CN104747247A - 用于顶置气门发动机的可变气门致动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于顶置气门发动机的可变气门致动机构。顶置气门发动机包括：由凸轮轴承载的第一和第二凸轮(61、62)，凸轮轴由曲柄箱可旋转地支撑以由曲柄轴(66)旋转地致动；彼此相邻且由下摇杆轴(63)枢转支撑并被构造成分别由第一和第二凸轮致动的第一和第二下摇杆臂(64、65)；离合器构件，其以可轴向滑动且可快速旋转的方式安装在第二摇杆臂上，可在接合位置和分离位置之间轴向运动，且设置有构造成在离合器构件位于接合位置时接收第一下摇杆臂(64)的对应的接合突起(64f)的接合凹部(73)，以使第一下摇杆臂和第二下摇杆臂共同进行枢转运动；以及致动器(78a、79)，其用于使离合器构件在接合位置和分离位置之间轴向运动。

Description

用于顶置气门发动机的可变气门致动机构

技术领域

本发明涉及一种用于OHV发动机的可变气门致动机构，该可变气门致动机构能够根据发动机的操作状况改变排气门或进气门的气门升程。

背景技术

在四冲程自燃发动机的领域中，已经提出了能够以良好的响应改变进气门和排气门的气门正时的可变气门致动机构。例如，参见JP2012-7596A。在该专利申请中提出的可变气门致动机构被应用于OHV(顶置气门)发动机，在这种发动机中，设置在气缸盖上方的用于致动进气门和排气门的上摇杆臂由设置在曲柄箱中的凸轮轴借助于推杆进行致动。该可变气门致动机构与介于凸轮轴和推杆之间的下摇杆臂关联地设置。

更具体地说，JP2012-7596A中公开的可变气门致动机构包括由第一凸轮轴和第二凸轮轴构成的复合凸轮轴，该第一凸轮轴由曲柄轴经由正时传输机构致动并设置有低轮廓凸轮，该第二凸轮轴同轴地穿过第一凸轮轴并设置有高轮廓凸轮。第二凸轮轴由发动机的固定部分可旋转地支撑，而第一凸轮轴由第二凸轮轴可旋转地支撑。第一凸轮轴的轴向端设置有接合凹部，而第二凸轮轴的邻接部分设置有离合器构件，该离合器构件能够被选择性地放置在用于以固定相关系连接第一凸轮轴和第二凸轮轴的接合位置以及用于将第二凸轮轴从第一凸轮轴断开的断开位置。因此，当两个凸轮轴被连接至彼此时，高轮廓凸轮确定凸轮升程，而在第二凸轮轴被从第一凸轮轴断开时，第二凸轮轴上的高轮廓凸轮变成不起作用，从而低轮廓凸轮可确定凸轮升程。

然而，以前提出的这种可变气门致动机构由于需要均设置有凸轮的两个分开的凸轮轴而遭受复杂性较高的问题，并且必须以高度复杂方式同轴地组装在一起。

因此，该机构并不适合于小型发动机，诸如单向流动的二冲程发动机，因此期望有一种更简单、紧凑的可变气门致动机构。

发明内容

鉴于现有技术的这些问题，本发明的主要目的是提供一种用于OHV发动机的可变气门致动机构，该可变气门致动机构更简单和紧凑。

本发明的第二目的是提供一种适合于小型发动机的可变气门致动机构。

本发明的这些目的可以通过提供一种用于OHV发动机的可变气门致动机构来实现，该可变气门致动机构包括：凸轮轴，该凸轮轴由曲柄箱以可旋转的方式支撑以由所述发动机的曲柄轴旋转地致动；由所述凸轮轴承载的第一凸轮；第一下摇杆臂，该第一下摇杆臂由下摇杆轴枢转地支撑，所述下摇杆轴由所述曲柄箱支撑，并且所述第一下摇杆臂被构造成在该第一下摇杆臂的第一端处由所述第一凸轮致动；推杆，该推杆的下端由所述第一下摇杆臂的第二端接合；上摇杆臂，该上摇杆臂由上摇杆轴枢转地支撑，所述上摇杆轴由气缸盖支撑，并且所述上摇杆臂的第一端由所述推杆的上端接合；发动机气门，该发动机气门设置在所述气缸盖中，并且被构造成由所述上摇杆臂的第二端致动；第二凸轮，该第二凸轮由所述凸轮轴承载，所述第二凸轮与所述第一凸轮同轴且相邻，并且所述第二凸轮的凸轮轮廓至少部分地比所述第一凸轮的凸轮轮廓大；第二下摇杆臂，该第二下摇杆臂由所述下摇杆轴枢转地支撑，所述第二下摇杆臂与所述第一下摇杆臂相邻，并且所述第二下摇杆臂被构造成在该第二下摇杆臂的第一端处由所述第二凸轮致动；离合器构件，该离合器构件以可轴向滑动且快速旋转的方式安装在所述第二摇杆臂上，所述离合器构件能在接合位置和分离位置之间轴向运动，所述离合器构件设置有接合特征，当所述离合器构件位于所述接合位置时，所述离合器构件的所述接合特征与所述第一下摇杆臂的对应的接合特征接合，以使所述第一下摇杆臂和所述第二下摇杆臂共同进行枢转运动；以及致动器，该致动器用于使所述离合器构件在所述接合位置和所述分离位置之间轴向运动。

这里使用的术语“OHV发动机”是指在气缸盖中具有发动机气门并且在发动机的下部中具有凸轮轴的任何发动机，并且可以由四冲程发动机或二冲程发动机构成。较大的凸轮轮廓致使升程增加，如这里使用的，升程增加是指无论在最大气门升程和/或气门开启的角度范围方面气门升程都能够增加。因此，较大的气门升程可以指较大的最大气门升程和/或较大的开启气门角度范围。

根据本发明，当离合器从第一下摇杆臂分离时，第一下摇杆臂和第二下摇杆臂彼此断开，使得推杆由第一下摇杆臂驱动，该第一下摇杆臂跟随第一凸轮的凸轮轮廓，而第二下摇杆臂经受空动。当离合器构件与第一下摇杆臂接合时，第一下摇杆臂和第二下摇杆臂一体地连接至彼此，使得推杆由一体地结合至第二下摇杆臂的第一下摇杆臂驱动，第二下摇杆臂跟随第二凸轮的凸轮轮廓，该第二凸轮的凸轮轮廓至少部分地比第一凸轮的凸轮轮廓大。

所述致动器可以包括：切换构件，该切换构件被引导而进行轴向运动并且接合所述离合器构件而共同进行轴向运动；弹簧构件，该弹簧构件朝向所述接合位置和所述分离位置中的一个位置推动所述离合器构件；以及凸轮，该凸轮被构造成使所述切换构件克服所述弹簧构件的弹簧力而朝向所述接合位置和所述分离位置中的另一个位置轴向运动。

因而，离合器构件可以利用非常简单且可靠的机构在接合位置和分离位置之间切换。

所述切换构件可以包括具有内弓形边缘的切换板，而所述离合器构件的外周面上设置有周向凹槽，该周向凹槽接收所述切换板的所述内弓形边缘以共同进行轴向运动。

因而，切换构件能够以大的接触面积在轴向方向上接合离合器构件，同时允许离合器构件以最小的摩擦进行枢转运动。

根据本发明的优选实施方式，所述切换板由一对导杆引导，该对导杆在位于所述切换板的所述弓形边缘的两侧上的位置处引导所述切换板。

由此，切换构件的姿势在其引导运动过程中能够以可靠方式保持固定，从而能够避免切换构件的倾斜运动，并且能够使得切换构件的轴向运动的阻力最小。

根据本发明的特别优选的实施方式，所述离合器构件的所述接合特征包括轴向接合凹部，并且所述第一下摇杆臂的所述对应的接合特征包括轴向突起，该轴向突起被构造成以至少部分互补的方式接收在所述轴向接合凹部中，所述轴向接合凹部在该轴向接合凹部的开口端的两侧上设置有一对斜面。

由此，当离合器构件进入接合位置时，能够将接合突起顺利地装配到接合凹部内，并且一旦离合器构件已经到达接合位置，所述接合突起就能够以稳定方式保持在接合凹部中。

根据本发明的优选实施方式，所述离合器构件设置有花键内孔，并且所述第二下摇杆臂设置有接收在所述花键内孔中的对应的花键管状部分，所述第二下摇杆臂设置有轴向凹部，该轴向凹部允许所述离合器构件沿着所述对应的花键管状部分在所述接合位置和所述分离位置之间轴向运动而不与所述第二下摇杆臂干涉。

由此，离合器构件能够通过使用非常简单的结构以足够的行程在接合位置和分离位置之间运动。

为了维持第二下摇杆臂位于适当位置以便在离合器构件从分离位置切换到接合位置时第一下摇杆臂的接合突起被装配在离合器构件的接合凹部中，所述可变气门致动机构可以进一步包括空动弹簧，该空动弹簧将所述第二下摇杆臂的第一端推动成抵靠在所述第二凸轮上。

根据本发明的特别优选的实施方式，所述发动机气门包括排气门，所述OHV发动机由单向流动类型的二冲程发动机构成，并且所述凸轮轴与所述曲柄轴一体地形成。

附图说明

现在，将在下文中参照附图描述本发明，其中：

图1是实施本发明的发动机的竖直剖视图(沿着图2的线I-I截取)；

图2是沿着图1的线II-II截取的剖视图；

图3是沿着图2的线III-III截取的剖视图；

图4是示出了在发动机中使用的多连杆机构的操作模式的图；

图5是沿着图3的线VI-VI截取的剖视图；

图6是示出了凸轮轮廓的图；

图7a和图7b是示出了由两个不同的凸轮轮廓导致的排气门开启角度的图；

图8是根据本发明的可变气门致动机构的局部立体图；

图9是可变气门致动机构的局部分解立体图；以及

图10a和图10b是可变气门致动机构处于其分离和接合状态的局部放大图。

具体实施方式

下面将针对单向流动类型的单缸双冲程发动机(发动机E)来描述本发明。

参照图1和图2，发动机E的发动机主体1设置有在其中限定曲柄室2a的曲柄箱2、连接至曲柄箱2的上端并在其中限定气缸孔3a的气缸体3、连接至气缸体3的上端的气缸盖4和附装至气缸盖4的上端以与气缸盖4协作地限定上气门室6的气缸盖罩5。在所示的实施方式中，发动机E被定位成使得气缸轴线3X竖直指向，且气缸盖4位于顶部。为了便于描述，以下描述将基于发动机E的该取向进行，但是本发明不受该取向的限制，而是气缸轴线3X可以指向任何方向，即，可以水平地指向或相对于竖直方向成角度地指向。

如图2最佳所示，曲柄箱2由两个曲柄箱半部7构成，这两个曲柄箱半部7具有垂直于曲柄轴轴线8X延伸的分型平面并通过七个螺栓9结合至彼此(图1和图3)。每个曲柄箱半部7包括侧壁7S，该侧壁7S设置有开口，曲柄轴8的对应端穿过该开口伸出，并且曲柄轴8的该对应端通过第一轴承B1由侧壁7S可旋转地支撑。因而，曲柄轴8在其两个端部处由曲柄箱2可旋转地支撑，并且具有接收在由曲柄箱2限定的曲柄室2a中的曲柄行程。

曲柄轴8包括分别由第一轴承B1可旋转地支撑的一对轴颈11、从曲柄轴8的中间部分径向延伸的一对曲柄腹板12、从曲柄轴8的轴线8X径向偏移并与该轴线8X平行且在两个腹板12之间延伸的曲柄销13、以及从轴颈11的外端同轴延伸到曲柄箱2之外的一对延伸部分14。每个曲柄腹板12都形成为盘，该盘限定了比曲柄销13的外轮廓大的半径，从而用作稳定曲柄轴8的旋转的飞轮。

曲柄轴8的每个延伸部分14经由形成在对应的曲柄箱半部7的侧壁7S中的通孔15而延伸到曲柄箱2之外。每个球轴承B1的外侧装配有密封件S1以确保曲柄室2a的气密密封。如图2和图3所示，右曲柄箱半部7的侧壁7S一体地形成有从其伸出的下气门壳体17，从而围绕曲柄轴8的右延伸部分14，如图2所示。

下气门壳体17是轴向外端开口的圆柱形形状，并在内部限定了下气门室18。下气门壳体17的外端的开口由气门室盖19关闭。下气门壳体17的轴向外端设置有环状密封件凹槽17a，使得气门室盖19可以通过接收在密封件凹槽17a中的第二密封构件S2以气密方式结合至下气门壳体17的开口。

如在图2中看到的，曲柄轴8的右端穿过形成在气门室盖19中的通孔19a，并向外进一步延伸。通孔19a的内周面设置有用于确保下气门壳体17的气密状态并因此确保曲柄室2a的气密状态的第三密封构件S3。

如图1所示，曲柄轴8的中心轴线8X或轴颈11的轴心从气缸轴线3X向一侧(图1中的左侧)偏移。曲柄销13在曲柄轴8旋转时围绕曲柄轴8的中心轴线8X旋转，并通过三角连杆20的管状部分20a可旋转地支撑三角连杆20的中间点。第二轴承B2介于曲柄销13和管状部分20a之间。

三角连杆20包括通过管状部分20a以相互平行关系结合的一对板件20d以及在两个板件20d之间固定地穿过的一对连接销(第一连接销20b和第二连接销20c)。这些连接销20b和20c以及曲柄销13形成了以实质上相同的间隔布置在一条线上的三个枢转点，并且曲柄销13位于中间。

位于气缸轴线3X那一侧的第一连接销20b通过第三轴承B3枢转地连接至连接杆21的大端21a。连接杆21的小端21b通过活塞销22a和第四轴承B4枢转地连接至可滑动地接收在气缸孔3a中的活塞22。

在远离第一连接销20b的那一侧，枢转轴23固定地设置在曲柄箱2的下部中。枢转轴23的旋转中心线和三个枢转点(20a、20b和20c)都彼此平行。如图2所示，枢转轴23被压配合在分别形成在曲柄箱2的两个半部中的彼此相对的一对孔24内。摆动连杆25的基础端25a通过第五轴承B5枢转地连接至枢转轴23。摆动连杆25从其基础端25a实质向上延伸，而摆动连杆25的上端或自由端25b通过第六轴承B6由第二连接销20c(远离气缸轴线3X)枢转地支撑。

因此，发动机E设有除连接杆21之外还包括三角连杆20和摆动连杆25的多连杆机构30。多连杆机构30将活塞22的线性往复运动转换成曲柄轴8的旋转运动。多连杆机构30的各种部件的尺寸和位置被选择和布置成使得可以实现针对具体燃料特性选择的规定压缩比。所述压缩比被选择成使得预先混合的混合物可以以适当方式自燃。可用于该发动机的燃料包括汽油、柴油、煤油、燃气(日用煤气、LP燃气等)。

由于使用多连杆机构30，对于发动机E的给定尺寸来说，可以将活塞行程L最大化，使得可以将热能的更大部分转换成动能，并且能够提高发动机E的热效率。更具体地说，如图4的(A)所示，当活塞22位于上止点时，在三角连杆20的右端处连接至第一连接销20b的连接杆21的大端21a位于比曲柄销13高第一距离D1的位置。此外，如图4的(B)所示，当活塞22位于下止点时，连接杆21的大端21a位于比曲柄销13低第二距离D2的位置。因此，当与连接杆21的大端21a直接连接至曲柄销13的传统发动机相比时，可以将活塞行程L延长这两个距离之和或延长D1+D2。因此，可以在不增加曲柄箱2的尺寸或发动机E的总高度的情况下延长发动机E的活塞行程L。

在该发动机E中，连接杆21的大端21a的轨迹T是竖直拉长的，而不是完全的圆形，如图4的(A)和(B)所示。换言之，当与具有恒定曲柄半径R的更传统的往复发动机相比时，连接杆21的摆动角度减小了。因此，即使在气缸孔3a相对较小时，也能够避免气缸的下端(或气缸套42的下端)与连接杆21之间的干涉。此外，连接杆21的摆动角度的减小有助于减小活塞22施加至气缸壁的两侧(推力侧和反推力侧)的推力载荷。

如图1所示，曲柄室2a在摆动连杆25的区域中横向延伸，并在活塞22的正下方的区域中竖直延伸，使得经历合成旋转运动的三角连杆20、经历摆动运动的摆动连杆25和经历竖向拉长的圆形运动的连接杆21不会彼此干涉。曲柄箱2的与气缸孔3a的下端邻接的那一部分形成有圆柱形凹部31，该圆柱形凹部31具有与气缸孔3a基本同轴的圆形横截面(沿着水平平面截取)并围绕气缸套42的下端，从而围绕气缸套42的下端限定出与曲柄室2a连通的环状空间。

进气口32由曲柄箱2的管状延伸部分形成，该管状延伸部分在摆动连杆25那一侧与圆柱形凹部31相邻地倾斜向上延伸。进气口32装配有簧片阀33，该簧片阀33允许空气从进气口32流到曲柄室2a并禁止空气在相反方向上流动。簧片阀33包括：基座构件33a，该基座构件33a由楔形构件构成，该楔形构件具有指向内的尖端和限定在其两个倾斜侧上的一对开口；一对气门元件33b，该对气门元件33b安装在基座构件33a上，从而与其开口相配合；以及一对止动件33c，该对止动件33c放置在气门元件33b的后侧，从而将气门元件33b的开启运动限制在规定限度内。簧片阀33通常关闭，并且在活塞22向上运动并且曲柄室2a中的内压由此下降时开启。

进气口32的外端连接有节气本体34，从而限定作为进气口32的光滑延续部分而竖直延伸的进气通道34a。节气门34b枢转地安装在水平轴上，用于选择性地关闭和开启进气通道34a。燃料喷射器35也安装在节气本体34上，燃料喷射器35的喷嘴35a指向进气通道34a在节气门34b的略微下游的部分内。燃料喷射器35的轴线倾斜地布置，从而指向簧片阀33，并且燃料以与簧片阀33的开启同步的方式被喷射到进气通道34a内。节气本体34的上游端连接至L形进气管36，该L形进气管36包括连接至节气本体34的竖直区段和从气缸体3延伸开的水平区段。

四个柱螺栓38以规则间隔固定至曲柄箱2的上侧并且围绕气缸孔3a向上延伸，如可从图1和图5看到的。通过将柱螺栓38穿过气缸体3和气缸盖4并将盖帽式螺母39拧在柱螺栓38的上端而将气缸体3和气缸盖4固定至曲柄箱2。

如图1和图2所示，气缸体3设置有贯穿的孔41，孔41具有圆形横截面，气缸套42装配在该孔14内，且气缸套41的下端延伸到上面提到的圆柱形凹部31内。孔41设置有位于其上端的大直径区段41b，该大直径区段41b限定面向上的环状肩部41a，并且气缸套42设置有被构造成安置在该环状肩部41a上的径向凸缘42b。气缸套42的上端部分(或者气缸套42的位于径向凸缘42b上方的那一部分)与气缸体3的孔41的大直径区段41b协作而限定环状空间41b。

气缸套42除了其被倒角的下端外在其整个长度上设置有恒定内径，并且气缸孔3a由气缸套42的内周面42a限定。气缸套42的外径除了其下端以及与其上端相邻的部分外在其整个长度上也是恒定的，气缸套42的下端在一定长度上直径减小，而气缸套42的与其上端相邻的部分设置有环形凸缘42b，该环形凸缘42b限定了环状肩部表面，该环状肩部表面靠在环状肩部41a上以确定气缸套42相对于气缸体3的轴向位置。气缸套42的上端与气缸体3的上端表面齐平，并且气缸套42设置有比气缸体3稍大的竖直尺寸，从而气缸套42的下端从气缸体3的下端伸出到曲柄箱2的圆柱形凹部31内。

气缸套42的下部的前侧和后侧设置有扫气孔口42c，孔口42c都具有比气缸体3和曲柄箱2之间的界面稍高地定位的上边缘。这两个扫气孔口42c在形状和尺寸上相同，并且相对于气缸轴线3X在相同的高度处位于对角相对的位置。如图2所示，每个扫气孔口42c构成了由竖直杆分开并彼此横向相邻定位的一对矩形开口。

如图1所示，气缸体3的与每个扫气孔口42c对置的那一部分形成有凹部3b，该凹部由构造成将混合物从曲柄室2a顺利地引导到扫气孔口42c中的弯曲的壁表面限定。换句话说，每个扫气孔口42c和对应的凹部3b共同形成使曲柄室2a和气缸孔3a经由圆柱形凹部31彼此连通的扫气口43。具体地，在活塞22的下行行程的较晚阶段以及在活塞22的上行行程的较早阶段，每个扫气口43使曲柄室2a和气缸孔3a(或者由其限定的位于活塞22的上方的燃烧室44)经由圆柱形凹部31彼此连通，以使得扫气口随着活塞22的向上和向下运动而被该活塞22开启和关闭。

如图1和图2所示，气缸盖4的下表面与气缸孔3a对应的部分以圆顶形状凹入(圆顶状凹部4a)，从而与活塞22的顶表面联合地限定燃烧室44。环状凹槽4b围绕圆顶状凹部4a(该圆顶状凹部4a与限定在气缸套42的上部和气缸体3的周围壁之间的环状空间41b对齐)同心地形成在气缸盖4的下表面中，从而由环状空间41b和环状凹槽4b联合地限定围绕气缸盖4的圆顶状凹部4a和气缸孔3a的上部的水套45。

气缸盖4还设置有在燃烧室44的顶端敞开的排气口46以及用于在其中接收火花塞47的火花塞孔。在图示实施方式中，火花塞47通常仅在发动机起动时致动，以将燃烧室44中的混合物点燃。排气口46设置有由提升气门构成的排气门48以选择性地关闭和开启排气口46。排气门48包括由气缸盖4相对于气缸轴线3X成角度地滑动引导的气门杆，并且排气门48的气门杆端延伸到上气门室6内，上气门室6容纳用于通过排气门48的气门杆端致动排气门48的气门致动机构50的一部分。

气门致动机构50包括在关闭方向上(向上)弹性推动排气门48的气门弹簧51、由设置在气缸盖4上的块体52支撑的上摇杆轴53和由上摇杆轴53可旋转地支撑的上摇杆臂54。上摇杆轴53基本垂直于曲柄轴8延伸，并且上摇杆臂54基本平行于曲柄轴8延伸。上摇杆臂54的一端设置有与推杆55的上端55a接合的插口54a，并且上摇杆臂54的另一端设置有与排气门48的气门杆端接合的由螺钉构成的挺杆调节器54b。推杆55的上端55a被赋予半球形形状，并且摇杆臂54的插口54a以互补方式接收推杆55的上端55a，从而允许在它们之间进行一定的滑动运动。

如图2和图3所示，推杆55沿着气缸体3的一侧基本竖直地延伸并被接收在管状杆壳体56中，该管状杆壳体56具有连接至气缸盖4的上端和连接至下气门壳体17的下端。在图示实施方式中，杆壳体56沿着气缸体3的内部延伸。

因为曲柄轴8从气缸轴线3X偏移(图1)，如图3中最佳所示，杆壳体56的下端连接至下气门壳体17的上壁的从曲柄轴8横向偏移的那一部分。下气门室18接收气门致动机构50的其余部分，该气门致动机构50包括允许改变排气门48的升程分布曲线的可变气门致动机构60，如下文将描述的。下气门壳体17的下壁设置有通常由排放塞58关闭的排放孔57，该排放孔57用于将下气门室18中的润滑油排出。

另外，如图5所示，可变气门致动机构60包括：第一凸轮61和第二凸轮62，第一凸轮61和第二凸轮62彼此相邻地固定至曲柄轴8的在下气门室18中延伸的那一部分(延伸部分14)上；下摇杆轴63，该下摇杆轴由曲柄箱2的侧壁7S和气门室盖19支撑并且与曲柄轴8平行；以及由下摇杆轴63可旋转地支撑以分别与第一凸轮61和第二凸轮62配合的第一摇杆臂64和第二摇杆臂65。换言之，曲柄轴8的延伸部分14(或者曲柄轴8在图2中的右端)形成了用于凸轮61和62的凸轮轴66。

如图6所示，第一凸轮61设置有用于相对较小气门升程的凸轮轮廓，并且通常用于起动发动机以及在低速、轻载操作时使用。另一方面，第二凸轮62设置有与第一凸轮61相比用于相对较大气门升程的凸轮轮廓，并且通常用于高速、重载操作。两个凸轮61和62都设置有具有相同直径并彼此同轴的基圆BC，图6中的双点划线表示基圆的延伸线。

图7a示出了由第一凸轮61导致的排气门48的开启角度，而图7b示出了由第二凸轮62导致的排气门48的开启角度，其中在活塞22位于上止点TDC时，曲柄轴8的角位置为零度。如从这些图可以看出的，第一凸轮61的有效凸轮轮廓限于180度的两侧上的小角度范围，而第二凸轮62的有效凸轮轮廓覆盖180度的两侧上的点的比第一凸轮61更宽的范围。换言之，第二凸轮62被构造成使排气门48比第一凸轮61更早地开启(以更小的角度)，并且比第一凸轮61更晚地关闭(以较大角度)。

如图3和图5所示，第一摇杆臂64包括由下摇杆轴63可旋转地支撑的管状部分64a、从管状部分64a朝向曲柄轴8延伸的第一臂64b、由第一臂64b的自由端枢转地支撑以与第一凸轮61滚动接触的辊子64c、从管状部分64a远离第一臂64b延伸的第二臂64d，以及形成在第二臂64d的自由端中以支撑推杆55的下端55b的接收部分64e。推杆55的下端被赋予半球形形状，并且接收部分64e形成为与推杆55的半球形下端互补的凹部，从而以可相互滑动的方式接收推杆55的下端。第二臂64d的基础端设置有横向地或朝向第二摇杆臂65突出的接合突起64f。

如图5、图8和图9所示，第二摇杆臂65包括由下摇杆轴63可旋转地支撑的管状部分65a、从管状部分65a朝向曲柄轴8延伸的第一臂65b和由第一臂65b的自由端枢转地支撑以与第二凸轮62滚动接触的辊子65c。在第二摇杆臂65的第一臂65b和下气门壳体17之间插设有空动弹簧67，该空动弹簧在使得辊子65c维持与第二凸轮62滚动接触的方向上推动第一臂65b。下气门壳体17设置有用于调节空动弹簧67的弹簧力的调节螺钉68。

第二摇杆臂65的管状部分65a的外周面形成有与下摇杆轴63平行地延伸的多个键槽69。换言之，第二摇杆臂65的管状部分65a形成了与下摇杆轴63同轴的花键轴70。此外，管状离合器构件71以可轴向运动但快速旋转的方式装配在第二摇杆臂65的管状部分65a或花键轴70上。圆锥压缩螺旋弹簧72插设在离合器构件71和气门室盖19之间，使得离合器构件71被弹性地推向第一摇杆臂64。

如图9中所示，离合器构件71的与第一摇杆臂64相邻的轴向端设置有与第一摇杆臂64相对的接合凹部73。接合凹部73的尺寸被确定并构造成用来在第一和第二摇杆臂64和65分别接合第一和第二凸轮61和62的基圆BC的一定区域时接收第一摇杆臂64的接合突起64f。如图10a所示，接合凹部73设置有与接合突起64f互补的底部以及一对斜面73a，从而限定发散表面，该发散表面限定接合凹部73的开口端。

离合器构件71可以在图10b所示的接合位置(其中接合突起64f被接合凹部73接收，由此离合器构件71接合第一摇杆臂64)和图10a所示的分离位置(其中接合突起64f从接合凹部73离开，离合器构件71由此将第一摇杆臂64释放)之间沿着下摇杆轴63的轴向在花键轴70上运动。当离合器构件71位于图10b所示的接合位置时，第一摇杆臂64和第二摇杆臂65彼此一体地相联，由此作为一个主体旋转。另一方面，当离合器构件71位于图10a所示的分离位置时，第一摇杆臂64和第二摇杆臂65彼此分开，并由此可彼此独立地旋转。第一臂65b的基础端设置有面向离合器构件71的轴向凹部65g，使得离合器构件71可以被允许沿着对应的带花键的管状部分65a在接合位置和分离位置之间轴向地运动而不与第二下摇杆臂65的第一臂65b发生干涉。

如图8和图9所示，离合器构件71的外周面的背离第一臂65b和第二凸轮62的前侧形成有在周向上或垂直于下摇杆轴63和花键轴70的轴向延伸的接合凹槽74。类似于下摇杆轴63，均具有两端的一对导杆75被分别固定至曲柄箱2的侧壁7S和气门室盖19。这两个导杆75以与离合器构件71相邻的方式平行于下摇杆轴63延伸，其中一个导杆位于第一摇杆臂64的第二臂64d的上方，另一个导杆位于第一摇杆臂64的第二臂64d的下方。

这两个导杆75引导切换板76的线性运动，该切换板76限制离合器构件71沿着花键轴70的运动。切换板76包括板部76a和一对管状杆支撑部分76b和76c，该板部76a具有与离合器构件71的外周面对应的弓形内边缘76e，该对管状杆支撑部分76b和76c分别一体地设置在板部76a的上部和下部中，以可滑动地接收导杆75。通过在板部76a的弓形内边缘76e由离合器构件71的接合凹槽74接合的同时将导杆75穿过杆支撑部分76b和76c来组装切换板76。

如图5、图8和图10a、图10b所示，切换板76的面向第一摇杆臂64的一侧(在被导杆75支撑时)与控制轴78(该控制轴78在前后方向(垂直于花键轴70的轴向方向)上延伸)接合，并由曲柄箱2可旋转地支撑，以限制切换板76朝向第一摇杆臂64的运动。安装在下气门壳体17的前壁上的电马达79旋转地致动控制轴78。第四密封构件S4插设在控制轴78和下气门壳体17的前壁的周围边缘之间，从而可以确保下气门室18的气密性。

控制轴78的自由端78a或内端设置有半圆形横截面，从而限定凸轮表面，该凸轮表面具有从旋转中心78X沿着其周向测量的变化半径。当控制轴78的自由端78a的平坦侧与切换板6的板部76a接合时，接合突起64f在圆锥压缩螺旋弹簧72的弹簧力的作用下被离合器构件71的接合凹部73接收，从而使得第一摇杆臂64和第二摇杆臂65通过离合器构件71一体地结合至彼此。

当控制轴78由电马达79可旋转地致动直到控制轴78的自由端78a的弓形表面接合切换板76的板部76a时，离合器构件71通过切换板76克服圆锥压缩螺旋弹簧72的偏压力而被强制推向第二摇杆臂65。此时，切换板76从接合凹槽74的面向第一摇杆臂64的一侧可滑动地接收在离合器构件71的周向延伸的接合凹槽74中，从而防止离合器构件71在圆锥压缩螺旋弹簧72的弹性偏压力的作用下朝向第一摇杆臂64(接合位置)运动，同时允许离合器构件71的旋转运动。

因此，切换板76和控制轴78共同形成了限制机构80，该限制机构80限制离合器构件71朝向接合位置的运动，同时允许离合器构件71进行旋转运动。

下面参照图10a和图10b描述该可变气门致动机构60的操作模式。如图10a所示，当控制轴78的弓形侧指向切换板76时，切换板76将离合器构件71保持在位于附图中的左手侧的分离位置，使得第一摇臂杆64的接合突起64f不被接收在离合器构件71的接合凹部73中。在该状态下，没有通过离合器构件71与第二摇杆臂65联接的第一摇杆臂64跟随第一凸轮61的凸轮轮廓经受摇摆运动。第二摇杆臂65也跟随第二凸轮62的凸轮轮廓经受摇摆运动，但是该运动是没有被传递到推杆55的“空动”。此时，空动弹簧67将辊子65c弹性地推动成抵靠第二凸轮62。离合器构件71与第二摇杆臂65快速旋转，同时切换板76的板部76a被可滑动地接收在接合凹槽74的面向第一摇杆臂64的那一侧中。

当控制轴78在由空白箭头的方向上被旋转地致动直到其弦侧(平坦侧)面对切换板76时，如图10b所示，在圆锥压缩螺旋弹簧72的偏压力作用下的离合器构件71与被离合器构件71接合的切换板76一起被强制推到位于附图中的右手侧的接合位置，使得第一摇杆臂64的接合突起64f被接收在离合器构件71的接合凹部73中。在该状态下，通过离合器构件71与第二摇杆臂65联接的第一摇杆臂64跟随第二凸轮62的凸轮轮廓经受摇摆运动，从而表现出相对较大的凸轮升程。在这种情况下，离合器构件71也与第二摇杆臂65一起快速旋转，同时切换板76的板部76a被可滑动地接收在接合凹槽74中。

相反，当控制轴78从图10b中所示的角位置向回转动到图10a中所示的其弓形侧指向切换板76的角位置时，由两个导杆75引导的切换板76克服圆锥压缩螺旋弹簧72的弹簧力而在附图中的向左方向上强制推动离合器构件71，使得离合器构件71从第一摇杆臂64分离。

以上描述的发动机E在起动时以如下方式操作。在起动发动机之前，可变气门致动机构60的限制机构80处于图10a中所示的状态，在该状态下，处于分离位置的离合器构件71通过控制轴78而被防止朝向接合位置运动。在该状态下，因为离合器构件71从第一摇杆臂64分离，排气门48经由推杆55和上第一摇杆臂64由第一摇杆臂64致动，从而被第一凸轮61的凸轮轮廓致动。

参照图1，在活塞22的上行冲程中，由于曲柄室2a的减压，簧片阀33打开。结果，由节气门34b计量的新鲜空气和由燃料喷射器35喷射到该新鲜空气中的燃料的混合物经由簧片阀33和进气口32被吸入曲柄室2a内。同时，气缸孔3a中的混合物被活塞22压缩，并在活塞22接近上止点时被来自火花塞47的火花点燃。

活塞22于是经历下行冲程，并且因为簧片阀33此时关闭，因此防止曲柄室2a内的混合物回流到节气门34b，并且该混合物被压缩。在活塞22的下行冲程过程中，在活塞22将扫气口43打开之前，由气门致动机构50根据第一凸轮61的凸轮轮廓致动的排气门48将排气口46打开。排气口46的打开时期(曲柄角度)在图7a中示出。一旦活塞22将扫气口43打开，被压缩混合物经由扫气口43被引入气缸孔3a(燃烧室44)。燃烧室44中的燃烧气体被该混合物置换，并且从排气口46排出，同时部分燃烧气体作为EGR气体留在燃烧室44内。排气门48的气门开启时刻被确定成使得留在燃烧室44中的EGR气体的量足够使得混合物利用EGR气体的量的增加在压缩作用下由于燃烧室44中的混合物的温升而自燃。

当活塞22再次经历上行冲程时，活塞22将扫气口43关闭，之后由第一凸轮61致动的排气门48将排气口46关闭。结果，气缸孔3a(燃烧室44)中的混合物被压缩，同时曲柄室2a减压，从而致使混合物经由簧片阀33吸入该曲柄室2a内。一旦发动机E进入稳定操作，混合物在活塞22接近上止点时自燃，并且由所得到的燃烧产生的燃烧气体向下推动活塞22。

发动机E因而进行二冲程操作。具体地说，在起动时需要使用火花塞47进行火花点燃，但是一旦发动机开始以稳定方式操作，则进行基于均质压燃的二冲程操作。从扫气口43经由气缸孔3a到排气口46的扫气流动沿着相对笔直路径引导，或者能够实现所谓的“单向流动扫气”。

当来自燃料喷射器35的燃料喷射增加并且通过增加节气门34b的开启角度而增加进气流量时，或者当进行高载操作时，电马达79转动控制轴78。结果，可变气门致动机构60的限制机构80进入图10b中所示的状态，或者离合器构件71在圆锥压缩螺旋弹簧72的弹簧力的作用下而被允许向接合位置运动，并且第一摇杆臂64的接合突起64f被接收在接合凹部73中。一旦到达该状态，则因为离合器构件71被第一摇杆臂64接合，经由推杆55和上摇杆臂54由第一摇杆臂64致动的排气门48根据第二凸轮62的凸轮轮廓运动，该第二凸轮62的凸轮轮廓涉及比第一凸轮61的凸轮轮廓大致较大的凸轮轮廓。

在高速或高载操作中，排气门48根据图7b中所示的曲柄角或时间段开启。换言之，在活塞22的下行冲程过程中，排气口46在比起动时或低速或低载操作时更早的正时开启。在活塞22的上行冲程过程中，排气口46以比起动时或低速或低载操作时更晚的正时开启。因此，留在燃烧室中的EGR气体的量比起动时或低速或低载操作时少。

通过改变排气门48在高速或高载操作时的开启/关闭时刻，对于每个给定的操作状态都能够以最佳方式进行气体的置换。当使用发动机起动特性较差(起动后立即点燃的特性不好)的燃料时，可以在起动之后允许较大量的EGR气体短时段地留在燃烧室内，使得发动机可以由于气缸内的温度增加而容易起动。

因而，离合器构件71被可轴向滑动地安装在花键轴70(该花键轴70一体地形成有与下摇杆臂63呈同轴关系的第二摇杆臂65)上，从而可在用于接合第一摇杆臂64的接合位置和用于从第一摇杆臂64分离的接合位置之间运动，并且限制机构80能够通过克服圆锥压缩螺旋弹簧72(其通常朝向接合位置推动离合器构件71)的弹力而限制离合器构件71朝向接合位置的运动来选择性地将离合器构件71保持在分离位置。结果，能够在由第一凸轮61驱动和由第二凸轮62驱动之间切换的可变气门致动机构能够通过使用非常简单的结构实现。

在所示的实施方式中，限制机构80包括：切换板76，该切换板76设置在曲柄箱2中，从而可在至少与离合器构件71的面向其接合位置的侧表面74a接合的同时沿着下摇杆轴63运动；以及控制轴78，该控制轴78由曲柄箱2围绕控制轴78的轴心可旋转地支撑，并基本垂直于下摇杆轴63延伸，且设置有自由端78a，该自由端78a用作与切换板76的面向接合位置的一侧接合的凸轮。由此，切换板76和与第二摇杆臂65一起旋转的离合器构件71之间的接触区域能够被最小化，从而能够使得它们之间的摩擦最小化，并能够使得接触区域中的局部磨损最小化。

在所示的实施方式中，接合凹槽74在离合器构件71的外周面上周向地延伸，并且切换板76的板部76a的弓形内边缘76e被接收在接合凹槽74中，使得离合器构件71和切换板76通过相对较大的接触面积彼此接合。此外，由圆锥压缩螺旋弹簧72推动的离合器构件71能够由切换板76以稳定方式保持。因此，离合器构件71经受最小的扭矩，或者使离合器构件71倾斜的力能够被最小化，从而能够使离合器构件71(在轴向方向上)的切换运动的阻力最小化。

在所示的实施方式中，切换板76由分别位于切换板76的板部76a的两侧(在所示的实施方式中，位于弓形内边缘76e的上方和下方)的两个导杆75引导，从而使得板部76a的姿势在其线性运动的整个范围上都通过两个导杆75经由切换板76的管状杆支撑部分76b和76c而以稳定方式保持。因此，能够使得切换板76的倾斜最小化，从而能够使得离合器构件71(在轴向方向上)的切换运动的阻力最小化。

在所示的实施方式中，第一摇杆臂64设置有朝向第二摇杆臂65突出的接合突起64f，并且离合器构件71设置有朝向接合突起64f敞开并能够接收接合突起64f的接合凹部73。此外，接合凹部73与接合突起64f基本互补，并且设置有朝向接合凹部73的开口扩散的斜面73a或锥形表面。因此，当离合器构件71运动到接合位置时，接合突起64f可以被确定地接收在接合凹部73中，并且当离合器构件71运动到分离位置时，可以确定地从接合凹部73分离。

在所示的实施方式中，可变气门致动机构60包括排气门，并且发动机E由其中凸轮轴66一体地形成有曲柄轴8的OHV、单向流动类型的二冲程发动机构成。因此，不需要单独的凸轮轴66，并且可以将该发动机构造成非常紧凑的单元。

然而，在不脱离本发明的精神的情况下，该发动机也可以由包括均设置在气缸盖中的进气门和排气门的OHV、四冲程发动机构成。

尽管就本发明的优选实施方式描述了本发明，但是对本领域技术人员明显的是，在不脱离在所附权利要求中阐述的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变和修改。

通过参考将本申请所要求的巴黎公约优先权的原始日本专利申请的内容以及该申请中提到的现有技术参考的内容结合在本申请中。

Claims (8)

1.一种用于顶置气门发动机的可变气门致动机构，该可变气门致动机构包括：

凸轮轴，该凸轮轴由曲柄箱以可旋转的方式支撑以由所述发动机的曲柄轴旋转地致动；

第一凸轮，该第一凸轮由所述凸轮轴承载；

第一下摇杆臂，该第一下摇杆臂由下摇杆轴枢转地支撑，所述下摇杆轴由所述曲柄箱支撑，并且所述第一下摇杆臂被构造成在该第一下摇杆臂的第一端处由所述第一凸轮致动；

推杆，该推杆的下端由所述第一下摇杆臂的第二端接合；

上摇杆臂，该上摇杆臂由上摇杆轴枢转地支撑，所述上摇杆轴由气缸盖支撑，并且所述上摇杆臂的第一端由所述推杆的上端接合；

发动机气门，该发动机气门设置在所述气缸盖中，并且被构造成由所述上摇杆臂的第二端致动；

第二凸轮，该第二凸轮由所述凸轮轴承载，所述第二凸轮与所述第一凸轮同轴且相邻，并且所述第二凸轮的凸轮轮廓至少部分地比所述第一凸轮的凸轮轮廓大；

第二下摇杆臂，该第二下摇杆臂由所述下摇杆轴枢转地支撑，所述第二下摇杆臂与所述第一下摇杆臂相邻，并且所述第二下摇杆臂被构造成在该第二下摇杆臂的第一端处由所述第二凸轮致动；

离合器构件，该离合器构件以可轴向滑动且可快速旋转的方式安装在所述第二下摇杆臂上，所述离合器构件能在接合位置和分离位置之间轴向运动，所述离合器构件设置有接合特征，当所述离合器构件位于所述接合位置时，所述离合器构件的所述接合特征与所述第一下摇杆臂的对应的接合特征接合，以使所述第一下摇杆臂和所述第二下摇杆臂共同进行枢转运动；以及

致动器，该致动器用于使所述离合器构件在所述接合位置和所述分离位置之间轴向运动。

2.根据权利要求1所述的可变气门致动机构，其中，所述致动器包括：切换构件，该切换构件被引导而进行轴向运动并且接合所述离合器构件而共同进行轴向运动；弹簧构件，该弹簧构件朝向所述接合位置和所述分离位置中的一个位置推动所述离合器构件；以及凸轮，该凸轮被构造成使所述切换构件克服所述弹簧构件的弹簧力而朝向所述接合位置和所述分离位置中的另一个位置轴向运动。

3.根据权利要求2所述的可变气门致动机构，其中，所述切换构件包括具有内弓形边缘的切换板，并且所述离合器构件的外周面上设置有周向凹槽，该周向凹槽接收所述切换板的所述内弓形边缘以共同进行轴向运动。

4.根据权利要求3所述的可变气门致动机构，其中，所述切换板由一对导杆引导，该对导杆在位于所述切换板的所述弓形边缘的两侧上的位置处引导所述切换板。

5.根据权利要求1所述的可变气门致动机构，其中，所述离合器构件的所述接合特征包括轴向接合凹部，并且所述第一下摇杆臂的所述对应的接合特征包括轴向突起，该轴向突起被构造成以至少部分互补的方式接收在所述轴向接合凹部中，所述轴向接合凹部在该轴向接合凹部的开口端的两侧上设置有一对斜面。

6.根据权利要求5所述的可变气门致动机构，其中，所述离合器构件设置有花键内孔，并且所述第二下摇杆臂设置有接收在所述花键内孔中的对应的花键管状部分，所述第二下摇杆臂设置有轴向凹部，该轴向凹部允许所述离合器构件沿着所述对应的花键管状部分在所述接合位置和所述分离位置之间轴向运动而不与所述第二下摇杆臂干涉。

7.根据权利要求1所述的可变气门致动机构，该可变气门致动机构还包括空动弹簧，该空动弹簧将所述第二下摇杆臂的所述第一端推动成抵靠在所述第二凸轮上。

8.根据权利要求1所述的可变气门致动机构，其中，所述发动机气门包括排气门，所述顶置气门发动机由单向流动类型的二冲程发动机构成，并且所述凸轮轴与所述曲柄轴一体地形成。