JPS6134306A - 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（開閉時期及びリ
フト量）を可変制御する装置として、例えば第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
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・排気弁駆動カムｌ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、従って、吸・排気弁２の開弁時期が早ま
ると共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ｌ
のベ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ト量が小となるのである。

〈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じていた
。

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　　　　　　　　１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゛上の機関′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、レバー４からの反力の方向
とリフト制御カム５の回φ分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トが作用し、カム
画工□″レバニ４との係合−面が移動し易く、信転性が
悪い上に一前記モーメントに対向する力を常に加えｔお
（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。

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
、吸・排気弁リフト時にはリフト制御力上６凹転駆動力
を弾性力によって蓄え、非リフト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必要最小限に軽減でき
、もって駆動手段の小型化、制御エネルギの損失低減を
図れると共に、リフト制御カムのカム面の形状の設定に
よりカム面とレバーとが安定状態に係合し、かつ、カム
面の切換制御も滑らかに行われて、動弁系の衝撃音や破
損を防止できるよう・にした内燃機関の吸・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、前記リフト制御カムのレバーと係合す
る外周面を吸・排気弁リフト量を段階的に変化させる複
数の平面状のカム面とこれら複数のカム面の間を滑らか
に結ぶ曲面状のガイド面とを備え、かつ、リフト制御カ
ムの回転中心からの距離が同一回転方向に対して単調変
化す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、機関運
転条件に応じて設定されたリフト制御カムのカム面がレ
バーと係合される位置まで前記カム制御軸を回転駆動さ
せる駆動手段と、該駆動手段によって駆動されるカム制
御軸の回転速度をカム面の吸・排気弁リフト量を減少さ
せる方向への切換時は吸・排気弁リフト量を増大させる
方向への切換時より小に制御する制御手段とを設けた構
成とする。・ く作用〉 かかる構成とすることにより、リフト制御カムのカム面
とレバーとの保合状態が安定し、かつ、カム面の切換制
御が滑らかに行われ、カム面の摩耗や切換時の打音の発
生も効果的に抑制される。

（実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

一実施例の構成を示す第１図〜第４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を支点接触させるト共に、ロッカアーム
１３の両側壁から突出するシャツ）１３ｂを保持部材１
４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ピボット１９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
目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・排気弁駆動カム１
１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、プラケソ目
８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１
９ｃに供ｉ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はレノし１５と係合する外周面
に、吸・排気弁１２のリフト量を段階的に変化させる平
面状の５つのカム−Ｃ８〜Ｃ５と、これらカム面０１〜
Ｃ６の間を滑らかに結ぶ曲面状のガイド面ｇとを備え、
かつ、リフト制御カム２０の回転中心からの距離が同一
回転方向に対してｒ４調変化する多角形状に形成さ糺て
いる（第４図及び第５図参照）。又、リフト−御カムの
中心部に後述するカム制御軸２３を挿通す１孔２０ａを
有し、さらに、リフト制御カム２０の四側から突出して
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１
８ｃと、ブラケット１８上にボルト２１モ締結された一
対のキャンプ２２に形成された上部円弧溝２２８′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
貫通して形成きれた孔２０ａに一本のカム制御軸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゜一端をカニ制
御軸髄外門、ゎじ込琺止あ螺子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置して係止する。

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は制御回路２
７によりカム制御軸２３を回転させるようになっている
。

制御手段としての制御回路２７は、マイコン等で構成さ
れ、始動後は機関回転数、絞り弁開度、冷却水温度、吸
入空気流量、吸入負圧等の機関運転条件に応じてカム面
Ｃ８〜Ｃ５の中からレバー１５と係合するカム面を選択
し、保合状態にあるカム面から選択されたカム面への切
換時、該選択された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、かつ、該回転速度をカム
面の吸・排気弁リフト量の減少方向への切換時は吸・排
気弁リフト量増大方向への切換時より小に制御するよう
になっている。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。

例えば第１図に示すように、リフト制御カム２０が最も
リフト量の大きいカム面Ｃ５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６図の曲線Ｘ
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Ｃ２でレバー１５に当接するようにする
ど、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・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Ｃ５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が　　　　　゛ら遠ざかる側に移
動する。この結果、第６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
０１〜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
ることができる。

ここで、前記リフト制御カム２０の回動ば、機関運転条
件の変化を検出して作動する制御回路２７からの切換信
号に応じてステ・ピングモータ２６の駆　　　　　　　
　１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。

次に、カム面の切換制御動作を第８図に示したフローチ
ャートを参照し一″？？説明する。　　　。

Ｓｌでは、機関回転数、絞り弁開度、冷却水温度、吸入
空気流量、吸入車圧、竺９信号に基づいて検出される機
関運転条件に最適の吸・排気弁雫開度特性が得られるよ
うにカム面０１〜Ｃ３の中から所定のカム面Ｃｘを選択
する。。　　・Ｓ２では、前記カム面Ｃｘを、現在レバ
ー１５と係合状態にあるカム面Ｃ１，と比較する。そし
て、両者が一致している場合は現状に維持するが、Ｘ〉
ｉである場合、即ち、鳴・排気弁１２のリフト量を増大
するカム面Ｃｘへ切り換える場合は、Ｓ３へ進んで後述
するステッピングモータ２６へ出力される駆動パルスの
出力周期Ｔを小の値に設定し、Ｘ＜ｉである場合、即ち
、。吸・排気弁１２のリフト量を減少するカム面Ｃｘへ
切り換える場合は、Ｓ４へ進んで同じく出力周期Ｔを大
の値に設定する。

Ｓ５では、カム面Ｃｉからカム面ＣＸへの切換移動に要
するリフト制御力１０の回転角がらステッピングモータ
２６へ専売られる駆動パルス数ｎｉを設定する。　　　
　　　。

Ｓ６では、ステッピングモータ２６へ駆動用の電流を出
力すると同シこ１．Ｓ３又はＳ４で設定された周期Ｔで
、Ｓ５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へ出力する。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
ルス数ｎｉに応じた所定角度回転する。

この場合、カム制御軸２３が回動するタイミングア吸・
排気弁１２がリフトしていない気筒においては、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２ｏには作用せず、リフト制
？１１！クム、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
追従して回転する。

一方、カム制御軸２３が回転するタイミングで、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側に移動しているため、バルブスプリング２８９太
き４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に作用するヵこのため、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
を捩じりつつ、カム制御軸２３のみが回転する。次いで
、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を一転させ□る。

Ｓ７では、駆動パルス中力後、設定時間経過して全ての
気筒でカム面Ｃｘへの切換が完了した後にステッピング
モータ２６−＞の通電電流を、カム面Ｃｘがレバー１５
と安定状態に係合するのに必要なだけの小電流に減少す
る！□ ３８Ｌｅは、ＣｘをＣｉにセッル、新たなカム面の切換
制御に備える。

このように、吸・排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
の反力に打つ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２４を隣接するカム面の回転角分だけ捩じるに要する
小さなもので足りる。したがって、ステッピングモータ
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、出力トルク軽減に伴い、ステッピングモータ２
６の脱調（与えた駆動パルス数だけモータが回転せずに
途中で停止してしまう現象）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、気筒数が多いほ
ど顕著となる。

また、リフト制御カム２０のレバー１５と係合する外周
面を回転中心からの距離が同一回転方向に対して単調変
化（第１図では反時計回り方向に対して単調減少）する
形状としであるため、以下のような利点がある。

即ち、同じく複数の平面状カム面を有するものでも、第
９図に示すような形状のリフト制御カムＣにあっては隣
接するカム面相互の接続点がレバーと係合している時に
吸・排気弁がリフトシ始めた場合、バルブスプリングの
強大な反力によりリフト制御カムがロック状態となり、
その後バルブスプリングの反力が変化するのに伴いリフ
ト制御カムのロック状態が吸・排気弁リフト期間中に開
放され、リフト制御カムが激しく回転することがある。

そして、この時動弁系全体に激しい加振力が加わって大
きな音を発生し、破損に至ることもある。

これは、隣接するカム面相互の接合点が尖っており、リ
フト制御カムの回転角に対して回転中心からの距離が単
調減少しない形状を有しているためであり、レバーはリ
フト制御カムの回転とともに上下動する（第１０図参照
）。

これに対し、本発明のリフト制御カム２０のように平面
状のカム面相互を滑らかな曲面状のガイド、面で接続し
、かつ、回、軸中心からの距離が単調変化するようにし
た場合体、ガイド面がレバー１５と係合している時に吸
、・排気弁１２がリフトし始めてロック状態とされ１．
その後バルブスプリング２８の、反力の変化によりロッ
ク状態が開放された場合でも、回転中心からの距離を、
一方向に緩やかに変化させながら、隣接するカム面に切
換係合される。

したがって、レバ７１５も上・下一方向のみに移動して
カム面との当りが可及的に和らげられ、動弁系に加わる
加振力が減少して打音の発生を抑制できると共に、破損
も防止できる。

但し、このようにリフト制御カム２０の外周面と回転中
心との距離を単調変化する形状とした場合は、当然のこ
とながら第７図に示すようにリフト制御カム２０には、
バルブスプリング２８の反力により吸・排気弁リフト量
減少方向のトルクのみが作用する。尚、第１１図は、第
９図で示したカムＣに同様に作用するトルクを示したも
のである。

このため、Ｓ４で設定されるようにカム面を吸・排気弁
のリフト量減少方向に切り換える場合は、駆動パルスの
出力周期Ｔを大きくしてカム制御軸２３の回転速度を小
さクシ、もってリフト制御カム２０の切換時の回転速度
を小さくすることにより回り過ぎを防止する。また、平
面状のカム面がレバー１５と係合している定常状態での
カム制御軸２３の回転位置をコイルスプリング２４がリ
フト制御カム２０を少し吸・排気弁リフト門増大方向に
捩じるトルクを作用させる位置にセットする。このトル
クにより、リフト量制御カム２０の吸・排気弁リフト量
減少方向への移動を十分に防止でき、安定状態を維持で
きる。

また、吸・排気弁リフト量減少方向の切換制御速度を増
大方向の切換制御速度より小さくすることにより、空吹
かし時に機関回転速度を急激に立ち上げた後、徐々に減
速できるので、運転調整を行い易い等の利点もある。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によれば平面状の複数のカ
ム面を備えたリフト制御カムとこれを駆動するカム制御
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
した構成により、吸・排気弁リフト中に弾性部材に貯え
た駆動トルクにより、吸・排気弁の閉止時にリフト制御
カムを回転させればよ（、もってカム制御軸の駆動手段
の出力トルクを大幅に軽減でき、その小型化を図れると
共に制御のための機関駆動損失を低減でき燃費向上を図
れる。

また、リフト制御カムの隣接するカム面相互を曲面状の
ガイド面で接続し、かつ、これらカム面及びガイド面を
カムの回転中心からの距離が同一回転方向に対して単調
変化する形状としたため、カム面切換時、動弁系に与え
る加振力を可及的に減少して衝撃音の発生を効果的に抑
制でき、破損等も良好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を示す要部縦断面図、　　　
　　　１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は方法を示す分解斜視
図、第４図は同上実施例のリフト制御カムの拡大図、第
５図は同上のリフト制御カムの回転角に対するレバーの
傾きを示す線図、第６図は同上実施例の弁リフト特性を
示す線図、第７図は同上実施例のリフト制御カムの回転
角に対する回転トルクを示す線図、第８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９
図はリフト制御カムの他の例を示す拡大図、ｉ１０図は
同上のリフト￥’＃１ｆｌＷＪカムの回転角に対するレ
バーの傾きを示す線図、第１１図は同上のリフト制御カ
ムの回転角に対する回転トルクを示す線図、第１２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・・・リフト制御カム　　２３・・・カム制御軸　　
２４・・・コイルスプリング　　２６・・・ステンピン
グモータ　　２７・・・制御回路　　Ｃｌ−Ｃ５・・・
カム面　　ｇ・・・ガイド面特許出願人　　日産自動車
株式会社 代理人　弁理士　笹　島　　冨二雄 レバ°−のイφミ 第６図 第７図 ！ 第８図 第１１図 第１２図 ａ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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レバーと係合する外周面を
   吸・排気弁リフト量を段階的に変化させる複数の平面状
   のカム面とこれら複数のカム面の間を滑らかに結ぶ曲面
   状のガイド面とを備え、かつ、リフト制御カムの回転中
   心からの距離が同一回転方向に対して単調変化する多角
   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、機関運転条件に応
   じて設定されたリフト制御カムのカム面がレバーと係合
   される位置まで前記カム制御軸を回転駆動させる駆動手
   段と、該駆動手段によって駆動されるカム制御軸の回転
   速度をカム面の吸・排気弁リフト量を減少させる方向へ
   の切換時は吸・排気弁リフト量を増大させる方向への切
   換時より小に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。