JP2004308480A - Variable valve system for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気バルブや排気バルブのバルブ特性を可変とする内燃機関の可変動弁機構に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の運転状態に応じて吸排気バルブの開閉特性(以下、バルブ開閉特性という。)を変化させる技術が知られている。このような技術として、特許文献1には、カムシャフトとは異なる軸にて揺動可能に支持され、回転カムによる駆動を可変の伝達状態でバルブを駆動する伝達機構に関する技術が開示されている。この技術は、カムとバルブの間の伝達機構をカムシャフトとは異なる軸にて揺動可能な機構とすることで、リンク機構を短く簡素なものとしている。この結果、伝達機構の高い信頼性が実現されている。
【0003】
特許文献2には、複数の気筒のうちの一部の気筒についてカムとバルブの間の伝達を非係合状態とする技術が開示されている。この技術では、複数の気筒のうちの一部の気筒における吸気弁および排気弁を停止することによって、アイドル運転状態におけるポンピングロスの低減やエンジンの始動運転の円滑化が実現されている。
【0004】
吸排気バルブの開閉特性の変更やアイドル運転状態におけるポンピングロスの低減といった目的のために、特許文献1、2に示される技術を単純に組み合わせることも理論的には可能である。
【0005】
【特許文献1】
特開2001−263015号
【特許文献2】
特開2001−152821号
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、単純に組み合わせたのでは、機構が複雑になるという問題があった。また、カムとバルブの間の伝達を非係合状態とする技術は、非係合状態から係合状態に復帰させる際の信頼性の低下やトルクショックといった固有の問題を有していた。さらに、吸排気バルブの開閉特性の変更やポンピングロスの低減といった目的だけでなく、一般的に内燃機関の制御性能の向上を図るために、カムシャフトから各バルブへの伝達状態を一律とするのではなく多様とする技術が望まれていた。
【0007】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、可変動弁機構を有する内燃機関において、カムシャフトから複数のバルブのうちの一部のバルブへの伝達状態を、他のバルブへの伝達状態と異なるように伝達可能な技術を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の複数の吸気バルブと複数の排気バルブうちの少なくとも一方の特定バルブの開閉特性を可変とすることが可能な内燃機関の可変動弁機構であって、
内燃機関のクランクシャフトにより回転駆動されるカムシャフトと、
前記カムシャフトに設けられた回転カムと、
前記カムシャフトの軸とは異なる軸で揺動可能に支持された入力部と出力部とを有する機械的な伝達機構であって、前記回転カムによる駆動を所定の伝達比で前記特定バルブに伝達することが可能な駆動伝達機構と、
前記特定バルブのすべてについて、前記所定の伝達比を一律に変更可能である第1の伝達調整機構と、
前記特定バルブのうちの一部のみについて、前記所定の伝達比を変更可能である第2の伝達調整機構と、
を備えることを特徴とする。
【0009】
本発明の可変動弁機構では、複数の吸気バルブと排気バルブうちの少なくとも一方の特定バルブのうちの一部のみについて伝達比を変更することができるので、特定バルブのうちの一部のみの開閉特性を他の特定バルブの開閉特性と異なるように制御することができる。この結果、バルブの開閉特性の多様化による自由度の高い内燃機関の制御が実現可能となる。
【0010】
上記可変動弁機構において、前記第1の伝達調整機構は、
角度の異なる2種のスプラインを有し前記駆動伝達機構の軸方向に移動可能なスライダギアと、
前記入力部に設けられ、前記スライダギアの一方の種類のスプラインに噛み合うことにより、前記スライダギアの軸方向への移動に応じて前記入力部を前記スライダギアに対して相対的に揺動させる入力ギア部と、
前記出力部に設けられ、前記スライダギアの他方の種類のスプラインに噛み合うことにより、前記スライダギアの軸方向への移動に応じて前記出力部を前記スライダギアに対して相対揺動させる出力ギア部と、
前記スライダギアの軸方向における変位を調整する軸方向変位調整部と、
を備え、
前記第2の伝達調整機構は、前記入力ギア部と前記出力ギア部の軸方向における変位を調整することが可能であるように構成しても良い。
【0011】
こうすれば、簡易で信頼性が高い機構を実現することができる。なお、スライダギアは、必ずしも各気筒毎に装備する必要はなく、一部の気筒に装備するだけでも良い。
【0012】
上記可変動弁機構において、さらに、
前記内燃機関は、複数の気筒を有し、
前記第2の伝達調整機構は、前記複数の気筒のうちの一部について前記所定の伝達比をゼロとして、前記一部の気筒について吸気バルブと排気バルブの双方の駆動を停止することが可能であるように構成しても良い。
【0013】
こうすれば、アイドルその他の低負荷運転状態において一部の気筒を停止する際のポンピングロスの低減を図ることができる。
【0014】
上記可変動弁機構において、前記複数の気筒の各々は、複数の吸気バルブを有しており、
前記第2の伝達調整機構は、前記複数の吸気バルブのうちの一部について前記所定の伝達比をゼロとして、前記一部の吸気バルブの駆動を停止することが可能であるように構成しても良い。こうすれば、複数の吸気弁のうち一部の吸気弁の作動が停止された気筒において燃焼室内に効果的にスワールを作ることができる。
【0015】
上記可変動弁機構において、前記内燃機関は、前記複数の気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射型であっても良い。燃焼室内に生成されるスワールは、筒内噴射型のエンジンで顕著な効果を奏することができるからである。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、実施例に基づいて以下の順序で説明する。
A.本発明の第1実施例:
B.本発明の第2実施例:
C.変形例:
【0017】
A.本発明の第1実施例:
図1は、本発明の一実施例としての内燃機関としてのガソリンエンジン100の構成を示すブロック図である。ガソリンエンジン100は、吸気管150と、エアクリーナ151と、電動スロットルバルブ111と、インテークマニホールド101と、エキゾーストマニホールド103と、4つの燃焼室102と、4つのインジェクタ141と、内燃機関の制御を行うための油圧系統および制御系統と、を備えている。油圧系統には、リザーバ322と、オイルポンプ319と、油圧回路351と、オイルコントロールバルブ280とが備えられている。
【0018】
制御系統には、電子制御ユニット200(以下ECUと呼ぶ)と、電動スロットルバルブ111の開度を調整する電動スロットルモータ203と、電動スロットルバルブ111の開度を計測する電動スロットル開度センサ201と、バルブのリフト量を一律に調整するバルブリフトアクチュエータ208と、バルブのリフト量を気筒毎に調整するための4つのサブアクチュエータ202と、バルブのリフト量を計測するためのリフトセンサ205と、アクセル開度を検出するアクセルセンサ216と、吸入空気流量を計測するためのエアフローメータ204と、AD変換入力ポート214と、出力ポート215と、吸気温度センサ231と、O2センサ232と、油圧回路351に作動油を供給するオイルコントロールバルブ280と、が備えられている。オイルコントロールバルブ280は、4つのサブアクチュエータ202a、202b、202c、202dに対して独立して作動油を供給することができる。なお、バルブリフトアクチュエータ208は、特許請求の範囲における「第1の伝達調整機構」に相当し、サブアクチュエータ202は、特許請求の範囲における「第2の伝達調整機構」に相当する。
【0019】
制御系統は以下のように接続されている。電動スロットル開度センサ201、リフトセンサ205、吸気温度センサ231、O2センサ232、エアフローメータ204、およびアクセルセンサ216は、アナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換入力ポート214を介して、ECU200に接続されている。電動スロットルモータ203、バルブリフトアクチュエータ208、およびオイルコントロールバルブ280は、デジタル信号を駆動電力に変換する出力ポート215を介して、ECU200に接続されている。
【0020】
ガソリンエンジン100は以下のように作動する。ガソリンエンジン100は、吸気管150から空気を吸入する。吸入された空気は、エアクリーナ151で清浄化され、電動スロットルバルブ111を経て、インテークマニホールド101に送られる。インテークマニホールド101において、清浄化された空気に、4つのインジェクタ141がガソリンを噴霧して混合気が作られる。この混合気は、後述する吸気バルブから各燃焼室102a、102b、102c、102dに吸入される。
【0021】
各燃焼室102a、102b、102c、102d内では、後述する点火プラグが混合気に点火して燃焼させる。燃焼ガスは、後述する排気バルブとエキゾーストマニホールド103とを経由して外部に排出される。
【0022】
ガソリンエンジン100は、ECU200によって制御される。ECU200は、内部にCPU、RAM、ROMを備えるマイクロコンピュータとして構成されている。ECU200は、前述の種々のセンサからの信号が供給されている。ECU200の図示しないメモリには、後述する吸気バルブの作用角や各燃焼室への混合気の流入量を設定するためのマップ(図示せず)が記憶されている。ECU200は、このマップを用いて、電動スロットルモータ203やバルブリフトアクチュエータ208、サブアクチュエータ202といった要素を調整し、これにより燃焼室への混合気の流入量を調整する。
【0023】
図2は、ガソリンエンジン100の縦断面図である。この図は、図1におけるS1−S1断面を示している。エンジン100は、シリンダブロック174と、シリンダブロック174の凹部の内側を往復動するピストン176aと、吸気バルブ112aと、排気バルブ116aと、吸気カムシャフト245と、排気カムシャフト246と、吸気側ロッカーアーム247と、排気側ロッカーアーム248と、点火プラグ110と、駆動伝達機構220とを備えている。
【0024】
駆動伝達機構220は、吸気カムシャフト245の軸とは異なる軸270cを中心として揺動可能に支持されている。駆動伝達機構220の入力カム225は、回転可能なローラ222fを介して吸気カムシャフト245に装着されたカム245aからの機械的駆動力を入力する。駆動伝達機構220の出力カム226は、カム245aから入力した機械的駆動力を、吸気側ロッカーアーム247を介して吸気バルブ112aに出力する。一方、排気バルブ116aは、排気側ロッカーアーム248を介して、排気カムシャフト246に装着されたカム246aによって駆動される。
【0025】
図3は、本発明の実施例における駆動伝達機構220の斜視図である。駆動伝達機構220は、駆動伝達機構220の中央部に設けられた入力カム225に入力された機械的駆動力を、駆動伝達機構220の両端に設けられた2つの出力カム224、226に後述する位相差で伝達することができる。駆動伝達機構220は、さらに、これらのカムを支持するための支持パイプ227と、後述する位相差を調整するためのコントロールシャフト228とを備えている。コントロールシャフト228は、バルブリフトアクチュエータ208によって軸方向に動作させることができる。なお、本実施例では、バルブリフトアクチュエータ208によってバルブの開閉特性が変更可能な吸気バルブが特許請求の範囲における「特定バルブ」に相当する。
【0026】
図4は、駆動伝達機構220の内部構造を示す説明図である。この図は、入力カム225と2つの出力カム224、226を軸位置にて水平に切断して上側半分を取り除いて内部を示したものである。図5は、駆動伝達機構220を分解して各構成部品を示した説明図である。駆動伝達機構220は、スライダギヤ230と、入力カム225と、2つの出力カム224、226と、支持パイプ227と、支持パイプ227に挿入され、軸270cの方向にスライド可能なコントロールシャフト228とを備えている。
【0027】
駆動伝達機構220は、以下のようにして組み立てることができる。
(1)スライダギヤ230(図5(a))に空けられた貫通孔230jに、支持パイプ227を挿入する。
(2)支持パイプ227(図5(c))に軸方向に空けられた貫通孔に、コントロールシャフト228を挿入する。
(3)コントロールシャフト228に、2つの長孔227h、230hとを貫通するようにして係止ピン228aを固定する。これにより、駆動伝達機構220の内部構造(図4)から3つのカム224、225、226を除いた状態が実現される。
(4)入力カム225(図5(b))を、入力カム225のヘリカルスプライン225aがスライダギヤ230のヘリカルスプライン230bと噛み合うように装着する。
(5)2つの出力カム224、226を、各ヘリカルスプライン224a、226aが、2つのヘリカルスプライン230a、230cとそれぞれ噛み合うように装着する。このようにして、図4に示される駆動伝達機構220の内部構造のすべてが実現される。
【0028】
スライダギヤ230は、入力カム225のヘリカルスプライン225aと噛み合うヘリカルスプライン230bと、2つの出力カムのヘリカルスプライン224a、226aとそれぞれ噛み合う2つのヘリカルスプライン230a、230cとを備えている。入力カム225のヘリカルスプライン225aと噛み合うヘリカルスプライン230bは、出力カムのヘリカルスプライン224a、226aとそれぞれ噛み合う2つのヘリカルスプライン230a、230cと逆向きに捻れている。
【0029】
3つのカム224、225、226は、軸270cのB方向の後述する壁に底付きするように図示しないコイルスプリングで付勢されている。この付勢力は、スライダギヤ230と3つのカム224、225、226との間の摺動摩擦力によって不用意に変位しない程度に十分なものとされている。また、コントロールシャフト228は、初期位置として軸270cのB方向に底付きするように図示しないコイルスプリングで付勢されている。
【0030】
このような構成において、スライダギヤ230は、コントロールシャフト228の軸方向の移動に応じて以下のように動作可能である。
(1)バルブリフトアクチュエータ208(図1)がコントロールシャフト228を軸270cのA方向に移動させると、係止ピン228aに押されてスライダギヤ230も軸270cのA方向に移動する。
(2)スライダギヤ230は、一定の範囲で周方向に回転可能である。すなわち、スライダギヤ230は、係止ピン228aが長孔230h内に存在する範囲で支持パイプ227に対して回転可能である。
一方、支持パイプ227は、エンジン100に対して固定されており、入力カム225と出力カム224、226は、後述するように軸270cの方向の移動が制限されている。
【0031】
スライダギヤ230が軸方向に移動すると、入力カム225と出力カム224、226の間の位相差P(図6)が変動する。入力カム225に形成されたヘリカルスプライン225aと、出力カム224、226に形成されたヘリカルスプライン224a、226aの方向が前述のように逆に捻れているからである。たとえば、図4に示されるようにスライダギヤ230がA方向に動かされると、入力カム225はL方向に回転し、2つの出力カム224、226はR方向に回転する。この結果、位相差Pが小さくなることになる。
【0032】
入力カム225と出力カム224、226の間の位相差Pが小さくなると、図2から分かるように、吸気カムシャフト245から入力カム225に入力される機械的駆動力と、出力カム224、226から吸気側ロッカーアーム247に出力される機械的駆動力の比(伝達比)が小さくなる。伝達比が小さくなるのは、位相差Pの変動に応じて吸気側ロッカーアーム247と、出力カム224、226の間のクリアランスが大きくなるからである。このような機械的駆動力の比は、特許請求の範囲における「所定の伝達比」に相当する。
【0033】
図2から分かるように、位相差Pが大きくなると伝達比が大きくなってバルブリフト量も大きくなり、逆に、位相差Pが小さくなると伝達比が小さくなってバルブリフト量も小さくなる。一方、4つの駆動伝達機構220a、220b、220c、220dは、すべて同一の構造を有している。この結果、コントロールシャフト228の軸270cの方向に移動させると位相差Pが変動し、これにより全ての吸気バルブについて一律にバルブリフト量が変動することが分かる。このように、ガソリンエンジン100では、コントロールシャフト228の操作によって全ての気筒の吸気バルブの特性を一律に調整可能であるように構成されている。
【0034】
図7は、本発明の実施例におけるシリンダヘッド108上におけるカムシャフト245とサブアクチュエータ202とを示す説明図である。この図は、図1と同一の方向からガソリンエンジン100を見た図であり、4つの駆動伝達機構220a、220b、220c、220dがシリンダヘッド108上に装備された状態が示されている。駆動伝達機構220aは、2つの立壁部251a、252aによって支持パイプ227の軸270cの方向に拘束されており、また、駆動伝達機構220b、220c、220dは、それぞれ2つの立壁部251b、251b、2つの立壁部251c、251c、2つの立壁部251d、251dによって支持パイプ227の軸270cの方向に拘束されている。
【0035】
4つの駆動伝達機構220a、220b、220c、220dには、それぞれ4つのサブアクチュエータ202a、202b、202c、202dが接続されている。4つのサブアクチュエータ202には、前述のようにそれぞれが独立してオイルコントロールバルブ280から作動油が供給されている。ECU200は、出力ポート215を介してオイルコントロールバルブ280を制御し、4つのサブアクチュエータ202の各々の作動を独立して調整することができる。一方、ECU200は、たとえば電動スロットルバルブ111を通過した空気量に応じて吸入空気の量を各気筒毎に推定することができる。
【0036】
ECU200は、4つのサブアクチュエータ202の各々をたとえば以下のように調整する。
(1)ECU200は、AD変換入力ポート214を介して、エアフローメータ204から電動スロットルバルブ111を通過した吸入空気量を表す情報を受け取る。
(2)ECU200は、電動スロットルバルブ111を通過した空気が各筒内に流入するまでの吸入空気の挙動を模擬した吸気系モデルに基づいて、吸入すべき空気量から各気筒に最適なバルブリフト量を算出する。この算出は、たとえば特開2002−130042に開示された方法を用いて行うことが可能である。
(3)ECU200は、オイルコントロールバルブ280を制御して4つのサブアクチュエータ202a、202b、202c、202dを調整し、各燃焼室毎の最適なバルブリフト量に各吸気弁のバルブリフト量を近づける。
このようにして、ガソリンエンジン100は、各気筒毎に最適なバルブリフト制御を行うことができる。
【0037】
図8は、サブアクチュエータ202によるバルブリフト制御の様子を示す説明図である。この図は、図7におけるS2−S2断面を示している。図8(a)と図8(b)は、それぞれサブアクチュエータ202aに油圧がかけられていない状態と、油圧がかけられている状態とを示している。
【0038】
駆動伝達機構220aは、2つの立壁部251a、252aに対して以下のように取り付けられている。駆動伝達機構220aの一方には、アタッチメント256aが装着されている。アタッチメント256aは、立壁部251aの凹部に接地されたスプリング258aによって図の右側に付勢されている。駆動伝達機構220aの他方には、アタッチメント255aを介してピストン212aが装着されている。ピストン212aには、オイルポンプ319からの油圧をかけることが可能である。このように、ピストン212aと、スプリング258aと、立壁部シリンダ251hと、スプリング258aとが、サブアクチュエータ202aとして機能している。
【0039】
サブアクチュエータ202aは、駆動伝達機構220aのうちの入力カム225と、2つの出力カム224、226とを、スライダギヤ230に対して移動させることによって入力カム225と出力カム224、226の間の位相差P(図6)を変動させることができる。具体的には以下のように動作可能である。
(1)ピストン212aに油圧をかけると、入力カム225と、2つの出力カム224、226が一体となって左側に移動して、図8(b)に示されるような状態となる。
(2)入力カム225その他のカムが移動すると、入力カム225に形成されたヘリカルスプライン224aと、出力カム224、226に形成されたヘリカルスプライン224a、226aの方向が逆になっているため、入力カム225と出力カム224、226の間の位相差P(図6)が変動する。
【0040】
このように、前述のバルブリフトアクチュエータ208がコントロールシャフト228を介してスライダギヤ230側を移動させることによって位相差Pを全気筒について一律に調整可能であるのに対して、各燃焼室毎に装備されたサブアクチュエータ202aは、3つのカム224、225、336を移動させることによって位相差Pを各気筒毎に調整可能であることが分かる。
【0041】
このように、第1実施例のガソリンエンジン100は、各燃焼室毎に独立して調整可能なサブアクチュエータを備えているので、各気筒毎に最適なバルブリフト制御を行うことができる。
【0042】
B.本発明の第2実施例:
図9は、本発明の第2実施例における駆動伝達機構290aを示す説明図である。駆動伝達機構290aは、駆動伝達機構220aが有する出力カム226とスプリング258aとの代わりに出力カム296aとスプリング298aとが備えられている点で駆動伝達機構220aと相違する。ただし、他の部分においては共通する。このように構成された駆動伝達機構290aは、出力カム296aの開閉特性のみを独立して調整するように構成することもできる。
【0043】
このように、各気筒が複数の吸気バルブを有している場合には、複数の吸気バルブのうちの一部の駆動を停止するように構成することも可能である。このような構成は、燃焼室内部に効果的にスワールを生成することができるという利点を有する。このようなスワールの生成は、特に気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射型の内燃機関において特に顕著な効果を奏する。
【0044】
C.変形例:
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【0045】
C−1.上記実施例では、バルブリフトアクチュエータとサブアクチュエータには、油圧アクチュエータが用いられているが、たとえば電動アクチュエータを用いるようにしても良い。
【0046】
C−2.上記実施例では、吸気バルブのみに対して各燃焼室毎に独立して調整可能なサブアクチュエータが備えられているが、排気バルブのみに対してサブアクチュエータを備えるようにしても良いし、吸気バルブと排気バルブの双方に対してサブアクチュエータを備えるようにしても良い。なお、この場合には、吸気バルブと排気バルブの双方が特許請求の範囲における「特定バルブ」に相当する。
【0047】
また、吸気バルブと排気バルブの双方に対してサブアクチュエータを備える場合には、一部の気筒について吸気バルブと排気バルブの双方を停止するような制御モードを有するようにすることが好ましい。こうすれば、アイドルその他の低出力運転状態において一部の気筒を停止する際のポンピングロスの低減を図ることができる。なお、サブアクチュエータは、必ずしも各気筒毎に装備する必要はなく、一部の気筒に装備するだけでも良い。
【0048】
図10は、上記実施例におけるサブアクチュエータをポンピングロスの低減を図るための弁停止アクチュエータとして利用するときの、カムとスライダギヤの相対位置とバルブリフト量の間の関係を示す説明図である。この場合には、図8(a)の状態が相対位置A1に相当し、図8(a)の状態が相対位置0に相当する。図8においてA2の相対位置に相当するのは、係止ピン228aが支持パイプ227が有する長孔227hの左側に底付きした状態となる。ここで、サブアクチュエータが底付きする前に相対位置A0でバルブリフト量が「0」となるようにしているのは、確実に弁を停止できるようにするためである。
【0049】
なお、弁停止の制御モードを有する場合、バルブリフトアクチュエータやサブアクチュエータには、電流値や油圧の保持デューティーといった負荷を検知する機能を持たせることが好ましい。こうすれば、弁の停止によって弁ばねの駆動負荷が減るので、弁の停止をECU200に確実にフィードバックできるからである。
【0050】
C−3.上記実施例では、駆動伝達機構は、スライダギアを用いて構成されているが、たとえば円筒溝カムを用いて構成されていても良い。一般に、本発明で使用される駆動伝達機構は、カムシャフトの軸とは異なる軸で揺動可能に支持された入力部と出力部とを有する機械的な伝達機構であって、回転カムによる駆動を所定の伝達比で複数の吸気バルブと排気バルブに伝達するように構成されたものであれば良い。ただし、スライダギアを用いて構成された駆動伝達機構は、簡易で信頼性が高いという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例としての内燃機関としてのガソリンエンジン100の構成を示すブロック図。
【図2】ガソリンエンジン100の縦断面図。
【図3】本発明の実施例における駆動伝達機構220の斜視図。
【図4】駆動伝達機構220の内部構造を示す説明図。
【図5】駆動伝達機構220を分解して各構成部品を示した説明図。
【図6】入力カム225と出力カム224、226の間の位相差Pを示す説明図。
【図7】本発明の実施例におけるシリンダヘッド108上におけるカムシャフトとサブアクチュエータとを示す説明図。
【図8】サブアクチュエータ202によるバルブリフト制御の様子を示す説明図。
【図9】本発明の第2実施例における駆動伝達機構290aを示す説明図。
【図10】カムとスライダギヤの相対位置とバルブリフト量の間の関係を示す説明図。
【符号の説明】
100…ガソリンエンジン
101…インテークマニホールド
102…燃焼室
103…エキゾーストマニホールド
108…シリンダヘッド
110…点火プラグ
111…電動スロットルバルブ
112a…吸気バルブ
116a…排気バルブ
141…インジェクタ
150…吸気管
151…エアクリーナ
174…シリンダブロック
176a…ピストン
200…ECU
200…電子制御ユニット
201…電動スロットル開度センサ
202…サブアクチュエータ
203…電動スロットルモータ
205…リフトセンサ
208…バルブリフトアクチュエータ
212a…ピストン
214…AD変換入力ポート
215…出力ポート
216…アクセルセンサ
220…駆動伝達機構
222f…ローラ
224…出力カム
224a、225a、226a…ヘリカルスプライン
225、226…入力カム
227…支持パイプ
227h…長孔
228…コントロールシャフト
228a…係止ピン
230…スライダギヤ
230a、230b…ヘリカルスプライン
230h…長孔
230j…貫通孔
231…吸気温度センサ
237a…燃焼室センサ
245…吸気カムシャフト
246…排気カムシャフト
247…吸気側ロッカーアーム
248…排気側ロッカーアーム
251a、251b、251c、251d…立壁部
251h…立壁部シリンダ
255a、256a…アタッチメント
258a…スプリング
270c…軸
280…オイルコントロールバルブ
290a…駆動伝達機構
298a…スプリング
319…オイルポンプ
322…リザーバ
351…油圧回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable valve mechanism for an internal combustion engine that changes valve characteristics of an intake valve and an exhaust valve of the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art There is known a technique for changing the opening / closing characteristics of an intake / exhaust valve (hereinafter, referred to as valve opening / closing characteristics) in accordance with the operation state of an internal combustion engine. As such a technique,
[0003]
[0004]
It is theoretically possible to simply combine the techniques disclosed in
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-263015 A
[Patent Document 2]
JP 2001-152821 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, a simple combination has a problem that the mechanism becomes complicated. In addition, the technique of setting the transmission between the cam and the valve to the disengaged state has inherent problems such as a decrease in reliability when returning from the disengaged state to the engaged state and a torque shock. Furthermore, in order to improve the control performance of the internal combustion engine as well as to change the opening and closing characteristics of the intake and exhaust valves and reduce pumping loss, the transmission state from the camshaft to each valve must be uniform. Rather, a variety of technologies were desired.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the above problems, and in an internal combustion engine having a variable valve operating mechanism, a state of transmission from a camshaft to some of a plurality of valves is transmitted to other valves. It is an object of the present invention to provide a technique capable of transmitting a state different from the state of transmission.
[0008]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention provides a variable valve mechanism for an internal combustion engine capable of changing the opening / closing characteristics of at least one of a plurality of intake valves and a plurality of exhaust valves of the internal combustion engine. So,
A camshaft rotationally driven by a crankshaft of an internal combustion engine,
A rotating cam provided on the camshaft;
A mechanical transmission mechanism having an input portion and an output portion swingably supported on an axis different from the axis of the camshaft, wherein the drive by the rotary cam is transmitted to the specific valve at a predetermined transmission ratio. A drive transmission mechanism capable of
A first transmission adjustment mechanism capable of uniformly changing the predetermined transmission ratio for all of the specific valves;
A second transmission adjustment mechanism capable of changing the predetermined transmission ratio for only a part of the specific valve;
It is characterized by having.
[0009]
In the variable valve mechanism according to the present invention, the transmission ratio can be changed for only a part of at least one of the plurality of intake valves and the exhaust valve. The characteristics can be controlled so as to be different from the opening / closing characteristics of other specific valves. As a result, control of the internal combustion engine with a high degree of freedom by diversifying the opening and closing characteristics of the valve can be realized.
[0010]
In the above variable valve mechanism, the first transmission adjustment mechanism may include:
A slider gear having two types of splines having different angles and movable in the axial direction of the drive transmission mechanism;
An input that is provided on the input unit and engages with one type of spline of the slider gear to swing the input unit relative to the slider gear in accordance with the axial movement of the slider gear. Gear section,
An output gear unit that is provided at the output unit and engages with the other type of spline of the slider gear to relatively swing the output unit relative to the slider gear in accordance with the axial movement of the slider gear; When,
An axial displacement adjustment unit that adjusts the displacement of the slider gear in the axial direction,
With
The second transmission adjustment mechanism may be configured to be capable of adjusting the displacement of the input gear section and the output gear section in the axial direction.
[0011]
This makes it possible to realize a simple and highly reliable mechanism. The slider gear does not necessarily need to be provided for each cylinder, but may be provided only for some cylinders.
[0012]
In the above variable valve mechanism,
The internal combustion engine has a plurality of cylinders,
The second transmission adjustment mechanism can set the predetermined transmission ratio to zero for a part of the plurality of cylinders and stop driving both the intake valve and the exhaust valve for the part of the cylinders. It may be configured as such.
[0013]
In this way, it is possible to reduce the pumping loss when stopping some of the cylinders in the idle or other low-load operation state.
[0014]
In the variable valve mechanism, each of the plurality of cylinders has a plurality of intake valves,
The second transmission adjustment mechanism is configured such that the predetermined transmission ratio can be set to zero for a part of the plurality of intake valves and the driving of the part of the intake valves can be stopped. Is also good. In this way, swirl can be effectively created in the combustion chamber in a cylinder in which the operation of some of the plurality of intake valves has been stopped.
[0015]
In the variable valve mechanism, the internal combustion engine may be a direct injection type that directly injects fuel into the plurality of cylinders. This is because swirl generated in the combustion chamber can exert a remarkable effect in a direct injection type engine.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples.
A. First embodiment of the present invention:
B. Second embodiment of the present invention:
C. Modification:
[0017]
A. First embodiment of the present invention:
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
[0018]
The control system includes an electronic control unit 200 (hereinafter referred to as an ECU), an
[0019]
The control system is connected as follows. Electric
[0020]
[0021]
In each of the
[0022]
The
[0023]
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the
[0024]
The
[0025]
FIG. 3 is a perspective view of the
[0026]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the internal structure of the
[0027]
The
(1) The
(2) The
(3) The
(4) The input cam 225 (FIG. 5B) is mounted so that the
(5) The two
[0028]
The
[0029]
The three
[0030]
In such a configuration, the
(1) When the valve lift actuator 208 (FIG. 1) moves the
(2) The
On the other hand, the
[0031]
As the
[0032]
When the phase difference P between the
[0033]
As can be seen from FIG. 2, as the phase difference P increases, the transmission ratio increases and the valve lift also increases. Conversely, as the phase difference P decreases, the transmission ratio decreases and the valve lift decreases. On the other hand, all four
[0034]
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the
[0035]
Four sub-actuators 202a, 202b, 202c, 202d are connected to the four
[0036]
The
(1) The
(2) The
(3) The
In this way, the
[0037]
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state of valve lift control by the sub-actuator 202. This figure shows a section taken along line S2-S2 in FIG. FIGS. 8A and 8B show a state in which hydraulic pressure is not applied to the sub-actuator 202a and a state in which hydraulic pressure is applied to the sub-actuator 202a, respectively.
[0038]
The
[0039]
The sub-actuator 202a moves the
(1) When hydraulic pressure is applied to the
(2) When the
[0040]
As described above, the above-described
[0041]
As described above, the
[0042]
B. Second embodiment of the present invention:
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a
[0043]
As described above, when each cylinder has a plurality of intake valves, it is also possible to configure such that driving of a part of the plurality of intake valves is stopped. Such a configuration has an advantage that swirl can be effectively generated inside the combustion chamber. Such swirl generation has a particularly remarkable effect particularly in a direct injection type internal combustion engine in which fuel is directly injected into a cylinder.
[0044]
C. Modification:
The present invention is not limited to the above-described examples and embodiments, but can be implemented in various modes without departing from the gist of the invention, and for example, the following modifications are possible.
[0045]
C-1. In the above embodiment, a hydraulic actuator is used as the valve lift actuator and the sub-actuator, but an electric actuator may be used, for example.
[0046]
C-2. In the above-described embodiment, the sub-actuator that can be independently adjusted for each combustion chamber is provided only for the intake valve, but the sub-actuator may be provided only for the exhaust valve, A sub-actuator may be provided for both the exhaust valve and the exhaust valve. In this case, both the intake valve and the exhaust valve correspond to “specific valves” in the claims.
[0047]
When sub-actuators are provided for both the intake valve and the exhaust valve, it is preferable to provide a control mode in which both the intake valve and the exhaust valve are stopped for some of the cylinders. In this way, it is possible to reduce the pumping loss when stopping some of the cylinders in the idle or other low output operation state. The sub-actuator does not necessarily need to be provided for each cylinder, but may be provided only for some cylinders.
[0048]
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between the relative position of the cam and the slider gear and the valve lift when the sub-actuator in the above embodiment is used as a valve stop actuator for reducing pumping loss. In this case, the state in FIG. 8A corresponds to the relative position A1, and the state in FIG. 8A corresponds to the
[0049]
When the valve stop control mode is provided, the valve lift actuator and the sub-actuator preferably have a function of detecting a load such as a current value or a hydraulic pressure holding duty. This is because the driving load of the valve spring is reduced by stopping the valve, so that the stop of the valve can be reliably fed back to the
[0050]
C-3. In the above embodiment, the drive transmission mechanism is configured using the slider gear, but may be configured using, for example, a cylindrical groove cam. Generally, the drive transmission mechanism used in the present invention is a mechanical transmission mechanism having an input portion and an output portion that are swingably supported on an axis different from the axis of the camshaft, and is driven by a rotating cam. May be transmitted to a plurality of intake valves and exhaust valves at a predetermined transmission ratio. However, the drive transmission mechanism configured using the slider gear has an advantage that it is simple and has high reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the
FIG. 3 is a perspective view of a
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an internal structure of a
FIG. 5 is an explanatory view showing each component part by disassembling the
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a phase difference P between an
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a camshaft and a sub-actuator on a cylinder head according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a state of valve lift control by a sub-actuator 202.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a relationship between a relative position of a cam and a slider gear and a valve lift amount.
[Explanation of symbols]
100 ... gasoline engine
101 ... intake manifold
102: Combustion chamber
103… Exhaust manifold
108 ... Cylinder head
110 ... spark plug
111 ... Electric throttle valve
112a ... intake valve
116a ... Exhaust valve
141 ... Injector
150 ... intake pipe
151 ... Air cleaner
174 ... Cylinder block
176a ... Piston
200 ... ECU
200 ... Electronic control unit
201 ... Electric throttle opening sensor
202 ... Sub actuator
203 ... Electric throttle motor
205 ... lift sensor
208: Valve lift actuator
212a ... piston
214 ... AD conversion input port
215… Output port
216 ... Accelerator sensor
220 ... Drive transmission mechanism
222f ... roller
224 ... Output cam
224a, 225a, 226a ... helical spline
225, 226 ... Input cam
227 ... Support pipe
227h ... Long hole
228 ... Control shaft
228a: Locking pin
230 ... Slider gear
230a, 230b ... helical spline
230h ... Long hole
230j ... through-hole
231 intake air temperature sensor
237a: combustion chamber sensor
245 ... intake camshaft
246 ... Exhaust camshaft
247: Rocker arm on intake side
248 ... Rocker arm on exhaust side
251a, 251b, 251c, 251d ... standing wall
251h: Vertical wall cylinder
255a, 256a ... Attachment
258a ... Spring
270c ... axis
280 ... Oil control valve
290a... Drive transmission mechanism
298a ... Spring
319 ... oil pump
322 ... Reservoir
351 ... Hydraulic circuit
Claims (5)
内燃機関のクランクシャフトにより回転駆動されるカムシャフトと、
前記カムシャフトに設けられた回転カムと、
前記カムシャフトの軸とは異なる軸で揺動可能に支持された入力部と出力部とを有する機械的な伝達機構であって、前記回転カムによる駆動を所定の伝達比で前記特定バルブに伝達することが可能な駆動伝達機構と、
前記特定バルブのすべてについて、前記所定の伝達比を一律に変更可能である第1の伝達調整機構と、
前記特定バルブのうちの一部のみについて、前記所定の伝達比を変更可能である第2の伝達調整機構と、
を備えることを特徴とする、可変動弁機構。A variable valve mechanism of an internal combustion engine capable of changing the opening and closing characteristics of at least one specific valve among a plurality of intake valves and a plurality of exhaust valves of the internal combustion engine,
A camshaft rotationally driven by a crankshaft of an internal combustion engine,
A rotating cam provided on the camshaft;
A mechanical transmission mechanism having an input portion and an output portion swingably supported on an axis different from the axis of the camshaft, wherein the drive by the rotary cam is transmitted to the specific valve at a predetermined transmission ratio. A drive transmission mechanism capable of
A first transmission adjustment mechanism capable of uniformly changing the predetermined transmission ratio for all of the specific valves;
A second transmission adjustment mechanism capable of changing the predetermined transmission ratio for only a part of the specific valve;
A variable valve operating mechanism comprising:
前記第1の伝達調整機構は、
角度の異なる2種のスプラインを有し前記駆動伝達機構の軸方向に移動可能なスライダギアと、
前記入力部に設けられ、前記スライダギアの一方の種類のスプラインに噛み合うことにより、前記スライダギアの軸方向への移動に応じて前記入力部を前記スライダギアに対して相対的に揺動させる入力ギア部と、
前記出力部に設けられ、前記スライダギアの他方の種類のスプラインに噛み合うことにより、前記スライダギアの軸方向への移動に応じて前記出力部を前記スライダギアに対して相対揺動させる出力ギア部と、
前記スライダギアの軸方向における変位を調整する軸方向変位調整部と、
を備え、
前記第2の伝達調整機構は、前記入力ギア部と前記出力ギア部の軸方向における変位を調整することが可能である、可変動弁機構。The variable valve mechanism for an internal combustion engine according to claim 1, wherein
The first transmission adjustment mechanism includes:
A slider gear having two types of splines having different angles and movable in the axial direction of the drive transmission mechanism;
An input that is provided on the input unit and engages with one type of spline of the slider gear to swing the input unit relative to the slider gear in accordance with the axial movement of the slider gear. Gear section,
An output gear unit that is provided at the output unit and engages with the other type of spline of the slider gear to relatively swing the output unit relative to the slider gear in accordance with the axial movement of the slider gear; When,
An axial displacement adjustment unit that adjusts the displacement of the slider gear in the axial direction,
With
The variable transmission mechanism, wherein the second transmission adjustment mechanism is capable of adjusting an axial displacement of the input gear unit and the output gear unit.
前記内燃機関は、複数の気筒を有し、
前記第2の伝達調整機構は、前記複数の気筒のうちの一部について前記所定の伝達比をゼロとして、前記一部の気筒について吸気バルブと排気バルブの双方の駆動を停止することが可能である、可変動弁機構。The variable valve mechanism for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, further comprising:
The internal combustion engine has a plurality of cylinders,
The second transmission adjustment mechanism can set the predetermined transmission ratio to zero for a part of the plurality of cylinders and stop driving both the intake valve and the exhaust valve for the part of the cylinders. There is a variable valve mechanism.
前記複数の気筒の各々は、複数の吸気バルブを有しており、
前記第2の伝達調整機構は、前記複数の吸気バルブのうちの一部について前記所定の伝達比をゼロとして、前記一部の吸気バルブの駆動を停止することが可能である、可変動弁機構。The variable valve mechanism for an internal combustion engine according to claim 1, wherein:
Each of the plurality of cylinders has a plurality of intake valves,
The second transmission adjustment mechanism is capable of setting the predetermined transmission ratio to zero for a part of the plurality of intake valves and stopping driving of the part of the intake valves. .
前記内燃機関は、前記複数の気筒内に直接燃料を噴射する筒内噴射型である、可変動弁機構。The variable valve mechanism for an internal combustion engine according to claim 4, wherein
A variable valve mechanism, wherein the internal combustion engine is an in-cylinder injection type that injects fuel directly into the plurality of cylinders.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003100409A JP2004308480A (en) | 2003-04-03 | 2003-04-03 | Variable valve system for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2003100409A JP2004308480A (en) | 2003-04-03 | 2003-04-03 | Variable valve system for internal combustion engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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ID=33464554
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2003100409A Pending JP2004308480A (en) | 2003-04-03 | 2003-04-03 | Variable valve system for internal combustion engine |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007138782A (en) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Toyota Motor Corp | Variable valve mechanism of internal combustion engine |
JP2017020469A (en) * | 2015-07-14 | 2017-01-26 | 株式会社オティックス | Variable valve train for internal combustion engine |
-
2003
- 2003-04-03 JP JP2003100409A patent/JP2004308480A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007138782A (en) * | 2005-11-16 | 2007-06-07 | Toyota Motor Corp | Variable valve mechanism of internal combustion engine |
JP4584814B2 (en) * | 2005-11-16 | 2010-11-24 | 株式会社オティックス | Variable valve mechanism for internal combustion engine |
JP2017020469A (en) * | 2015-07-14 | 2017-01-26 | 株式会社オティックス | Variable valve train for internal combustion engine |
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