JP3880197B2 - Valve operating device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁装置、とりわけ駆動カムからリンクアームやロッカアームなどの伝達機構を介して所定角度範囲で揺動する揺動カムによって機関弁を開閉作動させる内燃機関の動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
機関低速低負荷時における燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時における吸気の充填効率の向上による十分な出力を確保する等のために、吸気・排気バルブの開閉時期とバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御する動弁装置は従来から種々提供されており、その一例として本出願人が先に出願した特願平9−212831号の明細書及び図面に記載されたものがある。
【0003】
図13に基づいて概略を説明すれば、シリンダヘッド51に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁52と、シリンダヘッド51上部の軸受53に回転自在に支持されて、機関のクランク軸から回転力が伝達される駆動軸54と、該駆動軸54の軸心に対して中心を所定量偏心させて固定された2つの駆動カム55と、同じく駆動軸54に揺動自在に支持されて、各吸気弁52の上端部に設けられたバルブリフター56の上面に摺接して各吸気弁52をバルブスプリング57のばね力との相対圧で開閉作動させる揺動カム58と、該揺動カム58と駆動カム55との間に介装されて駆動カム55の偏心回転を揺動カム58に伝達して揺動させる伝達機構59と、該伝達機構59を介して揺動カム58のバルブリフター上面に対する揺動位置を変化させてバルブリフト特性を可変にする可変機構60とを備えている。
【0004】
前記伝達機構59は、ほぼ円環状の基端部61aの嵌合孔61cが駆動カム55の外周面に回転自在に嵌合したリンクアーム61と、前記軸受53の上端部に制御軸67を介して揺動自在に支持され、一端部62aが連結ピン63によってリンクアーム61の突出端部61bに相対回転自在に連結されたロッカアーム62と、両端部64a,64bがロッカアーム62の他端部62bと揺動カム58のカムノーズ部58aに夫々ピン65,66を介して相対回転自在に連結されたリンクロッド64とから構成されている。
【0005】
また、可変機構60は、図外のアクチュエータによって回転位置を制御される前記制御軸67と、該制御軸67の外周に中心P1を制御軸67の軸心P2から所定量α偏心した状態で固定されて、ロッカアーム62のほぼ中央に穿設されたカム孔62d内に摺動自在に設けられた偏心制御カム68とから構成されている。
【0006】
そして、機関の始動とともに駆動軸54及び駆動カム55が回転し始めると、該駆動カム55の偏心回転によりリンクアーム61が上下動してロッカアーム62を制御カム68を支点として揺動させ、この揺動力がリンクロッド64に伝達されて揺動カム58を図中上下方向へ揺動させることによりカム面58bでバルブリフター56を下方へ押圧あるいは押圧を解除して吸気弁52を開閉作動させるようになっている。
【0007】
また、機関運転状態の変化に伴い制御軸67が所定量回転して制御カム68を偏心回動させることによりロッカアーム62の揺動支点P1を変化させる。これによって、揺動カム58は、リンクロッド64を介してバルブリフター56の上面上での揺動支点位置が図中左あるいは右方向へ変化し、これによって吸気弁52のバルブリフト特性を大小可変するようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記先願に係る動弁装置のような駆動カム55からリンクアーム61やロッカアーム62などのリンク機構(伝達機構64)によって揺動カム58を揺動させるものにあっては、構造上、駆動カム55の径が比較的大きいことやバルブリフトアップ時(上り時)における駆動カム55がリンクアーム61から受ける荷重が大きいことなどに起因して機関始動時の起動トルクが増大し、機関始動性が悪化するといった問題がある。
【0009】
すなわち、本出願人の発明者の精査研究によれば、駆動カム55がリンクアーム61から受ける荷重Fについて考察すると、例えばロッカアーム64の揺動支点が変化しない状態であるバルブリフトアップ時とダウン時のそれぞれ同一リフトでは、揺動カム58に対するバルブスプリング57からのばね反力は同一であるが、前記荷重Fについてみると、リフトのアップ(上り)区間とダウン(下り)区間とではロッカー比によってその荷重Fの大きさが異なっており、リフトアップ区間では荷重Fは大きくなっている。
【0010】
次に、機関始動時について考えてみると、エンジン回転が安定的に立上がる迄の間は、駆動カム55とリンクアーム61との間の相対回転がほとんどないため、両者55,61の内外周面間に大きな静摩擦係数μの摩擦抵抗が作用している。また、バルブリフトの上り区間では、前述の大きな静摩擦抵抗力が働いている上に、前記荷重Fが大きくなり、さらに駆動カム径が大きいことと相俟って駆動軸54を回転させるための起動トルクが増大してしまう。したがって、全体的に機関始動性が悪化するおそれがあった。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記先願に係る動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項1記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動する駆動軸と、該駆動軸の外周に固定され、中心が駆動軸の軸心から所定量偏倚した駆動カムと、一端部が前記駆動カムの外周に回転自在に連係したリンクアームと、支軸に揺動自在に支持されて、一端部が該リンクアームの他端部に連結ピンを介して回転自在に連係されたロッカアームと、該ロッカアームの他端部に揺動自在に連係されて、カム面が機関弁の上端部に有するフォロア部に摺接しつつ機関弁を開閉作動させる揺動カムと、前記機関弁を閉方向へ付勢しつつ前記揺動カムを介して前記ロッカアームの一端部で前記リンクアームを駆動カム方向へ押し付ける方向へ付勢するバルブスプリングと、を備えた内燃機関の動弁装置において、前記リンクアームとロッカアームとを連結する前記連結ピンの軸心と前記駆動カムの中心点とを結ぶ直線に対して前記ロッカアームの揺動支点から延びた垂線の長さを、前記揺動カムによる機関弁のリフトが下り区間と上り区間のそれぞれの中間リフト位置であるときに、前記リフトの下り区間における前記垂線長さよりも上り区間における前記垂線長さの方が長くなるように設定したことを特徴としている。
【0012】
この発明によれば、リフト上り区間の方の垂線長さL1をリフト下り区間の方の垂線長さL2よりも長く設定したため、上り側荷重がF1=M/L1、下り側荷重がF2=M/L2となり(M:バルブスプリングがロッカアームを回すモーメント)、F1<F2となるから、上り区間の駆動軸の起動トルクを小さくすることができる。
【0013】
請求項2記載の発明は、前記揺動カムを駆動軸の外周に揺動自在に支持すると共に、該駆動軸の回転方向と揺動カムのカムリフト側の揺動方向とを同一に設定したことを特徴としている。
【0014】
この発明によれば、駆動軸の外径と揺動カムの内径の摩擦モーメントが、揺動カムをリフトダウン方向ではなくリフトアップ方向に働くため、前記起動トルクを減少させることができる。
【0015】
請求項3記載の発明は、前記駆動軸の回転方向をクランク軸の回転方向と同一に設定したことを特徴としている。
【0016】
したがって、通常の一般的なカムシャフトの駆動と同様にタイミングチェーンやタイミングベルトを介してクランク軸により回転方向反転プーリ等を用いずに直接的に駆動することができるため、駆動軸を容易に回転駆動させることができる。
【0017】
請求項4記載の発明は、前記ロッカアームの揺動支点を変化させることにより前記揺動カムのフォロワ部に対する相対位置を変化させてバルブリフト特性を可変にする可変機構を設けたことを特徴としている。
【0018】
したがって、可変機構の例えば制御カムの比較的小さな偏心回動によってロッカアームの揺動支点位置を変えるだけで、バルブリフト特性を可変にでき、特に小さなバルブリフト特性が得られるため、起動トルクをさらに低減させることができる。
【0019】
請求項5記載の発明は、前記バルブリフト特性を機関始動時には、前記可変機構によって小バルブリフトとなるように制御したことを特徴としている。
【0020】
したがって、機関始動時は常に小バルブリフト特性になっているため、バルブスプリングのばね反力が小さくなり、始動時の起動トルクを常に低減できる。
【0021】
請求項6記載の発明は、前記ロッカアームと揺動カムとをリンクロッドによって連係したことを特徴としている。
【0022】
したがって、ロッカアームと揺動カムとの間のリンクロッドの存在によって、バルブリフト特性の可変の自由度が向上し、この結果、より小さなバルブリフト特性を得ることができるため、始動性の向上をさらに高めることができる。
【0023】
請求項7記載の発明は、前記駆動カムとリンクアームの一端部との間に、ベアリングを介装したことを特徴としている。
【0024】
したがって、機関始動時における駆動カムとリンクアームとの間に静摩擦係数を小さくできるため、駆動軸の起動トルクを大巾に低減できる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の動弁装置の第1の実施形態を図1〜図3に基づいて詳述する。この実施形態の動弁装置は、先願のものと同じく1気筒あたり2つの吸気弁を備えかつ該吸気弁のバルブリフトを機関運転状態に応じて可変にする可変機構を備えたものを示している。
【0026】
すなわち、この動弁装置は、シリンダヘッド11に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁12,12と、シリンダヘッド11上部の軸受14に回転自在に支持された中空状の駆動軸13と、該駆動軸13に、圧入等により固定された偏心回転カムである2つの駆動カム15,15と、駆動軸13に揺動自在に支持されて、各吸気弁12,12の上端部に配設されたフォロワであるバルブリフター16,16の平坦な上面16a,16aに摺接して各吸気弁12,12を開作動させる揺動カム17,17と、駆動カム15と揺動カム17,17との間に連係されて、駆動カム15の回転力を揺動カム17,17の揺動力として伝達する伝達機構18と、該伝達機構18の作動位置を可変にする可変機構19とを備えている。
【0027】
前記駆動軸13は、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されており、この回転方向は図1中、時計方向(矢印方向)に設定されている。
【0028】
前記軸受14は、図2に示すように、シリンダヘッド11の上端部に設けられて駆動軸13の上部を支持するメインブラケット14aと、該メインブラケット14aの上端部に設けられて後述する制御軸32を回転自在に支持するサブブラケット14bとを有し、両ブラケット14a,14bが一対のボルト14c,14cによって上方から共締め固定されている。
【0029】
前記両駆動カム15は、図1〜図3に示すようにほぼリング状を呈し、小径なカム本体15aと、該カム本体15aの外端面に一体に設けられたフランジ部15bとからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔15cが貫通形成されていると共に、カム本体15aの軸心Xが駆動軸13の軸心Yから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この各駆動カム15は、駆動軸13に対し前記両バルブリフター16,16に干渉しない両外側に駆動軸挿通孔15cを介して圧入固定されていると共に、両方のカム本体15a,15aの外周面15d,15dが同一のカムプロフィールに形成されている。
【0030】
前記揺動カム17は、図1,図4〜図6に示すようにほぼ横雨滴状を呈し、ほぼ円環状の基端部20に駆動軸13が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔20aが貫通形成されていると共に、一端部のカムノーズ部21にピン孔21aが貫通形成されている。また、揺動カム17の下面には、カム面22が形成され、基端部20側の基円面22aと該基円面22aからカムノーズ部21側に円弧状に延びるランプ面22bと該ランプ面22bの先端側に有する最大リフトの頂面22cとが形成されており、該基円面22aとランプ面22b及び頂面22cとが、揺動カム17の揺動位置に応じて各バルブリフター16の上面16a所定位置に当接するようになっている。また、揺動カム17は、基円面22aから頂面22c方向へ摺動するカムリフト側の揺動方向が前記駆動軸13の回転方向と同一方向に設定されている。
【0031】
前記伝達機構18は、図1に示すように駆動軸13の上方に配置されたロッカアーム23と、該ロッカアーム23の一端部23aと駆動カム15とを連係するリンクアーム24と、ロッカアーム23の他端部23bと揺動カム17とを連係するリンクロッド25とを備えている。
【0032】
前記各ロッカアーム23は、図3に示すように平面からみてほぼクランク状に折曲形成され、中央に有する筒状基部23cが後述する制御カム33に回転自在に支持されている。また、各基部23cの各外端部に突設された前記一端部23aには、リンクアーム24と相対回転自在に連結するピン26が圧入されるピン孔23dが貫通形成されている一方、各基部23cの各内端部に夫々突設された前記他端部23bには、各リンクロッド25の一端部25aと相対回転自在に連結するピン27が圧入されるピン孔23eが形成されている。
【0033】
また、前記リンクアーム24は、比較的大径な円環状の基部24aと、該基部24aの外周面所定位置に突設された突出端24bとを備え、基部24aの中央位置には、前記駆動カム15のカム本体15aの外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔24cが形成されている一方、突出端24bには、前記ピン26が回転自在に挿通するピン孔24dが貫通形成されている。
【0034】
さらに、前記リンクロッド25は、図1にも示すように所定長さの平板状を呈し、ほぼ中央がく字形状に折曲形成され、円形状の両端部25a,25bには前記ロッカアーム23の他端部23bと揺動カム17の端部21の各ピン孔23e,21aに圧入した各ピン27,28の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔25c,25dが貫通形成されている。
【0035】
尚、各ピン26,27,28の一端部には、リンクアーム24やリンクロッド25の軸方向の移動を規制するスナップリング29,30,31,が設けられている。
【0036】
前記可変機構19は、駆動軸13の上方位置に同じ軸受14に回転自在に支持された制御軸32と、該制御軸32の外周に固定されてロッカアーム23の揺動支点となる制御カム33とを備えている。
【0037】
前記各制御カム33は、夫々円筒状を呈し、図1に示すように軸心P1位置が制御軸32の軸心P2からα分だけ偏倚している。
【0038】
前記制御軸32は、駆動軸13と並行に延設されて、一端部に設けられた図外の電磁アクチュエータによって所定回転角度範囲内で回転するように制御されており、前記電磁アクチュエータは、機関の運転状態を検出する図外のコントローラからの制御信号によって駆動するようになっている。コントローラは、クランク角センサやエアーフローメータ,水温センサ等の各種のセンサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算等により検出して、前記電磁アクチュエータに制御信号を出力している。
【0039】
そして、図4及び図6に示すように前記駆動カム15の軸心Xと、前記リンクアーム24とロッカアーム23とを連結するピン26の軸心Zとを結ぶ直線Sに対して、前記ロッカアーム23の揺動支点中心つまり制御カム33の中心P1から延びた垂線Qの長さL1,L2を、揺動カム17によるバルブリフトの上り(リフトアップ)区間(図4状態)と下り(リフトダウン)区間(図6状態)における各中間バルブリフト位置で変えるように設定した。つまり、上り時の中間リフト位置の垂線Qの長さL1を、下り時の中間リフト位置における垂線Qの長さL2よりも長くなるように設定した。尚、この時点では、バルブリフト量は両者とも同一になっている。
【0040】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関始動時及び低回転低負荷時には、機関運転を検出したコントローラからの制御信号によって、電磁アクチュエータが一方向に回転駆動されて、制御軸32が制御カム33を図1及び図4〜図6に示す位置に回転させて厚肉部33aを左下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム23は、その揺動支点中心P1位置が図示のように左側へ移動して他端部23bが揺動カム17のカムノーズ部21をリンクロッド25を介して上方へわずかに引き上げて該揺動カム17全体を所定量だけ図示の反時計方向の位置に回動させる。
【0041】
この状態で揺動カム17の揺動作用、つまり駆動カム15と伝達機構18による揺動カム17のカムリフト作用を図1及び図4〜図6に基づいて説明すると、まず図1に示すように揺動カム17の基円面22aがバルブリフター16の上面16aに位置している場合は、ベースサークル領域であって吸気弁12が閉作動状態にある。
【0042】
この状態から図4に示すように、駆動カム15の回転駆動に伴いリンクアーム24が左上方向へ移動してロッカアーム23の一端部23aを押し上げる。したがって、ロッカアーム23は、図示のように時計方向へ揺動して他端部23bでリンクロッド25を下方へ押圧し、これによって揺動カム17が時計方向へ揺動することによりカムリフトが開始されてリフト上り区間になる。ここから、駆動カム15がさらに回転すると、揺動カム17は図5に示す位置に時計方向へ揺動して頂面22cがバルブリフター16の上面16aに当接した段階で、最大リフトとなる。駆動カム15がさらに回転すると、揺動カム17図6に示すように反転してリフト下り区間になり、さらに揺動カム17の同方向の揺動によって図1に示すベースサークル領域(閉弁領域)になる。
【0043】
したがって、この吸気弁12のバルブリフト特性は、図11の破線に示すような小リフト特性となるため、吸気のガス流動が強化されて、燃費が改善される。
【0044】
そして、前記上り区間と下り区間の中間リフト位置(図4,図6に示す位置)では、前述のように上り区間の垂線Qが下り区間の垂線Qよりも長く設定されているため、駆動軸13を駆動させるための起動トルクを低減させることが可能になる。すなわち、図4及び図6を参照して説明すれば、図4に示す上り区間の中間リフト位置における直線Sとピン26軸心Zと制御カム33の中心P1との結線S2間で形成される角度(リンクアーム24とロッカアーム23との開き角度)θ1は、図6に示す対応する角度θ2よりも大きく、かつ両者θ1,θ2はともに90°以下であるため、L1>L2になっている。
【0045】
また、図4,図6に示す中間リフト位置ではバルブリフト量が同一であるため、バルブスプリング34からのばね反力は同一である。したがって、バルブスプリング34がロッカアーム23を揺動カム17とリンクロッド25を介して反時計方向へ回転させるモーメントMも両者ともに同一になっている。そして、ロッカアーム23からリンクアーム24を介して駆動カム15の中心Xに作用する荷重をF(上り側をF1,下り側をF2)とすれば、F=M/Lであるので、上り側荷重F1はF1=M/L1となり、下り側荷重F2は、F2=M/L2となる。したがって、F1<F2となり、上り側の荷重F1の方が下り側の荷重F2よりも小さくなる。
【0046】
一方、駆動カム15(駆動軸13)に対する起動トルクについて考察すると、リフト上り区間では、図4に示すようにバルブスプリング34のばね力が伝達機構18を介して駆動軸13の回転方向とは逆の方向に作用し、その計算値はTS1=F1×l1(エル) となり、このF1が前述のようにL1の長尺化に起因してF2よりも十分に小さくなっているため、駆動軸13の回転方向とは逆方向のトルクが低減される。ここで、l1(エル)は直線Sに対して駆動カム15の中心Xから延ばした垂線の長さである。
【0047】
また、機関始動時には、その回転が安定的に立上るまでの間は、駆動カム15とリンクアーム24とは相対回転がほとんどないため、両者15,24の内外周面間に比較的大きな静摩擦係数μが作用し、その摩擦トルクμF1×D/2 も付加されるが、F1が小さいため比較的小さな値となる。この摩擦トルク低減効果及び前記TS1の低減効果により、起動トルクTKを低減できる。ここでTK=FS1+μF1×D/2 となり、 D は駆動カムの直径である。
【0048】
また、リフト下り区間では、図6に示すようにバルブスプリング34のばね力が伝達機構18を介して駆動軸13の回転方向と同方向に作用するため、このばね力によって駆動軸13の回転力をアシストする。つまり、その計算値は、TS2= F2×l2(エル)となり、F2Tの効果、すなわち、その大きなトルク(ばね力)が駆動軸13の回転力をアシストする。
【0049】
(尚、リフト上り区間におけるl1とリフト下り区間におけるl2は、同一バルブリフト量の時はl1=l2となっている。)
以上のように、リフト上り区間では、起動トルクTKが低減し、リフト下り区間では、駆動軸13と同方向の比較的大きな回転アシスト力が作用するため、駆動軸13の始動初期(起動初期)及び始動直後の回転の立上りが良好となる。この結果、機関始動性の向上が図れると共に、セルモータ等の始動装置の小型化及び簡素化が図れる。
【0050】
しかも、本実施形態では、可変機構19による吸気弁12の可変バルブリフト特性を機関始動時に最小リフトとなるように設定してあるため、この小バルブリフト状態ではバルブスプリング34のばね反力が小さくなるので、前記起動トルクTK をさらに小さくすることが可能となり、始動時には常にかかる作用効果が得られ、始動性能が一層向上する。また、駆動軸13の回転方向と揺動カム17のリフト上り時の揺動方向(矢印方向)とを同一に設定しているため、駆動軸13の外周面と揺動カム17の支持孔20a内周面との間の摩擦モーメントが、揺動カムをリフト上昇方向へ作用する。したがって、駆動軸13の起動トルクを低減できる。
【0051】
さらにリンクロッド25の存在によってその長さを変更するなどにより、バルブリフト特性の可変幅を自由に変えることができるため、さらに小バルブリフト特性に設定して駆動軸13の起動トルクを小さくすることができる。
【0052】
図7〜図10は本発明の第2実施形態を示し、バルブリフトを可変機構19によって最大リフトに制御した際における上り区間の中間リフト位置のL1を下り区間の中間リフト位置のL2よりも長く設定したものである。すなわち、コントローラからの制御信号によって電磁アクチュエータが他方向に回転駆動されて、制御軸32が制御カム33を図7〜図10に示す位置に回転させて厚肉部33aを右下方へ回動させる。このため、ロッカアーム23は、その揺動支点中心P1位置が図示のように右側へ移動して他端部23bが揺動カム17のカムノーズ部21を下方へわずかに押し下げて、揺動カム17全体を所定量だけ図示の時計方向の位置に回動させる。
【0053】
したがって、かかる可変機構19によって揺動カム17の位置制御の状態において、駆動軸13,駆動カム15の回転に伴うバルブリフトは図7に示すベースサークル域から図8に示すリフト上り区間を経て図9に示すようにバルブリフター16を押圧する位置がカムノーズ部21の頂面22c端縁側になるため、バルブリフト量は図11の実線に示すように最大リフトになる。その後、揺動カム17が反転して図10に示すようにリフト下り区間の中間リフト域を通過して元のベースサークル域に移行する。
【0054】
そして、このバルブリフト特性状態即ち、最大リフトに制御した状態にあっても垂線SのL1の長さをL2よりも長く設定してあるため、前述の式に基づきF1<F2の関係により上り区間における駆動軸13の機関始動時における起動トルクの低減が図れ、したがって、エンジン出力を重視し、大リフトに制御した場合であっても始動性を向上できる。
【0055】
図12は、第1の実施形態を基本とした本発明の第3の実施形態を示し、駆動カム15の外周面とリンクアーム24の嵌合孔24cの内周面との間にころがり軸受であるニードルベアリング40を介装したものである。
【0056】
したがって、駆動カム15とリンクアーム24との間の摺動摩擦抵抗が大巾に減少し、特に静摩擦係数μを十分低減できるため、前述のような始動時における駆動軸13の起動トルクを大巾に低減でき、始動性をさらに向上させることが可能になる。
【0057】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項1記載の発明によれば、機関始動時における駆動軸の起動トルクを低減することができるため、始動性の向上が図れると共に、始動用セルモータ等の始動装置を小形化と簡素化が図れる。
【0058】
請求項2記載の発明によれば、駆動軸の外周面と揺動カムの駆動軸挿通孔の内周面に発生する摩耗モーメントが揺動カムのリフト下り側ではなくリフト上り側に作用するため、始動時における駆動軸の起動トルクをさらに低減できる。
【0059】
請求項3記載の発明によれば、駆動軸をクランク軸の回転方向と同方向に回転させるため、駆動軸を容易に回転させることができるため、駆動軸の回転駆動性が良好になる。
【0060】
請求項4記載の発明によれば、ロッカアームの揺動支点を制御カムの回転によってわずかに変化させるだけでバルブリフトを大きく変化させることができるため、機関性能を十分に発揮させることができることは勿論のこと、小バルブリフトに制御することによって駆動軸の起動トルクをさらに低減することが可能になる。
【0061】
請求項5記載の発明によれば、機関始動時には常に小バルブリフトに制御してあるため、駆動軸の起動トルクを低減できるので常時良好な始動性を得ることができる。
【0062】
請求項6記載の発明によれば、リンクロッドを設けることにより、その長さ等を変えることにより揺動カムによるバルブリフト特性の可変巾の自由度が向上し、より小さなバルブリフトに設定することにより、起動トルクの大巾な低減が図れ、始動性を一層向上させることができる。
【0063】
請求項7記載の発明によれば、ニードルベアリングによって駆動カムとリンクアームとの間の摺動摩擦抵抗が大巾に減少させることができ、特に静摩擦係数を十分低減できるため、機関始動時における駆動軸の起動トルクを大巾に低減でき、始動性をさらに向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す図2のA−A線断面図。
【図2】本実施形態の側面図。
【図3】本実施形態の平面図。
【図4】本実施形態における小バルブリフト制御時の上り区間の中間リフト状態を示す断面図。
【図5】本実施形態における小バルブリフト制御時の最大リフト状態を示す断面図。
【図6】本実施形態における小バルブリフト制御時の下り区間の中間リフト状態を示す断面図。
【図7】第2の実施形態における大バルブリフト制御時のベースサークル時のリフト状態を示す断面図。
【図8】第2の実施形態における大バルブリフト制御時の上り区間の中間リフト状態を示す断面図。
【図9】第2の実施形態における大バルブリフト制御時の最大リフト状態を示す断面図。
【図10】第2の実施形態における大バルブリフト制御時の下り区間の中間リフト状態を示す断面図。
【図11】第1,第2実施形態のバルブリフト特性図。
【図12】第3の実施形態を示す断面図。
【図13】先願に係る動弁装置を示す断面図。
【符号の説明】
11…シリンダヘッド
12…吸気弁
13…駆動軸
15…駆動カム
16…バルブリフター
17…揺動カム
18…伝達機構
19…可変機構
21…カムノーズ部
22…カム面
23…ロッカアーム
23a,23b…端部
24…リンクアーム
24a…基端部
24b…突出端部
25…リンクロッド
25a,25b…両端部
34…バルブスプリング [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve operating apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to a valve operating apparatus for an internal combustion engine that opens and closes an engine valve by a swing cam that swings within a predetermined angle range from a drive cam via a transmission mechanism such as a link arm or a rocker arm. .
[0002]
[Prior art]
The intake / exhaust valve opening / closing timing and valve lift amount are set to improve fuel efficiency at low engine speed and low load, to ensure stable operation, and to ensure sufficient output by improving intake charging efficiency at high speed and high load. Various types of valve gears that are variably controlled according to engine operating conditions have been conventionally provided. For example, those described in the specification and drawings of Japanese Patent Application No. 9-212831 filed earlier by the present applicant. is there.
[0003]
The outline will be described with reference to FIG. 13. The
[0004]
The
[0005]
The
[0006]
When the
[0007]
Further, as the engine operating state changes, the
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the structure in which the
[0009]
That is, according to a close examination by the inventors of the present applicant, when considering the load F received by the
[0010]
Next, when the engine is started, there is almost no relative rotation between the
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention was devised in view of the actual situation of the valve gear according to the prior application, and the invention according to
[0012]
According to this invention, the perpendicular length L toward the lift up section1The vertical length L of the lift down section2Is set longer than the1= M / L1Down load is F2= M / L2(M: moment when the valve spring turns the rocker arm), F1<F2Therefore, the starting torque of the drive shaft in the ascending section can be reduced.
[0013]
According to the second aspect of the present invention, the swing cam is swingably supported on the outer periphery of the drive shaft, and the rotation direction of the drive shaft and the swing direction of the swing cam on the cam lift side are set to be the same. It is characterized by.
[0014]
According to the present invention, the friction torque between the outer diameter of the drive shaft and the inner diameter of the swing cam acts on the swing cam in the lift-up direction rather than the lift-down direction, so that the starting torque can be reduced.
[0015]
The invention described in claim 3 is characterized in that the rotational direction of the drive shaft is set to be the same as the rotational direction of the crankshaft.
[0016]
Therefore, the drive shaft can be easily rotated because it can be driven directly by a crankshaft via a timing chain or timing belt without using a rotation direction reversing pulley or the like in the same way as a normal camshaft drive. It can be driven.
[0017]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a variable mechanism that varies the relative position of the rocking cam with respect to the follower portion by changing the rocking fulcrum of the rocker arm to vary the valve lift characteristics. .
[0018]
Therefore, the valve lift characteristics can be made variable simply by changing the rocking fulcrum position of the rocker arm by a relatively small eccentric rotation of the control cam, for example, the control cam, and a particularly small valve lift characteristic can be obtained, further reducing the starting torque. Can be made.
[0019]
The invention according to claim 5 is characterized in that the valve lift characteristic is controlled to be a small valve lift by the variable mechanism when the engine is started.
[0020]
Accordingly, since the small valve lift characteristic is always provided when the engine is started, the spring reaction force of the valve spring is reduced, and the starting torque at the time of starting can always be reduced.
[0021]
The invention described in
[0022]
Therefore, the presence of the link rod between the rocker arm and the swing cam improves the degree of freedom of variable valve lift characteristics. As a result, a smaller valve lift characteristic can be obtained, further improving startability. Can be increased.
[0023]
The invention according to
[0024]
Accordingly, since the coefficient of static friction can be reduced between the drive cam and the link arm when the engine is started, the starting torque of the drive shaft can be greatly reduced.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the valve gear of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The valve operating apparatus of this embodiment is similar to that of the prior application, and includes a variable mechanism that includes two intake valves per cylinder and that makes the valve lift of the intake valves variable according to the engine operating state. Yes.
[0026]
That is, this valve operating device is rotatably supported by a pair of
[0027]
The
[0028]
As shown in FIG. 2, the
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
As shown in FIG. 1, the
[0032]
As shown in FIG. 3, each of the
[0033]
The
[0034]
Further, as shown in FIG. 1, the
[0035]
In addition, snap rings 29, 30, 31 for restricting the axial movement of the
[0036]
The
[0037]
Each of the
[0038]
The
[0039]
As shown in FIGS. 4 and 6, the drive cam 15Extending from the center P1 of the rocking fulcrum of the
[0040]
Hereinafter, the operation of the present embodiment will be described. First, at the time of engine start and at the time of low rotation and low load, the electromagnetic actuator is rotationally driven in one direction by a control signal from a controller that detects engine operation, and the
[0041]
In this state, the swinging action of the swinging
[0042]
From this state, as shown in FIG. 4, the
[0043]
Therefore, since the valve lift characteristic of the
[0044]
And, at the intermediate lift position (the position shown in FIGS. 4 and 6) of the up and down sections, the vertical line Q of the up section is set longer than the normal line Q of the down section as described above. The starting torque for driving 13 can be reduced. That is, with reference to FIGS. 4 and 6, the line S is formed between the straight line S at the intermediate lift position in the upward section shown in FIG. 4, the connection S <b> 2 of the
[0045]
In addition, since the valve lift amount is the same at the intermediate lift position shown in FIGS. 4 and 6, the spring reaction force from the
[0046]
On the other hand, considering the starting torque for the drive cam 15 (drive shaft 13), in the lift up section, the spring force of the
[0047]
Further, at the time of starting the engine, the
[0048]
In the lift down section, the spring force of the
[0049]
(In the lift up section,1And l in the lift down section2Is l for the same valve lift1= L2It has become. )
As described above, the starting torque TK decreases in the lift up section, and a relatively large rotational assist force in the same direction as the
[0050]
In addition, in this embodiment, the variable valve lift characteristic of the
[0051]
Further, the variable width of the valve lift characteristic can be freely changed by changing the length of the
[0052]
7 to 10 show a second embodiment of the present invention, in which the intermediate lift position L in the up section when the valve lift is controlled to the maximum lift by the
[0053]
Accordingly, in the state in which the position of the
[0054]
Even in this valve lift characteristic state, that is, in the state controlled to the maximum lift, the L of the perpendicular line S1The length of L2Is set to be longer than F, so that F1<F2Therefore, it is possible to reduce the starting torque at the start of the engine of the
[0055]
FIG. 12 shows a third embodiment of the present invention based on the first embodiment. A rolling bearing is used between the outer peripheral surface of the
[0056]
Accordingly, the sliding friction resistance between the
[0057]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the first aspect of the invention, the starting torque of the drive shaft at the time of starting the engine can be reduced, so that the startability can be improved and the starting cell motor or the like can be started. The device can be miniaturized and simplified.
[0058]
According to the second aspect of the present invention, the wear moment generated on the outer peripheral surface of the drive shaft and the inner peripheral surface of the drive shaft insertion hole of the swing cam acts on the lift up side rather than the lift down side of the swing cam. Further, the starting torque of the drive shaft at the time of starting can be further reduced.
[0059]
According to the third aspect of the invention, since the drive shaft is rotated in the same direction as the rotation direction of the crankshaft, the drive shaft can be easily rotated, so that the rotational driveability of the drive shaft is improved.
[0060]
According to the fourth aspect of the invention, the valve lift can be greatly changed by slightly changing the rocking fulcrum of the rocker arm by the rotation of the control cam, so that the engine performance can be sufficiently exerted. In other words, the starting torque of the drive shaft can be further reduced by controlling the small valve lift.
[0061]
According to the fifth aspect of the present invention, since the valve lift is always controlled to be a small valve lift when the engine is started, the starting torque of the drive shaft can be reduced, so that a good startability can always be obtained.
[0062]
According to the invention described in
[0063]
According to the seventh aspect of the present invention, the sliding friction resistance between the drive cam and the link arm can be greatly reduced by the needle bearing, and particularly the static friction coefficient can be sufficiently reduced. The starting torque can be greatly reduced, and the startability can be further improved.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2 showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of the embodiment.
FIG. 3 is a plan view of the embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an intermediate lift state in an up section during small valve lift control in the present embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a maximum lift state during small valve lift control in the present embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing an intermediate lift state in a descending section during small valve lift control in the present embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a lift state during a base circle during large valve lift control in the second embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an intermediate lift state in an ascending section during large valve lift control in the second embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a maximum lift state during large valve lift control in the second embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing an intermediate lift state in a descending section during large valve lift control in the second embodiment.
FIG. 11 is a valve lift characteristic diagram of the first and second embodiments.
FIG. 12 is a sectional view showing a third embodiment.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a valve gear according to a previous application.
[Explanation of symbols]
11 ... Cylinder head
12 ... Intake valve
13 ... Drive shaft
15 ... Driving cam
16 ... Valve lifter
17 ... Oscillating cam
18 ... Transmission mechanism
19 ... Variable mechanism
21 ... Cam nose
22 ... Cam surface
23 ... Rocker arm
23a, 23b ... end
24 ... Link arm
24a ... proximal end
24b ... protruding end
25 ... Link rod
25a, 25b ... both ends
34 ... Valve spring
Claims (7)
該駆動軸の外周に固定され、中心が駆動軸の軸心から所定量偏倚した駆動カムと、
一端部が前記駆動カムの外周に回転自在に連係したリンクアームと、
支軸に揺動自在に支持されて、一端部が該リンクアームの他端部に連結ピンを介して回転自在に連係されたロッカアームと、
該ロッカアームの他端部に揺動自在に連係されて、カム面が機関弁の上端部に有するフォロア部に摺接しつつ機関弁を開閉作動させる揺動カムと、
前記機関弁を閉方向へ付勢しつつ前記揺動カムを介して前記ロッカアームの一端部で前記リンクアームを駆動カム方向へ押し付ける方向へ付勢するバルブスプリングと、
を備えた内燃機関の動弁装置において、
前記リンクアームとロッカアームとを連結する前記連結ピンの軸心と前記駆動カムの中心点とを結ぶ直線に対して前記ロッカアームの揺動支点から延びた垂線の長さを、前記揺動カムによる機関弁のリフトが下り区間と上り区間のそれぞれの中間リフト位置であるときに、前記リフトの下り区間における前記垂線長さよりも上り区間における前記垂線長さの方が長くなるように設定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。A drive shaft that is rotationally driven by the crankshaft of the engine;
A drive cam fixed to the outer periphery of the drive shaft and having a center deviated by a predetermined amount from the axis of the drive shaft;
A link arm whose one end is rotatably linked to the outer periphery of the drive cam;
A rocker arm supported by a support shaft in a swingable manner, and having one end portion rotatably linked to the other end portion of the link arm via a connecting pin;
A swing cam linked to the other end portion of the rocker arm so as to be swingable so as to open and close the engine valve while the cam surface is in sliding contact with the follower portion of the upper end portion of the engine valve;
A valve spring that urges the link arm toward the drive cam at one end of the rocker arm via the swing cam while urging the engine valve in a closing direction;
In the internal combustion engine valve gear comprising:
The length of the perpendicular extending from the rocking fulcrum of the rocker arm with respect to the straight line connecting the shaft center of the connecting pin that connects the link arm and the rocker arm and the center point of the drive cam is the engine by the rocking cam. When the lift of the valve is an intermediate lift position in each of the descending section and the ascending section, the perpendicular length in the ascending section is set to be longer than the perpendicular length in the descending section of the lift. A valve operating apparatus for an internal combustion engine.
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