JP4595763B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。

例えば、特許文献１には、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能な可変動弁装置が開示されており、このリフト・作動角の可変制御によって、内燃機関の吸入空気量ひいてはトルクを制御する技術が開示されている。

上記可変動弁装置は、駆動軸の外周に回転可能に支持された揺動カムを備えており、この揺動カムがリンク部材によりロッカアームに連動して揺動し、その揺動に応じて吸気弁をバルブスプリング反力に抗して押し開く構成となっている。
特開２００２−２５６９０５号公報

上記のような可変動弁装置を、１気筒当たり２つの吸気弁を備えた燃焼室構造に適用する場合、上記揺動カムは、一対のカム部を有する構成となり、その長手方向（駆動軸軸方向）の１箇所でリンク部材と連結される。そのため、この揺動カムが揺動して２つの吸気弁を押し開いたときに、バルブスプリング反力を受けて揺動カムの姿勢が傾き易く、図４にバルブリフト特性を示すように、リンク部材の連結点に近い側の吸気弁（以下、第１吸気弁とする）のリフト（Ｖ１）に比較して、連結点から遠い方の吸気弁（以下、第２吸気弁とする）のリフト（Ｖ２）が相対的に小さくなる、という問題がある。

また、揺動カムは、リンク部材の連結点に近い側のカム部をおよその支点として、駆動軸との間隙の範囲でリフト方向以外にも自由に動き回る虞があり、このことも第１吸気弁のリフト（Ｖ１）に比較して、第２吸気弁のリフト（Ｖ２）が相対的に小さくなる一因となる。

特に、特許文献１のように、吸気弁のリフト・作動角によって吸入空気量を制御する構成では、例えばアイドル時には、数百μｍ程度の微小リフトとなり、弁開口部において吸気流がチョークした状態となって、主にリフト量のみで吸入空気量が定まることになるので、第２吸気弁に対する燃料付着によって、シリンダへ流入する吸入空気量が相対的に大きな影響を受けることになり、ひいては燃焼悪化を招く虞がある。

そこで、本発明の内燃機関の可変動弁装置は、暖機時には同一気筒の複数の吸気弁間でのリフト差が減少するように、同一気筒の複数の吸気弁の各バルブクリアランスを同一気筒内で互いに異なるように設定し、冷機時には同一気筒の複数の吸気弁間でのリフト差が拡大されていることを特徴としている。

本発明によれば、同一気筒の複数の吸気弁の各バルブクリアランスを同一気筒内で互いに異なるように設定することで、同一気筒の吸気弁間のリフト差を解消することができ、燃焼改善を実現できる。

以下、本発明の一実施形態の前提となる参考形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明の可変動弁装置を、内燃機関の吸気弁１のバルブリフト特性を可変制御することにより吸入空気量を制御するようにした吸気制御装置に適用した場合の全体的な構成を示す構成説明図である。この吸気制御装置は、吸気弁１のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な本発明の可変動弁装置つまり第１可変動弁機構１１に、さらに、作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構２１を組み合わせたものである。但し、上記第２可変動弁機構２１は、本発明においては必須のものではない。また、図１に示す可変動弁装置は、一つの気筒に二つの吸気弁１を備えたものである。

リフト・作動角を可変制御する第１可変動弁機構１１は、内燃機関のクランクシャフトにより駆動される駆動軸２２と、この駆動軸２２に固定された偏心カム２３と、回転自在に支持された制御軸３２と、この制御軸３２の偏心カム部３８に揺動自在に支持されたロッカアーム２６と、吸気弁１のラッシュアジャスタ３０に当接する揺動カム２９と、を備えており、偏心カム２３とロッカアーム２６とはリンクアーム２４によって連係され、ロッカアーム２６と揺動カム２９とは、リンク部材２８によって連係されている。

ロッカアーム２６は、略中央部が偏心カム部３８によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン２５を介してリンクアーム２４のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン２７を介してリンク部材２８の上端部が連係している。偏心カム部３８は、制御軸３２の軸心から偏心しており、従って、制御軸３２の角度位置に応じてロッカアーム２６の揺動中心は変化する。

揺動カム２９は、駆動軸２２の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン３７を介して上記リンク部材２８の下端部が連係している。この揺動カム２９の下面には、駆動軸２２と同心状の円弧をなすベースサークル面と、該ベースサークル面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらのベースサークル面ならびにカム面が、揺動カム２９の揺動位置に応じてラッシュアジャスタ３０の上面に当接する。上記カム面がラッシュアジャスタ３０を押圧すると、吸気弁１は、図示せぬバルブスプリング反力に抗して押し開かれることになり、これに伴い、バルブスプリング反力が、揺動カム２９から各部へ作用する。

ここで、揺動カム２９について詳述すると、揺動カム２９は、駆動軸２２の外周面に回転可能に嵌合した円筒部５１と、この円筒部５１に一体に形成された一対のカム部５２，５３と、から構成されている。カム部５２，５３は、それぞれ上述したカム面を備えている。上述したロッカアーム２６に連係するリンク部材２８は、一方のカム部５２に連結ピン３７を介して連結されている。円筒部５１は、隣接する一対の偏心カム２３の間に挟まれており、一端面が当該気筒の偏心カム２３の側面に当接し、他端面が、隣接する気筒の偏心カム２３の側面に当接する。尚、厳密には、当接面には、軸方向の微小な間隙が存在する。

ラッシュアジャスタ３０は、リンク部材２８側（円筒部５１の軸方向一端側）に位置するリンク部材側ラッシュアジャスタ３０ａと反リンク部材２８側（円筒部５１他端側））に位置する反リンク部材側ラッシュアジャスタ３０ｂと、から構成されている。リンク部材側ラッシュアジャスタ３０ａ及び反リンク部材側ラッシュアジャスタ３０ｂは、いわゆる機械式のラッシュアジャスタであって、図２及び図３に示すように、有底円筒状のリフタボディ６１の内部に、例えば、環状板ばね６３により固定保持されたナット部材６２、このナット部材６２に螺合したアジャストスクリュ６４、このアジャストスクリュ６４を下方へ付勢するコイルスプリング６５、アジャストスクリュ６４を保持するリテーナ６６、等からなるクリアランス調整機構が構成されている。上記リフタボディ６１は、図示せぬシリンダヘッドのガイド孔に摺動可能に嵌合し、その冠面６１ａに揺動カム２９のカム面が当接するとともに、図示せぬ吸気弁のバルブ軸端が上記リテーナ６６の下面に当接する。このラッシュアジャスタ３０は、バルブクリアランスを機械的に自動調整するものであって、揺動カム２９のカム面がベースサークル区間となったときにバルブクリアランスが存在すると、コイルスプリング６５の付勢力によってアジャストスクリュ６４が回転しつつ下方へ移動し、バルブクリアランスを零とする。

そして、同一気筒の両吸気弁１，１間でのリフト差が減少するように、円筒部５１の軸方向一端側に位置するラッシュアジャスタ３０ａのガタ（アジャストスクリュ６４とナット部材６２のねじ係合部に形成される軸方向のねじ隙間）が、円筒部５１の軸方向他端側に位置するラッシュアジャスタ３０ｂのガタに比べて小さくなるよう設定されている。

制御軸３２は、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ３３によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ３３は、例えばウォームギア３５を介して制御軸３２を駆動する電動モータからなり、コントロールユニット１０からの制御信号によって制御される。制御軸３２の回転角度は、制御軸センサ３４によって検出される。

第１可変動弁機構１１によれば、制御軸３２の回転角度位置に応じて吸気弁１のリフトならびに作動角が、両者同時に、連続的に拡大，縮小し、このリフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁１の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。リフト・作動角の大きさは、制御軸３２の回転角度によって一義的に定まるので、制御軸センサ３４の検出値により、そのときの実際のリフト・作動角が示される。

なお、図では、１気筒分のみが示されているが、駆動軸２２および制御軸３２は複数気筒に共通のものであり、他の偏心カム２３、リンクアーム２４、ロッカアーム２６、リンク部材２８、揺動カム２９、偏心カム部３８等からなるリンク機構は、気筒毎に設けられている。また、Ｖ型内燃機関等では、各バンク毎に、駆動軸２２および制御軸３２が設けられる。

一方、中心角を可変制御する第２可変動弁機構２１は、駆動軸２２の前端部に設けられたスプロケット４２と、このスプロケット４２と駆動軸２２とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ４３と、から構成されている。スプロケット４２は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。位相制御用アクチュエータ４３は、例えば油圧式の回転型アクチュエータからなり、コントロールユニット１０からの制御信号によって図示せぬ油圧制御弁を介して制御される。この位相制御用アクチュエータ４３の作用によって、スプロケット４２と駆動軸２２とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この第２可変動弁機構２１の制御状態は、駆動軸２２の回転位置に応答する駆動軸センサ３６によって検出される。

従って、第１，第２可変動弁機構１１，２１の制御を組み合わせることにより、吸気弁１の開時期および閉時期をリフト量とともに可変制御でき、シリンダ内に流入する吸気量を負荷に応じて制御することができる。

上記のように構成された可変動弁装置において、揺動カム２９は、駆動軸２２の軸方向に沿って細長い全体形状を呈し、かつ自身の長手方向に沿った一端側（円筒部５１の軸方向一端側）がリンク部材２８に連結されている。さらに言えば、揺動カム２９は、円筒部５１の軸方向一端側がリンク部材２８に連結されたいわゆる片持ち状態となっている。

揺動カム２９は、リンク部材２８によって一方のカム部５２が下方へ押し下げられることにより、揺動カム２９全体が駆動軸２２を中心として揺動し、各カム部５２，５３がそれぞれ吸気弁１，１をバルブスプリング反力に抗して押し開くのであるが、上述したように片持ち状態の揺動カム２９が駆動軸２２中心として揺動し、揺動カム２９の姿勢が傾くと、リンク部材２８により直接駆動されるカム部５２側の吸気弁１のリフトに比べて、他方のカム部５３側の吸気弁１のリフトが小さくなる傾向にある。つまり、極小リフト時に、カム部５３側の吸気弁１のリフトが相対的に小さくなり、カム部５３側の吸気弁１のバルブ開口面積が小さくなると、カム部５３側の吸気弁１の傘上部に付着した液体燃料によって、吸気ポートからの燃料・空気の吸入が阻害されやすくなって、吸入空気量のばらつきにより空燃比ばらつきが増大してしてしまう。

しかしながら、上記参考形態の構成によれば、円筒部５１の軸方向一端側に位置するラッシュアジャスタ３０ａのガタが、円筒部５１の軸方向他端側に位置するラッシュアジャスタ３０ｂのガタに比べて小さくなるよう設定されている。

そのため、同一気筒の吸気弁１，１間のリフト差が低減され、図４に示すように、カム部５２側の吸気弁１のリフト（Ｖ１）に非常に近似した特性のリフト（Ｖ３）をカム部５３側の吸気弁１で得ることができる。よって、空燃比ばらつきの増大を回避することができ、燃焼を促進させ燃費及び排気性能を向上させることができる。

また、上述した参考形態においては、機械式のラッシュアジャスタのみを用いているが、図５に示すような、バルブリフタ７０を、円筒部５１の軸方向他端側に配置し、円筒部５１の軸方向一端側に機械式のラッシュアジャスタ３０を配置するようにしてもよい。

バルブリフタ７０は、図５及び図６に示すように、有底円筒形状のリフタボディ７１を主体とするものであり、吸気弁１のバルブ軸端７２が接触する冠部７１ａの中央の肉厚によってバルブクリアランスの調整を行う。このバルブリフタ７０は、バルブ軸端７２が接触する冠部７１ａの中央の肉厚を大きくするほど、バルブクリアランスを大きく調整できるため、総じて上述した機械式のラッシュアジャスタ３０よりも大きなバルブクリアランス調整幅が設定されることになる。つまり、図４に示すように、カム部５２側の吸気弁１のリフト（Ｖ１）に非常に近似した特性のリフト（Ｖ３）をカム部５３側の吸気弁１で得ることができる。

尚、図５、図６における７３は、吸気弁のバルブ軸に一体のリテーナであり、７４はリテーナ７３とシリンヘッドとの間に介装されて吸気弁１を常に閉方向に付勢するバルブスプリングである。

また、参考形態では、上記構成の可変動弁装置において、円筒部５１の他端側の吸気弁のリフト量が、円筒部５１の一端側の吸気弁のリフト量よりも相対的に大きくなるように、リンク部材２８側のカム部５２のカムプロフィールと、反リンク部材２８側（円筒部５１の他端側）のカム部５３のカムプロフィールとが異なるカムプロフィールとなるように設定することで、同一気筒の吸気弁間のリフト差を解消することができ、燃焼改善を実現できる。

そして、本発明の一実施形態では、同一気筒の吸気弁１，１において、図７に示すように、それぞれバルブクリアランス差をつけ燃焼をするようにしてもよい。すなわち、暖機時に同一気筒の吸気弁１，１間でリフトが同一になるよう、リンク部材２８側と反リンク部材２８側とでバルブクリアランスを変えることで、暖機時にはリフト差を解消し、冷機時にはリフト差の拡大によるスワール増大で燃焼改善を実現できる。尚、図７は、バルブリフタを例に、バルブクリアランスを模式的に示したものである。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

複数気筒に共通の駆動軸に一体に設けられた各気筒毎の偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた少なくとも所定角度範囲内で回転可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつリンクアームにより揺動されるロッカアームと、駆動軸に回転可能に支持されるとともに、ロッカアームにリンク部材を介して連結され、ロッカアームに伴って揺動することにより同一気筒の複数の吸気弁を押圧する揺動カムと、を備え、揺動カムは同一気筒の複数の吸気弁をそれぞれ押圧する複数のカム面を有してなる内燃機関の可変動弁装置であって、揺動カムは、駆動軸の外周に嵌合するとともに、隣接する一対の偏心カムの間に挟まれる軸方向長さを有する円筒部と、カム面を有して円筒部に一体に形成された複数のカム部と、から構成され、リンク部材の一端が、円筒部の軸方向一端側に位置するカム部に連結された内燃機関の可変動弁装置において、暖機時には同一気筒の複数の吸気弁間でのリフト差が減少するように、同一気筒の複数の吸気弁の各バルブクリアランスが同一気筒内で互いに異なるように設定され、冷機時には同一気筒の複数の吸気弁間でのリフト差が拡大されている。これによって、同一気筒の吸気弁間のリフト差を解消することができ、燃焼改善を実現できる。

可変動弁装置全体の構成図。 機械式のラッシュアジャスタの断面図。 機械式のラッシュアジャスタと揺動カムの関係を示す説明図。 この実施例の一対の吸気弁のリフト特性を従来例とともに示す特性図。 バルブリフタの断面図。 バルブリフタと揺動カムの関係を示す説明図。 吸気弁のバルブクリアランスを模式的に示す説明図。

符号の説明

１…吸気弁
１１…第１可変動弁機構
２２…駆動軸
３０…ラッシュアジャスタ（機械式）
７０…バルブリフタ

Claims (1)

1. 複数気筒に共通の駆動軸に一体に設けられた各気筒毎の偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた少なくとも所定角度範囲内で回転可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつリンクアームにより揺動されるロッカアームと、駆動軸に回転可能に支持されるとともに、ロッカアームにリンク部材を介して連結され、ロッカアームに伴って揺動することにより同一気筒の複数の吸気弁を押圧する揺動カムと、を備え、揺動カムは同一気筒の複数の吸気弁をそれぞれ押圧する複数のカム面を有してなる内燃機関の可変動弁装置であって、
   揺動カムは、駆動軸の外周に嵌合するとともに、隣接する一対の偏心カムの間に挟まれる軸方向長さを有する円筒部と、カム面を有して円筒部に一体に形成された複数のカム部と、から構成され、リンク部材の一端が、円筒部の軸方向一端側に位置するカム部に連結された内燃機関の可変動弁装置において、
   暖機時には同一気筒の複数の吸気弁間でのリフト差が減少するように、同一気筒の複数の吸気弁の各バルブクリアランスが同一気筒内で互いに異なるように設定され、冷機時には同一気筒の複数の吸気弁間でのリフト差が拡大されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
   

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