(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関バルブのメインリフトを行うためのメインプロフィール及び同機関バルブのサブリフトを行うためのサブプロフィールの２段のプロフィールを有するカムを備え、このカムのメインプロフィールに対応して前記機関バルブの主たる開閉を行い、同カムのサブプロフィールに対応して機関燃焼室内部での排気還流を促進する内燃機関のバルブ特性制御装置において、
前記機関バルブは吸気バルブであるとともに、前記カムは該吸気バルブを開閉するカムであり、
同カムは、前記サブプロフィールの吸気バルブ開き側の緩衝部勾配が前記メインプロフィールの吸気バルブ開き側の緩衝部勾配よりも大きく形成されてなる
ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
【請求項２】
機関バルブのメインリフトを行うためのメインプロフィール及び同機関バルブのサブリフトを行うためのサブプロフィールの２段のプロフィールを有するカムを備え、このカムのメインプロフィールに対応して前記機関バルブの主たる開閉を行い、同カムのサブプロフィールに対応して機関燃焼室内部での排気還流を促進する内燃機関のバルブ特性制御装置において、
前記機関バルブは排気バルブであるとともに、前記カムは該排気バルブを開閉するカムであり、
同カムは、前記サブプロフィールの排気バルブ閉じ側の緩衝部勾配が前記メインプロフィールの排気バルブ閉じ側の緩衝部勾配よりも大きく形成されてなる
ことを特徴とする内燃機関のバルブ特性制御装置。
【請求項３】
前記機関バルブのサブリフトを行うためのサブプロフィールは、当該カムのカム軸方向にカムプロフィールが連続的に変化する３次元のカムプロフィールを呈し、同カムの前記メインプロフィール側の緩衝部勾配は、そのリフト対象との衝突音を低減可能な勾配として設定されてなる
請求項１又は２に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のバルブ特性制御装置に関し、特に、機関バルブのメインリフトとサブリフトとを行うための２段のカムプロフィールを有するカムを備え、機関バルブのサブリフトに基づいて機関燃焼室内部での排気還流（ＥＧＲ）を促進する内燃機関のバルブ特性制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のバルブ特性制御装置としては、例えば特開平１０―８９０３３号公報に記載されたものが知られている。同公報に記載された装置も含めて、こうしたバルブ特性制御装置は基本的に、図５に示されるような構成となっている。
【０００３】
すなわちこの、図５に示されるように、同バルブ特性制御装置にあって、カムシャフト１００に装着されたカム１１０には、メインカム山１１０ａとサブカム山１１０ｂとが設けられている。これらカム山のうち、メインカム山１１０ａは、吸気あるいは排気側の機関バルブ３１０をその吸気行程あるいは排気行程において開閉（メインリフト）させるに適したカムプロフィールに設定されている。また、サブカム山１１０ｂは、機関バルブ３１０が吸気バルブである場合には吸気行程の直前に、同機関バルブ３１０が排気バルブである場合には排気行程の直後に、それぞれ当該バルブを補助的に開弁（サブリフト）して、機関燃焼室内部での排気還流、すなわち内部ＥＧＲを確保するに適したカムプロフィールに設定されている。そして、このサブカム山１１０ｂは、同図５に示されるように、カム軸方向の一端から他端に向かうにつれてその高さと幅（作用角）が連続的に大きくなる３次元カムとして形成されており、カムシャフト１００の軸方向への変位に基づいて、上記内部ＥＧＲを機関のその都度の運転状態に応じた適正なものとすることの可能な構成ともなっている。こうして、内部ＥＧＲが適正化されることで、ガス温上昇による燃焼改善やＮＯｘ（窒素酸化物）の低減等が図られるようになる。なお、この図５に例示する装置にあって、カム１１０の上記メインカム山１１０ａ及びサブカム山１１０ｂによるリフト力は、バルブリフタ３００を介して機関バルブ３１０に伝達される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記メインリフトに対応したカムプロフィールを代表としてそのカムプロフィール例を図６に示すように、上記メインカム山１１０ａ及びサブカム山１１０ｂには、そのカムリフト曲線の両端部にカムリフト量の変化量、すなわち揚程変化率の変化量が非常に小さな緩衝区間（緩衝部）が設けられている。この区間は、一般に「ランプ区間」と呼ばれる。こうしたランプ区間は、上記機関バルブ３１０の開弁時においてはバルブリフタ３００に対するカムの衝突、また同機関バルブ３１０の閉弁時においては図示しないバルブシートに対する機関バルブ３１０の衝突に起因する異音の発生等を抑制するために設けられている。
【０００５】
一方、先の図５に示されるように、カム１１０とバルブリフタ３００の頂部との間には通常、「バルブクリアランス」あるいは「タペットクリアランス」と呼ばれる空隙Ｃ（以後、タペットクリアランスＣという）が設けられている。これは、燃焼等の熱膨張による機関バルブ３１０の突き上げを防止するために設けられているものである。そして、このようにタペットクリアランスＣが設けられていることにより、カムリフト量がこのタペットクリアランスＣに相当する量以上となるまでは、機関バルブ３１０も実際には開閉駆動されないようになっている。すなわち、カムリフト量のうち、実質的には機関バルブ３１０の開閉が行われない範囲、すなわち、カム１１０のベース円Ｂから前記バルブリフタ３００の頂部までのタペットクリアランスＣに相当するカムリフト量までの距離が図６に示す「無効リフト範囲」となり、実質的な機関バルブ３１０の開閉が行われるこの無効リフト範囲以上の領域が同じく図６に示す「有効リフト範囲」となる。
【０００６】
ところが、このような構成のバルブ特性制御装置では、各種動弁系部品の組付の際のタペットクリアランスＣのばらつき、そして、機関燃焼時のそれら動弁系部品の熱膨張差によるタペットクリアランスＣの変化が避けがたいものとなっている。
【０００７】
このため、上記ランプ区間での機関バルブ３１０のリフト開始、若しくは終了タイミング、更にはそのリフト作用角等がタペットクリアランスＣに応じてばらつき、特に上記３次元カムからなるサブカム山１１０ｂを通じての内部ＥＧＲ量の制御では、機関バルブ３１０のこうしたリフトタイミングやリフト作用角のばらつきが機関性能上無視できないものとなる。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、タペットクリアランスに起因する機関バルブのリフト特性ばらつきを抑制し、ひいては同バルブのサブリフトに基づく、より精度の高い内部ＥＧＲ制御を可能とする内燃機関のバルブ特性制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
【００１１】
請求項１記載の発明は、機関バルブのメインリフトを行うためのメインプロフィール及び同機関バルブのサブリフトを行うためのサブプロフィールの２段のプロフィールを有するカムを備え、このカムのメインプロフィールに対応して前記機関バルブの主たる開閉を行い、同カムのサブプロフィールに対応して機関燃焼室内部での排気還流を促進する内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記機関バルブは吸気バルブであるとともに、前記カムは該吸気バルブを開閉するカムであり、同カムは、前記サブプロフィールの吸気バルブ開き側の緩衝部勾配が前記メインプロフィールの吸気バルブ開き側の緩衝部勾配よりも大きく形成されてなることをその要旨とする。
【００１２】
吸気バルブのサブリフトに基づいて上記内部ＥＧＲの促進を図ろうとする場合、そのメインリフト直前の、排気バルブが開弁されている所定の時期を狙って、該サブリフトによる吸気バルブの開閉が行われることとなる。すなわちこの場合、上記サブリフトでの吸気バルブ開弁時期が、同内部ＥＲＧを適正なものとする上で重要な要素となる。タペットクリアランスにばらつきや経時変化があったとしても、カムの緩衝部、すなわち前述したランプ区間の勾配が大きくなる場合には、機関バルブの開閉時期に関して、それらタペットクリアランスのばらつきや経時変化による影響も出にくくなる。このため、上記カムのサブプロフィール側の緩衝部勾配を同カムのメインプロフィール側の緩衝部勾配よりも大きくすることで、機関バルブのサブリフトに基づく燃焼室内部での排気還流、すなわち内部ＥＧＲについて、その時期的なばらつきを抑制することができ、ひいてはその制御精度も高く維持できるようになる。この点、請求項１記載の発明の上記構成によれば、このサブリフトでの吸気バルブ開弁時期、すなわち上記サブプロフィールを通じた吸気バルブの開弁時期について、そのばらつきが抑制されることとなり、ひいては該吸気バルブの２段開きによる内部ＥＧＲについてその制御精度を好適に維持することができるようになる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、機関バルブのメインリフトを行うためのメインプロフィール及び同機関バルブのサブリフトを行うためのサブプロフィールの２段のプロフィールを有するカムを備え、このカムのメインプロフィールに対応して前記機関バルブの主たる開閉を行い、同カムのサブプロフィールに対応して機関燃焼室内部での排気還流を促進する内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記機関バルブは排気バルブであるとともに、前記カムは該排気バルブを開閉するカムであり、同カムは、前記サブプロフィールの排気バルブ閉じ側の緩衝部勾配が前記メインプロフィールの排気バルブ閉じ側の緩衝部勾配よりも大きく形成されてなることをその要旨とする。
【００１４】
排気バルブのサブリフトに基づいて上記内部ＥＧＲの促進を図ろうとする場合、そのメインリフト直後の、吸気バルブが開弁されている所定の時期を狙って、該サブリフトによる排気バルブの開閉が行われることとなる。すなわちこの場合、上記サブリフトでの排気バルブ閉弁時期が、同内部ＥＲＧを適正なものとする上で重要な要素となる。この点、請求項２記載の発明の上記構成によれば、このサブリフトでの排気バルブ閉弁時期、すなわち上記サブプロフィールを通じた排気バルブの閉弁時期について、そのばらつきが抑制されることとなり、ひいては該排気バルブの２段開きによる内部ＥＧＲについてその制御精度を好適に維持することができるようになる。
【００１５】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関のバルブ特性制御装置において、前記機関バルブのサブリフトを行うためのサブプロフィールは、当該カムのカム軸方向にカムプロフィールが連続的に変化する３次元のカムプロフィールを呈し、同カムの前記メインプロフィール側の緩衝部勾配は、そのリフト対象との衝突音を低減可能な勾配として設定されてなることをその要旨とする。
【００１６】
上記構成によれば、上記カムのカム軸方向への位置変位に応じて機関バルブのリフト量が可変とされ、内部ＥＧＲ量についての任意の制御が可能になる。また、例えばそのサブリフト量が「０」に制御されるときには、同カムのメインプロフィール側の緩衝部を通じて、機関バルブやバルブリフタ等、そのリフト対象に当接されるようになるが、該緩衝部の勾配がその際の衝突音を低減可能な勾配として設定されることで、内部ＥＧＲの不要な機関運転領域、すなわちアイドル時等の低負荷低回転域での相対騒音を低減することができるようにもなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関のバルブ特性制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図４に従って説明する。
【００１８】
はじめに、図１〜図３を参照して、本実施形態にかかるバルブ特性制御装置の概要について説明する。なお、図１はこのバルブ特性制御装置の構成を示す側部断面図、図２はカムの斜視図、図３はカムリフト曲線を示した図である。
【００１９】
図１に示されるように、このバルブ特性制御装置は、カム１１を備えるカムシャフト１０と、同カムシャフト１０の一端に設けられた油圧アクチュエータ２０と、他端に設けられた図示しないタイミングギヤ等とを吸気側、排気側の各々に備えている。そして同装置において、カムシャフト１０は回転可能、且つ、軸方向（カム軸方向）に移動可能に支持されている。また、このカムシャフト１０は前記タイミングギヤと図示しないクランクシャフトギヤ等とを介してクランクシャフト（図示略）と連結駆動されている。そして、カムシャフト１０の回転により前記カム１１が回転し、同カム１１のカムプロフィールに従ってバルブリフタ３０が押圧される。これによりカムシャフト１０の回転運動が往復運動に換えられ、バルブリフタ３０と連動する機関バルブ３１が開閉駆動される。
【００２０】
前記油圧アクチュエータ２０は、ケース２１と、同ケース２１の内部に構成されたシリンダ２２と、同シリンダ２２内にカム軸方向に変位可能に配設されたピストン２３とを有して構成されている。ピストン２３は、前記カムシャフト１０と一体となってカム軸方向に移動可能に連結されている。そして、シリンダ２２は、ピストン２３により油圧室２４ａと油圧室２４ｂとに仕切られている。また、これら油圧室２４ａ及び２４ｂには油通路２５が接続され、油通路２５の他端にはコントローラ（図示略）が接続されている。そして、同コントローラにより油圧室２４ａ内に作動油が供給され、同時に、油圧室２４ｂ内の作動油が排出される場合、カムシャフト１０は図１において右側へ移動する。逆に、油圧室２４ａ内の作動油が排出され、同時に、油圧室２４ｂ内に作動油が供給される場合、カムシャフト１０は同図１において左側へ移動する。
【００２１】
また、機関バルブ３１はバルブリフタ３０内に設けられたバルブスプリング３２により常に閉弁側に付勢されている。そして、上記カムシャフト１０とともに回転するカム１１のカムプロフィールに従ってバルブリフタ３０は往復運動し、これに連動して機関バルブ３１が開閉弁される。
【００２２】
また、図２に示されるように、カム１１には、メインカム山１１ａとサブカム山１１ｂが設けられている。メインカム山１１ａは、前記機関バルブ３１を吸気行程あるいは排気行程において開閉弁させるに適したカムプロフィール（メインプロフィール）に設定されている。そして、機関バルブ３１が吸気バルブであって、カム１１により該吸気バルブを開閉する場合には、サブカム山１１ｂは、メインカム山１１ａの回転方向前方に設けられている。また、機関バルブ３１が排気バルブであって、カム１１により該排気バルブを開閉する場合には、サブカム山１１ｂは、メインカム山１１ａの回転方向後方に設けられている。これにより、機関バルブ３１が吸気バルブである場合には吸気行程の直前に、同機関バルブ３１が排気バルブである場合には排気行程の直後に、それぞれ当該バルブを補助的に開弁（サブリフト）して、機関燃焼室内部での排気還流、すなわち内部ＥＧＲを確保するに適したカムプロフィールに設定されている。
【００２３】
同図２に示されるように、メインカム山１１ａは、カム軸方向の一端から他端（図２においては右側から左側）に向かうにつれてその高さと幅（作用角）が一定となるように設けられている。サブカム山１１ｂは、カム軸方向の一端から他端（図２においては右側から左側）に向かうにつれてその高さと幅（作用角）が連続的に大きくなるように設けられており、いわゆる３次元カムとなっている。これにより、カムシャフト１０の軸方向への変位に基づいて、上記内部ＥＧＲを機関のその都度の運転状態に応じた適正なものとすることの可能な構成となっている。
【００２４】
ここで、この実施形態にかかる装置にあっても、カム１１とバルブリフタ３０との間には、図１に示されるようなタペットクリアランスＣが設けられている。そして、上記メインカム山１１ａ及びサブカム山１１ｂの両端には、先の図６に準じたかたちでランプ区間（緩衝部）が設けられている。ただし、本実施形態においては、図３に示されるように、緩衝部としてのランプ区間のリフト曲線であるランプ部勾配に関して、メインカム山１１ａのカムプロフィール、すなわちメインプロフィールよりサブカム山１１ｂのカムプロフィール、すなわちサブプロフィールの方が大きく設定されている。より具体的には、吸気側のカム１１についてはそのメインプロフィール（１１ａ）のバルブ開き側の緩衝部勾配をｘ、同サブプロフィール（１１ｂ）のバルブ開き側の緩衝部勾配をｗとし、また排気側のカム１１についてはそのメインプロフィール（１１ａ）のバルブ閉じ側の緩衝部勾配をｚ、同サブプロフィール（１１ｂ）のバルブ閉じ側の緩衝部勾配をｙとするとき、それら勾配の関係が、
ｗ、ｙ ＞ ｘ、ｚ
となるように設定されている。なおここで、上記メインプロフィール（１１ａ）の各緩衝部勾配ｘ、ｙは、アイドリング運転時等、サブカム山１１ｂを使用しない状態、すなわちサブプロフィール（１１ｂ）によるバルブリフト量が「０」に制御される状態において、そのバルブリフタ３０との当接（接触）にかかる騒音等が問題にならない通常的な大きさに設定されている。
【００２５】
次に、図４（ａ）及び（ｂ）を併せ参照して、上記のごとく構成される本実施形態の装置の動作、並びにその作用について説明する。
図４に示されるように、このバルブ特性制御装置は、吸気行程時には、吸気側のカム１１のメインカム山１１ａにより機関バルブ３１である吸気バルブがメインリフトしている間に、排気側のカム１１のサブカム山１１ｂにより機関バルブ３１である排気バルブがサブリフトする。また、排気行程時には、排気側のカム１１のメインカム山１１ａにより機関バルブ３１である排気バルブがメインリフトしている間に、吸気側のカム１１のサブカム山１１ｂにより機関バルブ３１である吸気バルブがサブリフトする。このようなバルブタイミングとすることで内部ＥＧＲが促進される。
【００２６】
また、油圧アクチュエータ２０により、吸気側及び排気側の各カムシャフト１０がそれぞれ軸方向に変位することで、サブカム山１１ｂのサブプロフィールが変化する。これに伴い機関バルブ３１のサブリフト時のリフト量及び作用角とが変化し、内部ＥＧＲ量が変化することとなる。このようにして、内部ＥＧＲを機関のその都度の運転状況に応じた適正なものとしている。
【００２７】
また、上記のように、ランプ部の勾配に関して、メインカム山１１ａのカムプロフィール（ｘ、ｚ）よりサブカム山１１ｂのカムプロフィール（ｗ、ｙ）の方が大きく設定されている。これにより、サブリフト時のランプ区間における機関バルブ３１の開閉弁速度が大きくなる。この結果、タペットクリアランスＣのばらつきや経時変化による影響が出にくくなり、内部ＥＧＲに関して、機関のその都度の運転状況により必要とされる内部ＥＧＲ量を良好に確保することができるようになる。
【００２８】
以上詳述したように、この実施形態にかかるバルブ特性制御装置によれば、以下に示すような優れた効果が得られるようになる。
（１）  カム１１のサブカム山１１ｂのランプ部の勾配ｗ、ｙを同カム１１のメインカム山１１ａのランプ部の勾配ｘ、ｚよりも大きく設けた。これにより、機関バルブ３１の開閉弁速度が大きくなり、機関バルブ３１の開閉弁時期に関して、タペットクリアランスＣのばらつきや経時変化による影響が出にくくなる。この結果、機関バルブ３１のサブリフトに基づく燃焼室内部での排気還流、すなわち内部ＥＧＲについて、その時期的なばらつきを抑制することができ、ひいてはその制御精度も高く維持できるようになる。
【００２９】
（２）  機関バルブ３１である吸気バルブのサブリフトに基づいて内部ＥＧＲを図るため、吸気側のカム１１に関し、吸気バルブの開き側のサブカム山１１ｂのランプ部の勾配ｗを同カム１１のメインカム山１１ａのランプ部の勾配ｘよりも大きく設けた。これにより、上記サブカム山１１ｂを通じた吸気バルブの開弁時期について、そのばらつきが抑制されることとなり、ひいては該吸気バルブの２段開きによる内部ＥＧＲについてその制御精度を好適に維持することができるようになる。
【００３０】
（３）  機関バルブ３１である排気バルブのサブリフトに基づいて内部ＥＧＲを図るため、排気側のカム１１に関し、排気バルブの閉じ側のサブカム山１１ｂのランプ部の勾配ｙを同カム１１のメインカム山１１ａのランプ部の勾配ｚよりも大きく設けた。これにより、上記サブカム山１１ｂを通じた排気バルブの閉弁時期について、そのばらつきが抑制されることとなり、ひいては該吸気バルブの２段開きによる内部ＥＧＲについてその制御精度を好適に維持することができるようになる。
【００３１】
（４）  カム１１のサブカム山１１ｂをカムシャフト１０のカム軸方向にカムプロフィールが連続的に変化する３次元カムとするとともに、同カム１１のメインカム山１１ａにおけるランプ部の勾配ｘ、ｚをリフト対象であるバルブリフタ３０との衝突音の低減可能な勾配とした。これにより、サブリフト量が「０」に制御される場合、カム１１のメインカム山１１ａのランプ部の勾配ｘ、ｚを通じてリフト対象であるバルブリフタ３０に当接する。この結果、内部ＥＧＲの不要な機関運転領域、すなわちアイドル運転時等の低負荷回転域での相対騒音を低減することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態は例えば、以下のようにその構成を適宜変更して実施することもできる。
・  上記実施形態では、吸気側及び排気側の両方に上記のようなカム１１を設け、双方で二段開きを行うことで内部ＥＧＲを促進する構成としていたが、このカム１１を吸気側あるいは排気側の一方のみに設けて、その一方側で２段開きによる内部ＥＧＲを促進する構成としてもよい。
【００３３】
・  上記実施形態では、カム１１を、メインカム山１１ａについてはこれをカム軸方向において高さ及び幅が一定のカムとして、またサブカム山１１ｂについてはこれをカム軸方向において高さ及び幅が異なる３次元カムとして構成としたが、これをメインカム山１１ａとサブカム山１１ｂの両方がカム軸方向において高さ及び幅が一定であるカムとして具体化することもできる。
【００３４】
・  また逆に、同カム１１を、メインカム山１１ａとサブカム山１１ｂの両方がカム軸方向において高さが異なる３次元カムとして具体化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるバルブ特性制御装置の一実施形態についてその構成を示す側面及び一部断面図。
【図２】上記実施形態に採用されるカムの斜視図。
【図３】同カムのランプ区間近傍のカムリフト曲線例を示すグラフ。
【図４】同実施形態の装置のリフト動作例を示すグラフ。
【図５】従来のバルブ特性制御装置におけるカムと機関バルブとの関係を示した斜視図。
【図６】一般的なカムリフト曲線例を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…カムシャフト、１１…カム、１１ａ…メインカム山、１１ｂ…サブカム山、２０…油圧アクチュエータ、３０…バルブリフタ、３１…機関バルブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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