JP4469326B2 - Variable valve mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の運転状態に応じてバルブ特性を制御する可変動弁機構に関する。 The present invention relates to a variable valve mechanism that controls valve characteristics in accordance with the operating state of an internal combustion engine.
従来、リンクを用いてバルブのリフト量、作用角および開閉タイミングを制御する可変動弁機構が知られている。例えば、図9に示す特許文献1の可変動弁機構100は、内燃機関のクランク軸によって回転されるカムシャフト101を備えている。カムシャフト101上には、駆動カム102が一体回転可能に固定されるとともに、バルブリフタ103を駆動する揺動カム104が相対回動可能に支持されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a variable valve mechanism that uses a link to control the lift amount, operating angle, and opening / closing timing of a valve is known. For example, the
カムシャフト101と平行なコントロールシャフト105上には、揺動アーム106が可変カム107を介して支持されている。揺動アーム106の入力端はリング状リンク108を介して駆動カム102に接続され、揺動アーム106の出力端がロッド状リンク109を介して揺動カム104に接続されている。そして、コントロールシャフト105をアクチュエータで駆動し、可変カム107の偏心回転により揺動アーム106を変位させ、駆動カム102に対する揺動カム104の初期位置を調整するようになっている。
ところが、従来の可変動弁機構100によると、駆動カム102からバルブリフタ(動弁部材)103までの動力伝達経路に多数の部品が必要となり、構成が複雑化する問題点があった。また、揺動アーム106がカムシャフト101の上方で上下に揺動するため、可変動弁機構100の高さが可変機能を備えない動弁機構(駆動カム102がバルブリフタ103を直接的に駆動する機構)と比較して高くなり、可変機能の有無に応じてシリンダヘッド上部の仕様を大幅に変更する必要もあった。
However, according to the conventional
本発明の目的は、上記課題を解決し、駆動カムから動弁部材までの動力伝達経路を少数の部品で簡単に構成できるとともに、これらの部品をカムシャフトの横に配設して、機構高さを抑えることができる可変動弁機構を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to easily configure the power transmission path from the drive cam to the valve operating member with a small number of parts, and to arrange these parts on the side of the camshaft. An object of the present invention is to provide a variable valve mechanism that can suppress this problem.
上記の課題を解決するために、本発明の可変動弁機構は、駆動カムが設けられたカムシャフトと、駆動カムによって直線往復移動される受動部材と、受動部材の直線往復移動の方向と平行な方向へ移動可能なカム部材と、カム部材のカムプロフィールに従ってバルブを開閉する動弁部材と、受動部材とカム部材との相対位置を調整するアクチュエータとを備えたことを特徴とする。
前記可変動弁機構の具体的態様は、特に限定されないが、次の(i)(ii)の態様を例示する。
(i)前記受動部材は、前記動弁部材に前記直線往復移動の方向に相対移動可能に取り付けられて前記カム部材に当接し、前記受動部材が、前記駆動カムによって前記直線往復移動されるのに伴い、前記受動部材及び前記動弁部材が、前記カム部材のカムプロフィールに従って往復移動されて前記バルブを開閉する態様。
(ii)前記カム部材は、前記受動部材に前記相対位置を調整可能に取り付けられて前記動弁部材に当接し、前記受動部材及び前記カム部材が、前記駆動カムによって前記直線往復移動されるのに伴い、前記動弁部材が、前記カム部材のカムプロフィールに従って往復移動されて前記バルブを開閉する態様。
In order to solve the above problems, a variable valve mechanism according to the present invention includes a camshaft provided with a drive cam, a passive member that is linearly reciprocated by the drive cam, and a direction of linear reciprocation of the passive member. And a valve member that opens and closes the valve according to the cam profile of the cam member, and an actuator that adjusts the relative position of the passive member and the cam member.
Although the specific aspect of the said variable valve mechanism is not specifically limited, The following aspects (i) and (ii) are illustrated.
(I) The passive member is attached to the valve member so as to be relatively movable in the direction of the linear reciprocating movement and abuts against the cam member, and the passive member is reciprocated linearly by the drive cam. Accordingly, the passive member and the valve operating member are reciprocated according to the cam profile of the cam member to open and close the valve.
(Ii) The cam member is attached to the passive member so that the relative position thereof can be adjusted and contacts the valve member, and the passive member and the cam member are reciprocated linearly by the drive cam. Accordingly, the valve member is reciprocated according to the cam profile of the cam member to open and close the valve.
ここで、受動部材に関し、次の構成を採用できる。
(1)受動部材をシリンダヘッドに関してカムシャフトと略同じ高さに設け、受動部材の下側に動弁部材を配置すること。
(2)受動部材をカム部材の下側に配置すること。
(3)受動部材が駆動カムに係合するローラと、カム部材のカム面に係合するカムフォロアとを同軸に備えること。
(4)受動部材をカム部材と略同じ高さに配置すること。
(5)受動部材が駆動カムに係合する係合部と、カム部材のネジ孔に螺合するネジ軸とを備えること。
Here, the following structure is employable regarding a passive member.
(1) A passive member is provided at substantially the same height as the camshaft with respect to the cylinder head, and a valve operating member is disposed below the passive member.
(2) Disposing the passive member below the cam member.
(3) The passive member includes a roller that engages with the drive cam and a cam follower that engages with the cam surface of the cam member.
(4) The passive member is disposed at substantially the same height as the cam member.
(5) The passive member includes an engaging portion that engages with the drive cam, and a screw shaft that is screwed into the screw hole of the cam member.
カム部材に関し、次の構成を採用できる。
(6)カム部材に下向きのカム面を設け、カム面に受動部材の移動方向と平行なベース部と、ベース部より動弁部材側に迫り出すリフト部とを形成すること。
(7)カム部材を受動部材の移動方向と平行な方向へ案内する案内部材を備えること。
Regarding the cam member, the following configuration can be adopted.
(6) The cam member is provided with a downward cam surface, and a base portion parallel to the moving direction of the passive member is formed on the cam surface, and a lift portion protruding from the base portion toward the valve operating member.
(7) A guide member for guiding the cam member in a direction parallel to the moving direction of the passive member is provided.
動弁部材に関し、次の構成を採用できる。
(8)動弁部材にバルブの軸線方向へ直線移動可能なバルブリフタを使用すること。
(9)動弁部材に基端を支点に揺動するロッカアームを使用すること。
Regarding the valve operating member, the following configuration can be adopted.
(8) Use a valve lifter that can move linearly in the axial direction of the valve as the valve operating member.
(9) Use a rocker arm that swings with the base end as a fulcrum for the valve member.
本発明の可変動弁機構によれば、カムシャフト上の駆動カムから動弁部材までの動力伝達経路を受動部材とカム部材の二部品で簡単に構成することができる。また、受動部材とカム部材とを平行移動可能に設けたので、両部材をカムシャフトの横に配設して、可変動弁機構の高さを低く抑えることができる。 According to the variable valve mechanism of the present invention, the power transmission path from the drive cam on the camshaft to the valve member can be easily configured with two parts, a passive member and a cam member. Further, since the passive member and the cam member are provided so as to be able to move in parallel, both members can be disposed beside the cam shaft, and the height of the variable valve mechanism can be kept low.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図2、図6に示すように、この実施形態の可変動弁機構1は、駆動カム5が設けられたカムシャフト2と、駆動カム5によって直線移動される受動部材10,32と、受動部材10,32の移動方向と平行な方向へ移動可能なカム部材11,33と、カム部材11,33のカムプロフィールに従ってバルブ4を開閉する動弁部材7,36と、受動部材10,32とカム部材11,33との相対位置を調整するアクチュエータ24,34とを備えている。そして、受動部材10,32がシリンダヘッド3に関してカムシャフト2と略同じ高さに設けられ、動弁部材7,36が受動部材10,32の下側に配置されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 2 and 6, the
次に、本発明の実施例1を図1〜図5に基づいて説明する。この実施例の可変動弁機構1は自動車用ガソリンエンジンの吸気系に用いられている。ただし、同じ機構をガソリンエンジンの排気系に適用することも可能である。図1、図2に示すように、可変動弁機構1のカムシャフト2はシリンダヘッド3上のハウジング(図示略)に支持され、エンジンのクランク軸によって回転される。カムシャフト2上には、バルブ4と対応する位置に駆動カム5が固定され、駆動カム5にベース部5aとノーズ部5bとが形成されている。
Next,
シリンダヘッド3にはバルブ4を開閉するカップ型のバルブリフタ7がバルブ4の軸線方向へ昇降可能に支持され、スプリング8によって上方へ付勢されている。バルブリフタ7の上にはブラケット9を介して受動部材10が取り付けられ、受動部材10の上側にカム部材11が設けられている。受動部材10は、駆動カム5に係合するローラ12と、カム部材11に係合する一対のカムフォロア13と、ローラ12及びカムフォロア13を同軸に支持する中心軸14とで構成されている。
A cup-
ブラケット9には中心軸14を支持する一対の軸受孔15がカムシャフト2及びバルブ4の軸線に対し直角の方向(図2の左右方向)へ長く形成され、受動部材10がバルブリフタ7上に左右方向へスライド可能に支持され、駆動カム5によって直線移動される。カム部材11の下面にはローラ12が嵌合する長溝16とカムフォロア13が係合する下向きのカム面17とが共に左右方向へ延びるように設けられている。カム面17には受動部材10の移動方向と平行なベース部17aと、ベース部17aよりバルブリフタ7側へ迫り出すリフト部17bとが形成され、このカムプロフィールに従ってバルブリフタ7がバルブ4を開閉するようになっている。
A pair of
カム部材11は受動部材10の移動方向に長い長孔19を備え、長孔19を貫通するガイドシャフト20によって受動部材10に対し平行移動可能に支持されている。カム部材11の上面にはラック21が設けられ、ラック21に噛み合うピニオン22がコントロールシャフト23上に挿着されている。コントロールシャフト23は油圧又は電動のアクチュエータ24により正逆回転され、アクチュエータ24がエンジンの制御装置(図示略)によって制御される。そして、アクチュエータ24が受動部材10とカム部材11との相対位置をエンジンの運転状態に応じて調整するようになっている。
The
次に、可変動弁機構1の作用を図3〜図5に従って説明する。図3はバルブ4を最小のリフト量で開閉するときの状態を示す。このとき、アクチュエータ24は受動部材10とカム部材11との相対位置を調整し、カム面17のベース部17aを始端(右端)側にて受動部材10のカムフォロア13に接触させている(図中、Pはカム面17とカムフォロア13との初期接点位置を示す)。この状態で、カムシャフト2が回転すると、図3(a)に示すように、駆動カム5のベース部5aがローラ12に接触している期間中は、受動部材10が移動せず、バルブリフタ7が静止し、バルブ4が閉鎖位置に保持される。
Next, the operation of the
図3(b)に示すように、駆動カム5のノーズ部5bがローラ12に接触すると、受動部材10が左方へ移動し、カムフォロア13がカム面17のリフト部17bに係合する。しかし、初期接点位置Pがベース部17aの始端側に設定されているので、カムフォロア13はリフト部17bに浅く係合し、受動部材10がバルブリフタ7を僅かに押し下げる。従って、図5の曲線(イ)に示すように、吸気バルブ4のリフト量と作用角が共に最小化される。なお、図5の曲線(ホ)は排気バルブのリフト量と作用角を示す。
As shown in FIG. 3B, when the
図4は吸気バルブ4を最大のリフト量で開閉するときの状態を示す。このとき、アクチュエータ24はカム面17とカムフォロア13との初期接点位置Pをベース部17aの終端(左端)側に変更している。しかし、ベース部17aが受動部材10の移動方向と平行に形成されているので、初期接点位置Pが変化しても、受動部材10の初期高さに変化は生じない。このため、図4(a)に示すように、駆動カム5のベース部5aがローラ12に接触している期間中は、受動部材10とバルブリフタ7が共に静止し、バルブ4が閉鎖位置に保持される。
FIG. 4 shows a state when the
図4(b)に示すように、駆動カム5のノーズ部5bがローラ12に接触すると、受動部材10が左方へ移動し、カムフォロア13がリフト部17bに深く係合し、受動部材10がバルブリフタ7を最大の下降量で押し下げる。これにより、図5の曲線(ロ)に示すように、バルブリフト量および作用角が共に最大化される。従って、アクチュエータ24で受動部材10とカム部材11との相対位置を調整することにより、図5の曲線(ハ),(ニ)に示すように、バルブ特性を任意の中間値に的確に制御することができる。
As shown in FIG. 4B, when the
また、この可変動弁機構1によれば、駆動カム5からバルブリフタ7までの動力伝達経路を受動部材10とカム部材11の二部品で簡単に構成することができる。しかも、受動部材10とカム部材11がカムシャフト2の横で互いに平行な関係を保って左右方向へ直線移動するので、可変動弁機構1の高さを低く抑えて、可変機能を備えない動弁機構の高さとほぼ同等にすることができる。この結果、シリンダヘッド3上部の仕様変更を最小限に抑えて、可変動弁機構1を簡単に搭載できるという利点がある。
In addition, according to the
次に、本発明の実施例2を図6〜図8に基づいて説明する。実施例2の可変動弁機構31は、図6に示すように、カムシャフト2上の駆動カム5によって左右方向へ直線移動される受動部材32と、受動部材32の移動方向と同じ方向へ移動可能なカム部材33と、受動部材32とカム部材33との相対位置を調整するアクチュエータ34と、アクチュエータ34の動力を受動部材32に伝えるコントロールシャフト35と、カム部材33のカムプロフィールに従ってバルブ4を開閉するロッカアーム36とを備えている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 6, the
ロッカアーム36は基端側のピボット37により上下に揺動可能に支持され、先端にバルブ4の上端を押圧する押圧部38が設けられ、中間部にベースローラ39が支持されている。カム部材33は中心部を左右方向に貫通するネジ孔40と、ベースローラ39に係合する下向きのカム面41とを備え、カム面41に受動部材32の移動方向と平行なベース部41aと、ベース部41aよりロッカアーム36側へ迫り出すリフト部41bとが形成されている。カム部材33の上側には、該部材33を案内するガイドローラ42が設けられている。
The
受動部材32は、駆動カム5に係合する係合頭部44と、カム部材33のネジ孔40に螺合するネジ軸45とを備えている。ネジ軸45の先端にはスリット46が形成され、スリット46にコントロールシャフト35の駆動キー47がスライド可能に挿入されている。そして、アクチュエータ34がコントロールシャフト35を介してネジ軸45を正逆回転し、ネジ軸45上でカム部材33を往復移動して、カム部材33と受動部材32との相対位置を調整するようになっている。なお、コントロールシャフト35とネジ軸45の端面間には、カム部材33を駆動カム5側へ戻す復帰バネ48が介装されている。
The
次に、可変動弁機構31の作用を図7、図8に従って説明する。図7はバルブ4を最小のリフト量で開閉するときの状態を示す。このとき、アクチュエータ34は受動部材32とカム部材33との相対位置を調整して、カム面41のベース部41aを始端(右端)側にてロッカアーム36のベースローラ39に接触させている(図中、Pはカム面41とベースローラ39との初期接点位置を示す)。この状態で、カムシャフト2が回転すると、図7(a)に示すように、駆動カム5のベース部5aが受動部材32の係合頭部44に接触している期間中は、受動部材32、カム部材33、ロッカアーム36が共に静止し、バルブ4が閉鎖位置に保持される。
Next, the operation of the
図7(b)に示すように、駆動カム5のノーズ部5bが係合頭部44に接触すると、受動部材32とカム部材33が一緒に右方へ移動し、カム面41のリフト部41bがベースローラ39に接触する。しかし、初期接点位置Pがベース部41aの始端側に設定されているので、リフト部41bはベースローラ39に浅く係合し、ロッカアーム36が僅かに揺動する。従って、図5の曲線(イ)に示すように、吸気バルブ4のリフト量と作用角が共に最小化される。
As shown in FIG. 7B, when the
図8は吸気バルブ4を最大のリフト量で開閉するときの状態を示す。このとき、アクチュエータ34はカム面41とベースローラ39との初期接点位置Pをベース部41aの終端(左端)側に変更している。しかし、ベース部41aが受動部材32の移動方向と平行に形成されているので、初期接点位置Pが変化しても、ロッカアーム36の初期位相に変化が生じない。このため、図8(a)に示すように、駆動カム5のベース部5aが係合頭部44に接触している期間中は、受動部材32、カム部材33、ロッカアーム36が共に静止し、バルブ4が閉鎖位置に保持される。
FIG. 8 shows a state when the
図8(b)に示すように、駆動カム5のノーズ部5bが係合頭部44に接触すると、受動部材32とカム部材33とが一緒に右方へ移動し、リフト部41bがベースローラ39に深く係合し、ロッカアーム36が最大の角度で揺動する。これにより、図5の曲線(ロ)に示すように、バルブリフト量および作用角が共に最大化される。従って、この可変動弁機構31によっても、実施例1と同様、簡単な構成でバルブ特性を的確に制御することができる。また、カム部材33を受動部材32と同じ高さに設けたので、実施例1と比較し、可変動弁機構31の高さがより低くなるという利点もある。
As shown in FIG. 8 (b), when the
1 可変動弁機構(実施例1)
2 カムシャフト
4 バルブ
5 駆動カム
7 バルブリフタ
10 受動部材
11 カム部材
17 カム面
23 コントロールシャフト
24 アクチュエータ
31 可変動弁機構(実施例2)
32 受動部材
33 カム部材
34 アクチュエータ
35 コントロールシャフト
36 ロッカアーム
1 Variable valve mechanism (Example 1)
2
32
Claims (3)
前記受動部材(10)が、前記駆動カム(5)によって前記直線往復移動されるのに伴い、前記受動部材(10)及び前記動弁部材(7)が、前記カム部材(11)のカムプロフィールに従って往復移動されて前記バルブ(4)を開閉する請求項1記載の可変動弁機構。As the passive member (10) is reciprocated linearly by the drive cam (5), the passive member (10) and the valve member (7) are cam profiles of the cam member (11). The variable valve mechanism according to claim 1, wherein the valve is reciprocated to open and close the valve (4).
前記受動部材(32)及び前記カム部材(33)が、前記駆動カム(5)によって前記直線往復移動されるのに伴い、前記動弁部材(36)が、前記カム部材(33)のカムプロフィールに従って往復移動されて前記バルブ(4)を開閉する請求項1記載の可変動弁機構。As the passive member (32) and the cam member (33) are reciprocated linearly by the drive cam (5), the valve member (36) is cam profile of the cam member (33). The variable valve mechanism according to claim 1, wherein the valve is reciprocated to open and close the valve (4).
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