JP2021025498A - Valve gear of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の動弁装置に関する。 The present invention relates to a valve gear of an internal combustion engine.
車両用エンジン等の内燃機関に設けられる動弁装置は、吸気バルブや排気バルブ(以下、バルブとする)を開閉動作させるためのカムを有している。近年では、内燃機関の性能向上を図るために、カムによるバルブのリフト量や開閉タイミングを変化させる可変バルブ機構が多用されている。 A valve gear provided in an internal combustion engine such as a vehicle engine has a cam for opening and closing an intake valve and an exhaust valve (hereinafter referred to as a valve). In recent years, in order to improve the performance of an internal combustion engine, a variable valve mechanism that changes the valve lift amount and opening / closing timing by a cam has been widely used.
可変バルブ機構で、それぞれのカム形状が異なる複数のカムロブをカムシャフト上に設け、これらのカムロブをカムシャフトの軸方向に移動させて、バルブの駆動に使用するカムロブを切り替える構造が知られている。 It is known that a variable valve mechanism has a structure in which a plurality of camlobs having different cam shapes are provided on a camshaft, and these camlobs are moved in the axial direction of the camshaft to switch camlobs used for driving a valve. ..
例えば、特許文献1の可変バルブリフト機構では、形状が異なる複数のカム軌道を有するカムの周面に凹溝状の行程曲線を形成し、カムをカム軸の軸方向に移動可能に支持している。カム軸の半径方向に延びる操作ピンを有する操作部材を備え、操作ピンの突出量を変化させて行程曲線に対して係合又は離脱させることができる。
For example, in the variable valve lift mechanism of
特許文献1の可変バルブリフト機構における行程曲線は、カムの回転方向に対して傾斜する領域を含んでいる。操作ピンが行程曲線に係合しない状態では、カムがカム軸上の一定位置に保持されて、選択されているカム軌道をロッカーアームのローラに当接させてバルブを動作させる。操作ピンを突出させて行程曲線に係合させると、カムの回転に応じて操作ピンが行程曲線を押圧して、行程曲線の形状に基づいてカムが軸方向で移動する。これにより、ロッカーアームのローラに当接するカム軌道が切り替わる。カムの回転方向に対する傾斜の向きが異なる複数の行程曲線と、これに対応する複数の操作ピンを備えており、軸方向でカムを正逆に移動させることができる。
The stroke curve in the variable valve lift mechanism of
特許文献1の可変バルブリフト機構では、カム軸の高速回転時にカムが振動し、操作ピンや行程曲線への負荷が大きくなる可能性を考慮する必要がある。カム軌道の安定した切り替え動作を実現するために、エンジン回転数を抑制してカム軸の回転速度を低下させたり、操作ピンを大型化させて強度を高めたりするという対策が想定される。
In the variable valve lift mechanism of
しかし、カム軌道の切り替えのためにエンジン回転数を変動させることは、エンジン制御の複雑化や、エンジン出力の安定性に影響を及ぼす。また、操作ピンの大型化は、カムやその周辺構造の大型化につながり、エンジンの高回転化への妨げになる。 However, fluctuating the engine speed for switching the cam trajectory affects the complexity of engine control and the stability of engine output. In addition, increasing the size of the operation pin leads to an increase in the size of the cam and its peripheral structure, which hinders the increase in engine speed.
特許文献1の可変バルブリフト機構では、隣り合うカム軌道は、基円領域(バルフリフトさせない最小径の円形部分)が同じ形状であり、この基円領域にロッカーアームのローラが当接する状態でカム軌道の切り替えを行う。しかし、バルフを閉じさせる基円領域だけを用いるので、所定の軸方向移動量を得るために、限られたカムの回転角で急激にカムを軸方向に移動させる必要がある。すると、カムが移動する際の加速度が大きくなってしまい、円滑で高精度な切替動作を行いにくい。
In the variable valve lift mechanism of
本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、異なるカム形状の複数のカムロブを有する内燃機関の動弁装置において、円滑で高精度なカムロブの切り替えを実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to realize smooth and highly accurate cam lob switching in a valve gear of an internal combustion engine having a plurality of cam lobs having different cam shapes.
本発明は、それぞれが異なるカム形状を有する複数のカムロブがカムシャフトの軸方向に並んで設けられ、カムシャフトに対して回転方向に一体で軸方向に移動可能なカムと、カムをカムシャフトに対して軸方向に移動させる切替手段と、を備え、カムの回転によって、カムロブに当接する被動作部に接続したバルブを開閉動作させる内燃機関の動弁装置であって、カムは、バルブを開閉動作させるバルブリフト領域のうち、バルブリフト開始点を含むバルブリフト開始側の所定の位相範囲で、隣り合うカムロブの形状を略一致させ、この所定の位相範囲内に、切替手段によるカムの軸方向移動の終点を設定したことを特徴とする。 In the present invention, a plurality of cam lobs, each having a different cam shape, are provided side by side in the axial direction of the cam shaft, and a cam that can move in the axial direction integrally with the cam shaft in the rotational direction and the cam as a cam shaft. A valve gear of an internal combustion engine that includes a switching means for moving in the axial direction and opens and closes a valve connected to a driven portion that abuts on the cam lob by rotating the cam. The cam opens and closes the valve. In the valve lift region to be operated, the shapes of adjacent camlobs are substantially matched in a predetermined phase range on the valve lift start side including the valve lift start point, and within this predetermined phase range, the axial direction of the cam by the switching means. The feature is that the end point of the movement is set.
本発明はまた、上記のような内燃機関の動弁装置において、カムは、バルブを開閉動作させるバルブリフト領域のうち、バルブリフト終了点を含むバルブリフト終了側の所定の位相範囲で、隣り合うカムロブの形状を略一致させ、この所定の位相範囲内に、切替手段によるカムの軸方向移動の始点を設定したことを特徴とする。 In the valve gear of an internal combustion engine as described above, the cams are adjacent to each other in a predetermined phase range on the valve lift end side including the valve lift end point in the valve lift region for opening and closing the valve. It is characterized in that the shapes of the cam lobs are substantially matched, and the starting point of the axial movement of the cam by the switching means is set within this predetermined phase range.
本発明によれば、異なるカム形状の複数のカムロブを有する内燃機関の動弁装置において、カムのバルブリフト領域の開始側や終了側の一部の位相範囲を、カムの軸方向移動に用いることで、円滑で高精度なカムロブの切り替えを実現することができる。 According to the present invention, in a valve gear of an internal combustion engine having a plurality of cam lobs having different cam shapes, a part of the phase range on the start side and the end side of the valve lift region of the cam is used for the axial movement of the cam. Therefore, smooth and highly accurate cam lob switching can be realized.
以下、本実施の形態について添付図面を参照して説明する。図1に示す動弁装置1は車両用エンジン等の内燃機関に内蔵されている。内燃機関の全体構造については周知のものであるため、図示を省略して簡単に説明する。
Hereinafter, the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. The
動弁装置1が搭載される内燃機関は、シリンダ内にピストンを摺動可能に配置し、燃料(ガソリン等)と空気の混合気の燃焼によってピストンを往復動させて、クランクシャフトの回転動作として出力する。シリンダの燃焼室には吸気ポートと排気ポートが接続しており、吸気ポートを通じて混合気生成用の外気が流入し、燃焼後の排気ガスが排気ポートを経て外部へ排出される。燃焼室への吸気ポートの接続部分に、開閉動作可能な吸気バルブが設けられ、燃焼室への排気ポートの接続部分に、開閉動作可能な排気バルブが設けられている。外気を取り入れるタイミングで吸気バルブが開かれ、排気ガスを排出するタイミングで排気バルブが開かれる。
In an internal combustion engine equipped with a
図1に示すように、本実施の形態の動弁装置1は、吸気バルブ10の開閉動作を行わせるものである。なお、本発明はこの実施の形態に限られず、排気バルブの開閉動作を行わせる動弁装置に適用してもよい。吸気バルブ10は、バルブステム11の下端にバルブフェイス12を有し、図示を省略するバルブガイドを介して、バルブステム11が延びる方向に進退可能に支持されている。バルブステム11の上端近くに設けたリテーナ13と、内燃機関の内部に固定されるスプリングシート14との間に、バルブスプリング15が配置されている。バルブスプリング15によって、吸気バルブ10はバルブフェイス12が吸気ポートと燃焼室の間を閉じる方向に付勢されている。
As shown in FIG. 1, the
吸気バルブ10の近傍には、軸16aを中心として揺動可能なロッカーアーム16が設けられている。ロッカーアーム16のアーム部16bがバルブステム11の上端に当接している。ロッカーアーム16の揺動に応じて吸気バルブ10が進退動作を行う。
A
図1に示すように、動弁装置1は、カムシャフト17上に支持されるカム20を有している。以下の説明中では、カムシャフト17が延びる方向を軸方向とする。カムシャフト17の軸方向は、ロッカーアーム16の軸16aが延びる方向と平行である。クランクシャフト(図示略)が回転すると、チェーンやベルトを介した機構(図示略)によって動力が伝達されてバルブステム11が回転する。クランクシャフトが2回転する間にカムシャフト17が1回転する。
As shown in FIG. 1, the
カムシャフト17は、カム20に形成された軸方向に貫通する孔に挿通されている。カムシャフト17には外径方向に突出するガイドキー17aが設けられ、カム20の内側には軸方向に延びるガイド溝20aが形成されている。ガイドキー17aとガイド溝20aの係合によって、カム20はカムシャフト17に対して、回転方向に一体であり、且つ軸方向に移動可能に支持されている。なお、カムシャフト17とカム20を結合させる構造はガイドキー17a及びガイド溝20a以外でもよく、例えばインボリュートスプライン等を用いることも可能である。内燃機関を運転してクランクシャフトから動力が伝達されると、カムシャフト17及びカム20は図1から図3中の矢印F方向に回転する。このカム20の回転方向を進行方向Fとする。
The
カム20は、軸方向に隣り合う位置関係の第1カムロブ21と第2カムロブ22を有している。第1カムロブ21と第2カムロブ22の周面にはカム面が形成されており、カム20の軸方向位置の変化に応じて、第1カムロブ21のカム面と第2カムロブ22のカム面が択一的にロッカーアーム16のアーム部16bに対して上方から当接する。つまり、第1カムロブ21又は第2カムロブ22とバルブステム11とがアーム部16bを上下から挟む関係になっている(図2参照)。
The
本実施の形態では、1気筒に2つの吸気バルブ10が設けられており、これに対応してカム20は、1気筒あたり2つの第1カムロブ21と2つの第2カムロブ22を備えている。しかし、本発明におけるバルブやカムロブの数はこれに限定されない。
In the present embodiment, two
図示を省略するが、カムシャフト17とカム20の間には、軸方向でのカム20の位置を定める係止機構が設けられている。係止機構は、第1カムロブ21がロッカーアーム16のアーム部16bに当接する位置と、第2カムロブ22がロッカーアーム16のアーム部16bに当接する位置とに、カム20を保持させる。例えば、カムシャフト17の半径方向に移動可能な球状体と、球状体をカムシャフト17の半径方向に付勢する付勢部材と、軸方向位置を異ならせてカム20の内面に形成した2箇所の凹部とによって、係止機構を構成することができる。付勢部材による付勢力を受ける球状体が凹部に対して係合することにより、軸方向へのカム20の移動に抵抗が加わり、上述した2つの位置のいずれかにカム20が保持される。
Although not shown, a locking mechanism for determining the position of the
動弁装置1は、カム20を軸方向に移動させる切替手段を有している。切替手段は、カム20に設けた切替ガイド部23と、切替ガイド部23の近傍に設けたアクチュエータ30とからなる。
The
切替ガイド部23は、第1カムロブ21及び第2カムロブ22とは軸方向に位置を異ならせて設けられている円筒状の構造体であり、その外面上に2つのガイド溝24とガイド溝25を有している。ガイド溝24とガイド溝25は軸方向に並べて配置されている。切替ガイド部23を平面状に展開した状態を図3に示す。ガイド溝24は、カム20の円周方向に沿って形成される第1領域24A及び第2領域24Bと、第1領域24Aと第2領域24Bを繋ぐ中継部24Cとを有している。第1領域24Aと第2領域24Bは軸方向にオフセットしており、中継部24Cはカム20の円周方向及び軸方向に対する傾きを有する曲線形状になっている。
The switching
ガイド溝25は、ガイド溝24に対して軸方向に対称な形状である。すなわち、ガイド溝25は、カム20の円周方向に沿って形成される第1領域25A及び第2領域25Bと、第1領域25Aと第2領域25Bを繋ぐ中継部25Cとを有している。第1領域25Aと第2領域25Bは軸方向にオフセットしており、中継部25Cはカム20の円周方向及び軸方向に対する傾きを有する曲線形状になっている。中継部25Cの傾きは、中継部24Cの傾きとは逆方向である。
The
アクチュエータ30は、本体部31の下部に2つの制御ピン32と制御ピン33を有する。制御ピン32と制御ピン33は軸方向に並んで配置されており、カム20の半径方向に延びている(図2参照)。アクチュエータ30は、本体部31から突出する位置と本体部31側に引き込まれる位置とに、制御ピン32と制御ピン33を個別に進退移動させることが可能である。アクチュエータ30おいて制御ピン32と制御ピン33を進退移動させる手段は、油圧や電動等を用いることができる。
The
制御ピン32はガイド溝24に対応する位置に設けられ、制御ピン33はガイド溝25に対応する位置に設けられている。制御ピン32や制御ピン33が本体部31側に引き込まれている状態では、ガイド溝24やガイド溝25から離間している。制御ピン32や制御ピン33が突出してガイド溝24やガイド溝25に係合すると、カム20の回転に応じて、ガイド溝24やガイド溝25の形状に基づく軸方向への力が加わる。この軸方向への移動力が、上述した係止機構の保持力を上回ることで、カム20がカムシャフト17に対して軸方向に移動する。
The
より詳しくは、第2カムロブ22がアーム部16bに当接する状態では、ガイド溝24の第1領域24Aが制御ピン32に対応する軸方向位置にある。ここで制御ピン32を突出させると、制御ピン32が第1領域24Aに挿入される。なお、制御ピン32と第1領域24Aの回転方向の位相が異なる場合は、制御ピン32が切替ガイド部23の外周面に当接し、カム20の進行方向Fへの回転により回転方向の位相が一致した段階で、制御ピン32が第1領域24Aに挿入される。
More specifically, in a state where the
制御ピン32がガイド溝24の第1領域24Aに挿入された状態でカム20が進行方向Fに回転すると、制御ピン32に対してガイド溝24が摺動して中継部24Cに制御ピン32が入る(図3に示す切替開始T1)。そして、中継部24Cの壁面が制御ピン32によって押圧されて軸方向への移動力が発生し、カム20が軸方向で図1及び図3の矢印S1方向に移動する。制御ピン32が第2領域24Bに達した時点で、軸方向へ押圧する力が解除される(図3に示す切替終了T2)。これにより、カム20は第1カムロブ21をアーム部16bに当接させる軸方向位置になる。
When the
第1カムロブ21がアーム部16bに当接する状態では、ガイド溝25の第1領域25Aが制御ピン33に対応する軸方向位置にある。ここで制御ピン33を突出させると、制御ピン33が第1領域25Aに挿入される。制御ピン33と第1領域25Aの回転方向の位相が異なる場合は、制御ピン33が切替ガイド部23の外周面に当接し、カム20の進行方向Fへの回転により回転方向の位相が一致した段階で、制御ピン33が第1領域25Aに挿入される。
In a state where the
制御ピン33がガイド溝25の第1領域25Aに挿入された状態でカム20が進行方向Fに回転すると、制御ピン33に対してガイド溝25が摺動して中継部25Cに制御ピン33が入る(図3に示す切替開始T1)。そして、中継部25Cの壁面が制御ピン33によって押圧されて軸方向への移動力が発生し、カム20が軸方向で図1及び図3の矢印S2方向に移動する。制御ピン33が第2領域25Bに達した時点で、軸方向へ押圧する力が解除される(図3に示す切替終了T2)。これにより、カム20は第2カムロブ22をアーム部16bに当接させる軸方向位置になる。
When the
このように、中継部24Cと中継部25Cの傾斜方向を逆にすることで、カム20の回転方向における切替開始T1から切替終了T2までの切替区間Tでカム20を正逆方向にスライドさせて、使用するカムロブ21、22を切り替えることができる。制御ピン32や制御ピン33を突出状態から本体部31側に引き込んで、カム20の移動によるカムロブの切り替えが完了する。
By reversing the inclination directions of the
第1カムロブ21と第2カムロブ22は互いのカム形状(カム面の軌跡)が異なっている。図2に示すように、第1カムロブ21の最大外径は第2カムロブ22の最大外径よりも大きく、第1カムロブ21の方が第2カムロブ22よりも吸気バルブ10に対する押圧量が大きい。このような形状の異なる第1カムロブ21と第2カムロブ22による吸気バルブ10の開閉制御を示したのが図4である。図4の横軸はクランクシャフトの回転角であり、縦軸は吸気バルブ10のバルブリフト量(開度)である。同図から分かる通り、第1カムロブ21によるバルブリフト量が、第2カムロブ22によるバルブリフト量よりも大きい。
The
以上の動弁装置1は次のように動作する。吸気バルブ10が閉じた状態でカム20が回転して、第1カムロブ21又は第2カムロブ22のカム面が被動作部であるアーム部16bを下方に押圧すると、ロッカーアーム16がアーム部16bを下げる方向に揺動し、バルブスプリング15の付勢力に抗してアーム部16bがバルブステム11を押し込む。これによりバルブリフト動作が行われる。バルブリフト動作により、バルブフェイス12が燃焼室側に開いて吸気ポートと燃焼室が通じる。カム20の回転位置が変化して、第1カムロブ21又は第2カムロブ22のカム面によるアーム部16bの押圧が解除されると、バルブスプリング15の付勢力によってバルブステム11が上方へ移動され、吸気バルブ10が閉じた状態(バルブフェイス12が吸気ポートと燃焼室の間を塞ぐ状態)になる。
The
アクチュエータ30を駆動して、制御ピン32を突出させることで第1カムロブ21を用いて吸気バルブ10の動作制御を行う状態になり、制御ピン33を突出させることで第2カムロブ22を用いて吸気バルブ10の動作制御を行う状態になる。このように異なるカム形状のカムロブ21、22に切り替えて、吸気バルブ10のバルブリフト量を可変にすることで、内燃機関の性能向上を実現することができる。
By driving the
ところで、動弁装置1におけるバルブリフト量の切り替えは、制御ピン32とガイド溝24(中継部24C)の係合や、制御ピン33とガイド溝25(中継部25C)の係合によって、カム20の回転から軸方向の移動力(分力)を生じさせて行われる。そのため、アクチュエータ30と切替ガイド部23の間での動力変換を、負荷をできるだけ抑えて円滑に行うことが求められる。特に、カムシャフト17の高速回転時には、カム20に振動が生じたり、中継部24Cや中継部25Cの壁面に対する制御ピン32や制御ピン33の当接の衝撃が強くなるので、アクチュエータ30の制御ピン32や制御ピン33への負荷が大きくなりやすい。また、カムシャフト17の高速回転時には、カム20が軸方向へ移動するときの加速度が大きくなりやすく、カムロブ切替動作の精度確保が難しくなる。本実施の形態の動弁装置1では、制御ピン32や制御ピン33への負荷を抑えて、コンパクトで耐久性に優れた構造で、スムーズで高い動作精度によるカムロブ切り替えを実現する。以下、その詳細を説明する。
By the way, the valve lift amount of the
図2に示すように、第1カムロブ21と第2カムロブ22のそれぞれのカム形状は、大きく分けて、定径部21A、22Aと、リフト動作部21B、22Bと、リフト解除部21C、22Cとを含んでいる。定径部21A、22Aは、カム20の回転中心からの半径が均一であり、且つ回転中心からの半径が最も小さい部分である。リフト動作部21B、22Bは、定径部21A、22Aからカム20の進行方向Fに進むにつれて、外径側への突出量を大きくする形状である。リフト解除部21C、22Cは、リフト動作部21B、22Bからカム20の進行方向Fに進むにつれて、外径側への突出量を小さくする形状である。
As shown in FIG. 2, the cam shapes of the
第1カムロブ21と第2カムロブ22がそれぞれの定径部21A、22Aをアーム部16bに対向(当接)させている状態では、バルブリフト量がゼロであり、吸気バルブ10が閉じている。この状態が図4に示すバルブ閉じ領域NLである。定径部21Aと定径部22Aはカム20の回転方向での形成範囲が同じであり、第1カムロブ21によるバルブ閉じ領域NLと第2カムロブ22によるバルブ閉じ領域NLは一致する。また、カム20の回転中心からの定径部21Aの半径と定径部22Aの半径は同じである。すなわち、定径部21Aと定径部22Aは、互いに同一の形状である。
When the
カム20の進行方向Fへの回転に伴い、リフト動作部21B、22Bがアーム部16bに当接すると、吸気バルブ10のリフト動作が開始される(図4のバルブリフト開始点Lx)。第1カムロブ21においては、リフト動作部21Bの終端(リフト解除部21Cとの境界部分)がアーム部16bに当接する時点がバルブリフト量最大Ly1になる。第2カムロブ22においては、リフト動作部22Bの終端(リフト解除部22Cとの境界部分)がアーム部16bに当接する時点がバルブリフト量最大Ly2になる。第1カムロブ21によりバルブリフト量最大Ly1になるタイミング(クランクシャフトの回転角)と、第2カムロブ22によりバルブリフト量最大Ly2になるタイミング(クランクシャフトの回転角)は異なる。
When the
さらにカム20が進行方向Fに回転して、アーム部16bに当接する対象がリフト解除部21C、22Cになると、アーム部16bへの押圧が解除され、吸気バルブ10のリフト量が徐々に小さくなる。そして、第1カムロブ21と第2カムロブ22のいずれも、リフト解除部21C、22Cの終端(定径部21A、22Aとの境界部分)がアーム部16bに当接する時点がバルブリフト終了点Lzとなり、バルブリフト量がゼロに戻る(吸気バルブ10が閉じる)。第1カムロブ21のバルブリフト終了点Lzと第2カムロブ22のバルブリフト終了点Lzは一致する。
Further, when the
バルブリフト開始点Lxからバルブリフト終了点Lzまでが、第1カムロブ21及び第2カムロブ22によって吸気バルブ10の開閉動作が行われるバルブリフト領域ELである。第1カムロブ21と第2カムロブ22は、上述のようにバルブ閉じ領域NLに対応する定径部21Aと定径部22Aの形状が一致しているが、さらにバルブリフト領域EL中にも互いのカム形状が一致する部分を有している。この第1カムロブ21と第2カムロブ22のカム形状の一致部分は、バルブリフト開始点Lxを含むバルブリフト開始側の所定の位相範囲である一致領域Q1である。一致領域Q1は、バルブリフト開始点Lxから始まる第1カムロブ21と第2カムロブ22のリフト動作部21B、22Bに含まれている。
From the valve lift start point Lx to the valve lift end point Lz is the valve lift region EL in which the
カム20を軸方向に移動させて使用するカムロブを切り替えるとき、第1カムロブ21と第2カムロブ22の間に段差があると、この段差がアーム部16bの側部に当て付いて、移動が制限されたり、衝突によるストレスがかかったりする。そのため、円滑な動作を実現するために、第1カムロブ21と第2カムロブ22のカム形状が一致する領域にアーム部16bが当接する状態でカム20の軸方向移動を行わせることが要求される。ここで、本実施の形態の動弁装置1では、バルブ閉じ領域NLに対応する定径部21Aと定径部22Aに加えて、定径部21Aと定径部22Aに連続するバルブリフト領域ELの一致領域Q1でも第1カムロブ21と第2カムロブ22のカム形状が一致する。そのため、バルブ閉じ領域NLのみをカムロブの切替範囲とする場合に比べて、カムロブの切替動作を行わせることが可能なカム20の回転角が大きくなっている。
When switching the cam lob to be used by moving the
上述した切替ガイド部23(ガイド溝24、25)における切替開始T1から切替終了T2までの切替区間Tを、カム20によるバルブリフト動作のタイミングに対応させて図4に示した。同図から分かるように、バルブリフト終了点Lzに達して、アーム部16bに当接する第1カムロブ21と第2カムロブ22のカム形状が定径部21Aと定径部22Aで一致するようになったタイミングで切替動作が開始されるように、ガイド溝24、25の中継部24C、25Cの構成を設定している。そして、切替区間Tの終期側の一部がバルブリフト領域ELと重なっている(重なり範囲T3)。この切替区間Tとバルブリフト領域ELの重なり範囲T3は、定径部21A及び定径部22Aに引き続いて、第1カムロブ21と第2カムロブ22のリフト動作部21B、22Bのカム形状が一致する一致領域Q1に含まれている。そのため、重なり範囲T3でも、カム20を軸方向に移動させて、アーム部16bが当接する対象を第1カムロブ21から第2カムロブ22にスムーズに移行させることができる。
The switching section T from the switching start T1 to the switching end T2 in the switching guide portions 23 (guide
本実施の形態のように、カムロブの切替動作に使用可能なカム20の回転角が大きいと、単位回転角あたりのカム20の軸方向移動量を小さく抑えることができる。すなわち、回転方向に対するガイド溝24、25の中継部24C、25Cの傾きの程度を緩やかにさせ、カム20が軸方向に移動する所要時間を長くさせることができる。これにより、回転方向に対する傾きが急なガイド面に制御ピン32や制御ピン33を当接させて短時間で急激にカム20を移動させる場合よりも、カム20の慣性による過度な軸方向へのスライドが発生しにくくなり、カムシャフト17が高速回転する状況下でも精度の良いカムロブの切替動作を行わせることができる。
When the rotation angle of the
カム20の軸方向移動の終点(切替終了T2)は、第1カムロブ21と第2カムロブ22のリフト動作部21B、22Bのカム形状が一致する一致領域Q1のうち、中間よりも後半部分に設定されている。このように、第1カムロブ21と第2カムロブ22の互いのカム形状が一致する箇所をできるだけ長く利用することで、カムロブの切替動作の所要時間により一層の余裕ができ、上述の効果を高めることができる。
The end point of the axial movement of the cam 20 (switching end T2) is set in the latter half of the matching region Q1 where the cam shapes of the
また、ガイド溝24、25に挿入される制御ピン32、33がガイド溝24、25の壁面から受ける瞬間的な荷重を軽減でき、制御ピン32、33と切替ガイド部23との摩耗が抑えられ、機構の耐久性が良好になる。これにより、切替ガイド部23の肉厚等を抑えてカム20の小型軽量化が可能になり、内燃機関の高回転化が可能になる。
Further, the momentary load received by the control pins 32 and 33 inserted into the
また、バルブリフト領域ELでは、第1カムロブ21や第2カムロブ22がアーム部16bを押し下げる力と、バルブスプリング15が吸気バルブ10(バルブステム11)を押し上げる力とによって、カムシャフト17とアーム部16bの間で、第1カムロブ21及び第2カムロブ22の一部を挟み込む保持力K(図2参照)が働く。この保持力Kが働いている状態下に、カム20の軸方向移動の終点(切替終了T2)を設定することで、カム20の振動や過度のスライドを少なくさせるダンパ効果が得られる。その結果、カム20から吸気バルブ10までの動作精度が向上する。
Further, in the valve lift region EL, the
以上のように、本実施の形態の動弁装置1のカム20は、吸気バルブ10を開閉動作させるバルブリフト領域ELのうち、バルブリフト開始点Lxを含むバルブリフト開始側の所定の位相範囲(一致領域Q1)で、隣り合う第1カムロブ21と第2カムロブ22の形状を略一致させている。そして、この一致領域Q1内に、カム20の軸方向移動の終点(切替終了T2)を設定している。その結果、カムシャフト17及びカム20の高回転化に対応しながら、小型軽量な構成でカムロブの切り替えをスムーズに高い動作精度で行わせることが可能になった。
As described above, the
上述した実施の形態では、バルブリフト領域ELのうち、バルブリフト開始点Lxを含むバルブリフト開始側の所定の位相範囲である一致領域Q1で、第1カムロブ21と第2カムロブ22のカム形状を一致させている。これとは異なり、図5に示す変形例のように、バルブリフト領域ELのうちバルブリフト終了側で第1カムロブ21と第2カムロブ22のカム形状を一致させることも可能である。
In the above-described embodiment, the cam shapes of the
図5に示すように、バルブリフト領域ELで第1カムロブ21と第2カムロブ22の互いのカム形状が一致する部分は、バルブリフト終了点Lzを含むバルブリフト終了側の所定の位相範囲である一致領域Q11である。一致領域Q11は、第1カムロブ21と第2カムロブ22のリフト解除部21C、22Cに含まれている。
As shown in FIG. 5, the portion of the valve lift region EL where the cam shapes of the
図5の変形例では、バルブリフト終了点Lzに達するよりも前に、第1カムロブ21と第2カムロブ22の一致領域Q11にロッカーアーム16のアーム部16bが当接するタイミングで、カムロブの切替動作が開始される(切替開始T11)ように、ガイド溝24、25の中継部24C、25Cの構成を設定している。すなわち、切替区間Tの開始側の一部がバルブリフト領域ELと重なっている(重なり範囲T13)。この切替区間Tとバルブリフト領域ELの重なり範囲T13は、第1カムロブ21と第2カムロブ22のリフト解除部21C、22Cのカム形状が一致する一致領域Q11に含まれている。そのため、定径部21A及び定径部22Aよりも手前の重なり範囲T13からカム20の軸方向への移動を開始させて、カム20の移動の所要時間を長く確保して、アーム部16bが当接する対象を第1カムロブ21から第2カムロブ22にスムーズ且つ精度良くに移行させることができる。
In the modified example of FIG. 5, the cam lob switching operation is performed at the timing when the
カム20の軸方向移動の始点(切替開始T11)は、第1カムロブ21と第2カムロブ22のリフト解除部21C、22Cのカム形状が一致する一致領域Q11のうち、中間よりも前半部分に設定されている。このように、第1カムロブ21と第2カムロブ22の互いのカム形状が一致する箇所をできるだけ長く利用することで、カムロブの切替動作の所要時間により一層の余裕ができ、上述の効果を高めることができる。
The start point of the axial movement of the cam 20 (switching start T11) is set in the first half of the matching region Q11 where the cam shapes of the
また、制御ピン32、33がガイド溝24、25に入る際に、ガイド溝24、25の壁面に対する制御ピン32、33の衝突や摩耗が軽減され、制御ピン32、33や切替ガイド部23の小型化を図れる。その結果、カム20を小型軽量化して内燃機関の高回転化に対応できる。
Further, when the control pins 32 and 33 enter the
また、上述したように、バルブリフト領域ELでは、第1カムロブ21及び第2カムロブ22の一部を挟み込む保持力K(図2参照)が働く。この保持力Kが働いている状態下に、カム20の軸方向移動の始点(切替開始T11)を設定することで、カム20の振動を少なくさせるダンパ効果が得られる。その結果、ガイド溝24、25への制御ピン32、33の挿入時の衝突エネルギーが減衰され、ガイド溝24、25に制御ピン32、33が入りやすくなり、カム20から吸気バルブ10までの動作精度が向上する。
Further, as described above, in the valve lift region EL, a holding force K (see FIG. 2) that sandwiches a part of the
図4の例では、バルブリフト領域ELのうちバルブリフト開始側に第1カムロブ21と第2カムロブ22のカム形状が一致する一致領域Q1を設定し、図5の例では、バルブリフト領域ELのうちバルブリフト終了側に第1カムロブ21と第2カムロブ22のカム形状が一致する一致領域Q11を設定している。これらの例のように、バルブリフト開始側とバルブリフト終了側の一方のみにカム形状の一致領域を設けてもよいが、バルブリフト開始側とバルブリフト終了側の両方にカム形状の一致領域を設けることも可能である。
In the example of FIG. 4, a matching region Q1 in which the cam shapes of the
なお、本発明は上記実施の形態や変形例に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態や変形例において、添付図面に図示されている構成や制御等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment or modification, and can be modified in various ways. In the above-described embodiment and modification, the configuration, control, and the like shown in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within the range in which the effects of the present invention are exhibited. In addition, it can be appropriately modified and implemented as long as it does not deviate from the scope of the object of the present invention.
例えば、上記実施の形態や変形例では、カム20を軸方向に移動させる切替手段は、ガイド溝24、25の溝形状によって、カム20の軸方向移動の始点(切替開始T1、T11)や終点(切替終了T2、T12)を設定している。これとは異なり、制御によるアクチュエータ30の動作によって、カム20の軸方向移動の始点や終点を設定することも可能である。
For example, in the above-described embodiment or modification, the switching means for moving the
上記実施の形態及び変形例は、吸気バルブ10の動作制御に適用しているが、排気バルブを動作させる動弁装置にも本発明を適用可能である。
Although the above-described embodiment and modification are applied to the operation control of the
上記実施の形態及び変形例は、カムロブ切り替えによってバルブのリフト量を変化させる可変バルブリフト機構に適用したものであるが、カムの軸方向移動によりカムロブを切り替える機構であれば、カムロブ切り替えでバルブの動作タイミングを変化させる可変バルブタイミング機構等にも適用が可能である。 The above-described embodiment and modification are applied to a variable valve lift mechanism that changes the lift amount of the valve by switching the cam lob, but if the mechanism switches the cam lob by axial movement of the cam, the valve can be switched by switching the cam lob. It can also be applied to a variable valve timing mechanism that changes the operation timing.
本発明の動弁装置を備える内燃機関は、車両用のエンジンには限定されない。用途に関わりなく、同様の構成を備える内燃機関全般に適用が可能である。 The internal combustion engine provided with the valve gear of the present invention is not limited to the engine for vehicles. Regardless of the application, it can be applied to all internal combustion engines having the same configuration.
以上説明したように、本発明は、異なるカム形状の複数のカムロブを有する内燃機関の動弁装置において、円滑で高精度なカムロブの切り替えを実現できるという効果を有し、特に、動弁装置の小型軽量化や回転駆動系の高回転化が求められる内燃機関に有用である。 As described above, the present invention has an effect that smooth and highly accurate switching of cam lobs can be realized in a valve gear of an internal combustion engine having a plurality of cam lobs having different cam shapes, and in particular, the valve gear. It is useful for internal combustion engines that require smaller size and lighter weight and higher rotation drive system.
1 :動弁装置
10 :吸気バルブ
15 :バルブスプリング
16 :ロッカーアーム
16b :アーム部(被動作部)
17 :カムシャフト
20 :カム
21 :第1カムロブ
21A :定径部
21B :リフト動作部
21C :リフト解除部
22 :第2カムロブ
22A :定径部
22B :リフト動作部
22C :リフト解除部
23 :切替ガイド部(切替手段)
24、25 :ガイド溝
24A、25A :第1領域
24B、25B :第2領域
24C、26C :中継部
30 :アクチュエータ(切替手段)
32、33 :制御ピン(制御部材)
EL :バルブリフト領域
Lx :バルブリフト開始点
Lz :バルブリフト終了点
NL :バルブ閉じ領域
Q1、Q11 :一致領域
T :切替区間
T1、T11 :切替開始
T2、T12 :切替終了
T3、T13 :重なり範囲
1: Valve gear 10: Intake valve 15: Valve spring 16:
17: Camshaft 20: Cam 21:
24, 25:
32, 33: Control pin (control member)
EL: Valve lift area Lx: Valve lift start point Lz: Valve lift end point NL: Valve closing area Q1, Q11: Matching area T: Switching section T1, T11: Switching start T2, T12: Switching end T3, T13: Overlapping range
Claims (5)
前記カムを前記カムシャフトに対して前記軸方向に移動させる切替手段と、
を備え、前記カムの回転によって、前記カムロブに当接する被動作部に接続したバルブを開閉動作させる内燃機関の動弁装置であって、
前記カムは、前記バルブを開閉動作させるバルブリフト領域のうち、バルブリフト開始点を含むバルブリフト開始側の所定の位相範囲で、隣り合う前記カムロブの形状を略一致させ、
前記所定の位相範囲内に、前記切替手段による前記カムの前記軸方向移動の終点を設定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。 A plurality of cam lobs, each having a different cam shape, are provided side by side in the axial direction of the cam shaft, and a cam that can move in the axial direction integrally with the cam shaft in the rotational direction.
A switching means for moving the cam in the axial direction with respect to the camshaft, and
A valve gear of an internal combustion engine that opens and closes a valve connected to a driven portion that comes into contact with the cam lob by rotating the cam.
The cam substantially matches the shapes of adjacent cam lobs in a predetermined phase range on the valve lift start side including the valve lift start point in the valve lift region for opening and closing the valve.
A valve gear for an internal combustion engine, characterized in that the end point of the axial movement of the cam by the switching means is set within the predetermined phase range.
前記カムを前記カムシャフトに対して前記軸方向に移動させる切替手段と、
を備え、前記カムの回転によって、前記カムロブに当接する被動作部に接続したバルブを開閉動作させる内燃機関の動弁装置であって、
前記カムは、前記バルブを開閉動作させるバルブリフト領域のうち、バルブリフト終了点を含むバルブリフト終了側の所定の位相範囲で、隣り合う前記カムロブの形状を略一致させ、
前記所定の位相範囲内に、前記切替手段による前記カムの前記軸方向移動の始点を設定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。 A plurality of cam lobs, each having a different cam shape, are provided side by side in the axial direction of the cam shaft, and a cam that can move in the axial direction integrally with the cam shaft in the rotational direction.
A switching means for moving the cam in the axial direction with respect to the camshaft, and
A valve gear of an internal combustion engine that opens and closes a valve connected to a driven portion that comes into contact with the cam lob by rotating the cam.
The cam substantially matches the shapes of adjacent cam lobs in a predetermined phase range on the valve lift end side including the valve lift end point in the valve lift region for opening and closing the valve.
A valve gear of an internal combustion engine, characterized in that a start point of the axial movement of the cam by the switching means is set within the predetermined phase range.
前記制御部材が前記ガイド溝の壁面に当接して、前記カムの回転から前記カムを前記軸方向に移動させる力を発生することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の内燃機関の動弁装置。 The switching means includes a guide groove formed on the peripheral surface of the cam and a control member capable of being inserted into and detached from the guide groove.
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the control member abuts on the wall surface of the guide groove and generates a force for moving the cam in the axial direction from the rotation of the cam. Valve gear for internal combustion engines.
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