JP5036659B2 - Variable valve operating apparatus for internal combustion engine and actuator of the variable valve operating apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、機関運転状態に応じて吸気弁のピークリフト位相を進角側あるいは遅角側に可変制御する内燃機関の可変動弁装置及び該可変動弁装置のアクチュエータに関する。 The present invention relates to a variable valve system for an internal combustion engine that variably controls a peak lift phase of an intake valve to an advance side or a retard side according to an engine operating state, and an actuator of the variable valve system.
この種の従来の内燃機関の可変動弁装置としては、種々提供されているが、その一つとして本出願人が先に出願した以下の特許文献1、2に記載されたものがある。
Various types of conventional variable valve actuating devices for internal combustion engines of this type are provided, and one of them is described in the following
この可変動弁装置は、駆動カムが一体に設けられた駆動軸と、前記駆動カムの回転により揺動するロッカアームと、該ロッカアームの揺動運動によりリンク部材を介して揺動して吸気弁を開閉作動させる揺動カムとを備えている。また、アクチュエータによって制御軸を正逆回転させることによりサポートアームを上下方向へ回動させ、これによって、前記吸気弁のピークリフト位相と作動角(開弁期間)を可変制御するようになっている。 This variable valve operating apparatus includes a drive shaft integrally provided with a drive cam, a rocker arm that swings by rotation of the drive cam, and swings via a link member by swinging motion of the rocker arm to control the intake valve. And a swing cam for opening and closing. Further, by rotating the control shaft forward and backward by an actuator, the support arm is rotated in the vertical direction, thereby variably controlling the peak lift phase and the operating angle (valve opening period) of the intake valve. .
すなわち、前記制御軸を一方向に回転させると、吸気弁のピークリフト位相が進角側に制御されると共に、作動角が減少する。つまり、吸気弁の開時期(IVO)の進角側へ小さく変化すると共に、閉時期(IVC)が進角側へ急激に大きく変化してピストンの下死点よりも十分に早くなる。これによって、ポンピングロスが大幅に低減して燃費の向上が図れる。
しかし、前記特許文献1の技術は、前述のように、吸気弁の閉時期(IVC)が十分早くなるので、ポンピングロスが大きく低減するものの、有効圧縮比が低下して燃焼が悪化してしまうおそれがある。
However, as described above, the technique of
一方、特許文献2の技術は、制御軸を一方向に回転させて作動角を小さく変化させても吸気弁のピークリフト位相が殆ど変化しないか、あるいは逆方向の遅角側に変化する。
On the other hand, in the technique of
つまり、吸気弁の閉時期(IVC)の進角制御が不十分であり、また開時期(IVO)が大きく遅角側に制御されてしまうことから、ポンピングロスが十分に低減されず、燃費の向上が十分に得られないといった技術的課題を招来している In other words, the advance control of the intake valve closing timing (IVC) is insufficient, and the opening timing (IVO) is largely controlled to the retarded side, so that the pumping loss is not sufficiently reduced and the fuel consumption is reduced. Inviting technical issues such as insufficient improvement
本発明は、前記従来の可変動弁装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項1に記載の発明は、制御軸の移動位置に応じて吸気弁の少なくともピークリフト位相を変化させる可変機構と、前記制御軸の移動位置を駆動モータの回転により減速機構を介して変化させるアクチュエータとからなり、
前記駆動モータの回転角に対する前記制御軸の移動位置変化の割合が、前記ピークリフト位相の遅角側に対して進角側で小さくなるように設定すると共に、前記可変機構が吸気弁のピークリフト位相を変化させた場合でも、吸気弁の作動角が変化しないように形成したことを特徴としている。
The present invention has been devised in view of the technical problem of the conventional variable valve operating device, and the invention according to
The ratio of the change in the movement position of the control shaft with respect to the rotation angle of the drive motor is set to be smaller on the advance side than the retard side of the peak lift phase , and the variable mechanism is configured to increase the peak lift of the intake valve. It is characterized in that it is formed so that the operating angle of the intake valve does not change even when the phase is changed .
この発明によれば、駆動モータの回転角(θm)に対する制御軸の位置変化がピークリフト位相の進角側で相対的に小さくなることから、ピークリフト位相の進角側の制御を相対的に細かくすることができる。このため、ポンピングロスの大幅な低減化が図れ、かつ有効圧縮比の低下を抑制でき、燃焼悪化を抑制できるので燃費を良好にできる。 According to this invention, since the change in the position of the control shaft relative to the rotation angle (θm) of the drive motor is relatively small on the advance side of the peak lift phase, the control on the advance side of the peak lift phase is relatively controlled. Can be fine. For this reason, the pumping loss can be greatly reduced, the reduction in the effective compression ratio can be suppressed, and the deterioration of combustion can be suppressed, so that the fuel consumption can be improved.
以下、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置及びこれに適用されたアクチュエータの各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多気筒内燃機関に適用されている。 Embodiments of a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine and an actuator applied thereto according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. The variable valve operating apparatus according to this embodiment is applied to a multi-cylinder internal combustion engine having two intake valves per cylinder.
〔第1の実施形態〕
前記可変動弁装置は、図1〜図4に示すように、機関本体であるシリンダヘッド1に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられて、吸気ポートを開閉する一気筒当たり2つの吸気弁3,3と、機関前後方向に沿って配置された内部中空状の駆動軸4と、該駆動軸4の外周に気筒毎に一つずつ固設された駆動カム5と、各吸気弁3,3の上端部に配設されたフォロアである各スイングアーム6、6を介して各吸気弁3,3を開作動させる一対の揺動カム7,7と、駆動カム5と揺動カム7,7との間を連係し、駆動カム5の回転力を揺動運動に変換して揺動カム7,7の揺動力(開弁力)として伝達する伝達機構8と、後述する制御軸25を回転駆動させて、前記伝達機構8のロッカアーム15の揺動支点を可変にして各吸気弁3,3のバルブリフト量やピークリフト位相及び作動角を機関運転状態に応じて可変制御する制御機構9とを備えている。なお、前記駆動軸4と駆動カム5、揺動カム7,7及び伝達機構8などによって可変機構が構成されている。
[First Embodiment]
As shown in FIGS. 1 to 4, the variable valve operating device is slidably provided on a
前記吸気弁3,3は、バルブスプリング10,10のばね力によって図外の吸気ポートの各開口端を閉塞する方向に付勢されている。
The
前記駆動軸4は、両端部がシリンダヘッド1の上部に設けられた後述する軸受部11によって回転自在に軸支されていると共に、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シャフトから回転力が伝達されて、図2及び図3の矢印時計方向に回転するようになっている。
Both ends of the
前記駆動カム5は、図3及び図4に示すように、ほぼ円盤状に形成されて、両揺動カム7,7の間に配置されていると共に、外周面が偏心円のカムプロフィールに形成されて、軸心Yが駆動軸4の軸心Xから径方向へ所定量だけオフセットしており、前記駆動軸5に対し一体的に固定されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
前記各スイングアーム6は、一端部6aの凹状下面が前記各吸気弁3のステムエンドに当接していると共に、他端部6bの球面状下面がシリンダヘッド1の保持穴1c内に保持された油圧ラッシアジャスタ13に当接支持されて、この油圧ラッシアジャスタ13の球状先端部を枢支点として揺動するようになっている。また、スイングアーム6は、中空状のほぼ中央位置に各揺動カム7が当接するローラ14が回転自在に支持されている。
Each
前記油圧ラッシアジャスタ13は、その構造が一般的なものであって、前記保持穴1cに挿通固定された有底円筒状のボディ13aと、該ボディ13a内から上方へ摺動自在に設けられて、球状の先端部が前記スイングアーム6の他端部6bに下方から当接したプランジャ13bとを備え、ボディ13aの内底部とプランジャ13bの隔壁との間に隔成された図外の高圧室にリザーバ内の油圧を、チェック弁を介して適宜供給することによりプランジャ13bの先端部とスイングアーム6の他端部との間の隙間(揺動カム7のカム面7bとローラ14の間)を常に零にするようになっている。
The
前記各揺動カム7は、図3及び図4に示すように、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、基端部7a側の支持孔を介して前記駆動軸4の外周面に揺動自在に支持されている。また、各揺動カム7の下面には、前記カム面7bがそれぞれ形成され、基端部7a側の基円面と、該基円面からカムノーズ部7c側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部7cの先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面とが形成されている。前記基円面とランプ面、リフト面及び頂面とが、揺動カム7の揺動位置に応じて各スイングアーム6のローラ14の外周面の変位した位置に当接するようになっている。
As shown in FIGS. 3 and 4, each
また、この各揺動カム7は、ローラ14との接点が前記カム面7bにおけるリフト面側に移動して吸気弁3,3を開作動させるが、この揺動カム7の揺動方向が前記駆動軸4の回転方向と同一に設定されている。
In addition, each
さらに、各揺動カム7の前記カムノーズ部7c側には、後述するリンクロッド17の他端部と連結するピン20が挿通されるピン孔が両側面方向へ貫通形成されている。
Further, on each
前記伝達機構8は、図2〜図4に示すように、駆動軸4の上方に機関巾方向に沿って配置されたロッカアーム15と、該ロッカアーム15と前記駆動カム5とを連係するリンクアーム16と、ロッカアーム15と前記両揺動カム7、7のカムノーズ部7c、7cとを連係する一対のリンクロッド17、17と、を備えている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
前記ロッカアーム15は、図2〜図4に示すように、全体が側面ほぼヘ字形状に形成され、一端部15aが単一な円筒状に形成されている共に、他端部がほぼ並行な三つ叉状に分岐形成され、中央の第1凸部15bと両側の第2凸部15c、15cとから構成されている。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
前記一端部15aは、円筒状に形成されて内部に後述する制御カム26が回転自在に嵌合する支持孔21が横方向に貫通形成されている。この支持孔21は、従来技術のものよりも比較的小さく形成され、したがって、ロッカアーム一端部15aの外径も十分小さく形成されている。また、前記支持孔21は、その内径dが後述する制御カム26やジャーナル部32の外径よりも僅かに大きく形成されている。
The one
前記各他端部は、第1凸部15bが先端円弧状に形成されていると共に、この両側に所定の隙間を介して配置された第2凸部15c、15cの先端部がほぼ上下に長い長方体状に形成されていると共に、それぞれ横方向に3つの連結ピン22a、22b、22bを挿通するピン孔がほぼ同心上に貫通形成され、第2凸部15c、15c側のピン孔は上下方向に長い長孔状に形成されている。
In each of the other end portions, the
前記リンクアーム16は、比較的大径な円環部16aと、該円環部16aの外周面所定位置に突設された前記突出端16bとを備え、円環部16aの中央位置には、前記駆動カム5の外周面を回転自在に嵌合支持する嵌合孔16cが形成されている。また、前記突出端16bは、先端部側が二股状に形成されて、前記ロッカアーム他端部の第1凸部15bを挟み込む状態で配置されていると共に、ピン孔23aを介して前記連結ピン22aに回転自在に連結されている。
The
前記各リンクロッド17は、プレス成形によって一体に形成され、横断面ほぼコ字形状に形成されていると共に、内側がコンパクト化を図るために、ほぼ円弧状に折曲形成されている。また、リンクロッド17は、上側の二股状の各一端部17a、17aが前記ロッカアーム他端部の各第2凸部15c、15cをそれぞれ挟み込む状態で配置されて、前記連結ピン22b、22bを介して前記ロッカアーム他端部の各第2凸部15c、15cにそれぞれ回転自在に連結されている。また、リンクロッド17の各他端部17b、17bは、各揺動カム7、7のカムノーズ部7c、7cを挟み込むように配置されていると共に、横方向から貫通形成された図外の各ピン孔に挿通した前記ピン20、20を介して回転自在に連結されている。
Each of the
なお、前記各連結ピン20,20,22aは、両端部に嵌着されたスナップリングや両端部のカシメ加工などによって抜け止めされている。 The connecting pins 20, 20, 22a are prevented from coming off by snap rings fitted at both ends or caulking processing at both ends.
また、前記ロッカアーム他端部の第2凸部15c、15cと各リンクロッド17、17の一端部17a、17aとの間には、組立時になどにおいて、前記各吸気弁3,3のリフト量を微調整するリフト調整機構が設けられている。
Also, the lift amount of each
このリフト調整機構は、前記ロッカアーム他端部の第2凸部15c、15cの上下方向に前記ピン孔を横断する形で形成された雌ねじ孔と、該雌ねじ孔の下方から螺着された図外の調整ねじと、雌ねじ孔の上方から螺着されたロックねじ24とから構成されている。そして、前記各調整ねじのねじ込み量によって前記連結ピン22b、22bを上下移動させてロッカアーム他端部に対するリンクロッド17、17の回動支点位置を調整して各吸気弁3,3のリフト量を微調整するようになっている。すなわち、前記連結ピン22b、22bは、連結ピン22aとほぼ同心であるが、かかるリフト調整機構によって長孔であるピン孔の範囲内を微調整可能になっている。
The lift adjustment mechanism includes a female screw hole formed so as to cross the pin hole in the vertical direction of the second
前記軸受部11は、図2、図3に示すように、シリンダヘッド1のアッパデッキ上面に載置固定された支持枠(ロアーラダー)2と、該支持枠2の上面に機関前後方向の等間隔位置に載置固定されたメインブラケット(アッパラダー)28と、該各メインブラケット28の上面にそれぞれ載置固定されたサブブラケット(キャップ)29とを備えている。また、前記各メインブラケット28とサブブラケット29とは、左右の前記ボルト挿通孔にそれぞれ挿通された複数の軸受ボルト30によって共締めにより支持枠2上に重合状態に固定されており、該支持枠2とメインブラケット28との間に、互いに半円弧状の軸受溝を介して前記駆動軸4を回転自在に支持している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the bearing
前記制御機構9は、図1、図2に示すように、駆動軸4の上方位置に該駆動軸4と平行に配置された制御軸25と、該制御軸25の外周に一体に固定されてロッカアーム15の揺動支点となる制御カム26と、前記制御軸25を回転制御するアクチュエータ27と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
前記制御軸25は、図1に示すように、360°未満の回転範囲内で回転制御され、比較的小径に形成された軸部31と、外周の軸方向の所定位置に一体に形成された複数のジャーナル部32と、を備え、該各ジャーナル部32が前記軸受部11のメインブラケット28とサブブラケット29との間に回転自在に支持されている。なお、前記制御カム26も制御軸25の一部を構成している。
As shown in FIG. 1, the
前記軸部31は、その外径が後述する制御カム26やジャーナル部32の各外径よりも小径に形成されていると共に、内部軸心位置に油通路41が軸方向に沿って形成されている。
The
前記ジャーナル部32は、図1〜図4に示すように、外径が軸部31よりも大径に形成されて、その軸心Zが軸部31の軸心よりも一方向へ偏心している。また、ジャーナル部32の軸方向の幅T1は、前記ロッカアーム15の一端部15aの幅長さWよりも僅かに大きく形成されている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
また、最前端側のジャーナル部32には、前記アクチュエータ27側との連係部である連係軸33が軸方向から一体にジャーナル部32と同軸に連結されている。この連係軸33は、外径がジャーナル部32の外径よりも小さく設定されていると共に、先端部には、フランジ状のアーム部材である連係アーム34が固定されている。
Further, a
一方、前記制御カム26は、軸方向の幅長さT2が前記ジャーナル部32の幅長さT1とほぼ同一の円柱状に形成されていると共に、その外径dがジャーナル部32の外径とほぼ同じ大きさであり、前記ロッカアーム15の支持孔21の内周面との間に微小隙間を介して摺動し得る大きさに設定されている。また、制御カム26は、中心である軸心が前記軸部31の軸心を挟んでジャーナル部32の軸心Zと反対側に偏心しており、したがって、前記ジャーナル部32の軸心Zから前記偏心量に対して約2倍の大きな偏心量をもって偏心している。この大きな偏心量はロッカアーム15の揺動中心を任意の位置に大きく移動させたい場合に必要となる。これにより、ピークリフト位相を大きく変化できる。
On the other hand, the
また、前記各ジャーナル部32と各制御カム26との間の距離(スパン)Sは、図1に示すように、いずれの箇所もほぼ同一に設定されていると共に、前記ロッカアーム15の一端部15aの巾Wよりも大きく設定されている。
Further, as shown in FIG. 1, the distances (spans) S between the
前記アクチュエータ27は、図1及び図5、図6に示すように、シリンダヘッド1の後端部に固定された駆動モータである電動モータ35と、該電動モータ35の回転駆動力を前記制御軸25に伝達する減速機構である螺子伝達機構36と、前記電動モータ33の回転を制御するコントロールユニット37と、から構成されている。
As shown in FIGS. 1, 5, and 6, the
前記電動モ−タ35は、比例型のDCモータによって構成され、機関の運転状態を検出する前記コントロールユニット37からの制御信号によって駆動するようになっている。
The
前記コントロールユニット37は、機関回転数を検出するクランク角センサや、吸入空気量を検出するエアーフローメータ、機関の水温を検出する水温センサ及び制御軸25の回転位置を検出するポテンショメータ50等の各種のセンサからの検出信号をフィードバックして現在の機関運転状態を演算などにより検出して、前記電動モータに制御信号を出力している。
The
前記螺子伝達機構36は、電動モータ35のモータ軸に連結されて回転力が伝達される出力軸である螺子軸38と、該螺子軸38の外周に螺合状態に設けられて、螺子軸38の正逆回転に伴って軸方向へ直線移動する移動部材である螺子ナット39と、から主として構成され、前記螺子ナット39は、リンク部材40を介して前記連係アーム34に回動自在に連結されている。
The
前記螺子軸38は、ハウジング41内で前記制御軸6にほぼ垂直でかつ前記電動モータ35のモータ軸35aとほぼ同軸上に配置されて、両端部を除く外周面全体に螺合部である雄ねじ部38aが連続して形成されていると共に、両端部がボールベアリング42、43によって回転自在に軸受けされている。
The
さらに、螺子軸38は、一端部の先端小径軸と電動モータ35のモータ軸35aの先端小径部が円筒状の連結部材44によって同軸上で軸方向移動可能にセレーション結合されている。
Further, the
前記螺子ナット39は、ほぼ円筒状に形成され、内周面全体に前記雄ねじ部38aに螺合して螺子軸38の回転力を軸方向への移動力に変換する雌ねじ部39aが形成されている。
The
そして、螺子ナット39は、図5に示す最大右方向の移動位置で前記制御軸6を矢印方向(反時計方向)へ回転させて吸気弁3、3を最小リフト(最小作動角)側に制御し、図6に示す最大左方向の移動位置で制御軸6を矢印方向(時計方向)へ回転させて吸気弁3,3を最大リフト(最大作動角)側に制御するようになっている。
The
また、前記ハウジング41の側壁の内側には、前記連係アーム34を介して制御軸25の左右の最大回転位置を規制する2つの第1、第2ストッパピン45,46が設けられている。
In addition, two first and second stopper pins 45 and 46 for restricting the left and right maximum rotational positions of the
さらに、前記ハウジング41の内部には、前記螺子ナット39の軸方向の前後端に対応する位置に、コイルスプリング47、48がそれぞれ設けられている。この各コイルスプリング47,48は、ほぼ截頭円錐状に形成され、前記連係アーム34が左右方向へ最大に回転して第1、第2ストッパピン45、46に当接する直前に先端側の小径部が螺子ナット39の各前後端面に当接して該螺子ナット39にばね力を付与するようになっている。
Furthermore, coil springs 47 and 48 are respectively provided in the
以下、可変動弁装置の作動について説明すると、例えば、機関のアイドリング運転時などの低回転域では、コントロールユニット37からの制御信号によって電動モータ35が回転駆動し、この回転トルクが螺子軸38に伝達されて、螺子ナット39を介して連係アーム34及び連係軸33が回転してジャーナル部32に伝達されて、このジャーナル部32が一方向へ所定量回転駆動される。
Hereinafter, the operation of the variable valve operating apparatus will be described. For example, in a low rotation range such as during idling operation of the engine, the
したがって、ジャーナル部32と制御カム26が、図3A、Bに示すように偏心状態で一緒に同方向へ回動して図示の位置に保持され、制御カム26の軸心がジャーナル部32の軸心Zの回りを同一半径で回転して、制御カム26のジャーナル部32の外径から突出した外端部が駆動軸4から左上方向に離間移動する。
Therefore, as shown in FIGS. 3A and 3B, the
これにより、ロッカアーム15の全体が、図3A、Bに示すように、駆動軸4の軸心Xとジャーナル部32の軸心Zを通る直線Cに対して左方向へ傾く。よって、ロッカアーム15の他端部と各リンクロッド17、17の枢支点であるピン22、22は、駆動軸4に対して上方向へ移動する。このため、各揺動カム7は、各リンクロッド17を介して各カムノーズ部7c側が強制的に引き上げられる。
As a result, the
これによって、駆動カム5が回転してリンクアーム16を介してロッカアーム15の他端部の第1凸部15bを引き下げて吸気弁3を開弁させると、図3Bに示すように、そのカムリフト量がリンクロッド17を介して揺動カム7からスイングアーム6のニードルローラ14に伝達され、そのバルブリフト量が十分小さくなる。
As a result, when the
したがって、かかる機関の低回転領域では、各吸気弁3のバルブリフト量Lと作動角が図7に示すように十分に小さなリフトカーブ特性となる。このピークリフトの瞬間は、駆動カム5の軸心Y方向とリンクアーム16の軸間方向が一致した瞬間(図3B参照)となり、図7に示す最大ピーク点aとなる。
Therefore, in such a low engine speed range, the valve lift amount L and the operating angle of each
よって、各吸気弁3の閉時期が十分に早くなり、ポンピングロスが大幅に低下する。このため、燃費の向上が期待できる。
Therefore, the closing timing of each
さらに、例えば、機関高回転領域に移行した場合は、コントロールユニット37からの制御信号によって電動モータ35が逆回転してボール螺子軸38を同方向へ回転させると、この回転に伴ってボールナット39が他方向へ移動する。これにより、図4に示すように、ジャーナル部32を介して軸部31及び制御カム26を他方向(反時計方向)へ回転させて、該制御カム26の軸心を右下方向(駆動軸4側)へ移動させてほぼ前記直線C近傍に位置させる。
Further, for example, in the case of shifting to the high engine rotation region, when the
このため、ロッカアーム15は、図4A、Bに示すように、今度は全体が右方向に回動して、ロッカアーム15の他端部によって各揺動カム7のカムノーズ部7cを、各リンクロッド17を介して下方へ押圧して該揺動カム7全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
For this reason, as shown in FIGS. 4A and 4B, the
したがって、各揺動カム7のスイングアーム6のローラ13に対するカム面7bの当接位置がカムノーズ部7c側(リフト部側)に移動する。このため、吸気弁3の開作動時に駆動カム5が回転してロッカアーム15の他端部を、リンクアーム16を介して引き下げると、スイングアーム6の揺動量は十分に大きくなる。
Therefore, the contact position of the
よって、かかる高回転領域では、図7に示すように、バルブリフト量L1及び作動角が最大のリフトカーブ特性となる。このピークリフトの瞬間は、駆動カム5の軸心Y方向とリンクアーム16の軸間方向が一致した瞬間となり(図4B参照)、図7に示す最大ピーク点bとなる。
Therefore, in such a high rotation region, as shown in FIG. 7, the valve lift amount L1 and the operating angle have the maximum lift curve characteristics. This moment of peak lift is the moment when the direction of the axis Y of the
したがって、各吸気弁3の開時期が早くなり、排気弁とのオーバーラップが大きくなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上して十分な出力が確保できる。
Therefore, the opening timing of each
ここで、前記ピークリフト時のリンクアーム16の角度であるが、最大リフトの図4Bに示す角度、すなわち図7のピーク点bと、最小リフトの図3Bに示す角度、すなわちピーク点aとでは位相が異なっており、最小リフトの方のピーク点aが反時計方向に位相がずれている。したがって、駆動カム4の回転方向が図3、図4に示すように時計方向であることを考えると、ピークリフトとなる駆動軸4(駆動カム5)の位相は、最小リフトの方が最大リフトよりβだけ進角する。これは、最小リフトの方がリンクアーム16の角度が駆動軸4の回転方向に対して進角するからである。
Here, the angle of the
図8は前記電動モータ35の1回転当たりの制御軸25の回転角の特性(dθcs/dθm)を示している。ここで、θcsは制御軸25の回転角、θmは電動モータ35のモータ軸35aの回転角であって、dθcs/dθmが小さいと、電動モータ35の単位角度当たりの制御軸25の変換角度が小さいことを意味し、より細かな制御軸25の駆動制御が可能になる。
FIG. 8 shows the characteristics (dθcs / dθm) of the rotation angle of the
前述した吸気弁3,3が小作動角になると、dθcs/dθmが小さくなるのは、図5から分かるように、リンク部材40が立った姿勢になることから、電動モータ35の回転に伴って螺子ナット39が軸方向に移動しても制御軸25の回転には変換されにくくなるからである
逆に大作動角になると、図6に示すように、リンク部材40が倒れて寝てくるようになることから、電動モータ35の回転に伴って螺子ナット29が軸方向に移動する場合に、制御軸25の回転に有効に変換され易くなり、この結果、dθcs/dθmが大きくなるのである。
When the
一方、既に説明したが、前記最大リフトL1から最小リフトLまで連続的に変化するピークリフト位相b−a特性や吸気弁3,3の開時期(IVO)と閉時期(IVC)の特性を、図8に基づいて具体的に説明する。
On the other hand, as already described, the peak lift phase ba characteristic continuously changing from the maximum lift L1 to the minimum lift L and the characteristics of the opening timing (IVO) and the closing timing (IVC) of the
すなわち、最大リフト(最大作動角)から最小リフト(最小作動角)に変化するにつれて吸気弁3,3の開時期(IVO)の変化は小さく、閉時期(IVC)の変化は急激に進角するようになっている。このようにIVCがピストン下死点よりも十分に早くなることから、ポンピングロスが大幅に低減して燃費低減が期待することができる。
That is, as the maximum lift (maximum operating angle) changes to the minimum lift (minimum operating angle), the change in the opening timing (IVO) of the
ところが、前記IVCが十分に早くなることから、有効圧縮比が低減して燃焼の悪化が発生し易くなる。ここで、IVCを燃焼が悪化する直前まで進角できれば良好な燃費を実現できるが、IVCの進角が不十分であれば、燃費効果が小さくなり、IVCの過度な進角であれば燃焼悪化を招くおそれがある。 However, since the IVC is sufficiently fast, the effective compression ratio is reduced, and deterioration of combustion is likely to occur. Here, if the IVC can be advanced to just before the combustion worsens, good fuel efficiency can be realized, but if the IVC advance is insufficient, the fuel efficiency is reduced, and if the IVC is excessively advanced, the combustion worsens. May be incurred.
そこで、本実施形態では、電動モータ35の回転角(θm)に対する制御軸25の回転位置(θcs)変化、つまりdθcs/dθmがピークリフト位相進角側で相対的に小さくなるので、ピークリフト位相の進角側の制御を相対的に細かくすることができる。すなわち、実質のθcs制御分解を細かくすることができ、したがって、この細かな制御によって、燃焼の悪化を抑制しつつIVCを最大限進角させて燃費を可及的に良好にすることが可能になる。
Therefore, in the present embodiment, the change in the rotational position (θcs) of the
特に、吸気弁3,3のIVOの変化を抑制しつつIVCを大きく進角変化させることができるので、ポンピングロスを十分に低減しながら燃費も十分に低減できる。しかも、吸気弁3,3のIVCの制御性がよく、このIVCの過進角による燃焼悪化を抑制しつつ進角させることができるので、燃費を極限まで低減させることが可能になる。
In particular, since the IVC can be greatly advanced while suppressing the change in the IVO of the
また、前記第1、第2コイルスプリング47,48のばね力によって螺子ナット39の最大軸方向の移動位置時に、該螺子ナット39に反力を付与するようになっている。すなわち、第1コイルスプリング47によって螺子ナット39が最小作動角(最小リフト)より僅かに大きな作動角(リフト)方向へ機械的に付勢されるため、モータ制御が困難な例えば冷機始動時などで機械的に最小作動角より僅かに大きな作動角に安定するので、始動に必要な吸入空気量を確保し、もって良好な始動性などを得ることができる。
Further, a reaction force is applied to the
一方、第2コイルスプリング48も同じく螺子ナット39が最大作動角(最大リフト)より僅かに小さな作動角(リフト)方向へ機械的に付勢されるため、過度な動弁フリクションによる機関回転の不安定を防止して、冷機始動時などで良好な始動性などを得ることができる。
On the other hand, the
〔第2の実施形態〕
図9及び図10は第2の実施形態を示し、例えば特開2001−248410号公報に記載された遊星歯車を用いたバルブタイミング制御機構、つまり吸気弁3,3の開閉時期(ピークリフト位相)を可変にする可変機構に、図1、図5、図6に示す制御機構9の制御軸25やアクチュエータ27を適用したものである。
[Second Embodiment]
9 and 10 show a second embodiment, for example, a valve timing control mechanism using a planetary gear described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-248410, that is, the opening / closing timing (peak lift phase) of the
構造を簡単に説明すると、外周側に配置された円環状のプーリ51は、外周にタイミングベルトの歯51aを有すると共に、内周に平歯車状の内歯51bが形成されている。この内歯51bには、キャリア52に軸52aを介して取り付けられた2個の遊星歯車53が噛み合わされていると共に、この各遊星歯車53には、中央に位置するサンギア54が噛み合わされている。
The structure will be briefly described. An
前記キャリア52は出力軸55に結合されている一方、前記サンギア54は前記制御軸25が軸方向から結合されている。前記出力軸55は、外周に一気筒当たり2つの駆動カム57aが設けられたカムシャフト57が軸方向から結合されている。
The
前記各遊星歯車53は、外周に前記内歯51bに噛合する外歯53aが形成されている一方、前記サンギア54の外周には、前記外歯53aに噛み合う外周歯54aが形成されている。
Each of the
したがって、前記プーリ51が図外のタイミングベルトによってクランクシャフトから回転力が伝達されて回転すると、各遊星歯車53が外歯53aに噛み合った内歯51bとサンギア54の内周歯54aの噛み合いに拘束されつつ回転して、前記キャリア52を回転させる。このキャリア52の回転に伴い出力軸55を介してカムシャフト57(駆動カム57a)が回転して吸気弁3、3を開閉作動させる。
Therefore, when the
前記制御軸25は、第1の実施形態と同じアクチュエータ27によって回転制御されるようになっており、前記サンギア54と一体となってプーリ51とカムシャフト57の相対回転位相を変換するようになっており、前記制御軸25の回転よってサンギア54の回転位置を制御して前記キャリア52を介してカムシャフト57をプーリ51に対して増減速を行い吸気弁3,3の開閉時期を図11に示すように最大進角側から最大遅角側まで連続に制御するようになっている。ここで、作動角は不変のままピークリフト位相が制御される。
The rotation of the
すなわち、電動モータ35が一方向へ回転して螺子ナット39が図5に示す右方向位置になると、図9に示す制御軸25を時計方向に回転させる。そうすると、キャリア52が時計方向(プーリ51の回転方向)に回転することから、吸気弁3,3のピークリフト位相は進角する(図11の実線)。
That is, when the
一方、電動モータ35が他方向に回転して螺子ナット39が図6に示す左方向位置になると、図9に示す制御軸25を反時計方向に回転させる。そうすると、キャリア52が反時計方向(プーリ51と逆回転方向)に回転することから、前記ピークリフト位相は遅角する(図11の破線)。
On the other hand, when the
図12は制御軸25の回転角度位相と吸気弁3,3のバルブタイミング及び電動モータ35の回転角(θm)に対する制御軸25の回転位置変化、つまりdθcs/dθmの特性を示す。
FIG. 12 shows the change in the rotational position of the
吸気弁3,3のピークリフト位相が進角すると、IVOも進角するので排気弁とのオーバーラップが増加する。そうすると、内部EGRが増加するので、ポンピングロスが減少して燃費が向上する。一方、過度にIVOが進角すると、過度の内部EGRによって燃焼の悪化が発生するおそれがある。
When the peak lift phase of the
しかし、本実施形態でも進角側のdθcs/dθmが減少するため、制御軸25の回転角位相を細かに制御できるので、第1の実施形態と同様に、燃焼悪化を抑制しつつ最大限燃費を向上させることが可能になる。
However, since the dθcs / dθm on the advance side also decreases in this embodiment, the rotational angle phase of the
さらに、前記アクチュエータ27が回転作動するのは、位相変化制御する場合のみであるので、一定走行の位相保持の場合は回転作動が抑制されるので、電動モータ35の消費電力を抑制することができる。したがって、この点からも燃費の向上が図れる。
Further, since the
〔第3の実施形態〕
図13及び図14は第3の実施形態を示し、これは特開2000−80907号公報に記載されたバルブリフト可変機構を用いて吸気弁3,3のピークリフト位相を変化させるもので、外周に3次元カム61、61が設けられたカムシャフト60を軸方向へ左右に移動させることによって球面ピボット62,62とバルブリフタ63、63を介して各吸気弁3,3のリフト量及びバルブタイミングを可変にするようになっている。
[Third Embodiment]
13 and 14 show a third embodiment, which changes the peak lift phase of the
前記カムシャフト60は、図外のプーリなどを介してクランクシャフトから伝達された回転力によって回転駆動されるようになっている。
The
前記各3次元カム61、61は、図15に示すように、外周面に小リフトカム面61aと大リフトカム面61bが形成されてこれらが連続的に繋がっている。
As shown in FIG. 15, each of the three-
また、前記制御軸25は、カムシャフト60に対して複数の係止用ボール64を介して軸方向から連結されて、カムシャフト60を軸方向へ移動させるようになっていると共に、前記係止用ボール64によってカムシャフト60の回転を阻害しないようになっている。
The
アクチュエータ27から制御軸25の伝達経路は、図14に示すように構成されている。すなわち、前記制御軸25と直交する方向へ配置されて回動可能に設けられた伝達軸71と、該伝達軸71と制御軸25との間に介装されて、伝達軸71の回転運動を軸方向の直線運動に変換して前記制御軸25に伝達する伝達アーム72とを備えている。
The transmission path from the
前記伝達軸71は、機関の幅方向に配設されて、一端部が前記連係アーム34に圧入固定されていると共に、伝達アーム72が配置された部位の両側部に図外の軸受に回転自在に支持されるジャーナル部71a、71aが形成されている。
The
前記伝達アーム72は、側面からみてほぼ雨滴状に形成されて、前記制御軸25の先端部に径方向から突設されたピン25aが係合するスリット状の係合溝72aが形成されている。
The
そして、図13に示すように、伝達軸71がアクチュエータ27によって反時計方向に回転して実線の図示位置に回転制御されると、伝達アーム72を介して制御軸25が図示のような最大右方向の位置に移動する。これによってカムシャフト60が球面ピボット62,62を介して右方向へ移動する。そうすると、3次元カム61,61の大リフトカム面61b、61bで各吸気弁3,3を開閉作動させることになり、そのバルブリフト特性が大リフト、大作動角になる。
Then, as shown in FIG. 13, when the
逆に、伝達軸71がアクチュエータ27によって時計方向に回転して一点鎖線の図示位置に回転制御されると、伝達アーム72を介して制御軸25が図示のような最大左方向の位置に移動する。これによってカムシャフト60が球面ピボット62,62を介して左方向へ移動する。そうすると、3次元カム61,61の小リフトカム面61a、61aで各吸気弁3,3を開閉作動させることになり、そのバルブリフト特性が小リフト、小作動角になる。
On the contrary, when the
そして、図15(図13の矢視B)に示すように、前記小リフトカム面61a、61aのピークリフト部は、大リフトカム面61b、61bのピークリフト部に対してカムシャフト60の回転方向(矢印方向)に進角している。図16のピークリフト位相に示すように、小作動角(小リフト)に向かうにつれて進角する特性になっている。したがって、前記第1の実施形態と同様になっている。
As shown in FIG. 15 (arrow B in FIG. 13), the peak lift portions of the small lift cam surfaces 61a and 61a are rotated in the rotational direction of the
また、前記アクチュエータ27は、第1の実施形態と同様にピークリフト位相進角側で前記電動モータ35の回転に対する伝達軸71の変換角度が小さくなっている。
Further, the
さらに、伝達軸71の変換角度と制御軸25の軸方向位置Lcsとの関係をみてみる。図13に示すように、最遅角側では、伝達アーム72が立った状態になっており、伝達軸71の位相変換は有効にLcsの移動に変換されるが、最進角側では伝達アーム72が傾倒しているので、Lcsの移動がしにくくなっている。
Further, the relationship between the conversion angle of the
したがって、本実施形態におけるdLcs/dθmは、進角側でアクチュエータ27及び伝達機構により2重に小さくなることになり、図16に示すdLcs/dθm特性となる。つまり、進角側で制御軸25の変換量が十分小さくなるので、ピークリフト位相の進角側の制御を一層細かにでき、燃焼の悪化を抑制しつつ燃費をさらに良好にすることが可能になる。
Therefore, dLcs / dθm in the present embodiment is doubled by the
本発明は、各実施形態の構成に限定されるものではなく、制御軸の位置(位相や軸方向の移動量)を変換する可変機構であれば、いずれのものにも適用できる。また、前記減速機構の螺子伝達機構は雌雄ねじ溝間にボールを介在させるボール螺子機構としてもよい。 The present invention is not limited to the configuration of each embodiment, and can be applied to any variable mechanism that converts the position of the control shaft (phase or movement amount in the axial direction). The screw transmission mechanism of the speed reduction mechanism may be a ball screw mechanism in which a ball is interposed between male and female screw grooves.
さらに、各実施形態では、制御軸の位置を検出するポジションセンサとして、該制御軸の回転位相の検出、あるいは制御軸の軸方向位置と対応する伝達軸の回転位相を検出するものを示したが、他の方式であってもよい。例えば、電動モータのモータ軸の回転を一定角度毎に回転方向とパルスを検出して、カウンターを併用してモータ軸の総回転角度を検出し、それを制御軸の位置に換算するものであってもよい。この場合、ピークリフト位相が進角側で、同一制御軸位置変換量に対するパルス数が増加するので、制御軸の位置センシング精度も進角側で向上する、したがって、進角側においてより細かな制御が可能になる。 Furthermore, in each embodiment, as the position sensor for detecting the position of the control shaft, a sensor that detects the rotational phase of the control shaft or the rotational phase of the transmission shaft corresponding to the axial position of the control shaft is shown. Other schemes may be used. For example, the rotation of the motor shaft of an electric motor is detected at a certain angle, and the rotation direction and pulse are detected, and the total rotation angle of the motor shaft is detected using a counter together, and converted to the position of the control shaft. May be. In this case, since the peak lift phase is advanced and the number of pulses for the same control axis position conversion amount is increased, the position sensing accuracy of the control axis is also improved on the advanced side, and therefore finer control is performed on the advanced side. Is possible.
1…シリンダヘッド
2…吸気弁
3…駆動軸
4…駆動カム
5…駆動カム
7…揺動カム
8…伝達機構
9…制御機構
25…制御軸
26…制御カム
27…アクチュエータ
34…連係アーム(アーム部材)
35…電動モータ(駆動モータ)
36…螺子伝達機構(減速機構)
37…コントローラ
38…螺子軸(出力軸)
39…螺子ナット
40…リンク部材
DESCRIPTION OF
35 ... Electric motor (drive motor)
36 ... Screw transmission mechanism (deceleration mechanism)
37 ...
39 ...
Claims (9)
前記制御軸の移動位置を駆動モータの回転により減速機構を介して変化させるアクチュエータとからなり、
前記駆動モータの回転角に対する前記制御軸の移動位置変化の割合が、前記ピークリフト位相の遅角側に対して進角側で小さくなるように設定すると共に、
前記可変機構が吸気弁のピークリフト位相を変化させた場合でも、吸気弁の作動角が変化しない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。 A variable mechanism that changes at least the peak lift phase of the intake valve according to the movement position of the control shaft;
An actuator that changes the movement position of the control shaft through a reduction mechanism by rotation of a drive motor;
The ratio of the movement position change of the control shaft to the rotation angle of the drive motor is set to be smaller on the advance side than the retard side of the peak lift phase, and
The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, wherein the variable mechanism is formed so that the operating angle of the intake valve does not change even when the peak lift phase of the intake valve is changed .
前記可変機構が吸気弁のピークリフト位相を進角側へ制御した場合には、吸気弁の作動角が減少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。 The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1,
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, characterized in that when the variable mechanism controls the peak lift phase of the intake valve to the advance side, the operating angle of the intake valve decreases.
前記制御軸の移動する位置は、前記駆動モータの回転に対する前記制御軸の回転角であることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2 ,
The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine , wherein the position of movement of the control shaft is a rotation angle of the control shaft with respect to rotation of the drive motor .
前記制御軸の移動位置を駆動モータの回転により減速機構を介して変化させるアクチュエータとからなり、
前記駆動モータの回転角に対する前記制御軸の移動位置変化の割合が、前記ピークリフト位相の遅角側に対して進角側で小さくなるように設定すると共に、
前記制御軸の移動する位置は、前記駆動モータの回転に対する制御軸の軸方向の移動量であることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 A variable mechanism that changes at least the peak lift phase of the intake valve according to the movement position of the control shaft;
An actuator that changes the movement position of the control shaft through a reduction mechanism by rotation of a drive motor;
The ratio of the movement position change of the control shaft to the rotation angle of the drive motor is set to be smaller on the advance side than the retard side of the peak lift phase, and
The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine , wherein the position of movement of the control shaft is an amount of movement of the control shaft in the axial direction with respect to rotation of the drive motor .
前記可変機構が吸気弁のピークリフト位相を進角側へ制御した場合には、吸気弁の作動角が減少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。 The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 4,
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine, characterized in that when the variable mechanism controls the peak lift phase of the intake valve to the advance side, the operating angle of the intake valve decreases .
前記制御軸の移動する位置は、前記駆動モータの回転に対する前記制御軸の回転角であることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 4 or 5 ,
The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine , wherein the position of movement of the control shaft is a rotation angle of the control shaft with respect to rotation of the drive motor .
前記駆動モータの回転角に対する前記制御軸の移動位置変化の割合が、前記ピークリフト位相の遅角側に対して進角側で小さくなるように設定すると共に、
前記可変機構が吸気弁のピークリフト位相を変化させた場合でも、吸気弁の作動角が変化しないように形成したことを特徴とする可変動弁装置のアクチュエータ。 In the actuator of the variable valve operating apparatus that changes at least the peak lift phase of the intake valve by moving the control shaft through the speed reduction mechanism by the rotation of the drive motor,
The ratio of the movement position change of the control shaft to the rotation angle of the drive motor is set to be smaller on the advance side than the retard side of the peak lift phase, and
An actuator for a variable valve operating apparatus, wherein the operating mechanism of the intake valve does not change even when the variable mechanism changes the peak lift phase of the intake valve .
前記駆動モータの回転角に対する前記制御軸の移動位置変化の割合が、前記ピークリフト位相の遅角側に対して進角側で小さくなるように設定すると共に、 The ratio of the movement position change of the control shaft to the rotation angle of the drive motor is set to be smaller on the advance side than the retard side of the peak lift phase, and
前記制御軸の移動する位置は、前記駆動モータの回転に対する制御軸の軸方向の移動量であることを特徴とする可変動弁装置のアクチュエータ。 The position of the control shaft to move is the amount of movement of the control shaft in the axial direction with respect to the rotation of the drive motor.
前記減速機構は、 The deceleration mechanism is
前記駆動モータに連係されて、外周にねじ部が形成された出力軸と、 An output shaft linked to the drive motor and having a threaded portion formed on the outer periphery;
前記出力軸の外周に設けられて、該出力軸の回転に伴い前記ねじ部を介して軸方向へ移動する移動部材と、 A moving member that is provided on the outer periphery of the output shaft and moves in the axial direction via the threaded portion as the output shaft rotates;
一端部が前記移動部材に揺動自在に連係されたリンク部材と、 A link member having one end portion pivotably linked to the moving member;
一端部が前記リンク部材の他端部に回転自在に連係し、他端部が前記制御軸に連係したアーム部材と、 An arm member having one end portion rotatably linked to the other end portion of the link member and the other end portion linked to the control shaft;
を備え、 With
前記移動部材の最大一方向の移動位置で前記吸気弁のピークリフト位相が最進角側に制御され、最大他方向の移動位置で最遅角側に制御されることを特徴とする可変動弁装置のアクチュエータ。 The variable valve mechanism characterized in that the peak lift phase of the intake valve is controlled to the most advanced angle side at the maximum one-way movement position of the moving member, and is controlled to the most retarded angle side at the maximum other-direction movement position. The actuator of the device.
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