JP5767603B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の運転状況に応じてバルブの駆動状態を切り換える可変動弁機構に関する。
可変動弁機構の中には、図10、図11に示す従来例の可変動弁機構109のように、カム110に押圧されて揺動する入力アーム130と、揺動してバルブ7を駆動する出力アーム140と、入力アーム130と出力アーム140とに通され、入力アーム130と出力アーム140との間を跨ぐ連結位置Pと跨がない非連結位置Qとの間で変位可能に設けられた3本の切換ピン151,152,153と、切換ピン151,152,153を変位させる変位装置159とを含み構成されたものがある。
その変位装置159は、3本の切換ピン151,152,153を右側の連結位置Pから左側の非連結位置Qへ押圧する押圧装置160と、3本の切換ピン151,152,153を左側の非連結位置Qから右側の連結位置Pへ押し戻すリターンスプリング170と、3本の切換ピン151,152,153の変位を非連結位置Qで停止させる左ストッパ機構182と、連結位置Pで停止させる右ストッパ機構183とを含み構成されている。
そして、リターンスプリング170は、左端の切換ピン151の左端面とそのピンが挿入されたピン孔の底部との間に介装されて復元力で左端の切換ピン151の左端面を右方に押圧している。
また、左ストッパ機構182は、左側の切換ピン151が挿入されたピン孔の底部によって構成されている。また、右ストッパ機構183は、右端の切換ピン153が挿入されたピン孔の右開口部付近から内方に突出したリング状の突起によって構成されている。
米国特許公開第2005132990号公報
しかしながら、従来例では、まず第1に、リターンスプリング170が出力アーム140の内部における左端の切換ピン151の左方に取り付けられているため、リターンスプリング170によって出力アーム140が左方向(幅方向)に大きくなってしまう。そのため、出力アーム140の質量が増加して燃費悪化につながる。
また、第2に、左ストッパ機構182が左端のピン孔の底面によって構成され、右ストッパ機構183が右端のピン孔の右開口部から内方に突出した突起によって構成されているため、左右の両ストッパ機構182,183によって出力アーム140が左右方向(幅方向)に大きくなってしまう。そのため、この点でも出力アーム140の質量が増加して燃費悪化につながる。
また、第3に、ローラ137を支持するローラ軸138の内部に切換ピン152が配される軸の二重構造となっているため、ローラ137を支持する軸が複雑かつ径方向に大きくなってしまう。そのため、入力アーム130の質量が増加して燃費悪化につながる。
また、第4に、非連結位置での入力アーム130と出力アーム140との間で分割された3本の切換ピン151,152,153が必要になるので、切換機構の構造が複雑になってしまう。
そこで、[1]リターンスプリングのために入力アームや出力アームが幅方向に大きくならないようにすること、[2]ストッパ機構のために入力アームや出力アームが幅方向に大きくならないようにすること、[3]ローラを支持するローラ軸の内部に切換ピンが配される軸の二重構造を廃して軸を一重構造にすること、[4]切換ピンを非連結位置での入力アームと出力アームとの間で複数本に分割しなくても、連続した1本の状態で切換を行えるようにすること、を目的とする。
上記[1][2]の目的を達成するため、本発明の内燃機関の可変動弁機構は、カムに押圧されて揺動する入力アームと、揺動してバルブを駆動する出力アームと、入力アームと出力アームとに通され、入力アームと出力アームとを相対揺動不能に連結する連結位置とその連結を解除する非連結位置との間で変位可能に設けられた切換ピンと、切換ピンを変位させる変位装置とを含み構成された内燃機関の可変動弁機構において、変位装置は、切換ピンを連結位置又は非連結位置のいずれか一方位置から他方位置へ押圧する押圧装置と、切換ピンを前記他方位置から一方位置へ押し戻すリターンスプリングと、切換ピンの変位を少なくとも非連結位置で停止させるストッパ機構とを含み、リターンスプリングは、入力アーム及び出力アームから露出した切換ピンの一端に作用するように入力アーム及び出力アームの外部に設けられ、ストッパ機構は、切換ピンの外周面に設けられて切換ピンの変位方向に延びる変位規制溝と、変位規制溝に係入し、切換ピンを非連結位置で停止させるときに変位規制溝の一端に当接するロック部材とを含み構成されたことを特徴とする。
ここで「少なくとも非連結位置」となっているのは、連結位置については、非連結位置に比べて範囲が大きく、非連結位置の場合ほど正確に切換ピンを位置決めしなくてもよい場合が多いからである。但し、より好ましくは、ストッパ機構は、切換ピンの変位を連結位置で停止させ、ロック部材は、切換ピンを連結位置で停止させるときに変位規制溝の他端に当接することである。変位規制溝とロック部材とからなる1つのストッパ機構で、連結位置及び非連結位置への両方向への変位を規制することができるからである。また、それによって、両方向への変位を規制する場合にも、一方向のストッパ機構と他方向のストッパ機構とを一つに纏めて、入力アーム及び出力アームを幅方向に小さく纏めることができるからである。
また、リターンスプリングの態様は、特に限定されないが、次の(i)(ii)の態様を例示する。
(i)リターンスプリングは、入力アーム又は出力アームのいずれとも一緒に揺動しない態様。
(ii)リターンスプリングは、出力アームの側面に取り付けられて、出力アームと一緒に揺動する態様。
上記[3]の目的を達成するため、出力アームは、入力アームと出力アームとの連結が解除されたときに、前記カムとは異なる第二カムに押圧されて出力アームを揺動させるローラを含み、切換ピンが、ローラを回動可能に軸支するローラ軸を兼ねていることが好ましい。ローラ軸の構造を一重にすることができ、それによって、ローラ軸をシンプル化及び径方向に小型化することができるからである。
上記[4]の目的を達成するため、切換ピンは、連結位置及び非連結位置のいずれの位置でも入力アームと出力アームとの間を跨ぐ、非連結位置での入力アームと出力アームとの間で分割されていない1本のピンで構成され、該1本の切換ピンに、非連結位置では入力アームが揺動時に進入でき、連結位置では入力アームが揺動時に進入できない逃し溝が凹設されていることが好ましい。切換ピンに逃し溝を凹設することによって、切換ピンを非連結位置での入力アームと出力アームとの間で複数本に分割しなくても、連続した1本の状態で切換を行えるようにできるからである。
ここで、ストッパ機構は、切換ピンの出力アームに対する回動を防止する回動防止機構を兼ね、変位規制溝の内側面がロック部材に当接することで前記回動を防止することが好ましい。切換ピンを所定の角度に固定することによって、入力アームが逃し溝に進入可能なストロークを最大限確保することができるからである。
本発明によれば、リターンスプリングは入力アーム及び出力アームの外部に設けられるため、リターンスプリングによって入力アーム又は出力アームが幅方向に大きくなることはない。また、ストッパ機構は、切換ピンの外周面に設けられて変位方向に延びる変位規制溝とそれに係入したロック部材とから構成されるため、ストッパ機構によって入力アーム又は出力アームが幅方向に大きくなることもない。
実施例1の可変動弁機構を示す側面図である。 実施例1の可変動弁機構を示す側面断面図である。 (a)は実施例1の可変動弁機構を示す斜視図、(b)は出力アームを示す斜視図である。 (a)は実施例1の可変動弁機構を示す平面図、(b)は平面断面図である。 (a)は実施例1の可変動弁機構の非連結時を示す正面断面図、(b)は連結時を示す正面断面図である。 (a)は実施例1の可変動弁機構の非連結時のカムノーズ当接時を示す側面図、(b)はベース円当接時を示す側面図である。 (a)は実施例1の可変動弁機構の非連結時のカムノーズ当接時を示す側面断面図、(b)はベース円当接時を示す側面断面図である。 (a)は実施例1の可変動弁機構の連結時のカムノーズ当接時を示す側面断面図、(b)はベース円当接時を示す側面断面図である。 (a)は実施例2の可変動弁機構の非連結時のカムノーズ当接時を示す側面図、(b)はベース円当接時を示す側面図である。 従来例の可変動弁機構を示す斜視図である。 (a)は従来例の可変動弁機構の非連結時を示す正面断面図、(b)は連結時を示す正面断面図である。
図1〜図8に示す実施例1の内燃機関の可変動弁機構9は、バルブ7をバルブスプリング8の復元力に抗して押圧して駆動するための機構であって、次に示す高リフトカム10と、低リフトカム20,20と、入力アーム30と、出力アーム40と、切換ピン50と、押圧装置60と、リターンスプリング70と、ストッパ機構80とを含み構成されている。そして、押圧装置60とリターンスプリング70とストッパ機構80とが、切換ピン50を変位させる変位装置59を構成している。なお、以下では、出力アーム40の幅方向の一方を左といい、他方を右というが、左と右とが反対であってもよい。
[高リフトカム10]
高リフトカム10は、入力アーム30を押圧するためのカムであって、カムシャフト25に設けられている。この高リフトカム10は、断面形状が真円形のベース円部11と、ベース円部11から突出したカムノーズ部12とを含み構成されている。
[低リフトカム20,20]
低リフトカム20,20は、出力アーム40を押圧するための一対のカムであって、カムシャフト25の高リフトカム10の左右両側に設けられている。各低リフトカム20は、断面形状が真円形のベース円部21と、ベース円部21から突出したカムノーズ部22とを含み構成されている。そして、この低リフトカム20のカムノーズ部22は、高リフトカム10のカムノーズ部12よりも低く(リフト量が小さく)なっている。
[入力アーム30]
入力アーム30は、高リフトカム10に押圧されて揺動するアームである。この入力アーム30は、後端部に被支持孔32を備え、その被支持孔32と出力アーム40の後部に設けられた支持孔46とに支持ピン33が挿入されることによって、出力アーム40に支持ピン33を介して揺動可能に支持されている。そして、先端部の上面には、高リフトカム10に当接する被押圧面31が設けられている。また、先端部の下面には、切換ピン50を押圧して駆動するための駆動部35が凸設されている。
[出力アーム40]
出力アーム40は、揺動してバルブ7を駆動するアームである。この出力アーム40は、入力アーム30の左右両側に並設されたアウタアーム部41,41と、アウタアーム部41,41の先端どうしを連結してなる先端部42と、アウタアーム部41,41の後端どうしを連結してなる後端部43と、アウタアーム部41,41の下端部どうしの間に設けられた底部44とを含み構成されている。そして、後端部43は、ラッシュアジャスタ48によって揺動可能に支持されている。また、先端部42はバルブ7のステムエンドに当接している。また、アウタアーム部41,41の長さ方向中間部には、切換ピン50を挿入するためのピン孔45,45が左右方向に貫設されている。また、アウタアーム部41,41のピン孔45,45よりも後方には、前述の支持孔46,46が貫設されている。そして、入力アーム30の下面と出力アーム40の底部44の上面との間には、入力アーム30を高リフトカム10に付勢するロストモーションスプリング34が介装されている。また、出力アーム40は、入力アーム30と出力アーム40との連結が解除される非連結時に、低リフトカム20に押圧される一対のローラ47,47を備えている。
[切換ピン50]
切換ピン50は、出力アーム40のピン孔45,45に挿入されて入力アーム30と出力アーム40とに通された1本のピンであって、入力アーム30と出力アーム40とを相対揺動不能に連結する右側の連結位置Pと、その連結を解除する左側の非連結位置Qとの間で変位可能に設けられている。そして、この切換ピン50の左端は出力アーム40の左側面から左方に突出し、右端は出力アーム40の右側面から右方に突出している。よって、この切換ピン50は、従来例とは違い、非連結位置Qでの入力アーム30と出力アーム40との間で複数本に分割されておらず、連結位置P及び非連結位置Qのいずれの位置でも入力アーム30と出力アーム40との間を左右方向に跨ぐように構成されている。そして、この切換ピン50の長さ方向中間部には、非連結位置Qに配されたときには入力アーム30の駆動部35が揺動時に進入でき、連結位置Pに配されたときには入力アーム30の駆動部35が揺動時に進入できない逃し溝53が凹設されている。また、この切換ピン50の逃し溝53の左右両側には、前述の一対のローラ47,47が回転可能に外嵌されている。
それによって、左から順に、左側のローラ47、入力アーム30,右側のローラ47が並んでいる。そして、左側のアウタアーム部41の右側面が、一対のローラ47,47及び入力アーム30が左方に変位するのを規制し、右側のアウタアーム部41の左側面が、一対のローラ47,47及び入力アーム30が右方に変位するのを規制している。
[押圧装置60]
押圧装置60は、切換ピン50を左方に押圧して右側の連結位置Pから左側の非連結位置Qに変位させるための装置である。この押圧装置60は、出力アーム40よりも右方に設けられており、入力アーム30及び出力アーム40のいずれとも一緒に揺動しない。この押圧装置60は、左右方向に変位可能に設けられた押圧部材61と、該押圧部材61を油圧変化で左右方向に変位させる本体部(図示略)とを含み構成されている。そして、押圧部材61の左端面が切換ピン50の右端面に当接している。
[リターンスプリング70]
リターンスプリング70は、先端部で切換ピン50の左端面を右方に押圧して切換ピン50を左側の非連結位置Qから右側の連結位置Pに押し戻すための捻りコイルバネである。このリターンスプリング70は、出力アーム40よりも左方に設けられた支持部75に支持されており、入力アーム30又は出力アーム40のいずれとも一緒に揺動しない。
[ストッパ機構80]
ストッパ機構80は、切換ピン50の左方への変位を非連結位置Qで停止させ、かつ、右方への変位を連結位置Pで停止させるための機構であって、次に示す変位規制溝81とロック部材86とを含み構成されている。変位規制溝81は、切換ピン50の外周面の逃し溝53の真下に位置する部分に凹設されて左右方向に延びている。また、ロック部材86は、出力アーム40の底部44に貫設された上下方向に延びる取付孔87に取り付けられて該取付孔87から上方に突出して変位規制溝81に係入している。そして、変位規制溝81の右端82がロック部材86に当接することによって、切換ピン50を非連結位置Qで停止させ、変位規制溝81の左端83がロック部材86に当接することによって、切換ピン50を連結位置Pで停止させる。また、このストッパ機構80は、切換ピン50の出力アーム40に対する回動を防止する回動防止機構も兼ねており、変位規制溝81の内側面84がロック部材86に当接することで前記回動を防止する。
次に、可変動弁機構9でバルブ7を駆動する際の様子を、[i]切換ピン50を非連結位置に配する非連結時と、[ii]切換ピン50を連結位置に配する連結時とに分けて以下に説明する。
[i]非連結時
非連結時には、図5(a)に示すように、押圧部材61が切換ピン50を左方に押圧することによって切換ピン50が左方に変位する。そして、その左方への変位は、変位規制溝81の右端82がロック部材86に当接することによって止まる。それによって、切換ピン50が非連結位置Qに止まる。そのため、図6(a)(b)及び図7(a)(b)に示すように、入力アーム30の駆動部35が逃し溝53に進入することにより、入力アーム30は出力アーム40に対して相対揺動(空振り)をする。よって、入力アーム30の駆動部35が切換ピン50を押圧することはない。そのため、切換ピン50に外嵌されたローラ47,47が低リフトカム20,20によって押圧され、出力アーム40が低リフトカム20,20のカムプロフィールで揺動してバルブ7を駆動する。
[ii]連結時
連結時には、図5(b)に示すように、押圧部材61が切換ピン50を左方に押圧しないことによって切換ピン50がリターンスプリング70の復元力で右方に変位する。そして、その右方への変位は、変位規制溝81の左端83がロック部材86に当接することによって止まる。それによって、切換ピン50が連結位置Pに止まる。そのため、図8(a)(b)に示すように、入力アーム30の駆動部35は逃し溝53に進入することなく切換ピン50を押圧する。そのため、出力アーム40は、入力アーム30と共に高リフトカム10のカムプロフィールで揺動してバルブ7を駆動する。
本実施例1によれば、次の[1]〜[4]の効果を得ることができる。
[1]リターンスプリング70を出力アーム40の外部に設けることによって、左側内部に設ける従来例に比べて出力アーム40を左方向(幅方向)に小型化及び軽量化することができる。そのため、可変動弁機構9の小型エンジンへの搭載性やエンジンの燃費を向上させることができる。
[2]ストッパ機構80を、切換ピン50の外周面に設けられて左右方向に延びる変位規制溝81とそれに係入したロック部材86とから構成することによって、左ストッパ機構と右ストッパ機構とを出力アームの左右両端部に設ける従来例に比べて、出力アーム40を左右方向に小さくすることができる。また、ストッパ機構80を回動防止機構と兼用にすることによっても、可変動弁機構9をコンパクトにすることができる。そのため、可変動弁機構9の小型エンジンへの搭載性やエンジンの燃費を向上させることができる。また、変位規制溝81は、逃し溝53の真下にあるため、高精度で位置決めが可能となる。また、ストッパ機構80は回動防止機構も兼ねるため、ストッパ機構80で切換ピン50を所定の角度に固定することができ、それによって、駆動部35が逃し溝53に進入可能なストロークを最大限確保することができる。
[3]ローラ47,47を支持するローラ軸を切換ピン50と兼用にすることで、ローラ47,47を支持するローラ軸の構造を一重にすることができる。そのため、ローラ軸の構造をシンプルかつ径方向に小型にすることができる。そのため、可変動弁機構9の小型エンジンへの搭載性やエンジンの燃費を向上させることができる。
[4]切換ピン50に逃し溝53を凹設することによって、切換ピン50を従来例のように非連結位置Qでの入力アーム30と出力アーム40(アウタアーム部41,41)との間で3本に分割しなくても、連続した1本の状態で切換を行えるようにすることができる。そのため、可変動弁機構9をシンプルかつ小型にすることができる。そのため、可変動弁機構9の小型エンジンへの搭載性やエンジンの燃費を向上させることができる。
図9に示す実施例2の内燃機関の可変動弁機構9’は、リターンスプリング70が出力アーム40の左側面に取り付けられている点で実施例1と異なり、その他の点で実施例1と同様である。よって、リターンスプリング70は、出力アーム40と一緒に揺動する。本実施例2によっても実施例1と同様の効果を得ることができる。但し、出力アーム40がリターンスプリング70の分だけ重くなる点で実施例1よりも不利であり、リターンスプリング70と切換ピン50との間の摺動摩擦がなくなる点で実施例1よりも有利である。
なお、本発明は前記実施例1,2の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもでき、例えば次の変更例1〜4のように変更してもよい。
[変更例1]
押圧装置60で切換ピン50を非連結位置Qに変位させ、リターンスプリング70の復元力で切換ピン50を連結位置Pに変位させる代わりに、押圧装置60で切換ピン50を連結位置Pに変位させ、リターンスプリング70の復元力で切換ピン50を非連結位置Qに変位させるようにしてもよい。そして、このような設計変更は、切換ピン50の逃し溝53の位置を変更して連結位置Pと非連結位置Qとを左右に入れ換えることで行ってもよいし、押圧装置60の位置とリターンスプリング70の位置とを左右に入れ換えることで行ってもよい。
[変更例2]
押圧装置60を、油圧変化で押圧部材61を左右方向に変位させる油圧式の押圧装置にする代わりに、磁力の変化で押圧部材61を左方方向に変化させる電磁式の押圧装置にしてもよい。
[変更例3]
切換ピン50に、低リフトカム20に回転可能に当接するローラ47,47を回転可能に外嵌する代わりに、出力アーム40の上面に低リフトカム20に摺接するスリッパフォロアを設けてもよい。
[変更例4]
低リフトカム20の代わりに、断面形状が真円形の円カムを設け、低リフト状態の代わりに休止状態になるようにしてもよい。
9 可変動弁機構
9’ 可変動弁機構
10 高リフトカム(カム)
20 低リフトカム(第二カム)
30 入力アーム
40 出力アーム
47 ローラ
50 切換ピン
53 逃し溝
59 変位装置
60 押圧装置
70 リターンスプリング
80 ストッパ機構
81 変位規制溝
82 変位規制溝の右端(一端)
83 変位規制溝の左端(他端)
84 変位規制溝の内側面
86 ロック部材
P 連結位置
Q 非連結位置

Claims (7)

  1. カム(10)に押圧されて揺動する入力アーム(30)と、揺動してバルブ(7)を駆動する出力アーム(40)と、入力アーム(30)と出力アーム(40)とに通され、入力アーム(30)と出力アーム(40)とを相対揺動不能に連結する連結位置(P)とその連結を解除する非連結位置(Q)との間で変位可能に設けられた切換ピン(50)と、切換ピン(50)を変位させる変位装置(59)とを含み構成された内燃機関の可変動弁機構において、
    変位装置(59)は、切換ピン(50)を連結位置(P)又は非連結位置(Q)のいずれか一方位置から他方位置へ押圧する押圧装置(60)と、切換ピン(50)を前記他方位置から一方位置へ押し戻すリターンスプリング(70)と、切換ピン(50)の変位を少なくとも非連結位置(Q)で停止させるストッパ機構(80)とを含み、
    リターンスプリング(70)は、入力アーム(30)及び出力アーム(40)から露出した切換ピン(50)の一端に作用するように入力アーム(30)及び出力アーム(40)の外部に設けられ、
    ストッパ機構(80)は、切換ピン(50)の外周面に設けられて切換ピン(50)の変位方向に延びる変位規制溝(81)と、変位規制溝(81)に係入し、切換ピン(50)を非連結位置(Q)で停止させるときに変位規制溝(81)の一端(82)に当接するロック部材(86)とを含み構成されたことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
  2. 出力アーム(40)は、入力アーム(30)と出力アーム(40)との連結が解除されたときに、前記カム(10)とは異なる第二カム(20)に押圧されて出力アーム(40)を揺動させるローラ(47)を含み、切換ピン(50)が、ローラ(47)を回動可能に軸支するローラ軸を兼ねた請求項1記載の内燃機関の可変動弁機構。
  3. 切換ピン(50)は、連結位置(P)及び非連結位置(Q)のいずれの位置でも入力アーム(30)と出力アーム(40)との間を跨ぐ、非連結位置(Q)での入力アーム(30)と出力アーム(40)との間で分割されていない1本のピンで構成され、
    該1本の切換ピン(50)に、非連結位置(Q)では入力アーム(30)が揺動時に進入でき、連結位置(P)では入力アーム(30)が揺動時に進入できない逃し溝(53)が凹設された請求項1又は2記載の内燃機関の可変動弁機構。
  4. ストッパ機構(80)は、切換ピン(50)の出力アーム(40)に対する回動を防止する回動防止機構を兼ね、
    変位規制溝(81)の内側面(84)がロック部材(86)に当接することで前記回動を防止する請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構。
  5. ストッパ機構(80)は、切換ピン(50)の変位を連結位置(P)で停止させ、
    ロック部材(86)は、切換ピン(50)を連結位置(P)で停止させるときに変位規制溝(81)の他端(83)に当接する請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構。
  6. リターンスプリング(70)は、入力アーム(30)又は出力アーム(40)のいずれとも一緒に揺動しない請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構。
  7. リターンスプリング(70)は、出力アーム(40)の側面に取り付けられて、出力アーム(40)と一緒に揺動する請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構。
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