CN100417788C - 可变气门传动装置 - Google Patents

可变气门传动装置 Download PDF

Info

Publication number
CN100417788C
CN100417788C CNB2005800018451A CN200580001845A CN100417788C CN 100417788 C CN100417788 C CN 100417788C CN B2005800018451 A CNB2005800018451 A CN B2005800018451A CN 200580001845 A CN200580001845 A CN 200580001845A CN 100417788 C CN100417788 C CN 100417788C
Authority
CN
China
Prior art keywords
valve
swing
arm
roller
operating device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2005800018451A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1906383A (zh
Inventor
立野学
浅田俊昭
江崎修一
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of CN1906383A publication Critical patent/CN1906383A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100417788C publication Critical patent/CN100417788C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0063—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/26—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder
    • F01L1/267—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder with means for varying the timing or the lift of the valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0021—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of rocker arm ratio
    • F01L13/0026—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of rocker arm ratio by means of an eccentric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/08—Shape of cams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
    • F01L1/18—Rocking arms or levers
    • F01L1/185—Overhead end-pivot rocking arms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/20—Adjusting or compensating clearance
    • F01L1/22—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically
    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
    • F01L1/2405—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically by means of a hydraulic adjusting device located between the cylinder head and rocker arm
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations
    • F01L13/0015—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque
    • F01L13/0063—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot
    • F01L2013/0068—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations for optimising engine performances by modifying valve lift according to various working parameters, e.g. rotational speed, load, torque by modification of cam contact point by displacing an intermediate lever or wedge-shaped intermediate element, e.g. Tourtelot with an oscillating cam acting on the valve of the "BMW-Valvetronic" type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2305/00—Valve arrangements comprising rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2820/00—Details on specific features characterising valve gear arrangements
    • F01L2820/01—Absolute values

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

一种可变气门传动装置，其通过使气门正时的改变与气门升程量的改变联动而能够实现理想的气门正时-升程特性。驱动凸轮(122)的旋转运动通过中间部件(172)和(174)而被传递到摆动部件(140)的滑动表面(156)。该滑动表面(156)上的中间部件(172)和(174)的位置改变通过联动机构(162)和(164)而与控制轴(132)的旋转相关联。滑动表面(156)通过向驱动凸轮(122)弯曲而形成，使得在中间部件(172)和(174)所定位的区域中，该滑动表面(156)距凸轮轴(120)中心的距离从距摆动部件(140)的摆动中心最近的最近点向距该摆动中心最远的最远点增加。

Description

可变气门传动装置
发明领域
本发明涉及一种内燃机用的可变气门操作装置，并更具体地涉及一种允许气门的操作特性的可变气门操作装置。
背景技术
已知常规的可变气门操作装置，例如已公布的日本专利公开No.2003-239712中，其中气门的升程量和气门的正时可根据发动机的操作条件而机械式地改变。在日本专利公开No.2003-239712中公开的可变气门操作装置中(以下称为现有技术)，在平行于凸轮轴设置的控制轴上固定有控制臂，以及从动件的一个端部部分被安装在该控制臂上且可以自由摆动。而且，有摆动凸轮安装在控制轴上且可以自由摆动。有摇臂压在该摆动凸轮的凸轮表面上。可相互旋转且彼此独立的第一辊和第二辊被同轴地安装在该从动件上。第一辊与凸轮轴的气门凸轮相抵靠。第二辊与形成在与摆动凸轮表面相对的一侧上的摆动凸轮的扁平表面(抵靠表面)相抵靠。
根据这样的布置，控制臂的旋转位置通过控制轴的旋转而改变。这移动从动件，从而改变控制轴与摆动凸轮和第二辊之间的抵靠点之间的距离，由此改变了气门升程量。这还改变了在凸轮轴的相同的旋转角位置上、抵靠在第一辊上的气门凸轮的周向位置，这导致气门正时改变。具体地说，根据日本专利公开No.2003-239712中所公开的现有技术，通过使用马达来控制控制轴的旋转位置，能够同时改变气门升程量和气门正时。
包括上述文献在内，申请人知晓以下文献作为本发明的相关技术。
[专利文献1]
日本专利公开No.2003-239712
[专利文献2]
日本专利公开No.Hei7-63023
[专利文献3]
日本专利公开No.2002-371816
[专利文献4]
日本专利公开No.2004-108302
发明内容
在上述的现在技术中，当从动件通过控制臂的旋转位置上的改变而被移动时，摆动凸轮随着该从动件的移动而旋转。摆动凸轮的旋转导致摆动凸轮表面与摇臂之间的抵靠位置改变。在上述现有技术中，摆动凸轮表面和摇臂之间的抵靠位置向在控制轴与位于摆动凸轮和第二辊之间的抵靠点之间的更短距离的更大的气门升程量的一侧移动。具体来说，气门升程量的改变不仅通过控制轴与位于摆动凸轮和第二辊之间的抵靠点之间的距离而改变，还通过摆动凸轮表面与摇臂之间的抵靠位置而改变。
因此，在上述现有技术中，与气门升程量的改变相比，气门正时的改变较小。因此有这样的可能性，即相对于所需的气门升程量改变的气门正时的改变量将不能实现。
除了现在技术中已知的可变气门操作装置，还已知的是被通常称为VVT的可变气门正时机构，该机构通过改变凸轮轴相对于曲轴的相位角而可变地控制气门正时。如果该可变气门正时机构被结合起来使用，则变得可以将可变气门操作装置中不足的气门正时中的改变校正到所期望的改变。但是，这种情况会增加成本。不仅如此，而且还需要提供对可变气门操作装置和可变气门正时机构两者的协同控制。这样必然伴有控制滞后等。因此，没有必要在所有的时候都达到理想的气门正时-升程特性。
本发明解决了上述的这些问题，且本发明的目的是提供一种可变气门操作装置，其能够通过使气门升程量的改变和气门正时的改变相关联来实现理想的气门正时-升程特性。
根据本发明的第一方面，通过可变气门操作装置来实现以上目的。可变气门操作装置机械式地改变与凸轮轴旋转相关联的气门操作特性。该可变气门操作装置包括：设置在凸轮轴上的驱动凸轮；以及设置为平行于凸轮轴延伸的控制轴。控制轴能够连续地或步进地改变旋转位置。该可变气门操作装置还包括：绕着平行于凸轮轴延伸的轴线摆动的摆动部件。在该摆动部件上形成有摆动凸轮表面。摆动凸轮表面与气门支撑部件相接触，用于支撑气门，用以沿升程方向压下气门。在摆动部件上还形成有滑动表面，以便于与驱动凸轮相对。在驱动凸轮与摆动部件之间设置有中间部件。该中间部件与驱动凸轮的凸轮表面以及滑动表面相接触。并且，可变气门操作装置包括联动机构。该联动机构通过与控制轴的旋转的联动而改变中间部件在滑动表面上的位置。滑动表面被形成为朝驱动凸轮弯曲，使得在中间部件所接触的区域范围内，其距凸轮轴中心的距离从距摆动部件的摆动中心的最近点向距摆动部件的摆动中心的最远点增加。摆动凸轮表面包括：非作用表面，该非作用表面距摆动部件的摆动中心的距离是恒定的，而且不使气门上升；以及作用表面，该作用表面被设置为与该非作用表面连续，以致于距摆动部件的摆动中心的距离逐渐变大。随着摆动部件摆动，气门支撑部件在该摆动凸轮表面上的接触位置从该非作用表面转移到该作用表面侧。
在本发明的第一方面中，当控制轴的旋转位置变化时，控制轴的旋转经过联动机构而被传递到中间部件。这样，中间部件在滑动表面上的位置改变。中间部件在滑动表面上的位置改变，从而改变摆动部件的摆动角和初始摆动位置。具体地说，随着中间部件向滑动表面上的前端侧移动，摆动部件的摆动角变小。并且，根据滑动表面的形状，摆动部件倾斜，使得摆动部件的初始摆动位置造成摆动凸轮表面上的气门支撑部件的初始位置离开作用表面。摆动凸轮表面上的气门支撑部件的接触位置随着摆动部件摆动而从非作用表面移动到作用表面的那侧。气门的气门升程量由作用表面上气门支撑部件所要达到的位置来决定。在气门支撑部件保持在作用表面上的过程中，气门工作角由曲轴转角来决定。因此，当摆动部件的摆动角小的时候，气门升程量和工作角减小。而且，摆动凸轮表面上的气门支撑部件的初始位置根据摆动部件的初始摆动位置的改变而离开作用表面。在气门支撑部件在非操作面上移动的过程中，这增加了曲轴转角，还减小了工作角。因此，根据本发明的第一方面，工作角能够根据气门升程量的改变而明显地变化。
当凸轮轴位于相同的旋转位置时，中间部件在滑动表面上的位置改变还改变了中间部件在驱动凸轮表面上的位置。中间部件在驱动凸轮表面上的位置改变导致相对于凸轮轴的相位的摆动部件的摆动正时的改变。从而改变了气门正时。此时，形成为向驱动凸轮侧弯曲的滑动表面的这种设置有助于抑制相对于驱动凸轮表面上的中间部件的位置变化的摆动部件的初始摆动位置的过度改变。因此，根据本发明的第一方面，相对于气门正时的改变的气门升程量和工作角的改变能够被适当地抑制。
从上述内容中，根据本发明的第一方面，通过不仅变化与气门正时相关联的气门升程量和工作角，而且不需要结合使用可变气门正时机构或者即使需要结合使用也不用大量地操作该机构，而使气门升程量、工作角及气门正时之间的关系最优，可以实现理想的气门正时-升程特性。
根据本发明的第二方面，在根据本发明的第一方面的可变气门操作装置中，滑动表面可被形成为使其距凸轮轴中心的距离随着距摆动部件的摆动中心的距离的增大而增大。
根据本发明的第二方面，随着中间部件向滑动表面上的前端侧移动，气门的升程量和工作角变小。因此，气门升程量和工作角的改变与气门正时的改变联动。这可以一对一地设定气门正时、气门升程量和工作角之间的关系。
根据本发明的第三方面，在根据本发明的第一方面或第二方面的可变气门操作装置中，当滑动表面上的中间部件的位置进一步远离摆动部件的摆动中心时，在凸轮轴的相同旋转位置上驱动凸轮与中间部件在圆周方向上的接触位置可移动到该凸轮轴转动方向的上游侧。
当在驱动凸轮的圆周方向上，在凸轮轴的相同旋转位置上与中间部件接触的位置向凸轮轴的转动方向的上游侧移动时，摆动部件的摆动正时提前，使气门正时提前。根据本发明的第三方面，由于气门正时随着中间部件向滑动表面的前端移动而提前，因此能够实现气门正时-升程特性，即允许气门正时响应气门升程量和工作角的减小而提前。
根据本发明的第四方面，在根据本发明的第一方面到第三方面中的任一方面的可变气门操作装置中，中间部件可包括与驱动凸轮的凸轮表面相接触的第一辊以及可相对于第一辊旋转且与滑动表面相接触的第二辊。
根据本发明的第四方面，可变气门操作装置包括作为中间部件的两个辊，每一个辊均可彼此独立地旋转，且第一辊与驱动凸轮的凸轮表面相接触，而第二辊与滑动表面相接触。因此，可以减小传动系统中驱动力从凸轮轴到气门的摩擦损失，从而使气门升程运动更加高效率。
根据本发明的第五方面，在根据本发明的第一方面到第四方面中的任一方面的可变气门操作装置中，摆动部件可以以可旋转方式安装到控制轴上并绕该控制轴摇动。
根据本发明的第五方面，控制轴还可作为用于摆动部件的轴。这样不仅简化了结构，还能提高刚性。
根据本发明的第六方面，在根据本发明的第五方面的可变气门操作装置中，联动机构可包括：被固定在控制轴上的控制部件，且该控制部件在偏心于该控制轴中心的位置处具有枢轴；以及被以可摇摆的方式安装在该枢轴上的连接部件，且该连接部件将中间部件与该控制部件连接起来。
根据本发明的第六方面，固定在控制轴上的控制部件通过连接部件而与中间部件相连，这种简单的设置允许中间部件在滑动表面上的位置变化与控制轴的旋转相关联。
根据本发明的第七方面，在根据本发明的第六方面的可变气门操作装置中，控制部件可被形成为一盘状物，该盘状物中心处于偏心于控制轴的位置上，且连接部件被以可旋转的方式安装在该盘状物的外周表面上。
根据本发明的第七方面，该盘状物用作控制部件，其上偏心于控制轴的位置被限定为它的中心，且连接部件被以可旋转的方式安装在该盘状物的外周边上。因此可以确保较高的刚性，同时可以在高速操作的过程中实现操作稳定性。
根据本发明的第八方面，在根据本发明的第五方面的可变气门操作装置中，联动机构可包括：被以可旋转的方式安装在凸轮轴上的控制部件；安装在该控制部件上的支撑部件，且该支撑部件以能够沿一预定路径移动方式支撑中间部件；以及旋转联动机构，其用来使控制部件绕凸轮轴的旋转与控制轴的旋转联动。
根据本发明的第八方面，支撑中间部件的支撑部件以及控制部件被设置在现有凸轮轴周围。这样允许整个装置被紧凑地构造。
根据本发明的第九方面，在根据本发明的第八方面的可变气门操作装置中，支撑部件可被形成为与控制部件成一体的导向件。
根据本发明的第九方面，支撑部件被构造为与控制部件成一体的导向件。因此，在气门升程运动的过程中，只有摆动部件和中间部件是能够移动的。这样有助于抑制整个可移动部分的惯性质量增加。
根据本发明的第十方面，在根据本发明的第八方面的可变气门操作装置中，支撑部件可被形成为以可绕着偏心于凸轮轴的位置摇动的方式安装在控制部件上的连接部件，且该连接部件提供了控制部件与中间部件之间的连接结合。
根据本发明的第十方面，通过连接部件提供了中间部件与控制部件的连接接合。中间部件能够相对于控制部件可靠地定位。
根据本发明的第十一方面，在根据本发明的第一方面到第十方面中的任一方面的可变气门操作装置中，还可包括第二驱动凸轮、第二摆动部件、第二摆动凸轮表面、第三摆动部件以及联动选择装置。该第二驱动凸轮被设置在凸轮轴上，与上述驱动凸轮并置。第二摆动部件被设置成与上述摆动部件同轴，且能够独立于上述摆动部件摆动。第二摆动凸轮表面形成于第二摆动部件上，并与用于支撑与上述气门并置的第二气门的气门支撑部件相接触，用以沿升程方向压下该第二气门。第三摆动部件被设置成与上述摆动部件同轴，且能够独立于上述摆动部件和第二摆动部件而摆动，并且与第二驱动凸轮的凸轮表面相接触。联动选择装置用来选择性地使第二摆动部件与上述摆动部件或者第三摆动部件联动。
根据本发明的第十一方面，当第二摆动部件与上述摆动部件联动时，与凸轮轴旋转相关联的第二气门的操作特性能够根据控制轴的旋转量而连续变化。另一方面，当第二摆动部件与第三摆动部件联动时，与凸轮轴旋转相关联的第二气门操作特性变得一直恒定。因此，根据本发明的第十一方面，变得可以在气缸中进行涡流控制，或者通过改变两个气门之间的操作特性，来使两气门中的仅一个停止(pause)。
附图说明
图1为显示根据本发明的第一实施例的可变气门操作装置构造的透视图；
图2为显示根据本发明的第一实施例的可变气门操作装置构造的分解透视图；
图3为示意性显示根据本发明的第一实施例的可变气门操作装置构造的前视图；
图4为说明形成滑动表面的一种方法的示意图；
图5为说明形成滑动表面的另一种方法的示意图；
图6示出了由根据本发明的第一实施例的可变气门操作装置执行的大升程操作，其中图(A)中显示了气门开启状态，图(B)显示了气门关闭状态；
图7示出了由根据本发明的第一实施例的可变气门操作装置执行的小升程操作，其中图(A)中显示了气门开启状态，图(B)显示了气门关闭状态；
图8为根据本发明的第一实施例显示可变气门操作装置中摇动辊在摆动凸轮表面上的接触位置与气门升程量之间关系的曲线图；
图9为显示由根据本发明的第一实施例的可变气门操作装置实现的气门的气门升程量与气门正时之间关系的曲线图；
图10为显示由根据本发明的第一实施例的可变气门操作装置实现的气门正时-升程特性的一个例子的曲线图；
图11为显示由根据本发明的第一实施例的可变气门操作装置实现的气门正时-升程特性的另一个例子的曲线图；
图12为示意性地显示根据本发明的第一实施例的可变气门操作装置的调节机构的视图；
图13为示意性地显示常规可变气门操作装置的调节机构的视图；
图14为用来说明根据本发明的第一实施例的可变气门操作装置与常规可变气门操作装置相比的优点的示意图；
图15为用来说明常规可变气门操作装置的问题的示意图；
图16为显示根据本发明的第二实施例的可变气门操作装置构造的透视图；
图17为沿图16中的A向看的侧面正视图；
图18示出了由根据本发明的第二实施例的可变气门操作装置执行的大升程操作，其中图(A)中显示了气门开启状态，图(B)显示了气门关闭状态；
图19示出了由根据本发明的第二实施例的可变气门操作装置执行的小升程操作，其中图(A)中显示了气门开启状态，图(B)显示了气门关闭状态；
图20为显示根据本发明的第三实施例的可变气门操作装置构造的侧面正视图；
图21示出了由根据本发明的第三实施例的可变气门操作装置执行的大升程操作，其中图(A)中显示了气门开启状态，图(B)显示了气门关闭状态；
图22示出了由根据本发明的第三实施例的可变气门操作装置执行的小升程操作，其中图(A)中显示了气门开启状态，图(B)显示了气门关闭状态；
图23为显示根据本发明的第四实施例的可变气门操作装置构造的侧面正视图；
图24示出了由根据本发明的第四实施例的可变气门操作装置执行的大升程操作，其中图(A)中显示了气门开启状态，图(B)显示了气门关闭状态；
图25示出了由根据本发明的第四实施例的可变气门操作装置执行的小升程操作，其中图(A)中显示了气门开启状态，图(B)显示了气门关闭状态。
具体实施方式
第一实施例
本发明的第一实施例将参考图1到15在下文中进行说明。
[根据第一实施例的可变气门操作装置的构造]
图1为显示根据本发明的第一实施例的可变气门操作装置100的构造的透视图。图2为显示该可变气门操作装置100的构造的分解透视图。图3为示意性地显示可变气门操作装置100的构造的前视图。可变气门操作装置100包括摇臂型的机械式气门操作机构。凸轮轴120的旋转运动通过设置在其上的驱动凸轮122、222而被转化为摇臂(气门支撑部件)110、210的摇动运动。而后，该摇动运动被转化为分别由摇臂110、210支撑的气门104、204在竖直方向上的升程运动。
可变气门操作装置100具有用于两个摇臂110、210的两个驱动凸轮122、222。在第一驱动凸轮122与每个摇臂110、210之间设置有调节机构130。该调节机构130使第一驱动凸轮122的旋转运动和每个摇臂110、210的摇动运动进行联动。在第二驱动凸轮222和第二摇臂210之间设置有非调节机构230设置。该非调节机构230使第二驱动凸轮222的旋转运动和第二摇臂210的摇动运动进行联动。
调节机构130连续地变化第一驱动凸轮122的旋转运动与每个摇臂110、210的摇动运动之间的协作连接的状态。该调节机构130包括作为其中主要组成部件的、将在下文中说明的下列部件：控制轴132、控制臂162、连接臂164、第一摆动凸轮臂140、第一辊172、第二辊174以及第二摆动凸轮臂240。控制轴132被设置为平行于凸轮轴120延伸，且相对凸轮轴120固定。控制轴132能由图中未示出的致动器(例如马达等)来控制，从而旋转通过任何旋转位置。
控制臂162一体地固定到控制轴132上。控制臂162在控制轴132的径向上突出。连接臂164被安装在控制臂162的该突出部分上。有两个连接臂164，每个连接臂被设置在控制臂162的任一侧，从而把控制臂162夹在中间。每个连接臂164的近端部分通过销166而以可旋转的方式与控制臂162接合。销166被设置得偏心于控制轴132的中心。
连接臂164沿控制轴132弯曲。右侧连接臂164和左侧连接臂164的前端部分通过连接轴176而彼此连接。第一辊172被设置在右侧连接臂164和左侧连接臂164之间，且被以可旋转的方式支撑在连接轴176上。第二辊174具有小于第一辊172的直径，其被分别设置在相应的左右侧连接臂164的外侧。每个第二辊174都以可旋转的方式支撑在连接轴176上。这就可使两个辊172、174绕着销166摇动，且距销166有一预定距离。驱动凸轮122的驱动凸轮表面124(124a、124b)与第一辊172相接触，且下文中将要说明的滑动表面156与第二辊174相接触。
驱动凸轮表面124包括两个具有彼此不同外形轮廓的凸轮表面。其中之一的凸轮表面为非作用表面124a，其被形成为保持距凸轮轴120的中心预定距离。另一个凸轮表面为作用表面124b，其被形成为使得距凸轮轴120的中心的距离逐渐变大，并在经过顶点部分之后，该距离逐渐变小。在本说明书中，当对非作用表面124a和作用表面124b不加区别时，则将它们简单地称为驱动凸轮表面124。
第一摆动凸轮臂140包括第一臂部分150A、第二臂部分150B以及结合部分154。第一臂部分150A和第二臂部分150B配成一对，并被设置为在其相应侧上把控制臂162夹在中间。结合部分154与右左侧臂部分150A、150B的前端相结合。右左侧臂部分150A、150B被设置成面向驱动凸轮122的转动方向的上游侧。这两个臂部分150A、150B被布置成一体地绕控制轴132摇动。在本说明书中，当对第一臂部分150A和第二臂部分150B不加区别时，则将它们简单地称为臂部分150。
每个臂部分150都包括滑动表面156，该滑动表面156与第二辊174接触，形成在其对着凸轮轴120的一侧。滑动表面156逐渐地向驱动凸轮122侧弯曲。而且，滑动表面156被形成为使得在第二辊174所接触的区域范围内，其距驱动凸轮122中心的距离从距控制轴132的最近点向距控制轴132的最远点增加。例如，以下两种方法可以用来把滑动表面156形成为上述形状。参考图4，第一种方法是在第二辊174最接近控制轴132的情况下(在以下将要说明的大升程量和大工作角的过程中)，从控制轴132侧向前端侧，使形成滑动表面156的圆弧的中心远离凸轮中心。该圆弧的直径R为恒定的，而与滑动表面156上的位置无关。参考图5，第二种方法是在第二辊174最接近控制轴132的情况下(在以下将要说明的大升程量和大工作角的过程中)，从控制轴132侧向前端侧逐渐增大滑动表面156的直径(距驱动凸轮122中心的距离)。例如，参考图5所示的两个直径R1、R2，直径R2大于直径R1。此外，滑动表面156的整个区域不需要形成为使得距驱动凸轮122中心的距离在距控制轴132中心的更大距离处增加。滑动表面156可包括形成有距驱动凸轮中心恒定距离的区域。实际上，滑动表面156应形成为使得整体上距驱动凸轮122中心的距离从最近点向最远点增加。
臂部分150包括形成于与其滑动表面156相对的那侧上的摆动凸轮表面152(152a、152b)。摆动凸轮表面152为具有作为凸轮中心的第一摆动凸轮臂140的摆动中心的凸轮表面。摆动凸轮表面152包括具有彼此不同的外形轮廓的非作用表面152a和作用表面152b。非作用表面152a被设置在臂部分150的轴线中心的那侧上。非作用表面152a具有保持距控制轴132的中心的恒定距离。另一作用表面152b被设置在臂部分150的前端的那侧上。作用表面152b与非作用表面152a相连接，使得两者在相连接处平滑连续。而且，作用表面152b被形成为使得距控制轴132的中心的距离(即凸轮高度)向着臂部分150的前端逐渐变大。在本说明书中，当对非作用表面152a和作用表面152b不加区别时，则将它们简单地称为摆动凸轮表面152。
每个臂部分150还包括弹簧座表面158，图中未示出的空动弹簧(lost motion spring)钩在该表面158上。弹簧座表面158形成于沿与臂部分150延伸的方向相反的方向的非作用表面152a的后部。空动弹簧为压缩弹簧。空动弹簧产生的压力作用在该弹簧座表面158上。作用在弹簧座表面158上的压力作为将滑动表面156通过摆动凸轮臂140而压在第二辊174上的力。此外，作用在弹簧座表面158上的压力作为将第一辊172通过连接轴176而压在驱动凸轮表面124上的力。这样，第一辊172和第二辊174被要定位的滑动表面156和驱动凸轮表面124从两侧夹紧。
第一摇臂110被设置在第一臂部分150A的下方。第一摇臂110包括设置为相对摆动凸轮表面152的摇动辊112。摇动辊112以可旋转的方式安装在第一摇臂110的中间部分。用来支撑气门104的气门轴102被安装在第一摇臂110的一端。第一摇臂110的另一端由液压间隙调节器106以可旋转的方式支撑。气门轴102在气门关闭的方向上被挤压，即由未示出的气门弹簧将第一摇臂110向上推的方向。第一摇臂110由气门轴102支撑，承受气门弹簧的力。第一摇动辊112通过液压间隙调节器106而被压在第一臂部分150A的摆动凸轮表面152上。
第二摆动凸轮臂240被设置与第一摆动凸轮臂140的第二臂部分150B的那侧相邻，且以可旋转的方式安装在控制轴132上。第二摆动凸轮臂240包括形成于其上的摆动凸轮表面252(252a、252b)。摆动凸轮表面252为具有作为凸轮中心的第二摆动凸轮臂240的摆动中心的凸轮表面。摆动凸轮表面252包括具有彼此不同外形轮廓的非作用表面252a和作用表面252b。第二摆动凸轮臂240的摆动凸轮表面252形成为具有与第一摆动凸轮臂140的摆动凸轮表面152相同的外形轮廓。在本说明书中，当对非作用表面252a和作用表面252b不加区别时，则将它们简单地称为摆动凸轮表面252。
第二摇臂210被设置在第二摆动凸轮臂240的下方。第二摇臂210包括设置为对着摆动凸轮表面252的摇动辊212。摇动辊212以可旋转的方式安装在第二摇臂210的中间部分。用来支撑第二气门204的气门轴202安装在该第二摇臂210的一端。第二摇臂210的另一端由图中未示出的液压间隙调节器以可旋转的方式支撑。气门轴202在气门关闭的方向上被挤压，即由图中未示出的气门弹簧将第二摇臂210向上推的方向。第二摇臂210由气门轴202支撑，承受气门弹簧的力。第二摇动辊212通过液压间隙调节器而被压在第二摆动凸轮臂240的摆动凸轮表面252上。
第二摆动凸轮臂240包括形成于其中的销孔256。第一摆动凸轮臂140的第二臂部分150B也包括形成于其中的销孔142，该销孔142位于与销孔256的位置相对应的位置。两个销孔256、142通过销290而结合起来，从而使第二摆动凸轮臂240和第一摆动凸轮臂140成为一体，允许第二摆动凸轮臂240和第一摆动凸轮臂140绕控制轴132一体地旋转。
非调节机构230使第二驱动凸轮222的旋转运动与第二摇臂210的摇动运动以预定的关系联动。该非调节机构230包括空动(lostmotion)臂(第三摆动部件)260、凸轮辊262以及第二摆动凸轮臂240。
空动臂260被设置为邻接第二摆动凸轮臂240，从而把第二摆动凸轮臂240夹在空动臂260和第一摆动凸轮臂140之间。空动臂260以可旋转的方式安装在控制轴132上。第二驱动凸轮222被设置为与空动臂260相对。
空动臂260包括形成于其中的销孔264。该销孔264和第二摆动凸轮臂240中的销孔256通过销290而结合起来，使得第二摆动凸轮臂240与空动臂260成为一体，允许第二摆动凸轮臂240和空动臂260绕控制轴132一体地摇动。要注意的是销290由诸如液压致动器沿轴向驱动，选择性地插入空动臂260中的销孔264中或第一摆动凸轮臂140中的销孔142中。
凸轮辊262以可旋转的方式安装在空动臂260上。由图中未示出的空动弹簧所产生的压力作用在该空动臂260上。凸轮辊262通过该作用力而被压在第二驱动凸轮222的驱动凸轮表面224(224a、224b)上。凸轮辊262被设置为使得当空动臂260与第二摆动凸轮臂240结合时，在大升程量的过程中，相对于摆动凸轮表面252的凸轮辊262的位置与相对于摆动凸轮表面152的第一辊172的位置一致(图6所示的位置)。
驱动凸轮表面224包括具有彼此不同的外形轮廓的非作用表面224a和作用表面224b。第二驱动凸轮222的驱动凸轮表面224具有与第一驱动凸轮122的驱动凸轮表面124的相同的外形轮廓。在本说明书中，当对非作用表面224a和作用表面224b不加区别时，则将它们简单地称为驱动凸轮表面224。
[由根据第一实施例的可变气门操作装置执行的操作]
可变气门操作装置100的操作将参考图6至11在下文中进行说明。
(1)由可变气门操作装置执行的气门升程操作
在可变气门操作装置100中，第一气门104的升程运动与第一驱动凸轮122的旋转运动联动。可变气门操作装置100的第一气门104的升程操作将参考图6在下文中说明。在图中，(A)显示了第一气门104(图6中被省略)在升程操作的过程中关闭时的可变气门操作装置100的状态。(B)显示了气门104在升程操作的过程中开启时的可变气门操作装置100的状态。
在可变气门操作装置100中，第一驱动凸轮122的旋转运动首先被输入到与驱动凸轮表面124相接触的第一辊172。第一辊172绕着销166与同轴并一体设置的第二辊174一起摇动。该运动被输入到支撑第二辊164的摆动凸轮臂150的滑动表面156。此时，驱动凸轮表面124和滑动表面156之间存在速度差。但是，由于两个辊172、174能够彼此独立地旋转，因此可减小在驱动力传递过程中的摩擦损失。滑动表面156通过空动弹簧(未示出)的压力而一直被压在第二辊174上。因此，摆动凸轮臂140根据通过第二辊174而传递的驱动凸轮122的旋转绕着控制轴132摇动。
更具体地说，当凸轮轴120从图6(A)所示的状态旋转时，驱动凸轮表面124上的第一辊172的接触位置P1从非作用表面124a转移到作用表面124b，如图6(B)所示。第一辊172被驱动凸轮122相对地向下压，且摆动凸轮臂140的滑动表面156被与该第一辊172成为一体的第二辊174向下压。这样，摆动凸轮臂140绕控制轴132沿图中顺时针方向旋转。随着凸轮轴120进一步旋转，且驱动凸轮表面124上的第一辊172的接触位置P1移动经过作用表面124b的顶点部分，此时在空动弹簧和气门弹簧的压力作用下，摆动凸轮臂140绕控制轴132沿图中逆时针方向旋转。
摆动凸轮臂140绕控制轴132的旋转改变了摆动凸轮表面152上摇动辊112的接触位置P3。在图中，摆动凸轮表面152上的摇动辊112的接触位置由参考标记P3i和P3f表示。这是为了将下文中将要说明初始接触位置P3i和最终接触位置P3f区别开。在本说明书中，摆动凸轮表面152上的摇动辊112的接触位置通常被称为接触位置P3。
参考图6(A)，如果摇动辊112与非作用表面152a接触，则该非作用表面152a与控制轴132的中心之间的距离保持恒定不变。因此，不管接触位置如何，摇动辊112的空间位置均没有改变。因此，第一摇臂110不摇动，这样就将第一气门104保持处于一预定的位置。可变气门操作装置100的组成部件中的位置关系被调节为使得当摇动辊112与非作用表面152a接触时，气门104关闭。
参考图6(B)，当摆动凸轮表面152上摇动辊112的接触位置P3从非作用表面152a改变到作用表面152b时，第一摇臂110根据作用表面152b距控制轴132中心的距离而被向下压。而后第一摇臂110绕着由液压间隙调节器106的支撑点顺时针摇动，由此第一气门104通过第一摇臂110而被向下压，并开启。
当气门104进行升程运动时，气门弹簧的作用力从摇动辊112的中心向凸轮轴120的中心作用。例如，如果摆动凸轮臂140与其它部件的接触位置P2、P3相连的连线方向偏离，此时，从气门弹簧的反作用力的作用方向上，摆动凸轮臂140作为横梁元件传递力。但是，必须确保由横梁元件传递力的挠曲刚性。如果可变气门操作装置100在不能保证足够的刚性的状态下高速操作，则由于惯性力，摆动凸轮臂140中会出现挠曲。摆动凸轮臂140的挠曲会导致这样的问题，如由于较早就座(early seating)所造成的气门104的跳动，气门104开启过程中的升程量减小，以及气门的关闭失灵。还有这样的可能性，即气门104将会由于使其就座时的跳动所造成的冲击载荷而损坏，或者由横梁元件产生的瞬间力矩载荷会加快轴承的磨损。而且，加厚摆动凸轮臂140以达到横梁元件的刚性的必要性会导致重量增加。重量的增加增大了驱动力传递系统内的摩擦，使燃油经济性恶化。
图6显示了可变气门操作装置100的操作使得第一气门达到最大升程的状态。图6(B)为显示在最大升程过程中的单独部件中位置关系的视图。气门弹簧的反作用力在图6(B)所示的最大升程下达到最大。如图中所示，可变气门操作装置100的单独部件被设计为使得驱动凸轮表面124上的第一辊172的接触位置P1、滑动表面156上的第二辊174的接触位置P2以及摆动凸轮表面152上的摇动辊112的接触位置P3，在最大升程过程中在连接凸轮轴120的中心和摇动辊112的中心的直线(气门弹簧的反作用力的作用线)上大致对齐。这样，在相应的成对单独部件之间的接触位置P1、P2和P3大致与气门弹簧的反作用力的作用线对齐。这样的布置消除了单独部件中由横梁元件所产生的力的传递，有助于提高整个装置的刚性。
参考图6(A)，在可变气门操作装置100中，连接臂164的摇动中心(销166)的位置被调节为使得即使当气门104关闭时，也使相应的成对单独部件之间的接触位置P1、P2和P3并不很大程度地偏离出连接凸轮轴120中心和摇动辊112中心的直线。这允许驱动力在从气门104升程开始到最大升程的时间中有效率地从凸轮轴120传递到摇动辊112。
(2)由可变气门操作装置执行的气门升程量改变操作
改变可变气门操作装置100的第一气门104(见图1；在图6和7中省略)的气门升程量的操作将随后参考图6和7说明。图7显示了可变气门操作装置100的操作使第一气门104具有小升程的状态。如上所述，图6显示了可变气门操作装置100的操作使第一气门104具有最大升程的状态。在每个图中，(A)显示了气门104在升程操作过程中关闭的可变气门操作装置100的状态。(B)显示了气门104在升程操作过程中开启的可变气门操作装置100的状态。
当气门升程量从图6所示的气门升程量改变到图7所示的气门升程量时，控制轴132在图6(A)所示的状态下以可旋转的方式驱动，从而以旋转方式将销166的位置C1移动到图7(A)中所示的位置。连接臂164把第一辊172和第二辊174保持在距销166的位置C1的一预定距离的相对应位置上。因此，随着销166的位置C1移动，第二辊174沿着滑动表面256在离开控制轴的方向上从图6(A)中所示的位置移动到图7(A)中所示的位置。同时，第一辊172沿着驱动凸轮表面124移动到其旋转方向上的上游侧。
第二辊174在远离控制轴132的方向上的移动使得摆动凸轮臂140的摆动中心C0与滑动表面156上的第二辊174的接触位置P2之间的距离较长。这样减少了摆动凸轮臂140的摆动角。这是因为摆动凸轮臂140的摆动角与摆动中心和摆动输入点之间的距离成反比。参考每幅图中的图(B)，当驱动凸轮表面124上的第一辊172的接触位置P1位于作用表面124b的顶点部分时，第一气门104的升程量变得最大。第一气门104的气门升程量由处于具体时间点的摆动凸轮表面152上的摇动辊112的接触位置P3f(以下称为最终接触位置)来决定。图8为显示摆动凸轮表面152上的摇动辊112的位置与气门升程量之间关系的曲线图。如该图中所示，最终接触位置P3f由每幅图的图(A)中所示的摆动凸轮臂140的摆动角和摆动凸轮表面152上的摇动辊112的接触位置P3i(以下称为初始接触位置)来决定。
在根据本实施例的可变气门操作装置100中，滑动表面156形成为使得距摆动中心C0的距离越大，距驱动凸轮122的凸轮基圆(非作用表面124a)的距离越大。因此，上述的接触位置P2移动得距摆动凸轮臂140的摆动中心C0越远，则摆动凸轮臂140在滑动表面156接近驱动凸轮表面124的方向上的倾斜度越大。在图中，摆动凸轮臂140绕控制轴132逆时针旋转。如图7(A)中所示，摆动凸轮表面152上的摇动辊112的初始接触位置P3i在远离作用表面152b的方向上移动。
通过如上所述旋转控制轴132，摆动凸轮臂140的摆动角减小，且初始接触位置P3i在远离作用表面152b的方向上移动。这样，由摇动辊112达到的最终接触位置P3f在图8所示的非作用表面152a的那侧上移动。这样减小了气门104的气门升程量。摇动辊112保持位于非作用表面152a上所经过的时间(曲轴转角)为气门104的工作角；但是，最终接触位置P3f在非作用表面152a的那侧上的移动也减小了气门104的工作角。而且，当凸轮轴处于相同的旋转位置时，第一辊172在凸轮轴120的旋转方向上移动到上游侧引起驱动凸轮表面124上的第一辊172的接触位置P1向驱动凸轮122的转动方向的上游侧移动。这样就提前了与凸轮轴120的相位相关联的摆动凸轮臂140的摆动正时，从而导致气门正时(最大升程正时)提前。
图9为显示由可变气门操作装置100所获得的气门104的气门升程量和气门正时之间关系的曲线图。如图中所示，根据可变气门操作装置100，气门正时可被延迟，同时工作角能与气门104的气门升程量的增加相关联而增加。另一方面，根据可变气门操作装置100，气门正时可被提前，同时工作角能与气门104的气门升程量的减小相关联而减小。需注意的是，如图9所示，气门104的开启正时由气门正时和工作角来决定。参考图9，随着气门升程量从最大升程减小，工作角从θ2减小到θ3。当气门正时提前θ1时，气门104的开启正时的延迟量Δθ由以下等式(1)给出：
Δθ＝(θ2-θ3)/2-θ1..(1)
如以上等式(1)所示，参考在最大升程量下的开启正时的气门104的开启正时的延迟量Δθ能够通过适当地设定工作角的改变量以及气门正时的改变量来调节。因此，假设例如气门104为进气门，如图10中所示，则把开启正时提前更多来以更大的升程量和更多的工作角来增加与排气门的气门重叠是适当的。把开启正时延迟更多来以更小的升程量和更小的工作角来减小与排气门的气门重叠也是适当的。再参考图11，使开启正时恒定而与气门升程量或工作角无关也是适当的。
对于汽油发动机的进气门的控制，优选应用如图10中所示的气门正时-升程特性。在汽油发动机中，需要以高速下频繁使用的大升程和大工作角提前开启正时。这代表了在高速运行期间需要较大的重叠，以便于通过诸如进气惯性和排气震动的动力学效应提高负荷效率。另一方面，开启正时在低速下以较小的升程和较小的工作角被延迟。这是因为在低速下，重叠的存在增加了残留气体，因而降低了负荷效率。根据本实施例的可变气门操作装置100能够实现如图10中所示的气门正时-升程特性，而不必使用诸如VVT等的气门正时控制机构。具体地说，气门正时的提前量θ1被设定为小于工作角改变量(θ2-θ3)的1/2的值。
优选地采用图11中所示的用于柴油发动机的进气门控制的气门正时-升程特性。当需要具有高压缩比的紧凑燃烧室时，活塞不能配有气门凹槽。因此，为了满足避免活塞冲击(stamp)的可能性的需求，柴油发动机具有使开启正时一直保持恒定而与气门升程量或工作角无关的需求。根据本实施例的可变气门操作装置100能够实现如图11中所示的气门正时-升程特性。具体地说，气门正时的提前量θ1被设定为工作角改变量(θ2-θ3)的1/2。要注意的是，除了上述的需求，还有另一个需求，即为了提高冷起动过程中的起动性能而延迟开启正时。这是因为气缸内的负压能被用来增加进气流速，且从中产生的能量能被用来增加温度。因此，如果除了可变气门操作装置100，还配有诸如VVT等的气门正时控制机构，该气门正时控制机构在如图11中所示的大部分起动过程中可用来延迟气门正时。
(3)由可变气门操作装置执行的联动选择操作
可变气门操作装置100中的第二气门204运行的联动选择操作将参考图3在随后进行说明。
与第二气门204的升程运动进行联动的部分能够通过选定销290插入的部分而选择性地在第一驱动凸轮122和第二驱动凸轮222之间改变。根据本实施例，联动选择装置由销290、每个销孔142、464以及图中未示出的用于驱动销290的致动器形成。
当销290插入第一摆动凸轮臂140的销孔142时，第二摆动凸轮臂240与第一摆动凸轮臂140联动。而后第二气门204的升程运动通过与第一气门104的升程运动相同的方式而与第一驱动凸轮122关联。第二摆动凸轮臂240的摆动凸轮表面252具有和第一摆动凸轮臂140的摆动凸轮表面152相同的凸轮外形轮廓。因此，第二气门204使其升程运动具有与第一气门104相同的操作特性。
在这种情况下，第二气门204具有可变的操作特性。控制轴132的旋转位置的变化同时改变了滑动表面156上第二辊174的接触位置P2和驱动凸轮表面124上第一辊172的接触位置P1。这样，第二气门204的气门升程量变化与气门正时相关联。
另一方面，当销290插入的部分从第一摆动凸轮臂140上的销孔142改变到空动臂260上的销孔264时，第二摆动凸轮臂240与空动臂260联动。而后第二气门204的升程运动与第二驱动凸轮222的升程运动相关联。在大升程过程中，相关摆动凸轮表面252的凸轮辊262的位置与相关摆动凸轮表面152的第一辊172的位置相同。因此，在大升程过程中，第二气门204使升程运动产生第一气门104的操作特性。
在这种情况下，尽管第一气门104的操作特性是可变的，且气门升程量也可变，但是第二气门204的操作特性被固定为恒定的气门升程量。因此，如果第一气门104和第二气门204为同一气缸的进气门，则改变第一气门104的气门升程量从而控制两个气门104、204之间的气门升程量的差异允许气缸内的混合气体流动被控制(涡流控制)。如果在小升程过程中第一气门104的气门升程量被设定为零，则还可以仅使第二气门204吸入混合气体，而中止第一气门104的升程运动。[根据第一实施例的可变气门操作装置的优点]
如上文所述，根据本实施例的可变气门操作装置100，控制轴132被以可旋转的方式驱动，以变化驱动凸轮134的旋转位置，从而改变滑动表面上的第二辊174的接触位置P2以及驱动凸轮表面124上的第一辊172的接触位置P1。这样可依次使气门104的气门升程、工作角以及气门正时彼此相关的变化。
在这种情况下，将滑动表面156形成为曲面有助于抑制摆动凸轮臂140的初始摆动位置相对于驱动凸轮表面124上第一辊172的位置改变过度地改变。图12至15是为了更好理解而说明根据本实施例的可变气门操作装置100的优点的示意图，具体地说，这些图用来说明把滑动表面156形成为曲面的优点。图12为示意性地显示根据本实施例的可变气门操作装置100的调节机构的视图。图13为示意性地显示常规可变气门操作装置的调节机构的视图。两种调节机构中通用的部分由相同的参考数字标记。在每种机构中，在相对于凸轮轴12且平行于该凸轮轴12延伸的固定位置处设有控制轴2，该凸轮轴12包括形成在其上的驱动凸轮表面14。控制轴2包括固定在控制轴2上并与该控制轴2一起旋转的控制部件4以及以可摇动的方式安装在该控制轴2上的摆动部件8。摆动部件8包括形成于相对着凸轮轴12的一侧上的滑动表面10或20。如图12所示的机构中，滑动表面10为在凸轮轴12的旋转方向上弯曲的曲面。另一方面，在图13所示的机构中，滑动表面20为扁平表面。
有中间辊(中间部件)16设置在滑动表面10或20与驱动凸轮表面14之间。中间辊16既和滑动表面10或20接触，也和驱动凸轮表面14相接触。中间辊16由连接部件6来定位。借助于控制部件4，连接部件6的摇动中心C1定位于偏心于控制轴2的中心C0的位置。连接部件6保持中间辊16距摇动中心C 1的预定距离。
根据本实施例的可变气门操作装置100的凸轮轴120对应于图12所示的机构的凸轮轴12。类似地，驱动凸轮122的驱动凸轮表面124对应于驱动凸轮表面14。控制轴132对应于控制轴12，且控制臂162对应于控制部件4。类似的，摆动凸轮臂140对应于摆动部件8，且滑动表面156对应于滑动表面10。第一辊172和第二辊174对应于中间辊16，且连接臂164对应于连接部件6。
在图12和13所示的机构中，控制轴2被驱动使其以可旋转的方式将控制部件4从实线所示位置移动到虚线所示位置。控制部件4的旋转运动引起由控制部件4所定位的连接部件6的摇动中心C1绕控制轴2作旋转运动。中间辊16被夹在驱动凸轮表面14和滑动表面10或20之间。而且，连接部件6保持中间辊16距摇动中心C1的预定距离。这样，根据摇动中心C1的移动，中间辊16在滑动表面10与驱动凸轮表面14之间从实线所示的位置移动到虚线所示的位置。当凸轮轴12处于相同的旋转位置时，滑动表面10或20上的中间辊16的位置和驱动凸轮表面14上的位置彼此相关联地变化。
此时，中间辊16移动，同时被夹在驱动凸轮表面14与滑动表面10或20之间。因此，根据中间辊16的移动路径与滑动表面10或20的所处位置之间的关系，滑动表面10或20的位置随着中间辊16的移动路径而变化。这产生了摆动部件8的初始倾斜角的变化。
在图13所示的机构中，在中间辊16的移动路径沿驱动凸轮表面14为圆弧形时，滑动表面20为扁平表面。滑动表面20所在的位置与中间辊16的移动路径不一致，从而造成滑动表面20的位置较大地改变，以便于与中间辊16的移动路径相配合。因此，如图7中的虚线所示，摆动部件8的初始倾斜角产生变化Δθ。这样，气门的气门升程量产生较大的改变。
另一方面，如图12所示的机构中，滑动表面10形成为在凸轮轴12的旋转方向上弯曲的曲面。与图13中的扁平的滑动表面20相比，中间辊16的移动路径与滑动表面10所处位置之间的偏离更小。图12显示了一种具体的情况，即滑动表面10形成为与凸轮轴12同心的弧。在这种情况下，中间辊16的移动路径与滑动表面10所在的位置一致。这消除了当中间辊16移动时，滑动表面10的位置上可产生的其它任何变化。因此，摆动部件8的初始倾斜角保持在预定的位置，防止了气门的气门升程量由初始倾斜角的变化而引起变化。
图14为根据本实施例的可变气门操作装置100和常规可变气门操作装置之间比较气门升程量的改变量相对于所需的气门正时改变量的曲线图。如图中所示，在常规可变气门操作装置中，如果使小升程下的气门升程量相同，则在大升程下的气门升程量变得过分地大(设置A)。另一方面，在常规可变气门操作装置中，如果使大升程下的气门升程量相同，则在小升程下的气门升程量变得过于地小(设置B)。从该图中可知，根据本实施例的可变气门操作装置100，可防止气门升程量的改变量相对于所需的气门正时的改变量变得过分地大。
但应该注意的是，如果调节凸轮轴12和控制轴2之间的位置关系，则即使在常规的可变气门操作装置中，也能防止气门升程量的改变量变得过分地大。更具体地说，参考图15，大升程下的中间辊16的位置(虚线表示的位置)根据小升程下的滑动表面20的位置来确定，从而确保在小升程下和大升程下之间摆动部件8的初始倾斜角不变。然后相应地确定凸轮轴12的位置。图15比较了通过上述的位置调节而确定的凸轮轴12的位置(实线表示的位置)与对应于根据本实施例的可变气门操作装置100的凸轮轴12的位置(虚线表示的位置)。
但是，通过图15所示的凸轮轴12的两个位置之间的比较，可知以下的分析。具体来说，在常规可变气门操作装置中，即使能够防止气门升程量的改变量变得过分地大，但凸轮轴12和控制轴2之间的距离W变大，且凸轮轴12的高度H变大。具体来说，装置尺寸增加。从这一方面，根据本实施例的可变气门操作装置100能防止气门升程量的改变量变得过分地大，从而在没有增加装置尺寸的情况下实现了所期望的操作特性。
如上文所述，根据本实施例的可变气门操作装置100能抑制与气门正时改变相关联的气门升程量的过度地改变。这样，不需要结合使用诸如VVT等的可变气门正时机构，或者即使结合使用也不需要大量地操作该机构，就能实现如图10或11中所示的理想的气门正时-升程特性。
此外，根据本实施例的可变气门操作装置100，与第二气门204的升程运动联动的那部分能够通过选择销290所插入的部分而选择性地在第一驱动凸轮122和第二驱动凸轮222之间变换。如果第二气门204的升程运动与第一驱动凸轮122联动，则使第二气门204的操作特性与第一气门104的一致。而后，可以以和第一气门104相同的方式来变化彼此相关联的第二气门的气门升程量和气门正时。如果第二气门204的升程运动与第二驱动凸轮222联动，则能够通过控制两气门104、204的气门升程量的差异，并结合确定的第二气门204的操作特性来实现涡流控制或气门中止(pause)。
第二实施例
本发明的第二实施例将参考图16至19在下文中说明。
[根据第二实施例的可变气门操作装置的构造]
图16为显示根据本发明的第二实施例的可变气门操作装置300的构造的透视图。图17为从图16中的A向看的侧面前视图。该可变气门操作装置300包括摇臂型的机械式气门操作机构。凸轮轴320的旋转运动通过设置在凸轮轴320上的驱动凸轮322而被转化为摇臂(气门支撑部件)310的摇动运动。该运动又被转化为由摇臂310支撑的气门304在垂直方向上的升程运动。
如同在第一实施例中，可变气门操作装置300具有设置在驱动凸轮322与摇臂310之间的调节机构330。调节结构330使摇臂310的摇动运动和驱动凸轮322的旋转运动联动。调节机构330包括以下将说明的作为其中主要组成部件的控制轴332、偏心盘334、摆动凸轮臂340、偏心臂360、第一辊362以及第二辊364。控制轴332被设置为平行于凸轮轴320延伸且相对于该凸轮轴320固定。图中未示出的致动器(例如马达)与控制轴332相连。内燃机的ECU(电子控制单元)能够通过控制致动器而把控制轴332的旋转位置调节到任何一个任意值。
偏心盘334被一体地固定到控制轴332上，且其中心C1相对于控制轴332的中心C0被偏心地安装。偏心臂360被安装在偏心盘334的外周边上。偏心臂360为可绕该偏心盘334自由旋转的旋转体。偏心盘334和偏心臂360的组被成对地设置，每一对都在控制轴332的轴向上彼此间隔开。(在在图17中仅显示了后侧的偏心盘334和偏心臂360，而省略了前侧的偏心轴和偏心轴臂。)
第一辊362和第二辊364被设置在右左侧偏心臂360、360之间。偏心臂360具有在偏心盘334的径向上延伸的臂部分366。右左侧臂部分366以可旋转的方式支撑每个辊362、364的两个轴端。这样可使两个辊362、364绕偏心盘334摇动，同时保持距偏心盘334的中心的预定距离。两个辊362、364在偏心盘334的圆周方向上大致被设置成列。设置在上端的第一辊362紧靠在驱动凸轮322的驱动凸轮表面324(324a、324b)上。设置在下端的第二辊364紧靠在随后将说明的摆动凸轮臂340的滑动表面356上。
驱动凸轮表面324包括具有彼此不同外形轮廓的两个凸轮表面。两凸轮表面之一的非作用表面324a形成为距凸轮轴320的中心保持预定的距离。两凸轮表面中另一个的作用表面324b形成为使得距凸轮轴320中心的距离逐渐增大且经过顶点之后逐渐减小。在本说明书中，当对非作用表面324a和作用表面324b不加区别时，则将它们简单地称为驱动凸轮表面324。
摆动凸轮臂340被设置在两个偏心盘334之间。摆动凸轮臂340包括支承部分342和凸轮部分350。支承部分342以可旋转的方式安装在控制轴332的外周边上。凸轮部分350悬挂在支承部分342上。凸轮部分350一体地与支承部分342相连接。凸轮部分350包括三个主表面：摆动凸轮表面352(352a、352b)、滑动表面356以及弹簧座表面358。
在凸轮部分350包括的三个表面中，滑动表面356和弹簧座表面358形成为从支承部分342延伸出。滑动表面356形成于相对着驱动凸轮322的那侧上。弹簧座面表358形成于相反侧上。滑动表面356略微向驱动凸轮322的那侧弯曲。而且，滑动表面356形成为使得距驱动凸轮322的凸轮基圆(非作用表面324a)的距离从距作为摆动中心的控制轴132的中心处起增大。如前文所述，第一辊362和第二辊364被设置在滑动表面356和驱动凸轮表面324之间。前端被固定在一空间内的空动弹簧390的近端钩在弹簧座表面358上。空动弹簧390为压缩弹簧。来自空动弹簧的压缩力作用在弹簧座表面358上。
作用在弹簧座表面358上的压缩力作为通过摆动凸轮臂340使滑动表面356向上压在第二辊364上的力。此外，作用在弹簧座表面358上的压缩力还作为通过偏心臂360使第一辊362向上压在驱动凸轮表面324上的力。这样，第一辊362和第二辊364被滑动表面356和驱动凸轮表面324从两侧夹紧，并从而被定位。
摆动凸轮表面352形成为使滑动表面356的前端和弹簧座表面358的前端相连接。摆动凸轮表面352为具有作为凸轮中心的摆动凸轮臂340的摆动中心的凸轮表面。摆动凸轮表面352包括具有彼此不同外形轮廓的非作用表面352a和作用表面352b。非作用表面352a为凸轮基圆的外周表面，其被形成为距控制轴332的中心C0具有恒定距离。另一个作用表面352b被设置在从非作用表面352a看由空动弹簧390的压缩力所引起的摆动凸轮臂340的旋转方向上(图17中绕控制轴332的逆时针方向)。作用表面352b和非作用表面352a相接从而平滑连续。而且，作用表面352b形成为使得距控制轴332的中心C0的距离(即凸轮高度等)朝上述的旋转方向逐渐变大。在本说明书中，当对非作用表面352a和作用表面352b不加区别时，则将它们简单地称为摆动凸轮表面352。
摇臂310的摇动辊312被设置为使其相对着摆动凸轮表面352。摇动辊312以可旋转的方式安装在摇臂310的中间部分上。用来支撑气门304的气门轴302被安装在摇臂310的一端。摇臂310的另一端由液压间隙调节器306以可旋转的方式支撑。气门轴302在关闭方向上被挤压，即通过图中未示出的气门弹簧将摇臂310向上推的方向。摇臂310由气门轴302支撑，承受气门弹簧的力。摇动辊312通过液压间隙调节器306而被压在摆动凸轮表面352上。
[由根据第二实施例的可变气门操作装置执行的操作]
可变气门操作装置300的操作将参考图18至19在下文中说明。(1)由可变气门操作装置执行的气门升程操作
可变气门操作装置300的升程操作将参考图18在下文中说明。在图中，(A)显示了气门304(见图17；图18中省略)在升程操作过程中关闭的可变气门操作装置300的状态。(B)显示了气门304在升程操作过程中开启的可变气门操作装置300的状态。
在可变气门操作装置300中，驱动凸轮322的旋转运动首先通过与驱动凸轮表面324相接触的第一辊362而被输入到偏心臂360。假设图中驱动凸轮322从滑动表面356的前端那侧向控制轴332那侧顺时针旋转。偏心臂360由固定于一空间内的一位置的偏心盘334以可旋转的方式支撑。因此，偏心臂360根据所输入的驱动凸轮322的旋转运动而绕偏心盘334摇动。偏心臂360的摇动运动通过第二辊364而被输入到摆动凸轮臂340的滑动表面356。滑动表面356通过空动弹簧390(见图17；图18中忽略)的压缩力而一直压在第二辊364上。因此，摆动凸轮臂340根据偏心臂360的摇动运动绕控制轴332摇动。
更具体地说，当凸轮轴320从图18(A)所示的状态旋转时，驱动凸轮表面324上的第一辊362的接触位置P1从非作用表面324a转到图18(B)所示的作用表面324b。偏心臂360被驱动凸轮322相对向下压，且摆动凸轮臂340的滑动表面356被偏心臂360相对向下压。这样，摆动凸轮臂340绕控制轴332沿图中的顺时针方向旋转。当凸轮轴320进一步旋转，且驱动凸轮表面324上第一辊362的接触位置P1经过作用表面324b的顶点部分时，此时摆动凸轮臂340通过空动弹簧和气门弹簧的力而绕控制轴332沿图中的逆时针方向旋转。
摆动凸轮臂340绕控制轴332的旋转使摆动凸轮表面352上摇动辊312的接触位置P3变化。在图中，摆动凸轮表面352上摇动辊312的接触位置由参考数字P3i和P3f表示。这是为了将下文中将要说明初始接触位置P3i和最终接触位置P3f区别开。在本说明书中，摆动凸轮表面352上的摇动辊312的接触位置通常被成为接触位置P3。
参考图18(A)，如果摇臂312与非作用表面352a接触，则非作用表面352a与控制轴332的中心之间的距离保持恒定不变。因此，不管接触位置如何，摇动辊312的空间位置都没有改变。因此第一摇臂310不摇动，从而保持气门304处于预定的位置。在可变气门操作装置300中，不同组成部件中的位置关系被调节为使得：当摇动辊312与非作用表面352a接触时，气门304关闭。
参考图18(B)，当摆动凸轮表面352上摇动辊312的接触位置P3从非作用表面352a改变到作用表面352b时，摇臂310根据作用表面352b距控制轴332中心的距离而被向下压。而后摇臂310绕着液压间隙调节器306的支撑点顺时针摇动。这样，气门304通过摇臂310而被向下压，并且开启。
图18显示了：可变气门操作装置300的操作使得气门304达到最大升程的状态。图18(B)为显示单独部件中在最大升程过程中的位置关系的视图。类似于在第一实施例中，根据本实施例的可变气门操作装置300的单独部件被设计为使得驱动凸轮表面324上的第一辊362的接触位置P1、滑动表面356上的第二辊364的接触位置P2以及摆动凸轮表面352上的摇动辊312的接触位置P3在最大升程过程中在连接凸轮轴320的中心和摇动辊312的中心的直线上大致对齐。参考图18(A)，相对于控制轴332的偏心盘334的位置被调节为：即使当气门304关闭时，也使相对应的成对单独部件之间的接触位置P1、P2和P3并未很大程度地偏离连接凸轮轴320中心和摇动辊312中心的直线。(2)由可变气门操作装置执行的气门升程量改变操作
改变可变气门操作装置300的气门升程量的操作将随后参考图18和19说明。图19显示了可变气门操作装置300的操作使气门304(见图17；在图18和19中省略)具有小升程的状态。在每个图中，(A)显示了气门304在升程操作过程中关闭的可变气门操作装置300的状态。(B)显示了气门304在升程操作过程中开启的可变气门操作装置300的状态。
当气门升程量从图18所示的气门升程量改变到图19所示的气门升程量时，控制轴332在图18(A)所示的状态下被驱动，从而以旋转的方式将偏心盘334的中心C1移动到图19(A)中所示的位置。偏心臂360把第一辊362和第二辊364保持在距偏心盘334的中心C1的预定距离的相应位置上。因此，随着偏心盘334的中心C1移动，第二辊364沿着滑动表面356在远离控制轴的方向上从图18(A)中所示的位置移动到图19(A)中所示的位置。同时，第一辊362移动到沿着驱动凸轮表面324旋转方向上的上游侧。
第二辊364在远离控制轴332的方向上的移动使得摆动凸轮臂340的摆动中心C0与滑动表面356上的第二辊364的接触位置P2之间的距离更长。这样减小了摆动凸轮臂340的摆动角。这是因为摆动凸轮臂340的摆动角与摆动中心C0和摆动输入点之间的距离成反比。参考每幅图中的图(B)，当驱动凸轮表面324上的第一辊362的接触位置P1位于作用表面324b的顶点部分时，气门304的升程量变得最大。气门304的气门升程量由恰好处于特定点的摆动凸轮表面352上的摇动辊312的接触位置P3f(以下称为最终接触位置)来决定。与第一实施例(见图8)一样，最终接触位置P3f由每幅图的图(A)中所示的摆动凸轮表面352上的摇动辊312的接触位置P3i(以下称为初始接触位置)以及摆动凸轮臂340的摆动角来决定。
在根据本实施例的可变气门操作装置300中，滑动表面356形成为使得距摆动中心C0的距离越大，则距驱动凸轮322的凸轮基圆(非作用表面324a)的距离越大。因此，上述的接触位置P2移动得距摆动凸轮臂340的摆动中心C0越远，则摆动凸轮臂340在滑动表面356接近驱动凸轮表面324的方向上的倾斜度越大。在图中，摆动凸轮臂340绕控制轴332逆时针旋转。这样，如图19(A)中所示，摆动凸轮表面352上的摇动辊312的初始接触位置P3i在远离作用表面352b的方向上移动。
通过如上所述旋转控制轴332，摆动凸轮臂340的摆动角减小，且初始接触位置P3i在远离作用表面352b的方向上移动。这样，摇动辊312所达到的最终接触位置P3f在非作用表面352a的那侧移动。这样减小了气门304的气门升程量。摇动辊312保持位于作用表面352a上所经过的周期(曲轴转角)为气门304的工作角；但是，最终接触位置P3f在非作用表面352a的那侧的移动也减小了气门304的工作角。而且，第一辊362在凸轮轴320的旋转方向上移动到上游侧导致：当凸轮轴320处于相同的旋转位置时，驱动凸轮表面324上的第一辊362的接触位置P1向驱动凸轮322的旋转方向的上游侧移动。这样就提前了与凸轮轴320的相位相关联的摆动凸轮臂340的摆动正时，从而导致气门正时(最大升程正时)提前。
[根据本实施例的可变气门操作装置的优点]
如上文所述，根据本实施例的可变气门操作装置300，控制轴332的旋转可变化，从而改变滑动表面356上第二辊364的接触位置P2以及驱动凸轮表面324上的第一辊362的接触位置P1。这又允许气门304的气门升程、工作角以及气门正时彼此相关联的变化。在这种情况下，将滑动表面356形成为曲面有助于抑制摆动凸轮臂340的初始摆动位置相对于驱动凸轮表面324上第一辊362的位置改变过度地改变。
因此，根据本实施例的可变气门操作装置300，能够以和第一实施例的可变气门操作装置100相同的方式抑制相对于气门正时改变的气门升程量的过度地改变。因此，不需要结合使用诸如VVT等的可变气门正时机构，或者即使结合使用，也不需要大量地操作该机构，就能实现理想的气门正时-升程特性。即如图10或11所示的气门正时-升程特性在本实施例的可变气门操作装置300中也可实现。
而且，根据本实施例的可变气门操作装置300，用于支撑辊362、364的偏心臂360以可旋转的方式安装在固定到控制轴332上的偏心盘334的外周边表面上，这种布置允许保证较高的刚性，并实现高速操作过程中操作稳定性。
第三实施例
本发明的第三实施例将参考图20至22在下文中说明。
[根据第三实施例的可变气门操作装置的构造]
图20为显示根据本发明的第三实施例的可变气门操作装置400的构造的侧面前视图。该可变气门操作装置400包括摇臂型的机械式气门操作机构。凸轮轴420的旋转运动通过设置在该凸轮轴420上的驱动凸轮422而被转化为摇臂(气门支撑部件)410的摇动运动。该摇动运动又被转化为由摇臂410所支撑的气门404在垂直方向上的升程运动。驱动凸轮422包括具有彼此不同外形轮廓的两个凸轮表面424a、424b。两凸轮表面之一的非作用表面424a形成为距凸轮轴420的中心保持预定的距离。两凸轮表面中另一个的作用表面424b形成为使得距凸轮轴420中心的距离逐渐增大且经过顶点之后逐渐减小。在本说明书中，当对非作用表面424a和作用表面424b不加区别时，则将它们简单地称为驱动凸轮表面424。
如同在第一实施例中的一样，可变气门操作装置400具有设置在驱动凸轮422与摇臂410之间的调节机构430。该调节结构430使摇臂410的摇动运动和驱动凸轮422的旋转运动联动。调节机构430包括以下将说明的作为其中主要组成部件的控制轴432、摆动凸轮臂(摆动部件)450、控制臂(控制部件)460、第一辊470、第二辊472以及连接第一辊470和第二辊472的连接轴474。控制轴432被设置为平行于凸轮轴420延伸，并且相对于该凸轮轴420固定于沿该凸轮轴420的旋转方向的摇臂410的下游位置。与控制轴432同心的第一传动装置434被设置在控制轴432的外周边表面上。第一传动装置434被固定在控制轴432上。图中未示出的致动器(例如马达)与控制轴432相连。内燃机的ECU能够通过控制致动器而把控制轴432的旋转位置调节到任何一个任意值。
摆动凸轮臂450以可摇动的方式支撑在控制轴432上。该摆动凸轮臂450被设置为使其前端朝着驱动凸轮422的旋转方向上的上游侧定向。摆动凸轮臂450包括形成于摆动凸轮臂450上相对着驱动凸轮422的那侧的滑动表面456。该滑动表面456与随后将说明的第二辊472相接触。滑动表面456略微向驱动凸轮422那侧弯曲。而且，滑动表面456形成为使得距驱动凸轮422的凸轮基圆(非作用表面424a)的距离从距作为摆动中心的控制轴432的中心处起增大。
摆动凸轮臂450还包括形成于滑动表面456相反侧表面上的摆动凸轮表面452(452a、452b)。摆动凸轮表面452为具有作为凸轮中心的摆动凸轮臂450的摆动中心的凸轮表面。摆动凸轮表面452包括具有彼此不同外形轮廓的非作用表面452a和作用表面452b。非作用表面452a为凸轮基圆的外周表面，形成为距控制轴432的中心具有恒定距离。另一个作用表面452b被设置在从非作用表面452a看的摆动凸轮臂450的前端侧。作用表面452b和非作用表面452a相接从而平滑连续。而且，作用表面452b形成为使得距控制轴432的中心的距离(即凸轮高度等)朝着上述的摆动凸轮臂450的前端逐渐变大。在本说明书中，当对非作用表面452a和作用表面452b不加区别时，则将它们简单地称为摆动凸轮表面452。
可变气门操作装置400采用单凸轮双气门驱动结构，其中单个驱动凸轮422驱动两个气门404。因此，摆动凸轮臂450被成对地设置在驱动凸轮422的两侧(图20中仅示出了前侧的摆动凸轮臂450)。摇臂410被设置用于成对的摆动凸轮臂450的每一个。摆动凸轮表面452与摇动辊412相接触。摇动辊412以可旋转的方式安装在摇臂410的中间部分上。用于支撑气门404的气门轴402被安装在摇臂410的一端。摇臂410的另一端由液压间隙调节器406以可旋转的方式支撑。气门轴402在关闭方向上被挤压，即由图中未示出的气门弹簧将摇臂410向上推的方向。摇臂410由气门轴402支撑，承受气门弹簧的力。摇动辊412通过液压间隙调节器406而被压在摆动凸轮表面452上。
摆动凸轮臂450还包括弹簧座458，其中空动弹簧490钩在该弹簧座上。弹簧座458被设置在非作用表面452a的后部，沿与摆动凸轮臂450的延伸方向相反的方向延伸。空动弹簧490为压缩弹簧。空动弹簧490的另一端部钩在图中未示出的一静止部件上。空动弹簧490作用在弹簧座458上的弹簧力推动摆动凸轮臂450向滑动表面456那侧旋转。
控制臂460以可旋转的方式支撑在凸轮轴420上。控制臂460包括沿与控制臂460的旋转中心同心的圆弧(即凸轮轴420)而形成的类似扇形的第二传动装置462。控制臂460在控制轴420上的位置调节为使得第二传动装置462与第一传动装置434齐平定位。而且，控制臂460的旋转相位被调节为使得第二传动装置462和第一传动装置434相反。第二传动装置462与第一传动装置434啮合，从而使控制轴432的旋转可通过第一传动装置434和第二传动装置462而输入到控制臂460。更具体地说，第一传动装置434和第二传动装置462构成了使控制臂460的旋转与控制轴432的旋转联动的联动机构。此外，第二传动装置462的直径被设计为大于第一传动装置434的直径。因此，第一传动装置434和第二传动装置462构成一减速机构，通过减速，将控制轴432的旋转传递到控制臂460。
控制臂460被成对地设置在驱动凸轮422的两侧(图20中仅示出了位于前侧的控制臂460)。第一传动装置434也被成对地设置在右左侧摆动凸轮臂450的外侧上，用于对应控制臂460。第一传动装置434与相应控制臂460的第二传动装置462相啮合。
控制臂460包括与其一体形成的导向件466。该导向件466从凸轮轴420的中心那侧向外延伸出，即大致沿凸轮轴420的径向。控制臂460被调节为保持相对于凸轮轴420通常的旋转位置，使得导向件466大致与摆动凸轮臂450的滑动表面456成直角相对。如前文所述，在驱动凸轮422的两侧设置有一对控制臂460。右左侧控制臂460中的每个上均形成有导向件466。连接轴474穿过右左侧导向件466。该连接轴474被设计为可沿导向件466移动。一个第一辊470和均被设置在该第一辊470两侧的两个第二辊472以可旋转的方式支撑在连接轴474上(图20中仅示出前侧的第二辊472)。这些辊470、472被设置为夹在驱动凸轮表面424和滑动表面456之间。第一辊470与驱动凸轮表面424接触。第二辊472与每个摆动凸轮臂450的滑动表面456接触。摆动凸轮臂450被空动弹簧490向上推。第二辊472被滑动表面456向上推。与第二辊472同轴成一体的第一辊470被压在驱动凸轮表面424上。
[由根据第三实施例的可变气门操作装置执行的操作]
可变气门操作装置400的操作将参考图21至22在下文中说明。在图21至22中，为更好地理解辊470、472的移动，省略了前侧的控制臂460以及第一传动装置434。
(1)由可变气门操作装置执行的气门升程操作
可变气门操作装置400的升程操作将参考图21在下文中说明。在图中，(A)显示了气门404在升程操作过程中关闭的可变气门操作装置400的状态。(B)显示了气门404在升程操作过程中开启的可变气门操作装置400的状态。
在可变气门操作装置400中，驱动凸轮422的旋转运动首先被输入到与驱动凸轮表面424相接触的第一辊470。第一辊470和与其一体同心设置的第二辊472一起沿着导向件466做往复移动。此时，控制臂460可相对于凸轮轴420自由旋转。控制臂460的旋转还通过第一传动装置434(见图20)和第二传动装置462而受控制轴432限制。因此，无论驱动凸轮422的旋转如何，控制臂460保持静止于预定姿势。辊470、472沿导向件466的往复移动被输入到支撑第二辊472的摆动凸轮臂450的滑动表面456。滑动表面456通过空动弹簧(未示出)的力而被一直压在第二辊472上。因此，摆动凸轮臂450根据驱动凸轮422的旋转而绕控制轴432摇动。
更具体地说，当凸轮轴420从图21(A)所示的状态旋转时，驱动凸轮表面424上的第一辊470的接触位置P1从非作用表面424a转到图21(B)所示的作用表面424b。第一辊470和与其同轴成为一体的第二辊472一起通过驱动凸轮422而被相对向下压，并且沿着由导向件466所限定的轨迹旋转。这样，摆动凸轮臂450绕控制轴432沿图中顺时针方向旋转，因而其滑动表面456被第二辊472向下推动。当凸轮轴420进一步旋转，且驱动凸轮表面424上第一辊470的接触位置P1经过作用表面424b的顶点部分时，摆动凸轮臂450此时通过空动弹簧和气门弹簧的力而绕控制轴432沿图中的逆时针方向旋转。
摆动凸轮臂450绕控制轴432的旋转使摆动凸轮表面452上摇动辊412的接触位置P3变化。在图中，摆动凸轮表面452上摇动辊412的接触位置由参考数字P3i和P3f表示。这是为了将下文中将要说明初始接触位置P3i和最终接触位置P3f区别开。在本说明书中，摆动凸轮表面452上的摇动辊412的接触位置总的被称为接触位置P3。
参考图21(A)，如果摇臂412与非作用表面452a接触，则非作用表面452a与控制轴432的中心之间的距离保持恒定不变。因此，不管接触位置如何，摇动辊412的空间位置均没有改变。因此摇臂410不摇动，从而将气门404保持在预定的位置。在可变气门操作装置400中，不同组成部件中的位置关系被调节为使得：当摇动辊412与非作用表面452a接触时，气门404关闭。
参考图21(B)，当摆动凸轮表面452上摇动辊412的接触位置P3从非作用表面452a改变到作用表面452b时，摇臂410根据作用表面452b距控制轴432中心的距离而被向下压。而后，摇臂410绕着液压间隙调节器406的支撑点顺时针摇动。这样，气门404被摇臂410向下压，并且开启。
图21显示了可变气门操作装置400的操作使得气门404达到最大升程的状态。图21(B)为显示单独部件中在最大升程过程中的位置关系的视图。如在第一实施例中的一样，根据本实施例的可变气门操作装置400的单独部件被设计为使得驱动凸轮表面424上的第一辊470的接触位置P1、滑动表面456上的第二辊472的接触位置P2以及摆动凸轮表面452上的摇动辊412的接触位置P3在最大升程过程中在连接凸轮轴420的中心和摇动辊412的中心的直线上大致对齐。参考图21(A)，相对于凸轮轴420的导向件466的方向被调节为：即使当气门404关闭时，也使相应的成对单独部件之间的接触位置P1、P2和P3并未很大程度地偏离连接凸轮轴420中心和摇动辊412中心的直线。(2)由可变气门操作装置执行的气门升程量改变操作
改变可变气门操作装置400的气门升程量的操作将随后参考图21和22说明。图22显示了可变气门操作装置400的操作使气门404具有小升程的状态。在图中，(A)显示了气门404在升程操作过程中关闭的可变气门操作装置400的状态。(B)显示了气门404在升程操作过程中开启的可变气门操作装置400的状态。
当气门升程量从图21所示的气门升程量改变到图22所示的气门升程量时，控制轴432在与图21(A)所示的状态下的凸轮轴420的旋转方向相同的方向(图中的顺时针方向)上被驱动，从而将控制臂460旋转到图22(A)所示的旋转位置。控制臂460的旋转量由控制轴432的旋转量以及第一传动装置434(见图20)和第二传动装置462的传动比来决定。辊470、472通过控制连接件164而与控制臂460结合。因此，随着控制臂460旋转，第一辊470沿着驱动凸轮表面424移动到驱动凸轮420旋转方向上的上游侧。另一方面，第二辊472沿滑动表面456在远离控制轴432的方向上移动。
第二辊472在远离控制轴432的方向上的移动使得摆动凸轮臂450的摆动中心C0与滑动表面456上的第二辊472的接触位置P2之间的距离更长。这样减小了摆动凸轮臂450的摆动角。这是因为摆动凸轮臂450的摆动角与摆动中心C0和摆动输入点(即接触位置P2)之间的距离成反比。参考每幅图中的图(B)，当驱动凸轮表面424上的第一辊470的接触位置P1位于作用表面424b的顶点部分时，气门404的升程变为最大。气门404的气门升程量由恰好处于特定点的摆动凸轮表面452上的摇动辊412的接触位置P3f(以下称为最终接触位置)来决定。与第一实施例(见图8)的一样，最终接触位置P3f由每幅图的图(A)中所示的摆动凸轮表面452上的摇动辊412的接触位置P3i(以下称为初始接触位置)以及摆动凸轮臂450的摆动角来决定。
在根据本实施例的可变气门操作装置400中，滑动表面456形成为使得：距摆动中心的距离越大，则距驱动凸轮422的凸轮基圆(非作用表面424a)的距离越大。因此，上述的接触位置P2移动得距摆动凸轮臂450的摆动中心C0越远，则摆动凸轮臂450在滑动表面456接近驱动凸轮表面424的方向上的倾斜度越大。在图中，摆动凸轮臂450绕控制轴432逆时针旋转。这样，如图22(A)中所示，摆动凸轮表面452上的摇动辊412的初始接触位置P3i在远离作用表面452b的方向上移动。
通过在如上所述的凸轮轴420的相同方向上旋转控制轴432，摆动凸轮臂450的摆动角减小，且初始接触位置P3i在远离作用表面452b的方向上移动。这样，由摇动辊412所达到的最终接触位置P3f在非作用表面452a的那侧移动。这减小了气门404的气门升程量。摇动辊412保持位于作用表面452a上所经过的周期(曲轴转角)为气门404的工作角；但是，最终接触位置P3f在非作用表面452a的那侧的移动也减小了气门404的工作角。而且，第一辊470在凸轮轴420的旋转方向上移动到上游侧导致当凸轮轴420处于相同的旋转位置时，驱动凸轮表面424上的第一辊470的接触位置P1向驱动凸轮422的旋转方向上的上游侧移动。这提前了相对于凸轮轴420的相位的摆动凸轮臂450的摆动正时，从而导致气门正时(最大升程正时)提前。
[根据本实施例的可变气门操作装置的优点]
如上文所述，根据本实施例的可变气门操作装置400，控制轴432的旋转位置变化，从而改变滑动表面456上第二辊472的接触位置P2以及驱动凸轮表面424上的第一辊470的接触位置P1。这又允许气门404的气门升程量、工作角以及气门正时彼此相关联的变化。在这种情况下，将滑动表面456形成为曲面有助于抑制摆动凸轮臂450的初始摆动位置相对于驱动凸轮表面424上第一辊470的位置改变过度地改变。
因此，根据本实施例的可变气门操作装置400，能够以和第一实施例的可变气门操作装置100相同的方式抑制相对于气门正时改变的气门升程量的过度地改变。因此，不需要结合使用诸如VVT等的可变气门正时机构，或者即使结合使用，也不需要大量地操作该机构，就能实现理想的气门正时-升程特性。即在本实施例的可变气门操作装置400中，如图10或11所示的气门正时-升程特性也可实现。
而且，根据本实施例的可变气门操作装置400，控制臂460被安装在已有的凸轮轴420上，且用来支撑辊470、472。这种布置允许整个装置被紧凑地构造。而且，在升程运动过程中，调节机构430中只有辊470、472以及摆动凸轮臂450能够移动。这样有助于抑制整个可移动部分惯性质量增加。
第四实施例
本发明的第四实施例将参考图23至25在下文中说明。
[根据第四实施例的可变气门操作装置的构造]
图23为显示根据本发明的第四实施例的可变气门操作装置500的构造的侧面视图。该可变气门操作装置500包括摇臂型的机械式气门操作机构。凸轮轴520的旋转运动通过设置在该凸轮轴520上的驱动凸轮522而被转化为摇臂(气门支撑部件)510的摇动运动。该摇动运动又被转化为由摇臂510支撑的气门504在垂直方向上的升程运动。驱动凸轮522包括具有彼此不同外形轮廓的两个凸轮表面524a、524b。两凸轮表面之一的非作用表面524a形成为距凸轮轴520的中心保持预定的距离。两凸轮表面中另一个的作用表面524b形成为使得距凸轮轴520中心的距离逐渐增大且经过顶点之后逐渐减小。在本说明书中，当对非作用表面524a和作用表面524b不加区别时，则将它们简单地称为驱动凸轮表面524。
如同在第一实施例中一样，可变气门操作装置500具有设置在驱动凸轮522与摇臂510之间的调节机构530。该调节结构530使摇臂510的摇动运动和驱动凸轮522的旋转运动联动。调节机构530包括以下将说明的作为其中主要组成部件的控制轴532、摆动凸轮臂(摆动部件)550、控制臂(控制部件)560、控制连接件(连接部件)564、第一辊570、第二辊572以及连接第一辊570和第二辊572的连接轴574。控制轴532被设置为平行于凸轮轴520延伸，且相对于该凸轮轴520固定于沿该凸轮轴520的旋转方向上的摇臂510下游的位置。与控制轴532同心的第一传动装置534被设置在控制轴532的外周边表面上。第一传动装置534被固定在控制轴532上。图中未示出的致动器(例如马达)与控制轴532相连。内燃机的ECU能够通过控制致动器而把控制轴532的旋转位置调节到任何一个任意值。
摆动凸轮臂550以可摇动的方式支撑在控制轴532上。摆动凸轮臂550被设置为使其前端朝着驱动凸轮522的旋转方向上的上游侧定向。摆动凸轮臂550包括形成于摆动凸轮臂550上、相对着驱动凸轮522的那侧的滑动表面556。滑动表面556与随后将说明的第二辊572相接触。滑动表面556略微向驱动凸轮522那侧弯曲。而且，滑动表面556被形成为使得距驱动凸轮52的凸轮基圆(非作用表面522a)的距离从距作为摆动中心的控制轴532的中心起增大。
摆动凸轮臂550还包括形成于滑动表面556相反侧表面上的摆动凸轮表面552(552a、552b)。摆动凸轮表面552为具有作为凸轮中心的摆动凸轮臂550的摆动中心的凸轮表面。摆动凸轮表面552包括具有彼此不同外形轮廓的非作用表面552a和作用表面552b。非作用表面552a为凸轮基圆的外周表面，形成为距控制轴532的中心具有恒定距离。另一个作用表面552b被设置在从非作用表面552a看的摆动凸轮臂550的前端侧。作用表面552b和非作用表面552a相接，从而平滑连续。而且，作用表面552b被形成为使得距控制轴532的中心的距离(即凸轮高度等)朝着上述的摆动凸轮臂550的主动端逐渐变大。在本说明书中，当对非作用表面552a和作用表面552b不加区别时，则将它们简单地称为摆动凸轮表面552。
可变气门操作装置500采用单凸轮双气门驱动机构，其中单个驱动凸轮522驱动两个气门504。因此，摆动凸轮臂550被成对地设置在驱动凸轮522的两侧(图23中仅示出了前侧的摆动凸轮臂550)。摇臂510被设置用于该成对的摆动凸轮臂550的每一个。摆动凸轮臂550的摆动凸轮表面552与摇臂510的摇动辊512相接触。摇动辊512以可旋转的方式安装在摇臂510的中间部分上。用于支撑气门504的气门轴502被安装在摇臂510的一端。摇臂510的另一端由液压间隙调节器506以可旋转的方式支撑。气门轴502在关闭方向上被挤压，即由图中未示出的气门弹簧将摇臂510向上推的方向。摇臂510由气门轴502支撑，承受气门弹簧的力。摇动辊512通过液压间隙调节器506而被压在摆动凸轮表面552上。
摆动凸轮臂550还包括弹簧座表面558，图中未示出的空动弹簧钩在该弹簧座表面558上。该弹簧座表面558形成于相对于非作用表面552a的作用表面556b的相反侧上。空动弹簧为压缩弹簧。该空动弹簧的另一端部被钩在图中未示出的静止部件上。空动弹簧作用在弹簧座表面558上的弹簧力推动摆动凸轮臂550向滑动表面556那侧旋转。
控制臂560以可旋转的方式支撑在凸轮轴520上。控制臂560包括沿与控制臂560的旋转中心同心的圆弧(即凸轮轴520)而形成的类似扇形的第二传动装置562。控制臂560在控制轴520上的位置被调节为使得第二传动装置562与第一传动装置534齐平定位。而且，控制臂560的旋转相位被调节为使得第二传动装置562和第一传动装置534相反。第二传动装置562与第一传动装置534啮合，使控制轴532的旋转可通过第一传动装置534和第二传动装置562而被输入到控制臂560。更具体地说，第一传动装置534和第二传动装置562构成了使控制臂560的旋转与控制轴532的旋转联动的联动机构。此外，第二传动装置562的直径被设计为大于第一传动装置534的直径。因此，第一传动装置534和第二传动装置562组成了减速机构，通过减速，将控制轴532的旋转传递到控制臂560。
在偏心于控制臂560的旋转中心(即凸轮轴520的中心)的位置，控制连杆以可旋转的方式安装在控制臂560上。该控制连杆564具有设置在它的枢转轴那侧的端部上的连接销566。该连接销566以可旋转的方式支撑在控制臂560上。连接销566位于控制臂560上，相对于控制臂560的旋转中心处于大致与第二传动装置562相对的那侧上。控制连杆564以可枢转的方式绕连接销566设置，从而使其前端面对着控制轴532。控制臂560被成对地设置在驱动凸轮522的两侧。右左侧控制臂560支撑控制连杆564(图23中省略了前面的控制臂560)。
该控制连杆564包括一对支撑连接轴574的右左侧臂568(在图23中仅示出了前面的臂568)。一个第一辊570和设置在该第一辊570两侧的两个第二辊572以可旋转的方式支撑在连接轴574上(图23中仅示出前面的第二辊572)。控制连杆564被设置为使其前端朝着控制轴532定向，从而对着摆动凸轮臂550延伸的方向。这些辊570、572被设置为夹在驱动凸轮表面524和滑动表面556之间。第一辊570与驱动凸轮表面524接触。第二辊572与每个摆动凸轮臂550的滑动表面556接触。第二辊572通过摆动凸轮臂550承受的空动弹簧的力而被滑动表面556向上推。与第二辊572同轴成一体的第一辊570被压在驱动凸轮表面524上。
[由根据第四实施例的可变气门操作装置执行的操作]
可变气门操作装置500的操作将参考图24至25在下文中说明。(1)由可变气门操作装置执行的气门升程操作
可变气门操作装置500的升程操作将参考图24在下文中说明。在图中，(A)显示了气门504在升程操作过程中关闭的可变气门操作装置500的状态。(B)显示了气门504在升程操作过程中开启的可变气门操作装置500的状态。
在可变气门操作装置500中，驱动凸轮522的旋转运动首先被输入到与驱动凸轮表面524相接触的第一辊570。第一辊570和与其一体同心设置的第二辊572一起绕着销566旋转。该移动被输入到支撑第二辊572的摆动凸轮臂550的滑动表面556。滑动表面556通过空动弹簧(未示出)的力而一直被压在第二辊572上。因此，摆动凸轮臂550根据驱动凸轮522的旋转绕控制轴532摇动。
更具体地说，当凸轮轴520从图24(A)所示的状态旋转时，驱动凸轮表面524上的第一辊570的接触位置P1从非作用表面524a转到图24(B)所示的作用表面524b。第一辊570和与其同轴成为一体的第二辊572一起通过驱动凸轮522而被相对向下压，且沿着由控制连杆564所限定的轨迹旋转。这样，摆动凸轮臂550绕控制轴532沿图中顺时针方向旋转，因而滑动表面556被第二辊572向下推动。当凸轮轴520进一步旋转，且驱动凸轮表面524上第一辊570的接触位置P1经过作用表面524b的顶点部分时，摆动凸轮臂550此时通过空动弹簧的力而绕控制轴532沿图中的逆时针方向旋转。
摆动凸轮臂550绕控制轴532的旋转使摆动凸轮表面552上摇动辊512的接触位置P3变化。在图中，摆动凸轮表面552上摇动辊512的接触位置由参考数字P3i和P3f表示。这是为了将下文中将要说明初始接触位置P3i和最终接触位置P3f区别开。在本说明书中，摆动凸轮表面552上的摇动辊512的接触位置通常被称为接触位置P3。
参考图24(A)，如果摇臂512与非作用表面552a接触，则非作用表面552a与控制轴532的中心之间的距离保持恒定不变。因此，不管接触位置如何，摇动辊512的空间位置均没有改变。因此摇臂510不摇动，从而将气门504保持于预定的位置。在可变气门操作装置500中，不同组成部件中的位置关系被调节为使得当摇动辊512与非作用表面552a接触时，气门504关闭。
参考图24(B)，当摆动凸轮表面552上摇动辊512的接触位置P3从非作用表面552a改变到作用表面552b时，摇臂510根据作用表面552b距控制轴532中心的距离而被向下压。而后，摇臂510绕着液压间隙调节器506的支撑点顺时针摇动。这样，气门504被摇臂510向下压，并且开启。
图24显示了可变气门操作装置500的操作使得气门504达到最大升程的状态。图24(B)为显示单独部件中在最大升程过程中的位置关系的视图。与在第一实施例中的一样，根据本实施例的可变气门操作装置500的单独部件被设计为使得驱动凸轮表面524上的第一辊570的接触位置P1、滑动表面556上的第二辊572的接触位置P2以及摆动凸轮表面552上的摇动辊512的接触位置P3在最大升程过程中在连接凸轮轴520的中心和摇动辊512的中心的直线上大致对齐。参考图24(A)，相对于凸轮轴520的控制连杆564的摇动中心(销566)的位置被调节为：即使当气门504关闭时，也使相对应的成对单独部件之间的接触位置P1、P2和P3并未很大程度地偏离连接凸轮轴520中心和摇动辊512中心的直线。
(2)由可变气门操作装置执行的气门升程量改变操作
改变可变气门操作装置500的气门升程量的操作将随后参考图24和25说明。图25显示了可变气门操作装置500的操作使气门504具有小升程的状态。在图中，(A)显示了气门504在升程操作过程中关闭的可变气门操作装置500的状态。(B)显示了气门504在升程操作过程中开启的可变气门操作装置500的状态。
当气门升程量从图24所示的气门升程量改变到图25所示的气门升程量时，控制轴532在与图24(A)所示的状态下的凸轮轴520的旋转方向相同的方向(图中的顺时针方向)上被驱动，从而将控制臂560旋转到图25(A)所示的旋转位置。控制臂560的旋转量由控制轴532的旋转量以及第一传动装置534(见图23)和第二传动装置562的传动比来决定。辊570、572通过控制连杆564而与控制臂560结合。因此，随着控制臂560旋转，第一辊570沿着驱动凸轮表面524移动到驱动凸轮520的旋转方向上的上游侧。另一方面，第二辊572沿滑动表面556在远离控制轴532的方向上移动。
第二辊572在远离控制轴532的方向上的移动使得摆动凸轮臂550的摆动中心C0与滑动表面556上的第二辊572的接触位置P2之间的距离更长。这样减小了摆动凸轮臂550的摆动角。这是因为摆动凸轮臂550的摆动角与摆动中心C0和摆动输入点(即接触位置P2)之间的距离成反比。参考每幅图中的图(B)，当驱动凸轮表面524上的第一辊570的接触位置P1位于作用表面524b的顶点部分时，气门504的升程变为最大。气门504的气门升程量由恰好处于特定点的摆动凸轮表面552上的摇动辊512的接触位置P3f(以下称为最终接触位置)来决定。与第一实施例(见图8)一样，最终接触位置P3f由每幅图的图(A)中所示的上述摆动凸轮臂550的摆动角以及摆动凸轮表面552上的摇动辊512的接触位置P3i(以下称为初始接触位置)来决定。
在根据本实施例的可变气门操作装置500中，滑动表面556形成为使得距摆动中心的距离越大，则距驱动凸轮522的凸轮基圆(非作用表面522a)的距离越大。因此，上述的接触位置P2移动得距摆动凸轮臂550的摆动中心C0越远，则摆动凸轮臂550在滑动表面556接近驱动凸轮表面524的方向上的倾斜度越大。在图中，摆动凸轮臂550绕控制轴532逆时针旋转。这样，如图25(A)中所示，摆动凸轮表面552上的摇动辊512的初始接触位置P3i在远离作用表面552b的方向上移动。
通过在如上所述的凸轮轴520的相同方向上旋转控制轴532，摆动凸轮臂550的摆动角减小，且初始接触位置P3i在远离作用表面552b的方向上移动。这样，由摇动辊512所达到的最终接触位置P3f在非作用表面552a的那侧移动。这减小了气门504的气门升程量。摇动辊512保持位于作用表面552b上所经过的周期(曲轴转角)为气门504的工作角；但是，最终接触位置P3f在非作用表面552a的那侧的移动也减小了气门504的工作角。而且，第一辊570在凸轮轴520的旋转方向上移动到上游侧导致当凸轮轴520处于相同的旋转位置时，驱动凸轮表面524上的第一辊570的接触位置P1向驱动凸轮522的旋转方向上的上游侧移动。这提前了相对于凸轮轴520的相位的摆动凸轮臂550的摆动正时，从而导致气门正时(最大升程正时)提前。
[根据本实施例的可变气门操作装置的优点]
如上文所述，根据本实施例的可变气门操作装置500，控制轴532的旋转位置可变化，从而改变滑动表面556上第二辊572的接触位置P2以及驱动凸轮表面524上的第一辊570的接触位置P1。这又允许气门504的气门升程量、工作角以及气门正时彼此相关联的变化。在这种情况下，将滑动表面556形成为曲面有助于抑制摆动凸轮臂550的初始摆动位置相对于驱动凸轮表面524上第一辊570的位置改变过度地改变。
因此，根据本实施例的可变气门操作装置500，能够以和第一实施例的可变气门操作装置100相同的方式来抑制相对于气门正时改变的气门升程量的过度地改变。因此，不需要结合使用诸如VVT等的可变气门正时机构，或者即使结合使用，也不需要大量地操作该机构，就能实现理想的气门正时-升程特性。即在本实施例的可变气门操作装置500中，如图10或11所示的气门正时-升程特性也可实现。
而且，根据本实施例的可变气门操作装置500，控制臂560被安装在已有的凸轮轴520上，且安装在控制臂560上的控制连杆564支撑辊570、572。这种布置可使整个装置被紧凑地构造。而且，靠近凸轮轴520支撑辊570、572的控制连杆564的长度可做得较短。这有助于抑制整个可移动部分惯性质量增加。
其它方面
尽管参考各种具体实施例对本发明进行了说明，但是需要理解的是本发明不局限于上述实施例，在不脱离本发明主题的情况下能以各种方式来实现。例如，尽管在上述实施例中，摆动凸轮臂被安装在控制轴上，但是摆动凸轮臂也可独立于控制轴设置。
还可采用根据第一实施例到第二至第四实施例中的任一个布置的联动选择机构。
而且，尽管在上述实施例中，本发明适用于摇臂型气门操作装置，但是本发明也可适用于包括直接作用式等的其它类型的气门操作装置。

Claims (11)

1. 一种用于机械式地改变气门相对于凸轮轴旋转的操作特性的可变气门操作装置，包括：
驱动凸轮，其被设置在凸轮轴上；
控制轴，其被设置成平行于凸轮轴延伸，该控制轴能够连续地或步进地改变旋转位置；
摆动部件，其绕着平行于凸轮轴延伸的轴线摆动；
摆动凸轮表面，其形成于摆动部件上，该摆动凸轮表面与用来支撑气门的气门支撑部件相接触，用以沿升程方向压下气门；
滑动表面，其形成于摆动部件上，以致于与驱动凸轮相对；
中间部件，其被设置在驱动凸轮与摆动部件之间，该中间部件与该驱动凸轮的凸轮表面以及所述滑动表面相接触；以及
联动机构，其通过与所述控制轴的旋转的联动而改变所述中间部件在滑动表面上的位置；
其特征在于，滑动表面被形成为朝驱动凸轮弯曲，使得在中间部件所接触的区域范围内，其距凸轮轴中心的距离从距摆动部件的摆动中心的最近点向距摆动部件的摆动中心的最远点增加；且
摆动凸轮表面包括：非作用表面，该非作用表面距摆动部件的摆动中心的距离是恒定的，而且不使气门上升；以及作用表面，该作用表面被设置为与该非作用表面连续以致于距摆动部件的摆动中心的距离逐渐变大，并且随着摆动部件摆动，气门支撑部件在该摆动凸轮表面上的接触位置从该非作用表面转移到该作用表面侧。
2. 根据权利要求1所述的可变气门操作装置，其中所述滑动表面被形成为使得其距凸轮轴中心的距离随着距摆动部件的摆动中心的距离的增加而增加。
3. 根据权利要求1或2所述的可变气门操作装置，其中随着中间部件在滑动表面上的位置进一步远离摆动部件的摆动中心，在凸轮轴的相同旋转位置上驱动凸轮与中间部件在圆周方向上接触的位置移动到该凸轮轴的提前角侧。
4. 根据权利要求1或2所述的可变气门操作装置，其中中间部件包括第一辊，该第一辊与驱动凸轮的凸轮表面相接触；以及第二辊，该第二辊能够相对于第一辊旋转且与滑动表面相接触。
5. 根据权利要求1或2所述的可变气门操作装置，其中摆动部件被以可旋转的方式安装在控制轴上，且绕着该控制轴摇动。
6. 根据权利要求5所述的可变气门操作装置，其中联动机构包括：控制部件，该控制部件被固定在控制轴上，且在偏心于该控制轴中心的位置上具有枢轴；以及连接部件，该连接部件被以可摇动的方式安装在该枢轴上，并且将中间部件与该控制部件连接起来。
7. 根据权利要求6所述的可变气门操作装置，其中控制部件形成为一盘状物，其中心处于偏心于控制轴的位置上，且连接部件被以可旋转的方式安装在该盘状物的外周表面上。
8. 根据权利要求5所述的可变气门操作装置，其中联动机构包括：被以可旋转的方式安装在凸轮轴上的控制部件；安装在该控制部件上的支撑部件，该支撑部件用来以可沿预定路径移动方式支撑中间部件；以及旋转联动机构，其用来使控制部件绕凸轮轴的旋转与控制轴的旋转联动。
9. 根据权利要求8所述的可变气门操作装置，其中支撑部件形成为与控制部件成一体的导向件。
10. 根据权利要求8所述的可变气门操作装置，其中支撑部件形成为被以可绕着偏心于凸轮轴的位置摇动的方式安装在控制部件上的连接部件，该连接部件提供了控制部件与中间部件之间的连接结合。
11. 根据权利要求1或2所述的可变气门操作装置，其中，还包括：
第二驱动凸轮，其被设置在凸轮轴上，与上述驱动凸轮并置；
第二摆动部件，其被设置成与上述摆动部件同轴，该第二摆动部件能够独立于上述摆动部件摆动；
第二摆动凸轮表面，其形成于该第二摆动部件上，该第二摆动凸轮表面与用于支撑与上述气门并列设置的第二气门的气门支撑部件相接触，用以沿升程方向压下该第二气门；
第三摆动部件，其被设置成与上述摆动部件同轴，该第三摆动部件能够独立于上述摆动部件和第二摆动部件摆动，并且与第二驱动凸轮的凸轮表面相接触；以及
联动选择装置，用来选择性地使第二摆动部件与上述摆动部件或者第三摆动部件联动。
CNB2005800018451A 2004-08-31 2005-08-30 可变气门传动装置 Expired - Fee Related CN100417788C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004252559 2004-08-31
JP252559/2004 2004-08-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1906383A CN1906383A (zh) 2007-01-31
CN100417788C true CN100417788C (zh) 2008-09-10

Family

ID=36000203

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2005800018451A Expired - Fee Related CN100417788C (zh) 2004-08-31 2005-08-30 可变气门传动装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7299775B2 (zh)
EP (1) EP1785598B1 (zh)
JP (1) JP4211846B2 (zh)
CN (1) CN100417788C (zh)
DE (1) DE602005025368D1 (zh)
WO (1) WO2006025565A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102536374A (zh) * 2010-11-08 2012-07-04 铃木株式会社 内燃机的可变配气装置

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4697011B2 (ja) * 2006-04-03 2011-06-08 トヨタ自動車株式会社 可変動弁機構
JP4935198B2 (ja) * 2006-06-09 2012-05-23 トヨタ自動車株式会社 可変動弁機構の制御装置
JP2008014291A (ja) * 2006-07-10 2008-01-24 Toyota Motor Corp 内燃機関の可変動弁装置
JP4766007B2 (ja) 2007-06-14 2011-09-07 トヨタ自動車株式会社 可変動弁装置
JP4442659B2 (ja) 2007-08-09 2010-03-31 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP5331343B2 (ja) * 2007-12-27 2013-10-30 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト 内燃機関の可変動弁装置
KR100969018B1 (ko) * 2008-05-22 2010-07-09 현대자동차주식회사 연속 가변 밸브 리프트 장치
JP2009281343A (ja) 2008-05-26 2009-12-03 Hitachi Automotive Systems Ltd 内燃機関の制御装置
JP4937188B2 (ja) 2008-05-26 2012-05-23 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関の可変動弁装置
JP5028355B2 (ja) * 2008-08-01 2012-09-19 株式会社オティックス 可変動弁機構
JP5115748B2 (ja) * 2009-02-13 2013-01-09 スズキ株式会社 内燃機関の可変動弁装置
JP5375314B2 (ja) * 2009-05-01 2013-12-25 トヨタ自動車株式会社 可変動弁装置
SE534761C2 (sv) * 2010-04-19 2011-12-13 Scania Cv Ab Ventillyftanordning hos en förbränningsmotor
KR101234651B1 (ko) * 2010-11-30 2013-02-19 기아자동차주식회사 연속 가변 밸브 리프트 장치
US8640660B2 (en) 2011-03-10 2014-02-04 Jesper Frickmann Continuously variable valve actuation apparatus for an internal combustion engine
US9574468B2 (en) 2012-10-17 2017-02-21 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Variable valve operation control method and apparatus
JP6058817B2 (ja) * 2013-12-20 2017-01-11 ヤマハ発動機株式会社 エンジンの動弁装置
WO2015093290A1 (ja) * 2013-12-20 2015-06-25 ヤマハ発動機株式会社 エンジンの動弁装置
CN106662011B (zh) 2014-08-26 2019-06-14 日立汽车系统株式会社 内燃机用连杆机构的促动器和该促动器的组装方法
CN104791110A (zh) * 2015-03-23 2015-07-22 朱譞晟 一种气门升程和正时独立可调的气门驱动机构构成方法
DE102017119348A1 (de) * 2017-08-24 2019-02-28 Man Truck & Bus Ag Variabler Ventiltrieb
JP6408095B2 (ja) * 2017-09-07 2018-10-17 日立オートモティブシステムズ株式会社 可変圧縮比機構のアクチュエータ

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6453009A (en) * 1987-08-21 1989-03-01 Honda Motor Co Ltd Valve timing adjuster for engine
US5111781A (en) * 1990-03-14 1992-05-12 Suzuki Kabushiki Kaisha Valve actuating mechanism in four-stroke cycle engine
JPH0693816A (ja) * 1992-09-16 1994-04-05 Toyota Motor Corp 内燃機関の動弁機構
JPH06307219A (ja) * 1993-04-28 1994-11-01 Toyota Motor Corp 内燃機関の可変動弁機構
CN1203309A (zh) * 1997-06-24 1998-12-30 本田技研工业株式会社 内燃机中的阀操作系统
JPH1136833A (ja) * 1997-07-22 1999-02-09 Otix:Kk 可変動弁機構
JP2001164911A (ja) * 1999-12-10 2001-06-19 Yamaha Motor Co Ltd ４サイクルエンジンの動弁機構

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH069935Y2 (ja) 1987-09-29 1994-03-16 味の素株式会社 作業台
JPH0674011A (ja) 1992-07-03 1994-03-15 Mazda Motor Corp エンジンのバルブタイミング制御装置
JP3330640B2 (ja) 1992-07-06 2002-09-30 マツダ株式会社 エンジンのバルブタイミング可変装置
EP0638706A1 (de) 1993-08-05 1995-02-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine
DE19960742B4 (de) * 1999-12-16 2006-09-28 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Variabler Ventiltrieb, vorzugsweise für Verbrennungsmotoren
JP4108295B2 (ja) 2001-06-14 2008-06-25 株式会社オティックス 可変動弁機構
DE10136612A1 (de) * 2001-07-17 2003-02-06 Herbert Naumann Variable Hubventilsteuerungen
DE10140635B4 (de) * 2001-08-13 2010-12-02 Entec Consulting Gmbh Vorrichtung zur variablen Ventilhubverstellung von Gaswechselventilen einer Verbrennungskraftmaschine
JP2003239712A (ja) 2002-02-18 2003-08-27 Nippon Soken Inc 弁制御装置
JP4063622B2 (ja) 2002-09-19 2008-03-19 株式会社オティックス 可変動弁機構
DE10347517B3 (de) 2003-10-13 2005-06-02 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen eines Impulsladeventils einer Brennkraftmaschine
JP4026634B2 (ja) * 2004-08-31 2007-12-26 トヨタ自動車株式会社 可変動弁装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6453009A (en) * 1987-08-21 1989-03-01 Honda Motor Co Ltd Valve timing adjuster for engine
US5111781A (en) * 1990-03-14 1992-05-12 Suzuki Kabushiki Kaisha Valve actuating mechanism in four-stroke cycle engine
JPH0693816A (ja) * 1992-09-16 1994-04-05 Toyota Motor Corp 内燃機関の動弁機構
JPH06307219A (ja) * 1993-04-28 1994-11-01 Toyota Motor Corp 内燃機関の可変動弁機構
CN1203309A (zh) * 1997-06-24 1998-12-30 本田技研工业株式会社 内燃机中的阀操作系统
JPH1136833A (ja) * 1997-07-22 1999-02-09 Otix:Kk 可変動弁機構
JP2001164911A (ja) * 1999-12-10 2001-06-19 Yamaha Motor Co Ltd ４サイクルエンジンの動弁機構

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102536374A (zh) * 2010-11-08 2012-07-04 铃木株式会社 内燃机的可变配气装置
CN102536374B (zh) * 2010-11-08 2014-04-23 铃木株式会社 内燃机的可变配气装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20070095311A1 (en) 2007-05-03
CN1906383A (zh) 2007-01-31
US7299775B2 (en) 2007-11-27
EP1785598A1 (en) 2007-05-16
JP4211846B2 (ja) 2009-01-21
WO2006025565A1 (ja) 2006-03-09
EP1785598B1 (en) 2010-12-15
DE602005025368D1 (de) 2011-01-27
JPWO2006025565A1 (ja) 2008-05-08
EP1785598A4 (en) 2009-11-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100417788C (zh) 可变气门传动装置
US7469669B2 (en) Variable valve train mechanism of internal combustion engine
CN100491702C (zh) 可变气门装置
CN100460631C (zh) 内燃机的可变气门装置
US7073470B2 (en) Variable valve apparatus of internal combustion engine
JP4297189B2 (ja) 可変動弁装置および開弁量調整方法
CN101413411A (zh) 内燃机的可变动阀装置
CN1113393A (zh) 用于可变地控制内燃机阀门的方法和装置
CN102536374B (zh) 内燃机的可变配气装置
JP4276620B2 (ja) エンジンの動弁装置
JP4276621B2 (ja) エンジンの動弁装置
CN100580229C (zh) 内燃机的可变气门传动装置
WO2006132059A1 (en) A variable valve apparatus
CN103256088A (zh) 内燃机的可变气门装置
US7290512B2 (en) Variable valve apparatus of internal combustion engine
CN103089362A (zh) 带有缺省机构的持续可变阀升程系统
US7234426B2 (en) Variable valve apparatus of internal combustion engine
CN202611784U (zh) 带有缺省机构的持续可变阀升程系统
CN101457676B (zh) 车辆发动机的可变气门提升装置
JP4157649B2 (ja) 内燃機関の可変動弁装置
CN101922325A (zh) 驱动装置
JPH07310514A (ja) バルブ駆動装置
JP4552707B2 (ja) 内燃機関の可変動弁装置
CN103670578A (zh) 内燃机的可变阀装置
US20070062473A1 (en) Variable valve apparatus of internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080910

Termination date: 20150830

EXPY Termination of patent right or utility model