JP2006161693A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一対の吸気弁の中で、リンク部材２８と反対側のリフトの減少を抑制する。
【解決手段】揺動カム２９は、駆動軸２２外周面に嵌合して回転可能に支持される円筒部５１と、これに一体に形成された一対のカム部５２，５３と、からなり、一方のカム部５２にリンク部材２８が連結され、往復揺動運動して吸気弁を開閉する。円筒部５１は、カム部５２，５３を含む長さ範囲に亘る本体部分６１と、リンク部材２８が連結されていない側のカム部５３の外側から偏心カム２３に当接する端面５１ｂまで延長されたスペーサ部分６２と、の２つの部分からなり、大きな荷重を受けないスペーサ部分６２は、その内径が僅かに小さく、駆動軸２２外周面との間の間隙が小さく設定されている。従って、リフト時に生じる揺動カム２９の姿勢の傾きが小さくなり、カム部５３による吸気弁のリフトがカム部５２によるリフトに近い大きさに得られる。
【選択図】図３

Description

この発明は、内燃機関の吸排気弁に用いられる可変動弁装置、特に、リフトおよび作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能な可変動弁装置に関する。

例えば、特許文献１には、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小制御可能な可変動弁装置が開示されており、このリフト・作動角の可変制御によって、内燃機関の吸入空気量ひいてはトルクを制御する技術が開示されている。

上記可変動弁装置は、駆動軸の外周に回転可能に支持された揺動カムを備えており、この揺動カムがリンク部材によりロッカアームに連動して揺動し、その揺動に応じて吸気弁をバルブスプリング反力に抗して押し開く構成となっている。
特開２００２−２５６９０５号公報

上記のような可変動弁装置を、１気筒当たり２つの吸気弁を備えた燃焼室構造に適用する場合、上記揺動カムは、一対のカム部を有する構成となり、その長手方向（駆動軸軸方向）の１箇所でリンク部材と連結される。そのため、この揺動カムが揺動して２つの吸気弁を押し開いたときに、バルブスプリング反力を受けて揺動カムの姿勢が傾き易く、図５にバルブリフト特性を示すように、リンク部材の連結点に近い側の吸気弁のリフト（Ｖ１）に比較して、連結点から遠い方の吸気弁のリフト（Ｖ２）が相対的に小さくなる、という問題がある。

特に、特許文献１のように、吸気弁のリフト・作動角によって吸入空気量を制御する構成では、例えばアイドル時には、数百μｍ程度の微小リフトとなり、弁開口部において吸気流がチョークした状態となって、主にリフト量のみで吸入空気量が定まることになるので、上記のように一方の吸気弁のリフトが小さくなると、シリンダへ流入する吸入空気量が比較的大きく変化し、アイドル時の気筒間ばらつき、等の要因となる。

この発明は、請求項１のように、複数気筒に共通の駆動軸に一体に設けられた各気筒毎の偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた少なくとも所定角度範囲内で回転可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンク部材を介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより一対の弁を押圧する揺動カムと、を備えてなる内燃機関の可変動弁装置において、
上記揺動カムは、上記駆動軸の外周に嵌合するとともに、隣接する一対の偏心カムの間に挟まれる軸方向長さを有する円筒部と、この円筒部に一体に形成された一対のカム部と、から構成されており、
上記リンク部材の一端が、一対のカム部の中の一方のカム部に連結されており、
上記円筒部は、長手方向に、一対のカム部を含む長さ範囲に亘る本体部分と、上記リンク部材が連結されていない他方のカム部の外側から上記偏心カムに当接する位置まで延長されたスペーサ部分と、から構成され、両者が一体に形成されていることを特徴としている。

このような構成では、駆動軸の外周に嵌合した揺動カムは、スペーサ部分を含めて軸方向に長いスパンで駆動軸外周に支持される。従って、リンク部材を介して揺動カムが揺動し、一対の弁からバルブスプリング反力を受けたときに、駆動軸外周面との間の微小間隙に起因した揺動カムの姿勢の傾きが抑制され、２つの弁のリフトの差が小さくなる。

上記スペーサ部分は、リンク部材から直接に荷重を受ける一方のカム部から軸方向に離れているため、大きな荷重を受けることがなく、その内径を本体部分の内径よりも小さくすることが可能であり、これにより、揺動カムの姿勢の傾きをより一層抑制することができる。

本発明の可変動弁装置は、例えば、請求項２のように、内燃機関の吸入空気量を制御するように吸気弁側に設けられ、かつアイドル運転時には微小リフトに制御される。

請求項３の発明では、上記スペーサ部分の外径が、上記本体部分の外径よりも小さい。これにより、スペーサ部分の慣性質量が小さくなり、高回転時の運動限界低下を防止することができる。

また、請求項４の発明では、上記スペーサ部分は、上記本体部分よりも密度の小さな材質からなる。従って、スペーサ部分の慣性質量が小さくなり、高回転時の運動限界低下を防止することができる。

請求項５の発明では、上記スペーサ部分に少なくとも１つの油孔が開口形成されている。この油孔は、スペーサ部分の軽量化に寄与し、高回転時の運動限界低下の上で有利となるとともに、周囲から該油孔を通して取り込まれる潤滑油によって、駆動軸外周面との間が良好に潤滑される。

望ましくは、請求項６のように、上記揺動カムがベースサークル区間にあるときに、少なくとも１つの油孔が上方へ向かって開口している。これにより、上方から落下してくる潤滑油が流入しやすくなる。

また望ましくは、請求項７のように、上記制御軸が上記駆動軸の上方に配置されており、この制御軸の軸受部の直下に上記油孔が配置されている。この構成では、制御軸の軸受部に供給された潤滑油が下方へ流れ落ち、油孔へ流入するため、より確実に潤滑できる。

次に、請求項８に係る発明は、複数気筒に共通の駆動軸に一体に設けられた各気筒毎の偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた少なくとも所定角度範囲内で回転可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンク部材を介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより一対の弁を押圧する揺動カムと、を備えてなる内燃機関の可変動弁装置において、上記揺動カムは、上記駆動軸の外周に嵌合する円筒部と、この円筒部に一体に形成された一対のカム部と、から構成されており、上記円筒部に軸方向に並んで円筒状のカラーが配置されているとともに、該カラーと上記円筒部とが、内燃機関の運転条件に応じて着脱可能であることを特徴とする。

例えば、内燃機関の高速域以外の運転条件では、上記カラーは円筒部に接続され、一体に回転する。これにより、揺動カムは、カラーの部分を含めて、軸方向に長いスパンで駆動軸外周に支持されることになる。従って、リンク部材を介して揺動カムが揺動し、一対の弁からバルブスプリング反力を受けたときに、駆動軸外周面との間の微小間隙に起因した揺動カムの姿勢の傾きが抑制され、２つの弁のリフトの差が小さくなる。そして、高速域では、カラーを円筒部から切り離すことにより、高回転時の運動限界がより高速側に得られる。

請求項９の発明では、上記カラーと上記円筒部との着脱が、油圧により切り換えられる。従って、簡易な構成で、運転条件に応じた着脱が可能である。

この発明によれば、駆動軸の外周に嵌合する揺動カムの円筒部が、軸方向に長いスパンでもって駆動軸外周に支持されることになり、リフト時の揺動カムの姿勢の傾きが抑制され、２つの弁のリフトの差を小さくすることができる。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明の可変動弁装置を、内燃機関の吸気弁１のバルブリフト特性を可変制御することにより吸入空気量を制御するようにした吸気制御装置に適用した場合の全体的な構成を示す構成説明図である。この吸気制御装置は、吸気弁１のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な本発明の可変動弁装置つまり第１可変動弁機構１１に、さらに、作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構２１を組み合わせたものである。但し、上記第２可変動弁機構２１は、本発明においては必須のものではない。

リフト・作動角を可変制御する第１可変動弁機構１１は、内燃機関のクランクシャフトにより駆動される駆動軸２２と、この駆動軸２２に固定された偏心カム２３と、回転自在に支持された制御軸３２と、この制御軸３２の偏心カム部３８に揺動自在に支持されたロッカアーム２６と、吸気弁１のタペット３０に当接する揺動カム２９と、を備えており、上記偏心カム２３とロッカアーム２６とはリンクアーム２４によって連係され、ロッカアーム２６と揺動カム２９とは、リンク部材２８によって連係されている。

上記ロッカアーム２６は、略中央部が上記偏心カム部３８によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン２５を介して上記リンクアーム２４のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン２７を介して上記リンク部材２８の上端部が連係している。上記偏心カム部３８は、制御軸３２の軸心から偏心しており、従って、制御軸３２の角度位置に応じてロッカアーム２６の揺動中心は変化する。

上記揺動カム２９は、駆動軸２２の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン３７を介して上記リンク部材２８の下端部が連係している。この揺動カム２９の下面には、駆動軸２２と同心状の円弧をなすベースサークル面と、該ベースサークル面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらのベースサークル面ならびにカム面が、揺動カム２９の揺動位置に応じてタペット３０の上面に当接する。上記カム面がタペット３０を押圧すると、吸気弁１は、図示せぬバルブスプリング反力に抗して押し開かれることになり、これに伴い、バルブスプリング反力が、揺動カム２９から各部へ作用する。

上記制御軸３２は、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ３３によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ３３は、例えばウォームギア３５を介して制御軸３２を駆動する電動モータからなり、コントロールユニット１０からの制御信号によって制御される。上記制御軸３２の回転角度は、制御軸センサ３４によって検出される。

上記第１可変動弁機構１１によれば、上記制御軸３２の回転角度位置に応じて吸気弁３のリフトならびに作動角が、両者同時に、連続的に拡大，縮小し、このリフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁１の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。リフト・作動角の大きさは、制御軸３２の回転角度によって一義的に定まるので、上記制御軸センサ３４の検出値により、そのときの実際のリフト・作動角が示される。

なお、図では、１気筒分のみが示されているが、上記駆動軸２２および制御軸３２は複数気筒に共通のものであり、他の偏心カム２３、リンクアーム２４、ロッカアーム２６、リンク部材２８、揺動カム２９、偏心カム部３８等からなるリンク機構は、気筒毎に設けられている。また、Ｖ型内燃機関等では、各バンク毎に、駆動軸２２および制御軸３２が設けられる。

一方、中心角を可変制御する第２可変動弁機構２１は、上記駆動軸２２の前端部に設けられたスプロケット４２と、このスプロケット４２と上記駆動軸２２とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ４３と、から構成されている。上記スプロケット４２は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。上記位相制御用アクチュエータ４３は、例えば油圧式の回転型アクチュエータからなり、コントロールユニット１０からの制御信号によって図示せぬ油圧制御弁を介して制御される。この位相制御用アクチュエータ４３の作用によって、スプロケット４２と駆動軸２２とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この第２可変動弁機構６の制御状態は、駆動軸２２の回転位置に応答する駆動軸センサ３６によって検出される。

従って、第１，第２可変動弁機構１１，２１の制御を組み合わせることにより、吸気弁１の開時期および閉時期をリフト量とともに可変制御でき、シリンダ内に流入する吸気量を負荷に応じて制御することができる。

図２は、本発明の要部である揺動カム２９を示し、図３は、この揺動カム２９を組み付けた駆動軸２２および制御軸３２の縦断面図を示している。揺動カム２９は、図示するように、上記駆動軸２２の外周面に回転可能に嵌合した円筒部５１と、この円筒部５１に一体に形成された一対のカム部５２，５３と、から構成されている。上記カム部５２，５３は、それぞれカム面５２ａ，５３ａを備えている。また、上記円筒部５１の長手方向の中間部、詳しくは、一対のカム部５２，５３の間の中央部に、シリンダヘッド側の軸受部５６に嵌合するジャーナル部５４が形成されており、ここに油孔５５が開口形成されている。上述したロッカアーム２６に連係するリンク部材２８は、一方のカム部５２に連結ピン３７を介して連結されている。カム部５２には、上記連結ピン３７が通るピン孔５７が貫通形成されている。

上記円筒部５１は、隣接する一対の偏心カム２３の間に挟まれており、一端面５１ａが当該気筒の偏心カム２３の側面に当接し、他端面５１ｂが、隣接する気筒の偏心カム２３の側面に当接する。なお、厳密には、当接面には、軸方向の微小な間隙が存在する。

また、上記円筒部５１は、その長手方向において、図２に示すように、一対のカム部５２，５３を含む長さ範囲に亘る本体部分６１と、リンク部材２８が連結されていない側のカム部５３の外側から偏心カム２３に当接する端面５１ｂまで延長されたスペーサ部分６２と、の２つの部分から構成されている。

一つの例では、上記の本体部分６１とスペーサ部分６２とは、同じ材質でもって一つの部品として鋳造、鍛造あるいは機械加工等によって製造される。

また他の一つの例では、図４に示すように、本体部分６１とスペーサ部分６２とが、予め別々に製造され、摩擦溶接、かしめ、等の手段により、一体に接合される。この場合、大きな荷重を受けないスペーサ部分６２の軽量化のために、スペーサ部分６２を本体部分６１よりも密度の低い材質にて構成することが望ましい。

上記スペーサ部分６２の内周面は、本体部分６１と同じく駆動軸２２の外周面に嵌合するが、その内径は、本体部分６１における内径よりも僅かに小さく、従って、駆動軸２２の外周面との間に生じる間隙は、本体部分６１での間隙に比べて、スペーサ部分６２の方が小さなものとなっている。スペーサ部分６２は、リンク部材２８を介して直接に荷重に受ける一方のカム部５２から軸方向に離れているので、このように駆動軸２２外周面との間の間隙を小さく設定しても、焼き付きが生じる虞はない。

また、上記スペーサ部分６２の周面には、少なくとも１つの油孔６３が開口形成されている。この油孔６３は、揺動カム２９がベースサークル区間（リンク部材２８によって上方へ引き上げられている姿勢）にあるときに、上方へ向かって開口する位置に設けることが望ましい。運転中の揺動カム２９の姿勢としては、リフト区間よりもベースサークル区間にある時間の方が相対的に長いので、このように上方へ向かって開口させることで、上方から落ちてくる潤滑油が油孔６３へ効率よく流入する。そして、上記油孔６３は、望ましくは、駆動軸２２の上方に位置する制御軸３２を支持する軸受部６４の直下となる位置に配置されている。上記軸受部６４は、制御軸３２内部の潤滑油通路６５および油孔６６を通して圧送される潤滑油によって強制潤滑されており、この軸受部６４から流れ出た潤滑油が、上記油孔６３へ流入し、円筒部５１内周面と駆動軸２２の外周面との間が確実に潤滑される。

また上記油孔６３の形成は、大きな荷重を受けないスペーサ部分６２の軽量化にも寄与する。

上記のように構成された揺動カム２９は、前述したように、リンク部材２８によって一方のカム部５２が下方へ押し下げられることにより、揺動カム２９全体が駆動軸２２を中心として揺動し、各カム部５２，５３がそれぞれ吸気弁１をバルブスプリング反力に抗して押し開くのであるが、揺動カム２９の姿勢が傾くため、リンク部材２８により直接駆動されるカム部５２側の吸気弁のリフトに比べて、他方のカム部５３側の吸気弁のリフトが小さくなる傾向にある。しかし、上記実施例の構成によれば、円筒部５１つまり揺動カム２９が、スペーサ部分６２を含めて軸方向に長いスパンでもって駆動軸２２に支持され、しかも、リンク部材２８連結点とは軸方向に反対側となるスペーサ部分６２で駆動軸２２外周面との間の間隙が小さく設定されていて半径方向の変位がより小さく制限されるので、リフト時の揺動カム２９の姿勢の傾きが非常に小さくなる。従って、他方のカム部５３側の吸気弁のリフトの減少が抑制される。例えば、図５に示すように、一方のカム部５２側の吸気弁のリフト（Ｖ１）に非常に近似した特性のリフト（Ｖ３）を他方のカム部５３側の吸気弁で得ることができる。

次に、図６は、上記のスペーサ部分６２をより薄肉化して揺動カム２９の軽量化を図った実施例を示している。具体的には、スペーサ部分６２の外径は、本体部分６１の各部の外径に比較して、最も小さくなっている。上述したように、スペーサ部分６２は、大きな荷重を受けることがないので、その薄肉化が可能である。

このようにスペーサ部分６２ひいては揺動カム２９を軽量化することで、回転時の慣性質量が小さくなり、機関高速域での運動限界をより高めることができる。

次に、図７および図８は、この発明の第２の実施例を示している。この実施例においては、揺動カム２９の円筒部５１’は、前述した実施例の本体部分６１に相当する部分のみとなっており、前述した実施例のスペーサ部分６２に相当する円筒状のカラー７１が別部品として構成されている。このカラー７１は、円筒部５１’と直列に並んで駆動軸２２外周面に嵌合しており、ばね要素７２によって常に円筒部５１’へ向かって付勢されているとともに、油圧室７３へ油圧を供給すると円筒部５１’から離間する構成となっている。上記油圧室７３へは、例えば、機関潤滑油の油圧がそのまま導入される。なお、互いに接触する円筒部５１’の端面とカラー７１端面とを、例えば粗面加工して摩擦係数が高くなるようにしてもよい。

この実施例においては、内燃機関の低速時には、機関内部の油圧が低いので、上記カラー７１がばね要素７２によって円筒部５１’に押し付けられ、実質的に一体の部品として動作する。従って、前述した実施例と同様に、リフト時の揺動カム２９の姿勢の傾きが抑制され、リンク部材２８が連結されていないカム部５３側の吸気弁リフトの減少が抑制される。

また、内燃機関の高速時には、機関内部の油圧が高くなるので、ばね要素７２の付勢力に抗してカラー７１が円筒部５１’から離脱する。従って、カラー７１を含まない円筒部５１’のみが高速揺動運動することになり、高速域での運動限界を高く得ることができる。

可変動弁装置全体の構成説明図。 本発明に係る揺動カムの斜視図。 可変動弁装置要部の縦断面図。 スペーサ部分を別材質とする場合の工程説明図。 この実施例の一対の吸気弁のリフト特性を従来例とともに示す特性図。 スペーサ部分を小径化した変形例を示す図３と同様の断面図。 第２の実施例を示す構成説明図。 高速時にカラーが離脱した状態を示す構成説明図。

符号の説明

１１…第１可変動弁機構
２２…駆動軸
２３…偏心カム
２６…ロッカアーム
２８…リンク部材
３２…制御軸
５１，５１’…円筒部
５２，５３…カム部
６１…本体部分
６２…スペーサ部分
７１…カラー

Claims (9)

1. 複数気筒に共通の駆動軸に一体に設けられた各気筒毎の偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた少なくとも所定角度範囲内で回転可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンク部材を介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより一対の弁を押圧する揺動カムと、を備えてなる内燃機関の可変動弁装置において、
   上記揺動カムは、上記駆動軸の外周に嵌合するとともに、隣接する一対の偏心カムの間に挟まれる軸方向長さを有する円筒部と、この円筒部に一体に形成された一対のカム部と、から構成されており、
   上記リンク部材の一端が、一対のカム部の中の一方のカム部に連結されており、
   上記円筒部は、長手方向に、一対のカム部を含む長さ範囲に亘る本体部分と、上記リンク部材が連結されていない他方のカム部の外側から上記偏心カムに当接する位置まで延長されたスペーサ部分と、から構成され、両者が一体に形成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 内燃機関の吸入空気量を制御するように吸気弁側に設けられ、かつアイドル運転時には微小リフトに制御されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 上記スペーサ部分の外径が、上記本体部分の外径よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 上記スペーサ部分は、上記本体部分よりも密度の小さな材質からなる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可変動弁装置。
5. 上記スペーサ部分に少なくとも１つの油孔が開口形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
6. 上記揺動カムがベースサークル区間にあるときに、少なくとも１つの油孔が上方へ向かって開口していることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の可変動弁装置。
7. 上記制御軸が上記駆動軸の上方に配置されており、この制御軸の軸受部の直下に上記油孔が配置されていることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関の可変動弁装置。
8. 複数気筒に共通の駆動軸に一体に設けられた各気筒毎の偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた少なくとも所定角度範囲内で回転可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンク部材を介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより一対の弁を押圧する揺動カムと、を備えてなる内燃機関の可変動弁装置において、
   上記揺動カムは、上記駆動軸の外周に嵌合する円筒部と、この円筒部に一体に形成された一対のカム部と、から構成されており、
   上記円筒部に軸方向に並んで円筒状のカラーが配置されているとともに、該カラーと上記円筒部とが、内燃機関の運転条件に応じて着脱可能であることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
9. 上記カラーと上記円筒部との着脱が、油圧により切り換えられることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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