JP4061885B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変動弁装置に係り、特にコントロールシャフトを軸方向に移動させることによりコントロールシャフトの軸方向位置に連動してバルブリフト量を連続的に可変とする可変動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の吸気バルブのバルブリフト量を、内燃機関の運転状態に応じて連続的に調整するために、カムノーズの高さが軸方向に次第に高くなる3次元カムを設けたカムシャフトを軸方向に移動させるようにした可変動弁装置が知られている(特開2000−54814公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このようにカムシャフトを軸方向に移動させることによりバルブリフト量を連続的に可変とする可変動弁装置では、3次元カムのカム面が軸方向で傾いているためにバルブリフト量を小さくする方向にスラスト力が発生する。しかも、バルブリフト量が増加するにつれてバルブスプリングの圧縮量が大きくなってバルブスプリングの復元力も次第に大きくなることから、上記スラスト力も大きくなる。
【0004】
このような可変動弁装置を利用して、スロットルバルブの代わりに吸気バルブのバルブリフト量により内燃機関の吸入空気量を調量しようとする場合、カムシャフトを軸方向に移動させるアクチュエータに高い応答性が要求される。特に油圧アクチュエータを用いる場合には高応答にするためにピストン径の縮小による作動油の流量削減が要求される。しかしピストン径を縮小すると、アクチュエータの出力が上述したスラスト力の増大に対応できなくなってバルブリフト量が大きい方での最低作動油圧が悪化したり、応答性が悪化するおそれがある。
【0005】
これらの問題を解決するためにアシストスプリングを設けて上述したスラスト力に対抗するアシスト力を発生させることが考えられる。しかし、前述したようにバルブリフト量が大きくなるに従ってスラスト力は大きくなるが、カムシャフトが高リフト側に移動するほどアシストスプリングの付勢力は小さくなるため、アシストスプリングの付勢力を高める必要がある。
【0006】
しかしながら、このようにアシストスプリングの付勢力を高めた場合、内燃機関の始動時の作動油圧立ち上がり前と内燃機関の停止時の油圧低下中において油圧アクチュエータの油圧が不足してアシストスプリングの付勢力を下回ることがある。この場合には、アシストスプリングの付勢力によってピストンが高リフト側に移動してピストンを低リフト側に保持できなくなってしまい、バルブリフト量が所定の値からずれてしまうという問題がある。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、低油圧時におけるコントロールシャフトの不安定な動作を招くことなく、応答性の高い内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。
【0008】
【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及び作用効果について記載する。
請求項1に記載の発明は、コントロールシャフトを軸方向に移動させることにより該コントロールシャフトの軸方向位置に連動してバルブリフト量を連続的に可変とする内燃機関の可変動弁装置であって、前記コントロールシャフトの一部に設けられかつシリンダ内に供給される油圧によって前記コントロールシャフトと一体に移動するピストンと、前記コントロールシャフトに発生するスラスト力に対抗して前記コントロールシャフトの高リフト側への移動を補助するためのアシスト力を付与するアシスト力付与手段とを有する油圧アクチュエータを備え、前記コントロールシャフトの低リフト側において前記アシスト力付与手段のアシスト力を前記コントロールシャフトのスラスト力よりも大きく設定するとともに、低油圧時に前記アシスト力付与手段のアシスト力による前記コントロールシャフトの高リフト側への移動を規制するロック手段を設けたことを特徴とする。
【0009】
上記の構成によれば、内燃機関の始動時の作動油圧立ち上がり前と内燃機関の停止時の油圧低下中において油圧アクチュエータの油圧が不足してアシスト力付与手段の付勢力を下回ることがある。ところが、この場合には、ロック手段によってコントロールシャフトの高リフト側への移動が規制されるため、コントロールシャフトを低リフト側に保持して不安定な動作を抑制することができ、バルブリフト量を所定の値に保持することができる。又、内燃機関の通常の運転時においてはアシスト力付与手段によってコントロールシャフトの高リフト側への移動を補助するアシスト力が付与されるため、油圧アクチュエータの最低作動油圧を小さな値にすることができ、コントロールシャフトの応答性を向上することができる。
【0010】
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記ロック手段は、ロック用スプリングの付勢力により前記シリンダ内において前記コントロールシャフトの軸方向とは略直交する方向に突出するロックピンを備え、該ロックピンが前記ピストンに係合することにより前記ピストンの移動を規制するものであることを特徴とする。
【0011】
上記の構成によれば、油圧アクチュエータの油圧が不足するとロック用スプリングの付勢力によってロックピンが突出してピストンに係合し、ピストンの移動が規制される。そのため、コントロールシャフトの高リフト側への移動が規制され、コントロールシャフトは低リフト側に保持されて不安定な動作が抑制される。
【0012】
請求項3に記載の発明は、請求項2において、前記ロック手段は、前記コントロールシャフトの高リフト側への移動時において、前記ロック用スプリングの付勢力に抗して前記ロックピンが前記シリンダから抜け出すように油圧を作用させる油圧室を備えることを特徴とする。
【0013】
上記の構成によれば、内燃機関の通常運転時においては、作動油圧が上昇して所要の作動油圧が確保されるため、コントロールシャフトの高リフト側への移動時には油圧室に油圧が供給されてロック用スプリングの付勢力に抗してロックピンがシリンダから抜け出してピストンのロックを解除することができる。
【0014】
請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかにおいて、内燃機関のクランクシャフトにより回転駆動されるカムシャフトと、前記カムシャフトに設けられたカムと、前記カムシャフトとは異なる軸にて揺動可能に支持され、入力部と出力部とを有することで前記カムにより入力部が駆動されると出力部にてバルブを駆動する仲介駆動機構と、軸方向への移動量が前記仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差に連動する前記コントロールシャフトと、前記コントロールシャフトを軸方向に移動することにより前記仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差を調整する前記油圧アクチュエータと、を備えることにより、前記コントロールシャフトの軸方向位置に連動してバルブリフト量を連続的に可変とすることを特徴とする。
【0015】
可変動弁装置は、カムシャフト、カム、仲介駆動機構、コントロールシャフト及び油圧アクチュエータを備える構成であってもよい。このような構成においても、前述したロック手段の構成によりコントロールシャフトの高リフト側への移動を規制してコントロールシャフトを低リフト側に保持することができ、コントロールシャフトの不安定な動作を抑制することができる。
【0016】
請求項5に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかにおいて、軸方向にてカムプロフィールが変化している3次元カムを、軸方向に移動させることによりバルブリフト量を連続的に可変とする可変動弁機構であり、前記コントロールシャフトの軸方向への移動量が前記3次元カムの軸方向への移動量に連動していることを特徴とする。
【0017】
可変動弁装置は、前記3次元カム及びコントロールシャフトを備える構成であってもよい。このような構成においても、前述したロック手段の構成によりコントロールシャフトの高リフト側への移動を規制してコントロールシャフトを低リフト側に保持することができ、コントロールシャフトの不安定な動作を抑制することができる。
【0018】
請求項6に記載の発明は、請求項5において、前記コントロールシャフトは前記3次元カムのカムシャフトを兼ねていることを特徴とする。
このようにコントロールシャフトは3次元カムのカムシャフトを兼ねていてもよく、前述したロック手段の構成によりコントロールシャフトの高リフト側への移動を規制してコントロールシャフトを低リフト側に保持することができ、コントロールシャフトの不安定な動作を抑制することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
図1は、上述した発明が適用された可変動弁装置を備えた内燃機関としてのガソリンエンジン(以下、「エンジン」と略す)2及びその制御系統の概略構成を表すブロック図である。
【0020】
エンジン2は、自動車走行駆動用として自動車に搭載されているものである。このエンジン2は、シリンダブロック4、ピストン(図示略)及びシリンダブロック4上に取り付けられたシリンダヘッド8等を備えている。シリンダブロック4には、複数の気筒、ここでは例えば4つの気筒2aが形成され、各気筒2aには、シリンダブロック4、ピストン及びシリンダヘッド8にて区画された燃焼室10が形成されている。
【0021】
各燃焼室10には、それぞれ第1吸気バルブ12a、第2吸気バルブ12b、第1排気バルブ16a及び第2排気バルブ16bが配置されている。第1吸気バルブ12aは第1吸気ポート14aを、第2吸気バルブ12bは第2吸気ポート14bを、第1排気バルブ16aは第1排気ポート18aを、第2排気バルブ16bは第2排気ポート18bを開閉する。
【0022】
各気筒2aの第1吸気ポート14a及び第2吸気ポート14bは吸気マニホールド30内に形成された吸気通路30aを介してサージタンク32に接続されている。各吸気通路30aにはそれぞれフューエルインジェクタ34が配置されて、第1吸気ポート14a及び第2吸気ポート14bに対して燃料を噴射可能としている。
【0023】
又、サージタンク32は吸気ダクト40を介してエアクリーナ42に連結されている。尚、吸気ダクト40内にはスロットルバルブは配置されていない。アクセルペダル74の操作やアイドルスピードコントロール時のエンジン回転数NEに応じた吸入空気量制御は、第1吸気バルブ12a及び第2吸気バルブ12bのバルブリフト量を調整することによりなされる。
【0024】
これら両吸気バルブ12a,12bの駆動は、図2に示すようにシリンダヘッド8に配置された後述する仲介駆動機構120を介して、吸気カムシャフト45に設けられた吸気カム45aのリフト動作が伝達されることにより行われる。この伝達において、後述するリフト量可変アクチュエータ100の作用により仲介駆動機構120によるリフトの伝達状態が調整されることによりバルブリフト量が調整される。吸気カムシャフト45は、一端に設けられたタイミングスプロケット(タイミングギヤやタイミングプーリでもよい。)とタイミングチェーン47とを介してエンジン2のクランクシャフト49の回転と連動している。
【0025】
尚、図1で示した各気筒2aの第1排気ポート18aを開閉している第1排気バルブ16a、及び第2排気ポート18bを開閉している第2排気バルブ16bは、エンジン2の回転に伴う排気カムシャフト46(図2)に設けられた排気カム46a(図2)の回転により、一定のバルブリフト量で開閉されている。そして、各気筒2aの第1排気ポート18a及び第2排気ポート18bは排気マニホルド48に連結されている。これにより排気を触媒コンバータ50を介して外部に排出している。
【0026】
電子制御ユニット(以下、ECUと称する)60は、デジタルコンピュータからなり、双方向性バスを介して相互に接続されたCPU、RAM、ROM、各種ドライバ回路、入力ポート及び出力ポート等を備えている。
【0027】
ECU60の入力ポートへは、アクセル開度センサ76により出力されるアクセルペダル74の踏み込み量(以下、「アクセル開度ACCP」と称する)に比例した出力電圧、クランク角センサ82によりクランクシャフトが30°回転する毎に出力されるパルス、吸入空気量センサ84により出力される吸気ダクト40を流れる吸入空気量GAに対応した出力電圧、エンジン2のシリンダブロック4に設けられた水温センサ86により出力されるエンジン2の冷却水温度THWに応じた出力電圧、排気マニホルド48に設けられた空燃比センサ88により出力される空燃比に応じた出力電圧、リフト量可変アクチュエータ100により移動される後述するコントロールシャフト132の軸方向変位を検出するシャフト位置センサ90により出力される軸方向変位に応じた出力電圧、吸気バルブ12a,12bを仲介駆動機構120を介して駆動する吸気カム45aのカム角を検出するカム角センサ92からの出力パルスが入力される。尚、ECU60ではクランク角センサ82の出力パルスとカム角センサ92のパルスとに基づいて現在のクランク角が計算され、クランク角センサ82の出力パルスの頻度からエンジン回転数NEが計算される。
【0028】
尚、これ以外にECU60の入力ポートには、各種の信号が入力されているが、本実施形態では説明上重要でないので図示省略している。
ECU60の出力ポートは、対応する駆動回路を介して各フューエルインジェクタ34に接続されている。ECU60はエンジン2の運転状態に応じて各フューエルインジェクタ34の開弁制御を行い、燃料噴射時期制御や燃料噴射量制御を実行する。
【0029】
又、ECU60の出力ポートは駆動回路を介してオイルコントロールバルブ(以下、「OCV」と称す。)94に接続され、ECU60は要求吸気量等のエンジン2の運転状態に応じて、OCV94による油圧制御によりリフト量可変アクチュエータ100を制御している。
【0030】
ここで、リフト量可変アクチュエータ100の内部構造を図3,図4に示す。リフト量可変アクチュエータ100は、ハウジング101内部にコントロールシャフトとしての補助シャフト102と同軸に形成されたシリンダ103を有している。このシリンダ103は、補助シャフト102側はわずかに径が小さく形成されている。このシリンダ103には略円筒状をなすピストン104がシリンダ103の軸方向に移動可能に配置されている。補助シャフト102はピストン104を軸方向に貫通するボルト挿通孔104aを介して、図3の右方から貫通している固定ボルト105によりピストン104に固定され、ピストン104と一体に軸方向に移動するようになっている。又、補助シャフト102は転がり軸受部108を介して前記コントロールシャフト132に接続されている。尚、コントロールシャフト132とは反対側において、補助シャフト102にはストロークセンサコア109が設けられ、このストロークセンサコア109の先端はハウジング101に取り付けられたストロークセンサコイル110内に挿入されている。このことによりコントロールシャフト132のシャフト位置が検出され、シャフト位置に応じた信号がストロークセンサコイル110からECU60に出力される。
【0031】
シリンダ103は前記ピストン104によって第1油圧室106及び第2油圧室107に区画されている。そして、前述したOCV94を介して、ECU60が第1油圧室106及び第2油圧室107に対する油圧の給排を調整することによりピストン104全体が軸方向に移動してコントロールシャフト132の軸方向位置を調整する。
【0032】
OCV94は電磁ソレノイド式4ポート3位置切替弁であり、図3において電磁ソレノイドが消磁状態でOCV94の左端の通路が連通した状態(以下、「低リフト駆動状態」と称する。)では、第1油圧室内の作動油は排出通路96を介してオイルパン97へ戻される。第2油圧室内へは供給通路95を介してオイルポンプPから高圧の作動油が供給される。これにより、図3のL方向へコントロールシャフト132を移動させて仲介駆動機構120の機能により吸気バルブ12a,12bのバルブ作用角とバルブリフト量とを小さくすることができる。
【0033】
又、図3に示すように電磁ソレノイドが100%励磁されてOCV94の右端の通路が連通した状態(以下、「高リフト駆動状態」と称する。)では、第1油圧室内へは供給通路95を介してオイルポンプPから高圧の作動油が供給される。第2油圧室内の作動油は排出通路96を介してオイルパン97へ戻される。これにより、図3のH方向へコントロールシャフト132を移動させて仲介駆動機構120の機能により吸気バルブ12a,12bのバルブリフト量を大きくすることができる。
【0034】
更に、電磁ソレノイドへの給電を中程度の状態(以下、「中立状態」と称する)に制御すると、第1及び第2油圧室は供給通路95にも排出通路96にも接続されず閉鎖されることになる。これによりコントロールシャフト132の軸方向移動は停止して吸気バルブ12a,12bのバルブリフト量を維持することができる。
【0035】
又、ピストン104には第1油圧室106側に延びるようにフランジ部104bが形成されており、第1油圧室106内にはピストン104と内壁との間にアシスト力付与手段111が設けられている。アシスト力付与手段111は弾性体の復元力に基づいてアシスト力を発生させるものであり、本実施形態では弾性体としてアシストスプリングが使用されている。このアシストスプリング111はコントロールシャフト132に発生するスラスト力に対抗してコントロールシャフト132の高リフト側への移動を補助するためのアシスト力を付与するようになっている。アシストスプリング111のアシスト力はコントロールシャフト132の低リフト側において前記コントロールシャフト132に発生するスラスト力よりも大きな値に設定されている。
【0036】
ハウジング101には前記ピストン104の軸方向と直交する方向に延びるガイドブッシュ112が設けられ、同ガイドブッシュ112内にはロックピン113が摺動可能に配置されている。又、ガイドブッシュ112に形成された段差部112aとロックピン113に形成された段差部113aとによりガイドブッシュ112内には第3油圧室114が形成されている。第3油圧室114内には前記第1油圧室106への油圧の供給と同時に油圧が供給されるようになっている。
【0037】
又、ハウジング101に螺合された栓115と前記ロックピン113との間には圧縮スプリングよりなるロック用スプリング116が介装されている。このロック用スプリング116は前記ロックピン113を常時第2油圧室107側に向けて付勢する。従って、エンジン2の始動時の作動油圧立ち上がり前とエンジン2の停止時の油圧低下中において、第2油圧室107及び第3油圧室114の油圧が不足してロック用スプリング116の付勢力を下回ると、図4に示すようにロックピン113が第2油圧室107内に突出する。これによりロックピン113がピストン104に係合してピストン104を低リフト側にロックして保持するようになっている。
【0038】
又、エンジン2の通常運転時においては、OCV94から供給される作動油圧が上昇して所要の作動油圧が確保される。そのため、コントロールシャフト132の高リフト側への移動時には第3油圧室114に油圧が供給されてロック用スプリング116の付勢力を上回り、ロックピン113が第2油圧室107内から抜け出してピストン104のロックが解除される。エンジン2の始動後における通常運転状態において、コントロールシャフト132の低リフト側への移動時には第2油圧室107に油圧が供給されてロック用スプリング116の付勢力を上回り、ロックピン113が第2油圧室107内から抜け出してピストン104のロックが解除される。
【0039】
上述した関係に基づいて実際に設計したコントロールシャフト132のH方向移動量に伴うスラスト力とアシストスプリング111のアシスト力との関係を図5に示す。すなわち、H方向でのコントロールシャフト132の移動量が「0(mm)」(L方向での限界位置)ではアシスト力Faは最大値Fa1となる。コントロールシャフト132がH方向に移動するほどアシストスプリング111が伸張した分だけアシスト力Faは減少し、H方向の限界位置でアシスト力Faは最小値Fa2となる。後述する仲介駆動機構120の作動によって発生するスラスト力Fs(ただし力の作用方向は前記アシスト力とは逆)はH方向でのコントロールシャフト132の移動量が「0(mm)」(L方向での限界位置)では最小値Fs1となる。コントロールシャフト132がH方向に移動するほどスラスト力Fsは増加し、H方向の限界位置でスラスト力Fsは最大値Fs2となる。尚、仲介駆動機構120により発生するスラスト力Fsの上昇パターンはエンジン2の回転速度によって少し変化する。
【0040】
次に仲介駆動機構120を図6〜図8に従って説明する。仲介駆動機構120は、図示中央に設けられた入力部122、図示左側に設けられた第1揺動カム124(「出力部」に相当する)及び図示右側に設けられた第2揺動カム126(「出力部」に相当する)を備えている。これら入力部122のハウジング122a及び揺動カム124,126の各ハウジング124a,126aはそれぞれ外径が同じ円柱状をなしている。
【0041】
図7は各ハウジング122a,124a,126aを水平に破断した斜視図である。ここで、入力部122のハウジング122aは内部に軸方向に空間を備え、この空間の内周面には軸方向に右ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン122b(「入力部スプライン」に相当する)が形成されている。又、外周面からは2つのアーム122c,122dが平行に突出形成されている。これらアーム122c,122dの先端部間にはシャフト122eが掛け渡されている。このシャフト122eはハウジング122aの軸方向と平行であり、ローラ122fが回転可能に取り付けられている。
【0042】
第1揺動カム124のハウジング124aは内部に軸方向に空間を備え、この内部空間の内周面には軸方向に左ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン124b(「出力部スプライン」に相当する)が形成されている。尚、この内部空間は径の小さい中心孔を有するリング状の軸受部124cにて左端が覆われている。又、外周面からは略三角形状のノーズ124dが突出形成されている。このノーズ124dの一辺は凹状に湾曲するカム面124eとなっている。
【0043】
第2揺動カム126のハウジング126aは内部に軸方向に空間を備え、この内部空間の内周面には軸方向に左ネジの螺旋状に形成されたヘリカルスプライン126b(「出力部スプライン」に相当する)が形成されている。尚、この内部空間は径の小さい中心孔を有するリング状の軸受部126cにて右端が覆われている。又、外周面からは略三角形状のノーズ126dが突出形成されている。このノーズ126dの一辺は凹状に湾曲するカム面126eとなっている。
【0044】
第1揺動カム124及び第2揺動カム126は、軸受部124c,126cを外側にして入力部122の両端から各端面を同軸上で接触させるように配置され、全体が図6に示すように内部空間を有する略円柱状となる。
【0045】
入力部122及び2つ揺動カム124,126から構成される内部空間には、スライダギア128が配置されている。スライダギア128は略円柱状をなし、外周面中央には右ネジの螺旋状に形成された入力用ヘリカルスプライン128aが形成されている。この入力用ヘリカルスプライン128aの左側端部には小径部128bを挟んで左ネジの螺旋状に形成された第1出力用ヘリカルスプライン128cが形成されている。又、入力用ヘリカルスプライン128aの右側端部には小径部128dを挟んで左ネジの螺旋状に形成された第2出力用ヘリカルスプライン128eが形成されている。尚、これら出力用ヘリカルスプライン128c,128eの外径は、入力用ヘリカルスプライン128aの外径よりも小さく形成されている。
【0046】
スライダギア128の内部には中心軸方向に貫通孔128fが形成されている。そして、一方の小径部128dには貫通孔128fを外周面に開放するための長孔128gが形成されている。この長孔128gは周方向に長く形成されている。
【0047】
このスライダギア128の貫通孔128f内には図8に示す支持パイプ130が周方向において摺動可能に配置されている。図8(A)は平面図、図8(B)は正面図、図8(C)は右側面図である。この支持パイプ130は、図2に示すように、すべての仲介駆動機構120(ここでは4つ)に共通に1本が設けられている。尚、支持パイプ130には各仲介駆動機構120毎に軸方向に長く形成された長孔130aが開口されている。
【0048】
更に、支持パイプ130内には、軸方向において摺動可能にコントロールシャフト132が貫通している。このコントロールシャフト132も支持パイプ130と同様にすべての仲介駆動機構120に共通に1本が設けられている。尚、コントロールシャフト132には各仲介駆動機構120毎に係止ピン132aが突出している。この係止ピン132aは支持パイプ130に形成されている前記長孔130aを貫通している。更にコントロールシャフト132の係止ピン132aは、前記スライダギア128に形成された周方向の長孔128g内にも先端が挿入されている。
【0049】
支持パイプ130に形成された軸方向の長孔130aにより、コントロールシャフト132の係止ピン132aは、支持パイプ130がシリンダヘッド8に対して固定されていても、軸方向に移動することでスライダギア128を軸方向に移動させることができる。更に、スライダギア128自体は、周方向の長孔128gにて係止ピン132aに係止していることにより、係止ピン132aにて軸方向の位置は決定されるが軸周りについては揺動可能となっている。
【0050】
そして、スライダギア128の内で、入力用ヘリカルスプライン128aは入力部122内部のヘリカルスプライン122bに噛み合わされている。又、第1出力用ヘリカルスプライン128cは第1揺動カム124内部のヘリカルスプライン124bに噛み合わされ、第2出力用ヘリカルスプライン128eは第2揺動カム126内部のヘリカルスプライン126bに噛み合わされている。
【0051】
このように構成された各仲介駆動機構120は、揺動カム124,126の軸受部124c,126c側にて、図2に示したごとく、シリンダヘッド8に形成された立壁部136,138に挟まれて、軸周りには揺動可能であるが軸方向に移動するのが阻止されている。この立壁部136,138には、軸受部124c,126cの中心孔に対応した位置に孔が形成され、支持パイプ130を貫通固定している。従って、支持パイプ130はシリンダヘッド8に対しては固定されて軸方向に移動したり回転したりすることはない。
【0052】
又、支持パイプ130内のコントロールシャフト132は支持パイプ130内を軸方向に摺動可能に貫通し、一端側にて図3に示すようにリフト量可変アクチュエータ100の補助シャフト102に連結されている。従って、第1油圧室106及び第2油圧室107に対する油圧調整により、コントロールシャフト132の軸方向変位を調整することができる。このことによりコントロールシャフト132とスライダギア128とを介して、入力部122のローラ122fと揺動カム124,126のノーズ124d,126dとの相対位相差を調整することができる。すなわちリフト量可変アクチュエータ100の駆動により、図9〜図11に示すように吸気バルブ12a,12bのバルブリフト量を連続的に可変とすることができる。
【0053】
ここで、図9は、リフト量可変アクチュエータ100によりコントロールシャフト132をH方向の限界まで移動させた状態の仲介駆動機構120の状態を示している。尚、図9〜図11は第2揺動カム126が第1吸気バルブ12aを駆動する機構を示しているが、第1揺動カム124が第2吸気バルブ12bを駆動する機構も同様であるので、第1揺動カム124及び第2吸気バルブ12bの符号を併記して説明する。
【0054】
図9(A)の状態では吸気カム45aのベース円部分(ノーズ45cを除いた部分)が、仲介駆動機構120における入力部122のローラ122fに接触している。尚、図示していないがローラ122fはスプリングにより吸気カム45a側に常に接触するように付勢されている。このとき、揺動カム124,126のノーズ124d,126dはロッカーアーム13のローラ13aには接触しておらず、ノーズ124d,126dに隣接したベース円部分が接触している。このため、吸気バルブ12a,12bは閉弁状態にある。
【0055】
吸気カムシャフト45が回転して吸気カム45aのノーズ45cが入力部122のローラ122fを押し下げると、仲介駆動機構120内では入力部122からスライダギア128を介して揺動カム124,126に揺動が伝達される。揺動カム124,126はノーズ124d,126dを押し下げるように揺動する。そのため、ノーズ124d,126dに設けられた湾曲状のカム面124e,126eが直ちにロッカーアーム13のローラ13aに接触して、図9(B)に示すように、カム面124e,126eの全範囲を使用してロッカーアーム13のローラ13aを押し下げる。このことにより、ロッカーアーム13はアジャスタ13bにて支持された基端部13c側を中心に揺動し、ロッカーアーム13の先端部13dは大きくステムエンド12cを押し下げる。こうして吸気バルブ12a,12bは最大のバルブリフト量にて吸気ポート14a,14bを開放状態とする。
【0056】
図10はリフト量可変アクチュエータ100によりコントロールシャフト132を図9の状態から少しL方向へ戻した場合の仲介駆動機構120の状態を示している。
【0057】
図10(A)では吸気カム45aのベース円部分が、仲介駆動機構120における入力部122のローラ122fに接触している。このとき、揺動カム124,126のノーズ124d,126dはロッカーアーム13のローラ13aには接触しておらず、図9の場合に比較して少しノーズ124d,126dから離れたベース円部分が接触している。このため、吸気バルブ12a,12bは閉弁状態にある。これは仲介駆動機構120内でスライダギア128が少しL方向に移動したため、入力部122のローラ122fと揺動カム124,126のノーズ124d,126dとの相対位相差が小さくなったためである。
【0058】
吸気カムシャフト45が回転して吸気カム45aのノーズ45cが入力部122のローラ122fを押し下げると、仲介駆動機構120内では入力部122からスライダギア128を介して揺動カム124,126に揺動が伝達される。揺動カム124,126はノーズ124d,126dを押し下げるように揺動する。
【0059】
上述したように、図10(A)の状態ではロッカーアーム13のローラ13aはノーズ124d,126dから離れた吸気カム45aのベース円部分が接触している。このため、揺動カム124,126が揺動しても、しばらくはロッカーアーム13のローラ13aはノーズ124d,126dの湾曲状のカム面124e,126eに接触することなくベース円部分に接触した状態を継続する。その後、湾曲状のカム面124e,126eがローラ13aに接触して、図10(B)に示すようにロッカーアーム13のローラ13aを押し下げる。このことにより、ロッカーアーム13は基端部13cを中心に揺動する。しかし、ロッカーアーム13のローラ13aが当初、ノーズ124d,126dから離れている分、カム面124e,126eの使用範囲は少なくなる。そのため、ロッカーアーム13の揺動角度は小さくなり、ロッカーアーム13の先端部13dによるステムエンド12cの押し下げ量、すなわちリフト量は少なくなる。こうして吸気バルブ12a,12bは最大量よりも小さいバルブリフト量にて吸気ポート14a,14bを開放状態とする。
【0060】
図11はリフト量可変アクチュエータ100によりコントロールシャフト132を最大限L方向へ戻した状態の仲介駆動機構120の状態を示している。図11(A)の状態ではロッカーアーム13のローラ13aにはノーズ124d,126dから大きく離れた吸気カム45aのベース円部分が接触している。このため、揺動の全期間、ロッカーアーム13のローラ13aはノーズ124d,126dの湾曲状のカム面124e,126eに接触することなくベース円部分に接触した状態を継続する。すなわち、図11(B)に示すように、吸気カム45aのノーズ45cが入力部122のローラ122fを最大限に押し下げても、湾曲状のカム面124e,126eはロッカーアーム13のローラ13aを押し下げるために使用されることはない。このことにより、ロッカーアーム13は基端部13cを中心に揺動することがなくなり、ロッカーアーム13の先端部13dによるステムエンド12cの押し下げ量、すなわちバルブリフト量は「0」となる。こうして吸気カムシャフト45が回転しても吸気バルブ12a,12bは吸気ポート14a,14bの閉鎖状態を維持する。
【0061】
このようにリフト量可変アクチュエータ100によりコントロールシャフト132の軸方向位置を調整することにより、図12のグラフに実線の曲線で示すように、吸気バルブ12a,12bのバルブリフト量が連続的に調整可能となる。
【0062】
そして、吸気バルブ12a,12bを開ける場合には、吸気バルブ12a,12bのバルブスプリング12dからは、ロッカーアーム13を介してアーム122cとノーズ124d,126dとの間の角度を狭める方向の力が作用するため、スライダギア128にはL方向に移動するスラスト力が発生している。このため、係止ピン132aを介して、コントロールシャフト132をL方向に移動させようとするスラスト力Fsが作用する。そして、吸気バルブ12a,12bのバルブリフト量を大きくするほどに、バルブスプリング12dをより圧縮する状態となることから、コントロールシャフト132に発生するスラスト力Fsは、H方向への移動量が大きいほど強くなる。すなわち、図5に示したようになる。
【0063】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
・ 本実施形態の可変動弁装置においては、コントロールシャフト132の軸方向位置を調整するリフト量可変アクチュエータ100にはコントロールシャフト132に発生するスラスト力に対抗してアシスト力を付与するアシストスプリング111を設けている。そして、アシストスプリング111のアシスト力をコントロールシャフト132の低リフト側においてコントロールシャフト132のスラスト力よりも大きく設定している。又、リフト量可変アクチュエータ100には低油圧時にアシストスプリング111のアシスト力によるコントロールシャフト132の高リフト側への移動を規制するロックピン113を設けている。そのため、エンジン2の始動時の作動油圧立ち上がり前とエンジン2の停止時の油圧低下中においてリフト量可変アクチュエータ100の油圧が不足してアシストスプリング111の付勢力を下回ることがある。この場合には、ロックピン113によってピストン104の移動を規制してコントロールシャフト132の高リフト側への移動を規制し、コントロールシャフト132を低リフト側に保持して不安定な動作を抑制することができる。よって、バルブリフト量を所定の値に保持することができる。又、エンジン2の通常運転時においてはアシストスプリング111によってコントロールシャフト132の高リフト側への移動を補助するアシスト力を付与することができるため、リフト量可変アクチュエータ100の最低作動油圧を小さな値にすることができ、コントロールシャフト132の作動応答性を向上することができる。
【0064】
・ 又、コントロールシャフト132の高リフト側への移動時において、ロック用スプリング116の付勢力に抗してロックピン113が第2油圧室107から抜け出すように油圧を作用させる第3油圧室114を設けた。そのため、エンジン2の通常運転時において、コントロールシャフト132の高リフト側への移動時には第3油圧室114に油圧が供給されてロック用スプリング116の付勢力に抗してロックピン113が第2油圧室107から抜け出してピストン104のロックを解除することができる。
【0065】
(第2実施形態)
次に第2実施形態を、図13に従って説明する。
本実施形態では、吸気バルブ212a,212bのバルブ量調整は、前記リフト量可変アクチュエータ100により、吸気カムシャフト245に転がり軸受部250aを介して接続されたコントロールシャフトとしての補助シャフト102を軸方向に移動することにより行われる。
【0066】
吸気カムシャフト245は、一端に設けられたタイミングスプロケット(タイミングギヤやタイミングプーリでも良い)252を介してエンジンのクランクシャフトの回転と連動する。ところが、補助シャフト102は転がり軸受部250aを介して吸気カムシャフト245と接続されているので、吸気カムシャフト245の回転に対して補助シャフト102が連動して回転することはない。補助シャフト102は軸方向の移動のみ吸気カムシャフト245と一体で移動する。
【0067】
尚、吸気カムシャフト245と接続しているタイミングスプロケット252は、エンジンのシリンダブロックに対して回転可能にかつ軸方向へは移動しないように支持されているが、吸気カムシャフト245とは中心部にてストレートスプライン機構252aにより接続されていることにより、軸方向での吸気カムシャフト245の移動を許容している。
【0068】
ここで吸気カムシャフト245に設けられた吸気カム245aは、軸方向にプロフィールが連続的に変化する3次元カムとして構成されている。具体的には、図示右側ではカムノーズが低く、左側に行くほど次第にカムノーズが高くなるように各吸気カム245aが形成されている。このプロフィールの変化により図12に示したものと同様にバルブリフト量を可変としている。
【0069】
3次元カムである吸気カム245aは、図示するようにバルブリフト量を高くする側が図示左側となっているので、吸気バルブ212a,212bのバルブスプリング212dから受ける復元力は、吸気カム245aのカム面により吸気カムシャフト245に対してL方向のスラスト力を発生させる。そして、図13に示すようにピストン104がL方向の限界位置に存在している場合には、前記スラスト力は小さい。ピストン104がH方向の限界位置に向けて移動される場合には、吸気バルブ212a,212bのバルブスプリング212dから受ける復元力は大きくなりスラスト力も増加する。
【0070】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
・ 本実施形態の可変動弁装置は、3次元カム245a及び補助シャフト(コントロールシャフト)102を備える構成である。この場合にも、エンジン2の始動時の作動油圧立ち上がり前とエンジン2の停止時の油圧低下中において、ロックピン113にてピストン104の移動を規制して補助シャフト102の高リフト側への移動を規制して不安定な動作を抑制することができる。
【0071】
・ 本実施形態の可変動弁装置は、補助シャフト102は3次元カムのカムシャフト245を兼ねている。この場合であっても、ロックピン113にてピストン104の移動を規制することにより補助シャフト102の高リフト側への移動を規制して補助シャフト102を低リフト側に保持することができ、補助シャフト102の不安定な動作を抑制することができる。
【0072】
尚、実施形態は上記に限定されず、次のように変更してもよい。
・ 上記各実施形態では、ロックピン113の近傍に第3油圧室114を形成してロックピン113に油圧を作用させてロックピン113を第2油圧室107から抜き出すように構成した。この第3油圧室114に代えて、ロックピン113を磁性体により構成するとともにロック用スプリング116側に電磁ソレノイドを設け、この電磁ソレノイドの励磁力に基づいてロックピン113を第2油圧室107から抜き出すように構成してもよい。
【0073】
・ 上記各実施形態において、ロックピン113をピストン104の周方向において複数設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態におけるエンジン及びその制御系統の概略構成を表すブロック図。
【図2】同じくシリンダヘッド部分の構成説明図。
【図3】第1実施形態のリフト量可変アクチュエータの内部構造を示す断面図。
【図4】同じくリフト量可変アクチュエータの内部構造を示す断面図。
【図5】スラスト力及びアシスト力とコントロールシャフトのストロークとの関係を示すグラフ。
【図6】第1実施形態の仲介駆動機構の構成を示す斜視図。
【図7】同じく仲介駆動機構の内部構成を示す部分破断斜視図。
【図8】同じく仲介駆動機構の支持パイプ及びコントロールシャフトの形状説明図。
【図9】第1実施形態の仲介駆動機構によるバルブリフト量調整機能の説明図。
【図10】同じく仲介駆動機構によるバルブリフト量調整機能の説明図。
【図11】同じく仲介駆動機構によるバルブリフト量調整機能の説明図。
【図12】第1実施形態の仲介駆動機構によるバルブリフト量の変化を示すグラフ。
【図13】第2実施形態の可変動弁機構の構成説明図。
【符号の説明】
100…リフト量可変アクチュエータ、102…補助シャフト(コントロールシャフト)、103…シリンダ、104…ピストン、111…アシストスプリング(アシスト力付与手段)、113…ロックピン、114…第3油圧室、116…ロック用スプリング、45,245…カムシャフト、45a…カム、49…クランクシャフト、120…仲介駆動機構、132…コントロールシャフト、245a…3次元カム。
Claims (6)
- コントロールシャフトを軸方向に移動させることにより該コントロールシャフトの軸方向位置に連動してバルブリフト量を連続的に可変とする内燃機関の可変動弁装置であって、前記コントロールシャフトの一部に設けられかつシリンダ内に供給される油圧によって前記コントロールシャフトと一体に移動するピストンと、前記コントロールシャフトに発生するスラスト力に対抗して前記コントロールシャフトの高リフト側への移動を補助するためのアシスト力を付与するアシスト力付与手段とを有する油圧アクチュエータを備え、
前記コントロールシャフトの低リフト側において前記アシスト力付与手段のアシスト力を前記コントロールシャフトのスラスト力よりも大きく設定するとともに、低油圧時に前記アシスト力付与手段のアシスト力による前記コントロールシャフトの高リフト側への移動を規制するロック手段を設けた内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項1において、
前記ロック手段は、ロック用スプリングの付勢力により前記シリンダ内において前記コントロールシャフトの軸方向とは略直交する方向に突出するロックピンを備え、該ロックピンが前記ピストンに係合することにより前記ピストンの移動を規制するものである内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項2において、
前記ロック手段は、前記コントロールシャフトの高リフト側への移動時において、前記ロック用スプリングの付勢力に抗して前記ロックピンが前記シリンダから抜け出すように油圧を作用させる油圧室を備える内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項1〜3のいずれかにおいて、
内燃機関のクランクシャフトにより回転駆動されるカムシャフトと、
前記カムシャフトに設けられたカムと、
前記カムシャフトとは異なる軸にて揺動可能に支持され、入力部と出力部とを有することで前記カムにより入力部が駆動されると出力部にてバルブを駆動する仲介駆動機構と、
軸方向への移動量が前記仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差に連動する前記コントロールシャフトと、
前記コントロールシャフトを軸方向に移動することにより前記仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差を調整する前記油圧アクチュエータと、
を備えることにより、前記コントロールシャフトの軸方向位置に連動してバルブリフト量を連続的に可変とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項1〜3のいずれかにおいて、
軸方向にてカムプロフィールが変化している3次元カムを、軸方向に移動させることによりバルブリフト量を連続的に可変とする可変動弁機構であり、
前記コントロールシャフトの軸方向への移動量が前記3次元カムの軸方向への移動量に連動している内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項5において、
前記コントロールシャフトは前記3次元カムのカムシャフトを兼ねている内燃機関の可変動弁装置。
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