CN102016244A - 内燃机的气门系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题在于，在可改变安装在内燃机上的进气门和/或排气门的开启特性的气门系统中，在提高改变开启特性时的响应特性的同时，实现系统的简化。为了解决该课题，本发明形成为，在可改变进气门和/或排气门的开启特性的内燃机的气门系统中，包括：多个可变机构，通过使设置在凸轮和气门之间的多个动力传递部件相互联结/分离，改变气门的开启特性；切换销，进退自如地安装在各可变机构上，对多个动力传递部件的联结/分离进行切换；促动器，产生用于使切换销进行进退动作的动力；和分配机构，将一个促动器产生的动力分配给多个切换销。

Description

内燃机的气门系统
技术领域
本发明涉及可改变安装在内燃机上的进气门和/或排气门的开启特性的气门系统。
背景技术
在专利文献1中，公开了下述的机构：在每个气筒上设置设有多种凸轮的凸轮零件，使各凸轮零件向轴方向滑动，从而切换各气筒的气门驱动用凸轮。
在专利文献2中，公开了多个气筒公用下述机构的构成：通过旋转摇臂轴，切换气门驱动用凸轮。而且，在专利文献2中，还公开了利用润滑油的压力使多个摇臂轴旋转的构成。
在专利文献3中，公开了下述的构成：通过使摇臂单元向轴方向变位，对气门的动作和停止进行切换，其中，通过将销插入或脱离于在凸轮轴上设置的导轨槽，从而使摇臂单元向轴方向移动。
在专利文献4中，公开了下述通过电动马达对气门进行开关驱动的气门系统，其中，设置可对将电动马达的动力传递给气门的状态和不传递给气门的状态进行切换的机构，并通过液压或电磁力对该机构进行驱动。
专利文献1：特表2006-520869号公报
专利文献2：特开平02-95710号公报
专利文献3：特开平06-212924号公报
专利文献4：特开2005-54732号公报
本发明的目的在于，在可改变安装在内燃机上的进气门和/或排气门的开启特性的气门系统中，在提高改变开启特性时的响应特性的同时，实现系统的简化。
为了解决上述课题，本发明形成为：在改变进气门和/或排气门的开启特性时，降低促动器应进行变位的部件的质量，从而，在提高改变开启特性时的响应特性的同时，实现上述促动器的公用化。
在多气筒的内燃机中，用于改变气门作用角、升降量的单元，设置在每个气门或每个气筒上。因此，为了产生上述单元的动力，通常促动器也是设置在每个气门或每个气筒上。
然而，近年来，出于各种观点，希望内燃机能够小型轻量化。因此，气门系统也希望尽可能地实现小型轻量化。对此，可考虑多个单元公用上述促动器的方法。
但是，当改变开启特性时变位的部件的质量较大时，由于公用促动器而可能导致响应特性降低。另外，虽然可以考虑通过增加促动器的额定功率来防止响应特性降低的方法，但是，因此可能会抵消公用促动器带来的效果。
发明内容
因此，本发明形成为：通过降低在改变气门开启特性时变位的部件的质量，适宜地提高气门系统的响应特性，实现其小型轻量化。
具体而言，本发明是一种内燃机的气门系统，其能够改变安装在内燃机上的进气门和/或排气门的开启特性，其特征在于，包括：多个可变机构，通过使设置在凸轮和气门之间的多个动力传递部件相互联结/分离，来改变气门的开启特性；切换销，其进退自如地安装在各可变机构上，并对多个动力传递部件的联结/分离进行切换；促动器，其产生用于使切换销进行进退动作的动力；以及分配机构，将一个促动器产生的动力分配给多个切换销。
根据本发明，在改变气门的开启特性时促动器使之变位的部件(切换销)的质量减小。因此，即使是在多个切换销由一个促动器进行进退驱动时，也不需要增加促动器的额定功率，就能够实现开启特性的迅速改变。其结果，能够适宜地提高气门系统的响应特性，实现其小型轻量化。
在本发明中，作为可变机构包括的多个动力传递部件，可例示由凸轮使之摆动的第一摆动部件和通过与气门连动而摆动的第二摆动部件。此时，也可以形成为：切换销进退自如地支承在第一摆动部件或第二摆动部件的一方，并能够插脱于在设置在第一摆动部件或第二摆动部件的另一方的接合孔。
在本构成中，当切换销插入接合孔中时，第一摆动部件和第二摆动部件进行联结。此时，凸轮的作动力经由第一摆动部件和第二摆动部件，向气门传递。
另一方面，当切换销从接合孔脱离时，第一摆动部件和第二摆动部件分离。此时，凸轮的作动力向第一摆动部件传递，但是不会从第一摆动部件向第二摆动部件传递。其结果，气门的开闭动作停止。
在这种构成中，如果尽可能地缩小第一摆动部件和第二摆动部件的缝隙，该第一摆动部件和第二摆动部件的联结/分离切换所伴随的切换销的变位量就会缩短。其结果，能够迅速地进行第一摆动部件和第二摆动部件的联结/分离切换，并且能够进一步减小促动器的额定功率。
其中，在第二摆动部件上，也可以是不同于与第一摆动部件抵接的凸轮(以下称为主凸轮)的凸轮(副凸轮)与之抵接。根据该构成，在第一摆动部件和第二摆动部件分离时，气门按照副凸轮的凸轮轮廓进行开闭。其结果，能够使第一摆动部件和第二摆动部件联结时的开启特性与第一摆动部件和第二摆动部件分离时的开启特性不同。
但是，副凸轮必须具有作用角和升降量小于主凸轮的凸轮轮廓。其原因在于，当副凸轮的作用角和升降量(凸轮尖端的高度)大于主凸轮时，在第一摆动部件和第二摆动部件联结时，将不能使气门按照主凸轮的凸轮轮廓动作。
在本发明中，也可以形成为：分配机构具有能够和多个切换销的进退动作连动地变位的变位部件。作为此时的促动器，可例示包括施力部件和驱动部的促动器，该施力部件对变位部件向切换销的进入方向进行施力，该驱动部使变位部件向切换销的退出方向变位。
根据这种构成，用于使变位部件向切换销的进入方向变位的机构能够简化，因此，可实现气门系统进一步的小型轻量化。
其中，上述驱动部也可以形成为，利用凸轮的旋转力来使变位部件进行变位。此时，促动器不需要产生用于使切换销进退动作的动力。从而，能够进一步减小促动器的额定功率，并且能够使切换销迅速地进行进退动作。
作为利用凸轮的旋转力使变位部件进行变位的构成，可例示螺旋状槽和插脱销，该螺旋状槽在与凸轮连动地旋转的旋转体的外周面形成，该插脱销安装在变位部件上，在螺旋状槽中插脱自如。此时，虽然驱动部需要将插脱销在上述螺旋状槽中进行插脱，但是插脱销进行插脱所需的动力极小。从而，能够尽可能地减小促动器的额定功率，并且能够实现开启特性的迅速切换。
另外，也可以形成为：变位部件包括轴部件和转动部件，该轴部件与切换销抵接，并且与该切换销向相同方向进退自如，而且在圆周方向旋转自如，该转动部件固定在轴部件上，并且以该轴部件为支轴而转动自如。此时，插脱销可安装在转动部件上即可。根据这种构成，驱动部可通过按压转动部件，而使上述插脱销插入上述螺旋状槽中。
另外，也可以形成为：插脱销安装在所述转动部件中的与所述驱动部抵接的抵接部位和与所述轴部件接合的接合部位之间。此时，作用点(插脱销的设置部位)位于力点(驱动部的抵接部位)和转动部件的旋转支点(轴部件的接合部位)之间。因此，能够以上述力点和旋转支点两点承受从螺旋状槽向转动部件作用的反力。其结果，还可抑制基于上述反力的转动部件的变形。另外，由于力点位于与作用点相反的一侧，因此配置驱动部时的自由度增加。
在上述转动部件中，也可以在下述的面上配置有大体积部，该面是位于所述转动部件上的所述插脱销从所述螺旋状槽脱离的方向的面，且是位于该转动部件的自重所作用的方向的面。根据这种构成，大体积部的重量在使插脱销从螺旋状槽脱离的方向作用。因此，能够使插脱销迅速从螺旋状槽脱离。另外，只要满足上述条件，大体积部也可以与驱动部的抵接部位相邻或连续而设置。此时，驱动部可抵接的部位面积扩大，因此，即使产生经年变化、组装误差、初期公差等，转动部件基于驱动部的转动也容易得到补偿。
本发明的气门系统也可以形成为：还包括限制机构，该限制机构在上述变位部件变位至退出方向的变位端时，对该变位部件向进入方向的变位进行机械限制。
当上述变位部件位于退出方向的变位端时，产生施力部件将变位部件向进入方向按回的力。因此，在保持第一摆动部件和第二摆动部件分离的状态时，需要克服施力部件的作用力使变位部件停留在退出方向的变位端。
对此，可考虑利用促动器的动力的方法。但是，促动器的耗能有可能增加。因此，由限制机构对变位部件的变位进行机械限制，就能够降低促动器的耗能。
本发明的气门系统也可以形成为：还包括控制装置，该控制装置在内燃机开始断油运转时，对促动器进行控制，使第一摆动部件和第二摆动部件分离。
在内燃机进行断油运转时，当进气门和/或排气门进行开闭动作时，新气(含有大量氧气的空气)会通过燃烧室、排气净化装置。因此，排气净化装置中担持的贵金属催化剂发生氧化，该排气净化装置的净化性能有可能会劣化或降低。
对此，在开始断油运转时，控制装置对促动器进行控制，使第一摆动部件和第二摆动部件分离，从而能够立即停止进气门和/或排气门的开闭动作。其结果，能够抑制新气流入排气净化装置。
另外，即使在本发明的气门系统具有副凸轮时，由于该副凸轮的凸轮轮廓和主凸轮相比，作用角和升降量较小，因此可尽量迅速地减少通过燃烧室、排气净化装置的空气量。其结果，就能够抑制排气净化装置净化性能的劣化或降低。
根据本发明，在可改变安装在内燃机上的进气门和/或排气门的开启特性的气门系统中，能够在提高改变开启特性时的响应特性的同时，实现系统的简化。
附图说明
图1是表示第一实施例中内燃机的概略构成的图。
图2是表示对进气门进行开闭驱动的机构的概略构成的图。
图3是第一可变组的俯视图。
图4是第一滚柱式摇臂的侧视图。
图5是第二滚柱式摇臂的侧视图。
图6是第一可变机构的水平截面图。
图7是表示第一支轴和第一销的构成的图。
图8是表示第二支轴和第二销构成的图。
图9是说明第一切换机构的动作的图。
图10是第二可变机构的水平截面图。
图11是说明第二切换机构的动作的图。
图12是表示第一实施例中第一促动器的第一构成例的图。
图13是表示第一实施例中第一促动器的第二构成例的图。
图14是表示第一实施例中第一促动器的第三构成例的图。
图15是表示第一促动器和第二促动器的动作时机的图。
图16是表示第二实施例中第一促动器构成的垂直截面图。
图17是表示第二实施例中第一促动器构成的俯视图。
图18是表示第二实施例中进气凸轮轴构成的图。
图19是表示第二实施例中脱离用弹簧构成例的图。
图20是说明第二实施例中第一促动器的动作的第一图。
图21是说明第二实施例中第一促动器的动作的第二图。
图22是说明第二实施例中第一促动器的动作的第三图。
图23是表示第二实施例中插脱销优选配置例的第一图。
图24是表示第二实施例中第一促动器配置例的图。
图25是表示第二实施例中插脱销优选配置例的第二图。
图26是表示第二实施例中第一促动器的另外的构成例的图。
标号说明
1…内燃机；3…进气门；4…排气门；5…火花塞；6…进气凸轮轴；10…摇臂轴；11…间隙调整装置；18…回位弹簧；21…1号气筒；22…2号气筒；23…3号气筒；24…4号气筒；28…回位弹簧；30…气门弹簧；60…螺旋状槽；70…主凸轮；71…副凸轮；81…第一可变机构；82…第二可变机构；83…第三可变机构；84…第四可变机构；91…第一促动器；92…第二促动器；98…大体积部；181…第一销；182…第二销；183…第二销；281…第一销；282…第二销；283…第二销；600…大径部；910…变位部件；911…驱动部；8110…第一滚柱式摇臂；8113…第一支轴；8114…第一销孔；8120…第二滚柱式摇臂；8122…第二支轴；8123…第二销孔；8130…第二滚柱式摇臂；8132…第二支轴；8133…第二销孔；8210…第一滚柱式摇臂；8213…第一支轴；8214…第一销孔；8220…第二滚柱式摇臂；8222…第二支轴；8223…第二销孔；8230…第二滚柱式摇臂；8232…第二支轴；8233…第二销孔；9109…插脱销；9115…螺线管；9116…驱动轴；9117…脱离用弹簧。
具体实施方式
下面，根据附图，说明本发明的具体实施方式。本实施方式中记述的构成零部件的尺寸、材质、形状、相对配置等，除非有特别记述，发明的技术范围不仅仅限于此。
(实施例1)
首先，根据图1至图15，说明本发明的第一实施例。图1是表示适用本发明的内燃机概略构成的图。
图1所示的内燃机1为4冲程循环的火花点火式内燃机(汽油发动机)。该内燃机1包括4个气筒21、22、23、24。在各气筒21、22、23、24上，配有两个进气门3和两个排气门4。而且，在各气筒21、22、23、24上，配有在筒内产生火花的火花塞5。
如图2所示，各进气门3利用安装在进气凸轮轴6上的凸轮70、71的作动力和气门弹簧30的作用力进行开闭。进气凸轮轴6由未图示的发动机输出轴(曲柄轴)、正时链或正时带进行联结，以曲柄轴的二分之一的速度旋转。
在进气凸轮轴6上，每一个气筒形成一个主凸轮70和两个副凸轮71。主凸轮70配置在两个副凸轮71之间。主凸轮70的凸轮轮廓形成为：作用角和升降量(凸轮尖端的高度)大于副凸轮71。
另外，在本实施例中，副凸轮71的凸轮轮廓形成为：进气门3的升降量为零(凸轮尖端的高度为零)。换言之，副凸轮71为只有基圆部的凸轮(零升降凸轮)。
可变机构81、82、83、84介于各气筒21、22、23、24的凸轮70、71和进气门3之间。即形成为：凸轮70、71的作动力经由可变机构81、82、83、84，向两个进气门3传递。
可变机构81、82、83、84为下述的机构：切换将主凸轮70的作动力向进气门3传递的状态和将副凸轮71的作动力向进气门3传递的状态，从而改变进气门3的开启特性。
另外，在本实施例中，副凸轮71为零升降凸轮，因此，副凸轮71的作动力向进气门3传递的状态意味着进气门3不进行开闭的状态(气门停止状态)。
1号气筒(#1)21的可变机构(以下称为第一可变机构)81和2号气筒(#2)22的可变机构(以下称为第二可变机构)82，由一个促动器(以下称为第一促动器)91进行驱动。下面，将第一可变机构81、第二可变机构82、第一促动器91统称为第一可变组。
同样地，3号气筒(#3)23的可变机构(以下称为第三可变机构)83和4号气筒(#4)24的可变机构(以下称为第四可变机构)84，也由一个促动器(以下称为第二促动器)92进行驱动。下面，将第三可变机构83、第四可变机构84、第二促动器92统称为第二可变组。
下面，说明第一可变组和第二可变组的构成。其中，第一可变组和第二可变组的构成相同，因此，在此仅说明第一可变组的构成。
图3是第一可变组的俯视图。在图3中，第一可变机构81包括与进气凸轮轴6平行而配置的摇臂轴10。摇臂轴10经由间隙调整装置11，支承在内燃机1的气缸盖上。
一个第一滚柱式摇臂8110和一对第二滚柱式摇臂8120、8130旋转自如地安装在上述摇臂轴10上。其中，第一滚柱式摇臂8110配置在两个第二滚柱式摇臂8120、8130之间。另外，在本实施例中，第一滚柱式摇臂8110的长度短于第二滚柱式摇臂8120、8130的长度。
第一滚柱8111轴支承在第一滚柱式摇臂8110的前端部分。第一滚柱式摇臂8110，经由上述摇臂轴10上安装的螺旋弹簧8112，被向图4中箭头X所示方向施力。即，螺旋弹簧8112对第一滚柱式摇臂8110进行施力，使第一滚柱8111一直与上述主凸轮70抵接。
如此构成的第一滚柱式摇臂8110，通过上述主凸轮70的作动力和螺旋弹簧8112的作用力的相互作用，以摇臂轴10为支点而摆动。该第一滚柱式摇臂8110相当于本发明的第一摆动部件。
另一方面，如图5所示，各第二滚柱式摇臂8120、8130的前端部分与进气门3的基端部(具体而言为气门杆的基端部)抵接。第二滚柱8121、8131轴支承在各第二滚柱式摇臂8120、8130中的，比进气门3的抵接部位靠摇臂轴10侧的部位。第二滚柱8121、8131的外径和上述第一滚柱8111的外径相同。
另外，第二滚柱8121、8131的位置设定为：在上述第一滚柱8111与上述主凸轮70的基圆部抵接(参照图4)，且该第二滚柱8121、8131与上述副凸轮71的基圆部抵接(参照图5)时，该第二滚柱8121、8131的轴心与上述第一滚柱8111的轴心位于同一直线(图3中的假想直线L)上。
第二滚柱式摇臂8120、8130，通过气门弹簧30，被向图5中箭头Y所示方向施力。因此，在副凸轮71使进气门3升降时，第二滚柱8121、8131被气门弹簧30按向副凸轮71。但是，由于本实施例的副凸轮71为零升降凸轮，因此不受此限。
另外，在副凸轮71未使进气门3升降时，第二滚柱式摇臂8120、8130被间隙调整装置11按向副凸轮71。
如此构成的第二滚柱式摇臂8120、8130，相当于本发明的第二摆动部件。
在此，就用于切换第一滚柱式摇臂8110和第二滚柱式摇臂8120、8130的联结/分离的机构(以下称为第一切换机构)进行说明。
图6是第一可变机构81的水平截面图。其中，第二可变机构82位于图6中的右手方向。
在图6中，在第一滚柱8111的支轴(以下称为第一支轴)8113上，形成在轴方向延伸的第一销孔8114。第一销孔8114的两端在第一滚柱式摇臂8110的两侧面开口。
如图7所示，圆柱状的第一销181滑动自如地插入在第一销孔8114中。第一销181的外径和第一销孔8114的内径大致等同。第一销181轴方向的长度和上述第一销孔8114大致等同。
在此，回到图6，在第二滚柱8121、8131的各支轴(以下称为第二支轴)8122、8132上，形成在轴方向延伸的第二销孔8123、8133。第二销孔8123、8133的内径和上述第一销孔8114的内径等同。
两个第二销孔8123、8133之中，一方的第二销孔8123(以第一滚柱式摇臂8110为基准，位于与第二可变机构82相反侧的第二销孔)形成为：第一滚柱式摇臂8110侧的端部开口，而且和第一滚柱式摇臂8110相反侧的端部8124被闭塞(以下将被闭塞的端部称为闭塞端)。
如图8所示，圆柱状的第二销182滑动自如地插入在上述第二销孔8123中。第二销182的外径和第二销孔8123的内径大致等同。第二销182轴方向的长度短于上述第二销孔8123。
另外，在上述第二销孔8123中，在上述第二销182的基端(位于闭塞端8124侧的端部)和上述闭塞端8124之间配置回位弹簧18。回位弹簧18为对第二销182向上述第一滚柱式摇臂8110侧进行施力的部件，相当于本发明的施力部件。
在此，回到图6，在上述两个第二销孔8123、8133之中，另一方的第二销孔8133(以第一滚柱式摇臂8110为基准，位于第二可变机构82侧的第二销孔)的两端，和上述第一销孔8114一样，在第二滚柱式摇臂8130的两侧面开口。
圆柱状的第二销183滑动自如地插入在上述第二销孔8133中。第二销183的外径和上述第二销孔8133的内径等同。第二销183轴方向的长度长于上述第二销孔8133。
其中，各销孔8114、8123、8133的轴心和各支轴8113、8122、8132的轴心可以不一致，但是，三个销孔8114、8123、8133的相对位置应满足以下的条件。
即，三个销孔8114、8123、8133的相对位置设定为：在第一滚柱8111与主凸轮70的基圆部抵接(参照图4)，而且第二滚柱8121、8131与副凸轮71的基圆部抵接(参照图5)时，三个销孔8114、8123、8133的轴心位于同一直线上。
在如此构成的第一切换机构中，第二销182通过回位弹簧18而一直被向第一滚柱式摇臂8110侧的施力。因此，第二销182的前端被按压在第一销181的基端。与此相应地，第一销181的前端被按压在第二销183的基端。其结果，第二销183的前端一直与第一促动器91的变位部件910抵接。
上述变位部件910为向支轴8113、8122、8132的轴方向(即销181、182、183的轴方向)进退自如的部件，由驱动部911进行变位驱动。
上述驱动部911，为以液压或电力动力源而使上述变位部件910变位的装置。驱动部911由ECU100进行电控制。ECU100为用于控制内燃机1运转状态的电子控制单元，根据曲柄位置传感器101等的输出信号，控制上述驱动部911。曲柄位置传感器101为对内燃机1的输出轴(曲柄轴)的旋转角度进行检测的传感器。
其中，上述变位部件910、回位弹簧18、第一销181、第二销182、183的相对配置、尺寸设定为满足以下两个条件。
(1)当上述变位部件910位于第二可变机构82侧的变位端Pmax1时，即回位弹簧18伸长至预先设定的最大长度时，第二销182的前端和第一销181的基端位于第二滚柱式摇臂8120和第一滚柱式摇臂8110的空隙中，而且，第一销181的前端和第二销183的基端位于第一滚柱式摇臂8110和第二滚柱式摇臂8130的空隙中(参照图6)。
(2)当上述变位部件910位于第一可变机构81侧的变位端Pmax2时，即回位弹簧18收缩至预先设定的最小长度时，第二销182的前端和第一销181的基端位于第二销孔8123内，而且，第一销181的前端和第二销183的基端位于第一销孔8114内(参照图9)。
当按照上述(1)、(2)的条件，确定变位部件910、回位弹簧18、第一销181、第二销182、183的相对配置、尺寸后，在变位部件910位于上述变位端Pmax1时，成为第一滚柱式摇臂8110和第二滚柱式摇臂8120、8130相互分离的状态。
此时，第一滚柱式摇臂8110受到主凸轮70的作动力而摆动，第二滚柱式摇臂8120、8130受到副凸轮71的作动力而摆动。另外，本实施例的副凸轮71为零升降凸轮，因此，第二滚柱式摇臂8120、8130不摆动。其结果，成为进气门3不进行开闭动作的气门停止状态。
如上所述，在只有第一滚柱式摇臂8110摆动时，第一销181的轴心和第二销182、183的轴心就会偏离。此时，第一销181的局部端面和第二销182、183的局部端面需要互相抵接。因此，第一销181和第二销182、183的端面的形状、尺寸应设定为满足上述条件。
但是，如果第一销181的端面和第二销182、183的端面的抵接面积增大，两者的滑动阻力就会增大。因此，第一销181和第二销182、183的端面的形状、尺寸优选设定为：在满足上述条件的范围内使之抵接面积最小。
接着，当变位部件910变位至上述变位端Pmax2时，第二滚柱式摇臂8120和第一滚柱式摇臂8110由第一销181进行联结，并且第一滚柱式摇臂8110和第二滚柱式摇臂8130由第二销183进行联结。即，当变位部件910位于上述变位端Pmax2时，成为第一滚柱式摇臂8110和第二滚柱式摇臂8120、8130相互联结的状态。
当第一滚柱式摇臂8110和第二滚柱式摇臂8120、8130相互联结后，在第一滚柱式摇臂8110受到主凸轮70的作动力而摆动时，第二滚柱式摇臂8120、8130也和第一滚柱式摇臂8110一起摆动。其结果，进气门3按照主凸轮70的凸轮轮廓进行开闭动作。
因此，通过第一促动器91使销181、182、183在轴方向变位，能够切换进气门3的动作状态和停止状态。此时的销181、182、183，相当于本发明的切换销。
在此，回到图3，讲述第二可变机构82的构成。第二可变机构和上述第一可变机构一样，包括旋转自如地安装在摇臂轴10上的一个第一滚柱式摇臂8210和一对第二滚柱式摇臂8220、8230。
第一滚柱式摇臂8210相当于本发明的第一摆动部件。第一滚柱8211轴支承在第一滚柱式摇臂8210的前端部分。第一滚柱8211通过安装在上述摇臂轴10上的螺旋弹簧8212的作用力而被按压在主凸轮70上。
第二滚柱式摇臂8220、8230相当于本发明的第二摆动部件。各第二滚柱式摇臂8220、8230的前端部分，与进气门3的基端部抵接。第二滚柱8221、8231轴支承在各第二滚柱式摇臂8220、8230中的比进气门3的抵接部位靠近摇臂轴10侧的部位。第二滚柱8221、8231由气门弹簧30和/或间隙调整装置11按压在副凸轮71上。
另外，对第一滚柱式摇臂8210和第二滚柱式摇臂8220、8230的联结/分离进行切换的机构(以下称为第二切换机构)，构成为和第一切换机构大致对称。
图10是第二可变机构82的水平截面图。其中，第一可变机构81位于图10中的左手方向。
在图10中，在第一滚柱8211的支轴(第一支轴)8213上，形成在轴方向延伸的第一销孔8214。第一销孔8214的两端，在第一滚柱式摇臂8210的两侧面开口。
圆柱状的第一销281滑动自如地插入在第一销孔8214中。第一销281的外径和第一销孔8214的内径大致等同。第一销281轴方向的长度和上述第一销孔8214大致等同。
在第二滚柱8221、8231的各支轴(第二支轴)8222、8232上，形成在轴方向延伸的第二销孔8223、8233。第二销孔8223、8233的内径和上述第一销孔8214的内径等同。
两个第二销孔8223、8233之中，一方的第二销孔8223(以第一滚柱式摇臂8210为基准，位于和第一可变机构81相反侧的第二销孔)形成为：第一滚柱式摇臂8210侧的端部开口，而且和第一滚柱式摇臂8210相反侧的端部8224被闭塞(以下称被闭塞的端部为闭塞端)。
圆柱状的第二销282滑动自如地插入在上述第二销孔8223中。第二销282的外径和第二销孔8223的内径大致等同。第二销282轴方向的长度和上述第二销孔8223大致等同。
另外，在上述第二销孔8223中，在上述第二销282的基端(位于闭塞端8224侧的端部)和上述闭塞端8224之间配置有回位弹簧28。回位弹簧28为对第二销282向上述第一滚柱式摇臂8210侧进行施力的部件，相当于本发明的施力部件。
上述两个第二销孔8223、8233之中，另一方的第二销孔8233(以第一滚柱式摇臂8210为基準，位于第一可变机构81侧的第二销孔)的两端和上述第一销孔8214一样，在第二滚柱式摇臂8230的两侧面开口。
圆柱状的第二销283滑动自如地插入在上述第二销孔8233中。第二销283的外径和上述第二销孔8233的内径等同。第二销283轴方向的长度长于上述第二销孔8233。
上述三个销孔8214、8223、8233的相对位置设定为：满足和上述第一切换机构的销孔8114、8123、8133相同的条件。
在如此构成的第二切换机构中，第二销282通过回位弹簧28而一直向第一滚柱式摇臂8210侧的被施力。因此，第二销282的前端被按压在第一销281的基端。与此相应地，第一销281的前端被按压在第二销283的基端。其结果，第二销283的前端一直与第一促动器91的变位部件910抵接。
在此，变位部件910、回位弹簧28、第一销281、第二销282、283的相对位置、尺寸应设定为满足以下两个条件。
(3)当上述变位部件910位于上述变位端Pmax1时，即回位弹簧28收缩至预先设定的最小长度时，第二销282的前端和第一销281的基端位于第二滚柱式摇臂8220和第一滚柱式摇臂8210的空隙中，而且，第一销281的前端和第二销283的基端位于第一滚柱式摇臂8210和第二滚柱式摇臂8230的空隙中(参照图10)。
(4)当上述变位部件910位于上述变位端Pmax2时，即回位弹簧28伸长至预先设定的最大长度时，第二销282的前端和第一销281的基端位于第一销孔8214内，而且，第一销281的前端和第二销283的基端位于第二销孔8233内(参照图11)。
当变位部件910、回位弹簧28、第一销281、第二销282、283的相对位置、尺寸设定为满足上述(3)、(4)的条件后，在变位部件910位于上述变位端Pmax1时，和上述第一可变机构81一样，成为第一滚柱式摇臂8210和第二滚柱式摇臂8220、8230相互分离的状态。此时，进气门3成为气门停止状态。
此时，第一销281和第二销282、283的端面形状、尺寸，应设定为和上述第一切换机构相同。
接下来，当变位部件910位于上述变位端Pmax2时，变成下述的状态：第二滚柱式摇臂8220和第一滚柱式摇臂8210由第二销282进行联结，并且第一滚柱式摇臂8210和第二滚柱式摇臂8230由第一销281进行联结。即，当变位部件910位于上述变位端Pmax2时，成为第一滚柱式摇臂8210和第二滚柱式摇臂8220、8230相互联结的状态。此时，进气门3按照主凸轮70的凸轮轮廓进行开闭动作。
因此，通过第一促动器91使销281、282、283在轴方向变位，能够切换进气门3的动作状态和停止状态。此时的销281、282、283相当于本发明的切换销。
接下来，讲述第一促动器91的具体构成。图12是表示变位部件910构成的俯视图。
在图12中，变位部件910包括：旋转自如地支承在气缸盖上的旋转体9101和从该旋转体9101的外周部分向直径方向延伸的两条臂9102、9103。
两条臂9102、9103之中，一方的臂9102的前端与上述第一可变机构81的第二销183的前端抵接。另外，两条臂9102、9103之中，另一方的臂9103的前端与上述第二可变机构82的第二销283的前端抵接。
根据如此构成的变位部件910，上述旋转体9101旋转，从而两条臂9102、9103的前端使第二销183、283向轴方向变位。
此时，驱动部911只要使上述旋转体9101的轴9104旋转即可。作为该驱动部911，可例示电动马达。
作为驱动部911另外的实施方式，如图13所示，也可以例示：将设置在旋转体9101上的驱动用臂9105向一旋转方向进行施力的弹簧9111、将上述驱动用臂9105向与上述弹簧9106相反方向进行按压的螺线管9112。
其中，通过使上述第一切换机构的回位弹簧18的作用力大于第二切换机构的回位弹簧28，还可以省略上述弹簧9111。
作为变位部件910另外的实施方式，也可以例示下述的圆柱体9106：如图14所示，该圆柱体9106支承在第一可变机构81的第二销183和第二可变机构82的第二销283之间，且向轴方向进退自如。
根据这种变位部件910(9106)，在变位部件910(9106)变位时，在该变位部件910(9106)和第二销183、283之间不会产生滑动阻力，能够进一步减小驱动部911所要求的动力。
另外，圆柱体9106的轴心和第二销183、283的轴心，优选预估第二滚柱式摇臂8130、8230摆动时的偏差而进行了偏置。其原因在于：不需要使圆柱体9106的外径过大，并且可抑制减小可变机构81、82进行摆动动作时圆柱体9106和第二销183、283的滑动阻力。
作为适于图14所示变位部件910的驱动部911，可例示：对上述圆柱体9106向第二可变机构82侧进行施力的弹簧9114、将上述圆柱体9106向第一可变机构81侧按压的螺线管9113。此时的弹簧9114也可以通过使上述第一切换机构的回位弹簧18的作用力大于第二切换机构的回位弹簧28而省略。
另外，作为驱动部911另外的实施方式，还可以例示经由齿条机构与上述圆柱体9106联结的电动马达。
根据上述的第一可变组，可用一个促动器91驱动两个可变机构81、82。此时，第一促动器91只要使切换销进行少量的变位即可，因此，能够对两个气筒21、22的进气门3的开启特性迅速地进行切换。另外，由于切换销的质量小，所以第一促动器91能够以小的动力使切换销变位。
然而，在切换销变位时，回位弹簧18、28一方的作用力可能会成为阻力。但是，回位弹簧18、28另一方的作用力得到加强，因此可将第一促动器91所要求的动力控制得很小。
因此，根据上述第一可变组，可在将第一促动器91的额定功率抑制得很小的同时，提高改变开启特性时的响应特性。而且，两个可变机构公用一个促动器，因此还可以简化第一可变组的构成。其结果，能够适宜地实现第一可变组的小型轻量化。
另外，第二可变组也可以通过采用和第一可变组相同的构成而得到和第一可变组同样的效果。其结果，能够适宜地实现气门系统整体的小型轻量化。
接下来，根据图15，说明基于ECU100的第一促动器91和第二促动器92的控制方法。
上述切换销的变位，需要在第一销孔的轴心和第二销孔的轴心位于同一直线状时进行。即，切换销的变位需要在第一滚柱式摇臂没有摆动时进行。
例如，ECU100对第一促动器91进行控制，使切换销在1号气筒(#1)21和2号气筒(#2)22的主凸轮70的基圆区间(主凸轮70的基圆部与第一滚柱8111、8211抵接的期间)T1进行变位。
此时，优选地，ECU100对第一促动器91进行控制，使切换销在上述基圆区间T1的开始时或开始后不久开始变位。
详细地讲，ECU100在曲柄位置传感器101的输出信号与基圆区间T1开始时的曲柄角度CA1一致时，使第一促动器91动作即可。上述曲柄角度CA1可预先经过实验而求得。
同样地，ECU100在3号气筒(#3)23和4号气筒(#4)24的主凸轮70的基圆区间T2开始时CA2，使第二促动器92动作即可。
如此，ECU100对第一促动器91和第二促动器92进行控制，可在各基圆区间T1、T2内完成切换销的变位。
作为上述控制的适宜的实施时期，可例示：内燃机1的断油运转开始时、内燃机1的断油运转结束时等。
当进气门3在内燃机1的断油运转过程中进行开闭动作时，新气会通过气筒内、设置于内燃机1的排气系统中的排气净化装置。其结果，排气净化装置中担持的贵金属催化剂发生氧化，从而该排气净化装置的净化性能可能会劣化或降低。
另外，在具有用于使一部分排气向气筒内再循环的EGR机构的内燃机中，进气系统的EGR气体还可能会在断油运转过程中被换气，从而在断油运转结束后EGR气体会出现不足。
相对于此，在内燃机1开始断油运转时，使切换销变位，使各气筒的第一滚柱式摇臂和第二滚柱式摇臂分离，则进气门3就会立即成为停止状态，因此能够避免上述问题。
(实施例2)
接下来，根据图16至图22，说明本发明的第二实施例。在此，就不同于上述第一实施例的构成进行说明，对于相同的构成，省略说明。
本实施例中的气门系统的特征在于促动器91、92的构成。即，其特征在于，本实施例的促动器91、92利用进气凸轮轴6的旋转力，使上述切换销变位。
首先，根据图16至图19，说明本实施例中的促动器91、92的构成。其中，由于第一促动器91和第二促动器92的构成相同，所以在此仅说明第一促动器91的构成。
第一促动器91的变位部件910，包括配置在第一可变机构81的第二销183和第二可变机构82的第二销283之间的圆柱体9106。该圆柱体9106相当于本发明的轴部件，通过固定在气缸盖上的托架9107而得到支承，并沿轴方向进退自如，而且在圆周方向旋转自如。
在上述圆柱体9106的外周面，立设着臂9108。该臂9108相当于本发明的转动部件。臂9108的前端部延伸至与进气凸轮轴6的周面相对的位置。而且，在臂9108的前端部，形成插脱销9109。
在进气凸轮轴6中与上述插脱销9109相对的外周面，形成外径大于该进气凸轮轴6的大径部600。在大径部600的周面，形成在圆周方向延伸的螺旋状槽60。螺旋状槽60的宽度形成为略大于上述插脱销9109的外径。
进气凸轮轴6轴方向上的螺旋状槽60的基端的位置，设定为与变位部件910位于上述变位端Pmax1时的插脱销9109的位置一致。另外，进气凸轮轴6周方向(旋转方向)上的螺旋状槽60的基端的位置(旋转角度位置)，设定为上述基圆区间T1开始时的旋转角度位置。
另一方面，进气凸轮轴6轴方向上的螺旋状槽60的终端的位置，设定为与变位部件910位于上述变位端Pmax2时的插脱销9109的位置一致。另外，进气凸轮轴6周方向上的螺旋状槽60的终端的位置，设定为比上述基圆区间T1结束时的旋转角度位置更靠近前侧。
接下来，第一促动器91的驱动部911包括：用于将上述插脱销9109插入上述螺旋状槽60的螺线管9115、用于使上述插脱销9109从上述螺旋状槽60脱离的脱离用弹簧9117、对上述圆柱体9106向第二可变机构82侧进行施力(向变位端Pmax1侧施力)的弹簧9114。
螺线管9115，配置在该螺线管9115的驱动轴9116可将上述臂9108的前端部背面(与设有插脱销9109的面相反侧的面)向上述大径部600按压的位置。
脱离用弹簧9117，设置在上述臂9108的前端部可在从上述大径部600离开的方向对上述圆柱体9106进行施力的位置。在本实施例中，如图19所示，脱离用弹簧9117缠绕在上述圆柱体9106上。其中，脱离用弹簧9117的一端卡定在臂9108上，另一端卡定在气缸盖或托架9107上。
下面，根据图20至图22，说明第一促动器91的动作。
首先，在螺线管9115不动作时，经由脱离用弹簧9117的作用力，成为插脱销9109从螺旋状槽60脱离的状态(例如，如图16所示的状态)。此时，圆柱体9106和臂9108受到弹簧9114的作用力而定位于上述变位端Pmax1。
在ECU100使螺线管9115动作时，该螺线管9115的驱动轴9116将上述臂9108的前端部按向上述大径部600。此时，进气凸轮轴6轴方向上的螺旋状槽60的基端的位置与插脱销9109的位置一致。然后，当进气凸轮轴6旋转方向上的螺旋状槽60的位置与插脱销9109的位置一致时(即，曲柄轴的旋转角度与基圆区间T1的开始位置CA1一致时)，插脱销9109插入到螺旋状槽60中(参照图20)。
当插脱销9109插入到螺旋状槽60中时，进气凸轮轴6轴方向上的插脱销9109的位置沿着螺旋状槽60而变位。圆柱体9106的轴方向的位置随之从变位端Pmax1朝着变位端Pmax2而变位。然后，在上述插脱销9109到达上述螺旋状槽60的终端时，圆柱体9106到达变位端Pmax2(参照图21)。
然而，在上述插脱销9109到达上述螺旋状槽60的终端后，上述圆柱体9106受到上述弹簧9114的作用力而可能从变位端Pmax2向变位端Pmax1返回。
因此，也可以形成为：如图22所示，在上述插脱销9109到达上述螺旋状槽60的终端时，该插脱销9109从大径部600向进气凸轮轴6的周面下沉。此时，上述插脱销9109的侧面与上述进气凸轮轴6的周面和大径部600的周面的台阶抵接，因此，上述圆柱体9106的位置保持在变位端Pmax2。
另外，在使圆柱体9106从变位端Pmax2向变位端Pmax1变位时，螺线管9115可以使驱动轴9116退出，或者也可以仅停止对螺线管9115施加驱动电流。此时，由于脱离用弹簧9117的作用力，上述插脱销9109和上述台阶的接合被解除，上述圆柱体9106受到弹簧9114的作用力而从变位端Pmax2向变位端Pmax1变位。
上述第一促动器91，只要产生按压插脱销9109的动力即可，因此，可进一步减小该第一促动器91的额定功率。另外，变位部件910变位的时机仅取决于螺旋状槽60的配置，因此，ECU100不需要调整变位时机。其结果，能够实现第一促动器91的小型轻量化，并且实现控制逻辑的简化。
另外，通过使上述回位弹簧18的作用力大于回位弹簧28，可省略上述弹簧9114。此时，可更加简化第一促动器91的构成。
另外，臂9108中插脱销9109的位置，如图23所示，也可以配置在比臂9108的前端部更靠近基端部。即，臂9108在轴方向上的插脱销9109的位置，位于驱动轴9116的抵接部位9108a(力点)和圆柱体9106的接合部位(支点)之间。
通过如此配置，配置螺线管9115时的自由度提高。因此，例如，如图24所示，不需要一味地增加驱动轴9116的长度，就能够将螺线管9115配置在凸轮托架12的外部。
另外，根据上述配置，能够以驱动轴9116的抵接部位9108a和圆柱体9106的接合部位两点承受从螺旋状槽60经由插脱销9109而向臂9108输入的反力，因此，还能够抑制臂9108的变形。
另外，如图24所示，当臂9108配置在进气凸轮轴6的下方时，可以在臂9108中与配置插脱销9109的面(上侧的面)相反的面(下侧的面)上设置大体积部98。如此将大体积部98设置在臂9108上，在插脱销9109从螺旋状槽60脱离时，在脱离用弹簧9117的作用力上就会加上大体积部98的自重。其结果，能够使插脱销9109迅速地从螺旋状槽60脱离。
另外，作为更优选的大体积部的配置，优选如图25所示，配置在臂9108的前端部附近，与驱动轴9116的抵接部位相邻的部位9108b。通过这种配置，上述效果变得显著，并且驱动轴9116可抵接的部位面积扩大。当驱动轴9116可抵接的部位面积扩大时，即使产生随时间发生变化、组装误差或初期公差的情况等，螺线管9115也能够使臂9108更切实地转动。
另外，在本实施例中，讲述了圆柱体9106兼做臂9108的旋转轴的构成，但是，也可以形成为：如图26所示，臂9108支承在与圆柱体9106独立的旋转轴9119上。此时的优点在于，臂9108的可动范围、螺线管9115的安装角度等的自由度提高。
在上述实施例1、2中，列举了4个气筒串联配置的内燃机1，但是，并不限定可适用本发明的内燃机的气筒数量、气筒的配列。
另外，每个气筒的进气门或排气门的数量也不限于两根，只要是每个气筒至少有一个进气门或排气门的内燃机，就能够适用本发明。
而且，在上述实施例1、2中，讲述了用一个促动器驱动两个气筒的可变机构的实施例，但是，只要是圆区间重复的气筒，就可以用一个促动器驱动三个气筒以上的可变机构。

Claims (11)

1.一种内燃机的气门系统，其能够改变安装于内燃机的进气门和/或排气门的开启特性，其特征在于，包括：
多个可变机构，通过设置在凸轮和气门之间的多个动力传递部件相互联结或分离，来改变气门的开启特性；
切换销，其进退自如地安装于各可变机构，并对多个动力传递部件的联结和分离进行切换；
促动器，其产生用于使切换销进行进退动作的动力；以及
分配机构，其将一个促动器产生的动力分配给多个切换销。
2.根据权利要求1所述的内燃机的气门系统，其特征在于，
多个动力传递部件包括：通过凸轮而被摆动的第一摆动部件和与气门连动而摆动的第二摆动部件，
所述切换销进退自如地支承在所述第一摆动部件或所述第二摆动部件的一方，并能够插入或脱离于在所述第一摆动部件或所述第二摆动部件的另一方上设置的接合孔。
3.根据权利要求2所述的内燃机的气门系统，其特征在于，
所述分配机构具有能够与多个切换销的进退动作连动而进行变位的变位部件，
所述促动器包括：对所述变位部件朝向所述切换销的前进方向施力的施力部件、以及使所述变位部件朝向所述切换销的退出方向变位的驱动部。
4.根据权利要求3所述的内燃机的气门系统，其特征在于，所述驱动部利用凸轮的旋转力，使所述变位部件变位。
5.根据权利要求4所述的内燃机的气门系统，其特征在于，
还包括：
螺旋状槽，其形成在与凸轮连动而旋转的旋转体的外周面；和
插脱销，其安装于所述变位部件，且能自如地插入或脱离于所述螺旋状槽，
所述驱动部使所述插脱销插入或脱离于所述螺旋状槽。
6.根据权利要求5所述的内燃机的气门系统，其特征在于，
所述变位部件包括轴部件和转动部件，该轴部件与所述切换销抵接，并且与该切换销向相同方向进退自如，而且在圆周方向旋转自如，该转动部件固定于所述轴部件，并且以该轴部件为支轴而转动自如，
所述插脱销安装于所述转动部件，
所述驱动部通过按压所述转动部件而使所述插脱销插入所述螺旋状槽中。
7.根据权利要求6所述的内燃机的气门系统，其特征在于，所述插脱销安装于所述转动部件中的、与所述驱动部抵接的抵接部位和与所述轴部件接合的接合部位之间。
8.根据权利要求6或7所述的内燃机的气门系统，其特征在于，在下述的面上配置有大体积部，该面是位于所述转动部件上的所述插脱销从所述螺旋状槽脱离的方向的面，且是位于该转动部件的自重所作用的方向的面。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的内燃机的气门系统，其特征在于，还包括限制机构，该限制机构在所述变位部件变位至退出方向的变位端时，对该变位部件向进入方向的变位进行限制。
10.根据权利要求2至9中任一项所述的内燃机的气门系统，其特征在于，还包括控制装置，该控制装置在所述内燃机开始断油运转时，对促动器进行控制，以使第一摆动部件和第二摆动部件分离。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的内燃机的气门系统，其特征在于，
还包括副凸轮，该副凸轮一边与所述第二摆动部件抵接一边进行旋转，
所述副凸轮具有不同于所述凸轮的凸轮轮廓。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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