JP2012002090A - Variable valve system of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関のバルブリフト特性を3段階に切り替える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 that switches a valve lift characteristic of the internal combustion engine in three stages.
従来から、内燃機関の運転状態に応じてバルブリフト量を3段階に切り替える可変動弁装置が知られている。こうした可変動弁装置は、例えば、特許文献1にて提案されている。この特許文献1に提案された可変動弁装置は、ロッカーシャフトに支持した3本のロッカーアームを相互に切り離し、又は、連結してバルブのリフト量を3段階に切り替える切替装置を備えている。この切替装置は、第1ロッカーアームと第2ロッカーアームとを切り離し可能に連結する円筒状の第1切替ピンと、第1切替ピンの貫通孔に収納されたピストンにより駆動され第2ロッカーアームと第3ロッカーアームとを切り離し可能に連結する第2切替ピンと、第1切替ピンを切り離し位置に付勢する第1スプリングと、第2切替ピンを切り離し位置に付勢する第1スプリングよりも付勢力の大きな第2スプリングと、第1切替ピンとピストンに油圧を付与する油室とを備えている。この可変動弁装置では、ロッカーシャフト内に油路を形成し、この油路を介して油室に供給する油圧の大きさを制御することにより2つの切替ピンを選択的に駆動する。
2. Description of the Related Art Conventionally, variable valve gears that switch a valve lift amount in three stages according to the operating state of an internal combustion engine are known. Such a variable valve operating device is proposed in
しかしながら、油圧により切替ピンを駆動するものであるため、油圧回路が必要となり大がかりなシステム構成となってしまう。また、油圧により切替ピンを駆動する場合には、応答性が悪いため、切替タイミングが遅れてしまう。 However, since the switching pin is driven by hydraulic pressure, a hydraulic circuit is required, resulting in a large system configuration. In addition, when the switching pin is driven by hydraulic pressure, the switching timing is delayed because of poor response.
本発明の目的は、上記問題に対処するためになされたもので、簡易な構成で応答性よくバルブリフト特性を3段階に切り替えることを目的とする。 An object of the present invention is to address the above-described problems, and an object of the present invention is to switch the valve lift characteristics to three stages with a simple configuration and high response.
上記目的を達成するために、本発明の特徴は、カムプロフィールが相違する3つのカムの何れか1つをバルブ駆動用カムとして選択可能な内燃機関の可変動弁装置において、3つのカム(31,32,33)の作動力がそれぞれ伝達されて、それぞれのカムプロフィールに応じた揺動動作をする3つのロッカーアーム(61,62,63)と、前記3つのロッカーアームに複数のピン(71,72,73,74,75,76)を直列に並べたピン列(700)を挿通して、前記ピン列の挿通位置により、隣り合う前記ロッカーアームを相互に切り離した状態と連結した状態とを切り替えて、前記3つのカムの何れか1つの作動力を選択的にバルブに伝達する連結状態切替機構(650)と、カムシャフト(30)と一体的に回転する回転体に螺旋状に形成された第1螺旋溝(112,171)と、カムシャフトと一体的に回転する回転体に螺旋状に形成され、前記第1螺旋溝よりも前記カムシャフトの軸方向距離が長い第2螺旋溝(122,172)と、前記第1螺旋溝と前記第2螺旋溝とに選択的に挿脱ピン(9a)を挿入して、前記カムシャフトの回転により前記挿脱ピンが螺旋溝に押される力を前記連結状態切替機構のピン列に伝達することにより、前記ピン列の挿通位置を基準位置に対して2通りに変化させるピン駆動機構(200,210)とを備えたことにある。 In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that in the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, any one of three cams having different cam profiles can be selected as a valve drive cam. , 32, 33) are transmitted to each of the three rocker arms (61, 62, 63) to swing according to each cam profile, and a plurality of pins (71 , 72, 73, 74, 75, 76) are inserted through a pin array (700) arranged in series, and the adjacent rocker arms are separated from each other depending on the insertion position of the pin array; A connection state switching mechanism (650) that selectively transmits the operating force of any one of the three cams to the valve, and a rotating body that rotates integrally with the camshaft (30). The first spiral groove (112, 171) formed in a spiral shape and a spiral formed on a rotating body that rotates integrally with the camshaft, the axial distance of the camshaft is longer than the first spiral groove. An insertion / removal pin (9a) is selectively inserted into the second spiral groove (122, 172), the first spiral groove and the second spiral groove, and the insertion / removal pin is spiraled by rotation of the camshaft. A pin drive mechanism (200, 210) that changes the insertion position of the pin row in two ways with respect to a reference position by transmitting a force pushed by the groove to the pin row of the connection state switching mechanism; It is in.
本発明においては、3つのロッカーアームと、連結状態切替機構とを備えている。連結状態切替機構は、隣り合うロッカーアームを相互に切り離した状態と連結した状態とを切り替えるものである。従って、3つのロッカーアームが相互に切り離されているときには、各カムの作動力がロッカーアームに伝達されて、3つのロッカーアームがそれぞれのカムのカムプロフィールに応じた揺動動作をする。 In the present invention, three rocker arms and a connection state switching mechanism are provided. The connected state switching mechanism switches between a state where adjacent rocker arms are separated from each other and a connected state. Therefore, when the three rocker arms are separated from each other, the operating force of each cam is transmitted to the rocker arm, and the three rocker arms perform a swinging motion according to the cam profile of each cam.
連結状態切替機構は、3つのロッカーアームに複数のピンを直列に並べたピン列を挿通して、ピン列の挿通位置により、隣り合うロッカーアームを相互に切り離した状態と連結した状態とを切り替える。つまり、ピン列を構成するピンが2つのロッカーアームに跨いで挿通されているときには隣り合うロッカーアームが連結され、逆に、ピンが2つのロッカーアームに跨いで挿通されていないときには、隣り合うロッカーアームが相互に切り離される。従って、特定のロッカーアームに接続されるバルブのリフト特性(リフト量および作用角)は、ロッカーアームの連結状態に応じて可変される。 The connection state switching mechanism inserts a pin row in which a plurality of pins are arranged in series into three rocker arms, and switches between a state in which adjacent rocker arms are separated from each other and a state in which they are connected depending on the insertion position of the pin row. . That is, adjacent rocker arms are connected when the pins constituting the pin row are inserted across the two rocker arms, and conversely when adjacent pins are not inserted across the two rocker arms. The arms are separated from each other. Therefore, the lift characteristics (lift amount and working angle) of the valve connected to the specific rocker arm are varied according to the connection state of the rocker arm.
本発明においては、ピン列の挿通位置を変化させるために、第1螺旋溝、第2螺旋溝、ピン駆動機構が設けられている。第1螺旋溝と第2螺旋溝は、カムシャフトと一体的に回転する回転体に形成される。回転体としては、例えば、円筒体を使用するとよい。また、第1螺旋溝、第2螺旋溝は、別々の回転体に形成されるものであっても良いし、1つの回転体に形成されるものであっても良い。2つの螺旋溝は、カムシャフトの中心軸回りに螺旋状に形成され、第2螺旋溝の方が第1螺旋溝よりもカムシャフトの軸方向距離が長くなっている。 In the present invention, in order to change the insertion position of the pin row, a first spiral groove, a second spiral groove, and a pin drive mechanism are provided. The first spiral groove and the second spiral groove are formed in a rotating body that rotates integrally with the camshaft. For example, a cylindrical body may be used as the rotating body. Further, the first spiral groove and the second spiral groove may be formed in separate rotating bodies or may be formed in one rotating body. The two spiral grooves are formed in a spiral shape around the central axis of the camshaft, and the axial distance of the camshaft is longer in the second spiral groove than in the first spiral groove.
ピン駆動機構は、第1螺旋溝と第2螺旋溝とに対して挿脱可能な挿脱ピンを備えており、この挿脱ピンを第1螺旋溝と第2螺旋溝とに選択的に挿入する。挿脱ピンは、カムシャフトの周方向には移動不能で軸方向には移動可能に設けられものである。従って、挿脱ピンは、カムシャフトの回転により螺旋溝(第1螺旋溝あるいは第2螺旋溝)の壁面に押されてカムシャフトの軸方向に移動する。挿脱ピンの押される力は、連結状態切替機構のピン列に伝達される。従って、挿脱ピンがカムシャフトの軸方向に移動した距離だけピン列が移動する。これにより、3つのロッカーアームにおけるピン列の挿通位置が基準位置に対して変化する。この基準位置とは、ピン列が押されていない位置である。 The pin drive mechanism includes an insertion / removal pin that can be inserted into and removed from the first spiral groove and the second spiral groove, and the insertion / removal pin is selectively inserted into the first spiral groove and the second spiral groove. To do. The insertion / removal pin is provided so as not to move in the circumferential direction of the camshaft but to move in the axial direction. Therefore, the insertion / removal pin is pushed by the wall surface of the spiral groove (first spiral groove or second spiral groove) by the rotation of the camshaft and moves in the axial direction of the camshaft. The force with which the insertion / removal pin is pushed is transmitted to the pin row of the connection state switching mechanism. Therefore, the pin row moves by the distance that the insertion / removal pin has moved in the axial direction of the camshaft. Thereby, the insertion position of the pin row in the three rocker arms changes with respect to the reference position. The reference position is a position where the pin row is not pressed.
第1螺旋溝と第2螺旋溝は、カムシャフトの軸方向距離が相違する。従って、挿脱ピンを挿入する螺旋溝を選択することで、3つのロッカーアームにおけるピン列の挿通位置を基準位置に対して2通りに変化させることができる。このため、ピン列の挿通位置を基準位置と合わせて合計3通りの位置に設定することができる。 The first spiral groove and the second spiral groove are different in the axial distance of the camshaft. Therefore, by selecting the spiral groove into which the insertion / removal pin is inserted, the insertion position of the pin row in the three rocker arms can be changed in two ways with respect to the reference position. For this reason, the insertion position of the pin row can be set to a total of three positions including the reference position.
これにより、連結状態切替機構における連結状態を3通りに切り替えることができ、3つのカムの何れか1つの作動力を選択的にバルブに伝達することが可能となる。例えば、基準位置においては、バルブに接続される特定ロッカーアームが第1カムのカムプロフィールにしたがって揺動する。また、挿脱ピンが第1螺旋溝により押されてピン列の挿通位置が移動した第2位置においては、特定ロッカーアームが第2カムのカムプロフィールにしたがって揺動する。また、挿脱ピンが第2螺旋溝により押されてピン列の挿通位置が移動した第3位置においては、特定ロッカーアームが第3カムのカムプロフィールにしたがって揺動するようにすることができる。従って、バルブリフト特性を3段階に切り替えることができる。 Thereby, the connection state in the connection state switching mechanism can be switched in three ways, and the operating force of any one of the three cams can be selectively transmitted to the valve. For example, in the reference position, the specific rocker arm connected to the valve swings according to the cam profile of the first cam. In the second position where the insertion / removal pin is pushed by the first spiral groove and the insertion position of the pin row is moved, the specific rocker arm swings according to the cam profile of the second cam. Further, at the third position where the insertion / removal pin is pushed by the second spiral groove and the insertion position of the pin row is moved, the specific rocker arm can be swung according to the cam profile of the third cam. Therefore, the valve lift characteristic can be switched in three stages.
このように本発明によれば、挿脱ピンを2つの螺旋溝に選択的に挿入することによりバルブリフト特性を3段階に切り替えるため、油圧回路のような大がかりな構成を必要としなく簡易な構成にて実施することができ、しかも、良好な応答性が得られる。 As described above, according to the present invention, the valve lift characteristic is switched to three stages by selectively inserting the insertion / removal pins into the two spiral grooves, so that a simple configuration without requiring a large-scale configuration such as a hydraulic circuit is required. In addition, good responsiveness can be obtained.
尚、連結状態切替機構に、ピン列がピン駆動機構により押される方向とは反対方向にピン列を付勢するリターンバネを設けることが好ましい。この場合には、ピン列の挿通位置を適正に維持できるとともにピン列を自動的に基準位置に戻すことができる。 In addition, it is preferable to provide the connection state switching mechanism with a return spring that urges the pin row in a direction opposite to the direction in which the pin row is pushed by the pin drive mechanism. In this case, the insertion position of the pin row can be properly maintained and the pin row can be automatically returned to the reference position.
本発明の他の特徴は、前記第1螺旋溝と前記第2螺旋溝は、前記カムシャフトと一体的に回転する回転体(160)に互いに深さが異なる2つの螺旋溝を始端部(170a)を共通にして並べた螺旋二段溝(170)を形成し、浅い方の螺旋溝を前記第1螺旋溝(171)とし、深い方の螺旋溝を前記第2螺旋溝(172)としたものであり、前記ピン駆動機構(210)は、前記挿脱ピンを前記螺旋二段溝に挿入させるとともに、その挿入量を2段に切り替え可能なアクチュエータ(103)を備えたことにある。 Another feature of the present invention is that the first spiral groove and the second spiral groove have two spiral grooves having different depths in a rotating body (160) that rotates integrally with the camshaft. ) Are arranged in common, and the shallower spiral groove is defined as the first spiral groove (171), and the deeper spiral groove is defined as the second spiral groove (172). The pin drive mechanism (210) is provided with an actuator (103) that allows the insertion / removal pin to be inserted into the spiral two-step groove and the insertion amount to be switched between two steps.
本発明においては、カムシャフトと一体的に回転する1つの回転体に螺旋二段溝が形成されており、アクチュエータにより、この螺旋二段溝に挿脱ピンが挿入量を選択して挿入される。螺旋二段溝は、螺旋溝底面を段状に形成することで互いに深さが異なる2つの螺旋溝を、その始端部(溝の開始部分)を共通にして並べたものである。螺旋溝は、機能的には、挿脱ピンを押すために螺旋状に延びた縦壁面が存在すれば良い。従って、螺旋溝底面を段状に形成することで螺旋状に延びた縦壁面を上下2段に形成することができる。深い方の溝は、浅い方の溝に比べてカムシャフトの軸方向距離を長く設定することができる。そこで、浅い方の螺旋溝を第1螺旋溝とし、深い方の螺旋溝を第2螺旋溝としている。 In the present invention, a spiral two-stage groove is formed in one rotating body that rotates integrally with the camshaft, and an insertion / removal pin is inserted into the spiral two-stage groove with an insertion amount selected by an actuator. . The spiral two-step groove is formed by arranging two spiral grooves having different depths by forming the bottom surface of the spiral groove in a step shape with the common start end (starting portion of the groove). Functionally, the spiral groove only needs to have a vertical wall surface extending spirally in order to push the insertion / removal pin. Therefore, by forming the bottom surface of the spiral groove in a step shape, the vertical wall surface extending in a spiral shape can be formed in two upper and lower steps. In the deeper groove, the axial distance of the camshaft can be set longer than in the shallower groove. Therefore, the shallower spiral groove is the first spiral groove, and the deeper spiral groove is the second spiral groove.
アクチュエータは、挿脱ピンの挿入量を2段に切り替え可能に構成されている。従って、2つの螺旋溝の深さに応じた挿入量を設定しておくことで、挿入量を切り替えることにより挿脱ピンが挿入される螺旋溝(挿脱ピンが押される螺旋溝)を選択することができる。この場合、挿脱ピンは、螺旋二段溝の始端部あるいはそれよりも手前に落とされることで、挿入量に応じた螺旋溝に沿って案内される。 The actuator is configured such that the insertion amount of the insertion / removal pin can be switched between two stages. Therefore, by setting the insertion amount according to the depth of the two spiral grooves, the insertion groove is selected to select the spiral groove into which the insertion / removal pin is inserted (the spiral groove where the insertion / removal pin is pushed). be able to. In this case, the insertion / removal pin is guided along the spiral groove corresponding to the insertion amount by being dropped at the start end of the spiral double step groove or in front of it.
このように、本発明によれば、螺旋二段溝を形成した回転体、アクチュエータ、挿脱ピンをそれぞれ1つ設けるだけで連結状態切替機構における連結状態を3通りに設定することができ、部品点数を削減することができる。 Thus, according to the present invention, the connection state in the connection state switching mechanism can be set in three ways by providing only one rotating body, actuator, and insertion / removal pin each having a spiral two-step groove. The score can be reduced.
本発明の他の特徴は、前記ピン駆動機構(210)は、前記ロッカーアームを揺動可能に支持するロッカーシャフトに揺動可能かつ軸方向移動可能に支持され、先端側に前記挿脱ピンを備えたスライド揺動アーム(93)と、前記スライド揺動アームを揺動させるとともに、その揺動角度を2通りに切り替え可能なアクチュエータ(103)と、前記アクチュエータを駆動制御して、前記スライド揺動アームを第1揺動角度だけ揺動させて前記挿脱ピンを前記第1螺旋溝(171)に挿入させ、前記スライド揺動アームを前記第1揺動角度よりも大きな第2揺動角度だけ揺動させて前記挿脱ピンを前記第2螺旋溝(172)に挿入させるアクチュエータ駆動手段(150)とを備え、前記挿脱ピンが前記螺旋二段溝における一方の螺旋溝に押されて前記スライド揺動アームが前記ロッカーシャフトを軸方向に移動する力で前記ピン列を付勢して、前記ピン列の挿通位置を前記スライド揺動アームの移動距離だけ変化させることにある。 Another feature of the present invention is that the pin driving mechanism (210) is supported by a rocker shaft that supports the rocker arm so that the rocker arm can swing, and is capable of moving in an axial direction, and the insertion / removal pin is provided at a distal end side. The slide swing arm (93) provided, the actuator (103) that swings the slide swing arm and can be switched between two swing angles, and the actuator is driven to control the slide swing arm. The movable arm is swung by a first swing angle, the insertion / removal pin is inserted into the first spiral groove (171), and the slide swing arm is moved to a second swing angle larger than the first swing angle. Actuator driving means (150) for swinging the insertion / removal pin into the second spiral groove (172) and pushing the insertion / removal pin into one spiral groove of the spiral two-step groove. It said slide swing arm biases the pin rows with a force which moves the rocker shaft in the axial direction is, there insertion position of the pin rows to be changed by the moving distance of the slide oscillating arm.
本発明においては、スライド揺動アームをアクチュエータの駆動により揺動させて、スライド揺動アームの先端側に設けた挿脱ピンを螺旋二段溝に挿入させる。スライド揺動アームは、ロッカーシャフトに揺動可能かつ軸方向移動可能に支持されている。このロッカーシャフトは、ロッカーアームを揺動可能に支持するものである。アクチュエータは、スライド揺動アームを揺動させるにあたり、その揺動角度を2通りに切り替え可能となっている。例えば、スライド揺動アームの後端部を押してスライド揺動アームを揺動させるアクチュエータを採用した場合、スライド揺動アームの後端部を押す可動軸のストローク(突き出し量)を2通りに切り替えることで、揺動角度を2通りに切り替えることができる。 In the present invention, the slide rocking arm is rocked by driving the actuator, and the insertion / removal pin provided on the tip side of the slide rocking arm is inserted into the spiral two-step groove. The slide swing arm is supported by the rocker shaft so as to be swingable and axially movable. The rocker shaft supports the rocker arm so as to be swingable. The actuator can be switched between two swing angles when swinging the slide swing arm. For example, when an actuator that swings the slide rocking arm by pushing the rear end of the slide rocking arm is used, the stroke (projection amount) of the movable shaft that pushes the rear end of the slide rocking arm is switched between two ways. Thus, the swing angle can be switched between two ways.
この揺動角度の大小は、スライド揺動アームの先端側に設けた挿脱ピンの螺旋二段溝への挿入量の大小に対応する。この場合、スライド揺動アームが第1揺動角度だけ揺動すると挿脱ピンが第1螺旋溝に挿入され、スライド揺動アームが第2揺動角度(>第1揺動角度)だけ揺動すると挿脱ピンが第2螺旋溝に挿入されるように設定されている。 The magnitude of the swing angle corresponds to the amount of insertion of the insertion / removal pin provided on the distal end side of the slide swing arm into the spiral two-step groove. In this case, when the slide swing arm swings by the first swing angle, the insertion / removal pin is inserted into the first spiral groove, and the slide swing arm swings by the second swing angle (> first swing angle). Then, the insertion / removal pin is set to be inserted into the second spiral groove.
アクチュエータは、アクチュエータ駆動手段により駆動制御される。アクチュエータ駆動手段は、スライド揺動アームを第1揺動角度だけ揺動させて挿脱ピンを第1螺旋溝に挿入させる。また、スライド揺動アームを第2揺動角度だけ揺動させて挿脱ピンを第2螺旋溝に挿入させる。従って、スライド揺動アームの揺動角度の切替により、挿脱ピンが挿入される螺旋溝(第1螺旋溝あるいは第2螺旋溝)を選択することができる。 The actuator is driven and controlled by actuator driving means. The actuator driving means swings the slide swing arm by the first swing angle to insert the insertion / removal pin into the first spiral groove. Further, the slide swing arm is swung by the second swing angle, and the insertion / removal pin is inserted into the second spiral groove. Therefore, the spiral groove (first spiral groove or second spiral groove) into which the insertion / removal pin is inserted can be selected by switching the swing angle of the slide swing arm.
挿脱ピンが螺旋溝に挿入されて螺旋溝に押されると、スライド揺動アームも挿脱ピンと一体となってロッカーシャフトに支持されつつその軸方向に移動する。ピン列は、このスライド揺動アームの移動する力により付勢される。この場合、例えば、スライド揺動アームの側面でピン列の端を押すようにすればよい。これにより、3つのロッカーアームにおけるピン列の挿通位置がスライド揺動アームの移動距離だけ変化する。 When the insertion / removal pin is inserted into the spiral groove and pushed by the spiral groove, the slide rocking arm moves in the axial direction while being supported by the rocker shaft together with the insertion / removal pin. The pin row is biased by the moving force of the slide swing arm. In this case, for example, the end of the pin row may be pushed on the side surface of the slide swing arm. Thereby, the insertion position of the pin row in the three rocker arms changes by the moving distance of the slide rocking arm.
従って、本発明によれば、アクチュエータによりスライド揺動アームを揺動させる揺動角度を切り替えることにより、連結状態切替機構における連結状態を3通りに設定することができる。しかも、挿脱ピンを螺旋溝に挿入するためのスライド揺動アームの動作(ロッカーシャフトに沿った移動)を利用してピン列を移動させるため、非常に簡単な構成にて実施することができる。 Therefore, according to the present invention, the connection state in the connection state switching mechanism can be set in three ways by switching the swing angle at which the slide swing arm is swung by the actuator. In addition, since the pin row is moved by using the operation (movement along the rocker shaft) of the slide swing arm for inserting the insertion / removal pin into the spiral groove, it can be implemented with a very simple configuration. .
尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、発明の各構成要件を前記符号によって規定される実施形態に限定させるものではない。 In the above description, in order to help the understanding of the invention, the reference numerals used in the embodiments are attached to the configuration of the invention corresponding to the embodiments in parentheses. It is not intended to be limited to the embodiment defined by.
以下、本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置について図面を用いて説明する。図1は、実施形態としての可変動弁装置が適用される内燃機関の概略構成を表している。 Hereinafter, a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an internal combustion engine to which a variable valve device as an embodiment is applied.
内燃機関10は、4ストローク・サイクルの火花点火式内燃機関である。内燃機関10は、4つの気筒11,12,13,14を備えている。各気筒11,12,13,14には、それぞれ2本の吸気バルブ20、2本の排気バルブ21、火花を発生する点火プラグ22が配置されている。
The
吸気バルブ20は、図2に示すように、吸気カムシャフト30に取り付けられた3つのカム31,32,33の何れか1つの作動力と、バルブスプリング25の付勢力とを利用して開閉される。吸気カムシャフト30は、図示しないクランクシャフトとタイミングチェーンあるい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の速度で回転される。以下、吸気カムシャフト30を単にカムシャフト30と呼ぶ。
As shown in FIG. 2, the
カムシャフト30には、1気筒当たりに第1カム31と第2カム32と第3カム33とが形成されている。第1カム31は、高負荷運転に適したカムプロフィールを有する形状となっている。第2カム32は、第1カム31と第3カム33との間に設けられ、吸気バルブ20のリフト量が実質的にゼロとなるカムプロフィール、つまり、ベース円部のみを有する形状(カムノーズの高さがゼロ)となっている。第3カム33は、低・中負荷運転に適したアトキンソンサイクル用のカムプロフィールを有する形状となっている。
The
各気筒11,12,13,14には、それぞれ、第1〜第3カム31,32,33と吸気バルブ20との間で、第1〜第3カム31,32,33の作動力の1つを選択的に吸気バルブ20に伝達する可変機構41,42,43,44が介装されている。以下、第1気筒11に設けられる可変機構41を第1可変機構41と呼び、第2気筒12に設けられる可変機構42を第2可変機構42と呼び、第3気筒13に設けられる可変機構43を第3可変機構43と呼び、第4気筒14に設けられる可変機構44を第4可変機構44と呼び、それらを区別せずに総称する場合には、単に、可変機構40と呼ぶ。尚、図2は、可変機構40とカム31,32,33と吸気バルブ20との関係を表すもので、可変機構40を駆動する駆動部など後述する構成については、その記載を省略している。
Each
可変機構40は、第1カム31の作動力を吸気バルブ20に伝達する状態と、第2カム32の作動力を吸気バルブ20に伝達する状態と、第3カム33の作動力を吸気バルブ20に伝達する3つの状態とを切り替えることにより、吸気バルブ20のリフト特性(開弁特性)を3段階に変更する。本実施形態においては、第2カム32がゼロリフトカムである。このため、第2カム32の作動力が吸気バルブ20に伝達される状態とは、吸気バルブ20が開閉しない状態(バルブ休止状態)を意味する。
The variable mechanism 40 transmits the operating force of the
各可変機構40は、図3に示すように、共通のロッカーシャフト50を備えている。ロッカーシャフト50は、カムシャフト30と平行に設けられる中空円筒管であって、両端および4つの可変機構40のそれぞれの間において内燃機関10のシリンダヘッドに支持されている。また、ロッカーシャフト50の中空円筒内には、第1リンクシャフト51と第2リンクシャフト52が軸方向に摺動可能に挿入されている。
As shown in FIG. 3, each variable mechanism 40 includes a
各可変機構40は、図3,図4に示すように、ロッカーシャフト50にそれぞれ揺動可能に支持される第1ローラロッカーアーム61、第2ローラロッカーアーム62、第3ローラロッカーアーム63を備えている。各ローラロッカーアーム61,62,63は、ロッカーシャフト50から径方向に延びて設けられている。以下、3つのローラロッカーアーム61,62,63を区別する必要が無い場合には、それらを単にローラロッカーアーム6と呼ぶ。
As shown in FIGS. 3 and 4, each variable mechanism 40 includes a first
第1ローラロッカーアーム61には、第1ローラ611が軸支されている。第1ローラロッカーアーム61は、ロッカーシャフト50の軸方向において、第1ローラ611が第1カム31と向かい合う位置に設けられる。また、第1ローラロッカーアーム61は、図示しないバネにより、第1ローラ611が第1カム31に当接するように付勢されている。従って、第1ローラロッカーアーム61は、図7に示すように、ロッカーシャフト50を回転中心にして第1カム31のカムプロフィールに応じた揺動動作をする。
A
第2ローラロッカーアーム62は、第1ローラロッカーアーム61を三方で囲むようにコの字状に形成されており、第1ローラロッカーアーム61の両側でロッカーシャフト50に揺動可能に支持される。第1ローラロッカーアーム61の両側で互いに平行に設けられるアームの一方を主アーム62aと呼び、他方を副アーム62bと呼ぶ。また、主アーム62aの先端と副アーム62bの先端とを連結する部分を連結部62cと呼ぶ。第2ローラロッカーアーム62の先端部には、2つの吸気バルブ20の基端部が接続されている。
The second
主アーム62aには、第2ローラ621が軸支されている。第2ローラロッカーアーム62は、ロッカーシャフト50の軸方向において、第2ローラ621が第2カム32と向かい合う位置に設けられる。第2ローラ621の外径は、第1ローラ611の外径と同じである。従って、第2ローラロッカーアーム62は、図8に示すように、第1ローラロッカーアーム61あるいは第3ローラロッカーアーム63と連結されない状態において、第2カム32の作動力とバルブスプリング25の付勢力との協働により、ロッカーシャフト50を回転中心にして第2カム32のカムプロフィールに応じた揺動動作をする。この場合、第2カム32がゼロリフトカムであるため、揺動角度はゼロとなる。2つの吸気バルブ20は、第2ローラロッカーアーム62の先端に接続されていることから、バルブ休止状態に維持される。
A
第3ローラロッカーアーム63は、第2ローラロッカーアーム62の主アーム62aの隣に配置される。第3ローラロッカーアーム63には、第3ローラ631が軸支されている。第3ローラロッカーアーム63は、ロッカーシャフト50の軸方向において、第3ローラ631が第3カム32と向かい合う位置に設けられる。第3ローラ631の外径は、第1ローラ611,第2ローラ621の外径と同じである。また、第3ローラロッカーアーム63は、図示しないバネにより、第3ローラ631が第3カム33に当接するように付勢されている。従って、第3ローラロッカーアーム63は、図9に示すように、ロッカーシャフト50を回転中心にして第3カム33のカムプロフィールに応じた揺動動作をする。
The third
吸気バルブ20のリフトは、後述するように、第2ローラロッカーアーム62に、第1ローラロッカーアーム61あるいは第3ローラロッカーアーム63が連結された状態において行われる。従って、第2ローラロッカーアーム62は、第1ローラロッカーアーム61あるいは第3ローラロッカーアーム63の作動力(揺動力)とバルブスプリング25の付勢力との協働により、ロッカーシャフト50を回転中心にして揺動する。
As will be described later, the
尚、第1ローラ611、第2ローラ621、第3ローラ631の位置は、第1ローラ611が第1カム31のベース円部と当接し、且つ、第2ローラ621が第2カム32のベース円部と当接し、且つ、第3ローラ631が第3カム33のベース円部と当接している時に、第1ローラ611の軸心と第2ローラ621の軸心と第3ローラ631の軸心とが同一直線上に位置するように定められている。
The positions of the
次に、可変機構40において、吸気バルブ20をリフトさせる第2ローラロッカーアーム62と、第1ローラロッカーアーム61および第3ローラロッカーアーム63との連結状態/切り離し状態を切り替える連結状態切替機構650について図4〜図6を用いて説明する。
Next, in the variable mechanism 40, a connection
第1ローラ611の支軸612には、軸方向に沿って第1ピン孔613が形成されている。第1ピン孔613の一方端は、第2ローラロッカーアーム62の主アーム62a側面に向けて開口している。また、第1ピン孔613の他方端は、第2ローラロッカーアーム62の副アーム62bの側面に向けて開口している。
A
第2ローラ621の支軸622には、軸方向に沿って第2主ピン孔623が形成されている。第2主ピン孔623の一方端は、第3ローラロッカーアーム63の側面に向けて開口している。また、第2主ピン孔623の他方端は、第1ローラロッカーアーム61の側面に向けて開口している。また、第2ローラロッカーアーム62の副アーム62bには、第2主ピン孔623の延長線上となる位置に第2副ピン孔624が形成されている。第2副ピン孔624の一方端は、第1ローラロッカーアーム61の側面に向けて開口している。また、第2副ピン孔624の他方端は、後述するスライドアーム81,82あるいはスライド揺動アーム91,92側に向けて開口している。
A second
第3ローラ631の支軸632には、第3ピン孔633が形成されている。第3ピン孔633の一方端は、第2ローラロッカーアーム62の側面に向けて開口している。第3ピン孔633の他方端は、閉塞されている。この閉塞された部分を閉塞円筒端634と呼ぶ。
A
各ピン孔613,623,624,633は、全て同じ内径にて形成されている。また、各ピン孔613,623,624,633の相対位置は、第1ローラ611が第1カム31のベース円部と当接し、且つ、第2ローラ621が第2カム32のベース円部と当接し、且つ、第3ローラ631が第3カム33のベース円部と当接している時に、4つのピン孔613,623,624,633の軸心が同一直線上に位置するように設定されている。以下、この4つのピン孔613,623,624,633の列をピン孔列600と呼ぶ。
Each
ピン孔列600には、第3ピン孔633側から第2副ピン孔624に向かう順に、ピンリターン用スプリング77、バネ力伝達部材78、第1ピン71、第2ピン72、第3ピン73、第4ピン74、第5ピン75、第6ピン76が直列に挿入される。ピンリターン用スプリング77は、その一端が第3ピン孔633の閉塞円筒端634に当接し、他端がバネ力伝達部材78に当接する。バネ力伝達部材78は、片側が閉塞された円筒体であり、閉塞部にてピンリターン用スプリング77の押圧力を受け、その押圧力を第1ピン71に伝達するようになっている。バネ力伝達部材78は、外径が第3ピン孔633の内径と同等となるように形成され、第3ピン孔633内に軸方向に摺動可能に挿入される。
The
第1ピン71、第2ピン72、第3ピン73、第4ピン74、第5ピン75、第6ピン76は、外径がピン孔列600の内径と同等となるように円柱状に形成され、いずれのピン孔613,623,624,633に対しても軸方向に摺動可能になっている。各ピン71〜76は、隣接するピンと互いに端面を当接して列状となる。以下、6本のピン71〜76の列をピン列700と呼ぶ。ピン列700は、4つのピン孔613,623,624,633の軸心が同一直線上に位置するときに同一直線上に配置される。
The
ピン列700は、ピンリターン用スプリング77の押し圧力により、後述するスライドアーム81,82側あるいはスライド揺動アーム91,92側に付勢された状態で、バネ力伝達部材78とスライドアーム81,82あるいはスライド揺動アーム91,92との間に挟まれた位置に配置される。従って、スライドアーム81,82あるいはスライド揺動アーム91,92の軸方向の位置に応じて、ピン列700の軸方向位置(各ローラロッカーアーム61〜63に対する軸方向の相対位置)が変化するように構成されている。これにより、3つのローラロッカーアーム61,62,63は、ピン列700の軸方向位置に応じて、隣り合うローラロッカーアーム61〜63が連結された状態と切り離された状態とに切り替わる。尚、各ピン71〜76は、各ローラロッカーアーム61〜63の揺動により、各ピン孔613,623,624,633が同一直線上にならないときであっても、隣接するピンと端面どうしで常に当接できるような外径(=ピン孔の内径)に設定されている。
The
第1ピン71の位置は、後述するピン駆動機構200により、第2主ピン孔623に挿入される位置と、第3ピン孔633に挿入される位置とに切り替えられる。第1ピン71の軸方向寸法は、第2ローラロッカーアーム62の主アーム62aの幅(第2主ピン孔623の軸方向の長さ)よりも短く設定されている。尚、ここでは、主アーム62aの幅とは、主アーム62aの幅に、隣接する第3ローラロッカーアーム63との隙間寸法の1/2と、隣接する第1ローラロッカーアーム61との隙間寸法の1/2を加えた値を意味している。
The position of the
第2ピン72の位置は、後述するピン駆動機構200により、第2主ピン孔623と第1ピン孔613とにまたがって挿入される位置と、第2主ピン孔623に挿入される位置と、第3ピン孔633と第2主ピン孔623とにまたがって挿入される位置とに切り替えられる。第2ピン72の軸方向寸法は、第2ローラロッカーアーム62の主アーム62a幅と同等に設定されている。
The position of the
第3ピン73の位置は、後述するピン駆動機構200により、第1ピン孔613に挿入される位置と、第2主ピン孔623に挿入される位置とに切り替えられる。第3ピン73の軸方向寸法は、第1ローラロッカーアーム61の幅(第1ピン孔613の軸方向の長さ)よりも短く設定されている。尚、ここでは、第1ローラロッカーアーム61の幅とは、第1ローラロッカーアーム61の幅に、隣接する主アーム62aとの隙間寸法の1/2と、隣接する副アーム62bとの隙間寸法の1/2を加えた値を意味している。
The position of the
第4ピン74の位置は、後述するピン駆動機構200により、第2副ピン孔624に挿入される位置と、第1ピン孔613に挿入される位置とに切り替えられる。第4ピン74の軸方向寸法は、第1ローラロッカーアーム61の幅よりも短く設定されている。また、第4ピン74と第3ピン73とを連結した軸方向寸法は、第1ローラロッカーアーム61の幅と同等に設定されている。
The position of the
第5ピン75の位置は、後述するピン駆動機構200により、第2副ピン孔624に挿入される位置と、第1ピン孔613に挿入される位置とに切り替えられる。第5ピン75の軸方向寸法は、第1ローラロッカーアーム61の幅よりも短く設定されている。また、第5ピン75と第4ピン74とを連結した軸方向寸法は、前記第1ローラロッカーアーム61の幅と同等に設定されている。
The position of the
第6ピン76の位置は、後述するピン駆動機構200により、第2副ピン孔624内のみにおいて切り替わり、隣のピン孔613にまたがっては移動しない。第6ピン76の軸方向寸法は、副アーム62bの幅(第2副ピン孔624の軸方向の長さ)と同等か、それより長く設定されている。
The position of the
このように、可変機構40においては、3つのローラロッカーアーム61,62,63に対するピン列700の相対位置を変化させることにより、ローラロッカーアーム61,62,63を相互に切り離した状態と連結した状態とを切り替えることができる。従って、連結状態切替機構650は、ピン列700を構成するピン71〜76と、ピンリターン用スプリング77と、バネ力伝達部材78と、ピン孔列600を構成するピン孔613,623,624,633とから構成される。尚、図4〜図6は、第1可変機構41における連結状態切替機構650を表しているが、他の可変機構42,43,44における連結状態切替機構650についても、第1可変機構41における連結状態切替機構650と同様である。
As described above, in the variable mechanism 40, the
次に、ピン列700の軸方向位置を切り替えるピン駆動機構200について説明する。第1可変機構41、第2可変機構42には、図3に示すように、それぞれ第6ピン76の端部に当接してピン列700を軸方向にスライドさせる第1スライドアーム81、第2スライドアーム82が設けられている。第1スライドアーム81、第2スライドアーム82は、ロッカーシャフト50の外周面を軸方向に沿って摺動可能で、且つ、ロッカーシャフト50内に挿入された第1リンクシャフト51に対して軸方向に相対移動不能に取り付けられる。従って、第1スライドアーム81、第2スライドアーム82は、第1リンクシャフト51と一体的に軸方向に移動するように構成されている。第1スライドアーム81と第2スライドアーム82との間隔は、第1可変機構41のローラロッカーアーム6と第2可変機構のローラロッカーアーム6との配設間隔と同一である。また、第1スライドアーム81と第2スライドアーム82とは、同一の形状に形成されている。以下、第1スライドアーム81と第2スライドアーム82とを区別する必要がない場合には、それらを単にスライドアーム8と総称する。
Next, the
スライドアーム8は、板状に形成され、常に片側の板面が第6ピン76の端部と垂直に当接して、ピンリターン用スプリング77により付勢されるピン列700の移動を規制するとともに、ピンリターン用スプリング77を圧縮する方向に押圧する押圧面になっている。第6ピン76は、第2ローラロッカーアーム62の揺動とともに揺動する。従って、スライドアーム8の押圧面は、第6ピン76の端部が摺動する面となるため平坦に形成され、かつ、第6ピン76の揺動軌跡の全域において第6ピン76の端部を押圧できるように押圧面積が確保されている。
The
第4可変機構44には、第4可変機構44の第6ピン76の端部に当接してピン列700を軸方向にスライドさせる第1スライド揺動アーム91が設けられている。第3可変機構43には、第3可変機構43の第6ピン76の端部に当接してピン列700を軸方向にスライドさせる第2スライド揺動アーム92が設けられている。第1スライド揺動アーム91、第2スライド揺動アーム92は、ロッカーシャフト50の外周面に対して軸方向に沿った摺動移動と周方向に沿った摺動回転が可能で、且つ、ロッカーシャフト50内に挿入された第2リンクシャフト52に対して軸方向に相対移動不能に取り付けられる。第1スライド揺動アーム91と第2スライド揺動アーム92との間隔は、第3可変機構43のローラロッカーアーム6と第4可変機構44のローラロッカーアーム6との配設間隔と同一である。また、第1スライド揺動アーム91と第2スライド揺動アーム92とは、同一の形状に形成されている。以下、第1スライド揺動アーム91と第2スライド揺動アーム92とを区別する必要がない場合には、それらをスライド揺動アーム9と総称する。
The fourth
スライド揺動アーム9は、板状に形成され、常に片側の板面が第6ピン76の端部と当接して、ピンリターン用スプリング77により付勢されるピン列700の移動を規制するとともに、ピンリターン用スプリング77を圧縮する方向に押圧する押圧面になっている。従って、スライド揺動アーム9の押圧面は、第6ピン76の端部が摺動する面となるため平坦に形成され、かつ、スライド揺動アーム9の揺動角度に関わらず第6ピン76の揺動軌跡の全域において第6ピン76の端部を押圧できるように押圧面積が確保されている。
The
スライド揺動アーム9の片側には、図10,図11に示すように、後述する螺旋溝112,122に挿入/脱出可能な円柱状の挿脱ピン9aが立設されている。また、スライド揺動アーム9のロッカーシャフト50を挟んで挿脱ピン9aと反対側には、押圧片9bが一体的に形成されている。
As shown in FIGS. 10 and 11, a columnar insertion /
図12は、スライド揺動アーム9をロッカーシャフト50に軸支する構造を表している。スライド揺動アーム9には、ロッカーシャフト50を挿通するための挿通孔95が板面に対して垂直方向に形成されている。また、スライド揺動アーム9の端面には、挿通孔95に対して垂直方向にピン圧入用孔96が形成されている。一方、ロッカーシャフト50の外周面には、図13に示すように、スライド揺動アーム9を軸支すべき軸方向位置に所定の大きさの開口50aが形成されている。また、ロッカーシャフト50に挿入される第2リンクシャフト52には、小径部52aが形成されている。
FIG. 12 shows a structure in which the
スライド揺動アーム9は、挿通孔95にロッカーシャフト50を挿通することで、ロッカーシャフト50に対して回転可能、かつ、軸方向に移動可能に軸支される。そして、ロッカーシャフト50の開口50aと、第2リンクシャフト52に形成された小径部52aと、スライド揺動アーム9のピン圧入用孔96とを向かい合わせた状態で、ピン圧入用孔96に固定ピン97を圧入することで、固定ピン97がピン圧入用孔96に固着される。この状態において、固定ピン97の先端は、第2リンクシャフト52に形成された小径部52aに臨むが、小径部52aに嵌め込まれずに、小径部52aの周囲を周方向に移動可能となっている。従って、スライド揺動アーム9は、固定ピン97がロッカーシャフト50の開口50a内を移動できる範囲において、ロッカーシャフト50に対して軸方向への相対移動と軸回りの揺動が可能となっている。
By inserting the
また、スライドアーム8をロッカーシャフト50に軸支する構造に関しては、上述したスライド揺動アーム9をロッカーシャフト50に軸支する構造において、ロッカーシャフト50に形成した開口50b(図14参照)の形状が相違するのみである。つまり、スライドアーム8は、ロッカーシャフト50の表面を軸方向に摺動するのみで、周方向に揺動する必要がないため、開口50bの周方向寸法が固定ピン97の直径とほぼ同程度となっている。また、スライド揺動アーム9における構造と同様に、固定ピン97の圧入により、スライドアーム8を第1リンクシャフト51に対して軸方向に相対移動不能にすることで、スライドアーム8を第1リンクシャフト51と一体的にロッカーシャフト50の表面を摺動できるようになっている。尚、図12中において、括弧内に付した符号は、スライドアーム8をロッカーシャフト50に軸支する構造に対応するものである。符号51aは、第1リンクシャフト51に形成された小径部51aを表す。
Further, regarding the structure in which the
第1スライド揺動アーム91は、第1アクチュエータ101の動作によりロッカーシャフト50を回転中心にして揺動する。また、第2スライド揺動アーム92は、第2アクチュエータ102の動作によりロッカーシャフト50を回転中心にして揺動する。図10は、第1スライド揺動アーム91あるいは第2スライド揺動アーム92が揺動していない状態を表し、図11は、第1スライド揺動アーム91あるいは第2スライド揺動アーム92が第1アクチュエータ101あるいは第2アクチュエータ102の動作により所定角度だけ揺動している状態を表す。
The first
第1アクチュエータ101、第2アクチュエータ102は、例えば、電磁ソレノイドで構成される。第1アクチュエータ101は、通電により可動軸101a(プランジャ)が前進して第1スライド揺動アーム91の押圧片9bを押す。これにより第1スライド揺動アーム91がロッカーシャフト50を回転中心にして揺動する。同様に、第2アクチュエータ102は、通電により可動軸102aが前進して第2スライド揺動アーム92の押圧片9bを押す。これにより第2スライド揺動アーム92がロッカーシャフト50を回転中心にして揺動する。
The
第2リンクシャフト52には、図15に示すように、その軸方向の中間位置において、小径部52bが形成されている。また、ロッカーシャフト50には、この小径部52bと向かい合う位置において、U字板状のバネ受リング131が、その内周部分を第2リンクシャフト52の小径部52bに臨ませて嵌め込まれている。そして、小径部52bの両側に形成される段部(リング状の壁面)の一方と、バネ受リング131との間に圧縮コイルバネであるシャフトリターン用スプリング132が介装されている。
As shown in FIG. 15, the
従って、第2リンクシャフト52は、シャフトリターン用スプリング132により、常に、スライド揺動アーム9が当該気筒のローラロッカーアーム6から離れる方向(図3の矢印b方向)に付勢された状態で軸方向に移動可能に設けられる。以下、第2リンクシャフト52を常に上記軸方向に付勢する機構をシャフトリターン機構130と呼ぶ。
Therefore, the
第2リンクシャフト52は、シャフトリターン用スプリング132により軸方向に付勢されるが、図示しないストッパにより、軸方向移動が規制されている。スライド揺動アーム9が当該気筒のローラロッカーアーム6から最大限離れた位置を第1位置(本発明における基準位置)と呼ぶ。尚、ストッパとしては、例えば、第1位置においてスライド揺動アーム9の板面と当接する部材を設けて移動規制する構成が好ましいが、小径部52bの段部の片側(シャフトリターン用スプリング132が当接していない側)とバネ受リング131との当接により移動規制する構成でも良いし、スライド揺動アーム9に圧入した固定ピン97とロッカーシャフト50に形成された開口50a(または開口50b)の縁部との当接により移動規制する構成でもよい。
The
カムシャフト30には、図3に示すように、第4気筒14の第1カム31の外側に、カムシャフト30より大きな外径を有する円柱状の第1螺旋溝形成体111が形成されている。この第1螺旋溝形成体111は、第1スライド揺動アーム91の揺動による挿脱ピン9aの移動軌跡上に設けられる。第1螺旋溝形成体111の外周面には螺旋状に延びた第1螺旋溝112が形成されている。第1螺旋溝112の幅は、挿脱ピン9aの外径よりやや大きく形成されている。第1螺旋溝112の始端部112aと終端部112bとは、カムシャフト30の軸方向においてAミリメートル(距離Aと呼ぶ)だけ離れている。また、第1螺旋溝112の終端部112bは、その終端にいくほど溝の深さが浅くなるように形成されている。尚、第1螺旋溝112は、全体にわたって螺旋状に形成する必要はなく、例えば、その一部において、軸方向に対して直交する周方向に延びた円弧溝部分を含んでいても良い。本実施形態における第1螺旋溝112は、始端部112aと終端部112bとにおいて、周方向に延びた円弧溝部分が形成されている。以下、第1螺旋溝112において、両端(始端部112aと終端部112b)の円弧溝部分を除いた実質的に螺旋溝となる部分を螺旋溝部分と呼ぶ。
As shown in FIG. 3, a cylindrical first spiral
第1螺旋溝112は、第1スライド揺動アーム91が第1位置に位置するとき、第1スライド揺動アーム91に形成された挿脱ピン9aと、第1螺旋溝112の始端部112aとが軸方向において同じ位置となるように形成されている。また、第1螺旋溝112の終端部112bは、始端部112aよりも、軸方向において第4気筒14の第1カム31に近い側となっている。また、第1螺旋溝112における螺旋溝部分の開始点から終了点までの周方向位置は、第3可変機構43と第4可変機構44とにおいて第1カム31,第2カム32,第3カム33のベース円部が、それぞれ第1ローラ611,第2ローラ621,第3ローラ631と当接している期間内、つまり、図16に示すベース円期間T1に含まれる周方向位置に設定されている。尚、図16は、各気筒11,12,13,14における、バルブリフトタイミングを表すグラフで、縦軸はバルブリフト量、横軸はカムシャフト回転角度を表す。
The
第1スライド揺動アーム91は、第1位置に位置する状態で第1アクチュエータ101により押圧片9bが所定ストロークだけ押されてロッカーシャフト50を回転中心にして揺動する。これにより、第1スライド揺動アーム91に形成された挿脱ピン9aが第1螺旋溝112内に挿入される(図11参照)。
The first
また、第1スライド揺動アーム91は、第1アクチュエータ101により押圧片9bが押されていない状態においては、その自重により、第1アクチュエータ101により押される方向とは反対方向に揺動するため、挿脱ピン9aが第1螺旋溝112から抜け出るようになっている(図10参照)。尚、第1スライド揺動アーム91が第1アクチュエータ101により押されていないときの位置は、例えば、固定ピン97を開口50aの縁に当接させることで一定に保つように構成してもよいし、図示しないストッパを設けて第1スライド揺動アーム91を保持するようにしてもよい。
In addition, the first
第1スライド揺動アーム91が第1位置で第1アクチュエータ101に押されて揺動すると、第1螺旋溝形成体111の第1螺旋溝112内に挿脱ピン9aが進入する。このとき、第1螺旋溝形成体111はカムシャフト30と一体的に回転しているため、挿脱ピン9aが第1螺旋溝112の片側の縦壁面112cに押される。これにより、第1スライド揺動アーム91は、ロッカーシャフト50の外周面を軸方向にスライド移動する。第1スライド揺動アーム91が軸方向に移動する力は、第2リンクシャフト52を介して第2スライド揺動アーム92に伝達される。従って、第2スライド揺動アーム92も第1スライド揺動アーム91と一体となって軸方向にスライド移動する。このとき、シャフトリターン機構130においては、シャフトリターン用スプリング132が第2リンクシャフト52の移動に伴ってさらに圧縮されていく。
When the first
こうして、第3可変機構43および第4可変機構44の第6ピン76は、それぞれ第1スライド揺動アーム91および第2スライド揺動アーム92により軸方向に押される。挿脱ピン9aが第1螺旋溝112の螺旋溝部分を移動する期間は、第3可変機構43および第4可変機構44における第1カム31,第2カム32,第3カム33のベース円部が、それぞれ第1ローラ611,第2ローラ621,第3ローラ631と当接している期間内に設定されている。従って、第1スライド揺動アーム91および第2スライド揺動アーム92が軸方向に移動する期間においては、第3可変機構43のピン孔列600および第4可変機構44のピン孔列600は、一直線状に配置されている。このため、第3可変機構43および第4可変機構44のピン列700は、一体となってピンリターン用スプリング77の付勢に抗して図3の矢印a方向に移動する。
Thus, the
2つのスライド揺動アーム91,92は、第1スライド揺動アーム91の挿脱ピン9aが第1螺旋溝112の螺旋溝部の開始点から終了点に達すると軸方向移動を停止する。このとき、スライド揺動アーム91,92は、第1位置から距離Aだけ軸方向移動したことになる。以下、この位置を第2位置と呼ぶ。
The two
挿脱ピン9aは、第1螺旋溝112の終端部112bを通過すると溝から抜け出る。そのため、スライド揺動アーム91,92がシャフトリターン用スプリング132とピンリターン用スプリング77との付勢力により軸方向(図3の矢印b方向)に戻る可能性がある。そこで、第1スライド揺動アーム91には、第2位置に保持するための機構が設けられている。
When the insertion /
第1スライド揺動アーム91の押圧片9bには、図17,図18に示すように、凹部9cが形成されている。第1スライド揺動アーム91が第1位置に位置するときに第1アクチュエータ101が通電されると、押圧片9bは、第1アクチュエータの可動軸101aにより押される。上述したように、第1スライド揺動アーム91は、第1アクチュエータ101の作動によりロッカーシャフト50の軸方向に沿って移動する。このため、押圧片9bが第1アクチュエータ101の可動軸101aにより押される位置(図17においてハッチングで示した位置)も変化していく。
As shown in FIGS. 17 and 18, a
凹部9cは、可動軸101aの直径よりやや大きな幅の溝であって、可動軸101aにより押される位置が変化していく方向に形成されている。また、凹部9cの始端部は、半円筒状の内壁面で囲まれるように形成されている。
The
第1スライド揺動アーム91がロッカーシャフト50の軸方向に移動すると、図17,図18に示すように、可動軸101aが押圧片9bを押す位置も変化していく。そして、第1スライド揺動アーム91が第2位置に到達すると、可動軸101aが凹部9cに到達して凹部9cに落ち込む。これにより、挿脱ピン9aが第1螺旋溝112から抜け出ても、可動軸101aの側面が凹部9cの内壁面に係止されるため、第1スライド揺動アーム91は、第2位置に保持される。従って、第2リンクシャフト52および第2スライド揺動アーム92も第2位置に保持されることになる。この場合、シャフトリターン用スプリング132とピンリターン用スプリング77とによる付勢により、可動軸101aの側面と凹部9cの内壁面とが互いに圧接されるため、第2位置の保持が確実なものとなる。
When the first
次に、第2アクチュエータ102の作動により第2リンクシャフト52を軸方向にスライド移動させる構成について説明する。
Next, a configuration in which the
カムシャフト30には、図3に示すように、第3気筒13の第1カム31と第4気筒14の第3カム31との間に、カムシャフト30より大きな外径を有する円柱状の第2螺旋溝形成体121が形成されている。この第2螺旋溝形成体121は、第2スライド揺動アーム92の揺動による挿脱ピン9aの移動軌跡上に設けられる。第2螺旋溝形成体121の外周面には螺旋状に延びた第2螺旋溝122が形成されている。第2螺旋溝122の幅は、挿脱ピン9aの外径よりやや大きく形成されている。第2螺旋溝122の始端部122aと終端部122bとは、カムシャフト30の軸方向においてBミリメートル(距離Bと呼ぶ)だけ離れている。距離Bは、距離Aよりも長く、距離Aの2倍に設定されている。また、第2螺旋溝122の終端部122bは、その終端にいくほど溝の深さが浅くなるように形成されている。尚、第2螺旋溝122は、全体にわたって螺旋状に形成する必要はなく、例えば、その一部において、軸方向に対して直交する周方向に延びた円弧溝部分を含んでいても良い。本実施形態における第2螺旋溝122は、始端部122aと終端部122bとにおいて、周方向に延びた円弧溝部分が形成されている。以下、第2螺旋溝122において、両端(始端部122aと終端部122b)の円弧溝部分を除いた実質的に螺旋溝となる部分を螺旋溝部分と呼ぶ。
As shown in FIG. 3, the
第2螺旋溝122は、第2スライド揺動アーム92が第1位置に位置するとき、第2スライド揺動アーム92に形成された挿脱ピン9aと、第2螺旋溝122の始端部122aとが軸方向において同じ位置となるように形成されている。また、第2螺旋溝122の終端部122bは、始端部122aよりも、軸方向において第3気筒13の第1カム31に近い側となっている。また、第2螺旋溝122における螺旋溝部分の開始点から終了点までの周方向位置は、第1螺旋溝112と同様に、第3可変機構43と第4可変機構44とにおいて第1カム31,第2カム32,第3カム33のベース円部が、それぞれ第1ローラ611,第2ローラ621,第3ローラ631と当接している期間内、つまり、図16に示すベース円期間T1に含まれる周方向位置に設定されている。
The
第2スライド揺動アーム92は、第1位置に位置する状態で第2アクチュエータ102により押圧片9bが所定ストロークだけ押されてロッカーシャフト50を回転中心にして揺動する。これにより、第2スライド揺動アーム92に形成された挿脱ピン9aが第2螺旋溝122内に挿入される。
The second
また、第2スライド揺動アーム92は、第2アクチュエータ102により押圧片9bが押されていない状態においては、その自重により、第2アクチュエータ102により押される方向とは反対方向に揺動するため、挿脱ピン9aが第2螺旋溝122から抜け出るようになっている。尚、第2スライド揺動アーム92が第2アクチュエータ102により押されていないときの位置は、例えば、固定ピン97を開口50aの縁に当接させることで一定に保つように構成してもよいし、図示しないストッパを設けて第2スライド揺動アーム92を保持するようにしてもよい。
Further, the second
第2スライド揺動アーム92が第1位置で第2アクチュエータ102に押されて揺動すると、第2螺旋溝形成体121の第2螺旋溝122内に挿脱ピン9aが進入する。従って、第2スライド揺動アーム92は、挿脱ピン9aが第2螺旋溝122の片側の縦壁面122cに押されることにより、ロッカーシャフト50の外周面を軸方向にスライド移動する。第2スライド揺動アーム92が軸方向に移動する力は、第2リンクシャフト52を介して第1スライド揺動アーム91に伝達される。従って、第1スライド揺動アーム91も第2スライド揺動アーム92と一体となって軸方向にスライド移動する。このとき、シャフトリターン機構130においては、シャフトリターン用スプリング132が第2リンクシャフト52の移動に伴ってさらに圧縮されていく。
When the second
こうして、第3可変機構43および第4可変機構44のピン列700は、第1スライド揺動アーム91の揺動時と同様に、一体となってピンリターン用スプリング77の付勢に抗して図3の矢印a方向に移動する。
Thus, the
2つのスライド揺動アーム91,92は、第2スライド揺動アーム92の挿脱ピン9aが第2螺旋溝122の螺旋溝部の開始点から終了点に達すると軸方向移動を停止する。このとき、2つのスライド揺動アーム91,92は、それぞれ第1位置から距離Bだけ軸方向移動したことになる。以下、この位置を第3位置と呼ぶ。
The two
挿脱ピン9aは、第2螺旋溝122の終端部122bを通過すると溝から抜け出る。そのため、スライド揺動アーム91,92がシャフトリターン用スプリング132とピンリターン用スプリング77との付勢力により軸方向(図3の矢印b方向)に戻る可能性がある。そこで、第2スライド揺動アーム92には、第3位置に保持するために、第1スライド揺動アーム91と同様な保持機構が設けられている。つまり、第2スライド揺動アーム92の押圧片9bに、第2スライド揺動アーム92が第2アクチュエータ102の可動軸102aに対して軸方向に距離Bだけ相対移動したときに、第2アクチュエータ102の可動軸102aが落ち込む凹部9cが形成されている。従って、第2スライド揺動アーム92における保持機構は、第1スライド揺動アーム91における保持機構に比べて、凹部9cの形成位置が相違するだけであって、そのメカニズムは同一である。
When the insertion /
ロッカーシャフト50内には、図19,図20に示すように、第1リンクシャフト51と第2リンクシャフト52との間に結合式ディレイ機構140が設けられている。この結合式ディレイ機構140は、第2リンクシャフト52が軸方向移動する力でコイルスプリング141を圧縮し、第1リンクシャフト51が軸方向に移動可能状態となったとき、つまり、第1可変機構41と第2可変機構42のピン孔列600が同一直線上に並んだときに、コイルスプリング141の付勢力で、第1リンクシャフト52を第2リンクシャフト52が移動した距離だけ同じ方向に移動させるものである。
In the
第1リンクシャフト51には、第2リンクシャフト52側となる先端において小径に加工された小径円柱部51cが形成されている。小径円柱部51cには、その中間位置にピン圧入孔51dが穿設されている。一方、第2リンクシャフト52には、この小径円柱部51cが遊びをもって挿入される円孔52cが軸方向に沿って形成されている。また、第2リンクシャフト52には、円孔52cを垂直に貫通する開口52dが小径円柱部51cを挟んで両側に形成されている。この開口52dは、軸方向に長く延びた長孔であり、その長手方向の両端が半円状に形成されている。
The
第1リンクシャフト51と第2リンクシャフト52は、コイルスプリング141を小径円柱部51cに挿通した状態で小径円柱部51cを第2リンクシャフト52の円孔52cに挿入し、第2リンクシャフト52に形成した一方の開口52dから移動規制用ピン142を挿入して、移動規制用ピン142を小径円柱部51cのピン圧入孔51dに圧入することで連結される。この連結状態において、コイルスプリング141は、第1リンクシャフト51の段部(小径円柱部51cの基部まわりのリング状平面)と第2リンクシャフト52のリング状端部との間に介装されることになる。また、移動規制用ピン142は、その中央位置においてピン圧入孔51dに圧入固定され、両端の側面が開口52dの縁部に向かい合う。また、移動規制用ピン142の長さは、両端が開口52dから径方向外側に突出しない寸法に設定されている。
The
この結合式ディレイ機構140においては、コイルスプリング141より、第1リンクシャフト51と第2リンクシャフト52とが互いに離れる方向に付勢される。このため、第1リンクシャフト51の小径円柱部51cに圧入された移動規制用ピン142が、第2リンクシャフト52に形成された開口52dの端部(第1リンクシャフト51に近い側の端部)に当接した状態に保たれ、両リンクシャフト51,52間の軸方向相対位置が一定に維持される。
In this coupled
第1アクチュエータ101あるいは第2アクチュエータ102が作動して、第1スライド揺動アーム91あるいは第2スライド揺動アーム92がロッカーシャフト50の表面を軸方向に移動すると、これに伴って第2リンクシャフト52も軸方向に移動する。スライド揺動アーム91,92が軸方向に移動できる期間は、上述したように、第3可変機構43と第4可変機構44とにおいて第1カム31,第2カム32,第3カム33のベース円部が、それぞれ第1ローラ611,第2ローラ621,第3ローラ631と当接している期間である。このとき、第1可変機構41と第2可変機構42においては、何れかのローラロッカーアーム61,62,63が揺動している期間となり、ピン孔列600が一直線状に配置されていない。
When the
従って、第1リンクシャフト51に連結した2つのスライドアーム81,82でピン列700を軸方向に移動させることができないため、第1リンクシャフト51は、停止した状態に維持される。この状態においては、移動規制用ピン142が開口52d内を図19の矢印方向に移動している。この開口52dに対する移動規制用ピン142の相対移動距離は、第2リンクシャフト52の移動距離と同じであり、第1アクチュエータ101の作動時においては距離Aとなり、第2アクチュエータ102の作動時においては距離Bとなる。また、第2リンクシャフト52のみが移動しているときには、コイルスプリング141が圧縮されているため、2つのスライドアーム81,82は、可変機構41,42の第6ピン76を軸方向(図3の矢印a方向)に押しつけている状態となる。
Therefore, since the
尚、第2リンクシャフト52に形成される開口52dは、移動規制用ピン142が移動した場合でも、その移動方向の縁に移動規制用ピン142が当たらないような寸法に設定されている。また、第2リンクシャフト52に形成される円孔52cは、第2リンクシャフト52が移動しても、第1リンクシャフト51の小径円柱部51cの先端が、円孔52cの底部に当たらないような深さに設定されている。
Note that the
カムシャフト30が回転して、第1可変機構41と第2可変機構42における第1カム31,第2カム32,第3カム33のベース円部が、それぞれ第1ローラ611,第2ローラ621,第3ローラ631と当接する状態になると、第1可変機構41と第2可変機構42におけるピン孔列600が一直線状に配置されることになる。従って、ピン列700の軸方向移動が可能となり、圧縮されたコイルスプリング141の付勢力で第1リンクシャフト51がスライドアーム81,82とともに軸方向に移動しピン列700を移動させる。尚、コイルスプリング141のバネ力は、可変機構41,42のピンリターン用スプリング77のバネ力よりも大きく設定されている。
As the
このとき、移動規制用ピン142が第2リンクシャフト52に形成した開口52d内を軸方向に戻り、初期の位置(図19,図20の状態)である開口52dの縁に当接して停止する。従って、第1リンクシャフト51は、第2リンクシャフト52が先に移動した距離だけ移動し、それ以上の移動が規制されている。このように結合式ディレイ機構140においては、第2リンクシャフト52の軸方向移動に対して第1リンクシャフト51の軸方向移動を遅らせるとともに、第1リンクシャフト51の移動距離を第2リンクシャフト52の移動距離と同一にすることができる。
At this time, the
次に、上述した第1位置、第2位置、第3位置における可変機構4の連結状態について説明する。まず、第1位置における可変機構4の連結状態について説明する。第1位置は、第1アクチュエータ101および第2アクチュエータ102が作動していないときに、シャフトリターン用スプリング132の付勢により、リンクシャフト51,52が最も第4気筒14側(図3の矢印b方向)に移動している位置である。この第1位置においては、スライドアーム81,82およびスライド揺動アーム91,92が、第2ローラロッカーアーム62から最も離れた位置となる。
Next, the connection state of the
第1位置においては、図4に示すように、ピン孔613,623,624,633に対して、ピン71〜76が次のような位置関係にセットされる。第1ピン71とバネ力伝達部材78とが当接する当接面の軸方向位置は、第3ローラロッカーアーム63と第2ローラロッカーアーム62との境界位置となる。また、第1ピン71と第2ピン72とが当接する当接面の軸方向位置は、第2主ピン孔623の中間位置となる。また、第2ピン72と第3ピン73とが当接する当接面の軸方向位置は、第1ピン孔613の中間位置となる。また、第3ピン73と第4ピン74とが当接する当接面の軸方向位置は、第1ローラロッカーアーム61と第2ローラロッカーアーム62の副アーム62bとの境界位置となる。また、第4ピン74と第5ピン75とが当接する当接面の軸方向位置は、第2副ピン孔624の中間位置となる。また、第5ピンと第6ピンとが当接する当接面の軸方向位置は、第2副ピン孔624の中間位置となる。
In the first position, as shown in FIG. 4, the
従って、第1位置においては、第2ピン72が第1ローラロッカーアーム61と第2ローラロッカーアーム62とを跨いで挿入されることになる。このため、第1ローラロッカーアーム61と第2ローラロッカーアーム62とは、互いに連結されるため一体となってロッカーシャフト50を回転中心にして揺動可能な状態となる。また、第3ローラロッカーアーム63は、第2ローラロッカーアーム62とから切り離された状態でロッカーシャフト50を回転中心にして揺動可能な状態となる。
Therefore, in the first position, the
この状態では、第2カム32のリフト量が実質的にゼロであることから、吸気バルブ20が第1カム31のカムプロフィールにしたがって開閉動作することになる。
In this state, since the lift amount of the
次に、第2位置における可変機構4の連結状態について説明する。この第2位置は、第1アクチュエータ101が作動して、リンクシャフト51,52が第1位置よりも距離Aだけ第1気筒11側(図3の矢印a方向)に移動している状態である。この第2位置においては、図5に示すように、ピン孔613,623,624,633に対して、ピン71〜76が次のような位置関係にセットされる。第1ピン71とバネ力伝達部材78とが当接する当接面の軸方向位置は、第3ピン孔633の中間位置となる。また、第1ピン71と第2ピン72とが当接する当接面の軸方向位置は、第3ローラロッカーアーム63と第2ローラロッカーアーム62との境界位置となる。また、第2ピン72と第3ピン73とが当接する当接面の軸方向位置は、第2ローラロッカーアーム62の主アーム62aと第1ローラロッカーアーム63との境界位置となる。また、第3ピン73と第4ピン74とが当接する当接面の軸方向位置は、第1ピン孔613の中間位置となる。また、第4ピン74と第5ピン75とが当接する当接面の軸方向位置は、第1ローラロッカーアーム61と第2ローラロッカーアーム62の副アーム62bとの境界位置となる。また、第5ピン75と第6ピン76とが当接する当接面の軸方向位置は、第2副ピン孔624の中間位置となる。
Next, the connection state of the
従って、第2位置においては、第1ローラロッカーアーム61と第2ローラロッカーアーム62と第3ローラロッカーアーム63とが全て切り離された状態となる。このため、第1ローラロッカーアーム61は第1カム31の回転により揺動し、第3ローラロッカーアーム63は第3カム33の回転により揺動するものの、その揺動する力は、吸気バルブ20に伝達されない。
Therefore, in the second position, the first
従って、この状態では、吸気バルブ20は、第2カム32のカムプロフィールにしたがって開閉動作することになる。このため、第2位置では、バルブ休止状態となる。
Therefore, in this state, the
次に、第3位置における可変機構4の連結状態について説明する。この第3位置は、第2アクチュエータ102が作動して、リンクシャフト51,52が第1位置よりも距離Bだけ第1気筒11側(図3の矢印a方向)に移動している状態である。この第3位置においては、図6に示すように、ピン孔613,623,624,633に対して、ピン71〜76が次のような位置関係にセットされる。第1ピン71とバネ力伝達部材78とが当接する当接面の軸方向位置は、第3ピン孔633の中間位置となる。また、第1ピン71と第2ピン72とが当接する当接面の軸方向位置も、第3ピン孔633の中間位置となる。また、第2ピン72と第3ピン73とが当接する当接面の軸方向位置は、第2主ピン孔623の中間位置となる。また、第3ピン73と第4ピン74とが当接する当接面の軸方向位置は、第2ローラロッカーアーム62の主アーム62aと第1ローラロッカーアーム61との境界位置となる。また、第4ピン74と第5ピン75とが当接する当接面の軸方向位置は、第1ピン孔613の中間位置となる。また、第5ピン75と第6ピン76とが当接する当接面の軸方向位置は、第1ローラロッカーアーム61と第2ローラロッカーアーム62の副アーム62bとの境界位置となる。
Next, the connection state of the
従って、第3位置においては、第2ピン72が第2ローラロッカーアーム62と第3ローラロッカーアーム63とを跨いで挿入されることになる。このため、第2ローラロッカーアーム62と第3ローラロッカーアーム63とは、互いに連結されるため一体となってロッカーシャフト50を回転中心にして揺動可能な状態となる。また、第1ローラロッカーアーム61は、第2ローラロッカーアーム62から切り離された状態でロッカーシャフト50を回転中心にして揺動可能な状態となる。
Therefore, in the third position, the
この状態では、第2カム32のリフト量が実質的にゼロであることから、吸気バルブ20が第3カム32のカムプロフィールにしたがって開閉動作することになる。
In this state, since the lift amount of the
このように、可変機構4においては、バルブリフト量の最も小さい第2カム32のカムプロフィールにしたがって揺動する第2ローラロッカーアーム62に吸気バルブ20を接続し、この第2ローラロッカーアームの両側に設けたローラロッカーアーム61,63の連結状態を切り替えることにより、他の2つのカム31,33のカムプロフィールに応じたバルブ特性が選択的に得られるように構成されている。
As described above, in the
次に、ピン駆動機構200における駆動制御について説明する。第1アクチュエータ101および第2アクチュエータ102は、ECU150により電気的に駆動制御される。ECU150は、内燃機関10の運転状態を制御するための電子制御ユニットである。ECU150は、カムシャフト30の回転角度を検出するカムポジションセンサ201の出力信号に基づいて、第1アクチュエータ101および第2アクチュエータ102を駆動制御する。
Next, drive control in the
可変機構4の連結状態の切り替えは、第1カム31,第2カム32,第3カム33のベース円部が、それぞれ第1ローラ611,第2ローラ621,第3ローラ631と当接しているベース円期間T1(図16参照)内に行う必要があるが、全ての気筒11,12,13,14において、同時にそのような状態になることはない。そこで、まず第3気筒13と第4気筒14とがベース円期間T1内に入っているときに第3可変機構と第4可変機構のピン列700の移動を行い、その後、第1気筒11と第2気筒12とにおける第1カム31,第2カム32,第3カム33のベース円部が、それぞれ第1ローラ611,第2ローラ621,第3ローラ631と当接するベース円期間T2(図16参照)に入ったときに、第1可変機構41と第2可変機構42のピン列700の移動を行う。
Switching of the coupling state of the
第1螺旋溝112および第2螺旋溝122における螺旋溝部分の開始点は、ベース円期間T1の開始点あるいはその直後の点に設定されている。また、第1螺旋溝112および第2螺旋溝122における螺旋溝部分の終了点は、ベース円期間T1の終了点あるいはその手前の点に設定されている。従って、ECU150は、第2リンクシャフト52を第1位置から第2位置あるいは第3位置に切り替えるときに、カムポジションセンサ201の出力信号を読み込み、挿脱ピン9aが第1螺旋溝112あるいは第2螺旋溝122の螺旋溝部分の開始点よりやや手前の位置(溝の始端部あるいはその手前位置)に落ちるようなカムシャフト30の回転角度を検出したときに、第1アクチュエータ101あるいは第2アクチュエータ102を作動させる。
The starting point of the spiral groove portion in the
ECU150は、内燃機関10を高負荷で運転するときには、第1位置を選択する。この場合、ECU150は、第1アクチュエータ101および第2アクチュエータ102を作動させない。従って、吸気バルブ20は、第1カム31のカムプロフィールにしたがって開閉動作するため、高負荷運転に適したトルクを発生する。
The
ECU150は、内燃機関10を低・中負荷で運転するときには、第3位置を選択する。例えば、第1位置から第3位置に切り替える場合、ECU150は、第2アクチュエータ102を作動させる(第1アクチュエータ101は作動させない)。これにより、第2アクチュエータ102が第2スライド揺動アーム92の押圧片9bを押して、第2スライド揺動アーム92が揺動し、挿脱ピン9aが第2螺旋溝122の始端部122aに進入する。挿脱ピン9aは、第2螺旋溝形成体121の回転により第2螺旋溝122の片側の縦壁面122cに押されながら、第2螺旋溝122内を終端部122bに向かって移動する。こうして第2スライド揺動アーム92がロッカーシャフト50の外周面を軸方向にスライド移動し、これに伴って、第2リンクシャフト52および第1スライド揺動アーム91も第2スライド揺動アーム92と一体的に軸方向に移動する。
The
この移動中においては、第2リンクシャフト52の移動分だけ結合式ディレイ機構140のコイルスプリング141が圧縮されていく。挿脱ピン9aが第2螺旋溝122の終端部122bに到達すると、第2アクチュエータ102の可動軸102aが第2スライド揺動アーム92の押圧片9bに形成された凹部9cに落ち込む。従って、挿脱ピン9aが第2螺旋溝122から抜け出ても、可動軸102aの側面が凹部9cの内壁面に係止されるため、第2スライド揺動アーム92は、第1位置から軸方向に距離Bだけ移動した第3位置に保持される。この時点では、第3可変機構43と第4可変機構44のみが第3位置に切り替えられた状態となる。
During this movement, the
この状態においては、第1リンクシャフト51が結合式ディレイ機構140のコイルスプリング141により第1気筒11方向(図3の矢印a方向)に付勢されている。このため、第1スライドアーム81と第2スライドアーム82とは、それぞれ第6ピン76を軸方向に押し続ける。そして、カムシャフト30の回転により、第1カム31,第2カム32,第3カム33のベース円部が、それぞれ第1ローラ611,第2ローラ621,第3ローラ631と当接する状態になると、第1可変機構41と第2可変機構42におけるピン孔列600が一直線状に配置され、ピン列700がピン孔列600内を軸方向にスライド移動する。この移動距離は、第2リンクシャフト52の移動距離と同じ距離Bとなる。こうして、全ての可変機構41,42,43,44が第3位置に切り替えられた状態となる。
In this state, the
従って、吸気バルブ20は、第3カム33のカムプロフィールにしたがって開閉動作するため、アトキンソンサイクルが実施されることになり、熱効率が高くなり、低燃費を図ることができる。このため、低・中負荷運転に適したものとなる。
Therefore, since the
ECU150は、フューエルカット運転を行うときには、第2位置を選択する。例えば、第1位置から第2位置に切り替える場合、ECU150は、第1アクチュエータ101を作動させる(第2アクチュエータ102は作動させない)。これにより、第1アクチュエータ101が第1スライド揺動アーム91の押圧片9bを押して、第1スライド揺動アーム91が揺動し、挿脱ピン9aが第1螺旋溝112の始端部112aに進入する。挿脱ピン9aは、第1螺旋溝形成体111の回転により第1螺旋溝112の片側の縦壁面112cに押されながら、第1螺旋溝112内を終端部112bに向かって移動する。こうして第1スライド揺動アーム91がロッカーシャフト50の外周面を軸方向にスライド移動し、これに伴って、第2リンクシャフト52および第2スライド揺動アーム92も第1スライド揺動アーム91と一体的に軸方向に移動する。
The
この移動中においては、第2リンクシャフト52の移動分だけ結合式ディレイ機構140のコイルスプリング141が圧縮されていく。挿脱ピン9aが第1螺旋溝112の終端部112bに到達すると、第1アクチュエータ101の可動軸101aが第1スライド揺動アーム91の押圧片9bに形成された凹部9cに落ち込む。従って、挿脱ピン9aが第1螺旋溝112から抜け出ても、可動軸101aの側面が凹部9cの内壁面に係止されるため、第1スライド揺動アーム91は、第1位置から軸方向に距離Aだけ移動した第2位置に保持される。この時点では、第3可変機構43と第4可変機構44のみが第2位置に切り替えられた状態となる。
During this movement, the
そして、カムシャフト30の回転により、第1可変機構41と第2可変機構42における第1カム31,第2カム32,第3カム33のベース円部が、それぞれ第1ローラ611,第2ローラ621,第3ローラ631と当接する状態になると、第1可変機構41と第2可変機構42におけるピン孔列600が一直線状に配置され、結合式ディレイ機構140のコイルスプリング141の付勢によりピン列700がピン孔列600内を軸方向にスライド移動する。この移動距離は、第2リンクシャフト52の移動距離と同じ距離Aとなる。こうして、全ての可変機構41,42,43,44が第2位置に切り替えられた状態となる。
Then, due to the rotation of the
従って、吸気バルブ20は、第2カム32のカムプロフィールにしたがって開閉動作する。これにより、フューエルカット運転時においては、バルブ休止状態となる。フューエルカット運転中に吸気バルブ20が開閉動作すると、新気が気筒11,12,13,14内や内燃機関10の排気系に設けられた排気浄化装置を通過することになり、排気浄化装置に担持された貴金属触媒が酸化し、排気浄化装置の浄化性能が劣化あるいは低下する可能性がある。そこで、本実施形態においては、フューエルカット運転時においては、吸気バルブ20を休止状態にすることで、上記の不具合を回避することができる。
Accordingly, the
また、ECU150は、低・中負荷運転から高負荷運転に切り換える場合には、第3位置から第1位置に切り替える。この場合、ECU150は、第2アクチュエータ102の通電を停止する。この通電停止タイミングは、カムシャフト30の回転角度に関わらず任意でよい。これにより、第2アクチュエータ102の可動軸102aが第2スライド揺動アーム92の凹部9cから抜け出て、第2スライド揺動アーム92が自重により初期位置に戻る。これにより、第2リンクシャフト52,第1スライド揺動アーム91,第2スライド揺動アーム92が一体となって、シャフトリターン用スプリング132の付勢により第4気筒14方向(図3の矢印b方向)に移動して第1位置に戻る。そして、第3可変機構43と第4可変機構44においては、カムシャフト30の回転により、ピン列700とピン孔列600とが一直線状となったときに、ピンリターン用スプリング77の付勢によりピン列700がスライド揺動アーム91,92に規制される位置にまで戻る。また、第1変機構41と第2可変機構42においては、ピン列700とピン孔列600とが一直線状となったときに、ピンリターン用スプリング77の付勢によりピン列700とスライドアーム81,82と第1リンクシャフト51が同方向に戻る。こうして全ての可変機構41,42,43,44が第3位置から第1位置に切り替わる。
Further, the
また、ECU150は、フューエルカット運転から高負荷運転に切り換える場合には、第2位置から第1位置に切り替える。この場合、ECU150は、第1アクチュエータ101の通電を停止する。この通電停止タイミングも、カムシャフト30の回転角度に関わらず任意でよい。これにより、第1アクチュエータ101の可動軸101aが第1スライド揺動アーム91の凹部9cから抜け出て、第1スライド揺動アーム91が自重により初期位置に戻る。従って、第3位置から第1位置に切り替える場合と同様に、可変機構41,42,43,44が第2位置から第1位置に切り替わる。
Further, the
また、ECU150は、フューエルカット運転から低・中負荷運転に切り換える場合、あるいは、低・中負荷運転からフューエルカット運転に切り替える場合には、いったん第1位置に戻してから、第3位置あるいは第2位置に切り替える。
Further, when switching from the fuel cut operation to the low / medium load operation, or when switching from the low / medium load operation to the fuel cut operation, the
このように、本実施形態のピン駆動機構200は、リンクシャフト51,52と、スライドアーム81,82と、スライド揺動アーム91,92と、アクチュエータ101,102と、螺旋溝形成体111,112と、シャフトリターン機構130と、連結式ディレイ機構140と、ECU150と、カムポジションセンサ201とから構成されている。
Thus, the
次に、第2実施形態の可変動弁装置について説明する。第1実施形態の可変動弁装置では、第2位置に切り替えるための第1アクチュエータ101,第1螺旋溝形成体111と、第3位置に切り替えるための第2アクチュエータ102,第2螺旋溝形成体121とを別々に備える構成であったが、第2実施形態の可変動弁装置では、それらの機能を1つのアクチュエータと螺旋溝形成体とで実現するように構成している。以下、第1実施形態の可変動弁装置と相違する構成について説明する。
Next, the variable valve gear according to the second embodiment will be described. In the variable valve operating apparatus of the first embodiment, the
図21は、第2実施形態における連結状態切替機構650とピン駆動機構210との関係を表す概略構成図である。第2実施形態と第1実施形態とは、各気筒11,12,13,14のカム31,32,33、ローラロッカーアーム61,62,63、ロッカーシャフト50、リンクシャフト51,52、スライドアーム81,82、シャフトリターン機構130、結合式ディレイ機構140、連結状態切替機構650に関して同一であり、ピン駆動機構が相違する。
FIG. 21 is a schematic configuration diagram illustrating a relationship between the connection
第2実施形態においては、第3可変機構43のピン列700を軸方向にスライドさせる部材として、第1実施形態の第2スライド揺動アーム92に代えて第3スライドアーム83を備えている。この第3スライドアーム83は、第1実施形態のスライドアーム81,82と同様な構成で固定ピン97により第2リンクシャフト92に連結される。第3スライドアーム83は、ロッカーシャフト50の表面を軸方向に摺動するのみで、周方向に揺動する必要がないため、この第3スライドアーム83の連結部においては、図14に示すように、ロッカーシャフト50に形成した開口50bの周方向寸法が固定ピン97の直径とほぼ同程度となっている。第3スライドアーム83は、第1,第2スライドアーム81,82と同じ形状であり同じ機能を有する。
In the second embodiment, a
第4可変機構44には、第6ピン76の端部に当接してピン列700を軸方向にスライドさせるスライド揺動アーム93が設けられている。このスライド揺動アーム93は、第1実施形態の第1スライド揺動アーム91と同様に、固定ピン97により第2リンクシャフト52に連結される。従って、スライド揺動アーム93は、ロッカーシャフト50の外周面に対して軸方向に沿った摺動移動と周方向に沿った摺動回転が可能で、且つ、第2リンクシャフト52に対して軸方向に相対移動不能に取り付けられる。
The fourth
スライド揺動アーム93は、板状に形成され、常に片側の板面が第6ピン76の端部と当接して、ピンリターン用スプリング77により付勢されるピン列700の移動を規制するとともに、ピンリターン用スプリング77を圧縮する方向に押圧する押圧面になっている。従って、スライド揺動アーム93の押圧面は、第6ピン76の端部が摺動する面となるため平坦に形成され、かつ、スライド揺動アーム93の揺動角度に関わらず第6ピン76の揺動軌跡の全域において第6ピン76の端部を押圧できるように押圧面積が確保されている。スライド揺動アーム93は、図22〜図24に示すように、その片側に円柱状の挿脱ピン9aが立設され、ロッカーシャフト50を挟んで挿脱ピン9aと反対側に押圧片9bが一体的に形成されている。
The
スライド揺動アーム93は、アクチュエータ103の動作により押圧片9bが押されてロッカーシャフト50を回転中心にして揺動する。このアクチュエータ103は、スライド揺動アーム93の押圧片9bを押し出すストローク(突き出し量と呼ぶ)を2段階に切り替え可能に構成されている。従って、スライド揺動アーム93の初期位置からの揺動角度を2段階に切り替えることができる。
The
例えば、アクチュエータ103として電磁ソレノイドを用いた場合には、図25に示すように、リターンスプリング104とコイル103Lに発生する電磁力とのバランスで可動軸103aの進退位置が決まる。従って、コイル103Lへの通電回路にスイッチング素子105を設け、スイッチング素子105のデューティ比制御により通電量を2通りに切り替えることで、突き出し量を2段階に切り替えることができる。
For example, when an electromagnetic solenoid is used as the
また、例えば、図26に示すように、2つのアクチュエータ1031,1032を直列に配置する構成も採用することができる。例えば、大きな突き出し量が必要なときには、2つのアクチュエータ1031,1032を同時に作動させる。この場合には、後方に位置するアクチュエータ1031が前方のアクチュエータ1032を押すため、全体として、1つのアクチュエータの突き出し量の2倍の突き出し量が得られる。また、小さな突き出し量が必要な時には、一方のアクチュエータのみを作動させればよい。アクチュエータ1031,1032としては、電磁ソレノイドの他に油圧アクチュエータを採用することができる。
Further, for example, as shown in FIG. 26, a configuration in which two
以下、2段階に切り替えられる突き出し量のうち、小さい方を第1突き出し量と呼び、大きい方を第2突き出し量と呼ぶ。 Hereinafter, of the protrusion amounts that can be switched in two steps, the smaller one is referred to as a first protrusion amount, and the larger one is referred to as a second protrusion amount.
カムシャフト30には、第4気筒14の第1カム31の外側に、カムシャフト30より大きな外径を有する円柱状の螺旋溝形成体160が形成されている。この螺旋溝形成体160は、スライド揺動アーム93の揺動による挿脱ピン9aの移動軌跡上に設けられる。螺旋溝形成体160の外周面には螺旋状に延びた螺旋二段溝170が形成されている。この螺旋二段溝170は、互いに深さの異なる第1螺旋溝171と第2螺旋溝172とを並設したものである。
The
第1実施形態における螺旋溝112,122は、向かい合う縦壁面と底面とで囲まれるように構成したが、この螺旋二段溝170は、片側の縦壁面と底面のみを形成し、その縦壁面の向かい合う側が開放されている。螺旋二段溝170は、第1実施形態と同様に、カムシャフト30の回転により挿脱ピン9aを軸方向に押してスライド移動させるものである。従って、挿脱ピン9aを押す側の縦壁面を螺旋状に形成して備えていれば、その機能を果たす。そこで、第2実施形態においては、螺旋二段溝170の底面を段状に形成することで、挿脱ピン9aを押すための縦壁面を上下に独立して備える。これにより、螺旋二段溝170は、上段側(浅い側)の縦壁面を有する第1螺旋溝171と、下段側(深い側)の縦壁面を有する第2螺旋溝172とを並設したものとなっている。尚、本発明における螺旋溝とは、向かい合う縦壁面を必ずしも備えている必要はなく、挿脱ピン9aの側面を押す側の縦壁面を備えていれば良い。
The
図27は、螺旋溝形成体160の正面図、図28は、螺旋溝形成体160の外周面を展開した図である。図示するように、第1螺旋溝171と第2螺旋溝172は、それぞれ共通の始端部170aを備えている。始端部170aは、周方向に直線状に延びて形成される。この始端部170aの途中から、その底面を段状にすることで、2つの螺旋状に延びた第1縦壁面171c,第2縦壁面172cが形成される。第1縦壁面171cは、周方向位置の変化に対して軸方向位置の変化する度合が小さい螺旋状に形成されて上段側に設けられ、第2縦壁面172cは、周方向位置の変化に対して軸方向位置の変化する度合が大きい螺旋状に形成されて下段側に設けられる。
27 is a front view of the spiral
段状に形成された底面のうち浅い方の底面(つまり、第1縦壁面171cの立設する底面)を第1底面171dと呼び、深い方の底面(つまり、第2縦壁面172cの立設する底面)を第2底面172dと呼ぶ。第1螺旋溝171は、第1縦壁面171cと第1底面171dとで2方が囲まれる部分となり、第2螺旋溝172は、第2縦壁面172cと第2底面172dとで2方が囲まれる部分となる。第1螺旋溝171の深さ(外周面に対する第1底面171dの深さ)をD1とする。第2螺旋溝172の深さ(外周面に対する第2底面172dの深さ)をD2(>D1)とする。螺旋二段溝170の始端部17aは、第2底面172dと連続する底面となる。
The shallower bottom surface (that is, the bottom surface on which the first
第1螺旋溝171の終端部171bと第2螺旋溝172の終端部172bは、第1螺旋溝171と第2螺旋溝172の開始点から周方向に所定距離進んだ位置(カムシャフトが所定角度回転した位置)に形成され、第1縦壁面171cと第2縦壁面172cとが周方向に直線状に延びた溝となる。終端部171b,172bは、周方向に進むほど浅くなり、所定距離進んだ位置で終了する。
The
第1螺旋溝171における始端部170aと終端部171bとは、カムシャフト30の軸方向において距離Aだけ離れている。また、第2螺旋溝172における始端部170aと終端部172bとは、カムシャフト30の軸方向において距離Bだけ離れている。
The
第2実施形態では、アクチュエータ103の突き出し量を選択的に制御することにより、スライド揺動アーム93に形成された挿脱ピン9aが挿入される螺旋溝(第1螺旋溝171あるいは第2螺旋溝172)が選択される。アクチュエータ103によりスライド揺動アーム93の押圧片9bが第1突き出し量だけ押されたときには、スライド揺動アーム93の揺動により、挿脱ピン9aが深さD1よりもやや浅い所定距離だけ螺旋二段溝170に挿入される。この場合、挿脱ピン9aは、最初に、螺旋二段溝170始端部170aに挿入される。そして、螺旋溝形成体160の回転により、挿脱ピン9aは、第1螺旋溝171に挿入された状態で第1縦壁面171cに押されながら第1縦壁面171cを摺動する。こうして、スライド揺動アーム93が、ロッカーシャフト50の外周面を軸方向にスライド移動する。そして、挿脱ピン9aが第1螺旋溝171の終端部171bに到達すると、スライド揺動アーム93は、第1位置から距離Aだけ移動した第2位置に到達する。
In the second embodiment, by selectively controlling the protrusion amount of the
また、アクチュエータ103によりスライド揺動アーム93の押圧片9bが第2突き出し量だけ押されたときには、スライド揺動アーム93の揺動により、挿脱ピン9aが深さD1よりも深く、かつ、深さD2よりもやや浅い所定距離だけ螺旋二段溝170に挿入される。この場合、挿脱ピン9aは、最初に、螺旋二段溝170始端部170aに挿入される。そして、螺旋溝形成体160の回転により、挿脱ピン9aは、第2螺旋溝172に挿入された状態で第2縦壁面172cに押されながら第2縦壁面172cを摺動する。こうして、スライド揺動アーム93が、ロッカーシャフト50の外周面を軸方向にスライド移動する。そして、挿脱ピン9aが第2螺旋溝172の終端部172bに到達すると、スライド揺動アーム93は、第1位置から距離Bだけ移動した第3位置に到達する。
Further, when the
こうしたスライド揺動アーム93が軸方向に移動する力は、第2リンクシャフト52を介して第3スライドアーム83に伝達される。従って、第3スライドアーム83もスライド揺動アーム93と一体となって軸方向にスライド移動する。このとき、シャフトリターン用スプリング132は、第2リンクシャフト52の移動に伴ってさらに圧縮されていく。
The force by which the
挿脱ピン9aは、終端部171bあるいは終端部172bを通過すると、第1螺旋溝171あるいは第2螺旋溝172から抜け出る。そのため、スライド揺動アーム93がシャフトリターン用スプリング132とピンリターン用スプリング77との付勢力により軸方向に戻る可能性がある。そこで、スライド揺動アーム93には、第2位置あるいは第3位置に保持するための機構が設けられている。
The insertion /
スライド揺動アーム93の押圧片9bには、図29,図30に示すように、二段凹部9dが形成されている。スライド揺動アーム93が第1位置に位置するときにアクチュエータ103が通電されると、押圧片9bは、アクチュエータ103の可動軸103aにより押されるとともに、スライド揺動アーム93の軸方向移動により、アクチュエータ103の可動軸103aにより押される位置(図29においてハッチングで示した位置)も変化していく。
As shown in FIGS. 29 and 30, the
上述したように、スライド揺動アーム93は、アクチュエータ103が第1突き出し量で駆動されたときには、第1位置から距離Aだけロッカーシャフト50の軸方向に沿って移動した位置で保持される必要がある。また、アクチュエータ103が第2突き出し量で駆動されたときには、第1位置から距離Bだけロッカーシャフト50の軸方向に沿って移動した位置で保持される必要がある。
As described above, when the
そこで、二段凹部9dは、アクチュエータ103が第1突き出し量で駆動されたときに、スライド揺動アーム93が第1位置から距離Aだけ軸方向に移動した時点でアクチュエータ103の可動軸103aが落ち込む第1溝9d1と、アクチュエータ103が第2突き出し量で駆動されたときに、スライド揺動アーム93が第1位置から距離Bだけ軸方向に移動した時点でアクチュエータ103の可動軸103aが落ち込む第2溝9d2とを備えている。
Therefore, the two-
アクチュエータ103の可動軸103aは、先端側が小径に形成され、基端側が大径に形成されている。先端側を小径部103a1と呼び、基端側を大径部103a2と呼ぶ。
The
二段凹部9dにおける第1溝9d1は、小径部103a1の直径より大きく大径部103a2の直径より小さい幅の溝であって可動軸103aにより押される位置が変化していく方向に形成されている。第1溝9d1の始端部は、半円筒状の内壁面で囲まれるように形成されている。また、第1溝9d1の深さは、可動軸103aの小径部103a1の軸方向の長さよりもやや長く設定されている。
The first groove 9d1 in the two-step
二段凹部9dにおける第2溝9d2は、可動軸103aの大径部103a2の直径よりやや大きい幅の溝であって、可動軸103aにより押される位置が変化していく方向に第1溝9d1からさらに延長して形成されている。第2溝9d2の始端部は、半円筒状の内壁面で囲まれるように形成されている。また、第2溝9d2の深さは、第1溝9d1よりも深く、アクチュエータ103が第2突き出し量で駆動されたときに、可動軸103aの先端が第2溝9d2の底面と当接しない深さに設定されている。
The second groove 9d2 in the two-
アクチュエータ103が第1突き出し量で駆動された場合には、スライド揺動アーム93が揺動するとともに軸方向に移動する。この移動に合わせて、アクチュエータ103の可動軸103aが押圧片9bを押す位置も変化していく。スライド揺動アーム93は、第2位置に到達すると、その軸方向移動を停止するとともに、アクチュエータ103の可動軸103aの小径部103a1が二段凹部9dの第1溝9d1に到達する。このため、小径部103a1が第1溝9d1に落ち込む。これにより、挿脱ピン9aが第1螺旋溝171から抜け出ても、小径部103a1の側面が第1溝9d1の内壁面に係止されるため、スライド揺動アーム93は、第2位置に保持される。従って、第2リンクシャフト52、および、第3スライドアーム83も第2位置に保持されることになる。この場合、シャフトリターン用スプリング132とピンリターン用スプリング77とによる付勢により、小径部103a1の側面と第1溝9d1の内壁面とが互いに圧接されるため、第2位置の保持が確実なものとなる。
When the
また、アクチュエータ103が第2突き出し量で駆動された場合には、スライド揺動アーム93は、第2位置に到達した時点でアクチュエータ103の可動軸103aの小径部103a1が二段凹部9dの第1溝9d1に落ち込むものの、大径部103a2が押圧片9bの表面(第1溝9d1の周囲の平面)に当接してスライド揺動アーム93の押圧を継続する。これにより、引き続き、スライド揺動アーム93の挿脱ピン9aが螺旋二段溝170の第2螺旋溝172により押されて摺動し、スライド揺動アーム93が軸方向に移動していく。そして、スライド揺動アーム93は、第3位置に到達すると、その軸方向移動を停止するとともに、アクチュエータ103の可動軸103aの大径部103a2が二段凹部9dの第2溝9d2に到達する。このため、大径部103a2が第2溝9d2に落ち込む。これにより、挿脱ピン9aが第2螺旋溝172から抜け出ても、大径部103a2の側面が第2溝9d2の内壁面に係止されるため、スライド揺動アーム92は、第3位置に保持される。従って、第2リンクシャフト52および、第3スライドアーム83も第3位置に保持されることになる。この場合、シャフトリターン用スプリング132とピンリターン用スプリング77とによる付勢により、大径部103a2の側面と第2溝9d2の内壁面とが互いに圧接されるため、第3位置の保持が確実なものとなる。
Further, when the
第2実施形態での第1位置、第2位置、第3位置における可変機構40の連結状態については、第1実施形態と同じである。従って、スライド揺動アーム93が第1位置に位置するときには、吸気バルブ20が第1カム31のカムプロフィールにしたがって開閉動作することになる。また、スライド揺動アーム93が第2位置に位置するときには、吸気バルブ20は第2カム32のカムプロフィールにしたがって開閉動作することになり、バルブ休止状態となる。また、スライド揺動アーム93が第3位置に位置するときには、吸気バルブ20は第3カム33のカムプロフィールにしたがって開閉動作することになる。
The connection state of the variable mechanism 40 at the first position, the second position, and the third position in the second embodiment is the same as in the first embodiment. Therefore, when the
また、第2実施形態での第1位置、第2位置、第3位置の切り替えタイミングについても、第1実施形態と同様に行う。つまり、第3可変機構43と第4可変機構44とにおいて第1カム31,第2カム32,第3カム33のベース円部が、それぞれ第1ローラ611,第2ローラ621,第3ローラ631と当接しているベース円期間T1内に第3可変機構43と第4可変機構44のピン列700の移動を行い、その後、第1気筒と第2気筒とにおいて第1カム31,第2カム32,第3カム33のベース円部が、それぞれ第1ローラ611,第2ローラ621,第3ローラ631と当接するベース円期間T2に入ったときに、結合式ディレイ機構140の作用により、第1可変機構41と第2可変機構42のピン列700の移動を行う。尚、螺旋溝状二段170における螺旋溝部分の開始点は、ベース円期間T1の開始点あるいはその直後の点に設定されており、螺旋溝部分の終了点は、ベース円期間T1の終了点あるいはその手前の点に設定されている。
Further, the switching timing of the first position, the second position, and the third position in the second embodiment is also performed in the same manner as in the first embodiment. That is, in the third
ECU150は、内燃機関10を高負荷で運転するときには、第1位置を選択する。この場合、ECU150は、アクチュエータ103を作動させない。従って、吸気バルブ20は、第1カム31のカムプロフィールにしたがって開閉動作するため、高負荷運転に適したトルクを発生する。
The
ECU150は、内燃機関10を低・中負荷で運転するときには、第3位置を選択する。例えば、第1位置から第3位置に切り替える場合、ECU150は、アクチュエータ103を、突き出し量が第2突き出し量となるように駆動制御する。この場合、ECU150は、カムポジションセンサ201の出力信号を読み込み、スライド揺動アーム93の挿脱ピン9aが螺旋二段溝170始端部170aあるいはそのやや手前に落ちるようなカムシャフト30の回転角度を検出したときに、アクチュエータ103を作動させる。
The
スライド揺動アーム93は、第2突き出し量に応じた角度(第2揺動角度)だけ揺動する。こうして、挿脱ピン9aは、螺旋二段溝170の始端部170aに挿入された後、螺旋溝形成体160の回転により第2螺旋溝172に導かれる。これにより、スライド揺動アーム93が、第1位置から距離Bだけロッカーシャフト50の外周面を軸方向にスライド移動する。従って、第3可変機構43と第4可変機構44が第3位置に切り替えられ、その後、結合式ディレイ機構140の作用により、第1可変機構41と第2可変機構42が第3位置に切り替えられる。これにより、吸気バルブ20は、第3カム33のカムプロフィールにしたがって開閉動作するため、アトキンソンサイクルが実施されることになり、熱効率が高くなり、低燃費を図ることができる。このため、低・中負荷運転に適したものとなる。
The
ECU150は、フューエルカット運転を行うときには、第2位置を選択する。例えば、第1位置から第2位置に切り替える場合、ECU150は、アクチュエータ103を、突き出し量が第1突き出し量となるように駆動制御する。この場合も、ECU150は、カムポジションセンサ201の出力信号を読み込み、スライド揺動アーム93の挿脱ピン9aが螺旋二段溝170始端部170aあるいはそのやや手前に落ちるようなカムシャフト30の回転角度を検出したときに、アクチュエータ103を作動させる。
The
スライド揺動アーム93は、第1突き出し量に応じた角度(第1揺動角度)だけ揺動する。こうして、挿脱ピン9aは、螺旋二段溝170の始端部170aに挿入された後、螺旋溝形成体160の回転により第1螺旋溝171に導かれる。これにより、スライド揺動アーム93が、第1位置から距離Aだけロッカーシャフト50の外周面を軸方向にスライド移動する。従って、第3可変機構43と第4可変機構44が第2位置に切り替えられ、その後、結合式ディレイ機構140の作用により、第1可変機構41と第2可変機構42が第2位置に切り替えられる。これにより、吸気バルブ20は、第2カム32のカムプロフィールにしたがって開閉動作するため休止状態となる。
The
また、ECU150は、低・中負荷運転から高負荷運転に切り換える場合には、第3位置から第1位置に切り替える。この場合、ECU150は、アクチュエータ103の通電を停止する。この通電停止タイミングは、カムシャフト30の回転角度に関わらず任意でよい。これにより、アクチュエータ103の可動軸103aがスライド揺動アーム93の二段凹部9dから抜け出て、スライド揺動アーム93が自重により初期位置に戻る。この結果、第1実施形態と同様な原理で、可変機構41,42,43,44が第3位置から第1位置に切り替わる。
Further, the
また、ECU150は、フューエルカット運転から高負荷運転に切り換える場合には、第2位置から第1位置に切り替える。この場合、ECU150は、アクチュエータ103の通電を停止する。この通電停止タイミングも、カムシャフト30の回転角度に関わらず任意でよい。これにより、アクチュエータ103の可動軸103aがスライド揺動アーム93の二段凹部9dから抜け出て、スライド揺動アーム93が自重により初期位置に戻る。この結果、第1実施形態と同様な原理で、可変機構41,42,43,44が第2位置から第1位置に切り替わる。
Further, the
また、ECU150は、フューエルカット運転から低・中負荷運転に切り換える場合、あるいは、低・中負荷運転からフューエルカット運転に切り替える場合には、いったんアクチュエータ103の通電を停止して第1位置に戻してから、再度、アクチュエータ103を駆動して第3位置あるいは第2位置に切り替える。
Further, when switching from the fuel cut operation to the low / medium load operation, or when switching from the low / medium load operation to the fuel cut operation, the
このように、第2実施形態のピン駆動機構210は、リンクシャフト51,52と、スライドアーム81,82,83と、スライド揺動アーム93と、アクチュエータ103と、螺旋溝形成体160と、シャフトリターン機構130と、連結式ディレイ機構140と、ECU150と、カムポジションセンサ201とから構成されている。
As described above, the
以上説明した本実施形態の可変動弁装置によれば、アクチュエータ101,102(103)の駆動制御により可変機構40の連結状態を切り替えることで、3種類のカム31,32,33の作動を選択的に吸気バルブ20に伝達するため、バルブリフト特性を3段階に切り替えることができる。従って、内燃機関10の運転状態に応じた適切な吸気量に制御することができる。特に、低・中負荷運転時にはアトキンソンサイクルを実行することができるため、燃費効果が得られる。また、フューエルカット運転時においては、バルブ休止状態にするため、排気浄化装置の浄化性能の劣化あるいは低下を抑制することができる。
According to the variable valve operating apparatus of the present embodiment described above, the operation of the three types of
また、可変機構40の連結状態の切替は、各ローラロッカーアーム61〜63に形成したピン孔列600に対するピン列700の位置を変化させて、隣り合うローラロッカーアームの連結/切り離しを行うものであり、しかも、ピン孔列600とピン列700とを1列にて構成しているため、少ない部品点数で、かつ、省スペースにて実施することができる。
In addition, the switching of the connection state of the variable mechanism 40 is performed by connecting / disconnecting adjacent roller rocker arms by changing the position of the
また、可変機構40の連結状態を切り替えるピン駆動機構200として、アクチュエータ101,102(103)によりスライド揺動アーム91,92(93)を揺動させて挿脱ピン9aを螺旋溝112,122(170)に挿入する構成を採用しているため、従来装置のように油圧でピン列の移動を行うものに比べてピン列の作動応答性が良く、可変機構40の連結状態を良好に切り替えることができる。また、油圧回路を必要としないため省スペース化を図ることができる。
Further, as the
また、軸方向長の異なる2つの螺旋溝112,122(171,172)を使ってスライド揺動アーム91,92(93)を移動させるため、可変機構40の連結状態を簡単に3通りに切り替えることができる。また、4つの可変機構40のピン列700を押圧するスライドアーム81,82(83)、スライド揺動アーム91,92(93)をリンクシャフト51,52に連結し、しかも、リンクシャフトを第1リンクシャフト51と第2リンクシャフト52とに分割して両者を結合式ディレイ機構140で連結しているため、一部の気筒の可変機構40の連結状態を切り替えた後に、残りの気筒の可変機構40の連結状態を自動的に切り替えることができる。従って、ECU150による連結切替制御が簡単となる。つまり、複数の気筒に対応して切替制御を別々に行う必要がない。
Further, since the
また、第2実施形態においては、1つの螺旋溝形成体160に深さの異なる2つの螺旋溝171,172を並設し、アクチュエータ103の突き出し量の制御(スライド揺動アーム93の揺動角の制御)により、挿脱ピン9aが挿入される螺旋溝171,172を選択するようにしため、選択された螺旋溝171,172に応じたスライド移動量を得ることができる。従って、それぞれ1つの螺旋溝形成体160、アクチュエータ103、スライド揺動アーム93を用いて3通りのスライド位置(第1位置、第2位置、第3位置)に切り替えることができ、部品点数を更に削減することができる。
Further, in the second embodiment, two
また、スライド揺動アーム91,92の押圧片9bにアクチュエータ101,102の可動軸101a,102aが落ち込む凹部9cを所定位置に形成したため、挿脱ピン9aか螺旋溝112,122から抜け出てもスライド揺動アーム91,92を第2位置または第3位置に確実に保持することができる。特に、第2実施形態においては、深さの異なる二段凹部9dを形成して、アクチュエータ103の突き出し量に応じた位置(選択した螺旋溝に応じた位置)にてスライド揺動アーム93を保持するため、少ない部品点数、少ないスペースにて実施することができる。
In addition, since the
以上、本実施形態の内燃機関の可変動弁装置について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 Although the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to this embodiment has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the object of the present invention.
例えば、本実施形態では、吸気バルブ20のリフト量を3段階に切り替えるようにしているが、排気バルブ21にも本発明を適用してバルブリフト特性を3段階に切り替えるようにしてもよい。また、排気バルブ21に関しては、吸気バルブ20の休止状態にあわせて排気バルブ21も休止状態となるように2段階に切り替えるようにしてもよい。
For example, in the present embodiment, the lift amount of the
また、本実施形態においては、3つのカム31,32,33の1つをゼロリフト用(バルブ休止用)としているが、必ずしもゼロリフト用カムを設ける必要はなく、ノーズ部分を有する3つのカムを用いた構成であってもよい。
In the present embodiment, one of the three
10…内燃機関、20…吸気バルブ、21…排気バルブ、25…バルブスプリング、30…吸気カムシャフト、31,32,33…カム、41,42,43,44…可変機構、61,62,63…ローラロッカーアーム、62a…主アーム、62b…副アーム、62c…連結部、81,82,83…スライドアーム、91,92,93…スライド揺動アーム、9a…挿脱ピン、9b…押圧片、9c…凹部、9d…二段凹部、50…ロッカーシャフト、51,52…リンクシャフト、71,72,73,74,75,76…ピン、77…ピンリターン用スプリング、78…バネ力伝達部材、101,102,103…アクチュエータ、101a,102a,103a…可動軸、111、121,160…螺旋溝形成体、112,122…螺旋溝、112a,122a…始端部、112b,122b…終端部、112c,122c…縦壁面、130…シャフトリターン機構、140…結合式ディレイ機構、150…ECU、170…螺旋二段溝、171…第1螺旋溝、172…第2螺旋溝、170a…始端部、171b,172b…終端部、171c,172c…縦壁面、171d,172d…底面、200,210…ピン駆動機構、600…ピン孔列、611,621,631…ローラ、613,623,624,633…ピン孔、650…連結状態切替機構、700…ピン列。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
3つのカムの作動力がそれぞれ伝達されて、それぞれのカムプロフィールに応じた揺動動作をする3つのロッカーアームと、
前記3つのロッカーアームに複数のピンを直列に並べたピン列を挿通して、前記ピン列の挿通位置により、隣り合う前記ロッカーアームを相互に切り離した状態と連結した状態とを切り替えて、前記3つのカムの何れか1つの作動力を選択的にバルブに伝達する連結状態切替機構と、
カムシャフトと一体的に回転する回転体に螺旋状に形成された第1螺旋溝と、
カムシャフトと一体的に回転する回転体に螺旋状に形成され、前記第1螺旋溝よりも前記カムシャフトの軸方向距離が長い第2螺旋溝と、
前記第1螺旋溝と前記第2螺旋溝とに選択的に挿脱ピンを挿入して、前記カムシャフトの回転により前記挿脱ピンが螺旋溝に押される力を前記連結状態切替機構のピン列に伝達することにより、前記ピン列の挿通位置を基準位置に対して2通りに変化させるピン駆動機構と
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 In a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, which can select any one of three cams having different cam profiles as a valve driving cam,
Three rocker arms that transmit the actuation force of each of the three cams and swing according to each cam profile;
Inserting a pin row in which a plurality of pins are arranged in series in the three rocker arms, and switching between a state where the adjacent rocker arms are separated from each other and a state where they are connected to each other depending on the insertion position of the pin row, A connection state switching mechanism for selectively transmitting any one of the three cams to the valve;
A first spiral groove formed in a spiral on a rotating body that rotates integrally with the camshaft;
A second spiral groove formed in a spiral shape on a rotating body that rotates integrally with the camshaft, wherein the axial distance of the camshaft is longer than the first spiral groove;
Inserting / removing pins selectively into the first spiral groove and the second spiral groove, and a force that pushes the insertion / removal pin against the spiral groove by rotation of the camshaft is a pin array of the connection state switching mechanism And a pin drive mechanism that changes the insertion position of the pin row in two ways with respect to a reference position by transmitting to the variable valve system of the internal combustion engine.
前記カムシャフトと一体的に回転する回転体に互いに深さが異なる2つの螺旋溝を始端部を共通にして並べた螺旋二段溝を形成し、浅い方の螺旋溝を前記第1螺旋溝とし、深い方の螺旋溝を前記第2螺旋溝としたものであり、
前記ピン駆動機構は、
前記挿脱ピンを前記螺旋二段溝に挿入させるとともに、その挿入量を2段に切り替え可能なアクチュエータを備えたことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の可変動弁装置。 The first spiral groove and the second spiral groove are
The rotating body that rotates integrally with the camshaft is formed with a spiral double step groove in which two spiral grooves having different depths are arranged in common at the start end, and the shallower spiral groove is defined as the first spiral groove. The deeper spiral groove is the second spiral groove,
The pin drive mechanism is
The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising an actuator that allows the insertion / removal pin to be inserted into the spiral two-stage groove and the amount of insertion to be switched between two stages.
前記ロッカーアームを揺動可能に支持するロッカーシャフトに揺動可能かつ軸方向移動可能に支持され、先端側に前記挿脱ピンを備えたスライド揺動アームと、
前記スライド揺動アームを揺動させるとともに、その揺動角度を2通りに切り替え可能なアクチュエータと、
前記アクチュエータを駆動制御して、前記スライド揺動アームを第1揺動角度だけ揺動させて前記挿脱ピンを前記第1螺旋溝に挿入させ、前記スライド揺動アームを前記第1揺動角度よりも大きな第2揺動角度だけ揺動させて前記挿脱ピンを前記第2螺旋溝に挿入させるアクチュエータ駆動手段と
を備え、
前記挿脱ピンが前記螺旋二段溝における一方の螺旋溝に押されて前記スライド揺動アームが前記ロッカーシャフトを軸方向に移動する力で前記ピン列を付勢して、前記ピン列の挿通位置を前記スライド揺動アームの移動距離だけ変化させることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の可変動弁装置。 The pin drive mechanism is
A slide rocking arm that is rockably and axially supported by a rocker shaft that rockably supports the rocker arm, and has the insertion / removal pin on the tip side;
An actuator capable of swinging the slide swing arm and switching the swing angle between two types;
The actuator is driven and controlled to swing the slide swing arm by a first swing angle so that the insertion / removal pin is inserted into the first spiral groove, and the slide swing arm is moved to the first swing angle. Actuator driving means for causing the insertion / removal pin to be inserted into the second spiral groove by oscillating by a larger second oscillating angle,
The insertion / removal pin is pushed by one spiral groove in the spiral two-stage groove, and the slide swing arm urges the pin row with a force that moves the rocker shaft in the axial direction, thereby inserting the pin row. 3. The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the position is changed by a moving distance of the slide swing arm.
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