JP2011094628A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造作業や組付作業能率の向上によるコストの低減化が図れると共に、機関の低速低負荷時などにおける最小リフト制御時の機関回転の安定化と燃費の向上が図れる可変動弁装置を提供する。
【解決手段】駆動軸4に一体的に設けられた一気筒当たり一つの駆動カム5と、該駆動カムの回転力を揺動運動に変換する駆動伝達機構7を介して各吸気弁3,3をそれぞれ開閉作動させる2つの揺動カム6,6と、駆動伝達機構の姿勢を変化させて、各吸気弁のリフト量と作動角を可変にする制御機構8と、を備えている。駆動伝達機構のロッカアーム13は、Y字形状の各他端部13b、13cの第1連係部13eを第2連係部13fより所定量だけ突出させて、ロッカアームの各揺動カムに対するロッカ比をそれぞれ変えることによって最小リフト制御時の両吸気弁のリフト量を異ならせた。
【選択図】図1
【解決手段】駆動軸4に一体的に設けられた一気筒当たり一つの駆動カム5と、該駆動カムの回転力を揺動運動に変換する駆動伝達機構7を介して各吸気弁3,3をそれぞれ開閉作動させる2つの揺動カム6,6と、駆動伝達機構の姿勢を変化させて、各吸気弁のリフト量と作動角を可変にする制御機構8と、を備えている。駆動伝達機構のロッカアーム13は、Y字形状の各他端部13b、13cの第1連係部13eを第2連係部13fより所定量だけ突出させて、ロッカアームの各揺動カムに対するロッカ比をそれぞれ変えることによって最小リフト制御時の両吸気弁のリフト量を異ならせた。
【選択図】図1
Description
本発明は、機関弁である吸気弁や排気弁の少なくともバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変にできる内燃機関の可変動弁装置に関する。
この種の従来の可変動弁装置としては、本出願人が先に出願した以下の特許文献1及び特許文献2に記載されたものがある。
概略を説明すれば、特許文献1に記載の可変動弁装置は、一気筒当たり2つの吸気弁を備えた内燃機関に適用されたもので、クランク軸から回転力が伝達される駆動軸の外周に、軸心が駆動軸の軸心から偏心した一気筒当たり2つの駆動カムが設けられていると共に、前記各吸気弁の上端部にそれぞれ有する各バルブリフターの上面を各カム面が摺接して各吸気弁をバルブスプリングのばね力に抗して開作動させる一対の揺動カムが設けられている。
また、前記各駆動カムと各揺動カムとの間には、前記各駆動カムの回転力を揺動運動に変換して各揺動カムに伝達する多節リンク状の2つの駆動伝達機構が介装され、この各駆動伝達機構は、後述する制御軸に制御カムを介して揺動自在に支持された2つのロッカアームと、該各ロッカアームの一端部と各駆動カムとを機械的に連係する2つのリンクアームと、各ロッカアームの他端部と各揺動カムとを機械的に連係する2つのリンクロッドとから構成されている。また、機関運転状態に応じて各吸気弁のリフト量を可変にする制御機構を備えている。
この制御機構は、電動アクチュエータによって回転位置が制御される前記制御軸と、該制御軸の外周に固定されて、前記各ロッカアームの揺動支点位置を変更する一気筒当たり2つの制御カムとを備えている。
そして、機関運転状態に応じて前記電動アクチュエータによって制御軸を回転制御して各制御カムの回動位置を変化させることにより、各ロッカアームの揺動支点を変化させ、これにより、揺動中における各揺動カムのカム面の各バルブリフター上面に対する転接位置が変化して、各吸気弁のバルブリフト量を最大リフトから微小リフトまで可変制御するようになっている。
また、前記2つの駆動カムにより各駆動伝達機構を介してそれぞれ個別に各揺動カムを揺動させる際に、前記各制御カムによる各ロッカアームの揺動支点の変化量を相対的に異ならせて、2つの吸気弁のリフト量を別個に変化させるようになっている。
一方、前記特許文献2に記載の発明は、基本構成は前記特許文献1の発明とほぼ同様であるが、駆動軸に固定された駆動カムと、制御軸に固定された制御カムがそれぞれ一気筒当たり1つになっており、1つの駆動カムによって2つの揺動カムを駆動するため、リフト量を変化させる際に、各吸気弁はそれぞれ常に同じリフト量及び作動角によって開閉作動されるようになっている。
しかしながら、特許文献1に記載の発明は、2つの吸気弁間にリフト量の差を設けるために2つの駆動カムと2つの制御カムとを設けて、該各制御カムの偏心量を2つの吸気弁間で異ならせる構成になっている。したがって、吸気弁毎に独立した2つの駆動伝達機構を設けていることから、装置全体の構造が複雑になり、製造作業や組付作業が繁雑になってそれぞれのコストの高騰が余儀なくされている。
また、特許文献2に記載の発明は、駆動カムや制御カムがそれぞれ単一になっていると共に、駆動伝達機構のリンクアームやロッカアームも単一に構成されていることから、構造の簡素化が図れるが、2つの揺動カムが支軸を介して一体に形成されて、前述のように、機関運転状態に応じて変化される各吸気弁のリフト量及び作動角が常に同一になっている。このため、両吸気弁間での大小リフト制御時におけるリフト量や作動角の大小の差を設けることができない。
請求項1に記載の発明は、吸気側に一気筒当たり2つ設けられた機関弁と、クランクシャフトから動力が伝達される駆動軸と、該駆動軸に一体的に設けられた一気筒当たり一つの駆動カムと、該駆動カムの回転力を揺動運動に変換する駆動伝達機構を介して前記各機関弁をそれぞれ開閉作動させる2つの揺動カムと、機関運転状態に応じて前記駆動伝達機構の姿勢を変化させて、前記各機関弁のリフト量と作動角を連続的に可変にする制御機構と、を備え、前記制御機構によって前記一対の機関弁のリフト量を最小リフトに制御した際には、一方側の機関弁のピークリフト量を他方側のピークリフト量よりも小さくし、最大リフトに制御した際には、前記一方側の機関弁のピークリフト量を前記他方側のピークリフト量よりも大きくなるように設定したことを特徴としている。
この発明によれば、少なくとも駆動カムを単一に形成し、したがって、駆動伝達機構の一部を単一化することができるので、装置全体の構造の簡素化が図れると共に、最小リフト制御時おける各機関弁のリフト差によって燃焼室内で強い吸気スワールを発生させることが可能になる。
すなわち、機関の低速低負荷時において可変動弁装置によって最小リフト制御されると機関の燃焼が不安定になりやすくなるが、この最小リフト制御時に両機関弁間に少なくともリフト量に差を設けることにより、燃焼室内で強いスワールが生成されて良好な燃焼状態を得ることができる。
この結果、製造作業や組付作業能率の向上によるコストの低減化が図れると共に、機関の低速低負荷時などにおける機関回転の安定化と燃費の向上が図れる。
請求項2に記載の発明にあっては、吸気側に一気筒当たり2つ設けられた機関弁と、クランクシャフトから動力が伝達される駆動軸と、該駆動軸に一体的に設けられた一気筒当たり一つの駆動カムと、該駆動カムの回転力を揺動運動に変換する駆動伝達機構を介して前記各機関弁をそれぞれ開閉作動させる2つの揺動カムと、機関運転状態に応じて前記駆動伝達機構の姿勢を変化させて、前記各機関弁のリフト量と作動角を連続的に可変にする制御機構と、を備え、前記制御機構によって前記一対の機関弁のリフト量を最大リフトに制御した際には、リフト開始時においてリフト量が小さい前記一方側の機関弁とリフト量が大きい他方側の機関弁が、所定の立ち上がり領域から最大リフト領域及び所定の立ち下がり領域までの間において、前記一方側の機関弁のリフト量を他方側の機関弁のリフト量よりも大きくなるように制御したことを特徴としている。
また、前記駆動伝達機構は、一端部が前記駆動カムと回転自在に連係し、他端部が前記各揺動カムと回転自在に連係するロッカアームを備え、該ロッカアームの前記各揺動カムに対するロッカ比をそれぞれ変えることによって前記最小リフト制御時の両機関弁のリフト量を異ならせたことを特徴としている。
この発明は、請求項1の発明を具体的に記載したものであるから、該請求項1の発明と同じ作用効果が得られる。
さらに、前記駆動伝達機構は、前記ロッカアームと各揺動カムとを回転自在に連係する一対のリンクロッドを備え、該各リンクロッドと前記ロッカアームの端部の各連係部の長さを変えることによって前記ロッカ比を変化させて、前記最小リフト制御時の両機関弁のリフト量を異ならせたことを特徴としている。
この発明は、請求項1の発明をさらに具体化したものであるから、請求項1と同じ作用効果が得られると共に、単に各連係部の長さを変化させただけであるから、構造の複雑化を回避できる。
さらに、前記制御機構によって各機関弁を最大リフトに制御した際には、両機関弁のリフト量がほぼ同一となるように形成したことを特徴としている。
この発明によれば、前記請求項1の発明の作用効果に加えて、最大リフト制御時における燃焼室内での吸気スワールの生成が抑制されるため、吸気充填効率の向上が図れる。この結果、例えば機関の高回転高負荷時における高出力トルクを得ることが可能になる。
以下、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の各実施形態を図面に基づいて詳述する。この各実施形態では、一気筒当たり2つ有する吸気弁側に適用されている。
すなわち、実施形態に係る可変動弁装置は、図1〜図3に示すように、シリンダヘッド1に各バルブガイド2、2を介して摺動自在に設けられて、傘部で吸入ポート1a、1aの開口端を開閉する2つの吸気弁3、3と、シリンダヘッド1の上部に配置されて、クランク軸の回転力によって回転駆動する内部中空状の駆動軸4と、該駆動軸4の軸方向の気筒端部に設けられた1気筒当たり1つ駆動カム5と、該駆動カム5の回転力を揺動運動に変換する駆動伝達機構7を介して前記各吸気弁3,3を開閉作動させる1気筒当たり2つの揺動カム6、6と、前記駆動伝達機構7を介して各吸気弁3のバルブリフト量及び作動角を可変制御する制御機構8と、を備えている。
前記各吸気弁3,3は、ステムエンド側にコッタを介して固定されたスプリングリテーナ3a、3aに上端部が弾持されたバルブスプリング10、10のばね力によって各バルブリフタ9,9を介して閉弁方向に付勢されていると共に、各バルブリフタ9,9の上面を摺動する前記各揺動カム6,6の揺動力によってバルブスプリング10,10のばね力に抗して開作動するようになっている。
前記駆動軸4は、機関前後方向に沿って配置されて、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや、該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されていると共に、前記両揺動カム6,6の間のシリンダヘッド1の上端部に設けられた第1軸受11によって一方向(矢印方向)へ回転自在に支持されている。また、駆動軸4の回転中心位置は、図1に示すように、前記両吸気弁3の軸線Pの延長線上の上方位置に配置されている。この駆動軸4の内部軸方向には、図外のメインオイルギャラリーと連通する油通路が形成されている。
また、この駆動軸4は、前記各揺動カム6,6が最終的に配置される位置よりも外側の近傍位置に、駆動軸4の直径より幅の狭い2つの狭幅部4aが形成されている。具体的には、この各狭幅部4aは、駆動軸4の外周面の両側が接線方向から切り欠かれた平坦な2面幅状に形成されていると共に、該各平坦面が平行になっている。
前記駆動カム5は、比較的肉厚な円盤状に形成されて、中央側の基部が前記駆動軸4に一体的に固定されていると共に、その中心Yが駆動軸4の軸心Xから所定量だけオフセットして、外周面が偏心円のプロフィールになっている。
前記各揺動カム6は、図1及び図2に示すように、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、基端部6a側の中心位置に、前記駆動軸4が挿通する挿通孔6bが貫通形成され、この挿通孔6bを介して駆動軸4に揺動自在に支持されていると共に、基端部6aの外周側に、前記駆動軸4の各狭幅部4a、4aに嵌入して前記挿通孔6bを駆動軸4に嵌合させる嵌入部6c、6cが径方向に沿ってそれぞれ切欠形成されている。
また、各揺動カム6は、下面にカム面6dがそれぞれ形成されている。このカム面6dは、基端部6a側の基円面(ベースサークル面)と、該ベースサークル面からカムノーズ部側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面とから形成されており、該ベースサークル面とランプ面、リフト面及び頂面とが、揺動カム6の揺動位置に応じて各バルブリフタ7の上面所定位置に当接するようになっている。なお、前記各カムノーズ部には、同一位置にピン孔がそれぞれ貫通形成されている。
前記各バルブリフタ9は、有蓋円筒状に形成されて、シリンダヘッド1に形成されたボア1b、1b内に上下摺動自在に保持されている。
前記第1軸受11は、図2に示すように、シリンダヘッド1の前記各ボア1b、1b間の隔壁1c上面に形成された半円弧状の軸受溝11aと、前記隔壁1cの上面に固定された第1軸受ブラケット11bとから構成されている。
この第1軸受部11は、前記両揺動カム6,6の間に配置されて、前記第1軸受ブラケット11bが2本のボルト12a,12bによってシリンダヘッド1に形成された図外のボルト雌ねじ孔を介して該シリンダヘッド1の上面に固定されていると共に、一方のボルト12aを、後述するロッカアーム13の両他端部13b、13cの中間位置に配置すると共に、他方のボルト12bを、前記駆動軸4を中心とした前記一方のボルト12aと対称位置に配置してある。
また、この第1軸受ブラケット11は、ほぼ中央に前記軸受溝11aと共同して前記駆動軸4のジャーナル部4bを回転自在に支持する半円弧状の軸受溝11cが形成されていると共に、両端部に前記各ボルト12a、12bが挿通するボルト挿通孔が貫通形成されている。また、前記軸受ブラケット11bは、その軸方向の幅Wが前記隔壁1cの前記ボア1b、1bが形成された幅よりも大きく形成されている。
そして、前記各ボルト12a,12bの上方には、ロッカアーム13の他端部13b、13cの特異な形状などによってレンチなどの工具を挿入できる空間部C、Cがそれぞれ形成されている(図3参照)。
前記駆動伝達機構7は、駆動軸4の上方に配置されたロッカアーム13と、該ロッカアーム13の一端部13aと前記駆動カム5とを連係するリンクアーム14と、ロッカアーム13の二股状の他端部13b、13cと両揺動カム6,6とを連係する一対のリンクロッド15、16とを備えている。
前記ロッカアーム13は、中央の筒状基部13dの内部に支持孔が横方向から貫通形成され、この支持孔を介して後述する制御カムに揺動自在に支持されている。また、前記一端部13aは、図3に示すように、筒状基部13dのほぼ中央から軸方向の一端側(駆動カム5)方向へ傾斜状に突設されていると共に、前記リンクアーム14の一端部と連結するピン17が挿通されるピン孔が貫通形成されている。
前記ロッカアーム13の他端部13b、13cは、図3にも示すように、二股状(Y字形状)に形成され、一方側の他端部13bが筒状基部13dのほぼ中心側から前記一端部13aの傾斜角度にほぼ連続して傾斜状に突設されて長手方向のほぼ中央位置からほぼく字形状に折曲形成されている。つまり基端部側が筒状基部13dから中央側方向へ傾斜状に突出し、さらに自由端部である第1連係部13eがほぼ中央位置から筒状基部13dの軸直角方向へ突出している。一方、他方側の他端部13cは、筒状基部13dの前記駆動カム5側の端部から傾斜状に突設されて長手方向のほぼ中央位置から筒状基部13dと軸直角方向へほぼく字形状に折曲形成されている。つまり、基端部側が筒状基部13dの中央寄り方向へ傾斜状に設けられ、さらに自由端部である第2連係部13fがほぼ中央位置から筒状基部13dの軸直角方向へ折曲形成されて、両他端部13b、13cが平行に配設されており、両他端部13b、13cの各自由端部間が比較的大きな距離Lをもって離間している。
また、該一方側の他端部13bの第1連係部13eは、他方側の他端部13cの第2連係部13fよりも所定長さHだけ前方へ突出形成されて、第2連係部13fよりも常時僅かに高い位置となるように形成されている。
前記リンクアーム14は、一端側の比較的大径な円環部と、該円環部の外周面所定位置に突設された他端側の突出端とを備え、円環部の中央位置には、前記駆動カム5の外周面が回転自在に嵌合する嵌合孔14aが形成されている。一方、突出端は、前記ロッカアーム13の一端部13aに形成されたピン孔に圧入固定されたピン17によってロッカアーム一端部13aと回転自在に連結されている。
前記各リンクロッド15,16は、それぞれプレス成形によって横断面ほぼコ字形状に折曲形成されており、二枚板状の上下両端部15a,15b、16a,16bが前記ロッカアーム13の第1,第2連係部13e、13fや各揺動カム6,6のカムノーズ部を挟み込むように配置されていると共に、上端部15a、16aが各連係部13e、13fとピン18,19によってそれぞれ回転自在に連結されていると共に、下端部15b、16bが各揺動カム6,6のカムノーズ部側にピン20、21によって回転自在に連結されている。
そして、前記第1連係部13eと連結された一方のリンクロッド16は、図1にも示すように、第1連係部13eの突出量にしたがって第2連係部13fと連結された他方のリンクロッド15よりも上端側が前方に傾きかつ僅かに高い位置に保持されており、この突出量の差によって互いのロッカ比を異ならせるようになっている。
また、図3に示すように、前記ロッカアーム13の一端部13aがリンクアーム14との連結部分であるピン17がロッカアーム13の一端部13aの支持点になっている。また、前記各リンクロッド15,16と連結するロッカアーム13の各連係部13e、13fと各リンクロッド15,16の上端部15a、16aとの間のピン18,19がロッカアーム13の他端部13b、13cの2つ支持点になっている。前記一つ支持点と二つの支持点とは、駆動軸4を挟んで対向する領域に設けられる位置関係となっているか、あるいはこのような位置関係となるロッカアーム13とすることで、駆動軸4の偏心や倒れを高い精度で抑制することが可能になる
前記制御機構8は、シリンダヘッド1上部の前記ロッカアーム13の両側に配置された第2軸受22、23に回転自在に支持された制御軸24と、該制御軸24の外周に一体に固定されてロッカアーム13の揺動支点となる制御カム25とを備えている。
前記制御機構8は、シリンダヘッド1上部の前記ロッカアーム13の両側に配置された第2軸受22、23に回転自在に支持された制御軸24と、該制御軸24の外周に一体に固定されてロッカアーム13の揺動支点となる制御カム25とを備えている。
前記第2軸受22,23は、前記第1軸受部12から軸方向へ離れた前記駆動カム5の外側及びロッカアーム13の一端部13aから最も離れた他端部13bの外側に配置されており、シリンダヘッド1の上端部にボルト26,26によって固定され、上面中央に半円状の軸受溝を有する枠体状のキャリアブラケット27と、該キャリアブラケット27の上部に前記ボルト26、26により共締め固定されて、下面中央に前記軸受溝と共同して前記制御軸24を回転自在に支持する半円状の軸受溝を有する第2軸受ブラケット28とから構成されている。なお、キャリアブラケット27の上端にヘッドカバー29が取り付けられている。
前記制御軸24は、駆動軸4と並行に機関前後方向に配設されていると共に、一端部に設けられた図外の電動アクチュエータにより減速歯車機構を介して所定回転角度範囲内で正逆回転制御されるようになっている。
一方、前記制御カム25は、その長さが筒状基部13dの軸方向の長さとほぼ等しく設定されてそれぞれ円筒状に形成され、軸心P2位置が肉厚部の分だけ制御軸24の軸心P1から所定分だけ偏倚している。なお、この制御カム25は、図8に示すように軸方向の両端部側で2分割形成することも可能であり、これによって、軽量化を図ることができる。
また、電動アクチュエータは、機関の運転状態を検出する電子コントローラからの制御信号によって駆動するようになっており、この電子コントローラは、マイクロコンピュターが内蔵され、クランク角センサやエアーフローメータ,水温センサ及び制御軸24の回転位置を検出するポテンションメータ等の各種センサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算等により検出して、前記電動アクチュエータに制御信号を出力しており、この電動アクチュエータを介して機関運転状態に応じて前記吸気弁2,2のバルブリフト量を零から最大リフトまで連続的に制御できるようになっている。
以下、本実施形態の作動を図4の模式図によって説明すれば、最小リフトに制御する際には、図4A、Bに示すように、電子コントローラからの制御信号によって電動アクチュエータを介して制御軸24が一方向へ回転駆動される。このため、制御カム25は、肉厚部が制御軸24に対して図1の状態から左方向(反時計方向)に回動して、かかる回動角度位置に保持される。これにより、ロッカアーム13の各他端部13b、13b側が上方向へ回動する。このため、各揺動カム6,6は、各リンクロッド15、16を介してカムノーズ部側が強制的に引き上げられて全体が反時計方向の回動位置に移行する。
したがって、図4Bに示すように、駆動カム5が回転してリンクアーム14がロッカアーム13の一端部13aを押し上げると、そのリフト量が各リンクロッド15、16を介して各揺動カム6、6及び各バルブリフタ7、7に伝達されるが、そのリフト量は十分小さくなる。
よって、各吸気弁2,2のバルブリフト量L1、L1’が、図5Aに示すように、それぞれ小さくなると共に、開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、例えば低負荷域の燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。
そして、かかる最小リフト制御時においては、各揺動カム6,6のベースサークル領域では、各吸気弁2,2のリフト量は図4Aに示すように零となり閉弁状態にするが、リフト時における前記各吸気弁2,2のバルブリフト量L1,L1’が異なっている。
すなわち、この実施の形態における参考例では、前述のように、ロッカアーム13の第1連係部13b側の方が第2連係部13cよりも先端側に延出形成されて僅かに高い位置になっていることから、両方の揺動カム6に対する押圧するストローク量は同じであっても、図4B及び図5Aに示すように、第1連係部13bと連係した一方側のリンクロッド16による一方の揺動カム6のリフト量、つまり一方側の吸気弁3のバルブリフト量L1’(破線部)が、第2連係部13cと連係した他方側のリンクロッド15による他方の揺動カム6のリフト量、つまり他方側の吸気弁3のバルブリフト量L1(実線部)よりも小さくなっている。
各吸気弁3,3の開閉時期をみると、図5Aに示すように、開時期は、前記第1連係部13c側の一方側の吸気弁3が他方側の吸気弁3よりも遅く、閉時期は、一方側の吸気弁3が他方側の吸気弁3よりも早くなっており、両者のリフト特性波形が相似形になっている。
したがって、この実施の形態では、駆動カム5を単一に形成できると共に、駆動伝達機構7のリンクアーム14及びロッカアーム13を単一化することができるので、装置全体の構造の簡素化が図れると共に、最小リフト制御時おける各吸気弁3,3のリフト差によって燃焼室内で強い吸気スワールを発生させることが可能になる。
すなわち、機関の低速低負荷時において可変動弁装置によって最小リフト制御されると機関の燃焼が不安定になりやすくなるが、この最小リフト制御時に両機関弁間に少なくともリフト量に差を設けることにより、燃焼室内で強いスワールが生成されて良好な燃焼状態を得ることができる。
この結果、製造作業や組付作業能率の向上によるコストの低減化が図れると共に、機関の低速低負荷時などにおける機関回転の安定化と燃費の向上が図れる。
なお、ここで、図9及び図10に示すように、最小リフト制御時のさらにバルブリフトが大きい側の燃焼室30には、吸気ポート1aの開口端1dの周囲の一部にマスキングシール31を設けることによって、さらに吸気スワール効果を高めることができる。この場合、マスキングシール31を設けてもその高さは最小バルブリフト量にほぼ相当する高さで良く、これによって高速高負荷域の最大バルブリフト制御時の吸気充填効率への影響を十分に抑制できる。
一方、最大リフトに制御する際には、電子コントローラからの制御信号によって電動アクチュエータにより制御軸24が他方向へ回転駆動される。したがって、制御軸24が、図1及び図4C,Dに示すように、制御カム25を所定回転角度位置まで回転させ、肉厚部を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム13の各他端部13b、13c側が下方へ移動して各揺動カム6、6のカムノーズ部を、各リンクロッド15,16を介して下方へ押圧して該揺動カム6、6全体が時計方向の回動位置に移行する。
したがって、駆動カム5が回転してロッカアーム13の一端部13aを、リンクアーム14を介して押し上げると、各バルブリフタ7に対するそのリフト量は大きくなる。
よって、各吸気弁2、2のバルブリフト量L2が図5Bに示すように大きくなって、開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、例えば、高負荷域における吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
また、この最大リフト制御時には、第2連係部13fよりも突出形成された第1連係部13dの突出量に起因してよって開時期が一方側の吸気弁3(破線部)が他方側の吸気弁3(実線部)よりも僅かに遅くなり、閉時期が僅かに早くなるものの、ピークリフトPL付近では同じリフト波形となるように設定されて、互いに重なる特性となっている。
このため、かかる最大リフト制御時における燃焼室内での吸気スワールの生成が抑制されるため、吸気充填効率の向上が図れる。この結果、例えば機関の高回転高負荷時における高出力トルクを得ることが可能になる。
なお、最小リフト制御時のリフト量を大きく設定して吸気スワールを強める場合、一方側の吸気弁2の最大リフト制御時の最大バルブリフトは、他方側のバルブリフトより若干小さく設定し、機関の高回転高負荷時の吸気充填効率を僅かに低下させても(出力を犠牲にしても)低速低負荷時の燃焼をさらに改善するように設定することも可能である。
前述したロッカ比を変化させる手段としては、前記第1,第2連係部13e、13fの長さを変化させる場合以外に、前記各リンクロッド15,16の軸方向の長さを変化させる場合や、揺動カムの長手方向の長さを変化させる場合などがあり、前記各揺動カム6,6の各リンクロッド15,16との連結点位置、つまり各ピン20,21の位置を上下方向あるいは揺動中心方向などに変化させる場合などによっても行うことが可能である。
図6は第2の実施の形態を示す模式図であって、この実施の形態では、第1、第2連係部13e、13fの長さを異ならせるのではなく、これらは同じ長さとし、両揺動カム6,6のカムプロフィール6d、6dをそれぞれ異ならせることによって、前述のような最小リフト制御時における各吸気弁3,3のバルブリフト量を変化させるものである。
具体的には、図示のように、一方側の揺動カム6のカム面6dのカムプロフィールにおけるベースサークル領域からランプ領域に至るまでの部位と、ランプ領域からリフト領域までの部位を僅かに切り欠いて破線の形状に形成し、これらの部位が他方側の揺動カム6のカム面6dのカムプロフィール(実線)よりも曲率半径が大きくなるように形成すると共に、前記両者のベースサークル領域と最大リフト領域は同じカムプロフィールに形成したものである。
したがって、この実施の形態では、最小、最大リフト制御時における各揺動カム6,6による各吸気弁3,3のバルブリフト量が前記図5A、Bに示す波形特性とほぼ同じになり、最小リフト制御時には、一方側の揺動カム6による一方側の吸気弁3の開時期が遅く、閉時期が早くなる。一方、最大リフト制御時には、一方側の吸気弁3の開時期が遅く、閉時期が早くなると共に、ピークリフト付近で同じ波形特性となる。
このように、前記第1の実施の形態と同様に最小リフト制御時における各吸気弁3,3の開閉時期を異ならせてスワールの生成することにより、燃焼性を改善できると共に、最大リフト制御時における各吸気弁3,3のバルブリフト特性をほぼ同一にしてスワールに生成を抑制することにより、吸気充填効率の向上を図って高出力トルクを確保するといった作用効果が得られる。
この第2の実施の形態は、例えば特開2005−344609号公報の図4及び図6に記載されているように、2つの吸気弁3,3用の2つの揺動カム6、6を一体に連結する構成としても実施が可能である。この場合の作用効果は前述の場合と同じであるが、ロッカアームやリンクロッドを簡素化できる利点がある。
なお、第1の実施の形態の構成である各連係部13e、13fを異なる長さに形成すると共に、第2の実施の形態の両カムプロフィールの異なる形状を組み合わせることによってロッカ比を変えることも可能である。
図7A,Bは本実施の形態におけるバルブリフト特性図であって、最小リフト制御時は前記各実施の形態における各吸気弁3,3のリフト量を異ならせる点では同じであるが、特に最大リフト制御時における両吸気弁3,3のリフト波形を変化させたものである。
具体的には、例えば、前記一方側の揺動カム6のカム面6dのカムプロフィールをベースサークル領域からランプ領域までを前記第2の実施の形態と同じ構成とし、さらにリフト領域を他方側の揺動カム6のカムプロフィールよりも大きく形成し、つまり曲率半径を僅かに大きく形成した。
これによって、最小リフト制御時には、図7Aに示すように、前記各実施の形態と同様に両吸気弁3,3のリフト量が異なることから、スワールを十分に生成することが可能になる。
一方、最大リフト制御時には、図7Bに示すように、リフトの立ち上がり領域S1からピークリフト域PL及び該ピークリフト領域PLから立ち下がり領域S2までの間、一方側の吸気弁3のリフト量を他方側よりも僅かに大きくなる特性になる(破線)。
そして、前記最大リフト制御時にも、リフト開始時点と終了時点で、両吸気弁3,3の開閉時期が異なることからスワールが生成され、つまりリフト開始時に早く開弁した他方側の吸気弁3側から多く流入するため吸気スワールが生成され、これによって、気筒内(燃焼室内)で吸気の密度差が発生する。このため、このままの状態では最大リフト制御時に充填効率が僅かに低下するおそれがある。
そこで、前述のように、最大リフト制御時において、リフト立ち上がり領域からピークリフト領域及び立ち下がり領域までの間で、一方側吸気弁3(遅く開き、早く閉じる側)のリフト量(破線)を僅かに大きくすることによって、リフト途中からリフト差が逆転するため、一方の吸気弁3側の吸気が他方の吸気弁3側の吸気スワールを打ち消すように作用する。したがって、最大リフト制御時における燃焼室内の吸気の密度差の発生が十分に抑制されて吸気充填効率を高めることが可能になる。この結果、出力トルクを向上させることができる。
前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
(イ)前記請求項3の発明において、前記ロッカアームの一方の端部を二股状に形成して該二股部の各先端部を一対の前記連係部として構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(ロ)前記請求項3の発明において、前記各リンクロッドの軸方向の長さをそれぞれ変えることによって前記各連係部の長さを変えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(ハ)前記請求項2の発明において、前記各揺動カムと各リンクロッドとの連係位置を変えることによってロッカ比を変化させたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(ニ)前記請求項1の発明において、前記各揺動カムのそれぞれのカムプロフィールを異ならせることによって、前記両機関弁のリフト量を異ならせたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(ホ)前記請求項2の発明において、前記連係部の長さの他に前記各揺動カムのそれぞれのカムプロフィールを異ならせることによって、ロッカ比を変えることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(へ)前記請求項1の発明において、前記制御機構によって各機関弁のリフト量を最大リフトに制御した際に、クランク角に対して一方側の機関弁の開時期を他方の機関弁の開時期よりも進角するように制御すると共に、一方側の機関弁の閉時期を他方の機関弁の閉時期よりも遅角するように制御したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(ト)前記請求項1の発明において、前記可変機構によって各機関弁のリフト量を最大リフトに制御した際に、前記両方の機関弁のリフトが所定の立ち上がり領域から最大リフト領域及び所定の立ち下がり領域までの間において、前記一方側の機関弁のリフト量を他方側の機関弁のリフト量よりも大きくなるように制御したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(チ)前記請求項1の発明において、前記制御機構によって各機関弁のリフト量を最小リフトに制御した際に、クランク角に対して前記両方の機関弁のリフト量にほぼ一定量の差を設けると共に、一方側の機関弁の開時期を他方側の機関弁よりも早く開くように制御し、一方側の機関弁の閉時期を他方側の機関弁よりも遅く閉じるように制御したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(リ)前記請求項1の発明において、前記制御機構によって各機関弁のリフト量を最小リフトに制御した際に、クランク角に対して前記両方の機関弁のリフト量と作動角のそれぞれの差を小さく設定すると共に、一方側の機関弁の開時期を他方側の機関弁よりも早く開くように制御し、一方側の機関弁の閉時期を他方側の機関弁よりも遅く閉じるように制御したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(イ)前記請求項3の発明において、前記ロッカアームの一方の端部を二股状に形成して該二股部の各先端部を一対の前記連係部として構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(ロ)前記請求項3の発明において、前記各リンクロッドの軸方向の長さをそれぞれ変えることによって前記各連係部の長さを変えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(ハ)前記請求項2の発明において、前記各揺動カムと各リンクロッドとの連係位置を変えることによってロッカ比を変化させたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(ニ)前記請求項1の発明において、前記各揺動カムのそれぞれのカムプロフィールを異ならせることによって、前記両機関弁のリフト量を異ならせたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(ホ)前記請求項2の発明において、前記連係部の長さの他に前記各揺動カムのそれぞれのカムプロフィールを異ならせることによって、ロッカ比を変えることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(へ)前記請求項1の発明において、前記制御機構によって各機関弁のリフト量を最大リフトに制御した際に、クランク角に対して一方側の機関弁の開時期を他方の機関弁の開時期よりも進角するように制御すると共に、一方側の機関弁の閉時期を他方の機関弁の閉時期よりも遅角するように制御したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(ト)前記請求項1の発明において、前記可変機構によって各機関弁のリフト量を最大リフトに制御した際に、前記両方の機関弁のリフトが所定の立ち上がり領域から最大リフト領域及び所定の立ち下がり領域までの間において、前記一方側の機関弁のリフト量を他方側の機関弁のリフト量よりも大きくなるように制御したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(チ)前記請求項1の発明において、前記制御機構によって各機関弁のリフト量を最小リフトに制御した際に、クランク角に対して前記両方の機関弁のリフト量にほぼ一定量の差を設けると共に、一方側の機関弁の開時期を他方側の機関弁よりも早く開くように制御し、一方側の機関弁の閉時期を他方側の機関弁よりも遅く閉じるように制御したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
(リ)前記請求項1の発明において、前記制御機構によって各機関弁のリフト量を最小リフトに制御した際に、クランク角に対して前記両方の機関弁のリフト量と作動角のそれぞれの差を小さく設定すると共に、一方側の機関弁の開時期を他方側の機関弁よりも早く開くように制御し、一方側の機関弁の閉時期を他方側の機関弁よりも遅く閉じるように制御したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
1…シリンダヘッド
3…吸気弁(機関弁)
4…駆動軸
5…駆動カム
6…揺動カム
6d…カム面
7…駆動伝達機構
8…制御機構
13…ロッカアーム
13a…一端部
13b、13c…他端部
13e、13f…連係部
14…リンクアーム
15、16…リンクロッド
3…吸気弁(機関弁)
4…駆動軸
5…駆動カム
6…揺動カム
6d…カム面
7…駆動伝達機構
8…制御機構
13…ロッカアーム
13a…一端部
13b、13c…他端部
13e、13f…連係部
14…リンクアーム
15、16…リンクロッド
Claims (2)
- 吸気側に一気筒当たり2つ設けられた機関弁と、
クランクシャフトから動力が伝達される駆動軸と、
該駆動軸に一体的に設けられた一気筒当たり一つの駆動カムと、
該駆動カムの回転力を揺動運動に変換する駆動伝達機構を介して前記各機関弁をそれぞれ開閉作動させる2つの揺動カムと、
機関運転状態に応じて前記駆動伝達機構の姿勢を変化させて、前記各機関弁のリフト量と作動角を連続的に可変にする制御機構と、を備え、
前記制御機構によって前記一対の機関弁のリフト量を最小リフトに制御した際には、一方側の機関弁のピークリフト量を他方側のピークリフト量よりも小さくし、最大リフトに制御した際には、前記一方側の機関弁のピークリフト量を前記他方側のピークリフト量よりも大きくなるように設定したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 吸気側に一気筒当たり2つ設けられた機関弁と、
クランクシャフトから動力が伝達される駆動軸と、
該駆動軸に一体的に設けられた一気筒当たり一つの駆動カムと、
該駆動カムの回転力を揺動運動に変換する駆動伝達機構を介して前記各機関弁をそれぞれ開閉作動させる2つの揺動カムと、
機関運転状態に応じて前記駆動伝達機構の姿勢を変化させて、前記各機関弁のリフト量と作動角を連続的に可変にする制御機構と、を備え、
前記制御機構によって前記一対の機関弁のリフト量を最大リフトに制御した際には、リフト開始時においてリフト量が小さい前記一方側の機関弁とリフト量が大きい他方側の機関弁が、所定の立ち上がり領域から最大リフト領域及び所定の立ち下がり領域までの間において、前記一方側の機関弁のリフト量を他方側の機関弁のリフト量よりも大きくなるように制御したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
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