JP2008051038A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の高速回転域での応答性を確保したうえで、低速回転域でのコントロールシャフトの強度信頼性を高める。
【解決手段】支持パイプ１３上にバルブを駆動する出力アーム１５と、カムシャフト上のカムで駆動される入力アーム１４と、アーム１４，１５に噛み合うスライダ１９とを設ける。支持パイプ１３の内側にコントロールシャフト２２を挿通し、連結ピン２４でスライダ１９に連結する。アクチュエータ２７でコントロールシャフト２２を軸線方向に駆動して、アーム１４，１５の相対位相を変化させる。制御装置２はエンジン回転数が予め定めた境界値以上である高速回転時にアクチュエータ２７を高速度で作動するように制御し、エンジン回転数が境界値未満である低速回転時にアクチュエータ２７を低速度で作動するように制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のバルブリフト量を変更する可変動弁機構に関する。

従来、自動車用ガソリンエンジンにおいて、低速低負荷時の燃費を向上し、高速高負荷時の出力を高めるために、バルブのリフト量をエンジンの回転数に応じて変更する可変動弁機構が提案されている。例えば、特許文献１には、図５に示すような可変動弁機構が記載されている。なお、この可変動弁機構は、後述する本発明の実施例とは制御装置及びそれによる制御が異なり、それ以外の部分が基本的には同様なので、同様の部分については実施例を示すための図３及び図４を援用する。

この可変動弁機構１１はカムシャフト１２と平行な支持パイプ１３を備え、支持パイプ１３上に一気筒あたり一つの入力アーム１４と二つの出力アーム１５とが揺動可能に支持されている。入力アーム１４はカムシャフト１２上のカム１６によって駆動され、出力アーム１５がロッカアーム１７を介してバルブ１８を開閉する。

両方のアーム１４，１５の内側において、支持パイプ１３上にはスライダ１９が摺動可能に支持されている。スライダ１９とアーム１４，１５とは逆向きのスプライン２０，２１で噛み合わされ、スライダ１９の摺動に伴い、入力アーム１４と出力アーム１５とが互いに反対方向に揺動される。

支持パイプ１３の内側にはコントロールシャフト２２が挿通され、このシャフト２２上の穴２３に連結ピン２４の基部が固定されている。連結ピン２４の露出部は支持パイプ１３の軸方向長孔２５を通ってスライダ１９の周方向長孔２６に嵌合し、連結ピン２４によってコントロールシャフト２２とスライダ１９とが連結されている。

コントロールシャフト２２はアクチュエータ２７によりエンジンの回転数に応じたストロークで軸線方向に駆動される。そして、コントロールシャフト２２により連結ピン２４を介してスライダ１９を駆動し、入力アーム１４と出力アーム１５との相対位相を変化させることで、バルブ１８のリフト量を連続的に変更できるように構成されている。
特開２００１−２６３０１５号公報

ところで、この種の可変動弁機構１１では、バルブスプリング２８の反発力がロッカアーム１７、出力アーム１５、スライダ１９を介して連結ピン２４に作用している。このため、アクチュエータ２７でコントロールシャフト２２を駆動するときに、コントロールシャフト２２のピン支持部２２ａ（穴２３の周辺部）に応力が発生する。

この応力は、図６に示すように、アクチュエータ２７の停止状態では、エンジン回転数が高いときほど増加し（曲線Ｄ）、アクチュエータ２７の作動時には、エンジン回転数が低いときほど増加する（曲線Ｅ）。また、図７に示すように、アクチュエータ２７で可変モードを低リフトから高リフトへ切り替えるときには（曲線Ｆ）、アクチュエータ２７の作動初期に応力が急上昇する（曲線Ｇ）。

ところが、従来の可変動弁機構１１では、エンジンの高速回転域での応答性を確保できるように、アクチュエータ２７の作動速度（図７のストロークｄ／時間ｔ）が比較的高い一定値に設定されている。このため、エンジンの低速回転域でアクチュエータ２７を作動したときに発生するピン支持部２２ａの応力を考慮すると、コントロールシャフト２２の強度信頼性に不安が残った。

本発明の目的は、上記課題を解決し、内燃機関の高速回転域での応答性を確保でき、しかも、低速回転域でのコントロールシャフトの強度信頼性を改善できる可変動弁機構を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の可変動弁機構は、内燃機関のバルブを駆動する出力アームと、カムシャフト上のカムによって駆動される入力アームと、両方のアームに噛み合うスライダと、スライダを駆動するコントロールシャフトと、コントロールシャフトをスライダに連結する連結ピンと、コントロールシャフトを駆動するアクチュエータと、アクチュエータを内燃機関の低速回転時に高速回転時よりも遅い速度で作動するように制御する制御装置とを備えたことを特徴とする。

ここで、制御装置によるアクチュエータ作動の制御としては、次の態様を例示できる。
（１）内燃機関の回転数が予め定めた境界値より高いか低いかで、アクチュエータを段階的に切り替わる速度で作動させる制御装置。
この場合、境界値を内燃機関の全回転域の中間部に一つ定め、アクチュエータを高速及び低速の二段階に切り替えて作動させることができる。また、境界値を内燃機関の全回転域の中間部に二つ又はそれ以上定め、アクチュエータを低速、中速、高速の三段階又はそれ以上の多段階に切り替えて作動させる制御装置。
（２）内燃機関の回転数が連続的に変化するにつれて、アクチュエータを連続的に変化する速度で作動させる制御装置。
この場合、内燃機関の回転数変化に対するアクチュエータの作動速度の変化は、直線的変化の場合と、曲線的変化の場合とを含む。

なお、アクチュエータは、特定のアクチュエータに限定されず、例えば、コントロールシャフトを軸線に沿って直線移動するリニアアクチュエータ、あるいは、コントロールシャフトを軸線周りで回動するロータリーアクチュエータを使用できる。また、アクチュエータとして、例えば、電力で出力軸を駆動するモータ、ソレノイド等の電動アクチュエータ、あるいは、流体圧で出力軸を駆動する油圧シリンダ、エアシリンダ等の流体圧アクチュエータを使用できる。

また、制御装置は、特定の制御装置に限定されず、例えば、電動アクチュエータを制御する場合にはその電圧又は電流を変化させ、流体圧アクチュエータを制御する場合にはその流体圧又は流量絞りを変化させる可変機器と、内燃機関の回転数検出器に応じて前記可変機器を働かせるマイクロコンピュータとを備えたものを使用できる。

本発明の可変動弁機構によれば、内燃機関の高速回転時に、アクチュエータが速い速度で作動するように制御されるので、入力アームと出力アームの相対位相をカムシャフトの高速回転に追従して的確に変化させることができる。一方、内燃機関の低速回転時には、アクチュエータが高速回転時よりも遅い速度で作動するように制御されるので、コントロールシャフトの連結ピン対応部分に発生する応力を低減でき、その部分の強度に余裕を持たせることができる。従って、機械的な補強対策と比較し簡単な速度制御により、内燃機関の全回転域で可変動弁機構の応答性と強度信頼性とを両立できるという優れた効果を奏する。

可変動弁機構は、内燃機関のバルブを駆動する出力アームと、カムシャフト上のカムによって駆動される入力アームと、両方のアームに噛み合うスライダと、スライダを駆動するコントロールシャフトと、コントロールシャフトをスライダに連結する連結ピンと、コントロールシャフトを駆動するアクチュエータと、アクチュエータを内燃機関の低速回転時に高速回転時よりも遅い速度で作動するように制御する制御装置とを備える。

以下、本発明の実施例を図１〜図４に基づいて説明する。この実施例の可変動弁機構１１は、カムシャフト１２と平行な支持パイプ１３を備え、支持パイプ１３上に一気筒あたり一つの入力アーム１４と二つの出力アーム１５とが揺動可能に支持されている。入力アーム１４はカムシャフト１２上のカム１６によって駆動され、出力アーム１５がロッカアーム１７を介して内燃機関のバルブ１８を開閉する。

両方のアーム１４，１５の内側において、支持パイプ１３上にはスライダ１９が摺動可能に支持されている。スライダ１９とアーム１４，１５とは逆向きのスプライン２０，２１で噛み合わされ、スライダ１９の摺動に伴い、入力アーム１４と出力アーム１５とが互いに反対方向に揺動される。

支持パイプ１３の内側にはコントロールシャフト２２が挿通され、このシャフト２２上の穴２３に連結ピン２４の基部が固定されている。連結ピン２４の露出部は支持パイプ１３の軸方向長孔２５を通ってスライダ１９の周方向長孔２６に嵌合し、連結ピン２４によってコントロールシャフト２２とスライダ１９とが連結されている。

コントロールシャフト２２の一端は電動又は油圧のリニアアクチュエータ２７の出力軸２７ａに連結され、アクチュエータ２７が制御装置２によって制御され、コントロールシャフト２２をエンジンの回転数に応じたストロークで軸線方向に往復駆動する。そして、コントロールシャフト２２により連結ピン２４を介してスライダ１９を駆動し、入力アーム１４と出力アーム１５との相対位相を変化させることで、バルブ１８のリフト量を連続的に変更できるように構成されている。

また、制御装置２は、アクチュエータ２７の作動速度を制御するように構成されており、詳しくは、エンジン回転数が予め定めた境界値以上である高速回転時に、出力軸２７ａを高速度で作動するように制御するとともに、エンジン回転数が境界値未満である低速回転時に、出力軸２７ａを高速回転時よりも遅い低速度で作動するように制御するように構成されている。以下に、制御装置２が実行する具体的処理について説明する。

図２は、アクチュエータ２７の作動速度と、コントロールシャフト２２のピン支持部２２ａ（穴２３の周辺部）の応力変化との関係を示す。曲線Ａ，Ｂは、アクチュエータ２７が可変モードを低リフトから高リフトへ切り替えるときの出力軸２７ａの速度変化を示し、ｄは出力軸２７ａのストローク、ｔ１，ｔ２は出力軸２７ａの作動時間である。曲線Ｃはアクチュエータ２７の作動時にピン支持部２２ａに発生する応力の変化を示し、曲線Ｄはアクチュエータ２７の停止時に発生する応力の変化を示す。

この実施例では、エンジン回転数を低速と高速とに分ける境界値が、最高回転数の約半分である例えば３０００回毎分に設定されている。制御装置２は、エンジン回転数検出器３（図１参照）からの入力値が３０００回毎分以上である高速回転域Ｈで、曲線Ｂに示すように、出力軸２７ａを高速度ｄ／ｔ１で制御する。例えば、出力軸２７ａのフルストロークに要する時間を０．４秒未満とする（速い）。このときは、曲線Ｃの右半分に示すように、ピン支持部２２ａに発生する応力が従来（図６の曲線Ｅ）と同様にエンジン回転数の上昇に伴って減少するので、コントロールシャフト２２が強度不安のない状態でスライダ１９を高速駆動して、アーム１４，１５の相対位相を的確に変化させることができる。

一方、エンジン回転数が３０００回毎分未満である低速回転域Ｌでは、曲線Ａに示すように、制御装置２が出力軸２７ａを低速度ｄ／ｔ２（ｔ１＜ｔ２）で作動するように制御する。例えば、出力軸２７ａのフルストロークに要する時間を０．４秒以上とする（遅い）。このため、アクチュエータ２７の作動初期における応力の急上昇を回避でき、曲線Ｃの左半分に示すように、低速回転域Ｌにおけるピン支持部２２ａの応力を従来よりも低減でき、コントロールシャフト２２の強度に余裕を持たせることができる。従って、アクチュエータ２７の作動速度を制御するだけの簡単な構成で、エンジンの全回転域において可変動弁機構１の応答性と強度信頼性とを両立させることができる。

本発明の実施例を示す可変動弁機構の断面図である。 同可変動弁機構の作用説明図である。 同可変動弁機構の全体的な構成を示す立面図である。 同可変動弁機構のアームとスライダの組付構造を示す斜視図である。 従来の可変動弁機構を示す断面図である。 従来の問題点を指摘するエンジン回転数−応力特性図である。 従来の問題点を指摘する時間−応力特性図である。

符号の説明

１ 可変動弁機構
２ 制御装置
１２ カムシャフト
１４ 入力アーム
１５ 出力アーム
１６ カム
１８ 吸気バルブ
１９ スライダ
２２ コントロールシャフト
２２ａ ピン支持部
２４ 連結ピン
２７ アクチュエータ

Claims (1)

1. 内燃機関のバルブを駆動する出力アームと、カムシャフト上のカムによって駆動される入力アームと、両方のアームに噛み合うスライダと、スライダを駆動するコントロールシャフトと、コントロールシャフトをスライダに連結する連結ピンと、コントロールシャフトを駆動するアクチュエータと、アクチュエータを内燃機関の低速回転時に高速回転時よりも遅い速度で作動するように制御する制御装置とを備えたことを特徴とする可変動弁機構。

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