JP3700485B2

JP3700485B2 - Valve characteristic control device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP3700485B2
Application number: JP23603399A
Authority: JP
Inventors: 秀男永長; 義彦増田; 嘉人守谷; 修司中野; 振一郎菊岡
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-08-23
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2019-08-23
Also published as: JP2001065320A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のバルブ特性制御装置に関し、特に、機関バルブのメインリフトとサブリフトとを行うための２段のカムプロフィールを有するカムを備え、機関バルブのサブリフトに基づいて機関燃焼室内部での排気還流（ＥＧＲ）を促進する内燃機関のバルブ特性制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のバルブ特性制御装置としては、例えば特開平１０―８９０３３号公報に記載されたものが知られている。同公報に記載された装置も含めて、こうしたバルブ特性制御装置は基本的に、図５に示されるような構成となっている。
【０００３】
すなわちこの、図５に示されるように、同バルブ特性制御装置にあって、カムシャフト１００に装着されたカム１１０には、メインカム山１１０ａとサブカム山１１０ｂとが設けられている。これらカム山のうち、メインカム山１１０ａは、吸気あるいは排気側の機関バルブ３１０をその吸気行程あるいは排気行程において開閉（メインリフト）させるに適したカムプロフィールに設定されている。また、サブカム山１１０ｂは、機関バルブ３１０が吸気バルブである場合には吸気行程の直前に、同機関バルブ３１０が排気バルブである場合には排気行程の直後に、それぞれ当該バルブを補助的に開弁（サブリフト）して、機関燃焼室内部での排気還流、すなわち内部ＥＧＲを確保するに適したカムプロフィールに設定されている。そして、このサブカム山１１０ｂは、同図５に示されるように、カム軸方向の一端から他端に向かうにつれてその高さと幅（作用角）が連続的に大きくなる３次元カムとして形成されており、カムシャフト１００の軸方向への変位に基づいて、上記内部ＥＧＲを機関のその都度の運転状態に応じた適正なものとすることの可能な構成ともなっている。こうして、内部ＥＧＲが適正化されることで、ガス温上昇による燃焼改善やＮＯｘ（窒素酸化物）の低減等が図られるようになる。なお、この図５に例示する装置にあって、カム１１０の上記メインカム山１１０ａ及びサブカム山１１０ｂによるリフト力は、バルブリフタ３００を介して機関バルブ３１０に伝達される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記メインリフトに対応したカムプロフィールを代表としてそのカムプロフィール例を図６に示すように、上記メインカム山１１０ａ及びサブカム山１１０ｂには、そのカムリフト曲線の両端部にカムリフト量の変化量、すなわち揚程変化率の変化量が非常に小さな緩衝区間（緩衝部）が設けられている。この区間は、一般に「ランプ区間」と呼ばれる。こうしたランプ区間は、上記機関バルブ３１０の開弁時においてはバルブリフタ３００に対するカムの衝突、また同機関バルブ３１０の閉弁時においては図示しないバルブシートに対する機関バルブ３１０の衝突に起因する異音の発生等を抑制するために設けられている。
【０００５】
一方、先の図５に示されるように、カム１１０とバルブリフタ３００の頂部との間には通常、「バルブクリアランス」あるいは「タペットクリアランス」と呼ばれる空隙Ｃ（以後、タペットクリアランスＣという）が設けられている。これは、燃焼等の熱膨張による機関バルブ３１０の突き上げを防止するために設けられているものである。そして、このようにタペットクリアランスＣが設けられていることにより、カムリフト量がこのタペットクリアランスＣに相当する量以上となるまでは、機関バルブ３１０も実際には開閉駆動されないようになっている。すなわち、カムリフト量のうち、実質的には機関バルブ３１０の開閉が行われない範囲、すなわち、カム１１０のベース円Ｂから前記バルブリフタ３００の頂部までのタペットクリアランスＣに相当するカムリフト量までの距離が図６に示す「無効リフト範囲」となり、実質的な機関バルブ３１０の開閉が行われるこの無効リフト範囲以上の領域が同じく図６に示す「有効リフト範囲」となる。
【０００６】
ところが、このような構成のバルブ特性制御装置では、各種動弁系部品の組付の際のタペットクリアランスＣのばらつき、そして、機関燃焼時のそれら動弁系部品の熱膨張差によるタペットクリアランスＣの変化が避けがたいものとなっている。
【０００７】
このため、上記ランプ区間での機関バルブ３１０のリフト開始、若しくは終了タイミング、更にはそのリフト作用角等がタペットクリアランスＣに応じてばらつき、特に上記３次元カムからなるサブカム山１１０ｂを通じての内部ＥＧＲ量の制御では、機関バルブ３１０のこうしたリフトタイミングやリフト作用角のばらつきが機関性能上無視できないものとなる。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、タペットクリアランスに起因する機関バルブのリフト特性ばらつきを抑制し、ひいては同バルブのサブリフトに基づく、より精度の高い内部ＥＧＲ制御を可能とする内燃機関のバルブ特性制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
【００１１】
請求項１記載の発明は、機関バルブのメインリフトを行うためのメインプロフィール及び同機関バルブのサブリフトを行うためのサブプロフィールの２段のプロフィールを有するカムを備え、このカムのメインプロフィールに対応して前記機関バルブの主たる開閉を行い、同カムのサブプロフィールに対応して機関燃焼室内部での排気還流を促進する内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記機関バルブは吸気バルブであるとともに、前記カムは該吸気バルブを開閉するカムであり、同カムは、前記サブプロフィールの吸気バルブ開き側の緩衝部勾配が前記メインプロフィールの吸気バルブ開き側の緩衝部勾配よりも大きく形成されてなることをその要旨とする。
【００１２】
吸気バルブのサブリフトに基づいて上記内部ＥＧＲの促進を図ろうとする場合、そのメインリフト直前の、排気バルブが開弁されている所定の時期を狙って、該サブリフトによる吸気バルブの開閉が行われることとなる。すなわちこの場合、上記サブリフトでの吸気バルブ開弁時期が、同内部ＥＲＧを適正なものとする上で重要な要素となる。タペットクリアランスにばらつきや経時変化があったとしても、カムの緩衝部、すなわち前述したランプ区間の勾配が大きくなる場合には、機関バルブの開閉時期に関して、それらタペットクリアランスのばらつきや経時変化による影響も出にくくなる。このため、上記カムのサブプロフィール側の緩衝部勾配を同カムのメインプロフィール側の緩衝部勾配よりも大きくすることで、機関バルブのサブリフトに基づく燃焼室内部での排気還流、すなわち内部ＥＧＲについて、その時期的なばらつきを抑制することができ、ひいてはその制御精度も高く維持できるようになる。この点、請求項１記載の発明の上記構成によれば、このサブリフトでの吸気バルブ開弁時期、すなわち上記サブプロフィールを通じた吸気バルブの開弁時期について、そのばらつきが抑制されることとなり、ひいては該吸気バルブの２段開きによる内部ＥＧＲについてその制御精度を好適に維持することができるようになる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、機関バルブのメインリフトを行うためのメインプロフィール及び同機関バルブのサブリフトを行うためのサブプロフィールの２段のプロフィールを有するカムを備え、このカムのメインプロフィールに対応して前記機関バルブの主たる開閉を行い、同カムのサブプロフィールに対応して機関燃焼室内部での排気還流を促進する内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記機関バルブは排気バルブであるとともに、前記カムは該排気バルブを開閉するカムであり、同カムは、前記サブプロフィールの排気バルブ閉じ側の緩衝部勾配が前記メインプロフィールの排気バルブ閉じ側の緩衝部勾配よりも大きく形成されてなることをその要旨とする。
【００１４】
排気バルブのサブリフトに基づいて上記内部ＥＧＲの促進を図ろうとする場合、そのメインリフト直後の、吸気バルブが開弁されている所定の時期を狙って、該サブリフトによる排気バルブの開閉が行われることとなる。すなわちこの場合、上記サブリフトでの排気バルブ閉弁時期が、同内部ＥＲＧを適正なものとする上で重要な要素となる。この点、請求項２記載の発明の上記構成によれば、このサブリフトでの排気バルブ閉弁時期、すなわち上記サブプロフィールを通じた排気バルブの閉弁時期について、そのばらつきが抑制されることとなり、ひいては該排気バルブの２段開きによる内部ＥＧＲについてその制御精度を好適に維持することができるようになる。
【００１５】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記機関バルブのサブリフトを行うためのサブプロフィールは、当該カムのカム軸方向にカムプロフィールが連続的に変化する３次元のカムプロフィールを呈し、同カムの前記メインプロフィール側の緩衝部勾配は、そのリフト対象との衝突音を低減可能な勾配として設定されてなることをその要旨とする。
【００１６】
上記構成によれば、上記カムのカム軸方向への位置変位に応じて機関バルブのリフト量が可変とされ、内部ＥＧＲ量についての任意の制御が可能になる。また、例えばそのサブリフト量が「０」に制御されるときには、同カムのメインプロフィール側の緩衝部を通じて、機関バルブやバルブリフタ等、そのリフト対象に当接されるようになるが、該緩衝部の勾配がその際の衝突音を低減可能な勾配として設定されることで、内部ＥＧＲの不要な機関運転領域、すなわちアイドル時等の低負荷低回転域での相対騒音を低減することができるようにもなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関のバルブ特性制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図４に従って説明する。
【００１８】
はじめに、図１〜図３を参照して、本実施形態にかかるバルブ特性制御装置の概要について説明する。なお、図１はこのバルブ特性制御装置の構成を示す側部断面図、図２はカムの斜視図、図３はカムリフト曲線を示した図である。
【００１９】
図１に示されるように、このバルブ特性制御装置は、カム１１を備えるカムシャフト１０と、同カムシャフト１０の一端に設けられた油圧アクチュエータ２０と、他端に設けられた図示しないタイミングギヤ等とを吸気側、排気側の各々に備えている。そして同装置において、カムシャフト１０は回転可能、且つ、軸方向（カム軸方向）に移動可能に支持されている。また、このカムシャフト１０は前記タイミングギヤと図示しないクランクシャフトギヤ等とを介してクランクシャフト（図示略）と連結駆動されている。そして、カムシャフト１０の回転により前記カム１１が回転し、同カム１１のカムプロフィールに従ってバルブリフタ３０が押圧される。これによりカムシャフト１０の回転運動が往復運動に換えられ、バルブリフタ３０と連動する機関バルブ３１が開閉駆動される。
【００２０】
前記油圧アクチュエータ２０は、ケース２１と、同ケース２１の内部に構成されたシリンダ２２と、同シリンダ２２内にカム軸方向に変位可能に配設されたピストン２３とを有して構成されている。ピストン２３は、前記カムシャフト１０と一体となってカム軸方向に移動可能に連結されている。そして、シリンダ２２は、ピストン２３により油圧室２４ａと油圧室２４ｂとに仕切られている。また、これら油圧室２４ａ及び２４ｂには油通路２５が接続され、油通路２５の他端にはコントローラ（図示略）が接続されている。そして、同コントローラにより油圧室２４ａ内に作動油が供給され、同時に、油圧室２４ｂ内の作動油が排出される場合、カムシャフト１０は図１において右側へ移動する。逆に、油圧室２４ａ内の作動油が排出され、同時に、油圧室２４ｂ内に作動油が供給される場合、カムシャフト１０は同図１において左側へ移動する。
【００２１】
また、機関バルブ３１はバルブリフタ３０内に設けられたバルブスプリング３２により常に閉弁側に付勢されている。そして、上記カムシャフト１０とともに回転するカム１１のカムプロフィールに従ってバルブリフタ３０は往復運動し、これに連動して機関バルブ３１が開閉弁される。
【００２２】
また、図２に示されるように、カム１１には、メインカム山１１ａとサブカム山１１ｂが設けられている。メインカム山１１ａは、前記機関バルブ３１を吸気行程あるいは排気行程において開閉弁させるに適したカムプロフィール（メインプロフィール）に設定されている。そして、機関バルブ３１が吸気バルブであって、カム１１により該吸気バルブを開閉する場合には、サブカム山１１ｂは、メインカム山１１ａの回転方向前方に設けられている。また、機関バルブ３１が排気バルブであって、カム１１により該排気バルブを開閉する場合には、サブカム山１１ｂは、メインカム山１１ａの回転方向後方に設けられている。これにより、機関バルブ３１が吸気バルブである場合には吸気行程の直前に、同機関バルブ３１が排気バルブである場合には排気行程の直後に、それぞれ当該バルブを補助的に開弁（サブリフト）して、機関燃焼室内部での排気還流、すなわち内部ＥＧＲを確保するに適したカムプロフィールに設定されている。
【００２３】
同図２に示されるように、メインカム山１１ａは、カム軸方向の一端から他端（図２においては右側から左側）に向かうにつれてその高さと幅（作用角）が一定となるように設けられている。サブカム山１１ｂは、カム軸方向の一端から他端（図２においては右側から左側）に向かうにつれてその高さと幅（作用角）が連続的に大きくなるように設けられており、いわゆる３次元カムとなっている。これにより、カムシャフト１０の軸方向への変位に基づいて、上記内部ＥＧＲを機関のその都度の運転状態に応じた適正なものとすることの可能な構成となっている。
【００２４】
ここで、この実施形態にかかる装置にあっても、カム１１とバルブリフタ３０との間には、図１に示されるようなタペットクリアランスＣが設けられている。そして、上記メインカム山１１ａ及びサブカム山１１ｂの両端には、先の図６に準じたかたちでランプ区間（緩衝部）が設けられている。ただし、本実施形態においては、図３に示されるように、緩衝部としてのランプ区間のリフト曲線であるランプ部勾配に関して、メインカム山１１ａのカムプロフィール、すなわちメインプロフィールよりサブカム山１１ｂのカムプロフィール、すなわちサブプロフィールの方が大きく設定されている。より具体的には、吸気側のカム１１についてはそのメインプロフィール（１１ａ）のバルブ開き側の緩衝部勾配をｘ、同サブプロフィール（１１ｂ）のバルブ開き側の緩衝部勾配をｗとし、また排気側のカム１１についてはそのメインプロフィール（１１ａ）のバルブ閉じ側の緩衝部勾配をｚ、同サブプロフィール（１１ｂ）のバルブ閉じ側の緩衝部勾配をｙとするとき、それら勾配の関係が、
ｗ、ｙ＞ｘ、ｚ
となるように設定されている。なおここで、上記メインプロフィール（１１ａ）の各緩衝部勾配ｘ、ｙは、アイドリング運転時等、サブカム山１１ｂを使用しない状態、すなわちサブプロフィール（１１ｂ）によるバルブリフト量が「０」に制御される状態において、そのバルブリフタ３０との当接（接触）にかかる騒音等が問題にならない通常的な大きさに設定されている。
【００２５】
次に、図４（ａ）及び（ｂ）を併せ参照して、上記のごとく構成される本実施形態の装置の動作、並びにその作用について説明する。
図４に示されるように、このバルブ特性制御装置は、吸気行程時には、吸気側のカム１１のメインカム山１１ａにより機関バルブ３１である吸気バルブがメインリフトしている間に、排気側のカム１１のサブカム山１１ｂにより機関バルブ３１である排気バルブがサブリフトする。また、排気行程時には、排気側のカム１１のメインカム山１１ａにより機関バルブ３１である排気バルブがメインリフトしている間に、吸気側のカム１１のサブカム山１１ｂにより機関バルブ３１である吸気バルブがサブリフトする。このようなバルブタイミングとすることで内部ＥＧＲが促進される。
【００２６】
また、油圧アクチュエータ２０により、吸気側及び排気側の各カムシャフト１０がそれぞれ軸方向に変位することで、サブカム山１１ｂのサブプロフィールが変化する。これに伴い機関バルブ３１のサブリフト時のリフト量及び作用角とが変化し、内部ＥＧＲ量が変化することとなる。このようにして、内部ＥＧＲを機関のその都度の運転状況に応じた適正なものとしている。
【００２７】
また、上記のように、ランプ部の勾配に関して、メインカム山１１ａのカムプロフィール（ｘ、ｚ）よりサブカム山１１ｂのカムプロフィール（ｗ、ｙ）の方が大きく設定されている。これにより、サブリフト時のランプ区間における機関バルブ３１の開閉弁速度が大きくなる。この結果、タペットクリアランスＣのばらつきや経時変化による影響が出にくくなり、内部ＥＧＲに関して、機関のその都度の運転状況により必要とされる内部ＥＧＲ量を良好に確保することができるようになる。
【００２８】
以上詳述したように、この実施形態にかかるバルブ特性制御装置によれば、以下に示すような優れた効果が得られるようになる。
（１）カム１１のサブカム山１１ｂのランプ部の勾配ｗ、ｙを同カム１１のメインカム山１１ａのランプ部の勾配ｘ、ｚよりも大きく設けた。これにより、機関バルブ３１の開閉弁速度が大きくなり、機関バルブ３１の開閉弁時期に関して、タペットクリアランスＣのばらつきや経時変化による影響が出にくくなる。この結果、機関バルブ３１のサブリフトに基づく燃焼室内部での排気還流、すなわち内部ＥＧＲについて、その時期的なばらつきを抑制することができ、ひいてはその制御精度も高く維持できるようになる。
【００２９】
（２）機関バルブ３１である吸気バルブのサブリフトに基づいて内部ＥＧＲを図るため、吸気側のカム１１に関し、吸気バルブの開き側のサブカム山１１ｂのランプ部の勾配ｗを同カム１１のメインカム山１１ａのランプ部の勾配ｘよりも大きく設けた。これにより、上記サブカム山１１ｂを通じた吸気バルブの開弁時期について、そのばらつきが抑制されることとなり、ひいては該吸気バルブの２段開きによる内部ＥＧＲについてその制御精度を好適に維持することができるようになる。
【００３０】
（３）機関バルブ３１である排気バルブのサブリフトに基づいて内部ＥＧＲを図るため、排気側のカム１１に関し、排気バルブの閉じ側のサブカム山１１ｂのランプ部の勾配ｙを同カム１１のメインカム山１１ａのランプ部の勾配ｚよりも大きく設けた。これにより、上記サブカム山１１ｂを通じた排気バルブの閉弁時期について、そのばらつきが抑制されることとなり、ひいては該吸気バルブの２段開きによる内部ＥＧＲについてその制御精度を好適に維持することができるようになる。
【００３１】
（４）カム１１のサブカム山１１ｂをカムシャフト１０のカム軸方向にカムプロフィールが連続的に変化する３次元カムとするとともに、同カム１１のメインカム山１１ａにおけるランプ部の勾配ｘ、ｚをリフト対象であるバルブリフタ３０との衝突音の低減可能な勾配とした。これにより、サブリフト量が「０」に制御される場合、カム１１のメインカム山１１ａのランプ部の勾配ｘ、ｚを通じてリフト対象であるバルブリフタ３０に当接する。この結果、内部ＥＧＲの不要な機関運転領域、すなわちアイドル運転時等の低負荷回転域での相対騒音を低減することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態は例えば、以下のようにその構成を適宜変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、吸気側及び排気側の両方に上記のようなカム１１を設け、双方で二段開きを行うことで内部ＥＧＲを促進する構成としていたが、このカム１１を吸気側あるいは排気側の一方のみに設けて、その一方側で２段開きによる内部ＥＧＲを促進する構成としてもよい。
【００３３】
・上記実施形態では、カム１１を、メインカム山１１ａについてはこれをカム軸方向において高さ及び幅が一定のカムとして、またサブカム山１１ｂについてはこれをカム軸方向において高さ及び幅が異なる３次元カムとして構成としたが、これをメインカム山１１ａとサブカム山１１ｂの両方がカム軸方向において高さ及び幅が一定であるカムとして具体化することもできる。
【００３４】
・また逆に、同カム１１を、メインカム山１１ａとサブカム山１１ｂの両方がカム軸方向において高さが異なる３次元カムとして具体化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるバルブ特性制御装置の一実施形態についてその構成を示す側面及び一部断面図。
【図２】上記実施形態に採用されるカムの斜視図。
【図３】同カムのランプ区間近傍のカムリフト曲線例を示すグラフ。
【図４】同実施形態の装置のリフト動作例を示すグラフ。
【図５】従来のバルブ特性制御装置におけるカムと機関バルブとの関係を示した斜視図。
【図６】一般的なカムリフト曲線例を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…カムシャフト、１１…カム、１１ａ…メインカム山、１１ｂ…サブカム山、２０…油圧アクチュエータ、３０…バルブリフタ、３１…機関バルブ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve characteristic control device for an internal combustion engine, and in particular, includes a cam having a two-stage cam profile for performing a main lift and a sub-lift of the engine valve, and in the engine combustion chamber based on the sub-lift of the engine valve. The present invention relates to a valve characteristic control device for an internal combustion engine that promotes exhaust gas recirculation (EGR).
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of valve characteristic control device, for example, a device described in JP-A-10-89033 is known. Such a valve characteristic control device including the device described in the publication basically has a configuration as shown in FIG.
[0003]
That is, as shown in FIG. 5, the cam 110 attached to the camshaft 100 in the valve characteristic control device is provided with a main cam crest 110a and a sub cam crest 110b. Of these cam crests, the main cam crest 110a is set to a cam profile suitable for opening / closing (main lift) the intake or exhaust side engine valve 310 in the intake stroke or exhaust stroke. Further, the sub cam crest 110b opens the valve in an auxiliary manner immediately before the intake stroke when the engine valve 310 is an intake valve and immediately after the exhaust stroke when the engine valve 310 is an exhaust valve. A valve (sublift) is set to a cam profile suitable for ensuring exhaust gas recirculation inside the engine combustion chamber, that is, internal EGR. As shown in FIG. 5, the sub cam crest 110b is formed as a three-dimensional cam whose height and width (working angle) continuously increase from one end to the other end in the cam shaft direction. Based on the displacement of the camshaft 100 in the axial direction, the internal EGR can be made appropriate in accordance with the respective operating state of the engine. Thus, by optimizing the internal EGR, it is possible to improve combustion by reducing the gas temperature, reduce NOx (nitrogen oxide), and the like. In the apparatus illustrated in FIG. 5, the lift force of the cam 110 due to the main cam crest 110 a and the sub cam crest 110 b is transmitted to the engine valve 310 via the valve lifter 300.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Incidentally, as shown in FIG. 6 as an example of the cam profile corresponding to the main lift, the main cam crest 110a and the sub cam crest 110b have a cam lift amount change amount at both ends of the cam lift curve, that is, A buffer section (buffer section) in which the amount of change in the head change rate is very small is provided. This section is generally called “ramp section”. Such a ramp section generates abnormal noise due to the collision of the cam with the valve lifter 300 when the engine valve 310 is opened and the collision of the engine valve 310 with a valve seat (not shown) when the engine valve 310 is closed. It is provided to suppress the above.
[0005]
On the other hand, as shown in FIG. 5, a gap C (hereinafter referred to as tappet clearance C) called “valve clearance” or “tuppet clearance” is usually provided between the cam 110 and the top of the valve lifter 300. ing. This is provided to prevent the engine valve 310 from being pushed up due to thermal expansion such as combustion. Since the tappet clearance C is provided in this way, the engine valve 310 is not actually opened and closed until the cam lift amount becomes equal to or larger than the amount corresponding to the tappet clearance C. That is, the range of the cam lift amount in which the engine valve 310 is not substantially opened and closed, that is, the distance from the base circle B of the cam 110 to the cam lift amount corresponding to the tappet clearance C from the top of the valve lifter 300 is as follows. The “invalid lift range” shown in FIG. 6 is established, and the region beyond the invalid lift range where the engine valve 310 is substantially opened and closed is the “effective lift range” shown in FIG.
[0006]
However, in the valve characteristic control apparatus having such a configuration, the tappet clearance C varies due to variations in tappet clearance C when assembling various valve system components, and the difference in thermal expansion of these valve system components during engine combustion. Change is inevitable.
[0007]
For this reason, the lift start or end timing of the engine valve 310 in the ramp section, and the lift operating angle thereof vary depending on the tappet clearance C, and in particular, the internal EGR amount through the sub cam crest 110b made of the three-dimensional cam. In this control, variations in the lift timing and lift operating angle of the engine valve 310 cannot be ignored in terms of engine performance.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and its purpose is to suppress the variation in the lift characteristics of the engine valve caused by the tappet clearance, and thus to achieve more accurate internal EGR control based on the sub-lift of the valve. An object of the present invention is to provide a valve characteristic control device for an internal combustion engine which can be made.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The means for achieving the above object and the effects thereof will be described below .
[0011]
請 Motomeko 1 the described invention, includes a cam having a two-stage profile sub profiles for performing main profile and Saburifuto of the engine valve for performing main lift of the engine valve, corresponding to the main profile of the cam Then, in the valve characteristic control device of the internal combustion engine that performs the main opening and closing of the engine valve and promotes exhaust gas recirculation in the engine combustion chamber corresponding to the sub-profile of the cam , the engine valve is an intake valve, The cam is a cam for opening and closing the intake valve, and the cam is formed such that the buffer portion gradient of the sub-profile on the intake valve opening side is larger than the buffer portion gradient of the main profile on the intake valve opening side. Is the gist.
[0012]
When trying to promote the internal EGR based on the sub-lift of the intake valve, the intake valve is opened and closed by the sub-lift aiming at a predetermined time immediately before the main lift when the exhaust valve is opened. It becomes. That is, in this case, the intake valve opening timing at the sub-lift is an important factor in making the internal ERG appropriate. Even if the tappet clearance varies or changes over time, if the cam buffer, that is, the slope of the ramp section described above, increases, the variation in tappet clearance and the effects of changes over time are also affected by the timing of opening and closing the engine valve. It becomes difficult to come out. For this reason, by making the buffer portion gradient on the sub-profile side of the cam larger than the buffer portion gradient on the main profile side of the cam, exhaust recirculation in the combustion chamber based on the sub-lift of the engine valve, that is, internal EGR, This variation in time can be suppressed, and as a result, the control accuracy can be maintained high. In this regard, according to the above-described configuration of the invention described in claim 1 , the variation in the intake valve opening timing at the sub-lift, that is, the opening timing of the intake valve through the sub-profile is suppressed. The control accuracy of the internal EGR by the two-stage opening of the intake valve can be suitably maintained.
[0013]
The invention according to claim 2 includes a cam having a two-stage profile of a main profile for performing a main lift of the engine valve and a sub-profile for performing a sub-lift of the engine valve. Correspondingly, in the valve characteristic control device for an internal combustion engine that mainly opens and closes the engine valve and promotes exhaust gas recirculation in the engine combustion chamber corresponding to the sub-profile of the cam , the engine valve is an exhaust valve The cam is a cam for opening and closing the exhaust valve, and the cam is formed such that the buffer portion gradient of the sub-profile on the exhaust valve closing side is larger than the buffer portion gradient of the main profile on the exhaust valve closing side. This is the gist.
[0014]
When trying to promote the internal EGR based on the sub-lift of the exhaust valve, the exhaust valve should be opened and closed by the sub-lift for a predetermined time immediately after the main lift when the intake valve is opened. It becomes. That is, in this case, the exhaust valve closing timing at the sub-lift is an important factor in making the internal ERG appropriate. In this regard, according to the configuration of the invention described in claim 2 , the variation in the exhaust valve closing timing in the sublift, that is, the closing timing of the exhaust valve through the subprofile is suppressed, and consequently The control accuracy of the internal EGR by the two-stage opening of the exhaust valve can be suitably maintained.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the valve characteristic control device for an internal combustion engine according to the first or second aspect , the sub-profile for performing the sub-lift of the engine valve is a cam profile in the cam shaft direction of the cam. The gist of the present invention is that it exhibits a continuously changing three-dimensional cam profile, and the buffer portion gradient on the main profile side of the cam is set as a gradient that can reduce the collision sound with the lift target.
[0016]
According to the above configuration, the lift amount of the engine valve is made variable in accordance with the displacement of the cam in the cam shaft direction, and any control over the internal EGR amount is possible. For example, when the sub-lift amount is controlled to “0”, it comes into contact with the lift target such as an engine valve or a valve lifter through the buffer portion on the main profile side of the cam. By setting the gradient as a gradient that can reduce the collision noise at that time, it is possible to reduce the relative noise in the engine operation region where the internal EGR is unnecessary, that is, in the low load low rotation region such as when idling. Also become.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a valve characteristic control device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0018]
First, the outline of the valve characteristic control device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 is a side sectional view showing the configuration of the valve characteristic control device, FIG. 2 is a perspective view of the cam, and FIG. 3 is a diagram showing a cam lift curve.
[0019]
As shown in FIG. 1, the valve characteristic control device includes a camshaft 10 including a cam 11, a hydraulic actuator 20 provided at one end of the camshaft 10, a timing gear (not shown) provided at the other end, and the like. Are provided on each of the intake side and the exhaust side. In this apparatus, the camshaft 10 is supported so as to be rotatable and movable in the axial direction (camshaft direction). The camshaft 10 is connected to a crankshaft (not shown) through the timing gear and a crankshaft gear (not shown). The cam 11 is rotated by the rotation of the cam shaft 10, and the valve lifter 30 is pressed according to the cam profile of the cam 11. As a result, the rotational movement of the camshaft 10 is changed to a reciprocating movement, and the engine valve 31 interlocked with the valve lifter 30 is opened and closed.
[0020]
The hydraulic actuator 20 includes a case 21, a cylinder 22 configured inside the case 21, and a piston 23 disposed in the cylinder 22 so as to be displaceable in the cam shaft direction. . The piston 23 is connected to the camshaft 10 so as to be movable in the camshaft direction. The cylinder 22 is divided into a hydraulic chamber 24 a and a hydraulic chamber 24 b by a piston 23. An oil passage 25 is connected to the hydraulic chambers 24a and 24b, and a controller (not shown) is connected to the other end of the oil passage 25. When the hydraulic oil is supplied into the hydraulic chamber 24a by the controller and simultaneously the hydraulic oil in the hydraulic chamber 24b is discharged, the camshaft 10 moves to the right in FIG. Conversely, when the hydraulic oil in the hydraulic chamber 24a is discharged and at the same time the hydraulic oil is supplied into the hydraulic chamber 24b, the camshaft 10 moves to the left in FIG.
[0021]
The engine valve 31 is always urged toward the valve closing side by a valve spring 32 provided in the valve lifter 30. The valve lifter 30 reciprocates according to the cam profile of the cam 11 that rotates with the camshaft 10, and the engine valve 31 is opened and closed in conjunction with this.
[0022]
Further, as shown in FIG. 2, the cam 11 is provided with a main cam peak 11a and a sub cam peak 11b. The main cam crest 11a is set to a cam profile (main profile) suitable for opening and closing the engine valve 31 in the intake stroke or the exhaust stroke. When the engine valve 31 is an intake valve and the cam 11 opens and closes the intake valve, the sub cam crest 11b is provided in front of the main cam crest 11a in the rotation direction. Further, when the engine valve 31 is an exhaust valve and the cam 11 opens and closes the exhaust valve, the sub cam crest 11b is provided behind the main cam crest 11a in the rotation direction. Accordingly, when the engine valve 31 is an intake valve, the valve is supplementarily opened (sublift) immediately before the intake stroke, and when the engine valve 31 is an exhaust valve, immediately after the exhaust stroke. Thus, the cam profile is set to be suitable for ensuring exhaust gas recirculation in the engine combustion chamber, that is, internal EGR.
[0023]
As shown in FIG. 2, the main cam crest 11a is provided such that its height and width (working angle) become constant from one end in the cam shaft direction to the other end (right side to left side in FIG. 2). ing. The sub cam crest 11b is provided so that its height and width (working angle) continuously increase from one end to the other end in the cam shaft direction (from right to left in FIG. 2). It has become. Thereby, based on the displacement of the camshaft 10 in the axial direction, the internal EGR can be made appropriate in accordance with the respective operating state of the engine.
[0024]
Here, even in the apparatus according to this embodiment, a tappet clearance C as shown in FIG. 1 is provided between the cam 11 and the valve lifter 30. Then, ramp sections (buffer portions) are provided at both ends of the main cam crest 11a and the sub cam crest 11b in the form similar to FIG. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, with respect to the ramp portion gradient that is the lift curve of the ramp section as the buffer portion, the cam profile of the main cam crest 11a, that is, the cam profile of the sub cam crest 11b from the main profile, That is, the sub-profile is set larger. More specifically, with respect to the cam 11 on the intake side, the buffer opening gradient on the valve opening side of the main profile (11a) is x, the buffer opening gradient on the valve opening side of the sub profile (11b) is w, and the exhaust is exhausted. As for the cam 11 on the side, when the buffer portion gradient on the valve closing side of the main profile (11a) is z and the buffer portion gradient on the valve closing side of the sub profile (11b) is y, the relationship between these gradients is
w, y> x, z
It is set to become. Here, the buffer section gradients x and y of the main profile (11a) are controlled so that the valve lift amount by the sub profile (11b) is not used, that is, the valve lift amount by the sub profile (11b) is not used during idling operation or the like. In such a state, it is set to a normal size that does not cause a problem of noise or the like applied to the contact (contact) with the valve lifter 30.
[0025]
Next, with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b), the operation of the apparatus of the present embodiment configured as described above and the operation thereof will be described.
As shown in FIG. 4, in the valve characteristic control device, during the intake stroke, the exhaust cam 11 is located while the intake valve as the engine valve 31 is main lifted by the main cam crest 11a of the intake cam 11. The sub-cam crest 11b causes the exhaust valve as the engine valve 31 to sub-lift. Further, during the exhaust stroke, while the exhaust valve that is the engine valve 31 is main lifted by the main cam peak 11a of the exhaust side cam 11, the intake valve that is the engine valve 31 is caused by the sub cam peak 11b of the intake side cam 11. Sub-lift. By setting such valve timing, internal EGR is promoted.
[0026]
Further, the sub-profile of the sub cam crest 11b changes as the intake and exhaust camshafts 10 are displaced in the axial direction by the hydraulic actuator 20, respectively. Along with this, the lift amount and operating angle at the time of sub-lift of the engine valve 31 change, and the internal EGR amount changes. In this way, the internal EGR is made appropriate according to the respective operating conditions of the engine.
[0027]
As described above, the cam profile (w, y) of the sub cam crest 11b is set larger than the cam profile (x, z) of the main cam crest 11a with respect to the ramp portion gradient. As a result, the opening / closing valve speed of the engine valve 31 in the ramp section at the time of sublift increases. As a result, it becomes difficult to be affected by variations in tappet clearance C and changes with time, and with respect to internal EGR, it is possible to satisfactorily secure the amount of internal EGR required depending on the respective operating conditions of the engine.
[0028]
As described above in detail, according to the valve characteristic control device of this embodiment, the following excellent effects can be obtained.
(1) The slopes w and y of the ramp portion of the sub cam crest 11 b of the cam 11 are set larger than the gradients x and z of the ramp portion of the main cam crest 11 a of the cam 11. As a result, the opening / closing valve speed of the engine valve 31 increases, and the opening / closing valve timing of the engine valve 31 is less likely to be affected by variations in tappet clearance C or changes with time. As a result, the exhaust gas recirculation within the combustion chamber based on the sub-lift of the engine valve 31, that is, the internal EGR, can be suppressed in time variation, and the control accuracy can be maintained high.
[0029]
(2) In order to achieve internal EGR based on the sub-lift of the intake valve that is the engine valve 31, the gradient w of the ramp portion of the sub-cam crest 11 b on the open side of the intake valve is related to the cam 11 on the intake side. It was set larger than the gradient x of the ramp portion 11a. As a result, the variation in the opening timing of the intake valve through the sub cam crest 11b is suppressed, and as a result, the control accuracy of the internal EGR due to the two-stage opening of the intake valve can be suitably maintained. become.
[0030]
(3) In order to achieve internal EGR based on the sub-lift of the exhaust valve that is the engine valve 31, with respect to the cam 11 on the exhaust side, the gradient y of the ramp portion of the sub-cam peak 11 b on the exhaust valve closing side is set to the main cam peak of the cam 11. It was set larger than the gradient z of the ramp portion 11a. As a result, the variation in the closing timing of the exhaust valve through the sub cam crest 11b is suppressed, and as a result, the control accuracy of the internal EGR due to the two-stage opening of the intake valve can be suitably maintained. become.
[0031]
(4) The sub cam crest 11b of the cam 11 is a three-dimensional cam whose cam profile continuously changes in the cam shaft direction of the cam shaft 10, and the ramps x and z of the main cam crest 11a of the cam 11 are lifted. The gradient is such that the collision sound with the target valve lifter 30 can be reduced. Accordingly, when the sub lift amount is controlled to “0”, the valve lifter 30 as a lift object is brought into contact with the ramps x and z of the ramp portion of the main cam crest 11 a of the cam 11. As a result, it is possible to reduce the relative noise in the engine operation region where the internal EGR is unnecessary, that is, in the low load rotation region such as during idle operation.
[0032]
In addition, the said embodiment can also be implemented, changing the structure suitably as follows, for example.
In the above embodiment, the above-described cams 11 are provided on both the intake side and the exhaust side, and the internal EGR is promoted by performing two-stage opening on both sides. It is good also as a structure which provides only in one side and promotes internal EGR by two-step opening on the one side.
[0033]
In the above embodiment, the cam 11 has a constant cam height and width in the cam axis direction for the main cam crest 11a, and has a different height and width in the cam axis direction for the sub cam crest 11b. Although it is configured as a three-dimensional cam, this may be embodied as a cam in which both the main cam peak 11a and the sub cam peak 11b have a constant height and width in the cam shaft direction.
[0034]
On the contrary, the cam 11 can be embodied as a three-dimensional cam in which both the main cam peak 11a and the sub cam peak 11b have different heights in the cam shaft direction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view and a partial sectional view showing the configuration of an embodiment of a valve characteristic control device according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a cam employed in the embodiment.
FIG. 3 is a graph showing an example of a cam lift curve near the ramp section of the cam.
FIG. 4 is a graph showing an example of lift operation of the apparatus of the embodiment.
FIG. 5 is a perspective view showing a relationship between a cam and an engine valve in a conventional valve characteristic control device.
FIG. 6 is a graph showing an example of a general cam lift curve.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Cam shaft, 11 ... Cam, 11a ... Main cam crest, 11b ... Sub cam crest, 20 ... Hydraulic actuator, 30 ... Valve lifter, 31 ... Engine valve

Claims

A cam having a two-stage profile of a main profile for performing a main lift of the engine valve and a sub-profile for performing a sub-lift of the engine valve, and correspondingly opening and closing the engine valve in accordance with the main profile of the cam. In a valve characteristic control device for an internal combustion engine that promotes exhaust gas recirculation in the engine combustion chamber corresponding to the sub-profile of the cam,
The engine valve is an intake valve, and the cam is a cam for opening and closing the intake valve,
The valve characteristic control device for an internal combustion engine , wherein the cam has a buffer portion gradient on the intake valve opening side of the sub profile larger than a buffer portion gradient on the intake valve opening side of the main profile .

A cam having a two-stage profile of a main profile for performing a main lift of the engine valve and a sub-profile for performing a sub-lift of the engine valve, and correspondingly opening and closing the engine valve in accordance with the main profile of the cam. In a valve characteristic control device for an internal combustion engine that promotes exhaust gas recirculation in the engine combustion chamber corresponding to the sub-profile of the cam,
The engine valve is an exhaust valve, and the cam is a cam for opening and closing the exhaust valve,
The valve characteristic control device for an internal combustion engine , wherein the cam has a buffer portion gradient on the exhaust valve closing side of the sub-profile larger than a buffer portion gradient on the exhaust valve close side of the main profile .

The sub-profile for performing the sub-lift of the engine valve exhibits a three-dimensional cam profile in which the cam profile continuously changes in the cam shaft direction of the cam, and the buffer portion gradient on the main profile side of the cam is It is set as a gradient that can reduce the collision sound with the lift target
The valve characteristic control device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2 .