JP2005256767A - 内燃機関のバルブリフト量調整機構および調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 バルブリフト量の調整作業を容易にする。
【解決手段】 駆動軸３の回転により、リンクアーム１４を介してロッカアーム１３を制御軸３２に対して揺動させ、これに伴いリンク部材１５を介して揺動カム７を駆動軸３に対して揺動させる。揺動カム７の揺動により、バルブリフタ６を下方に押圧する。制御軸３２には、制御軸３２の軸心に対して偏心した制御カムを一体に設け、制御カムを回転させることで、ロッカアーム１３の揺動支点位置が変化し、バルブリフト量を変化させる。一方、制御カムの外周側のロッカアーム１３の内周面には、偏心ブッシュ２２を設ける。偏心ブッシュ２２は、外周ギア３９ｂによりロッカアーム１３の内周に形成した内周ギアに噛合してロッカアーム１３と結合する。この結合を、偏心ブッシュ２２を軸方向に移動させて解除した状態で、偏心ブッシュ２２を制御カムおよびロッカアーム１３に対して所定量回転させることで、バルブリフト量を調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カムシャフトの回転に伴いロッカアームを揺動させ、このロッカアームの揺動動作に伴ってカムシャフトに設けた揺動カムを揺動させてバルブを開閉させる内燃機関のバルブリフト量調整機構および調整方法に関する。

従来、例えば下記特許文献１，２には、機関性能を高めるために、機関運転状態の変化に応じてバルブリフト量を可変制御する動弁機構が記載されている。

これは、カムシャフトに設けた偏心回転カムである駆動カムからロッカアームやリンク部材などを介して伝達する回転力により、揺動カムが吸気弁を開閉作動するとともに、カムシャフトと平行に配置した制御軸外周の制御カムを回転制御して、ロッカアームの揺動支点を変化させ、これによりバルブリフト量を運転状態に応じて可変にしている。
特開２００２−２２１０１４号公報 特開平１１−１０７７２５号公報

ところで、上記した従来の動弁機構では、複数のリンク部品の寸法精度によりバルブリフト量が決まるため、その寸法精度によって各気筒間でバルブリフト量にばらつきが生じる。そして、このバルブリフト量を適正とするための調整作業は、動弁機構を組み付けた状態でバルブリフト量を測定し、その後分解してから調整対象のリンク部材を長さの違うものに交換する必要があり、作業性の悪化を招いている。

そこで、本発明は、バルブリフト量の調整作業を容易に行えるようにすることを目的としている。

本発明は、カムシャフトの回転に伴いロッカアームを揺動支持軸に対して揺動させ、前記ロッカアームの揺動動作に伴って前記カムシャフトに設けた揺動カムを揺動させてバルブを開閉させる内燃機関のバルブリフト量調整機構において、前記ロッカアームを、偏心ブッシュを介して前記揺動支持軸に対して揺動可能に支持し、前記偏心ブッシュと前記ロッカアームとの間に、これら両者が、互いに一体的に前記揺動支持軸に対して揺動可能な状態と、相対回転可能な状態とに切り替え可能な結合部を備えていることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、ロッカアームを、偏心ブッシュを介して揺動支持軸に対して揺動可能に支持し、バルブリフト量の調整を行う際には、偏心ブッシュをロッカアームに対して相対回転可能な状態に切り替えてロッカアームに対して所定角度回転させればよく、これにより、動弁機構を組み付け後に分解することなく、バルブリフト量を調整することができ、バルブリフト量の調整作業を容易に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる内燃機関のバルブリフト量調整機構を備えた動弁機構のバルブリフト量調整時での斜視図、図２は図１のＡ矢視側面断面図である。ここでの動弁機構は、吸気側に適用したもので、１気筒あたり２つの吸気弁１を備え、かつ、各吸気弁１のバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変にする可変動弁機構を備えている。

すなわち、この可変動弁機構は、シリンダヘッド２にバルブガイドを介して摺動自在に設けられ、バルブスプリングのばね力によって閉方向に付勢されたバルブとしての一対の吸気弁１と、シリンダヘッド２の上部の軸受４に回転自在に支持された中空状のカムシャフトとしての駆動軸３と、駆動軸３に固定した偏心回転カムである１つの駆動カム５と、駆動軸３の外周に揺動自在に支持されて、各吸気弁１の上端部に配設されたバルブリフタ６の上面６ａに摺接する揺動カム７と、駆動カム５と揺動カム７との間に連係されて、駆動カム５の回転力を揺動カム７の揺動力として伝達する伝達機構８と、伝達機構８の作動位置を制御する制御機構９と、をそれぞれ備えている。

前記駆動軸３は、機関前後方向に沿って配置するとともに、一端部に設けた図外の従動スプロケットやこの従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーンなどを介して機関のクランクシャフトから回転力が伝達されており、この回転方向は図２中で反時計回り方向（矢印方向）に設定している。
前記駆動カム５は、耐摩耗材によってほぼ円環状に形成し、図２に示すように内部軸方向に駆動軸挿通孔５ａを貫通形成するとともに、その中心Ｙが駆動軸３の軸心Ｘから径方向へ所定量βだけオフセットしている。また、この駆動カム５は、駆動軸３に固定してあり、駆動軸３の回転に伴って図２中で反時計回り方向へ回転する。
前記バルブリフタ６は、有蓋円筒状に形成し、シリンダヘッド２の保持孔２ａ内に摺動自在に保持されるとともに、揺動カム７の後述するカム本体７ａが摺接する上面６ａを平坦状に形成している。
前記揺動カム７は、ほぼ円筒状の基端部１０の両端部に一体に設けたほぼ雨滴状の一対のカム本体７ａを備え、基端部１０の内部軸方向に形成された支持孔に挿通した駆動軸３に全体が揺動自在に支持されているとともに、２つのうちの一方の揺動カム７の一端部側に有するカムノーズ部１１にピン孔１１ａを貫通形成している。また、各カム本体７ａの下面に形成したカム面が、揺動カム７の揺動位置に応じて各バルブリフタ６の上面６ａの所定位置に当接してバルブリフト特性を変化させる。
前記伝達機構８は、駆動軸３の上方に配置したロッカアーム１３と、ロッカアーム１３の一端部１３ａと駆動カム５とを連結するリンクアーム１４と、ロッカアーム１３の他端部１３ｂと揺動カム７とを連結するリンク部材１５とを備えている。

前記ロッカアーム１３は、中央に有する筒状基部１３ｃが後述する偏心ブッシュ２２と一体となって、偏心カムとしての制御カム２３に回転自在に支持されている。

前記ロッカアーム１３は、中央に有する筒状基部１３ｃに支持孔１３ｄを有し、この支持孔１３ｄに、前記した偏心ブッシュ２２を固定結合した状態で（図１はこの結合状態を解除している）、偏心ブッシュ２２と一体的に後述する揺動支持軸としての制御軸３２の制御カム２３に対して揺動回転自在に支持されている。

図３，図４は、ロッカアーム１３および偏心ブッシュ２２の分解斜視図で、図３は図１の矢印Ｂ方向からの見た図に相当し、図４は図１の矢印Ｃ方向から見た図に相当する。

上記したロッカアーム１３における筒状基部１３ｃの一端外側部に突設した一端部１３ａにはピン１６を設け、このピン１６をリンクアーム１４の端部に形成した貫通孔１４ｄに回転可能に挿入して連結する。一方、筒状基部１３ｃの他端外側部に突設した他端部１３ｂには貫通孔１３ｅを形成し、この貫通孔１３ｅおよびリンク部材１５の端部に形成した貫通孔１５ａに連結ピン１７を挿入し、ロッカアーム１３とリンク部材１５とを回転可能に連結する。

前記図１および図２に示したリンクアーム１４は、比較的大径な円環状の一端部である基端部１４ａと、基端部１４ａの外周面所定位置に突設した他端部である突出端１４ｂとを備え、基端部１４ａの中央位置には、前記駆動カム５の外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔１４ｃを形成する一方、突出端１４ｂには、前記ピン１６が回転自在に挿通する前記したピン孔１４ｄを貫通形成している。このピン１６の軸心１６ａがロッカアーム１３の一端部１３ａの枢支点になっている。

さらに、前記リンク部材１５は、両端部１５ｂ，１５ｃを、ロッカアーム１３の他端部１３ｂと一方のカム本体７ａのカムノーズ部１１に、前記した連結ピン１７および連結ピン３０によってそれぞれ回転自在に連結している。

また、連結ピン１７および３０の軸心１７ｄおよび３０ａが、リンク部材１５の両端部１５ｂおよび１５ｃと、ロッカアーム１３の他端部１３ｂおよび揺動カム７のカムノーズ部１１との枢支点になっている。
前記制御機構９は、図１に示すように、駆動軸３の上方位置にて駆動軸３と並行かつ機関前後方向に延設し、前記した軸受４に回転自在に支持された制御軸３２と、制御軸３２の外周に固定されてロッカアーム１３の揺動支点となる前記した制御カム２３と、前記制御軸３２を、図示しないボール螺子機構や歯車機構を介して回転制御するＤＣモータと、ＤＣモータの駆動を制御するコントローラとを備えている。

なお、制御カム２３は、その軸心が制御軸３２の軸心に対して所定量オフセットしており、これにより機関運転状態の変化に応じてバルブリフト量を可変制御する。

また、図２に示すように、前記ロッカアーム１３の支持孔１３ｄに挿入される偏心ブッシュ２２の外周円の軸心Ｐ２の位置が厚肉部３９ａの分だけ制御カム２３の軸心（すなわち偏心ブッシュ２２の内周円の軸心）Ｐ１からα分だけオフセットしている。

前記した偏心ブッシュ２２は、図３，図４に示すように、内周円で制御軸３２の制御カム２３に対して回転可能に挿入される円筒部３９を備えてロッカアーム１３と一体的に揺動可能であり、かつ制御カム２３およびロッカアーム１３に対して軸方向移動可能である。円筒部３９は、円周方向の一部に厚肉部３９ａを備え、外周部の一端側には全周にわたり外周ギア３９ｂを設けている。

一方、図４に示してあるように、ロッカアーム１３の支持孔１３ｄ内面の一方の端部には、全周にわたり内周ギア１３ｆを設けてあり、偏心ブッシュ２２の円筒部３９をロッカアーム１３の支持孔１３ｄに挿入することで、外周ギア３９ｂと内周ギア１３ｆとが噛み合い相互が結合された状態となる。すなわち、外周ギア３９ｂと内周ギア１３ｆとで、偏心ブッシュ２２およびロッカアーム１３を、互いに一体的に揺動可能な状態と、相対回転可能な状態とに切り替え可能な結合部を構成している。

また、上記した円筒部３９の外周ギア３９ｂよりさらに端部側に隣接する位置には、円筒部３９より大径の回転駆動用ギア部４１を設けてあり、この回転駆動用ギア部４１は、回転駆動部としてのバルブリフト量調整用モータ３６の駆動軸３６ａに連結しているピニオン４３に噛み合っている。すなわち、バルブリフト量調整用モータ３６の駆動により偏心ブッシュ２２が制御カム２３に対して回転する。

上記した回転駆動用ギア部４１は、円筒部３９に対してほぼ半円周分に設け、かつ円筒部３９外周面との間に、固定ボルト４５を挿入するための隙間４７を設けている。一方、ロッカアーム１３側には、その他端部１３ｂにボス部１３ｇを一体的に設け、ボス部１３ｇには、固定ボルト４５が螺合するねじ孔１３ｈを形成する。そして、固定ボルト４５を隙間４７に挿入してねじ孔１３ｈに螺合させることで、偏心ブッシュ２２とロッカアーム１３とを一体化して軸方向の相対移動を規制する。

前記した制御機構９におけるコントローラは、クランク角センサやエアフローメータ，水温センサ、スロットル開度センサなどの各種のセンサ類からの検出信号に基づいて、現在の機関運転状態を演算などにより検出するとともに、制御軸３２の回転位置を検出するポテンショメータからの検出信号に基づいて、前記ＤＣモータに制御信号を出力している。

上記した動弁機構によれば、機関低速低負荷時には、コントローラからの制御信号によってＤＣモータが回転し、歯車機構およびボール螺子機構を介して制御軸３２が図２中で時計回り方向へ最大回転する。このため制御カム２３は、軸心Ｐ２が制御軸３２の軸心Ｐ１に対して図２中で左下方の回転角度位置に移動する。すなわち、厚肉部２３ａが駆動軸３側から軸心１６ａ側へ移動する。このため、ロッカアーム１３は、全体が図２の状態から反時計回り方向へ回転し、これに伴い各カム本体７ａは、リンク部材１５を介してカムノーズ部１１側が強制的に引き上げられて全体が反時計回り方向へ回転する。

したがって、この状態で吸気弁１の開閉作動中において、駆動カム５が回転してリンクアーム１４を介してロッカアーム１３の一端部１３ａを押し上げると、そのリフト量がリンク部材１５を介して揺動カム７およびバルブリフタ６に伝達されるが、そのリフト量は充分小さくなる。

ここで、上記した動弁機構におけるバルブリフト量に、各気筒間でばらつきが生じた場合には、本発明によるバルブリフト量の調整を行う。すなわち、図４に示してある固定ボルト４５を外した後、偏心ブッシュ２２を制御カム２３およびロッカアーム１３に対して軸方向に移動させ、偏心ブッシュ２２の外周ギア３９ｂとロッカアーム１３の内周ギア１３ｆとの噛合状態を解除し、てこれら両者の結合状態を解除する。

上記した偏心ブッシュ２２の軸方向の移動量は、外周ギア３９ｂと内周ギア１３ｆとの噛合が外れればよく、この外れた状態で円筒部３９は、制御カム２３の外周面とロッカアーム１３の支持孔１３ｄとの間で回転可能かつ軸方向移動可能となる。

この状態で、バルブリフト量調整用モータ３６を駆動して偏心ブッシュ２２を所定量回転させる。図５（ａ）はその一例として調整前の状態を、図５（ｂ）は同調整後の状態を、それぞれ各部品をリンクで示した模式図である。なお、ここでの調整作業は、図５（ａ）から図５（ｂ）に、バルブリフト量が小さくなる方向に調整した場合を示している。図５（ｂ）で二点鎖線で示すリンク位置は、図５（ａ）のリンク位置に相当する。

すなわち、図５（ａ）の調整前の状態から、偏心ブッシュ２２を図中で時計回り方向に回転させることで、ロッカアーム１３は、図２（ａ）の状態から反時計回り方向へ回転し、これに伴い各カム本体７ａは、リンク部材１５を介してカムノーズ部１１側が強制的に引き上げられて全体が反時計回り方向へ回転する結果、図５（ｂ）の調整後の状態に移行する。

図５（ｂ）の調整後の状態では、図５（ａ）の調整前の状態に対し、制御カム２３の中心２３ｂと連結ピン１７の軸心１７ｄとを結ぶリンク長Ｐが、厚肉部３９ａが軸心１７ｄから離れる分短くなって軸心１７ｄが上方に位置している。これに伴いカムノーズ部１１における連結ピン３０の軸心３０ａも若干上方かつ右方向に移動している。

逆に、リフト量を大きくする方向に調整する場合には、図５（ａ）の状態から、偏心ブッシュ２２を図中で反時計回り方向に回転させればよい。これにより、リンク部材１５が下降し、揺動カム７を図２中で時計回り方向に回転させて、リフト量を大きくする方向に調整することができる。

上記した実施形態によれば、バルブリフト量を調整する際には、ロッカアーム１３と制御カム２３との間に設けた偏心ブッシュ２２を、ロッカアーム１３から外した状態で回転させればよく、動弁機構を組み付け後に分解する必要がないので、作業スペースの制約が少なくなってリフト量の調整作業が極めて容易となり、生産コストを削減することができる。

なお、偏心ブッシュ２２とロッカアーム１３とを固定する手段として、前記図４に示した固定ボルト４５に代えて、図６に示したような、ブッシュ抜け止め防止部材４９を用いることもできる。

このブッシュ抜け止め防止部材４９は、ロッカアーム１３の外周面の一部を覆うカバー部４９ａと、カバー部４９ａの軸方向両端に位置して、偏心ブッシュ２２の円筒部３９をロッカアーム１３の支持孔１３ｄに挿入した状態で、偏心ブッシュ２２の一方の端部を覆う２本の抜け止めアーム４９ｂと、ロッカアーム１３の他方の端部を覆う２本の抜け止めアーム４９ｃとを、それぞれ備えている。

なお、上記したブッシュ抜け止め防止部材４９をロッカアーム１３の上から被せる際には、偏心ブッシュ２２に設けた回転駆動用ギア部４１と反対側からとする。

本発明によれば、前記結合部は、前記偏心ブッシュの外周面に設けた外周ギアと、この外周ギアに噛合可能で前記ロッカアームの内周面に設けた内周ギアとで構成し、前記偏心ブッシュを前記揺動支持軸に対して軸方向に移動可能として、前記外周ギアと前記内周ギアとを、噛合状態と非噛合状態とに変位させるので、偏心ブッシュとロッカアームとの結合状態を確実なものとすることができ、噛合状態と非噛合状態とを容易に変位させることができる。

また、前記外周ギアと前記内周ギアとを非噛合状態とした前記偏心ブッシュを、前記揺動支持軸に対して回転させる回転駆動部を設けたので、偏心ブッシュの回転動作を容易に行うことができる。

さらに、前記回転駆動部にピニオンを設ける一方、前記偏心ブッシュに、前記ピニオンに噛合するギア部を設けたので、回転駆動部から偏心ブッシュへの動力伝達を確実に行うことができる。

前記揺動支持軸に、この揺動支持軸の軸心に対して偏心し、かつ前記揺動支持軸の回転に伴い回転することで、バルブリフト量を可変とする偏心カムを設け、この偏心カムの外周に前記偏心ブッシュを回転可能に設けたので、可変動弁機構におけるバルブリフト量の調整作業を、動弁機構を組み付け後に分解することなく、バルブリフト量を調整することができ、バルブリフト量の調整作業を容易に行うことができる。

前記偏心ブッシュは、前記外周ギアと前記内周ギアとが噛合状態および非噛合状態で、前記ロッカアームと前記偏心カムとの間に位置する円筒部を備えているので、バルブリフト量の調整時には、円筒部がロッカアームと偏心カムとの間で摺動回転することができる。

本発明の一実施形態に係わる内燃機関のバルブリフト量調整機構を備えた動弁機構のバルブリフト量調整時での斜視図である。 図１のＡ矢視側面断面図である。 図１の矢印Ｂ方向から見たロッカアームおよび偏心ブッシュの分解斜視図である。 図１の矢印Ｃ方向から見たロッカアームおよび偏心ブッシュの分解斜視図である。 （ａ）は調整前の状態を、図５（ｂ）は調整後の状態を、それぞれ各部品をリンクで示した模式図である。 ロッカアームと偏心ブッシュとの固定手段として用いるブッシュ抜け止め防止部材の斜視図である。

符号の説明

１ 吸気弁（バルブ）
３ 駆動軸（カムシャフト）
７ 揺動カム
１３ ロッカアーム
１３ｆ ロッカアームの内周ギア
２２ 偏心ブッシュ（結合部）
２３ 制御カム（偏心カム）
３２ 制御軸（揺動支持軸）
３６ バルブリフト量調整用モータ（回転駆動部）
３９ 偏心ブッシュの円筒部
３９ｂ 偏心ブッシュの外周ギア（結合部）
４１ 回転駆動用ギア部（ギア部）
４３ ピニオン

Claims (7)

1. カムシャフトの回転に伴いロッカアームを揺動支持軸に対して揺動させ、前記ロッカアームの揺動動作に伴って前記カムシャフトに設けた揺動カムを揺動させてバルブを開閉させる内燃機関のバルブリフト量調整機構において、前記ロッカアームを、偏心ブッシュを介して前記揺動支持軸に対して揺動可能に支持し、前記偏心ブッシュと前記ロッカアームとの間に、これら両者が、互いに一体的に前記揺動支持軸に対して揺動可能な状態と、相対回転可能な状態とに切り替え可能な結合部を備えていることを特徴とする内燃機関のバルブリフト量調整機構。
2. 前記結合部は、前記偏心ブッシュの外周面に設けた外周ギアと、この外周ギアに噛合可能で前記ロッカアームの内周面に設けた内周ギアとで構成し、前記偏心ブッシュを前記揺動支持軸に対して軸方向に移動可能として、前記外周ギアと前記内周ギアとを、噛合状態と非噛合状態とに変位させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のバルブリフト量調整機構。
3. 前記外周ギアと前記内周ギアとを非噛合状態とした前記偏心ブッシュを、前記揺動支持軸に対して回転させる回転駆動部を設けたことを特徴とする請求項２記載の内燃機関のバルブリフト量調整機構。
4. 前記回転駆動部にピニオンを設ける一方、前記偏心ブッシュに、前記ピニオンに噛合するギア部を設けたことを特徴とする請求項３記載の内燃機関のバルブリフト量調整機構。
5. 前記揺動支持軸に、この揺動支持軸の軸心に対して偏心し、かつ前記揺動支持軸の回転に伴い回転することで、バルブリフト量を可変とする偏心カムを設け、この偏心カムの外周に前記偏心ブッシュを回転可能に設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内燃機関のバルブリフト量調整機構。
6. 前記偏心ブッシュは、前記外周ギアと前記内周ギアとが噛合状態および非噛合状態で、前記ロッカアームと前記偏心カムとの間に位置する円筒部を備えていることを特徴とする請求項５記載の内燃機関のバルブリフト量調整機構。
7. カムシャフトの回転に伴いロッカアームを揺動支持軸に対して揺動させ、前記ロッカアームの揺動動作に伴って前記カムシャフトに設けた揺動カムを揺動させてバルブを開閉させる内燃機関のバルブリフト量調整方法において、前記ロッカアームを、偏心ブッシュを介して前記揺動支持軸に対して揺動可能に支持し、前記偏心ブッシュを、前記ロッカアームに結合部を介して一体とした状態で前記揺動支持軸に対してロッカアームとともに揺動可能な状態から、前記偏心ブッシュと前記ロッカアームとが相対回転可能な状態に前記結合部の結合状態を解除して切り替え、この解除した状態で前記偏心ブッシュを前記ロッカアームに対して所定角度回転させた後、前記結合部により前記偏心ブッシュと前記ロッカアームと一を体化とすることを特徴とする内燃機関のバルブリフト量調整方法。

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