JP2019132159A - Cam device of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関のカム装置に関するものである。 The present invention relates to a cam device for an internal combustion engine.
内燃機関では、吸気バルブ及び排気バルブはそれぞれカム軸に設けたカムで開閉されているが、吸気や排気の確実化等のためには、バルブの開閉を可変制御することが有益である。 In an internal combustion engine, an intake valve and an exhaust valve are each opened and closed by cams provided on a cam shaft. However, in order to ensure intake and exhaust, it is beneficial to variably control the opening and closing of the valves.
この点については、従来から、カム軸の回転位相を進角させたり遅角させたりするVVT装置があるが、VVT装置は、バルブの開きタイミングを変更できるに過ぎず、バルブの開き範囲を調節できるものではないため、吸気量や排気量についてきめ細かな制御をできるとは言い難い。 With regard to this point, there is a conventional VVT device that advances or retards the rotational phase of the camshaft, but the VVT device can only change the valve opening timing and adjust the valve opening range. Since it is not possible, it is difficult to say that fine control over the intake air amount and the exhaust air amount can be performed.
他方、特許文献1には、1つの気筒に対応して一対ずつ(2本ずつ)の吸気バルブと排気バルブとが配置されている内燃機関において、一対のカムを相対回転させることにより、一対のバルブの複合した開閉範囲を変更することが開示されている。更に述べると、特許文献1では、特に、一対の吸気バルブの開き開始タイミングを異ならせることにより、スワール流の生成機能向上を図っている。
On the other hand, in
特許文献1では、一対のバルブの開閉タイミングを異ならせることにより、1つの気筒全体として見るとバルブの開き範囲を変更できるが、一対のバルブは、一方は閉じた状態で他方が開き、他方が開いた状態で一方が閉じる、という動きをするため、吸気量や排気量の調節機能は必ずしも高いとは思われず、従って、高速回転時の吸気量・排気量の変更応答性は必ずしも高くないと推測される。
In
具体的には、吸気についてみると、2本のバルブの全体としての開き範囲は広がっても、吸気の吸入量はさほど多くならないため、高速回転時に充填効率を高くすることができずに、所望の出力を得られないおそれがある。同様に、排気についてみると、高速回転時に排気性能を高めることができずに、この場合も、排気ガスが気筒内に残ることによって、充填効率の向上を期待できないおそれが懸念される。 Specifically, regarding intake air, even if the opening range of the two valves as a whole is widened, the intake amount of intake air does not increase so much, so it is not possible to increase the charging efficiency during high-speed rotation. May not be obtained. Similarly, regarding exhaust gas, exhaust performance cannot be improved during high-speed rotation, and in this case as well, there is a concern that the exhaust gas may remain in the cylinder and thus improvement in charging efficiency cannot be expected.
また、一対のバルブの開閉タイミングがずれているため、吸気についてみると、気筒内で乱流が発生しやすくなって安定した燃焼を阻害するおそれも懸念される。 In addition, since the opening and closing timings of the pair of valves are shifted, there is a concern that turbulent flow is likely to occur in the cylinder and the stable combustion may be hindered when taking intake air.
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、吸気・排気を回転数等の諸条件に応じてきめ細かく制御できる可変式カム装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a variable cam device capable of finely controlling intake / exhaust according to various conditions such as the rotational speed.
本願発明は、カム軸に、吸気バルブ又は排気バルブを開閉するカムを設けている構成であって、
「1本のバルブに対応したカムが、カム軸の軸線方向に分割されて互いに密着又は密接した複数の単位カム体で構成されており、前記複数の単位カム体を前記カム軸の軸心回りに相対回転させることにより、前記複数の単位カム体で構成された複合カムプロフィールが可変式になっている」
という構成を特徴にしている。
The present invention is a configuration in which a cam for opening and closing an intake valve or an exhaust valve is provided on a camshaft,
“The cam corresponding to one valve is composed of a plurality of unit cam bodies that are divided in the axial direction of the cam shaft and are in close contact with each other, and the plurality of unit cam bodies are arranged around the axis of the cam shaft. The composite cam profile composed of the plurality of unit cam bodies is variable by being rotated relative to each other. ''
The feature is that.
複数の単位カム体が相対回転させる態様は、様々なパターンが有り得る。例えば、カムが、カム軸に固定された固定式単位カム体と、カム軸上を回転する可動式単位カム体とで構成されている態様がある。他の態様として、複数の単位カム体が、それぞれ独自にカム軸上を回転する態様がある。 There can be various patterns for the relative rotation of the plurality of unit cam bodies. For example, there is an aspect in which the cam is composed of a fixed unit cam body fixed to the cam shaft and a movable unit cam body rotating on the cam shaft. As another aspect, there is an aspect in which the plurality of unit cam bodies rotate independently on the cam shaft.
進角と遅角との制御の面から見ると、複合カムプロフィールが進角側に広がる態様と、遅角側に広がる態様と、進角側と遅角側との両方に広がる態様とがある。更に、複合カムプロフィールの変更には、無段階の変更と段階的な変更とが有り得る。実施形態のように油圧による変更構造を採用して、油圧の送りをVVT装置で使用されているオイルコントロールバルブで制御すると、無段階制御を容易に実現できる。 From the viewpoint of control of the advance angle and the retard angle, there are a mode in which the composite cam profile spreads to the advance side, a mode to spread to the retard side, and a mode to spread to both the advance side and the retard side. . Further, the change of the composite cam profile can be a stepless change or a step change. By adopting a hydraulic change structure as in the embodiment and controlling the hydraulic pressure feed with the oil control valve used in the VVT device, stepless control can be easily realized.
本願発明の特徴は、個々のカムのプロフィールを変更できることである。従って、1つの気筒に対応して一対ずつの吸気バルブと排気バルブとが存在する内燃機関の場合は、2つの吸気バルブの複合カムプロフィールや2つの排気バルブの複合カムプロフィールをそれぞれ変更して、吸気量や排気量の制御、吸気タイミングや排気タイミングの制御を行える。 A feature of the present invention is that the profile of individual cams can be changed. Therefore, in the case of an internal combustion engine in which a pair of intake valves and exhaust valves exist corresponding to one cylinder, the composite cam profile of the two intake valves and the composite cam profile of the two exhaust valves are respectively changed, Control of intake air amount and exhaust amount, intake air timing and exhaust gas timing can be performed.
このため、高速回転であっても、回転数に応じて吸気量や排気量を応答性よく増大させることを容易に実現できる。その結果、高速回転であっても高い充填効率を確保して、所望の出力を得ることができる。 For this reason, even at high speed rotation, it is possible to easily increase the intake air amount and the exhaust air amount with high responsiveness according to the rotational speed. As a result, it is possible to secure a high filling efficiency and obtain a desired output even at high speed rotation.
実施形態のように油圧式の変更装置を採用すると、可動式の単位カム体に負荷が掛かっていても相対回転させることができるため、1つの油圧系統で各吸気バルブ又は排気バルブの複合カムプロフィールを一斉に変更できる。このため、コストを抑制できる。 When the hydraulic change device is employed as in the embodiment, the movable unit cam body can be rotated relative to the load even when a load is applied, and therefore, the combined cam profile of each intake valve or exhaust valve in one hydraulic system Can be changed all at once. For this reason, cost can be suppressed.
(1).第1実施形態の基本構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図1,2に示す第1実施形態を説明する。この実施形態では、1つのバルブ(吸気バルブ又は排気バルブ)1に対応した1つのカム2が、それぞれ、2つの固定式単位カム体3と、両固定式単位カム体3で挟まれたた1つの可動式単位カム体4とで構成されている。従って、1つのバルブ1は、3つの単位カム体3,4が複合した1つのカム2で駆動される。
(1). Basic Structure of First Embodiment Next, an embodiment of the present invention will be described based on the drawings. First, the first embodiment shown in FIGS. In this embodiment, one
本実施形態では,可動式単位カム体4は固定式単位カム体3よりも厚くなっており、2個の固定式単位カム体3の厚さの総和が、1個の可動式単位カム体4の厚さと同じ程度になっている。バルブ1は従来と同じ構造であり、バルブ軸5とこれに固定されたバルブリフター6とを備えており、ばね7で前進方向に付勢されている。
In this embodiment, the movable
各単位カム体3,4はカム軸8に被嵌しており、カム軸8は、シリンダヘッド9の軸受け部10とカムキャップ11とで回転自在に保持されている。そして、図1(A)のとおり、固定式単位カム体3は、例えばキー12によってカム軸8に固定されている。なお、固定式単位カム体3のキー溝13は、固定式単位カム体3の前後側面に開口している(そうでないと、固定式単位カム体3を嵌め込みできない。そして、前後の固定式単位カム体3は、カム軸8に被嵌したスナップリング14でずれ不能に保持されている。
Each
図1(A)に一点鎖線で示すように、カム軸8に、これを横断するように座繰り穴15を空けて、座繰り穴15に挿入したビス16により、カム軸8と固定式単位カム体3とを固定してもよい。この場合、座繰り穴15の開口部はプラグで塞いだらよい。
As shown by a one-dot chain line in FIG. 1A, the
図2に示すように、可動式単位カム体4は、カム軸8に回転可能に被嵌しているが、カム軸8に、可動式単位カム体4の突出部(カム部)に向けて突出したストッパー17を固定している一方、可動式単位カム体4には、ストッパー17の突出部が嵌まる係合溝18を周方向に沿ってある程度の範囲で形成している。従って、可動式単位カム体4は、ストッパー17の厚さ(周方向の厚さ)と係合溝18の周方向の幅とのクリアランスの分だけ、カム軸8に対して相対回動する。
As shown in FIG. 2, the movable
本実施形態では、可動式単位カム体4は、カム軸8の軸線方向から見て固定式単位カム体3とぴったり重なった状態を基準姿勢としており、この基準姿勢では、ストッパー17は、係合溝18の端面のうち、カム軸8の回転方向に向かって前方に位置した一端面(前端面)18aに当接している。
In this embodiment, the movable
更に、可動式単位カム体4は、係合溝18の他端面(後端面)18bとストッパー17との間にばね(圧縮コイルばね)19が配置されている。従って、可動式単位カム体4は、基準状態に付勢されている。ばね19の一端部は、ストッパー17に形成したばね受け凹所20に嵌まっており、かつ、ばね19は、縮むとばね受け凹所20に収納されるように設定している。なお、本実施形態では、カム軸8の回転によっても、可動式単位カム体4は基準姿勢で安定するように付勢されている。)。
Further, in the movable
(2).制御構造
可動式単位カム体4のうち、ストッパー17を挟んでカム軸8の回転方向に向かって前方側に、係合溝18と連通した補助溝21が形成されている。そして、カム軸8に、その軸心を通る長手油圧穴22と、長手油圧穴22から分岐して補助溝21及び係合溝18に連通しうる枝油圧穴23とが形成されている。言うまでもないが、枝油圧穴23は各可動式単位カム体4の箇所に形成されている。
(2) Control structure In the movable
係合溝18及び補助溝21は、可動式単位カム体4の前後両側面に開口している(切り開かれている。)。従って、可動式単位カム体4と固定式単位カム体3との間に、オイルの漏れを防止するシール材を介在させるのが好ましい。
The engaging
図1(C)に示すように、カム軸8のうち1つのカムキャップ11の箇所に位置した部位に、長手油圧穴22に連通して放射方向に延びる1本の横断通路24と、横断通路24に連通した環状溝25とが形成されており、環状溝25には、カムキャップ11の内周に形成した半円状通路26と連通している。半円状通路26には、カムキャップ11と軸受け部10との合わせ面に形成されたオイル通路(図示せず)と連通しており、オイル通路には、オイルポンプで圧送されたオイルが充満している。
As shown in FIG. 1C, one
図示していないが、長手油圧穴22に圧油を送る通路のうち適宜部位に、長手油圧穴22のオイルの送りを制御するオイルコントロールバルブ(OCV)が配置されている。オイルコントロールバルブは、1つのカムキャップ11に取付けてもよいし、シリンダヘッド9に取付けてもよい。
Although not shown in the drawing, an oil control valve (OCV) for controlling the oil feed through the longitudinal
既述のとおり、可動式単位カム体4は、ばね19によって基準姿勢に付勢されている。そして、長手油圧穴22に圧油が送られると、図2(B)に示すように、オイルが補助溝21に流入することにより、可動式単位カム体4を、カム軸8の回転方向に回転させる。すなわち、可動式単位カム体4は進角方向に回転する。これにより、固定式単位カム体3と可動式単位カム体4とで形成された複合カムプロフィールは、バルブリフター6に当たる頂点部の幅(周方向の幅)が広がった形態になる。
As described above, the movable
従って、バルブ1の開き範囲が増大する。正確には、バルブ1の閉じタイミングは基準姿勢の場合と同じであるが、開きタイミングが早くなる。従って、バルブ1が吸気バルブである場合は、吸気量を増大させることができる。そして、各バルブ1の箇所において複合カムプロフィールが広がるため、吸気バルブに適用すると、吸気量を大きく増大させることができ、排気バルブに適用すると、排気量を大きく増大させることができる。従って、高速回転域においても、スロットルバルブの開度に素早く応答性した状態で吸気量や排気量を追従させることができて、出力の向上に貢献できる。
Accordingly, the opening range of the
長手油圧穴22に送る油量をオイルコントロールバルブで調整することにより、可動式単位カム体4の回転角度を無段階に調節することができる。従って、回転数や負荷等の各種条件に応じて、バルブ1の開閉をきめ細かく制御できる。実施形態では、可動式単位カム体4は基準姿勢から進角側に回転させているが、基準姿勢から遅角側に回転させることも可能である。可動式単位カム体4の付勢手段としては、カム軸8に巻き掛けたねじりトーションばねを使用することも可能である。
By adjusting the amount of oil sent to the longitudinal
なお、オイルコントロールバルブによる油量調節は、段階的に行うことも可能である。段階的な制御の場合、基準姿勢と回転しきった状態との2段階の制御や、中間段階を含めた3段階の制御など、任意に選択できる。 The oil amount adjustment by the oil control valve can be performed in stages. In the case of stepwise control, two-step control of the reference posture and the fully rotated state and three-step control including an intermediate step can be arbitrarily selected.
本実施形態のように、前後の固定式単位カム体3で可動式単位カム体4を挟み込む方式を採用すると、可動式単位カム体4の安定性を向上できる利点がある。また、可動式単位カム体4の厚さと2個の固定式単位カム体3の厚さの総和とを同じ程度に設定すると、可動式単位カム体4を回転させた状態で、バルブリフター6との当たり状態を均一化できるため、磨耗を抑制できる利点がある。また、バルブ軸5の軸心に対して押圧力が作用するため、バルブ軸5のこじれをなくして耐久性を向上できる。
Adopting a system in which the movable
また、本実施形態では、可動式単位カム体4はばね19で基準姿勢に補正されているため、構造を簡単化できる。オイルコントロールバルブは、VVT用に市販されているものを利用できるため、信頼性に優れていると共に、コストダウンにも貢献できる。
Moreover, in this embodiment, since the movable
(3).他の実施形態
次に、図3,4に示す他の実施形態を説明する。以下の各実施形態でも、カム2は、2つの固定式単位カム体3と1つの可動式単位カム体4とで構成されている。
(3). Other Embodiments Next, other embodiments shown in FIGS. 3 and 4 will be described. In each of the following embodiments, the
図3(A)に示す第2実施形態は、基本的には第1実施形態と同様であるが、カム軸8に、第1長手油圧穴28と第2長手油圧穴29とを形成して、第1長手油圧穴28は補助溝21に連通させて、第2長手油圧穴29は、係合溝18のうちストッパー17を挟んで回転方向後ろ側の部位に、枝油圧穴23を介して補助溝21を介して連通させている。
The second embodiment shown in FIG. 3A is basically the same as the first embodiment, except that the first longitudinal
この実施形態では、可動式単位カム体4を基準姿勢に保持することに油圧を利用しており、カム2の機能(動き)は第1実施形態と同じである。第2長手油圧穴29へのオイルの送りはオイルコントロールバルブで制御してもよいし、第1長手油圧穴28への圧力よりも低い一定の圧力で加圧しただけでもよい。
In this embodiment, hydraulic pressure is used to hold the movable
図3(B)に示す第3実施形態では、基準姿勢で、ストッパー17が係合溝18の中間部に位置するように設定し、かつ、カム軸8には第1長手油圧穴28と第2長手油圧穴29とを形成して、係合溝18には、ストッパー17を挟んだ両側から、枝油圧穴23及び補助溝21を介して油圧を掛け得るようになっている。従って、この実施形態では、可動式単位カム体4は、基準姿勢を挟んで、進角方向と遅角方向との両方向に回転させることができる。このため、吸気や排気を更にきめ細かく制御できる。
In the third embodiment shown in FIG. 3B, the
図4に示す第4実施形態は、第3実施形態の変形例である、第3実施形態との相違点は、長手油圧穴28,29が大きな断面積になっていて、枝油圧穴23はごく短くなっている点だけである。
The fourth embodiment shown in FIG. 4 is a modification of the third embodiment. The difference from the third embodiment is that the longitudinal
図4(B)に示す第5実施形態では、ストッパー17は可動式単位カム体4から内向き突設しており、従って、係合溝18はカム軸8に形成している。基準姿勢に付勢する手段としては板ばね30を使用しており、また、枝油圧穴23はL形になっている。符号31は、プラグである。
In the fifth embodiment shown in FIG. 4B, the
ストッパー17は、ピン32によって可動式単位カム体4に固定されている(ビスを使用してもよい。)。そこで、カム軸8には、ピン32を打ち込むための貫通穴33が軸心を通って形成されており、貫通穴33はプラグ34で塞がれている。
The
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、カム体は、1個の固定式単位カム体と1個の可動式単位カム体とで構成することも可能である。或いは、複数の可動式単位カム体4のみで構成することも可能である。なお、本願発明は、吸気バルブ用のカム装置と排気バルブ用のカム装置との両方に適用してもよいし、片方のみ適用してもよい。また、VVTと併用することも可能である。
The embodiment of the present invention has been described above, but the present invention can be embodied in various ways. For example, the cam body can be composed of one fixed unit cam body and one movable unit cam body. Or it is also possible to comprise only a plurality of movable
本願発明は、内燃機関のカム装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。 The present invention can be embodied in a cam device for an internal combustion engine. Therefore, it can be used industrially.
1 バルブ
2 カム
3 固定式単位カム体
4 可動式単位カム体
6 バルブリフター
8 カム軸
17 ストッパー
18 係合溝
19,30 可動式単位カム体を基準姿勢に付勢するばね
21 補助溝
22,28,29 長手油圧穴
23 枝油圧穴
1
Claims (1)
1本のバルブに対応したカムが、カム軸の軸線方向に分割されて互いに密着又は密接した複数の単位カム体で構成されており、前記複数の単位カム体を前記カム軸の軸心回りに相対回転させることにより、前記複数の単位カム体で構成された複合カムプロフィールが可変式になっている、
内燃機関のカム装置。 The camshaft is provided with a cam that opens and closes an intake valve or an exhaust valve,
The cam corresponding to one valve is composed of a plurality of unit cam bodies that are divided in the axial direction of the cam shaft and are in close contact with each other, and the plurality of unit cam bodies are arranged around the axis of the cam shaft. By making the relative rotation, the composite cam profile composed of the plurality of unit cam bodies is variable.
A cam device for an internal combustion engine.
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