JP3959217B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば吸気弁あるいは排気弁の特にバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変にできる内燃機関の可変動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の従来の可変動弁装置としては、特開平10−280931号公報などに記載されたものがある
図13及び図14に基づいて概略を説明すれば、この可変動弁装置は、吸気弁側に適用されたもので、クランク軸の回転に同期して回転し、シリンダヘッド50上の軸受62に回転自在に支持された駆動軸51と、該駆動軸51の外周に固定された雨滴状の駆動カム52と、駆動カム52側部の駆動軸51に揺動自在に支持されて、吸気弁53の上端部に有するバルブリフター54の上面をカム面55が摺接する揺動カム56と、駆動カム52の回転リフト量を揺動カム56に伝達するロッカアーム57とを備えている。そして、吸気弁53は、揺動カム56の揺動力とバルブスプリング60のばね力によって開閉作動するようになっている。
【0003】
前記ロッカアーム57は、ほぼく字形状に折曲形成されて、一端部57aの下面が前記駆動カム52の外周面に当接している一方、他端部57bの折曲先端部が前記揺動カム56の上端部56b上面に摺接自在に当接している。また、このロッカアーム57は、中央に有する筒状基部57cが制御機構によって揺動支点が変化させられるようになっている。
【0004】
前記制御機構は、ロッカアーム57の基部57cに有する支持孔57d内を挿通した制御軸58と、該制御軸58の外周に固定されて、前記支持孔内を回転自在に配置された制御カム59と、前記制御軸58を機関運転状態に応じて回転制御する図外のアクチュエータとから構成されている。
【0005】
前記制御カム59は、その軸心P1が制御軸58の軸心P2から所定量偏心して設けられており、その回転位置に応じてロッカアーム57の揺動支点を変化させて、揺動カム56のカム面55のバルブリフター54上面に対する転接位置を変換させて、吸気弁53のリフト量を可変制御するようになっている。
【0006】
すなわち、機関運転状態が例えば低回転低負荷域である場合は、アクチュエータによって制御軸58を例えば図中反時計方向へ回転させて、制御カム59を同方向へ回転させることにより、ロッカアーム57の揺動支点位置を図示の位置から左上方へ移動させる。これにより、ロッカアーム57全体が左上方に移動して揺動カム56のカムノーズ部56a側の端部を捩りスプリング63が引き上げ、これによって揺動カム56のバルブリフター54上面上の当接位置がベース部55a側に移動する。したがって、吸気弁53は、そのバルブリフト特性が小リフトとなるように制御される。
【0007】
一方、高回転高負荷域に移行した場合は、アクチュエータが制御軸58を介して制御カム59を図示の位置に時計方向に回転制御するため、ロッカアーム57の揺動支点が図示のように右下方に移動する。これにより、揺動カム56は、バルブリフター54上面との当接位置がリフト頂面55b側に移動するため、図14に示すように吸気弁53のリフト量が最大リフト(L2)となるように制御される。
【0008】
したがって、機関運転状態に応じて燃費の改善や出力の向上など機関性能を十分に発揮させることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の可変動弁装置にあっては、制御カム59の回転位置に応じてロッカアーム57の揺動支点を変化させることによりバルブリフト特性を大小可変にすることができるものの、作動中において駆動軸51の回転角度に応じてロッカアーム57を介して前記制御軸58が受ける正逆の回転モーメントによる制御機構のへの影響については何ら考慮されていない。
【0010】
すなわち、図13に示すように、駆動軸51の回転に伴い駆動カム52がリフトを開始した際には、ロッカアーム57の一端部57aが駆動カム52側から受ける第1の荷重(f1)方向と、ロッカアーム57の他端部57bがバルブスプリングのばね反力により揺動カム53側から受ける第2の荷重(f2)方向との交点がA点になっている。
【0011】
そして、制御カム59には、該制御カム59の中心P1とA点とを結ぶ方向に前記第1、第2荷重f1,f2の合成荷重Fが作用するが、この線分P1−Aは、制御軸58の軸心P2とA点を結ぶ線分P2−Aよりも図中左側、つまり反時計方向側に位置している。したがって、制御軸58には、図中時計方向の回転モーメントが発生する。
【0012】
また、図14に示すように、駆動カム52が回転してバルブリフトを最大バルブリフトになったときは、制御カム59の線分P1−Aは、線分P2−Aに対して時計方向に位置することになる。したがって、制御軸58には、今度は反時計方向の回転モーメントが発生する。
【0013】
このように、制御軸58は、バルブスプリング60のばね力や駆動カム52の回転力によって発生する軸心回りの回転モーメントが駆動カム52の回転角度によって正逆に切り替わるようになるため、制御軸58を回転駆動させる制御機構にガタ音が発生し易くなる。
【0014】
特に、バルブリフトが最大になる制御軸58の回転位相においては、第1、第2荷重f1,f2が大きく、その結果、荷重Fも大きくなるので、制御機構に発生する前記ガタ音も大きくなり、比較的大きな騒音の発生する恐れがあると共に、制御カム59の外周面とロッカアーム57の支持孔57dの内周面との間が摩耗してしまう恐れもある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記先願に係る可変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同期して回転し、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、所定の支軸に揺動自在に支持されて、バルブスプリングのばね力に抗して機関弁を開作動させる揺動カムと、前記駆動軸とほぼ平行に配設された制御軸に揺動自在に設けられて、一端部が前記駆動カムに連係し他端部が前記揺動カムに連係したロッカアームと、前記制御軸の外周に軸心が偏心状態に固定されて、制御軸の回転位置に応じてロッカアームの揺動支点を変化させる制御カムと、を備え、前記ロッカアームの揺動支点の変化に応じて、揺動カムのカム面の機関弁に対する当接位置を変化させて機関弁のバルブリフトを可変にする内燃機関の可変動弁装置において、前記駆動カムの回転に伴い該駆動カム側からロッカアームの一端部に作用する第1の荷重方向線と前記揺動カムを介してバルブスプリングのばね反力がロッカアームの他端部に作用する第2の荷重方向線との交点を求め、前記制御カムにより機関弁のバルブリフトが少なくとも最大リフトに制御された場合において、前記交点と前記制御カムの軸心とを結ぶ線が、前記駆動軸の回転角度位置に拘わらず前記交点と前記制御軸の軸心とを結ぶ線よりも常にロッカアーム一端部側あるいは他端部側に位置するように前記制御軸と制御カムを配置し、前記交点から制御カムの軸心を通る方向へ荷重が作用した際に、制御軸に対して該制御軸の軸心の回りに受ける回転モーメント方向と同方向へ回転付勢する付勢手段を設けたことを特徴としている。
【0016】
したがって、本発明によれば、制御カムに大きな荷重が作用する最大バルブリフト制御時の回転位相において、駆動軸の回転に伴い制御軸に作用する回転モーメントの大きな正逆変化を抑制することができるため、制御機構でのガタ音の発生を抑制できる。
しかも、付勢手段により制御軸が回転モーメントと同方向に付勢されることにより、該回転モーメント方向の正逆変化をさらに抑制することが可能になる。
【0017】
請求項2記載の発明は、機関弁のバルブリフトが最小から最大リフトの全ての制御範囲内において、前記交点と前記制御カムの軸心とを結ぶ線が、前記駆動軸の回転角度位置に拘わらず前記交点と前記制御軸の軸心とを結ぶ線よりも常にロッカアーム一端部側あるいは他端部側に位置するように構成したことを特徴としている。
【0018】
この発明によれば、駆動軸の回転に伴い制御軸に作用する回転モーメントの正逆変化を、全ての運転領域で抑制することが可能になり、全ての運転領域で制御機構のガタ音を抑制できる。
【0019】
請求項3記載の発明は、前記ロッカアームの基部に形成された支持孔の内周面と該支持孔の内周面に回転自在に配置された前記制御カムの外周面との間に、転がり軸受部材を介装したことを特徴としている。
【0020】
この発明によれば、ロッカアームの揺動に起因して制御カムが受ける正逆変化を伴う連れ回りモーメントを、転がり軸受部材によって効果的に低減することができる。これによって、制御軸の回転モーメントの正逆変化をさらに抑制できる。
【0023】
請求項4に記載の発明は、前記駆動カムとロッカアーム一端部とを互いに回転自在に枢支したリンクアームによって連係したことを特徴としている。
【0024】
この発明によれば、ロッカアームの一端部が駆動カム側から受ける第1の荷重方向の変化をリンクアームによって小さくさせることができるため、前記回転モーメント方向の変化をさらに抑制できる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の可変動弁装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の可変動弁装置は、1気筒あたり2つの吸気弁を備えかつ吸気弁のバルリフト量を機関運転状態に応じて可変にする可変機構を備えている。
【0026】
すなわち、この可変動弁装置は、図1〜図3に示すようにシリンダヘッド11に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられ、バルブスプリング34のばね力によって閉方向に付勢された一対の吸気弁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に固設された偏心回転カムである1つの駆動カム15と、駆動軸13の外周面13a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バルブリフター16,16に摺接する揺動カム17と、駆動カム15と揺動カム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。
【0027】
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中反時計方向に設定されている。なお、駆動軸15は、高強度材で形成されている。
【0028】
前記軸受14は、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。
【0029】
前記駆動カム15は、図2及び図3に示すように耐摩耗材によって一体に形成され、円環状のカム部15aと、該カム部15aの外端面に一体に設けられた筒状部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、図1に示すようにカム部15aの中心Yが駆動軸13の軸心Xから径方向へ所定量βだけオフセットしている。また、この駆動カム15は、図3に示すように、駆動軸13に対し直径方向から挿通された連結ピン40により連結固定されている。さらに、この駆動カム15は、図1に示すように駆動軸13の回転に伴って図中反時計方向(矢印方向)へ回転するようになっている。
【0030】
前記バルブリフター16,16は、有蓋円筒状に形成され、シリンダヘッド11の保持孔内に摺動自在に保持されていると共に、揺動カム17の後述するカム本体17a,17aが摺接する上面16a,16aが平坦状に形成されている。
【0031】
前記揺動カム17は、図1及び図2に示すようにほぼ円筒状の基端部20の両端部に一体に設けられたほぼ雨滴状の一対のカム本体17a,17aを備え、基端部20の内部軸方向に形成された支持孔20aに挿通した駆動軸13に全体が揺動自在に支持されていると共に、一方の一端部側に有するカムノーズ部21にピン孔が貫通形成されている。また、各カム本体17aの下面には、それぞれカム面22が形成されており、このカム面22は、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からカムノーズ部21の先端側に有する最大リフトの頂面22dに連なるリフト面22cとが形成されており、該基円面22aとランプ面22b,リフト面22c及び頂面22d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。
【0032】
すなわち、図4に示すバルブリフト特性からみると、基円面22aの所定角度範囲θ1がベースサークル区間になり、ランプ面22bの前記ベースサークル区間θ1から所定角度範囲θ2がいわゆるランプ区間となり、さらにランプ面22bのランプ区間θ2から頂面22dまでの所定角度範囲θ3がリフト区間になるように設定されている。また、この揺動カム17の基端部20一端面と駆動カム15との間には、円環状の保持部材42が設けられている。この保持部材42は、図3に示すように駆動カム15の筒状部15bの外径とほぼ同径の外径に形成され、中央孔42bを介して駆動軸13に嵌装保持されている。
【0033】
前記伝達機構18は、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23a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の二股状の他端部23b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。
【0034】
前記ロッカアーム23は、図1に示すように中央に有する筒状基部23cが支持孔23d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23cの外端部に突設された一端部23aには、ピン26が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、基部23cの内端部に突設された他端部23bには、リンクロッド25の一端部25aと連結するピン27が嵌入するピン孔が貫通形成されている。
【0035】
また、前記リンクアーム24は、比較的大径な円環状の一端部である基端部24aと、該基端部24aの外周面所定位置に突設された他端部である突出端24bとを備え、基端部24aの中央位置には、前記駆動カム15のカム部15aの外周面にニードルベアリング43を介して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が貫通形成されている。このピン26の軸心26aがロッカアーム23の一端部23aとの枢支点になっている。
【0036】
さらに、前記リンクロッド25は、図1にも示すようにロッカアーム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とカム本体17aのカムノーズ部21の各ピン孔に圧入した各ピン27,28が挿通するピン挿通孔25c,25dが貫通形成され、これらピン27、27によって回転自在に支持されている。
【0037】
また、各ピン26,27,28の一端部には、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図外のスナップリングが設けられていると共に、各ピン27、28の軸心27a,28aが、リンクロッド25の両端部25a,25bとロッカアーム23の他端部23b及び揺動カム17のカムノーズ部21との枢支点になっている。
【0038】
また、前記駆動カム15のカム部15aと該カム部15aの外周面15dに嵌合するリンクアーム24の基端部24aの内周面24cとの間に、転がり軸受部材である第1のニードルベアリング43が介装されている。このニードルベアリング43は、円環状の保持器44と、該保持器44に回転自在に保持された複数のニードルローラ45とから構成されている。
【0039】
前記保持器44は、平板円環状を呈し、巾方向に沿って細長い矩形状の保持孔44aが周方向へ等間隔に複数形成されている。一方、各ニードルローラ45は、保持孔44a内に回転自在に保持され、各内周縁がカム部15aの外周面15dに転動自在に直接接触していると共に、各外周縁が基端部24aの内周面24cに転動自在に直接接触している。
【0040】
また、このニードルベアリング43は、図3に示すようにその全体がカム部15aの外周面によって保持されており、保持器44の両端縁が駆動カム一側面41aと保持部材42の一側面42aとによって駆動軸13方向に挾持されている。ここで、駆動カム15も保持部材42も耐摩耗材で形成されているため、保持器44と摺動しても摩耗の発生が抑制される。
【0041】
一方、ロッカアーム23の支持孔23dの内周面と制御カム33の外周面との間に、別異の転がり軸受部材である第2のニードルベアリング46が介装されている。この第2のニードルベアリング46は、基本構造は第1のニードルベアリング43と同様に保持器47とニードルローラ48とから構成されているが、軸方向(スラスト方向)の自由移動は図外の規制部材によって規制されている。
【0042】
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。
【0043】
前記制御軸32は、図2に示すように駆動軸13と並行に機関前後方向に配設されていると共に、一端部に設けられたウォーム歯車であるウォームホィール35aとウォームギア35bを介して電動アクチュエータ29によって所定回転角度範囲内で回転するようになっている。
【0044】
前記制御カム33は、円筒状を呈し、図1に示すように軸心P1位置が肉厚部33aの分だけ制御軸32の軸心P2からα分だけ偏倚している。
【0045】
さらに、制御軸32と制御カム33を中心とした伝達機構18全体の特異な配置構成によっていずれの機関運転状態においても制御軸32に対する回転モーメント方向をほぼ一定にするように設定されている。
【0046】
すなわち、ロッカアーム一端部23a(前記枢支点26a)が駆動カム15の回転力によりリンクアーム24を介して駆動カム15側から受ける第1荷重f1の方向線Z1と、ロッカアーム他端部23b(前記枢支点27a)がバルブスプリング34のばね力によりバルブリフター16を介して揺動カム17側から受ける第2の荷重f2の方向線Z2の交点をA点としたとき、該A点と前記制御カム33の中心P1を結ぶ線Q1が、A点と前記制御軸32の軸心P2を結ぶ線Q2に対して、駆動軸13のどの回転角度位置に拘わらず常にロッカアーム23の一端部23a側(枢支点26a側)に位置するように設定されている。
【0047】
また、前記制御軸32を回転制御する電動アクチュエータ29は、図2に示すように機関の運転状態を検出するコントローラ30からの制御信号によって駆動するようになっている。このコントローラ30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すると共に、制御軸32の回転位置を検出するポテンショメータ31からの検出信号により前記電動アクチュエータ29に制御信号を出力している。
また、前記制御軸32とシリンダヘッド側面70との間には、前記制御軸32を前記回転モーメントMcと同方向に付勢する付勢手段であるコイルスプリング71が設けられている。
【0048】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関低速低負荷時には、コントローラ30からの制御信号によって電磁アクチュエータを介して制御軸32が時計方向に回転駆動される。このため、制御カム33は、軸心P1が図5に示すように制御軸32の軸心P2から左下方の回動角度位置に保持され、肉厚部33aが駆動軸13から枢支点26a側に離間移動する。このため、ロッカアーム23は、全体が駆動軸13に対して左上方向へ移動し、このため、各カム本体17a,17aは、リンクロッド25を介してカムノーズ部21側を強制的に若干引き上げられて全体が反時計方向へ回動する。
【0049】
したがって、図5,図6に示すように、吸気弁12、12の開閉作動中において、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を介して揺動カム17及びバルブリフター16に伝達されるが、そのリフト量L1は十分小さくなる。なお、図5は揺動カム17の最大揺動時を示し、図6は最小揺動時を示している。
【0050】
よって、かかる低速低負荷域では、図12に示すようにバルブリフト量が十分に小さくなり、フリクションが低減すると共に、各吸気弁12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。
【0051】
また、この低速低負荷時における第1、第2荷重方向線Z1、Z2の交点であるA点と制御カム33の中心P1とを結ぶ線Q1が、A点と制御軸32の軸心P2を結ぶQ2よりも枢支点26a側に位置している。ここで、前記第1荷重f1と第2荷重f2の合成荷重FはQ1方向に作用するので、制御軸32に発生する回転モーメントMcは、図11に示すように、駆動カム15の偏心回転による吸気弁12の開閉作動中、つまり、駆動軸13のいずれの回転角度位置においても常に時計方向に発生乃至ほぼ零となる。なお、モーメントMcがほぼ零になるのは、図6のようなバルブリフト零区間であり、Fが零近くになるためである。
【0052】
したがって、制御軸32に対する大きな回転モーメントの正逆変化が抑制されて、ウォームホィール35aとウォームギア35aとの間に形成されたバックラッシ隙間に起因したガタ音の発生を十分に防止できる。
【0053】
一方、機関運転状態が低速低負荷から中速中負荷さらに高速高負荷時に移行した場合は、コントローラ30からの制御信号によって電磁アクチュエータ29によりウォーム歯車35a,35bを介して制御軸32が反時計方向に回転駆動される。したがって、図1、図7から図10に示すように、制御カム33は、図5、図6に示す位置から反時計方向へ回転して、軸心P1(肉厚部33a)が下方向へ移動する。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23bがリンクロッド25を介して揺動カム17のカムノーズ部21を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。
【0054】
したがって、各カム本体17a,17aの各バルブリフター16上面16aに対するカム面22の当接位置が図7〜図10に示すように右方向位置(リフト部22d側)に移動する。このため、図9に示すように駆動カム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L2は大きくなる。
【0055】
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、図12に示すようにバルブリフト量も大きくなると共に、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、十分な出力が確保できる。
【0056】
そして、この最大バルブリフトの運転領域においても、図7に示す吸気弁12の閉弁時から図8に示す吸気弁12の中間開度時、さらにここから図9に示す吸気弁12の全開開度時、さらには、そこから開度が小さくなった図10に示す中間開度から図7に示す閉弁されたすべての開閉作動時において、第1、第2荷重方向線Z1、Z2の交点であるA点と制御カム33の中心P1とを結ぶ線Q1が、A点と制御軸32の軸心P2を結ぶQ2よりも枢支点26a側に位置している。したがって、前記第1荷重f1と第2荷重f2の合成荷重FはQ1方向に作用するので、制御軸32に発生する回転モーメントMcは、同じく図11に示すように、駆動カム15の偏心回転による吸気弁12の開閉作動中、つまり、駆動軸13のいずれの回転角度位置においても常に時計方向に発生乃至ほぼ零となる。
【0057】
したがって、特に制御カム33に大きな荷重が作用するかかる最大バルブリフト制御時における制御軸32に対する大きな回転モーメントの変化が抑制されて、ウォームホィール35aとウォームギア36bとの間のバックラッシ隙間に起因したガタ音の発生を十分に防止できる。
また、この実施形態によれば、制御軸32は、コイルスプリング71のばね力によって常に回転モーメントMc方向へ付勢されているため、さらに制御軸32のモーメントMcの反転を一層確実に防止でき、この結果、ウォーム歯車35a,35b間のガタ音をさらに効果的に抑制することが可能になる。
【0058】
しかも、前記ロッカアーム23と制御カム33との間に設けられたニードルベアリング46によって、ロッカアーム23の揺動に起因して基部23cの支持孔23d内周面から制御カム33が受ける連れ回りモーメントを効果的に低減することができるため、制御軸32の前記回転モーメント方向の正逆変化を抑制することが可能になり、前記ウォーム歯車間のガタ音をさらに抑制することが可能になる。
【0059】
すなわち、ロッカアーム23の揺動について図7から図10に基づいて考察してみると、まず、図7の吸気弁12の閉弁時から図8に示すように吸気弁12の開弁時(リフト上昇時)には、ロッカアーム23が図中時計方向に揺動しており、したがって、制御カム33は、ロッカアーム23の支持孔内周面によって時計方向の連れ回り摺動摩擦抵抗を受ける。また、逆に図9から図10に示す閉弁時(リフト下降時)には、ロッカアーム23が図中反時計方向に揺動しており、したがって、制御カム33は、ロッカアーム23の支持孔内周面によって反時計方向への連れ回り摺動摩擦抵抗を受ける。
【0060】
このため、開弁区間(リフト上り区間)では、前記時計方向の摺動摩擦抵抗モーメントの分だけ制御軸32に時計方向の回転モーメントMcが増加する。この結果、ウォーム歯車35a,35b間の摩耗が発生し易くなる。
【0061】
一方、閉弁区間(リフト下り区間)では、前記反時計方向の摺動摩擦抵抗モーメントの分だけ制御軸32に時計方向の回転モーメントMcが低減し、したがって、該時計方向の回転モーメントMcの方向へ反転し易くなる。
【0062】
そこで、本実施形態のように、支持孔と制御カム33との間に第2のニードルベアリング46を設けることによって、前述のような連れ回り摺動摩擦抵抗の発生が低減されるため、制御軸32の回転モーメントの反転を抑制でき、ウォーム歯車35a,35b間のガタ音の発生を防止できると共に、回転モーメントMcの増加を防止でき、これによって、ウォーム歯車35a,35b間の摩耗の発生も抑制できる。
【0063】
ところで、本実施形態では、第1荷重f1の方向線Z1はロッカアーム一端部23a側の枢支点26aと駆動カム15の中心Yを結ぶ直線方向であり、この駆動カム15の中心Yの位置は、図7から図10に示すように、駆動カム15の小さな偏心量βの回動に伴い位置が変化するだけであるため、Z1の方向の変化も小さい。したがって、制御軸32の回動モーメントMcの方向が反転する現象が発生しにくいといった利点もある。
【0064】
また、本実施形態によれば、駆動カム15とリンクアーム24の基端部24aとの間に、第1ニードルベアリング43を介装したため、カム部15aの外周面15dと、基部24a内周面24cとの間の摩擦係数μが充分小さくなる。このため、駆動カム15の常時円滑な回転が得られることは勿論のこと、制御軸のトルク特性のばらつきの発生が防止される。
【0065】
この制御軸32のトルクが安定化する結果、電動アクチュエータ29による制御軸32の回転位置制御の安定化が図れ、例えばかかる最大リフト域から最小リフト域までのリフト制御の安定化が図れる。したがって、機関運転状態に応じて可変機構19の円滑かつ安定した作動によるバルブリフト制御が得られ、機関性能を十分に発揮させることが可能になる。
【0066】
また、第1ニードルベアリング43は、各ニードルローラ45が保持器44のみによって保持されて、内外周縁が駆動カムのカム部15aの外周面15dとリンクアーム24の基端部24aの内周面24cに直接転接するようになっているため、アウタレース等の別異の部材が不要になり、この結果、部品点数の増加が抑制できると共に、リンクアーム基端部24aの外径を大きくする必要がなく、リンクアーム24と制御軸32等との干渉を防止しつつ装置全体のコンパクト化が図れる。
【0067】
しかも、第1ニードルベアリング43は、駆動カム15などへの組み付け時に、保持器44が駆動カムの一側面41aと保持部材42の一側面42aとに挾持されるため、軸方向の位置決めが容易になる。
【0070】
なお、本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば揺動カム17が揺動する所定の支軸を、駆動軸とは別のものとしてもよいが、本実施形態のように、駆動軸が兼ねる様に構成すれば、部品点数が減り、コンパクトにできることはいうまでもない。また、制御機構は、ウォーム歯車35a,35bばかりか油圧シリンダなどで構成したものでもよい。
【0071】
【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、制御カムに大きな荷重が作用する最大バルブリフト制御時の制御軸位相において、制御軸に作用する回転モーメントの大きな正逆変化を抑制することができるため、制御機構でのガタ音の発生を抑制できる。
しかも、付勢手段により制御軸が回転モーメントと同方向に付勢されることにより、該回転モーメントの正逆変化をさらに抑制することが可能になる。
【0072】
請求項2記載の発明によれば、制御軸に作用する回転モーメントの正逆変化を、全ての運転領域で抑制することが可能になる。
【0073】
請求項3記載の発明よれば、ロッカアームの揺動に起因して制御カムが受ける連れ回りモーメントを、転がり軸受部材によって効果的に低減することができる。これによって、制御軸の回転モーメントの正逆変化をさらに抑制することが可能になる。
【0075】
請求項4に記載の発明によれば、ロッカアームの一端部が駆動カム側から受ける第1の荷重方向の変化をリンクアームによって小さくさせることができるため、制御軸の回転モーメントの正逆変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施態様を示す図2のA矢視図。
【図2】 本実施態様の要部斜視図。
【図3】 本実施形態の部分断面図。
【図4】 本実施形態に供される揺動カムのカム面のプロフィール特性図。
【図5】 最小バルブリフト制御時における吸気弁の開弁時の荷重方向を示す説明図。
【図6】 最小バルブリフト制御時における吸気弁の閉弁時の荷重方向を示す作用説明図。
【図7】 最大バルブリフト制御時における吸気弁の閉弁時の荷重方向を示す作用説明図。
【図8】 最大バルブリフト制御時における吸気弁の開作動中の荷重方向を示す作用説明図。
【図9】 最大バルブリフト制御時における吸気弁の最大開弁時の荷重方向を示す作用説明図。
【図10】 最大バルブリフト制御時における吸気弁の閉弁作動中の荷重方向を示す作用説明図
【図11】 第1実施形態における制御軸に作用する回転モーメントと駆動軸の回転角度との関係を示す特性図。
【図12】 本実施形態のバルブリフト特性図。
【図13】 従来の可変動弁装置における制御軸に作用する荷重方向を示す説明図。
【図14】 従来の可変動弁装置における制御軸に作用する荷重方向を示す説明図。
【符号の説明】
12…吸気弁
13…駆動軸
15…駆動カム
17…揺動カム
23…ロッカアーム
23a…一端部
23b…他端部
23c…基部
24…リンクアーム
25…リンクロッド
26、27…ピン
26a、27a…枢支点
32…制御軸
33…制御カム
46…第2ニードルベアリング
71…コイルスプリング(付勢手段)
P1…制御カムの中心
P2…制御軸の軸心
A点…交点
Z1…第1荷重方向線
Z2…第2荷重方向線
Claims (4)
- 機関のクランク軸に同期して回転し、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、
所定の支軸に揺動自在に支持されて、バルブスプリングのばね力に抗して機関弁を開作動させる揺動カムと、
前記駆動軸とほぼ平行に配設された制御軸に揺動自在に設けられて、一端部が前記駆動カムに連係し他端部が前記揺動カムに連係したロッカアームと、
前記制御軸の外周に軸心が偏心状態に固定されて、制御軸の回転位置に応じてロッカアームの揺動支点を変化させる制御カムと、を備え、
前記ロッカアームの揺動支点の変化に応じて、揺動カムのカム面の機関弁に対する当接位置を変化させて前記機関弁のバルブリフトを可変にする内燃機関の可変動弁装置において、
前記駆動カムの回転に伴い該駆動カム側からロッカアームの一端部に作用する第1の荷重方向線と前記揺動カムを介してバルブスプリングのばね反力がロッカアームの他端部に作用する第2の荷重方向線との交点を求め、前記制御カムにより機関弁のバルブリフトが少なくとも最大リフトに制御された場合において、前記交点と前記制御カムの軸心とを結ぶ線が、前記駆動軸の回転角度位置に拘わらず前記交点と前記制御軸の軸心とを結ぶ線よりも常にロッカアーム一端部側あるいは他端部側に位置するように前記制御軸と制御カムを配置し、
前記交点から制御カムの軸心を通る方向へ荷重が作用した際に、制御軸に対して該制御軸の軸心の回りに受ける回転モーメント方向と同方向へ回転付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 機関弁のバルブリフトが最小から最大リフトの全ての制御範囲内において、前記交点と前記制御カムの軸心とを結ぶ線が、前記駆動軸の回転角度位置に拘わらず前記交点と前記制御軸の軸心とを結ぶ線よりも常にロッカアーム一端部側あるいは他端部側に位置するように構成したことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記ロッカアームのほぼ中央に有する基部に形成された支持孔の内周面と該支持孔の内周面に回転自在に配置された前記制御カムの外周面との間に、転がり軸受部材を介装したことを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記駆動カムとロッカアーム一端部とを互いに回転自在に枢支したリンクアームによって連係したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
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