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    重庆时时彩几号营业: 内燃机的气门驱动系统.pdf

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    内燃机 气门 驱动 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN200310119796.4

    申请日:

    2003.12.05

    公开号:

    CN1512041A

    公开日:

    2004.07.14

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):F01L 1/04申请日:20031205授权公告日:20080116终止日期:20151205|||授权|||实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: F01L1/04; F01L1/26; F01L9/04 主分类号: F01L1/04; F01L1/26; F01L9/04
    申请人: 丰田自动车株式会社;
    发明人: 江崎修一; 浅田俊昭; 辻公寿; 日下康; 片冈显二
    地址: 日本爱知县丰田市
    优先权: 2002.12.05 JP 354206/2002
    专利代理机构: 中原信达知识产权代理有限责任公司 代理人: 武玉琴;顾红霞
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200310119796.4

    授权公告号:

    |||100362215||||||

    法律状态公告日:

    2017.01.18|||2008.01.16|||2004.09.22|||2004.07.14

    法律状态类型:

    专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种应用于多缸内燃机上用以驱动每个气缸的进气门或者排气门的气门驱动装置,包括多个气门驱动装置,用以驱动内燃机不同气缸中的气门,其中每个气门驱动装置包括一个电动机,用作产生旋转运动的驱动源;和一个动力传动机构,用来将电动机的旋转运动转换成被驱动气门的开启和关闭运动,并将开启和关闭运动通过凸轮或连杆传递给气门。

    权利要求书

    1: 一种应用于多缸内燃机上的气门驱动系统,该系统可以驱动 每个气缸的进气门或排气门,其特征在于,包括多个气门驱动装置 (11A,11B,11C,11D,11E),每个气门驱动装置用于进气门(4) 和排气门(5)中的至少一个,其中每个气门驱动装置包括: 一个电动机(12),用作产生旋转运动的驱动源;和 一个动力传动机构(13,100,110),用以将电动机的旋转运动 转换成所要驱动的气门的开启和关闭运动,并通过凸轮(21A,21B) 或者连杆(103,105,111,112,113)将开启和关闭运动传递给气 门。
    2: 根据权利要求1所述的气门驱动系统,其中每个气缸单独地 设置有气门驱动装置。
    3: 根据权利要求1或2所述的气门驱动系统,其中每个气缸的 进气门和排气门分别单独地设置有气门驱动装置。
    4: 根据权利要求1至3中任一项所述的气门驱动系统,其中动 力传动机构(13)将电动机的旋转运动通过凸轮(21A,21B)转换成 开启和关闭运动。
    5: 根据权利要求4所述的气门驱动系统,其中气门驱动装置还 包括一个气门特性调节机构,该机构改变凸轮相位与气门升程量和运 行角度中的至少一个的相互关系。
    6: 根据权利要求4所述的气门驱动系统,其中气门驱动装置还 包括一个转矩波动抑制机构(40),用以抑制从气门侧施加给凸轮的 转矩波动。
    7: 根据权利要求6所述的气门驱动系统,其中转矩波动抑制机 构施加一个反作用转矩给旋转部件(41),该旋转部件设置在从电动 机到凸轮的运动传递路径上,从而使反作用转矩能够消除施加到凸轮 的转矩波动。
    8: 根据权利要求7所述的气门驱动系统,其中转矩波动抑制机 构包括设在旋转部件外缘上的凸轮面(41a,41b),一个与凸轮面相 对的挺柱(45),和一个将挺柱偏置压紧在凸轮面上的弹簧装置(46), 其中旋转部件凸轮面的轮廓线设计为,在凸轮驱动下的气门升程量为 最大的位置时,使挺柱和凸轮面的接触位置沿着径向最大程度地靠近 旋转部件的中心。
    9: 根据权利要求6所述的气门驱动系统,其中凸轮转轴(14A, 14B)设有轴支撑部分(50),该轴支撑部分可转动地安装到凸轮支 撑轴承上,并且关于凸轮转轴的圆周方向,不均匀地设定对轴支撑部 分和轴承的接触范围内所产生的摩擦阻力产生影响的因素,因此使轴 支撑部分和轴承起到转矩波动抑制机构的作用。
    10: 根据权利要求9所述的气门驱动系统,其中不均匀地设定关 于凸轮转轴轴向方向的接触范围的宽度,作为所述影响因素。
    11: 根据权利要求10所述的气门驱动系统,其中增大摩擦阻力 的部分(51)位于凸轮凸起部分(21a)的相对侧,且凸轮转轴的旋 转中心置于二者中间。
    12: 根据权利要求4所述的气门驱动系统,其中凸轮转轴设有一 个平衡调整装置(53),用以消除旋转质量相对于凸轮转轴的旋转中 心的不平衡。
    13: 根据权利要求12所述的气门驱动系统,其中凸轮转轴设有 一个去除部分(53)作为平衡调节装置,用以在相对旋转中心更接近 凸轮凸起部分的位置,减小转轴的质量。
    14: 根据权利要求13所述的气门驱动系统,其中相对凸轮转轴 的旋转中心更接近凸起部分的偏置的孔(53),形成为去除部分,同 时该孔被用作凸轮的供油孔。
    15: 根据权利要求4至14中任一项所述的气门驱动系统,其中 凸轮轮廓的完整外缘包括一个凸起的曲面。
    16: 根据权利要求4至15中任一项所述的气门驱动系统,其中 凸轮转轴上装有永磁铁(123)和电磁线圈(124)中的一个,永磁铁 和电磁线圈中的另一个装在转轴周围,并且凸轮转轴可以用作电动机 的转轴。
    17: 根据权利要求1至3中任一项所述的气门驱动系统,其中动 力传动机构(100,110)通过连杆(103,105,111,112,113)将 电动机的旋转运动转换成开启和关闭运动。
    18: 根据权利要求17所述的气门驱动系统,其中动力传动机构 包括由电动机带动而旋转的旋转部件(101),和连杆部分(103,105, 111,112,113),该连杆部分在偏离旋转部件的旋转中心的位置与 旋转部件可转动地连接,同时还与气门可转动地连接。
    19: 根据权利要求18所述的气门驱动系统,其中连杆部分包括 可转动地连接到旋转部件的第一连杆(103),以及第二连杆(105), 该第二连杆在预定的限制范围内可滑动地连接到第一连杆并可转动地 连接到气门。
    20: 根据权利要求17所述的气门驱动系统,其中动力传动机构 (110)包括由电动机带动而旋转的旋转部件(101)??第一连杆(111), 该连杆在偏离旋转部件的旋转中心的位置可转动地连接到旋转部件; 第二连杆(112),该连杆可转动地连接到第一连杆和气门;以及可 改变第一连杆和第二连杆之间连接点(114)的位置的位置调整装置 (113,117,118)。
    21: 根据权利要求1至20中任一项所述的气门驱动系统,其中 多个气门驱动装置中任意一个的电动机可以用作气压调节泵(61)的 驱动源。
    22: 根据权利要求21所述的气门驱动系统,其中驱动安置在气 缸排列方向最远端的气缸中的气门的电动机,用以作气压调节泵的驱 动源。
    23: 根据权利要求21或22所述的气门驱动系统,其中该泵用作 产生负压的装置,用于车辆的制动助力器(64)。
    24: 根据权利要求1至15和17至23中任一项所述的气门驱动 系统,其中电动机至少有一部分从内燃机气缸盖罩(70)的外部上表 面露出。
    25: 根据权利要求24所述的气门驱动系统,其中电动机从内燃 机气缸盖罩中取去,并安置在气缸盖罩的上表面。
    26: 根据权利要求24或25所述的气门驱动系统,其中内燃机安 装在车辆上的状态为,多个气缸的排列方向和车辆横向方向一致,并 且缸盖位于曲轴箱之前。
    27: 根据权利要求1至26中任一项所述的气门驱动系统,还包 括一个冷却电动机的冷却装置(75,76,77)。
    28: 根据权利要求27所述的气门驱动系统,其中冷却水通道(76) 设置在电动机的周围,该冷却水通道作为内燃机冷却水回路的一部 分,由此组成冷却装置。
    29: 根据权利要求28所述的气门驱动系统,其中电动机周围的 冷却水通道,安置在用于散热的散热器(74)的冷却水出口与内燃机 的冷却水入口之间。
    30: 根据权利要求27所述的气门驱动系统,还包括安装在电动 机转轴上的风扇(77),用以作冷却装置。
    31: 根据权利要求24或25所述的气门驱动系统,其中电动机的 接线器(12a)从内燃机气缸盖罩(70)的上部露出,该气门驱动系 统还包括具有共同基底的布线部件(72),在该共同基底上形成有单 个端子(72e)、汇聚端子(72a)和电路布线(72b,72c,72d),每 个单个端子都连接到各个接线器,汇聚端子连接到预定的电动机控制 电路,并用电路布线连接这些端子,且布线部件位于气缸盖罩上,以 便将每个单个端子与接线器电气地连接。

    说明书


    内燃机的气门驱动系统

        【技术领域】

        本发明涉及一种用于驱动内燃机的进气门或排气门的气门驱动系统。

        背景技术

        传统内燃机的进气门或者排气门由内燃机的曲轴输出的动力所打开和关闭。然而,近年来人们开始尝试一种新的方法,即利用电动机来驱动进气门或者排气门。比如,日本专利公开第8-177536号揭露了这样一种气门驱动装置,该装置用电动机驱动凸轮轴以打开或关闭进气门;并且为了驱动EGR阀,也已知一种气门驱动装置,利用气门杆处的螺杆机构将电动机的旋转运动转换为气门开启和关闭的直线运动(见JP-A?No.10-73178)。

        因为利用螺杆机构将电动机的旋转运动转换为气门开启和关闭运动的这种装置,需要电动机有很高的转速,是一种低效的方法,所以并不适合作为进气门或者排气门的驱动装置,因为驱动装置需要使气门高速、周期性地运动。

        而另一方面,电动机带动凸轮轴旋转,则可能有效地驱动进气门或排气门。对于具有多个气缸的内燃机,这种内燃机通常也都是车辆的动力源,排成一排的若干个气缸共用一根凸轮轴。如果这根共用的凸轮轴只由电动机来驱动,那么凸轮轴地运动变化将对由它所驱动的所有进气门和排气门的运行特性产生影响。因此,通过控制电动机而得到的气门运动特性的灵活性并不是很高。

        【发明内容】

        本发明的一个目的是提供一种内燃机的气门驱动系统,相对于传统技术,其能够有效地开闭多缸内燃机的进气门或排气门,并能提高与每个气门的运行特性相关的灵活性。

        为达到此目的,本发明提供一种用于具有多个气缸的内燃机的气门驱动系统,用于驱动气缸中的进气门和排气门,该系统包括多个气门驱动装置,每个气门驱动装置都用于进气门和排气门的至少其中之一,其中,每个气门驱动装置包括:作为驱动源的电动机,用于产生旋转运动;以及动力传动机构,用于将电动机的旋转运动转化为所驱动的气门的开闭运动,并将气门的开闭运动通过凸轮或连杆传递。

        根据本发明,可由气门驱动装置独立地开启和关闭气缸的进气门或排气门。因此,每个气门的运行特性的灵活性得以提高。由于利用凸轮或连杆将电动机的旋转运动转化为进气门或排气门的开闭运动,与使用螺杆机构的情况相比,能够提高气门的动量与电动机转动量之比。即,在螺杆机构的情况下,如果不将螺杆转动至少若干次,气门就不能有效地打开和关闭,但如果使用凸轮或连杆,由于动量的一个周期由电动机的一次旋转来完成,所以最多只通过电动机的一次旋转就能够以预定的量开启和关闭进气门或排气门。因此,能够有效地驱动进气门或排气门。

        在本发明的气门驱动系统中,可以为每个气缸单独地提供气门驱动装置。如果每个气缸以此方式单独地具有气门驱动装置,则能够独立并自由地设定每个气缸的进气门或排气门的运行特性而不受其他气缸的其他进气门或排气门的影响。因此,能够以最优的运行特性为每个气缸提供进气门或排气门。而且,如果每个气缸的进气门和排气门单独地具有气门驱动装置,则能够单独地设定每个气缸的进气门和排气门的运行特性,从而使进气门和排气门能够分别具有最优的运行特性。

        在本发明的气门驱动系统中,多个气门驱动装置能够驱动不同气缸的进气门和排气门,而且,一个或多个、或所有的气门驱动装置驱动两个或多个气缸的进气门或排气门的情况也包含在本发明的范围之内。在各进气门开启或各排气门开启的时间不重叠的气缸中,即使这些气缸的进气门或排气门由公共电动机驱动,还是能够在不受由共用电动机驱动的进气门或排气门的工作影响的情况下改变每个气缸的进气门或排气门的运行特性。

        当动力传动机构利用凸轮将电动机的旋转运动转化为开启和关闭运动时,本发明的气门驱动系统可包括以下形式。

        气门驱动装置还可包括气门特性调节机构,该调节机构改变凸轮相位与气门的升程量和运行角度至少之一的相对关系。在此情况下,使用气门特性调节机构将电动机控制与升程量或运行角度的调节相结合,能够更加灵活地改变气门的运行特性。例如,如果由气门特性调节机构改变升程量和运行角度,则控制由电动机驱动的凸轮速度,消除运行角度的变化,只实现升程量的变化。

        气门驱动装置还可包括转矩波动抑制机构,其能够抑制从气门施加到凸轮上的转矩中的波动。总的来说,凸轮受到气门弹簧的反作用力,该反作用力在气门的关闭方向上使进气门或排气门偏移,且转矩的幅度和方向随凸轮的相位而变化。当在传统技术中,由公共凸轮轴驱动很多气缸的凸轮时,由于各气缸的凸轮的相位在圆周方向上有偏差,所以通过凸轮作用在任何气缸上的转矩都被其他气缸通过凸轮作用的转矩所抵消,且抑制了作用在凸轮轴上的转矩中的波动。然而,在气门驱动装置独立驱动不同气缸的进气门或排气门的结构的情况下,由于气门驱动装置也分开了凸轮的转轴,所以不能期望具有不同方向的多个凸轮之间的转矩的抵消作用。在此情况下,如果为每个气门驱动装置提供转矩波动抑制机构,则能够在每个气门驱动装置中抑制施加到凸轮的转矩中的波动,并能减小每个气门驱动装置的电动机所需的输出。

        转矩波动抑制机构可对从电动机向凸轮延伸的传动路线中的旋转部件施加反作用转矩,从而该反作用转矩可抵消施加到凸轮的转矩波动。如果施加反作用转矩,则能够抑制从凸轮处施加的转矩的变化。

        转矩波动抑制机构可包括:设置在旋转部件外缘上的凸轮面,与凸轮面相对的挺柱,以及使挺柱偏压的弹簧装置,其中,可设置旋转部件的凸轮面的轮廓,使得挺柱与凸轮面之间的接触位置在凸轮使气门的升程量最大处在旋转部件的径向上尽量向着其中心靠近。

        从进气门或排气门的气门弹簧施加到凸轮的转矩在凸轮开启气门的过程中作用于使凸轮返回的方向上,在气门的升程量变得最大的位置,即在凸轮的凸起部分接触从动部件(摇臂或其气门)的位置上,转矩一度消失,且在凸轮从该位置前进过程中,转矩作用在凸轮前进的方向上,从而将气门关闭。然而,旋转部件的凸轮面以及挺柱相结合,从而使凸轮面与挺柱之间的接触位置在升程量变得最大的位置处向着径向的中心最大程度地靠近。因此,从弹簧装置通过挺柱施加到旋转部件的转矩在气门开启的过程中作用在使凸轮前进的方向上,且在关闭气门的过程中作用在使凸轮返回的方向上。因此,通过挺柱施加到旋转部件的转矩起到了抵消施加到凸轮的转矩的反作用转矩的作用。另一方面,当旋转部件的旋转速度增大时,在径向向外的方向上由旋转部件将挺柱向外推的力变大,并且当旋转速度增大时,挺柱推动旋转部件的力变小。因此,在高速转动时施加到旋转部件的反作用转矩也减小。由此,防止了从挺柱向旋转部件施加多余的转矩负载。由于挺柱推动旋转部件的力减小且因此旋转部件与挺柱之间作用的摩擦力减小,所以在高速转动时能够抑制摩擦损耗并避免高油耗。

        凸轮的转轴可具有轴支撑部分,该部分以可转动方式与凸轮支撑轴承相连,而且可以根据凸轮的转轴的圆周方向,不均匀地设定对轴支撑部分与轴承之间的接触区域中产生的摩擦阻力产生影响的因素,从而使轴支撑部分和轴承起到转矩波动抑制机构的作用。如果以此方式根据圆周方向不均匀地设定作用在凸轮的转轴与凸轮支撑轴承之间的摩擦阻力,则能够通过在施加到凸轮的转矩变大的部分处减小摩擦阻力、在施加到凸轮的转矩变小的部分处增大摩擦阻力,抑制电动机驱动凸轮转轴所需的转矩的变化。

        各种因素都影响摩擦阻力,这种因素中典型的例子是接触区域的宽度。即,如果不均匀地设定相对于凸轮转轴轴向的接触区域的宽度,则能够不均匀地设定影响摩擦阻力的因素。如果接触区域的宽度增大,则摩擦阻力增大,且如果接触区域的宽度减小,则摩擦阻力减小。除此以外,能够通过各种手段调节摩擦阻力,例如通过改变轴支撑部分的接触区域中的摩擦系数。

        摩擦阻力增加的部分处于凸轮凸起部分的相对侧,且凸轮转轴的旋转中心夹在它们之间。当凸起部分通过凸轮与凸轮从动件之间的接触位置时,施加到凸轮的转矩暂时消失?;谎灾?,施加到凸轮的转矩在凸轮使气门的升程量变为最大的位置处暂时消失。因此,施加到凸轮的转矩在出现最大升程量的位置附近变化得相对大。另一方面,在凸轮的凸起部分与凸轮从动件相接触的位置附近,从气门施加到凸起部分的反作用力推动凸轮的转轴靠着凸轮的凸起部分,且转动中心位于转轴与凸起部分之间。因此,如果摩擦阻力变大的部分位于凸轮凸起部分的相对侧,则凸轮转轴的摩擦阻力变大的部分与气门的升程量变为最大的位置附近的轴承相接触,且作用在凸轮转轴上的摩擦阻力增大。由于增大摩擦阻力而施加到凸轮的转矩的波动得到抑制。

        凸轮的转轴可具有平衡调节装置,该装置消除转动质量相对于凸轮转轴的转动中心的不平衡。常规凸轮的形状为,基圆与转轴同轴的部分凸起形成凸起部分。转动质量相对于凸轮转轴的转动中心的配重沿凸轮的凸起部分分布。但是,在多个气缸之间共用凸轮轴的情况下,由于气缸的凸轮朝向不同的方向,凸轮的质量转动的不平衡被抵消了,并且总体上凸轮轴的转动质量围绕转动中心得到了很好的平衡。但是,在本发明的气门驱动系统中,由于凸轮的转轴分开,不能够寄希望于具有不同朝向的多个凸轮之间质量转动的不平衡的抵消作用。在这种情况下,如果在每个气门驱动装置中提供平衡调节装置,则能够对于每个凸轮转轴提高转动质量关于转动中心的平衡性,并减小电动机所需的输出。凸轮带来的转动质量的不平衡指在质量偏向凸轮的凸起部分时产生的转动质量的不平衡。不平衡的“抵消”包括减小凸轮带来的转动质量的不平衡性的概念以及完全消除该不平衡性的概念。

        凸轮的转轴可具有去除部分作为平衡调节装置,该部分在与转动中心相比更接近凸轮凸起部分的位置减小凸轮轴的质量。如果向凸轮转轴增加更多的重量用于消除转动质量的不平衡,即使转动质量得到了平衡,但也增大了凸轮转轴的转动惯量,并因此增大了电动机所需的转矩。但是,如果提供去除部分,则那能够减小或消除转动质量的不平衡同时又不增加转动惯量。此处,“去除部分”的构造可以是一个孔、凹槽、凹陷、缺口等。

        比凸轮转轴的转动中心更偏向靠近凸起部分的孔可形成该去除部分,且利用该孔作为对凸轮的供油孔。籍此,可利用该供油孔作为平衡调节装置。

        根据凸轮所需要的运行特性恰当地设定凸轮的轮廓。在本发明的气门驱动系统中,由于通过控制每个气门驱动装置的电动机能够得到各种运行特性,优选地,凸轮的整个轮廓周线包括凸出的曲面。这是因为,如果凸轮轮廓的一部分具有凹曲面,即负曲率,则需要使用小半径的磨石来抛光这个部分,从而破坏了该凸轮对于批量生产的适应性。

        凸轮转轴具有永磁体和电磁线圈其中之一,而另一个永磁体和电磁线圈则处于转轴周围,因此,可将凸轮转轴作为电动机的转轴。在此情况下,用于将转动从电动机转轴(输出轴)传递到凸轮转轴的传动齿轮组等就变得没有必要,并且能够降低气门驱动装置的高度。

        之后,当动力传动机构利用连杆将电动机的旋转运动转化为开闭运动时,本发明的气门驱动系统还可包括以下形式。

        动力传动机构可包括:由电动机转动的旋转部件;以及以可转动方式在偏离旋转部件的转动中心处连接到旋转部件的连杆部分,且该连杆部分还以可转动方式连接到气门。在此例中,旋转部件的旋转运动能够通过连杆部分转化为气门的直线开闭运动。当电动机在小于一圈的范围内交替地正常和反向旋转时,可通过增加或减少正向或反向旋转角来改变气门的升程量。

        连杆部分可包括:以可转动方式连接到旋转部件的第一连杆;以及以可滑动方式在预定范围内连接到第一连杆并以可转动方式连接到气门的第二连杆。在此例中,在旋转部件与第一连杆之间的连接点向接近气门的方向旋转的过程中,第一和第二连杆整体地在彼此邻接的状态下(即,在连杆部分的总长度最短的状态下)工作,并将旋转部件的旋转运动转化为开启气门的动作。另一方面,当旋转部件与第一连杆之间的连接点向远离气门的方向旋转时,气门在转动到大约一半的地方关闭,且如果旋转部件与第一连杆之间的连接点继续远离气门,则第二连杆相对第一连杆伸长且旋转部件在气门保持关闭的同时旋转。因此,出现了称为死区的区域,在死区中,即使电动机转动气门也不能工作。通过提供这样的死区区域,增大了连杆和旋转部件之间连接点的滑动速度,有利于在滑动部分形成油膜,且减小了摩擦和磨损。因此,减小了电动机需要产生的转矩,且电动机速度变得易于控制。

        动力传动机构可包括:由电动机转动的旋转部件;在偏离旋转部件的转动中心的位置处以可转动方式连接到旋转部件的第一连杆;以可转动方式连接到第一连杆和气门的第二连杆,以及改变第一连杆与第二连杆之间的连接点位置的位置调节装置。在此例中,旋转部件的旋转运动通过第一连杆传递到第二连杆,且第二连杆围绕第二连杆与第一连杆之间的连接点摆动。此第二连杆的摇摆运动转化为直线开闭运动并传递到气门。通过改变第二连杆与第二连杆之间的连接点的位置,能够改变旋转部件和第一连杆之间的连接点与第二连杆和气门之间的连接点之间的距离,从而改变气门的升程量。

        本发明的气门驱动系统可包括以下形式,而与动力传动机构采用哪种凸轮或连杆无关。

        即,在本发明的气门驱动系统中,多个气门驱动装置中的任何一个的电动机都作为一个气压调节泵的驱动源使用。在此例中,由于将气门驱动装置的电动机用作驱动源来调节特定装置的气压,所以能够减少零件的数量。

        可以在多个气门驱动装置中恰当地选出用作该气泵的驱动源的电动机。在一个优选实施例中,将驱动位于气缸排列方向最外侧的气缸的气门的电动机用作气压调节装置的驱动源。该电动机的外部空间为开放空间,在该空间中不放置其他电动机。因此,相对于与其他气缸相应的电动机,能够相对容易地放置气泵以及用于导出旋转运动送给气泵的机构。在内燃机中,在减速或执行减少气缸数目的操作时,一个或若干个气缸停止燃烧,人们希望将驱动未减少气缸的气缸(即,燃烧未停止的气缸)的进气门或排气门的电动机用作气泵的驱动源。这是因为该气泵用于即使在气缸数减少的情况下也能获得需要的气压。

        气压调节泵可用于各种用途。在优选实施例中,该气泵用作产生负压的装置,用于车辆的制动助力器。在此例中,可通过驱动进气门或排气门的电动机对制动助力器施加合适的负压。因此,当在内燃机的进气系统中不能得到足够的负压时,例如,在气缸直喷型或稀薄燃油-空气混合燃烧型内燃机中实现了分层燃烧并将节气门的开度设为较大值,在这种情况下,或是在由进气门而不是节气门的开度面积(升程量和运行角度的乘积)增加进气量的内燃机中,将驱动进气门或排气门的电动机用于驱动负压生成气泵的实际价值很大。

        当利用燃烧能量启动内燃机时,例如,当在内燃机停止的状态下,在膨胀冲程中特定气缸中发生燃烧,并利用燃烧获得的能量起动内燃机时,用于将空气充入特定气缸中的气泵可由本发明的气门驱动装置的电动机驱动。在此情况下,可将空气由气泵送入气缸,或可在空气箱中暂时积累由气泵供给的空气,且在发动机起动时,可将该空气由空气箱送入特定的气缸。需要负压的如制动助力器的部件可连接到气泵的进气侧,气泵的排气侧可连接到空气箱以便在空气箱中积累压力,且积累的压力可用于在发动机起动时将空气排入特定的气缸。以此方式,气泵既起到产生负压的装置的作用又起到积累气压的装置的作用。

        在本发明的气门驱动系统中,至少电动机的一部分可暴露出内燃机的气缸盖罩的外部上表面。以此结构,能够使电动机与气缸盖罩外部的空气相接触,有利于从电动机中散发热量。能够降低电动机的工作温度范围,从而避免高温下输出下降,并因此能够使用具有较小额定输出的电动机。

        内燃机的气缸盖罩覆盖的空间内容纳有诸如动力传动机构的凸轮或连杆的机构,并作为盖罩,起到防止从这些机构供给的润滑油喷溅耗散的作用。因此,对于高温或润滑油喷溅这样的恶劣环境具有较差适应性的部件,如电动机的电连接器,不应置于盖罩中。如果将这样的部件从盖罩中露出,则由于电动机所处的环境,减小了在电动机中产生故障的频率,因此,本发明的气门驱动系统的可靠性得以提高。

        在本发明的气门驱动系统中,将电动机从内燃机的气缸盖罩中取出,并将其置于气缸盖罩的上表面上。以此结构,电动机远离气缸盖罩的内部,且电动机能够得到最大程度的?;?,不受盖罩内高温和含油环境的影响。而且,也增强了电动机的热辐射效应。

        当至少一部分电动机暴露出气缸盖罩时,内燃机可以在多个气缸的排列方向与车辆的横向相一致且气缸盖位于曲轴箱前部的状态下安装在车辆中。如果内燃机以此方式安装,则当车辆向前移动时,能够使围绕内燃机流动的空气主动地贴近电动机在气缸盖罩外的暴露部分,并能够提高电动机的制冷效率。

        本发明的气门驱动系统还可包括用于冷却电动机的冷却装置。通过有效地冷却电动机,避免了导致电动机输出减小的工作温度范围增加,并能够通过较小的电动机产生驱动进气门或排气门的足够输出。

        可以使用各种冷却装置。在冷却装置的一例中,围绕着电动机提供冷却水通道,且冷却水通道包括在内燃机的冷却水循环通道的一部分中。根据这样的冷却装置,由于能够使用内燃机的冷却水强制冷却电动机,所以与使用周围空气的热交换相比,能够有效地冷却电动机。特别地,当围绕电动机的冷却水通道位于用于散发热量的散热器的冷却水出口与内燃机的冷却水入口之间时,将内燃机与冷却水之间发生热交换前在最低温度区域内的冷却水引导到电动机周围。因此,冷却水对电动机的冷却效果能够提高到最大。

        可在电动机的转轴上提供风扇作为冷却装置。在此例中,利用电动机自身的输出在电动机周围产生气流,提高电动机的冷却效率。

        而且,当至少一部分电动机露出气缸盖罩时,能够采用这样的结构:电动机的连接器露出内燃机的气缸盖罩的上部,气门驱动系统还包括具有共同基底的布线部件,在该通用衬底上形成单个端子、汇聚端子以及电路布线,其中,每个单个端子连接到每个连接器,汇集端子连接到预定的电动机控制电路,电路布线将这些端子连接,且布线部件位于气缸盖罩上,以便将每个单个端子与连接器相连接。根据此结构,仅需要通过以上述方式将布线部件安装在气缸盖罩上,即可在每个电动机的连接器中设置来自聚集端子的电路布线。由于布线部件也露出气缸盖罩的上部,所以通向每个电动机的布线路径并不暴露在气缸盖罩中的高温下,避免了电流的热量损耗并提高了电动机的实际输出。

        根据用于驱动内燃机的进气门和排气门的内燃机气门驱动装置,可以将采用凸轮的优选实施例作为本发明的优选实施例加以说明,气门驱动装置可包括:电动机,作为产生旋转运动的驱动源;以及动力传动机构,动力传动机构将电动机的旋转运动通过凸轮转化为要驱动的气门的开闭运动。而且用于驱动内燃机的进气门和排气门的内燃机气门驱动装置,根据采用连杆的优选实施例可作为本发明的优选实施例加以说明,且气门驱动装置可包括:电动机,作为产生旋转运动的驱动源;以及动力传动机构,该动力传动机构将电动机的旋转运动通过连杆转化为要驱动的气门的开闭运动。关于这些气门驱动装置的发明可具有以上所述的技术特征,包括:气压调节泵、相对于气缸盖罩的电动机排列、发动机在车辆中的安装朝向、以及用于电动机的冷却装置。

        【附图说明】

        图1是一幅透视图,示出了根据本发明的第一实施例的气门驱动系统的主要部分。

        图2是一幅透视图,示出了相应地设置在一个气缸内的气门驱动装置的结构。

        图3是从另一个方向观察而得到的气门驱动装置的透视图。

        图4是进一步从另外一个方向观察而得到的气门驱动装置的透视图。

        图5是一幅气门特性调节机构的透视图。

        图6是气门特性调节机构的一个部分剖视透视图。

        图7是表示能够通过图2所示的气门驱动装置实现的气门运行特性表。

        图8是设置在图2所示的气门驱动装置的转矩波动抑制机构的透视图。

        图9表示图2所示的气门驱动装置中从电动机延伸到气门的运动传递路径。

        图10表示由气门弹簧施加的转矩和由转矩波动抑制机构施加的转矩之间的关系。

        图11是表示安装在气门驱动装置上的负压生成装置的透视图。

        图12表示负压生成装置的结构。

        图13表示设有本发明的气门驱动系统的内燃机安装在车辆发动机室的状态。

        图14表示放置在气缸盖罩外部上表面上的电动机的结构。

        图15表示从气缸盖罩的侧面看、图14所示的结构。

        图16表示用于将冷却水引入电动机的结构。

        图17是沿图16中的线XVII-XVII的截面图。

        图18A和18B表示利用连杆打开和关闭气门的一个气门驱动装置,其中图18A是侧视图,图18B是前视图。

        图19A、19B和19C表示图18A和18B所示气门驱动装置的操作。

        图20A、20B和20C表示利用连杆打开和关闭气门的另一个气门驱动装置,其中图20A是侧视图,图20B是前视图,图20C表示改变升程的状态。

        图21表示也使用凸轮轴作为电动机的旋转轴的气门驱动装置。

        图22是沿图21中的线XXII-XXII的截面图。

        图23表示一个实施例,其中图21所示的电磁线圈和永磁铁相互交换。

        【具体实施方式】

        [第一实施例]

        图1示出了一种内燃机1,该内燃机中包括根据本发明第一实施例的一种气门驱动系统。内燃机1为一种多缸直列式汽油机。在该内燃机中,多个(图1中为四个)气缸2……2沿同一方向设置,而活塞3设置于相应的气缸2中,以便使活塞3能够垂直地移动。两个进气门4和两个排气门5设置于各气缸2上方。这些进气门4和排气门5由气门驱动系统10相应于活塞3的垂直运动打开和关闭,从而将空气吸入气缸2以及将空气从气缸2排出。

        气门驱动系统10包括一对一地设置在每个气缸2进气侧的气门驱动装置11A…11A,以及一对一地设置在每个气缸2排气侧的气门驱动装置11B…11B。气门驱动装置11A和11B利用凸轮驱动进气门4或排气门5。气门驱动装置11A…11A具有相同结构,而气门驱动系统11B…11B也具有相同结构。图2示出进气和排气气门驱动装置11A和11B,它们相应地设置于每个气缸2中。由于气门驱动装置11A和11B具有类似的结构,因而将首先对进气侧气门驱动装置11A进行解释。

        进气侧气门驱动装置11A包括作为驱动力来源的电动发动机12(以下,在一些情形下其被简称为电动机),和将电动机12的旋转运动转化为进气门4的直线开闭运动的动力传动机构12。能够控制旋转速度的无刷直流电动机等被用作电动机12。在电动机12中,包括一种用于探测电动机12的旋转位置的位置探测传感器,诸如分解器、旋转解码器等。

        动力传动机构13包括一根单一的凸轮轴14A、将电动机12的旋转运动传递到凸轮轴14A的传动齿轮组15,驱动进气门4的摇臂16,插入在凸轮轴14A与摇臂16之间的气门特性调节机构17。凸轮轴14A独立地设置于各气缸2。也就是说,凸轮轴14A相应于各气缸2分支。传动齿轮组15通过中间齿轮19将设置于电动机12输出轴(未示出)上的电动机齿轮18的旋转传递到一体地设置于凸轮轴14A上的凸轮驱动齿轮20,从而与电动机12同步地旋转凸轮轴14A。

        如图3以及图4所示,凸轮轴14A以可旋转的方式与单个的凸轮21A设置在一起。凸轮21A为一种盘式凸轮,其中与凸轮轴14A同轴的基圆的一部分隆起。在所有进气驱动装置11A之间的凸轮21A的轮廓(外围的轮廓线)都是相同的。凸缘21A的外形被设置为沿凸轮21A的整个轴承不都是负曲率,也就是说,其轮廓上有一段沿径向向外突出的弯曲表面。

        摇臂16能够绕着转轴22摆动。进气门4在气门弹簧23的作用下向摇臂16偏置,从而使进气门4能够和进气口处的气门座(未示出)紧密地接触以关闭进气口。摇臂16的另一端与一个调节装置24相接触。如果调节装置24向上推动摇臂16的另一端,则摇臂16的这一端将保持与进气门4的上端相接触。

        气门特性调节机构17作为一种将凸轮21A的旋转运动作为摆动运动传递到摇臂16的中间装置,也作为一种升程量和运行角度改变装置,通过改变凸轮21A的旋转运动与摇臂16的摆动运动之间的相互关系,该装置改变进气门4的升程量和运行角度。

        如图5所示,气门特性调节机构17包括支撑轴30、穿过支撑轴中心的操作轴31、设置于支撑轴30上的第一圆环32、以及设置于第一圆环32对侧的第二圆环33。支撑轴30固定到内燃机1的气缸盖等。操作轴31在执行器(未示出)的驱动下沿支撑轴30的轴向(沿图6中的R和F方向)往复运动。第一圆环32和第二圆环33是这样支撑的:它们能够绕支撑轴30摆动并沿其轴向滑动。从动滚轮34以可旋转的方式设置于第一圆环32的外缘上,而凸起35分别地形成于第二圆环33的外缘上。

        如图6所示,支撑轴30在其外缘上设置有滑块36?;?6包括一个沿其圆周方向延伸长槽36c。如果设置在操作轴31的销37与长槽36c相接合,那么滑座36能够与操作轴31一体地沿轴向方向相对于支撑轴30滑动。支撑轴30上形成有一个沿轴向的长槽(未示出)。该长槽使销37能够沿轴向运动?;?6在其外缘上一体地与第一螺旋形花键36a和第二螺旋形花键36b和36b设置在一起,第一螺旋形花键36a夹在两段第二螺旋形花键36b中间。第二螺旋形花键36b的螺旋方向与第一螺旋形花键36a的相反。在第一圆环32内圆周上形成有与第一螺旋形花键36a相啮合的螺旋花键32a。在第二圆环内圆周上形成有与第二螺旋形花键36b相啮合的螺旋形花键33a。

        如图4所示,气门特性调节机构17是以这种方式安装在内燃机1上的:它的从动滚轮34正对着凸轮21A,而凸起35则分别正对着各进气门4所对应的摇臂16的末端。如果从动滚轮34与凸起部分21a开始接触,并随凸轮21A的转动而被向下推动,则支撑着从动滚轮34的第一圆环32绕支撑轴30转动,它的转动通过滑座36传递给了第二圆环33,使第二圆环33沿着和第一圆环32相同的方向旋转。通过旋转第二圆环33,凸起35将压下摇臂16的一端,进气门4克服气门弹簧23的阻力向下移动使进气口打开。如果凸起部分21a克服从动滚轮34,则在气门弹簧23的弹力作用下,进气门4被向上推起以关闭进气口。通过这种方式,凸轮轴14A的旋转运动被转换为进气门4的开关运动。

        在气门特性调节机构17中,如果操作轴31沿轴向移动而滑座36可以如图6中箭头R和F所示,相对于支撑轴30滑动,那么第一圆环32和第二圆环33就沿圆周方向的相反方向旋转。当滑座36沿箭头F方向移动时,第一圆环32沿箭头P方向旋转而第二圆环33沿箭头Q方向旋转,而从动滚轮34和凸起35在圆周方向上的距离随之增加。另一方面,如果滑座36沿箭头R方向移动,那么第一圆环32沿箭头Q方向旋转而第二圆环33沿箭头P方向旋转,而从动滚轮34和凸起35在圆周方向上的距离随之减少。当从动滚轮34和凸起35间的距离增加时,摇臂16被凸起35推下的量随之增加。因此,进气门4的升程量和运行角度也随之增加。因此,当操作轴31运行于图6所示的箭头F方向时,进气门4的升程量和运行角度随之增加。

        根据上述构造的气门驱动装置11A,如果在一个方向连续地以内燃机1曲轴转速一半的速度(以下称为基本速度)驱动凸轮轴14A,进气门4就能随曲轴的旋转而同步地打开和关闭,这和用曲轴驱动气门的传统机械式气门驱动装置一样。而且,能够通过气门特性调节机构17改变进气门4升程量和运行角度。

        而且,根据气门驱动装置11A,通过用电动机12从基本速度改变凸轮轴14A的旋转速度,有可能改变曲轴相位和凸轮轴14A相位之间的相互关系,并有可能不同地改变进气门4的运行特性。这点将参考图7进行描述。图7所示图表中“升程形状”的实线和虚线分别表示气门驱动装置11A所设定的不同运行特性。升程形状的横轴表示曲轴转角,而纵轴表示升程量。

        在图7中的运行特性表的项目(1)中示出的相位改变以及项目(2)中示出的运行角度和升程量的改变能够在机械式气门驱动装置中实现。例如,通过使曲轴和凸轮轴的相位彼此偏离,能够实现在运行特性表的项目(1)中所示的进气门相位改变。如果使用气门特性调节机构17,那么能够实现运行特性表的项目(2)中的改变。如果凸轮轴14A由电动机12驱动,那么凸轮轴14A的相位不受曲轴相位的限制。因此,如果由电动机12驱动产生的凸轮轴14A的旋转速度与基本速度相比暂时地增加和减少,那么在项目(1)相位中的改变能够易于实现。如果电动机12在进气门4的打开过程中被凸轮21A止动,并且电动机12随之反向旋转,那么项目(2)的运行特性能够被应用于进气门4。

        除了运行特性的改变,气门驱动装置11A能够改变进气门4的运行特性,如图7中运行特性的项目(3)到(8)中所示。在该表中,项目(3)示出了一个例子,其中当保持升程量不变时改变运行角度。通过进气门(4)开启时在高于基本速度的速度下驱动凸轮轴14A而实现这种运行特性的改变。在该表中,项目(4)示出一个例子,其中在保持运行角度不变时升程量得到了改变。通过用气门特性调节机构17改变升程量和用电动机12调节凸轮轴14A的旋转速度实现这种改变,以使得由气门特性调节机构17升程量的改变导致的运行角度改变被抵销。

        在表中,项目(5)示出一个例子,其中改变了进气门4的提升速度。例如,在以曲轴速度的一半驱动凸轮轴21A时,如果运行特性如图中实线所示,那么通过用电动机12控制凸轮轴14A的驱动速度就可以实现虚线所示的运行特性,上述控制以这样一种方式实现,驱动速度在打开过程中快于基本速度,而在关闭过程中慢于基本速度。通过提供这些运行特性,有可能迅速地打开进气门4以提高进气效率,并在进气门4关闭时降低速度,从而缓冲回座时的冲击(在进气门4与气门座相接触时)。

        例如,通过调节凸轮21A的轮廓,也能够实现在表中项目(5)的运行特性。然而,如果在凸轮21A打开时的最大加速度增加,那么凸轮21A的最小曲率半径随之变小,或者在一些情形下,凸轮21A的一部分具有负曲率。如果负曲率增加(也就是说,如果曲率半径减小),那么必须减小抛光凸轮21A外缘表面的砂轮的半径。然而,如果砂轮的半径越小,那么砂轮的寿命也就越短,而凸轮21A批量生产的适用性就会受到了破坏。因此,凸轮21A轮廓的整个外缘包括如上所述的凸出曲面,而通过控制电动机12的驱动速度,进气门4的打开速度随之增加,从而提高进气效率并增强凸轮21A批量生产的适用性。

        在表中,项目(6)示出一个例子,其中进气门4在正常打开和关闭一次的时间周期内打开和关闭两次。通过用电动机12将凸轮轴14A的旋转速度控制到与曲轴相同的速度,实现了这些运行特性。通过为进气门4提供这些运行特性,内燃机1的运行循环能够在四循环和两循环间切换。在表中,项目(7)示出一个例子,其中通过在较早阶段打开进气门4,实现了内部废气再循环(EGR)。然而,在进气门4的打开操作启动后,升程量保持于一个较小值一段时间。这些运行特性以一种方式实现,在该方式下,在凸轮轴14A的速度增加而进气门4的气门开启正时提前时,凸轮轴14A的旋转速度降低到非常小的值或者凸轮14A止动一下,以抑制升程量的增加,并且,这种状态持续一个预定时间周期,然后,凸轮轴14A速度增加以增加升程量。在表中,项目(8)示出一个例子,其中凸轮轴14A止动而进气门4保持在其关闭状态。进气门4也能够保持在其打开状态。

        根据气门驱动装置11A,通过用气门驱动装置11A组合电动机12的速度控制以及升程量和运行角度的改变,有可能为进气门4提供各种运行特性。而且,由于气门驱动装置11A被独立地提供给各个气缸2,并且凸轮轴14A也独立地提供给各气缸2,因而有可能独立地为每个气缸2最优地设定进气门4的运行特性。据此,同现有技术相比,有可能提高各进气门4运行特性的适应性。

        如图2所示,在排气门5的气门驱动装置11B中,与气门驱动装置11A不同,凸轮轴14B具有两个凸轮21B,而气门特性调节机构被省去,并且这两个凸轮21B分别直接地驱动摇臂16。气门驱动装置11B的另一部分与气门驱动装置11A的相同,对相同部分的解释被省去。类似于凸轮21A,凸轮21B轮廓的整个外缘包括凸出的曲面。通过不同地改变气门驱动装置11B的电动机12对凸轮轴14B的驱动速度,排气门5的运行特性能够不同地改变。气门驱动装置11B也独立的提供给各气缸2,而凸轮轴14B也独立地提供给各气缸2。因此,有可能独立地为每个气缸2最优地设定排气门5的运行特性。据此,同现有技术相比,有可能增强各排气门5的运行特性的适应性。

        尽管气门特性调节机构17在排气侧气门驱动装置11B中被省去,但是通过在凸轮21B将摇臂16向下推动时止动电动机12以及从止动位置反向旋转凸轮轴14B,能够改变排气门5的升程量。然而,这种情形下的最大升程量被限制在当凸轮21B的凸起部分21b(图2)越过摇臂16时的升程量。在如上所述的进气侧气门驱动装置11A中,也能够实现通过反向旋转电动机12对升程量进行的控制。

        这个实施例的气门驱动系统10包括用于驱动进气门4和排气门5的基本结构之外的一些特性。在排气侧气门驱动装置11A中,也设置有进气侧气门驱动系统11A各种机构和结构,除非另外说明,这些机构和结构执行与气门驱动装置11A的那些作用相同的作用。

        (关于转矩波动抑制机构)

        如图8和图9所示,气门驱动装置11A具有转矩波动抑制机构40。因为凸轮轴14A独立(也就是说,凸轮轴14A被分成几部分)对应各气缸2,所以提供转矩波动抑制机构40。如果凸轮21A的凸起部分21a被由气门弹簧23的压缩导致的反作用力(以下,该力被称为压缩反作用力)推动,那么转矩将施加到凸轮轴14A上。在一般的多缸内燃机中,在气缸间通常使用一根凸轮轴,该单一凸轮轴具有一些凸轮,并且凸轮的凸起在圆周方向上彼此偏离。因此,通过凸轮作用于凸轮轴上的转矩被抵消,并且转矩中的波动受到了抑制。然而,由于凸轮轴14A被分开为对应于气门驱动装置14A中的各气缸2,输入到任何一个气缸2的凸轮21A上的转矩变化不能由输入到其它气缸2的凸轮21A上的转矩抵消。因此,各个气门驱动装置11A具有转矩波动抑制机构40。

        转矩波动抑制机构40包括反相凸轮41和转矩作用装置42。反相凸轮41由与中间齿轮19同轴的中间轴43支撑,并能够与中间齿轮19一体地旋转。反相凸轮41的外缘表面形成凸轮表面。凸轮表面形成有弧形部分41a,该部分构成与中间轴43的轴线同轴的弧形,以及从弧形部分凹向中心的凹部41b。

        转矩作用装置42包括与反相凸轮41的外缘表面相对的导向体44,包括以一种状态容纳于导向体44中的挺柱45,在该状态下挺柱45从导向体44伸向反相凸轮41,还包括为相对反相凸轮41的外缘表面推动挺柱45而压缩在挺柱45和导向体44之间的弹簧46。导向体44固定在以可旋转的方式支撑于中间轴43上的盖板47。如果用弹簧46的力将挺柱45的末端推向反相凸轮41凹部41b的斜面,那么在电动机12驱动中间齿轮19的方向相同或相反方向上的转矩将被施加在反相凸轮41上。

        如图9所示,在相应于中间轴43的圆周方向上的反相凸轮41的设置位置受到调整,以使得当进气门4的升程量变为最大时,也就是说,当凸轮21的凸起部分21a到达图9中实线所示位置并越过从动滚轮34时,挺柱45被固定到凹部41b。通过以这样的方式设定凸轮21相位和反相凸轮41相位之间的关系,由转矩作用装置42施加到反相凸轮41上的转矩能够抑制由气门弹簧23压缩反作用力产生的凸轮轴14A的驱动转矩波动。这一点将参考图10进行解释。

        图10示出了由气门弹簧23和转矩波动抑制机构40施加到凸轮轴14A上的转矩大小和方向的改变,该图在横轴示出凸轮21A的相位,而在纵轴示出施加在从电动机12到凸轮21A之间的驱动路径上的适当部件上的转矩,例如凸轮轴14A上的转矩。此处,横轴表示转矩=0,沿与凸轮轴14A的正向旋转方向相反的方向(图9中的箭头C方向)施加的转矩用正号(+)表示,而沿凸轮轴14A的正向旋转方向施加的转矩用负号(-)表示。图10中的纵轴示出一个位置,在该处进气门4达到最大升程量,并且,在该位置向右离开纵轴时,在图9中,凸轮21A在正向旋转方向偏离该位置,而在该位置向左离开纵轴时,在图9中,凸轮21A在反向旋转方向偏离该位置。

        首先,如图10中实线所示,在凸轮21A提供最大升程量的位置,气门弹簧23作用到凸轮轴14A的转矩大致为零。当凸轮21A在反向旋转方向上偏离提供最大升程量的位置时,转矩具有正值,当凸轮21A在正向旋转方向上偏离提供最大升程量的位置时,转矩具有负值。这是因为在凸轮21A在反向旋转方向上偏离提供最大升程量的位置的状态下,气门弹簧23的压缩反作用力用于反向地旋转凸轮21A,而在凸轮21A在正向旋转方向上偏离提供最大升程量的位置的状态下,气门弹簧23的压缩反作用力用于正常地旋转凸轮21A。

        另一方面,如图10中虚线所示,从反相凸轮41作用到凸轮轴14A的转矩在凸轮21A提供最大升程量的位置大致为零。当该位置在反向旋转方向上偏离凸轮21A提供最大升程量的位置时,转矩具有负值,而当该位置在正向旋转方向上偏离凸轮21A提供最大升程量的位置时,转矩具有正值。如果挺柱45以一种状态配合在凹部41b内,在该状态下凸轮21A在反向旋转方向上偏离凸轮21A提供最大升程量的位置,那么弹簧46的力沿相应于凸轮21A的正向旋转方向(图9中箭头D方向)通过挺柱45推动反相凸轮41。如果挺柱45以一种状态固定到凹部41b,在该状态下凸轮21A在正向旋转方向上偏离凸轮21A提供最大升程量的位置,那么弹簧46的力沿相应于凸轮21A的反向旋转方向通过挺柱45推动反相凸轮41。

        在这种方式下,来自气门弹簧23和反相凸轮41的转矩作用于相反方向。因此,通过转矩波动抑制机构40,能够抑制由气门弹簧23的反作用力导致的凸轮轴14A的驱动转矩波动。如果凸轮轴14A的旋转速度增加,那么设置于凸轮21A驱动路径上的各部件的惯性力随之增加,而由气门弹簧23的反作用力导致的转矩波动相对地减少。另一方面,在转矩波动抑制机构40中,在凸轮轴14A的旋转速度增加时,用于将挺柱45径向向外推出的反相凸轮的力变大。据此,从弹簧46作用到反相凸轮41的转矩变小,并且保持了这种转矩减少和由气门弹簧23施加的转矩的减少的一致性。另外,由于作用在挺柱45和反相凸轮41之间的垂直阻力变小,作用在挺柱45和反相凸轮41之间的摩擦阻力随之减少。

        如上面所解释的,通过提供转矩波动抑制机构40,各气门驱动装置11A的凸轮轴14A的驱动转矩波动受到抑制。据此,减少了电动机12的必要输出,而且电动机12能够减轻其尺寸和重量。由于为每个气缸2设置了两个电动机12,因而转矩波动抑制机构40的作用在气缸2的数目增加时尤为明显。如果气门驱动装置11A中产生的摩擦阻力在高速旋转时减少,那么就降低了燃料消耗。

        上面解释的转矩波动抑制机构40的结构是一个例子,可以有各种修改。例如,反相凸轮41可以与电动机齿轮18或者凸轮驱动齿轮20而不是中间齿轮19同轴地设置在一起。必要的是转矩能够从转矩波动抑制机构40施加到从电动机12到凸轮轴14A的旋转传递路径的任何位置。

        (关于凸轮轴的支撑结构)

        如图3所示,凸轮轴14A设置在其与轴支撑部分40的相对端,该轴支撑部分能够与凸轮21A一体地旋转。轴支撑部分50固定于轴承(未示出)中,以使得凸轮轴14A以可旋转的方式支撑于气缸盖上。轴支撑部分40在其外缘表面上具有延伸到轴支撑部分50整个宽度的增大部分51以及比增大部分51窄些的缩小部分52。

        如图9所示,增大部分51形成于预定范围E内,该预定范围与凸起部分21相对。在图9中,预定范围E设定为大约180°。在增大部分51以此种方式设置的情形下,当凸轮21A移动到提供给进气门4最大升程量的位置时,通过凸轮轴14A的轴承接收到由气门弹簧23的反作用力沿箭头G方向作用到凸轮轴14A上的载荷,该轴承穿过轴支撑部分50的增大部分51。

        当凸轮轴14A的轴支撑部分50的增大部分51与轴承相接触时,接触范围变得比当缩小部分52与轴承相接触时更大。另一方面,如图10所示,如果凸轮21A被驱动到提供给进气门4最大升程量的位置附近的位置时,那么由气门弹簧23的反作用力产生的凸轮轴14A的转矩趋向于零变化,而无论凸轮21A的旋转方向如何。通过增加与这种转矩的减少有关摩擦阻力,在凸轮轴14A的旋转上产生了制动作用,并且凸轮轴14A的驱动转矩波动能够被减少。

        有可能通过改变轴支撑部分50表面上的摩擦系数而不是改变轴支撑部分50的支撑范围(区域)来调节凸轮轴14A和轴承之间的摩擦阻力。通过增加或减少摩擦阻力的物理的或化学的表面处理而改变,或者通过固定具有不同摩擦阻力的部件的方式,能够改变摩擦系数。

        (关于凸轮轴的质量平衡调节)

        如图9所示,凸轮轴14A具有用于将润滑油供给到凸轮21A的供油孔53。供油孔53相应于凸轮轴14A的旋转中心RC向凸轮21A的凸起部分21a偏心。供油孔53偏心设置的原因如下所述。

        在气门驱动装置11A中,由于凸轮轴14A独立对应于各气缸2,凸轮21A关于凸轮轴14A的旋转中心RC的质量不平衡不能通过其它气缸2的凸轮21A的质量不平衡抵销。当保持平衡的重量设置到凸起部分21a关于旋转中心RC的对侧时,整个凸轮轴14A的惯性力矩增加,电动机12的必要输出随之增加。因此,通过偏心设置供油孔53,凸轮轴14A绕旋转中心RC的质量不平衡被减少,而不增加惯性力矩。通过以这种方式抑制质量的不平衡,有可能减少电动机12的必要输出并减少电动机12的尺寸和重量。

        凸轮轴14A的质量不平衡也能够由偏心设置供油孔53之外的方法实现。例如,通过减少凸轮21A在凸起部分21a一侧的宽度,或者在凸轮21A比凸轮轴14A的旋转中心RC更靠近凸起21a的表面中形成凹槽,有可能纠正凸轮轴14A绕旋转中心的质量不平衡。(关于负压生成装置的安装)

        如图11所示,气门驱动系统10的气门驱动装置11A(可以为气门驱动装置11B)中的一个具有负压生成装置60。当内燃机1不能在进气系统中获得足够的负压时,适当地使用负压生成装置60。例如,当节气门开度在低速时被如同在气缸直接喷射式内燃机中那样相对较大地控制时,或者当节气门被省去并通过控制进气门等的升程量而调节进气量时,设置有负压生成装置60。负压生成装置60也包括适于一种情形的结构,在该情形下,当通过空气燃料混和气体在气缸2中的燃烧获得用于起动内燃机1的力而不使用起动电动机时,起动点火气体被充入所需气缸2。负压生成装置60的细节将在下面描述。

        图11所示负压生成装置60包括真空泵61、离合器62和泵齿轮63。如图12所示,真空泵61的旋转部分61a与电磁离合器62的轴凸缘62a相连接,以使得旋转部分61a与轴凸缘62a一体地旋转。真空泵61的泵体61b固定地支撑于例示内燃机1的气缸盖上。泵齿轮63与电动机齿轮18相啮合,而泵齿轮63能够在轴凸缘62a上旋转,并能够与电磁离合器62的盘状件62b一体地沿轴向方向移动。电磁线圈62c和电枢62d一体地设置于轴凸缘62a上。如果电磁线圈62c受到激励,电枢62d和盘状件62b就受到吸引,从而连接了从泵齿轮64到泵旋转部分61a的旋转传递路径,并使真空泵61受到电动机12的驱动。

        真空泵61的进气口61c连接到制动助力器64,而排气口61d连接到蓄压罐65。在蓄压罐65中设置有将油箱中的压力限制到一个预定值或更低的卸压阀66,还设置有用于检测油箱中压力的压力传感器67。蓄压罐65通过控制阀68与内燃机1的气缸2相连接。用于检测压力的压力传感器69也设置于制动助力器64中。

        根据负压生成装置60,当由压力传感器67检测到的制动助力器64中的压力变为等于或高于预定值时,或者当由压力传感器67检测到的蓄压罐65中压力变为等于或低于预定值时,电磁离合器62受到激励,以使得电动机12驱动真空泵61。使用这种结构,制动助力器64中的负压能够保持在一个合适的范围,并且,等于或高于预定水平的压力能够在蓄压罐65中积蓄。在内燃机1起动时控制阀68打开,起动内燃机1所需的空气能够被充入气缸2中。

        负压生成装置60的真空泵61能够由组成气门驱动系统10的气门驱动装置11A和11B中的任一个驱动。然而,如果考虑到电动机12附近的未用空间,需要将旋转从设置于相对气缸2的设置方向的最外侧的气门驱动装置11A或11B的电动机12传递到真空泵61(见图14)。当内燃机1进行暂停一个或一些气缸2中的燃烧的断缸操作时,优选地为负压生成系统60设置一种相应于那些没有暂停的气缸2的气门驱动装置11A或11B。

        根据负压生成装置60,由于真空泵61受到驱动进气门4或排气门5的电动机12的驱动,因而有一个优点,该优点在于不必分别地为产生负压或向气缸2中充气提供驱动源。而且,由于通过通常的真空泵61产生了负压并充气(或蓄气),因而同这些过程由另一泵61实现的情形相比,减少了部件的数目,也减少了装配这些部件所需的空间。

        用于产生负压的泵和用于在蓄压罐65中积累压力的泵可以分别地设置,这些泵可以由相同的电动机12或不同电动机12驱动。泵可以被设置用于产生负压和向蓄压罐中充压这两个目的中的一个。(关于电动机的设置结构)

        如图13所示,电动机12设置于内燃机1气缸盖罩60外部的上表面。图14为示出了气缸盖罩70上的电动机12的俯视图,而图15为其侧视图。在图14中,横向相应于气缸2的设置方向。如图14和图15所示,进气侧和排气侧的电动机12彼此相对,而用于气缸盖罩70上的气缸2的点火线圈71插入其中。点火线圈71向火花塞(未示出)供给高压电流。从气门驱动装置11A和11B的凸轮轴14A和14B到摇臂16的机械装置部分容纳于气缸盖罩中。组成传动齿轮组15的中间齿轮19的上部从气缸盖罩70的开口70a向上伸出并与电动机12的电动机齿轮18相啮合。

        如图15中所示,各电动机12具有建立电气连接的接线器12a。接线器12a以一种状态设置到气缸盖罩70,在该状态下,接线器12a向相应于直接指向气缸盖罩70上方的气缸2中心倾斜,也就是说,向点火线圈71倾斜。也如图14所示,各接线器12a作为布线部件连接到电动机母线。电动机母线72包括连接到用于驱动电动机的倒相电路(未示出)的汇聚端子72a,从汇聚端子72a伸向气缸盖罩70中心的干线72b、与干线72b相交叉并沿进气侧电动机12和排气侧电动机12之间的气缸2的设置部分伸出的配电部分72c、以及从配电部分72c伸向各电动机12的支线72d。干线72b、配电部分72c以及支线72d被用铜图形布线构造在一个具有合适刚度的基板上?;憔鄱俗?2a和单个端子72e(各支线72d的末端部分)通过图形布线电气地相连接。

        在将所有的电动机设置在气缸盖罩70上后,电动机母线72设置在气缸盖罩70上,以使得支线72d的末端固定到电动机12的接线器12a中,从而电气地连接汇聚端子72a和所有电动机12的接线器12a。通过将布线的接线器从反相电路(未示出)设置到汇聚端子72a,实现电动机12的电气连接。

        如图13中所示,内燃机1以一种所谓横向的姿态设置在车辆前部的发动机室73中,其中气缸2的设置方向与车辆的横向方向一致。为在车辆向前(沿箭头H方向)行驶时,使电动机12有效地暴露于被引入发动机室73内的冷却气体中,内燃机1被以一种前倾状态设置在发动机室73上,其中气缸盖罩70比曲轴箱更朝车辆前部设置。

        如图16和图17所示,水套75设置于各电动机12的外缘上。水套75具有冷却水通路76。冷却水通路76统一地形成于电动机12的外缘上,其入口76a与散热器74(见图13)的冷却水出口相连接,该散热器从内燃机1的冷却水中吸收热量,而冷却水通路76的出口76b与内燃机1的冷却水入口相连接?;痪浠八?,受到散热器74的冷却并在被内燃机1加热之前的大多数受到冷却的水被引入而环绕电动机12。据此,能够增强电动机12的冷却效果。如图17所示,与电动机12的输出轴一体地旋转的风扇驱动轴12b从各电动机12的后端(相对于电动机齿轮8所设置一端)伸出,而冷却风扇77设置于风扇驱动轴12b上。据此,各电动机12被电动机12本身的旋转冷却。

        根据这种结构,有可能抑制由发动机室73的热量和电动机12本身的热量所导致的电动机12的温度升高,并减少电动机12的尺寸,而同时将电动机12的输出充分地固定。电动机母线72暴露在气缸盖罩70之外,从汇聚端子72a到相应各个电动机2的接线器12a之间的布线距离相对地短。因此,抑制了关于该电动机12中的布线部分中的热量损失和热量产生,并且增加了电动机12的实际输出。

        润滑油被供给到从容纳于气缸盖罩70的凸轮轴14A和14B到进气门4或排气门5的机械装置部分,并且气门盖罩70作为防止润滑剂散射的盖子。因此,当电动机12设置在气门盖罩70外部时,有一种电动机12受到?;?、防止润滑油溅落的作用。

        必要的是,为水套75提供用于暴露出电动机12的接线器12a的开口、凹槽或狭缝。电动机12的冷却水通路76可以以串联或并联的方式连接到散热器74。

        尽管在上述实施例中,每个气缸2都设置有气门驱动装置11A和11B,但是通??梢越孤种?4A、14B用在两个或多个进气门4和排气门5开启时间并不重叠的气缸2之间,而进气门4和排气门5可以由同一电动机12驱动。例如,在串联四缸内燃机1的情形下,能够通常地将电动机12和凸轮轴14A、14B用在进气门4和排气门5的气门开启正时偏离360°的曲轴转角的气缸2之间。

        各电动机12可以不完全地暴露在气缸盖罩71之外,各电动机12的一部分可以暴露在气缸71之外。即使在露出的电动机12一部分的后一结构中,也能够实施使用冷却作用和母线72的布线结构。

        [第二实施例]

        图18A和18B和19A到19C表示根据本发明第二实施例的气门驱动装置11C。这个气门驱动装置11C利用连杆驱动进气门4或排气门5。这里将说明一个用于驱动进气门4的例子,但相同的结构可以用于驱动排气门5。

        气门驱动装置11C包括作为驱动源的电动机12和动力传动机构100,该动力传动机构100把电动机12的旋转运动转化为进气门4的开启和关闭运动。动力传动机构100包括作为旋转部件的偏心盘101,由电动机12驱动而旋转;第一连杆103,通过连接销102可转动地连接到连接位置,该连接位置偏离偏心盘的转动中心,第二连杆105,通过连接销104可转动地连接到进气门4的上端。偏心盘101和第一连杆103起曲柄机构的作用,将电动机12的旋转运动转化为往复运动,第一连杆103和第二连杆105组合构成连杆部分。

        第一连杆103在其顶端设有一个导向管106,并在导向管106中设有线圈弹簧107和滑块108,该滑块108压紧线圈弹簧107。线圈弹簧107以稍微压紧的状态设在导向管106中,从而把滑块108推压在导向管106的末端表面。第二连杆105的顶端插入导向管106中柄连接到滑块108。以这种结构,动力传动机构100构造为连杆机构之一的滑块曲柄机构。

        下面将说明气门驱动装置11C的操作。首先,当偏心盘101和第一连杆103的连接部分在图19A中用虚线所示参考位置时,如果进气门4开始与气门座VS紧密接触并且滑块108紧靠在导向管106的上端,那么可能通过沿图19A、19B和19C的顺时针方向(箭头CW的方向)、从参考位置转动偏心盘101,从而沿导向管106向下推动滑块108,并通过第二连杆105把它的运动传递给进气门4以便打开进气门4。在这种情况下进气门4从气门座VS的升程L与偏心盘101从参考位置的转动角θa相关,并且如果转动角θa增加,那么如图19B所示升程L也增加。

        当偏心盘101沿逆时针方向从参考位置转动时(箭头CCW的方向),如图19C所示,滑块108离开导向管106同时压缩线圈弹簧107。这样,偏心盘101沿逆时针方向(箭头CCW的方向)转动的状态下,进气门4通过气门弹簧23的作用力保持为压紧气门座VS。这样沿逆时针方向的转动可以持续到连接销102、104之间的距离与在参考位置的连接销102、104之间的距离一致?;痪浠八?,当连接销102的中心被移动到直线(图10所示的虚线)而连接偏心盘101的转动中心和连接销104的中心时,连接销102、104之间的距离变为最大值。因此,如果这个位置被定义为极位置并且偏心盘101从极位置到参考位置的转动角被定义为θb,那么滑块108相对导向管106滑动,直到偏心盘101沿逆时针方向从极位置以相等的角度θb转动,并且进气门4可以通过气门弹簧23的作用力保持在与气门座VS紧密接触的状态下(气门升程等于0的状态下)。需要确定导向管106的长度,以便当连接销102移动到极位置时线圈弹簧107的高度变得大于线圈弹簧107的最大压缩高度。

        从上述描述中显而易见,在如图18A和18B以及图19A到19C所示的气门驱动装置11C中,通过由电动机12驱动的偏心盘101从参考位置沿顺时针方向在θa范围内和沿逆时针方向在2θb范围内的往复运动,可能相应转动角θa以升程L打开和关闭气门4。此外,通过改变气门4开启和关闭时电动机12的转动速度,也可以改变进气门4的操作角。

        因为设置了气门4保持关闭状态时电动机12的转动范围(从极位置向左和向右各θb的范围),所以电动机12可以以相对宽的范围往复运动和转动(摆动)。于是,滑动部分从偏心盘101到进气门4的滑动速度(在销102、104的轴承和滑动块108之间的滑动部分)增加,便于形成滑动部分的油膜,并降低摩擦和磨损。因此,降低了需要由电动机12所产生的转矩,并容易控制电动机12的转速。

        虽然在上述说明中气门驱动装置11C驱动单个进气门4,但是气门驱动装置11C还能够驱动多个进气门4或排气门5,这些进、排气门都与同一气缸2相联结。象第一实施例中的气门驱动装置11A和11B,多个气门驱动装置11C用于一个内燃机1以驱动不同气缸2的进气门4或排气门5。

        [第三实施例]

        根据本发明的第三实施例,图20A、20B和20C表示气门驱动装置11D。这种气门驱动装置11D也使用连杆驱动进气门4或排气门5。这里,气门驱动装置11D驱动进气门4,但相同的结构也可用来驱动排气门5。在图20A、20B和20C中,如图18A和18B所示的气门驱动装置11C的同样部件用相同的参考符号所指示。

        如图20A、20B??20C所示的气门驱动装置11D包括作为驱动源的电动机12和动力传动机构110,该动力传动机构把电动机12的旋转运动转化为进气门4的开启和关闭运动。动力传动机构110包括由电动机12驱动而转动的偏心盘101;第一连杆111,通过连接销102可转动地连接到连接位置,该连接位置相对偏心盘101的转动中心偏心;第二连杆112,通过连接销114和115可转动地连接到第一连杆111和进气门4的上端;第三连杆113,其一端通过连接销116可转动地连接到第二连杆112;和控制轴118,通过偏心盘117可转动地连接到第三连杆113的另一端。偏心盘101和第一连杆111起曲柄机构的作用,将电动机12的旋转运动转化为往复运动??刂浦?18用执行器(未示)驱动而转动,控制轴118可以用关于圆周方向的适当分辨率而被调整。

        在具有上述结构的气门驱动装置11D中,在控制轴118保持在关于圆周方向的恒定位置的状态下,可以通过用电动机12沿一个方向连续转动偏心盘101往复移动进气门4。从图20B和20C的对比可以清楚地看出,在进气门4与气门座VS紧密接合的状态下,通过由第三连杆113转动控制轴118和改变连接销116的位置,改变连接销114的位置并改变连接销102的相位和连接销102和连接销115的距离之间的关系。由此,可以改变进气门4的升程。

        在如图20A、20B和20C所示的例子中,电动机12沿一个方向连续的转动,且不需要转换电动机12的转动方向,因此有这样的优点,即可以容易地控制电动机12,尤其在高速旋转时。

        上述气门驱动装置11D也可以驱动多个相应地设置在同一气缸2上的进气门4或排气门5。象第一实施例中的气门驱动装置11A和11B,多个气门驱动装置11D用在一个内燃机1,用于驱动不同气缸2的进气门4或排气门5。

        [第四实施例]

        图21和22表示根据本发明第四实施例的气门驱动装置11E。气门驱动装置11E利用如气门驱动装置11A和11B的凸轮驱动进气门4或排气门5,但是又不同于气门驱动装置11A和11B,因为凸轮轴120作为电动机121的一部分使用。也就是说,在气门驱动装置11E中,永磁铁123嵌入凸轮轴120的凸轮122、122中,电磁线圈124环绕凸轮轴120放置,电动机121使用凸轮轴120作为转动轴(输出轴)。从凸轮122到进气门4或排气门5的结构与一般凸轮式气闷驱动装置相同。

        如果凸轮轴本身用作电动机的转动轴,那么可以省略如图2所示的传动齿轮组15。由此,可以减少进气门4和排气门5上方所需的空间,并可以防止包括气门驱动装置的内燃机的整体高度增加。如图23所示,电磁线圈124可以嵌入凸轮轴120,永磁铁123可以环绕电磁线圈124的外围边缘放置以便形成电动机121。

        本发明不仅限于所述实施例,也可以在它的技术范围内以各种形式被实施。例如,关于在第一实施例中说明的负压发生装置和电动机12的不同特点也可以应用在使用连杆的第二和第三实施例中。

        如上所说明的,根据本发明的内燃机的气门驱动系统,多个气缸的进气门和排气门可以由多个气门驱动装置独立地开启和关闭。因此,可以提高每个气缸气门的操作特征的灵活性。因为电动机的旋转运动被转化为进气门或排气门的开启和关闭运动,所以相对于使用螺杆机构的情况,可能有效地驱动进气门或排气门。

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