JP2004293406A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】駆動カム5の回転力を、リンクアーム14とロッカアーム13及びリンクロッド15を介して揺動カム7に伝達して各吸気弁2を開閉作動させると共に、制御軸17と制御カム18の回動によって吸気弁のバルブリフト量を可変制御する。油通路23及び第1連通路24から嵌合孔14cと駆動カムとの間に供給された潤滑油を、駆動カムの偏心回転に伴い駆動カムの外周面と嵌合孔の内周面との間で発生する振動ポンプ作用によって、潤滑油を第2連通路25を介してピン孔14dとピン19との間に強制的に供給する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁装置、とりわけ駆動カムとリンクアームとの間及びリンクアームとロッカアームとの枢支部との潤滑性能を向上させることのできる内燃機関の動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の従来の動弁装置としては、本出願人が先に出願した以下の特許文献に記載されたものがある。
【0003】
概略を説明すれば、この動弁装置は、一気筒当たり2つの吸気弁を有するものに適用されたもので、クランク軸の回転に同期回転する駆動軸の外周に、軸心が駆動軸の軸心から偏心した駆動カムが固設されていると共に、前記駆動軸の外周に円筒状のカムシャフトが同軸上に回転自在に設けられている。
【0004】
このカムシャフトは、両端部に一対の吸気弁に対応した左右一対の揺動カムが一体に設けられており、この両揺動カムに前記駆動カムの回転力が多節リンク状の伝達機構を介して伝達されて、各吸気弁をバルブリフターを介して開閉作動させるようになっている。
【0005】
前記伝達機構は、揺動カムの上方に配置されて、制御軸に制御カムを介して揺動自在に支持されたロッカアームと、一端部が駆動カムに回転自在に連係しかつ他端部がロッカアームの一端部に回転自在に連結されたリンクアームと、一端部がロッカアームの他端部に回転自在に連結され、他端部が前記一方の揺動カムのカムノーズ部の先端部に回転自在に連結されたリンクロッドとから構成されている。
【0006】
前記リンクアームの一端部内に形成された保持孔の内周面と駆動カムの外周面との間に、複数のニードルベアリングを介装して両者間の回動を円滑なものとしている。また、駆動カムの内部径方向には、駆動軸内の油通路と連通する油孔が形成されていると共に、前記リンクアームの内部に、一端部が前記保持孔の内周面に開口され、他端部がロッカアームとの枢支部に開口した通路孔が形成されている。
【0007】
これによって、油通路から油孔を通った潤滑油が各ニードルベアリングに供給され、さらに通路孔を通って枢支部に供給されて、これらの部位を潤滑するようになっている。
【0008】
【特許文献1】
特開2001−55915号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の動弁装置にあっては、リンクアームの保持孔と駆動カムとの間に複数のニードルベアリングを設けていることから、前記油通路から油孔を通った潤滑油は各ニードルベアリング間に流入してそのまま該各ニードルベアリングの外周面に付着して軸方向へ案内されてそのまま外部に排出されてしまう。
【0010】
すなわち、ニードルベアリングの外周面に流入した潤滑油は、それぞれが互いに接触しながら回転状態にある各ニードルベアリングの外周面に付着することから、ここでカットされながらそのまま軸方向に流れて駆動カムの両側面側、つまり駆動カムの左右横方向へ排出されてしまう。したがって、通路孔への潤滑油の流入が殆どなくなり、リンクアームとロッカアームの間のピンなど枢支部への供給量が不十分になって、かかる部位の潤滑性能が低下してしまう。
【0011】
特に、リンクアームの通路孔は、ほぼ上下方向に沿って形成されていることから、通路孔内に潤滑油が僅かに流入したとしても潤滑油の自重によって逆流して、枢支部への供給量はさらに減少してしまう。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項1に記載の発明は、とりわけ、駆動カムの外周面とリンクアームの嵌合孔の内周面とを直接接触状態で摺接させると共に、油通路から第1連通路を通って駆動カムと嵌合孔の内外周面間に供給された潤滑油を、前記駆動カムが前記嵌合孔内で偏心回転することによって生じる振動ポンプ作用によって第2連通路内に強制圧送したことを特徴としている。
【0013】
この発明によれば、従来のようなニードルベアリングを廃止して、駆動カムの外周面とリンクアームの嵌合孔の内周面とを直接接触状態で摺接させるようにしてあるが、駆動カムが偏心回転した場合には、嵌合孔の内周面との接触個所は回転方向の負荷が掛かる部位だけとなり、他の部位では三日月状の微少な隙間が形成される。したがって、この微少隙間内に油孔から流出した潤滑油が保持されて、駆動カムの回転に伴って三日月状の微少隙間の形成位置が移動して、いわゆるポンプ作用が発生する。このため、該微少隙間が第2連通路の一端開口に連通した位置で微少隙間内の潤滑油が、第2連通路内に強制的かつ十分に圧送されることになる。
【0014】
このため、嵌合孔の内周面と駆動カムの外周面との間の潤滑性が良好になることは勿論のこと、潤滑油が第2連通路からロッカアームとリンクアームの枢支部に強制的に供給されるので、該枢支部での潤滑性能の低下を防止できる。
【0015】
また、駆動カムの回転によって第1連通路の開口と第2連通路の一端開口とが合致した際には、潤滑油が第1連通路から第2連通路へ直接的に供給されるので、枢支部での高い潤滑性を得ることができる。
【0016】
請求項2に記載の発明は、前記第2連通路を、リンクアームの軸方向に対して傾斜状に形成したことを特徴としている。
【0017】
この発明によれば、第2連通路を傾斜状に形成することによって通路長が長くなって該第2連通路内に潤滑油を十分保持させることができ、機関の再始動に第2連通路内に保持された潤滑油を枢支部に即座に供給することが可能になる。
【0018】
また、傾斜状になっていることから、垂直状になっている場合と比較して潤滑油の保持性が良好になり、機関停止後に潤滑油が第2連通路内から流下して外部に容易に抜け出してしまうのを防止できる。
【0019】
請求項3に記載の発明は、第2連通路の一端開口を、機関停止時に、前記駆動カムの外周面によってほぼ閉塞される位置に設定したことを特徴としている。
【0020】
したがって、機関停止後に、第2連通路内の潤滑油は一端開口が閉塞された状態になっていることから、該第2連通路内の潤滑油は容易に流下せずに長時間に渡って貯留することが可能になる。したがって、機関の再始動時において、該第2連通路内の潤滑油を枢支部に即座に供給することができ、潤滑性能を十分に発揮させることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の動弁装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の動弁装置は、1気筒あたり2つの吸気弁を備えかつ該各吸気弁のバルブリフトを機関運転状態に応じて可変にする可変機構を備えた内燃機関に適用されている。
【0022】
すなわち、この動弁装置は、図1,図5及び図6に示すように、シリンダヘッド1に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁2,2と、機関前後方向に配置された内部中空状の支軸である駆動軸3と、各気筒毎に配置されて、前記駆動軸3の外周面3aに同軸上に回転自在に支持されたカムシャフト4と、前記駆動軸3の所定位置に固設された駆動カム5と、前記カムシャフト4の両端部に一体に設けられて、各吸気弁2,2の上端部に配設されたバルブリフター6,6に摺接して各吸気弁2,2を開作動させる一対の揺動カム7,7と、駆動カム5と揺動カム7,7との間に連係されて、駆動カム5の回転力を揺動カム7,7の揺動力(開弁力)として伝達する伝達機構8と、該伝達機構8の作動位置を可変にする制御機構9とを備えている。
【0023】
前記吸気弁2,2は、シリンダヘッド1の上端部内に収容されたほぼ円筒状のボアの底部とバルブステム上端部のスプリングリテーナとの間に弾装されたバルブスプリング10,10によって閉方向に付勢されている。
【0024】
前記駆動軸3は、機関前後方向に沿って配置されて、両端部がシリンダヘッド1の上部に設けられた図外の軸受によって回転自在に軸支されていると共に、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5中、矢印方向に設定されている。
【0025】
前記各カムシャフト4は、駆動軸3の軸方向に沿ってほぼ円筒状に形成され、内部軸方向に前記駆動軸3の外周面に回転自在に支持される支軸孔が貫通形成されていると共に、中央位置に形成された大径円筒状のジャーナル部4aが図外のカム軸受によって回転自在に軸支されていると共に、支軸孔の内周面が前記駆動軸3の外周面に回転自在に支持されている。
【0026】
前記駆動カム5は、図1〜図6に示すように、ほぼ円盤状に形成されて、その一側部に固定用の筒状部5aが一体に設けられており、この筒状部5aが駆動軸3の軸方向の所定位置で固定用ピン11を介して駆動軸3上に固定されていると共に、外周面5bが偏心円のカムプロフィールに形成されて、軸心Yが駆動軸3の軸心Xから径方向へ所定量だけオフセットしている。
【0027】
前記各揺動カム7は、図1に示すように同一形状のほぼ雨滴状を呈し、基端部側がカムシャフト4を介して前記駆動軸3の軸心Xを中心として揺動するようになっていると共に、揺動カム7の下面にはカム面がそれぞれ形成され、基端部側の基円面と、該基円面からカムノーズ部7a、7a側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部7aの先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面とが形成されており、該基円面とランプ面、リフト面及び頂面とが、揺動カム7の揺動位置に応じて各バルブリフター6の上面所定位置に当接するようになっている。
【0028】
前記伝達機構8は、図5及び図6に示すように、駆動軸3の上方に配置されたロッカアーム13と、該ロッカアーム13の一端部13aと駆動カム5とを連係するリンクアーム14と、ロッカアーム13の他端部13bと一方の揺動カム7のカムノーズ部7aとを連係するリンクロッド15とを備えている。
【0029】
前記ロッカアーム13は、中央の筒状基部の内部に支持孔13cが横方向から貫通形成され、この支持孔13cを介して後述する制御カム18に揺動自在に支持されている。また、筒状基部の外端側から延出した一端部13aは、先端部の側部にピン19が一体に突設されている一方、筒状基部の内端側から延出した他端部13bは、先端部の内部にリンクロッド15の一端部15aと連結するピン20が嵌入するピン孔13dが形成されている。
【0030】
前記リンクアーム14は、比較的大径な円環部14aと、該円環部14aの外周面所定位置に突設された突出端14bとを備え、円環部14aの中央位置には、前記駆動カム5の外周面5bに回転自在に嵌合する嵌合孔14cが形成されている一方、突出端14bには、前記ピン19が回転自在に挿通するピン孔14dが貫通形成されている。
【0031】
前記リンクロッド15は、横断面ほぼコ字形状に形成されており、内側がコンパクト化を図るために凹状のほぼく字形状に形成されていると共に、両端部15a,15bが前記ロッカアーム13の他端部13bと揺動カム7のカムノーズ部7aに各ピン20、21を介して回転自在に連結されている。
【0032】
前記制御機構9は、図5及び図6に示すように、駆動軸3の上方位置に配置された図外の軸受に回転自在に支持された制御軸17と、該制御軸17の外周に一体に固定されてロッカアーム13の揺動支点となる制御カム18とを備えている。
【0033】
前記制御軸17は、駆動軸3と並行に機関前後方向に配設されていると共に、一端部に設けられた図外の電動アクチュエータ(DCモータ)により歯車機構を介し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。一方、前記制御カム18は、円筒状を呈し、軸心P1位置が肉厚部の分だけ制御軸17の軸心P2から所定分だけ偏倚している。
【0034】
また、電動アクチュエータは、機関の運転状態を検出する図外のコントローラからの制御信号によって駆動するようになっており、このコントローラは、マイクロコンピュターが内蔵され、クランク角センサやエアーフローメータ,水温センサ及び制御軸17の回転位置を検出するポテンションメータ等の各種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に制御信号を出力している。
【0035】
そして、この実施形態では、前記駆動カム5の外周面5bとリンクアーム15の嵌合孔14cの内周面との間、及びロッカアーム13のピン19とリンクアーム15のピン孔14dとの間にそれぞれ潤滑油を供給する潤滑油供給回路を備えている。
【0036】
すなわち、前記潤滑油供給回路は、図1に示すように、前記ジャーナル部4aのほぼ中央位置に径方向に貫通形成された油孔22と、前記駆動軸3の内部軸芯方向に沿って形成された油通路23と、駆動軸3の駆動カム5の最薄肉部に対応する周壁及び駆動カム5の最薄肉部に径方向に沿って連続して形成された第1連通路24と、前記リンクアーム14の内部軸方向に形成されて、嵌合孔14cとピン孔14dとを連通する第2連通路25とから主として構成されている。
【0037】
前記油孔22は、シリンダヘッド1内部のオイルギャラリーから前記カム軸受の内部に連続して形成された図外の油導入通路に連通している一方、前記油通路23は、対応する駆動軸3の周壁に形成された通孔26を介して前記油孔22に連通している。
【0038】
前記第1連通路24は、図2及び図3に示すように、駆動軸3の周壁に形成されて油通路23と連通する大径油孔24aと、駆動カム5の最薄肉部に大径油孔24aと同心上に連続して形成された小径油孔24bとから構成されている。
【0039】
前記第2連通路25は、リンクアーム14の嵌合孔14cとピン孔14dとの間の内部にほぼ軸方向に沿って形成されていると共に、一端開口25aが嵌合孔14cの内周面ほぼ中央位置に形成されている一方、他端開口25bがピン孔14dの内周面ほぼ外端側寄りに形成されて、全体が傾斜状に形成されている。また、前記一端開口25aは、駆動カム5の回転位置によって前記第1連通路24の小径油孔24bに合致するようになっている。
【0040】
また、駆動カム5は、機関停止時において、第1連通路24の小径油孔24bが前記第2連通路25の一端開口25aに合致せずに、その外周面で一端開口25aをほぼ閉塞される回転位置に制御されている。
【0041】
なお、前記ロッカアーム13の支持孔13cと制御カム18との間は、制御軸17の内部軸芯方向に形成された油通路部30と、制御カム18の内部径方向に形成された油孔部31などからなる別異の潤滑油供給回路によって潤滑されるようになっている。
【0042】
以下、本実施形態における可変機構の作動を簡単に説明すれば、低リフト制御時には、コントローラからの制御信号によって電動アクチュエータを介して制御軸17が一方向へ回転駆動される。このため、制御カム18は、肉厚部が制御軸17に対して一方向へ回動して、かかる回動角度位置に保持される。これにより、ロッカアーム13の一端部13a側が、制御軸17に対して下方向へ移動すると共に、他端部13b側が上方向へ回動する。このため、各揺動カム7は、リンクロッド15を介してカムノーズ部7a側を強制的に引き上げられて全体が図5の反時計方向へ回動する。
【0043】
したがって、駆動カム5が回転してリンクアーム14がロッカアーム13の一端部13aを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド15を介して揺動カム7及びバルブリフター6に伝達されるが、そのリフト量は十分小さくなる。
【0044】
よって、吸気弁2,2のバルブリフト量が小さくなると共に、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、例えば低負荷域の燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。
【0045】
一方、高リフト制御時は、コントローラからの制御信号によって電動アクチュエータにより制御軸17が他方向へ回転駆動される。したがって、制御軸17が、制御カム18を所定回転角度位置まで回転させ、肉厚部を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム13の一端部13a側が上方へ移動し、他端部13b側が下方へ移動して揺動カム7のカムノーズ部7aを、リンクロッド15を介して下方へ押圧して該揺動カム7全体が図5の時計方向へ回動させる。
【0046】
したがって、各揺動カム7の各バルブリフター6の上面6aに対する各カム面7cの当接位置がカムノーズ部7a側に移動する。このため、駆動カム5が回転してロッカアーム13の一端部13aを、リンクアーム14を介して押し上げると、バルブリフター6に対するそのリフト量は大きくなる。
【0047】
よって、各吸気弁2のバルブリフト量が大きくなって、開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、例えば、高負荷域における吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
【0048】
次に、この実施形態における潤滑油供給回路の作用について説明する。機関の作動中に、油孔22及び通孔26を介して油通路23内に供給された潤滑油は、図2及び図3に示すように、第1連通路24の大径油孔24aと小径油孔24bを通って嵌合孔14cの内周面と駆動カム5の外周面との間に供給される。
【0049】
このとき、駆動カム5が偏心回転していることから、外周面と嵌合孔14cの内周面との接触個所は回転方向の負荷が掛かる部位だけとなり、他の部位では三日月状の微少な隙間Cが形成される。したがって、この微少隙間内に第1連通路24から流出した潤滑油が保持されて、駆動カム5の回転に伴って前記微少隙間Cの形成位置が移動して、いわゆるポンプ作用が発生する。
【0050】
このため、該微少隙間Cが第2連通路25の一端開口25aに連通した位置で、微少隙間C内の潤滑油が、第2連通路25内に強制的かつ十分に圧送されることになる。
【0051】
よって、嵌合孔14cの内周面と駆動カム5の外周面との間の潤滑性が良好になることは勿論のこと、潤滑油が第2連通路25からロッカアーム13とリンクアーム14の枢支部であるピン孔14dの内周面とピン19の外周面との間に強制的に供給されるので、該枢支部での潤滑性能の低下を防止できる。
【0052】
また、図3及び図4に示すように、駆動カム5の回転によって第1連通路24の小径油孔24bと第2連通路25の一端開口25aとが合致した際には、潤滑油が第1連通路24から第2連通路25へ直接的に供給されるので、前記枢支部での高い潤滑性を得ることができる。
【0053】
また、第2連通路25は、傾斜状に形成されていることから、通路長が長くなって、該第2連通路25内に潤滑油を十分保持させることができ、機関の再始動に第2連通路25内に保持された潤滑油を枢支部に即座に供給することが可能になる。
【0054】
また、第2連通路25が傾斜状になっていることから、垂直状になっている場合と比較して潤滑油の保持性が良好になり、機関停止後に潤滑油が第2連通路25内から流下して外部に容易に抜け出してしまうのを防止できる。
【0055】
また、駆動カム5は、機関停止時には、外周面で第2連通路25内の潤滑油は一端開口25aが閉塞された状態になっていることから、第2連通路25内の潤滑油は容易に流下せずに長時間に渡って貯留することが可能になる。したがって、機関の再始動時において、第2連通路25内の潤滑油をピン19の外周面とピン孔14dの内周面との間に即座に供給することができ、潤滑性能を十分に発揮させることができる。
【0056】
また、前記別異の潤滑油供給回路によってロッカアーム13の支持孔13cの内周面と制御カム18の外周面との間の潤滑性能も向上する。
【0057】
前記実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下に記載する。
【0058】
前記ロッカアームは、制御軸の外周に固定された偏心制御カムの外周面に揺動自在に支持されていると共に、他端部に機関弁を開閉作動させる揺動カムがリンクロッドを介して連係され、前記制御軸と制御カムを機関運転状態に応じて回転制御することにより、前記ロッカアームの揺動支点を変化させて、揺動カムの機関弁に対する摺動位置を変化させることにより、機関弁のバルブリフト量を変化させる可変機構を備えたことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の動弁装置。
【0059】
この発明によれば機関運転状態に応じて、機関弁のバルブリフト量などを可変制御できることから、低リフト制御時における機関弁のバルブオーバラップが小さくなる。このため、例えば低負荷域の燃費の向上と機関の安定した回転が得られる一方、高リフト制御時には、高負荷域における吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
【0060】
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、前記吸気弁側ばかりか排気弁側に適用することも可能であり、また動弁装置としては、可変機構を備えない通常の動弁装置に適用することも可能である。
【0061】
また、ロッカアームとしては、一端部で直接機関弁を押圧する一般的なロッカアームとすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る動弁装置の第1の実施態様を示す断面図である。
【図2】本実施形態の作用を示す図1のA−A線矢視図である。
【図3】本実施形態の作用を示す図1のA−A線矢視図である。
【図4】図3に対応する本実施形態の要部断面図である。
【図5】本実施形態の動弁装置を示す斜視図である。
【図6】本実施形態の動弁装置の平面図である。
【符号の説明】
2…吸気弁
3…駆動軸
4…カムシャフト
5…駆動カム
7…揺動カム
8…伝達機構
9…可変機構
13…ロッカアーム
13a,13b…端部
14…リンクアーム
15…リンクロッド
19…ピン
23…油通路
24…第1連通路
25…第2連通路
25a…一端開口
25b…他端開口
Claims (3)
- 内部に油通路が形成された駆動軸と、
該駆動軸の外周に一体的に固定されて、該軸芯が駆動軸の軸芯と偏心した駆動カムと、
一端部に形成された嵌合孔を前記駆動カムの外周面に回転自在に嵌合するリンクアームと、
一端部が前記リンクアームの他端部に枢支部を介して回転自在に連結され、揺動に伴って他端部側で機関弁を開閉作動させるロッカアームと、
前記駆動カムの内部に形成されて一端が前記油通路に連通する第1連通路と、前記リンクアームの内部に形成されて、一端部が前記嵌合孔の内周面に開口形成されて前記第1連通路の他端部に適宜連通し、他端部が前記ロッカアームとの枢支部に開口形成された第2連通路とを備えた内燃機関の動弁装置において、
前記駆動カムの外周面と前記嵌合孔の内周面とを直接接触状態で摺接させると共に、前記油通路から第1連通路を通って駆動カムと嵌合孔の内外周面間に供給された潤滑油を、前記駆動カムが前記嵌合孔内で偏心回転することによって生じる振動ポンプ作用によって第2連通路内に強制圧送したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。 - 前記第2連通路を、リンクアームの軸方向に対して傾斜状に形成したことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の動弁装置。
- 第2連通路の一端開口を、機関停止時に、前記駆動カムの外周面によってほぼ閉塞される位置に設定したことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の動弁装置。
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