JP4051179B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の低回転時から高回転時まで、バルブタイミング及びリフト量を連続的に又は段階的に変化させる可変動弁機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特公平７−４５８０３号公報等には、カムプロフィールが軸方向に変化する立体カムを用いた連続的な可変動弁機構が開示されているが、該立体カムの軸線方向の長さ（以下、カム巾という。）を一般的なカムより大きくしたいことから、カムシャフトに多数の立体カムを密に形成することが難しかった。
【０００３】
この問題を解決するものとして、特開平１０−２８０９２８号公報には、複数の円筒状のバルブリフタを、立体カムに対する揺動フォロアを備える連結部材によって連結することにより、立体カムの数を減らしてそのカム巾を大きくとれるようにした可変動弁機構が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開平１０−２８０９２８号公報の可変動弁機構では、揺動フォロアを備える連結部材（実施例ではブラケット）がバルブリフタの上方にプラスされるため、連結部材の分だけ動弁機構の全高が増加し、内燃機関への搭載上の問題が発生していた。また、連結部材の分だけ動弁系質量が増大し、高速追従性が低下するおそれもあった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、立体カムの数を減らしカム巾を大きくとることで全回転域にわたる諸特性の制御を容易化することができるだけでなく、全高の増加を抑えて内燃機関への搭載性を向上させたり、動弁系質量の増大を抑えて高速追従性を確保したりすることができる可変動弁機構を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の可変動弁機構は、低回転用カムプロフィールから高回転用カムプロフィールまでカムプロフィールを軸方向に連続的に変化させた立体カムと、内燃機関の回転数等の運転状況に応じて前記立体カムを軸方向へ変位させる変位装置と、前記立体カムのカムプロフィールに基づいて往復動することによりバルブを開閉する直打式バルブリフタとを備えた可変動弁機構において、前記直打式バルブリフタは、端壁と円筒状の周壁とを備えた二以上（少なくとも二つ）のリフタ本体と、各リフタ本体の端壁を押圧する押圧部と各押圧部に対し略中央に位置する中央部とを含んで橋架け状に設けられるとともに、各リフタ本体に係合することで自身の回転が防止されるリフタブリッジと、該リフタブリッジに設けられて前記立体カムの回転に伴う接触線角度の変化に追従しながら前記立体カムに接触する追従接触部を含む追従接触機構とを備え、各リフタ本体の端壁に、前記バルブの基端近傍部に係合されたコッタに嵌合するとともにバルブスプリングの一端を受けるリテーナ構造部が設けられたことを特徴とする。
【０００７】
ここで、リテーナ構造部は、特に限定されないが、各端壁の内側の中心部に設けられてコッタに嵌合するコッタ嵌合部と、各端壁の内側の円周部に設けられてバルブスプリングの一端を受けるスプリング座部とからなるものを例示できる。
【０００８】
端壁にバルブの基端部が入り込む逃がし穴が設けられることが好ましい。逃がし穴は、貫通穴のみならず有底凹部も含む。また、逃がし穴が貫通穴の場合、逃がし穴にバルブの基端面を押圧してバルブの抜止めを図る抜止め部材が取り付けられることが好ましい。この抜止め部材は、特に限定されないが、次の（ａ）（ｂ）を例示できる。
（ａ）各部の寸法バラツキを吸収してバルブの基端面を押さえる押さえバネと、逃がし穴に係止して該押さえバネを止めるストッパとからなる抜止め部材。
（ｂ）逃がし穴に係止するとともに各部の寸法バラツキを吸収してバルブの基端面を押圧する押さえバネからなる抜止め部材。
【０００９】
また、バルブの基端近傍部とコッタとが、バルブの軸直角方向に各部の寸法バラツキを吸収するためのクリアランスを有して係合された態様も好ましい。
【００１０】
各リフタ本体とリフタブリッジとの係合は、特に限定されないが、次の態様（１）（２）を例示できる。
（１）各端壁の外側に設けられた凸部と各押圧部に設けられた凹部とが嵌合することによる係合。各リフタ本体の中心軸回りの回転を阻害しないように、該凸部と凹部とが相対回転可能に嵌合することが好ましい。凹部は、有底凹部のみならず貫通穴も含む。
（２）各周壁の外周面の一部と前記中央部から該一部に向けて延設されたガイド部とが相対回転可能に嵌合することによる係合。ガイド部は各周壁の外周面に略合致する凹円弧面を備えたものが好ましい。
【００１１】
追従接触機構は、特に限定されないが、リフタブリッジの中央部に設けられた半円筒内面座と、該半円筒内面座にロール運動可能に嵌合された追従接触部とからなるものが好ましい。この追従接触部は、バルブクリアランス調整用の取替部品とされてもよい。その他、特開平９−２９６７１４号公報に示した追従接触部付ローラ機構を適用することもできる。
【００１２】
低回転用カムプロフィールにおけるバルブタイミングの位相、開弁作用角及びリフト量と、高回転用カムプロフィールにおけるバルブタイミングの位相、開弁作用角及びリフト量は、個々の内燃機関における要求事項に応じて適宜設定することができる。もっとも、多くの場合、低回転用カムプロフィールは開弁作用角及びリフト量が小さく、高回転用カムプロフィールは開弁作用角及びリフト量が大きい。
【００１３】
変位装置により立体カムを段階的に変位させる場合、二段階に変化させてもよいが、その場合は二段階の変位を調節できるようにすることが好ましい。さらに好ましくは、立体カムを少なくとも三段階に変位させることである。最も好ましくは、立体カムを連続的に変位させることである。変位装置は特定の構造に限定されず、油圧、電磁力等を利用したものを例示できる。
【００１４】
立体カムの低回転用カムプロフィール側の隣には、カムプロフィールが軸方向に変化しないアイドル回転用カムが並設され、追従接触部には、内燃機関の負荷回転時に立体カムに接触する負荷回転用接触面と、内燃機関のアイドル回転時にアイドル回転用カムに接触するアイドル回転用接触面とが並設されることが好ましい。さらに、立体カムとアイドル回転用カムとの間には、追従接触部の負荷回転用接触面とアイドル回転用接触面との境界部を逃がすための間隙部が設けられることが好ましい。
【００１５】
なお、本発明の可変動弁機構は、吸気バルブ又は排気バルブの何れか一方に適用することもできるが、両方に適用することが好ましい。
【００１６】
また、本技術的思想は、広く動弁機構において、リフタ本体の端壁に、バルブの基端近傍部に係合されたコッタに嵌合するとともにバルブスプリングの一端を受けるリテーナ構造部を設けるものまで包含しうる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を吸気バルブ及び排気バルブの両方に適用した可変動弁機構の実施形態について、図面を参照して説明する。よって、実施形態において単にバルブというときは、吸気バルブと排気バルブの両方を指す。
【００１８】
まず、図１〜図５は第一実施形態の可変動弁機構を示し、カムシャフト１には、図４において右側の低回転用カムプロフィールから左側の高回転用カムプロフィールまで、カムプロフィールを軸方向に連続的に変化させた立体カム２が形成されている。立体カム２はベース円部２ａとノーズ部２ｂとからなり、ベース円部２ａは、低回転用カムプロフィールにおいても高回転用カムプロフィールにおいても同一半径であるため、傾斜の無い円柱面である。しかし、ノーズ部２ｂは、低回転用カムプロフィールにおいては開弁作用角及びリフト量が小さく、高回転用カムプロフィールにおいては開弁作用角及びリフト量が大きいため、円錐面のように傾斜している。
【００１９】
カムシャフト１の端部には、内燃機関の回転数等の運転状況に応じてカムシャフト１及び立体カム２を軸方向へ連続的に変位させる変位装置（図示略）が設けられている。変位装置は、スプラインを用いたカムシャフト１のガイド部と、油圧を用いたカムシャフト１の駆動部とからなり、内燃機関の回転センサやアクセル開度センサ等に基づいて作動するマイクロコンピュータ等の制御装置により制御されるようになっている。
【００２０】
カムシャフト１の下方には、立体カム２のカムプロフィールに基づいて図示例では上下方向に往復動することにより、隣り合う二つのバルブ４を同時に開閉する直打式バルブリフタ１０が配備されている。二つのバルブ４は一つの気筒にダブルで設けられた吸気バルブ（又は排気バルブ）である。
【００２１】
直打式バルブリフタ１０は、円盤状の端壁１２と円筒状の周壁（スカート部）１３とを備えた二つのリフタ本体１１と、各リフタ本体１１の端壁１２を押圧する押圧部２２と各押圧部２２に対し略中央に位置する中央部２１とを含んで橋架け状に設けられるとともに各リフタ本体１１に係合することで回転が防止されるリフタブリッジ２０と、該リフタブリッジ２０に設けられて立体カム２の回転に伴う接触線角度の変化に追従しながら立体カム２に接触する追従接触部３０を含む追従接触機構とを備えている。
【００２２】
各リフタ本体１１の端壁１２には、バルブ４の基端近傍部に係合されたコッタ３に嵌合するとともにバルブスプリング６の一端を受けるリテーナ構造部が設けられている。このリテーナ構造部は、端壁１２の内側の中心部に設けられてコッタ３に嵌合するテーパー付き円筒状のコッタ嵌合部１７と、端壁１２の内側の円周部に設けられてバルブスプリング６の一端を受けるスプリング座部１８とからなる。
【００２３】
さらに、端壁１２の外側の中心部には、後述する凸部１４が設けられ、該凸部１４にはバルブ４の基端部が入り込む逃がし穴３５が設けられている。本例の逃がし穴３５は貫通穴であり、その内周面には係止溝３６が形成されている。逃がし穴３５にはバルブ４の基端面を押圧してバルブ４の抜止めを図る抜止め部材が取り付けられ、本例の抜止め部材は、各部の寸法バラツキを吸収してバルブ４の基端面を押さえる押さえバネ３７と、逃がし穴３５の係止溝３６に脱着可能に係止して押さえバネ３７を止めるストッパ３８とからなる。押さえバネ３７には皿状の板バネが使用され、ストッパ３８にはＣ字リングが使用されている。
【００２４】
リフタブリッジ２０は、前記の通り橋架け状に形成されていれば特定の形状に限定されないが、図示例では、ブリッジ幅方向に端壁１２の直径と略同一長である平面長方形片状に形成されて二つのリフタ本体１１の端壁１２の上に配される二つの押圧部２２と、ブリッジ幅方向に端壁１２の直径と略同一長である平面長方形ブロック状に形成されて二つのリフタ本体１１の間に位置する中央部２１と、端壁１２の直径の１／４〜２／３の幅に形成されて各押圧部２２と中央部２１との間をつなぐ二つのアーム２３とからなる。押圧部２２がブリッジ幅方向に最大限に長く（端壁１２の直径と略同一長）に形成されているので、踏ん張りが効き、リフタブリッジ２０が倒れにくくなっている。
【００２５】
そして、各端壁１２の外面（上面）の中心に設けられた円柱状の凸部１４と、各押圧部２２の中間部に設けられた凹部２４（本例では貫通した穴）とが嵌合することにより、二つのリフタ本体１１とリフタブリッジ２０とが係合し、もって立体カム２に対するリフタブリッジ２０の回転及び倒れが防止されている。また、凸部１４と凹部２４とは相対回転可能に嵌合しているので、リフタ本体１１は後述する上下往復動に伴って自身の中心軸の回りに少しずつ回転可能である。すなわち、リフタブリッジ２０は、各リフタ本体１１の該回転を阻害しないように各リフタ本体１１に係合することで、自身の回転が防止されている。
【００２６】
シリンダヘッド７には二つのガイド穴８が形成され、該ガイド穴８が各リフタ本体１１の周壁１３の上下摺動をガイドしている。また、二つのガイド穴８の間には、リフタブリッジ２０（図示例では中央部２１）の上下往復動を逃がすための凹所８ａが形成されている。
【００２７】
リフタブリッジ２０の中央部２１には次のように構成された追従接触機構が設けられている。中央部２１の上面には立体カム２の軸線と同方向に延びる半円筒内面座２６が凹設されている。半円筒内面座２６の両端は突き抜けるように開放されており、該座２６の長手方向略中央部には係合凹部２７が設けられている。
【００２８】
半円筒内面座２６には、該座２６に揺動（ロール摺動）可能に接触する半円柱面３１と、立体カム２に接触する略平らな接触面３２とからなる、半割り円柱状の追従接触部３０がロール運動可能に嵌合されている。半円柱面３１の長手方向中央部には扇形の係合凸部３３が一体的に設けられ、該係合凸部３３が係合凹部２７に係合して揺動可能に挟まれている。この係合により、追従接触部３０の長手方向の端面が現れた状態で、追従接触部３０の長手方向の移動が規制されている。
【００２９】
追従接触部３０は、小角度の揺動によって、立体カム２の回転に伴う接触線角度の変化に追従しながら、接触面３２が立体カム２に接触するようになっている。このとき、立体カム２は追従接触部３０の接触面３２をその長手方向に摺接していくが、前記の通り追従接触部３０の長手方向の移動を規制しているので、追従接触部３０が半円筒内面座２６から外れることはない。
【００３０】
以上のように構成された本実施形態によれば、立体カム２の数がバルブ４の数の半分で済むので、カム巾の大きい立体カム２をカムシャフト１に形成することができる。このため、立体カム２におけるカムプロフィールの軸方向の変化率を緩やかにできるとともに、カムシャフトの変位量を大きくとることができる。従って、この可変動弁機構は、カムシャフト１の変位による連続可変制御が容易であり、かつマルチバルブ化した内燃機関にも適用できる。また、円筒カップ状のリフタ本体１１を使用できるので、リフタ本体１１及びガイド穴８の加工が容易であり、生産性が向上するとともに精度も高めやすい。
【００３１】
ところで、追従接触部３０を備えるリフタブリッジ２０がリフタ本体１１の上方にプラスされるため、リフタブリッジ２０の分だけ動弁機構の全高は増加する。しかし、本実施形態ではリフタ本体１１の端壁１２にコッタ嵌合部１７とスプリング座部１８とからなるリテーナ構造部が設けられているため、図３に二点差線で示す従来例のようにバルブ４に独立したリテーナ５０を設けた場合に比べ、その独立したリテーナ５０が要らない分だけ、同図に矢印に示すように動弁機構の全高は減少する。そのため、トータルとしての動弁機構の全高の増加を抑えて、内燃機関への搭載性を向上させることができる。また、独立したリテーナ５０が要らない分だけ動弁系質量の増大を抑えて、高速追従性を確保することもできる。
【００３２】
さらに、本実施形態では端壁１２及びその凸部１４に設けられた逃がし穴３５にバルブ４の基端部が入り込むので、上記全高の増加を抑える効果が高い。
【００３３】
また、リフタブリッジ２０の二つの押圧部２２が各リフタ本体１１の端壁１２に対し前記凹部２４と凸部１４との嵌合により係合するという単純な構造によって、立体カム２に対するリフタブリッジ２０の回転及び倒れが防止され、ひいては立体カム２の回転方向に対する半円筒内面座２６及び追従接触部３０の向きが変わらないため、バルブ４に曲げ方向の負荷がかかるおそれがなく、信頼性が向上する。しかも、凸部１４と凹部２４とは相対回転可能に嵌合しているので、リフタ本体１１は後述する上下往復動に伴って自身の中心軸の回りに少しずつ回転可能である。このため、リフタ本体１１及びガイド穴８の偏摩耗を防止することができる。
【００３４】
本実施形態の可変動弁機構は、次のように作用する。まず、内燃機関の低回転時には、図４に示すように、カムシャフト１が変位装置により左方向へ変位し、立体カム２のうちの右側の低回転用カムプロフィールが追従接触部３０に対応する。そして、同図（ａ）（ｂ）に示すように、追従接触部３０は立体カム２の１回転毎に小角度揺動して、接触線角度の変化に追従しながら立体カム２に接触し、ノーズ部２ｂに押圧される。この押圧はリフタブリッジ２０及びその押圧部２２を介して二つのリフタ本体１１の端壁１２上面に伝わり、二つのリフタ本体１１は低回転用カムプロフィールに基づいて上下に往復動し、各バルブ４を小さい開弁作用角及びリフト量で開閉させ、低速トルクを高めるとともに、燃費を向上させる。
【００３５】
ここで、バルブ４は、バルブ４の慣性力分だけコッタ３が抜ける方向の力が加わるため、その慣性力分の荷重を有する押さえバネ３７をストッパリング３８で止めて、該押さえバネ３７でバルブ４の基端面を押さえている。なお、押さえバネ３７は無しにして、ストッパリング３８でバルブ４の基端面をリジッドに押さえてもよいが、各部の寸法バラツキを吸収するために、押さえバネ３７で押さえるようにしている。
【００３６】
また、内燃機関の高回転時には、図５に示すように、カムシャフト１が変位装置により右方向へ変位し、立体カム２のうちの左側の高回転用カムプロフィールが追従接触部３０に対応する。そして、同図（ａ）（ｂ）に示すように、追従接触部３０は立体カム２の１回転毎に小角度揺動して、接触線角度の変化に追従しながら立体カム２に接触し、ノーズ部２ｂに押圧される。従って、リフタブリッジ２０及び二つのリフタ本体１１は高回転用カムプロフィールに基づいて上下に往復動し、各バルブ４を大きい開弁作用角及びリフト量で開閉させ、吸気量を増やし、高速出力を高める。
【００３７】
そして、上記の低回転時から高回転時に至る途中においても、回転数、アクセル開度等の運転状況に応じて、カムシャフト１が変位装置により連続的に変位し、立体カム２のうちの中間部位のカムプロフィールが追従接触部３０に対応する。従って、リフタブリッジ２０及び二つのリフタ本体１１はそのカムプロフィールに基づいて上下に往復動し、各バルブ４を中間的な開弁作用角及びリフト量で開閉させ、運転状況に応じたトルク及び出力を発生させる。
【００３８】
以上のように、本実施形態の可変動弁機構によれば、内燃機関の低回転時から高回転時まで、バルブタイミング及びリフト量を連続的に変化させて、内燃機関の運転状況に応じた精密な制御を行なうことができ、もってトルク、出力、燃費、排気ガスのクリーン性等の諸特性を全回転域にわたって最大限に向上させることができる。
【００３９】
次に、図６及び図７は第二実施形態の可変動弁機構を示し、抜止め部材を、逃がし穴３５の係止溝３６に係止するとともに各部の寸法バラツキを吸収してバルブ４の基端面を押圧する押さえバネ３９のみで構成した点においてのみ第一実施形態と相違するものであり、その他は実質的に共通である。押さえバネ３９には湾曲した短冊状の板バネが使用され、その両端に係止溝３６に係止する耳部３９ａが形成されている。
【００４０】
次に、図８は第三実施形態の可変動弁機構を示し、バルブ４の基端近傍部に設けた凹凸部４ａとコッタ３の内面に設けた凹凸部３ａとが、バルブ４の軸直角方向に各部の寸法バラツキを吸収するためのクリアランスを有して係合された点においてのみ第一実施形態と相違するものであり、その他は実質的に共通である。
【００４１】
第一実施形態では、バルブ４とコッタ３とリフタ本体１１とはリジッドに嵌合しており、シリンダヘッド７のガイド穴８と、バルブ４を案内する軸穴（図示略）との同軸精度を高める必要があるが、第三実施例によれば、その同軸精度が多少低くても済む利点がある。
【００４２】
なお、本発明は前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば次のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で変更して具体化することもできる。
（１）端壁の外側にコッタ嵌合部１７を突出させること。
（２）押さえバネ３７又はストッパ３８の形状を適宜変更すること。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の可変動弁機構は、上記の通り構成されているので、立体カムの数を減らしカム巾を大きくとることで全回転域にわたる諸特性の制御を容易化することができ、また、バルブリフタ及びシリンダヘッドの加工性を良くして生産性及び精度を向上させることもでき、さらには、バルブリフタの偏摩耗を防止することもできるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した第一実施形態の可変動弁機構を示す斜視図である。
【図２】同可変動弁機構の分解斜視図である。
【図３】同可変動弁機構の断面図である。
【図４】同可変動弁機構を内燃機関の低回転時において示す断面図である。
【図５】同可変動弁機構を内燃機関の高回転時において示す断面図である。
【図６】第二実施形態の可変動弁機構を示す分解斜視図である。
【図７】同可変動弁機構の断面図である。
【図８】第三実施形態の可変動弁機構を示す断面図である。
【符号の説明】
２ 立体カム
３ コッタ
３ａ 凹凸部
４ バルブ
４ａ 凹凸部
６ バルブスプリング
１０ 直打式バルブリフタ
１１ リフタ本体
１２ 端壁
１３ 周壁
１４ 凸部
１７ コッタ嵌合部
１８ スプリング座部
２０ リフタブリッジ
２１ 中央部
２２ 押圧部
２３ アーム
２４ 凹部
３０ 追従接触部
３５ 逃がし穴
３６ 係止溝
３７ 押さえバネ
３８ ストッパ
３９ 押さえバネ
３９ａ 耳部

Claims (11)

1. 低回転用カムプロフィールから高回転用カムプロフィールまでカムプロフィールを軸方向に連続的に変化させた立体カムと、内燃機関の回転数等の運転状況に応じて前記立体カムを軸方向へ変位させる変位装置と、前記立体カムのカムプロフィールに基づいて往復動することによりバルブを開閉する直打式バルブリフタとを備えた可変動弁機構において、
   前記直打式バルブリフタは、
   端壁と円筒状の周壁とを備えた二以上のリフタ本体と、
   各リフタ本体の端壁を押圧する押圧部と各押圧部に対し略中央に位置する中央部とを含んで橋架け状に設けられるとともに、各リフタ本体に係合することで自身の回転が防止されるリフタブリッジと、
   該リフタブリッジに設けられて前記立体カムの回転に伴う接触線角度の変化に追従しながら前記立体カムに接触する追従接触部を含む追従接触機構とを備え、
   各リフタ本体の端壁に、前記バルブの基端近傍部に係合されたコッタに嵌合するとともにバルブスプリングの一端を受けるリテーナ構造部が設けられたことを特徴とする可変動弁機構。
2. リテーナ構造部は、各端壁の内側の中心部に設けられてコッタに嵌合するコッタ嵌合部と、各端壁の内側の円周部に設けられてバルブスプリングの一端を受けるスプリング座部とからなる請求項１記載の可変動弁機構。
3. 端壁にバルブの基端部が入り込む逃がし穴が設けられた請求項１又は２のいずれか一項に記載の可変動弁機構。
4. 逃がし穴にバルブの基端面を押圧してバルブの抜止めを図る抜止め部材が取り付けられた請求項３記載の可変動弁機構。
5. 抜止め部材は、各部の寸法バラツキを吸収してバルブの基端面を押さえる押さえバネと、逃がし穴に係止して該押さえバネを止めるストッパとからなる請求項４記載の可変動弁機構。
6. 抜止め部材は、逃がし穴に係止するとともに各部の寸法バラツキを吸収してバルブの基端面を押圧する押さえバネからなる請求項４記載の可変動弁機構。
7. バルブの基端近傍部とコッタとが、バルブの軸直角方向に各部の寸法バラツキを吸収するためのクリアランスを有して係合された請求項１〜６のいずれか一項に記載の可変動弁機構。
8. 各リフタ本体とリフタブリッジとの係合は、各端壁の外側に設けられた凸部と各押圧部に設けられた凹部とが嵌合することによる請求項１〜７のいずれか一項に記載の可変動弁機構。
9. 各リフタ本体の中心軸回りの回転を阻害しないように、凸部と凹部とが相対回転可能に嵌合する請求項８のいずれか一項に記載の可変動弁機構。
10. 追従接触機構は、リフタブリッジの中央部に設けられた半円筒内面座と、該半円筒内面座にロール運動可能に嵌合された追従接触部とからなる請求項１〜６のいずれか一項に記載の可変動弁機構。
11. リフタ本体の端壁に、バルブの基端近傍部に係合されたコッタに嵌合するとともにバルブスプリングの一端を受けるリテーナ構造部が設けられたことを特徴とする動弁機構。

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