JP2008297975A - 内燃エンジンの動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブのリフト量及び開閉タイミングの双方を可変にすることが可能で、構成が簡単化された動弁装置を提供する。
【解決手段】ロッカーアーム４Ａ，４Ｂはカムシャフト２と平行なロッカーシャフト５に取り付けられている。ロッカーシャフト５は、側板６Ａ，６Ｂの上向きガイド面６７及びこれに対応する頂板８の下向きガイド面からなるガイドに対して摺動可能に適合する可動部材７Ａ，７Ｂにより、ロッカーシャフト方向と直交する方向の平行移動が可能なように支持されている。このロッカーシャフト５の平行移動を駆動する手段は、回転駆動源からの駆動回転力の伝達を受け且つロッカーシャフト５と交差する方向に配列された回転駆動軸１０を含んでいる。回転駆動軸１０の雄ねじ１０’とロッカーシャフト５の雌ねじ５’とが噛み合っている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃エンジンの動弁装置に関するものであり、とくに弁（バルブ）のリフト量及び開閉タイミングの双方を可変となす動弁装置に関するものである。

内燃エンジンにおいては、シリンダ内へと吸入した燃料混合気を密閉シリンダ内で圧縮し着火爆発させることで、駆動出力を得ている。爆発により形成された燃焼ガスはシリンダから排気される。シリンダへの吸気及びシリンダからの排気を適正に行うために、吸気バルブ及び排気バルブを適時開閉させる制御が行われる。この制御のために、エンジンの出力シャフトからタイミングベルトを介して動弁装置のカムシャフトへと同期回転力が入力される。カムシャフトには、吸気側カムまたは排気側カムが固定されている。吸気バルブ及び排気バルブはそれぞれ、バルブスプリングにより、常時、シリンダの吸気開口及び排気開口を閉じる向きに付勢されている。カムシャフトの吸気側カムまたは排気側カムは、吸気側ロッカーアームまたは排気側ロッカーアームの入力部と係合している。これらのロッカーアームは、それぞれロッカーシャフトに回動可能に取り付けられており、出力部が吸気バルブのステムまたは排気バルブのステムと係合している。ロッカーアームは、その入力部の吸気側カムまたは排気側カムとの係合関係に基づき、出力部が適時バルブスプリングの付勢力に抗してバルブステムを押し吸気開口または排気開口を開くようになっている。

内燃エンジンに関しては、燃費改善及び排気ガス浄化を目的とする研究が絶えず続けられている。その目的のためには、エンジンの動作状態に応じて吸気バルブ及び排気バルブの開閉のタイミング及びこれらのバルブのリフト量を適正に制御することが求められる。このような目的の達成に繋がる１つの技術として、以下に述べるようなエンジン効率低下防止のためのノンスロットリング技術がある。

エンジンの出力を決定する１つの要因として、１行程当たりシリンダへと吸入される燃料混合気（燃料直噴方式の場合には空気）の量すなわち吸気量が挙げられる。吸気量は吸気経路中に設けられたスロットルバルブの開度を変化させることで、変化させることができる。

しかしながら、このスロットルバルブの開度を調節することによる吸気量調節は、エンジンにポンピングロスを引き起こし、とくに低出力時にはスロットルバルブの開度を小さくするので、ポンピングロスの影響が大きくなり、エンジンの効率低下の原因となる。

このような原因によるエンジン効率低下を防止するために、スロットルバルブを使用せずに吸気量の調節を行うノンスロットリングの技術が提案されている。ノンスロットリングのための機構としては、動弁装置により吸気バルブのリフト量を変化させるものが挙げられる。このようなノンスロットリング技術に適用可能な動弁機構すなわち動弁装置は、例えば、特開２００３−５６３２２号公報（特許文献１）及び特開２００５−２８２４７４号公報（特許文献２）に開示されている。
特開２００３−５６３２２号公報 特開２００５−２８２４７４号公報

上記特許文献１または特許文献２に開示された動弁装置では、バルブリフト量を変化させるために、カムシャフトに固定される吸気側カムとして所謂三次元カムを使用しており、ロッカーシャフトを適時軸方向に移動させることで、ロッカーアームに付設されたローラとカムシャフトに固定された三次元カムとの軸方向当接位置を変化させている。

一方、上記ノンスロットリング技術の実用化のためには、バルブリフト量の変化に伴い発生する吸気バルブ開のタイミングの変動を十分に小さなものとすることが必要である。このような吸気バルブ開タイミングの調節を行うために、上記特許文献１または特許文献２には、具体的には詳細に開示されていないが、可変バルブタイミング機構を付加することが提案されている。

しかし、このような別途のバルブタイミング機構の付加は、更にエンジンの構成を複雑化する要因となる。

本発明は、以上の如き技術的課題に鑑みて、バルブのリフト量及び開閉タイミングの双方を可変にすることが可能な動弁装置であって、構成が簡単化されたものを提供することを目的とするものである。

本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
内燃エンジンの吸気または排気のバルブの開閉を制御するための動弁装置であって、エンジンと同期して回転するカムシャフトを備え、該カムシャフトからロッカーアームを介して前記バルブへとバルブ開駆動力を伝達する動弁装置において、
前記ロッカーアームは前記カムシャフトと平行なロッカーシャフトに取り付けられており、
前記ロッカーシャフトは支持手段により前記ロッカーシャフトの方向を横切る方向の平行移動が可能なように支持されており、
前記支持手段に対する前記ロッカーシャフトの平行移動を駆動する平行移動駆動手段が備えられていることを特徴とする動弁装置、
が提供される。

本発明の一態様においては、前記ロッカーシャフトは、前記支持手段に形成されたガイドに沿って移動可能に配置された可動部材により支持されている。本発明の一態様においては、前記ロッカーシャフトの平行移動は、該ロッカーシャフトの方向と直交する面内において円弧状の移動経路でなされ、該移動経路の円弧の中心を前記バルブのステムの中心軸の延長線が通る。本発明の一態様においては、前記平行移動駆動手段は回転駆動軸を備えており、該回転駆動軸は回転駆動源からの駆動回転力の伝達を受け且つ前記ロッカーシャフトと交差する方向に配列されており、前記回転駆動軸と前記ロッカーシャフトとがねじ結合されている。

本発明の動弁装置によれば、支持手段に対してロッカーシャフトを平行移動させることで、該ロッカーシャフトとカムシャフトとの間の距離に対する前記ロッカーシャフトとバルブステムとの間の距離の比率を変化させることができる。これにより、バルブリフト量を変化させることが可能になり、更に、ロッカーアームの入力部とカムとの当接タイミングを変化させてバルブ開閉タイミングを変化させることが可能になり、しかも装置構成が簡単化される。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明による動弁装置の一実施形態を示す模式的分解斜視図であり、図２はその組立状態を示す模式的斜視図である。図３および図４は本実施形態の動弁装置の模式的部分断面図である。

本実施形態の動弁装置は、エンジンと同期して回転するカムシャフト２と、該カムシャフト２から吸気バルブ３Ａ，３Ｂへとバルブ開駆動力を伝達するためのロッカーアーム４Ａ，４Ｂとを備えている。

カムシャフト２には、カム２Ａ，２Ｂが取り付けられている。これらのカム２Ａ，２Ｂは、ロッカーアーム４Ａ，４Ｂの入力部４２と係合する。

ロッカーアーム４は、カムシャフト２と平行なロッカーシャフト５に取り付けられており、該ロッカーシャフト５の中心軸を中心として該ロッカーシャフト５の周りで回動（揺動）可能であり、ロッカーシャフト５に関して上記入力部４２とは反対側に位置する出力部４３がバルブ３Ａ，３Ｂのステムの上端に当接する。バルブ３Ａ，３Ｂは、不図示のバルブスプリングにより常時シリンダの吸気開口を閉じる向き（図４では上向き）に付勢されている。ロッカーアーム入力部４２とカム２Ａ，２Ｂとの係合に基づきロッカーアーム４Ａ，４Ｂがロッカーシャフト５の周りで回動することで、所要のタイミングで、ロッカーアーム出力部４３がバルブ３Ａ，３Ｂのステム上端に当接してこれを下向きに押し、かくしてバルブ３Ａ，３Ｂがリフトせしめられ（図４において下方へと移動せしめられ）、バルブ３Ａ，３Ｂが適宜のリフト量をもって開かれる。

ロッカーシャフト５は、支持手段により支持されている。この支持手段は、不図示のシリンダブロックに対して相対的に固定された２つの側板６Ａ，６Ｂ及び該側板に対して固定された頂板８を備えている。側板６Ａ，６Ｂは、ロッカーシャフト５の方向と直交する面に沿って互いに平行に配置されている。側板６Ａ，６Ｂには上向きガイド面６７が形成されており、これらに対応して頂板８には下向きガイド面８７が形成されている。これらの対をなすガイド面６７，８７により、ロッカーシャフト５の方向と直交する面内の方向に沿ったガイドが形成される。これらのガイド内には、可動部材７Ａ，７Ｂが配置されている。上記ロッカーシャフト５の両端部は可動部材７Ａ，７Ｂにより回動可能に支持されている。可動部材７Ａ，７Ｂは、ガイドに沿ってロッカーシャフト５の方向と直交する面内の方向の平行移動が可能なように、側板６Ａ，６Ｂ及び頂板８により支持されている。可動部材７Ａ，７Ｂは、側板６Ａ，６Ｂの上向きガイド面６７及び頂板８の下向きガイド面８７に当接し且つこれらのガイド面に対して摺動可能な下向き摺動面７６及び上向き摺動面７８を備えている。

以上のような支持手段に対するロッカーシャフト５の平行移動を駆動するための平行移動駆動手段が備えられている。この平行移動駆動手段は、回転駆動軸１０を備えている。回転駆動軸１０は、ロッカーシャフト５と交差する方向に配列されており、該ロッカーシャフト５とねじ結合されている。すなわち、回転駆動軸１０の一端部には雄ねじ１０’が形成されており、ロッカーシャフト５には雌ねじ５’が形成されており、該雌ねじ５’が雄ねじ１０’と噛み合っている。

回転駆動軸１０の他端部には、ベベルギヤ１０”が取り付けられている。該ベベルギヤ１０”は、回転駆動軸１０と直交する方向の入力軸１１に取り付けられたベベルギヤ１１’と噛み合っている。入力軸１１は不図示の回転駆動源たとえばステッピングモータに接続されている。回転駆動軸１０及び入力軸１１は、ブラケット１２によりそれぞれ回転可能に支持されている。従って、回転駆動軸１０は入力軸１１に対してそれと直交する面内で回動する自由度を持ち、入力軸１１は回転駆動軸１０に対してそれと直交する面内で回動する自由度を持つ。かくして、回転駆動軸１０は、回転駆動源からの駆動回転力の伝達を受けて回転する。

本実施形態においては、支持手段に対するロッカーシャフト５の平行移動は、ロッカーシャフト５の方向と直交する面内において円弧状の移動経路でなされる。すなわち、図４に示されているように、ロッカーシャフト５の方向と直交する面内において、側板６Ａ（６Ｂも同様）の上向きガイド面６７及び可動部材７Ａ（７Ｂも同様）の下向き摺動面７６は移動経路の円弧の中心Ｃから半径Ｒ１の円弧上にあり、頂板８の下向きガイド面８７及び可動部材７Ａの上向き摺動面７８は移動経路の円弧の中心Ｃから半径Ｒ２の円弧上にある。また、移動経路の円弧の中心Ｃをバルブ３Ａ（３Ｂも同様）のステムの延長線が通る。

支持手段に対するロッカーシャフト５の平行移動は、角度ストロークＳをもってなされる。この角度ストロークＳは、ロッカーシャフト５の方向と直交する面内における、上向きガイド面６７または下向きガイド面８７の寸法と可動部材７Ａの寸法との関係により決まる。

カム２Ａ（２Ｂも同様）とロッカーアーム４Ａ（４Ｂも同様）の入力部４２との係合に基づきバルブ３Ａが閉じている状態においては、ロッカーアーム４Ａの入力部４２が移動経路の円弧の中心Ｃから半径Ｒ３の円弧上にあり、一方、少なくともロッカーアーム４Ａの出力部４３がバルブステムと当接する領域は、移動経路の円弧の中心Ｃから半径Ｒ４の円弧上にある。

以上の実施形態においては、エンジンと同期してカムシャフト２が矢印の向きに回転すると、カム２Ａ，２Ｂとロッカーアーム４Ａ，４Ｂの入力部４２との当接に基づき、適時ロッカーアーム４Ａ，４Ｂがロッカーシャフト５の周りで回動し、これにより、ロッカーアーム４Ａ，４Ｂの出力部４３が適時バルブステム上端と当接してバルブ３Ａ，３Ｂを開閉する。

本実施形態においては、エンジン制御のコンピュータからの指令に基づき回転駆動源から随時伝達される駆動回転力により回転駆動軸１０を回転させることができ、これにより、可動部材７Ａ，７Ｂが円弧中心Ｃを中心とする移動経路に沿ってガイドによりガイドされて移動する。可動部材７Ａ，７Ｂが移動すると、ロッカーシャフト５とカムシャフト２との間の距離が変化するとともに、ロッカーシャフト５とバルブステム上端との間の距離が変化し、これらの距離の比率が変化する。かくして、バルブリフト量が変化する。また、本実施形態においては、ロッカーアーム４Ａの入力部４２の形状を適宜設定しておくことで、ロッカーアーム５の入力部４２とカム２Ａ，２Ｂとの当接タイミングを変化させることが可能になる。これにより、バルブリフト量変化とともに、バルブ開閉タイミング変化を実現することが可能になる。

図５および図６は本発明による動弁装置の他の実施形態を示す模式的部分断面図である。これらの図は、それぞれ上記実施形態の図３および図４に対応する部分を示す。これらの図５および図６において、上記図１〜４におけると同様の部材または部分には同一の符号が付されている。

本実施形態においては、カムシャフト２の位置およびロッカーアーム４Ａ（４Ｂも同様）の入力部４２’の位置および形状が図１他の実施形態のものとは異なる。すなわち、図１他の実施形態では、ロッカーシャフト５に対してカムシャフト２およびロッカーアーム４Ａの入力部４２とバルブステムおよびロッカーアーム４Ａの出力部４３とが互いに反対側に位置している。これに対して、図５および図６の本実施形態では、ロッカーシャフト５に対してカムシャフト２およびロッカーアーム４Ａの入力部４２’とバルブステムおよびロッカーアーム４Ａの出力部４３とが同一の側に位置している。カム２Ａ（２Ｂも同様）とロッカーアーム４Ａの入力部４２との係合に基づきバルブ３Ａ（３Ｂも同様）が閉じている状態においては、ロッカーアーム４Ａの入力部４２’が移動経路の円弧の中心Ｃから半径Ｒ３’の円弧上にある。

本実施形態においても、上記図１他の実施形態と同様な作用効果が得られる。但し、本実施形態では、ロッカーシャフト５の移動距離に対する、ロッカーシャフト５とカムシャフト２との間の距離変化と、ロッカーシャフト５とバルブステム上端との間の距離変化との関係が異なる。これにより、バルブリフト量変化の様式やこれに随伴するバルブ開閉タイミングの変化の様式が異なる。

以上の実施形態に代表されるような本発明は、バルブ開タイミングの変動を補償することでノンスロットリングに適用することができる。また、本発明のバルブリフト量及び開閉タイミングの双方を可変にする動弁装置は、他の燃費改善及び排気ガス浄化の目的その他の目的にも使用することができる。その場合には、所望のバルブリフト量変化及び所望のバルブ開閉タイミング（バルブ開時間を含む）に応じて、ロッカーアーム４Ａの入力部４２，４２’の形状を適宜設定することができる。

更に、以上の実施形態では吸気バルブに関して述べたが、本発明のバルブリフト量及び開閉タイミングの双方を可変にする動弁装置は、排気バルブに適用することも可能である。排気バルブに適用する目的としては、例えば、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）方式のエンジンにおける内部ＥＧＲ量を最適に制御することが挙げられる。

本発明による動弁装置の一実施形態を示す模式的分解斜視図である。 図１の動弁装置の組立状態を示す模式的斜視図である。 図１の動弁装置を示す模式的部分断面図である。 図１の動弁装置を示す模式的部分断面図である。 本発明による動弁装置の他の実施形態を示す模式的部分断面図である。 図５の動弁装置を示す模式的部分断面図である。

符号の説明

２ カムシャフト
２Ａ，２Ｂ カム
３Ａ，３Ｂ 吸気バルブ
４Ａ，４Ｂ ロッカーアーム
４２ 入力部
４３ 出力部
５ ロッカーシャフト
５’ 雌ねじ
６Ａ，６Ｂ 側板
６７ 上向きガイド面
７Ａ，７Ｂ 可動部材
７６ 下向き摺動面
７８ 上向き摺動面
８ 頂板
８７ 下向きガイド面
１０ 回転駆動軸
１０’ 雄ねじ
１０” ベベルギヤ
１１ 入力軸
１１’ ベベルギヤ
１２ ブラケット
Ｃ 円弧状移動経路の中心
Ｓ 角度ストローク

Claims (4)

1. 内燃エンジンの吸気または排気のバルブの開閉を制御するための動弁装置であって、エンジンと同期して回転するカムシャフトを備え、該カムシャフトからロッカーアームを介して前記バルブへとバルブ開駆動力を伝達する動弁装置において、
   前記ロッカーアームは前記カムシャフトと平行なロッカーシャフトに取り付けられており、
   前記ロッカーシャフトは支持手段により前記ロッカーシャフトの方向を横切る方向の平行移動が可能なように支持されており、
   前記支持手段に対する前記ロッカーシャフトの平行移動を駆動する平行移動駆動手段が備えられていることを特徴とする動弁装置。
2. 前記ロッカーシャフトは、前記支持手段に形成されたガイドに沿って移動可能に配置された可動部材により支持されていることを特徴とする、請求項１に記載の動弁装置。
3. 前記ロッカーシャフトの平行移動は、該ロッカーシャフトの方向と直交する面内において円弧状の移動経路でなされ、該移動経路の円弧の中心を前記バルブのステムの中心軸の延長線が通ることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか一項に記載の動弁装置。
4. 前記平行移動駆動手段は回転駆動軸を備えており、該回転駆動軸は回転駆動源からの駆動回転力の伝達を受け且つ前記ロッカーシャフトと交差する方向に配列されており、前記回転駆動軸と前記ロッカーシャフトとがねじ結合されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の動弁装置。

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