根据US2004/0083997A1(JP2004-150332A)，传统的阀门升 程控制装置沿轴向移动控制轴，以根据控制轴的轴向位置来改变 阀门升程。在这种结构中，旋转凸轮和接触元件(两者彼此接触) 充当轴向移动控制轴的致动器。扭矩传递到旋转凸轮上，从而驱 动该旋转凸轮。接触元件(即直接作用随动件)与控制轴相连。
在这种结构中，接触元件与旋转凸轮接触。因此，当由阀施 加在控制轴上的反作用力变得非常小，且当旋转凸轮转动到凸轮 升程减小的一侧时，接触元件可能会离开旋转凸轮。当接触元件 离开旋转凸轮时，阀门升程不可控，且发动机性能变得不稳定。

鉴于上述问题，本发明的一个目的是提供一种阀门升程控制 装置的致动器，其控制阀门升程，同时使发动机的性能保持稳定。
根据本发明，一种用于阀门升程控制装置的致动器，控制着 内燃机的进气阀和排气阀中的至少一个的阀门升程。该致动器在 控制轴的轴向上线性移动控制轴，以根据控制轴在控制轴轴向上 的位置来改变阀门升程。该致动器包括第一旋转凸轮、第二旋转 凸轮和直接作用随动件。
通过传递扭矩，第一旋转凸轮和第二旋转凸轮绕着共用旋转 轴线一体地转动。直接作用随动件包括第一接触元件和第二接触 元件。第一接触元件通过第一接触点与第一旋转凸轮接触。第二 接触元件通过第二接触点与第二旋转凸轮接触。当第一旋转凸轮 和第二旋转凸轮转动时，直接作用随动件与控制轴一起线性移动。 相对于共用旋转轴线，第一接触点近似地位于第二接触点的相反 侧。第一旋转凸轮在第一接触点处具有第一旋转凸轮升程。第二 旋转凸轮在第二接触点处具有第二旋转凸轮升程。第一旋转凸轮 升程和第二旋转凸轮升程具有一个总和。第一旋转凸轮升程和第 二旋转凸轮升程的总和，在第一旋转凸轮和第二旋转凸轮的预定 转角范围内近似为常数。
在第一旋转凸轮和第二旋转凸轮可旋转的整个预定转角范围 内，第一旋转凸轮升程和第二旋转凸轮升程的总和近似为常数。
第一旋转凸轮具有第一旋转凸轮轮廓。第二旋转凸轮具有第 二旋转凸轮轮廓。第一旋转凸轮轮廓和第二旋转凸轮轮廓相对于 一假想线近似轴对称，其中该假想线垂直于共用旋转轴线。
因此，在预定转角范围内，第一凸轮恒定地接触第一接触元 件，且第二凸轮恒定地接触第二接触元件。从而，当第一和第二 凸轮旋转时，不管作用在控制轴上的阀反作用力如何，直接作用 随动件都可稳定地进行线性移动。因此，第一和第二凸轮各自都 不会远离第一和第二接触元件，而是分别接触第一和第二接触元 件，这样可以限制噪音和磨损的产生。
可选择地，一种用于阀门升程控制装置的致动器包括旋转凸 轮、直接作用随动件和推压元件。通过传递的扭矩，旋转凸轮绕 着旋转轴线转动。直接作用随动件包括接触旋转凸轮的接触元件。 当旋转凸轮转动时，直接作用随动件与控制轴一起线性移动。推 压元件将接触元件推压在旋转凸轮上。
在和作用于控制轴上的阀反作用力方向相同的方向上，推压 元件推压接触元件。致动器还包括固定元件，其相对于内燃机固 定就位。推压元件利用弹簧的弹力来推压接触元件，其中该弹簧 的第一端部钩在固定元件上。
因此，接触元件可以被挤压到凸轮上，甚至当作用在控制轴 上的阀反作用力变得非常小时也是如此。因此，直接作用随动件 和控制轴可根据凸轮的旋转稳定地线性移动，且可根据控制轴的 轴向位置稳定地改变阀门升程，而不管阀反作用力如何。所以， 在这个结构中，阀门升程可控，同时可以保持发动机的性能。
附图说明
从下面结合附图的详细说明中，可以很明显地看出本发明的 上述和其他目的、特征和优点。其中：
图1A是表示阀门升程控制装置的局部截面图，图1B是表示 根据本发明第一实施例的阀门升程控制装置的主视图；
图2是表示根据实施例的阀门升程和凸轮转角之间关系的图 表；
图3是表示根据第一实施例的阀门升程控制装置的致动器的 局部剖切立体图；
图4是沿图3中箭头IV所示的局部剖切立体图；
图5是表示根据第一实施例的阀门升程控制装置的致动器的 局部截面侧视图；
图6是表示根据第一实施例的阀门升程控制装置的致动器的 示意侧视图；
图7是表示根据本发明第二实施例的阀门升程控制装置的致 动器的局部截面侧视图；
图8是表示根据第二实施例的阀门升程控制装置的致动器的 示意侧视图；
图9A是表示根据本发明第三实施例的阀门升程控制装置的 致动器的局部截面侧视图，图9B是沿图9A中箭头IXB所示的俯 视图；
图10是表示根据本发明第四实施例的阀门升程控制装置的致 动器的局部截面侧视图；
图11是表示根据本发明第五实施例的阀门升程控制装置的致 动器的局部截面侧视图；以及
图12是表示根据本发明第六实施例的阀门升程控制装置的致 动器的局部截面侧视图。

(第一实施例)
如图1A、1B所示，阀门升程控制装置10安装在车辆发动机 500上。该阀门升程控制装置10控制在阀门升程中的发动机500 的进气阀11，即控制进气阀11的冲程。阀门升程控制装置10由 变位装置(variable device)12和致动器20构成。
变位装置12的结构类似于JP-A-2001-263015等中公开的变位 装置。变位装置12包括滑移齿轮14，其可在控制轴13的轴向上 与控制轴13一起移动。输入部分15和摆动凸轮16，以螺旋花键 方式与滑动齿轮14进行啮合。
根据控制轴13的轴向位置，可改变输入部分15和摆动凸轮 16之间的相对相位差。输入部分15与凸轮轴17的进气凸轮18 接触。摆动凸轮16可与进气阀11的摇臂19接触。
摆动角(即摇臂19的摇摆角)可根据输入部分15和摆动凸 轮16之间的相对相位差而改变。因此，进气阀11的阀门升程随 着变位装置12中的控制轴13的轴向位置变动而改变。在这个实 施例中，反作用力(阀反作用力)从进气阀11传递到控制轴13， 且阀反作用力以轴向力(其朝向致动20的相反侧)的方式作用 在控制轴13上。
致动器20在轴向上线性地移动变位装置12的控制轴13。如 图3到5所示，致动器20包括壳体21、电机30、直接作用随动 件40、组合凸轮50、角度传感器70和电机操作装置80。壳体21 紧固在发动机500上，这样壳体21就不会相对于发动机500移动。 壳体21具有与控制轴13同轴的圆形孔22。
电机30为无刷电机，其包括电机盖31，其中在电机盖中容纳 着电机轴32和线圈(未示出)。电机盖31固定在壳体21上，这 样电机盖31就不会相对于壳体21移动。电机轴32具有输出端， 在其上设置有电机齿轮33。电机30的线圈与电机操作装置80的 EDU 82相连。EDU 82向线圈供应电流，从而在电机轴32中产生 扭矩。从而，电机轴32与电机齿轮33一起正向和反向转动。
直接作用随动件40包括输出轴41、可移动元件42、滚筒43 (参见图4)和接触元件44。如图5所示，输出轴41的一端部与 控制轴13的一端部(其位于设置有滑动齿轮14的端部的相反侧) 同轴相连。输出轴41与壳体21的圆形孔22彼此之间可相对滑动 地进行啮合。可移动元件42具有穿过可移动元件42的两端45、 46的空间47。在和输出轴41连接着控制轴13的一端部相反的一 侧上，可移动元件42的端部45被紧固到输出轴41的另一端部上。 从而，可移动元件42的端部45不会相对于输出轴41移动。在与 端部45(其中输出轴41连接到该端部45上)相反的一侧上，滚 筒43可转动地由可移动元件42的另一端部46支承，这样滚筒43 就可正向和反向转动。滚筒43充当第一接触元件。可移动元件42 具有用于滚筒43的旋转轴48。旋转轴48垂直于控制轴13的轴线 A。接触元件44充当第二接触元件。接触元件44紧固在可移动元 件42的端部45上(其中输出轴41连接在该端部45上)，这样接 触元件44就不会相对于可移动元件42移动。接触元件44成形为 在轴向上沿着控制轴13轴线A的圆柱形。接触元件44从可移动 元件42的端部45的内壁突伸至输出轴41的相反侧，且接触元件 44的突出部分容纳在空间47中。因此，在上述结构中，直接作 用随动件40的输出轴41(参见图1A)、可移动元件42、滚筒43 和接触元件44可与控制轴13一起线性移动。
组合凸轮50包括凸轮轴51和两种旋转凸轮(第一和第二凸 轮)52、53。凸轮轴51通过轴承26(参见图3)可转动地由壳体 21支承，这样凸轮轴51就垂直于控制轴13的轴线A。凸轮驱动 齿轮55和传感器驱动齿轮56分别位于凸轮轴51的两端。中间齿 轮57与凸轮驱动齿轮55以及电机齿轮33啮合，这样就构成了减 速装置58。在减速装置58中，增加了电机30产生的扭矩，并将 其传递到凸轮轴51上。
第一和第二凸轮52、53安装在凸轮轴51上，这样第一和第 二凸轮52、53可正向和反向绕着共用轴线O一体地旋转。止动件 59(参见图3)安装在凸轮驱动齿轮55上，且止动件59紧靠在壳 体21的钩状物(未示出)上，这样就为第一和第二凸轮52、53 限定了转角范围(允许范围)Wθ。从而，第一和第二凸轮52、 53可在允许范围Wθ内旋转。第一和第二凸轮52、53容纳在可 移动元件42的空间47中。第一凸轮(第一旋转凸轮)52具有形 成了凸轮面62的外周，且第二凸轮(第二旋转凸轮)53具有形成 了凸轮面63的外周。在空间47中，第一凸轮52的凸轮面62与 滚筒43的外周接触，第二凸轮53的凸轮面63与接触元件44的 突出部分的端面接触。第一凸轮52在接触点(第一接触点)C1 处与滚筒43接触。第二凸轮53在接触点(第二接触点)C2处与 接触元件44接触。在该实施例中，共用轴线(旋转轴线)O位于 两侧上的第一接触点C1和第二接触点C2之间。具体地，相对于 旋转轴线O，第一接触点C1大致位于第二接触点C2的相反侧。
如图2所示，第一凸轮52的凸轮面62具有这样的凸轮轮廓， 其使得凸轮升程h1近似与第一和第二凸轮52、53的转角成比例。 第一和第二凸轮52、53的转角被限定在允许范围Wθ内。
凸轮升程h1相对于转角的比例因数P，可通过下式来计算：
P＝h1max/Wθ
这里h1max表示凸轮升程h1的最大值，Wθ表示允许范围W θ。第二凸轮53的凸轮面63具有凸轮轮廓。如图6所示，第二 凸轮53的凸轮面63的凸轮轮廓与第一凸轮52的凸轮面62的凸 轮轮廓相对于假想线L近似轴对称，其中假想线L垂直于旋转轴 线O。
这里，接触点处的凸轮升程，表示凸轮在接触点处的径向尺 寸和凸轮基圆半径之差。
也就是说，如图2所示，第二凸轮53的凸轮面63的凸轮轮 廓被设定成使得：在允许范围Wθ内，第二凸轮53的凸轮升程h2 与第一和第二凸轮52、53的转角近似成比例。在凸轮升程h2和 转角之间设定有比例因数P。
在该实施例中，对假想线L相对于第一凸轮52的相对位置进 行限定，以使得第一凸轮52在第一接触点C1处的凸轮升程h1和 第二凸轮53在第二接触点C2处的凸轮升程h2的总和，在整个允 许范围Wθ内近似为常数。从而，第一接触点C1和第二接触点C2 之间的距离在整个允许范围Wθ内近似为常数，这样第一和第二凸 轮52、53分别有规律地与滚筒43和接触元件44接触。
参见附图3，角度传感器70包括传感器齿轮71，其与传感器 驱动齿轮56啮合。角度传感器70使用霍尔元件或类似元件来检 测磁铁保持件72的转角，其中该磁铁保持件与传感器齿轮71一 起转动。角度传感器70与电机操作装置80的ECU 81相连，从而 角度传感器70将转角的检测信号传递到ECU 81。
电机操作装置80包括ECU 81和EDU 82。ECU 81接收各种信 号，例如从角度传感器70中传递的检测信号、发动机500的转速 信号和节流位置。因此，ECU 81根据各种信号控制EDU 82、发动 机500等类似部件。EDU 82向电机30提供电流，以根据ECU 81 所进行的控制来操作电机30。
在阀门升程控制装置10中，当EDU 82向电机30供电时，电 机30产生扭矩，并通过减速装置58将扭矩传递到凸轮轴51。从 而，通过来自电机30的扭矩使第一和第二凸轮52、53转动，同 时第一和第二凸轮52、53分别接触滚筒43和接触元件44。在这 种情况下，第一凸轮52在第一接触点C1处的凸轮升程h1和第二 凸轮53在第二接触点C2处的凸轮升程h2的总和近似为常数。因 此，直接作用随动件40与控制轴13一起作对应于第一和第二凸 轮52、53的凸轮轮廓的线性移动。在这种情况下，当控制轴13 线性移动时，变位装置12改变阀门升程，从而可以控制发动机的 阀门特性，例如作用角和最大阀门升程值。
在这个实施例中，在允许范围Wθ内，第一凸轮52恒定地接 触滚筒43，第二凸轮53恒定地接触接触元件44。这样，当第一 和第二凸轮52、53转动时，不管作用在控制轴13上的阀反作用 力如何，直接作用随动件40都可以稳定地进行线性移动。因此， 根据在控制轴13轴向上的位置，变位装置12可以稳定地改变阀 门升程，其中该控制轴13与直接作用随动件40一起线性移动。 在这种结构中，阀门升程可控，同时可保持发动机性能。除此之 外，第一和第二凸轮52、53各自不远离滚筒43和接触元件44， 而是分别保持与滚筒43和接触元件44的接触，这样可以限制由 于反复的分离和接触而导致噪音和磨损的产生。
(第二实施例)
第二实施例是第一实施例的变形。如图7、8所示，在这个实 施例中，作为朝向致动器86一侧的轴向力，阀反作用力作用在控 制轴13上。在致动器86中，可移动元件42具有另一端部46，其 可转动地支承着滚筒43，且该滚筒43紧固在输出轴41上，从而 另一端部46不会相对于输出轴41移动。除此之外，在致动器86 中，接触元件44从可移动元件42的端部45的内壁突伸至输出轴 41一侧。除了这些结构，在该实施例中的致动器86与第一实施例 中的致动器20结构相同。第二实施例的结构与第一实施例产生的 效果类似。
(第三实施例)
第三实施例是第一实施例的变形。如图9A、9B所示，在这 个实施例中，作为朝向致动器90侧的轴向力，阀反作用力作用在 控制轴13上。致动器90包括直接作用随动件100。可移动元件 101不设置有接触元件44，而是设置有直接作用随动件100中的 连接部分102和轴支承件103。连接部分102为板形，其垂直于控 制轴13的轴线A。连接部分102在一侧具有板面104。输出轴41 在与连接有控制轴13的端部相反的一侧上具有端部105。输出轴 41的端部105与连接部分102的板面104相连。在连接到输出轴 41上的板面104的相反一侧上，连接部分102具有板面106。轴 支承件103从连接部分102的板面106突伸至输出轴104的相反 侧。
轴支承件103横截面为U形(参见图9B)。轴支承件103的 U形朝向轴支承件103所突伸向的一侧开口。轴支承件103具有 两个臂107，其彼此平行，且控制轴13的轴线A位于其间。两个 臂107可转动地支承着滚筒43，该滚筒43充当接触元件。在上述 结构中，直接作用随动件100的滚筒43、输出轴41(其构成直接 作用随动件100的主体)和可移动元件101，可与控制轴13一起 线性移动。
致动器90包括凸轮112(其具有凸轮轴110)，来取代组合凸 轮50。凸轮轴110具有两个端部，其中凸轮驱动齿轮55和传感器 驱动齿轮56安装在这两个端部上。凸轮轴110通过轴承26可转 动地支承在壳体21上。因此，凸轮112可绕着旋转轴线O正向和 反向转动。沿控制轴13的轴向方向，凸轮112布置在滚筒43的 连接部分102的相反侧。凸轮112的外周(其形成凸轮面114)与 滚筒43的外周接触。当凸轮112转动时，直接作用随动件100根 据凸轮面114的凸轮轮廓沿控制轴13的轴向方向线性移动，其中 滚筒43接触该凸轮面114。从而，控制轴13(其与直接作用随动 件100的可移动元件101相连)在轴向上线性移动。
在致动器90中，弹簧120布置壳体21和直接作用随动件100 之间。弹簧120充当推压元件。壳体21充当固定元件。弹簧120 例如是压缩螺旋弹簧。弹簧120与控制轴13同轴布置。弹簧120 具有端部121，其钩到壳体21的钩状部122上。弹簧120具有另 一端部123，其位于钩状部122的相反侧，且钩到台阶124上，其 中该台阶124是由连接部分102的板面104和输出轴41的端部105 形成。在上述结构中，弹簧120产生的弹力通过可移动元件101 传递到滚筒43，从而使得滚筒43被推动(即推压)至凸轮112上。 这里，滚筒43被推压的方向与作用在控制轴13上的阀反作用力 的方向相同。也就是说，弹簧120在阀反作用力作用于控制轴13 的方向上施加弹力。在至少一种情况下，即当作用在控制轴13上 的阀反作用力减小时，滚筒43通过弹簧120被推压到凸轮112上。
在这个实施例中，直接作用随动件100的滚筒43被推压到凸 轮112上，从而使得滚筒43可被挤压到凸轮112上，甚至当作用 在控制轴13上的阀反作用力变得非常小时也是如此。因此，直接 作用随动件100和控制轴13可根据凸轮112的旋转稳定地线性移 动，且阀门升程可根据控制轴13的轴向位置稳定地改变，而不管 阀反作用力如何。因此，在这种结构中，阀门升程可控，同时可 保持发动机的性能。
在这种结构中，凸轮112难以远离滚筒43(其中凸轮112被 挤压到滚筒43上以实现接触)，这样可以限制由于反复的分离和 接触而导致的噪音和磨损的产生。
除此之外，接触元件(滚筒43)通过弹簧120的弹力被推压 到固定元件(壳体21)上，这样可以简化接触元件的推压结构。 另外，可以减小凸轮52和滚筒43之间的摩擦力。
(第四实施例)
如图10所示，该实施例是第三实施例的变形。在这个实施例 中，阀反作用力以朝向致动器130方向的轴向力方式作用在控制 轴13上。
在致动器130中，弹簧132布置在发动机头部133和控制轴 13之间。弹簧132充当推压元件。发动机头部133充当固定元件， 其紧固在发动机500上。弹簧132例如是挤压螺旋弹簧。弹簧132 与控制轴13同轴布置。弹簧132具有端部134，其钩住发动机头 部133的钩状部135。弹簧132具有另一端部136，其位于钩状部 135的相反侧，且钩住凸缘137，其中该凸缘形成在控制轴13上。 在上述结构中，弹簧132产生的弹力通过控制轴13、输出轴41 和可移动元件101传递到滚筒43，从而使得滚筒43被挤压即推压 到凸轮112上。这里，滚筒43被推压的方向与作用在控制轴13 上的阀反作用力的方向相同。也就是说，在阀反作用力作用于控 制轴13的方向上，弹簧132施加弹力。在至少一种情况下，即作 用在控制轴13上的阀反作用力减小时，滚筒43通过弹簧132被 推压到凸轮112上。
在该实施例中，直接作用随动件100的滚筒43推压凸轮112， 从而该实施例的结构能够产生与第三实施例类似的效果。
(第五实施例)
如图11所示，该实施例是第三实施例的变形。在这个实施例 中，阀反作用力以轴向力的方式作用在控制轴13上。阀反作用力 作用在致动器140相对于控制轴13的相反侧。
致动器140包括直接作用随动件150，除了具有下列区别之 外，其结构与第一实施例中的直接作用随动件40的结构相似。也 就是说，直接作用随动件150没有接触元件44，且直接作用随动 件150具有凸轮112，其与滚筒43接触而不是与第一凸轮52接触。 因此，凸轮112容纳在可移动元件42的空间47中，其中该可移 动元件42构成直接作用随动件150的主体。
在致动器140中，弹簧160布置在壳体21和直接作用随动件 150之间。弹簧160充当推压元件。壳体21充当固定元件。弹簧 160例如是挤压螺旋弹簧。弹簧160与控制轴13同轴布置。弹簧 160具有端部161，其钩住壳体21的钩状部162。弹簧160具有另 一端部163，其位于钩状部162的相反侧，且钩住可移动元件42 的另一端部46，其中该可移动元件42可转动地支承着滚筒43。 在上述结构中，弹簧160产生的弹力通过可移动元件42传递到滚 筒43，从而滚筒43通过弹力被挤压即推压到凸轮112上。这里， 滚筒43被推压的方向与作用在控制轴13上的阀反作用力方向相 同。也就是说，弹簧160在阀反作用力作用在控制轴13上的方向 施加弹力。在至少一种情况下，即作用在控制轴13上的阀反作用 力减小时，滚筒43被弹簧160推压到凸轮112上。
在该实施例中，直接作用随动件150的滚筒43推压凸轮112， 从而该实施例的结构能够产生与第三实施例类似的效果。
(第六实施例)
如图12所示，该实施例是第五实施例的变形。在这个实施例 中，阀反作用力以轴向力的方式作用在控制轴13上。阀反作用力 作用在致动器170相对于控制轴13的相反侧上。
在致动器170中，弹簧172布置在发动机头部173和输出轴 41之间。弹簧172充当推压元件。发动机头部173充当固定元件， 其紧固在发动机500上。输出轴41构成直接作用随动件150的主 体。弹簧172例如是挤压螺旋弹簧。弹簧172与输出轴41，和控 制轴13同轴布置。弹簧172具有端部174，其钩住发动机头部173 的钩状部175。弹簧172具有另一端部176，其位于钩状部175的 相反侧，且钩住凸缘177，其中该凸缘177设置到输出轴41的端 部上。输出轴41设置有凸缘177的端部与控制轴13相连。在上 述结构中，弹簧172产生的弹力通过输出轴41和可移动元件42 传递到滚筒43，从而使得滚筒43通过弹力被挤压即推压到凸轮 112上。这里，滚筒43被推压的方向与作用在控制轴13上的阀反 作用力方向相同。也就是说，相对于控制轴13，弹簧172在阀反 作用力作用于控制轴13的方向上施加弹力。在至少一种情况下， 即作用在控制轴13上的阀反作用力减小时，滚筒43通过弹簧172 被推压凸轮112上。
当作用在控制轴13上的阀反作用力减小时，滚筒43在相对 于凸轮112作用于滚筒43上的弹力增加的方向上被推压。
在该实施例中，直接作用随动件150的滚筒43被推压到凸轮 112上，从而该实施例的结构能够产生与第五实施例类似的效果。
在上述第一到第六实施例中，电机30用于产生扭矩，来转动 凸轮(例如第一和第二凸轮)，这样可以容易地控制扭矩。从而， 可以紧紧地和精确地控制控制轴的轴向位置，并可以紧紧地和精 确地控制阀门升程。可以用液压马达或类似机构充当动力源，其 和电机一样产生扭矩。
在第一和第二实施例中，只要第一凸轮52在第一接触点C1 处的凸轮升程h1和第二凸轮53在第二接触点C2处的凸轮升程 h2的总和近似为常数，第一和第二凸轮52、53的转角相对于凸轮 升程h1、h2的关系就可以不再成比例。
在第一和第二实施例中，在第一和第二凸轮52、53的旋转方 向上间断地设置有至少两个转角范围。在每个转角范围内，第一 凸轮52在第一接触点C1处的凸轮升程h1和第二凸轮53在第二 接触点C2处的凸轮升程h2的总和都近似为常数。
在上述第一到第六实施例中，只要阀门升程根据控制轴的轴 向位置改变，变位装置(其结构不同于图2所示的变位装置12的 结构)就可结合有致动器20、86、90、130、140、170。
包括第一到第六实施例的本发明结构，可用于阀门升程控制 装置的致动器，以控制连接到发动机500中的摇臂619(参见图 1A)上的排气阀611的阀门升程。
上述实施例的结构可适当地组合。
在不超出本发明的构思的情况下，可以对上述实施例进行各 种改进和变形。