JP2005180400A - 内燃機関の動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】カム（２）とロッカアーム（４）との間にバルブリフト可変装置（１）が設けられた内燃機関の動弁機構において、製造コストの増大を招かずにリフト量が微小な領域での回転制御の安定化を図る。
【解決手段】バルブステムに当接するタペット部材（３１）とロッカアームとの間に設けられた第１のばね（３２）と、バルブステムの端部に固定されたストッパ部材（３５）と、バルブステムに軸方向移動可能に設けられたスプリングリテーナ（３３）と、ストッパ部材とスプリングリテーナとの間に設けられた第２のばね（３７）と、機関本体とスプリングリテーナとの間に設けられたバルブスプリング（３９）とからなり、これら３つのばねのばね定数の関係が、第２のばね＜第１のばね＜バルブスプリングとされたロストモーション機構をロッカアームとバルブステムとの当接部に設けるものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、バルブリフト可変装置を備えた内燃機関の動弁機構に関するものである。

従来、４サイクル内燃機関の動弁機構として、シリンダヘッドに揺動可能に支持されたロッカアームでキノコ形の吸気弁あるいは排気弁を開弁駆動するものが知られている。これらの吸気弁あるいは排気弁は、シリンダヘッドに形成されたスプリングシートと、バルブステムにコッタを介して固定されたスプリングリテーナとの間に縮設されたバルブスプリングによって常時閉弁付勢されており、エンジン本体に枢着されたロッカアームを回転するカムで揺動駆動して開弁するようになっている。

一方、本出願人は、吸気弁の開度を連続的且つ無段階に変化させるバルブリフト可変装置を備えた内燃機関用動弁機構を特許文献１において既に提案している。
特開２００２−３６４３１７号公報

上記文献に記載のようなバルブリフト可変装置を備えた動弁系においては、スロットル弁によらずに吸気弁のリフト量だけで適正なアイドル回転を得ようとすると、そのバルブリフトは０．５mm以下という微小な値となる。このようなリフト量が微小な領域では、カムとロッカアームとの間に僅かな連動誤差があっても回転の安定性に大きな影響が及ぼされる。そのため、バルブリフト可変装置に極めて高い精度が要求され、製造コストが嵩みがちになるという欠点があった。

このような課題を解決し、カム（２）とカムリフトをバルブステム（３ａ）に伝達するロッカアーム（４）との間にバルブリフト可変装置（１）が設けられた内燃機関の動弁機構において、製造コストの増大を招かずにリフト量が微小な領域での回転制御の安定化を図るため、本発明の請求項１は、バルブステムのリフト量が所定値以下の領域で該リフト量を一定とするロストモーション機構をロッカアームとバルブステムとの当接部に備えることを特徴とするものとした。

また本発明の請求項２においては、上記ロストモーション機構の構成を、バルブステムに当接するタペット部材（１７）とロッカアームとの間に設けられた第１のばね（３２）と、バルブステムの端部に固定されたストッパ部材（３５）と、バルブステムに軸方向移動可能に設けられたスプリングリテーナ（３３）と、ストッパ部材とスプリングリテーナとの間に設けられた第２のばね（３７）と、機関本体とスプリングリテーナとの間に設けられたバルブスプリング（３９）とを有するものとすると共に、これら３つのばねのばね定数の関係を、第２のばね＜第１のばね＜バルブスプリングとしたことを特徴とするものとした。

このような本発明の請求項１の構成によれば、ロッカアームとバルブステムとの間に設けたロストモーション機構によって微小リフト域でのカムとロッカアームとの間の連動誤差が吸収されるので、バルブリフト量の安定化を実現することができる。しかも請求項２の構成によれば、構造が比較的簡略で済むので、コストの増大を抑制しつつアイドル運転の安定化を達成する上に多大な効果を奏することができる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１並びに図２は、本発明が適用される内燃機関のバルブリフト可変装置の基本構成を示している。このバルブリフト可変装置１は、吸気カム２のリフトを吸気弁３に伝達するロッカアーム４と、ロッカアーム４の上部にローラフォロワ５と共にアッパピン６をもってその二股部が連結されたアッパリンク部材７と、ロッカアーム４の下部にその一端がロワピン８をもって連結されたロワリンク部材９とを備えている。

アッパリンク部材７の他端は、シリンダヘッド（図示せず）上に固定されたロッカアーム支持軸１０に枢着され、ロワリンク部材９の他端は、クランク部材１１のクランクピン部１２に枢着されている。

クランク部材１１のクランクピン部１２にクランクウェブ部１３ａ・１３ｂを介して接続されたクランク軸部１４の両端は、例えばヘッドカバーＨＣ等のシリンダヘッドと実質的に一体をなす部材に形成された支持孔１５に枢着されている。このクランク軸部１４の中間部は、直列する各気筒上のバルブリフト可変装置１におけるロッカアーム４の下部とロワリンク部材９との連結部を挟む一対のクランクウェブ部１３ａ・１３ｂ同士間を相互に連結して気筒列方向に延在している。なお、図２においては、ロッカアーム４の下部とロワリンク部材９との連結部を明示するために、クランクピン部１２を分断して一方のクランクウェブ部１３ａを右方へ偏倚させている。

吸気カム２が内燃機関のクランク軸と同期回転するカム軸１６に一体形成され、ロッカアーム４の遊端がタペット部材１７を介して２つの吸気弁３の各バルブステム３ａの上端に当接し、カム軸１６の回転で吸気カム２がロッカアーム４に枢着されたローラフォロワ５を押圧し、これらよって２つの吸気弁３を同時に開弁駆動する点については、周知の内燃機関の動弁機構と何等変わるところはない。なお、吸気弁３はバルブスプリングによって常時閉弁付勢されているが、これらの構造に関しては後に詳述する。

支持孔１５から突出したクランク軸部１４の端末には、コントロールアーム１８の上端が固定されている。そしてコントロールアーム１８の下端には、図３に示すように、例えばシリンダヘッドのクランク軸方向端面などに取り付けられた電動機（図示せず）によって駆動されるねじ軸２０に螺合したナット部材２１にその一端をピン結合した連結リンク２２の他端がピン結合されている。

クランク部材１１のクランク軸部１４は、吸気カム２のベース円部分がローラフォロワ５に摺接してロッカアーム４が上昇位置にあるとき（図１の状態）、つまり吸気弁３が閉弁状態にあるときは、ロッカアーム４の下部に枢着されたロワピン８と同軸上に位置している。

次に、本装置の作動要領について説明する。

図１の状態から電動機を駆動すると、ねじ軸２０の回転によってナット部材２１が直線移動し、ナット部材２１に連結リンク２２を介して接続されたコントロールアーム１８が回動する。これにより、クランク部材１１がクランク軸部１４を中心に回動し、クランクピン部１２がクランク軸部１４を中心とする円弧Ａ上を移動することとなり、クランクピン部１２に上下方向への変位が与えられる。

電動機を駆動してナット部材２１を図３に示した前進位置から後退させ、コントロールアーム１８を図３における反時計方向へ回動させると、コントロールアーム１８に連結されたクランク部材１１が反時計方向に回動し、図４に示すようにクランク部材１１のクランクピン部１２が上向きに変位する。これにより、ロッカアーム支持軸１０、アッパピン６、ロワピン８及びクランクピン部１２を結ぶ四節リンクの形状が、ロッカアーム支持軸１０側に頂点を置いた略三角形になる。この状態で吸気カム２がローラフォロワ５を押圧すると、四節リンクが変形してロッカアーム４が想像線で示す位置から実線で示す位置へと大きく揺動し、タペット部材１７が吸気弁３のバルブステム３ａの上端を押圧して高バルブリフトＨＬで開弁させる。

電動機を駆動してナット部材２１を図３に示した前進位置に戻すと、コントロールアーム１８に連結されたクランク部材１１が時計方向へ回動し、図５に示すようにクランク部材１１のクランクピン部１２が下向きに変位する。これにより、ロッカアーム支持軸１０、アッパピン６、ロワピン８及びクランクピン部１２を結ぶ四節リンクの形状が、タペット部材１７側に頂点を置いた略三角形になる。この状態で吸気カム２がローラフォロワ５を押圧すると、四節リンクが変形してロッカアーム４が想像線に示す位置から実線で示す位置へと僅かに揺動し、タペット部材１７が吸気弁３のバルブステム３ａの端を押圧して低バルブリフトＬＬで開弁させる。

このようにして、本発明に係るバルブリフト可変装置１によれば、ロワリンク部材９の他端（クランクピン部１２）の位置を無段階且つ連続的に移動させることにより、図６に示すように、高リフト時（図４に対応）のリフト量と、低リフト時（図５に対応）のリフト量との間で、バルブタイミングは一定のままでリフト量だけを無段階且つ連続的に変化させることができる。

次にロッカアーム４と吸気弁３との連動部の構造について説明する。

カムリフトをバルブリフトに変換するロッカアーム４の遊端にはタペットねじ３１が螺着されており、吸気弁３のバルブステム３ａの上端に直接当接するタペット部材１７が、上下に所定範囲（ｂ）を移動可能にタペットねじ３１内に摺合している。このタペット部材１７内には、所定のばね定数（Ｆｂ）の第１コイルばね３２が組み込まれており、タペット部材１７に対して下向きの弾性力が常時作用するようになっている。

バルブステム３ａの上端部には、バルブステム３ａの軸線方向に移動自在にスプリングリテーナ３３が設けられている。このスプリングリテーナ３３は、コッタ３４を介してステム端に固定されたストッパ部材３５にて抜け止めされると共に、シリンダヘッドと一体をなす固定部３６の下面に当接して閉弁時の上方位置が規定されている。そしてスプリングリテーナ３３とストッパ部材３５との間には、所定のばね定数（Ｆａ）の第２コイルばね３７が組み込まれており、両者を離間させる弾発力が常時作用するようになっている。

スプリングリテーナ３３とシリンダヘッドに固定されたスプリングシート３８との間には、通常の吸気弁と同様に、所定のばね定数（Ｆｃ）のバルブスプリング３９が組み込まれており、吸気弁３が閉弁方向へ常時弾発付勢されている。そして閉弁時には、シリンダヘッドと一体をなす固定部３６の下面に当接したスプリングリテーナ３３とステム端に固定されたストッパ部材３５との間に所定の隙間（ａ）が空くように各部の関係が定められている。

ここで３つのばねのばね定数の関係は、Ｆａ＜Ｆｂ＜Ｆｃに設定されている。

吸気カム３がロッカアーム４を押し下げると、先ず、最もばね定数の低い第２コイルばね３７が撓みつつ吸気弁３が開かれる。ここでロッカアーム４の遊端のリフト量がタペット部材１７の遊動範囲（ｂ）以下の領域においては、ストッパ部材３５がスプリングリテーナ３３に密着（ａ＝０）した後は第１コイルばね３２が圧縮され、それ以上はロッカアーム４の遊端の運動が吸気弁３に伝わらなくなる（ロストモーション作用／図７のｄ）。つまりバルブリフト量がａ寸法に規定される。

ロッカアーム４の遊端のリフト量がｂ寸法以上になると、タペット部材１７の遊動範囲が底付きする。この時、スプリングリテーナ３３の遊動範囲（ａ）は既に底付きしているので、バルブスプリング３９が撓み、ロッカアーム４の揺動角度に応じて吸気弁３が開かれる。

このようにして、ロッカアーム４と吸気弁３との間にロストモーション機構を設けることにより、微小リフト領域でのバルブリフト量を一定にすることができる。つまりａ寸法をアイドリング時のバルブリフト量とすれば、バルブリフト量に影響を及ぼすリンクのがたや駆動系のバックラッシュなどといった様々な外乱による連動誤差が生じても、タペットねじ３１に組み込まれた第１コイルばね３２及びスプリングリテーナ３３とストッパ部材３５との間に組み込まれた第２コイルばね３７の撓みによって連動誤差が吸収され、アイドル回転の安定制御を実現することが可能となる。

タペット部材１７の遊動範囲（ｂ）並びにスプリングリテーナ３３の遊動範囲（ａ）が共に底付きした後は、外乱の影響を受けることになるが、バルブリフト量が増大するので、外乱の影響力は相対的に小さくなり、無視し得る程度のものとなる。

バルブリフト可変装置の一部切除して示す側面図である。 バルブリフト可変装置の一部切除して示す斜視図である。 駆動装置の要部斜視図である。 バルブリフト可変装置の作動説明図である。 バルブリフト可変装置の作動説明図である。 バルブリフトの特性線図である。 ロストモーション機構の作用の説明図である。

符号の説明

１ バルブリフト可変装置
２ カム
３ａ バルブステム
４ ロッカアーム
１７ タペット部材
３１ タペットねじ
３２ 第１コイルばね
３３ スプリングリテーナ
３５ ストッパ部材
３７ 第２コイルばね
３９ バルブスプリング

Claims (2)

1. カムとカムリフトをバルブステムに伝達するロッカアームとの間にバルブリフト可変装置が設けられた内燃機関の動弁機構であって、
   前記バルブステムのリフト量が所定値以下の領域で該リフト量を一定とするロストモーション機構を前記ロッカアームと前記バルブステムとの当接部に備えることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
2. 前記バルブステムに当接するタペット部材と前記ロッカアームとの間に設けられた第１のばねと、前記バルブステムの端部に固定されたストッパ部材と、前記バルブステムに軸方向移動可能に設けられたスプリングリテーナと、前記ストッパ部材と前記スプリングリテーナとの間に設けられた第２のばねと、機関本体と前記スプリングリテーナとの間に設けられたバルブスプリングとを有し、これら３つのばねのばね定数の関係を、第２のばね＜第１のばね＜バルブスプリングとしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁機構。

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