JP4026917B2

JP4026917B2 - Variable valve operating device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP4026917B2
Application number: JP04907898A
Authority: JP
Inventors: 信一竹村; 信中村
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2018-03-02
Also published as: JPH11247637A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、吸・排気弁の開閉時期及びバルブリフト量を機関の運転状態に応じて変えることができる内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の可変動弁装置は、機関の低速低負荷時における燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時における吸気の充填効率の向上による充分な出力を確保する等のため、吸気・排気バルブの開閉時期とバルブリフト量を機関の運転状態に応じて可変制御するようになっており、従来から様々な構成のものが案出されている。
【０００３】
図１１は、このような従来の可変動弁装置の一例を示すものである。この図１１に示すように、シリンダヘッド３０の上部にカムシャフト３１が回動可能に支持されており、カムシャフト３１の外周にカム３２が一体形成されている。又、カムシャフト３１の斜め上部に並行に制御シャフト３３が配置されており、この制御シャフト３３の外周に偏心カム３４が一体形成されている。そして、偏心カム３４の外周にロッカアーム３５が揺動可能に嵌合されている。一方、シリンダヘッド３０に摺動可能に支持された吸気弁３６の上端部には、バルブリフター３７を介して揺動カム３８が配置されている。この揺動カム３８は、バルブリフター３７の上方に前記カムシャフト３１と並行に配置された支軸３９に揺動可能に支持され、下端のカム面３８ａがバルブリフター３７の上面に当接している。
【０００４】
そして、前記ロッカアーム３５の一端部３５ａが前記カム３２の外周面に当接しており、前記ロッカアーム３５の他端部３５ｂが前記揺動カム３８の上端面３８ｂに当接している。ここで、揺動カム３８は、その上端面がロッカアーム３５の他端部へバネ４０によって押圧されるようになっている。従って、カム３２が図中時計回り方向に回動すると、ロッカアーム３５が偏心カム３４を中心として時計回り方向に回動して、揺動カム３８が支軸３９を中心として反時計回り方向に回動し、バルブリフター３７及び吸気弁３６が揺動カム３８によって図中下方へ移動させられる。
【０００５】
又、前記制御シャフト３３は、図外のアクチュエータによって所定角度範囲回動させられ、偏心カム３４の回動位置が制御される。このようにして、この偏心カム３４の回動位置が変化すると、偏心カム３４が制御シャフト３３に対して所定量偏心しているため、ロッカアーム３５の揺動支点が変化し、ロッカアーム３５と揺動カム３８との当接位置が図中上下方向に変化する。その結果、揺動カム３８のカム面３８ａとバルブリフターと３７の接触点位置が変化し、吸気弁３６の開閉時期（バルブタイミング）とバルブリフト量が変化する（特開昭５５−１３７３０５号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術においては、バルブ作動角（バルブ開弁区間）を大きくすると、これに伴ってバルブリフト量も大きくなる。従って、エンジン始動時の圧縮圧力を低減するため、バルブ作動角を大きくすると、バルブリフトが大きくなり、バルブスプリング４１の反力が大きくなる。そして、ロッカアーム３５とカム３２の摺接部のフリクションが大きくなり、カムシャフトの駆動抵抗が大きくなる。その結果、容量が大きくしかもサイズの大きなスタータモータを使用しなければならないため、他の部品を車両に設置するためのレイアウトが難しくなるという問題があった。又、カムシャフトの駆動抵抗が大きくなるため、動弁系でのエンジン消費動力が増大し、燃費が悪くなるという問題を有していた。
【０００７】
そこで、本発明は、バルブ作動角を大きくした場合におけるエンジン消費動力を低減し、燃費の悪化を防止し得る内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、機関の回転に同期して回転し、外周に偏心カムを有するカムシャフトと、このカムシャフトに対して平行に配置され、外周に制御カムを有する制御シャフトと、前記カムシャフトと前記制御シャフトに掛け渡され、前記カムシャフトの偏心カムの回動に伴って作動して吸・排気弁を開閉するリンク機構と、前記制御シャフトを回動させることにより、前記リンク機構の姿勢を変化させて前記吸・排気弁のバルブ開・閉時期とバルブリフト量を変化させるアクチュエータと、機関の運転状態を検知し、前記アクチュエータの作動を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の可変動弁装置である。そして、この請求項１の発明は、前記制御手段が、バルブ開・閉時期を変化させず且つ最大バルブリフト量を低下させるように、最大バルブリフト時においては、バルブ開弁時期及びバルブ閉弁時期に比して、制御シャフトの回動位置をバルブ作動角が小さくなる位置に合致させるように、上記アクチュエータを作動制御することを特徴としている。
【０００９】
請求項２の発明は、機関の回転に同期して回転し、外周に偏心カムを有するカムシャフトと、このカムシャフトに対して平行に配置され、外周に制御カムを有する制御シャフトと、前記カムシャフトと前記制御シャフトに掛け渡され、前記カムシャフトの偏心カムの回動に伴って作動して吸・排気弁を開閉するリンク機構と、前記制御シャフトを回動させることにより、前記リンク機構の姿勢を変化させて前記吸・排気弁のバルブ開・閉時期とバルブリフト量を変化させるアクチュエータと、機関の運転状態を検知し、前記アクチュエータの作動を制御する制御手段と、を備えた内燃機関の可変動弁装置である。又、この請求項２の発明は、上記リンク機構が、上記制御シャフトの制御カムに回動可能に嵌合されたロッカアームと、このロッカアームの一端に回動可能に連繋され、前記カムシャフトの偏心カムの外周に回動可能に嵌合されたリンクアームと、前記ロッカアームの他端に回動可能に連繋されたリンク部材と、前記リンク部材に回動可能に連繋されると共に、前記カムシャフトの外周に揺動可能に嵌合され、バルブリフターに摺接するカム面を有する揺動カムとを備えている。そして、この請求項２の発明は、前記制御手段が、バルブ開・閉時期を変化させず且つ最大バルブリフト量を低下させるように、前記アクチュエータを作動制御することを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明は、前記請求項１又は２の発明において、前記制御手段が、前記制御シャフトの回動角度が周期的に変動するように、前記アクチュエータを作動制御することを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明は、前記請求項１又は２の発明において、前記制御手段が、前記制御シャフトの角度変動の周期が当該制御シャフトに連繋される気筒数に対応した気筒数周期となるように、前記アクチュエータを作動制御することを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明は、前記請求項１又は２の発明において、前記制御手段が、バルブリフト量が一時的にゼロとなるように、前記アクチュエータを作動制御することを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明は、前記請求項１又は２の発明において、前記制御手段が、機関始動時に前記アクチュエータを作動制御することを特徴としている。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１，２の発明によれば、制御手段がアクチュエータを作動制御して制御シャフトの回動角度を変動させることにより、バルブ開・閉時期を変化させずに最大バルブリフト量を低下させるようになっているため、バルブ作動角を大きくした状態を維持しつつ、バルブスプリングの反力に起因するカムシャフト駆動抵抗を小さくすることができ、機関の燃費の向上を図ることができる。
【００１５】
請求項３，４の発明によれば、各気筒毎のバルブリフト波形を同一にすることができるので、各気筒毎のバルブリフト差に起因する吸入空気量のばらつき、及びこの吸入空気量のばらつきに起因して生じる機関振動を低減することができる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、バルブリフト量が一時的にゼロとなるため、前記請求項１，２の発明よりも一層カムシャフト駆動抵抗を低減することができ、機関の燃費を一層向上させることができる。
【００１７】
請求項６の発明によれば、機関始動時にカムシャフトの駆動抵抗を低減することができるので、容量の小さなスタータモータで機関の始動が可能となり、機関始動時の消費動力を低減することができる。又、この発明によれば、スタータモータが小さくてすむため、スタータモータの車両搭載スペースを小さくすることができ、機関部品の搭載レイアウトが容易になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１は本実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置１の要部正面図、図２は同可変動弁装置１の平面図、図３は同可変動弁装置１の側面図である。これら図１〜図３に示すように、シリンダヘッド２の上部に回動可能に支持されたカムシャフト３は、図示しない内燃機関のクランクシャフトに連繋され、内燃機関の回転に同期して回転するようになっている。そして、このカムシャフト３の外周には偏心カム４が圧入され、カムシャフト３と偏心カム４とが一体回動するようになっている。偏心カム４の外周には、リンクアーム５の円環状の基部５ａが回動可能に嵌合されている。
【００２０】
そして、シリンダヘッド２の上部及びこのシリンダヘッド２の上部にボルト６で固定されるカムブラケット７（７ａ，７ｂ）と前記リンクアーム５との間には、揺動カム８が配置されている。この揺動カム８には、カムシャフト３の外周に回動可能に嵌合される嵌合穴８ａと、吸気弁１０のバルブリフター１１に摺接するカム面８ｂとが形成されている。このカム面８ｂは、バルブリフトが零となるベースサークル部と、バルブをリフトさせるリフト曲線部とからなっており、このリフト曲線部の使用範囲（角度）が変えられるとバルブリフト量が変化するように形成されている。
【００２１】
又、シリンダヘッド２の上部に固定されるカムブラケット７には、カムシャフト３の図１中上方に位置しかつカムシャフト３と平行するように配置された制御シャフト１２が回動可能に支持されている。この制御シャフト１２は、その外周に制御シャフト１２の軸心から所定量偏心した制御カム１３が形成されている。そして、この制御カム１３の外周には、ロッカアーム１４の基部１４ａの嵌合穴１４ｂが回動可能に嵌合されている。ロッカアーム１４は、その一端１４ｃがピン１５を介してリンクアーム５の先端５ｂに連繋され、その他端１４ｄがピン１６を介してリンク部材１７の一端１７ａに連繋されている。リンク部材１７は、その他端１７ｂがピン１８を介して揺動カム８の先端８ｃに連繋されている。そして、これらリンクアーム５，ロッカアーム１４、リンク部材１７，揺動カム８及びこれらを連繋する各ピン１５，１６，１８は、カムシャフト３の偏心カム４の回動に伴って作動して、バルブリフター１１を介して吸気弁１０を開閉するリンク機構Ｌを構成している。バルブリフター１１は、シリンダヘッド２に形成されたガイド穴２ａに沿って上下動するようになっており、図外のバルブスプリングによって揺動カム８側に付勢されている（図１及び図３参照）。尚、上記ロッカアーム１４は、図２に示されるように、その一端１４ｃとその他端１４ｄが制御シャフト１２の軸方向にずれるように形成されている。又、リンク機構Ｌは、図２に示されるように、一対の吸気弁１０，１０をそれぞれ開閉するように、カムブラケット７を間にして対称に配置されている。
【００２２】
上記制御シャフト１２は、アクチュエータ１０１に連繋されており、このアクチュエータ１０１によって回動させられる。これによって、バルブリフター１１の初期位置が変化し、バルブ作動角及びバルブリフト量が変化する。そして、アクチュエータ１０１は、内燃機関の運転状態を検知するコントローラ（制御手段）１０２によって作動制御される。コントローラ１０２は、クランク角センサ，エアフローメータ，水温センサ等の各種センサからの検知信号に基づいて機関の運転状態を算出し、その結果に基づいて前記アクチュエータ１０１に制御信号を出力している。
【００２３】
ここで、リンクアーム５の先端５ｂとロッカアーム１４の一端１４ｃとを相対回動可能に連繋するピン１５は、リンクアーム５の先端５ｂの嵌合穴５ｃとロッカアーム１４の一端１４ｃの嵌合穴１４ｅに嵌合されており、その両端部に抜け止め用の止め輪２０が取り付けられている。又、ロッカアーム１４の他端１４ｄとリンク部材１７の一端１７ａとを相対回動可能に連繋するピン１６は、ロッカアーム１４の他端１４ｄの嵌合穴１４ｆとリンク部材１７の一端１７ａの嵌合穴１７ｃに嵌合されており、その両端部に抜け止め用の止め輪２１が取り付けられている。又、リンク部材１７の他端１７ｂと揺動カム８の先端８ｃとを相対回動可能に連繋するピン１８は、リンク部材１７の他端１７ｂの嵌合穴１７ｄと揺動カム８の先端８ｃの嵌合穴８ｄに嵌合されており、その両端部に抜け止め用の止め輪２２が取り付けられている。
【００２４】
このように構成された可変動弁装置１は、カムシャフト３が内燃機関の回転に同期して回転すると、リンクアーム５が偏心カム４によってカムシャフト３の中心軸に対して偏心動し、そのリンクアーム５によってロッカアーム１４が制御カム１３の回りに揺動させられる。ロッカアーム１４が制御カム１３の回りに揺動させられると、この揺動するロッカアーム１４にリンク部材１７を介して連繋された揺動カム８がカムシャフト３の回りに揺動させられる。この際、揺動カム８は、図４に示されるように、その外周に形成されたカム面８ｂがバルブリフター１１の頂部１１ａに摺接し、図外のバルブスプリングによって図中上方に付勢されたバルブリフター１１を上下動させ、吸気弁１０を開閉する。尚、図４（ａ）は吸気弁１０の開弁前の状態を示しており、図４（ｂ）は吸気弁１０の開弁状態を示している。
【００２５】
図５に示すように、制御シャフト１２がアクチュエータ１０１により所定角度回動させられると、制御シャフト１２と一体に回動する制御カム１３によりロッカアーム１４の揺動中心と揺動カム８の揺動中心との距離が変化することになる。その結果、ロッカアーム１４に連繋されたリンク部材１７により揺動カム８が揺動させられ、揺動カム８の作動開始位置（初期位置）が変化することになり、バルブタイミングやバルブリフトが変化する。尚、図５は、図４に比較してバルブ作動角及びバルブリフト量が大きくなる方向に制御シャフト１２が回動させられている（Ｌ１＜Ｌ２（図４（ｂ），図５（ｂ）参照））。ここで、図５（ａ）は吸気弁１０の開弁前の状態を示しており、図５（ｂ）は吸気弁１０の開弁状態を示している。
【００２６】
このように、本実施の形態によれば、制御シャフト１２を回動制御することにより揺動カム８の作動開始位置を変化させて、バルブリフト特性（バルブ作動角及びバルブリフト量）を変えることができる。従って、本実施の形態によれば、バルブ開弁時期及びバルブ閉弁時期においては、制御シャフト１２の回動位置をバルブ作動角が大きくなる位置に合致させ、最大バルブリフト時においては、制御シャフト１２の回動位置をバルブ作動角が小さくなる位置に合致させるように、コントローラ１０２及びアクチュエータ１０１によって制御シャフト１２の回動位置制御を行うことができる。
【００２７】
その結果、本実施の形態は、バルブ作動角が大きな状態を維持しつつ、バルブリフト量を小さくし、図外のバルブスプリングの反力に起因するカムシャフト３の駆動トルクの増大を防止して、燃費の向上を図ることができる。又、本実施の形態は、吸気弁１０の閉弁時期を遅らせて、吸入空気圧縮圧力を低減することができ、機関運転時の振動を低減することができる。更に、本実施の形態は、上記のような制御シャフト１２の回動制御を機関始動時に行うことにより、容量の小さなスタータモータ（図示せず）により機関始動が可能となり、スタータモータの車両搭載スペースを節約することができる。
【００２８】
［第１適用例］
図６及び図７は、本実施の形態に係る可変動弁装置を４気筒の内燃機関に適用した例を示すものである。
【００２９】
先ず、コントローラ１０２は、機関始動を検知すると（Ｓ１）、制御シャフト１２の回動に関する変動制御（制御シャフト変動制御）を開始する（Ｓ２）。コントローラ１０２は、この制御シャフト変動制御を行うため、クランクシャフト角度及び制御シャフト角度を検知し、その内部に予め設定された（記憶された）クランクシャフト角度に対する目標制御シャフト角度に合致するように制御シャフト角度を変える。これにより、本応用例は、制御シャフト変動制御を行わない場合に対し、バルブ作動角（バルブの開閉時期）が同一であっても、最大バルブリフト量を小さくすることができる（図６（ａ）参照）。尚、制御シャフト変動制御は、少なくともバルブ開閉時期のみ所定角度に制御されるようになっていればよい（図６（ａ）参照）。しかし、本応用例は、周期関数的な制御シャフト変動制御を行い（図６（ｂ）参照）、各気筒のバルブリフト波形を同一とし、バルブリフト差に起因する吸入空気量のばらつきを防止し、機関回転時の振動低減を図っている。ここで、制御シャフト変動制御は、バルブリフト量を低減するために行うので、制御シャフト１２に連繋される気筒数に対応した気筒数周期で行われる。
【００３０】
コントローラ１０２は、制御シャフト変動制御が行われると（Ｓ２）、シリンダ内に燃料を噴射させると共に、シリンダ内の混合気に点火させる（Ｓ３）。そして、コントローラ１０２は、制御シャフト１２の回動制御を通常制御に戻す（Ｓ４）。
【００３１】
［第２適用例］
図８は、本実施の形態に係る可変動弁装置を３気筒（Ｖ型６気筒エンジンの片バンクも同様）の内燃機関に適用した例を示すものである。
【００３２】
この図８に示すように、本適用例の場合は、気筒毎のバルブリフト波形の重なりが小さいため、前記４気筒への適用例に比べて制御シャフト変動制御幅を大きくすることができ、バルブリフト量を一層小さくすることができる。従って、本適用例は、前記第１適用例に比べて、カムシャフトの駆動抵抗をさらに低減することができ、一層燃費の向上を図ることが可能となる。この効果は、気筒数を本適用例よりも少なくした内燃機関に対しても同様に得られる。尚、本適用例において、制御シャフト変動制御幅を大きくすることにより、通常バルブリフト中のバルブリフトをゼロにすることも可能であり（図９参照）、大幅なカムシャフト駆動抵抗の削減を行うことができる。
【００３３】
ここで、上記制御シャフト変動制御を行う場合、バルブ閉時期から次気筒の最大バルブリフトまでの期間が長い（カムシャフト角度・クランクシャフト角度が大きい）ほうが制御シャフト変動制御幅を大きくすることができる。このため、バルブリフト波形は、上り区間が大きく、下り区間が小さい波形のほうがバルブリフトの変形自由度が大きくなる（図１０参照）。
【００３４】
又、上記制御シャフト変動制御は、始動時についてのみ説明してきたが、部分負荷時に吸気弁閉時期を遅くし、ポンプロスを低減することにより燃費向上を図る場合も適用可能である。この場合も、機関始動時と同様に、周期的に制御シャフト変動制御を実施すればよい。尚、この場合、エンジン高回転域において、制御シャフト変動制御にアクチュエータの作動が間に合わない（応答追従不可能な）場合があるため、制御シャフト変動制御の実施は、エンジン回転で変更する。
【００３５】
更に、制御シャフト変動制御をアクチュエータにより実施することを述べてきたが、暖機後の機関始動時等のように領域を限定すれば、油圧アクチュエータのクリアランスからのリークを利用して、バルブリフト量を低減することも可能である。
【００３６】
加えて、上記内燃機関の可変動弁装置は、３気筒や４気筒にのみ適用されるのではなく、更に気筒数の多い機関又は更に気筒数の少ない機関にも適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す内燃機関の可変動弁装置の要部正面図。
【図２】同内燃機関の可変動弁装置の平面図。
【図３】同内燃機関の可変動弁装置の側面図。
【図４】同内燃機関の可変動弁装置の第１の作動状態図であって、図４（ａ）はバルブリフト前の状態図、図４（ｂ）はバルブリフト時の作動状態図。
【図５】同内燃機関の可変動弁装置の第２の作動状態図であって、図５（ａ）はバルブリフト前の状態図、図５（ｂ）はバルブリフト時の作動状態図。
【図６】本発明の第１適用例を示す図であって、図６（ａ）はカムシャフト角度−バルブリフト曲線図、図６（ｂ）はカムシャフト角度−制御シャフト角度線図。
【図７】本発明の第１の適用例を示すフローチャート図。
【図８】本発明の第２適用例を示す図であって、図８（ａ）はカムシャフト角度−バルブリフト曲線図、図８（ｂ）はカムシャフト角度−制御シャフト角度線図。
【図９】第２の適用例においてバルブリフトをゼロにした場合のカムシャフト角度−バルブリフト曲線図。
【図１０】バルブリフト波形の変形例を示す図。
【図１１】従来例を示す可変動弁装置の構造図。
【符号の説明】
１…可変動弁装置
３…カムシャフト
４…偏心カム
５…リンクアーム
８…揺動カム
１０…吸気弁
１１…バルブリフター
１２…制御シャフト
１３…制御カム
１４…ロッカアーム
１７…リンク部材
１０１…アクチュエータ
１０２…コントローラ（制御手段）
Ｌ…リンク機構[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine that can change the opening / closing timing and valve lift amount of an intake / exhaust valve according to the operating state of the engine.
[0002]
[Prior art]
This type of variable valve system is designed to improve the fuel consumption at low speed and low load of the engine, ensure stable operation, and ensure sufficient output by improving the charging efficiency of intake air at high speed and high load. Valve opening / closing timing and valve lift amount are variably controlled according to the operating state of the engine, and various configurations have been devised.
[0003]
FIG. 11 shows an example of such a conventional variable valve operating apparatus. As shown in FIG. 11, a camshaft 31 is rotatably supported on the cylinder head 30, and a cam 32 is integrally formed on the outer periphery of the camshaft 31. In addition, a control shaft 33 is disposed in parallel with an oblique upper portion of the cam shaft 31, and an eccentric cam 34 is integrally formed on the outer periphery of the control shaft 33. A rocker arm 35 is slidably fitted on the outer periphery of the eccentric cam 34. On the other hand, a swing cam 38 is disposed via a valve lifter 37 at the upper end of the intake valve 36 slidably supported by the cylinder head 30. The swing cam 38 is swingably supported above a valve lifter 37 by a support shaft 39 disposed in parallel with the camshaft 31, and a lower cam surface 38 a is in contact with the upper surface of the valve lifter 37. .
[0004]
One end portion 35 a of the rocker arm 35 is in contact with the outer peripheral surface of the cam 32, and the other end portion 35 b of the rocker arm 35 is in contact with the upper end surface 38 b of the swing cam 38. Here, the upper end surface of the swing cam 38 is pressed against the other end of the rocker arm 35 by a spring 40. Therefore, when the cam 32 rotates clockwise in the figure, the rocker arm 35 rotates clockwise about the eccentric cam 34 and the swing cam 38 rotates counterclockwise about the support shaft 39. The valve lifter 37 and the intake valve 36 are moved downward in the figure by the swing cam 38.
[0005]
The control shaft 33 is rotated within a predetermined angle range by an actuator (not shown), and the rotation position of the eccentric cam 34 is controlled. When the rotational position of the eccentric cam 34 changes in this manner, the eccentric cam 34 is eccentric by a predetermined amount with respect to the control shaft 33, so that the rocking fulcrum of the rocker arm 35 changes, and the rocker arm 35 and the rocking cam. The contact position with 38 changes in the vertical direction in the figure. As a result, the position of the contact point between the cam surface 38a of the swing cam 38 and the valve lifter 37 changes, and the opening / closing timing (valve timing) and valve lift amount of the intake valve 36 change (Japanese Patent Laid-Open No. 55-137305). reference).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional technique, when the valve operating angle (valve valve opening section) is increased, the valve lift amount is increased accordingly. Therefore, if the valve operating angle is increased in order to reduce the compression pressure when starting the engine, the valve lift increases and the reaction force of the valve spring 41 increases. And the friction of the sliding contact part of the rocker arm 35 and the cam 32 becomes large, and the drive resistance of the camshaft becomes large. As a result, a starter motor having a large capacity and a large size must be used, so that there is a problem that a layout for installing other parts in the vehicle becomes difficult. In addition, since the driving resistance of the camshaft is increased, there is a problem in that the power consumption of the engine in the valve operating system is increased and the fuel consumption is deteriorated.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine that can reduce engine power consumption when the valve operating angle is increased and prevent deterioration of fuel consumption.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a camshaft that rotates in synchronization with the rotation of the engine and has an eccentric cam on the outer periphery, a control shaft that is arranged in parallel to the camshaft and that has a control cam on the outer periphery, and the cam A link mechanism that spans between the shaft and the control shaft and operates in accordance with the rotation of the eccentric cam of the camshaft to open and close the intake / exhaust valve; and by rotating the control shaft, An internal combustion engine comprising: an actuator that changes a posture to change valve opening / closing timing and valve lift amount of the intake / exhaust valve; and a control unit that detects an operating state of the engine and controls the operation of the actuator This is a variable valve operating device. In the first aspect of the invention, the control means does not change the valve opening / closing timing and reduces the maximum valve lift amount so that the valve opening timing and the valve closing timing are reduced during the maximum valve lift. The actuator is controlled to operate so that the rotational position of the control shaft matches the position where the valve operating angle becomes smaller than the timing.
[0009]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a camshaft that rotates in synchronization with the rotation of the engine and has an eccentric cam on the outer periphery, a control shaft that is arranged in parallel to the camshaft and has a control cam on the outer periphery, A link mechanism that spans between the shaft and the control shaft and operates in accordance with the rotation of the eccentric cam of the camshaft to open and close the intake / exhaust valve; and by rotating the control shaft, An internal combustion engine comprising: an actuator that changes a posture to change valve opening / closing timing and valve lift amount of the intake / exhaust valve; and a control unit that detects an operating state of the engine and controls the operation of the actuator This is a variable valve operating device. In the invention of claim 2, the link mechanism is connected to a rocker arm rotatably fitted to the control cam of the control shaft, and is pivotally connected to one end of the rocker arm. A link arm that is rotatably fitted to the outer periphery of the cam, a link member that is rotatably connected to the other end of the rocker arm, a link member that is rotatably connected to the link member, and And a swing cam having a cam surface that is slidably fitted to the outer periphery and that is in sliding contact with the valve lifter. The invention according to claim 2 is characterized in that the control means controls the operation of the actuator so as not to change the valve opening / closing timing and to reduce the maximum valve lift amount.
[0010]
A third aspect of the invention is characterized in that, in the first or second aspect of the invention, the control means controls the operation of the actuator so that the rotation angle of the control shaft varies periodically.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the control means is configured so that the cycle of the angular fluctuation of the control shaft is a cylinder number cycle corresponding to the number of cylinders linked to the control shaft. The actuator is controlled to operate.
[0012]
The invention of claim 5 is characterized in that, in the invention of claim 1 or 2, the control means controls the operation of the actuator so that the valve lift amount temporarily becomes zero.
[0013]
The invention of claim 6 is characterized in that, in the invention of claim 1 or 2, the control means controls the operation of the actuator when the engine is started.
[0014]
【The invention's effect】
According to the first and second aspects of the invention, the control means controls the operation of the actuator to change the rotation angle of the control shaft so that the maximum valve lift amount is reduced without changing the valve opening / closing timing. Therefore, the camshaft driving resistance caused by the reaction force of the valve spring can be reduced while maintaining the state in which the valve operating angle is increased, and the fuel efficiency of the engine can be improved.
[0015]
According to the third and fourth aspects of the present invention, the valve lift waveform for each cylinder can be made the same, so that the intake air amount variation due to the valve lift difference for each cylinder and the intake air amount variation It is possible to reduce the engine vibration caused by the above.
[0016]
According to the fifth aspect of the present invention, since the valve lift amount is temporarily zero, the camshaft driving resistance can be further reduced as compared with the first and second aspects of the present invention, and the fuel consumption of the engine is further improved. be able to.
[0017]
According to the sixth aspect of the present invention, the drive resistance of the camshaft can be reduced when the engine is started. Therefore, the engine can be started with a starter motor having a small capacity, and the power consumption when starting the engine can be reduced. . Further, according to the present invention, since the starter motor can be small, the vehicle mounting space for the starter motor can be reduced, and the mounting layout of the engine parts is facilitated.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0019]
[First Embodiment]
FIG. 1 is a front view of a main part of a variable valve operating apparatus 1 for an internal combustion engine according to the present embodiment, FIG. 2 is a plan view of the variable valve operating apparatus 1, and FIG. 3 is a side view of the variable valve operating apparatus 1. . As shown in FIGS. 1 to 3, the camshaft 3 rotatably supported on the upper portion of the cylinder head 2 is connected to a crankshaft of an internal combustion engine (not shown) and rotates in synchronization with the rotation of the internal combustion engine. It is like that. An eccentric cam 4 is press-fitted into the outer periphery of the camshaft 3 so that the camshaft 3 and the eccentric cam 4 rotate integrally. An annular base portion 5a of the link arm 5 is fitted to the outer periphery of the eccentric cam 4 so as to be rotatable.
[0020]
A swing cam 8 is disposed between the upper portion of the cylinder head 2 and the cam bracket 7 (7a, 7b) fixed to the upper portion of the cylinder head 2 with bolts 6 and the link arm 5. The swing cam 8 is formed with a fitting hole 8 a that is rotatably fitted to the outer periphery of the cam shaft 3 and a cam surface 8 b that is in sliding contact with the valve lifter 11 of the intake valve 10. The cam surface 8b is composed of a base circle portion where the valve lift becomes zero and a lift curve portion for lifting the valve, and the valve lift amount changes when the use range (angle) of the lift curve portion is changed. It is formed as follows.
[0021]
Further, a cam bracket 7 fixed to the upper portion of the cylinder head 2 supports a control shaft 12 that is positioned above the cam shaft 3 in FIG. ing. The control shaft 12 is formed with a control cam 13 which is eccentric by a predetermined amount from the axis of the control shaft 12 on the outer periphery thereof. And the fitting hole 14b of the base 14a of the rocker arm 14 is fitted in the outer periphery of this control cam 13 so that rotation is possible. One end 14 c of the rocker arm 14 is connected to the tip 5 b of the link arm 5 via a pin 15, and the other end 14 d is connected to one end 17 a of the link member 17 via a pin 16. The other end 17 b of the link member 17 is connected to the tip 8 c of the swing cam 8 via a pin 18. The link arm 5, the rocker arm 14, the link member 17, the swing cam 8, and the pins 15, 16, and 18 that connect them are actuated with the rotation of the eccentric cam 4 of the camshaft 3, and the valve A link mechanism L that opens and closes the intake valve 10 via the lifter 11 is configured. The valve lifter 11 moves up and down along a guide hole 2a formed in the cylinder head 2, and is urged toward the swing cam 8 by a valve spring (not shown) (FIGS. 1 and 3). reference). The rocker arm 14 is formed such that one end 14c and the other end 14d thereof are displaced in the axial direction of the control shaft 12, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 2, the link mechanism L is symmetrically arranged with the cam bracket 7 interposed therebetween so as to open and close the pair of intake valves 10 and 10, respectively.
[0022]
The control shaft 12 is connected to an actuator 101 and is rotated by the actuator 101. As a result, the initial position of the valve lifter 11 changes, and the valve operating angle and the valve lift amount change. The actuator 101 is controlled by a controller (control means) 102 that detects the operating state of the internal combustion engine. The controller 102 calculates the operating state of the engine based on detection signals from various sensors such as a crank angle sensor, an air flow meter, and a water temperature sensor, and outputs a control signal to the actuator 101 based on the result.
[0023]
Here, the pin 15 that connects the tip 5b of the link arm 5 and the one end 14c of the rocker arm 14 so as to be relatively rotatable is a fitting hole 5e in the tip 5b of the link arm 5 and a fitting hole 14e in the one end 14c of the rocker arm 14. The retaining ring 20 for retaining is attached to both end portions thereof. The pin 16 that connects the other end 14 d of the rocker arm 14 and the one end 17 a of the link member 17 so as to be relatively rotatable is a fitting hole 14 f of the other end 14 d of the rocker arm 14 and a fitting hole of the one end 17 a of the link member 17. 17c, and retaining rings 21 for retaining are attached to both ends thereof. A pin 18 that connects the other end 17b of the link member 17 and the tip 8c of the swing cam 8 so as to be relatively rotatable is a fitting hole 17d in the other end 17b of the link member 17 and the tip 8c of the swing cam 8. Are fitted in the fitting holes 8d, and retaining rings 22 are attached to both ends thereof.
[0024]
When the camshaft 3 rotates in synchronization with the rotation of the internal combustion engine, the link arm 5 is eccentrically moved with respect to the central axis of the camshaft 3 by the eccentric cam 4. The rocker arm 14 is swung around the control cam 13 by the link arm 5. When the rocker arm 14 is swung around the control cam 13, the rocking cam 8 connected to the rocking rocker arm 14 via the link member 17 is swung around the camshaft 3. At this time, as shown in FIG. 4, the cam surface 8b formed on the outer periphery of the swing cam 8 is in sliding contact with the top 11a of the valve lifter 11, and is urged upward in the figure by a valve spring (not shown). The valve lifter 11 is moved up and down to open and close the intake valve 10. 4A shows a state before the intake valve 10 is opened, and FIG. 4B shows a state where the intake valve 10 is opened.
[0025]
As shown in FIG. 5, when the control shaft 12 is rotated by a predetermined angle by the actuator 101, the rocker arm 14 swing center and the swing cam 8 swing center are controlled by the control cam 13 that rotates integrally with the control shaft 12. And the distance will change. As a result, the swing cam 8 is swung by the link member 17 linked to the rocker arm 14, and the operation start position (initial position) of the swing cam 8 is changed, so that the valve timing and the valve lift are changed. . In FIG. 5, the control shaft 12 is rotated in a direction in which the valve operating angle and the valve lift amount are larger than those in FIG. 4 (L1 <L2 (FIGS. 4B and 5B). reference)). 5A shows a state before the intake valve 10 is opened, and FIG. 5B shows a state where the intake valve 10 is opened.
[0026]
Thus, according to the present embodiment, the operation start position of the swing cam 8 is changed by controlling the rotation of the control shaft 12 to change the valve lift characteristics (valve operating angle and valve lift amount). Can do. Therefore, according to the present embodiment, at the valve opening timing and the valve closing timing, the rotation position of the control shaft 12 is matched with the position where the valve operating angle becomes large, and at the maximum valve lift, the control shaft The rotational position of the control shaft 12 can be controlled by the controller 102 and the actuator 101 so that the rotational position of 12 matches the position where the valve operating angle becomes small.
[0027]
As a result, this embodiment reduces the valve lift while maintaining a large valve operating angle, and prevents an increase in the driving torque of the camshaft 3 due to the reaction force of the valve spring (not shown). , Fuel consumption can be improved. Further, in the present embodiment, the closing timing of the intake valve 10 can be delayed, the intake air compression pressure can be reduced, and vibration during engine operation can be reduced. Further, in the present embodiment, the rotation control of the control shaft 12 as described above is performed at the time of starting the engine, so that the engine can be started by a starter motor (not shown) having a small capacity. Can be saved.
[0028]
[First application example]
6 and 7 show an example in which the variable valve system according to the present embodiment is applied to a four-cylinder internal combustion engine.
[0029]
First, when the controller 102 detects engine start (S1), it starts variation control (control shaft variation control) related to rotation of the control shaft 12 (S2). In order to perform the control shaft fluctuation control, the controller 102 detects the crankshaft angle and the control shaft angle, and performs control so as to match a target control shaft angle with respect to a crankshaft angle preset (stored) therein. Change the shaft angle. As a result, this application example can reduce the maximum valve lift amount even when the valve operating angle (valve opening / closing timing) is the same as in the case where the control shaft fluctuation control is not performed (FIG. 6A). )reference). Note that the control shaft fluctuation control only needs to be controlled at a predetermined angle at least during the valve opening / closing timing (see FIG. 6A). However, in this application example, the control shaft fluctuation control is performed in a periodic function (see FIG. 6B), the valve lift waveform of each cylinder is made the same, and the variation in the intake air amount due to the valve lift difference is prevented. In order to reduce vibration during engine rotation. Here, since the control shaft fluctuation control is performed in order to reduce the valve lift amount, the control shaft variation control is performed at a cylinder number cycle corresponding to the number of cylinders linked to the control shaft 12.
[0030]
When the control shaft fluctuation control is performed (S2), the controller 102 injects fuel into the cylinder and ignites the air-fuel mixture in the cylinder (S3). Then, the controller 102 returns the rotation control of the control shaft 12 to the normal control (S4).
[0031]
[Second application example]
FIG. 8 shows an example in which the variable valve system according to the present embodiment is applied to an internal combustion engine having three cylinders (the same applies to a single bank of a V-type six-cylinder engine).
[0032]
As shown in FIG. 8, in the case of this application example, since the overlap of valve lift waveforms for each cylinder is small, the control shaft variation control width can be increased compared to the application example to the four cylinders. The lift amount can be further reduced. Accordingly, in this application example, the driving resistance of the camshaft can be further reduced as compared with the first application example, and the fuel consumption can be further improved. This effect can be similarly obtained for an internal combustion engine having a smaller number of cylinders than in this application example. In this application example, by increasing the control shaft fluctuation control width, the valve lift during the normal valve lift can be made zero (see FIG. 9), and the camshaft drive resistance is greatly reduced. be able to.
[0033]
Here, when the control shaft fluctuation control is performed, the control shaft fluctuation control width can be increased when the period from the valve closing timing to the maximum valve lift of the next cylinder is longer (the camshaft angle / crankshaft angle is larger). . For this reason, the valve lift waveform has a greater degree of freedom in deformation of the valve lift when the upward section is larger and the downward section is smaller (see FIG. 10).
[0034]
Further, the control shaft fluctuation control has been described only at the time of starting. However, the control shaft fluctuation control can also be applied to improve fuel efficiency by delaying the intake valve closing timing at the time of partial load and reducing pump loss. In this case as well, the control shaft fluctuation control may be performed periodically as in the engine start. In this case, in the high engine speed range, the operation of the actuator may not be in time for the control shaft fluctuation control (response follow-up is impossible), so the execution of the control shaft fluctuation control is changed by the engine rotation.
[0035]
Furthermore, it has been described that the control shaft fluctuation control is performed by the actuator. However, if the area is limited, such as when the engine is started after warming up, the valve lift amount is determined by utilizing the leakage from the clearance of the hydraulic actuator. Can also be reduced.
[0036]
In addition, the variable valve system for the internal combustion engine is not only applied to the three-cylinder or the four-cylinder, but is also applied to an engine having a larger number of cylinders or an engine having a smaller number of cylinders.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of an essential part of a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the variable valve operating apparatus of the internal combustion engine.
FIG. 3 is a side view of the variable valve operating apparatus for the internal combustion engine.
FIG. 4 is a first operation state diagram of the variable valve operating apparatus of the internal combustion engine, in which FIG. 4 (a) is a state diagram before the valve lift, and FIG. 4 (b) is an operation state diagram at the time of the valve lift.
FIG. 5 is a second operation state diagram of the variable valve operating apparatus of the internal combustion engine, in which FIG. 5 (a) is a state diagram before the valve lift, and FIG. 5 (b) is an operation state diagram at the time of the valve lift.
6A and 6B are diagrams showing a first application example of the present invention, in which FIG. 6A is a camshaft angle-valve lift curve diagram, and FIG. 6B is a camshaft angle-control shaft angle diagram;
FIG. 7 is a flowchart showing a first application example of the present invention.
8A and 8B are diagrams showing a second application example of the present invention, in which FIG. 8A is a camshaft angle-valve lift curve diagram, and FIG. 8B is a camshaft angle-control shaft angle diagram.
FIG. 9 is a camshaft angle-valve lift curve when the valve lift is zero in the second application example.
FIG. 10 is a view showing a modified example of the valve lift waveform.
FIG. 11 is a structural diagram of a variable valve operating apparatus showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Variable valve apparatus 3 ... Cam shaft 4 ... Eccentric cam 5 ... Link arm 8 ... Swing cam 10 ... Intake valve 11 ... Valve lifter 12 ... Control shaft 13 ... Control cam 14 ... Rocker arm 17 ... Link member 101 ... Actuator 102 ... Controller (control means)
L ... Link mechanism

Claims

A camshaft that rotates in synchronization with the rotation of the engine and has an eccentric cam on the outer periphery;
A control shaft arranged in parallel to the camshaft and having a control cam on the outer periphery;
A link mechanism that spans between the camshaft and the control shaft, and that operates as the eccentric cam of the camshaft rotates to open and close the intake and exhaust valves;
An actuator for changing the valve opening / closing timing and the valve lift amount of the intake / exhaust valve by changing the attitude of the link mechanism by rotating the control shaft;
Control means for detecting the operating state of the engine and controlling the operation of the actuator;
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine comprising:
At the time of the maximum valve lift, the control means rotates the control shaft compared to the valve opening timing and the valve closing timing so that the valve opening / closing timing is not changed and the maximum valve lift amount is reduced. A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein the actuator is operated and controlled so that the moving position matches a position where the valve operating angle becomes small .

A camshaft that rotates in synchronization with the rotation of the engine and has an eccentric cam on the outer periphery;
A control shaft arranged in parallel to the camshaft and having a control cam on the outer periphery;
A link mechanism that spans between the camshaft and the control shaft, and that operates as the eccentric cam of the camshaft rotates to open and close the intake and exhaust valves;
An actuator for changing the valve opening / closing timing and the valve lift amount of the intake / exhaust valve by changing the attitude of the link mechanism by rotating the control shaft;
Control means for detecting the operating state of the engine and controlling the operation of the actuator;
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine comprising:
The link mechanism
A rocker arm rotatably fitted to the control cam of the control shaft;
A link arm that is rotatably connected to one end of the rocker arm and is rotatably fitted to the outer periphery of the eccentric cam of the camshaft;
A link member rotatably connected to the other end of the rocker arm;
A swing cam that is pivotally connected to the link member and that is swingably fitted to the outer periphery of the camshaft and has a cam surface that is in sliding contact with the valve lifter;
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein the control means controls the operation of the actuator so as not to change a valve opening / closing timing and to reduce a maximum valve lift amount.

3. The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control means controls the operation of the actuator so that the rotation angle of the control shaft varies periodically.

3. The actuator according to claim 1, wherein the control means controls the operation of the actuator so that an angle variation period of the control shaft corresponds to a cylinder number period corresponding to the number of cylinders connected to the control shaft. The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine as described.

3. The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the control means controls the operation of the actuator so that a valve lift amount temporarily becomes zero.

The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the control means controls the operation of the actuator when the engine is started.