JP5137595B2 - 内燃機関のバルブリフト可変式動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃費及び出力の向上などを図るための、内燃機関のバルブリフト可変式動弁装置に関するものである。

従来、自動車などの車両に搭載される内燃機関では、吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方のバルブを、動弁装置によりクランク軸の回転に同期させて開閉している。そして、近年においては、燃費や出力などの向上を図るために、バルブを開く際のそのバルブのリフト量を、内燃機関の運転中に所望に応じて変更できるようにしたバルブリフト可変式動弁装置が知られている。

特許文献１に記載のバルブリフト可変式動弁装置は、吸気バルブと排気バルブとの少なくとも一方のバルブと、クランク軸に連動して回転するカム軸に設けたカムとの間に、長手方向の中程部にバルブリフト可変用操作軸に回転可能に設けた支点ローラを接触させてなる揺動アームを配設し、この揺動アームの一端部をカムに、そのカムの回転によって揺動アームが支点ローラとの接触点を中心にして揺動するように接触させておき、揺動アームの他端部に、揺動アームの揺動によってバルブを開閉するカム面を設け、支点ローラにおける揺動アームに対する接触点をバルブリフト可変用操作軸の回転にて揺動アームの長手方向に移動することによってバルブにおけるバルブリフトを任意に変更する構成である。

このような構成において、揺動アームは、その上端側に設けられる支持ガイド部材により揺動方向を規制されるものである。すなわち、この支持ガイド部材は、揺動アームの上端に設けられたコロ体を斜め上方に案内するガイド片を有するものである。支持ガイド部材は、カム軸が貫通するスリーブ体によりカム軸の外周位置に、カム軸の回転とは独立に回転可能に取り付けられるものである。このように取り付けられる支持ガイド部材の回転中心は、カム軸の回転中心と同一である。
特開２００７−２７０７４１号公報

ところが、このような構成のものであると、バルブリフト可変式動弁装置をシリンダヘッドに組み付ける場合には、組み付けられたカム軸のスリーブ体を支持ガイド部材の基端部分により挟み込んで取り付けなければならない。このように、スリーブ体を介して取り付けているために、支持ガイド部材の取付精度が低下することがある。このために、支持ガイド部材の角度を変化させて、つまり支持ガイド部材を回転させて揺動アームの揺動状態を調整する際に、支持ガイド部材の揺動アームのコロ体に対する偏倚が大きくなることがあった。また、支持ガイド部材は、その基端部分でカム軸を挟み込むような構造になるので、強度的にも問題があった。

そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。

すなわち、本発明の内燃機関のバルブリフト可変式動弁装置は、吸気バルブ及び排気バルブのうち少なくとも一方のバルブとクランク軸に連動して回転するカム軸に設けたカムとの間に、回転可能に支持されるバルブリフト可変用操作軸に回転可能に設けた支点部が長手方向の中程部に当てられる揺動アームを配設し、この揺動アームの一端部に接触するカムが回転することによって揺動アームが支点部との接触点を中心に揺動するように構成する一方、揺動アームの他端部に揺動アームの揺動によってバルブを開閉させるカム面を設け、さらに、支点部における揺動アームに対する接触点をバルブリフト可変用操作軸の回転にて揺動アームの長手方向に移動し得るように構成してなる内燃機関のバルブリフト可変式動弁装置において、揺動アームがその一端部に回転可能なローラ部材を備え、揺動アームが揺動する際にローラ部材を案内する案内部材を、その回転中心をカム軸の回転中心より上方に配置し、かつ回転角度の調整を可能に設けてなり、カム軸の回転中心とローラ部材の回転中心とを結ぶ線分に対してカム軸の回転中心からバルブ側とは反対方向における所定角度範囲内に案内部材の回転中心を配置してなる。

このような構成によれば、案内部材を、その回転中心をカム軸の回転中心と一致させることなく、カム軸の回転中心より上方に配置しており、しかも回転角度の調整を可能に設けて、カム軸の回転中心とローラ部材の回転中心とを結ぶ線分に対してカム軸の回転中心からバルブ側とは反対方向における所定角度範囲内に案内部材の回転中心を配置してするものである。このため、案内部材の取付状態は、カム軸より上側において調整することが可能になり、したがってこのような案内部材の取付構造は作業性を向上させるものである。

以上の構成において、所定角度範囲が、カム軸の回転中心とローラ部材の回転中心とを結ぶ線分に対して角度が８０度から１００度までの範囲であり、案内部材が、カム軸より上側に配置される支持軸とは別体であり当該支持軸に取り付けられたものであることを特徴とする。このようなものであれば、揺動アームのローラ部材の回転中心はカム軸の回転中心近傍を通過する線分上を、揺動アームの作動に応じて移動させることが可能になり、バルブが開く場合と閉じる場合のリフト量の変化を示すリフト曲線が非対称になることを防ぐことが可能になる。また本発明は以上の構成において、案内部材の回転角度を調整することにより揺動アームの上端部の移動方向を規制する案内部材の面の角度が変化することを特徴とする。

本発明は、以上説明したような構成であり、案内部材の取付状態を、カム軸より上側において調整することができ、したがってこのような案内部材の取付における作業性を向上させることができる。また、他の部品に規制されることがないので、取付の強度を高くすることができる。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

以下に説明する実施形態の内燃機関すなわちエンジンは、例えば四気筒のものである。図１は、一気筒の吸気バルブ１に適用されるバルブリフト可変式動弁装置２を、その側面つまりカム３が取り付けられるカム軸４の軸方向から見た場合の構造を模式的に示す図面である。すなわち、エンジンは、そのシリンダヘッドにバルブリフト可変式動弁装置２を備えている。この実施形態においては、吸気バルブ１に対してのみバルブリフト可変式動弁装置２を適用するものを説明するが、排気バルブにも適用するもの、つまり吸気バルブ１と排気バルブとにバルブリフト可変式動弁装置２を適用するものであってもよい。また排気バルブにのみ適用するものであってもよい。

バルブリフト可変式動弁装置２は、クランク軸に連動して回転するカム軸４に設けたカム３が一端部に接触する揺動アーム６、バルブリフト可変用操作軸（以下、操作軸と略称する）７に取り付けられて回動可能に揺動アーム６に接触する支点部たる支点ローラ８、揺動アーム６の動きを規制する案内部材である支持ガイド部材９、支持ガイド部材９の角度を調整するためのアジャスタ１０、アジャスタ１０を回転可能に支持するアジャスタ取付部材１１及び揺動アーム６の揺動により吸気バルブ１を作動させるロッカアーム１２を備えている。

揺動アーム６は、その上端部に支持ガイド部材９に接触するローラ体１３と、その下端部にロッカアーム１２のコロ１４に接触する下部カム面１５とを備え、さらに上端部と下端部との中間部の支点ローラ８側には支点ローラ８が接触する支点カム面１６を備えている。ローラ体１３は、後述する支持ガイド部材９の下向面１７に接触するものである。このローラ体１３は、カム３が回転することにより揺動アーム６が図示しない圧縮バネの付勢力に抗して移動する場合に、支持ガイド部材９の下向き面１７と協働して揺動アーム６の上端部の移動方向を規制するものである。この実施形態の場合、カム軸４から見て、斜め上方向にローラ体１３は案内されて移動するものである。下部カム面１５は、ロッカアーム１２のコロ１４を案内するものである。支点カム面１６は、揺動アーム６を側面から見た場合に、円弧状に形成されており、操作軸７の回転により移動する支点ローラ８と接触する位置に、揺動アーム６の作動の支点が形成されるものである。

操作軸７は、軸本体１８と、その軸本体１８の長手方向に所定の間隔、つまり各吸気バルブ１に対応する間隔により取り付けられる支点ローラ８を備えてなる。軸本体１８は、丸棒からなり、支点ローラ８は、軸本体１８に設けられた複数の凹部に取り付けられる。支点ローラ８は、揺動アーム６の支点カム面１６の幅より小なる長さ寸法を有する円柱体からなり、その両端面から回転支持軸が突出する構造である。このような支点ローラ８は、回転支持軸が軸本体１８の凹部の外側に位置するようにして、凹部に取り付けられる。

支持ガイド部材９は、カム軸４より上側の位置にその回転中心を設定して配置されるものである。具体的には、支持ガイド部材９は、カム軸４より上側に配置される回転可能な支持軸５に取り付けられる。

支持軸５は、カム軸４の回転中心２０とローラ体１３の回転中心２１とを結ぶ線分（以下、基礎線分と称する）Ｌ１に対して９０度の角度を有して、カム軸４の回転中心２０から吸気バルブ１とは反対方向に延びる線分（以下、取付線分と称する）Ｌ２上に、その回転中心１９が位置するように基本的には設定してある。つまり、支持軸５は、カム軸４と関連することなく、カム軸４の上側の位置に独立して取り付けられるものである。

アジャスタ１０は、支持ガイド部材９の揺動アーム６に対する取付角度を調整するためのもので、雄ねじ部材からなり、支持軸５の上側に配置されるアジャスタ取付部材１１に形成された取付雌ねじ孔に螺合している。そして、アジャスタ１０は、取付雌ねじ孔とナット２２とにより、調整後は確実に固定されるものである。そして、支持ガイド部材９は、アジャスタ１０により、支持軸５の回転中心１９を中心にして上方及び下方にそれぞれ例えば５度程度回転して、その角度言い換えれば下向き面１７のローラ体１３に対する角度を調整し得るようになっている。

このような構成において、エンジンをクランク軸がシリンダブロックより下側に位置させておいた場合に、支持ガイド部材９は、その支持軸５がカム軸４より上側に位置するので、カム軸４を取り付けた後に取り付けることができる。したがって、バルブリフト可変式動弁装置２を組み立てる場合、吸気バルブ１に近い部品から順に組み付けていき、最終段階において、支持ガイド部材９を組み付けることができる。このため、カム軸４に同軸に組み付ける従来のものに比べて、作業性を改善することができる。支持ガイド部材９を組み付けた初期状態においては、
支持ガイド部材９の調整は、カム３の回転角に対する吸気バルブ１の開閉タイミングを合わせるべく行うものである。すなわち、この調整は、カム３、揺動アーム６、支点ローラ８、ロッカアーム１２などの各部品の仕上げ状態の公差やその組み込み状態に起因する誤差などを吸収するためで、それぞれの気筒における吸気バルブ１の開閉タイミングをほぼ均一にするものである。調整は、ナット２２を緩めておいてアジャスタ１０が下方向に伸びるように、あるいは上方向に縮むようにそれぞれ回転させて、アジャスタ取付部材１１から下側に突出する長さを調整する。この長さを調整することにより、支持ガイド部材９を押す長さが異なり、支持ガイド部材９を所定の回転角度に固定し得るものになる。そして調整が完了した時点で、ナット２２を締めて、アジャスタ１０が回転しないように固定する。

以上の構成において、カム軸４の回転中心２０とローラ体１３の回転中心とを結ぶ基礎線分Ｌ１と、カム軸４の回転中心から吸気バルブ１とは反対方向に延びて支持軸５の中心を通る取付線分Ｌ２とが９０度の角度で交わっている場合では、カム３が回転して揺動アーム６が揺動すると、ローラ体１３が支持ガイド部材９の下向き面１７に案内されて移動したときのローラ体１３の回転中心の軌跡（スライド線分と称する）は、基礎線分Ｌ１と一致する。すなわち基礎線分Ｌ１と取付線分Ｌ２とが直交している場合にあっては、支持ガイド部材９の下向き面１７は、基礎線分Ｌ１と平行になっている。したがって、エンジンを運転してカム３が回転すると、ローラ体１３は、基礎線分Ｌ１の延長線上を往復移動するものとなる。

これに対して、バルブリフト可変式動弁装置２の組み付け時における各部品の公差や組み付け精度により、吸気バルブ１の開閉タイミングにずれがある場合、アジャスタ１０を回転させて支持ガイド部材９の角度を調整する。開閉バルブタイミングのずれとは、吸気バルブ１が開く場合のクランク軸の回転角度に対する開度と、吸気バルブ１が閉じる場合のクランク軸の回転角度に対する開度とが対称にならないことを指すものである。そして、支持ガイド部材９の角度を調整すると、その下向き面１７の角度が変化する。この結果、支持ガイド部材９の下向き面１７に沿ってローラ体１３が移動する場合の、スライド線分は、基礎線分Ｌ１に対してわずかにずれ、スライド線分の延長線は、カム軸４の回転中心２０の近傍を通ることになる。

このようなアジャスタ１０は、支持ガイド部材９を下方つまり揺動アーム６側に５度程度あるいはその逆方向つまり上方に５度程度、回転させることができるように構成してある。つまり、アジャスタ１０の調整は、バルブリフト可変式動弁装置２を構成する各部材の寸法の許容範囲誤差や組み付け時のクリアランスなどが原因となって生じる吸気バルブ１の開閉タイミングのずれをなくすようにするものであるので、その調整範囲は大きいものではない。したがって、上述したような回転角度に設定すれば十分である。

なお、上述の実施形態においては、基礎線分Ｌ１と取付線分Ｌ２とのなす角度が９０度のものを説明したが、取付線分Ｌ２は、基礎線分Ｌ１に対して、図２に示すように、例えば８０度〜１００度の範囲に設定するものであってよい。この所定角度範囲Ｒ１は、アジャスタ１０による調整範囲をプラスマイナス５度と設定する場合の許容し得る角度範囲である。したがって、取付線分Ｌ２取付線分Ｌ２をこのような所定角度範囲Ｒ１内に設定し、取付線分Ｌ２上に支持軸５の回転中心１９を設定することにより、支持ガイド部材９の角度をアジャスタ９により調整（図２においては、上方に約５度回転させる調整）した場合において、スライド線分Ｌ３の延長線をカム軸４の回転中心２０の近傍を通るようにすることができる。図２において、上述の実施形態の支持ガイド部材９、支持軸５及びアジャスタ１０の位置を、比較のために、想像線で示した。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の実施形態を示す一つの気筒におけるバルブリフト可変式動弁装置の構成説明図。 同実施形態の支持ガイド部材の取付範囲を示す構成説明図。

符号の説明

１…吸気バルブ
３…カム
４…カム軸
６…揺動アーム
７…バルブリフト可変用操作軸
８…支点ローラ
１５…下部カム面
１９…回転中心
２０…回転中心
２１…回転中心
Ｌ１…基礎線分
Ｌ２…取付線分

Claims (2)

1. 吸気バルブ及び排気バルブのうち少なくとも一方のバルブとクランク軸に連動して回転するカム軸に設けたカムとの間に、回転可能に支持されるバルブリフト可変用操作軸に回転可能に設けた支点部が長手方向の中程部に当てられる揺動アームを配設し、
   この揺動アームの一端部に接触するカムが回転することによって揺動アームが支点部との接触点を中心に揺動するように構成する一方、揺動アームの他端部に揺動アームの揺動によってバルブを開閉させるカム面を設け、
   さらに、支点部における揺動アームに対する接触点をバルブリフト可変用操作軸の回転にて揺動アームの長手方向に移動し得るように構成してなる内燃機関のバルブリフト可変式動弁装置において、
   揺動アームがその一端部に回転可能なローラ部材を備え、
   揺動アームが揺動する際にローラ部材を案内する案内部材を、その回転中心をカム軸の回転中心より上方に配置し、かつ回転角度の調整を可能に設けてなり、
   カム軸の回転中心とローラ部材の回転中心とを結ぶ線分に対してカム軸の回転中心からバルブ側とは反対方向における所定角度範囲内に案内部材の回転中心を配置してなる内燃機関のバルブリフト可変式動弁装置であって、
   所定角度範囲が、カム軸の回転中心とローラ部材の回転中心とを結ぶ線分に対して角度が８０度から１００度までの範囲であり、
   案内部材が、カム軸より上側に配置される支持軸とは別体であり当該支持軸に取り付けられたものであることを特徴とする内燃機関のバルブリフト可変式動弁装置。
2. 吸気バルブ及び排気バルブのうち少なくとも一方のバルブとクランク軸に連動して回転するカム軸に設けたカムとの間に、回転可能に支持されるバルブリフト可変用操作軸に回転可能に設けた支点部が長手方向の中程部に当てられる揺動アームを配設し、
   この揺動アームの一端部に接触するカムが回転することによって揺動アームが支点部との接触点を中心に揺動するように構成する一方、揺動アームの他端部に揺動アームの揺動によってバルブを開閉させるカム面を設け、
   さらに、支点部における揺動アームに対する接触点をバルブリフト可変用操作軸の回転にて揺動アームの長手方向に移動し得るように構成してなる内燃機関のバルブリフト可変式動弁装置において、
   揺動アームがその一端部に回転可能なローラ部材を備え、
   揺動アームが揺動する際にローラ部材を案内する案内部材を、その回転中心をカム軸の回転中心より上方に配置し、かつ回転角度の調整を可能に設けてなり、
   カム軸の回転中心とローラ部材の回転中心とを結ぶ線分に対してカム軸の回転中心からバルブ側とは反対方向における所定角度範囲内に案内部材の回転中心を配置してなる内燃機関のバルブリフト可変式動弁装置であって、
   所定角度範囲が、カム軸の回転中心とローラ部材の回転中心とを結ぶ線分に対して角度が８０度から１００度までの範囲であり、
   案内部材が、カム軸より上側に配置される支持軸とは別体であり当該支持軸に取り付けられたものであり、
   案内部材の回転角度を調整することにより揺動アームの上端部の移動方向を規制する案内部材の面の角度が変化することを特徴とする内燃機関のバルブリフト可変式動弁装置。

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