JP2000213317A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
内燃機関の可変動弁装置Info
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Abstract
応答性,保持性の向上を図る。 【解決手段】 自身の制御角度に応じて、吸排気弁のリ
フト特性を変化させる制御軸24と、この制御軸24を
回転駆動する制御モータ50との間に、制御モータ50
の駆動力を増幅して制御軸へ伝達するギヤ列52を設け
る。ギヤ列52に、互いに噛合するとともに、ピッチ円
半径r1,r2が周方向で連続的に変化する第1セクタ
ギヤ62及び第2セクタギヤ64を設ける。制御軸24
の制御角度に応じて両セクタギヤ62,64のギヤ比が
変化し、ひいてはギヤ列52のギヤ比が変化する。
Description
弁の開閉時期やバルブリフト量といったリフト特性を機
関運転状態に応じて可変制御する内燃機関の可変動弁装
置に関する。
変動弁装置は、吸気弁又は排気弁の開閉時期やバルブリ
フト量等を、内燃機関の運転条件に応じて可変制御する
ことにより、例えば、低速低負荷時においては燃費の向
上及び安定した運転性を実現し、また、高速高負荷時に
は吸気の充填効率を向上させて十分な出力を確保するも
のである。
このような可変動弁装置の一例が記載されている。簡単
に説明すると、機関のクランクシャフトと同期してカム
シャフトが回転すると、その外周に固定されたカムを介
してロッカアームが揺動し、吸排気弁(吸気弁又は排気
弁)が開閉駆動される。このような吸排気弁を駆動する
動弁機構の途中に、自身の制御角度に応じてリフト特性
を変化させる制御軸が機械的に連携されている。すなわ
ち、動弁機構のロッカアームはレバーによって接触支持
され、このレバーは、一方が回転可能に支持されるとと
もに、他方が制御軸の外周に設けられたコントロールカ
ムに当接,支持されている。そして、駆動源としての制
御モータにより制御軸を回転駆動すると、上記のカムを
介してレバーが揺動し、ロッカアームの接触支持点が変
化する。この結果、ロッカアームのロッカー比が変化し
て、リフト特性が変化する。なお、制御軸と制御モータ
との間には、制御モータの駆動力を増幅して制御軸へ伝
達するギヤ(列)が介装されている。
側から被動トルクが作用する。この被動トルクは、吸排
気弁からの動弁反力が大半を占める関係で、制御軸の制
御角度(回転位置)、より詳しくはこの制御角度に応じ
て変化するバルブリフト量に応じて変化する。例えば図
4の曲線H1で示すように、制御角度に対する被動トル
ク(の平均値)の特性は、高リフト側にピークを持つ曲
線となる。つまり、被動トルクは、バルブリフト量が低
い低リフト側では小さく、バルブリフト量が高い高リフ
ト側では大きくなる。
て制御軸へ入力する駆動トルクは、ギヤ列のギヤ比が一
定であるため、制御モータの仕様により一義的に決定さ
れ、制御軸の制御角度に応じて変化することはない。
じて駆動トルクを設定すると、被動トルクが小さくなる
領域(図4の左右両側の領域)で、駆動トルクの出力が
不必要に大きくなってしまう。この結果、駆動源として
の制御モータの大型化や、制御軸の応答性,保持性の低
下を招いてしまう。
軸の制御角度に応じてギヤ列のギヤ比を変化させること
により、動力源からギヤ列を介して制御軸へ入力する駆
動トルクを、制御軸の制御角度に応じて変化させるよう
にした。
の可変動弁装置は、吸排気弁を開閉駆動する動弁機構
と、この動弁機構の途中に機械的に連携され、自身の制
御角度に応じて、吸排気弁のリフト特性を変化させる制
御軸と、この制御軸を所定の角度範囲内で回転駆動する
駆動源と、上記制御軸と駆動源との間に介装され、上記
駆動源の駆動力を増幅して制御軸へ伝達するギヤ列と、
を有し、このギヤ列のギヤ比を上記制御軸の制御角度に
応じて変化させることを特徴としている。
ように、機関と連動して回転する駆動軸と、この駆動軸
の外周に相対回転可能に設けられ、吸排気弁を駆動する
揺動カムと、上記駆動軸の外周に偏心して設けられた偏
心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に外嵌す
るリング状リンクと、上記制御軸の外周に設けられた制
御カムの外周に相対回転可能に外嵌し、その一端で上記
リング状リンクの一端と連結するロッカアームと、この
ロッカアームの他端と上記揺動カムの先端とを連結する
ロッド状リンクと、を有している。
に、上記ギヤ列は、互いに噛合する一対のセクタギヤを
含み、各セクタギヤのピッチ円半径が、周方向に連続的
に変化している。これらのセクタギヤによって、制御軸
の制御角度に応じてギヤ列のギヤ比が変化する。
を介して制御軸に入力する駆動トルクが、上記動弁機構
から制御軸に加わる被動トルクとほぼ釣り合うように、
上記ギヤ比を変化させることを特徴としている。
軸に加わる被動トルクが大きくなるに従って、この被動
トルクに対し、上記駆動源からギヤ列を介して制御軸に
入力する駆動トルクの余裕代が大きくなるように、上記
ギヤ比を変化させることを特徴としている。
じてバルブリフト量が大きくなるに従って、上記動弁機
構から制御軸に加わる被動トルクに対し、上記駆動源か
らギヤ列を介して制御軸に入力する駆動トルクの余裕代
が大きくなるように、上記ギヤ比を変化させることを特
徴としている。
噛合するウォームギヤ及びウォームホイールを含むこと
を特徴としている。
じてバルブリフト量が小さくなるに従って、上記動弁機
構から制御軸に加わる被動トルクに対し、上記駆動源か
らギヤ列を介して制御軸に入力する駆動トルクの余裕代
が大きくなるように、上記ギヤ比を変化させることを特
徴としている。
角度に応じてギヤ列のギヤ比を変化させることにより、
動力源からギヤ列を介して制御軸へ入力する駆動トルク
を、制御軸の制御角度に応じて変化させることができ
る。
に、動弁機構側から制御軸に加わる被動トルクに対し、
駆動源からギヤ列を介して制御軸に入力する駆動トルク
がほぼ釣り合うように設定することが可能となり、この
結果、制御軸の回転位置(角度)に関わらず、被動トル
クに応じた駆動トルクを与えることができる。従って、
制御モータ等の駆動源の小型化と、制御軸の応答性,保
持性との両立を図ることができる。
るに従って、その被動トルクの最大値は更に大きくなる
ため、被動トルクに抗して制御軸を所期の回転位置に保
持する保持力が不足し易い。
大きくなるに従って、被動トルクに対する駆動トルクの
余裕代を大きくしており、これによって、特に被動トル
クの最大値が大きくなる部分で、被動トルクに抗して制
御軸を所定の制御角度に保持する保持力が効果的に与え
られ、ひいては、制御軸の全角度範囲にわたって制御軸
の保持性が良好なものとなる。
回転に応じてバルブリフト量が大きくなるに従って、被
動トルクに対する駆動トルクの余裕代を大きくすること
で、バルブリフト量の増加に伴って増加する動弁反力等
に起因して、駆動トルクが不足するといった事態を有効
に防止することができる。
ウォームギヤ及びウォームホイールを設けた場合、被動
トルクに抗して制御軸を所定の制御角度に保持する保持
力(抵抗)が充分に与えられ、制御軸の保持性が更に良
好なものとなる。
応じてバルブリフト量が小さくなるに従って、被動トル
クに対する駆動トルクの余裕代を大きくすることによ
り、特に低回転数領域での駆動トルクの不足を更に確実
に防止することができる。
形態を図面に基づいて説明する。
燃機関の可変動弁装置の機械的な構成を示している。
に、吸気弁(又は排気弁)18を開閉駆動する動弁機構
と、この動弁機構の途中に機械的に連携され、自身の制
御角度に応じて、吸気弁18のリフト特性を変化させる
制御軸24と、この制御軸24を所定の角度範囲内で回
転駆動する駆動源としての制御モータ50と、制御軸2
4と制御モータ50との間に介装され、制御モータ50
の駆動力を増幅して制御軸24へ伝達するギヤ列52
と、により大略構成されている。
に示すように、機関と連動して回転する駆動軸12と、
この駆動軸12の外周に相対回転可能に設けられ、吸気
弁18を駆動する揺動カム16と、駆動軸12の外周に
偏心して設けられた偏心カム20と、この偏心カム20
の外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンク22
と、上記の制御軸24の外周に固定された制御カム26
の外周に相対回転可能に外嵌し、その一端でリング状リ
ンク22の一端と連結するロッカアーム28と、このロ
ッカアーム28の他端と揺動カム16の先端とを連結す
るロッド状リンク30と、を有している。
ブラケット38,40及びボルト42を介してシリンダ
ヘッド10の上部に回転可能に支持されている。また、
ロッカアーム28の一端とリング状リンク22の先端と
は第1ピン32を介して相対回転可能に連結され、揺動
カム16の先端とロッド状リンク30の一端とは第2ピ
ン34を介して相対回転可能に連結され、ロッド状リン
ク30の他端とロッカアーム28の他端とは、第3ピン
36を介して相対回転可能に連結されている。
が軸周りに回転すると、偏心カム20を介してリング状
リンク22が並進移動し、これに応じてロッカアーム2
8が制御カム26の軸心周りに揺動し、かつ、ロッド状
リンク30を介して揺動カム16が揺動する。この結
果、揺動カム16が吸気弁18のバルブリフタ18aを
図外のバルブスプリングのバネ力に抗して押圧し、この
吸気弁18が開閉駆動される。
が所定の角度範囲内で回転駆動されると、ロッカアーム
28の揺動支点となる制御カム26の軸心位置が変化し
て、吸気弁18のリフト特性、詳しくは開閉時期及びバ
ルブリフト量(作動角)が可変制御される。
動する揺動カム16が駆動軸12の外周に回転可能に外
嵌する構成となっているため、各リンク部品を駆動軸1
2の周囲に集約して小型化を図ることができる。また、
各リンク部品の連結部が面接触となっているため、耐磨
耗性に優れており、潤滑も行い易い。
えて、例えば上記の文献 SAE890681 に示すよ
うな動弁機構を用いても良い。
徴であるギヤ列52周りの構成を説明する。
52を覆うケーシング54が固定されており、このケー
シング54に、制御モータ50が取り付けられている。
おり、すなわち、制御モータ50の出力軸50aの外周
に固定された駆動側の出力ギヤ58と、出力軸50aと
平行にケーシング54に回転可能に支持された補助軸5
6の外周に固定され、出力ギヤ58の外周に噛合する補
助ギヤ60と、同じく補助軸56の外周に固定され、補
助ギヤ60に噛合する第1セクタギヤ62と、制御軸2
4と一体に回転する補助制御軸24aの外周に固定さ
れ、第1セクタギヤ62に噛合する被動側の第2セクタ
ギヤ64と、により構成されている。出力ギヤ58及び
補助ギヤ60は、それぞれ平歯車となっている。
ている。第1セクタギヤ62及び第2セクタギヤ64
は、制御軸24の角度範囲に対応した略扇状をなしてお
り、かつ、そのピッチ円半径r1,r2が、それぞれ周
方向に連続的に変化している。より詳しくは、第1セク
タギヤ62の軸心と第2セクタギヤ64の軸心とを結ぶ
線上で、第1セクタギヤ62のピッチ円半径r1と第2
セクタギヤ64のピッチ円半径r2との合計が、常に一
定値D(軸間距離)となるように設定されている。
て、第1セクタギヤ62と第2セクタギヤ64とのギヤ
比が連続的に変化し、ひいてはギヤ列52のギヤ比が連
続的に変化する。
24に作用する駆動トルク及び被動トルクの変化を示す
トルク特性図で、図5は制御モータ50の特性図であ
る。なお、この実施例では、図4に示すように、制御軸
24の角度が大きくなるに従って、バルブリフト量が大
きくなるように設定されている。
る被動トルク、より詳しくは、例えばリフト期間におけ
る被動トルクの平均値(平均被動トルク)を示してい
る。
8のバルブスプリングからの動弁反力に起因する関係
で、制御軸24の制御角度に応じて変化するバルブリフ
ト量(作動角)に対応して変化する。より具体的には、
被動トルクH1は、動弁反力の小さい低リフト側では小
さく、バルブリフト量が大きくなるにつれて増加し、最
大トルク点を迎えるが、更にバルブリフト量が大きくな
ると、制御軸24の偏心位置等の関係により再び減少す
る。このように、被動トルクH1は、大作動角寄りにピ
ークを持った比対称形をなしている。
ギヤ列52を介して制御モータ50に作用する駆動トル
ク、より詳しくは、制御モータ50の最大出力時(図5
参照)における駆動トルクを示している。
ルクは、被動トルクH1に抗して制御軸24を所定位置
に回転駆動し、かつ、所定の回転位置に保持するため
に、制御軸24の回転位置に応じて変化する。
続的に変化する第1セクタギヤ62及び第2セクタギヤ
64を用いて、ギヤ列52のギヤ比を制御軸24の制御
角度に応じて変化させることにより、駆動トルクK1を
被動トルクH1と釣り合うように変化させている。
トルクK1は、制御軸24の全角度範囲にわたって、被
動トルクH1よりも所定の余裕代L1だけ大きな状態を
維持するように、被動トルクH1に沿うように設定され
ている。
に制御されていても、駆動トルクK1が被動トルクH1
に応じて過不足なく与えられる形となる。従って、動力
源である制御モータ50の出力を常に最大限に利用する
ことができ、ひいては、制御モータ50の小型化を図り
つつ、制御軸24の応答性,保持性を確保することがで
きる。
せた場合、被動トルクの最大ピーク付近に合わせて駆動
トルクを設定する形となるため、被動トルクが低下する
部分では、駆動トルクが無駄に大きくなって、モータ出
力を有効に使えなくなり、制御モータの大型化や、応答
性の低下等を招聘してしまう。
大出力時の駆動トルクを用いてギヤ比を設定し、ギヤ比
を高めているが、これは、応答性を最大限に向上するた
めである。しかしながら、制御モータ50の定常出力点
や最大効率点を用いて駆動トルクを算出するようにして
も良い。
特性図を参照して説明する。なお、後述する実施例にお
いて、上述した実施例と重複する部分の説明は適宜省略
する。
フト期間における被動トルクの平均値を示し、最大被動
トルクH2’は、被動トルクの最大値を示している。同
図に示すように、平均被動トルクH2と最大被動トルク
H2’との差は、平均被動トルクH2が大きくなるに従
って大きくなる。
H2と略釣り合うように設定すると、最大被動トルクH
2’が特に大きくなる部分では、駆動トルクが最大被動
トルクH2’に比して非常に小さくなり、被動トルクに
抗して制御軸24を所定の制御角度に保持する保持力が
不足し易い。
H2が大きくなるに従って、平均被動トルクH2に対す
る駆動トルクK2の余裕代L2が大きくなるように、ギ
ヤ列52のギヤ比を変化させている。この結果、駆動ト
ルクK2によって、被動トルクに抗して制御軸24を所
定の制御角度に保持する保持力が効果的に与えられ、ひ
いては全制御角度範囲にわたって制御軸24の保持力を
安定して得ることができる。
特性図を参照して説明する。
最大ピーク点を過ぎた後はバルブリフト量の増加ととも
に減少する。一方、吸気弁18からの動弁反力自体は、
最大ピーク点を過ぎた後もバルブリフト量の増加に伴っ
て増加し、従って、制御軸24の軸受部分に作用する動
弁反力が増大し、制御軸24周りのフリクションも増大
する。このため、バルブリフト量の増加に伴って駆動ト
ルクが不足するおそれがある。
伴いバルブリフト量が大きくなるに従って、平均被動ト
ルクH3に対する駆動トルクK3の余裕代L3が大きく
なるように、ギヤ列52のギヤ比を変化させている。よ
り具体的には、平均被動トルクH3に対し、駆動トルク
K3のピークを大きくしつつ高リフト側へずらせてい
る。この結果、制御軸24の回転によるバルブリフト量
の増加に伴う駆動トルクK3の不足を効果的に解消する
ことができる。
を模式的に示している。
8,補助ギヤ60に代えて、互いに噛合するウォームギ
ヤ66とウォームホイール68とをギヤ列52に設けて
いる。すなわち、ウォームギヤ66を制御モータ50の
出力軸50aの外周に固定し、かつ、ウォームホイール
68を補助軸56の外周に固定している。なお、他の構
成は上記第1実施例と同様である。
ホイール68を用いることにより、被動トルクに抗して
制御軸24を所定の制御角度に保持する保持力(抵抗)
が大きく向上する。この結果、例えば図4に示すように
駆動トルクK1を被動トルクH1にほぼ釣り合わせた場
合でも、充分な制御軸24の保持性を安定して得ること
ができる。
ている。なお、図9は機関(エンジン)回転数に対する
平均被動トルクH4の変化を示し、図10は制御軸24
の制御角度に対する平均被動トルクH4及び駆動トルク
K4の変化を示している。
は、エンジン回転数の上昇に伴って減少する。このた
め、エンジン低回転領域では、駆動トルクK4を大きく
与える必要がある。ここで、低回転数領域で運転されて
いる場合、制御軸24は、低リフト側(図10の左側)
の制御角度に設定される。
に応じてバルブリフト量が小さくなるに従って、被動ト
ルクH4に対する駆動トルクK4の余裕幅が大きくなる
ように、ギヤ列52のギヤ比を変化させている。より具
体的には、被動トルクH4に対し、駆動トルクK4のピ
ークを大きくしつつ低リフト側へずらせている。この結
果、特に低回転数領域での駆動トルクK4の不足を確実
に防止することができる。
装置のギヤ列を示す構成図。
ルク及び駆動トルクの変化を示す特性図。
クの変化を示す特性図。
Claims (8)
- 【請求項1】 吸排気弁を開閉駆動する動弁機構と、 この動弁機構の途中に機械的に連携され、自身の制御角
度に応じて、吸排気弁のリフト特性を変化させる制御軸
と、 この制御軸を所定の角度範囲内で回転駆動する駆動源
と、 上記制御軸と駆動源との間に介装され、上記駆動源の駆
動力を増幅して制御軸へ伝達するギヤ列と、を有し、 このギヤ列のギヤ比を上記制御軸の制御角度に応じて変
化させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項2】 上記駆動源からギヤ列を介して制御軸に
入力する駆動トルクが、上記動弁機構から制御軸に加わ
る被動トルクとほぼ釣り合うように、上記ギヤ比を変化
させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の可
変動弁装置。 - 【請求項3】 上記動弁機構から制御軸に加わる被動ト
ルクが大きくなるに従って、この被動トルクに対し、上
記駆動源からギヤ列を介して制御軸に入力する駆動トル
クの余裕代が大きくなるように、上記ギヤ比を変化させ
ることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の可変動弁
装置。 - 【請求項4】 上記制御軸の回転に応じてバルブリフト
量が大きくなるに従って、上記動弁機構から制御軸に加
わる被動トルクに対し、上記駆動源からギヤ列を介して
制御軸に入力する駆動トルクの余裕代が大きくなるよう
に、上記ギヤ比を変化させることを特徴とする請求項1
記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項5】 上記ギヤ列は、互いに噛合するウォーム
ギヤ及びウォームホイールを含むことを特徴とする請求
項1又は2に記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項6】 上記制御軸の回転に応じてバルブリフト
量が小さくなるに従って、上記動弁機構から制御軸に加
わる被動トルクに対し、上記駆動源からギヤ列を介して
制御軸に入力する駆動トルクの余裕代が大きくなるよう
に、上記ギヤ比を変化させることを特徴とする請求項1
記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項7】 上記動弁機構は、機関と連動して回転す
る駆動軸と、この駆動軸の外周に相対回転可能に設けら
れ、吸排気弁を駆動する揺動カムと、上記駆動軸の外周
に偏心して設けられた偏心カムと、この偏心カムの外周
に相対回転可能に外嵌するリング状リンクと、上記制御
軸の外周に設けられた制御カムの外周に相対回転可能に
外嵌し、その一端で上記リング状リンクの一端と連結す
るロッカアームと、このロッカアームの他端と上記揺動
カムの先端とを連結するロッド状リンクと、を有するこ
とを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の内燃機
関の可変動弁装置。 - 【請求項8】 上記ギヤ列は、互いに噛合する一対のセ
クタギヤを含み、各セクタギヤのピッチ円半径が、周方
向に連続的に変化していることを特徴とする請求項1〜
7のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP01647499A JP3933335B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 内燃機関の可変動弁装置 |
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---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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JP2000213317A true JP2000213317A (ja) | 2000-08-02 |
JP3933335B2 JP3933335B2 (ja) | 2007-06-20 |
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---|---|---|---|
JP01647499A Expired - Fee Related JP3933335B2 (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 内燃機関の可変動弁装置 |
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JP (1) | JP3933335B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006521491A (ja) * | 2003-03-24 | 2006-09-21 | ティッセンクルップ オートモーティヴ アクチエンゲゼルシャフト | 内燃機関のガス交換弁を可変に操作するための装置および該装置を運転するための方法 |
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-
1999
- 1999-01-26 JP JP01647499A patent/JP3933335B2/ja not_active Expired - Fee Related
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