JP2007077940A - Variable valve train - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の運転状態に応じてバルブ特性を制御する可変動弁機構に関する。 The present invention relates to a variable valve mechanism that controls valve characteristics in accordance with the operating state of an internal combustion engine.
従来、リンクを用いてバルブのリフト量、作用角および開閉タイミングを制御する可変動弁機構が知られている。例えば、図11に示す特許文献1の可変動弁機構100は、内燃機関のクランク軸によって回転されるカムシャフト101を備えている。カムシャフト101上には、回転カム102が一体回転可能に固定されるとともに、バルブリフタ(動弁部材)103を介してバルブ110を駆動する駆動アーム104が相対回動可能に支持されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a variable valve mechanism that uses a link to control the lift amount, working angle, and opening / closing timing of a valve is known. For example, the
カムシャフト101と平行なコントロールシャフト105上には、揺動アーム106が可変カム107を介して支持されている。揺動アーム106の入力端はリング状リンク108を介して回転カム102に連結され、揺動アーム106の出力端がロッド状リンク109を介して駆動アーム104に連結されている。そして、コントロールシャフト105をアクチュエータで駆動し、可変カム107の偏心回転により揺動アーム106を変位させ、回転カム102に対する駆動アーム104の初期位置を変更するように構成されている。
ところが、従来の可変動弁機構100によると、回転カム102の動力をバルブリフタ103に伝えるために、二本のリンク108,109と、二本のアーム104,106が必要であった。このため、可変動弁機構100の部品点数が増え、構成が複雑化するばかりでなく、組付誤差によってバルブ特性が不安定になるという問題点があった。
However, according to the conventional
本発明の目的は、上記課題を解決し、部品点数が少ない簡単な構成で安定したバルブ特性が得られ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 solve the above-mentioned problems and to provide a variable valve mechanism that can obtain stable valve characteristics with a simple configuration with a small number of parts.
上記の課題を解決するために、本発明の可変動弁機構は、カムシャフト上に設けられた回転カムと、回転カムに接触して変位する入力部材と、バルブを駆動する動弁部材と、回転カムの動力を動弁部材に伝える伝動アームと、伝動アームに接触する接触部を備えた可変アームと、可変アームを駆動するアクチュエータとからなり、伝動アームの基端を入力部材に連結し、伝動アームの先端側に動弁部材を駆動する駆動部と、可変アームの接触部が接触するカム面とを設け、可変アームの移動に伴ってカム面と接触部との初期接点位置を変更することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a variable valve mechanism of the present invention includes a rotating cam provided on a camshaft, an input member that contacts and displaces the rotating cam, a valve operating member that drives a valve, It consists of a transmission arm that transmits the power of the rotating cam to the valve member, a variable arm having a contact portion that contacts the transmission arm, and an actuator that drives the variable arm, and connects the base end of the transmission arm to the input member, Provided on the distal end side of the transmission arm is a drive unit that drives the valve member and a cam surface that contacts the contact portion of the variable arm, and changes the initial contact position between the cam surface and the contact portion as the variable arm moves. It is characterized by that.
ここで、回転カムに関して、次の構成を採用できる。
(1)回転カムに、所定の角度範囲でバルブリフト量をゼロに保つ等半径部と、残りの角度範囲でバルブリフト量を増大させるノーズ部とを設けること。
(2)回転カムに、中心がカムシャフトの軸心から偏倚した偏心カムを用いること。
Here, the following structure is employable regarding a rotation cam.
(1) The rotating cam is provided with an equal radius portion that keeps the valve lift amount at zero within a predetermined angle range, and a nose portion that increases the valve lift amount at the remaining angle range.
(2) Use an eccentric cam whose center is offset from the axis of the camshaft.
入力部材に関しては、次の構成を採用できる。
(3)入力部材を揺動アームの先端に支持し、揺動アームの基端をカムシャフトと平行な軸で揺動可能に支持すること。
(4)可変動弁機構のハウジングに支持部材を固定し、支持部材に入力部材を案内する案内面を設けること。
(5)入力部材に回転体を用いること。
Regarding the input member, the following configuration can be adopted.
(3) The input member is supported on the tip of the swing arm, and the base end of the swing arm is swingably supported by an axis parallel to the camshaft.
(4) A support member is fixed to the housing of the variable valve mechanism, and a guide surface for guiding the input member is provided on the support member.
(5) Use a rotating body for the input member.
動弁部材に関しては、次の構成を採用できる。
(6)動弁部材に基端を支点に揺動するロッカアームを使用すること。
(7)動弁部材に中間部を支点に揺動するスイングアームを使用すること。
(8)動弁部材にバルブの軸線方向へ直線移動可能なバルブリフタを使用すること。
Regarding the valve operating member, the following configuration can be adopted.
(6) Use a rocker arm that swings with the base end as a fulcrum for the valve member.
(7) Use a swing arm that swings around the intermediate portion as a fulcrum for the valve member.
(8) A valve lifter that can move linearly in the axial direction of the valve is used as the valve operating member.
伝動アームに関しては、次の構成を採用できる。
(9)伝動アームのカム面に、動弁部材の運動量をゼロに保つベース部と、動弁部材の運動量を漸増させるリフト部とを設け、リフト部をベース部よりも伝動アームの基端側に形成すること。
(10)伝動アームの先端を動弁部材と可変アームの接触部との間に挿入すること。
(11)伝動アームのカム面を上向きに形成し、伝動アームの駆動部を下向きに設けること。
The following configuration can be adopted for the transmission arm.
(9) Provided on the cam surface of the transmission arm are a base portion that keeps the momentum of the valve member zero, and a lift portion that gradually increases the momentum of the valve member, and the lift portion is closer to the base end side of the transmission arm than the base portion To form.
(10) The tip of the transmission arm is inserted between the valve member and the contact portion of the variable arm.
(11) The cam surface of the transmission arm is formed upward, and the drive portion of the transmission arm is provided downward.
可変アームの駆動方式としては、次の構成を採用できる。
(12)可変アームと前記揺動アームを共通の支持軸上に相対回動可能に支持し、支持軸とは別のコントロールシャフトをアクチュエータに連結し、可変アームをアクチュエータによりコントロールシャフトを介して駆動すること。
(13)前記コントロールシャフト上に制御カムを設け、可変アームに制御カムのカム面に追従して揺動する揺動体を設けること。
(14)可変アームと揺動アームを共通のコントロールシャフト上に相対回動可能に支持し、コントロールシャフトをアクチュエータに連結し、可変アームをアクチュエータによりコントロールシャフトを介して駆動すること。
The following configuration can be adopted as the variable arm driving method.
(12) The variable arm and the swing arm are supported on a common support shaft so as to be relatively rotatable. A control shaft different from the support shaft is connected to an actuator, and the variable arm is driven by the actuator via the control shaft. To do.
(13) A control cam is provided on the control shaft, and a swinging body that swings following the cam surface of the control cam is provided on the variable arm.
(14) A variable arm and a swing arm are supported on a common control shaft so as to be relatively rotatable, the control shaft is connected to an actuator, and the variable arm is driven by the actuator via the control shaft.
本発明の可変動弁機構によれば、回転カムに接触する入力部材に伝動アームの基端を連結し、伝動アームの先端側に動弁部材を駆動する駆動部と、可変アームに係合するカム面とを設けたので、回転カムから動弁部材への動力伝達経路をごく少数の部品で簡単に構成でき、組付誤差を少なくして、バルブ特性を安定させることができるという優れた効果を奏する。また、カム面のリフト部をベース部よりも伝動アームの基端側に形成した場合は、伝動アームのアーム比が低速回転時よりも高速回転時の方が大きくなり、高速運転に適した高出力のバルブ特性が得られる。 According to the variable valve mechanism of the present invention, the base end of the transmission arm is connected to the input member that contacts the rotating cam, and the drive unit that drives the valve member on the distal end side of the transmission arm is engaged with the variable arm. Because the cam surface is provided, the power transmission path from the rotating cam to the valve operating member can be easily configured with very few parts, and it is possible to reduce the assembly error and stabilize the valve characteristics. Play. In addition, when the cam surface lift is formed closer to the base end of the transmission arm than the base, the arm ratio of the transmission arm is greater during high-speed rotation than during low-speed rotation. Output valve characteristics are obtained.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1に示すように、この実施形態の可変動弁機構1は、カムシャフト2上に設けられた回転カム4と、回転カム4に接触して変位する入力ローラ16と、バルブ5を駆動するロッカアーム6と、回転カム4の動力をロッカアーム6に伝える伝動アーム19と、伝動アーム19に接触する回転接触子20を備えた可変アーム15と、可変アーム15を駆動するアクチュエータ13とから構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
伝動アーム19の基端は入力ローラ16に連結され、伝動アーム19の先端側にロッカアーム6と接触する駆動部22と、可変アーム15の回転接触子20が接触するカム面21とが設けられ、可変アーム15の移動に伴ってカム面21と回転接触子20との初期接点位置が変更される。図2に示すように、カム面21はロッカアーム6の揺動量をゼロに保つベース部21aと、ロッカアーム6の揺動量を漸増させるリフト部21bとを備え、リフト部21bがベース部21aよりも伝動アーム19の基端側に形成されている。
The proximal end of the
図1〜図6は本発明の実施例1を示す。この可変動弁機構1は自動車用ガソリンエンジンの吸気系に用いられている。ただし、同じ機構をガソリンエンジンの排気系に適用することもできる。図1〜図3に示すように、可変動弁機構1のカムシャフト2は、シリンダヘッド3の上方に設けられ、エンジンのクランク軸(図示略)によって回転される。カムシャフト2上には回転カム4が固定され、カムシャフト2の下側にバルブ(吸気バルブ)5を開閉するロッカアーム6が配設されている。
1 to 6
回転カム4には、所定の角度範囲でバルブ5のリフト量をゼロに保つ等半径部4aと、残りの角度範囲でバルブリフト量を増大させるノーズ部4bとが設けられている。ロッカアーム6は、基端側のピボット7で上下に揺動可能に支持され、先端にバルブ5の上端を押圧する押圧部8を備え、中間に回転カム4の動力を受け入れるベースローラ9を備えている。なお、実施例1の可変動弁機構1は、一つのシリンダにつき、一つの回転カム4が二本のロッカアーム6を駆動して二本のバルブ5を開閉するように構成されている。
The rotating
ロッカアーム6の上方には、コントロールシャフト10と支持軸11とが共にカムシャフト2と平行に設けられている。コントロールシャフト10上には、中心がコントロールシャフト10の軸心から偏倚した制御カム12が固定されている。コントロールシャフト10の一端は油圧又は電動のアクチュエータ13に連結され、アクチュエータ13が制御装置(図示略)によりエンジンの運転状態に応じて制御される。支持軸11上には、一本の揺動アーム14と二本の可変アーム15とが相対回動可能に支持されている。揺動アーム14の先端には、回転カム4に接触する入力ローラ16がローラ軸17によって支持され、回転カム4のカム形状に従って上下に変位するようになっている。
Above the
揺動アーム14の両側には、回転カム4の動力をロッカアーム6に伝える二本の伝動アーム19が配設されている。伝動アーム19は嘴状に形成され、基端がローラ軸17の両端に回動可能に連結され、先端がロッカアーム6のベースローラ9と可変アーム15の回転接触子20との間に挿入されている。伝動アーム19の先端側には、回転接触子20が係合する上向きのカム面21と、ベースローラ9に接触してロッカアーム6を駆動する下向きの駆動部22とが設けられている。カム面21は、ロッカアーム6の揺動量をゼロに保つベース部21aと、ロッカアーム6の揺動量を漸増させるリフト部21bとを含み、リフト部21bがベース部21aよりも伝動アーム19の基端側に形成されている。
Two
そして、可変アーム15がアクチュエータ13によりコントロールシャフト10と制御カム12を介して回動され、可変アーム15の回動に伴って回転接触子20とカム面21との初期接点位置が変更されるようになっている。なお、可変アーム15は制御カム12との相対面に凹部23(図3b参照)を備え、凹部23に制御カム12のカム面(外周面)と接触するシム24がコントロールシャフト10の軸線と直角な軸線周りで揺動可能に支持されている。伝動アーム19の駆動部22とカム面21のベース部21aとは、共に支持軸11の軸線を中心とする円筒面に含まれている。図1、図3(a)には、二本の伝動アーム19を一本の揺動アーム14に組み付けた構成を例示したが、二本の伝動アーム19を二本の揺動アーム14に別々に組み付けることも可能である。
Then, the
次に、可変動弁機構1の作用を図4〜図6に従って説明する。図4はガソリンエンジンの低速回転時にバルブ5を最小のリフト量で開閉するときの状態を示す。このとき、図4(a)に示すように、可変アーム15の回転接触子20は、伝動アーム19のカム面21において、ベース部21aの始端側に接触している(Pは初期接点位置を示す)。この状態で、カムシャフト2が駆動されると、回転カム4の等半径部4aが揺動アーム14の入力ローラ16に係合している期間中は、ベース部21aのカム作用によって、揺動アーム14、伝動アーム19およびロッカアーム6がそれぞれ静止し、バルブ5が閉鎖位置に保持される。
Next, the operation of the
図4(b)に示すように、回転カム4のノーズ部4bの頂点が入力ローラ16に係合すると、揺動アーム14が下方へ揺動し、伝動アーム19が左方へ変位し、カム面21のリフト部21bが回転接触子20に接触し、駆動部22がベースローラ9を介してロッカアーム6を押し下げる。しかし、初期接点位置Pがベース部21aの始端側に設定されているため、リフト部21bの作用範囲が限られ、ロッカアーム6が最小の角度で揺動する。従って、図6の曲線(イ)に示すように、バルブリフト量と作用角が共に最小化され、吸気バルブ5の開放タイミングが遅く閉鎖タイミングが早く制御される。なお、図6の曲線(ホ)は排気バルブのリフト量と作用角を示す。
As shown in FIG. 4B, when the apex of the
図5はガソリンエンジンの高速回転時にバルブ5を最大のリフト量で開閉するときの状態を示す。ここでは、図5(a)に示すように、可変アーム15が制御カム12によって支持軸11の軸線周りで回動され、回転接触子20とカム面21との初期接点位置Pがベース部21aの終端側に変更されている。このとき、伝動アーム19の駆動部22とベース部21aとが支持軸11と同心の円筒面に含まれているので、可変アーム15の回動に伴ってロッカアーム6の初期位相に変化が生じない。このため、回転カム4の等半径部4aが入力ローラ16に係合する期間中は、揺動アーム14、伝動アーム19、ロッカアーム6がそれぞれ静止し、バルブ5が閉鎖位置に保持される。
FIG. 5 shows a state where the
図5(b)に示すように、ノーズ部4bの頂点が入力ローラ16に係合すると、伝動アーム19が左方へ大きく変位し、リフト部21bが回転接触子20に接触し、駆動部22がベースローラ9を介してロッカアーム6を押し下げる。このときは、初期接点位置Pがベース部21aの終端側に変更されているので、リフト部21bの作用範囲が拡張し、ロッカアーム6が最大の角度で揺動する。このため、図6の曲線(ロ)に示すように、バルブリフト量と作用角が共に最大化され、吸気バルブ5の開放タイミングが早く閉鎖タイミングが遅く制御される。従って、可変アーム15により回転接触子20とカム面21との初期接点位置Pを変えることで、図6の曲線(ハ),(ニ)に示すように、バルブ特性を任意の中間値に制御することができる。
As shown in FIG. 5B, when the apex of the
この実施例1の可変動弁機構1によれば、次のような作用・効果が得られる。
(1)回転カム4に接触する入力ローラ16に伝動アーム19の基端を連結し、伝動アーム19の先端側にカム面21と駆動部22とを設けたので、回転カム4からロッカアーム6への動力伝達経路を入力ローラ16と伝動アーム19の二部品で簡単に構成できる。
(2)カム面21のリフト部21bをベース部21aよりも伝動アーム19の基端側に形成したので、伝動アーム19のアーム比がエンジンの低速回転時よりも高速回転時の方が大きくなる(図4bのL1/L2<図5bのL3/L4)。この結果、高速回転時のバルブ特性(図6の曲線ロ)において、バルブリフト量/作用角の値を従来(曲線ヘ)よりも増加させ、比較的長い開弁期間(作用角幅)にバルブ5を大きく開いて、高速運転に適した高出力のバルブ特性を得られる。
According to the
(1) Since the base end of the
(2) Since the
(3)揺動アーム14と可変アーム15を支持軸11上に相対回動可能に支持したので、制御カム12の動力が揺動アーム14に伝わらない。このため、揺動アーム14と伝動アーム19を静止させた状態で、回転接触子20とカム面21との初期接点位置Pを的確に変更できる。
(4)カムシャフト2の回転時には、回転カム4の動力が揺動アーム14を介して支持軸11に作用するが、可変アーム15の駆動軸であるコントロールシャフト10が支持軸11とは別に設けられているので、回転カム4からコントロールシャフト10への動力伝達を絶ち、可変アーム15を小型・低出力のアクチュエータ13で駆動できる。
(5)制御カム12が可変アーム15上のシム24に接触しているので、シム24の揺動により駆動系部材の寸法誤差や組付誤差を吸収し、可変アーム15を正確な角度で回動して、バルブ特性を安定化できる。
(3) Since the
(4) When the
(5) Since the
図7〜図9は本発明の実施例2を示す。この可変動弁機構31では、実施例1の動弁機構1から支持軸11と制御カム12と省かれ、揺動アーム14と可変アーム15とがコントロールシャフト10上に相対回動可能に支持されている。つまり、揺動アーム14はコントロールシャフト10上に揺動可能に支持され、可変アーム15がキー32でコントロールシャフト10に一体回動可能に結合されている。コントロールシャフト10はアクチュエータ(図示略)に連結され、可変アーム15がアクチュエータによりコントロールシャフト10を介して揺動アーム14の揺動軸線周りで回動される。その他の構成は実施例1と同じである。
7 to 9 show a second embodiment of the present invention. In the
従って、実施例2の可変動弁機構31も、実施例1の動弁機構1と同様に動作し、同等の作用・効果を発揮する。加えて、支持軸11および制御カム12を省いた点で、機構全体の部品点数をより少なくできる利点もある。なお、図8にバルブリフト量を最小化するときの動作を示し、図9にバルブリフト量を最大化するときの動作を示した。
Therefore, the
図10は本発明の実施例3を示す。この可変動弁機構41は、可変アーム42および伝動アーム43の支持構造において、実施例1,2の可変動弁機構1,31と相違する。可変アーム42は、基端にコントロールシャフト10上の制御カム12に外嵌するリング部44を備え、先端に伝動アーム43のカム面45に接触する回転接触子46とガイドリング47とを備え、制御カム12の偏心回転に伴って回転接触子46がカムシャフト4とコントロールシャフト10との間で略水平に移動するように構成されている。伝動アーム43は、基端が入力ローラ16のローラ軸17に連結され、先端側に回転接触子46が接触する上向きのカム面45と、ロッカアーム6のベースローラ9に係合する下向きの駆動部48とが設けられている。
FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention. The
カム面45は、ロッカアーム6の揺動量をゼロに保つベース部45aと、ロッカアーム6の揺動量を漸増させるリフト部45bとを含み、リフト部45bがベース部45aよりも伝動アーム43の基端側に形成されている。入力ローラ16は、実施例1,2の揺動アーム14にかえて支持部材49に支持され、支持部材49が可変動弁機構41のハウジング(図示略)に固定されている。支持部材49には、ローラ軸17上のガイドリング50に係合する第一案内面51と、可変アーム42上のガイドリング47に係合する第二案内面52とが設けられている。そして、案内面51,52、カム面45のベース部45aおよび駆動部48が、それぞれ軸線を一致させた異なる半径の円筒面に含まれるように形成されている。
The
この可変動弁機構41によれば、入力ローラ16をハウジングに固定の支持部材49に支持したので、可変動弁機構41から一つの可動部品(実施例1,2の揺動アーム14)を省略できる利点がある。また、支持部材49の第二案内面52がカム面45との間で回転接触子46を案内するので、回転カム4の動力の一部を支持部材49からハウジング側に逃がし、コントロールシャフト10に作用する負荷を少なくして、アクチュエータ(図示略)に小型・低出力の油圧又は電動機器を使用できる利点もある。その他の作用・効果は実施例1と同じである。
According to the
1 可変動弁機構(実施例1)
2 カムシャフト
4 回転カム
5 バルブ
6 ロッカアーム
10 コントロールシャフト
11 支持軸
13 アクチュエータ
14 揺動アーム
15 可変アーム
16 入力ローラ
15 カム面
19 伝動アーム
20 回転接触子
21 カム面
21a ベース部
21b リフト部
22 駆動部
31 可変動弁機構(実施例2)
41 可変動弁機構(実施例3)
42 可変アーム
43 伝動アーム
45 カム面
45a ベース部
45b リフト部
46 回転接触子
48 駆動部
49 支持部材
1 Variable valve mechanism (Example 1)
2
41 Variable valve mechanism (Example 3)
42
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