JP2010209897A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、複数のロッカーアームを連結ピンを介して相互に連結した状態と、その連結を解除した状態とに切り換え可能な内燃機関の可変動弁装置に関し、消費電力を低減することを目的とする。
【解決手段】本初面の内燃機関の可変動弁装置は、複数のロッカーアームを相互に連結可能な連結ピンと、連結ピンを押圧する押圧部材１３と、押圧部材１３と共にカムシャフト６に平行な方向に移動する係合ピン１６とを備える。制御カムシャフト１９が回転して制御カム２０が係合ピン１６を押し出すと、係合ピン１６がカムシャフト６に設けられたガイド溝１７に挿入する。係合ピン１６がガイド溝１７に沿って移動することにより、連結ピンが一方向に移動する。連結ピンが一方向に移動した後、係合ピン１６がガイド溝１７から外れて制御カム２０の側面２７に係合することにより、連結ピンが反対の方向に戻ることが阻止される。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。

特開２００７−３２５５６号公報には、複数のロッカーアームを連結ピンを介して相互に連結する状態と、その連結を解除する状態とに切り換えることにより、開弁特性を可変とする可変動弁装置が開示されている（同公報の段落００６１〜００７９、図１５、図１６等参照）。この可変動弁装置では、電磁ソレノイドとリターンスプリングとを用いて、連結ピンを連結位置と連結解除位置とに移動させる。すなわち、電磁ソレノイドをオンすると、連結ピンが電磁ソレノイドによって駆動されて連結位置へ移動する。そして、電磁ソレノイドをオフすると、連結ピンがリターンスプリングの付勢力によって連結解除位置へ移動する。

特開２００７−３２５５６号公報

上述したような従来の可変動弁装置では、複数のロッカーアームを連結した状態（あるいは連結を解除した状態）においては、リターンスプリングによって連結ピンが戻らないようにするため、電磁ソレノイドに通電し続け、電磁ソレノイドの力によってリターンスプリングが縮んだ状態を保持する必要がある。このため、電力消費が大きいという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、複数のロッカーアームを連結ピンを介して相互に連結した状態と、その連結を解除した状態とに切り換え可能な内燃機関の可変動弁装置において、消費電力を低減することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の可変動弁装置であって、
内燃機関の吸気弁または排気弁を開閉させるためのカムが設けられたカムシャフトと、
相互に隣接して設けられた複数のロッカーアームと、
前記複数のロッカーアームを相互に連結する位置と、その連結を解除する位置とに移動可能な連結ピンと、
前記連結ピンを前記カムシャフトに平行な一方向に押圧して移動させる押圧部材と、
前記連結ピンを前記一方向と反対の方向に戻すための付勢部材と、
前記カムシャフトに設けられ、少なくとも一部が螺旋状をなすガイドレールと、
前記ガイドレールに係合する係合位置と、前記ガイドレールから外れた係合解除位置とに変位可能であり、且つ、前記押圧部材と共に前記カムシャフトに平行な方向に移動する係合部材と、
前記係合部材を前記係合解除位置から前記係合位置へと押し出すカム面と、前記係合部材が係合可能な側面とを有する制御カムが設けられた制御カムシャフトと、
前記制御カムシャフトを回転させるアクチュエータと、
を備え、
前記制御カムシャフトが回転して前記制御カムが前記係合部材を前記係合位置へ押し出すと、前記係合部材が前記ガイドレールに沿って移動することにより、前記係合部材および前記押圧部材が前記一方向に移動して、前記連結ピンが前記一方向に移動し、
前記連結ピンが前記一方向に移動した後、前記係合部材が前記ガイドレールから外れて前記制御カムの側面に係合することにより、前記係合部材、前記押圧部材および前記連結ピンが前記反対の方向に戻ることが阻止されることを特徴とする。

第１の発明によれば、複数のロッカーアームの連結／非連結を切り換える連結ピンを、付勢部材の付勢方向と反対方向に移動させた後、係合部材がカムシャフトのガイドレールから外れて制御カムの側面に係合することにより、連結ピンが付勢部材の付勢方向へ戻ることが阻止される。このため、その状態を保持するための保持電力が不用であるので、消費電力を低減することができ、燃費の改善が図れる。

本発明の実施の形態１の内燃機関の可変動弁装置を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態１の内燃機関の可変動弁装置を示す部分断面図である。 図１に示す可変動弁装置をカムシャフトに平行な方向から見た図である。 制御カムシャフトとその回転駆動機構（アクチュエータ）を示す図である。 制御カムシャフトとその回転駆動機構の他の例を示す図である。 係合ピンがガイド溝に挿入した状態を示す図である。 係合ピンが制御カムの側面に係合した状態を示す図である。 カムシャフトに設けられたガイド溝の展開図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関の可変動弁装置を示す部分断面図である。図１に示す一対のバルブ２は、内燃機関の一つの気筒が備える一対の吸気バルブまたは排気バルブである。以下の説明では、まず、本実施形態の内燃機関の可変動弁装置（以下、単に「可変動弁装置」と称する）１の、一つの気筒に対応する部分の構成について説明する。

図１に示すように、可変動弁装置１は、第１ロッカーアーム３と、一対の第２ロッカーアーム４，５とを備えている。一対の第２ロッカーアーム４，５は、第１ロッカーアーム３を挟んで両側に配置されている。第１ロッカーアーム３と、第２ロッカーアーム４，５とは、カムシャフト６に平行な共通の直線を中心として、それぞれ揺動可能になっている。

第１ロッカーアーム３には、ローラーが設けられている。第１ロッカーアーム３のローラーは、カムシャフト６に設けられたカム７に当接している。このカム７が回転することにより、第１ロッカーアーム３が揺動する。

カムシャフト６には、一対のゼロリフトカム８が、カム７を挟んで両側に設けられている。ゼロリフトカム８は、リフトがゼロのカム、すなわち円形のカムである。

第２ロッカーアーム４，５には、それぞれ、ローラーが設けられている。図１において、第２ロッカーアーム４，５のローラーは、一対のゼロリフトカム８にそれぞれ当接している。第２ロッカーアーム４，５は、一対のバルブ２のステムの端部にそれぞれ当接している。

第１ロッカーアーム３に形成されたピン挿入孔内には、連結ピン９が設けられている。第２ロッカーアーム４に形成されたピン挿入孔内には、連結ピン１０が設けられている。第２ロッカーアーム５に形成されたピン挿入孔内には、連結ピン１１が設けられている。連結ピン９と連結ピン１０とは当接しており、連結ピン９と連結ピン１１とは当接している。連結ピン９，１０，１１は、カムシャフト６と平行な方向に移動可能になっている。第２ロッカーアーム４内には、連結ピン１０を図１中で左方向へ付勢するリターンスプリング（付勢部材）１２が設置されている。

図１では、リターンスプリング１２が伸びた状態になっている。これにより、連結ピン１０の一部は、第１ロッカーアーム３のピン挿入孔内に挿入している。このため、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４とが、連結ピン１０を介して、相互に連結されている。また、連結ピン９の一部は、第２ロッカーアーム５のピン挿入孔内に挿入している。このため、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム５とが、連結ピン９を介して、相互に連結されている。このようにして、第１ロッカーアーム３と、第２ロッカーアーム４，５とが相互に連結されている。この状態では、第１ロッカーアーム３の揺動が第２ロッカーアーム４，５で伝達され、これらが一体となって揺動する。すなわち、カム７が回転すると、第１ロッカーアーム３とともに第２ロッカーアーム４，５も揺動する。これにより、バルブ２は開閉動作を行う。第２ロッカーアーム４，５が揺動する間、第２ロッカーアーム４，５のローラーは、ゼロリフトカム８から離れる。

連結ピン１１は、円柱状の押圧部材１３に当接している。押圧部材１３は、支持部１４に支持されており、カムシャフト６と平行な方向に移動可能になっている。押圧部材１３は、アーム１５を介して、係合ピン（係合部材）１６と連結されている。カムシャフト６には、ガイド溝（ガイドレール）１７が形成されている。ガイド溝１７の一部は、螺旋状になっている。係合ピン１６は、ガイド溝１７に挿入（係合）する係合位置と、ガイド溝１７から外れた係合解除位置とに変位可能になっている。

図１に示す状態では、係合ピン１６はガイド溝１７から外れている。この状態から係合ピン１６をガイド溝１７に挿入させると、カムシャフト６の回転に伴い、係合ピン１６はガイド溝１７内を相対的に移動する。このとき、係合ピン１６がガイド溝１７の螺旋状部分１８に沿って移動すると、係合ピン１６は、図１中で右方向へ移動する。これに伴い、アーム１５を介して係合ピン１６と連結されている押圧部材１３も、図１中で右方向へ移動する。押圧部材１３が図１中で右方向へ移動すると、これに押圧されて連結ピン９，１０，１１が図１中で右方向へ移動する。

図２は、連結ピン９，１０，１１が押圧部材１３に押圧されて図１中で右方向へ移動した後の状態を示している。図２に示す状態では、リターンスプリング１２は、縮んだ状態になっている。また、図２に示す状態では、連結ピン９と連結ピン１０とは、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４との隙間で当接している。このため、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４とは連結されない。また、連結ピン９と連結ピン１１とは、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム５との隙間で当接している。このため、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム５とは連結されない。このため、第１ロッカーアーム３の揺動は、第２ロッカーアーム４，５へ伝達されない。また、第２ロッカーアーム４，５のローラーが当接しているゼロリフトカム８は、円形であるので、カムシャフト６が回転しても、第２ロッカーアーム４，５は揺動しない。このように、第１ロッカーアーム３と、第２ロッカーアーム４，５との連結が解除された状態では、第２ロッカーアーム４，５が揺動しないので、バルブ２は閉じたままに維持される。

上述したように、可変動弁装置１では、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５とを連結することにより、バルブ２を開閉動作させることができ、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５との連結を解除することにより、バルブ２の動作を停止させることができる。

図３は、図１に示す可変動弁装置１をカムシャフト６に平行な方向から見た図である。図３において、係合ピン１６は、ガイド溝１７から外れた係合解除位置にある。可変動弁装置１は、カムシャフト６と平行に配置された制御カムシャフト１９を有している。制御カムシャフト１９には、制御カム２０が設けられている。制御カム２０には、係合ピン１６を係合解除位置から係合位置へ押し出すためのカム面２１を有するカム山が設けられている。本実施形態の制御カム２０には、そのカム山が制御カムシャフト１９の中心線に対して対称な位置に二つ設けられている。押圧部材１３は、回転可能になっている。係合ピン１６は、アーム１５が押圧部材１３を中心に回転することにより、係合解除位置と係合位置との間を変位する。係合ピン１６は、図示しない付勢部材により図３中で反時計回りに付勢されている。これにより、係合ピン１６は、制御カム２０に当接している。

図４は、制御カムシャフト１９とその回転駆動機構（アクチュエータ）を示す図である。図４に示すように、モータ２２は、歯車減速機構２３を介して、制御カムシャフト１９を回転駆動する。図５は、制御カムシャフト１９とその回転駆動機構の他の例を示す図である。図５に示すように、電磁ソレノイド２４の往復動を、リンク機構２５によって回転運動に変換することにより、制御カムシャフト１９を回転駆動してもよい。

図３に示す状態から、係合ピン１６をガイド溝１７に挿入（係合）させる際には、制御カムシャフト１９を同図中で反時計回りに回転させる。そうすると、係合ピン１６は、制御カム２０のカム面２１によって押し出されて、ガイド溝１７に挿入する。図６は、係合ピン１６がガイド溝１７に挿入した状態を示している。係合ピン１６がガイド溝１７に挿入したら、制御カムシャフト１９の回転を停止させる。

図６に示す状態からカムシャフト６が回転すると、係合ピン１６は、ガイド溝１７内を相対的に移動する。このとき、係合ピン１６がガイド溝１７の螺旋状部分１８に沿って相対的に移動すると、係合ピン１６は、カムシャフト６と平行な方向に移動する。これにより、前述したように、連結ピン９，１０，１１が押圧部材１３に押圧されて図２に示す位置へと移動し、第１ロッカーアーム３と、第２ロッカーアーム４，５との連結が解除される。その結果、バルブ２が閉状態で動作を休止する。

このように、可変動弁装置１では、連結ピン９，１０，１１をリターンスプリング１２の付勢方向と反対の方向に移動させる力を、カムシャフト６の回転力によって供給している。よって、連結ピン９，１０，１１をリターンスプリング１２の付勢方向と反対の方向に移動させるための電力を必要としないので、消費電力を低減することができる。

係合ピン１６がガイド溝１７の螺旋状部分１８に沿って相対的に移動するとき、係合ピン１６は、図４に示すように、制御カム２０のカム面２１上を、制御カムシャフト１９と平行な方向に移動する。後述するように、ガイド溝１７の螺旋状部分１８の先にある終端部２６では、溝の深さが漸減している。係合ピン１６は、螺旋状部分１８を超えて終端部２６に達すると、自動的にガイド溝１７から外れる。図４に示すように、係合ピン１６は、ガイド溝１７から外れると同時に、制御カム２０のカム山の側面２７に係合する。図７は、係合ピン１６が制御カム２０のカム山の側面２７に係合した状態を図６と同じ方向から見た図である。

係合ピン１６が制御カム２０の側面２７に係合することにより、押圧部材１３および連結ピン９，１０，１１がリターンスプリング１２の付勢力によって押し戻されることを阻止することにできる。これにより、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５とが連結されていない状態、すなわちバルブ２の動作が休止した状態を保持することができる。係合ピン１６が制御カム２０の側面２７に係合しているときには、係合ピン１６が制御カム２０を回転させるような力が作用することはない。よって、モータ２２へ通電する必要はない。すなわち、本実施形態の可変動弁装置１によれば、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５との連結が解除されていない状態を維持する間は、電力を必要としない。また、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５との連結されている状態（図１に示す状態）においては、リターンスプリング１２の力によって連結ピン９，１０，１１が位置決めされているので、電力を必要としないことは言うまでもない。

第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５とが連結されていない状態から、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５とが連結されている状態へ切り換えるには、制御カム２０を回転させて、係合ピン１６がカム山のない位置に接触するようにする。これにより、係合ピン１６と制御カム２０の側面２７との係合が解除されるので、リターンスプリング１２が伸長して、連結ピン９，１０，１１が図１に示す位置へ戻ることにより、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５とが連結される。

以上説明したように、本実施形態の可変動弁装置１によれば、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５とが連結されている状態と、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５とが連結されていない状態との切り換えを行うときだけモータ２２を駆動すればよく、何れかの状態を維持する間は電力を必要としない。このため、消費電力を十分に低減することができる。

図８は、カムシャフト６に設けられたガイド溝１７の展開図である。以下、図８を参照して、本実施形態の可変動弁装置１を直列４気筒エンジンに適用した場合について説明する。図８に示すように、直列４気筒エンジン用のカムシャフト６には、＃１気筒〜＃４気筒に対応する４本のガイド溝１７が設けられている。各気筒のガイド溝１７は、螺旋状部分１８以外の部分は、周方向に沿って真っ直ぐに形成されている。

図８中には、併せて、＃１気筒に対応する制御カム２０が図４と同様に描かれている。他の気筒に対しても、同様の制御カム２０がそれぞれ設けられている。そして、各気筒の制御カム２０は、共通の制御カムシャフト１９を介して連結されている。従って、１個のモータ２２によって、全気筒の制御カム２０を回転させることができる。

各気筒のガイド溝１７の始端部２８の位置は、揃えられている。各気筒の係合ピン１６をガイド溝１７に係合させる際には、各気筒の係合ピン１６の位置がこの始端部２８に一致したタイミングで制御カム２０を回転させ、カム面２１によって各気筒の係合ピン１６を一斉に押し出し、ガイド溝１７に挿入させる。

前述したように、係合ピン１６が螺旋状部分１８に沿って移動するときに、連結ピン９，１０，１１が押圧部材１３に押圧されて移動する。連結ピン９，１０，１１の移動は、カム７のリフトがない区間で行う。このため、各気筒のガイド溝１７の螺旋状部分１８の位置は、その気筒のカム７のリフトがない区間に対応するように、気筒毎に異なる位置とされている。このため、始端部２８から螺旋状部分１８までの距離が気筒毎に異なっている。

図８中には、＃１気筒のガイド溝１７の隣に、このガイド溝１７の深さが図示されている。これに示されるように、ガイド溝１７の終端部２６は、溝の深さが漸減している。他の気筒のガイド溝１７の終端部２６も、同様に構成されている。よって、各気筒の係合ピン１６は、螺旋状部分１８を超えて終端部２６に達すると、自動的にガイド溝１７から外れ、それと同時に、制御カム２０のカム山の側面２７に係合する。

以上説明したように、本実施形態によれば、複数の気筒の可変動弁装置１の切り換えを一つのアクチュエータ（モータ２２）で実行することができる。このため、消費電力を更に低減することができる。また、機構の簡素化が図れ、製造コストを低減することができる。

１ 可変動弁装置
２ バルブ
３ 第１ロッカーアーム
４，５ 第２ロッカーアーム
６ カムシャフト
７ カム
８ ゼロリフトカム
９，１０，１１ 連結ピン
１２ リターンスプリング
１３ 押圧部材
１６ 係合ピン
１７ ガイド溝
１８ 螺旋状部分
１９ 制御カムシャフト
２０ 制御カム
２１ カム面
２４ 電磁ソレノイド
２５ リンク機構
２６ 終端部
２７ 側面
２８ 始端部

Claims (1)

1. 内燃機関の吸気弁または排気弁を開閉させるためのカムが設けられたカムシャフトと、
   相互に隣接して設けられた複数のロッカーアームと、
   前記複数のロッカーアームを相互に連結する位置と、その連結を解除する位置とに移動可能な連結ピンと、
   前記連結ピンを前記カムシャフトに平行な一方向に押圧して移動させる押圧部材と、
   前記連結ピンを前記一方向と反対の方向に戻すための付勢部材と、
   前記カムシャフトに設けられ、少なくとも一部が螺旋状をなすガイドレールと、
   前記ガイドレールに係合する係合位置と、前記ガイドレールから外れた係合解除位置とに変位可能であり、且つ、前記押圧部材と共に前記カムシャフトに平行な方向に移動する係合部材と、
   前記係合部材を前記係合解除位置から前記係合位置へと押し出すカム面と、前記係合部材が係合可能な側面とを有する制御カムが設けられた制御カムシャフトと、
   前記制御カムシャフトを回転させるアクチュエータと、
   を備え、
   前記制御カムシャフトが回転して前記制御カムが前記係合部材を前記係合位置へ押し出すと、前記係合部材が前記ガイドレールに沿って移動することにより、前記係合部材および前記押圧部材が前記一方向に移動して、前記連結ピンが前記一方向に移動し、
   前記連結ピンが前記一方向に移動した後、前記係合部材が前記ガイドレールから外れて前記制御カムの側面に係合することにより、前記係合部材、前記押圧部材および前記連結ピンが前記反対の方向に戻ることが阻止されることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

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