專利名稱：可變氣門裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機(jī)的可變氣門裝置，特別涉及能夠機(jī)械性地改變氣門的開啟特性的可變氣門裝置。
背景技術(shù)：
以往，例如，如專利文獻(xiàn)1所公開，公知有根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況來機(jī)械性地改變氣門的升程量、氣門正時(shí)的可變氣門裝置。在專利文獻(xiàn)1公開的可變氣門裝置(以下稱現(xiàn)有技術(shù))中，在與凸輪軸平行地設(shè)置的控制軸上固定有控制臂，從動(dòng)件的一端可自由擺動(dòng)地安裝在該控制臂上。并且，在控制軸上可自由擺動(dòng)地安裝擺動(dòng)凸輪，搖臂被推碰到該擺動(dòng)凸輪面上。在從動(dòng)件上同心地安裝可相互獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的第一輥和第二輥，第一輥與凸輪軸的氣門凸輪抵接，第二輥與在擺動(dòng)凸輪的與擺動(dòng)凸輪面相反一側(cè)形成的平面(抵接面)抵接。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，通過控制軸的旋轉(zhuǎn)改變控制臂的旋轉(zhuǎn)位置，使從動(dòng)件移動(dòng)，從而使從控制軸至與擺動(dòng)凸輪和第二輥的抵接部位的距離發(fā)生變化，由此改變氣門的升程量。并且，在凸輪軸的相同的旋轉(zhuǎn)角度位置上，由于與第一輥抵接的氣門凸輪的圓周方向位置發(fā)生變化，所以氣門正時(shí)也同時(shí)發(fā)生變化。即，根據(jù)專利文獻(xiàn)1公開的現(xiàn)有技術(shù)，通過利用電機(jī)控制控制軸的旋轉(zhuǎn)角，能夠同時(shí)改變氣門的升程量和氣門正時(shí)。
專利文獻(xiàn)1日本專利公開2003-239712號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本專利公開2002-371816號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3日本專利公開平7-63023號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)4日本專利公開2004-108302號(hào)公報(bào)在專利文獻(xiàn)1公開的現(xiàn)有技術(shù)中，驅(qū)動(dòng)力從氣門凸輪經(jīng)由輥傳遞到擺動(dòng)凸輪。輥隨著氣門凸輪的旋轉(zhuǎn)而以從動(dòng)件的支點(diǎn)為中心進(jìn)行擺動(dòng)，擺動(dòng)凸輪隨著該輥的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行連動(dòng)而以控制軸為中心進(jìn)行擺動(dòng)。此時(shí)，輥推壓擺動(dòng)凸輪的抵接面的同時(shí)，在抵接面上滾動(dòng)而進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。具體而言，當(dāng)輥與氣門凸輪的凸輪基礎(chǔ)圓相接時(shí)，輥位于擺動(dòng)凸輪的抵接面的前端側(cè)，當(dāng)氣門凸輪旋轉(zhuǎn)而使輥升程時(shí)，輥在擺動(dòng)凸輪抵接面上的位置向控制軸一側(cè)移動(dòng)。這樣一來，通過使輥在抵接面上進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將氣門凸輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分為擺動(dòng)凸輪的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)和輥在抵接面上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而降低了從凸輪軸到氣門的驅(qū)動(dòng)力傳遞效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種能夠降低從凸輪軸到氣門的驅(qū)動(dòng)力傳遞損失的可變氣門裝置。
為了達(dá)成上述目的，第一發(fā)明的可變氣門裝置，可機(jī)械性地改變氣門相對(duì)于凸輪軸的旋轉(zhuǎn)的開啟特性，其特征在于，包括驅(qū)動(dòng)凸輪，設(shè)在上述凸輪軸上；控制軸，與上述凸輪軸平行地設(shè)置，可連續(xù)或多階段地改變旋轉(zhuǎn)角度；擺動(dòng)部件，可旋轉(zhuǎn)地安裝在上述控制軸上，以上述控制軸為中心進(jìn)行擺動(dòng)；擺動(dòng)凸輪面，形成于上述擺動(dòng)部件上，與支撐上述氣門的氣門支撐部件接觸并向升程方向推壓上述氣門；滑動(dòng)面，在上述擺動(dòng)部件上與上述驅(qū)動(dòng)凸輪相對(duì)地形成；中間輥，配置在上述驅(qū)動(dòng)凸輪和上述擺動(dòng)部件之間，與上述驅(qū)動(dòng)凸輪的凸輪面和上述滑動(dòng)面都接觸；控制部件，固定在上述控制軸上，在從上述控制軸的中心偏心的位置具有擺動(dòng)支點(diǎn)；和連接部件，可自由旋轉(zhuǎn)地支撐上述中間輥，并且將上述中間輥可自由擺動(dòng)地連接在上述擺動(dòng)支點(diǎn)上；當(dāng)上述控制軸處于規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，上述擺動(dòng)支點(diǎn)配置在隔著上述控制軸與上述中間輥相反一側(cè)的位置上。
第二發(fā)明，在上述第一發(fā)明中，其特征在于，上述擺動(dòng)支點(diǎn)、上述控制軸以及上述中間輥大致配置在同一直線上。
第三發(fā)明，在上述第一或第二發(fā)明中，其特征在于，上述規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角度是指上述氣門產(chǎn)生最大升程時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度。
第四發(fā)明，在上述第一或第二發(fā)明中，其特征在于，上述規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角度是指使用最頻繁的旋轉(zhuǎn)角度。
發(fā)明效果在第一發(fā)明中，當(dāng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)從驅(qū)動(dòng)凸輪的凸輪面經(jīng)由中間輥傳遞到擺動(dòng)部件的滑動(dòng)面上，轉(zhuǎn)換為擺動(dòng)部件的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，伴隨擺動(dòng)支點(diǎn)和控制軸之間的偏離，以擺動(dòng)支點(diǎn)為中心的中間輥的旋轉(zhuǎn)軌跡和以控制軸為中心的滑動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)軌跡產(chǎn)生偏離，在滑動(dòng)面上產(chǎn)生中間輥的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)第一發(fā)明，當(dāng)控制軸處于規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，通過將擺動(dòng)支點(diǎn)配置在隔著控制軸與中間輥相反一側(cè)的位置上，可抑制中間輥的旋轉(zhuǎn)軌跡和滑動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)軌跡之間的偏離，可抑制中間輥在滑動(dòng)面上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。因此，可以降低從凸輪軸到氣門的驅(qū)動(dòng)力傳遞損失，從而使氣門高效地進(jìn)行升程運(yùn)動(dòng)。
并且，中間輥從驅(qū)動(dòng)凸輪受到的載荷的一部分，經(jīng)由連接部件輸入到擺動(dòng)支點(diǎn)。根據(jù)輸入到擺動(dòng)支點(diǎn)的載荷的方向，在控制軸上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。由于中間輥從驅(qū)動(dòng)凸輪受到的力隨著驅(qū)動(dòng)凸輪的旋轉(zhuǎn)而發(fā)生變化，因而當(dāng)在控制軸上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩時(shí)，其轉(zhuǎn)矩的大小也隨著驅(qū)動(dòng)凸輪的旋轉(zhuǎn)發(fā)生變化。當(dāng)作用在控制軸上的轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，控制軸被扭轉(zhuǎn)，有可能使旋轉(zhuǎn)角度發(fā)生變化，從而導(dǎo)致控制精度的降低。關(guān)于這一點(diǎn)，根據(jù)第一發(fā)明，當(dāng)控制軸處于規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，由于通過將擺動(dòng)支點(diǎn)配置在隔著控制軸與中間輥相反一側(cè)的位置上，可以抑制作用在控制軸上的轉(zhuǎn)矩本身，所以可抑制轉(zhuǎn)矩變化引起的控制軸的旋轉(zhuǎn)角度的變化。因此，根據(jù)第一發(fā)明，能夠以高精度對(duì)氣門的開啟特性進(jìn)行可變控制。
根據(jù)第二發(fā)明，通過將擺動(dòng)支點(diǎn)、控制軸以及中間輥大致配置在同一直線上，能夠最小限度地抑制以擺動(dòng)支點(diǎn)為中心的中間輥的旋轉(zhuǎn)軌跡和以控制軸為中心的滑動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)軌跡的偏離。因此，能夠最小限度地抑制中間輥在滑動(dòng)面上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，能夠使氣門高效地進(jìn)行升程運(yùn)動(dòng)。并且，還能夠最小限度地抑制轉(zhuǎn)矩變化引起的控制軸的旋轉(zhuǎn)角度的變化。
根據(jù)第三發(fā)明，在氣門產(chǎn)生最大升程時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度，通過將擺動(dòng)支點(diǎn)配置在隔著控制軸與中間輥相反一側(cè)的位置上，能夠在產(chǎn)生最大載荷時(shí)使從凸輪軸到氣門的驅(qū)動(dòng)力傳遞效率最大。并且，由于能夠?qū)⒆饔迷诳刂戚S上的轉(zhuǎn)矩抑制到最小，所以即使在產(chǎn)生最大載荷時(shí)也能夠抑制轉(zhuǎn)矩變化引起的控制軸的旋轉(zhuǎn)角度的變化。
根據(jù)第四發(fā)明，在使用最頻繁的旋轉(zhuǎn)角度，通過將擺動(dòng)支點(diǎn)配置在隔著控制軸與中間輥相反一側(cè)的位置上，能夠在頻率最高的狀況下使從凸輪軸到氣門的驅(qū)動(dòng)力傳遞效率最大。并且，即使在頻率最高的狀況下也能夠最小限度地抑制因轉(zhuǎn)矩變化引起的控制軸旋轉(zhuǎn)角度的變化。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的可變氣門裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
圖2是表示較大升程時(shí)的可變氣門裝置的動(dòng)作的圖，(A)表示氣門關(guān)閉時(shí)，(B)表示氣門開啟時(shí)。
圖3是表示較小升程時(shí)的可變氣門裝置的動(dòng)作的圖，(A)表示氣門關(guān)閉時(shí)，(B)表示氣門開啟時(shí)。
圖4是表示搖輥在擺動(dòng)凸輪面上的位置與氣門的升程量之間的關(guān)系的圖。
圖5是表示氣門正時(shí)和升程量之間的關(guān)系的圖。
標(biāo)號(hào)說明100可變氣門裝置104氣門110搖臂112搖輥120凸輪軸122驅(qū)動(dòng)凸輪124(124a、124b)驅(qū)動(dòng)凸輪面130可變機(jī)構(gòu)132控制軸150擺動(dòng)凸輪臂152(152a、152b)擺動(dòng)凸輪面156滑動(dòng)面162控制臂164連桿臂166銷172第一輥174第二輥P1第一輥在驅(qū)動(dòng)凸輪面上的接觸位置P2第二輥在滑動(dòng)面上的接觸位置P3i搖輥在擺動(dòng)凸輪面上的初始接觸位置P3f搖輥在擺動(dòng)凸輪面上的最終接觸位置C0控制軸的軸心位置C1連桿臂的擺動(dòng)支點(diǎn)位置C2輥的軸心位置具體實(shí)施方式
下面，參照圖1至圖5說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
本實(shí)施方式的可變氣門裝置的結(jié)構(gòu)圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的可變氣門裝置100的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。本可變氣門裝置100具有搖臂方式的機(jī)械式氣門機(jī)構(gòu)，凸輪軸120的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過設(shè)在凸輪軸120上的驅(qū)動(dòng)凸輪122轉(zhuǎn)換為搖臂(氣門支撐部件)110的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并轉(zhuǎn)換為支撐在搖臂110上的氣門104的沿上下方向的升程運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)凸輪122具有輪廓不同的兩個(gè)凸輪面124a、124b。作為一個(gè)凸輪面的非作用面124a是凸輪基礎(chǔ)圓的圓周面，距凸輪軸120的中心的距離一定。作為另一個(gè)凸輪面的作用面124b形成為距凸輪軸120的中心的距離逐漸變大，在越過頂部后逐漸變小。在本說明書中，在不區(qū)分非作用面124a和作用面124b時(shí)，簡單記作驅(qū)動(dòng)凸輪面124。
在本可變氣門裝置100中，使可變機(jī)構(gòu)130介于驅(qū)動(dòng)凸輪122和搖臂110之間，而不是通過驅(qū)動(dòng)凸輪122直接驅(qū)動(dòng)搖臂110?？勺儥C(jī)構(gòu)130是能夠使驅(qū)動(dòng)凸輪122的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和搖臂110的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)之間的連動(dòng)狀態(tài)連續(xù)地發(fā)生變化的機(jī)構(gòu)。本可變氣門裝置100，通過對(duì)該可變機(jī)構(gòu)130進(jìn)行可變控制來改變搖臂110的擺動(dòng)量、擺動(dòng)時(shí)間，從而能夠連續(xù)地改變氣門104的升程量、氣門正時(shí)。
如下所述，可變機(jī)械130的主要構(gòu)成部件包括控制軸132、控制臂162、連桿臂164、擺動(dòng)凸輪臂150、第一輥172以及第二輥174。控制軸132與凸輪軸120平行地設(shè)置，其相對(duì)于凸輪軸120的相對(duì)位置固定?？赏ㄟ^未圖示的驅(qū)動(dòng)器(例如電機(jī)等)將控制軸132的旋轉(zhuǎn)角度控制成任意的角度。
控制臂162，一體固定在控制軸132上?？刂票?62向控制軸132的徑向突出，在其突出部上安裝有弧狀的連桿臂164。連桿臂164的后端部通過銷166可自由旋轉(zhuǎn)地連接在控制臂162上。銷166的位置從控制軸132的中心偏心，該銷166作為連桿臂164的擺動(dòng)支點(diǎn)。
擺動(dòng)凸輪臂150，可擺動(dòng)地支撐在控制軸132上，使其前端朝向驅(qū)動(dòng)凸輪122的旋轉(zhuǎn)方向的上游側(cè)地進(jìn)行配置。在擺動(dòng)凸輪臂150的與驅(qū)動(dòng)凸輪122相對(duì)的一側(cè)形成有與第二輥174接觸的滑動(dòng)面156?；瑒?dòng)面156形成為向驅(qū)動(dòng)凸輪面122一側(cè)平緩地彎曲，距作為擺動(dòng)中心的控制軸132的中心越遠(yuǎn)，與驅(qū)動(dòng)凸輪122的凸輪基礎(chǔ)圓(非作用面124a)之間的距離越大。
在擺動(dòng)凸輪臂150的與滑動(dòng)面156相反的一側(cè)，形成有擺動(dòng)凸輪面152(152a、152b)。擺動(dòng)凸輪面152由輪廓不同的非作用面152a和作用面152b構(gòu)成。其中，非作用面152a是凸輪基礎(chǔ)圓的圓周面，距控制軸132的中心的距離一定。作為另一個(gè)表面的作用面152b設(shè)在擺動(dòng)凸輪臂150的前端側(cè)，其形成為與非作用面152a平滑地連續(xù)而連接，并且距控制軸132的中心的距離(即凸輪高度)朝向擺動(dòng)凸輪臂150的前端逐漸變大。在本說明書中，在不區(qū)分非作用面152a和作用面152b都時(shí)，簡單記作擺動(dòng)凸輪面152。
在擺動(dòng)凸輪臂150的滑動(dòng)面156和驅(qū)動(dòng)凸輪122的驅(qū)動(dòng)凸輪面124之間，配置有第一輥172和第二輥174。第一輥172和第二輥174，均由固定在上述連桿臂164的前端部上的連接軸176可自由旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行支撐。由于連桿臂164能夠以銷166為支點(diǎn)進(jìn)行擺動(dòng)，因而上述第一輥172和第二輥174也能夠與銷166保持一定距離的同時(shí)沿著滑動(dòng)面156和驅(qū)動(dòng)凸輪面124進(jìn)行擺動(dòng)。驅(qū)動(dòng)凸輪122和擺動(dòng)凸輪臂150在軸向上位置偏離，第一輥172與驅(qū)動(dòng)凸輪面124接觸，第二輥174與滑動(dòng)面156接觸。
并且，在擺動(dòng)凸輪臂150上掛住未圖示的空動(dòng)彈簧?？談?dòng)彈簧是壓縮彈簧，來自空動(dòng)彈簧的作用力作為將滑動(dòng)面156推碰到第二輥174上的作用力，并且作為將與第二輥174同軸一體的第一輥172推碰到驅(qū)動(dòng)凸輪面124上的作用力。由此，第一輥172和第二輥174被滑動(dòng)面156和驅(qū)動(dòng)凸輪面124從兩側(cè)夾持而進(jìn)行定位。
在擺動(dòng)凸輪臂150的下方配置有搖臂110。在搖臂110上，與擺動(dòng)凸輪面152相對(duì)地配置有搖輥112。搖輥112可自由旋轉(zhuǎn)地安裝在搖臂110的中間部上。在搖臂110的一端安裝有支撐氣門104的氣門軸102，搖臂110的另一端被油壓間隙調(diào)節(jié)器106可自由轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐。通過未圖示的氣門彈簧向關(guān)閉方向、即頂起搖臂110的方向?qū)忾T軸102施力，通過該作用力和油壓間隙調(diào)節(jié)器106將搖輥112推碰到擺動(dòng)凸輪臂150的擺動(dòng)凸輪面152上。
另外，圖1表示控制軸132處于基本旋轉(zhuǎn)角度時(shí)的可變氣門裝置100的狀態(tài)。在本實(shí)施方式中，將氣門104產(chǎn)生最大升程時(shí)的控制軸132的旋轉(zhuǎn)角度為基本旋轉(zhuǎn)角度?？刂戚S132，根據(jù)內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，從該基本旋轉(zhuǎn)角度向產(chǎn)生更小升程時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行控制。當(dāng)控制軸132處于基本旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，如圖1所示，作為擺動(dòng)支點(diǎn)的銷166配置在隔著控制軸132與輥172、174相反的一側(cè)，輥172、174以及控制軸132的軸心都大致排列在同一直線上。
本實(shí)施方式的可變氣門裝置的動(dòng)作接著，參照圖2至圖5說明本可變氣門裝置100的動(dòng)作。
(1)可變氣門裝置的升程動(dòng)作下面，參照圖2說明可變氣門裝置100的氣門104的升程動(dòng)作。圖2表示控制軸132處于基本旋轉(zhuǎn)角度時(shí)的可變氣門裝置100的升程動(dòng)作，圖2的(A)表示升程動(dòng)作過程中氣門104(在圖2中省略)關(guān)閉時(shí)的可變氣門裝置100的狀態(tài)；并且(B)表示升程動(dòng)作過程中氣門104開啟時(shí)的可變氣門裝置100的狀態(tài)。
在本可變氣門裝置100中，驅(qū)動(dòng)凸輪122的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)首先被輸入到與驅(qū)動(dòng)凸輪面124接觸的第一輥172上。第一輥172與同軸一體設(shè)置的第二輥174一起以銷166為中心進(jìn)行擺動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)被輸入到支撐第二輥174的擺動(dòng)凸輪臂150的滑動(dòng)面156上。此時(shí)，雖然驅(qū)動(dòng)凸輪面124和滑動(dòng)面156之間存在速度差，但由于兩個(gè)輥172、174可獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，因而可降低傳遞驅(qū)動(dòng)力時(shí)的摩擦損失。由于滑動(dòng)面156始終被空動(dòng)彈簧(圖示省略)的作用力推碰到第二輥174上，所以擺動(dòng)凸輪臂150隨著經(jīng)由第二輥174傳遞的驅(qū)動(dòng)凸輪122的旋轉(zhuǎn)而以控制軸132為中心進(jìn)行擺動(dòng)。
具體而言，當(dāng)凸輪軸120從圖2(A)所示的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)時(shí)，如圖2(B)所示，第一輥172在驅(qū)動(dòng)凸輪面124上的接觸位置P1從非作用面124a向作用面124b移動(dòng)。相對(duì)地，第一輥172被驅(qū)動(dòng)凸輪122壓下，擺動(dòng)凸輪臂150的滑動(dòng)面156被與第一輥172一體的第二輥174壓下。由此，擺動(dòng)凸輪臂150以控制軸132為中心在圖中沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)凸輪軸120進(jìn)一步旋轉(zhuǎn)，使第一軸172在驅(qū)動(dòng)凸輪面124上的接觸位置P1超過作用面124b的頂部時(shí)，通過空動(dòng)彈簧以及氣門彈簧產(chǎn)生的作用力使擺動(dòng)凸輪臂150以控制軸132為中心在圖中沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
通過使擺動(dòng)凸輪臂150以控制軸132為中心轉(zhuǎn)動(dòng)，使搖輥112在擺動(dòng)凸輪面152上的接觸位置P3發(fā)生變化。另外，在圖中，將搖輥112在擺動(dòng)凸輪面152上的接觸位置記作P3i、P3f，這是為了區(qū)分下文描述的初始接觸位置P3i和最終接觸位置P3f。在本說明書中，在僅指搖輥112在擺動(dòng)凸輪面152上的接觸位置時(shí)，記作接觸位置P3。
如圖2(A)所示，在搖輥112與非作用面152a接觸的情況下，由于非作用面152a距控制軸132的中心的距離一定，因而與其接觸位置無關(guān)地，搖輥112在空間內(nèi)的位置不變。因此，第一搖臂110不會(huì)擺動(dòng)，氣門104可以保持在一定位置上。在本可變氣門裝置100中，當(dāng)搖輥112與非作用面152a接觸時(shí)，調(diào)整各部位的位置關(guān)系，以使氣門104處于關(guān)閉狀態(tài)。
如圖2(B)所示，當(dāng)搖輥112在擺動(dòng)凸輪面152上的接觸位置P3從非作用面152a切換為作用面152b時(shí)，第一搖臂110根據(jù)作用面152b距控制軸132的中心的距離被壓下，以油壓間隙調(diào)節(jié)器106的支撐點(diǎn)為中心沿順時(shí)針方向擺動(dòng)。由此，氣門104被第一搖臂110壓下，從而開啟。
伴隨驅(qū)動(dòng)凸輪122的旋轉(zhuǎn)，第二輥174壓下滑動(dòng)面156時(shí)，伴隨銷166從控制軸132發(fā)生偏心，以銷166為中心的第二輥174的旋轉(zhuǎn)軌跡和以控制軸132為中心的滑動(dòng)面156的旋轉(zhuǎn)軌跡產(chǎn)生偏離。伴隨該旋轉(zhuǎn)軌跡的偏離，根據(jù)第二輥174的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，第二輥174在滑動(dòng)面156上的接觸位置P2在滑動(dòng)面156上移動(dòng)。該移動(dòng)量越大，從凸輪軸120到氣門104的驅(qū)動(dòng)力傳遞損失就越大。
但是，在本實(shí)施方式的可變氣門裝置100中，如圖2(A)所示，如果控制軸132處于基本旋轉(zhuǎn)角度時(shí)的氣門104關(guān)閉，則作為擺動(dòng)支點(diǎn)的銷166的軸位置C1、控制軸132的軸位置C0以及第二輥174的軸位置C2大致位于同一直線上。因此，在氣門104升程時(shí)，能夠最小限度地抑制以銷166為中心的第二輥174的旋轉(zhuǎn)軌跡和以控制軸132為中心的滑動(dòng)面156的旋轉(zhuǎn)軌跡之間的偏離，如圖2(B)所示，第二輥174在滑動(dòng)面156上的接觸位置P2幾乎不發(fā)生變化。當(dāng)控制軸132處于基本旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，氣門104的升程量達(dá)到最大。因此，從驅(qū)動(dòng)凸輪122傳遞到輥172、174的驅(qū)動(dòng)力也達(dá)到最大。根據(jù)本實(shí)施方式的可變氣門裝置100，在產(chǎn)生這種最大驅(qū)動(dòng)力時(shí)能夠最小限度地抑制第二輥174和滑動(dòng)面156之間的驅(qū)動(dòng)力傳遞損失。
并且，從驅(qū)動(dòng)凸輪122傳遞到輥172、174的驅(qū)動(dòng)力，其一部分通過連桿臂164輸入到銷166。由于輸入到銷166的載荷的方向，在控制軸132上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。由于從驅(qū)動(dòng)凸輪122傳遞到輥172、174的驅(qū)動(dòng)力隨著驅(qū)動(dòng)凸輪122的旋轉(zhuǎn)發(fā)生變化，因而在控制軸132上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的情況下，該轉(zhuǎn)矩大小也隨著驅(qū)動(dòng)凸輪122的旋轉(zhuǎn)發(fā)生變化。由于作用在控制軸122上的轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，控制軸122的旋轉(zhuǎn)角度發(fā)生偏離，因而不能以高精度控制氣門104的開啟特性。
但是，在本實(shí)施方式的可變氣門裝置100中，如上所述，當(dāng)控制軸132處于基本旋轉(zhuǎn)角度時(shí)的氣門104關(guān)閉時(shí)，作為擺動(dòng)支點(diǎn)的銷166的軸位置C1、控制軸132的軸位置C0以及第二輥174的軸位置C2大致位于同一直線上。當(dāng)控制軸132處于基本旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，由于氣門104的升程量最大，所以輸入到銷166的載荷也最大，但根據(jù)本實(shí)施方式的可變氣門裝置100，因載荷的作用線(銷166的軸位置C1和第二輥174的軸位置C2的連線)通過了控制軸132的軸位置C0，因而在控制軸120上幾乎不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。因此，能夠最小限度地抑制因轉(zhuǎn)矩變化引起的控制軸120的旋轉(zhuǎn)角度的變化。
(2)可變氣門裝置的升程量變化動(dòng)作接著，參照圖2和圖3說明可變氣門裝置100的氣門104(參照圖1，在圖中省略)的升程量變化動(dòng)作。其中，圖3表示可變氣門裝置100使氣門104產(chǎn)生較小升程地進(jìn)行動(dòng)作的狀態(tài)。在圖3中，(A)表示在升程動(dòng)作過程中氣門104關(guān)閉時(shí)的可變氣門裝置100的狀態(tài)；(B)表示升程動(dòng)作過程中氣門104開啟時(shí)的可變氣門裝置100的狀態(tài)。
當(dāng)將圖2所示的升程量變化為圖3所示的升程量時(shí)，驅(qū)動(dòng)控制軸132從圖2的(A)所示的基本旋轉(zhuǎn)角度向規(guī)定的方向旋轉(zhuǎn)，并使銷166的位置C1向圖3的(A)所示的位置旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。第一輥172和第二輥174，通過連桿臂164與銷166的位置C1保持一定距離。因此，伴隨銷166的位置C1從圖2的(A)所示的位置移動(dòng)到圖3的(A)所示的位置，第二輥174沿著滑動(dòng)面156向遠(yuǎn)離控制軸132的方向移動(dòng)，同時(shí)第一輥172沿著驅(qū)動(dòng)凸輪面124向其旋轉(zhuǎn)方向的上游側(cè)移動(dòng)。
通過使第二輥174向遠(yuǎn)離控制軸132的方向移動(dòng)，從擺動(dòng)凸輪臂150的擺動(dòng)中心C0到第二輥172在滑動(dòng)面156上的接觸位置P2的距離變長，擺動(dòng)凸輪臂150的擺動(dòng)角幅度減小。這是因?yàn)閿[動(dòng)凸輪臂150的擺動(dòng)角幅度與從擺動(dòng)中心C0到振動(dòng)的輸入點(diǎn)的距離成反比例。如各圖的(B)所示，氣門104的升程，當(dāng)?shù)谝惠?72在驅(qū)動(dòng)凸輪面124上的接觸位置P1位于作用面124b的頂部時(shí)達(dá)到最大，并且氣門104的升程量由此時(shí)搖輥112在擺動(dòng)凸輪面152上的接觸位置P3f(以下稱最終接觸位置)決定。圖4是表示搖輥112在擺動(dòng)凸輪面152上的位置和氣門升程之間的關(guān)系的圖。如該圖所示，最終接觸位置P3f由擺動(dòng)凸輪臂150的擺動(dòng)角幅度和各圖的(A)所示的搖輥112在擺動(dòng)凸輪面152上的接觸位置P3i(以下稱初始接觸位置)決定。
在本實(shí)施方式的可變氣門裝置100中，滑動(dòng)面156形成為距其擺動(dòng)中心C0的距離越大，與驅(qū)動(dòng)凸輪122的凸輪基礎(chǔ)圓(非作用面124a)之間的距離越大。因此，上述接觸位置P2距擺動(dòng)凸輪臂150的擺動(dòng)中心C0越遠(yuǎn)，擺動(dòng)凸輪臂150越向滑動(dòng)面156靠近驅(qū)動(dòng)凸輪面124的方向傾斜。在圖中，擺動(dòng)凸輪臂150以控制軸132為中心沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。由此，如圖3的(A)所示，搖輥112在擺動(dòng)凸輪面152上的初始接觸位置P3i向遠(yuǎn)離作用面152b的方向移動(dòng)。
如上所述，通過使控制軸132從基本旋轉(zhuǎn)角度向規(guī)定的方向旋轉(zhuǎn)，使擺動(dòng)凸輪臂150的擺動(dòng)角幅度減小，并且初始接觸位置P3i向遠(yuǎn)離作用面152b的方向移動(dòng)。其結(jié)果是，如圖4所示，搖輥112能夠到達(dá)的最終接觸位置P3f向非作用面152a一側(cè)移動(dòng)，氣門104的升程量減少。并且，搖輥112位于作用面152a上的期間(曲柄轉(zhuǎn)角)，產(chǎn)生氣門104的作用角，但因最終接觸位置P3f向非作用面152a一側(cè)移動(dòng)，所以氣門104的作用角也減小。并且，通過使第一輥172向凸輪軸120的旋轉(zhuǎn)方向的上游側(cè)移動(dòng)，使凸輪軸120處于同一旋轉(zhuǎn)角時(shí)的第一輥172在驅(qū)動(dòng)凸輪面124上的接觸位置P1向驅(qū)動(dòng)凸輪122的提前角一側(cè)移動(dòng)。由此，相對(duì)于凸輪軸120的相位的擺動(dòng)凸輪臂150擺動(dòng)正時(shí)提前，其結(jié)果是，氣門正時(shí)(最大升程正時(shí))也提前。
圖5是表示通過可變氣門裝置100實(shí)現(xiàn)的氣門104的升程量和氣門正時(shí)之間的關(guān)系的圖表。如該圖所示，根據(jù)可變氣門裝置100，使作用角隨氣門104的升程量的增大進(jìn)行連動(dòng)而增大，并且能夠推遲氣門正時(shí)；相反地，使作用角隨氣門104的升程量的減小進(jìn)行連動(dòng)而減小，并且能夠使氣門正時(shí)提前。因此，例如在氣門104為進(jìn)氣門的情況下，不使用VVT等的氣門正時(shí)控制機(jī)構(gòu)，也能夠?qū)﹂_啟特性進(jìn)行可變控制，以使氣門104的打開時(shí)間基本一定。
本實(shí)施方式的可變氣門裝置的優(yōu)點(diǎn)如以上說明，根據(jù)本實(shí)施方式的可變氣門裝置100，通過對(duì)控制軸132進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)而使控制凸輪134的旋轉(zhuǎn)角度發(fā)生變化，使第二輥174在滑動(dòng)面上的接觸位置P2和第一輥172在驅(qū)動(dòng)凸輪面124上的接觸位置P1發(fā)生變化，其結(jié)果是，能夠使氣門104的升程量、作用角以及氣門正時(shí)連動(dòng)地發(fā)生變化。
并且，由于當(dāng)控制軸132處于基本旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，作為擺動(dòng)支點(diǎn)的銷166的軸位置C1、控制軸132的軸位置C0以及第二輥174的軸位置C2大致位于同一直線上，因而能夠抑制第二輥174伴隨驅(qū)動(dòng)凸輪122的旋轉(zhuǎn)而在滑動(dòng)面156上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，減少從凸輪軸120到氣門104的驅(qū)動(dòng)力傳遞損失，從而能夠使氣門104高效地進(jìn)行升程運(yùn)動(dòng)。并且，由于可以抑制因作用在控制軸132上的轉(zhuǎn)矩變化導(dǎo)致控制軸132的旋轉(zhuǎn)角度發(fā)生變化，所以能夠以高精度對(duì)氣門104的開啟特性進(jìn)行可變控制。
其他實(shí)施方式以上說明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，可在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變形并實(shí)施。例如，在上述實(shí)施方式中，將本發(fā)明應(yīng)用于搖臂方式的氣門裝置上，也可以應(yīng)用于直動(dòng)式等其他形式的氣門裝置上。
在上述實(shí)施方式中，雖然將對(duì)氣門104產(chǎn)生最大升程時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度作為控制軸132的基本旋轉(zhuǎn)角度，但是也可以將產(chǎn)生最小升程時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度作為基本旋轉(zhuǎn)角度，還可以將中間的旋轉(zhuǎn)角度作為基本旋轉(zhuǎn)角度。并且，也可以將使用最頻繁的旋轉(zhuǎn)角度作為基本旋轉(zhuǎn)角度。由此，能夠在頻率最高的狀況下使從凸輪軸120到氣門104的驅(qū)動(dòng)力的傳遞效率最大，并且，在頻率最高的狀況下，能夠最小限度地抑制因轉(zhuǎn)矩變化引起的控制軸132的旋轉(zhuǎn)角度的變化。
權(quán)利要求
1.一種可變氣門裝置，可機(jī)械性地改變氣門相對(duì)于凸輪軸的旋轉(zhuǎn)的開啟特性，其特征在于，包括驅(qū)動(dòng)凸輪，設(shè)在所述凸輪軸上；控制軸，與所述凸輪軸平行地設(shè)置，可連續(xù)或多階段地改變旋轉(zhuǎn)角度；擺動(dòng)部件，可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述控制軸上，以所述控制軸為中心進(jìn)行擺動(dòng)；擺動(dòng)凸輪面，形成于所述擺動(dòng)部件上，與支撐所述氣門的氣門支撐部件接觸并向升程方向推壓所述氣門；滑動(dòng)面，在所述擺動(dòng)部件上與所述驅(qū)動(dòng)凸輪相對(duì)地形成；中間輥，配置在所述驅(qū)動(dòng)凸輪和所述擺動(dòng)部件之間，與所述驅(qū)動(dòng)凸輪的凸輪面和所述滑動(dòng)面都接觸；控制部件，固定在所述控制軸上，在與所述控制軸中心發(fā)生偏心的位置具有擺動(dòng)支點(diǎn)；和連接部件，可自由旋轉(zhuǎn)地支撐所述中間輥，并且將所述中間輥可自由擺動(dòng)地連接在所述擺動(dòng)支點(diǎn)上；當(dāng)所述控制軸處于規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，所述擺動(dòng)支點(diǎn)配置在隔著所述控制軸與所述中間輥相反一側(cè)的位置上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣門裝置，其特征在于，所述擺動(dòng)支點(diǎn)、所述控制軸以及所述中間輥大致配置在同一直線上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可變氣門裝置，其特征在于，所述規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角度是指所述氣門產(chǎn)生最大升程時(shí)的旋轉(zhuǎn)角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可變氣門裝置，其特征在于，所述規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角度是指使用最頻繁的旋轉(zhuǎn)角度。
全文摘要
本發(fā)明涉及可變氣門裝置，能夠降低氣門進(jìn)行升程運(yùn)動(dòng)時(shí)從凸輪軸到氣門的驅(qū)動(dòng)力傳遞損失。驅(qū)動(dòng)凸輪(122)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)由中間輥(172、174)傳遞到擺動(dòng)部件(140)。中間輥(172、174)由連接部件(164)可自由擺動(dòng)地連接在固定于控制軸(132)上的擺動(dòng)支點(diǎn)(166)。擺動(dòng)支點(diǎn)(166)設(shè)在從控制軸(132)的中心偏心的位置上，并且，當(dāng)控制軸(132)處于規(guī)定的旋轉(zhuǎn)角度時(shí)，擺動(dòng)支點(diǎn)(166)配置在隔著控制軸(132)與中間輥(172、174)相反一側(cè)的位置上。優(yōu)選的是，將擺動(dòng)支點(diǎn)(166)、控制軸(132)以及中間輥(172、174)大致配置在同一直線上。
文檔編號(hào)F01L1/18GK101027464SQ20058002911
公開日2007年8月29日 申請日期2005年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月31日
發(fā)明者立野學(xué), 淺田俊昭, 江崎修一 申請人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社