JP6587949B2 - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のバルブを駆動すると共に、内燃機関の運転状況に応じてバルブの駆動状態を変更する可変動弁機構に関する。

可変動弁機構の中には、特許文献１〜４に示すもの等、図９に示すように、バルブの最大リフト量Ｌと作用角θとを同時に連続的に変化させるものがある。

特許３７９９９４４号 特許４１４３０１２号 特許４７７１８７４号 特開２００７−７７９４０号公報

特許文献１〜４の可変動弁機構では、図９(ａ)又は(ｂ)に示すように、作用角変化ｄθに対する最大リフト量変化ｄＬの割合ｄＬ／ｄθが略一定の略相似形でしか、リフト曲線Ｃを変化させることができない。そのため、最大リフト量Ｌを増大させると作用角θも増大し、最大リフト量Ｌを減少させると作用角θも減少する。よって、最大リフト量Ｌを増大させると共に作用角θを減少させることや、最大リフト量Ｌを減少させると共に作用角θを増大させることはできない。

しかしながら、内燃機関の更なる性能向上のためには、このような制御も必要になる。そこで、最大リフト量と作用角とを任意に変更できるようにすることを、本発明の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の可変動弁機構は、次のように構成されている。すなわち、内燃機関の回転に従い回転するカムと、カムのプロフィールをバルブに伝えることでバルブを駆動する伝達機構と、伝達機構を操作することで、内燃機関の回転角に対するバルブのリフト量を示すリフト曲線における少なくとも最大リフト量を連続的に変更する第一可変装置と、伝達機構を操作することで、リフト曲線における少なくとも作用角を連続的に変更する第二可変装置とを備えている。さらに、次のア〜ウのうちアの要件を満たし、かつ、後述する好ましい［Ａ］又は［Ｂ］のいずれか一方又は両方の構成を備えている。

［ア］リフト曲線が、その可変範囲の全部又は一部である所定範囲内のいずれの状態でも、その状態からの第一可変装置による微小変化の方が、同状態からの第二可変装置による微小変化よりも、作用角変化に対する最大リフト量変化の割合（ｄＬ／ｄθ）の絶対値が大きい。

より好ましくは、第一可変装置による前記微小変化は、第二可変装置による前記微小変化に比べて、前記割合（ｄＬ／ｄθ）の絶対値が１０倍以上であることである。最も好ましくは、第一可変装置による前記微小変化は、前記割合（ｄＬ／ｄθ）の絶対値が実質的に∞ｍｍ／度であり、第二可変装置による前記微小変化は、前記割合（ｄＬ／ｄθ）の絶対値が実質的に０ｍｍ／度であることである。

前記所定範囲は、特に限定されず、よって、最大リフト量及び作用角のそれぞれが、いずれの数値範囲内であってもよいが、前記所定範囲は、可変範囲の全部又は大部分であることが好ましい。また、前記所定範囲は、最大リフト量と作用角との積が最大となる点を含んでいることが好ましい。最も好ましくは、前記所定範囲は、最大リフト量及び作用角のいずれも零に可変でない場合には、可変範囲の全部であり、最大リフト量又は作用角を零に可変である場合には、該零になる点及びその付近を除く可変範囲の全部であることである。

［イ］第一可変装置の方が第二可変装置よりも、最大リフト量の可変幅（ΔＬ）が大きく、かつ、作用角の可変幅（Δθ）が小さい。

より好ましくは、第一可変装置は第二可変装置に比べて、最大リフト量の可変幅が１０倍以上であり、かつ、作用角の可変幅が１０分の１以下であることである。最も好ましくは、第一可変装置は、作用角の可変幅が実質的に零であり、第二可変装置は、最大リフト量の可変幅が実質的に零であることである。

［ウ］第一可変装置の方が第二可変装置よりも、作用角の可変幅に対する最大リフト量の可変幅の割合（ΔＬ／Δθ）の絶対値が大きい。

より好ましくは、第一可変装置は第二可変装置に比べて、前記割合（ΔＬ／Δθ）の絶対値が１０倍以上であることであることである。最も好ましくは、第一可変装置は、前記割合（ΔＬ／Δθ）の絶対値が実質的に∞ｍｍ／度であり、第二可変装置は、同割合（ΔＬ／Δθ）の絶対値が実質的に０ｍｍ／度であることである。

本発明によれば、第一可変装置と第二可変装置とでリフト曲線を変化させることで、最大リフト量と作用角とを任意に変更できる。そのため、最大リフト量を増大させると共に作用角を減少させることや、最大リフト量を減少させると共に作用角を増大させること等も可能である。

実施例１の可変動弁機構を示す斜視図である。 その可変動弁機構を示す側面図である。 その可変動弁機構において、(ａ)は第一可変装置で最大リフト量を増加させたときを示す側面図であり、(ｂ)は減少させたときを示す側面図である。 (ａ)は図３(ａ）の状態で実際にバルブを駆動している状態を示す側面図であり、(ｂ)は図３(ｂ）の状態で実際にバルブを駆動している状態を示す側面図であり、(ｃ)は図４(ａ)のときのリフト曲線を示す図であり、(ｄ)は図４(ｂ)のときのリフト曲線を示す図である。 その可変動弁機構において、(ａ)は第二可変装置で作用角を増加させたときを示す側面図であり、(ｂ)は減少させたときを示す側面図である。 (ａ)は図５(ａ）の状態で実際にバルブを駆動している状態を示す側面図であり、(ｂ)は図５(ｂ）の状態で実際にバルブを駆動している状態を示す側面図であり、(ｃ)は図６(ａ)ときのリフト曲線を示す図であり、(ｄ)は図６(ｂ)のときのリフト曲線を示す図である。 その可変動弁機構において、(ａ)はリフト曲線を第一可変装置により変化させたときを示す図であり、(ｂ)は第二可変装置により変化させたときを示す図である。 実施例２の可変動弁機構において、(ａ)はリフト曲線を第一可変装置により変化させたときを示す図であり、(ｂ)は第二可変装置により変化させたときを示す図である。 (ａ)は特許文献１，３，４の可変動弁機構のリフト曲線を示す図であり、(ｂ)は特許文献２の可変動弁機構のリフト曲線を示す図である。

本発明の可変動弁機構のより具体的な構成は、特に限定されず、例えば従来例１〜４のいずれかの可変動弁機構とバルブとの間に、別のいずれかの可変動弁機構におけるカムとバルブとの間部分を更に介装したもの等であってもよいが、動弁系（伝達機構）が短くなる点で、次のように構成されていることが好ましい。

すなわち、
［Ａ］伝達機構は、関節部によって接続された４本のリンクを備えている。そして、第一可変装置は、少なくとも、所定の関節部のバルブ駆動時における往復動方向をシフトさせるものである。そして、第二可変装置は、少なくとも、カムのベース円が作用するベース円時における前記所定の関節部の位置をシフトさせるものである。

ここで、第一可変装置のより具体的な態様は、特に限定されないが、次の態様を例示する。すなわち、第一可変装置は、回動制御可能に設けられた第一制御軸と、第一制御軸からその軸径方向に延び、第一制御軸と共に回動する回動レバーと、回動レバーの先端部に軸着された、前記所定の関節部の往復動方向をガイドするガイド部材とを含み構成されている。ここで、４本のリンクのうちの２本のリンクが、第一制御軸に揺動可能に軸支されていることが好ましい。第一制御軸が２本のリンクの支持軸を兼ねることで、部品点数を減らして可変動弁機構をコンパクトにまとめることができるからである。

また、第二可変装置のより態様な態様は、特に限定されないが、次の態様を例示する。すなわち、第二可変装置は、回動制御可能に設けられた第二制御軸と、第二制御軸に突設された制御カムとを含み構成されている。そして、制御カムは、第二制御軸の回動に伴い前記所定の関節部を押圧することでベース円時における該関節部の位置をシフトさせる。

カムは、メインノーズのみの通常のカムであってもよいが、本発明をより有効に活用できる点で、次のように構成されていることが好ましい。すなわち、
［Ｂ］カムは、メインノーズと、メインノーズでバルブを開閉した後に再びバルブを開閉するサブノーズとを備えている。そして、サブノーズによるバルブの開閉は、第一可変装置又は第二可変装置でリフト曲線を変化させることにより、無くすことが可能に構成されている。なお、このような態様においては、前記最大リフト量は、メインノーズの最大リフト量をいい、前記作用角は、メインノーズの作用角をいう。

次に、本発明の実施例を示す。但し、本発明は実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成や形状を任意に変更して実施することもできる。

図１〜図７に示す実施例１の可変動弁機構１は、バルブスプリング（図示略）が取り付けられた内燃機関の吸気用又は排気用のバルブ６を周期的に押圧することで、バルブ６を開閉する機構である。この可変動弁機構１は、カム１０と、伝達機構２０と、第一可変装置５０と、第二可変装置６０とを含み構成されている。

［カム１０］
カム１０は、図１等に示すように、カムシャフト９に突設されおり、そのカムシャフト９と共に回転する。そのカムシャフト９は、内燃機関が２回転（７２０度回転）する毎に１回転する。このカム１０は、図２等に示すように、断面形状が円形のベース円１１と、ベース円１１から突出したメインノーズ１２及びサブノーズ１３とから構成されている。

サブノーズ１３は、ＥＧＲ（排気再循環）等の目的で、バルブ６を２回開きする（メインノーズ１２でバルブ６を開閉した後に再びバルブ６を開閉する）ためのノーズである。このサブノーズ１３は、図４(ｃ)等に示すように、メインノーズ１２の最大リフト量Ｌよりも小さい極大リフト量Ｌｓ、及びメインノーズ１２の作用角θ（バルブ６を開く内燃機関の回転角範囲）よりも小さい作用角θｓでバルブ６を駆動する。但し、ＥＧＲ（排気再循環）等を行わない場合には、このようなサブノーズ１３は設けない。

［伝達機構２０］
伝達機構２０は、カム１０のプロフィールをバルブ６に伝えることでバルブ６を駆動する機構である。この伝達機構２０は、図２等に示すように、第一〜第三の関節部３１〜３３によって順に接続された第一〜第四の４本のリンク２１〜２４（四節リンク）と、ロッカアーム４１とを含み構成されている。

第一リンク２１は、第二リンク２２側とは反対側の端部が第一可変装置５０の第一制御軸５１に揺動可能に軸支されている。そして、この第一リンク２１と第二リンク２２との関節部である第一関節部３１には、カム１０に当接するローラ状のカムフォロア３６が回転可能に取り付けられている。そのカムフォロア３６がカム１０に押圧されることで、第一リンク２１は、第一制御軸５１を中心に揺動する。

第二リンク２２及び第三リンク２３は、第一リンク２１の揺動力を第四リンク２４に伝えるためのリンクである。そして、第二リンク２２と第三リンク２３との関節部である第二関節部３２には、ローラ状のスライダ３７が回転可能に取り付けられている。

第四リンク２４は、第三リンク２３側とは反対側の端部が第一制御軸５１に揺動可能に軸支されている。そして、下面に、揺動時にロッカアーム４１を介してバルブ６を駆動するための駆動面２４ａを備えている。

そのロッカアーム４１は、基端部がラッシュアジャスタ４８によって揺動可能に支持されており、長さ方向中間部に、第四リンク２４の駆動面２４ａに当接するローラ４２が回転可能に取り付けられている。そして、揺動時には、先端部でバルブ６を駆動する。

そして、４本のリンク２１〜２４（四節リンク）に対しては、これをリフト方向（バルブ６をリフトする側の方向）とは反対の戻り方向に付勢するリターンスプリング（図示略）が取り付けられている。

［第一可変装置５０］
第一可変装置５０は、内燃機関の回転角に対するバルブ６のリフト量を示すリフト曲線Ｃにおける最大リフト量Ｌを専ら変更する装置である。但し、この第一可変装置５０は、最大リフト量Ｌを零にすることはない。この第一可変装置５０は、図３(ａ)(ｂ)及び図４(ａ)(ｂ)に示すように、第二関節部３２の初期位置（カム１０のベース円１１が作用するベース円時における位置）をシフトさせることなく、第二関節部３２のバルブ駆動時における往復動方向Ｄを連続的にシフトさせることで、図７(ａ)等に示すように、作用角θを実質的に変更することなく、最大リフト量Ｌを連続的に変更する。

よって、この第一可変装置５０は、作用角θの可変幅Δθが実質的に零である。よって、作用角θの可変幅Δθに対する最大リフト量Ｌの可変幅ΔＬの割合ΔＬ／Δθの絶対値は、実質的に∞ｍｍ／度である。そして、リフト曲線Ｃがその可変範囲内のいずれの状態でも、この第一可変装置５０による微小変化は、作用角変化ｄθに対する最大リフト量変化ｄＬの割合ｄＬ／ｄθの絶対値が実質的に∞ｍｍ／度である。

この第一可変装置５０の構成は、次のようになっている。すなわち、この第一可変装置５０は、図２等に示すように、第一制御軸５１と、回動レバー５２と、ガイド部材５３とを含み構成されている。第一制御軸５１は、第一アクチュエータ（図示略）により、回動制御可能に設けられている。回動レバー５２は、第一制御軸５１からその軸径方向に延びており、第一制御軸５１と共に回動する。ガイド部材５３は、基端部が回動レバー５２の先端部に軸着されている。そのガイド部材５３にスライダ３７が当接している。そのガイド部材５３は、第二関節部３２の往復動方向Ｄをガイドするための部材である。

そして、図３(ａ)及び図４(ａ)に示すように第一制御軸５１を一方に回動させることで、ガイド部材５３も一緒に同方向に変位させる。それにより、第二関節部３２の往復動方向Ｄのリフト方向側が第一制御軸５１の径方向内側にシフトする。それにより、図４(ｃ)に示すように、作用角θが変化することなく、最大リフト量Ｌが増大する。

また、図３(ｂ)及び図４(ｂ)に示すように第一制御軸５１を他方に回動させることで、ガイド部材も一緒に同方向に変位させる。それにより、第二関節部３２の往復動方向Ｄのリフト方向側が第一制御軸５１の径方向外側にシフトする。それにより、図４(ｄ)に示すように、作用角θが変化することなく、最大リフト量Ｌが減少する。

［第二可変装置６０］
第二可変装置６０は、リフト曲線Ｃにおける作用角θを専ら変更する装置である。但し、この第二可変装置６０は、作用角θを零にすることはない。この第二可変装置６０は、図５(ａ)(ｂ)及び図６(ａ)(ｂ)に示すように、第二関節部３２の初期位置を連続的にシフトさせると共に、第二関節部３２の往復動方向Ｄを連続的にシフトさせることで、図７（ｂ）に示すように、最大リフト量Ｌを実質的に変更することなく、作用角θを連続的に変更する。

よって、この第二可変装置６０は、最大リフト量Ｌの可変幅ΔＬが実質的に零である。よって、作用角θの可変幅Δθに対する最大リフト量Ｌの可変幅ΔＬの割合ΔＬ／Δθの絶対値は、実質的に０ｍｍ／度である。そして、リフト曲線Ｃがその可変範囲内のいずれの状態でも、この第二可変装置６０による微小変化は、作用角変化ｄθに対する最大リフト量変化ｄＬの割合ｄＬ／ｄθの絶対値が実質的に０ｍｍ／度である。

この第二可変装置６０の構成は、次のようになっている。すなわち、この第二可変装置６０は、図２等に示すように、第二制御軸６１と、制御カム６３とを含み構成されている。第二制御軸６１は、第二アクチュエータ（図示略）により、回動制御可能に設けられている。制御カム６３は、第二制御軸６１に突設されており、第二制御軸６１と共に回動する。

そして、図５(ａ)及び図６(ａ)に示すように第二制御軸６１を一方に回動させることで、制御カム６３でガイド部材５３及びスライダ３７を介して第二関節部３２を第二制御軸６１の径方向外方に押圧する。それにより、第二関節部３２の初期位置がリフト方向側にシフトする。それにより、図６(ｃ)に示すように、作用角θが増大する。このとき、最大リフト量Ｌは増大しない。第二関節部３２の初期位置がシフトすると伴に、第二関節部３２の往復動方向Ｄのリフト方向側が第一制御軸５１の径方向外側にシフトすることで、最大リフト量Ｌの増大が相殺されるからである。

また、図５(ｂ)及び図６(ｂ)に示すように第二制御軸６１を他方に回動させて制御カム６３のノーズを退避させることで、リターンスプリング（図示略）のバネ力で、第二関節部３２を第二制御軸６１の径方向内方にシフトさせる。それにより、第二関節部３２の初期位置が戻り方向にシフトする。それにより、図６(ｄ)に示すように、作用角θが減少する。このとき、最大リフト量Ｌは減少しない。第二関節部３２の初期位置がシフトすると伴に、第二関節部３２の往復動方向Ｄのリフト方向側が第一制御軸５１の径方向内側にシフトすることで、最大リフト量Ｌの減少が相殺されるからである。

［効果］
本実施例１によれば、次の効果を得ることができる。すなわち、第一可変装置５０により、作用角θを変更することなく最大リフト量Ｌを連続的に変更することができ、第二可変装置６０により、最大リフト量Ｌを変更することなく作用角θを連続的に変更することができるので、最大リフト量Ｌと作用角θとを任意に変更することができる。

また、第二可変装置６０で作用角θ，θｓを減少させてサブノーズ１３によるバルブ６の開閉を無くすと共に、第一可変装置５０でメインノーズ１２による最大リフト量Ｌを増加させることで、必要なだけのメインノーズ１２によるバルブ駆動量を保ちつつ、２回開きを１回開きに変更することができる。

図８に示す実施例２は、第一可変装置の各部の寸法と第二可変装置の各部の寸法とが、実施例１と相違している。そのため、第一可変装置は、図８(ａ)に示すように、最大リフト量Ｌを変更すると共に、作用角θも若干変更する。そして、第二可変装置は、図８(ｂ)に示すように、作用角θを変更すると共に、最大リフト量Ｌも若干変更する。

詳しくは、第一可変装置の方が第二可変装置よりも、最大リフト量Ｌの可変幅ΔＬが大きく、かつ、作用角θの可変幅Δθが小さい。よって、第一可変装置の方が第二可変装置よりも、作用角θの可変幅Δθに対する最大リフト量Ｌの可変幅ΔＬの割合ΔＬ／Δθの絶対値が大きい。そして、リフト曲線Ｃがその可変範囲内のいずれの状態でも、その状態からの第一可変装置による微小変化の方が、同状態からの第二可変装置による微小変化よりも、作用角変化ｄθに対する最大リフト量変化ｄＬの割合ｄＬ／ｄθの絶対値が大きい。

本実施例２でも、最大リフト量Ｌと作用角θとを、第一可変装置と第二可変装置とにより制御することで、最大リフト量Ｌと作用角θとを任意に変更することができる。

１ 可変動弁機構
６ バルブ
９ カム軸
１０ カム
１１ ベース円
１２ メインノーズ
１３ サブノーズ
２０ 伝達機構
２１ 第一リンク
２２ 第二リンク
２３ 第三リンク
２４ 第四リンク
３２ 第二関節部（所定の関節部）
５０ 第一可変装置
５１ 第一制御軸
５２ 回動レバー
５３ ガイド部材
６０ 第二可変装置
６１ 第二制御軸
６３ 制御カム
Ｃ リフト曲線
Ｌ 最大リフト量
ｄＬ 最大リフト量変化
ΔＬ 最大リフト量の可変幅
θ 作用角
ｄθ 作用角変化
Δθ 作用角の可変幅
Ｄ 第二関節部の往復動方向

Claims (8)

1. 内燃機関の回転に従い回転するカム（１０）と、
   カム（１０）のプロフィールをバルブ（６）に伝えることでバルブ（６）を駆動する伝達機構（２０）と、
   伝達機構（２０）を操作することで、内燃機関の回転角に対するバルブ（６）のリフト量を示すリフト曲線（Ｃ）における少なくとも最大リフト量（Ｌ）を連続的に変更する第一可変装置（５０）と、
   伝達機構（２０）を操作することで、リフト曲線（Ｃ）における少なくとも作用角（θ）を連続的に変更する第二可変装置（６０）とを備え、
   リフト曲線（Ｃ）が、その可変範囲の全部又は一部である所定範囲内のいずれの状態でも、その状態からの第一可変装置（５０）による微小変化の方が、同状態からの第二可変装置（６０）による微小変化よりも、作用角変化（ｄθ）に対する最大リフト量変化（ｄＬ）の割合（ｄＬ／ｄθ）の絶対値が大きく、
   伝達機構（２０）は、関節部（３１〜３３）によって接続された４本のリンク（２１〜２４）を備え、
   第一可変装置（５０）は、少なくとも、所定の関節部（３２）のバルブ駆動時における往復動方向（Ｄ）をシフトさせるものであり、
   第二可変装置（６０）は、少なくとも、カム（１０）のベース円（１１）が作用するベース円時における前記所定の関節部（３２）の位置をシフトさせるものである
   内燃機関の可変動弁機構。
2. 第一可変装置（５０）による前記微小変化は、前記割合（ｄＬ／ｄθ）の絶対値が実質的に∞ｍｍ／度であり、第二可変装置（６０）による前記微小変化は、前記割合（ｄＬ／ｄθ）の絶対値が実質的に０ｍｍ／度である請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構。
3. 第一可変装置（５０）は、回動制御可能に設けられた第一制御軸（５１）と、第一制御軸（５１）からその軸径方向に延び、第一制御軸（５１）と共に回動する回動レバー（５２）と、回動レバー（５２）の先端部に軸着された、前記所定の関節部（３２）の往復動方向（Ｄ）をガイドするガイド部材（５３）とを含み構成されている請求項１又は２記載の内燃機関の可変動弁機構。
4. ４本のリンク（２１〜２４）のうちの２本のリンク（２１，２４）が、第一制御軸（５１）に揺動可能に軸支されている請求項３記載の可変動弁機構。
5. 第二可変装置（６０）は、回動制御可能に設けられた第二制御軸（６１）と、第二制御軸（６１）に突設された制御カム（６３）とを含み構成され、制御カム（６３）は、第二制御軸（６１）の回動に伴い前記所定の関節部（３２）を押圧することでベース円時における該関節部（３２）の位置をシフトさせる請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構。
6. カム（１０）は、メインノーズ（１２）と、メインノーズでバルブ（６）を開閉した後に再びバルブ（６）を開閉するサブノーズ（１３）とを備え、
   サブノーズ（１３）によるバルブ（６）の開閉は、第一可変装置（５０）又は第二可変装置（６０）でリフト曲線（Ｃ）を変化させることにより、無くすことが可能に構成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構。
7. 内燃機関の回転に従い回転するカム（１０）と、
   カム（１０）のプロフィールをバルブ（６）に伝えることでバルブ（６）を駆動する伝達機構（２０）と、
   伝達機構（２０）を操作することで、内燃機関の回転角に対するバルブ（６）のリフト量を示すリフト曲線（Ｃ）における少なくとも最大リフト量（Ｌ）を連続的に変更する第一可変装置（５０）と、
   伝達機構（２０）を操作することで、リフト曲線（Ｃ）における少なくとも作用角（θ）を連続的に変更する第二可変装置（６０）とを備え、
   リフト曲線（Ｃ）が、その可変範囲の全部又は一部である所定範囲内のいずれの状態でも、その状態からの第一可変装置（５０）による微小変化の方が、同状態からの第二可変装置（６０）による微小変化よりも、作用角変化（ｄθ）に対する最大リフト量変化（ｄＬ）の割合（ｄＬ／ｄθ）の絶対値が大きく、
   カム（１０）は、メインノーズ（１２）と、メインノーズでバルブ（６）を開閉した後に再びバルブ（６）を開閉するサブノーズ（１３）とを備え、
   サブノーズ（１３）によるバルブ（６）の開閉は、第一可変装置（５０）又は第二可変装置（６０）でリフト曲線（Ｃ）を変化させることにより、無くすことが可能に構成されている
   内燃機関の可変動弁機構。
8. 第一可変装置（５０）による前記微小変化は、前記割合（ｄＬ／ｄθ）の絶対値が実質的に∞ｍｍ／度であり、第二可変装置（６０）による前記微小変化は、前記割合（ｄＬ／ｄθ）の絶対値が実質的に０ｍｍ／度である請求項７記載の内燃機関の可変動弁機構。

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