CN100365250C - 内燃机的气门机构 - Google Patents

Abstract

提供了一种内燃机的气门机构，包括凸轮机构和转矩减小机构，凸轮机构用来将电动机的旋转运动转变成线性运动，以克服气门弹簧驱动用于打开和关闭气缸的气门，转矩减小机构用来将一相反转矩增加到凸轮机构，该相反转矩起作用以便在驱动气门时，减小从气门弹簧施加到凸轮机构的转矩。

Description

内燃机的气门机构

技术领域

本发明涉及内燃机的气门机构。

背景技术

内燃机的进气门和排气门被如此驱动，即由从内燃机的曲柄轴输出的动力打开和关闭。近年来，试图通过电动机驱动进气门和排气门以使它们打开和关闭，例如，提出了一个气门机构，其通过步进电机使凸轮轴旋转，从而打开和关闭进气门(日本专利申请特开(JP-A)8-177536)。另外，JP-A59-68509也作为与本发明相关的现有技术文献而存在。

当通过电动机驱动凸轮机构来打开和关闭进气门与排气门时，必需从电动机输出一个克服施加到凸轮机构上的转矩的驱动力，该转矩基于为每个气门提供的气门弹簧的推斥力，(在下文中，该转矩称为气门弹簧转矩)。因而，当气门弹簧转矩增大时，引起了电力消耗的增大和电动机额定功率的增加。

发明内容

因而，本发明的一个目标是提供一种内燃机的气门机构，其能限制用来驱动凸轮机构的电动机所需的额定功率和其电力消耗。

为了实现上述目标，根据本发明，提供了一种内燃机的气门机构，其包括凸轮机构和转矩减小机构，该凸轮机构用来将电动机的旋转运动转变成线性运动，以克服气门弹簧驱动用于打开和关闭气缸的气门，该转矩减小机构用来将一相反转矩增加到凸轮机构，该相反转矩起作用以便在驱动气门时，减小从气门弹簧施加到凸轮机构的转矩，其中，所述转矩减小机构包括反相凸轮、凸轮保持件和推动件，所述反相凸轮以凸轮机构中凸轮转速的1/N倍的转速以联锁方式旋转，其中N是整数，并具有形成于其表面上的凸轮面，所述凸轮保持件与所述凸轮面接触，所述推动件将所述凸轮保持件推向所述反相凸轮的凸轮面，所述反相凸轮上的凸轮面的轮廓如此设定，即相反转矩从所述推动件被施加到反相凸轮，所述相反转矩抵消一个联合转矩，该联合转矩通过联合被施加到所述凸轮机构的气门弹簧转矩和按照气门的运动施加到所述凸轮机构的惯性转矩而获得，所述气门弹簧转矩基于气门弹簧的反作用力。

在根据本发明的气门机构中，在克服气门弹簧的反作用力打开和关闭气门时，施加到凸轮机构上的转矩周期性地与气门的打开和关闭运动同步波动。转矩减小机构将抵消所述转矩的相反转矩施加到凸轮机构，由此能减小作为负载施加到电动机上的转矩，并可能限制其波动。

在根据本发明的气门机构中，转矩减小机构可以包括反相凸轮、凸轮保持件和推动件，该反相凸轮以凸轮机构中凸轮转速的1/N(其中N是整数)倍的转速以联锁方式旋转并具有形成于其表面上的凸轮面，该凸轮保持件与所述凸轮面接触，该推动件将凸轮保持件推向反相凸轮的凸轮面。反相凸轮上的凸轮面的轮廓可以如此设定，即把相反转矩从推动件施加到反相凸轮，所述相反转矩抵消基于气门弹簧的反作用力施加到凸轮机构的气门弹簧转矩。根据上述结构，基于布置反相凸轮、使保持件开始接触反相凸轮表面上的凸轮面并通过推动件挤压的简单结构，可能加上抵消气门弹簧转矩的相反转矩。

此外，转矩减小机构可以包括反相凸轮、凸轮保持件和推动件。该反相凸轮以凸轮机构中凸轮转速的1/N(其中N是整数)倍的转速以联锁方式旋转，并具有形成于其外周面上的凸轮面；该凸轮保持件与所述凸轮面接触；该推动件将凸轮保持件推向反相凸轮上的凸轮面。反相凸轮上的凸轮面的轮廓可以如此设定，即把相反转矩从推动件施加到反相凸轮，所述相反转矩抵消一个联合转矩，该联合转矩通过结合气门弹簧转矩和惯性转矩而获得，该气门弹簧转矩根据气门弹簧的反作用力而被施加到凸轮机构，该惯性转矩按照气门的运动而施加到凸轮机构。在这种情况下，由于在设定相反转矩时考虑到惯性转矩，所以可能将作为负载施加到电动机的转矩的波动限制得更小，因而，在内燃机高速旋转，惯性转矩显著增大时，可能改善气门的控制精度，并可能将内燃机的进气特性或排气特性精确控制到目标特性。甚至在低速旋转时，也可能在更大的开度方向上改变进气门或排气门的操作特性，从而使进气效率或排气效率在低速旋转时得到充分的改善。

在根据本发明的气门机构中，设置在转矩减小机构的反相凸轮上的凸轮面的特征可以在于根据本发明施加的相反转矩的变化特性。即，在根据本发明的气门机构中，反相凸轮上的凸轮面的轮廓可以如此设置，即在凸轮机构将最大升程量施加到气门时、以凸轮机构中凸轮的外周方向上的位置为分界线，在凸轮机构的凸轮位于一侧期间，即基于气门弹簧的反作用力，凸轮在与旋转方向相反的方向上被推回的那一侧，从推动件施加的相反转矩在这样一个方向上施加，即在上述旋转方向上推出反相凸轮的方向；而在凸轮机构的凸轮位于一侧期间，即基于气门弹簧的反作用力，凸轮在旋转方向被推出的那一侧，相反转矩在这样一个方向上施加，即在与上述旋转方向相反的方向上将反相凸轮推回的方向。

此外，特别是在考虑到惯性转矩时，反相凸轮上的凸轮面的轮廓可以如此设定，即在凸轮机构将最大升程量施加到气门时、以凸轮机构中凸轮的外周方向上的位置为分界线，在凸轮机构中的凸轮位于一侧期间，即基于气门弹簧的反作用力，凸轮在与旋转方向相反的方向上被推回的那一侧，从推动件施加的相反转矩在这样一个方向上施加，即在上述旋转方向上推出反相凸轮的方向；而在凸轮机构的凸轮位于一侧期间，即基于气门弹簧的反作用力，凸轮在旋转方向被推出的那一侧，相反转矩在这样一个方向上施加，即在与上述旋转方向相反的方向上将反相凸轮推回；以便以凸轮机构将最大提升速度施加到气门的位置为分界线，在凸轮机构的凸轮位于提升速度增大的范围中时，比仅仅抵消气门弹簧转矩所需的相反转矩相对要大的相反转矩被施加到反相凸轮，而在凸轮机构的凸轮位于提升速度减小的范围中时，比仅仅抵消气门弹簧转矩所需的相反转矩相对要小的相反转矩被施加到反相凸轮。

在根据本发明的优选实施例中，可以为内燃机的一个气缸提供多个进气或排气门，可以提供多个凸轮用来驱动同一气缸的气门，以便所述多个凸轮由公共的凸轮轴可旋转地驱动，可以为多个凸轮公共地提供反相凸轮。在该实施例中，反相凸轮可以布置在凸轮之间。

在根据本发明的上述方面中，概念“抵消”既包括由相反转矩减小施加到凸轮机构的转矩的情况，又包括完全抵消该转矩的情况。

根据本发明，由于从气门弹簧施加到凸轮机构的转矩能被转矩减小机构施加到凸轮机构的相反转矩减小，所以能减小作为负载施加到电动机的转矩，并能限制转矩的波动。因而，能减小驱动凸轮机构所需的电动机输出功率，电动机的电力消耗能得到限制，能降低电动机所需的额定输出功率。从而，与没有转矩减小机构的情况相比，能使用紧凑的电动机。

附图说明

图1是透视图，表示根据本发明的气门机构；

图2是透视图，表示凸轮机构；

图3是一个图，表示设置在图1的气门机构上的转矩减小机构的细节；

图4是表示图3中的反相凸轮的轮廓的图；

图5是一个图，表示凸轮角与气门弹簧转矩之间的相互关系的一个例子；

图6A和6B是表示在考虑到惯性转矩的情况下，凸轮角与联合转矩之间的相互关系的例子的图；

图7A和7B是表示在考虑到惯性转矩时施加反相转矩的情况下，凸轮角与进气门或排气门的升程量之间的相互关系的例子的图；

图8是一个图，表示在将反相转矩设定成气门弹簧转矩和联合转矩之间的一个中间值的情况下，凸轮角与转矩之间的相互关系的例子；

图9是一个图，表示反相凸轮的布置的例子；

图10是反相凸轮布置的另一个例子；

图11A和11B是表示当在多个气缸中共用一凸轮轴时，联合转矩的波形的图。

具体实施方式

(第一实施例)

图1表示根据本发明的气门机构的一个实施例。图1中的气门机构11A和11B安装在多缸往复式内燃机中。在该内燃机中，一个气缸1的两个进气门2由一个气门机构11A驱动，同一个气缸1的两个排气门3由另一个气门机构11B驱动以打开和关闭。关于其它气缸(未示出)，进气门和排气门被以同样的方式由不同的气门机构11A和11B驱动以打开和关闭。进气侧的气门机构11A和排气侧的气门机构11B基本上具有同样的结构，下面将给出进气侧的气门机构11A的说明。

进气侧的气门机构11A设有用作驱动源的电动机(下文中，称为马达)12、传动机构13和凸轮机构14，传动机构13相当于用来传递马达12的旋转运动的传递机构，凸轮机构14将从传动机构13传递的旋转运动转变成进气门2的线性打开和关闭运动。作为马达12，采用了能控制转速的DC无电刷马达或类似马达。马达12包括位置检测传感器(未示出)，例如分解器、旋转编码器或用来检测马达12的旋转位置的类似装置。传动机构13通过中间齿轮16将马达齿轮15的转动传递到凸轮驱动齿轮17，马达齿轮15安装在马达12的输出轴(未示出)上。传动机构13可以构造成使得马达齿轮15和凸轮驱动齿轮17以相同速度旋转，或可以构造成使得凸轮驱动齿轮17的速度相对于马达齿轮15增大或减小。

在图2中也示出了，凸轮机构14设有凸轮轴20、两个凸轮21和一对摇臂24，凸轮轴20被提供成与凸轮驱动齿轮17同轴且整体地旋转，两个凸轮21被提供成与凸轮轴20整体旋转，一对摇臂24被如此支承以便绕着摇臂轴23与各自的凸轮21一致地摆动。凸轮21形成为一种平板凸轮，其中通过使圆弧基圆21b的一部分朝着外侧在径向方向上突出而形成尖端21a，其中圆弧基圆21b与凸轮轴20同轴形成。凸轮21的轮廓如此设定，即在凸轮21的整个外周面上不产生任何负曲率，也就是说，在径向方向上朝外侧形成一凸曲线。

每个凸轮21都与摇臂24的一个端部24a相对，每个进气门2都被气门弹簧28的压缩反作用力推向摇臂24一侧，由此进气门2紧密地附着于进气口的阀座(未示出)，于是进气口被封闭。摇臂24的另一端部24b接触调节器29，调节器29将摇臂24的另一端部24b向上压，摇臂24保持在这样一个状态中，其中一个端部24a接触进气门2的上端部。

在上述凸轮机构14中，当马达12的旋转运动通过传动机构13传递到凸轮轴20时，凸轮21与凸轮轴20整体旋转，在尖端21a越过摇臂24期间，摇臂24在一个固定范围内绕着摇臂轴23摆动。因而，摇臂24的一个端部24a被压下，进气门2被驱动，从而克服气门弹簧28打开和关闭。

如图1所示，转矩减小机构30设置在气门机构11A中。转矩减小机构30用来减小施加到凸轮机构14的转矩，该转矩基于气门弹簧28在关闭方向上推回进气门2的力(下文中，该转矩称为气门弹簧转矩)。如图3中更详细示出的，转矩减小机构30设有能与凸轮轴20整体旋转的反相凸轮31和转矩施加装置32，转矩施加装置32布置成与反相凸轮31相对。反相凸轮31的外周面构造为凸轮面31a，转矩施加装置32设有外壳33、相当于保持件的升降杆34和相当于推动件的弹簧35，升降杆34以能从外壳33朝反相凸轮31突出的状态容纳于外壳33中，弹簧35以压缩状态附着在升降杆34和外壳33之间，并将升降杆34压向反相凸轮31上的凸轮面31a。

如图4中的实线所示，反相凸轮31的凸轮面31a设有圆弧部31b和背部31c，圆弧部31b在画一个具有固定半径的圆弧(称为基圆)的情况下延伸并与凸轮轴20同轴，背部31c从圆弧部31b朝中心侧后退(凹进)。上述凸轮面31a的形状(凸轮轮廓)基于气门弹簧转矩设定，下面将给出凸轮面31a的设计说明。

假定气门弹簧28的压缩反作用力设定成Fs(N)，和在凸轮轴20以单位角旋转时，进气门2的提升速度设定成Vv(m/rad)，气门弹簧转矩Tv(N·m)根据下面的公式(1)计算。

Tv＝Fs×Vv(1)

在这种情况下，由于提升速度Vv根据内燃机的转速是不同的，所以必需代表性地使用任何转速中的提升速度Vv。由于气门弹簧转矩Tv根据提升速度Vv的增加而增加，所以希望采用内燃机以优选较高速度旋转时的提升速度Vv，以便减小马达12的绝对负载，最好采用在内燃机中允许的最高速度时的提升速度Vv。

例如图5中所示的相互关系在压缩反作用力Fs和提升速度Vv与凸轮21的相位(凸轮角)之间成立。在该例子中，压缩反作用力Fs的正方向被设定成把进气门2推回到关闭位置的方向，提升速度Vv的正方向被设定成在打开方向上操作进气门2的方向。此外，气门弹簧转矩的正方向被设定成由马达21在与旋转方向相反的方向上推回凸轮21的方向。如图5中所示，进气门2的提升速度从开始提升(打开操作)的位置P1开始上升，并在升程的中间达到最大。此外，提升速度Vv在图5中纵轴上的位置P2处返回到0(零)，在位置P2，获得进气门2的最大升程量，即，凸轮21的尖端21a的前端到达了与凸轮随动件25的接触点的位置，此后，在进气门2的关闭操作的中间，提升速度Vv在负方向上达到峰值，然后，提升速度Vv在位置P3返回到0(零)，进气门2在位置P3完全关闭。在这种情况下，提升速度Vv的变化在两个进气门2之间彼此相等。

另一方面，由于即使在进气门2完全关闭的初始状态中，气门弹簧28也被稍微压缩，所以在初始状态中，压缩反作用力Fs在正方向上具有固定的初始值。在打开进气门2的位置P1之后，压缩反作用力Fs从初始值逐渐增大，并且压缩反作用力Fs在最大升程位置P2达到峰值。在最大升程位置P2和进气门2完全关闭的位置P3之间，压缩反作用力Fs朝着初始值逐渐减小。通过使提升速度Vv与压缩反作用力Fs相乘来获得如图5中实线所示的气门弹簧转矩Tv，与提升速度Vv的波形相比，气门弹簧转矩Tv的波形是这样一个波形，其中正峰值和负峰值偏向最大升程位置P2。

为了抵消施加到凸轮机构14的气门弹簧转矩Tv，优选地，将一个互补的相反转矩从转矩减小机构30施加到凸轮轴20，该互补的相反转矩的相位与气门弹簧转矩Tv相反，由图5中的虚线表示。在以凸轮21的位置P2为分界线的情况下，其中在位置P2凸轮机构14将最大升程量施加到进气门2，在凸轮21位于一侧期间(P1到P2)，即基于气门弹簧28的反作用力，凸轮21在与旋转方向相反的方向上被推回的那一侧，上述相反转矩在这样一个方向上施加，即在反相凸轮31的旋转方向上推出反相凸轮31的方向，而在凸轮21位于一侧期间(P2到P3)，即基于气门弹簧28的反作用力，凸轮21在旋转方向被推出的那一侧，相反转矩在这样一个方向上施加，即在与旋转方向相反的方向上将反相凸轮31推回的方向。

由于能通过弹簧35的压缩反作用力和升降杆34的提升速度的乘积来获得转矩减小机构30施加的相反转矩，所以通过首先合适地设定弹簧35的压缩反作用力(弹簧力)，然后用弹簧35的压缩反作用力除图5中所示的反相的转矩，能确定由反相凸轮31施加的升降杆34的提升速度。此外，通过对确定的提升速度求积分，能获得反相凸轮31相对于凸轮21的相位的升程量，并能从获得的升程量确定反相凸轮31的凸轮面31a的形状(轮廓)。由图4中的实线所示的凸轮面31a的轮廓能根据上述程序获得。

此外，在将反相凸轮31安装到凸轮轴20上时，优选地，将反相凸轮31这样定位在外周方向上，即在进气门2的升程量变成最大时，升降杆34存在于凸轮面31a的背部31c的最低位置处。通过设定反相凸轮31的轮廓和在外周方向上相对于凸轮轴20的安装位置，能将抵消气门弹簧转矩Tv的转矩从转矩减小机构30施加到凸轮机构14。因而，能减小马达12所需的输出功率，能限制马达12的电力消耗，和能使用具有小额定输出功率的紧凑型马达12。

在上述气门机构11A中，从两个进气门2的每个气门弹簧28施加的气门弹簧转矩通过施加到单个反相凸轮31的转矩抵消，因而，在设计反相凸轮31的凸轮面31a时，两个气门弹簧28各自的压缩反作用力的和被用作压缩反作用力Fs。

上面描述了用来驱动进气门的气门机构11A，然而，关于用来驱动排气门3的气门机构11B，转矩减小机构30能以同样的方式提供。在这种情况下，当在一个凸轮轴20上提供多个凸轮21时，在凸轮轴20上提供单个反相凸轮31，或提供与凸轮21相同数量的反相凸轮31。在气门机构11B中，当相对于多个凸轮21仅仅提供一个反相凸轮31时，凸轮面31a的轮廓以与上述同样的方式设计，以便各个气门弹簧28的压缩反作用力的和被设定成压缩反作用力Fs。当在凸轮轴20上提供与凸轮21同样数量的反相凸轮31时，则基于气门弹簧28的压缩反作用力和排气门3的提升速度来设计每个反相凸轮31的凸轮面31a的轮廓，其中气门弹簧28的压缩反作用力产生会被反相凸轮31抵消的气门弹簧转矩。

(第二实施例)

下面，将参考图6到8给出根据本发明的第二实施例的说明。根据第二实施例，在进气门2或排气门3被驱动以便打开和关闭时，在考虑到往复运动部件的惯性力的同时，设计反相凸轮31的凸轮轮廓。在这种情况下，气门机构11A和11B的机械结构与第一实施例相同。

在通过凸轮机构14打开和关闭进气门2或排气门3的情况下，摇臂24、气门弹簧28等等根据气门2或3的运动进行往复运动，由此产生惯性力，除了气门弹簧转矩之外，惯性转矩也被施加到凸轮机构14。当内燃机的转速低时，与基于气门弹簧28的压缩反作用力的气门弹簧转矩相比，惯性转矩十分小，然而，特别是在高转速范围中，惯性转矩的影响变得相当大，并且存在对进气门2或排气门3的气门移动特性产生相当大的影响的情况。因而，在本实施例中，在考虑到惯性转矩的同时，设计反相凸轮31的凸轮面31a的形状。

基于气门弹簧转矩和惯性转矩，考虑到惯性转矩影响的反相凸轮31的凸轮面31a例如设定成图3中的虚线所示的轮廓。假定惯性力设定成Fa(N)，凸轮21的提升速度设定成Vv(m/rad)，惯性转矩Ta(N·m)能根据下面的公式(2)计算。

Ta＝Fa×Vv    (2)

假定气门侧等效质量设定成We(kg)，进气门2或排气门3的加速度(气门加速度)设定成Va(m/s²)，则惯性力Fa能根据下面的公式(3)计算。在这种情况下，由于相应于内燃机的转速，气门加速度是不同的，所以使用内燃机处于最大转速时的加速度(例如，6000rpm)，这是因为转速越高，惯性转矩的影响显得越大。

Fa＝We×Va    (3)

气门侧等效质量We是由凸轮机构14引起进行往复运动的部件的总质量，在图1的气门机构11A中，它是进气门2、气门弹簧28、摇臂24等等各自质量的和。同样的情况适用于排气侧的气门机构11B。

图6A中所示的联合转矩T的波形能通过叠加惯性转矩Ta和气门弹簧转矩Tv(与图5中所示相同)获得，其中气门弹簧转矩Tv在不考虑惯性力Fa的影响的情况下获得。图6A中的位置P1到P3与图5中的相同，位置Pa表示这样一个位置，在该位置，在打开方向上的最大提升速度被施加到进气门2或排气门3，而位置Pb表示这样一个位置，在该位置，在关闭方向上的最大提升速度被施加到进气门2或排气门3。联合转矩T形成一个波形，其中在位置P1与Pa之间的范围A中和在位置P2与Pb之间的范围C中，在正(+)方向上的惯性转矩Ta重叠在气门弹簧转矩Tv的波形上，而在位置Pa与P2之间的范围B中和在位置Pb与P3之间的范围D中，在负(-)方向上的惯性转矩Tb重叠在气门弹簧转矩Tv的波形上。

如从公式(2)和(3)中明显看出的，惯性转矩Ta的方向基于提升速度Vv和气门加速度Va的乘积来确定。提升速度Vv(未示出)在图6A中的范围A和B之间的分界线(图中的左侧虚线)上是最大值，在范围B和C之间的分界线(图中的纵轴)上近似是0(零)，在范围C和D之间的分界线(图中的右侧虚线)上是最小值。另一方面，通过求提升速度Vv的微分获得的气门加速度Va(未示出)在范围A和D中是正值，而在范围B和C中是负值。因而，提升速度Vv和气门加速度Va的乘积在范围A和C中是正值，而在范围B和D中是负值，由此获得图6A中所示的联合转矩T。

为了抵消图6A中所示的联合转矩T，优选地，将图6B中所示的反相的相反转矩从转矩减小机构30施加到凸轮轴20，与仅仅抵消上述气门弹簧转矩Tv所需的相反转矩(参考图5中的虚线)相比，上述相反转矩具有下面的特征，换句话说，在以凸轮机构14将最大提升速度施加到进气门2或排气门3的位置(图6A中的位置Pa和Pb)为分界线的情况下，在凸轮21位于提升速度增大的范围中(P1到Pa和Pb到P3)时，图6B中的相反转矩比仅仅抵消气门弹簧转矩所需的相反转矩相对要大，而在凸轮21位于提升速度减小的范围中(Pa到P2和P2到Pb)时，图6B中的相反转矩比仅仅抵消气门弹簧转矩Tv所需的相反转矩相对要小。

为了基于图6B中的相反转矩确定反相凸轮31的凸轮面31a的轮廓，能通过以与第一实施例相同的方式合适地设定弹簧35的压缩反作用力和用设定的压缩反作用力除图6B中所示的反相转矩，获得反相凸轮31施加的升降杆34的提升速度。通过求提升速度的积分，能获得与凸轮21的每个相位相应的反相凸轮31的升程量，并能确定反相凸轮31的轮廓。

如上所述，当在考虑到惯性转矩的同时设计反相凸轮31的轮廓时，能获得如图7A和7B中所示的进气门2或排气门3的升程特性。升程形状的横轴表示凸轮角，纵轴表示升程量。图7A表示在内燃机高速旋转范围中的升程特性，图7B表示在低速旋转范围中的升程特性。在图7A和7B中，实线表示在考虑到联合转矩T时，反相凸轮31引起的进气门2或排气门3的升程特性，虚线表示在不考虑惯性转矩时，反相凸轮31引起的进气门2或排气门3的升程特性。

如图7A中的虚线所示，在反相凸轮31中，当仅仅考虑气门弹簧转矩Tv时，由于从转矩减小机构30施加到凸轮轴20的转矩不足，所以有延迟马达12的旋转和延迟升程量的上升的趋势。相反，当考虑到惯性转矩Ta时(图7A中的实线)，升程量上升的延迟能被反相凸轮31抵消。因而，能增加由升程形状和横轴围绕的面积，即，所谓的时间面积，并能根据预期特性操作进气门2或排气门3，以便改善其控制精度。此外，如图7B中的实线所示，在考虑到惯性转矩Ta时，根据反相凸轮31，甚至在低转速范围中，也能通过施加电动机转矩来增加时间面积，并能从进气门2或排气门3充分地进气或排气。

在这种情况下，当遵照内燃机以最大转速运行时的惯性转矩来设计反相凸轮31时，转矩波动相对于凸轮角(相位)的改变而增大，并有反相凸轮31上的凸轮面31a的曲率半径变小的趋势。然而，有一种可能性，即具有小曲率半径的凸轮面31a由于设计限制而不能形成，在这种情况下，反相凸轮31的轮廓可以基于联合转矩T(图8中的虚线)和气门弹簧转矩Tv(图8中的单点划线)之间的中间转矩特性(图8中的实线)来设定。因而，能避免反相凸轮31的轮廓的曲率半径变得极其小的情况，并能在考虑到惯性转矩Ta时满足设计限制。

本发明能按照各种方式实现，而不局限于上述实施例。转矩减小机构30的结构相当于一个例子，能作出各种改变。转矩减小机构30不局限于转矩减小机构与凸轮轴20同轴布置的实施例，而是能以任何方式构造，只要转矩能施加到从马达12到凸轮轴20的转动传递路径上的任何位置。例如，反相凸轮31设置在与中间齿轮16相同的轴线上，中间齿轮16设置在马达齿轮15和驱动齿轮17之间。作为替换方案，还可以将一个与凸轮轴20啮合旋转的轴加到从马达12到凸轮轴20的转动传递路径的外侧，而反相凸轮31可以设置在该轴上。在这种情况下，需要设有转矩减小机构30的反相凸轮31的轴以这样一个转速旋转，该转速是凸轮轴20的转速的1/N(其中N是整数)。由于施加到凸轮轴20的气门弹簧转矩和惯性转矩的周期以与凸轮轴20的打开和关闭运动相同的周期波动，所以需要建立一种关系，即凸轮轴20以反相凸轮31旋转速度的整倍数速度旋转，以便在与转矩的周期相同的周期中，改变来自转矩减小机构30的反相转矩。当反相凸轮31以与凸轮轴20相同的速度旋转时，优选地，通过使反相凸轮31的一圈与凸轮21的一圈相对应，来设定凸轮面31a的轮廓。然而，当反相凸轮31以低于凸轮轴20的速度旋转时，即，当建立关系N≥2时，优选地，通过使反相凸轮31的1/N圈与凸轮21的一圈相对应，来确定反相凸轮31的轮廓。例如，在N＝3的情况下，与图5或6B中所示的相反转矩相应的轮廓在外周方向上重复三次地设置在反相凸轮31上。

在图2中，在一个气缸1的两个进气门2中提供了一个转矩减小机构30，然而，转矩减小机构30可以单独设置在每个进气门2中。即使当如同排气侧的气门机构11B中那样，多个排气门或进气门由多个不同凸轮独立驱动时，也可以在两个凸轮21中提供一个转矩减小机构30，如图9中所示。当如上所述在多个凸轮之间共用转矩减小机构30时，与在每个凸轮中提供转矩减小机构的情况相比，能缩短凸轮轴20关于轴向方向的长度，并能减小关于气门机构11A或11B的安放空间的限制。

当为多个凸轮21提供一个转矩减小机构30时，转矩减小机构30的反相凸轮31可以布置在凸轮21之间，如图10中所示。在这种情况下，与图9中的结构相比，能减小由转矩减小机构30和凸轮21之间的凸轮轴20承载的转矩，所以能使凸轮轴20的轴直径变小。当凸轮轴20的轴直径变小时，凸轮轴20的惯性力矩减小，所以能改善马达12的响应。

本发明不局限于在每个气缸1中提供气门机构11A或11B的例子，凸轮轴20可以在多个气缸1之间共用，可以在一个凸轮轴20中提供一个转矩减小机构30。当凸轮轴20设置在多个气缸上面时，凸轮21的相位相对每个气缸1改变。因而，需要基于这样一个转矩来确定反相凸轮31的凸轮轮廓，该转矩通过联合被施加到凸轮轴20的每个气缸的气门弹簧转矩和惯性转矩而获得。例如，当在恰好完成点火的四缸内燃机中的所有气缸1之间共用凸轮轴20时，当如图11A中所示以180度的凸轮角变位时，与每个气缸1对应的转矩施加到凸轮轴20上，因而，优选地，基于图11B中所示的和通过联合这些波形获得的联合转矩来设定反相凸轮31的轮廓。

此外，当为多个进气门2或排气门3提供一个转矩减小机构30时，希望使转矩减小机构30中的弹簧35的压缩反作用力等于一个气门弹簧28的压缩反作用力与进气门2或排气门3的数量的乘积。通过以上述方式设定转矩减小机构30中的弹簧35的压缩反作用力，能使由反相凸轮31和凸轮21引起的进气门2或排气门3的升程特性彼此一致，因而，能基于凸轮21的平滑轮廓来设定反相凸轮31的轮廓，并且没有反相凸轮31的曲率半径极端减小的风险。

Claims (4)

1.一种内燃机的气门机构，包括凸轮机构(14)，其用来将电动机(12)的旋转运动转变成线性运动，以克服气门弹簧(28)而驱动用于打开和关闭气缸(1)的气门(2；3)，其特征在于，包括转矩减小机构(30)，该转矩减小机构用来将一相反转矩增加到所述凸轮机构，该相反转矩起作用以便在驱动所述气门时，减小从所述气门弹簧施加到所述凸轮机构的转矩，其中，所述转矩减小机构包括反相凸轮(31)、凸轮保持件(34)和推动件(35)，所述反相凸轮(31)以凸轮机构中凸轮(21)转速的1/N倍的转速以联锁方式旋转，其中N是整数，并具有形成于其表面上的凸轮面(31a)，所述凸轮保持件(34)与所述凸轮面接触，所述推动件(35)将所述凸轮保持件推向所述反相凸轮的凸轮面，所述反相凸轮上的凸轮面的轮廓如此设定，即相反转矩从所述推动件被施加到反相凸轮，所述相反转矩抵消一个联合转矩，该联合转矩通过联合被施加到所述凸轮机构的气门弹簧转矩和按照气门的运动施加到所述凸轮机构的惯性转矩而获得，所述气门弹簧转矩基于气门弹簧的反作用力。

2.如权利要求1所述的气门机构，其特征在于，所述反相凸轮上的凸轮面的轮廓如此设定，即以凸轮机构中凸轮当所述凸轮机构将最大升程量施加到气门时的外周方向上的位置为分界线，在凸轮机构的凸轮位于一侧期间，即基于气门弹簧的反作用力，凸轮在与旋转方向相反的方向上被推回的那一侧，从推动件施加的相反转矩在这样一个方向上施加，即在旋转方向上推出反相凸轮的方向，而在凸轮机构的凸轮位于一侧期间，即基于气门弹簧的反作用力，凸轮在旋转方向被推出的那一侧，相反转矩在这样一个方向上施加，即在与旋转方向相反的方向上将反相凸轮推回的方向；从而，以凸轮机构将最大提升速度施加到气门的位置为分界线，在凸轮机构的凸轮位于提升速度增大的范围中时，比仅仅抵消气门弹簧转矩所需的相反转矩相对要大的相反转矩被施加到反相凸轮，而在凸轮机构的凸轮位于提升速度减小的范围中时，比仅仅抵消气门弹簧转矩所需的相反转矩相对要小的相反转矩被施加到反相凸轮。

3.如权利要求1所述的气门机构，其特征在于，为所述内燃机的一个气缸(1)提供多个进气门或排气门(2；3)，提供多个凸轮(21)用来驱动同一气缸的气门，以便所述多个凸轮(21)由公共的凸轮轴(20)可旋转地驱动，并为所述凸轮公共地提供所述反相凸轮(31)。

4.如权利要求3所述的气门机构，其特征在于所述反相凸轮布置在所述凸轮之间。

Images