JPH051575A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 吸気充填効率の急激な変化に伴うトルクショ
ックの発生を防止して、運転性の安定化を図る。 【構成】 バルブリフト制御機構Ａとバルブタイミング
制御機構Ｂとを備え、機関運転状態に応じて該両者Ａ，
ＢをコントロールユニットＣによって制御するようにし
た動弁装置において、カムシャフト１１とスプロケット
４１との相対回動位相差を検出する検出手段Ｆたる電磁
ピックアップ５１〜５３と検出器５４を設けると共に、
前記バルブリフト制御機構Ａの高低側切り換えを検出手
段Ｆからの出力信号に基づいて制御する制御回路Ｇとを
設けて、吸気充填効率を緩らかに変化させるようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、バルブタイミングを可
変制御しつつバルブリフト特性を切り換えるようにした
内燃機関の動弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用内燃機関にあっては、従来から
低中速運転時のトルクと高速運転時の出力向上を両立す
る目的で、運転状態に応じて吸気弁または排気弁のリフ
ト特性を異ならせ、これによって吸排気のタイミングあ
るいは吸排気量を制御するバルブリフト制御機構を備え
たものが知られている（例えば特開昭６２−１２１８１
１号公報等参照）。

【０００３】これは、その揺動先端が例えば吸気弁に当
接する低速用ロッカアームと、この低速用ロッカアーム
の片側に隣接して吸気弁との当接部位を持たない高速用
ロッカアームとが共通のロッカシャフトに揺動可能に支
持されている。また、低速用ロッカアームには低速用カ
ムが、高速用ロッカアームには低速用カムよりも開弁角
度または弁リフト量が大きくなるプロフィールを有する
高速用カムがそれぞれ摺接している。

【０００４】さらに、各ロッカアームには、該各ロッカ
アームを一体に連結あるいは連結を解除するプランジャ
やガイド孔等からなる連結切換手段が設けられている。

【０００５】そして、現在の機関運転状態に応じてコン
トローラからの出力信号に基づいて連結切換手段を制御
して、機関の低回転時には図１０に示すように各ロッカ
アームの連結を解除して低速側のバルブリフト特性と
し、高回転時には各ロッカアームを一体に連結して高速
側のバルブリフト特性に選択的に切り換えるようになっ
ている。これによって、低回転時には、吸気弁のバルブ
リフト量を小さくすると共に、閉時期を下死点より早く
なるように制御して機関のポンプ損失やフリクション等
の機械的損失を可及的に小さくして燃費等を向上させる
一方、高回転時には、吸気弁のバルブリフト量を大きく
かつ開弁時期を早めることによって吸気の充填効率を向
上させて十分な出力を確保するようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、前記バルブ
リフト制御機構を備えた内燃機関にあっては、低速側の
バルブリフト特性と高速側のバルブリフト特性では、夫
々の吸気充填効率が著しく相違するため、該各バルブリ
フト特性の切り換え時において大きな出力の変化つまり
大きなトルクショックが発生する。この結果、運転の不
安定化を招いている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記バルブリ
フト制御機構を備えた内燃機関の問題点に鑑みて案出さ
れたもので、バルブリフト制御機構の他に、吸気弁等の
開閉時期を、クランクシャフトとカムシャフトとの相対
回動位相を変換して進み側あるいは遅れ側に切り換える
バルブタイミング制御機構を備え、クランクシャフトと
カムシャフトとの相対回動位相差を検出する検出手段を
設けると共に、該検出手段からの出力信号に基づいて前
記バルブリフト制御機構の低速側と高速側の切り換えを
制御する制御回路を設けたことを特徴としている。

【０００８】

【作用】本発明は、バルブリフトの切り換え制御速度よ
りもバルブタイミングの切り換え制御速度が若干遅くな
る所謂タイムラグを利用したものであって、例えば機関
が低速低負荷域から中・高速中負荷域に移行し、コント
ローラがクランクシャフトとカムシャフトとの相対回動
位相を変換して、吸気弁の閉時期を進み側から遅れ側に
切り換える際に、斯かる相対回動位相差を検出手段が検
出して制御回路に出力してバルブリフト特性を切り換え
る。

【０００９】即ち、低速側のバルブリフト特性では吸気
弁の閉時期が進み側にあり、吸気充填効率が極めて低い
が、ここでバルブタイミング制御機構によって一旦バル
ブタイミングを遅れ側に制御すると、吸気充填効率が上
昇する。そして、バルブタイミングを遅れ側に切り換え
た上で低速側から高速側のバルブリフト特性に切り換え
ると、バルブタイミングは大きく遅れ側にあるため、吸
気充填効率の変化は小さくなる。さらに、この状態から
そのバルブタイミングを進み側に切り換えると高速側バ
ルブリフト特性と相俟って吸気充填効率が最大に上昇す
る。このように、バルブリフトの切り換えをバルブタイ
ミングの切り換え制御時のタイムラグを利用して行なう
ことにより、吸気充填効率を急激に変化させることなく
段階的に変化させることが可能となるのである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述
する。尚、本実施例は、１つの気筒について同一の機能
を有する２つの弁（吸気弁，排気弁のいずれでも良く、
図示のものは吸気弁とする）を備えた内燃機関に対して
適用したものを示している。

【００１１】即ち、図１は本実施例の構成全体を示す概
略図であって、Ａはカムシャフト１１に付設されたバル
ブリフト制御機構、Ｂはカムシャフト１１の一端部に設
けられたバルブタイミング制御機構、Ｃは該両者Ａ，Ｂ
を夫々の油圧切換弁Ｄ，Ｅを介して機関運転状態に応じ
て作動させるコントローラたるコントロールユニット、
Ｆはバルブタイミング制御機構Ｂの作動位置つまり後述
するスプロケット４１とカムシャフト１１との相対回動
位置を検出して、その検出信号をコントロールユニット
Ｃ内の制御回路Ｇに出力する検出手段である。

【００１２】前記バルブリフト制御機構Ａは、図２〜図
５に示すように構成されている。即ち、各気筒には、２
本の吸気弁３，３に対応した単一のメインロッカアーム
１が設けられており、このメインロッカアーム１は、基
端部１ａが各気筒に共通なメインロッカシャフト４を介
してシリンダヘッドに揺動自在に支持されている一方、
先端部１ｂが吸気弁３，３のステム頂部に当接してい
る。また、このメインロッカアーム１は、平面略矩形状
を呈し、一側部の長手方向に長方形状の開口５が切欠形
成されていると共に、他側部の長手方向にも前記開口５
よりも面積の大きな略長方形状の矩形孔６が切欠形成さ
れており、この矩形孔６の外側壁１Ｃの前端側には、該
矩形孔６を外部に臨ませる切欠窓７が形成されている。
そして、前記開口５には、図５にも示すようにシャフト
８にニードルベアリング９を介してローラ１０が回転自
在に設けられている一方、矩形孔６内にサブロッカアー
ム２が配置されている。また、前記ローラ１０は、図外
のクランクシャフトと同期回転するカムシャフト１１に
有する低速用カム１２が転接している。

【００１３】前記サブロッカアーム２は、図４にも示す
ように基端がサブロッカシャフト１３を介してメインロ
ッカアーム２に相対的に揺動自在に支持されていると共
に、吸気弁３に当接する部位を有さず、その先端には低
速用カム１２と並設された高速用カム１４に摺接するカ
ムフォロア部１５が円弧状に突出形成されており、その
下側には、カムフォロア部１５を高速用カム１４に押し
付けるロストモーションスプリング１６が介装されてい
る。また、前記サブロッカシャフト１３は、サブロッカ
アーム２の基端内部に形成された挿通孔２ａに摺動自在
に挿通していると共に、その両端部１３ａ，１３ｂが基
端部１ａの矩形孔６両対向位置に穿設された圧入用穴１
７，１７に圧入固定されている。

【００１４】また、メインロッカアーム１には、図４に
も示すようにサブロッカアーム２の直下に位置してロス
トモーションスプリング１６を介装する円柱状の凹部１
８が一体形成されている。コイル状のロストモーション
スプリング１６の下端は、凹部１８の底板１８ａに着座
し、その上端は凹部１８に摺動自在に嵌合するリテーナ
１９を介してサブロッカアーム２に一体形成されたフォ
ロア部２０を押圧している。

【００１５】また、図中２１はメインロッカアーム１と
サブロッカアーム２を適宜連結，解除する連結切換手段
であって、この連結切換手段２１は、図２及び図３に示
すように構成されている。即ち、メインロッカアーム１
のローラ１０の側部内には、有底円筒状の第１ガイド孔
２３が幅方向に形成され、この内部に円柱状の短尺なピ
ストン２２が摺動自在に保持されていると共に、該ピス
トン２２の背後に油室２４が画成されている。一方、サ
ブロッカアーム１には、第１ガイド孔２３と同軸上でか
つ同一径の第２ガイド孔２５が形成されており、この第
２ガイド孔２５に前記ピストン２２を一端がリテーナ２
８により支持されたリターンスプリング２６を介して油
室２４方向に付勢するプランジャ２７が収納されてい
る。

【００１６】そして、油室２４に導かれる作動油圧によ
りピストン２２が第１，第２ガイド孔２２，２５に渡っ
て嵌合することによりメインロッカアーム１とサブロッ
カアーム２が一体に連結されるようになっている。一
方、油室２４内に作動油圧が導入されない場合は、リタ
ーンスプリング２６のばね力により、ピストン２２がプ
ランジャ２７を介して油室２４側に押されて第１ガイド
孔２３に収まった状態で両ロッカアーム１，２の連結が
解除されるようになっている。

【００１７】また、前記油室２４に作動油圧を導く油圧
回路２９は、図２に示すようにメインロッカシャフト４
の内部軸方向に形成されたオイルギャラリ３０と、メイ
ンロッカシャフト４の半径方向及びメインロッカアーム
１の内部を通って油室２４とオイルギャラリ３０とを連
通する油通路３１とから構成されている。

【００１８】オイルギャラリ３０には、前記油圧切換弁
Ｄを介してオイルポンプの吐出油圧が所定の高速運転時
に導かれる。油圧切換弁Ｄは、３ポート２位置型の電磁
弁が用いられ、コントロールユニットＣの制御回路Ｇを
介して作動が制御されるようになっている。このコント
ロールユニットは、基本的には機関回転信号、冷却水温
信号、潤滑油の温度信号、過給機による吸気の過給圧力
信号、スロットルバルブの開度信号等を入力して、これ
らの検出値に基づいて現在の機関運転状態を検出すると
共に、該検出信号を油圧切換弁Ｄに出力するようになっ
ている。

【００１９】前記低速用カム１２とこれに隣接する高速
用カム１４は、それぞれ共通のカムシャフト１１に一体
形成され、機関の低回転時と高回転時において要求され
る弁リフト特性を満足するように異なる形状（大きさが
異なる相似形も含む）に形成されている。つまり、高速
用カム１４は、低速用カム１２と比べ、弁リフト量もし
くは開弁期間の少なくとも一方を大きくするプロフィー
ルを有している。ここでは、弁リフト量、開弁期間を共
に大きくしてある。

【００２０】したがって、このバルブリフト制御機構Ａ
によれば、機関低速運転時には、メインロッカアーム１
が低速用カム１２のプロフィールに従って揺動し、各吸
気弁３の開閉駆動する。このとき、サブロッカアーム２
は、高速用カム１４によって揺動されるものの、リター
ンスプリング２６の付勢力により各ピストン２２及びプ
ランジャ２７が各ガイド孔２３，２５に夫々収まってメ
インロッカアーム１の動きを妨げることはない。

【００２１】これに対して、機関の高速運転時には、オ
イルポンプ３２から圧送された作動油圧がオイルギャラ
リ３０および油通路３１を介して油室２４に導かれる
と、各ピストン２２，プランジャ２７は、リターンスプ
リング２６に抗して移動し、ピストン２２が各ガイド孔
２３，２５に渡って嵌合する。これによって、両ロッカ
アーム１，２が一体となって揺動する。ここで、高速用
カム１４は、低速用カム１２に比較して、弁の開き角度
およびリフト量が共に大となるように形成されているか
ら、サブロッカアーム２と一体化した揺動時はメインロ
ッカアーム１のローラ１０が低速用カム１２から浮き上
がり、各吸気弁３は高速用カム１４のプロフィールに従
って開閉駆動され、弁の開き角度およびリフト量が共に
大きくなる。

【００２２】一方、機関運転状態が高回転域から再び低
回転域に移行すると、油圧切換弁Ｄの作動により油室２
４に導かれる油圧が低下し、リターンスプリング２６の
弾性復元力によりピストン２２及びプランジャ２７が元
の位置に移動して、メインロッカアーム１の拘束が解除
される。

【００２３】これにより、第７図に示すように、低速用
カム１２のプロフィールに基づくバルブリフト特性Ｘ１
と高速用カム１４のプロフィールに基づくバルブリフト
特性Ｘ２が合成され、低回転域で燃費の向上と高回転域
における出力トルクの向上が図れる。

【００２４】一方、前記バルブタイミング制御機構Ｂ
は、図６に示すように、シリンダヘッドにブラケット４
０を介して軸支されたカムシャフト１１と、クランクシ
ャフトから駆動力が伝達されるスプロケット４１との間
に設けられており、前記カムシャフト１１の前端部１１
ａにスリーブ４２が取付ボルト４３によって設けられて
いる。このスリーブ４２は、外周にアウタ歯４２ａが形
成されていると共に、端部のフランジ部４４外周面で前
記スプロケット４１を回転自在に支持している。

【００２５】前記スプロケット４１は、スリーブ４２の
外周に被嵌した筒状本体４５の内周にインナ歯４５ａが
形成されていると共に、該筒状本体４５の外端部開口が
円環状のカバー部４６によって閉塞されている。また、
この筒状本体４５とスリーブ４２との間には軸方向へ移
動自在な筒状歯車４７が介装されている。

【００２６】この筒状歯車４７は、前後２個の歯車構成
部からなり、夫々の内外周面には前記アウタ歯４２ａと
インナ歯４５ａが噛合する両方がはす歯の内外歯４７
ａ，４７ｂが形成されている。さらに、この筒状歯車４
７は、後側の歯車構成部とフランジ部４４との間に弾持
された圧縮スプリング４８のばね力で前側歯車構成部が
カバー部４６に突き当たるまで前方に付勢されていると
共に、カバー部４６と前側歯車構成部との間に形成され
た圧力室４９内の油圧によって後側歯車構成部がフラン
ジ部４４に突き当たるまで後方移動するようになってい
る。

【００２７】前記圧力室４９には、油圧回路５０を介し
て前記油圧切換弁Ｅによりオイルポンプ３２からの油圧
が給・排されるようになっている。前記油圧切換弁Ｅ
は、バルブリフト制御機構Ａの油圧切換弁Ｄと同様に３
ポート２位置型電磁弁で構成され、コントロールユニッ
トＣからの出力信号によって作動が制御されるようにな
っている。

【００２８】該コントロールユニットＣは、機関の負荷
だけではなく回転数をも制御要素として前記油圧切換弁
ＥをＯＮ−ＯＦＦ制御している。

【００２９】したがって、このバルブタイミング制御機
構Ｂは、機関のアイドリング時や低速低負荷域では、具
体的にはコントロールユニットＣからの出力信号によっ
て油圧切換弁ＥがＯＮされて油圧回路５０を開成する。
このため、オイルポンプ３２から圧送された作動油は油
圧回路５０を通って圧力室４９に油圧が供給される。し
たがって、筒状歯車４７は、圧縮スプリング４８のばね
力に抗して後位置（図中右方向）に付勢され、カムシャ
フト１１をスプロケット４１に対して一方側つまりカム
シャフト１１の回転方向と同方向に相対回動させる。依
って、カムシャフト１１は、斯かる相対回動位置で吸気
弁３，３の閉時期を進み側に制御する。

【００３０】一方、中負荷域に移行した場合は、油圧切
換弁ＥがＯＦＦされて油圧回路５０を閉塞する。このた
め、圧力室４９への作動油の供給が遮断されると共に、
該圧力室４９内の油圧が油圧回路５０を逆流して油圧切
換弁Ｅのドレン通路から排出される。したがって、筒状
歯車４７は、圧縮スプリング４８のばね力によって前方
向（図示位置）に移動する。これによって、カムシャフ
ト１１は、スプロケット４１に対して他方側に相対回動
して吸気弁３，３の閉時期を遅れ側に制御する。

【００３１】更に、高負荷域に移行した場合は、前記低
速低負荷域と同様の作用によって吸気弁３，３の閉時期
を進み側に制御する。

【００３２】そして、前記該カムシャフト１１とスプロ
ケット４１との相対回動位相差を検出する検出手段Ｆ
は、前記カバー部４６と筒状本体４５に設けられた３つ
の電磁ピックアップ５１，５２，５３と、該各電磁ピッ
クアップ５１〜５３からの出力信号を入力して回動位置
を算出する検出器５４とを備えている。第１電磁ピック
アップ５１は、カムシャフト１１の回転位相を検出する
ものであって、図９Ａに示すように連続したパルス信号
により回転角を検出しており、第２電磁ピックアップ５
２は、これもカムシャフト１１の回転位相を検出するも
ので、図９Ｂに示すようにカムシャフト１回転毎にパル
ス信号を出力している。また、第３電磁ピックアップ５
３は、スプロケット４１の回転位相を検出するもので、
図９Ｃに示すようにスプロケット１回転毎にパルス信号
を出力している。したがって、前記検出器５４は、前記
第２，第３電磁ピックアップ５２，５３から夫々出力さ
れたパルス信号間Ｚにおける第１電磁ピックアップ５１
のパルス数をカウントして両者１１，４１の相対回動位
相差を検出し、その信号を制御回路Ｇに出力している。

【００３３】制御回路Ｇは、斯かる両者１１，４１の相
対回動位相差に基づいて、前記油圧切換弁Ｄを制御し、
機関運転状態がアイドリング及び低速低負荷域から中・
高速及び高負荷域に移行する際に、前記検出器５４から
の相対位置検出信号に基づき制御回路Ｇが油圧切換弁Ｄ
を開作動させて油圧を前述のようにオイルギャラリ３０
等を介して油室２４に導き両ロッカアーム１，２を一体
に連結し、高速側に切り換える。

【００３４】具体的には、まずアイドリング時及び低速
低負荷域では、バルブリフト制御機構Ａは低速用カム１
２によって図７の実線Ｘ１の如く低速側のバルブリフト
特性となっている。この時点では、吸気弁３，３の閉時
期が下死点よりも十分に早い時期となっているため、吸
気充填効率が図８のａ点及びｂ点で示すように大巾に低
下した状態にある。

【００３５】このバルブリフト特性中にバルブタイミン
グ制御機構Ｂによって前述のようにカムシャフト１１が
スプロケット４１に対して一方側に相対回動して吸気弁
３，３の閉時期を遅れ側に制御する。したがって、バル
ブタイミング特性は図７の破線Ｘ２のように制御され
て、吸気弁３，３の閉時期が遅れ側に制御されて下死点
直後になるため、吸気充填効率はｃ点となりｂ点よりも
十分に高くなる。

【００３６】さらに、この状態から機関の中・高速高負
荷域への移行に伴い高速用カム１４に切り換えられて図
７の破線Ｙ２のような高速側バルブリフト特性となる。
この時点では、バルブタイミングが遅れ側の状態になる
ので吸気弁３，３の閉時期が下死点より十分に遅れた時
期となり、燃焼室に流入した吸気が吐き戻されてしま
う。このため、吸気充填効率は、図８のｄ点となりｃ点
より僅かに上昇するに過ぎない。

【００３７】次に、斯かる高速側バルブリフト状態でバ
ルブタイミングが図７の実線Ｙ１に示すように進み側に
切り換えられるため、吸気充填効率はｅ点となり最も上
昇する。

【００３８】このように、バルブリフト特性の切り換え
をバルブタイミングの切り換え時に合わせて行なうよう
にしたため、吸気充填効率の急激な変化が抑制され、段
階的な上昇特性とすることができる。この結果、大きな
トルクショックが防止され、運転性の安定化が図れる。

【００３９】また、高速高負荷域から低速低負荷域へ移
行した場合も、前述とは逆の制御が行なわれ、大きなト
ルクショックが防止される。

【００４０】本発明は、前記実施例の構成に限定される
ものではなく、バルブリフト制御機構Ａやバルブタイミ
ング制御機構Ｂ等を別の構成とすることも可能であり、
例えば各制御機構Ａ，Ｂを多段階あるいは無段階の切り
換えができるものとすれば、前記吸気充填効率をさらに
円滑に変化させることができる。また、本実施例では吸
気弁側に適用したものを示したが排気弁側あるいは吸気
弁側及び排気弁側の両方に適用することも可能である。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、バルブリフト制御機構によるバルブリフト特性
の切り換え制御を、検出手段からの出力信号に基づいて
バルブタイミングの切り換え制御時に行なうようにした
ため、吸気充填効率の急激な変化が防止される。この結
果、トルクショックが効果的に抑制され、運転性の安定
化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体構成図。

【図２】本実施例のバルブリフト制御機構を示す平面
図。

【図３】図２のＨ−Ｈ線断面図。

【図４】図２のＩ−Ｉ線断面図。

【図５】図２のＪ−Ｊ線断面図。

【図６】本実施例のバルブタイミング制御機構を示す断
面図。

【図７】本実施例におけるバルブリフト・タイミング特
性を示す図。

【図８】本実施例における吸気充填効率特性を示す図。

【図９】本実施例の各電磁ピックアップの波形図。

【図１０】従来のバルブリフト制御機構によるバルブリ
フト特性を示す図。

【符号の説明】

Ａ…バルブリフト制御機構、Ｂ…バルブタイミング制御
機構、Ｃ…コントロールユニット、Ｄ・Ｅ…油圧切換
弁、Ｆ…検出手段、Ｇ…制御回路、１１…カムシャフ
ト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 少なくとも機関回転数と負荷から現在の
   機関運転状態を検出するコントローラと、該コントロー
   ラからの出力信号に基づいて吸・排気弁のバルブリフト
   特性を低速側あるいは高速側に切り換えるバルブリフト
   制御機構と、前記コントローラからの出力信号に基づい
   てクランクシャフトとカムシャフトとの相対回動位相を
   変換して吸・排気弁の開閉時期特性を進み側あるいは遅
   れ側に切り換えるバルブタイミング制御装置とを備えた
   動弁装置であって、前記クランクシャフトとカムシャフ
   トとの相対回動位相差を検出する検出手段を設けると共
   に、該検出手段からの出力信号に基づいて前記バルブリ
   フト制御機構の低速側と高速側の切り換えを制御する制
   御回路を設けたことを特徴とする内燃機関の動弁装置。