JP2005140026A - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カムに当接するローラをロッカーアームに移動自在に支持したエンジンの動弁装置において、ローラの回転軸がロッカーアームから離間して騒音を発生するのを防止する。
【解決手段】 エンジンの動弁装置は、ロッカーアームシャフト１３を支点として揺動するロッカーアーム１５に支持されてカム１６に当接するローラ１７を、アクチュエータ２１の駆動力で第１、第２リンク１８，２０を介してロッカーアーム１５の長手方向に沿って移動させることで、バルブリフトおよびバルブタイミングを変更する。このとき、ローラ１７の回転軸１７ａがロッカーアーム１５に形成したガイド溝１５ａに案内されるので、エンジンの高速運転時にもローラ１７の回転軸１７ａがガイド溝１５ａから離間することを防止して騒音を抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カムシャフトと、カムシャフトに設けられたカムと、バルブを開閉駆動するロッカーアームと、ロッカーアームに支持されてカムに当接するローラと、ローラをロッカーアームの長手方向に沿って移動させるアクチュエータとを備えたエンジンの動弁装置に関する。

かかるエンジンの動弁装置は下記特許文献１により公知である。この動弁装置によれば、カムに当接するローラをロッカーアームの長手方向に沿って移動させることで、バルブリフトをおよびバルブタイミングを可変とすることができる。
特開２００１−１６４９１１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたものは、ロッカーアームに設けた円弧状のスリッパ面に沿ってローラの回転軸が案内されるようになっているため、エンジンの高速運転時にローラの回転軸がロッカーアームのスリッパ面から飛び跳ねてしまい、その回転軸がスリッパ面に衝突する際に騒音を発する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、カムに当接するローラをロッカーアームに移動自在に支持したエンジンの動弁装置において、ローラの回転軸がロッカーアームから離間して騒音を発生するのを防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、カムシャフトと、カムシャフトに設けられたカムと、バルブを開閉駆動するロッカーアームと、ロッカーアームに支持されてカムに当接するローラと、ローラをロッカーアームの長手方向に沿って移動させるアクチュエータとを備えたエンジンの動弁装置において、ロッカーアームに、ローラを支持するの回転軸の移動を案内するガイド溝を形成したことを特徴とするエンジンの動弁装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、アクチュエータは、カムの位相に応じてローラの位置を変更することを特徴とするエンジンの動弁装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、ローラの回転軸がロッカーアームのガイド溝の所定位置にあるとき、カムはローラから離間することを特徴とするエンジンの動弁装置が提案される。

請求項１の構成によれば、ロッカーアームに支持されてカムに当接するローラを、アクチュエータでロッカーアームの長手方向に沿って移動させることで、バルブリフトおよびバルブタイミングを変更することができる。このとき、ローラを支持する回転軸がロッカーアームに形成したガイド溝に案内されるので、エンジンの高速運転時にもローラの回転軸がガイド溝から離間することを防止して騒音を抑制することができる。

請求項２の構成によれば、カムの位相に応じてアクチュエータがローラの位置を変更するので、バルブリフトおよびバルブタイミングの変更に加えて、バルブ総開角の変更をも可能にすることができる。

請求項３の構成によれば、ローラの回転軸をロッカーアームのガイド溝の所定位置に移動させるとカムがローラから離間するため、バルブ休止を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の第１実施例を示すもので、図１はエンジンの動弁装置の正面図、図２はエンジンの動弁装置の斜視図、図３は最大バルブリフト時の作用説明図、図４は最小バルブリフト時の作用説明図、図５はバルブのリフト曲線を示す図である。

図１および図２に示すように、４サイクルＤＯＨＣ型エンジンのシリンダヘッドに設けられてバルブ１１（吸気バルブおよび排気バルブの両方を含む）を開閉駆動する動弁装置は、エンジンのクランクシャフトによりタイミングチェーンあるいはタイミングベルトを介して回転駆動されるカムシャフト１２と、一端がロッカーアームシャフト１３に枢支され、他端にバルブ１１のステムエンド１１ａに当接するアジャストボルト１４が設けられたロッカーアーム１５と、ロッカーアーム１５の中間部に移動自在に設けられてカムシャフト１２のカム１６に当接するローラ１７と、ロッカーアーム１５の中間部に長手方向に形成されてローラ１７の回転軸１７ａを案内するガイド溝１５ａ，１５ａと、一端がロッカーアームシャフト１３に固定された一対の第１リンク１８，１８と、第１リンク１８，１８の他端にピン１９で一端を枢支され、他端にローラ１７の回転軸１７ａを支持する一対の第２リンク２０，２０と、ロッカーアームシャフト１３を正逆転させる例えば電動モータよりなるアクチュエータ２１とを備える。バルブ１１は、ステムエンド１１ａに固定したリテーナ２２に上端を当接させたバルブスプリング２３により上向き（閉弁方向）に付勢される。バルブスプリング２３の上向きの付勢力により、ロッカーアーム１５はローラ１７がカム１６に当接する方向に付勢される。

ロッカーアーム１５のガイド溝１５ａ，１５ａの形状は円弧状であり、カム１６のベース円部１６ａがローラ１７に当接しているとき、その円弧の中心はカムシャフト１２の軸線Ｌ１に一致する。アクチュエータ２１によってロッカーアームシャフト１３が軸線Ｌ２まわりに反時計方向に回転すると、第１リンク１８，１８の他端のピン１９の軸線Ｌ３が軸線Ｌ２を中心とする円弧上を図１における左側に移動し、第２リンク２０，２０の他端に支持したローラ１７の回転軸１７ａの軸線Ｌ４がガイド溝１５ａ，１５ａ内を図１における左側に移動する。

その結果、図３に示すように、ローラ１７の回転軸１７ａの軸線Ｌ４がロッカーアームシャフト１３の軸線Ｌ２に接近し、カム１６のリフト部１６ｂの高さが同じであっても、ロッカーアーム１５の揺動角が増加してバルブリフトが増加する。

一方、アクチュエータ２１によってロッカーアームシャフト１３が軸線Ｌ２まわりに時計方向に回転すると、第１リンク１８，１８の他端のピン１９の軸線Ｌ３が軸線Ｌ２を中心とする円弧上を図１における右側に移動し、第２リンク２０，２０の他端に支持したローラ１７の回転軸１７ａの軸線Ｌ４がガイド溝１５ａ，１５ａ内を図１における右側に移動する。

その結果、図４に示すように、ローラ１７の回転軸１７ａの軸線Ｌ４がロッカーアームシャフト１３の軸線Ｌ２から離間し、カム１６のリフト部１６ｂの高さが同じであっても、ロッカーアーム１５の揺動角が減少してバルブリフトが減少する。

図５は、カムシャフト１２が矢印Ｒ方向に回転したときのバルブ１１のリフト曲線を示すもので、バルブリフトの最も大きいものが図３のローラ１７の位置に対応し、バルブリフトの最も小さいものが図４のローラ１７の位置に対応する。バルブリフトが小さくなっても緩衝曲線が存在するため、バルブ１１の着座騒音が発生する虞はない。またカム１６のプロファイルが一定であることから、バルブリフトが変化してもバルブ開角αは一定である。但し、ローラ１７がバルブリフトが減少する方向（図１において右方向）に移動すると、矢印Ｒ方向に回転するカム１６がローラ１７に接触するタイミングが次第に遅れるため、バルブリフトが減少するに伴ってバルブタイミングは遅れ方向に変化する。しかもガイド溝１５ａ，１５ａを円弧状としたことで、カムシャフト１２の軸線Ｌ１とローラ１７の軸線Ｌ４との距離が一定になり、タペットクリアランスが変化することがない。

尚、カム１６の回転方向を矢印Ｒ方向と逆方向に設定すれば、ローラ１７がバルブリフトが減少する方向（図１において右方向）に移動すると、矢印Ｒ方向と逆方向に回転するカム１６がローラ１７に接触するタイミングが次第に早まるため、バルブリフトが減少するに伴ってバルブタイミングは進み方向に変化する。従って、バルブタイミングを変化させることで、吸気バルブおよび排気バルブのバルブオーバーラップ量を容易に制御することができる。

このように、アクチュエータ２１でロッカーアームシャフト１３を回転させてローラ１７の位置をロッカーアーム１５のガイド溝１５ａ，１５ａに沿って移動させるだけの簡単な構造で、複数のカムを選択的に使用したり、カムのプロファイルを変更したりすることなく、バルブリフトおよびバルブタイミングを変更してエンジンの運転状態に応じた適切なバルブ特性を得ることができる。

またローラ１７の回転軸１７ａがロッカーアーム１５のガイド溝１５ａ，１５ａに嵌合して案内されるので、エンジンの高速運転時にもローラ１７の回転軸１７ａがロッカーアーム１５から浮き上がることがなく、これによりローラ１７の回転軸１７ａとロッカーアーム１５との衝突による騒音の発生を防止することができる。

次に、図６に基づいて本発明の第２実施例を説明する。

第１実施例ではバルブ特性の変更時にのみアクチュエータ２１を駆動してローラ１７の位置をロッカーアーム１５のガイド溝１５ａ，１５ａに沿って移動させていたが、第２実施例ではカムシャフト１２の回転に同期してアクチュエータ２１を周期的に駆動することで、バルブリフト曲線を更に多様に変化させるものである。尚、第２実施例の動弁装置自体の構造は、第１実施例のものと同じである。

図６（Ａ）はバルブ開角を減少させる場合であり、実線で示すバルブリフト曲線は図１のバルブリフトが中程度の状態を示している。そしてバルブリフトが最大になる位置からアクチュエータ２１を駆動してカム１６に対してローラ１７を逆方向に移動させることにより、図３に示す高バルブリフトの状態（破線参照）に変更するものである。カム１６に対してローラ１７を逆方向に移動させるとは、図１において矢印Ｒ方向に回転するカム１６がローラ１７に対して左から右に移動するのに対し、ローラ１７をロッカーアームシャフト１３に近づくように右から左に移動させることを意味している。その結果、バルブリフトを一定に保持したまま閉弁タイミングを早めて総開角を減少させることができる。

図６（Ｂ）はバルブ開角を増加させる場合であり、実線で示すバルブリフト曲線は図１のバルブリフトが中程度の状態を示している。そしてバルブリフトが最大になる位置からアクチュエータ２１を駆動してカム１６に対してローラ１７を同方向に移動させることにより、図４に示す低バルブリフトの状態（破線参照）に変更するものである。カム１６に対してローラ１７を同方向に移動させるとは、図１において矢印Ｒ方向に回転するカム１６がローラ１７に対して左から右に移動するのに対し、ローラ１７をロッカーアームシャフト１３から遠ざかるように左から右に移動させることを意味している。その結果、バルブリフトを一定に保持したまま閉弁タイミングを遅らせて総開角を増加させることができる。

図６（Ｃ）はバルブリフトを段付きに変化させながらバルブ開角を増加させる場合であり、実線で示すバルブリフト曲線は図１のバルブリフトが中程度の状態を示している。そしてバルブリフトが減少する途中の位置からアクチュエータ２１を駆動してカム１６に対してローラ１７を同方向に移動させることにより、図４に示す低バルブリフトの状態（破線参照）に変更するものである。その結果、バルブリフトを段付きに減少させながら閉弁タイミングを遅らせて総開角を増加させることができる。

次に、図７に基づいて本発明の第３実施例を説明する。

第３実施例はロッカーアーム１５のガイド溝１５ａ，１５ａの形状が第１実施例と異なっており、その他の構造は第１実施例と同じである。即ち、第３実施例のガイド溝１５ａ，１５ａはアジャストボルト１４に近い側の端部が逆方向（カムシャフト１２の軸線Ｌ１から遠ざかる方向）に湾曲している。従って、アクチュエータ２１でロッカーアームシャフト１３を時計方向に回転させて、図７（Ａ）の状態から図７（Ｂ）の状態へとローラ１７をガイド溝１５ａ，１５ａの右端まで移動させると、カムシャフト１２の軸線Ｌ１からローラ１７の軸線Ｌ４までの距離が増加することで、カム１６のリフト部１６ａがローラ１７に届かなくなる。これにより、バルブ１１を閉弁状態に維持し、簡単な構造でバルブ休止制御を実現することができる。しかも上記バルブ休止時にカム１６は完全に空動するため、フリクションを大幅に低減して燃料消費量の節減に寄与することができる。

尚、カムシャフト１２の回転に同期してアクチュエータ２１を周期的に駆動して吸気行程中に吸気バルブ１１を２回開弁させれば、ポンピングロスを増加させることなく吸入空気量を増加させ、かつ筒内温度を低下させてノッキングタフネスを高めることで、エンジンＥの出力を増加させることができる。

具体的には、カム１６のリフト部１６ｂの上り傾斜部分の前半でバルブ１１を開弁した後、前記上り傾斜部分の後半でローラ１７をバルブリフトが減少する方向（ロッカーアームシャフト１３から遠ざかる方向）に移動させ、カム１６のリフト部１６ｂのピーク位置でバルブリフトを強制的に０にすることで、バルブ１１の１回目の開閉を実現する。続いて、カム１６のリフト部１６ｂの下り傾斜部分の前半で、ローラ１７を元の位置へと移動させてバルブ１１を開弁した後、前記下り傾斜部分の後半でバルブ１１を閉弁することで、バルブ１１の２回目の開閉を実現することができる。

次に、図８に基づいて本発明の第４実施例を説明する。

第１〜第３実施例ではＤＯＨＣエンジンの動弁装置を説明したが、第４実施例はＳＯＨＣエンジンの動弁装置における吸気バルブ１１の駆動に本発明を適用したものである。即ちシリンダヘッドの中央部に配置されたカムシャフト１２には吸気カム１６および排気カム１６′が設けられており、排気カム１６′は通常のロッカーアーム１５′を介して排気バルブを駆動する。

一方、吸気バルブ１１を駆動すべく、ロッカーアームシャフト１３に中間部を枢支されたロッカーアーム１５は、その一端に形成したガイド溝１５ａ，１５ａにローラ１７の回転軸１７ａが移動自在に案内され、その他端に設けたアジャストボルト１４が吸気バルブ１１のステムエンド１１ａに当接する。一端がロッカーアームシャフト１３に固定された一対の第１リンク１８，１８の他端に、一対の第２リンク２０，２０の一端がピン１９で枢支されており、第２リンク２０，２０の他端に回転軸１７ａを支持されたローラ１７が吸気カム１６に当接する。ロッカーアーム１５のガイド溝１５ａ，１５ａの形状は、ローラ１７がカム１６のベース円部に当接しているとき、カムシャフト１２の軸線Ｌ１を中心とする円弧状とされる。そしてロッカーアームシャフト１３はアクチュエータ２１に接続されて正逆転駆動される。

しかして、図８（Ａ）に示すように、ローラ１７がガイド溝１５ａ，１５ａの中間部にあるとき、ローラ１７とロッカーアームシャフト１３との距離が中程度となることでバルブリフトも中程度となり、図８（Ｂ）に示すように、ロッカーアームシャフト１３を反時計方向に回転させてローラ１７をガイド溝１５ａ，１５ａの左端に移動させると、ローラ１７とロッカーアームシャフト１３との距離が最大になることでバルブリフトが最小になり、図８（Ｃ）に示すように、ロッカーアームシャフト１３を時計方向に回転させてローラ１７をガイド溝１５ａ，１５ａの右端に移動させると、ローラ１７とロッカーアームシャフト１３との距離が最小になることでバルブリフトが最大になる。

このとき、カムシャフト１２が矢印Ｒ方向に回転する場合には、バルブリフトが減少するのに伴ってバルブタイミングが遅れ方向に変化し、カムシャフト１２が矢印Ｒ′方向に回転する場合には、バルブリフトが減少するのに伴ってバルブタイミングが進み方向に変化する。

従って、この第４実施例によっても上述した第１実施例と同様の作用効果を達成することができる。

しかも従来のＶＴＣ（位相可変装置）では吸気バルブおよび排気バルブが別個のカムシャフトで駆動されるＤＯＨＣエンジンにしか適用できなかったが、この第４実施例によれば、ＳＯＨＣエンジンでありながら吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを独立に制御できるので、バルブオーバーラップ量を容易に調整することができる。

次に、図７で説明したバルブ休止が可能な第３実施例に関連する第５実施例を、図９に基づいて説明する。

それに先立ち、図１１に基づいて、バルブ休止を行わない通常の４サイクル運転のタイムチャートを説明する。丸付き数字で示す第１行程は燃焼行程を、第２行程は排気行程を、第３行程は吸気行程を、第４行程は圧縮行程をそれぞれ示している。丸付き数字に下線を施した行程が燃焼行程を示している。

さて、図９に示す６サイクル運転では、吸気バルブが２回の開弁および１回の休止を繰り返し、排気バルブが２回の開弁および１回の休止を繰り返すものであり、最初のサイクルの第１行程〜第６行程では、第３行程が吸入行程、第４行程が圧縮行程、第５行程が燃焼行程、第６行程が排気行程になり、それに続くサイクルの第１行程〜第６行程では、第１行程が吸入行程、第２行程が圧縮行程、第３行程が燃焼行程、第４行程が排気行程になり、以下、その２種類のサイクルが交互に繰り返される。このように、第５行程が燃焼行程となるサイクルと、第３行程が燃焼行程になるサイクルとが交互に繰り返されるため、爆発間隔は不等間隔になる。

この６サイクル運転は、通常の４サイクル運転を２回行った後に吸気バルブおよび排気バルブを共に休止する空打ちの４サイクル運転を１回行うものに相当する。

この第５実施例によれば、燃焼間隔が空打ちの分だけ広がるために筒内温度が低下し、ノッキングに対するタフネスを向上させることができる。

図１１に示す第６実施例はバルブ休止を用いた８サイクル運転に関するものである。

この８サイクル運転は、吸気バルブおよび排気バルブを共に１回おきに休止するもので、通常の４サイクル運転と、吸気バルブおよび排気バルブを共に休止する空打ちの４サイクル運転とを交互に行うものに相当し、第１行程が燃焼行程、第２行程が排気行程、第３行程が吸気行程、第４行程が圧縮行程になる。

この第６実施例には種々の変形例が考えられる。図１１の実施例では排気行程（第２行程）の直前の第１行程を燃焼行程としているが、排気行程（第２行程）の直前でない第５行程あるいは第７行程を燃焼行程とすることもできる。また１回のサイクル中に２回の燃焼行程を設けることができる。具体的には、排気行程（第２行程）の前の第５行程および第１行程の両方を燃焼行程としたり、第７行程および第１行程の両方を燃焼行程としたり、第５行程および第７行程の両方を燃焼行程としたりすることができる。

このように、排気行程（第２行程）の直前でない行程を燃焼行程とすることで、排気ガスがシリンダ内に滞留する時間を長くして高温状態を維持し、排気ガス中のＨＣの低減に寄与することができる。また第５行程で燃焼を行わない場合には、吸入行程（第３行程）で吸入された混合気が第４行程および第８行程で２回圧縮されるため、混合気の混合状態を均一化して燃焼の安定性を高めることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、図６の第２実施例ではバルブリフトおよびバルブ開角を変更する三つの例を示したが、ローラ１７を移動させる方向およびタイミングを種々に変化させることで、バルブリフトおよびバルブ開角の組み合わせを更に多様に変更することができる。

また第１〜第３実施例において、本発明の動弁装置を吸気バルブだけ、排気バルブだけあるいは吸気バルブおよび排気バルブの両方に適用することができる。

また第４実施例では本発明の動弁装置を吸気バルブに適用しているが、排気バルブだけあるいは吸気バルブおよび排気バルブの両方に適用することができる。

第１実施例に係るエンジンの動弁装置の正面図 エンジンの動弁装置の斜視図 最大バルブリフト時の作用説明図 最小バルブリフト時の作用説明図 バルブのリフト曲線を示す図 第２実施例に係るエンジンの動弁装置のバルブのリフト曲線を示す図 第３実施例に係るエンジンの動弁装置の正面図 第４実施例に係るエンジンの動弁装置の正面図 第５実施例に係る、６サイクル運転のタイムチャートを示す図 第６実施例に係る、８サイクル運転のタイムチャートを示す図 従来の４サイクル運転のタイムチャートを示す図

符号の説明

１１ バルブ
１２ カムシャフト
１５ ロッカーアーム
１５ａ ガイド溝
１６ カム
１７ ローラ
１７ａ 回転軸
２１ アクチュエータ

Claims (3)

1. カムシャフト（１２）と、
   カムシャフト（１２）に設けられたカム（１６）と、
   バルブ（１１）を開閉駆動するロッカーアーム（１５）と、
   ロッカーアーム（１５）に支持されてカム（１６）に当接するローラ（１７）と、
   ローラ（１７）をロッカーアーム（１５）の長手方向に沿って移動させるアクチュエータ（２１）と、
   を備えたエンジンの動弁装置において、
   ロッカーアーム（１５）に、ローラ（１７）を支持する回転軸（１７ａ）の移動を案内するガイド溝（１５ａ）を形成したことを特徴とするエンジンの動弁装置。
2. アクチュエータ（２１）は、カム（１６）の位相に応じてローラ（１７）の位置を変更することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの動弁装置。
3. ローラ（１７）の回転軸（１７ａ）がロッカーアーム（１５）のガイド溝（１５ａ）の所定位置にあるとき、カム（１６）はローラ（１７）から離間することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のエンジンの動弁装置。
   

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