JP2005207261A - Variable ivc output control valve mechanism - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve fuel saving performance by performing an internal combustion engine output control with an intake valve mechanism and abolishing a throttle valve. <P>SOLUTION: An intake valve cam is actuated on a cam arm rotatably jointed to a rocker arm, and an IVC is delayed till last half of compression process with an intake valve mechanism which enables IVC continuous control accompanying with increase/decrease of an intake valve closing valve process operation angle by the cam arm with the IVC control cam and relative angle control of the rocker arm. The valve mechanism can easily perform the output control, that is, a variable miller cycle returning the intake air to a port with a rotation position control of the IVC control cam by a rotatably mounted rocker shaft. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は内燃機関の吸気工程の動力損失を低減した可変ＩＶＣによる出力制御を可能にする動弁装置の機構と出力制御の方法に関する。   The present invention relates to a valve mechanism and output control method that enables output control by variable IVC with reduced power loss in an intake stroke of an internal combustion engine.

内燃機関の出力制御はディーゼルエンジン以外殆どがスロットルバルブで出力制御されており、出力制御のために吸気の通路にスロットルバルブを設置し、吸気通路を狭め吸気抵抗で吸入空気量制御をすることで行っている。   Most of the output control of the internal combustion engine is controlled by the throttle valve except for the diesel engine. For the output control, the throttle valve is installed in the intake passage, the intake passage is narrowed, and the intake air amount is controlled by the intake resistance. Is going.

しかし、スロットルバルブによる出力制御は、負圧で燃焼室に空気を流入させる工程に抵抗を作り出す事で燃焼室の負圧が大きくなり、ピストン裏側の正圧との差が大きくなるために出力損失が発生しており、出力を抑えるためにスロットルバルブを閉めるほど燃焼室負圧は大きくなる問題点がある。   However, the output control using the throttle valve creates a resistance in the process of injecting air into the combustion chamber at negative pressure, which increases the negative pressure in the combustion chamber and increases the difference from the positive pressure on the back side of the piston. There is a problem that the negative pressure of the combustion chamber increases as the throttle valve is closed to suppress the output.

最近ドイツの自動車メーカーBMWが吸気バルブタイミングで出力制御するエンジンを開発し市販しているが、吸気バルブの作用角とリフト量を減らし吸入空気を減少させる出力制御方法は、低出力制御時の燃焼室内負圧が発生しており、スロットルバルブによる出力制御と吸気工程出力損失は変わっていない。   Recently, a German automaker BMW has developed and put on the market an engine that controls the output at the intake valve timing, but the output control method that reduces the intake valve working angle and lift amount to reduce the intake air is the combustion at the time of low output control A negative pressure is generated in the room, and the output control by the throttle valve and the intake process output loss have not changed.

動力損失を抑える目的としてワトキンソンサイクル又はミラーサイクルと言われる、実質上の圧縮工程を小さくして、比率的に膨張行程を大きく設定したエンジンがトヨタ自動車からハイブリッド車に搭載され発売されており、ＩＶＣが遅く設定され吸入工程後の圧縮工程時に、吸入した空気を吸気ポートに戻し、ＩＶＣ後を圧縮工程とすることで、実質的な圧縮工程を小さくしている。確かに圧縮工程容積の減少で圧縮時の容積は小さくなり、膨張比率が向上するので効率は良くなっているが、スロットルバルブで出力制御することにより、吸入工程出力損失は理論上大きくなる可能性がある。   An engine called the Watkinson cycle or Miller cycle, which has a substantially reduced compression process and a relatively large expansion stroke, has been put on the market from Toyota Motor Corporation in hybrid vehicles for the purpose of reducing power loss. However, when the compression process is performed after the intake process, the intake air is returned to the intake port, and the process after IVC is used as the compression process, thereby reducing the substantial compression process. Certainly, the compression process volume decreases, the compression volume decreases, and the expansion ratio improves, so the efficiency is improved, but by controlling the output with the throttle valve, the suction process output loss may increase theoretically. There is.

可変バルブタイミング技術で低速と高速では違うカムプロフィールを使い分け回転数に応じた切り換えが出来るエンジンが多くなったが、カムシャフトに違う作用角とリフト量のカムを設けてあり、使い分けるだけで出力特性を変える働きしかなく、出力制御に使える吸気工程出力損失を低減した省燃費技術としては存在していない。
特開２００２−２４２６２７ The variable valve timing technology uses different cam profiles for low speed and high speed, and the number of engines that can be switched according to the number of revolutions has increased. It does not exist as a fuel-saving technology that reduces intake process output loss that can be used for output control.
JP 2002-242627 A

内燃機関の出力制御において、吸気工程で出力損失が大きいスロットルバルブに頼らない効率の良い出力制御機能を、４サイクル内燃機関の動弁機構の機能に持たせる。   In the output control of the internal combustion engine, an efficient output control function that does not rely on a throttle valve that has a large output loss in the intake process is provided in the function of the valve mechanism of the four-cycle internal combustion engine.

本発明は出力制御を、吸気工程後の圧縮工程でＩＶＣを制御し、燃焼室内吸入空気を吸気ポートへ戻す空気量制御で実行することを可能とした、ＩＶＣ連続可変機能を持つ吸気動弁機構による出力制御を行うことを特徴とする。   The present invention relates to an intake valve mechanism having an IVC continuous variable function, which makes it possible to execute output control by controlling the amount of air in the compression process after the intake process and returning the intake air in the combustion chamber to the intake port. It is characterized in that output control is performed.

本発明による出力制御によりスロットルバルブを廃し、吸気工程の抵抗を故意に作らないことで低出力出力制御時の吸気工程出力損失が減少し、ディーゼル機関を除く４サイクル内燃機関が省燃費性を向上させることが可能となる。   By eliminating the throttle valve by the output control according to the present invention and not intentionally creating the resistance of the intake process, the intake process output loss at the time of the low output output control is reduced, and the 4-cycle internal combustion engine excluding the diesel engine improves the fuel efficiency. It becomes possible to make it.

動弁カムシャフトをロッカーシャフト側から吸気バルブ側にカム山が移行する回転に設定し、閉弁工程で吸気バルブが閉じる動きを減速させる作用をする形態にした事で、カムアームに強い力が加わらない構造となりカムアームを軽量に設計した。   The camshaft is set to rotate so that the cam crest moves from the rocker shaft side to the intake valve side, and the action of decelerating the closing movement of the intake valve in the valve closing process is applied, so a strong force is applied to the cam arm. The cam arm is designed to be lightweight.

カムアームベース円と同径のローラー２個がカムアームを挟む形態でカムアームシャフトに自在に接合してあり、ローラーにも吸気カムを作用させて、カムアームとロッカーアーム間でカムアームシャフトが破損するのを防止し、フリクションロスを低減させた。 Two rollers of the same diameter as the cam arm base circle are freely joined to the cam arm shaft with the cam arm sandwiched between them, and the cam camshaft is damaged between the cam arm and the rocker arm due to the intake cam acting on the roller. To prevent friction loss.

カムアーム端部にもローラーを設置してフリクションロス低減を図っており、ＩＶＣ遅角制御していない高出力発生時に、カムアーム端部との接点がＩＶＣ制御カムのベース円部位だけになる形態にして、カムアームにカムアームシャフトを支点とする動きが発生しない設定として、高回転での振動に対処した。 A roller is also installed at the end of the cam arm to reduce friction loss. When high output is generated without IVC retarding control, the contact point with the end of the cam arm is only the base circle of the IVC control cam. In order to prevent the cam arm from moving around the cam arm shaft as a fulcrum, we dealt with vibration at high rotation.

カムアーム制御はＩＶＣ制御カムをロッカーシャフトとボルトで接合し、シリンダーヘッドにロッカーシャフトを回転自在に装着し、ロッカーシャフトを回転させてＩＶＣ制御カムの回転位置制御をすることによって容易に実行できる構成にした。 The cam arm control can be easily executed by joining the IVC control cam with the rocker shaft and bolts, mounting the rocker shaft on the cylinder head in a rotatable manner, and rotating the rocker shaft to control the rotational position of the IVC control cam. did.

図１は本発明の１実施例であり、主要構成部分を一部表示無し及び断面としてある二面図である。上が上面視点の吸気カム１３表示無しの図であり、下はロッカーシャフトの軸方向から見たロッカーアーム右２表示無しの図である。   FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, which is a two-side view in which the main components are partially undisplayed and shown in cross section. The top is a view without the intake cam 13 display from the top view, and the bottom is a view without the rocker arm right 2 display as viewed from the axial direction of the rocker shaft.

ロッカーアーム右２とロッカーアーム左１をカムアームシャフト５で一体化した構成になっており、ローラー１１、１２に挟まれた構成でカムアーム３はカムアームシャフト５を支点として自在に接合し、吸気カム１３は右回転でカムアーム３とローラー１１、１２に作用する。ＩＶＣ制御は、ＩＶＣ制御カム４の回転位置によりカムアーム端部ローラー６とロッカーシャフト７の距離を変化させる事で、ロッカーシャフト７を支点とするロッカーアーム右２ロッカーアーム左１とカムアーム３との相対角度を変化させて実行する。ロッカーシャフト７はシリンダーヘッド１４へ自在に装着され、ロッカーシャフト７とＩＶＣ制御カム４は、ＩＶＣ制御カム固定ボルト８により接合されており、ロッカーシャフト７の回転位置でＩＶＣ制御カム４の回転位置制御を行うことで、吸気カム１３の作用角制御が可能となっている。   The rocker arm right 2 and the rocker arm left 1 are integrated by a cam arm shaft 5, and the cam arm 3 is freely joined with the cam arm shaft 5 as a fulcrum in a configuration sandwiched between rollers 11 and 12, and intake air The cam 13 rotates to the right and acts on the cam arm 3 and the rollers 11 and 12. In the IVC control, the distance between the cam arm end roller 6 and the rocker shaft 7 is changed depending on the rotational position of the IVC control cam 4, so that the rocker arm right 2 with respect to the rocker shaft 7 and the rocker arm left 1 relative to the cam arm 3. Execute by changing the angle. The rocker shaft 7 is freely attached to the cylinder head 14, and the rocker shaft 7 and the IVC control cam 4 are joined by an IVC control cam fixing bolt 8, and the rotational position of the IVC control cam 4 is controlled by the rotational position of the rocker shaft 7. As a result, the operating angle of the intake cam 13 can be controlled.

図２は本発明を吸気動弁機構に実施時の形態で、一部表示なし及び断面とした吸気閉弁バルブタイミング遅角時の図である。   FIG. 2 is a view when the intake valve closing timing is retarded with a partial display not shown and a cross section in the form when the present invention is applied to the intake valve mechanism.

吸気カム１３が右回転してカムアーム３のベース円とローラー１１、１２に作用した後、吸気バルブ１７が閉じているはずの吸気カム１３回転位置であっても、ＩＶＣ制御カム４が低出力回転位置にあることで、カムアームシャフト５を支点とするカムアーム３と左右ロッカーアーム１、２の相対角度が変化して、カムアーム３のカム山が吸気カム１３の作用範囲に移動していることで吸気カム１３のカム山がカムアーム３カム山に作用した状態となり、吸気カム１３のベース円とカムアーム３のベース円の間に間隔が生じ、吸気バルブ１７が開いている。カムアーム３は角度が変化して位置を変えるが、カムアームスプリング２２が収縮し、カムアーム端部ローラー６をＩＶＣ制御カム４へ常時押さえつけてカムアーム３の振れを防止しており、スプリングキャップ２３は常にカムアーム３端部と接点を持てる大きさで構成してある。   After the intake cam 13 rotates to the right and acts on the base circle of the cam arm 3 and the rollers 11 and 12, the IVC control cam 4 rotates at a low output even if the intake valve 17 is at the rotation position where the intake valve 17 should be closed. By being in the position, the relative angle between the cam arm 3 with the cam arm shaft 5 as a fulcrum and the left and right rocker arms 1 and 2 changes, and the cam crest of the cam arm 3 has moved to the operating range of the intake cam 13. The cam crest of the intake cam 13 acts on the cam crest 3 cam crest, a space is generated between the base circle of the intake cam 13 and the base circle of the cam arm 3, and the intake valve 17 is open. The cam arm 3 changes its position by changing the angle, but the cam arm spring 22 contracts and the cam arm end roller 6 is constantly pressed against the IVC control cam 4 to prevent the cam arm 3 from shaking, and the spring cap 23 is always The cam arm 3 has a size that allows contact with the end of the cam arm 3.

図３は本発明を実施した吸気動弁機構出力制御時のＩＶＣ可変範囲とバルブタイミングを表した図である。   FIG. 3 is a diagram showing an IVC variable range and valve timing at the time of intake valve mechanism output control according to the present invention.

図の通り最大出力時作用角が最小出力時作用角より小さくなるのは増加した吸気バルブの作用角を燃焼室内吸入空気排出のために作用させているからであり、圧縮工程後半まで及ぶ閉弁工程作用角増減による連続ＩＶＣ可変機能がこの方法の出力制御を可能とさせている。   As shown in the figure, the maximum output operating angle is smaller than the minimum output operating angle because the increased intake valve operating angle is used for exhausting the intake air in the combustion chamber. The continuous IVC variable function by increasing or decreasing the process working angle makes it possible to control the output of this method.

本発明の動弁機構は特別な加工技術を必要とせず、シンプルな構成で内燃機関のポンピングロスを飛躍的に低減した出力制御の方法として、最高出力運転の比率が少ない４サイクルガソリンエンジン搭載の自動車、農機、発電機、などに適用できる。   The valve operating mechanism of the present invention does not require any special processing technology, and is a power control method that dramatically reduces the pumping loss of the internal combustion engine with a simple configuration. Applicable to automobiles, agricultural machines, generators, etc.

可変ＩＶＣ構造主要部分を上面図と側面図で示した説明図である。（実施例１）It is explanatory drawing which showed the variable IVC structure main part with the top view and the side view. (Example 1) 可変ＩＶＣ機構で遅角した状況を示した説明図である。（実施例２）It is explanatory drawing which showed the condition which retarded by the variable IVC mechanism. (Example 2) バルブタイミングを示した説明図である。（実施例３）It is explanatory drawing which showed the valve timing. Example 3

符号の説明Explanation of symbols

１ ロッカーアーム左
２ ロッカーアーム右
３ カムアーム
４ ＩＶＣ制御カム
５ カムアームシャフト
６ カムアーム端部ローラー
７ ロッカーシャフト
８ ＩＶＣ制御カム固定ボルト
９ タペット固定ナット
１０ タペット調整ボルト
１１ ローラー
１２ ローラー
１３ 吸気動弁カム
１４ シリンダーヘッド
１５ バルブステムガイド
１６ バルブシートリング
１７ 吸気バルブ
１８ バルブスプリング
１９ バルブスプリングリテーナー
２０ バルブコッター
２１ 吸気ポート
２２ カムアームスプリング
２３ カムアームスプリングキャップ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rocker arm left 2 Rocker arm right 3 Cam arm 4 IVC control cam 5 Cam arm shaft 6 Cam arm end roller 7 Rocker shaft 8 IVC control cam fixing bolt 9 Tappet fixing nut 10 Tappet adjusting bolt 11 Roller 12 Roller 13 Inlet valve cam 14 Cylinder head 15 Valve stem guide 16 Valve seat ring 17 Intake valve 18 Valve spring 19 Valve spring retainer 20 Valve cotter 21 Intake port 22 Cam arm spring 23 Cam arm spring cap

Claims (2)

カムとアームを一体化したカムアームを、ベース円中心が軸となる形態でロッカーアームへ回転自在に接合し、カムアームに動弁カムを作用させる構成にしたうえで、ロッカーアームとカムアームの相対角度を連続で変化させ、動弁カムがカムアームベース円に作用する状態からカムアームカム山に作用する状態へ移行していくと、ロッカーアームと動弁カム作用点の相対位置変化により閉弁工程作用角が連続で増加することを利用した、動弁カム閉弁工程作用角増減に伴うＩＶＣ変化を連続制御可能であることを特徴とする内燃機関の動弁機構。 A cam arm that integrates the cam and the arm is rotatably joined to the rocker arm with the base of the center of the base circle as the axis, and the valve cam is applied to the cam arm, and the relative angle between the rocker arm and the cam arm is adjusted. When the valve cam is moved continuously from the state where the valve cam acts on the cam arm base circle to the state where it acts on the cam arm cam crest, the valve closing process working angle is changed by the relative position change between the rocker arm and the valve cam working point. A valve operating mechanism for an internal combustion engine, characterized by being capable of continuously controlling a change in IVC that accompanies increase / decrease in the valve operating cam closing process operating angle, utilizing the continuous increase. 閉弁工程で作用角増減を連続制御可能な吸気動弁機構により、圧縮工程後半までＩＶＣを遅らせ、燃焼室内吸入空気を吸気ポートへ戻す方式の燃焼空気量制御を実施して、可変ＩＶＣの遅角量で戻す空気量制御を行い出力制御することを特徴とする４サイクル内燃機関出力制御の方法。 By the intake valve mechanism that can continuously control the increase and decrease of the operating angle in the valve closing process, the IVC is delayed until the latter half of the compression process, and the combustion air amount control is performed to return the intake air in the combustion chamber to the intake port. A method for output control of a four-cycle internal combustion engine, characterized in that output control is performed by controlling the amount of air to be returned by angular amount.