JP5359332B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の吸気弁もしくは排気弁（両者を総称して吸排気弁と記す）のリフトおよび作動角を連続的に変更することができる可変動弁装置に関する。

特許文献１等に示されているように、本出願人は、内燃機関の吸排気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大，縮小可能な可変動弁装置を種々提案している。これは、吸排気弁を押圧する揺動カムの初期の姿勢を変化させることで、リフト・作動角を変化させるようにしたものであって、内燃機関の回転に同期して回転するとともに、駆動偏心カムを備えた駆動軸と、この駆動偏心カムの外周に回転可能に嵌合したリンクアームと、アクチュエータによって回転角度が制御されるとともに、偏心軸部を備えた制御軸と、この偏心軸部に回転可能に装着されるとともに、上記リンクアームに連結され、該リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転自在に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンク部材を介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸排気弁を押圧する揺動カムと、を主に備えている。

そして、上記アクチュエータにより上記制御軸の偏心軸部の回転位置を変化させることで、吸排気弁のリフトがその作動角とともに増減変化する。

また、特許文献２は、ロッカアームにおけるリンクアームとの連結点ならびにリンク部材との連結点をロッカアーム揺動中心を基準として一方の側に配置し、これらの点が上下の同じ方向へ揺動するように構成した例を開示している。

特開２００２−２５６９０５号公報 特開２００５−２９１０１４号公報

上記従来の構成では、ロッカアームは偏心軸部に対し軸方向に特に拘束されておらず、リンクアームに連結されることによって、その軸方向の位置が定まっている。つまり、偏心軸部に揺動可能に嵌合したロッカアームは、軸方向に摺動可能となっている。従って、バルブリフトさせるべくリンクアームから駆動力が作用したときに、ロッカアームが軸方向にずれて倒れるように変位し、フリクションの増加やリフト特性のサイクルばらつきを招来することがあった。

特に、特許文献２のように、リンクアームとの連結点ならびにリンク部材との連結点の双方がロッカアームの一方の側に位置する構成では、バルブリフトの際に、各々の連結点に互いにほぼ１８０°異なる方向への力が作用するため、ロッカアームの倒れが生じやすい。

この発明は、
内燃機関本体に回転自在に支持され、かつ内燃機関の回転に同期して回転するとともに、駆動偏心カムを備えた駆動軸と、
上記駆動偏心カムの外周に回転可能に嵌合したリンクアームと、
内燃機関本体に回転自在に支持され、かつアクチュエータによって回転角度が制御されるとともに、偏心軸部を備えた制御軸と、
上記偏心軸部に回転可能に装着されるとともに、上記リンクアームに連結され、該リンクアームにより揺動されるロッカアームと、
上記駆動軸に回転自在に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンク部材を介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸排気弁を押圧する揺動カムと、
を備え、上記制御軸の偏心軸部の回転位置によって吸排気弁のリフトがその作動角とともに増減変化するように構成された内燃機関の可変動弁装置において、
上記ロッカアームは、上記偏心軸部の中心から一方へ延びており、上記リンクアームとの連結点および上記リンク部材との連結点が、吸排気弁に向かって上下の同じ方向へ揺動するように構成され、
上記ロッカアームは、上記リンクアームとの連結点および上記リンク部材との連結点を含む本体部と、キャップ部と、に偏心軸部の中心を通る分割面に沿って２分割されており、
上記リンクアームとの連結点および上記リンク部材との連結点が上記制御軸の軸方向に互いにオフセットしており、
上記偏心軸部の周面と上記ロッカアームの軸受面との間に、互いに係合してロッカアームの軸方向の位置を規制するスラスト受け機構が設けられている、ことを特徴としている。

このような構成では、スラスト受け機構によって偏心軸部に対しロッカアームの軸方向の位置が規制されるので、ロッカアームが軸方向にずれることがなく、バルブリフトに際して駆動力を受けたときのロッカアームの倒れが生じにくくなる。

この発明によれば、バルブリフト時のロッカアームの倒れが生じにくくなり、これによるフリクションの増加やリフト特性のサイクルばらつきを抑制できる。

この発明に係る可変動弁装置の一実施例を示す斜視図。 図１の矢印Ａ方向から見た一部断面の側面図。 この第１実施例の構成を模式的に示した構成説明図。 第２実施例を示す図２と同様の側面図。 この第２実施例の構成を模式的に示した構成説明図。 第３実施例を示す図２と同様の側面図。 この第３実施例の構成を模式的に示した構成説明図。 第４実施例を示す図２と同様の側面図。 この第４実施例の構成を模式的に示した構成説明図。 第５実施例の構成を模式的に示した構成説明図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１および図２は、この発明に係る可変動弁装置の基本的な構成を示している。この可変動弁装置は、シリンダヘッド（図示せず）に回転自在に支持され、かつ内燃機関のクランクシャフトにより駆動される駆動軸１と、この駆動軸１に固定された円盤状の駆動偏心カム２と、同じくシリンダヘッドに回転自在に支持された制御軸３と、この制御軸３に設けられた偏心軸部４と、を備えている。ここで、上記偏心軸部４は、制御軸３の本体部分に対し一対のクランクアーム部４ａを介して連結されたクランクピン状をなし、つまり、制御軸３は、全体としてクランクシャフト状をなしている。なお、上記駆動軸１および制御軸３は、例えば直列に配置された複数気筒に共通のものとなっており、シリンダの上下方向を基準とすると、制御軸３の方が駆動軸１よりも上方（より具体的には斜め上方の位置）に位置している。また上記制御軸３の一端には、図示せぬアクチュエータ（電動モータ、油圧式アクチュエータなど）が連結されており、上記偏心軸部４の位置を制御している。

上記駆動偏心カム２の外周には、リンクアーム６の環状部６ａが回転自在に嵌合しており、この環状部６ａの一部からアーム部６ｂが延びている。上記偏心軸部４の外周には、ロッカアーム７の基部７ａが回転自在に取り付けられている。このロッカアーム７の基部７ａは、偏心軸部４の中心を通る分割面に沿って、本体部７ｆとベアリングキャップ部７ｂとが別部品となったいわゆる２つ割り状に分割形成され、該ベアリングキャップ７ｂを本体部７ｆに一対のボルト８で締結することにより、クランクピン状の偏心軸部４に取り付けられている。また、上記基部７ａの本体部７ｆから一方の側へ長短２つのアーム部７ｃ，７ｄが延びており、その短い方のアーム部７ｄの先端のピン部７ｅに、上記リンクアーム６のアーム６ｂが回転自在に連結されている。

揺動カムスリーブ１１は円筒状をなし、上記駆動偏心カム２に隣接する形で上記駆動軸１の外周に回転自在に嵌合している。この揺動カムスリーブ１１は、１気筒当たり２つの吸排気弁を同時に開閉するように２つの揺動カム１２を備えており、その一方の揺動カム１２と上記ロッカアーム７のアーム部７ｃとが、上下に概ね直線状に延びたリンク部材１３によって連結されている。このリンク部材１３は、一方の揺動カム１２と上記アーム部７ｃとを両側から挟むように、金属板を略Ｕ字形断面に折り曲げて構成されており、その上端がピン１４を介してロッカアーム７のアーム部７ｃに回転自在に連結され、下端がピン１５を介して揺動カム１２に回転自在に連結されている。従って、一対の揺動カム１２は、ロッカアーム７の揺動に伴って揺動し、例えばタペット１６（図２参照）を介して吸排気弁を押し開く。

上記の構成において、偏心軸部４の回転位置に応じて吸排気弁のリフト・作動角が連続的に変化する基本的な原理は、上述した特許文献１等のものと変わりがないが、特に、この実施例では、リフト・作動角を増減変化させたときに、主に閉弁時期が大きく変化し、開弁時期はほぼ一定に維持される特性となっている。また、特許文献２と同様に、この実施例では、偏心軸部４を中心としてロッカアーム７の一方の側にリンクアーム６およびリンク部材１３の双方が連結されており、駆動偏心カム２のカム作用によりリンクアーム６がロッカアーム７を下方へ引き下げることで、リンク部材１３が揺動カム１２を下方へ押し下げる構成となっている。

ここで、図から明らかなように、ロッカアーム７におけるリンクアーム６との連結点（ピン部７ｅ）とリンク部材１３との連結点（ピン１４）とは、互いに軸方向にオフセットして位置している。なお、ここでは、機関の前後方向について、便宜的に、リンクアーム６側を「前側」、リンク部材１３側を「後側」と呼ぶこととする。リンクアーム６との連結点であるピン部７ｅは、ロッカアーム７からさらに前側へ突出している。

次に、本発明の要部であるスラスト受け機構の具体的な構成について説明する。

図２および図３に示す第１実施例では、制御軸３の偏心軸部４の外周面に、周方向に沿った凹溝２１が全周に亘って形成されており、他方、ロッカアーム７のベアリングキャップ部７ｂには、偏心軸部４の半径方向に沿ってピン２２が固定されている。このピン２２の先端部は、ロッカアーム７の内周の軸受面から突出し、上記凹溝２１に係合している。これによって、ロッカアーム７の軸方向の位置が偏心軸部４に対し規制され、軸方向のずれやこれに伴うロッカアーム７の倒れが抑制される。なお、凹溝２１は必ずしも全周に設ける必要はなく、制御軸３の回動角度に対応した角度範囲にのみ形成するようにしてもよい。

図４および図５に示す第２実施例（詳しくは参考例）は、偏心軸部４を、中央の小径部４ｃとその両側の大径部４ｄとを有する段付形状とし、相対的に凹んだ凹溝状をなす小径部４ｃの部分にロッカアーム７を嵌合させた構成となっている。つまり、ロッカアーム７の前後両端面２３が、小径部４ｃと大径部４ｄとの境界となる軸直角方向に沿った段差面２４に対し微小間隙を介して実質的に接しており、これによってロッカアーム７の軸方向位置が規制されている。なお、ベアリングキャップ部７ｂの内周（あるいは軸受面の全周でもよい）には周方向に沿った油溝２５が凹設されている。

次に、図６および図７に示す第３実施例は、偏心軸部４の外周面に位置決め用の凸部３１を設け、ロッカアーム７の内周の軸受面に、この凸部３１と係合する周方向に沿った凹溝３２を形成したものである。上記凸部３１は、周方向に沿って円弧形に延びているが、ロッカアーム７等との組付性を考慮して、１８０°未満の角度範囲に形成されているとともに、基本的に、軸受面の３６０°の中でキャップ部７ｂ側に位置するように形成されている。なお、上記凹溝３２は、やはり制御軸３の回動角度に対応する角度範囲にあれば足りるが、加工性の点から、図示例では、軸受面の全周に亘って凹設されている。

このような構成では、例えば、シリンダヘッドに制御軸３を取り付けた後に、リンク部材１３等とともにロッカアーム７の本体部分を偏心軸部４に軸方向にスライドさせながら所定位置とし、その後、ベアリングキャップ部７ｂを凸部３１に合わせて取り付ける、という手順で支障なく組立を行うことができる。

ここで、特に、上記凸部３１の周方向位置としては、制御軸３の回転位置を、リフト・作動角が最小となる位置としたときに、凸部３１全体がベアリングキャップ部７ｂ側に位置するように構成することが望ましい。つまり、制御軸３の回転に伴って凸部３１の位置は凹溝３２内で相対的に変化するが、制御軸３が最小リフト・作動角位置にあるとき（特にリフトしていないとき）に、凸部３１が本体部７ｆ側の凹溝３２に係合せずに、ベアリングキャップ部７ｂ側に完全に収容されるようになっている。このようにすれば、多気筒内燃機関において、最小リフト・作動角位置としていずれの気筒もリフトしていない状態の下で、ロッカアーム７等の組立を行うことができる。

図８および図９は、第３実施例の変形例である第４実施例を示している。この実施例は、第３実施例と同様に凸部３１および凹溝３２を用いているが、これらが、ロッカアーム７の軸受面の軸方向寸法の中心から「前側」に片寄って設けられている。つまり、リンクアーム６に近い側に位置している。図９に示すように、バルブリフトの際に、ロッカアーム７には、リンクアーム６から矢印Ｆ１で示す力が下方へ入力され、リンク部材１３から矢印Ｆ２で示す力（揺動カム１２からの反力）が上方へ入力される。これらの力Ｆ１，Ｆ２は、軸方向にオフセットした位置に作用するとともに、一般に、力Ｆ１の方が力Ｆ２よりも大きい。従って、上記のように凸部３１および凹溝３２が片寄って位置することにより、力Ｆ１，Ｆ２によるモーメントが互いに釣り合う位置付近で軸方向の位置を規制することができ、バルブリフト時のロッカアーム７の倒れがより効果的に抑制される。

なお、この実施例では、凸部３１に油孔３５が開口形成されている。

次に図１０に概略的に示す第５実施例は、ロッカアーム７の軸受面が段付形状となっており、「前側」の端部が相対的に小径な小径部４１となっている。そして、偏心軸部４の外周面には、この小径部４１が係合する凹溝４２が全周に亘って形成されている。この実施例では、やはりスラスト受け機構となる小径部４１および凹溝４２がロッカアーム７の軸方向寸法の中心から「前側」に片寄ったものとなり、ロッカアーム７の倒れの抑制の上で有利となる。また、小径部４１を囲むロッカアーム７が相対的に厚肉となるため、応力に対する小径部４１における口径変化が生じにくくなり、バルブリフト時のロッカアーム７の姿勢がより確実に保持される。

１…駆動軸
２…駆動偏心カム
３…制御軸
４…偏心軸部
６…リンクアーム
７…ロッカアーム
１２…揺動カム
１３…リンク部材
２１…凹溝
２２…ピン
２３…端面
２４…段差面
３１…凸部
３２…凹溝
４１…小径部
４２…凹溝

Claims (7)

1. 内燃機関本体に回転自在に支持され、かつ内燃機関の回転に同期して回転するとともに、駆動偏心カムを備えた駆動軸と、
   上記駆動偏心カムの外周に回転可能に嵌合したリンクアームと、
   内燃機関本体に回転自在に支持され、かつアクチュエータによって回転角度が制御されるとともに、偏心軸部を備えた制御軸と、
   上記偏心軸部に回転可能に装着されるとともに、上記リンクアームに連結され、該リンクアームにより揺動されるロッカアームと、
   上記駆動軸に回転自在に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンク部材を介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸排気弁を押圧する揺動カムと、
   を備え、上記制御軸の偏心軸部の回転位置によって吸排気弁のリフトがその作動角とともに増減変化するように構成された内燃機関の可変動弁装置において、
   上記ロッカアームは、上記偏心軸部の中心から一方へ延びており、上記リンクアームとの連結点および上記リンク部材との連結点が、吸排気弁に向かって上下の同じ方向へ揺動するように構成され、
   上記ロッカアームは、上記リンクアームとの連結点および上記リンク部材との連結点を含む本体部と、キャップ部と、に偏心軸部の中心を通る分割面に沿って２分割されており、
   上記リンクアームとの連結点および上記リンク部材との連結点が上記制御軸の軸方向に互いにオフセットしており、
   上記偏心軸部の周面と上記ロッカアームの軸受面との間に、互いに係合してロッカアームの軸方向の位置を規制するスラスト受け機構が設けられている、ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置
2. 上記スラスト受け機構が、偏心軸部の周面に設けられた凹溝と、上記ロッカアームに固定されかつ上記凹溝に係合するピンと、からな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装置。
3. 上記スラスト受け機構が、偏心軸部の周面に設けられた凸部と、この凸部と係合するように上記ロッカアームの内周面に形成された凹溝と、からな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装置。
4. 上記凸部は、周方向に沿って１８０°未満の角度で円弧形に延びているとともに、上記キャップ部側に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 上記凸部は、上記制御軸が小リフト・作動角位置にあるときに、上記キャップ部側にその全体が位置することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
6. 上記凹溝は、ロッカアームの軸受面の軸方向寸法の中心から、上記リンクアームとの連結点に相対的に近くなる側に片寄って配置されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
7. 上記スラスト受け機構として、上記ロッカアームの内周の上記リンクアーム寄りの端部に小径部を有し、この小径部が、上記偏心軸部の周面に形成された凹溝に嵌合してい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装置。

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