CN1877089A - 内燃机的可变气门装置 - Google Patents

Abstract

可变气门装置采用一种结构，在该结构中，在内燃机的高气门升程和高速运转时，传递臂的摆动支点和控制轴的转动中心被设置在两个方向之间，一个方向是转动带有摆动凸轮沿气门打开方向摆动时在传递臂的摆动支点上发生最大负荷的控制轴的分力的方向，另一个方向是转动带有摆动凸轮沿气门关闭方向摆动时发生的与上述负荷相反的最大负荷的控制轴的分力的方向。

Description

内燃机的可变气门装置

                                技术领域

本发明涉及改变进气门或排气门相位的内燃机的可变气门装置。

                                背景技术

为了改进发动机废气排放和降低燃料消耗等的原因，许多安装在汽车中的往复式发动机包括改变进气门和排气门相位的可变气门装置。

许多这样的可变气门装置采用凸轮轴上形成的凸轮的相位被基圆区和提升区并排设置的摆动凸轮移位的结构。具体地，采用的是这样的结构，摆动凸轮的摆动范围发生变化，由此，经摇臂驱动的进气门和排气门的气门打开周期和气门提升量连续变化。

为了改善泵气损失，日本专利申请公开公报号2003-239712提出了传递臂设置在凸轮和摆动凸轮之间并且传递臂由控制轴可摆动地支撑的结构。

具体地，传递臂由于控制轴的转动位移而移动。传递臂和凸轮的接触位置由于传递臂的移动而改变。通过改变传递臂和凸轮的接触位置，气门特性即气门打开周期、气门开关时间和气门提升量连续变化。

在这种可变气门装置中，已知发动机在高气门升程和高速状态下运转时，由于正好在气门打开后和正好是气门关闭前的凸轮提升的正加速区域，驱动进气门或排气门的力变大。

如日本专利申请公开公报号2003-239712所公开的，大多数采用传递臂的可变气门装置中，在高气门升程和高速运转时，气门打开时的气门驱动力和气门关闭时作用在摆动凸轮的接触点部和凸轮的接触点部的反作用力沿相同的方向施加在传递臂的摆动支点上。

在这些力的合力作用在摆动支点上的结构中，增加的负荷量大。因此，当在驱动气门的力变大等情况下，过量负荷有可能作用在传递臂的摆动支点上。

特别是在过量负荷作用在控制轴上时，控制轴在力矩作用下会发生变形。因此就存在预设的气门特性即气门提升量等可能不会再现的可能性，而且还需要具有足以产生克服过量力矩的力矩的大容量和大尺寸的促动器。

尤其是在每个气缸的气门特性被共同控制轴变化的多缸发动机的情形下，与靠近转动控制轴的促动器的气缸相比，远离促动器的气缸中控制轴在力矩作用下的变形的影响往往变得更大。

因此，在多缸发动机中，各个气缸之间的气门提升量和气门打开周期会发生差异，并且各个气缸之间的燃烧状态也会发生差异，这样会导致发动机的振动、输出性能以及燃料消耗性能的下降。

在这种情形下，在这些可变气门装置中，必须采取使用能够承受过量负荷的坚固的摆动支点和高刚度的控制轴的对策。

然而，这些对策使可变气门装置的结构复杂，此外使控制轴及其附近的结构的尺寸变大。

                                发明内容

因此，本发明的目的是提供一种结构简单紧凑的内燃机的可变气门装置，在这种装置中，在高气门升程和高速运转时作用在传递轴的摆动支点上的负荷受到抑制。

为了达到上述目的，根据本发明的一个方面采用一种构造，在内燃机的高气门升程和高速运转时，传递臂的摆动支点和控制轴的转动中心设置在两个方向之间，一个方向是转动带有摆动凸轮沿气门打开方向摆动时在传递臂的摆动支点中发生的最大负荷的控制轴的分力的方向，另一个方向是转动带有摆动凸轮沿气门关闭方向摆动时发生的与上述负荷相反的最大负荷的控制轴的分力的方向。

该结构中，在高气门升程和高速运转时，控制轴的转动中心和传递臂的摆动支点设置在两个方向之间，一个方向是转动带有摆动凸轮沿气门打开方向摆动时在传递臂的摆动支点中发生的最大负荷的控制轴的分力的方向，另一个方向是转动带有摆动凸轮沿气门关闭方向摆动时发生的与上述负荷相反的负荷的控制轴的分力的方向。结果，在运转时，先有技术中的气门驱动力及其反作用力的合力不作用在传递臂的摆动支点上，而是这些力中的任何一个负荷交替发生作用。

因此，由于传递臂的摆动支点和控制轴的简单的配置和结构，就可以防止在高气门升程和高速运转时控制轴转动方向上的过量负荷作用到传递臂的摆动支点上。从而可以防止在高气门升程和高速运转时在控制轴上发生过量力矩。

结果，可以抑制作用在传递臂的摆动支点和控制轴上的负荷，进而可以使控制轴及其周边区域结构紧凑。而且，可以使运转控制轴的促动器结构紧凑。此外，控制轴上发生的在力矩作用下的变形被抑制，因此，可以再现预设定的气门特性。结果，内燃机的输出性能和燃料消耗性能得到改进。

本发明的其他目的和优点将在下面的说明中阐明，其中一部分在说明中将很明显，或者可以从本发明的实施中得到了解。本发明的目的和优点尤其可以借助于下文指出的方法手段及其组合实现和获得。

                            附图说明

结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，并连同上文的总的说明和下文对实施例的详细说明来说明本发明的原理。

图1是显示具有安装在其上的根据本发明的第一实施例的可变气门装置的气缸盖的平面图；

图2是显示可变气门装置和气缸盖的沿图1中线A-A的截面图；

图3是显示图2中所示的可变气门装置的平面图；

图4是显示图2中所示的可变气门装置的分解透视图；

图5是显示在图2中所示的可变气门装置的最大气门升程控制时摇臂接触凸轮表面的基圆区域的状态的截面图；

图6是可变气门装置的截面图，显示接触基圆区域的摇臂以及显示在最大气门升程控制时的气门驱动力和作用在传递臂上的力；

图7是显示在图2中所示的可变气门装置的最小气门升程控制时摇臂接触凸轮表面的基圆区域的状态的截面图；

图8是显示在图2中所示的可变气门装置的最小气门升程控制时摇臂接触凸轮表面的提升区域的状态的截面图；

图9是显示图2中所示的可变气门装置的性能的曲线图；

图10是说明第一实施例在高气门升程和高速运转时作用在传递臂的摆动支点上的负荷的作用方式的视图；

图11是显示在第一实施例的控制轴上发生的力矩的曲线图；

图12是显示具有安装在其上的根据本发明的第二实施例的可变气门装置的气缸盖的平面图；

图13是显示可变气门装置和气缸盖的沿图12中的线B-B的截面图。

                            具体实施方式

下文将参照图1到11说明根据本发明的第一实施例的可变气门装置。

图1是例如气缸1a直列配置的4缸往复式汽油发动机的多缸内燃机的气缸盖1的平面图。图2是取自图1中所示的线A-A的气缸盖1的详细截面图。图3是显示放大的气缸盖1的一部分的平面图。图4是安装到气缸盖1上的可变气门装置20的分解图。

气缸盖1将参照图1到3进行说明。在气缸盖1的下表面分别形成燃烧室2，再下面是形成在气缸体1c中并且直列设置的4个气缸1a。注意燃烧室2在图中仅显示一个。

在燃烧室2中形成两个进气口3和两个排气口4，即一对进气口3和一对排气口4。打开关闭进气口3的进气门5和打开关闭排气口4的排气门6装配在气缸盖1的顶部。对于进气门5和排气门6分别采用通过气门弹簧7沿闭合方向作用的常闭式往复气门。注意，活塞1b可往复运动地容纳在气缸1a中。图2中活塞1b由双点划线表示。

在图1和2中，参考数字8表示安装到气缸盖1上部的例如单顶置凸轮轴(SOHC)式的气门操作***。气门操作***8驱动进气门5和排气门6。

参考数字10表示沿气缸盖1的纵向方向可转动地配置在燃烧室2的顶部的凸轮轴。参考数字11表示可转动地配置在进气口侧的进气侧摇轴，凸轮轴10通过该结构被夹在其间。摇轴11还被用作本申请的控制轴。

参考数字12为设置并固定在排气口侧的排气侧摇轴。参考数字13表示位于摇轴11和12上方的支撑轴，与同摇轴11的距离相比，该轴更靠近摇轴12。摇轴11与12和支撑轴13都由与凸轮轴10平行设置的轴构件构成。

凸轮轴10通过来自发动机曲轴的输出沿图2中箭头方向可转动地驱动。注意，图中曲轴没有显示。对于每个燃烧室2，即对于每个气缸，进气凸轮15和两个排气凸轮16形成到凸轮轴10的各个部分上。进气凸轮15与本发明的凸轮相对应。进气凸轮15设置在燃烧室2的顶上中心。排气凸轮16，16分别设置在进气凸轮15的两侧。

对于每个排气凸轮16，即对于如图1和2所示的每个排气门6，排气门的摇臂18被可转动地支撑到排气侧摇轴12上。此外，对于每对进气凸轮15，即对于每对进气门，可变气门装置20被装配到进气侧摇轴11上。

摇臂18将排气凸轮16的位移传递给排气门6。可变气门装置20将进气凸轮15的位移传递给进气门5和5。由于摇臂18和可变气门装置20由每个凸轮15和16驱动，在气缸中与活塞1b的往复运动相关联地形成例如进气冲程、压缩冲程、爆发冲程和排气冲程的四冲程的预定的燃烧循环。注意，图2中参考数字87表示点火燃烧室2中的油气混合物的火花塞。

为了说明可变气门装置20，如图1到4所示，可变气门装置20包括摇臂25、中心摇臂35、摆动凸轮45和支撑机构70。摇臂25由摇轴可摆动地支撑。

摆动凸轮45与摇臂25组合。摆动凸轮45等同于本发明的摆动凸轮。

中心摇臂35将进气凸轮15的位移传递给摆动凸轮45。中心摇臂35等同于本发明的传递臂。支撑机构70将中心摇臂35可摆动地支撑到摇轴11上。

如图3和4所示，摇臂25为例如分叉形状。具体地，摇臂25具有一对摇臂片29和一个辊构件30。圆柱形的摇轴支撑轴套26形成在每个摇臂片29的中心。

驱动进气门的调节螺栓单元27装配到每个摇臂片29的一侧。辊构件30夹在摇臂片29的另一端之间。辊构件30为本发明的接触单元。

注意，参考数字32表示将辊构件30可枢轴转动地安装到摇臂片29上的短轴。摇轴11插在轴套26中并能够摆动。辊构件30设置在支撑轴13一侧，即设置在气缸盖1的中心侧。

调节螺栓单元27分别设置在进气门5的上端即进气门5的阀杆端。当摇臂25绕摇轴11摆动时，进气门5被驱动。

如图2到4所示，摆动凸轮45具有轴套部46、臂部47和接收单元48。轴套单元46为圆柱形的单元。支撑轴13插在轴套单元中并且被可转动地配合。

臂部47从轴套单元46向辊构件30即摇轴延伸。接收单元48形成在臂部47的下部。

臂部47的前端表面为将位移传递给摇臂25的凸轮表面49。凸轮表面49沿垂直方向延伸。使凸轮表面49与摇臂25的辊构件30的外圆周表面可转动地接触。凸轮表面49的细节将在后面说明。

如图4所示，接收单元48包括凹部51和短轴52。凹部51形成在凸轮轴10正上方的臂部47下部的下表面部。

短轴52沿与凸轮轴10相同的方向可转动地支撑在凹部51中。

注意，参考数字53表示形成在短轴52部的外圆周表面并具有平面底表面的凹部。

如图2和4所示，中心摇臂35具有大体上L字的形状。中心摇臂35具有例如可转动地与进气凸轮15的凸轮表面接触的凸轮从动件36的转动接触元件，和可转动地支撑凸轮从动件36的框架形保持单元37。

具体地，中心摇臂35具有中继臂单元38和支点臂单元39。中继臂单元38从保持单元37向上摇轴11和支撑轴13之间延伸。

如图5到8所示，支点臂单元39从保持单元37向摇轴11的一对摇臂片29之间露出的摇轴11的轴部11c的底侧延伸。支点臂单元39例如为分叉形状。

以摇轴11一侧较低和支撑轴13一侧较高这样的方式倾斜的坡度面40作为驱动表面形成到中继臂单元38的前端即顶端表面。中继臂单元38的前端***摆动凸轮45的凹部53中。这样，中心摇臂35***在进气凸轮15和摆动凸轮45之间。中继臂单元38的坡度面40可滑动地靠在形成在凹部53的底表面上的接收表面53a上。这样，在伴随着滑动的同时，进气凸轮15的位移从中继臂单元38传递到摆动凸轮45。

如图2和4所示，支撑机构70具有支撑单元77和调节单元80。支撑单元77具有控制臂72。控制臂72可摆动地支撑中心摇臂35。调节单元80调节中心摇臂35的位置。

现在将说明支撑单元77。通孔73形成在轴部11c的下外周壁上。通孔部11沿与轴部11c的轴心垂直的方向延伸。控制臂72形成具有圆形截面的杆74、形成在杆74一端上的盘形销结合片75和形成在销结合片75上的支撑孔75a。

支撑孔75a如图4中所示。杆74的端部从轴部11c的底部***通孔73。注意，***的杆74能够沿轴向移动并且沿圆周方向转动。杆74的端部紧密抵靠后面将叙述的调节单元80的部件。

销结合片75***支点臂单元39中。销42***支点臂单元39和支撑孔75a中，从而容许支点臂单元39的前端和控制臂72的端部从轴部11c突出以在突出方向即垂直于进气凸轮15的凸轮轴10轴心的方向上相互可转动地连接。

由于支点臂单元39和控制臂72连接在一起，当进气凸轮15转动时，中心摇臂35以销42为支点上下摆动。在与中心摇臂35的运动的联动中，摆动凸轮45将支撑轴13用作支点、短轴52用作作用点即来自中心摇臂35的负荷作用在其上的点，以及将凸轮表面49用作力点即摇臂25被驱动的点而作周期性的摆动。

注意，摇臂25、中心摇臂35和摆动凸轮45通过例如推力器86的加力装置沿使得它们互相紧密接触的方向互相加力来保证平稳的运动。

如图1和4所示，例如，作为促动器的控制电机43被连接到摇轴11的端部。摇轴11被控制电机43绕轴心驱动或转动。通过摇轴11的这种转动，控制臂72能够从例如图5和6所示的大体上垂直的姿态变成如图7和8所示的向凸轮轴转动方向很大程度倾斜的姿态。

由于控制臂72姿态的变化，中心摇臂35沿与轴部11c的轴线方向相交的方向移动即位移。也就是，如图5到8所示，凸轮从动件36和进气凸轮15的接触位置能够沿早喷射的方向或晚喷射的方向上变化。

因为转动接触位置可变化，摆动凸轮45的凸轮表面49的姿态也可以变化。这样能够同时并且连续地变化进气门5的开关时刻、气门打开周期和气门提升量。

具体地，改变与例如支撑轴13的中心之间的距离的曲面被用作凸轮表面49。如图2所示，凸轮表面49具有基圆区α和提升区β。基圆区α被制成为凸轮表面49的上侧。圆形的基圆区α是以支撑轴13的轴心为圆心的表面。

提升区β具有第一部γ1和第二部γ2。第一部γ1从基圆区α延伸并且在与基圆区α弯曲的方向相反的相反方向上弯曲。第二部γ2从第一部γ1延伸。第二部γ2在与第一部γ1弯曲的方向相反的相反方向上弯曲。具体地，基本提升区β为与例如进气凸轮15的提升区域的凸轮形状相似的圆弧表面。

当凸轮从动件36转动接触进气凸轮15的转动接触位置在进气凸轮15的早或晚喷射方向上移位时，摆动凸轮45的摆动范围发生变化。当摆动凸轮45的摆动范围发生变化时，辊构件30与其接触的凸轮表面49的区域发生变化。更具体地，上述设计的意思是，当进气凸轮15的相位转移到早喷射方向或完喷射方向时，辊构件30在其上来去移动的基圆区α和提升区β的比例发生变化。

通过螺栓构件82支撑被***的控制臂72端部的结构被采用到调节单元80，如例如图2到4所示。具体地，螺栓构件82从与通孔73相对的轴部11c的位置即上周壁以自由进退这样的方式沿螺纹***。螺栓构件82的***端在通孔73的中途紧密抵靠控制臂72的端部并且支撑控制臂72。

结果，转动螺栓构件82的操作改变轴部74从轴构件11c突出的突出比例。轴部74的突出部的体积发生变化。当轴部74的突出比例变化时，进气凸轮15与其接触的凸轮从动件36的转动接触位置发生变化。根据进气凸轮15与其接触的凸轮从动件36的转动接触位置的变化，进气门5的气门打开时间和气门关闭时间被调节。

参考数字83表示例如形成在螺栓构件82的顶端表面上来操作转动螺栓构件82的十字形槽。参考数字84表示拧在螺栓构件82的端部的锁定螺母。参考数字84a表示形成锁定螺母84的支承面的切口。

下文将参考图5到8讨论通过上述结构得到的可变气门装置20的操作。现在，假定凸轮轴10由于发动机的运转而沿图2中的箭头方向转动。

在这种情形下，中心摇臂35的凸轮从动件36接触进气凸轮15并且被进气凸轮15的凸轮轮廓面跟踪驱动。这样，中心摇臂35以销42为摆动支点沿垂直方向摆动。

中心摇臂35的摆动位移通过坡度面40传递到摆动凸轮45的接收表面53a。现在，由于接收表面53a和坡度面40可以滑动，当在坡度面40上滑动时，摆动凸轮45重复被坡度面40压上或降下的摆动运动。摆动凸轮45的摆动使凸轮表面49在垂直方向上往复运动。

在这种情形下，因为凸轮表面49可转动地与摆臂25的辊构件30接触，辊构件30被凸轮表面49周期性地挤压。摇臂通过接收该压力被驱动并打开或关闭一对进气门5。

现在，假定由于加速踏板的操作发动机高速运行。作为促动器的电机43接收到加速信号后，电机43将摇轴11和控制臂72转动到例如控制臂72达到如图5和6所示的垂直姿态的最大气门提升量得到保证的位置。

然后，中心摇臂35随着控制臂72的转动在进气凸轮15上沿转动方向移位。结果，中心摇臂35与进气凸轮15转动接触的位置在进气凸轮15上以早喷射方向或晚喷射方向上偏离。因此摆动凸轮45的凸轮表面49固定到摆动凸轮45的凸轮表面49达到如图5和6所示的近乎垂直的角度的位置。

由于凸轮表面49的这种姿态，凸轮表面49的辊构件30如图5和6所示的来去移动的区域被设定为产生最大气门提升量的区域，即设定为最短基圆区α和最长提升区β。也就是，摇臂25被由窄基圆区α和最长提升区β形成的凸轮表面部驱动。结果，进气门5以如例如图9的曲线A1所示的最大气门提升量和进一步以跟随进气冲程的开关时刻打开和关闭。

此外，当进行低和中转动操作时，控制电机43的驱动沿如图7和8所示的销42靠近进气凸轮15的方向转动摇轴11。然后，随着摇轴11的转动，中心摇臂35在进气凸轮15上移动到转动方向的前侧。结果，中心摇臂35和进气凸轮15之间的转动接触位置如图7和8所示沿早喷射方向在进气凸轮15上偏离。通过改变此转动接触位置，凸轮相位的气门打开时间加快。此外，随着中心摇臂35的移位，坡度面40在接收表面53a上从初始位置滑动到早喷射方向。

在这种情形下，由于中心摇臂35的移位，摆动凸轮45将姿态变化到如图7和8所示的使凸轮表面49向下侧倾斜。当坡度增加时，凸轮表面49的辊构件30在其上来去移动的区域改变到基圆区α逐渐增加和提升区β逐渐减小的区域。

当变化的凸轮表面49的凸轮轮廓被传递到辊构件30时，摇臂25被摆动地驱动，同时气门打开时间被加快。

因此，进气门5被从如图9所示的最大气门提升量A1控制到控制臂72最大程度倾斜的位置上的最小气门提升量A6。也就是，从发动机的高转动运转到低转动运转，进气门5保持打开气门的时刻与最大气门提升期间时大致相同。当处于低气门提升量时，随着气门关闭时刻的显著变化气门提升量连续变化。更不用说，发动机100是4气缸发动机和在气缸中采用共同的摇轴11(即控制轴)。因此，在所有气缸1a中都会出现进气门5特性的这种变化。

对于如上所述改变气门相位的摇轴11和中心摇臂35，该结构设计被用来减小作用在这些部件上的负荷。

如图10所示，在发动机的高气门升程和高速运转的状态下，使打开气门时的最大负荷和关闭气门时的最大负荷交替作用在摇轴11和作为中心摇臂35的摆动中心的摆动支点S1上，该技术被采用到本发明中。注意，图9中，A1及其周围显示了处于高气门升程和高速运转的发动机的特性。

对于该技术利用了这样的结构，如图6中所示，在高气门升程和高速运转的状态下，负荷的方向，即作用到最大提升附近中心摇臂35的摆动支点S1上的α3的方向设置成大体上与连接摆动支点S1和摇轴11即控制轴的中心S2的直线L3平行。

注意，图6中α3为在最大提升的时刻作用到中心摇臂35的摆动支点S1上的负荷。α3是负荷α1和负荷β1的合力，负荷α1发生在进气凸轮15和中心摇臂35接触的表面的法线方向L1，负荷β1发生在中心摇臂35和摆动凸轮45接触的表面的法线方向。

当摆动凸轮45摆动时，负荷α3的方向和大小连续变化。在如图10所示的高气门升程和高速运转的状态下，当摆动凸轮45与进气凸轮15的提升相关地摆动时，发生在摆动支点的负荷，即图6中的负荷α3的轨迹从Q1变化到Q2。

当摆动凸轮45沿气门打开方向转动时，最大负荷如轨迹Q1所示从摇轴11的转动中心S2到一侧即右侧作用在摆动支点S1上。

当摇摆动凸轮45沿气门关闭方向转动时，负荷如轨迹Q2所示从摇轴11的转动中心S2到另一侧即左侧作用在摆动支点S1上。

中心摇臂35的摆动支点S1和摇轴11的转动中心S2设置在方向T1和方向T2之间的区域，方向T1是轨迹Q1引起的转动带有最大负荷P1即当摆动凸轮45沿气门打开方向转动时发生在摆动支点S1的最大负荷的摇轴11的分力方向，方向T2是轨迹Q2引起的转动带有最大负荷P2即发生在摆动支点S1的最大负荷的摇轴11的分力的方向，该区域也就是图10中所示的交替区域，该区域中，在高气门升程和高转速运转时负荷方向交替地反向，以便交替地作用到摆动支点S1上。

通过这种配置，在高气门升程和高速运转时，不是气门打开方向的负荷和气门关闭方向的负荷的合力，而是该负荷中的一个负荷交替作用在摇轴11上。利用这种结构，当摆动凸轮45沿气门打开方向转动时在摇轴11上产生逆时针方向力矩，当摆动凸轮45沿气门关闭方向转动时在摇轴11上产生顺时针方向力矩。注意，逆时针方向假设为正。顺时针方向假设为负。

摆动支点S1和转动中心S2设置在沿T1方向上的负荷和沿T2方向上的负荷大体上相等的位置上，使得在高气门升程和高速运转时沿顺时针方向和沿逆时针方向作用到摇轴11上的力矩大体上相等，在T1方向上向摇轴11产生沿逆时针方向的最大力矩，在T2方向上向摇轴11产生沿顺时针方向的最大力矩。

而且，为了使每个气缸发生在摇轴11上的正负力矩在共同的摇轴11上抵销，在高气门升程和高速运转时中心摇臂35的摆动支点S1设置在下一气缸的摆动凸轮45沿气门打开方向摆动时发生的摇轴11的力矩方向相对于当前气缸的摆动凸轮45沿气门关闭方向摆动时发生的摇轴11的力矩相反的位置上。

而且，如图11所示，在高气门升程和高速运转时，中心摇臂35的摆动支点S1设置成使得下一气缸的气门打开即下一气缸开始气门打开操作的时间早于摆动凸轮45沿气门关闭方向摆动时当前气缸的摆动支点S1上发生的最大负荷的产生时间，或者当前气缸的气门关闭即当前气缸结束气门关闭操作的时间晚于下一气缸的摆动凸轮45沿气门打开方向摆动时发生的最大负荷的产生时间。

在气门特性处于图9中的A1和A2附近的高气门升程和高速运转时，摇轴11的转动中心S2相对于中心摇臂35的摆动支点S1的位置被设置成使得转动带有在打开气门时发生的最大负荷P1的摇轴的分力和转动带有在关闭气门时发生的最大负荷P2的摇轴11的分力大致抵销。

结果，气门打开时发生在摇轴11上的沿T1方向上的最大负荷和在气门关闭时发生在摇轴11上的沿T2方向上的最大负荷能够设定得小，结果，作用到摇轴11上的力矩能够设定得小。

因此，仅通过中心摇臂35的摆动支点S1和摇轴11的转动中心的简单的配置和结构，就可以抑制由于过量负荷引起的摇轴11的力矩下产生的变形。结果，可以再现所设定的气门特性、改进发动机输出并且改进燃油的消耗。

而且，由于作用在中心摇臂35的摆动支点S1和摇轴11即控制轴的负荷受到抑制，所以摆动支点S和摇轴11不必用高刚度的构件或部件，因而可以使摇轴11及其周边区域结构紧凑。

而且，转动摇轴11的促动器，这里指控制电机43，仅必须为能够产生足以克服负荷P1、P2的较大的分力矩的力矩的电机，因此可以达到采用小电机的目的。

而且，作为弯曲负荷等的最大负荷P1、P2作用到摇轴11和支撑机构70尤其是控制臂72上。然而，摇轴11的转动中心S2的位置设置为使得转动带有气门打开时发生的最大负荷P1的摇轴11的分力和转动带有气门关闭发生的最大负荷P2的摇轴11的分力大致抵销。从而，可以使摇轴11的截面形状与连接S1和S2的L3大致对称。

结果，通过采用同时适合于最大负荷P1、P2的最合适的形状，摇轴11的截面形状能够做到紧凑。而且，以同样的方式对于控制臂72，弯曲负荷能够设定为最小值，因此可以防止由于保持部的变形和磨损产生的提升变化，并且可以进行紧凑的设计。

特别是采用每个气缸通过使用共同的摇轴11即控制轴驱动可变气门装置20的结构。在这种情形下，如图10所示，中心摇臂35的摆动支点S1被设置在下一气缸的摆动凸轮45沿气门打开方向摆动时发生的摇轴11的力矩方向相对于当前气缸的摆动凸轮45沿气门关闭方向摆动时发生的摇轴11的力矩相反的位置。

因为这个原因，如图11所示，对于正负力矩即发生在摇轴11上的顺时针和逆时针力矩，如图11中的细线所示的前一气缸的力矩、虚线所示的当前气缸的力矩和细虚线所示的下一气缸的力矩相互抵销。

因此，对于摇轴11上的力矩，仅发生如图11中的粗线所示力矩显示的力矩峰值小并且平均力矩值小的力矩。因此，即使在多缸发动机中，摇轴11的负荷即控制轴的负荷和控制电机43的负荷也小。

而且，如图11所示，下一气缸的气门被设定成使其关闭时间早于当前气缸的气门关闭时发生的摇轴11的最大负荷的产生时间，或者当前气缸的气门被设定成使其关闭气门的时间晚于下一气缸的气门打开时发生的最大负荷的产生时间。结果，可以有效地减少诸如前一气缸的最大负荷、当前气缸的最大负荷和下一气缸的最大负荷的各个负荷的最大负荷值，因此，可以使摇轴11即控制轴的负荷和控制电机43的负荷进一步变得更小。

当进气门5接近它的最大升程时作用在中心摇臂35的摆动支点S1上的负荷方向和连接中心摇臂35的摆动支点S1和摇轴11的转动中心S2的直线相互大致平行。在这种结构中，在高气门升程和高速运转时，摇轴11的转动中心和中心摇臂35的摆动支点S1容易地设置在两个方向之间，一个方向是转动带有摆动凸轮45沿气门打开方向摆动时在中心摇臂35的摆动支点S1上发生的负荷的摇轴11的分力的方向，另一个方向是转动带有摆动凸轮45沿气门关闭方向摆动时发生的与上述负荷相反的负荷的转动摇轴11的分力的方向。

现在将参照图12和13说明根据本发明的第二实施例的可变气门装置。注意，具有与第一实施例相同功能的结构将用相同的参考数字标识并且对它们的说明不再重复。

在本实施例中，不同之处在于可变气门装置20设置在排气侧。其它结构可以与第一实施例的相同。该不同之处将被详细说明。

图12是安装根据该实施例的可变气门装置20的气缸盖1的平面图。图13是沿图12中的线B-B的气缸盖1的截面图。

如图12和13所示，排气侧摇轴12设置在每一对排气凸轮16即一对排气气门6的可变气门设备20内。进气用的摇臂18a由每个进气凸轮15即进气气门15的进气气门15的摇轴11可转动地支撑。本实施例也能够提供与第一实施例相同的有益效果。

注意，本发明不限于上述第一和第二实施例，本发明可以在其它特定的形式下实施而不背离本发明的精神和基本特征。例如，在上述实施中采用进气侧摇轴也用作控制轴的结构。然而，也可以实施独立采用控制轴的结构。

而且，在第一和第二实施例中，本发明应用于SOHC式气门操作***的发动机。进气门和排气门由一个凸轮轴驱动的结构被用于SOHC式气门操作***。然而，本发明不限于此，本发明可以应用于双顶置凸轮轴(DOHC)式的气门操作***的发动机。具用专用于进气侧的凸轮轴和专用于排气侧的另一凸轮轴的结构用于DOHC式气门操作***。

对于本领域的熟练技术人员来说，其他优点和修改很容易获得。因此，本发明在其广泛的各个方面不限于本文所述和所示的细节和代表性的实施例。因此，可以进行各种修改而不背离由附后的权利要求及其等同内容定义的本发明的总体概念的精神和范围。

Claims (6)

1.一种内燃机的可变气门装置，其特征在于，该装置包括：

可转动地设置在所述内燃机中的凸轮轴；

形成在所述凸轮轴上的凸轮；

可摆动地设置在所述内燃机中并具有驱动进气门或排气门的凸轮表面的摆动凸轮；

设置在所述摆动凸轮和所述凸轮之间并将所述凸轮的位移传递到所述摆动凸轮的传递臂；和

控制轴，该控制轴被构造成通过转动位移改变传递臂与凸轮的接触位置，且该控制轴通过所述位置改变控制进气门或排气门的气门特性，所述控制轴可转动地设置在内燃机中并且可摆动地支撑传递臂，在内燃机的高气门升程和高速运行时，传递臂的摆动支点和控制轴的转动中心被配置在两个方向之间，一个方向是当摆动臂沿着气门打开方向摆动时施加在传递臂的摆动支点上的最大负荷的转动控制轴的分力的方向，另一个方向是当摆动臂沿着气门关闭方向摆动时施加在传递臂的摆动支点上的与上述负荷相反的转动控制轴的最大负荷的分力的方向。

2.如权利要求1所述的内燃机的可变气门装置，其特征在于，其中

当进气门或排气门接近它的最大升程时作用在所述传递臂的摆动支点上的负荷方向与连接所述传递臂的摆动支点和所述控制轴的转动中心的线彼此基本平行。

3.如权利要求1所述的内燃机的可变气门装置，其特征在于，其中

所述内燃机具有多个气缸，

为所述内燃机的每个气缸配置所述摆动凸轮和所述传递臂，

所述控制轴由分别可摆动地支撑至少两个气缸的传递臂的共同的轴部件构成，以及

所述传递臂的摆动支点配置在当下一气缸的摆动凸轮沿气门打开方向摆动时产生的控制轴的力矩方向与当前气缸的摆动凸轮沿气门关闭方向摆动时产生的控制轴的力矩相反的位置上。

4.如权利要求2所述的内燃机的可变气门装置，其特征在于，其中

所述内燃机具有多个气缸，

为所述内燃机的每个气缸配置所述摆动凸轮和所述传递臂，

所述控制轴由分别可摆动地支撑至少两个气缸的传递臂的共同的轴部件构成，以及

所述传递臂的摆动支点配置在当下一气缸的摆动凸轮沿气门打开方向摆动时产生的控制轴的力矩方向与当前气缸的摆动凸轮沿气门关闭方向摆动时产生的控制轴的力矩相反的位置上。

5.如权利要求3所述的内燃机的可变气门装置，其特征在于，其中

每个气缸的传递臂的摆动支点被设定为使下一气缸开始其气门打开操作的时间早于摆动凸轮沿气门关闭方向摆动时在当前气缸的传递臂的摆动支点上产生最大负荷的时间，或者使当前气缸结束其气门关闭操作的时间晚于下一气缸的摆动凸轮沿气门打开方向摆动时产生最大负荷的时间。

6.如权利要求4所述的内燃机的可变气门装置，其特征在于，其中

每个气缸的传递臂的摆动支点被设定为使下一气缸开始其气门打开操作的时间早于摆动凸轮沿气门关闭方向摆动时在当前气缸的传递臂的摆动支点上产生最大负荷的时间，或者使当前气缸结束其气门关闭操作的时间晚于下一气缸的摆动凸轮沿气门打开方向摆动时产生的最大负荷的时间。

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