JP2013136955A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カム軸のカムから揺動カムのカム面までの制御軸方向距離を短くすることが可能な内燃機関の可変動弁装置を提供する。
【解決手段】カム軸１５の回転カム１６でカムフォロワ２５を揺動し、カムフォロワ２５の両隣りに配置された揺動カム２６をリングギヤ３９とピニオンギヤ３８とによって連結し、制御軸２０の回転によりリングギヤ３９及びピニオンギヤ３８の一方を当該制御軸２０の軸線回りに公転運動させ、その公転運動によりバルブ６に対する揺動カム２６の相対位置を変更して当該揺動カム２６のカム面３４によるバルブ６のリフト特性を変更するにあたり、リングギヤ３９及びピニオンギヤ３８に周方向一部の歯が削除された欠歯部５１、５２を形成し、それらの欠歯部５１、５２内に揺動カム２６のカム面３４を配置する。また、揺動カム２６の円筒状のボス部３３に対して揺動カム２６のカム面３４を制御軸２０に沿うように突出させる。
【選択図】図９

Description

本発明は、車両などに用いられる内燃機関の可変動弁装置に関し、例えばバルブのリフト時期やリフト量を可変として内燃機関の駆動力特性を変更するのに好適なものである。

例えば低回転低負荷時の燃焼安定性を高め、高回転高負荷時の出力を確保するために、吸気弁や排気弁からなるバルブのリフト時期やリフト量を、例えば内燃機関の運転状態に応じて変更する可変動弁装置を備えたものがある。例えば下記特許文献１に記載される内燃機関の可変動弁装置は、回転するカムを備えたカム軸の側方に制御軸を配置し、その制御軸の軸心に対して軸心が偏心している偏心軸部を制御軸に形成し、前記カムによって揺動するカムフォロワを前記偏心軸部の外周に配置し、前記制御軸の軸方向で前記カムフォロワに隣り合う部分にバルブを開閉するための揺動カムを揺動自在に配置し、夫々の回転軸が前記カムフォロワ及び揺動カムの回転軸と同軸であり且つ互いに噛み合う一対のリングギヤとピニオンギヤとによって前記カムフォロワと揺動カムとを連結し、前記カムフォロワの揺動に伴い前記揺動カムを揺動させて当該揺動カムに形成されたカム面で前記バルブを開閉し、前記制御軸の回転により前記リングギヤ及びピニオンギヤの一方を前記制御軸の軸線回りに公転運動させ、その公転運動により前記バルブに対する前記揺動カムの相対位置を変更して前記カム面による前記バルブのリフト特性を変更するようにしている。

特開２０１１−１０６２７９号公報

しかしながら、前記特許文献１の内燃機関の可変動弁装置では、カムフォロワと揺動カムとをリングギヤとピニオンギヤとによって単に連結しただけのものであるため、カム軸のカムから揺動カムのカム面までの制御軸方向距離が長くなるという問題があり、例えば吸気弁や排気弁といったバルブが２本併設される内燃機関への適用が困難な場合がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、カム軸のカムから揺動カムのカム面までの制御軸方向距離を短くすることが可能な内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、発明の実施態様は、カムを備えた回転するカム軸の側方に配置された制御軸と、前記制御軸に形成され当該制御軸の軸心に対して軸心が偏心している偏心軸部と、前記偏心軸部の外周に配置され前記カムによって揺動するカムフォロワと、前記制御軸の軸方向で前記カムフォロワに隣り合う部分に揺動自在に配置されバルブを開閉するための揺動カムと、前記カムフォロワと揺動カムとを連結するためのものであって夫々の回転軸が前記カムフォロワ及び揺動カムの夫々の回転軸と同軸であり且つ互いに噛み合う一対のリングギヤ及びピニオンギヤとを備え、前記カムフォロワの揺動に伴い前記揺動カムを揺動させて当該揺動カムに形成されたカム面で前記バルブを開閉し、前記制御軸の回転により前記リングギヤ及びピニオンギヤの一方を前記制御軸の軸線回りに公転運動させ、その公転運動により前記バルブに対する前記揺動カムの相対位置を変更して前記カム面による前記バルブのリフト特性を変更する内燃機関の可変動弁装置において、前記リングギヤ及びピニオンギヤに周方向一部の歯が削除された欠歯部を形成し、前記揺動カムのカム面を前記欠歯部内に配置したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置である。

また、前記揺動カムは前記カム面を前記制御軸に連結するための円筒状の取付部を備え、前記取付部に対して前記揺動カムのカム面を前記制御軸に沿うように突出して当該カム面を前記欠歯部側にずらして配置したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置である。
また、前記バルブは並列に２つ配置され、前記各バルブの夫々に対応して前記揺動カムを２つ前記制御軸の軸方向に配置し、前記２つの揺動カムの間に前記カムフォロワを１つ配置し、前記カムフォロワの軸方向両側に前記リングギヤ及びピニオンギヤを夫々一対ずつ配置したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置である。

而して、発明の実施態様によれば、回転するカム軸のカムでカムフォロワを揺動し、カムフォロワの隣り合う部分に配置されたバルブを開閉するための揺動カムをリングギヤとピニオンギヤとによってカムフォロワに連結し、制御軸の回転によりリングギヤ及びピニオンギヤの一方を当該制御軸の軸線回りに公転運動させ、その公転運動によりバルブに対する揺動カムの相対位置を変更して当該揺動カムのカム面によるバルブのリフト特性を変更するにあたり、リングギヤ及びピニオンギヤに周方向一部の歯が削除された欠歯部を形成し、その欠歯部内に揺動カムのカム面を配置したことにより、カム軸のカムから揺動カムのカム面までの制御軸方向距離を短くすることができる。このため、装置の小型化が図れて内燃機関への搭載性を向上できる。

また、揺動カムはカム面を制御軸に連結するための円筒状の取付部を備え、取付部に対して揺動カムのカム面を制御軸に沿うように突出して当該カム面を欠歯部側にずらして配置したことにより、リングギヤとピニオンギヤの歯幅を確保しながら制御軸方向寸法を小型化し、内燃機関への搭載性を向上できる。
また、バルブが並列に２つ配置され、各バルブの夫々に対応して揺動カムを２つ制御軸の軸方向に配置し、２つの揺動カムの間にカムフォロワを１つ配置し、カムフォロワの軸方向両側にリングギヤ及びピニオンギヤを夫々一対ずつ配置したことにより、並列に配置された２つのバルブを２つの揺動カムのカム面で開閉する場合でも制御軸方向寸法を小型化し、内燃機関への搭載性を向上できる。

本発明の内燃機関の可変動弁装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１の可変動弁装置の正面図である。 図１の可変動弁装置の平面図である。 図１の可変動弁装置の分解斜視図である。 図１の可変動弁装置の装置構成図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 図１のカムフォロワ（リングギヤ）の斜視図である。 カムフォロワ及び揺動カムの側面図である。

次に、本発明の内燃機関の可変動弁装置の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態の可変動弁装置の斜視図、図２は、図１の可変動弁装置の正面図、図３は、図１の可変動弁装置の平面図、図４は、図１の可変動弁装置の分解斜視図、図５は、図１の可変動弁装置の装置構成図、図６は、図３のＡ−Ａ断面図、図７は、図３のＢ−Ｂ断面図である。本実施形態の内燃機関１は、吸気バルブ又は排気バルブからなるバルブ６を夫々２つずつ備え、１つの気筒当たり４つのバルブを備えて構成される。内燃機関１は、例えば自動二輪車や四輪自動車といった車両や、発電機などの機器に搭載されるものであり、種々の向きに搭載される場合があるが、凡そ図１のように搭載されるので、この図１の上方をエンジンの上方と定義する。

図５に示す内燃機関１は、シリンダヘッド２及びシリンダヘッドカバー３内に本実施形態の可変動弁装置を備える。内燃機関１は、シリンダヘッド２の燃焼室４に連続する吸気ポート又は排気ポートからなるポート５、それらのポート５を開閉するための吸気バルブ又は排気バルブからなるバルブ６を備えている。バルブ６は、ポート５の開口を閉塞する先端のバルブヘッド７と、バルブヘッド７に連続するバルブステム８を備えて構成される。バルブ６は、上下方向に対してバルブステム８の軸線を少し傾けて配置され、図示しないバルブステムガイドに沿ってバルブステム８の軸方向に往復移動可能に支持され、図示しないバルブスプリングによってポート５を閉塞する方向に付勢されている。なお、図５中の符号５０は、シリンダヘッド２とシリンダヘッドカバー３の接合面である。

バルブ６は、カム軸１５に設けられて当該カム軸１５と共に回転する回転カム１６によって開閉されるが、本実施形態では、回転カム１６とバルブ６との間に、カムフォロワ２５、揺動カム２６、ローラ式ロッカアーム９が介在されている。カム軸１５は、２つのバルブ６の配列方向と平行にシリンダヘッド２に回転自在に取付けられ、図示しないチェーンやベルトなどの伝達機構によって図示しないクランク軸の１／２の回転速度で回転される。カム軸１５に設けられた回転カム１６は、カム軸１５と同心なベース円部１７と、ベース円部１７から径方向に突出してバルブ６をリフトさせるリフト部１８を備えて構成される。

ローラ式ロッカアーム９は、バルブ６を直接開閉するものであり、個々のバルブ６ごとに１つずつ設けられている。このローラ式ロッカアーム９は、２つのバルブ６の配列方向と直交方向に長手で、その長手方向一方の端部下面の当接部１１がバルブ６のバルブステム８の上端部に接触している。また、このローラ式ロッカアーム９の長手方向他方の端部下面の支持部１４は油圧ラッシュアジャスタ１０の球状頂部に支持されている。そして、ローラ式ロッカアーム９の長手方向中央部には、２つのバルブ６の配列方向と平行なローラ軸１２が取付けられ、そのローラ軸１２にローラ１３が回転自在に支持されている。

本実施形態の可変動弁装置は、バルブ６のリフト量を連続的に変更するものである。この可変動弁装置１９は、カム軸１５に平行で当該カム軸１５の側方に配置された制御軸２０を備えている。この制御軸２０は、モータなどのアクチュエータ２１によって回転駆動され、アクチュエータ２１はコントローラなどの制御装置２２によって駆動制御される。この制御軸２０は、図６にも示すように、本体軸部２３の軸心Ｃ１に対して予め設定された所定偏心量ｅだけ偏心した軸心Ｃ０を有する偏心軸部２４を備えている。この偏心軸部２４の外周にカムフォロワ２５を揺動自在に配置し、本体軸部２３の外周に揺動カム２６を揺動可能に配置している。

カムフォロワ２５は、カム軸１５の回転カム１６に接触して揺動するものであり、円筒状のボス部２８と、ボス部２８に形成されて偏心軸部２４が緊密に接触回転する孔部２７を備えている。ボス部２８は、外周からカム軸１５側に向かって突出し且つ制御軸２０の軸方向に対向する一対のローラ支持部２９を備えている。一対のローラ支持部２９の先端部間には制御軸２０の軸方向と平行なローラ軸３０が取付けられ、このローラ軸３０にカム用ローラ３１が回転自在に取付けられている。

揺動カム２６は、カムフォロワ２５を挟んで制御軸２０の軸線方向両隣に夫々１つずつ配置されている。つまり、揺動カム２６は１つのカムフォロワ２５に対して２つ設けられている。従って、１つのカム１６で１つのカムフォロワ２５を揺動し、そのカムフォロワ２５の揺動に伴って２つの揺動カム２６が揺動し、夫々の揺動カム２６が２つのローラ式ロッカアーム９の夫々を揺動し、夫々のローラ式ロッカアーム９が２つのバルブ６の夫々を開閉する。

揺動カム２６は、円筒状のボス部３３と、ボス部３３に形成されて制御軸２０の本体軸部２３が緊密に接触回転する孔部３２を備えている。ボス部３３は、ローラ式ロッカアーム９のローラ１３と対向する外周下部にカム面３４を備えている。カム面３４は、制御軸２０の本体軸部２３の軸心Ｃ１を中心とする円弧形状からなり且つバルブ６をリフトさせないベース円部３５と、ベース円部３５から径方向外側に突出してバルブ６をリフトさせるリフト部３６を備えている。揺動カム２６のボス部３３には、カム軸１５と反対側に突出するスプリング受部４７が設けられ、このスプリング受部４７にロストモーションスプリング４８の一端が掛けられ、このロストモーションスプリング４８の弾性力でカム面３４は、常時、ローラ１３に接触する。

カムフォロワ２５と揺動カム２６は動力伝達機構３７によって連結されている。動力伝達機構３７は、互いに軸心が偏心した状態で噛み合う外歯歯車からなるピニオンギヤ３８と内歯歯車からなるリングギヤ３９を備えている。リングギヤ３９は、カムフォロワ２５のボス部２８の軸方向両端部において孔部２７の軸方向両側に隣接するようにして且つ孔部２７より径方向外側に形成されている。

ピニオンギヤ３８は、揺動カム２６とは別体の円筒部材４２の軸方向一方の端部に形成され、円筒部材４２には制御軸２０の本体軸部２３が緊密に接触回転する孔部４０が形成されている。前記カムフォロワ２５の孔部２７に制御軸２０の偏心軸部２４を差し込み、円筒部材４２の孔部４０に制御軸２０の本体軸部２３を差し込むと、カムフォロワ２５のリングギヤ３９と円筒部材４２のピニオンギヤ３８が噛み合う。その状態で、更に制御軸２０の本体軸部２３を揺動カム２６の孔部３２に差し込むと、後述する位置調整機構４１を介してカムフォロワ２５と揺動カム２６がリングギヤ３９及びピニオンギヤ３８からなる動力伝達機構３７によって連結される。

本実施形態の可変動弁装置１９は、制御軸２０の回転時に偏心軸部２４によってピニオンギヤ３８及びリングギヤ３９の何れか一方、この場合はリングギヤ３９を本体軸部２３の軸心Ｃ１を中心として偏心運動（公転運動）させ、この偏心運動（公転運動）によりバルブ６に対する揺動カム２６の相対的な位置を変更して、バルブ６のリフト量を変更する。具体的には、例えば図６に示すローラ式ロッカアーム９のローラ１３にカム面３４のベース円部３５だけが接触する際にはバルブ６はリフトしない。一方、制御軸２０の回転に伴うリングギヤ３９の公転運動により揺動カム２６のバルブ６に対する相対的な位置が変更されて、バルブ６のリフト時にローラ式ロッカアーム９のローラ１３にカム面３４のリフト部３６が接触すると、バルブ６はリフト部３６の回転角度に応じたリフト量でリフトする。

また、揺動カム２６はリングギヤ３９及びピニオンギヤ３８を介してカムフォロワ２５と連結されているため、カムフォロワ２５に対して揺動カム２６の相対的な位相がずれることがある。このずれを調整するのが位置調整機構４１である。位置調整機構４１は、円筒部材４２のピニオン３８形成側と反対側の端部を収容するように孔部３２に連続して揺動カム２６のボス部３３に形成された空洞部４３、円筒部材４２のピニオン３８形成側と反対側の端部から径方向外側に突出する突起部４４、空洞部４３内に円筒部材４２を収容した状態で制御軸２０の軸線回りに突起部４４が所定角度回転することを許容する切欠部４５、切欠部４５を挟んだボス部３３の壁部に形成されたネジ孔４６、切欠部４５内に配置される突起部４４を互いに対向する方向から挟むように２つのネジ孔４６にネジ込まれた調整ネジ４９を備えて構成される。調整ネジ４９は、図５に示すように、シリンダヘッド２とシリンダヘッドカバー３との接合面５０よりシリンダヘッドカバー３側の空間に、その軸線Ｃ２が接合面５０と平行な状態で配置されている。従って、調整ネジ４９のネジ孔４６からの突出長さを変更すると切欠部４５内に配置される突起部４４の位置を制御軸２０の軸回りに変更することができるので、これによりカムフォロワ２５に対する揺動カム２６の相対的な位相を調整することができる。

図８は、図１のカムフォロワ２５（リングギヤ３９）の斜視図、図９ａは、カムフォロワ２５及び揺動カム２６の側面図であり、図９ｂは、図９ａの詳細図である。本実施形態では、リングギヤ３９が形成されているカムフォロワ２５の円筒状のボス部２８、及びピニオンギヤ３８が形成されている円筒部材４２の下部を削除するようにしてリングギヤ３９の周方向の一部の歯が削除されたリングギヤ欠歯部５１及びピニオン３８の周方向の一部の歯が削除されたピニオン欠歯部５２を形成し、これらの欠歯部５１に揺動カム２６のカム面３４が配置されるようにした。また、揺動カム２６については、円筒状のボス部３３から制御軸２０の軸線方向に当該制御軸２０に沿うようにカム面３４を突出し、そのカム面３４が前記リングギヤ欠歯部５１及びピニオン欠歯部５２内に配置されるようにした。その結果、カムフォロワ２５とカム面３４、即ち回転カム１６とカム面３４の制御軸２０の軸線に沿う方向の距離を短くすることが可能となる。

このように本実施形態の可変動弁装置では、回転するカム軸１５の回転カム１６でカムフォロワ２５を揺動し、カムフォロワ２５の隣り合う部分に配置されたバルブ６を開閉するための揺動カム２６をリングギヤ３９とピニオンギヤ３８とによってカムフォロワ２５に連結し、制御軸２０の回転によりリングギヤ３９及びピニオンギヤ３８の一方を当該制御軸２０の軸線回りに公転運動させ、その公転運動によりバルブ６に対する揺動カム２６の相対位置を変更して当該揺動カム２６のカム面３４によるバルブ６のリフト特性を変更するにあたり、リングギヤ３９及びピニオンギヤ３８に周方向一部の歯が削除されたリングギヤ欠歯部５１及びピニオン欠歯部５２を形成し、それらの欠歯部５１、５２内に揺動カム２６のカム面３４を配置したことにより、カム軸１５の回転カム１６から揺動カム２６のカム面３４までの制御軸２０の軸線に沿う方向の距離を短くすることができる。このため、装置の小型化が図れて内燃機関１への搭載性を向上できる。

また、揺動カム２６はカム面３４を制御軸２０に連結するための円筒状のボス部（取付部）３３を備え、ボス部（取付部）３３に対して揺動カム２６のカム面３４を制御軸２０に沿うように突出して当該カム面３４を欠歯部５１、５２側にずらして配置したことにより、リングギヤ３９とピニオンギヤ３８の歯幅を確保しながら制御軸２０の軸線方向寸法を小型化し、内燃機関１への搭載性を向上できる。

また、バルブ６が並列に２つ配置され、各バルブ６の夫々に対応して揺動カム２６を２つ制御軸２０の軸方向に配置し、２つの揺動カム２６の間にカムフォロワ２５を１つ配置し、カムフォロワ２５の軸方向両側にリングギヤ３９及びピニオンギヤ３８を夫々一対ずつ配置したことにより、並列に配置された２つのバルブ６を２つの揺動カム２６のカム面３４で開閉する場合でも制御軸２０の軸線方向寸法を小型化し、内燃機関１への搭載性を向上できる。

１は内燃機関
２はシリンダヘッド
３はシリンダヘッドカバー
４は燃焼室
５はポート
６はバルブ
７はバルブヘッド
８はバルブステム
９はローラ式ロッカアーム
１０は油圧ラッシュアジャスタ
１１は当接部
１２はローラ軸
１３はローラ
１４は支持部
１５はカム軸
１６は回転カム
１７はベース円部
１８はリフト部
１９は可変動弁装置
２０は制御軸
２１はアクチュエータ
２２は制御装置
２３は本体軸部
２４は偏心軸部
２５はカムフォロワ
２６は揺動カム
２７は孔部
２８はボス部
２９はローラ支持部
３０はローラ軸
３１はカム用ローラ
３２は孔部
３３はボス部（取付部）
３４はカム面
３５はベース円部
３６はリフト部
３７は動力伝達機構
３８はピニオンギヤ
３９はリングギヤ
４０は孔部
４１は位置調整機構
４２は円筒部材
４３は空洞部
４４は突起部
４５は切欠部
４６はネジ孔
４７はスプリング受部
４８はロストモーションスプリング
４９は調整ネジ
５０は接合面
５１はリングギヤ欠歯部
５２はピニオン欠歯部

Claims (3)

1. カムを備えた回転するカム軸の側方に配置された制御軸と、
   前記制御軸に形成され当該制御軸の軸心に対して軸心が偏心している偏心軸部と、
   前記偏心軸部の外周に配置され前記カムによって揺動するカムフォロワと、
   前記制御軸の軸方向で前記カムフォロワに隣り合う部分に揺動自在に配置されバルブを開閉するための揺動カムと、
   前記カムフォロワと揺動カムとを連結するためのものであって夫々の回転軸が前記カムフォロワ及び揺動カムの夫々の回転軸と同軸であり且つ互いに噛み合う一対のリングギヤ及びピニオンギヤとを備え、
   前記カムフォロワの揺動に伴い前記揺動カムを揺動させて当該揺動カムに形成されたカム面で前記バルブを開閉し、
   前記制御軸の回転により前記リングギヤ及びピニオンギヤの一方を前記制御軸の軸線回りに公転運動させ、その公転運動により前記バルブに対する前記揺動カムの相対位置を変更して前記カム面による前記バルブのリフト特性を変更する内燃機関の可変動弁装置において、
   前記リングギヤ及びピニオンギヤに周方向一部の歯が削除された欠歯部を形成し、
   前記揺動カムのカム面を前記欠歯部内に配置したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記揺動カムは前記カム面を前記制御軸に連結するための円筒状の取付部を備え、
   前記取付部に対して前記揺動カムのカム面を前記制御軸に沿うように突出して当該カム面を前記欠歯部側にずらして配置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。
3. 前記バルブは並列に２つ配置され、
   前記各バルブの夫々に対応して前記揺動カムを２つ前記制御軸の軸方向に配置し、
   前記２つの揺動カムの間に前記カムフォロワを１つ配置し、
   前記カムフォロワの軸方向両側に前記リングギヤ及びピニオンギヤを夫々一対ずつ配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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