JP2017020477A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】構成部品の破損を抑制することが可能な可変動弁機構を提供する。【解決手段】可変動弁機構２は、内燃機関のバルブ特性を変更する可変機構部と、可変機構部を作動させるコントロールシャフト２３と、コントロールシャフト２３を軸方向に移動させるカム２４と、カム２４を回動させるモータ２６とを備える。コントロールシャフト２３には、そのコントロールシャフト２３を軸方向の一方側に押し付ける力が作用するように構成されている。そして、可変動弁機構２では、カム２４を回動させてコントロールシャフト２３を軸方向の一方側に移動させるときにおけるモータ２６の駆動電流の絶対値の上限は、カム２４を回動させてコントロールシャフト２３を軸方向の他方側に移動させるときにおけるモータ２６の駆動電流の絶対値の上限よりも低く設定されている。【選択図】図３

Description

本発明は、可変動弁機構に関する。

従来、内燃機関のバルブ特性を変更する可変動弁機構が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特許文献１の可変動弁機構は、バルブ特性を変更する可変機構部と、可変機構部を作動させるコントロールシャフトと、コントロールシャフトを軸方向に移動させるカムと、カムを回動させるモータとを備えている。この可変動弁機構では、モータによってカムが回動されることにより、そのカムに当接するコントロールシャフトが軸方向に移動されることによって、可変機構部が作動してバルブ特性が変更されるようになっている。

具体的には、モータが駆動され、コントロールシャフトが軸方向の一方側（カム側）に移動された場合には、バルブの最大リフト量および作用角が小さくなるように可変機構部が作動する。その一方、モータが駆動され、コントロールシャフトが軸方向の他方側に移動された場合には、バルブの最大リフト量および作用角が大きくなるように可変機構部が作動する。なお、コントロールシャフトには、バルブを閉弁方向に付勢するバルブスプリングから可変機構部を介して、軸方向の一方側に押し付ける力が作用している。

特開２０１４−１５６７９３号公報

ここで、上記した従来の可変動弁機構において、可変機構部が作動中にロックすると、モータの駆動電流が大きくなり、モータから大きなトルク（ロックトルク）が出力される。また、可変動弁機構では、コントロールシャフトをカムに押し付ける向きに力が加えられているため、最大リフト量および作用角を小さくしているときにロックが発生すると、過大な力が発生して可変動弁機構の構成部品が破損するおそれがある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、構成部品の破損を抑制することが可能な可変動弁機構を提供することである。

本発明による可変動弁機構は、内燃機関のバルブ特性を変更する可変機構部と、可変機構部を作動させるコントロールシャフトと、コントロールシャフトを軸方向に移動させるカムと、カムを回動させるモータとを備える。コントロールシャフトには、そのコントロールシャフトを軸方向の一方側に押し付ける力が作用するように構成されている。そして、可変動弁機構では、カムを回動させてコントロールシャフトを軸方向の一方側に移動させるときにおけるモータの駆動電流の絶対値の上限は、カムを回動させてコントロールシャフトを軸方向の他方側に移動させるときにおけるモータの駆動電流の絶対値の上限よりも低く設定されている。

このように構成することによって、コントロールシャフトが他方側に移動しているときにロックが発生した場合のロックトルクに比べて、コントロールシャフトが一方側に移動しているときにロックが発生した場合のロックトルクを小さくすることができる。これにより、コントロールシャフトが一方側に移動しているときにロックが発生しても、構成部品に過大な力が作用するのを抑制することができるので、構成部品の破損を抑制することができる。

本発明の可変動弁機構によれば、構成部品の破損を抑制することができる。

本発明の一実施形態による可変動弁機構が適用される内燃機関の一例を示した概略構成図である。 可変動弁機構の可変機構部を説明するための一部破断斜視図である。 可変動弁機構の駆動部を説明するための模式図である。 可変動弁機構のリフターおよびカムを説明するための断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下では、内燃機関に設けられる可変動弁機構に本発明を適用した場合について説明する。

−内燃機関−
まず、図１を参照して、内燃機関１の概略構成について説明する。

内燃機関１は、図１に示すように、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０の上部に設けられるシリンダヘッド１１とを備えている。この内燃機関１は、たとえば直列４気筒ガソリンエンジンである。なお、図１では、４気筒のうちの１つのみを示している。

シリンダブロック１０には４つのシリンダボア１０ａが形成され、各シリンダボア１０ａ内に往復移動可能にピストン１２が設けられている。ピストン１２には、コネクティングロッド（図示省略）を介して出力軸であるクランクシャフト（図示省略）が連結されている。コネクティングロッドは、ピストン１２の往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する機能を有する。

シリンダボア１０ａ内におけるピストン１２とシリンダヘッド１１との間には燃焼室１３が形成されている。シリンダヘッド１１には、燃焼室１３に連通される吸気ポート１１ａおよび排気ポート１１ｂが形成されている。吸気ポート１１ａには吸気通路（図示省略）が接続され、その吸気通路にはスロットルバルブ（図示省略）などが配置されている。排気ポート１１ｂには排気通路（図示省略）が接続され、その排気通路には三元触媒（図示省略）などが配置されている。

シリンダヘッド１１には、燃焼室１３と吸気通路とを連通または遮断する吸気バルブ１４ａが設けられるとともに、燃焼室１３と排気通路とを連通または遮断する排気バルブ１４ｂが設けられている。吸気バルブ１４ａおよび排気バルブ１４ｂは、それぞれバルブスプリング１５によって閉弁方向に付勢されている。また、シリンダヘッド１１には、吸気バルブ１４ａおよび排気バルブ１４ｂにそれぞれ対応するようにラッシュアジャスタ１６が設けられている。そして、吸気バルブ１４ａおよびラッシュアジャスタ１６の間と、排気バルブ１４ｂおよびラッシュアジャスタ１６の間とには、ロッカアーム１７が設けられている。このロッカアーム１７は、一方端部がラッシュアジャスタ１６に支持され、他方端部の下方に吸気バルブ１４ａまたは排気バルブ１４ｂが配置されている。

また、シリンダヘッド１１には、吸気バルブ１４ａを開閉するための吸気カムシャフト１８ａが設けられるとともに、排気バルブ１４ｂを開閉するための排気カムシャフト１８ｂが設けられている。吸気カムシャフト１８ａには吸気カム１８１ａが形成され、排気カムシャフト１８ｂには排気カム１８１ｂが形成されている。吸気カム１８１ａとロッカアーム１７との間には、可変動弁機構２が設けられている。なお、可変動弁機構２の詳細については後述する。また、排気カム１８１ｂには、ロッカアーム１７のローラ１７ａが当接されている。

そして、吸気カムシャフト１８ａが回転されると、吸気カム１８１ａが可変動弁機構２を介してロッカアーム１７に作用し、ロッカアーム１７がラッシュアジャスタ１６を支点にして揺動するため、吸気バルブ１４ａが吸気ポート１１ａを開閉する。また、排気カムシャフト１８ｂが回転されると、排気カム１８１ｂがロッカアーム１７に作用し、ロッカアーム１７がラッシュアジャスタ１６を支点にして揺動するため、排気バルブ１４ｂが排気ポート１１ｂを開閉する。

また、シリンダヘッド１１には、燃料を噴射するインジェクタ（図示省略）と、点火プラグ１９とが設けられている。そして、インジェクタから噴射された燃料は吸入空気と混合されて混合気となり、内燃機関１の燃焼室１３に導入される。燃焼室１３に導入された混合気（燃料＋空気）は点火プラグ１９にて点火されて燃焼・爆発する。このときに生じた燃焼ガスによりピストン１３が往復動されることにより、クランクシャフトが回転されて内燃機関１の駆動力（出力トルク）が得られる。

−可変動弁機構−
次に、図１〜図４を参照して、本実施形態の可変動弁機構２について説明する。

可変動弁機構２は、吸気バルブ１４ａのバルブ特性（最大リフト量および作用角）を変更するように構成されている。この可変動弁機構２は、気筒毎に吸気カム１８１ａとロッカアーム１７との間に設けられる可変機構部２１を備えている。

可変機構部２１は、入力アーム２１１と出力アーム２１２とを有する。入力アーム２１１および出力アーム２１２は、シリンダヘッド１１に固定された支持パイプ２２を中心にして回動可能に支持されている。入力アーム２１１は、ローラ２１１ａが設けられるとともに、スプリング２１３により付勢されている。このため、入力アーム２１１のローラ２１１ａが吸気カム１８１ａに当接されている。出力アーム２１２には、バルブスプリング１５の付勢力によってロッカアーム１７のローラ１７ａが当接されている。

したがって、吸気カムシャフト１８ａが回転され、吸気カム１８１ａが入力アーム２１１に作用すると、入力アーム２１１および出力アーム２１２が支持パイプ２２を中心にして回動され、出力アーム２１２がロッカアーム１７に作用することにより、ロッカアーム１７がラッシュアジャスタ１６を支点にして揺動するため、吸気バルブ１４ａが吸気ポート１１ａを開閉する。

そして、可変機構部２１では、入力アーム２１１と出力アーム２１２との相対位置（回転方向の位相差）が変更されることで、吸気バルブ１４ａの最大リフト量および作用角を変更することが可能である。具体的には、入力アーム２１１と出力アーム２１２とを互いに接近させるほど、最大リフト量および作用角が小さくなる。その一方、入力アーム２１１と出力アーム２１２とを互いに離間させるほど、最大リフト量および作用角が大きくなる。

ここで、可変機構部２１は、図２に示すように、入力アーム２１１および出力アーム２１２の内側に配置される円筒状のスライダ２１４を有する。スライダ２１４は、支持パイプ２２に対して軸方向に移動可能であり、かつ、支持パイプ２２に対して回動可能である。このスライダ２１４の外周面には、ヘリカルスプライン２１４ａが形成されるとともに、そのヘリカルスプライン２１４ａとは歯筋が逆向きのヘリカルスプライン２１４ｂが形成されている。ヘリカルスプライン２１４ａは、入力アーム２１１の内周面に形成されたヘリカルスプライン２１１ｂに噛合され、ヘリカルスプライン２１４ｂは、出力アーム２１２の内周面に形成されたヘリカルスプライン２１２ａに噛合されている。

支持パイプ２２の内部には、軸方向に移動可能にコントロールシャフト２３が設けられている。コントロールシャフト２３には、軸方向においてスライダ２１４と係合されるピン（図示省略）が設けられており、コントロールシャフト２３が軸方向に移動した場合にスライダ２１４が一体的に移動するようになっている。なお、スライダ２１４は、コントロールシャフト２３に対して回動可能に設けられている。

そして、コントロールシャフト２３がＬ方向に移動されると、そのコントロールシャフト２３とともにスライダ２１４がＬ方向に移動され、入力アーム２１１と出力アーム２１２とが互いに接近する。その一方、コントロールシャフト２３がＨ方向に移動されると、そのコントロールシャフト２３とともにスライダ２１４がＨ方向に移動され、入力アーム２１１と出力アーム２１２とが互いに離間する。

［可変動弁機構の駆動部］
また、可変動弁機構２は、図３に示すように、可変機構部２１（図２参照）を作動させるコントロールシャフト２３と、コントロールシャフト２３を軸方向に移動させるカム２４と、コントロールシャフト２３とカム２４とを連結するリフター２５と、カム２４を回動させるモータ２６とを備えている。

コントロールシャフト２３の一方側（Ｌ方向側）の端部には、環状溝２３ａが形成されている。コントロールシャフト２３には、バルブスプリング１５（図１参照）から可変機構部２１を介して一方側（Ｌ方向側）に押し付ける力が作用している。すなわち、コントロールシャフト２３には、そのコントロールシャフト２３をカム２４側に押し付ける力が作用している。

カム２４には、カムシャフト２４ａが設けられ、外周にカム径が変化するカム面２４ｂを有する。カムシャフト２４ａは、減速機構２７を介してモータ２６の出力軸に連結されている。また、カム２４には、カムシャフト２４ａの軸方向の両端面に溝２４ｃが形成されている。この溝２４ｃは、カム面２４ｂに沿って延びるように形成されている。

リフター２５には、図３および図４に示すように、内部にローラ２５ａが設けられている。このローラ２５ａは、回転軸２５ｂを中心にして回転可能であり、カム２４のカム面２４ｂに当接されている。リフター２５の一方側（Ｌ方向側）には、内側に突出する一対の突部２５ｃが形成され、その突部２５ｃは、カム２４の溝２４ｃに配置されている。また、リフター２５の他方側（Ｈ方向側）には、上方に突出する係合部２５ｄが形成され、その係合部２５ｄは、コントロールシャフト２３の環状溝２３ａに嵌め合わされている。

モータ２６は、出力軸が減速機構２７を介してカムシャフト２４ａに連結されている。このモータ２６は、モータ制御装置２８から供給される駆動信号（ＰＷＭ信号）に基づいて回転するように構成されている。モータ制御装置２８では、内燃機関１の運転状態に応じて吸気バルブ１４ａの目標作用角を設定するように構成されており、その目標作用角に対応するカム２４の目標回転位相が算出され、実際の回転位相が目標回転位相になるように駆動信号を供給するようになっている。なお、目標作用角の替わりに目標最大リフト量が設定されるようにしてもよい。

このような可変動弁機構２では、たとえば、モータ２６の駆動電流が正方向に流れた場合には、カム２４が図３のＲ１方向に回動されることにより、コントロールシャフト２３およびスライダ２１４がＨ方向側に移動され、入力アーム２１１と出力アーム２１２とが互いに離間して、最大リフト量および作用角が大きくなる。その一方、モータ２６の駆動電流が負方向に流れた場合には、カム２４が図３のＲ２方向に回動されることにより、コントロールシャフト２３およびスライダ２１４がＬ方向側に移動され、入力アーム２１１と出力アーム２１２とが互いに接近して、最大リフト量および作用角が小さくなる。

ここで、モータ２６の駆動電流は負荷に応じて流れるため、負荷が大きくなると駆動電流も大きくなり、モータ２６から大きなトルクが出力されることになる。このため、可変機構部２１が作動中にロックすると、モータ２６の駆動電流が大きくなり、モータ２６から大きなトルク（ロックトルク）が出力される。また、コントロールシャフト２３には、バルブスプリング１５から可変機構部２１を介して一方側（Ｌ方向側）に押し付ける力が作用しているため、最大リフト量および作用角を小さくしているときにロックが発生すると、過大な力が発生して可変動弁機構２の構成部品（たとえば、リフター２５の突部２５ｃや係合部２５ｄ）が破損するおそれがある。

そこで、本実施形態では、コントロールシャフト２３を軸方向の一方側（Ｌ方向側）に移動させるときにおけるモータ２６の駆動電流の絶対値の上限を、コントロールシャフト２３を軸方向の他方側（Ｈ方向側）に移動させるときにおけるモータ２６の駆動電流の絶対値の上限よりも低く設定している。たとえば、カム２４をＲ１方向に回動させるときの駆動電流の上限値を１０Ａに設定し、カム２４をＲ２方向に回動させるときの駆動電流の下限値を−５Ａに設定（すなわち、駆動電流の絶対値の上限を５Ａに設定）している。

このように構成することによって、コントロールシャフト２３が他方側に移動しているときにロックが発生した場合のロックトルクに比べて、コントロールシャフト２３が一方側に移動しているときにロックが発生した場合のロックトルクを小さくすることができる。これにより、コントロールシャフト２３が一方側に移動しているときにロックが発生しても、構成部品に過大な力が作用するのを抑制することができるので、構成部品の破損を抑制することができる。また、構成部品の破損を抑制するために、構成部品の機械的な強度（剛性）を向上させる必要がないので、構成部品のコストアップを抑制することができる。

なお、コントロールシャフト２３が一方側に移動するときには、バルブスプリング１５からの力が作用しているため、モータ２６の負荷が小さく、駆動電流を制限しても、可変動弁機構２の作動性に影響はない。また、モータ制御装置２８からモータ２６に供給される駆動信号（デューティ指示値）が制限されていないため、作動性に影響がない。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、本実施形態では、吸気バルブ１４ａのバルブ特性を変更する可変動弁機構２に本発明を適用する例を示したが、これに限らず、排気バルブのバルブ特性を変更する可変動弁機構に本発明を適用してもよい。

本発明は、内燃機関のバルブ特性を変更する可変動弁機構に利用可能である。

１ 内燃機関
２ 可変動弁機構
２１ 可変機構部
２３ コントロールシャフト
２４ カム
２６ モータ

Claims (1)

1. 内燃機関のバルブ特性を変更する可変機構部と、
   前記可変機構部を作動させるコントロールシャフトと、
   前記コントロールシャフトを軸方向に移動させるカムと、
   前記カムを回動させるモータとを備える可変動弁機構であって、
   前記コントロールシャフトには、そのコントロールシャフトを軸方向の一方側に押し付ける力が作用するように構成されており、
   前記カムを回動させて前記コントロールシャフトを軸方向の一方側に移動させるときにおける前記モータの駆動電流の絶対値の上限は、前記カムを回動させて前記コントロールシャフトを軸方向の他方側に移動させるときにおける前記モータの駆動電流の絶対値の上限よりも低く設定されていることを特徴とする可変動弁機構。

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