JP2011144780A - Variable valve system of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。 The present invention relates to a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine.
従来、例えば特許文献1には、プロファイルの異なる第1カム部と第2カム部とを有するカムが設けられたカムキャリアを気筒毎に備え、回転駆動されるカムシャフトに対して各カムキャリアを軸方向に移動させることにより、カムを切り替える内燃機関の動弁機構が開示されている。より具体的には、この従来の動弁機構には、各カムキャリアに電動アクチュエータ等の変位手段が備えられており、個別のタイミングで上記変位手段を動作させて個別にカムキャリアを変位させる。これにより、複数のカムを個別のタイミングで切り替えてバルブのリフト量を変更することができる。
Conventionally, for example, in
しかしながら、上記従来の動弁機構では、複数のカムを個別のタイミングで切り替えるために、カムキャリア毎に電動アクチュエータ等の変位手段を必要とする。カムキャリア毎に変位手段を必要とすれば、アクチュエータの数、及びそれに応じたコネクタ数やマイコンポート数の確保と発熱量の制約から電動アクチュエータ等を駆動させるためのEDUも必要となる。そのため、システムが高コスト化するという課題がある。 However, the conventional valve mechanism requires a displacement means such as an electric actuator for each cam carrier in order to switch a plurality of cams at individual timings. If a displacement means is required for each cam carrier, an EDU for driving an electric actuator or the like is also required in order to secure the number of actuators, the number of connectors and the number of microcomputer ports corresponding thereto, and the restriction of the heat generation amount. Therefore, there is a problem that the cost of the system increases.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、共通する変位手段により安価に、複数のカムを個別のタイミングで切り替えることのできる内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine capable of switching a plurality of cams at individual timings at a low cost by a common displacement means. With the goal.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の可変動弁装置であって、
回転駆動されるカムシャフトと、
互いに隣接して配置されたプロファイルの異なる第1カム部と第2カム部とを有し、前記カムシャフトに設けられた複数のカムと、
前記第1カム部及び前記第2カム部のいずれかと選択的に接触し、前記第1カム部又は前記第2カム部からの作用力をバルブに伝達する伝達部材と、
前記カムシャフトの軸方向に、前記カムシャフトと前記伝達部材とを相対的に変位させる変位手段と、を備え、
前記第1カム部の幅に対する前記第2カム部の幅は、前記複数のカムにおいて異なっていること、を特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine,
A rotationally driven camshaft;
A plurality of cams provided on the camshaft, each having a first cam portion and a second cam portion having different profiles arranged adjacent to each other;
A transmission member that selectively contacts one of the first cam portion and the second cam portion, and transmits the acting force from the first cam portion or the second cam portion to the valve;
Displacement means for relatively displacing the camshaft and the transmission member in the axial direction of the camshaft;
The width of the second cam portion with respect to the width of the first cam portion is different in the plurality of cams.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記第1カム部の幅は、切替順序が遅いカムほど広く設定されることを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The width of the first cam portion is set to be wider for cams with a slower switching order.
また、第3の発明は、第2の発明において、
前記切替順序は、爆発順序と同じ順序であることを特徴とする。
The third invention is the second invention, wherein
The switching order is the same order as the explosion order.
また、第4の発明は、第1乃至第3の発明のいずれかにおいて、
前記第1カム部及び第2カム部のいずれかは、前記カムシャフトと同軸の円弧状のベース円部からなる休止カム部であることを特徴とする。
According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions,
One of the first cam part and the second cam part is a resting cam part comprising an arcuate base circle part coaxial with the camshaft.
また、第5の発明は、第1乃至第4の発明のいずれかにおいて、
前記変位手段は、
前記複数のカムについて前記伝達部材に接触するカム部が前記第1カム部から前記第2カム部に切り替わる変位終了位置まで、前記カムシャフトを変位させ、
前記カムシャフトと共に回転する回転体の外周面に形成され、前記カムシャフトをその軸方向に案内する螺旋状溝と、
前記螺旋状溝に挿脱自在な切替ピンと、
前記切替ピンを前記螺旋状溝に挿入させるアクチュエータと、を有し、
前記螺旋状溝は、
前記カムシャフトが1回転よりも長く回転される間に、前記切替ピンを前記螺旋状溝に挿入させた位置から前記変位終了位置まで、前記カムシャフトを案内すること、を特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
The displacement means is
Displace the camshaft to a displacement end position where the cam portion that contacts the transmission member of the plurality of cams switches from the first cam portion to the second cam portion,
A spiral groove formed on an outer peripheral surface of a rotating body that rotates together with the camshaft, and guides the camshaft in its axial direction;
A switching pin that can be inserted into and removed from the spiral groove;
An actuator for inserting the switching pin into the spiral groove,
The spiral groove is
While the camshaft is rotated longer than one rotation, the camshaft is guided from the position where the switching pin is inserted into the spiral groove to the displacement end position.
第1の発明によれば、変位手段により、カムシャフトの軸方向にカムシャフトと伝達部材とを相対的に変位させる。カムシャフトには、隣接したプロファイルの異なる第1カム部と第2カム部とを有する複数のカムが設けられている。伝達部材には、第1カム部及び第2カム部のいずれかが選択的に接触する。そのため、上述のようにカムシャフトの軸方向にカムシャフトと伝達部材とを相対的に変位させることで、伝達部材に接触するカム部を複数のカムにおいて同時に同距離スライドさせることができる。また、第1の発明によれば、第1カム部の幅に対する第2カム部の幅は複数のカムにおいて異なっている。そのため、複数のカムを異なるタイミングで切り替えることができる。このように、本発明によれば、共通する変位手段により複数のカムを順次切り替えることができ、システムの高コスト化を抑制することができる。 According to the first invention, the camshaft and the transmission member are relatively displaced in the axial direction of the camshaft by the displacement means. The camshaft is provided with a plurality of cams having a first cam portion and a second cam portion having different adjacent profiles. Either the first cam portion or the second cam portion selectively contacts the transmission member. Therefore, by relatively displacing the camshaft and the transmission member in the axial direction of the camshaft as described above, the cam portions contacting the transmission member can be simultaneously slid by the same distance in the plurality of cams. According to the first aspect, the width of the second cam portion relative to the width of the first cam portion is different in the plurality of cams. Therefore, a plurality of cams can be switched at different timings. Thus, according to the present invention, the plurality of cams can be sequentially switched by the common displacement means, and the cost of the system can be suppressed.
第2の発明によれば、第1カム部の幅は切替順序が遅いカムほど広く設定される。このため、本発明によれば、切替順序に従ってカムを順次切り替えることができる。 According to the second aspect of the invention, the width of the first cam portion is set wider as the cam whose switching order is slower. For this reason, according to this invention, a cam can be switched sequentially according to switching order.
第3の発明によれば、切替順序を爆発順序と同じ順序とする。このため、本発明によれば、爆発順序に従ってカムを順次切り替えることができる。 According to the third invention, the switching order is the same as the explosion order. For this reason, according to this invention, a cam can be switched sequentially according to an explosion order.
第4の発明によれば、第1カム部及び第2カム部のいずれかはカムシャフトと同軸の円弧状のベース円部からなる休止カム部とする。このため、本発明によれば、弁を停止させて各気筒を休止させることができる。 According to the fourth aspect of the invention, either the first cam portion or the second cam portion is a pause cam portion that is formed of an arc-shaped base circle portion that is coaxial with the camshaft. For this reason, according to the present invention, each cylinder can be stopped by stopping the valve.
第5の発明によれば、螺旋様溝は、カムシャフトが1回転よりも長く回転される間に、切替ピンを螺旋状溝に挿入させた位置から変位終了位置までカムシャフトを案内する。そのため、カムシャフトが1回転する間に変位終了位置までカムシャフトを案内する螺旋状溝に比して、螺旋状溝の周方向に対する傾斜を緩やかにすることができる。このため、本発明によれば、螺旋状溝の耐久性を高めることができる。 According to the fifth aspect, the spiral groove guides the camshaft from the position where the switching pin is inserted into the spiral groove to the displacement end position while the camshaft is rotated longer than one rotation. Therefore, compared with the spiral groove that guides the camshaft to the displacement end position during one rotation of the camshaft, the inclination of the spiral groove in the circumferential direction can be made gentle. For this reason, according to this invention, durability of a helical groove | channel can be improved.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
実施の形態1.
[可変動弁装置の全体構成]
図1、図2を用いてシステム構成について説明する。図1は、本発明の実施の形態1の内燃機関の可変動弁装置の全体構成を概略的に示す図である。ここでは、内燃機関1は、4つの気筒(#1〜#4)を有し、#1→#3→#4→#2の順で爆発行程が行われる直列4気筒型エンジンであるものとする。また、内燃機関1の個々の気筒には、2つの吸気バルブと2つの排気バルブとが備わっているものとする。そして、図1に示す構成は、各気筒に配設された2つの吸気バルブ、或いは2つの排気バルブを駆動する機構として機能するものとする。
[Overall configuration of variable valve system]
The system configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention. Here, the
本実施形態の可変動弁装置10は、気筒#1〜#4に共通するカムシャフト12を備えている。カムシャフト12は内燃機関1の静止部材であるカムキャリア(或いはシリンダヘッド等)に周方向に回転可能及び軸方向に変位可能に支持されているものとする。カムシャフト12は、図示省略するクランクシャフトに対してタイミングチェーンまたはタイミングベルトによって連結され、クランクシャフトの1/2の速度で回転するように構成されている。カムシャフト12には、気筒毎に主カムと副カムが1つずつ隣接して1対のカムとして設けられている。具体的には、カムシャフト12には、気筒#1に対して主カム14と副カム16とが、気筒#2に対して主カム18と副カム20とが、気筒#3に対して主カム22と副カム24とが、気筒#4に対して主カム26と副カム28とが隣接してそれぞれ1対のカムとしてカムシャフト12と一体に形成されている。
The variable
図2は、気筒#1の二弁駆動ロッカアーム30をカムシャフト12の軸方向から見た図である。図2に示すように、主カム14は、カムシャフト12と同軸の円弧状のベース円部14aと、当該ベース円の一部を半径方向外側に向かって膨らませるように形成されたノーズ部14bとを備えた通常カムである。また、本実施形態では、副カム16は、カムシャフト12と同軸の円弧状のベース円部のみを有する休止カムとして構成されている。なお、主カム18、22、26も、主カム14と同様にベース円部とノーズ部とを備えた通常カムである。副カム20、24、28も、副カム16と同様にベース円部のみを有する休止カムである。
FIG. 2 is a view of the two-valve
図2に示すように、可変動弁装置10は、カムシャフト12と平行に配置されたロッカシャフト32を備えている。ロッカシャフト32には、各気筒の二弁駆動ロッカアーム30が回転自在に取り付けられている。二弁駆動ロッカアーム30の中央部位には、主カム14と接することができる位置に、ローラ34が回転可能に取り付けられている。また、二弁駆動ロッカアーム30におけるロッカシャフト32の反対側の端部には、2つのバルブ36の基端部(詳細には、バルブステムの基端部)が当接している。
As shown in FIG. 2, the
ロッカシャフト32は、ラッシュアジャスタ38を介して内燃機関1の静止部材であるカムキャリア(或いはシリンダヘッド等)に支持されているものとする。このため、二弁駆動ロッカアーム30は、ラッシュアジャスタ38から押し上げ力を受けることによって、主カム14に向けて付勢されている。また、二弁駆動ロッカアーム30は、主カム14がバルブ36をリフトさせている時は、バルブスプリング40の付勢力によって主カムに押し付けられることになる。上記のように構成された二弁駆動ロッカアーム30は、主カム14の作用力とラッシュアジャスタ38及びバルブスプリング40の付勢力との協働により、ロッカシャフト32を支点として揺動するようになる。二弁駆動ロッカアーム30が揺動されることにより、バルブ36は開閉されるようになっている。
The
なお、気筒#2〜#4においても、主カム14が主カム18、22、26に、副カム16が副カム20、24、28にそれぞれ置き換わる点を除いて図2と同様の構成を備えている(図1)。同様の構成であるためその説明は省略する。
The
[本実施形態の特徴的構成]
次に、本実施形態における第1の特徴的構成について説明する。本実施形態における第1の特徴的構成は、気筒#1〜#4に共通するカムシャフト12に設けられた主カム14、18、22、26のカム幅を不等間隔に設計し、アクチュエータ42によりカムシャフト12を軸方向に移動させて、気筒#1〜#4のカムを順次切り替える構成にある。
[Characteristic configuration of this embodiment]
Next, a first characteristic configuration in the present embodiment will be described. The first characteristic configuration in the present embodiment is that the cam widths of the
上述したように気筒#1〜#4は、#1→#3→#4→#2の順で爆発行程が行われる。この爆発順序でカムシャフト12の回転角は90°ずつ遅れている。具体的には、気筒#1は図1の紙面の下方に向けてノーズ部が設けられている。気筒#2は図1の紙面の垂直上方に向けてノーズ部が設けられている。気筒#3は図1の紙面の垂直下方に向けてノーズ部が設けられている。気筒#4は図1の紙面の上方に向けてノーズ部が設けられている。カムシャフト12は図1のA方向から見て時計回りに回転する。
As described above, the
主カム及び副カムのカム幅は、各気筒において異なる。主カムのカム幅は、気筒#1の主カム14、気筒#3の主カム22、気筒#4の主カム26、気筒#2の主カム18の順に等間隔(10mm間隔)で大きく構成されている。また、副カムのカム幅は、気筒#1の副カム16、気筒#3の副カム24、気筒#4の副カム28、気筒#2の副カム20の順に等間隔(10mm間隔)で小さく構成されている。また、各気筒において主カムと副カムのカム幅の合計、即ち1対のカムのカム幅は同じである。よって、換言すれば主カムのカム幅に対する副カムのカム幅は、複数の1対のカムにおいて異なっている。
The cam widths of the main cam and the sub cam are different in each cylinder. The cam width of the main cam is configured to increase at equal intervals (10 mm intervals) in the order of the
図1に示すように、可変動弁装置10は、カムシャフト12を、カムシャフト12の回転軸の軸線方向(カムシャフト12の軸方向)に移動させるアクチュエータ42を備えている。アクチュエータ42として、例えば、直接カムシャフト12を駆動する電気モータや、油圧によってカムシャフト12を駆動する油圧アクチュエータが用いられる。アクチュエータ42は、ECU(Electronic Control Unit)50からの駆動信号に従って駆動されるようになっている。ECU50は、各種センサの出力値に基づいて内燃機関1の運転状態を制御するための電子制御ユニットである。ECU50は、制御の1つとして、各種センサの出力値に基づいて、主カム(通常カム)による通常運転又は副カム(休止カム)による弁停止運転を決定し、図示省略するクランクポジションセンサ等の出力信号に基づくタイミングでアクチュエータ42を制御する。クランクポジションセンサは、内燃機関1のクランクシャフトの回転速度を検出するセンサである。
As shown in FIG. 1, the variable
気筒#1〜#4それぞれのローラ34は、通常運転時において、図1に示すように、各気筒において主カムに摺接する位置にある。ECU50は、副カムによる上述の弁停止運転を決定すると、クランクポジションセンサの出力信号に基づいて#1の主カム14のベース円部がローラ34に摺接する時期に、アクチュエータ42に駆動信号を出力する。アクチュエータ42は、駆動信号に応じて、カムシャフト12を図1のA方向に変位させる。カムシャフト12の変位により、気筒#1〜#4の主カム及び副カムは同時に同距離変位することとなる。
As shown in FIG. 1, the
アクチュエータ42は、気筒#1の主カム14のベース円部がローラ34に摺接している時期、即ち気筒#1のバルブ36が閉弁している時期に、気筒#1のローラ34に摺接するカムを主カム14から副カム16にスライドさせて切り替えるようにカムシャフト12を変位させる。
The
続けて、アクチュエータ42は、カムシャフト12の回転角が90°ずつ遅れた気筒#3、#4、#2においても、主カムのベース円部がローラ34に摺接している時期、即ち各気筒のバルブ36が閉弁している時期に、各気筒のローラ34に摺接するカムを主カムから副カムにスライドさせて切り替えるようカムシャフト12を変位させる。
Subsequently, even in
その結果、各気筒のローラ34は、全気筒において主カムに摺接する位置から、全気筒において副カムに摺接する位置までカム上をスライドすることとなる。スライドする距離は各気筒とも同じである。なお、副カムはベース円部のみの休止カムであるため、副カムの作用力がバルブ36へ伝達される状態とは、バルブ36が開閉しない状態(弁停止状態)を意味するものとする。
As a result, the
以上のような構成によれば、1つのアクチュエータ42により、弁停止要求に応じてカムシャフト12を変位させる。そのため、アクチュエータ数及びアクチュエータを制御するEDUの増大を抑制し、低コスト化を図ることができる。また、上述の構成によれば、カムシャフト12の変位により全気筒のカムを同時に同距離スライドさせて、主カムのカム幅が狭い順、即ち気筒#1→#3→#4→#2の順で主カムから副カムに切り替える。そのため、爆発順序に合わせてカムを順次切り替えることができる。さらに、上述の構成によれば、カムシャフト12の回転角に合わせて、ベース円部でカムをスライドさせる。そのため、各気筒の閉弁期間中に少ない推力で応答性良くカムを切り替えて弁停止を実現することができる。
According to the above configuration, the
なお、カムを3次元形状に仕上げることは非常に困難であるのに対し、上述のように通常カムと休止カムの2次元カムとして2次元形状に仕上げることは容易である。また、3次元カムはリフト時にカムシャフト12をスライドさせるために大きな推力を要するのに対し、2次元カムは軸方向が平面でありスライドが容易である。さらに、2次元カムの摺動面は、平面であり3次元でないため、通常の汎用ロッカアームを使用することができる。
While it is very difficult to finish the cam in a three-dimensional shape, it is easy to finish the two-dimensional shape as a two-dimensional cam of a normal cam and a rest cam as described above. In addition, the three-dimensional cam requires a large thrust to slide the
ところで、上述した実施の形態1のシステムにおいては、副カム16、20、24、28をベース円部のみを有する休止カムとしているが、これらの副カムは主カムと異なるリフト量0以外のカムであってもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
By the way, in the system of the first embodiment described above, the
また、上述した実施の形態1のシステムにおいては、4気筒すべてを休止させることとしているが、少なくともカムの切替時期が異なる2気筒を休止させるものであればよい。この点は以下の実施の形態でも同様である。 Further, in the system of the first embodiment described above, all four cylinders are deactivated, but at least two cylinders having different cam switching timings may be deactivated. This also applies to the following embodiments.
また、上述した実施の形態1のシステムにおいては、カムシャフト12を、タイミングチェーンまたはタイミングベルトに連結させることによりクランクシャフトに連動して回転させることとしているが、カムシャフト12をクランクシャフトに連動させる手段はこれに限定されるものではない。例えば、まず、カムシャフト12を中空とし、その軸芯として軸芯部材を挿入する。当該軸芯部材は、カムシャフト12を周方向に連動させて回転させるように支持し、かつカムシャフト12を軸方向に変位可能に支持する。そして、軸芯部材を、タイミングチェーンまたはタイミングベルトに連結させてクランクシャフトに連動して回転させることとしてもよい。なおこの点は以下の実施の形態でも同様である。
Further, in the system of the first embodiment described above, the
また、上述した実施の形態1のシステムにおいては、カムシャフト12を軸方向に変位させて各気筒のローラ34に摺接するカムをスライドさせることとしているが、変位させる対象はこれに限定されるものではない。例えば、二弁駆動ロッカアーム30をロッカシャフト32に軸方向に対して固定し、ロッカシャフト32を軸方向に変位させることにより、各気筒のローラ34をカムシャフト12に設けられたカムに対しスライドさせることとしてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。
Further, in the system of the first embodiment described above, the
尚、上述した実施の形態1においては、カムシャフト12が前記第1の発明における「カムシャフト」に、主カム14、18、22、26が前記第1の発明における「第1カム部」に、副カム16、20、24、28が前記第1の発明における「第2カム部」に、バルブ36が前記第1の発明における「バルブ」に、ロッカアーム30及びローラ34が前記第1の発明における「伝達部材」に、アクチュエータ42が前記第1の発明における「変位手段」に、それぞれ対応している。
In the first embodiment described above, the
実施の形態2.
[実施の形態2のシステム構成]
次に、図3〜図5を参照して本発明の実施の形態2について説明する。本実施形態のシステムは図3に示す構成において、螺旋状溝及び主カム、副カムのカム幅を図4〜図5に示すように構成することで実現することができる。
[System Configuration of Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the configuration shown in FIG. 3, the system of this embodiment can be realized by configuring the spiral grooves and the cam widths of the main cam and the sub cam as shown in FIGS.
[本実施形態の特徴的構成]
上述した実施の形態1では、カムシャフト12の回転角に合わせて、ベース円部でカムをスライドさせることで、好適にカムを切り替えることができる。しかしながら、運転状態によってカムシャフト12の回転数は異なり、モータ等に求められる動作タイミングや推力は異なる。そのため、カムをスライドさせる動作タイミングや推力を制御することは必ずしも容易ではない。そのため、カムシャフト12の回転数等に寄らず、ベース円部でカムを確実にスライドさせることができれば更に望ましい。
[Characteristic configuration of this embodiment]
In
そこで、本実施形態においては、図3に示すようなカムシャフト12と共に回転する螺旋状溝を用いて、物理的に螺旋状溝に定めたタイミングでカムシャフト12を変位させてベース円部でカムを確実にスライドさせることとした。
Therefore, in the present embodiment, a spiral groove that rotates together with the
図3は、本発明の実施の形態2の内燃機関の可変動弁装置の全体構成を概略的に示す図である。図3に示す構成のうち図1と同じ構成について同一番号を付してその説明を省略する。図3に示すカムシャフト12の両端部の外周面には、それぞれ当該カムシャフト12よりも大きな外径を有する大径部52、54が形成されている。大径部52の周面には周方向に延びる休止用螺旋状溝56が形成されている。大径部54の周面には周方向に延びる復帰用螺旋状溝58が形成されている。復帰用螺旋状溝58は、休止用螺旋状溝56とは溝が逆向きに形成されている。
FIG. 3 is a diagram schematically showing an overall configuration of the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to the second embodiment of the present invention. 3 that are the same as those in FIG. 1 are assigned the same reference numerals and descriptions thereof are omitted. Large-
可変動弁装置10は、休止用螺旋状溝56に切替ピン60を挿入させるための休止用アクチュエータ62を備えている。また、可変動弁装置10は、復帰用螺旋状溝58に切替ピン64を挿入させるための復帰用アクチュエータ66を備えている。より具体的には、アクチュエータ62、66は、ECU50からの指令に基づいてデューティ制御されるソレノイドである。切替ピン60、64は、ソレノイドON時に螺旋状溝56、58に向けて押し出され、ソレノイドOFF時に螺旋状溝56、58から引き抜かれる。螺旋状溝56、58の幅は、切替ピン60、64の外形より若干大きく形成されている。
The variable
図4は、バルブリフトタイミングと休止用螺旋状溝56によるカムの軸方向へのスライド量との関係を示す図である。図5は、全気筒においてカムの切り替えが完了するまでのカムシャフト12の変位過程を示す図である。図4に示すように、各気筒のバルブリフトタイミングは、カムシャフト12の回転角で90度ずつ位相がずれており、各気筒のバルブ36はオーバラップを伴って#1→#3→#4→#2の順で開閉される。また、休止用螺旋状溝56は、カムシャフト12を1回転させてカムシャフト12をA方向に40mm変位させる。そのため、休止用螺旋状溝56のカムシャフト12の周方向に対する傾斜は、カムシャフト12の変位距離40mmを、カムシャフト1回転分の回転角360°で割った0.111mm/°で示される。これは、カムシャフト12が1°回転することでカムシャフト12が0.111mm変位する傾斜である。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the valve lift timing and the amount of sliding of the cam in the axial direction by the
図4における気筒#1のバルブの最大リフト時のカムシャフト12の回転角は0°である。カムシャフト12の回転角0°において弁停止要求が検出されると、ECU50は、休止用アクチュエータ62をONとする(図5(A))。休止用アクチュエータ62がONとされると、切替ピン60が押し出され、休止用螺旋状溝56の始端に挿入される(図5(A))。その後、切替ピン60は、カムシャフト12が約45°回転する間に休止用螺旋状溝56に勘合される(図4)。
The rotation angle of the
休止用螺旋状溝56は、切替ピン60が勘合されると、カムシャフト12の回転力を受けて、カムシャフト12をA方向にスライドさせる(図6(A))。気筒#1においては、バルブ36が閉弁された後、カムシャフト12が約135°回転する間に、主カム14はカムシャフト12の軸方向に10mmスライドされる(図4)。10mmスライドされることで、気筒#1のローラ34に摺接するカムは主カム14から副カム16に切り替わる。主カム14のカム幅は、通常運転時にローラ34と主カム14が摺接していた変位開始位置から10mmスライドして副カム16に切り替わるように設計されている。
When the switching
図5(B)に示すように、カムシャフト12が約135°回転した状態において、気筒#1は休止する。気筒#2〜#4においてもそれぞれのローラ34が主カム18、22、26上を10mmスライドした状態となる。
As shown in FIG. 5B, in a state where the
また、カムシャフト12が約135°回転すると、気筒#3のバルブ36は閉弁される。その後、カムシャフト12が約225°まで回転する間に、気筒#3の主カム22は、カムシャフト12の軸方向にさらに10mmスライドされる(図4)。つまり、変位開始位置から20mmスライドされる。20mmスライドされることで、気筒#3のローラ34が摺接するカムは主カム22から副カム24に切り替わる。主カム22のカム幅は、変位開始位置から20mmスライドされて気筒#3のローラ34に摺接するカムが副カム24に切り替わるように設計されている。
Further, when the
図5(C)に示すように、カムシャフト12が約225°回転した状態において、気筒#1、#3は休止する。気筒#2、#4においてもそれぞれのローラ34が主カム18、26上を20mmスライドした状態となる。
As shown in FIG. 5C, the
また、カムシャフト12が約225°回転すると、気筒#4のバルブ36は閉弁される。その後、カムシャフト12が約315°まで回転する間に、気筒#4の主カム26は、カムシャフト12の軸方向にさらに10mmスライドされる(図4)。つまり、変位開始位置から30mmスライドされる。30mmスライドされることで、気筒#4のローラ34が摺接するカムは主カム26から副カム28に切り替わる。主カム26のカム幅は、変位開始位置から30mmスライドされて気筒#4のローラ34に摺接するカムが副カム28に切り替わるように設計されている。
When the
図5(D)に示すように、カムシャフト12が約315°回転した状態において、気筒#1、#3、#4は休止する。気筒#2においてもローラ34が主カム18上を30mmスライドした状態となる。
As shown in FIG. 5D, the
また、カムシャフト12が約315°回転すると、気筒#2のバルブ36は閉弁される。その後、カムシャフト12が約405°まで回転する間に、気筒#2の主カム18は、カムシャフト12の軸方向にさらに10mmスライドされる。つまり、変位開始位置から40mmスライドされる。40mmスライドされることで、気筒#2のローラ34が摺接するカムは主カム18から副カム20に切り替わる。主カム18のカム幅は、変位開始位置から40mmスライドされて気筒#4のローラ34に摺接するカムが副カム20に切り替わるように設計されている。
Further, when the
図5(E)に示すように、カムシャフト12が約405°回転した状態において、気筒#1〜#4はすべて休止する。なお、気筒#1は、ローラ34が副カム16上を40mmスライドした状態となる、気筒#3、#4もそれぞれ副カム24、28上を30mm、20mmスライドした状態となる。
As shown in FIG. 5E, in a state where the
以上説明したように、図3〜図5に示す本実施形態の構成によれば、休止用アクチュエータ62に切替ピン60を休止用螺旋状溝56へ挿入させることで、カムシャフト12の回転力を利用して各気筒のカムをスライドさせることができる。また、各気筒の主カムのカム幅を弁停止順に広く設計して、変位開始位置から副カムに切り替わるまでの距離を長くすることで、1つの休止用アクチュエータ62と休止用螺旋状溝56により、各気筒のカムを爆発行程の順に切り替え各気筒を休止状態とすることができる。そのため、アクチュエータ数及びアクチュエータを制御するEDUの増大を抑制し、低コスト化を図ることができる。また、本構成によれば、休止用螺旋状溝56に定められたカムシャフト12の回転角に応じた変位量で、確実にカムシャフト12が変位される。そのため、カムシャフト12の回転速度によらず、主カムのベース円区間において確実に副カムに切り替えることができる。また、カムシャフト12の回転力を利用して各気筒の主カムと副カムをスライドさせることができるため、アクチュエータを小型化、低推力化することができる。
As described above, according to the configuration of the present embodiment shown in FIGS. 3 to 5, the rotational force of the
なお、図5(E)に示すように休止状態となった後、ECU50が通常運転要求を検出すると、ECU50は、復帰用アクチュエータ66をONとする。復帰用アクチュエータ66が駆動されて、切替ピン64が復帰用螺旋状溝58に勘合される。復帰用螺旋状溝58は、休止用螺旋状溝56とは、溝の方向が逆に形成されている(図5)。そのため、復帰用螺旋状溝58は、切替ピン64が挿入された状態で、カムシャフト12を図5の左方向に図5(E)の状態から図5(A)の状態まで変位させる。これにより、気筒#2→#4→#3→#1の順序で各気筒のローラ34に摺接するカムが副カムから主カムに切り替わり、通常運転が復帰される。
As shown in FIG. 5 (E), when the
尚、上述した実施の形態2においては、カムシャフト12が前記第1の発明における「カムシャフト」に、主カム14、18、22、26が前記第1の発明における「第1カム部」に、副カム16、20、24、28が前記第1の発明における「第2カム部」に、バルブ36が前記第1の発明における「バルブ」に、ロッカアーム30及びローラ34が前記第1の発明における「伝達部材」に、螺旋状溝56、58、切替ピン60、64、アクチュエータ62、66が前記第1の発明における「変位手段」にそれぞれ対応している。
In the second embodiment described above, the
実施の形態3.
[実施の形態3のシステム構成]
次に、図6〜図8を参照して本発明の実施の形態3について説明する。本実施形態のシステムは図3に示す構成において、螺旋状溝及び主カム、副カムのカム幅を図6〜図8に示すように構成することで実現することができる。
[System Configuration of Embodiment 3]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The system of the present embodiment can be realized by configuring the spiral grooves and the cam widths of the main cam and the sub cam as shown in FIGS. 6 to 8 in the configuration shown in FIG.
上述した実施の形態2では、弁停止要求に応じて、切替ピン60を休止用螺旋状溝56に勘合させる。カムシャフト12は、カムシャフト12の回転力を利用して変位され、カムシャフト12が1回転する間に気筒#1〜#4を休止させることができる。しかしながら、休止用螺旋状溝56には大きな負荷が加わるため、その耐久性向上が望まれる。そこで、本実施形態においては、カムの切替期間及び切替順序に応じて、螺旋状溝の傾斜を周方向に対して緩やかに設計することとした。
In the second embodiment described above, the switching
図6は、本発明の実施の形態3において、カムシャフト2回転で4気筒のカムを切り替える第1の例を示す図である。第1の例の構成では、図3における気筒#2の主カム18と気筒#4の主カム26とのカム幅が置き換えられ、気筒#2の副カム20と気筒#4の副カム28とのカム幅が置き換えられている。また、休止用螺旋状溝56、58がカムシャフト12を2回転で4気筒のカムを順次切り替えるように構成されている。カムシャフト12を2回転で4気筒のカムを順次切り替えることとすれば、螺旋状溝の平均した傾斜は、カムシャフト12の変位距離40mmをカムシャフト2回転分の回転角720°で割った0.056mm/°と表される。これは、カムシャフト12が1°回転することでカムシャフト12が0.056mm変位する傾斜である。
FIG. 6 is a diagram showing a first example in which the four-cylinder cam is switched by two rotations of the camshaft in the third embodiment of the present invention. In the configuration of the first example, the cam widths of the
図6に示す休止用螺旋状溝56の構成は、#1→#3→#2→#4の切替順序で、各気筒のローラ34に摺接するカムを主カムから副カムに切り替えるものである。また、図4に示すものと同様に、1気筒毎のスライド距離は10mmであり、各気筒の主カムのベース円部において副カムに切り替えるものである。
6 is configured to switch the cam that is in sliding contact with the
図6に示す休止用螺旋状溝56は、気筒#1の閉弁期間中であって気筒#3、#4の開弁期間中に、気筒#1のローラ34に摺接するカムを変位開始位置から10mmスライドさせて、主カム14から副カム16に切り替える。また、気筒#3の閉弁期間中であって気筒#4、#2の開弁期間中に、変位開始位置から20mmスライドさせて、気筒#3のローラ34に摺接するカムを主カム22から副カム24に切り替える。さらに、気筒#2の閉弁期間中であって気筒#1、#3の開弁期間中に、気筒#2のローラ34に摺接するカムを主カム18から副カム20に切り替える。気筒#2における切り替えの後、気筒#4の閉弁を待つ。そのため、休止用螺旋状溝56はカムシャフト12を軸方向に変位させず周方向に回転するのみの非スライド区間を有する。その後、気筒#4の閉弁期間中であって気筒#2、#1の開弁期間中に、気筒#4のローラ34に摺接するカムを主カム26から副カム28に切り替える。
The
図6に示す構成によれば、図4に示す構成に比して休止用螺旋状溝56の傾斜を周方向に対して緩やかに設定しつつ、各気筒のローラ34に摺接するカムを主カムのベース円部から副カムのベース円部に順次スライドさせることができる。そのため、螺旋状溝の耐久性を高めつつ、実施の形態1及び2と同様の効果を得ることができる。また、カムシャフト12のカム幅を広くした構成おいては慣性力が高くなるため本実施形態の構成は特に好適に作用する。
According to the configuration shown in FIG. 6, the cam that is in sliding contact with the
なお、図6に示す休止用螺旋状溝56を用いる場合には、復帰用螺旋状溝58も、休止用螺旋状溝56と同様に螺旋様溝の傾斜を緩やかに設定し、溝は逆向きに形成する。
Note that when the resting
図7は、本発明の実施の形態3において、カムシャフト2回転で4気筒のカムを切り替える第2の例を示す図である。本構成では、図3における気筒#1の主カム14と気筒#2の主カム18のカム幅が置き換えられ、気筒#2の副カム20と気筒#4の副カム28のカム幅が置き換えられている。また、螺旋状溝56、58がカムシャフト12を2回転で4気筒のカムを順次切り替えるように構成されている。
FIG. 7 is a diagram illustrating a second example in which the four-cylinder cam is switched by two rotations of the camshaft in the third embodiment of the present invention. In this configuration, the cam widths of the
図7に示す休止用螺旋状溝56の構成は、#2→#3→#4→#1の切替順序で、各気筒のローラ34に摺接するカムを主カムから副カムに切り替えるものである。また、図4に示すものと同様に、1気筒毎のカム切替に要するスライド距離は10mmであり、各気筒の主カムのベース円部において、副カムに切り替えるものである。
7 is configured to switch the cam that is slidably in contact with the
図7に示す休止用螺旋状溝56は、気筒#2の閉弁期間中であって気筒#3、#4の開弁期間中に、気筒#2のローラ34に摺接するカムを変位開始位置から10mmスライドさせて、主カム18から副カム20に切り替える。また、気筒#3の閉弁期間中であって気筒#4、#2の開弁期間中に、変位開始位置から20mmスライドさせて、気筒#3のローラ34に摺接するカムを主カム22から副カム24に切り替える。さらに、気筒#4の閉弁期間中であって気筒#1、#3の開弁期間中に、気筒#4のローラ34に摺接するカムを主カム26から副カム28に切り替える。続けて、気筒#1の閉弁期間中であって気筒#3、#4の開弁期間中に、気筒#1のローラ34に摺接するカムを主カム14から副カム16に切り替える。
The
図7に示す構成によれば、図4に示す構成に比して休止用螺旋状溝56の傾斜を周方向に対して緩やかに設定しつつ、各気筒のローラ34に摺接するカムを主カムのベース円部において副カムに順次スライドさせることができる。よって、図6と同様の効果を得ることができる。また、図7に示す構成によれば、休止用螺旋状溝56に図6における非スライド区間を有さないため、全気筒が切り替わるまでの期間を図6に示す構成よりも早めることができる。
According to the configuration shown in FIG. 7, the cam that is in sliding contact with the
なお、図7に示す休止用螺旋状溝56を用いる場合には、復帰用螺旋状溝58も、休止用螺旋状溝56と同様に螺旋様溝の傾斜を緩やかに設定し、溝は逆向きに形成する。
In the case where the resting
図8は、本発明の実施の形態3において、カムシャフト3回転で4気筒のカムを切り替える例を示す図である。本構成では、図3における気筒#2の主カム18、副カム20のカム幅を、気筒#3の主カム22、副カム24のカム幅に変更する。また、気筒#3の主カム22、副カム24のカム幅を、気筒#4の主カム26、副カム28のカム幅に変更する。さらに、気筒#4の主カム26、副カム28のカム幅を、図3における気筒#2の主カム18、副カム20のカム幅に変更する。また、螺旋状溝56、58がカムシャフト12を3回転で4気筒のカムを順次切り替えるように構成されている。カムシャフト12を3回転で4気筒のカムを順次切り替えることとすれば、螺旋状溝の傾斜は、カムシャフト12の変位距離40mmをカムシャフト3回転分の回転角1080°で割った0.037mm/°と表される。これは、カムシャフト12が1°回転することでカムシャフト12が0.037mm変位する傾斜である。
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of switching a 4-cylinder cam by three rotations of the camshaft in the third embodiment of the present invention. In this configuration, the cam widths of the
図8に示す休止用螺旋状溝56の構成は、#1→#2→#4→#3の切替順序で、各気筒のローラ34に摺接するカムを主カムから副カムに切り替えるものである。また、図4と同様に、1気筒毎のカム切替に要するスライド距離は10mmであり、各気筒の主カムのベース円部において、副カムに切り替えるものである。
The configuration of the
図8に示す休止用螺旋状溝56は、気筒#1の閉弁期間中であって他3気筒の開弁期間中(約270°)に、気筒#1のローラ34に摺接するカムを変位開始位置から10mmスライドさせて、主カム14から副カム16に切り替える。また、気筒#2の閉弁期間中であって他3気筒の開弁期間中に、変位開始位置から20mmスライドさせて、気筒#2のローラ34に摺接するカムを主カム18から副カム20に切り替える。さらに、気筒#4の閉弁期間中であって他3気筒の開弁期間中に、気筒#4のローラ34に摺接するカムを主カム26から副カム28に切り替える。続けて、気筒#3の閉弁期間中であって他3気筒の開弁期間中に、気筒#3のローラ34に摺接するカムを主カム22から副カム24に切り替える。
The
図8に示す構成によれば、各気筒において主カムのベース円区間約270°全体を利用して、緩やかにカムをスライドさせて切り替えることができる。そのため、図6、図7の構成に比してさらに螺旋状溝の耐久性を向上させることができる。 According to the configuration shown in FIG. 8, the entire cam base circle section of about 270 ° can be used for each cylinder, and the cam can be gently slid and switched. Therefore, the durability of the spiral groove can be further improved as compared with the configurations of FIGS.
なお、図8に示す休止用螺旋状溝56を用いる場合には、復帰用螺旋状溝58も、休止用螺旋状溝56と同様に螺旋様溝の傾斜が緩やかに設定し、溝は逆向きに形成する。
When the resting
尚、上述した実施の形態3においては、カムシャフト12が前記第1の発明における「カムシャフト」に、主カム14、18、22、26が前記第1の発明における「第1カム部」に、副カム16、20、24、28が前記第1の発明における「第2カム部」に、バルブ36が前記第1の発明における「バルブ」に、ロッカアーム30及びローラ34が前記第1の発明における「伝達部材」に、螺旋状溝56、58が前記第5の発明における「螺旋状溝」に、切替ピン60、64が前記第5の発明における「切替ピン」に、アクチュエータ62、66が前記第5の発明における「アクチュエータ」に、それぞれ対応している。
In the third embodiment described above, the
1 内燃機関
10 可変動弁装置
12 カムシャフト
14 気筒#1の主カム
14a ベース円部
14b ノーズ部
16 気筒#1の副カム
18 気筒#2の主カム
20 気筒#2の副カム
22 気筒#3の主カム
24 気筒#3の副カム
26 気筒#4の主カム
28 気筒#4の副カム
30 二弁駆動ロッカアーム
32 ロッカシャフト
34 ローラ
36 バルブ
42 アクチュエータ
50 ECU
56 休止用螺旋状溝
58 復帰用螺旋状溝
60、64 切替ピン
62 休止用アクチュエータ
66 復帰用アクチュエータ
DESCRIPTION OF
56
Claims (5)
互いに隣接して配置されたプロファイルの異なる第1カム部と第2カム部とを有し、前記カムシャフトに設けられた複数のカムと、
前記第1カム部及び前記第2カム部のいずれかと選択的に接触し、前記第1カム部又は前記第2カム部からの作用力をバルブに伝達する伝達部材と、
前記カムシャフトの軸方向に、前記カムシャフトと前記伝達部材とを相対的に変位させる変位手段と、を備え、
前記第1カム部の幅に対する前記第2カム部の幅は、前記複数のカムにおいて異なっていること、
を特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 A rotationally driven camshaft;
A plurality of cams provided on the camshaft, each having a first cam portion and a second cam portion having different profiles arranged adjacent to each other;
A transmission member that selectively contacts one of the first cam portion and the second cam portion, and transmits the acting force from the first cam portion or the second cam portion to the valve;
Displacement means for relatively displacing the camshaft and the transmission member in the axial direction of the camshaft;
The width of the second cam portion with respect to the width of the first cam portion is different in the plurality of cams;
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine characterized by the above.
前記複数のカムについて前記伝達部材に接触するカム部が前記第1カム部から前記第2カム部に切り替わる変位終了位置まで、前記カムシャフトを変位させ、
前記カムシャフトと共に回転する回転体の外周面に形成され、前記カムシャフトをその軸方向に案内する螺旋状溝と、
前記螺旋状溝に挿脱自在な切替ピンと、
前記切替ピンを前記螺旋状溝に挿入させるアクチュエータと、を有し、
前記螺旋状溝は、
前記カムシャフトが1回転よりも長く回転される間に、前記切替ピンを前記螺旋状溝に挿入させた位置から前記変位終了位置まで、前記カムシャフトを案内すること、
を特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載の内燃機関の可変動弁装置。 The displacement means is
Displace the camshaft to a displacement end position where the cam portion that contacts the transmission member of the plurality of cams switches from the first cam portion to the second cam portion,
A spiral groove formed on an outer peripheral surface of a rotating body that rotates together with the camshaft, and guides the camshaft in its axial direction;
A switching pin that can be inserted into and removed from the spiral groove;
An actuator for inserting the switching pin into the spiral groove,
The spiral groove is
Guiding the camshaft from the position where the switching pin is inserted into the spiral groove to the displacement end position while the camshaft is rotated longer than one rotation;
The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4.
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