JP2007278255A - Cam profile of variable valve mechanism - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the load on a control shaft in a high valve lift while enhancing a lift control accuracy in a high valve lift in a variable valve mechanism which changes the valve lift of an engine valve with the control shaft provided with a cam. <P>SOLUTION: The profile of a cam 57 provided to the control shaft 56 of the variable valve mechanism which controls the valve lift of a suction valve in an internal combustion engine includes two involute curve portions P1 and P2, and the radii R2 to R4 of base circles C2 to C4 defining the involute curve portion P2 at a low valve lift side are set shorter than the radius R1 of a base circle C1 defining the involute curve portion P1 at a high valve lift side. Thereby, the bending load getting in the control shaft in a high valve lift can be kept low while restraining the distortion of the control shaft 56 in a low valve lift to precisely control the valve lift. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、機関弁のバルブリフトを制御する可変動弁機構のコントロールシャフトに設けられたカムのプロファイルに関する。   The present invention relates to a profile of a cam provided on a control shaft of a variable valve mechanism that controls a valve lift of an engine valve.

内燃機関の機関弁のバルブ開角およびバルブリフトを変化させるコントロールシャフトに設けたカムのプロファイルをインボリュート曲線部と円弧部とで構成したものが、下記特許文献1により公知である。   A cam profile provided on a control shaft for changing the valve opening angle and valve lift of an engine valve of an internal combustion engine is composed of an involute curve portion and an arc portion, and is known from Patent Document 1 below.

このカムプロファイルは、最低バルブリフトから最高バルブリフトまでの領域ではインボリュート曲線部が作用してバルブリフトを次第に増加させ、最高バルブリフトの領域では円弧部が作用してバルブリフトを一定に保つようになっている。給排気の効率の観点から、内燃機関の停止時に機関弁のバルブ開角およびバルブリフトを最大になる位置に固定することが望ましいが、その位置でカムプロファイルの円弧部を作用させることで、機関弁の弁ばねの反力でコントロールシャフトが回転してバルブ開角およびバルブリフトが減少方向に変化してしまうのを防止している。
特開2004−339951号公報
In this cam profile, the involute curve part acts in the region from the lowest valve lift to the highest valve lift, and the valve lift gradually increases, and the arc part acts in the region of the highest valve lift to keep the valve lift constant. It has become. From the viewpoint of supply / exhaust efficiency, it is desirable to fix the valve opening angle and valve lift of the engine valve at the maximum position when the internal combustion engine is stopped, but by operating the arc portion of the cam profile at that position, the engine The reaction force of the valve spring of the valve prevents the control shaft from rotating and the valve opening angle and valve lift from changing in the decreasing direction.
JP 2004-339951 A

ところで、内燃機関の吸気弁のバルブリフトが小さい領域では、バルブリフトが僅かに変化するだけで吸入空気量が大きく変化して内燃機関の出力も大きく変化するため、バルブリフトの精密な制御が必要になる。しかしながら、コントロールシャフトのカムには弁ばねの反力がカムフォロアを介して伝達されるため、コントロールシャフトが捩じれてカムの位相が変化することでバルブリフトの精密な制御が妨げられる可能性があり、これを防止しようとしてコントロールシャフトを太くすると重量が増加する問題がある。   By the way, in the region where the valve lift of the intake valve of the internal combustion engine is small, the intake air amount changes greatly and the output of the internal combustion engine also changes greatly only by a slight change of the valve lift, so precise control of the valve lift is necessary. become. However, since the reaction force of the valve spring is transmitted to the cam of the control shaft via the cam follower, there is a possibility that precise control of the valve lift may be hindered by twisting the control shaft and changing the phase of the cam. If the control shaft is thickened to prevent this, there is a problem that the weight increases.

またバルブリフトが大きい領域では弁ばねの反力も増加するため、その反力によってカムフォロアからカムに大きな反力が作用し、コントロールシャフトに大きな曲げ荷重が作用して撓みが発生したり、コントロールシャフトの軸受けに大きな荷重が作用したりする問題がある。   In addition, since the reaction force of the valve spring increases in the region where the valve lift is large, a large reaction force acts on the cam from the cam follower due to the reaction force, and a large bending load acts on the control shaft, causing bending, There is a problem that a large load acts on the bearing.

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、カムを備えたコントロールシャフトで機関弁のバルブリフトを変更する可変動弁機構において、低バルブリフト時のリフト制御精度を高めながら、高バルブリフト時にコントロールシャフトが受ける荷重を低減することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a variable valve mechanism that changes the valve lift of an engine valve with a control shaft provided with a cam, while increasing the lift control accuracy at the time of low valve lift, the high valve lift The goal is to reduce the load that the control shaft sometimes receives.

上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明は、機関弁のバルブリフトを制御する可変動弁機構のコントロールシャフトに設けられたカムのプロファイルであって、前記プロファイルは少なくとも二つのインボリュート曲線部を含み、バルブリフトが小さい側のインボリュート曲線部を規定する基礎円の半径は、バルブリフトが大きい側のインボリュート曲線部を規定する基礎円の半径よりも小さいことを特徴とする可変動弁機構のカムプロファイルが提案される。   To achieve the above object, the invention described in claim 1 is a profile of a cam provided on a control shaft of a variable valve mechanism for controlling a valve lift of an engine valve, wherein the profile includes at least two profiles. A variable motion characterized in that the radius of the base circle that includes the involute curve portion and that defines the involute curve portion on the side where the valve lift is small is smaller than the radius of the base circle that defines the involute curve portion on the side where the valve lift is large A cam profile of the valve mechanism is proposed.

また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、前記プロファイルは、バルブリフトが大きい側から小さい側に向かうにつれて前記基礎円の半径が次第に小さくなるインボリュート曲線部によって連続的に形成されていることを特徴とする可変動弁機構のカムプロファイルが提案される。   According to the invention described in claim 2, in addition to the configuration of claim 1, the profile is formed by an involute curve portion in which the radius of the basic circle gradually decreases as the valve lift moves from the large side to the small side. A cam profile of a variable valve mechanism characterized by being formed continuously is proposed.

尚、実施の形態の吸気弁16は本発明の機関弁に対応する。   The intake valve 16 of the embodiment corresponds to the engine valve of the present invention.

請求項1の構成によれば、可変動弁機構のコントロールシャフトに設けられたカムのプロファイルがインボリュート曲線部で構成されている部分では、カムがカムフォロアから受ける反力が基礎円の接線方向を指向するため、基礎円の半径が小さい低バルブリフト時に前記反力はコントロールシャフトの中心に近い位置を指向し、基礎円の半径が大きい高バルブリフト時に前記反力はコントロールシャフトの中心から遠い位置を指向することになる。   According to the configuration of the first aspect, the reaction force received by the cam from the cam follower is directed in the tangential direction of the basic circle at the portion where the profile of the cam provided on the control shaft of the variable valve mechanism is an involute curve portion. Therefore, when the valve lift is low, the reaction force is directed closer to the center of the control shaft, and when the valve lift is large, the reaction force is far from the center of the control shaft. Will be oriented.

低バルブリフト時は機関弁のバルブリフトを精度良く制御することが要求されるが、前記反力がコントロールシャフトの中心に近い位置を指向することで、コントロールシャフトに加わる捩じりモーメントが小さくなって捩じれ変形が抑制され、機関弁のバルブリフトを制御精度が向上する。このとき、前記反力がコントロールシャフトの中心に近い位置を指向することで、前記反力によるコントロールシャフトの曲げ荷重は大きくなるが、低バルブリフト時には前記反力自体が小さいので問題はない。   When the valve lift is low, it is required to control the valve lift of the engine valve with high accuracy. However, the torsional moment applied to the control shaft is reduced by directing the reaction force closer to the center of the control shaft. Thus, twisting deformation is suppressed, and the control accuracy of the valve lift of the engine valve is improved. At this time, since the reaction force is directed to a position close to the center of the control shaft, the bending load of the control shaft due to the reaction force increases. However, there is no problem because the reaction force itself is small during low valve lift.

一方、高バルブリフト時は前記反力自体が大きくなるが、その反力がコントロールシャフトの中心から遠い位置を指向することで、コントロールシャフトに加わる曲げ荷重を小さく抑えることができる。このとき、前記反力がコントロールシャフトの中心から遠い位置を指向することでコントロールシャフトに加わる捩じりモーメントは大きくなるが、高バルブリフト時にはバルブリフトの制御の要求精度が低いために問題はない。   On the other hand, when the valve lift is high, the reaction force itself increases. However, the bending force applied to the control shaft can be kept small by directing the reaction force away from the center of the control shaft. At this time, the torsional moment applied to the control shaft increases because the reaction force is directed away from the center of the control shaft, but there is no problem because the required accuracy of valve lift control is low during high valve lift. .

また請求項2に記載された発明によれば、カムのプロファイルをバルブリフトが大きい側から小さい側に向かうにつれて基礎円の半径が次第に小さくなるインボリュート曲線部によって連続的に形成したので、バルブリフトを低バルブリフトおよび高バルブリフト間で変化させたときにコントロールシャフトに加わる捩じりモーメントが急変するのを防止することができる。   According to the second aspect of the present invention, the cam profile is continuously formed by the involute curve portion in which the radius of the base circle gradually decreases from the larger valve lift side to the smaller valve lift side. The torsional moment applied to the control shaft when changing between the low valve lift and the high valve lift can be prevented from changing suddenly.

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1〜図6は本発明の第1の実施の形態を示すものであり、図1は内燃機関の要部縦断側面図、図2は図1の2−2線断面図、図3は可変動弁機構の要部分解斜視図、図4は高バルブリフト状態での図2の4−4線断面図、図5は低バルブリフト状態での図4に対応した断面図、図6はコントロールシャフトのカムのプロファイルを示す図である。   1 to 6 show a first embodiment of the present invention, FIG. 1 is a longitudinal sectional side view of an essential part of an internal combustion engine, FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along line 4-4 of FIG. 2 in a high valve lift state, FIG. 5 is a sectional view corresponding to FIG. 4 in a low valve lift state, and FIG. It is a figure which shows the profile of the cam of a shaft.

先ず図1〜図4において、機関本体14の一部を構成するシリンダヘッド15には、1気筒に対して一対の機関弁である吸気弁16,16が開閉作動可能に配設されており、両吸気弁16,16を開閉駆動する可変動弁機構17は、両吸気弁16,16に個別に対応した動弁カム18,18が設けられるカムシャフト19と、前記動弁カム18,18の回転軸線すなわちカムシャフト19の軸線に直交する平面内で変位可能な可動支軸20で揺動可能に支承されるとともに動弁カム18,18に従動して揺動するサブカム21と、吸気弁16,16にそれぞれ個別に連動、連結されるとともに前記サブカム21にそれぞれ従動する一対のロッカアーム22,22と、可動支軸20に連結されるとともに前記動弁カム18,18すなわち前記カムシャフト19の軸線と平行な軸線まわりの回動を可能とするとともにその回動軸線からオフセットした位置で前記可動支軸20を保持するコントロールアーム23と、該コントロールアーム23を回動駆動する駆動手段24とを備えるものであり、前記可動支軸20を変位させることで吸気弁16,16のバルブリフトを含む作動特性を変化させることができる。   First, in FIG. 1 to FIG. 4, a cylinder head 15 constituting a part of the engine body 14 is provided with intake valves 16, 16 that are a pair of engine valves for one cylinder so as to be opened and closed. The variable valve mechanism 17 that opens and closes both intake valves 16, 16 includes a camshaft 19 provided with valve cams 18, 18 individually corresponding to both intake valves 16, 16, and the valve cams 18, 18. A sub-cam 21 that is swingably supported by a movable support shaft 20 that is displaceable in a plane orthogonal to the rotation axis, that is, the axis of the camshaft 19, and that swings by the valve cams 18, 18, and the intake valve 16. , 16 and a pair of rocker arms 22, 22 that are individually linked and connected to the sub cam 21 and a movable support shaft 20 and the valve cams 18, 18, A control arm 23 that enables rotation about an axis parallel to the axis of the shaft 19 and holds the movable support shaft 20 at a position offset from the rotation axis, and driving means for rotating the control arm 23 24. By displacing the movable support shaft 20, the operation characteristics including the valve lift of the intake valves 16, 16 can be changed.

前記吸気弁16,16のステム16a,16aはシリンダヘッド15に配設されたガイド筒25,25に摺動自在に嵌合されており、ステム16a,16aの上端に設けられるリテーナ26,26と、シリンダヘッド15に当接されるリテーナ27,27との間に介設される弁ばね28,28により、吸気弁16,16は閉弁方向に付勢される。   Stems 16a and 16a of the intake valves 16 and 16 are slidably fitted into guide cylinders 25 and 25 disposed on the cylinder head 15, and retainers 26 and 26 provided at upper ends of the stems 16a and 16a, respectively. The intake valves 16, 16 are urged in the valve closing direction by the valve springs 28, 28 interposed between the retainers 27, 27 abutted on the cylinder head 15.

シリンダヘッド15には、一対の吸気弁16,16の両側に配置されるようにしてカムホルダ29,29が設けられ、それらのカムホルダ29,29と協働して前記カムシャフト19を回転自在に支承するキャップ30,30がカムホルダ29,29の上面に締結される。   The cylinder head 15 is provided with cam holders 29 and 29 so as to be arranged on both sides of the pair of intake valves 16 and 16, and in cooperation with these cam holders 29 and 29, the camshaft 19 is rotatably supported. Caps 30 and 30 are fastened to the upper surfaces of the cam holders 29 and 29.

ロッカアーム22,22の一端部は、油圧タペット31,31を介してコントロールアーム23に揺動可能に支承される。またロッカアーム22,22の他端部には、前記吸気弁16,16のステム16a,16aの上端に当接される弁当接部22a,22aが設けられる。さらにロッカアーム22,22の中間部にはニードルベアリング32,32を介して第1ローラ33,33が軸支されており、これらの第1ローラ33,33がサブカム21に転がり接触する。   One end portions of the rocker arms 22 and 22 are swingably supported by the control arm 23 via hydraulic tappets 31 and 31. Further, the other end portions of the rocker arms 22 and 22 are provided with valve contact portions 22a and 22a that are in contact with the upper ends of the stems 16a and 16a of the intake valves 16 and 16, respectively. Further, first rollers 33 and 33 are pivotally supported at intermediate portions of the rocker arms 22 and 22 via needle bearings 32 and 32, and these first rollers 33 and 33 are in rolling contact with the sub cam 21.

コントロールアーム23は、その回動軸線に沿って間隔をあけて前記吸気弁16,16の両側に配置される側壁部23a,23aと、カムシャフト19と平行な軸線を回動軸線Cとするようにして両側壁部23a,23aの外面に直角に連なる軸部23b,23bと、前記両側壁部23a,23aの一端部間を結ぶ第1の連結壁部23cと、前記両側壁部23a,23aの他端間を結ぶ第2の連結壁部23dとを一体に有するように構成され、前記軸部23b,23bは、前記カムホルダ29,29に設けられた支持孔34,34に回動可能に嵌合される。すなわちコントロールアーム23はカムホルダ29,29で回動可能に支承される。   The control arm 23 is configured such that the axis parallel to the camshaft 19 and the side wall portions 23a, 23a disposed on both sides of the intake valves 16, 16 at intervals along the rotation axis is the rotation axis C. The shaft portions 23b, 23b that are connected to the outer surfaces of the side wall portions 23a, 23a at right angles, the first connecting wall portion 23c that connects one end portions of the side wall portions 23a, 23a, and the side wall portions 23a, 23a. And a second connecting wall portion 23d connecting the other ends of the first and second shafts 23b and 23b so that the shaft portions 23b and 23b can rotate in support holes 34 and 34 provided in the cam holders 29 and 29, respectively. Mated. That is, the control arm 23 is rotatably supported by the cam holders 29 and 29.

このコントロールアーム23の回動軸線C、すなわち軸部23b,23bの軸線は両吸気弁16,16のステム16a,16aの上方に配置されるものであり、ロッカアーム22,22の他端部に設けられる前記弁当接部22a,22aは、吸気弁16,16が閉弁着座状態にあるときに、コントロールアーム23の回動軸線Cを中心とした円弧に沿うように形成される。   The rotation axis C of the control arm 23, that is, the axis of the shaft portions 23b and 23b is arranged above the stems 16a and 16a of the intake valves 16 and 16, and is provided at the other end of the rocker arms 22 and 22. The valve contact portions 22a and 22a are formed so as to follow an arc centered on the rotation axis C of the control arm 23 when the intake valves 16 and 16 are in the closed seating state.

前記カムシャフト19と平行な軸線を有する可動支軸20は、コントロールアーム23における両側壁部23a,23aの内側に配置されるサブカム21と、サブカム21の中間部に介装される円筒状のスペーサ35とを貫通するものであり、該可動支軸20の両端が前記両側壁部23a,23aの内側面に当接され、両側壁部23a,23aにそれぞれ挿通されるボルト36,36が可動支軸20の両端部に螺合され、可動支軸20およびサブカム21間にニードルベアリング37,37が介装される。   The movable support shaft 20 having an axis parallel to the camshaft 19 includes a sub cam 21 disposed inside the both side walls 23a, 23a of the control arm 23, and a cylindrical spacer interposed between the intermediate portions of the sub cam 21. 35, both ends of the movable support shaft 20 are in contact with the inner side surfaces of the both side wall portions 23a, 23a, and bolts 36, 36 respectively inserted into the both side wall portions 23a, 23a are movable support members. Screwed into both ends of the shaft 20, needle bearings 37 and 37 are interposed between the movable support shaft 20 and the sub cam 21.

すなわちコントロールアーム23の両側壁部23a,23aに両端が着脱可能に取付けられる可動支軸20でサブカム21が回動可能に支承されることになり、しかも可動支軸20とは別体であるスペーサ35が、サブカム21の中間部に介在するようにして可動支軸20の外周に嵌装される。   That is, the sub cam 21 is rotatably supported by the movable support shaft 20 that is detachably attached to both side walls 23a, 23a of the control arm 23, and is a spacer that is separate from the movable support shaft 20. 35 is fitted on the outer periphery of the movable support shaft 20 so as to be interposed in the intermediate portion of the sub cam 21.

しかもサブカム21においてコントロールアーム23の軸部23b,23bおよび前記可動支軸20間に対応する部分には、カムシャフト19側に開放した略U字状に形成されてカムシャフト19の下方に延びる一対の支持腕部21a,21aが一体に連設されており、両支持腕部21a,21aの先端間に固定される支軸38にニードルベアリング39を介して第2ローラ40が軸支され、その第2ローラ40は、カムシャフト19の動弁カム18に転がり接触する。すなわちサブカム21はカムシャフト19の動弁カム18に第2ローラ40が接触することで可動支軸20の軸線まわりに回動駆動される。   In addition, in the sub cam 21, a portion corresponding to the portion between the shaft portions 23 b and 23 b of the control arm 23 and the movable support shaft 20 is formed in a substantially U shape opened to the camshaft 19 side and extends below the camshaft 19. The support arms 21a, 21a are integrally connected to each other, and a second roller 40 is pivotally supported via a needle bearing 39 on a support shaft 38 fixed between the tips of both the support arms 21a, 21a. The second roller 40 is in rolling contact with the valve cam 18 of the camshaft 19. That is, the sub cam 21 is rotated around the axis of the movable support shaft 20 when the second roller 40 contacts the valve cam 18 of the cam shaft 19.

また前記支軸38に関して前記カムシャフト19とは反対側で前記サブカム21には受圧腕部21bが一体に設けられており、その受圧腕部21bには、前記第2ローラ40を動弁カム18に転がり接触せしめる側にサブカム21を付勢するばね力が作用する。すなわちコントロールアーム23が備えるばね受け孔23eに支持されたロストモーション用ばね43により付勢された押圧ロッド44の先端が弾発的に当接する。   Further, a pressure receiving arm portion 21b is integrally provided on the sub cam 21 on the opposite side of the support shaft 38 from the cam shaft 19, and the second roller 40 is connected to the valve cam 18 on the pressure receiving arm portion 21b. The spring force that urges the sub cam 21 acts on the side to be brought into contact with rolling. That is, the tip of the pressing rod 44 urged by the lost motion spring 43 supported by the spring receiving hole 23e provided in the control arm 23 is elastically contacted.

ところで、サブカム21の下面には、ロッカアーム22,22の第1ローラ33,33を転がり接触せしめる当接面46,46が設けられるものであり、各当接面46は、ロッカアーム22を回動駆動するリフト部46aと、ロッカアーム22を静止状態に保持すべく可動支軸20の軸線からの距離を等距離としたベース円部46bとが連なって成るものであり、リフト部46aは、動弁カム18の回動に伴ってサブカム21が回動する際にロッカアーム22の第1ローラ33へのリフト部46aの接触点と、可動支軸20の軸線との間の距離が次第に大きくなるようにして直線状に延びるように形成される。   By the way, the lower surface of the sub cam 21 is provided with contact surfaces 46 and 46 for bringing the first rollers 33 and 33 of the rocker arms 22 and 22 into rolling contact with each other, and each contact surface 46 rotationally drives the rocker arm 22. And a base circular portion 46b having an equal distance from the axis of the movable support shaft 20 in order to keep the rocker arm 22 in a stationary state, and the lift portion 46a has a valve cam. The distance between the contact point of the lift portion 46a with the first roller 33 of the rocker arm 22 and the axis of the movable support shaft 20 is gradually increased when the sub cam 21 is rotated with the rotation of 18. It is formed so as to extend linearly.

コントロールアーム23の第1の連結壁部23cにおいて、前記ロッカアーム22,22に対応する部分には、可動支軸20とは反対側の端部に端壁47a,47aを有して前記可動支軸20とは反対側に延びる有底筒状のタペット装着筒部47,47が一体に設けられ、そのタペット装着筒部47,47に油圧タペット31,31が装着される。   In the first connecting wall portion 23c of the control arm 23, the portions corresponding to the rocker arms 22 and 22 have end walls 47a and 47a at the end opposite to the movable support shaft 20, and the movable support shaft. The bottomed cylindrical tappet mounting cylinders 47 and 47 extending on the opposite side of the cylinder 20 are integrally provided, and the hydraulic tappets 31 and 31 are mounted on the tappet mounting cylinders 47 and 47.

油圧タペット31は、閉塞端を端壁47aに当接させてタペット装着筒部47内に嵌合、装着される有底円筒状のボディ48と、該ボディ48に摺動可能に装着されるプランジャ49と、前記ボディ48の閉塞端および前記プランジャ49の一端間に形成される高圧室50ならびに前記プランジャ49内に形成される油室51間に介装されて前記プランジャ49の一端に設けられるチェックバルブ52と、前記高圧室50の容積を増大させる側に前記プランジャ49を付勢するばね力を発揮してボディ48およびプランジャ49間に設けられる戻しばね53とを備え、前記プランジャ49の他端に形成される球状頭部49aでロッカアーム22の一端部が揺動可能に支承される。   The hydraulic tappet 31 has a closed-end cylindrical body 48 fitted and mounted in the tappet mounting cylindrical portion 47 with the closed end abutting against the end wall 47a, and a plunger slidably mounted on the body 48. 49, and a high pressure chamber 50 formed between the closed end of the body 48 and one end of the plunger 49, and an oil chamber 51 formed in the plunger 49, and provided at one end of the plunger 49 A valve 52; and a return spring 53 provided between the body 48 and the plunger 49 to exert a spring force for urging the plunger 49 on the side of increasing the volume of the high-pressure chamber 50. One end portion of the rocker arm 22 is supported by a spherical head portion 49a formed in a swingable manner.

而してコントロールアーム23には、前記油圧タペット31,31に油圧を導く油圧路54が軸部23b,23bに至るまで設けられており、シリンダヘッド15から前記軸部23b,23bを介して前記油圧路54に油圧が供給される。   Thus, the control arm 23 is provided with a hydraulic path 54 for guiding the hydraulic pressure to the hydraulic tappets 31, 31 up to the shaft portions 23b, 23b, and the cylinder head 15 through the shaft portions 23b, 23b. Hydraulic pressure is supplied to the hydraulic path 54.

駆動手段24は、可動支軸20と平行な軸線を有してカムホルダ29,29およびキャップ30,30間で回転自在に支承されるコントロールシャフト56と、該コントロールシャフト56に設けられるカム57と、前記コントロールシャフト56を回転駆動する電動モータ58と、コントロールアーム23に設けられて前記カム57に当接するカムフォロア59とを備えるものであり、この駆動手段24で前記コントロールアーム23が軸部23c,23cの軸線すなわち回動軸線Cまわりに回動駆動される。   The drive unit 24 has a control shaft 56 that has an axis parallel to the movable support shaft 20 and is rotatably supported between the cam holders 29 and 29 and the caps 30 and 30, and a cam 57 provided on the control shaft 56. An electric motor 58 that rotationally drives the control shaft 56 and a cam follower 59 that is provided on the control arm 23 and abuts against the cam 57 are provided. The drive means 24 causes the control arm 23 to have shaft portions 23c, 23c. Is rotated around the axis of rotation, that is, the rotation axis C.

前記駆動手段24によってコントロールアーム23が図4で示す位置に配置されるときには、つまり駆動手段24のカム57の最高リフト部がカムフォロア59に当接するときには、可動支軸20の軸線まわりに回動するサブカム21の当接面46,46のリフト部46a,46aのうちベース円部46b,46bとは反対側の端部で、ロッカーアーム22を介して吸気弁16,16におけるステム16a,16aの上端が開弁方向に駆動されるものであり、この状態で吸気弁16,16のバルブリフトhが最大となる。   When the control arm 23 is arranged at the position shown in FIG. 4 by the driving means 24, that is, when the highest lift portion of the cam 57 of the driving means 24 comes into contact with the cam follower 59, it rotates around the axis of the movable support shaft 20. The upper ends of the stems 16a and 16a in the intake valves 16 and 16 through the rocker arm 22 at the ends of the lift portions 46a and 46a of the contact surfaces 46 and 46 of the sub cam 21 opposite to the base circular portions 46b and 46b. Is driven in the valve opening direction, and in this state, the valve lift h of the intake valves 16, 16 is maximized.

また駆動手段24によってコントロールアーム23が図5で示すように上方に回動されたときには、つまり駆動手段24のカム57の最低リフト部がカムフォロア59に当接するときには、たとえばサブカム21の当接面46,46のベース円部46b,46bがロッカーアーム22の第1ローラ33に当接するものであり、この状態では吸気弁16,16のバルブリフトhが最小(=0)となる。   When the control arm 23 is rotated upward as shown in FIG. 5 by the driving means 24, that is, when the lowest lift portion of the cam 57 of the driving means 24 comes into contact with the cam follower 59, for example, the contact surface 46 of the sub cam 21. , 46 abuts against the first roller 33 of the rocker arm 22, and in this state, the valve lift h of the intake valves 16, 16 is minimum (= 0).

すなわちコントロールアーム23を駆動手段24で回動駆動することにより、吸気弁16,16のバルブリフトが変化するのであるが、コントロールアーム23の回動駆動によって動弁カム18,18が第2ローラ40,40に接触するタイミングも変化することにより、吸気弁16,16の開閉タイミングも変化することになる。   In other words, when the control arm 23 is rotationally driven by the driving means 24, the valve lift of the intake valves 16 and 16 is changed. However, the valve cams 18 and 18 are moved by the second arm 40 by the rotational driving of the control arm 23. , 40 also changes the timing at which the intake valves 16, 16 are opened and closed.

次に、図6に基づいてコントロールシャフト56に設けたカム57のプロファイルについて説明する。   Next, the profile of the cam 57 provided on the control shaft 56 will be described with reference to FIG.

第1の実施の形態のカムプロファイルは、高バルブリフト側の第1のインボリュート曲線部P1と、低バルブリフト側の第2のインボリュート曲線部P2とで構成される。第1のインボリュート曲線部P1の基礎円C1は一定の半径R1を有している。即ち、一定の半径R1を有する基礎円C1に巻き付けた糸を巻き戻すとき、その糸の上の一点が描く曲線で第1のインボリュート曲線部P1が構成される。また第2のインボリュート曲線部P2は高バルブリフト側から低バルブリフト側に向けて基礎円C1,C2,C3の半径がR1→R2→R3と連続的に減少している。第1のインボリュート曲線部P1の低バルブリフト側の端部と第2のインボリュート曲線部P2の高バルブリフト側の端部とは滑らかに接続し、第2のインボリュート曲線部P2の低バルブリフト側の端部とベース円部P3とは滑らかに接続する。   The cam profile of the first embodiment includes a first involute curve portion P1 on the high valve lift side and a second involute curve portion P2 on the low valve lift side. The basic circle C1 of the first involute curve portion P1 has a constant radius R1. That is, when the yarn wound around the basic circle C1 having a certain radius R1 is rewound, the first involute curve portion P1 is formed by a curve drawn by one point on the yarn. In the second involute curve portion P2, the radius of the base circles C1, C2, and C3 continuously decreases from R1 → R2 → R3 from the high valve lift side to the low valve lift side. The end portion on the low valve lift side of the first involute curve portion P1 and the end portion on the high valve lift side of the second involute curve portion P2 are smoothly connected, and the low valve lift side of the second involute curve portion P2 And the base circle P3 are smoothly connected.

第1のインボリュート曲線部P1上の任意のa点がカムフォロアから59から受ける反力の方向は、a点における接線Tに直交する法線Nの方向であり、その法線Nの方向は基礎円C1に巻き付けた糸が延びる方向である。従って、a点にカムフォロア59から作用する反力の方向は基礎円C1に対する接線の方向となり、前記反力によりコントロールシャフト56を捩じるように作用する捩じりモーメントのモーントアームの長さは、基礎円C1の半径R1に一致する。このことは、第2のインボリュート曲線部P2上の任意の点についても当てはまる。   The direction of the reaction force that an arbitrary point a on the first involute curve portion P1 receives from the cam follower 59 is the direction of the normal N that is perpendicular to the tangent T at the point a, and the direction of the normal N is the base circle. This is the direction in which the yarn wound around C1 extends. Accordingly, the direction of the reaction force acting on the point a from the cam follower 59 is the direction of the tangent to the base circle C1, and the length of the moment arm of the torsion moment acting to twist the control shaft 56 by the reaction force is It coincides with the radius R1 of the basic circle C1. This is also true for any point on the second involute curve portion P2.

吸気弁16のバルブリフトが小さい領域ではバルブリフトが僅かに変化するだけで吸入空気量が大きく変化して内燃機関の出力も大きく変化するため、吸気弁16のバルブリフトを精密に制御することが必要になり、そのためにはコントロールシャフト56に作用する捩じりモーメントを小さくしてコントロールシャフト56の捩じれを最小限に抑える必要がある。本実施の形態では、吸気弁16のバルブリフトが小さいときほどカムプロファイルのインボリュート曲線の基礎円の半径が小さくなるため、カム57がカムフォロア59から受ける反力により発生する捩じりモーメントが、前記基礎円の半径(モーメントアーム)が小さくなる分だけ小さくなる。   In a region where the valve lift of the intake valve 16 is small, the intake air amount changes greatly and the output of the internal combustion engine also changes greatly only by a slight change of the valve lift, so that the valve lift of the intake valve 16 can be precisely controlled. For this purpose, it is necessary to reduce the torsional moment acting on the control shaft 56 to minimize the twisting of the control shaft 56. In the present embodiment, as the valve lift of the intake valve 16 is smaller, the radius of the base circle of the involute curve of the cam profile is smaller. Therefore, the torsional moment generated by the reaction force that the cam 57 receives from the cam follower 59 is It becomes smaller by the smaller radius (moment arm) of the base circle.

これにより、コントロールシャフト56の捩じれを最小限に抑えて、低バルブリフト時におけるバルブリフトの制御精度を高めることができる。特に、第2のインボリュート曲線部P2のベース円部P3に近い部分が作用する低バルブリフト時には、弁ばね28の圧縮量が小さいために前記反力も小さくなり、その分だけ捩じりモーメトも小さくなって精度制御が更に向上する。このように、コントロールシャフト56を特に大径化することなく捩じれ変形を抑制することができるので、コントロールシャフト56の重量が増加する虞もない。またコントロールシャフト56に加わる捩じりモーメントが小さくなると、それを回転駆動する電動モータ58の負荷も小さくなるため、電動モータ58の消費電力を削減することができる。   Thereby, the twist of the control shaft 56 can be minimized and the control accuracy of the valve lift at the time of low valve lift can be increased. In particular, at the time of a low valve lift in which a portion close to the base circle portion P3 of the second involute curve portion P2 acts, the reaction force is small because the compression amount of the valve spring 28 is small, and the torsional moment is also correspondingly small. Thus, the accuracy control is further improved. In this way, twisting deformation can be suppressed without particularly increasing the diameter of the control shaft 56, so there is no possibility that the weight of the control shaft 56 increases. Further, when the torsional moment applied to the control shaft 56 is reduced, the load of the electric motor 58 that rotationally drives it is also reduced, so that the power consumption of the electric motor 58 can be reduced.

更に、バルブリフトが最低バルブリフトになるときの第2のインボリュート曲線部P2の基礎円C3の半径R3をゼロにすることで、バルブリフトが最低バルブリフトになるときにコントロールシャフト56に作用する捩じりモーメントをゼロにし,バルブリフトの制御精度を更に高めることができる。しかも第2のインボリュート曲線P2の基礎円C1,C2,C3の半径R1,R2,R3が連続的に変化するで,バルブリフトを低バルブリフトおよび高バルブリフト間で変化させたときにコントロールシャフト56に作用する捩じりモーメントが急変するのを防止することができる。   Further, by setting the radius R3 of the base circle C3 of the second involute curve portion P2 when the valve lift becomes the lowest valve lift to zero, the screw acting on the control shaft 56 when the valve lift becomes the lowest valve lift. The twisting moment can be reduced to zero and the valve lift control accuracy can be further improved. In addition, since the radii R1, R2, and R3 of the base circles C1, C2, and C3 of the second involute curve P2 continuously change, the control shaft 56 is changed when the valve lift is changed between the low valve lift and the high valve lift. It is possible to prevent the torsional moment acting on the abrupt change.

またバルブリフトが大きい領域では弁ばね28の圧縮量が増加して反力も増加するため、その反力によってカムフォロア59からカム57に大きな反力が作用し、コントロールシャフト56に大きな曲げ荷重が作用して撓みが発生したり、コントロールシャフト56の軸受けに大きな荷重が作用したりする問題がある。しかしながら、本実施の形態では、第1のインボリュート曲線部P1が作用する高バルブリフト時に基礎円C1の半径R1が大いため、カムフォロア59からカム57に作用する反力がコントロールシャフト56の中心から遠く離れた位置を通過する。その結果、コントロールシャフト56に加わる曲げ荷重やコントロールシャフト56の軸受けに加わる荷重を低減し、コントロールシャフト56の小径化や軸受けの小型化による重量軽減が可能になる。   Further, in the region where the valve lift is large, the amount of compression of the valve spring 28 increases and the reaction force also increases, so that a large reaction force acts on the cam 57 from the cam follower 59 and a large bending load acts on the control shaft 56. Therefore, there is a problem that bending occurs or a large load acts on the bearing of the control shaft 56. However, in the present embodiment, since the radius R1 of the base circle C1 is large during the high valve lift in which the first involute curve portion P1 acts, the reaction force acting on the cam 57 from the cam follower 59 is far from the center of the control shaft 56. Pass away. As a result, the bending load applied to the control shaft 56 and the load applied to the bearing of the control shaft 56 are reduced, and the weight can be reduced by reducing the diameter of the control shaft 56 and reducing the size of the bearing.

この場合、前記モーメントアームの増加に伴ってコントロールシャフト56に作用する捩じりモーメントも増加するが、高バルブリフト時にはバルブリフトが若干増減しても吸入空気量に対する影響が小さいため、コントロールシャフト56の捩れが問題になることはない。   In this case, the torsional moment acting on the control shaft 56 increases as the moment arm increases. However, even if the valve lift slightly increases or decreases during high valve lift, the effect on the intake air amount is small. There is no problem with twisting.

図7はカムプロファイルの第2の実施の形態を示すものである。   FIG. 7 shows a second embodiment of the cam profile.

第2の実施の形態のカムプロファイルは、第1の実施の形態のカムプロファイルの第1のインボリュート曲線部P1と第2のインボリュート曲線部P2との間を、任意曲線部P4で接続したものである。任意曲線部P4は、第1、第2のインボリュート曲線部P1,P2を滑らかに接続するものであれば、どのようなものであっても良い。   The cam profile of the second embodiment is obtained by connecting the first involute curve portion P1 and the second involute curve portion P2 of the cam profile of the first embodiment with an arbitrary curve portion P4. is there. The arbitrary curve portion P4 may be anything as long as it smoothly connects the first and second involute curve portions P1 and P2.

図8はカムプロファイルの第3の実施の形態を示すものである。   FIG. 8 shows a third embodiment of the cam profile.

第3の実施の形態のカムプロファイルは、第1の実施の形態のカムプロファイルの第1のインボリュート曲線部P1よりも高バルブリフト側に任意曲線部P4を接続したものである。任意曲線部P4は、第1のインボリュート曲線部P1に滑らかに接続するものであれば、どのようなものであっても良い。   The cam profile of the third embodiment is obtained by connecting an arbitrary curve portion P4 on the higher valve lift side than the first involute curve portion P1 of the cam profile of the first embodiment. The arbitrary curve portion P4 may be anything as long as it is smoothly connected to the first involute curve portion P1.

図9はカムプロファイルの第4の実施の形態を示すものである。   FIG. 9 shows a fourth embodiment of the cam profile.

第4の実施の形態のカムプロファイルは、第1の実施の形態のカムプロファイルの第2のインボリュート曲線部P2よりも低バルブリフト側に任意曲線部P4を接続したものである。任意曲線部P4は、第2のインボリュート曲線部P2およびベース円部P3に滑らかに接続するものであれば、どのようなものであっても良い。   The cam profile of the fourth embodiment is obtained by connecting an arbitrary curve portion P4 on the lower valve lift side than the second involute curve portion P2 of the cam profile of the first embodiment. The arbitrary curve portion P4 may be anything as long as it is smoothly connected to the second involute curve portion P2 and the base circle portion P3.

これら第2〜第4の実施の形態によっても、前記第1の実施の形態の同様の作用効果を発揮することができる。   Also according to these second to fourth embodiments, the same functions and effects as those of the first embodiment can be exhibited.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。   The embodiments of the present invention have been described above, but various design changes can be made without departing from the scope of the present invention.

例えば、実施の形態では機関弁として吸気弁16,16を例示したが、本発明の機関弁は排気弁であっても良い。   For example, in the embodiment, the intake valves 16 and 16 are exemplified as the engine valve, but the engine valve of the present invention may be an exhaust valve.

また実施の形態ではカム57が当接するコントロールアーム23のカムフォロア59をスリッパで構成しているが、それをローラで構成しても良い。   In the embodiment, the cam follower 59 of the control arm 23 with which the cam 57 abuts is configured by a slipper. However, it may be configured by a roller.

また図6〜図9に示すカム57のプロファイルでは、最低リフト部がベース円部P4に接する位置に設定されているが、図5に示すように、カム57のベース円部P4から所定量リフトした位置(図5においてカム57がカムフォロア59に当接する位置)を最低リフト部としても良い。   Further, in the profile of the cam 57 shown in FIGS. 6 to 9, the minimum lift portion is set at a position in contact with the base circle portion P4. However, as shown in FIG. The position where the cam 57 comes into contact with the cam follower 59 in FIG.

内燃機関の要部縦断側面図Longitudinal sectional side view of the internal combustion engine 図1の2−2線断面図2-2 sectional view of FIG. 可変動弁機構の要部分解斜視図Exploded perspective view of essential parts of variable valve mechanism 高バルブリフト状態での図2の4−4線断面図Sectional view taken along line 4-4 of FIG. 2 in a high valve lift state 低バルブリフト状態での図4に対応した断面図Sectional view corresponding to Fig. 4 in the low valve lift state コントロールシャフトのカムのプロファイルを示す図Diagram showing control shaft cam profile 第2の実施の形態に係るコントロールシャフトのカムのプロファイルを示す図The figure which shows the profile of the cam of the control shaft which concerns on 2nd Embodiment 第3の実施の形態に係るコントロールシャフトのカムのプロファイルを示す図The figure which shows the profile of the cam of the control shaft which concerns on 3rd Embodiment 第4の実施の形態に係るコントロールシャフトのカムのプロファイルを示す図The figure which shows the profile of the cam of the control shaft which concerns on 4th Embodiment

符号の説明Explanation of symbols

16 吸気弁(機関弁)
17 可変動弁機構
56 コントロールシャフト
57 カム
C1 基礎円
C2 基礎円
C3 基礎円
P1 第1のインボリュート曲線部
P2 第2のインボリュート曲線部
R1 半径
R2 半径
R3 半径
16 Intake valve (engine valve)
17 Variable valve mechanism 56 Control shaft 57 Cam C1 Foundation circle C2 Foundation circle C3 Foundation circle P1 First involute curve portion P2 Second involute curve portion R1 Radius R2 Radius R3 Radius

Claims (2)

機関弁(16)のバルブリフトを制御する可変動弁機構(17)のコントロールシャフト(56)に設けられたカム(57)のプロファイルであって、
前記プロファイルは少なくとも二つのインボリュート曲線部(P1,P2)を含み、バルブリフトが小さい側のインボリュート曲線部(P2)を規定する基礎円(C2,C3)の半径(R2,R3)は、バルブリフトが大きい側のインボリュート曲線部(P1)を規定する基礎円(C1)の半径(R1)よりも小さいことを特徴とする可変動弁機構のカムプロファイル。
The profile of the cam (57) provided on the control shaft (56) of the variable valve mechanism (17) for controlling the valve lift of the engine valve (16),
The profile includes at least two involute curve portions (P1, P2), and the radius (R2, R3) of the base circle (C2, C3) defining the involute curve portion (P2) on the side where the valve lift is small is the valve lift. The cam profile of the variable valve mechanism, wherein the cam profile is smaller than the radius (R1) of the base circle (C1) that defines the involute curve portion (P1) on the larger side.
前記プロファイルは、バルブリフトが大きい側から小さい側に向かうにつれて前記基礎円(C1〜C3)の半径(R1〜R3)が次第に小さくなるインボリュート曲線部(P1,P2)によって連続的に形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の可変動弁機構のカムプロファイル。
The profile is continuously formed by involute curve portions (P1, P2) in which the radii (R1-R3) of the basic circles (C1-C3) gradually decrease as the valve lift increases from the larger side to the smaller side. The cam profile of the variable valve mechanism according to claim 1, wherein:
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