JPH0525003B2

JPH0525003B2 -

Info

Publication number: JPH0525003B2
Application number: JP59269429A
Authority: JP
Inventors: Seinosuke Hara; Hiromichi Bito; Kazuyuki Miidokoro; Yasuo Matsumoto
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1984-12-20
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1993-04-09
Also published as: JPS61145310A

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
（開閉時期及びリフト量）を可変制御する装置と
して、例えば第１０図および第１１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・排気弁駆動カム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
に支持されたロツカアーム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
らロツカアーム３の両端が揺動することによつて
吸・排気弁駆動カム１のリフトを吸・排気弁２に
伝達するようになつている。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を油圧アクチユエータ等によ
り機関運転条件に応じて適切な位相に回転駆動す
ることによつて制御し、もつてロツカアーム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
とロツカアーム３とが近接しており、従つて、第
１１図の曲線Ｍで示すように吸・排気弁２の開弁
時期が早まると共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
であつてもレバー４の自由端部とロツカアーム３
とが離間しており、従つて、第１１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共
にリフト量が小となるのである。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、このような従来の吸・排気弁リ
フト制御装置にあつては、吸・排気弁のリフト量
および開閉弁時期が運転状態に応じて最適に制御
されるものではなかつたため、実用上多用される
機関中負荷運転時にポンプ損失を低減させつつ、
窒素酸化物（NO_X）の生成を抑制することがで
きないという問題点があつた。

（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つて、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おいて、機関中負
荷運転時に、吸気弁の開弁期間を機関高負荷運転
時よりも減少させるとともに、排気弁の閉弁時期
を排気行程の終期以前に設定する制御手段を設け
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つては、
機関中負荷運転時に、吸気弁の開弁期間を機関の
高負荷運転時よりも減少させるとともに、排気弁
の閉弁時期を排気行程の終期以前に設定する制御
手段が設けられる。したがつて、機関中負荷運転
時に、吸気弁の開弁期間が高負荷運転時よりも減
少されると、有効な吸入行程が短縮されてポンプ
損失が低減され、機関の熱効率が向上する。

また、排気弁の閉弁時期が排気行程の終期以前
に設定されると、排気行程の終期に排気ガスの一
部が燃焼室内に閉じ込められて、次サイクルの燃
焼が促進されるとともに、窒素酸化物（NO_X）
の生成が抑制される。

（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６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（または、排気
弁）を示し、１２はカム軸１３に固着されて所定
のカム面１２Ａを有する吸気弁駆動カムである。
１４はロツカアームであり、このロツカアーム１
４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中上方に凸に所定曲率
で湾曲している。１５はロツカアーム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
はリフト制御カム１６に係合している。リフト制
御カム１６は所定のカム面１６Ａを有し、後述す
るアクチユエータによつてカム制御軸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
ヘツドを、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、このタイミングプーリ２
０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１３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２０Ａ内を摺動自由
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２５の付勢力に抗してカム軸１３に
沿つ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
制するストツパ部材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２０Ａ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状部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が形成されており、このオススプライン
１３Ａは前記スライダ２６のスプライン２６Ａと
噛合するようになつている。

第２図中２８はカム軸１３内およびタイミング
プーリ２０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２３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の他端は途中で２
つに分岐し、一方の通路２９Ａはオイルポンプ３
０に、他方の通路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制御回路３２によりオイ
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は前記ストツパ部材２７をカ
ム軸１３の端面に固定する押えボルトである。

次に、第４図に基づいて前記カム制御軸１７の
回動を制御するアクチユエータを説明する。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のカム制御軸である。このカム制御軸
１７は以下の歯車機構及び一対のステツピングク
ラツチ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プー
リ２０を固着したカム軸１３の後端に第１歯車４
１を固着し、この第１歯車４１に噛合する一対の
第２歯車４３Ａ，４３Ｂをその側方に軸支してい
る。第２歯車４３Ａ，４３Ｂの各回転軸４２Ａ，
４２Ｂには第３歯車４４Ａ，４４Ｂ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
の回転力はステツピングクラツチ４５Ａ，４５Ｂ
によつて回転軸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
７Ａは上記カム制御軸１７と同軸に設けられてカ
ツプリング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１７Ａに固
設したプーリ５３との間にはベルト５４が掛け渡
されている。

従つて、カム軸１３の回転は第１、第２歯車４
１，４３Ａ，４３Ｂ、及び第３、第４歯車４４
Ａ，４４Ｂ，４６Ａ，４６Ｂにより減速された
後、ステツピングクラツチ４５Ａ，４５Ｂを介し
て断続的に回転軸４９Ａ，４９Ｂに伝達され、さ
らに、第５、第６歯車５０，５２及びプーリ５
１，５３を介して延長軸１７Ａからカム制御軸１
７に伝達される。このとき、各ステツピングクラ
ツチ４５Ａ，４５Ｂは互いに独立して上記制御回
路３２からの制御信号S₁，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、ステツピング
クラツチ４５Ａが接続（駆動）されると（ステツ
ピングクラツチ４５Ｂは切離）、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、ステツピングクラツチ
４５Ｂが接続されると（ステツピングクラツチ４
５Ａ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、各ステツピングクラツチ
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ツチの接続を行うも
のである。なお、制御回路３２には、エンジン回
転数、スロツトル開度、クラツチ、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S₁，S₂を択一的に各
ステツピングクラツチ４５Ａ，４５Ｂに出力する
ものである。

上述した位相制御装置２２、アクチユエータ、
カム制御軸１７、リフト制御カム１６およびレバ
ー１５は制御手段を構成し、機関の中負荷運転時
に吸気弁の開弁期間を機関高負荷運転時よりも減
少させるとともに、排気弁の閉弁時期を排気行程
の終期以前に設定するよに制御するものである。

次に作用を説明する。

機関の低速低負荷時において、リフト制御カム
１６が回動し、リフト量が小さいカム面１６Ａで
レバー１５に当接するようにすると、レバー１５
の自由端部の下面１５Ａがロツカアーム１４の背
面１４Ｂから離間するため、吸気弁１１のリフト
量は、第５図の曲線Ｘで示すように、小さくな
る。なお、ここでリフト制御カム１６はカム制御
軸１７を介して後述するアクチユエータ機構によ
り回動駆動される。

このとき、レバー１５の上下動（リフト制御カ
ム１６の回動）と同時に位相制御装置２２が作動
する。すなわち、油圧室２３にオイルポンプ３０
を介して導入される油圧は機関の運転条件（例え
ば負荷）に応じて油圧制御弁３１により制御さ
れ、この油圧によりピストン２４を介してスライ
ダ２６がコイルスプリング２５の付勢力に抗して
第２図中右方向または左方向に移動する。このた
め、スライダ２６のメススプライン２６Ａに嵌合
しているカム軸１３のオススプライン１３Ａを介
してカム軸１３が回動するので、カム軸１３の駆
動カム１２の回転位相が進み側または遅れ側に制
御される。

低速低負荷時は、スライダ２６は第２図中右側
へ移動するので（第２図中上半分に図示）、カム
軸１３はメスオススプライン１３Ａ，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。したがつて、吸気弁１１の
開弁、閉弁時期が、第５図中曲線Ｙで示す従来例
のそれに比較して進み側へずれる。ここで、駆動
カム１２が同一カム軸１３上に設けられている通
常のSOHC機関では、同図中曲線Ｅで示すよう
に、排気弁１１の開弁、閉弁時期も進み側にずれ
るので、吸・排気弁のオーバーラツプ量が小さく
なり、かつ、吸気弁１１の閉弁時期は吸気行程の
下死点前となる。その結果、燃焼室内の残留ガス
が減少し、燃焼状態の改善を図ることができると
ともに、吸気弁１１の閉弁時期を早めることによ
り、吸気弁１１の開弁期間を第５図中、曲線で
示す機関高負荷運転時よりも減少させて有効の吸
入行程を短縮できるので、ポンプ損失を低減し、
機関の熱効率を向上させることができる。なお、
ここで機関の有効な吸入行程とは吸気弁１１が開
弁している吸入行程であり、この行程を短縮する
と、機関気筒内に充填されている混合気量が制限
されるため、絞り弁がその分だけ開状態となり、
吸入負圧を減少できるので、気筒内で発生するポ
ンプ損失を低減でき、また、機関の中負荷運転時
にあつても、駆動カム１２の位相をさらに進み側
に制限することにより、第６図中、曲線Ｘで示す
ように機関高負荷運転時（第６図中、曲線Ｊ参
照）よりも開弁期間を減少させて有効な吸入行程
を短縮することができ、上述したものと同様な効
果を得ることができる。

ところで、上述したような実用上最も多用され
る機関の中負荷運転域においては、有害成分であ
る窒素酸化物（NO_X）の排出が問題となり、通
常この運転域においては吸気中への排気ガス還流
（EGR）を行うので、そのためにEGR量を制御す
る還流手段（例えばEGRコントロールバルブ等）
が必要となつていた。

しかしながら、この発明では、機関の中負荷運
転時には駆動カム１２の位相をさらに進み側に制
御することにより、第６図中曲線Ｆで示すよう
に、排気弁の閉弁時期が上死点前になるので、排
気行程の終期に排気ガスの一部を燃焼室内に封じ
込めることができる（矢印Ｋ参照）。このように
封じ込まれた排気ガスは高温であるため（外部通
路に導入されるEGRガスはその通路により冷却
される）、次のサイクルの燃焼を促進する効果と
窒素酸化物（NO_X）の生成を抑制する効果を有
する。

なお、機関の高負荷運転時においては、第５図
および第６図において排気弁について破線Ｇ，Ｈ
で示すようにリフト量が大きいリフト特性とな
り、吸気弁１１についても破線Ｉ，Ｊで示すよう
に、リフト量が大きいリフト特性となる。したが
つて、高負荷運転時においては、高充填効率を得
ることができ、機関出力を高めることができる。

ここで、前記リフト制御カム１６の回動は、ア
クチユエータの作動により、カム制御軸１７を介
して行われる。以下、第４図のアクチユエータの
作動を説明する。

エンジンのクランク軸と同期して回転するカム
軸１３は、第４図中左側からみて時計回り方向に
回転しており、このとき各回転軸４２Ａ，４２Ｂ
は第１歯車４１および第２歯車４３Ａ，４３Ｂを
介して反時計回り方向に回転する（矢印Ａ）。ま
た、第４歯車４６Ａ，４６Ｂはこれらの歯車列に
より所定の減速比で減速されて、各回転軸４２
Ａ，４２Ｂに固設された第３歯車４４Ａ，４４Ｂ
を介して時計回り方向に回転することになる。

ここで、一方のステツピングクラツチ４５Ａに
制御回路３２からパルス信号を入力すると、ステ
ツピングクラツチ４５Ａはパルス信号に応じて所
定励磁時間だけ励磁されて一方の第４歯車４６Ａ
と一方のシヤフト４９Ａとを連結しこれを矢印Ｂ
方向に所定角度だけ回転させる。したがつて、カ
ム制御軸１７は第５歯車５０、第６歯車５２およ
び延長軸１７Ａを介して所定角度だけ矢印Ｃ方向
に回転することになる。したがつて、リフト制御
カム１６がカム制御軸１７を介して回転し、例え
ばリフト量が小さいカム面１６Ａでレバー１５に
当接する。

次に、他方のステツピングクラツチ４５Ｂを励
磁すると、他方の回転軸４９Ｂの時計回り方向の
（矢印Ｂ方向）回転はタイミングプーリ５１，５
３を介して延長軸１７Ａからカム制御軸１７に伝
達され、カム制御軸１７は時計回り（矢印Ｄ）方
向に所定量回転する。したがつて、リフト制御カ
ム１６も同方向に回転し、例えばリフト量が大き
なカム面１６Ａでレバー１５に当接するようにな
る。なお、各ステツピングクラツチ４５Ａ，４５
Ｂをともに非励磁としたときは、各回転軸４２
Ａ，４２Ｂはカム軸１３に同期して空転し、リフ
ト制御軸１７の回動は行われない。

また、リフト制御カム１６のカム面１６Ａを機
関の運転条件に応じて選択するためには、ステツ
ピングクラツチ４５Ａ，４５Ｂのステツプ数とス
テツプ角をそれぞれ適宜設定すれば良い。また、
カム軸１３の回転数が高い場合には、ステツピン
グクラツチ４５Ａ，４５Ｂの励磁時間を短くする
ことにより、所定のステツプ角でステツピングク
ラツチ４５Ａ，４５Ｂを作動させることができ、
また歯車列による減速比を大きくとることによ
り、リフト制御カム１６の回動誤差を小さくする
ことができる。さらに、この実施例では、歯車と
して平歯車を用いたが、ウオーム歯車、あるい
は、はずみ歯車を用いても良いことは勿論であ
る。

また、ステツピングクラツチはリフト制御カム
として多面カムを用いた場合にはさらに有効とな
る。

次に、第７図〜第９図は多面カムを用いたこの
発明の他の実施例を示したものである。

第７図において、６１はカム軸６２に固着され
た駆動カムを、６３を吸気弁または排気弁を、そ
れぞれ示す。６４はロツカアームであり、このロ
ツカアーム６４の一端は駆動カム６１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。ロツカアーム６４の背面６４Ａにはフオー
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にはゼロラツシユ
アジヤスタ６７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８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９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
ツト７０と、ブラケツト７０に、ボルト７１で締
結されたキヤツプ７２との間に回動自由に保持さ
れている。また、第８図において、カム制御軸６
８の一端はアクチユエータ７２に連結され、アク
チユエータ７２は制御回路７３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６１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。

したがつて、この実施例においては、バルブリ
フトの制御トルクを大巾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）以上説明してきたように、この発明によれば、
機関中負荷運転時に、吸気弁の開弁期間を機関高
負荷運転時よりも減少させる制御手段を設けてい
るため、機関中負荷運転時に有効な吸入行程を短
縮されせポンプ損失を低減させることができ、機
関の熱効率を向上させることができる。

また、上記制御手段によつて排気弁の閉弁時期
を排気行程の終期以前に設定しているため、排気
行程の終期に排気ガスの一部を燃焼室内に閉じ込
めて、次サイクルの燃焼を促進することができる
とともに、窒素酸化物の生成を抑制することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂ〜第６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図のスライダ及びカム軸端
部を示す分解斜視図、第４図はリフト制御カムを
駆動するアクチユエータ機構の全体構成を示す平
面図、第５図および第６図はバルブリフト特性を
示す各グラフ、第７図〜第９図はこの発明の他の
実施例を示す図であり、第７図はその縦断面図、
第８図はその要部平面図、第９図はリフト制御カ
ムの取付方法を示す分解斜視図、第１０図および
第１１図は従来の吸・排気弁リフト制御装置示す
図であり、第１０図はその縦断面図、第１１図は
そのバルブリフト特性を示すグラフである。１１……吸・排気弁、１５……レバー（制御手
段）、１６……リフト制御カム（制御手段）、１７
……カム制御軸（制御手段）、２２……位相制御
装置（制御手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

１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
御装置において、機関中負荷運転時に、吸気弁の
開弁期間を機関高負荷運転時よりも減少させると
ともに、排気弁の閉弁時期を排気行程の終期以前
に設定する制御手段を設け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。