JP2008095600A - 多気筒内燃機関の動弁装置及びその組立方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 一気筒内における揺動カム軸の倒れ量を減少させて各揺動カムによる各機関弁のバルブリフト量を均一化すると共に、各揺動カム軸の倒れ量を気筒間で合わせることにより各気筒間のバルブリフト差を均一化する。
【解決手段】クランクシャフトによって回転駆動され、外周に駆動カム15が設けられた駆動軸13と、該駆動軸の外周に所定のクリアランスをもって挿通孔18aを介して揺動カム軸18が軸支され、この揺動カム軸の軸方向の両端側外周に一気筒当たり一対の揺動カム19a、19bが設けられた揺動カム構成体17と、前記一対の揺動カムが揺動運動することによって開閉作動される2つの吸気弁2a、2bとを備え、駆動軸に対する揺動カム軸の径方向の倒れに伴う各吸気弁のリフト差を各気筒間で揃えるように、前記挿通孔の内径に基づいて前記気筒毎に前記揺動カム軸を選択的に組み付けるようにした。
【選択図】 図1

Description

本発明は、例えば、吸気弁や排気弁である機関弁のバルブリフト量や作動角等の作動状態を機関の運転状態に応じて制御可能な多気筒内燃機関の動弁装置に関し、特に、一対の揺動カムを有する揺動カム軸の支軸に対する倒れ量の気筒間のばらつきを減少させて気筒間における機関弁のバルブリフト量をほぼ均一にさせる多気筒内燃機関の動弁装置及びその組立方法に関する。
従来の多気筒内燃機関の動弁装置としては、種々提供されており、その1つとして、例えば以下の特許文献1に記載されたものが知られている。
前記動弁装置は、外周に駆動カムが設けられ、クランクシャフトの回転力が伝達される駆動軸と、前記駆動カムから伝達された回転力を揺動運動に変換する伝達機構と、前記伝達機構のロッカアームによって揺動して各バルブリフターを介して一気筒あたり2つの吸気弁を開閉作動させる一対の揺動カムと、機関運転状態に応じて前記吸気弁のバルブリフト量や作動角を可変にするリフト可変機構とを備えている。
このリフト可変機構は、制御機構によって回転制御される一本の制御軸の外周に気筒毎にそれぞれ制御カムが設けられ、該各制御カムを回転制御することによって前記ロッカアームなどの伝達機構の姿勢を変化させることにより、前記各揺動カムを介して各吸気弁のバルブリフト特性を変化させるようになっている。
前記各揺動カムは、内部の挿通孔を介して前記駆動軸の外周に回転自在に挿通配置された円筒状の揺動カム軸の軸方向の両端部に一体に設けられており、この各下面に有するカム面が前記バルブリフターの上面に摺動して各吸気弁を開閉作動させるようになっている。
特開2004−60635号公報
ところで、前記動弁装置にあっては、リフト可変機構によって吸気弁のバルブリフト量を可変制御することによって機関性能を十分に高めることができるようになっているが、製造時などに発生する前記揺動カム軸の挿通孔の内周面と駆動軸の外周面間のクリアランスのばらつきに起因して、前記揺動カム軸が駆動軸上において傾いた状態で作動する場合がある。このような揺動カム軸の傾いた状態で作動すると、各揺動カムによる各バルブリフターに対するカムリフト量が変化して、各吸気弁のバルブリフト量にばらつきが生じ易くなる。さらに、前記揺動カム軸の倒れ量が気筒間でばらつくことによって機関性能が低下してしまう。
特に、小バルブリフト制御時には、このバルブリフト量のばらつきが機関性能に大きな影響を与えてしまう。
本発明は、前記従来の多気筒内燃機関の動弁装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、気筒間における揺動カム軸の倒れ量のばらつきを減少させるために、各揺動カム軸の倒れ量を気筒間で合わせることにより各気筒の2弁間のバルブリフト差を均一化して機関性能の低下を防止できる多気筒内燃機関の動弁装置及びその組立方法を提供することを目的としている。
本発明は、前記従来の多気筒内燃機関の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、多気筒内燃機関の動弁装置であって、機関のクランクシャフトによって回転駆動され、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、支軸の外周に所定のクリアランスをもって挿通孔を介して揺動自在に軸支され、軸方向の両端側外周に一気筒当たり2つの揺動カムが設けられた揺動カム軸と、前記揺動カム軸を介して前記一対の揺動カムが揺動運動することによって開閉作動される一対の機関弁と、前記揺動カム軸の軸方向の一端部と連係しかつ前記駆動カムの回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構と、前記支軸に対する揺動カム軸の径方向の倒れに伴う前記一対の機関弁間のリフト差を各気筒間で揃えるように、少なくとも前記挿通孔の内径に基づいて前記気筒毎に前記揺動カム軸を選択的に組み付けることを特徴としている。
この発明によれば、揺動カム軸の倒れ量を各機関弁間でほぼ均一にすることができ、これによって一対の機関弁のバルブリフト差の気筒間のばらつきを低減できる。よって、機関性能や安定性を向上させることが可能になる。
請求項2に記載の発明は、多気筒内燃機関の動弁装置の組立方法であって、とりわけ、支軸の外径寸法と前記揺動カム軸の挿通孔の内径寸法とを計測する工程と、前記支軸に対する揺動カム軸の径方向の倒れに伴う前記各機関弁のリフト差を各気筒間で揃えるように、前記計測工程で計測された前記挿通孔の内径寸法に基づいて、気筒毎に前記支軸に対して揺動カム軸を選択的に組み付ける組付工程と、を備えたことを特徴としている。
この発明によれば、請求項1の発明と同様の作用効果が得られる。
請求項3に記載の発明は、同じく組立方法に関し、とりわけ、前記支軸の外径寸法と前記揺動カム軸の挿通孔の内径寸法とを計測する工程と、前記支軸に対する揺動カム軸の径方向の倒れに伴う前記一対の機関弁のリフト差を各気筒間で揃えるように、前記計測工程で計測された前記挿通孔の内径寸法に基づいて、長さの異なる前記伝達機構を揺動カム軸に選択的に組み付ける組立工程と、
を備えたことを特徴としている。
請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の多気筒内燃機関の動弁装置の組立方法において、前記組付工程によって各揺動カム軸の気筒間における傾きを合わせた後に、前記一対の機関弁のリフト量を、前記伝達機構に有するリフト調整手段によって一対の機関弁の一方のリフト量または一対の機関弁のリフト量の平均リフト量またはリフト位置を所定の値に調整する調整工程と、をさらに備えたことを特徴としている。
この発明によれば、リフト調整手段によって、先に平均リフト量を合わせた後に揺動カム軸を選択してリフト差を合わせる際に平均リフトが目標からずれてしまう、といった問題がなくなる。
以下、本発明に係る多気筒内燃機関の動弁装置及びその組立方法の実施例を図面に基づいて詳述する。
この実施例では、動弁装置をV型6気筒内燃機関の吸気側に適用したものであって、図1及び図2では片バンク側の3気筒に適用した場合を示し、図2の右側(最前端側)が一番気筒気筒(NO.1)、中央側が二番気筒(NO.2)、左側(最後端側)が三番気筒(NO.3)の順になっている。
すなわち、動弁装置は、図1、図2及び図5、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て、バルブスプリング3a、3bによって閉方向に付勢された一気筒当たり2つの吸気弁2a、2bと、該各吸気弁2a、2bのバルブリフト量および作動角を可変制御する可変機構4と、該可変機構4の作動位置を制御する制御機構5と、該制御機構5を回転駆動するアクチュエータ6とを備えている。
前記可変機構4は、シリンダヘッド1の上部に有する軸受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に固定用ピンにより固設された一気筒当たり1つの駆動カム15と、駆動軸13の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁2a、2bの上端部に配設されたバルブリフター16a,16bの上面に摺接して各吸気弁2a、2bを開作動させる揺動カム構成体17と、駆動カム15と揺動カム構成体17との間に連係されて、駆動カム15の回転力を揺動カム構成体17の揺動力として伝達する伝達機構とを備えている。
前記駆動軸13は、内部中空状に形成されて、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従動スプロケット7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、矢印方向に設定されている。
また、この駆動軸13は、内部軸方向に図外のメインオイルギャラリーから潤滑油が供給される油通路13aが形成されている。
前記軸受14は、図5Aに示すように、シリンダ1上に配置され、後述の揺動カム軸18を介して駆動軸13を回転自在に支持するメインブラケット14aと、メインブラケット14aの上端部に設けられて後述の制御軸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。
前記駆動カム15は、円環状のカム本体の軸心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。
前記揺動カム構成体17は、図1〜図4にも示すように、支軸としての前記駆動軸13の外周面13aに回転自在に嵌挿配置された円筒状の揺動カム軸18と、該揺動カム軸18の軸方向の両端部に所定間隔を置いて一体に設けられた一対の第1、第2揺動カム19a,19bとから構成され、前記揺動カム軸18を介して駆動軸13に揺動自在に支持されている。
前記揺動カム軸18は、内部に前記駆動軸13が挿通される挿通孔18aが貫通形成されていると共に、外周面の軸方向ほぼ中央位置には前記メインブラケット14aに回転自在に軸受されるジャーナル部18bが一体に形成されている。
前記挿通孔18aは、内周面の軸方向のほぼ中央位置に第1環状溝20aが形成されていると共に、該第1環状溝20aの所定間隔をおいた両側に一対の第2環状溝20b、20bが形成されている。
前記第1環状溝20aは、その軸方向の幅長さが比較的小さく、第2環状溝20b、20bの幅長さよりも小さく設定されている。一方、前記各第2環状溝20b、20bは、揺動カム軸18の軸方向の中心線Qを中心とした左右対称位置に形成されている。
また、前記挿通孔18aの内周面の前記第1環状溝20aを挟んだ両側には、一対の第1軸受面21a、21aが形成され、また、前記第2環状溝20b、20bの左右外側、つまり挿通孔18aの軸方向両端部には、一対の第2軸受面21b、21bがそれぞれ形成されており、前記第1軸受面21a、21aに跨った状態でかつ前記第2環状溝20b、20bを避けた位置に前記ジャーナル部18bが形成されている。
前記第1、第2揺動カム19a、19bは、それぞれ雨滴状に形成されて、先端に延びるカムノーズ部を有し、各下面にはカム面22a、22bがそれぞれ形成されている。
前記カム面22a、22bは、揺動カム軸18側のベースサークル面と、該ベースサークル面からカムノーズ部側に円弧状に延びるリフト面とを備え、このリフト面は、ベースサークル面側のランプ部と該ランプ部からカムノーズ部の先端側に有する最大リフトの頂面に連なる揚程部とによって構成されている。
さらに、前記第1揺動カム19aは、先端部のカムノーズ部側に、後述するリンクロッド25の他端部25bと連結するためのピン28が挿通されるピン孔19cが貫通形成されていると共に、上面の前後方向には、リンクロッド25からの揺動力やバルブスプリング3のばね力などからの大きな荷重を受ける剛性を確保するために第2揺動カム19bより強固に形成されている。
前記伝達機構は、駆動軸13の上方に気筒毎に1つずつ配置されたロッカアーム23と、該各ロッカアーム23の各一端部23aと前記各駆動カム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と第1揺動カム19aとを連係するリンクロッド25とを備えている。
前記ロッカアーム23は、中央に有する筒状基部の内部に形成された支持孔23c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、筒状基部から一方向に突設された前記一端部23aには、ピン26が突設されている一方、筒状基部の他方向に突設された前記他端部23bには、リンクロッド25の一端部と連結するピン27が嵌入するピン孔が形成されている。
前記リンクアーム24は、比較的大径な円環状の基部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のカム本体が回転自在に嵌合する嵌合孔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が貫通形成されている。
前記リンクロッド25は、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と第1揺動カム19aのカムノーズ部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が貫通形成されている。
前記制御機構5は、前記駆動軸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の外周面に一体に設けられ、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。
前記制御軸32は、駆動軸13と並行に機関前後方向に配設されていると共に、所定位置のジャーナル部が前記軸受14のメインブラケット14aとサブブラケット14bとの間に回転自在に軸受されている。
前記制御カム33は、気筒毎、つまり前記ロッカアーム23毎に設けられ、ほぼ偏心円環状に形成されていると共に、軸心P2位置が前記制御軸32の軸心P1から所定分だけ偏倚している。
前記駆動機構6は、図1に示すように、シリンダヘッド1の後端部に固定された図外のハウジングと、該ハウジングの一端部に固定された電動モータ35と、ハウジングの内部に設けられて電動モータ35の回転駆動力を前記制御軸32に伝達するボール螺子伝達機構36とから構成されている。
前記電動モ−タ35は、比例型のDCモータによって構成され、機関の駆動状態を検出するコントロールユニット38からの制御信号によって駆動するようになっている。
このコントロールユニット38は、クランク角センサ39やエアーフローメータ40、水温センサ41や、前記制御軸32の回転位置を検出するポテンショメータ42等の各種のセンサからの検出信号をフィードバックして現在の機関運転状態を演算などにより検出して、前記電動モータ35に制御電流を出力するようになっている。
前記ボール螺子伝達機構36は、前記ハウジング内に電動モータ35の駆動シャフトと同軸上に配置されたボール螺子軸43と、該ボール螺子軸43の外周に螺合する移動ナットであるボールナット44と、前記制御軸32の一端部に直径方向に沿って連結された連係アーム45と、該連係アーム45と前記ボールナット44とを連係するリンク部材46とから主として構成されている。
そして、ボールナット44は、各ボールを介してボール螺子軸43の回転運動により直線運動に変換しつつ軸方向の移動力が付与されるようになっている。
以下、本実施例の作用を簡単に説明すれば、まず、例えば、機関のアイドリング運転時を含む低回転運転領域には、コントロールユニット38からの制御電流によって電動モータ35がボール螺子軸43を一方向へ回転駆動すると、この回転に伴って各ボールがボール循環溝とガイド溝との間を転動しながらボールナット44を一方向へ直線状に移動させる。
これによって制御軸32は、図5A、Bに示すように、リンク部材46と連係アーム45とによって反時計方向に回転駆動されて、制御カム33が制御軸32の軸心P1の回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸13から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム23の他端部23bとリンクロッド25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19a、19bは、リンクロッド25を介してカムノーズ部側が強制的に引き上げられて全体が時計方向へ回動する。
よって、駆動カム15が回転してリンクアーム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を介して各揺動カム19及びバルブリフター16a、16bに伝達されるが、そのリフト量L1は充分小さくなる。
したがって、かかる機関の低回転領域では、バルブリフト量が最も小さくなることにより、各吸気弁2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。
また、機関高回転領域に移行した場合は、コントロールユニット38からの制御信号によって電動モータ36が逆回転してボール螺子軸43を同方向に回転駆動させるため、ボールナット44が各ボールを介して他方向へ直線移動する。
これによって、制御軸32は、制御カム33を図5A、Bに示す位置から時計方向へ回転させて、図6A、Bに示すように軸心P2を下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム23は、今度は全体が駆動軸13方向寄りに移動して他端部23bが揺動カム19aのカムノーズ部を、リンクロッド25を介して下方へ押圧して該各揺動カム19a、19b全体を所定量だけ反時計方向へ回動させる。
よって、駆動カム15が回転してリンクアーム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を介して第1,第2揺動カム19a、19b及びバルブリフター16a、16bに伝達されるが、そのリフト量は大きくなる。
よって、かかる高回転領域では、各吸気弁2のバルブリフト量L2が最大に大きくなり、該各吸気弁2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て十分な出力が確保できる。
ところで、前述した機関駆動中には、バルブスプリング3a,3bのばね力とリンクロッド25の押圧力などに起因して前記揺動カム軸18が駆動軸13に対して径方向へ傾いてしまい、結果的に各吸気弁2a、2bのリフト量に差が発生するといった問題がある。
以下、前記揺動カム軸18の傾きの原因について図3,図4などに基づいて説明する。まず、機関低回転域での揺動カム軸18の倒れについて図3に基づいて説明すると、第1揺動カム19aのカムノーズ部を介して揺動カム軸18の一端側を前記リンクロッド25が荷重FLの力で押し下げると、この押し下げ力によって両揺動カム19a、19bが各バルブリフター16a、16bを介して各吸気弁2a、2bを開作動させる。一方、同時に各揺動カム19a、19bには、各バルブスプリング3a、3bのばね荷重FS1、FS2が各バルブリフター16a、16bを介して上方向に作用する。
第1揺動カム19aに作用するバルブスプリング3aの荷重ベクトルFS1は、ほぼリンクロッド25の軸方向に沿った上方向の荷重として作用する。したがって、リンクロッド25側から作用する荷重FLの方向に重なるので、これによる揺動カム軸18に倒れモーメントは殆ど作用しない。
一方、第2揺動カム19bにも同様にバルブスプリング3bのばね荷重FS2が作用するが、第1揺動カム19aから長い距離Lだけ離れているため、第2揺動カム19bはこれより大きな倒れモーメントFS2×Lが反時計方向に作用する。
ここで、一方側(リンクロッド側)の吸気弁2aのバルブリフトY1と他方側の吸気弁2bのバルブリフトY2との関係は、Y1>Y2であり、ΔY=Y1−Y2の式となる。これは、一方側の吸気弁2aのリフトΔYだけ大きいことを意味する。
そして、揺動カム軸18の倒れ角は揺動カム軸18の挿通孔18aの内径E(内周面)と駆動軸13の外径F(外周面)との間のクリアランスΔDによって決定される。つまり、揺動カム軸18の軸受幅をSとするとき、ΔY≒ΔD×L/Sとなる。
ここで、挿通孔18aの内径Eや駆動軸13の外径Fはそれぞれ製造加工時のばらつきをもっているため、このΔDが気筒間でばらつくことになり、これによってΔYが各気筒間でばらつくことになる。したがって、気筒毎に混合気の流動がばらついたり、この結果、燃焼状態がばらついたり、吸気充填効率が気筒毎にばらついて機関の性能が低下すると共に回転の不安定化を招来する。
次に、機関高回転域における揺動カム軸18の倒れについて図4に基づいて説明すると、この高回転域では、各揺動カム19a、19bに作用する荷重としてバルブスプリング3a、3bのばね荷重FSよりも揺動カム19a、19bの慣性力FIの影響が大きくなっている。
すなわち、第1揺動カム19aに作用する揺動カム慣性荷重FI1が作用すると共に、一方側のバルブスプリング3aのばね荷重FS1も低回転の場合と同様に作用する。したがって、FI1−FS1の荷重が、ほぼリンクロッド25の軸方向に沿った下方向に作用するが、揺動カム軸18に倒れモーメントは殆ど発生しない。
一方、第2揺動カム19bにも同様に揺動カム慣性荷重FI2が作用して、バルブスプリング3bのばね荷重FS2も逆方向に作用する。
したがって、FI2−FS2の荷重が下方向に作用し、作用点が長さLだけ離れていることから、これによって第2揺動カム19bは大きな倒れモーメント{(FI2−FS2)×L}を受ける。そのモーメント方向は、低回転域における図3に示す場合とは逆方向の時計方向である。
この結果、揺動カム軸18は、時計方向へ倒れ、2つの吸気弁2a、2b間のリフト差ΔZが発生する。ここで、倒れ角は、揺動カム軸18の挿通孔18aの内径Eと駆動軸13の外径FのクリアランスΔDによって決定される。つまり、揺動カム軸18の軸受幅をSとするとき、ΔZ≒ΔD×L/Sとなる。
ここで、前述のように、ΔDは揺動カム軸18の挿通孔18a内径Eと駆動軸外径FのクリアランスΔDによって決まるが、内径Eや外径Fはそれぞれ製造加工のばらつきをもっているので、このΔDが気筒間でばらつくことになり、これによって低回転域でのΔYや高回転でのΔZが気筒間でばらつく。したがって、同様気筒毎に混合気の流動がばらついて燃焼がばらついたり、吸気充填効率が気筒毎にばらつくなどして機関性能の低下や回転の不安定化を招待する。
そこで、本実施例では、前記揺動カム軸18の傾きに起因した各吸気弁2a、2b間のリフト量のばらつきなどによる技術的課題を以下のように解決したのである。
図7は前記一方側バンクの一〜三番気筒(NO.1〜NO.3)における各吸気弁2a,2bのリフト量の特性を示し、図中左側の棒線は一方側揺動カム19a側の吸気弁2aのバルブリフト量、右側の棒線が第2揺動カム19b側の吸気弁2bのバルブリフト量を示している。また、図7の上側半分の図は機関低回転域における場合、下側半分の図は機関高回転域における場合をそれぞれ示し、これらの例では三番気筒側の揺動カム構成体17を選択する場合を示している。
まず、揺動カム軸18の傾きが大きい場合の例をまず説明すると、例えば、一番気筒のΔD(ΔD1)における前記クリアランスE1−F1が25μmであり、二番気筒のΔD(ΔD2)はクリアランスE2−F2が22μmである場合は、両者のクリアランス差は小さい。これらによる機関低回転域での両吸気弁2a、2bのリフト差ΔYは、ΔY≒ΔD×L/Sの式より、例えば一番気筒のΔY1は19μm、二番気筒のΔY2は17μmになる。
ところが、三番気筒側のΔD3はクリアランスE3−F3が50μmであって、大きなクリアランスであったとすると、この場合のΔY3が38μmと他の気筒に対して大きくなる。したがって、三番気筒側のみが燃焼状態が異なり、多気筒機関でみた場合に機関性能が低下したり、回転が不安定になる可能性がある。
そこで、の揺動カム軸18の挿通孔18aの内径Eがやや小さめな揺動カム構成体17に選択的に組み替えると、つまり、ΔD1及びΔD2は同じで三番気筒側でΔD3’、すなわち(E3’−F3)が24μmのものに組み替えると(図7の上側三番気筒の箇所)、ΔY3’が18μmになり、ΔY1,ΔY2のものとほぼ同等のリフト量になる。
これによって、気筒間における各吸気弁2a、2b間のリフト差のばらつきを抑制することができ、この結果、多気筒内燃機関の性能の向上と回転の安定化が図れる。
次に、高回転域における2弁間のリフト差について考察すると、この高回転域では、前述のように、揺動カム19a、19aのカムノーズ部のIPによる慣性力の影響がバルブスプリング3a、3bのばね荷重の影響より大きくなるので、揺動カム軸18の倒れ方向が逆になる(図4参照)。
すなわち、図7の一番気筒の箇所に示すように、一番気筒側の内外径の差E1−F1であるΔD1により各吸気弁2a、2bのリフト差ΔZ1(19μm)が発生するが、第1揺動カム19a側の吸気弁2aのリフトの方が低くなる。前述のように、二番気筒側の内外径の差E2−F2であるΔD2(22μm)は、一番気筒側の内外径の差E1−F1であるΔD1(25μm)に近いので、各吸気弁2a、2bのリフト差ΔZ2(17μm)は近い値となっている。
三番気筒側では、内外径の差E3−F3がΔD3(50μm)となって過大であるので、2弁(吸気弁2a、2b)間のリフト差ΔZ3が38μmも生じてしまう。
したがって、ここで、前述したような揺動カム構成体17の選択組み付けを行うことによって、リフト差ΔZ3’が18μmになり、前記一番、二番気筒とほぼ同じリフト差になる。
よって、前記揺動カム構成体17(揺動カム軸18)の選択組み付けを行えば、機関低回転域と高回転域の両方について2弁間のリフト差を気筒間で揃えることが可能になる。
次に、機関中回転域について考察すると、例えば高回転域から回転数を低下させていくと、カムノーズ部の慣性力が低下して行くので、図4に示したように、揺動カム軸18が時計方向にモーメントを受けて右上端部で駆動軸13の外周面にエッジ当たりしていた状態から少しずつ浮き出して離間する。すなわち、回転数が低下するにしたがって揺動カム軸18が反時計方向へ徐々に傾動して倒れ角度が減少していく。
そして、中回転になると揺動カム軸18の倒れが殆どなくなり、駆動軸13とほぼ平行になり、さらに回転数が低下すると、逆方向の倒れとなって、ついには図3に示す状態、つまり揺動カム軸18が反時計方向にモーメントを受けて左上端部で駆動軸13の外周面にエッジ当たりする。
この場合でも、回転数によらず各気筒における駆動軸13の外径Fと挿通孔18aの内径Eとの差ΔDが揃っていれば、各吸気弁2a、2b間リフト差における気筒間の大きな差を抑制することができる。
以上のように、本実施例のように構成すれば、機関回転数によらず各吸気弁2a、2b間のリフト差の気筒間差を抑制でき、多気筒内燃機関の燃焼の安定化が図れ、機関性能が向上する。
なお、ここで、選択組み付けの対象を揺動カム構成体17ではなく、駆動軸13とすることも考えられるが、これは単一の軸なので、軸径(外径)Fは、3気筒の各揺動カム軸18の3つの挿入位置において値が比較的安定しているので、選択組み付けの必要性が低い。ただし、3つの挿入位置の駆動軸13の軸径Fをそれぞれ測定して3気筒とも同等のΔD(ΔD1,ΔD2、ΔD3)になるように3つの揺動カム軸18の挿通孔18aの内径E(E1,E2,E3)を選択すればよい。
なお、前記第1環状溝20a及び第2環状溝20b、20bには、駆動軸13内の油通路孔13aに流入した潤滑油が、駆動軸13の径方向に形成された図外の油孔を介して供給されるようになっている。したがって、前記駆動軸13の外周面と各軸受部21a、21b、21bの内周面との間(クリアランス)は十分に潤滑される。したがって、内周面のフリクションによる揺動カム軸18の不整挙動は起こりにくく、その意味からも2弁間リフト差は安定する。
図8は第2実施例を示し、第1実施例の揺動カム構成体17(揺動カム軸18)の選択組み付けに加えて、伝達機構にリフト調整機構30を設けたものである。前記リフト調整機構30は、本出願人が先に出願した特開2006−105082に記載されたものと同じ構造である。
概略を説明すれば、このリフト調整機構30は、ロッカアーム23の他端部23bの先端部に一体に設けられたほぼ矩形ブロック状の連係部31と、該連係部31の重力方向の上面から内部に形成されて、固定ねじ部材32が上方向から螺着する固定用雌ねじ孔と、連係部31の両側面から前記雌ねじ孔に直交する方向へ貫通形成されて、支持ピン33が挿通されるピン挿通孔と、連係部31の前面側からロッカアーム23の軸方向へ前記雌ねじ孔とピン挿通孔とそれぞれ直交する方向へ穿設されて、内部に調整シム34が挿通配置されるシム挿通孔35と、を備えている。
前記調整シム34は、その長さがシム挿通孔35の深さよりも大きく設定されて、該シム挿通孔35から突出した手前端部を把持して抜き差し交換が容易になるように形成されている。なお、この調整シム34は、円弧面の深さが異なる複数のものが予め用意されている。
そして、各構成部材を組み付ける際に、吸気弁2,2のバルブリフト量を調整するには、まず、最適な調整シム34を選択しシム挿通孔35内に挿通して前記支持ピン33とこれに対向する部材との間に配置し、その後、固定ねじ部材32を重力方向の上方側から固定用雌ねじ孔に挿通して締結する。すなわち、支持ピン33が調整シムと固定ねじ部材32との間に挟持されることによってリンクロッド25の軸支点の位置が実質的に変更されて各吸気弁2a、2bのリフト量を調整できるようになっている。
したがって、この実施例によれば、まず、前記第1実施例のように、各気筒間における揺動カム構成体17の選択組み付けを行って、各気筒間における各吸気弁2a、2bのリフト差を合わせた後に、前記調整シム34などによって同一気筒内での両吸気弁2a、2bの低回転域の平均リフトYaを気筒間で揃えるように調整する。すなわち、図7の記載内容からいえば、リフト調整機構30によって一番、二番気筒の両吸気弁2a、2bの平均リフト値Ya1、Ya2を調整した後に、三番気筒の平均リフト値Ya3’を合わせる調整を行う。なお、この合わせる平均リフトは、低回転域の平均リフトYaでもよく、また高回転域の平均リフトZaでもよい。つまり、低回転域の平均リフトYaは、リンクロッド25などがバルブスプリング3a、3bのばね荷重によって圧縮される力が小さいので小さめの値、高回転域での平均リフトZaは、リンクロッド25などが揺動カム19a、19bの各カムノーズ部の慣性荷重により伸ばされる力が大きいので大きな値になるが、どちらを基準にしてもよい。
図9は本実施例の各構成部品の組付時におけるリフト調整作業の手順をフローチャートで表したものであって、まず、ステップ1では、各気筒の揺動カム軸18の挿通孔18aの内径E−駆動軸13の外径Fの式からノギスなどの計測器を用いてクリアランスΔDを計測する。
次に、ステップ2では、前記クリアランスΔDの各気筒間差は所定以上か否かを判別し、所定以下である場合は、ステップ4に進むが、所定以上である場合は、ステップ3に移行する。
このステップ3では、各気筒間のクリアランスΔDを合わせるために、少なくとも1気筒において前述したような、揺動カム構成体17、つまり揺動カム軸18の挿通孔18aの内径Eの異なったものを選択して組み付ける。これによって、両吸気弁2a、2b間のリフト差の気筒間ばらつきを減少させる。
次に、ステップ4では、各気筒における両吸気弁2a、2bの平均リフトYaを計測し、ステップ5において、前記平均リフトYaの各気筒間での差(ばらつき)が所定値以上か否かを判別する。
ここで、各気筒間での平均リフトYaのばらつきが所定値以下であれば、全気筒でリンクロッド25側の機関弁リフトはほぼ一致し、かつリンクロッド25側の機関弁リフトもほぼ一致することになるので、そのままリターンするが、所定値以上であると判別した場合は、ステップ6に移行する。
このステップ6では、前記リフト調整機構30によって平均リフトYaが大きくなっている特定気筒ないし小さくなっている特定気筒での各吸気弁2a、2bの平均リフトを調整して、全気筒間のリフト量の絶対値を合わせて終了する。
したがって、この実施例では、揺動カム構成体17の選択組み付けの他に、すなわち2弁間リフト差を各気筒間で合わせる以外に、リフト調整機構30によって2弁間の平均リフトYaの絶対値も各気筒間で合わせることができるため、気筒間の燃焼や吸気充填効率のばらつきをさらに低減化することが可能になる。なお、リフト調整手段として、前記リフト調整機構30を用いずに、リンクロッド25の2つの孔間の距離違いのものを選択的に組み付けることも可能である。
図10は第3実施例を示し、前記第1実施例における揺動カム構成体17の選択組み付けによって、各気筒間におけるそれぞれのクリアランスΔDを合わせた上で、意図的にリンクロッド25側の第1揺動カム19aのリフト量のみを増加させたものである。
すなわち、前記図7の下側の図に記載したように、機関高回転域では揺動カム軸18の倒れによる両吸気弁2a、2b間のリフト差が生じ、これによって吸入行程で混合気のスワールが発生し、これによって新気の充填効率が低下したり、ノッキングが発生し易くなって、出力が低下する傾向になっている。
そこで、本実施例では、高回転域で揺動カム軸18の倒れによりリフト量が低下している第1揺動カム19aの外形を大きく形成して、これに対応する一方側の吸気弁2aのリフト量が大きくなるように設定する。そうすると、図10の下側の図に示すように、高回転域では、揺動カム軸18の時計方向の倒れによるリフト差と第1揺動カム19aのカムリフト増加によって両吸気弁2a、2b間のリフト差が殆どなくなる。したがって、かかる高回転域における吸気スワールの生成が十分に抑制されて、前述した技術的問題を一掃することができる。
一方、機関低回転域では、前述のように、揺動カム軸18の倒れが反転することから、図10の上側の図に示すように、第1揺動カム19aの形状によるリフト量の増加と、揺動カム軸18の反時計方向の倒れによる両吸気弁2a、2b間のリフト差によって両吸気弁2a、2b間のリフト差が大きくなる。
したがって、吸気スワールが十分に生成されて、燃焼をさらに改善することができ、燃費や排気エミッション性能の向上が図れる。
図11は第4実施例を示し、第3実施例のように第1揺動カム19a側のリフト量をやや大きくするための方策として、第1揺動カム19aのカム面22aと第1バルブリフター16a上面との間のカムクリアランスΔC1を、第2揺動カム19bのカム面22bと第2バルブリフター16b上面との間のカムクリアランスΔC2よりも小さく設定したものである。
したがって、この実施例によれば、各揺動カム19a、19bの各カム面22a、22bのカムプロフィールを同一に設定した場合であっても第1揺動カム19a側のバルブリフト量をやや大きくすることが可能になる。したがって、第3実施例と同様な作用効果が得られる。
図12は第5実施例を示し、各揺動カム19a、19bのカム面22a、22bと各バルブリフター16a、16bとの間のカムクリアランスを零に調整するラッシアジャスタ40を設けたものである。
すなわち、前記第1実施例〜第3実施例に記載されたように、揺動カム軸18の倒れを各気筒間で合わせても各揺動カム19a、19bと各バルブリフター16a、16bとの間のカムクリアランスがばらついている場合には、両吸気弁2a、2b間のリフト差や平均リフトがばらついてしまう。
そこで、図12に記載された構造(例えば特開2003−172113参照)のように各バルブリフター16a、16bの内部に、各揺動カム19a、19bと各バルブリフター16a、16bとの間のカムクリアランスを零に調整するラッシアジャスタ35を設けたものである。
これによって、各揺動カム19a、19bと各バルブリフター16a、16bとの間のカムクリアランスのばらつきをなくすことができるので、前記第1〜第3実施例におけるリフト差や平均リフトのリフト精度を向上させることが可能になる。これによって、一対の吸気弁2a、2bのリフト差による気筒間のばらつきをさらに低減することができる。
なお、前記ラッシアジャスタ35としては、例えば各揺動カム19a、19bと各吸気弁2a、2bのステムエンドとの間に介装されたスイングアームの一端部側に配置されたピボットの内部に設けたものなどであってもよい。例えば、特開2003−155906に記載された構造のものであってもよい。
また、第6実施例として、前記駆動軸13の外径Fと揺動カム軸18の挿通孔18aの内径とのクリアランスΔDと各揺動カム19a、19bのカム面22a、22bと各バルブリフター16a、16b上面との間のカムクリアランス(ΔC)が零であると想定した場合の各吸気弁2a、2bのリフト差(ΔY)が、前記制御軸32の回転角によらずほぼ一定になるように、前記揺動カム19a、19bのカム面22a、22bのカムプロフィールを設定した。
図13は前記のようなカムプロフィールを設定した場合における各揺動カム19a、19bによる各吸気弁2a、2bの代表的なバルブリフト特性を示し、実線が第1揺動カム19aによる理論リフト特性、破線が第2揺動カム19bによる理論リフト特性である。ここで、理論リフト特性とは、前記のようにΔD、ΔCが0と想定した場合の各カムプロフィールによる理論バルブリフト特性のことである。そして、また前記カムプロフィールは、最小リフト、中間リフト及び最大リフトのいずれの場合においても、それぞれのピークリフト域における両者の理論リフト差Δ1、Δ2及びΔ3がほぼ同じになるように設定されている。
したがって、この実施例によれば、両吸気弁2a、2bのリフト差がΔ1≒Δ2≒Δ3でほぼ一定になる。このため、ΔD、ΔCを考慮した場合のリフト量についてみた場合であっても、制御軸32をひねった場合の制御リフト量に拘わらず一対の吸気弁2a、2bのリフト差が維持できることから、いずれの機関運転状態においても良好な燃焼状態が得られる。
図14は横軸を制御軸32の角度、縦軸をバルブリフト量にとって説明した図である。制御軸32をひねって制御リフトを変化させた場合に、上側の実線がリンクロッド25側の理論リフトの変化を示し、下側の破線が反リンクロッド25側の理論リフトの変化を示す。ここで、Δ1≒Δ2≒Δ3であれば制御リフト量によらず、同一のリフト差が維持できるのである。
また、各揺動カム19a、19bのカムプロフィールを変更して、最小リフト時のピークリフト差Δ1を最も大きくし、中間リフト時と最大リフト時のピークリフト差Δ2、Δ3をほぼ同じになるように設定する(Δ1>Δ2≒Δ3)ことも可能であり、このように設定すれば、低回転域で十分なスワールが生成されて、燃焼が良好になり、燃費や排気エミッション性能が向上する。このようなΔ1をΔ1’と表現すると、図14における一点鎖線がこれに相当する。
さらに、前記カムプロフィールを変更して、Δ1>Δ2>Δ3の関係になるように設定すれば、中間リフトである定常運転領域でもスワールが十分に生成されて、燃焼を良好にすることも可能である。
本発明は、前記各実施例の構成に限定されるものではなく、発明の技術的思想を変更しない範囲で構成を任意に変更することができる。
さらに、本発明は、前記吸気弁側の他に排気弁側あるいは両方の弁側に適用することも可能である。さらに可変機構としては、必ずしも前記実施形態のものに限定されるものではない。機関弁を開閉させるフォロアとしては、図示したバケット型でもよいし、スイングアーム型でもよい。また、内燃機関の気筒数についても4気筒、直列6気筒などの多気筒のものに適用できることは勿論である。
前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
(イ)前記伝達機構に、前記一対の機関弁のリフト量を同時に調整するリフト調整手段を設けたことを特徴とする請求項1に記載の多気筒内燃機関の動弁装置。
この発明によれば、揺動カム軸の選択により一対の機関弁のリフト差を気筒間で合わせることができることに加えて、リフト調整手段により一対の機関弁の平均リフトも気筒間で合わせることができる。したがって、気筒間の燃焼や吸気充填効率のばらつきをさらに低減できる。
(ロ)前記揺動カム軸を選択的に組み付けて気筒間の前記揺動カム軸の径方向の傾倒を所定の値に合わせた後に、一対の機関弁のリフト量の平均リフト量または少なくとも一方の機関弁のリフト量またはリフト位置を調整するリフト調整機構を設けたことを特徴とする請求項1に記載の多気筒内燃機関の動弁装置。
(ハ)前記一対の揺動カムの一方側のカムリフト量を、他方側のカムリフト量よりも大きくしたことを特徴とする請求項1に記載の多気筒内燃機関の動弁装置。
この発明によれば、一対の機関弁のリフト差を気筒間で合わせることができることに加えて、機関の低回転域では一対の機関弁のリフト差を拡大して混合気のスワール流動を強化し、燃焼レベル自体を向上させたり、また、高回転域では、一対の機関弁のリフト差が縮小して混合気のスワール流動を低減することによって出力を向上させたりすることができる。
(ニ)前記一対の揺動カムの一方側のカムクリアランス量を、他方側のカムクリアランス量よりも小さくしたことを特徴とする請求項1に記載の多気筒内燃機関の動弁装置。
この発明によれば、前記(ハ)に記載したように、一対の揺動カムのカムリフト差を設けなくとも一端側の機関弁のバルブリフトを高くすることが可能になる。
(ホ)前記一対の揺動カムとこれに対応する前記一対の機関弁との間に、カムクリアランスを零に調整するラッシアジャスタを設けたことを特徴とする請求項1に記載の多気筒内燃機関の動弁装置。
一対の機関弁のリフト差は各々のカムクリアランスのばらつきによっても変化するが、ラッシアジャスタを用いれば、これらを一定値あるいは零に維持できるから、リフト精度が向上して一対の機関弁のリフト差による気筒間のばらつきをより低減させることが可能になる。
(へ)前記揺動カム軸を揺動自在に支持する支軸を、前記駆動軸としたことを特徴とする請求項1に記載の多気筒内燃機関の動弁装置。
支軸を駆動軸とすることによって、駆動軸が回転することによりこの外周面と揺動カム軸の挿通孔の内周面との間の潤滑状態が安定し、これにより、揺動カム軸の倒れ挙動が安定する。したがって、一対の機関弁のリフト差が安定すると共に、気筒間のばらつきも低減する。
(ト)回転することによって前記伝達機構の姿勢を変化させて、前記一対の機関弁のリフト量を同時に変化させる制御軸を有することを特徴とする請求項1に記載の多気筒内燃機関の動弁装置。
制御軸を回転させることにより機関運転状態に応じたバルブリフト量の可変制御を行うことができるので、一対の機関弁のリフト差が安定する。この結果、機関の諸性能が向上すると共に、安定化が図れる。
(チ)前記支軸の外周面と揺動カム軸の挿通孔の内周面との間のクリアランスと前記揺動カムのカムクリアランスとをそれぞれ零に想定した際の前記一対の機関弁のリフト量の差が、前記制御軸の回転角によらず所定の範囲となるように前記一対の揺動カムのカムプロフィールを設定したことを特徴とする前記(ト)に記載の多気筒内燃機関の動弁装置。
この発明によれば、各機関弁の制御されたいずれのリフト量にかかわらず一対の機関弁のリフト差が所定の範囲に維持されるので、良好な燃焼状態が得られる。
本発明の第1実施例に供される多気筒内燃機関の動弁装置の要部斜視図である。 片バンク3気筒側の動弁装置の要部を示す平面図である。 低回転域における揺動カム構成体の倒れ状態を示す断面図である。 高回転域における揺動カム構成体の倒れ状態を示す断面図である。 Aは動弁装置における最小リフト制御時の閉弁作用を示す図1のA矢視図、Bは同最小リフト制御時の開弁作用を示す図1のA矢視図である。 Aは動弁装置における最大リフト制御時の閉弁作用を示す図1のA矢視図、Bは同最大リフト制御時の開弁作用を示す図1のA矢視図である。 低回転域と高回転域における各気筒の各吸気弁のリフト特性図である。 第2実施例に供される動弁装置を示す要部斜視図である。 本実施例における各構成部品の組み付け手順を示すフローチャート図である。 第3実施例における各揺動カムのリフト差に基づき低回転域と高回転域の各吸気弁のバルブリフト特性図である。 第4実施例における各揺動カムと各バルブリフターとの間のカムクリアランスを示す動弁装置の要部側面図である。 第5実施例における動弁装置の要部断面図である。 第6実施例にけるバルブリフト特性図である。 第6実施例における制御軸の回転角度とバルブリフト量の相関図である。
符号の説明
2a・2b…吸気弁(機関弁)
3a・3b…バルブスプリング
4…可変機構
5…制御機構
6…駆動機構
13…駆動軸
15…駆動カム
16a・16b…バルブリフター
17…揺動カム構成体
18…揺動カム軸
18a…挿通孔
19a・19b…第1,第2揺動カム
E…挿通孔の内径
F…駆動軸の外径

Claims (4)

  1. 機関のクランクシャフトによって回転駆動され、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、
    支軸の外周に所定のクリアランスをもって挿通孔を介して揺動自在に軸支され、軸方向の両端側外周に一気筒当たり一対の揺動カムが設けられた揺動カム軸と、
    前記揺動カム軸を介して前記一対の揺動カムが揺動運動することによって開閉作動される2つの機関弁と、
    前記揺動カム軸の軸方向の一端部と連係しかつ前記駆動カムの回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構と、
    前記支軸に対する揺動カム軸の径方向の倒れに伴う一対の機関弁間のリフト差を各気筒間で揃えるように、少なくとも前記挿通孔の内径に基づいて前記気筒毎に前記揺動カム軸を選択的に組み付けることを特徴とする多気筒内燃機関の動弁装置。
  2. 機関のクランクシャフトによって回転駆動され、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、
    支軸の外周に所定のクリアランスをもって挿通孔を介して揺動自在に軸支され、軸方向の両端側外周に一気筒当たり一対の揺動カムが設けられた揺動カム軸と、
    前記揺動カム軸を介して前記一対の揺動カムが揺動運動することによって開閉作動される2つの機関弁と、
    前記揺動カム軸の軸方向の一端部と連係しかつ前記駆動カムの回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構と、
    を備えた多気筒内燃機関の動弁装置の組立方法であって、
    前記支軸の外径寸法と前記揺動カム軸の挿通孔の内径寸法とを計測する工程と、
    前記支軸に対する揺動カム軸の径方向の倒れに伴う前記一対の機関弁のリフト差を各気筒間で揃えるように、前記計測工程で計測された前記挿通孔の内径寸法に基づいて、気筒毎に前記支軸に対して揺動カム軸を選択的に組み付ける組付工程と、
    を備えたことを特徴とする多気筒内燃機関の動弁装置の組立方法。
  3. 機関のクランクシャフトによって回転駆動され、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、
    支軸の外周に所定のクリアランスをもって挿通孔を介して揺動自在に軸支され、軸方向の両端側外周に一気筒当たり2つの揺動カムが設けられた揺動カム軸と、
    前記揺動カム軸を介して前記一対の揺動カムが揺動運動することによって開閉作動される2つの機関弁と、
    前記揺動カム軸の軸方向の一端部と連係しかつ前記駆動カムの回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構と、
    を備えた多気筒内燃機関の動弁装置の組立方法であって、
    前記支軸の外径寸法と前記揺動カム軸の挿通孔の内径寸法とを計測する工程と、
    前記支軸に対する揺動カム軸の径方向の倒れに伴う前記各機関弁のリフト差を各気筒間で揃えるように、前記計測工程で計測された前記挿通孔の内径寸法に基づいて、長さの異なる前記伝達機構を揺動カム軸に選択的に組み付ける組立工程と、
    を備えたことを特徴とする多気筒内燃機関の動弁装置の組立方法。
  4. 請求項3に記載の多気筒内燃機関の動弁装置の組立方法において、
    前記組付工程によって各揺動カム軸の気筒間における傾きを合わせ後に、前記一対の機関弁のリフト量を、前記伝達機構に有するリフト調整手段によって一対の機関弁の一方のリフト量または一方の機関弁の平均リフト量またはリフト位置を所定の値に調整する調整工程と、
    をさらに備えたことを特徴とする多気筒内燃機関の動弁装置の組立方法。
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