JP2019157815A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】切替ピンの変位装置の搭載性が良く、切替ピンの弾かれが生じない可変動弁機構を提供する。【解決手段】カム１からバルブ６までの間に設けられる第１部材としての入力アーム１０及び第２部材としての出力アーム２０と、変位することにより第１部材と第２部材とを連結及び連結解除する切替ピン１６−１８と、変位装置３０とを含む。変位装置３０は、カム１のカムシャフト４に共回転可能且つカムシャフト長方向にスライド可能に外挿され、一方側面が切替ピンに当接し、他方側面にプレート厚が回転に連れて増加するテーパ面３４を有するリング状プレート３１を含み、さらに、サポートピン４６と、サポートピン４６をテーパ面３４に当接する位置と当接しない位置とに移動させる移動装置４７とからなるサポート装置４５を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁機構に関するものである。

内燃機関のバルブリフトを変化又は休止させる可変動弁機構として、変位する切替ピンで第１アームと第２アームの連結及び連結解除を切り替える切替式アーム（スイッチャブルアーム）がある。切替ピンを変位させる変位装置は、第１アーム及び第２アームの内部に設けたものと外部に設けたものとがあり、特許文献１は後者の例である。

特開２０１４−６２５００号公報

図１０は、特許文献１の可変動弁機構（外部に設けた変位装置５３で切替ピン５４−５６を変位させて、第１アーム５１と第２アーム５２の連結及び連結解除を切り替える機構）を２セット並べて示したものである。特許文献１では、変位装置５３として油圧式でも電磁式でもよいとしており、図１０には油圧式の一例を示した。

このように、外部に設けた変位装置５３で２セットの可変動弁機構の切替ピン５４−５６を変位させるには、シリンダヘッド内のアーム間にスペースを設けて、そのスペースに変位装置５３を配置する必要があり、変位装置５３の搭載性が第１の課題となっている。

また、変位装置５３が油圧式の場合、変位装置５３のタイミングが合わず、第１アーム５１と第２アーム５２との間での切替ピン５４−５６の弾かれが第２の課題となっている。

そこで、本発明の目的は、切替ピンの変位装置の搭載性が良く、切替ピンの弾かれが生じない可変動弁機構を提供することにある。

本発明は、カムからバルブまでの間に設けられる第１部材及び第２部材と、変位することにより第１部材と第２部材とを連結及び連結解除する切替ピンと、第１部材及び第２部材の外部にあって切替ピンを変位させる変位装置とを含む内燃機関の可変動弁機構において、
変位装置が、
カムのカムシャフトに共回転可能且つカムシャフト長方向にスライド可能に外挿され、一方側面が切替ピンに当接し、他方側面にプレート厚が回転に連れて増加するテーパ面を有するリング状プレートと、
サポートピンと、サポートピンをテーパ面に当接する位置と当接しない位置とに移動させる移動装置とからなるサポート装置と
を含み構成されていることを特徴とする。

［作用］
リング状プレートのテーパ面にサポートピンが当接しない位置にあるときは、リング状プレートがカムシャフトと共回転しても、リング状プレートはカムシャフト長方向にスライドしないため、切替ピンを変位させない。

リング状プレートのテーパ面にサポートピンが当接する位置にあるときは、リング状プレートがカムシャフトと共回転すると、サポートピンとテーパ面との当接箇所のプレート厚が回転に連れて増加するため、リング状プレートはカムシャフト長方向にスライドして、切替ピンを変位させる。

このように、変位装置は、カムシャフトに搭載したリング状プレートの共回転とスライドを利用して切替ピンを変位させ、第１部材と第２部材とを連結及び連結解除する。カムシャフトに変位装置の主要部材であるリング状プレートを搭載するため、シリンダヘッド内のアーム間のスペースが不要になり、第１の課題を解決できる。また、リング状プレートがカムシャフトと共回転（すなわちカムと同期して回転）し、カムタイミングに合わせ切替ピンを変位させることができるため、切替ピンの弾かれを低減でき、第２の課題を解決できる。

本発明によれば、切替ピンの変位装置の搭載性が良く、切替ピンの弾かれが生じないという優れた効果を奏する。

図１は実施例の可変動弁機構の斜視図である。 図２は同可変動弁機構のアーム部分を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は連結状態でノーズ区間時の側断面図、（ｃ）は連結解除状態でノーズ区間時の側断面図である。 図３は同可変動弁機構のアーム部分等を示し、（ａ）連結状態の平断面図、（ｂ）は連結解除状態の平断面図である。 図４は同可変動弁機構の正面図である。 図５は図４のＶ−Ｖ断面図である。 図６は図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。 図７は同可変動弁機構の変位装置等を示し、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）はリング状プレートが閉じた状態（連結状態）の断面図、（ｃ）はリング状プレートが開いた状態（連結解除状態）の断面図である。 図８は同可変動弁機構で連結状態から連結解除状態へ切り替える際のベース円区間を示し、（ａ１）と（ｂ１）はベース円区間にかかったときの側面図と正面図、（ａ２）と（ｂ２）はベース円区間の途中の側面図と正面図、（ａ３）と（ｂ３）はベース円区間の後半の側面図と正面図である。 図９は同可変動弁機構で連結状態から連結解除状態へ切り替える際のノーズ区間を示し、（ａ１）と（ｂ１）はノーズ区間にかかったときの側面図と正面図、（ａ２）と（ｂ２）はノーズ区間のピーク時の側面図と正面図、（ａ３）と（ｂ３）はノーズ区間の後半の側面図と正面図である。 従来例の可変動弁機構の断面図である。

変位装置が、隣り合う２セットの入力アーム及び出力アームの切替ピンを同時に変位させるものであり、２つのリング状プレートを２つのテーパ面どうしが対向するように含み、サポートピンは、両テーパ面が形成するテーパ溝に、外方から挿入されて各テーパ面に当接する位置となり、外方へ抜かれて各テーパ面に当接しない位置となる態様とすることができる。

リング状プレートをカムシャフトに共回転可能且つカムシャフト長方向にスライド可能にする機構としては、特に限定されないが、キー及びキー溝を例示できる。同例示の場合、カムシャフトにキー、リング状プレートにキー溝を設けてもよいし、カムシャフトにキー溝、リング状プレートにキーを設けてもよい。

リング状プレートを他方側面方向へ付勢するプレート付勢機構を備えることが好ましい。プレート付勢機構としては、特に限定されないが、カムシャフトに直交方向に貫設された孔に装着されたプレート用スプリングと、プレート用スプリングの両端に配置されたボールと、両ボールが当接するようにリング状プレートの内周に形成されたＶ字溝の斜面とから構成される機構を例示できる。

カムからバルブまでの間に設けられる第１部材及び第２部材の態様としては、特に限定されないが、次を例示できる。
・第１部材が、カムで押圧されて変位する入力部材であり、第２部材が、変位してバルブを押圧する出力部材である態様。
・カムで押圧されて変位する入力部材と、変位してバルブを押圧する出力部材と、これらの部材の間に介在する介在部材とがある場合、第１部材が入力部材であり第２部材が介在部材である態様でもよいし、第１部材が介在部材であり第２部材が出力部材である態様でもよい。

出力部材の態様としては、揺動するアーム、直打式バルブリフタ等を例示できる。出力部材が揺動するアームである場合、入力部材も揺動するアームである態様を例示できる。

次に、本発明の実施例について図１〜図９を参照して説明する。但し、説明する各部の構造、形状、数量等は例示であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更できる。

本実施例の可変動弁機構は、カム１からバルブ６までの間に設けられる第１部材としての入力アーム１０及び第２部材として出力アーム２０と、変位することにより入力アーム１０と出力アーム２０とを連結及び連結解除する切替ピン１６−１８と、入力アーム１０及び出力アーム２０の外部にあって切替ピン１６−１８を変位させる変位装置３０とを含み構成されている。変位装置３０は、隣り合う２セットの入力アーム１０及び出力アーム２０の切替ピン１６−１８を同時に変位させるものであるから、図１，図４，図６，図７には、当該２セットの入力アーム１０及び出力アーム２０等を図示している。本実施例は変位装置３０に特徴があるが、まず、変位装置３０以外の構成について説明する。

カム１は、左右方向に延びるカムシャフト４に設けられており、内燃機関の回転に従いカムシャフト４と一体に回転する。カム１は、断面形状が円形のベース円２と、ベース円２から突出したノーズ３とを含み構成されている。

図１〜図３等に示すように、揺動してバルブ６を押圧する出力アーム２０は、アウタアームであって、幅方向に間隔をおいて並設された二つの側壁２１と、両側壁２１の後端部どうしを繋ぐ基部２２と、両側壁２１の先端部どうしを繋ぐ作用部２３とを含み構成されている。基部２２の下面には半球状凹部が凹設され、該半球状凹部が、シリンダヘッドに装着された油圧式ラッシュアジャスタ７の上端の半球部に摺動可能に嵌合されることにより、出力アーム２０は半球部を中心にして揺動可能に支持されている。作用部２３の下面はバルブ押圧面である。

両側壁２１の後端上部に、ロストモーションスプリング２９の後部を支持するスプリング係止凹部２４が形成されている。
両側壁２１の基部よりも先方に貫設された支持孔に、支持ピン２５が取り付けられている。
一方の側壁２１の支持孔よりも先方に貫設された取付孔に、環状底を有する第一筒状部材２６が取り付けられている。
他方の側壁２１の支持孔よりも先方に貫設された取付孔に、環状底を有する第二筒状部材２７が取り付けられている。
両側壁２１の取付孔よりも先方に貫設された取付穴に、サブアームに当接するストッパ２８が取り付けられている。

図１〜図３等に示すように、カム１で押圧されて揺動する入力アーム１０は、インナアームであって、出力アーム２０の二つの側壁２１の間（空所内）に配設されている。入力アーム１０は、幅方向に間隔をおいて並設された２枚の側板１１と、両側板１１の先端部の下部どうしを繋ぐ連結部１２とを含み構成されている。二つの側板１１の後端部に貫設された被支持孔に前記支持ピン２５が挿通されることによって、入力アーム１０は出力アーム２０に揺動可能に支持されている。支持ピン２５の両端は、出力アーム２０の両側壁２１から突出し、該両端には抜止部材１３が外嵌されている（図１では抜止部材は図示略）。

両側板１１の長さ方向中間部に貫設された取付孔に筒状のローラシャフト１４が支持され、ローラシャフト１４にローラ１５がベアリングを介して回転可能に支持されている。ローラ１５の上部にカム１が当接する。

出力アーム２０に対して入力アーム１０を相対揺動不能に連結した連結状態（図２（ｂ）、図３（ａ））とその連結を解除した連結解除状態（図２（ｃ）、図３（ｂ））との間で切替を行う切替装置は、第一切替ピン１６と、第二切替ピン１７と、第三切替ピン１８と、リターンスプリング１９と、変位装置３０とを含み構成されている。

第一切替ピン１６は、環状底を有する筒状のピンであって、第一筒状部材２６の内側に挿入されており、第一筒状部材２６の内側とローラシャフト１４の内側との間を跨ぐ連結位置（図３（ａ））と跨がない連結解除位置（図３（ｂ））との間で変位可能になっている。
第二切替ピン１７は、筒状のピンであって、ローラシャフト１４の内側に挿入されており、ローラシャフト１４の内側と第二筒状部材２７の内側とを跨ぐ連結位置（図３（ａ））と跨がない連結解除位置（図３（ｂ））との間で変位可能になっている。
第三切替ピン１８は、第二筒状部材２７の内側に挿入されており、他の部分よりも径が小さくなった左側の先端部が、第二筒状部材２７の環状底の孔から左方に突出可能になっている。
リターンスプリング１９は、第一筒状部材２６の環状底と第一切替ピン１６との間に介装されており、復元力で第一切替ピン１６を付勢する。

前出した隣り合う２セットの入力アーム１０及び出力アーム２０等は、それぞれの第一筒状部材２６、第二筒状部材２７、第一切替ピン１６、第二切替ピン１７、第三切替ピン１８及びリターンスプリング１９が、両第三切替ピン１８どうしが対向するように、対称に配置されている。

ロストモーションスプリング２９は、図２及び図３に示すように、ねじりコイルばねよりなり、コイル部が抜止部材１３に外嵌され、後部が出力アーム２０のスプリング係止凹部２４に係入され、先部が入力アーム１０の側板１１の下面に当接している（図１ではロストモーションスプリングは図示略）。ロストモーションスプリング２９はその付勢力で、連結解除状態の時に、入力アーム１０をカム１に押し付ける。

さて、変位装置３０は、図１、図４〜図７等に示すように、リング状プレート３１とサポート装置４５とを含み構成されている。

カムシャフト４のカム１（カムロブ）間にはカム１のノーズ３よりも外径が大きい円柱状のプレート用軸部４ａが設けられ、プレート用軸部４ａはカムシャフト４の一部として一体に回転する。

リング状プレート３１は、プレート用軸部４ａに共回転可能且つカムシャフト長方向にスライド可能に外挿されている。リング状プレート３１をカムシャフト４に共回転可能且つカムシャフト長方向にスライド可能にする機構は、プレート用軸部４ａに設けられたキー３２とリング状プレート３１の内周面の一部に設けられたキー溝３３とからなる。

リング状プレート３１の一方側面は平らな面からなり、第三切替ピン１８に当接しうる。リング状プレート３１の他方側面は、回転方向に分けられた、プレート厚が回転に連れて増加するテーパ面３４と、平らなフラット面３５（プレート厚が回転に連れて変化しない面）とからなる。テーパ面３４の開始部は、フラット面３５の終了部に対して段状に凹んでいる。テーパ面３４の終了部は、フラット面３５の開始部となだらかに繋がっている。

本実施例の変位装置３０は、前記のとおり隣り合う２セットの入力アーム１０及び出力アーム２０の切替ピンを同時に変位させるものであり、互いに対称形状である２つのリング状プレート３１を、２つのテーパ面３４どうしが対向して同期するように含んでいる。

変位装置３０は、さらに、２つのリング状プレート３１をそれぞれ他方側面方向へ付勢する２つのプレート付勢機構を備えている。各プレート付勢機構は、プレート用軸部４ａに直交方向に貫設された孔に装着されたプレート用スプリング３６と、プレート用スプリング３６の両端に配置されたボール３７と、両ボール３７が当接するようにリング状プレート３１の内周に形成された斜面３８とから構成されている。斜面３８の一方側面縁には抜け止め突部３９が形成されている。プレート用スプリング３６の荷重でボール３７が斜面３８を押すことにより、２つのリング状プレート３１はそれぞれ他方側面方向へ付勢され、フラット面３５どうしが当接する。テーパ面３４どうしは、離間幅がサポートピン４６の太さよりやや大きい入口部（テーパ面３４の前記開始部間）から、離間幅がゼロとなる終了部（テーパ面３４の前記終了部間）まで変化する、テーパ溝４０を形成する。

サポート装置４５は、サポートピン４６と、サポートピン４６をテーパ面３４に当接する位置と当接しない位置とに移動させる移動装置４７とからなり、２セットのアーム間ではない箇所（本例では２セットのアームよりも前方且つ上方の箇所）に配設されている。移動装置４７自体は固定されていて移動しない。移動装置４７の駆動方式は、電磁式（電磁ソレノイド等）でも油圧式でもよいが、電磁式が好ましい。図５等に示すように、サポートピン４６は、カムシャフト４とは交差する方向に移動され、テーパ溝４０の入口部に、外方から挿入されて各テーパ面３４に当接する位置となり、外方へ抜かれて各テーパ面３４に当接しない位置となる。

本実施例では、図５等に示すように、サポートピン４６がテーパ溝４０の入口部に外方から挿入される位置はカム１の中心部前方にある。そして、カム１とテーパ溝４０との回転角関係は、ベース円２の中間部とテーパ溝４０の入口部とが対応し、ノーズ３のベース円２の終了部とテーパ溝４０の終了部とがほぼ対応している。

次に、以上のように構成された本実施例の可変動弁機構の動作を説明する。

［１］連結状態（バルブ作動）の動作
図５に示すように、サポートピン４６が、テーパ溝４０から外方へ抜かれて、両テーパ面３４に当接しない位置にあるときは、リング状プレート３１がカムシャフト４と共回転しても、リング状プレート３１はカムシャフト長方向にスライドしないため、リング状プレート３１と僅かに離間している第三切替ピン１８は、変位しない。このとき、図３（ａ）に示すように、第一切替ピン１６及び第二切替ピン１７は、リターンスプリング１９の復元力によってそれぞれ連結位置に配されている。それによって、出力アーム２０に対して入力アーム１０が相対揺動不能になる。そのため、図２（ｂ）に示すように、出力アーム２０と入力アーム１０とが一体的に揺動してバルブ６を作動させる。

［２］連結状態から連結解除状態（バルブ休止）へ切り替える際の動作
図８は、ベース円区間（カム１のベース円２がローラ１５に当接する区間）での動作を示している。
同図（ａ１）（ｂ１）に示すように、ベース円区間の中間部で、サポートピン４６を、テーパ溝４０の入口部に挿入して、両テーパ面３４に当接する位置にする。
同図（ａ２）（ｂ２）に示すように、リング状プレート３１の回転に連れて、サポートピン４６とテーパ面３４との当接箇所のプレート厚が増加するため、各リング状プレート３１はプレート用スプリング３６の荷重に抗してカムシャフト長方向にスライドし始め（すなわち互いに開き始め）（図７（ｂ）→（ｃ））、一方側面が第三切替ピン１８と当接する。
同図（ａ３）（ｂ３）に示すように、テーパ溝４０の終了部がサポートピン４６に達すると（達した後はフラット面３５がサポートピン４６にかかる）、各リング状プレート３１は互いに開き終わって切替ピン１６−１８を押し込み終わり、図３（ｂ）に示すように、第一切替ピン１６及び第二切替ピン１７はそれぞれ連結解除位置に配され、出力アーム２０に対して入力アーム１０が相対揺動可能になる。

図９は、ノーズ区間（カム１のノーズ３がローラ１５に当接する区間）での動作を示している。
同図（ａ１）（ｂ１）〜（ａ２）（ｂ２）に示すように、ノーズ区間でも、フラット面３５がサポートピン４６にかかっていて、リング状プレート３１は開いたままであり、連結解除状態は維持されるから、入力アーム１０のみがノーズ３に押されて支持ピン２５を中心に揺動（空振り）し、出力アーム２０は揺動しないため、バルブ６の作動が休止される。
同図（ａ３）（ｂ３）に示すように、ノーズ区間の終了部になり、フラット面３５の終了部がサポートピン４６にかかる頃には、入力アーム１０はロストモーションスプリング２９の付勢力により揺動をほぼ戻している。続いて、ベース円区間の開始部になると、テーパ溝４０の入口部がサポートピン４６にかかるため、各リング状プレート３１はプレート用スプリング３６の荷重で互いに閉じて（図７（ｃ）→（ｂ））、図８（ａ１）（ｂ１）の状態となる。

以上のように、変位装置３０は、カムシャフト４に搭載したリング状プレート３１の共回転とスライドを利用して切替ピン１６−１８を変位させ、入力アーム１０と出力アーム２０とを連結及び連結解除する。カムシャフト４に変位装置３０のリング状プレート３１を搭載するため、シリンダヘッド内のアーム間のスペースが不要になり、第１の課題を解決できる。また、リング状プレート３１がカムシャフト４と共回転（すなわちカム１と同期して回転）し、カムタイミングに合わせ切替ピン１６−１８を変位させることができるため、切替ピン１６−１８の弾かれを低減でき、第２の課題を解決できる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することができる。

１ カム
２ ベース円
３ ノーズ
４ カムシャフト
４ａ プレート用軸部
６ バルブ
１０ 入力アーム
１６ 第一切替ピン
１７ 第二切替ピン
１８ 第三切替ピン
２０ 出力アーム
３０ 変位装置
３１ リング状プレート
３２ キー
３３ キー溝
３４ テーパ面
３５ フラット面
３６ プレート用スプリング
３７ ボール
３８ 斜面
３９ 抜け止め突部
４０ テーパ溝
４５ サポート装置
４６ サポートピン
４７ 移動装置

両側壁２１の後端下部に、ロストモーションスプリング２９の後部を支持するスプリング係止凹部２４が形成されている。
両側壁２１の基部よりも先方に貫設された支持孔に、支持ピン２５が取り付けられている。
一方の側壁２１の支持孔よりも先方に貫設された取付孔に、環状底を有する第一筒状部材２６が取り付けられている。
他方の側壁２１の支持孔よりも先方に貫設された取付孔に、環状底を有する第二筒状部材２７が取り付けられている。
両側壁２１の取付孔よりも先方に貫設された取付穴に、サブアームに当接するストッパ２８が取り付けられている。

［２］連結状態から連結解除状態（バルブ休止）へ切り替える際の動作
図８は、ベース円区間（カム１のベース円２がローラ１５に当接する区間）での動作を示している。
同図（ａ１）（ｂ１）に示すように、ベース円区間にかかったとき、サポートピン４６を、テーパ溝４０の入口部に挿入して、両テーパ面３４に当接する位置にする。
同図（ａ２）（ｂ２）に示すように、リング状プレート３１の回転に連れて、サポートピン４６とテーパ面３４との当接箇所のプレート厚が増加するため、各リング状プレート３１はプレート用スプリング３６の荷重に抗してカムシャフト長方向にスライドし始め（すなわち互いに開き始め）（図７（ｂ）→（ｃ））、一方側面が第三切替ピン１８と当接する。
同図（ａ３）（ｂ３）に示すように、テーパ溝４０の終了部がサポートピン４６に達すると（達した後はフラット面３５がサポートピン４６にかかる）、各リング状プレート３１は互いに開き終わって切替ピン１６−１８を押し込み終わり、図３（ｂ）に示すように、第一切替ピン１６及び第二切替ピン１７はそれぞれ連結解除位置に配され、出力アーム２０に対して入力アーム１０が相対揺動可能になる。

Claims (6)

1. カム（１）からバルブ（６）までの間に設けられる第１部材（１０）及び第２部材（２０）と、変位することにより第１部材（１０）と第２部材（２０）とを連結及び連結解除する切替ピン（１６−１８）と、第１部材（１０）及び第２部材（２０）の外部にあって切替ピン（１６−１８）を変位させる変位装置（３０）とを含む内燃機関の可変動弁機構において、
   変位装置（３０）が、
   カム（１）のカムシャフト（４ａ）に共回転可能且つカムシャフト長方向にスライド可能に外挿され、一方側面が切替ピン（１８）に当接し、他方側面にプレート厚が回転に連れて増加するテーパ面（３４）を有するリング状プレート（３１）と、
   サポートピン（４６）と、サポートピン（４６）をテーパ面（３４）に当接する位置と当接しない位置とに移動させる移動装置（４７）とからなるサポート装置（４５）と
   を含み構成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. 変位装置（３０）が、隣り合う２セットの入力アーム（１０）及び出力アーム（２０）の切替ピン（１６−１８）を同時に変位させるものであり、２つのリング状プレート（３１）を２つのテーパ面（３４）どうしが対向するように含み、サポートピン（４６）は、両テーパ面（３４）が形成するテーパ溝（４０）に、外方から挿入されて各テーパ面（３４）に当接する位置となり、外方へ抜かれて各テーパ面（３４）に当接しない位置となる請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構。
3. リング状プレート（３１）をカムシャフト（４ａ）に共回転可能且つカムシャフト長方向にスライド可能にする機構は、キー（３２）及びキー溝（３３）である請求項１又は２記載の内燃機関の可変動弁機構。
4. リング状プレート（３１）を他方側面方向へ付勢するプレート付勢機構を備えている請求項１、２又は３記載の内燃機関の可変動弁機構。
5. プレート付勢機構は、カムシャフト（４ａ）に直交方向に貫設された孔に装着されたプレート用スプリング（３６）と、プレート用スプリング（３６）の両端に配置されたボール（３７）と、両ボール（３７）が当接するようにリング状プレート（３１）の内周に形成された斜面（３８）とから構成されている請求項４記載の内燃機関の可変動弁機構。
6. 第１部材（１０）は、カム（１）で押圧されて変位する入力部材であり、第２部材（２０）は、変位してバルブ（６）を押圧する出力部材である請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構。

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