JP2010127075A - Variable valve gear of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、機械的な機構により内燃機関の吸気弁もしくは排気弁(両者を総称して吸排気弁と記す)の作動角を連続的に拡大・縮小変化させることが可能な内燃機関の可変動弁装置に関する。 The present invention provides a variable motion of an internal combustion engine capable of continuously expanding and reducing the operating angle of an intake valve or an exhaust valve of the internal combustion engine (collectively referred to as intake and exhaust valves) by a mechanical mechanism. The present invention relates to a valve device.
内燃機関の吸気弁や排気弁のバルブリフト特性、特にその作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な可変動弁装置が本出願人らによって従来から種々提案されている。これは、例えば特許文献1に示すように、駆動軸を中心に揺動して吸排気弁を押し開く揺動カムを設け、この揺動カムの初期の姿勢を、制御偏心カムを備えた制御軸の回転位置に応じて変化させることで、吸排気弁のリフトと作動角とが両者同時に拡大・縮小変化するように構成したものである。ここで、上記揺動カムは、各気筒毎に設けられるので、特許文献1では、例えば一対の吸気弁に対応して、揺動カムは2個のカム部が一体に構成され、上記制御偏心カムを中心に揺動する1つのロッカアームに1つのリンクロッドを介して連結された構成となっている。
Various variable valve gears that can continuously expand and contract the valve lift characteristics of an intake valve and an exhaust valve of an internal combustion engine, particularly the operating angle thereof, have been proposed by the present applicants. For example, as shown in
なお、特許文献1では揺動カムが吸排気弁のタペットを直接に押圧しているが、特許文献2は、揺動カムと吸排気弁のバルブステムとの間に、さらに別の揺動型ロッカアームを介在させた構成を開示している。
特許文献1に示すような従来の構成では、制御偏心カムならびに該制御偏心カムに嵌合したロッカアームの軸受部の軸方向の寸法が、ロッカアームにおける軸方向にずれた位置にある2つのアーム部を一体化し得る必要最小限の寸法となっているため、揺動カムの倒れ(駆動軸の軸直交面に対し傾く方向の変位)に追従してロッカアームの倒れが生じ、これにより、ロッカアームの軸受面と制御偏心カム外周面とが片当たりし、偏摩耗等が生じやすい。つまり、特許文献1のように揺動カムの軸方向の中心から一方に片寄ってリンクロッドが連結されていると、該リンクロッドが揺動カムを押し下げたときに、該揺動カムを支持する駆動軸との間の嵌合隙間の範囲内で揺動カムが倒れ変形し、これによってリンクロッドが傾くため、ロッカアームも同じ方向に倒れを生じる。これにより偏摩耗や焼き付きが生じやすくなる。
In the conventional configuration as shown in
本発明の内燃機関の可変動弁装置は、内燃機関本体に回転自在に支持され、かつ内燃機関の回転に同期して回転するとともに、駆動偏心カムを備えた駆動軸と、上記駆動偏心カムの外周に回転可能に嵌合した環状部を備えたリンクアームと、内燃機関本体に回転自在に支持され、かつアクチュエータによって回転角度が制御されるとともに、制御偏心カムを備えた制御軸と、上記制御偏心カムに回転可能に装着されるとともに、上記リンクアームに連結され、該リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転自在に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンクロッドを介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸排気弁を駆動する揺動カムと、を備えており、上記制御軸の制御偏心カムの回転位置によって吸排気弁のリフトがその作動角とともに増減変化する。 A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is rotatably supported by an internal combustion engine body and rotates in synchronization with the rotation of the internal combustion engine, and includes a drive shaft provided with a drive eccentric cam, and the drive eccentric cam. A link arm having an annular portion rotatably fitted on the outer periphery, a control shaft rotatably supported by the internal combustion engine body and controlled by an actuator, and having a control eccentric cam, and the above control A rocker arm that is rotatably attached to the eccentric cam, is connected to the link arm, and is swingably supported by the link arm, and is rotatably supported by the drive shaft, and is connected to the rocker arm via a link rod. A swing cam that drives the intake and exhaust valves by swinging with the rocker arm, and the rotational position of the control eccentric cam of the control shaft Therefore lift of the intake and exhaust valves increases or decreases varies with the operating angle.
ここで、上記揺動カムは、複数個の吸排気弁にそれぞれ対応する複数個のカム部が一体に形成されており、その軸方向の中心から一方に片寄った位置において上記リンクロッドが連結されている。また、上記駆動偏心カムは上記揺動カムと軸方向に異なる位置に位置している。そして、本発明では、上記制御偏心カムに嵌合する上記ロッカアームの軸受部の一端は上記リンクアームに隣接し、かつ他端は、上記リンクロッドの軸方向位置を越えて軸方向に延びている。 Here, the swing cam is integrally formed with a plurality of cam portions respectively corresponding to the plurality of intake / exhaust valves, and the link rod is connected at a position offset to one side from the axial center. ing. The drive eccentric cam is located at a position different from the swing cam in the axial direction. In the present invention, one end of the bearing portion of the rocker arm fitted to the control eccentric cam is adjacent to the link arm, and the other end extends in the axial direction beyond the axial position of the link rod. .
上記構成では、揺動カムの倒れに伴ってリンクロッドが傾いたとしても、ロッカアームの倒れが抑制され、制御偏心カムとの接触面における局部的な荷重集中が緩和されて、例えば偏摩耗や焼き付きを抑制することができる。 In the above configuration, even if the link rod is tilted as the swing cam is tilted, the rocker arm is prevented from tilting, and local load concentration on the contact surface with the control eccentric cam is alleviated, for example, uneven wear or seizure. Can be suppressed.
図1,図2は、この発明に係る内燃機関の可変動弁装置の一実施例を示している。なお、この可変動弁装置の可変原理ならびに基本的な構成は、上述した特許文献1等に記載の公知の装置と同様である。
1 and 2 show an embodiment of a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to the present invention. The variable principle and basic configuration of the variable valve operating device are the same as those of the known devices described in
図は、1つの気筒の部分を示しており、シリンダヘッド(図示せず)に摺動自在に設けられた一対の吸気弁1と、シリンダヘッド上部に回転自在に支持された駆動軸2と、この駆動軸2に圧入等により固定された円形の駆動偏心カム3と、上記駆動軸2の上方位置においてシリンダヘッドに回転自在に支持されるとともに駆動軸2と平行に配置された制御軸4と、この制御軸4に圧入等により固定あるいは一体に形成された円形の制御偏心カム5と、この制御偏心カム5の外周面上に回転自在に支持されたロッカアーム6と、各吸気弁1のバルブステム1aを揺動型のバルブ用ロッカアーム7を介して駆動する揺動カム8と、を備えている。上記バルブ用ロッカアーム7は、揺動支点となる基端が公知の油圧式ラッシュアジャスタ9によって支持されている。上記駆動軸2および上記制御軸4は、複数気筒に共通であり、機関の前後方向に沿って延びている。また上記駆動軸2は、タイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動され、通常のカムシャフトと同様に機関の回転に同期して回転する。
The figure shows a part of one cylinder, a pair of
なお、上記バルブ用ロッカアーム7を具備せずに、上述した特許文献1のように、揺動カム8が吸気弁1のタペットを直接押圧する構成とすることもできる。
Instead of providing the
上記ロッカアーム6は、図3にも示すように、制御偏心カム5の外周に嵌合する軸受部となる円筒部11と、該円筒部11から各々反対側へつまり略180°異なる方向へ延びた第1アーム部12および第2アーム部13と、を備えている。
As shown in FIG. 3, the
上記駆動軸2の駆動偏心カム3の外周には、リンクアーム15の環状部15aが回転自在に嵌合しており、この環状部15aから延びたアーム部15bの先端と上記ロッカアーム6の第1アーム部12先端とが、連結ピン14(図3参照)を介して揺動可能に連結されている。また、上記ロッカアーム6の第2アーム部13先端には、リンクロッド16の上端が連結ピン20を介して揺動可能に連結されている。そして、このリンクロッド16の下端は、揺動カム8に連係している。
An
詳しくは、上記揺動カム8は、駆動軸2外周に回転自在に嵌合する円筒部17と、この円筒部17の外周面から突出する一対のカム部18と、を有し、駆動軸2に回転自在に支持されるとともに、スペーサ19を挟んで駆動偏心カム3に隣接している。そして、駆動偏心カム3に相対的に近い側となる一方のカム部18に、上記リンクロッド16が連結ピン21を介して連結されている。上記リンクロッド16は、図示するように金属板を断面U字形に折り曲げてロッド状とした構成であり、U字形の内側の幅(つまり軸方向の寸法)が、第2アーム部13およびカム部18の軸方向の厚さと実質的に一致しており、微小間隙を介して第2アーム部13およびカム部18を両側から挟み込んだ形となっている。
Specifically, the
また、一対のカム部18の間に、この円筒状の揺動カム8ひいては駆動軸2をシリンダヘッドに支持するための軸受部材となるカムブラケット23が配置されている。このカムブラケット23は、一対のボルト24によって図示せぬシリンダヘッドに固定される。
A
上記カム部18は、リフト量が実質的に0となるベースサークル面と、このベースサークル面から徐々にリフト量が大となるように所定の曲線に沿って延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの面が、揺動カム8の揺動位置に応じてバルブ用ロッカアーム7の上面に当接するようになっている。
The
上記制御軸4は、一端部に設けられた図示しないリフト・作動角制御用アクチュエータによって所定角度範囲内で回転するように構成されている。この制御軸4の回転角度は、適宜なセンサ(図示せず)によって検出され、この検出した実際の制御状態に基づいて上記アクチュエータがクローズドループ制御される。 The control shaft 4 is configured to rotate within a predetermined angle range by a lift / working angle control actuator (not shown) provided at one end. The rotation angle of the control shaft 4 is detected by an appropriate sensor (not shown), and the actuator is closed-loop controlled based on the detected actual control state.
このリフト・作動角可変機構の作用を説明すると、駆動軸2が回転すると、駆動偏心カム3のカム作用によってリンクアーム15が上下動し、これに伴ってロッカアーム6が揺動する。このロッカアーム6の揺動は、リンクロッド16を介して揺動カム8へ伝達され、該揺動カム8が揺動する。この揺動カム8のカム作用によって、バルブ用ロッカアーム7を介して吸気弁1が押圧され、図示せぬバルブスプリングに抗して吸気弁1がリフトする。
The operation of the lift / operating angle variable mechanism will be described. When the
ここで、リフト・作動角制御用アクチュエータを介して制御軸4の角度が変化すると、ロッカアーム6の初期位置が変化し、ひいては揺動カム8の初期揺動姿勢が変化する。
Here, when the angle of the control shaft 4 changes via the lift / operating angle control actuator, the initial position of the
例えば制御偏心カム5が図の上方へ位置しているとすると、ロッカアーム6は全体として上方へ位置し、リンクロッド16を介して連係した揺動カム8のカム部18先端が相対的に上方へ引き上げられた状態となる。つまり、カム部18の初期位置は、そのカム面がバルブ用ロッカアーム7上面から離れる方向に傾く。従って、駆動軸2の回転に伴って揺動カム8が揺動した際に、ベースサークル面が長くバルブ用ロッカアーム7上面に接触し続け、カム面がバルブ用ロッカアーム7上面に接触する期間は短い。従って、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。
For example, if the control eccentric cam 5 is positioned upward in the figure, the
逆に、制御偏心カム5が図の下方へ位置しているとすると、ロッカアーム6は全体として下方へ位置し、揺動カム8のカム部18先端が相対的に下方へ押し下げられた状態となる。つまり、カム部18の初期位置は、そのカム面がバルブ用ロッカアーム7上面に近付く方向に傾く。従って、駆動軸2の回転に伴って揺動カム8が揺動した際に、バルブ用ロッカアーム7上面に接触する部位がベースサークル面からカム面へと直ちに移行する。従って、リフト量が全体として大きくなり、かつその作動角も拡大する。
Conversely, if the control eccentric cam 5 is positioned downward in the figure, the
上記の制御偏心カム5の初期位置は連続的に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性は、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大,縮小させることができる。 Since the initial position of the control eccentric cam 5 can be continuously changed, the valve lift characteristic continuously changes accordingly. That is, the lift and the operating angle can be continuously expanded and contracted simultaneously.
次に本発明の要部であるロッカアーム6について説明すると、このロッカアーム6は、上記のように円筒部11と第1アーム部12および第2アーム部13を備えているが、第1アーム部12は円筒部11の軸方向の一端部、詳しくはリンクアーム15側の一端部に位置し、この第1アーム部12を含む円筒部11の端面が、リンクアーム15の端面に摺接している。また第2アーム部13は、上記円筒部11の軸方向の中間部に位置し、図2に示すように、下方に位置する一方のカム部18(リンクロッド16が連結される側のカム部18)の軸方向位置と整列した位置にある。換言すれば、リンクロッド16が駆動軸2の軸直交面に沿った直立姿勢となるように、第2アーム部13と一方のカム部18とが互いに対応した位置にある。
Next, the
そして、円筒部11の他端は、リンクロッド16の軸方向位置を越えて軸方向に延びており、他方のカム部18の軸方向位置(さらに詳しくは吸気弁1の中心軸を通る面)に達している。図2に示すように、円筒部11は軸方向に全長Lを有し、リンクロッド16の軸方向位置を基準点として、該基準点からリンクアーム15側の一端までの距離をa、該基準点から反対側の他端までの距離をbとすると、距離bの方が距離aよりも大きい。また、上記全長Lは、揺動カム8の円筒部17の全長cよりも短い。
The other end of the
なお、上記ロッカアーム6の円筒部11が嵌合する制御偏心カム5は、その軸方向長さが上記の円筒部11の全長Lと実質的に等しく、円筒部11の全長Lに亘って両者が接している。
Note that the control eccentric cam 5 into which the
上記のような構成においては、一対の吸気弁1を押し開くべくリンクロッド16がカム部18を押し下げたときに、このリンクロッド16が揺動カム8の円筒部17の軸方向の中心から一方に片寄った位置(つまり一方のカム部18)に連結されていることから、嵌合隙間の範囲内で、微小角度ではあるが、揺動カム8が全体として傾き(いわゆる倒れ)、これに伴ってカム部18を両側から挟み込んでいるリンクロッド16が軸直交面に対し傾こうとする。この傾きに伴う力は、ロッカアーム6の第2アーム部13に伝達され、同様にロッカアーム6を傾かせようとするが、上記のように円筒部11が第2アーム部13の位置からさらに長く延びているので、ロッカアーム6の倒れが抑制される。従って、制御偏心カム5との接触面における局部的な荷重集中が緩和されて、例えば偏摩耗や焼き付きを抑制することができる。
In the configuration as described above, when the
図4および図5は、ロッカアーム6の円筒部11が嵌合する制御偏心カム5の外周面に、円筒部11との摺接面を軸方向に複数個に分断するように、周方向に沿った凹溝31を設けた実施例を示している。例えば一対の摺接面に分割するように、軸方向の中央部に1つの凹溝31が設けられている。なお、この例では、凹溝31の深さは一定ではなく、両側の制御軸4の部分と同様の相対的に偏心した軸部が残存するように凹溝31が形成されている。換言すれば、制御軸4に一対の制御偏心カム5が設けられたような構成となっている。
FIGS. 4 and 5 show a circumferential direction so that a sliding contact surface with the
この実施例によれば、凹溝31の部分により摺動面積が減少するため、フリクションの低減が図れ、また、凹溝31内に潤滑油が保持されることから、偏摩耗や焼き付きがより確実に防止される。
According to this embodiment, since the sliding area is reduced by the
次に、図6および図7に示す実施例は、逆に、円筒部11の内周面に凹部32を設け、制御偏心カム5の外周面との間に空隙を確保したものである。上記凹部32は、少なくとも軸方向の両端部分を残して軸方向中央部分に設けられるが、この実施例では、特に、第2アーム部13から延長された部分の内径dを大径とすることで、凹部32が設けられている。この実施例においては、上記凹部32による空隙に潤滑油が保持されるため、偏摩耗や焼き付きがより確実に防止される。また、可動部品であるロッカアーム6の慣性質量および慣性モーメントがより小さくなる。
Next, in the embodiment shown in FIGS. 6 and 7, conversely, a
なお、本発明は、上記のような吸気2弁式の構成に限られず、1気筒当たりにさらに多数の吸気弁や排気弁を有する可変動弁装置においても適用することが可能である。 The present invention is not limited to the intake two-valve configuration as described above, and can be applied to a variable valve apparatus having a larger number of intake valves and exhaust valves per cylinder.
1…吸気弁
2…駆動軸
3…駆動偏心カム
4…制御軸
5…制御偏心カム
6…ロッカアーム
8…揺動カム
11…円筒部
12…第1アーム部
13…第2アーム部
15…リンクアーム
16…リンクロッド
17…円筒部
18…カム部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
上記駆動偏心カムの外周に回転可能に嵌合した環状部を備えたリンクアームと、
内燃機関本体に回転自在に支持され、かつアクチュエータによって回転角度が制御されるとともに、制御偏心カムを備えた制御軸と、
上記制御偏心カムに回転可能に装着されるとともに、上記リンクアームに連結され、該リンクアームにより揺動されるロッカアームと、
上記駆動軸に回転自在に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンクロッドを介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸排気弁を駆動する揺動カムと、
を備え、上記制御軸の制御偏心カムの回転位置によって吸排気弁のリフトがその作動角とともに増減変化するように構成された内燃機関の可変動弁装置において、
上記揺動カムは、複数個の吸排気弁にそれぞれ対応する複数個のカム部が一体に形成され、その軸方向の中心から一方に片寄った位置において上記リンクロッドが連結され、
上記駆動偏心カムは上記揺動カムと軸方向に異なる位置に位置し、
上記制御偏心カムに嵌合する上記ロッカアームの軸受部の一端は上記リンクアームに隣接し、かつ他端は、上記リンクロッドの軸方向位置を越えて軸方向に延びていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 A drive shaft that is rotatably supported by the internal combustion engine body and that rotates in synchronization with the rotation of the internal combustion engine, and that includes a drive eccentric cam;
A link arm having an annular portion rotatably fitted on the outer periphery of the drive eccentric cam;
A control shaft that is rotatably supported by the internal combustion engine body and whose rotation angle is controlled by an actuator, and a control eccentric cam;
A rocker arm that is rotatably attached to the control eccentric cam, is connected to the link arm, and is rocked by the link arm;
A swing cam that is rotatably supported by the drive shaft and is connected to the rocker arm via a link rod, and swings with the rocker arm to drive the intake and exhaust valves;
A variable valve operating apparatus for an internal combustion engine configured such that the lift of the intake / exhaust valve varies with the operating angle according to the rotational position of the control eccentric cam of the control shaft.
The swing cam is formed integrally with a plurality of cam portions respectively corresponding to the plurality of intake and exhaust valves, and the link rod is connected at a position offset from the center in the axial direction to one side,
The drive eccentric cam is located at a position different from the swing cam in the axial direction,
One end of the bearing portion of the rocker arm that is fitted to the control eccentric cam is adjacent to the link arm, and the other end extends in the axial direction beyond the axial position of the link rod. Variable valve gear for engine.
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