CN104514590B - 四冲程内燃机 - Google Patents

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Abstract

提供能简化能使一部分气缸的运转中止的凸轮轴的制造方法的四冲程内燃机。发动机(100)具备：多个气缸，其直列地配置；凸轮轴(3)，其与曲轴(70)联动旋转；以及凸轮支架(4)，其可与凸轮轴(3)一体旋转并且可在轴方向移动，具备驱动进气门(13)和排气门(13A)的驱动凸轮(41)和使进气门(13)中止的中止凸轮(42)，内燃机在动作中时，凸轮支架(4)移动而使一部分气缸的运转中止，可使仅位于气缸列方向的端部的第4气缸(#4)的运转中止，将凸轮支架(4)仅配置于凸轮轴(3)的轴方向的端部，并且配置在凸轮轴(3)上的其它驱动凸轮(41‑1、41‑2、41‑3)设置为与凸轮轴(3)一体。

Description

四冲程内燃机
技术领域
本发明涉及具备在运转中使气门的动作中止的中止凸轮的四冲程内燃机。
背景技术
以往，作为在内燃机的运转中使气门的动作中止的气门中止机构，有具备使气门进行通常的气门升程的通常升程用凸轮(驱动凸轮)和使气门的升程量为0的中止用凸轮(中止凸轮)的机构。在具备这样的气门中止机构的内燃机中，为了进行与运转条件相称的效率良好的运转，在多个气缸中的一部分气缸中进行切换通常升程用凸轮和中止用凸轮的操作。该通常升程用凸轮和中止用凸轮一体地设置于1个凸轮支架上。
如上所述作为进行能择一地选择升程量相对于气门分别不同的凸轮的动作的可变气门机构，已知具备组装式凸轮轴的机构(例如，参照专利文献1)。该组装式凸轮轴是指具有相对于管状的轴压入而装配凸轮支架、配置在轴端部的凸轮角传感器、链轮等的结构。
如图11和图12所示，在直列地配置有4个气缸的内燃机中，一般地，直列方向的两侧的第1气缸#1的第1曲柄销101和第4气缸#4的第4曲柄销104相对于曲轴105配置在旋转方向上相同的位置。另外，第2气缸#2的第2曲柄销102和第3气缸#3的第3曲柄销103相对于曲轴105配置在旋转方向上相对于第1曲柄销101和第4曲柄销104旋转180°的位置。在这样的内燃机中进行气门的中止运转的情况下，使直列方向的内侧2个即第2气缸#2和第3气缸#3的气门中止。并且，进行使直列方向的两侧的第1气缸#1和第4气缸#4的2个气门进行升程动作的2气缸运转。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特表2011-529552号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在专利文献1记载的可变气门机构中，有导致装配工时的增加和部件成本的上升的问题。另外，如上所述，在直列地配置有4个气缸的内燃机的情况下，在进行直列方向的两侧端部的第1气缸#1和第4气缸#4的2气缸运转时，有点火间隔增大到360°，内燃机的扭矩变动增大的问题。除此以外，在上述4气缸的内燃机中，由于使直列方向的中间部的2个的第2气缸#2和第3气缸#3的气门中止，因此需要在凸轮轴的中间部配置可变气门机构。在该情况下，凸轮轴与上述专利文献1同样地需要凸轮轴的中间部的凸轮支架能移动的组装式凸轮轴结构。这样，在上述4气缸的内燃机中，由于为组装式凸轮轴结构，有导致装配工时的增加和部件成本上升的问题。
本发明是鉴于上述问题而做出的，其目的在于提供使具备中止凸轮的凸轮支架在凸轮轴的轴方向移动而能使一部分气缸的运转中止的四冲程内燃机，该四冲程内燃机能抑制装配工时的增加，实现凸轮轴的制造方法的简化。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题并达到目的，本发明的第1方式是四冲程内燃机，具备：多个气缸，其直列地配置；凸轮轴，其与曲轴联动旋转；以及凸轮支架，其配置于该凸轮轴，可与该凸轮轴一体旋转并且可在轴方向移动，并且具备驱动气门的驱动凸轮和使该气门中止的中止凸轮，上述内燃机在动作中时，凸轮支架在凸轮轴的轴方向移动而使一部分气缸的运转中止，四冲程内燃机的特征在于，可使仅位于气缸列方向的端部的气缸的运转中止，将凸轮支架仅配置于凸轮轴的轴方向的端部，并且将配置于凸轮轴上的其它驱动凸轮设置为与凸轮轴一体。
作为本发明的第2方式，优选为如下构成：上述多个气缸由4个气缸构成，依次排列为第1气缸、第2气缸、第3气缸以及第4气缸，第3气缸的曲柄销、第4气缸的曲柄销、第2气缸的曲柄销配置为在曲轴的旋转方向上相对于第1气缸的曲柄销依次间隔90°，将多个气缸的点火顺序设为第1气缸、第3气缸、第2气缸、第4气缸，第4气缸为其运转可被中止的气缸。
发明效果
根据本发明的第1方式，由于可使仅位于气缸列方向的端部的气缸的运转中止，因此只要将凸轮支架仅配置于凸轮轴的轴方向的端部侧即可。因此，根据第1方式，能将该凸轮支架从凸轮轴的轴方向端部装配于凸轮轴。因此，根据第1方式，能抑制装配工时的增加。另外，根据该第1方式，通过将配置于凸轮轴的轴上的其它驱动凸轮与凸轮轴一体地形成，能减少装配工时，简化凸轮轴的结构。因此，根据该第1方式，能简化凸轮轴的制造方法。
根据本发明的第2方式，在4气缸的内燃机中，在使第4气缸的运转中止而以3个气缸运转的情况下，将运转的3个气缸的点火间隔设为270°、180°、270°。因此，与在以往的4气缸发动机中使第4气缸的运转中止的情况下的点火间隔(180°、360°、180°)相比，能减小点火间隔的变动，降低内燃机的扭矩变动。
附图说明
图1是本发明的实施方式的四冲程内燃机的气缸盖部分的纵截面图。
图2是示出本发明的实施方式的四冲程内燃机的可变气门机构的立体图。
图3是示出本发明的实施方式的四冲程内燃机的可变气门机构的分解立体图。
图4是示出本发明的实施方式的四冲程内燃机的可变气门机构的凸轮支架的立体图。
图5是本发明的实施方式的四冲程内燃机的凸轮轴的俯视图。
图6是图5的VI-VI截面图。
图7是示出本发明的实施方式的四冲程内燃机的曲柄销和曲柄的配置的立体图。
图8是示出本发明的实施方式的四冲程内燃机的曲柄销和曲柄的配置的主视图。
图9是示出本发明的实施方式的四冲程内燃机的曲柄销和曲轴的配置关系的说明图。
图10-1是示出选择本发明的实施方式的四冲程内燃机的可变气门机构的第4气缸的凸轮支架的驱动凸轮的状态的立体图。
图10-2是示出在本发明的实施方式的四冲程内燃机的可变气门机构中第2切换销插入引导槽内的状态的立体图。
图10-3是示出在本发明的实施方式的四冲程内燃机的可变气门机构中从驱动凸轮即将移动到中止凸轮之前的状态的立体图。
图10-4是示出选择本发明的实施方式的四冲程内燃机的可变气门机构的第4气缸的凸轮支架的中止凸轮的状态的立体图。
图11是示出以往的四冲程内燃机的活塞和曲柄的配置的主视图。
图12是示出以往的四冲程内燃机的曲柄销和曲轴的配置关系的说明图。
附图标记说明
#1 第1气缸
#2 第2气缸
#3 第3气缸
#4 第4气缸
3、3A 凸轮轴
4、4A 凸轮支架
13 进气门
13A 排气门
41 驱动凸轮
42 中止凸轮
70 曲轴
71、72、73、74 曲柄销
100 发动机(四冲程内燃机)
具体实施方式
下面基于附图详细说明本发明的实施方式的四冲程内燃机(以下，称为发动机。)。此外，在本实施方式中，为了说明方便，在图中用箭头示出车辆的前后方向、左右方向以及上下方向。
(四冲程内燃机的构成)
如图1所示，本实施方式的发动机100具备气缸盖1。在气缸盖1中内置有进气侧的可变气门装置2和排气侧的可变气门装置2A。此外，该气缸盖1的整体构成与已知的气缸盖大致相同，具备盖主体1A和盖罩1B。如图2所示，本实施方式的发动机100具备第1气缸#1、第2气缸#2、第3气缸#3、第4气缸#4这4个气缸作为直列地配置的多个气缸。在第1气缸#1、第2气缸#2、第3气缸#3、第4气缸#4分别设置有一对进气门13和一对排气门13A。
(可变气门装置的概略构成)
由于可变气门装置2、2A具有相同的构成，以下，主要说明可变气门装置2的概略构成。如图2所示，可变气门装置2具备凸轮轴3和凸轮支架4。除了上述构成以外，如图1所示，可变气门装置2还具备配置在凸轮支架4的上方的凸轮切换部5。该可变气门装置2为了使进气门13的升程状态变化而进行凸轮的切换。此外，如图1所示，可变气门装置2A具备排气门侧的凸轮轴3A、凸轮支架4A、凸轮切换部5A等。如图2所示，在本实施方式中，凸轮支架4、4A仅配置在与位于气缸列方向的端部的第4气缸#4对应的部位。因此，仅在第4气缸#4进行凸轮支架4的后述的驱动凸轮41和中止凸轮42的切换。
(摇臂)
如图1～图3所示，在本实施方式中，使用摇动类型的摇臂11。该摇臂11配置为形成于一端部11C下表面的凹部抵接到液压间隙调节器(HLA)12的枢轴12A之上。在摇臂11的中央，被按压辊11A由销11B支撑。该被按压辊11A从摇臂11的上表面突出，与后述的凸轮支架4的驱动凸轮41和中止凸轮42中的任一个抵接。
摇臂11的另一端部侧的臂顶端部11D的下表面与进气门13的上端抵接。此外，进气门13设置为能相对于气缸盖1在轴方向上进退，由气门弹簧14向提升的方向(关闭进气口和燃烧室的方向)赋能。
(凸轮轴)
如图1所示，凸轮轴3能自由旋转地支撑于配置在盖主体1A的上部的作为轴承部的并且未图示的下凸轮箱和上凸轮箱。另外，该凸轮轴3具备利用未图示的链、带等与曲轴70(例如，参照图7)联动旋转的联动部分30、30A。此外，未图示的下凸轮箱和未图示的上凸轮箱由盖罩1B覆盖而内置于气缸盖1内。设定为凸轮轴3的转速为曲轴70的转速的1/2。在本实施方式中，该凸轮轴3配置为沿着发动机100的前后方向(图2和图3中由箭头示出的方向)延伸。如图3所示，在凸轮轴3的长度方向的端部附近的规定区域的外周面，环绕地形成有在轴方向上具有规定的宽度尺寸的花键外齿31。
此外，如图5和图6所示，在凸轮轴3的与第4气缸#4以外的第1气缸#1～第3气缸#3相当的部分(未配置凸轮支架4的部分)，一体地形有驱动凸轮41-1、41-2、41-3。由于是这样的结构，在凸轮轴3的组装中，只要将凸轮轴3的端部插入凸轮支架4即可。因此，在本实施方式中，能抑制装配工时的增加。另外，在本实施方式中，通过将配置在凸轮轴3的轴上的其它驱动凸轮41-1、41-2、41-3与凸轮轴3一体地形成，能减少装配工时，简化凸轮轴3的结构。因此，根据该第1方式，能简化凸轮轴3的制造方法。
如图3所示，在凸轮轴3的形成有花键外齿31的区域在轴方向上相邻的附近的区域，设置有定位机构32。该定位机构32具备：以相对于凸轮轴3沿着半径方向凹陷的方式形成的收纳凹部33；收纳在该收纳凹部33内的弹簧34；以及以收纳在该收纳凹部33内并且一部分从凸轮轴3的表面突出的方式配置的滚珠35。如图6所示，该滚珠35能在设置于凸轮支架4侧的后述的第1位置用定位槽46和第2位置用定位槽47之间移动，由这2个定位槽卡紧。
(凸轮支架)
如图3和图4所示，凸轮支架4形成为供凸轮轴3插入并且包围凸轮轴3的圆筒状。在该凸轮支架4的内周面，形成有与凸轮轴3的花键外齿31啮合的花键内齿45。因此，凸轮轴3和凸轮支架4一体地旋转，并且凸轮支架4能相对于凸轮轴3在轴方向移动。
另外，在凸轮支架4的内周面的与形成有花键内齿45的区域相邻的区域，以环绕的方式形成有第1位置用定位槽46和第2位置用定位槽47。该第1位置用定位槽46和第2位置用定位槽47将设置在凸轮轴3侧的定位机构32的滚珠35卡紧。因此，凸轮支架4伴随着咔哒动作移动到第1位置和第2位置的位置。
如图3和图4所示，凸轮支架4在轴方向上并列地一体设置有使进气门13按规定的升程量升程的驱动凸轮41和使进气门13中止(升程量为0)的中止凸轮42。此外，在凸轮支架4上，驱动凸轮41和中止凸轮42的一体构成体隔开规定间隔地配置有一对。在选择一对驱动凸轮41、41的情况下，各驱动凸轮41位于摇臂11的上方，在选择一对中止凸轮42的情况下，各中止凸轮42位于摇臂11的上方。即，驱动凸轮41彼此的间隔、中止凸轮42彼此的间隔以及进气门13彼此的间隔设定为相同。并且，凸轮支架4能移动到利用驱动凸轮41使进气门13工作的上述第1位置和利用中止凸轮42使进气门13中止的上述第2位置。
如图4所示，驱动凸轮41具备：作为基础的基圆部41A；以及比基圆部41A向半径方向外侧突出的鼻部41B。中止凸轮42以环绕的方式形成有半径与作为基础的驱动凸轮41的基圆部41A相同的基圆部42A，不具有与向半径方向外侧突出的鼻部相当的部分。如图4所示，该驱动凸轮41和中止凸轮42沿着轴方向相邻地配置。而且，该基圆部41A、42A为在轴方向上齐平地形成的连续面。驱动凸轮41根据相对于凸轮轴3的配置状态来规定伴随着后述的曲轴70的动作而进行动作的进气门13的升程定时。
另外，如图3和图4所示，在凸轮支架4的外周面，以环绕地连续的方式形成有引导槽43。在该引导槽43中，相互相对的一对侧壁面中的一方为使凸轮支架4向第1位置移动的第1切换凸轮43A。另外，该一对侧壁中的另一方为使凸轮支架3向上述第2位置移动的第2切换凸轮43B。
如图4所示，引导槽43具备：槽宽度最大的最大槽宽度部43C；槽宽度最小的最小槽宽度部43D；以及连接在最大槽宽度部43C和最小槽宽度部43D之间的槽宽度变化部43E。最小槽宽度部43D为能使后述的第1切换销51和第2切换销52中的1个通过的槽宽度。最大槽宽度部43C形成为以最小槽宽度部43D为中心在槽宽度方向的两外侧分别具有使第1切换销51和第2切换销52中的1个通过的空间的槽宽度。
(凸轮切换部)
如图3所示，凸轮切换部5具备第1切换销51、第2切换销52、齿轮53以及从盖罩1B的下表面向突出的方向对第1切换销51赋能的弹簧54。该第1切换销51和第2切换销52相对于盖罩1B(参照图1)能在凸轮轴3的半径方向上往复移动，配置在能插入凸轮支架4的引导槽43的位置。并且，该第1切换销51和第2切换销52沿着凸轮轴3的轴方向并列地配置。第1切换销51能以突出的状态与第1切换凸轮43A接触，第2切换销52能以突出的状态与第2切换凸轮43B接触。而且，第1切换销51和第2切换销52由沿着凸轮轴3的半径方向相互反向地移动的连结机构57连结。
如图3所示，连结机构57具备：形成于第1切换销51的侧面的第1齿条51B；与该第1齿条51B相对的形成于第2切换销52的第2齿条52B；以及与第1齿条51B和第2齿条52B同时啮合的齿轮53。第1齿条51B形成在沿着第1切换销51进行往复动作的方向形成于侧面的第1凹部51A的底面。第2齿条51B形成在沿着第2切换销52进行往复动作的方向形成于侧面的第2凹部52A的底面。
第1切换销51能在轴方向上滑动地插入以贯通盖罩1B的方式设置的未图示的第1销孔。第2切换销52能在轴方向上滑动地插入以贯通盖罩1B的方式设置的未图示的第2销孔。该第1销孔和第2销孔设定为大致平行。
未图示的第1销孔在第1切换销51上套着弹簧54的状态下由塞子55A(参照图3)堵塞。另外，未图示的第2销孔在插入有第2切换销52的状态下由塞子55B(参照图3)堵塞。从形成于盖罩1B的侧面的未图示的齿轮插入口朝向齿轮配置空间插入有齿轮53。齿轮53以相互啮合的方式配置在第1切换销51的第1齿条51B和第2切换销52的第2齿条52B之间。此外，齿轮53的齿轮轴部53A能自由旋转地支撑于盖罩1B侧。
如图1所示，在盖罩1B中形成有与未图示的第1销孔的上部连通的第1油通路60。另外，在盖罩1B形成有与未图示的第2销孔的上部连通的第2油通路61。并且，能利用例如使用电磁阀等的未图示的油压切换机构切换为向该第1油通路60和第2油通路61中的任一方供给油压。因此，根据连结机构57的动作，第1切换销51和第2切换销52中的一个从盖罩1B的下表面突出。
(曲柄销和曲轴的配置)
图7和图8示出本实施方式的发动机100的主运动系。图9是从图8的曲轴70的旋转轴方向(图中由箭头A示出。)观看到的主视图，示出曲轴70和曲柄销71～74的配置状态。如图9所示，在本实施方式的发动机100中，沿着曲轴70的旋转方向(图中由箭头B示出。)依次以90°的角度间隔配置有与第1气缸#1对应的曲柄销71、与第3气缸#3对应的曲柄销73、与第4气缸#4对应的曲柄销74、与第2气缸#2对应的曲柄销72。
并且，在本实施方式的发动机100中，将气缸的点火顺序设为第1气缸#1、第3气缸#3、第2气缸#2、第4气缸#4，第4气缸#4为其运转可被中止的气缸。这样，在4气缸的发动机100中，在使第4气缸#4的运转中止而以3个气缸运转的情况下，根据本实施方式的结构，将运转的3个气缸的点火间隔设为270°、180°、270°。在本实施方式的发动机100中，与在上述以往的4气缸发动机中使第4气缸的运转中止的情况下的点火间隔(180°、360°、180°)相比，能减小点火间隔的变动，降低内燃机的扭矩变动。
(可变气门装置的作用、动作)
以下说明本实施方式的可变气门装置2的驱动凸轮41和中止凸轮42的切换的动作。
图10-1示出在可变气门装置2中选择驱动凸轮41而运转的状态。将这种状态下的凸轮支架4的位置设为第1位置。在该状态下，驱动凸轮41的基圆部41A和摇臂11的被按压辊11A接触。此时，如图10-1所示，第1切换销51配置为可通过引导槽43的最小槽宽度部43D。此时，设置于凸轮轴3侧的滚珠35(参照图3)为与凸轮支架4侧的第1位置用定位槽46(参照图4)卡合的状态。
如图10-2所示在从选择这样的驱动凸轮41的状态切换到选择中止凸轮42的状态(使凸轮支架4处于第2位置)的情况下，使第2切换销52以插入引导槽43内的方式从盖罩1B侧突出。为了使第2切换销52突出，利用未图示的油压切换机构，经由第2油通路61向未图示的第2销孔增加油压。这样向朝向引导槽43突出的方向驱动第2切换销52。并且，当第2切换销52进行突出的动作时，如图10-2所示，第1切换销51伴随着齿轮53的旋转进行从引导槽43向盖罩1B(参照图1)侧缩回的动作。
如图10-2所示，第2切换销52插入引导槽43内。这样，凸轮支架4根据与第2切换销52接触的第2切换凸轮34B的作用，经由图10-3中示出的状态，移动到第2位置。此时，驱动凸轮41的基圆部41A和中止凸轮42的基圆部42A相对于摇臂11的被按压辊11A顺畅地滑动，如图10-4所示成为中止凸轮42的基圆部42A与被按压辊11A接触的状态。
这样当凸轮支架4相对于凸轮轴3移位时，凸轮轴3侧的滚珠35从第1位置用定位槽46(参照图4)脱离，成为移动到第2位置用定位槽47(参照图4)并与其卡合的状态。其结果是，凸轮支架4固定在相对于凸轮轴3选择中止凸轮42的位置(第2位置)。这样，在选择中止凸轮42，凸轮支架4处于第2位置的情况下，在直到进行向驱动凸轮41的切换的期间，第2切换销52配置为通过引导槽43的最小槽宽度部43D。
另一方面，在从中止凸轮42向驱动凸轮41切换的情况下，通过经由第1油通路60向未图示的上述第1销孔的上部增加油压，使第1切换销51从盖罩1B的下表面突出。伴随着第1切换销51的第1齿条51B的移动，齿轮53旋转。伴随于此，第2齿条52B向与第1齿条51B相反的方向移动。即，第2切换销52进行向缩回到盖罩1B的下表面的方向的动作。并且，引导槽43的第1切换凸轮43A以与第1切换销51接触的状态旋转，由此使凸轮支架4移动到图10-1中示出的第1位置，与摇臂11的被按压辊11A接触的凸轮从中止凸轮42切换到驱动凸轮41。
以上，说明了实施方式，但是本领域技术人员明白可以进行不脱离本发明的范围的变更。本发明旨在包含全部的这种修正和等价物。
例如，在上述的实施方式中，为凸轮支架4配置于第4气缸#4的构成，但是也可以为凸轮支架4配置于第1气缸#1的构成。

Claims (2)

1.一种四冲程内燃机，具备：
多个气缸，其直列地配置；
凸轮轴，其与曲轴联动旋转；以及
凸轮支架，其配置于上述凸轮轴，可与该凸轮轴一体旋转并且可在轴方向移动，并且具备驱动气门的驱动凸轮和使该气门中止的中止凸轮，
上述内燃机在动作中时，上述凸轮支架在上述凸轮轴的轴方向移动而使一部分气缸的运转中止，
上述四冲程内燃机的特征在于，
可使仅位于气缸列方向的端部的气缸的运转中止，
将上述凸轮支架仅配置于上述凸轮轴的轴方向的端部，并且将配置于上述凸轮轴上的其它上述驱动凸轮设置为与上述凸轮轴一体。
2.根据权利要求1所述的四冲程内燃机，其特征在于，
上述多个气缸由4个气缸构成，依次排列为第1气缸、第2气缸、第3气缸以及第4气缸，
上述第3气缸的曲柄销、第4气缸的曲柄销、第2气缸的曲柄销配置为在上述曲轴的旋转方向上相对于上述第1气缸的曲柄销依次间隔90°，
将上述多个气缸的点火顺序设为上述第1气缸、上述第3气缸、上述第2气缸、上述第4气缸，
上述第4气缸为其运转可被中止的气缸。
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