JP4118575B2 - 内燃機関の可変動弁装置及び内燃機関の可変動弁装置のコントローラ - Google Patents
内燃機関の可変動弁装置及び内燃機関の可変動弁装置のコントローラ Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関弁である吸気弁や排気弁のバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御すると共に供給吸気量も制御し得る内燃機関の可変動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、機関運転状態に応じて機関弁のバルブリフト量を可変制御して、例えば機関低回転時や高回転時における燃費の向上や出力の向上など機関性能を効果的に発揮させる可変動弁装置が種々提供されており、この従来の可変動弁装置としては、例えば特平2001−164911号公報や特開2001−263015号公報に記載されたものがある。
【0003】
概略を説明すれば、前者の可変動弁装置は、クランクシャフトによって回転駆動されるカムシャフトと、該カムシャフトに設けられた回転カムと、カムシャフトとは異なる支持パイプに揺動自在に支持され、入力部と出力部とを有することで吸気バルブを駆動する仲介駆動機構と、該仲介駆動機構の入力部と出力部との相対位相差を可変とする仲介位相差を可変にする仲介位相差可変手段とを備えている。
【0004】
そして、仲介位相手段のリフト量可変アクチュエータが仲介駆動機構のコントロールシャフトを介して揺動カムと入力部との相対位相を可変とするので、吸気バルブのリフト量や作動角の大きさを連続的に調整することができるようになっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の可変動弁装置にあっては、前述のように仲介駆動機構のコントロールシャフトの回転制御などによって吸気弁のリフト量を機関運転状態に可変制御することができるようになっており、したがって、かかる機構を用いて機関への供給吸気量をスロットルバルブを用いずに制御することも可能である。
【0006】
このように、かかる機構によって供給吸気量を制御するようにすれば、スロットルによる絞りがなくなることから、吸気管内に負圧が殆ど発生しないことから、いわゆるポンピングロスを大幅に低減することができる。
【0007】
しかしながら、例えば機関のクランキング始動時あるいはアイドル運転などにおいて供給吸気量を十分に少なくするためには、例えば0.3〜0.4mmといった極小リフトに制御する必要があるが、この際、前記コントロールシャフトには、機関のバルブスプリングなどに起因した変動トルクが伝達されて正逆回転変動(ばたつき)が発生して、前記極小な低リフト量がばらついてしまう。
【0008】
すなわち、図19に示すように、コントロールシャフトに回転変動がない場合の理論リフト量LTと回転変動を考慮した場合の実際のリフトLのばらつきについてみると、この図19から明らかなように、リフトの絶対値によってリフトばらつき幅±ΔLはあまり変わらないので、高回転域や高負荷域での高リフト領域では、コントロールシャフトが回転変動(斜線幅)しても制御リフト量自体の絶対値が大きいため、制御リフト量のばらつき比率ΔL/LTは小さいことから影響が少ないのであるが、制御リフト量の小さい低負荷あるいは低回転などの低リフト領域に移行すればするほどリフトのばらつき比率ΔL/LTが大きくなる。
【0009】
この結果、供給吸気量を精度良く制御することができなくなるおそれがあり、燃焼のサイクルばらつきや気筒間のばらつきが発生して燃費効果が十分に得られないばかりか機関回転の不安定化を招くおそれがある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の可変動弁装置を供給吸気量制御用に用いた場合の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項1記載の発明は、気筒毎に設けられて、機関運転状態の変化に伴い制御軸が作動して吸気弁のバルブリフト量を連続的に可変制御する可変リフト機構と、機関への供給吸気量を連続的に制御するスロットルバルブとを備えた内燃機関の可変動弁装置において、前記可変リフト機構によって制御される前記吸気弁のリフト量が一定の低リフト状態となるように制御されると共に、機関の負荷に応じて前記スロットルバルブのスロットル開度が連続的に制御されるA領域と、前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開となるように制御されると共に、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が機関の負荷に応じて前記A領域のリフト量以上で連続的に制御されるB領域と、前記可変リフト機構によって前記吸気弁のリフト量を機関の負荷に応じて前記B領域よりも緩慢に変化させると共に、前記スロットルバルブのスロットル開度も機関の負荷に応じて前記A領域よりも緩慢に変化させるC領域と、を設け、機関の負荷が低いときには前記A領域で制御され、機関の負荷が高いときには前記B領域で制御され、さらに、前記A領域とB領域との間に前記C領域を有することを特徴としている。
【0011】
請求項2に記載の発明は、機関運転状態の変化に伴い制御軸が作動して吸気弁のバルブリフト量を連続的に可変制御する可変リフト機構と、機関への供給吸気量を連続的に制御するスロットルバルブとを備えた内燃機関の可変動弁装置において、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が最小バルブリフト量に規制されると共に、機関の回転数に応じて前記スロットルバルブのスロットル開度が連続的に制御されるA領域と、前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開となるように制御されると共に、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が機関の回転数に応じて前記A領域のリフト量以上で連続的に制御されるB領域と、前記可変リフト機構によって前記吸気弁のリフト量を機関の回転数に応じて前記B領域よりも緩慢に変化させると共に、前記スロットルバルブのスロットル開度も機関の回転数に応じて前記A領域よりも緩慢に変化させるC領域と、を設け、機関の回転数が低いときには前記A領域で制御され、機関の回転数が高いときには前記B領域で制御され、さらに、前記A領域とB領域との間に前記C領域を有することを特徴としている。
【0012】
請求項3に記載の発明にあっては、前記可変リフト機構は、機関のクランク軸に同期して回転し、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、支軸に揺動自在に支持されて、カム面がバルブリフター上面を摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、前記駆動カムと揺動カムとを機械的に連係する伝達手段と、機関運転状態に応じて前記伝達手段の揺動支点を前記制御軸を介して変化させる制御手段とを備え、前記制御軸によって前記伝達手段の揺動支点を変化させることにより前記揺動カムのカム面の機関弁の上端に対する当接位置を変化させて機関弁のバルブリフトを可変制御することを特徴としている。
【0013】
請求項4に記載の発明は、前記A領域では、前記制御軸の作動位置を固定的に規制する規制手段を備えたことを特徴としている。
請求項5に記載の発明は、前記規制手段を、機械的な規制部材によって構成したことを特徴としている。
【0014】
請求項6に記載の発明は、前記低リフト領域とこれ以上のリフト領域との境界ライン付近における低リフト領域側での前記スロットルバルブのスロットル開度をほぼ全開となるように制御すると共に、前記境界ライン付近における低リフト領域以上のリフト領域側での可変リフト機構による制御リフト量を、前記A領域のリフト量よりも若干大きくなるように制御したことを特徴としている。
【0016】
請求項7に記載の発明は、前記機関弁のリフト位相を変化させるリフト位相可変機構を設け、前記可変リフト機構による機関弁のリフト量の切り換えとほぼ同期して、前記リフト位相可変機構によりリフト位相を変化させることを特徴としている。
【0017】
請求項8に記載の発明は、前記リフト位相可変機構の駆動源を電気エネルギーとしたことを特徴としている。
【0018】
請求項9に記載の発明は、低リフト領域とこれ以上のリフト領域との境界ラインを機関の負荷の変化に応じて異ならせ、低負荷領域以上の領域から下降する場合には、前記スロットル開度量を低負荷領域から上昇する場合に比較して絞り制御すると共に、リフト量を低負荷領域から上昇させる場合に比較して大きく制御したことを特徴としている。
請求項10に記載の発明は、内燃機関の可変動弁装置のコントローラに関し、気筒毎に設けられて、機関運転状態の変化に伴い制御軸が作動して吸気弁のバルブリフト量を連続的に可変制御する可変リフト機構と、機関への供給吸気量を連続的に制御するスロットルバルブに制御信号を出力する内燃機関の可変動弁装置のコントローラにおいて、前記可変リフト機構によって制御される前記吸気弁のリフト量が一定の低リフト状態となるように制御されると共に、機関の負荷に応じて前記スロットルバルブのスロットル開度が連続的に制御されるA領域と、前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開となるように制御されると共に、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が前記A領域のリフト量以上に制御されるB領域と、前記可変リフト機構によって前記吸気弁のリフト量を機関の負荷に応じて前記B領域よりも緩慢に変化させると共に、前記スロットルバルブのスロットル開度も機関の負荷に応じて前記A領域よりも緩慢に変化させるC領域と、を設け、機関の負荷が低いときには前記A領域で制御され、機関の負荷が高いときには前記B領域で制御され、さらに、前記A領域とB領域との間に前記C領域を有することを特徴としている。
請求項11に記載の発明は、同じく内燃機関の可変動弁装置のコントローラに関し、気筒毎に設けられて、機関運転状態の変化に伴い制御軸が作動して吸気弁のバルブリフト量を連続的に可変制御する可変リフト機構と、機関への供給吸気量を連続的に制御するスロットルバルブに制御信号を出力する内燃機関の可変動弁装置のコントローラにおいて、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が最小バルブリフト量に規制されると共に、機関の回転数に応じて前記スロットルバルブのスロットル開度が連続的に制御されるA領域と、前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開となるように制御されると共に、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が機関の回転数に応じて前記A領域のリフト量以上で連続的に制御されるB領域と、前記可変リフト機構によって前記吸気弁のリフト量を機関の回転数に応じて前記B領域よりも緩慢に変化させると共に、前記スロットルバルブのスロットル開度も機関の回転数に応じて前記A領域よりも緩慢に変化させるC領域と、を設け、機関の回転数が低いときには前記A領域で制御され、機関の回転数が高いときには前記B領域で制御され、さらに、前記A領域とB領域との間に前記C領域を有することを特徴としている。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の可変動弁装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の可変動弁装置は、1気筒あたり2つの吸気弁を備えた内燃機関に適用したものを示している。
【0020】
すなわち、この可変動弁装置は、図1に示すように、機関のシリンダヘッドブロック1とシリンダヘッド2との間に形成された燃焼室3にシリンダヘッド2の吸気ポート2aを介して吸気を供給する吸気管4と、シリンダヘッド2に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられ、バルブスプリング5,5のばね力により閉弁方向に付勢された一対の吸気弁6,6と、機関運転状態の変化に応じて吸気弁6,6のバルブリフト量及び機関への供給吸気量を連続的に可変制御する可変リフト機構7と、前記吸気管4内に設けられて、前記燃焼室3への供給吸気量を制御する吸気量制御機構8とを備えている。
【0021】
前記シリンダブロック1のシリンダボア1a内には、クランク軸9にコンロッド10を介して連結されたピストン11が上下摺動自在に設けられている。また、シリンダヘッド2の吸気ポート2aと反対側には、排気ポート2bが設けられていると共に、該排気ポート2bを開閉する排気弁12が摺動自在に設けられている。
【0022】
前記吸気管4は、吸気脈動を低減するサージタンク4aが取り付けられていると共に、吸気量制御機構8の上流側に吸気流量を検出するエアーフローメータ37が設けられており、このエアーフローメータ37から出力された検出信号が後述する機関のコントローラ35に入力されるようになっている。
【0023】
前記可変リフト機構7は、図1、図2及び図5にも示すように、シリンダヘッド2上部の軸受14に回転自在に支持された中空状の駆動軸13と、該駆動軸13に圧入等により固設された駆動カム15と、駆動軸13の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁6,6の上端部に配設されたバルブリフター16,16の上面16a,16aに摺接して各吸気弁6,6を開作動させる一対の揺動カム17,17と、駆動カム15と揺動カム17,17との間に連係されて、駆動カム15の回転力を揺動カム17,17の揺動力(開弁力)として伝達する伝達機構18と、該伝達機構18の作動位置を可変制御する制御機構19とを備えている。
【0024】
前記駆動軸13は、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸9から回転力が伝達されており、この回転方向は図2中反時計方向に設定されている。
【0025】
前記軸受14は、図2に示すようにシリンダヘッド11の上端部に設けられて駆動軸13の上部を支持するメインブラケット14aと、該メインブラケット14aの上端部に設けられて後述する制御軸32を回転自在に支持するサブブラケット14bとを有し、両ブラケット14a,14bが一対のボルト14c,14cによって共締め固定されている。
【0026】
前記駆動カム15は、図6にも示すように、ほぼ円環状のカム本体15aと、該カム本体15aの外端面に一体に設けられた筒状部15bとからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔15cが貫通形成されていると共に、カム本体15aの軸心Yが駆動軸13の軸心Xから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この駆動カム15は、駆動軸13に対し、前記両バルブリフター16,16に干渉しない両外側に駆動軸挿通孔15cを介して圧入固定されていると共に、カム本体15aの外周面15dが偏心円のカムプロフィールに形成されている。
【0027】
前記各揺動カム17は、図2に示すように同一形状のほぼ雨滴状を呈し、ほぼ円環状の基端部20に駆動軸13が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔20aが貫通形成されていると共に、一端部のカムノーズ部21側にピン孔が貫通形成されている。また、揺動カム17の下面には、カム面22が形成され、基端部20側の基円面22aと、該基円面22aからカムノーズ部21側に円弧状に延びるランプ面22bと、該ランプ面22bからカムノーズ部21の先端側に有する最大リフトの頂面22dに連なるリフト面22cとを有しており、該基円面22aとランプ面22bリフト面22c及び頂面22dとが、揺動カム17の揺動位置に応じて各バルブリフター16の上面16a所定位置に当接するようになっている。
【0028】
すなわち、図7に示すバルブリフト特性からみると、図2に示した基円面22aの所定角度範囲θ1がベースサークル区間(領域)になり、ランプ面22bの前記ベースサークル区間θ1から所定角度範囲θ2がいわゆるランプ区間となり、さらにランプ面22bのランプ区間θ2から頂面22dまでの所定角度範囲θ3がリフト区間になるように設定されている。
【0029】
前記伝達機構18は、駆動軸13の上方に配置されたロッカアーム23と、該ロッカアーム23の一端部23aと駆動カム15とを連係するリンクアーム24と、ロッカアーム23の他端部23bと揺動カム17とを連係するリンクロッド25とを備えている。
【0030】
前記ロッカアーム23は、図5に示すように中央に有する筒状基部が支持孔23cを介して後述する制御カム33に揺動自在に支持されている。また、筒状基部の外端部に突設された前記一端部23aには、ピン26が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、筒状基部の内端部に夫々突設された前記他端部23bには、リンクロッド25の一端部25aと連結するピン27が嵌入するピン孔が形成されている。
【0031】
また、前記リンクアーム24は、比較的大径な円環状の基部24aと、該基部24aの外周面所定位置に突設された突出端24bとを備え、基部24aの中央位置には、前記駆動カム15のカム本体15aの外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔24cが形成されている一方、突出端24bには、前記ピン26が回転自在に挿通するピン孔が貫通形成されている。
【0032】
さらに、前記リンクロッド25は、ロッカアーム23側が凹状のほぼく字形状に形成され、両端部25a,25bには前記ロッカアーム23の他端部23bと揺動カム17のカムノーズ部21の各ピン孔に圧入した各ピン27,28の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔が貫通形成されており、前記ピン28の軸心が揺動カム17の枢支点になっている。
【0033】
尚、各ピン26,27,28の一端部には、リンクアーム24やリンクロッド25の軸方向の移動を規制するスナップリング29,30,31,が設けられている。
【0034】
前記制御機構19は、図5に示すように駆動軸13の上方位置に同じ軸受14に回転自在に支持された制御軸32と、該制御軸32の外周に固定されてロッカアーム23の揺動支点となる制御カム33とを備えている。
【0035】
前記制御軸32は、駆動軸13と並行に機関前後方向に配設されていると共に、一端部に設けられたウォーム歯車機構60を介してアクチュエータである電動モータ34(DCモータ)によって所定回転角度範囲内で回転するようになっており、後述する規制手段40によって回転が規制された低リフト領域以上のリフト領域では一方向へ連続的に回転して連続的なリフト制御を行うようになっている。
【0036】
また、前記制御カム33は、円筒状を呈し、図2に示すように軸心P1の位置が肉厚部33aの分だけ制御軸32の軸心P2からα分だけ偏倚している。
【0037】
そして、前記軸受14と制御軸32との間には、制御軸32の最小バルブリフト制御時における過度な回転を機械的に規制する規制手段40が設けられている。
【0038】
この規制手段40は、図2〜図4に示すように、制御軸32に径方向から突設されたストッパピン41と、軸受14のサブブラケット14bの一側面に制御軸32の軸方向に沿って突設されて、前記制御軸32による最小バルブリフト制御時において前記ストッパピン41が当接して最大回動位置を規制するストッパ突部42とから構成されている。
【0039】
前記ストッパピン41は、図4に示すように基端部41aが制御軸32の内部径方向に穿設された固定用孔内に圧入固定されていると共に、制御軸32の周方向の突設位置がストッパ突部42との相対的な角度位置関係で設定されるようになっている。
【0040】
すなわち、ストッパピン41は、図2に示すように、後述する制御軸32の回転制御位置により吸気弁12が最小バルブリフト制御された状態で揺動カム17が最上方に跳ね上がった際に形成される両ピン27,28の軸心Z1,Z2を結ぶ直線Q1と、駆動軸13の軸心Xとピン28の軸心Z2とを結ぶ直線Q2との間の開き角度が、両者17,25のロックを十分に回避し得る開き角度θ4となる位置に設定されている。
【0041】
そして、前記ストッパピン41によって制御軸32が回転規制された最小バルブリフトL1は0.3〜0.4mmよりも大きな約1.5mmになるように設定されており、これは吸気量制御機構8である程度絞った上でアイドル相当の吸気量を確保することが可能なリフト量である。
【0042】
また前記電動モータ34は、機関の運転状態を検出するコントローラ35からの制御信号によって駆動するようになっている。このコントローラ35は、図外のクランク角センサから出力された現在の機関回転数や前記エアーフローメータ37からの現在の吸気量,水温センサ及び前記吸気量制御機構8のスロットル開度検出センサ(フィードバック)や図外のアクセル開度検出センサ、制御軸32の回転位置を検出するポテンションメータ36等の各種センサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算等により検出して、前記電動モータ34に制御信号を出力していると共に、前記吸気量制御機構8にスロットル開度指令信号を出力している。
【0043】
また、コントローラ35は、前記エアーフローメータ37からの現在の吸気量検出値と図外のアクセル開度センサからの開度検出値から要求吸気量を照合することによってリフト制御及びスロットル制御による吸気量制御が正常に行われているか否かをチェックできるようになっている。
【0044】
一方、前記吸気量制御機構8は、図1に示すように、いわゆるバタフライ式のスロットルバルブであって、円盤状のバルブ本体38と、該バルブ本体38を回転自在に支持するスロットル軸39と、前記コントローラ35からの制御信号に基づいてバルブ本体38をスロットル軸39を介して正逆回転させてスロットル開度を制御する図外の作動機構とを備えている。
【0045】
また、吸気量制御機構8は、前記可変リフト機構7によって吸気弁6が低リフトL1(図8参照)に制御されて制御軸32が規制手段40により固定状態に規制されている場合に、この機関運転領域(約1.5mm範囲)、つまり図12のA領域であるアイドル運転時か低負荷時あるいは低回転時において前記コントローラ35によってバルブ本体38のスロットル開度が連続的に制御されると共に、この低リフト領域以上の領域(図12のB領域)に移行した場合はバルブ本体38のスロットル開度がほぼ全開になるように制御されるようになっている。
【0046】
さらに、コントローラ35は、前記機関運転領域が前記A領域とB領域との境界ラインX付近におけるA領域側では前記吸気量制御機構8のスロットル開度をほぼ全開となるように制御すると共に、境界ラインX付近におけるB領域側での可変リフト機構7による制御リフト量を前記制御軸32の規制時の低リフト量よりも若干大きくなるように制御するようになっている。
【0047】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、例えば、機関のクランキング始動時あるいはアイドル運転を含む機関低速低負荷時には、コントローラ35からの制御信号によって電動モータ34を介して制御軸32が図2に示す時計方向にストッパピン41がストッパ突部42に突き当たるまで回転駆動される。このため、制御カム33は、軸心P1が図2,図8に示すように、肉厚部33aが駆動軸13から上方向に離間移動し、制御軸32の軸心P2から左上方の回動角度位置に保持される。これにより、ロッカアーム端部23bとリンクロッドの枢支点は、駆動軸13に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム17は、リンクロッド25を介してカムノーズ部21側を強制的に引き上げられて全体が反時計方向へ回動する。
【0048】
したがって、図2,図8に示すように、駆動カム15が回転してリンクアーム24を介してロッカアーム23の一端部23aを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド25を介して揺動カム17及びバルブリフター16に伝達されるが、そのリフト量L1は図8に示すように充分小さくなる。
【0049】
よって、かかる低速低負荷域では、図10の破線で示すようにバルブリフト量が小さくなる。
【0050】
さらに、この最小バルブリフト制御時における制御軸32は、前述のようにストッパピン41がストッパ突部42に突き当たることにより、それ以上の過回転が規制された回転位置に保持されて、揺動カム17が最上方に跳ね上がった時の両直線Q1,Q2のなす開き角度をθ4の角度位置に規制するため、揺動カム22から伝達機構18を介して伝達された変動トルクによって制御軸32の回転変動が確実に防止される。
【0051】
一方、この運転状態においては、前記変動トルクに全く影響されない前記吸気量制御機構8のバルブ本体38のスロットル開度が連続的に制御される。
【0052】
つまり、前記制御軸32は、規制手段40により固定されたことにより図11に示すように理論リフト量(LT)のL1〜L1’の間では回転変動が全く生じない一方、この間における吸気量はバルブ本体38のスロットル開度によって連続的に制御されることから、最適な供給吸気量を確保できる。この結果、燃焼サイクルのばらつきや各気筒間における吸気量のばらつきも十分に抑制され、燃費の向上と機関回転の安定化が図れる。
【0053】
特に、前記可変リフト機構7によって各吸気弁12の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなるため、燃費の向上と機関回転の安定化が一層図れる。
【0054】
しかも、A領域では、前述のように吸気量制御機構8によって供給吸気量を制御するようになっていることから、このA領域内において突然の負荷変動があって要求吸気量が変化しても速やかに対応することが可能になる。
【0055】
また、前記規制手段40は、前述のように、ストッパピン41がストッパ突部42に当接して制御軸32のそれ以上の回転を機械的に規制するものであるから、その構造が簡単であり、製造作業が容易であると共に、組付作業も容易である。
【0056】
また、ストッパピン41がストッパ突部42に当接して規制するだけであり、機関作動中に激しく揺動する揺動カム17の揺動位置を直接規制するものではないため、該揺動カム17とこの揺動位置を規制する規制部材との干渉による打音の発生がなく、静粛性を損なうことがない。
【0057】
一方、機関運転領域が低回転低負荷領域(A領域)からそれ以上の例えば中回転中負荷域〜高回転高負荷域(B領域)に移行した場合は、コントローラ35からの制御信号によってバルブ本体38開度量つまりスロットル開度量がほぼ全開状態に制御されると共に、可変リフト機構7によって吸気弁6のリフト制御とこれに伴い、燃焼室3への供給吸気量が制御される。
【0058】
すなわち、コントローラ35からの制御信号により電動モータ34を介して制御軸32が反時計方向に回転駆動される。したがって、制御軸32が、図9A,Bに示すように、制御カム33を図8に示す位置から反時計方向の回転角度位置まで回転させ、軸心P1(肉厚部33a)を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム23は、今度は全体が駆動軸13方向(下方向)に移動して端部23bが揺動カム17のカムノーズ部21をリンクロッド25を介して下方へ押圧して該揺動カム17全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
【0059】
したがって、揺動カム17のバルブリフター16上面16aに対するカム面22の当接位置が図9A,Bに示すように右方向位置(頂面22d側)に移動する。このため、駆動カム15が回転してロッカアーム23の一端部23aをリンクアーム24を介して押し上げると、バルブリフター16に対するそのリフト量L2は図9Aに示すように大きくなる。
【0060】
よって、かかる運転領域では、カムリフト特性が低速低負荷域に比較して大きくなり、図10の実線で示すようにバルブリフト量も大きくなり、各吸気弁12の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し十分な出力が確保できる。
【0061】
さらに、前述のようにA領域からB領域に移行した場合は、バルブ本体38がほぼ全開状態に制御されることから、該バルブ本体38の絞り作用による機関のポンピングロスが大幅に低減され、燃費と出力を向上させることができる。
【0062】
また、この実施形態では、前述のようにコントローラ35は、A領域とB領域との境界ラインX付近におけるA領域側では前記吸気量制御機構8のスロットル開度をほぼ全開となるように制御すると共に、境界ラインX付近におけるB領域側での可変リフト機構7による制御リフト量を前記制御軸32の回転規制時の低リフト量よりも若干大きくなるように制御するようになっているため、機関運転状態の切り換え時におけるトルクショックを回避することができる。
【0063】
すなわち、図12に基づいて説明すると、例えば現在の運転領域がA領域のP1点だったとして、ここからアクセルペダルを踏み込んでいくと、やや機関回転が上昇しつつスロットル開度は増大していき吸気量を増加させていく。一方、リフト量は、L1の一定の状態になっている。
【0064】
そして、A領域とB領域の境界ラインX(P2点)を越えるとリフト量の制御目標はL1’に変化する。その際、L1とL1’が大きく相違すると、トルク差からトルクショックの発生するおそれがあるが、L1はL1’に対してやや大レベルであり、実際のばらつき幅も含めた制御リフト量もL1に対してやや大レベルになっていることからリフト量の急変によるトルクショックは低いレベルに抑えられる。
【0065】
一方、スロットル開度についてみると、境界ライン直前でほぼ全開になっていることから、P2点を超えてB領域に入った直後にバルブ本体38が急変しないのでトルクショックが発生しにくい。
【0066】
次にB領域について説明すると、このB領域では、スロットル開度はほぼ全開に保持されている。この状態でアクセルが踏まれて要求負荷が増大すると、スロットルがほぼ全開のままリフト量制御が行われることから前述のようにポンピングロスを大幅に低減させることができる。なぜなら、バルブ本体38の下流側にあるサージタンク4aには殆ど負圧が発生しなくなるからである。一方、低リフト時に懸念されたリフトばらつきであるが、制御目標リフト量自体が大きいことから、リフトばらつき比率は小さく、燃焼のサイクルばらつきなどが抑制され、その結果、ポンピングロスの大幅な低減に見合った大幅な燃費効果を得ることができる。
【0067】
さらに、本実施形態では、駆動カム15と揺動カム17を、ロッカアーム23を介してリンクアーム24とリンクロッド25によつて機械的に連係させたため、機関高回転時において揺動カム17の過度な揺動つまり跳ね上がりやジャンピングなどがリンクロッド25などによって規制することができる。したがって、揺動カム17と駆動カム15との連動性が常時良好となる。
【0068】
次に、車両の加速時などにおける前記コントローラ35による制御を説明する。この例は図13に示すようにA領域とB領域との間にスロットル開度とリフト量の両方を制御するC領域を設けたものである。図14はアクセルペダルを踏み込んでいってP1点からP3点に至る間のリフト量とスロットル開度の変化を示している。
【0069】
すなわち、車両の加速時などにおいて、P1点(低負荷領域)からアクセルペダルを踏み込んでいってP3点(高負荷領域)に達するまでに、P2点からP2’点までの負荷領域においてリフト量を緩慢に立ち上げる制御を行うようになっている。これによって、リフト量がL1(低リフト領域)からL2(高リフト領域)まで急激に上昇するのではなく、段階的な立ち上がり特性になることから、トルクショックをさらに防止することが可能になる。
【0070】
図14に示すスロットル開度特性をみても開度K2からK2’の開度領域において開度特性が緩慢となっており、C領域間で滑らかに変化するため、トルクショックを一層防止することが可能になる。
【0071】
一方、減速時などにおいてアクセルペダルを戻した場合などでは、図15に示すように、K2"となった後はK2までスロットル開度をアクセルペダルの開度を開いていった場合に対してやや絞り込むように制御するようになっている(図15の破線)。これによって、減速時にエンジンブレーキを効果的に作動させることが可能になる。
【0072】
また、これに同期してP2"になった後は、図15に示すようにリフト量をアクセルペダルの開度を開いていった場合に比較してやや大きくなるように制御している。これによって、機関からの吸い込み量を増加させて、エンジンブレーキ性能を高めることが可能になる。
【0073】
このように、アクセルペダルを戻す車両の減速時にC領域とB領域の境界点を加速側のP2’と異なるP2"とすることによって例えばエンジンブレーキ性能などの機関性能を高めることも可能になる。
【0074】
図16及び図17は他例を示し、可変リフト機構7の駆動軸13の先端側にリフト位相可変機構50を設けたものである。
【0075】
すなわち、リフト位相可変機構50は、駆動軸13の先端部に軸方向からボルト51によって結合されてスプラインシャフト52と、該スプラインシャフト52の基端部側外周に回転自在に設けられて、図外のチェーンによってクランク軸9によって回転駆動するチェーンスプロケット53と、前記スプラインシャフト52のほぼ中央の外周面に形成されたヘリカルギアに噛合して軸方向へ摺動可能な円筒状の中間ギア54と、前記チェーンスプロケット53にボルト60によって一体的に固定されて、内周面に形成されたヘリカルギアが前記中間ギア54の後端外周のヘリカルギアに噛合した円環状のギア部55と、中間ギア54の先端部外周に三条ねじを介して回転自在に設けられたドラム56と、前記ギア部55とドラム56との間に弾装されて、ドラム56を回転一方向へ付勢する捩りスプリング57と、チェーンカバー58の内端部に設けられて、前記ドラム56を適宜電磁吸引して回動を規制する電磁リターダー59とを備えている。
【0076】
この電磁リターダー59は、前記コントローラ35からの制御電流によって電圧が掛けられ磁力を発生させると、この磁力によりドラム56が吸引されてブレーキがかかり、ドラム56の回転をチェーンスプロケット53の回転に対して遅らせる。これによってドラム56の三条ねじによって中間ギア54が軸方向に移動する。そして、中間ギア54の内外のヘリカルギアにより駆動軸13とスプロケット53に位相差が生じ、駆動軸13が進角制御されるようになっている。
【0077】
一方、電磁リターダー59への通電が遮断されると、ドラム56の吸引が解除され、今度は捩りスプリング57のばね力によってドラム5が回転して反対方向へ戻されてスプロケット53との位相差を減少させ、駆動軸13の位相が遅角側に変換制御されるようになっている。
【0078】
したがって、この実施形態によれば、機関運転状態が前記図12に示すA領域からB領域に移行した場合には、リフト量は図17に示すように小リフトL1のリフトカーブから大リフトL1’のリフトカーブに急変するが、かかるリフト量の切り換えとほぼ同期して前記リフト位相可変機構50によって前記電磁リターダー59がコントローラ35から制御信号によってドラム56を吸引して、該ドラム56の三条ねじによって中間ギア54を軸方向へ移動させる。したがって、中間ギア54の内外のヘリカルギアにより駆動軸13とスプロケット53に位相差が生じ、駆動軸13が進角制御される。
【0079】
このため、吸気弁6のリフト位相は、図17の破線で示すように、Sの分だけ進角されて、かかる進角制御時点では吸気弁6の閉時期が小リフト量制御時の閉時期とほぼ同一となるため、吸気量が小リフト量制御時の場合とほぼ同量になる。
【0080】
この結果、大きなトルク差が回避されて、切り換え時におけるトルクショックを十分に低減できる。
【0081】
なお、前述のように高リフトに切り換えられた吸気弁6のリフト位相特性を進角側へ制御した後は、リフト位相可変機構50の前記作動制御によって図17の実線で示すように速やかに遅角側へ変換するようになっている。これによって、吸気弁6の閉時期を遅らせることから、燃焼室3への吸気充填効率が高くなって出力の向上を図ることができる。
【0082】
この実施形態では、低リフト状態から高リフトへ切り換えた場合にリフト位相可変機構50によってリフト位相を進角側に変換する制御について説明したが、逆に高リフト状態から低リフトに切り換える場合には、低リフトへの切り換えるのとほぼ同期してリフト位相可変機構50によって一旦進角側へ制御して、吸気弁6の閉時期を高リフト時の閉時期とほぼ同時期に設定する。これによって、低リフトへの切り換え時もトルクショックを防止できる。
【0083】
また、この実施形態では、リフト位相可変機構50の駆動源としてコントローラ35からの電気エネルギーを用いているため、駆動源を油圧式とした場合に比較して作動応答性などが良好になる。すなわち、油圧式とした場合は、冷機始動時などではオイルの粘性が高くなっており、したがって、リフト位相可変機構の作動応答性が低下してしまうおそれがあるが、電気エネルギーであれば、常時良好な作動応答性が得られると共に、トルクショックも抑制できる。
【0084】
図18は本実施形態の他例を示し、この例では最小リフトL1を2mm程度の比較的大きめのリフト量に設定している。
【0085】
そして、このリフト量に固定的に規制する規制手段として、機械的な規制手段に代えて、電動モータ34を制御して制御軸32の回転位置を規制している。具体的には、ポテンショメータ36の信号をコントローラ35に入力し、制御軸32の回転位置を目標リフト量L1になるようにフィードバックし、電動モータ34を制御している。目標リフト量L1を比較的大きめに設定しているため、制御リフト量のばらつき比率ΔL/LTを小さく抑えることができる。
【0086】
このようにすることによって、機械的な規制部材、すなわち、ストッパピン41及びストッパ突部42を廃止することができ、コストの低減が図れる。また、ストッパピン41とストッパ突部42の当接による打音や当接部の摩耗も防止できる。
【0087】
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば請求項2に記載の前記低リフト制御領域である低負荷領域あるいは低回転領域とは、低負荷中高回転領域を含み、低回転中高負荷領域も含んでいる。また、規制手段としては、前記ストッパピンなど機械的規制手段の他にフィードバック制御により規制するものなど、どのような構成のものであってもよい。また、可変リフト機構は油圧式のものであってもよい。
【0088】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項1及び2に記載の発明によれば、低リフト領域であるA領域以上のB領域ではスロットルバルブのスロットル開度をほぼ全開としたため、この運転状態時におけるポンピングロスの発生を防止できる。このため、この領域においても十分な燃費の向上が図れる。
しかも、A領域とB領域との間にC領域を設け、このC領域では、吸気弁のリフト量をB領域よりも緩慢に変化させると共に、スロットルバルブのスロットル開度も前記A領域よりも緩慢に変化させたことから、低リフト領域とそれ以上の領域間で大きなリフト差やスロットル開度差があった場合でも、前記C領域でトルク差を吸収できることから、トルクショックを十分に回避することが可能になる。
【0089】
また、請求項2に記載の発明によれば、低リフト制御領域以上のリフト領域では吸気量制御機構のスロットル開度をほぼ全開としたため、この運転状態時におけるポンピングロスの発生を防止できる。このため、この領域においても十分な燃費の向上が図れる。
【0090】
請求項3に記載の発明によれば、駆動カムと揺動カムを、伝達手段を介して機械的に連係させたため、機関高回転時において揺動カムの過度な揺動つまり跳ね上がりやジャンピングなどが伝達手段によって規制することができる。したがって、揺動カムと駆動カムとの連動性が常時良好となる。
【0091】
請求項4に記載の発明によれば、低リフト時には、例えば制御軸の回転変動が確実に抑制されることなどにより実制御リフトばらつきが抑制され、かつ吸気量制御機構によって供給吸気量を制御するため、供給吸気量を精度良く制御することができる。この結果、燃焼のサイクルばらつきや気筒間のばらつきの発生を抑制でき、十分な燃費効果が得られると共に、機関回転の安定化が図れる。
請求項5に記載の発明によれば、規制手段を機械的なストッパピンとストッパ突部によって構成したため、構造が簡素化されて、製造作業や組付作業が容易である。
【0092】
請求項6に記載の発明によれば、機関運転領域が低リフト領域からそれ以上の領域に変化した際、あるいはその逆の領域に変化した際に急激なリフト変化やスロットル開度変化が抑制されて、トルクショックの発生を防止できる。
【0094】
請求項7に記載の発明によれば、リフト位相可変機構を設けたことにより、異なるリフト領域間を変化する際のトルクショックをさらに低減することができる。
【0095】
請求項8に記載の発明によれば、リフト位相可変機構の駆動源を電気エネルギーとしたことにより、例えば油圧による場合に比較して機関低温始動時の粘性の影響による作動応答性の低下などがなく、常時良好な作動応答性を確保することができると共に、トルクショックの発生も抑制できる。
【0096】
請求項9に記載の発明によれば、機関減速時におけるトルクショックの発生を防止できると共に、エンジンブレーキ性能の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る可変動弁装置の一実施形態を示す全体概略図である。
【図2】本実施態様に供される可変リフト機構を示す断面図である。
【図3】本実施態様に供される規制手段を示す要部平面図である。
【図4】図3のA−A線断面図である。
【図5】本実施形態の要部斜視図である。
【図6】同実施形態に供される駆動カムを示す斜視図である。
【図7】揺動カムのカム面に対応したバルブリフト特性図である。
【図8】低速低負荷時の作用を示す説明図である。
【図9】A,Bは高速高負荷時の作用を示す説明図である。
【図10】本実施形態のバルブタイミングとバルブリフト特性図である。
【図11】本実施形態における実際の制御リフト量と理論リフト量とを示す特性図である。
【図12】本実施形態における機関負荷(アクセル開度)機関回転数との関係を示す特性図である。
【図13】本実施形態のコントローラ制御の他例における機関負荷(アクセル開度)機関回転数との関係を示す特性図である。
【図14】機関加速時におけるスロットル開度と運転領域との関係を示す特性図である。
【図15】機関減速時におけるスロットル開度と運転領域との関係を示す特性図である。
【図16】第2の実施形態に供されるリフト位相可変機構を示す断面図である。
【図17】前記リフト位相可変機構によってリフト位相を変換した状態を示すリフト位相特性図である。
【図18】第3の実施形態における実際の制御リフト量と理論リフト量とを示す特性図である。
【図19】従来の可変動弁装置における実際の制御リフト量と理論リフト量とを示す特性図である。
【符号の説明】
2…シリンダヘッド
6…吸気弁
7…可変リフト機構
8…吸気量制御機構
13…駆動軸
15…駆動カム
16…バルブリフター
17…揺動カム
18…伝達機構
19…制御機構
35…コントローラ
40…規制手段
41…ストッパピン
42…ストッパ突部
50…リフト位相可変機構
Claims (11)
- 気筒毎に設けられて、機関運転状態の変化に伴い制御軸が作動して吸気弁のバルブリフト量を連続的に可変制御する可変リフト機構と、機関への供給吸気量を連続的に制御するスロットルバルブとを備えた内燃機関の可変動弁装置において、
前記可変リフト機構によって制御される前記吸気弁のリフト量が一定の低リフト状態となるように制御されると共に、機関の負荷に応じて前記スロットルバルブのスロットル開度が連続的に制御されるA領域と、
前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開となるように制御されると共に、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が機関の負荷に応じて前記A領域のリフト量以上で連続的に制御されるB領域と、
前記可変リフト機構によって前記吸気弁のリフト量を機関の負荷に応じて前記B領域よりも緩慢に変化させると共に、前記スロットルバルブのスロットル開度も機関の負荷に応じて前記A領域よりも緩慢に変化させるC領域と、
を設け、
機関の負荷が低いときには前記A領域で制御され、機関の負荷が高いときには前記B領域で制御され、さらに、前記A領域とB領域との間に前記C領域を有することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 気筒毎に設けられて、機関運転状態の変化に伴い制御軸が作動して吸気弁のバルブリフト量を連続的に可変制御する可変リフト機構と、機関への供給吸気量を連続的に制御するスロットルバルブとを備えた内燃機関の可変動弁装置において、
前記可変リフト機構によって前記吸気弁が最小バルブリフト量に規制されると共に、機関の回転数に応じて前記スロットルバルブのスロットル開度が連続的に制御されるA領域と、
前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開となるように制御されると共に、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が機関の回転数に応じて前記A領域のリフト量以上で連続的に制御されるB領域と、
前記可変リフト機構によって前記吸気弁のリフト量を機関の回転数に応じて前記B領域よりも緩慢に変化させると共に、前記スロットルバルブのスロットル開度も機関の回転数に応じて前記A領域よりも緩慢に変化させるC領域と、
を設け、
機関の回転数が低いときには前記A領域で制御され、機関の回転数が高いときには前記B領域で制御され、さらに、前記A領域とB領域との間に前記C領域を有することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 前記可変リフト機構は、機関のクランク軸に同期して回転し、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、
支軸に揺動自在に支持されて、カム面がバルブリフター上面を摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、
前記駆動カムと揺動カムとを機械的に連係する伝達手段と、
機関運転状態に応じて前記伝達手段の揺動支点を、前記制御軸を介して変化させる制御手段と、を備え、
前記制御軸によって前記伝達手段の揺動支点を変化させることにより前記揺動カムのカム面の機関弁の上端に対する当接位置を変化させて機関弁のバルブリフトを可変制御することを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 前記A領域では、前記制御軸の作動位置を固定的に規制する規制手段を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記規制手段を、機械的な規制部材によって構成したことを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記低リフト領域とこれ以上のリフト領域との境界ライン付近における低リフト領域側での前記スロットルバルブのスロットル開度をほぼ全開となるように制御すると共に、前記境界ライン付近における低リフト領域以上のリフト領域側での可変リフト機構による制御リフト量を、前記A領域のリフト量よりも若干大きくなるように制御したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記機関弁のリフト位相を変化させるリフト位相可変機構を設け、前記可変リフト機構による機関弁のリフト量の切り換えとほぼ同期して、前記リフト位相可変機構によりリフト位相を変化させることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記リフト位相可変機構の駆動源を電気エネルギーとしたことを特徴とする請求項7に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 低リフト領域とこれ以上のリフト領域との境界ラインを機関の負荷の変化に応じて異ならせ、低負荷領域以上の領域から下降する場合には、前記スロットル開度量を低負荷領域から上昇する場合に比較して絞り制御すると共に、リフト量を低負荷領域から上昇させる場合に比較して大きく制御したことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 気筒毎に設けられて、機関運転状態の変化に伴い制御軸が作動して吸気弁のバルブリフト量を連続的に可変制御する可変リフト機構と、機関への供給吸気量を連続的に制御するスロットルバルブに制御信号を出力する内燃機関の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記可変リフト機構によって制御される前記吸気弁のリフト量が一定の低リフト状態となるように制御されると共に、機関の負荷に応じて前記スロットルバルブのスロットル開度が連続的に制御されるA領域と、
前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開となるように制御されると共に、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が前記A領域のリフト量以上に制御されるB領域と、
前記可変リフト機構によって前記吸気弁のリフト量を機関の負荷に応じて前記B領域よりも緩慢に変化させると共に、前記スロットルバルブのスロットル開度も機関の負荷に応じて前記A領域よりも緩慢に変化させるC領域と、
を設け、
機関の負荷が低いときには前記A領域で制御され、機関の負荷が高いときには前記B領域で制御され、さらに、前記A領域とB領域との間に前記C領域を有することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置のコントローラ。 - 気筒毎に設けられて、機関運転状態の変化に伴い制御軸が作動して吸気弁のバルブリフト量を連続的に可変制御する可変リフト機構と、機関への供給吸気量を連続的に制御するスロットルバルブに制御信号を出力する内燃機関の可変動弁装置のコントローラにおいて、
前記可変リフト機構によって前記吸気弁が最小バルブリフト量に規制されると共に、機関の回転数に応じて前記スロットルバルブのスロットル開度が連続的に制御されるA領域と、
前記スロットルバルブのスロットル開度がほぼ全開となるように制御されると共に、前記可変リフト機構によって前記吸気弁が機関の回転数に応じて前記A領域のリフト量以上で連続的に制御されるB領域と、
前記可変リフト機構によって前記吸気弁のリフト量を機関の回転数に応じて前記B領域よりも緩慢に変化させると共に、前記スロットルバルブのスロットル開度も機関の回転数に応じて前記A領域よりも緩慢に変化させるC領域と、
を設け、
機関の回転数が低いときには前記A領域で制御され、機関の回転数が高いときには前記B領域で制御され、さらに、前記A領域とB領域との間に前記C領域を有することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置のコントローラ。
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