專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種驅(qū)動內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣門或排氣門的配氣機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
作為這種配氣機(jī)構(gòu)，一種現(xiàn)有的配氣機(jī)構(gòu)通過步進(jìn)電動機(jī)使內(nèi)燃機(jī)的凸輪軸旋轉(zhuǎn)而打開和關(guān)閉進(jìn)氣門(日本特開(JP-A)No.8-177536)。此外，JP-A No.59-68509是與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)。
氣門彈簧和慣性產(chǎn)生的凸輪軸扭矩作為旋轉(zhuǎn)阻力施加給凸輪軸。然而，凸輪軸扭矩是對應(yīng)于發(fā)動機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)(轉(zhuǎn)速)波動的，同時，由于這種波動而可能產(chǎn)生這樣的旋轉(zhuǎn)區(qū)域，該旋轉(zhuǎn)區(qū)域不能獲得期望的配氣機(jī)構(gòu)特性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，不管發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化如何，該機(jī)構(gòu)都可以保持較高的氣門配氣機(jī)構(gòu)特性的控制精度。
為了達(dá)到上述目的，依據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，包括電動機(jī)；通過凸輪將電動機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為氣門直線運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu)，該氣門用于打開和關(guān)閉氣缸；以及電動機(jī)控制裝置，控制電動機(jī)使得進(jìn)氣門上升過程中的加速度特性隨著內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速改變。
氣門彈簧扭矩和慣性扭矩作為凸輪軸扭矩施加給凸輪軸，依據(jù)使氣門運(yùn)動的氣門彈簧的壓縮反作用力產(chǎn)生該氣門彈簧扭矩，依據(jù)與氣門同步往復(fù)運(yùn)動的配氣機(jī)構(gòu)系統(tǒng)部件的慣性力產(chǎn)生該慣性扭矩。當(dāng)凸輪軸低速旋轉(zhuǎn)時，氣門彈簧扭矩主要是作為凸輪軸扭矩施加的。氣門彈簧扭矩是由氣門彈簧的壓縮反作用力和在垂直于氣門往復(fù)方向的方向上、從凸輪旋轉(zhuǎn)中心到與相反部件的接觸位置之間的距離(偏移量)的乘積而獲得。此外，壓縮反作用力與氣門的升程成比例增大，且氣門上升速度與偏移量成比例增大。因此，為了減小低轉(zhuǎn)速區(qū)域的凸輪軸扭矩，優(yōu)選的是將凸輪的輪廓設(shè)計(jì)成使得在升程盡可能小的階段上升速度變得最大。
另一方面，凸輪軸的慣性扭矩與轉(zhuǎn)速的平方成比例增大，且當(dāng)凸輪軸高速旋轉(zhuǎn)時，慣性扭矩的影響相對增大，并且在氣門加速度變得最大的位置凸輪軸扭矩變得最大。當(dāng)上升速度從開始上升的短時間內(nèi)增加到最大的時候，氣門的加速度增大。相應(yīng)的，凸輪軸高速旋轉(zhuǎn)時的凸輪軸扭矩顯著的增大了。因此，為了減小高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域的凸輪軸扭矩，必須將凸輪的輪廓設(shè)計(jì)成使得氣門的最大加速度變得很小。
如上所述，氣門彈簧扭矩和慣性扭矩之間的關(guān)系是矛盾的。即使凸輪被設(shè)計(jì)成在凸輪軸的低速旋轉(zhuǎn)區(qū)域和高速旋轉(zhuǎn)區(qū)域中的任何一個區(qū)域減小凸輪軸扭矩，凸輪軸扭矩也會在其它轉(zhuǎn)速區(qū)域增大，從而不可能獲得期望的配氣機(jī)構(gòu)特性。
然而，在電動機(jī)驅(qū)動氣門的情況下，即使內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定的，也可以通過調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速而在氣門上升期間適當(dāng)?shù)母淖兗铀俣忍匦?。在充分利用上述功能的情況下，通過改變凸輪的加速度，使得阻止當(dāng)凸輪在輪廓設(shè)計(jì)的最佳轉(zhuǎn)速區(qū)域之外被驅(qū)動時產(chǎn)生的凸輪軸轉(zhuǎn)矩增大，無論發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)如何，都可以將凸輪軸扭矩限制得很低。例如，將凸輪設(shè)計(jì)成使其剛好在上升開始之后和剛好在上升結(jié)束之前增大加速度，用以在低轉(zhuǎn)速區(qū)域減小氣門彈簧扭矩，在這種情況下，最好改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得在高轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)限制剛好在上升開始之后和剛好在提升結(jié)束之前的上升加速度。相反，將凸輪設(shè)計(jì)成使剛好在上升開始之后和剛好在提升結(jié)束之前限制加速度用以在高轉(zhuǎn)速區(qū)域減小慣性扭矩，在這種情況下，最好改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得在低轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)增加剛好在上升開始之后和剛好在上升結(jié)束之前的上升加速度。
在依據(jù)本發(fā)明以上方面的配氣機(jī)構(gòu)中，電動機(jī)控制裝置可以控制電動機(jī)，使得當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速較低的時候，在氣門上升開始之后和上升結(jié)束之前、預(yù)定區(qū)段內(nèi)的凸輪速度變得高于凸輪所述預(yù)定區(qū)段之間區(qū)段的速度，并且當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速較高的時候，凸輪在氣門上升期間以恒定速度旋轉(zhuǎn)。在這種情況下，在低速區(qū)域，可以在氣門升程較小的階段使氣門的速度達(dá)到最大，從而限制氣門彈簧扭矩。在高轉(zhuǎn)速區(qū)域，可以通過使凸輪以恒定速度旋轉(zhuǎn)來減輕用以控制高速旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)的負(fù)荷，從而防止由于缺乏控制響應(yīng)而導(dǎo)致的氣門運(yùn)動控制變差。在以上方面中，通過采用上述方法改變速度，電動機(jī)控制裝置可以依據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的增加來控制電動機(jī)使得預(yù)定區(qū)段和中間區(qū)段之間的凸輪轉(zhuǎn)速差減小。在這種情況下，可以相對于內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的變化平滑地改變氣門加速度特性，從而防止駕駛性能變差。
此外，在依據(jù)本發(fā)明上述方面的配氣機(jī)構(gòu)中，電動機(jī)控制裝置可以控制電動機(jī)，使得當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速較低的時候，凸輪在上升階段以恒定速度旋轉(zhuǎn)，并且當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速較高的時候，在氣門上升開始之后和上升結(jié)束之前的預(yù)定區(qū)段內(nèi)的凸輪的速度變得小于所述預(yù)定區(qū)段之間的中間區(qū)段的凸輪速度。在這種情況下，可以通過在高速區(qū)域減小氣門的最大加速度來限制慣性扭矩。在上述方面中，電動機(jī)控制裝置可以依據(jù)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的增加來控制電動機(jī)使得預(yù)定區(qū)段和中間區(qū)段之間的凸輪轉(zhuǎn)速差增大。在這種情況下，通過采用上述方法改變速度，可以相對于內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的變化平滑地改變氣門加速度特性，從而防止駕駛性能變差。
依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，包括電動機(jī)；通過凸輪將電動機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為氣門直線運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu)，該氣門用于打開和關(guān)閉氣缸；以及控制電動機(jī)使得進(jìn)氣門上升過程中的加速度特性隨著內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速改變的電動機(jī)控制裝置。


圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的配氣機(jī)構(gòu)的透視圖；圖2為圖1中的配氣機(jī)構(gòu)的正視圖；圖3為圖1中的配氣機(jī)構(gòu)用于進(jìn)氣門時的上升特性曲線圖；圖4為圖1中的電動機(jī)控制裝置控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)扭矩的時間進(jìn)程圖；圖5為圖4中的電機(jī)扭矩差的絕對值Δ|T|與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速之間的對應(yīng)關(guān)系曲線圖；圖6為圖1中的配氣機(jī)構(gòu)用于進(jìn)氣門時的另一個上升特性曲線圖；圖7為圖1中的電動機(jī)控制裝置控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)扭矩的另一個時間進(jìn)程圖；圖8為圖7中的電機(jī)扭矩差的絕對值Δ|T|與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速之間對應(yīng)的關(guān)系曲線圖；以及圖9為凸輪以搖擺驅(qū)動模式運(yùn)轉(zhuǎn)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)圖1為一實(shí)施例，提供一種根據(jù)本發(fā)明的配氣機(jī)構(gòu)來驅(qū)動往復(fù)型內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣門。在本實(shí)施例中，內(nèi)燃機(jī)的各個氣缸1(圖中僅顯示一個)中設(shè)置有兩個進(jìn)氣門2，并且進(jìn)氣門2由設(shè)置在各個氣缸1中的配氣機(jī)構(gòu)11驅(qū)動而打開和關(guān)閉。眾所周知，進(jìn)氣門2具有氣門頭2a和氣門桿2b。氣門桿2b穿過固定到氣缸蓋(圖中未示)的套筒3，由此在氣門桿2b的軸向上滑動地引導(dǎo)進(jìn)氣門2。氣門彈簧6布置在從套筒3延伸出來的凸緣4和氣門彈簧座5之間，以壓縮狀態(tài)連接到氣門桿2b，并且進(jìn)氣門2向緊密靠近氣門座(圖中未示)的方向移動，也就是，在氣門彈簧6壓縮反作用力的作用下向圖1中的頂側(cè)移動。
在進(jìn)氣側(cè)的配氣機(jī)構(gòu)11設(shè)置有用作驅(qū)動源的電動機(jī)(下文稱為電機(jī))12，相當(dāng)于用于傳遞電機(jī)12旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的傳遞機(jī)構(gòu)的傳動機(jī)構(gòu)13，以及將傳動機(jī)構(gòu)13傳來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為進(jìn)氣門2的線性打開和關(guān)閉運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu)14。對于電機(jī)12，采用轉(zhuǎn)速可以控制的直流無刷電機(jī)或類似電機(jī)。電機(jī)12那里具有用于檢測電機(jī)旋轉(zhuǎn)位置的位置檢測傳感器12a，比如解算器、旋轉(zhuǎn)編碼器或類似傳感器。傳動機(jī)構(gòu)13將安裝到電機(jī)12輸出軸(圖中未示)的電機(jī)齒輪15的旋轉(zhuǎn)通過中間齒輪16傳遞到凸輪主動齒輪17。傳動機(jī)構(gòu)13可以設(shè)置成電機(jī)齒輪15和凸輪主動齒輪17以相同的速度旋轉(zhuǎn)，或者可以設(shè)置成凸輪主動齒輪17的速度相對于電機(jī)齒輪15增大或減小。
此外，如圖2所示，凸輪機(jī)構(gòu)14設(shè)置有與凸輪主動齒輪17同軸一體旋轉(zhuǎn)的凸輪軸20，與凸輪軸20一體旋轉(zhuǎn)的兩個凸輪21，以及設(shè)置在每個凸輪21和進(jìn)氣門2之間的搖臂22。凸輪21為一種平板凸輪，其突出部21a是通過與凸輪軸20同軸的圓弧基圓21b的一部分沿徑向向外突出形成的。
搖臂22可旋轉(zhuǎn)的安裝到氣門搖臂軸23，其中一個端部22a與進(jìn)氣門2的氣門桿2b的上端接觸，并且另一個端部22b與間隙調(diào)節(jié)器24接觸。間隙調(diào)節(jié)器24上推搖臂22的一個端部22a，從而搖臂22的這個端部22a保持與進(jìn)氣門2的上端部分始終接觸的狀態(tài)。搖臂22根據(jù)凸輪21的旋轉(zhuǎn)搖動氣門搖臂軸23，并且進(jìn)氣門2根據(jù)該搖動進(jìn)行沿氣門桿2b軸向的線性運(yùn)動，氣缸被打開和關(guān)閉。
回到圖1，配氣機(jī)構(gòu)11設(shè)置有電動機(jī)控制裝置30，用作控制電機(jī)12運(yùn)動的電動機(jī)控制裝置。電動機(jī)控制裝置30為計(jì)算機(jī)單元，設(shè)置有微處理器以及微處理器運(yùn)行所需要的外圍設(shè)備比如主存儲器或類似設(shè)備。當(dāng)設(shè)置有多個配氣機(jī)構(gòu)11的時候，各個配氣機(jī)構(gòu)11可以共同使用電動機(jī)控制裝置30。另一種選擇是，在各個氣缸1或各個配氣機(jī)構(gòu)中設(shè)置電動機(jī)控制裝置30。電動機(jī)控制裝置可以專門用于控制配氣機(jī)構(gòu)11，或者用于其它預(yù)期用途的計(jì)算機(jī)單元可以與電動機(jī)控制裝置30一起使用。例如，用于控制內(nèi)燃機(jī)燃油噴射量的發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)可以用作電動機(jī)控制裝置。
對于電動機(jī)控制裝置30，其連接有多個傳感器，比如輸出對應(yīng)曲軸角度的信號的曲柄角傳感器31和類似的傳感器，與上述位置檢測傳感器12a一樣作為信息輸入裝置。電動機(jī)控制裝置30根據(jù)存儲在ROM中的氣門控制程序，參考這些傳感器的輸出來控制電機(jī)12的運(yùn)動。作為與本發(fā)明的特征相關(guān)的控制器，電動機(jī)控制裝置30改變電機(jī)12的轉(zhuǎn)速，使得進(jìn)氣門2的加速度特性對應(yīng)于進(jìn)氣門2的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速而改變。對于這一點(diǎn)，以下將給出詳細(xì)說明。
圖3表示進(jìn)氣門2的升程Y、上升速度V和上升加速度A與凸輪21的轉(zhuǎn)角θ之間的對應(yīng)關(guān)系。在這種情況下，假定凸輪軸20的轉(zhuǎn)速為基本速度，也就是，內(nèi)燃機(jī)的曲軸(發(fā)動機(jī)輸出軸)轉(zhuǎn)速的一半，并且該基本速度保持常值。此外，圖3給出了從進(jìn)氣門2開始上升時的凸輪角(上升開始的角度)θr到達(dá)到最大升程Y0max時的凸輪角(最大升角)θy的進(jìn)氣門2的配氣機(jī)構(gòu)特性，并且假定從最大升角θy到進(jìn)氣門2上升結(jié)束時的凸輪角的配氣機(jī)構(gòu)特性是關(guān)于最大升角θy處的垂直軸對稱的。這樣確定凸輪速度V和凸輪加速度A的正負(fù)，使得進(jìn)氣門2打開的方向?yàn)檎较颉?br> 在圖3中，對升程Y進(jìn)行微分得到上升速度V，對上升速度V進(jìn)行微分得到上升加速度A。相應(yīng)的，上升速度V在早于最大升角θy的凸輪角(最大速度凸輪角)θv達(dá)到最大上升速度Vmax，上升加速度A在早于上升加速度A的凸輪角(最大加速度凸輪角)θa達(dá)到正向最大上升加速度Amax。如上所述，為了限制低轉(zhuǎn)速區(qū)域的凸輪軸扭矩，需要將進(jìn)氣門2的上升特性設(shè)定為在升程Y盡可能小的階段獲得最大上升速度Vmax，另一方面，為了限制高轉(zhuǎn)速區(qū)域的凸輪軸扭矩，需要限制最大上升加速度Amax。只要凸輪軸20的轉(zhuǎn)速在進(jìn)氣門2上升期間保持不變，上升速度V和上升加速度A就能基于凸輪21的輪廓明確的確定。因此，可以當(dāng)減小最大加速度Amax的同時加快最大速度凸輪角θv。
因此，首先優(yōu)先考慮限制高轉(zhuǎn)速區(qū)域的慣性扭矩，凸輪21的輪廓設(shè)計(jì)成內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速最大時的最大加速度Amax小于允許的極限值。在這種情況下，如果凸輪21在進(jìn)氣門2上升期間以基本速度運(yùn)轉(zhuǎn)，那么最大速度凸輪角θv被延遲，并且低轉(zhuǎn)速區(qū)域的氣門彈簧扭矩增大。為了避免這種情況，在低轉(zhuǎn)速區(qū)域，電機(jī)12的轉(zhuǎn)速在上升開始之后和上升結(jié)束之前高于基本速度，從而增大進(jìn)氣門2的最大加速度Amax，如圖3中的箭頭I所示。因此，可以加快最大速度凸輪角θv，如箭頭II所示，以此限制氣門彈簧扭矩，從而降低凸輪軸扭矩。
圖4為電機(jī)12的轉(zhuǎn)速(電機(jī)轉(zhuǎn)速)和輸出扭矩(電機(jī)扭矩)的變化的時間圖，電動機(jī)控制裝置30控制用來以上述方式改變進(jìn)氣門2的加速度特性。在圖中，假定不考慮發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，凸輪21是由電機(jī)12驅(qū)動持續(xù)在相同的方向旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)以最大轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的時候，電動機(jī)控制裝置30將電機(jī)扭矩固定為常值T1，如圖4中的實(shí)線Lt1所示，并且將電機(jī)12的轉(zhuǎn)速固定為常值V1，如實(shí)線Lv1所示。速度V1等于凸輪21以對應(yīng)于曲軸最大轉(zhuǎn)速一半的基本速度旋轉(zhuǎn)所需的電機(jī)12的轉(zhuǎn)速。相反，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的時候，在上升開始之后的預(yù)定區(qū)段Xs內(nèi)和在上升結(jié)束之前的預(yù)定區(qū)段Xe內(nèi)，電動機(jī)控制裝置30相對于扭矩T2增大和減小電機(jī)扭矩，該扭矩T2是在怠速時以基本速度驅(qū)動凸輪21所必須的，如圖中的實(shí)線Lt2所示，從而在區(qū)段Xs和Xe內(nèi)增大電機(jī)12的轉(zhuǎn)速，使其高于對應(yīng)于怠速時的基本速度的速度V2。在上升期間位于區(qū)段Xs和Xe之間的中間區(qū)段Xm中，電機(jī)扭矩保持為T2，并且電機(jī)速度設(shè)定為低于速度V2。原因是為了使進(jìn)氣門2的配氣區(qū)域(被升程曲線圍繞的區(qū)域)與驅(qū)動電機(jī)12以恒定速度V2旋轉(zhuǎn)的情況相一致。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于怠速和最大轉(zhuǎn)速之間的中間轉(zhuǎn)速時，電動機(jī)控制裝置30在上升開始之后和上升結(jié)束之前的預(yù)定區(qū)段Xs和Xe內(nèi)增大和減小電機(jī)扭矩和電機(jī)速度，如圖4中的實(shí)線Lt3和Lv3所示，然而，根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的增加將這個時候的電機(jī)速度和扭矩的差值控制得很小。例如，假定在上升開始之后和上升結(jié)束之前要施加的電機(jī)扭矩差值的絕對值設(shè)為Δ|T|，如圖4所示，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速如圖5增大的時候，值Δ|T|設(shè)的小些，并設(shè)定關(guān)系式Δ|T|＝0，也就是，在達(dá)到最大轉(zhuǎn)速Nemax時獲得沒有加速度的恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
當(dāng)按上述方式控制電機(jī)12的扭矩和速度時，即使凸輪21的輪廓設(shè)計(jì)成優(yōu)先考慮限制最大轉(zhuǎn)速時的慣性扭矩，也可以在低轉(zhuǎn)速區(qū)域改變進(jìn)氣門2的加速度特性，使得在上升開始之后和上升結(jié)束之前的有限區(qū)段Xs和Xe內(nèi)產(chǎn)生最大上升速度Vmax，其中升程是相對來說較小的，從而可以限制低轉(zhuǎn)速區(qū)域的氣門彈簧扭矩，減輕施加給電機(jī)12的負(fù)荷。
(第二實(shí)施例)在第一實(shí)施例中，凸輪21的輪廓設(shè)計(jì)成優(yōu)先考慮減小在高轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)的慣性扭矩，然而，也可以從相反的方面實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。圖6至圖8將顯示其中的一個實(shí)施例。
在這個實(shí)施例中，首先假定優(yōu)先考慮限制在低轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)的氣門彈簧扭矩，凸輪21的輪廓設(shè)計(jì)成使得提供最大上升速度Vmax的最大速度凸輪角θv變得盡可能的提前。在這種情況下，如果不考慮發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速而以基本速度驅(qū)動凸輪21，那么上升開始之后和上升結(jié)束之前的最大加速度Amax與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增大的平方成比例增大，并且高轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)的慣性扭矩也顯著加大了。為了避免這種情況，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)從怠速轉(zhuǎn)數(shù)增大的時候，改變電機(jī)12的轉(zhuǎn)速，使得上升開始之后和上升結(jié)束之前的進(jìn)氣門2的最大加速度與轉(zhuǎn)速的平方成反比地降低。因此，可以限制進(jìn)氣門2的最大加速度Amax，如圖6的箭頭III所示，并且可以延遲最大速度凸輪角θv，如箭頭IV所示，以此抑制高轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)慣性扭矩的增大。
圖7為電機(jī)12的轉(zhuǎn)速(電機(jī)轉(zhuǎn)速)和輸出扭矩(電機(jī)扭矩)的變化的時間圖，電動機(jī)控制裝置30控制用來以上述方式改變進(jìn)氣門2的加速度特性。在圖中，假定不考慮發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，凸輪21是由電機(jī)12驅(qū)動持續(xù)在相同的方向旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)以怠速轉(zhuǎn)數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)的時候，電動機(jī)控制裝置30將電機(jī)扭矩固定為常值T4，如圖7中的實(shí)線Lt4所示，并且將電機(jī)12的轉(zhuǎn)速固定為常值V4，如實(shí)線Lv4所示。速度V4等于凸輪21在內(nèi)燃機(jī)處于怠速狀態(tài)時以基本速度旋轉(zhuǎn)所需的電機(jī)12的轉(zhuǎn)速。相反，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)以最大轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)的時候，在上升開始之后和在上升結(jié)束之前的預(yù)定區(qū)段Xs和Xe內(nèi)，電動機(jī)控制裝置30相對于扭矩T5增大和減小電機(jī)扭矩，該扭矩T5是驅(qū)動凸輪21以對應(yīng)于最大轉(zhuǎn)速的基本速度旋轉(zhuǎn)所必須的，如圖中的實(shí)線Lt5所示，從而使得在區(qū)段Xs和Xe內(nèi)的電機(jī)12的轉(zhuǎn)速低于驅(qū)動凸輪21以對應(yīng)于最大轉(zhuǎn)速的基本速度旋轉(zhuǎn)所必須的速度V5。在上升期間位于區(qū)段Xs和Xe之間的中間區(qū)段Xm中，電動機(jī)控制裝置30將電機(jī)扭矩保持為T5，并且將電機(jī)12的轉(zhuǎn)速設(shè)定為高于速度V5。原因是為了使進(jìn)氣門2的配氣區(qū)域(被升程曲線圍繞的范圍)與驅(qū)動電機(jī)12以恒定速度V5旋轉(zhuǎn)的情況相一致。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)處于怠速轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)速之間的中間轉(zhuǎn)速時，電動機(jī)控制裝置30在上升開始之后和上升結(jié)束之前的預(yù)定區(qū)段Xs和Xe內(nèi)改變電機(jī)扭矩和電機(jī)速度，如圖7中的實(shí)線Lt6和Lv6所示，然而，這個時候電機(jī)速度和扭矩的差值當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增加時變大。例如，假定在上升開始之后和上升結(jié)束之前要施加的電機(jī)扭矩差值的絕對值設(shè)為Δ|T|，如圖7所示，并設(shè)定關(guān)系式Δ|T|＝0，也就是，在怠速轉(zhuǎn)速Neid時獲得沒有加速度的恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，如圖8所示，然而，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速增大的時候，扭矩差值的絕對值|T|增大，并且在高轉(zhuǎn)速Nemax時扭矩增大和減小變化最大。
當(dāng)按上述方式控制電機(jī)12的扭矩和速度的時候，即使凸輪21的輪廓設(shè)計(jì)成限制低轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)的氣門彈簧扭矩，也可以抑制高轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)進(jìn)氣門2的最大加速度增大，從而可以將慣性扭矩限制的較小，減輕施加給電機(jī)12的負(fù)荷。
本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，可以在各種實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)施本發(fā)明。例如，在上述實(shí)施例中，不考慮發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，電機(jī)12是持續(xù)在相同的方向旋轉(zhuǎn)，然而，本發(fā)明可以應(yīng)用到電機(jī)12以搖擺驅(qū)動模式運(yùn)轉(zhuǎn)的情況中，其中在到達(dá)獲得最大升程的凸輪角之前改變凸輪21的旋轉(zhuǎn)方向。配氣機(jī)構(gòu)11可以分開設(shè)置在各個氣缸中，或多個氣缸1共用一個配氣機(jī)構(gòu)11。本發(fā)明可以應(yīng)用于驅(qū)動排氣門的配氣機(jī)構(gòu)。本發(fā)明可以應(yīng)用于所謂直推型配氣機(jī)構(gòu)，其中凸輪和進(jìn)氣門是不使用搖臂而直接相互接觸的。
在上述實(shí)施例中，因?yàn)殡姍C(jī)扭矩差值的絕對值Δ|T|是一直變化的，如圖5和圖8所示，所以可以根據(jù)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化來抑制進(jìn)氣門2的上升特性的不連續(xù)變化，從而可以防止駕駛性能變差。然而，本發(fā)明并不局限于上述應(yīng)用連續(xù)變化的實(shí)施例，電機(jī)扭矩和電機(jī)速度的差值也可以是采用等于或大于兩級的有限級數(shù)間斷變化。本發(fā)明并不局限于四沖程內(nèi)燃機(jī)，其中用作發(fā)動機(jī)輸出軸的曲軸從進(jìn)氣行程開始到排氣行程結(jié)束旋轉(zhuǎn)兩次，也可以用于二沖程內(nèi)燃機(jī)，其中在發(fā)動機(jī)輸出軸的一次旋轉(zhuǎn)過程中完成進(jìn)氣到排氣行程。在這種情況下，凸輪的基本速度與發(fā)動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速是一致的。換句話說，將凸輪旋轉(zhuǎn)時的基本速度確定為，將內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速除以從進(jìn)氣行程開始到排氣行程結(jié)束的發(fā)動機(jī)輸出軸的旋轉(zhuǎn)數(shù)而獲得的速度。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，包括電動機(jī)；通過凸輪將電動機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為氣門直線運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu)，該氣門用于打開和關(guān)閉氣缸；以及電動機(jī)控制裝置，其控制所述電動機(jī)使得氣門上升過程中的加速度特性隨著內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配氣機(jī)構(gòu)，其特征在于所述電動機(jī)控制裝置控制所述電動機(jī)，使得當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速較低時，在氣門上升開始之后和上升結(jié)束之前的預(yù)定區(qū)段內(nèi)的凸輪速度變得高于所述預(yù)定區(qū)段之間的中間區(qū)段的凸輪速度，并且當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速較高時，凸輪在氣門上升期間以恒定速度旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的配氣機(jī)構(gòu)，其特征在于所述電動機(jī)控制裝置控制所述電動機(jī)，使得在所述預(yù)定區(qū)段和中間區(qū)段之間的凸輪轉(zhuǎn)速差隨內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而減小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配氣機(jī)構(gòu)，其特征在于所述電動機(jī)控制裝置控制所述電動機(jī)，使得當(dāng)內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速較低時，凸輪在氣門上升期間以恒定速度旋轉(zhuǎn)，并且當(dāng)內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速較高時，在氣門上升開始之后和上升結(jié)束之前的預(yù)定區(qū)段內(nèi)的凸輪速度變得低于在所述預(yù)定區(qū)段之間的中間區(qū)段的凸輪速度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的配氣機(jī)構(gòu)，其特征在于所述電動機(jī)控制裝置控制所述電動機(jī)，使得所述預(yù)定區(qū)段和中間區(qū)段之間的凸輪轉(zhuǎn)速差隨內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而增大。
6.一種內(nèi)燃機(jī)的配氣機(jī)構(gòu)，包括電動機(jī)；通過凸輪將電動機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為氣門直線運(yùn)動的凸輪機(jī)構(gòu)，該氣門用于打開和關(guān)閉氣缸；以及電動機(jī)控制裝置，其控制所述電動機(jī)使得氣門上升過程中的加速度特性隨著內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速改變。
全文摘要
本發(fā)明提供一種配氣機(jī)構(gòu)(11)，包括有電動機(jī)(12)、凸輪機(jī)構(gòu)(14)和電動機(jī)控制裝置(30)，該凸輪機(jī)構(gòu)(14)通過凸輪(21)將電動機(jī)(12)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為進(jìn)氣門(2)直線運(yùn)動，該電動機(jī)控制裝置(30)控制電動機(jī)(12)使得進(jìn)氣門(2)上升過程中的加速度特性隨著內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速改變。
文檔編號F01L1/04GK1894487SQ20048003729
公開日2007年1月10日 申請日期2004年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月17日
發(fā)明者江崎修一, 淺田俊昭, 辻公壽, 日下康 申請人:豐田自動車株式會社