JP2009191798A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

内燃機関の可変動弁機構 Download PDF

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Abstract

【課題】バルブのリフト量を変動させると同時に該リフト量を最大にするタイミングも変動させる。
【解決手段】可変動弁機構9は、外周面に互いに角度の異なる入力用ヘリカルスプライン47と出力用ヘリカルスプラインとが設けられたスライド部材52を備え、該スライド部材52を支持シャフト21の長さ方向にスライドさせることにより、ヘリカルスプラインの噛み合いで入力部材22と出力部材32との相対回動位相差を変動させて吸気バルブ6のリフト量を変動させる。この可変動弁機構9は、吸気バルブ6のリフト量を変動させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングも変動するように、入力用ヘリカルスプライン47の軸芯Xが支持シャフト21の軸芯Xoから偏心している。
【選択図】図4

Description

本発明は、内燃機関の運転状況に応じてバルブのリフト量を変化させる可変動弁機構に関する。
この種の可変動弁機構の中には、図6及び図7に示すシリンダヘッド5の吸気バルブ6,6に対して設置された従来例(特許文献1)の可変動弁機構88のように、同一支持シャフト91に挿通されて並べて揺動可能に支持された筒状の入力部材92及び出力部材93,93を備え、回転カム89により入力部材92が駆動されると出力部材93,93にて吸気バルブ6,6を駆動する仲介駆動機構90と、入力部材92と出力部材93,93との相対回動位相差gを変動させる回動位相差可変機構94とを備えたものがある。
その回動位相差可変機構94は、入力部材92及び出力部材93,93と支持シャフト91との間に該支持シャフト91の長さ方向にスライド可能に介装されたスライド部材99の外周面にそれぞれ設けられた互いに角度の異なる入力用ヘリカルスプライン97及び出力用ヘリカルスプライン98,98と、入力部材92の内周面に設けられた前述の入力用ヘリカルスプライン97と噛み合う入力部ヘリカルスプライン95と、出力部材93,93の内周面に設けられた前述の出力用ヘリカルスプライン98,98と噛み合う出力部ヘリカルスプライン96,96とを含み構成されている。ここで、入力用ヘリカルスプライン97の軸芯と支持シャフト91の軸芯とは、同一線上に揃っている。
そして、該可変動弁機構88は、スライド部材99をスライドさせることにより、前述の相対回動位相差gを変動させて吸気バルブ6,6のリフト量を変動させる。
なお、排気バルブ8,8に対しては、可変機能を有しない不可変式の動弁機構100が取り付けられている。
特開2001−263015公報
上記可変動弁機構88によれば、図8に示すように、吸気バルブ6,6のリフト量を連続的に変動させることができるが、該リフト量が最大になるタイミングは変動させることができない。ところが、更なるエンジン性能の向上や燃費の向上等のためには、吸気バルブ6,6のリフト量を変動させると同時に、該リフト量が最大になるタイミングも変動させる必要がある。但し、VVT(可変バルブタイミングシステム)等の外部部材によって、該タイミングを変動させることは、故障等によって該外部部材がうまく連動しなくなる可能性もあるため好ましくない。
そこで、可変動弁機構によってバルブのリフト量を変動させると同時に、VVT等の外部部材を設置することなしに、該可変動弁機構の内部構造だけで該リフト量を最大にするタイミングも変動させることを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の可変動弁機構は、同一支持シャフトに挿通されて並べて揺動可能に支持された筒状の入力部材及び出力部材を備え、回転カムにより前記入力部材が駆動されると前記出力部材にてバルブを駆動する仲介駆動機構と、前記入力部材と前記出力部材との相対回動位相差を変動させる回動位相差可変機構とを備え、前記回動位相差可変機構は、前記入力部材及び前記出力部材と前記支持シャフトとの間に該支持シャフトの長さ方向にスライド可能に介装されたスライド部材の外周面にそれぞれ設けられた互いに角度の異なる入力用ヘリカルスプライン及び出力用ヘリカルスプラインと、前記入力部材の内周面に設けられた前記入力用ヘリカルスプラインと噛み合う入力部ヘリカルスプラインと、前記出力部材の内周面に設けられた前記出力用ヘリカルスプラインと噛み合う出力部ヘリカルスプラインとを含み構成され、前記スライド部材をスライドさせることにより前記相対回動位相差を変動させて前記バルブのリフト量を変動させる内燃機関の可変動弁機構において、前記バルブのリフト量を変動させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングも変動するように、前記入力用ヘリカルスプラインの軸芯が前記支持シャフトの軸芯から偏心したことを特徴とする。
前記偏心は、特に限定されないが、次の(i)(ii)の場合が例として挙げられる。
(i)前記バルブのリフト量を増加させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが遅くなり、前記バルブのリフト量を減少させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが早くなるように、該偏心している場合。
(ii)前記バルブのリフト量を増加させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが早くなり、前記バルブのリフト量を減少させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが遅くなるように、該偏心している場合。
前記可変動弁機構は、吸気バルブ及び排気バルブのいずれに対して設置してもよいが、吸気バルブに対して設置すること、すなわち、前記バルブは、吸気バルブであることが好ましい。
本発明によれば、入力用ヘリカルスプラインの軸芯が支持シャフトの軸芯から偏心しているため、スライド部材をスライドさせることにより入力部材と出力部材との相対回動位相差を変動させてバルブのリフト量を変動させれば、同時に該リフト量を最大にするタイミングも変動させることができる。
本発明の内燃機関の可変動弁機構9は、同一支持シャフト21に挿通されて並べて揺動可能に支持された筒状の入力部材22及び出力部材32,32を備え、回転カム10により入力部材22が駆動されると出力部材32,32にて吸気バルブ6,6を駆動する仲介駆動機構20と、入力部材22と出力部材32,32との相対回動位相差gを変動させる回動位相差可変機構40とを備えている。
その回動位相差可変機構40は、入力部材22及び出力部材32,32と支持シャフト21との間に該支持シャフト21の長さ方向にスライド可能に介装されたスライド部材52の外周面にそれぞれ設けられた互いに角度の異なる入力用ヘリカルスプライン47及び出力用ヘリカルスプライン48,48と、入力部材22の内周面に設けられた前述の入力用ヘリカルスプライン47と噛み合う入力部ヘリカルスプライン42と、出力部材32,32の内周面に設けられた前述の出力用ヘリカルスプライン48,48と噛み合う出力部ヘリカルスプライン43,43とを含み構成されている。
そして、該可変動弁機構9は、スライド部材52をスライドさせることにより、前述のの相対回動位相差gを変動させて吸気バルブ6,6のリフト量を変動させる。また、該吸気バルブ6,6のリフト量を増加させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが遅くなり、該吸気バルブ6,6のリフト量を減少させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが早くなるように、入力用ヘリカルスプライン47の軸芯Xが支持シャフト21の軸芯Xoから偏心している。
本実施例の図1〜図4に示す可変動弁機構9は、図6に示す従来例の可変動弁機構88に代えて、シリンダヘッド5の吸気バルブ6,6に対して設置されている。この可変動弁機構9は、一対の吸気バルブ6,6を、そのリフト量を内燃機関の運転状況に応じて連続的に変動可能に駆動する機構であって、各シリンダ4毎に1つずつ設置されている。
各可変動弁機構9は、内燃機関が稼動するのに従って回転駆動される回転カム10と、動力が伝えられると揺動して吸気バルブ6,6を開閉するロッカアーム15,15と、入力部材22及び出力部材32,32を備え、回転カム10により入力部材22が駆動されると出力部材32,32にてロッカアーム15,15を駆動する仲介駆動機構20と、入力部材22と出力部材32,32との相対回動位相差gを変動させる回動位相差可変機構40と含み構成されている。そして、該回動位相差可変機構40により相対回動位相差gを変動させることによって、吸気バルブ6,6のリフト量を変動させる。
回転カム10は、複数の可変動弁機構9が共有する一本のカムシャフト11に各可変動弁機構9の回転カム10がそれぞれ形成されている。その回転カム10は、円形のベース円部12と、該ベース円部12から突出したカムノーズ13とを含み構成されている。
ロッカアーム15,15は、一対の吸気バルブ6,6のそれぞれ1つずつに対してそれぞれ1つずつが対応する形で設置されている。各ロッカアーム15は、基端部がラッシュアジャスタ17に揺動可能に支持されており、先端部が吸気バルブ6のステムエンドに当接し、中間部には、仲介駆動機構20の出力部材32に当接するローラ16が軸着されている。そして、該ロッカアーム15は、出力部材32によりローラ16が押圧されると、先端部にて吸気バルブ6を該バルブが開く方向へ押圧する。また、各吸気バルブ6に対しては、該吸気バルブ6を該バルブが閉まる方向へ押圧するバルブスプリング18が取り付けられており、各ロッカアーム15は、該バルブスプリング18と共働して各吸気バルブ6を開閉する。
仲介駆動機構20は、一本の支持シャフト21と、該支持シャフト21に挿通されて並べて揺動可能に支持された筒状の前述の入力部材22及び出力部材32,32と、入力部材22を回転カム10に付勢するロストモーション機構36とを含み構成されている。
支持シャフト21は、複数の可変動弁機構9が共有する一本の左右方向L,Rに延びるパイプ状のシャフトであって、シリンダヘッド5の上部に左右方向L,Rに間隔を置いて並設された複数の立壁部7,7・・に回動不能に固定されている。そして、該複数の立壁部7,7・・のうちの2つの立壁部7,7の相互間に、一の可変動弁機構9の入力部材22と出力部材32,32とが互いに端面を合わせた状態で並べて支持されている。そして、これら入力部材22と出力部材32,32とは、それらの並びの両端が両側の立壁部7,7に当接することによって、左右方向L,Rへの変位が規制されている。
以下においては、左右方向L,Rを軸とした回動方向のうち、出力部材32,32がロッカアーム15,15を押圧して吸気バルブ6,6を開く側の回動方向を開方向Oとし、その反対側の回動方向を閉方向Cとする。
入力部材22は、立壁部7,7の相互間における略中央に配設されている。該入力部材22は、円筒状のベース円部23と、回転カム10に当接する入力ローラ25を支持した入力アーム24,24と、ロストモーション機構36に押圧されるリターンアーム27とを含み構成されている。入力アーム24,24は、ベース円部23の外周面に2本平行に突出形成されており、両入力アーム24,24の先端部における相互間には、ローラシャフト26を介して前述の入力ローラ25が軸支されている。また、リターンアーム27は、両入力アーム24,24に対する入力部材22の径方向の略反対側に形成されており、該リターンアーム27がロストモーション機構36によって閉方向Cへ付勢されることによって、入力部材22が回転カム10に追従する。
出力部材32,32は、入力部材22の左右方向L,R両側に1づずつ配設されている。各出力部材32は、円筒状のベース円部33と、該ベース円部33に突設された、外周面(カム面)でロッカアーム15のローラ16を押圧する出力ノーズ34とを含み構成されている。
ロストモーション機構36は、入力部材22に当接するロストモーションリフタ37と、ロストモーションリフタ37を入力部材22のリターンアーム27に押圧するロストモーションスプリング38とを含み構成されている。
回動位相差可変機構40は、入力部材22及び出力部材32,32と支持シャフト21との間に左右方向L,Rへスライド可能に介装されたスライド部材52の外周面にそれぞれ設けられた互いに角度の異なる入力用ヘリカルスプライン47及び出力用ヘリカルスプライン48,48と、入力部材22の内周面に設けられた前述の入力用ヘリカルスプライン47と噛み合う入力部ヘリカルスプライン42と、出力部材32,32の内周面に設けられた前述の出力用ヘリカルスプライン48,48と噛み合う出力部ヘリカルスプライン43,43と、該入力用ヘリカルスプライン47及び出力用ヘリカルスプライン48を左右に駆動する駆動機構51とを含み構成されている。
これらヘリカルスプラインの詳細は、入力用ヘリカルスプライン47及びそれと噛み合う入力部ヘリカルスプライン42が、右方向Rへ進むに従って開方向Oへ旋回する螺旋状(図においては右ねじの螺旋状)に形成されており、出力用ヘリカルスプライン48及びそれと噛み合う出力部ヘリカルスプライン43が、右方向Rに進むに従って閉方向Cへ旋回する螺旋状(図においては左ねじの螺旋状)に形成されている。そして、入力用ヘリカルスプライン47の軸芯Xは、吸気バルブ6,6のリフト量を増加させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが遅くなり、吸気バルブ6,6のリフト量を減少させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが早くなるように、支持シャフト21の軸芯Xoから偏心している。
駆動機構51は、前述のスライド部材52と、駆動装置(図示略)に連結されて左右方向L,Rへ駆動されるコントロールシャフト54と、スライド部材52をコントロールシャフト54に左右方向L,Rへは拘束し且つ開閉方向O,Cへはスライド可能に連結した連結機構55とを含み構成されている。
スライド部材52は、支持シャフト21に挿通された筒状の部材であって、内周面は該支持シャフト21に摺接し、外周面には、前述の入力用ヘリカルスプライン47と出力用ヘリカルスプライン48,48とが左右方向L,Rに間隔を空けて形成されている。そして、入力用ヘリカルスプライン47と各出力用ヘリカルスプライン48,48との各間には、他の部分に比べて径が小さくなった小径部53,53が形成されている。
コントロールシャフト54は、支持シャフト21と同じく、複数の可変動弁機構9が共有する一本のシャフトであって、パイプ状の該支持シャフト21の内側に設置されている。
連結機構55は、スライド部材52の内周面に凹設された開閉方向O,Cに延びるスリット孔56と、支持シャフト21に貫設された左右方向L,Rに延びる長孔57と、コントロールシャフト54から突出して長孔57を挿通してスリット孔56の内側にまで延びた連結ピン58と、該連結ピン58の先端部に取り付けられてスリット孔56の内側面に摺接したブッシュ59とを含み構成されている。
次に以上に示した可変動弁機構9が、吸気バルブ6,6を開閉する際の様子を、(1)バルブのリフト量一定時、(2)バルブのリフト量増加時、(3)バルブのリフト量減少時の3通りに分けて、以下に順に説明する。
(1)バルブのリフト量一定時
吸気バルブ6,6のリフト量を一定に保つ際には、コントロールシャフト54が左右方向L,Rへ駆動されることがない。そのため、入力部材22と出力部材32,32とは、相対回動位相差gを固定したまま、ヘリカルスプラインの噛み合いによって結合されているスライド部材52と一体的に揺動して、吸気バルブ6,6をそのリフト量を一定に保ちつつ駆動する。
(2)バルブのリフト量増加時
吸気バルブ6,6のリフト量を増加させるときは、図3(a)及び図4(a)に示すように、コントロールシャフト54が右方向Rへスライドするのに従い、スライド部材52もブッシュ59により右方向Rへ押圧され、開閉方向O,Cに揺動つつも右方向Rへスライドする。これにより、入力部材22と出力部材32とは、ヘリカルスプラインの噛み合いよって互いに反対方向へ回動し、両者間の相対回転位相差gが増大する。
このとき、入力部材22に対して、スライド部材52がそのスライド量に対応した回動角度αだけ開方向Oへ回動し、更に該回動するスライド部材52に対して出力部材32,32が該スライド量に対応した回動角度βだけ開方向Oへ回動する。また、更に、入力用ヘリカルスプライン47の軸芯Xは支持シャフト21の軸芯Xoから偏心しているため、スライド部材52の回動に伴い該入力用ヘリカルスプライン47の軸芯Xが回転カム10に向かう方向へ変位する。それによって、入力部材22も該軸芯Xの変位分に対応した幅Wだけ該回転カム10に向かう方向へシフトし、該回転カム10との当接部Pが該回転カム10の外周面(カム面)に沿って該回転カム10の回転方向下流側へ角度Φだけシフトする。それによって、スライド部材52並びにそれに結合された入力部材22及び出力部材32,32全体が、支持シャフト21に対して開方向Oへ前述の角度Φに対応した回動角度γだけシフトする。
これらにより、出力部材32,32は、開閉方向O,Cに揺動しつつも、その基本位置が、前述の回動角度αと回動角度βと回動角度γとを足し合せた回動角度(α+β+γ)分だけ開方向Oへシフトする(但し、ここでの基本位置とは、開閉方向O,Cに揺動する中で位置する最も閉方向C側の位置をいうものとし、このことは、以下においても同様とする。)。それによって、該出力部材32,32によるロッカアーム15,15の駆動量が増加し、図5の2点鎖線上側に示すように、該可変動弁機構9による吸気バルブ6,6のリフト量が増加する。また、それと同時に、前述の当接部Pが角度Φだけ回転カム10の回転方向下流側へ変位することによって、該リフト量が最大になるタイミングが遅くなる。
(3)バルブのリフト量減少時
吸気バルブ6,6のリフト量を減少させるときは、図3(b)及び図4(b)に示すように、コントロールシャフト54が左方向Lへスライドするのに従い、スライド部材52もブッシュ59により左方向Lへ押圧され、開閉方向O,Cへ揺動つつも左方向Lへスライドする。これにより、入力部材22と出力部材32とは、ヘリカルスプラインの噛み合いよって互いに反対方向へ回動し、両者間の相対回転位相差gが減少する。
このとき、入力部材22に対して、スライド部材52がそのスライド量に対応した回動角度αだけ閉方向Cへ回動し、更に該回動するスライド部材52に対して出力部材32,32が該スライド量に対応した回動角度βだけ閉方向Cへ回動する。また、更に、入力用ヘリカルスプライン47の軸芯Xは支持シャフト21の軸芯Xoから偏心しているため、スライド部材52の回動に伴い該入力用ヘリカルスプライン47の軸芯Xが回転カム10から離れる方向へ変位する。それによって、入力部材22も該軸芯Xの変位分に対応した幅Wだけ該回転カム10から離れる方向へシフトし、該回転カム10との当接部Pが該回転カム10の外周面(カム面)に沿って該回転カム10の回転方向上流側へ角度Φだけシフトする。それによって、スライド部材52並びにそれに結合された入力部材22及び出力部材32,32全体が、支持シャフト21に対して閉方向Cへ前述の角度Φに対応した回動角度γだけシフトする。
これらにより、出力部材32,32は、開閉方向O,Cに揺動しつつも、その基本位置が、前述の回動角度αと回動角度βと回動角度γとを足し合せた回動角度(α+β+γ)分だけ閉方向Cへシフトする。それによって、該出力部材32,32によるロッカアーム15,15の駆動量が減少し、図5の2点鎖線下側に示すように、該可変動弁機構9による吸気バルブ6,6のリフト量が減少する。また、それと同時に、前述の当接部Pが角度Φだけ回転カム10の回転方向上流側へ変位することによって、該リフト量が最大になるタイミングが早くなる。
本実施例によれば、入力用ヘリカルスプライン47の軸芯Xが支持シャフト21の軸芯Xoから偏心しているため、以上に示した通り、吸気バルブ6,6のリフト量を増加させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが遅くなり、該吸気バルブ6,6のリフト量を減少させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが早くなる。
なお、本発明は前記実施例の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で変更して具体化することもでき、例えば、内燃機関の態様次第では、本実施例とは反対に、吸気バルブ6,6のリフト量を増加させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが早くなり、該吸気バルブ6,6のリフト量を減少させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが遅くなるように、入力用ヘリカルスプライン47の軸芯Xが支持シャフト21の軸芯Xoから偏心していてもよい。
本発明の実施例の可変動弁機構を示す斜視図である。 同実施例の仲介駆動機構及び回動位相差可変機構を示す分解斜視図である。 同実施例において、(a)は、吸気バルブのリフト量を増加させた際の様子を示す平面断面図、(b)は、吸気バルブのリフト量を減少させた際の様子を示す平面断面図である。 同実施例において、(a)は、吸気バルブのリフト量を増加させた際の様子を示す側面断面図、(b)は、吸気バルブのリフト量を減少させた際の様子を示す側面断面図である。 同実施例において、内燃機関の回転角度とバルブのリフト量との関係を示す図である。 従来例の内燃機関を示す側面断面図である。 同従来例の可変動弁機構を示す斜視図である。 同従来例において、内燃機関の回転角度とバルブのリフト量との関係を示す図である。
符号の説明
6 吸気バルブ(バルブ)
9 可変動弁機構
10 回転カム
20 仲介駆動機構
21 支持シャフト
22 入力部材
32 出力部材
40 回動位相差可変機構
42 入力部ヘリカルスプライン
43 出力部ヘリカルスプライン
47 入力用ヘリカルスプライン
48 出力用ヘリカルスプライン
52 スライド部材
g 相対回動位相差
Xo 支持シャフトの軸芯
X 入力用ヘリカルスプラインの軸芯

Claims (1)

  1. 同一支持シャフトに挿通されて並べて揺動可能に支持された筒状の入力部材及び出力部材を備え、回転カムにより前記入力部材が駆動されると前記出力部材にてバルブを駆動する仲介駆動機構と、前記入力部材と前記出力部材との相対回動位相差を変動させる回動位相差可変機構とを備え、
    前記回動位相差可変機構は、前記入力部材及び前記出力部材と前記支持シャフトとの間に該支持シャフトの長さ方向にスライド可能に介装されたスライド部材の外周面にそれぞれ設けられた互いに角度の異なる入力用ヘリカルスプライン及び出力用ヘリカルスプラインと、前記入力部材の内周面に設けられた前記入力用ヘリカルスプラインと噛み合う入力部ヘリカルスプラインと、前記出力部材の内周面に設けられた前記出力用ヘリカルスプラインと噛み合う出力部ヘリカルスプラインとを含み構成され、
    前記スライド部材をスライドさせることにより前記相対回動位相差を変動させて前記バルブのリフト量を変動させる内燃機関の可変動弁機構において、
    前記バルブのリフト量を変動させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングも変動するように、前記入力用ヘリカルスプラインの軸芯が前記支持シャフトの軸芯から偏心したことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
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