CN106968749A - 可变气门机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可变气门机构，其包括：第一凸轮单元，该第一凸轮单元包括构造成驱动第一气缸的位于第一侧的进气门的多个凸轮；第一滑动机构，该第一滑动机构构造成使第一凸轮单元滑动以使得第一凸轮单元在两个位置之间切换以选择多个凸轮中的任一凸轮；第二凸轮单元，该第二凸轮单元包括构造成驱动第一气缸的位于第二侧的进气门的多个凸轮、构造成驱动第二气缸的位于第一侧的进气门的多个凸轮、以及构造成驱动第二气缸的位于第二侧的进气门的多个凸轮；以及第二滑动机构，该第二滑动机构构造成使第二凸轮单元滑动以使得第二凸轮单元在三个位置之间切换以为多个进气门中的每个进气门选择多个凸轮中的任一凸轮。

Description

可变气门机构
技术领域
本发明涉及一种用于例如发动机的气门***等的可变气门机构，并且特别地涉及凸轮切换式可变气门机构，该凸轮切换式可变气门机构构造成通过使凸轮单元沿轴向方向(凸轮轴向方向)滑动来选择多个凸轮中的任意一个凸轮，其中，凸轮单元是绕凸轮轴设置的。
背景技术
常规地，作为能够改变发动机的进气门或排气门的升程特性的可变气门机构，广泛地使用了能够连续地改变气门正时的可变气门正时***(VVT)。此外，如在PCT申请No.2010-520395(JP 2010-520395 A)的公开的日本专利翻译中描述的，例如，公知存在下述凸轮切换式可变气门机构：该凸轮切换式可变气门机构构造成使得包括多个凸轮的凸轮承载件(凸轮单元)是围绕凸轮轴设置的，并且通过使凸轮承载件沿凸轮轴的轴向方向滑动来选择多个凸轮中的任意一个凸轮。
常规示例中的可变气门机构设置在多缸发动机中，在所述多缸发动机中，为每个气缸设置有两个进气门和两个排气门。在围绕进气凸轮轴而为每个气缸设置的凸轮承载件中，为两个进气门中的每一个进气门设置三个凸轮，即，大凸轮、中凸轮和小凸轮。凸轮承载件沿凸轮轴向方向滑动从而在小凸轮被选择时的低升程位置、中凸轮被选择时的中升程位置、以及大凸轮被选择时的高升程位置之间进行切换。
发明内容
与此同时，为了提高在车辆上的安装性，对减小发动机的尺寸的需求近年来已经日益增加。为了缩短发动机的总长度，保持进气凸轮轴的位于气门***的前部(在凸轮轴线方向上的第一侧的端部部分)的第一轴颈与驱动第一气缸中的位于前侧(在凸轮轴向方向上的第一侧)的进气门的凸轮之间的距离非常小。
因此，当通过使凸轮承载件滑动使得凸轮承载件沿凸轮轴向方向在三个位置之间切换而以分三级的方式改变进气门的升程特性时，如在常规的示例中描述的，用于切换的凸轮承载件的滑动量变大。因此，用于第一气缸的凸轮承载件可能与第一轴颈干涉。
本发明可通过使凸轮单元(凸轮承载件)滑动而以分三级的方式改变进气门的升程特性，即使在发动机的气门***的一个端部中的空间狭窄的情况下也是如此。
根据本发明的一个方面，用于第一气缸的位于凸轮轴向方向上的第一侧的进气门的第一凸轮单元与用于位于第二侧的进气门的第二凸轮单元是分开设置的。位于第二侧的进气门是通过第二凸轮单元在三级之间切换的，而位于第一侧的进气门是通过第一凸轮单元在两级之间切换的，并且因此使第一凸轮单元的滑动量变小。
更具体地，本发明的所述方面涉及设置在下述多缸发动机中的可变气门机构：其中，包括有第一气缸和第二气缸的至少两个气缸沿凸轮轴向方向从第一侧向与第一侧相反的第二侧以所述顺序设置，并且为至少两个气缸中的每个气缸设置两个进气门，可变气门机构构造成驱动所述进气门。
可变气门机构包括：第一凸轮单元，该第一凸轮单元围绕进气凸轮轴设置并且包括构造成对第一气缸的位于凸轮轴向方向上的第一侧的进气门进行驱动的多个凸轮；第一滑动机构，该第一滑动机构构造成使第一凸轮单元沿凸轮轴向方向滑动，使得第一凸轮单元在两个位置之间切换以选择多个凸轮中的任意一个凸轮；第二凸轮单元，该第二凸轮单元围绕进气凸轮轴设置并且包括：构造成对第一气缸的位于凸轮轴向方向上的第二侧的进气门进行驱动的多个凸轮、构造成对第二气缸的位于凸轮轴向方向上的第一侧的进气门进行驱动的多个凸轮、以及构造成对第二气缸的位于凸轮轴向方向上的第二侧的进气门进行驱动的多个凸轮；以及第二滑动机构，该第二滑动机构被构造成使第二凸轮单元沿凸轮轴向方向滑动，使得第二凸轮单元在三个位置之间切换以选择用于第一气缸的位于凸轮轴向方向上的第二侧的进气门、第二气缸的位于凸轮轴向方向上的第一侧的进气门以及第二气缸的位于凸轮轴向方向上的第二侧的进气门中的每一者的多个凸轮中的任意一个凸轮。
在如上所述而构造的可变气门机构中，第一滑动机构使第一凸轮单元滑动到两个位置中的任意一个位置以选择多个(例如，两个)凸轮中的任意一个凸轮，并且因此，能够以分两级的方式改变第一气缸的位于第一侧的进气门的升程特性。此外，第二滑动机构使第二凸轮单元滑动至三个位置中的任意一个位置以选择用于第一气缸的位于第二侧的进气门和第二气缸的两个进气门中的每一者的多个(例如，两个或三个)凸轮中的任意一个凸轮。这使得能够以分三级的方式改变这些进气门的升程特性。
也就是说，对第一气缸而言，位于第一侧的进气门的升程特性是以分两级的方式来改变的，而位于第二侧的进气门的升程特性是以分三级的方式来改变的。因此，在设置有位于第一侧的进气门和位于第二侧的进气门两者的整个第一气缸中，能够以分三级的方式来改变进气门的升程特性。此外，由于第一凸轮单元在两个位置之间滑动，所以与凸轮单元在三个位置之间滑动的情况相比，能够使第一凸轮单元的滑动量变小。因此，能够防止与第一轴颈干涉。
为了使第一气缸的进气门的升程特性与第二气缸的进气门的升程特性一致，可以以分两级而不是分三级的方式改变第二气缸的位于第一侧的进气门的升程特性。为此，可以设置轮廓与构造成用于对第一气缸的位于第一侧的进气门进行驱动的多个凸轮的轮廓相同的凸轮，作为构造成用于对第二气缸的位于第一侧的进气门进行驱动的多个凸轮。
更具体地，在第一凸轮单元中，可以设置有小凸轮和比小凸轮大的大凸轮。在第二凸轮单元中，可以为第一气缸的位于凸轮轴向方向上的第二侧的进气门和第二气缸的位于凸轮轴向方向上的第二侧的进气门中的每一者设置有小凸轮、大凸轮以及尺寸介于小凸轮的尺寸与大凸轮的尺寸之间的中凸轮，并且可以为第二气缸的位于凸轮轴向方向上的第一侧的进气门设置有小凸轮和大凸轮。
也就是说，在第二凸轮单元中，可以为第二气缸的位于第一侧的进气门设置有两个小凸轮和一个大凸轮、或者可以设置有一个小凸轮和两个大凸轮。在这种情况下，在中凸轮被选择用于第一气缸的位于第二侧的进气门和第二气缸的位于第二侧的进气门的位置处，两个小凸轮或两个大凸轮中的一者可以被选择用于第二气缸的位于第一侧的进气门。
替代性地，在第二凸轮单元中，可以为第二气缸的位于第一侧的进气门设置一个小凸轮和一个大凸轮。在这种情况下，所述凸轮中的一个凸轮可以被设置成具有比所述凸轮中的另一个凸轮的凸轮宽度宽(例如，两倍大)的凸轮宽度。因而，在中凸轮被选择用于第一气缸的位于第二侧的进气门和第二气缸的位于第二侧的进气门的位置处，具有较宽的凸轮宽度的凸轮可以被选择用于第二气缸的位于第一侧的进气门。
此外，第一滑动机构和第二滑动机构可以构造成使第一凸轮单元和第二凸轮单元彼此同步地滑动。通过这种构型，能够在相同的正时处改变第一气缸和第二气缸的所有进气门的升程特性。因此，可避免下述情况的发生：其中，当进气门的升程特性变化时，引起气缸之间的进气充量的大幅度变化。
此外，当第一凸轮单元被置于包括有在凸轮轴向方向上位于第一侧的第一位置和位于第二侧的第二位置的两个位置中的位于第二侧的第二位置处、并且第二凸轮单元被置于包括有在凸轮轴向方向上位于第一侧的第三位置、位于第二侧的第四位置以及介于位于第一侧的第三位置与位于第二侧的第四位置之间的中间位置的三个位置中的所述中间位置处时，可以在第一凸轮单元与第二凸轮单元之间形成预定的间隙(例如，与凸轮单元的尺寸公差的两倍相对应的间隙)。
通过这种构型，当第一凸轮单元被切换至位于第一侧的第一位置时，无论第二凸轮单元的位置如何，第一凸轮单元都不与第二凸轮单元干涉。此外，即使在第一凸轮单元被切换至位于第二侧的第二位置的情况下，当第二凸轮单元被切换至中间位置或位于第二侧的第四位置时，第一凸轮单元与第二凸轮单元也不彼此干涉。因此，能够通过使用第一滑动机构和第二滑动机构使第一凸轮单元和第二凸轮单元滑动来改变进气门的升程特性。
同时，在第一滑动机构中发生故障且第一凸轮单元停在位于凸轮轴向方向上的第二侧的第二位置处的情况下，当通过第二滑动机构使第二凸轮单元从中间位置滑动以切换至位于凸轮轴向方向上的第一侧的第三位置时，第一凸轮单元被第二凸轮单元推压从而被切换至位于凸轮轴向方向上的第一侧的第一位置。也就是说，实现了防止第一滑动机构中的故障的故障保护。
在根据本发明的以上方面的可变气门机构中，构造成用于对发动机的第一气缸的位于第二侧的进气门进行驱动的凸轮被分离并且与用于第二气缸的第二凸轮单元成一体，并且第一气缸的位于第二侧的进气门的升程特性是通过使第二凸轮单元滑动而以分三级的方式来改变的。此外，构造成用于对第一气缸的位于第一侧的进气门进行驱动的第一凸轮单元是在两级之间切换的，从而可减小第一凸轮单元的滑动量。因此，即使在发动机的气门***的一个端部中的空间狭窄的情况下，也可通过使凸轮单元滑动来以分三级的方式改变进气门的升程特性。
附图说明
以下将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术意义和工业意义进行描述，其中，相同的附图标记指示相同的元件，并且在附图中：
图1是设置有根据本发明的实施方式的可变气门机构的发动机的气门***的示意性构型图；
图2是图示了位于进气侧的气门***的基本构型的立体图；
图3是围绕进气凸轮轴设置的凸轮单元的截面图；
图4是图示了凸轮单元的结构的局部截面图；
图5是图示了凸轮切换机构的基本构型和操作的视图，其中，是通过将转换销与导向槽相接合来使凸轮单元滑动的；
图6是示意性地图示了第一凸轮单元和第二凸轮单元的构型的视图，图6图示了低升程状态；
图7是对应于图6的视图，图7图示了中升程状态；
图8是对应于图6的视图，图8图示了高升程状态；
图9是图示了通过在凸轮之间进行切换来改变进气门的升程特征的视图；以及
图10是图示了故障保护操作的视图。
具体实施方式
以下参照附图描述了将本发明应用于发动机的气门***的实施方式。本实施方式的发动机1是作为示例的直列式四缸汽油发动机1。如在图1中示意性地图示的，四个气缸即第一气缸3至第四气缸3(#1至#4)是沿气缸体(未示出)的纵向方向设置的、即是沿发动机1的前后方向(由图1中的箭头指示的左右方向)设置的。注意，在下面的描述中，发动机1的前后方向被简称为前后方向。
如在图1中示出的，当从上方观察时，在发动机1的上部部分(气缸盖)上设置有凸轮壳体2，以便容纳具有进气门10和排气门11的气门***。即，如由图1中的虚线所指示的，沿发动机1的前后方向呈直线地设置的四个气缸3每个都设置有两个进气门10和两个排气门11，所述两个进气门10和两个排气门11分别由进气凸轮轴12和排气凸轮轴13驱动。
进气凸轮轴12的前端和排气凸轮轴13的前端设置有相应的能够连续地改变气门正时的可变气门正时***(VVTs)14。此外，由于大的负载被施加于保持进气凸轮轴12的前端部的第一轴颈16，所以第一轴颈16的宽度比第二轴颈17和第三轴颈18中的每一者的宽度宽。此外，进气凸轮轴12设置有凸轮切换机构(本发明的可变气门机构)，该凸轮切换机构通过在驱动进气门10的凸轮40至42(参见图2)之间进行切换来改变进气门10的升程特征。为每个气缸3设置该凸轮切换机构。
作为一个示例，如在图2——图2以放大的方式图示了第三气缸3(#3)——中图示的，为每个气缸3的沿进气凸轮轴12的轴线X的方向设置的两个进气门10中的每个进气门10设置具有不同的轮廓的两个或三个凸轮40至42，并且凸轮40至42中的任意一个凸轮经由摇臂15驱动对应的进气门10。进气凸轮轴12的轴线X的方向(X轴方向)是凸轮轴向方向，并且在下文中可以被称为前后方向。注意，在以下的描述中，相对较小的小凸轮被称为低升程凸轮40，相对较大的大凸轮被称为高升程凸轮42，而具有介于低升程凸轮40的尺寸与高升程凸轮42的尺寸之间的中间尺寸的中凸轮被称为中升程凸轮41。
例如，如在图2中图示的，在第三气缸3(#3)中，为位于发动机1的前侧(图2中的左侧，即，X轴方向上的第一侧)的进气门10沿前后方向设置有两个低升程凸轮40和一个高升程凸轮42。另外，为位于后侧(图2中的右侧，即，X轴方向上的第二侧)的进气门10沿前后方向设置有低升程凸轮40、中升程凸轮41和高升程凸轮42。
低升程凸轮40、中升程凸轮41和高升程凸轮42的基圆具有相同的直径，并且形成为彼此连续的圆弧表面。图2图示了低升程凸轮40被选择的状态，并且摇臂15的滚子15a接触低升程凸轮40的基圆区域，以及滚子15a由于进气门10的气门弹簧10a的反作用力而被压靠低升程凸轮40。在摇臂15的滚子15a因此而接触基圆区域的状态下，进气门10不升起。
尽管在本文中未图示出，但是当进气凸轮轴12沿着由箭头R指示的方向旋转时，低升程凸轮40的凸轮凸起部推压滚子15a，从而向下推动摇臂15。这使得摇臂15根据凸轮凸起部的轮廓来驱动进气门10，并且因此，如由图2中的虚线所表示的，进气门10抵抗气门弹簧10a的反作用力而升起。
在本实施方式中，如上所述，通过摇臂15而使进气门10升起的凸轮在低升程凸轮40、中升程凸轮41以及高升程凸轮42之间切换。也就是说，如在除了图2之外的图3和图4中图示的，两个或三个凸轮40至42彼此成一体地形成并且沿X轴方向配装至圆筒形套筒43的端部部分。套筒43围绕进气凸轮轴12以可滑动的方式设置。
如在垂直于图3中的轴线X的截面中图示的，在凸轮单元4的套筒43的内周上形成有花键的内齿，该花键的内齿与形成在进气凸轮轴12的外周上的花键的外齿啮合。即，凸轮单元4(套筒43)是经由花键连接至进气凸轮轴12的，并且凸轮单元4与进气凸轮轴12成一体地旋转并沿X轴方向(前后方向)在进气凸轮轴12上滑动。
为了如上所述使凸轮单元4滑动，在凸轮单元4的外周上设置有将与转换销51接合的导向槽45，如下所述。也就是说，在本实施方式中，环形大直径构件44——该环形大直径构件44的外径大于高升程凸轮42的凸轮凸起部的外径——沿X轴方向配装至套筒43的中间部分，并且在大直径构件44的外周的整个圆周上设置有沿周向方向延伸的导向槽45。
如在图2中图示的，为每个气缸3设置至少一个致动器5，并且至少一个致动器5被设置在进气凸轮轴12上方。每个致动器5构造成对转换销51进行驱动以使得转换销51往复运动(即，转换销51前进和后退移动)。每个致动器5都通过沿发动机1的前后方向延伸的支撑件52而由凸轮壳体2支承。每个致动器5都通过电磁螺线管来驱动对应的转换销51。当致动器5处于“ON”(接通)状态下时，转换销51前进以与导向槽45相接合。
当转换销51前进以与导向槽45接合时，转换销51沿周向方向在凸轮单元4的外周表面上相对地移动，并且还沿X轴方向移动，即，转换销51随着进气凸轮轴12的旋转而如图4中的箭头所指示地以呈对角线的方式移动。这将在下文参照图5进行描述。此时，凸轮单元4实际地相对于转换销51旋转且相对于转换销51沿X轴方向滑动。因此，凸轮单元4被切换到低升程位置、中升程位置和高升程位置中的任一者。
更具体地，如在图4中图示的，导向槽45包括直槽45a、45b和S形弯曲槽45c、45d，其中，直槽45a、45b在套筒43的大直径构件44中分别设置成更靠近X轴方向上的第一侧和第二侧(前侧和后侧)，使得直槽45a、45b在周向方向上线性地延伸；S形弯曲槽45c、45d将直槽45a、45b彼此连接。当如在图2中图示的选择了低升程凸轮40时(当凸轮单元4被置于低升程位置处时)，前侧直槽45a面向后侧致动器5的转换销51。
当后侧致动器5在这种状态下被接通时，如在图5的上侧中示出的前进的转换销51与导向槽45的前侧直槽45a接合。随着如由图2中的箭头R所指示的进气凸轮轴12的旋转，转换销51沿着前侧直槽45a移动并且随后如在图5的中间示出的到达弯曲槽45c。然后，转换销51沿着弯曲槽45c朝向后侧相对地移动，并且因此，转换销51实际地朝向前侧推压凸轮单元4，使得凸轮单元4朝向前侧滑动。
当凸轮单元4朝向前侧滑动且转换销51如在图5的下侧示出的到达后侧直槽45b时，凸轮单元4被切换到中升程位置。因此，转换销51被移回而与导向槽45脱开接合。在中升程位置处，从两个小升程凸轮40中选择后侧小升程凸轮40用于前侧进气门10，并且选择中升程凸轮41用于后侧进气门10。因此，气缸3作为一个整体达到介于小升程状态与大升程状态之间的中升程状态。
在凸轮单元4如上所述被切换至中升程位置之后，前侧致动器5(位于X轴方向上的第一侧)随后被接通，以便使转换销51以与上述方式类似的方式前进。因此，尽管在本文中未图示，但是转换销51与前侧直槽45a接合并且沿着导向槽45的弯曲形状相对地移动至后侧直槽45b。由此，凸轮单元4实际地朝向前侧滑动，并且因此，凸轮单元4切换至高升程位置。
注意，凸轮单元4在该凸轮单元4从低升程位置切换至中升程位置、或者从中升程位置切换至高升程位置时的滑动量S(在图4中图示的滑动量S)同低升程凸轮40与中升程凸轮41之间的距离或者中升程凸轮41与高升程凸轮42之间的距离相同。另外，尽管未在附图中图示，但是在凸轮单元4与进气凸轮轴12之间设置有用于将凸轮单元4的位置保持在低升程位置、中升程位置和高升程位置中的任一者处的机构。
此外，尽管省略了详细说明，但是在凸轮单元4被置于高升程位置处的情况下，当前侧致动器5被接通从而使对应的转换销51与导向槽45的后侧直槽45b接合时，凸轮单元4能够朝向后侧滑动从而返回至中升程位置。类似地，当与后侧致动器5相对应的转换销51与被置于中升程位置处的凸轮单元4的导向槽45接合时，可以使凸轮单元4返回至低升程位置。
接下来，将描述作为本实施方式的特征构型的用于第一气缸3(#1)和第二气缸3(#2)的凸轮切换机构。本实施方式的发动机1具有尽可能缩短的总长度以提高在车辆上的安装性。为此，对进气凸轮轴12的前部进行保持的第一轴颈16(参见图1)与用于第一气缸3(#1)的前侧进气门10之间的距离非常小。
因此，如果将前述凸轮单元4设置用于第一气缸3(#1)并且使前述凸轮单元4沿着进气凸轮轴12滑动以便被切换至低升程位置、中升程位置和高升程位置中的任一者(即，以分三级的方式切换用于第一气缸3(#1)的凸轮单元4)，则用于以分三级的方式进行切换的滑动量变大，并且因此，凸轮单元4可能与第一轴颈16干涉。
就此而言，在本实施方式中，提供了仅用于第一气缸3(#1)的前侧进气门10的第一凸轮单元6，并且构造成用于对第一气缸3(#1)的后侧进气门10进行驱动的凸轮70到72与用于第二气缸3(#2)的第二凸轮单元7成一体。第二凸轮单元7是与用于前述第三气缸3(#3)等的凸轮单元4相类似地以分三级的方式来切换的，而第一凸轮单元6是以分两级的方式切换的，使得第一凸轮单元6的滑动量变小。
图6示意性图示了第一凸轮单元6和第二凸轮单元7。如在图6中图示的，第一凸轮单元6具有通过如下方式获得的结构：将前述用于第三气缸3(#3)的凸轮单元4的后部移除以使得前述凸轮单元4的前部和中部留下。构造成用于对第一气缸3(#1)的前侧进气门10进行驱动的低升程凸轮60和高升程凸轮62被配装至第一凸轮单元6的套筒63的前端。
注意，第一凸轮单元6中的套筒63的基本结构类似于前述用于第三气缸3(#3)等的套筒43。套筒63是经由花键连接至进气凸轮轴12的，并且与大直径构件44类似的大直径构件64配装至套筒63。此外，在大直径构件64的外周上形成有形状与导向槽45的形状相同的导向槽65。此外，低升程凸轮60和高升程凸轮62分别与低升程凸轮40和高升程凸轮42相同。
当转换销51与导向槽65接合时，能够使第一凸轮单元6滑动从而切换至低升程位置或高升程位置。换句话说，导向槽65和转换销51(致动器5)构成第一滑动机构，该第一滑动机构构造成使第一凸轮单元6滑动以使得第一凸轮单元6在低升程位置与高升程位置之间切换。
第二凸轮单元7具有通过如下方式获得的结构：将凸轮单元4的被移除的后部添加至与用于第三气缸3(#3)的凸轮单元4相同的另一凸轮单元。与进气凸轮轴12经由花键连接的套筒73从第一气缸3(#1)的后部延伸至第二气缸3(#2)。套筒73由发动机1的第二轴颈17保持在位于第一气缸3(#1)与第二气缸3(#2)之间的位置处。
构造成用于对第一气缸3(#1)的后侧进气门10进行驱动的低升程凸轮70、中升程凸轮71和高升程凸轮72配装至套筒73的前端。低升程凸轮70、中升程凸轮71和高升程凸轮72也分别与凸轮单元4的低升程凸轮40、中升程凸轮41和高升程凸轮42相同。
此外，构造成用于对第二气缸3(#2)的前侧进气门10进行驱动的两个低升程凸轮70和一个高升程凸轮72设置在套筒73的在前后方向上的大致中间部分并且沿前后方向设置，并且构造成用于对第二气缸3(#2)的后侧进气门10进行驱动的低升程凸轮70、中升程凸轮71和高升程凸轮72设置在套筒73的后端中并且沿前后方向设置。
注意，用于第一气缸3(#1)的凸轮和用于第二气缸3(#2)的凸轮设置在不同的相位处从而与进气门10的相应的打开/关闭正时相对应。然而，为了在图6中将低升程凸轮60、低升程凸轮70、中升程凸轮71、高升程凸轮62和高升程凸轮72彼此容易地区分开，也就是说，出于描述的目的，凸轮60、62、70、71、72被图示为处于同一相位。这适用于图7、图8。
此外，类似于套筒43、63，在套筒73的外周上配装有大直径构件74，并且在大直径构件74的外周上形成有形状与导向槽45、65的形状相同的导向槽75。当转换销51与导向槽75接合时，能够使第二凸轮单元7滑动从而切换至低升程位置、中升程位置或高升程位置。换句话说，导向槽75和转换销51(致动器5)构成第二滑动机构，该第二滑动机构构造成使第二凸轮单元7滑动，使得第二凸轮单元7在低升程位置、中升程位置和高升程位置之间切换。
因此，在本实施方式中，用于分别允许第一凸轮单元6和第二凸轮单元7滑动的导向槽65、75具有相同的形状。因此，当相应的转换销51与导向槽65、75接合时，第一凸轮单元6和第二凸轮单元7彼此同步地滑动。相应地，使第一气缸3(#1)的进气门10和第二气缸3(#2)的进气门10的升程特性在相同的正时处改变，从而可避免下述情况的发生：其中，在进气门10的升程特性被改变时引起气缸之间的进气充量的大幅度变化。
此外，用于以分三级的方式对第二凸轮单元7进行切换的滑动量是用于以分两级的方式对第一凸轮单元6进行切换的滑动量S的两倍大。因此，为了彼此同步地操作第一凸轮单元6和第二凸轮单元7，在第一凸轮单元6与第二凸轮单元7之间需要适当的距离。在本实施方式中，当如在图7中示出的第一凸轮单元6被置于低升程位置处且第二凸轮单元7被置于中升程位置处时，在第一凸轮单元6与第二凸轮单元7之间形成最小间隙C(例如，与尺寸公差的两倍相对应的间隙)，使得第一凸轮单元6不与第二凸轮单元7相接触。
下文参照除了图6之外的图7至图9对第一凸轮单元6和第二凸轮单元7的滑动进行描述，也就是说，对第一气缸3和第二气缸3的凸轮切换机构的操作进行描述。注意，将简要描述与上文参照图2至图5所描述的用于第三气缸3(#3)的凸轮单元4的操作相同的操作。
在发动机1操作期间的低升程状态下，第一凸轮单元6和第二凸轮单元7都被置于低升程位置处，如在图6中图示的。也就是说，如在图9的上侧示出的，第一气缸3(#1)和第二气缸3(#2)的所有的进气门10都处于低升程状态。注意，图9中的左侧升程曲线Ex表示排气门11的升程曲线，而右侧升程曲线In表示进气门10的升程曲线。
在低升程状态下，用于第二气缸3(#2)的后侧致动器5被接通以使转换销51如由图6中的黑色箭头所指示的前进，使得转换销51与第二凸轮单元7的导向槽75的前侧直槽相接合。因此，与以上参照图5所描述的用于第三气缸3(#3)的凸轮单元4相类似地，转换销51随着进气凸轮轴12和第二凸轮单元7的旋转而沿着导向槽75的弯曲形状相对地移动。
因此，第二凸轮单元7实际地朝向前侧滑动，使得第二凸轮单元7被切换至如在图7中图示的中升程位置。在中升程位置处，中升程凸轮71被选择用于第一气缸3(#1)的后侧进气门10，并且低升程凸轮70和中升程凸轮71被分别选择用于第二气缸3(#2)的前侧进气门10和后侧进气门10。
因此，如在图9的中间示意性地示出的，第一气缸3(#1)和第二气缸3(#2)的相应的前侧进气门10处于低升程状态，并且第一气缸3(#1)和第二气缸3(#2)的相应的后侧进气门10处于中升程状态。也就是说，第一气缸3(#1)和第二气缸3(#2)中的每一者整体上达到介于小升程状态与大升程状态之间的中升程状态。注意，当第一凸轮单元6被置于低升程位置处且第二凸轮单元7被置于中升程位置处时，在第一凸轮单元6与第二凸轮单元7之间形成间隙C，并且因此，第一凸轮单元6与第二凸轮单元7不彼此干涉。
随后，在中升程状态下，用于第一气缸3(#1)的致动器5和用于第二气缸3(#2)的前侧致动器5被接通，以使相应的转换销51如由图7中的黑色箭头所指示的前进。因此，当相应的转换销51与第一凸轮单元6的导向槽65和第二凸轮单元7的导向槽75接合时，第一凸轮单元6和第二凸轮单元7彼此同步地朝向前侧滑动，并且因此，第一凸轮单元6和第二凸轮单元7都被切换至高升程位置。
因此，如在图8中图示的，在第一凸轮单元6中，高升程凸轮62被选择用于第一气缸3(#1)的前侧进气门10，并且同样地在第二凸轮单元7中，相应的高升程凸轮72被选择用于第一气缸3(#1)的后侧进气门10以及第二气缸3(#2)的前侧进气门10和后侧进气门10。相应地，如在图9的下侧示意性地图示的，第一气缸3(#1)和第二气缸3(#2)的所有进气门10都处于高升程状态。
尽管省略了详细的说明，但是用于将进气门10的状态从高升程状态切换到中升程状态以及进一步切换到低升程状态的操作与以上操作相反。也就是说，例如，在图8中，当相应的转换销51与第一凸轮单元6的导向槽65的后侧直槽和第二凸轮单元7的导向槽75的后侧直槽相接合时，可将进气门10的状态从高升程状态切换至参照图7所描述的中升程状态。
接下来，将参照图10对在用于使第一凸轮单元6滑动的致动器5中发生故障时的故障保护进行描述。如在图6中图示的，当第一凸轮单元6和第二凸轮单元7两者都被置于低升程位置处时，第一气缸3(#1)和第二气缸3(#2)的所有进气门10都处于低升程状态(参见图9中的上侧)。
此时，假设有下述情况：其中，如在图10的上侧中图示的，在用于第一凸轮单元6的致动器5中发生故障，并且第一凸轮单元6不能滑动(在附图中的致动器5上示出有“X”标记以表示在致动器5中发生了故障)。因此，第一气缸3(#1)的前侧进气门10保持处于低升程状态。因此，即使后侧进气门10达到高升程状态，进气充注至第一气缸3(#1)的效率仍变得不足。
就此而言，在本实施方式中，当用于第二凸轮单元7的致动器5***作成将第二凸轮单元7切换至中升程位置时，如以上参照图7描述的，刚好在第一凸轮单元6与第二凸轮单元7之间形成间隙C。相应地，通过使第二凸轮单元7从中升程位置进一步朝向前侧滑动以使得第二凸轮单元7被切换至高升程位置，第一凸轮单元6也如在图10中的下侧所图示的朝向前侧滑动以使得第一凸轮单元6被切换至高升程位置。
如上所述，本实施方式的发动机1具有尽可能缩短的总长度以提高其在车辆上的安装性。因此，对进气凸轮轴12的前部部分进行保持的第一轴颈16与第一气缸3(#1)的前侧进气门10之间的距离非常小。鉴于此，如上所述，将用于第一气缸3(#1)的前侧进气门10的第一凸轮单元6构造成在两级之间切换，也就是说，在低升程位置与高升程位置之间切换，并且因此使得用于切换的滑动量S变小以防止与第一轴颈16的干涉。
构造成用于对第一气缸3(#1)的后侧进气门10进行驱动的凸轮70至凸轮72与用于第二气缸3(#2)的两个进气门10的第二凸轮单元7成一体。通过使第二凸轮单元7滑动以使第一气缸3(#1)和第二气缸3(#2)的后侧进气门10在三级之间切换，也就是说，在低升程位置时、中升程位置与高升程位置之间切换，还可使第一气缸3(#1)的状态在三级之间切换。
因此，即使在用于容纳发动机1的气门***的凸轮壳体2的前端中的空间狭窄的情况下，也可通过使用于气缸3的凸轮单元4、6、7滑动来以分三级的方式改变进气门10的升程特性。
本发明不限于在以上实施方式中描述的构型。以上实施方式仅是示例，而本发明的构型、目的等是不被限制的。例如，在以上实施方式中，设置两个低升程凸轮70和一个高升程凸轮72以通过使第二凸轮单元7滑动来使第二气缸3(#2)的前侧进气门10的升程特性在两级之间、也就是说在高升程位置与低升程位置之间改变。然而，本发明并不限定于这种构型。
也就是说，在第二凸轮单元7中的构造成用于对第二气缸3(#2)的前侧进气门10进行驱动的凸轮的类型可以与第一凸轮单元6的凸轮相同，以及例如，可以设置一个低升程凸轮70和两个高升程凸轮72。另外，在以上实施方式中，低升程凸轮40、60、70中的每一者可以是零升程凸轮。
此外，在以上实施方式中，用于允许凸轮单元4(或6或7)滑动的导向槽45(或65或75)包括两个直槽45a、45b和两个弯曲槽45c、45d。然而，本发明并不限于这种构型，而可以设置具有各种形状的公知的导向槽。公知的导向槽包括如在JP2010-520395A中描述的Y形导向槽。此外，本发明并不限于导向槽，而是可以设置导向部，该导向部具有与转换销51接合以使凸轮单元4、6、7滑动的形状。
此外，在以上实施方式中，如在图7中图示的，当第一凸轮单元6被置于低升程位置处且第二凸轮单元7被置于中升程位置处时，在第一凸轮单元6与第二凸轮单元7之间形成最小间隙C，使得第一凸轮单元6不与第二凸轮单元7接触。但是，本发明并不限于这种构型，而是可以形成较大的间隙C。考虑到在用于第一凸轮单元6的致动器5中发生故障时的故障保护，间隙C的尺寸应当小于凸轮单元4、6、7中的每一者的一个滑动量S的一半。
此外，在以上实施方式中，为靠近发动机1的前端的第一气缸3(#1)的前侧进气门10设置在两级之间切换的第一凸轮单元6。然而，本发明并不限于这种构型，而是可以为靠近发动机1的后端的第四气缸3(#4)的后侧进气门10设置在两级之间切换的凸轮单元，并且构造成用于对第四气缸3(#4)的前侧进气门10进行驱动的凸轮可以与用于第三气缸3(#3)的凸轮单元4成一体。
根据本发明，即使在发动机的气门***的一端中的空间狭窄的情况下，也可以通过凸轮切换式可变气门机构以分三级的方式在凸轮之间进行切换。因此，当本发明例如被应用于设置在汽车中的发动机时，本发明是非常有效的。

Claims (5)

1.一种可变气门机构，所述可变气门机构设置在多缸发动机中，在所述多缸发动机中，包括第一气缸和第二气缸在内的至少两个气缸沿凸轮轴向方向从第一侧向与所述第一侧相反的第二侧以所陈述的顺序设置，并且为所述至少两个气缸中的每一个气缸设置有两个进气门，所述可变气门机构构造成驱动所述进气门，所述可变气门机构的特征在于包括：
第一凸轮单元，所述第一凸轮单元围绕进气凸轮轴设置并且包括构造成对所述第一气缸的位于所述凸轮轴向方向上的所述第一侧的进气门进行驱动的多个凸轮；
第一滑动机构，所述第一滑动机构构造成使所述第一凸轮单元沿所述凸轮轴向方向滑动，使得所述第一凸轮单元在两个位置之间切换以选择所述多个凸轮中的任意一个凸轮；
第二凸轮单元，所述第二凸轮单元围绕所述进气凸轮轴设置并且包括：构造成对所述第一气缸的位于所述凸轮轴向方向上的所述第二侧的进气门进行驱动的多个凸轮；构造成对所述第二气缸的位于所述凸轮轴向方向上的所述第一侧的进气门进行驱动的多个凸轮；以及构造成对所述第二气缸的位于所述凸轮轴向方向上的所述第二侧的进气门进行驱动的多个凸轮；以及
第二滑动机构，所述第二滑动机构构造成使所述第二凸轮单元沿所述凸轮轴向方向滑动，使得所述第二凸轮单元在三个位置之间切换以选择用于所述第一气缸的位于所述凸轮轴向方向上的所述第二侧的所述进气门、所述第二气缸的位于所述凸轮轴向方向上的所述第一侧的所述进气门以及所述第二气缸的位于所述凸轮轴向方向上的所述第二侧的所述进气门中的每一者的所述多个凸轮中的任意一个凸轮。
2.根据权利要求1所述的可变气门机构，其特征在于，
在所述第一凸轮单元中，设置有小凸轮和比所述小凸轮大的大凸轮；
在所述第二凸轮单元中，为所述第一气缸的位于所述凸轮轴向方向上的所述第二侧的所述进气门和所述第二气缸的位于所述凸轮轴向方向上的所述第二侧的所述进气门中的每一者设置有所述小凸轮、所述大凸轮以及尺寸介于所述小凸轮的尺寸与所述大凸轮的尺寸之间的中凸轮，并且为所述第二气缸的位于所述凸轮轴向方向上的所述第一侧的所述进气门设置有所述小凸轮和所述大凸轮。
3.根据权利要求2所述的可变气门机构，其特征在于，在所述第二凸轮单元中，为所述第二气缸的位于所述凸轮轴向方向上的所述第一侧的所述进气门设置有多个所述小凸轮。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的可变气门机构，其特征在于，所述第一滑动机构和所述第二滑动机构构造成使所述第一凸轮单元和所述第二凸轮单元彼此同步地滑动。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的可变气门机构，其特征在于：
当所述第一凸轮单元被置于包括在所述凸轮轴向方向上位于所述第一侧的第一位置和位于所述第二侧的第二位置在内的两个位置中的位于所述第二侧的所述第二位置处、并且所述第二凸轮单元被置于包括在所述凸轮轴向方向上位于所述第一侧的第三位置、位于所述第二侧的第四位置以及介于位于所述第一侧的所述第三位置与位于所述第二侧的所述第四位置之间的中间位置在内的三个位置中的所述中间位置处时，在所述第一凸轮单元与所述第二凸轮单元之间形成有预定的间隙；以及
当通过所述第二滑动机构使所述第二凸轮单元从所述中间位置滑动从而切换至位于所述凸轮轴向方向上的所述第一侧的所述第三位置时，所述第一凸轮单元被所述第二凸轮单元推压以切换至位于所述凸轮轴向方向上的所述第一侧的所述第一位置。
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