JP2014043786A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化された内燃機関の可変動弁装置を提供することを課題とする。
【解決手段】２つの小カム（Ｃ１）の間に設けた大カム（Ｃ２）と、前記小カムから作用を受けてバルブ（Ｖ）を駆動するロッカーアーム（ＲＲ）と、前記ロッカーアームに対して相対的に回動可能に前記ロッカーアームに結合し、前記大カムから作用を受ける揺動アーム（１０）と、前記揺動アームを支持するロストモーション機構（２０）と、を備えた内燃機関の可変動弁装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。

内燃機関の可変動弁装置は、カムシャフトに連結された大きさが異なる小カム及び大カムと、小カム及び大カムによりそれぞれ駆動される第１及び第２ロッカーアームを備えたものがある。第１及び第２ロッカーアームは油圧の作用により互いに連結、分離される。第１及び第２ロッカーアームは、ロッカアームシャフトに共通に揺動可能に支持されている。特許文献１には、このような内燃機関の可変動弁装置が開示されている。

この他本発明に関連のある技術として、特許文献２では、スイングカム式の可変動弁機の例が開示されている。

特開２００８−７５４７９号公報 特開２００８−１１５７０１号公報

特許文献１の内燃機関の可変動弁装置は、大きさの異なるカムとこれにより駆動されるロッカーアームとを備えるため、カムシャフトの位置を変更しなければならず、従来の動弁装置に比べて大型化する。

そこで、本発明は、小型化された内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。

上記目的は、２つの小カムの間に設けた大カムと、前記小カムから作用を受けてバルブを駆動するロッカーアームと、前記ロッカーアームに対して相対的に回動可能に前記ロッカーアームに結合し、前記大カムから作用を受ける揺動アームと、前記揺動アームを支持するロストモーション機構と、を備えた内燃機関の可変動弁装置によって達成できる。

小型化された内燃機関の可変動弁装置を提供できる。

図１は、本実施例の可変動弁装置の外観図である。 図２は、図１中の矢視Ａ方向から見たときの小カムとロッカーアームとを模式的に表わした図である。 図３は、図１中の矢視Ａ方向から見たときの大カムと揺動アームとロストモーション機構とを模式的に表した図である。 図４は、図２、図３中のＢ−Ｂ断面である。 図５は、カムシャフトの回転角と小カム及び大カムのリフト量との関係を示した図である。 図６は、ロストモーション機構の断面図である。 図７は、ロック時のロストモーション機構の断面図である。 図８は、小カムのカムプロフィールでバルブをリフトさせるときの可変動弁装置の動作を示した図である。 図９は、大カムのカムプロフィールでバルブをリフトさせるときの可変動弁装置の動作を示した図である。

以下、実施形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本実施例の可変動弁装置１の外観図である。可変動弁装置１は、車両等に搭載される内燃機関に採用される。可変動弁装置１は、カムシャフトＳの回転により後述するロッカーアームＲＲを介してバルブＶをリフトさせる。可変動弁装置１は内燃機関の１気筒あたり２つのバルブＶをリフトさせる。以下、内燃機関の１気筒あたりに設けられる可変動弁装置１の構成について説明する。バルブＶは、吸気バルブ又は排気バルブである。

可変動弁装置１は、小カムＣ１、ロッカーアームＲＲ、大カムＣ２、揺動アーム１０、ロストモーション機構２０を備えている。可変動弁装置１は、小カムＣ１、ロッカーアームＲＲを２つずつ備えている。図２は、図１中の矢視Ａ方向から見たときの小カムＣ１とロッカーアームＲＲとを模式的に表わした図である。図３は、図１中の矢視Ａ方向から見たときの大カムＣ２と揺動アーム１０とロストモーション機構２０とを模式的に表した図である。図４は、図２、図３中のＢ−Ｂ面を示した図である。

図１、図４に示すように、２つの小カムＣ１と大カムＣ２とは、所定の間隔を有してカムシャフトＳに固定されている。大カムＣ２は２つの小カムＣ１の中間に位置している。小カムＣ１と大カムＣ２とは、カムシャフトＳとともに回転する。図５は、小カムＣ１と大カムＣ２のカムプロフィールの図である。図５に示すように、大カムＣ２のカムリフト、及びカム作用角は、小カムＣ１のカムリフト、及びカム作用角に比べて大きい。さらに、大カムＣ２のバルブ閉じ時期と小カムＣ１のバルブ閉じ時期とが同一である。また、大カムＣ２のバルブ閉じ側での緩衝部区間と、小カムＣ１のバルブ閉じ側での緩衝部区間とが同一である。なお、バルブ閉じ時期以外の区間では、大カムＣ２のカムプロフィールが小カムＣ１のカムプロフィールの外側を描く。すなわち、バルブ閉じ時期以外の区間では、大カムＣ２によるリフト量が小カムＣ１のリフト量よりも大きな値となる。

図２に示すように、ロッカーアームＲＲの一端は油圧式のラッシュアジャスタＲＡにより支持されている。ロッカーアームＲＲと小カムＣ１とはラッシュアジャスタＲＡの作用により接触している。ロッカーアームＲＲの他端は、バルブＶの基端を押圧する。ラッシュアジャスタＲＡは、エンジンオイルを利用する外部給油型ラッシュアジャスタであってもよいし、作動油が密封された密封型ラッシュアジャスタであってもよい。ラッシュアジャスタＲＡは、ロッカーアームＲＲの一端を支点として揺動可能に支持している。ラッシュアジャスタＲＡは、シリンダヘッドの上部に配置されている。

上記の通り、ロッカーアームＲＲは、ラッシュアジャスタＲＡの一端を支点として回動可能である。ロッカーアームＲＲは、小カムＣ１のノーズ部分に押圧されて回動し、バルブＶを押圧する。バルブＶはロッカーアームＲＲに押圧されることで開弁する。なお、小カムＣ１、ロッカーアームＲＲ、ラッシュアジャスタＲＡの構成は、従来の動弁装置、すなわち、バルブＶの動作が可変でない動弁装置の構成と同様である。また、可変動弁装置１に２つずつ設けられている小カムＣ１、ロッカーアームＲＲは同様の構成である。

揺動アーム１０は、一端においてロッカーアームＲＲに連結ピンＰで連結している。揺動アーム１０は、２つのロッカーアームＲＲに挟まれるように位置している。連結ピンＰは、２つのロッカーアームＲＲと揺動アーム１０とを連結している。揺動アーム１０は、連結ピンＰを中心にロッカーアームＲＲに対して相対的に回動可能である。また、揺動アーム１０は、被支持部１１において、ロストモーション機構２０に支持されている。被支持部１１は、連結ピンＰから離れた端部に位置する。揺動アーム１０の中央部において、大カムＣ２が接触している。大カムＣ２が回転することにより、大カムＣ２のノーズ部分が揺動アーム１０を押圧する。大カムＣ２のノーズ部分に押圧されて揺動アーム１０が動作する。大カムＣ２から押圧された際の揺動アーム１０の動作は、連結ピンＰを支点とする動作と被支持部１１を支点とする動作とのいずれかの動作である。この揺動アーム１０の動作はロストモーション機構２０の状態により切替わる。この動作についての詳細は後述する。

次に、ロストモーション機構２０について詳細に説明する。図６はロストモーション機構２０の断面図である。ロストモーション機構２０は、ヘッド部２１、ボディ部２２、ヘッドスプリング２３、ロックピン２４、ピンスプリング２５を備えている。

ヘッド部２１は、揺動アーム１０の被支持部１１と接触する。ヘッド部２１は、ボディ部２２に沿った図６中の矢示Ｄ方向に摺動可能に組みつけられている。すなわち、ヘッド部２１は、被支持部１１に接触する摺動部品である。ヘッドスプリング２３は、ヘッド部２１を揺動アーム１０側へ付勢する。ボディ部２２は、シリンダヘッドに固定されている。ボディ部２２の内部にはオイルの通る通路２６が設けられている。この通路２６には、シリンダヘッドからオイルが供給される。通路２６の出口部２６ａはボディ部２２の側面に設けられている。ヘッド部２１の内側面には、通路２６の出口部２６ａに対応する位置に凹部２１ａが形成されている。ロックピン２４は、出口部２６ａに設けられている。通路２６内へ供給されるオイルの油圧は、例えば、オイルコントロールバルブやソレノイドバルブ等のアクチュエータ（図示していない）によりコントロールされる。通路２６内の油圧が上昇すると、図７に示すように、ロックピン２４の一部が凹部２１ａへ突出し、ヘッド部２１の動作をロックする。反対に、通路２６内の油圧が低下すると、ピンスプリング２５の復元力を受けてロックピン２４がボディ部２２内に収納される。これにより、ヘッド部２１が摺動可能な状態、すなわち、ロックを解除した状態になる。なお、ヘッドスプリング２３の取り付け荷重はバルブスプリングの取り付け荷重よりも小さく設定されている。このため、ヘッドスプリング２３の復元力によりバルブＶがリフトしてしまうことはない。

次に、可変動弁装置１によるバルブＶのリフトについて説明する。可変動弁装置１は、小カムＣ１のカムプロフィールでバルブＶをリフトする場合と、大カムＣ２のカムプロフィールでバルブＶをリフトする場合とを切替えることができる。初めに、小カムＣ１のカムプロフィールでバルブＶをリフトさせる場合について説明する。図８は小カムＣ１のカムプロフィールでバルブＶをリフトさせるときの可変動弁装置１の動作を示した図である。図８中の点線で描いたバルブＶの傘部はバルブＶがリフトしていないときの傘部の位置を示している。

バルブＶは、ロッカーアームＲＲに押圧されて動作するため、バルブＶのリフトは、ロッカーアームＲＲの動作により決定づけられる。従って、ロッカーアームＲＲの動作に着目する。ロッカーアームＲＲは小カムＣ１から直接力を受けるとともに、揺動アーム１０、連結ピンＰを介して大カムＣ２から力を受けて動作する。まず、小カムＣ１からロッカーアームＲＲが受ける作用について説明する。ロッカーアームＲＲは、小カムＣ１から力を受けるとラッシュアジャスタＲＡを支点に回動する。この結果、連結ピンＰやバルブＶとの接触部は、ロッカーアームＲＲの腕の長さに比例して移動する。

続いて、ロッカーアームＲＲに対する大カムＣ２からの作用について説明する。小カムＣ１のカムプロフィールでバルブＶをリフトさせる場合には、ロストモーション機構２０におけるロックを解除する。これにより、ロストモーション機構２０により被支持部１１が揺動自在に支持されるため、被支持部１１が自由に揺動可能になる。ロストモーション機構２０のロックを解除している状態で揺動アーム１０が大カムＣ２に押圧されると、ヘッド部２１とともに被支持部１１が移動する。このとき、揺動アーム１０は、連結ピンＰを支点、被支持部１１を作用点として回動する。すなわち、大カムＣ２の力が連結ピンＰへ作用しないので、大カムＣ２からロッカーアームＲＲへ作用する動作がロストモーションする。このように、大カムＣ２からの動作がロストモーションするため、ロッカーアームＲＲは小カムＣ１からの作用による動作のみを行う。この結果、バルブＶは小カムＣ１のカムプロフィールでリフトすることになる。なお、上記の通り、連結ピンＰが小カムＣ１の作用を受けて動作しているので、揺動アーム１０の動きは連結ピンＰ回りの回動と、ラッシュアジャスタＲＡ回りの回動とが合わさった動作を行う。

また、ロストモーション機構２０のロックが解除されている状態では、被支持部１１はヘッドスプリング２３の復元力により、揺動アーム１０に追従する。すなわち、ロストモーション機構２０は、ヘッドスプリング２３の復元力により、大カムＣ２と揺動アーム１０との間のクリアランスを埋めるラッシュアジャスタとして機能する。

次に、大カムＣ２のカムプロフィールでバルブＶをリフトさせる場合について説明する。図９は、大カムＣ２のカムプロフィールでバルブＶをリフトさせるときの可変動弁装置１の動作を示した図である。図９中の点線で描いたバルブＶの傘部はバルブＶがリフトしていないときの傘部の位置を示している。

ロストモーション機構２０は、バルブＶが大カムＣ２のカムプロフィールで動作する場合に被支持部１１を揺動アーム１０の回転支点として支持する。具体的には、バルブＶが大カムＣ２のカムプロフィールで動作する場合、ロストモーション機構２０は、ヘッド部２１をロックする。これにより、ロストモーション機構２０により被支持部１１が固定される。被支持部１１が固定された状態で揺動アーム１０が大カムＣ２から力を受けると、揺動アーム１０が被支持部１１を支点として動作する。この結果、連結ピンＰが揺動アーム１０の腕の長さに比例して移動する。連結ピンＰが移動することにより、ロッカーアームＲＲがラッシュアジャスタＲＡを支点に回動するためバルブＶが動作する。

ところで、揺動アーム１０の支点となる被支持部１１から連結ピンＰまでの距離は、ロッカーアームＲＲにおけるラッシュアジャスタＲＡから連結ピンＰまでの距離よりも大きい。さらに、大カムＣ２のリフト量は、小カムＣ１のリフト量よりも大きい。このため、揺動アーム１０が大カムＣ２から力を受けたときに連結ピンＰが移動する距離は、ロッカーアームＲＲが小カムＣ１から力を受けたときに連結ピンＰが移動する距離よりも大きくなる。この結果、大カムＣ２の作用時には、小カムＣ１の作用時よりもロッカーアームＲＲが回動する距離が大きくなる。このため、ロッカーアームＲＲが大カムＣ２の作用を受けるときには小カムＣ１の作用のみを受けるときに比べて、バルブＶのリフト量が大きくなる。従って、大カムＣ２のカムプロフィールで動作する場合、バルブＶは大リフトで作動する。また、大カムＣ２は小カムＣ１よりも作用角が大きいため、大カムＣ２のカムプロフィールで動作する場合、バルブＶの作用角が大きくなる。

なお、図５に示したように、大カムＣ２と小カムＣ１のカムプロフィールによると、小カムＣ１のリフト期間が大カムＣ２のリフト期間中に含まれる。大カムＣ２の作用時には連結ピンＰの移動量が大きくなるため、図９に示すように、大カムＣ２のリフト期間中に、小カムＣ１がロッカーアームＲＲから離れる。この結果、大カムＣ２の作用時には、小カムＣ１の作用がロッカーアームＲＲに働かない。ただし、閉じ側での緩衝部区間においては、大カムＣ２と小カムＣ１のリフト量が一致するので、ロッカーアームＲＲと小カムＣ１とが再び接触する。この閉じ側での緩衝部区間において、バルブＶは、小カムＣ１のみの作用時と同様に着座する。

以上より、可変動弁装置１は、被支持部１１を揺動支持し、大カムＣ２による動作をロストモーションすることにより、小カムＣ１のカムプロフィールでバルブＶをリフトする。また、可変動弁装置１は、被支持部１１を固定支持し、大カムＣ２による動作をロッカーアームＲＲへ伝達することにより、大カムＣ２のカムプロフィールでバルブＶをリフトする。このように、可変動弁装置１は、バルブＶのリフトを可変とする。

本実施の形態の可変動弁装置１は、２組の小カムＣ１、ロッカーアームＲＲ、大カムＣ２、揺動アーム１０、ロストモーション機構２０とを備える。通常、大きさの異なるカムを備え、バルブのリフトを変更する装置は、カムシャフトの位置を変更する必要があるため、従来の動弁装置に使用されているシリンダヘッドやその周辺部品を共通に利用することができない。ところが、本実施の形態の小カムＣ１、ロッカーアームＲＲとからなる動弁装置は、従来の動弁装置と同様の構成を利用する。このように、本実施例の可変動弁装置１は、従来の内燃機関の部品を流用できる。また、カムシャフトＳの位置も従来の動弁装置と同一であるため、シリンダヘッドなどその他の内燃機関の部品や構造をそのまま利用できる。これにより、可変動弁装置１を備える内燃機関は、製造コストを低減できる。

また、動弁装置の構成上、２つの小カムＣ１の間にスペースが生じている。本実施の形態の可変動弁装置１では、この２つの小カムＣ１の間のスペースに大カムＣ２を配置してスペースを有効利用する。このため、装置自体を大型化することなく、バルブＶのリフトを変更できる。従って、小型化された内燃機関の可変動弁装置１を提供できる。さらに、可変動弁装置１は、２つの小カムＣ１の間に大カムＣ２を配置したことにより、ロッカーアームＲＲに横方向のモーメントが発生することを防ぐことができる。

ところで、上記の通り、大カムＣ２のプロフィールでバルブＶを駆動する場合、ロストモーション機構２０のヘッド部２１の動作をロックする。この場合、ロストモーション機構２０における、ラッシュアジャスタ相当の緩衝機能が期待できない。このため、バルブ着座時の衝撃力緩和のために、衝撃部の高さを大きく設計することが要求されるが、緩衝部の高さを大きくすると、実際のバルブタイミングが大きくばらつき、内燃機関の性能、燃費、エミッションが悪化することが考えられる。本実施例の可変動弁装置１では、大カムＣ２のバルブ閉じ時期と小カムＣ１のバルブ閉じ時期とが同一タイミングであり、大カムＣ２のバルブ閉じ側での緩衝部区間と小カムＣ１のバルブ閉じ側での緩衝部区間とが同一であるので、バルブは、大カムＣ２のプロフィールで動作する場合も小カムＣ１と同様のリフトカーブで着座する。このため、大カムＣ２のプロフィールで動作する場合も、小さい衝撃部高さとするので、内燃機関の性能、燃費、エミッションの悪化を抑制できる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ 可変動弁装置
１０ 揺動アーム
１１ 被支持部
２０ ロストモーション機構
２１ ヘッド部（摺動部）
２４ ロックピン
２６ 通路
Ｃ１ 小カム
Ｃ２ 大カム
ＲＲ ロッカーアーム
Ｖ バルブ

Claims (4)

1. ２つの小カムの間に設けた大カムと、
   前記小カムから作用を受けてバルブを駆動するロッカーアームと、
   前記ロッカーアームに対して相対的に回動可能に前記ロッカーアームに結合し、前記大カムから作用を受ける揺動アームと、
   前記揺動アームを支持するロストモーション機構と、
   を備えた内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記ロストモーション機構は、前記揺動アームの被支持部を支持し、前記バルブが前記小カムのカムプロフィールで動作する場合に前記被支持部を揺動自在に支持し、前記バルブが前記大カムのカムプロフィールで動作する場合に前記被支持部を前記揺動アームの回転支点として支持する、請求項１の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記ロストモーション機構は、
   揺動アームの被支持部に接する摺動部と、
   前記バルブが前記大カムのカムプロフィールで動作する場合に前記摺動部の動作をロックするロックピンとを備えた、請求項２の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記大カムのカムプロフィールのバルブ閉じ時期と閉じ時期の緩衝部区間とが、前記小カムのカムプロフィールのバルブ閉じ時期と閉じ時期の緩衝部区間と同一である、請求項１乃至３の何れかの内燃機関の可変動弁装置。
   
   
   
   

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