JPS61112710A - 内燃機関の吸・排気弁リフト制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、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。

（従来技術） 従来の吸・排気弁リフト制御装置としては、例えば第１
Ｏ図および第１１図に示すようなものが知られている（
特開昭５９−４６３０７号公報、参照）。

この装置をこれらの図に基づいて概略説明する。エンジ
ンの高負荷高回転時において、駆動モータＩＡの作動に
より往復動軸２Ａを第１０図中右方向に移動させて、揺
動軸３Ａを第１カムシヤフト４Ａの回転方向Ｘと同方向
（第１０図中時計回り方向）に回動させることにより、
回動部材５Ａを第１カムシヤフト４Ａを中心にその回転
方向Ｘと同方向（時針回り方向）に回動させる。これに
より、第１カムシヤフト４Ａの特定角度位置に対するカ
ム面４Ｃとタペット部材６Ａの一端との接触位置が第１
カムシャフ１−４Ａの回転方向に対して遅れ側に変位し
て、第１吸気弁７Ａのバルブタイミングが遅れ側にずれ
る（第１０図中右方向、参照）。同じく高負荷高回転時
において、駆動モータ１Ｂの作動により往復動輪２Ｂを
介して揺動軸３Ｂを第２カムシャフ１−４Ｂの回転方向
Ｘとは逆方向（第１０図中反時計回り方向）に回動させ
ることにより、回動部材５Ｂを第２カムシヤフト４Ｂを
中心としてその回転方向とは逆方向に回動させる。

これにより、第２カムシヤフト４Ｂの特定角度位置に対
するカム面４Ｄとタペット部材６Ｂの一端との接触位置
が第２カムシヤフト４Ｂの回転方向Ｘに対して進み側に
変位して、第２吸気弁７Ｂのバルブタイミングが進み側
にずれる（第１１図中破線Ｙ、参照）。

次に、エンジンの低負荷低回転時においては、駆動モー
タＩＡ、ＩＢをともに非作動とするので、第１、第２吸
気弁７Ａ、７Ｂのバルブタイミングは、第１、第２動弁
機構８Ａ、８Ｂにより、第１１図実線Ｚで示すように゛
、ピストンの上死点付近で開き、下死点付近で閉じるよ
うに制御される。したがって、排気弁とのオーバラップ
期間を低減でき、残留排気量の増大を招くことなく、良
好な燃焼状態を得ることができる。

一方、エンジンの高負荷高回転時には、第１１図破線Ｘ
、Ｙで示すように、第１、第２吸気弁７Ａ、７Ｂによる
開閉弁時期はエンジンの低負荷低回転時と比べて吸気ボ
ー）９Ａ、９Ｂの開口面積を変えることなく、開弁時期
が早まり閉弁時期が遅れる。したがって、一対の吸気弁
７Ａ、７Ｂによる有効開口面積を増大させることができ
るので吸気の充填効率の向上を図ることができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の装置にあっては、第１
吸気弁及び第２吸気弁は、負荷及び回転速度の増減方向
にかかわらず常に一定の負荷及び回転速度において開閉
時期が可変となる構成のため、機関がこの境界状ｆｉ（
上記一定値付近）で運転されると、これらの吸気弁の可
変機構が頻繁にＯＮ・ＯＦＦを繰返し、ハンチング現象
を惹起する結果、可変機構自体の耐久性が低下したり、
機関の運転性を悪化させるという問題点を有していた。

（問題点を解決するための手段） そこで、本発明は以下の構成により上記問題点を解決す
るものである。

すなわち、第１図に示すように、本発明に係る内燃機関
の吸・排気弁リフト制御装置は、機関負荷を検出する負
荷センサａと、機関回転速度を検出する回転数センサｂ
と、これらの負荷および回転速度に基づいて吸・排気弁
の開閉時期を設定する設定手段Ｃと、この設定値に基づ
いて吸・排気弁を開閉作動させる可変リフト機構ｄと、
を備え、上記負荷及び回転速度が増加方向に変化すると
きの上記設定値と、減少方向に変化するときの設定値と
、に所定のヒステリシスを設けたものである。

（作用） 本発明に係る吸・排気弁リフト制御装置は、負荷センサ
および回転数センサによりそれぞれ検出した機関負荷及
び機関回転速度に基づいて、設定手段は吸・排気弁の開
閉時期を設定する。可変リフト機構はこの設定値に基づ
いて吸・排気弁を開閉作動させる。この場合、設定手段
は、負荷及び回転速度が増加する方向に変化するときは
一定の設定値を設定し、一方、これらが減少する方向に
変化するときは該一定の設定値とは異なる設定値を設定
する。すなわち、吸・排気弁の開閉作動に所定のヒステ
リシスを設けたのである。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

一実施例を示す第２図において、機関回転に同期して回
転する吸気弁駆動カム１１と、吸気弁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の上方に、その湾曲形成された背面
１３ａを支点接触させると共に、ロッカアーム１３の両
側壁から突出するシャフト１３　ｂを保持部材１４を介
して凹溝１５ａ内に保持するレバー１５が設けられる。

レバー１５に形成されたスプリングシート１５　ｂと保
持部材１４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が介装される。

又シリンダヘッド１７に介装されたブラケット１８に嵌
挿保持された油圧ピボット１９の球状の下端面がレバー
１５の吸気弁１２のステムエンド側の他端部頂壁に形成
された凹陥部１５Ｃに嵌合して、該嵌合部を中心として
レバー１５を揺動自由に支持すると共に、ブラケット１
８に対して後述する如く回転自由に取り付けられたリフ
ト制御カム２０がレバー１５の吸気弁駆動カム１１例の
端部頂壁に当接してレバー】５の揺動位置を規制してい
る。

前記油圧ピボット１９は下端面が前記レバー１５の凹陥
部１５ｃに嵌合すると共に、周面がブラケット１８に形
成した取付孔１８ａ内に摺動自由に嵌挿された外筒１９
ａと、該外筒１９ａ内に嵌挿される内筒１９ｂとを備え
、かつ、両者の間に形成された油圧室１９　ｃにチェッ
クバルブ１９ｄを備えて形成される。

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。

前記リフト制御カム２０は外周面に、吸気弁１２のリフ
ト量を段階的に変えるように略平らな６つのカム面２０
　ａ〜２０　ｆを有すると共に、中心部に後述するカム
制御軸２３を挿通する孔２０ｇを有する。

また、リフト制御カム２０の両側から突出して形成され
た円筒部２０ｈの外周面は、第３図及び第４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
ンプ２２に形成された上部円弧溝２２ａとの間に回動自
由に保持される。

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２０ｇに一本のカム制御軸詔を通
し、該カム制御軸詔の各リフト制御カム２０両側部分に
夫々嵌挿したコイルスプリングあの一端をカム制御軸詔
外壁にねじ込んだ止め螺子２３ａに係合すると共に、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２０　ｈ側壁に形成した孔に嵌挿して係止する。

前記カム制御軸２３の一端は、継手５を介して制御ドラ
ム２６の回転軸（駆動軸）２６ａに連結されている。２
６　ｂはリターンスプリングである。この制御ドラム渓
は多段ダイヤフラム式アクチュエータ２７により機関の
運転条件に基づいて駆動され、カム制御軸詔を回転させ
るようになっている。２８はバルブスプリングである。

第５図は、この多段ダイヤフラム式アクチュエータ２７
及びその負圧導入機構を示している。

多段ダイヤフラム式アクチュエータｒは、上記リフト制
御カム２０のカム面２０　ａ〜２０　ｆの数よりも１だ
け少ない数のダイヤフラム２８ａ、２９ａ、−・を連結
したもので、各ダイヤフラム２８ａ、２９ａ。

−・は、そのケース２８．２９、−内に負圧室Ｂ、Ｃ。

Ｄ、Ｅ、Ｆを画成している。

すなわち、ワイヤ′ｒＩａを介して制御ドラム２６に連
結された１段目のダイヤフラム２８ａは、このダイヤフ
ラム２８ａが固着されたケース北向を大気家人と負圧室
Ｂとに区分している。負圧室Ｂ内には導入口２８　ｂよ
り負圧通路３５ａ、３６を介して負圧ポンプ３３からの
負圧が導入可能とされ、該通路３５ａの途中に介装した
３ポ一ト２位置切換弁３０　ｂによりこの負圧の導入の
切換を行うものである。２段目のダイヤフラム２９　ａ
は、上記１段目のケース舘に固着されると共に、その支
持ケース詔内に負圧室Ｃを画成している。この負圧室Ｃ
にも１段目の負圧室Ｂと同様に導入口２９　ｂ、負圧通
路３５　ｂ、３６及び該負圧通路３５ｂに介設した切換
弁３０　ｃを介して負圧ポンプ３３からの負圧が導入可
能とされている。すなわち、負圧室Ｃへの負圧導入によ
りケース２８はケース四に包持された状態で変位する。

以下、３段目〜５段目のダイヤフラムも同様に構成され
、切換弁３０　ｄ〜３０　ｆによりその負圧室Ｄ、Ｅ、
Ｆに負圧導入可能とされている。なお、３１はアキュム
レータを、３２は負圧スイッチであり、いずれも負圧通
路３６を一定負圧に保持するものである。さらに、この
場合、負圧ポンプ３３と機関の吸入負圧との併用も可能
である。

次に、第６図は制御回路４０の構成を示している。制御
回路４０は、上記切換弁３０　ｂ〜３０　ｆを切換える
ものである。

同図において、１００は中央演算処理装置ＣＰＵを示し
、クロック１０１によって規則的に作動し、リードオン
リメモリＲＯＭ　１０３に書かれたプログラムに従って
パスライン１０５により接続された入出力ポート１０２
より情報の読込み及び出力を行う。

ランダムアクセスメモリ　（ＲＡＭ）１０４は一時的に
データを保管するために使用される。入出カポ−ト１０
２には、クランク角センサ５１で読込む機関の回転速度
信号３１０６　、及び絞り弁の開度を検出するスロット
ルセンサ５２からの機関の負荷信号５１０７が入力され
る。なお、該負荷信号５１０７はＡ／Ｄ変換器１０８に
よりデジタル信号として入力される。また、入出力ポー
ト１０２からは上記多段式アクチュエータｒの各切換弁
３０　ｂ〜３０　ｆに切換信号５１０９〜５１１３を出
力している。すなわち、これらの切換信号の出力により
アクチュエータ２７を段階的に作動させリフト制御カム
２０の回動量を制御する。

次に作用について説明する。

まず、可変リフト機構の作動について説明する。

第２図において、リフト制御カム２０が最もリフト量の
大きいカム面２０　ｆでレバー１５に当接している状態
では、レバー１５が吸気弁駆動カム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１３　ａに支点接触されるレバー１５の下面も下がり
、支点接触点Ａが吸気弁駆動カムｌｌ側に移動しつつ吸
気弁１２に伝達され、第７図の曲線Ｆ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が回転し、例えば、リフト量
が小さいカム面２０　ａでレバー１５に当接するように
すると、レバー１５の吸気弁駆動カム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１
５の下面１５ｄも上方に後退する。

レバー１５の下面１５ｄはロッカアーム１３が吸気弁駆
動カム１１のリフトを吸気弁１２に伝えるための支点と
なるが、吸気弁駆動カム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２０　ｆでレバー１５が当接して
いる時に比べて第２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する。この結果、第
７図の曲線Ａ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
２０ａ〜２０　ｅのいずれかをレバー１５に当接させる
ことにより、吸気弁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、例えば制御
ドラム２６の回動によりカム制御軸詔及びコイルスプリ
ンゲスを介して行われる。

すなわち、制御ドラム２６はアクチュエータ訂により回
動され、アクチュエータ２７は制御回路４゜により駆動
される。制御回路４ｏは、クランク角センサ５１及びス
ロットルセンサ５２がら機関の回転速度及び負荷に基づ
いて、例えば第８図に示すように吸気弁のリフト特性（
第７図に対応する）をＡ〜Ｆと設定し、この設定値に基
づいて切換弁３０ｂ〜３０　ｆを適宜切換えることによ
りアクチュエータ２７の各負圧室Ｂ−Ｆに負圧を導入す
る結果、制御ドラム２６のリターンスプリング２６ｂに
抗しての回動量を段階的に変化させる。

ここで、第８図に示すように、負荷及び回転速度が増大
する方向に変化した場合の吸気弁の開閉時期を設定する
設定値（図中実線）と、負荷及び回転速度が減少する方
向に変化した場合のその設定値（図中破線）とに変化（
すなわちヒステリシス）を設けている。

つまり、負荷及び回転速度が増大するに従い、第８図中
実線で示す設定値Ａ−Ｆに基づいて、第７図に示すよう
な吸気弁のリフト量及び開閉タイミングでそのリフト特
性は変化するが、一方、減少する場合は同じく破線で示
す設定値Ａ′〜Ｆ′に基づいて制御される。換言すれば
、負荷及び回転速度が一定値まで増加して、例えば設定
値Ｆでリフト制御が行われた後、該負荷及び回転速度が
減少して上記一定値より小さい値までならなければ設定
値Ｆで制御されるのである。

第９図にプログラムのフローを説明する。

まず、２００において、スタートし、必要な初期設定を
行う。

２０１において、第８図のエンジン運転状態が条件Ｆに
あるか否かの判別を行ない、条件を満たせばステップ２
０２へ、満たさない場合はステップ２０４へ進む。ステ
ップ２０２では、フラグＣ０ＮＤにＦをセットしステッ
プ２０３に進み３ポート弁３０ｂ〜３０　ｆを励磁し、
ステップ２０１へ戻る。

ステップ２０４では、フラグＣ０ＮＤがＦか否かの判別
を行い、Ｆであればステップ２０５に進み、そうでなけ
ればステップ２０６へ進む。ステップ２０５では、エン
ジン運転状態が条件Ｅ′を満たしていればステップ２０
３へ進み、そうでなければステップ２０９へ進む。

以下、条件Ｅ、条件Ｄ、条件Ｃ１条件Ｂの説明ははぶく
。

ステップ２２６では、エンジン運転状態がフィトリング
運転下にあるときを条件Ａを満たすものとし、条件を満
たせばステップ２２７に進む。ステップ２２７では、フ
ラグＣ０ＮＤをＡにセットし、ステップ２２９に進む。

ステップ２２６の条件Ａを満たさない場合は、ステップ
２２８に進み、フラグＣ０ＮＤをクリアしステップ２２
９に進む、ステップ２２９は、３ポート弁の全てを無励
磁とする。

例えば、現在のエンジン運転状態が条件Ｃにある場合、
第９図のステップ２１１においてステップ２１２．２１
３と進み３ボート弁３０ｄ、３０Ｃ，３０ｂは励磁され
る。これによって多段ダイヤフラム式アクチュエータｒ
には、アキエムレータ３１及び負圧ポンプ３３の負圧が
導かれ、アクチュエータは３段分引っばられる。これに
より、制御ドラム２６　Ｃは回動し、制御カム２０が回
転し、その時の弁リフトタイミングは第７図のＤに示す
ものとなる。

エンジン運転状態が減速変化して条件Ｃ′に移フた場合
には、ステップ２１４．２１５へと進み、ステップ２１
３に至るため制御カムの回動は行わず、上記状態を保持
したままとなる。

しかし、条件Ｃになった場合には、ステップ２１６．２
１７．２１８と進み、３ボート弁の励磁は３０Ｃ１３０
ｂのみとなるため、多段ダイヤフラム式アクチュエータ
釘は、負圧源の１つが大気開放となり、リターンスプリ
ング２６　ｂの作用により、制御カム２０は回動し、弁
リフトタイミングは第７図のＢのものとなる。

このように弁リフトタイミングの切換を行う。

また、本実施例の可変リフト機構にあっては、次の作用
も行う。

いま、カム制御軸詔が回動するタイミングで、吸気弁１
２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との接触支点が吸気弁駆動カム１１側に移
動しているため、バルブスプリング四の大きな反力がロ
ッカアーム１３、レバー１５を介してリフト制御カム２
０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コイルスプリング２４を捩りつつ、
カム制御軸詔のみが回転する。次いで、吸気弁駆動カム
１１が回転して吸気弁１１が閉じた後は、ロッカアーム
１３とレバー１５との接触支点は、略吸気弁１２の上方
近くに位置するため、バルブスプリング２８の反力は、
リフト制御カム２０には作用せず、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、吸気弁１２リフト中にコイルスプリングＵ
に貯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。

この場合、従来のように、吸気弁がリフト中にリフト制
御カムをカム制御軸により直接駆動するには、バルブス
プリングの反力に打ち勝つ強力なトルクが必要となるが
、本発明では、前記したように、一旦コイルスプリング
Ｕにトルクを貯えることにより吸気弁１２の閉止中にリ
フト制御カム加を回動させることができるため、ステッ
ピングモータ２６に要求される出力はコイルスプリング
路を隣接するカム面の回動周分だけ捩るに要する小さな
もので足りる。

尚、上記のような制御力軽減の効果は、気筒数が多い機
関はど顕著になる。例えば、４気筒機関では、常にいず
れかの気筒の吸気弁１２がリフト状態にあるため、カム
制御軸２３の回転時、当該気筒のリフト制御カム２０は
バルブスプリング２８の反力により固定状態に保持され
、該リフト制御カム２０を直接駆動するためには強力な
トルクが必要になるからである。但し、４気筒より少な
い気筒数の機関でも、金気筒の吸・排気弁が同時に閉止
する期間は限られているため、この間にリフト制御カム
を回動させるには限界があり、いずれかの気筒の吸・排
気弁がリフト状態に入るので結局は強力なトルクを発生
しないとリフト制御カムを目標角度に回動できな（なっ
てしまうという問題が生じる。

また、本発明では、リフト制御カム２０の孔２０ｇに対
して一本のカム制御軸２３をスキマばめの状態で貫通さ
せる構成としたため、リフト制御カム２０がレバー１５
によりロックされている間にカム制御軸詔を回転させる
場合、両者のフリクションの発生が抑えられ、孔２０ｇ
とカム制御軸詔外周面との間に特別なＷＲ滑を行うこと
もなく、また、コンパクトなレイアウトが可能になり、
機関の高さも低く抑えられる利点がある。

また、第３図に示すように、一対のコイルスプリング２
４のリフト制御カム２０との係止位置を１８０°反対側
に設けて、カム制御軸詔の回動時にカム制御軸詔がリフ
ト制御カム２０の孔２０ｇ内側に片当りしてフリクショ
ンが増大するのを防止できる。

さらに、第４図に示すようにリフト制御カム２０に設け
た円筒部２０ｈをブラケット１８とキャップ２２との間
に支持させ、レバー１５から受ける荷重を支える構成と
したため、カム制御軸２３には前記荷重が作用せず、該
荷重に伴う孔２０　ｇとの摩擦力の発生を防止すること
ができるため、この面でも、カム制御軸詔を回動制御す
るための必要トルクを軽減することができる。

なお、本発明では、可変リフト機構として上記実施例に
示すものに限らず、従来例と同様にリフトタイミングの
みを可変とする機構をも当然に採用することもできる。

また、アクチュエータにおいても、上記実施例に示す負
圧式のものに限られないことはもちろんである。

（効果） 以上説明してきたように、本発明によれば、可変リフト
機構の作動においてハンチングを低減でき、該機構の耐
久性の向上及び機関車載時の運転性をも改善できるとい
う効果がある。

また、上記実施例によれば上記効果に加えてリフト制御
カムとレバー間の打音発生を抑制できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略構成図、第２図はその一実施例を
示す可変リフト機構の正面図、第３図は同機構の平面図
、第４図はそのリフト制御カム部分を示す分解斜視図、
第５図はそのアクチュエータを示す概略全体図、第６図
はその制御回路の全体図、第７図はその可変リフト機構
によるリフト特性を示すグラフ、第８図は第７図と対応
して設定値にヒステリシスを与える図、第９図はその制
御プログラムの一例を示すフロー図、第１０図は従来装
置を示す正面断面図、第１１はそのリフト特性を示すグ
ラフである。 ａ１５２・・・−負荷センサ、 ｂ１５１・−・−・・回転数センサ、 Ｃ１４０−一−−〜一般定手段、 ｄ、１３．１５．２０．２７・−・−可変リフト機構。 Ｒ２ 第２図 第３図 第　４　図 第５図 第７図 第８図 低　　エンジン回転速度　　　高 第　１０図 ／ｅｌ 第１１図 手続補正盲動式） ％式％ ２、発明の名称 内燃機関の吸・排気弁リフト制御装置 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　神奈川県横浜市神奈用区宝町２番地名　称　
（３９９）日産自動車株式会社４、代理人〒１５１ 住　所　　東京都渋谷区代々木２丁目６番９号５、補正
命令の日付（発送日） 昭和６０年２月２６日 ６、補正の対象 ７、補正の内容 明細書第２１頁第１５行に「第１１は」とあるのを、「
第１１図は」と補正する。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関負荷を検出する負荷センサと、機関回転速度を検出
   する回転数センサと、これらの負荷及び回転速度に基づ
   いて吸・排気弁の開閉時期を設定する設定手段と、この
   設定値に基づいて吸・排気弁の開閉時期を可変とする可
   変リフト機構と、を備えた内燃機関の吸・排気弁リフト
   制御装置において、上記負荷及び回転速度が増加方向に
   変化するときの上記設定値と、減少方向に変化するとき
   の設定値と、に所定のヒステリシスを設けたことを特徴
   とする内燃機関の吸・排気弁リフト制御装置。