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JP2015175260A - Valve actuating mechanism - Google Patents

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JP2015175260A
JP2015175260A JP2014051208A JP2014051208A JP2015175260A JP 2015175260 A JP2015175260 A JP 2015175260A JP 2014051208 A JP2014051208 A JP 2014051208A JP 2014051208 A JP2014051208 A JP 2014051208A JP 2015175260 A JP2015175260 A JP 2015175260A
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Japan
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valve
piezoelectric element
internal combustion
combustion engine
cam
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JP2014051208A
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Japanese (ja)
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富樫 千晴
Chiharu Togashi
千晴 富樫
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Isuzu Motors Ltd
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Isuzu Motors Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】内燃機関の可変動弁機構の構造を簡単化及び簡素化することができて、従来技術の内燃機関の動弁機構にも組み入れ易く、大きな設計変更を必要としない内燃機関の可変動弁機構を提供する。
【解決手段】内燃機関の可変動弁機構において、カム15からの変位をバルブシャフト12aの軸方向の変位に転換する変位転換機構の一部に圧電素子17aを設けて構成すると共に、低バルブリフト量でバルブ12を開閉するときは、圧電素子17aを体積膨張させず、高バルブリフト量でバルブ12を開閉するときは、圧電素子17aに電圧を印加して体積膨張させる。
【選択図】図1
The structure of a variable valve mechanism of an internal combustion engine can be simplified and simplified, can be easily incorporated into a valve mechanism of an internal combustion engine of a prior art, and does not require a large design change. Provide a valve mechanism.
In a variable valve mechanism of an internal combustion engine, a piezoelectric element 17a is provided in a part of a displacement conversion mechanism that converts a displacement from a cam 15 into an axial displacement of a valve shaft 12a, and a low valve lift. When opening and closing the valve 12 by an amount, the piezoelectric element 17a is not volume-expanded, and when opening and closing the valve 12 by a high valve lift, a voltage is applied to the piezoelectric element 17a to cause volume expansion.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、カム軸に設けたカムにより吸気弁又は排気弁のバルブをリフトさせる内燃機関の可変動弁機構に関する。   The present invention relates to a variable valve mechanism for an internal combustion engine that lifts a valve of an intake valve or an exhaust valve by a cam provided on a cam shaft.

カム軸に設けたカムによりロッカーアームを介したりして吸気弁又は排気弁のバルブをリフトさせる内燃機関の可変動弁機構は、エンジンの燃焼サイクルに応じて、吸気弁及び排気弁を開閉させると共に、エンジンの運転状態に応じて、そのバルブリフト量を変更させてエンジンの出力を最適化している。例えば、エンジンが高回転している時には、吸気弁及び排気弁のバルブリフト量を変化させて、エンジンの低回転時より大きくすることにより、エンジンの出力の増加による、気筒内に導入される空気量と気筒内から排出される排気ガス量の増加に対応している。   A variable valve mechanism for an internal combustion engine that lifts an intake valve or an exhaust valve through a rocker arm by a cam provided on a cam shaft opens and closes the intake valve and the exhaust valve in accordance with the combustion cycle of the engine. The engine output is optimized by changing the valve lift amount according to the operating state of the engine. For example, when the engine is rotating at a high speed, the amount of air introduced into the cylinder due to an increase in the engine output is increased by changing the valve lift amount of the intake valve and the exhaust valve to be larger than when the engine is rotating at a low speed. This corresponds to an increase in the amount of exhaust gas discharged from the cylinder.

この内燃機関の可変動弁機構の従来技術の一例を図5及び図6に示す。図5は吸気弁又は排気弁のバルブリフト量が低量である場合(低リフト)を示し、図6はバルブリフト量が高量である場合(高リフト)を示している。図5及び図6に示すように、この内燃機関の可変動弁機構10Xは、カム軸14、カム15、センターロッカーアーム18X、ロッカーアーム16、このロッカーアーム16の制御軸16aを駆動するモータ(図示しない)、スイングカム19X、バルブ12等を備えた構造である。   An example of the prior art of this variable valve mechanism for an internal combustion engine is shown in FIGS. FIG. 5 shows a case where the valve lift amount of the intake or exhaust valve is low (low lift), and FIG. 6 shows a case where the valve lift amount is high (high lift). As shown in FIGS. 5 and 6, the variable valve mechanism 10X of the internal combustion engine includes a cam shaft 14, a cam 15, a center rocker arm 18X, a rocker arm 16, and a motor for driving a control shaft 16a of the rocker arm 16 ( (Not shown), a structure including a swing cam 19X, a valve 12, and the like.

低リフト時では、カム軸14が回転すると、カム15のカム山の動きが、センターロッカーアーム18X、ロッカーアーム16、バルブ12へと伝達されて、バルブ12がリフトする。一方、高リフト時では、モータにより制御軸16aを回転させて、センターロッカーアーム18Xの支点18Xaの位置をA点(図5)からB点(図6)に移動させる。これにより、センターロッカーアーム18Xの回転量が大きくなり、バルブ12のバルブリフト量が高くなる。なお、スイングカム19Xは、センターロッカーアーム18Xの動きを規制している。   At the time of low lift, when the cam shaft 14 rotates, the cam crest movement of the cam 15 is transmitted to the center rocker arm 18X, the rocker arm 16, and the valve 12, and the valve 12 is lifted. On the other hand, at the time of high lift, the control shaft 16a is rotated by a motor to move the position of the fulcrum 18Xa of the center rocker arm 18X from point A (FIG. 5) to point B (FIG. 6). Thereby, the rotation amount of the center rocker arm 18X is increased, and the valve lift amount of the valve 12 is increased. The swing cam 19X restricts the movement of the center rocker arm 18X.

しかし、このような内燃機関の可変動弁機構10Xにおいては、バルブリフト量が一定の動弁機構に対して、スイングカム19X、センターロッカーアーム18X等の部品が追加で必要となり、これらの部品はカム軸14の上方に配置する必要があるため、スペースを取るという問題がある。   However, in such a variable valve mechanism 10X for an internal combustion engine, parts such as a swing cam 19X and a center rocker arm 18X are additionally required for a valve mechanism having a constant valve lift amount. Since it is necessary to arrange the cam shaft 14 above, there is a problem of taking a space.

一方、エンジンに供給する水素の量を、水素供給管に設けた圧力制御弁と、リフトと開放時間を制御できる水素供給弁で制御するようにした水素エンジンにおいて、この水素供給弁を、多数のピエゾ素子を積層して、印加電圧に応じて厚さを増大させる電歪アクチュエータで制御する水素エンジンにおける燃料制御方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   On the other hand, in a hydrogen engine in which the amount of hydrogen supplied to the engine is controlled by a pressure control valve provided in the hydrogen supply pipe and a hydrogen supply valve that can control lift and opening time, There has been proposed a fuel control method in a hydrogen engine in which piezoelectric elements are stacked and controlled by an electrostrictive actuator that increases the thickness in accordance with an applied voltage (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、この水素エンジンにおける燃料制御方法では、ピエゾ素子による水素供給弁の制御方法が提案されてはいるが、内燃機関の動弁機構にピエゾ素子を用いることは記載も示唆もない。   However, in this fuel control method for a hydrogen engine, a method for controlling a hydrogen supply valve using a piezo element has been proposed, but there is no description or suggestion that a piezo element is used for a valve operating mechanism of an internal combustion engine.

特開平4−318264号公報JP-A-4-318264

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の可変動弁機構の構造を簡単化及び簡素化することができて、従来技術の内燃機関の動弁機構にも組み入れ易く、大きな設計変更を必要としない内燃機関の可変動弁機構を提供することである。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to simplify and simplify the structure of a variable valve mechanism of an internal combustion engine. It is an object of the present invention to provide a variable valve mechanism for an internal combustion engine that is easy to incorporate into the engine and does not require a large design change.

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の可変動弁機構は、内燃機関の吸気弁又は排気弁のバルブをバルブスプリングの付勢力により閉弁し、カム軸に固定されたカムからの変位を直接又は間接にバルブシャフトの軸方向の変位に転換して、前記バルブスプリングの付勢力に抗して前記バルブを開弁すると共に、そのバルブリフト量を可変させる内燃機関の可変動弁機構において、前記カムからの変位を前記バルブシャフトの軸方向の変位に転換する変位転換機構の一部に圧電素子を設けて構成すると共に、低バルブリフト量で前記バルブを開閉するときは、前記圧電素子を体積膨張させず、高バルブリフト量で前記バルブを開閉するときは、前記圧電素子に電圧を印加して体積膨張させるように構成される。   In order to achieve the above object, a variable valve mechanism for an internal combustion engine according to the present invention includes a valve from an intake valve or an exhaust valve of an internal combustion engine that is closed by a biasing force of a valve spring, A variable valve operating mechanism for an internal combustion engine that converts the displacement directly or indirectly into the axial displacement of the valve shaft, opens the valve against the urging force of the valve spring, and varies the valve lift amount. In this embodiment, a piezoelectric element is provided in a part of a displacement conversion mechanism that converts displacement from the cam into axial displacement of the valve shaft, and when the valve is opened and closed with a low valve lift amount, When the valve is opened and closed with a high valve lift amount without volume expansion of the element, a voltage is applied to the piezoelectric element to expand the volume.

この構成によれば、カムのみで低バルブリフト量を実現し、変位転換機構の一部に圧電素子(ピエゾ素子)を設けると共に、この圧電素子を体積膨張させるための電圧を印加する電圧制御装置を設けるだけで、内燃機関の動弁機構を内燃機関の可変動弁機構にすることができるので、センターロッカーアームやスイングカム等の部品を必要とせず、内燃機関の可変動弁機構の構造を簡単化及び簡素化することができる。   According to this configuration, a voltage control device that realizes a low valve lift amount with only a cam, provides a piezoelectric element (piezo element) in a part of the displacement conversion mechanism, and applies a voltage for volume expansion of the piezoelectric element. The valve mechanism of the internal combustion engine can be changed to a variable valve mechanism of the internal combustion engine, so that the structure of the variable valve mechanism of the internal combustion engine is not required without requiring parts such as a center rocker arm and a swing cam. It can be simplified and simplified.

また、内燃機関の動弁機構の変位転換機構の一部に圧電素子を組み入れたり、変位転換機構の一部を圧電素子で形成したりするだけなので、従来技術の内燃機関の動弁機構にも組み入れ易く、また、大きな設計変更を必要としない。   In addition, since only a piezoelectric element is incorporated into a part of the displacement conversion mechanism of the valve mechanism of the internal combustion engine or a part of the displacement conversion mechanism is formed of a piezoelectric element, the valve mechanism of the conventional internal combustion engine is also used. Easy to integrate and does not require major design changes.

さらに、カムのリフト量に圧電素子の体積膨張に起因する変位量を加えることで高バルブリフト量を実現しているので、圧電素子の膨張量は高バルブリフト量と低バルブリフト量との差分のみとなり、高バルブリフト用として要求される圧電素子の体積膨張量を、カムを使用しないで圧電素子の体積膨張量のみでバルブをリフトする場合に比べて、著しく小さくすることができる。   Further, since the high valve lift amount is realized by adding the displacement amount due to the volume expansion of the piezoelectric element to the lift amount of the cam, the expansion amount of the piezoelectric element is the difference between the high valve lift amount and the low valve lift amount. Therefore, the volume expansion amount of the piezoelectric element required for high valve lift can be significantly reduced as compared with the case where the valve is lifted only by the volume expansion amount of the piezoelectric element without using a cam.

また、上記の内燃機関の可変動弁機構において、高バルブリフト量で前記バルブを開閉弁するときにおいて、前記圧電素子に電圧を印加して体積膨張させる期間を、前記カムのみによるバルブリフト量が、前記カムのみによる最大バルブリフト量の30%以上100%以下、好ましくは50%以上100%以下、より好ましくは80%以上100%以下の範囲内で設定された設定バルブリフト量を超えている期間の間のみとするように構成されると、次の効果を奏することができる。   In the variable valve mechanism of the internal combustion engine, when the valve is opened and closed with a high valve lift amount, the valve lift amount based only on the cam is applied during the volume expansion period by applying a voltage to the piezoelectric element. The valve lift amount set in the range of 30% to 100%, preferably 50% to 100%, more preferably 80% to 100% of the maximum valve lift amount by the cam alone is exceeded. When configured to be only during the period, the following effects can be achieved.

つまり、バルブの着座時、あるいは、その付近のカムアングルにおいても、圧電素子の体積膨張を継続させていると、バルブが弁座に着座せず、隙間が生じて完全に閉弁できなくなる場合が生じるが、これを防止するために、圧電素子への電圧印加の期間を設定バルブリフト量を超えている期間に限定して、カムによりバルブリフト量が比較的高くなっている領域でのみ圧電素子の体積膨張による変位の増加分を上乗せしてバルブリフト量を高くしている。従って、カムによりバルブリフト量が比較的低くなってくるバルブの着座時は、カムのみによるバルブリフト量となるので、確実に着座でき、バルブを完全に閉弁できる。   In other words, if the volume expansion of the piezoelectric element is continued even when the valve is seated or at the cam angle in the vicinity of the valve, the valve may not be seated on the valve seat, and a gap may be created and the valve cannot be completely closed. In order to prevent this, the voltage application period to the piezoelectric element is limited to a period exceeding the set valve lift amount, and the piezoelectric element is only in a region where the valve lift amount is relatively high by the cam. The valve lift amount is increased by adding an increase in displacement due to the volume expansion. Accordingly, when the valve is seated, the valve lift amount of which is relatively low due to the cam, the valve lift amount is obtained only by the cam, so that the seat can be seated reliably and the valve can be completely closed.

なお、設定バルブリフト量が大きい程、即ち100%に近づくほど、電圧の印加期間を短縮できるので、省エネルギーの面からは好ましいが、バルブリフトカーブが滑らかにならないので、この設定バルブリフト量は、目標とするバルブリフトカーブに応じて設定される。   The larger the set valve lift amount, that is, the closer to 100%, the shorter the voltage application period, which is preferable in terms of energy saving, but the valve lift curve does not become smooth. It is set according to the target valve lift curve.

上記の内燃機関の可変動弁機構において、前記変位転換機構の一部にブリッジがある場合には、前記ブリッジの一部又は全部を前記圧電素子で形成すると、圧電素子の体積膨張による変位の増加量がそのまま、カムの変位量に加わる高バルブリフトの増加変位量になるので、変位増加量の計算が単純化し、圧電素子の設計が著しく簡単化する。   In the variable valve mechanism of the internal combustion engine described above, when a part of the displacement conversion mechanism includes a bridge, if part or all of the bridge is formed of the piezoelectric element, an increase in displacement due to volume expansion of the piezoelectric element. Since the amount remains the same as the increased displacement amount of the high valve lift added to the displacement amount of the cam, the calculation of the displacement increase amount is simplified and the design of the piezoelectric element is remarkably simplified.

本発明の内燃機関の可変動弁機構によれば、カムのみで低バルブリフト量を実現し、変位転換機構の一部に圧電素子(ピエゾ素子)を設けると共に、この圧電素子を体積膨張させるための電圧を印加する電圧制御装置を設けるだけで、内燃機関の動弁機構を可変動弁機構にすることができるので、スイングカムやセンターロッカーアーム等の部品を必要とせず、可変動弁機構の構造を簡単化及び簡素化することができる。また、動弁機構の変位転換機構の一部に圧電素子を組み入れたり、変位転換機構の一部を圧電素子で形成したりするだけなので、従来技術の内燃機関の動弁機構にも組み入れ易く、また、大きな設計変更を必要としない。   According to the variable valve mechanism for an internal combustion engine of the present invention, a low valve lift amount is realized only by a cam, a piezoelectric element (piezo element) is provided in a part of the displacement conversion mechanism, and the piezoelectric element is volume-expanded. Since the valve operating mechanism of the internal combustion engine can be changed to a variable valve operating mechanism simply by providing a voltage control device that applies the above voltage, components such as a swing cam and a center rocker arm are not required. The structure can be simplified and simplified. In addition, since a piezoelectric element is incorporated into a part of the displacement conversion mechanism of the valve mechanism or a part of the displacement conversion mechanism is formed of a piezoelectric element, it is easy to incorporate into a valve mechanism of an internal combustion engine of the prior art. Also, no major design changes are required.

本発明に係る実施の形態の内燃機関の可変動弁機構の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the variable valve mechanism of the internal combustion engine of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施の形態の内燃機関の可変動弁機構を用いた場合の、吸気弁の高バルブリフトと低バルブリフトを示す図である。It is a figure which shows the high valve lift and low valve lift of an intake valve at the time of using the variable valve mechanism of the internal combustion engine of embodiment which concerns on this invention. 高バルブリフトにおける圧電素子への電圧の印加状況を示す図である。It is a figure which shows the application condition of the voltage to the piezoelectric element in a high valve lift. 従来技術に係る内燃機関の動弁機構の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the valve mechanism of the internal combustion engine which concerns on a prior art. 従来技術に係る内燃機関の可変動弁機構で、吸気弁又は排気弁のバルブの低バルブリフトの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the low valve lift of the valve | bulb of an intake valve or an exhaust valve by the variable valve mechanism of the internal combustion engine which concerns on a prior art. 従来技術に係る内燃機関の可変動弁機構で、吸気弁又は排気弁のバルブの高バルブリフトの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the high valve lift of the valve | bulb of an intake valve or an exhaust valve by the variable valve mechanism of the internal combustion engine which concerns on a prior art.

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の可変動弁機構について図面を参照しながら説明する。なお、ここでは、OHC式の動弁機構を基に説明するが、本発明は、これに限定されずに、OHV式の動弁機構等でも適用可能である。   Hereinafter, a variable valve mechanism for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, the description will be made based on an OHC type valve mechanism, but the present invention is not limited to this, and can be applied to an OHV type valve mechanism or the like.

最初に、本発明と従来技術との差を明確にするために、図4に示すような、従来技術に係る内燃機関の動弁機構10Yについて説明する。この動弁機構10Yは、本発明のような可変動弁機構ではなくバルブリフト量は一定であり、シリンダヘッドカバー11、シリンダヘッド20の内部に配設された吸気弁又は排気弁のバルブ12をバルブスプリング13の付勢力により閉弁し、この付勢力に抗して、カム軸14に固定されたカム15からの変位をロッカーアーム16を介してブリッジ17Yに伝達し、このブリッジ17Yの変位によりバルブシャフト12aをその軸方向に変位させて、バルブ12を開弁する動弁機構である。   First, in order to clarify the difference between the present invention and the prior art, a valve mechanism 10Y for an internal combustion engine according to the prior art as shown in FIG. 4 will be described. The valve mechanism 10Y is not a variable valve mechanism as in the present invention, and the valve lift amount is constant, and the intake valve or exhaust valve 12 disposed inside the cylinder head cover 11 and the cylinder head 20 is used as a valve. The valve is closed by the urging force of the spring 13, and the displacement from the cam 15 fixed to the cam shaft 14 is transmitted to the bridge 17Y through the rocker arm 16 against the urging force, and the valve is displaced by the displacement of the bridge 17Y. This is a valve operating mechanism that opens the valve 12 by displacing the shaft 12a in the axial direction.

つまり、内燃機関の吸気弁又は排気弁のバルブ12をバルブスプリング13の付勢力により閉弁し、カム軸14に固定されたカム15からの変位をロッカーアーム16を介して間接にバルブシャフト12aの軸方向の変位に転換して、バルブスプリング13の付勢力に抗してバルブ12を開弁する。   That is, the valve 12 of the intake valve or the exhaust valve of the internal combustion engine is closed by the urging force of the valve spring 13, and the displacement from the cam 15 fixed to the cam shaft 14 is indirectly changed via the rocker arm 16 of the valve shaft 12a. Converting to an axial displacement, the valve 12 is opened against the urging force of the valve spring 13.

この動弁機構10Yでは、バルブ12のバルブリフト量を変化させないので、図5及び図6に示す可変動弁機構1Xのセンターロッカーアーム18X、スイングカム19Xは備えていない。   Since the valve lift of the valve 12 is not changed in the valve mechanism 10Y, the center rocker arm 18X and the swing cam 19X of the variable valve mechanism 1X shown in FIGS. 5 and 6 are not provided.

そして、図1に示すように、本発明に係る実施の形態の可変動弁機構10は、カム15の変位をバルブシャフト12aの軸方向の変位に転換する変位転換機構の一部、ここでは、ロッカーアーム16の変位を2つのバルブシャフト12aに伝達するブリッジ17に圧電素子(ピエゾ素子)17aを設けて構成される。   As shown in FIG. 1, the variable valve mechanism 10 according to the embodiment of the present invention is a part of a displacement conversion mechanism that converts the displacement of the cam 15 into the axial displacement of the valve shaft 12a. The bridge 17 that transmits the displacement of the rocker arm 16 to the two valve shafts 12a is provided with a piezoelectric element (piezo element) 17a.

言い換えれば、図4に示す内燃機関の動弁機構10Yのブリッジ17Yに圧電素子17aを組み入れるか、ブリッジ17Yの一部又は全部を圧電素子17aで形成したブリッジ17に置き換えて構成される。なお、図1では、見易くするためにバルブスプリング13を省いて図示している。   In other words, the piezoelectric element 17a is incorporated in the bridge 17Y of the valve mechanism 10Y of the internal combustion engine shown in FIG. 4, or a part or all of the bridge 17Y is replaced with the bridge 17 formed of the piezoelectric element 17a. In FIG. 1, the valve spring 13 is omitted for the sake of clarity.

このブリッジ17の一部又は全部を圧電素子17aで形成すると、圧電素子17aの体積膨張による変位増加量がそのまま、カム15の変位量に加わる高バルブリフトの増加変位量になるので、変位増加量の計算が単純化し印加する電圧の制御が容易となり、また、圧電素子17aの設計が著しく簡単化する。   If a part or all of the bridge 17 is formed by the piezoelectric element 17a, the displacement increase amount due to the volume expansion of the piezoelectric element 17a becomes the increase displacement amount of the high valve lift added to the displacement amount of the cam 15, so the displacement increase amount This simplifies the calculation and makes it easy to control the applied voltage, and the design of the piezoelectric element 17a is greatly simplified.

なお、ブリッジ17を設けない場合には、バルブシャフト12aとロッカーアーム16との接触する部分に圧電素子17aを配設するか、バルブシャフト12aの上端側(弁体とは反対側)の一部を圧電素子17aで形成する。   In the case where the bridge 17 is not provided, the piezoelectric element 17a is disposed at a portion where the valve shaft 12a and the rocker arm 16 are in contact with each other, or a part of the upper end side (the side opposite to the valve body) of the valve shaft 12a. Is formed by the piezoelectric element 17a.

また、圧電素子17aに印加する電圧を制御する電圧制御装置21を設け、低バルブリフト量でバルブ12を開閉するときは、圧電素子17aに電圧を印加することなく圧電素子17aを体積膨張させず、一方、高バルブリフト量でバルブ12を開閉するときは、電圧制御装置21から圧電素子17aに電圧を印加して圧電素子17aを体積膨張させる。   Further, when the voltage control device 21 for controlling the voltage applied to the piezoelectric element 17a is provided and the valve 12 is opened and closed with a low valve lift amount, the piezoelectric element 17a is not volume-expanded without applying a voltage to the piezoelectric element 17a. On the other hand, when the valve 12 is opened and closed with a high valve lift, a voltage is applied to the piezoelectric element 17a from the voltage control device 21 to expand the volume of the piezoelectric element 17a.

例えば、内燃機関の運転状態が低負荷又は低回転であり、低バルブリフトで開閉弁する場合は、圧電素子17aに電圧を印加しないで、カム15のみの変位でバルブ12のバルブリフトを行い、内燃機関の運転状態が高負荷又は高回転であり、高バルブリフトで開閉弁する場合は、圧電素子17aに電圧を印加して体積膨張させて、カム15の変位量に加えて圧電素子17aの体積膨張に起因する変位を上乗せして、バルブ12のバルブリフト量を大きくする。即ち、内燃機関の運転状態に応じて、この圧電素子17aに印加する電圧の大きさを変化してその体積膨張を変化させることで、バルブ12のバルブリフト量を変化させる。   For example, when the operating state of the internal combustion engine is low load or low rotation and the valve is opened and closed with a low valve lift, the valve 12 is lifted only by the displacement of the cam 15 without applying a voltage to the piezoelectric element 17a. When the operating state of the internal combustion engine is high load or high rotation and the valve is opened and closed with a high valve lift, a voltage is applied to the piezoelectric element 17a to expand the volume, and in addition to the displacement amount of the cam 15, the piezoelectric element 17a The displacement due to the volume expansion is added to increase the valve lift amount of the valve 12. That is, the valve lift amount of the valve 12 is changed by changing the volume expansion by changing the magnitude of the voltage applied to the piezoelectric element 17a according to the operating state of the internal combustion engine.

この構成によれば、変位転換機構の一部に、即ち、ロッカーアーム16とバルブシャフト12aとの間に介在するブリッジ17に、圧電素子17aを組み入れることで、又は、ブリッジ17の一部又は全部を圧電素子17aで形成することで、内燃機関の動弁機構10Yを内燃機関の可変動弁機構10に変化させることができるので、図5及び図6に示すような内燃機関の可変動弁機構10Xのスイングカム19Xやセンターロッカーアーム18X等の部品を必要とせず、内燃機関の可変動弁機構10の構造を単純化及び簡素化することができる。   According to this configuration, the piezoelectric element 17a is incorporated into a part of the displacement conversion mechanism, that is, the bridge 17 interposed between the rocker arm 16 and the valve shaft 12a, or a part or all of the bridge 17 is incorporated. Can be changed to the variable valve mechanism 10 of the internal combustion engine, so that the variable valve mechanism of the internal combustion engine as shown in FIG. 5 and FIG. 6 is formed. Parts such as the 10X swing cam 19X and the center rocker arm 18X are not required, and the structure of the variable valve mechanism 10 of the internal combustion engine can be simplified and simplified.

また、変位転換機構の一部のブリッジ17に圧電素子17aを組み入れたり、変位転換機構の一部を圧電素子17aで形成したりするだけなので、従来技術の内燃機関の動弁機構に組み入れ易く、大きな設計変更を必要としない。   In addition, since the piezoelectric element 17a is incorporated into a part of the bridge 17 of the displacement conversion mechanism or only a part of the displacement conversion mechanism is formed of the piezoelectric element 17a, it can be easily incorporated into the valve mechanism of the internal combustion engine of the prior art. Does not require major design changes.

さらに、カム15のリフト量に圧電素子17aの体積膨張に起因する変位量を加えることで高バルブリフト量を実現しているので、圧電素子17aで必要とされる体積膨張による変位量は高バルブリフト量と低バルブリフト量との差分となるので、高バルブリフト用として要求される圧電素子17aの体積膨張量を、カム15を使用しないで圧電素子の体積膨張量のみでバルブ12をリフトする場合に比べて、著しく小さくすることができる。   Further, since the high valve lift amount is realized by adding the displacement amount resulting from the volume expansion of the piezoelectric element 17a to the lift amount of the cam 15, the displacement amount due to the volume expansion required for the piezoelectric element 17a is high. Since there is a difference between the lift amount and the low valve lift amount, the volume expansion amount of the piezoelectric element 17a required for high valve lift is lifted by using only the volume expansion amount of the piezoelectric element without using the cam 15. Compared to the case, it can be remarkably reduced.

また、内燃機関の可変動弁機構10において、高バルブリフト量でバルブ12を開閉弁するときは、図2及び図3に示すように、圧電素子17aに電圧を印加して体積膨張させる期間T1を、カム15のみによるバルブリフト量が、カム15のみによる最大バルブリフト量の30%以上100%以下、好ましくは50%以上100%以下、より好ましくは80%以上100%以下の範囲内で設定された設定バルブリフト量を超えている期間の間のみとするように構成する。   Further, in the variable valve mechanism 10 of the internal combustion engine, when the valve 12 is opened and closed with a high valve lift amount, as shown in FIGS. 2 and 3, a period T1 in which a voltage is applied to the piezoelectric element 17a to expand the volume. The valve lift amount by the cam 15 alone is set within the range of 30% to 100%, preferably 50% to 100%, more preferably 80% to 100% of the maximum valve lift amount by the cam 15 alone. It is configured so that it is only during a period in which the set valve lift amount is exceeded.

つまり、バルブ12の着座時、あるいは、その付近のカムアングルにおいても、圧電素子17aの体積膨張を継続させていると、バルブ12が弁座(図示しない)に着座せず、バルブ12と弁座の間に隙間が生じて完全に閉弁できなくなる場合が生じる。これを防止するために、圧電素子17aへの電圧印加の期間T1を設定バルブリフト量L1を超えている期間に限定して、カム15によりバルブリフト量(細線)が比較的高くなっている領域でのみ圧電素子17aの体積膨張による変位の増加分ΔLを上乗せしてバルブリフト量(図2の太線)を高くしている。従って、バルブ12の着座時は、カム15のみによるバルブリフト量(図2の細線)となるので、確実に着座でき、バルブ12を完全に閉弁できる。   That is, even when the valve 12 is seated or at a cam angle in the vicinity thereof, if the volume expansion of the piezoelectric element 17a is continued, the valve 12 does not seat on the valve seat (not shown), and the valve 12 and the valve seat There is a case where a gap is generated between the two and the valve cannot be completely closed. In order to prevent this, a region where the valve lift amount (thin line) is relatively high by the cam 15 by limiting the voltage application period T1 to the piezoelectric element 17a to a period exceeding the set valve lift amount L1. The valve lift amount (thick line in FIG. 2) is increased by adding an increase ΔL in displacement due to volume expansion of the piezoelectric element 17a. Therefore, when the valve 12 is seated, the valve lift amount (thin line in FIG. 2) is obtained only by the cam 15, so that the seat can be seated reliably and the valve 12 can be completely closed.

なお、設定バルブリフト量L1が大きい程、即ち100%に近づくほど、電圧の印加期間T1を短縮できるので、設定バルブリフト量L1を大きくすることが省エネルギーの面からは好ましいが、カム軸14の回転角とバルブリフト量との関係であるバルブリフトカーブが滑らかになり難くなるので、この設定バルブリフト量L1の値は、目標とするバルブリフトカーブに応じて設定される。   The larger the set valve lift amount L1, that is, the closer to 100%, the shorter the voltage application period T1, so it is preferable to increase the set valve lift amount L1 from the viewpoint of energy saving. Since the valve lift curve that is the relationship between the rotation angle and the valve lift amount is difficult to be smooth, the value of the set valve lift amount L1 is set according to the target valve lift curve.

また、圧電素子17aへ印加する電圧の大きさを徐々に大きくしたり小さくしたりすることで、バルブリフトカーブ(細線と太線)を図2に示す点線のように滑らかにすることができるので、バルブリフトカーブを滑らかにする必要がある場合には、圧電素子17aへ印加する電圧の大きさを図3に示す点線のように連続的又は段階的に徐々に変化させる。   Further, by gradually increasing or decreasing the magnitude of the voltage applied to the piezoelectric element 17a, the valve lift curve (thin line and thick line) can be made smooth as shown by the dotted line in FIG. When it is necessary to smooth the valve lift curve, the magnitude of the voltage applied to the piezoelectric element 17a is changed gradually or stepwise as indicated by the dotted line shown in FIG.

なお、この実施の形態の内燃機関の可変動弁機構10では、ブリッジ17に圧電素子17aを設けたが、圧電素子17aの体積膨張による変位の増加をバルブシャフト12aの軸方向の変位の増加にできればよく、OHC(オーバーヘッドカムシャフト)式の場合には、圧電素子17aを設ける場所は、ブリッジ17に限定されず、例えば、ロッカーアーム16、カム15に圧電素子を設けてもよい。また、カムノーズの一部、ロッカーアーム16におけるカム15に当接する部位、ロッカーアーム16におけるブリッジ17が当接する部位等が考えられる。   In the variable valve mechanism 10 of the internal combustion engine of this embodiment, the bridge 17 is provided with the piezoelectric element 17a. However, the increase in displacement due to the volume expansion of the piezoelectric element 17a is replaced with an increase in the axial displacement of the valve shaft 12a. In the case of the OHC (overhead camshaft) type, the location where the piezoelectric element 17a is provided is not limited to the bridge 17, and for example, the rocker arm 16 and the cam 15 may be provided with a piezoelectric element. Further, a part of the cam nose, a part of the rocker arm 16 that contacts the cam 15, a part of the rocker arm 16 that contacts the bridge 17, and the like can be considered.

また、OHV(オーバーヘッドバルブシステム)式の動弁機構の場合には、圧電素子を設ける場所としては、カムノーズ、タペット、プッシュロッド、ロッカーアーム等の部材や、これらの部材間の接触部分や、カムとタペットとの間、ロッカーアームとバルブシャフトとの間等が考えられる。   Further, in the case of an OHV (overhead valve system) type valve operating mechanism, the piezoelectric element is provided at a location such as a cam nose, tappet, push rod, rocker arm, a contact portion between these members, a cam And between the rocker arm and the valve shaft.

なお、カムがバルブシャフトの一端側に設けられたリフタに当接するリフタ方式の場合には、圧電素子を設ける場所としては、カムノーズ、リフタ等が考えられる。   In the case of a lifter system in which the cam is in contact with a lifter provided on one end side of the valve shaft, a cam nose, a lifter or the like can be considered as a place where the piezoelectric element is provided.

従って、本発明に係る実施の形態の内燃機関の可変動弁機構10によれば、カム15のみで低バルブリフト量を実現し、変位転換機構の一部に圧電素子17aを設けると共に、この圧電素子17aを体積膨張させるための電圧を印加する電圧制御装置21を設けるだけで、内燃機関の動弁機構を可変動弁機構10にすることができるので、図5及び図6に示すようなセンターロッカーアーム18Xやスイングカム19X等の部品を必要とせず、内燃機関の可変動弁機構10の構造を簡単化及び簡素化することができる。   Therefore, according to the variable valve mechanism 10 of the internal combustion engine of the embodiment according to the present invention, a low valve lift amount is realized only by the cam 15, the piezoelectric element 17a is provided in a part of the displacement conversion mechanism, and this piezoelectric Since the valve mechanism of the internal combustion engine can be changed to the variable valve mechanism 10 simply by providing the voltage control device 21 for applying a voltage for volume expansion of the element 17a, the center as shown in FIGS. Parts such as the rocker arm 18X and the swing cam 19X are not required, and the structure of the variable valve mechanism 10 of the internal combustion engine can be simplified and simplified.

また、動弁機構の変位転換機構の一部に圧電素子17aを組み入れたり、変位転換機構の一部を圧電素子17aで形成したりするだけなので、従来技術の内燃機関の動弁機構にも組み入れ易く、また、大きな設計変更を必要としない。   In addition, since the piezoelectric element 17a is incorporated into a part of the displacement conversion mechanism of the valve mechanism or a part of the displacement conversion mechanism is formed of the piezoelectric element 17a, it is also incorporated into the valve mechanism of the conventional internal combustion engine. It is easy and does not require major design changes.

10、10X 内燃機関の可変動弁機構
10Y 内燃機関の動弁機構
11 シリンダヘッドカバー
12 バルブ
12a バルブシャフト
13 バルブスプリング
14 カム軸
15 カム
16 ロッカーアーム
17、17Y ブリッジ
18X センターロッカーアーム
18Xa センターロッカーアームの支点
19X スイングカム
20 シリンダヘッド
10, 10X Variable valve mechanism 10Y of internal combustion engine Valve mechanism 11 of internal combustion engine Cylinder head cover 12 Valve 12a Valve shaft 13 Valve spring 14 Cam shaft 15 Cam 16 Rocker arm 17, 17Y Bridge 18X Center rocker arm 18Xa Center rocker arm fulcrum 19X Swing cam 20 Cylinder head

Claims (3)

内燃機関の吸気弁又は排気弁のバルブをバルブスプリングの付勢力により閉弁し、カム軸に固定されたカムからの変位を直接又は間接にバルブシャフトの軸方向の変位に転換して、前記バルブスプリングの付勢力に抗して前記バルブを開弁すると共に、そのバルブリフト量を可変させる内燃機関の可変動弁機構において、
前記カムからの変位を前記バルブシャフトの軸方向の変位に転換する変位転換機構の一部に圧電素子を設けて構成すると共に、
低バルブリフト量で前記バルブを開閉するときは、前記圧電素子を体積膨張させず、高バルブリフト量で前記バルブを開閉するときは、前記圧電素子に電圧を印加して体積膨張させることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
The valve of the intake valve or the exhaust valve of the internal combustion engine is closed by the urging force of the valve spring, and the displacement from the cam fixed to the camshaft is directly or indirectly converted into the displacement in the axial direction of the valve shaft. In the variable valve mechanism of the internal combustion engine that opens the valve against the biasing force of the spring and varies the valve lift amount,
While providing a piezoelectric element in a part of a displacement conversion mechanism that converts the displacement from the cam into the axial displacement of the valve shaft,
When opening and closing the valve with a low valve lift amount, the piezoelectric element is not volume-expanded, and when opening and closing the valve with a high valve lift amount, a voltage is applied to the piezoelectric element to expand the volume. A variable valve mechanism for an internal combustion engine.
高バルブリフト量で前記バルブを開閉弁するときにおいて、前記圧電素子に電圧を印加して体積膨張させる期間を、前記カムのみによるバルブリフト量が、前記カムのみによる最大バルブリフト量の30%以上100%以下の範囲内で設定された設定バルブリフト量を超えている期間の間のみとすることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の可変動弁機構。   When opening and closing the valve with a high valve lift amount, the valve lift amount by the cam alone is 30% or more of the maximum valve lift amount by the cam alone during the volume expansion period by applying a voltage to the piezoelectric element. 2. The variable valve mechanism for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the variable valve mechanism is set only during a period exceeding a set valve lift set within a range of 100% or less. 前記変位転換機構の一部にブリッジがある場合には、前記ブリッジの一部又は全部を前記圧電素子で形成することを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の可変動弁機構。   The variable valve mechanism for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein a part or all of the bridge is formed by the piezoelectric element when a part of the displacement conversion mechanism includes a bridge.
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