JP2004204822A - 内燃機関の連続可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、バルブリフト量を制御するトルクが少なくてすむ内燃機関の連続可変動弁装置を提供する。
【解決手段】本発明の連続可変動弁装置は、ドライブシャフト１の軸心の周りを旋回するリンクアーム１５を用いて、ドライブシャフト１の回転により揺動カム５を周期的に揺動させる開弁機構２６を前提に、リンクアーム１５の偏心運動とは独立して、そのリンクアーム１５の偏心方向を変化自在にドライブシャフト１に支持させる支持部１６を設けて、偏心方向の変化から吸気バルブ１０のカム面の領域を移動可能にして、バルブリフト量の可変動作が、ロッカシャフト２を支点としたロッカアーム１４の回動方向の変位だけで行えるようにした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、揺動カムを用い、同揺動カムに形成されているカム面の領域を移動させることによって往復弁のバルブリフト量を連続的に可変可能とした内燃機関の連続可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンエンジン（内燃機関）には、連続可変動弁装置を搭載して、スロットルバブルの仕事（吸入空気量の調整）を、吸入側の往復弁、すなわち吸気バルブで代行させる技術がある。この連続可変動弁装置には、揺動カムを用いて吸気バルブを開閉する技術を用いた構造が提案されている。
【０００３】
同構造は、開弁機構として、揺動カムの上側に並行にロッカアームを配置し、揺動カムと直列にドライブシャフトを配置した構造が用いてある。具体的には、ロッカアームの中央の揺動支点を挟む片側の端部の作用点に、リンクアームの端部を回動自在に支持させ、ドライブシャフトに、リンクアームの反対側の端部をドライブシャフトの軸心の周りを旋回するように組付けて、ドライブシャフトの回転運動を直線運動に変えるようにする。残るロッカアームの端部の作用点は、リンクロッドを介して、揺動カムの揺動側につなげ、ロッカアームの端部から出力される揺動変位で揺動カムが揺動される構造が用いてある。つまり、開弁機構は、リンクアームの端部の旋回運動で、揺動カムを周期的に揺動させて、吸気バルブを開弁させる構造が用いてある。この開弁機構に組合うバルブリフト量の可変構造には、ロッカアームの中央の揺動支点を摺動自在に支えるロッカシャフトのシャフト部分に該ロッカシャフトの軸心と偏心した中心をもつ偏心軸部を形成した構造が用いてある。同構造により、ロッカシャフトをその軸心を中心に回転させて、偏心軸部の偏心方向を変えることで、それに応じて揺動カムの傾きが変化し、吸気バルブと当接する揺動カムのカム面の領域が移動するようにしてある。つまり、揺動カムのカム面には、揺動カムのベース円区間と吸気バルブのバルブリフト量を定めるリフト区間とが直列に並んでいて、吸気バルブが当接するベース円区間とリフト区間との領域が移動することを利用して、吸気バルブのバルブリフト量が連続的に可変されるようにしてある（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１７３４６９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記した構造は、ロッカアームの中央の揺動支点を可変させる構造であり、リンクアーム側とリンクロッド側の荷重が可変軸にかかるため、バルブリフト量を可変する際には、大トルクを必要とする問題がある。そのために、バルブリフト量の制御には大形の機器の使用が強いられ、コスト的な負担が大きくなりやすい。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、バルブリフト量を制御するトルクが少なくてすむ内燃機関の連続可変動弁装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、ドライブシャフトの軸心の周りを旋回するリンクアームを用いてドライブシャフトの回転で揺動カムを周期的に揺動させる開弁機構を前提に、リンクアームの偏心運動とは独立して、そのリンクアームの旋回運動中心位置を変化自在にドライブシャフトに支持させる支持部、さらにはリンクアームの旋回運動中心位置を変化させる操作を行う入力部を設けて、独立した旋回運動中心位置の変化から往復弁に対するカム面の領域を移動可能とした。
【０００８】
同構成により、入力部でリンクアームの旋回運動中心位置を変える操作を行うと、リンクアームの旋回運動中心が、ドライブシャフトによるリンクアームの旋回運動とは独立して変化する。すると、ロッカアームが、リンクアームの旋回運動中心の変化分、揺動支点を支点に回動し、その変化が伝達部材を介して、揺動カムへ伝わる。これにより、揺動カムの傾きが変化し、往復弁に対するカム面の領域を移動させ、バブルリフト量を可変させる。
【０００９】
これにより、可変させるべき部分は、ロッカアーム中央部でなく、一端側にあるため、バルブリフト量の可変動作はロッカシャフトを支点としたロッカアームの回動方向の変位が伴うだけですみ、リンクアームにかかる荷重は小さくてすむ。それ故、バルブリフト量を制御するのに必要なトルクは少なくてすむ。しかも、バルブリフト量を可変する制御の応答性も向上する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、さらに簡単な構造で上記目的を達成するために、リンクアームは一端部に環状部を有して形成し、支持部は、ドライブシャフトの外周部に偏心させて摺動自在に嵌挿された第１偏心軸部と、該第１偏心軸部の外周部に第１偏心軸部の軸心と偏心させて摺動自在に嵌挿された第２偏心軸部とを有し、さらに第２偏心軸部の外周部に前記リンクアームの環状部を摺動自在に嵌挿して、第１偏心軸部および第２偏心軸のうちの一方にドライブシャフトからの回転を伝えると、揺動カムを周期的に揺動させ、他方の偏心軸部を回動させると、独立してリンクアームの環状部の旋回運動中心位置が変化する構成とし、入力部には、他方の偏心軸部をドライブシャフトの軸心を中心に回転させる入力機構で構成した。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１および図７に示す一実施形態にもとづいて説明する。
【００１２】
図１は、内燃機関、例えば複数気筒のレシプロ式ガソリンエンジン（以下、単にエンジンという）のシリンダヘッド（図示しない）に組付く連続可変動弁装置の外観図を示し、図２はその異なる方向から見た連続可変動弁装置の外観図を示し、図３はその連続可変動弁装置の主な部分を分解した図を示し、図４は残る部分を分解した図を示している。同図中１は、例えばシリンダヘッドの上方に気筒が並ぶ前後方向に沿って配置されたドライブシャフト（断面が円形）、２は例えばドライブシャフト１の直上に並行に配置されたシャフト部材、例えばロッカシャフト（断面が円形）である。ドライブシャフト１およびロッカシャフト２は、いずれもシリンダヘッドの上面に設置された分割式のシャフトホルダ３を用いて、シリンダヘッドの上部に回転自在に組付けてある。このうちドライブシャフト１は、例えばスプロケットやタイミングチェーンなどで構成される伝動機構を用いてエンジンのクランクシャフトに接続されていて、クランクシャフトから出力される回転力で回転駆動されるようにしてある。
【００１３】
ドライブシャフト１には、例えば複数の開弁用の揺動カム５を１部品化したカムモジュール４が摺動自在に組付けてある。すなわち、カムモジュール４は、例えば図３に示されるように下面にカム面６を有し、基部側に支持孔７を有した略三角形状の２個（一対）の揺動カム５，５を並行に並べ、基部間に双方の支持孔７が連通するよう筒部８で連結させて構成してある。このカムモジュール４に形成される円形な通孔（支持孔７および筒部８の孔部が連続する部分）がドライブシャフト１の外周面に摺動自在に嵌挿され、カムモジュール４の全体を各気筒の吸気側にそれぞれ配置させてある。そして、図１に示されるように各揺動カム３，３のカム面６に対して、気筒毎にシリンダヘッドの往復動可能に組付けてある往復弁の基端部、すなわち吸気バルブ１０の基端部が、例えばバルブ直動用のロッカアーム１１に付いているロッカアームローラ１１ａを介して当接させてある。お、各カム面６は、揺動カム５の基部側に形成されているバルブリフト量がゼロとなるベース円区間αと、それに続いて揺動カム５の先端部まで形成されたバルブリフト量が増加するリフト区間β（いずれも図２にのみ図示）とを有して形成してある。
【００１４】
またドライブシャフト１の外周面には、駆動アーム１２がカムモジュール４と並んで配置してある。駆動アーム１２は、例えば図３に示されるようにドライブシャフト１の外周面に嵌挿される環状部分１２ａと、同環状部分１２ａから外側へ突き出るアーム部分１２ｂを有している。そして、環状部分１２ａがドライブシャフト１の外周面に嵌挿されて固定、例えば環状部分１２ａおよび該環状部分１２ａで囲まれるドライブシャフト部分を突き通すピン部材１３でドライブシャフト１に固定してある。
【００１５】
一方、１５はリンクアームである。リンクアーム１５は、例えば一端部に円形の環状部１５ａを有し、他端部に同環状部１５ａから外側へ突き出るアーム部１５ｂとを有している。このうちの環状部１５ａが、ドライブシャフト１の軸心と偏心した地点に形成した支持部１６を用いて、例えば駆動アーム１２と隣接したドライブシャフト部分に摺動自在に支持され、リンクアーム１５の一端部をドライブシャフト１の軸心の周りを旋回するようにしている。またリンクアーム１５の他端部は、例えば駆動アーム１２の直上のロッカシャフト部分に組付けてあるロッカアーム１４と組合う。
【００１６】
支持部１６には、ドライブシャフト１から伝わる回転力でリンクアーム１５の一端部を旋回運動させながら、それとは独立してリンクアーム１５の偏心方向（旋回運動中心位置）を変化させることを可能とした構造が用いてある。この詳細な構造が図４に示されている。支持部１６について説明すると、１７はハーモニックギヤである。ハーモニックギヤ１７は、例えば全周に歯部１８ａが形成された大径のギヤ本体１８を有している。そして、このギヤ本体１８の軸心に形成された通孔１８ｂがドライブシャフト１の外周部に摺動自在に嵌挿される。またギヤ本体１８の駆動アーム１２に向く側面中央部には、通孔１８ａの周りに、ドライブシャフト１の軸心とは偏心した地点に軸心をもつ環状の偏心軸部１９（本願の第１偏心軸部に相当）が突設してある。この偏心軸部１９もギヤ本体１８と同様、ドライブシャフト１の外周面に摺動自在に嵌挿される。また偏心軸部１９の外周面には、偏心軸部１９とは偏心した地点に軸心をもつ軸状の偏心リング２０（本願の第２偏心軸部に相当）が摺動自在に嵌挿される。この偏心リング２０の外周面に、リンクアーム１５の環状部１５が摺動自在に嵌挿してある。そして、偏心軸部１９、偏心リング２０の一方である偏心リング２０と駆動アーム１２のアーム部分１５ｂとは、偏心リング２０の径方向に変位可能な動力伝達構造、例えば偏心リング２０の肉厚の厚い部分の側面に径方向に延びる直線状の溝部２１に形成し、アーム部分１５ｂの先端部側面にピン部２２を突出し、該ピン部２２を溝部２１内の一部に摺動自在に差し込む構造のクランク機構で接続してある。この構造により、吸気バルブ１０を駆動するための直線運動が確保される。と共に環状部１５ａの偏心方向（旋回運動中心位置）が自在に変化できるようリンクアーム１５をドライブシャフト１に支持させている。つまり、ドライブシャフト１が回転すると、クランク機構により、リンクアーム１５の一端部がドライブシャフト１の軸心の周りを旋回して、ドライブシャフト１の回転運動を直線運動に変えてロッカアーム１４へ伝える。また偏心軸部１９を回動変位させると、ドライブシャフト１によるリンクアーム１４の旋回動作とは独立して、リンクアーム１４の偏心方向の向き（旋回運動中心位置）が自在に変化（調節）されるようにしてある。
【００１７】
ロッカアーム１４は、図１および図２に示されるようにロッカシャフト２で回転自在に支持される筒状の揺動支点部Ｐ（揺動支点を形成する部分）を中央にもち、その揺動支点部Ｐを挟む両側に作用点をなすレバー部分１４ａ，１４ｂをもつレバー部材で形成してある。さらにレバー部分１４ａ，１４ｂは、片側、例えばレバー部分１４ｂの長さがレバー部分１４ａの長さよりも短くしてある。そして、短い側のレバー部分１４ｂの先端部が、ピン部材２３を介して、リンクアーム１５の他端部（アーム部先端）に回転自在に支持される。また長い側のレバー部分１４ａの先端部は、伝達部材であるリンクロッド２４ならびにピン部材２５を介して、例えば片方の揺動カム５の先端部に回転自在に接続してある。つまり、ロッカアーム１４に伝わる揺動変位をレバー比で大きな動きに変換して、揺動カム５へ伝えるようにしている。こうしたリンクアーム１５、ロッカアーム１４、リンクロッド２４で構成されるリンク機構から、ドライブシャフト１が回転すると偏心運動するリンクアーム１５により、揺動カム５を周期的に揺動させる機構、すなわち周期的に吸気バルブ１０を開閉動作させる開弁機構２７を構成している。
【００１８】
他方、ハーモニックギヤ１７のギヤ本体１８は、図１および図２に示されるようにロッカシャフト２の外周部に固定されている小径のギヤ２７ａに噛合わせてある。そして、例えばロッカシャフト２は、バルブリフト制御用のアクチュエータ、例えばギヤ付の制御モータ２８の出力軸に接続され、リンクアーム１５の偏心方向を変化させる操作力を入力する入力部をなす入力機構２８を構成している。すなわち、制御モータ２８の回転力により、偏心軸部１９がドライブシャフト１の軸心を中心に回動されると、リンクアーム１５の偏心方向が自在に変えられる。つまり、リンクアーム１５の偏心方向の変化から揺動カム５の傾きが変わり、図５および図６のようにロッカアームローラ１１ａと当接する揺動カム５のカム面６の領域が移動、すなわち吸気バルブ１０に対するカム面６の領域が移動するようにしてある。これにより、揺動カム５の揺動中、リンクアーム１５の偏心方向を変化させると、ロッカアームローラ１１ａが行き交うベース円区間αとリフト区間βとの比率が変化して、吸気バルブ１０のバルブリフト量が連続的に可変されるようにしている。
【００１９】
すなわち、吸気バルブ１０の開弁動作を説明すれば、今、ドライブシャフト１がエンジンのクランク出力で回転しているとする。
【００２０】
すると、ドライブシャフト１の回転力は、駆動アーム１２のピン部２２から偏心リング２０の溝部２１へ回転が伝達される。このとき、溝部２１は直径方向へ延びる直線の溝で形成されているから、ピン部２２の溝部２１内の変位で偏心差を吸収しつつ偏心リング２０を偏心軸部１９の外周面にならって回転させる。これにより、リンクアーム１５の環状部１５ａは、ドライブシャフト１の軸心の周りを旋回して、回転運動から上下方向の運動に変換する。この上下方向の運動が、リンクアーム１５のアーム部１５ｂから、ロッカアーム１４のレバー部分１４ａへ伝達される。そして、レバー比で拡大された上下方向の変位が、残るロッカアーム１４のレバー部分１４ｂから、リンクロッド２４を通じて、揺動カム５へ伝達され、揺動カム５を揺動支点（ドライブシャフト１）を中心に上下に揺動させ、吸気バルブ１０を開閉させる。
【００２１】
このリンクアーム１５で揺動カム５を揺動中、例えば最も大きなバルブリフト量に設定するべく、制御モータ２８により、図５（ａ），（ｂ）に示されるようにリンクアーム１５に最も大きな偏心量δ1を与えるよう偏心軸部１９の偏心方向の向き（旋回運動中心位置）を変える。すると、ロッカアーム１４は、ロッカシャフト２を支点に回動して、揺動のストロークが偏心方向（旋回運動中心）の変化がもたらす偏心変位分（旋回運動中心の変化分）、増し、最も大きなストロークで振れる。これにより、揺動カム５には、最も大きなストロークの変位が伝達される。すると、揺動カム５は、傾きが変化、具体的には図５（ａ）に示される倒立させる方向に最も大きく揺動した姿勢から、図５（ｂ）に示される斜め上向きの姿勢まで揺動するように傾きが変わる。これにより、吸気バルブ１０に対するカム面６の領域が移動、具体的にはロッカアームローラ１１ａに対して、カム面６のベース円区間αと最も長いリフト区間βとを行き交うようなる。これで、最大のバルブリフト量が確保される。
【００２２】
またリンクアーム１５で揺動カム５を揺動中、例えば小さなバルブリフト量に設定するべく、制御モータ２８により、図６（ａ）、（ｂ）に示されるように例えばリンクアーム１５に小さな偏心量δ2を与えるよう偏心軸部１９の偏心方向の向きを変える。すると、ロッカアーム１４は、ロッカシャフト２を支点に回動して、揺動のストロークが偏心方向（旋回運動中心位置）の変化がもたらす偏心変位分（偏心運動中心の変位分）、減り、小さなストロークで振れる。これにより、揺動カム５には、小さなストロークの変位が伝達される。すると、揺動カム５は、傾きが変化、具体的には図６（ａ）に示される倒立させる方向に小さく揺動した姿勢から、図６（ｂ）に斜め上向きの姿勢まで揺動するように傾きが変わる。これにより、吸気バルブ１０に対するカム面６の領域が移動、具体的にはロッカアームローラ１１ａに対して、カム面６のベース円区間αと短いリフト区間βとを行き交うようになる。これで、小なるバルブリフト量が確保される。
【００２３】
これにより、リンクアーム１５の偏心方向（旋回運動中心位置）の向きを変えることにより、吸気バルブ１０のバルブリフト量は、図７中の線図中Ｘに示される大リフト量から、同じくＹに示される小リフト量まで連続的に可変制御される。むろん、リフト量ゼロの制御も行える。
【００２４】
このように可変させるべき部分は、ロッカアーム中央部でなく、一端側にあるため、バルブリフト量の可変動作としては、ロッカシャフト２を支点としたロッカアーム１４の回動方向の変位が伴うだけで、ロッカアーム全体を移動させるような動作は伴わずにすむようになる。それ故、バルブリフト量を制御するのに必要なトルクを少なくすることができる。特にロッカアーム１４の左右レバーのレバー比を同じにすると、よりバルブリフト量を制御するに必要なトルクが少なくてすむ。
【００２５】
したがって、バルブリフト量の制御は、小形の制御モータ２８ですみ、コストの軽減を図ることができる。しかも、ロッカアーム全体を移動せずにすむので、バルブリフト量制御の応答性の向上も図れる。
【００２６】
そのうえ、リンクアーム１５の偏心方向（旋回運動中心位置）の変化は、偏心軸部１９、偏心リング２０を用いて、ドライブシャフト１の回転で揺動カム５を周期的に揺動させる系統と、偏心軸部１９の回動でリンクアーム１５の偏心方向を変化する系統とを形成する構造の採用により、簡単な構造、さらには占有スペースを抑えた小形の構造ですむ。
【００２７】
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば上述した一実施形態では、本発明を吸気バルブに適用したが、これに限らず、排気バルブに適用してもよい。また一実施形態では、偏心リングを駆動側、偏心軸部をアームリンクの偏心方向を変化する側とした例を挙げたが、反対に偏心軸部を駆動側、偏心リングをアームリンクの偏心方向を変化する側とした構成としてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、バルブリフト量の可変動作は、ロッカシャフトを支点としたロッカアームの回動方向の変位が伴うだけですむので、バルブリフト量を制御するのに必要なトルクを少なくすることができる。
【００２９】
それ故、バルブリフト量の制御は、小形のアクチュエータですみ、コストの軽減を図ることができる。しかも、ロッカアーム全体を移動せずバルブリフト量の可変が行えるから、バルブリフト量制御の応答性もよい。
【００３０】
請求項２の発明によれば、上記効果に加え、簡単、かつ小形の構造で、バルブリフト量の制御が実現できるといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る連続可変動弁装置を示す斜視図。
【図２】同連続可変動弁装置を異なる方向から見た斜視図。
【図３】同連続可変動弁装置を主たる部分を分解した斜視図。
【図４】同連続可変動弁装置の残る部分を分解した斜視図。
【図５】（ａ）は、連続可変動弁装置の最大リフト制御時における開弁状態を説明するための一部断面した側面図。（ｂ）は、同じく閉弁状態を説明するための一部断面した側面図。
【図６】（ａ）は、連続可変動弁装置の小リフト制御時における開弁状態を説明するための一部断面した側面図。（ｂ）は、同じく閉弁状態を説明するための一部断面した側面図。
【図７】同連続可変動弁装置で行われるバルブリフト量の制御を示す線図。
【符号の説明】
１…ドライブシャフト、５…揺動カム、６…カム面、１０…吸気バルブ（往復弁）、１２…駆動アーム、１４…ロッカアーム、１５…リンクアーム、１５ａ…環状部、１６…支持部、１９…偏心軸部（第１偏心軸部）、２０…偏心リング（第２偏心軸部）、２４…リンクロッド（伝達部材）、２６…開弁機構、２７…入力機構（入力部）。

Claims (2)

1. 中央に揺動支点を有しかつ該揺動支点を挟んだ両端部にそれぞれ作用点を有するロッカアームと、該ロッカアームと並行に配置され周面に往復動弁を開閉させるカム面を有する揺動カムと、前記ロッカアームと並行に配置された回転駆動用のドライブシャフトと、一端部が前記ドライブシャフトにその軸心から偏心した地点で該シャフトの軸心の周りを旋回するように支持され、他端部が前記ロッカアームの一方の作用点に支持され、前記ドライブシャフトの回転運動を直線運動に変えて前記ロッカアームに伝えるリンクアームと、前記ロッカアームの他端部から出力される揺動変位を前記揺動カムへ伝える伝達部材とを有してなり、前記ドライブシャフトの回転にしたがって前記揺動カムを周期的に揺動させる開弁機構と、
   前記リンクアームの一端側を前記ドライブシャフトによる前記リンクアームの旋回運動とは独立して、そのリンクアームの旋回運動中心位置を変化自在に前記ドライブシャフトに支持させ、前記リンクアームの独立した旋回運動中心位置の変化から前記往復弁に対する前記カム面の領域を移動可能としてなる支持部と、
   前記リンクアームの偏心運動中心位置を変える操作を行うための入力部と
   を具備したことを特徴とする内燃機関の連続可変動弁装置。
2. 前記リンクアームは、一端部に環状部を有して形成され、
   前記支持部は、前記ドライブシャフトの外周部に該ドライブシャフトの軸心と偏心させて摺動自在に嵌挿された第１偏心軸部と、該第１偏心軸部の外周部に該第１偏心軸部の軸心と偏心させて摺動自在に嵌挿された第２偏心軸部とを有し、さらに前記第２偏心軸部の外周部に前記リンクアームの環状部が摺動自在に嵌挿され、前記第１偏心軸部および第２偏心軸のうちの一方の偏心軸部へ前記ドライブシャフトからの回転を伝えると、前記揺動カムを周期的に揺動させ、他方の偏心軸部を回動させると、独立して前記リンクアームの環状部の旋回中心位置が変化するように構成してあり、
   前記入力部は、前記他方の偏心軸部を前記ドライブシャフトの軸心を中心に回動させる入力機構で構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の連続可変動弁装置。

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