JP2009091943A - Valve opening characteristic variable type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、運転状態に応じてバルブのリフト量などの開弁特性を変更可能とした開弁特性可変型内燃機関に関するものである。 The present invention relates to a variable valve opening characteristic internal combustion engine in which valve opening characteristics such as a lift amount of a valve can be changed according to an operating state.
近年、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関では、出力及び燃費の向上や有害排出ガス成分の低減等を図るべく、種々の開弁特性可変機構を搭載したものが増えている。開弁特性可変機構としては、運転状況に応じて低速型カムと高速型カムとを切り換えるものが従来より存在するが、近年では過渡特性の更なる向上やスロットルレス化等を実現すべく、開弁特性(バルブリフトやバルブタイミング)を連続的に変化させるものも出現している(特許文献1参照)。
この種の開弁特性可変型内燃機関においては、リンク機構を用いて開弁特性を変化させる構成が多用されているが、この場合、リンク部材の暴れを抑制するために、ばねの付勢力で部材同士を圧接状態に保持する構成とすることが望ましく、特に、開弁特性の変更に応じて、カム及びロッカアームとリンク部材との位置関係が変化することから、この部材間の位置関係の変化を考慮してばねを適切な位置に配置することが望まれる。 In this type of variable valve-opening-characteristic internal combustion engine, a configuration in which the valve-opening characteristic is changed by using a link mechanism is often used. It is desirable to have a configuration in which the members are held in pressure contact with each other, and in particular, the positional relationship between the cam and rocker arm and the link member changes according to the change in valve opening characteristics. Considering the above, it is desirable to arrange the spring at an appropriate position.
また、ばねの付勢力で部材の暴れを抑制する場合、エンジン回転数に応じてばねの圧縮・伸長の変形状態が変化し、この状態変化が不安定になると、応力が増大して動弁機構に大きな負荷となることから、避けることが望ましい。 In addition, when the spring of the member is suppressed by the urging force of the spring, the deformation state of the compression / extension of the spring changes according to the engine speed, and when this state change becomes unstable, the stress increases and the valve mechanism Therefore, it is desirable to avoid it.
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、動弁機構を構成する部材の暴れを適切に抑制することができ、さらに暴れ抑制のために設けた弾性手段の変形状態を安定化して応力変動を緩和することにより、動弁機構にかかる負荷を軽減することができるように構成された開弁特性可変型内燃機関を提供することにある。 The present invention has been devised to solve such problems of the prior art, and the main purpose of the present invention is to appropriately suppress the rampage of the members constituting the valve operating mechanism, and further to the rampage. Provided is a variable valve opening characteristic internal combustion engine configured to be able to reduce a load applied to a valve operating mechanism by stabilizing a deformation state of an elastic means provided for suppression and reducing stress fluctuation. There is.
このような課題を解決するために、本発明においては、請求項1に示すとおり、吸気または排気を行うバルブ(2)と、駆動側の部材(カム3)の動作に応じて前記バルブを開閉させるロッカアーム(6)と、前記駆動側の部材と前記ロッカアームとの間に介装されるローラ(31)を遊端側に備え、揺動支点の変位に応じて前記バルブのリフト量を変化させるローラリンク(22)と、前記ローラを前記駆動側の部材に圧接させる向きに付勢する弾性手段(コイルばね41)とを有し、この弾性手段が、その付勢方向と、前記ローラの運動方向とが略一致するように設けられたものとした。 In order to solve such a problem, according to the present invention, as shown in claim 1, the valve is opened and closed according to the operation of the valve (2) for intake or exhaust and the drive side member (cam 3). A rocker arm (6) to be moved, and a roller (31) interposed between the drive side member and the rocker arm on the free end side, and the lift amount of the valve is changed according to the displacement of the swing fulcrum. A roller link (22); and elastic means (coil spring 41) for urging the roller in a direction in which the roller is pressed against the driving side member. The elastic means includes the urging direction and the movement of the roller. It was assumed that the direction was substantially the same.
これによると、弾性手段の付勢方向とローラの運動方向とが略一致するため、弾性手段の弾発力の伝達効率、すなわち弾性手段の弾発力が最終的にローラを駆動側の部材に圧接させる力として作用する割合を高くすることができ、部材の暴れを適切に抑制することができる。 According to this, since the urging direction of the elastic means and the moving direction of the roller substantially coincide with each other, the transmission efficiency of the elastic force of the elastic means, that is, the elastic force of the elastic means finally becomes the member on the driving side It is possible to increase the ratio of acting as the force for press contact, and to appropriately suppress the rampage of the member.
そして、弾性手段の付勢方向とローラの運動方向とが概ね一致するため、弾性手段の変形状態が安定化して応力変動を緩和することができ、これにより動弁機構にかかる負荷を軽減することができる。しかも、弾性手段の変形方向とローラの運動方向とが概ね一致するため、無用な力が発生せず、部材相互のずれが生じ難くなるため、部材相互の摩擦を低減することができる。 And since the biasing direction of the elastic means and the movement direction of the roller substantially coincide, the deformation state of the elastic means can be stabilized and the stress fluctuation can be mitigated, thereby reducing the load on the valve mechanism. Can do. In addition, since the deformation direction of the elastic means and the movement direction of the roller substantially coincide with each other, no unnecessary force is generated, and it is difficult for the members to be displaced from each other, so that the friction between the members can be reduced.
前記開弁特性可変型内燃機関においては、請求項2に示すとおり、前記弾性手段は、その付勢方向と、前記バルブのリフト量を小さくした低リフト制御時における前記ローラの運動方向とが略一致するように設けられた構成とすることができる。
In the variable valve opening characteristic internal combustion engine, as shown in
これによると、低リフト制御時において、弾性手段の弾発力の伝達効率が高くなり、また、弾性手段の変形状態を安定化させることができる。 According to this, at the time of low lift control, the transmission efficiency of the elastic force of the elastic means becomes high, and the deformation state of the elastic means can be stabilized.
バルブのリフト量を大きくした高リフト制御時と低リフト制御時との各々に対応した方向に弾性手段を2つ設けることも可能であるが、レイアウト上の制限により、弾性手段を1つしか設けることができない場合には、ローラの移動距離が大きくなる低リフト制御時に対応した方向に弾性手段を配置すると良く、これにより弾性手段の倒れ変形や部材相互の摩擦を軽減することができる。 Although it is possible to provide two elastic means in the directions corresponding to each of the high lift control and the low lift control in which the valve lift amount is increased, only one elastic means is provided due to layout restrictions. If this is not possible, the elastic means may be arranged in a direction corresponding to the low lift control where the moving distance of the roller becomes large, and this can reduce the deformation of the elastic means and the friction between members.
また、低リフト制御時に対応した方向に弾性手段を配置した場合、高リフト制御時において弾性手段の弾発力の伝達効率が低下するが、高リフト制御時では、バルブを閉鎖方向に常時付勢するバルブスプリングの付勢方向とローラの運動方向とが略一致するため、バルブスプリングの付勢力で弾性手段の伝達効率の低下を補うことができる。 If the elastic means is arranged in the direction corresponding to the low lift control, the elastic force transmission efficiency of the elastic means decreases during the high lift control, but the valve is always urged in the closing direction during the high lift control. Since the urging direction of the valve spring and the moving direction of the roller substantially coincide with each other, a decrease in transmission efficiency of the elastic means can be compensated by the urging force of the valve spring.
なお、前記の付勢手段は、コイルばねが好適であるが、トーションばねも可能である。この場合、低リフト制御時に付勢力が大きくなる、すなわち低リフト制御時のローラの位置でトーションばねの撓み量が大きくなるように設けると良い。 The biasing means is preferably a coil spring, but a torsion spring is also possible. In this case, it is preferable that the biasing force is increased during the low lift control, that is, the amount of bending of the torsion spring is increased at the position of the roller during the low lift control.
このように本発明によれば、弾性手段の付勢方向とローラの運動方向とが概ね一致するため、弾性手段の弾発力の伝達効率を向上させて、部材の暴れを適切に抑制することができ、また弾性手段の変形状態が安定化して応力変動を緩和することができ、これにより動弁機構にかかる負荷を軽減することができ、さらに部材相互の摩擦を低減することができ、耐久信頼性を高める上で大きな効果が得られる。 As described above, according to the present invention, the urging direction of the elastic means and the movement direction of the roller substantially coincide with each other, so that the transmission efficiency of the elastic force of the elastic means is improved, and the violence of the member is appropriately suppressed. In addition, the deformation state of the elastic means can be stabilized and stress fluctuations can be mitigated, thereby reducing the load on the valve operating mechanism, and further reducing friction between members, and durability. A great effect is obtained in increasing the reliability.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明によるエンジンの上部を示す斜視図である。図2は、図1に示したエンジンの開弁特性可変機構を示す斜視図である。図3は、図2に示した開弁特性可変機構の動作状況を示す模式図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an upper portion of an engine according to the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a valve opening characteristic variable mechanism of the engine shown in FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing an operation state of the valve opening characteristic variable mechanism shown in FIG.
このエンジン(開弁特性可変型内燃機関)は、自動車に搭載される直列4気筒エンジンであり、シリンダヘッド1には、各気筒ごとに2つずつの排気用のバルブ2を備え、このバルブ2を駆動する動弁機構として、カム3を備えたカムシャフト4と、バルブ2とカム3との間に介装されたロッカアーム6と、バルブ2を閉鎖方向に常時付勢するバルブスプリング7とが設けられている。
This engine (variable valve opening characteristic type internal combustion engine) is an in-line four-cylinder engine mounted on an automobile. The cylinder head 1 includes two
なお、吸気側にも、各気筒ごとに2つずつの吸気用のバルブ8が設けられると共に、このバルブを駆動する動弁機構として、図示しないが、カムシャフト、ロッカアーム、及びバルブスプリングが設けられている。
On the intake side, two
カムシャフト4は、カムホルダ11により回転自在に支持されている。このカムホルダ11は、各気筒ごとの動弁室を仕切るように設けられており、シリンダヘッド1の上面にボルトにて締結固定される。
The
このエンジンには、バルブ2のリフト量を可変制御する開弁特性可変機構が搭載されている。この開弁特性可変機構は、ベースプレート13の上面に設置された電動モータ(アクチュエータ)14により駆動されるリンク機構を有している。
This engine is equipped with a variable valve opening characteristic mechanism that variably controls the lift amount of the
このリンク機構は、図2に示すように、横方向に延在するコントロールシャフト20と、カムホルダ11に回動可能に支持されると共にコントロールシャフト20を旋回可能に保持するギアリンク21と、コントロールシャフト20に揺動可能に保持されると共に、遊端側をカム3及びロッカアーム6間に介装されたローラリンク22とを有している。
As shown in FIG. 2, the link mechanism includes a
ローラリンク22は各気筒ごとに設けられており、ギアリンク21の回動に伴うコントロールシャフト20の旋回に応じて連動動作し、これによるローラリンク22の揺動支点の変位に応じてバルブ2のリフト量を変化させるようになっている。コントロールシャフト20はリンクホルダ30を介してカムホルダ11に旋回可能に支持されている。なお、ギアリンク21及びローラリンク22の回動中心線は互いに平行となっている。
The
ギアリンク21は、カムホルダ11に設けられた支軸23周りに回動するアーム部24と、このアーム部24の遊端側から周方向に延出されて、ドライブギア17に噛み合うギア部25とを有しており、電動モータ14の駆動力により回動動作する。またアーム部24の遊端側には、コントロールシャフト20を回動可能に保持するシャフトホルダ26が形成されている。
The
ローラリンク22は、コントロールシャフト20に嵌合して揺動支点となる基部28と、この基部28から延出された1対のアーム部29とを有している。アーム部29の先端には、カムシャフト4のカム3に転接するローラ31と、ロッカアーム6のスリッパ面に転接するローラシャフト32とを有している。
The
ロッカアーム6は、カムホルダ11に保持されたロッカシャフト34に回転自在に支持される基部35と、この基部35から延出された1対のアーム部36とを有しており、この1対のアーム部36にはそれぞれ、図3に示すように、バルブ2のステムエンド37を押圧するチップ部38の位置を調整するアジャストスクリュ39が設けられている。
The
このように構成された開弁特性可変機構においては、ドライブギア17の回動に伴って、ギアリンク21が、支軸23(図2参照)を中心にして回動し、これに伴ってローラリンク22の揺動支点となるコントロールシャフト20が変位し、このギアリンク21の回動角度位置(リンク角)に応じて、バルブ2のリフト量を無段階に調整することができる。
In the valve opening characteristic variable mechanism configured as described above, the
アイドル運転時等にバルブリフトを低減させる場合には、ギアリンク21を図3(A)に示す最小リフト位置(例えばリンク角=0度)とし、この場合、ローラリンク22の揺動支点となるコントロールシャフト20が、ロッカアーム6の上方に位置し、カム3によってローラ31が押し下げられても、矢印で示すようにローラシャフト32がスリッパ面33に沿って転動することで、ロッカアーム6の揺動量(すなわち、バルブ2のリフト量)が小さくなる。
When reducing the valve lift during idling or the like, the
一方、高負荷運転時等にバルブリフトを増大させる場合には、ギアリンク21を図3(B)に示す最大リフト位置(例えばリンク角=60度)とし、この場合、ローラリンク22の揺動支点となるコントロールシャフト20が、ロッカアーム6の側方に位置し、カム3によってローラ31が押し下げられると、スリッパ面33に沿ったローラシャフト32の転動が殆ど起こらないことから、バルブ2のリフト量が大きくなる。
On the other hand, when increasing the valve lift during high load operation or the like, the
図4は、図2に示した開弁特性可変機構の要部を示す斜視図である。図5は、図4に示したコイルばねの動作状況を示す縦断面図である。図6は、コイルばねの別の例を示す縦断面図である。図7は、開弁特性可変機構の別の例を示す縦断面図である。 4 is a perspective view showing a main part of the variable valve opening characteristic mechanism shown in FIG. FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing an operation state of the coil spring shown in FIG. FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing another example of the coil spring. FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing another example of the variable valve opening characteristic mechanism.
図4に示すように、開弁特性可変機構には、ローラリンク22のローラ31をカム(駆動側の部材)3に圧接させる向きに付勢するコイルばね(弾性手段)41が設けられている。このコイルばね41の一端には、カム3と相反する側のローラ31の外周面に当接するローラ当接部材42が取り付けられ、他端はブラケット43のばね保持部44に保持されている。ブラケット43は、シリンダヘッド1の上面にボルトにて締結固定される。
As shown in FIG. 4, the variable valve opening characteristic mechanism is provided with a coil spring (elastic means) 41 that biases the
このコイルばね41は、図5に示すように、その付勢方向、すなわちローラ当接部材42からローラ31に作用する押圧力の方向(ばね反力FSPGの方向)と、図5(A)に示すバルブ2のリフト量を小さくした低リフト制御時におけるローラ31の運動方向、すなわちローラリンク22の揺動支点を中心としたローラ31の旋回円に対する接線方向とが略一致するように設けられている。
As shown in FIG. 5, the
図5(A)に示す低リフト制御時(例えばリンク角=0度)では、カム3の回転に応じてローラ31がコントロールシャフト20を中心にして矢印で示す方向に旋回運動し、これに伴ってコイルばね41が伸縮するが、このとき、コイルばね41の付勢方向(ばね反力FSPGの方向)とローラ31の運動方向とが略一致する。このため、コイルばね41の圧縮・伸長の変形状態が安定化する。また、コイルばね41の弾発力の伝達効率、すなわちコイルばね41の弾発力が最終的にローラ31をカム3に圧接させる力として作用する割合が高くなる。
At the time of the low lift control shown in FIG. 5A (for example, the link angle = 0 degree), the
一方、図5(B)に示す高リフト制御時(例えばリンク角=60度)では、カム3の回転に応じてローラ31が矢印で示す方向に旋回運動し、これに伴ってコイルばね41が伸縮するが、このとき、コイルばね41の付勢方向(ばね反力FSPGの方向)とローラ31の運動方向とは大きく異なる。このため、コイルばね41の圧縮・伸長の変形状態が不安定になる。また、コイルばね41の弾発力の伝達効率が低下する。
On the other hand, at the time of the high lift control shown in FIG. 5B (for example, link angle = 60 degrees), the
図6に示す例は、コイルばね61の配置方向を変更したものであり、コイルばね61は、その付勢方向(ばね反力FSPGの方向)と、図6(B)に示す高リフト制御時におけるローラ31の運動方向とが略一致するように設けられている。この例では、図6(B)に示す高リフト制御時において、コイルばね61の弾発力の伝達効率が高くなり、また、コイルばね61の圧縮・伸長の変形状態が安定化する。
In the example shown in FIG. 6, the arrangement direction of the
図7に示す例は、前記の例と比較して、ローラリンク22の形状及び揺動支点の相対位置など、各部材のレイアウトを変更したものである。なお、この例では、前記の例と各部材の形状が異なるが、同一の機能を有するものには同一の符号を付して説明する。この例では、図5の例と同様に、コイルばね71が、その付勢方向(ばね反力FSPGの方向)と、図7(A)に示す低リフト制御時におけるローラ31の運動方向とが略一致するように設けられている。
The example shown in FIG. 7 is obtained by changing the layout of each member such as the shape of the
この図7の例で明確に示されるように、低リフト制御時には、バルブ2のリフト量、すなわちロッカアーム6の揺動量を小さくすることで、ロッカアーム6のスリッパ面33上での変位量が大きくなり、これに伴ってローラ31の移動距離が大きくなる。一方、高リフト制御時には、バルブ2のリフト量を大きくすることで、ロッカアーム6のスリッパ面33上での変位量が小さくなり、ローラ31の移動距離も小さくなる。
As clearly shown in the example of FIG. 7, during the low lift control, the amount of displacement of the
このため、図7(B)に示す高リフト制御時に対応した方向にコイルばねを配置すると、図7(A)に示す低リフト制御時にローラ31がコイルばねの伸縮方向とは異なる向きに大きく移動して、コイルばねに倒れ変形が生じ、また部材相互の摩擦が顕著になる不都合が生じる。したがって、図5や図7の例のように、低リフト制御時に対応した方向にコイルばねを配置することが好ましい。
For this reason, when the coil spring is arranged in a direction corresponding to the high lift control shown in FIG. 7B, the
また、図5や図7の例のように、低リフト制御時に対応した方向にコイルばねを配置した場合、高リフト制御時においてコイルばねの弾発力の伝達効率が低下するが、高リフト制御時では、バルブスプリング7の付勢方向とローラ31の運動方向とが略一致するため、バルブスプリング7の付勢力でコイルばねの伝達効率の低下を補うことができる。
Further, when the coil spring is arranged in the direction corresponding to the low lift control as in the examples of FIGS. 5 and 7, the transmission efficiency of the spring force of the coil spring is reduced during the high lift control. Sometimes, the urging direction of the
図8は、コイルばねに発生する応力振幅の状況を示すグラフである。図8(A)に示す実施例は、図5に示したように、コイルばね41を、その付勢方向と、低リフト制御時におけるローラ31の運動方向とが、略一致するように配置した場合である。図8(B)に示す比較例は、コイルばねをバルブスプリング7と同一の方向に配置した場合である。
FIG. 8 is a graph showing the state of the stress amplitude generated in the coil spring. In the embodiment shown in FIG. 8A, as shown in FIG. 5, the
図8(B)に示す比較例では、応力振幅に大きなばらつきが発生しているのに対して、図8(A)に示す実施例では、応力振幅のばらつきが小さくなっており、コイルばねの変形状態が安定化して、応力変動が小さく抑えられていることがわかる。 In the comparative example shown in FIG. 8B, a large variation in the stress amplitude occurs, whereas in the example shown in FIG. 8A, the variation in the stress amplitude is small, and the coil spring It can be seen that the deformation state is stabilized and the stress fluctuation is suppressed to a small level.
なお、前記の例では、弾性手段にコイルばねを採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、トーションばねやゴム材からなるものなど、種々の弾性手段を用いることが可能である。 In the above example, the coil spring is used as the elastic means. However, the present invention is not limited to this, and various elastic means such as a torsion spring or a rubber material can be used. .
2 バルブ
3 カム(駆動側の部材)
4 カムシャフト
6 ロッカアーム
7 バルブスプリング
20 コントロールシャフト
21 ギアリンク
22 ローラリンク
31 ローラ
32 ローラシャフト
33 スリッパ面
41 コイルばね(弾性手段)
42 ローラ当接部材
43 ブラケット
44 ばね保持部
61 コイルばね
2
4
42
Claims (2)
駆動側の部材の動作に応じて前記バルブを開閉させるロッカアームと、
前記駆動側の部材と前記ロッカアームとの間に介装されるローラを遊端側に備え、揺動支点の変位に応じて前記バルブのリフト量を変化させるローラリンクと、
前記ローラを前記駆動側の部材に圧接させる向きに付勢する弾性手段とを有し、
この弾性手段が、その付勢方向と、前記ローラの運動方向とが略一致するように設けられたことを特徴とする開弁特性可変型内燃機関。 A valve for intake or exhaust, and
A rocker arm that opens and closes the valve according to the operation of the drive side member;
A roller link provided on the free end side with a roller interposed between the drive-side member and the rocker arm, and changing the lift amount of the valve in accordance with the displacement of the swing fulcrum;
Elastic means for urging the roller in a direction in which the roller is pressed against the driving side member;
A variable valve opening characteristic internal combustion engine, characterized in that the elastic means is provided so that the urging direction thereof substantially coincides with the moving direction of the roller.
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Legal Events
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090901 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100216 |