(57)【要約】【課題】１つのカム山を有するカムを用いて、燃焼サイクルを変更可能とする。【解決手段】本発明は、燃焼サイクルを変更可能な可変サイクルエンジンであって、カムと、カムを支持するカムシャフトと、ロッカアーム又はバルブリフターと、ロストモーション機構とを備える。カムは１つのカム山を有する。カムシャフトは、クランクシャフトの駆動力が伝達されて、クランクシャフトと同じ回転速度で回転するように構成されている。ロッカアーム又はバルブリフターは、カムに当接して配置され、カム山のリフト量を伝達することでバルブを駆動する。ロストモーション機構は、ロッカアーム又はバルブリフターによるバルブの駆動を、所定のタイミングで停止させる。【選択図】図１
2017155620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼サイクルを変更可能なエンジンであって、
１つのカム山を有するカムと、
前記カムを支持すると共に、クランクシャフトの駆動力が伝達されて該クランクシャフトと同じ回転速度で回転するカムシャフトと、
前記カムに当接して配置され、前記カム山のリフト量を伝達してバルブを駆動するロッカアーム又はバルブリフターと、
前記ロッカアーム又は前記バルブリフターによる前記バルブの駆動を、所定のタイミングで停止させるロストモーション機構と、
を備える可変サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は可変サイクルエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼サイクルを４サイクルと８サイクルとの間、あるいは４サイクルと６サイクルとの間で変更して運転することができる可変サイクルエンジンが知られている。例えば特許文献１には、４サイクルと６サイクルとの間で燃焼サイクルを変更可能にした可変サイクルエンジンが開示されている。特許文献１の可変サイクルエンジンにおいて、カムシャフトは、クランクシャフトが３回転する間に、１回転するように構成されている。カムシャフトには、吸気バルブと排気バルブのそれぞれに対して、カム山を３つ有するカムとカム山を２つ有するカムとが、切り替え可能な状態で取り付けられている。特許文献１の可変サイクルエンジンでは、４サイクル運転時にはカムを３山のものに、６サイクル運転時には２山のものに切り替えて用いることで、燃焼サイクルを変更する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０７４８７３号公報
【特許文献２】特開２０１５−０６３９７６号公報
【特許文献３】特開２０１４−０７４３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１は、複数のカム山を有する２種類のカムを切り替えて用いることで、４サイクル運転と６サイクル運転との切り替えを可能にしている。しかしながら、複数のカム山を有するカムは１山のカムに比べて加工し難い。従って、特許文献１の技術のように、複数のカム山を有するカムを複数種類用いるようなものは、カム加工の容易化の観点からは好ましいものではない。
【０００５】
本発明は上記課題を解決することを目的とし、１つのカム山を有するカムを用いて、燃焼サイクルを変更可能とするよう改良された可変サイクルエンジンを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の目的を達成するため、燃焼サイクルを変更可能な可変サイクルエンジンであって、カムと、カムを支持するカムシャフトと、ロッカアーム又はバルブリフターと、ロストモーション機構とを備える。カムは１つのカム山を有する。カムシャフトは、クランクシャフトの駆動力が伝達されて、クランクシャフトと同じ回転速度で回転するように構成されている。ロッカアーム又はバルブリフターは、カムに当接して配置され、カム山のリフト量を伝達することでバルブを駆動する。ロストモーション機構は、ロッカアーム又はバルブリフターによるバルブの駆動を、所定のタイミングで停止させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、クランクシャフトと同じ回転速度で、１山のカムを支持するカムシャフトを回転させると共に、ロストモーション機構により、その燃焼サイクルに合わせた所望のタイミングでカムによるバルブの開閉駆動を停止させることができる。従ってカム加工の容易な１山のカムを用いて、燃焼サイクルを切り替えることができる可変サイクルエンジンを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１の可変サイクルエンジンの構成について説明するための模式図である。
【図２】実施の形態１の可変サイクルエンジンのカム形状について説明するための模式図である。
【図３】実施の形態１の可変サイクルエンジンの、ロストモーションしない場合の吸・排気バルブの動作について説明するための図である。
【図４】実施の形態１の可変サイクルエンジンの、４サイクル運転時の吸・排気バルブの動作について説明するための図である。
【図５】実施の形態１の可変サイクルエンジンの、６サイクル運転時の吸・排気バルブの動作について説明するための図である。
【図６】実施の形態１の可変サイクルエンジンの、６サイクル運転時の吸・排気バルブの動作について説明するための図である。
【図７】実施の形態１の可変サイクルエンジンの、６サイクル運転時の吸・排気バルブの動作について説明するための図である。
【図８】実施の形態２の可変サイクルエンジンの構成について説明するための模式図である。
【図９】実施の形態２の可変サイクルエンジンの、２サイクル運転時の吸・排気バルブの動作について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１の可変サイクルエンジンの構成について説明するための模式図である。なお、図１には、実施の形態１の特徴的な構成を説明するため、１のバルブ１０及びバルブ１０を駆動する部分の構成のみを表している。しかしながら、図１に示す構成は、本実施の形態の可変サイクルエンジンの、全ての吸気バルブ及び排気バルブに設置される。本実施の形態の可変サイクルエンジンは、車両に搭載されて用いられる。
【００１１】
図１に示されるように、バルブ１０（吸気バルブ又は排気バルブ）は、バルブ１０を開閉駆動させるためのロッカアーム１２に連結されている。ロッカアーム１２にはカム１６が当接している。
【００１２】
図２は、実施の形態１のカムの形状について説明するための図であり、図２の（ａ）は吸気バルブ側に用いられるカムの形状を現し、（ｂ）は排気バルブ側に用いられるカムの形状を現している。図２に示されるように、吸気バルブ、排気バルブ側ともに、カム１６は、ベース円部１６ａとカム山１６ｂとを有している。図２に示す面において、ベース円部１６ａはカムシャフト１４の軸心を中心とする円形である。カム山１６ｂは、ベース円部１６ａに滑らかに接続し、かつ、ベース円部１６ａより外側に張り出た形状を有している。各カム１６のカム山１６ｂは１つである。バルブ１０をリフトさせる部分であるカム山１６ｂの中心角は、吸気バルブ側のカム１６が２６０度、排気バルブ側のカムが２３０度となっている。
【００１３】
再び、図１を参照して、カム１６はカムシャフト１４に支持されている。カムシャフト１４は、図示しないクランクシャフトにチェーン等で連結され、クランクシャフトの駆動力が伝達され、１：１の比率で同期して回転するように構成されている。即ち、カムシャフト１４は、クランクシャフトが回転すると、クランクシャフトと同じ速度で回転する。
【００１４】
ロッカアーム１２の支点側には、クリアランス調整用のＨＬＡ２０が設けられている。ＨＬＡ２０は、ロストモーションハウジング２２に収納されている。ロストモーションハウジング２２には、スプリング２４とシール２６とが設けられている。スプリング２４はＨＬＡ２０に当接するように設置され、ＨＬＡ２０をロッカアーム１２方向に付勢する。
【００１５】
ＨＬＡ２０とロストモーションハウジング２２により形成される油圧室２８には、オイルポンプ３０が接続され、オイルポンプ３０から、オイルチェック弁３２を介してオイルが供給されるよう構成されている。また油圧室２８には電磁弁３４が設置されている。ＨＬＡ２０、ロストモーションハウジング２２、スプリング２４、シール２６、油圧室２８、オイルポンプ３０、オイルチェック弁３２、及び電磁弁３４により、ロッカアーム１２によるバルブ１０の駆動を所定のタイミングで停止させるロストモーション機構が構成される。
【００１６】
電磁弁３４が閉弁しているとき、油圧室２８のオイルは油圧室２８内に密閉され、ＨＬＡ２０は固定される。これにより、ロッカアーム１２の支点側は固定され、カム１６のロッカアーム１２に対する押圧力は、ロッカアーム１２によりバルブ１０に伝達されて、バルブ１０が開閉駆動する。
【００１７】
一方、電磁弁３４が開弁されると、油圧室２８のオイルが開放される。その結果、ＨＬＡ２０が可動状態となり、カム１６のロッカアーム１２に対する押圧力は、ＨＬＡ２０側で吸収され、バルブ１０は駆動されない状態とされる。以下、電磁弁３４の開弁によるバルブの開閉駆動停止を「ロストモーション」とも称する。
【００１８】
図３は、ロストモーションしない場合の、吸・排気バルブのバルブリフト量について説明するための図である。図３において、ＩＮは吸気バルブのバルブリフト量、ＥＸは排気バルブのバルブリフト量を表している。本実施の形態においてカムシャフト１４はクランクシャフトが１回転する間に１回転するように構成されている。従って、電磁弁３４が閉弁し、ロストモーションしていない状態では、クランクシャフトが１回転する間に、吸気バルブは２６０ＣＡの期間リフトされ、排気バルブは２３０ＣＡの期間リフトされる。
【００１９】
従って、ロストモーションせずに、吸・排気バルブを連続して開閉駆動すると、図３に示されるように、吸気バルブと排気バルブはクランクシャフトが２回転する間、即ち４ストロークを１回のサイクルとすると、１回のサイクルのなかで２回ずつ開閉し、常にどちらかのバルブが開いている状態、即ち、圧縮行程がない状態となる。例えば、エンジン減速時には、ロストモーションしない図３の状態とすることでエンジンフリクションを低減することができる。
【００２０】
図４は、４サイクル運転時の吸・排気バルブの動作について説明するための図である。図４においてＩＮは吸気バルブのバルブリフト量、ＥＸは排気バルブのバルブリフト量を表し、△は点火時期を示している。なお、以下、「４サイクル運転」といった場合、１回の燃焼サイクルが、吸気、圧縮、膨張、排気の４ストロークで構成される、４ストローク１サイクル運転を意味し、「６サイクル運転」といった場合、１回の燃焼サイクルが６ストロークで構成される６ストローク１サイクル運転を意味するものとする。
【００２１】
図４に示されるように、４サイクル運転では、吸気バルブと排気バルブとのそれぞれが２回転に１度ロストモーションされるように、電磁弁３４を操作する。具体的に、吸気バルブについては、膨張行程にリフト量のピークを有する側の開閉動作が停止され、排気バルブについては、圧縮行程にリフト量のピークを有する側の開閉動作が停止されるように、２回に一度のタイミングで、ロストモーションを実行する。これにより、４ストロークからなる１回の燃焼サイクルのなかで、吸気バルブが吸気行程で一度リフトされ、排気バルブが排気行程で一度リフトされる。
【００２２】
図５〜７は、６サイクル運転時の吸・排気バルブの開閉パターンを説明するための図である。図５〜図７の各図において、ＩＮは吸気バルブのバルブリフト量、ＥＸは排気バルブのバルブリフト量を表し、△は点火時期を示している。
【００２３】
図５のパターンでは、クランクシャフト３回転の間に１度ロストモーションを実施し、吸・排気バルブを停止させる。具体的に、図５の６サイクル運転は、吸気、圧縮、膨張、排気、燃料噴射を伴わない掃気のための吸気、排気、の６行程で構成される。図５の６サイクル運転では、吸気バルブについては、膨張行程にリフト量のピークを有するタイミングの開閉動作が停止され、排気バルブについては、圧縮行程にリフト量のピークを有するタイミングの開閉動作が停止される。
【００２４】
これにより、１回の燃焼サイクルの中で、吸気バルブは、吸気行程で一度リフトされた後、ロストモーションが実施されてバルブの開閉駆動が停止し、再び、掃気のための吸気行程でリフトされる。排気バルブは、排気行程で一度リフトされた後、掃気のための排気行程で一度リフトされ、その後、１回転の間ロストモーションが実施されバルブの開閉駆動が停止する。このように２度目の吸気と排気の行程を有することで、掃気が十分に行われるため残留ガスのばらつきによる燃焼のばらつきを抑制することができる。
【００２５】
図６のパターンでは、吸・排気バルブのそれぞれに対し、３回転に２度ロストモーションが実施される。図６の６サイクル運転は、吸気、圧縮、膨張、再圧縮、再膨張、排気の６行程で構成される。吸気バルブは、吸気行程で一度リフトされた後、ロストモーションが実施されて、２回転の間、閉弁状態で維持される。一方、排気バルブは、排気行程で一度リフトされた後、ロストモーション機構が作動されて２回転の間閉弁状態で維持される。
【００２６】
図７のパターンでは、吸気バルブは３回転に２度ロストモーションされ、排気バルブは３回に１度ロストモーションされる。図７のパターンの６サイクル運転は、吸気、圧縮、膨張、排気、再膨張、排気の６行程で構成される。吸気バルブは、吸気行程でリフトされた後、２回転の間ロストモーションが実施され閉弁状態で維持される。一方、排気バルブは、圧縮行程にリフト量のピークを有するタイミングの開閉動作がロストモーションにより停止され、排気行程でリフトされた後、再膨張行程を経て、２回目の排気行程で再びリフトされる。
【００２７】
図５〜図７の６サイクル運転時のバルブパターンは、エンジンの運転条件に応じて、適宜選択される。また、必要に応じて、気筒ごとに異なるパターンで運転するようにしてもよい。
【００２８】
また、本実施の形態において、気筒休止運転を実施する間、吸・排気バルブ共にロストモーションするようにしてもよい。これにより、気筒休止運転中、吸・排気バルブが閉じている状態を継続できる。両バルブが閉じていることで燃焼室内のオイル上がりを抑制することができる。また、燃焼行程を経ていない温度の低い空気の排気側への流出を抑制することができることにより、触媒温度の低下を抑制することができる。
【００２９】
以上説明したように、実施の形態１では、カム山を１つ有するカムを用いて、４サイクル運転及び６サイクル運転を実現することができる。
【００３０】
実施の形態２．
図８は、実施の形態２の可変サイクルエンジンについて説明するための模式図である。なお、図８には、１のバルブとこれを駆動する機構のみを表している。しかしながら、図８の構成は、可変サイクルエンジンが備える全ての吸・排気バルブに対して設置される。
【００３１】
図８の可変サイクルエンジンのバルブ５０は、プランジャ５２、オイル室５４及びポンププランジャ５６に連結し、ポンププランジャ５６にはカム５８が当接している。カム５８は実施の形態１と同様の構成を有している。カム５８はカムシャフト６０に支持されている。カムシャフト６０は、実施の形態１と同様に、クランクシャフトにチェーン等で連結されてクランクシャフトの駆動力が伝達され、１：１の比率で同期して回転するように構成されている。ポンププランジャ５６周囲にはスプリング６２が設置され、これによりポンププランジャ５６はカム５８方向に向けて付勢されている。プランジャ５２、オイル室５４、ポンププランジャ５６及びスプリング６２により、バルブリフターが構成される。
【００３２】
オイル室５４内部にはオイルポンプ６４からオイルチェック弁６６を介してオイルが供給される。オイル室５４にはオイル排出用の排出路６８が接続されている。排出路６８にはオイル排出制御のための電磁弁７０が設置されている。オイル室５４、オイルポンプ６４、オイルチェック弁６６、排出路６８、及び電磁弁７０によりロストモーション機構が構成される。
【００３３】
図８は、電磁弁７０が閉弁した状態を示している。電磁弁７０が閉弁し排出路６８が閉じられている場合、オイル室５４にはオイルが充填され、密閉された状態にある。この場合、カム５８の回転によりカム山による押圧力がポンププランジャ５６、オイル室５４、プランジャ５２を介してバルブ５０に伝達され、バルブ５０が開閉駆動される。
【００３４】
一方、電磁弁７０の開弁により排出路６８が開かれると、オイル室５４のオイルが排出路６８に退避可能な状態となる。従って、電磁弁７０の開弁時には、カム５８がポンププランジャ５６を押し下げても、その動きはオイル室５４で吸収され、プランジャ５２及びバルブ５０には伝達されず、ロストモーションされる。
【００３５】
実施の形態２の機構についても、吸・排気バルブを、実施の形態１と同様のタイミングでロストモーションすることで、４サイクル運転及び６サイクル運転が実現できる。また、エンジン減速時にはロストモーションせずに運転することや、気筒休止運転時には全期間ロストモーションを実施してバルブが閉じた状態を維持することも可能である。
【００３６】
更に、本実施の形態では、吸気、圧縮、膨張、排気からなる１回の燃焼サイクルが２ストロークの間に行われる２サイクル運転を実行することができる。図９は、２サイクル運転時の吸・排気バルブの動作について説明するための図である。図９において、ＩＮは吸気バルブのバルブリフト量、ＥＸは排気バルブのバルブリフト量を表し、△は点火時期を示している。
【００３７】
図９に示されるように２サイクル運転時には、ロストモーションを実施せず、電磁弁７０は閉弁状態に維持される。更に、可変動弁機構（ＶＶＴ）（図示せず）によって、図９に示されるように、吸気バルブのバルブタイミングを遅角して、排気バルブのバルブタイミングを進角し、更に電磁弁によって両バルブとも作用角を縮小する。これにより２サイクル運転が実現される。
【００３８】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００３９】
１０  バルブ
１２  ロッカアーム
１４  カムシャフト
１６  カム
１６ａ  ベース円部
１６ｂ  カム山
２０  ＨＬＡ
２２  ロストモーションハウジング
２４  スプリング
２６  シール
２８  油圧室
３０  オイルポンプ
３２  オイルチェック弁
３４  電磁弁
５０  バルブ
５２  プランジャ
５４  オイル室
５６  ポンププランジャ
５８  カム
６０  カムシャフト
６２  スプリング
６４  オイルポンプ
６６  オイルチェック弁
６８  排出路
７０  電磁弁
【図１】
2017155620.tif 000003
【図２】
2017155620.tif 000004
【図３】
2017155620.tif 000005
【図４】
2017155620.tif 000006
【図５】
2017155620.tif 000007
【図６】
2017155620.tif 000008
【図７】
2017155620.tif 000009
【図８】
2017155620.tif 000010
【図９】
2017155620.tif 000011