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JP2008255851A - 可変動弁機構を備えた内燃機関 - Google Patents

可変動弁機構を備えた内燃機関 Download PDF

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JP2008255851A JP2007097422A JP2007097422A JP2008255851A JP 2008255851 A JP2008255851 A JP 2008255851A JP 2007097422 A JP2007097422 A JP 2007097422A JP 2007097422 A JP2007097422 A JP 2007097422A JP 2008255851 A JP2008255851 A JP 2008255851A
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combustion engine
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Tomo Yokoyama
友 横山
Yuji Yoshihara
裕二 吉原
Takahide Koshimizu
孝英 腰水
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Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】吸気バルブの最大バルブリフト量を変更可能とする可変動弁機構を備えた内燃機関であって、燃費等の面でも安全性の面でも優れた内燃機関を提供する。
【解決手段】内燃機関は、吸気バルブ11A,11Cの最大バルブリフト量を変更可能とする可変動弁機構30を備える。また、内燃機関には、吸気バルブ11A,11C以外に、可変動弁機構30に異常や故障が発生したときにだけ使用される吸気バルブ11Bが設けられており、さらに、可変動弁機構30に異常や故障が発生したときには、吸気バルブ11Bを駆動する一方、可変動弁機構30に異常や故障が発生していないときには、吸気バルブ11Bの駆動を休止する弁休止機構50が設けられている。
【選択図】図1

Description

本発明は、吸気バルブの最大バルブリフト量を変更可能とする可変動弁機構を備えた内燃機関に関する。
内燃機関(エンジンともいう)の可変動弁機構として、吸気バルブの最大バルブリフト量や作用角のようなバルブ特性をエンジンの運転状態に応じて変更可能とする技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。このような可変動弁機構では、アクチュエータ等の駆動によって吸気バルブの最大バルブリフト量および作用角が、例えば、図13に示すように変更される。図13では、低リフト時の場合から高リフト時の場合までの複数のリフト曲線を示している。吸気バルブの最大バルブリフト量は、最小であるLmin’から最大であるLmax’までの間で無段階に変更可能となっている。ここで、吸気バルブの最大バルブリフト量は、吸気バルブが開弁時において可動範囲の最も下方まで移動(リフト)したときの吸気バルブの移動量である。また、吸気バルブの作用角は、図13に示すように、吸気バルブの開弁時期IVO’から閉弁時期IVC’までの角度範囲(開弁期間:図13ではクランク角で表現している)に関わる吸気側カムシャフトの回転角度のことである。
このような可変動弁機構を備えたエンジンによれば、エンジンの低回転低負荷域では、吸気バルブの最大バルブリフト量や作用角を小さくして、吸気ポートを通じて各気筒に吸入される空気の量(吸入空気量)を制御する。この制御により、スロットルバルブの開度制御によって生ずるポンピングロスを小さくし、燃費の向上を図ることが可能になる。また、エンジンの高回転高負荷域では、吸気バルブの最大バルブリフト量や作用角を大きくして、吸気充填効率の向上により出力の増加を確保することが可能になる。
特開2001−263015号公報
ところで、上述のような吸気バルブの最大バルブリフト量を変更可能とする可変動弁機構において、何らかの異常や故障が発生して、吸気バルブの最大バルブリフト量を変更できなくなる事態が発生する可能性がある。この場合、吸気バルブの最大バルブリフト量が最小の状態(例えば、図13のLmin’の状態)あるいはそれに近い状態で変更できなくなる可能性もある。
このため、実情では、そのような事態も想定して、最大バルブリフト量の最小値が設定されている。つまり、吸気バルブの最大バルブリフト量が最小の状態あるいはそれに近い状態で変更できなくなったとしても、退避走行(リンプ走行)が可能な程度の吸入空気量が得られるような最大バルブリフト量を最小値として設定するようにしている。
したがって、燃費等の面からすれば、吸気バルブの最大バルブリフト量の最小値をできるだけ小さく設定することが好ましいが、吸気バルブの最大バルブリフト量の最小値を小さくしすぎると、退避走行が不可能になり、安全性の面で好ましくない。つまり、吸気バルブの最大バルブリフト量の最小値を、退避走行が可能な程度の大きさに設定せざるを得ないのが実情となっている。
本発明は、そのような実情を鑑みてなされたものであり、吸気バルブの最大バルブリフト量を変更可能とする可変動弁機構を備えた内燃機関であって、燃費等の面でも安全性の面でも優れた内燃機関を提供することを目的とする。
本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、吸気バルブの最大バルブリフト量を変更可能とする可変動弁機構を備えた内燃機関であって、前記可変動弁機構により最大バルブリフト量を変更可能な第1の吸気バルブ以外に、前記可変動弁機構に異常や故障が発生したときにだけ使用される第2の吸気バルブが設けられており、前記可変動弁機構に異常や故障が発生したときには、前記第2の吸気バルブを駆動する一方、前記可変動弁機構に異常・故障が発生していないときには、前記第2の吸気バルブの駆動を休止する弁休止機構が設けられていることを特徴としている。
上記構成によれば、可変動弁機構において何らかの異常や故障が発生して、第1の吸気バルブの最大バルブリフト量が最小値の状態あるいはそれに近い状態で変更できなくなった場合にも、第2の吸気バルブを駆動する分だけ1気筒当たりの吸入空気量が増える。これにより、退避走行が可能な程度の吸入空気量を得られるようになり、退避走行が不可能になる事態を回避できる。
そして、そのような第2の吸気バルブを設けているので、第1の吸気バルブの最大バルブリフト量の最小値を従来に比べ小さく設定することができる。したがって、可変動弁機構において異常や故障が発生していない通常時には、第1の吸気バルブの最大バルブリフト量をその最小値にまで変更できるが、その最小値を小さく設定できる分、燃費等の面で貢献できる。以上より、燃費等の面でも安全性の面でも優れた内燃機関を提供することができる。
ここで、前記第1の吸気バルブの可変動弁機構の具体構成として、例えば、次の構成を採用することが可能である。すなわち、可変動弁機構は、軸方向へ移動可能に設けられたコントロールシャフトと、前記コントロールシャフトを移動するアクチュエータと、前記コントロールシャフト上に配設されるアームアッセンブリとを備え、前記アームアッセンブリには、前記コントロールシャフトと連動して移動可能なスライダと、前記スライダの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、吸気側カムシャフトからのトルクを受ける入力アームと、前記スライダの外周面に、入力アームと係合するヘリカルスプラインとは異なる方向に形成されたヘリカルスプラインと係合し、前記第1の吸気バルブをリフトさせる出力アームとが設けられており、前記アクチュエータの駆動によりコントロールシャフトに連動してスライダが軸方向に移動されると、前記入力アームと出力アームとの相対位相差が変更されて、前記第1の吸気バルブの最大バルブリフト量が変更されるように構成されている。
本発明において、第1の吸気バルブを駆動する吸気側カムシャフトと、第2の吸気バルブを駆動する吸気側カムシャフトとを共通して設ける構成としてもよいし、あるいは、第1の吸気バルブを駆動する吸気側カムシャフトと、第2の吸気バルブを駆動する吸気側カムシャフトとをそれぞれ設ける構成としてもよい。この場合、吸気側カムシャフトを共用する構成とすれば、構成の簡素化、省スペース化が図れ、搭載上有利になり、また、部品点数が少なくなり、コスト削減も図れる。
そして、吸気側カムシャフトを共用する構成における弁休止機構の具体構成として、次の構成を採用することが可能である。
前記弁休止機構として、前記吸気側カムシャフトと、第2の吸気バルブの上端部との間に設けられるロック機構を採用し、このロック機構を、ロック時には、前記吸気側カムシャフトのトルクを前記第2の吸気バルブに伝えて第2の吸気バルブの駆動を可能とする一方、ロック解除時には、前記吸気側カムシャフトのトルクを前記第2の吸気バルブに伝えず第2の吸気バルブの駆動を不可能とするように構成する。
一方、第2の吸気バルブに専用の吸気側カムシャフトを設ける構成における弁休止機構の具体構成として、上記の吸気側カムシャフトを共用する場合と同様の弁休止機構を採用することも可能であるし、あるいは、次の構成を採用することが可能である。
前記弁休止機構として、内燃機関のクランクシャフトの回転を伝えるタイミングチェーンまたはタイミングベルトが掛けられるスプロケットまたはプーリと、前記第2の吸気バルブの吸気側カムシャフトの端部との間に設けられるクラッチ機構を採用し、このクラッチ機構を、クラッチ接続時には、内燃機関のクランクシャフトの回転を前記第2の吸気バルブの吸気側カムシャフトに伝えて第2の吸気バルブの駆動を可能とする一方、クラッチ切断時には、内燃機関のクランクシャフトの回転を前記第2の吸気バルブの吸気側カムシャフトに伝えず第2の吸気バルブの駆動を不可能とするように構成する。
また、第2の吸気バルブに専用の吸気側カムシャフトを設ける場合、弁休止機構を設ける代わりに、その第2の吸気バルブに専用の吸気側カムシャフトを、内燃機関とは別の駆動源により駆動する構成としてもよい。
本発明によれば、可変動弁機構において何らかの異常や故障が発生して、第1の吸気バルブの最大バルブリフト量が最小値の状態あるいはそれに近い状態で変更できなくなった場合にも、第2の吸気バルブを駆動する分だけ1気筒当たりの吸入空気量が増える。これにより、退避走行が可能な程度の吸入空気量を得られるようになり、退避走行が不可能になる事態を回避できる。
そして、そのような第2の吸気バルブを設けているので、第1の吸気バルブの最大バルブリフト量の最小値を従来に比べ小さく設定することができる。したがって、可変動弁機構において異常や故障が発生していない通常時には、第1の吸気バルブの最大バルブリフト量をその最小値にまで変更できるが、その最小値を小さく設定できる分、燃費等の面で貢献できる。以上より、燃費等の面でも安全性の面でも優れた内燃機関を提供することができる。
本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。
以下では、自動車用直列型4気筒ガソリンエンジンに本発明を適用した第1,第2実施形態についてそれぞれ説明する。以下の実施形態では、図1、図12に示すように、自動車に搭載されるエンジンとして4気筒DOHCエンジンを例に挙げている。ただし、図1、図12にはエンジンの1気筒の構成のみを示している。なお、エンジンは、ディーゼルエンジンであってもよく、エンジンの気筒数は4気筒以外であってもよい。また、エンジンの型式はV型であっても、水平対向型であってもよい。
[第1実施形態]
この第1実施形態は、可変動弁機構によりバルブ特性を変更可能な吸気バルブと、その可変動弁機構の異常・故障発生時にだけ使用される専用の吸気バルブとが、共通の吸気側カムシャフトにより駆動される場合である。
まず、この実施形態の特徴部分の説明に先立ち、その適用対象となるエンジンの概略構成について、図1、図2を用いて説明する。
図1、図2に例示するエンジンは、シリンダブロック1と、シリンダヘッド2とを備えている。シリンダブロック1に備えられる4つの気筒(シリンダ)1aには、それぞれピストン4が往復動可能に収容されている。
シリンダブロック1の各気筒1aのシリンダボアとシリンダヘッド2とピストン4とで燃焼室6が区画されている。燃焼室6には、吸入系および吸気ポート2aから導入される空気と燃料噴射弁7から噴射される燃料とからなる所定度合いの混合気が供給され、この混合気が、シリンダヘッド2に設置される点火プラグ8の火花放電によって着火燃焼される。この燃焼により、ピストン4が下降されて、コネクティングロッド9を介してクランクシャフト10が回転されてエンジンの駆動力(トルク)が得られるようになる。燃焼室6で燃焼された後の排気ガスは、排気ポート2bから排気系へ排出される。なお、燃料噴射弁7は、燃焼室6へ燃料を直接噴射するように、シリンダヘッド2に取り付けるような形態にしてもよい。
上記吸入系には、吸気ポート2aに連通連結される吸気通路(符号略)の上流に設けられるエアクリーナ(図示略)、この吸気通路の途中に設けられるスロットルバルブ5を含む。シリンダヘッド2には、それぞれ、吸気ポート2aを開閉する吸気バルブ11と、排気ポート2bを開閉する排気バルブ12とが配置されている。吸気バルブ11および排気バルブ12は、いずれもバルブスプリング21(図9等)によって、吸気ポート2aおよび排気ポート2bを閉塞する方向へ付勢されている。
この実施形態では、図2に示すように、吸気バルブ11は、1気筒当たりそれぞれ3つ(11A,11B,11C)ずつ配置されている。一方、排気バルブ12は、1気筒当たりそれぞれ2つずつ配置されている。したがって、シリンダヘッド2には、1気筒当たり、計5つの機関バルブが設けられ、また、1気筒当たり、吸気ポート2aが3つずつ、排気ポート2bが2つずつ、計5ポートが形成される。
そして、この実施形態では、3つの吸気バルブ11のうち、図2で両端に位置する2つの吸気バルブ11A,11Cは、可変動弁機構(リフト量可変機構)30を介して開閉駆動されるのに対し、図2で中間に位置する残りの1つの吸気バルブ11Bは、弁休止機構(弁停止機構)50を介して開閉駆動される。吸気バルブ11A,11Cが、通常時に使用されるバルブ特性を変更可能な吸気バルブとなっているのに対し、吸気バルブ11Bが、通常時ではない可変動弁機構の異常・故障発生時にだけ使用される専用の吸気バルブとなっている。可変動弁機構30および弁休止機構50の詳細については後述する。なお、また、吸気バルブ11Bには、吸気バルブ11A,11Cとは異なって、可変動弁機構は設けられていない。また、図1には、吸気バルブ11A(11C)に対応する吸気ポート2aを示しており、吸気バルブ11Bに対応する吸気ポート2aは示していない。
吸気バルブ11は吸気側カムシャフト13によって、また、排気バルブ12は排気側カムシャフト14によって、それぞれ開閉動作されるようになっている。吸気側カムシャフト13には、吸気バルブ11を開閉駆動するためのカムロブ13aが設けられている。また、排気側カムシャフト14には、排気バルブ12を開閉駆動するためのカムロブ14aが設けられている。この実施形態では、可変動弁機構30を介して開閉駆動される吸気バルブ11A,11Cと、弁休止機構50を介して開閉駆動される吸気バルブ11Bとが、共通する1本の吸気側カムシャフト13により駆動されるようになっている。
吸気側カムシャフト13および排気側カムシャフト14は、シリンダヘッド2に回転自在に支持されている。そして、吸・排気側カムシャフト13,14およびクランクシャフト10の一端部には、それぞれスプロケットが取り付けられており、これらのスプロケットにタイミングチェーンが掛け渡されている。そのため、クランクシャフト10が回転すると、その回転が各スプロケットおよびタイミングチェーンを介して、吸・排気側カムシャフト13,14に伝達される。なお、スプロケットおよびタイミングチェーンに代えて、プーリおよびタイミングベルトを用いてもよい。
吸気バルブ11A,11Cの上端部と吸気側カムシャフト13のカムロブ13aとの間、および、排気バルブ12の上端部と排気側カムシャフト14のカムロブ14aとの間には、それぞれ、ローラ17aを有するロッカーアーム17が揺動自在に配置されている。また、吸気バルブ11A,11Cおよび排気バルブ12の各上端部の近傍には、油圧式のラッシュアジャスタ18がそれぞれ配置されている。ロッカーアーム17には、バルブスプリングの圧縮反力とラッシュアジャスタ18の押し上げ力とが伝達されている。これにより、ロッカーアーム17のローラ17aがほぼ上方に付勢されている。そして、ローラ17aは、排気側カムシャフト14のカムロブ14aに対しては直接的に接触されている一方で、吸気側カムシャフト13のカムロム13aに対しては以下に述べるような可変動弁機構30を介して間接的に接触されている。
一方、吸気バルブ11Bの上端部には、バルブリフタ19が組み付けられている。バルブリフタ19は、そのほぼ上方に配置される吸気側カムシャフト13のカムロブ13aに接触している。
次に、吸気バルブ11A,11Cに設けられる可変動弁機構30について説明する。
可変動弁機構30は、アクセル操作部材としてのアクセルペダル25の踏み込み操作量、エンジンの負荷、エンジンの回転速度(機関回転速度)等の状況に応じて、吸気バルブ11A,11Cの最大バルブリフト量および作用角(開弁期間)を調整して燃焼室6に導入する空気量(吸入空気量)を調整するものである。
ここで採用する可変動弁機構30の基本構成については、例えば、上記特許文献1(特開2001−263015号公報)等に詳細に記載されているが、例えば、図3〜図11に示すように、ロッカーシャフト31と、コントロールシャフト32と、アクチュエータ33と、気筒ごとのアームアッセンブリ34とを備えた構成になっている。なお、図3の矢印Fは、アクチュエータ33から離れる方向を示し、矢印Rは、アクチュエータ33に近づく方向を示す。可変動弁機構として、ここで説明する以外の構成を採用することも可能である。ただし、この実施形態においては、可変動弁機構によりバルブ特性を変更可能な吸気バルブと、その可変動弁機構の異常・故障発生時にだけ使用される専用の吸気バルブとが、共通の吸気側カムシャフトにより駆動される構成となっている必要がある。
ここに例示した可変動弁機構30によれば、図11に示すように、吸気バルブ11A,11Cの最大バルブリフト量および作用角は互いに同期して変化する。具体的には、吸気バルブ11A,11Cの最大バルブリフト量が小さくなるとともに、吸気バルブ11A,11Cの開弁時期IVOと閉弁時期IVCとが互いに近寄って吸気バルブ11A,11Cの作用角が小さくなるので、1気筒当たりの吸入空気量が少なくなる。図11では、低リフト時の場合から高リフト時の場合までの複数のリフト曲線を示している。吸気バルブ11A,11Cの最大バルブリフト量は、最小であるLminから最大であるLmaxまでの間で無段階に変更可能となっている。吸気バルブ11A,11Cの最大バルブリフト量は、吸気バルブ11A,11Cが開弁時において可動範囲の最も下方まで移動(リフト)したときの吸気バルブ11A,11Cの移動量である。また、吸気バルブ11A,11Cの作用角は、吸気バルブ11A,11Cの開弁時期IVOから閉弁時期IVCまでの角度範囲(図11ではクランク角で表現している)に関わる吸気側カムシャフト13の回転角度のことである。なお、このように、吸気バルブ11A,11Cの最大バルブリフト量および作用角が一対一で対応しているので、以下では、最大バルブリフト量および作用角をまとめて、単に「リフト量」とも言う。
ロッカーシャフト31は、吸気側カムシャフト13と平行な方向(気筒配列方向)に沿って延びる円筒状の部材であり、シリンダヘッド2に設けられた複数の支持壁(図示略)に、軸方向および周方向への移動が規制された状態で取り付けられている。なお、吸気側カムシャフト13が延びる方向を、「軸方向」と称する。
ロッカーシャフト31には、アームアッセンブリ34を挟んで対向する一対の支持壁によって挟まれた箇所に、軸方向に延びる長孔(貫通孔)31aが形成されている。長孔31aにはコネクトピン44が挿通されている(図7、図8参照)。
コントロールシャフト32は、ロッカーシャフト31内に軸方向の移動が可能な状態で挿入されている。コントロールシャフト32の一端側には、コントロールシャフト32の駆動用のアクチュエータ33が接続されている。コントロールシャフト32は、アクチュエータ33によって軸方向(F方向またはR方向)に前進・後退される。コントロールシャフト32には、コネクトピン44を挿入するためのピン挿入孔32aが形成されている(図5、図7、図8参照)。
アクチュエータ33は、コントロールシャフト32を軸方向に進退駆動するもので、例えば、電動モータ、油圧シリンダ等のような適宜の駆動源とされる。
アームアッセンブリ34は、気筒数と同数設けられており、ロッカーシャフト31に対し各気筒と対応するように設置されている。このアームアッセンブリ34は、吸気側カムシャフト13のカムロブ13aと、ロッカーアーム17の長手方向中間に設けられるローラ17aとの間に配設されている。なお、ロッカーアーム17の長手方向一端側はラッシュアジャスタ18に支持され、また、ロッカーアーム17の長手方向他端側は吸気バルブ11A,11C上端のタペットに当接されている。
アームアッセンブリ34は、コントロールシャフト32と連動して移動可能なスライダギア43と、吸気側カムシャフト13のカムロブ13aにより駆動される入力アーム(カム被打部材)41と、吸気バルブ11A,11Cをリフトさせる出力アーム(バルブ打部材)42A,42Cとを備えている。入力アーム41および出力アーム42A,42Cは、スライダギア43上に設けられ、軸方向への移動が規制された状態でロッカーシャフト31(コントロールシャフト32)を支持する一対の支持壁間に配設されている。
入力アーム41は、円筒形のハウジング41aを備えている。ハウジング41aの内周面には、スライダギア43の入力側ヘリカルスプライン43aに噛み合うヘリカルスプライン41bが形成されている。また、ハウジング41aの外周には、径方向外向きに突出する一対の支持片41c,41cが設けられており、この一対の支持片41c,41cの間にローラ41eが配置されている。ローラ41eは、ロッカーシャフト31と平行な回転軸41dによって回転自在に支持されている。
入力アーム41の軸方向両側には、一対の出力アーム42A,42Cが配置されている。各出力アーム42A,42Cは、円筒形のハウジング42aを備えている。ハウジング42aの内周面には、スライダギア43の出力側ヘリカルスプライン43bに噛み合うヘリカルスプライン42bが形成されている。また、ハウジング42aの外周には、径方向外向きに突出するノーズ42cが設けられている。ノーズ42cは、ほぼ三角形状に加工されており、その一辺が凹状に湾曲するカム面42dとなっている。
これらの入力アーム41および2つの出力アーム42A,42Cによって区画された内部空間には、スライダギア43が配設されている。スライダギア43は、ロッカーシャフト31上にコントロールシャフト32と連動して軸方向に移動可能に外装されている。
スライダギア43は、中心に軸挿入孔43cを有するほぼ円筒形状に加工されている。スライダギア43の軸方向の中間部には、入力アーム41のヘリカルスプライン41bに噛み合う入力側ヘリカルスプライン43aが加工されている。また、スライダギア43の軸方向の両端部には、出力アーム42A,42Cのヘリカルスプライン42bに噛み合う出力側ヘリカルスプライン43bがそれぞれ加工されている。出力側ヘリカルスプライン43bは、入力側ヘリカルスプライン43aに対して外径が小さく形成されている。また、入力側ヘリカルスプライン43aと出力側ヘリカルスプライン43bとは、歯のねじれの向きが互いに逆向きとなるように加工されている。
スライダギア43の内壁の軸方向中央部には、図7、図8に示すように、周方向に延びる周溝(内溝)43dが形成されている。また、この周溝43dは、貫通孔43eによってスライダギア43の外部に連通されている。
そして、入力アーム41のローラ41eは、シリンダヘッド2に圧縮状態で配設された付勢部材26の弾性力によって、常にカムロブ13aへ押し付けられている。一方、出力アーム42A,42Cのハウジング42aのベース円部分またはノーズ42cのカム面42dには、吸気バルブ11A,11Cのバルブスプリングによってロッカーアーム17のローラ17aが圧接されている。これにより、吸気側カムシャフト13が回転すると、カムロブ13aによって入力アーム41のローラ41eが押し下げられる。そして、入力アーム41とともに、スライダギア43および出力アーム42A,42Cが一体的に揺動される。このような入力アーム41および出力アーム42A,42Cの一体的な揺動によって、ロッカーアーム17を介して吸気バルブ11A,11Cがリフトされるようになっている。
ここで、ロッカーシャフト31の外側のスライダギア43を、ロッカーシャフト31内のコントロールシャフト32に動力伝達可能に連結するために、スライダギア43の周溝43d内には、断面円弧状のブッシュ46が配設されている。ブッシュ46には、図7、図8に示すように、周方向中間にピン挿入孔(貫通孔)46aが形成されている。
ブッシュ46は、コネクトピン44を介してコントロールシャフト32に連結されている。具体的には、コネクトピン44の一端部がブッシュ46のピン挿入孔46aに挿入され、コネクトピン44の他端部がコントロールシャフト32のピン挿入孔32aに挿入されている。また、コネクトピン44の中間部がロッカーシャフト31の長孔31aに挿入されている。コネクトピン44は、コネクトピン44およびブッシュ46の組み付け時に、スライダギア43の貫通孔43eと、ブッシュ46のピン挿入孔46aと、ロッカーシャフト31の長孔31aと、コントロールシャフト32のピン挿入孔32aとの位置合わせを行った状態で、スライダギア43の貫通孔43e側から挿入される。
このように組み付けられたスライダギア43は次のように動作する。
コントロールシャフト32は、ロッカーシャフト31の長孔31aの軸方向の長さの範囲内で、ロッカーシャフト31に対して軸方向に移動可能となっている。また、スライダギア43は、周溝43dとブッシュ46との係合により、コントロールシャフト32に対する軸方向の位置が固定されているので、アクチュエータ33の駆動によりコントロールシャフト32が軸方向に移動されると、その動作がコネクトピン44およびブッシュ46を介してスライダギア43に伝えられる。これにより、コントロールシャフト32に連動してスライダギア43が軸方向に移動する。加えて、ブッシュ46がスライダギア43の周溝43d内を周方向に移動可能となっているので、その範囲内で、スライダギア43がコントロールシャフト32に対し回動可能となっている。これにより、コントロールシャフト32が軸方向に移動されると、スライダギア43は、軸方向に移動しながら、コントロールシャフト32に対して回動する。
また、入力アーム41に吸気側カムシャフト13のトルクが伝達されると、そのトルクが入力アーム41からスライダギア43を介して出力アーム42A,42Cに伝達されるが、このとき、スライダギア43は、ロッカーシャフト31(コントロールシャフト32)の回りを揺動する。
このようなアームアッセンブリ34において、スライダギア43の入力側ヘリカルスプライン43aと、入力アーム41のヘリカルスプライン41bとは、互いに噛み合わされることによって支持されている。また同様に、スライダギア43の出力側ヘリカルスプライン43bと、出力アーム42A,42Cのヘリカルスプライン42bとは、互いに噛み合わされて支持されている。
したがって、コントロールシャフト32の前進・後退によりスライダギア43を軸方向に移動させて、スライダギア43と、入力アーム41および出力アーム42A,42Cとの軸方向における相対位置を変化させることによって、入力アーム41と出力アーム42A,42Cとに互いに逆向きのねじり力が付与されることになる。これにより、入力アーム41と出力アーム42A,42Cとが互いに相対回転し、入力アーム41のローラ41eと出力アーム42A,42Cのノーズ42cとの相対位相差が変更されるようになっている。
以上のようにして、入力アーム41のローラ41eと出力アーム42A,42Cのノーズ42cとの相対位相差が変更されると、吸気バルブ11A,11Cのリフト量が変更される。そして、相対位相差が最も小さいとき(アームアッセンブリ34の周方向において、ローラ41eとノーズ42cとが最も接近した状態にあるとき)、吸気バルブ11A,11Cのリフト量は最も小さくなり、1気筒当たりの吸入空気量が最も少なくなる。逆に、相対位相差が最も大きいとき(アームアッセンブリ34の周方向において、ローラ41eとノーズ42cとが最も離れた状態にあるとき)、吸気バルブ11A,11Cのリフト量は最も大きくなり、1気筒当たりの吸入空気量が最も多くなる。
そして、可変動弁機構30においては、共通する1本のコントロールシャフト32に気筒ごとのアームアッセンブリ34がそれぞれ設けられているので、アクチュエータ33の駆動によるコントロールシャフト32の軸方向の前進・後退に応じて、全ての気筒の吸気バルブ11A,11Cのリフト量が同時に変更されるようになっている。
次に、可変動弁機構30の動作について説明する。
まず、図9を参照して、コントロールシャフト32を最大限までアクチュエータ33から離れる方向(図3の矢印F方向)へ移動させた場合の可変動弁機構30の動作について説明する。
図9(a)に示すように、カムロブ13aのベース円部分が入力アーム41のローラ41eに当接しているとき、ロッカーアーム17のローラ17aは、出力アーム42A,42Cのハウジング42aのベース円部分と当接した状態にある。このため、吸気バルブ11A,11Cはリフト量が「0」の状態(エンジンの吸気ポート2aを閉じた状態)に維持される。
そして、吸気側カムシャフト13の時計方向への回転にともない、入力アーム41のローラ41eがカムロブ13aのリフト部分により押し下げられると、入力アーム41がロッカーシャフト31に対して、反時計回り方向(図9(a)の矢印方向)に回動する。また、これにともなって、出力アーム42A,42Cおよびスライダギア43が一体となって揺動する。
これにより、出力アーム42A,42Cのノーズ42cに形成されたカム面42dが、ロッカーアーム17のローラ17aに当接し、カム面42dの押圧によってローラ17aが押し下げられる。
図9(b)に示すように、ロッカーアーム17のローラ17aがカム面42dにより押圧されているとき、ロッカーアーム17がラッシュアジャスタ18との当接部を中心として揺動し、吸気バルブ11A,11Cが開弁される。
以上のように、コントロールシャフト32がアクチュエータ33から離れる方向に最大限まで移動した状態では、ロッカーシャフト31の軸心回りにおける入力アーム41のローラ41eと、出力アーム42A,42Cのノーズ42cとの相対位相差が最大となる。
これにより、カムロブ13aがローラ41eを最大限に押し下げたとき、ロッカーアーム17の揺動量(揺動範囲)が最も大きくなり、吸気バルブ11A,11Cは最大のリフト量で開閉される。そして、1気筒当たりの吸入空気量が最も多くなる。
次に、図10を参照して、コントロールシャフト32を最大限までアクチュエータ33に近づける方向(図3の矢印R方向)へ移動させた場合の可変動弁機構30の動作について説明する。
図10(a)に示すように、カムロブ13aのベース円部分が入力アーム41のローラ41eに当接しているときには、出力アーム42A,42Cとローラ17aとの当接位置は、カム面42dから最大限まで離れた位置にある。そして、吸気側カムシャフト13の回転によって、入力アーム41のローラ41eがカムロブ13aのリフト部分により押し下げられると、入力アーム41と出力アーム42A,42Cとが一体となって回動する。
ただし、この場合、出力アーム42A,42Cとローラ17aとの当接位置は、カム面42dから最大限離れているので、カム面42dによるロッカーアーム17のローラ17aの押し下げが開始されるまでの出力アーム42A,42Cの回転量が、図9に示す場合と比べて大きくなる。また、カムロブ13aのリフト部分により入力アーム41のローラ41eが押し下げられた際、ローラ17aと当接するカム面42dの範囲が、ノーズ42cの基端側の一部のみに縮小される。このため、カムロブ13aのリフト部分によるローラ41eの押し下げに応じたロッカーアーム17の揺動量(揺動範囲)は小さくなる。
図10(b)に示すように、ロッカーアーム17の揺動量が小さいことにより、吸気バルブ11A,11Cは、より小さいリフト量にて開弁されるようになる。
また、コントロールシャフト32がアクチュエータ33に近づく方向に最大限まで移動した状態では、ロッカーシャフト31の軸心回りにおけるローラ41eとノーズ42cとの相対位相差が最小となる。
これにより、カムロブ13aがローラ41eを最大限に押し下げたときのローラ17aの変位量は最も小さくなり、吸気バルブ11A,11Cが最小のリフト量で開閉されるようになる。そして、1気筒当たりの吸入空気量が最も少なくなる。なお、図10(b)には、吸気バルブ11A,11Cの最小のリフト量が、Lminである場合を示している。
以上述べたように、可変動弁機構30では、アクチュエータ33の駆動によって全ての気筒に共通のコントロールシャフト32が軸方向に移動されると、スライダギア43が軸方向に移動される。そして、コントロールシャフト32の軸方向の移動位置に応じて、各アームアッセンブリ34において、スライダギア43に対する入力アーム41および出力アーム42A,42Cの軸方向の相対位置が変化する。これにより、スライダギア43上の入力アーム41と出力アーム42A,42Cとが相対回転して、入力アーム41と出力アーム42A,42Cとの相対位相差が変更され、吸気バルブ11A,11Cのリフト量が、図11に示すように、Lmin〜Lmaxの間で連続的に変更されるようになっている。そして、1気筒当たりの吸入空気量が連続的に変更されるようになっている。
次に、吸気バルブ11Bに設けられる弁休止機構50について説明する。
弁休止機構50は、可変動弁機構30に異常や故障が発生したときには、吸気バルブ11Bを駆動する一方、可変動弁機構30に異常や故障が発生していないときには、吸気バルブ11Bの駆動を休止するものである。この実施形態では、弁休止機構50は、吸気バルブ11Bの上端部と、その吸気バルブ11Bの上端部に組み付けられるバルブリフタ19との間に介在されている。
弁休止機構50は、例えば、一般的に公知のロック機構で構成される。このような弁休止機構としては、例えば、特開2005−36660号公報の図7に示されるような公知の機構を採用することが可能である。簡単に説明すれば、バルブリフタ19は、吸気バルブ11Bとともに昇降するロッド部と、吸気側カムシャフト13のカムロブ13aに押動される外筒部とからなる。ロッド部および外筒部は、所定の相対位置でロックピン(結合ピン)により連結可能である。連結が解除された状態では、外筒部はロッド部に対し相対移動可能となる。このため、カムロブ13aは、外筒部のみを往復動させる。ロックピンが、ロッド部の嵌入孔に嵌入すると、ロッド部および外筒部は連結され、一体となって往復動する。この状態でカムロブ13aは、吸気バルブ11Bを開閉駆動する。
この場合、アクチュエータ51によりロックピンを移動することで、ロッド部および外筒部が連結されるロック位置と、ロッド部および外筒部の連結が解除されるロック解除位置とを切り換えて、吸気バルブ11Bへの吸気側カムシャフト13のトルクの伝達・非伝達を切り換えるように構成されている。アクチュエータ51は、例えば、電動モータ、油圧シリンダ等のような適宜の駆動源とされる。
そして、可変動弁機構30に異常や故障が発生したときには、アクチュエータ51を駆動してロックピンをロック位置に移動する。このロックピンがロック位置にあるロック時には、吸気側カムシャフト13のトルクが吸気バルブ11Bに伝達される。これにより、吸気バルブ11Bの開閉駆動が可能になり、吸気ポート2aから燃焼室6内への空気の導入が可能になる。
一方、可変動弁機構30に異常や故障が発生していないときには、アクチュエータ51の駆動を停止してロックピンをロック解除位置に移動する。この場合、スプリング等の付勢部材によってロックピンをロック位置からロック解除位置へ戻すようにする。このロックピンがロック解除位置にあるロック解除時には、吸気側カムシャフト13のトルクが吸気バルブ11Bに伝達されなくなる。これにより、吸気バルブ11Bの開閉駆動が不可能になり、吸気ポート2aから燃焼室6内への空気の導入が不可能になる。
このような弁休止機構50が設けられているため、吸気バルブ11Bは、可変動弁機構30において異常や故障が発生していない通常時には休止状態にあり、可変動弁機構30において異常や故障が発生した場合にだけ駆動状態になる。
上述のような構成のエンジンの動作は、例えば、自動車に搭載されるエンジン制御装置100により制御される。エンジン制御装置100は、一般的に公知のECUとされ、演算処理装置(CPUまたはMPU)、記憶装置(RAMおよびROM)、入・出力インターフェースにより構成される。この場合、エンジン制御装置100の記憶装置には、エンジンの運転を制御するための各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶される。エンジン制御装置100の演算処理装置は、記憶装置に記憶された各種制御プログラムや制御マップに基づいて演算処理を実行する。
また、エンジン制御装置100の入力インターフェースには、クランク角センサ111、カム角センサ112、回転角センサ113、エアフローメータ114、アクセルセンサ115、スロットルセンサ116、故障検知センサ117等が接続されている。一方、エンジン制御装置100の出力インターフェースには、燃料噴射弁7、点火プラグ8のイグナイタ15、スロットルバルブ5のアクチュエータ16、可変動弁機構30のアクチュエータ33、弁休止機構50のアクチュエータ51等が接続されている。
クランク角センサ111は、クランクシャフト10が一定角度回転するごとにパルス状の信号を発生する。この信号は、クランクシャフト10の回転角度であるクランク角や、単位時間当たりのクランクシャフト10の回転速度である機関回転速度の算出等に用いられる。カム角センサ112は、吸気側カムシャフト13の近傍に設けられ、その吸気側カムシャフト13の回転角度(カム角)を検出する。回転角センサ113は、可変動弁機構30のアクチュエータ33の回転角度を検出する。エアフローメータ114は、吸気ポート2aに連結される吸気通路を流れる空気量(吸入空気量)を検出する。アクセルセンサ115は、操作者によるアクセルペダル25の踏み込み量を検出する。スロットルセンサ116は、スロットルバルブ5の近傍に設けられ、そのスロットルバルブ5の開度(スロットル開度)を検出する。故障検知センサ117は、例えば、可変動弁機構30のアームアッセンブリ34に付設され、可変動弁機構30の異常や故障を検知する。可変動弁機構30の異常や故障としては、例えば、吸気バルブ11A,11Cのリフト量の変更が行えなくなったことなどが挙げられる。この場合、例えば、故障検知センサ117によって、入力アーム41のローラ41eと出力アーム42A,42Cのノーズ42cとの相対位相差を検知する構成とすることが可能である。
エンジン制御装置100は、これらのセンサ類からの出力を取得して、エンジンの通常の運転を制御する。例えば、エンジン制御装置100は、これらのセンサ類からの出力に基づいて、吸気バルブ11A,11Cのリフト量を調整して燃焼室6への吸入空気量を制御する。
また、エンジン制御装置100は、故障検知センサ117等からの出力に基づいて、可変動弁機構30において異常や故障が発生したか否かを判断する。この場合、具体的には、アクチュエータ33を駆動しているにもかかわらず、故障検知センサ117の出力に基づく入力アーム41のローラ41eと出力アーム42A,42Cのノーズ42cとの相対位相差が変化しないときや、その相対位相差の変化量がアクチュエータ33の駆動量(回転角センサ113の出力に基づくアクチュエータ33の回転角度)に対応していないときなどには、可変動弁機構30において異常や故障が発生して吸気バルブ11A,11Cのリフト量の変更が行えなくなったと判断される。
そして、可変動弁機構30において異常や故障が発生していない通常時には、可変動弁機構30によって吸気バルブ11A,11Cのリフト量が変更可能であるので、エンジン制御装置100は、吸気バルブ11Bを駆動せず、吸気バルブ11A,11Cだけを駆動して、エンジンの運転を行う。
一方、可変動弁機構30において異常や故障が発生した場合には、可変動弁機構30によって吸気バルブ11A,11Cのリフト量が変更不可能であるので、エンジン制御装置100は、吸気バルブ11Bを駆動する。この場合、エンジン制御装置100は、弁休止機構50のアクチュエータ51を駆動してロックピンをロック位置に移動させる。これにより、吸気バルブ11Bに吸気側カムシャフト13のトルクが伝達されるようになり、吸気バルブ11Bの開閉駆動が可能になる。これにともなって、燃焼室6内へは吸気バルブ11Bが配置される吸気ポート2aからも空気が導入可能になる。したがって、吸気バルブ11Bを駆動する分だけ1気筒当たりの吸入空気量が増えることになる。
以上のように、この実施形態では、可変動弁機構30において異常や故障が発生した場合にだけ吸気バルブ11Bを駆動するので、次のような効果が得られる。すなわち、可変動弁機構30において何らかの異常や故障が発生して、吸気バルブ11A,11Cの最大バルブリフト量が最小値のLminの状態あるいはそれに近い状態で変更できなくなった場合にも、吸気バルブ11Bを駆動する分だけ1気筒当たりの吸入空気量が増える。これにより、退避走行が可能な程度の吸入空気量を得られるようになり、退避走行が不可能になる事態を回避できる。
そして、そのような退避走行用の吸気バルブ11Bを設けているので、吸気バルブ11A,11Cの最大バルブリフト量の最小値であるLminを従来のLmin’(図13参照)に比べ小さく設定することができる。この場合、吸気バルブ11A,11Cの最大バルブリフト量の最小値を「0」に設定することも可能である。なお、吸気バルブ11Bのバルブ特性は、カムロブ13aの形状によって設定されるが、吸気バルブ11Bの駆動時の1気筒当たりの吸入空気量は、吸気バルブ11A,11Cの最大バルブリフト量が最小値のLminで変更できなくなった場合に退避走行が可能な程度の吸入空気量が最低限確保されるものであればよい。
したがって、可変動弁機構30において異常や故障が発生していない通常時には、吸気バルブ11A,11Cのリフト量をLmin〜Lmaxの間で変更できるが、そのLminを小さく設定できる分、燃費等の面で貢献できる。以上より、燃費等の面でも安全性の面でも優れたエンジンを提供することができる。
また、この実施形態では、可変動弁機構30を介して駆動される吸気バルブ11A,11Cと、退避走行用の吸気バルブ11Bとが、共通する1本の吸気側カムシャフト13により駆動される構成になっているので、構成の簡素化、省スペース化が図れ、搭載上有利になる。しかも、部品点数が少なくなり、コスト削減も図れる。
[第2実施形態]
第2実施形態は、上記第1実施形態とほぼ同様の構成であるが、可変動弁機構の異常・故障発生時にだけ使用される吸気バルブを駆動する構成が上記第1実施形態とは異なっている。以下では、異なる点について主に説明することとし、上記第1実施形態と同様の構成については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
この実施形態では、図12に示すように、可変動弁機構30によりバルブ特性を変更可能な吸気バルブ11A,11Cと、その可変動弁機構30の異常・故障発生時にだけ使用される吸気バルブ11B’とが、異なる吸気側カムシャフト13,13’により駆動される。つまり、可変動弁機構30の異常・故障発生時にだけ使用される吸気バルブ11B’を駆動するための専用の吸気側カムシャフト13’が設けられている。
可変動弁機構30および弁休止機構50については、上記第1実施形態と同様の構成が採用されている(図3〜図11参照)。なお、可変動弁機構、弁休止機構として、それ以外の構成を採用することも可能である。ただし、この実施形態においては、可変動弁機構によりバルブ特性を変更可能な吸気バルブと、その可変動弁機構の異常・故障発生時にだけ使用される専用の吸気バルブとが、異なる吸気側カムシャフトにより駆動される構成となっている必要がある。
この実施形態では、2本の吸気側カムシャフト13,13’と、1本の排気側カムシャフト14とが設けられている。吸気側カムシャフト13には、吸気バルブ11A,11Cを開閉駆動するためのカムロブ13aが設けられている。吸気側カムシャフト13’には、吸気バルブ11B’を開閉駆動するためのカムロブ13a’が設けられている。また、排気側カムシャフト14には、排気バルブ12を開閉駆動するためのカムロブ14aが設けられている。
吸気側カムシャフト13,13’および排気側カムシャフト14は、シリンダヘッド2に回転自在に支持されている。そして、吸・排気側カムシャフト13,13’,14およびクランクシャフト10の一端部には、それぞれスプロケットが取り付けられており、これらのスプロケットにタイミングチェーンが掛け渡されている。そのため、クランクシャフト10が回転すると、その回転が各スプロケットおよびタイミングチェーンを介して、吸・排気側カムシャフト13,13’,14に伝達される。なお、スプロケットおよびタイミングチェーンに代えて、プーリおよびタイミングベルトを用いてもよい。
吸気バルブ11A,11Cの上端部と吸気側カムシャフト13のカムロブ13aとの間、および、排気バルブ12の上端部と排気側カムシャフト14のカムロブ14aとの間には、それぞれ、ローラ17aを有するロッカーアーム17が揺動自在に配置されている。また、吸気バルブ11A,11Cおよび排気バルブ12の各上端部の近傍には、油圧式のラッシュアジャスタ18がそれぞれ配置されている。ロッカーアーム17には、バルブスプリングの圧縮反力とラッシュアジャスタ18の押し上げ力とが伝達されている。これにより、ロッカーアーム17のローラ17aがほぼ上方に付勢されている。そして、ローラ17aは、排気側カムシャフト14のカムロブ14aに対しては直接的に接触されている一方で、吸気側カムシャフト13のカムロム13aに対しては可変動弁機構30を介して間接的に接触されている。
一方、吸気バルブ11B’の上端部には、バルブリフタ19’が組み付けられている。バルブリフタ19’は、そのほぼ上方に配置される吸気側カムシャフト13’のカムロブ13a’に接触している。
そして、この実施形態の場合にも、上記第1実施形態の場合と同様に、可変動弁機構30において異常や故障が発生していない通常時には、可変動弁機構30によって吸気バルブ11A,11Cのリフト量が変更可能であるので、エンジン制御装置100は、吸気バルブ11B’を駆動せず、吸気バルブ11A,11Cだけを駆動して、エンジンの運転を行う。
一方、可変動弁機構30において異常や故障が発生した場合には、可変動弁機構30によって吸気バルブ11A,11Cのリフト量が変更不可能であるので、エンジン制御装置100は、吸気バルブ11B’を駆動する。この場合、エンジン制御装置100は、弁休止機構50のアクチュエータ51を駆動してロックピンをロック位置に移動させる。これにより、吸気バルブ11B’に吸気側カムシャフト13’のトルクが伝達されるようになり、吸気バルブ11B’の開閉駆動が可能になる。これにともなって、燃焼室6内へは吸気バルブ11B’が配置される吸気ポート2aからも空気が導入可能になる。したがって、吸気バルブ11B’を駆動する分だけ1気筒当たりの吸入空気量が増えることになる。したがって、この実施形態においても、上記第1実施形態と同様の効果が得られる。
この第2実施形態の変形例として、次のものが挙げられる。
弁休止機構として、吸気側カムシャフト13’と吸気バルブ11B’の上端部との間に設けられるロック機構の代わりに、一般的に公知のクラッチ機構を採用してもよい。この場合、クラッチ機構を、吸気側カムシャフト13’の一端部と、タイミングチェーンが掛けられるスプロケットとの間に設けることが可能である。なお、スプロケットおよびタイミングチェーンに代えて、プーリおよびタイミングベルトを用いられる場合には、クラッチ機構は、吸気側カムシャフト13’の一端部と、タイミングベルトが掛けられるプーリとの間に設けられる。
そして、可変動弁機構30に異常や故障が発生したときには、クラッチ機構を接続状態とする。このクラッチ接続時には、クランクシャフト10の回転が吸気側カムシャフト13’に伝達される。これにより、吸気バルブ11B’の開閉駆動が可能になり、吸気ポート2aから燃焼室6内への空気の導入が可能になる。一方、可変動弁機構30に異常や故障が発生していないときには、クラッチ機構を切断状態とする。このクラッチ切断時には、クランクシャフト10の回転が吸気側カムシャフト13’に伝達されなくなる。これにより、吸気バルブ11B’の開閉駆動が不可能になり、吸気ポート2aから燃焼室6内への空気の導入が不可能になる。
また、ロック機構やクラッチ機構を採用した弁休止機構を設ける代わりに、吸気バルブ11B’に専用の吸気側カムシャフト13’を、エンジンとは別の駆動源により駆動する構成としてもよい。この場合、別の駆動源は、例えば、電動モータ、油圧シリンダ等のような適宜の駆動源とされる。また、吸気側カムシャフト13’には、タイミングチェーン(またはタイミングベルト)を介してエンジンの駆動力が伝達されないようにする。
そして、可変動弁機構30に異常や故障が発生したときには、その別の駆動源を駆動して、吸気側カムシャフト13’を回転駆動する。これにより、吸気バルブ11B’の開閉駆動が可能になり、吸気ポート2aから燃焼室6内への空気の導入が可能になる。一方、可変動弁機構30に異常や故障が発生していないときには、その別の駆動源の駆動を停止して、吸気側カムシャフト13’を回転駆動させない。これにより、吸気バルブ11B’の開閉駆動が不可能になり、吸気ポート2aから燃焼室6内への空気の導入が不可能になる。
第1実施形態に係るエンジンの概略構成を模式的に示す図である。 図1のエンジンの吸気ポート、排気ポートおよびその周辺部分を模式的に示す平面図である。 可変動弁機構のアームアッセンブリおよびアクチュエータの斜視図である。 可変動弁機構のアームアッセンブリの分解斜視図である。 図4のスライダギアとロッカーシャフトとを分解して示す斜視図である。 図4のアームアッセンブリの上半分を破断して示す斜視図である。 図4のロッカーシャフトおよびコントロールシャフトに対するスライダギアの連結部分を示す断面図である。 図7のX1−X1断面図である。 可変動弁機構において、入力アームと出力アームとの相対位相差を最大にした場合の動作説明に用いる側面図である。 可変動弁機構において、入力アームと出力アームとの相対位相差を最小にした場合の動作説明に用いる側面図である。 可変動弁機構による吸気バルブの最大バルブリフト量および作用角の変化波形パターンを示す図である。 第2実施形態に係るエンジンの概略構成を模式的に示す図である。 従来の可変動弁機構による吸気バルブの最大バルブリフト量および作用角の変化波形パターンを示す図である。
符号の説明
2 シリンダヘッド
2a 吸気ポート
6 燃焼室
11A,11C 吸気バルブ(第1の吸気バルブ)
11B 吸気バルブ(第2の吸気バルブ)
13 吸気側カムシャフト
30 可変動弁機構
32 コントロールシャフト
33 アクチュエータ
34 アームアッセンブリ
41 入力アーム
42A,42C 出力アーム
43 スライダギア
50 弁休止機構
51 アクチュエータ
100 エンジン制御装置
117 故障検知センサ

Claims (7)

  1. 吸気バルブの最大バルブリフト量を変更可能とする可変動弁機構を備えた内燃機関であって、
    前記可変動弁機構により最大バルブリフト量を変更可能な第1の吸気バルブ以外に、前記可変動弁機構に異常・故障が発生したときにだけ使用される第2の吸気バルブが設けられており、
    前記可変動弁機構に異常・故障が発生したときには、前記第2の吸気バルブを駆動する一方、前記可変動弁機構に異常・故障が発生していないときには、前記第2の吸気バルブの駆動を休止する弁休止機構が設けられていることを特徴とする可変動弁機構を備えた内燃機関。
  2. 前記第1の吸気バルブに設けられる可変動弁機構は、軸方向へ移動可能に設けられたコントロールシャフトと、前記コントロールシャフトを移動するアクチュエータと、前記コントロールシャフト上に配設されるアームアッセンブリとを備え、
    前記アームアッセンブリには、前記コントロールシャフトと連動して移動可能なスライダと、前記スライダの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、吸気側カムシャフトからのトルクを受ける入力アームと、前記スライダの外周面に、入力アームと係合するヘリカルスプラインとは異なる方向に形成されたヘリカルスプラインと係合し、前記第1の吸気バルブをリフトさせる出力アームとが設けられており、
    前記アクチュエータの駆動によりコントロールシャフトに連動してスライダが軸方向に移動されると、前記入力アームと出力アームとの相対位相差が変更されて、前記第1の吸気バルブの最大バルブリフト量が変更されるように構成されていることを特徴とする請求項1に記載の可変動弁機構を備えた内燃機関。
  3. 前記第1の吸気バルブを駆動する吸気側カムシャフトと、前記第2の吸気バルブを駆動する吸気側カムシャフトとが共通して設けられることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の可変動弁機構を備えた内燃機関。
  4. 前記第1の吸気バルブを駆動する吸気側カムシャフトと、前記第2の吸気バルブを駆動する吸気側カムシャフトとがそれぞれ設けられることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の可変動弁機構を備えた内燃機関。
  5. 前記弁休止機構は、前記吸気側カムシャフトと、第2の吸気バルブの上端部との間に設けられるロック機構であって、
    ロック時には、前記吸気側カムシャフトのトルクを前記第2の吸気バルブに伝えて第2の吸気バルブの駆動を可能とする一方、ロック解除時には、前記吸気側カムシャフトのトルクを前記第2の吸気バルブに伝えず第2の吸気バルブの駆動を不可能とするように構成されていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の可変動弁機構を備えた内燃機関。
  6. 前記弁休止機構は、内燃機関のクランクシャフトの回転を伝えるタイミングチェーンまたはタイミングベルトが掛けられるスプロケットまたはプーリと、前記第2の吸気バルブの吸気側カムシャフトの端部との間に設けられるクラッチ機構であって、
    クラッチ接続時には、内燃機関のクランクシャフトの回転を前記第2の吸気バルブの吸気側カムシャフトに伝えて第2の吸気バルブの駆動を可能とする一方、クラッチ切断時には、内燃機関のクランクシャフトの回転を前記第2の吸気バルブの吸気側カムシャフトに伝えず第2の吸気バルブの駆動を不可能とするように構成されていることを特徴とする請求項4に記載の可変動弁機構を備えた内燃機関。
  7. 前記第2の吸気バルブの吸気側カムシャフトが、内燃機関とは別の駆動源により駆動されることを特徴とする請求項4に記載の可変動弁機構を備えた内燃機関。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2018224020A1 (zh) * 2017-06-09 2018-12-13 长城汽车股份有限公司 连续可变气门升程机构的控制方法、系统及车辆

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