JP2009036076A - Valve gear for engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はエンジンの動弁装置に関する。 The present invention relates to an engine valve operating device.
従来から、電磁弁・油圧駆動弁によりバルブタイミングを変更することで、シリンダ内ガスを吸気通路を介してタンクに蓄圧し、エンジンを始動する際にそのガスをタンクからシリンダへ供給する装置がある(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、前述した従来装置は、バルブタイミングのみでシリンダ内に供給するガス量を制御していた。したがって、エンジン始動時にタンクに蓄圧したガスをシリンダ内に供給するガス供給状態から燃焼状態に移行するとき、特にアイドルのような極小空気量状態に移行するときにガス量の制御ができなかった。そのため、要求空気量の変化が大きくなり、エンジン回転速度が安定しないという問題点があった。また、始動時の気筒判別後に動弁機構のタイミングを設定する必要があり、始動に時間がかかるという問題点があった。 However, the above-described conventional apparatus controls the amount of gas supplied into the cylinder only by the valve timing. Therefore, the gas amount cannot be controlled when shifting from the gas supply state in which the gas accumulated in the tank at the time of engine start is supplied into the cylinder to the combustion state, particularly when shifting to the minimum air amount state such as idle. For this reason, there has been a problem that the change in the required air amount becomes large and the engine speed is not stable. In addition, it is necessary to set the timing of the valve operating mechanism after determining the cylinder at the time of starting, and there is a problem that it takes time to start.
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、エンジン始動時のガス供給状態から燃焼状態へ移行するときにガス量の制御を可能とするとともに、始動時間を短くすることを目的とする。 The present invention has been made paying attention to such conventional problems, and enables control of the amount of gas when shifting from the gas supply state at the time of engine start to the combustion state and shortens the start time. For the purpose.
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。 The present invention solves the above problems by the following means. In addition, in order to make an understanding easy, although the code | symbol corresponding to embodiment of this invention is attached | subjected, it is not limited to this.
本発明は、エンジン(100)のクランク軸と機械的に連係され、そのクランク軸の回転に連動して回転する駆動軸(213)と、駆動軸(213)に設けられてバルブをリフトさせるカム(220)と、バルブのリフト量を可変とするバルブリフト量可変機構(210)と、バルブの開閉時期を可変とするバルブ開閉時期可変機構(240)と、前記カム(220)によってリフトされ、エンジン(100)のシリンダ(101)に連通する圧縮空気通路(112)の開口(105)を開閉する圧縮空気バルブ(108)と、シリンダ(101)内を往復動するピストンと、バルブ開閉時期可変機構(240)により圧縮空気バルブ(108)の開閉時期を制御してその圧縮空気バルブ(108)を圧縮行程中に開き、ピストンによって圧縮された圧縮空気を蓄える蓄圧手段と、バルブ開閉時期可変機構(240)により圧縮空気バルブ(108)の開閉時期を制御してその圧縮空気バルブ(108)を膨張行程中に開き、蓄圧手段によって蓄えられた圧縮空気をシリンダ(101)内に供給する圧縮空気供給手段と、エンジン回転速度に応じてバルブリフト量可変機構(210)により圧縮空気バルブ(108)のリフト量を制御して、圧縮空気供給手段による圧縮空気の供給量を制限する圧縮空気供給量制限手段と、を備えたことを特徴とする。 The present invention is mechanically linked to a crankshaft of an engine (100), and rotates in conjunction with the rotation of the crankshaft, and a cam provided on the drive shaft (213) for lifting a valve. (220), a valve lift amount variable mechanism (210) that varies the valve lift amount, a valve opening / closing timing variable mechanism (240) that varies the valve opening / closing timing, and the cam (220), A compressed air valve (108) that opens and closes an opening (105) of a compressed air passage (112) communicating with a cylinder (101) of the engine (100), a piston that reciprocates in the cylinder (101), and variable valve opening / closing timing The mechanism (240) controls the opening and closing timing of the compressed air valve (108) to open the compressed air valve (108) during the compression stroke, and the piston is pressurized. Pressure accumulating means for storing the compressed air and the valve opening / closing timing variable mechanism (240) to control the opening / closing timing of the compressed air valve (108) to open the compressed air valve (108) during the expansion stroke and store it by the pressure accumulating means. Compressed air by controlling the lift amount of the compressed air valve (108) by the compressed air supply means for supplying the compressed air into the cylinder (101) and the valve lift amount variable mechanism (210) according to the engine speed. Compressed air supply amount limiting means for limiting the supply amount of compressed air by the supply means.
本発明によれば、バルブリフト量を連続的に変化させるバルブリフト量可変機構を備えたので、エンジン始動時の圧縮空気供給状態から燃焼状態へ移行するときに、リフト量を制御して圧縮空気の供給量を調整できる。そのため、要求空気量の変化が大きくなってもエンジン回転速度を安定させることができる。また、駆動軸とクランク軸とを機械的に連係して、圧縮空気バルブの開閉をクランク軸の回転と連動させたので、気筒判別の直後に燃焼させることができる。これにより、始動時間を短くすることができる。 According to the present invention, since the variable valve lift amount mechanism that continuously changes the valve lift amount is provided, the compressed air is controlled by controlling the lift amount when shifting from the compressed air supply state at the time of engine start to the combustion state. Can be adjusted. Therefore, the engine speed can be stabilized even if the change in the required air amount increases. Further, since the drive shaft and the crankshaft are mechanically linked and the opening and closing of the compressed air valve is interlocked with the rotation of the crankshaft, combustion can be performed immediately after the cylinder discrimination. Thereby, the starting time can be shortened.
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態によるエンジン100の概略構成図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an
エンジン100は、直列4気筒エンジンである。エンジン100の各シリンダ101の内部に形成される燃焼室109には、それぞれ2本の吸気ポート102と2本の排気ポート103とが連通する。燃焼室109と吸気ポート102との開口部104は吸気バルブ(図示せず)によって開閉され、燃焼室109と排気ポート103との開口部107は排気バルブ(図示せず)によって開閉されている。
そしてさらに、エンジン100の各燃焼室109には、圧縮空気供給装置110の一部を構成する圧縮空気供給通路112の枝管112aが連通する。以下では、この圧縮空気供給装置110について説明する。
Further, each
圧縮空気供給装置110は、図示しない圧縮空気バルブ(図2等参照)と、圧縮空気供給通路112と、逆止弁113と、通路開閉弁114と、蓄圧タンク115とを備える。圧縮空気供給装置110は、車両走行状態に応じて、圧縮行程中に燃焼室109で圧縮された圧縮空気を蓄圧タンク115に蓄えるとともに、その蓄えた圧縮空気を膨張行程中の燃焼室109に供給する。
The compressed
圧縮空気供給通路112は、4つの枝管112aに分岐して各燃焼室109と連通する。圧縮空気供給通路112は、逆止弁113を介して蓄圧タンク115の空気注入口115aに接続され、通路開閉弁114を介して蓄圧タンク115の空気排出口115bに接続される。
The compressed
蓄圧タンク115は、圧縮空気を蓄える。
The
逆止弁113は、蓄圧タンク115の空気注入口115aから圧縮空気供給通路112へ圧縮空気が逆流することを防止する。
The
通路開閉弁(電磁弁、油圧弁)114は、運転状態に応じて開閉が制御され、通路開閉弁114が開かれると蓄圧タンク115に蓄えた圧縮空気の供給が開始され、閉じられると圧縮空気の供給が停止される。
The opening / closing of the passage opening / closing valve (solenoid valve, hydraulic valve) 114 is controlled according to the operating state. When the passage opening /
圧縮空気バルブ(図示せず)は、枝管112aと燃焼室109との開口部105を開閉する。圧縮空気バルブは、吸気ポート開口部104を開閉する吸気バルブ(図示せず)と連動して開口部105を開閉する。
The compressed air valve (not shown) opens and closes the
この他にもエンジン100は可変動弁装置を備えており、これにより、圧縮空気バルブ及び吸気バルブのリフト量及びリフト中心角を変更する。以下では、図2及び図3を参照して、この可変動弁装置について説明する。
In addition to this, the
図2は、可変動弁装置200を示す図である。図3は、図2のIII−III線に沿う断面図である。
FIG. 2 is a view showing the
可変動弁装置200は、図1に示した燃焼室109と吸気ポート102との開口部104を、吸気バルブ106を介して開閉する装置である。また、可変動弁装置200は、図1に示した燃焼室109と圧縮空気供給通路112との開口部105を、圧縮空気バルブ108を介して開閉する装置である。
The
図2示すように、可変動弁装置200は、吸気バルブ106及び圧縮空気バルブ108のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構210と、そのリフトの中心角の位相を進角又は遅角させる位相可変機構240とを備える。なお、図2では一つの気筒に対応する一対の吸気バルブ106a,106b,圧縮空気バルブ108及びその関連部品のみを簡略的に図示している。
As shown in FIG. 2, the
可変動弁装置200は、気筒列方向へ延びる中空状のロッカシャフト235と、ロッカシャフト235と平行に気筒列方向へ延びる駆動軸213とを備える。
The variable
ロッカシャフト235は、ロッカアーム232a,232bを揺動自在に支持する。ロッカアーム232a,232bは、一対の吸気バルブ106a,106bを開閉する。
The
また、ロッカシャフト235は、ロストモーションロッカアーム300を揺動自在に支持する。ロストモーションロッカアーム300は、圧縮空気バルブ108を開閉する。ロストモーションロッカアーム300の構成等については後で詳述する。ロストモーションロッカアーム300はロストモーション機構を備えており、車両走行状態に応じて揺動カム220cから圧縮空気バルブ108へのリフト伝達をなくし、圧縮空気バルブ108を閉じたままの状態にすることができる。
The
可変動弁装置200は、ロッカシャフト235と平行に気筒列方向へ延びる駆動軸213を備える。
The variable
駆動軸213は、一端部に設けられたスプロケット242を介して、図示しないベルトやチェーンで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。スプロケット242と駆動軸213とは、位相角制御アクチュエータ241によって所定の角度範囲内において相対的に回転させられる。これにより、リフト中心角が進角又は遅角する。
The
駆動軸213には、気筒ごとに、ロッカアーム232a,232bを押圧する揺動カム220a,220bと、ロストモーションロッカアーム300を押圧する揺動カム220cとが、駆動軸213に対して回転自在に取り付けられる。
A
揺動カム220aと220bとは、互いに円筒230で同位相に固定される。同様に、揺動カム220aと220cも、互いに円筒231で同位相に固定される。揺動カム220a〜220cが、駆動軸213を中心として所定の回転範囲で揺動(上下動)することによって、その下方に位置するロッカアーム232a,232b及びロストモーションロッカアーム300がそれぞれ押圧され、吸気バルブ106a,106b及び圧縮空気バルブ108が下方にリフトする。
The
駆動軸213は、揺動カム220bから図中軸方向右側に所定の距離だけ離れた位置に円筒状の駆動カム215を固定支持する。図3に示すように、駆動カム215の中心P4は、駆動軸213の軸心P3から所定量だけ偏倚している。駆動カム215の外周には、第1リンク225が回転自在に嵌合する。
The
駆動軸213の上方には、駆動軸213と平行に気筒列方向へ延びる制御軸216が回転自在に支持される。
Above the
図3に示すように、制御軸216は、円筒状の制御カム217を固定支持する。制御カム217の中心P1は、制御軸216の軸心P2から所定量だけ偏倚している。制御カム217の外周には、リンクアーム218が回転自在に嵌合する。リンクアーム218は、制御カム217の軸心P1を支点として揺動する。
As shown in FIG. 3, the
リンクアーム218と第1リンク225とは、両者を挿通する連結ピン221によって連結される。また、リンクアーム218と第2リンク226とは、連結ピン228によって連結される。さらに、第2リンク226と揺動カム220aとは、連結ピン229によって連結される。このように、駆動カム215とリンクアーム218とは第1リンク225によって連係され、リンクアーム218と揺動カム220とは、第2リンク226によって連係される。なお、各ピン221,228,229の一端部には、第1リンク225や第2リンク226の軸方向の移動を規制するスナップリングが設けられる。
The
以上のように構成される可変動弁装置200によって、エンジンのクランクシャフトに連動して駆動軸213が回転すると、駆動カム215及び第1リンク225を介してリンクアーム218が制御カム217の中心P1を中心として揺動するとともに、第2リンク226を介して揺動カム220aが所定の角度範囲を揺動する。
When the
このとき、揺動カム220aと220bとは互いに円筒230で同位相に固定されている。そのため、揺動カム220aと220bとは、互いに同期してロッカアーム232a,232bを押し下げ、吸気バルブ106,106bを開閉駆動する。
At this time, the
同様に、揺動カム220aと220cも互いに円筒231で同位相に固定されており、揺動カム220cがロストモーションロッカアーム300を押し下げて、圧縮空気バルブ108を開閉駆動する。しかし、揺動カム220cは、そのカムローブが、揺動カム220aのカムローブの方向と略180度反対方向を向くように駆動軸213に取り付けられている。そのため、圧縮空気バルブ108の開時期と吸気バルブ106の開時期との間には、約180度の位相差がある。
Similarly, the
また、制御軸216は、一端部に設けられたリフト量制御アクチュエータ251によって所定回転角度範囲内で回転するように制御される。制御軸216が回転すると、リンクアーム218の揺動支点となる制御カム217の中心P1も回転変位し、エンジン本体に対してリンクアーム218の支持位置が変化する。その結果、制御軸216が適用される気筒列の全ての気筒の吸気バルブ106a,106b及び圧縮空気バルブ108のバルブリフト特性、詳しくはリフト量及び作動角の双方が連続的に変更・制御される。ここで、前述したように、揺動カム220cは、そのカムローブが、揺動カム220aのカムローブの方向と略180度反対方向を向くように駆動軸213に取り付けられている。そのため、吸気バルブ106a,106bのリフト量を大きくするほど、圧縮空気バルブ108のリフト量は小さくなる。
The
さらに、駆動軸213の一端部に設けられた位相角制御アクチュエータ241が、スプロケット242と駆動軸213とを所定の角度範囲内において相対的に回転させる。その結果、リフト中心角が進角又は遅角する。
Further, the phase
位相角制御アクチュエータ241及びリフト量制御アクチュエータ251は、運転状態に応じて図示しないコントローラにより制御される。
The phase
次に図4を参照して、ロストモーションロッカアーム300について説明する。
Next, the lost
図4(A)は、ロストモーションロッカアーム300の平面図である。図4(B)は、図4(A)のB−B線に沿う断面図であり、図3の断面図に対応する図である。
FIG. 4A is a plan view of the lost
ロストモーションロッカアーム300は、メインロッカアーム301と、サブロッカアーム310と、メインロッカアーム301とサブロッカアーム310とを結合する結合機構330とを備える。
The lost
メインロッカアーム301は、基端部301aに形成された挿通孔301cに挿通した中空状のロッカシャフト235によって揺動自在に支持される。そして、基端部301aから延びたアーム部301bの先端が、圧縮空気バルブ108のステムエンドに当接する。
The
メインロッカアーム301の上面には、サブロッカアーム310を収容するための窪みが形成され、この窪みの側壁にサブロッカアーム310を支持するサブロッカシャフト311が挿通される軸受孔301dが形成される。
A recess for accommodating the
サブロッカアーム310は、メインロッカアーム301の上面に形成された窪みに収容される。サブロッカアーム310は、基端部310aに形成された挿通孔310cに挿通したサブロッカシャフト311によって揺動自在に支持される。サブロッカアーム310の先端部310bの上面には、揺動カム220cと摺接するスリッパ面310fが形成される。
The
なお、図4(B)に示すように、サブロッカアーム310は、リテーナ321を介してメインロッカアーム301の基端部301aの上面301eに設けられたロストモーションスプリング320によって、上方に付勢される。
As shown in FIG. 4B, the
結合機構330は、メインロッカアーム301とサブロッカアーム310とを車両走行状態に応じて結合し、又はその結合を解除する。結合機構330は、結合レバー331と、油圧プランジャ332とを備える。
The
結合レバー331は、メインロッカアーム301に両端が支持された連結ピン333によって回動可能に支持される。そして、結合レバーの先端部331aが、サブロッカアーム310の先端部310bの下面に形成された段部310gと結合する。結合レバー331の先端部331aは、図示しないリターンスプリングによって非結合方向(図中右方向)に常時付勢される。
The
油圧プランジャ332は、油孔334を介して供給されるロッカシャフト235内の油圧供給通路235aの油圧によって、結合レバー331の先端部331aを結合方向(図中左方向)に付勢する。
The
次にロストモーションロッカアーム300の動作について説明する。
Next, the operation of the lost
図5は、ロストモーションロッカアーム300の動作を説明する図である。図5(A)及び図5(B)は、メインロッカアーム301とサブロッカアーム310との結合が解除された状態の動作を示す図である。図5(C)は、メインロッカアーム301とサブロッカアーム310とが結合された状態の動作を示す図である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the lost
図5(A)及び図5(B)に示すように、油圧プランジャ332に油圧がかかっていないときは、リターンスプリングの付勢力によって結合レバー331が非結合方向へ回動する。そのため、結合レバー331の先端部331aがサブロッカアーム310の段部310gから離れる。その結果、メインロッカアーム301とサブロッカアーム310との結合が解除される。
As shown in FIGS. 5A and 5B, when no hydraulic pressure is applied to the
そうすると、ロストモーションスプリング320のバネ力によって、揺動カム220cの揺動がサブロッカシャフト311を支点とするサブロッカアーム310の揺動に変換されるのみで、メインロッカアーム301は揺動しない。したがって、圧縮空気バルブ108は閉じたままの状態となる。
Then, by the spring force of the lost
一方で、図5(C)に示すように、油圧プランジャ332に油圧がかかっているときは、リターンスプリングの付勢力に打ち勝って結合レバー331が結合方向へ回動する。そのため、結合レバー331の先端部331aがサブロッカアーム310の段部310gと結合する。その結果、メインロッカアーム301とサブロッカアーム310とが結合する。
On the other hand, as shown in FIG. 5C, when hydraulic pressure is applied to the
そうすると、揺動カム220cの揺動が、サブロッカアーム310を介してロッカシャフト235を支点とするメインロッカアーム301の揺動に変換される。これにより、揺動カム220cの揺動に応じて圧縮空気バルブ108が開閉駆動される。
Then, the swing of the
次に、図6及び図7を参照して、車両走行状態に応じた圧縮空気バルブ108の開閉作動態様について説明する。
Next, an opening / closing operation mode of the
図6及び図7は、各気筒における吸気バルブ106、排気バルブ及び圧縮空気バルブ108の開閉時期を示す図である。図6は、車両減速時及び停止時における各バルブの開閉時期を示す図である。図7は、車両始動時における各バルブの開閉時期を示す図である。なお、各図中の矢印は、それぞれ吸気バルブ106、排気バルブ及び圧縮空気バルブ108が開いている時期を示している。
6 and 7 are diagrams showing the opening / closing timings of the intake valve 106, the exhaust valve, and the
まず図6を参照して、車両減速時及び停止時における各バルブの開閉時期について説明する。 First, with reference to FIG. 6, the opening / closing timing of each valve at the time of vehicle deceleration and stop will be described.
車両減速時及び停止時は、ロストモーションロッカアーム300のメインロッカアーム301とサブロッカアーム310とを結合した状態(以下「結合状態」という)として、揺動カム220cのリフトに応じて圧縮空気バルブ108が開閉される状態とする。一方で通路開閉弁114は閉じた状態とする。そして、図6に示すように、圧縮行程後半に圧縮空気バルブ108が開くように、可変動弁装置200によってバルブタイミングを制御する。
When the vehicle decelerates and stops, the
このように、車両減速時及び停止時は、圧縮行程後半に圧縮空気バルブ108を開き、一方で通路開閉弁114は常に閉じた状態とする。これにより、圧縮行程中に燃焼室109で圧縮された空気を蓄圧タンク115に送る。
Thus, when the vehicle is decelerated and stopped, the
次に図7を参照して、エンジン始動時における各バルブの開閉時期について説明する。 Next, with reference to FIG. 7, the opening / closing timing of each valve at the time of engine start will be described.
エンジン始動時は、ロストモーションロッカアーム300を結合状態として、揺動カム220cのリフトに応じて圧縮空気バルブ108が開閉される状態とする。また、通路開閉弁114も開いた状態とする。そして、図7に示すように、膨張行程において圧縮空気バルブ108が開くように、可変動弁装置200によってバルブタイミングを制御する。このとき、排気バルブの開時期と、圧縮空気バルブ108の閉時期とが略同一となるように制御される。
When the engine is started, the lost
このように、エンジン始動時は、通路開閉弁114を開いた状態として、膨張行程に圧縮空気バルブ108を開く。これにより、燃焼室109に蓄圧タンク115からの圧縮空気を供給してピストンを押し下げ、エンジン回転速度を素早く上昇させることができる。このとき、可変動弁装置200によって、排気バルブの開時期と、圧縮空気バルブ108の閉時期とが略同一となるようにすることで、燃焼室109に供給した圧縮空気を、確実にピストンを押し下げる仕事に使うことができる。
Thus, when the engine is started, the
なお、車両定常走行時は、ロストモーションロッカアーム300のメインロッカアーム301とサブロッカアーム310との結合を解除した状態(以下「非結合状態」という)として、圧縮空気バルブ108を常に閉じた状態とする。また、通路開閉弁114も閉じた状態とする。すなわち、車両定常走行時は、圧縮空気バルブ108、通路開閉弁114を共に閉じた状態とする。
During steady vehicle travel, the
図8は、車両減速時の吸気バルブ106及び圧縮空気バルブ108の動作を説明するタイムチャートである。
FIG. 8 is a time chart for explaining the operation of the intake valve 106 and the
時刻t1で、車両が定常走行状態から減速走行状態へ移行すると(図8(A))、圧縮行程中の燃焼室109の圧縮空気を蓄圧タンク115に蓄えるべく、ロストモーションロッカアーム300が結合状態となり(図8(D))、圧縮空気バルブ108が開閉駆動される状態となる。このとき、吸気弁106のリフト中心角を遅角して(図8(B))、圧縮空気バルブ108の開閉時期を圧縮行程後半に設定する(図8(C))。前述したように、圧縮空気バルブ108の開時期と吸気バルブ106の開時期IVOとの間には、約180度の位相差があるので、IVOを排気上死点近傍に制御することで、圧縮空気バルブ108の開閉時期を圧縮行程後半に設定する。なお、通路開閉弁114は閉じた状態のままとする(図8(E))。
When the vehicle shifts from the steady running state to the decelerating running state at time t1 (FIG. 8A), the lost
このように、車両減速時には、通路開閉弁114は閉じたままの状態として、圧縮行程後半に圧縮空気バルブ108を開くことで、蓄圧タンク115に圧縮空気を蓄えることができる。
As described above, when the vehicle is decelerated, the compressed air can be stored in the
図9は、エンジン停止時の吸気バルブ106及び圧縮空気バルブ108の動作を説明するタイムチャートである。
FIG. 9 is a time chart for explaining operations of the intake valve 106 and the
時刻t1で、エンジンを停止させると、吸気弁106のリフト中心角を遅角して(図9(B))、圧縮空気バルブ108の開閉時期が膨張行程となるように設定する(図9(C))。同時に吸気弁106のリフト量を小リフトとして(図9(B))、圧縮空気バルブ108のリフト量を大リフトとする(図9(C))。そしてさらに、ロストモーションロッカアーム300を結合状態とする(図9(D))。
When the engine is stopped at time t1, the lift center angle of the intake valve 106 is retarded (FIG. 9B), and the opening / closing timing of the
このように、エンジン停止時には、次回エンジン始動時に備えて、予め圧縮空気バルブ108の開閉時期が膨張行程となるように設定し、ロストモーションロッカアーム300を結合状態としておく。これにより、次回エンジン始動時に、蓄圧タンク115に蓄えた圧縮空気を素早く燃焼室109に供給することができる。
In this way, when the engine is stopped, in preparation for the next engine start, the opening / closing timing of the
図10は、エンジン始動時の吸気バルブ106及び圧縮空気バルブ108の動作を説明するタイムチャートである。
FIG. 10 is a time chart for explaining the operation of the intake valve 106 and the
時刻t1で、エンジンを始動させると、通路開閉弁114が開かれる(図10(E))。ロストモーションロッカアーム300は結合状態となっている(図10(D))。これにより、蓄圧タンク115に蓄えられた圧縮空気が圧縮空気バルブ108の開閉に応じて燃焼室109に供給される。この圧縮空気によってピストンが押し下げられ、エンジン回転が上昇する。
When the engine is started at time t1, the passage opening /
このとき、エンジン回転速度の上昇にしたがって、吸気弁106のリフト量を大リフトとして(図10(B))、圧縮空気バルブ108のリフト量を小さくし(図10(C))、燃焼室109へ供給する圧縮空気の量を少なくする。これにより、適当なエンジン回転速度となって点火燃焼が行われてアイドル状態となっても、エンジン回転速度を安定させることができる。
At this time, as the engine speed increases, the lift amount of the intake valve 106 is increased (FIG. 10B), the lift amount of the
また、エンジン始動時に圧縮空気の圧力でエンジン回転速度を上昇させて、エンジンを始動させることができるので、アイドルストップが可能となり、アイドル燃料を節約できる。 Further, since the engine can be started by increasing the engine rotation speed with the pressure of compressed air when the engine is started, idling can be stopped and idle fuel can be saved.
以上説明した本実施形態によれば、バルブリフト量を連続的に変化させるバルブリフト量可変機構210を備えたので、エンジン始動時の圧縮空気供給状態から燃焼状態へ移行するときに、リフト量を制御して圧縮空気の供給量を調整できる。そのため、要求空気量の変化が大きくなってもエンジン回転速度を安定させることができる。
According to the present embodiment described above, the variable valve
また、駆動軸213とクランク軸とを機械的に連係して、圧縮空気バルブ108の開閉をクランク軸の回転と連動させたので、気筒判別の直後に燃焼させることができる。これにより、始動時間を短くすることができる。
Further, since the
また、車両減速時に圧縮空気を蓄圧タンク115に蓄えて、エンジン始動時に蓄圧タンク115に蓄えた空気を燃焼室109に供給することとした。これにより、エンジン始動時に圧縮空気の圧力でエンジン回転速度を上昇させて、エンジンを始動させることができるので、アイドルストップが可能となり、アイドル燃料を節約できる。
Further, the compressed air is stored in the
また、可変動弁装置200によって、排気バルブの開時期と、圧縮空気バルブ108の閉時期とが略同一となるようにしたので、燃焼室109に供給した圧縮空気を、確実にピストンを押し下げる仕事に使うことができる。
Further, since the opening timing of the exhaust valve and the closing timing of the
さらに、圧縮空気バルブ108をリフトする揺動カム220cと吸気バルブ106をリフトする揺動カム220a,220bとに位相差をつけて、駆動軸213に揺動カム220a〜220cを一体として形成した。これにより、吸気バルブのリフト量又は中心角を制御することで、同時に圧縮空気バルブ108を制御することができるので、簡素なシステム構成とできる。
Further, the
(第2実施形態)
次に、図11を参照して本発明の第2実施形態について説明する。図11は、ピストン行程を変化させて機関圧縮比を変更する圧縮比可変機構400を備えたエンジン100を示す図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a diagram showing the
本発明の第2実施形態は、車両減速時に圧縮比を高圧縮比として、蓄圧タンク115により多くの圧縮空気を蓄えることができるようにした点で第1実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
The second embodiment of the present invention is different from the first embodiment in that the compression ratio is set to a high compression ratio when the vehicle is decelerated and a large amount of compressed air can be stored in the
圧縮比可変機構400は、ピストン422とクランクシャフト421とを2つのリンク(アッパリンク(第1リンク)411、ロアリンク(第2リンク)412)で連結するとともに、コントロールリンク(第3リンク)413でロアリンク412を制御して圧縮比を変更する。
The compression
アッパリンク411は、上端をピストンピン424を介してピストン422に連結し、下端を連結ピン425を介してロアリンク412の一端に連結する。ピストン422は、シリンダブロック423に嵌着させたシリンダライナ429に摺動自在に嵌合しており、燃焼圧力を受け、シリンダ101内を往復動する。
The
ロアリンク412は、一端を連結ピン425を介してアッパリンク411に連結し、他端を連結ピン426を介してコントロールリンク413に連結する。また、ロアリンク412は、ほぼ中央の連結孔に、クランクシャフト421のクランクピン421bを挿入し、クランクピン421bを中心軸として揺動する。ロアリンク412は左右の2部材に分割可能である。クランクシャフト421は、複数のジャーナル421aとクランクピン421bとを備える。ジャーナル421aは、シリンダブロック423及びラダーフレーム128によって回転自在に支持される。クランクピン421bは、ジャーナル421aから所定量偏心しており、ここにロアリンク412が揺動自在に連結する。
The
コントロールリンク413は、連結ピン426を介してロアリンク412に連結する。またコントロールリンク413は、他端を連結ピン427を介してコントロールシャフト414に連結する。コントロールリンク413は、この連結ピン427を中心として揺動する。またコントロールシャフト414にはギアが形成されており、そのギアが圧縮比制御アクチュエータ431の回転軸133に設けられたピニオン132に噛合する。圧縮比制御アクチュエータ431によってコントロールシャフト414が回転させられ、連結ピン427が移動する。
The control link 413 is connected to the
図12は圧縮比可変機構400による圧縮比変更方法を説明する図である。
FIG. 12 is a diagram for explaining a compression ratio changing method by the variable
圧縮比可変機構400は、圧縮比制御アクチュエータ431をコントローラによって制御することでコントロールシャフト414を回転させて連結ピン427の位置を変更させて、圧縮比を変更する。例えば図12(A)、図12(C)に示すように連結ピン427を位置Pにすれば、上死点位置(TDC)が高くなり高圧縮比になる。
The compression
そして図12(B)、図12(C)に示すように、連結ピン427を位置Qにすれば、コントロールリンク413が上方へ押し上げられ、連結ピン426の位置が上がる。これによりロアリンク412はクランクピン421bを中心として反時計方向に回転し、連結ピン425が下がり、ピストン上死点におけるピストン422の位置が下降する。したがって圧縮比が低圧縮比になる。
Then, as shown in FIGS. 12B and 12C, when the connecting
以上説明した本実施形態によれば、圧縮比可変機構400を備えたので、圧縮比を制御して、車両減速時に蓄圧タンク115へ圧縮空気を送るときの圧縮圧力の制御が可能となる。したがって、例えば車両減速時に圧縮比を高圧縮比にすれば、蓄圧タンク115により多くの圧縮空気を蓄えることができる。これにより蓄圧タンク115の小型化を図れる。
According to the present embodiment described above, since the variable
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
100 エンジン
101 シリンダ
105 圧縮空気通路開口
106 吸気バルブ
108 圧縮空気バルブ
112 圧縮空気通路(圧縮空気導入通路)(圧縮空気排出通路)
114 通路開閉弁
115 蓄圧タンク
210 リフト・作動角可変機構(リフト量可変機構)
213 駆動軸
218 リンクアーム(複数のリンク)
220a 揺動カム(吸気バルブをリフトする揺動カム)
220b 揺動カム(吸気バルブをリフトする揺動カム)
220c 揺動カム(圧縮空気バルブをリフトする揺動カム)
225 第1リンク(複数のリンク)
226 第2リンク(複数のリンク)
240 位相可変機構(バルブ開閉時期可変機構)
300 ロストモーションロッカアーム(ロストモーション機構)
301 メインロッカアーム
310 サブロッカアーム
330 結合機構
400 圧縮比可変機構
100
114 Passage opening /
213
220a Oscillating cam (Oscillating cam that lifts the intake valve)
220b Oscillating cam (Oscillating cam that lifts the intake valve)
220c Oscillating cam (Oscillating cam that lifts the compressed air valve)
225 First link (multiple links)
226 Second link (multiple links)
240 Phase variable mechanism (Valve open / close timing variable mechanism)
300 Lost motion rocker arm (lost motion mechanism)
301
Claims (10)
前記駆動軸に設けられてバルブをリフトさせるカムと、
バルブのリフト量を可変とするバルブリフト量可変機構と、
バルブの開閉時期を可変とするバルブ開閉時期可変機構と、
前記カムによってリフトされ、前記エンジンのシリンダに連通する圧縮空気通路の開口を開閉する圧縮空気バルブと、
前記シリンダ内を往復動するピストンと、
前記バルブ開閉時期可変機構により前記圧縮空気バルブの開閉時期を制御してその圧縮空気バルブを圧縮行程中に開き、前記ピストンによって圧縮された圧縮空気を蓄える蓄圧手段と、
前記バルブ開閉時期可変機構により前記圧縮空気バルブの開閉時期を制御してその圧縮空気バルブを膨張行程中に開き、前記蓄圧手段によって蓄えられた圧縮空気を前記シリンダ内に供給する圧縮空気供給手段と、
エンジン回転速度に応じて前記バルブリフト量可変機構により前記圧縮空気バルブのリフト量を制御して、前記圧縮空気供給手段による圧縮空気の供給量を制限する圧縮空気供給量制限手段と、
を備えたことを特徴とするエンジンの動弁装置。 A drive shaft that is mechanically linked to the crankshaft of the engine and rotates in conjunction with the rotation of the crankshaft;
A cam provided on the drive shaft for lifting the valve;
A variable valve lift mechanism that makes the valve lift variable;
A valve opening / closing timing variable mechanism that makes the valve opening / closing timing variable;
A compressed air valve which is lifted by the cam and opens and closes an opening of a compressed air passage communicating with the cylinder of the engine;
A piston that reciprocates in the cylinder;
A pressure accumulating means for controlling the opening / closing timing of the compressed air valve by the valve opening / closing timing variable mechanism, opening the compressed air valve during a compression stroke, and storing the compressed air compressed by the piston;
Compressed air supply means for controlling the opening / closing timing of the compressed air valve by the valve opening / closing timing variable mechanism, opening the compressed air valve during the expansion stroke, and supplying the compressed air stored by the pressure accumulating means into the cylinder; ,
Compressed air supply amount limiting means for controlling the lift amount of the compressed air valve by the valve lift amount variable mechanism according to the engine rotation speed and limiting the supply amount of compressed air by the compressed air supply means;
A valve operating apparatus for an engine characterized by comprising:
圧縮空気を蓄える蓄圧装置と、
前記蓄圧装置の入口と前記圧縮空気通路とを接続する圧縮空気導入通路とを備え、
車両減速時に、前記圧縮空気バルブを圧縮行程中に開いて前記蓄圧装置に圧縮空気を蓄える
ことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの動弁装置。 The pressure accumulating means is
A pressure accumulator for storing compressed air;
A compressed air introduction passage connecting the inlet of the pressure accumulator and the compressed air passage;
2. The engine valve operating device according to claim 1, wherein when the vehicle is decelerated, the compressed air valve is opened during a compression stroke to store compressed air in the pressure accumulator.
前記蓄圧手段は、車両減速時に前記機関圧縮比を高圧縮比とする
ことを特徴とする請求項2に記載のエンジンの動弁装置。 A variable compression ratio mechanism for changing the engine compression ratio of the engine;
The valve operating apparatus for an engine according to claim 2, wherein the pressure accumulating means sets the engine compression ratio to a high compression ratio when the vehicle is decelerated.
前記蓄圧装置の出口と圧縮空気通路とを接続する圧縮空気排出通路と、
前記圧縮空気排出通路に設けられ、その圧縮空気排出通路を開閉する通路開閉弁とを備え、
車両始動時に、前記通路開閉バルブを開くとともに、前記圧縮空気バルブを膨張行程中に開いて前記蓄圧装置に蓄えた圧縮空気を前記シリンダに供給する
ことを特徴とする請求項2又は3に記載のエンジンの動弁装置。 The compressed air supply means includes
A compressed air discharge passage connecting the outlet of the pressure accumulator and the compressed air passage;
A passage opening / closing valve provided in the compressed air discharge passage for opening and closing the compressed air discharge passage;
4. The compressed air stored in the pressure accumulator is supplied to the cylinder by opening the passage opening / closing valve and opening the compressed air valve during an expansion stroke when the vehicle is started. 5. Engine valve gear.
ことを特徴とする請求項4に記載のエンジンの動弁装置。 5. The valve operating apparatus for an engine according to claim 4, wherein the compressed air supply means makes the closed timing of the compressed air valve at the time of starting the vehicle substantially the same as the open timing of the exhaust valve.
前記カムは、前記ロストモーション機構を介して前記圧縮空気バルブをリフトする
ことを特徴とする請求項1から5までのいずれか1つに記載のエンジンの動弁装置。 A lost motion mechanism for stopping the valve lift of the compressed air valve;
The valve operating device for an engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the cam lifts the compressed air valve via the lost motion mechanism.
基端部が回転自在に支持され、先端部が前記圧縮空気バルブに当接するメインロッカアームと、
前記メインロッカアームに基端部が回転自在に支持され、上面が前記カムに当接するサブロッカアームと、
前記メインロッカアームと前記サブロッカアームとを結合する結合機構とを備え、
前記メインロッカアームと前記サブロッカアームとを結合することで、前記カムのリフトを、前記サブロッカアームを介して前記メインロッカアームに伝達して前記圧縮空気バルブをリフトさせ、
前記メインロッカアームと前記サブロッカアームとの結合を解除することで、前記カムのリフトを、前記メインロッカアームに伝達しないで前記圧縮空気バルブのリフトを停止させる
ことを特徴とする請求項6に記載のエンジンの動弁装置。 The lost motion mechanism is
A main rocker arm with a proximal end rotatably supported and a distal end abutting the compressed air valve;
A sub rocker arm whose base end is rotatably supported by the main rocker arm and whose upper surface is in contact with the cam;
A coupling mechanism for coupling the main rocker arm and the sub rocker arm;
By connecting the main rocker arm and the sub rocker arm, the lift of the cam is transmitted to the main rocker arm via the sub rocker arm to lift the compressed air valve,
The engine according to claim 6, wherein the lift of the compressed air valve is stopped without transmitting the lift of the cam to the main rocker arm by releasing the connection between the main rocker arm and the sub rocker arm. Valve gear.
ことを特徴とする請求項1から7までのいずれか1つに記載のエンジンの動弁装置。 8. The drive shaft according to claim 1, further comprising a cam having a phase difference from a cam that lifts an intake valve and lifts the compressed air valve, in addition to a cam that lifts the compressed air valve. The valve operating apparatus of the engine as described in any one of these.
ことを特徴とする請求項8に記載のエンジンの動弁装置。 9. The valve gear for an engine according to claim 8, wherein the drive shaft includes one cam for lifting the compressed air valve and two cams for lifting the intake valve for each cylinder.
前記バルブリフト量可変機構は、前記駆動軸の回転運動を複数のリンクを介して前記揺動運動に変換し、前記揺動カムの位相を連続的に変化させることでバルブリフト量を連続的に変化させる機構であり、
前記バルブ開閉時期可変機構は、前記クランク軸に対する前記駆動軸の位相角を変化させることで前記バルブの開閉時期を変化させる機構である
ことを特徴とする請求項1から9までのいずれか1つに記載のエンジンの動弁装置。 The cam is a swing cam that is rotatably supported by the drive shaft and lifts the valve by a swing motion;
The variable valve lift amount mechanism converts the rotational motion of the drive shaft into the swing motion via a plurality of links, and continuously changes the valve lift amount by changing the phase of the swing cam. Mechanism to change,
The valve opening / closing timing variable mechanism is a mechanism that changes the valve opening / closing timing by changing a phase angle of the drive shaft with respect to the crankshaft. The valve operating device for an engine according to 1.
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JP2011064070A (en) * | 2009-09-15 | 2011-03-31 | Hitachi Automotive Systems Ltd | Internal combustion engine and control device for the same |
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JP2017120062A (en) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | トヨタ自動車株式会社 | Variable compression ratio internal combustion engine |
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2007
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