JP5348584B2 - エンジンの連続可変バルブリフト装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの連続可変バルブリフト装置に係り、より詳しくは、カム軸の回転による吸／排気バルブの開閉時期と開閉時間を調節できるようにするエンジンの連続可変バルブリフト装置に関する。

従来の一般的なバルブ作動機構では、カム軸に形成された駆動カムのプロファイルによりバルブリフトが一定に形成されるだけで、バルブリフト（ｖａｌｖｅ ｌｉｆｔ）とデュレーション（ｄｕｒａｔｉｏｎ）を変化させられなかった。したがって、固定されたバルブリフトとデュレーション下でエンジンの運転が行われるので、これらを調節して出力向上及び燃費改善を図ることができなかった。
そのため、最近ではエンジンの運転条件によりバルブリフトと開閉時間及び開閉時間を調節できるバルブ作動機構の開発が活発に行われており、そのうちの一つが本出願人の連続可変バルブリフト装置（ＣＶＶＬ；Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｌｉｆｔ ｓｙｓｔｅｍ）である。

前記連続可変バルブリフト装置は、吸／排気バルブの開閉時期とバルブリフトなどのバルブ運動をエンジンの運転条件に合わせて最適に調節できるので、高速／高負荷状態では吸気流量を増加させて出力向上を図ることができ、低速／低負荷状態ではＥＧＲ効果やスロットル損失を最小にして、燃費向上及び排気ガスの低減を図ることができる。
しかし、従来の連続可変バルブリフト装置は構成部品の数が多くて結合構造が複雑なだけでなく、エンジンのシリンダーヘッド内部でカム軸より高い上側空間を占めるように設計されているためシリンダーヘッドの全高（ｔｏｔａｌ ｈｅｉｇｈｔ）が増加せざるを得なかった。

したがって、連続可変バルブリフト装置が適用されたエンジンは全体サイズが大きくなり、これによってエンジンルーム内でエンジンの占有空間が拡大し、他の装置を設置するためのレイアウト設定に困難があった。
また、可動部品（ｍｏｖｉｎｇ ｐａｒｔ）数が多く、それに伴い作動メカニズムが複雑化することによって、バルブリフト及びデュレーション調整の精密度や信頼性が良好でなく、実際にエンジンに適用する際、可変機構全体の耐久性も十分に確保されない短所があった。
特開２００４−１３２２５７号公報

本発明は、前記問題点を改善するためになされたもので、より少ない数の部品でコンパクトに構成され、シリンダーヘッド内でカム軸より下部に設置でき、作動が簡潔でその精密度と信頼性が向上し、耐久性の確保が容易なだけでなく、特にシリンダーヘッドの全高減少を通してエンジンの大きさを減らすことによって、エンジンルームのレイアウト自由度が向上できるエンジンの連続可変バルブリフト装置を提供することにその目的がある。

本発明は、ａ）駆動カム、ｂ）エンジン制御ユニットによって回動角が調節されるモータに回動可能に設置された制御軸、ｃ）制御軸に設置され、駆動カムによって回動する上部ロッカーアーム、ｄ）上部ロッカーアームによって押さえられ、バルブを押す下部ロッカーアーム、ｅ）下部ロッカーアームに形成された傾斜ホールに設置されたロッカーアームシャフトに回転可能に設置され、上部ロッカーアームに接触して上部ロッカーアームの作動力を下部ロッカーアームに伝達するロッカーアームフォロワ、ｆ）制御軸に連動され、ロッカーアームシャフトを押す制御レバーと、下部ロッカーアームの一端に回動可能に装着され、制御レバーによる押圧状態が解除された時にロッカーアームシャフトを反対方向に押す可変アームとからなり、ロッカーアームフォロワの位置を変更させる可変手段、を有して構成されるエンジンの連続可変バルブリフト装置であって、可変手段における可変アームが、下部ロッカーアームの一端に形成された連結軸上に回動可能に設置された連結体と、一端が連結体に挿入されてそれから押し出入り可能で、他端がロッカーアームシャフトに回動可能に連結した可動部と、連結体と可動部の間に介在して可動部を押すスプリングと、からなることを特徴とする。

可変手段における可動部の端部には、ロッカーアームシャフトを把持して結合状態を維持しながら、相対回動可能な円弧状の把持部が形成されたことを特徴とする。

本発明によれば、装置の構成がより少ない数の部品でコンパクトに形成されることによって、その作動が簡潔で、作動の精密度と信頼性が向上し、十分な耐久性を確保して堅固な装置を構成するのが容易である。
また、装置がシリンダーヘッド内でカム軸より下部に設置されることによって、シリンダーヘッドの全高減少を通してエンジンの大きさを減少させることができ、そのため、エンジンルームのレイアウト設定自由度が向上する効果がある。

以下、本発明の実施例を添付図面を参照して、詳細に説明する。
図１〜図４は本発明の構成を示す図である。本発明のエンジンの連続可変バルブリフト装置は、クランクシャフトにタイミングベルト又はタイミングチェーンに連結して回転するカムシャフトに形成された駆動カム１０、シリンダーヘッド内部の一定位置に回動可能に設置された制御軸２０、制御軸２０に設置され、駆動カム１０によって回動される上部ロッカーアーム３０、上部ロッカーアーム３０の回動作動時に下方に押さえられ、バルブ（吸／排気バルブ）を押して下方に回動させる下部ロッカーアーム４０、下部ロッカーアーム４０に設置され上部ロッカーアーム３０に接触して上部ロッカーアーム３０の作動力を下部ロッカーアーム４０に伝達するロッカーアームフォロワ５０、およびロッカーアームフォロワ５０の位置を変更する可変手段、を含む。

制御軸２０は駆動カム１０の下部に所定間隔を置いて設置され、その一側端部はモータ（通常ＣＶＶＬモータと称されるステップモータである。）に連結され、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）が運転条件を判断して、モータの作動方向と作動角を調節することによって、制御軸２０が回動するようになっている。
上部ロッカーアーム３０は制御軸２０上に設置されるが、上部ロッカーアーム３０と制御軸２０は回転方向に相互に拘束されず、上部ロッカーアーム３０に対して制御軸２０は自由な回転が可能な状態である。

そして、上部ロッカーアーム３０の下側面のうちロッカーアームフォロワ５０が接する面は制御軸２０を中心にして、円形で形成された連結体の円周面に滑らかに連結する曲面で形成される。すなわち、曲面と連結体の円周面の一部がロッカーアームフォロワ５０が接する位置によって下部ロッカーアーム４０の押圧量が可変となるようにするプロファイル３１を有する。
また、上部ロッカーアーム３０の先端部にはヒンジ軸を介してローラ３２が設置され、ローラ３２は駆動カム１０に接触する。ローラ３２と駆動カム１０の接触状態を常時維持するために上部ロッカーアーム３０を駆動カム１０側に回動させるスプリングが設けられる。スプリングは単純コイルスプリング又は両端部が長く延びた形態のコイルスプリングなどを使って上部ロッカーアーム３０の上部又は下部で押したり引いたりする多様な方式で設置することができるが、その詳細な設置構造の図示は省略する。

一方、上部ロッカーアーム３０に形成されるロッカーアームフォロワ５０接触プロファイル３１面は２つのバルブが（吸気バルブ及び排気バルブが各々２個ずつ用いられる場合、近来多くのエンジンで採用される構造である。）一組をなす場合に両側の下側面に各々形成され、そのプロファイル形成部の間の中央部分に突出した先端部にローラ３２が設置される。
これは下部ロッカーアーム４０の場合も同様で、それぞれのロッカーアームフォロワ５０を備えた下部ロッカーアーム４０が各バルブ１の上部に設置され、両側の下部ロッカーアームは連結軸４２を介して相互に一体に連結される。

一方、下部ロッカーアーム４０は上部ロッカーアーム３０の下部に近接して設置され、一側端部はハイドロリックラッシュアジャスタ（ＨＬＡ；Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｌａｓｈ Ａｄｊｕｓｔｅｒ）３に支持され、一側端部にはバルブ１のステムの上段が対面する。
バルブ１には作動（開放作動）後、元の位置に復帰するためのリターンスプリング２が備わる。
また、下部ロッカーアーム４０には傾斜ホール４１が形成され、両側下部ロッカーアーム４０の傾斜ホール４１に両端が挿入された状態でロッカーアームシャフト６０が設置され、ロッカーアームシャフト６０にロッカーアームフォロワ５０が回転可能に設置される。

ロッカーアームシャフト６０は傾斜ホール４１の内部でその上／下部に移動可能である。
また、制御軸２０の中心から傾斜ホール４１までの距離は、傾斜ホール４１の上部までが下部までの距離より大きく形成される。
また、ロッカーアームフォロワ５０とロッカーアームシャフト６０との間には多数のニードルベアリング５１が装着され自由に回転出来るようになっている。
一方、可変手段は傾斜ホール４１の内部でロッカーアームフォロワ５０の位置を変更させるためのもので、制御軸２０に設置される制御レバー７０と、下部ロッカーアーム４０の連結軸４２の中間部に設置される可変アーム８０からなる。

制御レバー７０は制御軸２０と一体形成されたり、又は別物として形成して溶接されたり、制御レバー７０の上段にホールを形成し、そのホールに制御軸２０を挿入し、相互にスプライン結合するようにする方式で締結されるなど多様な方式で設置され得るが、制御軸２０と制御レバー７０は回転方向では相互に拘束され、モータによって制御軸２０が回動される時、制御軸２０と一体に同一の角度で回転しなければならない。
可変アーム８０はロッカーアームシャフト６０と下部ロッカーアーム４０の連結軸４２を連結する状態で設置される。

可変アーム８０は連結軸４２に回動可能に設置された連結体８１と、ロッカーアームシャフト６０に回動可能に設置された可動部８２からなり、可動部８２は連結体８１に押し出入り可能な状態で挿入される。したがって、伸縮作用を通して全体長が可変の構造を有する。
連結体８１と可動部８２の間にはスプリング８３が設置され、スプリング８３は可動部８２が連結体８１の内部に押されて入る時に圧縮され、圧縮状態で可動部８２を押し出す作用をする。

また、可動部８２の端部には制御レバー７０側の部分が開口された円弧状の把持部８４が形成され、この把持部８４の内部にロッカーアームシャフト６０が挿入されて、相互に回動可能な状態で連結される。
一方、制御レバー７０は制御軸２０から下方に延びる方向で設置され、胴体下部のロッカーアームシャフト６０側面には弧状の突出曲面７１が形成される。突出曲面７１は把持部８４の開口部を通してロッカーアームシャフト６０に直接接触して制御軸２０回動時にロッカーアームシャフト６０を押す。

以下、図５〜図８を参照して、本発明の作動を説明する。
図５と図６は、バルブリフトが最大のハイリフト（ｈｉｇｈ ｌｉｆｔ）状態を示したもので、モータによって制御軸２０が時計方向に回動した状態である。
制御軸２０と一体で制御レバー７０が時計方向に回動されることによって、ロッカーアームシャフト６０が傾斜ホール４１の上部に押されて上がり、そのため、ロッカーアームフォロワ５０が上方に移動して「ａ」点に接触する。前記「ａ」点がハイリフト作動開始位置となる。この時、突出曲面７１はその形状によってロッカーアームフォロワ５０をさらに滑らかに押し上げる作用をする。

この時、ロッカーアームシャフト６０が傾斜ホール４１に沿って上方に移動し、連結軸４２との間隔が少なくなることによって、可変アーム８０が収縮し、連結体８１の内部に可動部８２が挿入されてスプリング８３は圧縮される。
前記状態で駆動カム１０が回転すれば（駆動カムの作動方向は反時計方向である。）ローラ３２が下方に移動し、制御軸２０を中心に上部ロッカーアーム３０が反時計方向（下方）に回動してロッカーアームフォロワ５０を押して下部ロッカーアーム４０を押すようになり、そのため、バルブ１が押さえられて吸／排気ポートが開放される。

この時、ロッカーアームフォロワ５０と上部ロッカーアーム３０の接触点は上部ロッカーアーム３０のプロファイル３１面に沿ってローラ３２側に移動し、ロッカーアームフォロワ５０の作動開始点（ａ）が最上位置にある状態であるため、駆動カム１０回転時に上部ロッカーアーム３０による押圧量が最大となり、下部ロッカーアーム４０の作動量が最大になるので、バルブリフトの最大ハイリフト状態が具現される。

一方、図６と図７は、バルブリフトが最小のローリフト（ｌｏｗ ｌｉｆｔ）状態を示したもので、ハイリフト状態でモータによって制御軸２０が反時計方向に回動された状態である。
上記の通り制御軸２０が回動されることによって、制御軸２０がこれ以上ロッカーアームシャフト６０を支持しなくなるので、圧縮されていたスプリング８３の復元力によって、連結体８１から可動部８２が突出しながらロッカーアームシャフト６０を押すようになり、そのため、ロッカーアームシャフト６０は傾斜ホール４１の下部に移動する。

したがって、ロッカーアームフォロワ５０と上部ロッカーアーム３０の接触点位置は「ａ」から「ｂ」に下降し、駆動カムの１０回転によって上部ロッカーアーム３０が同一の角度で下降回動しても図５、６のハイリフト状態の時より下部ロッカーアーム４０の作動量が最大で小さいローリフト状態が具現される。
したがって、エンジン制御ユニットはエンジンの作動状態の変化に応じて制御軸２０の回動位置を適切に変化させることによって、バルブリフトがハイリフトとローリフトの間で適切に具現されるようになる。また、前記バルブリフトの変化に伴って、バルブデュレーションも変化する。

以上説明した通り、本発明により、バルブリフト可変のための構成部品の数が少なく、作動が簡潔なため作動精密度と信頼性が向上し、一層優秀な制御性能を有する連続可変バルブリフト装置が提供できる。
同じ理由で装置の耐久性を高めることがさらに容易になる。
また、装置がカム軸の下部にコンパクトに構成されることによって、シリンダーヘッドの全高減少を通じ、エンジンの大きさが減少可能となり、そのため、エンジンルームのレイアウト設定の自由度が向上する効果が得られる。

本発明に係る連続可変バルブリフト装置の構成図である。 図１の斜視図である。 図１の拡大図として、下部ロッカーアーム内側の形状を示す投影図である。 図１の底面斜視図である。 本発明のハイリフト作動状態の正面図である。 本発明のハイリフト作動状態の斜視図である。 本発明のローリフト作動状態の正面図である。 本発明のローリフト作動状態の斜視図である。

符号の説明

１０ 駆動カム
２０ 制御軸
３０ 上部ロッカーアーム
３１ プロファイル
３２ ローラ
４０ 下部ロッカーアーム
４１ 傾斜ホール
４２ 連結軸
５０ ロッカーアームフォロワ
６０ ロッカーアームシャフト
７０ 制御レバー
７１ 突出曲面
８０、８１ 可変アーム（連結体）
８２ 可動部
８３ スプリング
８４ 把持部

Claims (2)

1. ａ）駆動カム、
   ｂ）エンジン制御ユニットによって回動角が調節されるモータに回動可能に設置された制御軸、
   ｃ）前記制御軸に設置され、前記駆動カムによって回動する上部ロッカーアーム、
   ｄ）前記上部ロッカーアームによって押さえられ、バルブを押す下部ロッカーアーム、
   ｅ）前記下部ロッカーアームに形成された傾斜ホールに設置されたロッカーアームシャフトに回転可能に設置され、上部ロッカーアームに接触して上部ロッカーアームの作動力を下部ロッカーアームに伝達するロッカーアームフォロワ、
   ｆ）前記制御軸に連動され、前記ロッカーアームシャフトを押す制御レバーと、前記下部ロッカーアームの一端に回動可能に装着され、前記制御レバーによる押圧状態が解除された時に前記ロッカーアームシャフトを反対方向に押す可変アームとからなり、前記ロッカーアームフォロワの位置を変更させる可変手段、
   を有して構成されるエンジンの連続可変バルブリフト装置であって、
   前記可変手段の可変アームが、
   前記下部ロッカーアームの一端に形成された連結軸上に回動可能に設置された連結体と、
   一端が前記連結体に挿入されてそれから押し出入り可能で、他端が前記ロッカーアームシャフトに回動可能に連結した可動部と、
   前記連結体と可動部の間に介在して可動部を押すスプリングと、
   からなることを特徴とするエンジンの連続可変バルブリフト装置。
2. 前記可変手段の可変アームにおける前記可動部の端部には、前記ロッカーアームシャフトを把持して結合状態を維持しながら、相対回動可能な円弧状の把持部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの連続可変バルブリフト装置。

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