JPH0545762Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、機関運転条件に応じて吸気弁のリフ
ト特性を可変制御する内燃機関の動弁制御装置に
関する。

〈従来の技術〉 機関運転条件に応じて吸気弁のリフト特性を可
変制御する内燃機関の動弁制御装置としては、例
えば第６図〜第８図に示すようなものが、本出願
人により提案されている（特開昭60−26109号及
び特願昭59−81052号参照）。

これについて説明すると、第６図を参照し、機
関回転に同期して回転する吸気弁駆動カム１１
と、吸気弁１２のステムエンドとに両端を当接さ
せてロツカアーム１３が設けられ、該ロツカアー
ム１３の湾曲形成された背面１３ａを、後述する
油圧ピボツト１９により一端部にて揺動自由に支
持されたレバー１５に支点接触させてある。ま
た、レバー１５はロツカアーム１３の両側壁から
突出するシヤフト１３ｂを保持部材１４を介して
凹溝１５ａ内に保持しており、レバー１５に形成
されたスプリングシート１５ｂと保持部材１４と
の間には、ロツカアーム１３を下方向に付勢する
バネ定数小のスプリング１６が介装されている。

油圧ピボツト１９は、シリンダヘツドに取付け
られたブラケツト１８に形成した取付孔１８ａ内
に摺動自由に嵌挿された外筒１９ａと、該外筒１
９ａ内に嵌挿された内筒１９ｂとを備え、かつ、
両者の間に形成された油圧室１９ｃにチエツクバ
ルブ１９ｄを備えている。そして、外筒１９ａの
半球状の下端部にてレバー１５の吸気弁１２ステ
ムエンド側の一端部上面の凹陥部１５ｃに嵌合
し、レバー１５を揺動自由に支持している。そし
て、ブラケツト１８内部に形成された油圧供給通
路１８ｂから内筒１９ｂ内部及びチエツクバルブ
１９ｄを介して油圧を油圧室１９ｃに供給してバ
ルブクリアランスを一定に保つようになつてい
る。

また、ブラケツト１８に対して後述する如く回
動自在に取付けられたリフト制御カム２０がレバ
ー１５の吸気弁駆動カム１１側の他端部上面に係
合して、レバー１５の揺動位置を規制している。

リフト制御カム２０は、６角形状で、吸気弁１
２のリフト量を段階的に変えるように回転中心軸
からの距離が異なりそれぞれ略平らな５つのカム
面２０ａ〜２０ｅを有すると共に、中心部に後述
する制御軸２３を挿通する孔２０ｇを有してい
る。また、リフト制御カム２０の両端から突出し
て形成した円筒部２０ｈは、第７図及び第８図に
示すようにブラケツト１８に形成された下部円弧
溝１８ｃと、ブラケツト１８上にボルト２１で締
結された一対のキヤツプ２２に形成された上部円
弧溝２２ａとの間に回動自由に保持してある。

そして、気筒数個設けたリフト制御カム２０の
中心部を貫通して形成された孔２０ｇに一本の制
御軸２３をスキマバメ状態で挿通し、該制御軸２
３の各リフト制御カム２０両側部分にそれぞれ嵌
挿した弾性部材としての捩りコイルスプリング２
４の一端を制御軸２３外周面にねじ込んだ止めビ
ス２３ａに係止すると共に、該コイルスプリング
２４の他端をリフト制御カム２０の円筒部２０ｈ
側壁に形成した孔２０ｉに嵌挿して係止してあ
る。

制御軸２３の一端は、継手２５を介してアクチ
ユエータとしてのステツピングモータ２６の駆動
軸２６ａに連結してある。ステツピングモータ２
６は、制御回路２７により、機関回転数、絞り弁
開度等の機関運転条件に基づいて駆動され、制御
軸２３を所定の回動位置に回動するようになつて
いる。

２８はバルブスプリングである。

作用を説明すると、リフト制御カム２０が最も
リフト量の大きいカム面２０ｅでレバー１５に当
接している状態では、レバー１５が吸気弁駆動カ
ム１１側に最も押し下げられた状態となる。この
ため、ロツカアーム１３の背面１３ａに支点接触
されるレバー１５の下面も下がり、支点接触点Ａ
が吸気弁駆動カム１１側に移動しつつ吸気弁１２
に伝達され、第９図の曲線Ｘに示すようにリフト
量が大きく、かつ開弁時期が早く閉弁時期が遅い
特性となる。

一方、リフト制御カム２０を回動し、例えばリ
フト量が最も小さいカム面２０ａでレバー１５に
当接するようにすると、レバー１５の吸気弁駆動
カム１１側の端部は凹陥部１５ｃを支点とした揺
動によつて上昇し、レバー１５の下面も上方に後
退する。

レバー１５の下面はロツカアーム１３が吸気弁
駆動カム１１のリフトを吸気弁１２に伝えるため
の支点となるが、吸気弁駆動カム１１がベースサ
ークルでロツカアーム１３に当接している状態の
支点の初期位置が、前記リフト量大のカム面２０
ｅでレバー１５が当接している時に比べて第６図
で右側、即ちリフト後に支点が移動する方向から
遠ざかる側に移動する。この結果、第９図の曲線
Ｙに示すように、リフト量が小さく、かつ開弁時
期が遅れ閉弁時期が早まる特性となる。

このようにして、リフト制御カム２０を回動し
てカム面２０ａ〜２０ｅのいずれかをレバー１５
に当接させることにより、吸気弁１２のリフト特
性を段階的に変化させることができる。

ここで、前記リフト制御カム２０の回動は、ス
テツピングモータ２６の駆動により制御軸２３及
び捩りコイルスプリング２４を介して行われる。
即ち、前記制御回路２７は、機関運転状態に応じ
た信号に基づいて設定した駆動パルスをステツピ
ングモータ２６に出力する。この駆動パルスは、
ステツピングモータ２６の駆動軸２６ａを予め設
定した角度だけ回動させ、継手２５を介して制御
軸２３も回動する。

今、制御軸２３が回動するタイミングで、吸気
弁１２がリフト中にある気筒においては、ロツカ
アーム１３とレバー１５との接触支点が吸気弁駆
動カム１１側に移動していて、バルブスプリング
２８の大きな反力がロツカアーム１３、レバー１
５を介してリフト制御カム２０に作用する。この
ため、リフト制御カム２０は固定されたままその
両側の捩りコイルスプリング２４を捩りつつ、制
御軸２３のみが回動する。次いで、吸気弁駆動カ
ム１１が回転して吸気弁１２が閉じた後は、ロツ
カアーム１３とレバー１５との接触支点が、略吸
気弁１２の上方近くに位置すると共に、バルブス
プリング２８の反力が消失するため、リフト制御
カム２０に作用する力は、ロツカアーム１３とレ
バー１５との間に取付けられたスプリング１６の
弱い力のみとなる。したがつて、吸気弁１２のリ
フト中に捩りコイルスプリング２４に貯えられた
トルクが前記スプリング１６の弱い力に打ち勝つ
て、リフト制御カム２０を回動させることができ
る。従つて、ステツピングモータ２６に要求され
る出力は捩りコイルスプリング２４を隣接するカ
ム面の回動角分だけ捩るに要する小さなもので足
りる。

〈考案が解決しようとする問題点〉 ところで、通常の機関にあつては、始動時には
チヨーク弁等により混合比を濃くして燃料の気化
量を増大して始動性改善を図つているが、低温時
は気化性が悪化するため、良好な始動性を望めな
かつた。

また、前記先願例の構造において、始動時には
リフト量が最小のカム面を使用して弁駆動による
フリクシヨンを軽減してクランキング速度を増大
させもつて始動性改善を図るようにすることも既
に提案されている（特願昭59−142182号参照）。

しかし、この場合リフト量の小さいカム面を使
用すると、第９図に示したように、吸気弁開時期
は遅れるが閉時期は早められ、下死点より相当早
めに吸気弁が閉じられてしまうため実質的な圧縮
比が大きく減少し上死点圧力が減少するのに伴つ
て上死点温度も低下し、気化性を悪化させてしま
うため、この面では始動性改善効果を損ねること
となつていた。

本考案は上記の実状に鑑みなされたもので、運
転条件に応じた吸気弁のリフト特性の改善により
始動時は圧縮温度を高めて気化性を向上させ、始
動後は吸気充填効率を確保して良好な運転性を得
られるようにすることを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 このため、本考案は、吸気弁のリフト量及び開
閉時期を夫々可変に制御する手段を備える一方、
機関のクランキングを検出するクランキング検出
手段と、クランキング時は吸気弁のリフト量を小
とすると共に、開時期を下死点近傍まで遅らせ、
クランキング完了後は吸気弁のリフト量を大とす
ると共に開時期を早めるように制御する弁作動切
換制御手段とを設けた構成とする。

〈作用〉 かかる構成とすればクランキング時は、吸気弁
のリフト量が小さくされているため吸気弁通過時
の絞り摩擦によりシリンダ内に吸入される空気の
初期温度が上昇し、また、開時期、閉時期ともに
下死点近傍で吸気を行うため、実圧縮比も減少す
ることがないため上死点温度も上昇し、もつてシ
リンダ内での燃料の気化性が向上して始動性が向
上する。また、リフト量を小さくしたことにより
フリクシヨンが軽減してクランキング速度が上昇
することとも相俟つて始動性はより向上する。

〈実施例〉 以下、本考案の実施例を図に基づいて説明す
る。

尚、第６図〜第８図に示した吸気弁のリフト量
を可変に制御する手段の構成については同一であ
り、以下第６図〜第８図と同一の構成要素には同
一符号を付して説明する。

全体構成を示す第１図において、機関のクラン
キング検出手段として機関３０の回転数を検出す
る回転数センサ３１を設けると共に、吸気通路３
２に介装された絞り弁３３の開度を検出する絞り
弁開度センサ３４、機関の冷却水温度を検出する
水温センサ３５を設け、これらセンサからの検出
信号を制御回路３６に入力させる。

これら、センサ類及び制御回路３６が弁作動切
換手段を構成する。

一方、吸気弁１２の開閉時期を可変に制御する
手段が吸気弁駆動カム１１の回転位相を制御する
手段により構成されている。

即ち、第２図に示すように吸気弁駆動カム１１
を形成したカム軸３７の一端にはタイミングプー
リ３８が連結されており、このタイミングプーリ
３８は歯付きのタイミングベルト３９を介して図
示しない機関クランク軸に連動する。また、タイ
ミングプーリ３８とカム軸３７との連結部（固着
部）には前記駆動カム１１の回転位相を制御する
位相制御装置４０が組込まれている。

位相制御装置４０は、タイミングプーリ３８内
に形成された環状のシリンダ３８Ａ内を摺動自由
に往復動してこのシリンダ３８Ａ内に油圧室４１
を画成する円環状のピストン４２と、このピスト
ン４２に当接しピストン４２の往復動によりコイ
ルスプリング４３の付勢力に抗してカム軸３７に
沿つてスライドするスライダ４４と、このスライ
ダ４４の移動をコイルスプリング４３を介して規
制するストツパ部材４５と、を有している。スラ
イダ４４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４４Ａが形成さ
れ、またその一端部には前記ピストン４２が当接
するフランジ部４４Ｂが、その他端部にはシリン
ダ３８Ａの内壁に形成された一条の溝３８Ｂに摺
動自在に支持される突条部４４Ｃが、それぞれ形
成されている。また、前記カム軸３７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３７Ａが形成されており、このオススプライン
３７Ａは前記スライダ４４のメススプライン４４
Ａと噛合するようになつている。

第２図中４６はカム軸３７内およびタイミング
プーリ３８内に形成された油圧通路であり、この
油圧通路４６の一端は前記油圧室４１に、その他
端は外部の油圧供給通路４７に、それぞれ連通し
ている。この油圧供給通路４７の他端は途中で２
つに分岐し、一方の通路４７Ａはオイルポンプ４
８に、他方の通路４７Ｂは、油圧制御弁４９に、
それぞれ連通している。油圧制御弁４９は機関回
転数、絞り弁開度、冷却水温度等の機関運転条件
に応じて制御回転３６によりオイルポンプ４８か
ら油圧室４１へ供給する油圧を制御する。なお、
５０は前記ストツパ部材４５をカム軸３７の端面
に固定する押えボルトである。

次に作用を説明する。

回転数センサ３１によりアイドリング時の回転
数より低いクランキング時の回転を検出し、か
つ、水温センサ３５により冷却水温度が所定値以
下の状態を検出したときいわゆる低温始動時に
は、制御回路３６からの指令により、ステツピン
グモータ２６は、弁リフト量最小のカム面２０ａ
がレバー１５端部と係合する位置まで制御軸２３
を回動させる。一方、油圧制御弁４９を作動して
オイルポンプ３８からの吐出油を油圧室４１に導
くことによりスライダ４４を第２図で下半分に示
すように図中左側に移動させる。この結果、カム
軸３７がメススプライン４４Ａ、オススプライン
３７Ａを介して一方向に回転し、駆動カム１１の
回転位相が遅れ側へ移動して、吸気弁１２の開時
期が下死点近傍に制御される。

この結果吸気弁１２のリフト特性は第４図に実
線で示すようになる。このようにクランキング時
の吸気弁１２のリフト特性を設定すると、吸気行
程において、ピストンが下死点近傍に達し、シリ
ンダ内の負圧が十分大きくなつた時点で吸気弁１
２が開いて吸気が開始される。このとき、吸気は
リフト量を小さく制御された吸気弁１２の狭い開
口を急速に通過するため、大きな絞り摩擦を生
じ、これにより発生する摩擦熱を吸熱した吸気が
シリンダ内に吸入される。

即ち、ピストンの下降による仕事の一部が吸気
の摩擦熱に変換され、この熱が吸気に吸収される
こととなる。

このように吸気開始時期を遅らせ、かつ絞り摩
擦を大きくしたことにより、第５図に示すように
下死点前にシリンダ内の負圧は最大となり、この
負圧は通常の弁リフト特性（鎖線で図示）のもの
に比較して大きくなるが、吸気弁１２の閉時期
は、通常のリフト特性のものと略同一の下死点後
の所定時期に設定してあり、またクランキング速
度が低いこともあつて閉時期までには大気圧を若
干上回る程度に十分回復している。

即ち、膨張による圧力低下によつて吸気温度は
一旦低下するがその後の圧力上昇による温度上昇
により相殺される。

したがつて、吸気弁１２が閉じて圧縮が開始さ
れる時点の吸気の初期温度は摩擦熱を吸収した分
だけ上昇しており、かつ、圧縮比も通常リフト特
性と略同一であるため、上死点温度も大きく上昇
する。

このようにシリンダ内の吸気温度が上昇する結
果、燃料の気化性が向上して着火され易くなるの
で低温時の始動性を大幅に高めることができるの
である。

また、リフト量を小としたことにより吸気弁の
駆動のフリクシヨンが軽減され、これによりクラ
ンキング速度を上昇させて、シリンダ内の温度上
昇が早められるので、この面でも始動性が向上す
る。

一方、始動後は、機関の回転数や絞り弁開度、
水温等の負荷条件に基づいて運転条件に適合した
リフト量のカム面を選択して、ステツピングモー
タ２６を駆動して切換制御する。また、油圧制御
弁４９によりオイルポンプ４８からの吐出油の一
部又は全部を低圧源（タンク）側にリリーフして
油圧室４１内の油圧を制御し、クランキング時よ
りも制御油圧を減少させてスライダ４４を第２図
で上半分に示すように右方向に移動させる。これ
により、駆動カム１１の回転位相が進められ、例
えばリフト量最大のカム面の選択時は第４図に鎖
線で示すように吸気弁１２の開時期が上死点前付
近にまで早められる。

この結果、運転条件に見合つた吸気特性が得ら
れ出力、排気エミツシヨン特性を適正に制御する
ことができる。

尚、本実施例では、弁リフト量を多段階に切換
える構成としたが始動時とそれ以外の２段階に切
り換えるものであつてもよく、無段階に連続的に
可変できるようにしてもよい。

特に２段階の場合は、駆動カムをクランキング
用とそれ以外との２種類形成し、夫々のカムプロ
フイルをリフト量と開閉時期が異なるようにして
選択的に切換るような構成としてもよい。

〈考案の効果〉 以上説明したように本考案によればクランキン
グ時は吸気弁のリフト量を小とし、かつ開時期を
下死点近傍に制御する構成としたため、吸気弁通
過時の絞り摩擦による熱を吸熱してシリンダ内の
吸気温度を高めることにより燃料の気化性を向上
したため、低温始動性を大幅に向上させることが
できる。一方、クランキング完了後は、吸気弁の
リフト量を増大させ、開時期を早めることによ
り、良好な出力、燃費、排気エミツシヨン性能を
確保できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す動弁制御装置
の全体構成図、第２図は同上実施例のカムの回転
位相制御装置部分の断面図、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
は同上実施例の吸排気弁リフト特性を示す線図、
第５図は同じくシリンダ内圧力特性を示す線図、
第６図は従来例を示す動弁制御装置の縦断面図、
第７図は同上の平面図、第８図はリフト制御カム
の部分の斜視図、第９図は同上の吸気弁リフト特
性を示す線図である。 １１……吸気弁駆動カム、１２……吸気弁、１
３……ロツカアーム、１５……レバー、２０……
リフト制御カム、２０ａ〜２０ｅ……カム面、２
３……制御軸、２４……捩りコイルスプリング、
２６……ステツピングモータ、３０……機関、３
１……回転数センサ、３６……制御回路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 吸気弁のリフト量及び開閉時期を夫々可変に制
   御する手段を備える一方、機関のクランキングを
   検出するクランキング検出手段と、クランキング
   時は吸気弁のリフト量を小とすると共に、開時期
   を下死点近傍まで遅らせ、クランキング完了後は
   吸気弁のリフト量を大とすると共に開時期を早め
   るように制御する弁作動切換制御手段とを設けた
   ことを特徴とする内燃機関の動弁制御装置。