JP3692849B2 - Variable valve characteristic device for cam and internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はカムおよび該カムを用いた内燃機関の可変バルブ特性装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の運転状態に応じて、吸気バルブあるいは排気バルブの作用角やリフト量を変更することにより、エンジン特性を好適に制御する可変バルブ特性装置が知られている(特開平10−89033号公報)。この可変バルブ特性装置では、カムシャフトに回転軸方向にプロフィールが異なるカム、いわゆる3次元カムを設け、カムシャフトを回転軸方向での位置調整を行うことで、カムプロフィールを無段階に変化させて適切な作用角やリフト量に調整している。
【0003】
更に、この可変バルブ特性装置で用いられている3次元カムは、主カム山(以下、メインピークと称する)以外に補助カム山(以下、サブピークと称する)を設けることにより、排気再循環などのために最適なリフトパターンを実現しようとしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の3次元カムは、排気再循環等のためにバルブを通過する気体通過量はサブピークの大きさおよび開弁期間に依存しているため、気体通過量を十分に確保しようとしてサブピークによるリフト量と作用角とを大きくしようとすると、サブピーク自体を高くする必要がある。このため、3次元カムにおいては、サブピークが存在しないプロフィールから高いサブピークが存在する状態までカムプロフィールが急角度で変化するカム面に形成することになる。このようにカム面が回転軸方向に急角度で変化しているカムを用いると、カムフォロアの接触圧より生じるスラスト力が極めて大きなものとなり、3次元カムの軸方向位置を調整するバルブ特性変更機構が大型化せざるを得ない。したがって内燃機関の大型化につながる。
【0005】
また、スラスト力を低減させるために3次元カムを軸方向に長くしてカムプロフィールの角度を緩やかにすると、回転軸方向へのカム移動量が自ずと大きくなり、内燃機関に取り付けるには制約が大きくなる。また、この場合も3次元カムの軸方向位置を調整するバルブ特性変更機構が大型化せざるを得ず、内燃機関の大型化につながる。
【0006】
更に、メインピークと谷部を挟んで存在するサブピークが高くなると、谷部におけるカム面へのカムフォロアの当接が困難となり、カムプロフィール通りに正確にリフト量を制御できなくなる。
【0007】
3次元カムでなく、回転軸方向にプロフィールが変化しないカム、いわゆる平カムを用いた可変バルブ特性装置が存在する。この可変バルブ特性装置ではカムプロフィールの異なる複数の平カムを切り替えることによりバルブ特性を切り替えている。このような可変バルブ特性装置においても、サブピークが存在する平カムとサブピークが存在しない平カムとを組み合わせて、内燃機関の運転状態に応じて、これらのカムを切り替えることにより内燃機関の運転状態に応じて適切な気体通過量を実現することが考えられる。
【0008】
しかし、このようなカム切り替えタイプの可変バルブ特性装置においても、気体通過量を十分に確保しようとしてサブピークを高くすると、メインピークとサブピークとの間の谷部におけるカム面へのカムフォロアの当接が困難となり、カムプロフィール通りに正確にリフト量を制御できなくなる。
【0009】
このような問題点は、筒内噴射型ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどにおいては、吸気負圧が小さいことから顕著である。すなわち、吸気負圧が小さいと、排気再循環による排気が排気バルブを介して燃焼室に入りにくくなる傾向、あるいは排気が燃焼室から吸気バルブを介して吸気ポート側へ入りにくくなる傾向となる。このため、筒内噴射型ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどにおいては特に気体通過量を大きくさせる要求が存在するからである。
【0010】
本発明は、装置や内燃機関の大型化を招いたり、あるいはカムフォロアとカム面との当接を阻害することがなく、かつ十分な気体通過量を実現することができるカムおよび内燃機関の可変バルブ特性装置の提供を目的とするものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
請求項1記載のカムは、内燃機関の吸気バルブと排気バルブとの一方または両方をリフトするために用いられ、カムプロフィールが回転軸方向にて2種のリフトパターンの間で連続的に変化するカムであって、前記2種のリフトパターンの内の1つが、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極大部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないバルブ開き側のパターンと、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極小部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないバルブ閉じ側のパターンとの一方または両方のパターンを有することを特徴とする。
【0012】
このように、カムのリフトパターンとしては、回転軸方向にて2種のリフトパターンの間で連続的に変化するものである。そして、一方のリフトパターンが、バルブ開き側に、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極大部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンを用いている。このことによりバルブ開き側は、サブピークではないが台地状にリフト量をある程度確保してかつ谷部を作らない部分が形成される。このように谷部が存在していないため、このリフトパターン側にカムフォロワを当接させると、従来のごとくサブピークとメインピークとの間で一旦リフト量が小さくなることがないので、この台地状の部分では十分なリフト量が維持される。
【0013】
上記リフトパターンに加えて、あるいは上記リフトパターンに替えて、一方のリフトパターンが、バルブ閉じ側に、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極小部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンを用いた構成としても良い。このことによりバルブ閉じ側は、前述と同様にサブピークではないが台地状にリフト量をある程度確保してかつ谷部を作らない部分が形成される。このことにより台地状の部分で十分なリフト量が維持される。
【0014】
したがって、本請求項のカムの内で、上述した一方のリフトパターン側を利用すれば、バルブ開き側あるいはバルブ閉じ側の一方または両方における台地状の部分により、そのリフト量をピーク的に大きくしなくても、吸気バルブや排気バルブにおける気体通過量を十分に確保することができる。このため、本請求項のカムによれば、カムプロフィールが急角度で変化するプロフィールとしたり、軸方向に長くする必要がなく、スラスト力の大きさや軸方向の長さが問題とはならない。したがって、カムの軸方向位置を調整する機構が大型化したり内燃機関が大型化することがない。
【0015】
更に、谷部が存在しないため、台地状の部分のリフト量や幅の広狭に関わらず、カム面へのカムフォロアの当接が困難な形状とはならない。
したがって、本請求項のカムは、回転軸方向の移動により内燃機関の運転状態に応じてリフトパターンが無段階に選択できると共に、前述した一方のリフトパターン側においては、カムフォロアとカム面との当接を阻害することがなく、内燃機関の運転状態に応じた正確な気体通過量を実現することができる。しかも、リフトパターンは無段階に変化するので、運転状態に応じて気体通過量の精密な制御が可能となる。
【0016】
請求項2記載の内燃機関の可変バルブ特性装置は、請求項1記載のカムと、カムフォロアに対する回転軸方向におけるカムの位置を調整することで、吸気バルブと排気バルブとの一方または両方のバルブ特性を無段階に変更するバルブ特性変更機構とを備えたことを特徴とする。
【0017】
このように、請求項1記載のカムを組み込んだ内燃機関の可変バルブ特性装置は、バルブ特性変更機構により、請求項1記載のカムを回転軸方向に移動させることにより、必要に応じてリフトパターンが無段階に選択できる。更に、前述した一方のリフトパターン側においては、カムフォロアとカム面との当接を阻害することなく、吸気バルブあるいは排気バルブにおいて必要に応じた十分な気体通過量を実現することができる。しかも、リフトパターンは無段階に変化するので、運転状態に応じて気体通過量の精密な制御が可能となる。
【0018】
カムは台地状の部分により、そのリフト量が小さくても吸気バルブや排気バルブにおける気体通過量を十分に確保することができる。したがって、本可変バルブ特性装置自体が大型化したり、内燃機関が大型化することがない。
【0019】
請求項3記載の内燃機関の可変バルブ特性装置は、内燃機関の吸気バルブをリフトするために用いられ、カムプロフィールが回転軸方向にて、2種のリフトパターンの間で連続的に変化し、前記2種のリフトパターンの一方が、バルブ開き側において回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極大部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンであり、他方が、バルブ開き側において回転角度に対するリフト量の変化率に1つの極大部が存在するパターンであるカムと、カムフォロアに対する回転軸方向におけるカムの位置を調整することで、吸気バルブのバルブ特性を無段階に変更するバルブ特性変更機構とを備えたことを特徴とする。
【0020】
連続的に変化する、より具体的なリフトパターンの組み合わせとして、吸気バルブに対するバルブ開き側のリフトパターンにおいて、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極大部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンと、回転角度に対するリフト量の変化率に1つの極大部が存在するパターンとの組み合わせとすることができる。
【0021】
この2つのリフトパターンの間で無段階にバルブ特性を変更することにより、吸気バルブのカムフォロアとカム面との当接を阻害することがなく、かつ吸気バルブにおいて十分な排気量を燃焼室から吸気管側に導入することができ、必要に応じた十分な排気再循環量を実現することができる。しかも、リフトパターンは無段階に変化するので、必要に応じて排気再循環量の精密な制御が可能となる。
【0022】
カムは台地状の部分により、そのリフト量が小さくても吸気バルブにおける気体通過量を十分に確保することができる。したがって、上記請求項1記載の発明と同様にして、本可変バルブ特性装置自体が大型化したり、内燃機関が大型化することがない。
【0023】
請求項4記載の内燃機関の可変バルブ特性装置は、内燃機関の排気バルブをリフトするために用いられ、カムプロフィールが回転軸方向にて、2種のリフトパターンの間で連続的に変化し、前記2種のリフトパターンの一方が、バルブ閉じ側において回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極小部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンであり、他方が、バルブ閉じ側において回転角度に対するリフト量の変化率に1つの極小部が存在するパターンであるカムと、カムフォロアに対する回転軸方向におけるカムの位置を調整することで、排気バルブのバルブ特性を無段階に変更するバルブ特性変更機構とを備えたことを特徴とする。
【0024】
連続的に変化する、より具体的なリフトパターンの組み合わせとして、排気バルブに対するバルブ閉じ側のリフトパターンにおいて、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極小部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンと、回転角度に対するリフト量の変化率に1つの極小部が存在するパターンとの組み合わせとすることができる。
【0025】
この2つのリフトパターンの間で無段階にバルブ特性を変更することにより、排気バルブのカムフォロアとカム面との当接を阻害することがなく、かつ排気バルブにおいて十分な排気量を排気管側から燃焼室内に導入することができ、必要に応じた十分な排気再循環量を実現することができる。しかも、リフトパターンは無段階に変化するので、必要に応じて排気再循環量の精密な制御が可能となる。
【0026】
カムは台地状の部分により、そのリフト量が小さくても排気バルブにおける気体通過量を十分に確保することができる。したがって、上記請求項1記載の発明と同様にして、本可変バルブ特性装置自体が大型化したり、内燃機関が大型化することがない。
【0027】
請求項5記載のカムは、内燃機関の吸気バルブと排気バルブとの一方または両方をリフトするために用いられるカムであって、カムのリフトパターンは、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極大部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないバルブ開き側のリフトパターンと、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極小部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないバルブ閉じ側のリフトパターンとの一方または両方のリフトパターンを有することを特徴とする。
【0028】
このように、カムのリフトパターンとしては、バルブ開き側に、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極大部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンを用いている。このことにより、ピークのバルブ開き側には、サブピークではないが台地状にリフト量をある程度確保してかつ谷部を作らない部分が形成される。このように谷部が存在していないため、従来のごとく、サブピークとメインピークとの間で一旦リフト量が小さくなることがなく、台地状の部分では十分なリフト量が維持される。
【0029】
上記リフトパターンに加えて、あるいは上記リフトパターンに替えて、カムのリフトパターンとして、バルブ閉じ側に、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極小部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンを用いた構成としても良い。このことにより、ピークのバルブ閉じ側には、前述と同様にサブピークではないが台地状にリフト量をある程度確保してかつ谷部を作らない部分が形成される。このことにより台地状の部分で十分なリフト量が維持される。
【0030】
したがって、本請求項のカムを利用すれば、台地状の部分は、そのリフト量を大きくしなくても、吸気バルブや排気バルブにおける気体通過量を十分に確保することができる。
【0031】
更に、谷部が存在しないため、台地状の部分のリフト量や幅の広狭に関わらず、カム面へのカムフォロアの当接が困難な形状とはとならない。
したがって、本請求項のカムは、カムフォロアとカム面との当接を阻害することがなく、かつ必要に応じた正確な気体通過量を実現することができる。
【0032】
請求項6記載の内燃機関の可変バルブ特性装置は、請求項5記載の構成を有する第1カムと、第1カムのリフトパターンとは異なるリフトパターンである1つ以上の第2カムと、第1カムおよび第2カムの間で、内燃機関の吸気バルブと排気バルブとの一方または両方をリフトするためのカムを切り替えることで少なくとも2種のリフトパターンの間でカムプロフィールを変化させることにより、吸気バルブと排気バルブとの一方または両方のバルブ特性を変更するバルブ特性切り替え機構とを備えたことを特徴とする。
【0033】
このように請求項5記載の構成を有する第1カムを、選択されるカムの1つとして組み込んだ内燃機関の可変バルブ特性装置は、必要に応じてバルブ特性切り替え機構により第1カムを選択すれば、カムフォロアとカム面との当接を阻害することがなく、かつバルブにおいて必要に応じた十分な気体通過量を実現することができる。
【0034】
請求項7記載の内燃機関の可変バルブ特性装置は、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極大部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないバルブ開き側のリフトパターンを有する第1カムと、回転角度に対するリフト量の変化率に1つの極大部が存在するバルブ開き側のリフトパターンを有する第2カムと、第1カムおよび第2カムの間で、吸気バルブをリフトするためのカムを切り替えて吸気バルブのバルブ特性を変更するバルブ特性切り替え機構とを備えたことを特徴とする。
【0035】
より具体的なカムの組み合わせとして、吸気バルブに対するバルブ開き側のリフトパターンにおいて、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極大部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンの第1カムと、吸気バルブに対するバルブ開き側のリフトパターンにおいて、回転角度に対するリフト量の変化率に1つの極大部が存在するパターンの第2カムとの組み合わせとすることができる。
【0036】
バルブ特性切り替え機構が、必要に応じて2つのカムの内で第2カムに切り替えることにより、吸気バルブのカムフォロアとカム面との当接を阻害することがなく、かつ吸気バルブにおいて十分な排気量を燃焼室から吸気管側に導入することができ、必要に応じた十分な排気再循環量を実現することができる。
【0037】
請求項8記載の内燃機関の可変バルブ特性装置は、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極小部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないバルブ閉じ側のリフトパターンを有する第1カムと、回転角度に対するリフト量の変化率に1つの極小部が存在するバルブ閉じ側のリフトパターンを有する第2カムと、第1カムおよび第2カムの間で、排気バルブをリフトするためのカムを切り替えて排気バルブのバルブ特性を変更するバルブ特性切り替え機構とを備えたことを特徴とする。
【0038】
より具体的なカムの組み合わせとして、排気バルブに対するバルブ閉じ側のリフトパターンにおいて、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極小部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンの第1カムと、排気バルブに対するバルブ閉じ側のリフトパターンにおいて、回転角度に対するリフト量の変化率に1つの極小部が存在するパターンの第2カムとの組み合わせとすることができる。
【0039】
バルブ特性切り替え機構が、必要に応じて2つのカムの内で第2カムに切り替えることにより、排気バルブのカムフォロアとカム面との当接を阻害することがなく、かつ排気バルブにおいて十分な排気量を排気管側から燃焼室内に導入することができ、必要に応じた十分な排気再循環量を実現することができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
図1は、上述した発明が適用された可変バルブ特性装置を組み込んだエンジン11の概略構成説明図である。なお、図1には制御系統としての電子制御ユニット(以下「ECU」と称する)80もブロック図で示している。
【0041】
エンジン11は直列4気筒の筒内噴射式ガソリンエンジンであり、その出力により自動車を駆動するために自動車に搭載されている。本エンジン11は、往復移動するピストン12が設けられたシリンダブロック13と、シリンダブロック13の下側に設けられたオイルパン13aと、シリンダブロック13の上側に設けられたシリンダヘッド14とを備えている。
【0042】
このエンジン11の下部には出力軸であるクランクシャフト15が回転可能に支持され、このクランクシャフト15にはコンロッド16を介してピストン12が連結されている。そして、ピストン12の往復運動は、そのコンロッド16によって、クランクシャフト15の回転運動へと変換される。また、ピストン12の上側には燃焼室17が設けられ、この燃焼室17には吸気ポート18および排気ポート19が接続されている。そして、吸気ポート18と燃焼室17とは吸気バルブ20により連通・遮断され、排気ポート19と燃焼室17とは排気バルブ21により連通・遮断される。
【0043】
図2に表すシリンダヘッド14の平面断面に示されているように、2つの吸気ポート18は略直線状に延びるストレート型吸気ポートである。また、シリンダヘッド14の内壁面の中央部には点火プラグ17aが配置されている。更に、吸気バルブ20近傍のシリンダヘッド14の内壁面周辺部には、燃焼室17内に直接燃料を噴射できるように燃料噴射弁17bが配置されている。
【0044】
なお、図3はピストン12における頂面の平面図、図4は図2におけるX−X断面図、図5は図2におけるY−Y断面図である。図示されるように略山形に形成されたピストン12の頂面上には燃料噴射弁17bの下方から点火プラグ17aの下方まで延びるドーム形の輪郭形状を有する凹部12aが形成されている。
【0045】
図2に示したごとく、各シリンダの2つの吸気ポート18は吸気マニホールド内に形成された2つの吸気通路18a,18bを介してサージタンク18cに接続されている。この内の一方の吸気通路18a内にはそれぞれ気流制御弁18dが配置されている。これらの気流制御弁18dは、共通のシャフト18eを介して接続されると共に、このシャフト18eを介してアクチュエータ18fによりエンジン11の運転状態に応じて開閉作動される。なお、気流制御弁18dが閉状態とされた場合には、一方の吸気ポート18のみから吸入される吸気により燃焼室17内には強い旋回流Aが生じる。
【0046】
図1に示したごとく、シリンダヘッド14には、吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト23が平行に配置されている。吸気側カムシャフト22は回転可能かつ軸方向へ移動可能にシリンダヘッド14上に支持されており、排気側カムシャフト23は回転可能であるが軸方向には移動不能にシリンダヘッド14上に支持されている。
【0047】
吸気側カムシャフト22の一端部には、タイミングスプロケット24aを備えたバルブ特性変更機構24が設けられている。また、排気側カムシャフト23の一端部にはタイミングスプロケット25が取り付けられている。このタイミングスプロケット25およびバルブ特性変更機構24のタイミングスプロケット24aは、タイミングチェーン26を介して、クランクシャフト15に取り付けられたスプロケット15aに連結されている。そして、出力軸としてのクランクシャフト15の回転はスプロケット15aおよびタイミングチェーン26を介して、タイミングスプロケット24a,25に伝達される。このことによって吸気側カムシャフト22および排気側カムシャフト23がクランクシャフト15の回転に同期して回転する。
【0048】
バルブ特性変更機構24は、吸気側カムシャフト22に対して作用し、必要に応じてECU80により制御されて吸気側カムシャフト22の回転軸方向での位置を調整している。
【0049】
吸気側カムシャフト22には、吸気バルブ20の上端に設けられたバルブリフタ20aに当接する吸気カム27が設けられている。また排気側カムシャフト23には、排気バルブ21の上端に設けられたバルブリフタ21aに当接する排気カム28が設けられている。そして、クランクシャフト15に同期して吸気側カムシャフト22が回転すると、吸気カム27のカムプロフィールに応じて吸気バルブ20が開閉駆動され、排気側カムシャフト23が回転すると、排気カム28のカムプロフィールに応じて排気バルブ21が開閉駆動される。
【0050】
ここで、排気カム28のカムプロフィールは排気側カムシャフト23の回転軸方向に対して一定の平カムである。しかし、図6に示す吸気カム27のカムプロフィールは、カム面27aにおいて吸気側カムシャフト22の回転軸方向(矢印S方向)に連続的に変化している。すなわち、吸気カム27は3次元カムとして構成されている。この吸気カム27のプロフィールの詳細は後述する。なお図6の矢印Cは吸気側カムシャフト22の回転方向を示している。
【0051】
上述したバルブ特性変更機構24と吸気カム27とにより、吸気バルブ20のバルブ特性を調整する可変バルブ特性装置が構成されている。この内、バルブ特性変更機構24について図7に基づき詳しく説明する。
【0052】
バルブ特性変更機構24において、そのタイミングスプロケット24aは、吸気側カムシャフト22が貫通する筒部51と、筒部51の外周面から突出する円板部52と、円板部52の外周面に設けられた複数の外歯53とから構成されている。タイミングスプロケット24aの筒部51は、シリンダヘッド14のジャーナル軸受14aとカムシャフトベアリングキャップ14bに回転可能に支持されている。そして、吸気側カムシャフト22は、その軸方向へ移動できるように筒部51を貫通している。
【0053】
また、タイミングスプロケット24aには吸気側カムシャフト22の端部を覆うように設けられたカバー54が、ボルト55により固定されている。カバー54の内周面において吸気側カムシャフト22の端部に対応する位置には、吸気側カムシャフト22の回転軸方向に螺旋状に延びる内歯57が、周方向に沿って複数配列されて設けられている。
【0054】
一方、吸気側カムシャフト22の先端には、中空ボルト58およびピン59により、筒状に形成されたリングギヤ62が固定されている。リングギヤ62の外周面には、カバー54の内歯57と噛み合う螺旋状の歯63が設けられている。こうして、リングギヤ62は吸気側カムシャフト22の回転軸方向に、吸気側カムシャフト22と共にカバー54に対して位相を相対的に回転させつつ移動可能となっている。
【0055】
このように構成されたバルブ特性変更機構24において、エンジン11の駆動によりクランクシャフト15が回転し、その回転がタイミングチェーン26を介してタイミングスプロケット24aに伝達されると、バルブ特性変更機構24を介して吸気側カムシャフト22が回転される。この吸気側カムシャフト22の回転に伴なって吸気カム27により吸気バルブ20が開閉駆動される。
【0056】
そして、リングギヤ62が、後述するごとくの機構により、カバー54に対して位相を相対的に回転させつつタイミングスプロケット24a側(矢印方向R)へ移動すると、吸気側カムシャフト22も一体となってカバー54に対して位相を相対的に回転させつつ方向Rへ移動する。このことにより、バルブリフタ20a上に設けられたカムフォロア20bの当接位置は、吸気カム27のカム面27aにおいて方向R側の面から方向F側の面へ、位相を変えつつ移動させることができる。また、リングギヤ62がカバー54側(矢印方向F)へ位相を相対的に変えつつ移動すると、吸気側カムシャフト22も一体となって位相を相対的に変えつつ方向Fへ移動する。このことにより、カムフォロア20bの当接位置は、吸気カム27のカム面27aにおいて方向F側の面から方向R側の面へ、位相を変えつつ移動させることができる。
【0057】
次に、バルブ特性変更機構24にあって、上述したリングギヤ62の移動を油圧制御するための構造について説明する。
リングギヤ62の円盤状リング部62aの外周面がカバー54の内周面に摺動可能に密着されていることにより、カバー54の内部は、第2リフトパターン側油圧室65と第1リフトパターン側油圧室66とに区画されている。そして、吸気側カムシャフト22の内部には、これら第2リフトパターン側油圧室65および第1リフトパターン側油圧室66にそれぞれ接続される第2リフトパターン制御油路67および第1リフトパターン制御油路68が通っている。
【0058】
第2リフトパターン制御油路67は、中空ボルト58の内部を通って第2リフトパターン側油圧室65に連通するとともに、カムシャフトベアリングキャップ14bおよびシリンダヘッド14の内部を通ってオイルコントロールバルブ70に接続している。また、第1リフトパターン制御油路68は、タイミングスプロケット24aの筒部51内の油路72を通って第1リフトパターン側油圧室66に連通するとともに、カムシャフトベアリングキャップ14bおよびシリンダヘッド14の内部を通ってオイルコントロールバルブ70に接続している。
【0059】
一方、オイルコントロールバルブ70には、供給通路74および排出通路76が接続されている。そして、供給通路74はオイルポンプ13bを介してオイルパン13aに接続しており、排出通路76は直接オイルパン13aに接続している。
【0060】
オイルコントロールバルブ70は、電磁ソレノイド70aを備えており、電磁ソレノイド70aの消磁状態においては、内部のポートの連通状態により、オイルパン13a内の作動油が、図示矢印のごとく供給通路74、オイルコントロールバルブ70および第1リフトパターン制御油路68を介して、バルブ特性変更機構24の第1リフトパターン側油圧室66へ供給される。また、バルブ特性変更機構24の第2リフトパターン側油圧室65内にあったオイルは、図示矢印のごとく第2リフトパターン制御油路67、オイルコントロールバルブ70および排出通路76介してオイルパン13a内へ戻される。その結果、カバー54内部においてリングギヤ62は第2リフトパターン側油圧室65へ向かってカバー54に対して位相を相対的に変えつつ移動され、吸気側カムシャフト22を位相を変えつつ方向Fへ移動させる。このことにより、カム面27aに対するカムフォロア20bの当接位置が、図7に示されているごとく吸気カム27の方向Rの端面(以下、「第1端面」と称する)27c側となる。
【0061】
一方、電磁ソレノイド70aが励磁されたときには、オイルコントロールバルブ70内部のポートの連通状態により、オイルパン13a内の作動油が、図示矢印とは逆に供給通路74、オイルコントロールバルブ70および第2リフトパターン制御油路67を介してバルブ特性変更機構24の第2リフトパターン側油圧室65へ供給される。また、バルブ特性変更機構24の第1リフトパターン側油圧室66内にあった作動油は、図示矢印とは逆に第1リフトパターン制御油路68、オイルコントロールバルブ70および排出通路76を介してオイルパン13a内へ戻される。その結果、リングギヤ62が第1リフトパターン側油圧室66へ向かってカバー54に対して位相を相対的に変えつつ移動され、吸気側カムシャフト22を位相を変えつつ方向Rへ移動させる。このことにより、カム面27aに対するカムフォロア20bの当接位置が、吸気カム27の方向Fの端面(以下、「第2端面」と称する)27d側へ変化する。
【0062】
更に、電磁ソレノイド70aへの給電を制御し、オイルコントロールバルブ70内部のポート間の作動油の移動を禁止すると、第2リフトパターン側油圧室65および第1リフトパターン側油圧室66に対して作動油の給排が行われなくなる。このため、第2リフトパターン側油圧室65および第1リフトパターン側油圧室66内に作動油が充填保持されて、リングギヤ62は固定される。その結果、カム面27aに対するカムフォロア20bの当接位置が維持されるので、吸気バルブ20のリフトパターンはリングギヤ62が固定されたときの状態に保持される。
【0063】
上述したオイルコントロールバルブ70の制御を行っているECU80は、図1に示したごとく、CPU82、ROM83、RAM84およびバックアップRAM85等を備える論理演算回路として構成されている。
【0064】
ここで、CPU82はROM83に記憶された各種制御プログラムに基づいて必要な演算処理を実行する。ROM83は各種制御プログラムや、その各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されているメモリである。またRAM84はCPU82での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップRAM85はエンジン11の停止時に保存すべきデータを記憶する不揮発性のメモリである。そして、CPU82、ROM83、RAM84およびバックアップRAM85は、バス86を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路87および外部出力回路88と接続されている。
【0065】
外部入力回路87には、エンジン回転数を検出するためのクランク側電磁ピックアップ90、吸気カム27のカム角および吸気側カムシャフト22の回転軸方向の移動量を検出する吸気カム側電磁ピックアップ92、エンジン11の冷却水の温度を検出する水温センサ94および車速センサ96等が接続されている。また、外部出力回路88には、オイルコントロールバルブ70が接続されている。
【0066】
本実施の形態では、こうした構成のECU80を通じて、吸気バルブ20のバルブ特性制御が行われる。即ち、ECU80は、エンジン11の運転状態を各種センサからの検出信号に基づき検出する。そして、この検出結果に応じてエンジン11の吸気バルブ20のバルブタイミングを適切な状態とするために、オイルコントロールバルブ70を駆動制御して吸気カム27による吸気バルブ20のリフトパターンを調整する。このリフトパターン調整においては、目的とする吸気バルブ20のリフトパターンが実現されるように、オイルコントロールバルブ70によりバルブ特性変更機構24を駆動して、吸気側カムシャフト22の回転軸方向位置のフィードバック制御を行う。
【0067】
また、ECU80は、別途、エンジン11の運転状態に応じて、燃料を圧縮行程末期に噴射し理論空燃比より過小な燃料にて燃焼させる成層燃焼、燃料を吸気行程と圧縮行程末期とに2回に分けて噴射し理論空燃比より過小な燃料にて燃焼させる弱成層燃焼、および燃料を吸気行程に噴射し理論空燃比あるいは理論空燃比より過大な燃料にて燃焼させる均質燃焼を実行している。
【0068】
ここで、図6に示した吸気カム27のカムプロフィールについて説明する。図8に吸気カム27の構成を示す。図8(A)は吸気カム27の正面図(バルブ特性変更機構24とは反対側から見た図)、図8(B)は左側面図(バルブ開き側から見た図)を示す。
【0069】
この吸気カム27においては、ノーズ27bの高さは回転軸方向では一定とされている。そして、第1端面27c側では、バルブ開き側とバルブ閉じ側とはほぼ左右対称なカムプロフィールである。しかし、第2端面27d側では左右対称なカムプロフィールではなく、バルブ閉じ側は第1端面27c側とほぼ同じカムプロフィールであるが、バルブ開き側の方は第1端面27c側よりも高いリフトパターンとされている。なお、図8において破線の円はリフト量ゼロのカム高さを示している(他の実施の形態においてもリフト量ゼロのカム高さを破線の円で示している)。
【0070】
したがって、吸気バルブ20のリフト量で表す吸気カム27のプロフィールは、吸気カム27のノーズ27bによるピークP位置を0°として、第2端面27d側のカム面27aでは図9(A)のごとくであり、第1端面27c側のカム面27aでは図9(B)のごとくである。
【0071】
図示したごとく、第2端面27d側のカムプロフィールはピークPのバルブ開き側に台地状部D1が形成されている。第1端面27c側には台地状部D1は存在しない。このため、第2端面27d側での吸気カム27の作用角dθ12は、第1端面27c側での作用角dθ11よりも大きくされている。
【0072】
なお、クランク角(°CA)に対応するリフトパターンは図10に示すごとくとなる。ここで、図10(A)は第2端面27d側のカム面27aがカムフォロア20bに当接した場合のリフトパターンであり、図10(B)は第1端面27c側のカム面27aがカムフォロア20bに当接した場合のリフトパターンである。なお、バルブ特性変更機構24により吸気側カムシャフト22が方向R側へ移動される場合には、吸気カム27は進角方向に相対回転される。したがって、図10(A)に示す第2端面27d側のカム面27aのリフトパターンは、図10(B)にて示す第1端面27c側のカム面27aのリフトパターンに比較して、リフトパターン全体が進角側に移動している。
【0073】
また、クランク角に対するリフト量変化率は、図11に実線で示すごとくである。なお破線はリフトパターンを示している。図11(A)に示すごとく、第2端面27d側のカム面27aのリフトパターンにおける回転角度(ここではクランク角)に対するリフト量変化率は、リフト量のピークPよりバルブ開き側(進角側)には、2つの極大部Mx1,Mx2が存在する。第1端面27c側のカム面27aのリフトパターンにおけるリフト量変化率は、図11(B)に示すごとく、リフト量のピークPよりバルブ開き側には、1つの極大部Mxのみである。なお、バルブ閉じ側(遅角側)では、第2端面27d側と第1端面27c側とは、それぞれ1つの極小部Mnを有している。
【0074】
また、図10(A)から解るように第2端面27d側のカム面27aにおける台地状部D1のリフトパターン、すなわち台地状部D1におけるクランク角に対するリフト量には極小部、すなわち谷部が存在しない。
【0075】
そして、吸気カム27における第2端面27dと第1端面27cとの間のカム面27aは、前述した第2端面27d側のプロフィールと第1端面27c側のプロフィールとの間で連続的に変化している。このため、エンジン11に組み込まれた状態では、バルブ特性変更機構24の駆動により、図10(A)のリフトパターンと図10(B)のリフトパターンとの間で吸気バルブ20のリフトパターンを無段階に調整することができる。
【0076】
以上説明した本実施の形態1によれば、以下の効果が得られる。
(イ).本実施の形態1の吸気カム27のカム面27aにて実現されているリフトパターンは、回転軸方向にて2種のリフトパターンの間で連続的に変化するものである。そして、吸気カム27の第2端面27d側のリフトパターンが、バルブ開き側に、回転角度(ここではクランク角)に対するリフト量の変化率に複数(ここでは2つ)の極大部Mx1,Mx2が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンを用いている。
【0077】
このことにより吸気カム27の第2端面27d側のリフトパターンは、ピークPのバルブ開き側に、サブピークではないがリフト量をある程度確保してかつ谷部を作らない台地状部D1が形成される。このように谷部が存在していないため、このリフトパターン側にカムフォロア20bを当接させると、従来のようにサブピークとメインピークとの間で一旦リフト量が小さくなるという現象が生じない。このため、この台地状部D1の部分では十分なリフト量が維持される。
【0078】
したがって、ECU80により、エンジン11の運転状態が、排気再循環が必要な状態となったと判断されると、オイルコントロールバルブ70を駆動して第2端面27d側のカム面27aをカムフォロア20bに当接させる。このことにより、図10(A)に示した台地状部D1が進角側に伸び、かつ全体が進角側に移動した吸気バルブ20のリフトパターンを実現することができる。
【0079】
このことにより、吸気バルブ20は排気行程期間において早期から開弁させることができる。このため、燃焼室17内の排気を吸気ポート18内に取り込んで、吸気行程時に吸入空気と共に燃焼室17内に供給することができる。
【0080】
この排気再循環において、リフトパターンは、リフト量の変化率に2つの極大部Mx1,Mx2が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンを用いている。このため、バルブ開き側に高いサブピークを設けなくても、リフトパターンに形成されている台地状部D1により、吸気バルブ20は気体通過量が十分に大きくなる。したがって、吸気ポート18内に十分な排気量を取り込むことができ、十分な排気量の排気再循環を行うことができる。
【0081】
特に本実施の形態1では、筒内噴射式ガソリンエンジンであるため、排気再循環が要求される成層燃焼や弱成層燃焼においても、吸気ポート18内の吸気負圧が小さく、すなわち吸気の絶対圧が高く、吸気ポート18内に燃焼室17から排気が入りにくいことから、排気量の取り込み効果として顕著である。
【0082】
(ロ).更に、吸気カム27のバルブ開き側には谷部が存在しないため、台地状部D1のリフト量や幅の広狭に関わらず、第2端面27d側のカム面27aへのカムフォロア20bの当接が困難とならない。このためエンジン11の運転状態に応じた排気再循環量の正確な制御が可能となる。
【0083】
(ハ).しかも、吸気カム27はリフトパターンは無段階に変化するので、ECU80による排気再循環制御においては、エンジン11の運転状態に応じて排気再循環量の精密な制御が可能となる。
【0084】
(ニ).吸気カム27は台地状部D1の存在により、そのリフト量が小さくても台地状部D1の全体により、吸気バルブ20における吸気ポート18側への排気通過量を十分に確保することができる。このため、3次元カムである吸気カム27においてカムプロフィールが急角度で変化するプロフィールとしたり、軸方向に長くする必要もなくなる。したがって、スラスト力の大きさや軸方向の長さが問題とならなくなり、バルブ特性変更機構24の大型化や内燃機関の大型化が防止できる。
【0085】
[実施の形態2]
本実施の形態2のエンジン111の概略構成を図12に示す。本実施の形態2が前述した実施の形態1と異なるのは、バルブ特性変更機構125が吸気側カムシャフト122のタイミングスプロケット124側でなく、排気側カムシャフト123側にてタイミングスプロケット125aと一体に取り付けられている点である。
【0086】
このため、吸気側カムシャフト122は回転軸方向に移動不能とされているが、排気側カムシャフト123は回転軸方向に移動可能とされている。また吸気カム127は回転軸方向にてプロフィールは変化しないが、排気カム128は回転軸方向にてプロフィールが変化する3次元カムとして形成されている。このことによりECU180では、排気カム128のプロフィールに対応した制御がバルブ特性変更機構125に対して行われる。
【0087】
また、排気カム128が3次元カムであることに関連して、カムフォロア(図示略)、電磁ピックアップ192、オイルコントロールバルブ170などは、排気側カムシャフト123あるいは排気バルブ121のバルブリフタ121a側に設けられている。
【0088】
なお、図示していないがバルブ特性変更機構125のカバーとリングギヤとは平歯により噛み合わされている。このため、バルブ特性変更機構125による排気側カムシャフト123の回転軸方向への移動によって、排気側カムシャフト123がクランクシャフト115に対して相対的に位相を変化させることはない。
【0089】
これ以外の構成は、基本的には実施の形態1と同じである。なお、特に説明のない限り、本実施の形態2内において実施の形態1と同一の機能を有する構成については、該当する実施の形態1の構成に付した符号に「100」を加えた符号で示している。
【0090】
図13に排気カム128の構成を示す。図13(A)は排気カム128の正面図(バルブ特性変更機構125とは反対側から見た図)、図13(B)は右側面図(バルブ閉じ側から見た図)を示す。
【0091】
この排気カム128においては、ノーズ128bの高さは回転軸方向では一定とされている。そして、第1端面128c側では、バルブ開き側とバルブ閉じ側とはほぼ左右対称なカムプロフィールである。しかし、第2端面128d側では左右対称なカムプロフィールではなく、バルブ開き側は第1端面128c側とほぼ同じカムプロフィールであるが、バルブ閉じ側の方は第1端面128c側よりも高いリフトパターンとされている。
【0092】
したがって、排気バルブ121のリフト量で表す排気カム128のプロフィールは、排気カム128のノーズ128bによるピークP位置を0°として、第2端面128d側のカム面128aでは図14(A)のごとくであり、第1端面128c側のカム面128aでは図14(B)のごとくである。
【0093】
図示したごとく、第2端面128d側のカムプロフィールはピークPのバルブ閉じ側に台地状部D2が形成されている。第1端面128c側には台地状部D2は存在しない。このため、第2端面128d側での排気カム128の作用角dθ22は、第1端面128c側での作用角dθ21よりも大きくされている。
【0094】
なお、クランク角(°CA)に対応するリフトパターンは図15に示すごとくとなる。ここで、図15(A)は、第2端面128d側のカム面128aがカムフォロワに当接した場合のリフトパターンであり、図15(B)は、第1端面128c側のカム面128aがカムフォロワに当接した場合のリフトパターンである。なお、バルブ特性変更機構125により排気側カムシャフト123が移動される場合には、前記実施の形態1とは異なり、排気カム128はクランクシャフト115に対して相対回転しない。したがって、図15(A)に示すピークPと、図15(B)に示すピークPの位置は同じである。
【0095】
また、クランク角に対するリフト量変化率は、図16に実線で示すごとくである。なお破線はリフトパターンを示している。図16(A)に示すごとく、第2端面128d側のカム面128aのリフトパターンにおけるリフト量変化率は、リフト量のピークPよりバルブ閉じ側(遅角側)には、2つの極小部Mn1,Mn2が存在する。第1端面128c側のカム面128aのリフトパターンにおけるリフト量変化率は、図16(B)に示すごとく、リフト量のピークPよりバルブ閉じ側には、1つの極小部Mnのみである。なお、バルブ開き側(進角側)では、第2端面128d側と第1端面128c側とは、それぞれ1つの極大部Mxを有している。
【0096】
また、図15(A)から解るように第2端面128d側のカム面128aにおける台地状部D2のリフトパターン、すなわち台地状部D2におけるクランク角に対するリフト量には極小部、すなわち谷部が存在しない。
【0097】
そして、排気カム128における第2端面128dと第1端面128cとの間のカム面128aは、前述した第2端面128d側のプロフィールと第1端面128c側のプロフィールとの間で連続的に変化している。このため、エンジン111に組み込まれた状態では、バルブ特性変更機構125の駆動により、図15(A)のリフトパターンと図15(B)のリフトパターンとの間で、排気バルブ121のリフトパターンを無段階に調整することができる。
【0098】
以上説明した本実施の形態2によれば、以下の効果が得られる。
(イ).本実施の形態2の排気カム128のカム面128aにて実現されているリフトパターンは、回転軸方向にて2種のリフトパターンの間で連続的に変化するものである。そして、排気カム128の第2端面128d側のリフトパターンが、バルブ閉じ側に、回転角度に対するリフト量の変化率に2つの極小部Mn1,Mn2が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンを用いている。
【0099】
このことにより排気カム128の第2端面128d側のリフトパターンは、ピークPのバルブ閉じ側に、サブピークではないがリフト量をある程度確保してかつ谷部を作らない台地状部D2が形成される。このように谷部が存在していないため、このリフトパターン側にカムフォロアを当接させると、従来のようにメインピークとサブピークとの間で一旦リフト量が小さくなるという現象が生じない。このため、この台地状部D2の部分では十分なリフト量が維持される。
【0100】
したがって、ECU180により、エンジン111の運転状態が、排気再循環が必要な状態となったと判断されると、オイルコントロールバルブ170を駆動して第2端面128d側のカム面128aをカムフォロアに当接させる。このことにより、図15(A)に示した台地状部D2が遅角側に伸びた排気バルブ121のリフトパターンを実現することができる。
【0101】
こうして、排気バルブ121は吸気行程においても、ある程度長く開弁を継続させることができる。このため、排気ポート119側の排気を再度燃焼室117内に取り込んで、吸気行程時に吸気ポート118からの吸入空気と混合させることができる。
【0102】
この排気再循環において、リフトパターンは、リフト量の変化率に2つの極小部Mn1,Mn2が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンを用いている。このため、バルブ閉じ側に高いサブピークを設けなくても、リフトパターンに形成されている台地状部D2により、排気バルブ121は排気再循環時において排気通過量を十分に確保することができる。
【0103】
特に本実施の形態2では、筒内噴射式ガソリンエンジンであるため、排気再循環が要求される成層燃焼や弱成層燃焼においても、燃焼室117内の吸気負圧が小さく、燃焼室117内に排気ポート119側から排気が入りにくいことから、排気量の取り込み効果として顕著である。
【0104】
(ロ).更に、排気カム128のバルブ閉じ側には谷部が存在しないため、台地状部D2のリフト量や幅の広狭に関わらず、第2端面128d側のカム面128aへのカムフォロアの当接が困難とならない。このためエンジン111の運転状態に応じた排気再循環量の正確な制御が可能となる。
【0105】
(ハ).しかも、排気カム128はリフトパターンは無段階に変化するので、ECU180による排気再循環制御においては、エンジン111の運転状態に応じて排気再循環量の精密な制御が可能となる。
【0106】
(ニ).排気カム128は台地状部D2の存在により、そのリフト量が小さくても台地状部D2の全体により、排気バルブ121における排気通過量を十分に確保することができる。このため、3次元カムである排気カム128においてカムプロフィールが急角度で変化するプロフィールとしたり、軸方向に長くする必要もなくなる。したがって、スラスト力の大きさや軸方向の長さが問題とならなくなり、バルブ特性変更機構125の大型化や内燃機関の大型化が防止できる。
【0107】
[実施の形態3]
本実施の形態3は、前記実施の形態1とは吸気カム227のプロフィールが異なるのみであり、他の構成は基本的に同じである。
【0108】
図17に吸気カム227の構成を示す。図17(A)は吸気カム227の正面図(可変バルブ特性装置とは反対側から見た図)、図17(B)は左側面図(バルブ開き側から見た図)を示す。
【0109】
この吸気カム227においては、ノーズ227bの高さが回転軸方向で一定でなく、第2端面227d側の方が第1端面227c側よりも高く形成されている。そして、第1端面227c側では、バルブ開き側とバルブ閉じ側とはほぼ左右対称なカムプロフィールである。一方、第2端面227d側では、バルブ閉じ側については、ノーズ227bから離れるほど第1端面227c側のリフト量に次第に近づくカムプロフィールである。バルブ開き側については、第2端面227d側はノーズ227bから離れた位置からノーズ227bまで第1端面227c側よりも高いリフトパターンとされている。
【0110】
そして、吸気バルブのリフト量で表す吸気カム227のプロフィールは、吸気カム227のノーズ227bによるピーク位置を0°として、第2端面227d側のカム面227aでは図18(A)に示すごとくであり、第1端面227c側のカム面227aでは図18(B)に示すごとくである。
【0111】
図示したごとく、第2端面227d側のカムプロフィールはピークのバルブ開き側に台地状部D3が形成されている。第1端面227c側には台地状部は存在しない。しかも、ピークの高さは、第1端面227c側の高さH1よりも第2端面227d側の高さH2の方が高い。このため、第2端面227d側での吸気カム227の作用角dθ32は、第1端面227c側での作用角dθ31よりも大きくされている。前記実施の形態1に比較しても、更に作用角dθ32と作用角dθ31との差は大きくされている。
【0112】
なお、クランク角(°CA)に対するリフトパターンは図19に示すごとくとなる。ここで、図19(A)は第2端面227d側のカム面227aがカムフォロアに当接した場合のリフトパターンであり、図19(B)は第1端面227c側のカム面227aがカムフォロアに当接した場合のリフトパターンである。前記実施の形態1にても述べたごとく、可変バルブ特性装置による吸気側カムシャフトの回転軸方向の移動時にクランクシャフトに対して吸気側カムシャフトは相対回転することにより、図19(A)のリフトパターンの方が全体として進角している。
【0113】
また、クランク角に対するリフト量変化率は、図20に実線で示すごとくである。なお破線はリフトパターンを示している。図20(A)に示すごとく、第2端面227d側のカム面227aのリフトパターンにおけるリフト量変化率は、リフト量のピークPよりバルブ開き側には、2つの極大部Mx1,Mx2が存在する。第1端面227c側のカム面227aのリフトパターンにおけるリフト量変化率は、図20(B)に示すごとく、リフト量のピークPよりバルブ開き側には、1つの極大部Mxのみである。なお、バルブ閉じ側では、第2端面227d側と第1端面227c側とは、それぞれ1つの極小部Mnを有している。
【0114】
また、図19(A)から解るように第2端面227d側のカム面227aにおける台地状部D3のリフトパターン、すなわち台地状部D3におけるクランク角に対するリフト量には極小部、すなわち谷部が存在しない。
【0115】
そして、吸気カム227における第2端面227dと第1端面227cとの間のカム面227aは、前述した第2端面227d側のプロフィールと第1端面227c側のプロフィールとの間で連続的に変化している。このため、エンジンに組み込まれた状態では、可変バルブ特性装置の駆動により、図19(A)のリフトパターンと図19(B)のリフトパターンとの間で吸気バルブのリフトパターンを無段階に調整することができる。
【0116】
以上説明した本実施の形態3によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態1の(イ)〜(ニ)の効果が得られる。
(ロ).第2端面227d側と第1端面227c側とで、台地状部D3以外にリフト量のピークPの高さに差を設けることにより、第2端面227d側での作用角dθ32と第1端面227c側での作用角dθ31との差を、前記実施の形態1の場合よりも更に大きくしている。このことにより、台地状部D3の位置において第2端面227d側と第1端面227c側とでリフト量差を大きくすることなく作用角の調整幅を広げることができる。すなわち、吸気カム227の台地状部D3の位置において急角度で変化するカムプロフィールとしたり、軸方向に長くすることなく、作用角の調整幅を更に広げて排気再循環量を十分なものとすることができる。したがって、可変バルブ特性装置の大型化や内燃機関の大型化が、より効果的に防止できる。
【0117】
[実施の形態4]
本実施の形態4は、前記実施の形態2とは排気カム328のプロフィールが異なる。更に可変バルブ特性装置のカバーとリングギヤとは螺旋状の歯により噛み合わされている。このため、可変バルブ特性装置による排気側カムシャフトの回転軸方向の移動によって、排気側カムシャフトがクランクシャフトに対して相対的に位相を変化させる。本実施の形態4の場合は、排気カム328が図21(B)に示す方向Rへ移動した場合に、すなわちカムフォロアの当接位置が第1端面328c側から第2端面128d側へ移動した場合には、排気カム328をクランクシャフトに対して遅角方向へ位相変化させる。
【0118】
これ以外の構成については、基本的には前記実施の形態2と同じである。
図21に排気カム328の構成を示す。図21(A)は排気カム328の正面図(可変バルブ特性装置とは反対側から見た図)、図21(B)は右側面図(バルブ閉じ側から見た図)を示す。
【0119】
この排気カム328においては、ノーズ328bの高さが回転軸方向で一定でなく、第2端面328d側の方が第1端面328c側よりも高く形成されている。そして、第1端面328c側では、バルブ開き側とバルブ閉じ側とはほぼ左右対称なカムプロフィールである。一方、第2端面328d側では、バルブ開き側については、ノーズ328bに近づくほど第1端面328c側よりもリフト量が次第に高くなるカムプロフィールである。バルブ閉じ側については、第2端面328d側はノーズ328bから離れた位置まで第1端面328c側よりも高いリフトパターンとされている。
【0120】
そして、排気バルブのリフト量で表す排気カム328のプロフィールは、排気カム328のノーズ328bによるピーク位置を0°として、第2端面328d側のカム面328aでは図22(A)に示すごとくであり、第1端面328c側のカム面328aでは図22(B)に示すごとくである。
【0121】
図示したごとく、第2端面328d側のカムプロフィールはピークのバルブ閉じ側に台地状部D4が形成されている。第1端面328c側には台地状部は存在しない。しかも、ピークの高さは、第1端面328c側の高さH11よりも第2端面328d側の高さH12の方が高い。このため、第2端面328d側での排気カム328の作用角dθ42は、第1端面328c側での作用角dθ41よりも大きくされている。前記実施の形態2に比較しても、更に作用角dθ42と作用角dθ41との差は大きくされている。
【0122】
なお、クランク角(°CA)に対するリフトパターンは図23に示すごとくとなる。ここで、図23(A)は第2端面328d側のカム面328aがカムフォロアに当接した場合のリフトパターンであり、図23(B)は第1端面328c側のカム面328aがカムフォロアに当接した場合のリフトパターンである。本実施の形態4では前記実施の形態2と異なり、可変バルブ特性装置による排気側カムシャフトの回転軸方向の移動時にクランクシャフトに対して排気側カムシャフトは相対回転して、図23(A)のリフトパターンの方が全体として遅角している。
【0123】
また、クランク角に対するリフト量変化率は、図24に実線で示すごとくである。なお破線はリフトパターンを示している。図24(A)に示すごとく、第2端面328d側のカム面328aのリフトパターンにおけるリフト量変化率は、リフト量のピークPよりバルブ閉じ側には、2つの極小部Mn1,Mn2が存在する。第1端面328c側のカム面328aのリフトパターンにおけるリフト量変化率は、図24(B)に示すごとく、リフト量のピークPよりバルブ閉じき側には、1つの極小部Mnのみである。なお、バルブ開き側では、第2端面328d側と第1端面328c側とは、それぞれ1つの極大部Mxを有している。
【0124】
また、図23(A)から解るように第2端面328d側のカム面328aにおける台地状部D4のリフトパターン、すなわち台地状部D4におけるクランク角に対するリフト量には極小部、すなわち谷部が存在しない。
【0125】
そして、排気カム328における第2端面328dと第1端面328cとの間のカム面328aは、前述した第2端面328d側のプロフィールと第1端面328c側のプロフィールとの間で連続的に変化している。このため、エンジンに組み込まれた状態では、可変バルブ特性装置の駆動により、図23(A)のリフトパターンと図23(B)のリフトパターンとの間で排気バルブのリフトパターンを無段階に調整することができる。
【0126】
以上説明した本実施の形態4によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態2の(イ)〜(ニ)の効果が得られる。
(ロ).第2端面328d側と第1端面328c側とで、台地状部D4以外にリフト量のピークPの高さに差を設けることにより、第2端面328d側での作用角dθ42と第1端面328c側での作用角dθ41との差を、前記実施の形態2の場合よりも更に大きくしている。このことにより、台地状部D4の位相での第2端面328d側と第1端面328c側とでリフト量差を大きくすることなく作用角の調整幅を広げることができる。すなわち、排気カム328においてカムプロフィールが急角度で変化するプロフィールとしたり、軸方向に長くすることなく、作用角の調整幅を更に広げて排気再循環量を十分なものとすることができる。したがって、可変バルブ特性装置の大型化や内燃機関の大型化が、より効果的に防止できる。
【0127】
[実施の形態5]
本実施の形態5は、前記実施の形態1とは吸気カム427のプロフィールが異なる。更に可変バルブ特性装置のカバーとリングギヤとは平歯により噛み合わされている。このため、可変バルブ特性装置による吸気側カムシャフトの回転軸方向の移動によっても、吸気側カムシャフトがクランクシャフトに対して相対的に位相を変化させることはない。
【0128】
これ以外の構成については、基本的には前記実施の形態1と同じである。
図25に吸気カム427の構成を示す。図25(A)は吸気カム427の正面図(可変バルブ特性装置とは反対側から見た図)、図25(B)は左側面図(バルブ開き側から見た図)を示す。
【0129】
この吸気カム427においては、ノーズ427bの高さが回転軸方向で一定である。そして、第1端面427c側ではバルブ開き側とバルブ閉じ側とは左右対称なカムプロフィールである。第2端面427d側においても、左右対称なカムプロフィールである。ただし、ノーズ427bから離れた位置でリフト量が第2端面427d側よりも高く形成されている。
【0130】
そして、吸気バルブのリフト量で表す吸気カム427のプロフィールは、吸気カム427のノーズ427bによるピーク位置を0°として、第2端面427d側のカム面427aでは図26(A)のごとくであり、第1端面427c側のカム面427aでは図26(B)のごとくである。
【0131】
図示したごとく、第2端面427d側のカムプロフィールはピークのバルブ開き側と閉じ側とにそれぞれ台地状部I,Jが形成されている。第1端面427c側には台地状部は存在しない。このため、第2端面427d側での吸気カム427の作用角dθ52は、第1端面427c側での作用角dθ51よりも大きくされている。
【0132】
なお、クランク角(°CA)に対するリフトパターンは図27に示すごとくとなる。ここで、図27(A)は第2端面427d側のカム面427aがカムフォロアに当接した場合のリフトパターンであり、図27(B)は第1端面427c側のカム面427aがカムフォロアに当接した場合のリフトパターンである。
【0133】
また、クランク角に対するリフト量変化率は、図28に実線で示すごとくである。なお破線はリフトパターンを示している。図28(A)に示すごとく、第2端面427d側のカム面427aのリフトパターンにおけるリフト量変化率は、リフト量のピークPよりバルブ開き側には、2つの極大部Mx1,Mx2が存在する。そして、ピークPよりバルブ閉じ側には、2つの極小部Mn1,Mn2が存在する。第1端面427c側のカム面427aのリフトパターンにおけるリフト量変化率は、図28(B)に示すごとく、リフト量のピークPよりバルブ開き側には、1つの極大部Mxのみであり、閉じ側には1つの極小部Mnのみである。
【0134】
また、図27(A)から解るように第2端面427d側のカム面427aにおける2つの台地状部I,Jのリフトパターン、すなわち台地状部I,Jにおけるクランク角度に対するリフト量のパターンには極小部、すなわち谷部は存在しない。
【0135】
そして、吸気カム427における第2端面427dと第1端面427cとの間のカム面427aは、前述した第2端面427d側のプロフィールと第1端面427c側のプロフィールとの間で連続的に変化している。このため、エンジンに組み込まれた状態では、可変バルブ特性装置の駆動により、図27(A)のリフトパターンと図27(B)のリフトパターンとの間で吸気バルブのリフトパターンを無段階に調整することができる。
【0136】
以上説明した本実施の形態5によれば、以下の効果が得られる。
(イ).前記実施の形態1の(イ)〜(ニ)の効果が得られる。
(ロ).第2端面427d側と第1端面427c側とで、リフトパターンのピークPの高さは変わりないが、第2端面427d側ではピークPの両側に台地状部I,Jが存在する。このため、第2端面427d側での作用角dθ52と第1端面427c側での作用角dθ51との差は、前記実施の形態1の場合よりも更に大きくなっている。このことにより、第2端面427d側と第1端面427c側とでピークPのリフト量差を設けることなく作用角の調整幅を極めて大きくすることができる。すなわち、吸気カム427においてカムプロフィールが急角度で変化するプロフィールとしたり、軸方向に長くすることなく、作用角の調整幅を一層大きく広げることができる。この内、進角側への作用角の拡大により、排気再循環量を十分なものとできる。したがって、可変バルブ特性装置の大型化や内燃機関の大型化が、より効果的に防止できる。
【0137】
更に、遅角側への作用角の拡大が可能になることにより、エンジンの運転状態に応じた一層好適な燃焼状態に調整できるようになる。
[実施の形態6]
本実施の形態6においては、2種類の吸気カムが同一の吸気側カムシャフトに用いられる。これらの吸気カムは、前述した実施の形態1,3,5に用いられている吸気カムとは異なり、回転軸方向にカムプロフィールが変化しない平カムとして構成されている。したがって、バルブ特性変更機構およびバルブ特性変更機構に関連するオイルコントロールバルブ等は設けられておらず、吸気側カムシャフトは回転可能であるが回転軸方向へは移動不能にされている。また、吸気カムはロッカーアームを介して吸気バルブを開閉駆動している。
【0138】
図29に第1吸気カム527の構成を示す。図29(A)は第1吸気カム527の正面図、図29(B)は右側面図を示す。
この第1吸気カム527のカム面527aにおいては、回転軸方向にはカムプロフィールは全く同一であり変化していない。このカムプロフィールは左右対称なカムプロフィールではなく、バルブ開き側はバルブ閉じ側よりも高いリフトパターンとされている。したがって、吸気バルブのリフト量で表す第1吸気カム527のプロフィールは、第1吸気カム527のノーズ527bによるピーク位置を0°として、図30のごとくである。また、クランク角(°CA)との関係を図31に示す。
【0139】
図示したごとく、第1吸気カム527のピークPのバルブ開き側に台地状部Kが形成されている。バルブ閉じ側には台地状部は存在しない。また、台地状部Kにはクランク角度に対するリフト量のパターンに谷部は存在しない。
【0140】
また、第1吸気カム527のクランク角に対するリフト量変化率は、図32に実線で示すごとくである。なお破線はリフトパターンを示している。図示するごとく、カム面527aのリフトパターンにおけるリフト量変化率は、リフト量のピークPよりバルブ開き側には、2つの極大部Mx1,Mx2が存在する。バルブ閉じ側では1つの極小部Mnを有している。
【0141】
図33に第2吸気カム529の構成を示す。図33(A)は第2吸気カム529の正面図、図33(B)は右側面図を示す。
この第2吸気カム529のカム面529aにおいて、回転軸方向でのカムプロフィールは全く同一であり変化していない。このカムプロフィールはバルブ開き側とバルブ閉じ側とが対称なカムプロフィールである。したがって、吸気バルブのリフト量で表す第2吸気カム529のプロフィールは、第2吸気カム529のノーズ529bによるピーク位置を0°として、図34のごとくである。また、クランク角(°CA)との関係を図35に示す。図示したごとく、第2吸気カム529のピークPのバルブ開き側にもバルブ閉じ側にも、第1吸気カム527のごとくの台地状部は形成されていない。
【0142】
また、第2吸気カム529のクランク角に対するリフト量変化率は、図36に実線で示すごとくである。なお破線はリフトパターンを示している。図示するごとく、カム面529aのリフトパターンにおけるリフト量変化率は、リフト量のピークPよりバルブ開き側に、1つの極大部Mxが存在し、バルブ閉じ側に1つの極小部Mnが存在している。
【0143】
この第1吸気カム527と第2吸気カム529とは各吸気バルブ毎に必要数が組み合わされて、吸気側カムシャフトに取り付けられる。そして、運転状態に応じてECUが駆動機構によりロッカーアームに当接するカムを、第1吸気カム527と第2吸気カム529との間で切り替えることにより、リフトパターンを切り替える。カム527,529の形状を除いて、カムの切り替え機構自体は、特開平5−125966号公報、特開平7−150917号公報、特開平7−247815号公報、特開平8−177434号公報等で当業者には周知の技術である。
【0144】
以上説明した本実施の形態6によれば、以下の効果が得られる。
(イ).本実施の形態1の第1吸気カム527のカム面527aにて実現されているリフトパターンは、バルブ開き側に、回転角度に対するリフト量の変化率に複数(ここでは2つ)の極大部Mx1,Mx2が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンを用いている。
【0145】
このリフトパターンにおけるピークPのバルブ開き側には、サブピークではないがリフト量をある程度確保してかつ谷部を作らない台地状部Kが形成されている。このように谷部が存在していないため、このリフトパターンにカムフォロアを当接させると、従来のごとくサブピークとメインピークとの間で一旦リフト量が小さくなることがない。このため、台地状部Kの部分では十分なリフト量が維持される。
【0146】
したがって、ECUにより、エンジンの運転状態が、排気再循環が必要な状態となったと判断されると、第2吸気カム529から第1吸気カム527へ切り替えることにより、図31に示したごとく台地状部Kが進角側に形成された吸気バルブのリフトパターンを実現することができる。
【0147】
このことにより、吸気バルブは排気行程時に早期から開弁させることができ、燃焼室内の排気を吸気ポート内に取り込んで、吸気行程時に吸入空気と共に燃焼室内に供給することができる。
【0148】
この排気再循環において、リフトパターンは、リフト量の変化率に2つの極大部Mx1,Mx2が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンを用いている。このため、バルブ開き側に高いサブピークを設けなくても、リフトパターンに形成されている台地状部Kにより、吸気バルブは排気再循環時において吸気ポート側への排気通過量を十分に確保することができる。
【0149】
特に本実施の形態6では、筒内噴射式ガソリンエンジンであるため、排気再循環が要求される成層燃焼や弱成層燃焼においても、吸気ポート内の吸気負圧が小さく、吸気ポート内に燃焼室から排気が入りにくいことから、排気量の取り込み効果として顕著である。
【0150】
(ロ).更に、第1吸気カム527のバルブ開き側には谷部が存在しないため、台地状部Kのリフト量や幅の広狭に関わらず、第1吸気カム527のカム面527aへのカムフォロアの当接が困難とならない。
【0151】
[実施の形態7]
本実施の形態7においては、2種類の排気カムが同一の排気側カムシャフトに用いられる。これらの排気カムは、前述した実施の形態2,4に用いられている排気カムとは異なり、回転軸方向にカムプロフィールが変化しない平カムとして構成されている。したがって、バルブ特性変更機構およびバルブ特性変更機構に関連するオイルコントロールバルブ等は設けられておらず、排気側カムシャフトは回転可能であるが回転軸方向へは移動不能にされている。また、排気カムはロッカーアームを介して排気バルブを開閉駆動している。
【0152】
図37に第1排気カム628の構成を示す。図37(A)は第1排気カム628の正面図、図37(B)は右側面図を示す。
この第1排気カム628のカム面628aにおいて、回転軸方向にはカムプロフィールは全く同一であり変化していない。このカムプロフィールは左右対称なカムプロフィールではなく、バルブ閉じ側はバルブ開き側よりも高いリフトパターンとされている。したがって、排気バルブのリフト量で表す第1排気カム628のプロフィールは、第1排気カム628のノーズ628bによるのピーク位置を0°として、図38に示すごとくである。また、クランク角(°CA)との関係は図39に示すごとくである。
【0153】
図示したごとく、第1排気カム628のピークPのバルブ閉じ側に台地状部Lが形成されている。バルブ開き側には台地状部は存在しない。また、台地状部Lにはクランク角度に対するリフト量のパターンに谷部は存在しない。
【0154】
また、第1排気カム628のクランク角に対するリフト量変化率は、図40に実線で示すごとくである。なお破線はリフトパターンを示している。図示するごとく、カム面628aのリフトパターンにおけるリフト量変化率は、リフト量のピークPよりバルブ閉じ側には、2つの極小部Mn1,Mn2が存在する。バルブ開き側では1つの極大部Mxを有している。
【0155】
なお、第2排気カムは前記実施の形態6の図33に示した第2吸気カム529と基本的形状は同じである。すなわち、第2排気カムのカム面において、回転軸方向でのカムプロフィールは全く同一であり、バルブ開き側とバルブ閉じ側とが対称なカムプロフィールである。この第2排気カムのリフト量とクランク角(°CA)との関係は図41に破線で示すごとくである。図示したごとく、第2排気カムのピークPのバルブ開き側にもバルブ閉じ側にも、第1排気カム628のごとくの台地状部は形成されていない。また、クランク角に対する第2排気カムのリフト量変化率は、図41に実線で示すごとく、リフト量のピークPよりバルブ開き側に、1つの極大部Mxが存在し、バルブ閉じ側に1つの極小部Mnが存在している。
【0156】
この第1排気カム628と第2排気カムとは各排気バルブ毎に必要数が組み合わされて、排気側カムシャフトに取り付けられる。そして、運転状態に応じてECUが駆動機構によりロッカーアームに当接するカムを、第1排気カム628と第2排気カムとの間で切り替えることにより、リフトパターンを切り替える。第1排気カム628および第2排気カムの形状を除いて、カムの切り替え機構自体は、前記実施の形態6にても述べたごとく、当業者には周知の技術である。
【0157】
以上説明した本実施の形態7によれば、以下の効果が得られる。
(イ).本実施の形態1の第1排気カム628のカム面628aにて実現されているリフトパターンは、バルブ閉じ側に、回転角度に対するリフト量の変化率に複数(ここでは2つ)の極小部Mn1,Mn2が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンを用いている。
【0158】
このリフトパターンにおけるピークPのバルブ閉じ側には、サブピークではないがリフト量をある程度確保してかつ谷部を作らない台地状部Lが形成されている。このように谷部が存在していないため、このリフトパターン側にカムフォロアを当接させると、従来のごとくメインピークとサブピークとの間で一旦リフト量が小さくなることがない。このため、台地状部Lの部分では十分なリフト量が維持される。
【0159】
したがって、ECUにより、エンジンの運転状態が、排気再循環が必要な状態となったと判断されると、第2排気カムから第1排気カム628へ切り替えることにより、図39に示したごとく台地状部Lが遅角側に形成された排気バルブのリフトパターンを実現することができる。
【0160】
このことにより、排気バルブは吸気行程内に深く入るまで開弁させることができ、排気ポートの排気を燃焼室内に吸入空気と共に供給することができる。
この排気再循環において、リフトパターンは、リフト量の変化率に2つの極小部Mn1,Mn2が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないパターンを用いている。このため、バルブ閉じ側に高いサブピークを設けなくても、リフトパターンに形成されている台地状部Lにより、排気バルブは排気再循環時において排気通過量を十分に確保することができる。
【0161】
特に本実施の形態7では、筒内噴射式ガソリンエンジンであるため、排気再循環が要求される成層燃焼や弱成層燃焼においても、燃焼室内の吸気負圧が小さく、燃焼室内に排気ポート側から排気が入りにくいことから、排気量の取り込み効果として顕著である。
【0162】
(ロ).更に、第1排気カム628のバルブ閉じ側には谷部が存在しないため、台地状部Lのリフト量や幅の広狭に関わらず、第1排気カム628のカム面628aへのカムフォロアの当接が困難とならない。
【0163】
[その他の実施の形態]
・前記実施の形態5にて吸気カムに適用した構成と同様に、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極大部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないバルブ開き側のリフトパターンと、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極小部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないバルブ閉じ側のリフトパターンとの両方のリフトパターンを有する排気カムを構成しても良い。このことにより、前記実施の形態2の(イ)〜(ニ)の効果と前記実施の形態5の(ロ)の効果が得られる。
【0164】
・前記実施の形態5において、回転軸方向ではピークPの高さは一定であったが、ピークPを回転軸方向に連続的に変化させても良い。例えば、第2端面427dよりも第1端面427cの方のピークPを低くしても良い。排気カムに適用した場合も同様である。このことにより、無段階に調整できる作用角の差を更に拡大することができる。
【0165】
・前記実施の形態5において、2つの台地状部I,Jは左右対称であったが、内燃機関の要求性能に応じて、2つの台地状部I,Jの間において、回転角度方向の長さに差を設けたり、リフト量に差を設けても良い。
【0166】
・前記実施の形態6,7で用いた2つのカムの組み合わせでは、ピークPが同じものを組み合わせたが、ピークPに差を設けても良い。例えば、台地状部が存在しない方のカムのピークPを台地状部が存在する方のカムのピークPよりも低くしても良い。このようにすることにより、カムの切り替え時に更に作用角の差を生じさせることができる。
【0167】
・前記各実施の形態において、台地状部における回転角度に対するリフト量変化率は、バルブ開き側に存在する台地状部では極大部Mx1,Mx2の間は常に正の状態にあったが、リフト量変化率は0まで低下させた形状でも良い。また、バルブ閉じ側に存在する台地状部では極小部Mn1,Mn2の間は常に負の状態にあったが、0まで上昇させた形状でも良い。
【0168】
・前記各実施の形態にてバルブ開き側の台地状部における回転角度に対するリフト量変化率の極大部は2箇所存在する例を示し、バルブ閉じ側の台地状部における回転角度に対するリフト量変化率の極小部は2箇所存在する例を示した。これ以外に、バルブ開き側の台地状部における回転角度に対するリフト量変化率の極大部は3つ以上でも良い。またバルブ閉じ側の台地状部における回転角度に対するリフト量変化率の極小部も3つ以上でも良い。
【0169】
・前記各実施の形態では、内燃機関として筒内噴射式ガソリンエンジンの例を挙げたが、これ以外に吸気ポート噴射式のガソリンエンジンでも、またディーゼルエンジンでも本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1としての可変バルブ特性装置を組み込んだエンジンおよび制御系統の概略構成説明図。
【図2】 実施の形態1におけるシリンダヘッドおよびその周辺の構成説明図。
【図3】 実施の形態1のピストンにおける頂面の平面図。
【図4】 図2におけるX−X断面図。
【図5】 図2におけるY−Y断面図。
【図6】 実施の形態1における吸気カムの斜視図。
【図7】 実施の形態1のバルブ特性変更機構の縦断面と油圧系統の説明図。
【図8】 実施の形態1の吸気カムの形状説明図。
【図9】 実施の形態1の吸気カムのリフトパターンの説明図。
【図10】 実施の形態1の吸気カムによる吸気バルブのバルブタイミングの説明図。
【図11】 実施の形態1の吸気カムによるリフト量変化率の説明図。
【図12】 実施の形態2としての可変バルブ特性装置を組み込んだエンジンおよび制御系統の概略構成説明図。
【図13】 実施の形態2における排気カムの形状説明図。
【図14】 実施の形態2の排気カムのリフトパターンの説明図。
【図15】 実施の形態2の排気カムによる排気バルブのバルブタイミングの説明図。
【図16】 実施の形態2の排気カムによるリフト量変化率の説明図。
【図17】 実施の形態3における吸気カムの形状説明図。
【図18】 実施の形態3の吸気カムのリフトパターンの説明図。
【図19】 実施の形態3の吸気カムによる吸気バルブのバルブタイミングの説明図。
【図20】 実施の形態3の吸気カムによるリフト量変化率の説明図。
【図21】 実施の形態4における排気カムの形状説明図。
【図22】 実施の形態4の排気カムのリフトパターンの説明図。
【図23】 実施の形態4の排気カムによる排気バルブのバルブタイミングの説明図。
【図24】 実施の形態4の排気カムによるリフト量変化率の説明図。
【図25】 実施の形態5における吸気カムの形状説明図。
【図26】 実施の形態5の吸気カムのリフトパターンの説明図。
【図27】 実施の形態5の吸気カムによる吸気カムのバルブタイミングの説明図。
【図28】 実施の形態5の吸気カムによるリフト量変化率の説明図。
【図29】 実施の形態6における第1吸気カムの形状説明図。
【図30】 実施の形態6の第1吸気カムのリフトパターンの説明図。
【図31】 実施の形態6の第1吸気カムによる吸気バルブのバルブタイミングの説明図。
【図32】 実施の形態6の第1吸気カムによるリフト量変化率の説明図。
【図33】 実施の形態6における第2吸気カムの形状説明図。
【図34】 実施の形態6の第2吸気カムのリフトパターンの説明図。
【図35】 実施の形態6の第2吸気カムによる吸気バルブのバルブタイミングの説明図。
【図36】 実施の形態6の第2吸気カムによるリフト量変化率の説明図。
【図37】 実施の形態7における第1排気カムの形状説明図。
【図38】 実施の形態7の第1排気カムのリフトパターンの説明図。
【図39】 実施の形態7の第1排気カムによる排気バルブのバルブタイミングの説明図。
【図40】 実施の形態7の第1排気カムによるリフト量変化率の説明図。
【図41】 実施の形態7の第2排気カムによるリフト量変化率の説明図。
【符号の説明】
11…エンジン、12…ピストン、12a…凹部、13…シリンダブロック、13a…オイルパン、13b…オイルポンプ、14…シリンダヘッド、14a…ジャーナル軸受、14b…カムシャフトベアリングキャップ、15…クランクシャフト、15a…スプロケット、16…コンロッド、17…燃焼室、17a…点火プラグ、17b…燃料噴射弁、18…吸気ポート、18a,18b…吸気通路、18c…サージタンク、18d…気流制御弁、18e…シャフト、18f…アクチュエータ、19…排気ポート、20…吸気バルブ、20a…バルブリフタ、20b…カムフォロア、21…排気バルブ、21a…バルブリフタ、22…吸気側カムシャフト、23…排気側カムシャフト、24…バルブ特性変更機構、24a,25…タイミングスプロケット、26…タイミングチェーン、27…吸気カム、27a…カム面、27b…ノーズ、27c…第1端面、27d…第2端面、28…排気カム、51…筒部、52…円板部、53…外歯、54…カバー、55…ボルト、57…内歯、58…中空ボルト、59…ピン、62…リングギヤ、62a…円盤状リング部、63…螺旋状の歯、65…第2リフトパターン側油圧室、66…第1リフトパターン側油圧室、67…第2リフトパターン制御油路、68…第1リフトパターン制御油路、70…オイルコントロールバルブ、70a…電磁ソレノイド、72…油路、74…供給通路、76…排出通路、80…ECU、82…CPU、83…ROM、84…RAM、85…バックアップRAM、86…バス、87…外部入力回路、88…外部出力回路、90…クランク側電磁ピックアップ、92…吸気カム側電磁ピックアップ、94…水温センサ、96…車速センサ、111…エンジン、115…クランクシャフト、118…吸気ポート、119…排気ポート、121…排気バルブ、122…吸気側カムシャフト、123…排気側カムシャフト、124…タイミングスプロケット、125…バルブ特性変更機構、125a…タイミングスプロケット、127…吸気カム、128…排気カム、128a…カム面、128b…ノーズ、128c…第1端面、128d…第2端面、170…オイルコントロールバルブ、180…ECU、227…吸気カム、227a…カム面、227b…ノーズ、227c…第1端面、227d…第2端面、328…排気カム、328a…カム面、328b…ノーズ、328c…第1端面、328d…第2端面、427…吸気カム、427a…カム面、427b…ノーズ、427c…第1端面、427d…第2端面、527…第1吸気カム、527a…カム面、527b…ノーズ、529…第2吸気カム、529a…カム面、529b…ノーズ、628…第1排気カム、628a…カム面、628b…ノーズ、D1,D2,D3,D4,I,J,K,L…台地状部、Mn,Mn1,Mn2…極小部、Mx,Mx1,Mx2…極大部、P…ピーク。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cam and a variable valve characteristic device for an internal combustion engine using the cam.
[0002]
[Prior art]
There is known a variable valve characteristic device that suitably controls engine characteristics by changing the working angle or lift amount of an intake valve or an exhaust valve in accordance with the operating state of an internal combustion engine (Japanese Patent Laid-Open No. 10-89033). ). In this variable valve characteristic device, the camshaft is provided with a cam having a different profile in the rotational axis direction, that is, a so-called three-dimensional cam, and the cam profile is continuously changed by adjusting the position of the camshaft in the rotational axis direction. The operating angle and lift amount are adjusted appropriately.
[0003]
Further, the three-dimensional cam used in this variable valve characteristic device is provided with an auxiliary cam peak (hereinafter referred to as a sub peak) in addition to a main cam peak (hereinafter referred to as a main peak). In order to achieve the optimal lift pattern.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional three-dimensional cam described above, the amount of gas passing through the valve for exhaust gas recirculation or the like depends on the size of the sub-peak and the valve opening period. In order to increase the lift amount and the operating angle due to the sub-peak, it is necessary to increase the sub-peak itself. For this reason, in the three-dimensional cam, the cam profile is formed on a cam surface that changes at a steep angle from a profile in which no subpeak exists to a state in which a high subpeak exists. When a cam whose cam surface is changing at a steep angle in the rotational axis direction is used in this way, the thrust force generated by the contact pressure of the cam follower becomes extremely large, and the valve characteristic changing mechanism for adjusting the axial position of the three-dimensional cam Must be enlarged. This leads to an increase in the size of the internal combustion engine.
[0005]
In addition, if the three-dimensional cam is lengthened in the axial direction to reduce the thrust force and the angle of the cam profile is moderated, the amount of cam movement in the direction of the rotational axis naturally increases, and there are significant restrictions on mounting to the internal combustion engine. Become. Also in this case, the valve characteristic changing mechanism for adjusting the axial position of the three-dimensional cam must be increased, leading to an increase in the size of the internal combustion engine.
[0006]
Furthermore, when the sub peak existing between the main peak and the valley becomes high, it becomes difficult for the cam follower to come into contact with the cam surface in the valley, and the lift amount cannot be controlled accurately according to the cam profile.
[0007]
There is a variable valve characteristic device using a so-called flat cam, which is not a three-dimensional cam but a cam whose profile does not change in the direction of the rotation axis. In this variable valve characteristic device, the valve characteristic is switched by switching a plurality of flat cams having different cam profiles. Even in such a variable valve characteristic device, a combination of a flat cam having a sub-peak and a flat cam having no sub-peak, and switching these cams according to the operating state of the internal combustion engine allows the engine to be in an operating state. It is conceivable to realize an appropriate gas passage amount accordingly.
[0008]
However, even in such a cam switching type variable valve characteristic device, if the sub peak is made high in order to ensure a sufficient amount of gas passage, the cam follower abuts on the cam surface in the valley between the main peak and the sub peak. It becomes difficult and the lift amount cannot be controlled accurately according to the cam profile.
[0009]
Such a problem is conspicuous in an in-cylinder injection gasoline engine, a diesel engine, and the like because the intake negative pressure is small. That is, if the intake negative pressure is small, the exhaust gas due to exhaust gas recirculation tends not to enter the combustion chamber via the exhaust valve, or the exhaust gas tends not to enter the intake port side from the combustion chamber via the intake valve. For this reason, there is a demand for increasing the gas passage amount particularly in a cylinder injection gasoline engine, a diesel engine, or the like.
[0010]
The present invention provides a variable valve for a cam and an internal combustion engine that does not cause an increase in the size of the apparatus or the internal combustion engine, or does not hinder the contact between the cam follower and the cam surface, and can realize a sufficient gas passage amount. The purpose is to provide a characteristic device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the following, means for achieving the above object and its effects are described.
The cam according to
[0012]
Thus, the cam lift pattern changes continuously between the two lift patterns in the direction of the rotation axis. One lift pattern uses a pattern in which a plurality of maximum portions exist in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle and no minimum portion exists in the lift amount with respect to the rotation angle on the valve opening side. As a result, on the valve opening side, a portion that is not a sub-peak but secures a certain amount of lift in a plateau and does not form a trough is formed. Since the valley does not exist in this way, if the cam follower is brought into contact with the lift pattern side, the lift amount does not once decrease between the sub-peak and the main peak as in the prior art. A sufficient amount of lift is maintained in the part.
[0013]
In addition to the lift pattern or in place of the lift pattern, one lift pattern has a plurality of minimum portions in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle on the valve closing side, and a minimum portion in the lift amount with respect to the rotation angle. It is good also as a structure using the pattern which does not exist. As a result, on the valve closing side, a portion that is not a sub-peak as in the above, but has a plateau shape that secures a certain amount of lift and does not form a valley. As a result, a sufficient lift amount is maintained in the plateau-shaped portion.
[0014]
Therefore, if one of the lift patterns described above is used in the cam of the present claim, the lift amount is increased by a peak due to the plate-like portion on one or both of the valve opening side and the valve closing side. Even if not, it is possible to secure a sufficient amount of gas passing through the intake valve and the exhaust valve. For this reason, according to the cam of this claim, it is not necessary to make the cam profile a profile that changes at a steep angle or to lengthen it in the axial direction, and the magnitude of the thrust force and the length in the axial direction do not matter. Therefore, the mechanism for adjusting the axial position of the cam does not increase in size and the internal combustion engine does not increase in size.
[0015]
Furthermore, since there is no valley, the shape of the cam follower is difficult to contact with the cam surface regardless of the lift amount or the width of the plateau-shaped portion.
Therefore, in the cam of this claim, the lift pattern can be selected in a stepless manner according to the operation state of the internal combustion engine by the movement in the rotation axis direction, and the contact between the cam follower and the cam surface is on the one lift pattern side described above. It is possible to achieve an accurate gas passage amount corresponding to the operating state of the internal combustion engine without hindering contact. In addition, since the lift pattern changes steplessly, precise control of the gas passage amount is possible according to the operating state.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a variable valve characteristic device for an internal combustion engine, wherein the valve characteristic of one or both of an intake valve and an exhaust valve is adjusted by adjusting the position of the cam according to
[0017]
In this way, the variable valve characteristic device for an internal combustion engine incorporating the cam according to
[0018]
Due to the plateau-like portion of the cam, a sufficient amount of gas passing through the intake valve and the exhaust valve can be secured even if the lift amount is small. Therefore, the variable valve characteristic device itself does not increase in size and the internal combustion engine does not increase in size.
[0019]
The variable valve characteristic device for an internal combustion engine according to
[0020]
As a more specific combination of lift patterns that change continuously, in the lift pattern on the valve opening side with respect to the intake valve, there are multiple maximum portions in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle, and the lift amount with respect to the rotation angle is minimal. A pattern in which no part exists and a pattern in which one maximum part exists in the rate of change of the lift amount with respect to the rotation angle can be used.
[0021]
By steplessly changing the valve characteristics between the two lift patterns, the contact between the cam follower and the cam surface of the intake valve is not hindered, and a sufficient amount of exhaust is taken into the intake chamber from the combustion chamber. It can be introduced to the pipe side, and a sufficient exhaust gas recirculation amount can be realized as required. Moreover, since the lift pattern changes steplessly, it is possible to precisely control the exhaust gas recirculation amount as required.
[0022]
Due to the plateau-like portion of the cam, a sufficient amount of gas passing through the intake valve can be secured even if the lift amount is small. Therefore, In the same manner as the first aspect of the invention, The variable valve characteristic device itself does not increase in size and the internal combustion engine does not increase in size.
[0023]
The variable valve characteristic device for an internal combustion engine according to claim 4 is used for lifting an exhaust valve of the internal combustion engine, and the cam profile continuously changes between two types of lift patterns in the rotation axis direction. Said One of the two types of lift patterns is a pattern in which there are a plurality of minimum portions in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle on the valve closing side and there is no minimum portion in the lift amount with respect to the rotation angle, and the other is the valve closing side. A valve that changes the valve characteristics of the exhaust valve in a stepless manner by adjusting the position of the cam in the rotational axis direction with respect to the cam follower and the cam that is a pattern in which there is one minimum part in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle And a characteristic changing mechanism.
[0024]
As a more specific combination of lift patterns that change continuously, in the lift pattern on the valve closing side with respect to the exhaust valve, there are multiple minimum parts in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle, and the lift amount with respect to the rotation angle is minimum. It can be a combination of a pattern in which no portion exists and a pattern in which one minimal portion exists in the rate of change of the lift amount with respect to the rotation angle.
[0025]
By changing the valve characteristics in a stepless manner between these two lift patterns, the exhaust valve cam follower and the cam surface are not obstructed from being contacted, and a sufficient exhaust amount can be obtained from the exhaust pipe side in the exhaust valve. It can be introduced into the combustion chamber, and a sufficient exhaust gas recirculation amount can be realized as required. Moreover, since the lift pattern changes steplessly, it is possible to precisely control the exhaust gas recirculation amount as required.
[0026]
Due to the plateau-like portion of the cam, a sufficient amount of gas passing through the exhaust valve can be secured even if the lift amount is small. Therefore, In the same manner as the first aspect of the invention, The variable valve characteristic device itself does not increase in size and the internal combustion engine does not increase in size.
[0027]
The cam according to claim 5 is a cam used for lifting one or both of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine, and the lift pattern of the cam has a plurality of change rates of the lift amount with respect to the rotation angle. A lift pattern on the valve opening side where there is a maximum part and there is no minimum part in the lift amount with respect to the rotation angle, and there are a plurality of minimum parts in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle, and there are minimum parts in the lift amount with respect to the rotation angle. It is characterized by having one or both lift patterns with a lift pattern on the valve closing side.
[0028]
Thus, as the lift pattern of the cam, a pattern in which a plurality of maximum portions exist in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle and no minimum portion exists in the lift amount with respect to the rotation angle is used on the valve opening side. As a result, on the valve opening side of the peak, a portion that is not a sub-peak but has a certain amount of lift in a plateau and does not form a valley is formed. Since the valley does not exist in this way, the lift amount does not once decrease between the sub-peak and the main peak as in the conventional case, and a sufficient lift amount is maintained in the plateau-like portion.
[0029]
In addition to the lift pattern or in place of the lift pattern, as the cam lift pattern, there are a plurality of minimum parts in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle on the valve closing side, and the minimum part in the lift amount with respect to the rotation angle. It is good also as a structure using the pattern which does not exist. As a result, on the valve closing side of the peak, a portion that is not a sub-peak as in the above but has a plateau-like lift amount and does not form a trough is formed. As a result, a sufficient lift amount is maintained in the plateau-shaped portion.
[0030]
Therefore, if the cam of this claim is used, the plate-like portion can sufficiently secure the gas passage amount in the intake valve and the exhaust valve without increasing the lift amount.
[0031]
Furthermore, since there is no valley, the shape of the cam follower is difficult to contact with the cam surface regardless of the lift amount or the width of the plateau-shaped portion.
Therefore, the cam of this claim does not hinder the contact between the cam follower and the cam surface, and can realize an accurate gas passage amount as required.
[0032]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a variable valve characteristic device for an internal combustion engine, the first cam having the configuration according to the fifth aspect, one or more second cams having a lift pattern different from the lift pattern of the first cam, By changing the cam profile between at least two lift patterns by switching the cam for lifting one or both of the intake valve and the exhaust valve of the internal combustion engine between the first cam and the second cam, A valve characteristic switching mechanism that changes the valve characteristic of one or both of the intake valve and the exhaust valve is provided.
[0033]
Thus, in the variable valve characteristic device for an internal combustion engine in which the first cam having the configuration according to claim 5 is incorporated as one of the selected cams, the first cam is selected by the valve characteristic switching mechanism as necessary. Thus, the contact between the cam follower and the cam surface is not hindered, and a sufficient gas passage amount can be realized in the valve as needed.
[0034]
The variable valve characteristic device for an internal combustion engine according to claim 7 has a lift pattern on the valve opening side in which a plurality of maximum portions exist in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle and no minimum portion exists in the lift amount with respect to the rotation angle. To lift the intake valve between one cam, a second cam having a lift pattern on the valve opening side in which one maximum portion exists in the rate of change of the lift amount with respect to the rotation angle, and the first cam and the second cam And a valve characteristic switching mechanism that changes the valve characteristic of the intake valve by switching the cam.
[0035]
As a more specific cam combination, in the lift pattern on the valve opening side with respect to the intake valve, there are a plurality of maximum portions in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle and a pattern in which there is no minimum portion in the lift amount with respect to the rotation angle. One cam can be combined with a second cam having a pattern in which one maximum portion is present in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle in the lift pattern on the valve opening side with respect to the intake valve.
[0036]
When the valve characteristic switching mechanism switches to the second cam of the two cams as necessary, the contact between the cam follower of the intake valve and the cam surface is not hindered, and a sufficient exhaust amount is generated in the intake valve. Can be introduced from the combustion chamber to the intake pipe side, and a sufficient exhaust gas recirculation amount can be realized as required.
[0037]
The variable valve characteristic device for an internal combustion engine according to claim 8 has a lift pattern on the valve closing side in which a plurality of minimum portions exist in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle and no minimum portion exists in the lift amount with respect to the rotation angle. In order to lift the exhaust valve between one cam, a second cam having a lift pattern on the valve closing side where one minimal portion exists in the rate of change of the lift amount with respect to the rotation angle, and the first cam and the second cam And a valve characteristic switching mechanism for changing the valve characteristic of the exhaust valve by switching the cam.
[0038]
As a more specific cam combination, in the lift pattern on the valve closing side with respect to the exhaust valve, there is a pattern in which there are a plurality of minimum portions in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle and there is no minimum portion in the lift amount with respect to the rotation angle. In the lift pattern on the valve closing side with respect to the exhaust valve, one cam can be combined with the second cam having a pattern in which one minimal portion exists in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle.
[0039]
The valve characteristic switching mechanism switches to the second cam of the two cams as necessary, so that the contact between the cam follower and the cam surface of the exhaust valve is not hindered, and a sufficient exhaust amount is generated in the exhaust valve. Can be introduced into the combustion chamber from the exhaust pipe side, and a sufficient exhaust gas recirculation amount can be realized as required.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram of an
[0041]
The
[0042]
A
[0043]
As shown in the plane cross section of the
[0044]
3 is a plan view of the top surface of the
[0045]
As shown in FIG. 2, the two
[0046]
As shown in FIG. 1, an
[0047]
A valve characteristic changing
[0048]
The valve characteristic changing
[0049]
The
[0050]
Here, the cam profile of the
[0051]
The valve characteristic changing
[0052]
In the valve characteristic changing
[0053]
Further, a
[0054]
On the other hand, a
[0055]
In the valve characteristic changing
[0056]
When the
[0057]
Next, a structure for controlling the hydraulic movement of the
Since the outer peripheral surface of the disc-shaped
[0058]
The second lift pattern control oil passage 67 communicates with the second lift pattern side
[0059]
On the other hand, a
[0060]
The
[0061]
On the other hand, when the
[0062]
Further, when the power supply to the
[0063]
The
[0064]
Here, the
[0065]
The
[0066]
In the present embodiment, the valve characteristic control of the
[0067]
Further, the
[0068]
Here, the cam profile of the
[0069]
In the
[0070]
Therefore, the profile of the
[0071]
As shown in the drawing, the cam profile on the
[0072]
The lift pattern corresponding to the crank angle (° CA) is as shown in FIG. Here, FIG. 10A is a lift pattern when the
[0073]
The lift rate change rate with respect to the crank angle is as shown by a solid line in FIG. The broken line indicates the lift pattern. As shown in FIG. 11 (A), the lift amount change rate with respect to the rotation angle (here, crank angle) in the lift pattern of the
[0074]
As can be seen from FIG. 10A, the lift pattern of the plate-like portion D1 on the
[0075]
The
[0076]
According to the first embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). The lift pattern realized on the
[0077]
As a result, the lift pattern on the
[0078]
Therefore, when the
[0079]
Thus, the
[0080]
In this exhaust gas recirculation, the lift pattern uses a pattern in which two maximum portions Mx1 and Mx2 exist in the change rate of the lift amount and no minimum portion exists in the lift amount with respect to the rotation angle. For this reason, even if a high sub-peak is not provided on the valve opening side, the
[0081]
In particular, in the first embodiment, since it is a direct injection gasoline engine, even in stratified combustion or weak stratified combustion that requires exhaust gas recirculation, the intake negative pressure in the
[0082]
(B). Further, since there is no valley on the valve opening side of the
[0083]
(C). In addition, since the lift pattern of the
[0084]
(D). Due to the presence of the plateau-like portion D1, the
[0085]
[Embodiment 2]
FIG. 12 shows a schematic configuration of the
[0086]
For this reason, the intake camshaft 122 is immovable in the direction of the rotation axis, but the
[0087]
In connection with the
[0088]
Although not shown, the cover of the valve characteristic changing
[0089]
The other configuration is basically the same as that of the first embodiment. Unless otherwise specified, the configuration having the same function as that of the first embodiment in the second embodiment is represented by a symbol obtained by adding “100” to the symbol attached to the configuration of the corresponding first embodiment. Show.
[0090]
FIG. 13 shows the configuration of the
[0091]
In the
[0092]
Therefore, the profile of the
[0093]
As shown in the drawing, the cam profile on the
[0094]
The lift pattern corresponding to the crank angle (° CA) is as shown in FIG. Here, FIG. 15A shows a lift pattern when the
[0095]
Further, the lift amount change rate with respect to the crank angle is as shown by a solid line in FIG. The broken line indicates the lift pattern. As shown in FIG. 16A, the lift amount change rate in the lift pattern of the
[0096]
Further, as can be seen from FIG. 15A, the lift pattern of the plate-like portion D2 on the
[0097]
The
[0098]
According to the second embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). The lift pattern realized by the
[0099]
As a result, the lift pattern on the
[0100]
Therefore, when the
[0101]
Thus, the
[0102]
In this exhaust gas recirculation, the lift pattern uses a pattern in which two minimum portions Mn1 and Mn2 exist in the change rate of the lift amount and no minimum portion exists in the lift amount with respect to the rotation angle. For this reason, the
[0103]
In particular, since the second embodiment is a direct injection gasoline engine, the intake negative pressure in the
[0104]
(B). Further, since there is no valley on the valve closing side of the
[0105]
(C). In addition, since the lift pattern of the
[0106]
(D). Due to the presence of the plateau-shaped portion D2, the
[0107]
[Embodiment 3]
The third embodiment is different from the first embodiment only in the profile of the
[0108]
FIG. 17 shows the configuration of the
[0109]
In the
[0110]
The profile of the
[0111]
As illustrated, the cam profile on the
[0112]
The lift pattern with respect to the crank angle (° CA) is as shown in FIG. Here, FIG. 19A shows a lift pattern when the
[0113]
Further, the lift amount change rate with respect to the crank angle is as shown by a solid line in FIG. The broken line indicates the lift pattern. As shown in FIG. 20A, the lift amount change rate in the lift pattern of the
[0114]
Further, as can be seen from FIG. 19A, the lift pattern of the plate-like portion D3 on the
[0115]
The
[0116]
According to the third embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). The effects (a) to (d) of the first embodiment can be obtained.
(B). By providing a difference in the height of the lift peak P in addition to the plateau-like portion D3 between the
[0117]
[Embodiment 4]
The fourth embodiment is different from the second embodiment in the profile of the
[0118]
The other configuration is basically the same as that of the second embodiment.
FIG. 21 shows the configuration of the
[0119]
In the
[0120]
The
[0121]
As shown in the figure, the cam profile on the
[0122]
The lift pattern with respect to the crank angle (° CA) is as shown in FIG. Here, FIG. 23A shows a lift pattern when the
[0123]
Further, the lift amount change rate with respect to the crank angle is as shown by a solid line in FIG. The broken line indicates the lift pattern. As shown in FIG. 24A, in the lift amount change rate in the lift pattern of the
[0124]
Further, as can be seen from FIG. 23A, the lift pattern of the plate-like portion D4 on the
[0125]
The
[0126]
According to the fourth embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). The effects (a) to (d) of the second embodiment can be obtained.
(B). By providing a difference in height of the lift amount peak P in addition to the plateau-like portion D4 between the
[0127]
[Embodiment 5]
The fifth embodiment is different from the first embodiment in the profile of the
[0128]
Other configurations are basically the same as those in the first embodiment.
FIG. 25 shows the configuration of the
[0129]
In the
[0130]
The profile of the
[0131]
As shown in the figure, the cam profile on the
[0132]
The lift pattern with respect to the crank angle (° CA) is as shown in FIG. Here, FIG. 27A shows a lift pattern when the
[0133]
The lift amount change rate with respect to the crank angle is as shown by a solid line in FIG. The broken line indicates the lift pattern. As shown in FIG. 28A, the lift amount change rate in the lift pattern of the
[0134]
As can be seen from FIG. 27A, the lift pattern of the two plateau-like portions I and J on the
[0135]
The
[0136]
According to the fifth embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). The effects (a) to (d) of the first embodiment can be obtained.
(B). The height of the peak P of the lift pattern does not change between the
[0137]
Furthermore, since the operating angle can be increased to the retard side, it is possible to adjust to a more suitable combustion state according to the operating state of the engine.
[Embodiment 6]
In the sixth embodiment, two types of intake cams are used for the same intake side camshaft. Unlike the intake cams used in the first, third, and fifth embodiments described above, these intake cams are configured as flat cams whose cam profile does not change in the rotation axis direction. Therefore, the valve characteristic changing mechanism and the oil control valve related to the valve characteristic changing mechanism are not provided, and the intake side camshaft can rotate but cannot move in the direction of the rotation axis. The intake cam drives the intake valve to open and close via a rocker arm.
[0138]
FIG. 29 shows the configuration of the
On the
[0139]
As illustrated, a plateau-shaped portion K is formed on the valve opening side of the peak P of the
[0140]
Further, the lift amount change rate with respect to the crank angle of the
[0141]
FIG. 33 shows the configuration of the
On the
[0142]
Further, the lift amount change rate with respect to the crank angle of the
[0143]
The required number of
[0144]
According to the sixth embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). The lift pattern realized by the
[0145]
On the valve opening side of the peak P in this lift pattern, a plateau-like portion K that is not a sub-peak but secures a lift amount to some extent and does not form a valley portion is formed. Since the valley portion does not exist in this way, when the cam follower is brought into contact with this lift pattern, the lift amount is never once reduced between the sub-peak and the main peak as in the prior art. For this reason, a sufficient lift amount is maintained in the plateau-shaped portion K.
[0146]
Therefore, when the ECU determines that the operating state of the engine is in a state that requires exhaust gas recirculation, switching from the
[0147]
Thus, the intake valve can be opened early in the exhaust stroke, and the exhaust in the combustion chamber can be taken into the intake port and supplied into the combustion chamber together with the intake air during the intake stroke.
[0148]
In this exhaust gas recirculation, the lift pattern uses a pattern in which two maximum portions Mx1 and Mx2 exist in the change rate of the lift amount and no minimum portion exists in the lift amount with respect to the rotation angle. For this reason, the intake valve ensures a sufficient amount of exhaust passage to the intake port during exhaust gas recirculation by the plateau K formed in the lift pattern without providing a high sub-peak on the valve opening side. Can do.
[0149]
In particular, since the sixth embodiment is a direct injection gasoline engine, even in stratified combustion or weak stratified combustion that requires exhaust gas recirculation, the intake negative pressure in the intake port is small, and the combustion chamber is in the intake port. Since the exhaust is difficult to enter from, the effect of taking in the exhaust amount is remarkable.
[0150]
(B). Further, since there is no valley on the valve opening side of the
[0151]
[Embodiment 7]
In the seventh embodiment, two types of exhaust cams are used for the same exhaust camshaft. Unlike the exhaust cams used in Embodiments 2 and 4 described above, these exhaust cams are configured as flat cams whose cam profile does not change in the rotation axis direction. Therefore, the valve characteristic changing mechanism and the oil control valve related to the valve characteristic changing mechanism are not provided, and the exhaust-side camshaft can rotate but cannot move in the direction of the rotation axis. The exhaust cam drives the exhaust valve to open and close via a rocker arm.
[0152]
FIG. 37 shows the configuration of the
On the
[0153]
As illustrated, a plateau-like portion L is formed on the valve closing side of the peak P of the
[0154]
Further, the lift amount change rate with respect to the crank angle of the
[0155]
The second exhaust cam has the same basic shape as the
[0156]
The required number of
[0157]
According to the seventh embodiment described above, the following effects can be obtained.
(I). The lift pattern realized by the
[0158]
On the valve closing side of the peak P in this lift pattern, a plateau-like portion L that is not a sub-peak but secures a lift amount to some extent and does not form a valley portion is formed. Since the valley does not exist in this way, if the cam follower is brought into contact with the lift pattern side, the lift amount is never once reduced between the main peak and the sub peak as in the conventional case. For this reason, a sufficient lift amount is maintained in the plateau-shaped portion L.
[0159]
Therefore, when the ECU determines that the operating state of the engine is in a state that requires exhaust gas recirculation, the ECU switches the second exhaust cam to the
[0160]
As a result, the exhaust valve can be opened until it enters deeply into the intake stroke, and the exhaust from the exhaust port can be supplied into the combustion chamber together with the intake air.
In this exhaust gas recirculation, the lift pattern uses a pattern in which two minimum portions Mn1 and Mn2 exist in the change rate of the lift amount and no minimum portion exists in the lift amount with respect to the rotation angle. For this reason, the exhaust valve can sufficiently secure an exhaust passage amount during exhaust gas recirculation by the plateau-like portion L formed in the lift pattern without providing a high sub-peak on the valve closing side.
[0161]
In particular, the seventh embodiment is an in-cylinder injection type gasoline engine, and therefore, even in stratified combustion or weak stratified combustion that requires exhaust gas recirculation, the intake negative pressure in the combustion chamber is small, and the combustion chamber is exposed from the exhaust port side. Since exhaust is difficult to enter, it is remarkable as an effect of capturing the exhaust amount.
[0162]
(B). Further, since there is no valley on the valve closing side of the
[0163]
[Other embodiments]
As with the configuration applied to the intake cam in the fifth embodiment, the lift on the valve opening side has a plurality of maximum portions in the rate of change of the lift amount with respect to the rotation angle and does not have the minimum portion in the lift amount with respect to the rotation angle. An exhaust cam having a lift pattern of both a pattern and a lift pattern on the valve closing side in which there are a plurality of minimum portions in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle and there is no minimum portion in the lift amount with respect to the rotation angle is configured Also good. Thus, the effects (a) to (d) of the second embodiment and the effect (b) of the fifth embodiment are obtained.
[0164]
In the fifth embodiment, the height of the peak P is constant in the rotation axis direction, but the peak P may be continuously changed in the rotation axis direction. For example, the peak P of the
[0165]
In the fifth embodiment, the two plateaus I and J are symmetric, but the length in the rotational angle direction between the two plateaus I and J depends on the required performance of the internal combustion engine. A difference may be provided in the height, or a difference may be provided in the lift amount.
[0166]
In the combination of the two cams used in the sixth and seventh embodiments, the same peak P is combined, but a difference may be provided in the peak P. For example, the peak P of the cam having no plateau may be lower than the peak P of the cam having the plateau. By doing so, a difference in operating angle can be further generated when the cam is switched.
[0167]
In each of the above embodiments, the lift amount change rate relative to the rotation angle in the plateau is always positive between the maximum portions Mx1 and Mx2 in the plateau on the valve opening side. The change rate may be reduced to zero. Further, in the plateau-like part existing on the valve closing side, the minimum part Mn1, Mn2 was always in a negative state, but it may be shaped up to zero.
[0168]
In the above embodiments, there are two examples where the maximum amount of lift amount change rate with respect to the rotation angle in the platen portion on the valve opening side is present, and the lift amount change rate with respect to the rotation angle in the plateau portion on the valve closing side In this example, there are two local minimums. In addition to this, the maximum part of the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle in the platen-like part on the valve opening side may be three or more. Moreover, the minimum part of the lift amount change rate with respect to the rotation angle in the plateau-like part on the valve closing side may be three or more.
[0169]
In each of the above embodiments, an example of an in-cylinder injection type gasoline engine is given as the internal combustion engine, but the present invention can be applied to an intake port injection type gasoline engine or a diesel engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration explanatory diagram of an engine and a control system incorporating a variable valve characteristic device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a configuration explanatory diagram of a cylinder head and its surroundings in the first embodiment.
FIG. 3 is a plan view of a top surface of the piston according to the first embodiment.
4 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG.
5 is a YY cross-sectional view in FIG. 2. FIG.
FIG. 6 is a perspective view of the intake cam in the first embodiment.
7 is a longitudinal cross-sectional view of the valve characteristic changing mechanism of the first embodiment and an explanatory diagram of a hydraulic system. FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating the shape of the intake cam according to the first embodiment.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a lift pattern of the intake cam according to the first embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram of the valve timing of the intake valve by the intake cam according to the first embodiment.
FIG. 11 is an explanatory diagram of a lift amount change rate by the intake cam according to the first embodiment.
FIG. 12 is a schematic configuration explanatory diagram of an engine and a control system incorporating a variable valve characteristic device according to a second embodiment.
FIG. 13 is an explanatory diagram of the shape of the exhaust cam in the second embodiment.
FIG. 14 is an explanatory diagram of an exhaust cam lift pattern according to the second embodiment.
15 is an explanatory diagram of valve timing of an exhaust valve by an exhaust cam according to Embodiment 2. FIG.
FIG. 16 is an explanatory diagram of a rate of change in lift amount by the exhaust cam according to the second embodiment.
FIG. 17 is an explanatory view of the shape of an intake cam in the third embodiment.
FIG. 18 is an explanatory diagram of a lift pattern of the intake cam according to the third embodiment.
FIG. 19 is an explanatory diagram of the valve timing of the intake valve by the intake cam according to the third embodiment.
FIG. 20 is an explanatory diagram of a rate of change in lift amount by an intake cam according to the third embodiment.
FIG. 21 is an explanatory diagram of the shape of the exhaust cam in the fourth embodiment.
FIG. 22 is an explanatory diagram of an exhaust cam lift pattern according to the fourth embodiment.
FIG. 23 is an explanatory diagram of the valve timing of the exhaust valve by the exhaust cam according to the fourth embodiment.
FIG. 24 is an explanatory diagram of a rate of change in lift amount by the exhaust cam according to the fourth embodiment.
FIG. 25 is an explanatory view of the shape of the intake cam in the fifth embodiment.
FIG. 26 is an explanatory diagram of a lift pattern of the intake cam according to the fifth embodiment.
27 is an explanatory diagram of the intake cam valve timing by the intake cam according to the fifth embodiment; FIG.
FIG. 28 is an explanatory diagram of a lift amount change rate by the intake cam according to the fifth embodiment.
FIG. 29 is an explanatory view of the shape of a first intake cam in the sixth embodiment.
30 is an explanatory diagram of a lift pattern of a first intake cam according to a sixth embodiment. FIG.
FIG. 31 is an explanatory diagram of the valve timing of the intake valve by the first intake cam according to the sixth embodiment.
32 is an explanatory diagram of a lift amount change rate by the first intake cam according to the sixth embodiment. FIG.
FIG. 33 is a diagram illustrating the shape of a second intake cam in the sixth embodiment.
34 is an explanatory diagram of a lift pattern of a second intake cam according to the sixth embodiment. FIG.
FIG. 35 is an explanatory diagram of the valve timing of the intake valve by the second intake cam according to the sixth embodiment.
FIG. 36 is an explanatory diagram of a rate of change in lift amount by a second intake cam according to the sixth embodiment.
FIG. 37 is an explanatory diagram of the shape of the first exhaust cam in the seventh embodiment.
38 is an explanatory diagram of a lift pattern of a first exhaust cam according to Embodiment 7. FIG.
FIG. 39 is an explanatory diagram of the valve timing of the exhaust valve by the first exhaust cam according to the seventh embodiment.
FIG. 40 is an explanatory diagram of a lift amount change rate by the first exhaust cam according to the seventh embodiment.
41 is an explanatory diagram of a lift amount change rate by the second exhaust cam according to the seventh embodiment. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記2種のリフトパターンの内の1つが、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極大部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないバルブ開き側のパターンと、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極小部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないバルブ閉じ側のパターンとの一方または両方のパターンを有することを特徴とするカム。A cam that is used to lift one or both of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine, and in which a cam profile continuously changes between two lift patterns in a rotation axis direction,
Although one of the two lift patterns, and patterns of the valve opening direction does not exist minimum unit to the lift amount with respect to the rotation angle there are multiple maxima to lift the rate of change with respect to the rotation angle, relative to the rotation angle cam and having one or both of the pattern and there are a plurality of local minima in the lift amount change rate no minimum portion to the lift amount with respect to the rotation angle valve closing side of the pattern.
カムフォロアに対する回転軸方向におけるカムの位置を調整することで、吸気バルブと排気バルブとの一方または両方のバルブ特性を無段階に変更するバルブ特性変更機構と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブ特性装置。A cam according to claim 1;
A valve characteristic changing mechanism for steplessly changing the valve characteristic of one or both of the intake valve and the exhaust valve by adjusting the position of the cam in the rotational axis direction with respect to the cam follower;
A variable valve characteristic device for an internal combustion engine, comprising:
カムフォロアに対する回転軸方向におけるカムの位置を調整することで、吸気バルブのバルブ特性を無段階に変更するバルブ特性変更機構と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブ特性装置。Is used to lift the intake valve of an internal combustion engine, the cam profiles in the rotation axis direction continuously changed between the two lift patterns, wherein the one of the two lift patterns, the valve opening side This is a pattern in which there are a plurality of maximum portions in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle and there is no minimum portion in the lift amount with respect to the rotation angle, and the other is one maximum in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle A cam that is a pattern with parts,
A valve characteristic changing mechanism for steplessly changing the valve characteristic of the intake valve by adjusting the position of the cam in the direction of the rotation axis relative to the cam follower;
A variable valve characteristic device for an internal combustion engine, comprising:
カムフォロアに対する回転軸方向におけるカムの位置を調整することで、排気バルブのバルブ特性を無段階に変更するバルブ特性変更機構と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブ特性装置。Is used to lift the exhaust valve of an internal combustion engine, the cam profiles in the rotation axis direction continuously changed between the two lift patterns, one of the two lift patterns, the valve closing side This is a pattern in which there are a plurality of minimum portions in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle and there is no minimum portion in the lift amount with respect to the rotation angle, and the other is one minimum in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle A cam that is a pattern with parts,
A valve characteristic changing mechanism for steplessly changing the valve characteristic of the exhaust valve by adjusting the cam position in the rotational axis direction relative to the cam follower;
A variable valve characteristic device for an internal combustion engine, comprising:
カムのリフトパターンは、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極大部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないバルブ開き側のリフトパターンと、回転角度に対するリフト量の変化率に複数の極小部が存在し回転角度に対するリフト量に極小部が存在しないバルブ閉じ側のリフトパターンとの一方または両方のリフトパターンを有することを特徴とするカム。A cam used to lift one or both of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine,
The lift pattern of the cam includes a lift pattern on the valve opening side in which a plurality of maximum portions exist in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle and no minimum portion exists in the lift amount with respect to the rotation angle, and a change rate of the lift amount with respect to the rotation angle. A cam having one or both of a lift pattern on a valve closing side and a lift pattern on a valve closing side in which a plurality of minimum parts exist and a lift amount with respect to a rotation angle does not exist.
第1カムのリフトパターンとは異なるリフトパターンである1つ以上の第2カムと、
第1カムおよび第2カムの間で、内燃機関の吸気バルブと排気バルブとの一方または両方をリフトするためのカムを切り替えることで少なくとも2種のリフトパターンの間でカムプロフィールを変化させることにより、吸気バルブと排気バルブとの一方または両方のバルブ特性を変更するバルブ特性切り替え機構と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブ特性装置。A first cam having the configuration according to claim 5;
One or more second cams having a lift pattern different from the lift pattern of the first cam;
By changing the cam profile between at least two lift patterns by switching a cam for lifting one or both of the intake valve and the exhaust valve of the internal combustion engine between the first cam and the second cam. A valve characteristic switching mechanism that changes the valve characteristic of one or both of the intake valve and the exhaust valve;
A variable valve characteristic device for an internal combustion engine, comprising:
回転角度に対するリフト量の変化率に1つの極大部が存在するバルブ開き側のリフトパターンを有する第2カムと、
第1カムおよび第2カムの間で、吸気バルブをリフトするためのカムを切り替えて吸気バルブのバルブ特性を変更するバルブ特性切り替え機構と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブ特性装置。A first cam having a lift pattern on the valve opening side in which a plurality of maximum portions exist in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle and there is no minimum portion in the lift amount with respect to the rotation angle;
A second cam having a lift pattern on the valve opening side in which one maximum portion exists in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle;
A valve characteristic switching mechanism that changes a valve characteristic of the intake valve by switching a cam for lifting the intake valve between the first cam and the second cam;
A variable valve characteristic device for an internal combustion engine, comprising:
回転角度に対するリフト量の変化率に1つの極小部が存在するバルブ閉じ側のリフトパターンを有する第2カムと、
第1カムおよび第2カムの間で、排気バルブをリフトするためのカムを切り替えて排気バルブのバルブ特性を変更するバルブ特性切り替え機構と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変バルブ特性装置。A first cam having a lift pattern on the valve closing side in which there are a plurality of minimum portions in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle and there is no minimum portion in the lift amount with respect to the rotation angle;
A second cam having a lift pattern on the valve closing side in which one minimal portion exists in the change rate of the lift amount with respect to the rotation angle;
A valve characteristic switching mechanism that changes a valve characteristic of the exhaust valve by switching a cam for lifting the exhaust valve between the first cam and the second cam;
A variable valve characteristic device for an internal combustion engine, comprising:
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