JPS6123812A - 多気筒内燃機関の吸・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〉 本発明は、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。

〈従来の技術〉 バルブオーバラン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（開閉時期及びリ
フト量）を可変制御する装置として、例えば第８図に示
すものがある（参考文献：米国特許第３４１３’１６５
号）。

このものの概要を図に基づいて説明すると、吸・排気弁
駆動カム１に一端が当接し、吸・排気弁２のステムエン
ドに嵌合して揺動自由に指示されたロッカアーム３の背
面３ａを湾曲形成シ、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・排気弁駆動カム１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
相に回転駆動するごとによって制御し、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、従って、吸・排気弁２の開弁時期が早ま
ると共にリフトａ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
のヘースサークル状態でレバー４の自由端部とロッカア
ーム３とが離間しており、従って、吸・排気弁２の開弁
時期が遅れると共にリフ）・鼠が小となるのである。

しかしながら、このような従来の吸・排気弁リフト制御
装置にあっては、リフト制御カム５と一体の支軸５ａを
油圧アクチュエータ等によりリフト特性を可変制御する
構成となっているため、次のような問題を生していた。

即ち、ロッカアーム３．レバー４を介してバルブスプリ
ング６の反力がリフト制御カム５あるいはその支軸５ａ
の支持部材（図示せず）に加わるため、レバー４とリフ
ト制御カム５との接触面あるいは、支軸５ａと支軸部材
との摺動面に摩擦力を生じ、アクチュエータがこれら摩
擦力に打ち′勝ってリフト制御カム５を回転させる必要
があるため、大きな力を必要とされ、アクチュエータの
大型化、制御のためのエネルギ損失増大を招く。

特に、いずれかの気筒で常にバルブスプリングの反力が
リフト制御カム５に作用する４気筒以１−の機関では上
記問題は極めて大きなものとなる。

また、リフト制御カム５のカム面が長円形状（又は偏心
円形状）となっているため、１ツバ−４からの反力の方
向とリフト制御カム５の回転軸中心とのずれによってリ
フト制御カム５に回転方向のモーメン１−が作用し、カ
ム面とレバー４との係合面が移動し易く、信頼性が悪い
上に、前記モーメントに対向する力を常に加えておく必
要があるため、この面からもエネルギ損失を招くという
問題があった。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明はこのような従来の問題点に鑑みなされたもので
、ロッカアームが吸・排気弁駆動カムのヘースサークル
に当接している状態、即ち、吸・排気弁の非作動時にリ
フト制御カムが回転するようにしてその駆動力を軽減で
き、もって駆動手段の小型化、制御エネルギの損失の低
減を図れると共に、リフト制御カムとレバーとが所望の
係合位置に確実に切換制御でき、かつ、安定した係合状
態に保持されて制御の信頼性向−ヒとエネルギ損失のさ
らなる低減を図った内燃機関の吸・排気弁リフト制御装
置を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 このため本発明は、前記の如くリフト制御カムを回転さ
せてレバーとロッカアーム背面との接触する支点位置を
変えることにより吸・排気弁のリフト特性を可変制御す
る装置において、前記リフｉ制御カムのカム面を略平ら
な複数のカム面からなる多角形状に形成すると共に、リ
フト制御カムと該リフト制御カムを回転させるカム制御
軸とを回転軸回りに弾性を有した弾性部材を介して連結
し、かつ、前記カム制御軸を回転駆動させる駆動手段と
、機関運転条件に応じて前記レバーと係合するリフト制
御カムのカム面を選択し、係合状態にあるカム面から前
記選択されたカム面への切換時、隣接するカム面への切
換移動に相当する回転角だけ駆動手段を作動させてカム
制御軸を回転させた後、全ての気筒のリフト制御カムが
隣接するカム面に切換移動するのを待って次の隣接する
カム面への切換移動を開始するように駆動手段を制御す
る制御手段とを設けた構成とする。

〈作用〉 かかる構成により、リフト制御カムのカム面とレバーと
の係合状態が安定し、また、係合カム面の切換は、全気
筒のリフト制御カムのカム面が隣接するカム面に切換移
動してから次のカム面へ切換移動するというように段階
的に行われるため、弾性部材のねじれ過ぎを防止でき、
これに伴ってリフト制御カムが過度に回転して隣接する
カム面の中間部分がレバーと係合することを確実に防止
できる。

〈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１図において、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セてロッカアーム１３が設
けられ、該ロッカアーム１３の湾曲形成された背面１３
ａを支点接触させると共に、ロッカアーム１３の両側壁
から突出するシャツｌ−１３ｂ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目５ｂと保持部ｉ
ＦＡ’　１４との間には、ロッカアーム１３を下方向に
付勢するハ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に固定されたブラケット１８に
嵌挿保持された油圧ビボ・７目９の球状の下端面がレバ
ー１５の吸・排気弁１２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　　　　　　　
　Ｉ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１８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・排気弁駆動カム１１側の端部頂壁に当接してレバー
１５の揺動位置を規制してている。

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１９ｃ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１９
ｂ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。

ｉ″ｌＩ記リフトす？ｉｆｌカム２０は外周面に、吸・
排気弁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０１〜Ｃ６を有すると共に、中心部に後述
するカム制御軸２３を挿通ずる孔２０ａ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２０ｂの外周面は、第２図及び第３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＄２２ａとの間に回転自
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２０ａに一木のカム制御軸２３を
通し、該カム制御軸２３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２４の一端をカム制
御軸２３外壁にねじ込んだ止め螺子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２０ｂ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２５を介して駆動手
段としてのステッピングモータ２６の駆動軸２６ａに連
結されている。ステッピングモータ２６は制御手段とし
ての制御回路２７によりカム制御軸２３を回転させるよ
うになっている。

ここで、制御回路２７はマイコン等で構成され、機関回
転数、絞り弁開度、冷却水温度、吸入空気流量、吸入負
圧等の機関運転条件に応じてカム面Ｃ３〜Ｃ６の中から
レバーＦ５と係合するカム面を選択し、係合状態にある
カム面から選択されたカム面への切換時、隣接するカム
面への切換移動に相当する回転角分だけステッピングモ
ータ２６に駆動パルスを出力してカム制御軸２３を回転
させた後、全ての気筒のリフト制御カム２０が隣接する
カム面に切換移動するのを待って次の隣接するカム面へ
の切換移動を開始するように、ステッピングモータ２６
を制御するようになっている（詳細は後述する）。２８
はバルブスプリングである。

次に、本実施例の一連の作用を説明する。

第１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ＣＩ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、口７カアーム１３の背
面１３ａ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・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４図の曲線Ｘに示すよう
にリフ１〜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Ｃ３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１
５の下面１５ｄも北方に後退する。

レバー１５の下面１５ｄはロノカア−１ｄ３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がヘースサー
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１−ｆｆｉ大のカム面ＣＩでレバー
１５が当接している時に比べて第１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５図の曲線Ｙ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
Ｃ３〜Ｃ６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
ことができる。

ここで、前記リフト制御カム２０の回動は、制御回路２
７からの信号に応じたステッピングモータ２６の駆動に
よりカム制御軸２３及びコイルスプリング２４を介して
行われる。

かかる制御動作を第５図、第６図のフローチャート及び
第７図のタイムチャートを参照しつつ説明する。

第５図は、カム面の切換制御を開始させるためのルーチ
ンを示す。

Ｓｌでは、機関回転数、絞り弁開度、冷却水温度、吸入
空気流量、吸入負圧等の信号に基づいて検出される機関
運転条件に最適の吸・排気弁の開、閉時性が得られるよ
うにカム面ＣＩ”　Ｃｂの中から所定のカム面Ｃｘを選
択する。

Ｓ２では、前記選択されたカム面Ｃｘが現在係合状態に
あるカム面Ｃｉと一致しているか否かを判定し、この判
定がＹＥＳの場合は現状に維持し、Ｎｏである場合、即
ち、係合カム面を切り換えるべきであると判定された場
合はＳ３へ進む。

Ｓ３では現在隣接するカム面への切換移動を開始してか
ら次のカム面への切換移動を開始するまでの期間中（Ｂ
ＵＳＹ状態）にあるか否かを後述するカム面切換制御ル
ーチンにおいてセットされるＢ’ＵＳＹ−ＦＬＡＧによ
って判定し、ＢＵＳＹ・ＦＬＡＧ力月であるＢＵＳＹ状
態においては前記切換制御動作が完了するまで待機し、
１３ＵｓＹ状態が解除されてＢＵＳＹ−ＦＬＡＧがＯと
なった時に８４へ進んでカム面の切換制御を開始する。

第６図にカム面切換制御ルーチンを示す。

即ち、Ｓｌｌにおいて、ＢＵＳＹ−ＦＬＡＧを１とした
後、Ｓｌ２において、現在係合状態にあるカム面Ｃｉか
ら前記Ｓ１で選択されたカム面Ｃｘに近い側の隣接する
カム面（Ｃ；　−＋又はＣ，−、）への切換移動に要す
るリフト制御カム２０の回転角からステッピングモータ
２６に与える駆動パルス数ｎｉを設定する。

Ｓ１３において、ステッピングモータ２６へ駆動用の電
流を出力すると共に、３１２で設定された数ｎｉの駆動
パルスをステッピングモータ２６に出力する（第７図の
ａ、ｂ）。これにより、該モータ２６の駆動軸２６ａ、
継手２５を介してカム制御軸２３が駆動パルスｎｉに応
した角度だけ回転する（第７図のＣ）。

この場合、カム制御軸２３が回動するタイミングで吸・
排気弁１２がリフトしていない気筒（第７図で＃２．＃
３．＃４気筒）においては、ロッカアーム１３とレバー
１５との接触支点は、略吸・排気弁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、カム制御軸２３の回転にコイルスプリング２４を介
してリフト制御カム２０が追従して回転し、前記カム面
Ｃ４に隣接するカム面がレバー１５と係合する（第７図
のｄ）。

一方、カム制御軸２３が回転するタイミイグで、吸・排
気弁１２がリフト中にある気筒（第７図の例では＃１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側に移動しているため
、バルブスプリング２８の大きな反力がロッカアーム１
３．レバー１５を介してリフト制御カム２０に作用する
。ごのため、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を捩しりつつ、カム制御軸
２３のみが回転する（第７図のｅ）。駆動パルスの出力
後、設定時間ｔ１はステッピングモータ２６への通電を
継続する。

この間に前記リフト制御カム２０が固定状態にあった気
筒の吸・排気弁駆動カム１１が回転して吸・排気弁１２
が閉じると、吸・排気弁１２リフト中にコイルスプリン
グ２４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を回転させること
ができる（第７図のｆ）。

ここで、リフト制御カム２０の回転に要する時間は、リ
フト制御カム２０の慣性モーメント及びコイルスプリン
グ２４のハネ定数及び摩擦力によって定まり、機関回転
数には左右されないので、常に一定した良好な切換制御
が行える。

尚、ステッピングモータ２６への通電を継続するのは、
コイルスプリング２４に貯えられたトルクを保持するた
めである。

このようにして、全ての気筒のリフト制御カム２０が回
転して隣接するカム面との切換移動が完了し、前記設定
時間ｔ１が経過すると、Ｓ１４においてステッピングモ
ータ２６への通電をＯＦＦとし、該ＯＦＦ状態を設定時
間ｔ２保持する。これは、ステッピングモータ２６へ与
えられた駆動パルス数ｎｉと、実際にステッピングモー
タ２６が回転した角度とがずれるといういわゆる脱調現
象を生じた場合でも、ステッピングモータ２６の出力ト
ルクを０とすることによりスプリング１６の付勢力でリ
フト制御カム２０の略平らなカム面はレバー１５と安定
状態に係合する位置まで自動的に修正されるようにする
ためである。

Ｓ１６では、上記のようにして切り換えられた現在の係
合カム面をＣ４にセットし、Ｓ１７でＢＵＳＹ−ＦＬＡ
Ｇを０とする。

３１８では、現在の係合カム面Ｃｉが選択されたカム面
Ｃｘと一致しているか否かを判定し、一致していない場
合は、Ｓ］１〜Ｓ１７へのフローを繰り返して次に隣接
するカム面への切換制御を行う。

そして、以上の操作により係合カム面Ｃｉが選択された
カム面Ｃｘに一致すると切換制御は停止きれ、Ｓ１９へ
進みステッピングモータ２６への通電電流をカム面の係
合状態を安定させるのに必要なだけの小電流に減少させ
て電流消費を節減する。

このように、従来吸・排気弁がり７１−中にリフト制御
カムをカム制御軸により直接駆動する時にはバルブスプ
リングの反力に打ち勝つ強力なトルクが必要であったの
に対し、本発明では、一旦コイルスプリング２４にトル
クを貯えることにより吸・排気弁１２の閉止中にリフト
制御カム２０を回転させることができ、また、隣接する
カム面への切換制御が完了してから次の隣接するカム面
への切換制御を行うという段階的な制御により−、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２４を隣接するカム面への回転角分だけ捩しるに要す
る小さなもので足りる。したがって、ステ・２ピングモ
ータ２６は、小型小容量のものでよく、制御のための機
関動力損失も少なくて済み、ひいては燃費の向上につな
がる。また、出力トルク軽残に伴い、ステッピングモー
タ２６の脱調の発生を抑制できる。

尚、上記のような制御力軽減の効果は、気筒数が多い程
顕著になる。

そして、カム面を略平らにしたことにより、係合状態を
安定に保持できると共に、切換制御中もコイルスプリン
グ２４の捩れ過ぎが防止されて耐久性を向上でき、かつ
、リフト制御力１２２０が過度に回転してカム面とカム
面との中間部分に係合することも確実に防止できる。

また、本実施例では、カム制御軸の駆動手段としてステ
ッピングモータを使用したため、コンパクトな構造で電
子制御も行い易い利点があるが、駆動手段はこれに限ら
ず、油圧アクチュエータを用い、油圧回路切換によって
制御するもの等にも適用できることは勿論である。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば、リフト制御カム
のカム面を略平らな複数のカム面を備えた形状とし、リ
フト制御カムとカム制御軸とを回転軸回りに弾性を有し
た弾性部材を介して連結する一方、リフト制御カムのカ
ム面の切換を全ての気筒で隣接するカム面への切換か完
了し、てから次の隣接するカム面への切換を開始すると
いう段階的な制御により行う構成としたため、駆動手段
の小型化を図れ、かつ、切換制御時の弾性部材の捩れ過
ぎを防止して耐久性を向上できると共に、リフト制御カ
ムが過度に回転してカム面とカム面との中間部分が係合
することを確実に防止でき、また、切換制御後も、略平
らな力１、面と弾性部位の修正作用により常に安定した
係合状態を維持できる等、種々の優れた特長を存するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部縦断面図、第２図は同
上実施例の要部平面図、第３図は同上実施例のリフト制
御カムの取付方法を示す分解斜視図、第４図は同上実施
例の弁リフト特性を示すグラフ、第５図は同上実施例の
カム切換制御を開始させるルーチンを示すフローチャー
１・、第６図は同上実施例のカム面切換制御ルーチンを
示すフローチャート、第７図は同上実施例の各部の信号
及び作動切換状態を示すタイムチャート、第８図は従来
の内燃機関の吸・排気弁リフト制御装置の一例を示す縦
断面図である。 １１・・・吸・排気弁駆動カム　　１２・・・吸・排気
弁１３・・・ロッカアーム　　１５・・・レバー　　２
０・・・リフトＩＩＪ　ｉｆＨカム　　２３・・・カム
制御軸　　２４・・・コイルスプリング　　２６・・・
ステッピングモータ　　２７・・・制御回路　　０１〜
Ｃ６・・・カム面 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 第３図 第４図 ２フンク肉 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸・排気弁駆動カムと吸・排気弁のステムエンド
   に両端が係合するロッカアームの湾曲形成された背面を
   、該背面に沿って機関本体に揺動自由に取付けられたレ
   バーに支点接触させ、該レバーの一端部に係合させたリ
   フト制御カムの回転量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
   制御するようにした内燃機関の吸・排気弁リフト制御装
   置において、前記リフト制御カムのカム面を略平らな複
   数のカム面からなる多角形状に形成すると共に、リフト
   制御カムと該リフト制御カムを回転させるカム制御軸と
   を回転軸回りに弾性を有した弾性部材を介して連結し、
   かつ、前記カム制御軸を回転駆動させる駆動手段と、機
   関運転条件に応じて前記レバーと係合するリフト制御カ
   ムのカム面を選択し、係合状態にあるカム面から前記選
   択されたカム面への切換時、隣接するカム面への切換移
   動に相当する回転角だけ駆動手段を作動させてカム制御
   軸を回転させた後、全ての気筒のリフト制御カムが隣接
   するカム面に切換移動するのを待って次の隣接するカム
   面への切換移動を開始するように駆動手段を制御する制
   御手段とを設けて構成し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。
2. （２）駆動手段は、ステッピングモータであり、制御手
   段はリフト制御カムの隣接するカム面への切換移動に相
   当する回転角分ステッピングモータに駆動パルスを出力
   した後、全ての気筒のリフト制御カムが隣接するカム面
   が切換移動するまでの所定時間ステッピングモータを通
   電状態に保持するように制御してなる特許請求の範囲第
   １項記載の内燃機関の吸・排気弁リフト制御装置。