JP5331343B2 - Variable valve operating device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、吸気バルブや排気バルブ等の駆動位相、およびバルブリフト量を変更可能とした内燃機関の可変動弁装置に関する。 The present invention relates to a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine that can change a drive phase of an intake valve, an exhaust valve, and the like and a valve lift amount.
自動車用エンジン等の内燃機関では、吸排気系のバルブの駆動位相やリフト量を内燃機関の運転状態に応じて変化させ、エンジンから排出される排出ガスを浄化させたり、自動車の燃費を低減させたりする可変動弁装置が知られている。 In an internal combustion engine such as an automobile engine, the drive phase and lift amount of the intake and exhaust valves are changed according to the operating state of the internal combustion engine to purify the exhaust gas exhausted from the engine or reduce the fuel consumption of the automobile. Such variable valve gears are known.
そのような可変動弁装置としては、バルブを駆動させる第1アームとカムにより揺動される第2アームとの間に第3アームを設け、第3アームを介してバルブを駆動させるとともに第2アームの揺動支点を変位させることにより、バルブの位相とリフト量を連続的に変化させることとした連続可変式ロッカアーム機構を有するものが知られている(例えば、特許文献1を参照)。 As such a variable valve operating apparatus, a third arm is provided between a first arm that drives a valve and a second arm that is swung by a cam, and the second arm is driven through the third arm. One having a continuously variable rocker arm mechanism in which the phase and lift amount of the valve are continuously changed by displacing the swing fulcrum of the arm is known (for example, see Patent Document 1).
このような連続可変式ロッカアーム機構を有する可変動弁装置は、バルブのリフト量や位相を調整することで排出ガスのクリーン化、開弁角を調整することで燃費の向上を図ることができる。 The variable valve operating apparatus having such a continuously variable rocker arm mechanism can improve the fuel efficiency by adjusting the lift amount and phase of the valve to clean the exhaust gas and adjust the valve opening angle.
一方、バルブを駆動させる第1アームとカムにより揺動される第2アームとの間に選択的に変位を伝達する機構を設け、第1アームの動作をさせたり、停止させたりする切換式ロッカアーム機構を有するものが知られている(例えば、特許文献2を参照)。 On the other hand, a switchable rocker arm that is provided with a mechanism for selectively transmitting displacement between a first arm that drives a valve and a second arm that is swung by a cam, and operates or stops the first arm. One having a mechanism is known (for example, see Patent Document 2).
このような切換式ロッカアーム機構を有する可変動弁装置は、吸気行程で排気バルブを開くことによる内部EGRを行って排出ガスのクリーン化、圧縮上死点で排気バルブを開弁することによりエンジンブレーキをかけること等が可能である。
しかしながら、上述したような可変動弁装置は、切換式ロッカアーム機構40及び連続可変式ロッカアーム機構50のいずれかを選択しなければならず、それぞれの単一機能しか発揮できない。また、切換式ロッカアーム機構40は瞬時の動作が可能であるが、バルブのリフト量や位相の微調整が効かないという欠点があり、一方、連続可変式ロッカアーム機構50はリフト量や位相の微調整は可能であるが、動作に1秒程度の時間がかかり、応答性が悪いという問題があった。
However, the variable valve operating apparatus as described above must select either the switching
そこで本発明は、内部EGRの実行やエンジンブレーキを効かせることができるとともに、燃費向上や排出ガスのクリーン化という複数の機能を同時に発揮させることができる内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine that can execute an internal EGR and apply an engine brake, and can simultaneously exhibit a plurality of functions of improving fuel efficiency and cleaning exhaust gas. With the goal.
本発明では上記目的を達成するため、内燃機関の可変動弁装置を次のように構成した。 In the present invention, in order to achieve the above object, a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine is configured as follows.
(1)内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に設けられたカムシャフトと、前記内燃機関に揺動可能に設けられたロッカシャフトと、前記ロッカシャフトに揺動自在に支持され、吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方のバルブを駆動可能に形成された共用ロッカアームと、前記共用ロッカアームに設けられ、中空部及び窓部を有する格納筒、前記中空部内に往復動自在に納められ、切欠部を有するピストン、前記切欠部が前記窓部に位置するように前記ピストンを付勢するスプリング、及び、前記中空部に油圧を供給可能に形成され、前記油圧により前記スプリングを圧縮する方向に前記ピストンを移動させることで、前記ピストンの外周を前記窓部に露出させる油圧供給機構を有する伝達機構、並びに、前記カムシャフトに形成されたカムによって駆動される、前記ロッカシャフトに揺動可能に設けられ、前記窓部に位置する前記ピストンの外周と当接可能な突き当てアームを有する切換ロッカアームを具備し、前記窓部に前記ピストンの外周が露出するときに、前記ピストンの外周に前記突き当てアームが突き当たることで、前記切換ロッカアームからの変位を前記共用ロッカアームへ変位を選択的に前記伝達機構に伝え、前記バルブを開閉するとともに、そのリフト量を段階的に切り換える切換式ロッカアーム機構と、前記カムシャフトに形成されたカムによって駆動されることで前記共用ロッカアームを駆動し、前記吸気バルブと前記排気バルブの少なくとも一方のバルブを開閉するとともに、そのリフト量を連続的に可変する連続可変式ロッカアーム機構と、を備えている。 (1) A camshaft that is rotatably provided on a cylinder head of an internal combustion engine, a rocker shaft that is swingably provided on the internal combustion engine, and an intake valve and an exhaust valve that are swingably supported by the rocker shaft. A shared rocker arm formed so as to be able to drive at least one of the valves, a storage cylinder provided in the shared rocker arm, having a hollow portion and a window portion, a piston having a notch portion reciprocally accommodated in the hollow portion, A spring that biases the piston so that the notch is positioned at the window, and a hydraulic pressure that can be supplied to the hollow portion, and the piston is moved in a direction in which the spring is compressed by the hydraulic pressure. in, transmission mechanism having a hydraulic supply mechanism for exposing the periphery of the piston to the window, and, formed on the camshaft Ru is driven by arm, the swingably provided on the rocker shaft, provided with a switching rocker arm having an outer peripheral and can abut the abutment arm of the piston located in the window portion, of the piston to the window When the outer periphery is exposed, the abutting arm hits the outer periphery of the piston, so that the displacement from the switching rocker arm is selectively transmitted to the common rocker arm, and the valve is opened and closed. a switchable rocker arm mechanism for switching the lift amount stepwise, the drives said common rocker arm by being driven by a formed cam on the camshaft, closing at least one of the valve of the exhaust valve and the intake and exhaust valves as well as comprising a continuous variable rocker arm mechanism for varying the lift amount continuously, the There.
(2)(1)に記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記連続可変式ロッカアーム機構は、前記カムにより駆動され、前記ロッカシャフト側に設けられた支点を中心として揺動可能に設けられた連続可変アームと、前記ロッカシャフトに揺動可能に支持され、前記共用ロッカアームと前記連続可変アームとの間に設けられた中間アームと、前記中間アームと前記連続可変アームとの間に設けられ、前記連続可変アームの揺動変位を前記中間アームを介して前記共用ロッカアームに伝達する変換部材と、前記ロッカシャフトを揺動させて、前記支点を変位させる駆動機構とを具備する。 The variable valve device for an internal combustion engine according to (2) (1), wherein the continuous variable rocker arm mechanism is driven by the pre-Symbol cam swingably provided around the fulcrum provided on the rocker shaft side An intermediate arm provided between the shared rocker arm and the continuous variable arm, and provided between the intermediate arm and the continuous variable arm. A conversion member that transmits the swing displacement of the continuously variable arm to the shared rocker arm via the intermediate arm, and a drive mechanism that swings the rocker shaft to displace the fulcrum.
(3)(1)に記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記内燃機関は、吸気側に前記連続可変式ロッカアーム機構を備えるとともに、排気側に前記切換式ロッカアーム機構を備え、前記内燃機関が吸気行程のときに、該切換式ロッカアーム機構により前記排気バルブを開弁させるとともに、該連続可変式ロッカアーム機構により前記吸気バルブの開弁時期を早閉じさせる。 (3) In the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to (1), the internal combustion engine includes the continuously variable rocker arm mechanism on the intake side and the switchable rocker arm mechanism on the exhaust side. When the engine is in the intake stroke, the exhaust valve is opened by the switching rocker arm mechanism, and the valve opening timing of the intake valve is quickly closed by the continuously variable rocker arm mechanism.
(4)(1)に記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記内燃機関は、前記切換式ロッカアーム機構により駆動される前記排気バルブと、前記連続可変式ロッカアーム機構により駆動される前記排気バルブを1気筒当たりに少なくとも1つずつ備え、該内燃機関が圧縮上死点近傍であるときに、該切換式ロッカアーム機構により前記排気バルブを開弁するとともに、該連続可変式ロッカアーム機構により前記排気バルブの開弁時期を早開きさせる。 (4) In the variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to (1), the internal combustion engine includes the exhaust valve driven by the switching rocker arm mechanism and the exhaust valve driven by the continuously variable rocker arm mechanism. At least one per cylinder, and when the internal combustion engine is near compression top dead center, the exhaust valve is opened by the switchable rocker arm mechanism, and the exhaust valve is opened by the continuously variable rocker arm mechanism. Open the valve opening time early.
(1)に記載した可変動弁装置によれば、連続可変式ロッカアーム機構と切換式ロッカアーム機構とを併用してバルブを開閉させることで、バルブの開閉タイミングを瞬時に切り換えるとともに、リフト量を細かく制御する等、複数の機能を同時に実現することができる。 According to the variable valve operating apparatus described in (1), by opening and closing the valve using both the continuously variable rocker arm mechanism and the switching rocker arm mechanism, the valve opening / closing timing is instantaneously switched and the lift amount is finely adjusted. A plurality of functions such as control can be realized simultaneously.
(1)に記載した可変動弁装置によれば、揺動変位の伝達を必要に応じて選択的に行うことで、タイミングの遅れなく、バルブの開閉を行うことができる。 According to the variable valve operating apparatus described in (1) , the valve can be opened and closed without delay in timing by selectively transmitting the oscillating displacement as necessary.
(2)に記載した可変動弁装置によれば、揺動変位の伝達を連続的に行うことで、きめこまかくバルブの駆動位相及びリフト量を制御することができる。 According to the variable valve operating apparatus described in (2) , the drive phase and lift amount of the valve can be finely controlled by continuously transmitting the oscillation displacement.
(3)に記載した可変動弁装置によれば、内部EGRを行うとともに、EGR量の微調整を行うことで、排気ガスのクリーン化を図ることができる。 According to the variable valve operating apparatus described in (3) , the exhaust gas can be cleaned by performing the internal EGR and finely adjusting the EGR amount.
(4)に記載した可変動弁装置によれば、エンジンブレーキを作動させるとともに、効果を増大させることができる。 According to the variable valve operating apparatus described in (4) , the engine brake can be operated and the effect can be increased.
図1は本発明の第1の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置20が組み込まれたシリンダヘッド10の要部を示す平面図、図2は同シリンダヘッド10の図1におけるA−A線で切断して矢印方向に見た断面図、図3は同シリンダヘッド10の図1におけるB−B線で切断して矢印方向に見た断面図、図4は可変動弁装置20を示す斜視図、図5は同可変動弁装置20を示す分解斜視図である。
FIG. 1 is a plan view showing a main part of a
図1乃至図3に示すように、シリンダヘッド10には、一対の吸気バルブ12,13と、一対の排気バルブ14,15が設けられている。吸気バルブ12,13は、シリンダヘッド10の吸気通路に軸方向に往復動可能に設けてあり、弁ばね12a,13aによって吸気通路を閉止する方向に常に付勢されている。排気バルブ14,15は、シリンダヘッド10の排気通路に軸方向に往復動可能に設けてあり、弁ばね14a,15aによって吸気通路を閉止する方向に常に付勢されている。なお、シリンダ11はシリンダヘッド10の下部にあるシリンダブロック(不図示)に取り付けられている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
可変動弁装置20は、内燃機関のバルブを開閉駆動させる動弁装置であり、シリンダ11を挟んで一対ずつ設けられている。なお、一対の可変動弁装置20は、シリンダ11を挟んで対称の構造をしているので、排気バルブ14,15側の可変動弁装置20についてのみ説明し、吸気バルブ12,13側の可変動弁装置20については説明を省略する。
The
シリンダヘッド10には、回転自在に設けられた一対のカムシャフト21と、揺動可能に設けられた一対のロッカシャフト30と、カムシャフト21に形成されたカム22によって駆動され、吸気バルブ12,13と排気バルブ14,15をそれぞれ開閉するとともに、そのリフト量を段階的に切り換える一対の切換式ロッカアーム機構40と、カムシャフト21に形成されたカム23によって駆動され、吸気バルブ12,13と排気バルブ14,15を開閉するとともに、そのリフト量を連続的に可変する一対の連続可変式ロッカアーム機構50とを備えている。なお、切換式ロッカアーム機構40と連続可変式ロッカアーム機構50は、ロッカアーム60を共用している。
The
カムシャフト21及びロッカシャフト30は、カムチェーンやギア等を介して内燃機関のクランクシャフト(不図示)に連結しており、クランクシャフトが回転すると、カムプロフィルが異なるカム22,23が矢印Rで示す方向に回転駆動される。カム22,23は、後述するような所定のタイミングで可変動弁装置20を駆動する。
The
ロッカシャフト30の内部には、エンジンオイルが供給される油通路31が設けられている。この油通路31にエンジンオイルを供給する油圧供給機構80が接続されている。また、ロッカシャフト30は、その軸心線周りの回転角度位置を制御する駆動機構90とを備えている。さらに、ロッカシャフト30の連続可変式ロッカアーム機構50に対応する位置には、切欠き部32が形成してある。
An
次に、図2及び図5に基づき、切換式ロッカアーム機構40について説明する。切換式ロッカアーム機構40は、ロッカシャフト30に揺動自在に支持され、排気バルブ14,15を駆動可能に形成された共用ロッカアーム60と、カム22により駆動され、ロッカシャフト30に揺動可能に設けられた切換ロッカアーム41を具備する。
Next, the switchable
切換ロッカアーム41は、ロッカシャフト30に揺動自在に支持されたボス部41aと、このボス部41aから上方へ突き出るとともに、後述する伝達機構としての縦型ピストン構造70の窓部71b内へ進入および退避動する突き当てアーム41bと、ローラ41cが揺動自在に設けられている。ローラ41cは、カム22に接触し、カム22が回転すると切換ロッカアーム41が、ロッカシャフト30の軸心線を支点として揺動される。また、切換ロッカアーム41には、溝部41dが形成してある。
The switching
図5中42は、ねじりコイルばねであり、一端側に屈曲部42aが形成してあり、他端側には、ロッカシャフト30の軸方向に延び、更に径方向外側に屈曲した作動部42bが形成されている。屈曲部42aは、シリンダヘッド10に挿入される。ねじりコイルばね42の作動部42bが溝部41d内に係合されると、ねじりコイルばね42は切換ロッカアーム41をローラ41cがカム22に倣うように付勢する。
In FIG. 5,
共用ロッカアーム60は、ロッカシャフト30部分に揺動自在に嵌挿されたボス部61と、このボス部61から排気バルブ14,15側に延びるアーム62,63と、後述する押圧部53bに押圧される受圧部64とを備えている。ボス部61内には、油通路31からエンジンオイルを案内する流路61aが設けられている。
The shared
ボス部61には、切換ロッカアーム41からの変位を共用ロッカアーム60への変位を選択的に伝えるための伝達機構として、円筒状の縦型ピストン構造70が設けられている。縦型ピストン構造70は、ボス部61の内面まで続く中空部71a及び側面の窓部71bを有する格納筒71と、この格納筒71の中空部71aの上端開口を閉塞する蓋部材72と、中空部71a内を往復動自在に収められたピストン73と、蓋部材72に設けられピストン73をボス部61側に付勢するスプリング74とを備えている。ピストン73には、切欠部73aが設けられ、通常はスプリング74の作用により切欠部73aが窓部71bの位置に来るように設定されている。なお、油圧供給機構80により油圧がかけられると油通路31からエンジンオイルが中空部71aに供給され、スプリング74を圧縮してピストン73を押し上げる。これにより、窓部71bにはピストン73の外周が露出することとなる。逆に油圧を解除するとピストン73はスプリング74の作用により押し下げられる。油圧のON/OFFは瞬時に行うことができる。
The
また、窓部71bには突き当てアーム41bが対向配置されている。突き当てアーム41bは、窓部71bに切欠き部73aが位置決められるときは、切欠き部73a内を空移動し、窓部71bにピストン73の外周部分が位置決められるときは、該外周部分と突き当りながら移動する形状に形成してある。
In addition, an
これにより、アーム41の突き当てアーム41bがピストン73に突き当らないときは、切換ロッカアーム41からのカム変位が共用ロッカアーム60へ伝達されず、突き当てアーム41bがピストン73に突き当たるときは、切換ロッカアーム41からのカム変位が、共用ロッカアーム60を介して排気バルブ14,15を開弁する構造となっている。また、ロッカシャフト30には油通路31よりも下流側に、流路61aよりも幅広な油排出室32が形成されており、ロッカシャフト30自体の揺動、または、カム22の回転に伴い切換ロッカアーム41が揺動して流路61aの位置が変化しても、中空部71aにエンジンオイルを供給することが可能となっている。なお、油排出室32の幅は、切換ロッカアーム41の揺動する距離よりも大きく、かつ、ロッカシャフト30の最大揺動位置に達した時にも流路61aへエンジンオイルを供給することが可能な大きさとなっていることが好ましい。
Thereby, when the
さらに、縦型ピストン構造70には中空部71aよりも上流側に、流路61aよりも幅広な油導入室75が形成されており、カム22の回転に伴い切換ロッカアーム41が揺動して流路61aの位置が変化しても、中空部71aにエンジンオイルを供給することが可能となっている。なお、油導入室75の幅は、切換ロッカアーム41の揺動する距離よりも大きいことが好ましい。
Further, an
次に、図3及び図5に基づき連続可変式ロッカアーム機構50について説明する。連続可変式ロッカアーム機構50は、ロッカシャフト30に揺動自在に支持され、排気バルブ14,15を駆動可能に形成された共用ロッカアーム60と、カム23により駆動され、ロッカシャフト30側に設けられた支点Qを中心として揺動可能に設けられた連続可変アーム53と、共用ロッカアーム60と連続可変アーム53の間に設けられ、連続可変アーム53の揺動変位を共用ロッカアーム60に伝達して共用ロッカアーム60を駆動する中間アーム51とを具備する。
Next, the continuously variable
中間アーム51は、円環状のシャフト嵌挿部51aと、このシャフト嵌挿部51aから径方向に突出した押圧部51bとを備えている。押圧部51bにはローラ51cが設けられている。中間アーム51がロッカシャフト30を中心に揺動すると、押圧部53bが共用ロッカアーム60の受圧部64を押圧し、共用ロッカアーム60が排気バルブ14,15を開弁する。
The
連続可変アーム53は、この連続可変アーム53とロッカシャフト30とを接続する接続部材54を備えている。接続部材54は、スタッドボルトで、一端側に球状の自在継手部54aを有し、ロッカシャフト30の切欠き部32に形成されたねじ孔33にねじ込まれ、ロックナット54bにより固定される。接続部材54がロッカシャフト30に固定されると、自在継手部54aが支点Qとして機能する。
The continuously
また、図5中55は、ねじりコイルばねであり、一端側に屈曲部55aが形成してあり、他端側には、ロッカシャフト30の軸方向に延び、更に径方向外側に屈曲した作動部55bが形成されている。屈曲部55aは、シリンダヘッド10に挿入される。
5 denotes a torsion coil spring having a
連続可変アーム53は、側面視でほぼコの字状に形成されており、コの字に形成された図の下方側に基端部53aが、また上方側に当接部53bがそれぞれ設けられている。基端部53aは、上面に凹部53cが形成してある。凹部53cは、自在継手部54aの球面形状に対応したほぼ半球形状に形成してあり、自在継手部54aを支点として揺動自在に組み付けられる。
The continuously
また連続可変アーム53には、基端部53aと当接部53bの中間位置に、ローラ53dが揺動自在に設けられている。ローラ53dは、カム23に接触し、カム23が回転すると連続可変アーム53が、自在継手部54aの中心を支点として揺動される。
Further, the continuously
また、図中56は、変換部材を示している。変換部材56は、一端側を長くした三角台状に形成されており、図5の上方側の面に摺動面部56aが、図の下方側の面に伝達面部56bが設けられている。摺動面部56aは、シリンダヘッド10に固定されたパッド57(図9参照)の湾曲に等しく形成してあり、パッド57の下面に沿って円弧状に摺動移動する。
Moreover, 56 in the figure has shown the conversion member. The
伝達面部56bは、摺動面部56aとの距離が、摺動面部56aに沿って所定の値を持つように形成されている。すなわち、変換部材56がパッド57の下面に沿って円弧状に摺動移動されると、所定位置で伝達面部56bに接する部材が、変換部材56の移動に伴ってパッド57に垂直な方向に所定の動きをなすように形成されている。
The
また伝達面部56bには、溝部56cが形成してあり、ねじりコイルばね55の作動部55bが溝部56c内に係合される。作動部55bが溝部56c内に係合されると、ねじりコイルばね55は変換部材56を、変換部材56が変換アーム53側に移動するように付勢する。
Further, a
更に、変換部材56と連続可変アーム53の当接部53bとの間には、半円筒体の継ぎ手57が設けられている。継ぎ手57は、連続可変アーム53の当接部53bに取り付けられ、かつ変換部材56に摺動自在に嵌合しており、変換部材56と当接部53bとの接触角度の変化を吸収し、かつ、連続可変アーム53の押圧動作を変換部材56に伝達するようになっている。
Further, a semi-cylindrical joint 57 is provided between the
次に、図9を参照して連続可変式ロッカアーム機構50の作動について説明する。排気バルブの開弁又は閉弁時期を遅角させる場合、ロッカシャフト30が駆動機構90により、接続部材54の自在継手部54aが中立位置に対して排気バルブ14,15側に近づいた方向に揺動される。
Next, the operation of the continuously variable
連続可変アーム53は、基端部53aが自在継手部54aにより左方に引かれ、全体が左方に移動し、一方ねじりコイルばね55により変換部材56が変換アーム53側に付勢されているので、変換部材56がパッド57に密着するとともにローラ53dがカム23に当接している。このとき、カムシャフト21は左廻りであることから、カム山が始まる点と、ローラ53dとカム23の接触点までの角度が最も遠く設定され、中立の場合より遅く変換アーム53がカム23により駆動され、その結果、バルブの開弁又は閉弁時期が遅角される。
In the continuously
一方、排気バルブの開弁又は閉弁時期を進角させる場合は、接続部材54の自在継手部54aが中立位置に対して排気バルブ14,15側から遠ざかる方向に揺動されている。
On the other hand, when the opening or closing timing of the exhaust valve is advanced, the universal
連続可変アーム53は、基端部53aが自在継手部54aにより右方に引かれ、全体が右方に移動し、一方ねじりコイルばね55により変換部材56が変換アーム53側に付勢されているので、変換部材56がパッド57に密着するとともにローラ53dがカム23に当接している。
In the continuously
このとき、カムシャフト21は左廻りであることから、カム山が始まる点と、ローラ53dとカム23の接触点までの角度が最も狭く設定され、中立の場合より早く変換アーム53がカム23により駆動され、その結果、排気バルブの開弁又は閉弁時期が進角される。
At this time, since the
なお、以上の遅角、進角の調整はロッカシャフト30の角度位置を連続的に調整することで、連続的に行われることとなる。
It should be noted that the above adjustment of the retard angle and advance angle is performed continuously by continuously adjusting the angle position of the
以上説明したように、可変動弁装置20は、駆動機構90によってロッカシャフト30を揺動させることで、開弁時期及び閉弁時期を変化させることができるため、開弁時期及び閉弁時期を変化させて、吸入空気量の増大を図り、燃費低減の効果が得られる。
As described above, since the variable
このように構成され、切換式ロッカアーム機構40及び連続可変式ロッカアーム機構50を有する可変動弁装置20を備えた内燃機関においては、次のよう制御を行うことができる。
In the internal combustion engine configured as described above and including the variable
最初に、内部EGR量の最適化を行う場合の切換式ロッカアーム機構40の動作及び連続可変式ロッカアーム機構50の動作について、「通常運転」と「内部EGR運転」とを比較して説明する。なお、図6は、カムシャフト21の位相とリフト量との関係を示すグラフであって、EXは、排気バルブ14,15の開弁(リフト)、INは吸気バルブ12,13の開弁(リフト)を示している。
First, the operation of the switching
<通常運転>
カムシャフト21は、排気バルブ14,15の開弁を行う排気行程と、吸気バルブ12,13の開弁による吸気行程とを僅かにオーバーラップさせている。このときの切換式ロッカアーム機構40の動作は図8、連続可変式ロッカアーム機構50の動作は図9に示されている。なお、通常運転においては、吸気バルブ12,13側及び排気バルブ14,15側共に、切換式ロッカアーム機構40の動作モードはOFF、連続可変式ロッカアーム機構50の動作モードは通常(中立)とする。
<Normal operation>
The
すなわち、切換式ロッカアーム機構40の動作モードをOFFとすると、油圧供給機構80による油圧が加わらず、切換式ロッカアーム機構40では、エンジンオイルが中空部71aに供給されない。このため、ピストン73がスプリング74の弾性力により下側に付勢され、窓部71bに切欠部73aが位置する。一方、カムシャフト21によるカム22の回転により、ローラ41cがカム22に沿って移動し、一定間隔で切換ロッカアーム41がロッカーシャフト30の周りを図8中矢印E方向に揺動する。しかしながら、突き当てアーム41bが窓部71bに突入した場合であっても、切欠部73aに入るのみで、ピストン73には当接しない。したがって、切換ロッカアーム41の動きは共用ロッカアーム60に伝わらず、結局、切換式ロッカアーム機構40は作動せず、吸気バルブ12,13及び排気バルブ14,15が駆動されない。
That is, when the operation mode of the switchable
また、連続可変式ロッカアーム機構50では、駆動機構90によりロッカーシャフト30を中立の位置とする。したがって、カムシャフト21によるカム23の回転により、ローラ53dがカム23に沿って移動し、一定間隔で連続可変アーム53がロッカーシャフト30の周りを図9中矢印F方向に揺動する。これにより、変換部材56、中間アーム51を介して連続可変アーム53の動きが共用ロッカアーム60に伝達され、カム23のプロフィール通りに吸気バルブ12,13及び排気バルブ14,15が駆動される。
In the continuously variable
上述したように、通常運転においては、連続可変式ロッカアーム機構50により、吸気バルブ12,13及び排気バルブ14,15が実線Sに沿った位相及びリフト量で駆動されることとなる。
As described above, in the normal operation, the continuously variable
<内部EGR運転>
内部EGR運転においては、吸気バルブ12,13側の切換式ロッカアーム機構40の動作モードはOFF、連続可変式ロッカアーム機構50の動作モードは早閉(進角)とする。排気バルブ14,15側の切換式ロッカアーム機構40の動作モードはON、連続可変式ロッカアーム機構50の動作モードは通常(中立)とする。
<Internal EGR operation>
In the internal EGR operation, the operation mode of the switching
切換式ロッカアーム機構40及び連続可変式ロッカアーム機構50の動作をまとめると次のようになる。
排気バルブ14,15側の切換式ロッカアーム機構40の動作モードをONとすると、油圧供給機構80によって油圧が加わり、図10に示すように、切換式ロッカアーム機構40では、エンジンオイルが中空部71aに供給される。このため、ピストン73がスプリング74の弾性力に抗して上昇し、窓部71bにピストン73の外周が位置する。一方、カムシャフト21によるカム22の回転により、ローラ41cがカム22に沿って移動し、一定間隔で切換ロッカアーム41がロッカーシャフト30の周りを図8中矢印E方向に揺動する。突き当てアーム41bが窓部71bに突入すると、ピストン73の外周に当接する。したがって、切換ロッカアーム41の動きは共用ロッカアーム60に伝達され、カム22のプロフィール通りに排気バルブ14,15が駆動される。このカム22の山22aが図6中Pに相当する。
When the operation mode of the switching
また、吸気バルブ12,13側の連続可変式ロッカアーム機構50では、駆動機構90によりロッカーシャフト30を反時計廻りに所定角度だけ回転し進角の角度位置とし、連続可変アーム53の揺動支点を吸気バルブ12,13から遠ざける。このような状態でカムシャフト21によるカム23の回転により、ローラ53dがカム23に沿って移動し、一定間隔で連続可変アーム53がロッカーシャフト30の周りを図11中矢印F方向に揺動する。これにより、変換部材56、中間アーム51を介して連続可変アーム53の動きが共用ロッカアーム60に伝達され、カム23のプロフィールに対して進角した状態で吸気バルブ12,13が駆動される。
In the continuously variable
上述したように、内部EGR運転では吸気行程において、吸気バルブ12,13は、連続可変式ロッカアーム機構50により駆動され、排気バルブ14,15は切換式ロッカアーム機構40により駆動される。したがって、吸気バルブ12,13は図6中S、排気バルブ14,15は図6中Pで示す位相及びリフト量で開弁することとなる。すなわち、図6Pで示すタイミングで排気バルブ14,15が開弁する、すなわち吸気行程で開弁することとなるため、一旦シリンダ11から排出された排ガスをシリンダ11内に吸気することとなり、内部EGR動作となる。
As described above, in the internal EGR operation, the
このときの排気バルブ14,15のリフト量が一定であるから、内部EGR量が一定となる。一方、エンジンの運転状態は一定ではないことから、必要なEGR量が異なることから、この微調整を吸気バルブ12,13の動作によって行う。すなわち、内部EGR量が過小となりNOxが下がらないことを防止するため、吸気バルブ12,13の閉じ終わりを早めることで、吸気量自体を減少させることができ、相対的に内部EGR量が増えることとなる。図7は、吸気バルブ12,13の閉じ終わり位相と空気量との関係、吸気バルブ12,13の閉じ終わり位相と内部EGR量との関係を示している。標準の閉じ終わり位相S0より、わずかに早い位相S1又はS2に吸気バルブ12,13を閉じることで、空気量が減り、内部EGR量が増大することとなる。
Since the lift amount of the
上述したように切換式ロッカアーム機構40と連続可変式ロッカアーム機構50を連携動作させることにより、より適切なEGR量を得て、排ガスのクリーン化を行うことができる。
As described above, by operating the switching
次に、エンジンブレーキ作動時の切換式ロッカアーム機構40の動作及び連続可変式ロッカアーム機構50の動作について、「通常運転」と「エンジンブレーキ作動」とを比較して説明する。なお、図12は、カムシャフト21の位相とリフト量との関係を示すグラフであって、EXは、排気バルブ14,15の開弁(リフト)、INは吸気バルブ12,13の開弁(リフト)を示している。
Next, the operation of the switching
<通常運転>
カムシャフト21は、排気バルブ14,15の開弁を行う排気行程と、吸気バルブ12,13の開弁による吸気行程とを僅かにオーバーラップさせている。このときの切換式ロッカアーム機構40の動作は図8、連続可変式ロッカアーム機構50の動作は図9に示されている。なお、通常運転においては、吸気バルブ12,13側及び排気バルブ14,15側共に、切換式ロッカアーム機構40の動作モードはOFF、連続可変式ロッカアーム機構50の動作モードは通常(中立)とする。
<Normal operation>
The
なお、通常運転時の切換式ロッカアーム機構40の動作と、連続可変式ロッカアーム機構50の動作は、前述した図8及び図9と同じであるため説明は省略する。
The operation of the switching
<エンジンブレーキ作動>
エンジンブレーキの作動時は、吸気バルブ12,13側の切換式ロッカアーム機構40の動作モードはOFF、連続可変式ロッカアーム機構50の動作モードは通常(中立)とする。排気バルブ14,15側の切換式ロッカアーム機構40の動作モードはON、連続可変式ロッカアーム機構50の動作モードは早開(進角)とする。
<Engine brake operation>
When the engine brake is operated, the operation mode of the switching
切換式ロッカアーム機構40及び連続可変式ロッカアーム機構50の動作をまとめると次のようになる。
排気バルブ14,15側の切換式ロッカアーム機構40の動作モードをONとすると、油圧供給機構80によって油圧が加わり、図14に示すように、切換式ロッカアーム機構40では、エンジンオイルが中空部71aに供給される。このため、ピストン73がスプリング74の弾性力に抗して上昇し、窓部71bにピストン73の外周が位置する。一方、カムシャフト21によるカム22の回転により、ローラ41cがカム22に沿って移動し、一定間隔で切換ロッカアーム41がロッカーシャフト30の周りを図中矢印E方向に揺動する。突き当てアーム41bが窓部71bに突入すると、ピストン73の外周に当接する。したがって、切換ロッカアーム41の動きは共用ロッカアーム60に伝達され、カム22のプロフィール通りに排気バルブ14,15が駆動される。このカム22の山部22bが図12中Lに相当する。
When the operation mode of the switchable
また、図15に示すように、排気バルブ14,15側の連続可変式ロッカアーム機構50では、駆動機構90によりロッカーシャフト30を反時計廻りに所定角度だけ回転し進角の角度位置とし、連続可変アーム53の揺動支点を吸気バルブ12,13から遠ざける。このような状態でカムシャフト21によるカム23の回転により、ローラ53dがカム23に沿って移動し、一定間隔で連続可変アーム53がロッカーシャフト30の周りを図17中矢印F方向に揺動する。これにより、変換部材56、中間アーム51を介して連続可変アーム51の動きが共用ロッカアーム60に伝達され、カム23のプロフィールに対して進角した状態で吸気バルブ12,13が駆動される。
Further, as shown in FIG. 15, in the continuously variable
上述したように、エンジンブレーキ作動においては、吸気バルブ12,13は、連続可変式ロッカアーム機構50により駆動され、排気バルブ14,15は切換式ロッカアーム機構40及び連続可変式ロッカアーム機構50の両者により駆動される。したがって、排気バルブ14,15は図12中M及びLで示す位相及びリフト量で開弁することとなる。すなわち、図12中Lで示すタイミングで切換式ロッカアーム機構40により排気バルブ14,15を開弁する、すなわち、圧縮上死点(TDC)で排気バルブ14,15開弁し、圧縮ブレーキが作動する。排気バルブ14,15のリフト量が一定であるから、ブレーキ効果は一定となる。
As described above, in the engine brake operation, the
一方、エンジンの運転状態は一定ではないことから、必要なブレーキ力が異なることから、この微調整を連続可変式ロッカアーム機構50により駆動される排気バルブ14,15の動作によって行う。すなわち、排気バルブ14,15の開き始めを標準の位相M0より、僅かに早い位相M1又はM2として、開弁時期を早めることで、排気エネルギ(空気量)を増大させることができ、相対的にブレーキ力を増やすこととなる。図13は、排気バルブ14,15の開き始め位相と排気エネルギ(空気量)との関係、排気バルブ14,15の開き始め位相とエンジンブレーキ力との関係を示している。
On the other hand, since the operating state of the engine is not constant and the required braking force is different, this fine adjustment is performed by the operation of the
上述したように切換式ロッカアーム機構40と連続可変式ロッカアーム機構50を連携動作させることにより、より適切なエンジンブレーキ力を得ることができ、良好な運転感覚を得ることができる。
As described above, by operating the switching
上述したように、本実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置20によれば、内部EGRの実行やエンジンブレーキを効かせることができるとともに、燃費向上や排出ガスのクリーン化という複数の機能を同時に発揮させることが可能となる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[1] 内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に設けられたカムシャフトと、
前記内燃機関に揺動可能に設けられたロッカシャフトと、
前記カムシャフトに形成されたカムによって駆動され、吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方のバルブを開閉するとともに、そのリフト量を連続的に可変する連続可変式ロッカアーム機構と、
前記カムシャフトに形成されたカムによって駆動され、吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方のバルブを開閉するとともに、そのリフト量を段階的に切り換える切換式ロッカアーム機構とを備えていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
[2] 前記切換式ロッカアーム機構は、
前記ロッカシャフトに揺動自在に支持され、前記バルブを駆動可能に形成された共用ロッカアームと、
前記カムにより駆動され、前記ロッカシャフトに揺動可能に設けられた切換ロッカアームと、
該切換ロッカアームからの変位を前記共用ロッカアームへ変位を選択的に伝える伝達機構とを具備することを特徴とする[1]に記載の内燃機関の可変動弁装置。
[3] 前記連続可変式ロッカアーム機構は、
前記ロッカシャフトに揺動自在に支持され、前記バルブを駆動可能に形成された共用アームと、
前記カムにより駆動され、前記ロッカシャフト側に設けられた支点を中心として揺動可能に設けられた連続可変アームと、
前記ロッカシャフトに揺動可能に支持され、前記共用アームと前記連続可変アームとの間に設けられた中間アームと、
前記中間アームと前記連続可変アームとの間に設けられ、前記連続可変アームの揺動変位を前記中間アームを介して前記共用アームに伝達する変換部材と、
前記ロッカシャフトを揺動させて、前記支点を変位させる駆動機構とを具備することを特徴とする[1]に記載の内燃機関の可変動弁装置。
[4] 前記内燃機関は、吸気側に前記連続可変式ロッカアーム機構を備えるとともに、排気側に前記切換式ロッカアーム機構を備え、
前記内燃機関が吸気行程のときに、該切換式ロッカアーム機構により前記排気バルブを開弁させるとともに、該連続可変式ロッカアーム機構により前記吸気バルブの開弁時期を早閉じさせることを特徴とする[1]に記載の内燃機関の可変動弁装置。
[5] 前記内燃機関は、前記切換式ロッカアーム機構により駆動される前記排気バルブと、前記連続可変式ロッカアーム機構により駆動される前記排気バルブを1気筒当たりに少なくとも1つずつ備え、
該内燃機関が圧縮上死点近傍であるときに、該切換式ロッカアーム機構により前記排気バルブを開弁するとともに、該連続可変式ロッカアーム機構により前記排気バルブの開弁時期を早開きさせることを特徴とする[1]に記載の内燃機関の可変動弁装置。
As described above, according to the variable
Hereinafter, the invention described in the scope of claims of the present application will be appended.
[1] A camshaft rotatably provided on a cylinder head of an internal combustion engine;
A rocker shaft provided swingably in the internal combustion engine;
A continuously variable rocker arm mechanism that is driven by a cam formed on the camshaft, opens and closes at least one of an intake valve and an exhaust valve, and continuously varies the lift amount;
An internal combustion engine comprising a switchable rocker arm mechanism that is driven by a cam formed on the camshaft and opens and closes at least one of an intake valve and an exhaust valve and switches a lift amount in stages. Variable valve gear for engine.
[2] The switchable rocker arm mechanism is
A shared rocker arm that is swingably supported by the rocker shaft and configured to drive the valve;
A switching rocker arm driven by the cam and provided on the rocker shaft so as to be swingable;
The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to [1], further comprising a transmission mechanism that selectively transmits the displacement from the switching rocker arm to the common rocker arm.
[3] The continuously variable rocker arm mechanism is:
A shared arm that is swingably supported by the rocker shaft and configured to drive the valve;
A continuously variable arm driven by the cam and provided so as to be swingable about a fulcrum provided on the rocker shaft side;
An intermediate arm supported by the rocker shaft in a swingable manner and provided between the shared arm and the continuously variable arm;
A conversion member that is provided between the intermediate arm and the continuously variable arm, and transmits the swing displacement of the continuously variable arm to the common arm via the intermediate arm;
The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to [1], further comprising a drive mechanism that swings the rocker shaft to displace the fulcrum.
[4] The internal combustion engine includes the continuously variable rocker arm mechanism on the intake side, and the switchable rocker arm mechanism on the exhaust side.
When the internal combustion engine is in the intake stroke, the exhaust valve is opened by the switching rocker arm mechanism, and the valve opening timing of the intake valve is quickly closed by the continuously variable rocker arm mechanism. ] The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to any of the above.
[5] The internal combustion engine includes at least one exhaust valve driven by the switching rocker arm mechanism and at least one exhaust valve driven by the continuously variable rocker arm mechanism.
When the internal combustion engine is in the vicinity of compression top dead center, the exhaust valve is opened by the switching rocker arm mechanism, and the opening timing of the exhaust valve is quickly opened by the continuously variable rocker arm mechanism. The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to [1].
10…シリンダヘッド、12,13…吸気バルブ、14,15…排気バルブ、20…可変動弁装置、21…カムシャフト、22,23…カム、30…ロッカシャフト、40…切換式ロッカアーム機構、41…切換ロッカアーム、50…連続可変式ロッカアーム機構、53…連続可変アーム、60…共用ロッカアーム。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記内燃機関に揺動可能に設けられたロッカシャフトと、
前記ロッカシャフトに揺動自在に支持され、吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方のバルブを駆動可能に形成された共用ロッカアームと、
前記共用ロッカアームに設けられ、中空部及び窓部を有する格納筒、前記中空部内に往復動自在に納められ、切欠部を有するピストン、前記切欠部が前記窓部に位置するように前記ピストンを付勢するスプリング、及び、前記中空部に油圧を供給可能に形成され、前記油圧により前記スプリングを圧縮する方向に前記ピストンを移動させることで、前記ピストンの外周を前記窓部に露出させる油圧供給機構を有する伝達機構、並びに、前記カムシャフトに形成されたカムによって駆動される、前記ロッカシャフトに揺動可能に設けられ、前記窓部に位置する前記ピストンの外周と当接可能な突き当てアームを有する切換ロッカアームを具備し、前記窓部に前記ピストンの外周が露出するときに、前記ピストンの外周に前記突き当てアームが突き当たることで、前記切換ロッカアームからの変位を前記共用ロッカアームへ変位を選択的に前記伝達機構に伝え、前記バルブを開閉するとともに、そのリフト量を段階的に切り換える切換式ロッカアーム機構と、
前記カムシャフトに形成されたカムによって駆動されることで前記共用ロッカアームを駆動し、前記吸気バルブと前記排気バルブの少なくとも一方のバルブを開閉するとともに、そのリフト量を連続的に可変する連続可変式ロッカアーム機構と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 A camshaft rotatably provided on a cylinder head of an internal combustion engine;
A rocker shaft provided swingably in the internal combustion engine;
A shared rocker arm that is swingably supported by the rocker shaft and is configured to drive at least one of an intake valve and an exhaust valve;
A storage cylinder provided on the shared rocker arm and having a hollow portion and a window portion, a piston which is reciprocably accommodated in the hollow portion and having a notch portion, and the piston is attached so that the notch portion is located in the window portion. And a hydraulic pressure supply mechanism which is formed so as to be able to supply hydraulic pressure to the hollow portion and exposes the outer periphery of the piston to the window portion by moving the piston in a direction in which the spring is compressed by the hydraulic pressure. transmission mechanism having, as well, the Ru is driven by the formed cam on the camshaft, swingably provided on the rocker shaft, the outer periphery and capable of abutting abutment arms of the piston located at the window A switching rocker arm, and when the outer periphery of the piston is exposed to the window portion, the abutting arm projects to the outer periphery of the piston. By hitting, convey a displacement from the switching rocker arm to selectively said transmission mechanism a displacement to said common rocker arm, as well as open and close the valve, the switchable rocker arm mechanism for switching the lift stepwise,
The drives the shared rocker arm by being driven by a cam formed on the camshaft, the with the intake and exhaust valves for opening and closing at least one of the valve of the exhaust valve, continuously variable continuously variable the lift Rocker arm mechanism ,
Variable valve device for an internal combustion engine, characterized in that it comprises a.
前記カムにより駆動され、前記ロッカシャフト側に設けられた支点を中心として揺動可能に設けられた連続可変アームと、
前記ロッカシャフトに揺動可能に支持され、前記共用ロッカアームと前記連続可変アームとの間に設けられた中間アームと、
前記中間アームと前記連続可変アームとの間に設けられ、前記連続可変アームの揺動変位を前記中間アームを介して前記共用ロッカアームに伝達する変換部材と、
前記ロッカシャフトを揺動させて、前記支点を変位させる駆動機構とを具備することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置。 The continuously variable rocker arm mechanism is :
Driven by pre Symbol cam, a continuously variable arm swingable about a fulcrum provided on the rocker shaft side,
An intermediate arm supported on the rocker shaft in a swingable manner and provided between the shared rocker arm and the continuously variable arm;
A conversion member that is provided between the intermediate arm and the continuously variable arm, and transmits the swing displacement of the continuously variable arm to the common rocker arm via the intermediate arm;
The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising a drive mechanism that swings the rocker shaft to displace the fulcrum.
前記内燃機関が吸気行程のときに、該切換式ロッカアーム機構により前記排気バルブを開弁させるとともに、該連続可変式ロッカアーム機構により前記吸気バルブの開弁時期を早閉じさせることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置。 The internal combustion engine includes the continuously variable rocker arm mechanism on the intake side and the switchable rocker arm mechanism on the exhaust side,
2. The exhaust valve is opened by the switchable rocker arm mechanism when the internal combustion engine is in an intake stroke, and the valve opening timing of the intake valve is quickly closed by the continuously variable rocker arm mechanism. 2. A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to 1.
該内燃機関が圧縮上死点近傍であるときに、該切換式ロッカアーム機構により前記排気バルブを開弁するとともに、該連続可変式ロッカアーム機構により前記排気バルブの開弁時期を早開きさせることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置。 The internal combustion engine includes at least one exhaust valve driven by the switchable rocker arm mechanism and one exhaust valve driven by the continuously variable rocker arm mechanism, one per cylinder,
When the internal combustion engine is in the vicinity of compression top dead center, the exhaust valve is opened by the switching rocker arm mechanism, and the opening timing of the exhaust valve is quickly opened by the continuously variable rocker arm mechanism. The variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1.
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