JP2006300005A - Variable valve train - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関のバルブをリフト量の可変に開閉する可変動弁機構に関する。 The present invention relates to a variable valve mechanism that opens and closes a valve of an internal combustion engine in a variable amount of lift.
従来、自動車用の内燃機関において、低速低負荷時の燃費を向上し、高速高負荷時の出力を高めるために、吸気バルブのリフト量をエンジンの回転数に応じて変更する機能を備えた可変動弁機構が知られている。例えば、特許文献1には、自動車用ガソリンエンジンの可変動弁機構が記載されている。このエンジン1は、図5、図6に示すように、シリンダブロック2とシリンダヘッド3との間に四つの気筒4を備えている。各気筒4において、シリンダブロック2の燃焼室5にピストン6が収容され、シリンダヘッド3に二つの吸気バルブ7と二つの排気バルブ8とが設けられている。
Conventionally, an internal combustion engine for automobiles has a function to change the lift amount of the intake valve according to the engine speed in order to improve fuel efficiency at low speed and low load and increase output at high speed and high load. A variable valve mechanism is known. For example,
可変動弁機構50は、シリンダヘッド3の上にハウジング51を備えている。ハウジング51には吸気カムシャフト52と排気カムシャフト53とが支持され、共にクランクシャフト54によりチェーン60を介して駆動される。排気カムシャフト53には気筒4毎に二つの排気カム55が設けられ、排気カム55によりロッカーアーム56を介し排気バルブ8が一定のリフト量で開閉される。吸気カムシャフト52には気筒4毎に一つの吸気カム57が設けられ、吸気カム57により可変装置58とロッカーアーム59を介し吸気バルブ7がリフト量を変更可能に開閉される。
The
図7、図8、図9に示すように、可変装置58は支持パイプ62上に設けられ、支持パイプ62がハウジング51の立壁部61に支持されている。支持パイプ62の内側にはコントロールシャフト64が摺動可能に挿通され、その一端が油圧ピストンを内蔵したアクチュエータ65に連結され、中間部に可変装置58毎のピン66が突設されている。そして、自動車の電子制御ユニットによりアクチュエータ65を制御し、アクチュエータ65によりコントロールシャフト64をその軸線方向へ駆動し、ピン66によって可変装置58を動作させるようになっている。
As shown in FIGS. 7, 8, and 9, the
可変装置58は入力部材68と出力部材69とスライダ70とを備えている。入力部材68には吸気カム57に係合するローラ71が設けられ、出力部材69にロッカーアーム59に係合するカム片72が設けられている(図5参照)。入力部材68と出力部材69は支持パイプ62上に揺動可能に支持され、軸線方向の摺動が左右の立壁部61によって規制されている。スライダ70は入力部材68と出力部材69の内側において支持パイプ62に摺動及び揺動可能に支持されている。そして、ピン66が支持パイプ62の軸方向長孔73を貫通してスライダ70の周方向長孔74に嵌合し、スライダ70がピン66によってコントロールシャフト64の軸線方向に駆動される。
The
入力部材68とスライダ70とは入力側スプライン75により噛み合わされ、スライダ70と出力部材69とが出力側スプライン76によって噛み合わされている。スプライン75とスプライン76は歯すじが左右逆方向にねじれ、スライダ70の軸線方向の移動に伴い、入力部材68と出力部材69とが互いに反対方向へ揺動する。そして、スライダ70が図7の矢印F方向へ移動したときに、図8(a)に示すように、入力部材68と出力部材69との相対位相差θ1が拡大する。この状態で、(b)に示すように、入力部材68が吸気カム57により揺動されると、スライダ70を介して出力部材69が入力部材68と同じ角度で揺動し、ロッカーアーム59を介して吸気バルブ7を大きなリフト量R1で開閉する。
The
また、スライダ70が図7の矢印R方向へ移動したときには、図9(a)に示すように、入力部材68と出力部材69との相対位相差θ2が縮小する。この状態で、(b)に示すように、入力部材68が吸気カム57により揺動されると、出力部材69がロッカーアーム59を介して吸気バルブ7を小さなリフト量R2で開閉する。従って、コントロールシャフト64でスライダ70の移動量を制御し、入力部材68に対する出力部材69の位相を変えることにより、吸気バルブ7のリフト量を連続的に変更することができる。なお、吸気カムシャフト52の一端には、クランクシャフト54に対する吸気カム57の回転位相差を調整するためのアクチュエータ77(図6参照)が設けられている。
上記のように構成された従来の可変動弁機構50によれば、気筒4毎に設けた可変装置58のスライダ70を共通のコントロールシャフト64で制御しているので、コンパクトな構成でバルブリフト量を制御することができる。しかし、この構成によると、出力部材69に対するスライダ70の位置が動弁系部品の熱膨張による影響を受けるため、四基の可変装置58の出力を常に等しくすることが困難であった。すなわち、出力部材69を位置決めするハウジング51の熱膨張量と、スライダ70を駆動するコントロールシャフト64の熱膨張量とに差が生じた場合に、可変装置58毎にバルブリフト量が相違するという課題があった。
According to the conventional
通常、ハウジング51には軽量で線膨張係数の大きいアルミニウム材が用いられ、コントロールシャフト64には高剛性で線膨張係数の小さいスチール材が用いられる。これらの材料を用いた場合、図10に示すように、コントロールシャフト64の制御基準となる位置(アクチュエータ65の中心位置)に最も近い#1の可変装置58でシリンダヘッド3の温度がΔT℃変化すると、コントロールシャフト64に連結されたスライダ70とハウジング51に位置決めされた出力部材69との間に、次式より求められる相対変位量Aが発生する。
A=(P1×αsteel−S1×αaluminium)×ΔT
P1:基準位置からピン66までの距離
S1:基準位置から立壁部61までの距離
αsteel:スチール材の線膨張係数
αaluminium:アルミニウム材の線膨張係数
Usually, the
A = (P1 × αsteel−S1 × αaluminium) × ΔT
P1: Distance from the reference position to the
ここで、四基の可変装置58(#1〜#4)におけるスライダ70と出力部材69との相対変位量は、図11に示すように、シリンダヘッド3の温度変化に伴い、それぞれ異なる勾配で変化する。例えば、基準温度80℃で各装置58の相対変位量を0に設定した場合、使用温度域の上限近く(例えば110℃)では、四基平均でD1の相対変位量が発生する。また、基準位置に最も近い#1と基準位置から最も離れた#4との間にD2の較差が発生する。従って、可変装置58を四基共に同じバルブリフト量で組み立てたとしても、ハウジング51とコントロールシャフト64との熱膨張差によって四基の出力部材69の作用角が相違し、気筒間のバルブリフト量にばらつきが発生し、エンジン1の燃費、エミッション、振動等に悪影響を与えるという問題点があった。
Here, the relative displacement amounts of the
本発明の目的は、上記課題を解決し、ハウジングとコントロールシャフトの熱膨張差による影響を少なくして、気筒間のバルブリフト量のばらつきを抑えることができる可変動弁機構を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a variable valve mechanism that solves the above-described problems, reduces the influence due to the difference in thermal expansion between the housing and the control shaft, and can suppress variation in the valve lift amount between the cylinders. .
上記の課題を解決するために、本発明は、内燃機関のシリンダヘッドにハウジングを設置し、ハウジングにカムシャフトとコントロールシャフトを支持し、コントロールシャフト上に気筒と同数の可変装置を配列し、可変装置にカムシャフト上のカムに係合する入力部材と、内燃機関のバルブを開閉する出力部材と、出力部材を入力部材に連動させるスライダと、スライダをコントロールシャフトに連結する連結部材とを設け、出力部材をハウジングに位置決めした状態で、アクチュエータによりコントロールシャフトを駆動し、スライダにより入力部材に対する出力部材の位相を変えて、バルブのリフト量を変更する可変動弁機構において、アクチュエータの出力部をハウジングの中央部に位置する可変装置の近くでコントロールシャフトに連結したことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a housing in a cylinder head of an internal combustion engine, supports a camshaft and a control shaft in the housing, and arranges variable devices as many as the cylinders on the control shaft. The apparatus is provided with an input member that engages a cam on the camshaft, an output member that opens and closes a valve of the internal combustion engine, a slider that interlocks the output member with the input member, and a connecting member that connects the slider to the control shaft, In the variable valve mechanism that changes the lift amount of the valve by driving the control shaft by the actuator and changing the phase of the output member with respect to the input member by the slider while the output member is positioned in the housing. Control shaft near the variable device located in the middle of the And wherein the linked.
ここで、アクチュエータとしては、電動モータ、電磁ソレノイド、流体圧シリンダ等を使用できる。アクチュエータの設置場所は、特に限定されず、ハウジングの端部でもよく、ハウジングの中央部でもよい。ただし、アクチュエータの動力伝達系の熱膨張を抑制するためは、アクチュエータをハウジングの長手方向中央部に設置して、動力伝達経路を短くするのが好ましい。具体的には、四気筒又は六気筒エンジンにおいて、アクチュエータをハウジングの略中央部に設置し、アクチュエータの出力部をコントロールシャフトの軸線方向中央部に連結するという構成を採用できる。なお、動力伝達手段としては、例えば、カム、歯車伝動機構、巻き掛け伝動機構、リンク機構等を用いることができる。 Here, an electric motor, an electromagnetic solenoid, a fluid pressure cylinder, or the like can be used as the actuator. The installation location of the actuator is not particularly limited, and may be the end of the housing or the center of the housing. However, in order to suppress the thermal expansion of the power transmission system of the actuator, it is preferable to install the actuator in the center in the longitudinal direction of the housing to shorten the power transmission path. Specifically, in a four-cylinder or six-cylinder engine, it is possible to employ a configuration in which an actuator is installed at a substantially central portion of the housing and an output portion of the actuator is connected to a central portion in the axial direction of the control shaft. In addition, as a power transmission means, a cam, a gear transmission mechanism, a winding transmission mechanism, a link mechanism, etc. can be used, for example.
本発明の可変動弁機構によれば、アクチュエータの出力部をハウジングの中央部に位置する可変装置の近くでコントロールシャフトに連結したので、コントロールシャフトの制御基準となる位置が該シャフトの軸線方向中央近くに設定される。このため、基準位置からのハウジング及びコントロールシャフトの熱膨張量が従来と比較して減少し、双方の熱膨張差による影響が緩和される。従って、ハウジングに位置決めされた出力部材とコントロールシャフトに連結されたスライダとの相対変位量の較差を少なくして、気筒間のバルブリフト量のばらつきを抑制できるという効果を奏する。 According to the variable valve mechanism of the present invention, since the output portion of the actuator is connected to the control shaft near the variable device located in the central portion of the housing, the position serving as the control reference for the control shaft is the center in the axial direction of the shaft. Set close. For this reason, the amount of thermal expansion of the housing and the control shaft from the reference position is reduced as compared with the conventional case, and the influence of both thermal expansion differences is mitigated. Therefore, it is possible to reduce the difference in the relative displacement amount between the output member positioned in the housing and the slider connected to the control shaft, and to suppress the variation in the valve lift amount between the cylinders.
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図1,図2に示すように、この実施形態の可変動弁機構は、従来と同様、自動車用の四気筒ガソリンエンジン1(図8参照)に装備されている。エンジン1のシリンダヘッド3には可変動弁機構のハウジング11が設置されている。ハウジング11はアルミニウム合金材により箱型に製作され、ハウジング11の軸受壁12に吸気カムシャフト52と排気カムシャフト53と支持パイプ13とが平行に支持されている。支持パイプ13の内側にはスチール製のコントロールシャフト14が摺動可能に挿通され、このシャフト14上に気筒4と同数(四基)の可変装置58が配列されている。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the variable valve mechanism of this embodiment is mounted on a four-cylinder gasoline engine 1 (see FIG. 8) for automobiles as in the conventional case. The
可変装置58は、吸気カムシャフト52上の吸気カム57に係合する入力部材68と、吸気バルブ7を開閉する一対の出力部材69と、出力部材69を入力部材68に連動させるスライダ70と、スライダ70をコントロールシャフト14に連結する連結部材としてのピン66とを備えている。そして、可変動弁機構10は、ハウジング11の軸受壁12により出力部材69を位置決めした状態で、アクチュエータ15によりコントロールシャフト14を駆動し、スライダ70により入力部材68に対する出力部材69の位相を変えて、吸気バルブ7のリフト量を変更するように構成されている。
The
この実施形態の可変動弁機構は、アクチュエータ15とその動力伝達手段の構成において、従来の可変動弁機構50と相違する。この実施形態の可変動弁機構では、アクチュエータ15がハウジング11の長手方向中央部に設置され、その出力部がハウジング11の中央部に位置する二つの可変装置58の中間部位でコントロールシャフト14に連結されている。この特徴的構成について、以下で二つの実施例を挙げて詳細に説明する。
The variable valve mechanism of this embodiment is different from the conventional
実施例1の可変動弁機構10は、図1〜図3に示すように、ハウジング11に8枚の軸受壁12を備えている。各軸受壁12の上には、軸押え16がボルト17で分解可能に組み付けられている。軸受壁12と軸押え16の間には、支持パイプ13と吸気カムシャフト52と排気カムシャフト53とを支持する軸受孔18が形成されている。支持パイプ13はハウジング11の長手方向中央部で二分割され、相対向する端部がボルト19で中央部二枚の軸受壁12に固定されている。そして、支持パイプ13の内側に一本のコントロールシャフト14が軸線方向へ摺動可能に挿通されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
アクチュエータ15はハウジング11の中央部に位置する軸押え16上に設置され、アクチュエータ15の出力部にはレバー21が設けられている。レバー21は、ハウジング11の中央部に位置する二つの可変装置58の中間部位において、ピン22でコントロールシャフト14に連結され、レバー21の揺動により、コントロールシャフト14がその軸線方向へ往復駆動される。なお、軸受壁12と出力部材69との間には、隙間調整用の馬蹄形シム27が交換可能に介装されている。
The
上記構成の可変動弁機構10によれば、アクチュエータ15のレバー21がハウジング11の中央でコントロールシャフト14に連結されているので、コントロールシャフト14の制御基準となる位置が軸線方向の中央に設定される。このため、図2に示すように、四基の可変装置58において、基準位置からピン66までの距離(P1=P2<P3=P4)と基準位置から軸受壁12までの距離(S1=S2<S3=S4)が、従来(図10参照)と比較して短くなる。従って、ハウジング11とコントロールシャフト14の熱膨張差による影響が少なくなり、特に両端の可変装置58では従来の約半分まで減少する。この結果、ハウジング11に位置決めされた出力部材69とコントロールシャフト14に連結されたスライダ70との相対変位量の較差を半減し、気筒間のバルブリフト量のばらつきを抑え、もって、四気筒ガソリンエンジン1の燃費、エミッション、振動等を改善することができる。
According to the
実施例2の可変動弁機構30は、図4に示すように、ハウジング11に5枚の軸受壁12を備え、ハウジング11の中央に位置する軸押え16上にアクチュエータ31が設置されている。アクチュエータ31の出力軸32はウオーム33とウオームホイール34を介してコントロールシャフト14の軸線方向中央部に連結されている。そして、出力軸32の回転により、コントロールシャフト14がその軸線周りで正逆回転される。
As shown in FIG. 4, the
四基の可変装置58と対応する位置において、コントロールシャフト14には雄ねじ35が設けられている。コントロールシャフト14と支持パイプ13との間には筒形のホルダ36が介装され、ホルダ36の内周面に雄ねじ35に螺合する雌ねじ37が形成され、ホルダ36の外周面に可変装置58のピン66が立設されている。そして、コントロールシャフト14の正逆回転により、ピン66がコントロールシャフト14上でその軸線方向へ往復駆動される。
The
従って、この可変動弁機構30によっても、実施例1と同様、アクチュエータ15の出力軸32がハウジング11の中央でコントロールシャフト14に連結されているので、基準位置からピン66までの距離(P1=P2<P3=P4)と基準位置から軸受壁12までの距離(S1=S2<S3=S4)を短縮して、ハウジング11とコントロールシャフト14の熱膨張差による影響を少なくすることができる。特に、コントロールシャフト14が軸線方向へ移動しないように動力伝達手段を構成したので、実施例1と比較し、ハウジング11の全長を短くし、熱膨張差による影響をより少なくできる利点もある。
Accordingly, also with this
1 ガソリンエンジン
3 シリンダヘッド
4 気筒
7 吸気バルブ
10 可変動弁機構(実施例1)
11 ハウジング
12 軸受壁
14 コントロールシャフト
15 アクチュエータ
21 レバー
30 可変動弁機構(実施例2)
31 アクチュエータ
32 出力軸
52 吸気カムシャフト
57 吸気カム
58 可変装置
66 ピン
68 入力部材
69 出力部材
70 スライダ
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
31
Claims (1)
前記アクチュエータの出力部をハウジングの中央部に位置する可変装置の近くでコントロールシャフトに連結したことを特徴とする可変動弁機構。 An input member that installs a housing on a cylinder head of an internal combustion engine, supports a camshaft and a control shaft on the housing, arranges variable devices as many as the cylinders on the control shaft, and engages the cams on the camshaft with the variable devices And an output member that opens and closes a valve of the internal combustion engine, a slider that interlocks the output member with the input member, and a connecting member that connects the slider to the control shaft, and is controlled by the actuator while the output member is positioned on the housing. In the variable valve mechanism that drives the shaft and changes the lift amount of the valve by changing the phase of the output member relative to the input member by the slider,
A variable valve mechanism characterized in that an output portion of the actuator is connected to a control shaft near a variable device located in a central portion of the housing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005125576A JP2006300005A (en) | 2005-04-22 | 2005-04-22 | Variable valve train |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005125576A JP2006300005A (en) | 2005-04-22 | 2005-04-22 | Variable valve train |
Publications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8726864B2 (en) | 2011-12-14 | 2014-05-20 | Hyundai Motor Company | Engine that actively varies compression expansion ratio |
-
2005
- 2005-04-22 JP JP2005125576A patent/JP2006300005A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US8726864B2 (en) | 2011-12-14 | 2014-05-20 | Hyundai Motor Company | Engine that actively varies compression expansion ratio |
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