JP2020033872A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】可変制御用の揺動アームを含む多種の可変動弁機構において、気筒内又は気筒間でのバルブリフト量又はバルブリフト作用角のばらつきを、さほど手間とコストをかけることなく調整できるようにする。【解決手段】内燃機関の可変動弁機構は、バルブリフト量又はバルブリフト作用角を可変制御するための揺動アーム１０を含む複数の動弁部材で構成され、揺動アーム１０には他の動弁部材に当接するローラ１８がローラピン２０により回転可能に軸着されている。ばらつき調整装置は、揺動アーム１０に挿入される円柱状のピン軸部２１，２２とローラ１８に挿入される円柱状のローラ支持部２３とを備え、ピン軸に対してローラ支持部が偏心しているローラピン２０と、ローラピン２０を揺動アーム１０に回転しないように止着するローラピン止着構造とを含み構成されている。【選択図】図２

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。

内燃機関の可変動弁機構においては、各構成部品の製造ばらつきから、気筒内又は気筒間でバルブリフト量又はバルブリフト作用角にばらつきが生じるため、このばらつきを調整するための調整手段が必要である。

例えば、特許文献１に記載された可変動弁機構は、バルブトロニックの名称（ＢＭＷ社の登録商標）で知られるものであり、カムとロッカアームとの間にインターミディエイトレバーを介在させ、ステップモーターによりインターミディエイトレバーの位置を調整することにより、バルブのリフト量を連続的に変化させる仕組みである（特許文献１）。同機構における前記調整手段としては、サイズが少しずつ異なるランクを付けたインターミディエイトレバー及びロッカアームをそれぞれ用意し、調整の必要がある気筒のインターミディエイトレバー及びロッカアームを適合するランクのものに交換している。

しかし、この調整手段は、調整の度に、可変動弁機構の組みばらしが必要になり、手間がかかっていた。また、ランク数に応じた数量のインターミディエイトレバー及びロッカアームをそれぞれ用意しなければならないため、コストアップになっていた。

また、特許文献２に記載された可変動弁機構は、バルブマチックの名称（トヨタ自動車社の登録商標）で知られるものであり、カムに押される入力部材とバルブを押す出力部材を、それぞれスライダの入力側ヘリカルスプラインと出力側ヘリカルスプラインに噛み合わせ、コントロールシャフトの押し引きに連動してスライダをスライドさせ、この押し引き（直線運動）をヘリカルスプラインにて入力部材と出力部材の回転方向の位相差に変換することにより、バルブのリフト量を連続的に変化させる仕組みである（特許文献２）。同機構における前記調整手段としては、入力部材と出力部材との間あるいは出力部材とカムキャリアとの間にシムを介装する構造とし、厚さが少しずつ異なるランクを付けたシムを用意し、調整の必要がある気筒のシムを適合するランクのものに交換して、入力部材、出力部材及びスライダをコントロールシャフトの押し引き方向にずらしている。

しかし、この調整手段は、この仕組みの可変動弁機構にのみ採用できるものであり、他の仕組みの可変動弁機構には採用できなかった。

特表２００４−５２１２３４号公報 特開２００４−３４０１４０号公報

そこで、本発明の目的は、可変制御用の揺動アームを含む多種の可変動弁機構において、気筒内又は気筒間でのバルブリフト量又はバルブリフト作用角のばらつきを、さほど手間とコストをかけることなく調整できるようにすることにある。

本発明は、カムと、カムからバルブまでの間に設けられたバルブリフト量又はバルブリフト作用角を可変制御するための揺動アームとを含む複数の動弁部材で構成され、揺動アームには他の動弁部材に当接するローラがローラピンにより回転可能に軸着されている内燃機関の可変動弁機構において、
気筒内又は気筒間でのバルブリフト量又はバルブリフト作用角のばらつきを調整するばらつき調整装置は、
揺動アームに挿入される円柱状のピン軸部とローラに挿入される円柱状のローラ支持部とを備え、ピン軸に対してローラ支持部が偏心しているローラピンと、
ローラピンの回転方向位置を調整した状態で該ローラピンを揺動アームに回転しないように止着するローラピン止着装置とを含み構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、可変制御用の揺動アームを含む多種の可変動弁機構において、気筒内又は気筒間でのバルブリフト量又はバルブリフト作用角のばらつきを、さほど手間とコストをかけることなく調整することができる。

図１は実施例１の可変動弁機構を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は左側面図、（ｃ）は右側面図である。 図２の（ａ）及び（ｂ）はばらつき調整を説明するII−II断面図、（ｃ）及び（ｄ）はローラピンの斜視図、（ｅ）はローラピンの端面図である。 図３は一例のばらつき調整後のバルブリフトを説明する、（ａ）はベース円時の、（ｂ）は低リフト時の、（ｃ）は最大リフト時の、各III−III断面図である。 図４は別のばらつき調整後のバルブリフトを説明する、（ａ）はベース円時の、（ｂ）は低リフト時の、（ｃ）は最大リフト時の、各断面図である。 図５は実施例２の可変動弁機構を示し、（ａ）及び（ｂ）はばらつき調整を説明する断面図、（ｃ）及び（ｄ）はローラピンの斜視図、（ｅ）はローラピンの端面図である。

揺動アームは、バルブリフト量又はバルブリフト作用角のいずれか一方を可変制御するためのものでもよいし、両方を可変制御するためのものでもよい。

ローラが当接する他の動弁部材としては、特に限定されないが、カムや、カムと揺動アームとの間の介在アーム等を例示できる。

ローラピン止着装置の構造は、特に限定されないが、次の［１］又は［２］の態様を例示できる。
［１］ローラピン止着構造は、ピン軸部の雄ねじが揺動アームの雌ねじ孔に螺合し、揺動アームより外側方へ突出した該ピン軸部の雄ねじにナットが螺合し、ナットが揺動アームの外側面に締め付けられる構造である。この態様によれば、上述した背景技術と異なり、部品を交換することなく、前記ばらつきを調整することができる。

［２］ローラピン止着構造は、ピン軸部の雄ねじが揺動アームの雌ねじ孔に螺合し、ローラピンのピン軸部よりも大径の頭部と揺動アームの外側面との間にリング状の調整シムが介装され、頭部が調整シムを介して揺動アームの外側面に締め付けられる構造である。この態様によれば、調整シムの交換は必要になるが、ばらつきの調整作業を［１］の態様よりも簡略化できる。

本発明の実施例１について図１〜図４を参照して説明する。なお、各実施例の各部の構造及び形状は例示であり、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更できる。

本実施例の内燃機関の可変動弁機構は、カム１と、吸気用又は排気用のバルブ４０を押圧するロッカアーム３と、カム１からバルブ４０までの間（本例ではカム１とロッカアーム３との間）に設けられたバルブリフト量又はバルブリフト作用角を可変制御するための揺動アーム１０とを含む複数の動弁部材で構成され、揺動アーム１０には他の動弁部材（本例ではカム１）に当接するローラ１８がローラピン２０により回転可能に軸着されている。また、揺動アーム１０の揺動中心を変位させることにより、バルブリフト量又はバルブリフト作用角を連続的に可変制御する揺動アーム制御装置を備えている。

さらに、気筒内又は気筒間でのバルブリフト量又はバルブリフト作用角のばらつきを調整するばらつき調整装置として、揺動アーム１０に挿入される円柱状のピン軸部２１，２２とローラ１８に挿入される円柱状のローラ支持部２３とを備え、ピン軸２１，２２に対してローラ支持部２３が偏心している前記ローラピン２０と、ローラピン２０の回転方向位置を調整した状態で該ローラピン２０を揺動アーム１０に回転しないように止着するローラピン止着構造とを含み構成されたばらつき調整装置を備えている。

これら各部の詳細を以下説明する。なお、ロッカアーム３の先後方向と平行な方向を単に先後方向といい、ロッカアーム３の幅方向と平行な方向を単に幅方向という。

［カム１］
カム１は、側面視で円形のベース円と、ベース円から突出したノーズとを含み、ノーズがバルブリフトの起因となるものである。カム１はベース円に直交するカムシャフト２に形成され、カムシャフト２は幅方向に延び、シリンダヘッドのジャーナル（図示略）に回転可能に支持されている。

［ロッカアーム３］
ロッカアーム３は、カムシャフト２よりも下方において先後方向に延びており、後部の下面に形成された半球状凹部４がラッシュアジャスタ５の半球状凸部に載置されることにより、揺動可能に支持されている。ロッカアーム３の先部の下面は、バルブ４０の上端を押圧する押圧部６となっている。ロッカアーム３の先後方向中間部には、ロッカローラ７がローラ軸８により回転可能に軸着されている。ロッカアーム３は、ロッカローラ７に駆動力が伝えられると揺動してバルブ４０を駆動する。

［揺動アーム１０］
揺動アーム１０は、支持シャフト１１に揺動可能に軸着されている。支持シャフト１１は、カムシャフト２よりも後方かつ上方において幅方向に延び、シリンダヘッドのジャーナル（図示略）に対して、シャフト径方向である先後方向に移動可能に取り付けられている。

揺動アーム１０は、上下方向に延びるアーム縦部１２と、アーム縦部１２の下部から先方へ延びるアーム横部１３とからなる、側面視略Ｌ字状の中間アームである。アーム縦部１２は幅方向に離間した第１側壁１４及び第２側壁１５からなり、アーム横部１３はアーム縦部１２から連続する第１側壁１４及び第２側壁１５と該両側壁１４，１５の下部間を連結する底壁１６とからなる。

アーム縦部１２の第１側壁１４及び第２側壁１５の上部に形成された支持孔１７に支持シャフト１１が挿通されることにより、揺動アーム１０は支持シャフト１１を中心に先後方向に揺動可能となっている。アーム縦部１２の上下方向中間部には、カム１に当接するローラ１８がローラピン２０により回転可能に軸着されている。

アーム横部１３はカム１とロッカローラ７との間に入り込むように先方へ延びており、底壁１６の下面にロッカローラ７を押圧する押圧面１９が形成されている。押圧面１９は、支持シャフト１１を中心とした円周方向に延びる円弧部１９ａと、円弧部１９ａの先から連続して先側ほど支持シャフト１１から離間する方向の突出量を増していく突出部１９ｂとからなる。円弧部１９ａがロッカローラ７にかかっているうちは、ロッカアーム３は揺動せず、バルブ４０はリフトしない。そして、突出部１９ｂがロッカローラ７にかかると、ロッカアーム３は揺動し、バルブ４０はリフトする。

揺動アーム１０のアーム縦部１２の後側には、該アーム縦部１２をカム１側へ付勢するスプリング２８の一端が当接し、ローラ１８をカム１に常時接触させている。

［ばらつき調整装置］
ローラピン２０は、図２等に示すように、第１側壁１４の第１孔１４ａに挿入される円柱状の第１ピン軸部２１と、第２側壁１５の第２孔１５ａに挿入される円柱状の第２ピン軸部２２と、該両側壁１４，１５の間でローラ１８のローラ孔に挿入される円柱状のローラ支持部２３とからなり、これらは一体形成されている。第１ピン軸部２１の中心軸線と第２ピン軸部２２の中心軸線とは共通のピン軸線Ｐであり、該ピン軸線Ｐに対してローラ支持部２３の中心軸線であるローラ軸線Ｑが所定の偏心量だけずれており、すなわちピン軸２１，２２に対してローラ支持部２３（ひいてはローラ１８）が偏心している。

第１孔１４ａの内面と第１ピン軸部２１の外面は滑面である。第１ピン軸部２１の端面には六角レンチ（図示略）を嵌入できる六角凹部２４が形成されている。
第２孔１５ａの内面には雌ねじ２５が形成され、第２ピン軸部２２の外面には雄ねじ２６が形成され、雌ねじ２５に雄ねじ２６が螺合する。また、第２ピン軸部２２は、第２側壁１５の外方へナット２７長分以上突出する長さに形成されており、その突出した部分の雄ねじ２６にナット２７が螺合する。
ローラ１８のローラ孔とローラ支持部２３との間は軸受の構造になっており、軸受の種類は特に限定されず、図示した滑り軸受、図示しない転がり軸受（ころ軸受、ボール軸受等）等を例示できる。但し、摩擦の少ない転がり軸受が好ましい。

ローラピン止着構造は、第２ピン軸部２２の雄ねじ２６が第２孔１５ａの雌ねじ２５に螺合し、第２側壁１５より外側方へ突出した雄ねじ２６にナット２７が螺合し、該ナット２７が第２側壁１５の外側面に締め付けられる構造である。

ローラピン２０を揺動アーム１０に止着するには、まずナット２７を第２側壁１５から弛めておき、六角レンチ（図示略）を六角凹部２４に嵌入してローラピン２０を回転させる。例えば、図２の相対的に雄ねじ２６の締め込み量が少ない（ａ）から相対的に雄ねじ２６の締め込み量が多い（ｂ）への変化で示すように、雄ねじ２６の締め込み量に応じてローラピン２０の回転方向位置が変化するので、該回転方向位置を容易に調整することができる。調整したローラピン２０の回転方向位置を保持しながら、ナット２７を第２側壁１５に締め付ければ、ローラピン２０を揺動アーム１０に回転しないように止着することができる。

［揺動アーム制御装置］
揺動アーム制御装置は、支持シャフト１１のすぐ後方において幅方向に延びる制御シャフト３１と、制御シャフト３１に設けられて支持シャフト１１に当接し、制御シャフト３１からの突出量が回動方向で連続的に増加するプロフィールを有する制御カム３２と、制御シャフト３１を１回転以内で回動制御して支持シャフト１１に当接する制御カム３２の当接部位を変化させる回動装置（図示略）とを含み構成されている。この変化した当接部位での制御カム３２の突出量により支持シャフト１１を押動し、揺動アーム１０の揺動中心を先後方向に変位させることにより、後述するようにバルブリフト量又はバルブリフト作用角を連続的に可変制御することができる。

以上のように構成された実施例１の可変動弁機構は、次のようにバルブリフト量又はバルブリフト作用角のばらつきを調整して、動弁作動する。

図３は、ピン軸線Ｐに対してローラ軸線Ｑがカム１とは反対側に位置するようにローラピン２０の回転方向位置を調整した状態で、該ローラピン２０をローラピン止着構造により揺動アーム１０に回転しないように止着したときの状態を示している。このとき、次の図４のときと比べて相対的に、アーム縦部１２がカム１に接近し、ロッカローラ７に接触する押圧面１９の位相が後方へシフトする。

図４は、ピン軸線Ｐに対してローラ軸線Ｑがカム１側に位置するようにローラピン２０の回転方向位置を調整した状態で、該ローラピン２０をローラピン止着構造で揺動アーム１０に回転しないように止着したときの状態を示している。このとき、上の図３のときと比べて相対的に、アーム縦部１２がカム１から離れ、ロッカローラ７に接触する押圧面１９の位相が先方へシフトする。図４（ａ）（ｂ）には、図３（ａ）（ｂ）のときのアーム横部１３を２点鎖線で併記している。

図３の状態と図４の状態との間で、上記ローラピン２０の回転方向位置の調整は任意に行うことができ、押圧面１９の位相のシフトを任意に変えることができる。

図３及び図４の各（ａ）及び各（ｂ）は、制御シャフト３１が少し回動して、制御カム３２の突出量の小さい部位が支持シャフト１１を押動して、支持シャフト１１の揺動中心を先方へ小さく変位させたときを示している。
各（ａ）のように、カム１のペース円がローラ１８に当接するときは、前記のとおり図３と図４とで押圧面１９の位相に差異があっても、押圧面１９の円弧部１９ａがロッカローラ７にかかるため、ロッカアーム３は揺動せず、バルブはリフトしない。
各（ｂ）のように、カム１のノーズがローラ１８を押圧したときは、揺動アーム１０が揺動し、押圧面１９の突出部１９ｂがロッカローラ７にかかるため、ロッカアーム３は小さく揺動し、バルブは低リフトする。このとき、前記のとおり図３と図４とで押圧面１９の位相に差異があることにより、図３（ｂ）よりも図４（ｂ）の方が、バルブリフト量及びバルブリフト作用角が大きい（大きく調整されたことになる）。

次に、図３及び図４の各（ｃ）は、制御シャフト３１がさらに回動して、制御カム３２の突出量の最大部位が支持シャフト１１を押動して、支持シャフト１１の揺動中心を先方へ最も大きく変位させたときを示している。このとき、カム１のノーズがローラ１８を押圧すると、図３及び図４の各（ｂ）よりも（２点鎖線で併記した）、押圧面１９の突出部１９ｂのより先側がロッカローラ７にかかるため、ロッカアーム３は大きく揺動し、バルブは最大リフトする。このときも、前記のとおり図３と図４とで位相に差異があることにより、図３（ｃ）よりも図４（ｃ）の方が、バルブリフト量及びバルブリフト作用角が大きい（大きく調整されたことになる）。

以上のように、ローラピン２０の回転方向位置を調整した状態で、ローラピン２０をローラピン止着構造により揺動アーム１０に回転しないように止着することにより、バルブリフト量及びバルブリフト作用角を調整することができるので、この調整を気筒内又は気筒間でのバルブリフト量又はバルブリフト作用角のばらつきの調整に用いることができる。

また、上記各（ａ）及び各（ｂ）の時点と各（ｃ）の時点は、連続可変における２つの時点を例示的に取り上げたものであり、上記制御カム３２の回動により、支持シャフト１１の揺動中心を連続的に変位させて、バルブリフト量及びバルブリフト作用角を連続的に変化させることができる。

実施例１によれば、可変制御用の揺動アーム１０を含む多種の可変動弁機構において、気筒内又は気筒間でのバルブリフト量又はバルブリフト作用角のばらつきを、さほど手間とコストをかけることなく調整することができる。また、上述した背景技術と異なり、部品を交換することなく、前記ばらつきを調整することができる。

本発明の実施例２は、図５に示すように、ローラピン２０とローラピン止着構造においてのみ実施例１と相違し、その他は実施例１と共通するものである。

ローラピン２０は、実施例１と同じく第１ピン軸部２１と第２ピン軸部２２とローラ支持部２３とを含むほか、さらに第１ピン軸部２１の端部に第１ピン軸部２１よりも大径の頭部２９を含み、これらは一体形成されている。頭部２９に六角凹部２４が形成されている。第２ピン軸部２２は、ナット２７を螺合しない分、実施例１の第２ピン軸部２２よりも短い。ローラピン２０のその他は、実施例１のローラピン２０と同様である。

ローラピン止着構造は、第２ピン軸部２２の雄ねじ２６が第２側壁１５の第２孔１５ａの雌ねじ２５に螺合し、頭部２９と第１側壁１４との間にリング状の調整シム３０が介装され、頭部２９が調整シム３０を介して第１側壁１４の外側面に締め付けられる構造である。厚さが少しずつ異なるランクを付けた調整シム３０が用意され、適合するランクの調整シム３０が選ばれて介装される。

ローラピン２０を揺動アーム１０に止着するには、六角レンチを六角凹部２４に嵌入してローラピン２０を回転させる。例えば、図５の相対的に厚い調整シム３０を介装した（ａ）から相対的に薄い調整シム３０を介装した（ｂ）への変化で示すように、調整シム３０の厚さに応じて、頭部２９が締め付けられたときの雄ねじ２６の締め込み量が変化し、ローラピン２０の回転方向位置が変化するので該回転方向位置を容易に調整することができる。また、頭部２９が締め付けられたときに、ローラピン２０を揺動アーム１０に回転しないように止着することができるので、実施例１のようなナット２７は不要である。

以上のように、ローラピン２０の回転方向位置を調整した状態で、ローラピン２０をローラピン止着構造により揺動アーム１０に回転しないように止着することにより、実施例１と同様に、バルブリフト量及びバルブリフト作用角を調整することができるので、この変化を気筒内又は気筒間でのバルブリフト量又はバルブリフト作用角のばらつきの調整に用いることができる。

実施例２によっても、可変制御用の揺動アーム１０を含む多種の可変動弁機構において、気筒内又は気筒間でのバルブリフト量又はバルブリフト作用角のばらつきを、さほど手間とコストをかけることなく調整することができる。また、調整シム３０の交換は必要になるが、ばらつきの調整作業を実施例１よりも簡略化できる。

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
３ ロッカアーム
１０ 揺動アーム
１１ 支持シャフト
１２ アーム縦部
１３ アーム横部
１４ 第１側壁
１４ａ 第１孔
１５ 第２側壁
１５ａ 第２孔
１６ 底壁
１７ 支持孔
１８ ローラ
１９ 押圧面
１９ａ 円弧部
１９ｂ 突出部
２０ ローラピン
２１ 第１ピン軸部
２２ 第２ピン軸部
２３ ローラ支持部
２７ ナット
２９ 頭部
３０ 調整シム
３１ 制御シャフト
３２ 制御カム
４０ バルブ
Ｐ ピン軸線
Ｑ ローラ軸線

Claims (3)

1. カム（１）と、カム（１）からバルブ（４０）までの間に設けられたバルブリフト量又はバルブリフト作用角を可変制御するための揺動アーム（１０）とを含む複数の動弁部材で構成され、揺動アーム（１０）には他の動弁部材（１）に当接するローラ（１８）がローラピン（２０）により回転可能に軸着されている内燃機関の可変動弁機構において、
   気筒内又は気筒間でのバルブリフト量又はバルブリフト作用角のばらつきを調整するばらつき調整装置は、
   揺動アーム（１０）に挿入される円柱状のピン軸部（２１，２２）とローラ（１８）に挿入される円柱状のローラ支持部（２３）とを備え、ピン軸（２１，２２）に対してローラ支持部（２３）が偏心しているローラピン（２０）と、
   ローラピン（２０）の回転方向位置を調整した状態で該ローラピン（２０）を揺動アーム（１０）に回転しないように止着するローラピン止着装置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. ローラピン止着構造は、ピン軸部（２２）の雄ねじ（２６）が揺動アーム（１０）の雌ねじ孔（２５）に螺合し、揺動アーム（１０）より外側方へ突出した該ピン軸部（２２）の雄ねじ（２６）にナット（２７）が螺合し、ナット（２７）が揺動アーム（１０）の外側面に締め付けられる構造である請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構。
3. ローラピン止着構造は、ピン軸部（２２）の雄ねじ（２６）が揺動アーム（１０）の雌ねじ孔（２５）に螺合し、ローラピン（２０）のピン軸部（２１）よりも大径の頭部（２９）と揺動アーム（１０）の外側面との間にリング状の調整シム（３０）が介装され、頭部（２９）が調整シム（３０）を介して揺動アーム（１０）の外側面に締め付けられる構造である請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構。

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