JP2005127228A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 揺動カム２０による極小リフト時でのリフト特性のばらつきを低減・解消する。
【解決手段】
吸気弁１２を押圧して開閉駆動する揺動カム２０と、機関運転状態に応じて揺動カム２０による吸気弁１２のバルブリフト量及び作動角を連続的に変更可能な可変動弁機構１１と、リフト特性が一定である固定カム２１と、を備える。揺動カム２０によるリフト特性が所定値以下の極小リフト時には、固定カム２１がバルブリフタ１９に接触して吸気弁１２を開閉駆動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、機関運転状態に応じて吸気又は排気のリフト弁、つまり吸気弁又は排気弁のバルブリフト量及び作動角の少なくとも一方のリフト特性を変更可能な内燃機関の可変動弁装置に関する。

特許文献１には、本出願人が先に提案した吸気弁のバルブリフト量（最大リフト量）および作動角（開弁期間）を連続的に可変制御し得る可変動弁機構が開示されている。この種の可変動弁機構によれば、スロットル弁の開度制御に依存せずにシリンダ内に流入する空気量を可変制御することが可能であり、特に負荷の小さな領域において、いわゆるスロットルレス運転ないしはスロットル弁の開度を十分に大きく保った運転を実現でき、ポンピングロスの大幅な低減が図れる。
特開２００３−１２０３４４

上記のように、リフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構を用いた場合、そのリフト特性が小さくなるほど、リフト特性の変化割合の感度、すなわちリフト特性のばらつきが大きくなり、つまりリフト特性が不正確となってしまい、機関運転性に悪影響を及ぼすことがある。例えば、上記のような可変動弁機構を用いて吸入空気量の制御を行う場合、アイドル時のように非常に少量の吸入空気量を実現するためには、吸気弁のバルブリフト量（最大リフト量）が例えば１ｍｍ程度の極小リフトとなる。このような極小リフトの状態では、各気筒のバルブリフト量の僅かな誤差によってシリンダ内に流入する空気量が比較的大きくばらついてしまい、しかも吸入空気量そのものが少ないことから、気筒間の空燃比のばらつきが発生しやすい。

このような極小リフト状態でのリフト特性のばらつきを低減するために、バルブクリアランスを実質的に０（ゼロ）とする油圧ラッシュアジャスタを用いると、部品点数やコストが大幅に増加する。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、機関運転状態に応じて吸気又は排気のリフト弁のリフト特性を変更可能としつつ、極小リフト時のリフト特性のばらつきを有効に低減・解消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主たる目的としている。

本発明の内燃機関の可変動弁装置は、吸気又は排気のリフト弁のバルブリフタに接触してリフト弁を開閉駆動する第１のカムと、機関運転状態に応じて第１のカムによるリフト弁のバルブリフト量及び作動角の少なくとも一方であるリフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構と、上記第１のカムによるリフト特性が所定値以下の極小リフト時に、上記リフト弁のバルブリフタに接触してリフト弁を開閉駆動し、かつ、そのリフト特性が一定である第２のカムと、を有している。

機関運転状態に応じて第１のカムによるリフト特性を連続的に変更可能でありながら、この第１のカムによるリフト特性が所定値以下の極小リフト時には、リフト特性が一定である第２のカムによりリフト弁が開閉駆動されるので、油圧ラッシュアジャスタのような高価な部品を用いることなく、極小リフト時におけるリフト特性のばらつきを低減・解消することができる。

以下、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置を、吸気のリフト弁である吸気弁１２に適用した実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、図１では一つの気筒に対応する一対の吸気弁１２及びその関連部品のみを簡略的に図示している。

各気筒には一対の吸気弁１２及び一対の排気弁（図示省略）が設けられている。吸気弁の上方には、気筒列方向に延びる駆動軸１３が設けられている。駆動軸１３は、図外のベルトやチェーンを用いてクランクシャフトと連係され、クランクシャフトに連動して軸周りに回転する。

この駆動軸１３には、第１のカムとして、揺動カム１９が各気筒毎に回転可能に取り付けられている。揺動カム２０は、駆動軸１３が回転可能に挿通する円筒状のカムジャーナル部２０ｂと、このカムジャーナル部２０ｂの軸方向両側より径方向外方へ張り出して、各気筒の吸気弁１２のバルブリフタ１９を押圧することにより吸気弁１２を開閉駆動する一対のカム本体（カムロブ）２０ａと、を有している。

また、揺動カム２０による吸気弁１２のリフト特性である作動角及びバルブリフト量の双方を連続的に変更可能な可変動弁機構１１が設けられている。この可変動弁機構１１は、制御軸１６と、この制御軸１６に偏心して設けられた制御偏心軸部１７と、この制御偏心軸部１７に回転可能に取り付けられたロッカーアーム１８と、駆動軸１３に偏心して設けられた駆動偏心軸部１５と、この駆動偏心軸部１５とロッカーアーム１８の一端とを連係する略リング状の第１リンク２５と、ロッカーアーム１８の他端と揺動カム２０とを連係する略アーム状の第２リンク２６と、制御軸１６の回転位置を変更して、揺動カム２０による吸気弁１２のリフト特性を変更する駆動手段としてのモータアクチュエータ５１と、を有している。

制御軸１６は、駆動軸１３の斜め上方に位置し、駆動軸１３と平行に気筒列方向へ延びており、シリンダヘッド１０側へ回転可能に支持されている。ロッカーアーム１８は、制御偏心軸部１７に対する軸受面１８ａを有し、この制御偏心軸部１７の中心Ｐ１を支点として揺動する。駆動偏心軸部１５は、圧入等により駆動軸１３に固定され、あるいは駆動軸１３に一体形成されている。この駆動偏心軸部１５の円筒面をなす外周の中心Ｘは、駆動軸１３の中心Ｙに対して所定量だけ偏心・オフセットしている。制御偏心軸部１７は、圧入等により制御軸１６に固定され、あるいは制御軸１６に一体形成されている。この制御偏心軸部１７の円筒面をなす外周の中心Ｐ１は、制御軸１６の中心Ｐ２に対して所定量だけ偏心・オフセットしている。

第１リンク２５の一端には、駆動偏心軸部１５に対する軸受面が形成されている。第１リンク２５の他端とロッカーアーム１８の一端とは、両者を挿通する第１連結ピン２７により連結されている。第２リンク２６の一端とロッカーアーム１８の他端とは、両者を挿通する第２連結ピン２８により連結されている。第２リンク２６の他端と揺動カム２０の一方のカム本体２０ａの先端とは、両者を挿通する第３連結ピン２９により連結されている。図２に示すように、駆動軸１３，揺動カム２０及び制御軸１６は、固定ボルト１４ｃによりシリンダヘッド１０へ共締め固定される第１軸受ブラケット１４ａ及び第２軸受ブラケット１４ｂを用いて、シリンダヘッド１０側へ回転可能に支持されている。

モータアクチュエータ５１は、減速機構を介して制御軸１６に接続しており、この制御軸１６の回転位置を変更・保持する。上記の減速機構は、モータアクチュエータ５１の出力軸５１ａにレベルギヤ５２，５３を介して連結されたスクリューシャフト５４を有し、このスクリューシャフト５４に螺合するスライドナット５５が制御軸１６に設けられたアーム５６に連結されている。

以上のような構成により、クランクシャフトに連動して駆動軸１３が回転すると、駆動偏心軸部１５及び第１リンク２５を介してロッカーアーム１８が制御偏心軸部１７を中心として揺動するとともに、第２リンク２６を介して揺動カム２０が所定の角度範囲を揺動する。この揺動カム２０がバルブリフタ１９の上面に接触して、このバルブリフタ１９を押し下すことにより、吸気弁１２が開閉駆動される。

また、機関運転状態に応じて図示せぬ制御部よりモータアクチュエータへ制御信号を出力し、このモータアクチュエータ５１により制御軸１６の回転位置を変更することにより、ロッカーアーム１８の揺動支点となる制御偏心軸部１７が回転変位して、機関本体に対するロッカーアーム１８の支持位置が変化し、この制御軸１６が適用される気筒列の全ての気筒の吸気弁１２のリフト特性、詳しくはバルブリフト量及び作動角の双方が連続的に変更・制御される。

このような可変動弁機構は、吸気弁のバルブリフト量及び作動角を連続的に変更可能であることに加え、以下のような利点を有している。揺動カム２０が駆動軸１３と同心状に配置されており、一般的な直動式のカムシャフトの位置に駆動軸１３を配置することが可能で、既存の直動式動弁系にもレイアウトを大幅に変更することなく容易に適用できる。また、駆動軸１３から揺動カム２０への動力伝達経路にリターンスプリング等のない簡素な構造となっており、かつ、各リンク要素の連結・接触部分の多くが滑り軸受構造となっているため、潤滑が容易で耐久性・信頼性に優れている。

そして、本実施例の特徴的な構成として、上記の揺動カム２０とは別に、第２のカムとしての固定カム２１が設けられている。この固定カム２１は、圧入等により駆動軸１３に固定（又は一体形成）されており、この実施例では図３にも示すように、バルブリフタ１９の直上であって、かつ、一対のカム本体２０ａが一体形成された揺動カム２０の軸方向両側に配設されている。この固定カム２１には、径方向外方へ張り出したカムロブ２１ａが形成されている。なお、カムロブ２１ａのカムプロフィールによるリフト特性は当然のことながら常に一定である。なお、揺動カム２０のベースサークル部や固定カム２１のベースサークル部とバルブリフタ１９の冠面との間には所定のバルブクリアランスが確保されている。

図４は、制御軸の角度変化、つまり揺動カム２０によるリフト特性の変化に対する吸入空気量の変化割合の感度を示す特性図である。吸入空気量の変化割合の感度が大きいほど、吸入空気量のばらつきが大きいことを意味している。揺動カム２０によるリフト特性が過小となる極小リフト域Ｒ１では、破線Ｌ１に示すように、吸入空気量の変化割合の感度、つまり吸入空気量のばらつきが過度に大きくなる。

そこで本実施例では、このように揺動カム２０によるリフト特性が所定値以下である極小リフト域Ｒ１では、固定カム２１のカムロブ２１ａがバルブリフタ１９の冠面に接触して、バルブリフタ１９を下方へ押圧することにより、吸気弁１２を開閉駆動するように設定されている。つまり、極小リフト域Ｒ１では、揺動カム２０ではなく、固定カム２１が吸気弁１２を押圧して開閉駆動するようになっている。固定カム２１のリフト特性は一定で、かつ、誤差やばらつきが揺動カム２０に比して十分に小さいので、極小リフト域Ｒ１におけるリフト特性のばらつきが十分に低減・解消され、図４の実線Ｌ２に示すように、吸入空気量の変化割合の感度が一定となり、吸入空気量のばらつきが解消される。従って、この極小リフト域Ｒ１の設定が用いられるアイドル域や極低負荷域で、リフト特性のばらつきに起因する吸入空気量のばらつきが低減・解消され、アイドリングの安定性等が向上する。

このように、機関運転状態に応じて揺動カム２０によるリフト特性を連続的に変更可能でありながら、この揺動カム２０によるリフト特性が所定値以下の極小リフト時Ｒ１には、リフト特性が一定である固定カム２１によりリフト弁を開閉駆動するようにしているので、油圧ラッシュアジャスタのような高価な部品を用いることなく、極小リフト時Ｒ１におけるリフト特性のばらつきを低減・解消することができる。

図３に示すように、固定カム２１は、揺動カム２０に比して、バルブリフタ１９の中心から偏心・オフセットして配置されている。つまり、揺動カム２０のトラベル位置がバルブリフタ１９の中心寄りに設定され、固定カム２１のトラベル位置がバルブリフタ１９の中心から外れた外周寄りに設定されている。

これにより、極小リフト時に、固定カム２１によってバルブリフタ１９を良好に回転させることができ、バルブリフタ１９の冠面の局所的な摩耗を抑制・回避することができる。なお、トラベル位置がバルブリフタ１９の中心から外れるとリフタ１９に不要なモーメントが作用するものの、固定カム２１によるリフト量は十分に小さいため、上記のモーメントも非常に小さく、実用上問題ない。

図５に示すように、駆動軸１３には駆動偏心軸部１５が偏心して設けられているので、駆動軸１３の回転に伴って望ましくない慣性力が作用する。本実施例では、固定カム２１のカムロブ２１ａを駆動偏心軸部１５の偏心方向と略逆方向へ突出させており、固定カム２１の慣性質量による慣性力ｆが、駆動偏心軸部１５の慣性質量による慣性力Ｆを相殺・減衰するように設定されている。従って、固定カム２１を設けることにより、駆動軸１３の回転慣性力をも有効に低減することができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、本実施例では吸気のリフト弁である吸気弁に本発明を適用しているが、排気のリフト弁である排気弁に本発明を適用しても良い。

本発明の一実施例に係る内燃機関の可変動弁装置を示す概略斜視図。 図１の可変動弁装置を示す断面図。 図１の可変動弁装置を簡略的に示す断面対応図。 制御軸の角度変化に対する吸入空気量の変化割合を示す特性図。 駆動軸の回転慣性力に関する作用説明図。

符号の説明

１１…可変動弁機構
１２…吸気弁（吸気のリフト弁）
１３…駆動軸
１５…駆動偏心軸部
１６…制御軸
１７…制御偏心軸部
１８…ロッカーアーム
１９…バルブリフタ
２０…揺動カム（第１のカム）
２１…固定カム（第２のカム）
２５…第１リンク
２６…第２リンク
５１…モータアクチュエータ

Claims (6)

1. 吸気又は排気のリフト弁のバルブリフタに接触してリフト弁を開閉駆動する第１のカムと、
   機関運転状態に応じて第１のカムによるリフト弁のバルブリフト量及び作動角の少なくとも一方であるリフト特性を連続的に変更可能な可変動弁機構と、
   上記第１のカムによるリフト特性が所定値以下の極小リフト時に、上記リフト弁のバルブリフタに接触してリフト弁を開閉駆動し、かつ、そのリフト特性が一定である第２のカムと、
   を有する内燃機関の可変動弁装置。
2. 上記第２がバルブリフタの中心に対して偏心している請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 上記第１のカムが、クランクシャフトに連動して回転する駆動軸に回転可能に取り付けられ、駆動軸の回転に連動して所定の回転範囲内を揺動する揺動カムであり、
   上記第２のカムが、上記駆動軸に固定された固定カムである請求項１又は２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 上記可変動弁機構は、
   制御軸と、
   この制御軸に偏心して設けられた制御偏心軸部と、
   この制御偏心軸部に回転可能に取り付けられたロッカーアームと、
   上記駆動軸に偏心して設けられた駆動偏心軸部と、
   この駆動偏心軸部とロッカーアームの一端とを連係する第１リンクと、
   上記ロッカーアームの他端と揺動カムとを連係する第２リンクと、
   上記制御軸の回転位置を変更して、上記揺動カムによるリフト弁のリフト特性を変更するアクチュエータと、
   を有する請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 上記固定カムの慣性質量による慣性力が、上記駆動偏心軸部の慣性質量による慣性力を相殺するように設定されている請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
6. 上記リフト弁が吸気弁である請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関。
   

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