专利名称：用于内燃机的可变气门系统的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及一种用于内燃机的可变气门系统，其用凸轮打开 和关闭内燃机的进气门和排气门。更具体地，本发明涉及一种用于内 燃机的可变气门系统，其用电动机获得动力以驱动凸轮。
背景技术：
公开号为JP-A-2004-183612的日本专利申请描述了一种内燃机， 其设有能改变进气门和排气门的气门打开/关闭特性(气门升程量，气门 打开时间，气门关闭时间等)的可变气门系统。可变气门系统使用来自 电动机的动力代替自曲轴传递的动力驱动凸轮。因而，可变气门系统 能与曲轴的旋转无关地灵活控制凸轮的旋转速度和旋转方向。
关于在公开号为JP-A-2004-183612的日本专利申请中描述的可变 气门系统，例如，在进气门或排气门关闭时能通过增加/减小凸轮的旋 转速度改变凸轮的相位(相位可变控制)。同时，在进气门或排气门打开 时能通过增加/减小凸轮的旋转速度改变气门打开持续时间(气门打开 持续时间可变控制)。如果当气门打开时在气门升得最高之前凸轮的旋 转反向，则实际气门升程量小于最大气门升程量(气门升程量可变控 制)。关于该可变气门系统，能以较大的灵活性改变进气门和排气门的 气门打开/关闭特性。
用来驱动凸轮的电动机可以由所有汽缸共用。作为选择，可以给 每个汽缸提供一电动机。此外，可以将汽缸分成多个组，并且可以给 每个组提供一电动机。当一个组由两个汽缸组成时，电动机可以驱动 与两个汽缸相对应的凸轮，该两个汽缸在凸轮的旋转相位上是不同的。 在这种情况下，如果通过在正常旋转方向和反向旋转方向之间交替切换电动机的旋转方向而使凸轮摆动，则能对两个汽缸的气门同时执行 上述气门升程量可变控制。更具体地说，使电动机的旋转方向交替切 换以使得与汽缸之一相对应的每个凸轮从其两个斜面部之中仅仅使 用用来在凸轮的正常旋转过程中打开气门的斜面部打开和关闭气门， 而与另一个汽缸相对应的每个凸轮仅仅使用用来在凸轮的正常旋转过 程中关闭气门的斜面部打开和关闭气门。
然而，在用于内燃机的气门系统中通常采用的凸轮是这样形成的， 即在相对于凸轮尖的气门打开侧上的斜面部的形状不同于在相对于凸 轮尖的气门关闭侧上的斜面部的形状。气门打开侧上的斜面部陡峭地 倾斜以便迅速打开气门，减小气门打开持续时间，从而增加每单位气 门打开持续时间的时间面积(通过求气门打开量的积分而获得的值)。相 反，气门关闭侧上的斜面部缓和地倾斜以便逐渐关闭气门，减小气门 接触气门座的速度，从而减小在气门接触气门座时引起的振动和噪音。
因而，如果对两个汽缸的气门同时执行气门升程量可变控制，则 通过陡峭倾斜的斜面部使汽缸之一的每个气门迅速打开和关闭，并且 通过缓和地倾斜的斜面部使另一个汽缸的每个气门逐渐打开和关闭。 这使得两个汽缸的气门之间的气门升程曲线不同。结果，进气量在两 个汽缸之间不同，总体上引起内燃机中的扭矩波动。
上述可变气门系统能以很大的灵活性改变气门打开/关闭特性。然 而，由于交替切换凸轮的旋转方向使得两个汽缸的气门之间的气门升 程曲线不同，所以气门打开/关闭特性灵活性的提供受到一定程度的约 束。
发明内容
本发明的一个目标是提供一种用于内燃机的可变气门系统，其能 以较大的灵活性改变气门打开/关闭特性。本发明的第一方面涉及一种用于内燃机的可变气门系统。该可变 气门系统包括能沿正常旋转方向和反向旋转方向中的任一个旋转的 电动机；由电动机驱动的第一凸轮；具有与第一凸轮相同形状的第二 凸轮，其由电动机驱动，并且其在旋转相位上不同于第一凸轮；由第 一凸轮打开和关闭的第一气门；由第二凸轮打开和关闭的第二气门； 和控制电动机的旋转的控制单元。在可变气门系统中，第一凸轮和第 二凸轮中的每一个都关于穿过凸轮中心和凸轮尖的直线对称。
根据第一方面，由于第一凸轮和第二凸轮中的每一个都关于穿过 凸轮中心和凸轮尖的直线对称，所以不管凸轮是沿正常旋转方向还是 反向旋转方向旋转，都能获得相同的气门升程曲线。另外，由于用电 动机获得驱动凸轮的动力，所以能通过控制单元灵活地控制每个凸轮 的旋转方向和旋转速度。根据第一方面，能以较大的灵活性改变第一 气门和第二气门的气门打开/关闭特性。
在第一方面中，控制单元可以在正常旋转方向和反向旋转方向之 间交替切换电动机的旋转方向以使得从第一凸轮的两个斜面部之中 使用用来在电动机沿给定方向旋转时打开第一气门的斜面部(在下文 中，称为"打开斜面部")打开和关闭第一气门，并且从第二凸轮的两 个斜面部之中使用用来在电动机沿给定方向旋转时关闭第二气门的斜 面部(在下文中，称为"关闭斜面部")打开和关闭第二气门。
如上所述，用第一凸轮的打开斜面部打开和关闭第一气门，而用 第二凸轮的关闭斜面部打开和关闭第二气门。仅仅用相应凸轮的斜面 部之一打开/关闭气门中的每一个使得能以一升程量驱动气门，该升程 量小于在凸轮仅仅沿一个方向旋转且用整个凸轮打开和关闭气门时的 升程量。另外，第一凸轮和第二凸轮具有相同的形状，且第一凸轮和 第二凸轮中的每一个都关于穿过凸轮中心和凸轮尖的直线对称。因而， 用打开斜面部打开/关闭气门中的一个和用关闭斜面部打开/关闭另一 个气门(用第一凸轮的打开斜面部和第二凸轮的关闭斜面部，或用第一凸轮的关闭斜面部和第二凸轮的打开斜面部)不会引起两个气门升程曲 线之间的不同。在第一方面中，控制单元可以控制电动机的旋转速度，以使得在 第一气门打开周期的起始时刻的旋转速度高于在第一气门打开周期的 结束时刻的旋转速度，并且使得在第二气门打开周期的起始时刻的旋 转速度高于在第二气门打开周期的结束时刻的旋转速度。如上所述，使得电动机在每个气门打开周期的起始时刻的旋转速 度高于在打开周期结束时刻的旋转速度。这样，能减少每个气门的气 门打开持续时间以增加每单位气门打开持续时间的时间面积(通过求气 门打开量的积分而获得的值)。因而，即使每个凸轮的斜面部缓和地倾 斜而使气门逐渐接触气门座，也能获得根据其使气门迅速打开和逐渐 关闭的气门升程曲线。在第一方面中，控制单元可以控制电动机的旋转速度，以使得在 第一气门打开周期的结束时刻的旋转速度低于在第一气门打开周期的 起始时刻的旋转速度，并且使得在第二气门打开周期的结束时刻的旋 转速度低于在第二气门打开周期的起始时刻的旋转速度。如上所述，用第一凸轮的打开斜面部打开和关闭第一气门，并用 第二凸轮的关闭斜面部打开和关闭第二气门。仅仅用相应凸轮的斜面 部之一打开/关闭每个气门使得能以一升程量驱动气门，该升程量小于 在凸轮仅仅沿一个方向旋转且用整个凸轮打开和关闭气门时的升程 量。另外，第一凸轮和第二凸轮具有相同的形状，且第一凸轮和第二 凸轮中的每一个都关于穿过凸轮中心和凸轮尖的直线对称。因而，用 打开斜面部打开/关闭气门中的一个和用关闭斜面部打开/关闭另一个 气门(用第一凸轮的打开斜面部和第二凸轮的关闭斜面部，或用第一凸 轮的关闭斜面部和第二凸轮的打开斜面部)不会引起两个气门升程曲线 之间的不同。在第一方面中，可变气门系统还可以包括用来将空气吸入汽缸或 使废气从汽缸排出的凸轮轴。凸轮轴由受控制单元控制的电动机驱动。 电动机驱动设在凸轮轴上的第一凸轮。而且，电动机还驱动设在凸轮 轴上的第二凸轮。这样，凸轮轴由电动机直接驱动，并且凸轮轴驱动 第一凸轮和第二凸轮。因而，可变气门系统具有极好的响应特性。结 果，可变气门系统能适当地执行进气门和排气门的打开/关闭控制，从 而相当大地改善内燃机的工作性能。本发明的第二方面涉及一种用于内燃机的可变气门系统。可变气 门系统包括能沿正常旋转方向和反向旋转方向中的任一个旋转的电动 机；用来将空气吸入汽缸或使废气从汽缸排出的多个凸轮，所述多个 凸轮由电动机驱动；由相应的凸轮打开和关闭的多个气门；和控制电 动机的旋转的控制单元。凸轮中的每一个都关于穿过凸轮中心和凸轮 尖的直线对称。根据第二方面，由于通过关于穿过凸轮中心和凸轮尖的直线对称 的相应凸轮打开和关闭每个气门，所以不管凸轮是沿正常旋转方向还 是反向旋转方向旋转，都能获得相同的气门升程曲线。另外，在第二方面中，由于用电动机获得驱动凸轮的动力，所以 能通过控制单元灵活地控制每个凸轮的旋转方向和旋转速度。根据第 二方面，能以较大的灵活性改变气门的气门打开/关闭特性。在第二方面中，控制单元可以在正常旋转方向和反向旋转方向之 间交替切换电动机的旋转方向，以使得凸轮仅仅用凸轮的两个斜面部 之一打开和关闭气门。由于能仅仅用两个斜面部之一打开和关闭气门， 所以能以一升程量驱动气门，该升程量小于通过使凸轮仅仅沿一个方 向旋转且使用整个凸轮来打开和关闭气门时的升程量。在第二方面中，控制单元可以控制电动机的旋转速度，以使得在 气门打开周期的起始时刻的旋转速度高于在气门打开周期的结束时刻 的旋转速度。如上所述，使电动机在每个气门打开周期的起始时刻的旋转速度 高于在打开周期的结束时刻的旋转速度。这样，能减少每个气门的气 门打开持续时间以增加每单位气门打开持续时间的时间面积。因而， 即使每个凸轮的斜面部缓和地倾斜而使气门逐渐接触气门座，也能获 得根据其使气门迅速打开和逐渐关闭的气门升程曲线。在第二方面中，控制单元可以控制电动机的旋转速度，以使得在 气门打开周期的结束时刻的旋转速度低于在气门打开周期的起始时刻 的旋转速度。如上所述，使电动机在每个气门打开周期的结束时刻的旋转速度 低于在打开周期的起始时刻的旋转速度。这样，能通过减小气门接触 气门座的速度来减小在气门接触气门座时引起的振动和噪音。因而， 即使使得每个凸轮的斜面部陡峭地倾斜以增加每单位气门打开持续时 间的时间面积，也能获得根据其使气门迅速打开和逐渐关闭的气门升 程曲线。在第一和第二方面的每一个中，控制单元可以从检测发动机运行 状态的传感器接收数据。在第一和第二方面的每一个中，内燃机可以是直列式四缸发动机。在第一和第二方面的每一个中，作功冲程可以以第一汽缸、第三 汽缸、第四汽缸、和第二汽缸的顺序发生在内燃机中。在第一和第二方面的每一个中，第一凸轮和第一气门可以组成第四汽缸的气门单元，并且第二凸轮和第二气门可以组成第一汽缸的气 门单元。另外，第一凸轮和第二凸轮可以布置成使得第一凸轮的凸轮尖的相位和第二凸轮的凸轮尖的相位在凸轮轴的周向方向上彼此偏离180度。
从下面结合附图对示例性实施例的说明，本发明的前述和其他目 标、特征与优点将变得显而易见，在附图中相同或相应的部分由相同的附图标记表示，其中图1是根据本发明第一实施例和第二实施例中每一个的可变气门 系统的透视图；图2是沿垂直于凸轮轴轴线的平面获得的凸轮轴的横截面视图， 其用来描述与#1汽缸相应的凸轮和与#4汽缸相应的凸轮之间的相对位置关系；图3是表示图1中凸轮的凸轮升程曲线的曲线图； 图4是表示凸轮升程曲线的表，该凸轮升程曲线用来描述通过图 1中的可变气门系统获得的气门打开/关闭特性中的变化的例子；图5A到5C是表示当以小升程量打开和关闭气门时凸轮的摆动的视图；图6是曲线图，其表示通过根据本发明第二实施例执行马达速度 控制而获得的气门升程曲线；并且图7是曲线图，其表示通过根据本发明第三实施例执行马达速度 控制而获得的气门升程曲线。
具体实施方式
[第一实施例]下面，将参考图l到5描述本发明的第一实施例。 [可变气门系统的结构]图1是表示根据第一实施例的可变气门系统10的结构的透视图。可变气门系统IO驱动内燃机I的进气门和排气门。在第一实施例中， 用直列式四缸发动机作为内燃机1。在图1中，附图标记#1到#4分别 表示内燃机的第一到第四汽缸。第一到第四汽缸#1到#4顺序布置。如 同通常使用的内燃机的情况，内燃机1的作功冲程顺序是#1—#3—#4—#2。在第一实施例中，可变气门系统IO充当驱动汽缸的进气门的系统。在图1中，未示出排气门侧上的结构。然而，可变气门系统IO可以配置为驱动汽缸排气门而不是汽缸进气门的系统或除了驱动汽缸进气门之外还驱动汽缸排气门的系统。在图1所示的内燃机1中，每个汽缸都设有两个进气门12。气门 轴14固定到相应的气门12。气门挺杆16在气门轴14的上部安装到相 应气门轴14。气门弹簧(未示出)的力施加到气门轴14，施加弹簧力使 得气门12关闭。凸轮50、凸轮52、凸轮54和凸轮56布置成接触相应气门挺杆 16的上部。在第一实施例中，凸轮50表示与提供给#1汽缸的气门挺 杆16接触的凸轮，凸轮52表示与提供给#2汽缸的气门挺杆16接触的 凸轮，凸轮54表示与提供给#3汽缸的气门挺杆16接触的凸轮，凸轮 56表示与提供给#4汽缸的气门挺杆16接触的凸轮。与提供给#1汽缸的气门挺杆16接触的凸轮50和与提供给#4汽缸 的气门挺杆16接触的凸轮56固定到凸轮轴22。与提供给#2汽缸的气 门挺杆16接触的凸轮52和与提供给#3汽缸的气门挺杆16接触的凸轮 54固定到凸轮轴24，该凸轮轴24可相对于凸轮轴22可旋转并且与凸 轮轴22同轴地布置。在图l所示的结构中，每个凸轮轴都由作功冲程 在不同时间发生的汽缸共用。当自从在其他汽缸中发生作功冲程以来 凸轮轴已经旋转360度时，作功冲程发生在这些汽缸中的一个中。这 些凸轮轴，即，由汽缸#1和汽缸#4共用的凸轮轴22以及由汽缸#2和 汽缸#3共用的凸轮轴24构造成能彼此无关地沿周向方向旋转和摆动。 凸轮轴22和凸轮轴24由支撑件例如汽缸盖(未示出)可旋转地支撑。第一从动齿轮26同轴地固定到凸轮轴22。第一输出齿轮28与第 一从动齿轮26啮合。第一输出齿轮28同轴地固定到第一马达30的输 出轴。这样，第一马达30的扭矩能经由第一输出齿轮28和第一从动 齿轮26传递到凸轮轴22。第二从动齿轮32同轴地固定到凸轮轴24。第二输出齿轮36经由 中间齿轮34与第二从动齿轮32啮合。第二输出齿轮36同轴地固定到 第二马达38的输出轴。通过该结构，第二马达38的扭矩能经由第二 输出齿轮36、中间齿轮34和第二从动齿轮32传递到凸轮轴24。图2是沿与凸轮轴22的轴线垂直的平面获得的凸轮轴22的横截 面视图。图2表示图1中的凸轮轴22的细节。如上所述，与#1汽缸相 应的凸轮50和与#4汽缸相应的凸轮56固定到凸轮轴22。如图2中所 示，凸轮50、 56布置成使得凸轮50的凸轮尖50a和凸轮56的凸轮尖 56a沿周向方向彼此偏离180度。如图2中所示，两个斜面部50b、 50c形成在凸轮50中，每个斜 面部50b、 50c在基圆部和凸轮尖50a的顶点之间延伸。在第一实施例 中，在凸轮轴22的正常旋转过程中最初接触气门挺杆16的斜面部， 即，用来打开气门12(#1)的斜面部称为打开斜面部50b。在凸轮尖50a 的顶点接触气门挺杆16之后接触气门挺杆16的斜面部，即，用来关 闭气门12的斜面部称为关闭斜面部50c。相似地，用来打开与凸轮56(弁4) 相应的气门12(#4)的斜面部称为打开斜面部56b，用来关闭气门12的 斜面部称为关闭斜面部56c。如图2中所示，凸轮50、 56具有相同的形状。凸轮50、 56中的 每一个都关于穿过凸轮中心和凸轮尖顶点的直线对称。图3表示与#1 汽缸相应的凸轮50的凸轮升程曲线。在图3中，横轴表示凸轮沿周向 方向的位置，纵线表示凸轮高度(凸轮相对于凸轮基圆的高度)。在图3中，用将凸轮中心连接到凸轮尖50a顶点的作为Y轴的直线表示凸轮 升程曲线。在图3中，在相对于Y轴的左侧上表示打开斜面部50b的 凸轮升程曲线，在相对于Y轴的右侧上表示关闭斜面部50c的凸轮升 程曲线。凸轮50关于穿过凸轮中心和凸轮尖50a的顶点的直线对称。 因而，如图3中所示，打开斜面部50b的凸轮升程曲线和关闭斜面部 50c的凸轮升程曲线关于Y轴对称。尽管在图中未示出，但与#4汽缸 相应的凸轮56的凸轮升程曲线与图3中所示的与#1汽缸相应的凸轮 50的凸轮升程曲线相似。尽管这里没有详细描述，但与#2汽缸相应的凸轮52和与#3汽缸 相应的凸轮54固定到凸轮轴24以使得凸轮52、54的相位彼此偏离180 度。凸轮52、 54中的每一个具有与凸轮50和凸轮56相同的形状，凸 轮50与#1汽缸相应，凸轮56与#4汽缸相应。凸轮52、 54中的每一 个关于穿过凸轮中心和凸轮尖顶点的直线对称。可变气门系统10的运行由ECU40(电子控制单元)40控制。ECU40 与检测内燃机运行状态的各种传感器(未示出)相连，例如曲柄角传感 器、凸轮角传感器和加速器角度传感器。另外，ECU40与各种致动器 相连，例如用于第一马达30的致动器和用于第二马达38的致动器等。 此外，ECU40存储用来控制第一马达30和第二马达38的旋转的程序。 ECU40处理自各种传感器传递的数据，并基于处理结果控制马达30、 38的旋转。[可变气门系统的运行]下面，将结合图4描述可变气门系统10的运行。这里，将描述其 中第一马达30驱动凸轮轴22的例子。通过用第一马达30改变凸轮轴22关于曲轴的相位，可变气门系 统10能不同地改变气门12的气门打开/关闭特性，如图4中所示。在 本说明书中，气门12的"气门打开/关闭特性"是用来指气门升程量(最大气门升程量)、气门12的打开时间和气门12的关闭时间的通用术语。 另外，"打开/关闭特性"包括通过确定打开时间和关闭时间所确定的气 门打开持续时间，和当气门打开持续时间保持不变时通过确定打开时 间(或关闭时间)所确定的相位。图4是表示气门12的气门打开/关闭特性的表，其由可变气门系 统10不同地获得。更具体地说，由图4中的实线表示的波形表示当凸 轮轴22以基本速度(凸轮轴的旋转速度是曲轴旋转速度的一半)沿正常 旋转方向连续旋转时获得的气门升程曲线。由图4中的双短划线表示 的波形表示在凸轮轴22的运行改变之后获得的气门升程曲线。图4中 表示气门升程曲线的每个曲线图中的横轴表示曲柄角(CA)。首先，将描述图4中所示的用于改变"相位"的操作。如果在气 门12关闭时使凸轮轴22的旋转速度高于基本速度，则凸轮轴22相对 于曲轴的相位相对于进角侧改变。因而，能如图4中所示地改变相位。 在相位改变后，能通过使凸轮轴22的旋转速度恢复到基本速度来维持 所期望的相位。另一方面，如果在气门12关闭时使凸轮轴22的旋转 速度低于基本速度，则凸轮轴22相对于曲轴的相位能朝延迟角侧改变。通过在气门12打开时使凸轮轴22的旋转速度高于基本速度，能 如图4中所示地改变"气门打开持续时间"。然而，通过在气门关闭时 使凸轮轴22的旋转速度比基本速度低一个与气门12打开时在凸轮轴 22旋转速度和基本速度之间的差值相应的量，将凸轮轴22的旋转周期 与曲轴的旋转周期之间的比维持在2: 1。相反，通过在气门12打开时 使凸轮轴22的旋转速度低于基本速度，能使气门打开持续时间比由实 线示出的基本波形所表示的气门打开持续时间长。在这种情况下，当 气门12关闭时，控制凸轮轴22的旋转速度使其比基本速度高一个与 当气门12打开时凸轮轴22旋转速度和基本速度之间的差值相应的量。下面将描述图4中所示的用于改变"气门打开持续时间和气门升程量"的操作。图4表示其中控制气门12的气门升程量以使其小于最大气门量的例子。能通过如图5A到5C中所示地控制凸轮轴22的运行 来获得该变化，图5A到5C表示凸轮50、 56的用于改变"气门打开持 续时间和气门升程量"的操作。在该操作中，凸轮轴22的旋转方向在 正常旋转方向和反向旋转方向之间交替切换，借此使凸轮50、 56周期 性地摆动。在用于改变"气门打开持续时间和气门升程量"的操作中，首先， 凸轮轴22沿顺时针方向，即正常旋转方向旋转，如图5A中所示。这 样，与弁4汽缸相应的凸轮56用打开斜面部56b压下气门挺杆16(#4)。 第一马达30在凸轮56的凸轮尖56a顶点接触气门挺杆16之前停下来。 然后，切换第一马达30的旋转方向以使得凸轮轴22沿逆时针方向， 即反向旋转方向旋转。这样，凸轮轴22沿反向旋转方向旋转，并实现 图5B中所示的情况。这样，当在两个斜面部56b、 56c之中仅仅打开斜面部56b接触气 门挺杆16(#4)时，凸轮56摆动。因而，#4汽缸的气门12根据由凸轮 56的打开斜面部56b的凸轮升程曲线所确定的气门升程曲线运行。接着，凸轮轴22进一步沿反向旋转方向旋转。然后，如图5C中 所示，与#1汽缸相应的凸轮50用关闭斜面部50c压下气门挺杆16(#1)。 第一马达30在凸轮尖50a接触气门挺杆16(#1)之前停下来。然后，再 次切换第一马达30的旋转方向，并且凸轮轴22沿正常旋转方向旋转 直到实现图5B中所示的情况为止。这样，当在两个斜面部50b、 50c 之中仅仅关闭斜面部50c接触气门挺杆16(#1)时，凸轮50摆动，并且 #1汽缸的气门12根据由凸轮50的关闭斜面部50c的凸轮升程曲线所 确定的气门升程曲线运行。通过连续执行上述一系列操作，凸轮50、 56周期性地摆动，因而， 通过都固定到凸轮轴22的凸轮50、 56，能同时改变#1汽缸和糾汽缸的气门12的气门升程曲线。这时，能通过适当地改变凸轮50、 56的摆动量来适当地改变气门12的气门升程量。此外，当凸轮50、 56摆 动时，仅仅能改变"气门升程量"，而不会通过适当地改变第一马达30 的旋转速度改变气门打开持续时间，如图4中所示。当执行用于改变 "气门打开持续时间和气门升程量"的操作时和当执行用于改变"气 门升程量"的操作时，将凸轮50、 56的摆动周期设置成曲轴旋转周期 的两倍。在上述第一实施例中，通过交替切换第一马达30的旋转方向以使 凸轮50、 56周期性地摆动，用凸轮56的打开斜面部56b打开和关闭 #4汽缸的气门12,用凸轮50的关闭斜面部50c打开和关闭W汽缸的 气门12。此外，在第一实施例中，仅仅分别用凸轮50的关闭斜面部50c和 凸轮56的打开斜面部56b打开和关闭1汽缸的气门12和#4汽缸的气 门12，因而，能通过一升程量操作每个气门12，该升程量比通过使凸 轮轴22仅仅沿正常旋转方向旋转而用整个凸轮50、 56打开和关闭气 门12时的升程量小。如图2中所示，同时摆动的凸轮50、 56具有相同的形状，并且凸 轮50、 56中的每一个都关于穿过凸轮中心和凸轮尖50a、 56a顶点的直 线对称。因而，即使用凸轮50的关闭斜面部50c和凸轮56的打开斜面 部56b操作气门12，气门12的气门升程曲线也不会彼此不同。因而， 即使气门12的气门升程量改变，#1汽缸和#4汽缸之间的进气量也不 会不同。具有上述第一实施例的可变气门系统10时，因为通过用ECU40 控制第一马达30来适当地控制凸轮轴22的旋转速度，所以能不同地 改变凸轮50、 56的运行。此外，每个凸轮50、 56都关于穿过凸轮中 心和凸轮尖顶点的直线对称，因而，不管凸轮50、 56是沿正常旋转方向还是反向旋转方向摆动，都能获得相同的气门升程曲线。因而，具 有第一实施例的可变气门系统10时，凸轮轴22的旋转方向不局限于特定方向，并且通过适当地控制凸轮轴22的旋转方向，能不同地改变 凸轮50、 56的运行。这样，能以很大的灵活性改变气门12的气门打 开/关闭特性。在根据第一实施例的用于改变气门升程量的操作中，在与#4汽缸 相应的凸轮56中使用打开斜面部56b，并且在与#1汽缸相应的凸轮50 中使用关闭斜面部50c。然而，可以在与#4汽缸相应的凸轮56中使用 关闭斜面部56c，在与#1汽缸相应的凸轮50中使用打开斜面部50b。 当发出用于开始改变气门升程量的操作的命令时，可以依据每个凸轮 50、 56的旋转位置确定应该从打开斜面部和关闭斜面部之中使用哪个 斜面部。在#2汽缸和#3汽缸的情况下，凸轮52、 54具有相同的形状，并 且凸轮52、 54中的每一个都关于穿过凸轮中心和凸轮尖顶点的直线对 称。因而，不管凸轮轴24是沿正常旋转方向还是反向旋转方向旋转， 都能获得相同的气门升程曲线。尽管这里没有详细描述，但通过用第 二马达38适当地控制凸轮轴24的旋转速度和旋转方向以及凸轮52、 54的摆动角度，能不同地改变凸轮52、 54的操作，这样，能以很大的 灵活性改变气门12的气门打开/关闭特性。[第二实施例]下面参考图6描述本发明的第二实施例。如第一实施例中那样，在图1中示出了根据第二实施例的可变气 门系统的结构。第二实施例在马达30、 38旋转速度的控制上不同于第 一实施例。图6是曲线图，其表示通过用ECU40控制马达30、 38的 旋转速度获得的气门升程曲线。如第一实施例中所述，每个凸轮50、 52、 54和56都关于穿过凸 轮中心和凸轮尖顶点的直线对称，因而，当马达30、 38以恒定速度旋 转时，在气门12打开周期的起始时刻的旋转速度等于在气门12打开 周期的结束时刻的旋转速度。然而，要求迅速打开气门12以迅速减小 气门打开持续时间，从而增加每单位气门打开持续时间的时间面积(通 过求气门打开量的积分而获得的值)。同时，要求逐渐关闭气门12以减 小气门12接触气门座的速度，从而减小在气门12接触气门座时引起 的振动和噪音。然而，这两个要求彼此矛盾，因此，如果限定凸轮的 形状以便满足这两个要求中的一个，则不能满足另一个要求。创作第二实施例以满足关于气门12打开速度的要求和关于气门 12关闭速度的要求。根据第二实施例，通过适当地选择凸轮的形状使 气门12迅速打开，并且通过控制马达30、 38的旋转速度使气门12逐 渐关闭。更具体地说，凸轮50、 52、 54和56中的每一个的打开斜面 部和关闭斜面部都陡峭地倾斜以便增加每单位气门打开持续时间的时 间面积。另外，使马达30、 36在气门12打开周期的结束时刻的旋转 速度NCclose低于气门12在打开周期的起始时刻的旋转速度NCopen。这样，能获得由图6中的实线所示的气门升程曲线，根据该气门 升程曲线，气门12迅速打开并逐渐关闭。结果，能通过减少气门12 的气门打开持续时间增加每单位气门打开持续时间的时间面积，同时 能通过减小气门12接触气门座的速度减小在气门12接触气门座时引 起的振动和噪音。当马达30、 38的旋转速度不在气门12打开周期的 起始时刻和结束时刻之间改变时，在气门12打开周期的结束时刻的气 门升程曲线如图6中的虚线所示。上述控制不仅能应用于每个凸轮50、 52、 54和56沿正常旋转方 向旋转的情况，而且也能应用于通过交替切换马达30、 38的旋转方向 使凸轮50、 52、 54和56摆动的情况。[第三实施例]下面参考图7描述本发明的第三实施例。象第二实施例的可变气门系统那样，第三实施例的可变气门系统特征在于通过适当地选择凸轮的形状和控制马达30、 38的旋转速度来 满足关于气门12打开速度的要求和关于气门12关闭速度的要求。图7 是曲线图，其表示通过用ECU40控制马达30、 38的旋转速度而获得 的气门升程曲线。在第三实施例中，以与第二实施例中相反的方法满足上述两个要 求。根据第三实施例，通过适当地选择凸轮的形状使气门12逐渐关闭， 通过控制马达30、 38的旋转速度使气门12迅速打开。更具体地说， 凸轮50、 52、 54和56中的每个的打开斜面部和关闭斜面部的形状都 缓和地倾斜以使气门12逐渐接触气门座。另外，使马达30、 38在气 门12打开周期的起始时刻的旋转速度NCopen高于在气门12打开周期 的结束时刻的旋转速度NCclose。这样，如第二实施例中那样能获得由图7中的实线所示的气门升 程曲线，根据该气门升程曲线，气门12迅速打开并逐渐关闭。结果， 能通过减少气门12的气门打开持续时间增加每单位气门打开持续时间 的时间面积，同时能通过减小气门12接触气门座的速度减小在气门12 接触气门座时引起的振动和噪音。当马达30、 38的旋转速度在气门12 打开周期的起始时刻和结束时刻之间不改变时，在气门12打开周期的 起始时刻的气门升程曲线如图7中示出的虚线所示。上述控制不仅能应用于凸轮50、 52、 54和56中的每个沿正常旋 转方向旋转的情况，而且也能应用于通过交替切换马达30、 38的旋转 方向使凸轮50、 52、 54和56摆动的情况。[其他〗尽管已经结合示范性实施例描述了本发明，但应该理解，本发明 不局限于示范性实施例。相反，本发明期望用来覆盖各种改进和等价 装置。例如，能根据下面的改进例子实现本发明。在上述实施例中，用一个马达驱动与两个汽缸相应的凸轮，然而， 也可以用一个马达驱动与一个汽缸相应的凸轮。在这种情况下，每个 凸轮的形状也关于穿过凸轮中心和凸轮尖顶点的直线对称。这样，不 管凸轮是以正常旋转方向还是反向旋转方向旋转，都能获得相同的气 门升程曲线。因而，能灵活地设定凸轮的旋转方向和旋转速度，借此 能以很大的灵活性改变气门的气门打开/关闭特性。在上述实施例中，内燃机1的作功冲程顺序是#1—#3—#4—#2。然而，本发明也能应用于作功冲程顺序为#1—#2—#4—#3的内燃机。
权利要求
1.一种用于内燃机的可变气门系统，其特征在于包括能沿正常旋转方向和反向旋转方向中的任一个旋转的电动机；由所述电动机驱动的第一凸轮(56)；具有与所述第一凸轮(56)相同的形状的第二凸轮(50)，该第二凸轮(50)由所述电动机驱动，并且在旋转相位上不同于所述第一凸轮(56)；由所述第一凸轮(56)打开和关闭的第一气门；由所述第二凸轮(50)打开和关闭的第二气门；和控制所述电动机的旋转的控制单元(40)，其中所述第一凸轮(56)和所述第二凸轮(50)中的每一个都关于穿过凸轮中心和凸轮尖的直线对称。
2. 如权利要求1所述的用于内燃机的可变气门系统，其中 所述控制单元(40)在所述正常旋转方向和所述反向旋转方向之间交替切换所述电动机的旋转方向，以使得从所述第一凸轮(56)的两个斜 面部(56b,56c)之中使用用于当所述电动机沿给定方向旋转时打开所述 第一气门的所述斜面部(56b)打开和关闭所述第一气门，并且从所述第 二凸轮(50)的两个斜面部(50b,50c)之中使用用于当所述电动机沿所述 给定方向旋转时关闭所述第二气门的所述斜面部(50c)打开和关闭所述 第二气门。
3. 如权利要求1或2所述的用于内燃机的可变气门系统，其中 所述控制单元(40)控制所述电动机的旋转速度，以使得在所述第一气门的打开周期的起始时刻的所述旋转速度高于在所述第一气门的所 述打开周期的结束时刻的所述旋转速度，并且使得在所述第二气门的 打开周期的起始时刻的所述旋转速度高于在所述第二气门的所述打开 周期的结束时刻的所述旋转速度。
4. 如权利要求1或2所述的用于内燃机的可变气门系统，其中所述控制单元(40)控制所述电动机的旋转速度，以使得在所述第一 气门的打开周期的结束时刻的所述旋转速度低于在所述第一气门的所 述打开周期的起始时刻的所述旋转速度，并且使得在所述第二气门的 打开周期的结束时刻的所述旋转速度低于在所述第二气门的所述打开 周期的起始时刻的所述旋转速度。
5. 如权利要求l所述的用于内燃机的可变气门系统，还包括 用于将空气吸入气缸或将废气从所述气缸排出的凸轮轴(22)，其中所述凸轮轴(22)由受所述控制单元(40)控制的所述电动机驱动， 所述电动机驱动设在所述凸轮轴(22)上的所述第一凸轮(56);并且 所述电动机驱动设在所述凸轮轴(22)上的所述第二凸轮(50)。
6. —种用于内燃机的可变气门系统，其特征在于包括 能沿正常旋转方向和反向旋转方向中的任一个旋转的电动机； 设置成将空气吸入气缸或将废气从所述气缸排出的多个凸轮，所述多个凸轮由所述电动机驱动；由相应的凸轮打开和关闭的多个气门；和 控制所述电动机的旋转的控制单元，其中所述凸轮中的每一个都关于穿过凸轮中心和凸轮尖的直线对称。
7. 如权利要求6所述的用于内燃机的可变气门系统，其中 所述控制单元在所述正常旋转方向和所述反向旋转方向之间交替切换所述电动机的旋转方向，以使得所述凸轮仅仅用所述凸轮的两个 斜面部之一打开和关闭所述气门。
8. 如权利要求6或7所述的用于内燃机的可变气门系统，其中 所述控制单元控制所述电动机的旋转速度，以使得在所述气门的打开周期的起始时刻的所述旋转速度高于在所述气门的所述打开周期 的结束时刻的所述旋转速度。
9.如权利要求6或7所述的用于内燃机的可变气门系统，其中 所述控制单元控制所述电动机的旋转速度，以使得在所述气门的打开周期的结束时刻的所述旋转速度低于在所述气门的所述打开周期的起始时刻的所述旋转速度。
全文摘要
本发明涉及一种用于内燃机的可变气门系统，包括能沿正常旋转方向和反向旋转方向中的任一个旋转的电动机；由电动机驱动的第一凸轮(56)；具有与第一凸轮(56)相同形状的第二凸轮(50)，其由电动机驱动，并且其在旋转相位上不同于第一凸轮(56)；由第一凸轮(56)打开和关闭的第一气门；由第二凸轮(50)打开和关闭的第二气门；和控制电动机的旋转的控制单元。第一凸轮(56)和第二凸轮(50)中的每一个都关于穿过凸轮中心和凸轮尖的直线对称。
文档编号F01L1/344GK101223338SQ200680025702
公开日2008年7月16日 申请日期2006年7月11日 优先权日2005年7月13日
发明者江崎修一 申请人:丰田自动车株式会社