JP2006132421A

JP2006132421A - 内燃機関の可変動弁装置

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Publication number: JP2006132421A
Application number: JP2004321547A
Authority: JP
Inventors: Tomo Yokoyama; 友横山; Shinichi Murata; 真一村田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2006-05-25
Anticipated expiration: 2024-11-05
Also published as: JP4367317B2

Abstract

【課題】エンジン高速域でのカムシャフトに対する荷重の軽減がセンタアームの重量増加を招くことなく効果的に図れるエンジンの可変動弁装置を提供する。
【解決手段】吸，排気弁１の開閉タイミング及びリフト量を可変制御するエンジンの可変動弁装置において、カムムシャフト８に固設された駆動カム３と、カムシャフトと平行に配したロッカシャフト１２に揺動自在に支持された揺動カム５と、揺動カムのカム面１３に従動して吸，排気弁１を開閉駆動するロッカアーム６と、ロッカシャフトの外周部に揺動支点を持ち、駆動カムと揺動カムとの間でカムシャフトの駆動力を伝達するセンタアーム４と、ロッカシャフトを回動しセンタアームの揺動支点位置を変化させる回動駆動手段と、を備え、回動駆動手段によりセンタアームの揺動支点位置が変化した際に、カムシャフトの同じ回転角度位置において、センタアームと当接する駆動カムの周方向位置が変化する一方、揺動カムとセンタアームとが当接する箇所とロッカシャフトとの距離Ｌ₂が変化しないようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等における内燃機関（以下、エンジンという）の可変動弁装置に関する。

ガソリンエンジンにおいて、吸気弁の開閉タイミング（バルブタイミング）及びリフト量を連続的に可変制御し、吸気絞り弁（スロットルバルブ）の役割を吸気弁にて行うことでポンピングロス低減による燃費向上を狙ったエンジンが実用化されている。可変動弁装置によるポンピングロス低減方策には吸気弁早閉じと吸気弁遅閉じがあるが、上記エンジンは早閉じによるポンピングロス低減を目指すものである。

この場合、低リフト＋小開弁期間制御時の吸気弁閉タイミングはＡＴＤＣ（ピストン上死点後）１００度付近まで進めることが望ましいとされるが、リフト可変機構のみで、最適位置に開閉タイミングを制御するのが難しいので、従来では位相可変式ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）を併用している。

しかしながら、従来の可変動弁装置では、リフト可変時に吸気弁の最大リフトタイミングは僅かしか変化しないので、最適バルブタイミングに制御するための位相可変式ＶＶＴへの要求作動角（要求位相可変量）が大きくなることから（図７の（ａ）参照）、目標タイミングに至るまでに時間を要するうえ、制御精度も低下するために燃費向上効果及びアクセルレスポンスを犠牲にしていた。

そこで近年、特許文献１で、リフト可変機構による低リフト制御時にバルブタイミングを大きく進角又は遅角させて位相可変式ＶＶＴへの要求作動角（要求位相可変量）が小さくて済む（図７の（ｂ）参照）可変動弁装置が提案されている。

これは、図８に示すように、モータ等により制御軸５０を回動して制御アーム５１の回動位置（フォロア５３の揺動支点）を変更すると、カムシャフト５２の同じ回転角度位置においてフォロア５３と当接する弁カム５４の周方向位置が変化する。つまり、モータ等が制御軸５０を回動し制御アーム５１の回動位置を変更すると、揺動カム５５が弁カム５４の駆動力をフォロア５３から受け吸気弁または排気弁５６を開閉駆動するときに、吸気弁または排気弁５６の最大リフト位置が変化する。

さらに、モータ等により制御軸５０を回動して制御アーム５１の回動位置を変更すると、揺動カム５５とフォロア５３とが当接する箇所と制御軸５０との距離Ｌ₁が変化する。フォロア５３の揺動角度幅は制御アーム５１の回動位置が変化しても同じである。しかし、フォロア５３の揺動角度幅が同じでも、揺動カム５５の揺動角度幅は、揺動カム５５とフォロア５３とが当接する箇所と制御軸５０との距離Ｌ₁が変化すると変化する。揺動カム５５の揺動角度幅は、揺動カム５５とフォロア５３とが当接する箇所と制御軸５０との距離Ｌ₁が短くなると大きくなり、距離Ｌ₁が長くなると小さくなる。揺動カム５５の揺動角度幅が大きくなると吸気弁または排気弁５６のリフト量は大きくなり、揺動カム５５の揺動角度幅が小さくなると吸気弁または排気弁５６のリフト量は小さくなる。

このようして、一つのモータ等で制御軸５０を回動して制御アーム５１の回動位置を変更することにより、吸気弁または排気弁５６の最大リフト位置が変化するとともに、吸気弁または排気弁５６のリフト量が増減するので、簡単な構成でバルブタイミングおよびリフト量を制御する設計自由度の高い可変動弁装置を実現できるとある。

特開２００３−２３９７１２号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたような可変動弁装置にあっては、モータ等により制御軸５０を回動して制御アーム５１の回動位置（フォロア５３の揺動支点）を変更すると、揺動カム５５とフォロア５３とが当接する箇所と制御軸５０との距離Ｌ₁が変化することから、前記距離Ｌ₁が小さくなる大リフト制御時のエンジン高速域では吸気弁または排気弁５６側の慣性力が大きくなって弁カム５４（カムシャフト５２）にかかる荷重が大きくなることから、フォロア５３の径や幅の拡大が必要となり、車両への搭載性の悪化，エンジン回転数の制限という問題点があった。

また、フォロア５３においてローラ５７ａ，５７ｂを介して弁カム５４（カムシャフト５２）から揺動カム５５へ駆動力を伝達する構成となっているため、このローラ５７ａ，５７ｂが同一の場合、ローラはカムの回転と揺動カム５５の斜面に対する転動との両方の動きが同じでないため摺動することになることから、許容面圧が大きく下がり耐久性に問題がある。これにより、バルブリフトの加速度を上げて最大リフト量を大きくする等の採れるリフトカーブの自由度が低く、高速性能の向上と低リフト制御時における燃費低減が十分に図れないのである。

この問題を解消すべく、ローラ５７ａ，５７ｂを二つ設けてそれぞれ弁カム５４と揺動カム５５に個別に当接させた場合には、フォロア５３の重量（慣性力）が大きくなって動特性に影響を及ぼし、低リフト制御時に強い力でフォロア５３（及び揺動カム５５）を弁カム５４側に押し当てなければならないことから、スプリング５８の荷重が大きくなってスペース的に設置が困難になるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、エンジン高速域でのカムシャフトに対する荷重の軽減がセンタアームの重量増加を招くことなく効果的に図れるエンジンの可変動弁装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明に係るエンジンの可変動弁装置は、エンジン回転に連動するカムシャフトから駆動力を受け、吸，排気弁の開閉タイミング及びリフト量を可変制御するエンジンの可変動弁装置において、前記カムムシャフトに固設された駆動カムと、前記カムシャフトと平行に配したロッカシャフトに揺動自在に支持された揺動カムと、前記揺動カムのカム面に従動して前記吸，排気弁を開閉駆動するロッカアームと、前記ロッカシャフトの外周部に揺動支点を持ち、前記駆動カムと揺動カムとの間でカムシャフトの駆動力を伝達するセンタアームと、前記ロッカシャフトを回動し前記センタアームの揺動支点位置を変化させる回動駆動手段と、を備え、前記回動駆動手段により前記センタアームの揺動支点位置が変化した際に、前記カムシャフトの同じ回転角度位置において、前記センタアームと当接する前記駆動カムの周方向位置が変化する一方、前記揺動カムと前記センタアームとが当接する箇所と前記ロッカシャフトとの距離が変化しないことを特徴とする。

また、前記センタアームは、前記駆動カムとローラで当接する一方、揺動カムとは同揺動カムに付設された回転部材に対して斜面で当接することを特徴とする。

また、前記回転部材の周面に面取り部を設け、該面取り部が前記センタアームの斜面に対して平面接触することを特徴とする。

また、前記ロッカシャフト上に前記揺動カムをタンデムに２個配設して２弁駆動とし、これら揺動カムを１本の回転部材で連結する一方、同回転部材に斜面で接触する前記センタアームを１個配置し、同センタアームで駆動する１本の回転部材にて２個の揺動カムを同時駆動することを特徴とする。

また、前記回転部材は駆動カムと反対側となる部位に設けられ、前記センタアームは前記２個の揺動カムの間に介在することを特徴とする。

前記構成の本発明によれば、回動駆動手段によりセンタアームの揺動支点位置が変化した際に、カムシャフトの同じ回転角度位置において、前記センタアームと当接する駆動カムの周方向位置が変化すると共に揺動カムに対するセンタアームの当接位置が変化して揺動カムの揺動角度幅が変化するので、一つの回動駆動手段によりロッカシャフトを回動してセンタアームの揺動支点位置を変更することにより、吸，排気弁の最大リフト位置が変化するとともに、吸，排気弁のリフト量が増減するので、簡単な構成でバルブタイミングおよびリフト量を可変制御できる設計自由度の高い可変動弁装置を実現できる。この際、揺動カムと前記センタアームとが当接する箇所とロッカシャフトとの距離が変化しないので、従来例のように大リフト制御時のエンジン高速域で吸，排気弁側の慣性力が大きくなっても駆動カムにかかる荷重は大きくならないので、上述した可変動弁装置によるスペース増大やエンジン回転数の制限はない。

また、前記センタアームは、前記駆動カムとローラで当接する一方、揺動カムとは同揺動カムに付設された回転部材に対して斜面で当接することで、センタアームと揺動カムとの間における許容面圧が大きく、耐久性が向上する。

また、前記回転部材の周面に面取り部を設け、該面取り部が前記センタアームの斜面に対して平面接触することで、センタアーム４と揺動カム５との間における面圧を下げることができ耐久性がより一層向上する。

また、前記ロッカシャフト上に前記揺動カムをタンデムに２個配設して２弁駆動とし、これら揺動カムを１本の回転部材で連結する一方、同回転部材に斜面で接触する前記センタアームを１個配置し、同センタアームで駆動する１本の回転ピンにて２個の揺動カムを同時駆動することで、部品点数の削減が図れる。

また、前記回転部材を駆動カムと反対側となる部位に設け、前記センタアームを前記２個の揺動カムの間に介在させることで、部品点数の削減が図れると共に、可変動弁装置をコンパクトにできエンジン全体の縮小化が図れる。

以下、本発明に係るエンジンの可変動弁装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１を示す自動車等車両におけるエンジンの可変動弁装置の大リフト制御時の模式図、図２は同じく小リフト制御時の模式図、図３は回転部材としての回転ピンの平面図である。

図１及び図２に示すように、ガソリンエンジンの吸気弁１のバルブタイミング及びリフト量を可変制御する可変動弁装置２は、駆動カム３とセンタアーム４と揺動カム５とロッカアーム６とリターンスプリング７とを備える。

前記駆動カム３は、図示しないエンジンのクランクシャフトに連動して回転駆動されるカムシャフト８上に固設される。

前記センタアーム４は、後述するロッカシャフト１２の周面から一体的に突出した支持軸９の先端にその上端部がピン１９結合され、このピン１９部を揺動支点として図中左右方向に揺動自在となっている。そして、その下部一側部（図中右側部）がローラ１０を介して前記駆動カム３に当接する一方、他側部（図中左側部）が所定角度の斜面（平面）１１を介して前記揺動カム５の後述する回転ピン１４に当接している。

前記揺動カム５は、前記カムシャフト８と平行に配したロッカシャフト１２上にその上部に位置した円環部において図中左右方向に揺動自在に嵌装され、その下端のカム面１３が前記ロッカアーム６の後述するローラ１６に当接している。また、揺動カム５の中間一側部（図中右側部）には前記センタアーム４の斜面１１と当接する回転ピン１４が回転自在に付設され、本実施例では、図３に示すように、回転ピン１４の周面一部に面取り部１４ａが形成され、この面取り部１４ａが前記センタアーム４の斜面１１と平面接触している。また、揺動カム５の円環部上面には前記リターンスプリング７の一端を担持するスプリング受け１５が突設されている。

前記ロッカアーム６は、その基端部においてピボット軸１７により図中左右方向に揺動自在に支持される一方、先端部が吸気弁１の弁棒上端部に当接している。また、前記揺動カム５のカム面１３に当接するローラ１６がロッカアーム６の中間部において回転自在に支持されている。

前記リターンスプリング７は、その他端側が図示しないシリンダヘッドに固設されたホルダ１８に支持され、揺動カム５及びセンタアーム４を常時駆動カム３側に付勢している。

尚、前記吸気弁１は、図示しないバルブスプリングにより常時閉弁方向（弁棒上端部がロッカアーム６に押し当てられる方向）に付勢されている。

また、前記ロッカシャフト１２は、図示しないモータ等による回動駆動手段により回動され、これによって前記センタアーム４の揺動支点位置が図中上下方向に変化するようになっている。この回動駆動手段は、図示しない位相可変式ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）と共に図示しないＥＣＵ（電子制御ユニット）によりエンジンの運転状態に応じて駆動制御される。

このように構成されるため、回動駆動手段によりロッカシャフト１２が所定方向に回動され、センタアーム４の揺動支点位置が変化した際には、カムシャフト８の同じ回転角度位置において、前記センタアーム４のローラ１０と当接する駆動カム３の周方向位置が変化すると共に揺動カム５の回転ピン１４に対するセンタアーム４の斜面１１の当接位置が変化して揺動カム５の揺動角度幅が変化する。

これにより、一つの回動駆動手段によりロッカシャフト１２を回動してセンタアーム４の揺動支点位置を変更するという簡単な構成で、吸気弁１の最大リフト位置が変化するとともに、吸気弁１のリフト量が増減し、そのバルブタイミングおよびリフト量がエンジンの運転状態に応じて可変制御される。

つまり、センタアーム４の斜面１１の角度と揺動カム５のカム面１３のカムプロフィールの設定で、例えば図７の（ｂ）に示すようなリフトカーブが得られ、リフト可変機構による小リフト制御によってバルブタイミングが進角するので、位相可変式ＶＶＴへの要求作動角（要求位相可変量）が小さくて済む。

この結果、エンジンの全運転域において、より最適に近いバルブタイミングでの運転が可能となり、ポンピングロス低減による燃費低減効果をフルに発揮させることができると共に、部分負荷時の吸気弁早閉じ運転状態から全負荷運転状態へのバルブタイミング移行時間が短縮され、レスポンスが向上する。

そして、本実施例では、上述した作用下では、揺動カム５の回転ピン１４とセンタアーム４の斜面１１とが当接する箇所とロッカシャフト１２との距離Ｌ₂がほとんど変化しないので、従来例のように大リフト制御時のエンジン高速域で吸気弁１側の慣性力が大きくなっても駆動カム３にかかる荷重は大きくならないので、上述した可変動弁装置によるスペース増大やエンジン回転数の制限はない。

また、センタアーム４は、駆動カム３とローラ１０で当接する一方、揺動カム５とは同揺動カム５に付設された回転ピン１４に対して斜面１１で当接するので、センタアーム４と揺動カム５との間における許容面圧が大きく耐久性が向上する。しかも回転ピン１４の面取り部１４ａがセンタアーム４の斜面１１に対して平面接触するので、面圧を下げることができ耐久性がより一層向上する。

これにより、吸気弁１のバルブリフトの加速度を上げて最大リフト量を大きくする等の採れるリフトカーブの自由度が高まり、高速性能の向上が図れると共に低リフト制御時における燃費低減効果をより一層増大することができる。また、ローラ１０が１個であり、センタアーム４の重量（慣性力）の増加を招かないことから、リターンスプリング７のばね荷重が小さくて済むという利点もある。

図４は本発明の実施例２を示す自動車等車両におけるエンジンの可変動弁装置の要部斜視図、図５は揺動カムの構造説明図、図６はセンタアームの構造説明図である。

これは、実施例１におけるロッカシャフト１２上に揺動カム５をタンデムに２個配設して吸気２弁のガソリンエンジンに適用した例である。図４及び図５では、２個の揺動カム５が連結部５ａにより部分的に結合された一体構造のものが示されているが、完全に分離した２個の揺動カム５を１本の回転部材としての回転ピン１４のみで連結するようにしても良い。

そして、本実施例では、前記回転ピン１４に斜面１１で接触するセンタアーム４を前記２個の揺動カム５の間にエンジン前面視でラップするようにして１個配置し、同センタアーム４で駆動する１本の回転ピン１４にて２個の揺動カム５を同時駆動するようになっている。尚、前記センタアーム４は、図６にも示すように、上二股部４ａにおいて支持軸９がピン１９結合されると共に下二股部４ｂにおいてローラ１０が支軸２０上を回転自在となっている。

これによれば、実施例１と同様の作用効果に加えて、多弁のエンジンにおいて部品点数の削減によるコスト低減とエンジン全幅の縮小による搭載性の向上が図れる。また、２個の揺動カム５を部分的に結合して一体構造とすることで、吸気２弁（２個の揺動カム５）を確実に同期して駆動することができ装置の信頼性を高めることができる。また、回転ピン１４に面取り部を形成すれば、センタアーム４と揺動カム５との間における面圧が下がるため、２弁駆動に対し有利である。

尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることはいうまでもない。例えば、本可変動弁装置２で排気弁を開閉駆動するようにしても良い。この場合、センタアーム４の斜面１１の角度を変えることでリフト可変機構による小リフト制御によってバルブタイミングを遅角させることができ、排気ガス対策上有効である。このように本発明では、吸，排気弁側に直結する揺動カムではなくセンタアーム４の斜面１１の角度を変えることでエンジンの仕様を変えられるので、その仕様の変更が容易に行えるという利点もある。

本発明の実施例１を示す自動車等車両におけるエンジンの可変動弁装置の大リフト制御時の模式図である。同じく小リフト制御時の模式図である。回転ピンの平面図である。本発明の実施例２を示す自動車等車両におけるエンジンの可変動弁装置の要部斜視図である。揺動カムの構造説明図である。センタアームの構造説明図である。吸気弁のリフトカーブの比較説明図である。従来例の自動車等車両におけるエンジンの可変動弁装置の大リフト制御時（同図（ａ））と小リフト制御時（同図（ｂ））の模式図である。

符号の説明

１吸気弁、２可変動弁装置、３駆動カム、４センタアーム、５揺動カム、６ロッカアーム、７リターンスプリング、８カムシャフト、９支持軸、１０ローラ、１１斜面、１２ロッカシャフト、１３カム面、１４回転ピン、１５スプリング受け、１６ローラ、１７ピボット軸、１８ホルダ、１９ピン、２０支軸。

Claims

機関回転に連動するカムシャフトから駆動力を受け、吸気弁又は排気弁の開閉タイミング及びリフト量を可変制御する内燃機関の可変動弁装置において、
前記カムシャフトに固設された駆動カムと、
前記カムシャフトと平行に配したロッカシャフトに揺動自在に支持された揺動カムと、
前記揺動カムのカム面に従動して前記吸，排気弁を開閉駆動するロッカアームと、
前記ロッカシャフトの外周部に揺動支点を持ち、前記駆動カムと揺動カムとの間でカムシャフトの駆動力を伝達するセンタアームと、
前記ロッカシャフトを回動し前記センタアームの揺動支点位置を変化させる回動駆動手段と、を備え、
前記回動駆動手段により前記センタアームの揺動支点位置が変化した際に、前記カムシャフトの同じ回転角度位置において、前記センタアームと当接する前記駆動カムの周方向位置が変化する一方、前記揺動カムと前記センタアームとが当接する箇所と前記ロッカシャフトとの距離が変化しないことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
前記センタアームは、前記駆動カムとローラで当接する一方、揺動カムとは同揺動カムに付設された回転部材に対して斜面で当接す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。
前記回転部材の周面に面取り部を設け、該面取り部が前記センタアームの斜面に対して平面接触す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。
前記ロッカシャフト上に前記揺動カムをタンデムに２個配設して２弁駆動とし、これら揺動カムを１本の回転部材で連結する一方、同回転部材に斜面で接触する前記センタアームを１個配置し、同センタアームで駆動する１本の回転部材にて２個の揺動カムを同時駆動することを特徴とする請求項２又は３記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記回転部材は駆動カムと反対側となる部位に設けられ、前記センタアームは前記２個の揺動カムの間に介在することを特徴とする請求項４記載の内燃機関の可変動弁装置。