內燃機可變氣門特性控制設備和三維凸輪的製作方法
2023-06-03 02:37:06
專利名稱：內燃機可變氣門特性控制設備和三維凸輪的製作方法
技術領域：
本發明涉及內燃機可變凸輪特性控制設備和在控制設備中使用的三維凸輪，其中所述控制設備通過在兩個升程曲線之間改變凸輪的輪廓利用凸輪改變進氣門和排氣門之一或二者的氣門特性。
根據內燃機的操作狀態通過改變進氣門或排氣門的操作角或升程量來正確控制發動機特性的可變發動機氣門驅動器是公知的(公開在例如美國專利No.5,870,984中)。
該設備採用位於凸輪軸上的三維凸輪，並在凸輪軸的轉動軸線方向上調整凸輪軸的位置以連續改變凸輪輪廓，從而獲得正確的操作角和正確的升程量。
上述三維凸輪的凸輪輪廓如圖34中的曲線圖所示。三維凸輪的氣門特性是通過在具有較小升程最高點的曲線和如在圖34的曲線圖中用實線表示的僅具有增加的升程總量的曲線之間連續改變凸輪輪廓來調整的。對於氣門升程增加(從小最高點曲線向大最高點曲線變化)，氣門操作角向前方和後方擴展，所以氣門開啟正時提前並且氣門關閉正時延遲。相反地，對於氣門升程減少(從大最高點曲線向小升程曲線變化)，氣門操作角減少，所以氣門開啟正時延遲並且氣門關閉正時提前。
但是，這種改變氣門特性的簡單方式不具有足夠適應性以適應內燃機各種特性要求，並且在某些情況下，對理想的發動機性能改善不能起到足夠的作用。
因此，本發明的一個目的是提供一種可變氣門特性控制設備和提供一種控制設備中使用的三維凸輪，其中該控制設備根據內燃機的要求改變氣門特性。
為實現上述目的和其它目的，根據本發明一個方面的內燃機可變氣門特性控制設備包括一凸輪和一控制器，其中所述凸輪具有一至少在第一升程曲線和第二升程曲線之間變化的凸輪輪廓，所述控制器通過在凸輪轉動軸線方向上調整凸輪的位置控制內燃機至少進氣門和排氣門之一的氣門特性。第一升程曲線和第二升程曲線至少在氣門操作角內的一個相位提供相同的升程量。
至少用於內燃機進氣門和排氣門之一的三維凸輪的凸輪輪廓在第一升程曲線和第二升程曲線之間連續變化，其中至少在氣門操作角內的一個相位所述第二升程曲線提供的升程量與第一升程曲線提供的升程量相同。
因此，至少對於進氣門和排氣門之一，三維凸輪在一部分氣門操作角實現不同的升程量，並且在其它部分的氣門操作角實現相同的升程量。即，在氣門操作角內，儘管操作的凸輪輪廓改變了，但還存在升程量保持不變的相位。因此，有可能選擇各種凸輪輪廓提供相同升程量的相位和根據內燃機的特性設定在其它相位出現的不同升程量。
結果是，能夠實現根據內燃機的需要正確控制氣門特性。因此，在內燃機的輸出性能、燃油消耗、燃燒穩定性和其它方面可獲得進一步的改善。
從下面參考附圖對優選實施例的描述中可以明顯地看到本發明的上述和其它目的、特徵和優點，在附圖中相似的參考標號用於代表相似的元件，其中
圖1為其中結合了根據本發明第一實施例的可變氣門特性控制設備的發動機和控制系統的構造的示意圖；圖2為根據第一實施例的進氣凸輪的透視圖；圖3為第一實施例的可變氣門特性控制設備的縱向剖面圖和液壓系統圖解；圖4為第一實施例的進氣凸輪的凸輪輪廓圖解；圖5為表示第一實施例的進氣凸輪獲得的升程曲線的曲線圖；圖6為其中結合了根據本發明第二實施例的可變氣門特性控制設備的發動機和控制系統的構造的示意圖；圖7為根據第二實施例的排氣凸輪的凸輪輪廓圖解；圖8為表示第二實施例的排氣凸輪獲得的升程曲線的曲線圖；圖9為根據本發明第三實施例的進氣凸輪的凸輪輪廓圖解；圖10為表示第三實施例的進氣凸輪獲得的升程曲線的曲線圖；圖11為根據本發明第四實施例的進氣凸輪的凸輪輪廓圖解；圖12為表示第四實施例的進氣凸輪獲得的升程曲線的曲線圖；圖13為根據本發明第五實施例的進氣凸輪的凸輪輪廓圖解；
圖14為表示第五實施例的進氣凸輪獲得的升程曲線的曲線圖；圖15為根據本發明第六實施例的進氣凸輪的透視圖；圖16為第六實施例的進氣凸輪的凸輪輪廓圖解；圖17不表示第六實施例的進氣凸輪獲得的升程曲線的曲線圖；圖18為根據第七實施例的進氣凸輪的透視圖；圖19A為第七實施例的進氣凸輪的凸輪輪廓圖解；圖19B為圖19A中所示進氣凸輪的放大局部視圖；圖20為表示第七實施例的進氣凸輪獲得的升程曲線的曲線圖；圖21為根據本發明第八實施例的進氣凸輪的透視圖；圖22為第八實施例的進氣凸輪的凸輪輪廓圖解；圖23為表示第八實施例的進氣凸輪獲得的升程曲線的曲線圖；圖24為根據本發明第九實施例的進氣凸輪的透視圖；圖25為第九實施例的進氣凸輪的凸輪輪廓圖解；圖26為表示第九實施例的進氣凸輪獲得的升程曲線的曲線圖；圖27為根據本發明第十實施例的進氣凸輪的透視圖；圖28為第十實施例的進氣凸輪的凸輪輪廓圖解；圖29為表示第十實施例的進氣凸輪獲得的升程曲線的曲線圖；圖30為本發明第十一實施例的進氣凸輪的凸輪輪廓圖解；圖31為表示第十一實施例的進氣凸輪獲得的升程曲線的曲線圖；圖32為本發明第十二實施例的進氣凸輪的凸輪輪廓圖解；圖33為表示第十二實施例的進氣凸輪獲得的升程曲線的曲線圖；圖34為表示相關技術進氣凸輪獲得的升程曲線的曲線圖。
優選實施例詳細描述參考圖1描述第一實施例，圖1為其中結合了根據本發明的可變氣門特性控制設備的內燃機11的構造示意圖。圖1還示出了用作控制系統的電控單元(在下文中，稱為「ECU」)80的方框圖。
發動機11為車輛用直列四缸汽油發動機。發動機11具有氣缸體13，氣缸體13備有做往復運動的活塞12、位於氣缸體13下方的機油盤13a和位於氣缸體13上方的氣缸蓋14。
曲軸15，即發動機11的輸出軸，由發動機11的下部可轉動地支承。曲軸15通過連杆16與活塞12連接。活塞12的往復運動通過連杆16轉換成曲軸15的轉動。在每個活塞12的上方形成有燃燒室17。燃燒室17與進氣道18和排氣道19相連。進氣道18和燃燒室17之間的連通由相應的進氣門20建立和中斷。排氣道19和燃燒室17之間的連通由相應的排氣門21建立和中斷。
進氣側凸輪軸22和排氣側凸輪軸23在氣缸蓋14內平行地延伸。進氣側凸輪軸22由氣缸蓋14支承，使得進氣側凸輪軸22可以轉動並在其軸線方向上移動。排氣側凸輪軸23由氣缸蓋14支承，使得排氣側凸輪軸23可以轉動，但不能在軸線方向上移動。
進氣側凸輪軸22的一端備有可變氣門特性控制裝置24，控制裝置24具有正時鏈輪24a。排氣側凸輪軸23的一端備有正時鏈輪25。可變氣門特性控制裝置24的正時鏈輪25和正時鏈輪24a通過正時鏈條26與固定在曲軸15上的鏈輪15a相連。曲軸15的轉動，即輸出軸的轉動，通過鏈輪15a和正時鏈條26傳遞到正時鏈輪24a、25，使得進氣側凸輪軸22和排氣側凸輪軸23隨曲軸15的轉動同步轉動。
可變氣門特性控制裝置24對進氣側凸輪軸22進行操作，以在進氣側凸輪軸22的轉動軸線方向上調整進氣側凸輪軸22的位置。
進氣側凸輪軸22備有進氣凸輪27，其中的每一個都與位於每個進氣門20上端的相應氣門挺柱20a接觸。排氣側凸輪軸23備有排氣凸輪28，其中的每一個都與位於每個排氣門21上端的相應排氣挺柱21a接觸。當進氣側凸輪軸22和排氣側凸輪軸23與曲軸15同步轉動時，進氣門20根據進氣凸輪27的凸輪輪廓開啟和關閉，排氣門21根據排氣凸輪28的凸輪輪廓開啟和關閉。
每個排氣凸輪28的凸輪輪廓沿排氣側凸輪軸23的轉動軸線是一致。另一方面，如圖2中所示，每個進氣凸輪27的凸輪輪廓在凸輪表面27a上沿進氣側凸輪軸22的轉動軸線(由箭頭S表示)連續變化。即，進氣凸輪27為三維凸輪。下面詳細描述進氣凸輪27的凸輪輪廓。
然後參考圖3詳細描述可變氣門特性控制裝置24，該裝置用於通過沿進氣側凸輪軸22的轉動軸線移動進氣側凸輪軸22來調整進氣凸輪27的氣門特性。
可變氣門特性控制裝置24的正時鏈輪24a基本由中空的圓柱形部分51、從圓柱形部分51外周邊表面延伸的盤形部分52和在盤形部分52的外周邊表面上形成的許多外齒53構成，其中進氣側凸輪軸22穿過圓柱形部分51。正時鏈輪24a的圓柱形部分51由氣缸蓋14的軸頸軸承14a和凸輪軸軸承蓋14b可轉動地支承。進氣側凸輪軸22以這種方式穿過圓柱形部分51延伸，即進氣側凸輪軸22沿進氣側凸輪軸22的軸線可在F/R方向上移動。
封蓋54通過螺栓55固定在正時鏈輪24a上以覆蓋進氣側凸輪軸22的一端。在封蓋54內部周邊表面的與進氣側凸輪軸22的端部相對應的位置上按圓周方向布置有許多內齒57。每一個內齒57在進氣側凸輪軸22的轉動軸線方向上直線延伸。
圓柱形齒圈62通過中空的螺栓58和銷59固定在進氣側凸輪軸22的末端。齒圈62的外周邊表面備有與封蓋54的內齒57嚙合的直齒63。每個直齒63沿進氣側凸輪軸22的轉動軸線直線延伸。因此，齒圈62與進氣側凸輪軸22一起可在F/R方向上沿進氣側凸輪軸22的轉動軸線移動。
在如上所述構造的可變氣門特性控制裝置24中，當發動機11的運轉使曲軸15產生的轉動通過正時鏈條26傳遞到正時鏈輪24a上時，進氣側凸輪軸22由可變氣門特性控制裝置24轉動。當進氣側凸輪軸22轉動時，進氣門20開啟和關閉。
當齒圈62被機構(在下面描述)向正時鏈輪24a(按箭頭R所示方向)移動時，進氣側凸輪軸22與齒圈62一起向方向R移動。其結果是，每個氣門挺柱20a上的凸輪隨動件20b的接觸位置在相應的進氣凸輪27的凸輪表面27a上從凸輪表面27a的R側部分向F側部分移動。當齒圈62向封蓋54(按箭頭F所示方向)移動時，進氣側凸輪軸22一起向方向F移動，使得每個凸輪隨動件20b的接觸位置從每個進氣凸輪27的凸輪表面27a的F側部分向R側部分移動。
下面描述用於液壓控制齒圈62的移動的可變氣門特性控制裝置24的構造。
齒圈62的盤形環狀部分62a的外周邊表面以這種方式與封蓋54的內周邊表面緊密接觸，即齒圈62可在F/R方向上沿其軸線滑動。因此，封蓋54的內部空間被分為第二升程曲線側液壓腔65和第一升程曲線側液壓腔66。進氣側凸輪軸22中具有分別與第二升程曲線側液壓腔65和第一升程曲線側液壓腔66相連的第二升程曲線控制液體通道67和第一升程曲線控制液體通道68。
第二升程曲線控制液體通道67通過中空的螺栓58與第二升程曲線側液壓腔65相連，並通過凸輪軸軸承蓋14b的內部和氣缸蓋14的內部與油控制閥70相連。第一升程曲線控制液體通道68通過穿過正時鏈輪24a的圓柱形部分51延伸的液體通道72與第一升程曲線側液壓腔66相連，並通過凸輪軸軸承蓋14b的內部和氣缸蓋14的內部與油控制閥70相連。
供給通道74和排洩通道76與油控制閥70連通。供給通道74通過油泵13b與機油盤13a相連。排洩通道76與機油盤13a直接相連。
油控制閥70具有電磁線圈70a。當給電磁線圈70a去磁時，根據油控制閥70內部的出入口連通狀態，工作液體通過油控制閥70和第一升程曲線控制液體通道68從機油盤13a向可變氣門特性控制裝置24的第一升程曲線側液壓腔66供給(如圖3中第一升程曲線控制液體通道68中的箭頭所示)。液體通過第二升程曲線控制液體通道67(如圖3中第二升程曲線控制液體通道67中的箭頭所示)和油控制閥70及排洩通道76從可變氣門特性控制裝置24的第二升程曲線側液壓腔65返回機油盤13a。其結果是，齒圈62在封蓋54內向第二升程曲線側液壓腔65方向移動以使進氣側凸輪軸22向方向F移動。因此，每個凸輪隨動件20b在相應凸輪表面27a上的接觸位置向每個進氣凸輪27的面向方向R的端面27c(在下文中稱為後端面)靠近。
相反地，當使電磁線圈70a磁化時，根據油控制閥70中的出入口連通狀態，工作液體以與上述方式相反的方式通過供給通道74、油控制閥70和第二升程曲線控制液體通道67從機油盤13a向可變氣門特性控制裝置24的第二升程曲線側液壓腔65供給。而且，液體通過第一升程曲線控制液體通道68、油控制閥70及排洩通道76從可變氣門特性控制裝置24的第一升程曲線側液壓腔66返回機油盤13a。其結果是，齒圈62向第一升程曲線側液壓腔66方向移動，使得每個凸輪隨動件20b在相應凸輪表面27a上的接觸位置向每個進氣凸輪27的面向方向F的端面27d(在下文中稱為前端面)移動。
當控制給電磁線圈70a的供電以阻止工作液體在油控制閥70的進出口之間運動時，就能阻止向工作液體向第二升程曲線側液壓室65和第一升程曲線側液壓室66的供給或從中排出。因此，工作液體就被保持在第二升程曲線側液壓室65和第一升程曲線側液壓室66中，使齒圈62被固定在適當的位置上。其結果是，每個凸輪隨動件20b在相應凸輪27a上的接觸位置保持不變，即進氣門20的升程曲線保持在由如上所述固定在適當位置的齒圈62實現的狀態。
如圖1中所示，控制如上所述的油控制閥70的電控單元(ECU)80是作為邏輯操作電路構成的，其具有CPU82、ROM83、RAM84、備份RAM85和類似物。
ROM83是存儲器，其存貯各種控制程序、執行這種控制程序時參考的映射，等等。CPU82根據ROM83中存貯的各種控制程序執行必要的操作。RAM84是存儲器，用於臨時存貯CPU82的操作結果、從各種傳感器輸入的數據，等等。備份RAM85是永久存儲器，用於存貯即使在發動機11停止後也需要保持的數據。CPU82、ROM83、RAM84和備份RAM85通過總線86相互連接，並且連接到外部輸入電路87和外部輸出電路88上。
外部輸入電路87與曲軸側電磁傳感器90、進氣凸輪側電磁傳感器92、水溫傳感器94、車輛速度傳感器96等等相連，其中所述傳感器90用於檢測發動機轉速，所述傳感器92用於檢測進氣凸輪27的凸輪角和進氣側凸輪軸22在其轉動軸線方向上的移動量，所述水溫傳感器94用於檢測發動機11的冷卻水溫度。外部輸入電路88與油控制閥70相連。
該實施例通過利用如上所述構造的ECU80對進氣門20進行氣門特性控制。即，ECU80通過檢測來自各種傳感器的信號檢測發動機11的操作狀態。為根據檢測結果獲得正確的發動機11操作狀態，ECU80控制並驅動油控制閥70以調整進氣門20的升程曲線。對於升程曲線調整，ECU80確定進氣側凸輪軸22在進氣側凸輪軸22轉動軸線方向上的位置。然後，ECU80利用油控制閥70對可變氣門特性控制裝置24進行反饋控制，以實現進氣門20的目標升程曲線。
下面描述由凸輪輪廓確定的凸輪升程曲線，凸輪輪廓由如圖2中所示的每個進氣凸輪27的凸輪表面27a限定。
在每個進氣凸輪27中，尖端27b的高度沿進氣凸輪27的轉動軸線是一致的。後端面27c的凸輪輪廓繞尖端27b的高度線基本對稱，即凸輪輪廓的氣門開啟側部分和氣門關閉側部分基本對稱。
相反地，凸輪輪廓在前端面27d是不對稱的。位於前端面27d的凸輪輪廓氣門關閉側部分與位於後端面27c的凸輪輪廓氣門關閉側部分基本相同，而位於前端面27d的凸輪輪廓氣門開啟側部分形成的升程曲線(在圖4中用點劃線表示)比位於後端面27c的凸輪輪廓開啟側部分高。在圖4中，單虛線圓表示零升程的凸輪高度(在其它實施例的展示中零升程凸輪高度也用虛線圓表示)。因此，如圖5中所示，進氣門20可以提供由後端面27c側凸輪輪廓確定的第一升程曲線(用實線表示)和由前端面27d側凸輪輪廓確定的第二升程曲線(用點劃線表示)。
在最高點P，即最大升程，的曲軸轉角相位(在下文中簡稱為「相位」)提前側(P的左側)，第二升程曲線比第一升程曲線高，從而產生了升程量差。
由第二升程曲線確定的每個進氣門20的開啟正時Tc1比由第一升程曲線確定的每個進氣門20的開啟正時Ta1早。但是，由第二升程曲線確定的進氣門20的關閉正時Td1與由第一升程曲線確定的進氣門20的關閉正時Tb1相同。因此，第二升程曲線的氣門操作角dθ12比第一升程曲線的氣門操作角dθ11大。
這樣，每個進氣凸輪27在沿轉動軸線的端面側27c、27d具有兩個凸輪輪廓，這兩個凸輪輪廓確定如上所述的兩個不同升程曲線。在兩個端面的中間部分，凸輪輪廓從兩個凸輪輪廓之一向另一個凸輪輪廓連續變化。因此，通過油控制閥70的控制，進氣門20的升程曲線可在用圖5中用實線表示的第一升程曲線和在圖5中用點劃線表示的第二升程曲線之間連續變化。
在上述升程曲線變化控制中，進氣門20的開啟正時是變化的，而其關閉正時是不變的。儘管氣門開啟正時是變化的，但每個進氣門20在最高點位置P的升程量和在最高點位置P遲後側的升程量保持不變。
第一實施例通過驅動可變氣門特性控制裝置24為進氣門20實現了兩個升程曲線和在其間連續變化的升程曲線。在氣門操作角內，這兩個升程曲線具有彼此之間升程量不同的相位和彼此之間升程量相同的相位。更具體地，在氣門操作角內，升程量在最高點P的提前側的兩個升程曲線之間不同，但在最高點P的遲後側的兩個升程曲線之間相同。
由於進氣凸輪27具有上述兩個升程曲線，所以可以根據發動機11的特性設定升程量在兩個升程曲線之間相同的相位和在其它相位兩個升程曲線之間的升程量差。通過用這種方法與發動機11的特性進行匹配，就能夠始終根據發動機11的操作狀況實現氣門特性。因此，在發動機11的輸出性能、燃油消耗、燃燒穩定性等等方面可獲得進一步的改善。
特別是，由於由於在最高點P的升程量和每個進氣門20的關閉正時保持不變，所以儘管氣門開啟正時提前或遲後，通過正確的關閉正時和在最高點P的升程量也可保持正確的壓縮率或正確的容積效率。因此，根據第一實施例的發明使得能夠實現怠速時的燃燒穩定性、減少排吸損失、根據發動機11的操作狀況由氣門重疊產生的足夠的內EGR(EGR廢氣再循環)，等等。
儘管在第一實施例中，每個進氣凸輪27僅在升程量最高點相位的提前側提供可變的升程量，但還可採用這樣的進氣凸輪，即其中的每一個僅在升程量最高點相位的遲後側提供可變升程量，也就是說，可採用在既不改變進氣門的氣門開啟正時也不改變升程量的情況下，允許關閉正時提前或遲後的進氣凸輪。這種構造使得能夠提前和推遲進氣門的關閉正時，同時基於進氣門的正確開啟正時和主最高升程量，維持燃燒穩定性、排吸損失或根據發動機11操作狀況的正確的內EGR。其結果是，可根據操作狀況正確地調整壓縮率和容積效率。
下面參考圖6描述本發明的第二實施例，圖6為發動機111的示意圖。第二實施例與第一實施例的不同這處在於，可變氣門特性控制裝置125不是提供在進氣側凸輪軸122的正時鏈輪124上，而是與排氣側凸輪軸123的正時鏈輪125a一體的。
因此，進氣側凸輪軸122不能沿進氣側凸輪軸122的轉動軸線移動，而排氣側凸輪軸123允許沿其轉動軸線移動。進氣凸輪127的凸輪輪廓沿轉動軸線是一致的。另一方面，排氣凸輪128為三維凸輪，其凸輪輪廓沿其轉動軸線是變化的。因此，ECU180以相應於排氣凸輪128的輪廓的方式控制可變氣門特性控制裝置125。
第二實施例的許多特徵與第一實施例的特徵基本相同。從而，在功能上與第一實施例等同的第二實施例的部分和部件用通過在附圖中的第一實施例的部分和部件的參考標號上增加「100」所得到的參考標號表示。這些特徵就不再描述了。
圖7表示了第二實施例中的每個排氣凸輪128的外形(輪廓)。
在排氣凸輪128中，尖端128b的高度沿排氣凸輪128的轉動軸線是一致的。如圖7中的實線所示，後端面128c的凸輪輪廓繞尖端128b的高度線是基本對稱的。即，凸輪輪廓的氣門開啟側部分和氣門關閉側部分是基本對稱的(實線)。相反地，位於前端面128d的凸輪輪廓的氣門開啟側部分和氣門關閉側部分沿轉動軸線是彼此不對稱的。更具體地，位於前端面128d的凸輪輪廓的氣門開啟側部分與位於後端面128c的凸輪輪廓的氣門開啟側部分是基本相同的，而位於前端面128d的凸輪輪廓的氣門關閉側部分形成的升程曲線(在圖7中用點劃線表示)比位於後端面128c的凸輪輪廓的氣門關閉側部分高。因此，如圖8中所示，排氣凸輪128可提供由後端面128c側凸輪輪廓確定的第一升程曲線(用實線表示)和由前端面128d側凸輪輪廓確定的第二升程曲線(用點劃線表示)。
在最高點P，即最大升程量，的相位的遲後側，第二升程曲線比第一升程曲線高，從而提供了升程量差。
由第二升程曲線確定的每個排氣門121的關閉正時Td2比由第一升程曲線確定的排氣門121的關閉正時Tb2遲後。但是，由第二升程曲線確定的每個排氣門121的開啟正時Tc2與由第一升程曲線確定的開啟正時ta2相同。因此，第二升程曲線的氣門操作角dθ22比第一升程曲線的氣門操作角dθ21大。
這樣，每個排氣凸輪128在沿轉動軸線的F/R方向上的端面128c、128d側上具有兩個凸輪輪廓，這兩個凸輪輪廓確定了如上所述的兩個不同升程曲線。在兩個端面的之間的中間部分上，凸輪輪廓從兩個凸輪輪廓之一向另一個凸輪輪廓連續變化。因此，通過油控制閥170的控制，排氣門121的升程曲線可在圖8中用實線表示的第一升程曲線和在圖8中用點劃線表示的第二升程曲線之間連續變化。
在上述升程曲線變化控制中，每個排氣門121的關閉正時是變化的，而其開啟正時是不變的。儘管氣門關閉正時是變化的，但每個排氣門121在最高點位置P的升程量和在最高點位置P的提前側的升程量保持不變。
因此，根據第二實施例的發明能夠在不改變排氣門121在最高點P的升程量或開啟正時的情況下，推遲或提前排氣門121的關閉正時。其結果是，由於通過正確的開啟正時和在最高點P的正確的升程量所獲得的適當的排氣，能夠推遲或提前排氣門121的關閉正時，同時維持低噪聲水平和高容積效率。因此，能夠實現怠速時的燃燒穩定性、減少排吸損失、根據發動機111的操作狀況由氣門重疊產生的足夠的內EGR，等等。
儘管在第二實施例中，每個排氣凸輪128僅在升程量最高點相位的遲後側提供可變的升程量，但還可採用這樣的排氣凸輪，即其中的每一個僅在升程量最高點相位的提前側提供可變升程量。也就是說，可採用在不改變排氣門的氣門關閉正時或升程量的情況下，允許開啟正時提前或遲後的排氣凸輪。這使得能夠提前和推遲排氣門的開啟正時，同時基於排氣門的正確關閉正時和最高升程量，維持燃燒穩定性、排吸損失或根據發動機11操作狀況的適當的內EGR。其結果是，可以改變排氣，這樣在發動機預熱操作中可以快速提高催化劑的活性。
下面參考圖9描述本發明的第三實施例，該實施例與第一實施例的不同之處僅在於進氣凸輪227的凸輪外形(輪廓)。
在進氣凸輪227中，尖端227b的高度沿進氣凸輪227的轉動軸線是一致的。位於後端面227c的凸輪輪廓是不對稱的。更具體地，位於後端面227c的凸輪輪廓的氣門關閉側部分具有的升程曲線比位於後端面227c的凸輪輪廓的氣門開啟側部分(在圖9中用實線表示)高。位於前端面227d的凸輪輪廓也不是對稱的。更具體地，位於前端面227d的凸輪輪廓的氣門開啟側部分具有的升程曲線比位於前端面227d的凸輪輪廓氣門關閉側部分(在圖9中用點劃線表示)高。
下面比較位於前端面227d和後端面227c的凸輪輪廓。前端面227d側凸輪輪廓的氣門開啟側部分(用點劃線表示)具有的升程曲線比後端面227c側凸輪輪廓的氣門開啟側部分(用實線表示)高。前端面227d側凸輪輪廓的氣門關閉側部分(用點劃線表示)具有的升程曲線比後端面227c側凸輪輪廓的氣門關閉側部分(用實線表示)低。
因此，由前端面227d側凸輪輪廓確定的進氣門開啟正時Tc3比由後端面227c側凸輪輪廓確定的進氣門開啟正時Ta3早。由前端面227d側凸輪輪廓確定的進氣門關閉正時Td3比由後端面227c側凸輪輪廓確定的進氣門關閉正時Tb3早。
圖10為表示每個進氣凸輪227獲得的升程曲線的曲線圖。升程最高點P的相位和在最高點P的升程量在後端面227c側升程曲線和前端面227d側升程曲線之間是相同的。在最高點P相位的提前側，前端面227d側升程曲線(用點劃線表示)比後端面227c側升程曲線(用實線表示)高，從而提供了升程量差。而且，在最高點P相位的遲後側，後端面227c側升程曲線(實線)比前端面227d側升程曲線(點劃線)高，從而提供了升程量差。
後端面227c側升程曲線的氣門操作角dθ31與前端面227d側升程曲線的氣門操作角相等。
這樣，每個進氣凸輪227在沿轉動軸線的端面側227c、227d具有兩個凸輪輪廓，這兩個凸輪輪廓確定如上所述的兩個不同升程曲線。在兩個端面的中間部分，凸輪輪廓從兩個凸輪輪廓之一向另一個凸輪輪廓連續變化。因此，通過油控制閥的控制，進氣門的升程曲線可在用圖10中用實線表示的第一升程曲線和在圖10中用點劃線表示的第二升程曲線之間連續變化。
在上述升程曲線變化控制中，進氣門凸輪227的開啟正時和關閉正時在同一方向上變化，而進氣門操作角正時在寬度或範圍上保持不變。儘管氣門開啟和關閉正時是變化的，但每個進氣凸輪227的升程最高點P的位置和最高位置P的升程量保持不變。
因此，根據第三實施例的發明能夠推遲或提前進氣凸輪227的開啟正時和關閉正時，同時通過正確的氣門操作角範圍和在最高點P的正確升程量保持適當的壓縮率和適當的容積效率。因此，能夠實現怠速時的燃燒穩定性、減少排吸損失、根據發動機操作狀況由氣門重疊產生的足夠的內EGR，等等。
上述凸輪外形(輪廓)也可適用於排氣凸輪。
下面參考圖11描述第四實施例，其與第一實施例的不同之處僅在於進氣凸輪327的凸輪外形(輪廓)。
在進氣凸輪327中，尖端327b的高度沿進氣凸輪327的轉動軸線是變化的。即，前端面327d的尖端327b高度(用點劃線表示)比後端面327c的尖端327b的高度(用實線表示)高。在任何升程曲線中，氣門開啟正時Ta4、Tc4和氣門關閉正時Tb4、Td4保持不變。由於氣門關閉正時和開啟正時保持不變，所以即使升程曲線變化，氣門操作角dθ41、dθ42也保持不變。
這樣，每個進氣凸輪327在沿轉動軸線的端面側327c、327d具有兩個凸輪輪廓，這兩個凸輪輪廓確定如上所述的兩個不同升程曲線。在兩個端面的中間部分，凸輪輪廓從兩個凸輪輪廓之一向另一個凸輪輪廓連續變化。因此，通過油控制閥的控制，進氣門的升程曲線可在用圖12中用實線表示的第一升程曲線和在圖12中用點劃線表示的第二升程曲線之間連續變化。
這樣實現的進氣門的兩個升程曲線僅在最高點P周圍的相位提供不同的升程量，並在其它相位提供相同的升程量。因此，在該升程曲線變化控制中，可能只改變最高點P周圍相位的氣門升程，同時維持進氣門操作角的範圍和相位。而且，即使升程量變化，升程最高點P的位置也保持不變。因此，可能根據發動機的操作狀況，在不改變進氣門開啟和關閉正時的情況下，將凸輪摩擦或容積效率調整到適當的值。
儘管在第四實施例中，上述凸輪外形(輪廓)應用於進氣門，但類似的凸輪外形(輪廓)也可應用於排氣凸輪，這樣就能夠根據發動機的操作狀況，在不改變排氣門的開啟和關閉正時的情況下，將凸輪摩擦或容積效率調整到適當值。
下面參考圖13描述本發明的第五實施例，其與第一實施例的不同之處僅在於進氣凸輪427的凸輪外形(輪廓)。
在進氣凸輪427中，尖端427b的高度沿進氣凸輪427的轉動軸線是變化的。即，前端面427d的尖端427b高度(用點劃線表示)比後端面427c的尖端427b的高度(用實線表示)高。由這兩個端面側凸輪輪廓確定的升程曲線彼此還具有下述不同之處。由後端面427c側凸輪輪廓確定的開啟正時Ta5比由前端面427d側凸輪輪廓確定的開啟正時Tc5提前。由後端面427c側凸輪輪廓確定的關閉正時Tb5比由前端面427d側凸輪輪廓確定的關閉正時Td5遲後。
即，如圖14中所示，這兩個升程曲線在最高點P附近的相位提供不同的升程量。在相位θa、θb，兩個升程曲線中的升程量是相同的。在相位θa、θb以外，即在相位θa的提前側和相位θb的遲後側，兩個升程曲線之間的升程大小關係與在最高點P附近相位發生的升程大小關係相反。因此，由後端面427c側升程曲線(用實線表示)確定的氣門操作角dθ51比由前端面427d側升程曲線(用點劃線表示)確定的氣門操作角dθ52寬。
這樣，每個進氣凸輪427在沿轉動軸線的端面側427c、427d具有兩個凸輪輪廓，這兩個凸輪輪廓確定如上所述的兩個不同升程曲線。在兩個端面的中間部分，凸輪輪廓從兩個凸輪輪廓之一向另一個凸輪輪廓連續變化。因此，通過油控制閥的控制，進氣門的升程曲線可在用圖14中用實線表示的第一升程曲線和在圖14中用點劃線表示的第二升程曲線之間連續變化。
在上述構造中，根據發動機的操作狀況通過移動進氣凸輪427以使凸輪隨動件接觸位置向每個進氣凸輪427的後端面427c移動，同時實現進氣門的開啟正時提前和關閉正時遲後。其結果是，進氣門的操作角擴大，所以能夠減少發動機的排吸損失。而且，在氣門操作角擴大的同時進氣門的升程減小，所以進氣凸輪427的摩擦減小。因此，改善了燃油消耗。
相反地，通過移動進氣凸輪427以使每個凸輪隨動件20b的接觸位置向每個進氣凸輪427的前端面427d移動，同時實現進氣門開啟正時的遲後和關閉正時的提前。其結果是，進氣門的操作角減少，同時氣門升程增加。通過上述方式在適當的但窄的目標相位範圍內使進氣門開啟到大的開啟程度，可以產生高發動機輸出。
下面參考圖15描述本發明的第六實施例，其與第一實施例的不同之處在於進氣凸輪527的外形(輪廓)。
在進氣凸輪527中，在圖16中用點劃線表示的前端面527d的凸輪輪廓在整個周邊上具有零或更小的升程，即，不提供氣門升程。因此，在前端面527d基本不存在尖端527b。用實線表示的後端面527c的凸輪輪廓提供氣門升程和氣門操作角dθ61，並限定尖端527b。因此，隨著與後端面527c(實線)的距離的減小，尖端527b的高度從零開始增加。
這樣，每個進氣凸輪527在沿轉動軸線的端面側527c、527d具有兩個凸輪輪廓，這兩個凸輪輪廓確定如上所述的兩個不同升程曲線。在兩個端面的中間部分，凸輪輪廓從兩個凸輪輪廓之一向另一個凸輪輪廓連續變化。因此，通過油控制閥的控制，進氣門的升程曲線可在用圖17中用實線表示的第一升程曲線和在整個範圍上不提供升程的第二升程曲線之間連續變化。
因此，當通過驅動可變氣門特性控制裝置將凸輪隨動件移動到前端面527d側凸輪輪廓時，進氣門根本不開啟。因此，在必要時，能夠通過完全關閉發動機進氣門來實現完全停止氣缸操作。
而且，由於可以在不改變氣門開啟/關閉正時的情況下只改變升程量，所以能夠通過利用進氣門來控制進氣量。
如果該實施例應用於每缸兩個進氣門的發動機，則可使用如上所述的進氣凸輪527和具有確定操作角的進氣凸輪作為每個氣缸的兩個進氣凸輪。在這種構造中，通過驅動可變氣門特性控制裝置，可以使每個氣缸的兩個進氣門提供不同的升程量以提供不同的進氣量，使得能夠在每個氣缸中產生渦流。
儘管在第六實施例中，進氣凸輪具有使進氣門根本不開啟的凸輪輪廓，但進氣門和排氣凸輪可具有使進氣門和排氣門保持完全關閉的凸輪輪廓。這種構造實現了進一步完全停止氣缸的操作。還可採用這樣的構造，即只有排氣門才具有使排氣門根本不打開的凸輪輪廓，以實現完全停止氣缸操作。
下面參考圖18描述本發明的第七實施例，其與第一實施例的不同之處僅在於進氣凸輪627的凸輪外形(輪廓)。在圖18中，每個進氣凸輪627具有主尖端627b和在氣門開啟側形成的副尖端627e。
參見圖19A和19B(放大局部視圖)，副尖端627e的高度在提前端面627d側是增加的(用點劃線表示)。隨著與後端面627c(用實線表示)的距離的減少，副尖端627e的高度減少。其它部分的輪廓，包括主尖端627b，在前端面627d和後端面627c之間沒有變化。由於副沿著627e高度的不同，由前端面627d側凸輪輪廓確定的氣門開啟正時Tc7比由後端面627c側凸輪輪廓確定的氣門開啟正時Ta7提前。由兩個端面凸輪輪廓確定的氣門關閉正時Tb7、Td7是相同的。
這樣，每個進氣凸輪627在沿轉動軸線的端面側627c、627d具有兩個凸輪輪廓，這兩個凸輪輪廓確定如上所述的兩個不同升程曲線。在兩個端面的中間部分，凸輪輪廓從兩個凸輪輪廓之一向另一個凸輪輪廓連續變化。因此，通過油控制閥的控制，進氣門的升程曲線可在第一升程曲線和第二升程曲線之間連續變化，其中所述第一升程曲線如在用圖20中用實線所示具有主最高點MP和較低的副最高點SP，所述第二升程曲線如在用圖20中用點劃線所示具有主最高點MP和較高的副最高點SP。
如上所述在升程曲線中提供副最高點SP在副最高點SP和主最高點MP之間形成一個波谷，使得能夠防止進氣門與相應的活塞幹涉。因此，能夠在不產生進氣門與活塞之間的幹涉危險的情況下增加內EGR。
而且，可以通過調整在副最高點SP處的升程量來調整氣門開啟正時。因此，和在第一實施例中一樣，能夠實現怠速時的燃燒穩定性、減少排吸損失、根據發動機11操作狀況由氣門重疊產生的足夠的內EGR，等等。
上述齒輪外形(輪廓)也可應用於排氣凸輪。
下面參考圖21描述本發明的第八實施例，其與第一實施例的不同之處僅在於進氣凸輪727的凸輪外形(輪廓)。
在圖22中用點劃線表示的前端面727d側上，進氣凸輪727具有主尖端727b的形成在氣門開啟側上的副尖端727e。在圖22中用實線表示的後端面727c側上，副尖端727e基本消失。其它部分的輪廓在前端面727d和後端面727c之間沒有變化。由於形成了副尖端727e，由前端面727d側凸輪輪廓確定的氣門開啟正時Tc8比由後端面727c側凸輪輪廓確定的氣門開啟正時Ta8提前。由兩個端面凸輪輪廓確定的氣門關閉正時Tb8、Td8是相同的。
這樣，每個進氣凸輪727在沿轉動軸線的端面側727c、727d具有上述兩個凸輪輪廓，這兩個凸輪輪廓確定兩個不同的升程曲線。在兩個端面的中間部分，凸輪輪廓從兩個凸輪輪廓之一向另一個凸輪輪廓連續變化。因此，通過油控制閥的控制，進氣門的升程曲線可在第一升程曲線和第二升程曲線之間連續變化，其中所述第一升程曲線如在用圖23中用實線所示僅具有主最高點MP，所述第二升程曲線如在用圖23中用點劃線所示具有主最高點MP和副最高點SP。
如上所述在升程曲線中提供副最高點SP在副最高點SP和主最高點MP之間形成一個波谷，使得能夠防止進氣門與相應的活塞幹涉。因此，根據需要通過使升程曲線從不帶副最高點SP的升程曲線向帶副最高點SP的升程曲線轉換，能夠在不產生進氣門與活塞之間的幹涉危險的情況下增加內EGR。
而且，可以通過調整在副最高點SP處的升程量或選擇帶或不帶副最高點SP的升程曲線來調整氣門開啟正時上述齒輪外形(輪廓)也可應用於排氣凸輪。
下面參考圖24描述本發明的第九實施例，其與第一實施例的不同之處僅在於進氣凸輪827的凸輪外形(輪廓)。
在圖25中用點劃線表示的前端面827d側，進氣凸輪827具有主尖端827b和形成在氣門開啟側的副尖端827e。在圖25中用實線表示的後端面827c側，副尖端827e基本消失。儘管副尖端827e的外形與第八實施例的基本相同，但第九實施例的不同之處在於，主尖端827b在前端面827d側比在後端面827c側低。
由於上述主尖端827b和副尖端827e的外形，由前端面827d側凸輪輪廓確定的氣門開啟正時Tc9和氣門關閉正時Td9分別比由後端面827c側凸輪輪廓確定的氣門開啟正時Ta9和氣門關閉正時Tb9提前。
這樣，每個進氣凸輪827在沿轉動軸線的端面側827c、827d具有上述兩個凸輪輪廓，這兩個凸輪輪廓確定兩個不同的升程曲線。在兩個端面的中間部分，凸輪輪廓從兩個凸輪輪廓之一向另一個凸輪輪廓連續變化。因此，通過油控制閥的控制，進氣門的升程曲線可在第一升程曲線和第二升程曲線之間連續變化，其中所述第一升程曲線如在用圖26中用實線所示僅具有主最高點MP，所述第二升程曲線如在用圖26中用點劃線所示具有主最高點MP和副最高點SP。
由於主最高點MP處升程量的變化在方向上與在副最高點SP處升程量的變化相反，所以可以同時提前或推遲氣門開啟正時和氣門關閉正時。因此，在氣門操作角範圍變化不大的情況下，可以提前或推遲進氣門的開啟和關閉正時。其結果是，基於正確的氣門操作角範圍，能夠同時提前或推遲氣門開啟正時和氣門關閉正時，同時維持適當的壓縮率和適當的容積效率。因此，該實施例使得能夠實現怠速時的燃燒穩定性、減少排吸損失、根據發動機操作狀況由氣門重疊產生的足夠的內EGR，等等。
上述凸輪外形(輪廓)也可應用於排氣凸輪。
下面參考圖27描述第十實施例，其與第一實施例的不同之處僅在於進氣凸輪927的凸輪外形(輪廓)。
在圖28中用點劃線表示的前端面927d側，進氣齒輪927具有主尖端927b和形成在氣門開啟側的副尖端927e。在圖28中用實線表示的後端面927c側，副尖端927e基本消失。儘管副尖端927e的外形與第八實施例基本相同，但第十實施例的不同之處在於，主尖端927b在前端面927d側比在後端面927c側高。
由於主尖端927b和副尖端927e的上述外形，由前端面927d側凸輪輪廓確定的氣門開啟正時Tc10比由後端面927c側凸輪輪廓確定的氣門開啟正時Ta10提前，而由前端面927d側凸輪輪廓確定的氣門關閉正時Td10比由後端面927c側凸輪輪廓確定的氣門關閉正時Tb10遲後。
這樣，每個進氣凸輪927在沿轉動軸線的端面側927c、927d具有上述兩個凸輪輪廓，這兩個凸輪輪廓確定兩個不同的升程曲線。在兩個端面的中間部分，凸輪輪廓從兩個凸輪輪廓之一向另一個凸輪輪廓連續變化。因此，通過油控制閥的控制，進氣門的升程曲線可在第一升程曲線和第二升程曲線之間連續變化，其中所述第一升程曲線如在用圖29中用實線所示僅具有主最高點MP，所述第二升程曲線如在用圖29中用點劃線所示具有主最高點MP和副最高點SP。
從後端面927c側凸輪輪廓向前端面927d側凸輪輪廓移動增加在主最高點MP處的升程量和在副最高點SP處的升程量，並且將氣門操作角從小氣門操作角dθ101改變到大氣門操作角dθ102。因此，可向氣缸內引入大量進氣，同時防止進氣門與活塞幹涉。其結果是，可進一步改善發動機輸出性能。
上述凸輪外形(輪廓)也可應用於排氣凸輪。
下面參考圖28描述本發明的第十一實施例，其與第一實施例的不同之處僅在於進氣凸輪1027的凸輪外形(輪廓)。
在進氣凸輪1027中，尖端1027b的高度在進氣凸輪1027的轉動軸線方向上變化。尖端1027b的高度在後端面1027c側(用實線表示)減少。後端面1027c側的升程曲線是不對稱的。更具體地，後端面1027c側升程曲線的氣門關閉側部分比升程曲線的氣門開啟側部分高。尖端1027b的高度在前端面1027d側(用點劃線表示)是增加的。前端面1027d側的升程曲線是不對稱的。更具體地，前端面1027d側升程曲線的氣門開啟側部分比升程曲線的氣門關閉側部分高。
如圖31中的升程曲線圖所示，後端面1027c側凸輪輪廓和前端面1027d側凸輪輪廓在相位θc1提供相同的升程量。在相位θc1的提前側，前端面1027d側凸輪輪廓(點劃線)提供的升程量比後端面1027c側凸輪輪廓(實線)提供的大。在相位θc1的遲後側，後端面1027c側凸輪輪廓(實線)提供的升程量比前端面1027d側凸輪輪廓(點劃線)提供的大。
因此，由前端面1027d側凸輪輪廓確定的進氣門開啟正時Tc11比由後端面1027c側凸輪輪廓確定的進氣門開啟正時Ta11提前。而且，由前端面1027d側凸輪輪廓確定的進氣門關閉正時Td11比由後端面1027c側凸輪輪廓確定的進氣門關閉正時Tb11提前。
前端面1027d側凸輪輪廓和後端面1027c側凸輪輪廓在同一相位獲得最大的升程量，即最高點P。但是，前端面1027d側凸輪輪廓在最高點P獲得的升程量比後端面1027c側凸輪輪廓在最高點P獲得的升程量大。
後端面1027c側凸輪輪廓的氣門操作角範圍和前端面1027d側凸輪輪廓的氣門操作角範圍是相同的。
這樣，每個進氣凸輪1027在轉動軸線方向上的端面側1027c、1027d具有上述兩個凸輪輪廓，這兩個凸輪輪廓確定兩個不同的升程曲線。在兩個端面的中間部分，凸輪輪廓從兩個凸輪輪廓之一向另一個凸輪輪廓連續變化。因此，通過油控制閥的控制，進氣門的升程曲線可在圖31中用實線表示的第一升程曲線和圖31中用點劃線表示的第二升程曲線之間連續變化。
在該升程曲線變化控制中，調整最高點P處的進氣門升程量並在同一方向上改變氣門開啟正時和氣門關閉正時，同時進氣門的操作角範圍保持不變。儘管氣門開啟及關閉正時和最高點P處的升程量是變化的，但進氣門最高點P的位置(相位)不變。
這樣，該實施例在不改變氣門操作角範圍的情況下，能夠調整在最高點P處的進氣門升程量並且同時提前或推遲進氣門的開啟正時和關閉正時。因此，基於適當的氣門操作角範圍，能夠調整最高點P處的升程量並同時提前或推遲氣門開啟和關閉正時，同時保持適當的壓縮率和適當的容積效率。因此，能根據發動機的操作狀況更細微地調整發動機的燃燒特性。
下面參考圖32描述本發明的第十二實施例，其與第一實施例的不同之處僅在於進氣凸輪1127的凸輪外形(輪廓)。
在進氣凸輪1127中，尖端1127b的高度沿進氣凸輪1127的轉動軸線變化。尖端1127b的高度在圖32中用實線表示的後端面1127c側是減少的。後端面1127c側的升程曲線是基本對稱的。尖端1127b的高度在圖32中用點劃線表示的前端面1127d側是增加的。前端面1127d側的升程曲線按下面的方式形成。即，前端面1127d側升程曲線的氣門開啟側部分比升程曲線的氣門關閉側部分高。
如圖33中的升程曲線圖所示，後端面1127c側凸輪輪廓和前端面1127d側凸輪輪廓僅在相位θc2的提前側提供不同的升程量。在相位θc2的提前側，前端面1127d側凸輪輪廓(點劃線)提供的升程量比後端面1127c側凸輪輪廓(實線)提供的大。
因此，由前端面1127d側凸輪輪廓確定的進氣門開啟正時Tc12比由後端面1127c側凸輪輪廓確定的進氣門開啟正時Ta12提前。但是，由前端面1127d側凸輪輪廓確定的進氣門關閉正時Td12和由後端面1127c側凸輪輪廓確定的進氣門關閉正時Tb12是相同的。
前端面1127d側凸輪輪廓和後端面1127c側凸輪輪廓在同一相位獲得最大的升程量，即最高點P。但是，前端面1127d側凸輪輪廓在最高點P獲得的升程量比後端面1127c側凸輪輪廓在最高點P獲得的升程量大。在相位θc2的提前側，前端面1127d側升程曲線和後端面1127c側升程曲線提供不同的升程量；更具體地，前端面1127d側升程曲線比後端面1127c側升程曲線高。在相位c2的遲後側，後端面1127c側升程曲線和前端面1127d側升程曲線重合。因此，與由後端面1127c側升程曲線確定的氣門操作角dθ121相比，由前端面1127d側升程曲線確定的氣門操作角dθ122在提前側擴大。
這樣，每個進氣凸輪1127在轉動軸線方向上的端面側1127c、1127d具有上述兩個凸輪輪廓，這兩個凸輪輪廓確定兩個不同的升程曲線。在兩個端面的中間部分，凸輪輪廓從兩個凸輪輪廓之一向另一個凸輪輪廓連續變化。因此，通過油控制閥的控制，進氣門的升程曲線可在圖33中用實線表示的第一升程曲線和圖33中用點劃線表示的第二升程曲線之間連續變化。
在該升程曲線變化控制中，進氣門在最高點P的升程量和進氣門的開啟正時是變化的，而進氣門的關閉正時保持不變。儘管氣門開啟正時和在最高點P的升程量變化了，但進氣門的最高點P的位置(相位)不變。
因此，該實施例能夠在既不改變其最高點位置也不改變其關閉正時的情況下，同時改變進氣門在最高點P的升程量和開啟正時。因此，基於適當的氣門關閉正時，能夠調整在最高點P的升程量並提前或推遲氣門開啟正時，同時維持適當的壓縮率和適當的容積效率。因此，能夠根據發動機的操作狀況更細微地調整發動機的燃燒特性。
上述本發明的實施例採用的進氣(或排氣)凸輪都具有兩個不同的升程曲線，使得能夠根據發動機的特性設定兩個升程曲線提供相同升程量的相位和在該相位以外的其它相位由這兩個升程曲線提供的不同升程量。因此，能夠根據發動機的操作狀況獲得與發動機特性的匹配並始終實現適當的氣門特性。因此，在發動機輸出性能、燃油消耗、燃燒穩定性等方面可獲得進一步的改善。
在通過利用可變氣門特性控制裝置24轉換升程曲線的過程中，上述實施例通過在進氣凸輪的轉動軸線方向上移動三維進氣(排氣)凸輪在兩個升程曲線之間連續改變使凸輪輪廓。因此，可以根據發動機的操作狀況高精度地控制氣門特性。
在上述實施例中，凸輪輪廓還可在兩個升程曲線之間階梯式變化。而且，還可使用兩個以上的升程曲線。
在實施例中，當在凸輪軸的轉動軸線方向上移動凸輪軸時，還可相對轉動凸輪軸。在這種情況下，凸輪軸通常具有的凸輪輪廓是考慮凸輪軸的相對轉動後預先設定的。
儘管參考本發明的優選實施例描述了本發明，但應理解為，本發明不局限於公開的實施例或構造。相反地，本發明旨在包括各種變型和等效裝置。
權利要求
1.內燃機(11)的可變氣門特性控制設備(24，125)，該設備能夠通過在至少兩個升程曲線之間改變凸輪的凸輪輪廓來相對凸輪改變至少進氣門(20)和排氣門(21)之一的氣門特性，其特徵在於，在氣門操作角(dθ)內，這兩個升程曲線具有兩個升程曲線提供不同升程量的相位，和兩個升程曲線提供相同升程量的相位。
2.根據權利要求1中所述的可變氣門特性控制設備(24，125)，其特徵在於，兩個升程曲線僅在最高點(P)的相位的提前側和最高點的相位的遲後側之一提供不同的升程量。
3.根據權利要求1中所述的可變氣門特性控制設備(24，125)，其特徵在於，兩個升程曲線僅在最高點(P)的相位提供相同的升程量，並在最高點相位以外的其它相位提供不同的升程量，並且，兩個升程曲線在最高點相位的提前側提供的升程量之間的大小關係與兩個升程曲線在最高點相位的遲後側提供的升程量之間的大小關係相反。
4.根據權利要求1中所述的可變氣門特性控制設備(24，125)，其特徵在於，兩個升程曲線僅在最高點(P)附近的相位提供不同的升程量。
5.根據權利要求1中所述的可變氣門特性控制設備(24，125)，其特徵在於，兩個升程曲線在最高點(P)附近的相位提供不同的升程量，並且，在最高點(P)附近相位的提前側和遲後側的每一側上，由兩個升程曲線在兩個升程曲線提供相同升程量的相位的提前側所提供的升程量之間的大小關係與由兩個升程曲線在兩個升程曲線提供相同升程量的相位的遲後側所提供的升程量之間的大小關係相反。
6.根據權利要求1中所述的可變氣門特性控制設備(24，125)，其特徵在於，兩個升程曲線在最高點以外的其它相位提供相同的升程量，並且，由兩個升程曲線在相位的提前側提供的升程量之間的大小關係與由兩個升程曲線在相位的遲後側提供的升程量之間的大小關係相反。
7.根據權利要求1中所述的可變氣門特性控制設備(24，125)，其特徵在於，兩個升程曲線僅在最高點以外的其它相位的提前側和相位的遲後側之一提供不同和升程量。
8.內燃機的可變氣門特性控制設備(24，125)，該設備能夠通過在至少兩個升程曲線之間改變凸輪的凸輪輪廓來相對凸輪改變至少進氣門和排氣門之一的氣門特性，其特徵在於，兩個升程曲線之一提供氣門升程，但兩個升程曲線中的另一個不提供氣門升程。
9.內燃機的可變氣門特性控制設備(24，125)，該設備能夠通過在至少兩個升程曲線之間改變凸輪的凸輪輪廓來相對凸輪改變至少進氣門和排氣門之一的氣門特性，其特徵在於，兩個升程曲線之一具有一個主最高點(MP)和至少一個副最高點(SP)，兩個升程曲線中的另一個沒有副最高點或者具有至少一個副最高點，其中該副最高點的數量少於兩個升程曲線之一的至少一個副最高點的數量。
10.內燃機的可變氣門特性控制設備(24，125)，該設備能夠通過在至少兩個升程曲線之間改變凸輪的凸輪輪廓來相對凸輪改變至少進氣門和排氣門之一的氣門特性，其特徵在於，兩個升程曲線中的每一個都具有一個主最高點(MP)和至少一個副最高點(SP)，並且，兩個升程曲線之一的至少一個副最高點比兩個升程曲線中的另一個的至少一個副最高點低。
11.內燃機的可變氣門特性控制設備(24，125)，該設備能夠通過在至少兩個升程曲線之間改變凸輪的凸輪輪廓來相對凸輪改變至少進氣門和排氣門之一的氣門特性，其特徵在於，兩個升程曲線中的每一個都具有一個主最高點(MP)和至少一個副最高點(SP)，並且，兩個升程曲線之一的主最高點比兩個升程曲線中的另一個的主最高點高，並且兩個升程曲線之一的至少一個副最高點比兩個升程曲線中的另一個的至少一個副最高點低。
12.內燃機的可變氣門特性控制設備(24，125)，該設備能夠通過在至少兩個升程曲線之間改變凸輪的凸輪輪廓來相對凸輪改變至少進氣門和排氣門之一的氣門特性，其特徵在於，兩個升程曲線中的每一個都具有一個主最高點(MP)和至少一個副最高點(SP)，並且，兩個升程曲線之一的主最高點和至少一個副最高點分別比兩個升程曲線中的另一個的主最高點和至少一個副最高點高。
13.根據權利要求1至12中任一項所述的可變氣門特性控制設備(24，125)，其特徵在於，凸輪是三維凸輪，其凸輪輪廓沿凸輪的轉動軸線在兩個升程曲線之間連續變化，並且，該設備能夠通過沿凸輪的轉動軸線調節三維凸輪的位置來相對三維凸輪連續改變至少進氣門和排氣門之一的氣門特性。
14.至少與內燃機(11)的進氣門(20)和排氣門(21)之一結合使用的三維凸輪(27，28)，該三維凸輪具有沿凸輪的轉動軸線在兩個升程曲線之間連續變化的凸輪輪廓，其特徵在於，在氣門操作角(dθ)內，兩個升程曲線具有兩個升程曲線提供不同升程量的相位和兩個升程曲線提供相同升程量的相位。
15.根據權利要求14中所述的三維凸輪(27，28)，其特徵在於，兩個升程曲線僅在最高點(P)的相位的提前側和最高點的相位的遲後側之一提供不同的升程量。
16.根據權利要求14中所述的三維凸輪(27，28)，其特徵在於，兩個升程曲線僅在最高點(P)的相位提供相同的升程量，並在最高點相位以外的其它相位提供不同的升程量，並且，由兩個升程曲線在最高點相位的提前側提供的升程量之間的大小關係與由兩個升程曲線在最高點相位的遲後側提供的升程量之間的大小關係相反。
17.根據權利要求14中所述的三維凸輪(27，28)，其特徵在於，兩個升程曲線僅在最高點附近的相位提供不同的升程量。
18.根據權利要求14中所述的三維凸輪(27，28)，其特徵在於，兩個升程曲線在最高點附近的相位提供不同的升程量，並且，在最高點附近相位的提前側和遲後側的每一側上，由兩個升程曲線在兩個升程曲線提供相同升程量的相位的提前側所提供的升程量之間的大小關係與兩個升程曲線在兩個升程曲線提供相同升程量的相位的遲後側所提供的升程量之間的大小關係相反。
19.根據權利要求14中所述的三維凸輪(27，28)，其特徵在於，兩個升程曲線在最高點以外的其它相位提供相同的升程量，並且，由兩個升程曲線在相位的提前側提供的升程量之間的大小關係與由兩個升程曲線在相位的遲後側提供的升程量之間的大小關係相反。
20.根據權利要求14中所述的三維凸輪(27，28)，其特徵在於，兩個升程曲線僅在最高點以外的其它相位的提前側和相位的遲後側之一提供不同的升程量。
21.至少與內燃機(11)的進氣門(20)和排氣門(21)之一結合使用的三維凸輪(27，28)，該三維凸輪具有沿凸輪的轉動軸線在兩個升程曲線之間連續變化的凸輪輪廓，其特徵在於，兩個升程曲線之一提供氣門升程，但兩個升程曲線中的另一個不提供氣門升程。
22.至少與內燃機(11)的進氣門(20)和排氣門(21)之一結合使用的三維凸輪(27，28)，該三維凸輪具有沿凸輪的轉動軸線在兩個升程曲線之間連續變化的凸輪輪廓，其特徵在於，兩個升程曲線之一具有一個主最高點(MP)和至少一個副最高點(SP)，兩個升程曲線中的另一個沒有副最高點或者具有至少一個副最高點，其中該副最高點的數量少於兩個升程曲線之一的至少一個副最高點的數量。
23.至少與內燃機的進氣門(20)和排氣門(21)之一結合使用的三維凸輪(27，28)，該三維凸輪具有沿凸輪的轉動軸線在兩個升程曲線之間連續變化的凸輪輪廓，其特徵在於，兩個升程曲線中的每一個都具有一個主最高點(MP)和至少一個副最高點(SP)，並且，兩個升程曲線之一的至少一個副最高點比兩個升程曲線中的另一個的至少一個副最高點低。
24.至少與內燃機(11)的進氣門(20)和排氣門(21)之一結合使用的三維凸輪(27，28)，該三維凸輪具有沿凸輪的轉動軸線在兩個升程曲線之間連續變化的凸輪輪廓，其特徵在於，兩個升程曲線中的每一個都具有一個主最高點(MP)和至少一個副最高點(SP)，並且，兩個升程曲線之一的主最高點比兩個升程曲線中的另一個的主最高點高，並且兩個升程曲線之一的至少一個副最高點比兩個升程曲線中的另一個的至少一個副最高點低。
25.至少與內燃機的進氣門(20)和排氣門(21)之一結合使用的三維凸輪(27，28)，該三維凸輪具有沿凸輪的轉動軸線在兩個升程曲線之間連續變化的凸輪輪廓，其特徵在於，兩個升程曲線中的每一個都具有一個主最高點(MP)和至少一個副最高點(SP)，並且，兩個升程曲線之一的主最高點和至少一個副最高點分別比兩個升程曲線中的另一個的主最高點和至少一個副最高點高。
全文摘要
實現氣門特性根據內燃機的需要而變化的可變氣門特性控制設備和可變氣門控制設備中使用的三維凸輪。在進氣門的情況下,三維凸輪通過驅動可變氣門特性控制設備實現兩個升降曲線和在這兩個升程曲線之間連續攣的升程曲線。在氣門操作角內這兩個升程曲線在最高點的遲後側(應為提前側)提供不同的升程量,而在最高點的遲後側提供相同的升程量。
文檔編號F01L1/34GK1266941SQ0010379
公開日2000年9月20日 申請日期2000年3月10日 優先權日1999年3月10日
發明者守谷嘉人, 菊岡振一郎, 中野修司, 永長秀男 申請人:豐田自動車株式會社