JP2000337114A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents
内燃機関の動弁装置Info
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Abstract
慣性トルクを小さくして、各摺動部の過大荷重を低減し
つつ衝突打音の発生を抑制する。 【解決手段】 駆動軸13に固定された駆動カムと、同
じ駆動軸13に揺動自在に支持された揺動カム17とを
伝達機構によって機械的に連係し、揺動カム17のカム
面22がバルブリフターの上面を揺動摺接することによ
り吸気弁を開閉作動させる動弁装置である。前記揺動カ
ム17のカムノーズ部21に、カム面22に十分に近接
した位置に連結ピン28のピン孔21aを貫通形成する
と共に、揺動カムの上端部17aを切欠形成して質量を
小さくした。
Description
置、とりわけ駆動カムから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フォロアを介し
て開閉作動させる内燃機関の動弁装置に関する。
は、SAE970338(General,Motor
s Corp)に記載されたものが知られている。
のシリンダヘッド上に前後方向に沿って配置されて、機
関のクランク軸によって回転駆動される駆動軸1と、該
駆動軸1に揺動自在に支持されて、例えば吸気弁2のバ
ルブリフター3の上面3aに摺接して該吸気弁2を図外
のバルブスプリングのばね力に抗して開作動させる揺動
カム4と、駆動軸1と揺動カム4との間に設けられて、
駆動軸1の回転力をリフト力に変換して揺動カム4に伝
達する伝達機構5とを備えている。この伝達機構5は、
駆動軸1の外周に固定された第1平歯車6と、該第1平
歯車6の上方位置に配置されたクランクシャフト7と、
該クランクシャフト7に固定されて第1平歯車6に噛合
する第2平歯車8と、クランクシャフト7と揺動カム4
とを連結ピン9を介して連係する連結リンク10とから
構成されている。
向(矢印)の回転に伴い第2平歯車8及びクランクシャ
フト7が回転して連結リンク10により揺動カム4を矢
印方向へ揺動させる。これによって、揺動カム4は、下
面のカム面4aがバルブリフター3の上面3aに摺接し
ながら吸気弁2を図外のバルブスプリングのばね力に抗
して押圧あるいは押圧を解除して開閉作動させるように
なっている。したがって、バルブリフト特性は、比較的
大きなリフト特性が得られる。
来の動弁装置にあっては、前記連結ピン9が挿通される
ピン孔4bを揺動カム4の一端部上端側、つまり、カム
面4aから上方へ十分に離れた上端側に形成されたピン
ボス部4cに形成してある。このため、かかるピンボス
部4cの存在により揺動カム4全体の質量が大きくな
り、したがって、揺動カム4のIp(慣性モーメント)
が大きくなってしまう。この結果、動弁系の等価慣性質
量が大きくなって、高回転域における装置の各摺動部位
の作動荷重が大きくなり、該各摺動部位の焼き付きが発
生し易くなると共に、高回転域における装置の各構成部
品間で打音の発生し易い、といった技術的課題を招来し
ている。
動カム型の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
駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、伝達機
構によって前記駆動カムと機械的に連係され、駆動カム
の回転に応じて所定角度範囲内で軸周りに揺動し、カム
面がフォロワに摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カ
ムとを備えた動弁装置において、前記揺動カムの先端部
に、前記伝達機構を連結ピンを介して回転自在に連結す
ると共に、揺動カムの先端部に形成された前記連結ピン
のピン孔を、前記カム面とフォロアとの摺接面寄りに形
成したことを特徴としている。
ム面と反対側の所定部位を切欠形成したことを特徴とし
ている。
記切欠部位に、該切欠部位の長手方向に沿って補強リブ
を立設したことを特徴としている。
ム面の少なくとも零リフト領域部位を薄肉に切欠形成し
たことを特徴としている。
中の最大正加速度となる領域における前記フォロアから
揺動カムのカム面に作用する押圧点の延長線上に前記連
結ピンを配置したことを特徴としている。
ム面を、機関弁の零リフト域から高リフトの全領域にお
いて前記フォロア上面に摺接可能な長さに設定したこと
を特徴としている。
施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の動弁
装置は、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。
示すように、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
等により固設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15,15と揺動カム17,1
7との間に連係されて、駆動カム15,15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1
8,18と、該伝達機構18,18の作動位置を可変に
する可変機構19とを備えている。
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中反時計方向に設
定されている。
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。
グ状を呈し、小径なカム本体15aと、該カム本体15
a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15,15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,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15
d,15dが同一のカムプロフィールに形成されてい
る。
ように横雨滴状を呈し、円環状の基端部20に駆動軸1
3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、先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、この揺動カ
ム17は、ピン孔21aと反対側の上端部17a(図4
の斜線部)が、横方向から直線状に切欠形成されてい
る。すなわち、この上端部17aは、その切欠量が当初
形状の約4分の1程度の大きさになっており、したがっ
て、全体の質量が切欠された上端部17aの分だけ小さ
くなるように構成されている。
うに、その形成位置が後述するカム面22に近いカムノ
ーズ部21下端部に設定されて、その内周面21aから
カム面22までの肉厚幅S1が比較的小さく設定されて
いる一方、該内周面21aから上端面17bまでの肉厚
幅S2は、前記肉厚幅S1よりも十分に大きく設定され
ている。さらに、このピン孔21aは、図6に示すよう
に吸気弁12の作動中における最大正加速度となる時点
で、バルブリフター16から揺動カム17のカム面22
に作用する押圧点の延長線である法線Z上が通る位置に
形成されている。
カム面22が形成され、このカム面22は、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の先端側に有する正加速度面22cとさらにその
先端側に有する負加速度面22dとが形成されており、
基円面22aとランプ面22bと正加速度面22c及び
負加速度22d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。つまり、このカム面22は、吸気弁
12の零リフト域から高リフト域の全領域においてバル
ブリフター16の上面16aに摺接可能な長さに設定さ
れている。
カムリフトの加速度特性は、図4に示すように基円面2
2aにおける接触開始点K2からリフト開始点Ksに渡
った零リフト区間θ1、リフト開始点Ksからとランプ
面22bに渡った比較的速度の遅いランプ速度区間θ2
と、該ランプ区間θ2からカムノーズ部21方向へ連続
してカムノーズ部21にかけての所定範囲22cに設定
された正加速度区間θ3と、該正加速度区間θ3からカ
ムノーズ部21方向へさらに連続して所定範囲22dに
設定された負加速度区間θ4の4つの加速度特性を備え
ている。
ズ部21における最大リフト点K1を包含する範囲まで
継続して設定されており、前記接触開始点K2から負加
速度区間θ4内の最大リフト点K1までがカムリフトに
供されるカム面22の使用範囲に設定されている。さら
に、負加速度区間θ4の最大リフト点K1を越えた領域
は、カム面22の不使用範囲に設定されている。
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2
3b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。
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が嵌入されるピン孔
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が嵌入されるピン孔23eが形成されている。
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。
も示すように所定長さのほぼ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2
3の他端部23bと揺動カム17の端部21の各ピン孔
21a,23eに嵌入した各ピン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。
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。
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。
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。
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。
ず、機関高回転高負荷時には、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6及び図7に示す位置に回転させて厚肉部
33aを下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム
23は、全体が駆動軸13方向(下方向)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を介して下方へ押圧して該揺動カム17全体
を所定量だけ図示の位置に回動させる。
た零リフト状態を示し、図6は揺動カム17の揺動中に
おける吸気弁12及びバルブリフター16の最大正加速
度の位置を示し、また図7は揺動カム17がバルブリフ
ター16を介して吸気弁16を最大に押し下げた最大開
弁状態を示している。
における揺動カム17の揺動作用、つまり、駆動カム1
3と伝達機構18による揺動カム17のカムリフト作用
を説明すると、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、零リフト区間であって、吸気弁12は
閉作動状態にある。
い伝達機構18を介して揺動カム17が時計方向へ揺動
することによってカムリフトが開始されて、ランプ速度
区間θ2となり、さらに揺動カム17が時計方向へ揺動
すると、正加速度区間θ3が開始され、揺動カム17が
さらに時計方向へ揺動して図6に示す位置になると吸気
弁12及びバルブリフター16が最大正加速度となる。
この状態からさらに揺動して図7に示す位置になった段
階では、負加速度区間θ4内で最大リフト点K1にな
る。
リフト特性が大きくなり、バルブリフト量も大きくなる
と共に、各吸気弁12の開時期が早くなると共に、閉時
期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分
な出力が確保できる。
カム面22に近いカムノーズ部21の下端部に形成され
ているため、ピン孔用のボス部を設ける必要がなく、し
かも、前述のように上端部17aが切り欠かれているた
め、全体の質量が小さくなっている。したがって、揺動
カム17の揺動中における等価慣性質量Ipを大幅に低
減できる。
6から図7に示す位置に揺動変化した場合、つまり揺動
カム17が吸気弁1を最大限に押し下げた状態を図5に
基づいて考察する。ここで、図5の横軸は駆動軸13の
回転角、縦軸は吸気弁12のリフトと吸気弁12の加速
度、及び揺動カム17の揺動角θ、揺動カムの揺動角加
速度(dω/dt=d2θ/dt2)をそれぞれ示してい
る。ここで、吸気弁加速度は、前述のカムリフト加速度
と、揺動カムの揺動角加速度によって決定される。
変化すると、該揺動カム17の揺動角加速度dω/dt
は大きな負の値になり、したがって、慣性質量Ipを有
する揺動カム17は、図中時計方向への回転中に連結ピ
ン28によって急制動力が付与される形になる。このと
き、連結ピン28が発生させなければならない揺動カム
17の負の慣性トルクTは、ほぼIp×(dω/dt)
となっており、この慣性トルクTによって、両者21
a、28の内外周面間が衝突して打音が発生すると共
に、ピン孔21aに連結ピン28から過大な荷重F1が
作用する。
に上端部17aの切欠により等価慣性質量Ipが大幅に
低減されているため、慣性トルクTを低減できることか
ら、図6から図7に示す位置に変化したときにおける連
結ピン28とピン孔21a間の衝突打音と過大荷重F1
を十分に低減することができ、各摺動部の焼き付きなど
を防止できる。
16から該バルブリフター16と吸気弁12の慣性力と
バルブスプリングのばね力も作用するが、図5から明か
なように、吸気弁12とバルブリフター16の加速度が
負の領域であるため、バルブスプリングのばね力が吸気
弁12とバルブリフター16の慣性力に相殺されて荷重
F2は小さな値になっている。したがって、前記慣性ト
ルクTを荷重F2によって発生できる分は小さく、大部
分を前記F1で発生させている。
ると、該揺動カム17は、連結ピン28によって図7に
示す荷重F1を受けているが、揺動カム17におけるカ
ム面22とバルブリフター16上面16aとの摺接面と
反対側の肉厚幅S2は大きく設定されているため、強度
上の問題は発生しない。
面とカム面22との間の肉厚幅S1は、揺動カム17の
慣性質量Ipを低減するために可及的に小さく設定され
ているため、カム面22にバルブリフター16から大き
な荷重が発生した際に、該小肉厚幅S1の部位の応力が
高くなって破損などが発生するとも考えられる。そし
て、最も大きな荷重が作用するのは図6に示す吸気弁1
2及びバルブリフター16の最大正加速度時であり、こ
のとき該バルブリフター16からの荷重F2′、すなわ
ちバルブスプリングの荷重に加えて吸気弁12とバルブ
リフター16の正加速度に起因する大きな慣性力を加え
た荷重が作用している。
向、つまり揺動カム17とバルブリフター16の押圧点
の延長線である法線Zが連結ピン28の内部を通るた
め、肉厚幅S1の部位は荷重F2′と連結ピン28の荷
重F1′に挟み込まれた形になって圧縮応力が作用する
だけで問題となる大きな引っ張り応力は発生しない。し
たがって、小さな肉厚であるにも拘わらず、強度上の問
題が発生することはない。
ム17全体のバルブリフター16上面16aに対するカ
ム面22の当接位置が、図7に示すように右方向位置に
移動するため、駆動カム15が回転してロッカアーム2
3の一端部23aをリンクアーム24を介して押し上げ
ると、バルブリフター16に対するそのリフト量L2は
同図に示すように大きくなる。
は、コントローラからの制御信号によって電磁アクチュ
エータが他方に回転駆動される。このため、制御カム3
3は、図8に示すように軸心P1が制御軸32の軸心P
2から左上方の回動位置に保持され、厚肉部33aが駆
動軸13から上方向に離間回動する。このため、ロッカ
アーム23は、全体が駆動軸13に対して上方向へ移動
し、このため、揺動カム17は、リンクロッド25を介
して端部23が強制的に若干引き上げられて全体が左方
向へ回動する。
クアーム24を介してロッカアーム23の一端部23a
を押し上げると、そのリフト量がリンクロッド25を介
して揺動カム17及びバルブリフター16に伝達される
が、そのリフト量は小さくなり、吸気のガス流動が強化
され、燃焼が改善されアイドル燃費が向上する。
低リフト作動域においてもバルブリフター16の上面1
6aとの接触を確保するようなカムプロフィールに形成
されている。図8は揺動カムが最も跳ね上がって位置を
示すが、K2点で接触が確保されている。そのため、バ
ルブリフター16の異常な挙動が発生した場合にも、バ
ルブリフター16の該異常挙動を制止させることが可能
になる。この結果、動弁装置の常時安定かつ円滑な動作
が得られる。
フト制御は、前記の運転状態だけではなく、連続的な運
転状態の変化に応じて自由に可変制御できるため、連続
的なリフト特性を得ることができ、機関性能を十分に引
き出すことが可能になる。
カム17の構造をさらに変更したもので、前述のように
上端部17aをさらに大きく切欠すると共に、前記零リ
フト区間θ1とランプ速度区間θ2の両側部17c,1
7cも切欠してその間の中央部位17dのみを残存させ
たものである。また、前記切欠上端部17aの長手方向
の中央位置に、前端の肉厚部17eと後端側の挿通孔2
0a孔縁の肉厚部17fを結ぶような補強リブ40を設
けたものである。したがって、この補強リブ40の分だ
け揺動カム17の質量は大きくなるが、補強リブ40の
両側面部が切欠されているため、全体としての質量は小
さくなる。すなわち、補強リブ40によって揺動カム1
7の剛性、つまりカム面22側の接触剛性と挿通孔20
a孔縁付近の軸受側剛性を確保しつつ、各切欠部によっ
て揺動カム17全体の質量が一層小さくなる。
にバルブリフト全域に亙ってバルブリフター16との接
触を確保できる長さになっているため、バルブリフター
16の異常挙動時にも動弁装置の常時円滑な動作が得ら
れることは、第1実施形態と同様である。
ものではなく、例えば揺動カム17の形状をさらに質量
を小さくできる形状に形成してもよい。また、この装置
を排気弁側にも適用が可能である。
記載の発明によれば、ピン孔の特異な配置構成によっ
て、ピン孔用のボス部が不要になるため、揺動カムの慣
性質量を大幅に低減できる。したがって、機関高回転域
における各摺動部の過大な荷重を低減でき、これによっ
て、該各摺動部の焼き付きが防止できると共に、各構成
部品の衝突打音の発生を十分に抑制することが可能にな
る。
上端部を積極的に切欠したため、揺動カムの慣性質量を
一層効果的に低減できる。
慣性質量を大幅に低減しつつ剛性、特に切欠された上端
部の剛性を確保することが可能となるため、剛性低下に
よる不都合を回避できる。
よりフォロアの異常挙動を抑制しつつ該揺動カムの慣性
質量を低減することができる。
特異な配置構成によって、ピン孔とカム面間の部位の薄
肉化に伴う強度低下による不都合を回避できる。
リフトから高リフトの全領域において揺動カムのカム面
をフォロア上面に摺接させる長さに設定したため、たと
えフォロアの異常挙動が発生しても該異常挙動を揺動カ
ムが効果的に抑制する。したがって、動弁系の常時安定
かつ円滑な動作を確保できる。
面図。
フターの加速度などを示す特性図。
説明図。
説明図。
説明図。
Claims (6)
- 【請求項1】 機関のクランク軸によって回転駆動し、
外周に駆動カムが固定された駆動軸と、伝達機構によっ
て前記駆動カムと機械的に連係され、駆動カムの回転に
応じて所定角度範囲内で軸周りに揺動し、カム面がフォ
ロワに摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムとを備
えた動弁装置において、 前記揺動カムの先端部に、前記伝達機構を連結ピンを介
して回転自在に連結すると共に、揺動カムの先端部に形
成された前記連結ピンのピン孔を、前記カム面とフォロ
アとの摺接面寄りに形成したことを特徴とする内燃機関
の動弁装置。 - 【請求項2】 前記揺動カムのカム面と反対側の所定部
位を切欠形成したことを特徴とする請求項1記載の内燃
機関の動弁装置。 - 【請求項3】 前記揺動カムの前記切欠部位に、該切欠
部位の長手方向に沿って補強リブを立設したことを特徴
とする請求項2記載の内燃機関の動弁装置。 - 【請求項4】 前記揺動カムのカム面の少なくとも零リ
フト領域部位を薄肉に切欠形成したことを特徴とする請
求項2または3に記載の内燃機関の動弁装置。 - 【請求項5】 前記機関弁の作動中の最大正加速度とな
る領域における前記フォロアから揺動カムのカム面に作
用する押圧点の延長線上に前記連結ピンを配置したこと
を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関
の動弁装置。 - 【請求項6】 前記揺動カムのカム面を、機関弁の零リ
フト域から高リフトの全領域において前記フォロア上面
に摺接可能な長さに設定したことを特徴とする請求項1
〜5のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14258099A JP3779842B2 (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 内燃機関の動弁装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
JP14258099A JP3779842B2 (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 内燃機関の動弁装置 |
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JP2000337114A true JP2000337114A (ja) | 2000-12-05 |
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ID=15318624
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JP14258099A Expired - Fee Related JP3779842B2 (ja) | 1999-05-24 | 1999-05-24 | 内燃機関の動弁装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3779842B2 (ja) |
Cited By (3)
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JP2006250011A (ja) * | 2005-03-10 | 2006-09-21 | Hitachi Ltd | 内燃機関のカム |
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