JP2010053756A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】回転カム（偏心カム）の回転力を揺動部材に伝える機構（リンク）を短く簡単にするとともに、最大リフト量の変更と同時に該最大リフト量になるタイミングも変化するようにする。
【解決手段】可変動弁機構９は、並べて平行に設けられた第一及び第二カムシャフト１０，１５と、第一及び第二カムシャフトに設けられた第一及び第二偏心カム２０，２５と、基端部が第一及び第二偏心カムに外挿され、先端部どうしが軸着された第一及び第二リングアーム３０，３５と、第一カムシャフトに外挿された揺動部材４０と、一端部が第一又は第二リングアームに軸着され、他端部が揺動部材に軸着された動力伝達レバー４５とからなる。そして、一方のカムシャフト１０が任意の回転数で回転するとバルブ８，８を駆動し、他方のカムシャフト１５が任意の角度分だけ回動するとバルブ８，８の最大リフト量が変化すると同時に該最大リフト量になるタイミングも変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の運転状況に応じてバルブの最大リフト量を変更す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８及び図９に示す従来例（引用文献１）の可変動弁機構９０のように、回転可能に設けられたカムシャフト９１と、該カムシャフト９１に設けられた回転カム９２（偏心カム）と、基端部が回転カム９２に外挿されたリングアーム９３と、カムシャフト９１に外挿された揺動部材９４と、カムシャフト９１の上方に回動可能に設けられたコントロールシャフト９６と、該コントロールシャフト９６に設けられた制御カム９７（偏心カム）と、中央部が制御カム９７に外挿され、一端部がリングアーム９３の先端部に軸着された第一レバー９８と、一端部が第一レバー９８の他端部に軸着され他端部が揺動部材９４に軸着された第二レバー９９とを含み構成されたものがある。

よって、この可変動弁機構９０は、カムシャフト９１が任意の回転数で回転すると、揺動部材９４が揺動してバルブ８を駆動し、コントロールシャフト９６が任意の角度分だけ回動すると、揺動部材９４が回動して該揺動部材９４が駆動するバルブ８の最大リフト量が変化する。
特開平１１−３２４６２５号公報

ところが、この従来例では、回転カム９２の回転力を揺動部材９４に伝える機構（リンク）が、リングアーム９３と第一レバー９８と第二レバー９９との３つの部材からなるため、該機構（リンク）が長く複雑で、可変動弁機構９０の作動と信頼性とに不安がある。また、図９に示すように、該可変動弁機構９０でバルブ８の最大リフト量を変更しても、該最大リフト量になるタイミングはほとんど変化しない。しかし、更なる燃費向上のためには、最大リフト量の変更と同時に該最大リフト量なるタイミングも変化することが好ましい。

また、それらに加え、コントロールシャフト９６がカムシャフト９１の上方にあるため可変動弁機構９０が高さ方向に大きくなってしまう。また更に、部品の種類も多いため、該可変動弁機構９０の構造が複雑になってしまう。

そこで、回転カム（偏心カム）の回転力を揺動部材に伝える機構（リンク）を短く簡単にするとともに、最大リフト量の変更と同時に該最大リフト量になるタイミングも変化するようにすることを第一の目的とし、可変動弁機構を高さ方向にコンパクトにすることを第二の目的とし、部品の種類を減らすことを第三の目的とする。

上記第一の目的を達成するため、本発明の可変動弁機構は、並べて平行に設けられた第一カムシャフト及び第二カムシャフトと、前記第一カムシャフトに設けられ、該第一カムシャフトとともに回動する、断面形状が真円形で該真円形の中心が該第一カムシャフトの軸心から偏心した第一偏心カムと、前記第二カムシャフトに設けられ、該第二カムシャフトとともに回動する、断面形状が真円形で該真円形の中心が該第二カムシャフトの軸心から偏心した第二偏心カムと、基端部が前記第一偏心カムに相対回動可能に外挿された第一リングアームと、基端部が前記第二偏心カムに相対回動可能に外挿され、先端部が前記第一リングアームの先端部に相対回動可能に軸着された第二リングアームと、前記第一カムシャフトに相対回動可能に外挿された揺動部材と、一端部が前記第一リングアーム又は第二リングアームに相対回動可能に軸着され、他端部が前記揺動部材に相対回動可能に軸着された動力伝達レバーとを含み構成されたことによって、前記第一カムシャフト及び第二カムシャフトのうちの一方のカムシャフトが任意の回転数で回転すると、前記揺動部材が揺動してバルブを駆動し、他方のカムシャフトが任意の角度分だけ回動すると、前記揺動部材が回動して該揺動部材が駆動するバルブの最大リフト量が変化すると同時に、前記一方のカムシャフトに設けられた一方の偏心カムに外挿された一方のリングアームも回動して該最大リフト量になるタイミングも変化する。

また、上記第二の目的を達成するため、少なくとも前記第一カムシャフトの一部と前記第二カムシャフトの一部とが、内燃機関のシリンダの長さ方向を高さ方向にみて、同じ高さに位置することが好ましい。

また、上記第三の目的を達成するため、前記第一偏心カムの外径の大きさと前記第二偏心カムの外径の大きさとは等しく、前記第一リングアームと前記第二リングアームとは、基端部に、内径の大きさが前記第一偏心カム及び第二偏心カムの外径の大きさと等しいリング穴を備え、先端部に軸着穴を備えた一対の同一部材であって、各リングアームの基端部は、前記リング穴にて前記第一偏心カム又は第二偏心カムに前記相対回動可能に外挿され、両リングアームの先端部どうしは、両先端部の前記軸着穴に軸状の軸着部材が挿入されることによって、前記相対回動可能に軸着されていることが好ましい。

本発明によれば、偏心カムの回転力を揺動部材に伝える機構（リンク）が、第一又は第二リングアームと動力伝達レバーとの２つだけなので、該機構（リンク）が短く簡単である。また更に、上記構成にすることによって、上記の通り、バルブの最大リフト量が変化すると同時に該最大リフト量になるタイミングも変化するようにすることができる。

本発明の可変動弁機構９は、内燃機関のシリンダの長さ方向を高さ方向にみて、少なくとも一部どうしが同じ高さに位置するように並べて平行に設けられた第一カムシャフト１０及び第二カムシャフト１５と、第一カムシャフト１０に設けられ、該第一カムシャフト１０とともに回動する、断面形状が真円形で該真円形の中心Ａが該第一カムシャフト１０の軸心Ａｏから偏心した第一偏心カム２０と、第二カムシャフト１５に設けられ、該第二カムシャフト１５とともに回動する、断面形状が真円形で該真円形の中心Ｂが該第二カムシャフト１５の軸心Ｂｏから偏心した第二偏心カム２５と、基端部が第一偏心カム２０に相対回動可能に外挿された第一リングアーム３０と、基端部が第二偏心カム２５に相対回動可能に外挿され、先端部が第一リングアーム３０の先端部に相対回動可能に軸着された第二リングアーム３５と、第一カムシャフト１０に相対回動可能に外挿された揺動部材４０と、一端部が第一リングアーム３０又は第二リングアーム３５に相対回動可能に軸着され、他端部が揺動部材４０に相対回動可能に軸着された動力伝達レバー４５とを含み構成されている。

よって、第一カムシャフト１０及び第二カムシャフト１５のうちの一方のカムシャフトが任意の回転数で回転すると、揺動部材４０が揺動してバルブ８を駆動し、他方のカムシャフトが任意の角度分だけ回動すると、揺動部材４０が回動して該揺動部材４０が駆動するバルブ８の最大リフト量Ｌが変化すると同時に、一方のカムシャフトに設けられた一方の偏心カムに外挿された一方のリングアームも回動して該最大リフト量Ｌになるタイミングも変化する。

ここで、第一偏心カム２０の外径の大きさと第二偏心カム２５の外径の大きさとは等しくなっている。また、第一リングアーム３０と第二リングアーム３５とは、基端部に、内径の大きさが第一偏心カム２０及び第二偏心カム２５の外径の大きさと等しいリング穴３１，３６を備え、先端部に軸着穴３２，３７を備えた一対の同一部材である。そして、各リングアーム３０，３５の基端部は、そのリング穴３１，３６にて第一偏心カム２０又は第二偏心カム２５に相対回動可能に外挿されている。また、両リングアーム３０，３５の先端部どうしは、それら両先端部の軸着穴３２，３７に軸状の軸着部材３９が挿入されることによって、相対回動可能に軸着されている。

図１〜図６に示す本実施例１の可変動弁機構９，９・・は、各２本の吸気用のバルブ８，８に対して一つずつ設けられており、各可変動弁機構９は、２本のバルブ８，８の最大リフト量Ｌを連続的に変更する。この可変動弁機構９は、次に示す第一及び第二カムシャフト１０，１５と、第一及び第二偏心カム２０，２５と、第一及び第二リングアーム３０，３５と、揺動部材４０と、動力伝達レバー４５と、バルブスプリング５０，５０とを含み構成されている。

［カムシャフト１０，１５］
第一及び第二カムシャフト１０，１５は、双方とも複数の可変動弁機構９，９・・に共通の一対のカムシャフトであって、内燃機関のシリンダの長さ方向を高さ方向にみて、同じ高さに位置するように並べて平行に設けられている。第一カムシャフト１０は、該第一カムシャフト１０を任意の回転数で回転させるクランクシャフト（図示略）に連結されており、第二カムシャフト１５は、該第二カムシャフト１５を任意の角度分だけ回動させる制御装置（図示略）に連結されている。

［偏心カム２０，２５］
第一偏心カム２０は、第一カムシャフト１０に設けられた断面形状が真円形でその真円形の中心Ａが該第一カムシャフト１０の軸心Ａｏから偏心した偏心カムであって、該第一カムシャフト１０とともに回動する。また、第二偏心カム２５は、第二カムシャフト１５に設けられた断面形状が真円形でその真円形の中心Ｂが該第二カムシャフト１５の軸心Ｂｏから偏心した偏心カムであって、該第二カムシャフト１５とともに回動する。そして、これら第一偏心カム２０の外径の大きさと第二偏心カム２５の外径の大きさとは等しくなっている。

［リングアーム３０，３５］
第一及び第二リングアーム３０，３５とは、基端部に、内径の大きさが第一及び第二偏心カム２０，２５の外径の大きさと等しいリング穴３１，３６をそれぞれ備え、先端部に軸着穴３２，３７をそれぞれ備えた一対の同一部材である。そして、第一リングアーム３０の基端部は、そのリング穴３１にて第一偏心カム２０に相対回動可能に外挿され、第二リングアーム３５の基端部は、そのリング穴３６にて第二偏心カム２５に相対回動可能に外挿されている。また、第一リングアーム３０の先端部と第二リングアーム３５の先端部とは、それら両先端部の軸着穴３２，３７に軸状の軸着部材３９が挿入されることによって、相対回動可能に軸着されている。

［揺動部材４０］
揺動部材４０は、第一カムシャフト１０に相対回動可能に外挿されている。この揺動部材４０は、バルブ８，８を押圧する一対の出力ノーズ４１，４１を備え、その一方の出力ノーズ４１の側面に動力伝達レバー４５の端部を軸着するための軸着穴４２を備えている。

［動力伝達レバー４５］
動力伝達レバー４５は、一端部と他端部とにそれぞれ軸着穴４６，４７をそれぞれ備えている。そして、該動力伝達レバー４５の一端部は、該一端部の軸着穴４６に第一及び第二リングアーム３０，３５の先端部どうしを軸着した軸着部材３９の突出部分が挿入されることによって、第一及び第二リングアーム３０，３５の先端部に相対回動可能に軸着されている。また、該動力伝達レバー４５の他端部は、該他端部の軸着穴４７と揺動部材４０の軸着穴４２とに、別の軸着部材４９が挿入されることによって、揺部部材４０の出力ノーズ４１の側面に相対回動可能に軸着されている。

［バルブスプリング５０，５０］
バルブスプリング５０，５０は、揺動部材４０の一対の出力ノーズ４１，４１が一対のバルブ８，８から離れる方向に変位するのに追従させて該バルブ８，８を閉じるための一対のリターンスプリングである。

次に、本実施例１の可変動弁機構９を用いて、バルブ８，８を駆動する際の様子を説明する。このとき、図３及び図４に示すように、第一カムシャフト１０の回転とともに第一偏心カム２０が回転し、その回転力が第一リングアーム３０、動力伝達レバー４５、揺動部材４０の順に伝えられることによって、該揺動部材４０が揺動する。その揺動部材４０の揺動によって、一対のバルブ８，８が駆動される。なお、このとき、バルブ８，８のリフト量は、図４（ｂ）に示すように、第一偏心カム２０の中心Ａが、所定の最大リフト位置Ｐに重なった時に最大（最大リフト量Ｌ）となる。

次に、本実施例１の可変動弁機構９を用いて、バルブ８，８の最大リフト量Ｌを変更する際の様子を｛１｝最大リフト量減少時と｛２｝最大リフト量増加時とに分けて以下に説明する。

｛１｝最大リフト量減少時
最大リフト量減少時には、図５（ａ）に示すように、第二カムシャフト１５が一方の周方向に回動し、その第二カムシャフト１５に設けられた第二偏心カム２５の回動力が、第二リングアーム３５、動力伝達レバー４５、揺動部材４０の順に伝わることによって、該揺動部材４０が第一カムシャフト１０の周方向に回動し、これによって、バルブ８，８の最大リフト量Ｌが減少する。また、これと同時に、同第二偏心カム２５の回動力が第二リングアーム３５、第一リングアーム３０の順に伝わることによって、該第一リングアーム３０が第一カムシャフト１０の回転方向の反対方向に回動し、これによって、前述の最大リフト位置Ｐが、第一カムシャフト１０の回転方向の反対方向にずれ、バルブ８，８の最大リフト量Ｌになるタイミングが早くなる。

｛２｝最大リフト量増加時
最大リフト量増加時には、図５（ｂ）に示すように、第二カムシャフト１５が他方の周方向に回動し、その第二カムシャフト１５に設けられた第二偏心カム２５の回動力が、第二リングアーム３５、動力伝達レバー４５、揺動部材４０の順に伝わることによって、該揺動部材４０が第一カムシャフト１０の周方向に回動し、これによって、バルブ８，８の最大リフト量Ｌが増加する。また、これと同時に、同第二偏心カム２５の回動力が第二リングアーム３５、第一リングアーム３０の順に伝わることによって、該第一リングアーム３０が第一カムシャフト１０の回転方向に回動し、これによって、前述の最大リフト位置Ｐが、第一カムシャフト１０の回転方向にずれ、バルブ８，８の最大リフト量Ｌになるタイミングが遅くなる。

本実施例１によれば、次の｛ａ｝〜｛ｄ｝に示す効果を得ることができる。

｛ａ｝第一偏心カム２０の回転力を揺動部材４０に伝える機構（リンク）が、第一リングアーム３０と動力伝達レバー４５との２つだけなので、該機構（リンク）が短く簡単である。そのため、高剛性であり、高回転に対応することもできる。

｛ｂ｝最大リフト量減少時と最大リフト量増加時とで、最大リフト量Ｌになるタイミングが、図６に示すように、第一リングアーム３０の回動分（最大リフト位置Ｐの回動分）に対応した位相分θだけずれるため、最大リフト量Ｌの増減に連動させて、該最大リフト量Ｌになるタイミングも前後させることができる。そのため、燃費を向上させることができる。

｛ｃ｝第一カムシャフト１０と第二カムシャフト１５とが、内燃機関のシリンダの長さ方向を高さ方向にみて、同じ高さに位置するため、該可変動弁機構９が該高さ方向にコンパクトになる。

｛ｄ｝第一リングアーム３０と第二リングアーム３５とが一対の同一部材であるため部品の種類を減らすことができる。

図７に示す本実施例２の可変動弁機構５９は、実施例１の可変動弁機構９と略同様であるが、第一カムシャフト１０が、該第一カムシャフト１０を任意の角度分だけ回動させる制御装置（図示略）に連結されており、第二カムシャフト１５が、該第二カムシャフト１５を任意の回転数で回転させるクランクシャフト（図示略）に連結されている点で相違している。

その可変動弁機構５９を用いて、バルブ８，８を駆動する際の様子を説明する。このとき、第二カムシャフト１５の回転とともに第二偏心カム２５が回転し、その回転力が第二リングアーム３５、動力伝達レバー４５、揺動部材４０の順に伝えられることによって、該揺動部材４０が揺動する。その揺動部材４０の揺動によって、一対のバルブ８，８が駆動される。なお、このとき、バルブ８，８のリフト量は、第二偏心カム２５の中心Ｂが、所定の最大リフト位置Ｑに重なった時に最大（最大リフト量Ｌ）となる。

次に、本実施例２の可変動弁機構５９を用いて、バルブ８，８の最大リフト量Ｌを変更する際の様子を｛１｝最大リフト量減少時と｛２｝最大リフト量増加時とに分けて以下に説明する。

｛１｝最大リフト量減少時
最大リフト量減少時には、図７（ａ）に示すように、第一カムシャフト１０が一方の周方向に回動し、その第一カムシャフト１０に設けられた第一偏心カム２０の回動力が、第一リングアーム３０、動力伝達レバー４５、揺動部材４０の順に伝わることによって、該揺動部材４０が第一カムシャフト１０の周方向に回動し、これによって、バルブ８，８の最大リフト量Ｌが減少する。また、これと同時に、同第一偏心カム２０の回動力が第一リングアーム３０、第二リングアーム３５の順に伝わることによって、該第二リングアーム３５が第二カムシャフト１５の回転方向の反対方向に回動し、これによって、前述の最大リフト位置Ｑが、第二カムシャフト１５の回転方向の反対方向にずれ、バルブ８，８の最大リフト量Ｌになるタイミングが早くなる。

｛２｝最大リフト量増加時
最大リフト量増加時には、図７（ｂ）に示すように、第一カムシャフト１０が他方の周方向に回動し、その第一カムシャフト１０に設けられた第一偏心カム２０の回動力が、第一リングアーム３０、動力伝達レバー４５、揺動部材４０の順に伝わることによって、該揺動部材４０が第一カムシャフト１０の周方向に回動し、これによって、バルブ８，８の最大リフト量Ｌが増加する。また、これと同時に、同第一偏心カム２０の回動力が第一リングアーム３０、第二リングアーム３５の順に伝わることによって、該第二リングアーム３５が第二カムシャフト１５の回転方向に回動し、これによって、前述の最大リフト位置Ｑが、第二カムシャフト１５の回転方向にずれ、バルブ８，８の最大リフト量Ｌになるタイミングが遅くなる。

本実施例２によれば、実施例１とは逆に、第一カムシャフト１０に制御装置を連結し、第二カムシャフト１５にクランクシャフトを連結した場合にも、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、本実施例２の場合には、揺動部材４０が外挿された第一カムシャフト１０の回動（回転）が実施例１の場合に比べて少なくなるので、該第一カムシャフト１０と揺動部材４０との間の摩耗を低減することができる。

なお、本発明は上記実施例１，２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、クランクシャフトに連結される第一又は第二カムシャフト１０，１５の回転方向を反対方向に変えることによって、本実施例とは反対に、バルブ８，８の最大リフト量Ｌを増加させると同時に該最大リフト量Ｌになるタイミングが早くなり、最大リフト量Ｌを減少させると同時に該最大リフト量Ｌになるタイミングが遅くなるようにしていてもよい。また、例えば、本発明の可変動弁機構９，５９を排気用のバルブに対して設けてもよい。

本発明の実施例１の可変動弁機構を示す斜視図である。 同実施例１の可変動弁機構の平面図を（ａ）に示し、側面断面図を（ｂ）に示す図である。 同実施例１の可変動弁機構の稼動時の平面図を（ａ）に示し、側面断面図を（ｂ）に示す図である。 同実施例１の可変動弁機構の稼動時における最小リフト量の時の様子を（ａ）に示し、最大リフト量の時の様子を（ｂ）に示す側面断面図である。 同実施例１の可変動弁機構の最大リフト量減少時の様子を（ａ）に示し、最大リフト量増加時の様子を（ｂ）に示す側面断面図である。 同実施例１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。 本発明の実施例２の可変動弁機構の最大リフト量減少時の様子を（ａ）に示し、最大リフト量増加時の様子を（ｂ）に示す側面断面図である。 従来例の可変動弁機構を示す側面断面図である 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

８ バルブ
９ 可変動弁機構
１０ 第一カムシャフト
１５ 第二カムシャフト
２０ 第一偏心カム
２５ 第二偏心カム
３０ 第一リングアーム
３１ リング穴
３２ 軸着穴
３５ 第二リングアーム
３６ リング穴
３７ 軸着穴
３９ 軸着部材
４０ 揺動部材
４５ 動力伝達レバー
５９ 可変動弁機構
Ａｏ 第一カムシャフトの軸心
Ｂｏ 第二カムシャフトの軸心
Ａ 第一偏心カムの中心
Ｂ 第二偏心カムの中心

Claims (3)

1. 並べて平行に設けられた第一カムシャフト（１０）及び第二カムシャフト（１５）と、前記第一カムシャフトに設けられ、該第一カムシャフトとともに回動する、断面形状が真円形で該真円形の中心（Ａ）が該第一カムシャフトの軸心（Ａｏ）から偏心した第一偏心カム（２０）と、前記第二カムシャフトに設けられ、該第二カムシャフトとともに回動する、断面形状が真円形で該真円形の中心（Ｂ）が該第二カムシャフトの軸心（Ｂｏ）から偏心した第二偏心カム（２５）と、基端部が前記第一偏心カムに相対回動可能に外挿された第一リングアーム（３０）と、基端部が前記第二偏心カムに相対回動可能に外挿され、先端部が前記第一リングアームの先端部に相対回動可能に軸着された第二リングアーム（３５）と、前記第一カムシャフトに相対回動可能に外挿された揺動部材（４０）と、一端部が前記第一リングアーム又は第二リングアームに相対回動可能に軸着され、他端部が前記揺動部材に相対回動可能に軸着された動力伝達レバー（４５）とを含み構成されたことによって、
   前記第一カムシャフト（１０）及び第二カムシャフト（１５）のうちの一方のカムシャフトが任意の回転数で回転すると、前記揺動部材（４０）が揺動してバルブ（８）を駆動し、他方のカムシャフトが任意の角度分だけ回動すると、前記揺動部材が回動して該揺動部材が駆動するバルブの最大リフト量（Ｌ）が変化すると同時に、前記一方のカムシャフトに設けられた一方の偏心カムに外挿された一方のリングアームも回動して該最大リフト量になるタイミングも変化する可変動弁機構。
2. 少なくとも前記第一カムシャフト（１０）の一部と前記第二カムシャフト（１５）の一部とが、内燃機関のシリンダの長さ方向を高さ方向にみて、同じ高さに位置する請求項１記載の可変動弁機構。
3. 前記第一偏心カム（２０）の外径の大きさと前記第二偏心カム（２５）の外径の大きさとは等しく、
   前記第一リングアーム（３０）と前記第二リングアーム（３５）とは、基端部に、内径の大きさが前記第一偏心カム及び第二偏心カムの外径の大きさと等しいリング穴（３１，３６）を備え、先端部に軸着穴（３２，３７）を備えた一対の同一部材であって、
   各リングアームの基端部は、前記リング穴にて前記第一偏心カム又は第二偏心カムに前記相対回動可能に外挿され、
   両リングアームの先端部どうしは、両先端部の前記軸着穴に軸状の軸着部材（３９）が挿入されることによって、前記相対回動可能に軸着された請求項１又は２記載の可変動弁機構。

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