JP4222275B2 - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents
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トヨタ技術公開集 発行番号13619
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明では、互いに傾斜角の異なるヘリカルスプラインを有する入力ギヤ及び出力ギヤが外壁に設けられたスライダと、前記入力ギヤに噛み合う内歯ギヤが内壁に形成されるとともに回転するカムに押されて軸を中心に揺動する入力アームと、前記出力ギヤに噛み合う内歯ギヤが内壁に形成されるとともに前記入力アームの揺動に基づき前記軸を中心に揺動して機関バルブをリフトさせる揺動アームとを備え、前記スライダを軸方向に移動させて前記入力アームと前記揺動アームとの揺動方向についての相対位置を変更することで、前記機関バルブのバルブ特性を可変とする内燃機関の可変動弁機構において、前記スライダの入力ギヤ及びこれと噛み合う前記入力アームの内歯ギヤの周方向一部であって、前記入力アームへの前記カムの押し付け時に同入力アームの内壁が前記スライダの外壁から離れる位置に対応する部分を欠歯とすることを要旨とするものである。
揺動アームによる機関バルブのリフト時には、同バルブ側からの荷重を受ける揺動アームが変位し、揺動アームの内壁における上記変位方向前側に位置する部分がスライダの外壁から離れ、そこでの内壁と外壁とのクリアランスが大になる。上記構成によれば、互いに噛み合う揺動アームの内歯ギヤ及びスライダの出力ギヤの周方向一部であって、上記のようにクリアランスが大となる位置に対応する部分に欠歯を形成することができる。仮に、この部分に欠歯が形成されないとすると、その部分にて互いに噛み合う入力ギヤと内歯ギヤとの間の遊び(バックラッシ)が上記クリアランスの拡大に伴い大となり、スライダを軸方向に往復移動させる際の歯打音が大きくなることは避けられない。しかし、こうした歯打音については上記のように欠歯を形成し、クリアランスが大となる部分でギヤの噛み合いを生じさせないことで抑制することが可能になる。また、互いに噛み合う出力アームの内歯ギヤ及びスライダの出力ギヤの周方向一部を欠歯とするという、既存部品の変更だけで上記歯打音を抑制することができ、その抑制を手間や費用をかけることなく実現することができる。
以下、本発明を自動車用エンジンの可変動弁機構に具体化した第1実施形態を図1〜図6に従って説明する。
リフト量可変機構14は、吸気カムシャフト11と平行に延びる支持パイプ15及びコントロールシャフト16と、回転する吸気カム11aにより押されて上記支持パイプ15を中心に揺動する入力アーム17と、この入力アーム17の揺動に基づき上記支持パイプ15を中心に揺動して吸気バルブ9をリフトさせる揺動アーム18とを備えている。そして、入力アーム17と揺動アーム18との揺動方向についての相対位置を変更することで、上記吸気バルブ9の最大リフト量、及び吸気カム11aの吸気バルブ9に対する作用角が可変とされる。
図3は、吸気カム11a側からの荷重を受けたときの入力アーム17の変位態様を模式的に示した図である。入力アーム17に吸気カム11a側からの荷重が作用するのは、吸気カム11aが入力アーム17に押しつけられたときである。
図4は、吸気バルブ9側からの荷重を受けたときの揺動アーム18の変位態様を模式的に示した図である。揺動アーム18に吸気バルブ9側からの荷重が作用するのは、揺動アーム18がその揺動によって吸気バルブ9をリフトさせたときである。
図5は、入力アーム17の内部を支持パイプ15の軸線方向から見た拡大断面図であって、入力アーム17の内歯ギヤ28aとスライダ26の入力ギヤ27aとの噛み合い状態を示している。同図に示されるように、互いに噛み合う入力ギヤ27a及び内歯ギヤ28aについては、それらギヤ27a,28aの周方向の一部が欠歯41,42とされている。この欠歯41,42の周方向についての形成位置については、上記荷重F1に基づき入力アーム17が図3(b)の矢印X1方向に変位したときに入力アーム17の内壁17aがスライダ26の外壁26aから離れる位置となっている。更に、上記欠歯41,42の周方向についての形成範囲内には、上記入力アーム17の変位に起因して、内壁17aが外壁26aから最も離れる位置(図3(b)の位置P1に対応)が含まれている。
(1)入力アーム17への吸気カム11aの押しつけ時、入力アーム17の内壁17aとスライダ26の外壁26aとのクリアランスが拡大する位置に欠歯41,42が形成されているため、その位置でギヤ同士の噛み合いを生じさせないようにすることができる。従って、上記クリアランスの拡大に伴いスライダ26の入力ギヤ27aと入力アーム17の内歯ギヤ28aとの間の遊び(バックラッシ)が大となって歯打音が大となるのを抑制することができる。また、互いに噛み合う入力ギヤ27aと内歯ギヤ28aとの周方向一部を欠歯41,42にするという、既存部品の変更だけで上記歯打音を抑制することができ、その抑制を手間や費用をかけることなく実現することができる。
次に、本発明の第2実施形態について図7〜図9を参照して説明する。
この実施形態は、各アーム側のギヤをスライダ側のギヤに対しバルブリフト時の変位方向と逆の方向に予めオフセットするように形成することで、バルブリフト時における各アームの変位に伴い、互いに噛み合うギヤ間のバックラッシが大となるのを抑制するようにしたものである。
図8は、入力アーム17の内壁17a及び内歯ギヤ30aと、スライダ26の外壁26a及び入力ギヤ27aとの位置関係を模式的に示した図である。ここで、スライダ26の外壁26aは、同スライダ26の軸線Lp、即ち支持パイプ15の軸線を中心とする円周に沿って延びるように形成されている。このため、外壁26aに形成された入力ギヤ27aも、支持パイプ15の軸線を中心とする円周に沿って延びるように形成されることとなる。
(5)入力アーム17への吸気カム11aの押しつけにより、入力アーム17が荷重F1を受けて変位したとき、入力アーム17の内壁17aの変位方向前側に位置する部分がスライダ26の外壁26aから離れ、その部分での内壁17aと外壁26aとのクリアランスが大きくなる。しかし、上記部分のクリアランスは、入力アーム17の内歯ギヤ28aを、スライダ26の入力ギヤ27aに対し、矢印Y1方向にオフセットするように形成することで、予め小さくされている。従って、上記のように入力アーム17が変位して当該クリアランスが拡大したとしても、スライダ26の軸方向移動に伴う歯打音が問題になるほど、上記クリアランスが大きくなること、言い換えれば上記部分でのギヤ間の遊び(バックラッシ)が大きくなることを抑制することができる。また、入力アーム17の内歯ギヤ28aをスライダ26の入力ギヤ27aに対しオフセットするように形成するという、既存部品の変更だけで上記歯打音を抑制することができ、その抑制を手間や費用をかけることなく実現することができる。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
この実施形態は、スライダ側のギヤを各アーム側のギヤに対しバルブリフト時の変位方向と同じ方向に予めオフセットするように形成することで、バルブリフト時における各アームの変位に伴い、互いに噛み合うギヤ同士のバックラッシが大となるのを抑制するようにしたものである。
図10は、入力アーム17の内壁17a及び内歯ギヤ28aと、スライダ26の外壁26a及び入力ギヤ27aとの位置関係を模式的に示した図である。ここで、入力アーム17の内壁17aは、互いに一致する支持パイプ15(図7)の軸線及びスライダ26の軸線Lpを中心とする円周に沿って延びるように形成されている。このため、内壁17aに形成された内歯ギヤ28aも、支持パイプ15の軸線及びスライダ26の軸線Lpを中心とする円周に沿って延びるように形成されることとなる。なお、このときには、孔46、小径部47(以上、図7)、及び内壁17aが、それぞれの中心を互いに一致させるように、且つ、支持パイプ15の軸線及びスライダ26の軸線Lpと一致するように形成される。
(9)入力アーム17への吸気カム11aの押しつけにより、入力アーム17が荷重F1を受けて変位したとき、入力アーム17の内壁17aの変位方向前側に位置する部分がスライダ26の外壁26a(入力ギヤ27a)から離れ、その部分での内壁17aと外壁26aとのクリアランスが大きくなる。しかし、上記部分のクリアランスは、スライダ26の入力ギヤ27aを、入力アーム17の内歯ギヤ28aに対し、矢印Z1方向にオフセットするように形成することで、予め小さくされている。従って、上記のように入力アーム17が変位して当該クリアランスが拡大したとしても、スライダ26の軸方向移動に伴う歯打音が問題になるほど、上記クリアランスが大きくなること、言い換えれば上記部分でのギヤ間の遊び(バックラッシ)が大きくなることを抑制することができる。また、スライダ26の入力ギヤ27aを入力アーム17の内歯ギヤ28aに対しオフセットするように形成するという、既存部品の変更だけで上記歯打音を抑制することができ、その抑制を手間や費用をかけることなく実現することができる。
・第3実施形態において、入力ギヤ27aと出力ギヤ29aとのいずれか一方のみをオフセットさせてもよい。この場合でもオフセットさせた方のギヤ及びそれに噛み合うアーム側のギヤに関しては、バルブリフト時のバックラッシ拡大を抑制することができる。
・排気バルブ10の最大バルブ量、及び、排気カム12aの排気バルブ10に対する作用角といった排気バルブ10のバルブ特性を可変とする可変動弁機構をエンジン1に適用する場合には、その可変動弁機構に本発明を適用してもよい。
Claims (8)
- 互いに傾斜角の異なるヘリカルスプラインを有する入力ギヤ及び出力ギヤが外壁に設けられたスライダと、前記入力ギヤに噛み合う内歯ギヤが内壁に形成されるとともに回転するカムに押されて軸を中心に揺動する入力アームと、前記出力ギヤに噛み合う内歯ギヤが内壁に形成されるとともに前記入力アームの揺動に基づき前記軸を中心に揺動して機関バルブをリフトさせる揺動アームとを備え、前記スライダを軸方向に移動させて前記入力アームと前記揺動アームとの揺動方向についての相対位置を変更することで、前記機関バルブのバルブ特性を可変とする内燃機関の可変動弁機構において、
前記スライダの入力ギヤ及びこれと噛み合う前記入力アームの内歯ギヤの周方向一部であって、前記入力アームへの前記カムの押し付け時に同入力アームの内壁が前記スライダの外壁から離れる位置に対応する部分を欠歯とする
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。 - 互いに傾斜角の異なるヘリカルスプラインを有する入力ギヤ及び出力ギヤが外壁に設けられたスライダと、前記入力ギヤに噛み合う内歯ギヤが内壁に形成されるとともに回転するカムに押されて軸を中心に揺動する入力アームと、前記出力ギヤに噛み合う内歯ギヤが内壁に形成されるとともに前記入力アームの揺動に基づき前記軸を中心に揺動して機関バルブをリフトさせる揺動アームとを備え、前記スライダを軸方向に移動させて前記入力アームと前記揺動アームとの揺動方向についての相対位置を変更することで、前記機関バルブのバルブ特性を可変とする内燃機関の可変動弁機構において、
前記スライダの出力ギヤ及びこれと噛み合う前記揺動アームの内歯ギヤの周方向一部であって、前記揺動アームによる前記機関バルブのリフト時に同揺動アームの内壁が前記スライダの外壁から離れる位置に対応する部分を欠歯とする
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。 - 請求項1または2に記載の内燃機関の可変動弁機構において、
前記欠歯は、少なくとも、前記カムの回転による前記機関バルブのリフト時に前記入力アームまたは前記出力アームの内壁が前記スライダの外壁から最も離れる位置に形成されている
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。 - 互いに傾斜角の異なるヘリカルスプラインを有する入力ギヤ及び出力ギヤが外壁に設けられたスライダと、前記入力ギヤに噛み合う内歯ギヤが内壁に形成されるとともに回転するカムに押されて軸を中心に揺動する入力アームと、前記出力ギヤに噛み合う内歯ギヤが内壁に形成されるとともに前記入力アームの揺動に基づき前記軸を中心に揺動して機関バルブをリフトさせる揺動アームとを備え、前記スライダを軸方向に移動させて前記入力アームと前記揺動アームとの揺動方向についての相対位置を変更することで、前記機関バルブのバルブ特性を可変とする内燃機関の可変動弁機構において、
前記入力アームの内歯ギヤは、前記スライダの入力ギヤに対し、前記カムの前記入力アームへの押しつけ時に同入力アームが変位する方向と逆方向にオフセットするよう形成されている
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。 - 互いに傾斜角の異なるヘリカルスプラインを有する入力ギヤ及び出力ギヤが外壁に設けられたスライダと、前記入力ギヤに噛み合う内歯ギヤが内壁に形成されるとともに回転するカムに押されて軸を中心に揺動する入力アームと、前記出力ギヤに噛み合う内歯ギヤが内壁に形成されるとともに前記入力アームの揺動に基づき前記軸を中心に揺動して機関バルブをリフトさせる揺動アームとを備え、前記スライダを軸方向に移動させて前記入力アームと前記揺動アームとの揺動方向についての相対位置を変更することで、前記機関バルブのバルブ特性を可変とする内燃機関の可変動弁機構において、
前記揺動アームの内歯ギヤは、前記スライダの出力ギヤに対し、前記揺動アームによる前記機関バルブのリフト時に同揺動アームが変位する方向と逆方向にオフセットするよう形成されている
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。 - 互いに傾斜角の異なるヘリカルスプラインを有する入力ギヤ及び出力ギヤを備えるとともに軸方向に移動可能なスライダと、前記入力ギヤに噛み合う内歯ギヤが形成されるとともに回転するカムに押されて軸を中心に揺動する入力アームと、前記出力ギヤに噛み合う内歯ギヤが形成されるとともに前記入力アームの揺動に基づき前記軸を中心に揺動して機関バルブをリフトさせる揺動アームとを備え、前記スライダを軸方向に移動させて前記入力アームと前記揺動アームとの揺動方向についての相対位置を変更することで、前記機関バルブのバルブ特性を可変とする内燃機関の可変動弁機構において、
前記スライダのギヤと前記各アームのギヤとの互いに噛み合う二つギヤのうち、前記スライダのギヤは、前記各アームのギヤに対し、前記カムの回転による前記機関バルブのリフト時に同アームが変位する方向と同方向にオフセットするように形成されている
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。 - 請求項6に記載の内燃機関の可変動弁機構において、
前記互いに噛み合う二つのギヤとは、前記スライダの入力ギヤ及びこれに噛み合う前記入力アームの内歯ギヤであって、
前記スライダの入力ギヤについては、前記入力アームの内歯ギヤに対し、前記入力アームへの前記カムの押しつけ時に同入力アームが変位する方向と同方向にオフセットするよう形成されている
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。 - 請求項6に記載の内燃機関の可変動弁機構において、
前記互いに噛み合う二つのギヤとは、前記スライダの出力ギヤ及びこれに噛み合う前記揺動アームの内歯ギヤであって、
前記スライダの出力ギヤについては、前記揺動アームの内歯ギヤに対し、前記揺動アームによる前記機関バルブのリフト時に同揺動アームが変位する方向と同方向にオフセットするよう形成されている
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
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