内燃发动机的气门机构.pdf

本发明包括摇臂(10)，所述摇臂具有支承部(12)和摇臂滚轮(20)。本发明还包括液压间隙调节器(14)。液压间隙调节器(14)具有待插入支承部(12)内的枢转支点(16)并支撑摇臂(20)的一端。枢转支点(16)具有球形曲面，而支承部(12)具有炮弹形凹部。摆臂(22)以与凸轮轴的旋转同步的方式旋转并向摇臂滚轮(20)施加滚轮压力。当气门头部(18)的升程增大时，摆臂(22)推压摇臂滚轮(20)的方向朝向液压间隙调节器(14)移动。通过相对于液压间隙调节器(14)的轴线以α°的角度倾斜支承部(12)的轴线来倾斜密切圆(44)。

1.  一种内燃发动机的气门机构，包括：
摇臂，其在一端处具有支承部并在中部区域处具有摇臂滚轮；
间隙调节器，其具有待插入所述支承部的枢转支点并支撑所述摇臂的一端；
气门头部，其与所述摇臂的另一端相接触；以及
传动构件，其以与凸轮轴的旋转同步的方式周期性地操作以便周期性地推压所述摇臂滚轮；
其中，从所述传动构件施加至所述摇臂滚轮的滚轮压力的方向随着所述气门头部的升程量而变化；
所述支承部和所述枢转支点具有不同的曲率，使得所述支承部与所述枢转支点之间的接触形成密切圆；并且
零升程状态下的密切圆的轴线相对于所述间隙调节器的轴线朝最大力传递点倾斜，所述最大力传递点比最大升程状态下的密切圆上的其它任何点传递更大的力。

2.  一种内燃发动机的气门机构，包括：
摇臂，其在一端处具有支承部并在中部处具有摇臂滚轮；
间隙调节器，其具有待插入所述支承部的枢转支点并支撑所述摇臂的一端；
气门头部，其与所述摇臂的另一端相接触；以及
传动构件，其以与凸轮轴的旋转同步的方式周期性地操作以便周期性地推压所述摇臂滚轮；
其中，从所述传动构件施加至所述摇臂滚轮的滚轮压力的方向随着所述气门头部的升程量而变化；
所述支承部和所述枢转支点具有不同的曲率，使得所述支承部与所述枢转支点之间的接触形成密切圆；并且
零升程状态下的密切圆的轴线相对于所述零升程状态下所述滚轮压力的方向朝最大力传递点倾斜，所述最大力传递点比最大升程状态下的密切圆上的其它任何点传递更大的力。

3.  一种内燃发动机的气门机构，包括：
摇臂，其在一端处具有支承部并在中部处具有摇臂滚轮；
间隙调节器，其具有待插入所述支承部的枢转支点并支撑所述摇臂的一端；
气门头部，其与所述摇臂的另一端相接触；以及
传动构件，其以与凸轮轴的旋转同步的方式周期性地操作以便周期性地推压所述摇臂滚轮；
其中，从所述传动构件施加至所述摇臂滚轮的滚轮压力的方向随着所述气门头部的升程量而变化；
所述支承部和所述枢转支点具有不同的曲率，使得所述支承部与所述枢转支点之间的接触形成密切圆；并且
零升程状态下的密切圆的轴线相对于所述气门头部的轴线朝最大力传递点倾斜，所述最大力传递点比最大升程状态下的密切圆上的其它任何点传递更大的力。

4.  如权利要求1至3中任一项所述的内燃发动机的气门机构，其中，在零升程状态下，所述间隙调节器的轴线平行于所述滚轮压力的方向。

5.  如权利要求1至4中任一项所述的内燃发动机的气门机构，其中，所述间隙调节器的轴线平行于所述气门头部的轴线。

6.  如权利要求1至5中任一项所述的内燃发动机的气门机构，
其中，所述枢转支点具有与所述支承部相接触的球形曲面；并且
所述支承部是炮弹形凹部，所述炮弹形凹部具有与所述枢转支点相接触且曲率半径大于所述球形曲面的曲面，所述支承部的轴线具有应当由所述密切圆的轴线来满足的倾度。

7.  如权利要求6所述的内燃发动机的气门机构，
其中，所述传动构件构造为使得随着所述气门头部的升程量的增大，所述传动构件与所述摇臂滚轮之间的接触位置在所述摇臂滚轮上朝向所述间隙调节器移动；并且
所述密切圆的倾度设定为使得在最大升程状态下在所述最大力传递点处从所述支承部传递至所述枢转支点的力相对于所述球形曲面的中心指向所述间隙调节器的主体。

8.  如权利要求6所述的内燃发动机的气门机构，
其中，所述传动构件构造为使得随着所述气门头部的升程量的增大，所述传动构件与所述摇臂滚轮之间的接触位置在所述摇臂滚轮上朝向所述气门头部移动；并且
所述密切圆的倾度设定为使得在零升程状态下施加至最大力传递点的力相对于所述球形曲面的中心指向所述间隙调节器的主体，其中所述最大力传递点比零升程状态下的密切圆上的其它任何点传递更大的力。

9.  如权利要求1至5中任一项所述的内燃发动机的气门机构，
其中，所述支承部是凹部，所述凹部具有与所述枢转支点相接触的球形曲面；并且
所述枢转支点在用于插入所述支承部的部分处具有通过环切曲率半径小于所述支承部的球形曲面的球形曲面的一部分所获得的形状，所述环切部分的轴线具有应当由所述密切圆的轴线来满足的倾度。

10.  如权利要求9所述的内燃发动机的气门机构，其中，所述环切部分的倾度设定为使得在最大升程状态下在所述最大力传递点处从所述支承部传递至所述枢转支点的力相对于所述球形曲面的中心指向所述间隙调节器的主体。

11.  如权利要求1至10中任一项所述的内燃发动机的气门机构，进一步包括：
控制轴，其用作所述传动构件的旋转中心轴；
基本旋转位置改变机构，其用于根据所述控制轴的位置来改变零升程状态下所述传动构件的基本旋转位置；以及
凸轮操作转换机构，其用于将包含在所述凸轮轴中的凸轮的运动转换为所述传动构件的摆动，所述摆动开始于所述基本旋转位置；
其中，连接所述控制轴的中心和所述摇臂滚轮的中心的直线平行于所述间隙调节器的轴线。

内燃发动机的气门机构
技术领域
本发明涉及一种内燃发动机的气门机构，且更具体地，涉及一种具有如下结构的气门机构：即，在该结构中，施加到附接于摇臂的摇臂滚轮上的力的方向随着气门头部的升程量而变化。
背景技术
例如日本专利JP-A-2003-239712公开了一种已知气门机构，其使用具有摇臂滚轮的摇臂来驱动气门头部。在这种常规气门机构中，摇臂在其一端处具有支承部，并在其另一端处与气门头部接触。摇臂滚轮位于这两个端部之间。
间隙调节器在其前端处具有枢转支点。枢转支点由摇臂的支承部枢转地支撑。当摇臂滚轮受压时，上述构造使得摇臂在枢转支点上转动，从而沿气门开启方向推动气门头部。因此，当摇臂滚轮周期性地摆动时，能够周期性地打开/关闭气门头部。
在上述常规气门机构中，可变气门机构位于摇臂滚轮上方。可变气门机构包括与摇臂滚轮相接触的摆臂以及定位于摆臂与凸轮轴之间的转换机构。转换机构能够将凸轮轴的旋转运动转换为摆臂的摆动运动，并能够根据外部指令改变摆臂的基本姿态。
当摆臂的基本姿态改变时，摆臂操作开始的摆动开始位置与摆臂开始推动摇臂滚轮的加压开始位置之间的摆动角发生改变。当摆动角改变时，摇臂滚轮的最大位移量改变，因而，气门头部的最大升程量改变。通过这种方式，上述常规气门机构能够改变气门头部的最大升程量。
关于本发明，申请人得知以下文献作为现有技术。
【专利文献1】日本专利JP-A-2003-239712
发明内容
可能要求内燃发动机的气门头部具有大的升程量。尤其是，具有可变气门机构的内燃发动机能够在不受小升程要求的限制的情况下产生足够大的升程，因为其能够自由改变升程量。因此，可以为这样的内燃发动机设定特别大的最大升程。
在前述常规气门机构中，摇臂滚轮与摆臂相接触的位置是不固定的。该位置随着摆臂的摆动角而变化。例如，如果摇臂滚轮与摆臂在旋转中心的正上方处接触，则从摆臂输入至摇臂滚轮的力恒定地向下推压摇臂。但是，如果摇臂滚轮与摆臂接触的位置从旋转中心正上方的位置横向移位，则从摆臂输入至摇臂滚轮的力除了包括用于向下推压摇臂的分量之外，还包括用于沿横向方向推压摇臂的分量(横向分量)。
气门头部所需的升程量越大，则摇臂滚轮与摆臂相接触的位置越有可能从摇臂滚轮正上方的位置横向移位。因此，升程量越大，越有可能向摇臂滚轮输入大的横向分量。
输入至摇臂滚轮的力传递成用于将摇臂的支承部压靠在间隙调节器的枢转支点上的力。输入至摇臂滚轮的力中所包括的横向分量朝着枢转支点横向推压支承部。枢转支点的表面是球形曲面。因此，当向支承部施加强的横向力时，支承部可沿枢转支点的球形曲面产生位移，在枢转支点上升起，并离开枢转支点。
常规气门机构并非设计用于处理上述情况。更具体地，如果试图进一步增大升程量，则常规气门机构不能防止支承部上升和离开。在这样的情况下，对于常规气门机构而言难以满足进一步增大升程量的要求。
已做出本发明以解决上述问题。本发明的目的在于提供一种能够使气门头部具有足够大升程量并能够适当防止摇臂的支承部在间隙调节器的枢转支点上升起的内燃发动机的气门机构。
上述目的通过根据本发明第一方面的内燃发动机的气门机构来实现。所述气门机构包括：摇臂，其在一端处具有支承部并在中部区域处具有摇臂滚轮；间隙调节器，其具有待插入所述支承部的枢转支点并支撑所述摇臂的一端；气门头部，其与所述摇臂的另一端相接触；以及传动构件，其以与凸轮轴的旋转同步的方式周期性地操作以便周期性地推压所述摇臂滚轮。从所述传动构件施加至所述摇臂滚轮的滚轮压力的方向随着所述气门头部的升程量而变化。所述支承部和所述枢转支点具有不同的曲率，使得所述支承部与所述枢转支点之间的接触形成密切圆。零升程状态下的密切圆的轴线相对于所述间隙调节器的轴线朝最大力传递点倾斜，所述最大力传递点比最大升程状态下的密切圆上的其它任何点传递更大的力。
在本发明第二方面中，内燃发动机的气门机构，包括：摇臂，其在一端处具有支承部并在中部处具有摇臂滚轮；间隙调节器，其具有待插入所述支承部的枢转支点并支撑所述摇臂的一端；气门头部，其与所述摇臂的另一端相接触；以及传动构件，其以与凸轮轴的旋转同步的方式周期性地操作以便周期性地推压所述摇臂滚轮。从所述传动构件施加至所述摇臂滚轮的滚轮压力的方向随着所述气门头部的升程量而变化。所述支承部和所述枢转支点具有不同的曲率，使得所述支承部与所述枢转支点之间的接触形成密切圆。零升程状态下的密切圆的轴线相对于所述零升程状态下所述滚轮压力的方向朝最大力传递点倾斜，所述最大力传递点比最大升程状态下的密切圆上的其它任何点传递更大的力。
在本发明第三方面中，内燃发动机的气门机构，包括：摇臂，其在一端处具有支承部并在中部处具有摇臂滚轮；间隙调节器，其具有待插入所述支承部的枢转支点并支撑所述摇臂的一端；气门头部，其与所述摇臂的另一端相接触；以及传动构件，其以与凸轮轴的旋转同步的方式周期性地操作以便周期性地推压所述摇臂滚轮。从所述传动构件施加至所述摇臂滚轮的滚轮压力的方向随着所述气门头部的升程量而变化。所述支承部和所述枢转支点具有不同的曲率，使得所述支承部与所述枢转支点之间的接触形成密切圆。零升程状态下的密切圆的轴线相对于所述气门头部的轴线朝最大力传递点倾斜，所述最大力传递点比最大升程状态下的密切圆上的其它任何点传递更大的力。
在本发明第四方面中，在零升程状态下，所述间隙调节器的轴线可平行于所述滚轮压力的方向。
在本发明第五方面中，所述间隙调节器的轴线可平行于所述气门头部的轴线。
在本发明第六方面中，所述枢转支点可具有与所述支承部相接触的球形曲面。另外，所述支承部可以是炮弹形凹部，所述炮弹形凹部具有与所述枢转支点相接触且曲率半径大于所述球形曲面的曲面。所述支承部的轴线具有应当由所述密切圆的轴线来满足的倾度。
在本发明第七方面中，所述传动构件可构造为使得随着所述气门头部的升程量的增大，所述传动构件与所述摇臂滚轮之间的接触位置在所述摇臂滚轮上朝向所述间隙调节器移动。另外，所述密切圆的倾度设定为使得在最大升程状态下在所述最大力传递点处从所述支承部传递至所述枢转支点的力相对于所述球形曲面的中心指向所述间隙调节器的主体。
在本发明第八方面中，所述传动构件可构造为使得随着所述气门头部的升程量的增大，所述传动构件与所述摇臂滚轮之间的接触位置在所述摇臂滚轮上朝向所述气门头部移动。另外，所述密切圆的倾度设定为使得在零升程状态下施加至最大力传递点的力相对于所述球形曲面的中心指向所述间隙调节器的主体，其中所述最大力传递点比零升程状态下的密切圆上的其它任何点传递更大的力。
在本发明第九方面中，所述支承部可以是凹部，所述凹部具有与所述枢转支点相接触的球形曲面。另外，所述枢转支点在用于插入所述支承部的部分处可具有通过环切曲率半径小于所述支承部的球形曲面的球形曲面的一部分所获得的形状。所述环切部分的轴线可具有应当由所述密切圆的轴线来满足的倾度。
在本发明第十方面中，所述环切部分的倾度可设定为使得在最大升程状态下在所述最大力传递点处从所述支承部传递至所述枢转支点的力相对于所述球形曲面的中心指向所述间隙调节器的主体。
在本发明第十一方面中，根据本发明第一方面至第十方面中任一方面的气门机构可进一步包括：控制轴，其用作所述传动构件的旋转中心轴；基本旋转位置改变机构，其用于根据所述控制轴的位置来改变零升程状态下所述传动构件的基本旋转位置；以及凸轮操作转换机构，其用于将包含在所述凸轮轴中的凸轮的运动转换为所述传动构件的摆动，所述摆动开始于所述基本旋转位置。连接所述控制轴的中心和所述摇臂滚轮的中心的直线平行于所述间隙调节器的轴线。
按照本发明第一方面，摇臂的支承部和间隙调节器的枢转支点在密切圆上彼此接触。因此，从传动构件输入至摇臂滚轮的力经由密切圆从支承部传递至枢转支点。根据本发明的气门机构为：零升程状态下的密切圆的轴线相对于间隙调节器的轴线朝最大力传递点倾斜。最大力传递点比最大升程状态下的密切圆上的任何其它点传递较大的力。当密切圆的轴线朝最大力传递点的倾斜度增大时，施加至最大力传递点的力的方向与密切圆的轴线之间的平行度增大。施加至最大力传递点的力的方向与密切圆的轴线之间的平行度越高，则支承部越少可能在枢转支点上升起。因此，即使在要产生足够大的最大升程量时，本发明也能够有效防止摇臂的支承部在间隙调节器的枢转支点上升起。
按照本发明第二方面，零升程状态下的密切圆的轴线相对于零升程状态下的滚轮压力的方向朝最大力传递点倾斜。当密切圆的轴线朝最大力传递点倾斜时，支承部不可能在枢转支点上升起。因此，即使在要产生足够大的最大升程量时，本发明也能够有效防止摇臂的支承部在间隙调节器的枢转支点上升起。
按照本发明第三方面，零升程状态下的密切圆的轴线相对于气门头部的轴线朝最大力传递点倾斜。当密切圆的轴线朝最大力传递点倾斜时，支承部不可能在枢转支点上升起。因此，即使在要产生足够大的最大升程量时，本发明也能够有效防止摇臂的支承部在间隙调节器的枢转支点上升起。
按照本发明第四方面，间隙调节器的轴线平行于零升程状态下的滚轮压力的方向。当间隙调节器伸长或缩短时，其对摇臂周围的间隙进行调节。本发明的构造使得间隙调节器在与零升程状态下的滚轮压力的方向相同的方向上伸长和缩短。因此，能够充分减小由于间隙调节器的伸长/缩短所引起的摇臂的姿态改变。因此，本发明能够实施控制以充分减小由于气缸之间的气门开启特性的差异和短暂变化而产生的气门开启特性的变化。
按照本发明第五方面，间隙调节器的轴线平行于气门头部的轴线。有必要为气缸盖设置用于插入气门杆的开口以及用于插入间隙调节器的开口。本发明的构造使得可能从相同的方向制备这些开口。因此，本发明能够简化内燃发动机的制造过程。
按照本发明第六方面，通过具有球形曲面的枢转支点以及成形为类似炮弹形的支承部实现了用间隙调节器支撑摇臂的结构。炮弹形空间与插入至该炮弹形空间内的球形曲面在轴线为炮弹形空间的中心轴的圆上彼此接触。因此，本发明形成了与支承部共轴的密切圆。在本发明中，支承部的轴线具有应当由密切圆的轴线来满足的倾度。因此，本发明必然能够形成具有期望倾度的密切圆。
按照本发明第七方面，传动构件在大升程状态下从侧面朝向间隙调节器推压摇臂滚轮。因此，在大升程状态下，横向力施加到摇臂的支承部以便从侧面朝向间隙调节器推压枢转支点。在本发明中，当支承部的轴线改变时，即，当摇臂的姿态改变时，密切圆轴线的方向改变。当升程量增大时，摇臂的姿态改变以降低其朝向气门头部定位的端部。因此，当升程量增大时，密切圆的轴线沿取消零升程状态下的倾斜方向的方向改变。由此，本发明的构造产生了支承部极有可能在最大升程状态下在枢转支点上升起的情况。在这些前提下，本发明保证了在最大升程状态下传递至枢转支点的力相对于枢转支点的球形曲面的中心指向间隙调节器的主体。因此，本发明能够在从零升程至最大升程的所有状态内防止支承部在枢转支点上升起。
按照本发明第八方面，传动构件在大升程状态下从侧面朝向气门头部推压摇臂滚轮。因此，在大升程状态下，横向力施加到摇臂的支承部以便从侧面朝向气门头部推压枢转支点。同时，在本发明中，当摇臂的姿态根据升程的增大而改变时，密切圆的轴线沿增大零升程状态下的倾度的方向改变。因此，如果在零升程状态下支承部未在枢转支点上升起，则本发明的构造不会建立支承部在随后的升程量增大过程中升起的条件。在这些前提下，本发明保证了在零升程状态下传递至枢转支点的力相对于枢转支点的球形曲面的中心指向间隙调节器的主体。因此，本发明能够在从零升程至最大升程的所有状态内防止支承部在枢转支点上升起。
按照本发明第九方面，通过具有部分为环形表面的球形曲面的枢转支点以及具有球形曲面内壁的支承部实现了用间隙调节器支撑摇臂的结构。此结构使得枢转支点在所述环形部分的外周与支承部接触。所述外周形成密切圆。在这种情况下，密切圆的轴线保持固定而与摇臂的姿态无关。在本发明中，枢转支点的环形位置的轴线具有应当由密切圆的轴线来满足的倾度。因此，本发明必然能够形成具有期望倾度的密切圆。
按照本发明第十方面，枢转支点的环形部分的外周形成密切圆。因此，密切圆的轴线保持固定而与摇臂的姿态无关。在这种情况下，无论传动构件是从侧面朝向间隙调节器推压摇臂滚轮，还是从侧面朝向气门头部推压摇臂滚轮，支承部都极有可能在最大升程状态下在枢转支点上升起，其中在最大升程状态下，作为这种摇臂滚轮压力，可能容易地产生大的横向力。在这些前提下，本发明保证了在最大升程状态下传递至枢转支点的力相对于枢转支点的球形曲面的中心指向间隙调节器的主体。因此，本发明能够在从零升程至最大升程的所有状态内防止支承部在枢转支点上升起。
按照本发明第十一方面，根据控制轴位置来改变升程量的可变气门机构能够与本发明第一方面至第十方面中的任一方面结合。此外，按照本发明第十一方面，通过使连接控制轴中心和摇臂滚轮中心的直线平行于间隙调节器的轴线，能够调节零升程状态下摇臂滚轮接收的力使其与间隙调节器的伸长/缩短的方向匹配。因此，本发明能够实现可变气门机构的各种功能，同时充分减小气门开启特性中的短暂变化以及气缸之间的气门开启特性的差异。
附图说明
图1图示了根据本发明第一实施方式的气门机构的构造；
图2示出了图1所示的气门机构，其中，摆臂正通过被凸轮尖推压而旋转；
图3A和3B图示了根据本发明第一实施方式的气门机构的特征构造；
图4A和4B图示了待与根据本发明第一实施方式的气门机构进行对比的比较示例在零升程状态下的构造；
图5A和5B图示了所述比较示例在最大升程状态下的构造；
图6A和6B图示了根据本发明第一实施方式的气门机构在零升程状态下的构造；
图7A和7B图示了根据本发明第一实施方式的气门机构在最大升程状态下的构造；
图8图示了根据本发明第二实施方式的气门机构的构造；
图9示出了图8所示的气门机构，其中，摆臂正通过被凸轮尖推压而旋转；
图10A和10B图示了根据本发明第二实施方式的气门机构在零升程状态下的构造；
图11A和11B图示了根据本发明第二实施方式的气门机构在最大升程状态下的构造；
图12图示了根据本发明第三实施方式的气门机构的特征构造；
图13A和13B图示了根据本发明第三实施方式的气门机构在零升程状态下的构造；
图14A和14B图示了根据本发明第三实施方式的气门机构在最大升程状态下的构造；
图15图示了根据本发明第四实施方式的气门机构的特征构造；
图16A和16B图示了根据本发明第四实施方式的气门机构在零升程状态下的构造；以及
图17A和17B图示了根据本发明第四实施方式的气门机构在最大升程状态下的构造。
具体实施方式
第一实施方式
〖第一实施方式的构造〗
图1图示了根据本发明第一实施方式的气门机构的构造。根据第一实施方式的气门机构安装在内燃发动机的气缸盖内，并用作驱动内燃发动机的进气门或排气门的机构。如图1所示，该机构包括摇臂10。
摇臂10在其一端处具有支承部12。液压间隙调节器(HLA)14的枢转支点16插入支承部12中。内燃发动机的气缸盖具有用于保持HLA 14的孔。HLA 14在被插入孔中的同时紧固至气缸盖。HLA 14通过以液压方式调节枢转支点16在轴线方向上的位置来适当调节摇臂10附近的间隙。
摇臂10的另一端与气门头部18的上端部接触。气缸盖具有用于保持气门头部18的孔。气门头部18以可滑动方式保持于孔中并由气门弹簧(未示出)推压向摇臂10。图1示出摇臂10处于零升程状态下且气门头部18相应地保持于完全关闭位置。
摇臂滚轮20定位于摇臂10的中部。摇臂滚轮20能够围绕紧固于摇臂的中心轴自由旋转。摆臂22定位在摇臂滚轮20上方以便将凸轮的压力传递至摇臂滚轮20。
控制轴24插入摆臂22内。摆臂22能够通过将控制轴24用作为旋转轴来摆动。摆臂22具有定位于与摇臂滚轮20相接触的区段中的弧形区26和压力区28。弧形区26形成为画出与控制轴24的中心具有均匀距离的弧。压力区28形成为使得距控制轴24中心的距离随着与前端(图1中的左下部分)的距离减小而增大。
滑动滚轮30定位成与摇臂滚轮20相对，使得摆臂22夹在摇臂滚轮20与滑动滚轮30之间。参考图1，中间臂32定位在摆臂22之后。滑动滚轮30由中间臂32的前端以可旋转方式保持并定位于摆臂22与凸轮34之间。
中间臂32经由连杆机构36耦连至控制轴24。连杆机构36运转使得控制轴24的枢转运动反映于滑动滚轮30的位置中。在图1所示的构造中，滑动滚轮30的位置由凸轮34、摆臂22、以及连杆机构36来控制。如图1所示，当控制轴24旋转以改变连杆机构36的状态时，滑动滚轮30在夹于凸轮34与摆臂22之间的同时向上或向下移动。
〖气门机构的操作〗
图1示出凸轮34的基面与滑动滚轮30相接触。在这种情况下，摆臂22在弧形区26内与摇臂滚轮20相接触。因此，处于零升程状态。当凸轮34旋转时，滑动滚轮30由凸轮尖推压。当滑动滚轮30受到推压时，摆臂22围绕控制轴24旋转并转向摇臂滚轮20。
在摆臂22于上述旋转之后在弧形区26内与摇臂滚轮20相接触时，摇臂10的姿态保持不变使得零升程状态持续。以下将此位置称作为摆臂22的“基本位置”。在摆臂22处于基本位置时，摇臂滚轮20与摆臂22之间的接触点位于连接摇臂滚轮20中心和控制轴24中心的直线上。以下将此接触点称作为“基本接触点”。
图2示出摆臂22被凸轮尖推压而进一步旋转。当摆臂22的旋转角度增大时，压力区28开始推压摇臂滚轮20。因此，摇臂10在HLA 14的枢转支点16上旋转以沿气门开启方向举升气门头部18。在摆臂22与摇臂滚轮20在压力区28内接触的情况下，摆臂22旋转角度的增大，即，气门头部18升程量的增大使得摇臂滚轮20与摆臂22的接触点从上述基本接触点(参见图1)朝向HLA 14移动。
在图1所示气门机构中，通过旋转控制轴24能够改变滑动滚轮30的位置。当滑动滚轮30从图1所示的位置向上或向下移动时，摆臂22的基本位置改变。当摆臂22的基本位置从图1所示的位置变化到在顺时针旋转时到达的位置时，摆臂22随着被凸轮34推压而开始旋转。于是，弧形区26与摇臂滚轮20相接触的期间延长。因而，压力区28对摇臂滚轮20的推压量会减小，以便减小气门头部18的最大升程量。相反，当摆臂22的基本位置从图1所示的位置变化到在逆时针旋转时到达的位置时，气门头部18的最大升程量会增大。在图1所示气门机构中，如上所述，通过旋转控制轴24能够改变气门头部18提供的最大升程量。
如上所述，随着气门头部18的升程量增大，摇臂滚轮20与摆臂22相接触的接触点从基本接触点朝向HLA 14移动。随着接触点移动得更接近HLA 14，如在图1中所见，横向施加到摇臂滚轮20的力更大。因此，在图1所示气门机构中，在选择了大升程操作时具体产生了最大升程量的情况下，施加到摇臂滚轮20的横向力较大。
〖第一实施方式的特征〗
施加至摇臂滚轮20的横向力作用在摇臂10的支承部12与HLA 14的枢转支点16之间。取决于该横向力的大小或摇臂10的姿态，该横向力可能使得支承部12在枢转支点16上升起。根据本实施方式的气门机构能够适当避免这样的升起。
图3A图示了本实施方式用于实施上述特征功能的构造。如图3A所示，HLA 14的枢转支点16的待插入支承部12中的部分具有球形曲面。同时，支承部12为炮弹形凹部，或更具体地，支承部12是在其前端具有顶点并具有横向表面的旋转体形状的凹部，其中，所述横向表面是曲率半径大于枢转支点16的球形曲面的曲面。此外，炮弹形支承部12的轴线相对于HLA 14的轴线朝向摇臂滚轮20的相对侧倾斜。
图3B是图示枢转支点16与支承部12之间的接触的概念图。在图3B中，球40表示枢转支点16的球形曲面。两条切线42表示支承部12的内壁。由于支承部12的内壁具有比枢转支点16的球形曲面更大的曲率半径，所以能够如图3B所示来描述枢转支点16与支承部12之间的接触。由于枢转支点16和支承部12二者都是旋转体，所以它们会在圆44上彼此接触。以下将此圆称作为“密切圆44”。
〖比较示例的构造和操作〗
图4A示出了待与根据本实施方式的气门机构进行对比的比较示例的构造。除摇臂50的支承部52与HLA 14同轴之外，图4A中所示比较示例构造成与根据本实施方式的气门机构相同。
图4A示出了零升程状态。在此状态中，摇臂滚轮20在基本接触点处与摆臂22形成接触。在这种情况下，方向与连接控制轴24中心与摇臂滚轮20中心的线段的方向相同的滚轮压力作用在摇臂滚轮20上。摇臂50将所述滚轮压力传递至支承部52。因而，平行于所述滚轮压力的力作用在支承部52与枢转支点16之间。
图4B示出所述比较示例以图示枢转支点16与支承部52之间的接触以及在零升程状态下所施加力的方向。在图4B中，球40和切线54分别表示枢转支点16的球形曲面和支承部52的内壁。在该比较示例中，如稍早所述，支承部52的轴线等同于HLA 14的轴线。
HLA 14的轴线平行于连接控制轴24中心与摇臂滚轮20中心的直线的方向，即，零升程状态下的滚轮压力的方向。因此，如图4B所示，在零升程状态下，平行于HLA 14的轴线的力56施加于支承部52与枢转支点16之间(施加于密切圆44上)。该力56推压支承部52抵靠枢转支点16。在这种情况下，支承部52不会在枢转支点16上升起。
图5A示出了在根据比较示例的气门机构中气门头部18具有最大升程的状态。当气门头部18的升程量增大时，摇臂50的姿态改变以降低其朝向气门头部18定位的端部。支承部52与枢转支点16之间的密切圆44的倾度随着摇臂50的姿态而变化。因此，在最大升程状态下，比较示例的构造倾斜密切圆44以降低朝向气门头部18的侧部并升高朝向HLA的侧部。
在产生最大升程的状态下，摇臂滚轮20与摆臂22相接触的接触点显著地从基本接触点朝向HLA 14移位。由此，包括横向分量的滚轮压力58施加于摇臂滚轮20上。此外，包括横向分量的压力60施加于支承部52与枢转支点16之间。
图5B图示了在最大升程状态下施加于根据比较示例的枢转支点上的力的方向。传递至支承部52的力60经由密切圆44上的所有点传递至枢转支点16。经由密切圆44传递的力在比密切圆44上的任何其它点更靠近HLA 14的点62处最大化(以下将该点62称作为“最大力传递点62”)。
施加于最大力传递点62的力60可看作能够分解成指向枢转支点16中心的径向分量64和垂直于该径向分量64的切向分量66。所述径向分量64推压支承部52抵靠枢转支点16，且不管其大小如何不会使支承部52和枢转支点16相对重新定位。因此，当考虑支承部52的升起时，能够忽略该径向分量64。
另一方面，切向分量66使支承部52相对于枢转支点16滑动。支承部52不能沿进一步插入枢转支点16的方向移动。因此，只要切向分量66指向进一步插入枢转支点16的方向，即，指向如图5B中所示的左下方，支承部52就不会升起。另一方面，如果切向分量66指向如图5B中所示的缩回枢转支点的方向，则支承部52在枢转支点16上升起。因此，如果气门头部18具有大升程，则根据比较示例的气门机构可能使得支承部52升起。
〖第一实施方式的操作〗
图6A、6B、7A和7B图示了根据本发明第一实施方式的气门机构的操作。更具体地，图6A和6B示出了零升程状态，而图7A和7B示出了最大升程状态。
在根据本实施方式的气门机构中，如图6B所示，零升程状态下的密切圆44的轴线相对于HLA 14的轴线以α°的角度倾斜。换言之，零升程状态下的密切圆44的轴线相对于施加在支承部12上的力56的方向以α°的角度倾斜。在这种情况下，从支承部12传递至枢转支点16的力在比密切圆44上的任何其它点更加靠近气门头部18的点68处被最大化。此外，施加于此点68上的力56可视为能够分解成指向枢转支点16中心的径向分量70以及垂直于该径向分量70的切向分量72。在这种情况下，切向分量72指向进一步插入枢转支点16的方向。因此，根据本实施方式的气门机构不会允许支承部12在零升程状态下升起。
在最大升程状态下，如图7B所示，密切圆44的轴线仍旧相对于HLA14的轴线朝最大力传递点62倾斜。换言之，当摇臂10的姿态改变以便举升气门头部18时，根据本实施方式的气门机构减小了密切圆44的轴线相对于HLA 14的轴线的倾度。如果此倾度过小，则如参考比较示例所述那样，会产生使得支承部12升起的切向分量66。
在这种情况下，通过使零升程状态下的密切圆的轴线以α°的角度朝最大力传递点62倾斜，本实施方式使得在最大升程状态下存在图7B所示的倾度。换言之，本实施方式将上述倾角α°设定成使得在最大升程状态下施加于最大力传递点62上的力指向枢转支点16的中心的下方，即，指向HLA 14的主体。
在上述条件下，如图7B所示，在最大升程状态下施加于最大力传递点62上的力包括指向为进一步插入枢转支点16的切向分量66。因此，根据本实施方式的气门机构即使在最大升程状态下也能够适当防止支承部12升起。
当气门头部18的升程量增大时，根据本实施方式的气门机构取消在零升程状态下设置的密切圆44的倾度，并增大施加于支承部12上的力60所包括的横向分量。换言之，当气门头部18的升程增大时，根据本实施方式的气门机构切换至容易产生向上的切向分量66的状态。因此，如果在最大升程状态下未产生这样的切向分量66，则可以避免支承部12在所有升程范围中的升起。为了上述原因，根据本实施方式的气门机构即使在将要产生足够大的最大升程量时也能够适当防止支承部12在枢转支点16上升起。
如上所述，根据第一实施方式的气门机构构造为使得HLA 14的轴线平行于连接控制轴24中心与摇臂滚轮20中心的直线的方向，即，零升程状态下的滚轮压力的方向(因此，密切圆44的倾角α°不仅是相对于HLA14的轴线的倾角，还是相对于零升程状态下的滚轮压力的方向的倾角)。HLA 14运转以保持摆臂22与摇臂滚轮20适当接触的状态。通过改变枢转支点16的竖直位置来完成用于保持这种状态的调节。
如果HLA 14的轴线平行于零升程状态下的滚轮压力，则能够使由于枢转支点16的竖直运动所引起的摇臂10的姿态改变最小化。零升程状态下的摇臂10的姿态是影响气门头部18的气门开启特性的因素。因此，如果能够使姿态改变最小化，则可以充分减小由于气缸之间的气门开启特性的差异和短暂变化而产生的气门开启特性的变化。在这方面，根据本实施方式的气门机构能够长时期地稳定地保持内燃发动机的运转状态。
但是，为了避免支承部12的升起，并不总是有必要使HLA 14的轴线平行于零升程状态下的滚轮压力。因此，如果由于HLA 14的调节而导致的摇臂10的姿态改变是可忽略的，则可以将HLA 14定位成使得其轴线相对于零升程状态下的滚轮压力的方向倾斜。
上述第一实施方式假设气门机构使用控制轴24和摆臂22改变气门头部18的升程量。但是，本发明并不局限于使用这样的构造。更具体地，只要摇臂滚轮20的滚轮压力输入点可随升程量而变化，则气门机构可以没有控制轴24和摆臂22。这点对于稍后描述的其它实施方式同样适用。
在上述第一实施方式中，摆臂22对应于本发明第一方面或第二方面的“传动构件”。此外，在上述第一实施方式中，中间臂32和连杆机构36对应于本发明第十一方面的“基本旋转位置改变机构”；并且，滑动滚轮30对应于本发明第十一方面的“凸轮操作转换机构”。
第二实施方式
〖第二实施方式的构造〗
现在将参考图8至图11对本发明的第二实施方式进行描述。图8图示了根据第二实施方式的气门机构的构造。稍早描述的根据第一实施方式的气门机构构造成使得摆臂22的压力区28从侧面朝向HLA 14推压摇臂滚轮20。另一方面，根据第二实施方式的气门机构构造成使得摆臂22的压力区28从侧面朝向气门头部18推压摇臂滚轮20。
根据本实施方式的气门机构大体上与根据第一实施方式的气门机构相同，只是除了前述结构差异之外，设置用于摇臂80的支承部82的倾斜方向是不同的。在第一实施方式和第二实施方式中使用的相同构件用相同的参考数字来标识，且将不重复描述或将简要描述。
图8示出了零升程状态。当根据本实施方式的气门机构处于此状态时，摇臂滚轮20也在连接控制轴24中心与摇臂滚轮20中心的线段上的基本接触点处与摆臂22形成接触。此外，在本实施方式中，摇臂80的支承部82的轴线以β°的角度相对于HLA 14的轴线向摇臂滚轮20倾斜。
图9示出了最大升程状态。如图9所示，在最大升程状态下，摇臂滚轮20与摆臂22相接触的接触点从基本接触点朝向气门头部18移位。因而，施加于摇臂滚轮20的滚轮压力中包括的横向分量随着升程量的增大而增大。同时，在本实施方式的构造中，密切圆44相对于HLA 14的轴线的倾角随着升程量的增大而增大。
〖第二实施方式的操作〗
图10A、10B、11A以及11B图示了根据本发明第二实施方式的气门机构的操作。更具体地，图10A和10B示出了零升程状态，而图11A和11B示出了最大升程状态。
在图10B中，球40和切线84分别表示枢转支点16的球形曲面和支承部82的壁面。在根据本实施方式的气门机构中，零升程状态下的密切圆44的轴线以β°的角度相对于HLA 14的轴线向气门头部18倾斜，即，向摇臂80的姿态根据升程增大而变化的方向倾斜。在这种情况下，从支承部82传递至枢转支点16的力86在比位于密切圆44上的任何其它点更靠近HLA 14的点88处最大化。施加于此点88上的力86可视为能够分解成指向枢转支点16中心的径向分量90以及垂直于该径向分量90的切向分量92。在这种情况下，切向分量92指向进一步插入枢转支点16的方向。因此，根据本实施方式的气门机构不允许支承部82在零升程状态下升起。
如图11B所示，在最大升程状态下，密切圆44的轴线相对于HLA 14的轴线向气门头部18倾斜。在本实施方式中，当升程量增大时，摇臂80的姿态改变以降低气门头部18的端部。因此，在最大升程状态下在密切圆44上形成的倾角γ°大于在零升程状态下形成的倾角β°。
当摆臂22从侧面朝向气门头部18向摇臂滚轮20施加滚轮压力时，密切圆44的轴线向气门头部18倾斜得越多，则支承部82升起的可能越低。因此，在根据本实施方式的气门机构中，升程量的增大会沿有利于防止支承部82升起的方向增大密切圆44的倾角。因此，只要不产生在零升程状态下升起支承部82的力，则对于根据本实施方式的气门机构而言，很难在所有升程范围内产生升起支承部82的力。
如图11B所示，在最大升程状态下从支承部82传递至枢转支点16的力94在比密切圆44上的任何其它点更加靠近气门头部18的点(最大力传递点)96处最大化。施加于最大力传递点96上的力94可视为能够分解成指向枢转支点16中心的径向分量98以及垂直于该径向分量98的切向分量100。参考图11B，切向分量100指向进一步插入枢转支点16的方向。因此，根据本实施方式的气门机构不允许支承部82在最大升程状态下升起。
如上所述，根据本实施方式的气门机构通过使零升程状态下的密切圆44的轴线以β°的角度向气门头部18(向最大力传递点96)倾斜而防止了支承部82在所有升程范围内的升起。换言之，根据本实施方式的倾角β°设定为使得在零升程状态下施加于传递最大力的点88的力指向枢转支点16的中心的下方(指向HLA 14的主体)，且在最大升程状态下施加于最大力传递点96的力指向枢转支点16的中心的下方(指向HLA 14的主体)。因此，如根据第一实施方式的气门机构的情况那样，根据本实施方式的气门机构能够在保持足够大的最大升程量的同时适当防止支承部82的升起。
同时，根据本实施方式的气门机构假设气门头部18的轴线平行于HLA14的轴线(因此，密切圆44的倾角γ°不仅是相对于HLA 14的轴线的倾角，而且还是相对于气门头部18的轴线的倾角)。如稍早所述，有必要为气缸盖设置用于保持气门头部18的开口和用于保持HLA 14的开口。如果它们的轴线彼此平行，则可以从相同的方向并以相同的角度来制备这些开口。在这方面，根据本实施方式的气门机构能够使气缸盖的加工过程变得容易。
但是，为了避免支承部82的升起，并不总是有必要使气门头部18的轴线平行于HLA 14的轴线。因此，如果不是绝对要求加工过程便于进行，则可以将HLA 14定位成使得其轴线相对于气门头部18的轴线倾斜。
在上述第二实施方式中，摆臂22对应于本发明第三方面的“传动构件”。此外，在上述第二实施方式中，中间臂32和连杆机构36对应于本发明第十一方面的“基本旋转位置改变机构”；并且，滑动滚轮30对应于本发明第十一方面的“凸轮操作转换机构”。
第三实施方式
〖第三实施方式的构造〗
现在将参考图12至图14对本发明的第三实施方式进行描述。图12是图示在本发明第三实施方式中使用的HLA 110和摇臂112的放大视图。根据本实施方式的气门机构与根据稍早所述第一实施方式的气门机构相同，只是HLA 110的枢转支点114以及摇臂112的支承部116的形状不同于第一实施方式中使用的对应部件。
如图12所示，用于本实施方式的枢转支点114具有部分被环切的球形曲面。该球形曲面定位成插入支承部116中。支承部116是曲率半径大于枢转支点114的球形曲面的球形凹部。由于所采用的构造如上所述，所以枢转支点114在环形切削表面118的外周处与支承部116的内壁接触。因而，本实施方式同样在枢转支点114与支承部116之间形成密切圆。
切削表面118形成为使得其轴线以α°的角度相对于HLA 110的轴线倾斜。HLA 110定位成使得相对于HLA 110的轴线在摇臂滚轮20的对侧产生α°的倾度。因此，根据本实施方式的密切圆具有与在零升程状态下形成的根据第一实施方式的密切圆44相同的倾度。
〖第三实施方式的操作〗
图13A、13B、14A以及14B图示了根据本发明第三实施方式的气门机构的操作。更具体地，图13A和13B示出了零升程状态，而图14A和14B示出了最大升程状态。
在图13B中，球120和切线122分别表示枢转支点114的球形曲面和支承部116的壁面。密切圆124表示环形切削表面118的外周。在根据本实施方式的气门机构中，零升程状态下的密切圆124的轴线以α°的角度相对于HLA 110的轴线向HLA 110倾斜。在这种情况下，从支承部116传递至枢转支点114的力56在比密切圆124上的任何其它点更加靠近气门头部18的点126处最大化。如第一实施方式的情况那样，施加于此点126上的力56具有指向进一步插入枢转支点114的方向的切向分量72。因此，根据本实施方式的气门机构不允许支承部116在零升程状态下升起。
在根据本实施方式的气门机构中，密切圆124由枢转支点114的切削表面118的外周形成。切削表面118的倾角保持不变，与摇臂112的姿态无关。因此，如图14B所示，在本实施方式中，即使在最大升程状态下，密切圆124相对于HLA 110的轴线的倾角也保持在α°。
在最大升程状态下，比密切圆124上的任何其它点更加靠近HLA110的点128是传递最大力的最大力传递点128。为了防止在最大升程状态下产生指向为升起支承部116的力，密切圆124向最大力传递点128的倾度应当尽可能大。因此，根据本实施方式的气门机构在防止支承部116升起方面具有优于根据第一实施方式的气门机构(其中，密切圆44的倾角随着升程的增大而减小)的优势。
更具体地，在根据本实施方式的气门机构内，在最大升程状态下施加于最大力传递点128的力的分量可以如图14B所图示。如图14B所示，施加于最大力传递点128的力可视为能够分解成指向枢转支点114中心的径向分量130以及指向进一步插入枢转支点114的方向的切向分量132。因此，即使在最大升程状态下，根据本实施方式的气门机构也不会允许支承部116升起。
如上所述，根据本实施方式的气门机构通过为枢转支点114设置相对于HLA 110的轴线以α°的角度向最大力传递点128倾斜的切削表面118，能够避免支承部116在所有升程范围内升起。因此，如根据第一实施方式的气门机构的情况那样，根据本实施方式的气门机构能够在保持足够大的最大升程量的同时适当防止支承部116的升起。
同时，如根据第一实施方式的气门机构的情况那样，根据第三实施方式的气门机构构造成使得HLA 110的轴线平行于连接控制轴24中心与摇臂滚轮20中心的直线的方向，即，在零升程状态下的滚轮压力的方向(因此，密切圆124的倾角α°不仅是相对于HLA 110的轴线的倾角，而且还是相对于零升程状态下的滚轮压力的方向的倾角)。如第一实施方式的情况那样，这种构造的使用使得可以充分减小由于气缸之间的气门开启特性的差异和短暂变化而产生的气门开启特性的变化。
但是，为了避免支承部116的升起，并不总是有必要使得HLA 110的轴线平行于零升程状态下的滚轮压力。因此，如果由于HLA 110的调节而导致的摇臂112的姿态改变是可忽略的，则可以将HLA 110定位成使得其轴线相对于零升程状态下的滚轮压力倾斜。
第四实施方式
〖第四实施方式的构造〗
现在将参考图15至图17对本发明的第四实施方式进行描述。图15是图示在本发明第四实施方式中使用的HLA 140和摇臂142的放大视图。根据本实施方式的气门机构与根据稍早所述第二实施方式的气门机构相同，只是HLA 140的枢转支点144以及摇臂142的支承部146的形状不同于第二实施方式中使用的对应部件。
本实施方式中使用的枢转支点144和支承部146构造成与用于第三实施方式的枢转支点114和支承部116相同。更具体地，枢转支点114具有包括环切表面148的球形曲面。支承部146是曲率半径大于枢转支点144的球形曲面的球形凹部。
枢转支点144的切削表面148构造成使得其轴线以δ°的角度相对于HLA 140的轴线倾斜。此外，根据本实施方式的HLA 140定位成使得切削表面148的轴线相对于HLA 140的轴线向气门头部18倾斜。因而，在枢转支点144与支承部146之间形成密切圆，该密切圆的轴线以δ°的角度相对于HLA 140的轴线向气门头部18倾斜。
〖第四实施方式的操作〗
图16A、16B、17A以及17B图示了根据本发明第四实施方式的气门机构的操作。更具体地，图16A和16B示出了零升程状态，而图17A和17B示出了最大升程状态。
在图16B中，球150和切线152分别表示枢转支点144的球形曲面和支承部146的壁面。密切圆154表示环形切削表面148的外周。在根据本实施方式的气门机构中，零升程状态下的密切圆154的轴线以δ°的角度相对于HLA 140的轴线向气门头部18倾斜。在这种情况下，从支承部146传递至枢转支点144的力156在比密切圆154上的任何其它点更加靠近HLA 140的点158处最大化。施加于此点158上的力156具有指向枢转支点144中心的径向分量160以及指向进一步插入枢转支点144的方向的切向分量162。因此，根据本实施方式的气门机构不允许支承部146在零升程状态下升起。
如第三实施方式的情况那样，在根据本实施方式的气门机构中，密切圆154的倾角保持不变，而与摇臂142的姿态无关。因此，如图17B所示，即使在最大升程状态下，密切圆154相对于HLA 140的轴线的倾角也保持在δ°。
如第二实施方式的情况那样，在根据本实施方式的气门机构中，当气门头部18的升程增大时，摇臂滚轮30与摆臂22相接触的接触点从基本接触点朝向气门头部18移位。因此，在最大升程状态下，定位成比密切圆154上的任何其它点更加靠近气门头部18的点164是用于传递最大力的点，即，最大力传递点164。
在根据本实施方式的气门机构中，如图17B所示，施加于最大力传递点164的力166可视为能够分解成指向枢转支点144中心的径向分量168以及指向进一步插入枢转支点144的方向的切向分量170。因此，即使在最大升程状态下，根据本实施方式的气门机构也不会允许支承部146升起。
如果密切圆148的倾角相对于HLA 140的轴线固定，则输入至支承部146的力中包括的横向分量越大，支承部146升起可能越大。此外，输入至支承部146的横向分量随着气门头部18的升程增大而增大。因此，在根据本实施方式的气门机构中，最大升程状态是避免支承部146升起的最严峻的状态。
如上所述，即使在最大升程状态下，本实施方式的构造也能在进一步将枢转支点144插入支承部146的方向上产生切向分量170。因此，本实施方式的构造能够在所有升程范围内适当防止支承部146的升起。
同时，如根据第二实施方式的气门机构的情况那样，根据第四实施方式的气门机构构造成使得气门头部18的轴线平行于HLA 140的轴线(因此，密切圆148的倾角δ°不仅是相对于HLA 140的轴线的倾角，而且还是相对于气门头部18的轴线的倾角)。如第二实施方式的情况那样，这种构造的使用能够使得气缸盖的加工过程变得容易。
但是，为了避免支承部146的升起，并不总是有必要使气门头部18的轴线平行于HLA 140的轴线。因此，如果不是绝对要求加工过程易于进行，则可以将HLA 140定位成使得其轴线相对于气门头部18的轴线倾斜。