JP4499597B2 - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、カムシャフトに形成されたカムのリフトをロッカアームを介してバルブに伝達することにより、燃焼室に設けられたバルブを開閉するエンジンの動弁装置に関するものである。

クランクシャフトと同期回転するカムシャフトに形成されたカムのリフトをロッカアームを介してバルブに伝達することにより、所定のタイミングでバルブを開閉するように構成されたエンジンの動弁装置において、ロッカアームを、カムによって直接駆動される第１ロッカアームと、第１ロッカアームの運動をバルブに伝達する第２ロッカアームとからなるものとすると共に、第２ロッカアームに対する第１ロッカアームの当接点の位置を変位可能なものとすることにより、バルブのリフト量（開度）と開閉タイミングとを連続的に変化させることができるように構成されたものが、特許文献１に提案されている。
特開２００１−１８５５９８号公報

特許文献１に記載の構造によると、バルブ開度を変化させると、開弁タイミング及び閉弁タイミングも同時に変化してしまうため、吸気（排気）量の制御が困難であった。バルブ開度のみを変化させるには、カムの回転位相可変機構を組み合わせねばならず、構造の複雑化を余儀なくされる。

本発明は、このような従来技術の不都合を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、バルブタイミングの変化を招かずにバルブ開度のみを変化させることができるように構成されたエンジンの動弁装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明の請求項１は、回転駆動されるカム８と、該カムに当接する第１の円弧面（ローラ７の外周面）及び当該第１の円弧面と同心の第２の円弧面（ローラシャフト６の外周面）を備え且つ前記カムのリフトによって揺動する第１ロッカアーム（上側ロッカアーム２）と、前記第２の円弧面に当接する摺動面（円弧面１３）を備え且つ前記第１ロッカアームの揺動によってバルブを開弁駆動する第２ロッカアーム（下側ロッカアーム３）とを有するエンジンの動弁装置であって、前記第１ロッカアームの揺動中心Ａが、閉弁位置にある時の前記第１及び第２の円弧面の中心と同心をなす円弧Ｃ上を移動するようにしてなり、前記閉弁位置で、前記第２ロッカアームに形成された前記摺動面（円弧面１３）の曲率中心と、前記第１ロッカアームの揺動中心とが一致する状態を設定可能であることを特徴とするものとした。

また請求項２の発明においては、前記第１ロッカアームの揺動中心（サブロッカシャフト４）を支持すると共に、閉弁位置にある時の前記第１及び第２の円弧面の中心と同心をなす軸（コントロールシャフト１５）にて支持されたロッカアームホルダ１４を更に備えることを特徴とするものとした。

（削除）

そして請求項３の発明は、当該エンジンは複数のバルブ１０を有し、前記第２ロッカアームは、複数のバルブのそれぞれに対応した複数の部分からなり、該複数の部分における前記摺動面の曲率が互いに異なることを特徴とするものとした。

このような本発明の請求項１の構成によれば、カムの回転中心とローラの中心との位置関係が変化しないので、バルブタイミングを殆ど変化させずにバルブ開度のみを連続的に変化させることができる。そしてこれを吸気弁に用いると、バルブ開度を変化させての吸気量制御が可能であり、排気弁に用いると、内部ＥＧＲ量の変更に別の可変機構を用いずに適用可能である。しかもカムの位相を変化させたい場合にも、カムの回転方向に影響されずに済む。特に請求項２の構成とすれば、第１ロッカアームとロッカアームホルダとが共に移動可能なので、バルブ開度連続可変機構を簡単な構成で実現することができる。

また、バルブ休止をも容易に実現可能であり、請求項３の構成によれば、１つのカムで複数のバルブの開度特性を互いに異なるものとすることが可能である。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明に基づき構成された動弁装置の斜視図である。この動弁装置１は、自動車用の多気筒４サイクルエンジンに適用され、燃焼室の吸気ポートまたは排気ポートに個々に設けられるものであり、例えば、各気筒に２つの吸気バルブと排気バルブとを備える４バルブ構成のエンジンに適用可能である。なお、エンジン自体は周知のものと何ら変わるところはないので、その構造説明は省略する。

動弁装置１は、上下２段に配置された上側（第１）ロッカアーム２と下側（第２）ロッカアーム３とを有しており、上側ロッカアーム２は、その基端を共通のサブロッカシャフト４に支持された一対のリンク５と、両リンク５の遊端同士間に架設されたローラシャフト６と、ローラシャフト６の中央部に回転自在に支持されたローラ７とからなり、ローラ７の外周面（第１の円弧面）に、シリンダヘッドと一体をなす部分に支持されたカムシャフト（図示せず）に一体形成されたカム８の外周面が当接している。

他方、下側ロッカアーム３は、バルブスプリング９によって常時閉弁付勢された２つのバルブ１０に対応する一対のタペット１１をその遊端に備え、在来のロッカアームと同様に、その遊端を上下に揺動可能なように、その基端がメインロッカシャフト１２に支持されている。この下側ロッカアーム３の上面には、所定の曲率の円弧面１３が形成されている。そしてこの円弧面１３には、上側ロッカアーム２の遊端に支持されたローラシャフト６におけるローラ７の軸方向両端面から露出した部分の外周面（第２の円弧面）が当接している。なお、本実施形態においては、ローラー式ロッカアームを用いたが、ローラーシャフト６及びローラ７の外周面の曲率に等しい円弧面を個々に形成したスリッパ式ロッカアームを用いても良い。

上側ロッカアーム２を構成する一対のリンク５の基端を支持するサブロッカシャフト４は、図２に示すように、ロッカアームホルダ１４に結合されている。このロッカアームホルダ１４は、一対のリンク５の軸線方向両側を挟み込むように配置され、且つ互いに剛固に結合された一対のものからなり、カム８のベース円部分にローラ７が当接した状態、即ち閉弁時のローラシャフト６と同軸上に延設されたコントロールシャフト１５に結合されている。そしてコントロールシャフト１５と、ロッカアームホルダ１４に支持されたサブロッカシャフト４とが、その軸線を互いにオフセットさせたクランクシャフトを構成している。

コントロールシャフト１５は、シリンダヘッドと一体をなす部分に回転自在に支持されると共に、例えばサーボモータやステッピングモータからなる駆動モータにて回転角を高精度に制御されるように構成されている。このようにして、図３に示すように、上側ロッカアーム２の揺動中心Ａは、コントロールシャフト１５の中心と同心をなす円弧Ｃ上における所定角度範囲を移動可能なように構成されている。

前述した下側ロッカアーム３に形成された円弧面１３は、リンク５を最大限立ち上げた時の上側ロッカアーム２の揺動中心Ａと同心円の一部として形成されている。

サブロッカシャフト４には、ねじりコイルばね１６が巻装されている。このねじりコイルばね１６は、各リンク５の外面とロッカアームホルダ１４の内面との間に配設されており、一端１６ａをリンク５（上側ロッカアーム２）に繋ぎ、他端１６ｂをロッカアームホルダ１４に繋いでいる。そしてローラ７をカム８の外周面に押し当てる向きの回動付勢力を、リンク５に常時作用させている。このように、上側ロッカアーム２とロッカアームホルダ１４との間に一対のねじりコイルばね１６を挟設することにより、上側ロッカアーム２にセンタリング方向への弾発力が常時作用するので、上側ロッカアーム２の軸方向がたが抑えられる。

本実施例においては、一対のねじりコイルばね１６を上側ロッカアーム２を構成する一対のリンク５の両外側に設けるものとしたが、単に上側ロッカアーム２を回動付勢するだけならば、どちらか片側に設けるだけでも良いことは言うまでもない。また、図４に示すように、一対のリンク５同士間にねじりコイルばね１７を設けるようにしても良く、このようにすれば、ロッカアームホルダ１４の軸方向寸法を短寸化し得る。なお、上側ロッカアーム２に対する回動付勢手段としては、ねじりコイルばねに限らず、例えばサブロッカシャフト４をトーションバーで構成したり、板ばねなどその他のばね手段を用いたりしても良い。

次に本発明装置の作動要領について説明する。

カム８が回転すると、カム８のリフトによってリンク５の遊端に支持されたローラ７が押し退けられる。そしてローラ７の押し退け量がローラシャフト６を経て下側ロッカアーム３に伝達され、更に下側ロッカアーム３からバルブ１０に伝達されてバルブ１０が押し下げられ、その結果、燃焼室の吸気ポートまたは排気ポートが開かれる。この時、ねじりコイルばね１６の弾発力は、上側ロッカアーム２のローラ７をカム８に常時押し当てており、運転騒音の低減に寄与している。

ここでリンク５が最大限立ち上がった状態では、上側ロッカアーム２の揺動中心Ａと下側ロッカアーム３の円弧面１３の曲率中心とが同一直線上にあるので、ローラシャフト６は下側ロッカアーム３の円弧面１３上を摺動するだけで、カム８のリフトは下側ロッカアーム３を押し下げる力として作用せず、バルブ１０は閉弁位置を維持する。即ち、本発明により、バルブ休止を容易に実現することができる。

コントロールシャフト１５を回転駆動して上側ロッカアーム２の揺動中心を想像線で示す位置Ａ′まで連続的に変位させると、上側ロッカアーム２の揺動中心位置の変化（Ａ〜Ａ′）に応じてカムリフトによるローラ７の押し下げ量が変化する。即ち、下側ロッカアーム３の揺動角度が連続的に変化し、バルブ開度が連続的に変化することとなる（図５参照）。

この構成によると、ローラシャフト６がメインロッカシャフト１２側へ移動しながらカムリフトによる押し下げ力を下側ロッカアーム３へ作用させるが、サブロッカシャフト４の位置を変化させても、ローラ７の中心とカム８の回転中心との位置関係は不変なため、ローラシャフト６の移動量を変えてバルブ開度を変化させた際のバルブタイミングの変化が極めて小さくて済む。

また、下側ロッカアーム３は、バルブスプリング９によって押し上げられ、上側ロッカアーム２は、ねじりコイルばね１６によって押し上げられる。即ち、この構成によると、ロッカアーム全体としての等価慣性質量が増大しても、バルブスプリング９のばね定数を増大させる必要がないので、ローラシャフト６と下側ロッカアーム３の円弧面１３間の面圧の低減が可能となり、ローラシャフト６と円弧面１３との摩耗が抑制され、耐久性を高める上に有利である。またバルブスプリング９を在来の一段式ロッカアームのものから変更する必要がないので、部品管理の簡略化にも貢献する。

上記実施例は、２つのバルブ１０を駆動する下側ロッカアーム３を一体構造としたが、これは個々のバルブに対応させて２つに分割し、それぞれの円弧面１３の曲率を互いに異なるものとすれば、１つのカムで駆動される２つの弁の開度特性を互いに異なるものとすることも可能である。

本発明装置のロッカアームホルダを除去して示す要部斜視図である。 本発明装置のロッカアームホルダとロッカアームとの関係を示す要部斜視図である。 本発明装置の作動要領説明図である。 変形実施例を示す図２と同様な要部斜視図である。 本発明装置のバルブ開度特性線図である。

符号の説明

１ 動弁装置
２ 上側ロッカアーム
３ 下側ロッカアーム
４ サブロッカシャフト
６ ローラシャフト
７ ローラ
８ カム
１０ バルブ
１３ 円弧面
１４ ロッカアームホルダ
１５ コントロールシャフト
１６ ねじりコイルばね

Claims (3)

1. 回転駆動されるカムと、該カムに当接する第１の円弧面及び当該第１の円弧面と同心の第２の円弧面を備え且つ前記カムのリフトによって揺動する第１ロッカアームと、前記第２の円弧面に当接する摺動面を備え且つ前記第１ロッカアームの揺動によってバルブを開弁駆動する第２ロッカアームとを有するエンジンの動弁装置であって、
   前記第１ロッカアームの揺動中心が、閉弁位置にある時の前記第１及び第２の円弧面の中心と同心をなす円弧上を移動するようにしてなり、
   前記閉弁位置で、前記第２ロッカアームに形成された前記摺動面の曲率中心と、前記第１ロッカアームの揺動中心とが一致する状態を設定可能であることを特徴とするエンジンの動弁装置。
2. 前記第１ロッカアームの揺動中心を支持すると共に、閉弁位置にある時の前記第１及び第２の円弧面の中心と同心をなす軸にて支持されたロッカアームホルダを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動弁装置。
3. 当該エンジンは複数のバルブを有し、前記第２ロッカアームは、前記複数のバルブのそれぞれに対応した複数の部分からなり、該複数の部分における前記摺動面の曲率が互いに異なることを特徴とする請求項１若しくは２に記載のエンジンの動弁装置。

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