JP4485495B2 - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、コントロールアームにサブカムおよびロッカーアームを支持し、動弁カムの駆動力をサブカムおよびロッカーアームを介して機関弁に伝達する際に、コントロールアームを支軸部まわりに揺動させることで機関弁の少なくともバルブリフトを可変とした内燃機関の可変動弁機構に関する。

かかる内燃機関の可変動弁機構は、本出願人が特願２００５−１３２５９９号により既に提案している。

この内燃機関の可変動弁機構のコントロールアーム１９は、互いに平行に配置された一対のウエブ（側壁部）１９ａ，１９ａと、両ウエブ１９ａ，１９ａの一端間を連結する連結部１９ｃ（端壁部）と備えて全体としてＵ字状に形成されており、両ウエブ１９ａ，１９ａにおける連結部１９ｃと反対側の端部から外向きに突出する一対の軸部１９ｂ，１９ｂが機関本体に揺動自在に枢支され、両ウエブ１９ａ，１９ａ間にサブカムおよび一対のロッカーアームが揺動自在に枢支される。

ところで、上記従来の内燃機関の可変動弁機構のロッカーアームはロッカーシャフトに揺動自在に支持されておらず、基端部が油圧タペットの球面軸受けに揺動自在に支持され、先端部が機関弁に当接している。このような構造のロッカーアームは、コントロールアームに対する組付時に姿勢が不安定で僅かに傾くだけで倒れてしまい、組付性が悪いという問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、内燃機関の可変動弁機構のコントロールアームに対するロッカーアームの組付性を改善することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、一対の側壁部にそれぞれ設けた支軸部により機関本体に揺動自在に支持されるコントロールアームと、コントロールアームの一対の側壁部間に球面軸受けにより揺動自在に支持されて機関弁に当接する複数のロッカーアームと、一対の側壁部間に揺動自在に支持され、動弁カムにより駆動されてロッカーアームを駆動するサブカムとを備え、コントロールアームをアクチュエータで支軸部まわりに揺動させることで機関弁の少なくともバルブリフトを変更可能な内燃機関の可変動弁機構であって、コントロールアームは、隣接するロッカーアームの間に該ロッカーアームの倒れを防止する隔壁部を備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、コントロールアームは一対の側壁部を一対の支軸部の位置で相互に連結する連結壁部を備え、該連結壁部に隔壁部を連結したことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、隔壁部にコントロールアームを揺動させる制御部材が当接する当接部を設けたことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構が提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、コントロールアームは一対の側壁部をロッカーアームの揺動支持部の位置で相互に連結する端壁部を備え、該端壁部に隔壁部を連結したことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構が提案される。

また請求項５に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、コントロールアームの一対の側壁部をロッカーアームの揺動支持部の位置で相互に連結する端壁部に隔壁部を連結し、コントロールアームを揺動させる制御部材が当接するローラを収容するローラ収容凹部を隔壁部に設け、端壁部は前記ローラ収容凹部の少なくとも一部を構成することを特徴とする内燃機関の可変動弁機構が提案される。

尚、実施の形態のシリンダヘッド１１は本発明の機関本体に対応し、実施の形態の吸気弁１２は本発明の機関弁に対応し、実施の形態のコントロールカム１８は本発明の制御部材に対応し、実施の形態の油圧タペット３１は本発明のロッカーアームの揺動支持部に対応し、実施の形態のローラ４９は本発明の隔壁部に設けた当接部に対応する。

請求項１の構成によれば、一対の側壁部間に複数のロッカーアームとサブカムとを揺動自在に支持するコントロールアームに、隣接するロッカーアームの間に位置するように隔壁部を設けたので、前記ロッカーアームが球面軸受けにより支持された倒れ易いものであっても、隔壁部でロッカーアームの倒れを防止して組付性を向上させることができる。

また請求項２の構成によれば、コントロールアームの一対の側壁部を一対の支軸部の位置で連結壁部により相互に連結し、その連結壁部に隔壁部を連結したので、連結壁部および隔壁部が相互に補強し合ってコントロールアームの剛性を更に高めることができる。

また請求項３の構成によれば、コントロールアームを揺動させる制御部材が当接する当接部を隔壁部を利用して設けたので、当接部を設けるための特別の部材が不要になって部品点数の削減および構造の簡素化が可能になる。

また請求項４の構成によれば、コントロールアームの一対の側壁部をロッカーアームの揺動支持部の位置で端壁部により相互に連結し、その端壁部に隔壁部を連結したので、端壁部および隔壁部が相互に補強し合ってコントロールアームの剛性を更に高めることができる。

また請求項５の構成によれば、コントロールアームの一対の側壁部をロッカーアームの揺動支持部の位置で相互に連結する端壁部に隔壁部を連結したので、端壁部および隔壁部が相互に補強し合ってコントロールアームの剛性を更に高めることができる。またコントロールアームを揺動させる制御部材が当接するローラを隔壁部に設けたローラ収容凹部に収容したので、コントロールアームを大型化することなくローラの装着スペースを確保することができ、しかもコントロールアームの端壁部がローラ収容凹部の少なくとも一部を構成するので、ローラ収容凹部を設けたことによるコントロールアームの剛性低下を端壁部の補強効果で最小限に抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図１０は本発明の実施の形態を示すもので、図１は内燃機関の要部縦断側面図、図２は図１の２−２線矢視図、図３は高バルブリフト状態での図２の３−３線断面図、図４は高バルブリフト状態での図２の４−４線断面図、図５は低バルブリフト状態での図４に対応する断面図、図６は可変動弁機構を一方向から見た斜視図、図７は可変動弁機構を他方向から見た斜視図、図８はコントロールアームを一方向から見た斜視図、図９はコントロールアームを他方向から見た斜視図、図１０は図８および図９の１０方向矢視図である。

図１および図２に示すように、内燃機関のシリンダヘッド１１には各気筒毎に一対の吸気弁１２，１２が開閉可能に配設されており、それらの吸気弁１２，１２を開閉駆動する可変動弁機構１３は、動弁カム１４が設けられたカムシャフト１５と、シリンダヘッド１１に設けた一対の支持壁１１ａ，１１ａの軸孔１１ｂ，１１ｂにそれぞれ支軸部１６，１６を介して揺動自在に支持されたコントロールアーム１７と、コントロールアーム１７を揺動させるコントロールカム１８が設けられたコントロールシャフト１９と、コントロールアーム１７に可動支軸２０を介して揺動可能に支持されるとともに動弁カム１４に従動して揺動するサブカム２１と、吸気弁１２，１２にそれぞれ個別に連動、連結されるとともにサブカム２１にそれぞれ従動する一対のロッカーアーム２２，２２とを備えており、前記可動支軸２０を変位させることで吸気弁１２，１２のバルブリフトを含む作動特性を変化させることができる。

吸気弁１２，１２のステム１２ａ，１２ａはシリンダヘッド１１に配設されたガイド筒２３，２３に摺動自在に嵌合しており、ステム１２ａ，１２ａの上端に設けられたリテーナ２４，２４と、シリンダヘッド１１に当接するリテーナ２５，２５との間に介設された弁ばね２６，２６とにより、吸気弁１２，１２は閉弁方向に付勢される。

次に、図８〜図１０に基づいてコントロールアーム１７の形状を説明する。

コントロールアーム１７は単一の部材で構成されるもので、前記一対の支軸部１６，１６がそれぞれ設けられた一対の板状の側壁部２７，２７を備える。これらの側壁部２７，２７は所定の間隔を存して平行に配置されており、両側壁部２７，２７は一端部間が支軸部１６，１６と平行に延びる端壁部２８で相互に連結されるとともに、他端部間が支軸部１６，１６と平行に延びる連結壁部２９で相互に連結される。即ち、図１０の方向に見て、コントロールアーム１７は一対の側壁部２７，２７と端壁部２８と連結壁部２９とにより四角い枠状に形成されており、端壁部２８および連結壁部２９の補強効果でコントロールアーム１７の剛性が高められる。特に、連結壁部２９がコントロールアーム１７の剛性向上に効果的に寄与するように、その連結壁部２９が設けられる位置はコントロールアーム１７に最も大きな荷重が加わる支軸部１６，１６の近傍とされる。

コントロールアーム１７の側壁部２７，２７には、前記支軸部１６，１６が一体に突設される以外に、前記可動支軸２０が圧入される軸孔２７ａ，２７ａが形成される。コントロールアーム１７の端壁部２８および連結壁部２９は隔壁部３０により一体に連結されており、この連結壁部２９の補強効果によりコントロールアーム１７の剛性が一層高められる。

一対の側壁部２７，２７および隔壁部３０は相互に平行に延び、それらの間に二つのロッカーアーム収容孔１７ａ，１７ａが形成される。隔壁部３０の端壁部２８寄りの位置には、一対のローラ支持部３０ａ，３０ａが上向きに立ち上がっており、これらのローラ支持部３０ａ，３０ａには後述するローラ軸４７が圧入される軸孔３０ｂ，３０ｂが形成される。一対のローラ支持部３０ａ，３０ａの間にはローラ収容凹部３０ｃが形成されており、このローラ収容凹部３０ｃの底壁の一部は前記端壁部２８により構成される。

端壁部２８には、後述する油圧タペット３１，３１が装着される一対の油圧タペット取付孔２８ａ，２８ａが、ロッカーアーム収容孔１７ａ，１７ａに臨むように形成される。端壁部２８は、油圧タペット取付孔２８ａ，２８ａに連通するオイル排出孔２８ｂ，２８ｂが形成されており、油圧タペット３１，３１から排出されたオイルはオイル排出孔２８ｂ，２８ｂを介して下方に落下する。また連結壁部２９には、後述する付勢手段４２が装着される付勢手段取付孔２９ａが形成される。

図２〜図７から明らかなように、ロッカーアーム２２，２２はロッカーシャフトを持たないタイプのもので、その一端部に形成した凹部２２ａが前記端壁部２８の油圧タペット取付孔２８ａに装着した油圧タペット３１の先端の球面軸受け３１ａに揺動可能に支持され、その他端部で吸気弁１２を駆動する。即ち、ロッカーアーム２２の他端には吸気弁１２のステム１２ａの上端に当接する当接部材３２が摺動自在に支持されており、その当接部材３２の位置をアジャストスクリュー３３およびロックナット３４で調整することで、吸気弁１２の着座状態を調整可能である。ロッカーアーム２２の中間部に形成したローラ収容孔２２ｂを架橋するローラ軸３５にボールベアリング３６を介してローラ３７が回転自在に支持される。

ロッカーアーム２２，２２は、コントロールアーム１７の一対の側壁部２７，２７および隔壁部３０に挟まれたロッカーアーム収容孔１７ａ，１７ａに嵌合するように収容される。ロッカーシャフトを持たないロッカーアーム２２は、一端が油圧タペット３１に当接し、他端が吸気バルブ１２のステム１２ａに当接し、中央のローラ３７がサブカム２１に当接して支持されるだけなので、その姿勢が不安定で倒れ易いために組付作業が困難になることが懸念される。しかしながら、本実施の形態では、ロッカーアーム２２，２２が側壁部２７，２７および隔壁部３０に両側を挟まれて倒れを防止されることで、その組付作業が容易になる。

コントロールアーム１７の一対の側壁部２７，２７に形成した軸孔２７ａ，２７ａに支軸３８が圧入されており、この支軸３８にサブカム２１が揺動自在に支持される。サブカム２１の軸方向中央部から突出する第１アーム２１ａにローラ軸３９およびボールベアリング４０を介してローラ４１が支持されており、このローラ４１がカムシャフト１５に設けた動弁カム１４に当接する。またサブカム２１の軸方向両端部から突出する一対の第２アーム２１ｂ，２１ｂにカム面２１ｃ，２１ｃが形成されており、これらのカム面２１ｃ，２１ｃに前記ロッカーアーム２２，２２のローラ３７，３７が当接する。

サブカム２１のローラ４１を動弁カム１４に当接させる付勢力を発生する付勢手段４２が、コントロールアーム１７の連結壁部２９に形成した付勢手段取付孔２９ａに装着される。付勢手段４２は、連結壁部２９の付勢手段取付孔２９ａに圧入されるガイド筒４３と、ガイド筒４３に摺動自在に嵌合する押圧部材４４と、押圧部材４４の上端に設けられてサブカム２１の第１アーム２１ａの下面に当接する当接部４５と、ガイド筒４３および当接部４５間に縮設されて押圧部材４４を突出方向に付勢するコイルスプリング４６とで構成される。

コントロールアーム１７のうち、連結壁部２９と隔壁部３０とが連結される部分は剛性の高い部分であり、この部分に付勢手段４２を支持したことにより、付勢手段４２がサブカム２１を付勢する付勢力の反力によるコントロールアーム１７の撓み変形を最小限に抑えることができる。また付勢手段４２、サブカム２１のローラ４１および動弁カム１４は、気筒列線に直交する同一平面内（図４の紙面内）に配置されている。この配置により、動弁カム１４からの荷重および付勢手段４２からの荷重がコントロールアーム１７を倒す方向（図４の紙面に対して傾く方向）に作用することがなく、これによりコントロールアーム１７の撓み変形を最小限に抑えて吸気弁１２，１２のバルブリフトの制御精度を高めることができる
コントロールアーム１７の隔壁部３０に中央に形成されたローラ収容凹部３０ｃには、ローラ支持部３０ａ，３０ａの軸孔３０ｂ，３０ｂに圧入されたローラ軸４７にボールベアリング４８を介して回転自在に支持されたローラ４９が収容される。ローラ４９を押圧してコントロールアーム１７を支軸部１６，１６まわりに揺動させるべく、電気モータで構成されたアクチュエータ５０で往復回動するコントロールシャフト１９に、インボリュート曲線よりなるカム面を有するコントロールカム１８が設けられる。図３〜図５において、コントロールシャフト１９が時計方向に回動するとコントロールアーム１７が支軸部１６，１６まわりに反時計方向に揺動し、コントロールシャフト１９が反時計方向に回動するとコントロールアーム１７が支軸部１６，１６まわりに時計方向に揺動する。

コントロールアーム１７を時計方向に付勢してローラ４９をコントロールカム１８に当接させるべく、シリンダヘッド１に付勢手段５１が設けられる。付勢手段５１はシリンダヘッド１１に圧入されたガイド筒５２の内部に押圧部材５３を摺動自在に嵌合させ、コイルスプリング５４の弾発力で押圧部材５３をガイド筒５２から突出する方向に付勢したもので、押圧部材５３の上端の球状部５３ａがコントロールアーム１７の端壁部２８の中央下面に当接する。

以上のように、コントロールアーム１７の隔壁部３０を利用してローラ４９を支持したので、ローラ４９を支持するための特別の部材が不要になって部品点数の削減および構造の簡素化が可能になる。特に、しかもコントロールアーム１７の隔壁部３０に形成したローラ収容凹部３０ｃにローラ４９を収容したので、ローラ収容凹部３０ｃの空間を利用してローラ４９の装着スペースを確保しながら、ローラ収容凹部３０ｃを設けたことによるコントロールアーム１７の剛性低下を、該ローラ収容凹部３０ｃの底壁を構成する端壁部２８の補強効果で最小限に抑えることができる。

また付勢手段５１でコントロールアーム１７を付勢してローラ４９をコントロールカム１８に当接させるので、ローラ４９がコントロールカム１８から浮き上がるのを防止してコントロールアーム１７の挙動を安定させ、吸気弁１２，１２のバルブリフトの制御精度を高めることができる。

またコントロールアーム１７の端壁部２８と隔壁部３０とを連結する位置、より具体的には端壁部２８に支持した一対の油圧タペット３１，３１に挟まれた位置を、つまりコントロールアーム１７の剛性が高い部分を付勢手段５１で押圧するので、付勢手段５１の押圧力でコントロールアーム１７が撓むのを防止して吸気弁１２，１２のバルブリフトの制御精度を更に高めることができる。

特に、コントロールカム１８と、それが当接するコントロールアーム１７のローラ４９と、ローラ４９がコントロールカム１８に当接する方向にコントロールアーム１７を付勢する付勢手段５１とが、気筒列線に直交する同一平面内（図４の紙面内）に配置されているため、コントロールカム１８からの荷重および付勢手段５１からの荷重がコントロールアーム１７を倒す方向（図４の紙面に対して傾く方向）に作用することがなく、これによりコントロールアーム１７の撓み変形を最小限に抑えて吸気弁１２，１２のバルブリフトの制御精度を高めることができる）。

また油圧タペット３１，３１の気筒軸線方向下方に付勢手段５１を配置したので、油圧タペット３１，３１から排出されたオイルが端壁部２８のオイル排出孔２８ｂ，２８ｂから下方に落下することで、付勢手段５１を効果的に潤滑することができる。

図１から明らかなように、点火プラグ５５の着脱を案内する点火プラグ収容筒５６がシリンダヘッド１１に圧入されており、この点火プラグ収容筒５６と一体に形成された前記ガイド筒５２もシリンダヘッド１１に圧入される。このように、ガイド筒５２を点火プラグ収容筒５６と一体に形成することで、その付勢手段５１の剛性を高めてコントロールアーム１７の挙動を更に安定させることができる。

しかして、コントロールカム１８によってコントロールアーム１７が図３および図４に示す位置に配置されるときには、つまりコントロールカム１８の最高リフト部がローラ４９に当接するときには、可動支軸２０の軸線まわりに揺動するサブカム２１のカム面２１ｃ，２１ｃの先端側（可動支軸２０から遠い側）がロッカーアーム２２，２２のローラ３７，３７に当接してロッカーアーム２２，２２の揺動角が増加することで、吸気弁１２，１２のバルブリフトが最大となる。

またコントロールカム１８よってコントロールアーム１７が図５に示す位置にあるときには、つまりコントロールカム１８の最低リフト部がローラ４９に当接するときには、可動支軸２０の軸線まわりに揺動するサブカム２１のカム面２１ｃ，２１ｃの基端側（可動支軸２０に近い側）がロッカーアーム２２，２２のローラ３７，３７に当接してロッカーアーム２２，２２の揺動角が減少することで、吸気弁１２，１２のバルブリフトが最小（ゼロ）となる。

このように、コントロールアーム１７を支軸部１６，１６まわりに揺動させることで吸気弁１２，１２のバルブリフトが変化するのが、コントロールアーム１７の駆動によって動弁カム１４，１４がローラ４１，４１に接触するタイミングも変化することにより、吸気弁１２，１２の開閉タイミングも変化する。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では機関弁として吸気弁１２，１２を例示したが、本発明の機関弁は排気弁であっても良い。

また実施の形態ではコントロールカム１８が当接するコントロールアーム１７のカムフォロアをローラ４９で構成しているが、それをスリッパで構成しても良い。

また実施の形態では制御部材をコントロールカム１８で構成しているが、それをギヤで構成しても良い。

内燃機関の要部縦断側面図 図１の２−２線矢視図 高バルブリフト状態での図２の３−３線断面図 高バルブリフト状態での図２の４−４線断面図 低バルブリフト状態での図４に対応する断面図 可変動弁機構を一方向から見た斜視図 可変動弁機構を他方向から見た斜視図 コントロールアームを一方向から見た斜視図 コントロールアームを他方向から見た斜視図 図８および図９の１０方向矢視図

符号の説明

１１ シリンダヘッド（機関本体）
１２ 吸気弁（機関弁）
１４ 動弁カム
１６ 支軸部
１７ コントロールアーム
１８ コントロールカム（制御部材）
２１ サブカム
２２ ロッカーアーム
２７ 側壁部
２８ 端壁部
２９ 連結壁部
３０ 隔壁部
３０ｃ ローラ収容凹部
３１ 油圧タペット（ロッカーアームの揺動支持部）
３１ａ 球面軸受け
４９ ローラ（隔壁部に設けた当接部）
５０ アクチュエータ

Claims (5)

1. 一対の側壁部（２７）にそれぞれ設けた支軸部（１６）により機関本体（１１）に揺動自在に支持されるコントロールアーム（１７）と、
   コントロールアーム（１７）の一対の側壁部（２７）間に球面軸受け（３１ａ）により揺動自在に支持されて機関弁（１２）に当接する複数のロッカーアーム（２２）と、
   一対の側壁部（２７）間に揺動自在に支持され、動弁カム（１４）により駆動されてロッカーアーム（２２）を駆動するサブカム（２１）とを備え、
   コントロールアーム（１７）をアクチュエータ（５０）で支軸部（１６）まわりに揺動させることで機関弁（１２）の少なくともバルブリフトを変更可能な内燃機関の可変動弁機構であって、
   コントロールアーム（１７）は、隣接するロッカーアーム（２２）の間に該ロッカーアーム（２２）の倒れを防止する隔壁部（３０）を備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. コントロールアーム（１７）は一対の側壁部（２７）を一対の支軸部（１６）の位置で相互に連結する連結壁部（２９）を備え、該連結壁部（２９）に隔壁部（３０）を連結したことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の可変動弁機構。
3. 隔壁部（３０）にコントロールアーム（１７）を揺動させる制御部材（１８）が当接する当接部（４９）を設けたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の可変動弁機構。
4. コントロールアーム（１７）は一対の側壁部（２７）をロッカーアーム（２２）の揺動支持部（３１）の位置で相互に連結する端壁部（２８）を備え、該端壁部（２８）に隔壁部（３０）を連結したことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の内燃機関の可変動弁機構。
5. コントロールアーム（１７）の一対の側壁部（２７）をロッカーアーム（２２）の揺動支持部（３１）の位置で相互に連結する端壁部（２８）に隔壁部（３０）を連結し、コントロールアーム（１７）を揺動させる制御部材（１８）が当接するローラ（４９）を収容するローラ収容凹部（３０ｃ）を隔壁部（３０）に設け、端壁部（２８）は前記ローラ収容凹部（３０ｃ）の少なくとも一部を構成す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機構。
   

Images