JPH063129B2 - 内燃機関の動弁制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、機関運転条件に応じて吸・排気弁のリフト特
性を可変制御する内燃機関の動弁制御装置に関する。

〈従来の技術〉 機関運転条件に応じて吸・排気弁のリフト特性を可変制
御する内燃機関の動弁制御装置としては、例えば第４図
〜第６図に示すようなものが、本出願人により提案され
ている（特開昭６０−２６１０９号及び特願昭５９−８
０１５２号参照）。

これについて説明すると、機関回転に同期して回転する
吸・排気弁駆動カム11と、吸・排気弁12のステムエンド
とに両端を当接させてロッカアーム13が設けられ、該ロ
ッカアーム13の湾曲形成された背面13ａを、後述する油
圧ピボット19により一端部にて揺動自由に支持されたレ
バー15に支点接触させてある。また、レバー15はロッカ
アーム13の両側壁から突出するシャフト13ｂを保持部材
14を介して凹溝15ａ内に保持しており、レバー15に形成
されたスプリングシート15ｂと保持部材14との間には、
ロッカアーム13を下方向に付勢するバネ定数小のスプリ
ング16が介装されている。

油圧ピボット19は、シリンダヘッドに取り付けられたブ
ラケット18に形成した取付孔18ａ内に摺動自由に嵌挿さ
れた外筒19ａと、該外筒19ａ内に嵌挿された内筒19ｂと
を備え、かつ、両者の間に形成された油圧室19ｃにチェ
ックバルブ19ｄを備えている。そして、外筒19ａの半球
上の下端部にてレバー15の吸・排気弁12ステムエンド側
の一端部上面の凹陥部15ｃに嵌合し、レバー15を揺動自
由に支持している。そして、ブラケット18内部に形成さ
れた油圧供給通路18ｂから内筒19ｂ内部及びチェックバ
ルブ19ｄを介して油圧を油圧室19ｃに供給してバルブク
リアランスを一定に保つようになっている。

また、ブラケット18に対して、後述する如く回動自在に
取り付けられたリフト制御カム20がレバー15の吸・排気
弁駆動カム11側の他端部上面に係合して、レバー15の揺
動位置を規制している。

リフト制御カム20は、５角形状で、吸・排気弁12のリフ
ト量を段階的に変えるように回転中心軸からの距離が１
回転方向に段階的に増大する略平らな５つのカム面20ａ
〜20ｅを有すると共に、中心部に後述する制御軸23を挿
通する孔20ｇを有している。また、リフト制御カム20の
両端から突出して形成した円筒部20ｈは、第６図に示す
ようにブラケット18に形成された下部円弧溝18ｃと、ブ
ラケット18上にボルト21で締結された一対のキャップ22
に形成された上部円弧溝22ａとの間に回動自由に保持し
てある。

そして、気筒数個設けたリフト制御カム20の中心部を貫
通して形成された孔20ｂに一本の制御軸23をスキマバメ
状態で挿通し、該制御軸23の各リフト制御カム20両側部
分にそれぞれ挿通した弾性部材としての捩りコイルスプ
リング24の一端を制御軸23外周面にねじ込んだ止めビス
23ａに係止すると共に、該コイルスプリング24の他端を
リフト制御カム20の円筒部20ｈ側壁に形成した孔20ｉに
嵌挿して係止してある。

制御軸23の一端は、継手25を介してアクチュエータとし
てのステッピングモータ26の駆動軸26ａに連結してあ
る。ステッピングモータ26は、制御回路27により、機関
回転数、絞り弁開度等の機関運転条件に基づいて駆動さ
れ、制御軸23を所定の回動位置に回動するようになって
いる。

28はバルブスプリングである。

作用を説明すると、リフト制御カム20が最もリフト量の
大きいカム面20ｅでレバー15に当接している状態では、
レバー15が吸・排気弁駆動カム11側に最も押し下げられ
た状態となる。このため、ロッカアーム13の背面13ａに
支点接触させるレバー15の下面も下がり、支点接触点Ａ
が吸・排気弁駆動カム11側に移動しつつ吸・排気弁12に
伝達され、第８図の曲線に示すようにリフト量が大き
く、かつ、開弁時期が早く閉弁時期が遅い特性となる。

一方、リフト制御カム20を回動し、例えばリフト量が最
も小さいカム面20ａでレバー15に当接するようにする
と、レバー15の吸・排気弁駆動カム11側の端部は凹陥部
15ｃを支点とした揺動によって上昇し、レバー15の下面
も上方に後退する。

レバー15の下面は、ロッカアーム13が吸・排気弁駆動カ
ム11のリフトを吸・排気弁12に伝えるための支点となる
が、吸・排気弁駆動カム11がベースサークルでロッカア
ーム13に当接している状態の支点の初期位置が、前記リ
フト量大のカム面20ｅでレバー15が当接している時に比
べて第５図で右側、即ち、リフト後に支点が移動する方
向から遠ざかる側に移動し、ロッカアーム13の背面13ａ
とレバー15の下面の隙間が大きくなり、吸・排気弁駆動
カム11がリフトしてもロッカアーム13とレバー15の下面
との支点接触点が駆動カム側へ移動する速度が遅くな
り、この結果、第８図に示すように、リフト量が小さ
く、かつ開弁時期が遅れ閉弁時期が早まる特性となる。

このようにして、リフト制御カム20を回動してカム面20
ａ〜20ｅのいずれかをレバー15に当接させることによ
り、吸・排気弁12のリフト特性を段階的に変化させるこ
とができる。

ここで、前記リフト制御カム20の回動は、ステッピング
モータ26の駆動により制御軸23及び捩りコイルスプリン
グ24を介して行われる。即ち、前記制御回路27は、機関
運転状態に応じた信号に基づいて設定した駆動パルスを
ステッピングモータ26に出力する。この駆動パルスは、
ステッピングモータ26の駆動軸26ａ予め設定した角度だ
け回動させ、継手25を介して制御軸23も回動する。

今、制御軸23が回動するタイミングで、吸・排気弁12が
リフト中にある気筒においては、ロッカアーム13とレバ
ー15との接触支点が吸・排気弁駆動カム11側に移動して
いて、バルブスプリング28の大きな反力がロッカアーム
13，レバー15を介してリフト制御カム20に作用する。こ
のため、リフト制御カム20は固定されたままその両側の
捩りコイルスプリング24を捩りつつ、制御軸23のみが回
動する。次いで、吸・排気弁駆動カム11が回転して吸・
排気弁12が閉じた後は、ロッカアーム13とレバー15との
接触支点が、略吸・排気弁12の上方近くに位置すると共
に、バルブスプリング28の反力が消失するため、リフト
制御カム20に作用する力は、ロッカアーム13とレバー15
との間に取り付けられたスプリング16の弱い力のみとな
る。したがって、吸・排気弁12のリフト中に捩りコイル
スプリング24に蓄えられたトルクが前記スプリング16の
弱い力に打ち勝って、リフト制御カム20を回動させるこ
とができる。したがって、ステッピングモータ26に要求
される出力は捩りコイルスプリング24を隣接する隣接す
るカム面の回動角分だけ捩るに要する小さなもので足り
る。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、このような先願の動弁制御装置において、機
関の高速域における吸・排気弁の吸・排気弁駆動カムに
対する追従性能は、第７図に示すように中程度の弁リフ
ト特性において最も悪化する。これは、中程度の弁リフ
ト位置では第９図に示すように弁の最大加速度が大き
く、動弁機構への加振入力が大きくなって、バルブスプ
リングと共振し易くなるためである。

このため、機関の所定以上の高速域では大きな弁リフト
特性に制御されることになるが（充填効率確保のため弁
リフト小特性は使用できない）、万一特定気筒の捩りコ
イルスプリングが折損した場合、リフト制御カムは機関
振動により小さな弁リフト側に回動してしまうおそれが
ある。弁リフトが減少すると、前記したように弁のおど
りを生じて動弁部を破損するという問題を生じる。

本発明は、上記のような問題点に鑑みなされたもので、
捩りコイルスプリングが折損した気筒においても大きな
弁リフト特性に維持できるようにした内燃機関の動弁制
御装置を提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 このため、本発明は、吸・排気弁に係合するロッカアー
ムの湾曲形成された背面を、一端部にて揺動自由に支持
されたレバーに支点接触させ、このレバーの他端部にリ
フト制御カムを係合させ、このリフト制御カムの回動位
置を制御してレバーの揺動位置を変化させることによ
り、レバーとロッカアームとの接触する支点位置を変化
させて吸・排気弁のリフト特性を可変制御すると共に、
前記リフト制御カムを制御軸に回動自由に取り付け、前
記リフト制御カムと制御軸とを捩りコイルスプリングを
介して連結し、前記制御軸を機関運転条件に応じて所定
の回動位置に回動するアクチュエータを設けてなる内燃
機関の動弁制御装置において、前記制御軸とリフト制御
カムとの一方に設けたストッパピンと他方に設けた係合
溝とで構成され、捩りコイルスプリングが所定量捩れた
位置で相互に係合して制御軸とリフト制御カムとの相対
回転量を規制する第１ストッパ手段と、吸・排気弁の弁
リフトが最大となるレバーの最大揺動位置を規制する第
２ストッパ手段と、リフト制御カムが弁リフトを最大と
する位置にあって、かつ、制御軸が第１ストッパ手段を
介してリフト制御カムに略係合する位置を検出する制御
軸回転位置検出手段と、機関回転速度を検出する回転速
度検出手段と、機関の所定以上の高速域で制御軸を前記
制御軸回転位置検出手段によって検出される位置まで回
転させるように前記アクチュエータを規制する高速用ア
クチュエータ制御手段とを備えた構成とする。

〈作用〉 回転速度検出手段により所定以上の高回転速度が検出さ
れると、高速用アクチュエータ制御手段によりアクチュ
エータを介して制御軸は制御軸回転位置検出手段によっ
て検出される位置まで回転駆動される。

この位置では、リフト制御カムが弁リフトを最大とする
位置にあって、さらに捩りコイルスプリングを捩って第
１ストッパ手段を介して制御軸が略リフト制御カムに係
合する。

したがって、万一捩りコイルスプリングが折損した場合
でも、リフト制御カムの弁リフト小側への回動が第１ス
トッパ手段により規制され、弁リフト最大位置に維持さ
れる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。

一実施例の構成を示す第１図及び第２図において、第４
図〜第６図で示した従来例と同一の構成要素には同一符
号を付して説明を簡略化する。

リフト制御カム30の複数のカム面30ａ〜30ｅを挾んで一
方の円筒部30ｆには従来同様制御軸23との間に捩りコイ
ルスプリング24が取り付けられるが、他方の円筒部30ｇ
には所定の円周角分切り欠いた円弧状の係合溝30ｈが形
成され、該係合溝30ｈの中央部に臨む制御軸23周壁部分
にストッパピン31が立設される。

これにより、バルブスプリング28からの反力により静止
状態にあるリフト制御カム30に対して制御軸23を弁リフ
ト増大方向に回転させると、ストッパピン31が係合溝30
ｈの図中右側の端面に突き当り、弁リフト減少方向に回
転させるとストッパピン31が図中左側の端面に突き当た
って各回転方向の許容回転量が構成される。

また、レバー33の吸・排気弁係合部とは反対側の端部
と、ブラケット18との間に、レバー15の最大揺動位置を
規制するためのストッパボルト32が装着される。これに
よりレバー33は、弁リフト最大となるカム面30ｅのレバ
ー33の係合位置からリフト制御カム30が図中時計回りに
回転してカム面30ａの係合位置に移動することを防止で
きる。ここで、ストッパボルト32が第２ストッパ手段を
構成する。

さらに、リフト制御カム30がカム面30ｅとレバー33とが
係合する最大弁リフト位置にあって、かつ、前記ストッ
パピン31が係合溝30ｈの図中右側の端面に略係合すると
きの制御軸23の回転位置を検出するリミットスイッチが
設けられる。具体的には、制御軸23の端部に固定された
ディスク34の周壁に突起34ａが設けられ、制御軸23の前
記回転位置において、前記突起34ａがシリンダヘッドに
一端部を固定された可動接点35を押圧し、同じくシリン
ダヘッドに固定された固定接点36に圧接されることによ
り、制御軸23の回転位置を検出するように構成されてい
る。

前記ディスク34，可動接点35，固定接点36で構成される
リミットスイッチが制御軸回転位置検出手段を構成す
る。

また、制御回路37には、従来同様機関回転速度検出手段
としてのクランク角センサ38からの機関回転信号の他、
絞り弁開度信号が入力され、これら機関運転条件に基づ
いてアクチュエータとしてステッピングモータ26を駆動
して制御軸23を所定の回動位置に回動するようになって
いる。

特に、本発明に係る制御回路37の機能として、機関の所
定回転速度以上の高速域では、吸・排気弁12のおどりを
防止すべく、弁リフト最大となるようにカム面30ｅをレ
バー33と係合させ、かつ、前記可動接点35が固定接点36
と接触する位置まで制御軸23を回転させるようにステッ
ピングモータ26を駆動する。

即ち、制御回路37は、高速用アクチュエータ制御手段の
機能を備えている。

尚、制御回路37は、制御軸23を前記位置まで回転させた
後は、ステッピングモータ26に供給する電流を制御軸23
を捩りコイルスプリング24の捩りによる反力に打ち勝っ
て制御軸23を同位置に保持できるだけの電流に弱める。
ステッピングモータ26がロックされた状態で過大な駆動
電流が流れ続けるのを防止するためである。

次に、本実施例の一連の動作を説明する。

弁リフトが中程度の特性に制御されている状態、例えば
第３図ａに示すように、カム面30ｄがレバー33と係合し
た上端から弁リフト最大のカム面30ｅの係合状態に切換
制御する際、制御回路37からの指令によりステッピング
モータ26を介して制御軸23がカム面30ｄとカム面30ｅと
の回転角に相当する角度分図で時計回り方向に回転され
る。

前記制御軸23回転駆動中に、吸・排気弁12が閉じている
気筒では、制御軸23の回転に追従してリフト制御カム30
も回転して殆ど遅れなくカム面30ｅがレバー33に係合す
るが、吸・排気弁12が開かれる気筒では、略吸・排気弁
の閉弁に同期して捩りコイルスプリング24に蓄えられた
捩り力によりリフト制御カム30が回転してカム面30ｅが
係合することは従来と同様である（第３図ｂ）。

機関回転速度が所定未満の低・中速域で最大弁リフト特
性が使用されるときは、前記制御で終了するが、所定以
上の高速域では前記制御により全気筒のカム面30ａ〜30
ｅがレバー33と係合した後、さらに制御軸23が時計回り
に駆動され、リミットスプリングの可動接点35が固定接
点36と接触する位置、即ち、ストッパピン31が係合溝30
ｈの図中右側の端面に係合する位置まで駆動される（第
３図ｃ）。

その後は、前記したように制御軸23を同位置に保持する
だけの電流がステッピングモータ26に供給されている。

このようにすれば、万一捩りコイルスプリング24が折損
した気筒にあっても、ストッパピン31が係合溝30ｈの図
中右側の端面に係合しているため、機関振動によりリフ
ト制御カム30がカム面30ｄ係合側へ回転することを防止
でき、又、反対側のカム面30ａ係合側への回転は、スト
ッパボルト32によりレバー33の揺動位置が規制されるこ
とによって防止できる。

したがって、弁リフト最大特性に保持することができ、
もって吸・排気弁12の作動を安定させ、弁のおどりによ
る動弁機構の破損を効果的に防止できるのである。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、機関の高速域で
は捩りコイルスプリングが折損した気筒においても、リ
フト制御カムを弁リフト最大位置に安定して係合させる
ようにしたため、弁のおどりによる同弁系の破損を確実
に防止できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す要部断面平面
図、第２図は同上実施例の縦断面図、第３図は同上実施
例の切換制御時の縦断面図、第４図は従来例の要部断面
平面図、第５図は同じく縦断面図、第６図は同じくリフ
ト制御カム及び周辺部分の斜視図、第７図は同じく吸・
排気弁の弁おどり発生域を示す線図、第８図は同じくリ
フト制御カムの異なるカム面係合時の弁リフト特性を示
す線図、第９図は同じく吸・排気弁の加速度を示す線図
である。 11…吸・排気弁駆動カム12…吸・排気弁13…ロッカアー
ム23…制御軸24…捩りコイルスプリング26…ステッピン
グモータ30…リフト制御カム30ａ〜30ｅ…カム面30ｈ…
係合溝31…ストッパピン32…ストッパボルト33…レバー
34…ディスク35…可動接点36…固定接点37…制御回路38
…クランク角センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸・排気弁に係合するロッカアームの湾曲
   形成された背面を、一端部にて揺動自由に支持されたレ
   バーに支点接触させ、このレバーの他端部にリフト制御
   カムを係合させ、このリフト制御カムの回動位置を制御
   してレバーの揺動位置を変化させることにより、レバー
   とロッカアームとの接触する支点位置を変化させて吸・
   排気弁のリフト特性を可変制御すると共に、前記リフト
   制御カムを制御軸に回動自由に取り付け、前記リフト制
   御カムと制御軸とを捩りコイルスプリングを介して連結
   し、前記制御軸を機関運転条件に応じて所定の回動位置
   に回動するアクチュエータを設けてなる内燃機関の動弁
   制御装置において、前記制御軸とリフト制御カムとの一
   方に設けたストッパピンと他方に設けた係合溝とで構成
   され、捩りコイルスプリングが所定量捩れた位置で相互
   に係合して制御軸とリフト制御カムとの相対回転量を規
   制する第１ストッパ手段と、吸・排気弁の弁リフトが最
   大となるレバーの最大揺動位置を規制する第２ストッパ
   手段と、リフト制御カムが弁リフトを最大とする位置に
   あって、かつ、制御軸が第１ストッパ手段を介してリフ
   ト制御カムに略係合する位置を検出する制御軸回転位置
   検出手段と、機関回転速度を検出する回転速度検出手段
   と、機関の所定以上の高速域で制御軸を前記制御軸回転
   位置検出手段によって検出される位置まで回転させるよ
   うに前記アクチュエータを規制する高速用アクチュエー
   タ制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の動弁
   制御装置。