JP4108300B2

JP4108300B2 - 可変動弁機構

Info

Publication number: JP4108300B2
Application number: JP2001236611A
Authority: JP
Inventors: 鎮夫石川; 憲生加藤; 勝彦本杉
Original assignee: Toyota Motor Corp; Otics Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Otics Corp
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2001-08-03
Publication date: 2008-06-25
Anticipated expiration: 2021-08-03
Also published as: JP2003049620A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の運転状況に応じてバルブタイミング及びリフト量を変化させる可変動弁機構に関し、特に直打式バルブリフタの回転阻止構造に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
カムプロフィールが軸方向に連続的に変化する立体カムと、該立体カムに接触するカム接触子を備えた直打式バルブリフタとを用いた可変動弁機構（例えば、特公平７−４５８０３号公報、特公平６−８４７２２号公報）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る。この可変動弁機構においては、立体カムに対してカム接触子が回転しないようにする回転阻止構造が設けられるが、前記公報に記載された回転阻止構造では、部品点数の増加や剛性の低下等の問題があった（後記の特開２０００−１３６７０４号公報で指摘）。
【０００３】
そこで、本出願人は先に、前記問題を解消できる回転阻止構造として、図７に示すとおり、直打式バルブリフタの倒立カップ状のリフタ本体１０７の端壁部１１８の外周面に、シリンダヘッド１０９に対するリフタ本体１０７の回転を阻止する凸部１２５を一体的に設け、シリンダヘッド１０９のガイド穴１１０の一部に、前記凸部１２５が摺動可能に嵌合する凹溝１２６を設けたものを提案した（特開２０００−１３６７０４号公報）。この可変動弁機構によれば、部品点数を削減し、剛性を高めることができた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図７の回転阻止構造によると、端壁部１１８の外側に凸部１２５を設けるので、該凸部１２５が邪魔になって側壁部１１９の外周面の研削加工が困難になり、該面の精度を確保することも困難になっていた。また、ガイド穴１１０の一部に凹溝１２６を形成する必要があり、その溝加工にかなりの手間がかかっていた。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、リフタ本体及びカム接触子の回転阻止構造を簡単な構成で実現することができ、側壁部の外周面の研削加工及び精度確保を容易化でき、リフタガイド穴の凹溝加工を廃止することも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、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、端壁部と円筒状の側壁部とを備えたリフタ本体と、該端壁部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立体カムに接触するカム接触子（カム接触子）を含む追従接触機構とを備え、前記シリンダヘッドに前記リフタ本体の内部へ延びる回転阻止ピンが立設され、前記側壁部は、開口下縁部以外では周方向に厚さ一定であり、該開口下縁部では周方向の一部に内側に膨出する膨出部が設けられたことにより該一部が周方向の他の部分よりも厚くなっており、該膨出部に、前記回転阻止ピンに対しリフタ本体の往復動方向には摺動可能に且つリフタ本体の回転方向には拘束されるように嵌合する嵌合溝が設けられ、前記端壁部の下面に突設されたバルブを押圧するための押圧部の中心が、前記端壁部の中心から前記膨出部がある側とは反対側へシフトした所に位置したことを特徴とする可変動弁機構。
【０００７】
ここで、膨出部の位置は、側壁部の内周のうちのどこでもよく、例えばリテーナ等の周辺部材の配設に有利な方向に設ければよい。膨出部の位置は、側壁部の全高のうちのどこでもよいが、開口下端又は開口下端付近に設けることが好ましい。膨出部の幅は、特に限定されないが、側壁部の内周長の１／２０〜１／２程度が好ましい。また、回転阻止ピン並びに膨出部及び嵌合溝の数は、それぞれ１つで足りるが、複数にしてもよい。
【０００８】
膨出部は、その膨出量において特に限定されるものではないが、側壁部の外周面から測って内側へ３〜８ｍｍ膨出したものが好ましい。３ｍｍ未満になると嵌合溝を形成しにくくなり、８ｍｍを越えるとバルブスプリングの邪魔になるからである。
【０００９】
膨出部は、その形成方法において特に限定されるものではないが、次の態様を例示できる。
（１）側壁部の開口下縁の一部を残部よりも内側へ深く折り曲げて形成した膨出部。
（２）側壁部の一部を残部よりも内側へ肉厚に成形して形成した膨出部。
【００１０】
押圧部の中心が、端壁部の中心から膨出部がある側とは反対側へシフトしているのは、回転阻止ピン及び膨出部がバルブスプリングに干渉しにくくなるからであり、このシフト量は、特に限定されないが、０．１〜３．０ｍｍ程度が好ましい。
【００１１】
立体カムは、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ものが好ましい。
【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】
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カム接触子とからなるものが好ましい。このカム接触子は、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号公報に示したカム接触子付ローラ機構を適用することもできる。
【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】
【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。
【００１７】
まず、図１〜図４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１及び図４において左側の低回転用カムプロフィールから右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。
【００１８】
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３が設けられている。変位装置３は、例えば、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（いずれも図示略）、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（図示略）により制御されるようになっている。
【００１９】
カムシャフト１より下方のシリンダヘッド７ａにはガイド穴８が形成され、該ガイド穴８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バルブ４を開閉する直打式バルブリフタ１０が摺動可能に配されている。このシリンダヘッド７ａの上面には立体カム２の回転軌跡を逃がすための逃がし凹部９が形成されている（図３（ａ）参照）。バルブ４のステム部４ａは、バルブリフタ１０より下方のシリンダヘッド７ｂに固定されたバルブガイド２５に挿通されてガイドされている。
【００２０】
直打式バルブリフタ１０は、円板状の端壁部１２と円筒状の側壁部１３（スカート部）とを備えたリフタ本体１１と、端壁部１２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に接触するカム接触子２１を含む追従接触機構とを備えている。
【００２１】
端壁部１２の下面にはステム部４ａの端部を押圧するための押圧部１４が突設され、押圧部１４とバルブ４の端部との間にはバルブクリアランス調整用のシムが介装されてもよい。バルブ４の上端近傍に取り付けられたバルブリテーナ５と、シリンダヘッド７ｂ上面の環状凹部２６に当てられたスプリングシート２７との間には、バルブスプリング６が装着されている。
【００２２】
追従接触機構を詳述すると、端壁部１２の上面中央部には立体カム２の軸線とは直角方向に長い隆起部１８が一体的に形成され、隆起部１８には同方向に延びる半円筒内面座１９が凹設されている。また、半円筒内面座１９の長手方向略中央部には係合凹部２０が設けられている。カム接触子２１は、半円筒内面座１９に揺動可能に接触する半円柱面２２と、立体カム２に接触する平らな接触面２３とを含む、半割り円柱状のものである。半円柱面２２の長手方向中央部には扇形の係合凸部２４が一体的に設けられ、該係合凸部２４が係合凹部２０に係合して揺動可能に挟まれている。この係合により、カム接触子２１の長手方向の端面が現れた状態で、カム接触子２１の長手方向の移動が規制されている。カム接触子２１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２３が立体カム２に接触するようになっている。
【００２３】
さて、本実施形態では、上端部がリフタ本体１１の内部（詳しくは、後述する嵌合溝に嵌合しうるよう、側壁部１３の直ぐ内側）へ延びる丸棒状の回転阻止ピン３０が、シリンダヘッド７ｂの取付穴３１に挿入固定されることで立設されている。また、側壁部１３の開口下縁の一部を残部よりも内側へ深く折り曲げることにより、側壁部１３の略半周に亘って内側へ膨出する膨出部１５が設けられている。膨出部１５は、その周方向の中央部において側壁部１３の外周面から測って内側へ約４ｍｍ膨出し、該中央部から離れるにつれて膨出量が徐々に小さくなるものである。側壁部１３の高さは全周均一であることが好ましいから、前記のように折り曲げる前の側壁部１３の高さを膨出部１５となる部分で残部より下方へ長くしておき、折り曲げた後の側壁部１３の高さを全周均一に合わせてある。そして、膨出部１５の中央部に、回転阻止ピン３０に対しリフタ本体１１の往復動方向には摺動可能に且つリフタ本体１１の回転方向には拘束されるように嵌合する略半円状の嵌合溝１６が、内側縁から凹設されている。この嵌合により、立体カム２に対してカム接触子２１及びリフタ本体１１が回転するのを阻止することができ、立体カム２とカム接触子２１との正しい位置関係を維持することができる。なお、回転阻止ピン３０及び嵌合溝１６の形状は適宜変更できる。
【００２４】
また、本実施形態では、押圧部１４の中心Ｑが端壁部１２の中心Ｐから膨出部１５がある側とは反対側へシフトした所に位置するように該押圧部１４が突設されており、これに伴ってステム部４ａ及びバルブスプリング６の中心も同様にシフトしている。このシフト量ａは例えば約１．２ｍｍである。このシフトにより、リフタ本体１１の内部空間が膨出部１５がある側で相対的に大きくなり、回転阻止ピン３０及び膨出部１５がバルブスプリング６の外径から余裕を持って離れるのでバルブスプリング６に干渉しにくくなっている。特に、側壁部１３の内径とバルブスプリング６の外径との差が小さいリフタ本体１１において、このシフトの手法が好ましい。
【００２５】
以上のように構成された第一実施形態の可変動弁機構によれば、立体カム２を軸方向に変位させることでバルブタイミング及びリフト量を連続的又は段階的に変化させて、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。
【００２６】
また、シリンダヘッド７ｂに立設した回転阻止ピンと、側壁部１３の内側へ膨出する膨出部１５の嵌合溝１６との嵌合により、カム接触子２１及びリフタ本体１１の回転を阻止することができるので、次の効果が得られる。
（１）構造が簡単であり、部品点数も少ない。
（２）端壁部１２の外側に従来のような凸部を設けなくてもよいので、側壁部１３の外周面の研削加工が容易になり、該面の精度を確保することも容易になる。
（３）ガイド穴８に従来のような凹溝を形成する必要がないので、その凹溝加工を廃止して加工の手間を大きく削減できる。なお、取付穴３１の加工は、簡単で手間がかからない。
【００２７】
次に、図５及び図６は第二実施形態の可変動弁機構を示しており、膨出部１５が側壁部１３の一部を残部よりも内側へ肉厚に成形（例えば冷間鍛造）して形成したものである点と、該膨出部１５の周長が側壁部１３の内周の１／６〜１／８程度である点においてのみ、第一実施形態と相違している。第一実施形態の膨出部１５はその高さが側壁部１３の厚さ分であったが、本実施形態の膨出部１５はその高さを側壁部１３の厚さより大きく得ることができ、図６に２点差線で示すように端壁部１２まで延ばすこともできる。嵌合溝１６は、膨出部１５を下から上へ貫くように内側から凹設されるが、膨出部１５の高さが大きい場合には、膨出部１５の下から途中までで終わるように内側から凹設されてもよい。本実施形態によっても、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で回止部材の構成・形状やその他各部の構成・形状等を適宜変更して具体化することもできる。
【００２９】
【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、リフタ本体及びカム接触子の回転阻止構造を簡単な構成で実現することができ、側壁部の外周面の研削加工及び精度確保を容易化でき、リフタガイド穴の凹溝加工を廃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】同可変動弁機構の直打式バルブリフタの分解斜視図である。
【図３】（ａ）は同直打式バルブリフタの平面図、（ｂ）は底面図である。
【図４】同可変動弁機構の断面図である。
【図５】第二実施形態の可変動弁機構の直打式バルブリフタを示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は底面図である。
【図６】同可変動弁機構の断面図である。
【図７】従来例の可変動弁機構を示す斜視図である。
【符号の説明】
２立体カム
３変位装置
４バルブ
１０直打式バルブリフタ
１１リフタ本体
１２端壁部
１３側壁部
１４押圧部
１５膨出部
１６嵌合溝
２１カム接触子
３０回転阻止ピン

Claims

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、端壁部と円筒状の側壁部とを備えたリフタ本体と、該端壁部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立体カムに接触するカム接触子を含む追従接触機構とを備え、
前記シリンダヘッドに前記リフタ本体の内部へ延びる回転阻止ピンが立設され、前記側壁部は、開口下縁部以外では周方向に厚さ一定であり、該開口下縁部では周方向の一部に内側に膨出する膨出部が設けられたことにより該一部が周方向の他の部分よりも厚くなっており、該膨出部に、前記回転阻止ピンに対しリフタ本体の往復動方向には摺動可能に且つリフタ本体の回転方向には拘束されるように嵌合する嵌合溝が設けられ、
前記端壁部の下面に突設されたバルブを押圧するための押圧部の中心が、前記端壁部の中心から前記膨出部がある側とは反対側へシフトした所に位置したことを特徴とする可変動弁機構。
前記膨出部は、前記側壁部の外周面から測って内側へ３〜８ｍｍ膨出したものである請求項１記載の可変動弁機構。
前記膨出部は、前記側壁部の開口下縁の一部を残部よりも内側へ深く折り曲げて形成したものである請求項１又は２記載の可変動弁機構。
前記膨出部は、前記側壁部の一部を残部よりも内側へ肉厚に成形して形成したものである請求項１又は２記載の可変動弁機構。