JPH063128B2 - 内燃機関の動弁制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は内燃機関の動弁制御装置に関する。

〈従来の技術〉 従来の内燃機関の動弁制御装置として、１つの気筒に２
つの吸気弁を備え、２つの吸気弁のそれぞれのリフト量
及び開期間を機関運転条件に応じて増減制御するように
したものがあり、具体的には低回転低負荷側でリフト量
及び開期間を減少させ、高回転高負荷側でリフト量及び
開期間を増大させていた（特開昭５８−２５５３７
号）。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、このような従来の内燃機関の動弁制御装
置にあっては、吸気弁及び排気弁の開弁位相を一定とし
たまま、吸気弁のリフト量及び開期間のみを制御してい
たので、必ずしも最適な制御とはなっておらず、低中回
転低中負荷時の安定性，高回転時及び高負荷時の高トル
ク出力の達成の点などからみると、なお課題を残してい
た。

本発明は、このような点に鑑み、機関運転条件に応じて
吸気弁及び排気弁の開弁位相を最適に制御するようにす
ることを目的としている。

〈問題点を解決するための手段〉 このため、本発明は、１つの気筒に少なくとも２つの吸
気弁と１つの排気弁とを備えると共に、２つの吸気弁の
それぞれのリフト量及び開期間を機関運転条件に応じて
増減制御するリフト量制御装置を備える内燃機関におい
て、吸気弁及び排気弁の駆動用カム軸とその駆動系との
間の位相を制御して、低中回転低中負荷時に吸気弁及び
排気弁の開弁位相を遅らせ、高回転時及び高負荷時に吸
気弁及び排気弁の開弁位相を進ませる位相制御装置を設
ける構成としたものである。

〈作用〉 上記の構成においては、低中回転低中負荷時には排気弁
及び吸気弁の開弁位相を遅らせることで、排気弁の閉弁
時期を上死点よりも遅らせて残留ガスを増加させ、ＮＯ
_ｘを減少させることができる。また、吸気弁の開弁時期
を遅らせて吸入開始時の負圧を高めることでスワールを
強化することができる。また、吸気弁の閉弁時期を下死
点よりも遅らせて一旦吸込んだものを吐出させることに
よりポンプ損失の低減を図ることができる。

一方、高回転時及び高負荷時には排気弁及び吸気弁の開
弁位相を進ませて通常状態に戻すことにより、残留ガス
を減少させて燃焼を改善し、高い充填効率を得て高トル
ク出力を得ることができる。

〈実施例〉 以下に本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第３図を参照し、各気筒の燃焼室１には主副２つの吸気
ポート２，３と１つの排気ポート４とが開口している。
そして、主副２つの吸気弁５，６と１つの排気弁７とが
設けられている。尚、これらの吸気弁５，６及び排気弁
７は同一のカム軸に取付けたそれぞれのカムにより駆動
される。

ここで、吸気弁５，６についてはそれぞれ、第４図〜第
６図に示すようなリフト量制御装置10によりリフト量及
び開期間を可変としてある。

吸気弁５のリフト量制御装置10を代表して説明すると、
カム11と吸気弁５のステムエンドとに両端を当接させて
ロッカアーム13が設けられ、該ロッカアーム13の湾曲形
成された背面13ａを、後述する油圧ピボット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はロッカアーム13の両側壁から
突出するシャフト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、ロッカアーム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。

油圧ピボット19は、シリンダヘッドに取付けられたブラ
ケット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19ａ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にチェッ
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５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、ブラケット18内部に形成された油
圧供給通路18ｂから内筒19ｂ内部及びチェックバルブ19
ｄ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っている。

また、ブラケット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、多角形状で、吸気弁５のリフト量
を段階的に変えるように高さが異なりそれぞれ略平らな
複数のカム面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５図及び第６図に示すようにブラケット18に形成
された下部円弧溝18ｃと、ブラケット18上にボルト21で
締結された一対のキャップ22に形成された上部円弧溝22
ａ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23の各リフト制御カム20両側部
分にそれぞれ嵌挿した捩りコイルスプリング24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端面に形成した孔20ｉに嵌挿して係止して
ある。

制御軸23の一端は、継手25を介してステッピングモータ
26の駆動軸26ａに連結してある。こうして、ステッピン
グモータ26により、制御軸23を所定の回動位置に回動す
るようになっている。

29はバルブスプリングである。

したがって、リフト制御カム20が最もリフト量の大きい
カム面20ａでレバー15に当接している状態では、レバー
15がカム11側に最も押し下げられた状態となる。このた
め、ロッカアーム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がカム11側に移動しつ
つ吸気弁５に伝達され、第７図に〔大〕として示すよう
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20ｅでレバー15に当接するようにする
と、レバー15のカム11側の端部は凹陥部15ｃを支点とし
た揺動によって上昇し、レバー15の下面も上方に後退す
る。

レバー15の下面はロッカアーム13がカム11のリフト吸気
弁５に伝えるための支点となるが、カム11がベースサー
クルでロッカアーム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20ａでレバー15が当接
している時に比べて第４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７図に〔極小〕として示すように、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20
ａ〜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５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、ステッピング
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。

今、制御軸23が回動するタイミングで、吸気弁５がリフ
ト中にある気筒においては、ロッカアーム13とレバー15
との接触支点がカム11側に移動していて、バルブスプリ
ング29の大きな反力がロッカアーム13，レバー15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、カ
ム11が回転して吸気弁５が閉じた後は、ロッカアーム13
とレバー15との接触支点が、略吸気弁５の上方近くに位
置すると共に、バルブスプリング29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、ロッカアーム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。したがって、吸気弁５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の弱い力に打ち勝って、リフト制御カム20を回動させ
ることができる。

次に吸気弁５，６及び排気弁７の開弁位相（各駆動用カ
ムの回転位相）を制御する位相制御装置40について説明
する。

即ち、第１図に示すように吸気弁５駆動用のカム11の
他、吸気弁６及び排気弁７駆動用のカム（図示せず）を
形成したカム軸37の一端にタイミングプーリ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。そして、タイミングプーリ38とカム軸37との連結部
（固着部）にカム11の等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に沿って
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を介して規制するカム軸37の端面にボ
ルト50で固定されたストッパ部材45と、を有している。
スライダ44には、第２図に示すように、その中空部内面
に捩れスプライン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２図に示
すように、捩れスプライン37Ａが形成されており、この
捩れスプライン37Ａは前記スライダ44の捩れスプライン
44Ａと噛合するようになっている。

第１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48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。この油圧制御弁49は電磁作動式で、電気信号に応じ
てオイルポンプ48から油圧室41へ供給する油圧を制御す
る。

したがって、油圧制御弁49により油圧室41への油圧の制
御が行われ、この油圧に応じてスライダ44の軸方向の位
置決めがなされる。すると、このスライダ44の位置に対
応して捩れスプライン37Ａ，44Ａが軸方向に摺動するこ
とでカム軸37が所定量回動し、もってカム11等の回転位
相が制御される。

次にリフト量制御装置10及び位相制御装置40の機関運転
条件に応じた制御について説明する。

第１図中60は制御回路であって、機関回転数Ｎを検出す
る回転数センサ61及びスロットル開度αを検出するスロ
ットルセンサ62からの信号が入力され、これらの信号に
基づいてステッピングモータ26，26′及び油圧制御弁49
の作動を制御する。尚、26′は吸気弁６のリフト量制御
用のステッピングモータである。

この制御は第８図のフローチャートに従って行われ、ス
テップ１（図にはＳ１と記してある。以下同様）で回転
数センサ61からの信号に基づいて機関回転数Ｎを検出す
ると共にスロットルセンサ62からの信号に基づいてスロ
ットル開度αを検出する。次にステップ２で検出された
Ｎとαとに基づき第９図に示すようなＮを横軸としαを
縦軸とするマップ上に予め定めた〜のエリアのどこ
にあるかを検索する。そして、ステップ３で各エリアに
対応する制御の態様に基づいてステッピングモータ26，
26′を介して吸気弁５，６のリフト量を制御すると共に
油圧制御弁49を介して吸気弁５，６及び排気弁７の開弁
位相を制御する。

ここで、第９図のマップは、のアイドル・エリアを除
けば、吸気弁５，６のリフト量制御については、破線で
区画されるように〔大−極小〕，〔小−小〕，〔中−
中〕，〔大−大〕の４つのエリアに分け、吸気弁５，６
及び排気弁７の開弁位相制御については、ハッチング付
の線で区画されるように〔遅れ〕と〔進み〕の２つのエ
リアに分け、これらにより〜のエリアに分けてあ
る。

各エリア毎に制御の態様を説明すると、のエリア、す
なわちアイドル時には、第10図に示すように、吸気弁
５，６のリフト量を共に極小に制御すると共に、吸気弁
５，６及び排気弁７の開弁位相を進ませる。

この状態ではリフト量が小さいことから動弁系のフリク
ションが低減される。また、排気弁７が爆発行程の終了
（下死点）よりかなり早く開き、かつ閉弁時期が早くな
って排気行程の終了（上死点）とほぼ同時となるので、
残留ガスが減少して燃焼が低下するが、排気弁７の開弁
時期が早くなって排温が上昇することにより打消され
る。

のエリア、すなわち低回転低負荷時には、第11図に示
すように、吸気弁５のリフト量を大に、吸気弁６のリフ
ト量を極小にそれぞれ制御すると共に、吸気弁５，６及
び排気弁７の開弁位相を遅らせる。

こうして、主に一方の吸気弁５から吸気を導入すること
で燃焼室１内にスワールを形成し、燃焼性を改善する。
また、排気弁７の閉弁時期を遅らせて上死点より遅くす
ることにより残留ガスを増大させ、ＮＯ_Ｘを減少させ
る。また、吸気弁５，６の開弁時期を遅らせて吸入開始
時の負圧を高めることによりスワールをより一層強化す
る。また、吸気弁５，６の閉弁時期を遅らせて下死点よ
りかなり遅くすることにより、一旦吸込んだ吸気を圧縮
行程において吐出させて、ポンプ損失を低減させる。

中回転時及び中負荷時は〜のエリアに分かれるが、
のエリアでは、第12図に示すように、吸気弁５，６の
リフト量を共に小に制御すると共に、吸気弁５，６及び
排気弁７の開弁位相を遅らせる。のエリアでは、第13
図に示すように、吸気弁５，６のリフト量を共に中に制
御すると共に、吸気弁５，６及び排気弁７の開弁位相を
遅らせる。のエリアでは、第14図に示すように、吸気
弁５，６のリフト量を共に大に制御すると共に、吸気弁
５，６及び排気弁７の開弁位相を遅らせる。

高回転時及び高負荷時は〜のエリアに分けられる。

のエリア、すなわち低回転高負荷時には、第15図に示
すように、吸気弁５，６のリフト量を共に小に制御する
と共に、吸気弁５，６及び排気弁７の開弁位相を進ませ
る。のエリア、すなわち中回転高負荷時には、第16図
に示すように、吸気弁５，６のリフト量を共に中に制御
すると共に、吸気弁５，６及び排気弁７の開弁位相を進
ませる。のエリア、すなわち高回転時には、第17図に
示すように、吸気弁５，６のリフト量を共に大に制御す
ると共に、吸気弁５，６及び排気弁７の開弁位相を進ま
せる。

このように高回転時及び高負荷時には、吸気弁５，６の
リフト量を機関回転数に応じ最適なものに制御して、高
い充填効率を得、高トルク出力を得る一方、吸気弁５，
６及び排気弁７の開弁位相を進め側、言換えれば通常状
態に戻し、スワールを小さくするなどするのである。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、機関回転数及び負
荷に応じて吸気弁及び排気弁の開弁位相をも適切に制御
でき、低中回転低中負荷時の安定性、高回転時及び高負
荷時の高トルク出力が大巾に向上するという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す位相制御装置の断面
図、第２図は第１図中のスライダ及びカム軸端部の分解
斜視図、第３図は燃焼室の概略図、第４図はリフト量制
御装置の断面図、第５図は第４図の平面図、第６図はリ
フト制御カムの部分の斜視図、第７図は吸気弁のリフト
特性を示す線図、第８図は制御内容を示すフローチャー
ト、第９図は機関運転条件のエリアと対応する制御の態
様を示す線図、第10図〜第17図は各エリアにおける吸気
弁及び排気弁の動作特性を示す線図である。 ５，６…吸気弁、７…排気弁、10…リフト量制御装置、
11…カム、13…ロッカアーム、15…レバー、20…リフト
制御カム、23…制御軸、24…捩りコイルスプリング、26
…ステッピングモータ、37…カム軸、37Ａ…捩りスプラ
イン、38…タイミングプーリ、40…位相制御装置、41…
油圧室、44…スライダ、44Ａ…捩りスプライン 49…油
圧制御弁、60…制御回路、61…回転数センサ、62…スロ
ットルセンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１つの気筒に少なくとも２つの吸気弁と１
   つの排気弁とを備えると共に、２つの吸気弁のそれぞれ
   のリフト量及び開期間を機関運転条件に応じて増減制御
   するリフト量制御装置を備える内燃機関において、吸気
   弁及び排気弁の駆動用カム軸とその駆動系との間の位相
   を制御して、低中回転低中負荷時に吸気弁及び排気弁の
   開弁位相を遅らせ、高回転時及び高負荷時に吸気弁及び
   排気弁の開弁位相を進ませる位相制御装置を設けたこと
   を特徴とする内燃機関の動弁制御装置。