JP6742793B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は内燃機関に関する。 The present invention relates to internal combustion engines.
内燃機関では、気筒の吸気行程で、吸気バルブを吸気下死点よりも遅いタイミングで閉じることにより、実効的に圧縮行程のストローク長を膨張行程のストローク長よりも短くするミラーサイクルが知られている。 In an internal combustion engine, a Miller cycle is known in which the stroke length of the compression stroke is effectively made shorter than the stroke length of the expansion stroke by closing the intake valve at a timing later than the intake bottom dead center in the intake stroke of the cylinder. There is.
実圧縮比よりも実膨張比を大きくとるミラーサイクルは、実圧縮比と実膨張比とが概ね等しいオットーサイクルに比して、ポンピングロスを低減しながら排熱量を減少させ熱効率を高めることができる点で有利である。 The Miller cycle, which has a larger actual expansion ratio than the actual compression ratio, can reduce pumping loss and reduce the amount of exhaust heat to improve thermal efficiency, compared to the Otto cycle in which the actual compression ratio and the actual expansion ratio are substantially equal. It is advantageous in terms.
従来、内燃機関のミラーサイクル化の技術として、特許文献1に記載の如くの可変バルブタイミング機構を用いるものがある。この可変バルブタイミング機構は、カムプロフィルを相互に異なるものとし、吸気バルブの閉鎖時期を異ならせた2種の吸気カムを用意し、油圧ピストン機構等によってそれらの2種の吸気カムのいずれかを吸気バルブのロッカーアームに連携させるものである。ミラーサイクルに適したカムプロフィルを備えた吸気カムによれば、ミラーサイクルを実現できる。オットーサークルに適したカムプロフィルを備えた吸気カムによれば、オットーサイクル実現できる。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique for forming a mirror cycle of an internal combustion engine, there is one that uses a variable valve timing mechanism as described in Patent Document 1. This variable valve timing mechanism has two different intake cams with different cam profiles and different intake valve closing timings, and one of these two intake cams is provided by a hydraulic piston mechanism or the like. It is linked to the rocker arm of the intake valve. An intake cam having a cam profile suitable for the mirror cycle can realize the mirror cycle. An intake cam equipped with a cam profile suitable for the Otto circle can realize the Otto cycle.
特許文献1に記載の内燃機関では、オットーサイクルとミラーサイクルのそれぞれを実現するために、吸気バルブの開閉構造として、カムプロフィルの異なる2種の吸気カムを用意する必要があり、複雑である。 The internal combustion engine described in Patent Document 1 is complicated because it is necessary to prepare two types of intake cams having different cam profiles as the opening/closing structure of the intake valve in order to realize each of the Otto cycle and the Miller cycle.
本発明の課題は、内燃機関において、吸気バルブの開閉構造を可及的に簡易にしながら、オットーサイクルとミラーサイクルを実現することにある。 An object of the present invention is to realize an Otto cycle and a Miller cycle in an internal combustion engine while simplifying the opening/closing structure of an intake valve as much as possible.
請求項1に係る発明は、カム軸に枢支された吸気カムにより吸気バルブをばね力に抗して駆動し、この吸気バルブによって吸気ポートを開閉するものであり、吸気カムがカム軸に相対回転可能に枢支され、カム軸に設けた係合部が、吸気カムに設けた空動許容部のカム軸回転方向に沿う一端側の進み側端部と他端側の反進み側端部とに挟まれる空動可能範囲で空動可能にされ、カム軸に設けた係合部が吸気カムに設けた空動許容部の進み側端部に係合する状態下で、カム軸と吸気カムとを相対回転不能に固定するロック位置と、固定しない非ロック位置とに切換設定可能にされるロック部を有し、ロック部が非ロック位置に設定されたとき、吸気カムが吸気バルブを全開するまでは、カム軸の駆動回転力によってカム軸に設けた係合部が吸気カムにおける空動許容部の進み側端部に押付けられ、吸気カムが吸気バルブを全開してからは、吸気バルブのばね力によって吸気カムにおける空動許容部の進み側端部をカム軸に設けた係合部から離隔させ、空動許容部の反進み側端部をカム軸に設けた係合部に押付けるまで、該吸気カムを該カム軸に対しカム軸回転方向に空動角αだけ空動させ、吸気カムが吸気バルブを全閉するまでは、吸気バルブのばね力によって吸気カムにおける空動許容部の反進み側端部がカム軸に設けた係合部に押付けられ、吸気カムが吸気バルブを全閉してからは、カム軸の駆動回転力によってカム軸に設けた係合部を吸気カムにおける空動許容部の反進み側端部から離隔させ、空動許容部の進み側端部に押付けるまで、該カム軸を該吸気カムに対しカム軸回転方向に空動角αだけ空動させるように構成され、ロック部がロック位置に設定されたとき、吸気カムはカム軸に相対回転不能に固定される内燃機関であって、前記ロック部がカム軸に設けられ、ロック位置に設定された該ロック部が吸気カムに設けた空動許容部の反進み側端部に係合可能にされ、ロック部がロック位置に設定されたとき、カム軸に設けた係合部が吸気カムにおける空動許容部の進み側端部に係合するとともに、カム軸に設けたロック部が吸気カムにおける空動許容部の反進み側端部に係合し、吸気カムはカム軸に相対回転不能に固定され、前記ロック部が、カム軸に設けた中空部に挿通されて該カム軸の軸方向に移動可能にされ、その軸方向に沿う非ロック位置とロック位置とに切換設定可能にされるスプールと、カム軸の中空部を囲む外周壁に設けたロール装填部に装填され、スプールの軸方向に並設されている凹部と凸部に交互に係合してカム軸の外周壁の内外に没入又は突出するロックボールと、スプールを非ロック位置とロック位置とに切換操作するアクチュエータとを有し、アクチュエータがスプールを非ロック位置に設定したとき、ロックボールがカム軸の外周壁に没入されて吸気カムにおける空動許容部の反進み側端部に非係合とされ、スプールをロック位置に設定したとき、ロックボールがカム軸の外周壁から突出されて吸気カムにおける空動許容部の反進み側端部に係合されるようにしたものである。 Invention drives against the intake valve spring force by the intake cam pivotally supported on the camshaft, which opens and closes the intake port by the intake valve, the intake cam relative to the cam shaft according to claim 1 The engagement portion rotatably supported on the cam shaft has an advancing end portion on one end side and an anti-advancing side end portion on the other end side along the cam shaft rotation direction of the idling allowance portion provided on the intake cam. When the cam shaft and the intake shaft are connected to each other, the camshaft and the intake It has a lock part that can be switched between a lock position that locks the cam so that it cannot rotate relative to the lock position and a non-lock position that does not lock it.When the lock part is set to the non-lock position, the intake cam locks the intake valve. Until fully opened, the driving torque of the camshaft pushes the engagement part provided on the camshaft against the end of the intake cam on the advancing side of the idle motion permitting part, and the intake cam fully opens the intake valve. Due to the spring force of the valve, the lead-side end of the idle motion permitting part of the intake cam is separated from the engaging part provided on the cam shaft, and the anti-leading-side end of the idle motion permitting part becomes the engaging part provided on the cam shaft. Until it is pressed, the intake cam is idled with respect to the camshaft in the camshaft rotation direction by an idle angle α, and until the intake cam fully closes the intake valve, the intake cam spring force causes the intake cam to idle. After the end portion of the allowance portion on the non-advancing side is pressed against the engagement portion provided on the cam shaft and the intake cam fully closes the intake valve, the engagement portion provided on the cam shaft is driven by the driving torque of the cam shaft. Until the air cam is separated from the anti-advance side end of the idling allowance part and pressed against the advancing end of the idling allowance part, the camshaft is moved by the idling angle α with respect to the intake cam in the camshaft rotation direction. The intake cam is an internal combustion engine that is configured to idle, and is fixed to the cam shaft so that the intake cam is relatively non-rotatable when the lock part is set to the lock position. When the lock portion is set to the lock position, the engagement portion provided on the camshaft is The intake cam engages with the advancing side end of the idling allowance part, and the lock part provided on the cam shaft engages with the anti-advancing side end of the idling allowance part of the intake cam. The lock portion is fixed so that it cannot rotate relative to the lock shaft, and the lock portion is inserted into a hollow portion provided in the cam shaft so as to be movable in the axial direction of the cam shaft, and the lock position is switched between an unlocked position and a locked position along the axial direction. Inside the spool, with the spool enabled A lock that is loaded in a roll loading portion provided on an outer peripheral wall surrounding an empty portion and alternately engages with a concave portion and a convex portion that are arranged side by side in the axial direction of the spool, and that is inserted into or protruded from the outer peripheral wall of the cam shaft. It has a ball and an actuator for switching the spool between an unlocked position and a locked position, and when the actuator sets the spool to the unlocked position, the lock ball is sunk in the outer peripheral wall of the cam shaft and becomes empty in the intake cam. When the spool is set to the lock position, the lock ball is projected from the outer peripheral wall of the cam shaft and disengages from the anti-advance side end of the intake cam when the spool is set to the lock position. It is adapted to be engaged with .
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において更に、前記ロック部が非ロック位置に設定されたときに吸気カムが吸気バルブを駆動する作用角θ1が、該ロック部がロック位置に設定されたときに吸気カムが吸気バルブを駆動する作用角θ2よりも、カム軸に設けた係合部の空動角αだけ小さいようにしたものである。
The invention according to
(a)ロック部が非ロック位置に設定されたとき、カム軸に設けた係合部が吸気カムを押動し、この吸気カムが吸気バルブを開き操作している過程で、吸気カムが吸気バルブを全開してからは、吸気カムがカム軸回転方向に空動角αだけ空動する。これにより、吸気カムの作用角θ1は、吸気カムが空動しない場合(ミラーサイクル)に比して、上記空動角αだけ小さくなって、吸気バルブが早いタイミングで閉じるものになり、オットーサイクルを実現する。 (a) When the lock part is set to the unlocked position, the engaging part provided on the cam shaft pushes the intake cam, and the intake cam opens the intake valve while the intake cam opens. After the valve is fully opened, the intake cam idles in the camshaft rotation direction by the idle angle α. As a result, the working angle θ1 of the intake cam becomes smaller by the above-mentioned idling angle α than when the intake cam does not idle (Miller cycle), and the intake valve closes at an earlier timing. To realize.
ロック部がロック位置に設定され、吸気カムが空動しない場合には、吸気カムの作用角θ2が上記空動角αだけ大きくなって、吸気バルブが遅いタイミングで閉じるものになり、ミラーサイクルを実現する。 When the lock part is set to the lock position and the intake cam does not run idly, the working angle θ2 of the intake cam increases by the above-mentioned idling angle α, and the intake valve closes at a later timing. Realize.
(b)前記ロック部がカム軸に設けられ、ロック位置に設定された該ロック部が吸気カムに設けた空動許容部の反進み側端部に係合可能になる。これにより、ロック部がロック位置に設定されたとき、カム軸に設けた係合部が吸気カムにおける空動許容部の進み側端部に係合するとともに、カム軸に設けたロック部が吸気カムにおける空動許容部の反進み側端部に係合し、吸気カムは確実かつ簡易にカム軸に相対回転不能に固定される。 (b) The lock portion is provided on the cam shaft, and the lock portion set to the lock position can be engaged with the end portion on the opposite side of the idle motion permitting portion provided on the intake cam. As a result, when the lock portion is set to the lock position, the engagement portion provided on the cam shaft engages with the leading side end portion of the idle motion allowance portion of the intake cam, and the lock portion provided on the cam shaft causes the intake air to move. The intake cam is securely and easily fixed to the cam shaft so as not to rotate relative to it, by engaging with the end of the cam on the side opposite to the advancing end of the idle motion permitting portion.
(c)アクチュエータによりスプールをロック位置又は非ロック位置に切換操作することにより、このスプールの凹部又は凸部に係合することとなるロックボールを、吸気カムにおける空動許容部の反進み側端部に簡易に非係合又は係合させることができる。 (c) When the spool is switched to the locked position or the unlocked position by the actuator, the lock ball that engages with the concave portion or the convex portion of the spool is moved to the anti-advance side end of the idling allowance portion of the intake cam. The part can be easily disengaged or engaged.
図1は、本実施形態の車両等に用いられる内燃機関10の要部を示すものであり、天然ガス、軽油、ガソリン等を燃料とし、オットーサイクルモードとミラーサイクルモードに切換えて運転できる。
FIG. 1 shows a main part of an
内燃機関10のシリンダヘッド11には、気筒毎に点火プラグ(不図示)及び燃料噴射弁(不図示)が配設されるとともに、当該気筒に向けて吸気が流入する吸気ポート12と、当該気筒から排気が流出する排気ポート(不図示)とを設けている。吸気ポート12にはこれを開閉する吸気バルブ13が配設され、排気ポートにはこれを開閉する排気バルブ(不図示)が配設されている。
A spark plug (not shown) and a fuel injection valve (not shown) are provided for each cylinder in a
以下、吸気バルブ13の開閉構造について詳述する。
本実施形態の内燃機関10は、クランク軸からもたらされる駆動回転力が伝達されるカム軸20を有し、このカム軸20に枢支された吸気カム30により、バルブスプリング40のばね力に抗して吸気バルブ13を駆動し、この吸気バルブ13によって吸気ポート12を開閉する。尚、吸気バルブ13は、そのバルブステム13Aに取付けられたバルブスプリングリテーナ41と、シリンダヘッド11の上面との間に介装されたバルブスプリング40のばね力により、吸気ポート12を閉じる方向に付勢されている。
Hereinafter, the opening/closing structure of the
The
ここで、吸気カム30は、図11に示す如く、カム軸20に相対回転可能に枢支され、カム軸20に設けた係合部50が、該吸気カム30に設けた空動許容部31のカム軸回転方向Nに沿う一端側の進み側端部31Aと、他端側の反進み側端部31Bとに挟まれる空動可能範囲Rで空動可能にされる。
Here, as shown in FIG. 11, the
尚、カム軸20は、中空状をなし、中空部Hを囲む円筒状外周壁21の軸直角断面内における周方向の単一位置に設けられて径方向の外向きに拡開する半円弧状溝22をその軸方向に延在し、丸棒状係合部50の円弧状断面の一部(略半断面)を該半円弧状溝22に嵌着し、該係合部50の円弧状断面の残部を該カム軸20の該円筒状外周壁21から外方に突設させる。
The
また、吸気カム30は、カム軸20における円筒状外周壁21に相対回転可能に嵌合する内周面に空動許容部31を凹設して備える。空動許容部31はカム軸20の円筒状外周壁21の外周面に臨み、かつその外周面の周方向に沿う上述空動可能範囲Rに渡って延在される。空動許容部31における進み側端部31Aと反進み側端部31Bの間の溝面はカム軸20の円筒状外周壁21から突設されている係合部50が微小隙間を介して摺接し得る溝深さを備え、進み側端部31Aと反進み側端部31Bにおける溝面はカム軸20の円筒状外周壁21から突設されている係合部50が圧接して係合し得る円弧状をなす。
Further, the
更に、内燃機関10は、カム軸20に設けた係合部50が吸気カム30に設けた空動許容部31の進み側端部31Aに係合する状態下で、カム軸20と吸気カム30とを相対回転不能に固定するロック位置(図12(A))と、固定しない非ロック位置(図11(A))とに切換設定可能にされるロック部60を有する。
Further, in the
本実施形態において、ロック部60は、図12に示す如く、スプール61と、ロックボール62と、アクチュエータ63とを有して構成される。スプール61は、カム軸20に設けた中空部Hに挿通されて該カム軸20の軸方向に移動可能にされ、その軸方向に沿う非ロック位置(図11)とロック位置(図12)とに切換設定可能にされる。ロックボール62は、カム軸20の中空部Hを囲む円筒状外周壁21に設けたボール装填部23に装填され、スプール61の軸方向に並設されている凹部61Aと凸部61Bに交互に係合してカム軸20の円筒状外周壁21の内外に没入(図11)又は突出(図12)する。本実施形態では、カム軸20における円筒状外周壁21の軸方向に沿う3位置のそれぞれに孔状のボール装填部23が装填され、複数個(本実施例では3個)のロックボール62のそれぞれがそれらのボール装填部23に装填されている。これに応じて、スプール61は、その軸方向に相並ぶ環状凹部61Aと環状凸部61Bの組が、その軸方向に3組配設されている。アクチュエータ63は、電力(電気力等)又は流体圧(油圧等)によってスプール61を軸方向に往復動させ、スプール61を非ロック位置とロック位置とに切換操作する。従って、ロック部60は、アクチュエータ63がスプール61を非ロック位置に設定したとき(図11)、ロックボール62がカム軸20の円筒外周壁21に没入され、吸気カム30における空動許容部31の反進み側端部31Bに非係合とされる。他方、アクチュエータ63がスプール61をロック位置に設定したとき(図12)、ロックボール62がカム軸20の円筒状外周壁21から突出され、吸気カム30における空動許容部31の反進み側端部31Bに係合される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 12, the
しかるに、(A)内燃機関10にあっては、ロック部60(ロックボール62)がアクチュエータ63により非ロック位置に設定されたとき(オットーサイクルモード)(図11)、
i.吸気カム30が吸気バルブ13を全開するまでは(吸気カム30が回転方向Nでプロフィルの基礎円から頂部に至る上り勾配面をバルブステム13Aに圧接する)、カム軸20を駆動回転力によって、カム軸20に設けた係合部50が吸気カム30における空動許容部31の進み側端部31Aに押付けられ、
ii.吸気カム30が吸気バルブ13を全開してからは(吸気カム30が回転方向Nでプロフィルの頂部から基礎円に至る下り勾配面をバルブステム13Aに圧接する)、吸気バルブ13におけるバルブスプリング40のばね力によって、吸気カム30における空動許容部31の進み側端部31Aをカム軸20に設けた係合部50から離隔させ、空動許容部31の反進み側端部31Bをカム軸20に設けた係合部50に押付けるまで、吸気カム30をカム軸20に対しカム軸回転方向Nに空動角αだけ空動させ、
iii.吸気カム30が吸気バルブ13を全閉(吸気カム30が回転方向Nでプロフィルの基礎円をバルブステム13Aに圧接する)までは、吸気バルブ13におけるバルブスプリング40のばね力によって吸気カム30における空動許容部31の反進み側端部31Bがカム軸20に設けた係合部50に押付けられ、
iv.吸気カム30が吸気バルブ13を全閉(吸気カム30が回転方向Nでプロフィルの基礎円をバルブステム13Aに圧接する)してからは、カム軸20の駆動回転力によって、カム軸20に設けた係合部50を吸気カム30における空動許容部31の反進み側端部31Bから離隔させ、空動許容部31の進み側端部31Aに押付けるまで、カム軸20を吸気カム30に対しカム軸回転方向Nに空動角αだけ空動させる。
However, in (A) the
i. Until the
ii. The valve spring in the
iii. Until the
iv. After the
尚、上述ivで、カム軸20に設けた係合部50を吸気カム30における空動許容部31の反進み側端部31Bから離隔させ、空動許容部31の進み側端部31Aに押付けるように該吸気カム30に作用させる力として、カム軸20の駆動回転力に加え、該カム軸20と該吸気カム30との間に介在させたねじりコイルばね等からなる戻しばねのばね力を用いるものであっても良い。この戻しばねのばね力は吸気カム30をカム軸20に対してカム軸回転方向Nと反対方向に回動させる。
In the above iv, the engaging
他方、(B)ロック部60(ロックボール62)がアクチュエータ63によりロック位置に設定されたとき(ミラーサイクルモード)(図12)、カム軸20に設けた係合部50が吸気カム30における空動許容部31の進み側端部31Aに係合するとともに、カム軸20に設けたロック部60(ロックボール62)が吸気カム30における空動許容部31の反進み側端部31Bに係合し、吸気カム30はカム軸20に相対回転不能に固定される。
On the other hand, (B) When the lock portion 60 (lock ball 62) is set to the lock position by the actuator 63 (mirror cycle mode) (FIG. 12), the engaging
図13は、ロック部60(ロックボール62)が非ロック位置に設定されたとき(オットーサイクルモード)に吸気カム30が吸気バルブ13を駆動する作用角θ1(図13(A))と、ロック部60(ロックボール62)がロック位置に設定されたとき(ミラーサイクルモード)に吸気カム30が吸気バルブ13を駆動する作用角θ2(図13(B))とを対比して表わしたものである。空動していない吸気カム30のプロフィル(実線)において、aは基礎円と上り勾配面との境界点、bは頂部、cは基礎円と下り勾配面との境界点を示す。バルブスプリング40のばね力Fによって空動した後の吸気カム30のプロフィル(2点鎖線)において、b´は頂部、c´は基礎円と下り勾配面との境界点を示す。oは吸気カム30の中心点を示す。図13によって明らかな如く、ロック部60(ロックボール62)が非ロック位置に設定されたときに吸気カム30が吸気バルブ13を駆動する作用角θ1(∠aoc´)は、ロック部60(ロックボール62)がロック位置に設定されたときに吸気カム30が吸気バルブ13を駆動する作用角θ2(∠aoc)よりも、図13に示す如く、カム軸20に設けた係合部50の上述した空動角αだけ小さい。
FIG. 13 shows an operating angle θ1 (FIG. 13A) at which the
従って、吸気バルブ13のバルブタイミングは、図14に示す如く、ロック部60が非ロック位置に設定されたバルブタイミングA(オットーサイクルモード)の閉鎖時期を、ロック部60がロック位置に設定されたバルブタイミングB(ミラーサイクルモード)の閉鎖時期より、上述した空動角α分早くする。換言すれば、ミラーサイクルモードのバルブタイミングBの閉弁時期は、オットーサイクルモードのバルブタイミングAによる閉弁時期より、上述した空動角α分遅くなる。
Therefore, as shown in FIG. 14, the
よって、内燃機関10のECU(制御手段)70がエンジン回転数センサ、アクセルポジションセンサ、車速センサ等の検出結果に基づき、例えば機関運転状態が低回転域にある等によりオットーサイクル化が必要であると判断したときには、ECU70はロック部60(ロックボール62)を非ロック位置に設定するようにアクチュエータ63を制御し、吸気バルブ13のバルブタイミングをオットーサイクルモードとする。他方、例えば機関運転状態が中高回転域にある等によりミラーサイクル化が必要であると判断したときには、ECU70はロック部60(ロックボール62)をロック位置に設定するようにアクチュエータ63を制御し、吸気バルブ13のバルブタイミングをミラーサイクルモードとする。
Therefore, the ECU (control means) 70 of the
以下、オットーサイクルモードとミラーサイクルモードについて詳述する。
(A)オットーサイクルモード(図1乃至図5)
アクチュエータ63によりロック部60(ロックボール62)が非ロック位置に設定される(図11)。
Hereinafter, the Otto cycle mode and the Miller cycle mode will be described in detail.
(A) Otto cycle mode (Figs. 1 to 5)
The
(1)吸気カム30が吸気バルブ13を全閉状態から全開するまでは、図1、図2に示す如く、駆動回転力を受けたカム軸20が該カム軸20に設けた係合部50を吸気カム30における空動許容部31の進み側端部31Aに押付けつつ該吸気カム30を回転し、該吸気カム30のプロフィルの基礎円から頂部に至る上り勾配面がバルブスプリング40のばね力に抗してバルブステム13Aを押し下げ、吸気バルブ13を開く。
(1) Until the
(2)吸気カム30が吸気バルブ13を全開してからは、図3、図4に示す如く、バルブスプリング40のばね力を受けたバルブステム13Aが該吸気カム30のプロフィルの頂部から基礎円に至る下り勾配面にカム軸回転方向Nで圧接し、吸気カム軸30における空動許容部31の進み側端部31Aをカム軸20に設けた係合部50から離隔させ、空動許容部31の反進み側端部31Bをカム軸20に設けた係合部50に押付けるまで、該吸気カム30を該カム軸20に対しカム軸回転方向Nに空動角αだけ空動させる。
(2) After the
(3)吸気カム30の空動後、吸気カム30が吸気バルブ13を全閉するまでは、バルブスプリング40のばね力を受けたバルブステム13Aが該吸気カム30のプロフィルの下り勾配面をカム軸回転方向Nに加圧する状態下で、吸気カム軸30における空動許容部31の反進み側端部31Bがカム軸20に設けた係合部50に押付けられる。吸気カム30は空動許容部31の反進み側端部31Bをカム軸20に設けた係合部50に押付けつつ、カム軸20に従動するように該カム軸20とともに回転し、吸気バルブ13を閉じる。
(3) After the idling of the
(4)吸気カム30が吸気バルブ13を全閉してからは、駆動回転力を受けたカム軸20が該カム軸20に設けた係合部50を吸気カム30における空動許容部31の反進み側端部31Bから離隔させ、空動許容部31の進み側端部31Aに押付けるまで、該カム軸20を該吸気カム30に対しカム軸回転方向Nに空動角αだけ空動させる。これにより、上述(1)において吸気バルブ13を開き始める当初段階に戻る。
(4) After the
(B)ミラーサイクルモード(図6乃至図10)
アクチュエータ63によりロック部60(ロックボール62)がロック位置に設定され、吸気カム30はカム軸20に相対回転不能に固定される(図12)。
(B) Miller cycle mode (FIGS. 6 to 10)
The lock portion 60 (lock ball 62) is set to the lock position by the
(1)吸気カム30が吸気バルブ13を全閉状態から全開するまでは、図6、図7に示す如く、駆動回転力を受けたカム軸20が吸気カム30を回転し、該吸気カム30のプロフィルの基礎円から頂部に至る上り勾配面がバルブスプリング40のばね力に抗してバルブステム13Aを押し下げ、吸気バルブ13を開く。
(1) Until the
(2)吸気カム30が吸気バルブ13を全開してから全閉するに至るまでは、図8乃至図10に示す如く、バルブスプリング40のばね力を受けたバルブステム13Aが吸気カム30のプロフィルの頂部から基礎円に至る下り勾配面をカム軸回転方向Nに加圧する状態下で、吸気カム軸30はカム軸20に従動するように該カム軸20とともに回転し、吸気バルブ13を閉じる。
(2) From the time when the
(3)吸気カム30が吸気バルブ13を全閉してからは、駆動回転力を受けたカム軸20が吸気カム30を回転し、上述(1)において吸気バルブ13を開き始める当初段階に戻る。
(3) After the
本実施形態によれば以下の作用効果を奏する。
(a)ロック部60が非ロック位置に設定されたとき、カム軸20に設けた係合部50が吸気カム30を押動し、この吸気カム30が吸気バルブ13を開き操作している過程で、吸気カム30が吸気バルブ13を全開してからは、吸気カム30がカム軸回転方向に空動角αだけ空動する。これにより、吸気カム30の作用角θ1は、吸気カム30が空動しない場合(ミラーサイクル)に比して、上記空動角αだけ小さくなって、吸気バルブ13が早いタイミングで閉じるものになり、オットーサイクルを実現する。
According to this embodiment, the following operational effects are obtained.
(a) A process in which the
ロック部60がロック位置に設定され、吸気カム30が空動しない場合には、吸気カム30の作用角θ2が上記空動角αだけ大きくなって、吸気バルブ13が遅いタイミングで閉じるものになり、ミラーサイクルを実現する。
When the
(b)前記ロック部60がカム軸20に設けられ、ロック位置に設定された該ロック部60が吸気カム30に設けた空動許容部31の反進み側端部31Bに係合可能になる。これにより、ロック部60がロック位置に設定されたとき、カム軸20に設けた係合部50が吸気カム30における空動許容部31の進み側端部31Aに係合するとともに、カム軸20に設けたロック部60が吸気カム30における空動許容部31の反進み側端部31Bに係合し、吸気カム30は確実かつ簡易にカム軸20に相対回転不能に固定される。
(b) The
(c)アクチュエータ63によりスプール61をロック位置又は非ロック位置に切換操作することにより、このスプール61の凹部61A又は凸部61Bに係合することとなるロックボール62を、吸気カム30における空動許容部31の反進み側端部31Bに簡易に非係合又は係合させることができる。
(c) When the
以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明において、ロック部は、カム軸に設けた係合部が吸気カムに設けた空動許容部の進み側端部に係合する状態下で、カム軸と吸気カムとを相対回転不能に固定するロック位置と、固定しない非ロック位置とに切換設定可能にされるものであれば良く、必ずしも、吸気カムに設けた空動許容部の反進み側端部に係合可能にされるものであることを要しない。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration of the present invention is not limited to this embodiment, and even if there is a design change or the like without departing from the scope of the present invention. Included in the present invention. For example, in the present invention, the lock portion relatively rotates the cam shaft and the intake cam under the condition that the engagement portion provided on the cam shaft engages with the advance side end portion of the idling allowance portion provided on the intake cam. It suffices as long as it can be set to be locked between a lock position where it cannot be fixed and a non-lock position where it is not fixed. It doesn't have to be one.
また、本発明において、吸気カムは、吸気バルブのバルブステムを直接駆動するものに限らず、ロッカアーム等を介して吸気バルブのバルブステムを駆動するものでも良い。 Further, in the present invention, the intake cam is not limited to one that directly drives the valve stem of the intake valve, but may be one that drives the valve stem of the intake valve via a rocker arm or the like.
本発明によれば、内燃機関において、吸気バルブの開閉構造を可及的に簡易にしながら、オットーサイクルとミラーサイクルを実現することができる。 According to the present invention, an Otto cycle and a Miller cycle can be realized in an internal combustion engine while simplifying the intake valve opening/closing structure as much as possible.
10 内燃機関
12 吸気ポート
13 吸気バルブ
20 カム軸
21 外周壁
23 ボール装填部
30 吸気カム
31 空動許容部
31A 進み側端部
31B 反進み側端部
40 バルブスプリング
50 係合部
60 ロック部
61 スプール
61A 凹部
61B 凸部
62 ロックボール
63 アクチュエータ
10
Claims (2)
吸気カムがカム軸に相対回転可能に枢支され、カム軸に設けた係合部が、吸気カムに設けた空動許容部のカム軸回転方向に沿う一端側の進み側端部と他端側の反進み側端部とに挟まれる空動可能範囲で空動可能にされ、
カム軸に設けた係合部が吸気カムに設けた空動許容部の進み側端部に係合する状態下で、カム軸と吸気カムとを相対回転不能に固定するロック位置と、固定しない非ロック位置とに切換設定可能にされるロック部を有し、
ロック部が非ロック位置に設定されたとき、吸気カムが吸気バルブを全開するまでは、カム軸の駆動回転力によってカム軸に設けた係合部が吸気カムにおける空動許容部の進み側端部に押付けられ、吸気カムが吸気バルブを全開してからは、吸気バルブのばね力によって吸気カムにおける空動許容部の進み側端部をカム軸に設けた係合部から離隔させ、空動許容部の反進み側端部をカム軸に設けた係合部に押付けるまで、該吸気カムを該カム軸に対しカム軸回転方向に空動角αだけ空動させ、吸気カムが吸気バルブを全閉するまでは、吸気バルブのばね力によって吸気カムにおける空動許容部の反進み側端部がカム軸に設けた係合部に押付けられ、吸気カムが吸気バルブを全閉してからは、カム軸の駆動回転力によってカム軸に設けた係合部を吸気カムにおける空動許容部の反進み側端部から離隔させ、空動許容部の進み側端部に押付けるまで、該カム軸を該吸気カムに対しカム軸回転方向に空動角αだけ空動させるように構成され、
ロック部がロック位置に設定されたとき、吸気カムはカム軸に相対回転不能に固定される内燃機関であって、
前記ロック部がカム軸に設けられ、ロック位置に設定された該ロック部が吸気カムに設けた空動許容部の反進み側端部に係合可能にされ、
ロック部がロック位置に設定されたとき、カム軸に設けた係合部が吸気カムにおける空動許容部の進み側端部に係合するとともに、カム軸に設けたロック部が吸気カムにおける空動許容部の反進み側端部に係合し、吸気カムはカム軸に相対回転不能に固定され、
前記ロック部が、
カム軸に設けた中空部に挿通されて該カム軸の軸方向に移動可能にされ、その軸方向に沿う非ロック位置とロック位置とに切換設定可能にされるスプールと、
カム軸の中空部を囲む外周壁に設けたロール装填部に装填され、スプールの軸方向に並設されている凹部と凸部に交互に係合してカム軸の外周壁の内外に没入又は突出するロックボールと、
スプールを非ロック位置とロック位置とに切換操作するアクチュエータとを有し、
アクチュエータがスプールを非ロック位置に設定したとき、ロックボールがカム軸の外周壁に没入されて吸気カムにおける空動許容部の反進み側端部に非係合とされ、スプールをロック位置に設定したとき、ロックボールがカム軸の外周壁から突出されて吸気カムにおける空動許容部の反進み側端部に係合される内燃機関。 The intake valve driving against the spring force by the pivoted intake cam on the camshaft, which opens and closes the intake port by the intake valve,
The intake cam is rotatably supported on the cam shaft, and the engaging portion provided on the cam shaft has an advancing end on the one end side and the other end along the cam shaft rotation direction of the idling allowance portion provided on the intake cam. It is possible to run idly within the range of idling that is sandwiched between the opposite end side of the side and
Under the condition that the engaging portion provided on the cam shaft engages with the leading end of the idling allowance portion provided on the intake cam, the cam shaft and the intake cam are locked so as not to rotate relative to each other, and not locked. Has a lock part that can be set to switch to the unlocked position,
When the lock part is set to the unlocked position, the engagement part provided on the camshaft by the driving torque of the camshaft until the intake cam fully opens the intake valve causes the leading end of the idle motion allowance part of the intake cam. When the intake cam is pressed against the air intake valve and the intake valve is fully opened, the spring force of the intake valve causes the advancing end of the idle cam of the intake cam to move away from the engagement part provided on the cam shaft. The intake cam is made to idle by an idling angle α in the camshaft rotation direction with respect to the camshaft until the end of the allowance portion on the opposite side is pressed against the engagement portion provided on the camshaft. Until the valve is fully closed, the spring force of the intake valve pushes the end of the intake cam on the non-advance side of the idle motion allowance part against the engaging part provided on the cam shaft, and the intake cam fully closes the intake valve. Until the engaging portion provided on the cam shaft is separated from the anti-advance side end portion of the idle motion permitting portion of the intake cam by the driving torque of the cam shaft, and is pressed to the advance side end portion of the idle motion permitting portion. The camshaft is configured to idle relative to the intake cam in the camshaft rotation direction by an idle angle α,
When the lock portion is set to the lock position, the intake cam is an internal combustion engine that is fixed to the cam shaft so that it cannot rotate relative to the cam shaft .
The lock portion is provided on the cam shaft, and the lock portion set to the lock position is engageable with the end portion on the side opposite to the advancing end of the idle motion permitting portion provided on the intake cam,
When the lock portion is set to the lock position, the engagement portion provided on the cam shaft engages with the leading side end portion of the idling allowance portion of the intake cam, and the lock portion provided on the cam shaft moves to the empty portion of the intake cam. The intake cam is fixed to the cam shaft so as not to rotate relative to it, by engaging the opposite end of the motion permitting part.
The lock is
A spool which is inserted into a hollow portion provided in the cam shaft and is movable in the axial direction of the cam shaft, and which can be set to be switched between an unlocked position and a locked position along the axial direction,
It is loaded in a roll loading portion provided on the outer peripheral wall surrounding the hollow portion of the cam shaft, and alternately engages with the concave portion and the convex portion arranged in parallel in the axial direction of the spool, and sinks into or out of the outer peripheral wall of the cam shaft. With a protruding rock ball,
An actuator for switching the spool between an unlocked position and a locked position,
When the actuator sets the spool to the unlocked position, the lock ball is retracted into the outer peripheral wall of the cam shaft and disengaged from the end of the intake cam on the non-advancing side of the idle motion allowing part, and the spool is set to the locked position. At this time, the lock ball projects from the outer peripheral wall of the cam shaft and is engaged with the end of the intake cam on the side opposite to the advancing end of the idling allowance portion .
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