专利名称：用于内燃机的可变气门操作设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于内燃机的可变气门操作设备的改进，该设备依据发动机工作条件可变地控制发动机气门，即进气和/或排气门的升程和打开时段。
背景技术：
日本专利申请第一公报No.2002-371816公开了一种用于内燃机的可变气门操作设备，该设备包括布置在具有每汽缸两个进气门的汽缸上方的分叉摆臂。具有滚轮的摆臂分别包括绕枢轴可枢转的一个端部和与进气门的杆端相接触的另外两个分支端部。控制轴可旋转地布置在摆臂上方。第一插入臂枢转地支撑在控制轴上，并且驱动摆臂的滚轮。第二插入臂枢转地支撑在与控制轴整体形成的突出部分上。在凸轮轴上的驱动凸轮把第二插入臂推动到第一插入臂上，由此引起第一插入臂的枢转运动。通过在较小角度范围中转动控制轴和突出部分，控制通过驱动凸轮的第一插入臂的枢转运动，从而改变通过摆臂的进气门的升程和打开时段。
发明内容
最近，已经需要减小用于车辆内燃机的气门操作设备的尺寸，以便提高进入车辆机舱中的可安装性。为了满足需要，已经提出有气门操作设备的一种布置，在该布置中，气门操作设备位于更靠近进气门的进气侧位置中。
然而，在如以上传统技术中描述的那样具有用来改变气门升程和打开时段的这样一种机构的可变气门操作设备中，如果机构布置在进气侧位置中，则不能保证进气门的足够升程量。
本发明的一个目的在于，解决在传统技术中的上述问题并且提供一种用于内燃机的可变气门操作设备，该设备能够提供发动机气门的高升程和减小设备的尺寸。
由参照附图的如下描述可理解本发明的其它目的和特征。
在本发明的一个方面，提供有一种用来可变地操作内燃机的发动机气门的可变气门操作设备，该可变气门操作设备包括驱动凸轮，构造成从发动机的曲轴接收输入转矩；摆动凸轮，枢转地支撑在第一枢轴上；升程改变机构，可操作地变化摆动凸轮的枢转位置，以改变发动机气门的气门升程，同时把输入转矩从驱动凸轮传递到摆动凸轮上；摇臂，包括一个端部和另一个端部，在该一个端部处摇臂枢转地支撑在第二枢轴上，该另一端部与发动机气门相接触；空心空隙，限定在摇臂的一个端部与其另一个端部之间；及从动滚轮，可旋转地布置在摇臂的空心空隙中并且与摆动凸轮的凸轮表面相接触，其中，当发动机气门的气门升程是预定升程量或更大时，在从动滚轮与摆动凸轮之间的接触点位于摇臂的空心空隙中。
在本发明的另一个方面，提供有一种用来可变地操作内燃机的发动机气门的可变气门操作设备，该可变气门操作设备包括驱动凸轮，构造成从发动机的曲轴接收输入转矩；摇臂，包括一个端部和另一个端部，在该一个端部处摇臂枢转地支撑在第一枢轴上，该另一个端部与发动机气门相接触；空心空隙，限定在摇臂的一个端部与其另一个端部之间；摆动凸轮，枢转地支撑在第二枢轴上，从而当发动机气门的气门升程是预定升程量或更大时，摆动凸轮的凸轮尖位于空心空隙中；升程改变机构，可操作地变化摆动凸轮的枢转位置，以改变发动机气门的气门升程，同时把输入转矩从驱动凸轮传递到摆动凸轮上；及从动滚轮，可旋转地布置在摇臂中的空心空隙内并且与摆动凸轮的凸轮表面相接触。
在本发明的又一个方面，提供一种用来可变地操作内燃机的发动机气门的可变气门操作设备，该可变气门操作设备包括驱动凸轮，构造成从发动机的曲轴接收输入转矩；摆动凸轮，枢转地支撑在第一枢轴上，该摆动凸轮在摆动凸轮的枢转运动的方向上具有彼此相对的两个表面；摆动部件，把驱动凸轮的旋转运动转换成枢转运动；第一运动传递部件，把摆动部件的枢转运动传递到摆动凸轮上，第一运动传递部件可旋转地布置在摆动部件上，并且与摆动凸轮的两个表面之一相接触；控制部分，用来改变摆动部件的枢转运动，以改变发动机气门的气门升程；摇臂，包括一个端部和另一个端部，在该端部处摇臂枢转地支撑在第二枢轴上，该另一个端部与发动机气门相接触；及第二运动传递部件，把摆动凸轮的枢转运动传递到发动机气门上，第二运动传递部件可旋转地布置在摇臂上，并且与摆动凸轮的两个表面的另一个相接触。
图1是根据本发明的一种可变气门操作设备的第一实施例的分解立体图。
图2是在图1中所示的可变气门操作设备的基本部分的侧视图。
图3是沿图7的线A-A得到的剖视图。
图4和5是可变气门操作设备的第一实施例的竖直横截面剖视图，表示进气门的最小升程控制的操作。
图6和7是可变气门操作设备的第一实施例的竖直横截面剖视图，表示进气门的最大升程控制的操作。
图8是表示在可变气门操作设备的第一实施例中的进气门的升程的特性曲线图。
图9是与图1类似的视图，但表示根据本发明的可变气门操作设备的第二实施例。
图10是在图9中所示的可变气门操作设备的基本部分的侧视图。
图11和12是可变气门操作设备的第二实施例的竖直横截面剖视图，表示进气门的低升程控制的操作。
图13和14是可变气门操作设备的第二实施例的竖直横截面剖视图，表示进气门的最大升程控制的操作。
图15是在可变气门操作设备的第二实施例中的进气门的升程的特性曲线图。
图16是解释图，表示在可变气门操作设备的第二实施例中用工具更换推杆的操作。
图17是根据本发明的可变气门操作设备的第三实施例的竖直横截面剖视图。
图18是可变气门操作设备的第三实施例的基本部分的放大视图。
图19是类似于图18的视图，但表示根据本发明的可变气门操作设备的第四实施例。
图20是根据本发明的可变气门操作设备的第五实施例的竖直横截面剖视图。
图21是类似于图20的视图，但表示根据本发明的可变气门操作设备的第六实施例。
图22类似于图21，但表示根据本发明的可变气门操作设备的第七实施例。
具体实施例方式
现在参照图1-8，解释根据本发明的用于内燃机的一种可变气门操作设备的第一实施例。在这个实施例中，可变气门操作设备用在具有每汽缸两个进气门的发动机的进气侧上。如在图1、2及4中表明的那样，可变气门操作设备包括两个进气门2、2，通过未表示的气门导管可滑动地安装在汽缸盖1上；驱动轴3，布置在汽缸盖1上方并且由发动机的曲轴旋转地驱动；驱动凸轮4，布置在驱动轴3的外圆周表面上；一对摆动凸轮5、5，可操作地打开和关闭进气门2、2；升程改变机构6，它把驱动凸轮4机械地连接到摆动凸轮5、5上，以改变进气门2、2的升程；致动机构7，用来使升程改变机构6的控制部分致动，该控制部分控制升程改变机构6的操作位置；及摇动机构8，用来经摆动凸轮5、5把升程改变机构6的操作运动传递到进气门2、2上。
进气门2、2的每一个具有杆端2a，弹簧承座9经销固定到该杆端2a上。进气门2由具有支撑在弹簧承座9上的一个端部的气门弹簧10在这样一个方向上偏压，即，使进气门2处于关闭位置。
驱动轴3在发动机的前后方向上延伸，并且通过未表示的从动链轮和未表示的计时链从曲轴接收输入转矩，该从动链轮安装到驱动轴3的一个端部上，该计时链缠绕在从动链轮上。驱动轴3在由图1中的箭头所指示的顺时针方向上转动。驱动轴3形成有轴向油道11，该轴向油道11在驱动轴3内轴向地延伸，并且与未表示的、形成在汽缸盖1中的油沟连通。
每一个汽缸提供一个驱动凸轮4。驱动凸轮4与驱动轴3整体地形成，并且具有在图4中所示的整体雨点形。驱动凸轮4包括整体地形成有驱动轴3的基圆部分。驱动凸轮4具有转动轴线，即在基圆部分中延伸并且与相应进气门2、2的轴线Q的方向大体上垂直的驱动轴3的转动轴线。驱动凸轮4放置在与进气门2、2的轴线Q向上隔开的向上位置中，并且布置在图2中所示的进气门2、2之间。
两个摆动凸轮5、5布置在驱动轴3上，从而驱动凸轮4布置在摆动凸轮5、5之间。摆动凸轮5、5枢转地支撑在作为摆动凸轮5的枢转运动的枢轴的驱动轴3上。如图4中所示，摆动凸轮5、5的每一个包括基本为环形的基础部分12，枢转地支撑在驱动轴3的外圆周表面上；和凸轮凸角13，大体上从基础部分12的外表面径向延伸。基础部分12形成有轴向延伸穿过基础部分12的中心孔12a。基础部分12配合到驱动轴3的外圆周表面上，并且在其上滑动地转动。润滑油经径向延伸穿过驱动轴3并且连通轴向油道11的径向油孔11a供给到驱动轴3的外圆周表面与基础部分12的内圆周表面之间，基础部分12的内圆周表面限定中心孔12a。凸轮凸角13向其末端部分即凸轮尖13c变细。如图4中所示，摆动凸轮5包括平面接触表面13a，在凸轮凸角13的上侧延伸；和凸轮表面13b，沿凸轮凸角13的下侧从基础部分12侧延伸到凸轮尖13c侧。接触表面13a和凸轮表面13b相对于摆动凸轮5的枢转运动的方向以彼此相对的关系布置。凸轮表面13b形成大体弧形弯曲表面，并且包括基础部分12的基圆表面的一部分、从基础部分12的基圆表面向凸轮尖13c的末端部分连续延伸的斜面、靠近凸轮尖13c的最大升程表面、及在斜面与最大升程表面之间延伸的小升程表面。最大升程表面和小升程表面构造成分别提供进气门2、2的最大升程和其较小升程，如以后解释的那样。
升程改变机构6由如下构成摆动部分，包括摆臂14并且起到转换旋转运动的作用，即将驱动凸轮4的输入转矩转换至摆臂14的枢转运动；运动传递部分，用来把摆臂14的枢转运动传递到摆动凸轮5上；及控制部分，用来改变摆臂14的枢转位置，以改变进气门2、2的升程。明确地说，摆臂14把驱动凸轮4机械地连接到摆动凸轮5上，以把驱动凸轮4的旋转运动转换成摆臂14的枢转运动。摆臂14形成相对于与在平面视图中的其枢轴轴线垂直延伸的其中心线大体对称的分支形状。在这个实施例中，摆臂14在平面视图中具有基本为Y的形状。摆臂14被弯曲，以形成从图1和4所看到的基本为L的形状。明确地说，摆臂14包括形成有支撑通孔14b的基础部分14a，偏心控制凸轮16配合到该支撑通孔14b中并且被枢转地支撑。摆臂14还包括从基础部分14a向驱动凸轮4突出的一个端部14c、和分叉成两个端部14d、14d并且从基础部分14a向摆动凸轮5的接触表面13a突出的其它端部。一个端部14c和其它分叉端部14d、14d分别在其远端部分处具有缝隙形槽，如图1中所示。
运动传递部分包括通过球轴承可旋转地支撑在一个端部14c的槽中的轴19上的滚轮18。滚轮18与驱动凸轮4的外圆周表面进行滚动接触。运动传递部分还包括滚轮20、21，滚轮20、21通过球轴承分别可旋转地支撑在分叉端部14d、14d的槽中的轴22、23上。滚轮20、21与摆动凸轮5的接触表面13a进行滚动接触。滚轮20、21以彼此同步的关系把输入转矩从驱动凸轮4传递到摆动凸轮5、5上。
控制部分包括相对于驱动轴3以与其平行关系布置在向上位置中的控制轴15。如在图1、2及4中表明的那样，控制轴15由与驱动轴3共用的轴承24可旋转地支撑。控制轴15形成有油引入通道15a，润滑油供给到该油引入通道15a。油引入通道15a在控制轴15的轴向上延伸，并且连通在发动机中的油沟。控制轴15也形成有在控制轴15的径向上延伸并且连通油引入通道15a的油孔。控制部分还包括布置在控制轴15的外圆周表面上的偏心控制凸轮16。偏心控制凸轮16与控制轴15整体地形成，在偏心控制凸轮16上枢轴地支撑摆臂14。偏心控制凸轮16具有圆柱形凸轮轮廓，并且具有大体与摆臂14的支撑通孔14b的轴向长度相同的轴向长度。偏心控制凸轮16具有与控制轴15的中心轴线P移开一段预定距离的中心轴线P1。通过使控制轴15与偏心控制凸轮16一起转动，摆臂14的枢转运动的支点被移动，从而改变摆臂14的枢转位置。偏心控制凸轮16形成有在偏心控制凸轮16的径向上延伸并且与控制轴15的油孔合作形成油道15b的油孔。从油引入通道15a供给的润滑油经油道15b供给到偏心控制凸轮16的外圆周表面与限定摆臂14的支撑通孔14b的内圆周表面之间。
轴承24包括与汽缸盖1的上端部整体形成的轴承体24a、和重叠在轴承体24a的上端上的两个轴承架24b、24c。轴承架24b、24c使用一对螺栓24d、24d固定到轴承体24a上。螺栓24d、24d在如图4中看到的竖直方向上延伸到轴承架24b、24c和轴承体24a中。驱动轴3和控制轴15固定地支撑在轴承架24b、24c之间。
提供扭转弹簧25用于偏压摆动凸轮5，从而凸轮尖13c转向滚轮20、21，如图4的箭头fb指示的那样。扭转弹簧25的一端25a保持在摆动凸轮5的基础部分12的下部处，并且另一端25b由螺栓26a固定到轴承24的侧表面上。
用来使升程改变机构6的控制部分致动的致动机构7包括电动致动器27和把电动致动器27的旋转驱动力传递到控制轴15的滚珠丝杠副。电动致动器27安装到未表示的致动器壳体的一个端部上，该致动器壳体固定到汽缸盖1的后端上。滚珠丝杠副布置在致动器壳体内。在这个实施例中，电动致动器27是具有驱动轴27a的比例直流电机，驱动轴27a响应从控制器28供给的控制命令信号被旋转地驱动。控制器28可以是包括输入/输出接口(I/O)、存储器(RAM、ROM)、及微处理器或中央处理单元(CPU)的微型计算机。控制器28接收和处理来自包括曲柄角度传感器29、气流计30、发动机冷却剂传感器31、控制轴位置传感器32等的各种传感器的输入信息信号。控制轴位置传感器32可以是产生与控制轴15的角位置相对应的电压信号的电位计。控制器28然后判断当前发动机操作条件，并且依据当前发动机操作条件把控制命令信号输出到电动致动器27。
滚珠丝杠副包括与电动致动器27的驱动轴27a大体上同轴布置的滚珠螺杆轴33、和旋到滚珠螺杆轴33的外圆周表面上的滚珠螺母34、与控制轴15的一个端部相连接的连杆臂35、及机械地连接连杆臂35和滚珠螺母34的连杆支架36。滚珠螺杆轴33在外圆周表面上形成有滚珠循环槽，并且联接到电动致动器27的驱动轴27a上。由于这种联接，电动致动器27的旋转驱动力传递到滚珠螺杆轴33上。滚珠螺母34具有整体圆筒形和在其内圆周表面上连续延伸的螺旋导向槽。滚珠螺母34与滚珠螺杆轴33合作，以在螺旋导向槽与球循环槽之间保持多个球并且允许球的滚动-滑动运动。如此构造的滚珠丝杠副把滚珠螺杆轴33的旋转运动转换成滚珠螺母34在滚珠螺杆轴33上的直线运动。滚珠螺母34的直线运动通过连杆支架36转换成连杆臂35的枢转运动。
摇动机构8包括摇臂37和枢轴38，摇臂37枢转地支撑在枢轴38上。明确地说，摇臂37具有与进气门2、2的每一个的杆端2a相接触的一个端部37a、和由枢轴38枢转地支撑的另一个端部37b。摇臂37为在平面视图中具有细长矩形形状的框架形式。空心空隙39限定在摇臂37的一个端部37a与另一个端部37b之间。从动滚轮40可旋转地布置在空心空隙39内在靠近摇臂37的一个端部37a的位置中。如图3中表明的那样，空心空隙39具有垂直于摇臂37的纵向方向延伸的宽度W。宽度W大于在垂直于摆动凸轮5的纵向方向上延伸的摆动凸轮5的凸轮凸角13的厚度W1。借助于空心空隙39的这种结构，在摆动凸轮5的枢转运动期间允许凸轮凸角13进入空心空隙39中。
如图1和4中所示，摇臂37的一个端部37a形成有开向摇臂37的下侧的保持槽。一个端部37a由进气门2的杆端2a保持，杆端2a松配合到保持槽中。摇臂37的另一个端部37b具有枢轴38配合到其中的啮合凹口37c。啮合凹口37c由摇臂37的基本球形弯曲的壁限定。摇臂37还包括与弯曲壁相连接的整体形成的底壁37d、和与底壁37d和弯曲壁合作以限定空心空隙39的相对侧壁。
从动滚轮40可旋转地支撑在摇臂37上。从动滚轮40包括外环40a、固定到摇臂37的侧壁上的支撑轴40b、及支撑在支撑轴40b的外周缘上的针式滚轮40c。外环40a的上周缘从摇臂37的空心空隙39向上突出，并且与摆动凸轮5的凸轮表面13b进行滚动接触。
如图4中表明的那样，摆动凸轮5、5插入在摇臂37、37的从动滚轮40、40与在摆臂14的分叉端部14d、14d上的滚轮20、21之间。摆动凸轮5、5的每一个构造和布置成，当进气门2的升程被控制到预定升程量或更大时，滚轮20、21的每一个在摆动凸轮5的凸轮凸角13的接触表面13a上滚动并且压靠该接触表面13a，由此引起摆动凸轮5的向下枢转运动并且把凸轮尖13c放置到摇臂37的空心空隙39中。即，在这种状态下，把在凸轮表面13b与从动滚轮40之间的接触点S放置在空心空隙39中。在这个实施例中，当进气门2的升程被控制到图7中所示的最大值Lmax时，引起摆动凸轮5的向下枢转运动，并且把在凸轮表面13b与从动滚轮40之间的接触点S放置在空心空隙39内。而且，当凸轮尖13c放置在空心空隙39中时，在凸轮尖13c的末端与摇臂37的底壁37d的上部侧表面之间的微小间隙C仍然存在，如图3和4中所示，由此防止其间的干涉。
枢轴38为图1和4中所示的所谓液压游隙调节器的形式。枢轴38包括封闭端圆筒形本体41，固定配合到安装孔1a中，该安装孔1a形成在汽缸盖1的预定位置中；和柱塞42，轴向可滑动地布置在圆筒形本体41中，并且具有从圆筒形本体41的远端孔径突出的球形头部42a。头部42a可滑动地配合到摇臂37的啮合凹口37c中。枢轴38还包括整体圆筒形座，该圆筒形座可滑动地配合到圆筒形本体41中，并且具有储存腔和连通孔。储存腔经连通孔与在本体41内的较高压力腔连通。枢轴38还包括布置在较高压力腔内并且由弹簧的力偏压成关闭连通孔的止回球，该弹簧由承座支撑。
从在汽缸盖1中的油沟43供给的加压润滑油沿枢轴38的本体41的外圆周表面，经穿过本体41和柱塞42延伸的油孔44流入储存腔中。在进气门2的关闭时段期间，通过推动止回球打开连通孔并且流入较高压力腔中的加压润滑油，使柱塞42向上运动并且然后使座也向上运动。因而，在进气门2的杆端2a与摇臂37的一个端部37a之间气门间隙保持为零。
而且，如图2中所示，两个圆柱形垫片45a、45b配合到在驱动凸轮4与摆动凸轮5、5的基础部分12、12之间的驱动轴3的外圆周表面上。设置垫片45a、45b是为了驱动凸轮4和摆动凸轮5、5在驱动轴3上的轴向定位。两个圆柱形垫片46a、46b在摆臂14的基础部分14a的两侧配合到控制轴15的外圆周表面上。设置垫片46a、46b是用于摆臂14在控制轴15上的轴向定位。
下文将解释根据第一实施例的可变气门操作设备的操作。当发动机启动时，来自控制器28的控制电流不供给到执行器机构7的电动致动器27，从而电动致动器27不产生驱动滚珠螺杆轴33的转矩。在这种状态下，滚珠螺母34保持在最大直线位置中，并且连杆臂35通过连杆支架36放置在对应枢转位置中。控制轴15保持在图4和5中所示的旋转位置中，在该位置中，偏心控制凸轮16的中心轴线P1相对于控制轴15的中心轴线P位于右上侧。在旋转位置中，控制轴15经摆动凸轮5和摆臂14由扭转弹簧25的弹簧力推动。
明确地说，在图4和5中所示的旋转位置中，偏心控制凸轮16的增厚部分相对于控制轴15的中心轴线P放置在右上侧。即，偏心控制凸轮16的中心轴线P1右上偏离控制轴15的中心轴线P。由于偏心控制凸轮16的中心轴线P1与控制轴15的中心轴线P的偏离，摆臂14保持在相对于控制轴15向上偏离的枢转位置中，在该位置中，在滚轮20、21与摆动凸轮5、5的凸轮凸角13的接触表面13a、13a之间的接触点保持位于驱动轴3的上部。另一方面，摆动凸轮5、5在逆时针方向上由扭转弹簧25的弹簧力fb推动，从而使凸轮尖13c、13c向上运动。
在这种条件下，当驱动凸轮4被转动以通过滚轮18升起摆臂14的一个端部14c时，一个端部14c的升起运动通过在摆臂14的其它分叉端部14d、14d处的滚轮20、21传递到摆动凸轮5、5上。摆动凸轮5、5从图4中所示的枢转位置枢转运动到图5中所示的枢转位置。在摆动凸轮5、5的枢转运动期间，在摆动凸轮5、5与在摇臂37、37上的从动滚轮40、40之间的接触点保持在摆动凸轮5、5的凸轮表面13b的基圆表面上。因此，不引起摇臂37、37的枢转运动，从而进气门2、2的升程是零。
因而，在发动机的启动时，在摇臂37、37上的从动滚轮40、40的每一个在摆动凸轮5的凸轮表面13b的基圆表面的某一区域上往复滚动。在这种条件下，进气门2、2保持在关闭位置中，在该关闭位置中气门升程是零，如在图8中由特性曲线L0指示的那样。结果，显著减小发动机的摩擦，由此获得发动机的良好启动性。
当发动机操作移动到低速范围时，控制器28输出控制电流以使电动致动器27转过预定量。滚珠螺杆轴33由来自电动致动器27的输出转矩转动，使滚珠螺母34在这样一个方向上直线运动，以从最大直线位置后退。这引起控制轴15与偏心控制凸轮16一起在图4和5中看到的顺时针方向上转动，从而偏心控制凸轮16的中心轴线P1从图4和5中所示的位置向下运动预定的较小量，并且摆臂14作为整体向驱动轴3移动微小的距离。结果，配合在分叉端部14d、14d处的滚轮20、21推动摆动凸轮5、5的凸轮尖13c、13c进一步向下运动，从而摆动凸轮5、5的每一个作为一个整体在顺时针方向上进一步枢转地转动预定的微小量。
在这种条件下，当驱动凸轮4被转动以通过滚轮18升起摆臂14的一个端部14c时，一个端部14c的升起运动通过滚轮20、21传递到摆动凸轮5、5上，由此使摆动凸轮5、5在顺时针方向上枢转地运动。在摆动凸轮5、5的枢转运动期间，在摆动凸轮5、5与在摇臂37、37上的从动滚轮40、40之间的接触点经摆动凸轮5、5的凸轮表面13b、13b的斜面从基圆表面移动到小升程表面。因此，进气门2、2的升程增大。
因而，在发动机的低速范围中，在摇臂37、37上的从动滚轮40、40的每一个在摆动凸轮5的凸轮表面13b的区域上往复滚动，该区域经斜面在基圆表面与小升程表面之间延伸。在这种条件下，进气门2、2的升程变得较小，如在图8中由特性曲线L1指示的那样，因而导致进气门2、2的打开计时的较小延迟和气门重叠的较小减小，其中，进气门2、2和排气门的打开时段重叠。另外，增强吸气运动。这用来改进燃料经济性和实施稳定的发动机操作。
当发动机操作从低速范围移动到高速范围时，电动致动器27响应来自控制器28的控制命令信号进一步转动，由此使滚珠螺母34在同一方向上直线运动。使控制轴15与偏心控制凸轮16一起在顺时针方向上进一步转动，从而偏心控制凸轮16的中心轴线P1进一步向下运动到图6和7所示的位置。这使摆臂14向下移动更接近驱动轴3，从而在分叉端部14d、14d处的滚轮20、21推动摆动凸轮5、5的凸轮尖13c、13c进一步向下运动。摆动凸轮5、5的每一个作为一个整体在顺时针方向上枢转地转动预定的最大量。
在这种条件下，当驱动凸轮4被转动以通过滚轮18升起摆臂14的一个端部14c时，一个端部14c的升起运动通过滚轮20、21传递到摆动凸轮5、5上，由此使摆动凸轮5、5在顺时针方向上枢转地进一步运动并且置于图7中所示的最大枢转位置中。在摆动凸轮5、5的枢转运动期间，在摆动凸轮5、5与在摇臂37、37上的从动滚轮40、40之间的接触点经摆动凸轮5、5的凸轮表面13b、13b的斜面和小升程表面从基圆表面移动到最大升程表面。因此，进气门2、2的升程变到最大高度。
因而，在发动机的高速范围中，在摇臂37、37上的从动滚轮40、40的每一个在摆动凸轮5的凸轮表面13b的区域上往复滚动，该区域经斜面和小升程表面在基圆表面与最大升程表面之间延伸。在这种条件下，进气门2、2的升程成为最大，如在图8中由特性曲线L2指示的那样。这导致进气门2、2的打开计时的提前和进气门2、2的计时关闭的延迟，由此用来提高进气的填充效率和保证足够的发动机功率输出。
在以上所解释的最大气门升程控制时，如在图7中表明的那样，摆动凸轮5、5枢转地运动，从而凸轮表面13b、13b下推摇臂37、37的一个端部37a、37a，由此打开进气门2、2。在这种状态下，在摆动凸轮5、5的凸轮表面13b、13b与从动滚轮40、40之间的接触点S的每一个位于摇臂37的空心空隙39中。结果，能防止在摇臂37、37与摆动凸轮5、5的凸轮尖13c、13c之间发生干涉，并且能增大摆动凸轮5、5的枢转角度。这用来保证在绝对值方面的较大气门升程。
而且，在如图7中表明的最大气门升程控制时，与在摇臂14、14上的相应滚轮20、21相接触的摆动凸轮5、5的接触表面13a、13a的接触部分T、T位于摇臂37、37的空心空隙39、39中。这实现摆动凸轮5、5的进一步增大枢转角度。
因而，通过把凸轮尖13c、13c引入到摇臂37、37的空心空隙39、39中能保证摆动凸轮5、5的增大枢转角度，而不增大摆动凸轮5、5的尺寸。因此，能防止这个实施例的可变气门操作设备受结构增大之害，并且能实现尺寸减小。
而且，在进气门2、2的升起和打开操作时，来自驱动凸轮4的输入转矩经在摆臂14上的滚轮20、21传递到摆动凸轮5、5。在这时，如图7中表明的那样，经滚轮20、21传递到摆动凸轮5、5上的驱动力F1和进气门2、2的气门弹簧10、10的反作用力F2在大体径向相反的方向上作用在摆动凸轮5、5上。这导致驱动力F1和反作用力F2的抵消，由此防止过大负载施加在摆动凸轮5、5的基础部分12、12上。这用来减小摆动凸轮5、5的基础部分12的、在基础部分12的中心孔12a的轴向方向上延伸的厚度，并且用来减小施加到基础部分12上的负载。因而，能整个减小这个实施例的可变气门操作设备的尺寸。
而且，由于摆臂14相对于垂直于控制轴15的轴向的中心线具有对称分支形状，所以图7中所示的气门弹簧10、10的反作用力F2通过滚轮20、21大体上相等地施加到分叉端部14d、14d上。因此能防止摆臂14在由图1中的箭头D指示的方向上倾斜。这导致了抑制摆臂14对于摆动凸轮5、5的压紧力分布发生不平衡，由此防止在进气门2、2之间的升程量发生偏移。
而且，在如图7中表明的最大气门升程控制时，摆动凸轮5、5的每一个的凸轮尖13c的末端与摇臂37、37的每一个的底壁37d的上部侧表面相对，在它们之间具有微小间隙C。这用来提供进气门2、2的进一步增大升程量。另外，借助于摇臂37的底壁37d的提供，能提高摇臂37的刚度。
此外，如以上描述的那样，驱动凸轮4和摆动凸轮5、5布置在共用轴即驱动轴3上。这用来进一步减小这个实施例的可变气门操作设备的尺寸。
而且，借助于分别在摆臂14的一个端部14c和分叉端部14d、14d处的滚轮18、20和21的提供，能显著减小在驱动凸轮4与摆臂14的一个端部14c之间和在摆臂14的分叉端部14d、14d与摆动凸轮5、5的每一个之间引起的摩擦阻力。
特别是，借助于在摆臂14的分叉端部14d、14d上的滚轮20、21的提供，当进气门2、2的升程在最大气门升程控制时变得靠近波峰升程时，能稳定摆动凸轮5、5的枢转运动。明确地说，在进气门2、2的波峰升程之前和之后之间，在滚轮20、21与摆动凸轮5、5的接触表面13a、13a之间的接触点的移动方向颠倒，由此引起在它们之间产生的摩擦力的方向颠倒。因此，出现有摆动凸轮5、5的枢转运动变得不稳定的趋势。在使用滚轮20、21的这个实施例中，能减小摩擦阻力本身，由此抑制由于在进气门2、2的波峰升程之前和之后之间接触点的移动方向的颠倒引起的摩擦力的变化。结果，能稳定摆动凸轮5、5的枢转运动。
由于能显著减小在摆臂14与摆动凸轮5、5的接触表面13a、13a之间通过滚轮20、21引起的摩擦阻力，所以在绝对值方面能减小摩擦力的变化。这用来防止摆臂14受在摩擦力的方向变化发生时引起的扭转应力之害，由此防止在两个进气门2、2之间出现升程量的不同。
另外，在第一实施例中，经在控制轴15中的油引入通道15a从油道15b流来的润滑油足以润滑偏心凸轮16的外圆周表面和摆臂14的支撑通孔14b的内圆周表面。润滑油然后在摆臂14的外表面上流动，并且经摆臂14的相应端部14c、14d、14d供给到相应滚轮18、20和21。
另一方面，经在驱动轴3中的油道11从油孔11a流来的润滑油润滑驱动轴3的外圆周表面和摆动凸轮5、5的每一个的基础部分12的中心孔12a的圆周周缘。润滑油然后在摆动凸轮5、5的每一个的基础部分12的外表面上流动，并且供给到从动滚轮40、40的每一个。润滑油润滑从动滚轮40、40的每一个的外表面和摆动凸轮5、5的每一个的凸轮表面13b。
因而，能增强相应滚轮18、20、21及40的润滑，并且能进一步减小在滚轮18、20、21及40与摆动凸轮5、5的接触表面13a、13a和凸轮表面13b、13b之间引起的摩擦阻力。
而且，在这个实施例中，作为运动传递部分的两个滚轮20和21能由单个驱动凸轮4操作。与使用两个驱动凸轮的可变气门操作设备相比，能节省这个实施例的可变气门操作设备的生产成本，并且能促进尺寸减小。
而且，借助于在与发动机气门即进气门2、2的轴线向上隔离的向上位置中的驱动凸轮4的布置，能进一步减小这个实施例的可变气门操作设备的尺寸。
而且，用来设计传统直接驱动气门操作设备的汽缸盖的凸轮轴孔能用作这个实施例的可变气门操作设备的驱动轴3即凸轮轴的孔。这用来便于这个实施例的可变气门操作设备对于传统汽缸盖的安装。另外，用来驱动在装有直接驱动气门操作设备的传统内燃机的凸轮轴的带轮和链或计时带的结构，能应用于具有这个实施例的可变气门操作设备的发动机。
而且，当进气门2、2的升程是预定量或更大即最大气门升程时，不仅摆动凸轮5、5的每一个的凸轮表面13b而且还有其与凸轮表面13b相对的接触表面13a，位于摇臂37、37的每一个的空心空隙39内。该结果是防止在摆动凸轮5与摇臂37之间的干涉和进一步提高气门升程。
此外，如以上描述的那样，当进气门2、2的升程是预定量或更大即最大气门升程并且摆动凸轮5、5的枢转位置是最大枢转位置时，摆动凸轮5、5的每一个的凸轮尖13c的末端与摇臂37、37的每一个的底壁37d相对，在其之间具有微小间隙C。这用来进一步增大气门升程。另外，借助于底壁37d的提供，能增强摇臂37的刚性。
本发明的可变气门操作设备不限于第一实施例，并且可以应用于排气门、或进气门和排气门。
参照图9-16，表示有可变气门操作设备的第二实施例，该第二实施例与第一实施例的不同之处在于驱动轴、摆动凸轮及升程改变机构的构造和布置。类似附图标记指示类似部分，并因此省略其详细解释。
驱动轴3相对于进气门2、2的轴线Q布置在向上位置中，如在第一实施例中解释的那样，但在这个实施例中如图11中所示，驱动轴3的转动轴线与进气门2、2的轴线Q相比放置得更靠近汽缸盖1的中心部分。
两个摆动凸轮105、105枢转地布置在驱动轴3上在驱动凸轮4的两个轴向侧。摆动凸轮105、105的每一个与第一实施例的摆动凸轮5的不同之处在于凸轮凸角113的构造。如在图11中表明的那样，摆动凸轮105具有从基础部分12大体径向延伸的整体矩形凸轮凸角113。摆动凸轮105包括平面接触表面113A，在凸轮凸角113的上侧延伸，并且形成有整体半球形凹下部分113a；和凸轮表面113b，沿凸轮凸角113的下侧从基础部分12侧延伸到凸轮尖113c侧。接触表面113A和凸轮表面113b相对于摆动凸轮105的枢转运动的方向以彼此相对的关系布置。凸轮表面113b形成大体弧形弯曲表面，并且包括基础部分12的基圆表面的一部分、从基础部分12的基圆表面的部分向凸轮尖113c的末端部分连续延伸的斜面、靠近凸轮尖113c的最大升程表面、及在斜面与最大升程表面之间延伸的小升程表面。
升程改变机构106包括摆动部分，包括把驱动凸轮4机械地连接到摆动凸轮105上的摆臂114，以把驱动凸轮4的旋转运动转换成摆臂114的枢转运动；运动传递部分，用来把摆臂114的枢转运动传递到摆动凸轮105上；及控制部分107，用来改变摆臂114的枢转位置。摆臂114具有相对于与在平面视图中的其枢轴轴线相垂直地延伸的其中心线大体对称的分支形状。在第二实施例中，摆臂114在平面视图中具有基本为Y的形状，并且当从发动机的前后方向看时具有基本为L的形状。摆臂114与第一实施例的摆臂14的不同之处在于，基本为半球形凹下部分14e、14e形成在从基础部分14a向摆动凸轮105的凸轮凸角113的接触表面113A延伸的分叉端部14d、14d中。一个端部14c在其远端部分处具有缝隙形槽，如图9中所示。
运动传递部分包括把输入转矩从驱动凸轮4传递到摆动凸轮105、105上并且以彼此同步关系操作摆动凸轮105、105的推杆120、121。推杆120、121的每一个直线地延伸，并且具有圆形横截面。推杆120在其相对端处具有基本球形枢转端部120a、120b。枢转端部120a、120b与推杆120整体地形成。类似地，推杆121在其相对端处具有基本球形枢转端部121a、121b。枢转端部121a、121b与推杆121整体地形成。推杆120的枢转端部120a、120b分别可滑动地啮合在摆动凸轮105的凹下部分113a中和摆臂114的两个分叉端部14d、14d之一的凹下部分14e中。推杆121的枢转端部121a、121b分别可滑动地啮合在摆动凸轮105的凹下部分113a中和摆臂114的两个分叉端部14d、14d的另一个的凹下部分14e中。在这个实施例中，推杆120、121具有相同长度，但可以构造成具有彼此不同的长度。
摆动凸轮105、105在推杆120和121的大体轴向方向上由扭转弹簧123、123经承座销122、122偏压。扭转弹簧123、123的每一个包括中部123a、和相对于中部123a倾斜并且向摆动凸轮105伸出的两个端部。中部123a借助于螺栓固定到汽缸盖1的壁1b上。两个端部分别安装到摆动凸轮105、105的凸轮凸角113、113上。扭转弹簧123的两个端部与从摆动凸轮105、105的每一个的凸轮凸角113伸出的承座销122弹性地接触。明确地说，承座销122在凸轮凸角113的厚度方向上，即在摆动凸轮105的轴向上，压配合到靠近凸轮尖113c的凸轮凸角113的一部分中并且固定到该部分上。承座销122包括从在摆动凸轮105的轴向方向上彼此相对的凸轮凸角113的相对表面伸出预定长度的相对端部。如图11中所示，承座销122的相对端部的每一个的下周缘与扭转弹簧123的两个端部的每一个相接触并且由其偏压。
控制部分107包括控制轴15和与控制轴15整体形成的偏心控制凸轮16，如在第一实施例中描述的那样。控制部分107因而具有与第一实施例相同的构造，并且如在第一实施例中解释的那样由致动机构7操作。
如在图11中表明的那样，摆动凸轮105、105插入在摇臂37、37上的从动滚轮40、40与在摆臂114上的分叉端部14d、14d上的推杆120、121之间。摆动凸轮105、105布置成，当操作时，扭转弹簧123、123的每一个的弹簧力fb和经推杆120、121施加到摆动凸轮105、105的每一个上的压紧力fp在大体相反的方向上作用，由此抵消由弹簧力fb和压紧力fp引起的负载。
而且，如图10中所示，两个圆柱形垫片145、145在摆臂114的基础部分14a的两侧配合到控制轴15的外圆周表面上。设置垫片46a、46b用于摆臂14在控制轴15上的轴向定位。
下文将解释第二实施例的可变气门操作设备的操作。当发动机在低速范围中操作时，控制器28输出控制电流以使电动致动器27在预定方向上转动。滚珠螺杆轴33由来自电动致动器27的输出转矩转动，使滚珠螺母34直线运动到在滚珠螺杆轴33上的预定直线位置。在这种状态下，控制轴15由连杆支架36和连杆臂35保持在图11和12中所示的旋转位置中。在该旋转位置中，偏心控制凸轮16的中心轴线P1相对于控制轴15的中心线P位于右上侧。因而，摆臂114相对于控制轴15位于向上枢转位置中。另一方面，摆动凸轮105、105由扭转弹簧123、123的弹簧力偏压，从而凸轮尖113c、113c被推到推杆120、121的枢转部分120a、121a上，即在逆时针方向上。
在这种条件下，如图11所示，当驱动凸轮4在基圆部分与滚轮18相接触的旋转位置中时，摆臂114的一个端部14c不被向上推动，从而进气门2、2在关闭位置中。当驱动凸轮4被转动到位于图12中所示的旋转位置中时，驱动凸轮4的凸轮尖与滚轮18相接触，并且通过滚轮18上推摆臂114的一个端部14c。一个端部14c的升起运动通过在分叉端部14d、14d上的推杆120、121传递到摆动凸轮105、105上，由此使摆动凸轮105、105在顺时针方向上枢转地运动。在摆动凸轮105、105的枢转运动期间，在摆动凸轮105、105与在摇臂37、37上的从动滚轮40、40之间的接触点经摆动凸轮105、105的凸轮表面113b、113b的斜面从基圆表面移动到小升程表面。因此，进气门2、2的升程增大。
因而，在发动机的低速范围中，在摇臂37、37上的从动滚轮40、40的每一个在摆动凸轮105的凸轮表面113b的区域上往复滚动，该区域经斜面在基圆表面与小升程表面之间延伸。在这种条件下，进气门2、2的升程变得较小，如在图15中由特性曲线L1指示的那样。这导致进气门2、2的打开计时的延迟和气门重叠的减小，其中，进气门2、2和排气门的打开时段重叠。另外，增强进气运动。这用来改进燃料经济性和获得稳定的发动机操作。
当发动机操作从低速范围移动到高速范围时，控制器28输出反向控制电流以在相反方向上转动电动致动器27，由此使滚珠螺母34在相反方向上直线运动。使控制轴15与偏心控制凸轮16一起在顺时针方向上转动，从而偏心控制凸轮16的中心轴线P1进一步向下运动到图13和14所示的位置。这使摆臂114枢转运动得更接近驱动轴3，从而在分叉端部14d、14d处的推杆120、121推动摆动凸轮105、105的凸轮凸角113、113的接触表面113A、113A。摆动凸轮105、105的每一个作为一个整体在顺时针方向上枢转地转动预定的量。
在这种条件下，当驱动凸轮4被转动，从而凸轮尖通过滚轮18升起摆臂114的一个端部14c时，一个端部14c的升起运动通过推杆120、121传递到摆动凸轮105、105上，由此使摆动凸轮105、105在顺时针方向上枢转地运动并且置于图14中所示的最大枢转位置中。在摆动凸轮105、105的枢转运动期间，在摆动凸轮105、105与在摇臂37、37上的从动滚轮40、40之间的接触点经摆动凸轮105、105的凸轮表面113b、113b的斜面和小升程表面从基圆表面移动到最大升程表面。因此，进气门2、2的升程变到最大。
因而，在发动机的高速范围中，在摇臂37、37上的从动滚轮40、40的每一个在摆动凸轮105的凸轮表面113b的区域上往复滚动，该区域经斜面和小升程表面在基圆表面与最大升程表面之间延伸。在这种条件下，进气门2、2的升程变到最大，如在图15中由特性曲线L2指示的那样。这导致进气门2、2的打开计时的提前和进气门2、2的计时关闭的延迟，由此用来提高进气的填充效率和保证足够的发动机功率输出。
以上所述的第二实施例能实现如下效果。首先，由于摆臂114的枢转运动经推杆120、121传递到摆动凸轮105、105上，所以能简化第二实施例的可变气门操作设备的构造，并且能减小零件的数量，该推杆120、121在其相对端具有枢转端部120a、120b、121a、121b。这用来节省生产成本和提高零件布局的自由度。而且，在这个实施例中，与其中摆臂构造和布置成直接向下推动摆动凸轮的情形相比，使用推杆120、121能有效地实现摆动凸轮105、105的向下枢转运动。这用来增大最大气门升程。
而且，推杆120、121通过摆动凸轮105、105由扭转弹簧123、123的弹簧力向上偏压，而与驱动凸轮4的旋转位置即旋转相位无关。这使推杆120、121的枢转端部120a、120b、121a、121b适当地与摆动凸轮105、105的凸轮凸角113、113的凹下部分113a、113a和摆臂114的分叉端部14d、14d的凹下部分14e、14e压紧接触，并被保持在该处。结果，能防止推杆120、121在可变气门操作设备的操作期间与摆动凸轮105、105的凸轮凸角113、113和摆臂114的分叉端部14d、14d脱开。另外，能抑制由在推杆120、121的枢转端部120a、121a与摆动凸轮105、105的凸轮凸角113、113之间和在推杆120、121的枢转端部120b、121b与摆臂114的分叉端部14d、14d之间的干涉引起的噪声的出现，并且能实现可变气门操作设备的平稳操作。
而且，通过选择性地使用具有不同长度的推杆120、121能可选择地改变在摆动凸轮105、105与摆臂114的分叉端部14d、14d之间的距离。这获得进气门2、2的升程的自由调节。
即使当在组装时引起在发动机汽缸之间的气门升程的偏移(dispersion)时，通过用长度不同的另外推杆更换推杆120、121也能消除该偏移。而且，需要设置当把气门升程控制到小升程量时引起的在汽缸盖1中在进气门2、2的每一个的气门头部与进气口的每一个的圆周周缘之间的精细间隙。在设置该精细间隙时，通过选择性地使用彼此具有不同长度的推杆120、121能提高气门升程的调节精度。这用来改进在空转期间的燃料经济性和发动机操作的稳定性。
这里，当进气门2、2由单个驱动凸轮4通过单个摆臂114操作时，将出现在进气门2、2之间的气门升程的差别，并且难以消除在进气门2、2之间的气门升程的差别。然而，在这个实施例中，用具有依据气门升程的差别的长度的另外推杆更换推杆120、121之一能消除气门升程的差别。而且，通过使用单个驱动凸轮4和单个摆臂114，能简化这个实施例的可变气门操作设备的构造。此外，摆臂114具有如上所述的对称形状，从而能防止摆臂114进入不平衡状态和在轴向方向上的倾斜状态。这导致进气门2、2稳定性的提高。
图16表明使用细长工具46用新的一个或一对更换一个或两个推杆120、121的操作。如图16中所示，工具46在其一个端部上具有销压紧部分46a。销压紧部分46a形成有凹口46b，该凹口46b构造成可与在摆动凸轮105、105上的承座销122、122的每一个的外圆周表面相啮合。现在解释推杆120、121的更换操作。首先，从向上方向上把负载F施加到工具46的相对端部上，从而销压紧部分46a的凹口46b靠压承座销122的外圆周表面。摆动凸轮105在顺时针方向上克服扭转弹簧123的弹簧力被转动，从而凸轮尖113c向下移动，并且推杆120、121的枢转端部120a、121a与凸轮凸角113的凹下部分113a脱开。因而，能除去推杆120、121中的一个或两个。
以后，新推杆的相对枢转端部与摆动凸轮105的凸轮凸角113的凹下部分113a和摆臂114的分叉端部14d的凹下部分14e相啮合。因而，用新的一个或一对能更换推杆120、121中的一个或两个。以与上述相同的方式使用工具46进行对于摆动凸轮105、105和摆臂114组装推杆120、121的操作。
在第二实施例中，通过使用工具46和承座销122容易地完成推杆120、121的更换操作。这样的结果是便于气门升程的调节。另外，能便于推杆120、121的组装和拆卸操作。
而且，在第二实施例中，当把进气门2、2的升程控制到小升程量时，施加在摆动凸轮105、105上的气门弹簧10、10的反作用力变小。因而，如果在小气门升程控制时对于摆动凸轮105、105和摆臂114更换或组装推杆120、121，则能便于推杆120、121的更换或组装操作。
如果在进气门2、2处于摆动凸轮105、105不受气门弹簧10、10的反作用力的关闭位置中的情况下，进行推杆120、121的更换操作，则只有扭转弹簧123、123的弹簧力通过承座销122、122作用在摆动凸轮105、105上。在这种情况下，负载F被减小，并且能进一步便于推杆120、121的更换操作。
而且，摆动凸轮105、105的凸轮凸角113保持在推杆120、121的枢转端部120a、121a与扭转弹簧123、123的端部之间，该扭转弹簧123、123的端部与承座销122、122相接触。借助于这种布置，扭转弹簧123、123的偏置力和施加到摆动凸轮105、105上的推杆120、121的压紧力被抵消，由此使没有负载通过摆动凸轮105、105施加到驱动轴3上。这导致驱动轴3的强度增加和其摩擦损失的减小，由此用来改进燃料经济性。
而且，由于摆动凸轮105、105支撑在推杆120、121与摇臂37、37之间，所以经推杆120、121施加到摆动凸轮105、105上的压紧力和经摇臂37、37施加在摆动凸轮105、105上的气门弹簧10、10的反作用力被抵消。因此，能减小通过摆动凸轮105、105施加到驱动轴3上的负载。这用来抑制驱动轴3的摩擦损失的增大和改进耐久性。
参照图17和18，表示有可变气门操作设备的第三实施例，该第三实施例与第二实施例的不同之处在于摆动凸轮的构造和布置、及摆动凸轮和摆臂中的润滑通道的提供。类似附图标记指示类似部分，并因此省略其详细解释。如在图17中表明的那样，摆动凸轮205、205的每一个包括划分成两部分且借助于一对螺栓50、50彼此相联的基础部分12。借助于这种构造，当把摆动凸轮205、205组装到驱动轴3上时，能显著便于把摆动凸轮205、205的每一个组装到驱动轴3上的操作，而不用穿过在驱动轴3的轴向方向上的中心孔12a把摆动凸轮205配合到驱动轴3上。能显著便于摆动凸轮205、205的组装操作。
摆动凸轮205、205的每一个包括用于与驱动轴3的油孔11a流体连通的油道47。油道47具有开向限定摆动凸轮205的基础部分12的中心孔12a的内圆周表面的一端、和开向摆动凸轮205的凸轮凸角13的凹下部分113a、113a的每一个的半球形底表面的相对端。当把驱动轴3放置在预定旋转位置中时，油道47与油孔11a连通。另外，摆臂214包括用于与延伸穿过偏心控制凸轮16和控制轴15的油道15b流体连通的油道48。油道48具有开向限定摆臂214的支撑通孔14b的内圆周表面的一端、和开向摆臂214的分叉端部14d、14d的凹下部分14e、14e的每一个的半球形底表面的相对端。当控制轴15与偏心控制凸轮16一起被放置在预定旋转位置中时，油道48与油道15b连通。
如在图18中表明的那样，油保存部分49被限定在推杆120、121的枢转端部120b、121b的每一个的球形外表面与摆臂214的分叉端部14d、14d的凹下部分14e、14e的每一个的半球形底表面之间。油保存部分49与在摆臂214中的油道48连通。在枢转端部120b、121b的每一个的球形外表面与分叉端部14d、14d的凹下部分14e、14e的每一个的底表面之间，有在图18中由假想线X指示的环形接触部分。在接触部分X处，枢转端部120b、121b与凹下部分14e、14e为线接触。
在这个实施例中，从在驱动轴3中的油道11经油孔11a流入油道47中的润滑油供给到摆动凸轮205、205的凸轮凸角13的凹下部分113a、113a的每一个。另一方面，从在控制轴15中的油引入通道15a经油道15b流入油道48中的润滑油被供给到摆臂214的分叉端部14d、14d的凹下部分14e、14e的每一个。因而，能有效地进行在摆动凸轮205、205的凹下部分113a、113a的每一个的底表面与推杆120、121的枢转端部120a、121a的每一个的外表面之间的润滑、和在分叉端部14d、14d的凹下部分14e、14e的每一个的底表面与推杆120、121的枢转端部120b、121b的每一个的外表面之间的润滑。结果，能获得摆动凸轮205、205和摆臂214相对于推杆120、121的平稳滑动运动。而且，能防止在凹下部分113a、113a与枢转端部120a、121a之间和在凹下部分14e、14e与枢转端部120b、121b之间出现磨损。
特别是，借助于油保存部分49的提供，在凹下部分14e、14e的每一个的底表面与枢转端部120b、121b的每一个的外表面之间能形成油膜。由于油膜的形成，能进一步增强摆臂214的分叉端部14d、14d的凹下部分14e、14e的每一个的底表面与推杆120、121的枢转端部120b、121b的每一个的外表面之间的润滑。而且，枢转端部120b、121b可与凹下部分14e、14e线接触地滑动，由此导致在油保存部分49中的改进的油保存、和在摆臂214的分叉端部14d、14d的凹下部分14e、14e的每一个的底表面与推杆120、121的枢转端部120b、121b的每一个的外表面之间的进一步增强的润滑。
参照图19，表示有可变气门操作设备的第四实施例，该第四实施例与第三实施例的不同之处在于摆臂的凹下部分的构造。如在图19中表明的那样，摆臂314在分叉端部14d、14d的每一个上具有加大尺寸(upsized)的凹下部分14e。凹下部分14e具有比推杆120、121的枢转端部120b、121b的每一个的外径稍大的内径，从而枢转端部120b、121b与凹下部分14e的底表面处于点接触，如在图19中在Y处指示的那样。因此，枢转端部120b、121b的每一个可与凹下部分14e的底表面点接触地滑动。这导致在枢转端部120b、121b与凹下部分14e、14e之间的滑动摩擦阻力的减小，由此实现其平稳的滑动运动和提供改进的燃料经济性。
参照图20，表示有可变气门操作设备的第五实施例，该第五实施例与第三实施例的不同之处在于在推杆中设置油道和在推杆的枢转端部中设置油槽及摆动凸轮的构造。如在图20中表明的那样，推杆220、221包括轴向油道51、形成在枢转端部220a、221a的末端表面上的油槽52、及形成在枢转端部220b、221b的末端表面上的油槽53。油道51具有开向油槽52和53的相对端。油槽52与形成在摆动凸轮305、305中的油道47相连通。油槽53与形成在摆臂214中的油道48相连通。从油道48经油槽53流入在推杆220、221的每一个中的油道51中的润滑油经油槽52供给到摆动凸轮305、305的凸轮凸角113的凹下部分113a、113a的每一个和推杆220、221的枢转端部220a、221a的每一个。
因而，能确定地进行和由此进一步增强在凹下部分113a、113a的每一个的底表面与枢转端部220a、221a的每一个的外表面之间的润滑。从油槽52流来的润滑油经油道47引到在摆动凸轮305、305的每一个的内圆周表面与驱动轴3的外圆周表面之间，并且润滑其相互滑动部分。
摆动凸轮305、305的每一个包括切口54，该切口54形成在凸轮凸角113的相对侧上的基础部分12上，并且与中心孔12a相连通。切口54由大体彼此平行的相对平面表面限定。在组装时，摆动凸轮305通过把切口54的相对平面表面配合到未表示的切口的相对平面表面上而组装到驱动轴3上，该未表示的切口形成在驱动轴3的外圆周表面上。借助于设置摆动凸轮305的切口54和驱动轴3的对应切口，摆动凸轮305能在驱动轴3的径向方向上组装。这导致便于摆动凸轮305、305的组装操作，并且导致摆动凸轮305、305的重量和惯性质量的减小。
而且，在这个实施例中，润滑油经在摆动凸轮305、305中的油道47供给到驱动轴3和摆动凸轮305、305的相互滑动部分，而没有经在驱动轴3中的油孔11a来自油道11的流动。因而，即使当油孔11a和切口54在驱动轴3的旋转运动期间彼此对准，也能防止润滑油通过在驱动轴3中的油孔11a和切口54排入到空气中。这抑制润滑油的过量供给。
参照图21，表示有可变气门操作设备的第六实施例，该第六实施例与第二实施例的不同之处在于设置了用来调节推杆的枢转端部的轴向位置的调节器组件。如在图21中表明的那样，调节器组件55布置在摆臂414的分叉端部14d、14d与推杆120、121的枢转端部120b、121b之间。调节器组件55包括延伸穿过分叉端部14d、14d的每一个的螺孔56、旋入螺孔56中的调节杆57、及旋到调节杆57的末端部分上的锁定螺母58。调节杆57在其外圆周表面上具有螺纹57a和在调节杆57的顶部表面上的槽57d。调节杆57在其下端部分上还具有杯形承座部分57b。杯形承座部分57b具有与推杆120、121的枢转端部120b、121b的每一个相啮合的球形凹口57c。
如此构造的调节器组件55按如下操作。松开锁定螺母58，然后把诸如改锥之类的工具啮合在槽57d中，并且在顺时针或逆时针方向上转动，由此在轴向使调节杆57运动和改变承座部分57b的轴向位置。当承座部分57b放置在希望的轴向位置中时，旋上锁定螺母58以把承座部分57b固定在希望的轴向位置中。结果，调节推杆120、121的枢转端部120a、121a、120b、121b的轴向位置。
在使用调节器组件55的这个实施例中，能调节摆动凸轮105、105的枢转位置而不必用具有不同长度的新推杆更换推杆120、121，从而能精密控制进气门2、2的升程。因而，能减小推杆120、121的更换次数，或者能省去其更换操作。
参照图22，表示有可变气门操作设备的第七实施例，该第七实施例与第六实施例的不同之处在于调节器组件的调节杆和推杆的构造及用于摆动凸轮的偏置部件的布置。如在图22中表明的那样，调节器组件155包括具有球形枢转端部157b的调节杆57。推杆320、321包括在其下端处的基本球形枢转端部320a、321a和在其上端处的杯形承座部分320b、321b。枢转端部320a、321a与摆动凸轮205、205的凸轮凸角113的凹下部分113a、113a相啮合。杯形承座部分320b、321b具有与调节杆57的枢转端部157b相啮合的环形凹部。这个实施例能实现如在第六实施例中解释的气门进行精密控制的效果。
而且，摆动凸轮205、205的每一个包括如在第三实施例中解释的那样划分成两部分的基础部分12。如图22中所示，基础部分12的两部分之一具有矩形形状，并且其具有凸轮凸角113的另一部分具有基本为梯形的形状。单个基本为L形支架59共用地提供给摆动凸轮205、205。支架59安装到相应摆动凸轮205、205的基础部分12、12的矩形部分上。明确地说，支架59包括借助于螺栓50、50固定到基础部分12、12的矩形部分的外表面上的竖直延伸基础部分59a、和与基础部分59a连接且大体垂直于其延伸的自由端部59b。螺旋弹簧60安装在支架59的自由端部59b与从轴承支架24c的上端部横向伸出的承座24e之间。摆动凸轮205、205由螺旋弹簧60的弹簧力偏压，以在图22中的逆时针方向上转动。
这个实施例能实现与第六实施例相同的效果。而且，在这个实施例中，在把摆动凸轮205、205的每一个组装到驱动轴3上时，摆动凸轮205的基础部分12的两部分联接在一起，并且同时，支架59借助于螺栓50、50固定到摆动凸轮205的基础部分12的矩形部分上。这用来节省成本和改进在摆动凸轮205附近的零件布局的自由度。
驱动凸轮和偏心控制凸轮的布置不限于以上实施例。驱动凸轮可以布置在摆动臂的中心部分处，并且偏心控制凸轮可以布置在摆臂的一个端部侧。
本申请基于提交于2004年11月30日的前日本专利申请No.2004-345069和提交于2005年1月26日的2005-17719。日本专利申请No.2004-345069和No.2005-17719的整个内容包括在这里以供参考。
尽管通过参考本发明的某些实施例已经描述了本发明，但本发明不限于上述实施例。对于本领域的技术人员在以上解释的启示下能想到上述实施例的修改和变更。本发明的范围参照如下权利要求书限定。
权利要求
1.一种用来可变地操作内燃机的发动机气门的可变气门操作设备，该可变气门操作设备包括驱动凸轮，构造成从发动机的曲轴接收输入转矩；摆动凸轮，枢转地支撑在第一枢轴上；升程改变机构，可操作地变化摆动凸轮的枢转位置，以改变发动机气门的气门升程，同时把输入转矩从驱动凸轮传递到摆动凸轮上；摇臂，包括一个端部和另一个端部，在该一个端部处摇臂枢转地支撑在第二枢轴上，该另一个端部与发动机气门相接触；空心空隙，限定在摇臂的一个端部与其另一个端部之间；及从动滚轮，可旋转地布置在摇臂的空心空隙中并且与摆动凸轮的凸轮表面相接触，其中，当发动机气门的气门升程是预定升程量或更大时，在从动滚轮与摆动凸轮之间的接触点位于摇臂的空心空隙中。
2.根据权利要求1所述的可变气门操作设备，其中，升程改变机构包括把输入转矩从驱动凸轮传递到摆动凸轮的运动传递部件，并且摆动凸轮插入在运动传递部件与从动滚轮之间。
3.根据权利要求1所述的可变气门操作设备，其中，摆动凸轮包括与多个发动机气门相对应的多个摆动凸轮部件，并且升程改变机构包括对称分支摆臂，该对称分支摆臂包括一个端部和另一端部，在该一个端部处布置运动传递部件之一，在该另一端部处布置其余运动传递部件。
4.根据权利要求1所述的可变气门操作设备，还包括驱动轴，驱动凸轮设置在该驱动轴上并与其整体地形成，摆动凸轮枢转地支撑在驱动轴上。
5.根据权利要求2所述的可变气门操作设备，其中，运动传递部件为滚轮的形式。
6.根据权利要求4所述的可变气门操作设备，还包括布置在驱动凸轮与摆动凸轮之间的垫片。
7.根据权利要求1所述的可变气门操作设备，其中，升程改变机构包括控制轴，在其外周缘上具有偏心控制凸轮；摆臂，枢转地配合到控制轴的偏心控制凸轮上；第一运动传递部件，布置在摆臂的一个端部处，并且与驱动凸轮相接触；及第二运动传递部件，布置在摆臂的另一个端部处，并且与摆动凸轮相接触；其中，控制轴被可旋转地操作，以改变摆臂的枢转位置，引起发动机气门的气门升程的变化。
8.根据权利要求7所述的可变气门操作设备，其中，控制轴形成有轴向延伸的油引入通道和连通该油引入通道的第一油孔，润滑油供给到该油引入通道中；并且偏心控制凸轮形成有与第一油孔合作形成油道的第二油孔，通过该油道润滑油供给在偏心控制凸轮的外圆周表面与摆臂的内圆周表面之间。
9.根据权利要求7所述的可变气门操作设备，还包括致动器，用于产生旋转运动；螺母，把致动器的旋转运动转换成直线运动；及连杆，把螺母与控制轴机械地连接，并且把螺母的直线运动转换成控制轴的旋转运动。
10.根据权利要求9所述的可变气门操作设备，其中，致动器包括电动机。
11.根据权利要求1所述的可变气门操作设备，其中，摆动凸轮包括两个摆动凸轮部件，在这两个摆动凸轮部件之间布置有驱动凸轮，升程改变机构包括两个运动传递部件，这两个运动传递部件把输入转矩从驱动凸轮传递到两个摆动凸轮部件并且以彼此同步的关系操作两个摆动凸轮部件。
12.根据权利要求1所述的可变气门操作设备，其中，驱动凸轮具有布置在与发动机气门的轴线向上隔开的位置中的转动轴线。
13.根据权利要求1所述的可变气门操作设备，其中，当发动机气门的气门升程是预定升程量或更大时，与升程改变机构相接触的摆动凸轮的接触表面布置在摇臂的空心空隙中。
14.根据权利要求1所述的可变气门操作设备，其中，摇臂具有限定空心空隙的底表面，摆动凸轮包括凸轮尖，当发动机气门的气门升程是预定升程量或更大并且摆动凸轮的枢转运动最大时，该凸轮尖以一定间隙与摇臂的底表面相对。
15.根据权利要求1所述的可变气门操作设备，其中，摆动凸轮的第一枢轴形成有轴向油道和连通该轴向油道的油孔，润滑油供给到该轴向油道中，润滑油经轴向油道和油孔供给到在第一枢轴与摆动凸轮之间的旋转滑动部分。
16.根据权利要求1所述的可变气门操作设备，还包括偏压摆动凸轮的弹簧，从而凸轮尖枢转地向升程改变机构运动。
17.根据权利要求1所述的可变气门操作设备，其中，第二枢轴以游隙调节器的形式提供。
18.一种用来可变地操作内燃机的发动机气门的可变气门操作设备，该可变气门操作设备包括驱动凸轮，构造成从发动机的曲轴接收输入转矩；摇臂，包括一个端部和另一个端部，在该一个端部处摇臂枢转地支撑在第一枢轴上，该另一个端部与发动机气门相接触；空心空隙，限定在摇臂的一个端部与其另一个端部之间；摆动凸轮，枢转地支撑在第二枢轴上，从而当发动机气门的气门升程是预定升程量或更大时，该摆动凸轮的凸轮尖位于空心空隙中；升程改变机构，可操作地变化摆动凸轮的枢转位置，以改变发动机气门的气门升程，同时把输入转矩从驱动凸轮传递到摆动凸轮上；及从动滚轮，可旋转地布置在摇臂中的空心空隙内并且与摆动凸轮的凸轮表面相接触。
19.一种用来可变地操作内燃机的发动机气门的可变气门操作设备，该可变气门操作设备包括驱动凸轮，构造成从发动机的曲轴接收输入转矩；摆动凸轮，枢转地支撑在第一枢轴上，该摆动凸轮在摆动凸轮的枢转运动的方向上具有彼此相对的两个表面；摆动部件，把驱动凸轮的旋转运动转换成枢转运动；第一运动传递部件，把摆动部件的枢转运动传递到摆动凸轮上，第一运动传递部件可旋转地布置在摆动部件上，并且与摆动凸轮的两个表面之一相接触；控制部分，用来改变摆动部件的枢转运动，以改变发动机气门的气门升程；摇臂，包括一个端部和另一个端部，在该一个端部处摇臂枢转地支撑在第二枢轴上，该另一个端部与发动机气门相接触；及第二运动传递部件，把摆动凸轮的枢转运动传递到发动机气门，第二运动传递部件可旋转地布置在摇臂上，并且与摆动凸轮的两个表面的另一个相接触。
20.根据权利要求19所述的可变气门操作设备，其中，摆动凸轮的两个表面之一形成为平表面。
全文摘要
一种可变气门操作设备包括驱动凸轮；摆动凸轮，枢转地支撑在第一枢轴上；升程改变机构，可操作地变化摆动凸轮的枢转位置，以改变发动机气门的气门升程；摇臂，包括一个在该处摇臂枢转地支撑在第二枢轴上的端部、和与发动机气门相接触的另一个端部；空心空隙，限定在摇臂的端部之间；及从动滚轮，可旋转地布置在摇臂的空心空隙中并且与摆动凸轮的凸轮表面相接触。当发动机气门的气门升程是预定升程量或更大时，在从动滚轮与摆动凸轮之间的接触点位于摇臂的空心空隙中。
文档编号F01L13/00GK1782334SQ20051011608
公开日2006年6月7日 申请日期2005年10月28日 优先权日2004年11月30日
发明者中村信, 原诚之助 申请人:株式会社日立制作所