JPS6210411A - 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、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） バルブオーバーラツ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ｌ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
る吸気弁のリフトを所定のカム面を有するリフト制御カ
ムの変化に応じて可変とする吸気弁リフト可変機構と、
前記リフト制御カムを回動可能に支持するカム制御軸を
機関の運転状態に応じて所定のリフトとなるよう所定位
置に回動駆動する駆動手段と、前記吸・排気弁駆動カム
の回転位相を機関の運転状態に応じて変化させることに
より吸・排気弁のバルブタイミングを可変制御する位相
制御手段と、機関の運転状態を検出する運転状態検出手
段と、機関の低速低負荷時には前記吸気弁のリフトを小
さくかつ前記回転位相を進み側に、機関の低速高負荷時
には前記吸気弁のリフトを小さくかつ前記回転位相を遅
れ側に、機関の高速高負荷時には前記吸気弁のリフトを
大きくかつ前記回転位相を進み側にも遅れ側にも変化さ
せないように、前記駆動手段および前記位相制御手段を
、それぞれ駆動、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
転条件に応じて駆動手段を介してリフト制御カムの回動
量を変化させることにより、吸気弁のリフト量および開
閉弁時期を可変制御でき、さらに位相制御手段により、
吸・排気弁駆動カムの回転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
は吸気弁を示し、Ｉ２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
力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、このタイミングブー
Ｕ　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Ｉ３との連結部（固着部）には前記駆動カ
ム１２の回転位相を制御する位相制御装置（位相制御手
段）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２ＯＡ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認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２ＯＡ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２６Ｃ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２
０内に形成された油圧通路であり、この油圧通路２８の
一端は前記油圧室詔に、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！
３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部をカム軸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Ｉ７の回動を制
御するアクチュエータ（駆動手段）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ブーＩＪ　２
０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歯車略 ４３Ａ、４３Ｂをその側方に軸支している。第２歯車４
３Ａ、４３Ｂの各回転軸４２Ａ、４２Ｂには第３歯車４
４Ａ４４Ｂ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１．７　Ａ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１７
Ａに固設したプーリ５３との間にはベルト５４が掛は渡
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．
４３Ａ、４３Ｂおよび第３．４歯車４４Ａ、４４Ｂ、４
６Ａ、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、４９
Ｂに伝達され、さらに、第５、第６歯車５０．５２およ
びブーＩＪ５１．５３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Ｓ、　、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
！１ＩＩｔ）、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、各信号より判別した機関の運転条
件に応じてパルス状の制御信号Ｓ３、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１３
Ａ、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。一方、リフト制御カム１
６の回動はアクチュエータ４゜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１５Ａ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。したがっ
て、吸気弁１１および排気弁の各リフト特性は、第６図
中実線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。ノン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図中実線Ｄ’）
に対して第６図中実線りで示すものとなる。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図中実線Ｃ“参照）、
単に吸気弁１１の弁リフトを小さくして（第６図中実線
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Ｃ１参照）、さらに、
吸気弁１１の弁リフト量を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、ノンキングの発
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Ｅｌ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１】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１２０
回転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を吸気弁を、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６
１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田が嵌合してい
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７
２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６Ｂの一端はアクチュエータ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が設けられており、駆動カム６
Ｉ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−−−−−一吸・排気弁、 】２．６１−−−−−一吸・排気弁駆動カム、１６．６
６−−−−−−リフト制御カム、１６Ａ、５５Ａ−−−
−−一カム面、 １７．６日−・−カム制御軸、 ２２−−−−−一位相制御装置（位相制御手段）、３０
．７４−・−・−制御回路（制御手段）、４０．７３・
−・−アクチュエータ（駆動手段）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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
   を所定のカム面を有するリフト制御カムの変化に応じて
   可変とする吸気弁リフト可変機構と、前記リフト制御カ
   ムを回動可能に支持するカム制御軸を機関の運転状態に
   応じて所定のリフトとなるよう所定位置に回動駆動する
   駆動手段と、前記吸・排気弁駆動カムの回転位相を機関
   の運転状態に応じて変化させることにより吸・排気弁の
   バルブタイミングを可変制御する位相制御手段と、機関
   の運転状態を検出する運転状態検出手段と、機関の低速
   低負荷時には前記吸気弁のリフトを小さくかつ前記回転
   位相を進み側に、機関の低速高負荷時には前記吸気弁の
   リフトを小さくかつ前記回転位相を遅れ側に、機関の高
   速高負荷時には前記吸気弁のリフトを大きくかつ前記回
   転位相を進み側にも遅れ側にも変化させないように、前
   記駆動手段および前記位相制御手段を、それぞれ駆動、
   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。