JP2007192188A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 直動式動弁装置において、簡単な構成でデコンプ作用を行い得るようにする。
【解決手段】 カム軸４上に、バルブリフト用の第１カム１９とは別に、第１カム１９のベースサークルよりやや大きな径のデコンプ用の第２カム２０を設けて、スライド可能とする。始動時に第２カム２０をスライドさせて、バルブリフタ６上に移動させ、バルブ１３を燃焼室開放状態にする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、燃焼室内圧を減圧して始動操作性の向上等を図るデコンプ装置として用いる内燃機関の可変動弁装置に関する。

エンジンを起動させようとした場合、始動時の圧縮行程時の反力、いわゆるポンピングロスが大きく、スタータモータへの負荷も大きく、なおかつ大きな振動を伴う。
例えば、エンジンと電気モータとを走行駆動源とするハイブリット車においては、停車中や電気モータによる走行中は、エンジンを停止させることが多いため、エンジンの始動・停止が頻繁に行われるが、この時のエンジン始動の動力源は基本的に電気モータであり、この電気モータをエンジンクランク軸へ直結合させた場合、通常のエンジンで用いられているスタータモータのようにクランク軸からのギア比での増速は行われず、１：１での駆動力が必要となり、耐久性と高出力性能を持ち合わせた電気モータが使われる。現状電気モータは出力によりサイズが決定してしまうため、高出力を求めればそれだけ大きなサイズの電気モータを使うことになり、ハイブリット車開発において電気モータのサイズダウンが重要課題の１つとなる。

ここで、ポンピングロスを低減することができれば、エンジン始動のための駆動力も低減でき、そのうえ電気モータに要求される出力値も抑えることができ、電気モータのサイズダウンが可能になる。
このようなポンピングロスはエンジン始動時のシリンダ内の高圧縮圧を開放して減圧させることにより解決でき、このための従来のデコンプ装置としては特許文献１に記載されたものが知られている。

これは、ロッカアーム式動弁装置において、ロッカシャフトにロッカアームがスライド自在に軸支されていると共に、このロッカアームがエンジンのオイルポンプの吐出圧を受けて動作するアクチュエータに応動するように連設され、またこのロッカアームにバルブステムに摺接するスリッパ部とデコンプカムが設けられ、オイルポンプの吐出圧が設定値以下のときにアクチュエータによりロッカアームがスライドすることで、スリッパ部に代わってデコンプカムがバルブをリフトさせる。
実開平２−８０７０６号公報

しかしながら、上述のデコンプ装置は、ロッカアーム式動弁装置において専用のロッカシャフトとロッカアームを用いるため、直動式動弁装置には適用できない。また、内燃機関においてエンジン本体のコンパクト化、部品点数の軽減も大きな課題であるが、従来技術では動弁装置の限定により部品構成や本体レイアウトに制約が生じ、エンジン本体のコンパクト化、部品点数の軽減が困難になるという多くの問題点があった。

本発明は、このような点に鑑み、内燃機関の直動式動弁装置において、簡易な構成でデコンプ作用を行うことができる可変動弁装置を提供することを目的とする。

このため、本発明では、主たるバルブリフトプロフィールを有する第１カムと、前記第１カムとカム軸を共有し所定間隔だけ離れてバルブリフタ外に配設され、少なくとも一部の径が前記第１カムのベースサークルの径よりも大きく、かつ、バルブリフタ上へ移動可能な第２カムと、前記第２カムをバルブリフタ上へ移動する移動手段とを有する構成とする。

本発明によれば、機関始動時に移動手段により第２カムを移動することで、直動式動弁装置において、簡易な構成でデコンプ作用を行うことができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は直動式動弁装置の正面図である。
シリンダヘッド１の上面にボルト２で締結されたカムブラケット３の支持によりカム軸４を回転自在に備え、このカム軸４の回転運動により伝達された力がバルブリフタ６を押し、バルブリフタ６に接しているバルブ１３の軸頭部が連動して下方に動くことによりシリンダヘッド１のバルブシート部１４とバルブ１３との間に図２（バルブ開閉部の拡大図）に示すようなスキマ１８が生じ、このスキマ１８により吸気・排気が行われる。その後、シリンダヘッド１の受け部１０とバルブ１３の軸頭部に取付けられたリテーナ７との間に介装されたバルブスプリング９の反力により、バルブ１３が上方に動いてスキマ１８が閉じ、密閉された燃焼室内でピストンから圧縮圧を受けて燃焼が行われる。つまりカム軸４の回転運動とバルブスプリング９の伸縮運動によりバルブ１３の開閉運動が行われる。尚、バルブガイド１２によりバルブ１３の上下運動がガイドされ、バルブオイルシール１１により燃焼室へのオイルの混入が防がれている。

ここで基本的に要求されるデコンプ機能について説明する。
図３に示すように、エンジン回転数と時間に対して、エンジン始動時からアイドル回転域（低回転域）を燃焼室内減圧状態（制御ＯＮ）にすることによって、圧縮圧によるポンピングロスを回避することができると考える。
さらに図４に燃焼室内圧縮圧と時間で示すように、エンジン始動時瞬時に燃焼室内減圧状態（制御ＯＮ）にすることが望ましく、制御装置の応答性の速さが求められる。

図２に燃焼室内減圧状態（制御ＯＮ）でのバルブ開閉部の拡大図を示したが、バルブシート部１４とバルブ１３とのスキマ１８は０．５ｍｍ〜１．０ｍｍで充分に始動時の燃焼室内の高圧縮圧を開放して減圧させることができる。
次に本発明に係る構成について説明する。
図５及び図６は直動式動弁装置の側面図で、図５は制御ＯＮ（燃焼室開放）時、図６は制御ＯＦＦ（バルブ着座）時である。

通常のバルブリフト用固着カムノーズ（第１カム１９）を備えるカム軸４に対し、円筒状の第２カム２０を、第１カム１９との間にスプリング２１を介在しつつ、カム軸４上をスライド可能に組み込む構成としている。尚、第２カム２０は、カム軸４上にキー又はスプラインにより嵌合し、回転方向にはカム軸４（第１カム１９）と一体となるようにしてある。

従って、図５に示す通り、第２カム２０が第１カム１９方向へスライドすると、バルブリフタ６に接触し、バルブリフタ６を押し下げることにより、バルブ１３を燃焼室開放方向にリフトし、燃焼室内を減圧状態とする。
ここでのバルブリフタ６の形状は、従来の一般的な直動式動弁装置のようにバルブクリアランス調整シムをリフタ上面に備えたタイプではなく、上面角部を滑らかな湾曲形状とし、リフタ内部にバルブクリアランス調整機構を備えるタイプとする。

第２カム２０のカム軸４上の移動は、第１カム１９方向へは、油圧アクチュエータ又は電磁アクチュエータにより行われる。図には油圧アクチュエータの場合について示してあり、エンジンのオイルポンプからの油圧をシリンダヘッド１の貫通穴２３によって導いている。
カムブラケット３への戻り方向は、第１カム１９と第２カム２０との間に介在するスプリング２１の反力により行われる（第２カム２０は第１カム１９のノーズ部によりリフトしている間に進入し、嵌合することになる）。

図６に示す通り、第２カム２０がカムブラケット３側へ戻った状態では、第２カム２０はバルブリフタ６と離れて位置することになり、従来の直動式動弁装置同様に、第１カム１９のプロフィールによりバルブ着座およびバルブリフトが行われる。
カムブラケット３方向へ戻された第２カム２０はカムブラケット３内の溝に配されるストッパリング２２により摺動範囲が制限され、第２カム２０と第１カム１９との嵌め合いが外れることは無く、第１カム１９と第２カム２０との間に介在するスプリング２１の脱落防止にもなる。このスプリング２１は第２カム２０に固着しており、第１カム１９にスプリング２１の受け用凸部が設けられることにより第２カム２０摺動時のスプリング噛み込み防止となる。

図７に示すように、第２カム２０は、半割の２部材２０−１、２０−２を組み合わせる２分割型の組み立て式とするとよい。この場合、多気筒分の固着カムノーズ（第１カム１９）を有する従来型のカム軸４に対して第２カム２０の嵌め合い部の追加工を施し、２分割型の第２カム２０でカム軸の軸部を挟み込みつつ第１カム１９に嵌め合わせる構造とし、その後ストッパリング２２と共にシリンダヘッド１とカムブラケット３で押さえ、ボルト２での締結となる。

尚、図１の実施形態では、第２カム２０は、第１カム１９のベースサークルよりやや大きな径で、カム軸中心に対し真円（２０ａ）をなしているが、図８の実施形態に示すように、カム軸中心に対し、偏心円（２０ｂ）をなすようにしてもよい。また、図９の実施形態に示すように、任意の可変動弁用プロフィール（２０ｃ）を有する形状であってもよい。いずれにおいても、バルブリフタ６の上面角部が滑らかな曲面であり、なおかつ第２カム２０が滑らかなリフタ挿入部を備えることにより、可変時の第２カム２０とバルブリフタ６の衝突による影響を最大限抑制することになる。

図１０には各場合のリフトカーブを示す。作動角の範囲内では、第１カムのプロフィールによってバルブリフトが行われ、作動角の範囲外では、第２カムによるデコンプ作用が得られる。特許文献１に記載のロッカーアーム式では、最大リフトが変更され、フリクションの増大が避けられないが、本発明によれば、カムノーズ部はそのままのリフトを保ち、他区間でデコンプするためのリフトを生じさせる点で異なる。

以上説明したように、本実施形態によれば、主たるバルブリフトプロフィールを有する第１カム１９と、前記第１カム１９とカム軸４を共有し所定間隔だけ離れてバルブリフタ６外に配設され、少なくとも一部の径が前記第１カム１９のベースサークルの径よりも大きく、かつ、バルブリフタ６上へ移動可能な第２カム２０と、前記第２カム２０をバルブリフタ６上へ移動する移動手段とを有し、機関始動時に前記移動手段により第２カム２０を移動することで、バルブ１３を燃焼室開放状態にする構成としたので、直動式動弁装置において、簡易な構成でデコンプを行うことができる。

また、本実施形態によれば、デコンプ制御を機関始動時の低回転域において適用することで、デコンプが最も必要とされる領域での制御が可能となる。
また、本実施形態によれば、前記移動手段を、カム軸４上に移動可能に設けられた第２カム２０に対し、第２カム２０を初期位置に付勢する弾性体（スプリング２１）と、機関のオイルポンプからの油圧により作動して第２カム２０を前記弾性体に抗して移動させる油圧アクチュエータとを備えて構成することにより、簡易な構成とすることができ、部品点数も比較的少なくて済む。また特に、機関のオイルポンプの吐出圧を増大する増速機を備えたアクチュエータを用いることで、動作が確実となる。尚、本実施形態では油圧によりデコンプを行い、スプリングによりデコンプを解除しているが、逆にしてもよい。

また、前記移動手段を、カム軸４上に移動可能に設けられた第２カム２０に対し、第２カム２０を初期位置に付勢する弾性体（スプリング２１）と、電磁力により作動して第２カム２０を前記弾性体に抗して移動させる電磁アクチュエータとを備えて構成することにより、簡易な構成とすることができる。この場合、高いオイルの吐出圧が望めない運転条件であっても、例えばハイブリッド車両の余剰電力などを利用することで、アクチュエータを作動させることができる。

また、本実施形態によれば、第２カム２０は、半割の２部材２０−１、２０−２を組み合わせる組み立て式２分割型カムとすることにより、第１カム１９のみを有する従来の一般的なカム軸４へのわずかな変更の追加工のみで、第２カム２０を取付けることが可能となる。
また、本実施形態によれば、第２カム２０は、第１カム１９に対し、前記移動によって回転方向に一体となるよう、嵌合することにより、第２カム２０の静粛性を確保することができる。特に第２カム２０が偏心形状（２０ｂ）、プロフィール定義形状（２０ｃ）の場合には、このように嵌合することにより、その機能（使用範囲の設定）を得ることができる。

また、本実施形態によれば、前記嵌合は、キー又はスプラインにより行うことにより、確実な嵌合（位置合わせ）が可能となる。
また、本実施形態によれば、第２カム２０を、カム軸中心に対し、真円をなすように形成することで、第２カム２０の加工が容易となり、かつ、確実にデコンプ状態を確保することができる。

また、第２カム２０を、カム軸中心に対し、偏芯円をなすように形成することで、バルブリフタ６を押し下げる第１カム１９と第２カム２０の曲面変化が滑らかにつながり、第１カム１９から第２カム２０および逆の変化時に起きるカムとリフタとの衝突による振動・音を抑制できる。
また、第２カム２０は、可変動弁用プロフィールを有するように形成することで、すなわちプロフィール定義形状とすることで、燃焼室開放状態を自在設定できる。

また、本実施形態によれば、第２カム２０のバルブリフタ６への挿入部は、滑らかな湾曲部として形成することにより、すなわち第２カム２０にバルブリフタ６への滑らかな挿入部をつくることにより、第１カム１９から第２カム２０および逆の変化時におきるカムとリフタとの衝突による振動・音を抑えることができる。

本発明の第１実施形態を示す直動式動弁装置の正面図 バルブ開閉部の拡大図 エンジン回転数と時間に対する制御ＯＮ・ＯＦＦの特性図 燃焼室内圧縮圧と時間に対する制御ＯＮ・ＯＦＦの特性図 同上の直動式動弁装置の側面図（制御ＯＮ時） 同上の直動式動弁装置の側面図（制御ＯＦＦ時） 第２カムとして２分割型カムを用いる場合の斜視分解図 第２実施形態を示す直動式動弁装置の正面図 第３実施形態を示す直動式動弁装置の正面図 バルブリフト特性の説明図

符号の説明

符号の説明
１：シリンダヘッド
２：ボルト
３：カムブラケット
４：カム軸
６：バルブリフタ
７：リテーナ
９：バルブスプリング
１０：受け部
１１：バルブオイルシール
１２：バルブガイド
１３：バルブ
１４：バルブシート部
１８：スキマ
１９：第１カム（バルブリフト用固着カムノーズ）
２０、２０−１、２０−２、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：第２カム
２１：スプリング
２２：ストッパリング
２３：貫通穴

Claims (11)

1. 内燃機関の直動式動弁装置において、
   主たるバルブリフトプロフィールを有する第１カムと、
   前記第１カムとカム軸を共有し所定間隔だけ離れてバルブリフタ外に配設され、少なくとも一部の径が前記第１カムのベースサークルの径よりも大きく、かつ、バルブリフタ上へ移動可能な第２カムと、
   前記第２カムをバルブリフタ上へ移動する移動手段とを有し、
   機関始動時に前記移動手段により前記第２カムを移動することで、バルブを燃焼室開放状態にすることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記第２カムは、機関始動時の低回転域において移動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。
3. 前記移動手段は、前記カム軸上に移動可能に設けられた前記第２カムに対し、前記第２カムを初期位置に付勢する弾性体と、機関のオイルポンプからの油圧により作動して前記第２カムを前記弾性体に抗して移動させる油圧アクチュエータとを備えてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記移動手段は、前記カム軸上に移動可能に設けられた前記第２カムに対し、前記第２カムを初期位置に付勢する弾性体と、電磁力により作動して前記第２カムを前記弾性体に抗して移動させる電磁アクチュエータとを備えてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 前記第２カムは、半割の２部材を組み合わせる組み立て式２分割型カムであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁装置。
6. 前記第２カムは、前記第１カムに対し、前記移動によって回転方向に一体となるよう、嵌合することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁装置。
7. 前記嵌合は、キー又はスプラインにより行われることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の可変動弁装置。
8. 前記第２カムは、カム軸中心に対し、真円をなすことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁装置。
9. 前記第２カムは、カム軸中心に対し、偏芯円をなすことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁装置。
10. 前記第２カムは、可変動弁用プロフィールを有することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁装置。
11. 前記第２カムのバルブリフタへの挿入部は、滑らかな湾曲部として形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁装置。

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