JP4091709B2

JP4091709B2 - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP4091709B2
Application number: JP10084299A
Authority: JP
Inventors: 研史牛島; 克也茂木; 吉彦山田
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: JP2000291417A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の運転状態に応じて吸気弁や排気弁（吸・排気弁）の開閉時期やバルブリフト量を可変制御する可変動弁装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、機関低速低負荷時における燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時における吸気の充填効率の向上による十分な出力を確保する等のために、吸・排気弁の開閉時期やバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御する可変動弁装置が従来から種々提供されており、その一例として特開昭５５−１３７３０５号公報に記載されているものが知られている。
【０００３】
すなわち、この公報の可変動弁装置は、機関に連動して回転する駆動軸の外周に設けられたカムと、支軸の外周に設けられて吸・排気弁を駆動する揺動カムとを、制御軸外周の偏心カムに回転可能に外嵌するロッカアームで連携させている。そして、制御軸の回転位置を変化させることで、ロッカアームの姿勢を変化させ、もって吸・排気弁のリフト特性を可変制御するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の内燃機関の可変動弁装置にあっては、機関と連動して回転する駆動軸と、揺動カムを支持する支軸と、が別個に設けられているため、部品点数，配置スペースの増加を招聘するとともに、駆動軸と支軸との軸心ズレに起因して、リフト特性の制御精度の低下を招く虞がある。
【０００５】
本発明は、このような課題を解決するとともに、更に改良された新規な内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の可変動弁装置は、機関の回転に連動して回転する駆動軸と、外周でシリンダヘッド側に回転可能に支持されるとともに、内周に上記駆動軸の外周を相対回転可能に支持する滑り軸受部を有し、自身の揺動により吸・排気弁をバルブスプリングのばね力に抗して開閉作動させる揺動カムと、上記駆動軸の外周に偏心して設けられた偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンクと、上記駆動軸と略平行に設けられた制御軸と、この制御軸の外周に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムの外周に相対回転可能に外嵌し、その一端で上記リング状リンクの一端と連携するロッカアームと、このロッカアームの他端と上記揺動カムの先端とを連携するロッド状リンクと、を有している。
【０００７】
このような本発明においては、吸・排気弁をバルブスプリングのばね力に抗して開閉作動させる揺動カムが、機関と連動して回転する駆動軸の外周に相対回転可能に設けられているため、上記従来例のように揺動カムを支持する支軸を設ける必要がなく、部品点数，配置スペースの低減化を図ることができ、また従来例のように駆動軸と支軸との軸心ズレを生じることもないので、リフト特性の制御精度の向上を図ることができる。更に、各部材の連結部が面接触となっているため、耐磨耗性に優れており、潤滑も行い易い。
【０００８】
しかしながら、このような揺動カムを用いた場合、機関の回転数の変化に伴って、揺動カムや各リンク部材に作用する慣性力も変化する。具体的には、機関回転数の上昇にともなって慣性力が増加する。この結果、機関の回転数によって、バルブリフト量がある程度変動するという問題を生じる。
【０００９】
つまり、高回転時には、最大リフト近傍で上記の慣性力がバルブスプリングのばね力を上回り、例えばリンク部材の連結部分のクリアランス分だけリンク間距離が伸びる形となり、その分、遥動カムの開弁方向への揺動角度が大きくなり、バルブリフト量が増加する傾向にある。一方、低回転時には、常にばね力が慣性力を上回ることとなり、例えばリンク間距離が減少するため、遥動カムの開弁方向への揺動角度が小さくなって、バルブリフト量が減少する傾向にある。特に、吸・排気弁の最大リフトの前後では、上記慣性力及びばね力がともに大きくなるので、この傾向が大きくなる。
【００１０】
ここで請求項１の発明は、上記駆動軸の回転方向に対し、上記吸・排気弁を開作動させるときの揺動カムの揺動方向を逆方向に設定し、かつ、上記揺動カムの滑り軸受部と駆動軸の外周との摺接部に、潤滑油が導入される潤滑油溝を設け、この潤滑油溝は、吸・排気弁の最大リフト状態で、軸方向視で上記リング状リンクとロッカアームとの連結部と、上記駆動軸の軸心とを結ぶ線に対し、上記摺接部が交わる位置を略中心として形成されていることを特徴としている。
【００１１】
このような構成により、機関の高回転時における最大リフト状態では、主に上記慣性力により、駆動軸には、駆動軸の中心からリング状リンクとロッカアームとが連結する連結部へ向けて力が作用するが、その力を支持する揺動カムの滑り軸受部には、潤滑油溝が存在することとなる。この潤滑油溝により、滑り軸受部に発生する潤滑油膜の形成作用が効果的に抑制されて、油膜厚さが小さくなり、駆動軸と揺動カムとの間の摩擦力がより増大する。ここで、開作動時の揺動カムの揺動方向に対して駆動軸の回転方向が逆向きに設定されているため、上記の摩擦力が揺動カムの開作動方向とは逆向きに作用することとなり、揺動カムの過大な揺動を抑制することができる。
【００１２】
また、このような高回転時には、駆動軸と揺動カムとの摺動速度が増大して、摩擦発熱の増大により温度が上昇傾向にあるが、大きな荷重が作用する方向に潤滑油溝が存在するために、十分な冷却性能が得られ、上記の温度上昇を効果的に抑制することもできる。
【００１３】
一方、低回転時における最大リフト状態では、主にバルブスプリングのばね力により、駆動軸には、高回転時と逆方向の荷重が作用するが、その力を支持する揺動カムの滑り軸受部には、潤滑油溝が存在しない形となる。このため、滑り軸受部に十分な油膜が形成され、駆動軸と揺動カムとの摩擦力が適宜に低減される。このように、揺動カムの開作動時の揺動を妨げる摩擦力が低減されることによって、低回転時におけるバルブリフト量の減少が効果的に抑制される。
【００１４】
このように、高回転時には遥動カムの過度な揺動が抑制される一方、低回転時には過小となりやすい揺動カムの揺動が促進されるため、機関の回転数によるバルブリフト量のばらつきを効果的に抑制することができる。
【００１５】
上記潤滑油溝は、例えば請求項２の発明のように、上記揺動カムの滑り軸受部に凹設され、あるいは請求項３の発明のように、駆動軸の外周に凹設される。
【００１６】
また、請求項４の発明では、上記駆動軸に、上記潤滑油溝へ潤滑油を供給する径方向油路が設けられ、上記吸・排気弁の最大リフト状態で、上記径方向油路と上記潤滑油溝とが互いに連通するように設定されている。
【００１７】
この場合、最大リフト状態で、潤滑油溝へより確実に潤滑油を供給することが可能となり、上記の冷却効果をより一層向上させることができる。
【００１８】
より好ましくは請求項５の発明のように、上記駆動軸の内部に、上記潤滑油溝へ潤滑油を供給する軸方向油路が形成されている。
【００１９】
なお、上記潤滑油溝は、例えば周方向に所定長さの帯状であってもよく、あるいは請求項６の発明のように、丸穴状に形成してもよい。
【００２０】
請求項７の発明は、潤滑油溝により多くの潤滑油を強制的に供給するように、潤滑油を機関のメインギャラリから直接的に上記潤滑油溝へ供給するようにしたことを特徴としている。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、機関の高回転時における最大リフト状態では、駆動軸に荷重が作用する方向に潤滑油溝が存在することとなり、この潤滑油溝により、滑り軸受部に発生する潤滑油膜の形成作用が効果的に抑制されて、油膜厚さが小さくなり、駆動軸と揺動カムとの間の摩擦力がより増大し、揺動カムの過大な揺動を抑制することができる。また、高回転時には、駆動軸と揺動カムとの摺動速度が増大して、摩擦発熱の増加により温度が上昇傾向にあるが、大きな荷重が作用する部分に潤滑油溝が存在するために、十分な冷却性能が得られて温度上昇を小さく抑制する効果も得られる。
【００２２】
一方、低回転時における最大リフト状態では、駆動軸に荷重が作用する方向に潤滑油溝が存在していない形となる。このため、滑り軸受部に十分な油膜が形成され、駆動軸と揺動カムとの摩擦力が適宜に抑制される。このように、揺動カムの開作動方向への揺動を妨げる摩擦力が効果的に抑制されることによって、低回転時におけるバルブリフト量の減少が効果的に抑制される。
【００２３】
このように、高回転時には遥動カムの過度な揺動が抑制される一方、低回転時には過小となりやすい揺動カムの揺動運動が促進されるため、機関の回転数によるバルブリフト量のばらつきを効果的に抑制することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１〜６は、本発明の第１実施例に係る内燃機関の可変動弁装置を示している。シリンダヘッド１０の上部には、全気筒にわたって連続した駆動軸１２が設けられている。この駆動軸１２は、図外の一端にスプロケットが取り付けられ、タイミングチェーンを介して機関のクランクシャフトに連動して回転するようになっている。また、駆動軸１２は、内部に潤滑油供給用の軸方向油路１２ａが形成された中空状をなし、かつ、この軸方向油路１２ａと外周とを連通する径方向油路１２ｂが形成されている。
【００２５】
この駆動軸１２の外周には、中空軸状の揺動カム１６が相対回転可能に外嵌されている。この揺動カム１６は、各気筒の一対の吸気弁（又は排気弁）１８に対応して一対のカムロブ１６ａが設けられるとともに、両カムロブ１６ａ間にジャーナル部１６ｂが形成されている。このジャーナル部１６ｂの外周がシリンダヘッド１０の上部と下部ブラケット４０との間に回転可能に支持されている。また、揺動カム１６の内周が、駆動軸１２の外周を相対回転可能に支持する滑り軸受部１６ｃとなっている。この揺動カム１６が揺動すると、各カムロブ１６ａが吸気弁１８の上端に設けられたバルブリフタ１８ａに摺接し、吸気弁１８を図外のバルブスプリングの反力に抗して開閉作動させるようになっている。
【００２６】
また、駆動軸１２の外周には、この駆動軸１２の軸心に対して所定量偏心した偏心カム２０が圧入等により固定されており、この偏心カム２０の外周に、リング状リンク２２が相対回転可能に外嵌している。
【００２７】
駆動軸１２と略平行に配設された制御軸２４は、内部に潤滑油供給用の軸方向油路２４ａが形成された中空状に形成されており、図外のアクチュエータ等により機関の運転状態に応じて所定の角度範囲で回転制御されるようになっている。この制御軸２４は、ボルト４２を介してシリンダヘッド１０に固定される一対の上部ブラケット３８，下部ブラケット４０間に回転可能に支持されている。
【００２８】
制御軸２４の外周には、制御軸２４の軸心に対して所定量偏心した制御カム２６が固定されており、この制御カム２６の外周には、軸方向視で略Ｌ字状をなすロッカアーム２８の基部が相対回転可能に外嵌している。このロッカアーム２８の一端と、リング状リンク２２の先端とは、両者を挿通する第１ピン３２を介して相対回転可能に連結されている。
【００２９】
また、ロッカアーム２８の他端と、上記の揺動カム１６の先端とは、ロッド状リンク３０によって連携されている。より具体的には、揺動カム１６の一方のカムロブ１６ａの先端と、ロッド状リンク３０の一端とは、両者を挿通する第２ピン３４を介して相対回転可能に連結されている。また、ロッカアーム２８の他端と、ロッド状リンク３０の他端とは、両者を挿通する第３ピン３６を介して相対回転可能に連結されている。
【００３０】
このような構成により、機関の回転に同期して駆動軸１２が軸周りに回転すると、偏心カム２０を介してリング状リンク２２が並進移動し、これに応じてロッカアーム２８が制御カム２６の軸心周りに揺動し、かつ、ロッド状リンク３０を介して揺動カム１６が揺動して、吸気弁１８が開閉駆動される。
【００３１】
また、機関の運転状態に応じて制御軸２４が回転制御されると、ロッカアーム２８の揺動支点となる制御カム２６の軸心位置が変化して、吸気弁１８のリフト特性が可変制御される。
【００３２】
このように本実施例では、吸気弁１８を駆動する揺動カム１６が、機関と連動して回転する駆動軸１２の外周に相対回転可能に外嵌する構成となっているため、上記従来例のように吸・排気弁を駆動する揺動カムを支持する支軸を駆動軸と別個に設ける必要がない。このため、部品点数，配置スペースの低減化を図ることができるとともに、従来例のように駆動軸と揺動カムとの軸心ズレを生じることがなく、リフト特性の制御精度が向上する。また、各部材の連結部が面接触となっているため、耐磨耗性に優れており、潤滑も行い易い。
【００３３】
そして本実施例では、図１，５，６に示すように、揺動カム１６が吸気弁１８を押し下げる際、すなわち吸気弁１８を開作動させる場合に、この揺動カム１６の揺動方向Ｒ１（図の反時計方向）が、駆動軸１２の回転方向Ｒ２（図の時計方向）と逆向きとなるように設定されている。
【００３４】
また、揺動カム１６内周の滑り軸受部１６ｃには、潤滑油が導入される潤滑油溝４６が径方向に凹設されている。この潤滑油溝４６は、図３，４にも示すように、一対のカムロブ１６ａ及びジャーナル部１６ｂの軸方向位置に対応した合計３カ所に設けられ、かつ、所定の深さ及び周方向長さに形成されている。
【００３５】
ここで、各潤滑油溝４６は、図１に示すような吸気弁１８の最大リフト状態、つまり制御軸２４の回転位置がリフト量最大位置で、かつ揺動カム１６が最も開弁方向へ揺動している状態において、リング状リンク２２とロッカアーム２８とを連結する連結部すなわち第１ピン３２の軸心Ｐ１と、駆動軸１２の軸心とを結ぶ油溝位置規定線Ｌ１が、滑り軸受部１６ｃの円周と交わる点Ｐ２を略中心として、周方向に延在している。つまり、潤滑油溝４６は、最大リフト状態で軸心Ｐ１に近い側に設けられている。
【００３６】
また、図１に示す最大リフト状態で、駆動軸１２の径方向油路１２ｂが潤滑油溝４６と連通するように、潤滑油溝４６が形成される周方向範囲内に設定されている。従って、最大リフト状態で駆動軸１２の軸方向油路１２ａ及び径方向油路１２ｂを介して潤滑油溝４６へ円滑に潤滑油が供給されるようになっている。
【００３７】
なお、潤滑油溝４６へ潤滑油を供給する他の方法として、シリンダヘッド１０側から揺動カム１６介して直接的に供給するようにしてもよい。また、潤滑油溝４６の形成位置は、上記実施例に限定されるものではない。
【００３８】
次に図５，６を参照して、本実施例の作用を説明する。
【００３９】
本実施例のように、吸気弁１８を開作動させる揺動カム１６が、所定範囲内を揺動する構成となっている場合、機関の回転数の変化に伴って、揺動カム１６並びにリング状リンク２２，ロッド状リンク３０等の各リンク部材に作用する慣性力も変化する。具体的には、機関回転数の上昇にともなって慣性力が増加する。この結果、機関の回転数の変化に伴いバルブリフト量が変動するおそれがある。
【００４０】
より具体的には、図５，６に示す最大リフト位置の前後では、揺動カム１６に作用する慣性力Ｆｉ（Ｆｉ’）は、その運動が減速されるために、バルブスプリングのばね力Ｆｂと逆向き（図の反時計方向）に作用する。この慣性力Ｆｉが機関の回転上昇に伴って大きくなり、慣性力Ｆｉがばね力Ｆｂ等を上回ると、リンク部材としてのリング状リンク２２やロッド状リンク３０に作用する力Ｆ１，Ｆ２（Ｆ１’，Ｆ２’）の向きが逆転し、各リンク部材の摺接部分のクリアランス分リンク間の距離が伸ばされ、揺動カム１６が最大リフト位置を越えて更に開作動方向（図の反時計方向）へ揺動しようとする。
【００４１】
つまり、図５に示す高回転時には、揺動カム１６の慣性力Ｆｉはバルブスプリングのばね力Ｆｂを上回って、ロッド状リンク３０を引っ張る方向に作用し、この力はロッカアーム２８，リング状リンク２２を介して駆動軸１２に伝達される。よって、駆動軸１２には、駆動軸１２の中心からリング状リンク２２とロッカアーム２８との連結部Ｐ１へ向けて荷重Ｆｙが作用する。
【００４２】
このように、高回転時に揺動カム１６の回転角が最大リフト位置を越えて増大しようとする場合、揺動カム１６の滑り軸受部１６ｃの中で駆動軸１２の荷重Ｆｙを支持する部分に、潤滑油溝４６が存在する形となる。このように荷重Ｆｙの作用する方向に潤滑油溝４６が存在する場合、例えば荷重Ｆｙの作用する方向に潤滑油溝４６が無い場合に比して、流体潤滑油膜の形成能力が抑制され、その油膜厚さが小さくなる。この結果、駆動軸１２外周と揺動カム１６内周との間に作用する流体摩擦力が適宜に増大する。ここで、駆動軸１２の回転方向が揺動カム１６のリフト増大時（開作動時）の揺動方向と逆向きとなっているので、その摩擦力は、揺動カム１６の回転角度を小さく、つまりリフト量を小さく抑制する方向に作用する。この結果、高回転時に揺動カム１６が最大リフト位置を越えて更に揺動する事態を効果的に抑制することができる。
【００４３】
一方、低回転時の最大リフト前後では、常にばね力Ｆｂが慣性力Ｆｉ’を上回る形となるため、図６に示すように、駆動軸１２には常に高回転時とは逆方向の荷重Ｆｙ’が作用する。すなわち、滑り軸受部１６ｃの中で潤滑油溝４６がない部分で荷重Ｆｙ’を支持する形となる。従って、流体潤滑油膜が十分に確保されて流体摩擦は低い状態に保たれる。このように、揺動カム１６の開作動時の揺動を妨げる摩擦力が低減されることによって、低回転時におけるバルブリフト量の減少が効果的に抑制される。
【００４４】
このように、高回転時には揺動カム１６の過度な揺動が抑制される一方、低回転時には過小となりやすい揺動カム１６の揺動が促進されるため、機関の回転数によるバルブリフト量のばらつきを効果的に抑制することができる。
【００４５】
また、高回転時には、駆動軸１２と揺動カム１６との摺動速度が増大して、摩擦発熱の増大により温度が上昇傾向にあるが、大きな荷重Ｆｙが作用する方向に潤滑油溝４６が存在するために、十分な冷却性能が得られ、温度上昇を小さく抑制する効果も得られる。
【００４６】
更に本実施例では、最大リフト時に駆動軸１２の径方向油路１２ｂが潤滑油溝４６と連通するように設定されているため、上記の冷却性能がさらに促進される。また、駆動軸１２の内部に軸方向油路１２ａを設けているため、径方向油路１２ｂの加工が簡素であっても十分な冷却効果が得られる。
【００４７】
図７は本発明の第２実施例を示している。なお、基本的な構造は上記第１実施例と同じであり、重複する説明を適宜省略し、第１実施例と異なる部分のみについて説明する。
【００４８】
この実施例では、揺動カム１６の滑り軸受部１６ｃに摺接する駆動軸１２の外周に、潤滑油溝４６Ａを設けている。なお、潤滑油溝４６Ａの形成位置は、上記第１実施例の潤滑油溝４６と同様である。この場合、上記第１実施例と同様の得られることに加え、第１実施例のように揺動カム１６の内周に潤滑油溝４６を形成する場合に比して、加工が容易となる。
【００４９】
なお、上記実施例では潤滑油溝を周方向に所定長さの帯状に形成しているが、例えば丸穴状に形成してもほぼ同様の効果が得られる。
【００５０】
更に、メインギャラリから別経路で潤滑油溝へ潤滑油を導いて、より高圧の潤滑油を供給する構成とすれば、上記潤滑油溝へより多量の潤滑油を供給して、上記の冷却効果を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る内燃機関の可変動弁装置を示す断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図３】第１実施例の揺動カムを単体で示す断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図。
【図５】高回転時における最大リフト状態を示す断面図。
【図６】低回転時における最大リフト状態を示す断面図。
【図７】本発明の第２実施例に係る内燃機関の可変動弁装置を示す断面図。
【符号の説明】
１０…シリンダヘッド
１２…駆動軸
１２ａ…軸方向油路
１２ｂ…径方向油路
１６…揺動カム
１６ｃ…滑り軸受部
１８…吸気弁
２０…偏心カム
２２…リング状リンク
２４…制御軸
２６…制御カム
２８…ロッカアーム
３０…ロッド状リンク
４６…潤滑油溝

Claims

機関の回転に連動して回転する駆動軸と、外周でシリンダヘッド側に回転可能に支持されるとともに、内周に上記駆動軸の外周を相対回転可能に支持する滑り軸受部を有し、自身の揺動により吸・排気弁をバルブスプリングのばね力に抗して開閉作動させる揺動カムと、上記駆動軸の外周に偏心して設けられた偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンクと、上記駆動軸と略平行に設けられた制御軸と、この制御軸の外周に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムの外周に相対回転可能に外嵌し、その一端で上記リング状リンクの一端と連携するロッカアームと、このロッカアームの他端と上記揺動カムの先端とを連携するロッド状リンクと、を有し、
上記駆動軸の回転方向に対し、上記吸・排気弁を開作動させるときの揺動カムの揺動方向を逆方向に設定し、
かつ、上記揺動カムの滑り軸受部と駆動軸の外周との摺接部に、潤滑油が導入される潤滑油溝を設け、
この潤滑油溝は、吸・排気弁の最大リフト状態で、軸方向視で上記リング状リンクとロッカアームとの連結部と、上記駆動軸の軸心とを結ぶ線に対し、上記摺接部が交わる位置を略中心として形成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
上記潤滑油溝は、上記揺動カムの滑り軸受部に凹設されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記潤滑油溝は、上記駆動軸の外周に凹設されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記駆動軸に、上記潤滑油溝へ潤滑油を供給する径方向油路が設けられ、上記吸・排気弁の最大リフト状態で、上記径方向油路と上記潤滑油溝とが互いに連通するように設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記駆動軸の内部に、上記潤滑油溝へ潤滑油を供給する軸方向油路が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記潤滑油溝を、丸穴状に形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
潤滑油を機関のメインギャラリから直接的に上記潤滑油溝へ供給するようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。