JP2017133422A

JP2017133422A - 内燃機関の可変動弁機構

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Publication number: JP2017133422A
Application number: JP2016013954A
Authority: JP
Inventors: 貴之前迫; Takayuki Maesako; 杉浦　憲; Ken Sugiura; 憲杉浦
Original assignee: Otics Corp
Current assignee: Otics Corp
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2036-01-28
Also published as: EP3199771A1; US20170218794A1; EP3199771B1; US10240489B2; JP6546855B2

Abstract

【課題】カムシャフトに、出力アームに当接する休止カムやローブ等の突起を設けることなく、出力アームの跳ね上がりを抑制する。
【解決手段】可変動弁機構１は、一般軸部１１とカム部１５とを軸長方向に並べて備えたカムシャフト１０と、カム部１５に押圧されて揺動する入力アーム２０と、揺動可能に設けられて揺動時にはバルブ７を駆動する出力アーム３０と、入力アーム２０と出力アーム３０とを共に揺動するように連結した連結状態とその連結を解除した非連結状態とに切り替える切替装置４０とを含み構成されている。そして、出力アーム３０は、連結状態で且つバルブ７が閉じる時に一般軸部１１との隙間ｇが３ｍｍ以下であるように、背高に形成されている。そのため、非連結状態において出力アーム３０が跳ね上った時には、出力アーム３０が前記隙間ｇを経て一般軸部１１に当接することでそれ以上の跳ね上りが防止される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のバルブを駆動すると共に、内燃機関の運転状況に応じてバルブの駆動状態を変更する可変動弁機構に関する。

図６〜図８に示す従来例（特許文献１）の可変動弁機構９０は、次のように構成されている。すなわち、駆動カム９１ａが突設されたカムシャフト９１と、駆動カム９１ａに駆動されて揺動する入力アーム９２と、その隣に揺動可能に設けられて揺動時にはバルブ７を駆動する出力アーム９３とを備えている。そして、図６に示すように、入力アーム９２と出力アーム９３とを切替ピン９４を介して共に揺動するように連結することで、バルブ７を駆動する駆動状態（連結状態）に切り替え、図７に示すように、その連結を解除することで、バルブ７の駆動を休止する休止状態（非連結状態）に切り替える。

そして、カムシャフト９１の出力アーム９３に対応する位置には、図８(ｃ)等に示すように、駆動カム９１ａのベース円相当の休止カム９１ｂ（丸カム）が突設されている。なお、このようにカムシャフトに休止カム（丸カム）やローブ等の突起が設けられた文献としては、特許文献１の他にも特許文献２，３等がある。

特開平１０−１４８１１２号公報特開２００９−９１９６９号公報米国特許出願公開第２０１４／０１５０７４５号公報

このようにカムシャフト９１に休止カム９１ｂやローブ等の突起を設けた場合、カムシャフト９１の製造コストが高くなり、また、質量も大きくなる。他方、従来例の状態から、図９に示す比較例（可変動弁機構９０’）のように、仮に休止カム９１ｂを廃止した場合には、次に示す問題が発生する。

すなわち、従来例及び比較例とも、駆動状態（連結状態）から休止状態（非連結状態）への切替のタイミングが悪いと、入力アーム９２に対する出力アーム９３の切離しが、ベース円時（バルブ７を閉じている時）の間に完了せず、例えば切替ピン９４の角が引っかかる（ミスリフトが生じる）などして、図８(ａ)（従来例）又は図９(ａ)（比較例）に示すように、ノーズ時（バルブ７をリフトしている時）に切離しが完了する。その場合には、切り離された出力アーム９３が、図８(ｂ)（従来例）又は図９(ｂ)（比較例）に示すように、バルブスプリング８の弾性力で跳ね上ってしまう。また、それ以外にも、例えば、内燃機関の振動や走行時の振動等によっても、出力アーム９３が跳ね上ってしまうことがある。

但し、従来例では、その跳ね上った出力アーム９３が、図８(ｂ)に示すように、休止カム９１ｂに当接することでそれ以上の跳ね上りが防止される。よって、出力アーム９３の跳ね上がりが抑制される。

他方、その休止カム９１ｂを仮に廃止した場合の比較例（可変動弁機構９０’）では、図９(ｂ)に示すように、出力アーム９３がカムシャフト９１の一般軸部に当接するまでの範囲内で大きく跳ね上がってしまう。そのため、出力アーム９３が不安定になってしまう。

そこで、従来例及び比較例の双方の問題を解決すること、すなわち、カムシャフトに、出力アームに当接する休止カムやローブ等の突起を設けることなく、出力アームの跳ね上がりを抑制することを、本発明の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の可変動弁機構は、次のように構成されている。すなわち、一般軸部とカム部とを軸長方向に並べて備えたカムシャフトと、カム部に押圧されて揺動する入力アームと、揺動可能に設けられて揺動時にはバルブを駆動する出力アームと、入力アームと出力アームとを共に揺動するように連結した連結状態とその連結を解除した非連結状態とに切り替える切替装置とを含み構成されている。

そして、次の特徴を備えている。すなわち、出力アームは、連結状態で且つバルブが閉じる時に一般軸部との隙間が３ｍｍ以下であるように、背高に形成されている。そして、非連結状態において出力アームが跳ね上った時には、出力アームが前記隙間を経て一般軸部に当接するように構成されている。

本発明によれば、出力アームが跳ね上った時には、出力アームがカムシャフトの一般軸部に当接することで、それ以上の跳ね上りが防止されるので、カムシャフトに、出力アームに当接する休止カム（丸カム）やローブ等の突起を設ける必要がない。そのため、カムシャフトの製造コストが低減され、また、質量も低減される。

実施例１の可変動弁機構において、(ａ)は連結状態を示す側面断面図（図２に示すＩａ−Ｉａ断面の図）であり、(ｂ)は非連結状態を示す側面断面図である。その可変動弁機構を示す正面断面図（図１に示すII−II断面の図）である。その可変動弁機構の連結状態において、(ａ)はベース円時を示す側面断面図（図２に示すIIIａ−IIIａ断面の図）であり、(ｂ)はノーズ時を示す側面断面図である。その可変動弁機構の非連結状態において、(ａ)はベース円時を示す側面断面図であり、(ｂ)はノーズ時を示す側面断面図である。その可変動弁機構において、(ａ)は連結状態から非連結状態への切替がノーズ時に完了した状態を示す側面断面図であり、(ｂ)はその後の出力アームが跳ね上った状態を示す側面断面図である。従来例の可変動弁機構の連結状態において、(ａ)はベース円時を示す側面断面図であり、(ｂ)はノーズ時を示す側面断面図である。その可変動弁機構の非連結状態において、(ａ)はベース円時を示す側面断面図であり、(ｂ)はノーズ時を示す側面断面図である。その可変動弁機構において、(ａ)は連結状態から非連結状態への切替がノーズ時に完了した状態を示す側面断面図であり、(ｂ)はその後の出力アームが跳ね上った状態を示す側面断面図であり、(ｃ)はカムシャフトを示す正面図である。比較例の可変動弁機構において、(ａ)は連結状態から非連結状態への切替がノーズ時に完了した状態を示す側面断面図であり、(ｂ)はその後の出力アームが跳ね上った状態を示す側面断面図であり、(ｃ)はカムシャフトを示す正面図である。

前記隙間が３ｍｍ以下なのは、バルブのステムエンドには、円板部とその外縁部から３ｍｍ以上突出した筒部とからなる有底筒状のバルブキャップが取り付けられることが多いが、このような場合にも、該バルブキャップが外れるのを充分に防止できるからである。

前記隙間は、３ｍｍ以下であれば、それ以上は特に限定されないが、出力アームの安定性がより増す点で、１．５ｍｍ以下であることがより好ましく、０．７ｍｍ以下であることが更に好ましく、０．３ｍｍ以下であることが最も好ましい。

出力アームの具体的な態様は、特に限定されないが、次の態様を例示する。
［１］出力アームは、側方から見たシルエットで、外壁の長さ方向中間部が一般軸部側に持ち上がっていることで、前記背高に形成された態様。
［２］出力アームは、一般軸部側に突出する突起を備えていることで、前記背高に形成された態様。

次に、本発明の実施例を示す。但し、本発明は実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成や形状を任意に変更して実施することもできる。

図１〜図５に示す実施例１の可変動弁機構１は、バルブスプリング８が取り付けられたバルブ６を周期的に押圧することで、バルブ７を駆動する機構である。そのバルブ７のステムエンドには、バルブキャップ７０が取り付けられている。そのバルブキャップ７０は、有底筒状の部材であり、円板部７１とその外縁部から３．６ｍｍ程度突出した筒部７５とから構成されている。詳しくは、筒部７５は、その先端部に曲面状に丸まった曲部７７を備えており、その曲部７７以外の部分がストレート部７６を構成している。そのストレート部７６の円板部７１からの突出長は３ｍｍ程度であり、曲部７７のストレート部７６からの突出長は０．６ｍｍ程度である。

可変動弁機構１は、カムシャフト１０と、入力アーム２０と、出力アーム３０と、切替装置４０とを含み構成されている。

カムシャフト１０は、内燃機関が２回転する毎に１回転する。このカムシャフト１０は、複数の可変動弁機構１に共通のシャフトであって、図２に示すように、一般軸部１１とカム部１５とを軸長方向に交互に並べて備えている。一般軸部１１は、円筒形の部位であって、出力アーム３０に当接する休止カム（丸カム）やローブ等の突起は設けられていない。カム部１５は、入力アーム２０に当接する部位であり、図１等に示すように、断面形状が円形のベース円１６と、ベース円１６から突出したノーズ１７とから構成されている。

入力アーム２０は、図１等に示すように、先端部が出力アーム３０の先端部に回動可能に連結されており、後端部にローラ２１を回転可能に備えている。そのローラ２１が、図３，図４に示すように、カム部１５に押圧されることで、入力アーム２０が揺動する。

出力アーム３０は、図１等に示すように、後端部がピボット５０により揺動可能に支持され、先端部がバルブ７のステムエンドに当接している。そして、この出力アーム３０は、図３に示すように入力アーム２０に連結される連結状態では、入力アーム２０と共に揺動してバルブ７を駆動する。他方、図４に示すように該連結が解除される非連結状態では揺動及びバルブ駆動を休止する。そして、この出力アーム３０には、入力アーム２０をカム部１５に付勢するロストモーションスプリング２９が取り付けられている。

この出力アーム３０は、図１等に示すように、側方から見たシルエットで、外壁の長さ方向中間部３１が一般軸部１１側に持ち上がっていることで、背高に形成されている。それにより、この出力アーム３０は、連結状態で且つベース円時（バルブ７が閉じる時）における一般軸部１１との隙間ｇが、極力小さくなるように図られている。その隙間ｇの大きさは、本実施例では、０．１〜２ｍｍ程度である。

切替装置４０は、切替ピン４１と、スプリング４２と、油圧経路４３とを含み構成されている。

切替ピン４１は、図１等に示すように、出力アーム３０の後部に取り付けられおり、両アーム２０，３０を連結する前側の連結位置ｐ１とその連結を解除する後側の非連結位置ｐ２とに変位可能に設けられている。詳しくは、前側の連結位置ｐ１は、図１(ａ)に示すように、出力アーム３０の後部から切替ピン４１の前部が入力アーム２０の後端部の下方に突出する位置であり、後側の非連結位置ｐ２は、図１(ｂ)に示すように、出力アーム３０の後部内に切替ピン４１が退入する位置がである。

スプリング４２は、切替ピン４１を後側の非連結位置ｐ２から前側の連結位置ｐ１に変位させるための装置である。このスプリング４２は、出力アーム３０の後部の内側に設けられており、切替ピン４１を前方に付勢している。

油圧経路４３は、切替ピン４１を前側の連結位置ｐ１から後側の非連結位置ｐ２に変位させる油圧を供給するための経路である。この油圧経路４３は、シリンダヘッド６の内部からピボット５０内を経由して出力アーム３０の後部内にまで延びている。そして、切替ピン４１に油圧を後方に向けて加える。

詳しくは、油圧経路４３内の油圧を通常圧にすることで、図１(ａ)に示すように、スプリング４２の弾性力で切替ピン４１を前側の連結位置ｐ１に配し、図１(ｂ)に示すように、該油圧を通常圧よりも高い切替圧にすることで、該油圧で切替ピン４１を後側の非連結位置ｐ２に配する。

本実施例１によれば、次の効果を得ることができる。すなわち、連結状態（駆動状態）から非連結状態（休止状態）への切替のタイミングが悪いと、入力アーム２０に対する出力アーム３０の切離しが、ベース円時（バルブ７が閉じている時）の間に完了せず、例えば切替ピン４１の角が引っかかる（ミスリフトが生じる）などして、図５(ａ)に示すように、ノーズ時（バルブ７をリフトしている時）に切離しが完了する。その場合には、切り離された出力アーム３０が、図５(ｂ)に示すように、バルブスプリング８の弾性力で跳ね上ってしまう。しかしこの場合には、出力アーム３０の長さ方向中間部３１が、前記隙間ｇを経てカムシャフト１０の一般軸部１１に当接することで、それ以上の跳ね上がりが防止される。よって、出力アーム３０の跳ね上りが抑制される。

また、それ以外にも、内燃機関の振動や走行時の振動等によって、出力アーム３０が跳ね上ってしまうことがある。しかしこの場合にも、同様に出力アーム３０の長さ方向中間部３１が一般軸部１１に当接することで、それ以上の跳ね上がりが防止される。よって、この場合にも、出力アーム３０の跳ね上りが抑制される。

このように、出力アーム３０がカムシャフト１０の一般軸部１１に当接することでそれ以上の跳ね上りが防止されるので、カムシャフト１０に、出力アーム３０に当接する休止カム（丸カム）やローブ等の突起を設ける必要がない。そのため、カムシャフト１０の製造コストが低減され、また、質量も低減される。

１可変動弁機構
７バルブ
１０カムシャフト
１１一般軸部
１５カム部
２０入力アーム
３０出力アーム
４０切替装置
ｇ出力アームと一般軸部との隙間

Claims

一般軸部（１１）とカム部（１５）とを軸長方向に並べて備えたカムシャフト（１０）と、カム部（１５）に押圧されて揺動する入力アーム（２０）と、揺動可能に設けられて揺動時にはバルブ（７）を駆動する出力アーム（３０）と、入力アーム（２０）と出力アーム（３０）とを共に揺動するように連結した連結状態とその連結を解除した非連結状態とに切り替える切替装置（４０）とを含み構成された内燃機関の可変動弁機構において、
出力アーム（３０）は、連結状態で且つバルブ（７）が閉じる時に一般軸部（１１）との隙間（ｇ）が３ｍｍ以下であるように、背高に形成され、
非連結状態において出力アーム（３０）が跳ね上った時には、出力アーム（３０）が前記隙間（ｇ）を経て一般軸部（１１）に当接するように構成されたことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。