JP2005042585A

JP2005042585A - 内燃機関における動弁装置

Info

Publication number: JP2005042585A
Application number: JP2003201766A
Authority: JP
Inventors: Ko Wada; 耕和田
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-02-17

Abstract

【課題】吸気弁用カム１１にて開閉作動される吸気弁７と、排気弁用カム１４にて開閉作動される排気弁８と、前記吸気弁用カムを負荷の増加に応じて進角するようにしたバルブタイミング調節機構１９とを備えて成る内燃機関において、低乃至中負荷運転域における燃費の向上と、高負荷運転域における排気ガスのクリーン化とを同時に達成する。
【解決手段】前記吸気弁用カムのカムプロフィールを、当該吸気弁の開区間θのうち前半分θ１のカムプロフィールと後半分θ２のカムプロフィールとに分けて、前半分のカムプロフィールを、吸気弁が全閉から緩やかに全開にまで開いて全開の区間が比較的短いリフトカーブＩＮ１を描くように構成する一方、後半分のカムプロフィールを、吸気弁の全開の区間が長くて全開から早急に全閉にまで閉じるリフトカーブＩＮ２を描くように構成する。
【選択図】図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関において、その吸気弁及び排気弁を開閉作動するための動弁装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関における動弁装置は、従来から良く知られているように、吸気弁及び排気弁を、クランク軸に連動するカムの回転によって適当をクランク角度の時期において開閉作動するものであり、この動弁装置において、前記吸気弁及び排気弁のリフト量と、クランク軸の回転角度、つまり、クランク角度とのリフトカーブは、図１及び図２に示すように設定しているのが、換言すると、前記吸気弁及び排気弁は、図１及び図２に示すリフトカーブに沿って開き作動する構成しているのが、従来において一般的である。
【０００３】
すなわち、これら図１及び図２において符号ｉｎ１，ｉｎ２は、吸気弁におけるリフトカーブを、符号ＥＸは、排気弁におけるリフトカーブを各々示し、また、符号Ｈは、吸気弁における最大リフト量を、符号θは、吸気弁を開いているクランク角度、つまり、開区間である。
【０００４】
更にまた、前記図１における吸気弁におけるリフトカーブｉｎ１は、図３に示すように、尖り先形状のカムプロフィールを有する尖り先カムＡ１にて、全閉から緩やかに全開にまで開いて全開の区間が比較的短くそして全開から緩やかに全閉にまで閉じるように構成した場合であり、図２におけるリフトカーブｉｎ２は、図４に示すように、台形形状のカムプロフィールを有する台形カムＡ２にて、全閉から急速に全開にまで開いて全開の区間が比較的長くそして全開から早急に全閉にまで閉じるように構成した場合である。
【０００５】
一方、最近の内燃機関においては、吸気行程における吸気のポンピングロスの低減等を図ることのために、例えば、特許文献１に記載しているように、吸気弁に対するバルブタイミング調節機構を設けて、前記吸気弁を開く時期を、内燃機関における負荷の増加に比例して適宜進角することが行われている。
【０００６】
つまり、前記図１及び図２における吸気弁のリフトカーブｉｎ１，ｉｎ２を、負荷の増加に比例して二点鎖線で示す位置にまで適宜角度Δθだけ進角するように構成することが行われている。
【０００７】
このように、吸気弁に対するバルブタイミング調節機構を備えた内燃機関において、その吸気弁の開閉作動に、前記図３に示す尖り先カムＡ１を適用した場合には、吸気弁を負荷の増加に応じて図１に二点鎖線で示すように適宜角度Δθだけ進角した高負荷運転域のとき、吸気弁のバルブカーブｉｎ１のうち排気弁のリフトカーブＥＸに対してオーバラップするエリアＢ１（図１に斜線を施した部分）が狭いから、吸気の排気側への吹き抜けが少なくて、排気ガスをクリーン化できるという利点を有するが、その反面、前記吸気弁を進角しないか或いは進角度の小さい低乃至中負荷運転域において、吸気弁が閉じるときにそのバルブカーブｉｎ１のうち下死点（ＢＤＣ）を越える部分のエリアＣ１（斜線を施した部分）が狭いことにより、低乃至中負荷運転域における燃費が低くなる。
【０００８】
これに対して、吸気弁に対するバルブタイミング調節機構を備えた内燃機関において、その吸気弁の開閉作動に、前記図４に示す台形カムＡ２を適用した場合には、前記吸気弁を進角しないか或いは進角度の小さい低乃至中負荷運転域において、吸気弁が閉じるときにそのバルブカーブｉｎ２のうち下死点（ＢＤＣ）を越える部分のエリアＣ２（斜線を施した部分）が広くて吸気の吹き戻しが大きく、吸入空気量を必要以上に増加しないので、燃費を、吸気弁を前記図３に示す尖り先カムＡ１にて開閉作動する場合よりも改善できるという利点を有するが、その反面、吸気弁を負荷の増加に応じて図２に二点鎖線で示すように進角した高負荷運転域のとき、前記吸気弁のバルブカーブｉｎ２のうち排気弁のリフトカーブＥＸに対してオーバラップするエリアＢ２（図２に斜線を施した部分）が、前者の場合よりも増大するから、排気側への吸気の吹き抜けが多くなり、排気ガスの悪化を招来することになる。
【０００９】
そこで、先行技術としての特許文献２は、吸気弁に対するバルブタイミング調節機構を備えた内燃機関において、その吸気弁に対するカムを、二つにして、低乃至中負荷運転域においては、前記両カムのうち一方のカムにて、前記図１に示すバルブカーブｉｎ１に沿うように開き作動するが、高負荷運転域になると、吸気弁の開閉作動を、前記一方のカムによる開閉作動から他方のカムによる開閉作動に切り換えることにより、この他方のカムにて、排気弁のリフトカーブＥＸに対してオーバラップするエリアをなくするか或いは少なくするようなバルブカーブに沿うように開き作動することを提案している。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６１−２７９７１３号公報
【特許文献２】
特開平５−５４３０号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この特許文献２に記載の先行技術のものは、一つの吸気弁に二つのカムを必要することに加えて、この吸気弁を両カムのうちいずれか一方のカムによる開閉作動に切り換えるため機構を必要とするから、構造が極めて複雑で、耐久性が低いばかりか、大幅な大型化及び重量のアップを招来するのであり、しかも、二つのカムを使用しての切り換え式であるから、その切り換え時において、内燃機関の出力にトルク変動が発生するという問題があった。
【００１２】
本発明は、これらの問題を解消することを技術的課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この技術的課題を達成するため本発明は、
「少なくとも、吸気弁用カムにて開閉作動される吸気弁と、排気弁用カムにて開閉作動される排気弁と、前記吸気弁用カムを負荷の増加に応じて進角するようにしたバルブタイミング調節機構とを備えて成る内燃機関において、
前記吸気弁用カムにおけるカムプロフィールを、吸気弁の開区間のうち前半分のカムプロフィールと後半分のカムプロフィールとに分けて、前半分のカムプロフィールを、吸気弁が全閉から緩やかに開くように構成する一方、後半分のカムプロフィールを、吸気弁が早急に全閉にまで閉じるように構成した。」
ことを特徴としている。
【００１４】
【作用】
このように構成することにより、吸気弁における全体のリフトカーブのうち前半分におけるリフトカーブは、前記図１及び図３に示す吸気弁Ａ１による全体のリフトカーブｉｎ１のうちその中心線ｉｎ１′よりも前半分のリフトカーブと同じか、或いはこの前半分のリフトカーブに近似する形状にできる一方、前記吸気弁における全体のリフトカーブのうち後半分におけるリフトカーブは、前記図２及び図４に示す吸気弁Ａ２による全体のリフトカーブｉｎ２のうちその中心線ｉｎ２′よりも後半分のリフトカーブと同じか、或いはこの後半分のリフトカーブに近似する形状にできるから、吸気弁を進角させないか、進角度の低い低乃至中負荷運転域において、吸気弁が閉じるときにその全体のリフトカーブのうち後半分のリフトカーブが下死点（ＢＤＣ）を越える部分のエリアを広くことができる状態のもとで、吸気弁を進角した高負荷運転域において、吸気弁が開き始めるときにその全体のリフトカーブのうち前半分のリフトカーブが排気弁のリフトカーブに対してオーバラップするエリアを狭くすることができる。
【００１５】
【発明の効果】
従って、本発明によると、吸気弁用のカムにおけるカムプロフィールによって、低乃至中負荷運転域における燃費の向上と、高負荷運転域における排気ガスのクリーン化とを同時に達成できるから、前記先行技術に比べて、構造が簡単で、耐久性が高いばかりか、大幅に小型・軽量化でき、しかも、出力にトルク変動が発生することがない効果を有する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図５〜図８の図面について説明する。
【００１７】
これらの図において、符号１は、シリンダブロックを示し、このシリンダブロック１におけるシリンダ２内には、図示しないクランク軸の回転によって往復動するピストン３を内蔵している。
【００１８】
符号４は、前記シリンダブロック１の上面に前記シリンダ２を塞ぐように締結したシリンダヘッドを示し、このシリンダヘッド４には、前記シリンダ２内への吸気ポート５と、シリンダ２内からの排気ポート６とが形成され、前記吸気ポート５のシリンダ２内への開口部には、吸気弁７が、前記排気ポート６のシリンダ２内への開口部には、排気弁８が各々設けられ、前記吸気弁７におけるリフタ９は、前記シリンダヘッド４に軸支した吸気弁用カム軸１０上のカム１１に、前記排気弁８におけるタフタ１２は、前記シリンダヘッド４に軸支した排気弁用カム軸１３上のカム１４に各々接当している。
【００１９】
前記クランク軸の回転を、前記排気弁用カム軸１３上の輪体１５にタイミングチエン１６又はタイミングベルトにて伝えて、前記排気弁用カム軸１３を回転駆動することにより、前記排気弁８を適宜クランク角度の位相において開き作動する一方、前記排気弁用カム軸１３の回転を、互いに噛合する一対の歯車対１７，１８を介して前記吸気弁用カム軸１０に伝えて、これを回転することにより、前記吸気弁７を、適宜クランク角度の位相において適宜のランク角度θの区間において開き作動する。
【００２０】
また、前記排気弁用カム軸１３と、前記歯車１７との間には、例えば、前記特許文献１，２に記載されているように、前記吸気弁７を開く時期を、内燃機関における負荷に比例して進角するようにしたバルブタイミング調節機構１９が設けられている。
【００２１】
前記排気弁８に対するカム１４は、そのカムプロフィールを前記従来と同様に構成することにより、排気弁８を、図８に示すリフトカーブＥＸに沿って開き作動するように構成されている。
【００２２】
一方、前記吸気弁７に対するカム１１は、吸気弁７を、図８に示すリフトカーブＩＮに沿って開き作動するようにしたカムプロフィールに構成されている。
【００２３】
すなわち、前記吸気弁用カム１１におけるカムプロフィールを、図７に示すように、当該吸気弁開区間θのうち前半分のθ１（θ１＝２／θ）の部分におけるカムプロフィールと、後半分のθ２（θ２＝２／θ）の部分におけるカムプロフィールとに分けて、前半分のカムプロフィールを、吸気弁７が全閉から緩やかに全開にまで開いて全開の区間が比較的短いリフトカーブＩＮ１を描くように構成する一方、後半分のカムプロフィールを、吸気弁７が全開の区間が長くて全開から早急に全閉にまで閉じるリフトカーブＩＮ２を描くように構成する。
【００２４】
換言すると、吸気弁７における全体のリフトカーブＩＮのうちその中心線ＩＮ′より前側の部分を、全閉から緩やかに全開にまで開いて全開の区間が比較的短いリフトカーブＩＮ１を描いて、この前半分のリフトカーブＩＮ１が、前記図１及び図３に示す、従来における吸気弁Ａ１による全体のリフトカーブｉｎ１のうちその中心線ｉｎ１′より前半分のリフトカーブと同じか、これと近似するように構成する一方、前記吸気弁７における全体のリフトカーブＩＮのうちその中心線ＩＮ′より後側の部分を、全開の区間が長くて全開から早急に全閉にまで閉じるリフトカーブＩＮ２を描いて、この後半分のリフトカーブＩＮ２が、前記図２及び図４に示す、従来における吸気弁Ａ２による全体のリフトカーブｉｎ２のうちその中心線ｉｎ２′より後半分のリフトカーブと同じか、これと近似するように構成する。
【００２５】
このように構成することにより、吸気弁７を、バルブタイミング調節機構１８にて進角させないか、その進角度の低い低乃至中負荷運転域において、吸気弁７が閉じるときにその全体のリフトカーブＩＮのうち後半分のリフトカーブＩＮ２が下死点（ＢＤＣ）を越える部分のエリアＣを、前記図２及び図３の場合と同様に、広くことができる状態のもとで、吸気弁７を適宜角度Δθだけ進角した高負荷運転域において、吸気弁７が開き始めるときにその全体のリフトカーブＩＮのうち前半分のリフトカーブＩＮ２が排気弁８のリフトカーブＥＸに対してオーバラップするエリアＢを、前記図１及び図３の場合と同様に狭くすることができる。
【００２６】
これにより、低乃至中負荷運転域における燃費の向上と、高負荷運転域における排気ガスのクリーン化とを同時に達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来における吸気弁及び排気弁のリフトカーブを示す図である。
【図２】従来における別の吸気弁及び排気弁のリフトカーブを示す図である。
【図３】前記図１に示す吸気弁のリフトカーブを得るためのカムを示す図である。
【図４】前記図２に示す吸気弁のリフトカーブを得るためのカムを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態を示す要部縦断正面図である。
【図６】図５の平面図である。
【図７】本発明の実施の形態に使用する吸気弁用カムを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態における吸気弁及び排気弁のリフトカーブを示す図である。
【符号の説明】
１シリンダブロック
２シリンダ
３ピストン
４シリンダヘッド
５吸気ポート
６排気ポート
７吸気弁
８排気弁
１０吸気弁用カム軸
１１吸気弁用カム
１３排気弁用カム軸
１４排気弁用カム
１６タイミングチエン
１９バルブタイミング調節機構

Claims

少なくとも、吸気弁用カムにて開閉作動される吸気弁と、排気弁用カムにて開閉作動される排気弁と、前記吸気弁用カムを負荷の増加に応じて進角するようにしたバルブタイミング調節機構とを備えて成る内燃機関において、
前記吸気弁用カムにおけるカムプロフィールを、吸気弁の開区間のうち前半分のカムプロフィールと後半分のカムプロフィールとに分けて、前半分のカムプロフィールを、吸気弁が全閉から緩やかに開くように構成する一方、後半分のカムプロフィールを、吸気弁が早急に全閉にまで閉じるように構成したことを特徴とする内燃機関における吸気弁用動弁装置。