JP3907346B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁装置、とりわけ駆動カムからリンクアームやロッカアームなどの伝達機構を介して所定角度範囲で揺動する揺動カムによって機関弁を開閉作動させる内燃機関の動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
機関低速低負荷時における燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時における吸気の充填効率の向上による十分な出力を確保する等のために、吸気・排気バルブの開閉時期とバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御する動弁装置は従来から種々提供されており、その一例として特開平11−107725号の公報に記載されたものがある。
【0003】
図6及び図7に基づいて概略を説明すれば、シリンダヘッド51に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁52と、シリンダヘッド51上部の軸受53に回転自在に支持されて、機関のクランク軸から回転力が伝達される駆動軸54と、該駆動軸54の軸心に対して中心を所定量偏心させて固定された2つの駆動カム55と、同じく駆動軸54に揺動自在に支持されて、各吸気弁52の上端部に設けられたバルブリフター56の上面に摺接して各吸気弁52をバルブスプリング57のばね力との相対圧で開閉作動させる揺動カム58と、該揺動カム58と駆動カム55との間に介装されて駆動カム55の偏心回転を揺動カム58に伝達して揺動させる伝達機構59と、該伝達機構59を介して揺動カム58のバルブリフター上面に対する揺動位置を変化させてバルブリフト特性を可変にする可変機構60とを備えている。
【0004】
前記伝達機構59は、ほぼ円環状の基端部61aの嵌合孔61cが駆動カム55の外周面に回転自在に嵌合したリンクアーム61と、前記軸受53の上端部に制御軸67を介して揺動自在に支持され、中央側基部62aの前端の一側部に突設された一端部62bが連結ピン63によってリンクアーム61の突出端部61bに相対回転自在に連結されたロッカアーム62と、両端部64a,64bがロッカアーム62の一端部62bと対角線位置にある他端部62cと揺動カム58のカムノーズ部58aに夫々ピン65,66を介して相対回転自在に連結されたリンクロッド64とから構成されている。
【0005】
また、可変機構60は、図外のアクチュエータによって回転位置を制御される前記制御軸67と、該制御軸67の外周に中心P1を制御軸67の軸心P2から所定量α偏心した状態で固定されて、ロッカアーム62の基部62aのカム孔62d内に摺動自在に設けられた偏心制御カム68とから構成されている。
【0006】
そして、機関の始動とともに駆動軸54及び駆動カム55が回転し始めると、該駆動カム55の偏心回転力によりリンクアーム61が上下動し、これによってロッカアーム62がカム孔62dを介して制御カム68を支点として揺動し、この揺動力がリンクロッド64に伝達されて揺動カム58を図中上下方向へ揺動させることによりカム面58bでバルブリフター56を下方へ押圧あるいは押圧を解除して吸気弁52を開閉作動させるようになっている。
【0007】
また、機関運転状態の変化に伴い制御軸67が所定量回転して制御カム68を偏心回動させることによりロッカアーム62の揺動支点P1を変化させる。これによって、揺動カム58は、リンクロッド64を介してバルブリフター56の上面上での揺動支点位置が図中左あるいは右方向へ変化し、これによって吸気弁52のバルブリフト特性を大小可変するようになっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の動弁装置にあっては、ロッカアーム62が、図7に示すように平面ほぼクランク状に折曲されて、両端部62b,62cが中央基部62aの前後端の対角線位置に形成されていると共に、該各端部62b,62cに連結ピン63、65を介してリンクアーム61の他端部61bとリンクロッド64の一端部64aがそれぞれ片持ち状態に支持されている。したがって、吸気弁52の開作動中に駆動カム55からリンクアーム61を介してロッカアーム62の一端部62bに伝達された入力荷重は図7に示すA点位置となり、一方、閉作動中にバルブスプリング57からバルブリフター56と揺動カム58及びリンクロッド64を介してロッカアーム62の他端部62cに伝達された入力荷重は図7に示すB点位置になる。
【0009】
このため、この両点A,Bを結んだ線分とロッカアーム62の揺動支点となる制御カム68中心との交点Cが支点の荷重点になるが、この荷重点Cは、ロッカアーム基部62aの荷重幅長Wの内で駆動カム55寄りの外側端側に片寄った位置になっている。
【0010】
したがって、前記各入力荷重がロッカアーム62の各端部62b,cに作用すると、基部62aに荷重点cを中心とした倒れ現象が発生して、カム孔62dの荷重点C側の孔縁が、制御カム68の外周面に肩当たりしてかかる偏荷重により、両者間に焼き付きや摩耗などが発生する虞れがある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記先願に係る動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項1記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動する駆動軸と、該駆動軸の外周に固定され、中心が駆動軸の軸心から所定量偏倚した駆動カムと、一端部が前記駆動カムの外周に回転自在に連係したリンクアームと、中央側の基部が支軸に揺動自在に支持されて、該基部から突出した一端部が前記リンクアームの他端部に連結ピンを介して回転自在に連係されたロッカアームと、該ロッカアームの他端部に揺動自在に連係されて、カム面が機関弁の上端部に有するフォロア部に摺接しつつ機関弁を開閉作動させる揺動カムとを備えた内燃機関の動弁装置において、前記ロッカアームの一端部を基部に沿って前記支軸の軸方向へ延設すると共に、該一端部と基部に、支軸に対して直交方向に沿った切欠空間部を形成し、該切欠空間部内に配置された前記リンクアームの他端部を、切欠空間部両側の二股部位に前記連結ピンを介して両持ち状態に支持し、かつ、前記支軸と基部との間に、回転位置に応じて前記ロッカアームの揺動支点を変化させる制御カムを設け、該制御カムの前記ロッカアーム基部の切欠空間部と対応した外周位置に、該切欠空間部とともに前記リンクアームの他端部の回動を許容する切欠部を形成したことを特徴としている。
【0012】
この発明によれば、支軸方向へ延設されたロッカアームの基部や一端部に切欠空間部を設け、この切欠空間部両側の二股部位に、リンクアームの他端部を連結ピンを介して両持ち状態に支持させるようにしたため、駆動カムやバルブスプリングからの駆動荷重点がロッカアームの基部の長手方向の中央側寄りに位置させることが可能になる。したがって、該ロッカアーム基部の倒れ現象が回避できる。
しかも、制御カムにも切欠部を形成することにより、リンクアームの他端部を該切欠部内にも配置吸収していわゆる逃げ空間を大きくしたため、ロッカアームや制御カムの高さを高くする必要がなく、エンジンルーム内でのレイアウトの自由度の制約を防止できる。
【0013】
請求項2記載の発明は、前記切欠空間部を、ロッカアームの基部と一端部の長手方向のほぼ中央位置に形成したことを特徴としている。
【0014】
したがって、ロッカアームに対する前記駆動カム等の駆動荷重点を基部のより中央側に移動できるため、ロッカアームの倒れ防止効果をさらに助長できる。
【0015】
請求項3記載の発明は、前記二股部位を連結する連結部位を、ロッカアーム一端部と反対側に位置する基部のほぼ半周に亙って形成したことを特徴としている。
【0016】
この発明によれば、ロッカアームに切欠空間部を形成しても、連結部位の断面積を十分に大きくしたことにより、二股部位の結合剛性の低下が防止できる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る動弁装置の一実施形態を図1〜図5に基づいて詳述する。この実施形態の動弁装置は、先願のものと同じく1気筒あたり2つの吸気弁を備え、かつ該吸気弁のバルブリフトを機関運転状態に応じて可変にする可変機構を備えたものを示している。
【0020】
すなわち、この動弁装置は、シリンダヘッド11に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁12,12と、シリンダヘッド11上部の軸受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、圧入等により固定された偏心回転カムである2つの駆動カム15,15と、駆動軸13に揺動自在に支持されて、各吸気弁12,12の上端部に配設されたフォロワであるバルブリフター16,16の平坦な上面16a,16aに摺接して各吸気弁12,12を開作動させる揺動カム17,17と、駆動カム15と揺動カム17,17との間に連係されて、駆動カム15の回転力を揺動カム17,17の揺動力として伝達する伝達機構18と、該伝達機構18の作動位置を可変にする可変機構19とを備えている。
【0021】
前記駆動軸13は、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図外の従動スプロケットや該従動スプロケット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、時計方向(矢印方向)に設定されている。
【0022】
前記軸受14は、図2に示すように、シリンダヘッド11の上端部に設けられて駆動軸13の上部を支持するメインブラケット14aと、該メインブラケット14aの上端部に設けられて後述する制御軸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。
【0023】
前記両駆動カム15は、図1〜図3に示すようにほぼリング状を呈し、小径なカム本体15aと、該カム本体15aの外端面に一体に設けられたフランジ部15bとからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔15cが貫通形成されていると共に、カム本体15aの軸心Xが駆動軸13の軸心Yから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この各駆動カム15は、駆動軸13に対し前記両バルブリフター16,16に干渉しない両外側に駆動軸挿通孔15cを介して圧入固定されていると共に、両方のカム本体15a,15aの外周面15d,15dが同一のカムプロフィールに形成されている。
【0024】
前記揺動カム17は、図1に示すようにほぼ横雨滴状を呈し、ほぼ円環状の基端部20に駆動軸13が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔20aが貫通形成されていると共に、一端部のカムノーズ部21にピン孔21aが貫通形成されている。また、揺動カム17の下面には、カム面22が形成され、基端部20側の基円面22aと該基円面22aからカムノーズ部21側に円弧状に延びるランプ面22bと該ランプ面22bの先端側に有する最大リフトの頂面22cとが形成されており、該基円面22aとランプ面22b及び頂面22cとが、揺動カム17の揺動位置に応じて各バルブリフター16の上面16a所定位置に当接するようになっている。また、揺動カム17は、基円面22aから頂面22c方向へ摺動するカムリフト側の揺動方向が前記駆動軸13の回転方向と同一方向に設定されている。
【0025】
前記伝達機構18は、図1に示すように駆動軸13の上方に配置されたロッカアーム23と、該ロッカアーム23の一端部23bと駆動カム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23cと揺動カム17とを連係するリンクロッド25とを備えている。
【0026】
前記各ロッカアーム23は、図4に示すように、後述する制御カム33にカム孔23fを介して回転自在に支持された筒状基部23aと、該筒状基部23aの前後端部に突設された一端部23b及び他端部23とからなり、前記筒状基部23aは、後述する制御軸32の軸方向に沿って所定長さWまで延設されていると共に、一端部23bも基部23aの端縁に沿って同じ長さに延設されている。そして、この基部23aと一端部23bのその長手方向のほぼ中央位置に、制御軸32の軸直角方向に沿った切欠空間部34が形成されている。
そして、この、切欠空間部34を挟んだ両側が二股部位35a,35bに形成されている。この二股部位35a,35bは、その上端部が連結部位36を介して結合されており、この連結部位36は、図1にも示すように、基部23aのほぼ半周に亙って形成されて、その横断面積が比較的大きく設定されている。
【0027】
また、二股部位35a,35bには、リンクアーム24の他端部24bを連結する連結ピン26の両端部が圧入するピン孔23d,23dが形成されており、リンクアーム24の他端部24bが前記切欠空間部34の内部に嵌入配置されて連結ピン26を介して二股部位35a,35bに両持ち状態に支持されている。一方、ロッカアーム23の他端部23cには、リンクロッド25の一端部25aと相対回転自在に連結するピン27が圧入されるピン孔23eが形成されている。
【0028】
また、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15aの外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔24c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24dが貫通形成されている。
【0029】
さらに、前記リンクロッド25は、図1にも示すように所定長さの平板状を呈し、ほぼ中央がく字形状に折曲形成され、円形状の両端部25a,25bには前記ロッカアーム23の他端部23bと揺動カム17の端部21の各ピン孔23e,21aに圧入した各ピン27,28の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔25c,25dが貫通形成されている。また、リンクロッド25の両側面には、軽量化を図るために肉抜き部25cが長手方向に沿って形成されている。
【0030】
尚、各ピン27,28一端部には、リンクアーム24やリンクロッド25の軸方向の移動を規制するスナップリング30,31,が設けられている。
【0031】
前記可変機構19は、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支軸である制御軸32と、該制御軸32の外周に固定されてロッカアーム23の揺動支点となる制御カム33とを備えている。
【0032】
前記制御軸32は、駆動軸13と並行に延設されて、一端部に設けられた図外の電磁アクチュエータによって所定回転角度範囲内で回転するように制御されており、前記電磁アクチュエータは、機関の運転状態を検出する図外のコントローラからの制御信号によって駆動するようになっている。コントローラは、クランク角センサやエアーフローメータ,水温センサ等の各種のセンサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算等により検出して、前記電磁アクチュエータに制御信号を出力している。
【0033】
前記各制御カム33は、夫々円柱状を呈し、図1に示すように軸心P1位置が制御軸32の軸心P2からα分だけ偏倚していると共に、その軸方向の長さLがロッカアーム23の基部23aの幅長さWとほぼ同一に設定されている。また、この制御カム33は、図5に示すように前記ロッカアーム23の切欠空間部34と対応した中央位置に、切欠部37が形成されている。この切欠部37は、その深さが制御軸32の外径と同一に設定されていると共に、その幅は切欠空間部34の幅と同一に設定されている。そして、この切欠部37が前記切欠空間部34と共同してリンクアーム他端部24bの嵌入配置と自由回動を許容している。
【0034】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関始動時及び低回転低負荷時には、機関運転を検出したコントローラからの制御信号によって、電磁アクチュエータが一方向に回転駆動されて、制御軸32が制御カム33を図1に示す位置に回転させて厚肉部33aを左下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム23は、その揺動支点中心P1位置が図示のように左側へ移動して他端部23bが揺動カム17のカムノーズ部21をリンクロッド25を介して上方へわずかに引き上げて該揺動カム17全体を所定量だけ図示の反時計方向の位置に回動させる。
【0035】
この状態で揺動カム17の揺動作用、つまり駆動カム15と伝達機構18による揺動カム17のカムリフト作用を説明すると、まず図1に示すように揺動カム17の基円面22aがバルブリフター16の上面16aに位置している場合は、ベースサークル領域であって吸気弁12が閉作動状態にある。
【0036】
この状態から、駆動カム15の回転駆動に伴いリンクアーム24が左上方向へ移動してロッカアーム23の一端部23aを押し上げる。したがって、ロッカアーム23は、図示のように時計方向へ揺動して他端部23bでリンクロッド25を下方へ押圧し、これによって揺動カム17が時計方向へ揺動することによりカムリフトが開始されてリフト上り区間になる。ここから、駆動カム15がさらに回転すると、揺動カム17は時計方向へ揺動して頂面22cがバルブリフター16の上面16aに当接した段階で、最大リフトとなる。駆動カム15がさらに回転すると、揺動カム17は反転してリフト下り区間になり、さらに揺動カム17の同方向の揺動によって図1に示すベースサークル領域(閉弁領域)になる。
【0037】
したがって、この吸気弁12のバルブリフト特性は、小リフト特性となるため、吸気のガス流動が強化されて、燃費が改善される。
【0038】
一方、機関高速高負荷域に移行した場合は、コントローラからの制御信号によって電磁アクチュエータがさらに回転駆動し、したがって、制御軸32が制御カム33を時計方向に回転させ、軸心P1(厚肉部33a)を図1の左上方位置に移動させる。このため、ロッカアーム23は、今度は全体が駆動軸13方向(下方向)に移動して他端部23c揺動カム17のカムノーズ部21をリンクロッド25を介して下方へ押圧して該揺動カム17全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。したがって、揺動カム17のバルブリフター上面16aに対するカム面22の当接位置が右方向に移動する。このため、駆動カム15が回転してロッカアーム23の一端部23aをリンクアーム24を介して押し上げると、バルブリフター16に対するそのリフト量は大きくなる。
【0039】
よって、かかる高速高負荷域では、カムリフト特性が低速低負荷域に比較して大きくなり、バルブリフト量も大きくなるとともに、各吸気弁12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得られる。
【0040】
このように、本実施形態では、各吸気弁12の開閉時期やバルブリフト量を可変にできることは勿論のこと、ロッカアーム23の基部23a及び一端部23bを制御軸32方向に延設して制御カム33に対する軸受け幅を大きくし、しかも、リンクアーム24の他端部24bをロッカアーム23の一端部23bの長手方向のほぼ中央位置において二股部位35a,bにより両持ち状態で支持するようにしたため、装置の作動中における駆動カム15の回転力による入力荷重とバルブスプリングのばね反力による入力荷重を、図3で示すように基部23aの幅方向の上端部ほぼ中央位置のZ点で受けることができる。
【0041】
この結果、ロッカアーム23の幅方向への倒れ現象が確実に回避されて、制御カム33の外周面に基部23aの大きな表面積のカム面23f全体が常時摺接することになる。したがって、基部23aのカム孔23f内周縁と制御カム33外周面との偏荷重による焼き付きや摩耗の発生を効果的に防止できる。
【0042】
しかも、基部23aに切欠空間部34を形成しても連結部位36を大きく形成したため、二股部位35a,35bの結合剛性の低下が防止され、前記大きな入力荷重が作用しても破損や振動などは発生しないばかりか、前記基部23aの倒れ防止効果がさらに助長される。
【0043】
また、基部23aや一端部23bの切欠空間部34の他に、制御カム33にも切欠部37を形成して、いわゆる逃げ空間を大きくしたため、リンクアーム24の他端部24bを該切欠部37内にも深く配置吸収でき、したがって、ロッカアーム23や制御カム33の高位化を抑制することができる。この結果、エンジンルーム内へのレイアウトが良好になるとともに、エンジンフードを高くする必要がなくなる。
【0044】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項1記載の発明によれば、装置の作動中における駆動カムの回転力による入力荷重とバルブスプリングのばね反力による入力荷重をロッカアーム基部の幅方向の上端部ほぼ中央位置、つまり、連結部位のほぼ中央位置で受けることができる。この結果、ロッカアーム基部の幅方向への倒れ現象が確実に防止できる。したがって、ロッカアーム基部の内周縁と制御カム外周面との偏荷重による焼き付きや摩耗の発生を効果的に防止できる。
また、前記ロッカアームの基部や一端部に切欠空間部を形成するばかりか、制御カムにも切欠部を形成して、いわゆる逃げ空間を大きくしたため、リンクアームの他端部を該切欠部内にも深く配置吸収できる。したがって、ロッカアームや制御カムの高位化を抑制するができ、この結果、前記ロッカアームの倒れを防止しつつ装置の高位化を防止できる。
【0045】
請求項2記載の発明によれば、ロッカアームに対する前記駆動カム等の駆動荷重点を基部のより中央側に移動できるため、ロッカアームの倒れ防止効果をさらに助長できる。
【0046】
請求項3記載の発明によれば、基部に切欠空間部を形成しても連結部位を円周方向へ大きく形成したため、二股部位の結合剛性の低下が防止されて、基部に前記大きな入力荷重が作用しても破損や振動などは発生しないばかりか、基部の倒れ防止効果をさらに助長することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す図2のA−A線断面図。
【図2】本実施形態の側面図。
【図3】本実施形態の平面図。
【図4】本実施形態に供されるロッカアームを示す斜視図。
【図5】本実施形態に供される制御カムを示す斜視図。
【図6】先願に係る動弁装置を示す横断面図。
【図7】先願の動弁装置の要部平面図。
【符号の説明】
11…シリンダヘッド
12…吸気弁
13…駆動軸
15…駆動カム
16…バルブリフター
17…揺動カム
18…伝達機構
19…可変機構
22…カム面
23…ロッカアーム
23a…基部
23b、23c…両端部
23d…ピン孔
24…リンクアーム
24a…基端部
24b…突出端部
25…リンクロッド
25a,25b…両端部
26…連結ピン
34…切欠空間部
35a,35b…二股部位
36…連結部位
37…切欠部

Claims (3)

  1. 機関のクランク軸によって回転駆動する駆動軸と、該駆動軸の外周に固定され、中心が駆動軸の軸心から所定量偏倚した駆動カムと、一端部が前記駆動カムの外周に回転自在に連係したリンクアームと、中央側の基部が支軸に揺動自在に支持されて、該基部から突出した一端部が前記リンクアームの他端部に連結ピンを介して回転自在に連係されたロッカアームと、該ロッカアームの他端部に揺動自在に連係されて、カム面が機関弁の上端部に有するフォロア部に摺接しつつ機関弁を開閉作動させる揺動カムとを備えた内燃機関の動弁装置において、
    前記ロッカアームの一端部を基部に沿って前記支軸の軸方向へ延設すると共に、該一端部と基部に、前記支軸に対して直交方向に沿った切欠空間部を形成し、該切欠空間部内に配置された前記リンクアームの他端部を、切欠空間部両側の二股部位に前記連結ピンを介して両持ち状態に支持し、
    かつ、前記支軸と基部との間に、回転位置に応じて前記ロッカアームの揺動支点を変化させる制御カムを設け、
    該制御カムの前記ロッカアーム基部の切欠空間部と対応した外周位置に、該切欠空間部とともに前記リンクアームの他端部の回動を許容する切欠部を形成したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
  2. 前記切欠空間部を、ロッカアームの基部と一端部の長手方向のほぼ中央位置に形成したことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の動弁装置。
  3. 前記二股部位を連結する連結部位を、ロッカアーム一端部と反対側に位置する基部のほぼ半周に亙って形成したことを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の動弁装置。
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