JP2000234507A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
内燃機関の可変動弁装置Info
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Abstract
エータへの伝達を阻止しつつ大減速比を得てアクチュエ
ータの駆動負荷を大幅に低減する。 【解決手段】 駆動軸に固定された駆動カムの偏心回転
によりリンクアームとロッカアーム及びリンクロッドを
介して揺動カムを揺動させることにより吸気弁を開作動
させる。前記ロッカアームの揺動支点を制御カムを介し
て制御軸32の回転位置制御によって変化させて、吸気
弁のバルブリフト量を可変にする。制御軸を回転位置を
制御する電動アクチュエータ34の回転駆動を平歯車4
3とウォーム歯車44の2段の減速機構40によって減
速させた。
Description
弁や排気弁の開閉時期あるいはリフト量を機関運転状態
に応じて可変にできる内燃機関の可変動弁装置に関す
る。
が先に出願した特開平7−4251号公報に記載されて
いるものが知られている。
可変動弁装置は、機関のクランク軸からスプロケットを
介して回転駆動される駆動軸70と、該駆動軸70の外
周に一定の隙間をもって同軸上に配置され、駆動軸70
と相対回転自在なカムシャフト71と、駆動軸70とカ
ムシャフト71との間に介装されて、機関運転状態に応
じて両者の回転位相を変化させて吸気弁の開閉時期を可
変制御する可変機構72と、該可変機構72を駆動する
電動アクチュエータ73とを備えている。また、この電
動アクチュエータ73と可変機構72の制御軸74との
間には、減速機構としてのウォーム歯車75が設けられ
ている。
ントローラ76からの制御信号によって電動アクチュエ
ータ73を一方向へ回転させ、ウォーム歯車75を介し
て制御軸74を同方向へ回転させ、これにより第2偏心
カム77と第1偏心カム78を所定角度まで回転制御す
る。これによって、ディスハウジング79の揺動に伴い
環状ディスク80の中心を駆動軸70の中心から偏心あ
るいは同心状態に制御して、駆動軸70とカムシャフト
71との回転位相を変化させることにより吸気弁の開閉
時期を可変制御し、機関低回転から高回転までの機関性
能を向上させるようになっている。
ングのばね力に起因してカムシャフト71に発生する正
負の交番トルクは可変機構72の各フランジ部81,8
2,ディスクハウジング79等を介して制御軸74に伝
達されるが、この交番トルクは、ウォーム歯車75の非
可逆性を利用してウォームホィール75aとウォームギ
ア75bとの間で減殺し、これによって、電動アクチュ
エータ73の駆動負荷を低減させるようになっている。
来の可変動弁装置にあっては、制御軸74に伝達された
交番トルクを、ウォーム歯車75の非可逆性を利用して
減殺して、電動アクチュエータ73の駆動負荷を低減す
るようになっているものの、減速機構がウォーム歯車7
5だけの一段減速となっているため、電動アクチュエー
タ73の駆動容量を十分に小さくすることができなかっ
た。
荷をさらに低減するために、ウォーム歯車75の減速比
を大きくしようとする場合は、必然的にウォームホィー
ル75aの外径を比較的大きく形成しなければならな
い。この結果、装置の大型化、特に上下方向の高さが高
くなり、エンジンフードを高位置に設定しなければなら
ないと共に、エンジンルーム内のレイアウトの自由度が
制約されてしまう。
側の他に排気側にも適用しようとすると、隣接状態にな
る各ウォームホィール75a、75a同士が干渉してし
まうおそれがある。
せようとする場合は、ウォーム歯車75の伝達効率を向
上させる必要があるが、このためにはウォームギア75
bの進み角(または条数)を上げなければならない。そ
うすると、今度は十分な減速比が得られないといった問
題がある。
変動弁装置の実状に鑑みて案出されたもので、請求項1
記載の発明は、機関のクランク軸と同期回転する駆動軸
と、該駆動軸の外周に固設されて、バルブスプリングの
ばね力に抗して機関弁を開作動させる駆動カムと、駆動
軸と機関弁との間に設けられて、機関運転状態に応じて
機関弁の開閉時期あるいはリフト量を可変にする可変機
構と、該可変機構を駆動させるアクチュエータとを備え
た内燃機関の可変動弁装置において、前記アクチュエー
タと該アクチュエータによって回転位置が制御される可
変機構の制御軸との間に、ウォーム歯車を含む2段の減
速機構を設けたことを特徴としている。
タ側の第1段の減速機構を平歯車で形成する一方、制御
軸側の第2段の減速機構をウォーム歯車で形成し、該ウ
ォーム歯車のウォームギアシャフトに前記平歯車の一方
の大径歯車部を連結してアクチュエータを制御軸に対し
て軸直角方向に配置したことを特徴としている。
のウォームホィールに前記制御軸を連結すると共に、該
ウォームホィールの下側にウォームギアと平歯車を配置
し、かつウォーム歯車と平歯車を収納するハウジング内
に、ウォームギアの位置まで潤滑油を貯留したことを特
徴としている。
機構に制御軸の回転位置を検出する位置検出手段を設け
ると共に、ウォーム歯車を介して制御軸の最大回転位置
を規制する規制機構を設けたことを特徴としている。
前記ウォームホィールとハウジングとの間に設けられた
規制ピンと該規制ピンが回動して当接する規制部材とか
ら構成すると共に、前記規制部材を弾性体で形成したこ
とを特徴としている。
施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の可変
動弁装置は、1気筒あたり2つの吸気弁を備え、かつ吸
気弁のバルリフト量を機関運転状態に応じて可変にする
可変機構を備えている。
4に示すようにシリンダヘッド11に図外のバルブガイ
ドを介して摺動自在に設けられて、バルブスプリング1
0,10によって閉方向に付勢された一対の吸気弁1
2,12と、シリンダヘッド11上部の軸受14に回転
自在に支持された中空状の駆動軸13と、該駆動軸13
に圧入等により固設された偏心回転カムである駆動カム
15と、駆動軸13の外周面13aに揺動自在に支持さ
れて、各吸気弁12,12の上端部に配設されたバルブ
リフター16,16に摺接して各吸気弁12,12を開
作動させる2つの揺動カム17,17と、駆動カム15
と揺動カム17,17との間に連係されて、駆動カム1
5の回転力を揺動カム17,17の揺動力として伝達す
る伝達機構18と、該伝達機構18の作動位置を可変に
する可変機構19と、該可変機構19を駆動する電動ア
クチュエータ34と、この両者19,36間に設けられ
た減速機構40とを備えている。
うに機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端
部に設けられた図外の従動スプロケットや該従動スプロ
ケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関
のクランク軸から回転力が伝達されており、この回転方
向は図1中反時計方向に設定されている。
端部に設けられて駆動軸13の上部を支持するメインブ
ラケット14aと、該メインブラケット14aの上端部
に設けられて後述する制御軸32を回転自在に支持する
サブブラケット14bとを有し、両ブラケット14a,
14bが一対のボルト14c,14cによって上方から
共締め固定されている。
ように、ほぼリング状を呈し、円環状のカム本体15a
と、該カム本体15aの外端面に一体に設けられた筒状
部15bとからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔15c
が貫通形成されていると共に、カム本体15aの軸心Y
が駆動軸13の軸心Xから径方向へ所定量だけオフセッ
トしている。また、この各駆動カム15は、駆動軸13
に対し前記両バルブリフター16,16に干渉しない両
外側に駆動軸挿通孔15cを介して圧入固定されている
と共に、カム本体15aの外周面15dが偏心円のカム
プロフィールに形成されている。
筒状に形成され、シリンダヘッド11の保持孔内に摺動
自在に保持されていると共に、揺動カム17,17が摺
接する上面16a,16aが平坦状に形成されている。
同一形状のほぼ雨滴状を呈し、円環状の基端部20に駆
動軸13が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔20
aが貫通形成されていると共に、一端部のカムノーズ部
22側にピン孔21aが貫通形成されている。また、揺
動カム17の下面には、カム面22が形成され、基端部
20側の基円面22aと該基円面22aからカムノーズ
部21側に円弧状に延びるランプ面22bと該ランプ面
22bからカムノーズ部21の先端側に有する最大リフ
トの頂面22dに連なるリフト面22cとが形成されて
おり、該基円面22aとランプ面22bリフト面22c
及び22dとが、揺動カム17の揺動位置に応じて各バ
ルブリフター16の上面16a所定位置に当接するよう
になっている。
らみると、図3に示すように基円面22aの所定角度範
囲がベースサークル区間θ11になり、ランプ面22b
の前記ベースサークル区間から所定角度範囲がいわゆる
ランプ区間θ12となり、さらにランプ面22bのラン
プ区間から頂面22dまでの所定角度範囲がリフト区間
θ13になるように設定されている。
配置されたロッカアーム23と、該ロッカアーム23の
一端部23aと駆動カム15とを連係するリンクアーム
24と、ロッカアーム23の他端部23bと揺動カム1
7とを連係するリンク部材であるリンクロッド25とを
備えている。
状基部が支持孔23dを介して後述する制御カム33に
回転自在に支持されている。また、筒状基部の外端部に
突設された前記一端部23aには、ピン26が嵌入する
ピン孔が貫通形成されている一方、筒状基部の内端部に
夫々突設された前記他端部23bには、リンクロッド2
5の一端部25aと連結するピン27が嵌入するピン孔
が形成されている。
径な円環状の基部24aと、該基部24aの外周面所定
位置に突設された突出端24bとを備え、基部24aの
中央位置には、前記駆動カム15のカム本体15aの外
周面に回転自在に嵌合する嵌合孔24cが形成されてい
る一方、突出端24bには、前記ピン26が回転自在に
挿通するピン孔24dが貫通形成されている。
も示すように、ロッカアーム23側が凹状のほぼく字形
状に形成され、両端部25a,25bには前記ロッカア
ーム23の他端部23bと揺動カム17のカムノーズ部
21の各ピン孔に挿入した各ピン27,28の端部が回
転自在に挿通するピン挿通孔25c,25dが貫通形成
されている。
は、リンクアーム24やリンクロッド25の軸方向の移
動を規制するスナップリング29,30,31,が設け
られている。
ように駆動軸13の上方位置に同じ軸受14に回転自在
に支持された制御軸32と、該制御軸32の外周に固定
されてロッカアーム23の支持孔23dに摺動自在に嵌
入されて、ロッカアーム23の揺動支点となる制御カム
33とを備えている。
関前後方向に配設されていると共に、図2に示すよう
に、一端部に設けられた前記減速機構40を介して電動
アクチュエータ34(DCモータ)によって所定回転角
度範囲内で回転制御されるようになっている。
し、図に示すように軸心P1位置が肉厚部33aの分だ
け制御軸32の軸心P2からα分だけ偏倚している。
すように制御軸32に対して軸直角方向に配置され、後
述するハウジング42の凹部内にボルト36によって固
定されていると共に、機関の運転状態を検出するコント
ローラ35からの制御信号によって駆動するようになっ
ている。このコントローラ35は、クランク角センサや
エアーフローメータ、水温センサや、制御軸32の回転
位置を検出する後述のポテンショメータ57等の各種の
センサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を
演算等により検出して、前記電動アクチュエータ34に
制御信号を出力している。
ようにシリンダヘッド11の端部にボルト41によって
固設され、後端開口がカバー42aによって閉塞された
ハウジング42と、該ハウジング42内に設けられた第
1段の減速機構である平歯車43及び第2段の減速機構
であるウォーム歯車44とから構成されている。
4の出力軸34aにボルト45により固定された小径歯
車部46と、該小径歯車部46に噛合した大径歯車部4
7とから構成されており、小径歯車部46は、図7に示
すように中央孔46aを貫通した出力軸34aの外周に
キー構内に保持されたキー48によって位置決め固定さ
れている。一方、前記大径歯車部47は、図8に示すよ
うに中央の貫通孔47aを貫通した後述のウォームギア
シャフト53の外周のキー構内に保持されたキー49を
介して位置決め固定されている。
示すように制御軸32の一端部にボルト50によって固
定されたウォームホィール51と、該ウォームホィール
51に軸直角方向から噛合したウォームギア52とから
構成されており、前記ウォームホィール51は、その外
径が比較的小さく設定されている。また、一方、ウォー
ムギア52は、前記ウォームギアシャフト53の外周に
一体に固定されており、このウォームギアシャフト53
は、両端部がボールベアリング54,55によって軸受
けされていると共に、一端側の小径軸部53aに前記大
径歯車部47が固定されている。なお、各歯車43,4
4は、ハウジング42の内部に破線で示すレベルまで貯
留された潤滑油0によって常時潤滑されている。このウ
ォームギア52及びウォームギアシャフト53は、図8
に示すように、キャップ56によって閉塞されたハウジ
ング42側部の開口部42bからハウジング42内に組
み込まれるようになっている。
ー42aには、図9に示すように制御軸32の回転位置
を検出する検出手段である前記ポテンショメータ57が
取り付けられており、このポテンショメータ57は、ウ
ォームホィール51の小径前端部51aに突設されたピ
ン58の先端部が回転ブラシ57aに連結されて、ウォ
ームホィール51の回転位置を制御軸32の回転位置と
して検出して、検出情報信号を前記コントローラ35に
フィードバックしている。
2aとの間には、図1、図9に示すように制御軸32の
時計、反時計方向の最大回転位置を規制する規制機構5
9が設けられている。この規制機構59は、ウォームホ
ィール51の小径前端部51aの外周の所定角度位置に
径方向へ突設された一対の規制ピン60,61と、カバ
ー42aの一端側に制御軸32の軸方向に沿って固定さ
れて各規制ピン60,61が回動して適宜当接する規制
部材62とから構成されている。この規制部材62は、
図9にも示すように固定ピン62の先端部外周にハウジ
ング42内に臨む筒状ゴム製の弾性体62bが一体に固
定されていると共に、この弾性体62bの外周に樹脂製
の外筒部62cが一体に固定されて、この外筒部62c
に前記両規制ピン60,61が直接当接してウォームホ
ィール51の最大回動位置を規制するようになってい
る。
ず、機関低速負荷時には、コントローラ35からの制御
信号によって電動アクチュエータ34と減速機構40を
介して制御軸32が図3の回転位置に駆動される。この
ため、制御カム33は、軸心P1が同図に示すように、
肉厚部33aが駆動軸13から上方向に離間移動し、制
御軸32の軸心P2から右上方の回動角度位置に保持さ
れる。これにより、ロッカアーム23の他端部23bと
リンクロッドの枢支点は、駆動軸13に対して上方向へ
移動し、このため、各揺動カム17は、リンクロッド2
5を介してカムノーズ部21側が強制的に引き上げられ
て全体が反時計方向へ回動する。
クアーム24を介してロッカアーム23の一端部23a
を押し上げると、そのリフト量がリンクロッド25を介
して揺動カム17及びバルブリフター16に伝達される
が、そのリフト量L1は充分小さくなる。
の破線で示すようにバルブリフト量が小さくなることに
より、各吸気弁12の開時期が遅くなり、排気弁とのバ
ルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上
と機関の安定した回転が得られる。
は、コントローラ35からの制御信号によって電動アク
チュエータ34と減速機構40により制御軸32が図3
の時計方向に回転駆動される。したがって、制御軸32
は、制御カム33を図3に示す位置から時計方向へ回転
させ、軸心P1(肉厚部33a)が下方向へ移動する。
このため、ロッカアーム23は、今度は全体が駆動軸1
3方向に移動して他端部23bが揺動カム17のカムノ
ーズ部21をリンクロッド25を介して下方へ押圧して
該揺動カム17全体を所定量だけ時計方向へ回動させ
る。
ー16上面16aに対するカム面22の当接位置が、右
方向位置(リフト部22d側)に移動する。このため、
吸気弁12の開作動時に駆動カム15が回転してロッカ
アーム23の一端部23aをリンクアーム24を介して
押し上げると、バルブリフター16に対するそのリフト
量L2は図1の一点鎖線で示すように大きくなる。
の実線で示すようにバルブリフト量も大きくなると共
に、各吸気弁12の開時期が早くなると共に、閉時期が
遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出
力が確保できる。
グ10のばね力に起因して揺動カム17に正負の交番ト
ルクが発生し、この交番トルクは伝達機構18を介して
制御軸32に伝達されるが、ウォーム歯車44のウォー
ムギア52に伝達された時点でその非可逆性により効果
的に減殺されて、平歯車43から電動アクチュエータ3
4への伝達が遮断される。この結果、前記交番トルクに
よる電動アクチュエータ34の駆動負荷の発生が抑制さ
れ、この結果、電動アクチュエータ34の駆動容量を小
さくすることが可能になる。
タ34が回転駆動すると、まず平歯車43によって第1
段目の減速が行われ、さらにウォーム歯車44によって
2段目の減速が行われて、大きな減速比が得られるた
め、電動アクチュエータ34の駆動負荷を一層低減でき
る。したがって、電動アクチュエータ34を十分に小型
化することが可能になる。
の組み合わせで減速比を確保するようにしたため、ウォ
ーム歯車44のウォームギア52の捩れ角を小さくして
進み角(または条数)を大きくすれば、ウォーム歯車4
4による十分な減速比が得られなくとも平歯車43によ
りトータルな減速比の低下を防止できると共に、大きな
進み角による高い伝達効率によって制御軸32の回転応
答性が良好となり、この結果、可変リフト制御応答性の
向上が図れる。
比が得られることから、ウォームホィール51の外径を
小さくすることが可能になる。このため、装置全体の小
型化が図れ、特に上下方向の高さを低くすることがで
き、エンジンフードを十分に低くすることが可能になる
と共に、エンジンルーム内でのレイアウトの自由度が向
上する。さらに、ウォームホィール51の小径化によ
り、本装置を吸気側と排気側の両方に設けたとしても並
接された両ウォームホィール51の干渉が防止され、吸
排気側の両方に設けることが可能になる。
ウォームギアシャフト53を電動アクチュエータ34の
出力軸34aの伝達方向と反転させることができるた
め、従来例のように出力軸をウォームギアシャフトと同
軸上に配置した場合に比較して、電動アクチュエータ3
4aの出力軸方向に沿った外方への張り出しをなくすこ
とができる。したがって、装置の大型化が抑制でき、こ
の結果、機関への搭載性が良好になる。特に、この装置
を排気側へ適用した場合には、電動アクチュエータ34
を排気管の熱から遠避けることができる一方、吸気側で
も排気側と反対側に配置すれば熱的影響を十分に回避で
きる。
車43を設けたことにより、該平歯車43に前述の交番
トルクが伝達されないため、各歯車部46,47間に打
音の発生がなく、打音対策の必要性がない。
との特異な配置により電動アクチュエータ34を制御軸
32の軸直角方向に配置したため、該電動アクチュエー
タ34の機関後方への飛び出しを抑制できる。
59とをハウジング42やカバー42aに一体に設けた
ため、ユニット化が図れ、機関の組立作業性が良好にな
る。
回転位置を各規制ピン60,61が当たる規制部材62
に弾性体62bを設けたことにより、ウォームホィール
51の過回転によるウォームギア52との歯間の喰い込
みが防止でき、また、前記各規制ピン60,61の衝突
時には、打音の発生が防止できる。
独立したハウジング42内の潤滑油0によって潤滑性が
良好になると共に、各ギアに適した専用の潤滑油を用い
ることができるため、潤滑性能の向上が図れる。
ル51の下側に配置したため、機関の全高を可及的に低
く設定でき、前記潤滑油の油量も少なくすることができ
る。
かりでなく、従来例のものは勿論のこと、バルブタイミ
ング制御装置に適用することも可能である。
記載の発明によれば、バルブスプリングのばね力に起因
して発生する交番トルクをウォーム歯車によって効果的
に吸収でき、アクチュエータの駆動負荷を低減できるこ
とは勿論のこと、他の減速機構と合わせることにより、
ウォームホィールの外径を大きくすることなく、大減速
比が得られるため、アクチュエータの駆動負荷を一層低
減できる。この結果、アクチュエータの駆動容量を小さ
くすることが可能になると共に、装置全体の小型化が図
れ、エンジンルーム内のレイアウトの自由度が向上す
る。
きることにより、該装置を吸気側と排気側の両方に適用
しても各ウォームホィールの干渉が防止できる。
車を用いた減速機構としたことにより、他方のウォーム
歯車のウォームギアの捩れ角を小さくすることにより、
十分な減速比を確保しつつ制御軸の回転応答性の向上が
図れる。
ュエータを制御軸の軸直角方向に配置できるため、アク
チュエータの機関後方への飛び出しを抑制できる。
位置検出センサ及び規制機構とをユニット化することが
できるため、機関の組立作業性が良好になる。
御軸の過度な回転が規制され、制御軸によるバルブリフ
ト等の安定かつ確実な制御が可能になる。
立したハウジング内の潤滑油によって減速機構の歯車間
の潤滑性が良好になると共に、専用の潤滑油を用いるこ
とができるため潤滑性能が一層向上する。しかも、ウォ
ームギアをウォームホィールの下側に配置したことによ
り、小径なウォームギア側まで潤滑油の油面レベルを確
保すればよいため、潤滑油量を少なくすることができ
る。
って、規制ピンの衝突時の緩衝作用が得られると共に、
ウォーム歯車側では歯車の喰い込みを防止でき、かつ打
音の発生を抑制できる。
図
−B線断面図
性図
Claims (5)
- 【請求項1】 機関のクランク軸と同期回転する駆動軸
と、該駆動軸の外周に固設されて、バルブスプリングの
ばね力に抗して機関弁を開作動させる駆動カムと、駆動
軸と機関弁との間に設けられて、機関運転状態に応じて
機関弁の開閉時期あるいはリフト量を可変にする可変機
構と、該可変機構を駆動させるアクチュエータとを備え
た内燃機関の可変動弁装置において、 前記アクチュエータと該アクチュエータによって回転位
置が制御される可変機構の制御軸との間に、ウォーム歯
車を含む2段の減速機構を設けたことを特徴とする内燃
機関の可変動弁装置。 - 【請求項2】 前記アクチュエータ側の第1段の減速機
構を平歯車で形成する一方、制御軸側の第2段の減速機
構をウォーム歯車で形成し、該ウォーム歯車のウォーム
ギアシャフトに前記平歯車の一方の大径歯車部を連結し
てアクチュエータを制御軸に対して軸直角方向に配置し
たことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の可変動弁
装置。 - 【請求項3】 前記ウォーム歯車のウォームホィールに
前記制御軸を連結すると共に、該ウォームホィールの下
側にウォームギアと平歯車を配置し、かつウォーム歯車
と平歯車を収納するハウジング内に、ウォームギアの位
置まで潤滑油を貯留したことを特徴とする請求項2記載
の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項4】 前記第2段の減速機構に制御軸の回転位
置を検出する位置検出手段を設けると共に、ウォーム歯
車を介して制御軸の最大回転位置を規制する規制機構を
設けたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載
の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項5】 前記規制機構を、前記ウォームホィール
とハウジングとの間に設けられた規制ピンと該規制ピン
が回動して当接する規制部材とから構成すると共に、前
記規制部材を弾性体で形成したことを特徴とする請求項
4記載の内燃機関の可変動弁装置。
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