JP2015206336A

JP2015206336A - 内燃機関の可変動弁機構

Info

Publication number: JP2015206336A
Application number: JP2014088763A
Authority: JP
Inventors: 秀俊広瀬; Hidetoshi Hirose; 宮里　佳明; Yoshiaki Miyasato; 佳明宮里; 桂樹友田; Keiki Tomoda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2015-11-19

Abstract

【課題】カムロブ部をカムベース部の回転方向にスムースに揺動させることができる内燃機関の可変動弁機構を提供する。【解決手段】内燃機関の可変動弁機構（１）は、内燃機関の機関弁をロッカーアーム（１５０）を介して駆動する可変動弁機構であって、内燃機関のカムシャフト（１００）と一体となって回転するカムベース部（１０）と、カムベース部に対して支点（３０Ｐ）を中心として揺動可能にカムベース部に連結されたカムロブ部（２０）と、を備え、カムシャフトの軸方向に沿った方向から視認した場合に、カムロブ部の支点は、カムベース部のノーズ部の頂点よりもカムベース部の回転方向で後方側に配置され、支点を中心として揺動したカムロブ部の外周がカムベース部の外周から最も突出した状態で、カムロブ部のノーズ部の頂点はカムベース部の外周から突出しないことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の可変動弁機構に関する。

従来、内燃機関の機関弁の開閉挙動（開閉時期やリフト量等）を変更する装置として、可変動弁機構が知られている。このような可変動弁機構として、例えば特許文献１には、内燃機関の機関弁をロッカーアームを介して駆動する可変動弁機構が開示されている。また、この特許文献１に係る可変動弁機構は、内燃機関のカムシャフトと一体となって回転可能にカムシャフトに固定されたカムベース部と、カムベース部に対して支点を中心として揺動するようにカムベース部に連結されたカムロブ部とを備えている。

また、特許文献１に係る可変動弁機構では、カムシャフトの軸方向に沿った方向から視認した場合に、カムロブ部の支点の位置が、カムベース部のノーズ部の頂点よりもカムベース部の回転方向で前方側に配置されている（例えば特許文献１の図３（Ａ））。さらに、特許文献１に係る可変動弁機構では、支点を中心として揺動した状態のカムロブ部の外周がカムベース部の外周から最も突出した状態で、カムロブ部のノーズ部の頂点がカムベース部の外周から突出している。

国際公開第２０１４／０３０２２６号公報

ところで、特許文献１に係る可変動弁機構において、例えばカムロブ部の作用角とカムベース部の作用角との差を大きくした場合、カムロブ部がカムベース部の回転方向と同じ方向に搖動したときに、カムベース部のノーズの頂点よりもカムベース部の回転方向で前方側の区間において、カムロブ部がロッカーアームに当接する可能性がある。この場合、カムロブ部がロッカーアームから受ける反力によって生じる支点回りのモーメントが、カムロブ部の揺動方向と反対方向になってしまう。この場合、カムロブ部がカムベース部の回転方向にスムースに揺動することが困難になる可能性がある。

本発明は、カムロブ部をカムベース部の回転方向にスムースに揺動させることができる内燃機関の可変動弁機構を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の可変動弁機構は、内燃機関の機関弁をロッカーアームを介して駆動する可変動弁機構であって、前記内燃機関のカムシャフトと一体となって回転するカムベース部と、前記カムベース部に対して支点を中心として揺動可能に前記カムベース部に連結されたカムロブ部と、を備え、前記カムシャフトの軸方向に沿った方向から視認した場合に、前記カムロブ部の前記支点は、前記カムベース部のノーズ部の頂点よりも前記カムベース部の回転方向で後方側に配置され、前記支点を中心として揺動した前記カムロブ部の外周が前記カムベース部の外周から最も突出した状態で、前記カムロブ部のノーズ部の頂点は前記カムベース部の前記外周から突出しないことを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の可変動弁機構によれば、カムロブ部がカムベース部と同じ方向に揺動した場合に、カムロブ部は、カムベース部のノーズ部の頂点よりもカムベース部の回転方向で後方側の区間において、ロッカーアームに当接することができる。その結果、カムロブ部がカムベース部と同じ方向に搖動した場合において、カムロブ部がロッカーアームから受ける反力によって生じる支点回りのモーメントは、カムロブ部の揺動方向と同じ方向になる。したがって、本発明に係る内燃機関の可変動弁機構によれば、カムロブ部のカムベース部の回転方向への搖動がロッカーアームからのモーメントによって抑制されることなく、カムロブ部をカムベース部の回転方向に揺動させることができる。それにより、カムロブ部をカムベース部の回転方向にスムースに搖動させることができる。

以上のように本発明によれば、カムロブ部をカムベース部の回転方向にスムースに揺動させることができる内燃機関の可変動弁機構を提供することができる。

図１は実施例に係る可変動弁機構の外観図である。図２（ａ）は可変動弁機構のカムベース部およびカムロブ部の詳細を説明するための模式図である。図２（ｂ）はカムベース部およびカムロブ部のカムプロフィールを説明するための模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例に係る内燃機関の可変動弁機構１について説明する。図１は可変動弁機構１の外観図である。可変動弁機構１は、車両に搭載された内燃機関に適用されている。可変動弁機構１は、内燃機関のカムシャフト１００に配置されたカムユニットＣＵを有している。カムシャフト１００は、内燃機関からの動力により回転する。カムシャフト１００と共にカムユニットＣＵが回転することにより、ロッカーアーム１５０（後述する図２（ａ）に図示されている）を介して内燃機関の機関弁を駆動する。本実施例において内燃機関の機関弁は、具体的には吸気弁であるが、機関弁の種類はこれに限定されるものではない。他の例を挙げると、機関弁として、例えば排気弁を用いてもよい。

カムユニットＣＵは、カムシャフト１００よりも径が大きく且つカムシャフト１００が貫通したカムベース部１０と、カムベース部１０に支持された２つのカムロブ部２０とを有している。カムベース部１０は、カムシャフト１００と一体となって回転するようにカムシャフト１００に固定されている。カムベース部１０は、カムシャフト１００の軸方向に沿った方向（以下、軸線方向と称する）から視認した場合に略半円形のベース円部１１と、ベース円部１１から径方向外側に突出したノーズ部１１ｎとを有している。ベース円部１１およびノーズ部１１ｎは、カムベース部１０の外周面に相当する。また、カムロブ部２０は、カムシャフト１００の軸線方向から視認した場合に略半円形のベース円部２１と、ベース円部２１から径方向外側に突出したノーズ部２１ｎとを有している。ベース円部２１およびノーズ部２１ｎは、カムロブ部２０の外周面に相当する。

本実施例に係るカムベース部１０は、カムピース部１０ａと、カムピース部１０ａを挟むようにして連結されたカムピース部１０ｂおよびカムピース部１０ｃとを含んでいる。カムピース部１０ａおよびカムピース部１０ｂは、連結ピン１５Ｐにより連結されている。また、カムピース部１０ａおよびカムピース部１０ｃは、第２の連結ピンである連結ピン１５Ｐにより連結されている。カムシャフト１００の軸線方向から視認した場合のカムピース部１０ａ,１０ｂ,１０ｃの外周形状は同じである。すなわち、何れのカムピース部にもベース円部２１およびノーズ部２１ｎが形成されている。カムピース部１０ａ,１０ｂ,１０ｃはカムシャフト１００の軸線方向に並んでいる。

カムピース部１０ａとカムピース部１０ｂとは、隙間１２を空けて連結されており、隙間１２内にカムロブ部２０が配置されている。同様にカムピース部１０ａとカムピース部１０ｃとの間の隙間１２内に、もう一方のカムロブ部２０が配置されている。２つのカムロブ部２０は、軸方向に所定の間隔をあけて並んでおり、それぞれ２つのロッカーアーム１５０を押して２つの機関弁をリフトさせることができる。なお、本実施例において、２つのカムロブ部２０のカムシャフト１００の軸線方向から視認した場合の外周形状は同じである。

カムベース部１０のカムピース部１０ａには、凹部１０Ｈが形成されている。凹部１０Ｈは、２つのロッカーアーム１５０がカムベース部１０に接触する部分の間に形成され、２つのロッカーアーム１５０には接触しない。支持ピン３０Ｐは、カムピース部１０ａ,１０ｂ,１０ｃおよび２つのカムロブ部２０を軸線方向に貫通している。カムロブ部２０は、支持ピン３０Ｐを支点としてカムベース部１０に対して揺動する。すなわち、本実施例に係るカムロブ部２０は、カムベース部１０に対して支点（支持ピン３０Ｐ）を中心として揺動可能にカムベース部１０に連結されている。

カムピース部１０ｂ側に配置されたカムロブ部２０には、ストッパピン３１Ｐが貫通して固定されており、カムピース部１０ｃ側に配置されたカムロブ部２０にも、ストッパピン３１Ｐが貫通して固定されている。凹部１０Ｈには、支持ピン３０Ｐの一部が露出しており、この露出した部分に２つのスプリング３２ｓが巻かれている。一方のスプリング３２ｓはカムピース部１０ｂ側に配置され、他方のスプリング３２ｓはカムピース部１０ｃ側に配置されている。スプリング３２ｓの一端は凹部１０Ｈの内面を押し、他端はカムロブ部２０のストッパピン３１Ｐを押している。本実施例において、カムロブ部２０がスプリング３２ｓから付勢される方向は、カムシャフト１００の回転方向と同じ方向である。すなわち、本実施例に係るスプリング３２ｓは、カムロブ部２０をカムシャフト１００の回転方向に付勢する付勢部材としての機能を有している。

図２（ａ）は、可変動弁機構１のカムベース部１０およびカムロブ部２０の詳細を説明するための模式図である。具体的には、図２（ａ）は、図１に示す可変動弁機構１の２つのカムロブ部２０のうち、カムピース部１０ｂの側にあるカムロブ部２０と、カムベース部１０のカムピース部１０ｂとを、カムシャフト１００の軸線方向（軸線に沿った方向）から視認した状態を模式的に図示している。図２（ａ）において、紙面手前側にカムロブ部２０が配置され、紙面奥側にカムベース部１０が配置されている。

図２（ａ）において、カムシャフト１００およびカムシャフト１００と一体となって回転するカムベース部１０の回転方向（Ｒ_１）は、時計方向である。図２（ａ）に図示されている面２００は、カムシャフト１００の中心軸と、カムベース部１０のノーズ部１１ｎの頂点Ｐ_ａとを含む面である。図２（ａ）に図示されている前方は、カムベース部１０の頂点Ｐ_ａよりもカムベース部１０の回転方向Ｒ_１で前方側を意味しており、具体的には図２（ａ）においては、面２００よりも右側の領域を意味している。また、図２（ａ）に図示されている後方は、カムベース部１０の頂点Ｐ_ａよりもカムベース部１０の回転方向Ｒ_１で後方側を意味しており、具体的には図２（ａ）においては、面２００よりも左側の領域を意味している。図２（ａ）において、カムロブ部２０のノーズ部２１ｎの頂点Ｐ_ｂは、カムベース部１０の頂点Ｐ_ａよりも後方側に位置している。なお、図２（ａ）において、ストッパピン３１Ｐの図示は省略されている。

図２（ａ）に示すように、支持ピン３０Ｐは、カムベース部１０のノーズ部１１ｎの頂点Ｐ_ａよりもカムベース部１０の回転方向Ｒ_１で後方側に配置されている。また、図２（ａ）に示すように、可変動弁機構１は、ロックピン２５Ｐを備えている。本実施例に係るロックピン２５Ｐは、カムベース部１０のノーズ部１１ｎの頂点Ｐ_ａよりもカムベース部１０の回転方向Ｒ_１で前方側に配置されている。

ロックピン２５Ｐは、カムロブ部２０とカムベース部１０とを貫通するように設けられたロック穴に挿入されている。なお、ロックピン２５Ｐは、駆動装置（図示せず）によって駆動されることで、ロック穴の内部を、カムシャフト１００の軸線方向に移動する。ロックピン２５Ｐがカムロブ部２０およびカムベース部１０の両方に係合した場合、カムロブ部２０のカムベース部１０に対する相対的な位置（回転方向Ｒ_１の位置）はロックされる。この場合、カムロブ部２０は揺動しない。一方、ロックピン２５Ｐのカムロブ部２０およびカムベース部１０への係合が解除された場合（具体的にはロックピン２５Ｐがカムロブ部２０のみに係合した場合、またはカムベース部１０のみに係合した場合）、カムロブ部２０は、支持ピン３０Ｐを支点として、カムベース部１０に対して相対的に揺動することができる。すなわち、ロックピン２５Ｐは、カムロブ部２０のカムベース部１０に対する相対的な位置をロックするロック機構としての機能を有している。

なお、本実施例に係る可変動弁機構１は、ロックピン２５Ｐの駆動装置として、油圧機構を備えた駆動装置を備えている。この駆動装置の具体的な構成は、特に限定されるものではなく、特許文献１に記載されているオイルコントロールバルブ等を備える油圧機構を有する駆動装置、またはこれを応用したもの等を適用することができる。したがって、駆動装置のこれ以上詳細な説明は省略する。また、ロックピン２５Ｐによるカムロブ部２０のロック手法についても、特許文献１に記載されているロックピンによるカムロブ部のロック手法、またはこれを応用したものを適用できるため、これ以上詳細な説明は省略する。

図２（ｂ）は、カムベース部１０およびカムロブ部２０のカムプロフィールを説明するための模式図である。図２（ｂ）の縦軸は、カムベース部１０およびカムロブ部２０によって駆動される機関弁のバルブリフト量を示し、横軸は内燃機関のクランク角を示している。図２（ｂ）の曲線３００は、カムベース部１０が機関弁を駆動したと仮定したときの機関弁のバルブリフト曲線を示し、曲線３０１はカムロブ部２０が機関弁を駆動したと仮定したときの機関弁のバルブリフト曲線を示している。

カムベース部１０のバルブリフト曲線３００は、クランク角でＡ_０からバルブリフトを開始し、クランク角Ａ_１でリフト量が最大となり、その後リフト量が減少して、クランク角Ａ_ａでリフト量がゼロとなる。カムロブ部２０のバルブリフト曲線３０１は、クランク角でＡ_０からバルブリフトを開始し、クランク角Ａ_２でリフト量が最大となり、その後リフト量が減少して、クランク角Ａ_ｂでリフト量がゼロとなる。本実施例に係るカムベース部１０の作用角（Ａ_０〜Ａ_ａ）は、カムロブ部２０の作用角（Ａ_０〜Ａ_ｂ）よりも小さい。なお、具体的な数値例を挙げると、本実施例に係るカムベース部１０の作用角は一例として２１０°ＣＡであり、カムロブ部２０の作用角は一例として２７０°ＣＡである。

また、本実施例において、カムベース部１０の最大リフト量Ｂ_１は、カムロブ部２０の最大リフト量Ｂ_２よりも大きい。また、カムロブ部２０が最大リフト量Ｂ_２となるクランク角Ａ_２（すなわち、曲線３０１の頂点に相当するクランク角）は、カムベース部１０が最大リフト量Ｂ_１となるクランク角Ａ_１よりも後である。さらに、本実施例において、曲線３０１の頂点は曲線３００よりも内側の領域に含まれている。その結果、曲線３００と曲線３０１とは、クランク角Ａ_２よりも後の時期であるクランク角Ａ_３において交差している。

本実施例に係るロックピン２５Ｐは、クランク角Ａ_３より前の時期においては、カムロブ部２０のカムベース部１０に対する相対的な位置をロックしていない。そのため、このクランク角Ａ_３よりも前の時期においては、カムロブ部２０はカムベース部１０に対して揺動することができる。一方、ロックピン２５Ｐは、クランク角Ａ_３以後の時期において、カムロブ部２０のカムベース部１０に対する相対的な位置をロックする。それにより、このクランク角Ａ_３以後の時期においては、カムロブ部２０の揺動は停止されている。その結果、本実施例に係る可変動弁機構１は、クランク角Ａ_３より前の時期においては、カムベース部１０のカムプロフィールに従ってロッカーアーム１５０を介して機関弁を駆動し、クランク角Ａ_３以後の時期においては、カムロブ部２０のカムプロフィールに従ってロッカーアーム１５０を介して機関弁を駆動している。それにより、可変動弁機構１は、内燃機関の機関弁の開閉挙動を変更している。

ここで、前述した図２（ａ）に示すカムロブ部２０は、支持ピン３０Ｐ（すなわち支点）を中心として揺動した場合に、カムロブ部２０の外周がカムベース部１０の外周から最も突出した状態を図示している。具体的には、図２（ａ）においてカムロブ部２０の外周は、カムベース部１０の外周よりも後方側に最も突出している。そして、図２（ａ）のようにカムロブ部２０の外周がカムベース部１０の外周から最も突出した状態において、カムロブ部２０のノーズ部２１ｎの頂点Ｐ_ｂは、カムベース部１０の外周よりも外側に突出していない（なお、図２（ａ）の状態において、頂点Ｐ_ｂはカムベース部１０の外周に位置している）。

すなわち、本実施例に係る可変動弁機構１は、カムシャフト１００の軸方向に沿った方向（軸線方向）から視認した場合に、カムロブ部２０の支点（支持ピン３０Ｐ）が、カムベース部１０のノーズ部１１ｎの頂点Ｐ_ａよりもカムベース部１０の回転方向Ｒ_１で後方側に配置され、支点を中心として揺動したカムロブ部２０の外周がカムベース部１０の外周から最も突出した状態で、カムロブ部２０のノーズ部２１ｎの頂点Ｐ_ｂはカムベース部１０の外周から突出しない構成となっている。

続いて可変動弁機構１の作用効果について説明する。可変動弁機構１によれば、上述した構成を備えることから、図２（ａ）においてロックピン２５Ｐによるロックが解除されてカムロブ部２０がカムベース部と同じ方向に揺動した場合に（図２（ａ）において、Ｒ_２がこの揺動方向である）、カムロブ部２０は、カムベース部１０のノーズ部１１ｎの頂点Ｐ_ａよりもカムベース部１０の回転方向Ｒ_１で後方側の区間において、ロッカーアーム１５０に当接する。その結果、カムロブ部２０がカムベース部１０と同じ方向に搖動した場合において、カムロブ部２０がロッカーアーム１５０から受ける反力（図２（ａ）においてＦで図示されている）によって生じる支点回りのモーメント（図２（ａ）においてＭで図示されている）は、カムロブ部２０の揺動方向Ｒ_２と同じ方向になる。したがって、可変動弁機構１によれば、カムロブ部２０のカムベース部１０の回転方向への搖動（Ｒ_２方向への揺動）がロッカーアーム１５０からのモーメントＭによって抑制されることなく、カムロブ部２０をカムベース部１０の回転方向に揺動させることができる。それにより、カムロブ部２０をカムベース部１０の回転方向にスムースに搖動させることができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかか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。

１可変動弁機構
１０カムベース部
２０カムロブ部
２５Ｐロックピン
３０Ｐ支持ピン
１００カムシャフト
１５０ロッカーアーム

Claims

内燃機関の機関弁をロッカーアームを介して駆動する可変動弁機構であって、
前記内燃機関のカムシャフトと一体となって回転するカムベース部と、
前記カムベース部に対して支点を中心として揺動可能に前記カムベース部に連結されたカムロブ部と、を備え、
前記カムシャフトの軸方向に沿った方向から視認した場合に、前記カムロブ部の前記支点は、前記カムベース部のノーズ部の頂点よりも前記カムベース部の回転方向で後方側に配置され、
前記支点を中心として揺動した前記カムロブ部の外周が前記カムベース部の外周から最も突出した状態で、前記カムロブ部のノーズ部の頂点は前記カムベース部の前記外周から突出しないことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。