JP2006070735A

JP2006070735A - Variable valve train

Info

Publication number: JP2006070735A
Application number: JP2004252558A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Ezaki; 修一江▲崎▼; Toshiaki Asada; 俊昭浅田; Manabu Tateno; 学立野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-08-31
Filing date: 2004-08-31
Publication date: 2006-03-16

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce load required in the case of variable valves in a variable valve train of an internal combustion engine for changing a lift and an operating angle of intake valves or exhaust valves. <P>SOLUTION: The variable valve train 10 for changing the lift and the operating angle of valve bodies 12 of the internal combustion engine comprises a cam 54 rotating in accordance with rotation of a crank, a first arm member 24 having a concave shaped roller contact surface 28 on which a roller 50 receiving operating force of the cam 54 rolls, swinging arms 22 provided on the first arm member 24 and oscillated by rolling of the roller 50 to transmit the operating force of the cam 54 to the valve bodies 12, a control shaft 40 adjusted to a predetermined rotation position and a variable mechanism for changing the lift and the operating angle of the valve body 12 by varying an oscillating range of the swinging arms 22 in accordance with the rotation position of the control shaft 40. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、可変動弁機構に係り、特に、カムシャフトの回転と同期して開閉する弁のリフト量及び作用角を変化させることのできる内燃機関の可変動弁機構に関する。 The present invention relates to a variable valve mechanism, and more particularly to a variable valve mechanism for an internal combustion engine that can change the lift amount and operating angle of a valve that opens and closes in synchronization with the rotation of a camshaft.

従来から、カムシャフトの回転と同期して開閉する弁体のリフト量を変化させる機能を有する可変動弁機構が開示されている。例えば、特開２００２−３７１８１６号公報には、コントロールシャフトの突出部に回動自在に軸支された第二介在アームと、コントロールシャフトに回転自在に軸支された第一介在アームとを備え、第二介在アームがカム押圧力を受けて第一介在アームの摺動面を摺動しながら第一介在アームを揺動させる可変動弁機構において、第一介在アームと第二介在アームの摺動面が平面で構成される構造を開示している。 Conventionally, a variable valve mechanism having a function of changing a lift amount of a valve body that opens and closes in synchronization with rotation of a camshaft has been disclosed. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-371816 includes a second intervening arm pivotally supported on a projecting portion of a control shaft, and a first intervening arm pivotally supported on a control shaft. In the variable valve mechanism that swings the first intervening arm while the second intervening arm receives the cam pressing force and slides on the sliding surface of the first intervening arm, the sliding of the first intervening arm and the second intervening arm A structure is disclosed in which the surface is a flat surface.

特開２００２−３７１８１６号公報JP 2002-371816 A

しかしながら、上述した従来の機構において、バルブスプリング反力が第二介在アームに作用するため、バルブスプリング反力によって第一介在アームと第二介在アームの摺動面における接触応力が高くなる。このため、第一介在アームと第二介在アームとの摺動面に摩耗が発生するという問題が生じる。そして、摺動面の摩耗量が大きくなると、弁の作動量、作動タイミングが変動し、可変動弁機構の精度が低下するという問題が生じる。 However, in the conventional mechanism described above, since the valve spring reaction force acts on the second intervening arm, the contact stress on the sliding surfaces of the first intervening arm and the second intervening arm is increased by the valve spring reaction force. For this reason, the problem that abrasion generate | occur | produces in the sliding surface of a 1st interposition arm and a 2nd interposition arm arises. When the wear amount of the sliding surface increases, the valve operation amount and operation timing fluctuate, which causes a problem that the accuracy of the variable valve mechanism decreases.

更に、接触応力を低減するために接触幅を広くした場合、可変動弁機構が大型化し、可変動弁機構を搭載するスペースに制約が生じることが想定される。 Furthermore, when the contact width is increased in order to reduce the contact stress, it is assumed that the variable valve mechanism increases in size and a space for mounting the variable valve mechanism is limited.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、可動部材の接触部位における応力を低減することで、可変動弁機構の摩耗を低減して信頼性を高めることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to reduce the wear at the contact portion of the movable member, thereby reducing the wear of the variable valve mechanism and increasing the reliability. To do.

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の弁体のリフト量及び作用角を変化させる可変動弁機構であって、クランクの回転に応じて回転するカムと、前記カムの作用力を受けたローラが転動する凹面形状の接触面を有するアーム部材と、前記アーム部材に設けられ、前記ローラの転動によって揺動して前記カムによる作用力を前記弁体に伝達する揺動カムと、所定の回転位置に調整される制御軸と、前記制御軸の回転位置に応じて前記揺動カムの揺動範囲を変化させて、前記弁体のリフト量及び作用角を変化させる可変機構と、を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first invention is a variable valve mechanism for changing a lift amount and a working angle of a valve body of an internal combustion engine, the cam rotating according to the rotation of a crank, An arm member having a concave contact surface on which the roller that receives the acting force rolls, and an arm member provided on the arm member, and swinging by the rolling of the roller to transmit the acting force by the cam to the valve body. A swing cam, a control shaft adjusted to a predetermined rotational position, a swing range of the swing cam is changed according to a rotational position of the control shaft, and a lift amount and a working angle of the valve body are changed. And a variable mechanism.

第２の発明は、第１の発明において、前記弁体の開弁方向に前記ローラが転動するほど、前記ローラと接触する前記凹面形状の曲率半径を小さくしたことを特徴とする。 A second invention is characterized in that, in the first invention, the radius of curvature of the concave surface contacting the roller is reduced as the roller rolls in the valve opening direction of the valve body.

第１の発明によれば、カムの押圧力を受けたローラが凹面形状の接触面上を転動することで揺動カムを揺動させるようにしたため、ローラが平面上を転動する場合に比べて接触応力を低減することができる。従って、ローラとアーム部材との接触部における摩耗を低減することができ、可変動弁機構の信頼性を高めることができる。また、接触部における応力を低減できるため、ローラの接触幅を縮小することができ、可変動弁機構の小型化を図ることが可能となる。 According to the first aspect of the invention, since the roller that has received the pressing force of the cam rolls on the concave contact surface to swing the swing cam, the roller rolls on a flat surface. Compared with this, the contact stress can be reduced. Therefore, wear at the contact portion between the roller and the arm member can be reduced, and the reliability of the variable valve mechanism can be enhanced. Further, since the stress at the contact portion can be reduced, the contact width of the roller can be reduced, and the variable valve mechanism can be reduced in size.

第２の発明によれば、弁体の開弁方向にローラが転動するほど、ローラと接触する凹面形状の曲率半径を小さくしたため、弁体が開弁してバルブスプリングの反力が大きくなった場合であっても、ローラと凹面形状の接触面との間の接触応力を低減することができる。 According to the second invention, as the roller rolls in the valve opening direction, the radius of curvature of the concave shape that comes into contact with the roller is reduced, so that the valve body opens and the reaction force of the valve spring increases. Even in this case, the contact stress between the roller and the concave contact surface can be reduced.

以下、図面に基づいてこの発明の一実施形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted. The present invention is not limited to the following embodiments.

図１は、本発明の一実施形態に係る可変動弁機構１０を示す斜視図である。図１に示す可変動弁機構１０は、内燃機関の弁体を駆動するための機構である。ここでは、内燃機関の個々の気筒に２つの吸気弁と２つの排気弁とが備わっているものとする。そして、図１に示す構成は、単一の気筒に配設された２つの吸気弁、或いは２つの排気弁を駆動する機構として機能するものとする。 FIG. 1 is a perspective view showing a variable valve mechanism 10 according to an embodiment of the present invention. A variable valve mechanism 10 shown in FIG. 1 is a mechanism for driving a valve body of an internal combustion engine. Here, it is assumed that each cylinder of the internal combustion engine is provided with two intake valves and two exhaust valves. The configuration shown in FIG. 1 functions as a mechanism for driving two intake valves or two exhaust valves arranged in a single cylinder.

図１に示す構成は、吸気弁または排気弁として機能する２つの弁体１２を備えている。弁体１２には、それぞれ弁軸１４が固定されている。弁軸１４の端部は、ロッカーアーム１６の一端に設けられたピボットに接している。弁軸１４には、後述するバルブスプリング６２の付勢力が作用しており、ロッカーアーム１６は、その付勢力を受けた弁軸１４により上方に付勢されている。ロッカーアーム１６の他端は、油圧ラッシュアジャスタ１８により回動可能に支持されている。油圧ラッシュアジャスタ１８によれば、ロッカーアーム１６の高さ方向の位置を油圧により自動調整することにより、タペットクリアランスを自動調整することができる。 The configuration shown in FIG. 1 includes two valve bodies 12 that function as intake valves or exhaust valves. A valve shaft 14 is fixed to each valve body 12. The end of the valve shaft 14 is in contact with a pivot provided at one end of the rocker arm 16. A biasing force of a later-described valve spring 62 acts on the valve shaft 14, and the rocker arm 16 is biased upward by the valve shaft 14 that has received the biasing force. The other end of the rocker arm 16 is rotatably supported by a hydraulic lash adjuster 18. According to the hydraulic lash adjuster 18, the tappet clearance can be automatically adjusted by automatically adjusting the height direction position of the rocker arm 16 by hydraulic pressure.

ロッカーアーム１６の中央部には、ローラ２０が配設されている。ローラ２０の上部には、揺動アーム（揺動カム）２２が配置されている。以下、揺動アーム２２の周辺の構造を、図２を参照して説明する。 A roller 20 is disposed at the center of the rocker arm 16. A swing arm (swing cam) 22 is disposed on the roller 20. Hereinafter, the structure around the swing arm 22 will be described with reference to FIG.

図２は、第１アーム部材２４と第２アーム部材２６の分解斜視図である。第１アーム部材２４および第２アーム部材２６は、何れも図１に示す構成における主要な構成部材である。既述した揺動アーム２２は、図２に示すように、第１アーム部材２４の一部である。 FIG. 2 is an exploded perspective view of the first arm member 24 and the second arm member 26. The first arm member 24 and the second arm member 26 are both main components in the configuration shown in FIG. The swing arm 22 described above is a part of the first arm member 24 as shown in FIG.

すなわち、第１アーム部材２４は、図２に示すように、２つの揺動アーム２２と、それらに挟まれたローラ当接面２８とを一体に備える部材である。２つの揺動アーム２２は、２つの弁体１２のそれぞれに対応して設けられたものであり、それぞれ既述したローラ２０（図１参照）に接している。 That is, as shown in FIG. 2, the first arm member 24 is a member integrally including two swing arms 22 and a roller contact surface 28 sandwiched between them. The two swing arms 22 are provided corresponding to the two valve bodies 12 and are in contact with the rollers 20 (see FIG. 1) described above.

第１アーム部材２４には、２つの揺動アーム２２を貫通するように開口した軸受け部３０が設けられている。また、揺動アーム２２には、それぞれ、ローラ２０と接する面に同心円部３２と押圧部３４とが設けられている。同心円部３２は、ローラ２０との接触面が軸受け部３０と同心円を構成するように設けられている。一方、押圧部３４は、その先端側の部分ほど軸受け部３０の中心からの距離が遠くなるように設けられている。 The first arm member 24 is provided with a bearing portion 30 that is open so as to penetrate the two swing arms 22. Each of the swing arms 22 is provided with a concentric circle portion 32 and a pressing portion 34 on the surface in contact with the roller 20. The concentric circle portion 32 is provided so that the contact surface with the roller 20 forms a concentric circle with the bearing portion 30. On the other hand, the pressing portion 34 is provided such that the distance from the center of the bearing portion 30 increases as the distal end portion thereof is increased.

第２アーム部材２６は、非揺動部３６と揺動ローラ部３８を備えている。非揺動部３６は固定ピン４２によって制御軸４０に対して固定されている。このため、非揺動部３６と制御軸４０とは、一体の構造物として機能する。 The second arm member 26 includes a non-oscillating portion 36 and an oscillating roller portion 38. The non-oscillating portion 36 is fixed to the control shaft 40 by a fixing pin 42. For this reason, the non-oscillating part 36 and the control shaft 40 function as an integral structure.

揺動ローラ部３８は、２つの側壁４４を備えている。これらの側壁４４は、回転軸４６を介して回動自在に非揺動部３６に連結されている。また、２つの側壁４４の間には、カム当接ローラ４８と、スライドローラ５０が配設されている。カム当接ローラ４８およびスライドローラ５０は、それぞれ側壁４４に挟まれた状態で自由に回動することができる。 The swing roller unit 38 includes two side walls 44. These side walls 44 are connected to a non-oscillating portion 36 through a rotation shaft 46 so as to be rotatable. A cam contact roller 48 and a slide roller 50 are disposed between the two side walls 44. The cam contact roller 48 and the slide roller 50 can freely rotate while being sandwiched between the side walls 44.

上述した制御軸４０は、第１アーム部材２４の軸受け部３０により回転可能に保持される部材である。つまり、制御軸４０は、軸受け部３０に回転可能に保持された状態で非揺動部３６と一体化されるべき部材である。この要求を満たすべく、制御軸４０は２つの軸受け部３０および非揺動部３６を貫通するように挿入され、その後、制御軸４０に対して非揺動部３６が組み付けられ、制御軸４０と非揺動部３６とを固定すべく固定ピン４２が装着される。その結果、第１アーム部材２４が制御軸４０回りを自由に回動することができ、非揺動部３６が制御軸４０と一体化され、かつ、揺動ローラ部３８が非揺動部３６に対して揺動し得る機構が実現される。 The control shaft 40 described above is a member that is rotatably held by the bearing portion 30 of the first arm member 24. That is, the control shaft 40 is a member that should be integrated with the non-oscillating portion 36 while being rotatably held by the bearing portion 30. In order to satisfy this requirement, the control shaft 40 is inserted so as to penetrate the two bearing portions 30 and the non-oscillating portion 36, and then the non-oscillating portion 36 is assembled to the control shaft 40. A fixing pin 42 is attached to fix the non-oscillating portion 36. As a result, the first arm member 24 can freely rotate around the control shaft 40, the non-oscillating portion 36 is integrated with the control shaft 40, and the oscillating roller portion 38 is non-oscillating portion 36. A mechanism capable of swinging with respect to is realized.

第１アーム部材２４と第２アーム部材２６とが、以上のように組み付けられた場合、第１アーム部材２４と制御軸４０との相対角、つまり、第１アーム部材２４と非揺動部３６との相対角が所定の条件を満たす範囲では、揺動ローラ部３８のスライドローラ５０が、第１アーム部材２４のローラ当接面２８と接することができる。そして、それら両者の接触を維持しながら、上記の所定の条件を満たす範囲で第１アーム部材２４を制御軸４０回りで回動させると、スライドローラ５０は、ローラ当接面２８に沿って転動することができる。本実施形態の可変動弁機構は、その転動を伴いながら弁体１２を開閉動作させる。尚、その動作については、後に図４および図５を参照して詳細に説明する。 When the first arm member 24 and the second arm member 26 are assembled as described above, the relative angle between the first arm member 24 and the control shaft 40, that is, the first arm member 24 and the non-oscillating portion 36. In the range where the relative angle satisfies the predetermined condition, the slide roller 50 of the swing roller unit 38 can contact the roller contact surface 28 of the first arm member 24. Then, when the first arm member 24 is rotated around the control shaft 40 within a range that satisfies the predetermined condition while maintaining the contact between both, the slide roller 50 rolls along the roller contact surface 28. Can move. The variable valve mechanism of the present embodiment opens and closes the valve body 12 with its rolling. The operation will be described in detail later with reference to FIG. 4 and FIG.

図１は、第１アーム部材２４、第２アーム部材２６、および制御軸４０が、上記の手順で組み付けられた状態を示している。この状態において、第１アーム部材２４および第２アーム部材２６の位置は制御軸４０の位置により規制される。制御軸４０は、図示しない軸受けを介して、既述した条件がみたされるように、つまり、ロッカーアーム１６のローラ２０が揺動アーム２２に当接するようにシリンダヘッド等の固定部材に固定されている。 FIG. 1 shows a state in which the first arm member 24, the second arm member 26, and the control shaft 40 are assembled in the above-described procedure. In this state, the positions of the first arm member 24 and the second arm member 26 are regulated by the position of the control shaft 40. The control shaft 40 is fixed to a fixing member such as a cylinder head through a bearing (not shown) so that the above-described conditions are met, that is, the roller 20 of the rocker arm 16 is in contact with the swing arm 22. ing.

制御軸４０には、アクチュエータ（不図示）が連結されている。このアクチュエータは、制御軸４０を所定の角度範囲内で回動させることができる。図１に示す状態は、そのアクチュエータにより、制御軸４０の回転角を上述した所定の条件を満たす範囲に調整し、かつ、スライドローラ５０をローラ当接面２８に当接させた状態を示している。 An actuator (not shown) is connected to the control shaft 40. This actuator can rotate the control shaft 40 within a predetermined angle range. The state shown in FIG. 1 shows a state in which the rotation angle of the control shaft 40 is adjusted to a range that satisfies the above-described predetermined condition by the actuator, and the slide roller 50 is brought into contact with the roller contact surface 28. Yes.

本実施形態の可変動弁機構１０は、また、クランクシャフトと同期して回転するカムシャフト５２を備えている。カムシャフト５２には、内燃機関の気筒毎に設けられたカム５４が固定されている。図１に示す状態において、カム５４は、カム当接ローラ４８に接しており、揺動ローラ部３８の上方への移動を規制している。つまり、図１に示す状態では、揺動ローラ部３８のカム当接ローラ４８およびスライドローラ５０を介して、第１アーム部材２４のローラ当接面２８がカム５４と機械的に連結された状態が実現されている。 The variable valve mechanism 10 of this embodiment also includes a camshaft 52 that rotates in synchronization with the crankshaft. A cam 54 provided for each cylinder of the internal combustion engine is fixed to the camshaft 52. In the state shown in FIG. 1, the cam 54 is in contact with the cam contact roller 48 and restricts the upward movement of the swing roller portion 38. That is, in the state shown in FIG. 1, the roller contact surface 28 of the first arm member 24 is mechanically connected to the cam 54 via the cam contact roller 48 and the slide roller 50 of the swing roller portion 38. Is realized.

上述した状態によれば、カム５４の回転に伴ってカムノーズがカム当接ローラ４８を押圧すると、その力はスライドローラ５０を介してローラ当接面２８に伝達される。スライドローラ５０は、ローラ当接面２８の上を転動しながらカム５４の作用力を第１アーム部材２４に伝え続けることができる。その結果、第１アーム部材２４に、制御軸４０を中心とする回転が生じ、揺動アーム２２によりロッカーアーム１６が押し下げられ、弁体１２に開弁方向の動きが与えられる。可変動弁機構１０は、以上説明したように、カム５４の作用力を、カム当接ローラ４８およびスライドローラ５０を介してローラ当接面２８に伝達することで弁体１２を作動させることができる。 According to the state described above, when the cam nose presses the cam contact roller 48 as the cam 54 rotates, the force is transmitted to the roller contact surface 28 via the slide roller 50. The slide roller 50 can continue to transmit the acting force of the cam 54 to the first arm member 24 while rolling on the roller contact surface 28. As a result, the first arm member 24 rotates around the control shaft 40, the rocker arm 22 pushes down the rocker arm 16, and the valve body 12 is given movement in the valve opening direction. As described above, the variable valve mechanism 10 can actuate the valve body 12 by transmitting the acting force of the cam 54 to the roller contact surface 28 via the cam contact roller 48 and the slide roller 50. it can.

図３は、本実施形態の可変動弁機構１０の主要部を示す模式図である。可変動弁機構１０が弁体１２を作動させるためには、カム５４とローラ当接面２８とが、カム当接ローラ４８およびスライドローラ５０を介して機械的に連結された状態を維持することが必要である。そして、この要求を満たすためには、ローラ当接面２８を、つまり、第１アーム部材２４を、カム５４の方向に付勢することが必要である。図３に示すロストモーションスプリング６０は、その付勢を実現するためのスプリングである。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the main part of the variable valve mechanism 10 of the present embodiment. In order for the variable valve mechanism 10 to operate the valve body 12, the cam 54 and the roller contact surface 28 are maintained in a mechanically connected state via the cam contact roller 48 and the slide roller 50. is required. In order to satisfy this requirement, it is necessary to urge the roller contact surface 28, that is, the first arm member 24 in the direction of the cam 54. The lost motion spring 60 shown in FIG. 3 is a spring for realizing the biasing.

ロストモーションスプリング６０は、その上端がシリンダヘッド等に固定された状態で、揺動アーム２２のローラ当接面２８が設けられた側と反対側の後端部を付勢している。従って、この状態において、ロストモーションスプリング６０は、揺動アーム２２のローラ当接面２８を上方に引き上げる方向（図３において、制御軸４０を中心として揺動アーム２２が左回りに回転する方向）の付勢力を発生する。この付勢力は、ローラ当接面２８がスライドローラ５０を上方に付勢する力として、更には、カム当接ローラ４８をカム５４に押し当てる力として作用する（図１および図２参照）。その結果、可変動弁機構１０は、図１に示すように、カム５４とローラ当接面２８とが機械的に連結された状態を維持することができる。 The lost motion spring 60 urges the rear end of the swing arm 22 on the side opposite to the side where the roller contact surface 28 is provided, with its upper end fixed to the cylinder head or the like. Accordingly, in this state, the lost motion spring 60 pulls the roller contact surface 28 of the swing arm 22 upward (in FIG. 3, the swing arm 22 rotates counterclockwise about the control shaft 40). Generates an energizing force. This urging force acts as a force that the roller contact surface 28 urges the slide roller 50 upward, and further as a force that presses the cam contact roller 48 against the cam 54 (see FIGS. 1 and 2). As a result, the variable valve mechanism 10 can maintain the state in which the cam 54 and the roller contact surface 28 are mechanically connected as shown in FIG.

上述したように、ロッカーアーム１６はバルブスプリング６２の付勢力を受けた弁軸１４により上方に付勢されている。第１アーム部材２４にはロッカーアーム１６を介してバルブスプリング６２の付勢力が作用しており、第１アーム部材２４のローラ当接面２８はバルブスプリング６２の付勢力によってスライドローラ５０と当接している。また、上述のようにロストモーションスプリング６０は、第１アーム部材２４のローラ当接面２８を上方に引き上げる方向の付勢力を発生する。 As described above, the rocker arm 16 is urged upward by the valve shaft 14 that receives the urging force of the valve spring 62. The biasing force of the valve spring 62 acts on the first arm member 24 via the rocker arm 16, and the roller contact surface 28 of the first arm member 24 contacts the slide roller 50 by the biasing force of the valve spring 62. ing. Further, as described above, the lost motion spring 60 generates a biasing force in a direction that pulls the roller contact surface 28 of the first arm member 24 upward.

従って、ロストモーションスプリング６０の付勢力とバルブスプリング６２の付勢力は、共に揺動アーム２２の回転方向に対して同一方向に作用し、これらの２つのスプリングによって、揺動アーム２２にはローラ当接面２８を上方に引き上げる方向（図３において揺動アーム２２が左回りに回転する方向）の付勢力が作用する。このため、ロストモーションスプリング６０及びバルブスプリング６２の双方の付勢力によってスライドローラ５０とローラ当接面２８とが接触し、接触部位に応力が発生する。 Therefore, the urging force of the lost motion spring 60 and the urging force of the valve spring 62 both act in the same direction with respect to the rotational direction of the swing arm 22, and the roller contact is applied to the swing arm 22 by these two springs. A biasing force is applied in the direction in which the contact surface 28 is pulled upward (the direction in which the swing arm 22 rotates counterclockwise in FIG. 3). For this reason, the slide roller 50 and the roller contact surface 28 come into contact with each other by the urging force of both the lost motion spring 60 and the valve spring 62, and stress is generated at the contact portion.

ところで、スライドローラ５０とローラ当接面２８との接触部における応力が大きくなると、接触面に摩耗が生じる場合がある。このため、本実施形態では、ローラ当接面２８を凹面形状とすることでスライドローラ５０とバルブスプリング６２との接触応力を低減している。図２及び図３に示すように、ローラ当接面２８は、スライドローラ５０の転動方向に沿って屈曲した凹面形状とされている。従って、スライドローラ５０は、凹面形状のローラ当接面２８上を転動する。このように、凸面で構成されるスライドローラ５０と凹面で構成されるローラ当接面２８を当接させることにより、スライドローラ５０とローラ当接面２８との接触部位における接触応力を最小限に抑えることができる。 By the way, when the stress at the contact portion between the slide roller 50 and the roller contact surface 28 is increased, the contact surface may be worn. For this reason, in this embodiment, the contact stress between the slide roller 50 and the valve spring 62 is reduced by making the roller contact surface 28 concave. As shown in FIGS. 2 and 3, the roller contact surface 28 has a concave shape that is bent along the rolling direction of the slide roller 50. Accordingly, the slide roller 50 rolls on the concave roller contact surface 28. In this way, the contact stress at the contact portion between the slide roller 50 and the roller contact surface 28 is minimized by bringing the slide roller 50 composed of the convex surface and the roller contact surface 28 composed of the concave surface into contact with each other. Can be suppressed.

以下、凸面のスライドローラ５０と凹面のローラ当接面２８を接触させることで接触応力を低減できる理由を数式に基づいて説明する。一般に、２つのローラが接する場合、接点における接触圧力Ｐｍａｘは、いわゆるヘルツの公式として以下の（１）式で表すことができる。 Hereinafter, the reason why the contact stress can be reduced by bringing the convex slide roller 50 and the concave roller contact surface 28 into contact with each other will be described based on mathematical expressions. In general, when two rollers are in contact with each other, the contact pressure Pmax at the contact can be expressed by the following equation (1) as a so-called Hertz formula.

（１）式において、FNはスライドローラ５０とローラ当接面２８の接触部における接触荷重、bは接触部における接触幅にそれぞれ該当する。また、ν1, ν2およびE1, E2は、スライドローラ５０、ローラ当接面２８における物性値を表しており、ν1, E1はスライドローラ５０のポアソン比、ヤング率にそれぞれ該当する。また、ν2, E2はスライドローラ５０のポアソン比、ヤング率にそれぞれ該当する。また、ρ1, ρ2は、接点で接触する２つのローラの曲率半径をそれぞれ表しており、ρ1はスライドローラ５０の曲率半径、ρ2はローラ当接面２８の曲率半径にそれぞれ該当する。ここで、ρ1, ρ2の値は、接触面が凸面の場合は正の値（＋）となり、凹面の場合は負の値（−）となる。また、接触面の一方が平面の場合、平面の曲率半径（ρ1, ρ2の一方）は無限大（∞）となる。 In the formula (1), FN corresponds to the contact load at the contact portion between the slide roller 50 and the roller contact surface 28, and b corresponds to the contact width at the contact portion. Further, ν1, ν2 and E1, E2 represent physical property values on the slide roller 50 and the roller contact surface 28, and ν1, E1 correspond to the Poisson's ratio and Young's modulus of the slide roller 50, respectively. Further, ν2, E2 correspond to the Poisson's ratio and Young's modulus of the slide roller 50, respectively. Further, ρ1 and ρ2 respectively represent the radii of curvature of the two rollers that are in contact with each other, ρ1 corresponds to the radius of curvature of the slide roller 50, and ρ2 corresponds to the radius of curvature of the roller contact surface 28, respectively. Here, the values of ρ1 and ρ2 are positive values (+) when the contact surface is convex, and negative values (−) when the contact surface is concave. When one of the contact surfaces is a plane, the curvature radius (one of ρ1, ρ2) of the plane is infinite (∞).

本実施形態では、スライドローラ５０の接触面は凸面であり、ローラ当接面２８は凹面であるため、（１）式の右辺におけるルート内の分子は、(FN/b*(1/ρ1-1/ρ2))となる。一方、ローラ当接面２８を平面とした場合、（１）式の右辺におけるルート内の分子は、(FN/b*(1/ρ1))となる。従って、ローラ当接面２８を凹面にすることで、ローラ当接面２８を平面にした場合に比べて（１）式の右辺におけるルート内の分子の値を減少させることができ、スライドローラ５０とローラ当接面２８との接触面圧Ｐｍａｘを低減することができる。 In this embodiment, the contact surface of the slide roller 50 is a convex surface, and the roller contact surface 28 is a concave surface. Therefore, the numerator in the route on the right side of the equation (1) is (FN / b * (1 / ρ1- 1 / ρ2)). On the other hand, when the roller contact surface 28 is a plane, the numerator in the route on the right side of the equation (1) is (FN / b * (1 / ρ1)). Therefore, by making the roller contact surface 28 concave, the value of the numerator in the route on the right side of the equation (1) can be reduced as compared with the case where the roller contact surface 28 is flat, and the slide roller 50 The contact surface pressure Pmax between the roller contact surface 28 and the roller contact surface 28 can be reduced.

また、（１）式によれば、ローラ当接面２８の曲率半径ρ2を小さくするほど、（１）式の右辺におけるルート内の分子の値を減少させることができる。従って、スライドローラ５０とローラ当接面２８における接触応力をより低減させるためには、曲率半径ρ2をできるだけ小さくすることが好適である。 Further, according to the equation (1), the value of the numerator in the route on the right side of the equation (1) can be decreased as the radius of curvature ρ2 of the roller contact surface 28 is decreased. Therefore, in order to further reduce the contact stress between the slide roller 50 and the roller contact surface 28, it is preferable to make the curvature radius ρ2 as small as possible.

上述したように、ロストモーションスプリング６０の付勢力とバルブスプリング６２の付勢力は、共に揺動アーム２２の回転方向に対して同一方向に作用する。そして、図３において、揺動アーム２２が右回りに回転するほど、ロストモーションスプリング６０及びバルブスプリング６２が圧縮され、ロストモーションスプリング６０及びバルブスプリング６２の付勢力が大きくなる。すなわち、カム５４の回転に伴ってカムノーズがカム当接ローラ４８を押圧し、スライドローラ６０がローラ当接面２８上を制御軸４０側に転動していくと、ロストモーションスプリング６０及びバルブスプリング６２の付勢力が次第に増加していくことになる。 As described above, the urging force of the lost motion spring 60 and the urging force of the valve spring 62 both act in the same direction with respect to the rotation direction of the swing arm 22. In FIG. 3, as the swing arm 22 rotates clockwise, the lost motion spring 60 and the valve spring 62 are compressed, and the urging force of the lost motion spring 60 and the valve spring 62 increases. That is, when the cam nose presses the cam contact roller 48 as the cam 54 rotates and the slide roller 60 rolls on the roller contact surface 28 toward the control shaft 40, the lost motion spring 60 and the valve spring The urging force of 62 will gradually increase.

従って、スライドローラ６０がローラ当接面２８の上側（制御軸４０に近い側）に移動するほど、スライドローラ６０とローラ当接面２８の接触荷重が増加することになる。このため本実施形態では、図３に示すように、制御軸４０側に近づくほどローラ当接面２８の曲率半径を徐々に小さくしている。これにより、ロストモーションスプリング６０、バルブスプリング６２が圧縮されてスプリング荷重が増加した場合であっても、スライドローラ６０とローラ当接面２８との接触部における応力を低減することができ、接触面での摩耗を最小限に抑えることが可能となる。 Therefore, the contact load between the slide roller 60 and the roller contact surface 28 increases as the slide roller 60 moves above the roller contact surface 28 (the side closer to the control shaft 40). For this reason, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the radius of curvature of the roller contact surface 28 is gradually reduced as it approaches the control shaft 40 side. Thereby, even when the lost motion spring 60 and the valve spring 62 are compressed and the spring load increases, the stress at the contact portion between the slide roller 60 and the roller contact surface 28 can be reduced. It is possible to minimize wear on the surface.

次に、図４および図５を参照して、本発明の実施の形態１の可変動弁機構１０の動作を説明する。図４は、可変動弁機構１０が弁体１２に対して小さなリフトを与えるように動作している様子を示す。以下、この動作を「小リフト動作」と称す。より具体的には、図４（Ａ）は、小リフト動作の過程で弁体１２が閉弁している様子を、また、図４（Ｂ）は小リフト動作の過程で弁体１２が開弁している様子を、それぞれ表している。 Next, the operation of the variable valve mechanism 10 according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 4 shows a state in which the variable valve mechanism 10 operates to give a small lift to the valve body 12. Hereinafter, this operation is referred to as “small lift operation”. More specifically, FIG. 4A shows a state in which the valve body 12 is closed during the small lift operation, and FIG. 4B shows that the valve body 12 is opened during the small lift operation. The state of speaking is shown respectively.

図４（Ａ）において、符号θ_Ｃは、制御軸４０の回転位置を表すパラメータである。以下、そのパラメータを「制御軸回転角θ_Ｃ」とする。ここでは、便宜上、制御軸４０の中心と回転軸４６の中心を結ぶ直線と、鉛直方向とのなす角を制御軸回転角θ_Ｃと定義することとする。また、図４（Ａ）において、符号θ_Ａは、揺動アーム２２の回転位置を表すパラメータである。以下、そのパラメータを「アーム回転角θ_Ａ」とする。ここでは、便宜上、揺動アーム２２の先端部と制御軸４０の中心とを結ぶ直線と水平方向とのなす角をアーム回転角θ_Ａと定義することとする。 In FIG. 4A, the symbol θ _C is a parameter that represents the rotational position of the control shaft 40. Hereinafter, the parameter is referred to as “control shaft rotation angle θ _C ”. Here, for the sake of convenience, an angle formed by a straight line connecting the center of the control shaft 40 and the center of the rotation shaft 46 and the vertical direction is defined as a control shaft rotation angle θ _C. In FIG. 4A, the symbol θ _A is a parameter representing the rotational position of the swing arm 22. Hereinafter, the parameter is referred to as “arm rotation angle θ _A ”. For convenience, and to define the angle between the straight line and the horizontal direction connecting the center of the tip portion and the control shaft 40 of the swing arm 22 and the arm rotation angle theta _A.

可変動弁機構１０において、揺動アーム２２の回転位置、つまり、アーム回転角θ_Ａは、スライドローラ５０の位置により決定される。また、スライドローラ５０の位置は、揺動ローラ部３８の回転軸４６の位置と、カム当接ローラ４８の位置とで決定される。そして、カム当接ローラ４８とカム５４との接触が維持される範囲では、回転軸４６が図４における左回り方向に回転するほど、つまり、制御軸回転角θcが小さくなるほど、スライドローラ５０の位置は上方に変化する。このため、可変動弁機構１０においては、制御軸回転角θ_Ｃが小さくなるほど、アーム回転角θ_Ａが小さくなるという現象が生ずる。 In the variable valve mechanism 10, the rotation position of the swing arm 22, that is, the arm rotation angle θ _A is determined by the position of the slide roller 50. Further, the position of the slide roller 50 is determined by the position of the rotating shaft 46 of the swing roller unit 38 and the position of the cam contact roller 48. In the range in which the contact between the cam contact roller 48 and the cam 54 is maintained, the slide roller 50 rotates as the rotation shaft 46 rotates counterclockwise in FIG. 4, that is, as the control shaft rotation angle θc decreases. The position changes upward. Therefore, in the variable valve mechanism 10, the more the control shaft rotation angle theta _C is reduced, a phenomenon occurs that the arm rotation angle theta _A decreases.

図４（Ａ）に示す状態において、制御軸回転角θ_Ｃは、カム当接ローラ４８がカム５４との接触を保てる範囲で、つまり、カム５４がカム当接ローラ４８の上方への移動を規制し得る範囲でほぼ最小の値とされている。従って、図４（Ａ）に示す状態において、アーム回転角θ_Ａは、ほぼ最小の値となっている。可変動弁機構１０は、この場合において、揺動アーム２２の同心円部３２のほぼ中央がロッカーアーム１６のローラ２０に接し、その結果、弁体１２が閉弁状態となるように構成されている。以下、この場合のアーム回転角θ_Ａを、「小リフト時の基準アーム回転角θ_Ａ０」と称す。後述するように、制御軸４０の回転角はアクチュエータによって設定された値にロックされる。 In the state shown in FIG. 4A, the control shaft rotation angle θ _C is within a range in which the cam contact roller 48 can maintain contact with the cam 54, that is, the cam 54 moves upward of the cam contact roller 48. It is almost the minimum value that can be regulated. Therefore, in the state shown in FIG. 4A, the arm rotation angle θ _A is almost the minimum value. In this case, the variable valve mechanism 10 is configured such that the substantially center of the concentric circular portion 32 of the swing arm 22 is in contact with the roller 20 of the rocker arm 16, and as a result, the valve body 12 is closed. . Hereinafter, the arm rotation angle θ _A in this case is referred to as “reference arm rotation angle θ _A0 during small lift”. As will be described later, the rotation angle of the control shaft 40 is locked to a value set by the actuator.

図４（Ａ）に示す状態からカム５４が回転すると、図４（Ｂ）に示すように、カム当接ローラ４８がカムノーズにより押圧され、制御軸４０の方向に移動する。揺動ローラ部３８の回転軸４６からスライドローラ５０までの距離は変化しないため、カム当接ローラ４８が制御軸４０に近づく際には、ローラ当接面２８が、その面上を転動するスライドローラ５０により押し下げられる。その結果、アーム回転角θ_Ａが大きくなる方向に揺動アーム２２が回転し、揺動アーム２２とローラ２０との接触点が、同心円部３２から押圧部３４に移行する。 When the cam 54 rotates from the state shown in FIG. 4A, the cam contact roller 48 is pressed by the cam nose and moves in the direction of the control shaft 40 as shown in FIG. 4B. Since the distance from the rotation shaft 46 to the slide roller 50 of the oscillating roller portion 38 does not change, the roller contact surface 28 rolls on the surface when the cam contact roller 48 approaches the control shaft 40. It is pushed down by the slide roller 50. As a result, the swing arm 22 is rotated in the direction of arm rotation angle theta _A increases, the contact point between the swinging arm 22 and roller 20, moves from the concentric portion 32 to the pressing portion 34.

小リフト動作の際には、上記の如く基準アーム回転角θ_Ａ０が小さな値とされる。このため、カム５４の回転に伴うアーム回転角θ_Ａの最大値も、小リフト動作の場合には比較的小さな値となる。以下、その最大値を「小リフト時の最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸ」とする。弁体１２には、アーム回転角θ_Ａが最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸとなる時点で最大のリフトが生ずる。可変動弁機構１０は、図４（Ｂ）に示すように、小リフト時の最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸが生じた際に、ローラ２０と揺動アーム２２との接触点が僅かに押圧部３４に入り込み、その結果、僅かなリフトが弁体１２に生ずるように構成されている。このため、可変動弁機構１０によれば、上述した小リフト動作を行うことで、カム５４の回転と同期して、小さなリフトを弁体１２に与えることができる。 In the small lift operation, the reference arm rotation angle θ _A0 is set to a small value as described above. Therefore, the maximum value of the arm rotation angle theta _A due to the rotation of the cam 54 also becomes a relatively small value in the case of the small lift operation. Hereinafter, the maximum value is referred to as “maximum arm rotation angle θ _AMAX during small lift”. The valve body 12 has a maximum lift when the arm rotation angle θ _A reaches the maximum arm rotation angle θ _AMAX . As shown in FIG. 4B, the variable valve mechanism 10 has a slight contact point between the roller 20 and the swing arm 22 when the maximum arm rotation angle θ _AMAX during a small lift occurs. As a result, a slight lift is generated in the valve body 12. Therefore, according to the variable valve mechanism 10, a small lift can be given to the valve body 12 in synchronization with the rotation of the cam 54 by performing the small lift operation described above.

また、この場合、カム５４の作用力が現実に弁体１２を押し下げる期間、つまり、カム５４の回転に伴って弁体１２が非閉弁状態とされる期間（クランク角幅）も比較的小さなものとなる（以下、この期間を「作用角」と称す）。従って、可変動弁機構１０によれば、小リフト動作を行うことで、弁体１２の作用角を小さくすることができる。 In this case, the period during which the acting force of the cam 54 actually pushes down the valve body 12, that is, the period during which the valve body 12 is not closed as the cam 54 rotates (crank angle width) is also relatively small. (This period is hereinafter referred to as “working angle”). Therefore, according to the variable valve mechanism 10, the operating angle of the valve body 12 can be reduced by performing a small lift operation.

図５は、可変動弁機構１０が弁体１２に対して大きなリフトを与えるように動作している様子を示す。以下、この動作を「大リフト動作」と称す。より具体的には、図５（Ａ）は、大リフト動作の過程で弁体１２が閉弁している様子を、また、図５（Ｂ）は大リフト動作の過程で弁体１２が開弁している様子を、それぞれ表している。 FIG. 5 shows a state in which the variable valve mechanism 10 is operated so as to give a large lift to the valve body 12. Hereinafter, this operation is referred to as “large lift operation”. More specifically, FIG. 5A shows a state in which the valve body 12 is closed in the process of the large lift operation, and FIG. 5B shows a state in which the valve body 12 is opened in the process of the large lift operation. The state of speaking is shown respectively.

大リフト動作を行う場合は、図５（Ａ）に示すように、制御軸回転角θ_Ｃが十分に大きな値に調整される。その結果、大リフト動作の実行時には、スライドローラ５０がローラ当接面２８から脱落しない範囲で、非リフト時におけるアーム回転角θ_Ａ、つまり、基準アーム回転角θ_Ａ０が十分に大きな値とされる。可変動弁機構１０は、その基準アーム回転角θ_Ａ０において、揺動アーム２２とローラ２０との接触点が、同心円部３２の端部に位置するように構成されている。このため、大リフト動作の場合にも、弁体１２は閉弁状態に維持される。 When the large lift operation is performed, the control shaft rotation angle θ _C is adjusted to a sufficiently large value as shown in FIG. As a result, when the large lift operation is performed, the arm rotation angle θ _A when not lifted, that is, the reference arm rotation angle θ _A0 is set to a sufficiently large value within a range in which the slide roller 50 does not fall off the roller contact surface 28. The The variable valve mechanism 10 is configured such that the contact point between the swing arm 22 and the roller 20 is located at the end of the concentric circle portion 32 at the reference arm rotation angle θ _A0 . For this reason, the valve body 12 is maintained in the closed state even in the case of the large lift operation.

図５（Ａ）に示す状態からカム５４が回転すると、図５（Ｂ）に示すように、カム当接ローラ４８がカムノーズに押圧されることにより、アーム回転角θ_Ａが大きくなる方向に揺動アーム２２が回転する。その結果、揺動アーム２２とローラ２０との接触点が、同心円部３２から押圧部３４に移行する。大リフト動作の際には、上記の如く基準アーム回転角θ_Ａ０が大きな値とされているため、カム５４の回転に伴って生ずる最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸも大きな値となる。可変動弁機構１０は、図５（Ｂ）に示すように、そのような最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸが生じた際に、ローラ２０と揺動アーム２２との接触点が、十分に押圧部３４に入り込んだ位置となるように構成されている。このため、可変動弁機構１０によれば、上述した大リフト動作を行うことで、カム５４の回転と同期して、大きなリフトと大きな作用角を弁体１２に与えることができる。 When the cam 54 from the state shown in FIG. 5 (A) is rotated, as shown in FIG. 5 (B), the cam contact roller 48 is pressed against the cam nose, rocking in a direction arm rotation angle theta _A increases The moving arm 22 rotates. As a result, the contact point between the swing arm 22 and the roller 20 shifts from the concentric circle portion 32 to the pressing portion 34. In the case of the large lift operation, the reference arm rotation angle θ _A0 is set to a large value as described above. Therefore, the maximum arm rotation angle θ _AMAX generated along with the rotation of the cam 54 is also set to a large value. As shown in FIG. 5B, the variable valve mechanism 10 has a sufficient contact point between the roller 20 and the swing arm 22 when the maximum arm rotation angle θ _AMAX is generated. It is comprised so that it may become the position which entered. Therefore, according to the variable valve mechanism 10, a large lift and a large working angle can be given to the valve body 12 in synchronization with the rotation of the cam 54 by performing the large lift operation described above.

このように、本実施形態の可変動弁機構１０は、制御軸回転角θ_Ｃを変化させることにより、基準アーム回転角θ_Ａ０を変化させ、その結果として弁体１２に与える作用角およびリフト量を変化させることができる。 As described above, the variable valve mechanism 10 of the present embodiment changes the reference arm rotation angle θ _A0 by changing the control shaft rotation angle θ _C, and as a result, the working angle and lift amount given to the valve body 12. Can be changed.

以上説明したように本実施形態によれば、スライドローラ５０が転動するローラ当接面２８を凹面形状としたため、スライドローラ５０とローラ当接面２８との接触応力を低減することができる。これにより、スライドローラ５０とローラ当接面２８との接触面における摩耗を最小限に抑えることができる。従って、摩耗に起因してバルブリフト量、作用角が変動してしまうことを抑止でき、可変動弁機構の信頼性を向上させることが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, since the roller contact surface 28 on which the slide roller 50 rolls has a concave shape, the contact stress between the slide roller 50 and the roller contact surface 28 can be reduced. Thereby, wear on the contact surface between the slide roller 50 and the roller contact surface 28 can be minimized. Therefore, it is possible to prevent the valve lift amount and the operating angle from fluctuating due to wear, and it is possible to improve the reliability of the variable valve mechanism.

また、スライドローラ５０とローラ当接面２８との接触応力を低減することができるため、接触幅を縮小することができる。これにより、可変動弁機構の更なる小型化を図ることが可能となる。 Further, since the contact stress between the slide roller 50 and the roller contact surface 28 can be reduced, the contact width can be reduced. This makes it possible to further reduce the size of the variable valve mechanism.

本発明の一実施形態に係る可変動弁機構を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the variable valve mechanism based on one Embodiment of this invention. 図１に示す可変動弁機構の構成要素である第１アーム部材と第２アーム部材の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the 1st arm member and the 2nd arm member which are the components of the variable valve mechanism shown in FIG. 本実施形態の可変動弁機構１０の主要部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the principal part of the variable valve mechanism 10 of this embodiment. 本発明の一実施形態の可変動弁機構が小リフト動作を行う場合の様子を示す図である。It is a figure which shows a mode in case the variable valve mechanism of one Embodiment of this invention performs a small lift operation | movement. 本発明の一実施形態の可変動弁機構が大リフト動作を行う場合の様子を示す図である。It is a figure which shows a mode in case the variable valve mechanism of one Embodiment of this invention performs a large lift operation | movement.

Explanation of symbols

１２弁体
２２揺動アーム
２４第１アーム部材
２６第２アーム部材
２８ローラ当接面
４０制御軸
５０ローラ
５４カム 12 Valve body 22 Oscillating arm 24 First arm member 26 Second arm member 28 Roller contact surface 40 Control shaft 50 Roller 54 Cam

Claims

A variable valve mechanism for changing a lift amount and a working angle of a valve body of an internal combustion engine,
A cam that rotates according to the rotation of the crank;
An arm member having a concave contact surface on which a roller that receives the acting force of the cam rolls;
An oscillating cam provided on the arm member and oscillating by rolling of the roller to transmit the acting force of the cam to the valve body;
A control shaft that is adjusted to a predetermined rotational position;
A variable mechanism for changing a lift range and a working angle of the valve body by changing a swing range of the swing cam according to a rotation position of the control shaft;
A variable valve mechanism characterized by comprising:

2. The variable valve mechanism according to claim 1, wherein the radius of curvature of the concave surface contacting the roller is reduced as the roller rolls in the valve opening direction of the valve body.