CN100538022C

CN100538022C - 气门机构

Info

Publication number: CN100538022C
Application number: CNB2004100982815A
Authority: CN
Inventors: 辻公寿
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-12-01
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2024-12-01
Also published as: CN1624301A; JP4052236B2; US20050115531A1; JP2005163589A; US7140337B2

Abstract

在内燃机的气门机构中，提供有打开和关闭燃烧室的气门；弹簧装置，其产生使气门压向气门座的力；驱动机构，经由可与气门接触和从气门分离的工作部分，在工作方向上驱动气门；和分离阻止装置，可阻止工作部分和气门之间的分离。

Description

气门机构

技术领域

本发明涉及一种内燃机的进气门或排气门的气门机构。

背景技术

众所周知，气门机构能够通过由驱动机构驱动的凸轮来打开和关闭内燃机的进气门(参考日本专利申请公开(JP—A)8—177536号)。另外，JP—A59—68509作为与本发明有关的在先技术文档。

传统内燃机的每个进气门和排气门通过一个气门弹簧压在气门座上。当气门弹簧的弹簧刚度比较小时，当气门以很高的速度开启和关闭，例如，在内燃机高速旋转或类似情况下，进气门和排气门可能由于在进气门和排气门与气门座之间的相互碰撞而打开。而且，当发动机沉积物，例如荧光体或类似物，嵌入气门和气门座之间的部分时，气门也有可能被迫打开。因此，气门弹簧的弹簧刚度设置成具有一定强度，可以阻止进气门和排气门由于气门高速打开和关闭下产生的相互碰撞而打开，或由于沉积物或类似物的嵌入而打开(非正常开启)。前述弹簧刚度的设定增加了一个作用在驱动源上的载荷并使内燃机的特定燃料消耗变差，该驱动源在打开方向上驱动进气门和排气门。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供内燃机的气门机构，其能够减小作用到在打开方向驱动进气门或排气门的驱动源上的载荷，并且能够阻止气门的非正常打开，进气门或排气门的非正常打开是由于气门打开和关闭时在气门和气门座之间的相互碰撞。

为达到前述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种内燃机的气门机构，包括：打开和关闭燃烧室的气门；弹簧装置，其产生使气门压向气门座的力；驱动机构，经由可与气门接触并从气门分离的工作部分，在打开方向上驱动气门；和分离阻止装置，该分离阻止装置在工作部分和气门之间产生吸引操作，以阻止工作部分和气门之间的分离。

当通过驱动机构在打开方向上驱动气门时(气门正常打开时)，由于驱动机构的力经过工作部分传递到气门，工作部分和气门相互接触且整体工作。因此，分离阻止装置不工作。另一方面，由于弹簧装置产生把气门压向气门座的力，当驱动机构在打开方向驱动气门时，弹簧装置产生在关闭方向驱动气门的排斥力。因此，气门在关闭方向仅通过在弹簧装置中产生的排斥力被驱动。

另一方面，在气门非正常打开时，气门在打开方向上由于气门与气门座碰撞时产生的作用力被直接驱动。当气门在打开方向上如前所述被直接驱动，气门将在打开方向上移动，然而，工作部分很难在打开方向上移动。在这种情况下，工作部分和气门将相互分离，因此分离阻止装置将工作。而且，由于在打开方向上驱动气门，弹簧装置产生排斥力。因此，弹簧装置的排斥力和分离阻止装置产生的分离阻止力均作用在气门上，在两个力的作用下气门在关闭方向上被驱动。

如上面说解释的，根据基于本发明的内燃机的气门机构，由于在工作部分和气门相互分离时气门能够通过弹簧装置和分离阻止装置在关闭方向上被驱动，所以不一定仅通过弹簧装置阻止非正常的气门打开。因此，对于弹簧装置，可以设置比能够阻止非正常气门打开的弹簧刚度更小的数值。而且，由于驱动装置仅克服弹簧装置就足以在打开方向上驱动气门，可以降低驱动装置的负载。

在本发明的优选实施例中，分离阻止装置可以使用不同装置，只要它能够阻止工作部分和气门相互分离。例如，作为分离阻止装置，从工作部分到气门之间提供一个阻止弹簧装置。如前所述，可以通过从在工作部分到气门安装弹簧并使工作部分和气门相互吸引来阻止分离。而且在工作部分和气门之间的接触部分放置永磁铁，通过磁力阻止工作部分和气门相互分离。在这种情况下，不必在工作部分和气门上都放置永磁铁。永磁铁可以连接到其中一个上面，另一个上面附有磁性物质，只要在工作部分和气门之间能够产生磁力从而阻止他们的分离。

当驱动机构设有摇臂，此摇臂可以作为工作部分。由于气门非正常打开时的反作用力使气门打开时，只有气门在打开方向上被驱动，所以气门和摇臂相互分离。因此，在摇臂和气门之间放置的分离阻止装置产生分离阻止力。因此，当气门非正常打开时，气门通过弹簧装置和分离阻止装置在关闭方向上被驱动。

根据本发明的另一方面，提供一种内燃机的气门机构，包括：打开和关闭燃烧室的气门；弹簧设备，其产生使气门压向气门座的力；驱动机构，经由可与气门接触和从气门分离的工作部分，在打开方向上驱动气门；和分离阻止设备，该分离阻止设备用于在工作部分和气门之间产生吸引操作，以阻止工作部分和气门之间的分离。

附图说明

图1A和1B是表示根据本发明实施例内燃机的气门机构的视图；

图2A到2D是表示进气门在打开方向的位移、速度、加速度和反作用力随时间变化的视图；

图3是表示气门机构通过一个气门弹簧将进气门压紧到气门座的视图；和

图4A和4B是表示根据本发明气门机构的另一个实施例的视图。

具体实施方式

图1A和1B是表示根据本发明实施例内燃机的气门机构的视图。

如图1A所示，气门机构1设有：进气门(此后，简称为气门)4，用于相对于进气通道3打开和关闭燃烧室2；第一弹簧5，产生使气门4向气门座3a压紧的力(如图1A和1B中如箭头B所示力的方向)；驱动机构7，经由作为工作部分的中间杆6在打开方向(如图1A和1B中如箭头A所示方向)驱动气门4；和第二弹簧8，这样安装在中间杆6和气门4之间，其一端固定在气门4上，而另一端固定在中间杆6上。第一弹簧5放置在气门4的杆4a和气缸盖14之间，通过它的排斥力来使气门4向上活动。第二弹簧8产生一个使气门4和中间杆6相互压紧的力，因此，作为分离阻止装置和阻止弹簧装置。驱动机构7设有电动机9作为驱动源，还设有凸轮10，该凸轮10连接到电动机9的输出轴并将电动机9的回转运动传递到中间杆6。也就是，凸轮10由电动机9带动旋转，它的旋转转换成中间杆6在其轴线方向的直线运动。中间杆6与气门4的杆4a同轴放置，并可以通过适当的导向装置(未显示)导向而在其轴向移动。中间杆6的上端能够与凸轮10的外围表面接触和分离，而其下端能够与气门杆4a的上端接触和分离。

接下来，说明前述气门机构1的运动。

如图1A所示，当凸轮10在打开方向上(箭头A所示方向)驱动进气门4时，凸轮10经由中间杆6沿箭头A方向向下推动进气门4。在这种情况下，由于第一弹簧5由于进气门在箭头A方向上的运动而被压缩，因此在第一弹簧5上产生一个排斥力(如图1A和1B中箭头C所示力的方向)。第一弹簧的排斥力为K₁X，它是进气门4在箭头A方向上的位移X与第一弹簧5的弹簧刚度K₁相乘的结果。在这种情况下，由于中间杆6和进气门4在气门打开方向整体移动，此时的状态使中间杆6和进气门4相互接触，因而第二弹簧8与中间杆6和进气门4一起在气门打开方向移动，其两端没有相对移动。换言之，当通过凸轮10打开进气门4时，第二弹簧8既没有被拉伸也没有被压缩。因此，进气门4仅通过第一弹簧5的排斥力(如图1A和1B中箭头C所示力的方向)在箭头B方向被驱动。

另一方面，如图1B所示，由于气门4的高速打开和关闭运动仅通过第一弹簧5不能使气门4压紧在气门座3a上时，气门4非正常打开，只有进气门4在箭头A方向上移动，中间杆6几乎不移动。在这种情况下，由于进气门4和中间杆6相互分离，第二弹簧8在垂直方向拉伸。因此，第二弹簧8产生一个排斥力(如图1B中箭头D所示力的方向)。第二弹簧8产生的排斥力为K₂X，它是进气门4在箭头A方向上的位移X与第二弹簧8的弹簧刚度K₂相乘的结果。而且，由于第一弹簧5由于进气门4在箭头A方向的移动而被压缩，排斥力(K₁X)同样在第一弹簧5上产生。因此，通过由第一弹簧5产生的排斥力(如图1A和1B中箭头C所示力的方向)与第二弹簧8产生的排斥力(如图1A和1B中箭头D所示力的方向)相加的力(K₁+K₂)X，在箭头B方向驱动进气门4。

在这种情况下，例如，可以设置第一弹簧的弹簧刚度K₁为这样的值，以致可防止气门4由于安装有气门机构1的内燃机正常工作时在进气门4和气门座3a之间的相互碰撞而打开。例如，可以设置第二弹簧的弹簧刚度K₂为这样的值，在气门非正常打开时，与第一弹簧的弹簧刚度K₁一起作用，可防止气门4在打开方向上的移动。

图2A到2D表示当进气门4被驱动机构7驱动时，进气门4在箭头A所示方向的位移、速度、加速度和反作用力(第一弹簧5的排斥力)随时间的变化的一个例子。在图2D中的实线F1表示根据图1A和1B中的实施例作用于进气门4的反作用力随时间的变化。在图2D中的虚线F2表示在图3所示比较例子中的作用于进气门4的反作用力随时间的变化。在图3所示的比较例子中，进气门4通过一个气门弹簧11压紧在气门座3a上。因此，气门弹簧11的弹簧刚度设置为(K₁+K₂)，以防止由于进气门4和气门座3a或其它之间的相互碰撞产生的气门的非正常打开。在图3中，与图1A和1B中的相同部分使用相同的附图标记。

从图2D可明显看出，由于在图1A和1B的实施例中，仅使用第一弹簧5的排斥力K₁X就足以压紧进气门4，与图3对比例相比，驱动机构7在打开方向上驱动进气门4的力减少了K₂X分量。

如前所述，根据本发明的实施例，当进气门4被迫非正常打开时，由于通过第一弹簧5和第二弹簧8在关闭方向上驱动进气门4，不必仅依靠第一弹簧5来阻止非正常的气门打开。因此，对于第一弹簧5，可设置比阻止非正常的气门打开的弹簧刚度小的弹簧刚度。而且，由于第一弹簧5和第二弹簧8同时在关闭方向上驱动进气门4，在非正常气门打开时，当中间杆6和进气门4相互分离，可能阻止气门4的非正常打开。

图4表示根据本发明的气门机构的另一个实施例。在这种情况下，图4中与图1A和1B中的相同部分使用相同的附图标记。图4中的气门机构1的驱动机构7在打开方向上经由摇臂13驱动进气门4，摇臂13可以围绕枢轴12自由摆并可作为工作部分。进气门4上设有安装板4b，用于安装第二弹簧8。安装板4b固定在杆4a的中间部分，从而可以与气门4的杆4a一起运动。如图4A所示，第一弹簧5围绕杆4a放置，并放置在安装板4b和安装有气门机构1的内燃机的气缸盖14之间。此外，第二弹簧8围绕杆4a放置，一端与摇臂13连接，另一端与安装板4b连接，从而安装在进气门4和摇臂13之间。换言之，第二弹簧8的两端分别固定在安装板4b和摇臂13上，因此，允许第二弹簧8在打开方向与摇臂13和气门4一起移动，当摇臂13从杆4a的上端移开时，第二弹簧8被拉伸。

图4A表示当进气门4在打开方向被驱动机构7驱动时气门正常打开的状态。在这种情况下，由于摇臂13和进气门4一起工作且相互接触，在第二弹簧8上没有产生排斥力。另一方面，第一弹簧5由于进气门4在打开方向的移动而被压缩，仅有第一弹簧5的排斥力(图4中C方向的力)作用在进气门4上。

另一方面，如图4B所示，当进气门4由于气门的非正常打开而被强迫打开时，进气门4和摇臂13相互分离。因此，在第二弹簧8上产生一个排斥力(图4B中箭头D方向的力)。因此，第一弹簧5和第二弹簧8的排斥力均作用在进气门4上。在这种情况下，在直推型气门机构系统中，可用气门提升器作为工作部分代替本发明中的摇臂。

本发明不限于前述的实施例，可通过不同的方面来实现。例如，根据本发明的气门机构可用于排气门。而且在打开方向驱动气门的凸轮的驱动源不限于电动机，但是，该结构可以是，凸轮通过从安装有根据本发明气门机构的内燃机的输出轴传输的动力来驱动。

如前所述，根据本发明，当气门通过驱动机构正常打开时，在关闭方向仅通过弹簧装置驱动，当气门非正常打开时，在关闭方向通过弹簧装置和分离阻止装置同时驱动。因此，弹簧装置的弹簧刚度可设置为比传统气门机构小的数值。因此，在气门正常打开时，可阻止气门的非正常打开，也可以在气门正常打开时降低了作用于驱动机构上的载荷。因此，通过降低作用于驱动机构上的载荷可能提高内燃机的效率，并可能改善燃料消耗。

Claims

1.一种内燃机的气门机构，包括：

打开和关闭燃烧室的气门；

弹簧装置，该弹簧装置产生使气门压向气门座的力；

驱动机构，该驱动机构经由可选择性地与气门接触并从气门分离的工作部分，在打开方向上驱动气门；和

分离阻止装置，所述分离阻止装置的一端固定到所述气门的杆上，并且所述分离阻止装置的另一端固定在所述工作部分上，以便产生阻止作用在所述分离阻止装置上的拉伸操作的力，从而在所述工作部分和所述气门之间产生吸引操作，以阻止工作部分和气门之间的分离。

2.根据权利要求1的内燃机的气门机构，其中分离阻止装置设置有阻止弹簧装置，该阻止弹簧装置被从工作部分安装到气门。

3.根据权利要求2的内燃机的气门机构，其中作为工作部分的中间杆被设置在气门和驱动机构之间，以致与气门的杆同轴安置且可沿其轴向移动；所述驱动机构这样安置，以便在打开方向上与中间杆一起驱动气门；所述阻止弹簧装置以这样的方式设置，其一端固定在气门的杆上，而其另一端固定在中间杆上，从而在打开方向上与中间杆和气门一起移动。

4.根据权利要求3的内燃机的气门机构，其中所述弹簧装置具有这样的弹簧刚度，通过该弹簧刚度，在安装有所述气门机构的内燃机正常工作时，能够防止气门由于气门和气门座之间的碰撞的反作用而被打开；所述阻止弹簧装置具有这样的弹簧刚度，通过该弹簧刚度，在气门非正常打开时，在附加有弹簧装置的弹簧刚度的基础上，能够防止气门在打开方向上运动。

5.根据权利要求2的内燃机的气门机构，其中所述气门的杆的中间部分设置有可与气门的杆一起运动的安装板；在安装板和气缸盖之间设置所述弹簧装置，该气缸盖上安装气门机构；所述驱动机构设有摇臂作为工作部分，该摇臂可围绕枢轴摆动从而与气门接触并从气门分离；所述阻止弹簧装置围绕气门的杆放置，其一端固定在安装板上，而其另一端固定在摇臂上，从而在打开方向上与摇臂和气门一起移动。

6.根据权利要求5的内燃机的气门机构，其中所述弹簧装置具有这样的弹簧刚度，通过该弹簧刚度，在安装有所述气门机构的内燃机正常工作时，能够防止气门由于气门和气门座之间的碰撞的反作用而被打开；所述阻止弹簧装置具有这样的弹簧刚度，通过该弹簧刚度，在气门非正常打开时，在附加有弹簧装置的弹簧刚度的基础上，能够防止气门在打开方向上运动。