抑制自控制臂260输入到控制轴232的反向转矩改变，防止控制轴的旋转位置发生意外地改变。
其他实施方式虽然本发明是根据一些最佳实施方式来描述的，但是应该理解到本发明并不受限于这些最佳实施方式，在不背离发明范围和发明精神的情况下，发明还可以存在各种变化。例如，可在本发明最佳实施方式的基础上作下列变更。
根据本发明的第一方面，在上述实施方式中，固定到控制轴132、232上的第一齿轮134、234与用于控制臂160、260的第二齿轮162、262啮合，组成“旋转联锁机构”。但是，在第一齿轮134、234和第二齿轮162、262之间还可以放置一到多个中间齿轮。另外一种变化是用蜗轮作为齿轮机构。另一种变化是在齿轮机构之外，还使用链条机构或皮带机构作为联锁机构。
在上述实施方式中，本发明用于摇臂型气门装置。但是，本发明还可用于直接作用或其它气门装置。
权利要求
1.一种可变气门操纵装置，它机械地改变气门相对于凸轮轴旋转的操作特性，该可变气门操纵装置包括安装在所述凸轮轴上的传动凸轮；与所述凸轮轴平行的控制轴，它能够连续地或步进地改变旋转位置；安装在所述控制轴上的摆动件，可使它绕所述控制轴摆动；形成在所述摆动件上的摆动凸轮面，它与用来支撑气门的气门支撑件接触，并沿升程方向挤压所述气门；形成在所述摆动件上的滑动面，它朝向所述传动凸轮；位于所述传动凸轮和所述摆动件之间的中间件，它与所述滑动面和所述传动凸轮的凸轮面都接触；安装在所述凸轮轴上的控制件，可使它旋转；安装在所述控制件上的支撑件，用来支撑所述中间件，从而，所述中间件能够沿预定的路径相对所述控制件移动；旋转联锁机构，它将所述控制件绕所述凸轮轴的旋转与所述控制轴的旋转联锁起来。
2.如权利要求1的可变气门操纵装置，其特征在于所述支撑件为与所述控制件成为一体的导向件。
3.如权利要求2的可变气门操纵装置，其特征在于从所述凸轮轴的中心向外形成所述导向件。
4.如权利要求1的可变气门操纵装置，其特征在于所述支撑件为连接件，用来将所述控制件连接到所述中间件上，它安装在控制件上，可绕远离所述凸轮轴中心的位置摆动。
5.如权利要求1到4中任意一个的可变气门操纵装置，其特征在于所述旋转联锁机构包括第一齿轮和第二齿轮，该第一齿轮安装在所述控制轴上与所述控制轴一起旋转，该第二齿轮安装在所述控制件上与所述第一齿轮啮合。
6.如权利要求1到5中任意一个的可变气门操纵装置，其特征在于所述旋转联锁机构为减速机构，它利用齿轮来降低所述控制轴的旋转速度，并将减速的旋转传递到所述控制件上。
7.如权利要求1到6中任意一个的可变气门操纵装置，其特征在于所述摆动凸轮面包括非作用面和作用面，该非作用面与所述摆动件的摆动中心之间的距离是固定的，该作用面与非作用面相连并且它与该摆动中心之间的距离随着其与非作用面之间距离的增加而逐渐增加；并且，所述气门在摆动件摆动时提升，使得所述摆动凸轮面与气门支撑件之间的接触位置从所述非作用面移动到所述作用面上。
8.如权利要求1到7中任意一个的可变气门操纵装置，其特征在于所述中间件包括第一滚子、第二滚子和连接轴，该第一滚子与所述传动凸轮的凸轮面接触，该第二滚子与所述第一滚子同心且与所述滑动面接触，该连接轴将所述第一滚子连接到所述第二滚子，允许所述第一滚子和所述第二滚子相互之间独立地旋转。
全文摘要
本发明提供了一种紧凑式可变气门操纵装置，它能够机械地改变气门的操作特性。凸轮轴(120)的旋转运动通过摆动件(150)输入到气门(104)。在摆动件(150)上有滑动面(156)。中间件(170，172)与滑动面(156)和传动凸轮面(124)都接触。支撑件(166)安装在控制件(160)上，用来支撑中间件(170，172)。控制件(160)能相对凸轮轴(120)旋转，并通过旋转联锁机构(134，162)与控制轴(132)联锁起来。当控制件(160)旋转与控制轴(132)同时旋转时，中间件(170，172)沿传动凸轮面(124)和滑动面(156)移动。气门的操作特性随着中间件(170，172)位置的改变而随之改变。
文档编号F01L1/18GK1906384SQ20058000184
公开日2007年1月31日 申请日期2005年8月30日 优先权日2004年8月31日
发明者浅田俊昭, 江崎修一, 立野学 申请人:丰田自动车株式会社