JP2009228590A - 内燃機関の吸排気弁駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッドの顕著なコンパクト化が可能な内燃機関の電動式吸排気弁駆動システムを提供する。
【解決手段】ソレノイド４１，４２のプランジャー６１，６２の作動方向を、吸気弁２及び排気弁３の作動方向と異なる方向に設定する。そして、ソレノイド４１，４２のプランジャー６１，６２と、吸気弁２及び排気弁３の弁軸７，８と、を連動連結する。さらに、プランジャー６１，６２の軸心線と、吸気弁２及び排気弁３の弁軸７，８の軸心線との交点Ｐ１，Ｐ２の位置を、吸気弁２の軸端及び排気弁３の弁軸７，８の軸端よりも内側の位置に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種車両等に搭載される内燃機関の吸排気弁駆動システムに関し、特に、シリンダヘッドの顕著なコンパクト化が可能な電動式の吸排気弁駆動システムに関する。

内燃機関の吸排気弁は、従来から、クランクシャフトによって回転駆動されるカムシャフトによって往復駆動力が伝達される機械式の伝動方式が採用されている。しかし、近時は、応答性の向上を図るために、吸排気弁を電気的に作動させる伝動方式が提案されるようになった。例えば揺動カムにソレノイドを組み合わせた内燃機関のバルブタイミング制御機構が提案されている(例えば特許文献1参照)。この例では、揺動カムと一体のロッカーシャフトにソレノイドを連動連結し、そのソレノイドの往復動作によって駆動される揺動カムをタペットに摺接させることによって、バルブを往復動作させるように構成されている。尚、その揺動カムは、角度センサによって揺動角度が検出され、所定のバルブリフトが行われているか否かの確認（フィードバック）が与えられる。

また、カムシャフトに形成されたカムによって揺動されるロッカーアームの揺動端に、電磁アクチュエータのアーマチュアに一体化されたストッパロッドの下端を摺接させるように構成した吸排気弁駆動システムにおいて、開放された弁を一時的に保持することによって、閉弁タイミングを制御するようにした内燃機関のバルブタイミング制御装置も提案されている(例えば特許文献２参照)。この例では、電磁アクチュエータの応答遅れを予測することにより、その予測値に基づいて、電磁アクチュエータによるバルブ保持タイミングを制御することで、電磁アクチュエータによるバルブの確実な保持と、電磁アクチュエータの効率的な作動による省電力化と、を両立させるようにしている。

また、上述のような機械・電気併用式ではなく、ソレノイドで直接吸排気弁を駆動させるようにした電磁アクチュエータも提案されている(例えば特許文献３参照)。この例では、コイルに対する配線作業を容易に行い、かつ配線の共用化により製造コストを削減するために、互いに対向し、かつ互いに間隔をおいて配設される２つの電磁石の間に往復動作するアーマチュアを配置し、そのアーマチュアを吸気弁又は排気弁に対して直結している。即ち、電磁アクチュエータのアーマチュアを、吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸の軸心線と一致させて、弁軸の直上に電磁アクチュエータを配設している。
特開平１１−１０１１０９号公報 特開２００３−２９３７９９号公報 特開２００１−１２６９１９号公報

特許文献１に記載の構成では、同文献中の図１〜図６に示されるように、ソレノイドのプランジャーの軸心線が弁軸に直交する横方向に配置されるため、ソレノイドの本体がシリンダヘッドの片側に突出した状態になる。そのため、シリンダヘッドの側方部分が横方向に突出して大変嵩高くなり、エンジンルームのコンパクト化が著しく妨げられる。

特許文献２に記載の構成では、弁軸よりも外側に突出したロッカーアームの揺動端に、電磁アクチュエータのアーマチュアに一体化されたストッパロッドの下端を摺接させているため、その電磁アクチュエータを収納するための空間が、シリンダヘッド内の側方部分に必要とされる。従って、この場合にも、シリンダヘッドが嵩高くなり、エンジンルームのコンパクト化が妨げられる。

特許文献３に記載の電磁アクチュエータは、アーマチュアの軸心線が、吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸の軸心線と一致するように、弁軸の直上位置に配設されるため、両弁軸の直上位置に配設される電磁アクチュエータは、シリンダヘッドの両側に大きなＶの字状に拡がるように突出する。従って、この場合にも、シリンダヘッドが両側へ迫り出して大きく嵩高いものとなり、エンジンルームのコンパクト化が著しく妨げられる。このようなことから、吸排気弁を駆動させるソレノイドをシリンダヘッドに設ける場合、シリンダヘッドをできるだけコンパクトにするための対策が求められている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされ、シリンダヘッドの顕著なコンパクト化が可能な内燃機関の電動式の吸排気弁駆動システムを提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の吸排気弁駆動システムは、内燃機関の吸気弁及び排気弁を駆動させるためのソレノイドをシリンダヘッドに設けた内燃機関の吸排気弁駆動システムに関する。前記ソレノイドのプランジャーの作動方向を、前記吸気弁又は排気弁の作動方向と異なる方向に設定し、かつ前記ソレノイドのプランジャーと、前記吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸と、を連動連結する。そして、前記プランジャーの軸心線と、前記吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸の軸心線との交点の位置を、前記吸気弁の弁軸の軸端又は排気弁の弁軸の軸端よりも内側の位置に設定したことを特徴とする。

このような構成によれば、ソレノイドのプランジャーの軸心線と、吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸の軸心線との交点の位置を、吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸の軸端よりも内側の位置に設定しているので、ソレノイドを配置するためにシリンダヘッド上に必要とされる空間が、シリンダヘッドの内側寄りに求められるため、シリンダヘッドの側方への張り出しを回避することができ、シリンダヘッドのコンパクト化が可能となる。このような構成では、単一のソレノイドで、単一の吸気弁又は排気弁を駆動するのに適している。

前記ソレノイドのプランジャーと、前記吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸と、を連動連結する連結手段は、前記プランジャーの軸方向の変位を、前記吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸の移動方向に変換して伝達するようにすれば、プランジャーの往復動作を無駄なく吸気弁又は排気弁の開閉動作に変換することができる。その連結手段は、例えば長孔と、該長孔内を遊動する遊動子と、を備えるようにしてもよい。このようにすれば、簡単な構成で、プランジャーの軸方向の変位を、前記吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸の移動方向に変換して伝達することができる。また、ロッカーアームを省略することもできるため、エンジンブロック内の部品点数の削減化とコンパクト化も可能となる。

本発明の内燃機関の吸排気弁駆動システムは、ソレノイドのプランジャーの軸心線と、吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸の軸心線との交点の位置を、吸気弁の弁軸の軸端又は排気弁の弁軸の軸端よりも内側の位置に設定する。そのため、ソレノイドを配置するためにシリンダヘッド上に必要とされる空間が、シリンダヘッド側部よりも内側寄りに求められる。これにより、シリンダヘッドの側方への張り出しを回避することができ、シリンダヘッドのコンパクト化が可能となる。

以下に、本発明の内燃機関の吸排気弁駆動システムに係る実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、内燃機関の吸排気弁駆動システム（以下、弁駆動システムＡという）の要部構成を示す説明図である。この弁駆動システムＡは、内燃機関１の吸気弁２及び排気弁３を駆動させるための２つのソレノイド４１，４２をシリンダヘッド５の上面に設け、そのソレノイド４１，４２のプランジャー６１，６２の作動方向を、吸気弁２及び排気弁３の作動方向と異なる方向に設定している。即ち、略Ｖ字状に対向して配設される吸気弁２の弁軸７と、排気弁３の弁軸８に対して、ソレノイド４１，４２のプランジャー６１，６２は鉛直方向に配設される。そして、一方のプランジャー６１の軸心線と、吸気弁２の弁軸７の軸心線の交点Ｐ１の位置、及び、他方のプランジャー６２の軸心線と、排気弁３の弁軸８の軸心線との交点Ｐ２の位置を、それぞれ吸気弁２の弁軸７の軸端（上端）及び排気弁３の弁軸８の軸端（上端）よりも内側の位置に設定している。

そして、一方のソレノイド４１のプランジャー６１の下端を、吸気弁２を駆動する一方のロッカーアーム９１の上面に当接させ、他方のソレノイド４２のプランジャー６２の下端を、排気弁３を駆動する他方のロッカーアーム９２の上面に当接させている。そのロッカーアーム９１，９２の基部は、それぞれピン軸ｐ，ｐによってエンジンブロックＥ内に回動自在に支持されている。また、吸気弁２と排気弁３は、それぞれ弁軸７，８の上部に被嵌されたコイルスプリングｓ，ｓによって弁口を閉じる方向（上向き）に付勢されている。このような弁駆動システムを、例えば４バルブエンジンに適用する場合、２対のソレノイド４を設ければよい。

このような構成により、一方のソレノイド４１のコイルｃが励磁されてアーマチュアａがコイルｃに引き付けられて、プランジャー６１が下動すると、ロッカーアーム９１の揺動端が下動するため、弁軸７と吸気弁２が押し下げられて吸気口が開口する。また、他方のソレノイド４２が励磁されてプランジャー６２が下動すると、ロッカーアーム９２の揺動端が下動するため、弁軸８と排気弁３が押し下げられて排気口が開口する。このような吸気弁２と排気弁３の開閉動作は、各ソレノイド４１，４２をそれぞれ適切なタイミングで制御駆動させることによって各独立に行えるため、内燃機関１の通常の駆動モードだけでなく、例えば低回転時等には、２本ある吸気弁の１本を休止させることによって、ガソリンの少ない薄い混合気を効率よく燃焼させ、低燃費を実現することもできる。

このような構成において、ソレノイド４１，４２のプランジャー６１，６２の軸心線と、吸気弁２の弁軸７及び排気弁３の弁軸８の軸心線との交点Ｐ１，Ｐ２の位置を、吸気弁２の弁軸７の及び排気弁３の弁軸８の軸端よりも、それぞれ内側の位置に設定しているので、ソレノイド４１，４２を配置するためにシリンダヘッド５上に必要とされる空間を内側寄りに集約することができる。従って、２つのソレノイド４１，４２をシリンダヘッド５の上面に設けても、側方への張り出しを必要とすることなく、２つのソレノイド４，４をコンパクトなヘッドカバー５１で覆うことができ、シリンダヘッド５のコンパクト化が可能となる。また、カムシャフトが不要になる。吸気弁及び排気弁の開閉タイミングの自由度が拡大する。

（実施形態２）
図２は、異なる弁駆動システムＢの要部構成を示す説明図である。この弁駆動システムＢは、一方のソレノイド４１のプランジャー６１と、吸気弁２の弁軸７と、の間に配設されるロッカーアームに代えて連結手段９を設け、他方のソレノイド４２のプランジャー６２と、排気弁３の弁軸８と、の間に配設されるロッカーアームに代えて連結手段１０を設けている。その連結手段９，１０は、それぞれ、プランジャー６１，６２の軸方向（鉛直方向）の変位を、吸気弁２の弁軸７及び排気弁３の弁軸８の移動方向（斜め方向）に変換して伝達するように構成される。

具体的には、拡大して示すように、連結手段９，１０は、それぞれ長孔１１，１２と、該長孔１１，１２内を遊動する遊動子１３，１４と、を備えている。その長孔１１，１２は、弁軸７及び弁軸８の上部に内側に向けて固定状態に取り付けられた板金材１５、１６に形成される。一方、遊動子１３，１４は、プランジャー６１，６２の下端に回動自在又は固定状態に設けられている。このような構成により、一方のプランジャー６１が下動すると、遊動子１３が長孔１１内を下方に移動しつつ吸気弁２が押し下げられ吸気口が開口する。他方のプランジャー６２が下動すると、遊動子１４が長孔１２内を下方に移動しつつ排気弁３が押し下げられ排気口が開口する。

このような構成によれば、図１と同様に、ソレノイド４１，４２のプランジャー６１，６２の軸心線と、吸気弁２の弁軸７及び排気弁３の弁軸８の軸心線との交点Ｐ１，Ｐ２の位置を、吸気弁２の弁軸７の軸端及び排気弁３の弁軸８の軸端よりも、それぞれ内側の位置に設定しているので、ソレノイド４１，４２を配置するためにシリンダヘッド５上に必要とされる空間を内側寄りに集約することができる。従って、２つのソレノイド４１，４２をシリンダヘッド５の上面に設けても、側方への張り出しを必要とすることなく、シリンダヘッド５のコンパクト化が可能となる。また、この例では、嵩高いロッカーアームを省略できるため、エンジンブロックＥ内の部品点数の削減化とコンパクト化も可能となる。

尚、本発明は、実施の形態に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、適宜、必要に応じて改良、変更等は自由である。

本発明の内燃機関の吸排気弁駆動システムは、シリンダヘッドのコンパクト化が可能となるので、エンジンルームのコンパクト化が求められている車両等に好適に適用することができる。

本発明の実施形態１に係る内燃機関の吸排気弁駆動システムの要部構成を示す説明図である。 本発明の実施形態２に係る内燃機関の吸排気弁駆動システムの要部構成を示す説明図である。

符号の説明

１ 内燃機関 ２ 吸気弁 ３ 排気弁 ４１，４２ ソレノイド
５ シリンダヘッド ５１ ヘッドカバー ６１，６２ プランジャー
７，８ 弁軸 ９，１０ 連結手段 １１，１２ 長孔 １３，１４ 遊動子
１５，１６ 板金材 ９１，９２ ロッカーアーム Ｐ１，Ｐ２ 交点
ｐ ピン軸 ａ アーマチュア ｃ コイル ｓ コイルスプリング
Ｅ エンジンブロック

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気弁及び排気弁を駆動させるためのソレノイドをシリンダヘッドに設けた内燃機関の吸排気弁駆動システムであって、
   前記ソレノイドのプランジャーの作動方向を、前記吸気弁又は排気弁の作動方向と異なる方向に設定し、かつ前記ソレノイドのプランジャーと、前記吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸と、を連動連結し、前記プランジャーの軸心線と、前記吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸の軸心線との交点の位置を、前記吸気弁の弁軸の軸端又は排気弁の弁軸の軸端よりも内側の位置に設定したことを特徴とする内燃機関の吸排気弁駆動システム。
2. 前記ソレノイドのプランジャーと、前記吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸と、を連動連結する連結手段は、前記プランジャーの軸方向の変位を、前記吸気弁の弁軸又は排気弁の弁軸の移動方向に変換して伝達することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸排気弁駆動システム。
3. 前記連結手段は、長孔と、該長孔内を遊動する遊動子と、を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸排気弁駆動システム。

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