JP2010138860A - 可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大掛かりな構造を用いることなく簡素な構造で吸気カムの位相を広範囲に変更する。
【解決手段】 吸気カムシャフト１に吸気カム１１Ｆ、１１Ｒを回動自在に支持し、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相を互いに逆方向に変更する流体流路を備え、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの位相を逆方向に変更することで、簡素な構造で吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの位相を広範囲に変更する。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。

内燃機関の可変動弁装置の公知例として、例えば、特許文献１を挙げることができる。特許文献１に開示された可変バルブ機構は、クランクシャフトの駆動力が伝達されるカムシャフト側のスプロケットに、カムシャフトと一体のロータ部材を設け、スプロケットに対してロータ部材を油圧力により回転させることで、スプロケットに対してカムシャフトの回転方向の位相を変更し、カムの回転位相を変更するものである。

可変バルブ機構を適用することにより、内燃機関の運転状態に応じて、即ち、内燃機関の回転数毎にカムシャフトの回転方向の位相を進角側又は遅角側に変更し、吸気バルブの開閉タイミングを適宜設定できる。このため、内燃機関の回転数に吸気の圧力の状況が異なっていても、体積効率を増加して出力を向上させることができる。また、排気バルブとの間で吸気バルブの開弁時期をオーバーラップさせる量を変更することで、内部ＥＧＲ量（排気ガスの戻り量）を最適化し、燃費向上やポンピングロスの低減を図り、低燃費化に寄与することができる。

可変バルブ機構の構造としては、カムシャフトの回転方向の位相を変更するものが周知の技術となっているが、内燃機関が搭載される車両の大きさや性能に応じて、位相変更の応答性能や可変機構の構造の簡素化等、様々な特徴を有する機構が求められているのが現状である。また、限られた構造やスペースの制約がある状態で、吸気カムの回転方向の位相をできるだけ広い範囲で変更できる機構が求められているのが現状である。

特開２００８−２５４２８号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、簡素な構造でカムの回転方向の位相を広い範囲で変更することができる可変バルブ動作装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の可変動弁装置は、エンジンの１つのシリンダに対し設けられた第１バルブ及び第２バルブと、前記第１バルブに対応して、前記エンジンに設けられたカムシャフトに対して回転方向に位相可変に取り付けられた第１カムと、前記第２バルブに対応して、前記カムシャフトに対して回転方向に位相可変に取り付けられた第２カムと、前記第１カム及び前記第２カムにそれぞれ形成された流体受室と、前記カムシャフト側から前記第１カム及び前記第２カムの各流体受室内にそれぞれ突出し、該各流体受室内を一方の側の第１室と他方の側の第２室とに仕切る仕切り部材と、前記カムシャフトの内部に形成され、流体供給源から給排される流体の主通路と、前記カムシャフトの内部に形成され、前記第１カムの前記第１室と前記主通路、及び、前記第２カムの前記第２室と前記主通路を連通する連通路とを有することを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、主通路に流体を供給することにより、第１カムの第１室に流体が供給されると共に、第２カムの第２室に流体が供給され、第１カムと第２カムの回転位相が互いに逆方向に変更される。このため、簡素な構造でカムの回転方向の位相を広い範囲で変更することができる。

上記目的を達成するための請求項２に係る本発明の可変動弁装置は、請求項１に記載の可変動弁装置において、前記主通路は、前記カムシャフトの軸心方向に沿って個別に延びる第１主流路及び第２主流路を有しており、前記連通路は、前記第１カムの前記第１室を前記第１主通路に連通する第１連通路と、前記第１カムの前記第２室を前記第２主通路に連通する第２連通路と、前記第２カムの前記第１室を前記第２主通路に連通する第３連通路と、前記第２カムの前記第２室を前記第１主通路に連通する第４連通路とを有することを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、第１主通路もしくは第２主通路に流体を供給することにより、第１カムの第１室もしくは第２室に流体が供給されると共に、第２カムの第２室もしくは第１室に流体が供給され、第１カムの第２室もしくは第１室及び第２カムの第１室もしくは第２室の流体が第２主通路もしくは第１主通路を通って排出され、第１カムと第２カムの回転位相が互いに逆方向に変更される。このため、簡素な構造でカムの回転方向の位相を広い範囲で変更することができる。

そして、請求項３に係る本発明の可変動弁装置は、請求項１又は請求項２に記載の可変動弁装置において、前記流体供給源から給排される流体をコントロールする流体コントロール手段を備え、前記流体コントロール手段は、流体の給排により前記第１室と前記第２室との容積を相対的に可変にすることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、流体コントロール手段により流路を切換えることにより、カムシャフトに形成された主通路に対して流体を給排して第１、第２カムの回転位相を互いに逆向きに連続的に変更する。

また、請求項４に係る本発明の可変バルブ動作装置は、請求項２もしくは請求項３に記載の可変動弁装置において、前記流体コントロール手段は、前記第１カムの前記第１室、前記第２室の容積に対し、前記第２カムの第１室、前記第２室の容積を逆の大きさに設定するように流体を供給することで、前記第１カム及び前記第２カムの回転方向の位相を逆位相とすることを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、第１カム及び第２カムの第１室及び第２室の容積を互いに逆に変更することで、例えば、カムとしての２つの吸気カムの回転位相を互いに逆方向に変更することができる。

また、例えば、第１カム及び第２カムとしての吸気カムの回転位相を一致させた状態で、第１室及び第２室の容積を同じに設定し、流体を供給する流体室を選択することで、回転位相を互いに逆方向に変更することができる。これにより、任意の向きで吸気カムの回転位相を互いに逆方向に変更することができる。

また、第１カム及び第２カムの回転位相を一致させた状態で、例えば、第１カムの第２室の容積を最小にすると共に第２カムの第１室の容積を最小に設定し、第１カムの第２室及び第２カムの第１室に流体を供給することで（第２主通路から流体を供給）、回転位相を互いに逆方向に変更することができる。これにより、最小限の容積の流体受室により吸気カムの回転位相を互いに逆方向に変更することができる。

また、請求項５に係る本発明の可変バルブ動作装置は、請求項３に記載の可変動弁装置において、前記流体コントロール手段は、前記第１室及び前記第２室の容積を同じ、または、略同じに設定するように流体を供給することで、前記第１カム及び前記第２カムの回転方向の位相を同位相とすることを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、第１室及び第２室の容積を同じ、または、略同じに設定することで、例えば、カムとしての２つの吸気カムの回転位相を一致させて同位相にすることができる。

また、請求項６に係る本発明の可変バルブ動作装置は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の可変動弁装置において、前記流体コントロール手段が、前記第１主通路及び前記第２主通路内部の流体の流れ方向をプランジャーの駆動により切換える手段であることを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、流体コントロール手段のプランジャーを駆動させて流路を切換えることにより、カムシャフトに形成された第１主通路及び第２主通路に対して流体を給排して第１カム及び第２カムの回転位相を互いに逆向きに連続的に変更する。流体コントロール手段としては、例えば、電磁力でプランジャーが往復駆動される電磁式の流体コントロールバルブ（オイルコントロールバルブ）が適用される。

また、請求項７に係る本発明の可変バルブ動作装置は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の可変動弁装置において、前記第１バルブ及び前記第２バルブは吸気バルブであり、前記第１カム及び前記第２カムは吸気カムであり、前記１つのシリンダには２つの排気バルブが備えられていることを特徴とする。

請求項７に係る本発明では、４バルブのシリンダを備えた内燃機関に適用することができる。

本発明の可変動弁装置は、簡素な構造でカムの回転方向の位相を広い範囲で変更することができる。

図１には本発明の一実施形態例に係る可変動弁装置を備えたカムシャフトの外観、図２には燃焼室とバルブとの関係の概念、図３にはシリンダヘッドの断面、図４には同位相時の吸気カムの断面、図５には逆位相時の吸気カムの断面、図６には吸気バルブ側の吸気カムシャフトの断面、図７にはバルブ動作のタイムチャート、図８にはシリンダ内（燃焼室内）の流動状況を示してある。

図１、図２に基づいて可変動弁装置を備えた内燃機関の要部を説明する。

図１、図２に示すように、シリンダヘッド側にはカムシャフトとしての吸気カムシャフト１及び排気カムシャフト２が気筒の配列方向に沿って互いに平行に配され、吸気カムシャフト１及び排気カムシャフト２の端部にはスプロケット３、４が設けられている。スプロケット３、４には、クランクシャフト５側のスプロケット６との間でタイミングチェーン７が巻回され、クランクシャフト５の動力がタイミングチェーン７及びスプロケット３、４を介して吸気カムシャフト１及び排気カムシャフト２に伝達される。

吸気カムシャフト１には気筒毎に第１カム、第２カムとしての吸気カム１１Ｆ、１１Ｒが設けられ、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒに対応して第１バルブ、第２バルブとしての吸気バルブ１３Ｆ、１３Ｒが設けられている。吸気バルブ１３Ｆ、１３Ｒは、吸気カムシャフト１の回転により、バルブリフタ１４を介して吸気カム１１Ｆ、１１Ｒのカム面に応じてリフト動作される。

排気カムシャフト２には気筒毎に排気カム１２Ｆ、１２Ｒが固定され、排気カム１２Ｆ、１２Ｒに対応して排気バルブ１５Ｆ、１５Ｒが設けられている。排気バルブ１５Ｆ、１５Ｒは、排気カムシャフト２の回転により、バルブリフタ１６を介して排気カム１２Ｆ、１２Ｒのカム面に応じてリフト動作される。尚、排気カムシャフト２に排気カム１２Ｆ、１２Ｒを一体に形成することも可能である。

図３に基づいてシリンダヘッドの部位の構成を具体的に説明する。図３には、吸気バルブ１３Ｆ及び排気バルブ１５Ｆの部位の断面を示してあり、以下の説明及び図中の符号は吸気バルブ１３、排気バルブ１５としてある。

シリンダヘッド２１の下面には燃焼室２２の上壁を形成する面が形成され、上壁を形成する面には吸気ポート２３の吸気開口部２４及び排気ポート２５の排気開口部２６がそれぞれ２個設けられている。吸気バルブ１３は吸気開口部２４と燃焼室２２との連通及び遮断を行うように配され、排気バルブ１５は排気開口部２６と燃焼室２２との連通及び遮断を行うように配されている。

吸気バルブ１３は吸気開口部２４の開口形状に合わせて形成された傘部１３ａを備え、傘部１３ａの中心部の上部にはステム部１３ｂが設けられている。シリンダヘッド２１には筒状のステムガイド２７が圧入され、吸気バルブ１３のステム部１３ｂがステムガイド２７に摺動自在に支持されている。

ステム部１３ｂの上端にはコッタ２８を介して円盤状のリテーナ２９が連結され、リテーナ２９の下面とシリンダヘッド２１側のシート３０との間にスプリング３１が設けられている。つまり、リテーナ２９を介してステム部１３ｂがスプリング３１により上方に付勢され、吸気バルブ１３が閉弁方向（吸気開口部２４と燃焼室２２とを遮断する方向）に付勢されている。

ステム部１３ｂの上部には筒状のバルブリフタ１４が配され、バルブリフタ１４の上端面の内側がステム部１３ｂの上部に取り付けられることで、スプリング３１の外側がバルブリフタ１４の筒面に覆われた状態にされている。バルブリフタ１４の上端面の外側（上面）にはシム３２が設けられ、シム３２が吸気カム１１に当接している。

排気バルブ１５も同様に傘部１５ａ及びステム部１５ｂを備え、吸気バルブ１３と同一構成によりシリンダヘッド２１に支持されている。このため、支持部材に対しては同一符号を付して重複する説明は省略してある。

吸気バルブ１３のバルブリフタ１４の上端面に対応してシリンダヘッド２１の上部には吸気カムシャフト１が配され、吸気カムシャフト１はカムキャップ４１を介してシリンダヘッド２１に回転自在に支持されている。排気バルブ１５のバルブリフタ１４の上端面に対応してシリンダヘッド２１の上部には排気カムシャフト２が配され、排気カムシャフト２はカムキャップ４１を介してシリンダヘッド２１に回転自在に支持されている。

従って、吸気カム１１及び排気カム１２の回転により、カム面に応じてバルブリフタ１４を介して吸気バルブ１３及び排気バルブ１５がスプリング３１の付勢力に抗して開弁動作（リフト動作）される。

本実施形態例の可変動弁装置は、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒが吸気カムシャフト１に対して回転方向の位相が互いに逆方向に変更自在に取り付けられている。吸気カム１１Ｆ、１１Ｒを吸気カムシャフト１に対して回転方向に逆位相に変位させることで、吸気バルブ１３Ｆのリフト時期に対して吸気バルブ１３Ｒのリフト時期を広範囲で変更することができる。

図４、図５に基づいて吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの取り付き状況を説明する。図４は同位相にある状態で、図５は最大限に逆位相とされた状態であり、（ａ）が吸気カム１１Ｆの状態、（ｂ）が吸気カム１１Ｒの状態である。

図４、図５に示すように、吸気カムシャフト１には吸気カム１１Ｆ、１１Ｒが回動自在に嵌合している。吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの内周面には第１室（流体受室）としての第１油室３５ａ及び第２室（流体受室）としての第２油室３５ｂがそれぞれ形成され、第１油室３５ａと第２油室３５ｂは仕切り部材としての仕切ピン３６により仕切られている。

仕切ピン３６は吸気カムシャフト１に固定され（吸気カムシャフト１側から突出し）、第１油室３５ａと第２油室３５ｂに対して流体としての圧油の給排を行うことで第１油室３５ａと第２油室３５ｂの容積が変更される。吸気カム１１Ｆ、１１Ｒが同位相の状態の時に第１油室３５ａと第２油室３５ｂの容積が同じになるように仕切ピン３６の位置及び第１油室３５ａと第２油室３５ｂの形状が設定されている（図４参照）。吸気カムシャフト１側に固定された仕切ピン３６により仕切られた第１油室３５ａと第２油室３５ｂの容積を変更することで、吸気カムシャフト１に対して吸気カム１１Ｆ、１１Ｒを回動させることができる。

吸気カムシャフト１の軸部には軸方向に延びる主通路である第１主通路としての第１油通路３７ａ及び主通路である第２主通路としての第２油通路３７ｂが形成されている。

図４（ａ）、図５（ａ）に示すように、一方側の吸気カム１１Ｆ側では、第１油通路３７ａは一方側第１連通路３３ａ（連通路：第１連通路）により第１油室３５ａの端部に連通し、第２油通路３７ｂは一方側第２連通路３３ｂ（連通路：第２連通路）により第２油室３５ｂの端部に連通している。つまり、一方側第１連通路３３ａは、一方側の吸気カム１１Ｆの第１油室３５ａを第１油通路３７ａに連通し、一方側第２連通路３３ｂは、一方側の吸気カム１１Ｆの第２油室３５ｂを第２油通路３７ｂに連通している。

図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、他方側の吸気カム１１Ｒ側では、第１油通路３７ａは他方側第２連通路３４ｂ（連通路：第４連通路）により第２油室３５ｂの端部に連通し、第２油通路３７ｂは他方側第１連通路３４ａ（連通路：第３連通路）により第１油室３５ａの端部に連通している。つまり、他方側第１連通路３４ａは、他方側の吸気カム１１Ｒの第１油室３５ａを第２油通路３７ｂに連通し、他方側第２連通路３４ｂは、他方側の吸気カム１１Ｒの第２油室３５ｂを第１油通路３７ａに連通している。

このため、第２油通路３７ｂに圧油が供給されると、一方側の吸気カム１１Ｆの第２油室３５ｂに圧油が供給されると共に、第１油室３５ａから第１油通路３７ａに圧油が排出される。これにより、図５（ａ）に示すように、一方側の吸気カム１１Ｆが吸気カムシャフト１に対して図中時計回り方向に回転する。

また、第２油通路３７ｂに圧油が供給されると、他方側の吸気カム１１Ｒの第１油室３５ａに圧油が供給されると共に、第２油室３５ｂから第１油通路３７ａに圧油が排出される。これにより、図５（ｂ）に示すように、他方側の吸気カム１１Ｒが吸気カムシャフト１に対して図中反時計回り方向に回転する。

従って、第２油通路３７ｂに圧油を供給すると共に第１油通路３７ａから圧油を排出することにより、一方側の吸気カム１１Ｆと他方側の吸気カム１１Ｒを同時に逆方向の位相に回転させることができ、簡素な構造で吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転方向の位相を広い範囲で変更することができる。吸気カム１１Ｆ、１１Ｒを同位相にする場合、前述とは逆に圧油を給排することで、一方側の吸気カム１１Ｆを図中反時計回り方向に回転させると共に、他方側の吸気カム１１Ｒを図中時計回り方向に回転させる。

尚、図４（ａ）、図５（ａ）の状態で第１油通路３７ａに圧油を供給すると共に第２油通路３７ｂから圧油を排出することにより、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒを前述と反対方向に回転させて回転位相を互いに逆方向に変更することができる。つまり、任意の向きで吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相を互いに逆方向に変更することができる。

図６に基づいて、第１油通路３７ａ、第２油通路３７ｂに対して圧油の給排をコントロールする機構を説明する。図６（ａ）は吸気カム１１Ｆ、１１Ｒが同位相時の状態で（図４の状態）、図６（ｂ）は吸気カム１１Ｆ、１１Ｒが逆位相時の状態（図５の状態）を示してある。

図６に示すように、エンジンの端部側のカムキャップ４１に支持される部位の吸気カムシャフト１の外周には第１周溝４２ａ及び第２周溝４２ｂが形成され、第１周溝４２ａは第１油通路３７ａに連通し、第２周溝４２ｂは第２油通路３７ｂに連通している。一方、カムキャップ４１には流体コントロール手段としてのオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）４３が設けられ、ＯＣＶ４３の作動により第１油通路３７ａ及び第２油通路３７ｂに対する圧油の給排が連動して行われる。

即ち、カムキャップ４１にはＯＣＶ４３のバルブ部４４が設けられ、バルブ部４４にはプランジャー４５が軸方向（図中左右方向）に駆動自在に備えられている。バルブ部４４を挟んでカムキャップ４１の外側には外部の圧油供給源につながる圧油流入路４６が形成され、圧油流入路４６はバルブ部４４に連通している。

また、バルブ部４４を挟んでカムキャップ４１の内側（吸気カムシャフト１側）には第１流路４７ａ及び第２流路４７ｂが形成され、第１流路４７ａ及び第２流路４７ｂの基端側はバルブ部４４に連通している。第１流路４７ａの先端側は第１周溝４２ａに連通し、第２流路４７ｂの先端側は第２周溝４２ｂに連通している。プランジャー４５には流通溝部４８が形成され、流通溝部４８は圧油流入路４６に常時連通すると共に、図示しない電磁コイルへの通電の制御による軸方向への駆動により、第１周溝４２ａもしくは第２周溝４２ｂに選択的に連通する。

つまり、図６（ｂ）に示すように、プランジャー４５が図中左側に駆動した場合、圧油流入路４６と第２周溝４２ｂが流通溝部４８に連通する。これにより、圧油供給源からの圧油が、第２流路４７ｂを通り、第２油通路３７ｂ及び一方側第２連通路３３ｂを介して吸気カム１１Ｆの第２油室３５ｂに供給されると共に、第２油通路３７ｂ及び他方側第１連通路３４ａを介して吸気カム１１Ｒの第１油室３５ａに供給される。

即ち、ＯＣＶ４３は、プランジャー４５の駆動により圧油を給排する流体通路を切換える手段となっている。

第２流路４７ｂに圧油が供給されることにより、一方側の吸気カム１１Ｆが吸気カムシャフト１に対して一方側（図５（ａ）中時計回り方向）に回転し、他方側の吸気カム１１Ｒが吸気カムシャフト１に対して他方側（図５（ｂ）反時計回り方向）に回転する。このため、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相が互いに逆向きに変更され、吸気バルブ１３Ｆ、１３Ｒからなる吸気バルブ１３のリフト時期（開弁時期）を連続して広げることができる。

圧油が供給されない側の圧油は、図示しない排出側のオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）により流通が制御され、所定の排出が終了した時点で第１油通路３７ａ及び第２油通路３７ｂの圧油の流通が遮断され、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位置が固定される。吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相を同位相状態に戻す場合、図６（ａ）に示すように、プランジャー４５を図中右側に駆動して圧油を第１油通路３７ａに供給する。

上述した可変バルブ動作装置を備えた内燃機関では、クランクシャフト５の回転がスプロケット６及びスプロケット３、４、タイミングチェーン７を介して吸気カムシャフト１及び排気カムシャフト２に伝えられる。吸気カムシャフト１及び排気カムシャフト２が回転すると、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒのカム面に応じて吸気バルブ１３Ｆ、１３Ｒがリフト動作されると共に排気カム１２Ｆ、１２Ｒのカム面に応じて排気バルブ１５Ｆ、１５Ｒがリフト動作される。

吸気カム１１Ｆ、１１Ｒが同位相にある状態から、運転状態に応じてＯＣＶ４３を作動させてプランジャー４５を図６中右側に駆動すると、吸気カム１１Ｆの第２油室３５ｂ及び吸気カム１１Ｒの第１油室３５ａに圧油が供給され、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相が逆方向に変更される。これにより、吸気カム１１Ｆと吸気カム１１Ｒの回転方向の位相が大きく異なる状態になり、吸気バルブ１３Ｆと吸気バルブ１３Ｒのリフト時期（開弁時期）を大幅にずらした状態にすることができる。また、途中の位相に固定することで吸気バルブ１３Ｆと吸気バルブ１３Ｒのリフト時期（開弁時期）を適宜にずらした状態にすることができる。

図７、図８に基づいてバルブ動作の状況と燃焼室内の流動状況を説明する。

図７に実線で示すように、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒが同位相にあり吸気バルブ１３Ｆ、１３Ｒのリフト時期がずらされていない状態では、排気バルブ１５Ｆ、１５Ｒが閉じるタイミングで吸気バルブ１３Ｆ、１３Ｒが同時に開き始め、内燃機関の回転数等に応じて所望のバルブ開閉タイミングが設定される。

図７に点線で示すように、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒが逆方向の回転位相にあり、吸気バルブ１３Ｆ、１３Ｒのリフト時期が大幅にずらされている状態では、排気バルブ１５Ｆ、１５Ｒとの間で吸気バルブ１３Ｆの開弁時期をオーバーラップさせ、吸気バルブ１３Ｒの閉弁時期を遅くする。

これらにより、体積効率を増加して出力を向上させたり、排気バルブ１５Ｆ、１５Ｒとの間で吸気バルブ１３Ｆ、１３Ｒの開弁時期をオーバーラップさせる量を変更して内部ＥＧＲ量を最適化し、燃費向上やポンピングロスの低減を図り、低燃費化を図ることができる。

吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相を逆方向に変更して、吸気カム１１Ｆと吸気カム１１Ｒの回転方向の位相が大きく異なる状態にすることができるので、吸気バルブ１３Ｆと吸気バルブ１３Ｒのリフト時期（開弁時期）を、同時期から大幅にずらした状態までの広い範囲で設定することができる。このため、複雑な機構を用いることなく低燃費化の設計の自由度を増すことができ、種々の条件に対して要求に対応することができる。

つまり、図８（ａ）に示すように、吸気バルブ１３Ｆが開いた直後は、吸気バルブ１３Ｆ側の吸気開口部２４から混合気が流入し、吸気バルブ１３Ｒ側の吸気開口部２４は閉じられた状態にされる。燃焼室２２の内部の混合気は図中左旋回状態の吸気バルブ１３Ｆ側からの大きなスワール流Ｓ１を形成する。片側からの大きなスワール流Ｓ１により、排気バルブ１５Ｆ、１５Ｒ側で混合気の流れが干渉して弱まることがない。その後吸気バルブ１３Ｒ側の吸気開口部２４から混合気が流入するが、大きなスワール流Ｓ１は圧縮行程（図７参照）の後半まで維持される。

図８（ｂ）に示すように、吸気バルブ１３Ｆが閉じる直前（圧縮行程に移行する時期）は吸気バルブ１３Ｒ側の吸気開口部２４が開いているので、上流の吸気側への吹き戻しが吸気バルブ１３Ｒ側の吸気開口部２４で増大し、燃焼室２２の内部は図中左旋回状態の吸気バルブ１３Ｒ側への大きなスワール流Ｓ２を形成する。片側からの吹き戻しの大きなスワール流Ｓ２により吸気バルブ１３Ｆ、１３Ｒ側で混合気が干渉して弱まることがない。

図８（ｃ）に示すように、吸気バルブ１３Ｒ側の吸気開口部２４が遅れて閉じられ、ピストンが上死点（点火直前）に達すると、スワール流Ｓは点火プラグ５１の近傍で強い乱れＳ３に変化する。これにより、点火後の燃焼反応を促進することができる。

吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相を逆方向に変更し、吸気バルブ１３Ｆと吸気バルブ１３Ｒのリフト時期（開弁時期）を広い範囲でずらすことができるので、燃焼室２２の内部に大きなスワール流を形成することが可能になり、しかも、吸気バルブ１３の開弁時間を長くすることができ、早い時期からスワール流が形成され遅い時期までスワール流が維持される。

これにより、点火直前まで大きなスワール流を確実に維持することができ、点火後の燃焼反応の促進に有利な状態が得られる。この結果、点火直前に強い乱れを確実に生じさせることができ、燃焼を大幅に促進して燃焼改善による低燃費化を達成することができる。

上述した可変バルブ動作装置は、吸気カムシャフト１に対して吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相を逆方向に変更するので、簡素な構造で吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相を大きく変更することができる。このため、限られた構造やスペースの制約がある状態で、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転方向の位相を広い範囲で変更することが可能になる。

尚、上述した実施形態例では、カムとして吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相を逆方向に変更する例を挙げて説明したが、回転位相を逆方向に変更するカムとしては排気カム１２Ｆ、１２Ｒを適用することも可能である。

図９〜図１１に基づいて上述した可変動弁装置によるバルブ動作方法の一例を説明する。

図９には可変バルブ動作方法を実施するための概略ブロック、図１０には車両のトルクと内燃機関の回転数との関係で吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差の領域を表したマップ、図１１には回転位相差の状況を説明するバルブ動作のタイムチャートを示してある。

図９に示すように、内燃機関（エンジン）１０の各種センサで検出された情報に基づいて求められた負荷がバルブ制御手段５２に入力され、また、エンジン１０の回転数がバルブ制御手段５２に入力される。バルブ制御手段５２には、車両のトルクと内燃機関の回転数との関係で吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差の領域を表すマップ（図１０参照）が記憶されている。バルブ制御手段５２では、負荷とエンジン回転数との関係に基づいて吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差の大きさがマップから読み出され、所定の回転位相差になるようにＯＣＶ４３に作動指令が出力される。

このため、車両の負荷及びエンジン１０の回転数に応じて設定された吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差になるように、ＯＣＶ４３が作動して吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相が逆方向に変更される。

図１０、図１１に基づいて吸気カム１１Ｆ、１１Ｒ（図４、図５参照）の回転位相差の領域を説明する。

エンジン１０の回転数が高く車両の負荷が大きい領域（Ａ領域）では吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差を位相差中とし（図１１（ｂ）参照）、車両がアイドリング運転領域にある際は、即ち、エンジン１０の回転数が低く車両の負荷が小さい領域（Ｃ領域）では、Ａ領域の吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差よりも位相差が小さい位相差小としている（図１１（ｃ）参照）。Ａ領域及びＣ領域以外の主にエンジン１０の回転数が高く車両の負荷が大きい領域（Ｂ領域）では吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差を最大の位相差大としている（図１１（ａ）参照）。

つまり、エンジン１０の回転数が低く車両の負荷が大きい領域（Ａ領域：位相差中）の吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差を、その他の領域（Ｂ領域：位相差大）の吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差よりも小さくしている。そして、車両がアイドリング運転領域にある際には（Ｃ領域：位相差小）、車両が走行している状態に対して特殊な状態であるとして、Ａ領域の回転位相差（位相差中）よりも吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差を小さくしている（位相差小）。

エンジン１０の回転数と車両の負荷に応じて領域を分け、領域毎に吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差を設定しているので、運転状態に応じて吸気バルブ１３Ｆ、１３Ｒ（図３参照）及び排気バルブ１５Ｆ、１５Ｒ（図３参照）のバルブリフトの特性を最適な状態に調整することができる。

主な運転状態におけるバルブリフトの特性を図１０に基づいて説明する。

図中のＣ領域の○印で示す状態は、低負荷・低回転のアイドリング運転にある場合であり、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差が小になるように制御され、吸気バルブ１３Ｆ、１３Ｒの開弁時期が遅くなる（ＩＣ遅開）。これにより、排気バルブ１５Ｆ、１５Ｒとのオーバーラップが縮小され（ＶＯＬ小）、内部ＥＧＲが低減されて燃焼安定性が向上する。

図中のＢ領域の△印で示す状態は、低負荷の走行状態にある場合であり、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差が大になるように制御され、吸気バルブ１３Ｒの閉弁時期が遅くなる（ＩＣ遅閉）。これにより、ポンピングロスが低減されて燃費低減を図ることができる。

図中Ｂ領域の□印で示す状態は、中負荷の走行状態にある場合であり、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差が大になるように制御され、吸気バルブ１３Ｆの開弁時期が早くなる（ＩＣ早開）。これにより、排気バルブ１５Ｆ、１５Ｒとのオーバーラップが拡大され内部ＥＧＲが増加し、ポンピングロスが低減されて燃費低減を図ることができる。

図中Ｂ領域の●印で示す状態は、中負荷の低速走行状態にある場合であり、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差が大になるように制御され、吸気バルブ１３Ｒの閉弁時期が遅くなる（ＩＣ遅閉）。これにより、実圧縮比が低減され、ノッキングが抑制されて燃費低減を図ることができる。

図中Ｂ領域の■印で示す状態は、高負荷の高速走行状態にある場合であり、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差が大になるように制御され、吸気バルブ１３Ｒの閉弁時期が遅くなる（ＩＣ遅閉）。これにより、体積効率が増加してトルクを増大することができる。

図中Ａ領域の▲印で示す状態は、高負荷の低速走行状態にある場合であり、吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転位相差が中になるように制御され、吸気バルブ１３Ｒの閉弁時期が早くなる（ＩＣ早閉）。これにより、体積効率が増加してトルクを増大することができる。

上述したように、エンジン１０の回転数と車両の負荷に応じて吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの回転方向の位相を制御することで、吸気バルブ１３Ｆ、１３Ｒの開弁時期を連続的に最適に制御することができ、出力向上及び燃費低減を図ることができる。

上述した実施形態例では、カムシャフトとしての吸気カムシャフト１に第１油通路３７ａ（第１主通路）及び第２油通路３７ｂ（第２主通路）を設けた構成を例に挙げて説明したが、吸気カムシャフト１に１本の主通路を設ける構成にすることも可能である。図１２に基づいて１本の主通路を設けた例を説明する。

図１２には同位相時の吸気カムの断面を示してある。尚、図４に示した部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

図に示すように、吸気カムシャフト１には圧油が供給される１本の主通路６１が形成されている。吸気カム１１Ｆ、１１Ｒの内周面には第１室６２ａ及び第２室６２ｂがそれぞれ形成され、第１室６２ａと第２室６２ｂは仕切り部材としての仕切ピン３６により仕切られている。

図１２（ａ）に示すように、主通路６１には吸気カム１１Ｆの第２室６２ｂに連通する連通路６３が設けられ、吸気カム１１Ｆの第１室６２ａには、仕切ピン３６の壁面と第１室６２ａの壁面とにわたり弾性部材（例えば、ゴム）６４が設けられている。主通路６１に圧油が供給されていない状態で（第２室６２ｂから圧油が排出された状態で）、弾性部材６４の弾性力により第１室６２ａが広げられ、吸気カム１１Ｆが中立状態に保持される。主通路６１に圧油が供給されることで、連通路６３を介して第２室６２ｂに圧油が供給され、弾性部材６４が弾性力に抗して縮められて吸気カム１１Ｆが時計回り方向（図中矢印で示す）に回動する。

図１２（ｂ）に示すように、主通路６１には吸気カム１１Ｒの第１室６２ａに連通する連通路６５が設けられ、吸気カム１１Ｆの第２室６２ｂには、仕切ピン３６の壁面と第２室６２ｂの壁面とにわたり弾性部材（例えば、ゴム）６６が設けられている。主通路６１に圧油が供給されていない状態で（第１室６２ａから圧油が排出された状態で）、弾性部材６６の弾性力により第２室６２ｂが広げられ、吸気カム１１Ｒが中立状態に保持される。主通路６１に圧油が供給されることで、連通路６５を介して第１室６２ａに圧油が供給され、弾性部材６６が弾性力に抗して縮むことで吸気カム１１Ｒが反時計回り方向（図中矢印で示す）に回動する。

このため、主通路６１に圧油を供給していない状態では、弾性部材６４、６６により吸気カム１１Ｆ、１１Ｒが同位相に保持される（図１２の状態）。主通路６１に圧油が供給されると、吸気カム１１Ｆ側では連通路６３を介して第２室６２ｂに圧油が供給され、吸気カム１１Ｒ側では連通路６５を介して第１室６２ａに圧油が供給され、弾性部材６４、６６が弾性力に抗して縮められて吸気カム１１Ｆ、１１Ｒが互いに反対方向に回動して逆位相の状態にされる（図１２中点線で示してある）。

上述したように、１本の主通路６１を用いた場合でも本発明を実施することが可能である。尚、弾性部材としては、圧縮コイルばねを用いることも可能である。

本発明は、内燃機関の可変動弁装置の分野で利用できる。

本発明の一実施形態例に係る可変動弁装置を備えたカムシャフトの外観図である。 燃焼室とバルブとの関係の概念図である。 シリンダヘッドの断面図である。 同位相時の吸気カムの断面図である。 逆位相時の吸気カムの断面図である。 吸気バルブ側の吸気カムシャフトの断面図である。 バルブ動作のタイムチャートである。 シリンダ内（燃焼室内）の流動状況を表す概念図である。 可変バルブ動作方法を実施するための概略ブロック図である。 回転位相差の領域を表したマップである。 回転位相差の状況を説明するバルブ動作のタイムチャートである。 他の実施形態例による同位相時の吸気カムの断面図である。

符号の説明

１ 吸気カムシャフト
２ 排気カムシャフト
１１ 吸気カム
１２ 排気カム
１３ 吸気バルブ
１５ 排気バルブ
２１ シリンダヘッド
２２ 燃焼室
３３ａ 一方側第１連通路
３３ｂ 一方側第２連通路
３４ａ 他方側第１連通路
３４ｂ 他方側第２連通路
３５ａ 第１油室
３５ｂ 第２油室
３６ 仕切ピン
３７ａ 第１油通路
３７ｂ 第２油通路
４１ カムキャップ
４３ オイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）
４５ プランジャー
４６ 圧油流入路
４７ａ 第１流路
４７ｂ 第２流路
６１ 主通路
６３、６５ 連通路
６４、６６ 弾性部材

Claims (7)

1. エンジンの１つのシリンダに対し設けられた第１バルブ及び第２バルブと、
   前記第１バルブに対応して、前記エンジンに設けられたカムシャフトに対して回転方向に位相可変に取り付けられた第１カムと、
   前記第２バルブに対応して、前記カムシャフトに対して回転方向に位相可変に取り付けられた第２カムと、
   前記第１カム及び前記第２カムにそれぞれ形成された流体受室と、
   前記カムシャフト側から前記第１カム及び前記第２カムの各流体受室内にそれぞれ突出し、該各流体受室内を一方の側の第１室と他方の側の第２室とに仕切る仕切り部材と、
   前記カムシャフトの内部に形成され、流体供給源から給排される流体の主通路と、
   前記カムシャフトの内部に形成され、前記第１カムの前記第１室と前記主通路、及び、前記第２カムの前記第２室と前記主通路を連通する連通路とを有する
   ことを特徴とする可変動弁装置。
2. 請求項１に記載の可変動弁装置において、
   前記主通路は、前記カムシャフトの軸心方向に沿って個別に延びる第１主流路及び第２主流路を有しており、
   前記連通路は、
   前記第１カムの前記第１室を前記第１主通路に連通する第１連通路と、
   前記第１カムの前記第２室を前記第２主通路に連通する第２連通路と、
   前記第２カムの前記第１室を前記第２主通路に連通する第３連通路と、
   前記第２カムの前記第２室を前記第１主通路に連通する第４連通路とを有する
   ことを特徴とする可変動弁装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の可変動弁装置において、
   前記流体供給源から給排される流体をコントロールする流体コントロール手段を備え、
   前記流体コントロール手段は、流体の給排により前記第１室と前記第２室との容積を相対的に可変にする
   ことを特徴とする可変動弁装置。
4. 請求項２もしくは請求項３に記載の可変動弁装置において、
   前記流体コントロール手段は、
   前記第１カムの前記第１室、前記第２室の容積に対し、前記第２カムの第１室、前記第２室の容積を逆の大きさに設定するように流体を供給することで、前記第１カム及び前記第２カムの回転方向の位相を逆位相とする
   ことを特徴とする可変動弁装置。
5. 請求項３に記載の可変動弁装置において、
   前記流体コントロール手段は、
   前記第１室及び前記第２室の容積を同じ、または、略同じに設定するように流体を供給することで、前記第１カム及び前記第２カムの回転方向の位相を同位相とする
   ことを特徴とする可変動弁装置。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の可変動弁装置において、
   前記流体コントロール手段が、前記第１主通路及び前記第２主通路内部の流体の流れ方向をプランジャーの駆動により切換える手段である
   ことを特徴とする可変動弁装置。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の可変動弁装置において、
   前記第１バルブ及び前記第２バルブは吸気バルブであり、前記第１カム及び前記第２カムは吸気カムであり、
   前記１つのシリンダには２つの排気バルブが備えられている
   ことを特徴とする可変動弁装置。
   

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