JP2022108695A - Variable valve mechanism of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の可変動弁機構に関する。 The present invention relates to a variable valve mechanism for an internal combustion engine.
カムと共に回転する溝状のカムレールと、カムレールに係入したピンとの、前記回転に伴うスラスト方向の相対変位を、可変動弁に利用する機構が知られており(特許文献1~4)、欧米における複数の自動車メーカーが自動車の内燃機関に採用している。これらのカムレールは、プロフィールが幾つかの区間に分かれていたり、回転角の進行によりスラスト方向に進む区間の入口側と出口側とが対称形状であったり、同区間が小さいアールを含んでいたりする。
Mechanisms are known in which the relative displacement in the thrust direction accompanying the rotation of a groove-shaped cam rail that rotates with the cam and a pin that engages with the cam rail is used in a variable valve (
図10(a)に、特許文献1に記載されたカムレール(カムトラック)を示す。同カムレールは、機能の異なるいくつかのセグメントA,B,C,D,E,F,G,H,Iに分割されている。セグメントA,Bは、回転角の進行によりスラスト方向にずれない第一区間である。セグメントC,D,E,F,Gは、第一区間に続いて、回転角の進行によりスラスト方向に進む第二区間である。セグメントH,Iは、第二区間に続いて、回転の進行によりスラスト方向にずれない第三区間である。
また、同カムレールの溝幅は、図10(b)の上側の線のように変化し、明細書の記載によると、セグメントBで6mmであり、セグメントCの開始部で5.8mmに減少し、セグメントD内でセグメントEにかけて5.2mmに減少し、セグメントF内でセグメントGにかけて5.8mmに増加し、セグメントHの途中で6mmに増加する。
FIG. 10(a) shows a cam rail (cam track) described in
Also, the groove width of the same cam rail changes as shown in the upper line in FIG. , within segment D to 5.2 mm over segment E, within segment F to 5.8 mm over segment G, and halfway through segment H to 6 mm.
従って、同カムレールの溝壁面は、セグメントCの開示部と、セグメントCとセグメントDの境界部と、セグメントFとセグメントGの境界部と、セグメントHの途中部に、小さいアール(曲率半径10mm以下と推定される。)が付いていると考えられる。 Therefore, the groove wall surface of the cam rail has a small radius (curvature radius of 10 mm or less) at the opening of segment C, the boundary between segment C and segment D, the boundary between segment F and segment G, and the middle of segment H. It is estimated that ) is attached.
本発明者らは、特許文献1に記載されたカムレールを再現し、そのカムレールを後述する実施例のカムレールに代えて設けてなる比較例の可変動弁機構を試作した。その比較例について、後述する実施例と同様にして、内燃機関の回転数が5000回転/分のときに作動するカムレールの溝壁面とピンとの接触荷重を確認したところ、図10(c)に示すように、カムレールの溝壁面に小さいアールが付いているところで、接触荷重が高くなった。接触荷重は回転数が高くなるのと比例して高くなるため、面圧増加による摩耗増大・運動性悪化につながる。
The inventors of the present invention have reproduced the cam rail described in
そこで、本発明の目的は、カムレールの溝壁面とピンとの接触荷重を低くして、摩耗減少・運動性向上を図ることにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to reduce the contact load between the groove wall surface of the cam rail and the pin, thereby reducing wear and improving mobility.
本発明は、カムと共に回転する溝状のカムレールと、カムレールに係入したピンとの、前記回転に伴うスラスト方向の相対変位を、可変動弁に利用する内燃機関の可変動弁機構において、
カムレールは、回転角の進行によりスラスト方向にずれない第一区間と、第一区間に続いて、回転角の進行によりスラスト方向に進む第二区間と、第二区間に続いて、回転の進行によりスラスト方向にずれない第三区間とを含み、
第二区間の開始点から第二区間の前半を越えた箇所までの、第三区間から遠い側の溝壁面が、第一区間の終了点に傾きなく続く単一アールであることを特徴とする。
The present invention provides a variable valve mechanism for an internal combustion engine that utilizes relative displacement in the thrust direction accompanying the rotation of a groove-shaped cam rail that rotates with a cam and a pin that engages with the cam rail for a variable valve,
The cam rail has a first section that does not shift in the thrust direction as the rotation angle advances, a second section that follows the first section and advances in the thrust direction as the rotation angle advances, and a second section that advances in the thrust direction as the rotation angle advances. and a third section that does not shift in the thrust direction,
The groove wall surface on the far side from the third section from the start point of the second section to the point beyond the first half of the second section is characterized by a single radius that continues to the end point of the first section without inclination. .
単一アールの曲率半径は、第二区間(b)の周方向長さの1/2以上であることが好ましい。
単一アールの曲率半径は、30mm以上であることが好ましく、より好ましくは40mm以上であり、最も好ましくは50mm以上である。
前記曲率半径の上限は、特に限定されないが、敢えていえば80mmである。
The radius of curvature of the single radius is preferably 1/2 or more of the circumferential length of the second section (b).
The radius of curvature of a single radius is preferably 30 mm or more, more preferably 40 mm or more, and most preferably 50 mm or more.
Although the upper limit of the radius of curvature is not particularly limited, it is 80 mm.
本発明によれば、カムレールの溝壁面とピンとの接触荷重を低くして、摩耗減少・運動性向上を図ることができる。 According to the present invention, the contact load between the groove wall surface of the cam rail and the pin can be reduced to reduce wear and improve mobility.
1.カムレールとピンとのスラスト方向の相対変位
カムレールとピンとのスラスト方向の相対変位は、ピン側がスラスト変位してカムレール側がスラスト変位しない態様でもよいし、カムレール側がスラスト変位してピン側がスラスト変位しない態様でもよい。
1. Relative Displacement of Cam Rail and Pin in Thrust Direction The relative displacement of the cam rail and pin in the thrust direction may be such that the pin side is thrust displaced and the cam rail side is not thrust displaced, or the cam rail side is thrust displaced and the pin side is not thrust displaced. .
2.スラスト方向の相対変位を可変動弁に利用する態様
スラスト方向の相対変位を可変動弁に利用する態様としては、特に限定されないが、スラスト方向に並ぶ駆動用カムと休止用カムとを切り換えてバルブの駆動状態と休止状態とを切り換える態様、スラスト方向に並ぶ高リフトカムと低リフトカムとを切り換えてバルブの高リフト駆動状態と低リフト駆動状態とを切り換える態様等を例示できる。
2. A mode in which the relative displacement in the thrust direction is used for the variable valve is not particularly limited. and a mode in which a high lift cam and a low lift cam arranged in the thrust direction are switched to switch the high lift drive state and the low lift drive state of the valve.
次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。なお、実施例の各部の構造、形状、数等は例示であり、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更できる。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The structure, shape, number, and the like of each part in the embodiment are examples, and can be changed as appropriate without departing from the gist of the invention.
<実施例1>
図1~図8に示す実施例1の可変動弁機構1は、ピン側がスラスト変位してカムレール側がスラスト変位しない態様であって、カムレールの構成以外は、特許文献2の実施例1の可変動弁機構と共通するものである。可変動弁機構1は、一つの気筒に設けられた2本の吸気用又は排気用のバルブVに対して設けられており、該2本のバルブVの駆動と休止とを切り換える。
<Example 1>
The
以下において、カムシャフト2の軸線方向と平行な方向をスラスト方向という。スラスト方向は、図1、図3、図7での左右方向である。左、右というときは、図1、図3、図7での左、右をいう。
Hereinafter, the direction parallel to the axial direction of the
カムシャフト2には、左から右へ順に、駆動用カム3、休止用カム4、第一カムレール5、第二カムレール6、駆動用カム3及び休止用カム4が、並んで設けられており、これらはカムシャフト2と共にカムシャフト2の軸線回りに回転する。
The
駆動用カム3は、ベース円とノーズを備えるものである。
休止用カム4は、ベース円のみを備えてノーズを備えないものである。
The
The resting
第一カムレール5は、図4等に示すように、回転角の進行によりスラスト方向にずれない第一区間aと、第一区間aに続いて、回転角の進行によりスラスト方向(右方向)に進む第二区間bと、第二区間bに続いて、回転の進行によりスラスト方向にずれない第三区間cとを含む。
第一区間aは、後述する第一ピン15を係入させ易くするためのものである。
第二区間bは、カムノーズがロッカアーム8に当接しない時に、後述する第一ピン15に当接する位相に設けられている。
第二区間bの開始点から第二区間bの前半を越えた箇所(図示例では第二区間bの約75~85%)までの、第三区間cから遠い側の溝壁面は、第一区間aの終了点に傾きなく続く単一アール(第三区間cから遠い方へ凸)である。単一アールの曲率半径は、第二区間(b)の周方向長さ(図4のbの矢印間長)の1/2以上であり、かつ、50~70mmから選ばれる値である。第二区間bの単一アールが終わってから第二区間bの終了点までの(すなわち第二区間bの出口付近の)、第三区間cから遠い側の溝壁面は、前記単一アールよりも曲率半径が小さいアール(第三区間cから遠い方へ凹)であり、さらに直線部を含んでいてもよい。
第三区間cは、後述するリンクアーム11を軸長方向に移動しないように係止するための環状溝であり、次の第二カムレール6の第三区間cと共用である。
The
The first section a is for facilitating engagement of a
The second section b is provided at a phase in which the cam nose abuts on a
The groove wall surface farther from the third section c, from the starting point of the second section b to the point beyond the first half of the second section b (about 75 to 85% of the second section b in the example shown), is the first It is a single curve (projecting farther from the third section c) that continues without inclination from the end point of the section a. The radius of curvature of the single radius is 1/2 or more of the circumferential length of the second section (b) (the length between arrows in b in FIG. 4) and is a value selected from 50 to 70 mm. From the end of the single radius of the second section b to the end point of the second section b (that is, near the exit of the second section b), the groove wall surface farther from the third section c is also has a small radius of curvature (concave farther from the third section c), and may further include a straight portion.
The third section c is an annular groove for locking the
第二カムレール6は、図8等に示すように、回転角の進行によりスラスト方向にずれない第一区間aと、第一区間aに続いて、回転角の進行によりスラスト方向(左方向)に進む第二区間bと、第二区間bに続いて、回転の進行によりスラスト方向にずれない第三区間cとを含む。
第一区間aは、後述する第二ピン16を係入させ易くするためのものである。
第二区間bは、カムノーズがロッカアーム8に当接しない時に、後述する第二ピン16に当接する位相に設けられている。
第二区間bの開始点から第二区間bの前半を越えた箇所(図示例では第二区間bの約75~85%)までの、第三区間cから遠い側の溝壁面は、第一区間aの終了点に傾きなく続く単一アール(第三区間cから遠い方へ凸)である。単一アールの曲率半径は、第二区間(b)の周方向長さ(図8のbの矢印間長)の1/2以上であり、かつ、50~70mmから選ばれる値である。第二区間bの単一アールが終わってから第二区間bの終了点までの(すなわち第二区間bの出口付近の)、第三区間cから遠い側の溝壁面は、前記単一アールよりも曲率半径が小さいアール(第三区間cから遠い方へ凹)であり、さらに直線部を含んでいてもよい。
第三区間cは、後述するリンクアーム11を軸長方向に移動しないように係止するための環状溝であり、上記の第一カムレール5の第三区間cと共用である。
As shown in FIG. 8 and the like, the
The first section a is for facilitating engagement of a
The second section b is provided at a phase in which the cam nose abuts on a
The groove wall surface farther from the third section c, from the starting point of the second section b to the point beyond the first half of the second section b (about 75 to 85% of the second section b in the example shown), is the first It is a single curve (projecting farther from the third section c) that continues without inclination from the end point of the section a. The radius of curvature of the single radius is 1/2 or more of the length in the circumferential direction of the second section (b) (length between arrows in b in FIG. 8) and is a value selected from 50 to 70 mm. From the end of the single radius of the second section b to the end point of the second section b (that is, near the exit of the second section b), the groove wall surface farther from the third section c is also has a small radius of curvature (concave farther from the third section c), and may further include a straight portion.
The third section c is an annular groove for locking the
左右方向に延びるロッカシャフト7には、左右二つのロッカアーム8と、両ロッカアーム8の間に配されたリンクアーム11と、これらのアームを一緒に左右方向に変位可能に連結する連結部材19とが、揺動可能かつ左右方向に変位可能に支持されている。
A
ロッカアーム8は、前後方向中間部に駆動用カム3及び休止用カム4に択一的に当接するローラ9を備え、先端部にバルブVに当接する当接面を備えている。ロッカシャフト7は、ラッシュアジャスタ10に支持されている。
The
リンクアーム11は、筒状基部12と、筒状基部12から側面視でV字をなするように延びた第一アーム13及び第二アーム14を備えている。第一アーム13の先端部には第一カムレール5に係入する第一ピン15が形成され、第二アーム14の先端部には第二カムレール6に係入する第二ピン16が形成されている。第一アーム13が電磁アクチュエータ17により押圧されると、リンクアーム11が回動して、第一ピン15が第一カムレール5に係入し、第二ピン16が第二カムレール6から外れる。また、第二アーム14がリターンスプリング18により押圧されると、リンクアーム11が回動して、第二ピン16が第二カムレール6に係入し、第一ピン15が第一カムレール5から外れる。
The
第一ピン15及び第二ピン16の直径は、例えば4~6mmである。
第一カムレール5及び第二カムレール6の溝幅は、第一ピン15及び第二ピン16をスムーズに摺接させるために、第一ピン15及び第二ピン16の直径よりも、例えば0.5~1mm大きい。
そのため、図4(a)に示すように、第一ピン15は、第一カムレール5の第一区間aにあるときに、第一区間aの両溝壁面のうち第三区間cから遠い左側の溝壁面に沿うこともあるし、第三区間cに近い右側の溝壁面に沿うこともある。
同様に、図8(a)に示すように、第二ピン16は、第二カムレール6の第一区間aにあるときに、第一区間aの両溝壁面のうち第三区間cから遠い左側の溝壁面に沿うこともあるし、第三区間cに近い右側の溝壁面に沿うこともある。
The diameters of the
The groove width of the
Therefore, as shown in FIG. 4(a), when the
Similarly, as shown in FIG. 8(a), when the
連結部材19は、両ロッカアーム8の間にリンクアーム11が配された状態で、両ロッカアーム8を抱持するコ字状の部材である。
The connecting
以上のように構成された実施例1の可変動弁機構の動作を説明する。
[1]駆動状態から休止状態に切り換えるとき
図2(a)に示すように、第一ピン15が第一カムレール5から抜出し、第二ピン16が第二カムレール6の第三区間cに係入しているとき、図3(a)に示すように、駆動用カム3がローラ9に当接するバルブ駆動状態である。この状態から、電磁アクチュエータ17を作動させてリンクアーム11を回動させ、図3(a)に示すように、第一ピン15を第一カムレール5の第一区間aに係入させ、第二ピン16を第二カムレール6の第三区間cから抜出させる。すると、カムシャフト215の回転により、第一ピン15が、第一カムレール5の第一区間aから第二区間bに移り、第二区間bに沿ってスラスト方向(右方向)に変位するため、それと共にリンクアーム11及びロッカアーム8も右方向にスラスト移動し、さらに第一ピン15が第三区間cに移って、図2(b)及び図3(b)に示すように、休止用カム4がローラ9に当接するバルブ休止状態に切り換わる。
The operation of the variable valve mechanism of the first embodiment constructed as above will be described.
[1] When switching from the driving state to the resting state As shown in FIG. 3(a), the driving
図4は、図3(a)から(b)へと回転する第一カムレール5を平らに展開して第一ピン15と共に示す展開図である。
図5は、内燃機関の回転数が5000回転/分のときに測定した、図3(a)から(b)への回転角の進行に伴う第一カムレール5の溝壁面と第一ピン15との接触荷重の変化を示すグラフである。
FIG. 4 is a developed view showing the
5 shows the relationship between the groove wall surface of the
まず、第一ピン15が、図4(a)に実線で示すように、第一区間aにおける第三区間cから遠い左側の溝壁面に沿った場合、図4(b)に示すように、第二区間bの左側の溝壁面の開始点に滑らかに移行し、その後も左側の溝壁面に沿って滑らかに摺接してスラスト変位する。この間の第二区間bと第一ピン15との接触荷重の増加は、図5に示すように低い。これは、第二区間bの開始点から第二区間bの前半を越えた箇所までの、第三区間cから遠い側の溝壁面が、第一区間aの終了点に傾きなく続く、曲率半径大きい単一アールだからである。こうして、スラスト移動で接触荷重が特に高くなる第二区間bの前半での接触荷重を、低くキープすることができる。続いて、第一ピン15が、図4(d)に示すように、第二区間bの出口付近の小さいアールにきたとき、第二区間bと第一ピン15との接触荷重は、図5に示すように高くなる。しかし、第二区間bの出口付近では、上記リンクアーム11及びロッカアーム8のスラスト移動が終了側にあり、移動させるための荷重は殆どかからないため、悪影響はほとんどない。
First, when the
次に、第一ピン15が、図4(a)に鎖線で示すように、第一区間aにおける第三区間cから遠い右側の溝壁面に沿った場合、図4(c)に示すように、第二区間bの開始点からやや進んだ途中部の左側の溝壁面に衝突する。しかし、その溝壁面は曲率半径大きい単一アールであるから、第一ピン15は緩く衝突し、接触荷重のピークはさほど高くならない。衝突後の第一ピン15は、上記と同様に溝壁面に沿って滑らかに摺接してスラスト変位する。
Next, when the
[2]休止状態から駆動状態に切り換えるとき
図6(a)は、図2(b)と同じくバルブ休止状態である。この状態から、電磁アクチュエータ17を停止させてリターンスプリング18の復元力によりリンクアーム11を回動させ、図7(a)に示すように、第一ピン15を第一カムレール5の第三区間cから抜出させ、第二ピン16を第二カムレール6の第一区間aに係入させる。すると、カムシャフト2の回転により、第二ピン16が、第二カムレール6の第一区間aから第二区間bに移り、第二区間bに沿ってスラスト方向(左方向)に変位するため、それと共にリンクアーム11及びロッカアーム8も左方向にスラスト移動し、さらに第二ピン16が第三区間cに移って、図6(b)及び図7(b)に示すように、駆動用カム3がローラ9に当接するバルブ駆動状態に切り換わる。
[2] When switching from resting state to driving state FIG. 6(a) shows the valve resting state as in FIG. 2(b). From this state, the
図8は、図7(a)から(b)へと回転する第二カムレール6を平らに展開して第二ピン16と共に示す展開図である。
FIG. 8 is a development view showing the
まず、第二ピン16が、図8(a)に実線で示すように、第一区間aにおける第三区間cから遠い右側の溝壁面に沿った場合、図8(b)に示すように、第二区間bの右側の溝壁面の開始点に滑らかに移行し、その後も右側の溝壁面に沿って滑らかに摺接してスラスト変位する。この間の第二区間bと第二ピン16との接触荷重の増加は、上記図5と同様に低い。これは、第二区間bの開始点から第二区間bの前半を越えた箇所までの、第三区間cから遠い側の溝壁面が、第一区間aの終了点に傾きなく続く、曲率半径大きい単一アールだからである。こうして、スラスト移動で接触荷重が特に高くなる第二区間bの前半での接触荷重を、低くキープすることができる。続いて、第二ピン16が、図8(d)に示すように、第二区間bの出口付近の小さいアールにきたとき、第二区間bと第二ピン16との接触荷重は、上記図5と同様に高くなる。しかし、第二区間bの出口付近では、上記リンクアーム11及びロッカアーム8のスラスト移動が終了側にあり、移動させるための荷重はほとんどかからないため、悪影響はない。
First, when the
次に、第二ピン16が、図8(a)に鎖線で示すように、第一区間aにおける第三区間cから遠い左側の溝壁面に沿った場合、図8(c)に示すように、第二区間bの開始点からやや進んだ途中部の右側の溝壁面に衝突する。しかし、その溝壁面は曲率半径大きい単一アールであるから、第二ピン16は緩く衝突し、接触荷重のピークはさほど高くならない。衝突後の第二ピン16は、上記と同様に溝壁面に沿って滑らかに摺接してスラスト変位する。
Next, when the
<実施例2>
次に、図9に示す実施例2の可変動弁機構は、カムレール側がスラスト変位してピン側がスラスト変位しない態様であって、カムレールの構成以外は、特許文献2の実施例2の可変動弁機構と共通するものである。
<Example 2>
Next, the variable valve mechanism of Example 2 shown in FIG. 9 is a mode in which the cam rail side is thrust displaced and the pin side is not thrust displaced. mechanism.
実施例2は、カムシャフト2に筒状のカムキャリア20が左右方向に変位可能かつ周方向に相対回動不能に外挿され、そのカムキャリア20に駆動用カム3、休止用カム4、第一カムレール5、第二カムレール6が形成されている点と、カムシャフト2にロッカアーム8及びリンクアーム11が左右方向に変位不能に設けられている点において実施例1と相違し、その他は実施例1と共通である。よって、実施例1と同様に、各カムレール5,6の溝壁面と各ピン15,16との接触荷重を低くすることができる。
In the second embodiment, a
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)ピン側がスラスト変位してカムレール側がスラスト変位しない態様として、実施例1のほか、例えば特許文献3の実施例のような構成を採用すること。
(2)カムレール側がスラスト変位してピン側がスラスト変位しない態様として、実施例2のほか、例えば特許文献4の実施例のような構成を採用すること。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be embodied with appropriate modifications within the scope of the invention.
(1) As a mode in which the pin side is thrust-displaced and the cam rail side is not thrust-displaced, other than the first embodiment, a configuration such as that of
(2) As a mode in which the cam rail side is thrust-displaced and the pin side is not thrust-displaced, other than the second embodiment, a configuration such as that of
1 可変動弁機構
2 カムシャフト
3 駆動用カム
4 休止用カム
5 第一カムレール
6 第二カムレール
7 ロッカシャフト
8 ロッカアーム
9 ローラ
10 ラッシュアジャスタ
11 リンクアーム
12 筒状基部
13 第一アーム
14 第二アーム
15 第一ピン
16 第二ピン
17 電磁アクチュエータ
18 リターンスプリング
19 連結部材
20 カムキャリア
V バルブ
a 第一区間
b 第二区間
c 第三区間
1
Claims (3)
カムレール(5,6)は、回転角の進行によりスラスト方向にずれない第一区間(a)と、第一区間(a)に続いて、回転角の進行によりスラスト方向に進む第二区間(b)と、第二区間(b)に続いて、回転の進行によりスラスト方向にずれない第三区間(c)とを含み、
第二区間(b)の開始箇所から第二区間(b)の前半を越えた箇所までの、第三区間(c)から遠い側の溝壁面が、第一区間(a)の終了箇所に傾きなく続く単一アールであることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。 The relative displacement in the thrust direction due to the rotation between the grooved cam rails (5, 6) rotating together with the cams (3, 4) and the pins (15, 16) engaged with the cam rails (5, 6) is In a variable valve mechanism of an internal combustion engine used for a variable valve,
The cam rails (5, 6) have a first section (a) that does not shift in the thrust direction as the rotation angle progresses, and a second section (b) that follows the first section (a) and advances in the thrust direction as the rotation angle progresses. ), and following the second section (b), a third section (c) that does not shift in the thrust direction due to the progress of rotation,
The groove wall surface on the far side from the third section (c) from the start point of the second section (b) to the point beyond the first half of the second section (b) is inclined toward the end point of the first section (a). A variable valve mechanism for an internal combustion engine, characterized in that it is a single radius that continues without interruption.
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