JP4410462B2 - Variable valve operating device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変動弁装置に係り、詳しくは、内燃機関の運転状態に応じて吸気弁の開弁量(バルブリフト)を変更する技術に関する。
【0002】
【関連する背景技術】
内燃機関のうち例えばガソリンエンジンでは、吸気通路に設けられたスロットル弁によって吸入空気量を制御していることや吸気弁の開弁量(バルブリフト)に制限があることから、吸気弁を開弁して吸気を行う際において燃焼室内が負圧となりポンピングロスが大きく発生するという問題がある。そして、この問題は、エンジン回転速度が大きくなるほど顕著である。
【0003】
また、下記特許文献1には、低速低負荷域でバルブリフト量を小さくするとともに、高速高負荷でバルブリフト量を大きくする点が開示されている。
また、最近では、スロットル弁を廃止して吸気弁の開度変更によって吸入吸気量を調節する技術も開発されており、これにより、ポンピングロスの大幅な低減が図られている。
【0004】
【特許文献1】
特開平11−107725号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献1のように吸気弁の開弁度合いを変更する場合、エンジン低回転時には吸気弁のバルブリフトが小さく或いは開弁期間が短く設定されることになるが、この際、ポンピングロスを極力少なくするためには、吸気弁のバルブリフトをできるだけ大きく設定するのがよい。これを実現するためには、吸気弁の最大バルブリフト時におけるバルブリフトカーブが太るよう、換言すれば、バルブリフトの立ち上がりと立ち下がりとを共に急にすることによって、最大バルブリフト時のバルブリフト加速度を大きく設定するのがよい。
【0006】
しかしながら、バルブリフト加速度を大きくすると、高回転時において動弁装置の各部にかかる負荷が大きくなり、一般には出力性能を確保すべくエンジンが最高出力を発揮するエンジン回転速度のときにバルブリフトが最大、即ちバルブリフト加速度が最大に到達するように吸気弁を可変制御しているため、エンジン回転速度が当該最高出力エンジン回転速度以上になると、バルブリフト加速度が極めて大きくなり、動弁装置の各部にかかる負荷が過大となるという問題がある。
【0007】
このように動弁装置の各部にかかる負荷が過大になると、エンジンの劣化が早まり、耐久性に劣ることになり好ましいことではない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ポンピングロスの低減を図りながら出力性能を確保でき且つ十分な耐久性を確保可能な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】
上記した目的を達成するために、請求項1の内燃機関の可変動弁装置では、燃焼室に流入する空気の連通及び遮断を行う吸気弁と、前記燃焼室から排出される排気の連通及び遮断を行う排気弁とを備え、少なくとも前記吸気弁の開弁量を可変制御して吸入空気量を調節可能な内燃機関の可変動弁装置において、クランク軸の回転によって駆動され、吸気行程で前記吸気弁の開閉を行うカムと、内燃機関の運転状態に応じて前記カムによる前記吸気弁の開弁量を変更する開弁量変更手段とを備え、前記開弁量変更手段は、内燃機関の出力上昇に応じて前記吸気弁の開弁量を増大させ、機関回転速度が最高出力機関回転速度となるときに前記開弁量を最大とし、機関回転速度が該最高出力機関回転速度を越えるとバルブリフト加速度を低下させるべく前記機関回転速度の上昇に応じて前記開弁量を徐々に減少させることを特徴としている。
【0009】
即ち、開弁量変更手段により、全負荷状態においては内燃機関の回転上昇に応じて吸気弁の開弁量が増大することになるが、機関回転速度が最高出力機関回転速度となるときに開弁量が最大とされ、機関回転速度が最高出力機関回転速度を越えると開弁量は徐々に減少させられる。
従って、最高出力機関回転速度となるときに開弁量(バルブリフト)を最大として出力性能を確保できるとともに、最高出力機関回転速度以上の領域において開弁量(バルブリフト)を徐々に減少させることにより、動弁装置の各部にかかる負荷が過大となることが防止され、内燃機関の耐久性が確保される。
【0010】
また、請求項2の内燃機関の可変動弁装置では、前記カムは、クランク軸の回転によって周期的に揺動して前記吸気弁の開閉を行う揺動カムであって、前記開弁量変更手段は、内燃機関の運転状態に応じて前記揺動カムの揺動支点の位置を変更することにより前記吸気弁の開弁量を変更することを特徴としている。
従って、簡単な構成にして吸気弁の開弁量(バルブリフト)が容易にして確実に変更可能とされる。
【0011】
好ましくは、前記カムは、前記吸気弁の開弁初期から開弁量が大きくなるようカムプロフィールが設定されているのがよい。
これにより、吸気弁の開弁量(バルブリフト)が開弁初期から大きくなり、故に吸入空気量が増大することになり、ポンピングロスがさらに低減されるとともに出力性能がさらに向上する。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1を参照すると、車両に搭載された本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づいて本発明に係る可変動弁装置の構成を説明する。
【0013】
エンジン(内燃機関)としては、火花点火式ガソリンエンジンが採用され、各気筒のシリンダ10内にはピストン12が嵌装されている。
エンジンのシリンダヘッドには、燃焼室13と吸気ポート14との連通及び遮断を行う吸気バルブ15と、燃焼室13と排気ポート16との連通及び遮断を行う排気バルブ17とが各気筒毎にそれぞれ設けられており、これら吸気バルブ15と排気バルブ17とは動弁装置20によって開閉作動させられる。
【0014】
同図に示すように、動弁装置20は、エンジン回転に同期してカムシャフト22とカムシャフト26とが回転すると、カムシャフト22に形成されたカム24が吸気バルブ15の頭部を押圧して吸気バルブ15を開閉弁し、カムシャフト26に形成されたカム28が排気バルブ17の頭部を押圧して排気バルブ17を開閉弁するように構成されている。
【0015】
詳しくは、吸気バルブ15とカムシャフト22との間には、ロッカアーム30と揺動カム40とが介装されており、当該動弁装置20は、カムシャフト22が回転すると、カム24がローラ44を介して揺動カム40の揺動カム面42を揺動支点41回りに揺動させ、当該揺動カム面42がローラ32を介してロッカアーム30を支点31回りに揺動させることで、吸気バルブ15の頭部を押圧し吸気バルブ15の開閉を行うよう構成されている。
【0016】
また、揺動カム40の揺動支点41周りにはローラ45が外嵌されており、当該ローラ45と偏心ローラ52とが当接するようにして偏心ローラユニット(開弁量変更手段)50が設けられている。偏心ローラユニット50は、シャフト54周りに偏心して偏心ローラ52が設けられ、さらに、シャフト54をウォームギヤ62を介してステップモータ60により回転可能に構成されている。つまり、偏心ローラユニット50は、ステップモータ60によってウォームギヤ62が回転すると、シャフト54とともに偏心ローラ52が回転し、当該偏心ローラ52が揺動カム40のローラ45を押圧して揺動支点41を偏倚させるように構成されている。
【0017】
揺動支点41が偏倚すると、揺動カム40の揺動カム面42とロッカアーム30のローラ32との当接状態が変化して吸気バルブ15の頭部の押圧の度合いが変化することになり、これにより吸気バルブ15のバルブリフト(開弁量)が変化する。
また、シリンダヘッドには燃焼室13に臨んで点火プラグ70が設けられており、点火プラグ70は点火コイル72に接続されている。
【0018】
また、入出力装置、記憶装置(ROM、RAM等)、CPU等を備えたECU(電子コントロールユニット)80が設けられており、このECU80により、エンジンを含めた可変動弁装置の総合的な制御が行われる。
ECU80の入力側には、クランク角センサ82等の各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力する。なお、クランク角センサ82からのクランク角情報に基づいてエンジン回転速度Neが算出される。
【0019】
一方、ECU80の出力側には、上述のステップモータ60、点火コイル72等の各種出力デバイスが接続されている。
以下、このように構成された可変動弁装置の作用について説明する。
本発明に係る可変動弁装置では、スロットルバルブの代わりに吸気バルブ15によって吸入空気量を調節するようにしており、これにより特に低負荷時におけるポンピングロスの低減が図られている。即ち、可変動弁装置では、低負荷でエンジン出力が小さく、エンジン回転速度Neが低いときにはバルブリフトを小さく設定し、エンジン出力、即ちエンジン回転速度Neの上昇に伴い、ステップモータ60を作動させ偏心ローラユニット50をさせてバルブリフトを大きくするようにしている。つまり、図2を参照すると、高出力時のバルブリフト(a)と低出力時のバルブリフト(b)とが示されているが、このように低出力時にはバルブリフトを小さくして吸入空気量を少なくし、高出力時にはバルブリフトを大きくして吸入空気量を増大させるようにし、エンジンの最高出力時においてバルブリフトが最大となるようにしている。
【0020】
また、当該可変動弁装置では、吸気バルブ15の開弁初期から吸入空気量が極力多くなるように揺動カム40の揺動カム面42のカムプロフィールが設定されている。つまり、図2中には一般的なカムプロフィールの場合のバルブリフトが併せて破線で示されているが、当該可変動弁装置では、吸気バルブ15のバルブリフトカーブが太るように揺動カム面42のカムプロフィールが設定されている。即ち、図2(a)を参照すると、バルブリフト加速度が一点鎖線で併せて示されているが、このように、吸気バルブ15は開弁初期からバルブリフト加速度が比較的大きくなるように設定されている。
【0021】
これにより、図2(a)に示すように、高出力時のバルブリフトが全体として大きくなり吸入空気量が増加し、エンジンの出力性能が向上する。また、図2(b)に示すように、低リフト制御時においても、バルブリフト量が大きくなり、ポンピングロスがさらに低減される。
ところで、このように吸気バルブ15のバルブリフトカーブが太るように揺動カム面42のカムプロフィールを設定し、吸入空気量が極力多くなるようにバルブリフト加速度を大きくすると、動弁装置の各部にかかる負荷はエンジン回転速度Neの上昇に応じて増加するため、エンジン出力が最高出力に達した後、即ちエンジン回転速度Neが最高出力エンジン回転速度Ne1を越えた後においても引き続き増加し続けることになり、当該動弁装置の各部にかかる負荷が極めて大きくなる可能性がある。
【0022】
そこで、本発明に係る動弁装置では、エンジン出力が最高出力に達した後、即ちエンジン回転速度Neが最高出力エンジン回転速度Ne1を越えた後には、偏心ローラユニット50を逆転させてバルブリフトを徐々に低下させるようにし、バルブリフト加速度が低下するようにしている。つまり、図3を参照すると、エンジン回転速度Neとエンジン出力との関係が示されているが、同図に示すように、エンジン回転速度Neが最高出力エンジン回転速度Ne1を越えた後には、バルブリフトを徐々に低下させて吸入吸気量を低減させ、点線で示すようにエンジン出力を低下させるようにしている。なお、エンジン回転速度Neが最高出力エンジン回転速度Ne1に達した後は通常使用する回転領域ではないため(所謂レッドゾーン)、エンジン出力が低下しても何ら問題はない。
【0023】
これにより、動弁装置の各部にかかる負荷が極めて大きくなることが防止され、エンジンの耐久性が確保される。
このように、本発明の動弁装置では、吸気バルブ15によって吸入空気量を調節するようにし、吸気バルブ15のバルブリフトカーブを太らせて全体として吸入空気量を増大させるようにするとともに最高出力時においてバルブリフトが最大となるようにし、さらに、エンジン回転速度Neが最高出力エンジン回転速度Ne1を越えた後にはバルブリフトを徐々に低下させるようにしている。
【0024】
従って、ポンピングロスの低減を図り且つエンジンの出力性能を確保しながら、エンジン回転速度Neが最高出力エンジン回転速度Ne1を越えた後のバルブリフト加速度のさらなる増大を防止して動弁装置の各部にかかる負荷の過大を防止でき、エンジンの耐久性を確保することが可能である。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【0025】
例えば、上記実施形態では、開弁量変更手段の一例として揺動カム40の揺動支点41を偏倚させる場合を示したが、開弁量変更手段はこれに限られるものではなく、揺動カムの揺動量或いは揺動範囲を変更するようなものであってもよいし、回転式のカムを切換える一般的な方式のものであっても本発明を十分適用可能である。
【0026】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項1の内燃機関の可変動弁装置によれば、内燃機関の出力上昇に応じて吸気弁の開弁量を増大させ、最高出力機関回転速度以上の領域ではバルブリフト加速度を低下させるべく機関回転速度の上昇に応じて開弁量(バルブリフト)を徐々に減少させるようにしたので、ポンピングロスの低減を図り且つ出力性能を確保しながら、動弁装置の各部にかかる負荷のさらなる増大を防止でき、内燃機関の耐久性を確保することができる。
【0027】
また、請求項2の内燃機関の可変動弁装置によれば、揺動カムの揺動支点の位置を変更して吸気弁の開弁量を変更するようにしたので、簡単な構成にして吸気弁の開弁量(バルブリフト)を容易にして確実に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】車両に搭載された本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の概略構成図である。
【図2】高出力時のバルブリフト(a)と低出力時のバルブリフト(b)とを示す図である。
【図3】エンジン回転速度Neとエンジン出力との関係を示す図であって、本発明の作用効果を説明する図である。
【符号の説明】
15 吸気バルブ
20 動弁装置
30 ロッカアーム
40 揺動カム
41 揺動支点
42 揺動カム面
50 偏心ローラユニット(開弁量変更手段)
80 ECU(電子コントロールユニット)
82 クランク角センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to a technique for changing the valve opening (valve lift) of an intake valve in accordance with the operating state of the internal combustion engine.
[0002]
[Related background]
In an internal combustion engine, for example, a gasoline engine, the intake valve is opened because the intake air amount is controlled by a throttle valve provided in the intake passage and the opening amount (valve lift) of the intake valve is limited. When intake is performed, the combustion chamber has a negative pressure and a large pumping loss occurs. This problem becomes more prominent as the engine speed increases.
[0003]
Patent Document 1 below discloses that the valve lift amount is reduced at a low speed and a low load range, and the valve lift amount is increased at a high speed and a high load.
Recently, a technology for adjusting the intake air intake amount by changing the opening of the intake valve by eliminating the throttle valve has been developed, and this has significantly reduced the pumping loss.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-107725
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the degree of opening of the intake valve is changed as in Patent Document 1, the valve lift of the intake valve is set to be small or the valve opening period is set to be short at the time of low engine speed. In order to reduce the pressure as much as possible, the valve lift of the intake valve should be set as large as possible. To achieve this, the valve lift curve at the time of maximum valve lift of the intake valve is increased so that the valve lift curve at the time of maximum valve lift is steep. It is better to set the acceleration higher.
[0006]
However, increasing the valve lift acceleration increases the load on each part of the valve operating system at high speeds. Generally, the valve lift is maximized at the engine rotation speed at which the engine exhibits the maximum output in order to ensure the output performance. In other words, since the intake valve is variably controlled so that the valve lift acceleration reaches the maximum, if the engine rotation speed exceeds the maximum output engine rotation speed, the valve lift acceleration becomes extremely large. There is a problem that such a load becomes excessive.
[0007]
If the load applied to each part of the valve operating apparatus becomes excessive in this way, the engine is deteriorated earlier and the durability is deteriorated, which is not preferable.
The present invention has been made to solve these problems, and the object of the present invention is to enable an internal combustion engine that can secure output performance while ensuring sufficient durability while reducing pumping loss. The object is to provide a variable valve device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, an intake valve for communicating and blocking air flowing into the combustion chamber, and a communication and blocking for exhaust discharged from the combustion chamber. In a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine capable of adjusting the intake air amount by variably controlling at least the valve opening amount of the intake valve, the intake valve is driven by rotation of a crankshaft, and the intake valve is operated during an intake stroke. A cam for opening and closing the valve; and a valve opening amount changing means for changing a valve opening amount of the intake valve by the cam according to an operating state of the internal combustion engine, wherein the valve opening amount changing means is an output of the internal combustion engine. The valve opening amount of the intake valve is increased in response to the increase, and the valve opening amount is maximized when the engine rotational speed reaches the maximum output engine rotational speed. When the engine rotational speed exceeds the maximum output engine rotational speed, the valve Reduce lift acceleration It is characterized in that to gradually reduce the valve opening amount according to Ku rise of the engine speed.
[0009]
That is, the valve opening amount changing means increases the opening amount of the intake valve in response to the increase in the rotation of the internal combustion engine in the full load state, but opens when the engine speed reaches the maximum output engine speed. When the valve amount is maximized and the engine rotational speed exceeds the maximum output engine rotational speed, the valve opening amount is gradually decreased.
Therefore, the valve opening amount (valve lift) can be maximized at the maximum output engine speed to ensure the output performance, and the valve opening amount (valve lift) can be gradually decreased in the region above the maximum output engine speed. Thus, an excessive load applied to each part of the valve gear is prevented, and the durability of the internal combustion engine is ensured.
[0010]
Further, in the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, the cam is a swing cam that periodically swings by rotation of a crankshaft to open and close the intake valve, and the valve opening amount change The means is characterized in that the valve opening amount of the intake valve is changed by changing the position of the swing fulcrum of the swing cam according to the operating state of the internal combustion engine.
Therefore, the valve opening amount (valve lift) of the intake valve can be easily and reliably changed with a simple configuration.
[0011]
Preferably , the cam profile is set so that the valve opening amount becomes large from the initial valve opening stage of the intake valve.
As a result , the valve opening amount (valve lift) of the intake valve is increased from the beginning of valve opening, and therefore the intake air amount is increased, and the pumping loss is further reduced and the output performance is further improved.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Referring to FIG. 1, there is shown a schematic configuration diagram of a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to the present invention mounted on a vehicle. Hereinafter, the configuration of the variable valve operating apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. To do.
[0013]
As the engine (internal combustion engine), a spark ignition gasoline engine is adopted, and a
In the cylinder head of the engine, an
[0014]
As shown in the figure, when the
[0015]
Specifically, a
[0016]
Further, a
[0017]
When the
The cylinder head is provided with a
[0018]
In addition, an ECU (electronic control unit) 80 including an input / output device, a storage device (ROM, RAM, etc.), a CPU, and the like is provided, and the
Various sensors such as a
[0019]
On the other hand, various output devices such as the above-described
Hereinafter, an operation of the variable valve operating apparatus configured as described above will be described.
In the variable valve operating apparatus according to the present invention, the intake air amount is adjusted by the
[0020]
Further, in the variable valve operating apparatus, the cam profile of the
[0021]
As a result, as shown in FIG. 2A, the valve lift at the time of high output is increased as a whole, the intake air amount is increased, and the output performance of the engine is improved. Further, as shown in FIG. 2B, the valve lift amount is increased even during the low lift control, and the pumping loss is further reduced.
By the way, when the cam profile of the
[0022]
Therefore, in the valve gear according to the present invention, after the engine output reaches the maximum output, that is, after the engine rotational speed Ne exceeds the maximum output engine rotational speed Ne1, the
[0023]
Thereby, it is prevented that the load concerning each part of a valve operating apparatus becomes very large, and durability of an engine is ensured.
Thus, in the valve gear of the present invention, the intake air amount is adjusted by the
[0024]
Accordingly, the pumping loss is reduced and the engine output performance is secured, and further increase of the valve lift acceleration after the engine rotational speed Ne exceeds the maximum output engine rotational speed Ne1 is prevented. This excessive load can be prevented, and the durability of the engine can be ensured.
The description of the embodiment is finished as above, but the present invention is not limited to the above embodiment.
[0025]
For example, in the above-described embodiment, the case where the
[0026]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 of the present invention, the valve opening amount of the intake valve is increased in accordance with an increase in the output of the internal combustion engine, so that it exceeds the maximum output engine speed. In this area, the valve opening amount (valve lift) is gradually decreased as the engine speed increases to reduce the valve lift acceleration, so that the pumping loss is reduced and the output performance is secured while ensuring the output performance. Further increase in the load applied to each part of the valve device can be prevented, and the durability of the internal combustion engine can be ensured.
[0027]
Further, according to the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine of claim 2, since the opening amount of the intake valve is changed by changing the position of the swing fulcrum of the swing cam, The valve opening amount (valve lift) of the valve can be easily changed with certainty .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to the present invention mounted on a vehicle.
FIG. 2 is a diagram showing a valve lift (a) at high output and a valve lift (b) at low output.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between an engine rotation speed Ne and an engine output, and is a diagram for explaining the operational effects of the present invention.
[Explanation of symbols]
15
80 ECU (Electronic Control Unit)
82 Crank angle sensor
Claims (2)
クランク軸の回転によって駆動され、吸気行程で前記吸気弁の開閉を行うカムと、
内燃機関の運転状態に応じて前記カムによる前記吸気弁の開弁量を変更する開弁量変更手段とを備え、
前記開弁量変更手段は、内燃機関の出力上昇に応じて前記吸気弁の開弁量を増大させ、機関回転速度が最高出力機関回転速度となるときに前記開弁量を最大とし、機関回転速度が該最高出力機関回転速度を越えると、バルブリフト加速度を低下させるべく前記機関回転速度の上昇に応じて前記開弁量を徐々に減少させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。An intake valve for communicating and blocking air flowing into the combustion chamber; and an exhaust valve for communicating and blocking exhaust discharged from the combustion chamber, and at least the intake valve opening amount is variably controlled. In a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine capable of adjusting the amount of air,
A cam that is driven by rotation of the crankshaft to open and close the intake valve in the intake stroke;
Opening amount changing means for changing the opening amount of the intake valve by the cam according to the operating state of the internal combustion engine,
The valve opening amount changing means increases the valve opening amount of the intake valve in response to an increase in the output of the internal combustion engine, and maximizes the valve opening amount when the engine rotational speed reaches the maximum output engine rotational speed. A variable valve operating system for an internal combustion engine, wherein when the speed exceeds the maximum output engine speed , the valve opening amount is gradually decreased in accordance with an increase in the engine speed so as to reduce valve lift acceleration .
前記開弁量変更手段は、内燃機関の運転状態に応じて前記揺動カムの揺動支点の位置を変更することにより前記吸気弁の開弁量を変更することを特徴とする、請求項1記載の内燃機関の可変動弁装置。The cam is a swing cam that swings periodically by rotation of a crankshaft to open and close the intake valve,
The valve opening amount changing means changes the valve opening amount of the intake valve by changing a position of a swing fulcrum of the swing cam according to an operating state of the internal combustion engine. A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine as described.
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