CN100350140C - 内燃机的气门装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种减压功能和废气回流功能的内燃机的气门装置，其具有：减压凸轮部件(47)，设置在凸轮轴(26)上，在压缩冲程中能在使排气挺杆(27e)向打开气门方向工作的工作位置(C)，与松开排气挺杆(27e)的不工作位置(D)之间移动；废气回流凸轮部件(48)，设置在凸轮轴(26)上，在松开排气挺杆(27e)的不工作位置(F)，以及与在内燃机的进气冲程中使排气挺杆(27e)向打开气门方向工作的工作位置(G)之间移动；共同的离心机构(46)，由凸轮轴(26)驱动，使减压凸轮部件(47)在内燃机启动旋转区域(a)内处于工作位置(C)上，在启动后处于不工作位置(D)上，并且使废气回流凸轮部件(48)在内燃机的低速运转区域(b)内处于不工作位置(F)上，在高速运转区域(c)内处于工作位置(G)上。

Description

内燃机的气门装置
技术领域
本发明涉及一种内燃机的气门装置，该气门装置具有与曲轴联动的凸轮轴，以及分别从动于在该凸轮轴上形成的进气凸轮、排气凸轮而且分别开闭进气门、排气门的进气凸轮从动部件、排气凸轮从动部件，特别是，涉及利用上述排气门，在启动时能发挥减压功能，而且在高速运转时发挥废气回流功能的内燃机的气门装置。
背景技术
在内燃机的气门装置中，当内燃机高速运转时，在进气冲程中把排气门稍微打开一点，使废气回流到燃烧室中，以抑制废气温度的过度上升，抑制NOx的产生，这样的装置已经在专利文献1(实开昭55-137245号公报)中公开了。
但是，以往的所述气门装置，虽然能发挥废气回流功能，但，却不具有减压功能，即在内燃机启动时，为减轻启动操作的负荷，在压缩冲程中使排气门稍微打开一点，适当降低气缸中的压力。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能发挥减压功能和废气回流功能的内燃机的气门装置。
为了达到上述目的，本发明的内燃机的气门装置具有下列各种部件：与曲轴联动的凸轮轴；进气凸轮从动部件和排气凸轮从动部件，分别从动于在该凸轮轴上形成的进气凸轮和排气凸轮，而分别开关进气门和排气门，其第一特征在于，它还具有下列各种部件：减压凸轮部件，设置在上述凸轮轴上，在内燃机压缩冲程中，使该排气凸轮的从动部件在打开排气门方向上工作的工作位置，与松开上述排气凸轮从动部件的不工作位置之间移动；废气回流凸轮部件，设置在上述凸轮轴上，并且在松开上述排气凸轮的从动部件的不工作位置，与在内燃机进气冲程中使该排气凸轮的从动部件在打开排气门方向上工作的工作位置之间移动；共用的离心机构，由上述凸轮轴驱动，使得上述减压凸轮部件在内燃机的启动旋转区域内处于工作位置上，在启动后处于不工作的位置上，并且，使上述废气回流凸轮部件在内燃机低速运转区域内处于不工作的位置上，在高速运转区域内处于工作位置上。
另外，上述进气凸轮从动部件和排气凸轮从动部件，分别对应于后述的本发明实施例中的进气挺杆和排气挺杆。
此外，本发明的内燃机的气门装置在第一特征的基础上还具有下列第二特征，上述离心机构由下列部件构成：离心重锤，用枢轴支承在固定设置在上述凸轮轴上的支承部件上，并且能向半径方向摆动；复位弹簧，对该离心重锤向半径方向的内侧施加弹力；共同的驱动部件，与上述离心重锤的摆动联动，并且分别与设置在上述减压凸轮部件和废气回流凸轮部件上的凸轮卡合，驱动上述减压凸轮部件，使其在内燃机启动旋转区域内处于工作位置上，在启动后处于不工作位置上，以及驱动上述废气回流凸轮部件，使其在内燃机的低速运转区域内处于不工作的位置上，在高速运转区域内处于工作位置上。
另外，上述支承部件和驱动部件，分别与后述本发明的实施例中的从动齿轮32和驱动环45相对应。
还有，本发明在第二特征的基础上还具有下列第三特征，即，上述复位弹簧由第一复位弹簧和第二复位弹簧构成，上述第一复位弹簧始终对上述离心重锤施加向半径方向内侧的弹力，上述第二复位弹簧在该离心重锤向半径方向的外方摆动了大于等于规定角度时，开始对该离心重锤施加向半径方向内侧的反弹力。
还有，本发明在第二特征的基础上还具有下列第四特征，即，上述离心重锤由第一离心重锤和第二离心重锤构成，上述第一离心重锤在上述凸轮轴的旋转过程中始终产生与上述复位弹簧的弹力相对抗的离心力；在上述第一离心重锤在半径方向的外侧摆动到规定角度之前，上述第二离心重锤与第一离心重锤成为一个整体，并产生与上述复位弹簧的弹力相对抗的离心力，而当上述第一离心重锤在半径方向外侧摆动了大于等于规定角度时，便与第一离心重锤分离，不产生与上述复位弹簧的弹力相对抗的离心力。
按照本发明的第一特征，只要在气门装置的凸轮轴上设置减压凸轮部件、废气回流凸轮部件和共同的离心机构，就能使气门装置具有减压功能和废气回流功能，因而能提供廉价的带有减压功能和废气回流功能的气门装置。
此外，按照本发明的第二特征，用共同的离心重锤和共同的驱动部件构成减压凸轮部件和废气回流凸轮部件的共同的离心机构，通过这种简单的结构，能降低具有减压功能和废气回流功能的气门装置的成本。
还有，按照本发明的第三特征，借助于随着内燃机的转速提高而摆动的共同的离心重锤，以及对这种摆动施加反作用力的第一和第二复位弹簧，就能通过共同的驱动环使减压凸轮部件和废气回流凸轮部件依次进行工作，而且，通过选定第二复位弹簧的工作时间，就能自由地设定废气回流凸轮部件的工作区域，而与减压凸轮部件的工作区域无关，因此，只要在气门装置上增加简单的结构，就能提供廉价的气门装置，该气门装置具有互不干涉的、所希望的特性的减压功能和废气回流功能。
进而，按照本发明的第四特征，借助于随着内燃机的转速提高而摆动的第一和第二离心重锤，以及对这种摆动施加反作用力的共同的复位弹簧，通过共同的驱动环可以使减压凸轮部件和废气回流凸轮部件依次进行工作，而且，通过选定第二离心重锤的无效工作时间，就能自由地设定废气回流凸轮部件的工作区域，而与减压凸轮部件的工作区域无关，因此，只要在气门装置上增加简单的结构，就能提供廉价的气门装置，该气门装置具有互不干涉的、所希望的特性的减压功能和废气回流功能。
附图说明
图1是具有本发明的气门装置的内燃机的纵剖面侧视图；
图2是沿图1中的2-2线的剖面图；
图3是沿图1中的3-3线的剖面图；
图4是沿图3中的4-4线的剖面图；
图5是沿图3中的5-5线的剖面图；
图6是与图5相对应的工作说明图；
图7是沿图3中的7-7线的剖面图；
图8是与图7相对应的工作说明图；
图9是表示减压凸轮部件和废气回流凸轮部件的工作区域的示意图；
图10是表示曲柄轴的旋转角度与进气门和排气门的开关时间之间关系的曲线图；
图11是本发明第二实施例的气门装置的凸轮轴周围部分的纵剖面侧视图；
图12是沿图11中的12-12线的剖面图；
图13是沿图12中的13-13线的剖面图；
图14是沿图11中的14-14线的剖面图；
图15是与图14相对应的工作说明图；
图16是沿图11中的16-16线的剖面图；
图17是与图16相对应的工作说明图；
图18是本发明第三实施例的气门装置的凸轮轴周围部分的纵剖面侧视图；
图19是沿图18中的19-19线的剖面图；
图20是沿图19中的20-20线的剖面图；
图21是沿图18中的21-21线的剖面图；
图22是与图21相对应的工作说明图；
图23是沿图18中的23-23线的剖面图；
图24是与图23相对应的工作说明图。
附图标号说明
E：内燃机；
a：内燃机的启动旋转区域
c：内燃机的高速运转区域
C：减压凸轮部件的工作位置
D：减压凸轮部件的不工作位置
F：废气回流凸轮部件的不工作位置
G：废气回流凸轮部件的工作位置
6：曲轴
17i：进气门
17e：排气门
26：凸轮轴
26i：进气凸轮
26e：排气凸轮
27i：进气凸轮从动部件(进气挺杆)
27e：排气凸轮从动部件(排气挺杆)
32：支撑部件(从动齿轮)
35：离心重锤
351：第一离心重锤
352：第二离心重锤
43、44、53：复位弹簧
45：驱动部件(驱动环)
46：离心机构
47：减压凸轮部件
48：废气回流凸轮部件
58：减压凸轮部件的凹形凸轮
59：排气回流凸轮部件的凹形凸轮
具体实施方式
下面，根据附图所示的本发明的优选实施例，说明本发明的实施方式。
图1是具有涉及本发明的第一实施例的气门装置的内燃机的纵剖面侧视图；图2是沿图1中的2-2线的剖面图；图3是沿图1中的3-3线的剖面图；图4是沿图3中的4-4线的剖面图；图5是沿图3中的5-5线的剖面图；图6是与图5相对应的工作说明图；图7是沿图3中的7-7线的剖面图；图8是与图7相对应的工作说明图；图9是表示减压凸轮部件和废气回流凸轮部件的工作区域的示意图；图10是表示曲柄轴的旋转角度与进气门和排气门的开关时间之间的关系的曲线图；图11是本发明第二实施例所涉及的气门装置的凸轮轴周围部分的纵剖面侧视图；图12是沿图11中的12-12线的剖面图；图13是沿图12中的13-13线的剖面图；图14是沿图11中的14-14线的剖面图；图15是与图14相对应的工作说明图；图16是沿图11中的16-16线的剖面图；图17是与图16相对应的工作说明图；图18是本发明第三实施例所涉及的气门装置的凸轮轴周围部分的纵剖面侧视图；图19是沿图18中的19-19线的剖面图；图20是沿图19中的20-20线的剖面图；图21是沿图18中的21-21线的剖面图；图22是与图21相对应的工作说明图；图23是沿图18中的23-23线的剖面图；图24是与图23相对应的工作说明图。
首先，说明图1～图10中所示的本发明的第一实施例。
图1～图3中，内燃机E的内燃机主体1是由曲轴箱2、从该曲轴箱2的一侧向斜上方延伸的汽缸体3、以及接合在该汽缸体3上端面上的汽缸盖4所构成的。曲轴6收容在曲轴箱2内，并通过轴承5、5支承在曲轴箱的左、右两道侧壁上，上述曲轴6通过连杆8连接在活塞7上，活塞7嵌装在汽缸体3的缸筒3a中。在曲轴6凸伸在曲轴箱2外侧的一个端部上，固定着飞轮10，在该飞轮10的外侧面上固定设置了环状冷却叶片11。还有，在飞轮10的中心部分上固定设置了从冷却叶片11沿轴向向外凸出的启动筒轴12。与该启动筒轴12相连接并能使曲轴6起动的公知的回弹式启动电机13通过支架14安装在曲轴箱2上。曲轴6的另一个端部是动力输出端部，凸伸在曲轴箱2的另一侧壁的外面。
在汽缸盖4上形成了与缸筒3a相连的燃烧室15，以及内端向燃烧室15敞开的进气口16i和排气口16e，并且，还设有开关这两个进气口16i和排气口16e的进气门17i和排气门17e。驱动这两个进气门17i和排气门17e开关的气门装置20布置在曲轴箱2与汽缸盖4之间。关于这个气门装置20将在下文中详细描述。
此外，在汽缸盖4上，螺合着火花塞21，其电极朝向燃烧室15，并安装有分别与进气口16i和排气口16e的外端连接的化油器22和排气消音器23。
此外，在曲轴箱2的上部还安装了与化油器22和排气消音器23相邻的燃料箱24。
下面，说明气门装置20。
在图1～图3中，气门装置20具有下列各种部件：凸轮轴26，支承在曲轴箱2的左、右侧壁上，并且通过正时传动装置25由曲轴6驱动；进气挺杆27i和排气挺杆27e，支承在汽缸体3上，能沿着轴向自由滑动，并使其下端部的法兰27ia、27ea抵接在凸轮轴26的进气凸轮26i和排气凸轮26e上，并且能够滑动接触；进气推杆28i和排气推杆28e，它们各自的下端部连接在上述进气挺杆27i和排气挺杆27e的上端部上，而各自的上端部则一直延伸到汽缸盖4的上方；进气摇臂29i和排气摇臂29e，支承在固定设置于汽缸盖4上的一对球状支承部件33、33上，并能自由摆动，进气摇臂29i布置成使其一个端部抵接在进气门17i的头部上的同时，使其另一个端部连接在进气推杆28i的上端部上，而排气摇臂29e则布置成使其一个端部抵接在排气门17e的头部上的同时，使其另一个端部连接在排气推杆28e的上端部上。
而且，当进气凸轮26i和排气凸轮26e分别将进气挺杆27i和排气挺杆27e向上推压时，进气摇臂29i和排气摇臂29e便借助于和它共同移动的进气推杆28i和排气推杆28e，分别向着进气门17i和排气门17e的打开方向摆动，而在进气门17i和排气门17e上分别安装着对它们向关闭方向施压的进气门弹簧30i和排气门弹簧30e。覆盖进气摇臂29i和排气摇臂29e等汽缸盖4上的气门装置20的汽缸盖罩子18，与汽缸盖4的上端面接合。
上述正时传动装置25，由固定设置在曲轴6上的驱动齿轮31，和固定设置在凸轮轴26上并由驱动齿轮31以1/2的减速比驱动的从动齿轮32所构成。如图3和图4所示，包围着凸轮轴26的半个圆周的U字形的离心重锤35的一个端部，通过枢轴36支承在这个从动齿轮32上。离心重锤35的重心37在这个U字形弯曲部分上，这个U字形弯曲部分能绕着枢轴36的周围摆动，其摆动区间在抵接在从动齿轮32的轮毂32a上的收缩位置A(参见图4、图5)，和上述U字形弯曲部分的外侧面抵接在凸出设置在从动齿轮32的侧面上的挡块38上的扩张位置B之间。在这个离心重锤35的中间部分和摆动端部上，设有第一和第二可动连接部40、41。固定端部连接在从动齿轮32的共同固定连接部42上并且由拉伸螺旋弹簧构成的第一和第二复位弹簧43、44的可动端部43a、44a，分别连接在第一和第二可动连接部分40、41上。第一复位弹簧43始终以规定的设定载荷Fs1将离心重锤35向半径方向内侧拉，而在第二复位弹簧44的可动端部44a与第二可动连接部分41之间，设有一定的游隙S，在离心重锤35从收缩位置A向半径方向的外侧摆动到规定角度之前，第二复位弹簧44对离心重锤35的摆动不产生阻力。换言之，离心重锤35从收缩位置A向半径方向的外侧摆动到规定角度之后，第二复位弹簧44才与第一复位弹簧43协同工作，产生将离心重锤35向半径方向内侧拉的反作用力。
如图3所示，在上述离心重锤35与排气凸轮26e之间，从离心重锤35侧开始，在凸轮轴26上依次套装了驱动环45、减压凸轮部件47和废气回流凸轮部件48。驱动环45套在凸轮轴26的外圆周面上，能自由转动，一对形成于离心重锤35上的连接板35a、35a布置成，沿着驱动环45的旋转方向的两侧夹着从驱动环45外圆周面凸出来的连接凸起45c，并随着离心重锤35向半径方向的外侧摆动，驱使驱动环45转动。此外，驱动环45在其内圆周面上具有轴向的保持凹槽45a，借助于这条保持凹槽45a，始终把凸轮轴26的沿着轴向延伸的销子45b保持在从动齿轮32与排气凸轮26e之间。通过驱动环45与凸轮轴26的相对转动，这根销子45b能在凸轮轴26的外圆周面上转动。
在图5～图8中，减压凸轮部件47和废气回流凸轮部件48嵌合在凸轮轴26的两侧面上形成的互相平行的一对导向面55、55上，并能沿着凸轮轴26的径向滑动。这样，减压凸轮部件47就能沿着导向面55、55在其工作位置C(图5)与不工作位置D(图6)之间滑动。这两个工作位置C和不工作位置D是由减压凸轮部件47与导向面55、55正交方向上的内端面56a、56b抵接在凸轮轴26的外圆周面上来确定的。此外，废气回流凸轮部件48能沿着导向面55、55在其不工作位置F(图7)与工作位置G(图8)之间滑动。这两个工作位置G和不工作位置F是由废气回流部件48与导向面55、55正交方向上的内端面57a、57b抵接在凸轮轴26的外圆周面上来确定的。
减压凸轮部件47和废气回流凸轮部件48，分别在其外圆周面上具有比排气凸轮26e的尖顶部分低得多的凸形凸轮47a、48a。这两个凸形凸轮47a、48a分别在其工作位置C、G上，从排气凸轮26e的基圆向外凸出，而在不工作位置D、F上，则后退到该基圆的内部。此外，减压凸轮部件47的凸形凸轮47a在占据其工作位置C时，布置成在内燃机的压缩冲程中把排气挺杆27e向上推压，而废气回流凸轮部件48的凸形凸轮48a则在占据其工作位置G时，布置成在内燃机的进气冲程中把排气挺杆27e向上推压。
如图5和图6所示，在减压凸轮部件47的凸形凸轮47a一侧的内端面56b的中央部分，形成了与上述销子45b协同工作的凹形凸轮58。这个凹形凸轮58是由斜面58a和圆弧形底面58b形成的，在离心重锤35借助于第一复位弹簧43的弹力而保持在收缩位置A上时，斜面58a被销子45b推压而强迫减压凸轮部件47处于工作位置C上，而圆弧形底面58b则在离心重锤35从收缩位置A转动了预定角度之后(图6所示的状态)，使减压凸轮部件47避开销子45b的干涉，容许它向不工作位置D移动。减压凸轮部件47由于形成了上述凹形凸轮58，它的重心便从减压凸轮部件47的中心向与凹形凸轮58相反的方向偏移，当销子45b到达与圆弧形底面58b相对的位置时，减压凸轮部件47因作用在上述重心上的离心力，而向不工作位置D的方向移动。
另一方面，在废气回流凸轮部件48的凸形凸轮48a一侧的内端面57b的中央部分，形成了与上述销子45b协同工作的凹形凸轮59。这个凹形凸轮59是由圆弧形底面59a和斜面59b形成的。圆弧形底面59a在离心重锤35从收缩位置A转动到规定角度之前的这一段时间里，使废气回流凸轮部件48避开销子45b的干涉，容许它向不工作位置F移动。而斜面59b则在离心重锤35由于离心力而向半径方向的外侧转动到大于等于预定的角度时，被销子45b推压而强迫废气回流凸轮部件48回到工作位置G上。由于形成了上述凹形凸轮59，废气回流凸轮部件48的重心便从废气回流凸轮部件48的中心向与凹形凸轮59相反的方向偏移，当销子45b到达与圆弧形底面59a相对的位置时，废气回流凸轮部件48便由于作用在上述重心上的离心力而向工作位置G的方向移动。
如上所述，通过离心重锤35、第一、第二复位弹簧43、44以及驱动环45的协同工作，共同构成了使减压凸轮部件47和废气回流凸轮部件48工作的离心机构46。
下面，说明本实施例的作用。
当曲轴6转动时，凸轮轴26便由曲轴6通过正时传动装置25以1/2的减速比而被驱动。然后，在进气冲程中，进气凸轮26i通过进气挺杆27i向上推压进气推杆28i，使进气摇臂29i摆动，从而推压进气门17i，使其克服进气门弹簧30i的弹力而打开。此外，在排气冲程中，排气凸轮26e通过排气挺杆27e向上推压进气推杆28e，使排气摇臂29e摆动，从而推压排气门17e，使其克服排气门弹簧30e的弹力而打开。图10表示这种进气门17i和排气门17e的开关时间的分配。
另外，在图9中，在内燃机处于启动旋转区域a时，即转速Ne从零一直到低于怠速转速的规定转速Ne1之间时，如图4和图5所示，离心重锤35借助于第一复位弹簧43的设定载荷Fs1而保持在收缩位置A上。此时，由于通过互相卡合的连接凸起45c和连接板35a、35a，而确定了位置的驱动环45的销子45b，借助于离心重锤35对减压凸轮部件47的凹形凸轮58的斜面58a施加压力，所以减压凸轮部件47便保持在使凸形凸轮47a从排气凸轮26e的基圆向外凸出的工作位置C上。因此，如果现在操作用于启动内燃机E的回弹式启动电机13，由于由启动电机13通过启动筒轴12而使曲轴6起动的同时，也通过正时传动装置25驱动了凸轮轴26，于是，便如上所述，在活塞7的压缩冲程中，借助于减压凸轮部件47的凸形凸轮47a将排气挺杆27e稍微向上顶起一点，便通过排气推杆28e和排气摇臂29e使得排气门17e稍微打开一点。此时，时间的分配如图10所示。结果，缸筒3a内的一部分压缩气体便从排气口16e排出，这样便抑制了压缩压力的上升，从而减轻了启动电机13的操作载荷，曲轴6能有力地比较轻快地起动，从而使内燃机能很容易地启动。
内燃机启动后，当内燃机的转速Ne超过启动转速的区域a时，便如图6所示，因离心力Fw所产生的离心重锤35绕着枢轴36的扭矩，便超过由第一复位弹簧43的设定载荷Fs1所产生的离心重锤35绕着枢轴36的扭矩，使得离心重锤35从收缩位置A向着半径方向的外侧摆动，这种摆动从连接板35a传递到连接凸起45c，使得驱动环45向逆时针方向转动，并使销子45b向着与减压凸轮部件47的凹形凸轮58的底面58b相对的位置移动。因此，减压凸轮部件47便不受销子45b的阻碍，在离心力的作用下向不工作位置D移动，并使其凸形凸轮47a后退到排气凸轮26e的基圆内部。
在这个过程中，如图7所示，在废气回流凸轮部件48上，由于其凹形凸轮59的底面59a与驱动环45的销子45b相对，所以废气回流凸轮部件48便能不受销子45b的阻碍，借助于离心力保持在不工作的位置F上，并使其凸形凸轮48a后退到排气凸轮26e的基圆内部。
如上所述，排气门17e一般都是仅仅依靠排气凸轮26e的工作进行开关控制的。而且，在内燃机转速Ne处于Ne1～Ne2的内燃机的低速运转区域b时，仍继续这种状态。然后，如图7所示，在内燃机的转速Ne达到Ne2时，由于离心重锤35的动作，在离心重锤35的第二可动连接部分41与第二复位弹簧44的可动端部44a之间的游隙S消失，第二复位弹簧44便开始对离心重锤35起作用。因此，在此之后，因第一复位弹簧43的复位力Fs1和第二复位弹簧44的复位力Fs2所产生的使离心重锤35绕着枢轴36的扭矩，与因离心力Fw而产生的离心重锤35绕着枢轴36的扭矩互相平衡，从而确定了离心重锤35的位置，之后，离心重锤35随内燃机转速Ne的上升，其摆动速度便减慢。
接着，当内燃机的转速Ne超过Ne2，内燃机E进入高速运转区域C时，离心重锤35最终到达抵接在从动齿轮32上的挡块38上的扩张位置B，与此同时，由于驱动环45进一步向逆时针方向转动，销子45b便抵接在废气回流凸轮部件48的凹形凸轮59的斜面59b上，使得废气回流凸轮部件48克服其离心力，移动到工作位置G上，于是废气回流凸轮部件48便使其凸形凸轮48a从排气凸轮26e的基圆凸出来。因此，如上所述，在活塞7的进气冲程中，借助于废气回流凸轮部件48的凸形凸轮48a将排气挺杆27e稍微向上顶起，便能通过排气推杆28e和排气摇臂29e把排气门17e稍微打开一点。结果，残留在排气口16e处的废气就能被吸入燃烧室15中，即进行废气回流了。这些废气在以后阶段的膨胀冲程中进行混合气体的燃烧时，能抑制燃烧温度的过度上升，在降低废气中NOx浓度的同时，还可以降低HC的浓度，有利于提高其低燃料消耗性能。
如上所述，借助于随着内燃机转速Ne的提高而摆动的共用的离心重锤35，和抵抗这种摆动的第一及第二复位弹簧43、44，能通过共用的驱动环45依次使减压凸轮部件47和废气回流凸轮部件48工作，而且，通过选定第二复位弹簧44的工作时期，即，选定第二复位弹簧44的可动端部44a上的游隙S，就能自由地设定废气回流凸轮部件48的工作区域，而与减压凸轮部件47的工作区域无关，因此，只要在气门装置20上增加简单的结构，就能提供费用低廉的气门装置20，该气门装置20具有所希望的互不干涉的特性的减压功能和废气回流功能。
下面，说明图11～图17中所示的本发明的第二实施例。
如图11和图12所示，通过枢轴36支承在从动齿轮32上的离心机构46的离心重锤35，和上一个实施例一样呈U字形，它的重心37在U字形弯曲部分上。离心重锤35能绕着枢轴36在收缩位置A与扩张位置B之间摆动，其中收缩位置A为离心重锤35的U字形弯曲部分抵接在从动齿轮32的轮毂32a的位置，扩张位置B为上述U字形弯曲部分的外侧面抵接在凸出设置在从动齿轮32的侧面上的挡块38上的位置。与上述实施例一样，在这个离心重锤35上设有可动连接部分40，第一复位弹簧43的固定端连接在从动齿轮32的固定连接部分42上，其可动端部43a则连接在可动连接部分40上。这个第一复位弹簧43具有规定的设定载荷Fs1，总是把离心重锤35拉向半径方向的内侧。
与上述实施例不同，用扭转螺旋弹簧构成的第二复位弹簧44的螺旋部分44b套在上述枢轴36的外圆周上，在把扭转方向上的规定的设定载荷Fs2施加在这个螺旋部分44b上的状态下，这个第二复位弹簧44的第一和第二臂部44c、44d便夹着枢轴36，卡定在形成于离心重锤35上的第一和第二挡板62、63上。第一臂部44c的前端部分比离心重锤35的端部更向外延伸，在它的前端部分的一侧面，隔开规定的间隔L，在从动齿轮32的侧面上凸出设有相对的挡销61。此外，这个第二复位弹簧44在离心重锤35从收缩位置A向半径方向的外侧摆动到规定角度之前，整个弹簧与离心重锤35一起摆动，而不阻碍离心重锤35的摆动，但，当离心重锤35从收缩位置A向半径方向的外侧摆动到大于等于规定角度时，由于第一臂部44c受到挡销61的阻挡而使螺旋部分44b进一步扭转，于是就和第一扭转弹簧43协同工作，产生将离心重锤35拉向半径方向的内侧的反作用力。
由于其它结构都与上述实施例相同，所以在图11～图17中，凡是与上述实施例对应的部分都标相同的标号，并省略其说明。
于是，在内燃机的转速Ne从零到低于怠速转速的规定转速Ne1之前这一段内燃机的启动旋转区域a中(参见图9)，如图12和图14所示，离心重锤35借助于第一复位弹簧43的设定载荷Fs1而保持在收缩位置A上。因此，与上述实施例一样，由于通过互相卡合的连接凸起45c和连接板35a、35a而被定位的驱动环45的销子45b，由离心重锤35对减压凸轮部件47的凹形凸轮58的斜面58a施加压力，所以减压凸轮部件47便保持在使其凸形凸轮47a从排气凸轮26e的基圆向外凸出的工作位置C上(参见图14)。此时，如果操作用于启动内燃机E的回弹式启动电机13，在用启动电机13通过启动筒轴12使曲轴6起动的同时，也通过正时传动装置25驱动了凸轮轴26。在活塞7的压缩冲程中，借助于减压凸轮部件47的凸形凸轮47a将排气挺杆27e稍微向上顶起一点，便通过排气推杆28e和排气摇臂29e使得排气门17e稍微打开一点。此时，时间的分配与上述实施例的情况相同，如图10所示。结果，缸筒3a内的一部分压缩气体便从排气口16e排出，由于抑制了压缩压力的上升，减轻了启动电机13的操作载荷，使得曲轴6能有力地比较轻快地起动，从而使内燃机能很容易地启动。
内燃机启动后，当内燃机的转速Ne超过启动转速的区域时，因离心力Fw所产生的离心重锤35绕着枢轴36的扭矩，便超过由第一复位弹簧43的设定载荷Fs1所产生的离心重锤35绕着枢轴36的扭矩，使得离心重锤35从收缩位置A向着半径方向的外侧摆动，这种摆动从连接板35a传递到连接凸起45c，使得驱动环45向逆时针方向转动，并使销子45b向着与减压凸轮部件47的凹形凸轮58的底面58b相对的位置移动。因此，减压凸轮部件47便不受销子45b的阻碍，在离心力的作用下向不工作位置D移动，并使其凸形凸轮47a后退到排气凸轮26e的基圆内部。
在这个过程中，如图16所示，在废气回流凸轮部件48上，由于其凹形凸轮59的底面59a与驱动环45的销子45b相对，所以废气回流凸轮部件48便能不受销子45b的阻碍，借助于离心力保持在不工作的位置F上，并使其凸形凸轮48a后退到排气凸轮26e的基圆内部。
如上所述，排气门17e一般都是仅仅依靠排气凸轮26e的工作进行开关控制的。而且，在内燃机转速Ne处于Ne1～Ne2(参见图9)的内燃机的低速运转区域b时，仍持续这种状态。然后，如图15、图16所示，在内燃机转速Ne达到Ne2时，由于离心重锤35的动作，第二复位弹簧44的第一臂部44c被从动齿轮32的挡销61挡住，使得螺旋部分44b进一步扭转，于是，它的反作用力与第一复位弹簧43协同工作，把离心重锤35拉向半径方向的内侧。因此，在此之后，因为第一复位弹簧43的复位力Fs1和第二复位弹簧44的复位力Fs2所产生的离心重锤35绕着枢轴36的扭矩，与因离心力Fw而产生的离心重锤35绕着枢轴36的扭矩互相平衡，从而确定了离心重锤35的位置，之后，随内燃机转速Ne的上升，离心重锤35的摆动速度便减慢。
接着，当内燃机的转速Ne超过Ne2(参见图9)，内燃机E进入高速运转区域C时，离心重锤35最终到达抵接在从动齿轮32上的挡块38上的扩张位置B，与此同时，由于驱动环45进一步向逆时针方向转动，如图17所示，销子45b便压在废气回流凸轮部件48的凹形凸轮59的斜面59b上，使得废气回流凸轮部件48克服其离心力，移动到工作位置G上，于是废气回流凸轮部件48便使其凸形凸轮48a从排气凸轮26e的基圆凸出来。因此，在活塞7的进气冲程中，借助于废气回流凸轮部件48的凸形凸轮48a将排气挺杆27e稍微向上顶起一点，便能通过排气推杆28e和排气摇臂29e，把排气门17e稍微打开一点。结果，残留在排气口16e处的废气就能被吸入燃烧室15中，即进行废气回流。这些废气在以后阶段的膨胀冲程中进行混合气燃烧时，能抑制燃烧温度的过度上升，在降低废气中NOx浓度的同时，还可以降低HC的浓度，有利于提高其低燃料消耗性能。
如上所述，在这个第二实施例中，也借助于随着内燃机转速Ne的提高而摆动的共用的离心重锤35，和反抗这种摆动的第一和第二复位弹簧43、44，能通过共用的驱动环45依次使减压凸轮部件47和废气回流凸轮部件48工作，而且，通过选定第二复位弹簧44的第一臂部44c与挡销61的抵接时间，就能自由地设定废气回流凸轮部件48的工作区域，而与减压凸轮部件47的工作区域无关，因此，只要在气门装置20上增加简单的结构，就能提供费用低廉的气门装置20，该气门装置20具有互不干涉的所希望特性的减压功能和废气回流功能。
下面，说明图18～图24中所示的本发明的第三实施例。
如图18和图19所示，离心机构46的离心重锤由通过共同的枢轴36支承在从动齿轮32上的第一离心重锤351和第二离心重锤352所构成。第一离心重锤351做成与第一实施例的离心重锤35大致相同的U字形，并且其重心371在U字形的弯曲部分上。第一离心重锤351绕着枢轴36，在收缩位置A与扩张位置B之间能够摆动，其中收缩位置A为U字形弯曲部分抵接在从动齿轮32的轮毂32a上的位置，而扩张位置B为上述U字形弯曲部分的外侧面抵接在凸出设置于从动齿轮32的侧面上的挡块38上的位置。与第一实施例的离心重锤35一样，始终把这个第一离心重锤351以规定的设定载荷Fs拉向半径方向的内侧的复位弹簧53的可动端部53a，连接在这个第一离心重锤351的可动连接部40上，而夹着驱动环45的连接凸起45c的一对连接板35a、35a设置在第一离心重锤351上。
第二离心重锤352弯曲成钓钩的形状，包围着超过凸轮轴26的半个圆周，并且，在其中间部分具有与第一离心重锤351的重心371接近的重心372。这个中间部分能绕着枢轴36，在抵接在从动齿轮32的轮毂32a的外圆周面上的收缩位置J(参见图19)，与前端部抵接在同一个轮毂32a的外圆周面上的扩张位置K(参见图24)之间摇摆。第二离心重锤352的收缩位置J与扩张位置K之间的摇摆角度被设定得比第一离心重锤351的收缩位置A与扩张位置B之间的摇摆角度小。在这个第二离心重锤352上设有抵接部352a，第二离心重锤352在上述收缩位置J与扩张位置K之间摇摆时，该抵接部352a抵接在第一离心重锤351的前端部上(参见图19和图20)。在第一离心重锤351上形成了能与第二离心重锤352的侧面相对滑动接触的一个或者若干个凸起64(参见图20)，以便第一和第二离心重锤351、352能顺利地相对滑动。
由于其它的结构都与上述实施例相同，所以在图18～图24中，凡是与第一实施例相对应的部分，都标以同样的标号，并省略其说明。
于是，在内燃机的转速Ne从零到低于怠速转速的规定转速Ne1之前的这一段内燃机的启动旋转区域a中(参见图9)，如图19和图21所示，第一离心重锤351借助于复位弹簧53的设定载荷Fs而保持在收缩位置A上。因此，与第一实施例的情况一样，由于通过互相卡合的连接凸起45c和连接板35a、35a而被定位的驱动环45的销子45b，压住了减压凸轮部件47的凹形凸轮58的斜面58a，所以减压凸轮部件47便借助于第一离心重锤351，保持在使其凸形凸轮47a从排气凸轮26e的基圆向外凸出的工作位置C上。此时，如果操作用于启动内燃机E的回弹式启动电机13，由于在用启动电机13通过启动筒轴12而使曲轴6转动的同时，也通过正时传动装置25驱动了凸轮轴26，在活塞7的压缩冲程中，借助于减压凸轮部件47的凸形凸轮47a将排气挺杆27e稍微向上顶起，便通过排气推杆28e和排气摇臂29e，将排气门17e稍微打开一点。此时，时间的分配如图10所示。结果，缸筒3a内的一部分压缩气体便从排气口16e排出，抑制了压缩压力的上升，因此减轻了启动电机13的操作载荷，使得曲轴6能有力地比较轻快地起动，从而能很容易地启动内燃机。
在这个过程中，由于第一离心重锤351受到了复位弹簧53的设定载荷Fs，便对第二离心重锤352向抵接部352a加压，使得第二离心重锤352也保持在它的收缩位置J上。
如果内燃机启动后，内燃机的转速Ne超过启动转速的区域a，便如图22所示，因离心力Fw1而产生的离心重锤351绕着枢轴36的扭矩，和因离心力Fw2而产生的离心重锤352绕着枢轴36的扭矩之和，超过了因设定载荷Fs所产生的复位弹簧53对两个离心重锤351、352绕着枢轴36的扭矩，使得两个离心重锤351、352分别从收缩位置A、K向着半径方向的外侧摆动，第一离心重锤351的摆动从连接板35a传递到连接凸起45c，使得驱动环45向逆时针方向转动，并使销子45b向着与减压凸轮部件47的凹形凸轮58的底面58b相对的位置移动。因此，减压凸轮部件47便不受销子45b的阻碍，在离心力的作用下向不工作位置D移动，并使其凸形凸轮47a后退到排气凸轮26e的基圆内侧。
在这个过程中，如图23所示，在废气回流凸轮部件48上，由于其凹形凸轮59的底面59a与驱动环45的销子45b相对，所以废气回流凸轮部件48便能不受销子45b的阻碍，借助于离心力而保持在不工作的位置F上，并使其凸形凸轮48a后退到排气凸轮26e的基圆内部。
如上所述，排气门17e一般都是仅仅依靠排气凸轮26e的工作进行开关控制的。而且，在内燃机转速Ne处于Ne1～Ne2的内燃机的低速运转区域b时，仍继续这种状态。然后，如图22和图23所示，当内燃机的转速Ne达到Ne2时，第二离心重锤352达到将其前端部抵接在轮毂32a的外圆周面上的扩张位置K，从而限制了它向超过这个位置的外侧移动。结果，第二离心重锤352的离心力Fw2也就不再对复位弹簧53产生阻力。因此，由于第一离心重锤351的离心力Fw1绕着枢轴36所产生的扭矩，与因复位弹簧53的复位力Fs所产生的第一离心重锤351绕着枢轴36的扭矩互相平衡，从而确定了第一离心重锤351的位置，此后，随内燃机转速Ne的上升，第一离心重锤351的摆动速度便减慢。
然后，当内燃机的转速Ne超过Ne2，内燃机E进入高速运转区域C时，便如图24所示，第一离心重锤351最终到达抵接在从动齿轮32上的挡块38上的扩张位置B，与此同时，由于驱动环45进一步向逆时针方向转动，销子45b便压在废气回流凸轮部件48的凹形凸轮59的斜面59b上，使得废气回流凸轮部件48克服其离心力，移动到工作位置G上，于是废气回流凸轮部件48便使其凸形凸轮48a从排气凸轮26e的基圆凸出来。因此，在活塞7的进气冲程中，借助于废气回流凸轮部件48的凸形凸轮48a将排气挺杆27e稍微向上顶起一点，便能通过排气推杆28e和排气摇臂29e把排气门17e稍微打开一点。结果，残留在排气口16e处的废气就能被吸入燃烧室15中，即进行了废气回流。这些废气在以后阶段的膨胀冲程中混合气燃烧时，能抑制燃烧温度的过度上升，在降低废气中NOx浓度的同时，还可以降低HC的浓度，有利于提高其低燃料消耗性能。
如上所述，在这个第三实施例中，借助于随着内燃机转速Ne的提高而摆动的第一和第二离心重锤351、352，以及一个弹力与这种摆动相反的复位弹簧53，就能通过共用的驱动环45依次进行工作，而且，通过选定使第二离心重锤352的工作失效的时间，就能自由地设定废气回流凸轮部件48的工作区域，而与减压凸轮部件47的工作区域无关，因此，只要在气门装置20上增加简单的结构，就能提供廉价的气门装置20，该气门装置20具有互不干涉的所希望的特性的减压功能和废气回流功能。
本发明并不仅限于上述实施例，在不脱离本发明构思的范围内，可以对它的设计进行种种变化。例如，在第一和第二实施例中，可以用一根弹性系数为非线性的弹簧，来替代第一和第二复位弹簧43、44。

Claims (4)

1.一种内燃机的气门装置，它具有下列各种部件：与曲轴(6)联动的凸轮轴(26)；进气凸轮从动部件(27i)和排气凸轮从动部件(27e)，其分别由形成于该凸轮轴(26)上的进气凸轮(26i)和排气凸轮(26e)驱动并对进气门(17i)和排气门(17e)进行开闭；其特征在于，
还具有下列各种部件：减压凸轮部件(47)，其设置在上述凸轮轴(26)上，并且在工作位置(C)与不工作位置(D)之间移动；工作位置(C)为在内燃机压缩冲程中，使该排气凸轮从动部件(27e)在打开排气门(17e)方向上工作的位置；而不工作位置(D)为松开上述排气凸轮从动部件(27e)的位置；
废气回流凸轮部件(48)，其设置在上述凸轮轴(26)上，并且在不工作位置(F)与工作位置(G)之间移动；不工作位置(F)为松开上述排气凸轮从动部件(27e)的位置；工作位置(G)为在内燃机进气冲程中，使该排气凸轮从动部件(27e)在打开排气门(17e)方向上工作的位置；
共用的离心机构(46)，由上述凸轮轴(26)驱动，使得上述减压凸轮部件(47)在内燃机的启动旋转区域(a)内处于工作位置(C)上，在启动后处于不工作的位置(D)上；并且，使得上述废气回流凸轮部件(48)在内燃机的低速运转区域(b)内处于不工作的位置(F)上，在高速运转区域(c)内处于工作位置(G)上。
2.如权利要求1所述的内燃机的气门装置，其特征在于，
上述离心机构(46)由下列部件构成：
离心重锤(35；351、352)，用枢轴支承在固定设置在上述凸轮轴(26)上的支承部件(32)上，并且能向半径方向摆动；
复位弹簧(43、44；53)，其对该离心重锤(35；351、352)向半径方向的内侧施加弹力；
以及共同的驱动部件(45)，其与上述离心重锤(35；351、352)的摆动联动，并且分别与设置在上述减压凸轮部件(47)和废气回流凸轮部件(48)上的凸轮(58、59)卡合，驱动上述减压凸轮部件(47)，使其在内燃机启动旋转区域(a)内处于工作位置(C)上，在启动后处于不工作位置(D)上，并且驱动上述废气回流凸轮部件(48)，使其在内燃机的低速运转区域(b)内处于不工作的位置(F)上，在高速运转区域(c)内处于工作位置(G)上。
3.如权利要求2所述的内燃机的气门装置，其特征在于，
上述复位弹簧由第一复位弹簧(43)和第二复位弹簧(44)构成，上述第一复位弹簧(43)始终对上述离心重锤(35)施加向半径方向内侧的弹力，上述第二复位弹簧(44)在该离心重锤(35)向半径方向的外侧摆动到大于等于规定角度时，开始对该离心重锤(35)施加向半径方向内侧的反弹力。
4.如权利要求2所述的内燃机的气门装置，其特征在于，
上述离心重锤由第一离心重锤(351)和第二离心重锤(352)构成，上述第一离心重锤(351)在上述凸轮轴(26)的旋转过程中始终产生与上述复位弹簧(53)的弹力相对抗的离心力；上述第二离心重锤(352)在上述第一离心重锤(351)向半径方向外侧摆动到规定角度之前，与第一离心重锤(351)呈一个整体，产生与上述复位弹簧(53)的弹力相对抗的离心力，而当上述第一离心重锤(351)向半径方向外侧摆动到大于等于规定角度时，便与第一离心重锤(351)分离，不产生与上述复位弹簧(53)的弹力相对抗的离心力。
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