JP3982917B2 - 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、吸・排気弁の開閉時期及び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動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知にように、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昭55−137305号公報等に記載されているものが知られている。
【0003】
図19に基づきその概略を説明すれば、シリンダヘッド1のアッパデッキの略中央近傍上方位置にカムシャフト2が設けられていると共に、該カムシャフト2の外周にカム2aが一体に設けられている。また、カムシャフト2の側部には、制御シャフト3が平行に配置されており、この制御シャフト3に偏心カム4を介してロッカアーム5が揺動自在に軸支されている。一方、シリンダヘッド1に摺動自在に設けられた吸気弁6の上端部には、バルブリフター7を介して揺動カム8が配置されている。この揺動カム8は、バルブリフター7の上方にカムシャフト2と並行に配置された支軸9に揺動自在に軸支され、下端のカム面8aがバルブリフター7の上面に当接している。また、前記ロッカアーム5は、一端部5aがカム2aの外周面に当接していると共に、他端部5bが揺動カム8の上端面8bに当接して、カム2aのリフトを揺動カム8及びバルブリフター7を介して吸気弁6に伝達するようになっている。
【0004】
また、前記制御シャフト3は、図外のアクチュエータによって所定角度範囲で回転制御されて、偏心カム4の回動位置を制御し、これによってロッカアーム5の揺動支点を変化させるようになっている。
【0005】
そして、偏心カム4が正逆の所定回動位置に制御されるとロッカアーム5の揺動支点が変化して、他端部5bの揺動カム8の上端面8bに対する当接位置が図中上下方向に変化し、これによって揺動カム8のカム面8aのバルブリフター7上面に対する当接位置の変化に伴い、揺動カム8の揺動軌跡が変化することにより吸気弁6の開閉時期(バルブタイミング)とバルブリフト量を可変制御するようになっている。尚、図中10は、揺動カム8の上端面8bを常時ロッカアーム5の他端部5bに弾接付勢するスプリングである。
【0006】
【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、カム2aと揺動カム8がそれぞれカムシャフト2と支軸9に設けられて、両者2a,8は、機関の巾方向へ大きく離間した位置に別個に配置されている。このため、特に揺動カム8を設置する大きなスペースが要求される。
【0007】
また、カム2aと揺動カム8が機関巾方向へ大きく離れているため、ロッカアーム5の両端部5a,5bを必然的に機関巾方向へほぼへ字形状に延出させなければならない。したがって、配置スペースの増加と相俟ってロッカアーム5の大型化により、動弁装置の機関への搭載性が悪化すると共に、重量の増加が余儀なくされている。
【0008】
しかも、カムシャフト2の他に支軸9を必要とするので、部品点数が増加すると共に、カムシャフト2と支軸9との互いの軸心のずれが生じ易くなり、これによってバルブタイミングの制御精度が低下するおそれがある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の可変動弁装置の課題に鑑みて案出されたもので、請求項1記載の発明は、一方が機関のクランク軸によって回転駆動され、他方が非回転状態になっている吸気側カムシャフト及び排気側カムシャフトと、前記回転駆動される一方のカムシャフトの外周に設けられて、前記吸気側あるいは排気側の一方側の機関弁を開作動させる駆動カムと、前記各カムシャフトに並設された制御軸に制御カムを介して揺動自在に軸支されたロッカアームと、一方のカムシャフトに前記駆動カムとともに設けられて、前記ロッカアームの一端部に連係した偏心カムと、前記他方のカムシャフトに揺動自在に設けられて、ロッカアームの他端部に連係して他方側の機関弁を開作動させる揺動カムと、前記制御軸を所定角度範囲で回転させる駆動機構と、前記ロッカアームの一端部と前記偏心カムとを回動自在に連係するリンクアームと、前記ロッカアームの他端部と前記揺動カムとを回動自在に連結するリンク部材と、を備え、前記偏心カムが回転することに伴い前記リンクアームが回動して前記ロッカアームを揺動させ、該ロッカアームの揺動によって前記リンク部材を介して前記揺動カムをリフト方向及び反リフト方向へ揺動させることを特徴としている。
【0011】
請求項2に記載の発明は、前記リンクアームの円環状一端部を、該一端部に形成された嵌合孔を介して前記偏心カムの外周面に回動自在に連結したことを特徴としている。
【0012】
請求項3に記載の発明は、前記一方のカムシャフトを排気側カムシャフトに設定すると共に、他方のカムシャフトを吸気側カムシャフトに設定し、前記排気側カムシャフトのカム軸受の上端部に前記制御軸を軸受したことを特徴としている。
【0013】
請求項4に記載の発明は、前記一方のカムシャフトを排気側カムシャフトに設定すると共に、他方のカムシャフトを吸気側カムシャフトに設定し、該吸気側カムシャフトのカム軸受の上端部に前記制御軸を軸受したことを特徴としている。
【0014】
請求項5に記載の発明は、前記偏心カムを、一方のカムシャフトをほぼクランク状に折曲して該カムシャフトと一体に形成すると共に、前記リンクアームの一端部を半割状に形成して、前記偏心カムに着脱自在に嵌合連結したことを特徴としている。
【0015】
請求項6に記載の発明は、前記リンクアームの一端部を円環状一体に形成すると共に、該一端部の内径を、前記駆動カムのベースサークル側の一端縁からカムノーズ側の他端縁までの長径よりも大きく設定したことを特徴としている。
【0016】
請求項7に記載の発明は、前記偏心カムと揺動カムとを互いにカムシャフト軸方向へオフセット配置したことを特徴としている。
【0017】
請求項8に記載の発明は、前記偏心カムを、複数の隣接する気筒間に配置したことを特徴としている。
【0018】
請求項9に記載の発明は、前記1つの気筒に、吸気側あるいは排気側のいずれか一方側の機関弁を少なくとも2つ設け、該2つの機関弁のうち一方の機関弁を開閉する一方側の揺動カムのプロフィールと他方の機関弁を開閉する他方側の揺動カムのプロフィールとを互いに異ならせたことを特徴としている。
【0019】
本発明によれば、駆動カムを例えば一方のカムシャフトである排気側カムシャフトに設けて排気弁の開作動用に供する一方、揺動カムを他方のカムシャフトである吸気側カムシャフトに設けて吸気弁の開作動用に供し、さらに、ロッカアームを揺動させる偏心カムを駆動カムとともに排気側カムシャフトに設けることによって偏心カムを回転駆動させるための独自のカムシャフトが不要となり、部品点数の増加の抑制と機関巾方向の省スペース化が図れ、装置の機関への搭載性が向上する。
さらに、ロッカアームの一端部と偏心カムとをリンクアームによって回転自在に連係すると共に、ロッカアームの他端部と揺動カムとをリンク部材によって回転自在に連結したことから、揺動カムがロッカアームによりリンク部材を介してリフト方向及び反リフト方向へ強制的に揺動させられることになるため、従来のようなリターンスプリングやバルブスプリングのばね力に依存することなく揺動カムを回転方向の所定位置へと戻すことができ、これによって前記各スプリングの反力によるフリクションの発生を防止することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1〜図3は、本発明の可変動弁装置の第1の実施形態を示しており、この可変動弁装置は、図5に示すような所定のバンク角を有するV型内燃機関11に適用したものである。具体的に説明すれば、可変動弁装置は、シリンダブロック11a上部に設けられた一対のシリンダヘッド11b,11bに装着されて、このシリンダヘッド11b,11bの上部に設けられたロッカカバー11c,11cに被われている。すなわち、図1及び図3に示すように、各シリンダヘッド11b,11bの両側部に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた夫々一対の吸気弁12,12と排気弁13,13と、シリンダヘッド11b,11bの上部両側に機関前後方向に沿って並設された各1本の吸気側カムシャフト14及び排気側カムシャフト15とを備えている。
【0021】
前記吸気弁12,12と排気弁13,13は、図外の傘部と一体のバルブステムの上端部に有蓋円筒状の直動型バルブリフター16,16、17,17が設けられており、このバルブリフター16,16,17,17はシリンダヘッド11b,11bの円柱状の保持孔11d,11d内に摺動自在に設けられている。
【0022】
前記排気側カムシャフト15は、各排気弁13,13に対応する位置に該排気弁13,13を開作動させる駆動カム18,18を一体に有していると共に、該駆動カム18側部の隣接する気筒間の位置に偏心カム19が設けられている。また、排気側カムシャフト15は、一端部に設けられた図外の従動スプロケットやタイミングチェーンを介して機関のクランク軸から回転力が伝達されていると共に、シリンダヘッド11bの上端部に設けられた排気側カム軸受20に回転自在に軸支されている。前記各駆動カム18,18は、一般的な雨滴状に形成されて、夫々同一のカムプロフィールに形成されている。
【0023】
前記偏心カム19は、排気側カムシャフト15をクランク状に折曲して形成されて、排気側カムシャフト15と一体になっており、隣接する気筒間の位置でかつ前記排気側バルブリフター17から軸方向へ離間した位置に配置されている。また、偏心カム19の軸心X1は、図1に示すように排気側カムシャフト15の軸心Xからε分だけオフセットしている。
【0024】
また、前記排気側カム軸受20は、シリンダヘッド11b上面に有する円弧状支持面と共働して排気側カムシャフト15を軸支するメインブラケット20aと、該メインブラケット20aの上端部に設けられて、該メインブラケット20a上面の円弧状支持面と共働して後述する制御軸25を回転自在に支持するサブブラケット20bと、該両ブラケット20a,20bを共締め固定する一対のボルト20c,20cとから構成されている。
【0025】
前記吸気側カムシャフト14は、内部中空状に形成され、両端部14aがボルト21によってシリンダヘッド11b上に固定されて非回転状態になっていると共に、各吸気弁12,12に対応する位置にそれぞれ吸気弁12,12を開作動させる各一対の揺動カム22,22が揺動自在に支持されている。
【0026】
前記一対の揺動カム22,22は、図1〜図3に示すように筒状の基端部22aを介して一体に連結されていると共に、夫々がほぼ横U字形状を呈している。また、前記基端部22aの内部には、吸気側カムシャフト18,18が回転自在に挿通する支持孔22bが貫通形成されていると共に、該基端部22aの外周面の両側フランジ部22c,22c間がシリンダヘッド11b上面の円弧面とカムブラケット23の内面とによって回転自在に軸受されている。また、前記基端部22aから斜め上方向に延びる上端部22dには、ピン孔22eが貫通形成されている。
【0027】
さらに、両揺動カム22の下面には、図1に示すように基端部22a側の基円面24aを該基円面24aから先端部24cの端縁側に円弧状に延びるカム面24bとが形成されており、該基円面24aとカム面24とが両揺動カム22とも同一のプロフィールに形成されていると共に、揺動カム22の揺動位置に応じて各バルブリフター16,16の上面所定位置に当接するようになっている。すなわち、図4に示すバルブリフト特性からみると、図1に示すように基円面24aの所定角度範囲θ1がベースサークル区間になり、カム面24b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、さらにカム面24bのランプ区間θ2から先端部(カムノーズ部)24c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。
【0028】
また、前記排気側カム軸受20の上部に軸受けされた制御軸25には、制御カム26を介してロッカアーム27が揺動自在に支持されており、このロッカアーム27の一端部27aがリンクアーム28を介して前記偏心カム19に連係していると共に、他端部27bがリンク部材29を介して前記一方の揺動カム22に連係している。
【0029】
前記制御カム26は、円環状を呈し、制御軸25の外周に配置されていると共に、図1に示すように軸心P1が制御軸25の軸心P2からα分だけ偏倚している。
【0030】
前記ロッカアーム27は、図1に示すように機関巾方向へ沿ってほぼく字形状に折曲形成され、その長さは排気側カム軸受20の巾長さ程度の比較的短く設定されていると共に、中央の基部に有するカム孔27cを介して制御カム26に揺動自在に支持されている。ロッカアーム27の一端部27aには、前記リンクアーム28と連結するピン30の先端部が回転自在に挿通支持されるピン挿通孔27dが貫通形成されている一方、他端部27bには、リンク部材29と連結するピン31が圧入されるピン孔27eが貫通形成されている。
【0031】
前記リンクアーム28は、比較的大径な円環状の基部28aと、該基部28aの外周面所定位置から突出した突出端28bとを備えている。前記基部28aは、半割状に形成されて、分割された半円形状のブラケット28cの両側部が基端部28aの一方側分割端部にボルト36,36により固定されていると共に、対向する内面に偏心カム19の外周面に外側から回転自在に嵌合する夫々半円形の嵌合溝28d,28eが形成されている。一方、突出端28bには、前記ピン30の基端部が圧入固定されるピン孔28fが貫通形成されている。
【0032】
さらに、前記リンク部材29は、図1にも示すように機関巾方向へ沿った所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部29a,29bにはロッカアーム27の他端部27bに圧入したピン31の先端部が回転自在に挿通するピン挿通孔29cと、前記揺動カム上端部22dのピン孔22eに圧入したピン32の先端部が回転自在に挿通するピン挿通孔29dが夫々貫通形成されている。
【0033】
尚、各ピン30,31,32の先端部には、各ピン挿通孔27d,29c,29dからの抜け出しを防止するスナップリング33,34,35が嵌着されている。また、シリンダヘッド11b,11bの巾方向の中央位置には、プラグポスト37が設けられている。
【0034】
前記制御軸25は、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。
【0035】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、各排気弁13は、機関運転状態の変化に拘わらず、各駆動カム18のカムプロフィールによって図8に示すような同一かつ固定的なバルブリフト特性(破線)を示す一方、各吸気弁12は機関運転状態の変化に応じてバルブリフト特性が変化する。すなわち、まず、機関低速低負荷時には、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一方に回転駆動される。このため、制御カム26は、軸心P1が図6A,Bに示すように制御軸25の軸心P2から左上方の回動位置に保持され、厚肉部26aが排気側カムシャフト15から上方向に離間移動する。このため、ロッカアーム27は、全体が排気側カムシャフト15に対して上方向へ移動し、これによって各揺動カム22の上端部22dがリンク部材29を介して強制的に若干引き上げられて全体が図中左方向へ回動して、バルブリフター16,16の上面に対する下面の当接位置が基円部24aの端縁側寄りになる。
【0036】
したがって、図6A,Bに示すように排気側カムシャフト15の回転に伴い偏心カム19が回転してリンクアーム28を介してロッカアーム27の一端部27aを押し上げると、そのリフト量がリンク部材29を介して揺動カム22及び各バルブリフター16に伝達されるが、そのリフト量L1は図6Bに示すように比較的小さくなる。
【0037】
よって、かかる低速低負荷域では、図8の一点鎖線で示すように各吸気弁12,12のバルブリフト量が小さくなると共に、開時期が遅くなり、各排気弁13,13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。
【0038】
一方、機関高速高負荷時に移行した場合は、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反対方向に回転駆動される。したがって、図1及び図7に示すように制御軸25が、制御カム26を図6に示す位置から時計方向に回転させ、軸心P1(厚肉部26a)を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム27は、今度は全体が排気側カムシャフト15方向(下方向)に移動して他端部27bが揺動カム22の上端部22dをリンク部材29を介して下方へ押圧して該揺動カム22全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
【0039】
したがって、揺動カム22のバルブリフター16,16上面に対する下面当接位置が図1,図7に示すように図中右側位置に移動する。このため、偏心カム26が回転してロッカアーム27の一端部27aをリンクアーム28を介して押し上げると、バルブリフター16,16に対するそのリフト量L2は図1に示すように大きくなる。
【0040】
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8に実線で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。
【0041】
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、排気側カムシャフト15に、偏心カム19を一体に設け、つまり偏心カム19の回転駆動を従来のような独自のカムシャフトではなく既存の排気側カムシャフト15によって行うため、機関巾方向の省スペース化が可能となると共に、部品点数の増加を抑制できる。この結果、製造作業能率の向上とコストの低廉化が図れると共に、装置の機関への搭載性が向上する。
【0042】
また、偏心カム19を、揺動カム22に対して軸方向へ偏倚させた位置に配置したため、偏心カム19やロッカアーム27及びリンクアーム28などを隣接する気筒間のデッドスペースに配置することができ、該デッドスペースの有効利用が図れる。しかも、偏心カム19を、図2に示すように隣接する気筒間の各バルブリフター17と17との間に配置したため、各バルブリフター17に駆動カム18やリンクアーム28等が干渉しないので、該偏心カム19の偏心量εを大きく設定することができる。
【0043】
また、偏心カム19とロッカアーム27並びにロッカアーム27と揺動カム22とをリンクアーム28とリンク部材29によって連係したことにより、全体がいわゆる6リンク式となるため、ロッカアーム27のロッカ比を大きく取ることが可能になり、これによって偏心カム19の排気側カムシャフト15に対するオフセット量を大きく設定しなくても、つまり偏心カム19の外径を大きく設定しなくても、偏心量を大きくすることができ、揺動カム22の大きな揺動角が得られる。この結果、大きなバルブリフト特性が得られると共に装置全体のコンパクト化が図れる。
【0044】
また、偏心カム19を排気側カムシャフト15と一体化したため、別体とした場合における最小肉厚部を考慮する必要がないので、偏心カム19の外径を大きくしなくても偏心量を大きくすることが可能になる。したがって、この点でも揺動カム22の大きな揺動角が得られる。
【0045】
このように、揺動カム22の大きな揺動角が得られることにより、揺動カム22の前記ランプ区間θ2を大きくすることが可能になり、これによってバルブリフター16と揺動カム22の衝突速度を緩和でき、この結果、駆動騒音の発生を抑制することが可能になる。
【0046】
さらに、揺動カム22は、ロッカアーム27によりリンク部材29を介して強制的に左右に揺動させられるため、従来のようなリターンスプリングが不要になり、これによってスプリング反力によるフリクションの発生を防止できる。
【0047】
さらにVバンク内燃機関11の外側である排気側に偏心カム26やロッカアーム27及び制御軸25等を配置したため、内側の吸気側バルブトレインの高さを低くできるため、図5に示すように各ロッカカバー11c,11cの全体の高さを可及的に低く形成することが可能になる。
【0048】
さらに、制御軸25を、排気側カム軸受20に排気側カムシャフト15と一緒に軸支するようにしたため、この点でも部品点数の増加の抑制と装置のコンパクト化が図れる。しかも、カム軸受20の共用化により、従来の内燃機関にそのまま搭載することが可能となり、この結果、シリンダヘッド11bの形状変更を要さない。
【0049】
図9〜図13は本発明の第2の実施形態を示し、V型内燃機関に代えて、図14に示すような車両CのエンジンルームR内に車体巾方向に横置きされた直列型内燃機関41に適用したものであって、制御軸25を第1の実施形態とは逆に吸気側カムシャフト14のカム軸受23の上端部に軸受したのもである。
【0050】
すなわち、排気側カムシャフト15は、シリンダヘッド41bの上端部にボルト20d,20dによって固定された低位な排気側カム軸受20に回転自在に軸支されていると共に、各排気弁13,13を開閉作動させる駆動カム18,18が一体に設けられている。また、該駆動カム18側部の隣接する気筒間の位置に、軸心X1が排気側カムシャフト15の軸心Xからε分だけオフセットした偏心カム19が固定されている。この偏心カム19は、その外径d1が図11にも示すように前記駆動カム18,18のベースサークル側の一端縁からカムノーズ部側の他端縁までの長径d2よりも大きく設定されている。
【0051】
前記吸気側カムシャフト14は、第1の実施形態では排気側カムシャフト15を軸支していたものと同様な構造で、吸気側カム軸受23によってシリンダヘッド41b上に非回転状態に軸支されていると共に、吸気弁12,12を開閉作動させる一対の揺動カム22,22が揺動自在に支持されている。
【0052】
前記揺動カム22,22は、ほぼ雨滴状を呈し、不使用な上端部が軽量化を考慮して水平方向から切欠形成されている。
【0053】
前記吸気側カム軸受23は、メインブラケット23a上にサブブラケット23bと共働して制御軸25を回転自在に支持しており、この両ブラケット23a,23bは一対のボルト23c,23cによってシリンダヘッド41bに共締め固定されている。
【0054】
また、制御軸25には、制御カム26を介してロッカアーム27が揺動自在に支持されており、このロッカアーム27の一端部27aがリンクアーム28を介して偏心カム19に連係していると共に、他端部27bがリンク部材29を介して前記一方の揺動カム22に連係している。
【0055】
前記ロッカアーム27は、第1の実施形態のものとほぼ同一の形状に形成されているが、リンクアーム28は、一端部の基部28aが2分割されることなく、円環状一体に形成されている。また、この基部28aは、内径d1が偏心カム19の外径d1とほぼ等しく形成されて両者の内外周面が回転摺動自在に嵌合していると共に、駆動カム18,18の長径d2よりも大きく設定されている。また、突出端28bは、機関巾方向へ延設されて、先端部28cがピン30を介してロッカアーム27の一端部27aに回転自在に連結されている。
【0056】
前記リンク部材29は、第1の実施形態のものよりも十分に短尺化され、かつ機関上下方向に沿って配置されていると共に、直線状ではなく、ほぼく字形状に折曲形成されている。また、両端部29a,29bがピン31,32を介してロッカアーム27の他端部27b及び揺動カム22のカムノーズ部22eに回転自在に連結されている。
【0057】
その後、制御軸25の配置や回転制御などの構成は第1の実施形態のものと同様である。
【0058】
また、この第2の実施形態に係る装置の動作については、基本的に第1の実施形態と同じであり、機関低速低負荷時には、図12及び図13の各破線で示すように、一方向へ回転制御された制御軸25によって制御カム26の回動位置が図示のように右上方位置に保持されて厚肉部26aが上方向に移動する。これによって、各揺動カム22のカムノーズ部22eが強制的に引き上げられて、バルブリフター16,16の上面に対する下面の当接位置が基円部24aの端縁側寄りになる。
【0059】
したがって、各吸気弁12のリフト量は比較的小さくなり、この小リフト領域で揺動カム22を介して吸気弁12,12の開閉作動が行われる。
【0060】
一方、高速高負荷域に移行した場合は、図12及び図13の各実線で示すように、他方向へ回転制御された制御軸25によって制御カム26の回動位置が図示のように厚肉部26aを下方向に移動するように制御される。これによって、各揺動カム22のカムノーズ部22eが押し下げられて、バルブリフター16,16の上面に対する下面の当接位置がカムノーズ部22e側に移動する。
【0061】
したがって、各吸気弁12,12のリフト量L2は図13に示すように大きくなり、この大きなリフト領域で揺動カム22,22を介して吸気弁12,12の開閉作動が行われる。
【0062】
依って、本実施形態によれば、第1の実施形態と同様な作用効果が得られることは勿論のこと、特に、ロッカアーム27等を吸気弁12側に配置したため、排気弁13側の高さを十分に低くすることができる。つまり、図14に示すように、シリンダヘッド41bの上端部に固定されるロッカカバー42の排気側を低くすることができる。このため、エンジンルームRへ横置タイプでかつ排気側が車両Cのフロント側に存する直列型内燃機関でもエンジンフード43と干渉することなく、搭載することが可能になる。
【0063】
また、リンクアーム28の基部28aの内径d1を駆動カム18の長径d2よりも大径化したことにより、図11に示すように装置の組立て時において、該基部28aを偏心カム19に嵌合する際に、各駆動カム18,18に対して基部28aの内部を自由に通過させることができる。したがって、該リンクアーム28を排気側カムシャフト15の軸端から順次組み付けることが可能になる。このため、第1の実施形態のように基部28aを2分割形成する必要がなくなり、部品点数の削減により製造作業能率と組立作業能率の向上が図れると共に、コストの低廉化が図れる
図15〜図17は、本発明の第3の実施形態を示し、この実施形態では、偏心カム19の大径化に伴い、該偏心カム19の中心X1と排気側カムシャフト15の軸心Xまでのオフセット量εの大小によって制御カム26の軸心P1からロッカアーム一端部27a側のピン30の軸心30aまでの長さL3、及びロッカアーム他端部27b側のピン31軸心31aまでの長さL4の比率割合の相違によるリンクアーム28の軸方向の入力荷重の変化に着目して、ロッカアーム27の他端部27bの長さを一端部27aよりも短く設定することにより長さL3よりも長さL4を小さく設定したのである。
【0064】
すなわち、図18に示すようにリンクアーム28入力荷重解析結果に基づいて説明すれば、長さεが小さい場合と大きい場合の比率を3:5とすると、長さεが小さい(比率3)場合は、長さL3とL4の比率割合は4:5となる。これに対し、長さεが大きい場合(比率5)の場合は、長さL3とL4の比率割合を5:3と、L4を十分に小さくすることができる。そして、長さL3よりも長さL4を小さくすることができることにより、図17に示すように揺動カム22,22からリンク部材28及びロッカアーム27からリンクアーム28を経て偏心カム19に入力される荷重Fが大巾に小さくなっている。これは、長さL3よりも長さL4の短尺化により、リンク部材29からロッカアーム27への回転モーメントが十分に小さくなるからである。
【0065】
したがって、リンクアーム28から偏心カム19への入力荷重や排気側カムシャフト15周辺への入力荷重及び入力トルクなどの全てが低減されることになる。この結果、ロッカアーム27や偏心カム19の機械的剛性を高くする必要がなくなり、薄肉化が可能になるため、装置の軽量化や材料コストの低減化が図れる。
【0066】
また、ロッカアーム27や偏心カム19などへの入力荷重の低下により装置全体の耐久性が向上する。
【0067】
また、本実施形態における装置の動作については、図16,図17に記載したように、第2の実施形態と同様であるから具体的な説明は省略する。
【0068】
尚、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、例えば各揺動カム22,22のプロフィールを異ならせて、2つの吸気弁16,16にリフト差を与えることも可能である。これによって1つの気筒内での吸気スワール効果が大きくなり、燃焼性が良好になる効果が得られる。また、一方側のカムシャフトを吸気側カムシャフトに設定すると共に、他方側のカムシャフトを排気側カムシャフトに設定することも可能である。
【0069】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、機関弁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、既存の吸気側あるいは排気側のカムシャフトに、駆動カムとともに偏心カムを設けたため、偏心カム独自のカムシャフトが不要になる。この結果、機関巾方向の省スペース化が可能になると共に、部品点数の増加が抑制され、製造作業能率の向上とコストの低廉化が図れると共に、装置の機関への搭載性が良好となる。
【0070】
さらに、前記回転駆動される一方のカムシャフト側の偏心カムとロッカアーム一端部をリンクアームによって回転自在に連係すると共に、非回転状態にある他方のカムシャフト側の揺動カムとロッカアームの他端部をリンク部材によって回転自在に連結することによって装置全体が6リンク方式となるため、ロッカアームのロッカ比を大きく取ることが可能になり、これによって偏心カムの外径を大きくしなくても揺動カムの大きな揺動角を得ることができる。この結果、大きなバルブリフト特性が得られると共に、装置全体のコンパクト化が図れる。
しかも、かかる構成によれば、揺動カムは、ロッカアームによりリンク部材を介してリフト方向及び反リフト方向へ強制的に揺動させられることになり、従来のようなリターンスプリングやバルブスプリングのばね力に依存せずに回転方向の所定位置へと戻されることになる。この結果、前記各スプリングの反力によるフリクションの発生を防止することができる。
【0071】
請求項2に記載の発明によれば、偏心カムの外周面にリンクアームの円環状一端部を嵌合孔を介して連結したため、リンクアームとの面圧を十分に低減できる。したがって、両者間の摩耗の発生が抑制できると共に、潤滑も行い易くなる。また、面圧の低下に伴い偏心カムの材料選択の自由度が向上し、加工と材料の低廉化が図れる。
【0072】
請求項3に記載の発明によれば、装置の吸気側バルブトレインの高さを低くすることができるため、例えばV型内燃機関に適用すれば、機関の低位化が図れ、エンジンルーム内への搭載性が良好になる。
【0073】
請求項4に記載の発明によれば、逆に排気側バルブトレインの高さを低くすることができるため、直列型横置きタイプの内燃機関に適用すれば、エンジンルーム内への搭載性が良好となり、請求項3に記載の発明と共に、適宜機関の形態に応じた変更により、機関への搭載性が向上する。
【0074】
また、請求項3および4に記載の発明によれば、吸気側あるいは排気側カムシャフトのカム軸受を制御軸の軸受としても利用したため、別異の軸受を設ける必要がなく、部品点数の増加を抑制できると共に、設置スペースを省略できる。
【0075】
請求項5に記載の発明によれば、偏心カムとカムシャフトとを一体化したため、偏心カムの外径を大きくしなくとも、偏心量を大きくすることが可能になる。したがって、限られたレイアウト内でのロッカアームや揺動カムの大きな揺動角が得られ、その分大きなバルブリフト特性が得られる。また、揺動カムのランプ区間(角度)を大きく取れるので、機関弁のランプ速度を小さくでき、機関弁の着座音を低減できる。
【0076】
しかも、リンクアームの一端部を半割状として偏心カムに対して着脱自在としたため、偏心カムへの連結作業が容易になる。
【0077】
請求項6に記載の発明によれば、リンクアームの一端部の大径化により、該一端部を駆動カムを挿通させながら偏心カムに嵌合させることができるため、該偏心カムに対する組付作業がきわめて容易になると共に、該リンクアーム一端部を2分割することなく一体化することができるため、該リンクアームの製造作業能率の向上とコストの低廉化が図れる。
【0078】
さらに、リンクアームの一端部の大径化に伴い、制御カムの軸心からロッカアーム一端部の枢支点までの長さよりも、ロッカアーム他端部の枢支点までの長さ割合を小さくすることができるため、揺動カムからリンク部材及びロッカアームを介してリンクアームに入力される荷重を十分に小さくすることができる。この結果、ロッカアーム等の小型化,薄肉化が可能になり、軽量化や材料コストの低廉化が可能になる。また、偏心カムなどへの入力荷重の低減により装置全体の耐久性の向上が図れる。
【0079】
請求項7に記載の発明によれば、駆動カムやロッカアーム,リンクアームなどを気筒間のデッドスペースに配置できるため、該デッドスペースの有効利用が図れる。
【0080】
請求項8に記載の発明によれば、機関弁の上部に設けられたバルブリフターに対して偏心カムやリンクアーム等の干渉が回避され、この結果、偏心カムを十分に大きく形成できるので、カムシャフトとの偏心量を大きく設定することができる。
【0081】
請求項9に記載の発明によれば、例えば両吸気弁のバルブリフト特性を異ならしめることが可能になるため、気筒内での吸気スワール効果によって燃焼性が良好となり、燃費の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態を示す図3のA−A線断面図。
【図2】本実施形態を示す要部平面図。
【図3】同実施形態の平面図。
【図4】揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図5】本実施形態が適用されるV型内燃機関の正面図
【図6】A,Bは低速低負荷時における吸気弁閉弁時と開弁時の作用を示す図2のB−B線断面図。
【図7】高速高負荷時における吸気弁閉弁時の作用を示す図2のB−B線断面図。
【図8】本実施形態のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図9】本発明の第2の実施形態を示す図10のC−C線断面図。
【図10】本実施形態の平面図。
【図11】本実施形態の要部斜視図。
【図12】本実施形態の作用を示す説明図。
【図13】本実施形態の作用を示す説明図。
【図14】本実施形態が適用される車両のフロント側断面図。
【図15】本発明の第3の実施形態を示す要部断面図。
【図16】本実施形態の作用説明図。
【図17】本実施形態の作用説明図。
【図18】リンクアーム入力荷重解析結果を示す特性図。
【図19】従来の可変動弁装置を示す断面図。
【符号の説明】
11…V型内燃機関
11b…シリンダヘッド
11c…ロッカカバー
12…吸気弁
13…排気弁
14…吸気側カムシャフト
15…排気側カムシャフト
18…駆動カム
19…偏心カム
20…排気側カム軸受
22…揺動カム
25…制御軸
26…制御カム
27…ロッカアーム
27a…一端部
27b…他端部
28…リンクアーム
28a…基端部(一端部)
28b…突出端(他端部)
29…リンク部材
29a…一端部
29b…他端部
Claims (9)
- 一方が機関のクランク軸によって回転駆動され、他方が非回転状態になっている吸気側カムシャフト及び排気側カムシャフトと、
前記回転駆動される一方のカムシャフトの外周に設けられて、前記吸気側あるいは排気側の一方側の機関弁を開作動させる駆動カムと、
前記各カムシャフトに並設された制御軸に制御カムを介して揺動自在に軸支されたロッカアームと、
一方のカムシャフトに前記駆動カムとともに設けられて、前記ロッカアームの一端部に連係した偏心カムと、
前記他方のカムシャフトに揺動自在に設けられて、ロッカアームの他端部に連係して他方側の機関弁を開作動させる揺動カムと、
前記制御軸を所定角度範囲で回転させる駆動機構と、
前記ロッカアームの一端部と前記偏心カムとを回動自在に連係するリンクアームと、
前記ロッカアームの他端部と前記揺動カムとを回動自在に連結するリンク部材と、を備え、
前記偏心カムが回転することに伴い前記リンクアームが回動して前記ロッカアームを揺動させ、該ロッカアームの揺動によって前記リンク部材を介して前記揺動カムをリフト方向及び反リフト方向へ揺動させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 前記リンクアームの円環状の一端部を、該一端部に形成された嵌合孔を介して偏心カムに回動自在に連結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。
- 前記一方のカムシャフトを排気側カムシャフトに設定すると共に、他方のカムシャフトを吸気側カムシャフトに設定し、前記排気側カムシャフトのカム軸受の上端部に前記制御軸を軸受したことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記一方のカムシャフトを排気側カムシャフトに設定すると共に、他方のカムシャフトを吸気側カムシャフトに設定し、該吸気側カムシャフトのカム軸受の上端部に前記制御軸を軸受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。
- 前記偏心カムを、一方のカムシャフトをほぼクランク状に折曲して該カムシャフトと一体に形成すると共に、前記リンクアームの一端部を半割状に形成して、前記偏心カムに着脱自在に嵌合連結したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記リンクアームの一端部を円環状一体に形成すると共に、該一端部の内径を、前記駆動カムのベースサークル側の一端縁からカムノーズ側の他端縁までの長径よりも大きく設定したことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記偏心カムと揺動カムとを互いにカムシャフト軸方向へオフセット配置したことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記偏心カムを、複数の隣接する気筒間に配置したことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記1つの気筒に、吸気側あるいは排気側のいずれか一方側の機関弁を少なくとも2つ設け、該2つの機関弁のうち一方の機関弁を開閉する一方側の揺動カムのプロフィールと他方の機関弁を開閉する他方側の揺動カムのプロフィールとを互いに異ならせたことを特徴とする請求項7または8に記載の内燃機関の可変動弁装置。
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