CN101405482A - 气门驱动系统和气门驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种气门驱动系统，其包括：动力传递机构(13)，其将电动马达(12)的旋转运动转换成设置在内燃发动机(1)的气缸(2)中的进气门(3)的打开和闭合运动，以经由凸轮(152)将动力从电动马达(12)传递到气门(3)；以及旋转角度限制机构(16)，其设置在从电动马达(12)延伸到凸轮(152)的运动转递路径中并且将凸轮(152)的旋转限制在预定角度范围内，所述预定角度范围设定成使得发动机(1)的活塞(5)和进气门(3)彼此不相干涉。所述旋转角度限制机构(16)包括：凸缘(161)，其与凸轮轴(151)一体旋转并且在其上形成有槽状长孔(161a)；以及止动销(162)，其插入到槽孔(161a)中以及从槽孔(161a)回退。

Description

气门驱动系统和气门驱动方法

技术领域

本发明涉及一种气门驱动系统，其使用用于驱动设置在内燃发动机的气缸中的气门的电动马达，并且，本发明还涉及一种驱动所述气门的方法。

背景技术

作为气门驱动系统中的一种，使用用于驱动(即打开和闭合)设置在内燃发动机的气缸中的气门的电动马达的气门驱动系统是众所周知的。从避免活塞和气门之间干涉的观点来看，在这种气门驱动系统中，必需使曲轴的旋转和凸轮的旋转高精确度地同步。JP-A-2005-054732公开了一种气门驱动系统，其在由于某些原因而失去曲轴和凸轮之间的同步时即在曲轴的旋转和凸轮的旋转不同步时中断或切断向气门传递的动力以便停止气门的打开和闭合运动。JP-A-2005-054732还公开了一种气门驱动系统，其中准备有提供高气门升程的凸轮和提供低气门升程的凸轮，并且当曲轴和凸轮不同步时使用低升程凸轮替代高升程凸轮，使得能够降低气门的升程量。

在JP-A-2005-054732中公开的系统中，必须准备用于降低气门升程量的低升程凸轮，并且必需提供用于从高升程凸轮向低升程凸轮切换的机构。而且，需要提供中断向气门传递动力的机构以便停止气门的打开运动和闭合运动。从而，使JP-A-2005-054732的系统的构造的复杂性增加并且使其成本增加。

在某些情况下，不论曲轴的旋转和凸轮的旋转是否彼此同步或不同步，都需要限制气门的移动范围。如果在这些情况下采用了JP-A-2005-054732的系统，则可以限制气门的移动范围，但是凸轮能够自由独立旋转，从而允许电动马达继续旋转。因此，如果从电动马达延伸到气门的马达驱动系统出现任何异常，则所述异常由于马达保持旋转而变得更严重。

发明内容

因此，第一目的是提供气门驱动系统和气门驱动方法，其能够以机械方式限制凸轮的旋转。本发明的第二目的则是提供气门驱动系统和气门驱动方法，其通过限制凸轮的旋转而能够防止活塞和气门之间的干涉。

本发明的第一方面涉及一种气门驱动系统，其包括：动力传递机构，其将电动马达的旋转运动转换成设置在内燃发动机的气缸中的气门的打开和闭合运动以经由凸轮将动力从所述电动马达传递到所述气门；以及旋转角度限制机构，其设置在从所述电动马达延伸到所述气门的运动传递路径中并且将所述凸轮的旋转限制在预定角度范围内，所述预定角度范围窄于所述凸轮提供所述气门的最大升程的角度范围。本发明的第一方面还涉及一种以上述方式驱动所述气门的方法。

在上述气门驱动系统和气门驱动方法中，旋转角度限制机构能够以机械方式将凸轮的旋转角度限制在预定角度范围内，所述预定角度范围窄于凸轮提供气门的最大升程的范围。通过以此方式限制旋转角度，凸轮不能自由旋转，因此防止了电动马达过度地持续旋转。所述预定角度范围可以是任意范围，只要其窄于气门达到最大升程的范围即可。因此，将旋转角度限制在预定角度范围内可以包括借助旋转角度限制机构来禁止凸轮移动，换言之，即借助旋转角度限制机构使旋转的凸轮停止。

旋转角度限制机构的构造并不限于任何特定的构造，只要该机构能够以机械方式限制凸轮的旋转即可。例如，旋转角度限制机构可以包括：旋转限制器，其设置于安置在运动传递路径中的旋转构件，使得旋转限制器位于旋转构件的旋转中心的径向外侧；以及活动构件，其在限制位置和非限制位置之间移动，在所述限制位置所述活动构件与所述旋转限制器的通行范围发生干涉，在所述非限制位置所述活动构件的位置离开所述旋转限制器的通行范围。而且，在动力传递机构包括置于凸轮和气门之间并且与气门的打开和闭合运动同步移动的例如气门挺杆或摇臂等中介构件的情况下，旋转角度限制机构可以包括：设置于中介构件的运动限制器；以及在限制位置和非限制位置之间移动的活动构件，在所述限制位置所述活动构件和所述运动限制器的通行范围发生干涉，在所述非限制位置所述活动构件的位置离开所述运动限制器的通行范围。通过以上述方式构造的旋转角度限制机构，当活动构件从非限制位置移动到限制位置时，活动构件与旋转限制器的通行范围或者运动限制器的通行范围发生干涉，使得能够禁止旋转构件的自由旋转或者中介构件的自由移动。以这种方式，通过动力传递机构进行的电动马达的旋转运动的传递在运动传递路径中受到限制，从而能够限制凸轮的旋转角度。

在根据本发明第一方面的气门驱动系统中，内燃发动机可以具有：多个气缸，每个气缸都用作上面提到的气缸；以及多个气门，每个气门都用作上面提到的气门，并且所述多个气门安置在相应的气缸中。并且，所述动力传递机构可以具有多个凸轮，每个凸轮都用作上面提到的凸轮并且分别对应于所述气门，并且可以具有设置用于驱动至少一个凸轮的第一电动马达以及设置用于驱动其余凸轮的第二电动马达，所述第一和第二电动马达中的每个都用作上面提到的电动马达。另外，旋转角度限制机构可以包括旋转角度限制单元，其是能够将由第一电动马达驱动的上述至少一个凸轮的旋转限制在预定角度范围内的第一旋转角度限制机构和能够将由第二电动马达驱动的其余凸轮的旋转限制在预定角度范围内的第二旋转角度限制机构的集成组件。在此实施方式中，能够通过单个旋转角度限制单元限制设置用于两个或多个不同气缸的凸轮的旋转。与旋转角度限制机构设置用于各个凸轮的情况相比，这种设置的优点在于减小了安装空间。

在根据本发明第一方面的气门驱动系统中，每个都用作上面提到的旋转角度限制机构的多个旋转角度限制机构可被设置用于将凸轮的旋转限制在彼此不同的多个预定角度范围(每个都相当于上面提到的预定角度范围)内。在此实施方式中，可以通过选择性地操作两个或多个旋转角度限制机构来改变凸轮的旋转角度受到限制的范围。在此实施方式中，至少一个旋转角度限制机构的预定角度范围可以设定成使得安置在发动机中的活塞和气门彼此不相干涉。在这种情况下，可以通过操作其预定角度范围被设定为活塞和气门彼此不相干涉的范围的旋转角度限制机构来可靠地防止气门/活塞干涉。

根据本发明第一方面的气门驱动系统还可以包括马达控制装置，其用于在随着电动马达的驱动转矩增加而使供应到电动马达的电流或与电流对应的物理量超过预定值时停止向电动马达供应电流。通常，当通过旋转角度限制机构限制凸轮的旋转时电动马达的驱动转矩增加。通过上述设置，当电动马达的驱动转矩超过预定值时，则停止向电动马达供应电流，使得能够以与通过旋转角度限制机构进行的凸轮旋转的限制相关联的方式使电动马达停止。

在根据本发明第一方面的气门驱动系统中，内燃发动机可以安装在车辆上以用作驱动动力源，并且，还可以设置马达控制装置，其能够执行用于通过使凸轮在小于一周的摆动范围内摆动而限制气门的升程的限制摆动模式，使得当发动机中发生异常时车辆能够在车辆的行驶速度受到限制的自我保护模式下行驶。而且，上述预定角度范围可以设定为大于限制摆动模式的摆动范围的角度范围。在此实施方式中，由于通过旋转角度限制机构使凸轮的旋转受到限制的角度范围大于限制摆动模式的摆动范围，所以在凸轮的旋转也受到旋转角度限制机构的限制时车辆能够在限制摆动模式中执行自我保护行驶。当凸轮的旋转受到旋转角度限制机构的限制时，这种设置不会造成车辆由于发动机的动力不足而不能行驶，从而能够适当地处理发动机中的异常。在此实施方式中，内燃发动机可以具有每个都用作上面提到的气缸的多个气缸以及每个都用作上面提到的气门的多个气门，其中所述多个气门安置在相应的气缸中。当一个或多个气缸发生异常时，限制摆动模式的摆动范围可以设定成使得车辆能够以自我保护模式行驶同时仅仅中止上述一个或多个气缸。在这种情况下，车辆能够在仅中止部分气缸的同时即在气缸运转数量减少的情况下以自我保护模式行驶。

在根据本发明第一方面的气门驱动系统中，内燃发动机可以安装在车辆上以用作多个驱动动力源之一，并且车辆可以设置成能够仅通过除发动机之外的一个或多个动力源行驶。另外，旋转角度限制机构可以限制凸轮的旋转以便使气门停止在预定位置。此实施方式的车辆通常公知为混合动力车辆，其设置有例如电动发电机等的电动操作的动力源作为除发动机之外的驱动动力源。在此实施方式中，在发动机发生某些异常时，旋转角度限制机构以机械方式使气门停止在预定位置，由此使发动机停止，然后行驶动力源从发动机切换到除发动机之外的行驶动力源，从而车辆能够继续行驶。气门停止的预定位置可以适当地确定。例如，可以限制凸轮的旋转使得气门停止在能够减少泵气损失的位置，或者可以限制凸轮的旋转使得气门停止在气门处于完全闭合状态的位置或停止在气门的升程等于或大于预定量的位置。

本发明的第二方面涉及一种气门驱动系统，其包括：动力传递机构，其将电动马达的旋转运动转换成设置在内燃发动机的气缸中的气门的打开和闭合运动以经由凸轮将所述电动马达的动力传递到所述气门；以及旋转角度限制机构，其设置在从所述电动马达延伸到所述凸轮的运动传递路径中并且能够将所述凸轮的旋转限制在预定角度范围内，所述预定角度范围设定成使得安置在所述发动机中的活塞和气门彼此不相干涉。本发明的第二方面还涉及一种以上述方式驱动所述气门的方法。

在上述气门驱动系统中，能够通过旋转角度限制机构限制凸轮的旋转角度。在受到限制的情况下，凸轮不会旋转超出预定角度范围，所述预定角度范围设定成使得活塞和气门彼此不相干涉。在需要限制凸轮的旋转角度的情况下，例如在曲轴的旋转和凸轮的旋转不同步时，旋转角度限制机构限制凸轮的旋转角度，由此避免活塞和气门之间的干涉。旋转角度限制机构的构造并不限于任何特定的构造。在本发明第二方面的一个实施方式中，旋转角度限制机构可包括：旋转限制器，其设置于安置在运动传递路径中的旋转构件，使得旋转限制器位于旋转构件的旋转中心的径向外侧；以及活动构件，其在限制位置和非限制位置之间移动，在所述限制位置所述活动构件与所述旋转限制器的通行范围发生干涉，在所述非限制位置所述活动构件的位置离开所述旋转限制器的通行范围。在此实施方式中，活动构件从非限制位置移动到限制位置，以便与旋转限制器的通行范围发生干涉，由此禁止旋转构件的自由旋转。结果，通过动力传递机构进行的电动马达的旋转运动的传递在运动传递路径中受到限制，从而能够限制凸轮的旋转角度。

旋转构件可以采用任何形式，只要其安置在运动传递路径中即可。举例说明，在例如齿轮系等的传动机构设置在电动马达与凸轮设置于其上的凸轮轴之间时，构成齿轮系的齿轮可以用作旋转构件。而且，旋转构件可以采用设置在与齿轮系的齿轮一体旋转的齿轮轴上的单独部件的形式。此外，动力传递机构可以具有其上设置有凸轮的凸轮轴，并且旋转构件可以设置在凸轮轴上，使得旋转构件能够与凸轮轴一体旋转。在这种情况下，可以通过禁止旋转构件的自由旋转而限制凸轮轴的旋转。在此实施方式中，设置于旋转构件的旋转限制器可以采用形成在旋转构件上以便沿旋转构件的周向延伸的槽部形式，并且其尺寸允许活动构件插入其中。在这种情况下，旋转限制器能够通过预先形成有槽部的旋转构件的一体模制或者通过进行加工以在旋转构件上形成槽部而容易地实现。

作为另一示例，电动马达可以具有输出轴，而动力传递机构可以具有其上设置有凸轮的凸轮轴，并且，旋转构件可以设置在输出轴上或者凸轮轴上。在这种情况下，电动马达的输出轴或凸轮轴用作旋转构件。这消除了将旋转构件准备为单独部件的需要，从而能够减少部件的数量。

根据本发明第二方面的气门驱动系统还可包括用于控制旋转角度限制机构的限制机构控制装置，以便在发动机曲轴的旋转与凸轮的旋转不同步时将凸轮的旋转限制在预定角度范围内。当曲轴的旋转和凸轮的旋转不同步时就会存在活塞和气门之间发生干涉的可能性。在此实施方式中，当曲轴和凸轮的旋转不同步时，限制机构控制装置工作而将凸轮的旋转限制在预定角度范围内，使得能够避免活塞和气门之间的否则会有可能发生的干涉。

在上述实施方式中，气门驱动系统还可以包括马达控制装置，其用于在多个模式中的一个选定模式下控制电动马达，所述多个模式包括：限制摆动模式，其用于使凸轮在预定角度范围内摆动；正常摆动模式，其用于使凸轮超出预定角度范围摆动；以及正常旋转模式，其用于使凸轮沿一个方向旋转。在此系统中，当发动机曲轴的旋转和凸轮的旋转不同步时，马达控制装置可以选择和执行限制摆动模式。在这种情况下，当曲轴的旋转和凸轮的旋转不同步时，通过马达控制装置控制电动马达，使得凸轮在预定角度范围内摆动而同时)凸轮的旋转角度受到旋转角度限制机构的限制。因此，即使马达控制装置发生控制误差，由于旋转角度限制机构所施加的限制，也会禁止凸轮旋转超出预定角度范围。亦即，凸轮的旋转受到根据限制摆动模式的限制以及受到由旋转角度限制机构所施加的限制。通过这样的双重限制，能够可靠地避免活塞和气门之间的干涉，从而使可靠性得以提高。

在根据本发明第一或第二方面的气门驱动系统中，内燃发动机可以具有：每个都用作上面提到的气缸的多个气缸；和每个都用作上面提到的气门的多个气门，所述多个气门安置在相应的气缸中。并且，每个都用作上面提到的凸轮的多个凸轮可以设置用于驱动相应的气门。在此系统中，动力传递机构可以设置成将电动马达的旋转运动转换成每个气门的打开和闭合运动以经由凸轮将动力从电动马达传递到气门，并且旋转角度限制机构可以设置成能够限制多个凸轮的旋转。在此实施方式中，与旋转角度限制机构被设置用于其旋转要受到限制的各个凸轮的情况相比，能够减少旋转角度限制机构的数量，从而有利地，机构数量的减少有助于降低成本。

在根据本发明第一或第二方面的气门驱动系统中，旋转角度限制机构还可包括液压机构，其通过利用依据发动机的运转而产生的液压压力在限制位置和非限制位置之间移动活动构件。在此实施方式中，利用了由发动机产生的液压压力，因此不需要用于驱动活动构件的例如电气动力源等的动力源。从而，能够以高能效的方式驱动活动构件。在此实施方式中，液压机构可以包括用于使活动构件朝向限制位置偏置的偏置装置，并且能够工作而供应液压压力以便使活动构件从限制位置移动到非限制位置。相反，液压机构可以包括用于使活动构件朝向非限制位置偏置的偏置装置，并且能够工作而供应液压压力以便使活动构件从非限制位置移动到限制位置。通过前一液压机构，不论液压压力存在与否，活动构件都能够保持在限制位置，因此，可以限制凸轮的旋转，即使在液压压力处于低级别的条件下也是这样。后一液压机构则适当地被采用在这样的内燃发动机中，例如在起动之时具有高旋转速度的、安装在混合动力车辆上的内燃发动机，或者，被采用在经常运转于高速度高负荷区域的内燃发动机中。

在根据本发明第一或第二方面的气门驱动系统中，旋转角度限制机构还可以包括电磁驱动机构，其通过利用电磁力而使活动构件在限制位置和非限制位置之间移动。此实施方式的优点在于，不论发动机的运转状况如何，均能够可靠地驱动活动构件。

在根据本发明第一或第二方面的气门驱动系统中，动力传递机构可以具有其上设置有凸轮的凸轮轴，并且旋转角度限制机构可以设置成沿与凸轮轴的轴线平行的方向移动活动构件。在此实施方式中，由于活动构件平行于凸轮轴的轴线移动，所以能够防止沿与凸轮轴的轴线垂直的方向测量的旋转角度限制机构的尺寸变得不合要求地大。在根据本发明第一或第二方面的气门驱动系统中，动力传递机构可以具有其上设置有凸轮的凸轮轴，并且旋转角度限制机构可以设置成沿与凸轮轴的轴线垂直的方向移动活动构件。在此实施方式中，由于活动构件沿与凸轮轴的轴线垂直的方向移动，所以能够防止沿与凸轮轴的轴线平行的方向测量的旋转角度限制机构的尺寸变得不合要求地大。

如上所述，在根据本发明第一方面的气门驱动系统中，设置在运动传递路径中的旋转角度限制机构能够以机械方式限制凸轮的旋转。而且，在根据本发明第二方面的气门驱动系统中，将凸轮的旋转限制在被设定成使得发动机的活塞和气门彼此不相干涉的预定角度范围内，从而能够避免活塞和气门之间的干涉。

附图说明

根据参照附图所作的优选实施方式的如下描述，本发明的前述和其它的目的、特征和优点将变得显见，其中相同的标号用来表示相同的元件，图中：

图1是示意性地示出根据本发明第一实施方式的气门驱动系统应用于其中的内燃发动机的主要部分的视图；

图2是如图1所示的旋转角度限制机构的凸缘的正视图；

图3是示出故障保护控制的控制程序的示例的流程图；

图4是示出起动控制的控制程序的示例的流程图；

图5是示出气门停止控制的控制程序的示例的流程图；

图6是示意性地示出根据本发明第二实施方式的气门驱动系统应用于其中的内燃发动机的主要部分的视图；

图7是沿图6中的箭头VII-VII方向观察的图6中的发动机的放大图；

图8是示出在图6的实施方式中止动销置于非限制位置的状况的视图；

图9是第二实施方式的凸缘的正视图；

图10是示出当车辆在自我保护模式下行驶时由ECU执行的控制程序的示例的流程图；

图11是示出针对混合动力车辆执行的故障保护控制的控制程序的示例的流程图；

图12是示出旋转角度限制机构的多种形式中的第一示例的视图；

图13A是示出采用图12的旋转角度限制机构的第二实施方式的修改示例的视图，特别地，示出了限制机构置于限制位置的状况；

图13B是示出采用图12的旋转角度限制机构的第二实施方式的修改示例的视图，特别地，示出了限制机构置于非限制位置的状况；

图14是示出旋转角度限制机构的多种形式中的第二示例的视图；

图15是示出旋转角度限制机构的多种形式中的第三示例的视图；

图16是示出旋转角度限制机构的多种形式中的第四示例的视图；

图17是示出采用了与第一实施方式和第二实施方式中的液压机构不同的液压机构的第二实施方式的修改示例的视图；以及

图18是示出能够替代液压机构的电磁驱动机构的示例的视图。

具体实施方式

图1示意性地示出根据本发明第一实施方式的气门驱动系统应用于其中的内燃发动机的主要部分。安装在车辆上以用作驱动动力源的内燃发动机1是直列四缸发动机，其中四个气缸2成单列布置。在图1中，为简洁起见，仅示出了第二气缸2和第三气缸3，具体是其进气侧，而没有示出第一和第四气缸。气缸2中的每个都设置有用于打开和闭合气缸2的进气门3，但没有示出排气门。进气门3具有穿过气缸盖的气门杆导管(未图示)的气门杆3a，从而能够沿气门杆3a的轴线的方向往复运动。进气门3在气门弹簧4的压缩反作用力的作用下偏置，偏置所沿方向使得其气门工作面与进气口的气门座紧密接触。气缸2中的每个还设置有经由连杆7连接到曲轴6的活塞5，使得活塞5能够在气缸2中往复运动。

发动机1设置有可变气门致动机构10，其负责如图1中所示的进气门3的打开和闭合。其构造类似于可变气门致动机构10的另一气门致动机构设置用于打开和闭合未图示的第一和第四气缸的进气门。而且，排气门由与用于进气门的气门致动机构相似的机构打开和闭合。

可变气门致动机构10具有电动马达12以及动力传递机构13，所述动力传递机构13将电动马达12的旋转运动转换成进气门3的打开和闭合运动以经由凸轮152将动力从马达12传递到进气门3。电动马达12可以采用例如能够控制其旋转速度的DC(直流)无刷马达的形式。电动马达12包括位置传感器33，例如分解器或旋转编码器，用于检测其旋转位置。动力传递机构13包括齿轮系14和凸轮机构15。齿轮系14具有与电动马达12的输出轴12a一体旋转的马达齿轮141和与马达齿轮141啮合的凸轮驱动齿轮142。凸轮机构15包括凸轮轴151，其设置成与凸轮驱动齿轮142同轴并且能够与凸轮驱动齿轮142一体旋转。凸轮轴151设置有用于打开和闭合分别设置用于第二气缸2和第三气缸2的进气门3的上述凸轮152，使得凸轮152能够与凸轮轴151一体旋转。如图1中所示的两个凸轮152设置在凸轮轴151上，使得凸轮152尖部的梢部或远端沿周向彼此间隔开180度。通过这种设置，第二气缸2的进气门3的气门打开期不与第三气缸2的进气门3的气门打开期重叠。用于打开和闭合第一和第四气缸的进气门的凸轮(未图示)也设置成使得第一和第四气缸的进气门的气门打开期彼此不相重叠。

可变气门致动机构10进一步包括用于限制凸轮152的旋转角度的旋转角度限制机构16。旋转角度限制机构16包括：作为旋转构件的盘状凸缘161，其设置在凸轮轴151上以能够与凸轮轴151一体旋转；作为活动构件的止动销162，其能够前进到凸缘161和从凸缘161回退；以及液压机构163，其被设置为用于驱动止动销162的驱动装置。图2是示出从正面观察的凸缘161的放大图。如图2中所示，凸缘161形成有用作旋转限制器(槽部)的槽状长孔161a，其位于凸缘161旋转中心C的径向外侧。槽孔161a采用圆(或弧)段的形式，沿凸缘161的周向延伸，并且其尺寸允许止动销162插入其中。如图1中所示，止动销162在如图1中以实线标示的限制位置与如图1中以虚线标示的非限制位置之间移动。当置于限制位置中时，止动销162插入到槽孔161a中，因此与槽孔161a的通行范围(即由凸缘161中限定槽孔161a的部分所界定的范围)干涉。当置于非限制位置时，止动销162移动离开槽孔161a的通行范围。

为了使止动销162能够实现上述移动，液压机构163包括：圆筒形油压室163a，液压压力从油泵(未图示)供应到所述圆筒形油压室；供应通道163b，其与油压室163a连通；以及电磁操作阀163c，其设置于供应通道163b中并且在用于允许液压压力供应到油压室163a的位置与用于切断所述液压压力的位置之间切换。止动销162具有凸缘状活塞部162a，其在油压室163a中滑动，并且止动销162在设置于油压室163a中的弹簧163d的压缩反作用力的作用下朝向限制位置偏置。通过这种设置，当供应通道163b通过电磁操作阀163c而被打开时，液压压力供应到油压室163a。然后液压压力作用在止动销162的活塞部162a上，使得止动销162克服弹簧163d的反作用力从限制位置移动到非限制位置。另一方面，当供应管道163b通过电磁操作阀163c而闭合时，液压压力被切断，即禁止液压压力的供应，使得止动销162在弹簧163d的压缩反作用力的作用下从非限制位置移动到限制位置。

如图2中所示，在连接槽孔161a的周向相对端和凸缘161的旋转中心C的线之间形成的中心角α设定成等于或大于将在后面描述的在限制摆动模式中设立的凸轮轴151的摆动角度的范围β。中心角α的上限适当地设定为这样的限值，即在该限值内发动机1的活塞5不与进气门3干涉。因而，凸缘161在旋转角度限制机构16工作而将止动销162插入到槽孔161a中并且将销162保持于限制位置时被禁止旋转超出角α。即凸轮轴151的旋转被限制在其上限等于角α的角度范围内。

如图1中所示，可变气门致动机构10的电动马达12和旋转角度限制机构16的电磁操作阀163a的操作分别受设置用于适当地控制发动机1的运转状况的发动机控制单元(ECU)30的控制。ECU 30是计算机单元，包括微处理器及其外围部件，例如微处理器运转所需要的主存储器。ECU 30根据存储在其ROM(只读存储器)中的气门控制编程程序执行各种可变控制操作。多个传感器连接到ECU 30，包括输出指示曲轴6的角度的信号的曲轴角传感器31以及输出指示凸轮轴151的角度的信号的凸轮角传感器32。ECU 30还接收包括在电动马达12中的位置传感器33的输出信号。

首先将说明电动马达12的基本控制。ECU 30根据预定的控制规则选择电动马达12的驱动模式中适合于发动机1的运转状况的一个模式，并且以对应于所选择的驱动模式的方式控制电动马达12的操作以便驱动(即打开和闭合)进气门3。从而，ECU 30起到马达控制装置的作用。由ECU 30执行的驱动模式包括：用于控制电动马达12使得凸轮152在一周中连续地旋转的正常旋转模式；以及用于在一周或360度的范围内在正方向和反方向之间切换凸轮152的旋转方向的同时使凸轮152(或凸轮轴151)摆动的摆动模式。正常旋转模式类似于通过利用曲轴的旋转动力来工作而打开和闭合进气门的传统气门致动机构的驱动模式。在正常旋转模式，每个进气门3都依据相应凸轮152的轮廓而移动。在凸轮152的旋转方向在一周内切换的摆动模式中，通过适当地设定凸轮152在该模式中摆动的角度范围(或者摆动角度范围)而可以自由调整进气门3的升程量。

在此实施方式中，将具有不同范围的摆动角度的两个摆动模式准备为上述摆动模式。这两个摆动模式中的一个是限制摆动模式，其中凸轮152在其上限等于如上所述的槽孔161a的中心角α的角度范围内摆动。即在限制摆动模式中，摆动角度范围β和中心角α之间的关系是β≤α。由于中心角α的上限设定为活塞5不与进气门3干涉的限值，所以在正常执行限制摆动模式时不会发生进气门3和活塞5之间的气门/活塞干涉，即使曲轴6的旋转和凸轮轴151的旋转不同步时也是如此。上述两个摆动模式中的另一个是正常摆动模式，其中凸轮152摆动超出其上限等于中心角α的角度范围。在该模式中，摆动角度范围β和中心角α之间的关系是β＞α。相应地，当曲轴6的旋转和凸轮轴151的旋转不同步时，有可能会发生气门/活塞干涉。因而，当曲轴6和凸轮轴151被保持为彼此同步时执行正常摆动模式。

接下来，将在假设存在上述驱动模式的前提下说明由ECU 30执行的各种控制。

要使发动机1正常运转，必需使曲轴6的旋转和凸轮轴151的旋转同步。要实现同步，则ECU 30参照设置用于曲轴6的曲轴角传感器31的输出信号和设置用于凸轮轴151的凸轮角传感器32的输出信号控制电动马达12的运转。在发动机1故障的情况下，即在由于某些原因发动机1发生异常的情况下，有可能会失去曲轴6和凸轮轴151之间的同步。如果针对该故障执行了任何对策或者发动机1在失去同步的状况下继续运转，则有可能会发生气门/活塞干涉。因而，ECU 30执行如下所述的故障保护控制，以避免发动机故障之时的气门/活塞干涉。

图3是示出故障保护控制的控制程序的示例的流程图。图3的程序预先存储在ECU 30中，并且ECU 30根据需要获取并反复地执行此程序。首先，在步骤S1中，ECU 30分别基于曲轴角传感器31和凸轮角传感器32的输出信号检测曲轴6的旋转位置和凸轮轴151的旋转位置。然后在步骤S2中ECU 30基于在步骤S1中获得的检测结果检查曲轴6和凸轮轴151是否彼此同步旋转。如果曲轴6和凸轮轴151没有彼此同步旋转，即如果它们不同步，则ECU 30行进到步骤S3。如果曲轴6和凸轮轴151之间的同步得到确认，则ECU 30行进到步骤S7。

在步骤S3中，产生例如警报等警告信息以便通知驾驶员发动机1发生了某些异常。在接下来的步骤S4中，ECU 30选择限制摆动模式作为电动马达12的驱动模式，并且执行限制摆动模式。在随后的步骤S5中，将旋转角度限制机构16的液压机构163置于OFF(关断)状态。更具体地，ECU 30控制电磁操作阀163c，以便停止向液压机构163的油压室163a供应液压压力，由此使止动销162移动到限制位置。然后，ECU 30控制电动马达12以便停止凸轮152的运转，然后结束程序的当前循环。

另一方面，在步骤S7中，由于曲轴6和凸轮轴151之间的同步已得到确认，所以允许电动马达12以正常旋转模式或正常摆动模式运转。在接下来的步骤S8中，液压机构163置于ON(接通)状态。更具体地，ECU 30控制电磁操作阀163c以便将液压压力供应到液压机构163的油压室163a，由此使止动销162移动到非限制位置。然后，ECU 30结束程序的当前循环。

通过执行图3的控制程序，当曲轴6和凸轮轴151由于故障而不同步时，凸轮轴151的摆动角度在限制摆动模式下受到限制，进而，止动销162通过旋转角度限制机构16而被置于限制位置。通过这种设置，即使在凸轮152的摆动角度在限制摆动模式下由于发生控制误差而变得出乎意料地大的情况下，凸轮152的旋转角度也会受到旋转角度限制机构16的物理限制，使得活塞5和进气门3彼此不相干涉。因而，能够可靠地避免气门/活塞干涉，使可靠性得以提高。

在曲轴6和凸轮轴151之间的同步未得到确认时，如果发动机1以正常旋转模式或正常摆动模式起动，则活塞5中的任何一个都有可能会停止在上止点附近。在这种情况下，有可能会发生气门/活塞干涉。要防止发动机1起动之时的气门/活塞干涉，则执行图4中的起动控制。图4是示出起动控制的控制程序的示例的流程图。预先存储有图4中的程序的编程程序的ECU 30根据需要获取并且执行所述编程程序。首先，ECU30在步骤S11中执行初始相位匹配，以便在电动马达12和凸轮轴151的位置或相位之间设立适当的关系。参照凸轮角传感器32和包括在电动马达12中的位置传感器33的输出信号，在曲轴6正在停止时执行初始相位匹配。此时，以限制摆动模式驱动电动马达12，以便防止停止于上止点附近的活塞5和相应进气门3之间的干涉。

在接下来的步骤S12中，起动马达(未图示)被驱动以开始旋转曲轴6。在随后的步骤S13中，分别基于曲轴角传感器31和凸轮角传感器33的输出信号检测曲轴6的旋转位置和凸轮轴151的旋转位置。然后，在步骤S14中ECU 30基于在步骤S13中获得的检测结果检查曲轴6和凸轮轴151是否彼此同步旋转。如果曲轴6和凸轮轴151之间的同步得到确认，则ECU 30行进到步骤S15。如果曲轴6和凸轮轴151不同步，则ECU 30行进到步骤S17。

在步骤S15中，液压机构163置于ON状态。更具体地，ECU 30控制电磁操作阀163c以便将液压压力供应到液压机构163的油压室163a，由此使止动销162移动到非限制位置。然后执行步骤S16以将电动马达12的驱动模式从限制摆动模式切换到正常旋转模式或正常摆动模式并且起动发动机1。然后，程序的当前循环结束。另一方面，在步骤S17中，液压机构163置于OFF状态。更具体地，ECU 30控制电磁操作阀163c，以便停止将液压压力供应到液压机构163的油压室163a，由此使止动销162移动到限制位置。在接下来的步骤S18中，ECU 30继续以限制摆动模式操作电动马达12，然后返回到步骤S13。

通过图4的控制程序的执行，在曲轴6和凸轮轴151之间的同步未得到确认时在限制摆动模式下限制凸轮轴151的摆动角度，进而，通过旋转角度限制机构16使止动销162保持在限制位置。因此，在发动机1起动之时能够可靠地避免气门/活塞干涉。

为了例如加强发动机1的燃油经济性等，ECU 30执行所谓的减缸操作。虽然在此没有提供关于减缸操作的具体说明，但是ECU 30执行图5的气门停止控制，以便防止其中进气门3停止的气缸中的气门/活塞干涉。预先存储有图5中的程序的编程程序的ECU 30根据需要获取和执行所述编程程序。首先，在步骤S21中ECU 30将驱动模式切换到限制摆动模式。在接下来的步骤S22中，液压机构163置于OFF状态。更具体地，ECU 30控制电磁操作阀163c以便停止将液压压力供应到液压机构163的油压室163a，由此使止动销162移动到限制位置。在步骤S23中，ECU 30停止电动马达12的供电，以便停止进气门3的打开和闭合移动。然后，程序的当前循环结束。

在ECU 30在步骤S23中停止电动马达12的供电之后，凸轮轴151由于惯性而保持旋转，直到进气门3完全停止，从而导致失去了曲轴6和凸轮轴151之间的同步。尽管如此，但是由于在步骤S21中驱动模式已被切换到限制摆动模式，因此还是能够避免气门/活塞干涉。此外，由于在驱动模式被切换到限制摆动模式之后止动销162通过旋转角度限制机构16而保持在限制位置，所以即使在当进气门3停止时发生控制误差的情况下也能够可靠地避免气门/活塞干涉。

为了重新开始其中气门停止的气缸的运转，可以执行与如图4中所示的起动控制的控制过程相似的控制过程。更具体地，可通过执行除了省略掉步骤S12之外与图4中的程序相同的程序来重新开始所述运转。

在第一实施方式中，可变气门致动机构10和ECU 30的组合可以视为本发明的气门驱动系统。而且，执行图3的步骤S5和S8、图4的步骤S15和S17、图5的步骤S22以及图11的步骤S5和S8的ECU 30起到限制机构控制装置的作用。

接下来将说明本发明的第二实施方式。图6示意性地示出根据此第二实施方式的气门驱动系统应用于其中的内燃发动机的主要部分。图7是沿图6中的箭头VII-VII方向观察的图6中的发动机的放大图。如图6和图7中所示，和图1中的发动机1一样，安装在车辆上以用作驱动动力源的内燃发动机51为直列四缸发动机。发动机51包括四个气缸52(图6中仅示出了其中的两个)，并且气缸52中的每个都设置有两个进气门53和两个排气门(未图示)。每个进气门53都具有穿过气缸盖的气门杆导管(未图示)的气门杆53a，因此能够沿气门杆53a的轴线的方向往复运动。进气门53在气门弹簧(未图示)的压缩反作用力的作用下偏置，偏置所沿方向使得其气门工作面与进气口的气门座紧密接触。尽管没有详细示出，但是气缸52中的每个都设置有经由连杆连接到曲轴的活塞，使得活塞能够在气缸52中往复运动，如图1的实施方式中的一样。

发动机51设置有第一可变气门致动机构60A和第二可变气门致动机构60B，用于打开和闭合进气门53。第一可变气门致动机构60A负责打开和闭合外侧的两个气缸即第一和第四气缸52的进气门53，而第二可变气门致动机构60B则负责打开和闭合内侧的两个气缸即第二和第三气缸52的进气门53。在图6中未示出第三和第四气缸52以及与这些气缸相关联的其它部件和机构。第一可变气门致动机构60A具有电动马达62A以及动力传递机构63A，所述动力传递机构63A将电动马达62A的旋转运动转换成进气门53的打开和闭合运动以经由凸轮652A(将在后面对其进行描述)将动力从马达62A传递到进气门53。类似地，第二可变气门致动机构60B具有电动马达62B和动力传递机构63B，所述动力传递机构63B将电动马达62B的旋转运动转换成进气门53的打开和闭合运动以经由凸轮652B(将在后面对其进行描述)将动力从马达62B传递到气门53。作为中介构件的气门挺杆55置于凸轮652A、652B中的每个与进气门53中的相应一个之间。

第一电动马达62A和第二电动马达62B的构造彼此相同，并且可以采用例如能够控制其旋转速度的DC无刷马达的形式。如第一实施方式中的一样，电动马达62A、62B中的每个都包括位置传感器33，例如分解器或旋转编码器，用于检测其旋转位置。

动力传递机构63A包括齿轮系64A和凸轮机构65A。齿轮系64A具有与电动马达62A的输出轴一体旋转的马达齿轮641A和与马达齿轮641A啮合的凸轮驱动齿轮642A。凸轮机构65A包括凸轮轴651A，其设置成与凸轮驱动齿轮642A同轴并且能够与凸轮驱动齿轮642A一体旋转。凸轮轴651A设置有用于打开和闭合第一和第四气缸52的进气门53的上述凸轮652A，使得凸轮652A能够与凸轮轴651A一体旋转。

另一方面，类似于动力传递机构63A的动力传递机构63B包括齿轮系64B和凸轮机构65B。除了中间齿轮643B置于马达齿轮641B和凸轮驱动齿轮642B之间之外，齿轮系64B与动力传递机构63A的齿轮系64A具有相同的构造。凸轮机构65B包括采用中空轴的形式的凸轮轴651B，其设置成与凸轮驱动齿轮642B同轴并且能够与凸轮驱动齿轮642B一体旋转。凸轮轴651B与动力传递机构63A的凸轮轴651A同轴组装，使得凸轮轴651B围绕凸轮轴651A的外围。凸轮轴651B设置有用于打开和闭合第二和第三气缸52的进气门53的上述凸轮652B，使得凸轮652B能够与凸轮轴651B一体旋转。

发动机51设置有作为用于限制凸轮652A和凸轮652B中的每个的旋转角度的装置的旋转角度限制单元70。旋转角度限制单元70是用于限制凸轮652A的旋转的第一旋转角度限制机构66A和用于限制凸轮652B的旋转的第二旋转角度限制机构66B的集成组件。第一旋转角度限制机构66A包括：作为旋转构件的盘状凸缘661A，其设置在凸轮轴651A上以能够与凸轮轴651A一体旋转；以及作为活动构件的止动销662A，其能够前进到凸缘661A和从凸缘661A回退。类似地，第二旋转角度限制机构66B包括：作为旋转构件的凸缘661B，其设置在凸轮轴651B上以能够与凸轮轴651B一体旋转；以及作为活动构件的止动销662B，其能够前进到凸缘661B和从凸缘661B回退。

如图7中所示，凸缘661A形成有用作旋转限制器(槽部)的两个槽状长孔663A，其沿周向彼此间隔开180度。每个槽孔663A都采用沿凸缘661A的周向延伸的圆(或弧)段的形式，并且其尺寸允许止动销662A插入其中。凸缘661B也形成有类似于凸缘661A的孔663A的两个槽状长孔663B，并且每个槽孔663B的尺寸均允许止动销662B插入其中。

旋转角度限制单元70进一步包括液压机构72，其以液压方式工作而在如图6中所示的限制位置与如图8中所示的非限制位置之间驱动止动销662A、662B。当置于限制位置时，止动销662A插入到槽孔663A中的一个中，并且止动销662B插入到槽孔663B中的一个中，使得止动销662A与槽孔663A的通行范围干涉并且止动销662B与槽孔663B的通行范围干涉。另一方面，当置于非限制位置时，止动销662A移动离开槽孔663A的通行范围并且止动销662B移动离开槽孔663B的通行范围。结果，取消或去除了对凸轮662A、662B中的每个的旋转的限制。

液压机构72供应有由发动机51所驱动的油泵(未图示)产生的液压压力，即依据发动机51的运转而产生的液压压力。液压机构72包括：外壳721，其中形成有包含止动销662A的油压室721a和包含止动销662B的油压室721b；供应通道722，其与油压室721a、721b连通；以及电磁操作阀723，其设置于供应通道722中并且在用于允许液压压力供应到油压室721a、721b的位置与用于切断所述液压压力的位置之间切换。止动销662A具有能够在油压室721a中滑动的凸缘状活塞部664A，并且在作为偏置装置被设置在油压室721a中的弹簧724的压缩反作用力的作用下朝向限制位置偏置。类似地，止动销662B具有能够在油压室721b中滑动的凸缘状活塞部664B，并且在作为偏置装置被设置在油压室721b中的弹簧724的压缩反作用力的作用下朝向限制位置偏置。通过这种设置，当供应通道722通过电磁操作阀723而被打开时，液压压力供应到相应的油压室721a、721b。这些液压压力分别作用在止动销662A的活塞部664A和止动销662B的活塞部664B上，以便使止动销662A、662B克服弹簧724的反作用力而从限制位置移动到非限制位置。另一方面，当供应通道722通过电磁操作阀723而闭合时，液压压力的供应被禁止或者液压压力被切断，使得止动销662A、662B在弹簧724的压缩反作用力的作用下从非限制位置移动到限制位置。

图9是凸缘661A的正视图。图9也用于说明与凸缘661A具有相同构造的凸缘661B。如图9中所示，在经过槽孔663A、663B中的每个的周向相对端和经过凸缘661A、661B的旋转中心C的线之间形成的中心角α的设定方式与第一实施方式的凸缘161(图2)的相同。亦即，将中心角α的上限适当地设定为这样的限值，在该限值内发动机51的活塞(未图示)不与进气门53干涉。通过这种设置，当止动销662和止动销662B分别插入到槽孔663A中的一个和槽孔663B中的一个从而被保持在限制位置时，凸轮轴651A、651B中的每个的旋转被限制在其上限等于角α的角度范围内。换言之，凸轮652A、652B中的每个的旋转都被限制在其上限等于角α的角度范围内。因而，当止动销662A、662B中的每个都被保持在限制位置时，能够防止活塞和进气门53之间的气门/活塞干涉。而且，由于槽孔663A、663B中的每对都形成在一个凸缘中，使得两个槽孔663A、663B沿周向彼此间隔开180度，因此当凸轮以摆动模式在一周内摆动时，不论凸轮轴上的凸轮的朝向如何都能够限制凸轮的旋转。

通过与如上关于第一实施方式所说明的方法相似的方法，如图6中所示的ECU 30能够控制第二实施方式的电动马达62A、62B中的每个以及旋转角度限制单元70的液压机构72。因而，如图6中所示的ECU30起到本发明的马达控制装置和限制机构控制装置的作用。虽然在图6中没有示出，但是ECU 30以与第一实施方式中相同的方式接收曲轴角传感器和凸轮角传感器的信号。

应当理解，本发明并不限于所示实施方式，而是可以以落入本发明的原理的范围内的多种形式实施。在每个所示实施方式中，用作旋转限制器的槽孔的中心角α(图2和图9)的上限设定在活塞与进气门彼此不相干涉的范围内，使得凸轮的旋转被限制在不发生活塞/气门干涉的角度范围内。但是，只要角度范围窄于这样的范围，即在该范围中凸轮旋转的程度使得可以提供进气门的最大升程，则可以从与发生活塞/气门干涉不同的观点来设定凸轮的旋转角度范围。

例如，在其上安装有作为驱动动力源的发动机的车辆能够以当发动机发生异常时限制行驶速度的自我保护模式行驶的情况下，可以限制凸轮的旋转以便不妨碍车辆的自我保护模式。更具体地，在上述限制摆动模式中凸轮摆动的摆动范围可以设定为车辆能够执行自我保护行驶的范围，并且槽孔的中心角α可以设定为大于摆动范围。图10示出当车辆在自我保护模式下行驶时由ECU 30执行的控制程序的示例。如图10中所示，ECU 30在步骤S51中确定发动机是否已发生异常。如果已发生异常，则ECU 30行进到步骤S52。如果未发生异常，则ECU 30跳过随后的步骤并且结束程序的当前循环。在步骤S52中，ECU 30选择摆动范围被设定为车辆能够执行自我保护行驶的范围的限制摆动模式作为电动马达的驱动模式，并且控制电动马达以便执行限制摆动模式。在随后的步骤S53中，旋转角度限制机构工作以便限制凸轮的旋转。然后，程序的当前循环结束。根据图10的控制，凸轮在旋转角度限制机构的限制范围内摆动，使得车辆能够继续自我保护行驶。在发动机的一个或多个气缸发生异常并且在车辆能够以自我保护模式行驶同时仅中止一个或多个故障气缸的情况下，可以确定凸轮的旋转通过旋转角度限制机构而受到限制的范围，使得凸轮的旋转角度的限制不会阻止车辆在气缸运转数量减少的情况下以自我保护模式行驶。更具体地，在限制摆动模式中凸轮的摆动范围可以设定为车辆能够在气缸运转数量减少的情况下以自我保护模式行驶的范围，并且槽孔的中心角α可以设定为大于摆动范围。

虽然在第一实施方式中设置内燃发动机1作为驱动动力源，但是本发明也可应用于除发动机1之外还包括作为另一驱动动力源的电动发电机的所谓混合动力车辆。虽然在本说明书中没有提供混合动力车辆的详细说明，但是在本发明应用于混合动力车辆的情况下，如图3中所示的故障保护控制的内容可以如下所述地修改。图11是示出针对混合动力车辆执行的故障保护控制的控制程序的示例的流程图。在图11中，将与用于图3中的相同的参考标号(步骤标号)用于标识与图3中的步骤相同的步骤，并且将不提供这些步骤的重复说明。

如图11中所示，在步骤S6中使凸轮停止后，在步骤S31中ECU 30停止使用发动机1作为驱动动力源，并且将车辆切换到仅使用电动发电机作为驱动动力源的行驶模式。以这种方式，即使在发动机1发生异常时车辆也能够保持行驶。在随后的步骤S32中，ECU 30执行故障恢复过程---其典型示例即为编程程序的重新设定，然后返回到步骤S1。如果由于步骤S32的恢复过程而)确保了凸轮轴和曲轴之间的同步，则执行步骤S7和步骤S8，然后执行步骤S33以使行驶模式返回到根据预定的控制规则选择性地使用发动机1和电动发电机的正常行驶模式。当重新起动发动机1时，可以使用图4中的控制。此时，电动发电机起到起动马达的作用。根据图11的控制，在车辆保持行驶的同时能够实现发动机的故障恢复过程，并且在车辆持续行驶期间能够可靠地避免气门/活塞干涉。

当将本发明应用于混合动力车辆时，旋转角度限制机构可以限制凸轮的旋转使得进气门停止在预定位置。亦即可以将旋转角度限制机构对凸轮的旋转进行限制的角度范围设定为零。换言之，凸轮可以由旋转角度限制机构锁定。以这种方式，当发动机发生某些异常时，旋转角度限制机构能够以机械方式使进气门停止在预定位置以便停止发动机，然后将驱动动力源从发动机切换到电动发电机，使得车辆能够保持行驶。可以适当地确定进气门停止的位置。例如，可以限制凸轮的旋转使得气门停止在能够减少泵气损失的位置，或者可以限制凸轮的旋转使得进气门置于完全闭合状态或置于升程等于或大于预定值的位置。

旋转角度限制机构的构造并不限于所示实施方式中的那些构造。在第一实施方式中，用作旋转限制器的槽孔161a可以视为凹部，而用作活动构件的止动销162可以视为凸部，并且旋转构件(即凸缘161)的旋转通过凸部与凹部的接合而受到限制。但是可以颠倒凹部和凸部之间的关系。亦即，凸部可以形成在两个构件中其旋转将受到限制的一个构件上，并且凹部可以形成在限制上述一个构件的旋转的另一构件上。而且，旋转构件的旋转可以通过两个凸部之间的干涉进行限制或禁止。虽然在第一实施方式中旋转构件(即凸缘161)设置在凸轮轴151上，但是凸轮轴151本身可以用作旋转构件。此外，可以使用设置在除凸轮轴之外的从电动马达延伸到凸轮的运动传递路径中的构件作为旋转构件。还可以通过限制设置在从电动马达延伸到气门的运动传递路径中的构件的移动来限制凸轮的旋转，即使所述构件的移动呈线性运动形式而不是旋转运动形式也可以。总之，任何机构都满足要求，只要其能够以物理方式将凸轮轴的旋转角度限制在预定角度范围内。这些改型也可以应用于第二实施方式。例如，可以采用如图12至图16所示的旋转角度限制机构的各种修改示例或形式。

在如图12中所示的示例中，凸轮轴151用作旋转构件，并且用作旋转限制器(槽部)的弯曲槽151a形成于凸轮轴151的外周面。弯曲槽151a位于凸轮轴151的旋转中心C的径向外侧，并且其尺寸允许止动销162插入其中。用于驱动止动销162的液压机构163的构造可以类似于如图1中所示的第一实施方式的构造。如此构造的旋转角度限制机构能够提供与图1的实施方式的功能基本相同的功能。应当注意，图12中以实线标示的止动销162的位置是限制位置，而图12中以虚线标示的位置是非限制位置。

在图13A和图13B中所示的系统中可以采用如图12中所示的旋转角度限制机构。图13A和图13B示出如图6中所示的第二实施方式的修改示例，图13A示出当置于限制位置中时旋转角度限制机构的状况，而图13B则示出当置于非限制位置中时限制机构的状况。在下面的说明中，将与用于图6中的相同的参考标号用于标识相同或相应的元件或部件，并且不对其提供进一步的说明。在此修改示例中，旋转角度限制单元70′包括液压机构72′，其能够工作而使止动销662A、662B中的每个沿垂直于凸轮轴651A、651B中的每个的轴线的方向移动。用作旋转限制器(槽部)的弯曲槽653分别形成于凸轮轴651A的外周面和凸轮轴651B的外周面，并且凸轮轴651A、651B中的每个都用作旋转构件。包含止动销662A的油压室721′a和包含止动销662B的油压室721′b形成在外壳721′中。如此构造的修改示例以与第二实施方式相似的方式起作用。在修改示例中，特别地，能够使沿平行于凸轮轴651A、651B的轴线的方向测量的旋转角度限制单元70′的尺寸小于第二实施方式的旋转角度限制单元70的尺寸。

在如图14中所示的示例中，电动马达12的输出轴12a用作旋转构件，并且用作旋转限制器的凸部12b形成在输出轴12a的周边上。用于驱动止动销162的液压机构163的构造可以类似于如图1中所示的第一实施方式的构造。适当地调整凸部12b的尺寸，使得能够将凸轮轴151的旋转角度限制在期望范围内。从而，图14中的旋转角度限制机构提供与如图1中所示的实施方式的功能基本相同的功能。但是，在图14的示例中，当确定凸部12b的尺寸时，需要考虑凸轮轴151和电动马达12的输出轴12a的速比。在凸轮轴151的旋转速度低于电动马达12的输出轴12a的旋转速度的情况下，需要依据速比增加沿周向测量的凸部12b的长度。如果由于凸部12b的长度的增加而使凸部12b延伸于输出轴12a的整个圆周上，则不能实现此示例。可以通过构造如图14中所示的电动马达的输出轴来修改本发明的第二实施方式，以提供替代旋转角度限制单元70的旋转角度限制机构。

在如图15中所示的示例中，动力传递机构13的齿轮系14具有中间齿轮143，其设置于马达齿轮141和凸轮驱动齿轮142之间并且与这些齿轮141、142啮合，并且设置有与中间齿轮143一体旋转的中间轴144。用作旋转构件的凸缘261设置在中间轴144上，并且用作旋转限制器的槽状长孔261a形成于凸缘261使得槽孔261a位于凸缘261的旋转中心的径向外侧。如果中间轴144和凸轮轴151的速比等于1，则凸缘261和槽孔261a的构造或配置可以分别与如图1和图2中所示的第一实施方式的构造或配置相同。如果速比不等于1，则需要参考速比来调整沿周向测量的槽孔261a的宽度(或角度)。而且，可以使用中间轴144本身作为旋转构件，如图12的示例中的一样，并且与图12中的弯曲槽相似的弯曲槽可以形成为中间轴144中的旋转限制器。而且，与图14中的凸部相似的凸部可以设置为中间轴144上的旋转限制器。在这些示例中，用于驱动止动销162的液压机构163的构造可以与图1的实施方式中的构造相似。通过上述设置，中间轴144的旋转角度受到限制，由此也使凸轮151的旋转角度受到限制。因而，图15的旋转角度限制机构提供与如图1中所示的实施方式的功能基本相同的功能。

如图16中所示的示例是第二实施方式的修改示例。在图16中，以示例方式示出凸轮652A以其对进气门53进行驱动的结构。在图16的示例中，用作马达限制器的槽孔55a形成于作为中介构件的气门挺杆55的侧面，并且止动销662设置成插入到槽孔55a中。在操作中，止动销662前进到槽孔55a或者从槽孔55a回退，因而提供了旋转角度限制机构。类似于旋转角度限制单元70的液压机构72的液压机构72″能够工作而使止动销662在限制位置和非限制位置之间移动。更具体地，液压机构72″包括外壳721″，其中形成有包含止动销662的油压室721a，并且止动销662在作为偏置装置的弹簧724的压缩反作用力的作用下朝向限制位置偏置。通过这种设置，当供应通道722通过电磁操作阀(未图示)而被打开时，液压压力供应到油压室721a，并且作用于止动销662的活塞部664上。结果，止动销662克服弹簧724的反作用力从限制位置移动到非限制位置。另一方面，当供应通道722通过电磁操作阀而闭合时，液压压力的供应被禁止，使得止动销662在弹簧724的压缩反作用力的作用下从非限制位置移动到限制位置。当止动销662插入到气门挺杆55的槽孔55a中时，气门挺杆55的移动范围被限制在槽孔55a形成于其上的范围内。结果，与气门挺杆55接触的凸轮652A的旋转角度也依据气门挺杆55的移动范围的限制而受到限制。因而可以按需通过设定沿纵向(图16中的竖向)测量的槽孔55a的尺寸来自由设定凸轮的旋转受限于其中的范围。

虽然在每个所示实施方式中将一个旋转角度限制机构设置用于至少一个凸轮，但是可以设置将一个或多个凸轮的旋转角度限制在不同角度范围内的两个或多个旋转角度限制机构。通过根据情况选择性地使用这些旋转角度限制机构，能够将至少一个凸轮的旋转角度限制在不同的角度范围内。在这种情况下，旋转角度限制机构中的至少一个将凸轮的旋转限制于其内的旋转范围可以被设定为活塞与进气门彼此不相干涉的范围。通过从两个或多个限制机构中选择具有如此设定的角度范围的旋转角度限制机构，可以避免气门/活塞干涉。

每个所示实施方式的ECU 30可以起到用于在供应到电动马达的电流或与电流对应的物理量超过预定值时停止向电动马达供应电流以主要防止电动马达发生例如破损等故障的马达控制装置。这种功能经常在借助电动马达来驱动气门的驱动系统中提供。当凸轮的旋转受到旋转角度限制机构以机械方式限制时，电动马达的驱动转矩增加。如果供应到电动马达的电流或与电流对应的物理量由于驱动转矩增加而超过预定值，则停止向电动马达供应电流。因而，使用这种功能的优点在于不需要单独准备用于使电动马达停止的控制逻辑或逻辑电路，否则在引入旋转角度限制机构时是会需要所述控制逻辑或逻辑电路的。虽然可以适当地设定上述预定值，但是所述预定值例如可以被设定为电动马达的额定电流的大约两倍大的值。

在每个所示实施方式中，当机构允许将液压压力供应到一个或多个油压室时液压机构实现了从限制位置到非限制位置的切换。相反，当机构允许供应液压压力时，液压机构可以实现从非限制位置到限制位置的切换，如图17中以示例方式所示。如图17中所示的示例是第二实施方式的修改示例，并且将与用于图6中的相同的参考标号用于标识与第二实施方式中的元件或部件相同的元件或部件，并且将不提供这些元件的说明。此示例的液压机构82包括在旋转角度限制单元80中。止动销662A、662B中的每个都相对于液压机构72(图6)沿相反方向设定，并且弹簧724设置成沿相反方向偏置止动销662A、662B中的每个。因而，止动销662A、662B中的每个都由相应的弹簧724朝向非限制位置偏置。液压机构82包括：外壳821，其中形成有包含止动销662A的油压室821a和包含止动销662B的油压室821b；以及供应通道882，其与相应的油压室821a、821b连通。与第一实施方式中的电磁操作阀相同的电磁操作阀723设置用于打开和闭合供应通道822，由发动机51产生的液压压力供应到所述供应通道822。通过这种设置，当通过电磁操作阀723打开供应通道822时，液压压力分别供应到油压室821a、821b。液压压力分别作用在止动销662A的活塞部664A上和止动销662B的活塞部664B上，使得止动销662A、662B中的每个都克服弹簧724的反作用力而从图17中以实线标示的非限制位置移动到以虚线标示的限制位置。另一方面，当供应通道822通过电磁操作阀723而闭合时，液压压力的供应被禁止或切断，因此，止动销662A、662B中的每个都在弹簧724的压缩反作用力的作用下从限制位置移动到非限制位置。如此构造的液压机构82适当地被采用在这样的内燃发动机中，例如安装在混合动力车辆上的、在起动之时具有高旋转速度的发动机，或者，被采用在经常运转于高速度高负荷区域中的内燃发动机中。

虽然利用液压压力的液压机构163、72、72′、72″、82被设置为用于驱动活动构件的装置，但是也可以采用任何装置，只要其能够使活动构件移动即可。例如，可以使用用于使活动构件在限制位置和非限制位置之间移动的、利用电磁力的驱动装置。利用电磁力的驱动装置的一个示例示出于图18中。图18的示例是第二实施方式的修改示例，并且将与用于图6中的相同的参考标号用于标识与第二实施方式中的元件或部件相同的元件或部件，并且将不提供对这些元件或部件的说明。此示例的电磁驱动机构92包括在旋转角度限制单元90中。止动销662A、662B中的每个都可滑动地容纳在外壳921中，使得止动销662A、662B通过相应的弹簧724而朝向图18中以实线标示的限制位置偏置。外壳921设置有螺线管922，其在供应以电流时产生磁力。当向螺线管922供应电流时，止动销662A、662B中的每个都克服弹簧724的压缩反作用力从限制位置移动到图18中以虚线标示的非限制位置。另一方面，如果停止电流的供应，则止动销662A、662B中的每个都在弹簧724的压缩反作用力的作用下从非限制位置移动到限制位置。通过控制向螺线管922供应电流，电磁驱动机构92能够执行与上述液压机构基本相同的功能。在利用电磁力的情况下，如在此示例中，则止动销662A、662B中的每个的至少一部分需要由磁性材料形成。

在第二实施方式及其修改示例中，用于限制由电动马达62A驱动的凸轮的旋转的第一旋转角度限制机构66A和用于限制由电动马达62B驱动的凸轮的旋转的第二旋转角度限制机构66B集成为旋转角度限制单元70、70′、80、90。但是，应当理解，这些旋转角度限制机构66A、66B并非必需集成为单个单元，而是可以设置为分别起到旋转角度限制机构的作用的单独结构。

虽然上述说明涉及专门负责打开和闭合进气门的可变气门致动机构，但是上述说明也可以应用于负责打开和闭合排气门(未图示)的可变气门致动机构。因而，通过将本发明应用于排气门的可变气门致动机构，能够限制驱动排气门的凸轮的旋转角度。而且，如果负责打开和闭合排气门的可变气门致动机构被构造成类似于第一或第二实施方式中的可变气门致动机构，则能够避免活塞和排气门之间的干涉。

虽然本发明已参照其示例性实施方式进行描述，但是应当理解，本发明并不限于所述示例性实施方式或构造。相反，本发明意在覆盖各种改型和等同设置。另外，虽然以不同的示例性组合和配置示出了所述示例性实施方式的各个元件，但是包括更多、更少或仅仅单个元件的其它组合和配置也落入本发明的范围内。

Claims (27)

1.一种气门驱动系统，其特征在于包括：

动力传递机构，其将电动马达的旋转运动转换成设置在内燃发动机的气缸中的气门的打开和闭合运动，以经由凸轮将动力从所述电动马达传递到所述气门；以及

旋转角度限制机构，其设置在从所述电动马达延伸到所述气门的运动传递路径中，并且将所述凸轮的旋转限制在预定角度范围内，所述预定角度范围窄于所述凸轮提供所述气门的最大升程的角度范围。

2.如权利要求1所述的气门驱动系统，其中，所述旋转角度限制机构包括：

旋转限制器，其设置在安置于所述运动传递路径中的旋转构件上，所述旋转限制器位于所述旋转构件的旋转中心的径向外侧；以及

活动构件，其在限制位置和非限制位置之间移动，在所述限制位置所述活动构件与所述旋转限制器的通行范围发生干涉，在所述非限制位置所述活动构件的位置离开所述旋转限制器的通行范围。

3.如权利要求1或2所述的气门驱动系统，其中：

所述内燃发动机具有多个气缸和气门，所述气门安置在相应的所述气缸中，

所述动力传递机构具有驱动相应的所述多个气门的多个凸轮，

所述电动马达具有：第一电动马达，其用作所述多个凸轮中的至少一个凸轮的驱动源；以及第二电动马达，其用作所述多个凸轮中的其余凸轮的驱动源，以及

所述旋转角度限制机构包括旋转角度限制单元，所述旋转角度限制单元为第一旋转角度限制机构和第二旋转角度限制机构的集成组件，所述第一旋转角度限制机构将所述多个凸轮中由所述第一电动马达驱动的所述至少一个凸轮的旋转限制在所述预定角度范围内，所述第二旋转角度限制机构将所述多个凸轮中由所述第二电动马达驱动的所述其余凸轮的旋转限制在所述预定角度范围内。

4.如权利要求1所述的气门驱动系统，其中，所述旋转角度限制机构包括多个旋转角度限制机构，所述多个旋转角度限制机构中的至少两个具有不同的预定角度范围。

5.如权利要求4所述的气门驱动系统，其中，所述多个旋转角度限制机构中的至少一个的预定角度范围设定成使得安置在所述发动机中的活塞和所述气门彼此不相干涉。

6.如权利要求1所述的气门驱动系统，其中：

所述动力传递机构具有中介构件，其置于在所述凸轮和所述气门之间并且与所述气门的打开和闭合运动同步移动，并且

所述旋转角度限制机构包括：运动限制器，其设置在所述中介构件中；以及活动构件，其在限制位置和非限制位置之间移动，在所述限制位置所述活动构件与所述运动限制器的通行范围发生干涉，在所述非限制位置所述活动构件的位置离开所述运动限制器的通行范围。

7.如权利要求1至6中任一项所述的气门驱动系统，还包括马达控制装置，其用于在随着所述电动马达的驱动转矩增加而使供应到所述电动马达的电流或与所述电流对应的物理量超过预定值时停止向所述电动马达供应电流。

8.如权利要求1至7中任一项所述的气门驱动系统，其中：

所述内燃发动机安装在车辆上以用作驱动动力源，

所述气门驱动系统还包括马达控制装置，其执行用于通过使所述凸轮在小于一周的摆动范围内摆动而限制所述气门的升程的限制摆动模式，使得当所述发动机中发生异常时，所述车辆在所述车辆的行驶速度受到限制的自我保护模式下行驶，并且

所述预定角度范围设定成大于所述摆动范围的角度范围。

9.如权利要求8所述的气门驱动系统，其中：

所述内燃发动机具有多个气缸和气门，所述气门安置在相应的所述气缸中，并且

所述限制摆动模式的摆动范围设定成使得当所述多个气缸中的至少一个气缸中发生异常时，所述车辆在所述自我保护模式下行驶同时仅中止所述多个气缸中发生异常的所述至少一个气缸。

10.如权利要求1至9中任一项所述的气门驱动系统，其中：

所述内燃发动机安装在车辆上以用作多个驱动动力源的其中之一，并且所述车辆设置成能够仅借助所述动力源中的除所述发动机以外的一个或多个动力源行驶，并且

所述旋转角度限制机构限制所述凸轮的旋转以便将所述气门停止在预定位置。

11.如权利要求10所述的气门驱动系统，其中，所述旋转角度限制机构限制所述凸轮的旋转以便将所述气门停止在使所述气门完全闭合的位置或者使所述气门的升程等于或大于预定量的位置。

12.一种气门驱动系统，其特征在于包括：

动力传递机构，其将电动马达的旋转运动转换成设置在内燃发动机的气缸中的气门的打开和闭合运动，以经由凸轮将动力从所述电动马达传递到所述气门；以及

旋转角度限制机构，其设置在从所述电动马达延伸到所述凸轮的运动传递路径中，并且将所述凸轮的旋转限制在预定角度范围内，所述预定角度范围设定成使得安置在所述发动机中的活塞和所述气门彼此不相干涉。

13.如权利要求12所述的气门驱动系统，其中，所述旋转角度限制机构包括：

旋转限制器，其设置在安置于所述运动传递路径中的旋转构件中，所述旋转限制器位于所述旋转构件的旋转中心的径向外侧；以及

活动构件，其在限制位置和非限制位置之间移动，在所述限制位置所述活动构件与所述旋转限制器的通行范围发生干涉，在所述非限制位置所述活动构件的位置离开所述旋转限制器的通行范围。

14.如权利要求13所述的气门驱动系统，其中，所述动力传递机构具有所述凸轮设置在其上的凸轮轴，并且所述旋转构件与所述凸轮轴一体旋转。

15.如权利要求14所述的气门驱动系统，其中，所述旋转限制器包括形成在所述旋转构件上从而沿所述旋转构件的圆周方向延伸的槽部，所述槽部的尺寸允许所述活动构件插入其中。

16.如权利要求13所述的气门驱动系统，其中：

所述电动马达具有输出轴，并且所述动力传递机构具有所述凸轮设置在其上的凸轮轴；并且

所述输出轴和所述凸轮轴中的至少一个用作所述旋转构件。

17.如权利要求1至16中任一项所述的气门驱动系统，还包括用于控制所述旋转角度限制机构以便在所述凸轮未与所述发动机的曲轴同步旋转时将所述凸轮的旋转限制在所述预定角度范围内的限制机构控制装置。

18.如权利要求17所述的气门驱动系统，还包括用于在下述多个模式中的一个选定模式下控制所述电动马达的马达控制装置，所述模式包括用于使所述凸轮在所述预定角度范围内摆动的限制摆动模式、用于使所述凸轮超出所述预定角度范围摆动的正常摆动模式以及用于使所述凸轮沿一个方向旋转的正常旋转模式，

其中，所述马达控制装置在所述凸轮未与所述发动机的曲轴同步旋转时选择并且执行所述限制摆动模式。

19.如权利要求1至18中任一项所述的气门驱动系统，其中：

所述内燃发动机具有多个气缸和气门，所述气门安置在相应的所述气缸中；

设置用于驱动相应的所述多个气门的多个凸轮，并且

所述动力传递机构设置成将所述电动马达的旋转运动转换成所述多个气门的打开和闭合运动，以经由所述多个凸轮将动力从所述电动马达传递到所述气门，并且

所述旋转角度限制机构设置成限制所述多个凸轮的旋转。

20.如权利要求2或13所述的气门驱动系统，其中，所述旋转角度限制机构进一步包括液压机构，所述液压机构通过利用因所述发动机的运转而产生的液压压力使所述活动构件在所述限制位置与所述非限制位置之间移动。

21.如权利要求30所述的气门驱动系统，其中，所述液压机构包括用于朝向所述限制位置偏置所述活动构件的偏置装置，并且通过供应所述液压压力使所述活动构件从所述限制位置移动到所述非限制位置。

22.如权利要求20所述的气门驱动系统，其中，所述液压机构包括用于朝向所述非限制位置偏置所述活动构件的偏置装置，并且通过供应所述液压压力使所述活动构件从所述非限制位置移动到所述限制位置。

23.如权利要求2或13所述的气门驱动系统，其中，所述旋转角度限制机构还包括电磁驱动机构，所述电磁驱动机构通过利用电磁力使所述活动构件在所述限制位置与所述非限制位置之间移动。

24.如权利要求2或13所述的气门驱动系统，其中，所述动力传递机构具有所述凸轮设置在其上的凸轮轴，并且所述旋转角度限制机构设置成沿与所述凸轮轴的轴线平行的方向移动所述活动构件。

25.如权利要求2或13所述的气门驱动系统，其中，所述动力传递机构具有所述凸轮设置在其上的凸轮轴，并且所述旋转角度限制机构设置成沿与所述凸轮轴的轴线垂直的方向移动所述活动构件。

26.一种气门驱动方法，其特征在于包括：

将电动马达的旋转运动转换成设置在内燃发动机的气缸中的气门的打开和闭合运动，以经由凸轮将动力从所述电动马达传递到所述气门；并且

将所述凸轮的旋转限制在预定角度范围内，所述预定角度范围设定成使得安置在所述发动机中的活塞和所述气门彼此不相干涉。

27.一种气门驱动方法，其特征在于包括：

将电动马达的旋转运动转换成设置在内燃发动机的气缸中的气门的打开和闭合运动，以经由凸轮将动力从所述电动马达传递到所述气门；并且

将所述凸轮的旋转限制在预定角度范围内，所述预定角度范围窄于所述凸轮提供所述气门的最大升程的角度范围。

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