多缸内燃机气门驱动装置.pdf

一种气门驱动装置(10)，通过设置到各气缸(2)的凸轮机构(13)，将从气门驱动源输出的旋转运动转换成线性运动，并通过该线性运动驱动各气缸中的气门，该气门驱动装置配备有电机(11，12)和运动传动机构(14，15)，其中电机(11，12)共用作为气缸组中的气门驱动源，该气缸组包括多个气门打开周期不重叠的气缸，运动传动机构(14，15)将电机(11，12)的旋转运动传递到气缸组中各凸轮机构(13)的凸轮(16)。

1.  一种多缸内燃机气门驱动装置，它通过对于各气缸设置的运动转换装置，将从气门驱动源输出的旋转运动转换成线性运动，并通过所述线性运动驱动各气缸中的气门，所述气门驱动装置包括：
电机，共用作为气缸组中的所述气门驱动源，其中所述气缸组包括气门打开周期不重叠的多个气缸。

2.  根据权利要求1所述的多缸内燃机气门驱动装置，还包括：
运动传动机构，该运动传动机构将所述电机的旋转运动传递到所述气缸组中各运动转换装置的旋转体上。

3.  根据权利要求1或2所述的气门驱动装置，其中：
所述气缸组共用转矩减小机构，该转矩减小机构减小在驱动所述气缸组内各气门中产生的驱动转矩。

4.  根据权利要求2所述的气门驱动装置，其中：
所述运动传动机构配备有传动轴，所述传动轴将所述气缸组中各所述运动转换装置的所述旋转体彼此连接，并且
所述电机连接到所述运动传动轴上，以将旋转运动传递到所述运动传动轴。

5.  根据权利要求2所述的气门驱动装置，其中：
所述内燃机配置为均匀间隔点火、直列四缸、四冲程循环的内燃机，
外面的一对气缸之间的点火间隔根据所述气缸点火顺序按照曲柄角设定为360度，
所述内燃机配备有第一电机和第二电机作为所述电机，其中所述第一电机共用于由外面一对气缸组成的第一气缸组中的所述运动转换装置，所述第二电机共用于由里面一对气缸组成的第二气缸组中的所述运动转换装置，并且
所述运动传动机构包括第一运动传动机构和第二运动传动机构，其中所述第一运动传动机构将所述第一电机的旋转运动传递到所述第一气缸组中各运动转换装置的所述旋转体；所述第二运动传动机构将所述第二电机的旋转运动传递到所述第二气缸组中各运动转换装置的所述旋转体。

6.  根据权利要求5所述的气门驱动装置，其中：
所述第一运动传动机构包括第一运动传动轴，所述第一运动传动轴连接所述第一气缸组中各运动转换装置的所述旋转体；所述第二运动传动机构包括第二运动传动轴，所述第二运动传动轴连接所述第二气缸组中各运动转换装置的所述旋转体，
所述第二运动传动轴同轴地位于所述第一运动传动轴的外侧，
所述第一电机连接到所述第一运动传动轴以将旋转运动传递到所述第一运动传动轴，并且
所述第二电机连接到所述第二运动传动轴以将旋转运动传递到所述第二运动传动轴。

7.  根据权利要求2所述的气门驱动装置，其中
所述内燃机配置为均匀间隔点火、六缸、四冲程循环的内燃机，
气缸组这样配置：其中各气缸之间的点火正时根据所述气缸点火顺序按照曲柄角设定为360度，并且
各气缸设置有所述电机和所述传动机构。

8.  根据权利要求2至6中任意一项所述的气门驱动装置，其中
所述运动转换装置为凸轮机构，并且
所述旋转体为所述凸轮机构中的凸轮。

9.  根据权利要求1所述的气门驱动装置，还包括：
控制装置，所述控制装置通过改变所述电机转速和旋转方向中至少一个来控制所述气缸组中各气门的工作特性。

10.  根据权利要求9所述的气门驱动装置，还包括：
凸轮机构，所述凸轮机构将从所述电机输出的旋转运动转换成所述气门的线性运动，并且
所述控制装置控制所述电机使所述凸轮机构的凸轮沿着相同的方向、并具有变化的转速持续旋转，使得当所述气门的升程量最大时，驱动各气门的凸轮的转速为最大或最小。

11.  根据权利要求9所述的气门驱动装置，还包括：
凸轮机构，所述凸轮机构将从所述电机输出的旋转运动转换成所述气门的线性运动，
各气缸组由两个气缸组成，并且
所述控制装置驱动所述电机，使得所述电机在下述范围内在相对的两个方向上摆动，同时改变摆动量，所述范围在气缸组中一个气缸的凸轮机构中的凸轮给出的最大升程量位置与同一气缸组中另一个气缸的凸轮机构中的凸轮给出的最大升程量位置之间。

12.  根据权利要求11所述的气门驱动装置，其中：
所述控制装置还可在所述摆动期间改变所述电机的转速。

13.  根据权利要求11或12所述的气门驱动装置，其中：
所述控制装置控制所述电机在驱动所述气门中交替地使用气缸组中所述凸轮的鼻部的顶端两侧。

14.  根据权利要求9所述的气门驱动装置，其中：
所述控制装置使所述电机在相对的两个方向摆动，使得在内燃机的减少气缸操作中，气缸组中的一个气缸的气门打开和关闭，并且同一气缸组中的其它气缸的气门保持关闭。

15.  根据权利要求9所述的气门驱动装置，其中：
将电机用作各气缸组的气门驱动源，所述气缸组由气门打开周期不重叠的多个气缸组成，并且
所述控制装置使至少一个电机在相对的两个方向摆动，使得在内燃机的减少气缸操作中，气缸组中的气缸的一个气门打开和关闭，并且同一气缸组中的其它气缸的气门保持关闭。

16.  根据权利要求9所述的气门驱动装置，其中：
将电机用作所述气缸组的各气缸组的气门驱动源，所述气缸组由气门打开周期不重叠的多个气缸组成，并且
所述控制装置在处于内燃机减少气缸操作中、所有由各电机驱动的气门关闭的位置，停止一部分所述电机。

17.  根据权利要求15或16所述的气门驱动装置，其中：
所述控制装置控制各电机，使得在内燃机减少气缸操作中，其气门关闭的气缸的数量小于所述气缸的总数。

18.  根据权利要求15或16所述的气门驱动装置，其中：
所述控制装置控制各电机，使得在内燃机减少气缸操作中，其气门关闭的气缸的数量低于所述气缸的总数，并且在气门打开和关闭的气缸中改变气缸的升程量和工作角中的至少一个。

多缸内燃机气门驱动装置
技术领域
本发明涉及使用在多缸内燃机中驱动内燃机各气缸的气门打开和关闭的气门驱动装置。
背景技术
例如，在日本已审专利公开No.1989-16964中公开了一种气门驱动装置，其使用步进电机驱动至少进气门或排气门。例如，在日本实用新型申请公开No.1990-27123中还公开了另一种气门驱动装置，其包括用于每个气门的电机和用于将电机的旋转运动转换成气门的线性运动的凸轮机构。另外，日本国家阶段专利公开No.2002-500311作为较早的参考文献，也涉及本发明。
发明内容
在使用电机作为驱动多缸内燃机多个气缸中的气门的驱动源的情形下，当控制电机改变气门的工作特性时，电机可能影响其它处于气门打开周期的气门的工作特性，改变气门打开周期的一致性。因此，限制了控制气门工作特性的灵活性。在另一方面，当各气门使用电机时，对于各气门来讲，可灵活地改变气门的工作特性。但是，随着电机数量的增多，气门驱动装置的体积也增大，并且气门驱动装置安装到车辆上的限制也增加了。
本发明的目的是提供一种能够灵活地控制气门工作特性的缩小的气门驱动装置。
为达到上述目的，根据本发明一方面的多缸内燃机气门驱动装置将从阀驱动源输出的旋转运动通过设置到各气缸的运动转换装置转换成线性运动，通过该线性运动驱动各气缸中的气门，气门驱动装置包括共用作为气缸组中的气门驱动源的电机，其中气缸组包括气门打开周期不重叠的多个气缸。
根据上面的气门驱动装置，与为每个气缸都设置电机的情形相比，由于将电机共用作为多个气缸中的气门驱动源，所以减小了该装置的体积，并放松了安装气门驱动装置的限制。另外，共用电机的一组气缸中，气门打开周期不重叠，从而在气门打开周期之间存在所有气门都关闭的时期。因此，在通过改变电机的转速和旋转方向而改变气缸组中一个气缸的气门(或进气门，或排气门)的工作特性的情形下，通过进一步改变电机的旋转而消除前一个打开的气门关闭的时刻与下一个要打开的气门打开的时刻之间的时期(所有气门都关闭的时期)的以前的变化，以消除前一个打开的气门的工作特性的改变对下一个要打开的气门的工作特性的影响。例如，当在气门打开周期中电机加速以减小气门的工作角时，通过在下一个气门打开之前相应于加速量减慢电机，固定了打开下一个气门的起点位置的改变。因此，通过控制电机，给下一个气门提供了与前一个气门相似的变化或工作角的唯一变化。另外，当通过组合电机旋转的停止和反向而改变气门的工作特性时，通过控制电机的旋转以消除下一个气门打开之前的预先的变化，无需影响其它气门的工作，而控制各气门的工作。因此，可灵活地控制各气缸的工作特性。应当注意，本说明书中的改变转速包括将转速控制为零，即，停止电机的转动。
在本发明的气门驱动装置的一方面，气门驱动装置还包括运动传动机构，该运动传动机构将电机的旋转运动传递到气缸组中各运动转换装置的旋转体上。另外，在本发明的气门驱动装置的一方面，气缸组共用转矩减小机构，该转矩减小机构减小在驱动气缸组内各气门中产生的驱动转矩。当气缸组的气缸中共用电机时，通过公用的转矩减小机构，可同时减小作为电机驱动各气缸气门的转动阻力的各转矩。因此，转矩减小机构的共用防止了气门驱动装置尺寸的增大，并放松了气门驱动装置安装到车辆上的限制。
运动传动机构可配备有传动轴，传动轴将气缸组中运动转换装置的旋转体彼此连接，并且电机可连接到运动传动轴上，以将旋转运动传递到运动传动轴。根据该结构，通过将电机连接到运动传动轴上，可将旋转运动均匀地传递到多个气缸的各运动转换装置。
在本发明中，内燃机可配置为均匀间隔点火、直列四缸、四冲程循环的内燃机，在该内燃机中，外面的一对气缸之间的点火间隔根据气缸点火顺序设定为360度曲柄角。在这种情形下，通过设置如下的装置得到根据本发明一方面的气门驱动装置：电机，具有第一电机和第二电机，其中第一电机共用于由外面一对气缸组成的第一气缸组中的运动转换装置，第二电机共用于由里面一对气缸组成的第二气缸组中的运动转换装置；和运动传动机构，其中第一运动传动机构将第一电机的旋转运动传递到第一气缸组中各运动转换装置的旋转体，第二运动传动机构将第二电机的旋转运动传递到第二气缸组中各运动转换装置的旋转体。应当注意，在该构造中，“四冲程循环”意味着曲轴旋转两圈时，顺次地发生进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。即使循环可转换为两冲程循环，即曲轴转一圈出现四个冲程，只要该循环包括四冲程循环运行的情形，通过控制气门的工作特性，该循环仍然可以归类为四冲程循环。
另外，在上面的方面中，第一运动传动机构配备有第一运动传动轴，第一运动传动轴连接第一气缸组中各运动转换装置的旋转体，第二运动传动机构配备有第二运动传动轴，第二运动传动轴连接第二气缸组中各运动转换装置的旋转体。第二运动传动轴可同轴地位于第一运动传动轴的外侧，第一电机可连接到第一运动传动轴以将旋转运动传递到第一运动传动轴，第二电机可连接到第二运动传动轴以将旋转运动传递到第二运动传动轴。根据该构造，即使第一气缸组中的气缸被第二气缸组彼此分开，第一电机的旋转运动也能传递到第一气缸组中各气缸的运动转换装置。通过将电机连接到第二气缸组的外围，也能将旋转运动传递到第二气缸组。
在本发明的一方面，内燃机可配置为均匀间隔点火、六缸、四冲程循环的内燃机。在这种情形下，由各气缸之间的点火正时根据气缸点火顺序设定为360度曲柄角的气缸配置气缸组，并且各气缸可设置有电机和传动机构。根据该构造，通过在一个气缸组的各气门打开周期之间设置对于所有气门的足够的关闭时间，实现本发明。但是，在气门的一些工作角方面，在每个气缸组中可包括相隔小于360度曲柄角的点火间隔的至少两个气缸。四冲程循环的含义与上述相同。
在本发明的气门驱动装置的一方面，例如，可使用凸轮机构作为运动转换装置，凸轮机构中的凸轮可视为等同于运动转换装置中的旋转体。即，可通过操作凸轮配置气门驱动装置，通过电机，凸轮操作气门，并提供给每个气缸，其中各气缸具有彼此并不重叠的气门打开周期。
在本发明的一方面，气门驱动机构还可包括控制装置，该控制装置通过改变电机转速和旋转方向中至少一个来控制气缸组中各气门的工作特性。当使用电机分别作为多个气缸组中每个气缸组的各气门的气门驱动源时，控制装置可通过改变各电机的转速或旋转方向中至少一个来控制气缸组中各气门，其中气缸组中的气门打开周期不重叠。
另外，在上面的方面中，气门驱动装置可包括凸轮机构，凸轮机构将从电机输出的旋转运动转换成气门的线性运动，控制装置可控制电机使凸轮机构的旋转凸轮沿着相同的方向、并具有变化的转速而持续旋转，使得当各气门的升程量最大时，凸轮驱动气门的转速为最大或最小。在这种情形下，通过改变转速就能改变气门的工作角。另外，在通过改变工作角得到的气门升程量变化中，当升程量最大时，通过将转速的变化控制为最大转速或最小转速，就能使工作角的可调整范围最大。当多个电机使用到多个气缸组中的每个气缸组时，优选地，控制装置如上所述控制一个电机。
另外，在上面的方面中，气门驱动装置可包括凸轮机构，凸轮机构将从电机输出的旋转运动转换成气门的线性运动，各气缸组可由两个气缸组成，并且控制装置可驱动电机，使得电机在相对的两个方向中在一个范围内摆动，同时改变摆动量，其中该范围是在气缸组中一个气缸凸轮机构中的凸轮给出的最大升程量的位置与同一气缸组中另一个气缸凸轮机构中的凸轮给出的最大升程量的位置之间。根据该构造，通过凸轮的摆动，各气缸中气门的峰值升程量可控制为等于或小于由凸轮给定的最大升程量。通过改变电机的摆量，能够连续地改变峰值升程量。另外，当多个电机使用到多个气缸组的每个气缸，并且各组气缸具有2个气缸时，优选地，控制装置如上所述控制各电机。
在上面的方面中，控制装置还可在电机摆动期间，改变电机的转速。通过在摆动期间改变转速，能够连续地改变气门的工作角。从而，进气门配备有如下的工作特性：在进气门的控制中，通过减小升程量和工作角而减少进气量，因此，通过打开进气节气阀，例如节气门，能够减少泵气损失。当多个电机使用到多个气缸组时，控制装置还可在摆动中改变电机的转速。
另外，在摆动控制中，控制装置可控制电机在驱动气门中交替地使用气缸组中凸轮鼻部的顶端两侧。在摆动控制中，通过只使用凸轮鼻部顶端的一侧，能够打开和关闭各气缸中的气门；但是，在使用的一侧中，润滑或磨损会有所偏重。可选择地，当交替地使用两侧来工作时，可防止润滑或磨损的偏斜。另外，“交替地”指的是以预定的周期交替使用两侧来操作气门，而不是限制为每次气门相继地打开和关闭都使用两侧。周期的变化依赖于如时间及摆动的数量等参数。当多个电机使用到多个气缸组的每个气缸，控制装置可控制电机，使得如上使用各气缸组的凸轮。
在本发明的气门驱动装置的一方面，控制装置可使电机在相对的两个方向摆动，使得在内燃机的减少气缸操作中，气缸组中的气缸的气门打开和关闭，并且同一气缸组中的其它气缸保持关闭。通过使电机在上面的范围内摆动，使在一个气缸中燃烧，而停止其它气缸中的燃烧，得到减少气缸操作。在这种情形下，不需要机械的气门止动器，从而简化了气门驱动装置。
另外，在将电机使用到多个气缸组的每个气缸组作为气门驱动源的构造中，控制装置可在所有由各电机驱动的气门关闭、处于内燃机减少气缸操作的位置，停止一部分电机。由于在同一气缸组中，各气缸的气门打开周期不重叠，所以通过在所有气缸的气门都关闭的范围内的适当位置停止电机，而停止同一气缸组中所有气缸内的燃烧。通过如上所述控制一部分电机，同时控制其它电机打开和关闭各气门，得到减少气缸操作。
另外，在上面的方面中，控制装置可控制各电机，使得在内燃机减少气缸操作中，气门关闭了的气缸的数量小于气缸的总数。如上面涉及前述构造所描述的，通过使电机在相对的两个方向摆动或使其停止，能够停止同一气缸组中一个或多个气缸内的燃烧。在内燃机减少气缸操作中，通过调整停止燃烧的控制和改变低于气缸总数的不燃烧气缸的数量，能够灵活地控制工作情形。
另外，在上面的方面中，控制装置可控制各电机，使得在内燃机减少气缸操作中，气门关闭了的气缸的数量低于气缸的总数，并且在气门打开和关闭的气缸中改变气缸升程量和工作角中至少一个。在这种情形下，通过改变小于气缸总数的不燃烧气缸的数量，以及燃烧气缸的升程量或工作角，改变了气缸的进气或排气效率，并能灵活地控制内燃机的工作情形。例如，通过改变进气门的升程量和气门的工作角，精确地控制了泵气损失和发动机制动力。
附图说明
图1为示出了根据本发明的气门驱动装置的实施例的透视图；
图2A为示出了应用本发明的内燃机中各气缸的曲柄角与气门打开周期之间关系的曲线图；
图2B为示出了气门打开周期不重叠的第一气缸组中曲柄角与气门打开时间之间关系的曲线图；
图2C为示出了气门打开周期不重叠的第二气缸组中曲柄角与气门打开时间之间关系的曲线图；
图3为图1中的气门驱动装置的分解透视图；
图4为图1中的气门驱动装置的横截面图；
图5为以重叠方式示出同一气缸组中的凸轮的图；
图6为示出了转矩减小机构的图；
图7为示出了转矩减小机构中反相凸轮的图；
图8为示出了通过图1的气门驱动装置就能实现的工作特性变化的曲线图表；
图9为示出了气门弹簧施加的气门弹簧转矩与转矩减小机构施加到曲柄角的反相转矩之间关系的曲线图；
图10为示出了提供发动机控制器单元作为图1的气门驱动装置中电机控制装置的实施例的图；
图11为示出了当控制电机减小进气门的工作角时，凸轮速度和进气门升程量相对于曲柄角的关系的曲线图；
图12为示出了改变凸轮速度中变化的相位，以使凸轮在进气门升程量最大的位置以最大速度转动的实施例的曲线图；
图13为示出了在反向相位中改变凸轮速度相位的实施例的曲线图；
图14A至14C为示出了通过凸轮的摆动打开和关闭两个气缸的进气门的图；
图15为示出了当通过凸轮的摆动打开和关闭两个气缸中的进气门时，凸轮角、凸轮速度和进气门升程量相对于曲柄角的关系的曲线图；
图16为示出了当通过凸轮的摆动打开和关闭一个气缸中的进气门，并且停止另一个气缸中的进气门时，凸轮角、凸轮速度和进气门升程量相对于曲柄角的关系的曲线图；
图17A至17C为示出了当一些气缸的进气门停止，其它气缸中的进气门打开和关闭时，停止的气缸与在工作的气缸的组合的实施例的曲线图；
图18为示出了应用气门驱动装置的V型六缸内燃机的实施例的图；
图19A为示出了图18的内燃机中标准工作角设定为240 deg.CA时，各气门的升程量相对于曲柄角的关系的曲线图；
图19B为示出了图18的内燃机中标准工作角设定为180 deg.CA时，各气门的升程量相对于曲柄角的关系的曲线图；
图20为示出了根据本发明应用气门驱动装置的V型六缸内燃机的另一个实施例的图；
图21为示出了在直列六缸内燃机中，气缸布置与气缸编号的实例的图；
图22A为示出了图20的内燃机中标准工作角设定为240 deg.CA时，各气门的升程量相对于曲柄角的关系的曲线图；
图22B为示出了图20的内燃机中标准工作角设定为180 deg.CA时，各气门的升程量相对于曲柄角的关系的曲线图。
具体实施方式
图1示出了应用气门驱动装置的往复运动的四冲程循环内燃机的实施例。内燃机1A为直列四缸式发动机，具有四个布置成一直线的气缸2。在图1中，各气缸2通过其排列直线的一端到另一端编号为#1至#4彼此区分开。通常，在四冲程循环、直列四缸内燃机1A中，外面的一对#1和#4气缸2之间的点火间隔设定为360 deg.CA(在下文，“deg.CA”表示曲柄角度)，并且里面一对#2和#3气缸2的点火正时分别从#1气缸2的点火正时延迟180 deg.CA和540 deg.CA。因此，均匀间隔的点火以180 deg.CA间隔实现。应当注意，#2和#3气缸2之间的点火正时的顺序可自由地变化。在下文，假设#3气缸2的点火正时在#2气缸2的点火正时之前。因此，内燃机1A的气缸2的点火顺序设定为#1→#3→#4→#2。
每个气缸2都配备有两个进气门3。这里，排气门未示出。进气门3由气门驱动装置10打开和关闭。本领域内众所周知，进气门3具有穿过气缸盖的气门杆导管(未示出)的气门杆3a，进气门3可沿着气门杆3a的轴向方向往复运动。如图4所示，气门挺杆4整体地并且可往复运动地安装到进气门3的顶端。在气门挺杆4与气缸盖之间安装有气门弹簧5。与气门弹簧5的压缩相反的推斥力沿着使气门工作面3b与进气口的气门座紧密接触的方向(沿着关闭气门的方向)推动进气门3。气门驱动装置10沿着与气门弹簧力相反打开气门的方向驱动进气门3。
图2A示出了各气缸2的进气门3的曲柄角与升程量之间的关系(升程量为沿着打开气门的方向相对于其关闭位置的位移)。各进气门3的工作角(工作角根据曲柄角表示气门打开周期)依赖于内燃机1A的具体规格进行适当地调整。另外，在具有可变气门驱动机构的气门驱动装置中，工作角响应于内燃机1A的工作状态而变化。通常，进气门3的工作角设定为240 deg.CA。在该工作角的设定中，如图2B中所示，在外面一对#1和#4气缸之间，进气门的气门打开周期彼此不重叠，如图2C中所示，在里面一对#2和#3气缸之间，进气门的气门打开周期彼此不重叠。从而，如图1所示，在本实施例的气门驱动装置10中，气缸分类成由外面一对气缸2组成的第一气缸组和由里面一对气缸2组成的第二气缸组。第一电机11和第二电机12分别作为各气缸组的气门驱动源。
图3和图4详细示出了气门驱动装置10。如这些图所示，除了上述电机11和12之外，气门驱动装置10还包括凸轮机构13以及第一运动传动机构14和第二运动传动机构15，其中每个凸轮机构13都用作提供给各气门3的运动转换装置，第一运动传动机构14和第二运动传动机构15分别将电机11和电机12的转动传递到各对应于该电机的气缸组的凸轮机构13。所有的凸轮机构13都具有相同的构造。凸轮机构13具有作为旋转体的凸轮16，凸轮16沿着打开气门的方向驱动进气门3，其中通过使用凸轮16将设置到进气门3顶端的气门挺杆4向下推而打开气门。即，气门挺杆4起凸轮16的随动机构的作用。如图5中所示，凸轮16的轮廓设定成公知的形状，其中鼻部16b通过部分地扩大基圆16a而提供。气门挺杆4由鼻部16b向下推。
第一运动传动机构14包括凸轮轴17(第一传动轴)和减速器18，其中凸轮轴17将外面#1和#4气缸的各凸轮16彼此连接，减速器18将电机11的转动传递到凸轮轴17。减速器18包括电机齿轮19和从动齿轮20，其中电机齿轮19安装到电机11的输出轴11a上，从动齿轮20固定到凸轮轴17一端，以整体旋转并与电机齿轮19啮合。凸轮轴17具有互联结构，其中组合了驱动#1气缸的凸轮16的第一轴元件21和驱动#4气缸的凸轮16的第二轴元件22。在第一轴元件21上同轴地并且整体地形成有轴连接部分23，轴连接部分23越过#2和#3气缸延伸到#4气缸。轴元件21和轴元件22通过将轴连接部分23一端的轴连接部分24同轴地安装进第二轴元件22的轴连接孔25而同轴地连接。在轴连接部分24与轴连接孔25之间形成有用来停止转动的装置，例如，花键。从而，第一轴元件21与第二轴元件22相连接以整体地转动。轴连接部分23的直径小于第一轴元件21和第二轴元件22的直径。尽管凸轮16整体地形成在第一轴元件21和第二轴元件22上，但是，凸轮16也可形成为与轴元件21和22分离的部分，通过配合方法，例如压配合或热配合，安装到轴元件21和22上。
在另一方面，第二传动机构15包括凸轮轴30(第二传动轴)和减速器31，其中凸轮轴30将里面#2和#3气缸的各凸轮16彼此连接，减速器31将电机12的转动传递到凸轮轴30。减速器31包括电机齿轮32、中间齿轮33和从动齿轮34，其中电机齿轮32安装到电机12的输出轴12a上，中间齿轮33与电机齿轮32啮合，从动齿轮34固定到凸轮轴30的中间部分，以整体旋转并与中间齿轮33啮合。凸轮轴30构造成空心轴的形式，具有沿轴向方向延伸的通孔30a，凸轮16整体地形成在凸轮轴的外围上。凸轮轴17的轴连接部分23可旋转地插入凸轮轴30的通孔30a。从而，凸轮轴30绕着凸轮轴17可旋转地并且同轴地布置。另外，凸轮轴30具有与凸轮轴17的第一轴元件21和第二轴元件22的直径相同的直径。凸轮16可形成为与凸轮轴30分离的部分，通过配合方法，例如压配合或热配合，安装到凸轮轴30上。从动齿轮34以同样的方式构造。
同一气缸组中#1或#3中一个气缸的凸轮16和其它气缸组中#4或#2中另一个气缸的凸轮16分别连接到凸轮轴17或30，使得其凸轮鼻中16b的顶端16c沿外围方向以180 deg相对于彼此而变换。由于在这两个气缸之间，进气门3的气门打开周期以360 deg.CA变换，因此凸轮16这样构造。从而，如图5中清楚所示，在各凸轮轴17和30的外围方向，凸轮16的鼻部16b彼此不重叠的地方出现了区域X。应当注意，基圆16a的直径设定使得在气门挺杆4与凸轮16之间存在适合的间隙(气门间隙)。另外，凸轮机构13可设置在曲轴箱中，从凸轮机构得到的线性运动通过运动传动部分，例如推杆，传递到进气门3。内燃机并不限制为OHC型，也可为OHV型。
各运动传动机构14和15都配备有转矩减小机构40。如图6中详细示出的，转矩减小机构40包括反相凸轮41和转矩施加单元42，转矩施加单元42施加由反相凸轮41上的摩擦引起的载荷。应当注意，图6中示出的为#2和#3气缸的转矩减小机构40。另外，#1和#4气缸的转矩减小机构40也具有相同的结构。反相凸轮41分别安装到凸轮轴17的第二轴元件22的一端和凸轮轴30的一端，以便整体地旋转。反相凸轮41可整体地形成在轴17和30上。另外，反相凸轮41可形成为分离的部件，通过配合方法，例如压配合或热配合，安装到轴17和30上。反相凸轮41的外围面构造为凸轮面。如图7中所示，凸轮面的外形构造成在基圆41a的一部分具有一对凹进部分41b。设置凹进部分41b使得凹进部分41b的底部41c相对于彼此在外围方向分离开180 deg。
返回到图6，转矩施加单元42包括推杆43、保持架44和螺旋弹簧45，其中推杆43布置到反相凸轮41的外围面上，保持架44布置在推杆43的外面，螺旋弹簧45安装在推杆43与保持架之间，将推杆43推向反相凸轮41。辊子46可旋转地安装到推杆43的一端。通过螺旋弹簧45的推斥力，将辊子46压靠在反相凸轮41的外围上。
对应于凸轮轴17的反相凸轮41的推杆43关于凸轮轴17的外围方向而定位，使得当辊子46与设置在反相凸轮41上的一个凹进部分41b的底部41c相接触时，安装到凸轮轴17的#1气缸的凸轮16的鼻部16b的顶端16c与#1气缸的挺杆4相接触，当辊子46与另一凹进部分41b的底部41c相接触时，安装在凸轮轴17上的#4气缸的凸轮16的鼻部16b的顶端16c与设置在#3气缸的挺杆4上的另一凹进部分41b的底部41c相接触。另外，对应于凸轮轴30的反相凸轮41的推杆43关于凸轮轴30的外围方向而定位，使得当辊子46与设置在反相凸轮41上的一个凹进部分41b的底部41c相接触时，安装到凸轮轴30的#3气缸的凸轮16的鼻部16b的顶端16c与#3气缸的挺杆4相接触，当辊子46与另一凹进部分41b的底部41c相接触时，安装在凸轮轴30上的#2气缸的凸轮16的鼻部16b的顶端16c与设置在#2气缸的挺杆4上的另一凹进部分41b的底部41c相接触。
根据如上述构造的气门驱动装置10，通过分别使用电机11和12驱动凸轮轴17和30以内燃机1A的曲轴转速的一半速度(在下文，称为标准速度)沿一个方向持续地转动，从而使进气门3随着曲轴的转动同步打开和关闭。该操作类似于使用曲轴动力驱动气门的典型的机械气门驱动装置。
另外，根据气门驱动装置10，如图8的项目A至G所示，进气门3的工作特性以各种方式响应于曲柄角与凸轮16的相位之间的相对关系的变化，其中可通过改变凸轮轴17和30相对于其使用电机11和12的标准速度的转速，而改变曲柄角与凸轮16的相位之间的相对关系。在图8中，“升程形状”中的实线表示当凸轮轴17和30以标准速度持续地旋转时的进气门3的工作特性，“升程形状”中的虚线表示通过电机11和12的速度控制实现的改变了的进气门3的工作特性。升程形状的横坐标和纵坐标分别表示曲柄角和升程量。
首先，通过相对于其标准速度加速或减慢凸轮轴17和30的转动，同时关闭进气门3，以改变曲柄角与凸轮16的相位之间的相对关系，从而实现了图8的项目A中示出的工作特性的变化。当相对于其标准速度加速或减慢凸轮轴17和30的转动，同时打开进气门3时，工作角如图8的项目C中所示的一样变化。
图8的项目B示出了将气门3的升程量限制为小于最大升程量的实例，最大升程量即当鼻部16b的顶端16c与气门挺杆4相接触时实现的进气门3的升程量。通过停止电机11和12，然后使其沿相反的方向旋转，同时凸轮16打开进气门3，就实现了这种升程量的变化。在这种情形下，凸轮16的向前旋转驱动压下进气门3使其打开，而随着鼻部16b的顶端16c与气门挺杆4相接触之前开始的凸轮16的反向旋转驱动，气门3沿着关闭气门的方向返回。由于进气门3的工作角可随着电机11与12的向前旋转驱动和反向旋转驱动而适当地变化，所以无需改变工作角就可只改变升程量，如图8的项目D中所示。
图8的项目E中示出了通过在进气门3打开时使凸轮轴17和30沿一个方向持续地旋转并使加速其转速，并且在进气门3关闭时减慢凸轮轴17和30的转速以消除加速引起的曲柄角与凸轮16之间的相位偏移，从而改变升起速度同时保持进气门3的工作角的实例。给出图8的项目E中所示的工作特性，通过快速地打开进气门提高了进气效率，并且通过减慢在关闭气门3时的升起速度可缓和当进气门与气门座相接触时产生的冲击。
图8的项目F示出了通过驱动凸轮轴17和30以两倍的标准速度，即以与曲轴相同的转速转动，使分开的两气缸组中的气门3在一个周期期间打开和关闭，从而将内燃机1A的工作循环从四冲程循环变为两冲程循环的实例，其中所述周期为打开和关闭进气门3一次的时期。另外，图8的项目G为当内燃机1A在分层燃烧中工作时，进气门3于是在较早的正时打开的实例。但是，在进气门3开始打开之后，升程量保持为小升程量一定时间。得到这些工作特性，使得在通过于进气门3关闭期间将凸轮轴17和30加速超过标准速度而提前进气门3的打开正时之后，通过将凸轮轴17和30的转速减慢到相当低的速度或临时停止凸轮轴17和30来抑制升程量的增加，并且在保持上述条件一段预定时间之后通过加速凸轮轴17和30来增加升程量。另外，图8的项目H为凸轮轴17和30停止以保持进气门3关闭的实例。通过停止凸轮轴17和30，同时鼻部16b推向气门挺杆4，可将进气门可保持在打开状态。
如上所述，根据本发明的气门驱动装置10，通过电机11对凸轮轴17和30的速度控制，进气门3可具有各种工作特性。另外，由于在凸轮轴17和30的外围上如上所述地设置有鼻部16b不重叠的区域X，所以由电机11操作的#1和#4气缸中的进气门3的气门打开周期也不重叠。类似地，由电机12操作的#2和#3气缸中的进气门3的气门打开周期不重叠。因此，即使曲柄角与凸轮16的相位之间的相对关系不同于以标准速度持续地驱动凸轮轴17和30时的关系，例如，也可使用电机11的速度控制，通过调整电机11的速度以消除上面相对关系之间的区别，同时凸轮轴17的区域X面向气门挺杆4，即，#1和#4气缸的凸轮轴17上凸轮16的所有基圆16a都穿过气门挺杆4，从而改变#1或#4气缸任意一个中的气门3的工作特性，结果，在一个气缸中的气门3的工作特性的变化并不影响其它气缸中的气门3的工作特性，因此可随意地控制气门3的工作特性的变化。类似地，相同的程序也适用于#2和#3气缸。
应当注意，由于当使用一个共用的电机驱动气缸2所有的凸轮16时，不存在上面的区域X，并且各进气门3的气门打开周期必然与另外的进气门3的气门打开周期重叠，所以不能改变各进气门的工作角，凸轮轴17和30也不能以相反的方向旋转。因此，在图8除了A和E的项目中，不能获得上述优点。另外，根据气门驱动装置10，与当所有气缸2的进气门3由同一电机驱动时相比，可得到多种工作特性。另外，由于与每个气缸都使用一个电机的情形相比，所需的电机更少，所以减少了包括的部件的数量，从而减小了气门驱动装置10的大小，在成本方面具有优势。
在根据本实施例的气门驱动装置10中，每个运动传动机构14和15都使用转矩减小机构40，因此，通过减少施加到电机11和12上的驱动转矩可减少电机11和12所需的额定转矩，从而获得减小尺寸的电机11和12和更紧凑的气门驱动装置10。图9示出了气门弹簧5推向凸轮轴17或30的气门弹簧转矩(实线)、转矩减小机构40推向凸轮轴17或30的反相转矩(虚线)与曲柄角之间的关系。横坐标表示转矩＝0，沿着与凸轮16向前转动相反方向推的转矩由正号(+)表示，沿着凸轮16向前转动方向推的转矩由负号(-)表示。图9示出了以标准速度沿向前方向持续地驱动凸轮轴17和30的实例。
如图9中实线所示，在凸轮16允许进气门3位于最大升程量的地方，气门弹簧转矩大约为0。由于在达到最大升程量之前，即，在打开进气门3的期间，气门弹簧5的推斥力努力将凸轮16沿与转动相反的方向推回，所以气门弹簧转矩为正。由于在达到最大升程量之后，即，在关闭进气门3的期间，气门弹簧5的推斥力努力将凸轮16沿向前转动的方向推动，所以气门弹簧转矩为负。在另一方面，如图9中虚线所示，反相转矩在最大升程量位置大约为0，在达到最大升程量位置之前为负，在达到最大升程量位置之后为正。在打开进气门3的期间，推杆43在凹进部分41b中朝着底部41c前进，螺旋弹簧45的推斥力通过推杆43施加在反相凸轮41上，以沿着向前转动方向驱动反相凸轮41，而在关闭进气门3的期间，推杆43在凹进部分41b中沿着远离底部41c的方向前进，螺旋弹簧45的推斥力通过推杆43施加在反相凸轮41上，以沿着与转动相反的方向推回反相凸轮41。
从而，从凸轮16一侧施加到凸轮轴17和30的气门弹簧转矩，即，通过气门挺杆4和凸轮16从气门弹簧5施加到凸轮轴17和30的转矩，与从反相凸轮41一侧施加到凸轮轴17和30的反相转矩，即，从转矩施加单元42的螺旋弹簧45通过推杆43和反相凸轮41施加的反相转矩，沿彼此相反的方向施加，从而相互抵销。由于从气门弹簧转矩与反相转矩组合的转矩作为驱动转矩施加在电机11和12上，所以减小了施加在电机11和12上的驱动转矩，因此，减小了电机11和12所需的额定转矩，从而获得尺寸减小的电机。另外，由于反相凸轮41使用到每个凸轮组17和30，并且每个反相凸轮41都由两个气缸2共用，所以与每个气缸2都使用一个反相凸轮的情形相比，也减小了转矩减小机构的尺寸，从而获得进一步紧凑形式的气门驱动装置10。尽管上面描述了驱动凸轮轴17和30以标准速度持续地旋转的情形，但是由于气门弹簧转矩与反相转矩之间的关系为彼此反相，所以在改变转速或旋转方向时，通过减小驱动转矩，也能得到相同的效果。另外，只把气门弹簧转矩看作要由反相转矩抵销的目标；但是，通过进一步考虑由凸轮16惯性等产生的转矩，可确定反相转矩。
下面，参考图10至17，对电机11和12的控制进行详细描述。如图10所示，假设由电子控制单元6(ECU)控制电机11和12的工作。电子控制单元6为计算机单元，包括微处理器和微处理器的工作所需的外围部件，例如存储器。电子控制单元6可用作控制电机11和12的专用单元，或者用作也用于其它目的的单元，例如发动机控制单元。在图10中，除ECU6之外，其它部分与图1中相同。
尽管在下文描述了用于第一气缸组(#1和#4气缸)的电机11的控制，除非有其它方面的规定，否则第二气缸组(#2和#3气缸)的电机12也可以同样的方式控制。另外，在下文中假设，当持续地驱动凸轮16和凸轮轴17以上述标准速度沿一个方向旋转时，#1和#4气缸的进气门3以360 deg.CA的间隔打开和关闭，如图2B所示，而且各气门3的工作角设定为240 deg.CA(称为标准工作角)，对关于这些条件描述的升程量和工作角的变化进行描述。即，凸轮16的外形设计成使得进气门3的工作角为240 deg.CA。图11、12、15和16中虚线所示的升程量的波形对应于当凸轮速度固定在标准速度时的升程量。在这些图中，省略了曲柄角度的符号“CA”。
[工作角的可变控制]
ECU6控制电机11的转动，以使凸轮轴沿一个方向持续地转动，并适当地改变凸轮轴17的转速，从而改变了进气门3的工作角和升程量的变化特性。图11示出了该情形的实例。图11示出了当通过以360deg.CA的间隔改变电机11的输出轴11a的转速而改变进气门3的工作角，同时通过使凸轮轴17持续地并且单向地旋转而驱动进气门3打开和关闭时，凸轮速度(凸轮16的转速)、进气门3的升程量与曲柄角的关系。在该实例中，凸轮速度以360 deg.CA的间隔变化，以使进气门3打开时凸轮速度在最大。另外，改变凸轮速度，使得进气门3开始打开的时刻t1与进气门3关闭的时刻t2之间，凸轮速度超过标准速度的区域S1大于凸轮速度低于标准速度的区域S2。从而，进气门3的工作角减小而小于标准工作角。另外，凸轮速度最大的位置设定为在将凸轮速度固定为标准速度时，进气门3的升程量变得最大的位置。另外，凸轮速度在循环中的波形沿水平方向关于凸轮速度最大的位置对称。
图12示出了变换图11中凸轮速度变化的相位，使得凸轮速度在当凸轮16的鼻顶端16c行进在气门挺杆4上时，进气门3升程量最大的位置(最大升程位置)变得最大的实例。通过如上述变换相位，使图11中的区域S2减小或消失。因此，增加了工作角关于标准工作角的减少量。通过将区域S2控制为消失而获得最大减少量。
在图13所示的实例中，凸轮速度以360 deg.CA的间隔变化，以使进气门3打开时凸轮速度最小。即，凸轮速度对应于图11中的凸轮速度变化在垂直方向关于标准速度对称地变化。从而，在进气门3开始打开的时刻t1与进气门3关闭的时刻t2之间，凸轮速度超过标准速度的区域S1小于凸轮速度低于标准速度的区域S2。因此，进气门3的工作角增加而大于标准工作角。另外，在图13所示的实例中，可进一步变换凸轮速度变化的相位，使得凸轮速度在进气门3最大升程量位置变得最小。根据该构造，可提高工作角关于标准工作角的增加量。
除了上面的以外，在最大升程位置之前和之后，升程量变化的波型可设成不对称的，使得工作角与标准工作角吻合，或抑制它们之间的区别，例如，通过当进气门3的升程量增加时加速凸轮速度，和当升程量减少时减慢凸轮速度。通过以360 deg.CA的间隔执行上面的操作控制，能够改变#1和#4气缸中各气缸使用的进气门3的工作角或升程特性。由于凸轮速度的变化为360 deg.CA的间隔，所以气缸的进气门3中工作特性的变化并不影响其它气缸的进气门中工作特性的变化。
[可变升程控制]
通过使电机11的输入轴11a在相反的两个方向摆动，使得改变凸轮16的旋转方向，即，对每一预定的旋转角，可选择地改变输出轴11a的旋转方向，同时进气门3打开，ECU6能够改变进气门3的最大升程量。图14A至14C中示出了在这种情形下的凸轮16的工作实例，实线表示#1气缸的凸轮16和气门挺杆4，虚线表示#4气缸的凸轮16和气门挺杆4。在摆动控制中，通过#1气缸的凸轮16的转动，凸轮16的鼻部16b将气门挺杆4向下推，例如，沿着图14A中箭头A所示的方向，然后，在凸轮16的鼻顶端16c到达气门挺杆之前，凸轮16的旋转方向反转到箭头B的方向。然后，保持凸轮16的旋转方向，使得图5中所示的区域X通过气门挺杆4之上，如图14B所示。其后，保持凸轮16的旋转方向，通过#4气缸的凸轮16的鼻部16b将气门挺杆4向下推，如图14C所示。在#4气门的凸轮16的鼻顶端16c到达气门挺杆4之前，凸轮16的旋转方向再次反转到箭头A的方向。通过重复该摆动运动，各气缸的进气门3依次地打开和关闭，同时将#1和#4气缸中各气缸的峰值升程量限制成小于最大升程量。
图15示出了在摆动控制中，凸轮的转角(凸轮角)、凸轮速度、进气门3的升程量与曲柄角的关系的实例。当凸轮沿凸轮16的鼻部16b将气门挺杆4向下推的方向转动时，即沿图14A中箭头A的方向时，凸轮角定义成关于以下状态为正：基圆16a与通过基圆16a中心和鼻顶端16c的线的相交点面对气门挺杆4的状态。凸轮速度也以同样的方式定义。
在图15所示的实例中，当#1气缸的凸轮16的基圆16a面向气门挺杆4时(当曲柄角在0-60 deg.CA之间时)，凸轮16加速，在鼻部16b开始将气门挺杆向下推的正时，即，进气门3开始升起的正时，曲轴16以标准速度(对应于图14A中箭头A的旋转方向)旋转。其后，在进气门3升起的期间，凸轮16开始减慢，然后凸轮临时地停止(图15中凸轮速度为零，并且#1气缸的升程量最大的位置)，并且凸轮16的旋转方向反向。在反向之后，凸轮速度提高到标准速度，并保持转速(对应于在图14A中箭头B方向的旋转)，直到进气门3关闭。根据上面的控制，凸轮16在小于180 deg.CA的范围内摆动，#1气门的进气门3的升程量限制成小于最大升程量。
在摆动控制中，通过改变凸轮16的摆动范围，能够适当地改变进气门3的峰值升程量。在图15中，进气门3摆的峰值升程量增加得与凸轮16开始升起直到凸轮速度变为零的旋转角(摆动量)一样多，在另一方面，峰值升程量减少得与摆动量一样少。摆动范围可在气缸#1与#4各自的最大升程位置、即，#1和#4气缸各自的凸轮16的各鼻顶端16c行进在气门顶挺4上的位置之间的范围内调整。
在另一方面，在摆动控制中，通过在摆动中调整凸轮16的转速，可使进气门3的工作角变得大于或小于标准工作角。在图15所示的实例中，控制工作角为小于标准工作角。在将升程量限制为小于最大升程量的情形下，除了升程量的限制之外，通过将工作角进一步控制为小于标准工作角，这样来保持进气门3的气门打开区域(由表示升程量的波浪线与表示曲柄角的横轴环绕的区域)小，从而限制了进气量。当这样将内燃机1A控制于低负载低转速时，通过提高内燃机1A的进气系统使用的节气门的打开程度，能够减小进气泵气损失。
在#1气缸的进气门3的工作角关于标准工作角改变了的情形下，当凸轮速度保持在标准速度直到#4气缸的进气门3开始升起时，由于工作角的变化，#4气缸的进气门3开始升起的正时从原先预定的正时进行变换，即，从设定在#1气缸的进气门3开始升起的正时起360deg.CA之后的正时进行变换。因此，在图15中，在#1气缸的进气门3升起之后，临时地减慢凸轮速度直到#4气缸的进气门3开始升起，使得#4气缸的进气门3在420 deg.CA开始升起。在#4气缸的进气门3开始升起之后的凸轮16的速度控制中，只有旋转方向不同，但是速度与#1气缸中的一样。
在图15所示的实例中，通过只使用各气缸采用的凸轮16的鼻顶端16c的一侧来控制进气门3的打开和关闭。为了均匀地改进凸轮16与气门挺杆4之间不均匀的润滑及凸轮16的磨损，可以适当的间隔转换凸轮16的摆动范围，以使用凸轮16的鼻顶端16c的两侧(图14A中的C1和C2)来驱动进气门3。转换周期依赖于例如时间和摆动次数等参数确定。另外，当范围转换时，凸轮16的鼻顶端16c需要压过气门挺杆4。当电机11的摆动控制和使电机11沿一个方向持续旋转的控制根据内燃机1A的工作情形有选择地使用时，例如，在处于低负载负转速下凸轮16由电机11摆动并且处于高负载高转速下凸轮16由电机11沿一个方向持续地旋转的情形中，在连续的转动之前和之后转换凸轮16要使用的区域。
[部分地停用气缸操作的控制]
在内燃机的低速工作或低负载工作中，可能需要减少气缸操作，在减少气缸操作中，通过保持一部分气缸中的进气门为关闭状态而停止一部分气缸。将曲轴的旋转传递到气门的机械式气门传动装置的减少气缸操作需要专门的气门止动器。但是，根据本实施例的气门驱动装置10，由相同电机11、12驱动的每对凸轮16都具有上述区域X，因此通过ECU6使电机11、12在相对的两个方向摆动或停止电机，就能容易地获得减少气缸操作。在下文对几个实例进行描述。
图16示出了通过使电机11在相对的两个方向中摆动停止#4气缸中的燃烧的实例。在该实例中，以与图15中相同的方式控制凸轮速度和凸轮角，直到#1气缸的进气门3结束升起为止。#1气缸的进气门3结束升起之后，凸轮16减慢并停止在1#气缸涉及的电机11的控制周期的结束点(360 deg.CA)。在该点，凸轮角为零，#1和#4气缸的所有凸轮16都位于使得它们的基圆面16a对气门挺杆4的位置。凸轮16从该状态保持停止到#4气缸涉及的电机11的控制周期的结束点(720deg.CA)。其后，#1气缸的进气门3再次升起。通过上述控制，当打开和关闭#1气缸的进气门3时，能够使#4气缸的进气门3停止在关闭状态。并且还能打开和关闭#4气缸的进气门3，将#1气缸的进气门3停止在关闭状态。
通过在0 deg.CA到720 deg.CA之间停止电机11使上述区域X面对气门挺杆4，即，关闭同一气缸组的所有进气门，同一气缸组(例如，#1和#4气缸)中任意一个气缸的进气门都可如图17A所示的停止。在这种情形下，电机12驱动其它气缸组(#2和#3气缸)的各凸轮16以打开和关闭气缸的进气门3，从而以360 deg.CA的间隔燃烧剩余的两个气缸#2和#3，同时保持两个处于非燃烧状态的气缸。另外，电机12可在#2和#3气缸的所有进气门3都关闭的地方停止，而电机11可驱动#1和#4气缸的凸轮16以打开和关闭它们的进气门3。
可选择地，在减少气缸操作中，在低于气缸总数的范围(1至3)内，通过电机11或12的摆动与停止的组合，可适当地改变不工作气缸的数量。例如，图17B示出了只有#1气缸停止燃烧的实例，图17C示出了#1和#3气缸停止燃烧的实例。优选地，依赖于内燃机1A的工作情形选择不处于燃烧状态的非燃烧气缸的数量和非燃烧气缸的编号。由于如上述相对容易地选择了非燃烧气缸，所以减少了减少气缸操作中的进气泵气损失，内燃机1A能够高效率地工作。从而，提高了燃料效率。另外，当一部分气缸非燃烧时，通过上述控制，进气门3的工作角和燃烧气缸中的升程量是可变的。在这种情形下，与当内燃机1A的凸轮16以标准速度持续地旋转时相比，能够更加精确地控制内燃机1A的进气泵气损失，从而更加精细地调整了发动机制动力。
在上面的描述中，描述了进气门3关于凸轮16的转速或旋转方向的工作特性。但是，考虑电机11和12与凸轮16之间的减速比或旋转方向关系，能够以电机11和12的输出轴11a和12a的转速或旋转方向分别替代凸轮16的转速或旋转方向。通过ECU6根据输出轴11a和12a的转速和旋转方向的替代关系对电机11和12的控制，进气门3的以上工作特性是可变的。例如，预先在ECU6的ROM中存储内燃机1A的工作情形和凸轮16的工作方面的信息，如凸轮16的转速、旋转方向、工作控制模式(沿一个方向持续地旋转的控制模式和摆动控制模式)与摆动控制模式中的摆动范围(用在旋转方向改变点的凸轮角或者摆动角具体说明)的关系，通过内燃机1A中的各种传动机的信息确定工作情形。通过确定结果，确定了凸轮16的工作情形。通过控制其输出轴工作特性由输出轴11a和12a的工作情形替代了的电机11和12，工作特性是可变的，如上述工作角、升程特性、最大升程量和非燃烧气缸的数量。在这种情形中，曲轴传感器或凸轮角传感器检测曲柄角或凸轮轴17和30的旋转位置，从而反馈控制电机11和12。
本发明不限于上面的实施例，可修改和变更。例如，在本发明中描述了直列四缸内燃机；但是，当在气缸组中，所有气门打开周期不重叠的气缸都彼此各不相同时，可使用多个气缸。图18示出了使用气门驱动装置50的V型六缸内燃机1B。在该内燃机中，气缸2(#1、#3和#5)和(#2、#4和#6)分别在一个气缸列51和另一个气缸列52中排成一列。点火沿气缸编号的顺序发生，即，#1→#2→#3→#4→#5→#6。并且，气缸倾斜角设定为60 deg；因此，每120 deg.CA产生点火脉冲。
在内燃机1B应用的气门驱动装置50中，彼此间隔360 deg.CA的气缸属于同一气缸组，因此，需要三个电机53、54、55以操作各气缸的气门。当标准工作角为240 deg.CA时，各气门的升程量相当于图19A中示出的曲柄角。从而，在图18中，第一气缸组包括#1和#4气缸，第二气缸组包括#2和#5气缸，第三气缸组包括#3和#6气缸，三个电机提供给第一、第二和第三气缸组。
第一电机53的旋转运动通过传动机构58传递到#1和#4气缸的凸轮16，传动机构58包括齿轮组56和凸轮轴57。第二电机54的旋转运动通过传动机构61传递到#2和#5气缸的凸轮16，传动机构61包括齿轮组59和凸轮轴60。第三电机55的旋转运动通过传动机构64传递到#3和#6气缸的凸轮16，传动机构64包括齿轮组61和凸轮轴63。#2和#5气缸的凸轮轴60具有与图3和图4中的凸轮轴17相同的结构。凸轮轴57和63是中空的，同轴地位于凸轮轴60的外围，并能够转动。凸轮轴57、60、63位于气缸列51与气缸列52之间，各凸轮轴57、60、63的凸轮16的转动转换成随动机构(未示出)的线性运动。随动机构的线性运动通过运动传动单元(例如推杆)传递到气门(包括进气门)，从而气门往复运动。图18中示出的内燃机1B为OHV型。
在该构造中，各气缸组中的气门打开周期也与图2A中一样不重叠，包括的电机的数量减少到提高各气门工作特性的程度，从而获得尺寸减小的气门驱动装置。同样，同一气缸组中的凸轮16也可以上述相同的方式控制。在图18中，各凸轮轴57、60、63都具有转矩减小机构40。
在图18中，即使一个气缸组具有两个气缸，在将标准工作角设定为180 deg.CA的情形下，#1、#3和#5气缸的气门打开周期也不与#2、#4和#6气缸的气门打开周期重叠，如图19B中所示。在这种情形下，第一气缸组可由#1、#3和#5气缸组成，第二气缸组可由#2、#4和#6气缸组成，根据本发明的气门驱动装置10可适用于该结构。换句话说，在本发明中，气缸组可包括在每一个气缸列中。
图20示出了气门驱动装置应用于V型六缸内燃机的另一个实施例。在该实施例中，凸轮推杆71和72分别设置到一对气缸列51和52上。各凸轮推杆具有两个操作进气门3的凸轮轴73和74，和一个操作排气门(未示出)的凸轮轴75。所有的凸轮轴都同轴地安装在相应的推杆上，并且能够转动和同轴地定位。在图20中，即使气缸列51中的凸轮轴74与凸轮推杆71分离，在实际中，凸轮轴73和74也同轴地位于凸轮推杆71上，就象凸轮轴74在凸轮推杆72上。
凸轮16与凸轮轴73整体地形成，以操作对应于一个气缸列中相邻两个气缸2的进气门3，并且凸轮16能够转动。凸轮16与另一凸轮轴74整体地形成，以操作对应于同一气缸列中另一气缸2的进气门3，并且凸轮16也能够转动。凸轮轴74通过由第一电机11驱动的第一传动机构14转动，凸轮轴75通过由第二电机12驱动的第二传动机构15转动。凸轮76与用于排气的凸轮轴75整体地形成，以操作一个气缸列中所有气缸的排气门，并且凸轮76能够操作。凸轮轴75通过由一个电机78驱动的传动机构77转动。各气缸2的凸轮16彼此具有120 deg的相位差，因此通过第一电机11的摆动控制，能够独立地控制两个气缸2中进气门3的工作特性，通过与两个气缸2中进气门3无关的第二电机12，能够独立地控制其它气缸2中进气门3的工作特性。
本发明适用于直列六缸、V型八缸或V型十二缸内燃机。在图21中所示的直列六缸内燃机1C中，气缸2从一端到另一端编号为#1至#6，气缸的点火顺序为#1→#5→#3→#6→#2→#4。图22A示出了当各气缸气门的标准工作角为240 deg.CA时，各进气门的升程量与曲柄角之间的关系，其中，第一、第二和第三气缸组分别由#1和#6、#2和#5、#3和#4气缸组成，并且根据本发明的气门驱动装置应用于该结构。图22B示出了在直列六缸内燃机1C中当各气缸气门的标准工作角设定为180deg.CA，各进气门的升程量与曲柄角之间的关系，其中，第一气缸组与第二气缸组分别由#1、#2和#3气缸与#4、#5和#6气缸组成，点火顺序为#1→#4→#2→#6→#3→#5，并且根据本发明的气门驱动装置也应用于该结构。
在应用于V型八缸内燃机的情形中，由于在各气缸列中有四个气缸布置成一列，因此，把各气缸列看作一个直列四缸内燃机，就可利用上面的实施例。在V型十二缸内燃机中，在各气缸列中有六个气缸布置成一列，因此，把各气缸列看作一个直列六缸内燃机，就也可利用上面的实施例。另外，当执行可变气缸控制时，在六缸内燃机中，非燃烧气缸的数量可在1至5中选择，在八缸内燃机中，在1至7中选择，在十二缸内燃机中，在1至11中选择。
如上所述，在本发明中，由一个电机打开的气缸的数量及其组合，和电机的数量，优选地确定为使气门打开周期关于工作角的可调整量不重叠。换句话说，它们可确定为使得在一个气缸组中，即使工作角变化，气门打开周期也不重叠。上述实施例不限制电机的数量、气缸的数量和其布局以及由一个电机控制的气缸的组合。
在上面的实施例中，示出了进气门3；但是，本发明也适用于排气门。通过根据本发明控制排气门和改变各气缸的排气效率，可控制内燃机的工作特性。另外，进气门和排气门两个都可根据本发明控制。在根据本发明的实施例中，减速器18和31可以不是必需的，或者可与输出轴11a、12a和凸轮轴17、30直接地连接。优选地，减速器18和31的减速比设定为相同的水平，以容易地控制电机11和12的速度。在根据本发明的实施例中，转矩减小机构40可以不是必需的。在提供了转矩减小机构40的情形下，反相凸轮41不必须设置到中间齿轮(例如凸轮轴17和30)上，可以设置到减速器18和31上。但是，在这种情形下，反相凸轮41的转速需要是凸轮轴17和30的整数倍。运动转换装置不限于凸轮机构13，可为连杆机构，例如滑块曲柄机构，其中，在连杆机构的转动输出部分的旋转体可由电机驱动。
如上所述，通过根据本发明的气门驱动装置，可提高控制各气缸中气门工作特性的灵活。另外，根据本发明，与为每一个气缸都提供电机的情形相比，气门驱动装置减小了尺寸，并且容易安装在车辆中。