JP5212166B2 - 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、１気筒当たり２つ設けられた機関弁を互いに異なるリフト量に制御可能な可変動弁装置が開示されている。

このような特許文献１においては、同一気筒の１対の機関弁のちの一方の機関弁を、弁停止状態から他方の機関弁と略同等の最大リフトまで可変制御することが可能となる。

特開２０００−３８９１０号公報

しかしながら、この特許文献１においては、同一気筒の一対の機関弁を略同一の最大リフト量とすることはできるものの、同一気筒の一対の機関弁を伴に最大リフト量とする場合に、一対の機関弁の開時期から最大リフト時までの弁の開き方、すなわちクランク角度に対する一対の機関弁の開弁特性を近づけることはできないという問題がある。

すなわち、部分負荷時に同一気筒の一対の機関弁を異なるリフト量とする運転条件と、高負荷時に同一気筒の一対の機関弁を同一のリフト量とする運転条件と、がある場合、高負荷時において、一対の機関弁を最大リフト量とする場合に、クランク角度に対する一対の機関弁の開弁特性を近づけることはできないという問題がある。

そこで、本発明の内燃機関の可変動弁装置は、駆動軸と、主軸部と該主軸部に対して偏心した偏心カム部とを有するクランク状の制御軸と、同一気筒に設けられた一対の吸気弁のうちの一方を開閉する第１揺動カムと、同一気筒に設けられた一対の吸気弁のうちの他方を開閉する第２揺動カムと、前記駆動軸の回転に伴って前記第１揺動カムを揺動させる第１駆動力伝達機構と、前記駆動軸の回転に伴って前記第２揺動カムを揺動させる第２駆動力伝達機構と、を有し、前記偏心カム部は、第１偏心カム部と、該第１偏心カム部よりも前記主軸部に対する偏心量が大きい第２偏心カム部とからなり、前記主軸部の回転に伴って、前記第１偏心カム部を介して前記第１駆動力伝達機構の姿勢を変化させ、前記一方の吸気弁の開閉期間とリフト量とを連続的に可変可能とすると共に、前記主軸部の回転に伴って、前記第２偏心カム部を介して前記第２駆動力伝達機構の姿勢を変化させ、前記他方の吸気弁の開閉期間とリフト量とを連続的に可変可能とし、前記吸気弁のバルブリフト特性を小リフト小作動角とする領域では、前記制御軸の主軸部の回転を前記第１動力伝達機構及び前記第２動力伝達機構の双方に伝達し、前記吸気弁のバルブリフト特性を大リフト大作動角とする領域では、前記制御軸の主軸部の回転を前記第１動力伝達機構にのみ伝達することを特徴としている。前記第１偏心カム部は、前記第２偏心カム部よりも前記主軸部に対する偏心量が小さいので、前記主軸部の回転に伴う前記第１偏心カム部の主軸部周りの回転角度と、前記主軸部の回転に伴う前記第２偏心カム部の主軸部周りの回転角度とが等しい場合には、前記第１駆動力伝達機構によって開閉される吸気弁のリフト量は、前記第２駆動力伝達機構によって開閉される吸気弁のリフト量よりも小さくなる。

本発明によれば、吸気弁のバルブリフト特性を小リフト小作動角とする部分負荷域では、第１揺動カムによって開閉される一方の吸気弁のリフト量と、第２揺動カムによって開閉される他方の吸気弁のリフト量と、を互いに異なるリフト量とすることができ、筒内のガス流動を強化することができる。

また、吸気弁のバルブリフト特性を大リフト大作動角とする高負荷域では、第１偏心カム部の主軸部周りの回転角度が、第２偏心カム部の主軸部周りの回転角度よりも大きくなり、第２揺動カムによって開閉される他方の吸気弁に対して、第１揺動カムによって開閉される一方の吸気弁のバルブリフト特性のみを変化させることが可能となるので、同一気筒の２つの吸気弁のバルブリフト特性を近づけることができ、出力特性を向上させることができる。

本発明に係る内燃機関の可変動弁装置を模式的に示した説明図。 本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の要部を模式的に示した説明図。 連結機構を模式的に示した説明図。 連結機構を模式的に示した説明図。 本発明に係る内燃機関の可変動弁装置において、吸気弁が小リフト小作動角のときのバルブリフト特性を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の可変動弁装置において、吸気弁が大リフト大作動角のときのバルブリフト特性を示す説明図。 比較例において、吸気弁が大リフト大作動角のときのバルブリフト特性を示す説明図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置１０を模式的に示した説明図である。

本実施形態の可変動弁装置１０は、１気筒あたり２つの吸気弁（図示せず）を備え、かつ同一気筒の一対の吸気弁のリフト量を内燃機関の運転状態に応じて変更可能なものである。

詳述すると、本実施形態の可変動弁装置１０は、部分負荷域となる低速低負荷域では、高速高負荷域に比べて、リフト量が小さくなると共に、吸気弁のリフト作動角、すなわち吸気弁の開弁期間が小さくなるよう変更可能であり、高速高負荷域では、低速低負荷域に比べて、リフト量が大きくなると共に、吸気弁のリフト作動角、すなわち吸気弁の開弁期間が大きくなるよう変更可能なものである。つまり、可変動弁装置１０は、吸気弁のリフト量が大きくなると吸気弁のリフト作動角も大きくなり、吸気弁のリフト量が小さくなると吸気弁のリフト作動角も小さくなる。

可変動弁装置１０は、機関前後方向（気筒列方向）に沿ってシリンダヘッド上部に回転自在に支持され、内燃機関の回転に同期して回転する駆動軸１１と、駆動軸１１の外周に設けられた一気筒当たり２つの駆動カム１１２ａ、１１２ｂと、駆動軸１１と平行に回転可能に設けられ、主軸部１３１と主軸部１３１に対して偏心した偏心カム部１３２とを有するクランク状の制御軸１３と、同一気筒に設けられた一対の吸気弁のうちの一方を開閉する第１揺動カム１６ａと、同一気筒に設けられた一対の吸気弁のうちの他方を開閉する第２揺動カム１６ｂと、第１駆動カム１１２ａと第１揺動カム１６ａとの間に介装され、駆動軸１１の回転に伴って第１揺動カム１６ａを揺動させる第１駆動力伝達機構１８ａと、第２駆動カム１１２ｂと第２揺動カム１６ｂとの間に介装され、駆動軸１１の回転に伴って第２揺動カム１６ｂを揺動させる第２駆動力伝達機構１８ｂと、から大略構成されている。尚、駆動軸１１及び制御軸１３は図示せぬ軸受により回転自在に支持されている。図１は、１気筒のみを示しているが、駆動軸１１及び制御軸１３は、実際には複数気筒に共通であり、機関の前後方向に沿って延びている。

駆動軸１１は、内燃機関のクランク軸（図示せず）からトルクが伝達されて回転するものであって、円筒形状の駆動軸本体１１１と駆動カム１１２ａ、１１２ｂとから構成されている。駆動カム１１２ａ、１１２ｂは、それぞれ駆動軸本体１１１の軸心から偏倚した偏心回転カムであって、それぞれ連結ピン（図示せず）によって駆動軸本体１１１に固定されており、駆動軸本体１１１と一体回転する。駆動カム１１２ａ、１１２ｂの軸心は駆動軸本体１１１の軸心から径方向へ所定量オフセットするよう設定されている。

第１駆動力伝達機構１８ａは、制御軸１３の第１偏心カム部１３２ａ（後述）に設けられており、制御軸１３が回転すると、第１偏心カム部１３２ａを介してその姿勢を変化させ、同一気筒の一対の吸気弁のうちの一方の吸気弁の開閉期間とリフト量とを連続的に可変させる。

第２駆動力伝達機構１８ｂは、制御軸１３の第２偏心カム部１３２ｂ（後述）に設けられており、制御軸１３が回転すると、第２偏心カム部１３２ｂを介してその姿勢を変化させ、同一気筒の一対の吸気弁のうちの他方の吸気弁の開閉期間とリフト量とを連続的に可変させる。

第１駆動力伝達機構１８ａは、駆動カム１１２ａの外周に相対回転可能に嵌合した第１リンクアーム１２ａと、制御軸１３の第１偏心カム部１３２ａに回転可能に装着され、かつ第１リンクアーム１２ａにより揺動される第１揺動アーム１４ａと、第１揺動アーム１４ａと第１揺動カム１６ａとを連結する第１リンクロッド１５ａと、から大略構成されている。

第２駆動力伝達機構１８ｂは、駆動カム１１２ｂの外周に相対回転可能に嵌合した第２リンクアーム１２ｂと、制御軸１３の第２偏心カム部１３２ｂに回転可能に装着され、かつ第２リンクアーム１２ｂにより揺動される第２揺動アーム１４ｂと、第２揺動アーム１４ｂと第２揺動カム１６ｂとを連結する第２リンクロッド１５ｂと、から大略構成されている。

第１揺動アーム１４ａは、キャップ１４１ａと、第１リンクアーム１２ａと連係する円柱形状のピン部２１ａを有するアームボディ１４２ａと、とから大略構成され、キャップ１４１ａとキャップ１４１ａよりも駆動軸１１側に位置するアームボディ１４２ａとにより第１偏心カム部１３２ａを挟み込み、回転可能に支持している。キャップ１４１ａとアームボディ１４２ａとは、ボルト３８ａにより結合されている。

第１リンクロッド１５ａは、一端がピン２２ａを介して第１揺動アーム１４ａのアームボディ１４２ａに連結され、他端が回転支点としてのピン２３ａを介して第１揺動カム１６ａに連結されている。ここでピン２２ａは、ピン部２１ａよりも第１偏心カム部１３２ａの軸心から離れている。

第１揺動カム１６ａは、駆動軸１１に揺動可能に支持されており、第１揺動カム１６ａの揺動により押圧された図示せぬバルブロッカアームにより同一気筒の一対の吸気弁の内の一方の吸気弁が開閉するようになっている。

第２揺動アーム１４ｂは、キャップ１４１ｂと、第２リンクアーム１２ｂと連係する円柱形状のピン部２１ｂを有するアームボディ１４２ｂと、とから大略構成され、キャップ１４１ｂとキャップ１４１ｂよりも駆動軸１１側に位置するアームボディ１４２ｂとにより第２偏心カム部１３２ｂを挟み込み、回転可能に支持している。キャップ１４１ｂとアームボディ１４２ｂとは、ボルト３８ｂにより結合されている。

第２リンクロッド１５ｂは、一端がピン２２ｂを介して第２揺動アーム１４ｂのアームボディ１４２ｂに連結され、他端が回転支点としてのピン２３ｂを介して第２揺動カム１６ｂに連結されている。ここでピン２２ｂは、ピン部２１ｂよりも第２偏心カム部１３２ｂの軸心から離れている。

第２揺動カム１６ｂは、駆動軸１１に揺動可能に支持されており、第２揺動カム１６ｂの揺動により押圧された図示せぬバルブロッカアームにより同一気筒の一対の吸気弁の内の他方の吸気弁が開閉するようになっている。

制御軸１３は、主軸部１３１の軸心に対して偏心カム部１３２の軸心がオフセットしたクランク形状を呈し、偏心カム部１３２の両端がそれぞれウェブプレート１３３に接続されている。偏心カム部１３２は、第１偏心カム部１３２ａと、第１偏心カム部１３２ａよりも主軸部１３１に対する偏心量が大きい第２偏心カム部１３２ｂとからなっている。

そして、図２〜図４に示すように、第１偏心カム部１３２ａはウェブプレート１３３ａを介して主軸部１３１に連結固定されている。詳述すると、第１偏心カム部１３２ａは主軸部１３１に対して固定され、主軸部１３１の回転に伴い常に揺動するよう構成されている。一方、第２偏心カム部１３２ｂはウェブプレート１３３ｂを介して主軸部１３１に対して揺動可能に支持されている。つまり、第２偏心カム部１３２ｂ及びウェブプレート１３３ｂは、主軸部１３１に対して固定されておらず、連結機構３１を介して第２偏心カム部１３２ｂが第１偏心カム部１３２ａに対して連結固定可能な構成となっている。詳述すると、第２偏心カム部１３２ｂ及びウェブプレート１３３ｂは、主軸部１３１の回転に伴い必ず揺動するものではなく、連結機構３１により第２偏心カム部１３２ｂが第１偏心カム部１３２ａに連結された状態のときに、主軸部１３１の回転が第２偏心カム部１３２ｂ及びウェブプレート１３３ｂに伝達される構成となっている。

連結機構３１は、図３及び図４に示すように、ピン部材３２により、第１偏心カム部１３２ａと第２偏心カム部１３２ｂとの連結及び連結の解除が可能なものであって、段付き円柱形状のピン部材３２と、ピン部材３２を第２偏心カム部１３２ｂ側に常時付勢するバネ部材３３と、第１偏心カム部１３２ａの一端面３４に当接する第２偏心カム部１３２ｂの一端面３５に形成された円弧状の溝部３６と、この溝部３６の一端側に形成された係合穴部３７と、を有している。

係合穴部３７は、ピン部材３２の先端を収容可能な大きさに形成されていると共に、作動油が供給可能となっている。ピン部材３２の先端が係合穴部３７に収容され、第２偏心カム部１３２ｂが第１偏心カム部１３２ａに連結された状態において、係合穴部３７に油路３８から作動油が供給されると、油圧によりピン部材３２がバネ部材３３の付勢力に抗って後退し、ピン部材３２が係合穴部３７から抜け出して、第１偏心カム部１３２ａと第２偏心カム部１３２ｂとの連結が解除される。そして、このとき制御軸１３が吸気弁のリフト量及びリフト作動角を拡大させる方向に回転すると、第１偏心カム部１３２ａには主軸部１３１の回転が伝達され、第２偏心カムには主軸部１３１の回転が伝達されないようになっている。詳述すると、第１偏心カム部１３２ａと第２偏心カム部１３２ｂとの連結が解除された際に、制御軸１３の主軸部１３１が吸気弁のバルブリフト特性を大リフト大作動角とする方向に回転すると、第１偏心カム部１３２ａのみが制御軸１３の主軸部１３１の回転に伴って、この主軸部１３１周りを図４における反時計方向に回転する。このときピン部材３２の先端は、溝部３６内を図４のＡ矢示方向に移動することになる。尚、本実施形態においては、高負荷運転時に、第１偏心カム部１３２ａと第２偏心カム部１３２ｂとの連結が解除されるように設定されている。

ここで、制御軸１３は、アクチュエータ３９によって所定回転角度範囲内で回転するように制御される。アクチュエータ３９は、クランク角センサやエアフロメータ、水温センサ等の各種センサからの検出信号から検出された内燃機関の現在の運転状態に基づいて制御軸１３を回転制御するものである。

以上説明してきたように、本実施形態においては、第１偏心カム部１３２ａが第２偏心カム部１３２ｂよりも主軸部１３１に対する偏心量が小さいため、第１偏心カム部１３２ａに第２偏心カム部１３２ｂが連結された低負荷域では、第１偏心カム部１３２ａ及び第２偏心カム部１３２ｂの双方が制御軸１３の主軸部１３１の回転に伴って揺動するため、図５に示すように、第１揺動カム１６ａによって開閉する一対の吸気弁のうちの一方の吸気弁のリフト量は、第２揺動カム１６ｂによって開閉する一対の吸気弁のうちの他方の吸気弁のリフト量よりも小さくなっている。換言すると、第１偏心カム部１３２ａは、第２偏心カム部１３２ｂよりも主軸部１３１に対する偏心量が小さいので、制御軸１３の主軸部１３１の回転に伴う第１偏心カム部１３２ａの主軸部周りの回転角度と、制御軸１３の主軸部１３１の回転に伴う第２偏心カム部１３２ｂの主軸部周りの回転角度とが等しい場合には、第１偏心カム部１３２ａを介して姿勢変化する第１駆動力伝達機構１８ａによって開閉される一方の吸気弁のリフト量は、第２偏心カム部１３２ｂを介して姿勢変化する第２駆動力伝達機構１８ｂによって開閉される他方の吸気弁のリフト量よりも小さくなる。

そのため、吸気弁のバルブリフト特性を小リフト小作動角とする低負荷域では、第１揺動カム部１３２ａに第２揺動カム部１３２ｂが連結されるので、第１揺動カム１６ａによって開閉される一方の吸気弁のリフト量と、第２揺動カム１６ｂによって開閉される他方の吸気弁のリフト量と、を互いに異なるリフト量とすることができ、筒内のガス流動を強化することができる。

一方、第１偏心カム部１３２ａと第２偏心カム部１３２ｂとの連結が解除された高負荷域では、第１偏心カム部１３２ａのみが制御軸１３の主軸部１３１の回転に伴って揺動するため、一対の吸気弁のうちの一方の吸気弁のバルブリフト特性のみを変化させることができ、図６に示すように、同一気筒の一対の吸気弁のバルブリフト特性を一致させることができる。

換言すると、吸気弁のバルブリフト特性を大リフト大作動角とする高負荷域では、第１偏心カム部１３２ａの主軸部周りの回転角度が、第２偏心カム部１３２ｂの主軸部周りの回転角度よりも大きくなり、第２駆動力伝達機構１８ｂによって開閉される他方の吸気弁に対して、第１駆動力伝達機構１８ａによって開閉される一方の吸気弁のバルブリフト特性のみを変化させることが可能となるので、同一気筒の２つの吸気弁のバルブリフト特性を一致させることができ、出力特性を向上させることができる。

尚、第１揺動カム１６ａと第２揺動カム１６ｂのカムプロフィールを換えることによって、低負荷域では、同一気筒の一対の吸気弁のリフト量が互いに異なるリフト量となるように設定し、高負荷域では、同一気筒の一対の吸気弁のリフト量が同一になるように設定した場合には、図７に示すように、低負荷域で相対的に小リフトとなる吸気弁Ｓのバルブリフト特性のいわゆるすそのの部分が、低負荷域で相対的に大リフトとなる吸気弁Ｌのバルブリフト特性のすそのの部分に対して痩せてしまうため、その分出力低下を招くことになる。

上述した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。

（１） 内燃機関の可変動弁装置は、内燃機関の回転に同期して回転する駆動軸と、前記駆動軸の外周に設けられた駆動カムと、前記駆動軸と平行に回転可能に設けられ、主軸部と該主軸部に対して偏心した偏心カム部とを有するクランク状の制御軸と、同一気筒に設けられた一対の吸気弁のうちの一方を開閉する第１揺動カムと、同一気筒に設けられた一対の吸気弁のうちの他方を開閉する第２揺動カムと、前記駆動カムと前記第１揺動カムとの間に介装され、前記駆動軸の回転に伴って前記第１揺動カムを揺動させる第１駆動力伝達機構と、前記駆動カムと前記第２揺動カムとの間に介装され、前記駆動軸の回転に伴って前記第２揺動カムを揺動させる第２駆動力伝達機構と、を有し、前記偏心カム部は、第１偏心カム部と、該第１偏心カム部よりも前記主軸部に対する偏心量が大きい第２偏心カム部とからなり、前記制御軸の前記主軸部の回転に伴って、前記第１偏心カム部を介して前記第１駆動力伝達機構の姿勢を変化させ、前記一方の吸気弁の開閉期間とリフト量とを連続的に可変可能とすると共に、前記制御軸の前記主軸部の回転に伴って、前記第２偏心カム部を介して前記第２駆動力伝達機構の姿勢を変化させ、前記他方の吸気弁の開閉期間とリフト量とを連続的に可変可能とし、前記吸気弁のバルブリフト特性を小リフト小作動角とする領域では、前記制御軸の主軸部の回転を前記第１動力伝達機構及び前記第２動力伝達機構の双方に伝達し、前記吸気弁のバルブリフト特性を大リフト大作動角とする領域では、前記制御軸の主軸部の回転を前記第１動力伝達機構にのみ伝達する。第１偏心カム部は、第２偏心カム部よりも主軸部に対する偏心量が小さいので、制御軸の主軸部の回転に伴う第１偏心カム部の主軸部周りの回転角度と、制御軸の主軸部の回転に伴う第２偏心カム部の主軸部周りの回転角度とが等しい場合には、第１偏心カム部を介して姿勢変化する第１駆動力伝達機構によって開閉される一方の吸気弁のリフト量は、第２偏心カム部を介して姿勢変化する第２駆動力伝達機構によって開閉される他方の吸気弁のリフト量よりも小さくなる。

これによって、吸気弁のバルブリフト特性を小リフト小作動角とする部分負荷域では、第１揺動カムによって開閉される一方の吸気弁のリフト量と、第２揺動カムによって開閉される他方の吸気弁のリフト量と、を互いに異なるリフト量とすることができ、筒内のガス流動を強化することができる。

また、吸気弁のバルブリフト特性を大リフト大作動角とする高負荷域では、第１偏心カム部の主軸部周りの回転角度が、第２偏心カム部の主軸部周りの回転角度よりも大きくなり、第２揺動カムによって開閉される他方の吸気弁に対して、第１揺動カムによって開閉される一方の吸気弁のバルブリフト特性のみを変化させることが可能となるので、同一気筒の２つの吸気弁のバルブリフト特性を近づけることができ、出力特性を向上させることができる。

（２） 前記（１）に記載の内燃機関の動弁装置において、前記第１偏心カム部は、前記主軸部に対して固定され、該主軸部の回転に伴って常に回転し、前記第２偏心カム部は、前記主軸部に対して回転可能に支持され、かつ連結機構を介して前記第１偏心カム部と連結可能となっており、前記連結機構は、低負荷域では第１偏心カム部と第２偏心カム部とを連結し、高負荷域では、第１偏心カム部と第２偏心カム部との連結を解除する。

１０…可変動弁装置
１１…駆動軸
１３…制御軸
１３１…主軸部
１３２ａ…第１偏心カム部
１３２ｂ…第２偏心カム部
１６ａ…第１揺動カム
１６ｂ…第２揺動カム
１８ａ…第１駆動力伝達機構
１８ｂ…第２駆動力伝達機構
３１…連結機構
３２…ピン部材
３３…バネ部材
３６…溝部
３７…係合穴部

Claims (2)

1. 内燃機関の回転に同期して回転する駆動軸と、
   前記駆動軸の外周に設けられた駆動カムと、
   前記駆動軸と平行に回転可能に設けられ、主軸部と該主軸部に対して偏心した偏心カム部とを有するクランク状の制御軸と、
   同一気筒に設けられた一対の吸気弁のうちの一方を開閉する第１揺動カムと、
   同一気筒に設けられた一対の吸気弁のうちの他方を開閉する第２揺動カムと、
   前記駆動カムと前記第１揺動カムとの間に介装され、前記駆動軸の回転に伴って前記第１揺動カムを揺動させる第１駆動力伝達機構と、
   前記駆動カムと前記第２揺動カムとの間に介装され、前記駆動軸の回転に伴って前記第２揺動カムを揺動させる第２駆動力伝達機構と、を有し、
   前記偏心カム部は、第１偏心カム部と、該第１偏心カム部よりも前記主軸部に対する偏心量が大きい第２偏心カム部とからなり、
   前記制御軸の前記主軸部の回転に伴って、前記第１偏心カム部を介して前記第１駆動力伝達機構の姿勢を変化させ、前記一方の吸気弁の開閉期間とリフト量とを連続的に可変可能とすると共に、前記制御軸の前記主軸部の回転に伴って、前記第２偏心カム部を介して前記第２駆動力伝達機構の姿勢を変化させ、前記他方の吸気弁の開閉期間とリフト量とを連続的に可変可能とし、
   前記吸気弁のバルブリフト特性を小リフト小作動角とする領域では、前記制御軸の主軸部の回転を前記第１動力伝達機構及び前記第２動力伝達機構の双方に伝達し、
   前記吸気弁のバルブリフト特性を大リフト大作動角とする領域では、前記制御軸の主軸部の回転を前記第１動力伝達機構にのみ伝達することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記第１偏心カム部は、前記主軸部に対して固定され、該主軸部の回転に伴って常に回転し、
   前記第２偏心カム部は、前記主軸部に対して回転可能に支持され、かつ連結機構を介して前記第１偏心カム部と連結可能となっており、
   前記連結機構は、低負荷域では第１偏心カム部と第２偏心カム部とを連結し、高負荷域では、第１偏心カム部と第２偏心カム部との連結を解除することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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