专利名称：发动机的气门传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发动机气门传动装置，其具有可改变气门升程量的可变气门升程机构。
背景技术：
发动机的气门传动机构，为了克服与发动机转速(回転数)的平方成比例地增加的气门惯性力，需要通过气门弹簧产生的载荷向气门关闭方向对气门赋予势能。在因手动变速器的降档误操作(downshiftmisplay)等而导致发动机转速超过容许转速时，为了防止因气门的不规则运动而损伤气门传动机构，就需要超过为实现所述容许转速所需的气门弹簧载荷的载荷。因此，如果为了防止气门传动机构的损伤而增加气门弹簧的载荷或者提高气门传动装置的强度，则产生重量和成本增加的问题。
日本特开平8-232693号公报记载的发动机气门传动装置，通过不改变气门升程量地增加开启角度(opening angle)，从而减小气门惯性力防止产生不规则运动。
然而，上述现有方案，在发动机转速增加将要发生不规则运动时，为了减小气门惯性力，不改变气门升程量而增加开启角度，因此存在虽然本来想使发动机转速降低，但因吸入空气量增加使发动机转速增加，从而促进气门不规则运动的可能性。并且由于气门开启角度的增加而导致发动机制动效果的降低，所以存在不能获得良好制动效果而无法抑制气门不规则运动的可能性。
发明内容
本发明针对所述问题而提出，目的是在发动机转速增加可能超过容许转速时，有效抑制气门的不规则运动。
为了实现上述目的，本发明的发动机气门传动装置具有可使气门升程变化的可变气门升程机构，其第一特征在于，可变气门升程机构在因发动机转速增加而发生所述气门不规则运动的区域，减小气门升程量，以使气门升程曲线顶部的曲率成为不发生所述不规则运动的曲率。
根据该第一特征，因为在发动机转速增加而可能发生气门不规则运动时减小气门升程量，使气门升程曲线顶部的曲率减小，降低作用在气门上的惯性力，从而可以防止气门的不规则运动。通过减小气门的升程量，能防止进气量的增加并且防止发动机制动效果的降低，可以降低发动机转速，从而避免促进气门的不规则运动。
本发明在所述第一特征结构基础上，其第二特征在于，所述可变气门升程机构不改变气门的开启角度而改变升程量，根据所述结构，在改变气门升程量时气门的开启角度不变，从而抑制了进气量增加以及发动机制动效果的降低，进一步有效防止气门的不规则运动。并且，仅对作为使气门升程曲线顶部曲率变化的参数的升程量进行控制，从而提高了可控性。
本发明在所述第一或第二特征结构基础上，其第三特征在于，所述可变气门升程机构在发生所述不规则运动时，对应发动机转数，使所述升程量减小到能够抑制所述不规则运动的值。根据所述结构，对应发动机转数，减小气门升程量来抑制不规则运动的发生，从而能够使气门升程量适当地减小，防止发动机输出功率的急剧变化，并有效抑制气门的不规则运动。
实施例的进气门19对应本发明的气门。
图1～图12表示本发明的第一实施例，图1是发动机的局部纵剖面图(图2的1-1线剖面图)，图2是图1的2-2线剖面图，图3是沿图2的3-3线方向的视图，图4是可变气门升程机构的侧视图，图5是可变气门升程机构的立体图，图6是沿图3的6方向的视图，图7是沿图3的7-7线的剖面图，图8A和图8B是可变气门升程机构的作用说明图，图9是表示气门升程曲线的图，图10是对应气门升程的气门惯性力和气门弹簧荷载的关系图，图11是图3中要部的放大图，图12是表示控制臂旋转角与传感器臂旋转角的关系的图表，图13和图14表示本发明第二实施例，图13是第二实施例的与图11对应的图，图14是表示控制臂旋转角与传感器臂旋转角的关系的图表。
具体实施例方式
以下参照附图根据本发明一实施例对本发明实施方式进行说明，首先如图1所示，直列多缸内燃机E具有内设气缸孔11…的气缸体12；嵌合在气缸孔11…中可自由滑动的活塞13…；结合在气缸体12顶面上的气缸盖14；形成在气缸盖14和活塞13…之间的燃烧室15…；以及结合在气缸盖14顶面上的气缸盖罩16。在气缸盖14上形成有连通各燃烧室15的进气通道17和排气通道18，进气通道17由两个进气门19、19开闭，排气通道18由两个排气门20、20开闭。各进气门19的气门杆19a嵌合在设于气缸盖14的气门导管21中可自由滑动，并通过配置在上下弹簧座22、23之间的气门弹簧24向气门关闭方向赋予势能。各排气门20的气门杆20a嵌合在设于气缸盖14的气门导管25中可自由滑动，并通过配置在上下弹簧座26、27之间的气门弹簧28向气门关闭方向赋予势能。
如图1和图2所示，在设置在气缸盖14上的凸轮轴支架29和凸轮轴罩30之间，可自由旋转地支撑着进气凸轮轴31和排气凸轮轴32。进气门19、19通过进气凸轮轴31并借助可变气门升程机构33被驱动，排气门20、20通过排气凸轮轴32并借助气门升程·气门正时可变机构34被驱动。
驱动排气门20、20的气门升程·气门正时可变机构34是众所周知的结构，在这里简要说明。在支撑于凸轮轴支架29的排气摇臂轴35上，枢转支撑有两个低速用摇臂36、36的一端和一个高速用摇臂37的一端，在设置于低速用摇臂36、36中间部的滚子38、38上抵接有设置在排气凸轮轴32上的两个低速用凸轮39、39，在设置于高速用摇臂37中间部的滚子40上抵接有设置在排气凸轮轴32上的高速用凸轮41。设置在低速用摇臂36、36另一端上的调整螺栓42、42抵接在排气门20、20的气门杆端部。当发动机E低速运转时，如果通过液压方式分开低速用摇臂36、36和高速用摇臂37的结合，则低速用摇臂36、36受对应的低速用凸轮39、39的驱动，使排气门20、20以低气门升程·低开启角度进行开闭。另外，当发动机E高速运转时，通过液压方式使低速用摇臂36、36和高速用摇臂37结合成一体，高速用摇臂37受对应的高速用凸轮41驱动，通过结合在高速用摇臂37上的低速用摇臂36、36，使排气门20、20以高气门升程·高开启角度进行开闭。这样通过气门升程·气门正时可变机构34可对排气门20、20的气门升程和气门正时进行两级控制。
下面，根据图3～图6对可变气门升程机构33的结构进行说明。可变气门升程机构33具有分叉(ニ股/bifurcated)的上连杆61；比上连杆61短的下连杆62；以及摇臂63。在摇臂63的上部通过上部销64枢转支撑上连杆61的一端和滚子65，在摇臂63的下部通过下部销66枢转支撑下连杆62的一端。上连杆61的另一端枢转支撑在固定于凸轮轴支架29的摇臂轴67上，下连杆62的另一端枢转支撑在可动支轴60上。设置在进气凸轮轴31上的凸轮69与枢转支撑在上部销64上的滚子65抵接，设置在摇臂63上的两个调整螺栓70、70抵接在进气门19、19的气门杆端部。
所述可动支轴60，连接在可使该可动支轴60绕与其轴线平行的轴线进行角位移的曲柄部件68上，该曲柄部件68在所述摇臂63的两侧可转动地支撑在气缸盖14的凸轮轴支架29上。
曲柄部件68，是在排列成一列的多个气缸上共用的、支撑在各凸轮轴支架29上…的单一部件，构成为曲柄形状，对应各气缸分别具有配置在摇臂63两侧的幅板(web)68a、68a；在两幅板68a、68a的基端部外面上成直角地连接的、可转动地支撑在所述凸轮轴支架29…上的轴颈部68b、68b；以及连接在两幅板68a、68a之间的连接部68c。可动支轴60连接到与曲柄部件68上，以便在两幅板68a、68a之间提供连接。
这样，可使该可动支轴60绕与其轴线平行的轴线进行角位移的、连接在可动支轴60上的曲柄部件68，通过在摇臂63两侧支撑在凸轮轴支架29上的双支撑结构，提高了曲柄部件68的支撑刚性，并可精确进行进气门20…的升程量的可变控制。
此外，由于单一的曲柄部件68，为排列成一列的多个气缸共用，并支撑在各凸轮轴支架29上，从而可以避免零件数量增加，实现发动机E的紧凑化。
另外，曲柄部件68构成为曲柄形状，其具有配置在摇臂63两侧的幅板68a、68a；与两幅板68a、68a的基端部外面成直角地连接的、可转动地支撑在所述凸轮轴支架29…上的轴颈部68b、68b；连接在两幅板68a、68a之间的连接部68c。并且可动支轴60以连接在两幅板68a、68a之间的方式与曲柄部件68进行连接，因此，使进行角位移驱动的曲柄部件68的刚性增大，在可动支轴60上几乎没有扭转力矩的作用，通过在使下连杆62的可动支轴插通孔62a和所述连接板68a、68a的连接孔59、59对齐状态下将可动支轴60压入连接孔59、59，从而借助可动支轴60可以容易地将曲柄部件68组装在下连杆62上。
当摇臂63位于图4所示上升位置时，即进气门19处于关闭状态时，在枢转支撑着摇臂63下部的下部销66的轴线L上同轴地配置有曲柄部件68的轴颈部68b…。因此当曲柄部件68绕该轴颈部68b…的轴线摆动时，可动支轴60在以轴颈部68b为中心的圆弧A(参照图4)上移动。
一并参照图7，在曲柄部件68的轴向一端，在轴颈部68b上同轴地一体连接设置有从形成在气缸盖罩16上的支撑孔16a突出的连接轴部68d。在所述连接轴部68d的前端固定有控制臂71，该控制臂71由设置在气缸盖14外壁上的致动器电动机72驱动。即螺母部件74啮合在受致动器电动机72驱动而旋转的螺纹轴73上，连杆76的一端通过销75枢转支撑在螺母部件74上，其另一端通过销77、77枢转支撑在控制臂71上。因此，当驱动致动器电动机72时，螺母部件74沿旋转的螺纹轴73移动，通过用连杆76连接螺母部件74的控制臂71，使曲柄部件68绕轴颈部68b摆动，从而使可动支轴60在图8A的位置和图8B的位置间移动。
螺纹轴73、螺母部件74、销75、连杆76、销77、77以及控制臂71，收纳于通过螺栓79…固定在气缸盖14和气缸盖罩16外侧面上的箱状的壳体52内侧。所述壳体52的开口部由通过螺栓53…可装卸地固定的盖部件78覆盖，仅通过取下盖部件78，即可方便地对螺纹轴73、螺母部件74、销75、连杆76、销77、77以及控制臂71进行维护。并且，壳体52跨接在气缸盖14和气缸盖罩16上，因此可以使壳体52、气缸盖14和气缸盖罩16刚性相互得到提高。另外，通过在壳体52上固定致动器电动机72，而可以提高致动器电动机72的支撑刚性。
如图3所示，相对于气缸轴线Ls，控制臂71和螺纹轴73配置在进气门19侧(图中左侧)，致动器电动机72配置在排气门20侧(图中右侧)。这样，通过将控制臂71以及螺纹轴73与致动器电动机72分开配置在气缸轴线Ls两侧，从而可以使致动器电动机72从气缸盖14或气缸盖罩16向外部的伸出量抑制在最小限，实现了紧凑化。
特别是，相对于连接了控制臂71一端的连接轴部68d，直列连接的螺纹轴73和致动器电动机72配置在气缸盖14一侧，并具有与气缸轴线Ls直交的轴线，因此，将致动器电动机72配置在气缸盖14的范围内，进一步实现了紧凑化，并且通过坚固的气缸盖14进一步提高了致动器电动机72的支撑刚性。
壳体52，通过四根螺栓79…固定在气缸盖14和气缸盖罩16上，这些螺栓79…中的两根螺栓79、79，沿着与气缸轴线Ls直交的方向排列并配置在连接轴部68d的两侧，气缸盖14侧的两根螺栓79、79中的一个沿着所述气缸轴线Ls配置在连接轴部68d的下方，另一螺栓79邻接致动器电动机72进行配置。
通过这样的螺栓79…的配置，在作为移动量较小的控制臂71的摇动中心的连接轴部68d的两侧，壳体52通过两根螺栓79、79固定在气缸盖罩16上，在控制臂71的摆动范围较大的螺纹轴73一侧，该螺纹轴73的下方，壳体51通过螺栓79固定在气缸盖14上，因此，提高了壳体52的支撑刚性，并可以紧凑地配置螺栓79。
另外，虽然使壳体52跨着气缸盖14和气缸盖罩16进行安装，而存在螺栓79…与螺纹轴73或致动器电动机72分离的可能性，但是通过使螺纹轴73和致动器电动机72与气缸轴线Ls直交地支撑在气缸盖14上，可以使螺栓79…或螺纹轴73尽可能靠近致动器电动机72进行配置。
如图7所示，在对配置于曲柄部件68轴向一端的轴颈部68b进行支撑的凸轮轴支架29上，设有对着同轴连接在轴颈部68b上的连接轴部68d的储油槽80，在连接轴部68d上设有以连通储油槽80内部的方式，在连接轴部68d的外面上使外端开口的径向孔81；以连通壳体52内部的方式，在连接轴部68d的外面上使外端开口的径向孔82；以及连接在两径向孔81、82内端之间的轴向孔83。另外，在壳体52和气缸盖14上设有使存积于壳体52下部的油液回流到气缸盖14内的回流孔84。
因此，在气缸盖罩16内飞溅的油液或者从进气凸轮轴31的轴承部漏出的油液存积在储油槽80中，由于连接轴部68d没入储油槽80内油面之下，储油槽80内的油液通过径向孔81、轴向孔83和径向孔82流入壳体52内，从而使螺纹轴73和螺母部件74的啮合部得到润滑，落入壳体52内底部的油液从回流孔回流到气缸盖14一侧。
特别如图3所示，在壳体52上安装有例如旋转式编码器那样的旋转角传感器85，在该旋转角传感器85具有的传感器轴85a的顶端固定有传感器臂86的一端。在控制臂71上沿其长度方向设有导槽87，在该导槽87内可自由滑动地嵌合有设在传感器臂86另一端上的销87。
下面对该实施例的作用进行说明，如果控制臂71通过致动器电动机72向图3的右侧摆动，则连接在控制臂71上的曲柄部件68(参照图5)逆时针方向旋转，如图8A所示，通过可动支轴60的上升，连结摇臂轴67、上部销64、下部销66以及可动支轴60的四连杆的形状大致呈三角形。在该状态下，如果通过设在进气凸轮轴31上的凸轮69挤压滚子65，则四连杆变形，摇臂63从虚线位置向到实线位置向下方摆动，调整螺栓70、70推压进气门19、19的气门杆端部，以高气门升程来打开气门。
如果控制臂71通过致动器电动机72向图3的左侧摆动，则连接在控制臂71上的曲柄部件68沿顺时针方向旋转，如图8B所示，通过可动支轴60的下降，因此，连结摇臂轴67、上部销64、下部销66以及可动支轴60的四连杆的形状大致呈梯形。在该状态下，如果通过设在进气凸轮轴31上的凸轮69推压滚子65，则四连杆变形，摇臂63从虚线位置向下方实线位置摆动，调整螺栓70、70推压进气门19、19的气门杆端部，以低气门升程来打开气门。
图9表示进气门19、19的气门升程曲线，对应图8A的高气门升程时的开启角度和对应图8B的低气门升程时的开启角度相同，仅气门升程量发生变化。
但是，当发动机转速增加超过容许转速时，进气门19、19的开闭速度增大，发生因气门弹簧24、24荷载不足而不能使进气门19、19可靠着座的情况。
图10的图表，表示发动机在最大容许转速时的对应于气门升程量的气门惯性力与气门弹簧载荷的关系，气门的惯性力相应于升程量的增大而成比例地增大，另一方面，气门弹簧的载荷从预定的设定载荷对应于气门升程量的增加而增加。为了防止气门的不规则运动，需要将气门升程量限制在气门弹簧的载荷超过气门惯性力的范围。气门升程量越小则气门弹簧的载荷与气门惯性力的差值余量就越大，因此发动转速即使增加也不易导致气门不规则运动即气门着座不良的情况。
如果发动机转速按Ne1→Ne2→Ne3的顺序增加，则与此相应地，气门的惯性力也增大，因此，不规则运动区域逐渐扩展到气门升程较低一侧。从而，需要通过对应于发动机转速的增加来减小气门升程，以防止在整个发动机转速区域内产生气门不规则运动。
因此在本实施例中，因手动变速器的降档误操作等而导致发动机转速超过容许转速，而进气门19、19将要产生不规则运动时，通过对应于该发动机转速使可变气门升程机构33动作，如图9所示，不改变进气门19、19的开启角度而减小气门升程量。其结果，减小了气门升程曲线顶部的曲率，使作用在进气门19、19上的惯性力减小，不需要特别提高气门弹簧24、24的设定载荷而可以抑制进气门19、19的不规则运动。
此时，即使进气门19、19的气门升程量减小，由于开启角度(openingangle)没有增加，不增加进气量，不会使发动机转速增加，从而有效抑制进气门19、19的不规则运动，防止气门传动机构的损伤。另外由于不增加进气门19、19的开启角度，也不会使发动机制动效果降低，通过使发动机制动有效地发挥作用，使发动机转速降低，而防止进气门19、19的不规则运动。
这样，通过减小进气门19、19的气门升程量，不需要特别提高气门弹簧24、24的载荷而能够防止不规则运动，因此，不需要使气门弹簧24、24大型化，或者相应增加气门传动机构的强度，从而避免增加重量和成本。并且由于对应发动机转速，仅使进气门19、19的气门升程量减小必要充分的量，从而能够防止发动机E输出功率的急剧变化，并有效抑制进气门19、19的不规则运动。并且由于不使用开启角度而仅使用升程量来作为使进气门19、19的升程曲线顶部曲率变化的参数，因此提高了可控性。
当通过致动器电动机72使曲柄部件68摆动，改变进气门19、19的气门升程时，需要检测气门升程的大小，即，曲柄部件68的连接轴部68d的旋转角，将其进行反馈以用于对致动器电动机72的控制。因此，通过旋转角传感器85检测曲柄部件68的连接轴部68d的旋转角。如果只检测曲柄部件68的连接轴部68d的旋转角，可以在所述连接轴部68d上直接连接旋转角传感器85，但是由于在低气门升程区域，只要升程量的微小变化就使进气效率较大变化，因此，必须精确检测曲柄部件68的连接轴部68d的旋转角，来对致动器电动机72的控制进行反馈。与此相对，由于在高气门升程的区域，升程量即使多少发生变化也不会引起进气效率较大的变化，因此，对于所述旋转角的检测，就不要求那样高的精度。
图11中以实线所示的控制臂71的位置对应于低气门升程的区域，在由此向逆时针方向摆动后的区域内表示的控制臂71的位置对应于高气门升程的的位置。在低气门升程的区域，固定在旋转角传感器85的传感器轴85a上的传感器臂86的销88卡合在控制臂71的导槽87的顶端侧(离轴线L较远一侧)，因此，只要控制臂71的稍微摆动即可使传感器臂86较大地摆动。即传感器轴85a的旋转角相对曲柄部件68的旋转角的比率变大，提高了旋转角传感器85的分辨能力，可精确检测曲柄部件68的旋转角。
另一方面，在控制臂71摆动到虚线所示位置的高气门升程区域内，固定在旋转角传感器85的传感器轴85a上的传感器臂86的销卡合在控制臂71的导槽87的基端侧(离轴线L较近一侧)，因此，控制臂71即使较大地摆动，只使传感器臂86稍微摆动。即，传感器轴85a的旋转角相对曲柄部件68的旋转角的比率变小，曲柄部件68的旋转角检测精度与低气门升程时相比变低了。
如图12所示，如果控制臂71的旋转角从低气门升程状态朝向高气门升程状态增加，则可以看出最初传感器臂86的角度增加率较高因而检测精度变高，逐渐地所述增加率变低，因而检测精度变低。
这样，即使不使用价格高昂的检测精度较高的旋转角传感器85，而通过使旋转角传感器85的传感器臂86卡合在控制臂71的导槽87内，也可以确保需要较高检测精度的低气门升程状态时的检测精度，有助于降低成本。
此时，使控制臂71的一端侧(靠近连接轴部68d一侧)，与传感器臂86的一端侧(靠近旋转角传感器85一侧)接近配置，在控制臂7l的一端侧形成导槽87，从而可以缩短传感器臂86的长度，实现紧凑化。另外，当导槽87形成在控制臂71的一端侧时，虽然离轴线L距离变小且导槽87的在圆周方向的移动量也变小，但是由于传感器臂86的长度变短，从而充分保证了传感器臂86的旋转角，可以确保旋转角传感器85的检测精度。
下面根据图13和图14对本发明的第二实施例进行说明，第一实施例的导槽87沿控制臂71长度方向形成为直线状，而在第二实施例中控制臂71另一端侧的低气门升程用导槽87A和控制臂71一端侧的导槽87B分别形成为不同的圆弧状。其结果，如图14所示，如果控制臂71的旋转角从低气门升程状态向高气门升程状态增加，则传感器臂86的旋转角具有呈折线状变化的特性。这样，通过使控制臂71的导槽87、87A、87B的形状发生变化，可以任意设定传感器臂86的旋转角的变化特性。
以上说明了本发明的实施例，但本发明并不受上述实施例限定，在不脱离本发明权利要求的范围的情况下可进行各种设计变更。
例如，在上述实施例中仅对进气门19、19适用可变气门升程机构33，然而也可以仅对排气门20、20适用可变气门升程机构33，或者对进气门19、19和排气门20、20两方适用可变气门升程机构33。
权利要求
1.一种发动机气门传动装置，其具有可改变气门(19)升程量的可变气门升程机构(33)，其特征在于，可变气门升程机构(33)，在因发动机转速增加而发生气门(19)不规则运动的区域内，减小气门(19)的升程量，以使气门(19)的升程曲线顶部的曲率成为不发生所述不规则运动的曲率。
2.如权利要求1所述的发动机气门传动装置，其特征在于，所述可变气门升程机构(33)，不改变气门(19)的开启角度而改变升程量。
3.如权利要求1或权利要求2所述的发动机气门传动装置，其特征在于，所述可变气门升程机构(33)，在发生所述不规则运动时，对应于发动机转速，使所述升程量减小到能够抑制所述不规则运动发生的值。
全文摘要
一种发动机气门传动装置，其具有可变气门升程机构，在因手动变速器的降档误操作等，可能导致发动机转速增大超过容许转速时，不改变气门(19)的开启角度而使升程量减小。由此减小气门(19)的升程曲线的顶部的曲率，减小作用在气门(19)上的惯性力，从而可以防止气门(19)的不规则运动。此外，通过减小气门(19)的升程量，防止进气量的增加，并防止发动机制动难以发挥作用，从而可以减小发动机转速以防止促进气门(19)的不规则运动。
文档编号F02D13/02GK1795324SQ20048001474
公开日2006年6月28日 申请日期2004年5月26日 优先权日2003年5月28日
发明者藤井德明, 米川明之, 中村胜则 申请人:本田技研工业株式会社