JP2021143610A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】作用角及びリフト量を変化させたときに、開弁タイミング又は閉弁タイミングが変化しないようにする。【解決手段】メインカム１と、縦部１１が支持シャフト１３に軸着され、横部１２がバルブ２０をロッカアーム２１を介して押圧する第２アーム１０と、支持シャフト１３で回動されるリンクアーム１６と、リンクアーム１６に回動可能に軸着されメインフォロワ８が設けられた第１アーム５とを含む。縦部１１に中間カム面１４が設けられ、第１アーム５に中間フォロワ６が設けられる。リンクアーム１６が回動すると、中間カム面１４と中間フォロワ６との接点Ｃ１が変位し、横部１２におけるロッカアーム２１との接点Ｃ２が横方向に移ることにより、作用角及びリフト量が変化するとともに、メインカム１とメインフォロワ８との接点Ｃ３が角変位することにより、リフトトップの位相が変化して、開弁タイミングが変化しない。【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁機構に関するものである。

特許文献１に記載された可変動弁機構は、カムとロッカアームとの間にインターミディエイトレバーを介在させ、ステップモーターによりインターミディエイトレバーの位置を調整することにより、バルブの作用角及びリフト量を連続的に変化させる仕組みである。

特許文献２に記載された可変動弁機構は、カムに押される入力部材とバルブを押す出力部材を、それぞれスライダの入力側ヘリカルスプラインと出力側ヘリカルスプラインに噛み合わせ、コントロールシャフトの押し引きに連動してスライダをスライドさせ、この押し引き（直線運動）をヘリカルスプラインにて入力部材と出力部材の回転方向の位相差に変換することにより、バルブの作用角及びリフト量を連続的に変化させる仕組みである。

本出願人が先に提案した特許文献３の可変動弁機構は、Ｌ字形の第２アームの縦部の上部を支持シャフトに揺動可能に軸着し、第２アームの中間部に第１アームの下部を揺動可能に軸着し、第１アームの上部の外側を制御カムで支えて、第１アームの上部の内側をカムで押圧し、第２アームの横部でロッカアームを押圧してバルブを駆動するものであり、制御カムで第１アームの位置を調節することにより、バルブの作用角及びリフト量を連続的に変化させる仕組みである。

同機構は、第２アームの（縦に薄く形成可能な）横部を、コンベンショナルな非可変のロッカアーム式動弁機構におけるカムとロッカアームとの間に入り込ませるような構造であるから、該カムのカムシャフトの位置を僅かに変えるだけで又は変えることなく同機構を搭載可能である点が、特許文献１，２の機構にはない特徴である。また、１つの同機構を１つのバルブ毎に搭載すれば（１弁完結）、カムシャフトを支えるジャーナルの位置がボア間にあってもボアセンターにあっても、同機構を搭載可能である点も特徴である。

特表２００４−５２１２３４号公報 特開２００４−３４０１４０号公報 特開２０１７−２１４８３１号公報

しかし、特許文献１〜３の可変動弁機構によるバルブリフトはすべて、図７に示すように、作用角及びリフト量を大きくしたときに、リフトトップの位相が変わらず、開弁タイミングが進角し、閉弁タイミングが遅角するものであった。これらの機構を使用し、かつ、作用角及びリフト量を変化させたときに、開弁タイミング又は閉弁タイミングが変化しないようにする（これを位相連成という。）には、リフトトップの位相を変化させる位相可変機構を別途設けて協調制御する必要があった。

そこで、本発明の目的は、コンベンショナルなカムシャフトの位置を僅かに変えるだけで又は変えることなく可変動弁機構を搭載できるという特徴を維持しつつ、作用角及びリフト量を変化させたときに、位相可変機構を別途設けなくても、リフトトップの位相が変化して、開弁タイミング又は閉弁タイミングが変化しないようにすることにある。

（１）本発明の内燃機関の可変動弁機構は、
カムシャフトに設けられたメインカムと、
縦方向に延びる縦部と該縦部の下端から横方向に延びる横部とからなり、縦部の上部が支持シャフトに揺動可能に軸着され、横部がカムの下方に位置してバルブを直接又はロッカアームを介して押圧し駆動する第２アームと、
コントロールシャフトで回動されるリンクアームと、
上部がリンクアームに回動可能に軸着され、下部にメインカムに当接するメインフォロワが設けられた第１アームとを含み、
第２アームの縦部と第１アームの中間部の、いずれか一方に縦方向に延びる中間カム面が設けられ、いずれか他方に該中間カム面に沿って縦方向に案内される中間フォロワが設けられ、
リンクアームが回動すると、中間カム面と中間フォロワとの接点が変位し、該変位に連動して横部におけるバルブ又はロッカアームとの接点が横方向に移ることにより、作用角及びリフト量が変化するとともに、該変位に連動してメインカムとメインフォロワとの接点がメインカムの中心回り方向に角変位することにより、リフトトップの位相が変化して、開弁タイミング又は閉弁タイミングのいずれか一方が変化しないようにすることを特徴とする。
ここで、「横方向」は、カムシャフトの長さ方向に対して直角をなす横方向である。

＜作用＞
（ア）同機構は、コンベンショナルな動弁機構におけるメインカムとバルブ又はロッカアームとの間に、第２アームの（縦に薄く形成できる）横部が入り込ませるような構造であるから、該メインカムのカムシャフトの位置を僅かに変えるだけで又は変えることなく同機構を搭載可能である。
（イ）また、リンクアームが回動すると、中間カム面と中間フォロワとの接点が変位し、該変位に連動して横部におけるバルブ又はロッカアームとの接点が横方向に移ることにより、作用角及びリフト量が変化するとともに、該変位に連動してメインカムとメインフォロワとの接点がメインカムの中心回り方向に角変位することにより、リフトトップの位相が変化して、開弁タイミング又は閉弁タイミングのいずれか一方が変化しないようにする（位相連成）ので、従来のように位相連成のために位相可変機構を別途設けて協調制御する必要がない。

ここで、第１アーム、第２アーム及びリンクアーム（それらに設けられたメインフォロワ、中間カム面及び中間フォロワを含む。）が１つのバルブ毎に搭載されていて、構造的かつ機能的に完結していること（１弁完結）が好ましい。メインカムのカムシャフトを支えるジャーナルの位置が内燃機関のボア間にあってもボアセンターにあっても、同機構を搭載可能だからである。

また、第２アームは、少なくとも縦部が一対の側壁を有するアウターアームであり、
中間カム面は、該一対の側壁を連結する連結壁の内面に設けられ、
第１アームは、該縦部の一対の側壁間に配されるインナーアームであり、
メインフォロワは、回転可能なローラであり、
中間フォロワは、第１アームに設けられた回転可能なローラであることが好ましい。
インナーアームがアウターアームに内包されることで、各ローラを回転可能に軸着するための各ローラピンは、インナーアームに挿入するだけでも抜けないため、インナーアームへのカシメ止めをなくせるからである。

また、支持シャフトがコントロールシャフトを兼ねていること（共通化）が好ましい。同可変動弁機構をコンパクト化できるからである。但し、支持シャフトとコントロールシャフトは別々のものでもよい。

請求項１に係る発明によれば、コンベンショナルなカムシャフトの位置を僅かに変えるだけで又は変えることなく可変動弁機構を搭載できるという特徴を維持しつつ、作用角及びリフト量を変化させたときに、位相可変機構を別途設けなくても、リフトトップの位相が変化して、開弁タイミング又は閉弁タイミングが変化しないようにすること（位相連成）ができる。

さらに、請求項２に係る発明の可変動弁機構によれば、メインカムのカムシャフトを支えるジャーナルの位置が内燃機関のボア間にあってもボアセンターにあっても、同可変動弁機構を搭載可能である。

また、請求項３に係る発明の可変動弁機構によれば、メインフォロワ及び中間フォロワとしての各ローラを軸着するための各ローラピンを、第１アームに挿入するだけで済み、第１アームへのカシメ止めをなくせる。

また、請求項４に係る発明の可変動弁機構によれば、同可変動弁機構をコンパクト化できる。

図１は実施例の可変動弁機構を斜め前から見た斜視図である。 図２は同機構の側面図である。 図３（ａ）はボア間ジャーナルの内燃機関に搭載した同機構の背面図、（ｂ）はボアセンタージャーナルの内燃機関に搭載した同機構の背面図である。 図４は作用角及びリフト量を小さく制御した同機構を示し、（ａ）はベース円時のＩＶａ-ＩＶａ断面図、(ｂ)は同機構のノーズ頂時の断面図である。 図５は作用角及びリフト量を大きく制御した同機構を示し、（ａ）はベース円時の断面図、(ｂ)は同機構のノーズ頂時の断面図である。 図６は同機構により作用角及びリフト量を変化させたときのリフト量−クランク角曲線を示すグラフ図である。 図７は従来例の可変動弁機構により作用角及びリフト量を変化させたときのリフト量−クランク角曲線を示すグラフ図である。

１．第１アームについて
第１アームは、上記のとおりインナーアームであることが好ましいが、第２アームに内包されないで第２アームと単に並ぶアームでもよい。
メインフォロワは、上記のとおり回転可能なローラが好ましいが、パッドでもよい。
第１アームに中間フォロワを設ける場合、中間フォロワは、上記のとおり回転可能なローラが好ましいが、パッドでもよい。

２．第２アームについて
第２アームは、上記のとおりアウターアームであることが好ましいが、第１アームを内包しないで第１アームと単に並ぶアームでもよい。
第２アームに中間フォロワを設ける場合、中間フォロワは、上記のとおり回転可能なローラが好ましいが、パッドでもよい。

３．位相連成について
位相連成は、作用角及びリフト量を変化させたときに、開弁タイミングが変化しないようにするフロントバイアス位相連成、又は、閉弁タイミングが変化しないようにするリアバイアス位相連成の、いずれか一方である。

４．バルブについて
本発明の可変動弁機構は、吸気用バルブ、排気用バルブ又はその両方に適用することができる。

本発明の実施例について図１〜図６を参照して説明する。なお、各実施例の各部の構造及び形状は例示であり、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更できる。

本実施例の可変動弁機構は、図１、図２等に示すように、メインカム１と第１アーム５と第２アーム１０とリンクアーム１６とを含み構成されている。

以下では、第２アーム１０の後述する横部１２を、コンベンショナルなロッカアーム式動弁機構におけるメインカム１とロッカアーム２１との間に入り込ませ、ロッカアーム２１を介してバルブ２０を押圧する態様について説明する。バルブ２０は吸気用であるが、排気用でもよい。ロッカアーム２１は、後端部がラッシュアジャスタ２２に支持され、中間部にロッカローラ２３が回転可能に軸着され、先端部がバルブ２０を押圧する押圧部２４となっている。
なお、ロッカアーム２１を省略し、第２アーム１０の横部１２をカムとバルブ２０との間に入り込ませ、直接バルブ２０を押圧する態様も可能である。

［メインカム］
メインカム１は、側面視で円形のベース円と、ベース円から突出したノーズとを含み、ノーズがバルブ２０リフトの起因となるものである。メインカム１はベース円に直交するカムシャフト２に設けられ、カムシャフト２はシリンダヘッドのジャーナル３に回転可能に支持されている。

ジャーナル３は、図３（ａ）に示すように、内燃機関のボア４間にある場合と、図３（ｂ）に示すように、ボア４のセンターにある場合とがある。本実施例の可変動弁機構は、第１アーム５、第２アーム１０及びリンクアーム１６（それらに設けられた後述するメインフォロワ８、中間カム面１４及び中間フォロワ６を含む。）が１つのバルブ２０毎に搭載されて、構造的かつ機能的に完結している（１弁完結）。このため、図３（ａ）又は（ｂ）のいずれ場合にも、同機構を搭載可能である。

［第２アーム］
第２アーム１０は、縦方向に延びる縦部１１と該縦部１１の下端から横方向に延びる横部１２とからなるＬ字状をなすものであり、縦部１１の上部が支持シャフト１３に揺動可能に軸着され、横部１２がメインカム１の下方に位置してバルブ２０をロッカアーム２１を介して押圧し駆動するものである。

また、第２アーム１０は、少なくとも縦部１１が一対の側壁を有するアウターアームである。
この一対の側壁の左端間を連結する連結壁の内面に、縦方向に延びるとともに下側ほどメインカム１のベース円に近付く中間カム面１４が設けられている。横部１２も、一対の側壁と、該一対の側壁の下端間を連結する連結壁とを有するが、メインカム１とロッカアーム２１との間に位置するのは、薄い（例えば厚さ３〜８ｍｍの）連結壁のみであるから、該間に入り込みやすい。

横部１２の下面は、支持シャフト１３を中心とする円弧を描く円柱面と、円柱面より先端側へ向かうにつれて徐々に下方へ突出する下降面とからなる、嘴状カム面１５となっており、嘴状カム面１５の円柱面がロッカアーム２１（詳しくはロッカローラ２３）に接しているうちはリフトが生じないが、下降面がロッカアーム２１に接するとリフトが生じるようになっている。

［リンクアーム］
リンクアーム１６は単純なレバー状のものであり、その基端がコントロールシャフトを兼ねる前記支持シャフト１３に固定され、支持シャフト１３の回動と共に第２アーム１０の縦部１１の上方から下方へと回動される。

［第１アーム］
第１アーム５は、中間部で下部が前記横部１２の方向へ屈曲した「く字状」をなすものであり、上部がリンクアーム１６の先端に回動可能に軸着され、中間部に前記中間カム面１４に沿って案内される中間フォロワ６が設けられ、下部にメインカム１に当接するメインフォロワ８が設けられている。

第１アーム５は、前記縦部１１の一対の側壁間に配されるインナーアームである。
メインフォロワ８は回転可能なローラであり、中間フォロワ６も回転可能なローラである。各ローラを回転可能に軸着するための各ローラピン７，９は、第１アーム５に挿入して取り付けられおり、該挿入だけでも抜けないため、第１アーム５へのカシメ止めはされていない。

［特徴］
図４に示すように、リンクアーム１６が上方へ回動すると、中間カム面１４と中間フォロワ６との接点Ｃ１が上方へ変位し、
・該変位に連動して嘴状カム面１５におけるロッカアーム２１との接点Ｃ２が嘴状カム面１５の基部側へ移ることにより、同図（ａ）に示すベース円時（メインカム１のベース円がメインフォロワ８に接する時）から（ｂ）に示すノーズ時（メインカム１のノーズがメインフォロワ８を押圧する時）への変化で分かるとおり、嘴状カム面１５の主に円柱面がロッカアーム２１に接し、下降面はロッカアーム２１に殆ど接しないようになって、作用角及びリフト量がゼロ又は微小となる（図６の低い曲線参照）とともに、
・該変位に連動してメインカム１とメインフォロワ８との接点Ｃ３がメインカム１の中心回り方向に時計回りに角変位することにより、リフトトップの位相は殆ど遅角しない（図６の低い曲線参照）。

また、図５に示すように、リンクアーム１６が下方へ回動すると、中間カム面１４と中間フォロワ６との接点Ｃ１が下方へ変位し、
・該変位に連動して嘴状カム面１５におけるロッカアーム２１との接点Ｃ２が嘴状カム面１５の先端側へ移ることにより、同図（ａ）に示すベース円時から（ｂ）に示すノーズ時への変化で分かるとおり、嘴状カム面１５の円柱面はロッカアーム２１にすぐに接し終わり、主に下降面がロッカアーム２１に接するようになって、作用角及びリフト量が大きくなる（図６の高い曲線参照）とともに、
・該変位に連動してメインカム１とメインフォロワ８との接点Ｃ３がメインカム１の中心回り方向に反時計回りに角変位することにより、リフトトップの位相が大きく遅角し、それによって開弁タイミングタイミングは変化せずに上記図４の開弁タイミングタイミングと一致している（図６の高い曲線参照）。

以上のように構成された本実施例の可変動弁機構によれば、既に述べた作用効果に加え、次の作用効果が得られる。
（ア）同機構は、コンベンショナルな動弁機構におけるメインカム１とロッカアーム２１との間に、第２アーム１０の（薄く形成できる）横部１２が入り込ませる構造であるから、該メインカム１のカムシャフト２の位置を僅かに変えるだけで又は変えることなく同機構を搭載可能である。
（イ）また、リンクアーム１６が回動すると、中間カム面１４と中間フォロワ６との接点Ｃ１が変位し、該変位に連動して横部１２におけるロッカアーム２１との接点Ｃ２が横方向に移ることにより、作用角及びリフト量が変化するとともに、該変位に連動してメインカム１とメインフォロワ８との接点Ｃ３がメインカム１の中心回り方向に角変位することにより、リフトトップの位相が変化して、開弁タイミングが変化しないようにするので（フロントバイアス位相連成）、従来のように位相連成のために位相可変機構を別途設けて協調制御する必要がない。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することができる。
（１）実施例のフロントバイアス位相連成を、リアバイアス位相連成に変更すること。

１ メインカム
２ カムシャフト
３ ジャーナル
４ ボア
５ 第１アーム
６ 中間フォロワ
７ ローラピン
８ メインフォロワ
９ ローラピン
１０ 第２アーム
１１ 縦部
１２ 横部
１３ 支持シャフト
１４ 中間カム面
１５ 嘴状カム面
１６ リンクアーム
２０ バルブ
２１ ロッカアーム
２２ ラッシュアジャスタ
２３ ロッカローラ
２４ 押圧部

Claims (4)

1. カムシャフト（２）に設けられたメインカム（１）と、
   縦方向に延びる縦部（１１）と該縦部（１１）の下端から横方向に延びる横部（１２）とからなり、縦部（１１）の上部が支持シャフト（１３）に揺動可能に軸着され、横部（１２）がカムの下方に位置してバルブ（２０）を直接又はロッカアーム（２１）を介して押圧し駆動する第２アーム（１０）と、
   コントロールシャフト（１３）で回動されるリンクアーム（１６）と、
   上部がリンクアーム（１６）に回動可能に軸着され、下部にメインカム（１）に当接するメインフォロワ（８）が設けられた第１アーム（５）とを含み、
   第２アーム（１０）の縦部（１１）と第１アーム（５）の中間部の、いずれか一方に縦方向に延びる中間カム面（１４）が設けられ、いずれか他方に該中間カム面（１４）に沿って縦方向に案内される中間フォロワ（６）が設けられ、
   リンクアーム（１６）が回動すると、中間カム面（１４）と中間フォロワ（６）との接点（Ｃ１）が変位し、該変位に連動して横部（１２）におけるバルブ（２０）又はロッカアーム（２１）との接点（Ｃ２）が横方向に移ることにより、作用角及びリフト量が変化するとともに、該変位に連動してメインカム（１）とメインフォロワ（８）との接点（Ｃ３）がメインカム（１）の中心回り方向に角変位することにより、リフトトップの位相が変化して、開弁タイミング又は閉弁タイミングのいずれか一方が変化しないようにすることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. 第１アーム（５）、第２アーム（１０）及びリンクアーム（１６）が１つのバルブ（２０）毎に搭載されている請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構。
3. 第２アーム（１０）は、少なくとも縦部（１１）が一対の側壁を有するアウターアームであり、
   中間カム面（１４）は、該一対の側壁を連結する連結壁の内面に設けられ、
   第１アーム（５）は、該縦部（１１）の一対の側壁間に配されるインナーアームであり、
   メインフォロワ（８）は、回転可能なローラであり、
   中間フォロワ（６）は、第１アーム（５）に設けられた回転可能なローラである請求項１又は２記載の内燃機関の可変動弁機構。
4. 支持シャフト（１３）がコントロールシャフトを兼ねている請求項１、２又は３記載の内燃機関の可変動弁機構。

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