专利名称：发动机的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用在比活塞到达进气下止点的正时早的正时或者晚的正时关闭进气门的所谓米勒循环(Miller cycle)的发动机的技术。
背景技术：
过去，已知采用比活塞到达进气下止点的正时早的正时或者晚的正时关闭进气门的所谓米勒循环的发动机的技木。例如，如专利文献I所掲示的那样，有采用在比活塞到达进气下止点的正时晚的 正时关闭进气门的所谓迟闭方式的米勒循环的发动机。在这种发动机中，通过采用迟闭方式的米勒循环，可以减小、抑制被吸入的空气的压缩比，并且只増大爆发的燃料气体的膨胀比，可以获得闻的热效率。另外，作为米勒循环的另外的方式，有采用在比活塞到达下止点的正时早的正时关闭进气门的所谓早闭方式的米勒循环的发动机。在这种发动机中，通过采用早闭方式的米勒循环，在气缸内使空气绝热膨胀，可以降低燃烧温度。从而，在获得高的热效率的同吋，可以降低产生的NOx量。在发动机中采用早闭方式的米勒循环的情况下，被吸引到发动机内的空气量减少，预料到产生的黑烟的増加、或加速性及起动性恶化等的性能的恶化。因此，在这种情况下，通过被发动机的废气驱动，将空气加压，与过去相比提高送入发动机的气缸内的增压器的压カ比，可以防止被吸引到发动机内的空气量的減少，可以防止性能的恶化。但是，在发动机的低负荷运转时，由于发动机的废气量少，所以，不能充分驱动增压器，与过去相比不能提高增压器的压カ比。在这种情况下，不能确保被吸引到发动机内的空气量，存在发动机的性能恶化的情況。为了防止这种发动机的性能的恶化，有必要根据发动机的负荷状态等改变进气门的关闭正时，确保被吸引到发动机内的空气量。但是，进气门的关闭正时由开闭该进气门的凸轮的凸轮轮廓決定。因此，存在着为了改变进气门的关闭正时，有必要设置改变凸轮与该凸轮形成的凸轮轴的相对角度用的机构等复杂的结构的不利之处。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开平8 一 291715号公报
发明内容
发明所要解决的课题本发明是鉴于上述情况做出的，其目的是提供一种可以利用简单的结构改变进气门的开闭正时的发动机。解决课题的手段本发明所要解决的课题如上所述，下面，说明解决课题的手段。
即，在本发明中，在配备有能够改变进气门的闭阀正时的可变气门正时机构的发动机中，前述可变气门正时机构包括与曲轴连动地旋转的凸轮轴；设置在前述凸轮轴上且凸轮轮廓相互不同的第一凸轮及第ニ凸轮；与前述第一凸轮接触，以随着前述第一凸轮的旋转摆动的第一摆臂；与前述第二凸轮接触、以随着前述第二凸轮的旋转摆动的第二摆臂；连接到前述第一摆臂上，使前述第一摆臂与前述进气门联系起来的推杆；能够在使前述第一摆臂随着前述第一凸轮的旋转而摆动的第一状态和与第二摆臂一起随着前述第二凸轮的旋转而摆动的第二状态之间进行切换的切换机构。在本发明中，前述切换机构包括安装在前述第二摆臂上的支承构件；以及安装在前述第一摆臂上，通过与前述支承构件抵接，能够使前述第一摆臂从前述第一凸轮脱离，并且和前述第二摆臂成一体地动作的油压促动器。在本发明中，前述切换机构利用供应给发动机的各个部分的润滑油使前述油压促动器动作。在本发明中，使前述油压促动器动作的润滑油，经由形成在前述第一摆臂上的油 压促动器动作用油路、以及形成在可摆动地支承前述第一摆臂的摆臂轴上的第一油路，被供应给前述油压促动器。在本发明中，前述第一摆臂具有被可自由旋转地支承、并且与前述第一凸轮抵接的凸轮滚柱，对前述凸轮滚柱进行润滑的润滑油，经由独立于前述油压促动器动作用油路形成在前述第一摆臂上的滚柱润滑用油路以及独立于前述第一油路形成在前述摆臂轴上的第二油路，被供应给前述凸轮滚柱。在本发明中，将切换前述油压促动器的动作用的切换阀安装在前述第一摆臂上。
在本发明中，在前述第ー凸轮的凸轮轮廓或前述第ニ凸轮的凸轮轮廓中，至少ー个凸轮轮廓被设定成在比进气下止点早的正时关闭进气门。在本发明中，发动机还具有利用废气能量強制地将空气送入气缸内的增压器，在所述发动机中，前述可变气门正时机构，在高负荷运转时，将前述进气门的关闭正时设定成比进气下止点早的正时，在低负荷运转时，将前述进气门的关闭正时设定成比高负荷运转时晚的正吋。在本发明中，前述可变气门正时机构，在低负荷运转时，将前述进气门的关闭正时设定在进气下止点附近。发明的效果作为本发明的效果，可以产生下面所述的效果。本发明利用凸轮轮廓相互不同的凸轮开闭进气门，可以将进气门的开闭正时改变成对应于各个凸轮的正吋。在这种情况下，可以利用简单的结构切换进气门的开闭正时，减少部件的数目和组装的エ时，可以谋求削減制造成本。另外，通过削减部件的数目和组装エ时，可以抑制尺寸误差及组装时的差错的发生，进而谋求提高作为发动机整体的可靠性。本发明可以简单地构成切換机构。从而能够减少部件的数目和组装的エ时，谋求降低制造成本。本发明由于可以利用发动机的润滑油使切換机构动作，所以，没有必要利用另外的油压泵等，可以减少部件的数目和组装的エ时，谋求降低制造成本。本发明没有必要另外设置用于供应使油压促动器动作的润滑油的配管等，能够减少部件的数目和组装的エ时。另外，第一摆臂的摆动不会对润滑油向油压促动器的供应产生影响。从而，可以向油压促动器稳定地供应润滑油。本发明没有另外设置用于供应对凸轮滚柱进行润滑的润滑油的配管等，可以减少部件的数目和组装的エ时。另外，经由和油压促动器不同的油路向凸轮滚柱供应润滑油。从而，可以稳定地向凸轮滚柱供应润滑油，可靠地润滑凸轮滚柱。本发明可以减少部件的数目和组装的エ时。另外，可以紧凑地构成切换机构，可以谋求节省空间。本发明通过将进气门的关闭正时提前，在气缸内使空气绝热膨胀，可以降低燃烧温度。借此，可以谋求降低NOx的发生量。本发明，由于在高负荷运转时排气量多，所以，可以使增压器充分发挥作用。这种情况下，能够借助所谓的早闭方式的米勒循环，降低燃烧温度，谋求減少NOx的发生量。另夕卜，在低负荷运转时，由于排气量少，所以，不能充分发挥增压器的功能，若在与高负荷运转 时的情况同样的正时关闭进气门，则向气缸内的空气的压送量減少，在这种情况下，通过将进气门的关闭正时设定得比高负荷运转时的情况晚，接近于进气行程后的进气下止点，能够充分地将空气吸入气缸内。从而，可以防止所发生的黑烟的増加或加速性及起动性的恶化等性能的恶化。这样，通过在低负荷运转时和高负荷运转时切换进气门的关闭正时，可以在防止性能的恶化的同时，谋求NOx的发生量的降低。本发明在低负荷运转时，能够可靠地吸入足够量的空气。从而，可以防止所发生的黑烟的増加或加速性及起动性的恶化等性能的恶化。
图I是表示根据本发明的一种实施形式的发动机的剖视图。图2是表示发动机和增压器的连接的状态的模式图。图3是表示可变气门正时机构的第一摆臂的正视剖视图。图4是表示可变气门正时机构的平面图。图5是表示可变气门正时机构的底面图。图6是表示可变气门正时机构的第二摆臂的正视图。图7是表示在第一种状态下，第一摆臂及第ニ摆臂一起向上方摆动的状态的正视图。图8是表示在第一种状态下，只有第一摆臂向下方摆动的状态的正视图。图9是表示在第一种状态的进气门的开闭正时的图示。(a)是表示曲柄角度和进气门的开闭正时的关系的图示。(b)是表示曲柄角度与进气门的阀升程的关系的图示。图10是表示在第二种状态下的可变气门正时机构的第一摆臂的正视剖视图。图11是表示在第二种状态下，第一摆臂及第ニ摆臂一起向上方摆动的状态的正视图。图12是表示在第二种状态下，第一摆臂随着第二摆臂摆动的状态的正视图。图13是表示在第二种状态下的进气门的开闭正时的图示。(a)是表示曲柄角度与进气门的开闭正时的关系的图示。(b)是表示曲柄角度与进气门的阀升程的关系的图示。附图标记说明
I发动机2增压器3中间冷却器4油压泵Ila 气缸 16进气门37可变气门正时机构40摆臂轴50第一摆臂60第二摆臂70推杆80阀杆90凸轮轴91第一凸轮92第二凸轮100切换机构160控制装置
具体实施例方式首先，利用图I及图2对于根据本发明的一种实施形式的发动机I进行说明。发动机I是串列地配置有多个活塞31的所谓的直列式多气缸发动机，但是，在下面的说明中，为了简单起见，对其中的一个气缸进行说明。另外，根据本发明的发动机的活塞的个数及排列等，并不局限于根据本实施形式的发动机I的活塞的个数及排列等。如图I所示，发动机I由下述部分构成具有气缸体11及气缸盖13等的发动机本体部10 ;具有燃料喷射喷嘴21及燃料喷射泵22等的燃料供应部20 ；以及具有活塞31及连杆32、曲轴33、可变气门正时机构37等的运动部30等。在发动机本体部10中，在气缸体11上，以从其上表面贯通到下表面的方式沿上下方向设置气缸11a。在气缸Ila中嵌入具有与其内径大致相同的外径的气缸套12。气缸套12是活塞31与其内部滑动接触的大致圆管状的构件。气缸盖13由气缸盖螺钉14等紧固到气缸体11的上表面上，利用气缸套12和活塞31的上端面构成燃烧室15。另外，在气缸盖13上配备有将空气送入燃烧室15内用的进气通路13a和能够开闭该通路的进气门16，并且，配备有排出废气用的排气通路13b和能够开闭该通路的排气门17。在气缸盖13上，对于ー个气缸分别配置两个进气门16、16及两个排气门17、17。两个进气门16、16由进气连接构件16a连接起来，两个排气门17、17由排气连接构件17a连接起来。如图2所示，在进气通路13a及排气通路13b上，设置利用发动机I的废气驱动的排气涡轮增压方式的增压器2。增压器2具有涡轮机2a及和涡轮机2a同轴安装的压缩机2b。涡轮机2a借助从燃烧室15经由排气通路13b供应的废气旋转。涡轮机2a的旋转被传递给同轴安装的压缩机2b，该压缩机2b吸入并压缩大气，经由进气通路13a供应给燃烧室15。这样，增压器2以能够利用发动机I的废气能量向气缸Ila内強制性地送入空气的方式构成。另外，在进气通路13a的压缩机2b的下游，安装对通过进气通路13a的空气进行冷却用的中间冷却器3。通过被增压器2压缩而温度上升的空气，在通过中间冷却器3时被冷却，并被供应给发动机I。如图I所示，在燃料供应部20，燃料喷射泵22经由齿轮等被连动地连动地连接到后面描述的曲轴33上，并且，被曲轴33的旋转运动驱动，将燃料箱的燃料压送向燃料喷射喷嘴21。燃料喷射泵22配置在气缸体11的侧方，利用燃料管与燃料喷射喷嘴21连接。构成燃料供应部20的燃料喷射喷嘴21以将其前端部突出到燃烧室15内的方式，设置在气缸盖13上，将燃料从设置在前端部的喷射ロ向燃烧室15内喷射。燃料喷射喷嘴21以能够根据发动机I的运转状态喷射从燃料喷射泵22供应的燃料的方式构成。
在运动部30，如前面所述，活塞31可向上下方向滑动地设置在气缸套12的内部。活塞32例如利用铝合金或铸铁形成大致圆筒状。并且，在活塞31的上下方向的中途部，以与气缸套12的轴向方向垂直交叉并且与后面描述的曲轴33的轴向方向平行地方式配备有活塞销31a。连杆32在其上下两端具有圆筒状构件。连杆32的上端可摆动地插入配合到配备在活塞31上的活塞销31a中。并且，连杆32的下端可转动地插入配合到曲轴33的曲柄销33a 中。曲轴33在气缸体11的下部沿着与气缸套12的轴向方向正交的方向配置。由于曲轴33借助连杆32与活塞31连接，所以，活塞31在上下方向上的往复运动经由连杆32被传递给曲轴33，并被转换成曲轴33的旋转运动。曲轴33被金属盖35可自由转动地轴支承。金属盖35利用盖螺栓35a等紧固到气缸体11的下部。可变气门正时机构37，为了分别开闭进气门16及排气门17，具有凸轮、摆臂、推杆、阀杆等。可变气门正时机构37作为开闭进气门16用的机构，具有凸轮轴90、第一摆臂50、推杆70、阀杆80等，与曲轴的旋转运动连动地被驱动，开闭进气门16。凸轮轴90与曲轴33的轴向方向平行地配置，经由齿轮等连动地连接到曲轴33上。借助曲轴33的旋转运动，凸轮轴90被旋转驱动，根据形成在凸轮轴90上的第一凸轮91及第ニ凸轮92 (參照图3)的凸轮轮廓，第一摆臂50摆动。推杆70从气缸体11的内部贯通气缸盖13向上方伸出。推杆70的下端连接到第ー摆臂50上，其上端被连接到阀杆80的一端。阀杆80被以和凸轮轴90平行的方式配置的阀杆轴81可摆动地支承。阀杆80的另一端被连接到配置在进气门16的上端的进气连接构件16a上。另外，排气门17用的凸轮也形成在凸轮轴90上，根据该凸轮的凸轮轮廓，图中未示出的摆臂摆动，经由图中未示出的推杆及阀杆，被连接到配置在排气门17的上端的排气连接构件17a上。其次，简单地说明在发动机I的运转时的动作状态。发动机I是在其运转时的动作状态由进气行程、压缩行程、膨胀行程、排气行程四个行程构成的四冲程发动机，当曲轴33旋转两圈时，全部行程完毕。另外，当凸轮轴90旋转ー圈时，全部行程完毕。进气行程是ー方面将配备在气缸盖13上的排气门17关闭，另一方面将进气门16开启并使活塞31向下方滑动，借此，经由进气通路13a从发动机I的外部向气缸Ila内吸入空气的行程。在进气行程，向燃烧室15内供应被增压器2压缩且被中间冷却器3冷却的空气。压缩行程是在关闭排气门17的状态下关闭进气门16、并且使活塞31向上方滑动，借此，将气缸Ila内的空气压缩的行程。当从燃料喷射喷嘴21向被该压缩行程压缩而变成高温、高压的空气中喷射燃料时，燃料在燃烧室15内分散，并开始燃烧。当燃料燃烧时，燃烧室15内的压カ上升。
膨胀行程是借助在压缩行程中在燃烧室15内上升的压力，再次将活塞31压向下方的行程。这样，通过压下活塞31，给予曲轴33驱动力。排气行程是在关闭进气门16的状态下开启排气门17，并且使活塞31向上方滑动，借此，将气缸Ila内的废气经由排气通路13b向外部排出的行程。该废气在排气通路13b的途中通过增压器2的涡轮机2a，使该涡轮机2a旋转。在上述各个行程中的进气门16及排气门17的开闭，借助于可变气门正时机构17与曲轴33的旋转运动连动地进行。借此，在上述各个行程，可以在各个规定的正时进行进气门16及排气门17的开闭。其次，对于可变气门正时机构37详细地进行说明。如图3至图6所示，可变气门正时机构37在规定的正时开闭进气门16，并且，根据发动机I的运转状态切换该进气门16的开闭正吋。可变气门正时机构37具有摆臂轴40、第一摆臂50、第二摆臂60、推杆70、凸轮轴90、切换机构100等。如图3至图5所示，摆臂轴40是与曲轴33的轴向方向(下面，将曲轴33的轴向方向定义为“前后方向”进行说明)平行地横架于气缸体11上的圆柱状的构件。第一摆臂50是形成大致长方体状的构件，将其长度方向作为左右方向进行配置。第一摆臂50的长度方向的中央下表面形成凹状。在第一摆臂50的长度方向的一端(左端)，沿前后方向形成第一贯通孔50a。第一贯通孔50a插入贯通摆臂轴40，第一摆臂50被可摆动地支承在摆臂轴40上。在第一摆臂50的长度方向上另一端(右端)的下部，形成第一槽部50b。并且，作为凸轮滚柱的第一凸轮滚柱52以比第一摆臂50的另一端的下表面向下方突出的方式设置在第一槽部50b内，并且被前后方向的第一滚柱轴51可自由旋转地支承。在第一摆臂50的另一端的上表面，安装着形成有向上凹入的半球面状的凹部的杆支承构件53。如图4至图6所示，第二摆臂60是形成大致长方体状的构件，将其长度方向作为左右方向，与第一摆臂50前后并列地配置。在第二摆臂60的长度方向的一端，沿前后方向形成第二贯通孔60a。摆臂轴40插入贯通第二贯通孔60a，以第二摆臂60与第一摆臂50邻接的状态，可摆动地被支承在摆臂轴40上。在第二摆臂60的长度方向的另一端的下部，形成第二槽部60b。并且，第二凸轮滚柱62以比第二摆臂60的另一端的下表面向下方突出的方式设置在第二槽部60b内，并且被前后方向的第二滚柱轴61可自由旋转地支承。如图I及图3所示，推杆70是大致圆柱状的构件，将第一摆臂50和阀杆80连动地连接。推杆70的下端形成半球面状，可摆动地嵌于第一摆臂50的杆支承构件53的凹部。推杆70的上端可摆动地嵌于阀杆80的一端。如图I所示，阀杆80将推杆70与进气连接构件16a连接起来。阀杆80可摆动地被支承在沿前后方向横架的阀杆轴81上。阀杆80的一端被连接到推杆70的上端，另一端被连接到进气连接构件16a上。如图3及图6所示，凸轮轴90在第一摆臂50及第ニ摆臂60的长度方向的另一端的下方，沿前后方向延长地配置。凸轮轴90经由齿轮等连动地连接到曲轴33上，借助曲轴33的旋转而旋转。在凸轮轴90上，在轴向方向(前后方向)上，隔开规定的间隔地形成第一凸轮91、以及凸轮轮廓与第一凸轮91不同的第二凸轮92。第一凸轮91以从其下方抵接第ー摆臂50的第一凸轮滚柱52的方式配置在凸轮轴90上。第二凸轮92以从其下方抵接第ニ摆臂60的第二凸轮滚柱62的方式配置在凸轮轴90上。 如图3至图5所示，切换机构100用于切换第一摆臂50及第ニ摆臂60的动作状态，从而切换进气门16的开闭正吋。切换机构100具有电磁切换阀110、止回阀120、油压活塞130、切换阀140、支承构件150及控制装置160等，由形成在这些部件、摆臂轴40及第ー摆臂50上的油路构成。如图4所示，电磁切换阀110，是在接收了控制信号的情况下，将吸入口和排出ロ连通，在没有接收控制信号的情况下，将吸入口和排出ロ隔断的阀。电磁切换阀110的吸入ロ被连接到作为被曲轴33驱动的润滑油供应机构的油压泵4上。油压泵4吸入、压送贮存在图中未示出的集油盘中的润滑油。由油压泵4压送的润滑油，被供应给电磁切换阀110的吸入ロ，并且，经由图中未示出的油路，被供应给发动机I的各个部分(例如，阀杆81及曲柄销33a等)，润滑各个部分。在摆臂轴40上，形成第一油路40a、第二油路40b、第一外周油路40c、第二外周油路40d、第三外周油路40e以及第四外周油路40f。第一油路40a及第ニ油路40b与其轴向方向平行地前后并列地形成在摆臂轴40的内部。第一外周油路40c、第二外周油路40d以及第三外周油路40e，在摆臂轴40的外周面中的与第一摆臂50的第一贯通孔50a的内周面相对向的位置，在各自的轴向方向上隔开规定间隔地形成环状。第四外周油路40f在摆臂轴40的外周面中的与第二摆臂60的第二贯通孔60a的内周面相对向的位置形成环状。第一油路40a与第一外周油路40c及第ニ外周油路40d连通连接，不与第二油路40b连通连接。第二油路40b与第三外周油路40e及第四外周油路40f连通连接。另外，第一油路40a与电磁切换阀110的排出ロ连通连接。第二油路40b经由图中未示出的油路与油压泵4连通连接。S卩，第一油路40a和第二油路40b经由分开的油路与油压泵4连通连接。如图3及图4所示，在第一摆臂50上，形成作为滚柱润滑用油路的第一滚柱润滑用油路50c、作为油压促动器工作用油路的活塞动作用油路50d、活塞孔50e、切换阀孔50f、以及切換用油路50g。第一滚柱润滑用油路50c在第一摆臂50的内部沿着该第一摆臂50的长度方向形成。第一滚柱润滑用油路50c的一端与摆臂轴40的第三外周油路40e连通，其另一端与第ー摆臂50的第一槽部50b中的第一凸轮滚柱52的上方连通。活塞动作用油路50d在第一摆臂50的内部沿着该第一摆臂50的长度方向形成。活塞动作用油路50d的一端与摆臂轴40的第二外周油路40d连通，其另一端与第一摆臂50的第一槽部50b连通。在活塞动作用油路50的中途部设置止回阀120、油压活塞130以及切换阀140。止回阀120使润滑油只从第一外周油路40c侧向第一槽部50b侧流动，防止润滑油从第一槽部50b侧向第一外周油路40c侧流动。油压活塞130是配置在形成于第一摆臂50的止回阀120与第一槽部50b之间的活塞孔50e中的油压促动器。活塞孔50e构成活塞动作用油路50d的一部分，是向第一摆臂50的下方敞开地形成的圆柱状的孔。油压活塞130具有半球面状的底部，可在上下方向上滑动地配置在活塞孔50e内。切换阀140配置在形成于第一摆臂50的活塞孔50e与第一槽部50b之间的切換阀孔50f内。切换阀孔50f构成活塞动作用油路50d及切換用油路50g的一部分，是向第ー摆臂50的上方敞开地形成的圆柱状的孔。切换阀140可在上下方向上滑动地配置在切 换阀孔50f中，被弹簧54向上方加载。切换阀孔50f的上端部被螺栓55闭塞。切换阀140在被弹簧54的加载カ向上方滑动的情况下，与活塞动作用油路50d连通，可以使润滑油从活塞孔50e向第一槽部50b流动。切換用油路50g在第一摆臂50的内部沿着该第一摆臂50的长度方向形成。切換用油路50g的一端与摆臂轴40的第一外周油路40c连通，其另一端与切换阀孔50f中的切换阀140的上方附近连通。如图4及图6所示，在第二摆臂60上形成第二滚柱润滑用油路60c。第二滚柱润滑用油路60c在第二摆臂60的内部沿着该第二摆臂60的长度方向形成。第二滚柱润滑用油路60c的一端与摆臂轴40的第四外周油路40f连通，其另一端与第ニ摆臂60的第二槽部60b中的第二凸轮滚柱62的上方连通。如图5及图6所示，支承构件150是安装在第二摆臂60的下表面的板状构件。支承构件150从第二摆臂60的下方向前方一直伸出到第一摆臂50的下方。支承构件150的伸出端部在底面视图中与第一摆臂50的活塞孔50e重合，与第一摆臂50的下表面的凹入部分对向地配置。如图4所示，控制装置160是基于各种信号及程序等控制电磁切换阀110的装置。控制装置160由中央处理装置、存储装置等构成。控制装置160与燃料喷射量检测机构161、发动机转速检测机构162、电磁切换阀110连接。燃料喷射量检测机构161是检测从燃料喷射喷嘴21喷射到燃烧室15的燃料的量(燃料喷射量)的机构。具体地说，燃料喷射量检测机构161是检测对燃料喷射喷嘴21喷射的燃料的量进行调节的齿条的位置的齿条位置传感器。发动机转速检测机构162是检测发动机I的转速的机构。在控制装置160中存储输出映射图，所述输出映射图用于由利用燃料喷射量检测机构161检测出来的燃料喷射量和利用发动机转速检测机构162检测出来的发动机转速，计算出发动机I的输出。控制装置160基于燃料喷射量、发动机转速以及输出映射图计算出发动机I的输出，判断发动机I是以高输出(高负荷)运转的状态，还是以低输出(低负荷)运转的状态。事前通过实验或数值计算等决定用于区别高负荷与低负荷用的阈值。控制装置160在判断为发动机I以高负荷运转的情况下，不向电磁切换阀110发送控制信号，将电磁切换阀Iio的吸入口和排出ロ隔断。另外，控制装置160在判断为发动机I以低负荷运转的情况下，向电磁切换阀110发送控制信号，将电磁切换阀110的吸入ロ和排出ロ连通。其次，对于如上所述构成的可变气门正时机构37的动作形式进行说明。首先，对于发动机I以高负荷运转的情况进行说明。控制装置160在判断为发动机I以高负荷运转的情况下，隔断电磁切换阀110的吸入口和排出ロ(下面，将这种状态记为“第一状态”)。从而，来自于油压泵4的润滑油不被供应给摆臂轴40的第一油路40a。另ー方面，由于油压泵4经由图中未示出的油路与摆臂轴40的第二油路40b连通，所以，来自于油压泵4的润滑油经由第二油路40b被供应给第三外周油路40e及第四外周油路40f。被供应给第三外周油路40e的润滑油经由第一摆臂50的第一滚柱润滑用油路50c被向第一槽部50b供应，润滑第一凸轮滚柱52。另外，被供应给第四外周油路40f的润滑油经由第二摆臂60的第二滚柱润滑用油路60c向第二槽部60b供应，润滑第二凸轮滚柱62。 若在这种状态下凸轮轴90旋转，则由于第一凸轮滚柱52 —边与第一凸轮91抵接一边旋转，所以，第一摆臂50按照第一凸轮91的凸轮轮廓以摆臂轴40为支点进行摆动。另夕卜，由于第二凸轮滚柱62—边与第二凸轮92抵接ー边旋转，所以，第二摆臂60按照第二凸轮92的轮廓以摆臂轴40为支点进行摆动。这里，利用图3及图6，对于第一凸轮91和第二凸轮92的凸轮轮廓进行说明。第ー凸轮91的凸部91a具有前斜面91b和后斜面91c。另外，第二凸轮92的凸部92a具有前斜面92b和后斜面92c。前斜面91b和前斜面92b以在正视图中大致一致的方式形成。前斜面92b与后斜面92c的间隔形成得比前斜面91b与后斜面91c的间隔大。如图7所示，第一凸轮滚柱52及第ニ凸轮滚柱62，若在分别与前斜面91b及前斜面92b抵接的状态下第一凸轮91及第ニ凸轮92在空白箭头的方向上旋转，则第一摆臂50及第ニ摆臂60按照前斜面91b及前斜面92的形状首先同时向上方摆动。在第一摆臂50向上方摆动的情况下，进气门16经由推杆70、阀杆80及进气连接构件16a开启(參照图I)。之后，如图8所示，当第一凸轮91及第ニ凸轮92在空白箭头的方向上进ー步旋转时，根据后斜面91c的形状，第一摆臂50比第二摆臂60先向下方摆动。这时，第一摆臂50不用与比其下面的凹入部分更向上方照样摆动的第二摆臂60的支承构件150接触，不会妨碍向比该支承构件150更下方的摆动。在第一摆臂50向下方摆动之后，根据后斜面92c的形状，第二摆臂60向下方摆动。在第一摆臂50向下方摆动了的情况下，进气门16被关闭(參照图I)。即，第一摆臂50和第二摆臂60各自动作，无论第二摆臂60的动作如何，第一摆臂50的动作决定进气门16的关闭正吋。如图9所示，以下述方式设定第一凸轮91的凸轮轮廓，S卩，在比活塞31的进气行程中的上止点(下面记为“进气上止点”)T早的正时(SI)开始进气门16的开启，在活塞31的进气上止点T，进气门16的阀升程变成最大，另外，在比活塞31的进气行程中的下止点(下面记为“进气下止点”)B早的正时开始进气门16的关闭，在比活塞31的进气下止点B早的正时(S2)完全关闭进气门16。即，通过按照第一凸轮91的凸轮轮廓开闭进气门16，可以实现所谓的早闭方式的米勒循环。其次，对于发动机I以低负荷运转的情况进行说明。
图10所示，控制装置160在判断为发动机I以低负荷运转的情况下，将电磁切換阀110的吸入口和排出ロ连通(下面，将这种状态记为“第二状态”)。从而，来自于油压泵4的润滑油被供应给摆臂轴40的第一油路40a。被向第一油路40a供应的润滑油，分别地，经由第一外周油路40c向切換用油路50g供应，经由第二外周油路40d向活塞动作用油路50d供应。另外，由于油压泵4经由图中未示出的油路与摆臂轴40的第二油路40b连通，所以，和第一状态的情况ー样，润滑油被向第一槽部50b及第ニ槽部60b供应，对第一凸轮滚柱52及第ニ凸轮滚柱62进行润滑。被向切换用油路50g供应的润滑油，被供应到切换阀孔50f的切换阀140的上方，即，被供应到切换阀140与螺栓55之间。从而，切换阀140被该润滑油向下方推压，当该推压カ超过弹簧54的加载カ时，该切换阀140反抗弹簧54的加载カ向下方滑动。当切换阀140向下方滑动时，将活塞动作用油路50d闭塞，隔断从活塞孔50e向第一槽部50b的润滑油的流动。被供应给活塞动作用油路50d的润滑油，经由止回阀120被供应给活塞孔50e。在 活塞动作用油路50d之中，从活塞孔50e到第一槽部50b的部分，被切换阀140闭塞，因而，利用被供应给活塞孔50e的润滑油将油压活塞130向下方推压。被润滑油推压的油压活塞130向下方滑动，从第一摆臂50的下表面突出。油压活塞130的下端一直突出到与安装在第二摆臂60上的支承构件150的上表面抵接为止。在电磁切换阀110的吸入口和排出ロ被控制装置160连通的期间，油压活塞130被保持在从第一摆臂50的下表面突出的状态。如图11所示，在这种状态下，当凸轮轴90旋转吋，由于第一凸轮滚柱52 —边与第ー凸轮91抵接ー边旋转，所以，第一摆臂50根据第一凸轮91的凸轮轮廓以摆臂轴40为支点进行摆动。另外，由于第二凸轮滚柱62 —边与第二凸轮92抵接ー边旋转，所以，第二摆臂60根据第二凸轮92的凸轮轮廓以摆臂轴40为支点进行摆动。在第一凸轮滚柱52及第ニ凸轮滚柱62分别与前斜面91b及前斜面92b抵接的状态下，当第一凸轮91及第ニ凸轮92沿空白箭头的方向旋转时，第一摆臂50及第ニ摆臂60按照前斜面91b及前斜面92b的形状，首先同时向上方摆动。在第一摆臂50向上方摆动的情况下，经由推杆70、阀杆80及进气连接构件16a，开启进气门16 (參照图I)。之后，如图12所示，第一凸轮滚柱52靠近后斜面91c，但是，由于油压活塞130与支承构件150抵接，所以，第一凸轮滚柱52脱离第一凸轮91，第一摆臂50不能按照后斜面91c的形状向下方摆动。在这种状态下，第一摆臂50随着第二摆臂60的摆动而进行摆动。即，当第二摆臂60按照后斜面92c的形状向下方摆动时，伴随着该第二摆臂60的摆动，第ー摆臂50也向下方摆动。在第一摆臂50向下方摆动的情况下，进气门16被关闭(參照图I)。即，在进气门16关闭时，第一摆臂50和第二摆臂60成一体地动作，第二摆臂60的动作决定进气门16的关闭正吋。如图13所示，以下述方式设定第二凸轮92的凸轮轮廓，即，在比活塞31的进气上止点T早的正时(SI)开始进气门16的开启，在活塞31的进气上止点T，进气门16的阀提升量变成最大，另外，在活塞31的进气下止点B附近，开始进气门16的关闭，在此后(S3)，完全关闭进气门16。另外，在本实施形式中，在活塞31的进气下止点B附近开始进气门16的关闭，但是，本发明并不局限于此。即，也可以在活塞31的进气下止点B，开始进气门16的关闭。
如上所述，控制装置160，通过在发动机I高负荷运转的情况下，切换到第一状态，在发动机I低负荷运转的情况下切換到第二状态，可以根据发动机I的运转状态，变更进气门16的关闭正吋。其结果是，在发动机I高负荷运转时，即使进气门16在比进气下止点早的正时关闭(早闭方式的米勒循环)，空气也通过增压器2的驱动而被充分地向气缸Ila内吸入。另ー方面，在发动机I低负荷运转时，排气量少，和高负荷运转时相比，增压器2的功能降低，所以，假定在和高负荷运转时同样的正时关闭进气门16，则空气不被充分地向气缸Ila内吸入。但是，在本实施形式中，由于进气门16在比高负荷运转时晚的正时关闭，更详细地说，在进气下止点附近关闭，所以，进气正时比高负荷运转时延迟，空气被向气缸Ila内充分地吸入。即，在发动机I高负荷运转时和在低负荷运转时，被吸入气缸Ila内的空气都能够被确保达到必要的量。如上所述，根据本实施形式的发动机1，是配备有能够变更进气门16的关闭正时的可变气门正时机构37的发动机I，可变气门正时机构37包括与曲轴33连动地旋转的凸轮轴90;设置在凸轮轴90上，凸轮轮廓相互不同的第一凸轮91及第ニ凸轮92;与第一凸轮91抵接，随着第一凸轮91的旋转而进行摆动的第一摆臂50 ;与第二凸轮92抵接，随着第二凸轮92的旋转而进行摆动的第二摆臂60 ;连接到第一摆臂50上，使第一摆臂50与进 气门16相关联的推杆70 ;能够对使第一摆臂50随着第一凸轮91的旋转而摆动的第一状态和与第二摆臂60 —起随着第二凸轮92的旋转而进行摆动的第二状态进行切换的切换机构 100。借助这种结构，利用凸轮轮廓相互不同的第一凸轮91或第二凸轮92开闭进气门16，可以将进气门16的开闭正时变更成对应于各个凸轮的正吋。例如，如本实施形式那样，可以将进气门16的关闭正时变更成比活塞31的进气下止点B早的正时、或活塞31的进气下止点B附近之中的任何ー种。在这种情况下，可以利用简单的结构切換进气门16的开闭正时，可以谋求減少部件的数目及组装エ时，降低制造成本。另外，通过减少部件数目及组装エ时，可以谋求抑制尺寸误差及组装时的差错的发生，从而谋求作为发动机整体的可靠性的提闻。另外，切换机构100具有安装在第二摆臂60上的支承构件150 ;以及安装在第一摆臂50上，通过与支承构件150接触，使第一摆臂50脱离第一凸轮91，并且能够和第二摆臂60成一体地动作的油压活塞130。借助这样构成，可以简单地构成切换机构100。从而，能够减少部件数目及组装エ时，可以谋求降低制造成本。另外，切换机构100利用供应给发动机各个部分的润滑油，使油压活塞130动作。通过这样构成，由于可以利用发动机I的润滑油使切換机构动作，所以，没有必要利用另外的油压泵等，能够减少部件的数目及减少组装エ时，可以谋求制造成本的降低。另外，使油压活塞130动作的润滑油，经由形成在第一摆臂50上的活塞动作用油路50d、以及形成在可摆动地支承第一摆臂50的摆臂轴40上的第一油路40a，供应给油压活塞130。通过这样构成，没有必要另外设置用于供应使油压活塞130动作的润滑油的配管等，可以减少部件数目及组装エ吋。这里，假定在向油压活塞130供应润滑油的供应结构，以将配管等从第一摆臂50的外部与形成在第一摆臂50上的活塞动作用油路50d连接，经由这些配管及活塞动作用油路50d将润滑油供应给油压活塞130的方式构成的情况下，存在着由于第一摆臂50的摆动，配管等脱落、变形或者破损的担忧。另ー方面，在为了与第一摆臂50的摆动相对应，以将具有柔性的配管等与活塞动作用油路50d连接的方式构成的情况下，在第一摆臂50摆动时，配管等追随第一摆臂50而移动弯曲，其内部的油路形状变形。因此，存在着不能稳定地将润滑油供应给油压活塞130的担忧。另外，存在着由于第一摆臂50的摆动而使配管等脱落的担忧。但是，在根据本实施形式的发动机中，由于向油压活塞130供应润滑油的供应结构以下述方式构成，即，将形成在可摆动地支承第一摆臂50的摆臂轴40上的第一油路40a与活塞动作用油路50d连接，经由所述第一油路40a及活塞动作用油路50 d将润滑油供应给油压活塞130，所以，即使第一摆臂50摆动，第一油路40a的油路形状也能够被保持恒定。即，润滑油向油压活塞130的供应，不受第一摆臂50的摆动的影响。从而，可以稳定地向油压活塞130供应润滑油。另外，第一摆臂50，具有被可自由旋转地支承并且与第一凸轮91抵接的第一凸轮滚柱52，润滑第一凸轮滚柱52的润滑油，经由与活塞动作用油路50d分开地形成在第一摆臂50上的第一滚柱润滑用油路50c、以及与第一油路40a分开地形成在摆臂轴40上的第二油路40b，被供应给第一凸轮滚柱52。通过这样构成，没有必要另外设置用于供应润滑第一凸轮滚柱52的润滑油的配管等，可以减少部件数目及组装エ吋。另外，润滑油经由和油压活塞130不同的油路被供应给第一凸轮滚柱52。因此，在向第一凸轮滚柱52供应润滑油的供应结构以经由和油压活塞130相同的油路向第一凸轮滚柱52供应润滑油的方式构成的情况下，存在着在该油路中，润滑油的流动被油压活塞130的动作状态所阻碍的担忧，但是，在本实施形式的结构中，消除了这种担忧。从而，能够稳定地向第一凸轮滚柱52供应润滑油，能够可靠地润滑第一凸轮滚柱52。另外，将切换油压活塞130的动作用的切换阀140安装在第一摆臂50上。通过这样构成，可以减少部件数目及组装エ吋。另外，可以紧凑地构成切換机构，可以谋求节省空间。另外，在第一凸轮91的凸轮轮廓或第二凸轮92的凸轮轮廓中，至少其中一个的凸轮轮廓被设定成在比进气下止点B早的正时关闭进气门16。通过这样构成，通过将进气门16的关闭正时提前，可以在气缸Ila内使空气绝热膨胀，降低燃烧温度。借此，可以谋求減少NOx的产生量。另外，根据本实施形式的带增压器2的发动机1，是配备有改变进气门16的关闭正时的可变气门正时机构37、和利用废气能量将空气強制性地送入气缸Ila内的增压器2的发动机1，可变气门正时机构37，在高负荷运转时，将进气门16的关闭正时设定成比进气下止点B早的正时，在低负荷运转时，将进气门16的关闭正时设定成比高负荷运转时晚的正时。通过这样构成，由于在高负荷运转时排气量多，所以，可以使增压器2充分发挥作用。在这种情况下，可以谋求利用所谓的早闭方式的米勒循环降低燃烧温度，谋求降低NOx的产生量。另外，在低负荷运转时，由于排气量少，所以，增压器2不能充分发挥作用，当在和高负荷运转时的情况同样的正时关闭进气门16时，向气缸Ila内的空气的压送量減少，但是，在这种情况下，通过将进气门16的关闭正时设定得比高负荷运转时的情况晚，以接近进气行程后的进气下止点B，可以向气缸Ila内充分地吸入空气。从而，可以防止产生的黑烟的増加、及加速性及起动性恶化等性能的恶化。这样，通过在低负荷运转时和高负荷运转时切換进气门16的关闭正时，可以ー边防止性能恶化，一边谋求NOx的产生量的降低。另外，可变气门正时机构37，在低负荷运转时，将进气门16的关闭正时设定在进气下止点B附近。通过这样构成，在低负荷运转时，能够可靠地吸入足够量的空气。从而，可以防止产生的黑烟的増加、及加速性及起动性恶化等性能的恶化。另外，可变气门正时机构37包括与曲轴33连动地旋转的凸轮轴90 ;设置在凸轮轴90上，凸轮轮廓相互不同的第一凸轮91及第ニ凸轮92 ;与第一凸轮91抵接，随着第一凸轮91的旋转而进行摆动的第一摆臂50 ;与第二凸轮92抵接，随着第二凸轮92的旋转而 进行摆动的第二摆臂60 ;连接到第一摆臂50上，使第一摆臂50和进气门16相关联的推杆70 ;能够对使第一摆臂50随着第一凸轮91的旋转而进行摆动的第一状态和与第二摆臂60一起随着第二凸轮92的旋转而进行摆动的第二状态进行切換的切换机构100 ;基于第一凸轮91的凸轮轮廓及第ニ凸轮92的凸轮轮廓，设定进气门16的关闭正时。通过这样构成，能够利用凸轮轮廓相互不同的第一凸轮91或第二凸轮92开闭进气门16，将进气门16的关闭正时适当地变更成在高负荷运转时和高负荷运转时不同的正吋。借此，可以在高负荷运转时谋求減少NOx的产生量，并且，在低负荷运转时防止发动机I的性能的恶化。另外，在这种情况下，可以利用简单的结构切換进气门16的开闭正时，可以减少部件的数目和组装エ时，谋求降低制造成本。另外，在本实施形式中，以在比进气下止点B早的正时关闭进气门16的方式，设定第一凸轮91的凸轮轮廓，但是，本发明并不局限于此，也可以以比进气下止点B早的正时关闭进气门16的方式，设定第二凸轮92的凸轮轮廓。另外，在本实施形式中，可变气门正时机构37，在第一状态，作为实现所谓的早闭方式的米勒循环的机构，但是，本发明并不局限于此，也可以制成实现迟闭方式的米勒循环的结构，通过任意地设定第一凸轮91及第ニ凸轮92的凸轮轮廓，可以任意地设定进气门16的关闭正时。另外，可变气门正时机构37并不局限于根据本实施形式的结构，例如，也可以制成利用油压等变更第一凸轮91或第二凸轮92相对于凸轮轴90的安装角度的方式构成等。另外，在本实施形式中，控制装置160根据燃料喷射量检测机构161及发动机转速检测机构162的检测值，判断发动机I的运转状态(在高负荷运转的状态，还是在低负荷运转的状态)，但是，本发明并不局限于此。例如，也可以检测发动机I的排气量，根据该排气量判断发动机I的运转状态。エ业上的利用可能性本发明可以在采用比活塞到达进气下止点的正时早的正时或晚的正时关闭进气门的所谓的米勒循环的发动机技术中加以利用。
权利要求
1.一种发动机，所述发动机配备有能够变更进气门的关闭正时的可变气门正时机构，其中， 所述可变气门正时机构具有 凸轮轴，所述凸轮轴与曲轴连动地旋转， 第一凸轮及第二凸轮，所述第一凸轮及第二凸轮设置在所述凸轮轴上，且凸轮轮廓彼此不同， 第一摆臂，所述第一摆臂与所述第一凸轮抵接，并随着所述第一凸轮的旋转而进行摆动， 第二摆臂，所述第二摆臂与所述第二凸轮抵接，并随着所述第二凸轮的旋转而进行摆动， 推杆，所述推杆连接到所述第一摆臂上，使所述第一摆臂和所述进气门相关联， 切换机构，所述切换机构能够对使所述第一摆臂随着所述第一凸轮的旋转而摆动的第一状态和与所述第二摆臂一起随着所述第二凸轮的旋转而摆动的第二状态进行切换。
2.如权利要求I所述的发动机，所述切换机构包括 支承构件，所述支承构件安装在所述第二摆臂上， 油压促动器，所述油压促动器安装在所述第一摆臂上，通过与所述支承构件抵接，能够使所述第一摆臂从所述第一凸轮离开，并且，能够与所述第二摆臂成一体地动作。
3.如权利要求2所述的发动机，所述切换机构利用供应给发动机各个部分的润滑油使所述油压促动器动作。
4.如权利要求3所述的发动机，使所述油压促动器动作的润滑油，经由形成在所述第一摆臂上的油压促动器动作用油路、以及形成在可摆动地支承所述第一摆臂的摆臂轴上的第一油路，被供应给所述油压促动器。
5.如权利要求4所述的发动机，所述第一摆臂具有被可自由旋转地支承并且与所述第一凸轮抵接的凸轮滚柱， 润滑所述凸轮滚柱的润滑油，经由和所述油压促动器动作用油路分开地形成在所述第一摆臂上的滚柱润滑用油路、以及和所述第一油路分开地形成在所述摆臂轴上的第二油路，被供应给所述凸轮滚柱。
6.如权利要求5所述的发动机，将用于切换所述油压促动器的动作的切换阀安装在所述第一摆臂上。
7.如权利要求I至6中任何一项所述的发动机，在所述第一凸轮的凸轮轮廓或所述第二凸轮的凸轮轮廓之中，至少一方的凸轮轮廓被设定成在比进气下止点早的正时关闭进气门。
8.如权利要求I至6中任何一项所述的发动机，还具有利用废气能量将空气强制地送入气缸内的增压器，其中， 所述可变气门正时机构，在高负荷运转时，将所述进气门的关闭正时设定成比进气下止点早的正时，在低负荷运转时，将所述进气门的关闭正时设定成比高负荷运转时晚的正时。
9.如权利要求8所述的发动机，所述可变气门正时机构，在低负荷运转时，将所述进气门的关闭正时设定在进气下止点附近。
全文摘要
一种配备有能够变更进气门(16)的关闭正时的可变气门正时机构(37)的发动机(1)，其中，可变气门正时机构(37)包括凸轮轴(90)；设置在凸轮轴(90)上的第一凸轮(91)及第二凸轮(92)；与第一凸轮(91)抵接，随着第一凸轮(91)的旋转而进行摆动的第一摆臂(50)；与第二凸轮(92)抵接，随着第二凸轮(92)的旋转而进行摆动的第二摆臂(60)；连接到第一摆臂(50)上，使第一摆臂(50)与进气门(16)相关联的推杆(70)；对随着第一凸轮(91)的旋转使第一摆臂(50)摆动的第一状态和与第二摆臂(60)一起随着第二凸轮的旋转而进行摆动的第二状态进行切换的切换机构(100)。
文档编号F01L1/14GK102753791SQ201180008218
公开日2012年10月24日 申请日期2011年2月2日 优先权日2010年2月4日
发明者横山哲也, 高畑泰幸 申请人:洋马株式会社