JP2000314306A - 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
2,#3気筒のみを休止気筒とし、ポンピングロス,フ
リクションの低減、及び燃費の低減化を図る。 【解決手段】 機関に連動して駆動軸15が回転する
と、偏心カム16,リング状リンク21,ロッカアーム
19,ロッド状リンクを介して揺動カム13が揺動し、
吸・排気弁が開閉作動する。気筒列方向に延びる主制御
軸17の外周に、ロッカアーム19が外嵌する第1制御
カム18を固定する。主制御軸17の外周に回転可能に
外嵌する副制御軸25を、一部の気筒#2,#3に対し
て設ける。この副制御軸25の外周に、ロッカアーム1
9が外嵌する第2制御カム26を固定する。
Description
(吸・排気弁)の開閉時期やバルブリフト量を機関運転
状態に応じて可変制御する可変動弁機構の改良に関す
る。
る燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時にお
ける吸気の充填効率の向上による十分な出力を確保する
等のために、吸・排気弁の開閉時期やバルブリフト量を
機関運転状態に応じて可変制御する可変動弁装置が従来
から種々提供されている。
公報に記載されている可変動弁装置は、機関に連動して
回転する駆動軸の外周に設けられたカムと、支軸の外周
に設けられて吸・排気弁を駆動する揺動カムとを、主制
御軸の外周に偏心カムを介して回転可能に外嵌するロッ
カアームで連携させている。そして、主制御軸の回転位
置を変化させることで、ロッカアームの姿勢を変化さ
せ、もって吸・排気弁のリフト特性を可変制御するよう
に構成されている。
低減化の要請から、主に部分負荷時のポンピングロスや
フリクションを低減する目的で、一部の気筒の吸・排気
弁を弁停止状態に保持する気筒休止運転を、直列式の内
燃機関、特に台数の多い直列多気筒式の内燃機関等ヘ採
用することが望まれている。
主制御軸で気筒列内における全ての気筒の吸・排気弁の
可変制御を行う構成では、全気筒の吸・排気弁を同じよ
うにしか可変制御できず、例えば気筒列における一部の
気筒を弁停止させることができない。
であり、比較的簡素な構造で、気筒列の一部の気筒を他
の気筒と異なる形で可変制御し得る新規な内燃機関の可
変動弁装置を提供することを一つの目的としている。
燃機関の可変動弁装置は、機関と同期して回転する駆動
軸の外周に回転可能に外嵌し、吸・排気弁を開閉作動す
る揺動カムと、上記駆動軸の外周に偏心して固定された
偏心カムと、この偏心カムの外周に回転可能に外嵌する
リング状リンクと、一端でリング状リンクと連携するロ
ッカアームと、このロッカアームの他端と上記揺動カム
とを連携するロッド状リンクと、が各気筒毎に設けられ
た内燃機関の可変動弁装置であって、上記駆動軸と略平
行に気筒列方向へ延びる主制御軸と、上記主制御軸の外
周に回転可能に外嵌するとともに、上記気筒列の一部の
気筒に対応して設けられ、上記主制御軸とは別個に駆動
制御される副制御軸と、上記主制御軸の外周に偏心して
固定された第1の制御カムと、上記副制御軸の外周に偏
心して固定された第2の制御カムと、を有し、上記ロッ
カアームは、上記副制御軸が設けられていない気筒では
上記第1の制御カムの外周に回転可能に外嵌する一方、
上記副制御軸が設けられている気筒では上記第2の制御
カムの外周に回転可能に外嵌していることを特徴として
いる。
駆動軸が回転すると、偏心カム,リング状リンク,ロッ
カアーム,ロッド状リンク介して揺動カムが揺動し、吸
・排気弁がそれぞれ開閉作動する。また、主制御軸や副
制御軸が所定の制御範囲内で回転制御されることによ
り、ロッカアームの揺動中心となる第1,第2の制御カ
ムの軸心と、駆動軸の軸心との距離が変化し、この結
果、吸・排気弁の開閉時期(作動角)及びバルブリフト
量が変化する。具体的には、両軸心間の距離を近づける
ほど、その作動角やリフト量が大きくなる。
ムを駆動軸の外周に回転可能に外嵌する構成としたた
め、駆動軸に対する揺動カムの軸心ズレを生じるおそれ
がなく、かつ、各部材を駆動軸の周囲に集約して装置の
小型化を図ることができる。また、各部材の連結部分が
面接触となっているため、耐磨耗性に優れているととも
に、潤滑も行いやすい。
御軸とは別個に駆動制御される副制御軸を回転可能に外
嵌し、主制御軸の外周に偏心して固定された第1の制御
カムと、副制御軸の外周に偏心して固定された第2の制
御カムとに、それぞれロッカアームが回転可能に外嵌す
る構成としている。このため、副制御軸を主制御軸と別
個に回転させることで、この副制御軸が設けられた気筒
の吸・排気弁を、副制御軸が設けられていない気筒の吸
・排気弁と異なる特性で可変制御することができる。
ッド状リンク,揺動カム等の部材を、副制御軸が設けら
れている気筒と設けられていない気筒とで共用化するこ
とができ、その構成及び制御を簡素化することができ
る。
軸とを連結,非連結状態に切換える切換機構を有するこ
とを特徴としている。
た状態では、副制御軸が設けられている気筒及び設けら
れていない気筒の双方を主制御軸で可変制御することが
でき、副制御軸を駆動制御する必要がないので、その制
御及び構成の簡素化を図ることができる。
軸の一方の回転範囲を所定の第1の角度に規制する第1
のストッパを、シリンダヘッド側に設けたことを特徴と
している。
ストッパ側へ回転させることにより、副制御軸を所定の
第1の角度に位置させることができ、副制御軸が第1の
角度を越えて回転し過ぎることはない。つまり、副制御
軸を駆動部等により所定の角度で保持する必要がなく、
消費エネルギーの低減化及び制御や構成の簡素化を図る
ことができる。
1の角度に位置する際に、この副制御軸が設けられた気
筒の吸・排気弁が弁停止状態となるように設定されてい
ることを特徴としている。
の設けられている気筒の吸・排気弁のみを弁停止状態と
することができ、ポンピングロス,フリクションの低減
化、及び燃費の低減化を図ることができる。また、この
ような弁停止状態では、バルブスプリングの反力が作用
することがないので、駆動部等によって特別に副制御軸
を駆動することなく、副制御軸を第1の角度付近に安定
して維持させることができ、更なる消費エネルギーの低
減化及び制御の簡素化を図ることができる。
態から第1の角度又は第1の角度から連結状態へ移行さ
せる際に、上記副制御軸を所定のリフト又は作動角方向
へ回動させるとともに、上記主制御軸を副制御軸とは逆
のリフト又は作動角方向へ回動させることを特徴として
いる。
は作動角の変動を、主制御軸の回転によるリフト又は作
動角の変動分により相殺させることができ、移行に伴う
トルク変動を効果的に抑制することができる。
回転範囲を上記主制御軸との連結位置に規制する第2の
ストッパを、上記主制御軸に設けたことを特徴としてい
る。
する際に、副制御軸を単に第2のストッパの方向へ回動
させることにより、副制御軸を主制御軸へ容易に連結さ
せることができ、副制御軸が連結位置を越えて回転しす
ぎることはない。
一部分に、駆動部に連携される大径のスプロケットが設
けられ、このスプロケットの内部に、上記切換機構が設
けられていることを特徴としている。
トの内部を有効に利用して、上記の切換機構を設けてお
り、レイアウト的に有利である。
簡素な構造で、副制御軸が設けられた気筒の吸・排気弁
を、副制御軸が設けられていない気筒の吸・排気弁と異
なる特性で可変制御することができ、より具体的には、
気筒列内の一部の気筒の吸・排気弁のみを弁停止状態に
することができる。この結果、ポンピングロス,フリク
ションの低減、及び燃費の低減化を図ることができる。
の回転に伴うリフト又は作動角の変動を、主制御軸の回
転によるリフト又は作動角の変動分により相殺させるこ
とができ、移行に伴うトルク変動を効果的に抑制するこ
とができる。
態を図面を参照して詳述する。
を、各気筒に一対の吸気弁及び一対の排気弁が設けられ
た直列4気筒の内燃機関に適用した一実施例を示してい
る。
わたって気筒列方向に延びる駆動軸15が吸気弁側と排
気弁側とにそれぞれ設けられている。各駆動軸15は、
内部に潤滑油路が形成された中空状をなし、その一端部
に巻き掛けられた図外のタイミングチェーンを介して機
関のクランクシャフトから回転力が伝達され、機関の回
転と同期して回転するようになっている。
弁11を開閉作動するとともに、吸・排気弁11のリフ
ト特性(作動角及びバルブリフト量)を可変制御する可
変動弁機構がそれぞれ設けられている。なお、この実施
例では吸気弁側と排気弁側との双方に可変動弁機構が適
用されているが、吸・排気弁側のいずれか一方に設ける
ようにしてもよい。
周には、各気筒毎に中空軸状の揺動カム13が回転可能
に外嵌している。揺動カム13は、各気筒の一対の吸・
排気弁11の上端部に設けられた伝達部材としてのバル
ブリフタ12にそれぞれ摺接する一対のカムロブ13
a,13aを有し、自身の揺動により吸・排気弁11を
開閉作動させるようになっている。両カムロブ13a,
13aの間には、円筒状のジャーナル部13bが設けら
れており、このジャーナル部13bの外周が、シリンダ
ヘッド10と下部ブラケット14aとにより回転可能に
支持されている。
の偏心カム16が圧入等により固定されている。この偏
心カム16の軸心X1は、駆動軸15の軸心X2に対し
て所定量だけ偏心している。この偏心カム16の外周に
は、リング状リンク21の基部が回転可能に外嵌されて
いる。リング状リンク21の先端は、ロッカアーム19
の一端と第1ピン20を介して相対回転可能に連携され
ている。また、ロッカアーム19の他端と揺動カム13
の先端とは、ロッド状リンク24を介して連携されてい
る。すなわち、揺動カム13の先端とロッド状リンク2
4の他端とは第2ピン22を介して相対回転可能に連結
されており、ロッド状リンク24の一端とロッカアーム
19の他端とは第3ピン23を介して相対回転可能に連
結されている。
ほぼ平行に気筒列方向へ延びる主制御軸17が設けられ
ている。主制御軸17は、内部にオイル供給路34が形
成された中空状に形成されており、その一端部にはアク
チュエータ等の主駆動部44が連結されている。この主
駆動部44は、主制御軸17を所定の制御角度範囲内で
回動,保持するものであり、内燃機関の運転状態を検知
する図外の制御部によって作動制御される。この制御部
は、クランク角センサ,エアフローメータ,水温セン
サ,及び後述する角度センサ38,42等の各種センサ
からの検知信号等に基づいて、機関の運転状態を算出
し、その結果に基づいて主駆動部44へ制御信号を出力
するようになっている。
筒状をなす副制御軸25が駆動軸15に対して相対回転
可能に外嵌している。副制御軸25は、気筒列の一部の
気筒に対応する所定の軸方向長さに設定され、この実施
例では隣り合う#2,#3気筒に対して設けられてい
る。ここで、図3にも示すように、副制御軸25が設け
られていない#1,#4気筒においては、主制御軸17
の外周に第1制御カム18が圧入等により固定される一
方、副制御軸25が設けられている#2,#3気筒で
は、副制御軸25の外周に第2制御カム26が圧入等に
より固定されている。
心Y1は、ともに主制御軸17の軸心Y2に対して所定
量偏心している。また、両制御カム18,26は、副制
御軸25と主制御軸17とが同一角度の場合に、同一の
外郭形状となるように設定されている。そして、これら
第1,第2制御カム18,26の外周に、上記のロッカ
アーム19の基部がそれぞれ回転可能に外嵌している。
外周がシリンダヘッド10の上部にボルト14cを介し
て固定される上部ブラケット14bと下部ブラケット1
4aとにより回転可能に支持され、#2,#3気筒では
副制御軸25の外周が上記ブラケット14a,14bに
より回転可能に支持されている。
4にも示すように、部分的に大径となったスプロケット
29が設けられている。このスプロケット29の外周
と、シリンダヘッド10に付設されたモータ等の副駆動
部27の外周とがチェーン28を介して連携されてい
る。この副駆動部27は、上記の主駆動部44と同様、
図外の制御部により機関運転状態に応じて副制御軸25
を駆動制御するようになっている。すなわち、副駆動部
27によって、副制御軸25を主制御軸17とは別個に
独立して駆動制御することができる。
実施例では2つ)の気筒のみを駆動制御する形となって
るため、主駆動部44よりも低出力に設定することがで
きる。
9の内部には、主制御軸17と副制御軸25との連結,
非連結状態を切り換える切換機構が内蔵されている。つ
まり、副駆動部27に連携されるスプロケット29の内
部空間を有効に利用して、切換機構を設けている。より
具体的には、スプロケット29の内部には、副制御軸2
5の内周へ開口するシリンダ孔32が形成されており、
このシリンダ孔32内に油圧プランジャ30とリターン
スプリング31とが組み込まれている。なお、シリンダ
孔32にはスプロケット29の外周に向けてエア抜き孔
36が穿孔されている。一方、主制御軸17には、プラ
ンジャ30が嵌合可能な嵌合溝33と、この嵌合溝33
と上記のオイル供給路34とを連通させる径方向油路3
5とが形成されている。
がONとなると、所定圧の作動油が主制御軸17内に供
給され、図6(a)に示すようにプランジャ30が嵌合
溝33から外れてシリンダ孔32内へ押し出され、主制
御軸17と副制御軸25とが非連結状態となる。一方、
ソレノイドバルブ50がOFFとなって、主制御軸17
内の作動油がドレンされ、図6(b)に示すようにプラ
ンジャ30がリターンスプリング31に押されて嵌合溝
33に嵌合すると、主制御軸17と副制御軸25とが連
結状態となる。
径方向外方へ張り出したフランジ37が設けられてい
る。このフランジ37は、図5に示す軸方向視で副制御
軸25の軸心から適宜に偏心した半円弧をなしている。
このフランジ37に対向,隣設する#2カムブラケット
14(14a,14b)には、フランジ37外周までの
距離を測定する副制御軸角度センサ38が取り付けられ
ている。また、カムブラケット14には、フランジ37
の一方の側縁部37aに当接する第2ストッパ40が設
けられる一方、主制御軸17の外周には、フランジ37
の他方の側縁部37bに当接する第2ストッパ40が取
り付けられている。
フト,小作動角方向(図5の反時計方向)への回転範囲
を規制するもので、図5に示すように、この第1ストッ
パ39に副制御軸25が当接する所定の弁停止角度θ0
(第1の角度)付近で、この副制御軸25が設けられた
#2,#3気筒の吸・排気弁11が、弁停止状態(バル
ブリフト量が常にゼロとなる状態)となるように設定さ
れている。
の高リフト,大作動角方向(図5の時計方向)への回転
範囲を規制するもので、副制御軸25と主制御軸17と
の連結位置、つまりシリンダ孔32が嵌合溝33と連通
する位置に対応して設定されている。
7の軸方向一端部にも、同様なフランジ41が設けられ
ているとともに、このフランジ41に対向,隣設する#
4気筒のカムブラケット14には、フランジ41外周ま
での距離を測定する主制御軸角度センサ42が設けられ
ている。
駆動軸15が回転すると、偏心カム16,リング状リン
ク21,ロッカアーム19,ロッド状リンク24を介し
て揺動カム13が揺動し、吸・排気弁11がそれぞれ開
閉作動する。また、主制御軸17や副制御軸25の制御
角度に応じて、ロッカアーム19の揺動中心となる制御
カム18,26の軸心と、駆動軸15の軸心との距離が
変化し、この結果、吸・排気弁11の開閉時期(作動
角)及びリフト量が変化する。具体的には、両軸心間の
距離を近づけるほど、その作動角やリフト量が大きくな
る。
を駆動する揺動カム13を駆動軸15の外周に回転可能
に外嵌する構成としたため、駆動軸15に対する揺動カ
ム13の軸心ズレを生じるおそれがなく、かつ、可変動
弁機構を構成する各部材を駆動軸15の周囲に集約して
装置の小型化を図ることができる。また、各部材の連結
部分が面接触となっているため、耐磨耗性に優れている
とともに、潤滑も行いやすい。
て、本実施例の作用を説明する。なお、このフローチャ
ートは、上記の制御部により例えば所定時間毎に実行さ
れる。
いて気筒休止運転と判定されると、ステップ12でフラ
グnを1とした後、ステップ14で副制御軸角度センサ
38により検出される副制御軸25の角度が、副制御軸
25の設けられた#2,#3気筒の吸・排気弁11が弁
停止状態となる弁停止角度θ0以下と判定されるまで、
ステップ16,18が繰り返し実行される。
をONにして、主制御軸17と副制御軸25とを非連結
状態とする。続くステップ18では、副駆動部27によ
り副制御軸25を低リフト,小作動角方向へ回動させる
とともに、主駆動部44により主制御軸17を副制御軸
25とは逆方向、すなわち高リフト,大作動角方向へ一
時的に回動させる。これにより、副制御軸25の低リフ
ト,小作動角方向への回動にともなう#2,#3気筒の
吸入空気量の減少分を、副制御軸25の設けられていな
い#1,#4気筒における吸・排気弁11の吸入空気量
の増加分で補うことができる。この結果、気筒休止へ移
行する過渡期のトルク変動を効果的に低減することがで
きる。
り、弁停止状態になったと判定されると、ステップ14
からステップ20へ進み、ソレノイドバルブ50が直ち
に停止されるとともに、ステップ22で副駆動部27が
停止される。このとき、運転状態によっては主駆動部4
4により主制御軸17が少し戻される。
下となると、フランジ37の一方の側縁部37aが第1
ストッパ39に当接するため、副制御軸25が低リフト
方向へ回転し過ぎるおそれはない。また、このような弁
停止状態ではバルブスプリングからの反力が作用しない
ので、上記のように副駆動部27を停止しても、副制御
軸25が弁停止角度θ0近傍に安定して維持される。仮
に副制御軸25が高リフト側へ回転した場合にも、ステ
ップ14からステップ16,18へ進むため、副制御軸
25が速やかに弁停止角度θ0へ戻される。
連結状態から弁停止角度θ0へ移行する間のみ、ソレノ
イドバルブ50及び副駆動部27を駆動し、その後に副
制御軸25を弁停止角度θ0に保持するためにソレノイ
ドバルブ50や副駆動部27を駆動する必要がないの
で、オイルポンプの負荷や消費エネルギーを効果的に低
減できるとともに、その制御及び構成を簡素化すること
ができる。
Fされて主制御軸17内の作動油がドレンされ、内部油
圧が速やかに低下されるため、その後に気筒休止を解除
する際の応答性が向上する。
判定されると、ステップ24からステップ26へ進み、
副駆動部27により副制御軸25を高リフト,大作動角
方向へ回動させるとともに、主駆動部44により主制御
軸17を副制御軸25とは逆方向、すなわち低リフト,
小作動角方向へ一時的に回動させる。これにより、副制
御軸25の回転にともなう#2,#3気筒の吸入空気量
の増量分を、副制御軸25の設けられていない#1,#
4気筒の吸入空気量の減量分で相殺させることができ
る。この結果、気筒休止運転から全気筒運転へ移行する
過渡期のトルク変動を効果的に低減することができる。
出される副制御軸25の角度が、主制御軸角度センサ4
2により検出される主制御軸17の角度以上、すなわち
副制御軸25が主制御軸17と同じ回転位置となるま
で、上記のステップ26が繰り返し実行される。
置まで戻されると、シリンダ孔32と嵌合溝33とが連
通し、プランジャ30が嵌合溝33に嵌合して、副制御
軸25と主制御軸17とが連結される。この場合、ステ
ップ28からステップ30へ進み、フラグnを0とした
後、副駆動部27が速やかに停止される(ステップ2
2)。
とが連結されている状態では、全気筒を主制御軸17の
みで可変制御することができ、副制御軸25を駆動制御
する必要がないので、その制御及び構成の簡素化を図る
ことができる。
際に、副制御軸25を単に高リフト,大作動角方向(第
2ストッパ40の方向)へ回動させることにより、副制
御軸25を主制御軸17へ容易に連結させることができ
る。ここで、副制御軸25が連結位置に達すると第2ス
トッパ40に当接するため、副制御軸25が連結位置を
越えて回転しすぎるおそれもない。
御軸25を駆動する必要がないので、消費エネルギーの
低減化を図ることができる。なお、一旦副制御軸25と
主制御軸17とが連結されると、フラグnに0がセット
されるため、次に本フローチャートを実行する際にはス
テップ24でNOと判定され、副駆動部27が再度駆動
するおそれはない。
を主制御軸17とは別個に駆動制御することにより、副
制御軸25が設けられた#2,#3気筒の吸・排気弁1
1を、副制御軸25が設けられていない#1,#4気筒
の吸・排気弁11と異なる特性で可変制御することがで
きる。
ク21,ロッド状リンク24,揺動カム13等の部材
を、副制御軸25が設けられている気筒と設けられてい
ない気筒とで共用化することができ、その構成及び制御
を簡素化することができる。
角度θ0に位置する際に、副制御軸25が設けられた#
2,#3気筒の吸・排気弁11が弁停止状態となるた
め、ポンピングロス,フリクションの低減、及び燃費の
低減化を図ることができる。
#1−3−4−2の内燃機関に適用しているため、休止
気筒が連続することのないように、隣設する#2,#3
気筒に副制御軸25を設けているが、例えば点火順序が
#1−5−3−6−2−4となった6気筒の機関に適用
する場合、隣設する#1,#2,#3気筒に対して副制
御軸25を設ければよい。
置を示す要部拡大断面図。
示す断面図。
す断面図。
面図。
ト。
Claims (7)
- 【請求項1】 機関と同期して回転する駆動軸の外周に
回転可能に外嵌し、吸・排気弁を開閉作動する揺動カム
と、上記駆動軸の外周に偏心して固定された偏心カム
と、この偏心カムの外周に回転可能に外嵌するリング状
リンクと、一端でリング状リンクと連携するロッカアー
ムと、このロッカアームの他端と上記揺動カムとを連携
するロッド状リンクと、が各気筒毎に設けられた内燃機
関の可変動弁装置であって、 上記駆動軸と略平行に気筒列方向へ延びる主制御軸と、 上記主制御軸の外周に回転可能に外嵌するとともに、上
記気筒列の一部の気筒に対応して設けられ、上記主制御
軸とは別個に駆動制御される副制御軸と、 上記主制御軸の外周に偏心して固定された第1の制御カ
ムと、 上記副制御軸の外周に偏心して固定された第2の制御カ
ムと、を有し、 上記ロッカアームは、上記副制御軸が設けられていない
気筒では上記第1の制御カムの外周に回転可能に外嵌す
る一方、上記副制御軸が設けられている気筒では上記第
2の制御カムの外周に回転可能に外嵌していることを特
徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項2】 上記主制御軸と副制御軸とを連結,非連
結状態に切換える切換機構を有す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】 非連結時に上記副制御軸の一方の回転範
囲を所定の第1の角度に規制する第1のストッパを、シ
リンダヘッド側に設けたことを特徴とする請求項2に記
載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項4】 上記副制御軸が上記第1の角度に位置す
る際に、この副制御軸が設けられた気筒の吸・排気弁が
弁停止状態となるように設定されていることを特徴とす
る請求項3に記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項5】 上記副制御軸を連結状態から第1の角度
又は第1の角度から連結状態へ移行させる際に、上記副
制御軸を所定のリフト又は作動角方向へ回動させるとと
もに、上記主制御軸を副制御軸とは逆のリフト又は作動
角方向へ回動させることを特徴とする請求項3又は4に
記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項6】 上記副制御軸の他方の回転範囲を上記主
制御軸との連結位置に規制する第2のストッパを、上記
主制御軸に設けたことを特徴とする請求項2〜7のいず
れかに記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項7】 上記副制御軸の軸方向一部分に、駆動部
に連携される大径のスプロケットが設けられ、このスプ
ロケットの内部に、上記切換機構が設けられていること
を特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載の内燃機関
の可変動弁装置。
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