JP2650462B2 - 多気筒エンジンの弁作動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は多気筒エンジンの弁作動装置、特にエジソ
ンの運転条件に応じて複数のカムを切換えるものに関す
る。

（従来の技術） 従来からエンジンの出力性能を向上させる目的で、運
転状態に応じて吸気弁または排気弁のリフト特性を異な
らせ、これによって吸排気のタイミングあるいは吸排気
量を制御することが知られている。

例えば特開昭62−294709号公報では、多気筒エンジン
において弁リフト特性の異なる２つのカムと、弁の開閉
作動に携わるカムを切換えるカム切換駆動手段とが各気
筒毎に備え、各気筒のカム切換駆動手段に連通する油通
路を備え、この油通路を通して供給される加圧作動油に
応動して各気筒毎にカムの切換えが行われるものが開示
されている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような従来装置では、カムの切替え時
にエンジンの発生トルクが大きく変化することを防止す
るために、各カムによる発生トルクが一致する運転点で
切換えを行う必要があった。

したがって、各カムによりトルク特性の設定に制約を
受け、例えば一方のカムを低負荷運転時に対応して小さ
い弁作動角に設定して燃費の向上をはかるとともに、他
方のカムを高負荷運転時に対応して発生トルクを高める
ような比較的に大きな弁作動角に設定した場合、各カム
の切換え時に大きなトルク変化が生じるという問題点が
起こった。

例えば、第８図に示すように、弁作動角が互いに異な
る３つのカム1,2,3を備え、各カム1,2,3による発生トル
クが互いに大幅に異なる場合、ある回転数n₁で小作動角
カム１から中作動角カム２に切換えられた場合、大きな
トルク変化が生じる。第９図は回転数n₁において発生ト
ルクの増大に伴って各カム1,2,3が順に切換えられた場
合に要求されるスロットル開度の変化特性を示してお
り、弁作動角の大きいカムから小さいカムに切換えられ
た場合に、同一の発生トルクを維持しようとすると、開
弁期間の短縮に応答してより少ない時間で空気を吸入す
る必要があり、スロットル開度を大きくしなければなら
ない。

また、前記従来装置のようにトルク変化の少ない運転
点でコムの切換えが行われるように設定された場合で
も、弁作動装置の経時劣化等によりカム切換え時のトル
ク変化が増大する可能性があった。

このようなトクル段差の発生は、上述したカム切換え
方式のものに限らず、クランク角に対し相対的にカム位
相を変化させることにトルク特性を改善するようにした
ものなど、カム作動態様を切り換えるようにした弁作動
装置において一般的に生じ得る問題であり、運転性を悪
化させる原因となっている。

この発明はこのような従来の課題に着目してなされた
もので、カム作動態様の切替えに伴うエンジンのトルク
変動を緩和した弁作動装置を提供することを目的とする
ものである。

（課題を解決するための手段） この発明は、弁の開閉作動に携わるカム作動態様を油
圧力により切換えるカム作動態様切換駆動手段を備える
多気筒エンジンの弁作動装置において、隣接する複数の
気筒からなりかつ互いに同数の気筒からなる複数の気筒
群に対応して、各気筒群のカム作動態様切換駆動手段に
連通する複数の油通路を形成し、各油通路の作動油圧を
調整する作動油圧調整手段と、カム作動態様の切換え時
に各作動油圧調整手段を所定の時間差をもって作動させ
る制御手段を設けた。

（作用） 制御手段により各作動油圧調整手段は所定の時間差を
もって作動するので、エンジンの発生トルクは複数の気
筒群の間で所定の時間差をもって段階的に変化し、たと
え互いに発生トルクの大きく異なる運転域でカム作動態
様の切換えが行われる場合でも、カム作動態様の切換え
時に発生するトルク変動を緩和でき、スロットル開度を
急激に変化させる必要もなくなる。

また、カム作動態様切換駆動手段の作動に時間差を設
けることにより、全気筒のカム作動態様を同時に切り換
える従来のものに比較して、カム作動態様の切換え作動
時に必要な作動油流量の総和が小さくなる。特に本発明
では、隣接気筒からなる互いに同一気筒数の気筒群毎に
カム作動態様切換手段の作動を切り換えるものとしたの
で、油通路の構成が単純化すると共に油圧回路としての
効率が向上し、気筒群毎に切換前後の必要吐出流量の増
減量も等しくなる。したがって、オイルポンプの負担を
軽減することが可能となり、あるいはカム作動態様の切
換応答性が高められる。

（実施例） 第１図は４つの気筒を有するエンジンに本発明を適用
した場合の実施例を示している。

これについて説明すると、各気筒毎に吸気弁の開閉作
動に携わるカムを切換えるカム切換駆動手段21,22,23,2
4を備えるとともに、排気弁の開閉作動に携わるカムを
切換えるカム切換駆動手段31,32,33,34を備える。

これらの各カム切換駆動手段21,22,23,24および31,3
2,33,34はそれぞれ第２図，第３図に示すような構造を
もっている。

これについて説明すると、それぞれの揺動先端が各弁
９に当接する２つのメインロッカアーム1,2と、各メイ
ンロッカアーム1,2の間に設けられて各弁９との当接部
位を持たない１つのサブロッカアーム３とが共通のロッ
カシャフト８に揺動自在に支持され、各メインロッカア
ーム1,2には低速用カム６が摺接し、サブロッカアーム
３は低速用カム６よりプロフィールの比較的に大きい高
速用カム７に図示しないロストモーションスプリングの
付勢力を介して摺接する。

ロッカシャフト８から測定の距離離れた揺動部位にお
いてロッカシャフト８と平行な方向には、作動油圧力に
応動する円柱状のプランジャ11,12が各ロッカアーム1,
3,2間に渡って摺動可能に設けられる。油室13に導かれ
る作動油圧により各プランジャ11,12がロッカアーム1,
3,2に渡って嵌合する拘束位置では、各ロッカアーム1,
3,2は一体となって揺動し、高速用カム７のプロフィー
ルに従って各弁９を開閉駆動する。このとき、各メイン
ロッカアーム1,2は比較的に小さいプロフィールを有す
る低速用カム６から浮き上がっている。これに対して、
油室13の作動油圧の低下に伴って各プランジャ11,12が
スプリング10の付勢力により各ロッカアーム1,3内に収
まった非拘束位置では、サブロッカアーム３が各メイン
ロッカアーム1,2の動きを妨げることなく、各低速用カ
ム６のプロフィールに従って各弁９を開閉駆動するよう
になっている。

このようにして構成される各カム切換駆動手段21,22,
23,24および31,32,33,34に対してカム切換え時に加圧作
動油を供給する油通路として、＃１気筒と＃２気筒の各
カム切換駆動手段21,22,31,32に連通する第一油通路41
が配設されるとともに、＃３気筒と＃４気筒の各カム切
換駆動手段23,24,33,34に連通する第二油通路42が配設
される。

第一、第二各油通路41,42の作動油圧をカム切換え時
に調整する作用油圧調整手段として、第一、第二各油通
路41,42はそれぞれ第一、第二各電磁切換弁43,44を介し
てオイルポンプ46の吐出側通路45に連通される。

なお、図中47はオイルフィルター、48はオイルクー
ラ、49はピストンおよびコンロッドの潤滑系、50,51は
吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの潤滑系を示
しており、図中矢印で示すようにオイルパン59に溜めら
れたオイルがエンジン各潤滑部およびカム切換駆動手段
21,22,23,24,31,32,33,34に供給されるようになってい
る。

第一、第二各電磁切換弁43,44は励磁電流の断続でそ
の開口面積を２段階に切替えられる構成とし、それぞれ
の通電時に開口面積を大きくして吐出側通路45から第
一、第二各油通路41,42に供給される作動油圧をステッ
プ状に高めて、各カム切換駆動手段21,22,23,24および3
1,32,33,34の切換え作動が行われるようになっている。

本発明のカムの切換え時に各作動油圧調整手段の所定
の時間差をもって作動させる制御手段として、第一、第
二各電磁式切換弁43,44の切換作動を電子制御する図示
しないコントロールユニットは、エンジン回転信号、冷
却水温信号、潤滑油の温度信号 、過給機による吸気の過給圧力信号、スロットルバルブ
の開度信号等を入力して、これらの検出値に基づいて、
所定の高速、高負荷運転条件で第一電磁切換弁43を通電
した後に、所定の微笑時間差をもって第二電気切換弁44
を通電する構成とする。

次に作用について説明する。

第一、第二各電磁切換弁43,44の通電が互いに所定の
微少時間差をもって行われることにより、第一電磁切換
弁43が通電されて＃1,＃２各気筒の各カム切換駆動手段
21,22,31,32が互いに同期してカムを切換えた後に、所
定の微少時間が経過してから、第二電磁切換弁44が通電
されることにより、＃3,＃４各気筒の各カム切換駆動手
段23,24,33,34が互いに同期してカムを切換える。

これにより、＃1,＃２各気筒と＃3,＃４各気筒との２
段階に分けて低速用カム６から高速用カム７に切換えら
れるので、この切換え時に発生するエンジンの発生トル
クは２段階に分けて高められ、急激なトルク変動を緩和
できる。

したがって、前記第８図に示すように、トルク特性の
大幅に異なるカムが切換えられた場合でも、エンジンの
トルク変動を十分に緩和することができ、第９図に示す
ようにスロットル開度を急激に変化させる必要もなくな
る。

また、各カム切換駆動手段21,22,31,32が作動した後
に、各カム切換駆動手段23,24,33,34が所定の時間差を
もって作動することにより、全気筒のカムが互いに同期
して切換わる従来装置に比べてカムの切換えに必要な作
動油流量が半減し、その結果オイルポンプ46の吐出流量
を削減することが可能となり、あるいはオイルポンプ46
が従来装置と同一吐出流量を有する場合はカムの切換応
答性を高められる。

エンジン回転数や負荷の低下に伴って低速用カム６か
ら高速用カム７に切換えられる場合は、第一、第二各電
磁切換弁43,44の通電が停止されることにより、第一、
第二各油通路41,42の作動油圧を低下させて、各プラン
ジャ11,12がスプリング10の付勢力により移動して、各
サブロッカアーム３の結合を解除するようになってい
る。第一、第二各電磁切換弁43,44の通電を停止する際
も、所定の微少時間差をもって停止することにより、エ
ンジンのトルク変動を抑制するようにしても良い。

次に、第４図，第５図，第６図にそれぞれ示す他の実
施例は、エンジン運転条件に応じて３つのカムが切換え
られるものである。

これについて説明すると、揺動先端が２つの弁９に当
接する１つのメインロッカアーム71と、このメインロッ
カアーム71に設けられて各弁９との当接部位を持たない
２つのサブロッカアーム72,73とが共通のロッカシャフ
ト74に揺動自在に支持され、各メインロッカアーム71に
はローラフォロワ79を介して部分負荷用カム75が転接
し、サブロッカアーム72,73はプロフィールが段階的に
大きくなる低速高負荷用カム76と高速高負荷用カム77に
それぞれ摺接し、各ロストモーションスプリング78の付
勢力により追従するようになっている。

メインロッカアーム71にはロッカシャフト74から所定
の距離離れた揺動部位においてロッカシャフト74と平行
な方向には、作動油圧力に応動する円柱状のプランジャ
81,82がサブロッカアーム72に渡って、同じくプランジ
ャ83,84がサブロッカアーム73に渡ってそれぞれ摺動可
能に設けられる。各油室85,86に導かれる作動油圧が所
定値以下の状態ではスプリング87,88の付勢力により各
サブロッカアーム72,73の拘束が解かれて、部分負荷用
カム75のプロフィールに従って各弁９を開閉駆動する一
方、作動油圧が高められることによりメインロッカアー
ム71に対して各サブロッカアーム72,73がそれぞれ拘束
されて各高負荷用カム76,77に切換えられる。

メインロッカアーム71を揺動自在に支持するロッカシ
ャフト65内を通して、各油室85,86に連通する各油通路6
6,67、および油圧ラッシュアジャスタ68に連通する油通
路69が形成される。

第６図に示すように、４気筒エンジンには＃1,＃2,＃
3,＃４各気筒毎に、このようにして構成される各カム切
換駆動手段51,52,53,54が吸気弁側に設けられるととも
に、各カム切換駆動手段61,62,63,64が排気弁側に設け
られる。

各カム切換駆動手段51,52,53,54および61,62,63,64の
各油室85に対して所定のエンジン運転条件で加圧作動油
を供給する油通路として、＃１気筒と＃２気筒の各カム
切換駆動手段51,52,61,62の各油室85に連通する第一油
通路91が設けられるとともに、＃３気筒と＃４気筒の各
カム切換駆動手段53,54,63,64の各油室85に連通する第
二油通路92が設けられる。

さらに、この実施例では各カム切換駆動手段51,52,5
3,54および61,62,63,64の各油室86に対して所定のエン
ジン運転条件で加圧作動油を供給する油通路として、＃
１気筒と＃２気筒の各カム切換駆動手段51,52,61,62の
各油室86に連通する第三油通路93を設けるとともに、＃
３気筒と＃４気筒の各カム切換駆動手段53,54,63,64の
各油室86に連通する第四油通路94が設けられる。

各油通路91,92,93,94の作動油圧をカム切換え時に調
整する油圧調整手段として、各油通路91,92,93,94はそ
れぞれ電磁切換弁95,96,97,98を介してオイルポンプ89
とオイルパン88側（ドレーン側）とに選択的に連通す
る。

本発明のカムの切換え時に各作動油圧調整手段を所定
の時間差をもって作動させる制御手段として、各電磁式
切換弁95,96,97,98の切換作動を電子制御する図示しな
いコントロールユニットは、エンジン回転信号、冷却水
温信号、潤滑油の温度信号、過給機による吸気の過給圧
力信号、スロットルバルブの開度信号等を入力して、こ
れらの検出値に基づいて、所定の部分負荷運転時に各電
磁切換弁95,96,97,98は非通電状態に保たれる。所定の
低速高負荷運転時に第一電磁切換弁95を通電した後に、
所定の微少時間差をもって第二電磁切換弁96に通電す
る。所定の高速高負荷運転時に第三電磁切換弁97を通電
した後に、所定の微少時間差をもって第四電磁切換弁98
に通電し、３つのカム75,76,77を切換える構成とする。

第７図はスロットル開度を一定とした場合の各カム7
5,76,77によるエンジン発生トルクが回転数に応じて変
化する様子を表しており、部分負荷用カム75と高負荷用
各カム76,77による発生トルクが互いに大幅に異なる場
合、ある回転数N₁で部分負荷用カム75から低速高負荷用
カム76に切換えられた場合でも、＃1,2各気筒と＃3,4各
気筒が所定の微少時間差をもって切換えられることによ
り、エンジンのトルク変動を十分に緩和することがで
き、スロットル開度を急激に変化させる必要もなくな
る。

また、ある回転数N₂において低速高負荷用カム76から
高速高負荷用カム77へのトルク変化の少ない運転点でカ
ムの切換えが行なれるように設定された場合でも、装置
の経時劣化等によりカム切換え時にトルク変化が生じる
可能性があり、この場合も＃1,2各気筒＃3,4各気筒が所
定の微少時間差をもって切換えられることにより、エン
ジンのトルク変動を緩和することができる。

なお、前記実施例はいずれも４気筒エンジンにおいて
２つの気筒群に分けてカムの切換えを行うように構成さ
れているが、これに限らず多気筒エンジンにおいて３つ
以上の気筒群に分けてカムの切換を行うようにしてもよ
い。

（発明の効果） この発明は、弁の開閉作動に携わるカム作動態様を油
圧力により切換えるカム作動態様切換駆動手段を備える
多気筒エンジンの弁作動装置において、隣接する多数の
気筒からなりかつ互いに同数の気筒からなる複数の気筒
群に対応して、各気筒群のカム作動態様切換駆動手段に
連通する複数の油通路を形成し、各油通路の作動油圧を
調整する作動油圧調整手段と、カム作動態様の切換え時
に各作動油圧調整手段を所定の時間差をもって作動させ
る制御手段を設けたので、互いに発生トルクの大きく異
なる運転点のカム作動態様の切換えが行われる場合でも
エンジンの発生トルクは各気筒群毎に段階的に変化し、
カム作動態様の切換え時に生じるエンジンのトルクショ
ックを軽減して、自動車等の運転性を改善することがで
き、その結果としてカムの設定自由度を高められ、エン
ジンの燃費性能と出力性能を共により一層向上させるこ
とが可能となる。

また、隣接する気筒同士からなる同一気筒数の気筒群
毎にカム作動態様の切換え時間を相違させるようにした
ので、オイルポンプの負担を軽減することが可能とな
り、あるいはカム作動態様の切換応答性を高めることが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す油圧回路図、第２図は
カム切換駆動手段の断面図、第３図は同じく斜視図であ
る。第４図は他の実施例を示すカム切換弁駆動手段の平
面図、第５図は同図Ｘ−Ｘ線に沿う断面図、第６図は油
圧回路図、第７図はトルク特性図である。第８図は本発
明の課題を説明するためのトルク特性図、第９図は同じ
くスロットル開度特性図である。 21,22,23,24,31,32,33,34……カム切換駆動手段、41,42
……油通路、43,44……電磁切換弁、46……オイルポン
プ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁の開閉作動に携わるカム作動態様を油圧
   力により切換えるカム作動態様切換駆動手段を備える多
   気筒エンジンの弁作動装置において、隣接する複数の気
   筒からなりかつ互いに同数の気筒からなる複数の気筒群
   に対応して、各気筒群のカム作動態様切換駆動手段に連
   通する複数の油通路を形成し、各油通路の作動油圧を調
   整する作動油圧調整手段と、カム作動態様の切換え時に
   各作動油圧調整手段を所定の時間差をもって作動させる
   制御手段を備えたことを特徴とする多気筒エンジンの弁
   作動装置。