JP4008411B2 - 内燃機関のバルブリフト可変装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のバルブリフト可変装置に関し、特に、燃焼室に設けられる吸気弁あるいは排気弁のリフト量を連続的且つ無段階に変化させることができるように構成されたバルブリフト可変装置に関するものである。

本出願人は、特願２００２−１９６８７２号明細書において、内燃機関の燃焼室に設けられる吸気弁のリフト量を連続的且つ無段階に変化させる装置を既に提案している。このバルブリフト可変装置は、カムリフトを吸気弁に伝達するロッカアームを４節リンク機構を用いて機関本体に連結し、第１リンク部材の連結点をカムで駆動してロッカアームに揺動運動を与えると共に、第２リンク部材の機関本体側の支点の位置を変化させることにより、バルブタイミングを一定のままでリフト量のみを連続的且つ無段階に変化させることができるようになっている。そして第２リンク部材の機関本体側の支点を移動させるためにクランク機構を用いている。

上記明細書に記載の構造によると、第２リンク部材を軸方向両側から挟んだ一対のクランクウェブ部同士を連結したクランクピン部で第２リンク部材の機関本体側端を枢支しており、クランク部材に対する第２リンク部材の組み付け性を考慮すると、少なくとも一方のクランクウェブ部とクランクピン部とを別部材とし、クランクピン部に第２リンク部材を枢着した後に、一方のクランクウェブ部をクランクピン部の遊端に結合するようにしなければならない。

しかるに、上記構成のバルブリフト可変装置は、クランクウェブ部に加わる駆動トルクによってクランクピン部に捻り力が作用するため、クランクピン部とクランクウェブ部との結合部には十分な捩り剛性が必要である。クランク部材の捩り剛性を高めるには、クランクピン部とクランクウェブ部とを鍛造などで一体形成することも考えられるが、クランクウェブ部と一体のクランクピン部に第２リンク部材を取り付けようとすると、第２リンク部材のクランクピン挿通孔をコネクティングロッドの大端部のような２つ割構成にしなければならず、第２リンク部材が大型化せざるを得ない。即ち、第２リンク部材の組み付け性を確保し、且つ動弁機構の大型化を招かずにクランクピン部とクランクウェブ部との結合部の捩り剛性を確保することは極めて困難であった。

このような課題を解決し、高い組み付け性と捩り剛性とを両立し、且つ小型化を達成するために、本発明の請求項１は、バルブステム端が当接する弁当接部（タペットねじ１７）およびカム（２）が当接するカム当接部（ローラフォロワ５）を有するロッカアーム（４）と、ロッカアームの第１支点に一端が枢着され且つ機関本体に他端が枢着された第１リンク部材（アッパリンク部材７）と、機関本体に支持されたクランク部材（１１）のクランクピン部（１２）に一端が枢着され且つロッカアームの第２支点に他端が枢着された第２リンク部材（ロワリンク部材９）と、クランク部材の機関本体に対する支持軸（クランク軸部１４）に所定角度範囲の回転力を加える駆動装置（コントロールアーム１８）とを有し、クランク部材を回動してクランクピン部に枢着された第２リンク部材の一端を移動させることによってカムの回転に伴うロッカアームの弁当接部のリフト量を変化させるようにした内燃機関のバルブリフト可変装置において、前記クランク部材は、前記第２リンク部材を軸方向両側から挟む一対のクランクウェブ部（１３）を有するものであり、該クランクウェブ部同士は、前記第２リンク部材と干渉しない位置で互いに一体結合されることを特徴とするものとした。

また請求項２においては、上記構成に加えて、前記クランク部材の回動範囲を規定すべく前記支持軸と平行なストッパピン（２３）を前記クランクウェブ部に突設したことを特徴とするものとした。

このような本発明の請求項１の構成によれば、第２リンク部材を軸方向両側から挟む一対のクランクウェブ部が一体となるので、クランク部材の回動に要するトルクが大きくても、クランクピン部の捩り強度負担を小さくすることができる。またクランクピン部をクランクウェブ部と別体にし、クランクウェブ部と第２リンク部材とのクランクピン挿通孔同士を整合させてクランクピン部を軸方向から圧入などで挿入するように構成し得るので、組み付けが容易となる。しかも第２リンク部材に干渉しない位置で一対のクランクウェブ部を連結すれば良いので、クランク部材並びに第２リンク部材が大型化せずに済む。また、クランク部材の回動範囲を規定するストッパピンをクランクウェブ部に支持軸と平行に設けることにより、クランク部材の回動範囲規定手段をコンパクトにまとめることができる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１並びに図２は、本発明が適用される内燃機関のバルブリフト可変装置の基本構成を示している。このバルブリフト可変装置１は、吸気カム２のリフトを吸気弁３に伝達するロッカアーム４と、ロッカアーム４の上部にローラフォロワ５（カム当接部）と共にアッパピン６をもってその二股部が連結されたアッパリンク部材７（第１リンク部材）と、ロッカアーム４の下部にその一端がロワピン８をもって連結されたロワリンク部材９（第２リンク部材）とを備えている。

アッパリンク部材７の他端は、シリンダヘッド（図示せず）上に固定されたロッカアーム支持軸１０に枢着され、ロワリンク部材９の他端は、クランク部材１１のクランクピン部１２に枢着されている。

クランク部材１１のクランクピン部１２にクランクウェブ部１３ａ・１３ｂを介して接続されたクランク軸部１４（支持軸）の両端は、例えばヘッドカバーＨＣ等のシリンダヘッドと実質的に一体をなす部材に形成された支持孔１５に枢着されている。このクランク軸部１４の中間部は、直列する各気筒上のバルブリフト可変装置１におけるロッカアーム４の下部とロワリンク部材９との連結部を挟む一対のクランクウェブ部１３ａ・１３ｂ同士間を相互に連結して気筒列方向に延在している。なお、図２においては、ロッカアーム４の下部とロワリンク部材９との連結部を明示するために、クランクピン部１２を分断して一方のクランクウェブ部１３ａを右方へ偏倚させている。

吸気カム２が内燃機関のクランク軸と同期回転するカム軸１６に一体形成され、ロッカアーム４の遊端に設けた２つのタペットねじ１７が２つの吸気弁３の各ステム端に当接し、カム軸１６の回転で吸気カム２がロッカアーム４に枢着されたローラフォロワ５を押圧し、これらよって２つの吸気弁３を同時に開弁駆動する点については、周知の内燃機関の動弁機構と何等変わるところはない。なお、吸気弁３はバルブスプリングによって常時閉弁付勢されているが、これらの構造に関する説明は省略する。

支持孔１５から突出したクランク軸部１４の端末には、コントロールアーム１８（駆動装置）の上端が固定されている。そしてコントロールアーム１８の下端には、図３に示すように、例えばシリンダヘッドのクランク軸方向端面などに取り付けられた電動機（図示せず）によって駆動されるねじ軸２０に螺合したナット部材２１にその一端をピン結合した連結リンク２２の他端がピン結合されている。

クランク部材１１のクランク軸部１４は、吸気カム２のベース円部分がローラフォロワ５に摺接してロッカアーム４が上昇位置にあるとき（図１の状態）、つまり吸気弁３が閉弁状態にあるときは、ロッカアーム４の下部に枢着されたロワピン８と同軸上に位置している。

次に、本装置の作動要領について説明する。

図１の状態から電動機を駆動すると、ねじ軸２０の回転によってナット部材２１が直線移動し、ナット部材２１に連結リンク２２を介して接続されたコントロールアーム１８が揺動する。これにより、クランク部材１１がクランク軸部１４を中心に揺動し、クランクピン部１２がクランク軸部１４を中心とする円弧Ａ上を移動することとなり、クランクピン部１２に上下方向への変位が与えられる。

電動機を駆動してナット部材２１を図３に示した前進位置から後退させ、コントロールアーム１８を図３における反時計方向へ揺動させると、コントロールアーム１８に連結されたクランク部材１１が反時計方向に回動し、図４（ａ）に示すようにクランク部材１１のクランクピン部１２が上向きに変位する。これにより、ロッカアーム支持軸１０、アッパピン６、ロワピン８及びクランクピン部１２を結ぶ四節リンクの形状が、ロッカアーム支持軸１０側に頂点を置いた略三角形になる。この状態で吸気カム２がローラフォロワ５を押圧すると、四節リンクが変形してロッカアーム４が想像線で示す位置から実線で示す位置へと大きく揺動し、タペットねじ１７が吸気弁３のステム端を押圧して高バルブリフトＨＬで開弁させる。

電動機を駆動してナット部材２１を図３に示した前進位置に戻すと、コントロールアーム１８に連結されたクランク部材１１が時計方向へ回動し、図４（ｂ）に示すようにクランク部材１１のクランクピン部１２が下向きに変位する。これにより、ロッカアーム支持軸１０、アッパピン６、ロワピン８及びクランクピン部１２を結ぶ四節リンクの形状が、タペットねじ１７側に頂点を置いた略三角形になる。この状態で吸気カム２がローラフォロワ５を押圧すると、四節リンクが変形してロッカアーム４が想像線に示す位置から実線で示す位置へと僅かに揺動し、タペットねじ１７が吸気弁３のステム端を押圧して低バルブリフトＬＬで開弁させる。

このようにして、本発明に係るバルブリフト可変装置１によれば、ロワリンク部材９の他端（クランクピン部１２）の位置を無段階且つ連続的に移動させることにより、図５に示すように、高リフト時（図４−ａに対応）のリフト量と、低リフト時（図４−ｂに対応）のリフト量との間で、バルブタイミングは一定のままでリフト量だけを無段階且つ連続的に変化させることができる。

上述した構成のバルブリフト可変装置１に用いられるロワリンク部材９の回転中心の位置可変制御は、クランク軸部１４を中心とするクランクウェブ部１３の旋回動によって行われる。従って、クランクウェブ部１３が捩りあるいは曲げ変形することは、バルブリフト可変制御の精度や安定性を低下させるので好ましくはない。そこで本発明においては、ロッカアーム４の下部とロワリンク部材９との連結部を軸線方向両側から挟む一対のクランクウェブ部１３同士の下縁を、図６に示したように、ロッカアーム４の下部とロワリンク部材９との連結部の運動に干渉しないように、断面形状がコ字状をなすブリッジ部２２で相互連結するものとしている。

これによれば、クランクウェブ部１３の遊端側に設けられたクランクピン部１２に捩りトルクが殆ど作用しないようにすることができるので、クランクピン部１２をクランクウェブ部１３と別体にし、クランクウェブ部１３とロワリンク部材９とのクランクピン挿通孔同士を互いに整合させてクランクピン部１２を軸方向から圧入することにより、クランク部材１１にロワリンク部材９を容易に組み付けることができる。また、一対のクランクウェブ部１３同士が相互に連結された形態を単純な曲げ加工で形成することができるので、製造工数を増大することもなく、ロッカアーム４の下部とロワリンク部材９との連結部の運動に干渉しない程度の逃げを設ければ良いので、動弁機構全体の大型化を招くこともない。

他方、ロッカアーム４におけるタペットねじ部１７のリフト量は、クランク部材１１の回転角、つまり図１中の円弧Ａの角度によって制御されている。駆動系の保護や組立時の調整、位置決めの便宜を考慮すると、クランク部材１１の回動範囲は機械的に規定されていることが好ましい。

このような観点に立脚し、本発明においては、クランク部材１１の回動範囲を規定するために、クランクウェブ部１３の側面と連続するブリッジ部２２の側面に、クランク軸部１４の軸線と平行なストッパピン２３を圧入にて固定するものとしている。そして例えばヘッドカバーＨＣの内壁面に、支持孔１５と同心的な弧状長孔２４を形成し、この長孔２４にストッパピン２３の先端を突入させるものとしている。

このように、ストッパピン２３をクランク軸部１４と平行に設け、その移動範囲を弧状長孔２４で規定する構成を採ることにより、機関本体側の形状を複雑化することなく、クランク部材１１の回動範囲規定手段を設けることができる。

バルブリフト可変装置の一部切除して示す側面図である。 バルブリフト可変装置の一部切除して示す斜視図である。 駆動装置の要部斜視図である。 バルブリフト可変装置の作動説明図である。 バルブリフトの特性線図である。 クランク部材の斜視図である。 クランク軸部支持孔の正面図である。

符号の説明

２ カム
４ ロッカアーム
５ ローラフォロワ（カム当接部）
７ アッパリンク部材（第１リンク部材）
９ ロワリンク部材（第２リンク部材）
１１ クランク部材
１２ クランクピン部
１３ クランクウェブ部
１４ クランク軸部（支持軸）
１７ タペットねじ（弁当接部）
１８ コントロールアーム（駆動装置）
２３ ストッパピン
２４ 弧状長孔

Claims (2)

1. バルブステム端が当接する弁当接部およびカムが当接するカム当接部を有するロッカアームと、ロッカアームの第１支点に一端が枢着され且つ機関本体に他端が枢着された第１リンク部材と、機関本体に支持されたクランク部材のクランクピン部に一端が枢着され且つロッカアームの第２支点に他端が枢着された第２リンク部材と、クランク部材の機関本体に対する支持軸に所定角度範囲の回転力を加える駆動装置とを有し、クランク部材を回動してクランクピン部に枢着された第２リンク部材の一端を移動させることによってカムの回転に伴うロッカアームの弁当接部のリフト量を変化させるようにした内燃機関のバルブリフト可変装置であって、
   前記クランク部材は、前記第２リンク部材を軸方向両側から挟む一対のクランクウェブ部を有するものであり、該クランクウェブ部同士は、前記第２リンク部材と干渉しない位置で互いに一体結合されることを特徴とする内燃機関のバルブリフト可変装置。
2. 前記クランク部材の回動範囲を規定すべく前記支持軸と平行なストッパピンを前記クランクウェブ部に突設したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のバルブリフト可変装置。

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