JP2016035252A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の搖動アームに対して所望のタイミング差で回動を発生させることができる簡易な構造を備えた内燃機関の動弁装置を提案する。
【解決手段】カムトルクが入力される入力アームと、第1、2の搖動アームと、第1、2の搖動アームの回動に応じて開閉弁する動弁を備える内燃機関の動弁装置において、入力アームと第1の搖動アームとの間で動力伝達可能となるように接続されたスライダを備え、かつ第1の搖動アームと第2の搖動アームとはねじり部を介して接続されることで、入力アームに入力されたカムトルクが、ねじり部のねじりを伴って、第1の搖動アームから第2の搖動アームへと伝達されることを特徴とする。
【選択図】図3

Description

本発明は、内燃機関の動弁装置に関する。
従来、例えば特許文献1に記載された従来の動弁装置では、ローラーアームと、別体で形成された2つの搖動アームから成るアームアセンブリが各気筒に対して設けられており、各気筒それぞれのローラーアーム、搖動アームの位置決めはシリンダヘッドおよびキャリヤに対して適宜厚さの異なるシムを挿入することで調整される。
特開2001−263015号公報
従来、動弁装置を備えた内燃機関では、2つの吸気バルブにリフトタイミング差を発生させ、開弁のタイミングをずらすことで所望のスワール流を発生させ、これにより燃焼効率を向上させることが広く知られている。また、一般的な動弁装置として、特許文献1に示すような、別体で形成された2つの搖動アームと、それぞれの搖動アームの回動に伴いリフトされる2つの吸気バルブを備える構成が広く知られている。特許文献1に示すような可変動弁装置において、2つの搖動アームの回動を所望のタイミング差で生じさせられれば、前述のように所望のスワール流を得ることができる。ここで、別体で形成された複数の搖動アームに対し、所望のタイミング差で回動を発生させる手段のひとつとしては、搖動アームにシムのような調整子を挿入して、それぞれ位置決めを行うことで、回動のタイミングをずらすことが考えられる。
しかしながら、従来の動弁装置では搖動アームを含むアームアセンブリを構成する部品に機差があることから、前述の位置決めを行うためには、都度、各気筒のアームアセンブリに対して調整を行うことになる。従って、従来の動弁装置では、各気筒の位置決めによって製造工程が増加したり、多種類のシムを用意する必要があることから部品点数の増加を招くといった課題があった。
したがって、本発明の目的とするところは、内燃機構の動弁装置において、複数の搖動アームに対して所望のタイミング差で回動を発生させることができる簡易な構造を備えた動弁装置を提供することにある。
本発明は、カムシャフトと、カムシャフトに設けられたカムと、カムシャフトとは異なる軸にて、カムシャフトと平行に設けられたシャフトと、カムのカムトルクが伝達される入力アームと、入力アームをシャフトに支持するスライダと、第1の搖動アームと、第2の搖動アームと、第1の搖動アームの回動に伴い開閉弁される第1の動弁と、第1の動弁と同一の気筒に設置され、第2の搖動アームの回動に伴い開閉弁される第2の動弁とを備える内燃機関の動弁装置において、スライダは、さらに、入力アームに伝達されたカムトルクが第1の搖動アームへと動力伝達されるように、第1の搖動アームを動力伝達可能に支持し、第1の搖動アームと第2の搖動アームとを接続するねじれ部を備えると共に、第1の搖動アームに伝達されたカムトルクが、ねじれ部を介して、第2の搖動アームに伝達されることを特徴とする。入力アームへと伝達されたカムトルクは、入力アームと動力伝達可能に接続された第1の搖動アームに伝達されたのち、ねじれ部を介して、第2の搖動アームへと伝達される。これにより、カムトルクがねじれ部のねじれを伴って伝達されるため、第1の搖動アームと第2の搖動アームの回動にタイミング差が生じる。よって、第1の搖動アームと第2の搖動アームの回動にタイミング差を生じさせるために、シムなどの調整子を用いる必要がない。このことから、簡易な構成にて、第1の搖動アームと第2の搖動アームとの回動の差を所望のタイミングで発生させることができる。
また、好ましくは、第1の搖動アームと第2の搖動アームとが、入力アームと同一の軸に対して設けられると共に、入力アームは、同一の軸における軸方向に対して、第1の搖動アームと第2の搖動アームとの間に設けられる。通常、第1の動弁と第2の動弁は離れて設けられるため、これに対応して、第1の搖動アームと第2の搖動アームも離れて設けられる。従って、前述のように入力アームを、同一の軸における軸方向に対して、第1の搖動アームと第2の搖動アームとの間に設けようにすれば、第1の搖動アームと第2の搖動アームとの間のスペースを有効に利用することができる。
また、好ましくは、シャフトは軸方向に駆動されると共に、動力伝達部材として、入力アームは内周に第1のヘリカルスプライン歯を備え、第1の搖動アームは内周に第1のヘリカスルプライン歯のヘリカル方向とは逆方向の第2のヘリカルスプライン歯を備え、スライダは外周に第3のヘリカルスプライン歯、第4のヘリカルスプライン歯を備え、第1のヘリカルスプライン歯と第3のヘリカスルプライン歯、第2のヘリカスルプライン歯と第4のヘリカルスプライン歯、とが、それぞれ噛合する。第1のヘリカルスプライン歯と第2のヘリカルスプライン歯がヘリカル方向にそれぞれ逆方向に設けられていることから、シャフトが軸方向に駆動されると、スライダにきられた第3のヘリカルスプライン歯と第4のヘリカルスプライン歯が入力アームと第1の搖動アームとをお互いに逆方向に回動させ、これにより入力アームと第1の搖動アームとの相対角度が変化する。また、第1の搖動アームと第2の搖動アームとはねじり部を介して接続されているため、同時に第2の搖動アームも第1の搖動アームと同一方向に回動する。これにより、第1の搖動アーム、第2の搖動アームのそれぞれと第1の動弁、第2の動弁との相対的な位置関係が変化するため、これに伴い、第1の動弁と第2の動弁の最大リフト量を変化させることができる。
また、好ましくは、第1の搖動アームと第2の搖動アームとねじれ部は一体の部材にて形成され、複数の気筒を備える内燃機関において、第1の搖動アーム、第2の搖動アーム、および入力アームとからなるアームアセンブリが、複数の気筒の各気筒に対して各々設置される。これにより、1気筒あたりのアームアセンブリを、第1の搖動アームと第2の搖動アームとねじれ部とが一体の部材にて形成される構成とすることで、アームアセンブリを構成する部品点数を少なくすることができる。
また、好ましくは、第2の搖動アームのシャフトを通す穴の最小内径は、スライダの外周の最大外径よりも大きく形成される。これにより、入力アームと一体に形成された第1の搖動アーム、第2の搖動アームとを軸方向に揃えたうえで、スライダを第2の搖動アーム側から挿入し、第1、第2のヘリカルスプライン歯と、第3、4のヘリカスルプライン歯をそれぞれ噛合させることができる。従って、第1の搖動アームと第2の搖動アームとが一体に形成されながらも、第2の搖動アームに干渉せずに、スライダを入力アーム、および、第1の搖動アームに組み付けることが可能となる。
また、好ましくは、前述の動弁は吸気弁である。これにより、第1の搖動アームと第2の搖動アームとの回動に所望のタイミング差が生じることで、吸気弁の開閉タイミングに差が生じるため、所望のスワールが発生し、燃焼効率を向上させることができる。
本発明の実施の形態のシステム構成を示す図である。 図1に示す内燃機関における吸排気ポート周りの具体的な構成を説明する図である。 本発明の実施の形態における動弁装置の具体的構成を説明する図である。 本発明の実施の形態におけるアームアセンブリの内部構造を示す図である。 本発明の実施の形態の動弁装置を図3の矢視Aの方向からみた図である。
以下に本発明の動弁装置を、図1〜図5を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態のシステム構成を示す図である。図1に示すように、本システムは筒内直噴式のインジェクタ2を備えるエンジン1であり、気筒9内へ燃料を直接噴射し、混合気を生成する。
エンジン1の気筒9にはピストン3が設けられており、混合気の燃焼に伴ってピストン3が往復運動する。このピストンの往復運動がコネクティングロッド4を介してクランクシャフト5に伝達され、ここで回転運動に変換されて、エンジン1の出力として取り出されるようになっている。
本実施形態に係るエンジン1の吸気系としては、吸気通路6、インテークマニホールド601、シリンダヘッド8に形成された吸気ポート602が備えられている。このエンジン1の吸気系には図2に示すように2本の吸気ポート602a,602bを備えており、各吸気ポート602a,602bはそれぞれの吸気バルブ603a,603bによって開閉可能となっている。また、吸気バルブ603a,603bは図3にて示す搖動アーム13a,13bの回動に応じて開閉弁する。各吸気バルブ603a,603b、および可変動弁装置の詳細については後述する。
一方、エンジン1の排気系としては、シリンダヘッド8に形成された排気ポート701a,701b、エキゾーストマニホールド702、排気通路7が備えられている。本実施形態に係るエンジン1は1気筒当たり2本の排気ポート(第1及び第2の排気ポート)701a,701bを備えており、各排気ポート701a,701bそれぞれが排気バルブ(第1及び第2の排気バルブ)703a,703bによって開閉可能となっている。
インジェクタ2は、デリバリパイプ201に接続されており、このデリバリパイプ201から燃料が供給されるようになっている。インジェクタ2によって気筒9内へ直接噴射された燃料は、上記吸気通路6、インテークマニホールド601、吸気ポート602を経て気筒9内へ導入された空気Aと共に混合気を形成する。尚、このインジェクタ2からの燃料噴射は、エンジン1の負荷やエンジン回転数に応じた上記エンジンECU10の演算処理により、噴射タイミング及び噴射量が調整される。
シリンダヘッド8には点火プラグ(点火栓)11が配設されている。インジェクタ2から気筒9内へ噴射された燃料が、気筒9内に導入された空気Aと混合気を形成した状態で、圧縮行程を経て、点火プラグ11の点火が行われることで燃料が燃焼する(膨張行程)。その燃焼圧力はピストン3に伝えられ、これにより上記ピストン3の往復運動が行われる。
燃焼後の混合気は排気ガスExとなり、排気バルブ703a,703bの開弁動作に伴って、排気ポート701a,701bを経てエキゾーストマニホールド702に排出される(排気行程)。そして、この排気ガスExは、エキゾーストマニホールド702の下流側に設けられた触媒コンバータ704により浄化された後、排気通路7を経て大気中へ放出される。
図2には図1に示す内燃機関における吸排気ポート周りの具体的な構成を示すものである。前述のとおり、各気筒には2本の吸気ポート602a,602bに対して、それぞれ対応する吸気バルブ603a,603bを備える。この吸気バルブ603a,603bのリフトタイミングに差が生じると、吸気ポート602a,602bから筒内に流入する吸気のタイミングにも差が生じ、スワールが発生する。このスワールによって空気と燃料の混合が促進され、燃焼効率が高められる。本実施形態における主たる目的は、このスワール発生を目的とした吸気バルブのリフトタイミング差を簡易な構成にて得ることにあるが、その詳細な構成については後述するものとする。
続いて、図3〜図5を用いて、本発明の実施の形態における可変動弁装置の具体的な構成について説明する。
図3に示すのは本発明の実施の形態における可変動弁装置の斜視図である。図3の可変動弁装置は、コントロールシャフト15、搖動アーム13(第1の搖動アーム13a、第2の搖動アーム13b)、およびローラーアーム14を主たる構成部材として構成されるアームアセンブリ12が(図示しない)各気筒に対して設けられている。また、コントロールシャフト15はカムシャフト16に平行に配置されており、回転可能かつ軸方向に直動可能に支持されると共に、図示しないアクチュエータにより軸方向に駆動される。また、第1の搖動アーム13aと第2の搖動アーム13bとは接続部23を介して一体の部材にて形成される。図3に図示するように、コントロールシャフト15の軸方向から見て、ローラーアーム14が第1の搖動アーム13aと第2の搖動アーム13bとの間に設けられるため、第1の搖動アーム13aと第2の搖動アーム13bとは、接続部23を介して離れて設置される。ここで、本実施の形態において、本発明における入力アーム、ねじれ部にそれぞれ相当するのが、ローラーアーム14、接続部23である。接続部23は所望のスワール流を発生させるために、適宜、その剛性や材質、寸法を変更することが可能である。
アームアッセンブリ12は、コントロールシャフト15の軸方向には移動せず、コントロールシャフト15の軸芯まわりに回転方向に揺動する。アームアッセンブリ12は、ローラーアーム14と搖動アーム13a,13bは互いに回転位相を変えることができる、すなわち、ローラーアーム14、搖動アーム13a,13bの相対角度は可変である。ローラーアーム14はローラからなる、カム17のカムトルクが入力されるカム被打部114を有し、搖動アーム13a,13bは嘴状のバルブ打部113a,113bを有している。また、本実施の形態は、バルブ打部113a,113bから、カムトルクを吸気バルブ603a,603bに伝達する役割を担うローラーロッカーアーム24a,24bを備える。ローラーロッカーアーム24a,24bにはラッシュアジャスタ25a,25bが設けられ、これによりバルブ打部113a,113b、ローラーロッカーアーム24a,24b、吸気バルブ603a,603bの間のクリアランスは自動的に0に調整される。また、アームアセンブリ12は、第1の搖動アーム13aと第2の搖動アーム13bと接続部23とが一体の部材にて形成されるため、アームアセンブリ12自体の構成部品を少なくすることができる。
図4には本実施の形態のアームアセンブリ12の内部構造を示す。コントロールシャフト15にはスライダ18が固定されている。ローラーアーム14には内周に第1のヘリカルスプライン歯19がきってあり、第1の搖動アーム13aには内周に第1のヘリカルスプライン歯19のヘリカル方向と逆方向の第2のヘリカルスプライン歯20がきってある。また、スライダ18の外周には、ローラーアーム14の第1のスプライン歯19に噛合する第3のヘリカルスプライン歯21と、第1の搖動アーム13aの第2のスプライン歯20に噛合する第4のヘリカルスプライン歯21がきってある。コントロールシャフト15が軸方向に駆動されると、スライダ18は同量だけ軸方向に駆動される。スライダ18が軸方向へ駆動されると、これに伴いローラーアーム14と搖動アーム13a,13bとは、互いに逆方向に、コントロールシャフト15の軸芯まわりに回動し、ローラーアーム14、搖動アーム13a,13bの相対角度が変化する。
図5は本実施形態の可変動弁装置を図3の矢視Aの方向からみた図である。クランクシャフト5(図1に図示)から図示しない動力伝達部材にて、エンジンの出力がカムシャフト16へと伝達され、カムシャフト16は回動する。カムシャフト16が回動すると、カム17がローラーアーム14のカム被打部114へとエンジンの出力(カムトルク)を伝達する。ローラーアーム14へと伝達されたカムトルクは、スライダ18を介して、搖動アーム13a,13bに伝達される。カムトルクが伝達された搖動アーム13a,13bは回動し、バルブ打部113a、113bを通じてローラーロッカーアーム24a,24bにカムトルクを伝達する。ローラーロッカーアーム24a、24bはカムトルクが伝達されることで回動し、これに伴い吸気バルブ603a,603bはリフト(開弁)される。また、カム17のプロファイルのない部分がローラーアーム14のカム被打部114に接している間は、吸気バルブ603a,603bは図示しないバルブスプリングによって閉弁方向に付勢される。前述のようにローラーアーム14、搖動アーム13a,13bの相対角度が変化すると、搖動アーム13a,13bとローラーロッカーアーム24a、24bとの相対的な位置が変化する。この相対的な位置の変化に伴い、吸気バルブ603a,603bの最大リフト量は変化する。
ここで、図4を参照し、本実施例の特徴を説明する。本実施例では、スライダ18はローラーアーム14の内周にきってある第1のヘリカルスプライン歯19と第1の搖動アーム13aの内周にきってある第2のヘリカルスプライン20に噛合しており、第2の搖動アーム13bには噛合していない。従って、ローラーアーム14へと伝達されたカムトルクは直接的に第2の搖動アーム13bへは伝達されず、まずは第1の搖動アーム13aのみに伝達される。前述のとおり、第1の搖動アーム13aと第2の搖動アーム13bとは接続部23を介して一体の部材にて形成されていることから、第1の搖動アーム13aに伝達されたカムトルクは接続部23を介して第2の搖動アーム13bへと伝達されることとなる。
また、第2の搖動アーム13bのシャフトを通す穴の最小内径は、コントロールシャフト15に固定されるスライダ18の外周の最大外径よりも大きく形成される。これにより、組み付ける際に、まずローラーアーム14と、一体の部材にて形成された第1の搖動アーム13a、第2の搖動アーム13bとを軸方向に揃えたうえでシャフトを挿入し、スライダ18をスライダ18とは噛合していない第2の搖動アーム13b側から挿入し、第1、第2のヘリカルスプライン歯19、20と第3、第4のヘリカスルプライン歯21、22とをそれぞれ噛合させることで、第1の搖動アーム13aと第2の搖動アーム13bとが一体に形成されながらも第2の搖動アーム13bに干渉せずに、スライダ18をローラーアーム14、第1の搖動アーム13aと組み付けることが可能となる。
以上に説明した通り、本実施例では一体に形成された第1,2搖動アーム13a,13bのうち、ローラーアーム14と第1の搖動アーム13aとはスライダ18にて動力伝達可能に接続されており、ローラーアーム14と第2の搖動アーム13bとは直接的に接続されていない。これにより、第1の搖動アーム13aに伝達されたカムトルクが、接続部23をふくむ搖動アーム13の筐体のねじれを伴って第2の搖動アーム13bへと順々に伝達されることから、第1,2の搖動アーム13a、13bの回動にタイミング差が発生し、これに伴い吸気バルブ603a,603bのそれぞれのリフトタイミングに差が生じる。よって、位置決め用のシムなどの部品を用いなくとも簡易な構造によって所望のリフトタイミング差を発生させることができる。
また、コントロールシャフト15の軸方向から見て、ローラーアーム14が第1の搖動アーム13aと第2の搖動アーム13bとの間に設けられるため、第1の搖動アーム13aと第2の搖動アーム13bとは、接続部23を介して離れて設置される。これにより、第1の搖動アーム13aと第2の搖動アーム13bが仮に近接して設置される場合と比較して、より好適に所望のスワール流を発生させるための剛性や材質、寸法の変更といった設計自由度を高めることができる。
また、簡易な構造によって複数の吸気バルブに所望のリフトタイミング差を生じさせることで、吸気バルブの開閉タイミングに差が生じ、所望のスワールを発生させることが可能となるため、燃費効率の向上が期待できる。
また、第1の搖動アーム13a,第2の搖動アーム13b、接続部23とが一体の部材にて形成されたアームアセンブリ12が各気筒に対して設置されるため、第1の搖動アーム13a,第2の搖動アーム13b、接続部23とが別体にて構成される場合と比較して、アームアセンブリ12の構成部品を少なくすると共に、所望のリフトタイミングを得るために各気筒に対して構成部品の位置決めを行うといった工程を簡略化することができる。
また、第2の搖動アーム13bのシャフトを通す穴の最小内径を、スライダ18の外周の最大外径よりも大きく形成することで、第1、2搖動アーム13a、13bが一体の部材にて形成されながらも組み付けを行うことが可能となる。
上述した実施例はあくまで実施の形態のひとつに過ぎず、種々の変更が可能である。例えば、本発明において、1つの気筒に対して2つの搖動アーム、吸気バルブ、吸気ポートをそれぞれ備える実施の形態を示したが、これに限らず、これらを3つ以上備える構成としても良いし、それら複数の搖動アームの全てを一体の部材にて形成する必要はない。
また、上述の実施例においては吸気側に設置された可変動弁装置に関する実施の形態を示したが、これに限らず、排気側に設置される実施の形態であっても良い。
また、上述の実施例において接続部23は第1の搖動アーム13aと第2の搖動アーム13bと一体に形成される形態を示したが、これに限らず、第1の搖動アーム13a、第2の搖動アーム13bの両方、または一方と別体に形成されても良い。つまりは、接続部23がねじれを発生させるような構成となっていれば良く、例えば、接続部23を第1の搖動アーム13a、第2の搖動アーム13bよりも剛性が低くなるよう寸法を規定したり、剛性の低い材質によって形成する等の実施の形態であっても良い。
1 エンジン、2 インジェクション、201 デリバリパイプ、3 ピストン、4 コネクティングロッド、5 クランクシャフト、6 吸気通路、601 インテークマニホールド、602a,b 吸気ポート、603a,b 吸気バルブ、7 排気通路、701a,b 排気ポート、702 エキゾーストマニホールド、703a,b 排気バルブ、704 触媒コンバータ、8 シリンダヘッド、9 気筒、10 ECU、11 点火プラグ、12 アームアセンブリ、13a,b 搖動アーム、113a,b バルブ打部、14 ローラーアーム、114 カム被打部、15 コントロールシャフト、16 カムシャフト、17 カム、18 スライダ、19 第1のヘリカルスプライン歯、20 第2のヘリカルスプライン歯、21 第3のヘリカルスプライン歯、22 第4のヘリカルスプライン歯、23 接続部、24a,24b ローラーロッカーアーム、25a,b ラッシュアジャスタ

Claims (6)

  1. カムシャフトと、
    前記カムシャフトに設けられたカムと、
    前記カムシャフトとは異なる軸にて、前記カムシャフトと平行に設けられたシャフトと、
    前記カムのカムトルクが伝達される入力アームと、
    前記入力アームを前記シャフトに支持するスライダと、
    第1の搖動アームと、
    第2の搖動アームと、
    前記第1の搖動アームの回動に伴い開閉弁される第1の動弁と、
    前記第1の動弁と同一の気筒に設置され、前記第2の搖動アームの回動に伴い開閉弁される第2の動弁とを備える内燃機関の動弁装置において、
    前記スライダは、さらに、前記入力アームに伝達されたカムトルクが前記第1の搖動アームへと動力伝達されるように、前記第1の搖動アームを動力伝達可能に支持し、
    前記第1の搖動アームと前記第2の搖動アームとを接続するねじれ部を備えると共に、前記第1の搖動アームに伝達されたカムトルクが、前記ねじれ部を介して、前記第2の搖動アームに伝達されることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
  2. 請求項1に記載の内燃機関の動弁装置において、
    前記第1の搖動アームと前記第2の搖動アームとが、前記入力アームと同一の軸に対して設けられると共に、
    前記入力アームは、前記同一の軸における軸方向に対して、前記第1の搖動アームと前記第2の搖動アームとの間に設けられる内燃機関の動弁装置。
  3. 請求項1または2に記載の内燃機関の動弁装置において、
    前記シャフトは軸方向に駆動されると共に、
    前記入力アームは内周に第1のヘリカルスプライン歯を備え、
    前記第1の搖動アームは内周に前記第1のヘリカスルプライン歯のヘリカル方向とは逆方向の第2のヘリカルスプライン歯を備え、
    前記スライダは外周に第3のヘリカルスプライン歯、及び第4のヘリカルスプライン歯を備え、
    前記第1のヘリカルスプライン歯と前記第3のヘリカスルプライン歯、前記第2のヘリカスルプライン歯と前記第4のヘリカルスプライン歯、とが、それぞれ噛合する内燃機関の動弁装置。
  4. 請求項1から2のいずれか1項に記載の内燃機関の動弁装置において、
    前記内燃機関が複数の気筒からなり、
    前記第1の搖動アームと前記第2の搖動アームと前記ねじれ部は一体の部材にて形成され、
    前記第1の搖動アーム、前記第2の搖動アーム、および前記入力アームとからなるアームアセンブリが、前記複数の気筒の各気筒に対して各々設置される内燃機関の動弁装置。
  5. 請求項4に記載の内燃機関の動弁装置において、
    前記第2の搖動アームの前記シャフトを通す穴の最小内径は、前記スライダの外周の最大外径よりも大きく形成される内燃機関の動弁装置。
  6. 請求項1から5のいずれか1項に記載の内燃機関の動弁装置において、
    前記動弁は吸気弁である内燃機関の動弁装置。
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