РЕГУЛИРУЕМАЯ СИСТЕМА ПРИВОДА КЛАПАНОВ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
ADJUSTABLE VALVE GEAR DRIVE SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Настоящее изобретение относится к регулируемой системе привода клапанов для бесступенчатого управления параметрами работы клапанов двигателя внутреннего сгорания.
Поршневые двигатели (двигатели внутреннего сгорания), устанавливаемые на автомобилях, как правило, имеют регулируемую систему привода клапанов, прикрепленную к головке блока цилиндров, для бесступенчатого управления характеристиками, по меньшей мере, впускных клапанов, чтобы управлять выхлопными газами, выпускаемыми двигателем, и уменьшать насосные потери.
Многие подобные регулируемые системы привода клапанов используют регулируемый механизм привода клапанов, при помощи которого бесступенчато изменяется величина подъема, по меньшей мере, впускных клапанов, чтобы регулировать количество впускаемого воздуха. Регулируемый механизм привода клапанов, как правило, содержит комбинацию устройства для обеспечения приводного воздействия на клапан на основе смещения впускного кулачка, установленного на распределительном валу, и устройства для бесступенчатого изменения параметров работы клапана (величины подъема клапана, момента открытия/закрытия клапана, периода открытия клапана и т.д.) в соответствии с входным воздействием в форме поворотного перемещения от управляющего вала (см., например, публикацию, не прошедшую экспертизу,заявки на патент Японии номер 2005-299536).
Здесь также была предложена конструктивная схема, использующая приводную силу, преодолевающую действие силы противодействия клапана, чтобы плавно изменять параметры работы клапана, и в которой выходная приводная мощность от источника приводной мощности, такого как электродвигатель, передается на управляющий вал через передаточный механизм, включающий в себя механизм понижения скорости, такой как механизм винтовой передачи или механизм червячной передачи, так что управляющий вал может поворачиваться с высоким вращающим моментом (см. публикацию, не прошедшую экспертизу, заявки на патент Японии, номер 2005-42642 и номер 2007-2686).
Там, где используется передаточный механизм, необходимо, чтобы участок зацепления между частями, такими как шестерня и ведущий винт, был смазан смазочным маслом (смазкой) для обеспечения плавного поворота управляющего вала. Участок зацепления между шестернями, в частности, может быть смазан недостаточно, так как шестерни подвергаются действию большой силы противодействия клапана, прилагаемой от управляющего вала, или, в равновесном состоянии, удерживаются в фиксированном положении. Таким образом, участок зацепления необходимо постоянно смазывать свежим смазочным маслом.
Поэтому двигатель обычно имеет дополнительную систему подачи смазки, с помощью которой часть смазочного масла, подаваемая к различным частям головки блока цилиндров, направляется к участку зацепления передаточного механизма.
Однако, чтобы оборудовать двигатель такой системой подачи смазки, необходимо сформировать ряд масляных каналов, ведущих к масляной магистрали, как в головке блока цилиндров, так и в частях, образующих участок зацепления. Таким образом, система подачи масла является достаточно сложной по конструкции и существенно увеличивает стоимость изделия.
Поэтому целью изобретения является создание регулируемой системы привода клапанов для двигателя внутреннего сгорания, в которой участок зацепления передаточного механизма смазывается с помощью уже существующей части для привода регулируемого механизма привода клапанов.
Для достижения данной цели настоящее изобретение предлагает регулируемую систему привода клапанов для двигателя внутреннего сгорания, содержащую распределительный вал, приводимый в движение замкнутым удлиненным элементом, который движется с одновременным распылением смазки; регулируемый механизм привода клапанов для выдачи приводного воздействия на основе перемещения кулачков распределительного вала, причем регулируемый механизм привода клапана осуществляет регулируемое управление параметрами работы клапанов в соответствии с входным воздействием на управляющий входной элемент; и передаточный механизм для передачи приводной выходной мощности от источника приводной мощности к управляющему входному элементу через участок зацепления, причем участок зацепления передаточного механизма расположен таким образом, что он смазывается смазкой, распыляемой с замкнутого удлиненного элемента.
Согласно настоящему изобретению, когда распределительный вал приводится в движение, смазка, нанесенная на замкнутый удлиненный элемент, распыляется с него. Так как участок зацепления передаточного механизма расположен в положении, где участок зацепления может получить смазку, распыляемую от замкнутого удлиненного элемента, свежая смазка может непрерывно подаваться на участок зацепления без необходимости иметь дополнительную сложную и дорогостоящую систему смазки, такую как масляные каналы. Передаточный механизм может быть смазан с использованием простой и недорогой конструктивной схемы. Соответственно износ участка зацепления сдерживается, что увеличивает срок службы и надежность передаточного механизма, а также, так как трение в участке зацепления уменьшено, соответствующие характеристики передаточного механизма улучшаются. Далее, передаточный механизм и его привод могут быть сделаны компактными по размеру.
Предпочтительно, замкнутый удлиненный элемент охватывает звездочку распределительного вала, поворачивающуюся вместе с распределительным валом, и участок зацепления передаточного механизма расположен снаружи от участка замкнутого удлиненного элемента, охватывающего звездочку распределительного вала. При такой конструктивной схеме смазка, нанесенная на замкнутый удлиненный элемент, распыляется вовне благодаря центробежной силе и быстро достигает участка зацепления. Далее, участок зацепления передаточного механизма служит для изолирования области распыляемого масла над замкнутым удлиненным элементом от остального внутреннего пространства крышки коромысел, уменьшая таким образом количество масляного тумана, распыляемого в область над цилиндрами. Следовательно, количество потребляемого масла может быть уменьшено, делая ненужным усиление работы маслоотделителя, установленного внутри крышки коромысел или т.п.
Передаточный механизм предпочтительно включает в себя червячное колесо, установленное на управляющем входном элементе, и червячный вал, образующий участок зацепления вместе с червячным колесом и передающий выходную приводную мощность от источника приводной мощности к червячному колесу. В этом случае свежая смазка, распыляемая с замкнутого удлиненного элемента, может быть подана к участку зацепления в больших количествах без использования специальной конструктивной схемы. Таким образом, червячное колесо передаточного механизма для поворота управляющего входного элемента с большой степенью понижения скорости используется для подачи большого количества свежей смазки, распыляемой с замкнутого удлиненного элемента к участку зацепления между червячным колесом и червячным валом. Кпд червячной передачи сильно зависит от состояния участка зацепления. Однако, так как участок зацепления смазывается достаточно, высокий кпд передачи гарантирован, и соответствующая характеристика передаточного механизма улучшается. Далее, передаточный механизм и его привод могут быть сделаны компактными по размеру.
Предпочтительно, червячное колесо представляет собой секторный элемент, и смазка, распыляемая с замкнутого удлиненного элемента, принимается на боковой поверхности червячного колеса и направляется к внешнему периферийному участку червячного колеса. Это позволяет большому количеству свежей смазки стабильно подаваться к участку зацепления.
Передаточный механизм может включать в себя секторное червячное колесо, установленное на управляющем входном элементе, и узел червячного вала, отдельный от червячного колеса и включающий в себя червячный вал, причем узел червячного вала входит в зацепление с червячным колесом, когда он прикреплен к головке блока цилиндров двигателя. Данная конструктивная схема не только обеспечивает достаточную подачу свежей смазки к участку зацепления, но также позволяет упростить конструкцию передаточного механизма в сравнении с единой конструкцией, в которой червячное колесо и червячный вал объединены в один узел. Также червячное колесо и червячный вал могут быть легко зацеплены друг с другом.
Дальнейшая область применения настоящего изобретения станет очевидна из приведенного ниже подробного описания. Однако необходимо понимать, что приведенные подробное описание и конкретные примеры, показывая предпочтительные варианты воплощения изобретения, даны только для иллюстрации, так как различные изменения и модификации, не выходящие за пределы сущности и объема изобретения, будут очевидны для специалистов в данной области техники из данного подробного описания.
Настоящее изобретение будет более полно понято из подробного описания, приведенного далее, и прилагаемых чертежей, которые даны только для иллюстрации и таким образом не ограничивают настоящее изобретение, и на которых:
фиг.1 - вид в перспективе четырехцилиндрового рядного поршневого бензинового двигателя согласно одному варианту воплощения настоящего изобретения;
фиг.2 - вид в разрезе по линии А-А с фиг.1;
фиг.3 - вид в перспективе двигателя со снятыми крышкой коромысел и крышкой цепи привода механизма газораспределения, показанными на фиг.1;
фиг.4 - вид в перспективе с пространственным разнесением деталей двигателя со снятой регулируемой системой привода клапанов, показанной на фиг.3;
фиг.5 - вид в разрезе по линии В-В с фиг.3 регулируемой системы привода клапанов;
фиг.6 - вид в разрезе по линии С-С с фиг.3 регулируемой системы привода клапанов;
фиг.7 - часть двигателя, если смотреть в направлении стрелки D на фиг.3; и
фиг.8 - вид с частичным разрезом части двигателя, если смотреть в направлении стрелки Е на фиг.7.
Далее будет описан предпочтительный вариант воплощения настоящего изобретения со ссылкой на фиг.1-8, на которых: фиг.1 - вид в перспективе двигателя внутреннего сгорания, например четырехцилиндрового рядного поршневого бензинового двигателя; фиг.2 - вид в разрезе по линии А-А с фиг.1; фиг.3 - вид в перспективе двигателя со снятыми крышкой коромысел и крышкой цепи привода механизма газораспределения, показанными на фиг.1; фиг.4 - вид в перспективе с пространственным разнесением деталей двигателя со снятой регулируемой системой привода клапанов, показанной на фиг.3; фиг.5 - вид в разрезе по линии В-В с фиг.3 регулируемой системы привода клапанов; фиг.6 - вид в разрезе по линии С-С с фиг.3 регулируемой системы привода клапанов; и фиг.7 и 8 показывают передаточный механизм.
На фиг.1 ссылочной позицией 1 обозначен блок цилиндров, образующий корпус двигателя; позицией 2 обозначена головка блока цилиндров, расположенная на блоке 1 цилиндров; позицией 3 обозначена крышка коромысел, закрывающая верхнюю часть головки 2 блока цилиндров; позицией 4 обозначен маслосборник, сформированный в нижней части блока 1 цилиндров; и позицией 1а обозначена крышка цепи привода механизма газораспределения, присоединенная к передней части блока 1 цилиндров.
Как показано на фиг.5, блок 1 цилиндров имеет четыре цилиндра 6 (показаны только частично), расположенные рядом друг с другом в продольном направлении двигателя. Поршни 7 размещены в соответствующих цилиндрах 6 для совершения возвратно-поступательного движения. Каждый поршень 7 связан через шатун 8 и шатунную шейку 9а с коленчатым валом 9, проходящим в продольном направлении блока 1 цилиндров так, что возвратно-поступательное движение поршня 7 преобразуется во вращательное движение и затем подается на коленчатый вал 9.
Четыре камеры 11 сгорания, связанные с соответствующими цилиндрами 6, как показано на фиг.5, сформированы под головкой 2 блока цилиндров. Два впускных канала 12 (показан только один впускной канал) ведут в каждую камеру 11 сгорания с одной их стороны, и два выпускных канала 13 (показан только один выпускной канал) ведут в каждую камеру 11 сгорания с другой их стороны. Головка 2 блока цилиндров имеет паз 2а, сформированный в центре ее верхней поверхности и идущий в продольном направлении. Противоположные стороны головки 2 блока цилиндров выступают вбок относительно паза 2а. Впускные клапаны 14 для открытия и закрытия соответствующих впускных каналов 12 расположены на одной стороне каждой камеры 11 сгорания, и на другой стороне каждой камеры 11 сгорания расположены выпускные клапаны 15 для открытия и закрытия соответствующих выпускных каналов 13. Впускные и выпускные клапаны 14 и 15 представляют собой клапаны нормально закрытого типа, где клапаны в направлении их закрытия отжимает соответствующая пружина 16 клапана (показана только на фиг.5).
В пазу 2а, сформированном в верхней поверхности головки 2 блока цилиндров, размещается регулируемая система 20 привода клапанов, содержащая механизм привода клапана типа с одинарным верхним распределительным валом, как показано на фиг.2-6. Стандартно регулируемая система 20 привода клапанов закрыта крышкой 3 коромысел. Регулируемая система 20 привода клапанов представляет собой узел, образованный комбинацией регулируемого механизма 21 привода клапанов для бесступенчатого регулирования характеристик впускных клапанов 14 совместно с распределительным валом 26 и обычного механизма 22 коромысел для открытия и закрытия выпускных клапанов 15 в фиксированный момент времени.
Регулируемая система 20 привода клапанов будет пояснена более подробно далее. На фиг.1-6 ссылочной позицией 25 обозначены фиксаторы; позицией 26 обозначен распределительный вал; позицией 27 обозначена ось коромысла стороны выпуска; позицией 28 обозначен управляющий вал, служащий также как ось коромысла стороны впуска; и позицией 29 обозначен опорный вал. Валы и оси 26-29 проходят в продольном направлении двигателя. Среди них распределительный вал 26 имеет группы кулачков, связанные с соответствующими цилиндрами, как показано на фиг.5. Каждая группа кулачков включает в себя, например, три кулачка, то есть впускной кулачок 26а и два выпускных кулачка 26b (на фиг.5 показаны только частично), расположенные по обе стороны от впускного кулачка 26а.
Фиксаторы 25 расположены в соответствующих подходящих положениях над головкой 2 блока цилиндров, например на противоположных концах ряда цилиндров и между каждой парой соседних цилиндров. Как показано на фиг.6, каждый фиксатор 25 состоит из держателя 32 и крышки 33, закрепленной на нижнем конце держателя 32. Распределительный вал 26 закреплен с возможностью поворота на участке его шейки между нижней торцевой поверхностью держателя 32 и верхней поверхностью крышки 33. Управляющий вал 28 закреплен с возможностью поворота в средней части держателя 32 на стороне впуска (одна сторона, при взгляде в поперечном сечении). Ось 27 коромысла стороны выпуска закреплена в средней части держателя 32 на стороне выпуска (другая сторона, при взгляде в поперечном сечении), напротив управляющего вала 28. Опорный вал 29 закреплен в верхней части держателя 32. Каждый держатель 32 имеет два места 34 крепления, расположенных с обеих его сторон вблизи оси 27 коромысла стороны выпуска и управляющего вала 28, соответственно, как показано на фиг.6. Фиксаторы, валы и оси в итоге образуют каркас, который может быть установлен на головке 2 блока цилиндров.
Каркас оборудован регулируемым механизмом 21 привода клапанов и механизмом 22 коромысла, соответствующими каждому цилиндру.
Регулируемый механизм 21 привода клапанов состоит, как показано на фиг.5 с помощью примера, из коромысла 40, качающегося кулачка 50 и центрального коромысла 60.
Более конкретно, как показано на фиг.3 и 4, каждое коромысло 40 состоит из проходящего в обе стороны плечевого элемента. Плечевой элемент закреплен с возможностью поворота на его центральном участке на управляющем валу 28, как показано на фиг.5, и проходит к одной стороне каркаса. Плечевой элемент имеет регулировочные винты 41, вставленные в его дальний конец, а на его ближнем конце имеется игольчатый ролик 42, расположенный вблизи опорного вала 29.
Как показано на фиг.3-5, качающийся кулачок 50 имеет один конец, который закреплен с возможность поворота на опорном валу 29, и другой конец, выступающий по направлению к игольчатому ролику 42 соответствующего коромысла 40. На другом конце качающегося кулачка 50 сформирована криволинейная поверхность 51, которая находится в контакте качения с игольчатым роликом 42. Кроме того, в нижнюю часть качающегося кулачка вставлен с возможностью поворота ролик 52.
Как показано на фиг.5, центральное коромысло 60 опирается на впускной кулачок 26а, управляющий вал 28 и ролик 52. Центральное коромысло 60 представляет собой элемент L-образной формы, имеющий одно плечо 61, проходящее вверх по направлению к ролику 52, и другое плечо 62, проходящее вбок в положение прямо под управляющим валом 28. На ближнем конце плеча 61 сформирована наклонная поверхность 61а (например, поверхность, проходящая под углом от боковой стороны опорного вала вниз по направлению к управляющему валу), которая находится в контакте качения с роликом 52 качающегося кулачка 50. Ролик 63, который закреплен на том участке центрального коромысла 60, где пересекаются плечи 61 и 62, находится в контакте качения с криволинейной поверхностью впускного кулачка 26а так, что движение от впускного кулачка 26а может быть передано, как приводное воздействие на клапаны, к качающемуся кулачку 50 через плечо 61. Палец 64 вставлен с возможностью относительного поворота в отверстие на дальнем конце плеча 62 и также вставлен в отверстие 65 в управляющем валу 28. Таким образом, центральное коромысло 60 закреплено с помощью пальца 64 таким образом, что оно имеет возможность поворота вокруг дальнего конца плеча 62. Благодаря такой конструктивной схеме при повороте управляющего вала 28 центральное коромысло 60 смещается в направлении (направление ускорения или замедления) поперек распределительного вала 26, изменяя при этом положение контакта качения с впускным кулачком 26а.
Вследствие этого смещения, параметры работы клапанов, задаваемые в виде приводного воздействия центральным коромыслом 60, например величина подъема и момент открытия/закрытия впускных клапанов 14, бесступенчато изменяются одновременно. Более конкретно, криволинейная поверхность 51 включает в себя верхний участок, сформированный как участок основной окружности, соответствующий основной окружности впускного кулачка 26а, и нижний участок, сформированный как участок подъема (соответствующий области подъема профиля впускного кулачка 26а), продолжающий участок основной окружности. Таким образом, когда ролик 62 центрального коромысла 60 смещается в направлении ускорения или замедления относительно впускного кулачка 26а, положение качающегося кулачка 50 изменяется, вызывая изменение области криволинейной поверхности 51, по которой катится игольчатый ролик 42. То есть соотношение между участками основной окружности и подъема, находящихся в контакте качения с игольчатым роликом 42, изменяется. Изменение соотношения между участками основной окружности и подъема, которое сопровождается изменением фазы в направлении ускорения или замедления, используется для бесступенчатого изменения величины подъема впускных клапанов 14 от нижнего положения подъема, получаемого в вершине профиля впускного кулачка 26а, к верхнему положению подъема, получаемого в вытянутой области профиля впускного кулачка 26а. Одновременно момент открытия/закрытия впускных клапанов 14 изменяется таким образом, что время закрытия клапана сильно изменяется по сравнению с временем открытия клапана.
Винт 66 вставлен с возможностью перемещения в отверстие 65, чтобы обеспечить возможность регулировки величины выступания пальца 64 (для регулировки момента открытия/закрытия клапана и величины подъема отдельных цилиндров).
Как показано на фиг.5, каждый механизм 22 коромысла (стороны выпуска) имеет два коромысла 67 (показано только одно из них). Два коромысла 67 расположены с обеих сторон центрального коромысла 60, соответственно, и закреплены с возможностью поворота на оси 27 коромысла стороны выпуска. Один конец каждого коромысла 67 имеет ролик (не показан), который находится в контакте качения с криволинейной поверхностью соответствующего выпускного кулачка 26b, а другой конец выступает в направлении другой стороны каркаса и имеет регулировочный винт 67а.
Таким способом распределительный вал 26, регулируемый механизм 21 привода клапанов и механизмы 22 коромысел объединяются вместе в один узел. Места 34 крепления регулируемой системы 20 привода клапанов располагаются на соответствующих приливах 17, выступающих от нижней поверхности паза 2а (головки 2 блока цилиндров), как показано на фиг.4 и 6. Далее, как показано на фиг.3 и 6, места 34 крепления неподвижно крепятся вместе с головкой 2 блока цилиндров к блоку 1 цилиндров болтами 18 головки блока цилиндров. То есть регулируемая система 20 привода клапанов крепится с помощью болтов 18 головки блока цилиндров, имеющих высокую несущую способность (болты 18 головки блока цилиндров требуются для выдерживания давления вспышки, действующей на головку 2 блока цилиндров, и таким образом имеют более высокую жесткость и прочность, чем другие болты). Чтобы обеспечить возможность прочного крепления регулируемой системы 20 привода клапанов, болты 18 головки блока цилиндров расположены настолько близко к оси 27 коромысла стороны выпуска или к управляющему валу 28, насколько это возможно. Фиксаторы 25, расположенные на противоположных сторонах регулируемой системы привода клапанов, крепятся к головке 2 блока цилиндров с помощью дополнительных крепежных болтов 18а.
Когда регулируемая система 20 привода клапанов установлена, как это показано на фиг.5, регулировочные винты 41 коромысел 40 стороны впуска располагаются на торцах штоков соответствующих впускных клапанов 14, вставленных в головку 2 блока цилиндров, и регулировочные винты 67а коромысел 67 стороны выпуска располагаются на торцах штоков соответствующих выпускных клапанов 15, вставленных в головку 2 блока цилиндров. Ссылочной позицией 68 обозначен толкатель, связанный с качающимся кулачком 50. Толкатель 68 прижимает центральное коромысло 60 через качающийся кулачок к впускному кулачку 26а.
Как показано на фиг.4, один конец распределительного вала 26 выступает вперед, проходя через сквозное отверстие 1b, сформированное в торцевой стенке головки 2 блока цилиндров рядом с пазом 2а. Выступающий конец распределительного вала 26 соединен с звездочкой 70 распределительного вала, как показано на фиг.1-3. Замкнутый удлиненный элемент, например замкнутая цепь 72 привода механизма газораспределения, охватывает звездочку 70 распределительного вала и звездочку 71 коленчатого вала, установленную на соответствующем конце коленчатого вала 9, так что распределительный вал 26 поворачивается при повороте выхода коленчатого вала. Цепь 72 привода механизма газораспределения связана с устройством (не показано), которое снабжается смазкой, например смазочным маслом от масляной магистрали, и распыляет масло на движущуюся цепь 72. Смазочное масло смазывает поверхности скольжения цепи 72 привода механизма газораспределения и звездочек 70 и 71.
На переднем конце головки 2 блока цилиндров имеется приводной узел 80, показанный на фиг.3, для привода управляющего вала 28. Приводной узел 80 включает в себя, например, электродвигатель 81 как источник поворотного движения, объединенный с передаточным механизмом, отдельным от электродвигателя, 81, или, более конкретно, механизмом 82 понижения скорости типа червячной передачи. Механизм 82 понижения скорости включает в себя секторное червячное колесо 83 и червячный вал 84, находящийся в зацеплении с червячным колесом 83. Червячный вал 84 и связанные с ним элементы образуют узел 85 червячного вала, отдельный от червячного колеса 83.
Более конкретно, как показано на фиг.3, 4, фиг.7 и 8, секторное червячное колесо 83 имеет секторный плоский корпус 86, на внешней периферийной кромке которого нарезаны ряд зубьев 87, и посадочное место 88, расположенное в центре поворотного движения и проходящее радиально внутрь корпуса 86. Посадочное место 88 прикреплено к переднему концу управляющего вала 28, который служит в качестве управляющего входного элемента и который выступает вперед из держателя 32 (фиксатора 25), расположенного на переднем конце регулируемой системы привода клапанов, а зубья 87 расположены над головкой 2 блока цилиндров. Зубья 87, сформированные на внешней периферийной кромке корпуса 86, расположены снаружи относительно цепи 72 привода механизма газораспределения, охватывающей звездочку 70 распределительного вала, как показано на фиг.2. Соответственно, когда цепь 72 привода механизма газораспределения 72 движется, смазочное масло, нанесенное на цепь 72, распыляется под действием центробежной силы и подается к зубьям 87 и червячному колесу 84. Далее, так как смазочное масло, распыленное внутри крышки коромысел, блокируется частями передачи, становится возможным ограничить количество масляного облака, попадающего в область над цилиндрами. Потребление масла может тем самым быть уменьшено, делая ненужным усиление работы маслоотделителя, имеющегося, например, внутри крышки коромысел. Боковая поверхность секторного корпуса 86, расположенная на той же стороне, что и звездочка 70 распределительного вала, может иметь направляющую для направления полученного смазочного масла к зубьям 87, сформированным на внешней периферийной кромке корпуса 86. В этом случае направляющая может включать в себя, например, уклон 70а, сформированный по всей внешней поверхности корпуса 86 и наклоненный по направлению к внешней периферийной кромке. Данная конструктивная схема гарантирует, что смазочное масло, достигшее звездочки 70 распределительного вала, будет направлено к зубьям 87 без попадания в другие области.
Узел 85 червячного вала имеет каркас 90, как показано на фиг.2, 4, 7 и 8. Каркас 90 включает в себя основание 90а, проходящее в поперечном направлении головки 2 блока цилиндров, и два плеча 90b, выступающие от соответствующих противоположных концов основания 90а в продольном направлении головки 2 блока цилиндров. На дальнем конце каждого плеча 90b сформирована опорная поверхность 90с (показана на фиг.2). Червячный вал 84 имеет вал 84b и червяк 84а, сформированный на среднем участке вала 84b. Вал 84b закреплен с возможностью поворота на его противоположных концах с помощью опорных поверхностей 90с так, что червяк 84а расположен между опорными поверхностями 90с. Один конец вала 84b проходит через соответствующее плечо 90b и соединен с охватываемой частью 91а (соответствующей охватываемому соединительному элементу) или с охватывающей частью 91b (соответствующей охватывающему соединительному элементу), образующими соединитель 91, обеспеченный функцией плавающей муфты. Например, конец вала 84b соединен с охватываемой частью 91а. Кроме того, на каждом конце основания 90а сформировано посадочное место 92, чтобы обеспечить возможность крепления рамы 90 к головке 2 блока цилиндров.
Как показано на фиг.4, посадочные места 92 прикреплены крепежными болтами 93 к верхней части держателя 32 (фиксатора 25), расположенного на переднем конце регулируемой системы привода клапанов, или, более конкретно, к соответствующим посадочным местам 94, сформированным непосредственно над управляющим валом 28, так что узел 85 червячного вала проходит в направлении поперек относительно головки 2 блока цилиндров. Когда узел 85 червячного вала устанавливается, червячный вал 84 при этом зацепляется с червячным колесом 83, как показано на фиг.2. Узел 85 червячного вала установлен таким образом, что его один конец наклонен по направлению к головке 2 блока цилиндров так, что соединитель 91 может быть расположен ниже по высоте, чем участок 95 зацепления между червячным валом 84 и червячным колесом 83. Таким образом, управляющий поворот (поворот, устанавливающий требуемые характеристики клапана, такие как величина подъема клапана и момент открытия/закрытия клапана), поступающий от охватываемой части 91а соединителя 91, передается через участок 95 зацепления между червячным колесом 83 и червячным валом 84 к управляющему валу 28. Когда червячное колесо 83 поворачивается, например, в направлении к оси 27 коромысла стороны выпуска, как обозначено стрелкой на фиг.2, на управляющий вал 28 передается управляющий поворот для увеличения подъема клапана. Когда червячное колесо 83 поворачивает в противоположном направлении, к соединителю 91, то к управляющему валу 28 передается управляющий поворот для уменьшения величины подъема клапана.
Управляющий вал 28 и отдельные части регулируемого механизма 21 привода клапанов объединены вместе таким образом, что сила противодействия клапана (сила противодействия пружины), прилагаемая регулируемым механизмом 21 привода клапанов, действует только в одном направлении поворота управляющего вала 28, например в направлении уменьшения подъема клапана. Следовательно, сила противодействия клапана действует на червячный вал 84 только в одном его осевом направлении. Для восприятия воздействия силы противодействия клапана участок вала 84b вблизи соединителя 91 имеет осевую опору 96. Более конкретно, осевая опора 96 выполнена в форме фланца и расположена рядом с плечом 90b вблизи соединителя 91. Осевая опора 96 закреплена с возможностью скольжения на упорной поверхности 97 (показана на фиг.2 и 7), сформированной на плече 90b, в результате чего предотвращается передача осевой нагрузки, создаваемой силой противодействия клапана, к соединителю 91.
Зубья червячного колеса 83 и червячный вал 84, взаимодействующие друг с другом, направлены наискосок так, что червячное колесо 83 отжимается силой противодействия клапана в направлении фиксатора 25. Благодаря такой конструктивной схеме к управляющему валу 28 прилагается осевая нагрузка только в одном его осевом направлении. Также, как показано на фиг.8, осевая нагрузка, действующая (в одном направлении) на управляющий вал 28, воспринимается на переднем конце управляющего вала 28, например, опорной конструкцией, образованной упорной поверхностью 45, сформированной на основании червячного колеса 83, и осевой опорой 46, сформированной на передней поверхности держателя 32 (фиксатора 25), расположенного на переднем конце регулируемой системы привода клапанов.
Червячное колесо 83 дополнительно имеет пружину (не показана) для устранения люфта на участке 95 зацепления между червячным колесом 83 и червячным валом 84. Пружина предназначена оказывать воздействие на червячное колесо 83 таким образом, чтобы зубья 87 червячного колеса 83 прижимались к зубьям червяка 84а червячного вала 84 только в области высокого подъема клапана, исключая область низкого подъема клапана, например, внутри диапазона регулирования, в котором величина подъема впускных клапанов 14 бесступенчато регулируется. Таким образом, пружина для устранения люфта избирательно действует в зависимости от того, находится ли величина подъема клапана в области высокого подъема клапана, в котором вероятно сгенерируется дребезжащий звук, или в области низкого подъема клапана, в котором дребезжание вряд ли произойдет. Пружина для устранения люфта и осевая опора также снабжаются смазочным маслом, распыляемым от цепи 72 привода механизма газораспределения благодаря центробежной силе.
Электродвигатель 81, который предназначен для привода узла 85 червячного вала, имеет корпус 81а, показанный на фиг.2 и 3, включающий в себя обычные ротор и статор (не показаны). Более конкретно, корпус 81а электродвигателя 81 имеет цилиндрический борт 81d на его дальнем конце и установочный кронштейн 81b, сформированный на нем. Корпус 81а имеет вал 81с двигателя, проходящий через центр борта 81d, и другая часть соединителя 91, то есть охватывающая часть 91b, соединена с дальним концом вала 81с двигателя. Соединитель 91 также снабжается смазочным маслом, распыляемым от цепи 72 привода механизма газораспределения благодаря центробежной силе.
Установочный кронштейн 81b выполнен в форме буквы L так, чтобы крепиться к монтажной поверхности 2b для двигателя (фиг.2), сформированной на боковом участке головки 2 блока цилиндров. Также, как показано на фиг.1 и 2, борт 81d имеет такую форму, что борт может быть вставлен в цилиндрическое установочное отверстие 3а, сформированное в боковой стенке крышки 3 коромысел. Кольцевой маслоуплотнительный элемент 98 надет на внешнюю периферийную поверхность борта 81d таким образом, что он выступает от него. Установочное отверстие 3а расположено сбоку и снаружи охватываемой части 91а узла 85 червячного вала и наклонено под тем же углом, что и червячный вал 84.
Используя конструктивную схему, описанную выше, электродвигатель 81 объединяется с узлом 85 червячного вала. В частности, как показано на фиг.2 и 3, борт 81d вставляется в установочное отверстие 3а, при этом направляясь им, и далее охватывающая часть 91b, прикрепленная к дальнему концу вала 81с двигателя, вводится во взаимодействие с охватываемой частью 91а узла 85 червячного вала, установочный кронштейн 81b прикрепляется болтами к монтажной поверхности 2b для двигателя на головке 2 блока цилиндров, в результате чего электродвигатель 81 прикрепляется с возможностью отсоединения к узлу 85 червячного вала. Соединитель 91 имеет функцию амортизации несоосности между валом 81с электродвигателя 81 и червячным валом 84, и соответственно, управляющий поворот двигателя 81 может быть правильно передан на узел 85 червячного вала.
Как показано на фиг.2, борт 81d имеет маслоуплотнительный элемент 98, надетый на него. Таким образом, когда борт 81d вставлен в установочное отверстие 3а, только маслоуплотнительный элемент 98 вступает в упругий контакт с внутренней поверхностью установочного отверстия 3а, тогда как внешняя периферийная поверхность борта 81d находится на расстоянии от внутренней поверхности установочного отверстия 3а. Благодаря такой конструктивной схеме электродвигатель 81 защищен от воздействия не только осевой нагрузки, но также и от вибраций, передаваемых от крышки 3 коромысел.
Далее будет описана работа регулируемой системы 20 привода. клапанов приведенной выше конструкции.
Распределительный вал 26 приводится в движение (поворачивается) поворотом выхода коленчатого вала 9, передаваемого на него через цепь 74, движущуюся в направлении, обозначенном стрелками на фиг.1 и 2.
Когда распределительный вал 26 поворачивается, ролик 63 центрального коромысла 60, показанный на фиг.5, смещается впускным кулачком 26а так, что приводное воздействие на клапаны является выходным воздействием от центрального коромысла 60. То есть, когда ролик 63 смещается впускным кулачком 26а, центральное коромысло 60 совершает качательное движение вверх-вниз вокруг пальца 64.
Ролик 52 качающегося кулачка 50 принимает качательное движение центрального коромысла от наклонной поверхности 61а, с которой ролик 52 находится в контакте качения. Следовательно, качающийся кулачок 50 циклически качается вверх-вниз с помощью наклонной поверхности 61а с роликом 52, катящимся по наклонной поверхности 61а. Благодаря качательному движению качающегося кулачка 50 криволинейная поверхность 51 циклически перемещается вверх и вниз.
Так как криволинейная поверхность 51 находится в контакте качения с игольчатым роликом 42 коромысла 40, игольчатый ролик 42 периодически толкается криволинейной поверхностью 51, и таким образом коромысло 40 совершает качательное движение вокруг управляющего вала 28, заставляя открываться и закрываться пару впускных клапанов 14.
С другой стороны, каждое коромысло 67 стороны выпуска, находящееся в контакте качения с соответствующим выпускным кулачком 26b, приводится в движение в соответствии с профилем кулачка 26b. В результате, коромысла 67 стороны выпуска качаются вверх и вниз вокруг оси 27 коромысел стороны выпуска, открывая и закрывая соответствующие выпускные клапаны 15.
Предполагается, что в соответствии с командами от контроллера (не показан) электродвигатель 81 работает для изменения величины подъема клапана в сторону ее увеличения. В этом случае, поворот электродвигателя 81 передается через соединитель 91 к червячному валу 84, заставляя поворачиваться секторное червячное колесо 83, находящееся в зацеплении счервячным валом 84 (в направлении увеличения подъема, показанном на фиг.2). Следовательно, поворот электродвигателя 81 передается на управляющий вал 28, будучи при этом уменьшенным по скорости, чтобы повернуть управляющий вал 28 в угловое положение, соответствующее требуемым характеристикам клапана. Благодаря повороту управляющего вала 28 положение пальца 64 центрального коромысла 60 смещается. В результате ролик 63 центрального коромысла 60 смещается относительно впускного кулачка 26а в направлении его поворота таким образом, что криволинейная поверхность 51 качающегося кулачка 50 оказывается расположенной почти вертикально, как показано на фиг.5.
Криволинейная поверхность 51, расположенная таким образом, заставляет игольчатый ролик 42 совершать возвратно-поступательное движение или катиться внутри области высокого подъема криволинейной поверхности, область высокого подъема - это, например, область, в которой соотношение между участками основной окружности и подъема таково, что участок основной окружности имеет наименьшую длину, тогда как участок подъема имеет наибольшую длину. Следовательно, впускные клапаны 14 приводятся в движение так, что может быть получена, например, максимальная величина подъема. То есть, впускные клапаны 14 поднимаются на протяжении всего участка подъема (от вершины к основанию) впускного кулачка 26а.
Предположим теперь, что электродвигатель 81 поворачивается в противоположном направлении, чтобы изменить величину подъема клапана в меньшую сторону. В этом случае поворот электродвигателя 81 передается через соединитель 91 к червячному валу 84, чтобы заставить секторное червячное колесо 83 поворачиваться в противоположном направлении (в направлении уменьшения подъема, показанном на фиг.2). Следовательно, поворот электродвигателя 81 передается на управляющий вал 28, будучи при этом уменьшен по скорости, чтобы повернуть управляющий вал 28 в угловое положение, соответствующее требуемым характеристикам клапана.
Благодаря повороту управляющего вала 28 положение оси поворота (пальца 64) центрального коромысла 60 смещается в направлении впускного клапана 26а. В результате, ролик 63 центрального коромысла 60 смещается относительно впускного кулачка 26а в направлении, противоположном направлению поворота кулачка 26а. Тем самым, положение контакта качения между центральным коромыслом 60 и впускным кулачком 26а смещается в направлении ускорения вдоль впускного кулачка 26а. Благодаря смещению положения контакта качения вершина кривой подъема клапана смещается в направлении ускорения. Когда центральное коромысло 60 смещено, наклонная поверхность 61а также смещается в направлении ускорения. Благодаря смещению центрального коромысла 60 качающийся кулачок 50 располагается таким образом, что криволинейная поверхность 51 оказывается направленной вниз. Когда наклон криволинейной поверхности 51 достигает горизонтали, область криволинейной поверхности 51, внутри которой игольчатый ролик 42 совершает возвратно-поступательное движение, то есть соотношение между участками основной окружности и подъема криволинейной поверхности 51 изменяется так, что участок основной окружности становится длиннее, тогда как участок подъема становится короче. Когда соотношение между участками изменяется, режим работы впускных клапанов 14 бесступенчато изменяется от режима, в котором впускные клапаны 14 поднимаются на протяжении всего диапазона подъема впускного клапана 26а, к режиму, в котором впускные клапаны 14 поднимаются только на протяжении ограниченной области диапазона подъема, близкого к вершине.
Таким образом, в соответствии с входным воздействием в форме поворотного перемещения от управляющего вала 28 параметры работы клапанов, а именно момент открытия/закрытия и величина подъема впускных клапанов 14, бесступенчато регулируются таким образом, что момент закрытия клапана сильно изменяется, тогда как момент открытия клапана остается почти таким же, что и для максимального подъема клапана.
Во время регулируемого управления параметров работы клапанов, цепь 72 привода механизма газораспределения постоянно снабжается смазочным маслом, чтобы смазывать различные детали. В частности, в звездочке 70 распределительного вала, где направление движения цепи 72 привода механизма газораспределения изменяется, как показано на фиг.7 и 8, значительное количество смазочного масла, нанесенного на цепь 72, распыляется благодаря центробежной силе, действующей на него.
Так как червячное колесо 83 и червячный вал 84 механизма 82 уменьшения скорости типа червячной передачи расположены вблизи цепи 72 привода механизма газораспределения, как показано на фиг.7 и 8, и таким образом открыты для струи Р смазочного масла, участок 95 зацепления между червячным колесом 83 и червячным валом 84 всегда смазывается струей Р свежего смазочного масла. Хотя к участку 95 зацепления между червячным колесом 83 и червячным валом 84 прилагается большая сила противодействия клапана (когда величина подъема клапана большая) или он удерживается в фиксированном положении (в равновесном состоянии), участок 95 может быть постоянно смазан свежим смазочным маслом. Далее, струя Р свежего смазочного масла достигает области вокруг участка 95 зацепления, то есть опорной поверхности 90 с, поддерживающей червячный вал 84, осевой опоры 96, воспринимающей осевую нагрузку, и соединителя 91, так что эти детали могут быть также достаточно смазаны.
Следовательно, участок 95 зацепления механизма 82 понижения скорости типа червячной передачи (передаточного механизма) может быть смазан с использованием существующей части для привода регулируемого механизма 21 привода клапанов, а именно цепи 72 привода механизма газораспределения, таким образом делая ненужным формирование масляных каналов или им подобных, которое ведет к усложнению конструкции и увеличивает ее стоимость. Благодаря такой системе смазки износ участка зацепления сдерживается, увеличивая срок службы и надежность передаточного механизма, а также, так как трение на участке зацепления уменьшено, соответствующая характеристика передаточного механизма улучшается. Далее, передаточный механизм и его привод могут быть сделанными компактными по размеру.
В частности, участок 95 зацепления между червячным колесом 83 и червячным валом 84 расположен над цепью 72 (замкнутым удлиненным элементом), которая огибает распределительный вал 28, и смещен вперед относительно направления движения цепи 72 привода механизма газораспределения. Благодаря такому расположению механизма 82 понижения скорости типа червячной передачи становится возможным заставить струю Р свежего смазочного масла, распыляемого от цепи 72 привода механизма газораспределения, достигать участка 95 зацепления.
Кроме того, так как струя Р масла принимается на боковой поверхности червячного колеса 83, к участку 95 зацепления может быть подано большое количество смазочного масла. А именно, механизм 82 понижения скорости типа червячной передачи, который воспринимает большую силу противодействия клапана и имеет большое передаточное отношение понижения скорости, пригодное для привода управляющего вала 28, может быть использован для подачи большого количества струи Р свежего смазочного масла к участку 95 зацепления, а также, так как количество масляного облака, распыленного внутри крышки коромысел, может быть ограничено, потребление масла может быть уменьшено.
Там, где червячное колесо 83 имеет уклон 70а (направляющую), сформированный на его боковой поверхности, подача смазочного масла может быть еще более стабилизирована. Более конкретно, струя Р смазочного масла, распыляемого с цепи 72 привода механизма газораспределения, как показано на фиг.7 и 8, принимается на скошенной поверхности червячного колеса 83 в больших количествах, формируя капли масла. Капли масла текут вдоль уклона 70а и точно направляются к зубьям 87 червячного колеса 83. Соответственно, участок 95 зацепления, к которому прилагается сила противодействия клапана или который, в равновесном состоянии, удерживается в фиксированном положении, может стабильно снабжаться большим количеством смазочного масла.
Кроме того, механизм 82 понижения скорости типа червячной передачи имеет раздельную конструкцию, образованную червячным колесом 83 и узлом 85 червячного вала, отдельным от червячного колеса 83. Таким образом, в сравнении с единой конструкцией, в которой червячное колесо 83 и червячный вал 84 объединены в один узел, в данном случае собрать вместе червячное колесо 83 и червячный вал 84 становится легче. Более конкретно, и зубья 87 червячного колеса 83, и зубья 84а червячного вала 84 обычно косо изогнуты. В случае единой конструкции требуется выполнить сложную работу для сцепления двух частей передачи вместе, то есть поворачивая червячный вал 84 его нужно ввести в зацепление с червячным колесом 83. Раздельная конструкция не требует такой сложной работы. А именно, после того как червячное колесо 83 устанавливается на управляющем валу 28, червяк 84а извне зацепляется с зубьями 87 червячного колеса 83, и затем узел 85 червячного колеса крепится в соответствующих посадочных местах 94 соответствующего держателя 32, в результате механизм 82 уменьшения скорости типа червячной передачи может быть легко установлен на головке 2 блока цилиндров. Далее, так как механизм для установки червячного вала 84 является простым, раздельная конструкция может быть упрощена.
Настоящее изобретение не ограничивается только описанным выше вариантом воплощения и может быть модифицировано различным образом, не выходя за пределы объема изобретения. Например, в приведенном выше варианте воплощения настоящее изобретение применяется в регулируемой системе привода клапанов для бесступенчатого регулирования характеристик впускных клапанов, хотя оно также может быть применено в регулируемой системе привода клапанов для бесступенчатого регулирования характеристик выпускных клапанов. Также, в приведенном выше варианте воплощения регулируемая система привода клапанов выполнена с возможностью регулирования величины подъема клапана и момента открытия/закрытия клапана одновременно. Настоящее изобретение также применимо для регулируемой системы привода клапанов, предназначенной регулировать только либо величину подъема клапана, либо момент открытия/закрытия клапана, например, для регулируемой системы привода клапанов, использующей непостоянную кинематическую связь для регулирования момента открытия/закрытия клапана.