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JPH04187807A - Valve system for engine - Google Patents

Valve system for engine

Info

Publication number
JPH04187807A
JPH04187807A JP31671390A JP31671390A JPH04187807A JP H04187807 A JPH04187807 A JP H04187807A JP 31671390 A JP31671390 A JP 31671390A JP 31671390 A JP31671390 A JP 31671390A JP H04187807 A JPH04187807 A JP H04187807A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
valve
cam
engine
camshaft
cam profile
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP31671390A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Abe
修一 阿部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP31671390A priority Critical patent/JPH04187807A/en
Publication of JPH04187807A publication Critical patent/JPH04187807A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

PURPOSE:To exhibit performance of an engine to the maximum by forming a cam profile of a cam in such a manner as to continuously change it in the axial direction, and steplessly and continuously selecting the cam profile for operating a valve. CONSTITUTION:In a cam profile 14 of a cam 5, the projecting height of a projection portion 15 is gradually increased from the side end surface of a timing pulley 4 toward the direction indicated by an arrow P. The top portion of the projection portion 15 is such formed that the circumferential position thereof is gradually displaced in the rotational direction of a camshaft 3. Movement of the cam 5 in the axial direction of the camshaft 3 can change a valve lift quantity and a valve timing. A controller 8 drivingly controls a control motor 9 on the basis of a detection signal output from an engine speed sensor 26a or the like, to move the cam 5 via a pushing arm 25, thus selecting the cam profile 14. Therefore, performance of an engine can be exhibited to the maximum.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本願発明は、エンジンの動弁機構に関する。 The present invention relates to a valve mechanism for an engine.

【従来の技術】[Conventional technology]

たとえば、4サイクルガソリンエンジンのシリンダヘッ
ドには、燃料混合気を吸入するための吸気バルブおよび
シリンダ内で燃焼したガスを外部へ排出するための排気
バルブが設けられるとともに、これら各バルブをピスト
ンの排気行程または吸気行程に同期して開閉するための
動弁機構が設けられている。 一般に、ガソリンエンジンにおける動弁機構は、クラン
クシャフトの回転をタイミングブーりを介してカムシャ
フトに伝え、上記カムシャフトに設けたカムによってバ
ルブリフタを往復運動させ、上記各行程に同期して吸気
バルブおよび排気バルブをリフトして開閉できるように
構成されている。 ところで、上記吸気バルブおよび排気バルブは、上述し
たように、エンジンの吸気行程あるいは排気行程に同期
して開閉されるように構成されるのであるが、バルブの
開度(有効バルブ面積)およびバルブの開閉時期(バル
ブタイミング)を変更することによって、エンジンの性
能は大きく変化する。 たとえば、低速回転域においては、ピストンの速度が小
さくなって燃焼室に吸入される混合気の勢いがなくなる
ため、エンジンのトルクが不足する傾向にある。この場
合、吸気バルブのバルブ開度を小さく設定して燃料混合
気の通過断面積をしぼって燃料混合気の流速を高めるこ
とにより吸気効率を高め、トルクを増加させることがで
きる。 一方、高速回転域においては、ピストンの速度か速く吸
入される燃料混合気の勢いはあるが、各吸気行程におけ
る吸気バルブの開いている時間が短くなるため、燃料混
合気の吸入量が不足して、エンジン出力に制限が加わる
。この場合、バルブの開度をできるだけ大きく設定して
燃料混合気を多量に吸入できるようにするのが好ましい
。 また、バルブタイミングは、ピストンの仕事損失、ポン
プ損失をできる限り小さくするとともに、吸排気ガスの
運動エネルギを有効に利用できるように設定する必要が
ある。 たとえば、吸気行程において、エンジンの回転数が上が
るほどバルブが開いている時間が短くなる一方、シリン
ダに流入する燃料混合気の運動エネルギは太き(なる。 したかって、吸気バルブの開く時期をピストンの上死点
より早く設定するとともに、閉じる時期をある程度遅く
設定することにより多量の燃料混合気を吸入することが
できる。 これにより、高回転域における出力をさらに向上させる
ことができる。 上述したように、同じエンジンであっても、エンジン回
転数、エンジン負荷等に応じて最適なバルブ開度および
バルブタイミングがあり、エンジンの運転状態に合わせ
て上記バルブ開度およびバルブタイミングを選択するこ
とができれば、エンジンの性能を最大限に発揮させるこ
とができる。 近年、エンジンの運転状況に応じて、バルブ開度あるい
はバルブタイミングを変更できる種々の可変バルブ機構
が提案されている。
For example, the cylinder head of a four-stroke gasoline engine is provided with an intake valve for taking in the fuel mixture and an exhaust valve for discharging the gas burned within the cylinder. A valve mechanism is provided for opening and closing in synchronization with the stroke or intake stroke. Generally, the valve mechanism in a gasoline engine transmits the rotation of the crankshaft to the camshaft via a timing boolean, and a cam provided on the camshaft causes a valve lifter to reciprocate, and in synchronization with each stroke, the intake valve and It is configured so that the exhaust valve can be opened and closed by lifting it. By the way, as mentioned above, the intake valve and exhaust valve are configured to open and close in synchronization with the intake stroke or exhaust stroke of the engine, but the degree of opening of the valve (effective valve area) and the valve opening degree (effective valve area) By changing the opening/closing timing (valve timing), engine performance changes significantly. For example, in a low-speed rotation range, the piston speed decreases and the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber loses its momentum, so the engine tends to lack torque. In this case, by setting the valve opening of the intake valve small to narrow the cross-sectional area through which the fuel mixture passes and increase the flow velocity of the fuel mixture, intake efficiency can be increased and torque can be increased. On the other hand, in high-speed rotation ranges, the piston speed increases the force of the fuel mixture being sucked in, but the time the intake valve is open during each intake stroke becomes shorter, so the intake amount of the fuel mixture becomes insufficient. This limits the engine output. In this case, it is preferable to set the opening degree of the valve as large as possible so that a large amount of the fuel mixture can be taken in. Further, the valve timing needs to be set so as to minimize piston work loss and pump loss, and to effectively utilize the kinetic energy of intake and exhaust gas. For example, during the intake stroke, as the engine speed increases, the time the valve is open becomes shorter, but the kinetic energy of the fuel mixture flowing into the cylinder increases. By setting the timing earlier than the top dead center and setting the closing timing somewhat later, it is possible to suck in a large amount of fuel mixture.This allows the output in the high rotation range to be further improved.As mentioned above, Even if the engine is the same, there is an optimal valve opening and valve timing depending on the engine speed, engine load, etc., and if it is possible to select the above valve opening and valve timing according to the engine operating condition. In recent years, various variable valve mechanisms have been proposed that can change the valve opening degree or valve timing depending on the operating conditions of the engine.

【発明が解決しようとする課題] ところで、上述したように、バルブ開度あるいはバルブ
タイミングをエンジン回転数等のエンジンの運転状態に
応じて変更できるようにした可変バルブ機構は数多く提
案されているが、これら従来の可変バルブ機構において
は、バルブ開度およびバルブタイミングをエンジン回転
数等に応じて無段階にかつ連続的に変化させることはで
きない。 すなわち、従来の可変バルブ機構は、たとえば、複数の
バルブを設け、エンジン回転数に応じて開状態となるバ
ルブの数を変更することによりバルブ開度を実質的に変
化させたり、カムシャフトに組付けられるカムの位相を
変更することによりバルブタイミングを変更するといっ
た方法が採られている。 しかしながら、これら可変バルブ機構は、エンジン回転
数等がある一定値を超えた場合に、バルブ開度あるいは
バルブタイミングが切り換わるように構成されている。 このため、バルブ開度あるいはバルブタイミングを数段
階にわたって段階的に変更できるにすぎない。 ところが、エンジン回転数、エンジンの負荷、ラジェー
タの水温等のエンジンの運転状態に応じて、最適なバル
ブ開度および最適なバルブタイミングは連続的に変化す
る。 このため、上記従来の可変バルブ機構においては、バル
ブ開度およびバルブタイミングの最適制御が行われてい
るということはできず、エンジンの性能を十分に引き出
しているとはいえない。 本願発明は、上述の事情のもとで考え出されたちのてあ
って、上記従来の問題を解決し、エンジンバルブのバル
ブ開度およびバルブタイミングをエンジンの回転数、負
荷等に応じて連続的にかつ無段階に変化させ、あらゆる
運転状態においてエンジンの性能を最大限に引き出すこ
とのできる動弁機構を提供することをその課題とする。 【課題解決するための手段】 上記課題を解決するため、本願発明では、次の技術的手
段を講じている。 すなわち、本願発明は、カムシャフトに設けられるカム
によってバルブを開閉するエンジンの動弁機構であって
、 上記カムは、軸方向各位置における軸直角平面内のカム
プロファイルが軸方向に連続的に変化するカム面を有す
るとともに、カムシャフトの軸方向に移動可能となって
おり、 上記カムを上記カムシャフトの軸方向に移動させること
により、上記バルブを作動させるべきカムプロファイル
を無段階に選択できるように構成したことを特徴とする
[Problems to be Solved by the Invention] As mentioned above, many variable valve mechanisms have been proposed that allow the valve opening degree or valve timing to be changed in accordance with engine operating conditions such as engine speed. In these conventional variable valve mechanisms, it is not possible to steplessly and continuously change the valve opening degree and valve timing depending on the engine rotation speed and the like. In other words, conventional variable valve mechanisms have, for example, provided multiple valves and changed the number of valves that are open depending on the engine speed, thereby substantially changing the valve opening degree. A method is adopted in which the valve timing is changed by changing the phase of the cam attached. However, these variable valve mechanisms are configured so that the valve opening degree or valve timing is switched when the engine speed or the like exceeds a certain value. Therefore, the valve opening degree or valve timing can only be changed in steps over several stages. However, the optimum valve opening degree and the optimum valve timing continuously change depending on engine operating conditions such as engine speed, engine load, and radiator water temperature. Therefore, in the conventional variable valve mechanism described above, it cannot be said that optimal control of the valve opening degree and valve timing is performed, and it cannot be said that the performance of the engine is fully brought out. The present invention was devised under the above-mentioned circumstances, and solves the above-mentioned conventional problems, and continuously adjusts the valve opening degree and valve timing of engine valves according to engine speed, load, etc. The object of the present invention is to provide a valve train that can be varied steplessly and in a variable manner to maximize engine performance under all operating conditions. [Means for Solving the Problems] In order to solve the above problems, the present invention takes the following technical measures. That is, the present invention is a valve operating mechanism for an engine that opens and closes a valve by a cam provided on a camshaft. The cam surface is movable in the axial direction of the camshaft, and by moving the cam in the axial direction of the camshaft, the cam profile for operating the valve can be selected steplessly. It is characterized by being configured as follows.

【発明の作用および効果】[Operation and effects of the invention]

本願発明に係る動弁機構は、軸方向各位置における軸直
角平面内のカムプロファイルが軸方向に連続的に変化す
るカム面を有するカムを、カムシャフトの軸方向に移動
させ、所望のカムプロファイルによってエンジンバルブ
を駆動させるように構成されている。 上記カムには、エンジンのあらゆる運転状態に応じて最
適なバルブタイミングおよびバルブリフト量(バルブ開
度)を与えるカムプロファイルが連続的に形成されてお
り、上記カムをカムシャフトの軸方向に移動させること
により、エンジンの運転状態に応じて最適のカムプロフ
ァイルを選択してバルブを開閉することができる。 たとえば、エンジンの低速回転域においては、吸気バル
ブのバルブリフト量を小さく設定することによってバル
ブの有効断面積をしぼり、燃料混合気の流速を高めて燃
焼室に流入する上記燃料混合気の勢いを高めることがで
きる。これによって、低速回転域のトルク特性を向上さ
せることができる。一方、エンジンの高速回転域におい
ては、吸気バルブの開いている時間を長く設定するとと
もに、バルブリフト量を増加させてノ(ルブの有効断面
積を増加させ、燃焼室内に大量の燃料混合気を導入する
ことができる。これにより、高速回転域における出力を
高めることかできる。 すなわち、エンジンの運転状態に応した最適なバルブリ
フト量およびバルブタイミングを選択して、エンジンを
駆動させることが可能となる。 しかも、本願発明に係るカムのカムプロファイルは軸方
向に連続的に変化するように形成されている。このため
、バルブを作動させるべきカムプロファイルを無段階に
かつ連続的に選択することができる。 したがって、エンジン回転数、エンジン負荷、ラジェー
タ水温等の変化に基づいて、バルブリフト量およびバル
ブタイミングを無段階かつ連続的に変化させながら、エ
ンジンを駆動させることができる。このため、刻々と変
化する運転状態に対応して、エンジンの性能を最大限に
引き出すことが可能となる。 また、上記カムをカムシャフトの軸方向に移動させるの
みで、バルブリフト量およびバルブタイミングを同時に
変化させることができるため、構造がきわめて簡単であ
り、精度の高い制御を行うことも容易となる。 【実施例の説明] 以下、本願発明に係る動弁機構の実施例を、第1図ない
し第1O図に基づいて具体的に説明する。 第1図は、本実施例に係る動弁機構の概略構成を示す図
である。なお、一般に、エンジンの動弁機構は複数の吸
気バルブおよび排気バルブを開閉駆動させるように構成
されているが、第1図においては、バルブの作動を説明
するため、一つの吸気バルブを駆動させる機構を示しで
ある。 本実施例に係る動弁気機横1は、シリンダヘッド2の上
方に一組のカムシャフト3を設けるいわゆるDOHC(
ダブルオーバヘッドカムシャフト)型の動弁機構に本願
発明を適用したものであり、タイミングプーリ4を介し
て図示しないクランクシャフトからの回転力が伝達され
るカムシャフト3に、カム5を相対回転不可能に嵌合し
、このカム5の回転によって吸気バルブ6のバルブリフ
タ7を直接往復運動させるように構成されている。 また、本実施例においては、上記カム5は上記カムシャ
フト3に対して相対回転不可能かつ軸方向摺動可能に套
嵌されており、上記カム5を、制御装置8によって制御
される制御モータ9によってカムシャフト3の軸方向に
摺動させることにより、吸気バルブ6を作動させるべき
カムプロファイル14を選択できるように構成されてい
る。 本実施例に係る上記カム5は、第2図に示すように、軸
方向各位置における軸直角平面内のカムプロファイル1
4か、軸方向に連続的に変化するカム面10を備える一
方、軸孔12には内周スプライン11が形成されている
。そして、上記カム5は、上記カムシャフト3に形成さ
れた外周スプライン13に套挿されることにより、上記
カムシャフト3に対して相対回転不可能かつ軸方向摺動
可能に組付けられている。 本実施例における上記カム5のカムプロファイル14は
、第2図ないし第5図に示すように、その突出部15の
基準円16に対する最大突出量およびこの突出部15の
周方向位置が、カム5の軸方向各位置において連続的に
変化するように形成されており、上記カム5をカムシャ
フト3の軸方向に移動させることにより、所望のカムプ
ロファイル14を選択できるように構成されている。 本実施例に係る吸気バルブ6は、第1図に示すように、
上記カム5によって直接往復駆動させられるバルブリフ
タ7と、上記バルブリフタ7の先端部に設けられ、シリ
ンダヘッド2の吸気口17を開閉するバルブヘッド18
と、上記バルブリフタ7およびバルブヘッドI7に弾力
を与えるバルブスプリング19とを備えて大略構成され
ている。 上記バルブリフタ7は、上記バルブヘッド18が先端部
に固着されたバルブステム20と、上記バルブステム2
0の基端部に設けられるカム従動部21とを備える。上
記カム従動部21の端面ば球面状に形成されており、上
記カム5のカムプロファイル14に従動しやすいように
構成されている。 上記バルブスプリング19は、上記バルブステム20の
端部に設けられるリテナー22と上記シリンダヘッド2
の座面23との間に圧縮状態で介装されており、上記リ
テナー22を介して、上記バルブリフタ7に弾性押圧力
を加えるように構成されている。そして、バルブの閉時
には、上記バルブヘッド18を所定の圧力をもってバル
ブシート24に密着させる一方、バルブの開時には、上
記カム従動部21を、カム面10に弾力的に押圧して、
上記バルブリフタ7をカム5のプロファイル14に従動
させるように構成されている。 さらに、本実施例における動弁機構lは、上記カム5を
軸方向両側から挟持し、軸方向に抑圧移動させる押動ア
ーム25と、この押動アーム25をカムシャフト3の軸
方向に移動させる制御モータ9と、上記制御モータ9の
動きを制御する制御装置8と、エンジンの回転数等エン
ジンの運転状態を検出する各種センサ26a、26b、
26c。 26dとを備える。 上記押動アーム25は、平面視略コ字状のアーム部25
aと、上記アーム部25aからカムシャフト3の軸直角
方向に延出し、上記カムシャフト3と平行な送り雌ねじ
27aが形成された駆動部25bとを備え、次に説明す
る制御モータ9によって回転させられる送りねじ27b
が上記送り雌ねじ27aに螺合されることにより、上記
カムシャフト3の軸方向に移動させることができるよう
に構成されている。 上記制御モータ9は、上記制御装置8から出力される出
力信号によって制御され、上記送りねじ27bを所定回
転数回転させることにより、上記押動アーム25を所定
の軸方向位置に移動させることができる。 上記制御装置8は、上記各種センサ26a、26b・・
・からの入力信号に基づいて上記制御モータ9を駆動さ
せ、エンジンの作動状態における最適なバルブタイミン
グおよびバルブリフト量を与えるカムプロファイル14
が上記バルブリフタ7を往復駆動させるように、上記押
動アーム25介してカム5を移動させる。なお、本実施
例においては、上記押動アーム25の軸方向位置を検出
するカム位置センサ28が設けられており、カム5の移
動位置を上記制御装置8にフィードバックして、確実な
カム位置の制御が行えるように構成している。 本実施例においては、第1図に示す回転数センサ26a
の他、ラジェータの水温センサ26b。 エンジンの負荷状態を検出する負荷センサ26c、車速
を検出する速度センサ26d等の種々のセンサが上記制
御装置8に接続されており、これらセンサ26a、26
b、26c、26d−−−−−・からの制御信号か上記
制画装置8に入力され、これら制御信号にもとづいて上
記制御モータ9が制御される。 次に、本実施例の動弁機構1の作用を説明する。 本実施例に係るカム5のカムプロファイル14は、第3
図ないし第5図に示すように、タイミングプーリ4側端
面から第1図矢印P方向に向かうにつれて、突出部15
の突出高さ(Hl、H2゜Hl)が次第に増加するとと
もに、突出部15の頂部0の周方向位置(θ3.θ2.
θ、)がカムシャフト3の回転方向(矢印T方向)に次
第に変位するように形成されており、上記カム5がカム
シャフト3の軸方向に移動させられることにより、バル
ブリフト量およびパルプタイミングが変化させられる。 すなわち、第6図に示すように、エンジンが低速回転す
る場合には、バルブリフト量H1が小さいカムプロファ
イル14aを選択する一方、エンジン回転数が上がるに
つれてカム5を矢印Q方向に移動させ、カムプロファイ
ル14b、14cを順次選択することにより、バルブリ
フト量をHlからH2H,へと増加させる。逆に、エン
ジンの回転数が下がるにつれて、上記カムを矢印P方向
に移動させてバルブリフト量を減少させる。 エンジンが低速回転する場合には、シリンダ内のピスト
ンの速度が低くなるとともに、カムシャフト3の回転数
も低くなることからパルプの開時間も長くなる傾向にあ
る。したがって、燃料混合気を燃焼室に勢いよく導入す
ることか困難となり、低速域におけるトルクか不足する
とともに、回転が安定しないという傾向がある。 本実施例においては、第3図および第6図に示すように
、エンジンの低速回転域において選択されるカムプロフ
ァイル+4aは、カム5の作動角θ、か小さく設定され
ているとともに、バルブリフト量H1も小さく設定され
ている。カム5の作動各01を小さくすることにより、
パルプの開時間を短縮し、ピストンの仕事損失を低下さ
せることができる。また、バルブリフト量H1か小さい
ため、燃料混合気の流路がしほられ、混合気の流速を増
加させて燃焼室に混合気を勢いよく導入することができ
る。この結果、アイドリング時等のエンジン回転が安定
するとともに、低速回転域におけるトルクが向上すると
いった効果が期待できる。 一方、エンジンの高速回転域においては、カムシャフト
3の回転速度が上がり、吸気パルプが開いている時間が
短くなる一方、燃料混合気の流速は速くなる。このため
、エンジンの高速回転域においては、パルプの開時間を
長く設定するとともに、リフト量も大きくして、大量の
混合気を燃焼室に導入できるように構成するのが望まし
い。 本実施例においては、第5図および第6図に示すように
、高速回転域において用いられるカム5のカムプロファ
イル14cは、作動角θ、を大きくして、パルプの開時
間を長く設定するとともに、バルブリフト量H2を大き
く設定している。 さらに、本実施例においては、低速回転域におけるカム
プロファイル14aから高速回転域において用いられる
カムプロファイル14cに向かうほど、その突出部15
の頂点0の周方向位置が、カムプロファイル14aの頂
点位置を基準として、θ2からθ、へとカム5の回転方
向(矢印T方向)に変位させられている。また、パルプ
のリフト開始点Sもカム5の回転方向へ変位させられ、
エンジンの回転数が増加するにつれて、パルプのリフト
開始時期が早められている。 この結果、高速回転域において、燃料混合気の慣性力を
利用しつつ多量の燃料混合気を吸入することが可能とな
り、エンジン出力をさらに増加させることができる。 本実施例におけるカムプロファイル14の選択は、上記
回転数センサ26a等からの検出信号に基づいて、上記
制御装置8が上記制御モータ9を駆動制御し、上記押動
アーム25を介して上記カム5を移動させることにより
行われる。このため、エンジンの運転状態に最適なバル
ブリフト量およびバルブタイミングを自動的に設定して
エンジンを運転することができる。 また、本実施例においては、パルプを開閉すべき上記カ
ムプロファイル14を無段階に選択することができるた
め、エンジン回転数、エンジン負荷、ラジェータ水温等
を検出する上記センサ26a、26b、・・・・・・の
検出信号の変化に基づいて、バルブリフト量およびバル
ブタイミングを無段階かつ連続的に変化させなから、エ
ンジンを駆動させることができる。このため、刻々と変
化する運転状態に対応して、エンジンの性能を最大限に
引き出すことが可能となる。 第7図ないし第9図は、本願発明に係る動弁機構を吸気
バルブおよび排気バルブに適用した場合の各バルブのバ
ルブリフト量とバルブタイミングの変化の一例を示した
ものである。 第7図はエンジンの低速回転域におけるものであり、エ
ンジンの回転数が増加するにつれて第8図、第9図のよ
うに順次変化している。 これらの図に示すように、低速回転域においては、リフ
ト量が小さくまた吸排気のバルブ開時間も短い。一方、
回転数が上がるにつれ、バルブリフト量が増加するとと
もに、バルブの開時間も長くなっている。 また、吸気パルプと排気バルブが同時に開いている、い
わゆるオーバラップ時間も高速域になるほど長くとり、
吸排気の運動エネルギを利用して吸排気効率か高められ
ている。 これらの図に示すように、本実施例に係る動弁機構にお
いては、バルブリフト量とバルブタイミングを、同時に
、しかも、無段階かつ連続的に変化させることができる
ため、吸気パルプと排気ノくルブのバルブタイミングの
関係を自由に調節することができる。 上述したように、本実施例においては上記カム5のカム
プロファイル14をエンジン回転数等に応じて連続的に
選択することができ、また、制御装置によって自動的に
選択することができるため、あらゆる運転状態において
最適なバルブタイミングおよびバルブリフト量を選定す
ることができる。 第10図に、本願発明を適用したエンジンおよび従来の
エンジンにおける回転数と出力との関係を示す。この図
において、−点鎖線29は可変バルブ機構を備えていな
い通常のエンジンの出力曲線、破線30は従来の可変バ
ルブ機構を備えるエンジンの出力曲線、実線31は本願
発明に係る動弁機構を備えるエンジンの出力曲線をそれ
ぞれ表している。 この図に示すように、本願発明に係る動弁機構を備える
エンジンの出力曲線31は、エンジンの全回転域におい
て出力にむらがなく、従来の可変バルブ機構を備えるエ
ンジンの出力曲線30に表れているように、バルブ等を
切り換える所定の回転数nにおいて出力が低下するとり
いったことはない。このため、低速回転域から高速回転
域にいたるまで、エンジンの運転状態に応じて、エンジ
ンの性能を最大限に引き出すことができる。 なお、上記第1θ図にはエンジン出力が最大となるよう
に制御した場合の実施例を示したが、各エンジン回転域
に応じて燃費が最も高くなるようにカムプロファイルを
選定することも可能である。 本願発明は上述の実施例に限定されることはない。 実施例においては、いわゆるDOHC型の動弁機構に本
願発明を適用したが、5OHC型等他の動弁機構に本願
発明を適用することもできる。 また、実施例においては一つの吸気パルプの開閉機構の
みを示して説明したが、複数の吸気パルプおよび排気バ
ルブを同時に駆動させる動弁機構に本願発明を適用でき
ることはもちろんである。 さらに、本実施例においてはカム5をカムシャフト3の
軸方向に摺動させるよう構成したが、カムをカムシャフ
トに固着し、カムシャフト自体を移動させるように構成
してもよい。 また、カムプロファイルも実施例に限定されることはな
く、エンジンの種類、用途、使用目的等に応じて、所望
のエンジン特性を発揮しつるように設定することができ
る。 また、上記カム5を移動させる機構として、制御装置8
によって制御モータ9を駆動させるように構成したが、
エンジン回転数数等に基づいて機械的に制御する等、他
の制御機構を採用することもできる。
The valve train according to the present invention moves a cam having a cam surface in which a cam profile in a plane perpendicular to the axis at each axial position changes continuously in the axial direction in the axial direction of a camshaft, and obtains a desired cam profile. The engine valve is configured to be driven by the engine valve. The above cam has a continuous cam profile that provides optimal valve timing and valve lift (valve opening degree) depending on all engine operating conditions, and moves the above cam in the axial direction of the camshaft. This allows the valve to be opened and closed by selecting the optimum cam profile depending on the operating condition of the engine. For example, in the low speed range of the engine, by setting the valve lift of the intake valve small, the effective cross-sectional area of the valve is reduced, increasing the flow velocity of the fuel mixture and reducing the momentum of the fuel mixture flowing into the combustion chamber. can be increased. Thereby, the torque characteristics in the low speed rotation range can be improved. On the other hand, in the high speed range of the engine, the time that the intake valve is open is set for a long time, and the amount of valve lift is increased to increase the effective cross-sectional area of the nozzle. This makes it possible to increase the output in the high-speed rotation range.In other words, it is possible to drive the engine by selecting the optimal valve lift amount and valve timing according to the engine operating condition. Moreover, the cam profile of the cam according to the present invention is formed to change continuously in the axial direction.Therefore, it is possible to steplessly and continuously select the cam profile for operating the valve. Therefore, the engine can be driven while continuously and steplessly changing the valve lift amount and valve timing based on changes in engine speed, engine load, radiator water temperature, etc. This makes it possible to maximize engine performance in response to changing operating conditions.Also, by simply moving the cam in the axial direction of the camshaft, the valve lift amount and valve timing can be changed at the same time. As a result, the structure is extremely simple and it is easy to perform highly accurate control. [Explanation of Embodiments] Hereinafter, embodiments of the valve mechanism according to the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 1O. A detailed explanation will be given based on the following. Fig. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a valve train according to this embodiment. In general, a valve train of an engine opens and closes a plurality of intake valves and exhaust valves. However, in Fig. 1, a mechanism for driving one intake valve is shown in order to explain the operation of the valve. A so-called DOHC (DOHC) in which a set of camshafts 3 is provided above the cylinder head 2.
The present invention is applied to a double overhead camshaft (double overhead camshaft) type valve train, in which the cam 5 cannot be rotated relative to the camshaft 3 to which rotational force from a crankshaft (not shown) is transmitted via the timing pulley 4. The valve lifter 7 of the intake valve 6 is directly reciprocated by the rotation of the cam 5. Further, in this embodiment, the cam 5 is fitted onto the camshaft 3 so as to be non-rotatable but slidable in the axial direction, and the cam 5 is connected to a control motor controlled by a control device 8. By sliding the cam profile 9 in the axial direction of the camshaft 3, the cam profile 14 for operating the intake valve 6 can be selected. As shown in FIG. 2, the cam 5 according to this embodiment has a cam profile 1 in a plane perpendicular to the axis at each position in the axial direction.
The shaft hole 12 is provided with a cam surface 10 that changes continuously in the axial direction, and an inner circumferential spline 11 is formed in the shaft hole 12. The cam 5 is fitted onto an outer circumferential spline 13 formed on the camshaft 3 so that it cannot rotate relative to the camshaft 3 and is slidable in the axial direction. In the cam profile 14 of the cam 5 in this embodiment, as shown in FIGS. The cam profile 14 is formed to change continuously at each position in the axial direction of the camshaft 3, and by moving the cam 5 in the axial direction of the camshaft 3, a desired cam profile 14 can be selected. The intake valve 6 according to this embodiment, as shown in FIG.
A valve lifter 7 is directly reciprocated by the cam 5, and a valve head 18 is provided at the tip of the valve lifter 7 to open and close the intake port 17 of the cylinder head 2.
and a valve spring 19 that imparts elasticity to the valve lifter 7 and the valve head I7. The valve lifter 7 includes a valve stem 20 to which the valve head 18 is fixed, and a valve stem 20 to which the valve head 18 is fixed.
The cam follower 21 is provided at the base end of the cam follower 21. The end surface of the cam follower 21 is formed into a spherical shape, and is configured to be easily driven by the cam profile 14 of the cam 5. The valve spring 19 is connected to a retainer 22 provided at the end of the valve stem 20 and the cylinder head 2.
It is interposed in a compressed state between the valve lifter 7 and the seat surface 23 of the valve lifter 7, and is configured to apply an elastic pressing force to the valve lifter 7 via the retainer 22. When the valve is closed, the valve head 18 is brought into close contact with the valve seat 24 with a predetermined pressure, while when the valve is opened, the cam follower 21 is elastically pressed against the cam surface 10.
The valve lifter 7 is configured to follow the profile 14 of the cam 5. Further, the valve mechanism 1 in this embodiment includes a push arm 25 that clamps the cam 5 from both sides in the axial direction and presses the cam 5 to move it in the axial direction, and a push arm 25 that moves the push arm 25 in the axial direction of the camshaft 3. A control motor 9, a control device 8 that controls the movement of the control motor 9, and various sensors 26a, 26b that detect engine operating conditions such as the engine rotation speed.
26c. 26d. The pushing arm 25 has an arm portion 25 that is approximately U-shaped in plan view.
a, and a driving part 25b extending from the arm part 25a in a direction perpendicular to the axis of the camshaft 3 and having a female feed screw 27a formed therein parallel to the camshaft 3, and rotated by a control motor 9 to be described next. feed screw 27b
is configured to be able to move in the axial direction of the camshaft 3 by being screwed into the female feed screw 27a. The control motor 9 is controlled by an output signal output from the control device 8, and can move the push arm 25 to a predetermined axial position by rotating the feed screw 27b a predetermined number of rotations. . The control device 8 includes the various sensors 26a, 26b...
- A cam profile 14 that drives the control motor 9 based on input signals from the cam profile 14 to provide optimal valve timing and valve lift amount in the operating state of the engine.
The cam 5 is moved via the pushing arm 25 so that the valve lifter 7 is reciprocated. In this embodiment, a cam position sensor 28 is provided to detect the axial position of the push arm 25, and feeds back the movement position of the cam 5 to the control device 8 to ensure a reliable cam position. It is configured so that it can be controlled. In this embodiment, the rotation speed sensor 26a shown in FIG.
In addition, a radiator water temperature sensor 26b. Various sensors such as a load sensor 26c that detects the load state of the engine and a speed sensor 26d that detects the vehicle speed are connected to the control device 8, and these sensors 26a, 26
Control signals from the motors b, 26c, 26d are input to the image production device 8, and the control motor 9 is controlled based on these control signals. Next, the operation of the valve train 1 of this embodiment will be explained. The cam profile 14 of the cam 5 according to this embodiment is the third
As shown in the figures to FIG. 5, the protrusion 15 extends from the side end surface of the timing pulley 4 in the direction of arrow P in FIG.
As the protrusion height (Hl, H2°Hl) of the protrusion 15 gradually increases, the circumferential position of the top 0 of the protrusion 15 (θ3.θ2.
θ, ) is formed to be gradually displaced in the rotational direction of the camshaft 3 (direction of arrow T), and by moving the cam 5 in the axial direction of the camshaft 3, the valve lift amount and pulp timing are adjusted. be changed. That is, as shown in FIG. 6, when the engine rotates at a low speed, the cam profile 14a with a small valve lift amount H1 is selected, and as the engine speed increases, the cam 5 is moved in the direction of the arrow Q, and the cam profile 14a is By sequentially selecting profiles 14b and 14c, the valve lift amount is increased from H1 to H2H. Conversely, as the engine speed decreases, the cam is moved in the direction of arrow P to reduce the valve lift amount. When the engine rotates at a low speed, the speed of the piston in the cylinder becomes low, and the rotational speed of the camshaft 3 also becomes low, so that the pulp opening time tends to become long. Therefore, it is difficult to forcefully introduce the fuel mixture into the combustion chamber, and there is a tendency for torque to be insufficient in a low speed range and for rotation to be unstable. In this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 6, the cam profile +4a selected in the low speed rotation range of the engine is set to be smaller than the operating angle θ of the cam 5, and the valve lift amount H1 is also set small. By reducing each operation 01 of the cam 5,
The opening time of the pulp can be shortened and the work loss of the piston can be lowered. Further, since the valve lift amount H1 is small, the flow path of the fuel mixture is narrowed, the flow velocity of the mixture can be increased, and the mixture can be forcefully introduced into the combustion chamber. As a result, it can be expected that the engine rotation will be stabilized during idling, etc., and that the torque in the low speed rotation range will be improved. On the other hand, in a high-speed rotation range of the engine, the rotational speed of the camshaft 3 increases, the time during which the intake pulp is open becomes shorter, and the flow rate of the fuel mixture increases. Therefore, in the high-speed rotation range of the engine, it is desirable to set the pulp opening time to be long and to increase the lift amount so that a large amount of air-fuel mixture can be introduced into the combustion chamber. In this embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the cam profile 14c of the cam 5 used in the high-speed rotation range is such that the operating angle θ is increased to set the pulp opening time to be long. , the valve lift amount H2 is set large. Furthermore, in this embodiment, the protruding portions 15 of
The circumferential position of the apex 0 of the cam profile 14a is displaced from θ2 to θ in the rotational direction of the cam 5 (direction of arrow T) with respect to the apex position of the cam profile 14a. Further, the lift start point S of the pulp is also displaced in the rotation direction of the cam 5,
As the engine speed increases, the pulp lift start time is brought forward. As a result, in a high-speed rotation range, it becomes possible to draw in a large amount of fuel mixture while utilizing the inertia of the fuel mixture, and the engine output can be further increased. In this embodiment, the cam profile 14 is selected by the control device 8 driving and controlling the control motor 9 based on the detection signal from the rotation speed sensor 26a, etc. This is done by moving the . Therefore, the engine can be operated by automatically setting the valve lift amount and valve timing that are optimal for the operating state of the engine. Furthermore, in this embodiment, since the cam profile 14 for opening and closing the pulp can be selected steplessly, the sensors 26a, 26b, . . . detect the engine rotation speed, engine load, radiator water temperature, etc. The engine can be driven without steplessly and continuously changing the valve lift amount and valve timing based on changes in the detection signals. This makes it possible to maximize engine performance in response to ever-changing operating conditions. 7 to 9 show examples of changes in valve lift amount and valve timing of each valve when the valve operating mechanism according to the present invention is applied to an intake valve and an exhaust valve. FIG. 7 shows the results in the low speed rotation range of the engine, and as the engine speed increases, the rotation speed changes sequentially as shown in FIGS. 8 and 9. As shown in these figures, in the low speed rotation range, the amount of lift is small and the opening time of the intake and exhaust valves is short. on the other hand,
As the rotational speed increases, the valve lift amount increases and the valve open time also increases. In addition, the so-called overlap time, in which the intake pulp and exhaust valve are open at the same time, is made longer as the speed increases.
The kinetic energy of intake and exhaust is used to increase intake and exhaust efficiency. As shown in these figures, in the valve train according to the present embodiment, the valve lift amount and valve timing can be changed simultaneously, steplessly and continuously, so that the intake pulp and exhaust gas flow can be changed. You can freely adjust the relationship between the valve timing. As mentioned above, in this embodiment, the cam profile 14 of the cam 5 can be selected continuously according to the engine speed, etc., and can also be automatically selected by the control device, so that any The optimum valve timing and valve lift amount can be selected under the operating conditions. FIG. 10 shows the relationship between rotational speed and output in an engine to which the present invention is applied and a conventional engine. In this figure, a dashed line 29 indicates an output curve of a normal engine not equipped with a variable valve mechanism, a broken line 30 indicates an output curve of an engine equipped with a conventional variable valve mechanism, and a solid line 31 indicates an output curve of an engine equipped with a valve mechanism according to the present invention. Each represents the output curve of the engine. As shown in this figure, the output curve 31 of the engine equipped with the valve mechanism according to the present invention has uniform output over the entire rotation range of the engine, which is different from the output curve 30 of the engine equipped with the conventional variable valve mechanism. As shown in the figure, the output does not decrease at the predetermined rotational speed n at which valves and the like are switched. Therefore, the performance of the engine can be maximized depending on the operating state of the engine from a low speed rotation range to a high speed rotation range. Although the above 1θ diagram shows an example in which the engine output is controlled to be maximum, it is also possible to select the cam profile so that the fuel efficiency is the highest depending on each engine rotation range. be. The present invention is not limited to the above-described embodiments. In the embodiments, the present invention is applied to a so-called DOHC type valve train, but the present invention can also be applied to other valve train mechanisms such as a 5OHC type. Further, in the embodiment, only one intake pulp opening/closing mechanism has been shown and described, but it goes without saying that the present invention can be applied to a valve operating mechanism that simultaneously drives a plurality of intake pulps and exhaust valves. Further, in this embodiment, the cam 5 is configured to slide in the axial direction of the camshaft 3, but the cam may be fixed to the camshaft and the camshaft itself may be moved. Furthermore, the cam profile is not limited to the embodiments, and can be set to exhibit desired engine characteristics depending on the type of engine, application, purpose of use, etc. Also, a control device 8 serves as a mechanism for moving the cam 5.
The control motor 9 was configured to be driven by
Other control mechanisms such as mechanical control based on engine speed etc. may also be employed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本願発明に係る動弁機構の一実施例を示す概略
構成図、第2図は本願発明に係るカムの外観斜視図、第
3図は第2図における■−■線に沿う断面図、第4図は
第2図におけるIV−IV線に沿う断面図、第5図は第
2図におけるV−■線に沿う断面図、第6図はカムのリ
フト量を示す説明図、第7図ないし第9図は本願発明に
係る動弁機構を採用した場合の吸気パル部と排気バルブ
のバルブリフト量とバルブタイミングとの関係を示す説
明図、第10図はエンジンの出力とエンジン回転数との
関係を示す図である。 1・・・動弁機構、3・・・カムシャフト、5・・・カ
ム、6・・・バルブ、10・・・カム面、14a、14
b、+40・・・カムプロファイル。
Fig. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a valve mechanism according to the present invention, Fig. 2 is an external perspective view of a cam according to the present invention, and Fig. 3 is a cross section taken along the line ■-■ in Fig. 2. 4 is a sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 2, FIG. 5 is a sectional view taken along the line V-■ in FIG. 2, and FIG. Figures 7 to 9 are explanatory diagrams showing the relationship between the valve lift amount and valve timing of the intake pulse section and exhaust valve when the valve train according to the present invention is adopted, and Figure 10 is an illustration showing the relationship between the engine output and engine rotation. It is a diagram showing the relationship with numbers. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Valve train mechanism, 3... Camshaft, 5... Cam, 6... Valve, 10... Cam surface, 14a, 14
b, +40...cam profile.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)カムシャフトに設けられるカムによって、バルブ
を開閉するエンジンの動弁機構であって、 上記カムは、軸方向各位置における軸直角 平面内のカムプロファイルが軸方向に連続的に変化する
カム面を有するとともに、カムシャフトの軸方向に移動
可能となっており、 上記カムを上記カムシャフトの軸方向に移 動させることにより、上記バルブを作動させるべきカム
プロファイルを無段階に選択できるように構成したこと
を特徴とする、エンジンの動弁機構。
(1) An engine valve mechanism that opens and closes valves using a cam installed on a camshaft, the cam being a cam whose cam profile in a plane perpendicular to the axis changes continuously in the axial direction at each axial position. The cam has a surface and is movable in the axial direction of the camshaft, and is configured such that by moving the cam in the axial direction of the camshaft, a cam profile for operating the valve can be selected steplessly. An engine valve mechanism characterized by:
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