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CN1914408A - 可变气门机构 - Google Patents

  本发明涉及一种可变气门机构,特别是涉及一种可改变与凸轮轴的旋转同步地进行开启、关闭的气门的作用角和/或升程量的内燃机的可变气门机构。

  在现有技术中,公开了一种具有如下功能的可变气门机构:可改变与凸轮轴的旋转同步地进行开启、关闭的气门体的升程量。在这种可变气门机构中,日本特开平7-63023号公报中公开了如下结构:在可根据偏心轴的旋转位置改变气门体的升程量的可变气门机构中,为了把可根据偏心轴的旋转位置而改变与凸轮的抵接位置的辊压接到凸轮上,由压缩弹簧(空动弹簧)向设置了辊的摇臂施力。采用该可变气门机构,通过压缩弹簧的作用,可以总是维持凸轮和辊的机械连接状态。

  但是,在日本特开平7-63023号公报所公开的现有机构中,压缩弹簧与气门弹簧一起向凸轮一侧对辊施力,其结果是,偏心轴受到向一定方向作用的力。因此,使偏心轴旋转时的执行机构的要求驱动转矩增加,会产生可变气门的响应性下降、消耗电力增加的问题。

  并且,例如日本特开平7-293216号公报中公开了可改变内燃机的气门体的升程量的可变气门机构。具体而言,该可变气门机构具有可以在气门体和凸轮之间改变升程量的机械机构。并且,该机械机构的结构是,当控制轴向一个方向旋转时,改变其状态以使气门体的升程量增大,并且当控制轴向其他方向旋转时,气门体的升程量减少。根据这种机构,通过适当地旋转控制轴,可以任意改变气门体的升程量。

  而内燃机的气门体中通常安装有使气门体向气门关闭方向施力的气门弹簧。因此,现有的可变气门机构在开启气门体时,该气门弹簧的反作用力作用在介于气门体与凸轮之间的机械机构上。并且,气门体的升程越大,该反作用力就越大。

  对于上述机械机构而言,与随着气门体升程而受到较大反作用力时的状态相比,在该反作用力较小的状态下从力学角度来说是较为稳定的。因此,该机械机构通常易于使状态向所产生的升程量减小的方向改变。即,在上述控制轴中,易于传递的是使机械机构向与较小升程量对应的状态变化的方向的反作用力。

  当接收到这种反作用力的传递而使控制轴的状态发生变化时,则无法恰当地维持气门体的升程量。因此,在这种可变气门机构中,要求采用与气门弹簧的反作用力无关地可使控制轴的状态维持一定的机构。

  而在日本特开平7-293216号公报所公开的现有的可变气门机构中,控制轴通过齿轮机构由电机进行驱动。并且该齿轮机构中含有安装在电机的旋转轴上的蜗杆、及与该蜗杆啮合的蜗轮。由蜗杆和蜗轮组合而成的齿轮机构,通过作用于两者间的较大的摩擦力和两者的较大的齿轮比,来实现较高的正效率和较低的负效率。

  根据这种齿轮机构,可将电机产生的转矩以较高的效率传递到控制轴,且可充分防止向控制轴的输入传递到电机上。因此,根据上述现有的可变气门机构,可不受气门弹簧影响地精确控制控制轴的状态,其结果是,可以精确控制气门体的升程量。

  但是在日本特开平7-293216号公报所公开的现有的可变气门机构中,当要提高气门体的升程量时,为了反抗要使其升程量变小的反作用力需要旋转控制轴。具体而言,这种情况下,为反抗要使升程量变小的气门弹簧的反作用力,需要使控制轴向升程量变大的方向旋转。

  为了满足该要求,需要使电机产生较大的驱动力。其结果是,产生电机成本上升、电机所消耗的电力增加、体积增加造成的电机装载性下降等问题。并且,当这种较大的力作用于控制轴时,控制轴上也产生较大的扭转。并且,这种较大的力的传递,会增加各个齿轮间的接触负荷,产生加速其损耗的问题。

  本发明正是为了解决上述问题而提出的,其目的在于,在可改变与凸轮轴的旋转同步地进行开启、关闭的气门的升程量及作用角的内燃机的可变气门机构中,降低可变气门所要求的负荷。

  第一发明是一种可变气门机构,改变内燃机的气门体的升程量及作用角,其具有:随着曲柄的旋转而旋转的第一凸轮;传递部件,具有第二凸轮,该第二凸轮与上述第一凸轮的旋转同步地摆动,并将上述第一凸轮产生的作用力传递到上述气门体;被调整到规定的旋转位置的控制轴;可变机构,根据上述控制轴的旋转位置改变上述传递部件的摆动范围,并改变上述气门体的升程量及作用角;空动弹簧,使上述传递部件向上述第一凸轮施力,以维持上述传递部件和上述第一凸轮的连接;以及辅助弹簧,反抗上述空动弹簧的作用力而向上述传递部件施力。

  由于设置了反抗空动弹簧而向传递部件施力的辅助弹簧,从而可降低空动弹簧作用于传递部件的作用力。因此,可以容易地改变传递部件的摆动范围,降低改变摆动范围时的控制轴的驱动转矩。这样一来,可以提高可变气门的响应性,并可瞬时地改变升程量、作用角。并且,由于可以降低控制轴的驱动转矩,因此可使驱动控制轴的执行机构小型化,并最小限度地抑制执行机构的消耗电流。

  第二发明为,在上述改良的可变气门机构中,所述空动弹簧向所述气门体的升程量及作用角从大升程量、大作用角一侧向小升程量、小作用角一侧变化的方向对所述传递部件施力,所述气门体的升程量及作用角越靠近小升程量、小作用角一侧,作用在所述传递部件上的所述辅助弹簧的作用力越大。

  当空动弹簧对传递部件的作用力从大升程量、大作用角一侧向小升程量、小作用角一侧作用时,越设定在靠近小升程量、小作用角一侧,则辅助弹簧作用于传递部件的作用力越大,因此,特别是可降低在小升程量、小作用角一侧进行可变气门操作时的控制轴的驱动转矩。

  第三发明为,在上述改良的可变气门机构中,具有使所述气门体向所述传递部件施力的气门弹簧,所述辅助弹簧,反抗经由所述气门体作用在所述传递部件上的所述气门弹簧的作用力,对所述传递部件施力。

  由于辅助弹簧的作用力用于抵消气门弹簧的作用力,因此可降低作用于传递部件的气门弹簧的作用力。因此,可容易地改变传递部件的摆动范围,并降低可改变摆动范围时的控制轴的驱动转矩。

  第四发明为,在上述改良的可变气门机构中,具有:产生用于改变所述控制轴的旋转位置的驱动力的执行机构;和介于所述执行机构和所述控制轴之间的齿轮机构;与各汽缸的所述气门体对应设置的多个所述传递部件与共用的所述控制轴相连;所述空动弹簧、所述辅助弹簧以及所述气门弹簧的作用力经由所述传递部件及所述可变机构向所述控制轴的旋转方向传递;在所述控制轴的长度方向上,越远离所述齿轮机构,所述空动弹簧、所述辅助弹簧以及所述气门弹簧的作用力施加在所述控制轴的旋转方向上的力的合力越小。

  由于越远离齿轮机构,作用于控制轴的旋转方向上的力的合力越小,因此可在控制轴刚性降低的部分减小作用于控制轴的力的合力,从而可抑制控制轴的扭转。

  第五发明为,在上述改良的可变气门机构中,在所述控制轴的长度方向上,越远离所述齿轮机构,对所述传递部件施力的所述辅助弹簧的作用力越大。

  由于越远离齿轮机构,向传递部件施力的辅助弹簧的作用力越大,因此越靠近控制轴刚性降低的部分辅助弹簧的负荷越大。在控制轴中,虽然在与齿轮机构分离的部位上,因受到空动弹簧及气门弹簧的作用力而易于发生扭转等,但由于从空动弹簧及气门弹簧作用于控制轴的作用力通过辅助弹簧而降低,因此可抑制控制轴的扭转。

  第六发明为,在上述改良的可变气门机构中,在所述控制轴的长度方向上,越远离所述齿轮机构,对所述传递部件施力的所述空动弹簧的作用力越小。

  由于越远离齿轮机构,向传递部件施力的空动弹簧的作用力越小,因此越靠近控制轴的刚性降低的部分,空动弹簧的负荷越小。在控制轴中,虽然在与齿轮机构分离的部位上,因受到空动弹簧及气门弹簧的作用力而易于发生扭转等,但由于越远离齿轮机构,向传递部件施力的空动弹簧的作用力越小,因此可抑制控制轴的扭转。

  第七发明是一种可变气门机构,具有改变内燃机的气门体的作用角和/或升程量的功能,其特征在于,具有:控制轴,为改变所述作用角和/或升程量而对其状态进行控制;摆臂,介于凸轮和气门体之间,并与凸轮的旋转同步摆动,从而将该凸轮的作用力传递到所述气门体上;可变机构,根据所述控制轴的状态改变所述摆臂相对于所述气门体的基本相对角;执行机构,产生用于改变所述控制轴的状态的驱动力;齿轮机构,介于所述执行机构和所述控制轴之间;以及辅助力发生装置,对所述齿轮机构施加使作用角和/或升程量增大的方向上的辅助力。

  通过控制控制轴的状态,改变摆臂相对于气门体的基本相对角,其结果是,可改变气门体的作用角和/或升程量。并且,根据本发明,可向介于执行机构和控制轴之间的齿轮机构施加使作用角和/或升程量增大的方向上的辅助力。即,根据本发明,可向齿轮机构施加必然抵消作用于作用角和/或升程量变小的方向上的力的方向的辅助力。因此根据本发明,在作用角和/或升程量增大时,可以使执行机构应产生的输出减小该辅助力的部分。

  第八发明为,在上述改良的可变气门机构中,所述齿轮机构包括互相连接的蜗杆和蜗轮,其中蜗杆位于所述执行机构一侧,且蜗轮位于所述控制轴一侧;所述辅助力施加到所述蜗轮或者与所述蜗轮形成一体的构造物上。

  可将施加在齿轮机构上的辅助力施加给蜗轮。在这种情况下,当要使蜗杆向使作用角和/或升程量变大的方向旋转时,可减小作用于蜗杆和蜗轮之间的摩擦力。并且,由蜗杆和蜗轮组合而成的齿轮机构,在静止摩擦系数越小时,显示出从静止状态开始的越高的正效率。因此根据本发明,可以从执行机构起动时开始,以足够小的力使控制轴向使作用角和/或升程量变大的方向动作。

  第九发明为,在上述改良的可变气门机构中,具有空动弹簧,使所述摆臂向所述凸轮施力,以维持所述摆臂和所述齿轮的机械连接,越要求产生较大的作用角和/或升程量,所述摆臂越向使所述空动弹簧的变形量增大的方向移动。

  通过空动弹簧产生的作用力,可以维持摆臂和凸轮的机械连接。该空动弹簧在阻碍摆臂向作用角和/或升程量变大的方向移动的方向上施力。在本发明中,作用于齿轮机构的辅助力,作为抵消该空动弹簧产生的作用力的力而起作用。因此根据本发明,可以在使用具有上述特性的空动弹簧的同时,以较小的力使控制轴向使作用角和/或升程量变大的方向变化。

  第十发明为,在上述改良的可变气门机构中,与各汽缸的所述气门体对应设置的多个所述摆臂与共用的所述控制轴相连;在所述控制轴的长度方向上,越远离所述齿轮机构,所述空动弹簧的作用力越小。

  由于越远离齿轮机构,向传递部件施力的空动弹簧的作用力越小,因此在控制轴刚性越低的部分空动弹簧的负荷越小。在控制轴中,虽然在与齿轮机构分离的部位上,因受到空动弹簧及气门弹簧的作用力而易于发生扭转等,但由于越远离齿轮机构,向传递部件施力的空动弹簧的作用力越小,因此可抑制控制轴的扭转。

  第十一发明是一种可变气门机构,改变内燃机的气门体的升程量及作用角,其特征在于,具有:随着曲柄旋转而旋转的第一凸轮;传递部件,具有第二凸轮,该第二凸轮与所述第一凸轮的旋转同步摆动,将所述第一凸轮产生的作用力传递到所述气门体;被调整到规定的旋转位置的控制轴;可变机构,根据所述控制轴的旋转位置改变所述传递部件的摆动范围,并改变所述气门体的升程量和作用角;空动弹簧,使所述传递部件向所述第一凸轮施力,以维持所述传递部件和所述第一凸轮的连接;以及辅助弹簧,产生与所述空动弹簧的作用力对抗的作用力。

  由于设置了用于产生反抗空动弹簧的作用力的辅助弹簧,从而可降低空动弹簧的作用力。因此,可降低传递部件摆动范围可变时的控制轴的驱动转矩。这样一来,可以提高可变气门的响应性,并可瞬时地改变升程量、作用角。并且,由于可降低控制轴的驱动转矩,因此可使驱动控制轴的执行机构小型化,并最小限度地抑制执行机构的消耗电流。

  图2是作为图1所示的可变气门机构的构成元件的第一臂部件和第二臂部件的分解立体图。

  图12是表示本发明的实施方式3中所使用的由蜗杆和蜗轮组合而成的齿轮机构的正效率与其瞬间转速的关系的图。

  图13是用于说明本发明的实施方式4的可变气门机构中所使用的润滑油的流路的图。

  为了对本发明进行较为详细地说明,参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。此外,对于各图中的相同元件标注相同的附图标记,并省略重复说明。并且,本发明不受以下实施方式的限定。

  实施方式1图1是本发明的实施方式1的可变气门机构10的主要部分的立体图。图1所示的可变气门机构是用于驱动内燃机的气门体的机构。在此,内燃机的各个汽缸具有两个进气门和两个排气阀。并且,图1所示的结构是作为驱动配置在单一汽缸上的两个进气门或者两个排气阀的机构而发挥作用的。

  图1所示的结构具有作为进气门或者排气阀而发挥作用的两个气门体12。在气门体12上分别固定了气门轴14。气门轴14的端部与设置在摇臂16一端的枢轴相接。下述气门弹簧62的作用力作用于气门轴14,通过受到此作用力的气门轴14向上方对摇臂16施力。摇臂16的另一端,由油压挺杆18可旋转地进行支撑。利用油压挺杆18,根据油压自动调整摇臂16在高度方向上的位置,从而可自动调整挺杆间隙。

  在摇臂16的中央部设有辊20。在辊20的上部配置有摆臂22。以下参照图2对摆臂22的周边结构进行说明。

  图2是第一臂部件24和第二臂部件26的分解立体图。第一臂部件24及第二臂部件26均是图1所示结构中的主要构件。如图2所示,上述摆臂22是第一臂部件24的一部分。

  即,如图2所示,第一臂部件24是一体包括两个摆臂22和被它们夹持的辊抵接面28的部件。两个摆臂22与两个气门体12分别对应设置,并分别连接到上述辊20(参照图1)上。

  在第一臂部件24上,设有贯通两个摆臂22而开口的轴承部30。并且,在摆臂22上,分别在与辊20相接的面上设有同心圆部32和挤压部34。将同心圆部32设置成,与辊20的接触面和轴承部30构成同心圆。另外,将挤压部34设置成,越靠近其前端侧的部分,距离轴承部30的中心的距离越远。

  第二臂部件26具有非摆动部36和摆动辊部38。非摆动部36上设有通孔,将控制轴40插入到该通孔中。并且,在非摆动部36及控制轴40上插入用于固定两者的相对位置的固定销42。因此,非摆动部36和控制轴40作为一体的构造物而发挥作用。

  摆动辊部38具有两个侧壁44。这些侧壁44通过旋转轴46可自由转动地连接到非摆动部36上。并且,在两个侧壁44之间设有凸轮抵接辊48和滑动辊50。凸轮抵接辊48和滑动辊50在分别被侧壁44夹持的状态下可以自由转动。

  上述控制轴40是由第一臂部件24的轴承部30可旋转地进行保持的部件。即,控制轴40是应在可旋转地保持在轴承部30上的状态下与非摆动部36形成一体的部件。为满足此要求,非摆动部36(即第二臂部件26)在与控制轴40固定之前,在第一臂部件24的两个摆臂22之间对齐位置。控制轴40,在该位置对齐的状态下,贯通两个轴承部30及非摆动部36地插入。之后,安装用于固定控制轴40和非摆动部36的固定销42。其结果是,第一臂部件24可绕控制轴40自由转动,从而实现了非摆动部36与控制轴40形成一体,且摆动辊部38可相对于非摆动部36进行摆动的机构。

  如上所述,组装第一臂部件24和第二臂部件26时,在第一臂部件24和控制轴40的相对角、即第一臂部件24和非摆动部36的相对角满足规定条件的范围内,摆动辊部38的滑动辊50可与第一臂部件24的辊抵接面28相接。并且,在维持该两者的接触的同时,在满足上述规定条件的范围内使第一臂部件24绕控制轴40转动时,滑动辊50可沿着辊抵接面28转动。本实施方式的可变气门机构随着该转动而使气门体12进行开启、关闭动作。并且在下文中参照图4及图5,对该动作进行具体说明。

  图1表示按照上述顺序组装第一臂部件24、第二臂部件26和控制轴40时的状态。在该状态下,第一臂部件24及第二臂部件26的位置被控制轴40的位置限制。控制轴40通过未图示的轴承固定到汽缸盖等的固定部件上,以满足上述条件,即,使摇臂16的辊20与摆臂22抵接。

  控制轴40上连接有下述执行机构(电机66)。该执行机构可使控制轴40在规定的角度范围内转动。图1所示的状态表示通过该执行机构将控制轴40的转角调整为满足上述规定条件的范围,从而使滑动辊50与辊抵接面28抵接。

  本实施方式的可变气门机构10,还具有与曲轴同步地旋转的凸轮轴52。凸轮轴52上固定有设置在各个内燃机的汽缸上的凸轮54。在图1所示的状态下,凸轮54与凸轮抵接辊48相接,限制摆动辊部38向上移动。即,在图1所示的状态下,通过摆动辊部38的凸轮抵接辊48及滑动辊50,第一臂部件24的辊抵接面28实现与凸轮54的机械连接状态。

  根据上述状态,随着凸轮54的旋转,当凸轮尖挤压凸轮抵接辊48时,该作用力通过滑动辊50传递到辊抵接面28。滑动辊50可以一边在辊抵接面28上转动,一边继续将凸轮54的作用力传递到第一臂部件24。其结果是,在第一臂部件24上,产生以控制轴40为中心的旋转,通过摆臂22下压摇臂16,使气门体12向阀开启方向动作。可变气门机构10,如上所述,将凸轮54的作用力通过凸轮抵接辊48及滑动辊50传递到辊抵接面28,从而可使气门体12进行动作。

  接着,参照图3及图4对本发明的实施方式1的可变气门机构10的动作进行说明。如上所述,可变气门机构30,通过将凸轮54的作用力机械地传递给辊抵接面28而驱动气门体12。因此,可变气门机构10为了使气门体12进行适当的动作,必须使凸轮54和辊抵接面28通过凸轮抵接辊48及滑动辊50维持机械连接状态。并且,为了满足这一要求,需要向凸轮54的方向对辊抵接面28、即第一臂部件24施力。图3及图4所示的空动弹簧60是用于实现该施力的弹簧。并且如上所述,图3及图4所示的气门弹簧62是用于向阀关闭方向对气门体12及摇臂16施力的弹簧。

  空动弹簧60的上端固定在汽缸盖等上。并且,空动弹簧60的下端向与设有摆臂22的辊抵接面28一侧的相反侧的后端部施力。因此,在该状态下,空动弹簧60产生向上上拉摆臂22的辊抵接面28的方向(在图3及图4中,摆臂22以控制轴40为中心逆时针方向旋转的方向)的作用力。该施力作为辊抵接面28对滑动辊50向上施力的力而发挥作用,进一步作为将凸轮抵接辊48压在凸轮54上的力而发挥作用(参照图1及图2)。其结果是,如图1所示,可变气门机构10可维持凸轮54与辊抵接面28机械连接的状态。

  图3表示可变气门机构10进行动作以使气门体12产生较小升程的情形。以下将该动作称为“小升程动作”。具体而言,图3(A)表示在小升程动作过程中气门体12关闭的情形,而且,图3(B)表示在小升程动作过程中气门体12开启的情形。

  在图3(A)中,附图标记θc是表示控制轴40的旋转位置的参数。以下将该参数设为“控制轴转角θc”。在此,为了方便,将连接控制轴40的中心和旋转轴46的中心的直线与铅垂方向所成的角度定义为控制轴转角θc。并且在图4(A)中,附图标记θA是表示摆臂22的旋转位置的参数。以下将该参数设为“臂转角θA”。在此为了方便,将连接摆臂22的前端部和控制轴40的中心的直线与水平方向所成的角度定义为臂转角θA。

  在可变气门机构10中,摆臂22的旋转位置、即臂转角θA取决于滑动辊50的位置。并且,滑动辊50的位置取决于摆动辊部38的旋转轴46的位置和凸轮抵接辊48的位置。并且,在维持凸轮抵接辊48和凸轮54的接触的范围内,随着旋转轴46向图4中的逆时针方向旋转、即控制轴转角θc变小,滑动辊50的位置向上变化。因此,在可变气门机构10中,产生控制轴转角θc越小,臂转角θA越小的现象。

  在图3(A)所示的状态下,控制轴转角θc在可保持凸轮抵接辊48与凸轮54接触的范围内,即在可限制凸轮54向凸轮抵接辊48的上方移动的范围内,几乎为最小值。因此,在图3(A)所示的状态下,臂转角θA几乎为最小值。可变气门机构10,在这种情况下,摆臂22的同心圆部32的大致中央部与摇臂16的辊20相接,其结果是,气门体12成为阀关闭状态。以下,将此时的臂转角θA称为“小升程时的基准臂转角θA0”。如下所述,控制轴40的转角被锁定为由执行机构设定的值。

  当凸轮54从图3(A)所示的状态开始旋转时,如图3(B)所示,凸轮抵接辊48被凸轮尖挤压,向控制轴40的方向移动。由于从摆动辊部38的旋转轴46到滑动辊50的距离未发生变化,因此当凸轮抵接辊48靠近控制轴40时,辊抵接面28被在其面上转动的滑动辊50下压。其结果是,摆臂22向臂转角θA变大的方向旋转,摆臂22与辊20的接触点从同心圆部32移动到挤压部34。

  当挤压部54随着摆臂22的旋转即将与辊40相接时,气门体12反抗气门弹簧62的作用力而向阀开启方向移动。并且,在臂转角θA变为最大值的时刻,气门体12上产生最大升程量。在进行小升程动作时,如上所述,基准臂转角θA0为较小的值。因此,伴随凸轮54旋转的臂转角θA的最大值,在进行小升程动作时也变为较小的值。以下将该最大值设为“小升程时的最大臂转角θAMAX”。在臂转角θA变为最大臂转角θAMAX的时刻,在气门体12上产生最大升程量。可变气门机构10,如图3(B)所示,在产生小升程时的最大臂转角θAMAX时,辊20和摆臂22的接触点略微进入到挤压部34,其结果是,气门体12中产生微小的升程。因此,采用可变气门机构10,通过进行上述小升程动作,可以与凸轮54的旋转同步地使气门体12产生较小升程。

  并且,这种情况下,在凸轮54的作用力实际下压气门体12的期间、即随着凸轮54的旋转气门体12变为非关闭状态的期间(曲柄转角幅度)也变得较小(以下将该期间称为“作用角”)。因此,采用可变气门机构10,通过进行小升程动作,可以减小气门体12的升程量,同时也可减小该作用角。并且,在这种情况下,随着气门体12的开启,较小的气门弹簧反作用力作用在摆臂22上。

  图4表示可变气门机构10进行动作以使气门体12产生较大升程的情形。以下将该动作称为“大升程动作”。具体而言,图4(A)表示在大升程动作过程中气门体12关闭的情形,并且,图4(B)表示在大升程动作过程中气门体12开启的情形。

  在进行大升程动作时,如图4(A)所示,控制轴转角θc被调整为足够大的值。其结果是,当进行大升程动作时,在滑动辊50不从辊抵接部28脱落的范围内,非升程时的臂转角θA、即基准臂转角θA0成为足够大的值。可变气门机构10,在该基准臂转角θA0处,摆臂22与辊20的接触点位于同心圆部32的端部。因此,在进行大升程动作时,气门体12也维持关闭状态。

  当凸轮54从图4(A)所示的状态开始旋转时,如图4(B)所示,凸轮抵接辊48被凸轮尖挤压,因而摆臂22在臂转角θA变大的方向上进行旋转。其结果是,摆臂22与辊20的接触点从同心圆部32向挤压部34移动,气门体12反抗气门弹簧62的反作用力而向阀开启方向移动。在进行大升程动作时,如上所述由于基准臂转角θA0为较大的值,因此随着凸轮54的旋转而产生的最大臂转角θAMAX也变为较大的值。可变气门机构10,如图4(B)所示,当产生这种最大臂转角θAMAX时,辊20与摆臂22的接触点变为充分进入到挤压部34的位置。因此采用可变气门机构10,在进行上述大升程动作时,如图4(B)所示,可与凸轮54的旋转同步地使气门体12产生较大升程和较大作用角。并且,这种情况下,由于气门体12的升程量大,因此随着气门体12的开启,较大的气门弹簧反作用力作用在摆臂22上。

  随着气门体12的开启而产生的气门弹簧62的反作用力,向臂转角θA变小的方向对摆臂22施力。换言之,该反作用力向控制轴转角θC变小的方向对控制轴40施力。即,在可变气门机构10中,气门弹簧62产生的反作用力作为使控制轴40向作用角及升程量减小的方向旋转的力而发挥作用。

  在可变气门机构10中,除了上述气门弹簧62的反作用力外,还向控制轴40施加空动弹簧60的作用力。并且,与气门弹簧62的反作用力一样,该作用力也作用在控制轴转角θC变小的方向上、即气门体12的作用角及升程量变小的方向上。

  空动弹簧62产生的作用力,随着其变形量增大而增大。在本实施方式中,该变形量随着第一臂部件24向臂转角θA变大的方向旋转而增大。并且,根据本实施方式的结构,气门体12产生的升程量越大,臂转角θA越大。因此,在可变气门机构10中,在大升程运转的过程中,当气门体12为最大升程时,空动弹簧62产生特别大的作用力(参照图4(B)中的空动弹簧60的状态),其结果是,在升程量小的方向上,特别大的转矩作用在控制轴40上。

  如上所述,本实施方式的可变气门机构10,通过改变控制轴转角θC而改变基准臂转角θA0,其结果是,可改变对气门体12的作用角及升程量。

  接着,参照图5对本实施方式涉及的可变气门机构10的主要部分进行说明。如上所述,空动弹簧60产生上拉摆臂22的辊抵接面28的方向的作用力。并且,如图5所示,气门弹簧62产生的向上的作用力作用在气门轴14上,通过受到气门弹簧62的作用力的气门轴14对摇臂16向上施力。并且,当通过凸轮54的旋转位置使摇臂16的辊20与挤压部34相接时,气门弹簧62的作用力也作用在上拉辊抵接面28的方向上。

  因此,空动弹簧60的作用力和气门弹簧62的作用力沿同一方向同时作用在摆臂22的旋转方向上,通过这两个弹簧对摆臂22施加上拉辊抵接面28的方向(在图5中为摆臂22逆时针方向旋转的方向)的作用力。并且,上拉辊抵接面28的方向的作用力经由滑动辊50、摆动辊部38和旋转轴46传递到非摆动部36。这样一来,非摆动部36和与非摆动部36形成一体的控制轴40,受到以控制轴40为中心的图5中的逆时针方向旋转的方向的力。

  因此,当使控制轴40向控制轴转角θC变小的方向旋转时,即,使控制轴40从大升程动作一侧向小升程动作一侧旋转时,由于空动弹簧60及气门弹簧62的作用力相对于控制轴40的旋转的作用方向,与控制轴40的旋转方向相同,因此用于使控制轴40旋转的转矩较小。

  另一方面,当使控制轴40从小升程动作一侧向大升程动作一侧旋转时,由于空动弹簧60及气门弹簧62的作用力相对于控制轴40的旋转的作用方向,与控制轴40的旋转方向相反,因此为了使控制轴40旋转,需要较大的转矩。

  因此,在本实施方式的可变气门机构10中,如图5所示,设有辅助弹簧64,其相对于空动弹簧60及气门弹簧62的作用力,向相反方向施力。辅助弹簧64由有利于节省空间的扭簧构成,在被压缩的状态下其一端与非摆动部36的旋转轴46附近的上表面抵接,另一端被固定。这样一来,辅助弹簧64的作用力作用于图5中使控制轴40顺时针旋转的方向上。因此,通过辅助弹簧64可以向控制轴40施加下述力:与空动弹簧60及气门弹簧62产生的相对于控制轴40的旋转的作用力的方向相反的方向的力。

  这样一来,可以降低图5中使控制轴40顺时针方向旋转时所需要的转矩。因此,特别可以降低从小升程动作一侧向大升程动作一侧移动时所需要的控制轴40的驱动转矩,从而可瞬时地驱动控制轴40。并且,通过降低驱动转矩,可以最小限度地抑制用于驱动控制轴40的执行机构的消耗电力。

  图6是表示可改变控制轴转角θC时的辅助弹簧64的状态的示意图。在此,图6(A)表示将控制轴转角θC设定在小升程动作一侧(小作用角一侧)时的状态,图6(B)表示将控制轴转角θC设定在大升程动作一侧(大作用角一侧)时的情形。

  如图6(A)所示,将控制轴转角θC设定在小升程动作一侧时,控制轴转角θC变为最小,辅助弹簧64被最大程度地压缩。在该状态下,辅助弹簧64的作用力变为最大,并作用在使控制轴40顺时针旋转的方向上,因此,空动弹簧60及气门弹簧62的作用力相互抵消。因此,可降低使控制轴40向大升程动作一侧(大作用角一侧)旋转时的驱动转矩,在从空转状态或正常运转状态起动或加速时,可迅速地从小作用角、小升程状态过渡到大作用角、大升程状态,从而可提高起动时或加速时的驱动性。

  另一方面,如图6(B)所示,将控制轴转角θC设定在大升程动作一侧时,由于控制轴转角θC变为最大,因此作用于控制轴40的辅助弹簧64的作用力变小。并且,由于空动弹簧60及气门弹簧62的作用力作用在使控制轴40逆时针旋转的方向上,因此可以最小限度地抑制从该状态开始向小升程动作一侧变化时的控制轴40的驱动转矩。因此,在大升程动作一侧也能够以较少的驱动转矩迅速改变作用角、升程量。

  图7是用于说明辅助弹簧64的设置状态以及用于使控制轴40旋转的机构的示意图。如图7所示,可变气门机构10包括用于使控制轴40旋转的机构。在图7中,表示出1号和2号这两个汽缸,各汽缸具有两个气门体12作为进气门或排气阀。

  如图7所示,在控制轴40上设有用于保持辅助弹簧64的弹簧导杆66。弹簧导杆66包括由相邻的两个汽缸共用的一个棒材、筒材,固定在弹簧导向盖68上。弹簧导向盖68固定在汽缸盖或用于可旋转地支撑控制轴40的轴承盖等上。

  在弹簧导杆66上缠绕相邻的两个汽缸的辅助弹簧64,各辅助弹簧64的一端插入并固定到设置在弹簧导向盖68的孔上。并且,辅助弹簧64的另一端与第二臂部件26的非摆动部36抵接,向非摆动部36施力。

  弹簧导向盖68上设有切口68a,螺栓70插通在弹簧导向盖68上。螺栓70紧固在汽缸盖或用于可旋转地支撑控制轴40的轴承盖等上。由此,将弹簧导向盖68固定在汽缸盖等上的同时,将弹簧导杆66固定在弹簧导向盖68上。

  在控制轴40的端部设有蜗轮72。蜗轮72的附近配置用于驱动控制轴40的电机66。在电机66的电机轴74上设有蜗杆76,蜗轮72和蜗杆76处于啮合状态。因此,当使电机轴74旋转时,可以通过蜗杆76和蜗轮72的啮合而使控制轴40旋转。在控制轴40的端部上配置用于检测控制轴40的转角的位置传感器78。

  如图7所示,在通过蜗轮72和蜗杆76的啮合而使控制轴40旋转的机构中,可以利用蜗杆机构的自锁功能将控制轴40的转角保持在规定角度。在这种蜗杆机构中,由于齿面彼此之间滑动,因此齿面的静摩擦系数较大,齿面彼此之间的接触负荷对驱动转矩产生的影响较大。因此,当仅有空动弹簧60及气门弹簧62的作用力作用在控制轴40的旋转方向上时,因齿面彼此之间的接触负荷的增加导致用于驱动蜗杆76的转矩增大。在本实施方式中,由于通过设置辅助弹簧64,可以最小限度地控制蜗轮72与蜗杆76的齿面彼此之间的接触负荷,所以可以大幅降低控制轴40的驱动转矩,特别是可以大幅降低起动转矩。

  图8是表示通过设置辅助弹簧64而产生的电机66的驱动转矩的降低效果的特性图,横轴表示控制轴转角θC(deg),纵轴表示电机66的驱动转矩。其中,图8表示使控制轴40从小升程动作一侧向大升程动作一侧旋转时的特性。

  在图8中,虚线所示的特性表示未设置辅助弹簧64时的特性。在该状态下,由于仅有空动弹簧60和气门弹簧62的作用力作用在控制轴40的旋转方向上,因此控制轴40从小升程动作一侧向大升程动作一侧旋转时的驱动转矩变大。

  在图8中,实线所示的特性表示设有辅助弹簧64时的特性。因此,通过设置辅助弹簧64可以抵消空动弹簧60及气门弹簧62的作用力,所以可将控制轴40的驱动转矩减少到1/3至1/2左右。此外,即使设置了辅助弹簧64时,从大升程动作一侧到小升程动作一侧的驱动转矩基本也不会增加。这是因为,通过设置辅助弹簧64而导致的驱动转矩降低,主要是由于蜗杆机构的齿面彼此之间的接触负荷下降引起的。因此,辅助弹簧64的作用力优选为可降低蜗杆机构的齿面彼此之间的接触负荷的程度。

  如上所述,根据实施方式1,为了反抗空动弹簧60及气门弹簧62的作用力而设置了向相反方向施力的辅助弹簧64,因此可大幅降低用于使控制轴40旋转的驱动力。这样一来,可以提高驱动控制轴40时的响应性,可根据运转条件瞬时地改变气门升程量、作用角。并且,由于可大幅降低用于驱动控制轴40的蜗杆机构的齿面彼此之间的接触负荷,因此可抑制齿面的磨损。进而,可使驱动控制轴40的电机76小型化,并可最小限度地抑制电机76的消耗电流。

  此外,在上述实施方式1中,第一臂部件24以及摆动辊部38相当于上述第1或第11发明中的“传递部件”,非摆动部36以及摆动辊部38相当于上述第1或第11发明中的“可变机构”,凸轮54相当于上述第1或第11发明中的“第一凸轮”,同心圆部32以及挤压部34相当于上述第1或第11发明中的“第二凸轮”。

  实施方式2接着,对本发明的实施方式2进行说明。图9是用于说明实施方式2的可变气门机构10的示意图。实施方式2的可变气门机构10的基本结构与实施方式1相同。

  与实施方式1相同地,在1号~4号各个汽缸上设有用于降低控制轴40的驱动转矩的辅助弹簧64。实施方式2,考虑到控制轴40的变形,将各辅助弹簧64的作用力分别设定为不同值。

  如实施方式1所述,空动弹簧60及气门弹簧62的作用力在同一旋转方向上作用于控制轴40。由于对一个汽缸设置一个空动弹簧60、两个气门弹簧62,因此,这些弹簧产生的负荷作用在各汽缸共用的控制轴40上。

  因此,在控制轴40由中空的细管构成等情况下,通过空动弹簧60以及气门弹簧62的作用力使控制轴40发生扭转,控制轴40有时会在旋转方向上发生变形。此时,控制轴40的旋转被蜗杆机构锁定,越远离蜗杆机构,控制轴40的刚性越低,因此越远离蜗轮72,控制轴40的变形量越大。

  所以,在实施方式2中,越远离蜗轮72,辅助弹簧64的作用力越大。即,将图9所示的1号~4号各汽缸的辅助弹簧64的作用力分别设为P1号~P4号时,设定各辅助弹簧64的作用力,以使P1号>P2号>P3号>P4号。此时,通过使各辅助弹簧64的线径、匝数、线圈直径等不同,可改变各辅助弹簧64的作用力。并且,可以通过使各汽缸中的辅助弹簧64的安装角度不同,来改变各辅助弹簧64的作用力,而不必改变辅助弹簧64本身的设计。

  由于辅助弹簧64产生与空转弹簧60及气门弹簧62的作用力对抗的作用力,因此越是在远离蜗轮72、对于旋转方向的变形刚性越低的部位,辅助弹簧64的作用力越大,从而可抑制控制轴40的扭转。这样一来,可以抑制因控制轴40的变形而导致各汽缸上的气门体12的升程量、气门开启/关闭时间产生偏差。此外,为了抑制控制轴40的变形,也可以按照各个汽缸来改变空动弹簧60的负荷,越远离蜗轮72,空动弹簧60的作用力越小。

  此外,在图9中,虽然表示了在四汽缸内燃机的控制轴40的端部配置蜗杆机构的例子,但是当在2号汽缸和3号汽缸之间配置蜗杆机构时,由于越远离蜗杆机构,辅助弹簧64的作用力越大,所以可以抑制控制轴40的变形。

  如上所述,根据实施方式2,为了反抗空动弹簧60及气门弹簧62的作用力,而设置向反方向施力的辅助弹簧64,所以可以与实施方式1一样地大幅降低用于使控制轴40旋转的驱动力。并且,由于距用于限制控制轴40的旋转位置的蜗轮72的距离越远、辅助弹簧64的作用力越大,所以可以抑制因空动弹簧60及气门弹簧62的负荷引起控制轴40发生变形。因此,可抑制各个汽缸的升程量、作用角的偏差,从而可使各个汽缸的进气量均匀。这样一来,可防止驱动性的恶化及输出功率降低。

  并且,由于可以抑制控制轴40的变形,因此可以使控制轴40直径变小、并变得轻薄。这样一来,可降低电机66的驱动转矩,并实现内燃机的小型化。

  图10是表示在上述实施方式1、2中取代由盘簧构成的空动弹簧60而采用由扭簧构成的空动弹簧61的例子的示意图。

  在图10的结构中,在摆臂22的侧部以贯通控制轴40的方式设置空动弹簧61。空动弹簧61的一端与设在摆臂22侧部的突起22a扣合,空动弹簧61的另一端与设置在控制轴40上的扣合部40a扣合。

  并且,通过空动弹簧61的作用力,向摆臂22施加上拉辊抵接面28的方向(在图10中为摆臂22逆时针旋转的方向)上的力。因此根据图10的结构,空动弹簧61可起到与由盘簧构成的空动弹簧60相同的作用。即,利用空动弹簧61可以使凸轮54和辊抵接面28维持经由凸轮抵接辊48及滑动辊50进行机械连接的状态。

  而在上述实施方式2中,根据距用于限制控制轴40的旋转位置的蜗轮72的距离改变辅助弹簧64的作用力,从而抑制控制轴40的变形,但由于控制轴40的变形是由气门弹簧62、空动弹簧60、辅助弹簧64产生的控制轴旋转方向上的合力而产生的,因此如果可按各个汽缸根据距蜗轮72的距离改变该合力,则可抑制控制轴40的变形。即,距蜗轮72越远的部位,由气门弹簧62、空动弹簧60以及辅助弹簧64产生的控制轴40的旋转方向上的合力越小,从而可抑制由弹簧的作用力所产生的控制轴40的旋转方向的变形。

  具体而言,根据距用于限制控制轴40的旋转位置的蜗轮72的距离改变空动弹簧60的作用力,从而可以抑制控制轴40的变形。在这种情况下,设定各个汽缸的可变气门机构10上的空动弹簧60的作用力,使得距蜗轮72的距离越大,空动弹簧60的作用力越小。如上所述,气门弹簧62及空动弹簧60的作用力沿同一旋转方向作用在控制轴40上,气门弹簧62及空动弹簧60的作用力引起的控制轴40的变形量随着远离蜗轮72而变大。因此,通过使距蜗轮72的距离越长空动弹簧60的作用力越小,可以抑制控制轴40上的扭转等变形。

  并且,通过根据距用于限制控制轴40的旋转位置的蜗轮72的距离而改变气门弹簧62的作用力,可抑制控制轴40的变形。这种情况下,设定各汽缸的气门弹簧62的作用力,以使距蜗轮72的距离越大、气门弹簧62的作用力越小。气门弹簧62及空动弹簧60的作用力引起的控制轴40的变形量随着远离蜗轮72而变大,因此通过使距蜗轮72的距离越大气门弹簧62的作用力越小,可抑制控制轴40上的扭转等变形。

  当可以改变空动弹簧60的作用力时,通过使各汽缸的线径、匝数、线圈直径等不同,可以改变各空动弹簧60的作用力。并且,在各汽缸上使空动弹簧60的压缩量不同地构成空动弹簧60的安装部,从而可以改变各空动弹簧60的作用力。并且,如图10所示,在由扭簧构成空动弹簧61的情况下,通过按照各个空动弹簧61改变扣合部40a的延伸方向与水平方向所成的角度(图10中用θ1表示),可以改变各空动弹簧61的作用力。具体而言,在图10中,由于各空动弹簧61的作用力作用于使摆臂22逆时针旋转的方向,因此,通过使角度θ1的值越沿着控制轴40的长度方向远离蜗轮72越大,可使距蜗轮72的距离越长、空动弹簧61的作用力越小,其中角度θ1的值表示与各空动弹簧61扣合的扣合部40a的位置。这样一来,在扣合部40a的位置可变的情况下,不必改变空动弹簧61本身的设计即可改变各空动弹簧61的作用力。从而在各汽缸中,当空动弹簧60的压缩量可变时,或扣合部40b的位置可变时,无需准备多个改变了作用力的空动弹簧60、61,因而可减少零件数。并且,在组装空动弹簧60、61时,无需进行从作用力不同的空动弹簧60、61中进行选择的作业等。

  并且,在气门弹簧62的作用力可变时,在各汽缸中也可通过使线径、匝数、线圈直径等不同,而改变各气门弹簧62的作用力。并且,如图10所示,也可通过向气门弹簧62的下端插入按照各个气门弹簧厚度各不相同的气门弹簧片63,来改变气门弹簧62的作用力。这种情况下,沿着控制轴40的长度方向距蜗轮72的距离越长,气门弹簧片63的厚度越薄,从而可使距蜗轮72的距离越长、气门弹簧62的作用力越小。这样一来,当通过气门弹簧片63改变气门弹簧62的作用力时,无需改变气门弹簧62本身的设计即可改变各气门弹簧62的作用力。因此,无需准备多个改变了作用力的气门弹簧62,从而可减少零件数。此外,在组装气门弹簧62时,无需进行从作用力不同的气门弹簧62中选择的作业等。

  这样一来,空动弹簧60、气门弹簧62、辅助弹簧中至少一个的作用力沿着控制轴40的长度方向可变,在距蜗轮72的距离越长的部位,气门弹簧62、空动弹簧60以及辅助弹簧64产生的控制轴40的旋转方向上的合力越小,从而可抑制因弹簧的作用力引起的控制轴40的旋转方向的变形。

  实施方式3接着,对本发明的实施方式3进行说明。实施方式3的可变气门机构10的基本结构及其动作与图1~图4所说明的实施方式1相同。

  图11是用于说明本发明的实施方式3涉及的可变气门机构10的图。具体而言,图11(A)是表示可变气门机构10的平面图,图11(B)是以图11(A)所示的B向视图表示该机构的侧面图。此外,图11(C)是将可变气门机构的主要部分沿图11(B)所示的C-C截面剖开而得到的截面图。

  图11所示的结构包括内燃机的汽缸盖80。汽缸盖80通过未图示的控制轴轴承,可旋转地保持控制轴40。虽然在图11中省略了图示,但是图1和图2所说明的可变气门机构10的主要部分的结构设置在汽缸盖80的附近。本实施方式涉及的内燃机也以直列式设置多个汽缸(以下为4汽缸),将控制轴40设置成纵向截断该四个汽缸。

  在控制轴40的端部固定有平齿状的第一齿轮84。第一齿轮84上啮合了同样为平齿状的第二齿轮86。在第二齿轮86的中心固定有旋转轴88。并且,如图11(B)所示,在旋转轴88上,以与第二齿轮86重叠的方式固定有半圆状的蜗轮90。并且,旋转轴88在可旋转的状态下保持在汽缸盖80上。采用这种结构,可以使半圆状的蜗轮90和平齿状的第二齿轮86的相对转角维持一定地、以旋转轴88为旋转轴进行旋转。

  在汽缸盖80的侧方配置有用于使控制轴40旋转的用作执行机构的电机66。在电机66的旋转轴上固定有与上述蜗轮90啮合的蜗杆94。如图所示,在蜗杆94的侧面具有螺旋状的齿轮槽。另一方面,在蜗轮90上形成与该螺旋状的齿轮槽啮合的、倾斜的齿轮槽。

  电机66的旋转轴和蜗轮90的旋转轴88的方向成90度。采用蜗杆94及蜗轮90,可以不受该旋转轴的偏移影响地将电机92的输出转矩传递给旋转轴88。并且,采用图11所示的结构,可以将传递到旋转轴88的转矩经由第一齿轮86及第一齿轮84传递到控制轴40。因此,采用这种结构,可以通过控制电机66的旋转而控制控制轴40的旋转。

  而在本实施方式的可变气门机构中,可以在规定的角度范围内调整控制轴40的旋转位置。因此,与控制轴40相连的齿轮机构,只要是可在该角度范围内使控制轴40运转的装置即可。在本实施方式的结构中,这种角度范围,通过使蜗轮90旋转180度可以进行充分的覆盖。因此在本实施方式中,如上所述,可以将蜗轮90设为半圆状态,并尽量缩小齿轮机构中含有的不需要的部分。

  并且,如图11(C)所示,本实施方式的可变气门机构,在将电机66的转矩传递到控制轴40的齿轮机构中,具有辅助弹簧96。具体而言,辅助弹簧96由缠绕蜗轮90的旋转轴88的盘簧构成,其一端固定在第二齿轮86上,另一端固定到汽缸盖80上。

  辅助弹簧96可绕其中心轴产生辅助转矩。采用上述结构,辅助弹簧96可将规定方向的旋转转矩传递到第二齿轮86、旋转轴88及蜗杆90。旋转轴88的旋转传递给控制轴40,使进气门的升程量发生变化。并且,在一个方向上旋转时升程量增加,在其他方向上旋转时升程量下降。在本实施方式中,将辅助弹簧96设置成在升程量增加的方向上产生辅助转矩。

  这样一来,本实施方式的可变气门机构为,使控制轴40经由含有蜗轮90和蜗杆94的齿轮机构而由电机88驱动。并且,在该齿轮机构上组装有向控制轴40施加大升程方向的辅助转矩的辅助弹簧96,并且该辅助转矩直接施加给蜗轮90。

  通过蜗轮90和蜗杆94的组合,可实现较高的正效率和较低的负效率。因此,采用本实施方式的可变气门机构,可使电机66产生的转矩高效地传递到控制轴40,另一方面,可阻止输入到控制轴40的转矩传递到电机66。因此,采用该可变气门机构,通过控制电机66,可精确控制控制轴40的旋转位置。

  并且,在本实施方式的可变气门机构中,可以通过上述辅助转矩缓和使控制轴40向小升程方向旋转的外力的影响,即可缓和气门弹簧62的反作用力及空动弹簧60的作用力的影响。当不存在这种辅助转矩时,在使控制轴40向大升程方向旋转时,为了反抗各种机械的摩擦力和气门弹簧62的反作用力等,需要产生该旋转。这种情况下,要求电机66产生较大的转矩,其驱动需要大量的电力,并且产生齿轮机构及控制轴40上易于产生扭转的问题。

  相反,如果可以通过辅助转矩缓和气门弹簧62的反作用力等的影响,则可用较小的电机转矩使控制轴40向大升程方向旋转。因此,采用本实施方式的可变气门机构,与不存在辅助弹簧96时相比,可获得以下优点:电机66的小型化、驱动控制轴40所需的耗电的减少、控制轴40等的扭转量的减少等。

  进而,采用本实施方式的结构,由于将辅助转矩直接施加给蜗轮90,因此可以使静止的控制轴40顺利地开始旋转。以下,参照图12对其原因进行说明。图12是表示由蜗杆94和蜗轮90组合而成的齿轮机构的正效率(从蜗杆94向蜗轮96的转矩的传递效率)与瞬时转速之间的关系的图。具体而言,图12中的单点划线所表示的曲线施加辅助转矩时的正效率,图12中的实线施加辅助旋转的方向的辅助转矩时的正效率。

  与平齿间的静摩擦系数相比,蜗杆94和蜗轮90之间的静摩擦系数是足够大的值。并且,当小升程方向的力作用于控制轴40时,如果电机66产生向大升程方向的转矩,则在蜗杆94和蜗轮90之间,其相互重叠时产生较大的负荷。因此,当不存在辅助转矩时,在蜗杆94和蜗轮90之间产生较大的静摩擦力。其结果是,如图12中的单点划线所示,在瞬时转速接近零的区域中,正效率明显变为较低的值。并且,当瞬时转速变大、静摩擦系数的影响消失时,其正效率变为较高的值并保持稳定。

  当大升程方向的辅助转矩作用于蜗轮90时,可通过该辅助转矩抵消输入给控制轴40的小升程方向的力,其结果是,作用于蜗杆94和蜗轮90之间的静止时的负荷可以为较小的值。当该负荷为较小的值时,蜗杆94和蜗轮90之间产生的静摩擦力也变为较小的值,如图12中的实线所示,瞬时转速在较低区域的正效率明显改善。并且,当在该区域的正效率改善时,可使控制轴40向大升程方向旋转时的动作变得顺利,可提高其控制精度。

  如上所述,采用本实施方式的可变气门机构,在辅助弹簧96的作用下,能够以较小的电机转矩使控制轴40顺利地向大升程方向旋转。并且,原本小升程方向的外力作用于控制轴40,因此在使控制轴40向小升程方向移动时,必然可实现良好的动作特性。因此,采用本实施方式的可变气门机构,能够以较小的力使控制轴40在任一方向上顺利旋转。

  虽然在上述实施方式3中,通过使控制轴40旋转,利用改变气门体12的作用角及升程量的机构,将辅助弹簧96组装到产生该旋转的齿轮机构中,但是本发明并不限于此。即,也可以通过使控制轴40沿轴向移动,利用改变气门体12的作用角及升程量的机构,将向大升程方向产生辅助转矩的辅助弹簧组装到向控制轴40传递驱动力的齿轮机构中。

  并且,与实施方式1相同,在上述实施方式3中,空动弹簧60和气门弹簧62一样,产生使可变气门机构10向小升程方向变化的作用力,而本发明不限于此。即,本发明对于空动弹簧产生向大升程方向的作用力的机构也是有效的。

  在上述实施方式3中,可变气门机构10根据控制轴40的旋转位置同时改变作用角和升程量,而本发明不限于此。即,可变气门机构也可以仅改变作用角及升程量中的一个。这种情况下,为产生向大作用角方向对仅改变气门体的作用角的控制轴施力的力、或者产生向大升程方向对仅改变气门体的升程量的控制轴施力的力而设置辅助弹簧,从而可获得与本实施方式相同的效果。

  在上述实施方式3中,第一臂部件24及第二臂部件26相当于上述第七发明中的“可变机构”,电机66相当于上述第七发明中的“执行机构”,蜗杆94、蜗轮90、第二齿轮86及第一齿轮84相当于上述第七发明中的“齿轮机构”,辅助弹簧96相当于上述第七发明中的“辅助力发生装置”。

  另外,与实施方式2相同,在实施方式3中,空动弹簧60或气门弹簧62的作用力在控制轴40的长度方向上可变,距第一齿轮84的距离越长的部位,气门弹簧62及空动弹簧60产生的控制轴40的旋转方向的合力越小,从而可抑制由这些弹簧的作用力而引起的控制轴40的旋转方向的变形。例如,距第一齿轮84的距离越长的位置,空动弹簧60的作用力越小,从而可抑制控制轴的扭转。

  实施方式4接着参照图13对本发明的实施方式4进行说明。图13是用于说明本发明的实施方式3的可变气门机构的润滑油流路的图。具体而言,图13(B)是放大表示蜗杆94和蜗轮90的啮合部分的周边的截面图。并且图13(A)是将本实施方式中的可变气门机构沿着图13(B)的A-A视图剖开所得到的截面图。此外,图13所示的上下配置,与车载内燃机时所实现的关系一致。

  本实施方式的可变气门机构除了具有以下说明的润滑油流路外,实际上其他均与实施方式3的可变气门机构相同。即,在图13(A)及图13(B)中,为了方便而将蜗轮90设为整圆状,并且将蜗轮90直接固定到控制轴40上,而这几点并不是发明的本质部分,实施方式4的机构的特征在于以下说明的润滑油流路。在图13中,对于与以上说明过的构成元件相同或对应的元件标注相同的附图标记,并省略或简化其说明。

  如图13(B)所示,在本实施方式的可变气门机构中,电机66固定在汽缸盖80上。汽缸盖80的内部空间被组装到其上的汽缸罩盖100密封。在汽缸罩盖100的内部形成模仿蜗杆94的外形的空间102、及模仿蜗轮90的外形的空间104。这些空间102、104互相形成一体,其中紧凑地收容有蜗杆94和蜗轮90。

  在用于收容蜗轮90的空间104中,在其上部连通有供油通路106。供油通路106是在内燃机运转过程中将通过油泵压送的一部分润滑油引导到空间102及104内的通路。在电机66的旋转轴上安装缠绕其周围的、使空间102与外部空间隔断的油封圈108。并且,如图13(A)所示,控制轴104上安装包围其周围的、使空间102、104与外部空间隔断的油封圈110。因此,在内燃机的运转过程中,空间102及104的内部充满润滑油。

  如图13(A)所示,在控制轴40的内部形成在轴方向上延伸的油路112。油路112的端部被密封塞114密封。并且,控制轴40上设有使空间102、104与油路92连通的供油孔116。因此,在内燃机运转过程中,充满空间102、104中的润滑油通过供油孔116供给到油路112。

  汽缸盖80,在内燃机的各汽缸的两侧具有用于保持控制轴40的轴承118。控制轴40被该轴承118保持并可以旋转。并且,在由两个轴承118夹持的位置上将与各汽缸对应的可变气门机构10的主要部分组装到控制轴40上。即,在由上述两个轴承118夹持的位置上,将可变气门机构10所具有的两个摆臂22以及一个非摆动部36组装到控制轴40上。

  在控制轴40上,在与各个轴承118、各个摆臂22以及各个非摆动部36对应的位置上,具有向油路112开口的供油孔120。并且,在非摆动部36上设有油路122,其一端向该供油孔120开口,另一端向摆动辊部38的旋转轴46的侧方开口。因此,在控制轴40的内部流通的润滑油,通过供油孔120、油路122等供给到各润滑点。

  在本实施方式的可变气门机构中,从空间102、104流出到控制轴40的油路112的润滑油,之后经由各润滑点等,被内燃机内部的储油罐回收。并且,当内燃机停止而停止从供油通路106向空间102、104供给新的润滑油时,不久润滑油不再流入到油路112,润滑油的循环结束。

  而在图13所示的润滑油的流路中,流入到空间102、104的润滑油仅通过供油孔116流入到油路112即流出到空间102、104的外部。并且,该供油孔116设置在高于蜗杆94和蜗轮90的啮合部分的位置上。因此,空间102、104内的润滑油的油面,在内燃机停止时,也可维持在高于蜗杆94和蜗轮90的啮合部分的位置上。

  在上述条件下,可在始终保持湿润地将润滑油供给到蜗杆94和蜗轮90之间。因此,采用本实施方式的可变气门机构,即使在内燃机刚刚起动后、润滑油尚未充分进行循环的情况下,也可将电机66的输出转矩高效地传递给控制轴40。

  如上所述,本发明所涉及的可变气门装置可降低用于改变气门体的升程量及作用角的控制轴的驱动负荷,可用于设在内燃机上的多种可变气门装置中。

  1.一种可变气门机构,改变内燃机的气门体的升程量及作用角,其特征在于,具有:随着曲柄旋转而旋转的第一凸轮;传递部件,具有第二凸轮,该第二凸轮与所述第一凸轮的旋转同步摆动,将所述第一凸轮产生的作用力传递到所述气门体;被调整至规定的旋转位置的控制轴;可变机构,根据所述控制轴的旋转位置改变所述传递部件的摆动范围,并改变所述气门体的升程量及作用角;空动弹簧,使所述传递部件向所述第一凸轮施力,以维持所述传递部件和所述第一凸轮的连接;以及辅助弹簧,反抗所述空动弹簧的作用力而对所述传递部件施力。

  2.如权利要求1所述的可变气门机构,其特征在于,所述空动弹簧向所述气门体的升程量及作用角从大升程量、大作用角一侧向小升程量、小作用角一侧变化的方向对所述传递部件施力,所述气门体的升程量及作用角越靠近小升程量、小作用角一侧,作用在所述传递部件上的所述辅助弹簧的作用力越大。

  3.如权利要求1或2所述的可变气门机构,其特征在于,具有使所述气门体向所述传递部件施力的气门弹簧,所述辅助弹簧,反抗经由所述气门体作用在所述传递部件上的所述气门弹簧的作用力,对所述传递部件施力。

  4.如权利要求3所述的可变气门机构,其特征在于,具有:产生用于改变所述控制轴的旋转位置的驱动力的执行机构;和介于所述执行机构和所述控制轴之间的齿轮机构;与各汽缸的所述气门体对应设置的多个所述传递部件与共用的所述控制轴相连;所述空动弹簧、所述辅助弹簧以及所述气门弹簧的作用力经由所述传递部件及所述可变机构向所述控制轴的旋转方向传递;在所述控制轴的长度方向上,越远离所述齿轮机构,所述空动弹簧、所述辅助弹簧以及所述气门弹簧的作用力施加在所述控制轴的旋转方向上的力的合力越小。

  5.如权利要求4所述的可变气门机构,其特征在于,在所述控制轴的长度方向上,越远离所述齿轮机构,对所述传递部件施力的所述辅助弹簧的作用力越大。

  6.如权利要求4所述的可变气门机构,其特征在于,在所述控制轴的长度方向上,越远离所述齿轮机构,对所述传递部件施力的所述空动弹簧的作用力越小。

  7.一种可变气门机构,具有改变内燃机的气门体的作用角和/或升程量的功能,其特征在于,具有:控制轴,为改变所述作用角和/或升程量而对其状态进行控制;摆臂,介于凸轮和气门体之间,并与凸轮的旋转同步摆动,从而将该凸轮的作用力传递到所述气门体上;可变机构,根据所述控制轴的状态改变所述摆臂相对于所述气门体的基本相对角;执行机构,产生用于改变所述控制轴的状态的驱动力;齿轮机构,介于所述执行机构和所述控制轴之间;以及辅助力发生装置,对所述齿轮机构施加使作用角和/或升程量增大的方向上的辅助力。

  8.如权利要求7所述的可变气门机构,其特征在于,所述齿轮机构包括互相连接的蜗杆和蜗轮,其中蜗杆位于所述执行机构一侧,且蜗轮位于所述控制轴一侧;所述辅助力施加到所述蜗轮或者与所述蜗轮形成一体的构造物上。

  9.如权利要求7或8所述的可变气门机构,其特征在于,具有空动弹簧,使所述摆臂向所述凸轮施力,以维持所述摆臂和所述齿轮的机械连接,越要求产生较大的作用角和/或升程量,所述摆臂越向使所述空动弹簧的变形量增大的方向移动。

  10.如权利要求9所述的可变气门机构,其特征在于,与各汽缸的所述气门体对应设置的多个所述摆臂与共用的所述控制轴相连;在所述控制轴的长度方向上,越远离所述齿轮机构,所述空动弹簧的作用力越小。

  11.一种可变气门机构,改变内燃机的气门体的升程量及作用角,其特征在于,具有:随着曲柄旋转而旋转的第一凸轮;传递部件,具有第二凸轮,该第二凸轮与所述第一凸轮的旋转同步摆动,将所述第一凸轮产生的作用力传递到所述气门体;被调整到规定的旋转位置的控制轴;可变机构,根据所述控制轴的旋转位置改变所述传递部件的摆动范围,并改变所述气门体的升程量和作用角;空动弹簧,使所述传递部件向所述第一凸轮施力,以维持所述传递部件和所述第一凸轮的连接;以及辅助弹簧,产生与所述空动弹簧的作用力对抗的作用力。

  * Cited by examiner, † Cited by third party

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