(57)【要約】【課題】低回転時のポンピングロスを低減することを課題とする。【解決手段】本発明は、ロッカアーム２０１を介してバルブ１１２をリフトする内燃機関のバルブ制御装置１であって、バルブ１１２のリフト量及び作動角を連続して変化させるリフト・作動角可変機構１００と、ロッカアーム２０１のロッカ比を連続して変化させることができ、ロッカ比を大きくするとバルブ１１２の作動角が小さくなるロッカ比可変機構２００と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッカアームを介してバルブをリフトする内燃機関のバルブ制御装置であって、
前記バルブのリフト量及び作動角を連続して変化させるリフト・作動角可変機構と、
前記ロッカアームのロッカ比を連続して変化させ、ロッカ比を大きくすると前記バルブの作動角が小さくなるロッカ比可変機構と、
を備えることを特徴とする内燃機関のバルブ制御装置。
【請求項２】
前記ロッカ比可変機構は、
一端部が支点となるロッカシャフトに支持され、他端部が前記バルブのステムエンドに当接するロッカアームと、
前記ロッカアームの両端部間に設けられ、両端部間の所定範囲を移動可能なローラと、
機関の回転に連動して回転する駆動軸に回転自在に支持されるとともに、前記ローラに当接し、揺動運動によって前記ローラを押圧してロッカアームを介して前記バルブをリフトさせる揺動カムと、
前記ロッカシャフトとローラとを連結する連結機構と、
前記ロッカシャフトを回転させることで、前記連結機構を介して前記ロッカアームの両端部間の所定範囲で前記ローラを移動させるローラ移動装置とから構成され、
前記ロッカシャフトを回転させることで、前記ローラと前記揺動カムとの当接面を、前記揺動カムのベースサークルからカム面側へ移動させてロッカ比を小さくする
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブ制御装置。
【請求項３】
前記ローラの中心の軌跡が、前記揺動カムの軸心を中心とする円弧上にある
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関のバルブ制御装置。
【請求項４】
低回転時に、前記リフト作動角可変機構によりリフト・作動角を大とし、かつ前記ロッカ比可変機構によりロッカ比を大とする
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載の内燃機関のバルブ制御装置。
【請求項５】
高回転時に、前記リフト作動角可変機構によりリフト・作動角を大とし、かつ前記ロッカ比可変機構によりロッカ比を小とする
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載の内燃機関のバルブ制御装置。
【請求項６】
前記リフト作動角可変機構によりリフト・作動角を小とし、かつ前記ロッカ比可変機構によりロッカ比を大とすることで、バルブリフトを停止させる
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の内燃機関のバルブ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関のバルブ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、揺動カムを用い、揺動カムに形成されているカム面の領域を移動させることによってロッカアームを押圧し、吸気バルブのバルブリフト量を連続的に可変としたロッカアーム式の可変動弁装置に関する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２０４８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した従来の可変動弁装置は、作動角を小さくすると、リフト量も小さくなってしまうので、低回転時に吸入空気量が低減してポンピングロスが増大するという問題点があった。
【０００４】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、低回転時のポンピングロスを減少させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、ロッカアーム（２０１）を介してバルブ（１１２）をリフトする内燃機関のバルブ制御装置（１）であって、前記バルブ（１１２）のリフト量及び作動角を連続して変化させるリフト・作動角可変機構（１００）と、前記ロッカアーム（２０１）のロッカ比を連続して変化させる、ロッカ比を大きくすると前記バルブ（１１２）の作動角が小さくなるロッカ比可変機構（２００）と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明よれば、バルブのリフト・作動角を連続して変化させるリフト・作動角可変機構を備え、ロッカ比を大きくするとバルブの作動角が小さくなる特性を有するロッカ比可変機構を備えたので、小作動角で大リフトを実現できる。そのため、低回転時において、必要な空気量を小作動角で一気に吸入することができるので、ポンピングロスが減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
図１から図３を参照して、本発明による吸気弁制御装置１について説明する。図１は、本発明による吸気弁制御装置１を構成するリフト・作動角可変機構１００の１気筒分の関連部品のみを簡略に示した図である。図２は、本発明による吸気弁制御装置１の軸方向視図である。図３は、リフト・作動角可変機構１００のリフト特性を示した図である。
【００１０】
まずリフト・作動角可変機構１００について説明する。リフト・作動角可変機構１００は、吸気弁のリフト・作動角を連続して変化させる機構である。
【００１１】
図１に示すように、内燃機関のシリンダヘッドには、気筒列方向に延びる駆動軸１１３が設けられる。駆動軸１１３は、一端部に設けられたスプロケット１２を介して、ベルトやチェーンで機関のクランクシャフトと連係され、クランクシャフトに連動して軸周りに回転する。なお、スプロケット１２と駆動軸１１３とは、位相角制御アクチュエータ１１によって所定の角度範囲内において相対的に回転させられる。これにより、リフト中心角を進角又は遅角させることができる。位相角制御アクチュエータ１１は、機関運転状態を検出するコントローラ３００からの制御信号に基づいて制御される。
【００１２】
駆動軸１１３には、各気筒に設けられた一対の吸気弁に対応して、一対の揺動カム１２０が駆動軸１１３に対して回転自在に取り付けられる。一対の揺動カム１２０は、互いに円筒１３０で同位相に固定される。その作用については後で詳述するが、この一対の揺動カム１２０が駆動軸１１３を中心として所定の回転範囲で揺動（上下動）することによって、その下方に位置するロッカアーム２０１（図２参照）のローラ２０２（図２参照）が押圧され、吸気弁１１２（図２参照）が下方にリフトする。
【００１３】
また、駆動軸１１３は、揺動カム１２０から軸方向に所定の距離だけ離れた位置に円筒状の駆動カム１１５を固定支持する。駆動カム１１５の外周には、第１リンク１２５が回転自在に嵌合する。
【００１４】
駆動軸１１３の上方には、駆動軸１１３と平行に気筒列方向へ延びる制御軸１１６が回転自在に支持される。
【００１５】
ここで、図２に示すように、制御軸１１６は、円筒状の制御カム１１７を固定支持する。制御カム１１７の中心Ｐ１は、制御軸１１６の軸心Ｐ２から所定量だけ偏倚している。制御カム１１７の外周には、リンクアーム１１８が回転自在に嵌合する。リンクアーム１１８は、制御カム１１７の軸心Ｐ１を支点として揺動する。
【００１６】
リンクアーム１１８と第１リンク１２５とは、両者を挿通する連結ピン１２１によって連結される。また、リンクアーム１１８と第２リンク１２６とは、連結ピン１２８によって連結される。さらに、第２リンク１２６と揺動カム１２０とは、連結ピン１２９によって連結される。このように、駆動カム１１５とリンクアーム１１８とは第１リンク１２５によって連係され、リンクアーム１１８と揺動カム１２０とは、第２リンク１２６によって連係される。なお、各ピン１２１，１２８，１２９の一端部には、第１リンク１２５や第２リンク１２６の軸方向の移動を規制するスナップリングが設けられる。
【００１７】
以上のように構成されるリフト・作動角可変機構１００によって、クランクシャフトに連動して駆動軸１１３が回転すると、駆動カム１１５及び第１リンク１２５を介してリンクアーム１１８が制御カム１１７の中心Ｐ１を中心として揺動するとともに、第２リンク１２６を介して揺動カム１２０が所定の角度範囲を揺動する。このとき、一対の揺動カム１２０は互いに円筒１３０で同位相に固定されている。そのため、一対の揺動カム１２０は、互いに同期してロッカアーム２０１を押し下げ、吸気バルブ１１２を開閉駆動する。
【００１８】
そして、制御軸１１６は、一端部に設けられたリフト量制御アクチュエータ１３によって、機関運転状態に応じて所定回転角度範囲内で回転するように制御される。リフト量制御アクチュエータ１３は、機関運転状態を検出するコントローラ３００からの制御信号に基づいて制御される。制御軸１１６が回転すると、リンクアーム１１８の揺動支点となる制御カム１１７の中心Ｐ１も回転変位し、機関本体に対してリンクアーム１１８の支持位置が変化する。その結果、制御軸１１６が適用される気筒列の全ての気筒の吸気バルブ１１２のバルブリフト特性、詳しくはリフト量及び作動角の双方が連続的に変更・制御される。つまり、図３に示したように吸気弁１１２のリフト量及び作動角を、両者同時に連続的に拡大、縮小させることができる。
【００１９】
次に、再び図２を参照してロッカ比可変機構２００について説明する。ロッカ比可変機構２００は、ロッカアーム２０１のロッカ比を連続して変化させる機構である。
【００２０】
ロッカアーム２０１は、一端部が気筒列方向に伸びるロッカシャフト２０３に揺動自在に支持される。ロッカシャフト２０３は、駆動軸１１３と同様にシリンダヘッドに回転自在に支持される。
【００２１】
ロッカアーム２０１の上面中央部にはローラ２０２を収容する収容部２０１ａが形成される。ローラ２０２は、この収容部２０１ａに収容され、ローラ２０２の中心を貫通する支持軸２０４によって支持される。ローラ２０２は支持軸２０４に対して回転自在に支持される。
【００２２】
また、ローラ２０２は揺動カム１２０のベースサークル１２０ａと接触するように収容部２０１ａに収容されており、揺動カム１２０がローラ２０２を押圧することによって、ロッカアーム２０１がロッカシャフト２０３を支点として揺動する。これにより、吸気バルブ１１２の開閉が行われる。
【００２３】
支持軸２０４は、ロッカアーム２０１の側面中央に形成された軸受部２０１ｂによって支持される。また支持軸２０４は、リンク機構２０５を介してロッカシャフト２０３と連結しており、ロッカシャフト２０３が回転すると、それにともなって軸受部２０１ｂを図中左右に転動する。支持軸２０４が軸受部２０１ｂを転動すると、それにともなってローラ２０２も移動する。そうすると、揺動カム１２０とローラ２０２との接触面が連続的に移動するので、ロッカ比が連続的に変更する。
【００２４】
なお、ロッカシャフト２０３は、一端部に設けられたロッカ比制御アクチュエータ（ローラ移動装置）（図示せず）によって、ローラ２０２が揺動カム１２０のベースサークル１２０ａと接触しているときに所定回転角度範囲内で回転するように制御される。ロッカ比制御アクチュエータは、機関運転状態を検出するコントローラ３００からの制御信号に基づいて制御され、ロッカシャフト２０３を回転させる。
【００２５】
また、軸受部２０１ｂは、支持軸２０４が転動したときの軌跡が駆動軸１１３を中心とする円弧上にあるように形成される。これにより、ロッカ比に関係なくバルブクリアランスを一定に保つことができる。
【００２６】
図４は、ロッカ比が大及び小となっているときのロッカ比可変機構２００を示す図である。図４（Ａ）が、ロッカ比が大となっているときの図であり、図４（Ｂ）が、ロッカ比が小となっているときの図である。
【００２７】
ロッカシャフト２０３からローラ２０２と揺動カム１２０との接触面までの距離をＬ１、ロッカシャフト２０３から吸気バルブ１１２の軸線までの距離をＬ２とすると、ロッカ比はＬ２／Ｌ１で計算される。そうすると、図４（Ａ）（Ｂ）から明らかなように、ローラ２０２がロッカシャフト側に固定されているときのほうが、ロッカ比は大きくなる。
【００２８】
また、ローラ２０２がロッカシャフト側に固定されているときのほうが、ロッカ比は大きくなるという関係にあることから、ロッカ比と作動角との間には図５のような関係が成り立つ。
【００２９】
図５は、ロッカ比と作動角との関係を説明する図である。
【００３０】
図５に示すように、ロッカ比が大きくなるにつれて作動角は小さくなる。これは、ロッカ比が大きくなればなるほど、揺動カム１２０が揺動し始めたときに、ローラ２０２がベースサークル１２０ａと接触している時間が長くなるためである。
【００３１】
つまり、図４（Ｂ）に示すように、ロッカ比が小のときは、揺動カム１２０が揺動すると、ローラ２０２はすぐにカム面１２０ｂと接触し始める。そのため、揺動カム１２０によってすぐにローラ２０２が押圧され吸気バルブ１１２がリフトする。
【００３２】
これに対して、図４（Ａ）に示すように、ロッカ比が大のときは、揺動カム１２０が揺動を始めても、しばらくはローラ２０２はベースサークル１２０ａと接触している。そのため、揺動カム１２０のカム面１２０ｂがローラ２０２を押圧して吸気バルブ１１２を下方にリフトするまでに時間がかかる。その結果、作動角が小さくなる。
【００３３】
続いて、本発明による吸気弁制御装置１のリフト特性を、ロッカ比可変機構のみを備えた吸気弁制御装置及びリフト・作動角可変機構１００のみを備えた吸気弁制御装置のリフト特性と比較して説明する。
【００３４】
図８は、ピボット位置を可変にすることでロッカ比を可変とし、リフト量を可変とするロッカ比可変機構のみを備えた吸気弁制御装置のリフト特性を示した図である。図９は、本実施形態で用いたリフト・作動角可変機構１００のみを備えた吸気弁制御装置のリフト特性を示した図である。
【００３５】
図８に示すように、ピボット位置を可変とするロッカ比可変機構のみを備えた吸気弁制御装置では、リフト量はロッカ比に応じて変化するが、作動角はほとんど変化しない。そのため、低回転時に燃焼が悪化するという問題点があった。
【００３６】
また、図９に示すように、リフト・作動角可変機構１００のみを備えた吸気弁制御装置では、作動角を小さくすると、リフト量も小さくなってしまうので、吸入空気量が低減し
ポンピングロスが増大するという問題点があった。
【００３７】
これに対して本発明によれば、リフト・作動角可変機構１００及びロッカ比可変機構２００を備えている。そして、リフト・作動角可変機構１００及びロッカ比可変機構２００を適切に制御することで、小作動角・大リフトを実現でき、上記問題点を解決できる。
【００３８】
図６は、吸入吸気量が同一の場合のリフト特性を、本発明による吸気弁制御装置１と従来例による吸気弁制御装置とで比較した図である。図６に示すように、本発明による吸気弁制御装置１によれば、必要な空気量を小作動角で一気に吸入することができるので、燃焼が促進するとともに、ポンピングロスが減少して燃費が向上する。
【００３９】
図７は、本発明による吸気弁制御装置１のリフト特性を示した図である。
【００４０】
図７のＡに示すように、ロッカ比が小のとき（図５を参照して説明したように作動角は大となる）にリフト量を大きくすると、リフト量及び作動角は最も大きくなる。一方、図７のＢに示すように、ロッカ比が小のときにリフト量を小さくすると、リフト量を小さくしたことにより作動角が減少する。
【００４１】
また、図７のＣに示すように、ロッカ比が大のとき（図５を参照して説明したように作動角は小となる）にリフト量を大きくすると、小作動角で大リフト量が得られる。一方、図７のＤに示すように、ロッカ比が大（作動角は小）のときにリフト量を小さくすると、吸気弁１１２をほぼ停止状態にできる。
【００４２】
以上説明した本実施形態によれば、吸気弁１１２のリフト・作動角を連続的に変化させるリフト・作動角可変機構１００を備えるとともに、ロッカ比を連続して変化させるロッカ比可変機構を備える構成とした。そして、ロッカ比可変機構を、揺動カム１２０と接触するローラ２０２の位置を変化させることでロッカアーム２０１のロッカ比を連続的に変化させる構成とし、さらに、ロッカ比を小さくするときは、揺動カム１２０と接触するローラ２０２の位置をベースサークルからカム面側へ変化させる構成として、ロッカ比を小さくするとバルブ作動角が大きくなる構成とした。
【００４３】
これにより、小作動角・大リフトが実現でき、低回転時において、必要な空気量を小作動角で一気に吸入することができるので、燃焼が促進するとともに、ポンピングロスが減少して燃費が向上する。
【００４４】
また、リフト・作動角可変機構１００及びロッカ比可変機構２００を適切に制御することで、本発明による吸気弁制御装置１は、同一作動角においてリフト量の異なるリフトカーブを２つ以上存在させることができる。
【００４５】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【００４６】
たとえば、本実施形態では、一対の揺動カム１２０の位相を同じに設定したが、一方の揺動カム１２０の位相を他方の揺動カム１２０の位相よりも遅く設定してもよい。これにより、ロッカ比を大、リフト量を小に設定したとき、一方の揺動カム１２０はリフト量を０にしてバルブ停止状態にし、他方の揺動カム１２０は所定のリフト量を有する状態にすることができる。その結果、スワール流を強化して燃焼を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による吸気弁制御装置の軸方向視図である。
【図２】図１のII矢視図である。
【図３】リフト・作動角可変機構によるリフト特性を示す図である。
【図４】ロッカ比が大及び小となっているときのロッカ比可変機構を示す図である。
【図５】ロッカ比と作動角との関係を説明する図である。
【図６】吸入吸気量が同一の場合の作動角とリフト量との関係を、本発明による吸気弁制御装置と従来例による吸気弁制御装置とで比較した図である。
【図７】本発明による吸気弁制御装置のリフト特性を示した図である。
【図８】ピボット位置を可変とするロッカ比可変機構のみを備えた吸気弁制御装置のリフト特性を示した図である。
【図９】リフト・作動角可変機構のみを備えた吸気弁制御装置のリフト特性を示した図である。
【符号の説明】
【００４８】
１    吸気弁制御装置（バルブ制御装置）
１００    リフト・作動角可変機構
１１２    吸気バルブ（バルブ）
１２０    揺動カム
１２０ａ  ベースサークル
１２０ｂ  カム面
２００    ロッカ比可変機構
２０１    ロッカアーム
２０２    ローラ
２０３    ロッカシャフト
２０５    リンク機構（連結機構）
【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７】
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【図８】
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【図９】
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【図６】
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