JP2010037996A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッドの全高が高くならない可変動弁機構を提供する。
【解決手段】駆動カム１４を備えたカムシャフト１２と、カムシャフト１２と平行に設けられたロッカシャフト２５と、ロッカシャフト２５上に設けられ、駆動カム１４とバルブ１３との間に介在してバルブ１３の開閉量を変更する可変機構３０とを有す可変動弁機構１０において、可変機構３０は、駆動カム１４に係合するメインアーム３５と、バルブ１３を押圧するカム面４１を備えたカムアーム４０と、ロッカシャフト２５上に設けられ、ロッカシャフト２５の軸心２６からの距離が漸次変化する外周面３２を有するコントロールカム３１と、コントロールカム３１の回動により軸心２６との距離が変化する変位部材４８とを有し、変位部材４８と軸心２６との距離が変化することによりメインアーム３５とカムアーム４０との相対位相が変位することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の運転状態に応じてバルブ特性を制御する可変動弁機構に関するものである。

従来、内燃機関の運転状態に応じてバルブのリフト量、作用角及び開閉タイミングを制御する可変動弁機構として図６に示す特許文献１の可変動弁機構１００が知られている。
この可変動弁機構１００は、内燃機関のクランク軸（図示略）によって回転されるカムシャフト１０１と、バルブ１０２を開閉する動弁部材１０３とを備えている。カムシャフト１０１上には、駆動カム１０４が一体回動可能に固定されるとともに、動弁部材１０３に係合するカム面１０５を備えた揺動カム１０６が相対回動可能に支持されている。
また、カムシャフト１０１と平行なコントロールシャフト１０７上には、偏心カム１０８を介して可変リンク１０９が揺動可能に支持されている。可変リンク１０９の一端はリング状リンク１１０で駆動カム１０４に連結され、可変リンク１０９の他端がロッド状リンク１１１で揺動カム１０６に連結されている。そして、駆動カム１０４の動力を三本のリンク１０９，１１０，１１１を介して揺動カム１０６に伝え、可変リンク１０９の揺動角度を偏心カム１０８で変化させて、バルブ１０２のリフト量及び作用角を内燃機関の運転状態に応じて変更するようになっている。
特開平１１−３２４６２５号公報

しかし、可変動弁機構１００は、カムシャフト１０１の上方（シリンダから離れる方向）にコントロールシャフト１０７が設けられているため、可変動弁機構１００全体が背高となり、シリンダヘッドの全高が高くなっていた。

そこで、本発明は、シリンダヘッドの全高が高くならない可変動弁機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の可変動弁機構は、駆動カムを備えたカムシャフトと、前記カムシャフトと平行に設けられたロッカシャフトと、前記ロッカシャフト上に設けられ、前記駆動カムとバルブとの間に介在して前記バルブの開閉量を変更する可変機構とを有す可変動弁機構において、
前記可変機構は、前記ロッカシャフトに揺動可能に軸支され、前記駆動カムに係合するメインアームと、前記ロッカシャフトに揺動可能に軸支され、前記バルブを押圧するカム面を備えたカムアームと、前記ロッカシャフト上に設けられ、該ロッカシャフトの軸心からの距離が漸次変化する外周面を有するコントロールカムと、前記メインアーム及びカムアームに連結部材を介して連結され、前記コントロールカムに接し、該コントロールカムの回動により前記軸心との距離が変化する変位部材とを有し、
前記変位部材と軸心との距離が変化することにより前記メインアームと前記カムアームとの相対位相が変位することを特徴としている。

変位部材の態様としては、特に限定はされないが、コントロールカムとの摩擦が小さくなることから、連結部材に回転可能に軸着されたローラであることが好ましい。

メインアームの態様としては、特に限定はされないが、駆動カムとの摩擦が小さくなることから、駆動カムに係合する部位が回動可能に軸着されたローラであることが好ましい。

バルブクリアランスを自動調整できることから、カムアームとバルブとの間に動弁部材を介在させることが好ましい。
動弁部材の態様としては、特に限定はされないが、基端を支点に揺動するロッカアーム、バルブの軸線方向へ直線移動可能なバルブリフタ等が例示できる。

本発明によれば、シリンダヘッドの全高が高くならない可変動弁機構を提供することができる。

駆動カムを備えたカムシャフトと、カムシャフトと平行に設けられたロッカシャフトと、ロッカシャフト上に設けられ、駆動カムとバルブとの間に介在してバルブの開閉量を変更する可変機構とを有す可変動弁機構において、
可変機構は、ロッカシャフトに揺動可能に軸支され、駆動カムに係合するメインアームと、ロッカシャフトに揺動可能に軸支され、バルブを押圧するカム面を備えたカムアームと、ロッカシャフト上に設けられ、ロッカシャフトの軸心からの距離が漸次変化する外周面を有するコントロールカムと、メインアーム及びカムアームに連結部材を介して連結され、連結部材に回転可能に軸着され、コントロールカムに接し、コントロールカムの回動により軸心との距離が変化する変位部材とを有し、
変位部材と軸心との距離が変化することによりメインアームとカムアームとの相対位相が変位することを特徴とする可変動弁機構。

次に、本発明の実施例を図１〜図５に基づいて説明する。この実施例の可変動弁機構１０は自動車用ガソリンエンジンの吸気系に用いられている。ただし、同じ機構をガソリンエンジンの排気系に適用することも可能である。図１に示すように、可変動弁機構１０のカムシャフト１２はシリンダヘッド１１の上方（シリンダから離れる方向であり、以下同じである）のハウジング（図示略）に支持され、エンジンのクランク軸によって回転される。カムシャフト１２上には、バルブ１３と対応する位置に駆動カム１４が固着され、駆動カム１４には等半径部１５とノーズ部１６とが形成されている。

カムシャフト１２の下方（シリンダに近づく方向であり、以下同じである）にはバルブクリアランスを自動調整するロッカアーム２１が基端側のピボット２２で上下に揺動可能に支持され、バルブ１３上のスプリング（図示略）で上方へ付勢されている。ロッカアーム２１の先端にはバルブ１３を押圧する押圧部２３が設けられ、ロッカアーム２１の中間部にはベースローラ２４が支持されている。

ロッカアーム２１の上方にはロッカシャフト２５がカムシャフト１２と平行に設けられ、その一端には、エンジンの運転状態に応じて作動制御され、ロッカシャフト２５を回動させるアクチュエータ（図示略）が連結されている。

ロッカシャフト２５上には、可変機構３０が設けられている。可変機構３０は、ロッカシャフト２５に固着されたコントロールカム３１と、ロッカシャフト２５の軸線方向となるコントロールカム３１の両側方でロッカシャフト２５に揺動可能に軸支されたメインアーム３５と、ロッカシャフト２５の軸線方向となるメインアーム３５の両側方でロッカシャフト２５に揺動可能に軸支されたカムアーム４０と、メインアーム３５とは第一連結部材４６を介して連結され、カムアーム４０とは第二連結部材４７を介して連結された変位ローラ４８とを有している。

コントロールカム３１は、ロッカシャフト２５の軸心２６からの距離が漸次変化する外周面（カム面）３２を有し、外周面３２には、変位ローラ４８が当接している。また、ロッカシャフト２５の回動によりコントロールカム３１は回動する。

メインアーム３５は、コントロールカム３１の両側方にそれぞれ設けられた二枚の板状のアームプレート３６と、両アームプレート３６の一端に回転可能に軸着され、駆動カム１４に係合するカムローラ３７とからなっている。両アームプレート３６のそれぞれの中間部にはロッカシャフト２５が挿通され、一端にはカムローラ３７が軸着されることにより、両アームプレート３６はロッカシャフト２５を中心に一体として揺動する。また、他端には、一対の板状の第一連結部材４６が揺動可能に軸着されている。

カムアーム４０は、ベースローラ２４に摺接し、ロッカアーム２１を介してバルブ１３を押圧するカム面４１を有するカム面部４２と、カム面部４２のカム面４１の裏面の両端から突設し、互いに平行な一対のアーム片部４３とからなっている。両アーム片部４３は、それぞれ中間部にロッカシャフト２５が挿通されている。また、両アーム片部４３の先端には、一対の板状の第二連結部材４７が揺動可能に軸着されている。カム面４１は、軸心２６を中心とする弧状のベース面部４４と、ベース面部４４から連続し、平面状のリフト面部４５とからなっている。

変位ローラ４８は、一対の第二連結部材４７の間に設けられている。また、一対の第一連結部材４６及び第二連結部材４７を連結する変位軸４９が、挿通することにより回転自在になっている。さらに、ロストモーション機構（図示略）等により軸心２６に近づく方向に付勢され、常時コントロールカム３１に接するようになっている。

このように構成された可変機構３０は、メインアーム３５、カムアーム４０、第一連結部材４６及び第二連結部材４７により、パンタグラフ状のリンク機構が形成されている。

可変動弁機構１０の作用を図３〜図５に従って説明する。

図３は、カムローラ３７が等半径部１５に係合しているときのコントロールカム３１の回動によるメインアーム３５とカムアーム４０との相対位相の変位を示している。具体的には、図３ａは、変位ローラ４８がコントロールカム３１の外周面３２上の点Ｐ１に当接しているときの状態を示し、図３ｂは、変位ローラ４８がコントロールカム３１の外周面３２上の点Ｐ２に当接しているときの状態を示している。なお、アームプレート３６、第一連結部材４６及び第二連結部材４７は破線で示している。
点Ｐ２は、点Ｐ１より軸心２６から離れていることから、点Ｐ２と軸心２６との距離ｒ２は、点Ｐ１と軸心２６との距離ｒ１より大きい。また、ｒ１とｒ２とは、共に変位ローラ４８と軸心２６との距離でもある。従って、コントロールカム３１が回動することにより、点Ｐ１でコントロールカム３１と接していた変位ローラ４８が、点Ｐ２でコントロールカム３１と接するようになると、変位ローラ４８と軸心２６との距離が大きくなる。逆に、点Ｐ２でコントロールカム３１と接していた変位ローラ４８が、点Ｐ１でコントロールカム３１と接するようになると、変位ローラ４８と軸心２６との距離が小さくなる。

また、変位ローラ４８と軸心２６との距離が変化することにより、メインアーム３５に対するカムアーム４０の相対位相が変位し、カムアーム４０がベースローラ２４と摺接する位置が変位する。具体的には、変位ローラ４８がコントロールカム３１の外周面３２上の点Ｐ２に当接しているとき（図３ｂ）は、変位ローラ４８がコントロールカム３１の外周面３２上の点Ｐ１に当接しているとき（図３ａ）より、ベースローラ２４と摺接している、ベース面部４４内の位置が、リフト面部４５側に移っている。即ち、変位ローラ４８と軸心２６との距離が大きくなると、ベースローラ２４と摺接する、ベース面部４４内の位置は、リフト面部４５により近いところになる。逆に、変位ローラ４８と軸心２６との距離が小さくなると、ベースローラ２４と摺接する、ベース面部４４内の位置は、リフト面部４５からより離れたところになる。

図４は、バルブ１３を最小のリフト量で開閉するときの、可変動弁機構１０の作用を示している。図４ａに示すように、変位ローラ４８は、軸心２６との距離が最小となる外周面３２上の位置でコントロールカム３１に当接し、変位ローラ４８と軸心２６との距離が最小になっている。また、カムローラ３７は、等半径部１５に係合し、ベースローラ２４は、リフト面部４５からより離れたベース面部４４内の位置で接している。そして、ベースローラ２４がベース面部４４と摺接している間は、ロッカアーム２１には、スプリングの付勢力に抗して、バルブ１３を押し下げる力が生じず、バルブ１３は閉鎖位置で保持されている。

図４ｂに示すように、カムシャフト１２が回転し、カムローラ３７がノーズ部１６に係合すると、メインアーム３５が揺動する。メインアーム３５が揺動すると、第一連結部材４６を介して繋がっている変位ローラ４８は、外周面３２上を移動する。変位ローラ４８が外周面３２上を移動すると、第二連結部材４７を介して繋がっているカムアーム４０は、揺動し、リフト面部４５がベースローラ２４に摺接する。リフト面部４５上をベースローラ２４が僅かに摺動することにより、カムアーム４０によりロッカアーム２１が小さく押し下げられる。そして、ロッカアーム２１は、スプリングの付勢力に抗して、バルブ１３を小さく押し下げ、バルブ１３は最小のリフト量（Ｌｍｉｎ）で開放される。

図５は、バルブ１３を最大のリフト量で開閉するときの、可変動弁機構１０の作用を示している。図５ａに示すように、変位ローラ４８は、軸心２６との距離が最大となる外周面３２上の位置でコントロールカム３１に当接し、変位ローラ４８と軸心２６との距離が最大になっている。また、カムローラ３７は、等半径部１５に係合し、ベースローラ２４は、リフト面部４５により近いベース面部４４内の位置で接している。そして、ベースローラ２４がベース面部４４と摺接している間は、ロッカアーム２１には、スプリングの付勢力に抗して、バルブ１３を押し下げる力が生じず、バルブ１３は閉鎖位置で保持されている。

図５ｂに示すように、カムシャフト１２が回転し、カムローラ３７がノーズ部１６に係合すると、メインアーム３５が揺動する。メインアーム３５が揺動すると、第一連結部材４６を介して繋がっている変位ローラ４８は、外周面３２上を移動する。変位ローラ４８が外周面３２上を移動すると、第二連結部材４７を介して繋がっているカムアーム４０は、揺動し、リフト面部４５がベースローラ２４に摺接する。リフト面部４５上をベースローラ２４が長く摺動することにより、カムアーム４０によりロッカアーム２１が大きく押し下げられる。そして、ロッカアーム２１は、スプリングの付勢力に抗して、バルブ１３を大きく押し下げ、バルブ１３は最大のリフト量（Ｌｍａｘ）で開放される。

本実施例によれば、次の（ａ）、（ｂ）の効果が得られる。
（ａ）ロッカシャフト２５上にコントロールカム３１を設けたことで、他の回転制御系の連続可変動弁機構（例えば、可変動弁機構１００）より、シリンダヘッドの全高を低くすることができる。
（ｂ）各バルブ１３毎に可変動弁機構を設ける（単弁完結とする）ことで、シリンダ上方中央部に設けられるプラグチューブ、インジェクター等の周辺部品からの影響を受けることなく内燃機関に搭載できる。

なお、本発明は前記実施例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実施することができる。

本発明の可変動弁機構の全体図である。 同可変動弁機構の可変機構の分解斜視図である。 同可変動弁機構のコントロールカムの回動によるカムアームの変位の説明図である。 同可変動弁機構におけるバルブリフト量を最小化するときの説明図である。 同可変動弁機構におけるバルブリフト量を最大化するときの説明図である。 従来の可変動弁機構の全体図である。

符号の説明

１０ 可変動弁機構
１２ カムシャフト
１３ バルブ
１４ 駆動カム
２１ 動弁部材
２５ ロッカシャフト
２６ 軸心
３０ 可変機構
３１ コントロールカム
３２ 外周面
３５ メインアーム
４０ カムアーム
４１ カム面
４６ 第一連結部材
４７ 第二連結部材
４８ 変位ローラ

Claims (2)

1. 駆動カム（１４）を備えたカムシャフト（１２）と、前記カムシャフト（１２）と平行に設けられたロッカシャフト（２５）と、前記ロッカシャフト（２５）上に設けられ、前記駆動カム（１４）とバルブ（１３）との間に介在して前記バルブ（１３）の開閉量を変更する可変機構（３０）とを有する可変動弁機構（１０）において、
   前記可変機構（３０）は、前記ロッカシャフト（２５）に揺動可能に軸支され、前記駆動カム（１４）に係合するメインアーム（３５）と、
   前記ロッカシャフト（２５）に揺動可能に軸支され、前記バルブ（１３）を押圧するカム面（４１）を備えたカムアーム（４０）と、
   前記ロッカシャフト（２５）上に設けられ、該ロッカシャフト（２５）の軸心（２６）からの距離が漸次変化する外周面（３２）を有するコントロールカム（３１）と、
   前記メインアーム（３５）及びカムアーム（４０）に連結部材（４６、４７）を介して連結され、前記コントロールカム（３１）に接し、該コントロールカム（３１）の回動により前記軸心（２６）との距離が変化する変位部材（４８）とを有し、
   前記変位部材（４８）と軸心（２６）との距離が変化することにより前記メインアーム（３５）と前記カムアーム（４０）との相対位相が変位することを特徴とする可変動弁機構。
2. 前記変位部材（４８）が、前記連結部材（４６、４７）に回転可能に軸着されたローラ（４８）である請求項１記載の可変動弁機構。

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