专利名称：可变阀正时设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及可变阀正时设备。具体地说，本发明涉及这样的可变阀正 时设备该设备使阀门开启/关闭的正时变化一个根据致动器操作量的变化背景技术传统上已知VVT (可变阀正时)，VVT根据操作条件，来改变对进 气阀或排气阀进行开启/关闭的相位(曲轴角度)。通常，VVT通过使凸 轮轴相对于链轮等旋转来改变相位，所述凸轮轴使进气阀或排气阀开启/关 闭。由例如液压或电动机作为致动器来使凸轮轴旋转。特别是，在用电动 机来使凸轮轴旋转的情况下，与用液压方式旋转凸轮轴的情况相比，难以 获得使凸轮轴旋转的转矩。因此，在用电动机来旋转凸轮轴的情况下，电 动机的转矩通过连杆机构等传递到凸轮轴，从而使凸轮轴旋转。但是，在 对连杆机构等进行操作以调节开启/关闭正时的时候，向凸轮轴传递的连杆 机构等使致动器的操作发生速度改变(减速或加速)。因此，为了精确地 控制可变正时，希望使阀的开启/关闭正时变化的变化量与致动器的操作量 等成比例。日本专利早期公开No.2005-048707公开了一种阀正时调节设备，该设 备与由致动器带动旋转的导向部件的转动相位成比例地调节从动轴(凸轮 轴)相对于驱动轴(曲轴)的旋转相位(阀开启/关闭正时)。日本专利早 期公开No.2005-048707所公开的这种阀正时调节设备设置在传动系统中， 所述传动系统将驱动轴(曲轴)的驱动转矩传递给从动轴(凸轮轴)，所 述从动轴进行驱动以使内燃机的进气阀与排气阀中至少一者开启/关闭，该 调节设备对这些阀中至少一者的开启/关闭正时进行调节。这种阀正时调节 设备包括相位改变机构和导向部件，相位改变机构具有与驱动轴同步旋转的第一旋转部件和与从动轴同步旋转的第二旋转部件，并把要控制的部件 的运动转换成第二旋转部件相对于第一旋转部件的相对旋转运动，以改变从动轴相对于驱动轴的旋转相；来自致动器的控制转矩传递使导向部件相 对于第一旋转部件进行相对旋转，以沿着导向路径延伸的方向对可动体进 行导向。可动体沿导向路径延伸方向相对于导向部件滑动，同时使要控制 的部件运动，因而，第二旋转部件相对于第一旋转部件的旋转相位与导向 部件相对于第一旋转部件的旋转相位成比例地变化。通过上述文献中公开的阀正时调节设备，可动体沿导向路径延伸方向 相对于导向部件进行相对滑动，同时使要控制的部件运动，因此，第二旋 转部件相对于第一旋转部件的旋转相位与导向部件相对于第一旋转部件的 旋转相位成比例地变化。这样，可以对导向部件相对于第一旋转部件的旋 转相位进行控制，以精确地调节第二旋转部件相对于第一旋转部件的旋转 相位，即精确调节从动轴相对于驱动轴的旋转相位。但是，在像日本专利早期公开No.2005-048707中公开的阀正时调节设 备那样与致动器的操作量等成比例地使开启/关闭正时的变化量发生改变的 情况下，如果比例斜率较小(如果VVT的齿轮比较大)，则开启/关闭正 时能够被改变的范围较小。相反，在该斜率较大(VVT的齿轮比较小)的 情况下，发动机的操作产生了作用于凸轮轴上的转矩并从而对致动器进行 驱动。在此情况下，开启/关闭正时被改变，不能将阀开启/关闭正时保持 为所控制的情况。发明内容本发明的一个目的是提供一种可变阀正时设备，该设备能够在宽广的 范围内改变阀开启和关闭正时，并能够精确地将阀开启和关闭正时保持为 所控制的正时。根据本发明的可变阀正时设备改变进气阀和排气阀中至少一者的开启 和关闭正时。这种可变阀正时设备包括致动器和改变机构，改变机构将开 启和关闭正时改变与致动器的操作量对应的变化量。改变机构改变所述开 启和关闭正时，使得在开启和关闭正时处于第一区域的情况与开启和关闭正时处于第二区域的情况之间，致动器的操作量与开启和关闭正时的变化 量之间的比率不同并且开启和关闭正时的改变方向相同。根据本发明，改变开启和关闭正时，使得在开启和关闭正时处于第一 区域的情况与开启和关闭正时处于第二区域的情况之间，致动器的操作量 与开启和关闭正时的变化量之间的比率不同，并使得在这些情况之间开启 和关闭正时的改变方向相同。因此，例如，对于两个区域都可以使开启和 关闭正时提前，同时使得这些区域之一与其他区域相比，正时被提前的程 度可以更大。或者，例如，对于两个区域都可以使开启和关闭正时延迟， 同时使得这些区域之一与其他区域相比，正时被延迟的程度可以更大。这 样，开启和关闭正时所能改变的范围可以增大。此外，对于开启和关闭正 时的变化量较小的区域，即使从致动器输出的转矩较小，开启和关闭正时 也可以被改变。但是，在此情况下，需要较大的转矩用改变开启和关闭正 时来驱动致动器。因此，对于该区域，即使在致动器不产生转矩的情况 下，也可以由发动机操作时作用在凸轮轴上的转矩来对致动器受到驱动进 行限制。这样，可以对实际开启和关闭正时从根据控制确定的开启和关闭 正时发生改变的情况进行限制。因此可以提供这样的可变阀正时设备该 设备能够在宽广的范围内改变开启和关闭正时，并能够将阀开启和关闭正 时保持为所控制的正时。优选地，改变机构改变所述开启和关闭正时，使得在开启和关闭正 时处于第一区域的情况与开启和关闭正时处于第二区域的情况之间，致动 器的操作量与开启和关闭正时的变化量之间的比率不同并且开启和关闭正 时的改变方向相同，此外在开启和关闭正时处于第一区域与第二区域之间 的情况下，致动器的操作量与开启和关闭正时的变化量之间的比率以预定 改变率进行改变。根据本发明，在开启和关闭正时处于第一区域与第二区域之间区域中 的情况下，改变开启和关闭正时使得致动器的操作量与开启和关闭正时的 变化量之间的比率以预定改变率进行改变。这样，在开启和关闭正时从第 一区域到第二区域或从第二区域到第一区域改变时，可以相对于致动器操 作量逐渐增大或减小开启和关闭正时的变化量。因此，可以限制开启和关闭正时的变化量突然以阶梯方式改变，因而可以限制开启和关闭正时的突 然改变。因此，可以改善对开启和关闭正时进行控制的能力。更优选地，第二区域是比第一区域提前的区域。改变机构改变开启和 关闭正时，使得开启和关闭正时对于第二区域的变化量大于对于第一区域 的变化量。根据本发明，改变开启和关闭正时，使得对于比其他区域提前的区 域，开启和关闭正时的变化量更大。这样，开启和关闭正时所能改变的范 围可以增大。此外，对于比其他区域延迟的区域(开启和关闭正时的变化 量较小的区域)，即使从致动器输出的转矩较小，也能够改变开启和关闭 正时，同时需要较大转矩由改变开启和关闭正时来驱动致动器。因此，对 于该区域，即使处于致动器不产生转矩的状态，也可以例如由发动机操作 时作用在凸轮轴上的转矩对致动器受到驱动进行限制。这样，可以对实际 开启和关闭正时从根据控制确定的开启和关闭正时发生改变进行限制。因 此，可以在宽广的范围内控制开启和关闭正时，并能够将开启和关闭正时 保持为所控制的正时。
图1的示意图示出了根据本发明的一种实施例，安装了可变阀正时设 备的车辆发动机的构造。图2示出了对进气凸轮轴的相位进行限定的对照图。 图3是示出进气VVT机构的截面图。 图4是沿图3中A—A线所取的截面。 图5是沿图3中B—B线所取的(第一)截面。 图6是沿图3中B—B线所取的(第二)截面。 图7是沿图3中C一C线所取的截面。 图8是沿图3中D—D线所取的截面。 图9示出了进气VVT机构的总体减速比。图10示出了导向板相对于链轮的相位与进气凸轮轴的相位之间的关系。
具体实施方式
参考附图，下面对本发明的实施例进行说明。在下面的说明中，相同 的元件由相同的标号表示。它们也使用相同的名称并起相同作用。因此将 不再对其重复进行详细说明。参考图1，下面说明车辆的发动机，其上安装有根据本发明一种实施 例的可变阀正时设备。发动机1000是V型8缸发动机，具有"A"气缸组(bank) 1010和 "B"气缸组1012， "A"气缸组和"B"气缸组各包括一组四个气缸。这 里也可以使用除了 V8发动机之外的任何发动机。空气从空气滤清器1020吸入发动机1000中。吸入的空气量由节气门 1030调节。节气门1030是由电动机驱动的电子节气门。空气经过进气歧管1032供应到气缸1040中。空气与燃料在气缸1040 (燃烧室)中混合。燃料从喷射器1050直接喷射到气缸1040中。换言 之，喷射器1050的喷射孔设在气缸1040内。燃料在进气冲程中被喷射。燃料喷射正时不限于进气冲程。此外，在 本实施例中，发动机1000被描述为直喷发动机，并具有设在气缸1040内 的喷射器1050的喷射孔。但是，除了直喷(缸内)喷射器1050外，也可 以设置端口喷射器。而且也可以只设置端口喷射器。气缸1040中的空气燃料混合物被火花塞1060点火并因而燃烧。燃烧 之后的空气燃料混合物(即排气)由三元催化剂1070净化，随后被排放 到车辆外部。燃烧空气燃料混合物使活塞1080受到下压，从而使曲轴 1090旋转。进气阀1100和排气阀1110设在气缸1040顶部。进气阀1100由进气 凸轮轴1120驱动。排气阀1110由排气凸轮轴1130驱动。进气凸轮轴 1120和排气凸轮轴1130由例如链条和齿轮的零件连接，从而以相同的旋 转速度旋转。进 气 阀1100的相位(开启/关闭正时)由进气凸轮轴1120设置的进气 VVT机构2000控制。排气阀1110的相位(开启/关闭正时)由排气凸轮轴1130设置的排气VVT机构3000控制。在本实施例中，由VVT机构使进气凸轮轴1120和排气凸轮轴1130 旋转，以控制进气阀1100和排气阀1110各自的相位。这里，相位控制方 法不限于前述这种。进气VVT机构2000由电动机2060 (图1中未示出)带动操作。电动 机2060由ECU (电子控制单元)4000控制。电动机2060的电流和电压由 安培表(未示出)和伏特表(未示出)检测，测量结果被输入到ECU 4000。排气VVT机构3000以液压方式工作。这里，进气VVT机构2000也 可以以液压方式工作，同时排气VVT机构3000可以由电动机带动操作。表示曲轴1090的旋转速度和曲轴角度的信号从曲轴角度传感器5000 输入到ECU 4000。此外，表示进气凸轮轴1120和排气凸轮轴1130各自 的相位(相位沿旋转方向的凸轮轴位置)的信号从凸轮位置传感器5010 输入到ECU 4000。此外，表示发动机1000的水温(冷却剂温度)的信号从冷却剂温度 传感器5020输入到ECU 4000，表示发动机1000的进气量(吸入或抽入 发动机1000的空气的量)的信号从气流计5030输入到ECU 4000。根据从传感器输入的这些信号以及储存在存储器(未示出)中的对照 图和程序，ECU 4000例如控制节气门开启位置、点火正时、燃料喷射正 时、喷射燃料量、进气阀IIOO的相位和排气阀1110的相位，从而使发动 机IOOO以所需操作状态操作。在本实施例中，ECU 4000根据图2所示的对照图来确定进气阀1100 的相位，该对照图使用发动机速度NE和进气量KL作为参数。储存了多 个针对各个冷却剂温度的对照图来确定进气阀1100的相位。下面将进一步说明进气VVT机构2000。这里，排气VVT机构3000 可以与如下所述进气VVT机构2000相同地构造。如图3所示，进气VVT机构2000由链轮2010、凸轮板2020、连杆 机构2030、导向板2040、减速器2050和电动机2060构成。链轮2010经过链条等连接到曲轴1090。链轮2010的旋转速度是曲轴1090旋转速度的一半。进气凸轮轴1120设置成与链轮2010的旋转轴线同 心，并可相对于链轮2010旋转。
凸轮板2020由销钉(1) 2070连接到进气凸轮轴1120。凸轮板2020 在链轮2010的内侧与进气凸轮轴1120—起旋转。这里，凸轮板2020和进 气凸轮轴1120可以集成到一个单元中。
连杆机构2030由臂(1) 2031和臂(2) 2032构成。图4是沿图3中 A — A线所取的截面图，如图4所示，链轮2010内设有一对臂(1) 2031，这些臂关于进气凸轮轴1120的旋转轴线彼此处于点对称关系。每 个臂(1) 2031连接到链轮2010，使该臂能够围绕销钉(2) 2072摆动。
图5是沿图3中B—B线所取的截面图，图6示出了进气阀IIOO的相 位相对于图5所示状态提前了的状态，如图5和图6所示，臂(1) 2031 和凸轮板2020由臂(2) 2032连接。
臂(2) 2032被支撑为使该臂能够围绕销钉(3) 2074相对于臂(1) 2031摆动。此外，臂(2) 2032还被支撑为使该臂能够围绕销钉(4) 2076相对于凸轮板2020摆动。
一对连杆机构2030使进气凸轮轴1120相对于链轮2010旋转，并从而 改变进气阀1100的相位。这样，即使这对连杆机构2030之一由于任何损 坏等原因而断裂，也可以用另一连杆机构来改变进气阀1100的相位。
再参考图3，控制销钉2034设在各个连杆机构2030 (臂(2) 2032) 的表面处，所述表面是连杆机构2030面向导向板2040的表面。控制销钉 2034与销钉(3) 2074同心地设置。每个控制销钉2034在导向板2040中 设置的导向槽2042中滑动。
每个控制销钉2034在导向板2040的导向槽2042中滑动以沿径向偏 移。每个控制销钉2034的径向偏移使进气凸轮轴1120相对于链轮2010旋 转。
图7是沿图3中C一C线所取的截面，如图7所示，导向槽2042被形 成为螺旋形状，因而导向板2040的旋转使各个控制销钉2034沿径向偏 移。这里，导向槽2042的形状不限于这种。
控制销钉2034从导向板2040的轴线中心沿径向偏移越大，进气阀1100的相位延迟程度就越大。换言之，相位的变化量具有与由控制销钉
2034的径向偏移所产生的连杆机构2030的操作量对应的值。或者，也可 以是控制销钉2034从导向板2040的轴线中心沿径向偏移越大，进气阀 1100的相位提前程度就越大。
如图7所示，在控制销钉2034抵靠导向槽2042的末端时，连杆机构 2030的操作受到限制。因此，控制销钉2034与导向槽2042的末端抵靠情 况下的相位是最大延迟角度或最大提前角度。
再参考图3，导向板2040中在其面向减速器2050的表面中设有多个 凹陷部分2044，用于使导向板2040和减速器2050彼此连接。
减速器2050由外齿齿轮2052和内齿齿轮2054组成。外齿齿轮2052 相对于链轮2010固定，因而该齿轮与链轮2010—起旋转。
内齿齿轮2054上具有多个突起部分2056，这些突起部分被接纳在导 向板2040的凹陷部分2044中。内齿齿轮2054被支撑为可围绕联轴节 (coupling) 2062的偏心轴线2066旋转，所述联轴节2062被形成为相对 于电动机2060的输出轴的轴线中心2064偏心。
图8示出了沿图3中D—D线所取的截面。内齿齿轮2054被设置为使 其部分齿与外齿齿轮2052啮合。在电动机2060的输出轴的旋转速度与链 轮2010的旋转速度相同的情况下，联轴节2062和内齿齿轮2054以与外齿 齿轮2052 (链轮2010)相同的旋转速度旋转。在此情况下，导向板2040 以与链轮2010相同的旋转速度旋转，因而进气阀IIOO的相位得以保持。
在电动机2060使联轴节2062围绕轴线中心2064相对于外齿齿轮 2052旋转时，在内齿齿轮2054围绕偏心轴线2066旋转的同时，内齿齿轮 2054作为一个整体相应地围绕轴线中心2064公转。内齿齿轮2054的旋转 运动使导向板2040相对于链轮2010旋转，从而进气阀1100的相位被改 变。
通过减速器2050、导向板2040和连杆机构2030使电动机2060的输 出轴与链轮2010之间的相对旋转的旋转速度(电动机2060的操作量)减 小，使进气阀IIOO的相位改变。这里，也可以增大电动机2060的输出轴 与链轮2010之间的相对旋转的旋转速度来改变进气阀1100的相位。如图9所示，进气VVT机构2000的总体减速比(电动机2060的输出 轴与链轮2010之间的相对旋转的旋转速度对相位改变量的比率)可以根 据进气阀1100的相位而具有值。在本实施例中，减速比越高，相对于电 动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的旋转速度而言相位的变 化量就越小。
在进气阀1100的相位处于从最大延迟角度至CA(1)的第一区域中时， 进气VVT机构2000的总体减速比为R(l)。在进气阀1100的相位处于从 CA(2) (CA(2)比CA(1)提前)至最大提前角度的第二区域中时，进气VVT 机构2000的总体减速比为R(2) (R(1)>R(2))。
在进气阀1100的相位处于从CA(1)至CA(2)之间的第三区域中时，进 气VVT机构2000的总体减速比以预定改变率((R(2)-R(1))/(CA(2)-CA(l)))改变。
根据上述构造，本实施例中可变阀正时设备的进气VVT机构2000以 如下方式工作。
在要使进气阀1100 (进气凸轮轴1120)的相位提前的情况下，操作 电动机2060使导向板2040相对于链轮2010旋转，从而如图10所示使进 气阀IIOO的相位提前。
在进气阀1100的相位处于最大延迟角度与CA(1)之间的第一区域中 时，电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的旋转速度被以减 速比R(1)降低，以使进气阀IIOO的相位提前。
在进气阀1100的相位处于CA(2)与最大提前角度之间的第二区域中 时，电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的旋转角度被以减 速比R(2)降低，以使进气阀IIOO的相位提前。
在要使进气阀1100的相位延迟的情况下，使电动机2060的输出轴沿 与要使其相位提前的情况下的方向相反的方向相对于链轮2010旋转。在 要使该相位延迟的情况下，与要使该相位提前的情况下类似，当进气阀 1100的相位处于最大延迟角度与CA(1)之间的第一区域中时，电动机2060 的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的旋转速度被以减速比R(l)降低， 以使该相位延迟。此外，在进气阀1100的相位处于CA(2)与最大提前角度之间的第二区域中时，电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转 的旋转速度被以减速比R(2)降低，以使该相位延迟。
因此，只要电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的方向 相同，则对于最大延迟角度与CA(1)之间的第一区域以及CA(2)与最大提 前角度之间的第二区域都可以使进气阀1100的相位提前或延迟。这里， 对于CA(2)与最大提前角度之间的第二区域，可以使该相位提前更多或延 迟更多。这样，可以在宽广的范围内改变该相位。
此外，由于对于最大延迟角度与CA(1)之间的第一区域，减速比较 大，所以需要较大的转矩，由发动机1000操作时作用在进气凸轮轴1120 上的转矩使电动机2060的输出轴旋转。因此，在例如电动机2060停机的 情况下，即使电动机2060不产生转矩，也可以由作用在进气凸轮轴1120 上的转矩对电动机2060的输出轴的旋转进行限制。因此，可以限制实际 相位从根据控制确定的相位发生改变。
在进气阀1100的相位处于CA(1)与CA(2)之间的第三区域中时，电动 机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的旋转速度被以由预定改变 率改变的减速比进行减速，这可能造成进气阀1100的相位提前或延迟。
因此，在该相位从第一区域到第二区域或从第二区域到第一区域改变 的情况下，可以对于电动机2060的输出轴与链轮2010之间的相对旋转的 旋转速度而使相位改变量逐渐增大或减小。这样，可以对相位的变化量突 然以台阶方式改变进行限制，从而限制相位的突然改变。因此，可以改善 控制相位的能力。
如上所述，在进气阀的相位处于从最大延迟角度到CA(1)的区域中的 情况下，用于本实施例中可变阀正时设备的进气VVT机构提供的进气 VVT机构2000的总体减速比为R(l)。在进气阀的相位处于从CA(2)到最 大提前角度的区域中的情况下，进气VVT机构2000的总体减速比为低于 R(l)的R(2)。这样，只要电动机的输出轴的旋转方向相同，就可以对两个 区域(即最大延迟角度与CA(1)之间的第一区域以及CA(2)与最大提前角 度之间的第二区域)都使进气阀的相位提前或延迟。这里，对于CA(2)与 最大提前角度之间的第二区域，可以使相位提前或延迟更大的程度。因此，可以在宽广的范围内改变相位。此外，对于最大延迟角度与CA(1)之
间的第一区域，减速比较大，因此可以由发动机操作时作用在进气凸轮轴 上的转矩来限制电动机输出轴的旋转。这样，可以限制实际相位从根据控 制确定的相位发生改变。因此，相位可以在宽广的范围内改变，并可以精 确地控制相位。
尽管已经详细说明和图示了本发明，但是显然应当明白，这些只是出 于图解和示例的方式，而不应以限制方式理解，本发明的精神和范围只由 所附权利要求项来限制。
权利要求
1.一种可变阀正时设备，改变进气阀(1100)和排气阀(1110)中至少一者的开启和关闭正时，所述可变阀正时设备包括致动器(2060)；和改变机构(2000，3000)，其将所述开启和关闭正时改变与所述致动器(2060)的操作量对应的变化量，所述改变机构(2000，3000)改变所述开启和关闭正时，使得在所述开启和关闭正时处于第一区域的情况与所述开启和关闭正时处于第二区域的情况之间，所述致动器(2060)的操作量与所述开启和关闭正时的变化量之间的比率不同并且所述开启和关闭正时的改变方向相同。
2. 根据权利要求1所述的可变阀正时设备，其中，所述改变机构(2000， 3000)除了改变所述开启和关闭正时使得在所 述开启和关闭正时处于所述第一区域的情况与所述开启和关闭正时处于所 述第二区域的情况之间，所述致动器(2060)的操作量与所述开启和关闭 正时的变化量之间的比率不同并且所述开启和关闭正时的改变方向相同之 外，进一步改变所述开启和关闭正时使得在所述开启和关闭正时处于所述 第一区域与所述第二区域之间的情况下，所述致动器(2060)的操作量与 所述开启和关闭正时的变化量之间的比率以预定改变率进行改变。
3. 根据权利要求2所述的可变阀正时设备，其中，所述第二区域是比所述第一区域提前的区域，并且所述改变机构(2000， 3000)改变所述开启和关闭正时，使得对于所 述第二区域的所述开启和关闭正时的变化量比对于所述第一区域的所述变 化量更大。
4. 根据权利要求1所述的可变阀正时设备，其中， 所述第二区域是比所述第一区域提前的区域，并且 所述改变机构(2000， 3000)改变所述开启和关闭正时，使得对于所述第二区域的所述开启和关闭正时的变化量比对于所述第一区域的所述变 化量更大。
全文摘要
在进气阀的相位处于最大延迟角度与CA(1)之间的第一区域中的情况下，以减速比R(1)减小电动机输出轴与链轮之间的相对旋转的旋转速度来改变进气阀的相位。在进气阀的相位处于CA(2)与最大提前角度之间的第二区域中的情况下，以减速比R(2)减小电动机输出轴与链轮之间的相对旋转的旋转速度来改变进气阀的相位。只要相对旋转的旋转方向相同，则对于最大延迟角度与CA(1)之间的第一区域以及CA(2)与最大提前角度之间的第二区域，进气阀的相位都沿相同方向改变。
文档编号F01L1/344GK101321931SQ200680045220
公开日2008年12月10日 申请日期2006年10月24日 优先权日2005年12月2日
发明者井上靖通, 守谷嘉人, 漆畑晴行, 猪原孝之, 益城善一郎, 矶边英治, 竹中昭彦, 高木登 申请人:丰田自动车株式会社