CN102648336A

CN102648336A - 可变阀定时装置

Info

Publication number: CN102648336A
Application number: CN2010800554036A
Authority: CN
Inventors: 樱井正夫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2012-08-22
Also published as: DE112010004706T5; KR20120089337A; JP4505546B1; US20120222513A1; WO2011070895A1; JP2011117416A

Abstract

本发明提供可变阀定时装置，可以实现装置结构的简单化和低成本并可切实且连续地使凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化，不仅可使阀的开关定时变化，也可以使开关时间变化。其特征在于，将被从曲轴（11）传递旋转动力的始动齿轮（3）和向凸轮轴（12）传递旋转动力的后动齿轮（4）分别可独立旋转地配置在第一轴（2）上，在与该第一轴分离并平行的第二轴（5）上可一体旋转地配置与上述始动齿轮啮合的第一可变齿轮（6）和与上述后动齿轮啮合的第二可变齿轮（7），设置抱持上述第二轴并使该第二轴以上述第一轴为中心轴转动的调整机构（8），并将上述第一可变齿轮的齿数与上述第二可变齿轮的齿数设定为不同。

Description

可变阀定时装置

技术领域

本发明涉及例如使发动机的凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化而使进气门、排气门的开关定时变化的可变阀定时装置。

背景技术

近年来，在机动车的发动机中，为了防止同时打开进气门和排气门、改善输出以及实现低油耗，多采用设置了可变阀定时装置的发动机，该可变阀定时装置使发动机的凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化而使通过该凸轮轴的凸轮而动作的进气门、排气门的开关定时变化。

作为现有的这种可变阀定时装置提出了以下构成的可变阀定时装置，包括传递发动机曲轴的旋转动力的外齿轮、向凸轮轴传递旋转动力的内齿轮、配置在上述外齿轮和上述内齿轮之间并在与两者啮合的状态下绕上述内齿轮旋转的行星齿轮以及使该行星齿轮的旋转速度变化的驱动源即电机（例如参考专利文献1）。

另外，在实际使用时，上述行星齿轮在与上述外齿轮和上述内齿轮啮合的状态下绕上述内齿轮旋转，向上述内齿轮传递上述外齿轮的旋转动力，并且，通过利用电机使行星齿轮的旋转速度变化而使内齿轮相对外齿轮的旋转相位进行变化，使凸轮轴相对曲轴的旋转相位变化。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-267174号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，现有的可变阀定时装置具有如果通过电机使行星齿轮的旋转速度变化、就容易使内齿轮相对外齿轮的旋转相位变化的优点，但为了使内齿轮相对外齿轮的旋转相位适当地变化，需要驱动源即电机的通电控制机构、旋转检测机构等，从而装置的结构自然变得复杂且有成本飙升的可能。

解决问题的手段

本发明是为了有效地解决该现有的可变阀定时装置具有的问题而开发的，提供一种可变阀定时装置，使发动机的凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化，使通过该凸轮轴的凸轮而动作的进气门和排气门的至少一方的开关定时变化，其特征在于，将被从曲轴传递旋转动力的始动齿轮和向凸轮轴传递旋转动力的后动齿轮分别能独立旋转地配置在第一轴上，在与该第一轴分离并平行的第二轴上能一体旋转地配置与上述始动齿轮啮合的第一可变齿轮和与上述后动齿轮啮合的第二可变齿轮，将该第一可变齿轮的齿数与第二可变齿轮的齿数设定为不同，设置抱持上述第二轴并使该第二轴以上述第一轴为中心轴转动的齿轮箱，设置控制该齿轮箱的连续转动的转动控制机构，该转动控制机构由设置在上述齿轮箱侧面的突板、在该突板上彼此能转动地连接前端的臂、以及能转动地支撑该臂的基端并与曲轴同步旋转的偏心板构成，利用上述齿轮箱使上述第二轴转动而使上述第一和第二可变齿轮的位置错开，从而使上述后动齿轮相对于上述始动齿轮的旋转相位变化，使凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化，并且，通过上述转动控制机构的偏心板的旋转使臂的基端变位而使上述齿轮箱向顺时针方向或逆时针方向连续转动，从而使凸轮轴相对于曲轴的旋转相位连续变化。

因此，在本发明中，从曲轴向始动齿轮传递旋转动力，从始动齿轮向将旋转动力传递给凸轮轴的后动齿轮传递旋转动力，在该过程中，使齿数不同的第一、第二可变齿轮作为所谓的差动齿轮可一体旋转地介于其间，仅用齿轮箱使该第一、第二可变齿轮的位置错开，就可容易地使后动齿轮相对于始动齿轮的旋转相位变化。因此，装置不需要复杂的控制机构，所以，可以使装置的结构简单化以及低成本并可使凸轮轴相对于曲轴的旋转相位切实地变化，可切实保障阀的开关定时的变化。

另外，仅使齿轮箱转动就可以容易地使第一和第二可变齿轮的位置错开，使凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化，因此如果使齿轮箱连续转动，就可以使上述旋转相位连续地变化，其结果，不仅可以使阀的开关定时变化，也可以使开关时间变化。

附图说明

图1（A）是表示将实施例1的可变阀定时装置安装在发动机上的状态的主视图，（B）是（A）的A-A线局部剖面图。

图2是表示使齿轮箱转动时的阀动作的相位变化的图。

图3是表示根据第一可变齿轮和第二可变齿轮的齿数差的大小的阀动作的相位变化的图。

图4是表示实施例1的可变阀定时装置中的齿轮箱的转动控制机构的第一例的说明图。

图5是表示实施例1的可变阀定时装置中的齿轮箱的转动控制机构的第二例的说明图。

图6是表示实施例1的可变阀定时装置中的齿轮箱的转动控制机构的第三例的说明图。

图7是表示实施例1的可变阀定时装置中的齿轮箱的转动控制机构的第四例的说明图。

图8（A）是表示实施例1的可变阀定时装置中的齿轮箱的转动控制机构的第五例的说明图，（B）是表示（A）的臂基端的支撑位置的说明图。

图9是表示使图8的臂基端的支撑位置的偏心方向变化时的阀动作的相位变化的图。

图10是表示使图8的臂基端的支撑位置的偏心距离变化时的阀动作的相位变化的图。

图11（A）是将实施例2的可变阀定时装置安装在发动机上的状态的主视图，（B）是（A）的A-A线局部剖面图。

具体实施方式

本发明是一种可变阀定时装置，使发动机的凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化，使通过该凸轮轴的凸轮而动作的进气门和排气门的至少一方的开关定时变化，将被从曲轴传递旋转动力的始动齿轮和向凸轮轴传递旋转动力的后动齿轮分别能独立旋转地配置在第一轴上，在与该第一轴分离并平行的第二轴上能一体旋转地配置与上述始动齿轮啮合的第一可变齿轮和与上述后动齿轮啮合的第二可变齿轮，设置抱持上述第二轴并使该第二轴以上述第一轴为中心轴转动的调整机构，并且，将上述第一可变齿轮的齿数与上述第二可变齿轮的齿数设定为不同，通过上述调整机构使上述第二轴转动而使上述第一和第二可变齿轮的位置错开，从而使上述后动齿轮相对于上述始动齿轮的旋转相位变化，使凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化，因此，装置不需要复杂的控制机构，所以，可以使装置的结构简单化以及低成本并可切实使凸轮轴相对曲轴的旋转相位进行变化。

实施例1

以下基于图示的优选实施例就本发明进行具体说明，如图1所示，实施例1的可变阀定时装置1包括从凸轮轴12延伸设置的第一轴2、可空转地配置在该第一轴2上的始动齿轮3、固定配置在上述第一轴2上的后动齿轮4、与上述第一轴2分离并平行的第二轴5、可一体旋转地配置在该第二轴5上的第一可变齿轮6和第二可变齿轮7、以及被可转动地支撑在上述第一轴2上的调整机构即齿轮箱8，上述齿轮箱8构成为抱持上述第二轴5并将上述始动齿轮3、后动齿轮4、第一可变齿轮6以及第二可变齿轮7收纳于内部。

另外，在本实施例中，凸轮轴12侧的同步带轮9b和上述始动齿轮3形成一体，若曲轴11的旋转动力从该曲轴11侧的同步带轮9a经由同步带10向同步带轮9b传递，则与此同时该旋转动力也被向始动齿轮3传递。

另外，本发明尤其重要的是将上述第一可变齿轮6的齿数设定成与上述第二可变齿轮7的齿数不同，在本实施例中，将第一可变齿轮6的直径形成为小于第二可变齿轮7的直径，将第一可变齿轮6的齿数设定成少于第二可变齿轮7的齿数。因此，由于第一轴2和第二轴5之间的距离是固定的，从而将始动齿轮3的直径形成为大于后动齿轮4的直径。

另外，由于使上述第一可变齿轮6与上述第二可变齿轮7可一体旋转，因此，在本实施例中，将齿轮6和齿轮7一体成形，但本发明不限于此，根据实施也可以分别形成齿轮6和齿轮7，在各齿轮6和齿轮7上设置连接机构，将齿轮6和齿轮7连接成一体。

因此，在该可变阀定时装置1中，在齿轮箱8位于图1（A）中θ1的固定基准位置的情况下，首先，曲轴11的旋转动力经由同步带轮9a和同步带10向同步带轮9b传递，曲轴11的旋转动力也向与该同步带轮9b一体成形的始动齿轮3传递。

然后，上述旋转动力被向与始动齿轮3啮合的第一可变齿轮6和与该第一可变齿轮6一体设置的第二可变齿轮7传递，然后向与该第二可变齿轮7啮合的后动齿轮4传递，最终经由固定了该后动齿轮4的第一轴2向凸轮轴12传递。

在此，对曲轴11与凸轮轴12的旋转比进行说明，凸轮轴12通过其凸轮12a或凸轮12b使各进气门（排气门）13、14进行开关动作，通常在四冲程发动机的情况下，在曲轴11旋转两圈期间，凸轮轴12旋转一圈，因此，曲轴11与凸轮轴12的旋转比为2：1。因此，以第一可变齿轮6与第二可变齿轮7的齿数不同为前提来设定始动齿轮3和后动齿轮4的齿数以形成上述旋转比。

接着，对使齿轮箱8以第一轴2为中心轴转动的情况进行说明，在使齿轮箱8将第一轴2作为中心轴向图1（A）中的逆时针方向转动Lθ到θ2时，被该齿轮箱8抱持的第二轴5也向同一个方向转动，第一可变齿轮6和第二可变齿轮7在分别与始动齿轮3和后动齿轮4啮合的状态下错开位置，此时，后动齿轮4相对于始动齿轮3的旋转相位提前，凸轮轴12相对于曲轴11的旋转相位也提前。

因此，凸轮轴12的旋转相位提前，通过凸轮轴12的凸轮12a或凸轮12b而动作的进气门（排气门）13、14的阀动作的相位也提前，如图2所示，与齿轮箱8位于固定基准位置θ1时的阀动作的相位相比，使齿轮箱8转动Lθ到θ2时的阀动作的相位仅提前t1。另外，该t1根据齿轮箱8的转动量Lθ变化。

另一方面，在使齿轮箱8以第一轴2为中心轴向图1（A）中的顺时针方向转动Rθ到θ3时，被该齿轮箱8抱持的第二轴5也向同一个方向转动，第一可变齿轮6和第二可变齿轮7在分别与始动齿轮3和后动齿轮4啮合的状态下错开位置，这次后动齿轮4相对于始动齿轮3的旋转相位延迟，凸轮轴12相对于曲轴11的旋转相位也延迟。

因此，凸轮轴12的旋转相位延迟，通过凸轮轴12的凸轮12a或凸轮12b而动作的进气门（排气门）13、14的阀动作的相位也延迟，如图2所示，与齿轮箱8位于固定基准位置θ1时的阀动作的相位相比，使齿轮箱8转动Rθ到θ3时的阀动作的相位仅延迟t2。在这种情况下，该t2也根据齿轮箱8的转动量Rθ变化。

因此，可根据齿轮箱8的转动方向而使凸轮轴的旋转相位提前或延迟，可以根据齿轮箱8的转动量来调整凸轮轴的旋转相位的变化量，如图3所示，也可以根据第一可变齿轮6和第二可变齿轮7的齿数差的大小来调整旋转相位的变化量，第一可变齿轮6和第二可变齿轮7的齿数差越大，旋转相位的变化量也越大。即，在使齿轮箱8向图1（A）中的逆时针方向转动Lθ到θ2的情况下，即使齿轮箱8的转动量Lθ相同，第一可变齿轮6和第二可变齿轮7的齿数差大时的阀动作的相位差t4也比第一可变齿轮6和第二可变齿轮7的齿数差小时的阀动作的相位差t3大。

另外，在本实施例中，将第一可变齿轮6的直径形成为小于第二可变齿轮7的直径，将第一可变齿轮6的齿数设定成少于第二可变齿轮7的齿数，随之使始动齿轮3的直径大于后动齿轮4的直径，但本发明并不局限于此，可以根据实施形成相反的结构，即，将第一可变齿轮6的直径形成为大于第二可变齿轮7的直径，将该第一可变齿轮6的齿数设定成多于第二可变齿轮7的齿数，随之使始动齿轮3的直径小于后动齿轮4的直径。在这种情况下，与本实施例的情况不同，在使齿轮箱8向图1（A）中的逆时针方向转动时，凸轮轴12的旋转相位延迟，在使齿轮箱8向图1（A）中的顺时针方向转动时，凸轮轴12的旋转相位提前，并且，向凸轮轴12传递旋转动力的后动齿轮4与本实施例的情况相比直径更大、进行低速旋转，因此凸轮轴12的旋转相位的变化量将比本实施例的情况更小。

如上所述，在本发明中，从曲轴11向始动齿轮3传递旋转动力，从始动齿轮3向将旋转动力传递给凸轮轴12的后动齿轮4传递旋转动力，在该过程中，使齿数不同的第一、第二可变齿轮6、7作为所谓的差动齿轮可一体旋转地介于其间，仅用齿轮箱8使该第一、第二可变齿轮6、7的位置错开，就可容易地使后动齿轮4相对于始动齿轮3的旋转相位变化，因此，装置不需要复杂的控制机构，从而可以使装置的结构简单化以及低成本并可使凸轮轴12相对于曲轴11的旋转相位切实地变化。结果，可以使进气门（排气门）13、14的开关定时切实地变化，可以防止进气门和排气门同时打开、改善输出以及实现低油耗。

另外，仅通过使齿轮箱8转动，就可以容易地使第一、第二可变齿轮6、7的位置错开，可以使凸轮轴12相对于曲轴11的旋转相位变化，因此，如果使齿轮箱8连续转动，则上述旋转相位就可以连续变化，结果如后述的图8至图10的说明所示，不仅可以使进气门（排气门）13、14的开关定时变化，也可以使开关时间变化。

在此，通过图4至图10对控制本实施例的可变阀定时装置1的齿轮箱8转动的机构的例子进行说明，图4示出了以下结构的转动控制机构，作为齿轮箱8的转动控制机构，具有：设置在齿轮箱8上端的突板15、向固定在发动机架上的托架16侧拉近该突板15的拉伸弹簧17、设置于上述托架16上并限制齿轮箱8的转动的止动螺栓18以及抵抗上述拉伸弹簧17的弹性施力而拉近上述突板15的杆或金属丝19，该杆或金属丝19与加速器联动地进行拉紧操作或松缓操作。因此，在图4的例子的情况下，利用与加速器联动的杆或金属丝19和拉伸弹簧17可以使齿轮箱8向图中的顺时针方向或逆时针方向转动。

另外，图5示出了以下结构的转动控制机构，作为齿轮箱8的转动控制机构，具有：设置在齿轮箱8上端的半圆形的蜗轮20、与该蜗轮20啮合的蜗杆21以及该蜗杆21的控制用电机22，利用该控制用电机22来调整与蜗轮20啮合的蜗杆21的旋转方向，从而使齿轮箱8向图中顺时针方向或逆时针方向转动。

另外，图6示出了以下结构的转动控制机构，作为齿轮箱8的转动控制机构，具有：设置在齿轮箱8上端的突板15、与该突板15彼此可转动地连接的臂23以及该臂23的控制用促动器24，该控制用促动器24使上述臂23伸缩，从而使齿轮箱8向图中顺时针方向或逆时针方向转动。

另外，图7示出了将可变阀定时装置1安装在进气门侧或排气门侧的各凸轮轴12侧、该各可变阀定时装置1采用图4所示的齿轮箱8的转动控制机构的例子。在该例子的情况下，在各转动机构上设置测量计25，可以根据该测量计25的测量结果使进气门侧或排气门侧的各凸轮轴12的旋转相位变化，尤其是在作为利用进气门或排气门的开关定时的变化进行输出特性、燃料消耗以及废气测量等的试验装置使用时有效。

最后，图8（A）示出了以下结构的转动控制机构，作为使齿轮箱8连续转动时的转动控制机构，具有：设置在齿轮箱8侧面的突板15、在该突板15上可彼此转动地连接前端的臂23以及可转动地支撑该臂23的基端并与同步带轮9a同步旋转的偏心板27，通过该偏心板27的旋转，使上述臂23的基端变位，使齿轮箱8连续向逆时针方向或顺时针方向转动。另外，图8（B）示出了当齿轮箱8在固定基准位置θ1时的臂23的基端的支撑位置。

因此，在该转动控制机构中，可以使齿轮箱8连续转动，如果可以将齿轮箱8在固定基准位置θ1时的上述臂23的基端的支撑位置调整到图8（B）所示的各位置，则图9、图10示出了通过调整了的位置而各不相同的阀动作的相位。

例如，如果将齿轮箱8在固定基准位置θ1时的上述臂23的基端的支撑位置调整到P2的位置，就如图8（A）所示可以连续进行一连串的转动动作，即，使齿轮箱8从固定基准位置θ1起到θ2先向逆时针方向旋转Lθ之后，再向顺时针方向进行大幅转动，转动Lθ+Rθ到θ3，然后再向逆时针方向转动而转动到固定基准位置θ1。

因此，此时的阀动作的相位与通常时的阀动作的相位即图9的P0曲线相比，如P2曲线所示地进行变化，与通常时的阀动作时间相比可以缩短阀动作时间。

因此，在本例中，不仅可以使阀的开关定时变化，而且也可以使阀动作时间变化，因此，在需要调整阀的开关时间的情况下尤其有效。

实施例2

实施例2的可变阀定时装置1与上述实施例1不同，安装在曲轴11侧，该可变阀定时装置1如图11所示，包括：突出设置在曲轴11周边的第一轴2、可空转地配置在该第一轴2上的始动齿轮3、可空转地配置在上述第一轴2上的后动齿轮4、与上述第一轴2分离且平行的第二轴5、可一体旋转地配置在该第二轴5上的第一可变齿轮6和第二可变齿轮7、以及被可转动地支撑于上述第一轴2的调整机构即齿轮箱8，上述齿轮箱8构成为抱持上述第二轴5并将上述始动齿轮3、后动齿轮4、第一可变齿轮6以及第二可变齿轮7收纳在内部。

另外，与实施例1一样，将第一可变齿轮6的直径形成为小于第二可变齿轮7的直径，将第一可变齿轮6的齿数设定成少于第二可变齿轮7的齿数。因此，与实施例1一样，将始动齿轮3的直径形成为大于后动齿轮4的直径。

另外，在本实施例中形成了以下结构，在曲轴11侧设置与该曲轴11一起旋转的曲轴齿轮28，该曲轴齿轮28与始动齿轮3啮合，向该始动齿轮3传递曲轴11的旋转动力，另一方面，使后动齿轮4与同步带轮9a一体成形，若该后动齿轮4旋转，则同步带轮9a也同时旋转，经由同步带10和凸轮轴12侧的同步带轮9b将旋转动力向凸轮轴12传递。

因此，由于可变阀定时装置1的安装部位从凸轮轴12侧变换到曲轴11侧，所以从曲轴11向始动齿轮3传递旋转动力的结构和从后动齿轮4向凸轮轴12传递旋转动力的结构与上述实施例1不同。

另外，可变阀定时装置1本身的作用和效果与上述实施例1相同，因此，在此省略与作用和效果相关的说明，但本实施例在凸轮轴12侧周边不能划分出可变阀定时装置1的安装空间的情况下特别有效。

产业上的可利用性

本发明涉及的可变阀定时装置由于装置无需复杂的控制机构，因此可以实现装置结构的简单化和低成本化，并且可切实且连续地使凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化，不仅可以使阀的开关定时变化也可以使开关时间变化，因此如果将其用于拟改善输出和低油耗的机动车的发动机，则将极为有利。

符号说明

1可变阀定时装置、2第一轴、3始动齿轮、4后动齿轮、5第二轴、6第一可变齿轮、7第二可变齿轮、8齿轮箱（调整机构）、9a同步带轮（曲轴侧）、9b同步带轮（凸轮侧）、10同步带、11曲轴、12凸轮轴、12a凸轮、12b凸轮、13进气门（排气门）、14进气门（排气门）、15突板、16托架、17拉伸弹簧、18止动螺栓、19杆或金属丝、20蜗轮、21蜗杆、22控制用电机、23臂、24控制用促动器、25测量计、26发动机本体、27偏心板、28曲轴齿轮、θ1固定基准位置、θ2向逆时针方向的转动位置、θ3向顺时针方向的转动位置、Lθ向逆时针方向的转动量、Rθ向顺时针方向的转动量、t1使齿轮箱转动Lθ时的阀动作的相位差、t2使齿轮箱转动Rθ时的阀动作的相位差、t3第一可变齿轮与第二可变齿轮的齿数差小时的阀动作的相位差、t4第一可变齿轮与第二可变齿轮的齿数差大时的阀动作的相位差、P0偏心板的中心位置、P1第一偏心位置、P2第二偏心位置、P3第三偏心位置、P4第四偏心位置

Claims

1.一种可变阀定时装置，使发动机的凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化，使通过该凸轮轴的凸轮而动作的进气门和排气门的至少一方的开关定时变化，其特征在于，将被从曲轴传递旋转动力的始动齿轮和向凸轮轴传递旋转动力的后动齿轮分别能独立旋转地配置在第一轴上，在与该第一轴分离并平行的第二轴上能一体旋转地配置与所述始动齿轮啮合的第一可变齿轮和与所述后动齿轮啮合的第二可变齿轮，将该第一可变齿轮的齿数与第二可变齿轮的齿数设定为不同，设置抱持所述第二轴并使该第二轴以所述第一轴为中心轴转动的齿轮箱，设置控制该齿轮箱的连续转动的转动控制机构，该转动控制机构由设置在所述齿轮箱侧面的突板、在该突板上彼此能转动地连接前端的臂、以及能转动地支撑该臂的基端并与曲轴同步旋转的偏心板构成，利用所述齿轮箱使所述第二轴转动而使所述第一和第二可变齿轮的位置错开，从而使所述后动齿轮相对于所述始动齿轮的旋转相位变化，使凸轮轴相对于曲轴的旋转相位变化，并且，通过所述转动控制机构的偏心板的旋转使臂的基端变位而使所述齿轮箱向顺时针方向或逆时针方向连续转动，从而使凸轮轴相对于曲轴的旋转相位连续变化。