JP5513769B2 - エンジンの連続可変バルブリフト装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
すなわち、圧縮行程と爆発行程時には吸/排気バルブが全て閉じられてシリンダー内の気密を維持し、吸入行程と排気行程時には各々吸気バルブまたは排気バルブだけが開かれて燃料ガスの吸入と燃焼ガスの排出が行われる。
一方、バルブの気密性、吸/排気ガスの量などを決定する重要な要素はバルブリフト(Valve lift)であり、これは、バルブフェースがバルブシートから離れる距離を意味する。
一方、前記バルブリフトをモータと所定構成の機構を介して連続可変できるようにしたものが連続可変バルブリフト装置である。
また、従来のCVVLは、バルブタイミングの進角機能がなかったり、進角機能がある場合であってもロストモーション角が過多に増加したりして、進角機能を備えた連続可変バルブリフト装置が実現し難い問題点があった。
また、CVVLは、連結軸と揺動カムリンクの組み立て時に組み立て公差が発生し、このような組み立て公差により、最初設計時のバルブプロファイルと実際使用時の測定されたバルブプロファイル間の差が発生する問題点もあった。
また、本発明は調整手段を利用して連結軸と揺動カムリンクの組み立て時に発生した組み立て公差を容易に調整できるようにすることを他の目的とする。
また、本発明に係るCVVLは、揺動カムリンクの公差調整が容易で且つ便利であり、揺動カムリンクの公差が累積することを防止できるだけでなく、狭いエンジンルームにおける公差調整の作業性が向上する効果もある。
図1〜図12は各々本発明の一実施形態によるエンジンの連続可変バルブリフト装置を示す。
偏心カムシャフト10はステップモータのように回転角を連続して可変制御できるCVVLモータ(以下、モータという)に連結されて回動角を可変的に調節し、中間部分に偏心カム20が一体に取り付けられている。偏心カム20の外周面の形状は円形である。偏心カム20はロッカーアーム30の内周面に受容され、内周面を形成する孔は偏心カム20と同じ大きさおよび形状で形成されることは勿論である(偏心カムの回動のための余裕間隙は存在する)。このために、偏心カムシャフト10の上に偏心カム20が嵌合され、偏心カム20の上にロッカーアーム30が回動可能に設けられる。
また、バルブ操作部の後面(駆動カム1の反対側方向)はリターンスプリング110によって支持される。より詳しくは、リターンスプリング110は揺動カム40を駆動カム1の設置方向に向かって弾性支持して揺動ローラ100と駆動カム1との間を常に接触状態に維持する(図2参照、揺動カムのリターンスプリングは図2だけに図示、残りの図面では図示せず)。
すなわち、可変レバーリンク80の下端とロッカーアーム30の下端ヒンジピン連結部は揺動ローラリンク90に連結される。また、揺動ローラリンク90の両端部とロッカーアーム30の下端ヒンジピン連結部と可変レバーリンク80の下端が各々ヒンジピンを介して互いに回動可能に連結される。
図7(a)のように高リフト状態において、可変レバー60と揺動ローラリンク90は略水平状態を維持し、これらを連結する可変レバーリンク80は略垂直状態であり、揺動ローラリンク90の端部に備えられた揺動ローラ100は駆動カム1の中心と同じ高さに位置する。
前記高リフト作動状態からモータ作動による低リフト作動状態への切り替えは次のように行われる。
よって、揺動カム40は低リフト作動開始位置(c;揺動カム下面に形成された緩やかな傾斜の溝において上昇傾斜面の開始位置)に移動し、この移動角がロストモーション角(lost motion angle)である。
前記のような低リフト作動状態においては、揺動ローラ100が駆動カム1の中心より下降しており、揺動ローラリンク90が傾斜しているため、駆動カム1による揺動ローラリンク90の水平方向の押され量が大きくない。
逆に、高リフト状態のように進角レバー60が反時計方向に回動され、揺動ローラ100が駆動カム1の回転方向側に移動すると、駆動カム1によるバルブ開放時点が遅れる状態が実現される。
グラフに示すように、偏心カムの方向および偏心量の調節を通じて様々な可変バルブ制御特性曲線を得ることができ、特に偏心カムが固定された従来の場合(A)に比べ、本発明は(B)のように可変バルブ制御特性曲線が線形性を有することが分かる。よって、設計および製作性が向上し、バルブリフト制御性能を向上させることができる。
しかし、本発明のように高リフトスイング角を低リフトスイング角より大きく実現できるようになれば、低リフト作動状態でリターンスプリングの反力が増加しないため、摩擦増加による燃費低下を防止することができる。
すなわち、本発明は、上記のように偏心カムの偏心量と偏心方向を調整して、バルブリフト作動角(高リフトスイング角と低リフトスイング角を合わせて称する)とロストモーション角を精密に制御することができる。
すなわち、偏心カム20と進角レバー60が連動する本発明ではバルブリフト作動角とロストモーション角を精密に制御して進角効果を極大化することができ、それにより、CVVL効果が向上する。
前記状態で駆動カム1が回転すると、揺動ローラ101が上昇することによって揺動ローラリンク91が駆動カム1側のヒンジピン連結部31bを上方向に引っ張ることにより、ロッカーアーム31が反時計方向に回動され、それにより、駆動カム1反対側のヒンジピン連結部31bが揺動カムリンク51を介して揺動カム41を回動させて高リフトスイングがなされる。
前記状態でモータによって偏心カムシャフト11が反時計方向に回動されると、揺動ローラ101が表示された進角方向に下降移動するため、ロッカーアーム31が時計方向に回動し、揺動カムリンク51が揺動カム41を引っ張って時計方向に回動させる。よって、揺動カム41の下面において、スイングアームローラ2の接点が高リフト作動開始位置から駆動カム1側に移動して低リフト作動開始位置に移動する。
また、可変レバーリンク82の駆動カム1の反対側部分は揺動ローラ102が備えられた部分より相対的に短く形成され、ロッカーアーム32の上部ヒンジピン連結部32bにヒンジピンを介して回動可能に連結される。すなわち、可変レバーリンク82は、ロッカーアーム32の上端接続部に一端部がヒンジ結合され、他端部に接触地点(X−4)を形成するように駆動カム1と転がり接触する揺動ローラ102を取り付け、ロッカーアーム32の上端接続地点と揺動ローラ102の設置地点との間において可変レバー62の可変旋回地点(X−3)とヒンジ結合される。
前記状態で駆動カム1が回転すると(時計方向)、揺動ローラ102が上昇し、可変レバーリンク82が可変レバーリンクシャフト72を中心に反時計方向に回動され、それにより、可変レバーリンク82の反対側端部が上部ヒンジピン連結部32bを押すことによってロッカーアーム32が同じく反時計方向に回動され、それにより、ロッカーアーム32の下部ヒンジピン連結部32aが揺動カムリンク52を介して揺動カム42を押して反時計方向に回動させることによって高リフト作動がなされる。
図19に示すように、始動オンの状態でエンジン回転数とスロットル開度および吸気圧力の変化を各々検出する(S10〜S13)。
次に、前記過程で検出されたエンジン回転数とスロットル開度および吸気圧力に対応する車両の現在負荷条件を決定する(S14)。
次に、前記過程で決定された負荷条件に対応する吸/排気バルブの開閉タイミングとバルブリフトを算出する(S15)。
次に、前記過程で算出された吸/排気バルブの開閉タイミングとバルブリフトに相応して吸/排気バルブの開閉タイミングとバルブリフトを調節する(S16)。これは、エンジン制御部(ECU)の制御により、バルブリフト調節用駆動部(CVVLモータ)に出力される動作信号によって実現される。
次に、前記過程で検出された吸/排気バルブの開閉タイミングとバルブリフトの変化値と前記過程で算出された吸/排気バルブの開閉タイミングとバルブリフトの算出値とを比較し、その差が設定誤差の範囲内であれば制御を終了し、設定誤差から脱すれば負荷条件に対応する吸/排気バルブの開閉タイミングとバルブリフトを算出する過程を繰り返し行う(S18)。
また、図20と図21には本発明により揺動カムリンクの公差調整作業を便利に行うことができる他の実施形態のCVVLを示す。前述したCVVLと同じ構成要素に対しては同じ符号を付し、それに対する説明は省略し、他の構成についてのみ詳細に説明することにする。
前記調整手段は、ロッカーアーム30と揺動カムリンク50を連結する連結軸120と、ロッカーアーム30に備えられた取り付け部34に設けられ、連結軸120の回転を抑制する回転防止部材130とから構成される。
揺動カムリンク50は1対で構成されて連結軸120の両端に各々結合され、ロッカーアーム30は揺動カムリンク50の間において連結軸120の中央部に結合される。
連結軸120の外周面にはピンカム121が偏心するように備えられ、ピンカム121の外周面には連結軸120の円周方向に沿ってギア形状の突起123が形成される。
連結軸120に偏心するように備えられたピンカム121は、連結軸120を回転させる時に連結軸120の両側に結合された揺動カムリンク50の公差を調整する。
すなわち、揺動カムリンク50に公差が発生する場合にはバルブ4のプロファイルが変わるため、揺動カムリンク50の公差を正確に調整する必要がある。これにより、ピンカム121が備えられた連結軸120を回転させると、偏心カムシャフト10の中心とピンカム121の中心との間の長さが長くなるか短くなる効果があり、その結果、偏心カムシャフト10と揺動カムリンク50との間の距離が変わるため、揺動カムリンク50の公差を便利に調整することができる。
すなわち、回転防止部材130には突起123と噛合する突起噛合部131aが備えられ、連結軸120を回転させると、突起123と突起噛合部131aが互いに噛み合われて連結軸120の回転が阻止されるため、連結軸120の回転を抑制するための別途の作業を必要としない利点がある。
すなわち、従来は、連結軸の末端までスイングアームに伝達された力が集中するために連結軸にナットを組み立てる時に大きい力が必要であった反面、本発明は、ピンカム121のC区間には揺動カムリンク50に伝達された力がほぼ及ばないために回転防止部材130に大きな締め力を必要としない。
また、本発明は、回転防止部材130がロッカーアーム30に形成された取り付け部34に設けられるため、狭い作業空間においても連結軸120の突起123と回転防止部材130の突起噛合部131aが噛み合うように組み立てることができる利点もある。
ここで、回転防止部材130は、下部面に突起噛合部131aが形成されたロック131と、ロック131と分離可能に製作され、一体に結合されるロック調整部133とを含んで構成される。
ロック調整部133の外周面には雄ネジ部133aが形成され、雄ネジ部133aはロッカーアーム30に備えられた取り付け部34にねじ締結される。
すなわち、ロッカーアーム30に備えられた取り付け部34は、内周面が雄ネジ部133aに対応する雌ネジ部(図示せず)で形成された構造である。
したがって、図2の(a)のように、回転防止部材130がロッカーアーム30の取り付け部34に組み立てられた状態で揺動カムリンク50の公差が発生して連結軸120を回転させなければならない場合には、ロック調整部133を反時計方向に回転させ、回転防止部材130を連結軸120の突起123から所定距離離隔させた後、連結軸120を回転させて公差を調整する。
一方、ロック131とロック調整部133の中央には各々調節孔(131b、133b)が形成される。調節孔(131b、133b)は、ロック131の突起噛合部131aが連結軸120の突起123と噛み合われずに外れた位置にある場合、調節孔(131b、133b)に工具を挿入させてロック131の位置を調節することにより、突起123と突起噛合部131aが正確に噛み合うようにするためのものである。
突起噛合部131aは、突起123の形状に応じ、連結軸120の長さ方向に沿って一字形に形成されるかまたは斜線形に形成される。
また、図2に示された未説明符号35は偏心カム20を設けるためにロッカーアーム30の中央に形成された偏心カム設置部であり、偏心カム設置部35は偏心カム20の回動のための余裕間隙が存在するほどの形状である。
すなわち、図22に示す回転防止部材230は、突起噛合部231aが形成されたロック221と雄ネジ部233aが形成されたロック調整部233が磁力によって結合されるものではなく、リベット235で連結された構成である。
また、図23に示す回転防止部材330はロックとロック調整部が一つの胴体からなる構成であり、下面に突起噛合部331が形成され、上部から下部に行くほど断面積が小さくなるようにテーパー加工された形状である。回転防止部材330はロッカーアーム30の取り付け部34に押し込まれて固定され、この場合、取り付け部34は内周面に雌ネジ部が形成されていても形成されていなくてもよい。
このように、回転防止部材の形状および組み立て方法はいずれか一つに限定されず、様々に変化させることができる。
また、連結軸120に備えられた突起と回転防止部材130に備えられた突起噛合部は図6のような変形実施形態が可能である。
このように、突起と突起噛合部の形状は、ギア形状またはエンボシング形状に限定されず、互いに噛み合って連結軸120の回転を阻止できる形状であればよい。
また、連結軸120の突起123と回転防止部材130の突起噛合部131aとが噛み合われる部分に揺動カムリンク50の伝達力が強く及ばないため、突起123と突起噛合部131aの固定力が強く揺動カムリンク50の公差累積が最大限防止される利点もある。
1a カムシャフト
2 スイングアームローラ
3 スイングアーム
4 バルブ
5 油圧ラッシュアジャスター
10、11、12 偏心カムシャフト
20、21、22 偏心カム
30、31、32 ロッカーアーム
31a、31b、32a、32 ヒンジピン連結部
34 取り付け部
40、41、42 揺動カム
50、51、52 揺動カムリンク
60、61、62 可変レバー
70、71、72 可変レバーリンクシャフト
80、81、82 可変レバーリンク
90、91 揺動ローラリンク
100,101、102 揺動ローラ
110 リターンスプリング
120 連結軸
121 ピンカム
123、125 突起
130、230、330、430 回転防止部材
131 ロック
131a、131c、231a、331、431 突起噛合部
131b、133b 調節孔
133、233 ロック調整部
133a,233a 雄ネジ部
221 ロック
235 リベット
465 キー
Claims (12)
- 偏心カムシャフトに偏心するように設けられ、前記偏心カムシャフトがモータによって回動されると一体に回動する偏心カムと、
前記偏心カムに旋回可能に設けられたロッカーアームと、
前記偏心カムシャフトに旋回可能に設けられた揺動カムと、
前記ロッカーアームと前記揺動カムとの間を連動させる揺動カムリンクと、
前記偏心カムシャフトに取り付けられ、前記偏心カムシャフトと一体に回動する可変レバーと、
前記可変レバーの旋回端部にヒンジ結合される可変レバーリンクシャフトと、
前記ロッカーアームと前記可変レバーとの間を連結し、前記可変レバーリンクシャフトにヒンジ結合される可変レバーリンク及び前記ロッカーアームにヒンジ結合される揺動ローラリンクからなるリンク機構と、
前記ロッカーアームと前記揺動カムリンクを連結し、前記ロッカーアームと前記揺動カムリンクを長さ方向に沿って互いに離隔してヒンジ結合する連結軸と、
前記可変レバーリンクと前記揺動ローラリンクとの間の連結部位に設けられる揺動ローラと、
前記揺動ローラを押す駆動カムと、
前記揺動カムを駆動カムに向かって弾性支持し、前記揺動ローラと前記駆動カムとの間を常に接触状態に維持するリターンスプリングと、
を含むことを特徴とするエンジンの連続可変バルブリフト装置。
- 前記連結軸と前記可変レバーリンクシャフトは、前記偏心カムシャフトに対して各々平行するように設けられることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの連続可変バルブリフト装置。
- 前記揺動ローラは、前記揺動ローラリンクの旋回端部に設けられることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの連続可変バルブリフト装置。
- 前記ロッカーアームと前記揺動カムリンクの間の公差を調整した後、その位置を固定する調整手段が設けられることを特徴とする請求項1に記載のエンジンの連続可変バルブリフト装置。
- 前記調整手段は、前記ロッカーアームと前記揺動カムリンクを貫通して連結する前記連結軸の外周面に偏心するように設けられたピンカムであることを特徴とする請求項4に記載のエンジンの連続可変バルブリフト装置。
- 前記調整手段と接触および非接触が可能に前記ロッカーアームに設けられ、前記調整手段の軸回転を防止する回転防止部材をさらに含むことを特徴とする請求項4に記載のエンジンの連続可変バルブリフト装置。
- 前記調整手段の外周面には前記回転防止部材と接触する突起が円周方向に沿って設けられることを特徴とする請求項6に記載のエンジンの連続可変バルブリフト装置。
- 前記回転防止部材は、
前記ロッカーアームの取り付け部に挿入設置され、前記調整手段と噛合する突起噛合部が下部面に形成されたロックと、
前記ロックと一体に結合されたロック調整部と、
から構成されることを特徴とする請求項6に記載のエンジンの連続可変バルブリフト装置。
- 前記回転防止部材は、前記ロッカーアームにネジ結合によって設けられることを特徴とする請求項6に記載の車両用エンジンの連続可変バルブリフト装置。
- 前記調整手段には前記調整手段の円周方向および軸の長さ方向に沿ってギア形状または半球形状の突起が形成され、前記回転防止部材には前記調整手段の突起形状に相応してギア形状または陥没した溝形状の突起噛合部が形成されることを特徴とする請求項6に記載の車両用エンジンの連続可変バルブリフト装置。
- 請求項1に記載の車両用エンジンの連続可変バルブリフト装置の制御方法であって、
エンジンの状態を検出するステップと、
前記ステップで算出された吸/排気バルブの開閉タイミングとバルブリフトの算出値に応じて、吸/排気バルブの開閉タイミングとバルブリフトを調節するステップと、
前記ステップで行われた吸/排気バルブの開閉タイミングとバルブリフトの変化を検出するステップと、
前記ステップで検出された吸/排気バルブの開閉タイミングとバルブリフトの変化値と前記算出値とを比較し、設定誤差の範囲内であれば制御を終了し、設定誤差から外れれば負荷条件に対応する吸/排気バルブの開閉タイミングとバルブリフトを算出する以下の過程を繰り返し行うステップと、
を含むことを特徴とする車両用エンジンの連続可変バルブリフト装置の制御方法。
- 前記エンジンの状態を検出するステップは、
始動のオン状態でエンジン回転数とスロットル開度および吸気圧力の変化を検出し、検出されたエンジン回転数とスロットル開度および吸気圧力の変化に対応する車両の現在負荷条件を決定し、決定された前記負荷条件に対応する吸/排気バルブの開閉タイミングとバルブリフトを算出するステップであることを特徴とする請求項11に記載の車両用エンジンの連続可変バルブリフト装置の制御方法。
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