JP2007113419A - 連続可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】小型機構で連続的リフト量可変動弁機構を提供する。
【解決手段】ロッカーシャフト３によって揺動する第１ロッカーアーム４の一端と連結ピン５に揺動連結され、上面に摺動面を有する第２ロッカーアーム６と、連結ピン５によって軸支され、カムロブ１と回転するローラベアリング７を押下げる押圧手段８と、カムロブ１のリフト区間の中間点にローラベアリング７が接触する際、ロッカーシャフト３、ローラベアリング７の各中心と、第２ロッカーアーム６とバルブ９のステムエンドの接触面とが、直線上になる連続可変動弁機構で、カムシャフト２の回転によりカムロブ１によりローラベアリング７が揺動し、第２ロッカーアーム部６が、制御シャフト１０によって軸支され、他端が第２ロッカーアーム６の摺動面上を揺動する制御アーム１１との接点を支点として揺動し、これによりバルブ９が上下される連続可変動弁機構を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用の連続可変動弁機構に関するものである。

内燃機関用の可変動弁機構には、段階的にバルブリフト量を変化させるステージ式と、
連続的にバルブリフト量を変化させる連続式とがある。

例えば、ステージ式の代表的なものとしては、低速・高速の２段、または、低速・中速・高速の３段のロッカーアームを用い、カムロブとロッカーアームとの連結および切り離しを行うことにより、バルブのリフト量を段階的に変更するものが挙げられる。しかしながら、このように各速度に合わせたロッカーアームやカムロブを用いるステージ式の可変動弁機構においては、スペース的な制約から２段階または３段階での切り替えが限界である。よって、中間での最適なリフト量を得ることができないため、出力向上および燃費改善には限界があった。

一方、連続的にバルブリフト量を変更する連続式の可変動弁機構としては、例えば、
一般的にカムシャフトの回転によって決められるバルブの開閉タイミングを、コンピュータ制御し、モーターによるバルブコントロール機能を付加、自在に変化させるようにしたシステム（以下、このシステムをバルブトロニックと記載する場合がある。）や、ロッカーアームの支点となる可動レバーの角度位置を変化させることで、揺動支点の位置を変更して、アームのレバー比を変え、バルブのリフト量を連続的に変化させる機構（特許文献１参照）が考案されている。

しかしながら、上記バルブトロニックにおいては、重量面およびコスト面で不利な点があった。また上記特許文献１に記載されている、揺動支点の位置を変更し、アームのレバー比を変更させる機構においては、カムロブとカムフォロワとが滑り接触とするものとされており、フリクションが大きいという問題があった。またこの場合、ロッカーアーム自体にカムロブと摺動するためのカムフォロワを設ける必要があり、そのため大きなスペースが必要であった。

特開昭５７−４４７１３号公報

そこで、フリクションロスが少なく、より小型化が可能な機構で連続的にリフト量を変化させることが可能な連続可変動弁機構の提供が望まれている。

本発明は、カムロブを備えたカムシャフトと、一端がロッカーシャフトによって揺動自在に固定された第１ロッカーアームと、上記第１ロッカーアームの他端と連結ピンによって一端が揺動自在に連結され、上面に摺動面を有する第２ロッカーアームと、上記連結ピンによって軸支され、上記カムロブと回転接触するように形成されたローラベアリングと、上記ローラベアリングを下方に押圧する押圧手段と、上記第２ロッカーアームの他端に配置され、上記第２ロッカーアームの上記他端の揺動により開閉されるバルブと有し、上記カムロブのリフト区間の中間点に上記ローラベアリングが接触する際、上記ロッカーシャフトの中心と、上記ローラベアリングの中心と、上記第２ロッカーアームおよび上記バルブのステムエンドの接触面とが、この順で直線上に配置される連続可変動弁機構であって、上記カムシャフトの回転により上記カムロブと接触するローラベアリングが揺動した際、上記第２ロッカーアーム部が、一端が制御シャフトによって軸支され、他端が上記第２ロッカーアームの上記摺動面上を揺動する制御アームとの接点を支点として揺動し、これにより上記バルブが上下し、開閉されることを特徴とする連続可変動弁機構を提供する。

本発明によれば、上記第２ロッカーアームが、揺動する上記制御アームとの接点を支点として揺動してバルブが開閉されることから、上記制御アームの位置を変化させることによって上記バルブのリフト量を連続的に変化させることが可能となる。またこの際、上記カムシャフトのカムロブと、上記ローラベアリングとが回転接触するものとされていることから、上記カムロブと上記ローラベアリングとのフリクションを小さいものとすることができ、フリクションロスの少ない連続可変動弁機構とすることができる。またさらに、本発明によれば、第１ロッカーアームと第２ロッカーアームとの連結部に上記ローラベアリングを用いていることから、第１ロッカーアーム自体にカムロブと摺動するためのカムフォロワを設ける必要がなく、小型化が可能であるという利点も有している。

上記発明においては、上記第２ロッカーアームの上記摺動面が、円弧状とされていることが好ましい。これにより、上記摺動面と、上記制御アームとの間のクリアランスが広がることのないものとすることができ、フリクションロスが低く、静音性を高いもの等とすることができるからである。

また上記発明においては、上記制御アームの、上記第２ロッカーアームと接触する接触部分がローラ状とされていることが好ましい。これにより、制御アームと第２ロッカーアームとの間のフリクションを低減することができるからである。

本発明によれば、バルブのリフト量を連続的に変化させることが可能となる。またこの際、上記カムシャフトのカムロブと、上記ローラベアリングとが回転接触するものとされていることから、上記カムシャフトと上記ローラベアリングとのフリクションを小さいものとすることができ、フリクションロスの少ない連続可変動弁機構とすることができる。またさらに、本発明によれば、上記ローラベアリングを用いていることから、第１ロッカーアーム自体にカムロブと摺動するためのカムフォロワを設ける必要がなく、小型化が可能であるという効果も奏する。

本発明は、内燃機関用の連続可変動弁機構に関するものである。以下、本発明について図面を用いて詳しく説明する。

本発明の連続可変動弁機構は、例えば図１に示すように、カムロブ１を備えたカムシャフト２と、ロッカーシャフト３によって一端を揺動自在に固定された第１ロッカーアーム４と、その第１ロッカーアーム４の他端と連結ピン５によって一端が揺動自在に連結され、上面に摺動面ａを有する第２ロッカーアーム６と、上記連結ピン５によって軸支され、かつカムロブ１と接するように形成されたローラベアリング７と、そのローラベアリング７を下方に押圧する押圧手段８と、上記第２ロッカーアーム６の他端にステムエンド９ａが接触するように配置されたバルブ９とを有するものである。

本発明によれば、上記カムシャフト２のカムロブ１と、上記ローラベアリング７とが回転接触するものとされていることから、上記カムシャフト２の回転によって第１ロッカーアーム４および第２ロッカーアーム６を揺動させる際、ローラベアリング７とカムロブ１との間のフリクションを小さいものとすることができ、フリクションロスの少ない連続可変動弁機構とすることができる。またさらに、本発明によれば、第１ロッカーアーム４と第２ロッカーアーム６との連結部にローラベアリング７を用いていることから、第１ロッカーアーム４自体にカムロブ１と摺動するためのカムフォロワを設ける必要がなく、連続可変動弁機構の小型化が可能であるという利点も有している。なお、本発明において、休筒運転時ないしバルブ９の小リフト時には、制御アーム１１が、第２ロッカーアーム６の摺動面ａのバルブ９側の端部近傍まで移動するため、ローラベアリング７側の第２ロッカーアーム６が上方にジャンプするジャンプ現象が生じる恐れがある。そこで、本発明においてはローラベアリング７や第１ロッカーアーム４、第２ロッカーアーム６を下方に押圧する押圧手段８が設けられる。上記押圧手段８としては、上記ローラベアリング７や第１ロッカーアーム４、第２ロッカーアーム６がジャンプしないようにカムロブ１側に押圧することが可能なものであれば特に限定されるものではなく、例えばスプリング固定台に固定されたヘアピンスプリングによってローラベアリング７や第１ロッカーアーム４、第２ロッカーアーム６の連結部分を押圧するもの等とすることができる。

また本発明の連続可変動弁機構においては、上記カムロブ１のリフト区間の中間点ｄにローラベアリング７が接触する際、ロッカーシャフト３の中心ｅと、ローラベアリング７の中心ｆと、第２ロッカーアーム６およびバルブ９のステムエンド９ａの接触面ｇとが、この順で直線上に配置されるものとされる。ここで、本発明に用いられるカムロブ１には、例えば図２に示すように、リフト量を発生するノーズｃが形成されており、本発明においては、リフト量を発生するノーズｃが形成されている区間をカムロブ１のリフト区間Ａとし、リフト量を発生しない区間をカムロブ１のベース区間Ｂとする。また本発明でいう上記カムロブ１のリフト区間の中間点ｄとは、上記リフト区間Ａのうち、リフト区間Ａとベース区間Ｂとの境界点ｂからノーズｃの先端までの距離の中間となる位置をいうこととする。また、上記３点が直線上に配置されるとは、上記ロッカーシャフト３の中心ｅとローラベアリング７の中心ｆとを結んだ直線に対して、ローラベアリング７の中心ｆと第２ロッカーアーム６およびバルブ９のステムエンド９ａの接触面ｇとを結んだ直線が±１０°の範囲内となることをいうこととする。

上記カムロブ１のリフト区間の中間点ｄに上記ローラベアリング７が接触する際、ロッカーシャフト３の中心ｅと、ローラベアリング７の中心ｆと、第２ロッカーアーム６およびバルブ９のステムエンド９ａの接触面ｇとが、直線上に配置されるものとすることによって、この際、ステムエンド９ａと第２ロッカーアーム６とが垂直に接触するものとすることができる。また上記カムロブ１のリフト区間の中間点ｄに上記ローラベアリング７が接触している際の第２ロッカーアーム６の位置から、バルブ９を最大にリフトする際の第２ロッカーアーム６の位置までの第２ロッカーアーム６の移動角度と、上記カムロブ１のリフト区間の中間点ｄに上記ローラベアリング７が接触している際の第２ロッカーアーム６の位置から、バルブ９を最小にリフトする際の第２ロッカーアーム６の位置までの第２ロッカーアーム６の移動角度とを等しいものとすることができる。これにより、上記第２ロッカーアーム６がいずれの位置にある場合であっても、上記ステムエンド９ａと第２ロッカーアーム６との当たりを良好なものとすることができ、バルブ９の摩耗を少ないものとすることができる。したがって、バルブの寿命を長いものとすることが可能となるという利点を有している。

またさらに、本発明においては、上記カムシャフト２の回転によりローラベアリング７が揺動した際、上記第２ロッカーアーム６が、一端が制御シャフト１０によって軸支され、他端が上記第２ロッカーアームの上記摺動面ａ上を揺動する制御アーム１１との接点を支点として揺動し、上記バルブ９が上下して開閉されるものとされる。

本発明においては、例えば、カムロブ１が回転し、ローラベアリング７と接触する部分がベース区間からリフト区間に移行すると、ロッカーシャフト３を支点として第１ロッカーアーム４のローラベアリング７側の端部（他端）が、上方に押し上げられる。これと共に、第２ロッカーアーム６のローラベアリング７側の端部（一端）が上方に押し上げられ、第２ロッカーアームのバルブ９側の端部（他端）は、上記制御アーム１１との接点を支点として、押し下げられることとなる。これにより、バルブ９が押圧され、バルブ９を開くことが可能となるのである。

本発明によれば、上記第２ロッカーアーム６が、制御アーム１１との接点を支点として揺動し、バルブが上下するものとされていることから、上記第２ロッカーアーム６の揺動の支点を変化させることによって、第２ロッカーアーム６がバルブ９に与えるリフト量を変化させることができる。すなわち、図１に示すように、制御アーム１１と第２ロッカーアーム６との接点がバルブ９に近い位置とされている場合には、第２ロッカーアーム６のバルブ側の揺動の振れが小さくなり、バルブ９に与えられるリフト量が小さいものとされる。また、制御アーム１１と第２ロッカーアーム６との接点が第１ロッカーアーム４側とされている場合には、第２ロッカーアーム６のバルブ９側の揺動の振れが大きくなり、バルブ９に与えられるリフト量が大きいものとされる。したがって、本発明によれば、連続的にバルブのリフト量を変化させることができるのである。

本発明の可変動弁機構においては、例えば図３に示すようなバルブリフトカーブを得ることができ、本発明によれば、各回転数域に最適なバルブリフトカーブを選択することで、出力向上や低燃費という効果を得ることができる。また、部分負荷運転時には、小バルブリフト量で済むので、バルブスプリング荷重が少なく、バルブ駆動フリクションを低減することができるという利点も有している。

ここで、本発明の上記連続可変動弁機構は、例えば図４の概略断面図に示されるような内燃機関に用いることができる。図４は内燃機関の吸気側Ａに、本発明の連続可変動弁機構Ｃを用いたものであり、排気側Ｂには公知の直動型タペットＤが用いられている。
本発明において上記連続可変動弁機構は、例えば内燃機関の吸気側のみに用いられるものであってもよく、また排気側のみに用いられるものであってもよく、また両方に用いられるものであってもよいが、本発明においては特に、少なくとも吸気側に用いられることが好ましい。これにより、出力および燃費の向上がより期待できるからである。なお、図４における連続可変動弁機構Ｃにおいては、押圧手段８として、スプリング固定台８ａおよび連結ピン５によって固定されたヘアピンスプリング８が用いられている。

また、本発明の連続可変動弁機構は、吸気側の動弁機構に上記連続可変動弁機構が用いられ、かつ排気側の動弁機構が上記連続可変動弁機構を含まないＳＯＨＣ型の内燃機関に用いられるものであってもよく、また吸気側の動弁機構に上記連続可変動弁機構が用いられ、かつ排気側の動弁機構が上記連続可変動弁機構を含まないＤＯＨＣ型の内燃機関に用いられるものであってもよい。

また、本発明の連続可変動弁機構は、排気側に直動型タペットを有し、各バルブにそれぞれタペットを装備したＤＯＨＣ型の内燃機関に用いられるものであってもよい。この場合、タペットとして外周部と内周部とが分離する油圧作動機構を備えるカム切り替えタペットを使用することにより、吸排共に小型軽量なものとすることができる。本発明の連続可変動弁機構を上記内燃機関に用いることにより、各回転域で吸気のみでなく排気のバルブリフト量の調整も行うことができ、最適バルブ作動を得ることが可能となる。

またさらに本発明の連続可変動弁機構は、吸排気カムシャフトのフロント側に、公知のＶＶＴ機構を搭載し、各回転数域に応じてバルブタイミングを変更することが可能なＤＯＨＣ型の内燃機関にも用いることができる。本発明の連続可変動弁機構を上記内燃機関に用いることにより、各回転数域で、最適なバルブ作動タイミングを得ることができるからである。

また本発明の連続可変動弁機構は、平面タペット方式を有し、ラッシュアジャスター機構を内蔵する内燃機関にも用いることができる。この場合、給油はタペット外周部（ヘッド側内周部）に設けられることとなる。

このような本発明の可変動弁機構における主たる構成部材である、ローラベアリング、第２ロッカーアーム、および制御アームについて、以下、詳細に説明する。なお、その他の構成については、一般的な内燃機関の動弁機構において用いられるものと同様なのでここでの説明は省略する。

１．ローラベアリング
まず、本発明に用いられるローラベアリングについて説明する。本発明に用いられるローラベアリングは、例えば図１に示すように、連結ピン５によって軸支されており、かつカムロブ１と回転接触するものである。またこのローラベアリング７は、連結ピン５によって第１ロッカーアーム４の端部（他端）および第２ロッカーアーム６の端部（一端）と連結されており、カムシャフト２の回転を、第１ロッカーアーム４および第２ロッカーアーム６の揺動に変換するという機能を果たす。

上記ローラベアリングとしては、上記カムロブと回転接触し、揺動可能なものであれば特に限定されるものではない。例えば図５に示すように、第１ロッカーアーム４および第２ロッカーアーム６に、それぞれ軸受孔４ａおよび６ａを各々有する一対の支持壁部をそれぞれ間隔を開けて形成し、これらの間に軸受孔７ａを有するローラベアリング７を配置して、各軸受孔４ａ、６ａ、および７ａに連結ピン５を貫通させることにより、回転自在に支持されたもの等とすることができる。この際、連結ピン５とローラベアリング７に形成された軸受孔７ａとの間には、フリクションロスを軽減するためにベアリングを介在させることが好ましい。

また、上記ローラベアリングの位置としては、第１ロッカーアームを軸支するロッカーシャフトと、バルブとの間とされ、上述したように、カムロブのリフト区間の中間点にローラベアリングが接触する際、ロッカーシャフトの中心と、ローラベアリングの中心と、第２ロッカーアームおよびバルブのステムエンドの接触面とが、この順で直線上に配置されるような位置に調整されて配置される。

なお、休筒運転時ないしバルブの小リフト時に上記ローラベアリングや第１ロッカーアーム、第２ロッカーアームがジャンプしないように、ローラベアリングを下方に押圧する押圧手段は、上記ローラベアリングの揺動や、ローラベアリングとカムロブとの回転接触を阻害しないような位置に配置される。

２．第２ロッカーアーム
次に、本発明に用いられる第２ロッカーアームについて説明する。本発明に用いられる第２ロッカーアームは、上記第１ロッカーアームと連結ピンによって揺動自在に連結されており、上面、すなわちバルブ側と反対側の面に摺動面を有するものとされる。またこの第２ロッカーアームは、上記カムシャフトの回転により上記カムロブと接触するローラベアリングが揺動した際、一端が制御シャフトによって軸支され、他端が上記第２ロッカーアームの上記摺動面上を揺動する制御アームとの接点を支点として揺動し、上記バルブを上下させることとなる。

本発明においては、上記第２ロッカーアームの摺動面、すなわち制御アームとの接触面は、上記制御アームとのクリアランスを一定に保つことが可能なものであれば特に限定されるものではないが、特に上記摺動面が円弧状とされていることが好ましい。なおこの円弧の中心は、通常、制御アームの揺動中心である制御シャフトの軸心と同軸とされる。これにより、ローラベアリングがカムロブのベース区間ｂと接触している時、制御アームが制御シャフトを支点として揺動した場合であっても、制御アームとロッカーアームとの間のクリアランスが広がることがなく、フリクションロスが低く、静音性等を高いものとすることができるからである。

３．制御アーム
次に、本発明に用いられる制御アームについて説明する。本発明に用いられる制御アームは、一端が制御シャフトによって軸支されているものであって、他端が上記第２ロッカーアームの上記摺動面と接するように形成され、上記摺動面上を揺動するものとされる。

本発明においては、この制御アームの角度を変えることで、上述した第２ロッカーアームの揺動の支点位置を設けることができ、バルブのリフト量を連続的に変化させることが可能となるのである。

また上記制御アームを軸支する制御シャフトは、回動手段により回動される。上記回動手段として具体的には、制御シャフトがシリンダヘッドに回転可能に支持されており、制御シャフトの一端にはギアが固定された構造等とすることができる。通常、このギアの歯車部にはウォームギアを有するモータが連結されており、モータの回転により、制御アームが回動されることとなる。本発明においてはこの回動によって制御アームの位置を移動させて、上記第２ロッカーアームの支点を変化させることが可能となるのである。

ここで、本発明においては特に、上記制御アームのうち、上記第２ロッカーアームと接触する部分との当接部分においては、図１に示すように、制御アーム１１の先端にローラを用い、上記摺動面を転がり摺動とするものであってもよく、または例えば図６に示すように、滑らかな曲面状に形成したロッカチップ２０等の摺動部材を間に挟んで両者を当接させるようにしてもよい。本発明においては特に制御アームの、第２ロッカーアームの摺動面との接触部分がローラ状とされていることが好ましい。これにより、両者の摺動を転がり摺動とすることができ、摺動によるフリクションの低減を図ることができるからである。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

本発明の連続可変動弁機構の一例を示す概略断面図である。 本発明に用いられるカムロブの形状を説明するための説明図である。 本発明の連続可変動弁機構によって得られるバルブリフトカーブを示すグラフである。 本発明の連続可変動弁機構が用いられる内燃機関の一例を示す概略断面図である。 本発明に用いられるローラベアリングを説明するための説明図である。 本発明に用いられる制御アームを説明するための説明図である。

符号の説明

１ …カムロブ
２ …カムシャフト
３ …ロッカーシャフト
４ …第１ロッカーアーム
５ …連結ピン
６ …第２ロッカーアーム
７ …ローラベアリング
８ …押圧手段
９ …バルブ
１０…制御シャフト
１１…制御アーム

Claims (3)

1. カムロブを備えたカムシャフトと、一端がロッカーシャフトによって揺動自在に固定された第１ロッカーアームと、前記第１ロッカーアームの他端と連結ピンによって一端が揺動自在に連結され、上面に摺動面を有する第２ロッカーアームと、前記連結ピンによって軸支され、前記カムロブと回転接触するように形成されたローラベアリングと、前記ローラベアリングを下方に押圧する押圧手段と、前記第２ロッカーアームの他端に配置され、前記第２ロッカーアームの前記他端の揺動により開閉されるバルブとを有し、前記カムロブのリフト区間の中間点に前記ローラベアリングが接触する際、前記ロッカーシャフトの中心と、前記ローラベアリングの中心と、前記第２ロッカーアームおよび前記バルブのステムエンドの接触面とが、この順で直線上に配置される連続可変動弁機構であって、
   前記カムシャフトの回転により前記カムロブと接触するローラベアリングが揺動した際、前記第２ロッカーアーム部が、一端が制御シャフトによって軸支され、他端が前記第２ロッカーアームの前記摺動面上を揺動する制御アームとの接点を支点として揺動し、これにより前記バルブが上下し、開閉されることを特徴とする連続可変動弁機構。
2. 前記第２ロッカーアームの前記摺動面が、円弧状とされていることを特徴とする請求項１に記載の連続可変動弁機構。
3. 前記制御アームの、前記第２ロッカーアームと接触する接触部分がローラ状とされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の連続可変動弁機構。
   

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