JP2009257300A - 連続可変バルブリフト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】既存のエンジンへの適用が容易で、可変カムのような追加を最小にとどめることで装置の単純化及び小型化が可能な連続可変バルブリフト装置を提供する。
【解決手段】本発明による連続可変バルブリフト装置は、往復運動を通じて流路を開閉させるバルブと、前記バルブの中心軸の軸方向延長上周辺に装着されるコントロールシャフトと、多辺形リングの中空部にカム挿入部が形成され、前記多辺形リングの外周部に前記バルブとスライディング接触するスライド面が形成され回動時に前記バルブを往復させるよう前記コントロールシャフトに回動可能に結合される回動シューと、前記カム挿入部の内周壁に接触して前記回動シューを回動させる駆動カムと、を含むことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンの低／高速運転領域においてバルブ開閉時期とリフト距離が同時に変更できるよう構成された連続可変バルブリフト装置に係り、より詳しくはバルブを可変的にリフトさせるための追加構成要素を最小にすることでより単純な構造にすることができる連続可変バルブリフト装置に関する。

エンジンはクランクシャフトによりカムシャフトが回転し、カムシャフトのカムによって吸気及び排気バルブが一定間隔で上下に往復運動しながら燃焼室に吸入空気を供給し、燃焼ガスが排気される過程を経て、混合気体を圧縮及び爆発させて動力を得る過程が繰り返される。
このように吸気及び排気バルブを作動させる駆動カムとカムシャフト、タペット、ロッカーアームなどの一連の機構をバルブトレーンと言う。

図１は一般的なエンジンのバルブトレーンの概略図である。図１に示す通り、シリンダーヘッド上の吸排気ポートにバルブ１０がバルブガイド２０を通じて挿入される。シリンダーヘッド本体にはスプリング支持板３０が設置され、スプリング支持板３０とスプリングリテイナー（Ｒｅｔａｉｎｅｒ）５０の間にバルブスプリング４０が設置され、バルブ１０のタペット６０が駆動カム７０と接触するように設置される。

このように構成の一般的なバルブトレーンは、駆動カム７０の回転によってバルブタペット６０が押されてバルブスプリング４０を圧縮しながらバルブ１０を開き、バルブスプリング４０の復元力によってバルブ１０の開閉が繰り返される。
しかし前述の通り、従来のバルブトレーンは、高速のエンジンの作動条件及び低速のエンジンの作動条件のようなエンジン運行条件によるバルブトレーンの変更が不可能であった。

このような問題点を解決するために、エンジンの速度によってバルブ１０の開閉時期及びリフトの距離を調整できる多種の連続可変バルブリフト装置が考案されたことがあるが、このような従来の連続可変バルブリフト装置は、駆動カム７０とカムシャフトの位置を変更する必要があるため既存のエンジンに適用し難いという短所がある。

また、従来の連続可変バルブリフト装置は、単純にバルブ１０のリフト距離を増減させることでバルブ１０の開閉時期が調節されるように構成されているので、バルブ１０の開閉時期をより效率的に調節できない短所がある。
さらに、従来の連続可変バルブリフト装置は、バルブ１０のリフト距離及び開閉時期を調節するためにカムシャフトに結合された駆動カム７０以外に別の可変カムが必要となり、内部構成が複雑になる短所がある。
特開平０５−３３２１１０号公報

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、既存のエンジンへの適用が容易で、可変カムのような追加を最小にとどめることで装置の単純化及び小型化が可能な連続可変バルブリフト装置の提供を目的とする。

前記のような目的を果たすための本発明による連続可変バルブリフト装置は、往復運動を通じて流路を開閉させるバルブと、前記バルブの中心軸の軸方向延長上周辺に装着されるコントロールシャフトと、多辺形リングの中空部にカム挿入部が形成され、前記多辺形リングの外周部に前記バルブとスライディング接触するスライド面が形成され回動時に前記バルブを往復させるよう前記コントロールシャフトに回動可能に結合される回動シューと、前記カム挿入部の内周壁に接触して前記回動シューを回動させる駆動カムと、を含むことを特徴とする。

前記スライド面は、前記回動シューが回転しても前記バルブが移動しないゼロリフト区間と、前記回動シューの回転時に前記バルブを移動させるローリフト区間と、前記回動シューの回転時に前記ローリフト区間より大きい移動距離で前記バルブを移動させるハイリフト区間と、を備えていることを特徴とする。

前記カム挿入部の内周壁が前記駆動カムに密着するように前記回動シューに弾性力を付与するリターンスプリングを含むことを特徴とする。

前記バルブの一端には、前記スライド面との接触面が曲面に形成されたタペットが装着されることを特徴とする。

前記コントロールシャフトは、前記タペットの曲面と等しい曲率中心を有する曲面に沿って移動可能なように構成されることを特徴とする。

前記タペットの曲面と等しい曲率中心を有する曲面からなるガイドスロットが形成されるシャフトブロックを含み、前記コントロールシャフトは、前記ガイドスロットを貫いて前記ガイドスロットに沿ってスライディング可能なように構成されていることを特徴とする。

本発明による連続可変バルブリフト装置は、駆動カム及びカムシャフトの位置を変更せずにバルブ開閉時期とリフト距離を調節することができるので、既存のエンジンへの適用が容易であり、バルブ開閉時期とリフト距離を調節するための追加要素が少ないため単純化及び小型化が可能となる効果を有する。

以下、図面を参照して本発明による連続可変バルブリフト装置について詳しく説明する。

図２は本発明による連続可変バルブリフト装置の概略図であり、図３は本発明による連続可変バルブリフトの装置に含まれる回動シューを示す図である。
図２に示す通り、本発明による連続可変バルブリフト装置は、軸方向の往復運動を通じて流路を開閉させるバルブ１００、バルブ１００の中心軸の軸方向延長上周辺に装着されるコントロールシャフト２００、コントロールシャフト２００に回動可能に結合され回動時にバルブ１００を往復させる回動シュー３００、回動シュー３００を回動させる駆動カム４００、を含んで構成される。

本発明の連続可変バルブリフト装置は、通常の連続可変バルブリフト装置のように駆動カム４００が回動シュー３００の外側面を加圧できるように回動シュー３００の一側に装着されるのではなく、回動シュー３００の内側に装着されることで、製品を小型化できる点に最大の特徴がある。

即ち、本発明の連続可変バルブリフト装置では、回動シュー３００の内周部にカム挿入部３２０が形成され、駆動カム４００の外周面がカム挿入部３２０の内周壁に接触するように構成される。このように回動シュー３００に貫通孔が形成されれば駆動カム４００が回動シュー３００の内部に装着できるので装置が小型化可能となるほか、貫通孔が形成された部材は貫通孔がない同一の断面積の部材より大きい断面２次モメントを有するため回動シュー３００の耐久性が増大する効果がある。

本実施例ではカム挿入部３２０が貫通孔形に形成される場合のみを説明しているが、カム挿入部３２０は貫通孔形に限定されず駆動カム４００の外周面が接触する内側壁を備えていればどんな形態であっても良い。例えばカム挿入部３２０は、コントロールシャフト２００の軸方向に深みを持つ溝形に形成することもできる。
また本発明による連続可変バルブリフト装置は、回動シュー３００の回動や駆動カム４００の回転にかかわらずカム挿入部３２０の内壁がいつも駆動カム４００の外周面に密着するように回動シュー３００に弾性力を与えるリターンスプリング５００を含む

また、回動シュー３００にはコントロールシャフト２００が装着される側とは反対側（図２では下側面）にバルブ１００の上端とスライディング接触するスライド面３１０が形成される。スライド面３１０には、図３に示す通りバルブ１００との接触時にバルブ１００を移動させないゼロリフト区間ａと、バルブ１００を移動させるローリフト区間ｂ及びハイリフト区間ｃが設けられている。

すなわち、バルブ１００は、スライド面３１０のゼロリフト区間ａに接触する間は下降せず、ローリフト区間ｂに接触する間は下降距離が比較的少なく、ハイリフト区間ｃに接触する間は下降距離が比較的大きくなっている。ゼロリフト区間ａ、ローリフト区間ｂ、ハイリフト区間ｃの長さ及び形状は、コントロールシャフト２００とバルブ１００の間の距離、角度、バルブ１００の必要な下降距離などさまざまな条件によって適切に変更できる。

バルブ１００には、スライド面３１０と接触する端部（図２では上側端）に耐磨耗性の大きいタペット１１０が取付けられ、タペット１１０の上側端、すなわち、回動シュー３００のスライド面３１０と接触する面は曲面（Ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｒａｄｉｕｓ）のクラウニング（ｃｒｏｗｎｉｎｇ）に加工される。これは駆動カム４００とタペット１１０の間の接触が線接触と点接触の中間の形態になるようにして極端的なエッジ接触（ｅｄｇｅ ｃｏｎｔａｃｔ）を避けるためである。
このようにバルブ１００の上側端にクラウニング曲面を持つタペット１１０を設けることは、従来のバルブ１００トレーンでも広く行なわれていることであり、これに関する詳しい説明は略する。

コントロールシャフト２００は回動シュー３００の回転軸の機能を有し、回動シュー３００を回転させることでバルブ１００のリフト距離が調節可能である。
コントロールシャフト２００がバルブ１００の軸方向に移動する場合、すなわち、タペット１１０の上端の曲面に倣って軸方向に移動する場合には、スライド面３１０とタペット１１０の上端の曲面の接触により騷音が発生するだけでなく各部品の損傷も誘発される。したがってコントロールシャフト２００は、タペット１１０の上端の曲面と回動シュー３００のスライド面３１０が常時接触状態を維持するように、タペット１１０の曲面を設定する。

コントロールシャフト２００は別のガイド手段なしで独立に移動できるように構成することもできるが、この場合、外部からの衝撃などによってコントロールシャフト２００が正常の経路を離脱する恐れがある。したがってコントロールシャフト２００は図２に示すようにシャフトブロック６００に形成されたガイドスロット６１０を貫くように装着され、ガイドスロット６１０のスライディングに沿って移動するように構成される。この時、ガイドスロット６１０はタペット１１０の曲面に対応する形状にすることが望ましい。

図４はバルブ１００のローリフト状態を示す。
図２に示す状態で駆動カム４００が回転してカムロブ４１０がカム挿入部３２０の内周壁に接触すれば、図４に示すように回動シュー３００はコントロールシャフト２００を中心に時計方向に回転し、タペット１１０とバルブ１００は回動シュー３００のスライド面３１０によって下向きに押されて下降する。

図２及び図４に示すように、コントロールシャフト２００がガイドスロット６１０の左側端に位置する場合には、駆動カム４００が回動シュー３００を最大に回転させてもタペット１１０の上端の曲面はスライド面３１０のローリフト区間ｂと接触し、バルブ１００の下降距離は比較的短い。すなわち、図４に示すように、バルブ１００が下降すれば、バルブ１００が流路を少しだけ開放させるローリフト状態になる。
この時、カムロブ４１０が直接に駆動シューと接触するようにすると摩擦によって騷音が発生する恐れがあるため回動シュー３００にはカムロブ４１０と接触する部位にローラー３３０を装着することが望ましい。

図５及び図６はバルブ１００のハイリフトの状態を示す図である。
図２に示す状態でコントロールシャフト２００がガイドスロット６１０の右側に移動すると、回動シュー３００は時計方向に一定角度回転した状態になり、図５に示すようにタペット１１０の上端の曲面はゼロリフト区間ａとローリフト区間ｂの間に位置する。すなわち、回動シュー３００がコントロールシャフト２００を中心に少しだけ時計方向に回転してもタペット１１０及びバルブ１００はスライド面３１０によって押されて下降できる状態になる。

コントロールシャフト２００がガイドスロット６１０の右側に移動すると、タペット１１０の上端の曲面がローリフト区間ｂの方向にスライディングできるように、ローリフト区間ｂはゼロリフト区間ａより曲率を大きくすることが望ましい。
すなわち、図５の状態で駆動カム４００が回転してカムロブ４１０が回転シュー３００の内周壁に接触すれば、図６のようにタペット１１０の上端の曲面はスライド面３１０のハイリフト区間ｃと接触するようになり、これによってタペット１１０とバルブ１００は図４に示す状態よりもっと下降することになる。図６に示すようにバルブ１００が下降すれば、バルブ１００が流路を最大限に開放させるハイリフト状態になる。

このように本発明による可変バルブリフト装置は、別の可変カムを利用しないでもバルブ１００の開閉量及び開閉時期を自由に調節することができ、装置の小型化及び単純化が可能である。

本実施例ではバルブ１００の上端にタペット１１０が装着されて回動シュー３００がタペット１１０を加圧することでバルブ１００を開閉させる構造のみを説明したが、バルブ１００の上端にロッカーアームを装着し回動シュー３００がロッカーアームを加圧して回動させバルブ１００を開閉させる構造に変更することもできる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。

一般的なエンジンのバルブトレーンの概略の構造図である。 本発明による連続可変バルブリフト装置の概略の構造図である。 本発明による連続可変バルブリフト装置に含まれる回動シューを図示する。 バルブのローリフト状態を図示する本発明による連続可変バルブリフト装置の概略の構造図である。 バルブのハイリフト状態を順次に図示する本発明による連続可変バルブリフト装置の概略の構造図である。 バルブのハイリフト状態を順次に図示する本発明による連続可変バルブリフト装置の概略の構造図である。

符号の説明

１００ バルブ
１１０ タペット
２００ コントロールシャフト
３００ 回動シュー
３１０ スライド面
３２０ カム挿入部
３３０ ローラー
４００ 駆動カム
４１０ カムロブ
５００ リターンスプリング
６００ シャフトブロック
６１０ ガイドスロット

Claims (6)

1. 往復運動を通じて流路を開閉させるバルブと、
   前記バルブの中心軸の軸方向延長上周辺に装着されるコントロールシャフトと、
   多辺形リングの中空部にカム挿入部が形成され、前記多辺形リングの外周部に前記バルブとスライディング接触するスライド面が形成され回動時に前記バルブを往復させるよう前記コントロールシャフトに回動可能に結合される回動シューと、
   前記カム挿入部の内周壁に接触して前記回動シューを回動させる駆動カムと、
   を含むことを特徴とする連続可変バルブリフト装置。
2. 前記スライド面は、前記回動シューが回転しても前記バルブが移動しないゼロリフト区間と、前記回動シューの回転時に前記バルブを移動させるローリフト区間と、前記回動シューの回転時に前記ローリフト区間より大きい移動距離で前記バルブを移動させるハイリフト区間と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
3. 前記カム挿入部の内周壁が前記駆動カムに密着するように前記回動シューに弾性力を付与するリターンスプリングを含むことを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
4. 前記バルブの一端には、前記スライド面との接触面が曲面に形成されたタペットが装着されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の連続可変バルブリフト装置。
5. 前記コントロールシャフトは、前記タペットの曲面と等しい曲率中心を有する曲面に沿って移動可能なように構成されることを特徴とする請求項４に記載の連続可変バルブリフト装置。
6. 前記タペットの曲面と等しい曲率中心を有する曲面からなるガイドスロットが形成されるシャフトブロックを含み、
   前記コントロールシャフトは、前記ガイドスロットを貫いて前記ガイドスロットに沿ってスライディング可能なように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の連続可変バルブリフト装置。
   

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