JP2014043785A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化された内燃機関の可変動弁装置を提供することを課題とする。
【解決手段】カムシャフトと共に回転する第１カムと、前記カムシャフトと共に回転し前記第１カムより大きい第２カムと、シリンダヘッドの上部に配置されるカムキャップに直接保持され、又は前記カムキャップに固定された支持部材に保持された支持シャフトと、前記支持シャフトに揺動可能に支持され前記第１カムにより揺動されロッカーアームを駆動する第１揺動アームと、前記支持シャフトに揺動可能に支持され前記第２カムにより揺動され前記ロッカーアームから退避した第２揺動アームと、前記第１及び第２揺動アームをそれそれ前記第１及び第２カム側に付勢する第１及び第２付勢部材と、油圧の作用により前記第１揺動アームに前記第２揺動アームを連結、又は連結を解除する連結部材と、備えた内燃機関の可変動弁装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。

内燃機関の可変動弁装置は、カムシャフトに連結された２つ大きさが異なる小カム及び大カムと、小カム及び大カムによりそれぞれ駆動される第１及び第２ロッカーアームを備えたものがある。第１及び第２ロッカーアームは油圧の作用により互いに連結、分離される。第１及び第２ロッカーアームは、ロッカアームシャフトに共通に揺動可能に支持されている。特許文献１、２には、このような内燃機関の可変動弁装置が開示されている。

特開２００８−７５４７９号公報 特開２００６−２９９８７５号公報

ロッカーシャフトは、カムシャフトと平行に延びてシリンダヘッドに回転可能に保持されている。このため、可変動弁装置が大型化している。

そこで本発明は、小型化された内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。

上記目的は、カムシャフトと共に回転する第１カムと、前記カムシャフトと共に回転し前記第１カムより大きい第２カムと、シリンダヘッドの上部に配置されるカムキャップに直接保持され、又は前記カムキャップに固定された支持部材に保持された支持シャフトと、前記支持シャフトに揺動可能に支持され前記第１カムにより揺動されロッカーアームを駆動する第１揺動アームと、前記支持シャフトに揺動可能に支持され前記第２カムにより揺動され前記ロッカーアームから退避した第２揺動アームと、前記第１及び第２揺動アームをそれそれ前記第１及び第２カム側に付勢する第１及び第２付勢部材と、油圧の作用により前記第１揺動アームに前記第２揺動アームを連結、又は連結を解除する連結部材と、備えた内燃機関の可変動弁装置によって達成できる。

小型化された内燃機関の可変動弁装置を提供できる。

図１は、本実施例の可変動弁装置の外観図である。 図２は、可変動弁装置を上部から見た図である。 図３は、可変動弁装置をカムシャフトＳの軸方向から見た図である。 図４は、揺動アームを透過した可変動弁装置の図である。 図５は、揺動アームの連結、連結の解除の説明図である。 図６は、揺動アームの連結、連結の解除の説明図である。 図７は、カムシャフトの断面図である。 図８は、支持部材の固定方法の説明図である。 図９は、第１変形例の可変動弁装置の説明図である。 図１０は、第１変形例の可変動弁装置の説明図である。 図１１は、第２変形例の可変動弁装置の説明図である。 図１２は、第２変形例の可変動弁装置の説明図である。

以下、実施形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本実施例の可変動弁装置１の外観図である。図２は、可変動弁装置１を上部から見た図である。可変動弁装置１は、車両等に搭載される内燃機関に採用される。可変動弁装置１は、カムシャフトＳの回転により、後述するロッカーアームＲＲを介してバルブＶをリフトさせる。ロッカーアームＲＲの一端は油圧式のラッシュアジャスタＲＡにより支持されている。ロッカーアームＲＲの他端は、バルブＶの基端を押圧する。バルブＶは、吸気バルブ又は排気バルブである。ラッシュアジャスタＲＡは、エンジンオイルを利用する外部給油型ラッシュアジャスタであってもよいし、作動油が密封された密封型ラッシュアジャスタであってもよい。ラッシュアジャスタＲＡは、ロッカーアームＲＲの一端を支点として揺動可能に支持している。ラッシュアジャスタＲＡは、シリンダヘッドの上部に配置されている。

可変動弁装置１は、カムＣ１、Ｃ２が固定されたカムシャフトＳ、支持部材１０、揺動アーム２０、３０、を含む。揺動アーム２０、３０は、それぞれ第１及び第２揺動アームの一例である。カムＣ１、Ｃ２は所定の間隔を有してカムシャフトＳに固定されている。また、カムＣ１、Ｃ２の先端が同一方向を向いてカムシャフトＳに固定されており、カムシャフトＳと共に回転する。カムＣ２はカムＣ１よりも大きい。具体的には、カムＣ１、Ｃ２の短径（ベース円の径）は同じであるが、長径はカムＣ２の方が大きい。カムＣ１、Ｃ２は、それぞれ第１及び第２カムの一例である。

支持部材１０は、筒部１１、２つの腕部１３、２つの腕部１５を含む。筒部１１は、カムシャフトＳが貫通している。腕部１３は、筒部１１から上方に突出して後述するカムキャップに固定されている。腕部１５は、筒部１１から径方向外側に突出し、支持シャフトＲＳが貫通しており支持シャフトＲＳを保持している。支持部材１０は、カムＣ１、Ｃ２の間に位置している。支持部材１０の筒部１１内でカムシャフトＳが摺動回転するように、腕部１３はカムキャップに固定されている。詳細は後述する。

揺動アーム２０は、胴部２１、２つの腕部２５を含む。胴部２１は、カムシャフトＳと平行に延びた略矩形状である。腕部２５は、胴部２１から上方に突出して支持シャフトＲＳが貫通している。また、詳しくは後述するが、胴部２１には、２つのロッカーアームＲＲを駆動する揺動レバーが設けられている。揺動アーム３０は、揺動アーム２０に隣接して設けられている。揺動アーム３０は、胴部３１、腕部３５、を含む。胴部３１は、揺動アーム２０の胴部２１に隣接している。腕部３５は、胴部３１から上方に突出しており、支持シャフトＲＳが貫通している。即ち、揺動アーム２０、３０は、支持シャフトＲＳが共通に貫通しており、支持シャフトＲＳ周りに揺動可能に支持されている。

揺動アーム２０の胴部２１、揺動アーム３０の胴部３１は、それぞれカムＣ１、Ｃ２により押される。カムＣ１、Ｃ２が回転することにより、それぞれ揺動アーム２０、３０が支持シャフトＲＳ周りに所定の範囲を揺動する。支持部材１０の筒部１１には、２つのバネＳＰ２、ＳＰ３が巻かれている。バネＳＰ２は、カムＣ１側で筒部１１に巻かれている。バネＳＰ３は、カムＣ２側で筒部１１に巻かれている。バネＳＰ２、ＳＰ３は、それぞれカムＣ１、Ｃ２によって揺動される揺動アーム２０、３０を元の位置に復帰させる。具体的には、バネＳＰ２の一端、バネＳＰ３の一端は、それぞれ胴部２１、３１がカムＣ１、Ｃ２に接触するように付勢している。バネＳＰ２、ＳＰ３は、それぞれ第１及び第２付勢部材の一例である。カムＣ１、Ｃ２は、バネＳＰ２、ＳＰ３の付勢力に抗して揺動アーム２０、３０を揺動させる。上述したようにカムＣ２はカムＣ１よりも大きいため、揺動アーム３０の揺動範囲は揺動アーム２０の揺動範囲よりも大きい。

図３は、可変動弁装置１をカムシャフトＳの軸方向から見た図である。揺動アーム２０の胴部２１にはロッカーアームＲＲに向けて突出したレバー部２８が設けられている。レバー部２８は、揺動アーム２０の揺動に伴って２つのロッカーアームＲＲを押す。これにより、２つのロッカーアームＲＲが駆動して２つのバルブＶがリフトする。ここで、揺動アーム３０にはこのような揺動レバーは設けられておらずに、２つのロッカーアームＲＲには接触しない退避した位置に設けられている。

図４は、揺動アーム２０、３０を透過した可変動弁装置１の図である。揺動アーム２０、３０内には、油圧の作用により両者を連結、又は連結を解除する連結ピンＰが設けられている。連結ピンＰは連結部材の一例である。連結ピンＰは、揺動アーム２０の胴部２１、揺動アーム３０の胴部３１に共通に挿入可能に設けられている。ここで、連結ピンＰが揺動アーム２０、３０を連結していない場合には、揺動アーム２０、３０は、それぞれカムＣ１、Ｃ２により異なる揺動範囲を揺動する。前述したように、揺動アーム２０と異なり、揺動アーム３０は揺動レバーが設けられておらず２つのロッカーアームＲＲから退避しているためロッカーアームＲＲを駆動することはできず、揺動アーム２０が２つのロッカーアームＲＲを駆動させる。揺動アーム２０、３０が連結ピンＰにより連結している場合には、揺動範囲が大きい揺動アーム３０に伴って揺動アーム２０も揺動アーム３０と同じ揺動範囲を揺動する。このため、揺動アーム２０、３０が連結されている場合には、揺動アーム２０は２つのロッカーアームＲＲをより大きく駆動させることができ、バルブＶのリフト量が増大する。

次に、連結ピンＰによる揺動アーム２０、３０の連結、連結の解除について説明する。図５、６は、揺動アーム２０、３０の連結、連結の解除の説明図である。図５は、揺動アーム２０、３０を連動している場合である。本実施例の可変動弁装置１は、ＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）を介してオイルポンプからオイルが供給される。ＯＣＶは、ＥＣＵ（電子制御ユニット）からの制御により制御される。揺動アーム２０の胴部２１内、揺動アーム３０の胴部３１内には、それぞれ油圧室２１Ｒ、３１Ｒが設けられている。油圧室２１Ｒ、３１Ｒは、揺動アーム２０、３０が共にカムＣ１、Ｃ２により揺動されていない状態で、互いに同軸上に並ぶ位置に形成されている。油圧室３１Ｒには、油圧室３１Ｒの底面に一端が固定され他端が連結ピンＰに固定されたコイル状のバネＳＰ５が収納されている。バネＳＰ５は、連結ピンＰを油圧室３１Ｒから離脱させ油圧室２１Ｒ内に挿入されるように連結ピンＰを付勢している。また、油圧室２１Ｒ、３１Ｒには、ＯＣＶを介してオイルが供給可能に形成されている。

具体的には、可変動弁装置１には、ＯＣＶから油圧室２１Ｒ内に連通した通路Ｔ１、ＯＣＶから油圧室３１Ｒにまで連通した通路Ｔ２が形成されている。通路Ｔ１は、カムシャフトＳ内を通過し、カムＣ１側にある支持部材１０の腕部１５内を通過しカムＣ１側にある揺動アーム２０の腕部２５、胴部２１を通過して油圧室２１Ｒに連通している。通路Ｔ２は、カムシャフトＳ内を通過し、カムＣ２側にある支持部材１０の腕部１５内を通過し揺動アーム３０の腕部３５、胴部３１を通過して油圧室３１Ｒに連通している。図７は、カムシャフトＳの断面図である。通路Ｔ１、Ｔ２の一部をそれぞれ担う通路Ｈ１、Ｈ２が互いに分離されて形成されている。尚、図５、６においては、通路Ｔ１がカムＣ２側の揺動アーム２０の腕部２５を通過しているように見えるが、実際にはカムＣ２側の腕部２５ないには経路は形成されていない。

ＯＣＶにより通路Ｔ１にオイルが供給され通路Ｔ２からオイルが排出されると、油圧室２１Ｒ、３１Ｒ内では、連結ピンＰがオイルの圧力を受けて油圧室２１Ｒから油圧室３１Ｒ側へ移動して、油圧室２１Ｒ、３１Ｒに共通に挿入される。これにより、揺動アーム２０、３０が連結される。

ＯＣＶにより通路Ｔ２にオイルが供給され通路Ｔ１からオイルが排出されると、油圧室２１Ｒ、３１Ｒ内では、連結ピンＰがオイルの圧力を受けて油圧室３１Ｒから油圧室２１Ｒ側へ移動して連結ピンＰは油圧室３１Ｒから離脱する。これにより、揺動アーム２０、３０の連結が解除される。

次に、支持部材１０の固定方法について説明する。図８は、支持部材１０の固定方法の説明図である。カムシャフトＳは、シリンダヘッドＳＨの上部に形成された、カムシャフトＳと垂直方向に板状に延びた軸受部Ｇにより支持される。この軸受部ＧにはカムシャフトＳを覆うようにカムキャップＣＰが上部から固定される。支持部材１０は、このカムキャップＣＰに固定されている。具体的には支持部材１０の腕部１３が固定ピンＦＰによりカムキャップＣＰに支持部材１０が回転しないように固定されている。尚、図８では、カムシャフトＳと支持部材１０、支持シャフトＲＳのみをを示している。

このように、本実施例の可変動弁装置１は、カムシャフトＳ以外は、シリンダヘッドに支持されない。このため、例えば、可変動弁装置が搭載されることを予定していないエンジンのシリンダヘッドやシリンダブロックを流用して、本実施例の可変動弁装置１を備えたエンジンを製造できる。換言すれば、可変動弁装置が搭載されることを予定していないエンジンのカムシャフトの位置を変更することなく、このエンジンの部品を流用できる。これにより、可変動弁装置を備えていないエンジンと本実施例の可変動弁装置１を備えたエンジンとで、シリンダヘッドなどの部品を共通化できる。これにより、エンジンの製造コストが抑制される。

また、図３に示すように、カムシャフトＳの軸方向から見て、支持シャフトＲＳはカムＣ２の頂点の軌跡に交差する位置に配置されている。即ち、支持シャフトＲＳはカムシャフトＳに接近して配置されている。このため、本実施例の可変動弁装置１は小型化されている。また、本実施例の支持シャフトＲＳは、カムＣ１、Ｃ２の間に配置されている。このため、支持シャフトＲＳは短く形成されている。このため、本実施例の可変動弁装置１は更に小型化されている。

また、本実施例の可変動弁装置１では、支持シャフトＲＳは支持部材１０により保持されている。このため、例えば支持シャフトＲＳを支持するための軸受部をシリンダヘッドに設ける必要がない。この理由によっても、可変動弁装置を備えていないエンジンのシリンダヘッドを流用することができる。

また、本実施例の可変動弁装置１では、ロッカーアームＲＲはラッシュアジャスタＲＡにより支持されている。このため、バルブクリアランスを自動的にゼロに保つことができる。上述した特許文献１、２のロッカーアームは、ロッカーシャフトにより揺動可能に支持されている。このため、このようなロッカーアームはロッカーシャフトを中心として揺動するため、このようなロッカーアームに対してラッシュアジャスタＲＡは設けることはできない。このため、本実施例の可変動弁装置１ではバルブクリアランスが自動的にゼロに維持され、メンテナンス性が向上している。

次に、第１変形例の可変動弁装置１ａについて説明する。図９、１０は、第１変形例の可変動弁装置１ａの説明図である。可変動弁装置１ａでは、一つのロッカーアームＲＲに対してカムＣ１、Ｃ２、支持部材１０ａ、揺動アーム２０ａ、３０が設けられている。従って、２つのロッカーアームＲＲに対し、カムＣ１、Ｃ２、支持部材１０ａ、揺動アーム２０ａ、３０が２組設けられている。従って、揺動アーム２０ａのレバー部は、単一のロッカーアームＲＲを駆動する。隣接するカムＣ１、Ｃ２の間に支持部材１０ａが配置される。支持部材１０ａは板状に形成されている。支持部材１０ａが保持する支持シャフトＲＳａには、揺動アーム２０ａ、３０が共通に揺動可能に支持されている。隣接する揺動アーム２０ａ、３０は、隣接するカムＣ１、Ｃ２間に配置されている。また、揺動アーム２０ａ、３０をそれぞれ付勢するバネＳＰ２、ＳＰ３も２組設けられている。支持シャフトＲＳａもカムＣ２の頂点の軌跡に交差する位置に設けられている。このため、可変動弁装置１ａの小型化が達成されている。

尚、可変動弁装置１と同様に、隣接する揺動アーム２０ａ、３０は油圧によって作動するピンによって、互いに連結又は連結が解除される。例えば、通路Ｔ１は、通路Ｈ１から２つの揺動アーム２０ａにそれぞれ形成された油圧室２１Ｒに連通している。通路Ｔ２は、通路Ｈ２から２つの揺動アーム３０にそれぞれ形成された油圧室３１Ｒに連通している。

次に、第２変形例の可変動弁装置１ｂについて説明する。図１１、１２は、第２変形例の可変動弁装置１ｂの説明図である。図１１、１２に示すように、上部から見た場合に枠上のシリンダヘッドＳＨの上部に２つのカムキャップＣＰが固定されている。揺動アーム２０ｂ、３０ｂはそれぞれカムキャップＣＰに揺動可能に支持されている。具体的には、カムキャップＣＰが支持シャフトＲＳｂを保持しており、この支持シャフトＲＳｂに対して揺動可能に揺動アーム２０ｂ、３０ｂが支持されている。従って、可変動弁装置１ｂには、支持部材１０、１０ａが設けられていない。このため、可変動弁装置１ｂは、部品点数が削減され、軽量化及び小型化されている。

上記実施例においては、カムキャップＣＰはシリンダヘッドＳＨの上部に直接固定される場合を例に説明したがこれに限定されない。例えば、シリンダヘッドの上部に固定されカムシャフトを支持するための軸受部を有したカムハウジングに対して固定されるカムキャップであってもよい。即ち、シリンダヘッドの上部に配置されるカムキャップであればよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

上記実施例においては、通路Ｔ１にオイルを供給した状態から通路Ｔ２へオイルを供給する状態へと切り替えることにより、連結ピンＰを移動させて揺動アーム２０、３０の連結を解除した。しかしながらこのような構成に限定されず、例えば、通路Ｔ１にオイルを供給した状態から通路Ｔ１、Ｔ２への双方へのオイルの供給を停止し、バネＳＰ５の付勢力のみにより連結ピンＰが油圧室３１Ｒから離脱して油圧室２１Ｒに挿入されるものであってもよい。また、バネＳＰ５により連結ピンＰが油圧室２１Ｒ側に連結されていてもよい。

また、カムＣ１のノーズ部を削除した円形状にしてバルブＶのリフト量をゼロに設定してもよい。これにより、揺動アーム２０、３０が連結されていない場合には、カムシャフトＳが回転している場合であってもバルブＶを停止させておくことができる。

１、１ａ、１ｂ 可変動弁装置
Ｓ カムシャフト
ＲＲ ロッカーアーム
Ｖ バルブ
Ｃ１、Ｃ２ カム
１０ 支持部材
１３、１５、２５、３５ 腕部
２０、３０ 揺動アーム（第１及び第２揺動アーム）
２１Ｒ、３１Ｒ 油圧室
２８ レバー部
Ｐ 連結ピン（連結部材）
Ｔ１、Ｔ２ 経路
ＳＰ２、ＳＰ３ バネ（第１及び第２付勢部材）

Claims (4)

1. カムシャフトと共に回転する第１カムと、
   前記カムシャフトと共に回転し前記第１カムより大きい第２カムと、
   シリンダヘッドの上部に配置されるカムキャップに直接保持され、又は前記カムキャップに固定された支持部材に保持された支持シャフトと、
   前記支持シャフトに揺動可能に支持され前記第１カムにより揺動されロッカーアームを駆動する第１揺動アームと、
   前記支持シャフトに揺動可能に支持され前記第２カムにより揺動され前記ロッカーアームから退避した第２揺動アームと、
   前記第１及び第２揺動アームをそれそれ前記第１及び第２カム側に付勢する第１及び第２付勢部材と、
   油圧の作用により前記第１揺動アームに前記第２揺動アームを連結、又は連結を解除する連結部材と、
   備えた内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記支持シャフトは、前記カムシャフトの軸方向からから見て前記第２カムの頂点の軌跡に重なる、請求項１の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記支持シャフトは、前記第１及び第２カムの間に配置されている、請求項１又は２の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記ロッカーアームを支持する油圧式ラッシュアジャスタを備えた、請求項１乃至３の何れかの内燃機関の可変動弁装置。
   
   

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