JP5375314B2 - 可変動弁装置 - Google Patents

Description

この発明は、可変動弁装置に関し、より詳細には、駆動カムの作用力を揺動アームのスライダー面に伝達する中間部材を備える可変動弁装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、カム軸と平行な軸を中心として揺動し、駆動カムの作用力によりバルブをリフト方向に駆動させる揺動アームと、該駆動カムのカム面と対向して該揺動アームに形成されたスライダー面と、該駆動カムと該揺動アームとの間に配置され、該カム面及び該スライダー面の双方に当接し、該スライダー面上をスライドすることで該駆動カムの作用力を該スライダー面に伝達する中間部材と、を備える可変動弁装置が開示されている。

上記従来の装置が備える中間部材は、上記カム面に接触するカムローラーと、このカムローラーに対して回転可能であると共に該スライダー面に接触するスライダーローラーとを含む部材である。このため、駆動カムが回転すると、その作用力を、カム面から該中間部材のカムローラー、スライダーローラーを介してスライダー面に伝達できる。したがって、従来の装置は、この中間部材を備えることで、駆動カムの作用力を揺動アームに伝達させて、バルブをリフト方向に駆動できる。

国際公開第２００６／０２５５６５号 特開２００８−３０９０４０号公報 特開２００１−３２９８１６号公報

上記従来の装置に代表される可変動弁装置においては、中間部材のスライダーローラーとスライダー面との間に生じる摩擦増加の抑制を目的として、通常、スライダー面上に潤滑油が供給されている。しかしながら、このような可変動弁装置をディーゼルエンジンに適用した場合、燃焼時に生じた黒煙粒子がこの潤滑油に溶け込むことがある。黒煙粒子が潤滑油に溶け込んだ場合、スライダーローラーのスライドによってスライダー面が磨耗する可能性がある。そして、スライダー面の磨耗が進行した場合には、調整した取り付け角度に影響が生じ、バルブの作用角やリフト量にも影響が生ずる可能性があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、中間部材のスライドによるスライダー面の磨耗を抑制可能な可変動弁装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、可変動弁装置であって、
カム軸に設けられた駆動カムと、
前記カム軸と平行な軸を中心として揺動し、前記駆動カムの作用力によりバルブをリフト方向に駆動させる揺動アームと、
前記揺動アームに前記駆動カムのカム面と対向形成された曲率一定のスライダー面と、
前記駆動カムと前記揺動アームとの間に配置され、前記カム面と前記スライダー面の双方に当接し、前記スライダー面上をスライドすることで前記駆動カムの作用力を前記スライダー面に伝達する中間部材と、
前記スライダー面における前記中間部材のスライド範囲に形成されたガイド溝と、
前記当接面に形成され、前記ガイド溝の側壁に掛かり合いながらスライド可能な突起部と、を備え、
前記スライダー面と当接する前記中間部材の当接面の曲率が、前記スライダー面の曲率と等しく、
前記ガイド溝の溝幅が、前記スライダー面の曲率円の中心に近い位置から離れるほど広く形成されることを特徴とする。

第１の発明によれば、スライダー面と当接する中間部材の当接面の曲率が、スライダー面の曲率と等しく構成されているため、この当接面からスライダー面に印加される面圧を低減できる。これにより、中間部材のスライドによるスライダー面の磨耗を抑制できる。したがって、磨耗による作用角や最大バルブリフト量の変化代を縮小でき、バルブオーバーラップ不足や吸気量不足によるエンジン性能の低下や排気エミッションの悪化を抑制できる。

また、第１の発明によれば、突起部がガイド溝の側壁と掛かり合いながらスライド可能に形成されるため、中間部材がスライダー面から離脱することを規制できる。したがって、中間部材が脱離した場合に発生する中間部材とスライダー面との再接触による騒音を防止でき、この再接触時の衝撃による中間部材やスライダー面を含む装置全体の損傷を防止できる。また、高回転時のバルブのジャンプ、バウンス等の異常運動の発生を抑制できる。

実施の形態１の可変動弁装置を示す斜視図である。 実施の形態１の特徴部分の分解斜視図である。 実施の形態１の可変動弁装置の特徴部分における、制御軸に垂直な平面での断面図である。 制御軸及び制御軸駆動装置の平面図である。 制御軸駆動装置の側面図である。 比較対象としての従来の可変動弁装置を示す斜視図である。 実施の形態１の特徴部分の比較対象としての従来の可変動弁装置の該当部分における、制御軸に垂直な平面での断面図である。 バルブの作用角及びリフト量の推移を示す図である。 実施の形態１の変形例の可変動弁装置を示す斜視図である。 実施の形態１の変形例の特徴部分の分解斜視図である。 実施の形態１の変形例の可変動弁装置の特徴部分における、制御軸に垂直な平面での断面図である。 実施の形態２の可変動弁装置を示す斜視図である。 実施の形態２に用いる揺動アームの拡大斜視図である。 実施の形態２に用いるスライダー部材の拡大斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略ないし簡略する。

実施の形態１．
先ず、図１〜図３を用いて本実施の形態１の可変動弁装置の構成及びその特徴部分について説明する。尚、図１に示す可変動弁装置１０は、ディーゼルエンジンの吸気弁１２Ｒ、１２Ｌを駆動するものとして説明するが、排気弁を駆動する可変動弁装置にも適用が可能である。

可変動弁装置１０は、ディーゼルエンジンのクランク軸により回転駆動されるカム軸１４に設けられたカム１６を備えている。また、可変動弁装置１０は、カム軸１４と平行に配置された制御軸１８と、この制御軸１８を所定角度範囲内で回転させることのできる制御軸駆動装置とを備えている。この制御軸駆動装置については、後述する。

可変動弁装置１０は、揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒを備えている。揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒは、制御軸１８を中心として揺動可能に設置されている。揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒには、カム１６のカム面に対向する側に、スライダー面２２Ｌ，２２Ｒがそれぞれ形成されている。また、揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒのスライダー面２２Ｌ，２２Ｒの反対側には揺動カム面２４Ｌ，２４Ｒがそれぞれ形成されている。

揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒ間には、制御アーム２６が配置されている。制御アーム２６は制御軸１８に一体的に固定されている。制御アーム２６は、制御軸１８の径方向に突出しており、その突出部に中間アーム２８Ｌ，２８Ｒが取り付けられている。中間アーム２８Ｌ，２８Ｒは、制御アーム２６を挟むように制御アーム２６の両側に設けられている。

図２及び図３に示すように、中間アーム２８Ｌ，２８Ｒは、制御軸１８に沿って湾曲して形成されている。中間アーム２８Ｌ，２８Ｒの後端部は、ピン３０によって制御アーム２６に回転自在に連結されている。ピン３０の位置は制御軸１８の中心から偏心し、このピン３０の位置が中間アーム２８Ｌ，２８Ｒの揺動中心となる。一方、中間アーム２８Ｌ，２８Ｒの先端部は、連結軸３２によって互いに連結されている。連結軸３２の中間アーム２８Ｌ，２８Ｒ間にはカムローラー３４が配置され、カムローラー３４は、連結軸３２に回転自在に支持されている。

また、中間アーム２８Ｌ，２８Ｒの外側には、スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒがそれぞれ配置されている。スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒは、ピン３０からの距離を一定に保ちながら、スライダー面２２Ｌ，２２Ｒ及びカム１６の周面に沿って移動する。また、スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒがスライダー面２２Ｌ，２２Ｒに当接する当接面（以下「スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒの当接面」等簡略化して説明する。）の形状は、スライド方向に拡がるスリッパ様に形成されている。尚、スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒの厚み部分には、肉盗みを施して軽量化しておくことが好ましい。

ここで、図３に示すように、スライダー部材３６Ｌの当接面の接触面半径は、スライダー面２２Ｌの面構成半径と等しく形成されている。このような径は、次のように決定できる。先ず、スライダー部材３６Ｌが制御軸１８に最も近くに位置している場合を基準として、制御軸１８側から先端側に向かうスライダー面２２Ｌを形成する円弧の径Ｒを、スライダー面２２Ｌの位置によらずに一定とする。次に、この円弧の径Ｒと等しい円弧の形状をスライダー部材３６Ｌの当接面に形成する。このように、スライダー面２２Ｌの面構成半径と、スライダー部材３６Ｌの当接面の接触面半径とを等しく形成することで、この当接面からスライダー面２２Ｌに印加される面圧を低減できる。尚、スライダー部材３６Ｒの当接面の接触面半径も同一の手法で決定できる。尚、これら接触面半径は、実際の接触状況に応じて微調整することが好ましい。

揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒは、ロストモーションスプリング３８Ｌ，３８Ｒにより付勢されている（図３中では反時計回り）。この付勢力により、揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒはスライダー部材３６Ｌ，３６Ｒに押し当てられており、また、カムローラー３４はカム１６に押し当てられている。

可変動弁装置１０は、吸気弁１２Ｌ，１２Ｒの弁軸をリフト方向へ押圧するロッカーアーム４０Ｌ，４０Ｒを更に備えている。ロッカーアーム４０Ｌ，４０Ｒは、揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒの下方に配置されている。ロッカーアーム４０Ｌ，４０Ｒの中間部には、ロッカーアームローラー４２Ｌ，４２Ｒがそれぞれ回転自在に取り付けられている。ロッカーアームローラー４２Ｌ，４２Ｒは、揺動カム面２４Ｌ，２４Ｒと接触している。ロッカーアーム４０Ｌ，４０Ｒの一端は、吸気弁１２Ｌ，１２Ｒの弁軸端に当接されており、ロッカーアーム４０Ｌ，４０Ｒの他端は、ラッシュアジャスター４４Ｌ，４４Ｒに支持されている。吸気弁１２Ｌ，１２Ｒは、バルブスプリング４６Ｌ，４６Ｒによって、閉方向、すなわち、ロッカーアーム４０Ｌ，４０Ｒを押し上げる方向に付勢されている。ロッカーアームローラー４２Ｌ，４２Ｒは、この付勢力と、ラッシュアジャスター４４Ｌ，４４Ｒとによって、揺動カム面２４Ｌ，２４Ｒに押し当てられている。

このような可変動弁装置１０では、カム１６が回転すると、カム１６のカムリフトがカムローラー３４、スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒを介してスライダー面２２Ｌ，２２Ｒに伝達することにより、揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒが揺動する。

揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒの揺動に際し、スライダー部材３６Ｌが制御軸１８の中心に最も近い位置にあるときには、カム１６のカムリフトが制御軸１８の中心に近い位置において揺動アーム２０Ｌに伝達されることになる。このため、揺動アーム２０Ｌの揺動範囲（振れ幅）が大きくなる。その結果、吸気弁１２Ｌの作用角および最大リフト量は、大きくなる。逆に、スライダー部材３６Ｌが制御軸１８の中心から遠い位置にあるときには、カム１６のカムリフトは、制御軸１８の中心から遠い位置において揺動アーム２０Ｌに伝達されることになる。このため、揺動アーム２０Ｌの揺動範囲（振れ幅）が小さくなる。その結果、吸気弁１２Ｌの作用角および最大リフト量は小さくなる。

このような作用角及び最大リフト量を可能とする制御軸駆動装置について、図４及び図５を用いて説明する。図４は、制御軸１８及び制御軸駆動装置の平面図、図５は、制御軸駆動装置の側面図である。図４に示すように、制御軸１８は、＃１〜＃４の各気筒の可変動弁装置１０に共用されている。図４及び図５に示すように、制御軸１８の一端には、減速ギヤ４８が固定されている。この減速ギヤ４８は、減速ギヤ５０と噛み合っている。減速ギヤ５０と同軸上には、ウォームホイール５２が設けられている。このウォームホイール５２は、ウォームギヤ５４と噛み合っている。ウォームギヤ５４は、モータ５６の出力軸に固定されている。モータ５６を作動させることにより、上記のギヤ列を介して、制御軸１８を回転させることができる。

ところで、図６及び図７に示すような従来の可変動弁装置７０では、スライダーローラー７２Ｌ，７２Ｒがスライダー面２２Ｌ，２２Ｒの周囲に沿って移動する。この際、スライダー面２２Ｌ，２２Ｒ上には、スライダーローラー７２Ｌ，７２Ｒとの摩擦の低減のために潤滑油が供給されている。このような可変動弁装置７０がディーゼルエンジンに適用された場合、次のような問題がある。即ち、ディーゼルエンジンでは、筒内に燃料を拡散供給するため、均一燃焼が難しく、その結果、黒煙や粒状物質（ＰＭ）が発生しやすい。このため、発生物質が潤滑油に溶け込んだ場合、潤滑油と発生物質がスラリーのように機能し、スライダーローラー７２Ｌ，７２Ｒがスライドすることでスライダー面２２Ｌ，２２Ｒが磨耗することがある。

図８は、バルブの作用角及びリフト量の推移を示す図である。図８の特性曲線Ａは、可変動弁装置７０の組み立て時（初期時）における作用角及びリフト量を示す。一方、燃焼発生物質が潤滑油に溶け込んだ場合には、主に面構成半径の大きいスライダー面２２Ｌ，２２Ｒ側の磨耗が進行する。その結果、図８の特性曲線Ｂに示すように、作用角、リフト量共に低下してしまう。

そこで、本実施の形態１では、スライダーローラー７２Ｌ，７２Ｒの代わりに、スライダー面２２Ｌ，２２Ｒの面構成半径と等しい接触面半径を有するスライダー部材３６Ｌ，３６Ｒを用いることとした。こうすることで、連結軸３２中心とスライダー面２２Ｌ，２２Ｒとの距離を一定に保つというスライダーローラー７２Ｌ，７２Ｒが持っていた機能を保持しつつ、スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒの当接面からスライダー面２２Ｌ，２２Ｒに印加される面圧を低減できる。したがって、スライダー面２２Ｌ，２２Ｒの磨耗の進行による作用角、リフト量の変化代を縮小できる。これにより、バルブ開きタイミングの遅れ及び閉じタイミングの進行や、時間面積が小さくなることによるバルブオーバーラップ不足や、吸気量不足によるエンジン性能の低下や排気エミッションの悪化を抑制できる。

また、スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒを用いることで、スライダーローラー７２Ｌ，７２Ｒに、表面処理といったディーゼルエンジン用の処理コストの発生を抑えることができる。更に、スライダーローラー７２Ｌ，７２Ｒに比べてスライダー面２２Ｌ，２２Ｒとの接触面積を広くできる。これにより、揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒや連結軸３２の姿勢位置を安定させ、吸気弁１２Ｌ，１２Ｒ間のリフト差を小さくできる。また、カムニードルローラーのスキューを防止し偏摩耗を抑制できる。更に、バルブジャンプ等でスライダー面２２Ｌ，２２Ｒに再接触による騒音を小さくできる。

尚、本実施の形態１では、スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒの当接面の形状がスリッパ様に形成されたスライダー部材３６Ｌ，３６Ｒを用いたが、このスリッパ様形状がカム１６のカム面側にも形成されていてもよい。具体的に、図９〜図１１を用いて説明する。図９及び図１０に示すように、スライダー部材５８Ｌ，５８Ｒは、スライダー面２２Ｌ，２２Ｒの周囲に沿って移動する。また、図１１に示すように、スライダー部材５８Ｌの当接面の接触面半径は、スライダー面２２Ｌの面構成半径と等しく形成されている。また、スライダー部材５８Ｌの当接面の反対側に、スライダー面２２Ｌの面構成半径と等しい面が形成されている。

このように、スリッパ様形状を両側に形成することで、スライダー部材５８Ｌ，５８Ｒの重心が安定するため、特に高回転での揺動を安定化できる。また、部材の組み立て時にスライダー部材５８Ｌ，５８Ｒが反転しても問題なく組み立てることができる。更には、修理等で再組み立てを行う際、未使用面をスライダー部材５８Ｌ，５８Ｒの当接面に設定できる。尚、本変形例は、後述する実施の形態２においても同様に適用可能である。

尚、上述した実施の形態１においては、連結軸３２、カムローラー３４、スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒを含む部材が前記第１の発明における「中間部材」に相当している。

実施の形態２．
次に、図１２〜図１４を用いて本実施の形態２の可変動弁装置の構成及びその特徴部分について説明する。

本実施の形態２の可変動弁装置６０は、揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒを備えている。揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒには、カム１６のカム面に対向する側に、スライダー面２２Ｌ，２２Ｒがそれぞれ形成されている。また、スライダー面２２Ｌ，２２Ｒに当接して、スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒが配置されている。スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒの当接面の接触面半径は、スライダー面２２Ｌ，２２Ｒの面構成半径と等しく形成されている。

スライダー面２２Ｌ，２２Ｒの中心部には、スライド方向に沿って、スライド溝６２Ｌ，６２Ｒがそれぞれ形成されている。図１３に、揺動アーム２０Ｌの拡大斜視図を示す。スライド溝６２Ｌは、その開口部の溝幅がその最奥部の溝幅に比べて狭く形成された台形状の溝として形成されている。この台形の底辺の集合から構成される底辺部には、給油孔６４Ｌが形成されている。給油孔６４Ｌは、制御軸１８から潤滑油を給油するために設けられている。これにより、後述する突起部６６Ｌがスライド溝６２Ｌをスライドする際の摩擦の増加を抑制できる。なお、給油孔６４Ｌは、バルブリフト期間中に最大面圧が印加される位置の近傍に形成されることが好ましい。こうすることで、バルブリフト期間中の油膜切れの発生を抑制できるので好ましい。

一方、図１４に示すように、スライダー部材３６Ｌの当接面には、スライド溝６２Ｌの形状と略等しい台形状の突起部６６Ｌが形成されている。このように形成することで、突起部６６Ｌは、抜け止め機能を備えることができ、スライダー部材３６Ｌがスライダー面２２Ｌをスライドする際、スライド溝６２Ｌの側壁に掛かり合いながらスライドできる。

このように、スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒ及びスライド溝６２Ｌ，６２Ｒを形成することで、スライダー部材３６Ｌ，３６Ｒが揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒから脱離することを確実に防止できる。したがって、脱離時に発生するスライダー部材３６Ｌ，３６Ｒと、スライダー面２２Ｌ，２２Ｒとの再接触による騒音を防止できる。また、この再接触時の衝撃による中間部材やスライダー面を含む装置全体の損傷を防止できる。また、高回転時のバルブのジャンプ、バウンス等の異常運動の発生を抑制できる。

尚、本実施の形態２では、スライド溝６２Ｌ，６２Ｒの溝幅について、その開口部をその最奥部に比べて狭く形成したが、これに加えて、スライダー面２２Ｌ，２２Ｒの先端ほど、即ち、揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒの揺動中心に近い位置から離れるほど広く形成してもよい。揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒは、クランク軸の回転に連動して押し下げられる。このため、押し下げ時には特に、スライド溝６２Ｌ，６２Ｒと、突起部６６Ｌ，６６Ｒとの間に摩擦が発生しやすい。したがって、本変形例のようにスライド溝６２Ｌ，６２Ｒの形状を徐変させることで、押し下げ時の摩擦を低減できる。この場合、揺動アーム２０Ｌ，２０Ｒの揺動中心から最も遠い位置における開口部の溝幅は、突起部６６Ｌ，６６Ｒの先端部における突起幅よりも広く形成する必要がある。

１０，６０ 可変動弁装置
１２Ｌ，１２Ｒ 吸気弁
１４ カム軸
１６ カム
１８ 制御軸
２０Ｌ，２０Ｒ 揺動アーム
２２Ｌ，２２Ｒ スライダー面
２６ 制御アーム
２８Ｌ，２８Ｒ 中間アーム
３０ ピン
３２ 連結軸
３４ カムローラー
３６Ｌ，３６Ｒ，５８Ｌ，５８Ｒ スライダー部材
６２Ｌ，６２Ｒ スライド溝
６６Ｌ，６６Ｒ 突起部

Claims (1)

1. カム軸に設けられた駆動カムと、
   前記カム軸と平行な軸を中心として揺動し、前記駆動カムの作用力によりバルブをリフト方向に駆動させる揺動アームと、
   前記揺動アームに前記駆動カムのカム面と対向形成された曲率一定のスライダー面と、
   前記駆動カムと前記揺動アームとの間に配置され、前記カム面と前記スライダー面の双方に当接し、前記スライダー面上をスライドすることで前記駆動カムの作用力を前記スライダー面に伝達する中間部材と、
   前記スライダー面における前記中間部材のスライド範囲に形成されたガイド溝と、
   前記当接面に形成され、前記ガイド溝の側壁に掛かり合いながらスライド可能な突起部と、を備え、
   前記スライダー面と当接する前記中間部材の当接面の曲率が、前記スライダー面の曲率と等しく、
   前記ガイド溝の溝幅が、前記スライダー面の曲率円の中心に近い位置から離れるほど広く形成されることを特徴とする可変動弁装置。

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