JP3431692B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プロフィルの異なる
カムを選択的に利用することによってバルブリフト特性
を切り換え得るようにした内燃機関の可変動弁装置の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関のバルブ駆動装置は、一般にカ
ムリフトをロッカアームやスイングアームを介して吸気
弁や排気弁に伝達し、バルブスプリングにて閉方向に付
勢されている吸気弁，排気弁を押し開く構成となってい
るが、例えば機関の低速域と高速域あるいは低負荷域と
高負荷域ではそれぞれ好ましいバルブリフト特性が異な
るので、運転条件によりバルブリフト特性を切り換え得
るようにしたバルブ駆動装置が種々提案されている。

【０００３】その一例として、例えば特開昭６３−１０
６３０９号公報等において、プロフィルの異なる２種の
カムを並設しておき、それぞれに従動する主ロッカアー
ムおよび副ロッカアームを必要に応じて連結状態もしく
は離脱状態に切り換えるようにした構成のものが知られ
ている。

【０００４】また特開昭５５−１４８９１１号公報に見
られるように、ロッカアームをカムシャフトの軸方向へ
スライドさせることで、２種のカムの切換を行うように
構成したものもある。

【０００５】この種の可変動弁装置においては、いずれ
も、利用するカムの切換は油圧式切換機構によってなさ
れているので、低油温時に、その切換を行うと、作動油
の粘性が高いために実際の切換の応答性が悪化し、ロッ
カアームとカムとの衝突が生じ易い。そこで、上記の特
開昭５５−１４８９１１号公報においては、作動油温が
所定温度を越えた状態でのみ切換動作を許容するように
している。つまり、低油温時に、一律にカムの切換動作
を禁止している。

【０００６】また、特開平５−１９００２号公報には、
高速型カムと低速型カムとを、機関回転数および油温に
基づいて選択する構成が示されている。すなわち、機関
低速域の場合、あるいは高速域であっても低油温である
場合には、低速型カムを選択し、機関高速域でかつ高油
温である場合にのみ高速型カムを選択するようになって
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前者のよ
うに低油温時にカムの切換動作を一律に禁止すると、一
旦油温が高くなった状態で高速型カムに切り換わった
後、油温が低下しても、低速カムに復帰しないことにな
る。例えば、下り坂の走行が長時間続くと走行中であっ
ても油温が低下するが、油温が所定温度以下となったと
きに高速型カムが選択されていたとすると、その後アイ
ドル運転のような低速運転となっても、低速型カムへの
切換がなされず、高速型カムのまま運転が行われる。従
って、アイドル運転等における燃焼安定性が著しく悪化
する虞れがある。

【０００８】また後者のように低油温時に必ず低速型カ
ムに切り換えるようにすると、高速型カムでもって下り
坂の走行を長時間続けた場合に、油温が所定温度以下と
なった瞬間に、機関高速域であっても運転者の意に反し
て高速型カムから低速型カムへ切り換わってしまい、予
期せぬトルクショックが発生する、という不具合があ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、低
油温時であっても運転条件の変化に伴う高速型カムから
低速型カムへの切換は許容し、低速型カムから高速型カ
ムへの切換のみを禁止するようにした。すなわち、この
発明は、互いにプロフィルの異なる低速型カムと高速型
カムとを有し、油圧式切換機構によりいずれか一方のカ
ムの動作がバルブに選択的に伝達されるように構成され
た内燃機関の可変動弁装置において、機関運転条件が低
速型カムに適した低速型カム領域であるか高速型カムに
適した高速型カム領域であるかを判別する運転条件判別
手段と、この運転条件の判別に応じて上記油圧式切換機
構を介したカムの切換を行うカム切換制御手段と、上記
油圧式切換機構の作動油温を直接に、もしくは油温に相
当するパラメータから間接に検出する油温検出手段と、
この油温が所定温度以下の場合に運転条件に拘わらず低
速型カムから高速型カムへの切換のみを禁止する切換禁
止手段とを備えたことを特徴としている。

【００１０】低速型カムと高速型カムとを切り換える機
構としては、例えば上記低速側カムに従動して揺動し、
かつバルブを押圧する主ロッカアームと、上記高速側カ
ムに従動して揺動する副ロッカアームとを備え、油圧式
切換機構により両者を選択的に連結するようになってい
る。

【００１１】

【作用】機関の始動時には低速型カムの状態で運転が開
始されるが、油温が所定温度以上となるまでは、仮に機
関運転条件が高速型カム領域となっても、カムの切換は
実行されない。所定油温以上の状態では、機関運転条件
に応じて高速型カムおよび低速型カムの間で切換が実行
される。高速型カムで運転中に、例えば下り坂の走行な
どで油温が所定温度以下に低下しても、この油温のみの
条件ではカムは切り換わらないが、その後、運転条件が
低速型カム領域になれば、低油温状態であっても、低速
型カムへ切り換わる。これに対し、この低速型カム領域
から再び高速型カム領域となっても、低油温状態であれ
ば、高速型カムへの切換はなされない。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１３】図１は、この発明に係る内燃機関の可変動
弁装置の構成を示すもので、この実施例では、各気筒毎
に一対の吸気バルブ１と一対の排気バルブ２とが設けら
れており、その吸気側，排気側のそれぞれに可変動弁機
構が設けられている。

【００１４】図２〜図５は、一例として吸気側の可変動
弁機構を示しているが、排気側についても全く同様に構
成されている。図２〜図５に示すように、ロッカシャフ
ト３に一対の主ロッカアーム４が一端部で揺動可能に支
持されているとともに、この一対の主ロッカアーム４に
挟まれるように副ロッカアーム５が設けられている。こ
の副ロッカアーム５は、一対の主ロッカアーム４の間に
設けられた副ロッカシャフト６に揺動可能に支持されて
いる。上記主ロッカアーム４は、その上面にカムフォロ
アローラ７を有するとともに、揺動端４ａがそれぞれ吸
気バルブ１のステムエンドを押圧するようになってい
る。尚、この一対の主ロッカアーム４は、図４，図５に
示すように、その下部において、互いに一体となってい
る。また、副ロッカアーム５は、主ロッカアーム４に比
較して短く形成され、その先端部上面にカムフォロア部
８が設けられている。

【００１５】ロッカシャフト３の上方に配置されるカム
シャフト９には、主ロッカアーム４のカムフォロアロー
ラ７に当接するバルブリフト量の小さな一対の低速型カ
ム１０と、副ロッカアーム５のカムフォロア部８に摺接
するバルブリフト量の大きな高速型カム１１とが形成さ
れている。尚、副ロッカアーム５は、図４に示すよう
に、ロストモーションスプリング１２によって上方へ回
動付勢されており、主ロッカアーム４から離脱した状態
であっても高速型カム１１との摺接状態が保たれるよう
になっている。

【００１６】また、上記主，副ロッカアーム４，５を選
択的に連結させるために、副ロッカアーム５の下方に連
結レバー１３が設けられている。この連結レバー１３
は、主ロッカアーム４に設けたピン１４によって回動可
能に支持されており、その上端部１３ａが副ロッカアー
ム５下面の係合段部１５に係合可能となっている。そし
て、この連結レバー１３は、リターンスプリング１６に
より係合解除方向へ常時付勢されているとともに、その
下端部１３ｂに対向して、油圧プランジャ１７が配置さ
れており、該プランジャ１７が突出すると、係合方向へ
回動する。上記プランジャ１７が摺動可能に嵌合する油
圧シリンダ１８には、主ロッカアーム４内の油孔１９お
よびロッカシャフト３内の油圧供給通路２０（図４参
照）を介して油圧が供給可能となっている。

【００１７】従って、上記構成では油圧供給通路２０を
介して油圧シリンダ１８へ油圧を供給すると、連結レバ
ー１３が係合方向へ回動し、副ロッカアーム５の係合段
部１５に係合する。これにより、副ロッカアーム５が高
速型カム１１により下方へ押圧された際に、主ロッカア
ーム４が一体に作動するようになり、吸気バルブ１が高
速型カム１１のプロフィルに沿って開閉するようにな
る。また油圧を解放すると、連結レバー１３がリターン
スプリング１６によって係合解除方向へ回動し、上端部
１３ａが係合段部１５から離れる。そのため、副ロッカ
アーム５が主ロッカアーム４から切り離された状態とな
り、吸気バルブ１は主ロッカアーム４を介して低速型カ
ム１０のプロフィルに沿って開閉するようになる。

【００１８】尚、上記の連結レバー１３に代えて、公知
の摺動型連結ピンを用いることも可能である。

【００１９】図１に示すように、吸気側および排気側の
ロッカシャフト３内の油圧供給通路２０へ、オイルギャ
ラリ２１を介して同時に油圧が供給される構成となって
おり、油圧源となるオイルポンプ２２との間に電磁弁２
３が介装されている。この電磁弁２３は、マイクロコン
ピュータシステムを用いたコントロールユニット２４に
よってＯＮ−ＯＦＦ制御される。２５は、作動油として
用いられる機関潤滑油の油温を検出する油温センサ、２
６は内燃機関の回転数を検出する回転数センサ、２７は
内燃機関の負荷に相当する吸入空気量を検出するエアフ
ロメータであり、これらの検出信号は上記コントロール
ユニット２４に入力されている。

【００２０】上記コントロールユニット２４は、図６に
示すフローチャートに従って、電磁弁２３の開閉ひいて
はカム１０，１１の切換を制御している。次に、このフ
ローチャートに基づいて上記実施例の作用を説明する。

【００２１】先ず、機関が始動される際には、低速型カ
ム１０でもって運転が開始される。尚、フラグＦは、ど
ちらのカムが用いられているかを示すものであり、低速
型カム１０が用いられている場合にはＦ＝０、高速型カ
ム１１が用いられている場合にはＦ＝１である。

【００２２】機関の始動とともに制御が開始すると、先
ずステップ１へ進み、油温Ｏｔが所定温度Ｏｔ１以上と
なったか否かを判定する。所定温度Ｏｔ１以下の場合
は、所定温度Ｏｔ１に達するまで、低速型カム１０の状
態をそのまま保持する。ステップ１で所定温度Ｏｔ１以
上となったら、ステップ２へ進み、機関運転条件が、低
速型カム１０に適した低速型カム領域であるか、高速型
カム１１に適した高速型カム領域であるかを判定する。
図示した実施例では、この判定を機関回転数Ｎｅのみに
基づいて行っており、所定回転数Ｎｅ１以下であれば低
速型カム領域、Ｎｅ１以上であれば高速型カム領域であ
ると判定する。ステップ２で、Ｎｅ＜Ｎｅ１の場合は、
やはり低速型カム１０の状態を保持する。そして、Ｎｅ
≧Ｎｅ１となったら、ステップ３へ進み、再び油温Ｏｔ
の判定を行う。ここで所定温度Ｏｔ１以上であれば、カ
ム１０，１１の双方向の切換が許容されるので、ステッ
プ４へ進み、再び機関回転数Ｎｅの判定を行って、それ
に応じたカム１０，１１の選択，切換を行う。すなわ
ち、所定回転数Ｎｅ１以下の低速領域では低速型カム１
０を選択し、かつフラグＦを０とする（ステップ５，
６）。所定回転数Ｎｅ１以上の高速領域では高速型カム
１１を選択し、かつフラグＦを１とする（ステップ７，
８）。

【００２３】一方、長い下り坂の走行等で油温が低下
し、所定温度Ｏｔ１以下となった場合には、ステップ３
からステップ９へ進み、フラグＦに基づいて現在使用し
ているカム１０，１１の判定を行う。低速型カム１０で
ある場合（Ｆ＝０の場合）は、ステップ１へ戻り、再び
温度上昇するのを待つ。高速型カム１１を用いている場
合（Ｆ＝１の場合）は、ステップ１０で運転条件の判定
を行い、それに応じてカム１０，１１の選択，切換を行
う。すなわち、所定回転数Ｎｅ１以下の低速領域では低
速型カム１０を選択し、かつフラグＦを０とする（ステ
ップ１１，１２）。所定回転数Ｎｅ１以上の高速領域で
は高速型カム１１を選択し、かつフラグＦを１とする
（ステップ１３，１４）。

【００２４】このように、油温Ｏｔが所定温度Ｏｔ１以
下の場合には、高速型カム１１から低速型カム１０への
切換（ステップ１１）のみが許容されることになり、低
速型カム１０から高速型カム１１への切換は、再び温度
が上昇するまで禁止される。

【００２５】従って、低油温時の切換速度の遅れに伴う
高速型カム１１と副ロッカアーム５との衝突等の不具合
が確実に防止される。また、高速型カム１１で運転中に
油温が低下し、その後アイドル運転に移行したような場
合に、運転条件の変化に伴って低速型カム１０に切り換
えられるので、燃焼安定性の悪化を来すことがない。こ
のような高速型カム１１から低速型カム１０への切換
は、低油温時に行ったとしても、各部の衝突等の不具合
を生じることはない。要するに、高速型カム１１でもっ
て長い下り坂を走行したような場合に、所定温度Ｏｔ１
以下の低油温となっても、その時点で不意に低速型カム
１０に切り換わってトルクショックを発生するようなこ
とがなく、その後、実際に低速領域となった段階で低速
型カム１０に切り換わり、低速領域に適したバルブリフ
ト特性を得ることができるのである。

【００２６】尚、上記実施例では、ステップ１とステッ
プ３とで同一の基準温度Ｏｔ１を用いているが、これら
を異なる値に設定しても良い。同様に、ステップ２，ス
テップ４，ステップ１０の回転数Ｎｅ１を異なる値にす
ることもできる。また、上記の例では、機関運転条件と
して機関回転数Ｎｅのみを用いているが、機関回転数Ｎ
ｅと負荷とから各カム１０，１１に適した運転条件を定
めるようにしても良い。

【００２７】また、上記実施例では、作動油温を油温セ
ンサにより直接に検出しているが、油温に相当する他の
パラメータ、例えば機関冷却水温等から間接的に検出す
るようにしても良い。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の可変動弁装置によれば、油温の高低に
拘わらずアイドル運転のような低速運転時に必ず低速型
カムが選択されるため、燃焼安定性の悪化を来すことが
ない。また、高速型カムでもって下り坂の走行等により
油温が低下した場合でも、不意に低速型カムに切り換わ
ってトルクショックを生じるようなことがない。そし
て、油の粘性により切換速度が低下する低油温時には、
低速型カムから高速型カムへの切換が禁止されるため、
ロッカアームとカムとの間など各部での衝突を防止でき
る。

【００２９】特に請求項２のように主，副ロッカアーム
を用いたものでは、その連結時の衝突が問題となり、逆
に高速型カムから低速型カムへの移行に伴う両者の切り
離し時には、衝突の問題が殆ど生じないため、低油温時
に低速型カムから高速型カムへの切換のみを禁止するこ
とで、十分に耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る可変動弁装置の構成を示す構成
説明図。

【図２】吸気側の可変動弁機構の要部を示す平面図。

【図３】ロッカアームの一部を切り欠いて示す断面図。

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図５】主ロッカアームのみを示す図３のＡ−Ａ線に沿
った断面図。

【図６】カムの切換制御の流れを示すフローチャート。

【符号の説明】

１…吸気バルブ ４…主ロッカアーム ５…副ロッカアーム １０…低速型カム １１…高速型カム １３…連結レバー １７…油圧プランジャ ２３…電磁弁 ２４…コントロールユニット ２５…油温センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 信 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (72)発明者 盛田 正二 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社 ユニシアジェックス内 (72)発明者 富澤 尚巳 神奈川県厚木市恩名1370番地 株式会社 ユニシアジェックス内 (56)参考文献 特開 昭64−19131（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−1517（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 13/00 301 F02B 77/08 F02D 13/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いにプロフィルの異なる低速型カムと
   高速型カムとを有し、油圧式切換機構によりいずれか一
   方のカムの動作がバルブに選択的に伝達されるように構
   成された内燃機関の可変動弁装置において、機関運転条
   件が低速型カムに適した低速型カム領域であるか高速型
   カムに適した高速型カム領域であるかを判別する運転条
   件判別手段と、この運転条件の判別に応じて上記油圧式
   切換機構を介したカムの切換を行うカム切換制御手段
   と、上記油圧式切換機構の作動油温を直接に、もしくは
   油温に相当するパラメータから間接に検出する油温検出
   手段と、この油温が所定温度以下の場合に運転条件に拘
   わらず低速型カムから高速型カムへの切換のみを禁止す
   る切換禁止手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の
   可変動弁装置。
2. 【請求項２】 上記低速側カムに従動して揺動し、かつ
   バルブを押圧する主ロッカアームと、上記高速側カムに
   従動して揺動する副ロッカアームとを備え、油圧式切換
   機構により両者を選択的に連結するようにしたことを特
   徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置。