CN101363336B - 发动机的操作气门机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机的操作气门机构，包括：驱动轴，其构造为与发动机同步旋转；连接臂，其具有大端和小端，所述驱动轴插入并穿过所述大端；气门升程控制轴，其设置为与所述驱动轴平行，并具有偏心部分；摆动臂，其可旋转地设置在所述气门升程控制轴的偏心部分处，并通过第一旋转支撑点与所述连接臂的小端互连；连杆，其通过第二旋转支撑点与所述摆动臂互连，所述第二旋转支撑点和所述第一旋转支撑点位于所述气门升程控制轴的同一侧；以及摆动凸轮，其通过第三旋转支撑点与所述连杆互连，并且根据所述驱动轴的操作而相应地操作，以便打开操作气门。所述连接臂的小端在所述驱动轴方向上的厚度小于所述连接臂的大端在所述驱动轴方向上的厚度。

Description

发动机的操作气门机构
技术领域
本发明涉及发动机的操作气门机构。 
背景技术
常规的操作气门机构包括布置在同一根轴上的连接臂和连杆。对于这种布置方式，存在这样的担心，即：摆动臂会由于来自连接臂和连杆的输入载荷而被向下偏压。 
发明内容
由于存在上述担心，所以，本发明的目的是提供一种操作气门机构，在该操作气门机构中，摆动臂不被向下偏压，或者被向下偏压的程度比在常规操作气门机构中被向下偏压的程度更小。 
在一个实施例中，本发明提供一种发动机的操作气门机构，包括：驱动轴，其构造为与发动机同步旋转；连接臂，其具有大端和小端，所述驱动轴插入并穿过所述大端；气门升程控制轴，其设置为与所述驱动轴平行，并具有偏心部分；摆动臂，其可旋转地设置在所述气门升程控制轴的偏心部分处，并通过第一旋转支撑点与所述连接臂的小端互连；连杆，其通过第二旋转支撑点与所述摆动臂互连，所述第二旋转支撑点和所述第一旋转支撑点布置在所述气门升程控制轴的同一侧；以及摆动凸轮，其通过第三旋转支撑点与所述连杆互连，并根据所述驱动轴的操作而相应地操作，从而打开操作气门。所述连接臂的小端在所述驱动轴方向上的厚度小于所述连接臂的大端在所述驱动轴方向上的厚度。 
根据本发明，所述连接臂的小端的厚度小于所述连接臂的大端的厚度。因此，能够缩短输入到所述摆动臂中的载荷之间的距离，从而使向下偏压所述摆动臂的力矩变小。因此，难以向下偏压所述摆动臂，并有利于提高整个机构的紧凑度。 
附图说明
附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分。这些附图示出了本发明的优选实施例，并与上面的概括描述和下面的详细描述一起解释本发明的特征。 
图1是根据本发明第一实施例的发动机的操作气门机构的透视图； 
图2A和2B示出了根据本发明第一实施例的操作气门机构； 
图3A-3D示出了根据本发明第一实施例的操作气门机构的驱动凸轮； 
图4A-4D示出了根据本发明第一实施例的操作气门机构的连接臂； 
图5A和5B示出了当发动机高速高负荷运行时操作气门机构的状态； 
图6示出了当发动机低速低负荷运行时操作气门机构的状态； 
图7示出了当调节操作气门机构时气门的升程量和打开/关闭定时； 
图8A-8D示出了根据本发明第二实施例的发动机的操作气门机构的连接臂； 
图9A和9B示出了根据本发明另一个实施例的发动机的操作气门机构；以及 
图10A和10B示出了根据本发明另一个实施例的发动机的操作气门机构。 
具体实施方式
图1为示出根据本发明第一实施例的发动机的操作气门机构的透视图。图2A是该操作气门机构的左视图，图2B是该操作气门机构的前视图。 
本发明的操作气门机构10包括驱动轴11、连接臂12、气门升 程控制轴13、摆动臂14、连杆15和摆动凸轮16。摆动凸轮16根据驱动轴11的操作而进行操作和摆动，从而打开/关闭操作气门，其中驱动轴11与发动机的旋转同步地旋转。驱动轴11和气门升程控制轴13可旋转地支撑在轴承(未示出)上。 
驱动轴11沿着发动机的前后方向可旋转地支撑在气缸盖的上部。扭矩从发动机的曲轴传递到驱动轴11上，从而使驱动轴11旋转。驱动轴11包括驱动轴主体111和驱动凸轮112。驱动轴主体111具有空心形状。驱动轴11由高强度材料形成。驱动凸轮112固定在驱动轴主体111上。驱动凸轮112是偏心旋转凸轮，其从驱动轴主体111的轴中心向一侧偏移。驱动凸轮112与驱动轴主体111一体地旋转。驱动凸轮112由耐磨材料形成。驱动凸轮112包括凸轮主体112a和凸台部分112b。凸轮主体112a和凸台部分112b是一体形成的。凸轮主体112a的轴中心相对于驱动轴主体111的轴中心沿直径方向偏移预定量。如下面进一步描述的，通过连接销20将驱动凸轮112连接并固定在驱动轴主体111上。 
连接臂12包括大端12a和小端12b。驱动凸轮112(凸轮主体112a)插入并穿过大端12a。小端12b通过第一旋转支撑点(例如销21)连接到摆动臂14上。 
气门升程控制轴13布置为与驱动轴11平行。气门升程控制轴13包括气门升程控制轴主体131和偏心凸轮(偏心部分)132。偏心凸轮132是偏心旋转凸轮，其从气门升程控制轴主体131的轴中心向一侧偏移。偏心凸轮132与气门升程控制轴主体131一体地旋转。气门升程控制轴13受到致动器(未示出)的控制，以便在预定的旋转角度范围内旋转。致动器基于发动机的当前驱动状态控制气门升程控制轴13的旋转，其中发动机的当前驱动状态是通过来自各种传感器(例如曲轴转角传感器、空气流量计、水温传感器，等等)的检测信号检测得到的。通过控制气门升程控制轴13的旋转，可以调节向一侧偏移的偏心凸轮132的位置，从而改变摆动臂14的摆动中心。 
摆动臂14根据驱动轴11的旋转而操作和摆动。气门升程控制轴13(偏心凸轮132)插入并穿过摆动臂14。因此，摆动臂14可相 对于偏心凸轮132旋转。 
连杆15连接摆动臂14和摆动凸轮16。连杆15具有“C”形横截面，并通过第二旋转支撑点(例如销22)与摆动臂14可相对旋转地连接，其中摆动臂14的前端设置在连杆15的内侧。与销21相比，销22距偏心凸轮132的轴中心的距离更远。 
摆动凸轮16是固定地安装在管17中的一对部件。驱动轴11插入并穿过管17，从而管17可围绕驱动轴11摆动。摆动凸轮16在一侧通过第三旋转支撑点(例如销23)与连杆15可相对旋转地连接。摆动凸轮16向上和向下移动，从而打开/关闭操作气门。 
图3A至3D示出了根据本发明第一实施例的驱动凸轮。具体地，图3A是透视图，图3B是俯视图，图3C是前视图，图3D是右视图。 
驱动凸轮112包括凸轮主体112a和凸台部分112b。凸轮主体112a和凸台部分112b是一体形成的。在驱动凸轮112中形成有用于插入驱动轴主体的大孔112c。凸轮主体112a的轴中心相对于大孔112c的中心沿直径方向偏移预定量。在凸轮主体112a和凸台部分112b的边界处形成有小孔112d。小孔112d形成为穿过凸轮主体112a和凸台部分112b。 
此外，驱动轴主体111插入到大孔112c中，并且销20(在图3C中用虚线表示)压入到小孔112d中。填塞区域112e防止压入的销20脱落。因此，驱动凸轮112牢固地安装到驱动轴主体111上。 
因此，由于填塞区域112e被填塞，所以压入的销20不会脱落，并且驱动凸轮112被牢固地固定到驱动轴主体111上。 
此外，小孔112d形成在凸轮主体112a和凸台部分112b的边界处。具体地，小孔112d形成为穿过凸轮主体112a和凸台部分112b，并且与凸台部分112b的端面112f间隔开。因此，可以保证小孔112d的强度。尽管由于小孔112d与端面112f间隔开而能够保证小孔112d的强度，但是，当整个小孔112d都位于凸轮主体112a上时，不能通过填塞来固定压入的销20。也就是说，由于连接臂12沿着凸轮主体112a的外周表面可滑动地移动，所以，如果填塞这种滑移表面，那么就会损坏该滑移表面的平滑性。 
但是，由于小孔112d形成在凸轮主体112a和凸台部分112b的边界处，并且穿过凸轮主体112a和凸台部分112b，所以可以提高强度和滑移性能之间的相容性。 
图4A至4D示出了根据本发明第一实施例的操作气门机构的连接臂。具体地，图4A是透视图，图4B是俯视图，图4C是前视图，图4D是右视图。 
连接臂12包括大端12a和小端12b。如图4D所示，小端12b的厚度“t”小于大端12a的厚度“T”。大端12a的一个表面与小端12b共面，该表面的相对表面从小端12b突出，从而形成阶梯部分12e。在图4D中，大端12a的左侧表面与小端12b共面，而大端12a的右侧表面从小端12b突出，从而形成阶梯部分12e。此外，如图1所示，连接臂12装配和连接成使得阶梯部分12e位于摆动臂侧。在大端12a中，形成有与外周表面同心的运动表面12c。在小端12b中，形成有与外周表面同心的销插入孔12d。 
此外，小端12b的厚度“d”小于大端12a的厚度“D”。 
图5A和5B示出了当发动机高速高负荷运行时操作气门机构的状态。具体地，图5A示出了气门关闭状态，图5B示出了气门打开状态(即最大升程状态)。 
当发动机高速高负荷运行时，气门升程控制轴13被驱动旋转到图5A所示的位置。如图5A所示，通过这样做，将摆动臂14的摆动中心P1保持在大致位于气门升程控制轴主体131的轴中心P上方的位置。如果在这种状态下驱动驱动轴11旋转，那么驱动轴11的驱动力从连接臂12传递到摆动臂14、连杆15和摆动凸轮16，从而打开/关闭操作气门。 
如图5A所示，在气门关闭状态下，摆动凸轮16的基圆部分16a接触气门挺杆18。 
如图5B所示，在气门打开状态下，摆动凸轮16进行大幅度摆动，使得摆动凸轮16的基圆部分16a和凸轮尖端16c之间的升程部分16b接触气门挺杆18。结果，增加了气门挺杆18的移动量L1。 
图6示出了当发动机低速低负荷运行时操作气门机构的状态。 
当发动机低速低负荷运行时，气门升程控制轴13被驱动旋转到图6所示的位置。如图6所示，通过这样做，将摆动臂14的摆动中心P1保持在气门升程控制轴主体131的轴中心P的左上方的位置。如果在这种状态下驱动驱动轴11旋转，那么驱动轴11的驱动力从连接臂12传递到摆动臂14、连杆15和摆动凸轮16，从而打开/关闭操作气门。由于摆动臂14通常沿着其左侧向上的方向(与驱动轴11分开的方向)移动，所以摆动凸轮16对气门挺杆18的推压只能进行到基圆16a和凸轮尖端16c之间的升程部分的大致中部。因此，升程量L2变得小于图5所示的升程量L1。 
如图7所示，与高速高负荷运行状态相比，低速低负荷运行状态下的凸轮升程特性更小，同时气门升程量更小，而且气门的操作角度(即打开范围)更小。 
下面，解释本发明的效果。 
如图1，2A和2B所示，在销21和销22位于气门升程控制轴13同一侧的可变操作气门机构中，当操作气门打开时，以如下所述的方式施加载荷。也就是说，如果凸轮主体112a随着驱动轴11旋转而下降，那么通过连接臂12使销21的位置下降。相应地，摆动臂14使销22的位置下降，使得连杆15向下推动摆动凸轮，以便打开操作气门。当操作气门以如上所述的方式打开时，载荷沿着图2A中所示的拉伸方向作用在连接臂12上。因此，向下的载荷作用在摆动臂14的一端，而向上的载荷作用在摆动臂14的另一端。如图2B所示，由于方向相反的载荷作用在摆动臂14的两端，所以产生了向下偏压摆动臂14的力矩Mx。 
因此，对于销21和销22位于气门升程控制轴13同一侧的可变操作气门机构来说，需要通过如下方式把向下偏压摆动臂14的力矩抑制到尽可能地小，即：通过尽可能地缩短载荷之间的距离来减少力矩臂的长度。相应地，需要使销21的轴向中心211和销22的轴向中心221之间的距离尽可能地小。 
此外，根据载荷沿着拉伸方向作用在连接臂12时的分析结果，已经发现，载荷对大端12a的影响比对小端12b的影响更大。因此， 小端12b的厚度“t”形成为小于大端12a的厚度“T”。相应地，提高了形状的相容性。从而能够减小销21的轴向中心211和销22的轴向中心221之间的距离。由此可抑制向下偏压摆动臂14的力矩(如图2B中的虚线所示，如果小端12b的厚度和大端12a的厚度相同，那么销21的轴向中心就形成为使得销21的轴向中心211和销22的轴向中心221之间的距离变得更长)。此外，大端12a足够厚，以确保强度并为驱动凸轮112提供滑移区域，从而不易产生烧蚀。 
(第二实施例) 
图8A至8D示出了根据本发明第二实施例的连接臂。具体地，图8A是透视图，图8B是俯视图，图8C是前视图，图8D是右视图。 
此外，功能和第一实施例中的结构相同的结构用同一附图标记表示。 
尽管在第一实施例中，滑移表面12c形成为与连接臂12的大端12a的外周表面同心，但是，从对连接臂12的分析结果中可以清楚地看出，作用在连接臂12上的载荷对大端12a的下侧的影响比对大端12a的上侧的影响更大。因此，在本实施例中，使得滑移表面12c的中心Q1位于大端12a的外周表面的中心Q的上方。也就是说，沿着连接臂12的大端12a的直径方向的厚度不是恒定的，并且如图8C所示，下端附近的厚度(Dmax)更大。 
根据本发明，能够更加优化连接臂的形状。 
虽然已经参考一些优选实施例描述了本发明，但在不偏离如后附权利要求书及其等同物限定的本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行多种修改、变换、改变。例如，尽管在第一实施例中，大端12a的凸出方向朝向摆动臂侧，但是大端12a也可如图9A和9B中所示仅向相反侧凸出，或者大端12a也可如图10A和10B所示同时朝向摆动臂侧和相反侧凸出。这里，在图9A、9B、10A和10B所不的实施例中，气门升程控制轴不是偏心凸轮类型的，而是曲轴类型的。也就是说，气门升程控制轴13包括主轴颈131、曲轴销(偏心部分)132和连接板133。此外，当大端12a朝向与摆动臂相反的一侧(即 朝向连接板)凸出时，可通过在连接板133中形成切除部分133a来防止连接板133与大端12a干涉。而且，虽然在大端12a和小端12b的边界上形成有阶梯部分12e，但是大端12a和小端12b的厚度也可连续改变而不形成阶梯部分。因此，本发明不限于上述实施例，并且本发明的范围仅由下面的权利要求书限定。 
本申请要求2007年8月10日提交的日本专利申请No.2007-209706的优先权，该日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。 

Claims (9)

1. 一种发动机的操作气门机构，包括：
驱动轴，其构造为与发动机同步旋转；
连接臂，其具有大端和小端，所述驱动轴插入并穿过所述大端；
气门升程控制轴，其布置为与所述驱动轴平行，并具有偏心部分；
摆动臂，其可旋转地设置在所述气门升程控制轴的偏心部分处，并且通过第一旋转支撑点与所述连接臂的小端互连；
连杆，其通过第二旋转支撑点与所述摆动臂互连，所述第二旋转支撑点和所述第一旋转支撑点位于所述气门升程控制轴的同一侧；
以及
摆动凸轮，其通过第三旋转支撑点与所述连杆互连，并且根据所述驱动轴的操作而相应地操作，以便打开操作气门；
其中，所述连接臂的小端的轴向厚度小于所述连接臂的大端的轴向厚度。
2. 根据权利要求1所述的操作气门机构，其中，
所述连接臂包括由于所述大端和所述大小的厚度差而产生的阶梯部分，并且所述阶梯部分朝向所述摆动臂侧凸出。
3. 根据权利要求1所述的操作气门机构，其中，
所述连接臂包括由于所述大端和所述小端的厚度差而产生的阶梯部分，并且所述阶梯部分朝向与所述摆动臂相反的一侧凸出。
4. 根据权利要求1所述的操作气门机构，其中，
所述驱动轴包括：
驱动轴主体和驱动凸轮，所述驱动凸轮包括凸轮主体和凸台部分，所述连接臂围绕所述凸轮主体可滑动地移动，并且所述凸台部分形成在所述凸轮主体上；以及
形成在所述驱动凸轮中的用于插入所述驱动轴主体的大孔，和形成在所述凸轮主体和所述凸台部分中的小孔；
所述操作气门机构包括紧固件，所述紧固件用于插入所述小孔中，并将所述驱动凸轮固定在所述驱动轴主体上。
5. 根据权利要求4所述的操作气门机构，其中，
所述凸台部分形成有填塞区域，并且在所述紧固件插入到所述小孔内之后填塞所述填塞区域。
6. 根据权利要求1所述的操作气门机构，其中，
所述气门升程控制轴的偏心部分包括构造为相对于主轴颈偏心的曲轴销。
7. 根据权利要求1所述的操作气门机构，其中，
所述连接臂的小端的径向厚度“d”小于所述连接臂的大端的径向厚度“D”。
8. 根据权利要求1所述的操作气门机构，其中，
所述连接臂的大端的下端部分的厚度比所述连接臂的大端的上端部分的厚度大。
9. 根据权利要求1所述的操作气门机构，其中，
所述连接臂包括由于所述大端和所述小端之间的厚度差而产生的第一阶梯部分和第二阶梯部分，所述第一阶梯部分朝向所述摆动臂侧凸出，所述第二阶梯部分朝向与所述摆动臂相反的一侧凸出。
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