JPH0627492B2

JPH0627492B2 - 内燃機関の吸・排気弁リフト制御装置

Info

Publication number: JPH0627492B2
Application number: JP15115585A
Authority: JP
Inventors: 誠之助原; 博通尾藤; 泰郎松本
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1985-07-08
Filing date: 1985-07-08
Publication date: 1994-04-13
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPS6210411A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、例えば車両用内燃機関に使用されて、吸・
排気弁のリフト特性を機関運転条件に応じて可変制御す
る内燃機関の吸・排気弁リフト制御装置に関する。

（従来の技術）バルブオーバーラップや新気充填効率等が常に最適に設
定されるように吸・排気弁のリフト特性（開閉時期およ
びリフト量）を可変制御する装置として、例えば第11図
および第12図に示すものがある（参考文献：米国特許第
３４１３９６５号）。

このものの概要を図に基づいて説明すると、吸・排気弁
カム１に一端が当接し、他端が吸・排気弁２のステムエ
ンドに嵌合して揺動自由に支持されたロッカアーム３の
背面３Ａを湾曲形成し、この背面３Ａがレバー４に支点
接触しながらロッカアーム３の両端が揺動することによ
って吸・排気弁２のリフトを吸・排気弁２に伝達するよ
うになっている。特に前記レバー４は一端が機関本体に
揺動自由に軸支されており、該レバー４の揺動位置（傾
斜）を、他端部に当接するリフト制御カム５を油圧アク
チュエータ等により機関運転条件に応じて適切な位相に
回転駆動することによって制御し、もってロッカアーム
３の背面３Ａとレバー４との接触する支点位置を変化さ
せて吸・排気弁２のリフト特性を可変制御するようにし
ている。例えば、リフト制御カム５によるレバー４の押
し下げ量が大であれば、吸・排気弁駆動カム１のベース
サークル状態においてレバー４の自由端部とロッカアー
ム３とが近接しており、したがって、第12図の曲線Ｍで
示すように吸・排気弁２の開弁時期が早まるとともにリ
フト量が大となる。逆に、リフト制御カム５による押し
下げ量が小であれば、吸・排気弁駆動カム１のベースサ
ークル状態であってもレバー４の自由端部とロッカアー
ム３とが離間しており、したがって、第12図の曲線Ｎで
示すように吸・排気弁２の開弁時期が遅れるとともにリ
フト量が小となるのである。

（この発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような吸・排気弁リフト制御装置に
あっては、弁リフト量の減少に伴って、開弁時期が遅
れ、閉弁時期が早まる特性（第12図、参照）となってい
たため、例えば機関の低速高負荷時には吸気弁の閉弁時
期が下死点に近づき、通常の機関でみられる吸気の吸気
管への吐き戻し作用が少なくなり、充填効率が高まる
が、これと同時に有効な圧縮比が高くなるので、ノッキ
ングが発生しやすくなり、トルクを向上させることがで
きないという問題点があった。

（問題点を解決するための手段）この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たものであって、吸・排気弁駆動カムによって駆動され
る吸気弁のリフト量および吸・排気弁のリフト中心角の
位相を変化させる吸・排気弁リフト可変手段と、機関の
運転状態を検出する運転状態検出手段と、機関の高速高
負荷時には吸気弁を所定のリフト量かつ吸・排気弁の中
心角位相を所定の位相にする一方、機関の低速低負荷時
には前記高速高負荷時よりも吸気弁のリフト量を小さく
かつ前記中心角位相を進み側に、機関の低速高負荷時に
は前記高速高負荷時よりも吸気弁のリフト量を小さくか
つ前記中心角位相を遅れ側にするよう吸・排気弁リフト
可変手段を制御する制御手段と、を備えたものである。

（作用）このような構成を有するこの発明にあっては、機関の運
転状態に応じて吸・排気弁リフト可変手段を作動させる
ことにより、吸気弁のリフト量および開閉時期を可変制
御するとともに、吸・排気弁のリフト中心角の位相を進
み側あるいは遅れ側に制御できるので、吸・排気弁の開
弁時期および閉弁時期の双方を共に早めたり、遅らせた
りすることができる。したがって、例えば機関の低速高
負荷時にはリフト量を小さくして吸気弁の閉弁時期を下
死点に近づけ、排気弁のバルブタイミングを遅れ側に制
御できるので、充填効率を高めるとともにノッキングを
抑制することができ、トルクを向上させることができ
る。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。第
１図（Ａ）、（Ｂ）〜第７図はこの発明の一実施例を示
す図である。

まず、構成を説明すると、第１図（Ａ）において、11は
吸気弁（および排気弁）を示し、12はカム軸13に固着さ
れて所定のカム面12Ａを有する駆動カムである。14はロ
ッカアームであり、このロッカアーム14はその下面14Ａ
の一端が駆動カム12に当接し、他端が吸気弁11のステム
エンドに嵌合し、その背面14Ｂは第１図（Ａ）中上方に
凸に所定曲率で湾曲している。15はロッカアーム14の背
面14Ｂにその平坦な下面15Ａが支点接触するレバーであ
り、このレバー15の平坦な上面15Ｂには吸・排気弁リフ
ト手段としてのリフト制御カム16が嵌合している。リフ
ト制御カム16は所定のカム面16Ａを有し、後述するアク
チュエータによってカム制御軸17を介して機関の運転条
件に応じて回動制御される。なお、18はバルブスプリン
グを、19はシリンダヘッドを、それぞれ示す。また、第
１図（Ｂ）に示すように、カム軸13の一端にはタイミン
グプーリ20が連結されており、このタイミングプーリ20
は歯付きのタイミングベルト21を介して図外の機関クラ
ンク軸に連動する。また、タイミングプーリ20とカム軸
13との連結部（固着部）には吸気弁11のリフト中心角の
位相を変化させるために駆動カム12の回転位相を制御す
る吸・排気弁リフト可変手段としての位相制御装置22が
組み込まれている。

次に、第２図に基づいてこの位相制御装置22を説明す
る。

位相制御装置22は、タイミングプーリ20内に形成された
環状のシリンダ20Ａ内を揺動自由に往復動してこのシリ
ンダ20Ａ内に油圧室23を画成する円環状のピストン24
と、このピストン24に当接しピストン24の往復動により
コイルスプリング25の付勢力に抗してカム軸13に沿って
スライドするスライダ26と、このスライダ26の移動をコ
イルスプリング25を介して規制するストッパ部材27と、
を有している。スライダ26には、第３図に示すように、
その中空部内面に螺旋状のメススプライン26Ａが形成さ
れ、またその一端部には前記ピストン24が当接するフラ
ンジ部26Ｂが、その他端部にはシリンダ20Ａの内壁に形
成された一条の溝20Ｂに摺動自在に支持される突条部26
Ｃが、それぞれ形成されている。また、前記カム軸13の
一端部には、第３図に示すように、螺旋状のオススプラ
イン13Ａが前記スライダ26のスプライン26Ａと噛合する
ようになっている。

第２図中28はカム軸13内およびタイミングプーリ20内に
形成された油圧通路であり、この油圧通路28の一端は前
記油圧室23に、その他端は外部の油圧供給通路29に、そ
れぞれ連通している。この油圧供給通路29は途中で２つ
に分岐し、一方の通路29Ａはオイルポンプ30に、他端の
通路29Ｂは、油圧制御弁31に、それぞれ連通している。
油圧制御弁31は図外の運転状態検出手段によって検出さ
れたエンジン回転数、絞り弁開度、吸入負圧、吸入空気
量等の機関運転条件に応じて作動する制御手段としての
制御回路32からの出力によってオイルポンプ30から油圧
室23へ供給する油圧を制御する。なお、33は前記ストッ
パ部材27をカム軸13端面に固定する押さえボルトであ
る。

次に、第４図に基づいて前記カム制御軸17の回動を制御
する吸・排気弁リフト可変手段してのアクチュエータ40
を説明する。同図において、13は上述のようにクランク
軸に同期して駆動回転されるカム軸であり、17はこのカ
ム軸13の上方に平行に設けられた上記リフト制御カム16
のカム制御軸ある。このカム制御軸17は以下の歯車機構
および一対のステッピングクラッチ45Ａ、45Ｂを介して
カム軸13に対して正逆転自在に連結されている。

すなわち、前端に上述のようにタイミングプーリ20を固
着したカム軸13の後端に第１歯車41を固着し、この第１
歯車41に噛合する一対の第２歯車43Ａ、43Ｂをその側方
に軸支している。第２歯車43Ａ、43Ｂの各回転軸42Ａ、
42Ｂには第３歯車44Ａ 44Ｂをそれぞれ固着している。
第３歯車44Ａ、44Ｂにそれぞれ噛合する第４歯車46Ａ、
46Ｂは、それぞれこの第３歯車44Ａ 44Ｂの下方に設け
られ、その回転力はステッピングクラッチ45Ａ、45Ｂに
よって回転軸49Ａ、49Ｂに伝達可能とされている。回転
軸49Ａには第５図歯車50が固設され、この第５歯車50に
は延長軸17Ａに固設した第６歯車52が噛合している。な
お、延長軸17Ａは上記カム制御軸17と同軸に設けられて
カップリング55により一体回転するよう連結されてい
る。また、回転軸49Ｂにはプーリ51が固設され、このプ
ーリ51と上記延長軸17Ａに固設したプーリ53との間には
ベルト54が掛け渡されている。

したがって、カム軸13の回転は第１、第２歯車41、43
Ａ、43Ｂおよび第３、４歯車44Ａ、44Ｂ、46Ａ、46Ｂに
より減速された後、ステッピングクラッチ45Ａ、45Ｂを
介して断続的に回転軸49Ａ、49Ｂに伝達され、さらに、
第５、第６歯車50、52およびプーリ51、53を介して延長
軸17Ａからカム制御軸17に伝達される。このとき、各ス
テッピングクラッチ45Ａ、45Ｂは互いに独立して上記制
御回路32からの制御信号Ｓ₁、Ｓ₂により駆動される。す
なわち、両回転軸42Ａ、42Ｂが共に第４図中矢印Ａ方向
に回転している場合、ステッピングクラッチ45Ａが接続
（駆動）されると（ステッピングクラッチ45Ｂは切
離）、回転軸49Ａが図中矢印Ｂ方向に回転し、カム制御
軸17を矢印Ｃ方向に回転させる一方、ステッピングクラ
ッチ45Ｂが接続されると（ステッピングクラッチ45Ａは
切離）、回転軸49Ｂは矢印Ｂ方向に回転し、カム制御軸
17を逆方向（Ｄ方向）に回転させるのである。ここに、
各ステッピングクラッチ45Ａ、45Ｂはパルス状の入力を
与えることにより所定の回転角度だけクラッチの接続を
行うものである。なお、制御回路32には、図外の運転状
態検出手段によって検出されたエンジン回転数、スロッ
トル開度、クラッチ、ギヤ等の信号が入力され、各信号
に判別した機関の運転条件に応じてパルス状の制御信号
Ｓ₁、Ｓ₂を択一的に各ステッピングクラッチ45Ａ、45Ｂ
に出力するものである。

次に作用を説明する。

機関の低速低負荷時においては、位相制御装置22の作動
により、スライダ26は第２図中右側へ移動するので（第
２図上半分に図示）、カム軸13はスプライン13Ａ、26Ａ
を介して一方向に回転し、駆動カム12はその位相が進み
側へ制御される。なお、この進み側に位相を制御すると
いうのは、機関の高速高負荷時の位相（第７図Ｆ、Ｅ参
照）に対し進み側にあることを指す。一方、リフト制御
カム16の回動はアクチュエータ40の作動により、カム制
御軸17を介して行われ、リフト量が小さいカム面16Ａで
レバー15に当接させると、レバー15の自由端部の下面15
Ａがロッカアーム14の背面14Ｂから離間するため、吸気
弁11のリフト量は小さくなる。このリフト量も機関の高
速高負荷時のリフト量（第７図Ｅ参照）に対して小さく
する。したがって、吸気弁11および排気弁の各リフト特
性は、第５図中破線Ａ′、Ｂ′で示す従来例に対して、
実線Ａ、Ｂで示すようになる。その結果、吸気弁11の閉
弁時期（実線Ａ、参照）が下死点より大幅に早まるた
め、有効な吸入行程が短縮され、吸気量が抑制されるの
で、機関の絞り弁は開き状態となり、所定の負荷状態で
吸気管内圧力は上昇し、ポンプ損失を低減することがで
きる。なお、このポンプ損失の低減により機関の熱効率
を向上させることができるが、その分排気温度の低下を
招くので、触媒等による排気浄化装置の浄化性能を低下
させる。しかしながら、この場合、駆動カム12を進み側
に制御して、排気等の開弁時期を早めているので、排気
温度を上昇させることができ、浄化性能の悪化を防止す
ることができる。

一方、機関の低速高負荷時には、機関の充填効率を高め
るために吸気弁11の閉弁時期を下死点に近づければ良
い。このために吸気弁のリフト量を小さくなるように制
御すれば良いが、そのままではノッキングを招いてしま
う。ノッキングを抑制するために、排気弁の開弁時期、
すなわち、ブローダウンを遅らせて、気筒内の残留ガス
温度を下げ、新たに吸入された新気と残留ガスとが混合
した気筒内の混合ガスの温度を下げる必要がある。

このため、位相制御装置22を作動させて、カム軸13の駆
動カム12の回転位相を機関の高速高負荷時よりも遅れ側
に制御すると、排気弁のリフト特性は、従来例のそれ
（第６図中破線Ｄ′）に対して第６図中実線Ｄで示すも
のとなる。一方、吸気弁11のリフト量を小さくなるよう
に制御するが、この場合、位相制御を行わずに（第６図
中破線Ｃ′参照）、単に吸気弁11の弁リフトを小さくし
て（第６図中破線Ｃ″、参照）、吸気弁11の閉弁時期を
下死点に近づける場合よりも吸気弁11の閉弁時期が下死
点より遠ざかることなるので（第６図中実線Ｃ、参
照）、さらに、吸気弁11の弁リフト量を機関の高速高負
荷時よりも小さく制御することにより吸気弁11の閉弁時
期を下死点に近づけることができる。なお、この場合、
低速域においては、弁リフト量が充填効率に及ぼす影響
は小さい。その結果、ノッキングの発生を抑制して充填
効率を向上させることができ、トルクを増大することが
できる。

次に、機関の高速高負荷時にはブローダウン時の排気噴
出エネルギーを高めて、燃焼ガスの気筒外への排出効率
を高めるために、排気弁の開弁時期を早める必要があ
る。一方、吸気弁11の閉弁時期は吸気の燃焼作用の関係
から遅らせる必要がある。

このため、回転位相の制御を行わず、吸気弁11のリフト
量を大きくする。したがって、吸気弁11のリフト特性
は、第７図の実線Ｅで示すように従来のそれＥ′に比較
して大きなリフト量となり、また閉弁時期が遅れる特性
を示す。なお、第７図中破線Ｆは回転位相を制御しない
ときの排気弁のリフト特性を示す。その結果、排出効率
と充填効率とを高めることができるので、機関の出力を
向上させることができる。

以上述べてきたように、吸気弁11のリフト量を可変制御
するとともに、吸・排気弁を駆動する駆動カム12の回転
位相を制御して吸・排気弁のリフト中心角の位相を制御
することにより、機関の運転条件に応じて機関の燃費性
能、排気浄化性能および出力性能をともに向上させるこ
とができる。

次に、第８図〜第10図はこの発明の他の実施例を示した
ものである。

この実施例においては多面カムを用いている。第８図に
おいて、61はカム軸62に固着された駆動カムを、63は吸
気弁（および排気弁）を、それぞれ示す。64はロッカア
ームであり、このロッカアーム64の一端は駆動カム61
に、他端は吸気弁63のステムエンドに、それぞれ当接し
ている。ロッカアーム64の背面64Ａにはフォーク65Ａを
有するレバー65が支点接触し、このレバー65の一端には
複数個の略平らな面で形成されたカム面66Ａを有するリ
フト制御カム66が係合し、他端の凹陥部65Ｂにはゼロラ
ッシュアジャスタ67が嵌合している。リフト制御カム66
にはカム制御軸68が挿通され、第９図に示すように、リ
フト制御カム66とカム制御軸68とは、コイルスプリング
69により連結されている。また、第10図に示すように、
リフト制御カム66の両側から突出する円筒部66Ｂは、ブ
ラケット70と、ブラケット70にボルト71で締結されたキ
ャップ72との間に回動自由に保持されている。また、第
９図において、カム制御軸68の一端は吸・排気弁リフト
可変手段としてのアクチュエータ73に連結され、アクチ
ュエータ73は制御回路（制御手段）74により機関運転条
件に基づいて駆動される。

ここで、前記カム軸62の端部には図示しない前記実施例
と同様の位相制御装置（吸・排気弁リフト可変手段）が
設けられており、駆動カム61はこの位相制御装置により
その位相が進み側または遅れ側に制御される。

したがって、この実施例においては、バルブリフトの制
御トルクを大幅に低減できる等の効果を有するだけでな
く、バルブの開閉弁時期およびリフト量を機関の運転条
件に応じて好適に制御することができる。その他の構成
および効果は前記実施例と同様である。

（効果）以上説明したきたように、この発明によれば、吸・排気
弁駆動カムの位相を制御するとともに、吸気弁のリフト
量を制御することができるので、吸・排気弁の開弁時
期、閉弁時期を進み側または遅れ側に制御することがで
きる。その結果、機関の低速高負荷時には、ノッキング
の発生を抑制して充填効率を向上させることにより、ト
ルクを増大することができ、一方、低速低負荷時には燃
費を節約できるとともに、排気浄化性能を向上させるこ
とができ、さらに高速高負荷時には機関出力を増大させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）〜第７図はこの発明に係る内燃機
関の吸・排気弁リフト制御装置の一実施例を示した図で
あり、第１図（Ａ）はその縦断面図、第１図（Ｂ）はそ
の要部平面図、第２図はその位相制御装置の断面図、第
３図は第２図のスライダおよびカム軸端部を示す分解斜
視図、第４図はリフト制御カムを駆動するアクチュエー
タの全体構成を示す平面図、第５図〜第７図はバルブリ
フト特性を示す各グラフ、第８図〜第10図はこの発明の
他の実施例を示す図であり、第８図はその縦断面図、第
９図はその要部平面図、第10図はリフト制御カムの取付
部を示す分解斜視図、第11図および第12図は従来の吸・
排気弁リフト制御装置示す図であり、第11図はその縦断
面図、第12図はそのバルブリフト特性を示すグラフであ
る。 11、63……吸・排気弁、 12、61……吸・排気弁駆動カム、 16、66……リフト制御カム（吸・排気弁リフト可変手
段）、 22……位相制御装置（吸・排気弁リフト可変手段）、 32、74……制御回路（制御手段）、 40、73……アクチュエータ（吸・排気弁リフト可変手
段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸・排気弁駆動カムによって駆動される吸
気弁のリフト量および吸・排気弁のリフト中心角の位相
を変化させる吸・排気弁リフト可変手段と、機関の運転
状態を検出する運転状態検出手段と、機関の高速高負荷
時には吸気弁を所定のリフト量かつ吸・排気弁の中心角
位相を所定の位相にする一方、機関の低速低負荷時には
前記高速高負荷時よりも吸気弁のリフト量を小さくかつ
前記中心角位相を進み側に、機関の低速高負荷時には前
記高速高負荷時よりも吸気弁のリフト量を小さくかつ前
記中心角位相を遅れ側にするよう吸・排気弁リフト可変
手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする
内燃機関の吸・排気弁リフト制御装置。