JP6070730B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。
従来、エンジンバルブのリフト量を可変とする機構ないしは装置が知られている。特許文献1は、カムシャフトにおけるカムの突き出し量を可変とする装置の一例を開示する。この装置は、クランクシャフトからの駆動力により回転駆動されるカムベース部材と、このカムベース部材に揺動可能に連結されたカムロブ部材とを備える。カムロブ部材は、油圧システムの作動状態に応じて、カムベース部材に格納される格納位置と、カムベース部材から半径方向外側に突出される突出位置とのいずれかに選択的に位置させられる。これにより、特許文献1の装置では、エンジンバルブのリフト量を可変としている。
国際公開第2014/030226号
ここで、特許文献1の装置におけるカムロブ部材102のカムベース部材104に対する動きを図1に基づいて説明する。図1(a)は、カムロブ部材102が突出位置にあるときの一例を示し、図1(b)は、カムロブ部材102が格納位置にあるときの一例を示す。カムロブ部材102は、常時、スプリング(不図示)により突出位置に向けて付勢されている。このスプリングの付勢によるカムロブ部材102の突出量(つまり揺動範囲)を規制するために、カムロブ部材102に固定されたストッパピン106は、カムベース部材104のガイド溝(長孔)108にその長手方向に沿って移動可能に配置されている。
油圧が加えられていないので、突出位置にカムロブ部材102がカムベース部材104に対して固定されているとき、カムロブ部材102によりロッカーアームを押すことでバルブを開くことができる(図2(a)の実線参照)。一方、油圧が加えられているので、格納位置にカムロブ部材102がカムベース部材104に対して固定されているとき、バルブは、特に開く方向の力を受けない(図2(a)の点線参照)。これは、図1のカムベース部材104の外面が基準円に基づく形状を有するからである。カムロブ部材の位置を突出位置から格納位置に変化させるとき、油圧が加えられる。逆に、カムロブ部材の位置を格納位置から突出位置に変化させるとき、油圧が解除される。
油圧が解除されたとき、カムロブ部材が固定状態にならない限り、カムロブ部材はカムベース部材に対して揺動し続ける。カムロブ部材が固定されていない状態でカムシャフトが回転しているときの、ストッパピン106の動き(つまりカムロブ部材の動き)が図2(b)に概念的に表されている。図2(b)のグラフでは、ストッパピンの動きをロスト角によって表している。ロスト角αとは、図1(b)に示されるように、カムベース部材104に対するカムロブ部材102の揺動中心(支点部材110の中心)周りのストッパピン106の回転角に相当する。ロスト角αは、ここでは、図1(a)に示すようにカムロブ部材102が突出位置にあるときをゼロとし、カムロブ部材102の位置が格納位置に近づくほど大きくなるように定義されている。
図2(b)に模式的に示されるように、カムロブ部材102がロックピンにより固定されていないとき、実線で示すようにロスト角が変化することが望ましい。しかし、スプリングの付勢力が不足すると、カムロブ部材102が突出位置に達する直前の、つまり揺動後半のカムロブ部材102の急峻な動きをスプリングの付勢力で実現できない場合がある。この場合、カムロブ部材とロッカーアームとの接触が一旦離れ、その後、カムロブ部材が突出位置に達する。これにより、本来設けられているランプ速度以上の速さでストッパピン106がガイド溝108の長手方向の一端部に衝突する(図1(b)の点線参照)。このような部材間の衝突は、内燃機関を低回転で運転しているとき(例えばアイドル運転時)、衝突音を生じ、改善が望まれる。
そこで、本発明の一の目的は、カムベース部材に対するカムロブ部材の急激な動きを抑制することが可能な、内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。
本発明の一態様によれば、
エンジンバルブのリフト量を可変とする内燃機関の可変動弁装置であって、
カムシャフトに設けられ、該カムシャフトの回転にしたがって回転し、軸方向に延びる固定シャフトで連結される第1の部分と第2の部分とを有するカムベース部材と、
前記カムベース部材の第1の部分と第2の部分との間に配されて前記固定シャフトを挿通させる孔が形成された環状をなし、メインカム部と、該メインカム部とは異なる位置にある押出部とを備え、前記メインカム部が前記カムベース部材に対して非突出の状態になると共に前記押出部が前記カムベース部材に対して突出した状態になる第1位置と、前記メインカム部が前記カムベース部材に対して突出した状態になると共に前記押出部が前記カムベース部材に対して非突出の状態になる第2位置との間で前記カムベース部材に対して移動可能に設けられたカムロブ部材と、
前記カムベース部材と前記カムロブ部材との間に設けられ、前記カムロブ部材を前記第1位置へ向けて付勢する弾性部材と、
前記カムロブ部材が前記第2位置にあるとき、前記カムロブ部材を前記カムベース部材に対して固定することができる固定機構と
を備え、
記押出部が前記エンジンバルブまたは該エンジンバルブに連結されたフォロア部材により押されたとき、前記カムロブ部材は、前記第1位置側から前記第2位置側に向けて動くことができる、内燃機関の可変動弁装置が提供される。
好ましくは、前記カムベース部材は、軸方向に延びて前記第1の部分と第2の部分とをつなぐインナー軸部をさらに有し、環状をなす前記カムロブ部材の孔は、前記固定シャフトと共に前記カムベース部材の前記インナー軸部を挿通させ前記弾性部材は、前記インナー軸部よりも径方向外側に位置する前記カムベースの部分と前記孔よりも径方向外側の前記カムロブ部材の部分との間に設けられている。また、その可変動弁装置は、前記カムベース部材に対する前記カムロブ部材の移動範囲を規制するための規制機構をさらに備える。
好ましくは、カムロブ部材は支点部材周りにカムベース部材に対して移動可能である。さらに好ましくは、カムロブ部材のメインカム部と押出部との間を接続する周方向に離れた2つの接続部分のうちのいずれか一方にその支点部材は設けられる。カムロブ部材の押出部は、支点部材側の凹湾曲部と、該凹湾曲部から離れた凸湾曲部とを備えるとよい。カムベース部材の外周面が基準ベース円の形状を有するとき、支点部材は、前記2つの接続部分のうちの、カムロブ部材のメインカム部の閉じ側の接続部分に配置されるとよい。あるいは、支点部材は2つの接続部分のうちの、カムロブ部材の押出部の凸湾曲部よりも凹湾曲部に近い側の接続部分に設されるとよい。
代わりに、可変動弁装置は、カムロブ部材がカムベース部材に対して直線的に往復運動するように構成されていてもよい。この場合、前記カムロブ部材の前記押出部は、前記カムシャフトの軸方向に直交する面上において、鏡像対称であるように形作られているとよい。
本発明は、上記内燃機関の可変動弁機構を備えた、内燃機関にも存する。
本発明の上記一態様によれば、カムベース部材に対して設けられたカムロブ部材は、メインカム部と、該メインカム部とは異なる位置に設けられた押出部とを備え、弾性部材により第1位置へ向けて付勢されていて、この押出部がエンジンバルブまたはフォロア部材により押されることで、第1位置側から第2位置側に向けて動くことができる。よって、弾性部材の付勢力に抗して、メインカム部とは異なる位置に設けられた押出部を押圧することでカムロブ部材を第2位置へ動かすことができ、さらに弾性部材の付勢力により第1位置へカムロブ部材を戻すことができる。押出部はメインカム部とは異なる箇所に設けられていて、その設計の自由度は高い。よって、本発明の上記一態様によれば、押出部の形状を最適化することで、カムベース部材に対するカムロブ部材の急激な動きを抑制することができるという、優れた効果が発揮される。
従来の可変動弁装置を示した図であり、(a)はカムロブ部材が突出位置にある状態を示し、(b)はカムロブ部材が格納位置にある状態を示す。 (a)は従来の可変動弁装置のリフトカーブを表すグラフであり、(b)は従来のカムロブ部材の動きを説明するためのグラフである。 本発明の第1実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置の要部を示す図である。 図3の可変動弁装置のカムユニットの拡大図であり、2つのカムロブ部材を異なる位置に示す図である。 図3の可変動弁装置におけるカムロブ部材の動きを説明するための図であり、(a)はカムロブ部材が第2位置にある状態を示し、(b)はカムロブ部材が第1位置にある状態を示す。 (a)から(h)は図3の可変動弁装置におけるカムロブ部材の動きを段階的に表した図である。 (a)から(c)はそれぞれ、図3の可変動弁装置におけるカムロブ部材を固定するための固定機構を説明するための模式図である。 図3の可変動弁装置におけるカムロブ部材の制御用のフローチャートである。 図3の可変動弁装置における効果を説明するための概念図である。 カムユニットの変形例を説明するための図であり、(a)は比較のために第1実施形態に従う構成を示し、(b)はその変形例の構成を示す。 (a)から(c)はそれぞれ、図7の固定機構の変形例を示す模式図である。 (a)から(c)はそれぞれ、図7の固定機構のさらなる変形例を示す模式図である。 (a)から(d)はそれぞれ、図7の固定機構のさらなる変形例を示す模式図であり、(a)および(b)はカムロブ部材が第2位置に固定されている状態を示し、(c)および(d)はカムロブ部材が第1位置にある状態を示す。 本発明の第2実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置が適用された内燃機関に関する図であり、(a)は吸排気バルブのリフトカーブを示し、(b)は排気バルブのカムユニットに関し、(c)は吸気バルブのカムユニットに関する。 第2実施形態の排気バルブ用のカムユニットの構成を説明するための図であり、(a)はカムロブ部材が第2位置にある状態を示し、(b)はカムロブ部材が第1位置にある状態を示す。 第2実施形態の吸気バルブ用のカムユニットの構成を説明するための図であり、(a)はカムロブ部材が第2位置にある状態を示し、(b)はカムロブ部材が第1位置にある状態を示す。 図15の排気バルブ用のカムユニットの変形例を説明するための図であり、(a)はカムロブ部材が第2位置にある状態を示し、(b)はカムロブ部材が第1位置にある状態を示す。 図16の吸気バルブ用のカムユニットの変形例を説明するための図であり、(a)はカムロブ部材が第2位置にある状態を示し、(b)はカムロブ部材が第1位置にある状態を示す。
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
図3は、本第1実施形態の内燃機関の可変動弁装置1の外観図であり、図4は、そのうちのカムユニットの拡大図である。可変動弁装置1は、車両に搭載されている内燃機関に適用されている。この内燃機関は、4気筒エンジンであるが、本発明は、適用される内燃機関の気筒数、気筒配列、燃焼形式などを問わない。また、本発明が適用される内燃機関は、車両以外に用いられてもよい。
可変動弁装置1は、カムシャフトSを含み、カムシャフトSにカムユニットCUが設けられている。カムシャフトSは、カムユニットCUの一端に接続した部分SA、カムユニットCUの他端に接続した部分SBを含む。カムシャフトSは、内燃機関からの動力により回転する。より具体的には、カムシャフトSは、クランクシャフトからの駆動力により回転駆動される。カムシャフトSと一緒にカムユニットCUが回転することにより、ロッカーアームRを介してエンジンバルブVをリフトさせることができる。ここでは、バルブVは、内燃機関の吸気バルブであるが、排気バルブであってもよい。
カムユニットCUは、カムシャフトSの部分SA、SBよりも径が大きく、カムシャフトSの部分SA、SBに連結されたカムベース部材10、および、カムベース部材10に可動に連結された2つのカムロブ部材12を含む。カムベース部材10は略円柱状であり、カムシャフトSの軸方向(以下、単に「軸方向」という。)から見た場合に略円形のベース円部BC(基準ベース円に相当する形状部分)を有している。ベース円部BCは、カムベース部材10の外周面に相当する。2つのカムロブ部材12は、それぞれ、2つのロッカーアームRを押して2つのバルブVをリフトさせる(つまり開弁させるべく動かす)ように構成されている。カムベース部材10の軸方向の厚さは、カムロブ部材12の軸方向の厚さよりも厚い。
ここでのカムベース部材10は、主として3つに分割でき、軸方向中央に位置する中央本体部10aと、軸方向において本体部10aの両側の2つの端本体部10b、10cとを備える。中央本体部10aの両端部には、それぞれカムロブ部材12が配置され、その状態で、端本体部10b、10cが接続される。カムベース部材10の3つの部分10a、10b、10cの全てにわたってその軸方向の軸線に沿ってインナー軸部10dが設けられている。このインナー軸部10dにはその軸線に沿って油路が形成されている。カムロブ部材12は、平板状であるがドーナツ状部材として構成されていて、その本体部12aの中央の孔12bに軸部10dが挿通された状態で、カムベース部材10に対して取り付けられる。なお、図3、4では、カムベース部材10の3つの部分10a、10b、10cを互いに対して連結するための2つのシャフト部材が描かれている。2つのシャフト部材のうちの一方は、後述する支持シャフト14であり、他方は固定シャフト16である。カムロブ部材12については後で詳述する。
図3、4に示すように、カムベース部材12の中央本体部10aは2つのカムロブ部材12の間に位置するように凹部10eを備えている。凹部10eは、2つのロッカーアームRがカムベース部材10に接触する部分(例えばベース円部BC)の間に形成されている。したがって、凹部10eは、ロッカーアームRに接触することはない。凹部10eの軸方向に離れた側壁部をそれぞれ貫くように支持シャフト14は配置されている。支持シャフト14はカムベース部材10およびカムロブ部材12を、カムシャフトSの軸方向に貫通し、これらを相互に連結している。
カムロブ部材12は、支持シャフト14を、支点部材として、カムベース部材10に対して所定範囲内で往復運動する(ここでは特に揺動する)ことができるようにカムベース部材10に配置されている。2つのカムロブ部材12の各々には、略ドーナツ状の本体部12aからカムシャフトSの軸方向に突き出すように、ストッパピン12cが固定されている。ストッパピン12cは、カムベース部材10の中央本体部10aの細長い貫通孔10sを介して凹部10eにまで達している。これらストッパピン12cおよび貫通孔10sはカムロブ部材12の規制機構を構成する。
カムベース部材10の凹部10eでは、2つのスプリング18が支持シャフト14に対して取り付けられている。各スプリング18は、対応するカムロブ部材12に対して取り付けられ、このカムロブ部材12を支持シャフト14周りに所定方向(以下、付勢方向、という)に付勢するように設けられている。ここでは、スプリング18は支持シャフト14に関して取り付けられている。スプリング18の一端はカムベース部材10の凹部10eを押し、スプリング18の他端はストッパピン12cを押している。なお、図4中、右側のカムロブ部材12と左側のカムロブ部材12とは異なる状態(右側の部材12は「第1位置」にあり、左側の部材12は「第2位置」にある)にあるように記載されている。しかし、これは、カムベース部材10に対するカムロブ部材12の配置を理解し易くするように単に説明目的のために表されているに過ぎず、実際には1つのカムベース部材10に対する2つのカムロブ部材12は例えば図3に示すように同じ状態になる。
ここで、図5を参照して、カムロブ部材12の形状および構成に関して説明する。図5は、カムシャフトSの軸方向(図3の奥側)から見た、1つのカムロブ部材12に関する模式図である。図5(a)はカムロブ部材12がロッカーアームRにより(付勢方向とは逆の)押出方向に最も押された位置(第2位置)にある場合の一例を示す。図5(b)はカムロブ部材12がスプリング18の付勢力により付勢方向に最も押された位置(第1位置)にある場合の一例を示す。
カムロブ部材12は、カムベース部材10に対して独立した平板状の部材として構成されていて、さらにドーナツ状である。ここで、カムロブ部材12の本体部12aにおいて、カムユニットCUにおいて軸方向を向くように配置された2つの対向する面を端面と称し、これら端面間に延在する面を周側面と称する。カムロブ部材12の孔12bは、本体部12aの2つの端面を貫通するように延び、周側面は軸方向において平行に延びている。カムロブ部材12の孔12bには、カムベース部材10のインナー軸部10dが挿入されている。その孔12b内で、インナー軸部10dはカムロブ部材12に対して相対移動可能である(図5(a)、(b)参照)。
さらに、カムロブ部材12は、孔12bを間に形成するように一体的に形成された2つの部分を含む。カムロブ部材12は、メインカム部12dと、メインカム部12dと異なる位置(特にカムロブ部材12の周方向に離れた位置)に形成された押出部12eとを含む。メインカム部12dは、ロッカーアームRを駆動するために構成されている。特に、ここでは、カムベース部材10のベース円部BCによるバルブVのリフト量を第1リフト量とするとき、この第1リフト量よりも大きな第2リフト量を実現するように適合された形状に、メインカム部12dは形付けられている。ただし、ここでは、第1リフト量はゼロである。押出部12eは、カムロブ部材12がカムベース部材10に対して固定されていないときに(例えば第1位置にあるときに)カムロブ部材12を揺動するためにロッカーアームRから押す力を受ける部分である。なお、ここでは、可変動弁装置1は、バルブVに連結されたフォロア部材である、ロッカーアームRが押出部12eに作用するように構成されているが、他の部材、例えばバルブ自体が押出部12eに作用する構成も排除されない。
カムロブ部材12は、カムベース部材10に対して後述する固定機構により解放可能に固定可能である。カムロブ部材12が第1位置にあるとき(図5(b)参照)、カムロブ部材12のメインカム部12dは、カムベース部材10からそのカムシャフトの軸方向に直交する仮想面に沿って径方向外側に突き出さないが、押出部12eはカムベース部材10から径方向外側に突き出す。一方、カムロブ部材12が第2位置にあるとき(図5(a)参照)、メインカム部12dは、カムベース部材10から径方向外側に突き出すが、押出部12eは、カムベース部材10から突き出さない。このように、カムロブ部材のメインカム部12dは、カムロブ部材が第2位置にあるときカムベース部材10に対して径方向外側に突出した状態にあり、カムロブ部材が第1位置にあるときカムベース部材10に対して径方向外側に突出しないつまり非突出の状態にある。逆に、カムロブ部材の押出部12eは、カムロブ部材が第1位置にあるときカムベース部材10に対して径方向外側に突出した状態にあり、カムロブ部材が第2位置にあるときカムベース部材10に対して径方向外側に突出しないつまり非突出の状態にある。特に、カムロブ部材は上記したように中央本体部と端本体部との間に配置されるので、カムロブ部材のメインカム部12dが非突出の状態にあるとき、メインカム部12dは、カムベース部材10内に格納された(または収容された)状態にある。そこで、カムロブ部材のメインカム部12dの状態に基づき、上記第1位置を格納位置と称し、上記第2位置を突出位置と称することができる。
カムロブ部材12がカムベース部材10に対して往復運動可能(つまり揺動可能)な範囲を第1位置と第2位置との間の領域と定めるように、前述の規制機構が設けられている。そして、固定機構により、カムロブ部材12はカムベース部材10に対して第2位置に固定されることができ、この固定された状態をリフト状態と称することができる。なお、上記規制機構は、カムロブ部材12の可動範囲が所定範囲に他の構造または形状により規制されるならば、必ずしも設けられなくてもよい。
メインカム部12dは、リフト状態にあるときにバルブを図2(a)に実線で示すようなリフトカーブを描くようにリフトさせることができ、そのような外形状を有している。このときの最大リフト量は上記第2リフト量である。
押出部12eは、カムロブ部材12が支持シャフト14周りに滑らかに揺動することができるように形付けられている。押出部12eは、(支点側)凹湾曲部12fと、凸湾曲部12gと、これらの間に延在する移行部12hとを有している。凹湾曲部12f、移行部12h、および凸湾曲部12gは、カムロブ部材12の周側面の周方向に沿って並んで配置されている。したがって、凹湾曲部12fは、凸湾曲部12gから、カムロブ部材12の周方向において離れている。移行部12hは、凹湾曲部12fと凸湾曲部12gとをつなぎ、ベース円部BCに適合した形状を有する。図5から理解できるように、(支点部材としての)支持シャフト14は、メインカム部12dと押出部12eとの接続部分に位置する。凹湾曲部12fは、凸湾曲部12gに比べて、支持シャフト14の近くにある。ここで図示する例では、移行部12hの回転方向(図5中の矢印参照)の前方側に凹湾曲部12fが位置し、移行部12hの回転方向後方側に凸湾曲部12gがある。したがって、ロッカーアームRが押出部12eの凹湾曲部12fに沿ってカムロブ部材12を押すことによって、カムロブ部材12はそのメインカム部12dがカムベース部材10から径方向外側に突き出るように(第2位置に向けて)動く。一方、ロッカーアームRが押出部12eの凸湾曲部12gに沿ってカムロブ部材12を押し続けることによって、カムロブ部材12はそのメインカム部12dがカムベース部材10内に格納されるように(第1位置に向けて)動く。
このカムベース部材10に対するカムロブ部材12の所定範囲内での往復運動が、図6に示される。ただし、図6では、スプリング18などを省略している。カムシャフトSが回転することで、図6(a)〜図6(h)は順に繰り返される。
ここで、カムベース部材10に対してカムロブ部材12を固定する固定機構について図7を参照して説明する。図7(a)、(b)、(c)は、図5(a)のVII−VII線に沿った箇所での、カムユニットCUの内部構造を表した断面模式図である。図7(a)においては2つのカムロブ部材12は第2位置に固定状態にあるが、図5から理解できるようにこの断面において実際にはカムロブ部材12が径方向に突出していることは明瞭でない。しかし、理解を容易にするように、図7(a)、(b)では、メインカム部12dが突き出ているようにカムロブ部材12を表している。また、カムユニットCUは、軸方向において左右対称に形成されている。
カムベース部材10のインナー軸部10dは軸方向に延び、その軸線に沿って油路T1が形成されている。軸方向の油路T1は軸方向から径方向外側に延びた径方向油路T2につながる。径方向油路T2はさらに分岐して軸方向に延びてカムロブ部材12側に延びている。
油路T1の上流には、制御装置としての電子制御ユニット(ECU)によって制御可能なオイルコントロールバルブCVが設けられている。オイルコントロールバルブCVが開いているとき、図示しないオイルパンからオイルポンプPにより供給されたオイルは供給油路T1に流れることができる。オイルポンプPは内燃機関のクランクシャフトに連動した機械式ポンプであるが、電気式ポンプであってもよい。
ECUは、演算処理装置(例えばCPU)、記憶装置(例えばROM、RAM)、A/D変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むコンピュータで実質的に構成されている。入力インタフェースには、種々のセンサが電気的に接続されている。これら各種センサからの信号に基づき、予め設定されたプログラム等にしたがって円滑な内燃機関の運転ないし作動がなされるように、ECUは出力インタフェースから電気的に作動信号または駆動信号を出力する。こうして、図示しない燃料噴射弁の作動などの他、ECUはオイルコントロールバルブCVも制御する。ここで、センサの内のいくつかを具体的に説明する。エンジン回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ19aが備えられている。また、エンジン負荷を検出するためのエンジン負荷センサ19bが備えられている。なお、エンジン負荷センサ19bとして、スロットル開度センサ、アクセル開度センサ、エアフローメーター、吸気圧センサ等が使用可能である。
カムユニットCUは、カムロブ部材12に作用する複数のピンを有している。ここで、1つのカムロブ部材12を固定するために、3つのピン20、22、24が用いられる。3つのピン20、22、24は直列的に配置され、径方向油路T2に近い側から順に配置されている。最も奥のピン24はスプリング24sにより径方向油路T2側に付勢されている。このスプリング24sによる付勢力により、図7(a)に示すとき、ピン20、22、24はカムベース部材10およびカムロブ部材12からせん断力を受けるように位置付けられている。
カムロブ部材12の固定用ピン孔12jは、3つのピンのうちの真ん中のピン22がちょうど収まる大きさに設計されている。カムベース部材10の中央本体部10aのピン孔10fは、ピン20の軸方向幅よりも長い軸方向幅を有している。さらに、カムベース部材10の端本体部10bのピン孔10gは、スプリング24aが圧縮されているときに、実質的にピン24がちょうど収まる大きさに形作られている。
図7(a)に示すように、油路に所定値以上の油圧が及ぼされていないとき、スプリング24sの付勢力により、ピン20、22、24はそれぞれが対応するピン孔からずれて配置される。これにより、ピン22、24にせん断力が及ぼされる状態になり、カムロブ部材12は第2位置に固定される。したがって、カムロブ部材12のメインカム部12dでロッカーアームRを駆動することができる。
一方、カムロブ部材12によるロッカーアームの駆動を停止するとき、ECUはオイルコントロールバルブCVを開くように制御する。これにより、油路T1、T2を介して、図7(b)に矢印で示すように、ピン20に所定値以上の油圧が及ぼされる。これにより、スプリング24sが圧縮され、ピン24がピン孔10gに収まり、図7(b)に示すようにカムロブ部材12のピン孔12jにピン22が収まるようになる。こうして図7(b)に示す状態になると、図5、6に基づいて説明したように、カムロブ部材12はスプリング18の付勢力により、第1位置に動くことが可能になる。図7(c)は、カムロブ部材12が第2位置から第1位置側へ離れた状態にあるところを模式的に示す。このような油圧が及ぼされている間、カムロブ部材12は第1位置と第2位置との間で揺動され続ける。なお、図7(c)の断面図では、カムロブ部材12が揺動した結果、ピン孔12jが図5(a)のVII−VII線に沿った箇所から離れてピン孔10f、10gからずれているので、ピン22は現れない。
そして、油圧が解除されると(所定値以上の油圧の供給が停止されると)、カムロブ部材12が第2位置に達して、カムロブ部材12の固定用ピン孔12jがピン孔10fとピン孔10gに揃ったときに、スプリング24sの付勢力によりピン20、22、24が動かされる。これにより、カムロブ部材12は第2位置に固定状態に維持される(図7(a)参照)。
このオイルコントロールバルブCVの切替制御について図8のフローチャートに基づいて説明する。まず、ステップS801で所定の運転状態か否かが判定される。ここでは、ECUは、エンジン回転速度センサ19aにより検出されたエンジン回転速度と、エンジン負荷センサ19bにより検出されたエンジン負荷とに基づいて予め設定されたデータを検索したり所定の演算をしたりすることで、現在の運転状態が所定の運転状態か否かを判定する。本実施形態における内燃機関は4気筒エンジンであり、エンジン負荷が低い所定運転状態では2気筒を休止状態にする減筒運転を行うことができる。この内燃機関では、上記可変動弁装置は減筒運転気筒に対して適用されている。したがって、所定の運転状態は、減筒運転が行われる運転状態として設定されている。しかし、本発明は、所定の運転状態が他の運転状態であることを許容する。なお、上記したように、本発明が適用される内燃機関の気筒数などはこの実施形態に限定されず、4気筒エンジンにおける2気筒を休止する減筒運転は一例に過ぎない。
ステップS801で所定の運転状態であるので肯定判定されると、ステップS803で油圧がONにされる。つまりECUはオイルコントロールバルブCVを第1所定開度(例えば全開)にまで開弁制御する。なお、第1所定開度は、固定であっても、可変であってもよく、上記所定値以上の油圧を供給するように設定される。これにより、カムユニットCUの固定用ピン20、22、24は、例えば図7(b)および図7(c)に示す状態になり、バルブの開弁が停止される。
一方、ステップS801で所定の運転状態でないので否定判定されると、ステップS805で油圧がOFFにされる。つまりECUはオイルコントロールバルブCVを第2所定開度(例えば全閉)にまで閉弁制御する。なお、第2所定開度は、固定であっても、可変であってもよく、上記所定値以上の油圧がピン20に供給されないように、特に図7(a)に示す状態にカムロブ部材が復帰できるように設定される。これにより、カムユニットCUは図7(a)に示す状態になり、バルブの開弁が開始される。
ここで、図6に戻り、カムロブ部材12がカムベース部材10に対して固定されていないときの、カムロブ部材12の動きについてさらに説明する。図6において矢印で示す方向にカムシャフトSが回転して支持シャフト14がロッカーアームRに最も近い位置に達すると(図6(b)参照)、ロッカーアームRはカムベース部材10の外面(つまりベース円部BC)のみに当接するのではなくカムロブ部材12にも当接するようになる。これにより、カムロブ部材12の押出部12eの凹湾曲部12fがロッカーアームRにより押され始める。ここで、スプリング18の付勢力ではバルブスプリングVSは圧縮変形しないように設定されている。それ故、カムロブ部材12は第1位置から第2位置に向いた方向に押し上げられて支持シャフト14周りに回転し始める。そして、カムロブ部材12に対するロッカーアームRの当接箇所は凹湾曲部12fを過ぎて移行部12hに達し、カムロブ部材12は第2位置に位置するようになる(図6(e)参照)。さらに、カムシャフトSが回転すると、カムロブ部材12に対するロッカーアームRの当接箇所は凸湾曲部12gに沿って移動する。このとき、カムロブ部材12は徐々に滑らかに第1位置に向けてカムベース部材10に対して動く。そして、カムロブ部材12は第1位置に達し(図6(h)参照)、メインカム部12dの最大リフト箇所(または頂点部分)を除いて、カムロブ部材12はロッカーアームRに当接しなくなる(図6(a)参照)。なお、カムロブ部材12が第1位置にあるとき、メインカム部12dはロッカーアームRに当接しなくてもよい。
ここで、図6(b)と図6(g)に着目する。図6(b)の状態では、ロッカーアームRに対するカムロブ部材12の当接箇所の接線L1がベース円部BCの接線を実質的に兼ねることが理解されよう。また、図6(g)の状態では、ロッカーアームRに対するカムロブ部材12の当接箇所の接線L2がベース円部BCの接線を実質的に兼ねることが理解されよう。したがって、カムロブ部材12がカムベース部材10に対して固定されていないとき、カムシャフトSの回転に伴って、ロッカーアームRのカムロブ部材12に対する接触が滑らかに始まることができる。そして、カムシャフトSのさらなる回転に伴って、ロッカーアームRのカムロブ部材12に対する接触が滑らかに終了することができる。
さらに、凹湾曲部12fの凹形状は、メインカム部12dの最大リフト箇所Mの両脇の周側面上の部分に比べて径方向に凹状に窪んでいる。したがって、凹湾曲部12fは、ロッカーアームRにしっかりと当接してロッカーアームにより十分力を受け続けることができる。また、凸湾曲部12gの凸形状は、メインカム部12dの最大リフト箇所Mの両脇の周側面上の部分に比べて径方向に凸状に膨らんでいる。したがって、凸湾曲部12gは、図6(f)の状態から図6(g)の状態への過程でロッカーアームRにしっかりと当接して、ロッカーアームにより十分力を受け続けることができる。このように、押出部12eは形成されているので、ロッカーアームRとの当接状態からカムロブ部材12が急激に動く(例えば離れる)ことが抑制され、各種部材間に衝突が生じることなどを防ぐことができる。
ここで、本第1実施形態のカムロブ部材12のこの動きを、従来のカムロブ部材102の動きと比較する。本実施形態に関して、ロスト角βを、図6(a)の状態でのピン孔12jの支持シャフト14に対する位置を基準に(図6(e)の点線の円参照)、そこからの、支持シャフト周りのピン孔12jの回転角と定義する。したがって、ロスト角βは、図6(a)の第1位置にカムロブ部材12が位置するときがゼロであり、第2位置に向けて大きくなる。図6(e)に、ロスト角βの一例が示され、この角度は最大値をとる。このロスト角βの変化を、従来技術の図2(b)のロスト角αの理想的な変化と比較するように、図9にはロスト角βのカーブ(実線)とロスト角αのカーブ(点線)とが示される。図9から理解できるように、本第1実施形態におけるカムロブ部材12の動きは、従来のカムロブ部材の動きよりも滑らかである。したがって、本発明の第1実施形態によれば、カムロブ部のカムベース部に対する急激な動きをより好適に防ぐことができる。このようなカムロブ部材12の動きは、押出部12eをメインカム部12dとは異なる箇所に設けたことにより実現されている。カムロブ部材12の押出部12eは、滑らかな所望の動きに合わせて設計されている。
以上、第1実施形態について説明したが、種々の変更が可能である。まず、上記第1実施形態では、図10(a)に示すように、支持シャフト14は、メインカム部と押出部との2つの接続部分のうち、カムロブ部材のメインカム部の閉じ側の接続部分に配置された。しかし、図10(b)に示すように、支持シャフト14は、カムロブ部材のメインカム部の開き側の接続部分に配置されてもよい。しかし、好ましくは、図10(a)に示すように、つまり、上記第1実施形態のように、支持シャフト14は、カムロブ部材のメインカム部12dの閉じ側の接続部分に配置される。この図10(a)の支持シャフト14の配置により、図10(b)の支持シャフト14の配置に比べて、カムロブ部材12が第1位置に達する直前のカムロブ部材12のカムベース部材14に対する動きをより緩やかにすることができる。したがって、上で述べたように、ストッパピン12cの衝突をより好適に防ぐことができる。
さらに、第1実施形態では、カムロブ部材12にピン孔12jを設け、このピン孔に対して固定用ピン22を選択的に位置付けるために他に2つのピンを用いた。しかし、ピンの数は、1つ以上の任意の数に設定できる。図11に固定機構の変形例を示す。図11の固定機構は、油路T3側にスプリング26sで付勢されたピン部材26を有し、カムロブ部材12にピン係合用の穴12rが設けられている。図11(a)は、(上記第1実施形態とは異なり)矢印で示すように油圧が及ぼされて、ピン部材26がカムロブ部材の穴12rに係合して、第2位置にカムロブ部材を固定しているところを示す。図11(b)には、油圧が解除されて、ピン部材26がピン係合用穴12rから抜けた状態が表されている。図11(c)にはカムロブ部材12が揺動して第1位置側に第2位置を脱した状態にあるところが表されている。このように、図11の例では、上記ステップS803で油圧が解除されて、ステップS805で油圧がかけられる。なお、図11(c)の状態では、カムロブ部材12が揺動した結果、穴12rがピン部材26との係合可能位置を脱している。したがって、図11(c)の断面図では、カムロブ部材12における穴12rが現れない。
図12に固定機構のさらなる変形例を示す。図12の固定機構は、カムロブ部材12にピン係合用穴を特別に設けるのではなく、カムロブ部材12に当初から設けられている孔12bを画成する壁部に対してピン部材26がカムロブ部材12を支持するように構成されている。ピン部材26の駆動つまり油圧制御は、図11に基づいて説明した通りである。図12(a)は、ピン部材が矢印で示すように油圧で押されて、ピン部材がカムロブ部材と係合する位置に達し、カムロブ部材を第2位置に固定しているところを示す。図12(b)は油圧が解除されて、ピン部材とカムロブ部材との係合が解除された状態が表されている。図12(c)にはカムロブ部材が揺動して第1位置側に第2位置を脱した状態にあるところが表されている。
図13に固定機構のさらなる変形例を示す。図13の固定機構は、インナー軸部10dの油路に支持部材27を設け、この支持部材27を軸方向に駆動することで、ストッパ部材28の支持位置を変えてカムロブ部材12を保持するように構成されている。図示しないが、支持部材27の表面にストッパ部材28は摺動可能に係合し、支持部材27が軸方向に動くことで、ストッパ部材28が径方向に移動可能である。支持部材27は、受凹部27aと、隆起部27bとを備えている。図13(a)、(b)は支持部材27が矢印で示される油圧により支持位置に押され、これにより支持部材27の隆起部27bでストッパ部材28を径方向外側に押し上げてカムロブ部材12を第2位置に保持固定したところを示す。図13(c)、(d)は、所定値以上の油圧がかけられていないので支持部材27がスプリング27sによる付勢により非支持位置にあり、ストッパ部材28は受凹部27aに位置し、よってスプリング18の付勢力によりカムロブ部材12が第1位置にあるところを示す。なお、図13(a)、(c)はそれぞれカムシャフトの軸線に平行な断面での図であり、図13(b)、(d)はそれぞれカムシャフトの軸線に直角な径方向断面での図である。
また、上記実施形態では、カムロブ部材を第1位置に付勢するためのスプリング18は2つのカムロブ部材の間の凹部に配置された。しかし、スプリング18は他の箇所に配置されてもよい。スプリング18は、カムロブ部材12よりも、カムユニットの軸方向端部側に配置されてもよい。また、スプリングは、カムユニットの内部に配置されてもよい。さらに、弾性部材(付勢部材)であるスプリング18としては、ねじりばね、コイルばねなど種々の種類のばねが用いられてよい。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。本実施形態では、吸気バルブおよび排気バルブの各々に関して本発明の可変動弁装置が適用されている。以下では、本第2実施形態の特徴的な構成のみを説明する。既に説明した構成要素に対応する構成要素に同じ符号を付して、それらの重複説明を省略する。
上記第1実施形態では、カムベース部材10はベース円部BCの形状の外面を有し、カムベース部材10によるバルブのリフト量はゼロであった。しかし、カムロブ部材12によるリフト量(第2リフト量)よりも小さいがゼロでないリフト量(第1リフト量)に対応する外面をカムベース部材は有してもよく、本第2実施形態は、それを実現するように構成されたカムベース部材を有する。図14(a)は排気バルブのリフトカーブEVと吸気バルブのリフトカーブIVとを同一時間軸上に表したグラフである。なお、排気バルブのリフトカーブEVと吸気バルブのリフトカーブIVは部分的にオーバーラップしてもよいし、オーバーラップしなくてもよい。
図14(a)には排気バルブの2つのリフトカーブEV1、EV2が示されている。実線で示したリフトカーブEV1は、カムロブ部材によりロッカーアームを駆動したときのリフトカーブであり、破線で示したリフトカーブEV2は、カムベース部材の外面によりロッカーアームを駆動したときのリフトカーブである。これらに適合した構成を有する排気バルブ用のカムユニットのカムベース部材とカムロブ部材との関係が、図14(b)に示される。図14(b)では、基準ベース円が破線で示され、カムベース部材10は相対的に小さなリフトカーブEV2に対応する形状を有している。カムベース部材10からメインカム部12dが突き出すようにカムロブ部材12は表されている。つまり、図14(b)では、カムロブ部材は第2位置にある。
また、図14(a)には吸気バルブの2つのリフトカーブIV1、IV2が示されている。実線で示したリフトカーブIV1は、カムロブ部材によるリフトカーブであり、破線で示したリフトカーブIV2は、カムベース部材の外面によるリフトカーブである。これらに適合した構成を有する吸気バルブ用のカムユニットのカムベース部材とカムロブ部材との関係が、図14(c)に示される。図14(c)では、基準ベース円が破線で示され、カムベース部材10は相対的に小さなリフトカーブIV2に対応する形状を有している。カムベース部材10からメインカム部が部分的に突き出すようにカムロブ部材12は配置されている。つまり、図14(c)では、カムロブ部材は第2位置にある。
図14(a)に示すように、排気バルブの2つのリフトカーブEV1、EV2は、閉じ側で重なる(または一致する)。したがって、カムロブ部材が第2位置にあるとき、カムロブ部材12のメインカム部12dの閉じ側部分は、カムシャフトSの軸方向からみたとき、カムベース部材10の外面に一致する(図14(b)参照)。同様に、図14(a)に示すように、吸気バルブの2つのリフトカーブIV1、IV2は、開き側で重なり(または一致し)、第2位置にあるカムロブ部材12のメインカム部12dの開き側部分は、カムシャフトSの軸方向からみたとき、カムベース部材の外面に一致する(図14(c)参照)。
ここで、排気バルブのカムユニットのカムベース部材10とカムロブ部材12との関係を図15に示す。図15(a)は、カムベース部材に対してカムロブ部材が第2位置にある状態を示し、図15(b)は、カムベース部材に対してカムロブ部材が第1位置にある状態を示す。図15に示されるように、カムロブ部材12のメインカム部12dと押出部12eとの接続部分は周方向において2箇所、つまり、メインカム部12dの開き側の接続部分と、メインカム部12dの閉じ側の接続部分とがあるが、これらのうち、支持シャフト14は、開き側の接続部分に配置されている。なお、図15中の矢印は、カムシャフトの回転方向を示す。
一方、吸気バルブのカムユニットのカムベース部材10とカムロブ部材12との関係を図16に示す。図16(a)は、カムベース部材10に対してカムロブ部材12が第2位置にある状態を示し、図16(b)は、カムベース部材に対してカムロブ部材が第1位置にある状態を示す。図16に示されるように、支持シャフト14は、メインカム部12dの閉じ側の接続部分に配置される。なお、図16中の矢印は、カムシャフトの回転方向を示す。
このように、排気バルブに関しては、カムロブ部材12によるリフトカーブとカムベース部材10によるリフトカーブとが閉じ側で重なり、支持シャフト14は、カムロブ部材のメインカム部12dの開き側の接続部分に配置される。一方、吸気バルブに関しては、カムロブ部材12によるリフトカーブとカムベース部材10によるリフトカーブとが開き側で重なり、支持シャフト14は、カムロブ部材のメインカム部の閉じ側の接続部分に配置される。この支持シャフト14の設置位置は、第1位置と第2位置との間での支持シャフト14回りのカムロブ部材12の揺動角(上記ロスト角βに相当)が相対的に小さい側に選択されて設定されている(図15(a)の角度γ<図17(a)の角度δ参照)。(これにより、カムベース部材10に対するカムロブ部材12の往復運動の範囲は相対的に小さくなる)。よって、エンジン回転速度がより高い運転領域でも、より好適に各バルブに関してリフト量を切り替えることが可能になる。
しかし、排気バルブのカムユニットは、図17(図17(a)、(b)は図15(a)、(b)のそれぞれに対応)に示すように、支持シャフト14が、カムロブ部材のメインカム部12dの閉じ側の接続部分に配置されるように構成されてもよい。また、吸気バルブのカムユニットは、図18(図18(a)、(b)は図16(a)、(b)のそれぞれに対応)に示すように、支持シャフトが、カムロブ部材のメインカム部の開き側の接続部分に配置されるように構成されてもよい。
本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
10 カムベース部材
10a 中央本体部
10b,10c 端本体部
10d インナー軸部
10s 貫通孔
12 カムロブ部材
12b 孔
12c ストッパピン
12f 凹湾曲部
12g 凸湾曲部
14 支持シャフト(支点部材)
16 固定シャフト
18 スプリング

Claims (10)

  1. エンジンバルブのリフト量を可変とする内燃機関の可変動弁装置であって、
    カムシャフトに設けられ、該カムシャフトの回転にしたがって回転し、軸方向に延びる固定シャフトで連結される第1の部分と第2の部分とを有するカムベース部材と、
    前記カムベース部材の第1の部分と第2の部分との間に配されて前記固定シャフトを挿通させる孔が形成された環状をなし、メインカム部と、該メインカム部とは異なる位置にある押出部とを備え、前記メインカム部が前記カムベース部材に対して非突出の状態になると共に前記押出部が前記カムベース部材に対して突出した状態になる第1位置と、前記メインカム部が前記カムベース部材に対して突出した状態になると共に前記押出部が前記カムベース部材に対して非突出の状態になる第2位置との間で前記カムベース部材に対して移動可能に設けられたカムロブ部材と、
    前記カムベース部材と前記カムロブ部材との間に設けられ、前記カムロブ部材を前記第1位置へ向けて付勢する弾性部材と、
    前記カムロブ部材が前記第2位置にあるとき、前記カムロブ部材を前記カムベース部材に対して固定することができる固定機構と
    を備え、
    記押出部が前記エンジンバルブまたは該エンジンバルブに連結されたフォロア部材により押されたとき、前記カムロブ部材は、前記第1位置側から前記第2位置側に向けて動くことができる、内燃機関の可変動弁装置。
  2. 前記カムベース部材は、軸方向に延びて前記第1の部分と第2の部分とをつなぐインナー軸部をさらに有し、
    環状をなす前記カムロブ部材の孔は、前記固定シャフトと共に前記カムベース部材の前記インナー軸部を挿通させ
    前記弾性部材は、前記インナー軸部よりも径方向外側に位置する前記カムベースの部分と前記孔よりも径方向外側の前記カムロブ部材の部分との間に設けられている、請求項1に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  3. 前記カムベース部材に対する前記カムロブ部材の移動範囲を規制するための規制機構をさらに備える、請求項1または請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  4. 前記カムロブ部材は支点部材周りに前記カムベース部材に対して移動可能である、請求項1から3の何れか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  5. 前記カムロブ部材の前記メインカム部と前記押出部との間を接続する周方向に離れた2つの接続部分のうちのいずれか一方に前記支点部材は設けられている、請求項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  6. 前記カムロブ部材の前記押出部は、前記支点部材側の凹湾曲部と、該凹湾曲部から離れた凸湾曲部とを備える、請求項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  7. 前記カムベース部材の外周面は基準ベース円の形状を有し、前記支点部材は、前記2つの接続部分のうちの、前記カムロブ部材の前記メインカム部の閉じ側の接続部分に配置される、請求項5または6に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  8. 記支点部材は、前記2つの接続部分のうちの、前記カムロブ部材の前記押出部の前記凸湾曲部よりも前記凹湾曲部に近い側の接続部分に設される、請求項6に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  9. 前記カムロブ部材が前記カムベース部材に対して直線的に往復運動するように構成されている、請求項1から3の何れか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  10. 前記カムロブ部材の前記押出部は、前記カムシャフトの軸方向に直交する面上において、鏡像対称であるように形作られている、請求項9に記載の内燃機関の可変動弁装置。
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