JP2014234795A

JP2014234795A - 内燃機関の可変動弁機構

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Publication number: JP2014234795A
Application number: JP2013118037A
Authority: JP
Inventors: 弘毅山口; Koki Yamaguchi
Original assignee: Otics Corp
Current assignee: Otics Corp
Priority date: 2013-06-04
Filing date: 2013-06-04
Publication date: 2014-12-15
Anticipated expiration: 2033-06-04
Also published as: JP6101154B2

Abstract

【課題】カムノーズを低く抑えることで、可変動弁機構の設置スペースを小さく抑える。【解決手段】可変動弁機構１は、ロッカシャフト９に軸支されてカム１０のカムノーズ１２に押圧されて揺動する入力アーム２０と、同ロッカシャフト９に軸支されて入力アーム２０の揺動に従い揺動してバルブ６を駆動する出力アーム３０と、入力アーム２０に対して出力アーム３０を回動させる可変装置４０とを含み構成されている。そして、可変装置４０は、ロッカシャフト９を回動させる回動装置と、ロッカシャフト９の回動を出力アーム３０に伝えることで入力アーム２０に対して出力アーム３０を回動させてバルブ６のリフト量を変更する伝達機構４２とを含み構成されている。その伝達機構４２は、入力アーム２０の揺動を揺動角を増幅させて出力アーム３０に伝えることで出力アーム３０を入力アーム２０の揺動角αよりも大きい揺動角α＋βで揺動させる増幅機構を兼ねている。【選択図】図７

Description

内燃機関のバルブを駆動するとともに、内燃機関の運転状況に応じてバルブのリフト量を変更する可変動弁機構に関する。

内燃機関の可変動弁機構の中には、図１０に示す従来例（特許文献１）の可変動弁機構９０がある。この可変動弁機構９０は、カムノーズ９１ａを備えたカム９１と、ロッカシャフト９に軸支されてカムノーズ９１ａに押圧されて揺動する入力アーム９２と、同ロッカシャフト９に軸支されて入力アーム９２の揺動に従い揺動してバルブ６，６を駆動する出力アーム９３，９３と、入力アーム９２に対して出力アーム９３，９３を回動させてバルブ６，６のリフト量を変更する可変装置９４とを含み構成されている。

特開２００９−１９１７９８号公報

昨今の内燃機関では、シリンダヘッドをよりコンパクトにまとめる設計要求が有る。ところが、該シリンダヘッドに設置される従来例の可変動弁機構９０は、カムノーズ９１ａが高いため、その設置スペースが大きくなってしまう。

そこで、カムノーズを低く抑えることで、可変動弁機構の設置スペースを小さく抑えることを目的とする。

上記課題を達成するため、本発明の可変動弁機構は、カムノーズを備えたカムと、ロッカシャフトに軸支されてカムノーズに押圧されて揺動する入力アームと、同ロッカシャフトに軸支されて入力アームの揺動に従い揺動してバルブを駆動する出力アームと、入力アームに対して出力アームを回動させてバルブのリフト量を変更する可変装置とを含み構成された可変動弁機構において、可変装置は、ロッカシャフトを回動させる回動装置と、ロッカシャフトの回動を出力アームに伝えることで、入力アームに対して出力アームを回動させてバルブのリフト量を変更する伝達機構とを含み構成され、該伝達機構は、入力アームの揺動を揺動角を増幅させて出力アームに伝えることで出力アームを入力アームの揺動角よりも大きい揺動角で揺動させる増幅機構を兼ねたことを特徴とする。このような構成にすれば、伝達機構で出力アームの揺動角を増幅させる分だけ、カムノーズを低くすることができるからである。

伝達機構の態様は、特に限定されないが、可変装置をコンパクトにまとめられる点で次の態様であることが好ましい。すなわち、伝達機構は、ロッカシャフトに設けられてロッカシャフトと共に回動するサンギアと、出力アームに設けられて出力アームと共に回動するアウタギアと、サンギア及びアウタギアと噛み合うとともに入力アームに回転可能に係合して入力アームと共に入力アームの揺動方向に変位するプラネタリギアとを含み構成された遊星歯車機構である態様である。

プラネタリアギアの数及び配置は、特に限定されないが、次の［１］〜［９］の態様を例示する。
［１］１８０°毎に２本設けられた態様
［２］１２０°毎に３本設けられた態様
［３］９０°毎に４本設けられた態様
［４］７２°毎に５本設けられた態様
［５］６０°毎に６本設けられた態様
［６］５１．４°毎に７本設けられた態様
［７］４５°毎に８本設けられた態様
［８］４０°毎に９本設けられた態様
［９］３６°毎に１０本設けられた態様

本発明によれば、伝達機構で出力アームの揺動角を増幅させることで、その分だけ、カムノーズを低くすることができる。そして、カムノーズを低くすれば、その分だけ、可変動弁機構の設置スペースを小さくすることができる。

実施例の可変動弁機構を示す斜視図である。実施例の可変動弁機構のロッカシャフト、入力アーム、出力アーム及び可変装置を示す斜視図である。実施例の可変動弁機構のロッカシャフト、入力アーム、出力アーム及び可変装置を示す分解斜視図である。実施例の可変動弁機構を示す平面図である。実施例の可変動弁機構の図４に示すＶ−Ｖ断面を示す側面断面図である。実施例の可変動弁機構の図４に示すVI−VI断面を示す側面断面図である。実施例の可変動弁機構がバルブをリフトしたときを示す側面断面図である。実施例の可変動弁機構でバルブのリフト量を減少させたときを示す側面断面図である。実施例の可変動弁機構でバルブのリフト量を増加させたときを示す側面断面図である。従来例の可変動弁機構を示す斜視図である。

以下には、本発明の可変動弁機構を図面を参照に説明する。なお、以下では、後述するカムシャフト８の軸線方向の一方を左方といい、他方を右方といい、その左方及び右方に直交する水平方向の一方を前方といい、他方を後方というが、左右反対に設計してもよいし、前後反対に設計してもよい。

図１〜図９に示す実施例の可変動弁機構１は、バルブスプリング（図示略）が取り付けられた左右２つのバルブ６，６を押圧することでバルブ６，６を駆動するとともに、内燃機関の運転状況に応じてバルブ６，６のリフト量及び作用角を変更する機構である。この可変動弁機構１は、次に示す、カムシャフト８と、ロッカシャフト９と、カム１０と、入力アーム２０と、出力アーム３０，３０と、可変装置４０と、介在アーム５０，５０とを含み構成されている。

［カムシャフト８］
カムシャフト８は、複数の可変動弁機構１，１・・に共用の一本の左右方向に延びるシャフトであって、内燃機関が２回転する毎に１回転する。

［ロッカシャフト９］
ロッカシャフト９は、カムシャフト８の後方に設けられたカムシャフト８と平行に左右方向に延びるシャフトである。

［カム１０］
カム１０は、カムシャフト８に設けられてカムシャフト８と共に回転する。このカム１０は、断面形状が真円形のベース円１１と、該ベース円１１から突出したカムノーズ１２とを含み構成されている。

［入力アーム２０］
入力アーム２０は、前後方向に延びるアームであって、後端部がロッカシャフト９に外嵌されることで後端部がロッカシャフト９に揺動可能に軸支され、前端部にカム１０に回転可能に当接するローラ２１を備えている。また、この入力アーム２０に対しては、入力アーム２０をカム１０に付勢するロストモーションスプリング（図示略）が取り付けられている。そして、カム１０のカムノーズ１２に押圧されて揺動する。また、この入力アーム２０の後部の外周面には、後述するプラネタリギア４５，４５，４５のギアシャフト４５ａ，４５ａ，４５ａを回転可能に係止するための半月溝２４，２４，２４が設けられている。

［出力アーム３０，３０］
出力アーム３０，３０は、入力アーム２０の左方に設けられた左側の出力アーム３０と、入力アーム２０の右方に設けられた右側の出力アーム３０とを含む。各出力アーム３０は、前後方向に延びるアームであって、後端部がロッカシャフト９に外嵌されることで、後述するプラネタリギア４５，４５，４５を介してロッカシャフト９に揺動可能に軸支されている。そして、各出力アーム３０の前端部から後部に架けての下面には、押圧面３５が形成されている。そして、各出力アーム３０は、入力アーム２０の揺動に従い揺動して、揺動時にはその押圧面３５で介在アーム５０を介してバルブ６を押圧することでバルブ６を駆動する。

［可変装置４０］
可変装置４０は、次に示す回動装置（図示略）と、伝達機構４２とを含み構成されている。回動装置（図示略）は、ロッカシャフト９をその周方向に回動させる装置である。その回動装置（図示略）は、電磁力でロッカシャフト９を回動させる電磁式のアクチュエータであってもよいし、油圧でロッカシャフト９を回動させる油圧式のアクチュエータであってもよいし、その他のアクチュエータであってもよい。

伝達機構４２は、ロッカシャフト９の回動を出力アーム３０に伝えることで、入力アーム２０に対して出力アーム３０，３０を回動させてバルブ６，６のリフト量を変更する機構である。そして、この伝達機構４２は、入力アーム２０の揺動を揺動角を増幅させて出力アーム３０に伝えることで出力アーム３０を入力アーム２０の揺動角αよりも大きい揺動角α＋βで揺動させる増幅機構としての役割を兼ねている。詳しくは、この伝達機構４２は、次に示すサンギア４３，４３とアウタギア４４，４４とプラネタリギア４５，４５，４５とを含み構成された遊星歯車機構である。

サンギア４３，４３は、ロッカシャフト９の外周面の左側の出力アーム３０を軸支する部位に設けられてロッカシャフト９と共に回動する左側のサンギア４３と、ロッカシャフト９の外周面の右側の出力アーム３０を軸支する部位に設けられてロッカシャフト９と共に回動する右側のサンギア４３とを含む。

アウタギア４４，４４は、左側の出力アーム３０の内周面に設けられて左側の出力アーム３０と共に回動する左側のアウタギア４４と、右側の出力アーム３０の内周面に設けられて右側の出力アーム３０と共に回動する右側のアウタギア４４とを含む。

プラネタリギア４５，４５，４５は、入力アーム２０にある半月溝２４，２４，２４と、出力アーム３０にあるアウタギア４４，４４と、ロッカシャフト９にあるサンギア４３，４３との３者間に介装された３本のギアであって、ロッカシャフト９の回りに１２０°毎に設けられている。各プラネタリギア４５は、左右方向に延びるギアシャフト４５ａと、ギアシャフト４５ａの左右両端部に設けられたギア本体４５ｂ，４５ｂとを含み構成されている。そして、各ギアシャフト４５ａは、入力アーム２０の半月溝２４に回転可能に係合している。そのため、このプラネタリギア４５は、入力アーム２０と共に入力アーム２０の揺動方向に変位する。また、各ギア本体４５ｂは、ロッカシャフト９の外周面にあるサンギア４３及び出力アーム３０の内周面にあるアウタギア４４と噛み合っている。

そして、左側のギア本体４５ｂ，４５ｂ，４５ｂの左右両側には、左右２つのギアカバー４６，４６が設けられ、右側のギア本体４５ｂ，４５ｂ，４５ｂの左右両側には、別の左右２つのギアカバー４６，４６が設けられている。各ギアカバー４６は、円形の環状の部材であって、出力アーム３０の左端部又は右端部の内側でロッカシャフト９に外嵌されている。そして、各ギアカバー４６には、プラネタリギア４５，４５，４５のギアシャフト４５ａ，４５ａ，４５ａを挿通させるための切欠４６ａ，４６ａ，４６ａが設けられている。そのため、各ギアカバー４６は、その切欠４６ａ，４６ａ，４６ａにギアシャフト４５ａ，４５ａ，４５ａが係合することで、入力アーム２０及びプラネタリギア４５，４５，４５と共に揺動する。

［スペーサ４９，４９］
スペーサ４９，４９は、入力アーム２０及び出力アーム３０，３０を左右方向に位置決めするための部材であって、左側の出力アーム３０の左方に設けられた左側のスペーサ４９と、右側の出力アーム３０の右方に設けられた右側のスペーサ４９とからなる。各スペーサ４９，４９は、環状の部材であって、ロッカシャフト９に外嵌されている。

［介在アーム５０，５０］
介在アーム５０，５０は、出力アーム３０，３０の押圧面３５，３５とバルブ６，６との間に介装された前後方向に延びるアームである。各介在アーム５０は、後端部が油圧式のラッシュアジャスタ５５によって揺動可能に支持され、長さ方向中間部に出力アーム３０の押圧面３５に回転可能に当接するローラ５３を備え、前端部がバルブ６に当接している。

次に、本実施例の可変動弁機構１でバルブ６，６を下方にリフトして開く際の様子を以下に説明する。すなわち、バルブ６，６を下方にリフトして開く際には、図７に示すように、カムノーズ１２が入力アーム２０のローラ２１を押し下げることにより、入力アーム２０がプラネタリギア４５，４５，４５と共にロッカシャフト９を中心に一方に角度αだけ回動する。このとき、プラネタリギア４５，４５，４５は、サンギア４３，４３を転がることでギアシャフト４５ａ，４５ａ，４５ａを中心に一方に回動する。その一方への回動により、プラネタリギア４５，４５，４５がアウタギア４４，４４を介して出力アーム３０，３０を、更に入力アーム２０及びプラネタリギア４５，４５，４５に対してロッカシャフト９を中心に一方に角度βだけ回動させる。以上により、出力アーム３０，３０が、ロッカシャフト９を中心に一方に角度α＋βだけ回動する。その一方への回動により、出力アーム３０，３０の押圧面３５，３５が、介在アーム５０，５０を介してバルブ６，６を下方にリフトしてバルブ６，６を開く。

次に、本実施例の可変動弁機構１で、バルブ６，６のリフト量を変更する際の様子を以下に説明する。

［１］リフト量を減少させるとき
バルブ６，６のリフト量を減少させるときは、図８に示すように、回動装置（図示略）でロッカシャフト９を一方に回動させる。その一方への回動で、ロッカシャフト９がサンギア４３，４３を介してプラネタリギア４５，４５，４５を、ギアシャフト４５ａ，４５ａ，４５ａを中心に他方に回動させる。その他方への回動で、プラネタリギア４５，４５，４５がアウタギア４４，４４を介して出力アーム３０，３０を、ロッカシャフト９を中心に他方に回動させる。以上により、入力アーム２０及びプラネタリギア４５，４５，４５に対して出力アーム３０，３０が、ロッカシャフト９を中心に他方に回動して（すなわち、出力アーム３０，３０の初期位置が他方に回動して）バルブ６，６のリフト量が減少する。

［２］リフト量を増加させるとき
バルブ６，６のリフト量を増加させるときは、図９に示すように、回動装置（図示略）でロッカシャフト９を他方に回動させる。その他方への回動で、ロッカシャフト９がサンギア４３，４３を介してプラネタリギア４５，４５，４５を、ギアシャフト４５ａ，４５ａ，４５ａを中心に一方に回動させる。その一方への回動で、プラネタリギア４５，４５，４５がアウタギア４４，４４を介して出力アーム３０，３０を、ロッカシャフト９を中心に一方に回動させる。以上により、入力アーム２０及びプラネタリギア４５，４５，４５に対して出力アーム３０，３０が、ロッカシャフト９を中心に一方に回動して（すなわち、出力アーム３０，３０の初期位置が一方に回動して）バルブ６，６のリフト量が増加する。

本実施例によれば、次の［Ａ］［Ｂ］の効果を得ることができる。

［Ａ］可変装置４０の伝達機構４２で出力アーム３０，３０の揺動角を増幅させることで、その分だけ、増幅させない場合に比べて、出力アーム３０，３０の揺動角が同じならカムノーズ１２を低くすることができる。そして、カムノーズ１２を低くすることで、その分だけ、カム１０の設置スペースを前方に小さくすることができ、かつ、カムシャフト８とロッカシャフト９との前後方向のピッチを小さくすることができる。よって、それらにより、可変動弁機構１の設置スペースを前後方向に小さくすることができる。

具体的には、本実施例では、出力アーム３０の揺動角を増幅することで、カムノーズ１２の高さを２．６ｍｍ低くすることができた。そして、カムノーズ１２の高さを２．６ｍｍ低くすることで、カム１０の設置スペースを前方に２．６ｍｍ小さくすることでき、かつ、カムシャフト８とロッカシャフト９との前後方向のピッチを３．５５ｍｍ小さくすることができた。よって、それらにより、可変動弁機構１の設置スペースを、前後方向に計６．１５ｍｍ小さくすることができた。

［Ｂ］可変装置４０の伝達機構４２を遊星歯車機構にすることで、シンプルな構造で伝達機構４２に、出力アーム３０，３０の揺動角を増幅させる増幅機構としての役割も兼ね備えさせることができる。

なお、本発明は前記実施例の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。

１可変動弁機構
６バルブ
９ロッカシャフト
１０カム
１２カムノーズ
２０入力アーム
３０出力アーム
４０可変装置
４２伝達機構
４３サンギア
４４アウタギア
４５プラネタリギア
α 入力アームの揺動角
β 入力アームに対する出力アームの揺動角

Claims

カムノーズ（１２）を備えたカム（１０）と、ロッカシャフト（９）に軸支されてカムノーズ（１２）に押圧されて揺動する入力アーム（２０）と、同ロッカシャフト（９）に軸支されて入力アーム（２０）の揺動に従い揺動してバルブ（６）を駆動する出力アーム（３０）と、入力アーム（２０）に対して出力アーム（３０）を回動させてバルブ（６）のリフト量を変更する可変装置（４０）とを含み構成された可変動弁機構において、
可変装置（４０）は、ロッカシャフト（９）を回動させる回動装置と、ロッカシャフト（９）の回動を出力アーム（３０）に伝えることで、入力アーム（２０）に対して出力アーム（３０）を回動させてバルブ（６）のリフト量を変更する伝達機構（４２）とを含み構成され、該伝達機構（４２）は、入力アーム（２０）の揺動を揺動角を増幅させて出力アーム（３０）に伝えることで出力アーム（３０）を入力アーム（２０）の揺動角（α）よりも大きい揺動角（α＋β）で揺動させる増幅機構を兼ねたことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
伝達機構（４２）は、ロッカシャフト（９）に設けられてロッカシャフト（９）と共に回動するサンギア（４３）と、出力アーム（３０）に設けられて出力アームと共に回動するアウタギア（４４）と、サンギア（４３）及びアウタギア（４４）と噛み合うとともに入力アーム（２０）に回転可能に係合して入力アーム（２０）と共に入力アーム（２０）の揺動方向に変位するプラネタリギア（４５）とを含み構成された遊星歯車機構である請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構。