JP5020909B2

JP5020909B2 - 内燃機関の可変動弁装置

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Publication number: JP5020909B2
Application number: JP2008225194A
Authority: JP
Inventors: 義和山田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-09-02
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-09-02
Also published as: JP2010059830A

Description

本発明は、動弁カム軸に、第１カムと、この第１カムよりノーズ高さが低い第２カムとを併設し、これら第１カム及び第２カムの一方を交互に選択し、その選択したカムにより機関弁を開閉作動するようにした、内燃機関の可変動弁装置の改良の改良に関する。

かゝる内燃機関の可変動弁装置は、下記特許文献１に開示されるように、既に知られている。
特公平５−８１７２５号公報

本発明は、かゝる内燃機関の可変動弁装置において、その構造の簡素化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、動弁カム軸に、第１カムと、この第１カムよりノーズ高さが低い第２カムとを併設し、これら第１カム及び第２カムの一方を交互に選択し、その選択したカムにより機関弁を開閉作動するようにした、内燃機関の可変動弁装置であって、第１カムの外周面に先端部前面を摺接させて、その外周面に追従揺動するように配置される第１カムフォロワと、第２カムの外周面に先端部前面を摺接させて、その外周面に追従揺動するように配置される第２カムフォロワと、先端部を第１及び第２カムフォロワの両先端部背面に当接可能に対向させ、第１及び第２カムフォロワの一方の揺動を受けて機関弁を開閉するリフタと、第１カムフォロワを、これが第１カム及びリフタ間に介入する作動位置及び、これが第１カム及びリフタ間から退去する不作動位置間で移動させるアクチュエータとを備えてなり、前記作動位置では、第１カムによる第１カムフォロワの揺動をリフタに伝達し、また前記不作動位置では、第２カムによる第２カムフォロワの揺動をリフタに伝達するようにしたものにおいて、前記第２カムフォロワ及び前記リフタを、機関本体に支持される共通の第１支持軸により揺動自在に支持し、この第１支持軸に回転可能に支持されるレバー部材に、前記第１支持軸と平行な第２支持軸を介して第１カムフォロワを揺動自在に支持すると共に、このレバー部材と前記アクチュエータとを、該アクチュエータにより該レバー部材を往復回動させて第１カムフォロワを前記作動位置と前記不作動位置とに切り換え作動させ得るように、相互に連結したことを第１の特徴とする。尚、前記機関弁は、後述する本発明の実施例中の吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅに対応し、また前記第１カムは第１吸気及び排気カム２３ｉ，２３ｅに、第２カムは、第２吸気及び排気カム２４ｉ，２４ｅにそれぞれ対応し、また前記アクチュエータは電動モータ３６に対応する。

さらに本発明は、第１の特徴に加えて、前記機関弁を予混合圧縮自着火式内燃機関の吸気弁及び排気弁とし、前記第１カムを、これにより吸気弁及び排気弁を開閉するとき、それらの開弁時期が一定期間重なるオーバーラップが発生するように形成し、また前記第２カムを、これにより吸気弁及び排気弁を開閉するとき、吸気弁の開き時期と排気弁の閉じ時期とが一定期間離れるネガティブオーバーラップが発生するように形成したことを第２の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、第１カムフォロワを、これが第１カム及びリフタ間に介入する作動位置及び、これが第１カム及びリフタ間から退去する不作動位置間で移動させるという、簡単な構成により、機関弁に対する第１カム及び第２カムの一方の作動を交互に選択して、機関弁に所望の開弁リフトや開閉タイミングを付与することができる。

その上、レバー部材の往復回動により、第１カムフォロワの位置切り換えをスムーズに行うことができ、しかも、第２カムフォロワ及びリフタを共通の第１支持軸により支持するようにしたので、部品点数が削減され、更なる構造の簡素化を図ることができる。

本発明の第２の特徴によれば、第１カムフォロワを作動位置に保持することにより、吸気弁及び排気弁に、内燃機関の火花点火運転に適したオーバーラップ特性を付与することができ、また第１カムフォロワを不作動位置に移動することにより、吸気弁及び排気弁に、内燃機関の予混合圧縮自着火運転に適したネガティブオーバーラップ特性を付与することができる。

本発明の実施の形態を、添付図面に示す本発明の好適な実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例に係る可変動弁装置を備える予混合圧縮自着火式内燃機関の縦断側面図、図２は図１中の可変動弁装置の要部拡大図、図３は上記可変動弁装置の斜視図、図４は図３の要部拡大図、図５は図２に対応する作用説明図、図６は上記可変動弁装置における各種カムのリフト特性線図である。

以下、本発明を予混合圧縮自着火式内燃機関に適用した実施例について説明する。

図１及び図３において、予混合圧縮自着火式内燃機関（以下、単に内燃機関という。）Ｅの機関本体１は、クランクケース２、このクランクケース２の上部に連設され、シリンダボア３ａを有するシリンダブロック３と、このシリンダブロック３の上端に接合され、シリンダボア３ａに連なる燃焼室４ａを有するシリンダヘッド４とを備えており、クランクケース２に支持されるクランク軸５にコンロッド６を介して連接されるピストン７がシリンダボア３ａに嵌装される。

シリンダヘッド４には、それぞれ燃焼室４ａに開口する吸気ポート１０ｉ及び排気ポート１０ｅが形成されると共に、これらを開閉する吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅが設けられる。またシリンダヘッド４には、電極を燃焼室４ａに臨ませる点火プラグ１４が螺着される。この内燃機関Ｅの圧縮比は、通常の電気点火式内燃機関より大きく設定される。

さらに、シリンダヘッド４には、吸気ポート１０ｉに吸気道を連ねると共に燃料噴射弁を備えるスロットルボディ（図示せず）が連結され、空気及び燃料の混合気を内燃機関Ｅに供給するようになっている。

前記吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅには、これらを開閉駆動すると共に、これら弁の開弁リフト及び開弁タイミングを制御する可変動弁装置１５が連結される。この可変動弁装置１５について、図１〜図６により説明する。

図１に示すように、クランク軸５から調時伝動装置８を介して１／２の減速比で駆動される動弁カム軸１６がクランクケース２又はシリンダブロック３に回転自在に支持される。図２〜４に示すように、この動弁カム軸１６には、吸気弁１２ｉの開閉を制御する第１吸気カム１７ｉ及び第２吸気カム１８ｉが互いに隣接して、また排気弁１２ｅの開閉を制御する第１排気カム１７ｅ及び第２排気カム１８ｅが互いに隣接してそれぞれ一体的に形成される。その際、第１吸気カム１７ｉ及び第１排気カム１７ｅは互いに隣接し、それらの外側に第２吸気カム１８ｉ及び第２排気カム１８ｅが隣接する。

図６に、上記第１、第２吸気カム１７ｉ，１８ｉ、並びに第１、第２排気カム１７ｅ，１８ｅのリフト特性線図、換言すれば吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの開弁リフト特性が示される。それから明らかなように、第２吸気カム１８ｉのプロファイルは、第１吸気カム１７ｉのプロファイルの範囲に収まっており、また第１吸気カム１７ｉは、第２吸気カム１８ｉよりノーズ部の高さが大きく、さらに第２吸気カム１８ｉのノーズ部の頂点は、第１吸気カム１７ｉのノーズ部の頂点よりクランク角上、一定角度θｉ進角している。

また、第２排気カム１８ｅのプロファイルは、第１排気カム１７ｅのプロファイルの範囲に収まっており、また第１排気カム１７ｅは、第２排気カム１８ｅよりノーズ部の高さが大きく、さらに第２排気カム１８ｅのノーズ部の頂点は、第１排気カム１７ｅのノーズ部の頂点よりクランク角上、一定角度θｅ遅角している。

さらに、第１吸気カム１７ｉ及び第１排気カム１７ｅが吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの開閉を支配するときは、吸気弁１２ｉの開き時期と排気弁１２ｅの閉じ時期とが前後して、両弁１２ｉ，１２ｅ開弁状態が一定期間α重なるオーバーラップが生じるようになっている。即ち、吸気弁１２ｉは上死点前に開き始め、排気弁１２ｅは上死点後に閉じ終わる。

また第２吸気カム１８ｉ及び第２排気カム１８ｅが吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの開閉を支配するときは、吸気弁１２ｉの開き時期と排気弁１２ｅの閉じ時期とが一定期間β離れるネガティブオーバーラップが生じるようになっている。即ち、吸気弁１２ｉは上死点後に開き始め、排気弁１２ｅは上死点前に閉じ終わる。

ところで、可変動弁装置１５は、その構造が吸気弁１２ｉの駆動系と排気弁１２ｅの駆動系とで対称的であるので、吸気弁１２ｉの駆動系の構造についてのみ詳細に説明し、排気弁１２ｅの駆動系の構造については、図中、吸気弁１２ｉの駆動系と対応する部分に、末尾の添え字「ｉ」を「ｅ」に変えた同様の符号を付しておき、詳細な説明を省略する。

図２〜図５において、動弁カム軸１６に平行して第１支持軸２０がシリンダヘッド４に回転自在に支持され、この第１支持軸２０に、その回転により揺動するレバー部材２２が固着される。このレバー部材２２は、第１支持軸２０の下方に延びており、その下端部に、第１支持軸２０と平行な第２支持軸２１が支持される。この第２支持軸２１は、第１吸気カム１７ｉの外周面に先端のスリッパ部２３ａを摺接させる第１カムフォロワ２３ｉを揺動自在に支持し、また第１支持軸２０は、第２吸気カム１８ｉの外周面に先端のスリッパ部２４ａを摺接させる第２カムフォロワ２４ｉを揺動自在に支持する。而して、第１カムフォロワ２３ｉは、第１吸気カム１７ｉの外周面に追従して第２支持軸２１周りに揺動し、第２カムフォロワ２４ｉは、第２吸気カム１８ｉの外周面に追従して第１支持軸２０周りに揺動するようになっている。

さらに、第１支持軸２０は、先端部を第１及び第２カムフォロワ２３ｉ，２４ｉのスリッパ部２３ａ，２４ａの背面に当接可能に対向させるリフタ２５ｉを揺動自在に支持する。而して、リフタ２５ｉは、第１及び第２カムフォロワ２３ｉ，２４ｉの何れか一方から揺動を受けるようになっている。

一方、シリンダヘッド４には、吸気弁１２ｉの上端に一端部を当接させるロッカアーム２７ｉが揺動自在に軸支され、このロッカアーム２７ｉの他端部に、プッシュロッド２８ｉを介して上記リフタ２５ｉが連動連結され、リフタ２５ｉの揺動と、吸気弁１２ｉに装着された弁ばね２９ｉとの協働により吸気弁１２ｉを開閉するようになっている。プッシュロッド２８ｉの両端部は球状端部２８ａ，２８ａに形成され、これら球状端部２８ａ，２８ａが首振り自在に係合する半球状凹部２７ａ，２８ａがロッカアーム２７ｉの他端部とリフタ２５ｉの先端部とにそれぞれ形成され、プッシュロッド２８ｉがリフタ２５ｉの揺動をロッカアーム２７ｉに的確に伝達するようになっている。

前記第１カムフォロワ２３ｉは、前記レバー部材２２の揺動により、そのスリッパ部２３ａが第１吸気カム１７ｉ及びリフタ２５ｉ間に介入する作動位置Ａ（図２及び図４参照）と、そのスリッパ部２３ａが第１吸気カム１７ｉ及びリフタ２５ｉ間から退去する不作動位置Ｂ（図５参照）との間を移動するようになっている。第１カムフォロワ２３ｉのスリッパ部２３ａは、第１吸気カム１７ｉに摺接する前面が円弧面に形成されていて、その肉厚が前後に向かって薄くなっており、図２及び図４に示すように、第１カムフォロワ２３ｉの作動位置Ａでは、そのスリッパ部２３ａの厚肉部が第１吸気カム１７ｉの外周面に接するようになっている。そして、第１及び第２カムフォロワ２３ｉ，２４ｉのスリッパ部２３ａ，２４ａが第１及び第２吸気カム１７ｉ，１８ｉのベース円部にそれぞれ接するときは、両スリッパ部２３ａ，２４ａの背面にリフタ２５ｉの先端部が当接するようになっている。

しかしながら、図５に示すように、第１カムフォロワ２３ｉの不作動位置Ｂでは、第１カムフォロワ２３ｉのスリッパ部２３ａはリフタ２５ｉから後方へ逃げて薄肉の先端部を第１吸気カム１７ｉの外周面に摺接させるだけとなり、第１カムフォロワ２３ｉの揺動をリフタ２５ｉには伝達し得なくしてある。このとき、第１カムフォロワ２３ｉのスリッパ部２３ａを第１吸気カム１７ｉとの摺接位置を保持するための、捩じりコイルばねよりなるロストモーションばね３２が第２支持軸２１に装着され、これにより第１カムフォロワ２３ｉの妄動が抑えられる。

図２において、レバー部材２２は、第１支持軸２０を中心とするセクタギヤ２２で構成され、このセクタギヤ２２に、シリンダヘッド４に回転自在に支持される駆動軸３４の一端部のウォームギヤ３５が噛合する。駆動軸３４の他端部には、減速機３７を介して電動モータ３６（アクチュエータ）が連結され、電動モータ３６の作動により、駆動軸３４を所定角度正転又は逆転させて、セクタギヤ２２を往復揺動させ、第１カムフォロワ２３ｉを作動位置Ａへ又は不作動位置Ｂへと移動させ得るようになっている。前記点火プラグ１４、燃料噴射弁及び電動モータ３６には、それらの作動を制御する電子制御ユニット（図示せず）が接続される。

尚、可変動弁装置１５において、第１支持軸２０、第２支持軸２１、セクタギヤ２２及び電動モータ３６等は、吸気弁１２ｉの駆動系及び排気弁１２ｅの駆動系に共通に使用される。

次に、この実施例の作用について説明する。

内燃機関Ｅの始動及び暖機運転時には、電子制御ユニットがその状態を判定して、火花点火運転とすべく、第１カムフォロワ２３ｉを図２及び図４の作動位置Ａに保持するように電動モータ３６を作動する。第１カムフォロワ２３ｉは、その作動位置Ａに保持されると、そのスリッパ部２３ａを、第２カムフォロワ２４ｉのスリッパ部２４ａと並んで動弁カム軸１６及びリフタ２５ｉ間に介入させる。したがって、第１カムフォロワ２３ｉは第１吸気カム１７ｉによる揺動を、また第２カムフォロワ２４ｉは第２吸気カム１８ｉにより揺動をそれぞれリフタ２５ｉに伝達することになるが、第１及び第２吸気カム１７ｉ，１８ｉは、ベース円部では互いに面一になっているが、ノーズ部では、第１吸気カム１７ｉの方が第２吸気カム１８ｉより高くなっているため、第１カムフォロワ２３ｉの方が第２カムフォロワ２４ｉより大きく揺動し、その揺動に従ってリフタ２５ｉも揺動して、プッシュロッド２８ｉを上下動させ、ロッカアーム２７ｉを介して吸気弁１２ｉを開閉する。上記と同様の作用により排気弁１２ｅも、第１排気カム１７ｅにより開閉される。

このように、内燃機関Ｅの始動及び暖機運転時には、第１吸気カム１７ｉ及び第１排気カム１７ｅが吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの開閉を支配するので、前述のように、吸気弁１２ｉの開き時期と排気弁１２ｅの閉じ時期とが前後して、両弁１２ｉ，１２ｅ開弁時期が一定期間α重なるオーバーラップが生じるようになり、吸気行程での掃気を確実に行わせ、点火プラグ１４による火花点火によって、スムーズな始動及び暖機運転を可能にする。

内燃機関Ｅの暖機運転が終了すると、電子制御ユニットがその状態を判定して、予混合圧縮自着火運転に切り換えるべく、第１カムフォロワ２３ｉを図５の不作動位置Ｂへ移動させるように電動モータ３６を作動する。第１カムフォロワ２３ｉは、その不作動位置Ｂにくると、そのスリッパ部２３ａを、第１吸気カム１７ｉ及びリフタ２５ｉ間から退去させるので、第１カムフォロワ２３ｉの第１吸気カム１７ｉによる揺動は、最早、リフタ２５ｉに伝達されなくなる。その結果、リフタ２５ｉは、第２吸気カム１８ｉによる第２カムフォロワ２４ｉの揺動を受けるようになり、その揺動によりプッシュロッド２８ｉを上下動させ、ロッカアーム２７ｉを介して吸気弁１２ｉを開閉する。上記と同様の作用により排気弁１２ｅも、第２排気カム１８ｅにより開閉される。

このように、内燃機関Ｅの暖機運転終了後の予混合圧縮自着火運転状態では、第２吸気カム１８ｉ及び第２排気カム１８ｅが吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの開閉をそれぞれ支配するので、前述のように、吸気弁１２ｉの開き時期と排気弁１２ｅの閉じ時期とが一定期間β離れるネガティブオーバーラップが生じるようになり、内燃機関Ｅのポンピングロスを減少させると共に、排気行程で燃焼室４ａ内に既燃ガスを残留させることができる。この残留既燃ガスは、次の吸気行程で新規の混合気に混合して、その混合気温度を効果的に高め、予混合圧縮自着火を確実にすると共に、その混合気の燃焼時にはＮＯｘの発生を抑えることに寄与する。

ところで、可変動弁装置１５では、第１カムフォロワ２３ｉを、これが第１吸気カム１７ｉ（第１排気カム１７ｅ）及びリフタ２５ｉ間に介入する作動位置Ａ及び、これが第１吸気カム１７ｉ（第１排気カム１７ｅ）及びリフタ２５ｉ間から退去する不作動位置Ｂ間で移動させるという、簡単な構成により、吸気弁１２ｉ（排気弁１２ｅ）に対する第１吸気カム（第１排気カム）及び第２吸気カム（第２排気カム）の一方の作動を交互に選択して、吸気弁１２ｉ（排気弁１２ｅ）に所望の開弁リフトや開閉タイミングを付与することができる。

また第２カムフォロワ２４ｉ及びリフタ２５ｉは、シリンダヘッド４に支持される共通の第１支持軸２０により揺動自在に支持され、この第１支持軸２０に回転可能に支持されるレバー部材２２（セクタギヤ２２）に、第１支持軸２０と平行な第２支持軸２１を介して第１カムフォロワ２３ｉを揺動自在に支持され、このレバー部材２２に、これを往復回動して第１カムフォロワ２３ｉを作動位置Ａと不作動位置Ｂとに切り換える電動モータ３６が連結されるので、レバー部材２２の往復回動により、第１カムフォロワ２３ｉの位置切り換えをスムーズに行うことができ、しかも、第２カムフォロワ２４ｉ及びリフタ２５ｉを共通の第１支持軸２０により支持するようにしたので、部品点数が削減され、更なる構造の簡素化を図ることができる。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、可変動弁装置は、吸気弁１２ｉ及び排気弁１２ｅの何れか一方のみへの適用も可能である。また電動モータ３６に代えて、電磁式や油圧式のアクチュエータを使用することもできる。また請求項１及び２記載の可変動弁装置は、上記実施例とは異なる形式の内燃機関にも適用可能である。

本発明の実施例に係る可変動弁装置を備える予混合圧縮自着火式内燃機関の縦断側面図。図１中の可変動弁装置の要部拡大図。上記可変動弁装置の斜視図。図３の要部拡大図。図２に対応する作用説明図。上記可変動弁装置における各種カムのリフト特性線図。

Ｅ・・・・・内燃機関
１・・・・・機関本体
１２ｉ，１２ｅ・・・機関弁（吸気弁、排気弁）
１５・・・・可変動弁装置
１６・・・・動弁カム軸
１７ｉ，１７ｅ・・・第１カム（第１吸気カム、第１排気カム）
１８ｉ，１８ｅ・・・第２カム（第２吸気カム、第２排気カム）
２０・・・・第１支持軸
２１・・・・第２支持軸
２２・・・・レバー部材（セクタギヤ）
２３ｉ，２３ｅ・・・第１カムフォロワ
２４ｉ，２４ｅ・・・第２カムフォロワ
２５ｉ，２５ｅ・・・リフタ
３６・・・・アクチュエータ（電動モータ）

Claims

動弁カム軸（１６）に、第１カム（１７ｉ，１７ｅ）と、この第１カム（１７ｉ，１７ｅ）よりノーズ高さが低い第２カム（１８ｉ，１８ｅ）とを併設し、これら第１カム及び第２カムの一方を交互に選択し、その選択したカムにより機関弁（１２ｉ，１２ｅ）を開閉作動するようにした、内燃機関の可変動弁装置であって、
第１カム（１７ｉ，１７ｅ）の外周面に先端部前面を摺接させて、その外周面に追従揺動するように配置される第１カムフォロワ（２３ｉ，２３ｅ）と、第２カム（１８ｉ，１８ｅ）の外周面に先端部前面を摺接させて、その外周面に追従揺動するように配置される第２カムフォロワ（２４ｉ，２４ｅ）と、先端部を第１及び第２カムフォロワ（２３ｉ，２３ｅ；２４ｉ，２４ｅ）の両先端部背面に当接可能に対向させ、第１及び第２カムフォロワ（２３ｉ，２３ｅ；２４ｉ，２４ｅ）の一方の揺動を受けて機関弁（１２ｉ，１２ｅ）を開閉するリフタ（２５ｉ，２５ｅ）と、第１カムフォロワ（２３ｉ，２３ｅ）を、これが第１カム（１７ｉ，１７ｅ）及びリフタ（２５ｉ，２５ｅ）間に介入する作動位置（Ａ）及び、これが第１カム（１７ｉ，１７ｅ）及びリフタ（２５ｉ，２５ｅ）間から退去する不作動位置（Ｂ）間で移動させるアクチュエータ（３６）とを備えてなり、
前記作動位置（Ａ）では、第１カム（１７ｉ，１７ｅ）による第１カムフォロワ（２３ｉ，２３ｅ）の揺動をリフタ（２５ｉ，２５ｅ）に伝達し、また前記不作動位置（Ｂ）では、第２カム（１８ｉ，１８ｅ）による第２カムフォロワ（２４ｉ，２４ｅ）の揺動をリフタ（２５ｉ，２５ｅ）に伝達するようにしたものにおいて、
前記第２カムフォロワ（２４ｉ，２４ｅ）及び前記リフタ（２５ｉ，２５ｅ）を、機関本体（１）に支持される共通の第１支持軸（２０）により揺動自在に支持し、
この第１支持軸（２０）に回転可能に支持されるレバー部材（２２）に、前記第１支持軸（２０）と平行な第２支持軸（２１）を介して第１カムフォロワ（２３ｉ，２３ｅ）を揺動自在に支持すると共に、このレバー部材（２２）と前記アクチュエータ（３６）とを、該アクチュエータ（３６）により該レバー部材（２２）を往復回動させて第１カムフォロワ（２３ｉ，２３ｅ）を前記作動位置（Ａ）と前記不作動位置（Ｂ）とに切り換え作動させ得るように、相互に連結したことを特徴とする、内燃機関の可変動弁装置。
請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記機関弁（１２ｉ，１２ｅ）を予混合圧縮自着火式内燃機関の吸気弁（１２ｉ）及び排気弁（１２ｅ）とし、前記第１カム（１７ｉ，１７ｅ）を、これにより吸気弁（１２ｉ）及び排気弁（１２ｅ）を開閉するとき、それらの開弁時期が一定期間（α）重なるオーバーラップ（α）が発生するように形成し、また前記第２カム（１８ｉ，１８ｅ）を、これにより吸気弁（１２ｉ）及び排気弁（１２ｅ）を開閉するとき、吸気弁（１２ｉ）の開き時期と排気弁（１２ｅ）の閉じ時期とが一定期間（β）離れるネガティブオーバーラップが発生するように形成したことを特徴とする、内燃機関の可変動弁装置。