(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気側及び排気側に回動自在に設けられてクランクシャフトから駆動力が伝達される一対のカムシャフトと、
前記吸気側及び排気側のカムシャフトにそれぞれ設けられて吸気弁及び排気弁の弁特性を変更する可変動弁手段と、
前記吸気側または排気側の何れか一方のカムシャフトの同軸上の端部に設けられて前記吸気側または排気側の何れか一方の可変動弁手段を駆動すると共に、伝達手段を介して前記吸気側または排気側の何れか他方の可変動弁手段を駆動する駆動手段と、
前記吸気側または排気側の何れか他方のカムシャフトの同軸上における前記駆動手段が設けられる前記端部と同じ側の端部に設けられて他方の弁特性状態を検出する弁状態検出手段と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記弁状態検出手段及び前記運転状態検出手段の出力に基づいて前記駆動手段の作動を制御する制御手段とを具えた
ことを特徴とする可変動弁装置
【請求項２】
請求項１に記載の可変動弁装置において、
前記伝達手段は、互いに噛み合う複数のギヤから構成されて、前記駆動手段と前記弁状態検出手段との間に配置される
ことを特徴とする可変動弁装置。
【請求項３】
請求項２に記載の可変動弁装置において、
前記駆動手段及び前記弁状態検出手段は、前記吸気側及び排気側のカムシャフトのそれぞれの前記端部に相対回転可能に設けられると共に、前記吸気側及び排気側の可変動弁手段に連結された回転筒を介して前記吸気側及び排気側のカムシャフトに取付けられており、
前記伝達手段は、前記吸気側及び排気側の前記回転筒間を連結するよう設けられる
ことを特徴とする可変動弁装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の可変動弁装置において、
前記伝達手段は、前記駆動手段が設けられる前記端部とカムシャフト軸方向で同じ側に配置されている
ことを特徴とする可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気弁や排気弁を機関の運転状態に応じたタイミングで開閉制御する場合に用いる可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の動弁系において、吸排気弁の開閉タイミングや開放時間を変更できるようにした装置が各種提案されている。このような装置としては、例えば、カムとカムシャフトとの間に不等速継手を介装して、この不等速継手を通じてカムをカムシャフトに対して相対回転させながらカムをカムシャフトとは異なる速度で回転させるようにして、バルブ開閉タイミング及び開放時間を調整できるようにした装置が提案されている。このようなものとして、特開平９−２８００２４号公報に記載されたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した可変動弁装置では、各気筒のバルブ開閉タイミング及び開放時間を同時に調整するためのアクチュエータが必要である。また、吸気側と排気側の弁特性を制御するために、少なくとも一方の弁特性の状態を検出するセンサが必要である。このため、上述した特開平９−２８００２４号公報に記載された可変動弁機構では、このセンサが一体に設けられたアクチュエータをカムシャフトの端部に設けた構造となっている。
【０００４】
ところが、この公報の可変動弁機構のように、カムシャフトの端部にセンサが一体に設けられたアクチュエータを装着すると、エンジンの全長が拡大してエンジンルーム内の周辺機器と干渉し、設計の自由度が狭くなってしまうという問題が発生する。特に、この構造を排気量の大きいエンジンに適用した場合、上述した問題が顕著に現れることとなる。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するものであって、内燃機関の全長を短縮して周辺機器との干渉を抑制し、設計の自由度を拡大することができる可変動弁装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための本発明の可変動弁装置は、内燃機関の吸気側及び排気側に回動自在に設けられてクランクシャフトから駆動力が伝達される一対のカムシャフトと、前記吸気側及び排気側のカムシャフトにそれぞれ設けられて吸気弁及び排気弁の弁特性を変更する可変動弁手段と、前記吸気側または排気側の何れか一方のカムシャフトの同軸上の端部に設けられて前記吸気側または排気側の何れか一方の可変動弁手段を駆動すると共に、伝達手段を介して前記吸気側または排気側の何れか他方の可変動弁手段を駆動する駆動手段と、前記吸気側または排気側の何れか他方のカムシャフトの同軸上における前記駆動手段が設けられる前記端部と同じ側の端部に設けられて他方の弁特性状態を検出する弁状態検出手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記弁状態検出手段及び前記運転状態検出手段の出力に基づいて前記駆動手段の作動を制御する制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
また、前記伝達手段は、互いに噛み合う複数のギヤから構成されて、前記駆動手段と前記弁状態検出手段との間に配置されることを特徴とするものである。
また、前記駆動手段及び前記弁状態検出手段は、前記吸気側及び排気側のカムシャフトのそれぞれの前記端部に相対回転可能に設けられると共に、前記吸気側及び排気側の可変動弁手段に連結された回転筒を介して前記吸気側及び排気側のカムシャフトに取付けられており、前記伝達手段は、前記吸気側及び排気側の前記回転筒間を連結するよう設けられることを特徴とするものである。
更に、前記伝達手段は、前記駆動手段が設けられる前記端部とカムシャフト軸方向で同じ側に配置されていることを特徴とするものである。
【０００７】
従って、駆動手段を吸気側または排気側の何れか一方のカムシャフトの同軸上の端部に設け、弁状態検出手段を他方のカムシャフトの同軸上の端部に設けたことで、カムシャフトの全長が長くならずに内燃機関の全長を短縮することとなり、内燃機関と周辺機器との干渉が抑制され、設計の自由度を拡大できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【０００９】
図１に本発明の一実施形態に係る可変動弁装置の概略構成、図２に本実施形態の可変動弁装置による可変動弁タイミング特性を示す。
【００１０】
内燃機関の各気筒には吸気弁及び排気弁が設けられており、シリンダヘッドの上方にはこれらの吸気弁及び排気弁をそれぞれ開閉駆動するための動弁機構が設けられている。この動弁機構は吸気弁及び排気弁の開閉タイミングや開放時間を変更できるようにした可変動弁機構として構成されている。なお、以下に説明する本実施形態にて、本発明の可変動弁装置を、内燃機関として各気筒に吸気２弁、排気２弁を有する４弁式直列４気筒エンジンに適用して説明する。
【００１１】
本実施形態の可変動弁装置において、図１に示すように、図示しないシリンダヘッドには互いに平行をなす吸気側カムシャフト１１及び排気側カムシャフト４１が回転自在に支持されており、各カムシャフト１１，４１の端部にはそれぞれスプロケット６１が固結され、この各スプロケット６１とクランクシャフトとの間にはプーリベルト６２が掛け回されている。従って、クランクシャフトからの回転運動がプーリベルト６２及びスプロケット６１を介して各カムシャフト１１，４１に伝達されるようになっている。
【００１２】
吸気側カムシャフト１１には各気筒に対応して４つのカムローブ１２が相対回転可能に装着され、各カムローブ１２にはそれぞれ一対のカム１３が形成されている。そして、カムシャフト１１とカムローブ１２との間には、カムシャフト１１の回転速度を不等速にカムローブ１２に伝達する可変動弁手段としての不等速継手１４が設けられている。一方、シリンダヘッドには吸気ポートを開閉する一対の吸気バルブ１５が各気筒に対応して設けられ、各吸気バルブ１５の上端部にはローラロッカアーム１６が配設されている。従って、カムシャフト１１の回転速度が不等速継手１４を介してカムローブ１２に不等速に伝達されると、カムローブ１２のカム１３がローラロッカアーム１６を介して吸気バルブ１５を上下動し、吸気ポートの開閉タイミングや開放時間を変更して開閉できる。
【００１３】
一方、排気側カムシャフト４１にも同様に各気筒に対応して４つのカムローブ４２が相対回転可能に装着され、各カムローブ４２にはそれぞれ一対のカム４３が形成されている。そして、カムシャフト４１とカムローブ４２との間には、カムシャフト１１の回転速度を不等速にカムローブ４２に伝達する不等速継手４４が設けられている。一方、シリンダヘッドには排気ポートを開閉する一対の排気バルブ４５が各気筒に対応して設けられ、各排気バルブ４５の上端部にはローラロッカアーム４６が配設されている。
【００１４】
ここで、カムシャフト１１，４１、カムローブ１２，４２、不等速継手１４，４４等について詳細に説明するが、吸気側と排気側はほぼ同様の構成となっており、主に、吸気側の構成について説明し、排気側の構成についての説明は省略する。
【００１５】
吸気側カムシャフト１１に相対回転可能に装着されたカムローブ１２には一対のカム１３が形成されると共に、一方のカム１３に隣接してフランジ部１７が形成され、このフランジ部１７には係合孔１８が形成されている。一方、カムシャフト１１には偏心部１９を有する偏心制御ギヤ２０が相対回転可能に装着され、この偏心部１９の外周には偏心リング２１が相対回転可能に装着されている。つまり、カムシャフト１１の回転中心Ｏ1 に対して、偏心リング２１の回転中心Ｏ2 が所定量ｍだけ偏心するように両者が配設されることとなる。そして、偏心リング２１の一方の端面には互いに１８０°対向した位置に切欠部２２，２３が形成されている。
【００１６】
カムシャフト１１におけるカムローブ１２と偏心リング２１の間の位置には作動アーム２４が固結されており、径方向先端部には係合孔２５が形成されている。そして、作動アーム２４の係合孔２５には第１スライダ２６の基端部が嵌合し、第１スライダ２６の先端部は偏心リング２１の一方の切欠部２２に係合している。また、カムローブ１２のフランジ部１７に形成された係合孔１８には第２スライダ２７の基端部が嵌合し、第２スライダ２７の先端部は偏心リング２１の他方の切欠部２３に係合している。
【００１７】
このようにカムシャフト１１とカムローブ１２との間に、不等速継手１４として偏心リング２１や作動アーム２４や各スライダ２６，２７等が介装されることで、カムシャフト１１の回転に対して偏心リング２１及びカムローブ１２が先行したり遅延したりする動作を繰り返し、カムローブ１２がカムシャフト１１とは不等速で回転するようになっている。
【００１８】
また、カムシャフト１１におけるスプロケット６１との反対側の端部には回転筒２８が相対回転可能に嵌合し、この回転筒２８には伝達ギヤ２９とコントロールギヤ３０が装着されている。回転筒２８の端部には弁状態検出手段としてのポジションセンサ３１が取付けられている。このポジションセンサ３１は可変抵抗器などから構成され、コントロールギヤ３０の回転位相を検出するものである。カムシャフト１１に隣接してこのカムシャフト１１と平行をなすコントロールシャフト３２がシリンダヘッドに回転自在に支持されている。このコントロールシャフト３２にはコントロールギヤ３０に噛み合う連結ギヤ３３と各偏心制御ギヤ２０に噛み合う連結ギヤ３４が取付けられている。
【００１９】
一方、排気側のカムシャフト４１の端部には回転筒４８が相対回転可能に嵌合し、この回転筒４８には伝達ギヤ４９とコントロールギヤ５０が装着されている。回転筒４８の端部には駆動手段としてのアクチュエータ５１が取付けられている。このアクチュエータ５１は油圧式アクチュエータであって、図示しない油圧供給装置のコントロールバルブ制御して作動油の供給状態を調整することにより、コントロールギヤ５０を往復回転駆動するものである。カムシャフト４１に隣接してこのカムシャフト４１と平行をなすコントロールシャフト５２がシリンダヘッドに回転自在に支持されている。このコントロールシャフト５２にはコントロールギヤ５０に噛み合う連結ギヤ５３と各偏心制御ギヤ４７に噛み合う連結ギヤ５４が取付けられている。
【００２０】
そして、排気側の伝達ギヤ４９と吸気側の伝達ギヤ２９との間には、伝達手段として互いに噛み合う複数のギヤからなる伝達ギヤ機構６３が介装されている。従って、アクチュエータ５１を駆動して排気側の回転筒４８が回動すると、コントロールギヤ５０及び連結ギヤ５３を介してコントロールシャフト５２を回動すると共に、伝達ギヤ４９、伝達ギヤ機構６３、伝達ギヤ２９を介して回転筒２８を回動し、更に、コントロールギヤ３０及び連結ギヤ３３を介してコントロールシャフト３２を回動することができ、このとき、ポジションセンサ３１がコントロールギヤ３０の回転位相を検出する。
【００２１】
ここで、本実施形態の可変動弁装置の動作、つまり、カムシャフト１１の回転位相（カムシャフト回転角）に対する偏心リング２１やカムローブ１２の回転位相を説明し、バルブ開閉タイミング及び開放期間の変更について具体的に説明する。なお、ここでは、吸気側についてのみ説明する。
【００２２】
図２に示すように、カムシャフト角度が０°にあって、カムシャフト１１の回転中心Ｏ1 に対して偏心リング２１の回転中心Ｏ2 が下方に偏心した低速位置にあるとき、カムローブ１２と作動アーム２４と偏心リング２１とを連結する２つのスライダ２６，２７は回転中心Ｏ1 ，Ｏ2 を通る直線上にある。まず、この位置からカムシャフト１１が時計回り方向に回転して９０°まで回転すると、カムシャフト１１の回転角θA よりも偏心リング２１の回転角θB がθL だけ小さくなり、カムローブ１２のカム１３にはφL だけ遅れが発生することで、カムシャフト１１の回転よりもカム１３は低速回転となる。
【００２３】
次に、カムシャフト１１が９０°から１８０°まで回転すると、カムシャフト１１の回転角θA よりも偏心リング２１の回転角θC が大きくなり、カムシャフト１１の回転よりもカム１３は高速回転となる。
【００２４】
更に、カムシャフト１１が１８０°から２７０°まで回転すると、カムシャフト１１の回転角θA よりも偏心リング２１の回転角θD がθF だけ大きくなり、カムローブ１２のカム１３にはφF だけ進みが発生することで、カムシャフト１１の回転よりもカム１３は高速回転となる。
【００２５】
そして、カムシャフト１１が２７０°から３６０°（＝０°）まで回転すると、カムシャフト１１の回転角θA よりも偏心リング２１の回転角θE が小さくなり、カムシャフト１１の回転よりもカム１３は低速回転となる。
【００２６】
このような構成により、カムシャフト１１に対してカムローブ１２を先行させたり遅延させたりすることで、カムシャフト１１が不等速で回転することができる。即ち、前述したように、カムシャフト１１が０°から９０°まで回転するときに、カム１３に遅れが発生すると吸気バルブ１５の開弁タイミングが遅れ、カムシャフト１１が１８０°から２７０°まで回転するときに、カム１３に進みが発生すると吸気バルブ１５の閉弁タイミングが早まるため、開放時間が短くなる。
【００２７】
ところで、カムシャフト１１に対するカムローブ１２（カム１３）の位相のずれ方は、カムシャフト１１の回転中心Ｏ1 に対する偏心リング２１の回転中心Ｏ2 の位置を変えることで変更することができる。つまり、アクチュエータ５１を駆動して排気側の回転筒４８、コントロールギヤ５０、連結ギヤ５３を介してコントロールシャフト５２を回動すると共に、伝達ギヤ４９、伝達ギヤ機構６３、伝達ギヤ２９、回転筒２８、コントロールギヤ３０、連結ギヤ３３を介してコントロールシャフト３２を回動すると、各連結ギヤ３４，５４を介して各偏心制御ギヤ２０，４７を回動し、偏心制御ギヤ２０，４７と一体の偏心部１９が回動して偏心リング２１を移動し、カムシャフト１１の回転中心Ｏ1 に対する偏心リング２１の回転中心Ｏ2 の位置を変えることができる。
【００２８】
そして、図２に示すように、カムシャフト角度が０°にあって、カムシャフト１１の回転中心Ｏ1 に対して偏心リング２１の回転中心Ｏ2 が上方に偏心した高速位置にある位置から、カムシャフト１１が９０°まで回転すると、カムシャフト１１に対してカム１３に進みφF が発生することで、カムシャフト１１の回転よりもカム１３は高速回転となる。次に、カムシャフト１１が９０°から１８０°まで回転するとき、カム１３は低速回転となる。更に、カムシャフト１１が１８０°から２７０°まで回転すると、カムシャフト１１に対してカム１３に遅れφL が発生することで、カムシャフト１１の回転よりもカム１３は低速回転となる。そして、カムシャフト１１が２７０°から３６０°（＝０°）まで回転するとき、カム１３は高速回転となる。
【００２９】
このような構成により、カムシャフト１１が０°から９０°まで回転するときに、カム１３に進みが発生すると吸気バルブ１５の開弁タイミングが早まり、カムシャフト１１が１８０°から２７０°まで回転するときに、カム１３に遅れが発生すると吸気バルブ１５の閉弁タイミングが遅れるため、開放時間が長くなる。
【００３０】
このような吸気バルブ１５の開閉タイミング及び開放時間の変更は、制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）７１によって制御されるものであり、このＥＣＵ７１は、運転状態検出手段としてのクランク角センサやスロットルポジションセンサ等の出力（Ｎｅ，ＴＰＳ等）と、ポジションセンサ３１が検出したコントロールギヤ３０の回転位相に基づいてアクチュエータ５１を駆動制御することで行う。
【００３１】
そして、本実施形態では、吸気側のカムシャフト１１の端部に弁特性（吸気バルブ１５の開閉タイミング及び開放時間）を検出するポジションセンサ３１を設け、排気側のカムシャフト５１の端部に弁特性（吸気バルブ１５の開閉タイミング及び開放時間）を変更するアクチュエータ５１を設けている。従って、エンジンの全長が拡大せずに、ポジションセンサ３１やアクチュエータ５１などがエンジンルーム内の周辺機器と干渉することはなく、設計の自由度を拡大できる。特に、この本実施形態の構造を排気量の大きいエンジンに適用した場合、上述した効果が顕著に現れることとなる。
【００３２】
また、吸気側のカムシャフト１１にポジションセンサ３１を設けたことで、吸気系の各機構の動作を精度良く検出して制御することができ、高出力を確保することができる。
【００３３】
なお、上述の実施形態では、吸気側のカムシャフト１１にポジションセンサ３１を設け、排気側のカムシャフト４１にアクチュエータ５１を設けているが、本実施形態とは逆に、吸気側のカムシャフト１１にアクチュエータ５１を設け、排気側のカムシャフト４１にポジションセンサ３１を設けるようにしてもよい。この場合、排気弁側の各機構の動作を精度良く検出できるため、燃焼室内に残留する内部ＥＧＲの正確な制御や排気弁の開弁時期制御による排ガス温度の調整が可能となり、低エミッション化が図れるという効果がある。また、上述の実施形態で、本発明の可変動弁装置を４弁式直列４気筒エンジンに適用したが、エンジン形式はこのエンジンに限らず、例えば、Ｖ型６気筒エンジンに適用してもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように、本発明の可変動弁装置によれば、カムシャフトの全長が長くならずに内燃機関の全長を短縮することとなり、内燃機関と周辺機器との干渉を抑制することで設計の自由度を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変動弁装置の概略構成図である。
【図２】本実施形態の可変動弁装置による可変動弁タイミング特性を表す概略図である。
【符号の説明】
１１  吸気側カムシャフト
１２  カムローブ
１３  カム
１４  不等速継手（可変動弁手段）
１５  吸気バルブ
２１  偏心リング
２４  作動アーム
２６  第１スライダ
２７  第２スライダ
３１  ポジションセンサ（弁状態検出手段）
４１  排気側カムシャフト
４２  カムローブ
４３  カム
４４  不等速継手（可変動弁手段）
４５  排気バルブ
５１  アクチュエータ（駆動手段）
６３  伝達ギヤ機構（伝達手段）
７１  電子制御ユニット、ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
0004221091.tif 000002
【図２】
0004221091.tif 000003