JP2010222973A

JP2010222973A - 内燃機関の可変動弁装置

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Publication number: JP2010222973A
Application number: JP2009067932A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Inada; 弘樹稲田
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2010-10-07

Abstract

【課題】内燃機関の可変動弁装置において、駆動力伝達機構と可変機構とを揺動軸の廻りにコンパクトに配置し、可変動弁装置の小型化を図り、内燃機関への搭載性を向上させることにある。
【解決手段】駆動力伝達機構（２８）及び可変機構（３０）を、揺動軸（２６）に固定した第１ギヤ（４８）と、第１ギヤ（４８）に噛み合うとともに第１ギヤ（４８）の廻りに公転可能に揺動アーム（２７）に取り付けた第２ギヤ（５０）と、揺動カム（２９）に固定されるとともに第２ギヤ（５０）と噛み合う内歯（５１）を備えたリングギヤ（５２）とで構成し、機関弁（３）に対する揺動カム（２９）の揺動位置を相対的に変化させる一方、第１ギヤ（４８）を静止させた状態で揺動アーム（２７）を揺動させることで、第２ギヤ（５０）を第１ギヤ（４８）の廻りに公転させるとともに自転させ、揺動カム（２９）を機関弁（３）を開弁させる方向へ揺動させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、内燃機関の可変動弁装置に係り、特に機関弁のリフト量、作用角を連続的に変化させる内燃機関の可変動弁装置に関する。

車両の内燃機関には、内燃機関の運転状態に応じて機関弁のリフト量、作用角を連続的に変化させるために、カムシャフトに設けられた駆動カムによって揺動される揺動アームと、この揺動アームに駆動力伝達機構を介して連結される揺動カムと、この揺動カムの揺動によって開閉動作される機関弁と、この機関弁に対する揺動カムの揺動位置を相対的に変化させる可変機構とを備え、この可変機構によって機関弁のリフト量、作用角を連続的に変化させる可変動弁装置を搭載しているものがある。

特表２００４−５２１２３４号公報特許文献１に係る可変動弁装置は、ロッカアームを介して機関弁を開閉させる旋回レバーを備えている。この旋回レバーは、上端部がシリンダヘッドに揺動自在に支持されるとともに、下端部にロッカアームを作動させるカム面を備え、上下方向中間部に当接される回転カムによって揺動される。また、特許文献１に係る可変動弁装置は、旋回レバーの揺動支点の位置を変化させる可変機構を備え、この可変機構によって機関弁のリフト量を変更している。

ところが、上記の特許文献１に係る可変動弁装置においては、可変機構がカムシャフトよりも高い位置に配置されていることから、可変動弁装置が高さ方向に大型化してしまい、内燃機関への搭載性が低下するという不都合があった。

そこで、この発明の目的は、機関弁のリフト量の変化を大きくしつつ可変動弁装置の小型化を図り、内燃機関への搭載性を向上できる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

この発明は、カムシャフトに設けられた駆動カムによって揺動される揺動アームと、この揺動アームに駆動力伝達機構を介して連結される揺動カムと、この揺動カムの揺動によって開閉動作される機関弁と、この機関弁に対する前記揺動カムの揺動位置を相対的に変化させる可変機構とを備え、この可変機構によって前記機関弁のリフト量を連続的に変化させる内燃機関の可変動弁装置において、前記揺動アームの揺動軸に前記揺動カムを揺動自在に配置し、前記駆動力伝達機構及び前記可変機構を、前記揺動軸に固定される第１ギヤと、この第１ギヤに噛み合うとともに前記第１ギヤの廻りに公転可能に前記揺動アームに取り付けられる第２ギヤと、前記揺動カムに固定されるとともに前記第２ギヤと噛み合う内歯を備えたリングギヤとで構成し、前記第１ギヤの回転により前記揺動カムを揺動させて前記機関弁に対する前記揺動カムの揺動位置を相対的に変化させる一方、前記第１ギヤを静止させた状態で前記揺動アームを揺動させることで前記第２ギヤを前記第１ギヤの廻りに公転させるとともに自転させ、前記リングギヤを介して前記揺動カムを前記機関弁を開弁させる方向へ揺動させる構造としたことを特徴とする。

この発明は、機関弁のリフト量の変化を大きくしつつ可変動弁装置の小型化を図り、内燃機関への搭載性を向上できる。

（Ａ）は可変動弁装置の分解斜視図である。（Ｂ）は可変動弁装置の組立斜視図である。（実施例）（Ａ）は可変動弁装置の正面図である。（Ｂ）は可変動弁装置の右側面図である。（Ｃ）は可変動弁装置の背面図である。（実施例）図３は図２（Ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線による可変動弁装置の断面図である。（実施例）（Ａ）は低リフト状態における閉弁時の可変動弁装置の正面図である。（Ｂ）は低リフト状態における開弁時の可変動弁装置の正面図である。（実施例）（Ａ）は高リフト状態における閉弁時の可変動弁装置の正面図である。（Ｂ）は高リフト状態における開弁時の可変動弁装置の正面図である。（実施例）

この発明は、機関弁のリフト量の変化を大きくしつつ可変動弁装置の小型化を図り、内燃機関への搭載性を向上する目的のために、可変機構をカムシャフトよりも配置して実現するものである。

図１〜図５は、この発明の実施例を示すものである。
図２において、１は車両の内燃機関、２はこの内燃機関１のシリンダヘッドである。以後、内燃機関１のクランク軸線方向を前後方向とし、シリンダ軸線方向を上下方向、クランク軸線及びシリンダ軸線と直交する方向を左右方向として説明する。
シリンダヘッド２には、図１〜図３に示すように、燃焼室に連通する吸気ポートあるいは排気ポートからなるポートを開閉する吸気弁あるいは排気弁からなる機関弁３が設けられている。
機関弁３は、図１（Ａ）に示すように、ポートの開口に接離されるバルブヘッド４と、このバルブヘッド４に先端側が連設されたバルブステム５とからなる。また、機関弁３は、図２（Ａ）に示すように、正面視で、軸線３Ｃが所定に傾斜してシリンダヘッド２に配設され、また、バルブステム５が軸方向移動可能にシリンダヘッド２に支持されている。更に、機関弁３は、図１（Ａ）に示すように、バルブステム５の基端面６側の外周面にリテーナ７を固定し、このリテーナ７とシリンダヘッド２の座部位との間でバルブステム５に嵌装したバルブスプリング８によって閉弁方向に付勢される。

内燃機関１には、図１〜図３に示すように、機関弁３を軸方向移動して開弁・閉弁するロッカアーム９が設けられる。
このロッカアーム９は、本体部１０と、機関弁当接部１１と、軸接続部１２とを備える。本体部１０には、ローラ収容空間１３と、このローラ収容空間１３を挟むように対峙したローラピン取付用孔１４が形成されている。機関弁当接部１１は、機関弁３のバルブステム５の基端面６に当接する当接面部１５を備えている。ローラ収容空間１３には、ロッカローラ１６が配置される。このロッカローラ１６は、該ロッカローラ１６のローラピン用孔１７に挿入されるとともにローラピン取付用孔１４に挿入して取り付けられたローラピン１８によって回転自在に支持される。軸接続部１２は、ロッカ軸用孔１９を有し、このロッカ軸用孔１９に挿入されたロッカ軸２０に回転自在に設けられる。このロッカ軸２０は、前後方向に指向して配置されている。

シリンダヘッド２には、内燃機関１のクランク軸と同期して回転するカムシャフト２１が、ロッカ軸２０と平行に、車両前後方向に指向して軸支されている。このカムシャフト２１には、駆動カム２２が一体的に設けられている。この駆動カム２２は、ベース円部２３と、このベース円部２３から突出したカムリフト部２４とからなる。

また、シリンダヘッド２には、カムシャフト２１の駆動カム２２の回転で機関弁３を開閉動作させるための可変動弁装置２５が設けられる。
この可変動弁装置２５は、機関弁３のリフト量、作用角を連続的に変化させるものであり、カムシャフト２１に対して平行に配設される揺動軸（コントロール軸）２６と、この揺動軸２６に揺動自在に配置されてカムシャフト２１の駆動カム２２によって揺動される揺動アーム２７と、この揺動アーム２７に駆動力伝達機構２８を介して連結され且つ揺動軸２６に揺動自在に配置されて揺動アーム２７によって揺動される揺動カム２９と、この揺動カム２９の揺動によって開閉動作される前記機関弁３と、この機関弁３に対する揺動カム２２の揺動位置を相対的に変化させる可変機構３０とを備えている。

揺動軸２６は、図１（Ａ）、図２（Ａ）に示すように、カムシャフト２１と平行で且つ該カムシャフト２１の高さ位置よりも低い位置でシリンダヘッド２に回転自在に支持される。つまり、揺動軸２６の軸心（揺動中心）２６Ｃは、カムシャフト２１よりも低い位置に配置される。また、ロッカ軸２０は、図２（Ａ）に示すように、揺動軸２６よりも下方に配置される。
また、揺動軸２６は、図１（Ｂ）に示すように、モータ等のアクチュエータ３１に連結している。このアクチュエータ３１は、制御手段３２に連絡している。この制御手段３２には、内燃機関１の各種運転状態を検知するセンサ等の検知手段３３が連絡している。制御手段３２は、検知手段３３から入力する内燃機関１の各種運転状態を示す信号に基づいてアクチュエータ３１を作動し、揺動軸２６を回転制御する。

揺動アーム２７には、揺動軸用孔３４と、ローラ収容空間３５と、このローラ収容空間３５を挟むように対峙したローラピン取付用孔３６と、リターンスプリング挿着穴３７とが形成されているとともに、ギヤ取付用ピン３８が固定されている。揺動軸用孔３４は、揺動軸２６に回転自在に嵌装される。ローラ収容空間３５には、アームローラ３９が配置される。このアームローラ３９は、該アームローラ３９のローラピン用孔４０に挿入されるとともに、ローラピン取付用孔３６に挿入して取り付けられたローラピン４１に回転自在に支持され、カムシャフト２１の駆動カム２２を当接させる。
リターンスプリング挿着穴３７には、図２（Ａ）に示すように、シリンダヘッド２に支持されて揺動アーム２７をカムシャフト２１の駆動カム２２側に押圧するリターンスプリング４２が挿着される。
揺動カム２９は、揺動軸２６を中心に揺動するものであり、本体部４３と、この本体部４３の下部で下方に延設する湾曲状のローラ当接部４４とを備えている。本体部４３には、揺動軸２６を回転自在に挿着する揺動軸用孔４５が形成されている。ローラ当接部４４は、図２（Ａ）に示すように、切替点Ｐに対して一側のリフト部４６と他側の非リフト部４７とを連続して備え、ロッカアーム９のロッカローラ１６に当接する。

駆動力伝達機構２８及び可変機構３０は、リンク機構を構成するものであり、揺動軸２６の途中に固定される第１ギヤ（コントロールギヤ）４８と、この第１ギヤ４８に噛み合うとともに第１ギヤ４８の廻りに公転可能に揺動アーム２７のギヤ取付用ピン３８にギヤ孔４９が嵌装して回転自在に取り付けられた第２ギヤ５０と、揺動カム２９に固定されるとともに第２ギヤ５０と噛み合う内歯５１を備えたリングギヤ５２とで構成される。このリングギヤ５２は、ローラ当接部４４に並んで且つ該ローラ当接部４４と同様に湾曲状に形成され、揺動カム２９の本体部４３の下部に固定されている。第２ギヤ５０は、第１ギヤ４８よりも下方に配置される。

また、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、揺動軸２６の軸方向から見た場合、第２ギヤ５０とリングギヤ５２とは、揺動軸２６の軸心２６Ｃを通り且つシリンダ軸線Ｃと直交する線Ｈよりも機関弁３の側に、つまり、揺動軸２６の下方に配設される。
これにより、可変動弁装置２５をシリンダ軸線Ｃの方向に小型化でき、内燃機関１への搭載性を向上できる。
また、この可変動弁装置２５の構造は、駆動力伝達機構２８と可変機構３０とを揺動軸２６の廻りにコンパクトに配置することができ、また、揺動軸２６の下方に駆動力伝達機構２８及び可変機構３０の部品を集約して配置することで、シリンダヘッド２の高さを低く抑え、これにより、可変動弁装置２５の小型化を図り、可変動弁装置２５の内燃機関１への搭載性を向上させることができる。つまり、揺動軸２６の下部に第２ギヤ５０やリングギヤ５２等からなる可変機構３０を設ける構造としたことにより、カムシャフト２１を揺動軸２１に近づけ、コンパクト化や部品点数の削減を図り、しかも、その動作の信頼性を向上することができる。

駆動力伝達機構２８及び可変機構３０においては、第１ギヤ４８の回転により揺動カム２９を揺動させて機関弁３に対する揺動カム２９の揺動位置を相対的に変化させる一方、第１ギヤ４８を静止させた状態で、つまり、アクチュエータ３１で揺動軸２６を停止させた状態で揺動アーム２７を駆動カム２２のカムリフト部２４の回転で揺動させることにより、第２ギヤ５０を第１ギヤ４８の廻りに公転させるとともに自転させ、リングギヤ５２を介して揺動カム２９を機関弁３を開弁させる方向へ揺動させる。
このように、第１ギヤ４８を静止させた状態で揺動アーム２７を揺動させることで、第２ギヤ５０を第１ギヤ４８の廻りに公転させるとともに自転させ、リングギヤ５２を介して揺動カム２９を機関弁３を開弁させる方向へ揺動させるようにしたため、機関弁３のリフト量、作用角の変化量を大きくしつつ可変動弁装置２５の小型化を図り、よって、内燃機関１への搭載性を向上させることができる。
この場合、第１ギヤ４８と第２ギヤ５０とリングギヤ５２とのギヤ比を適宜変更することにより、機関弁３のリフト量、作用角を変更でき、機関弁３のリフト量が異なる内燃機関への搭載性を向上させることができる。

可変動弁装置２５において、駆動カム２２からの伝達力は、アームローラ３９を介して揺動アーム２７に入力される。そして、揺動軸２６がアクチュエータ３１によって回転方向で固定されている場合、揺動アーム２７のギヤ取付用ピン３８に取り付けられた第２ギヤ５０が揺動アーム２７と一緒に揺動しながら揺動軸２６の第１ギヤ４８に噛み合って自転する。そして、揺動カム２９は、第２ギヤ５０に噛み合ったリングギヤ５２によって揺動軸２６の下方で揺動運動をする。一方、機関弁３のリフト量と作用角を変える場合、揺動軸２６をアクチュエータ３１により回転制御することにより、第２ギヤ５０を介して揺動カム２９の揺動位置を変えることで行う（揺動カム２９のロストモーション（空動き）角度の増減）。
このように、駆動カム２２からの伝達力が第１ギヤ４８、第２ギヤ５０、リングギヤ５２といった歯車機構を介して揺動カム２９に伝えられるので、動力伝達の効率を高くし、フリクション（摩擦力）の低減による燃費や出力を向上できる。

次に、可変動弁装置２５の動作について説明する。
可変動弁装置２５は、機関弁３を低リフト状態とする際に、図４に示すように動作する。
可変動弁装置２５は、図４（Ａ）に示すように、駆動カム２２のベース円部２３が揺動アーム２７を押圧しているリフト前において、揺動アーム２７がリターンスプリング４２によって駆動カム２２のベース円部２３側に付勢され、この状態では揺動軸２６の軸心（揺動中心）２６Ｃと第２ギヤ５０の中心５０Ｃ（ギヤ取付用ピン３８の中心）とを結ぶ線分Ｌ１が略垂直方向に位置する（Ｇ１位置）。
そして、アクチュエータ３１の駆動により、揺動軸２６を反時計方向に回転（Ｒ１）させ、揺動軸２６の軸心２６Ｃと揺動カム２９のローラ当接部４４の切替点Ｐとを結ぶ線分Ｌ２が時計方向へ角度θ１だけ回転する位置まで（Ｇ２位置）、揺動カム２９を揺動する。
この場合、揺動軸２６の反時計方向の回転（Ｒ１）に伴ってこの揺動軸２６に固定した第１ギヤ４８に噛み合う第２ギヤ５０が時計方向に回転（自転）し（Ｒ２）、この第２ギヤ５０の回転によって揺動カム２９に固定したリングギヤ５２が時計方向に回転し（Ｒ２）、このリングギヤ５２の回転に伴って揺動カム２９のローラ当接部４４の非リフト部４７がロッカアーム９のロッカローラ１６に当接して、機関弁３を閉弁状態とする。このとき、駆動カム２２のベース円部２３が揺動アーム２７に当接しているだけで、揺動アーム２７が揺動していないことから、第２ギヤ５０は、揺動軸２６の廻りを公転せず、第１ギヤ４８の回転に伴ってギヤ取付用ピン３８を中心に自転しているだけである。

その後、可変動弁装置２５は、図４（Ａ）に示すリフト前の閉弁状態から、図４（Ｂ）に示すように、カムシャフト２１が回転して駆動カム２２のカムリフト部２４が揺動アーム２７をリターンスプリング４２の付勢力に抗して反時計方向へ揺動させると（Ｒ１）、揺動軸２６がアクチュエータ３１により停止されて第１ギヤ４８が静止状態であることから、第２ギヤ５０が反時計方向に自転しつつ第１ギヤ４８の廻りを反時計方向に公転し（Ｒ１）、これにより、揺動軸２６の軸心２６Ｃと第２ギヤ５０の中心５０Ｃとを結ぶ線分Ｌ３が閉弁時の位置（Ｇ１位置）から角度θ２だけ反時計方向に回転した位置となる（Ｇ３位置）。
この場合、揺動軸２６の軸心２６Ｃと揺動カム２９のローラ当接部４４の切替点Ｐとを結ぶ線分Ｌ４は、前記角度θ２の位置（Ｇ３位置）よりも時計方向へ角度θ３だけ回転した位置となる（Ｇ４位置）。
そして、揺動カム２９のローラ当接部４４のリフト部４６がロッカアーム９のロッカローラ１６に当接して、機関弁３を所定のリフト量Ｓ１で開弁状態とする。

次いで、可変動弁装置２５は、機関弁３を高リフト状態とする際に、図５に示すように動作する。
可変動弁装置２５は、図５（Ａ）に示すように、駆動カム２２のベース円部２３が揺動アーム２７を押圧しているリフト前において、揺動アーム２７がリターンスプリング４２によって駆動カム２２のベース円部２３側に付勢され、この状態では揺動軸２６の軸心２６Ｃと第２ギヤ５０の中心５０Ｃとの線分Ｌ５が略垂直方向に位置する（Ｇ５位置）。
そして、アクチュエータ３１の駆動により、揺動軸２６を時計方向に回転（Ｒ２）させ、揺動軸２６の軸心２６Ｃと揺動カム２９のローラ当接部４４の切替点Ｐとを結ぶ線分Ｌ６が前記線分Ｌ５と重なる位置（Ｇ５位置）まで、揺動カム２９を揺動させる。
この場合、揺動軸２６の時計方向の回転（Ｒ２）に伴ってこの揺動軸２６に固定した第１ギヤ４８に噛み合う第２ギヤ５０が反時計方向に回転（自転）し（Ｒ１）、この第２ギヤ５０の回転（Ｒ１）によって揺動カム２９に固定したリングギヤ５２が反時計方向に回転し（Ｒ１）、これにより、揺動カム２９のローラ当接部４４の切替点Ｐをロッカアーム９のロッカローラ１６付近に位置させて、機関弁３を閉弁状態とする。このとき、第２ギヤ５０は、駆動カム２２のベース円部２３が揺動アーム２７に当接しているだけで、揺動アーム２７が揺動していないことから、揺動軸２６の廻りを公転せず、第１ギヤ４８の回転に伴ってギヤ取付用ピン３８を中心に自転しているだけである。

その後、可変動弁装置２５は、図５（Ａ）に示すリフト前の閉弁状態から、図５（Ｂ）に示すように、カムシャフト２１が回転して駆動カム２２のカムリフト部２４が揺動アーム２７をリターンスプリング４２の付勢力に抗して反時計方向へ揺動すると（Ｒ１）、揺動軸２６がアクチュエータ３１により停止されて第１ギヤ４８が静止状態であることから、第２ギヤ５０が反時計方向に自転しつつ第１ギヤ４８の廻りを反時計方向に公転し（Ｒ１）、これにより、揺動軸２６の軸心２６Ｃと第２ギヤ５０の中心５０Ｃとを結ぶ線分Ｌ７が閉弁時の位置（Ｇ５位置）から角度θ２だけ反時計方向に回転した位置となる（Ｇ６位置）。
この場合、揺動軸２６の軸心２６Ｃと揺動カム２９のローラ当接部４４の切替点Ｐとを結ぶ線分Ｌ８は、角度θ２の位置よりもさらに反時計方向へ角度θ３だけ回転した位置となり（Ｇ７位置）、これにより、揺動カム２９のローラ当接部４４のリフト部４６の最端部位がロッカローラ１６に当接して、機関弁３を前記低リフト時の前記リフト量Ｓ１（図４（Ｂ）参照）よりも大きなリフト量Ｓ２で開弁状態とする。
よって、可変動弁装置２５においては、第１ギヤ４８や第２ギヤ５０等の部品により、少しの動作で機関弁３の開弁動作を大きくすることができ、小型化を十分に図ることができる。

この発明に係る可変動弁装置を、各種車両に適用可能である。

１内燃機関
２シリンダヘッド
３機関弁
９ロッカアーム
１６ロッカローラ
２１カムシャフト
２２駆動カム
２３ベース円部
２４カムリフト部
２５可変動弁装置
２６揺動軸
２７揺動アーム
２８駆動力伝達機構
２９揺動カム
３０可変機構
３１アクチュエータ
３２制御手段
３９アームローラ
４２リターンスプリング
４４ローラ当接部
４６リフト部
４７非リフト部
４８第１ギヤ
５０第２ギヤ
５１内歯
５２リングギヤ

Claims

カムシャフトに設けられた駆動カムによって揺動される揺動アームと、この揺動アームに駆動力伝達機構を介して連結される揺動カムと、この揺動カムの揺動によって開閉動作される機関弁と、この機関弁に対する前記揺動カムの揺動位置を相対的に変化させる可変機構とを備え、この可変機構によって前記機関弁のリフト量を連続的に変化させる内燃機関の可変動弁装置において、前記揺動アームの揺動軸に前記揺動カムを揺動自在に配置し、前記駆動力伝達機構及び前記可変機構を、前記揺動軸に固定される第１ギヤと、この第１ギヤに噛み合うとともに前記第１ギヤの廻りに公転可能に前記揺動アームに取り付けられる第２ギヤと、前記揺動カムに固定されるとともに前記第２ギヤと噛み合う内歯を備えたリングギヤとで構成し、前記第１ギヤの回転により前記揺動カムを揺動させて前記機関弁に対する前記揺動カムの揺動位置を相対的に変化させる一方、前記第１ギヤを静止させた状態で前記揺動アームを揺動させることで前記第２ギヤを前記第１ギヤの廻りに公転させるとともに自転させ、前記リングギヤを介して前記揺動カムを前記機関弁を開弁させる方向へ揺動させる構造としたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
前記揺動軸の軸方向から見た場合、前記第２ギヤと前記リングギヤとを、前記揺動軸の軸心を通り且つシリンダ軸線と直交する線よりも前記機関弁の側に配設したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。