JP6170711B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Description
前記吸気行程において吸気弁を開弁させる吸気カムと、
一気筒当たり一対の排気弁のうち一方の排気弁側に設けられ、前記排気行程において両方の排気弁を開弁させる排気メインリフトカムと、前記一気筒当たり一対の排気弁のうち他方の排気弁側に設けられて、前記吸気行程において両方の排気弁を開弁させる排気サブリフトカムと、
前記排気サブリフトカムによる作動角を、連続あるいは多段階に可変制御する排気サブリフト作動角可変機構と、
前記排気サブリフトカムによるピークリフト位相を連続的あるいは多段階に可変制御する排気サブリフト位相可変機構と、
を備えたことを特徴としている。
〔第1実施形態〕
この実施形態における可変動弁装置は、図1及び図2に示すように、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、2つの排気ポートを開閉する一気筒当たり一対(2つ)設けられた第1、第2排気弁3a、3bと、機関前後方向に配置された内部中空状の駆動軸4と、各排気弁3a、3bの上端部に配置された単一のスイング機構6と、前記駆動軸4の外周に一体的に設けられて、前記スイング機構6を介して前記第1、第2排気弁3a、3bを開閉作動させる排気メインリフトカムである回転カム5と、前記駆動軸4の外周に回転自在に支持されて同じく前記スイング機構6を介して前記第1、第2排気弁3a、3bを開閉作動させる排気サブリフトカムである揺動カム7と、前記駆動軸4の外周に一体的に設けられた後述する駆動カム13と、該駆動カム13と前記揺動カム7との間を連係し、前記駆動カム13の回転力を揺動運動に変換して揺動カム7に揺動力として伝達する伝達機構8と、該伝達機構8の姿勢を変化させて前記第1、第2排気弁3a、3bの排気サブリフト特性におけるバルブリフト量及び作動角を機関運転状態に応じて連続的に可変制御する制御機構9と、前記駆動軸4の一端部(前端部)に設けられて、前記第1、第2排気弁3a、3b両方の排気サブリフトのバルブタイミング(ピークリフト位相)を可変制御する排気サブリフト位相可変機構としてのバルブタイミング可変機構(排気VTC)02と、を備えている。
〔排気VELの構造〕
前記第1、第2排気弁3a、3bの作動角とは、第1、第2排気弁3a、3bが開弁している期間をいう。また、前記揺動カム7と伝達機構8及び制御機構9によって排気サブリフト作動角可変機構としての排気VEL01が構成され、これらの排気VEL01構成要素は各気筒に一セットずつ設けられている。
〔排気VELの作動〕
そして、前記排気VEL01の前記制御軸24の回転位相を、例えば図1の反時計方向にθ1〜θ3へ変化させると、図4〜図9に示すように、排気サブリフト特性が、ピークリフト量L1(作動角D1)からピークリフト量L3(作動角D3)まで変化するようになっている。
〔排気VTCの作動〕
以下、排気VTC02の作動を説明する。まず、イグニッションキーをオフして機関を停止させた際に、電子コントローラ49から電磁切換弁57に対する制御電流の出力が停止されて、弁体がスプリングのばね力に押されて、供給通路55と進角側の第1油圧通路53とを連通する。つまり、図2に示す電磁切換弁57において、左側の位相進角変換位置が有効になる。したがって、供給油圧により、ベーン部材42は進角側に回転しようとするが、機関回転数が零に近づくと、オイルポンプ59の吐出油圧が低下して行き、供給油圧も零になってしまう。
図11A,Bは、吸排気弁のリフト特性を示し、図11Aは、始動直後のリフト特性を示している。
〔第2実施形態〕
図12は第2実施形態を示し、第1排気弁3aを第1実施形態とは異なる排気VEL01によって開閉作動させる一方、第2排気弁3bを特殊な回転カム80によって開閉作動させるようにしている。また、外側の第1駆動軸4の一端部側(前端側)に第1実施形態と同様の排気VTC02が設けられていると共に、他端部側(後端側)には、前記第1駆動軸4の内部に回転自在に設けられた第2駆動軸81と前記第1駆動軸4との相対位相を変化させる電動VTC03が設けられている。
すなわち、詳細な説明は省略するが、特開2012−145036号公報における電動VTCが、外周側のタイミングスプロケットに対する内周側のカムシャフトの相対回転位相を、電動モ−タ及び減速機構を介して変換するのに対し、本実施形態の前記電動VTC03は、外周側の第1駆動軸4に対する内周側の第2駆動軸81の相対回転位相を、電動モ−タ及び減速機構を介して変換するようになっているだけで、基本構成及び作動原理は同公報のものと同様である。
〔本実施形態の作用〕
第1排気弁3aは、前記排気VEL01によって開閉作動される一方、第2排気弁3bは、回転カム80によって開閉作動されて、それぞれ揺動カム7あるいは回転カム80のカムプロフィールに応じたバルブリフト特性となる。
そして、前記排気VTC02の進遅角変換により、第1排気弁3a、第2排気弁3bの両方のピークリフト位相が同じだけ進遅角する。
一方前記電動VTC03の進遅角変換によれば、前記回転カム80により駆動される第2排気弁3bのみのピークリフト位相が進遅角する。
すなわち、図14Bが前記電動VTC03により第2排気弁3bが最遅角に制御された状態であり、図14Cが同じく最進角に制御された状態であり、図14Aが中間位相に制御された状態である。
次に、排気VEL01の作動について説明すると、電動モータ05と減速機構06により制御軸24が、例えば図13Cに示すように一方向に回転されて制御カム32の厚肉部が上側に位置して、ロッカアーム15、リンクロッド17及び揺動カム7の全体が図13Cに示すように、反時計方向へ回動するように上方へと引き上げられる。この結果、揺動カム7のバルブリフタ20aに対する当接位置がベースサークル寄りとなって、比較的小さな小リフト量L1となる。
図15Aに始動直後における吸排気弁のリフト特性を示す。図15Aの第1排気弁3aの排気サブリフトのリフトカ−ブL3は、第1実施形態の第1排気弁3a、第2排気弁3bにおける図11Aに示すサブリフトカ−ブL3と同じリフト曲線であり、第1排気弁3aの開時期EVOs3、閉時期EVCs3も同じタイミングであり、異なっているのは、第1排気弁3aのみが開閉作動する点である。
さらに、本第2実施形態では、片方の排気弁(第1排気弁3a)のみから燃焼ガスが再導入されるので、その際に生じるスワ−ルが、ピストン冠面ではなくシリンダボア外周に沿った気流に主になり、シリンダボアの外周側に燃焼ガスが、内周側に新気という温度成層場もできるのである。ここで、シリンダボア外周側の燃焼ガス気流は、シリンダボア壁面(冷却水の冷却効果によりピストンより低温)により冷やされるので、一層前述の急速異常燃焼などを抑制できるのである。
〔第3実施形態〕
図13は第3実施形態における第1、第2排気弁3a、3bと吸気弁のバルブリフトカーブ(暖機完了後)を示している。これは、第2実施形態と同じ可変動弁装置を用いて直列3気筒の内燃機関に適用したものである。 そして、第1排気弁3aの排気サブリフトは、第2実施形態における図15Bに示す排気サブリフトL1特性と同じである一方、第2排気弁3bの排気メインリフトは、開時期EVOmが下死点付近まで遅角制御されている。つまり、図16Aに示すように、図15に示す基準位相(破線)よりXe’だけ遅角し、図15Bに示すXeよりもさらに遅角側に制御されている。
〔請求項a〕請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記排気サブリフト特性の作動角の増加に伴い、前記ピークリフト位相が遅角するように構成されたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項b〕請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装置であって、
前記排気サブリフト特性の作動角及びピークリフト位相の両方が、相互に独立して連続的あるいは多段階に変化し得るように機械的に構成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項c〕請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装置であって、
前記排気サブリフト特性の作動角とピークリフト位相が、前記吸気カムのリフト特性とは独立して、かつ連続的あるいは多段階に変化し得るように機械的に構成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項d〕請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装置であって、
前記排気サブリフト特性の作動角やピークリフト位相が相互に独立し、かつ前記吸気弁の開弁時期とは独立して連続的あるいは多段階に変化し得るように機械的に構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項e〕請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
機関始動直後には、前記排気サブリフト特性を排気上死点側に進角させると共に、機関温度が低いほど作動角を拡大させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項f〕請求項eに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記排気サブリフト特性の作動角を最大にした場合において、閉時期を吸気下死点ないし下死点前に設定したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項g〕請求項eに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記排気メインリフト特性におけるピークリフト位相を膨張行程の下死点側に進角させると共に、前記排気メインリフト特性の閉弁時期から排気上死点までの時間(期間)を、排気上死点から前記吸気弁の開弁時期までの時間(期間)以下に設定したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項h〕請求項eに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記可変動弁装置が非作動時における排気サブリフト特性の作動角とピークリフト位相が、冷機始動時における制御サブリフト特性の作動角とピークリフト位相とほぼ一致することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項i〕請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
暖機完了後は、前記排気サブリフト特性の開弁時期を吸気下死点側に遅角させると共に、機関負荷が低いほど作動角を拡大することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項j〕請求項2または3に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記排気メインリフト特性におけるピークリフト位相が、排気サブリフト特性におけるピークリフト位相とは独立して変化し得るように機械的に構成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項k〕請求項jに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
排気弁付近の排気ポート内の圧力が、排気サブリフト期間において高くなるように燃焼順序で後続する気筒の排気メインリフト特性におけるピークリフト位相を制御したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項l〕請求項2または3に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記一気筒当たり一対の排気弁のうちの一方のみが排気メインリフト特性となり、前記一気筒当たり一対の排気弁のうち他方のみが排気サブリフト特性となることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項m〕請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記排気メインリフトカムは、クランクシャフトと同期回転する駆動軸と一体に回転可能に設けられ、
前記排気サブリフトカムは、前記駆動軸の回転が揺動量に変換されて伝達する伝達機構によって揺動し、
前記排気サブリフト作動角可変機構は、前記伝達機構の姿勢を変化させることによって前記排気サブリフトの作動角を可変制御するように設けられ、
前記排気サブリフト位相可変機構は、前記クランクシャフトと駆動軸の回転位相を可変制御するように設けられていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項n〕請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記排気メインリフトカムは、クランクシャフトと同期回転する駆動軸と一体に回転可能に設けられ、
前記排気サブリフトカムは、前記駆動軸と同期回転可能でかつ軸方向に前記駆動軸に対して移動可能に設けられていると共に、前記駆動軸の軸方向に複数の異なる作動角のカム面を有し、
前記排気サブリフト作動角可変機構は、前記排気サブリフトカムを前記駆動軸に対して軸方向に移動させることで排気サブリフトにおける作動角を変化させ、
前記排気サブリフト位相可変機構は、前記クランクシャフトと前記駆動軸の回転位相を可変とすることで排気サブリフトにおけるピ−クリフト位相を変化させるように設けられていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
〔請求項o〕請求項lに記載の内燃機関の可変動弁装置において、
クランクシャフトと同期回転する第1駆動軸の回転を揺動運動に変換して伝達する伝達機構によって揺動する揺動カムにより、前記他方の排気弁が前記排気サブリフト特性で開閉するように構成され、
前記第1駆動軸と同軸に設けられた第2駆動軸と一体回転可能に設けられた回転カムによって前記一方の排気弁が前記排気メインリフト特性で開閉するように構成され、
前記排気サブリフト作動角可変機構は、前記伝達機構の姿勢を変化させることによって前記排気サブリフトの作動角を可変制御すると共に、
前記排気メインリフト位相可変機構は、前記クランクシャフトと前記第1駆動軸の回転位相を可変制御する第1位相可変機構と、前記第1駆動軸と第2駆動軸の回転位相を可変制御する第2位相可変機構によって構成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
02…排気VTC
03…電動VTC
1…シリンダヘッド
3a…第1排気弁
3b…第2排気弁
4…駆動軸
5…回転カム(排気メインリフトカム)
6…スイング機構
7…揺動カム(排気サブリフトカム)
8…伝達機構
9…制御機構
13…駆動カム
15…ロッカアーム
16…リンクアーム
17…リンクロッド
24…制御軸
30…第1スイングアーム
31…第2スイングアーム
32…ロッカシャフト
34…第1ローラ
35…第2ローラ
41…タイミングスプロケット
42…ベーン部材
42a…ベーンロータ
42b…ベーン
43…油圧回路
44…ハウジング
45…フロントプレート
46…リアカバー
51…進角側油室
52…遅角側油室
53…第1油通路
54…第2油通路
57…電磁切換弁
59…オイルポンプ
71…コイルスプリング
Claims (3)
- 排気上死点から吸気下死点までの吸気行程と、吸気下死点から圧縮上死点までの圧縮行程と、圧縮上死点から膨張下死点までの膨張行程と、膨張下死点から排気上死点までの排気行程からなる4サイクル内燃機関に適用され、
前記吸気行程において吸気弁を開弁させる吸気カムと、
一気筒当たり一対の排気弁のうち一方の排気弁側に設けられ、前記排気行程において両方の排気弁を開弁させる排気メインリフトカムと、前記一気筒当たり一対の排気弁のうち他方の排気弁側に設けられて、前記吸気行程において両方の排気弁を開弁させる排気サブリフトカムと、
前記排気サブリフトカムによる作動角を、連続あるいは多段階に可変制御する排気サブリフト作動角可変機構と、
前記排気サブリフトカムによるピークリフト位相を連続的あるいは多段階に可変制御する排気サブリフト位相可変機構と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置において、
前記排気サブリフトカムの作動角の増加に伴い、前記ピークリフト位相が遅角するように構成されたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置であって、
前記排気サブリフトカムの作動角及びピークリフト位相の両方が、相互に独立して連続的あるいは多段階に変化し得るように機械的に構成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
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