JP3989867B2

JP3989867B2 - 内燃機関の動弁装置

Info

Publication number: JP3989867B2
Application number: JP2003086745A
Authority: JP
Inventors: 吉彦山田; 勝彦内田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2003-03-27
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2023-03-27
Also published as: CN1534169A; DE102004012800A1; FR2853001A1; US6874456B2; CN1309939C; JP2004293406A; US20040187822A1

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、とりわけ駆動カムとリンクアームとの間及びリンクアームとロッカアームとの枢支部との潤滑性能を向上させることのできる内燃機関の動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の動弁装置としては、本出願人が先に出願した以下の特許文献に記載されたものがある。
【０００３】
概略を説明すれば、この動弁装置は、一気筒当たり２つの吸気弁を有するものに適用されたもので、クランク軸の回転に同期回転する駆動軸の外周に、軸心が駆動軸の軸心から偏心した駆動カムが固設されていると共に、前記駆動軸の外周に円筒状のカムシャフトが同軸上に回転自在に設けられている。
【０００４】
このカムシャフトは、両端部に一対の吸気弁に対応した左右一対の揺動カムが一体に設けられており、この両揺動カムに前記駆動カムの回転力が多節リンク状の伝達機構を介して伝達されて、各吸気弁をバルブリフターを介して開閉作動させるようになっている。
【０００５】
前記伝達機構は、揺動カムの上方に配置されて、制御軸に制御カムを介して揺動自在に支持されたロッカアームと、一端部が駆動カムに回転自在に連係しかつ他端部がロッカアームの一端部に回転自在に連結されたリンクアームと、一端部がロッカアームの他端部に回転自在に連結され、他端部が前記一方の揺動カムのカムノーズ部の先端部に回転自在に連結されたリンクロッドとから構成されている。
【０００６】
前記リンクアームの一端部内に形成された保持孔の内周面と駆動カムの外周面との間に、複数のニードルベアリングを介装して両者間の回動を円滑なものとしている。また、駆動カムの内部径方向には、駆動軸内の油通路と連通する油孔が形成されていると共に、前記リンクアームの内部に、一端部が前記保持孔の内周面に開口され、他端部がロッカアームとの枢支部に開口した通路孔が形成されている。
【０００７】
これによって、油通路から油孔を通った潤滑油が各ニードルベアリングに供給され、さらに通路孔を通って枢支部に供給されて、これらの部位を潤滑するようになっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−５５９１５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の動弁装置にあっては、リンクアームの保持孔と駆動カムとの間に複数のニードルベアリングを設けていることから、前記油通路から油孔を通った潤滑油は各ニードルベアリング間に流入してそのまま該各ニードルベアリングの外周面に付着して軸方向へ案内されてそのまま外部に排出されてしまう。
【００１０】
すなわち、ニードルベアリングの外周面に流入した潤滑油は、それぞれが互いに接触しながら回転状態にある各ニードルベアリングの外周面に付着することから、ここでカットされながらそのまま軸方向に流れて駆動カムの両側面側、つまり駆動カムの左右横方向へ排出されてしまう。したがって、通路孔への潤滑油の流入が殆どなくなり、リンクアームとロッカアームの間のピンなど枢支部への供給量が不十分になって、かかる部位の潤滑性能が低下してしまう。
【００１１】
特に、リンクアームの通路孔は、ほぼ上下方向に沿って形成されていることから、通路孔内に潤滑油が僅かに流入したとしても潤滑油の自重によって逆流して、枢支部への供給量はさらに減少してしまう。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、とりわけ、駆動カムの外周面とリンクアームの嵌合孔の内周面とを直接接触状態で摺接させると共に、油通路から第１連通路を通って駆動カムと嵌合孔の内外周面間に供給された潤滑油を、前記駆動カムが前記嵌合孔内で偏心回転することによって生じる振動ポンプ作用によって第２連通路内に強制圧送したことを特徴としている。
【００１３】
この発明によれば、従来のようなニードルベアリングを廃止して、駆動カムの外周面とリンクアームの嵌合孔の内周面とを直接接触状態で摺接させるようにしてあるが、駆動カムが偏心回転した場合には、嵌合孔の内周面との接触個所は回転方向の負荷が掛かる部位だけとなり、他の部位では三日月状の微少な隙間が形成される。したがって、この微少隙間内に油孔から流出した潤滑油が保持されて、駆動カムの回転に伴って三日月状の微少隙間の形成位置が移動して、いわゆるポンプ作用が発生する。このため、該微少隙間が第２連通路の一端開口に連通した位置で微少隙間内の潤滑油が、第２連通路内に強制的かつ十分に圧送されることになる。
【００１４】
このため、嵌合孔の内周面と駆動カムの外周面との間の潤滑性が良好になることは勿論のこと、潤滑油が第２連通路からロッカアームとリンクアームの枢支部に強制的に供給されるので、該枢支部での潤滑性能の低下を防止できる。
【００１５】
また、駆動カムの回転によって第１連通路の開口と第２連通路の一端開口とが合致した際には、潤滑油が第１連通路から第２連通路へ直接的に供給されるので、枢支部での高い潤滑性を得ることができる。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、前記第２連通路を、リンクアームの軸方向に対して傾斜状に形成したことを特徴としている。
【００１７】
この発明によれば、第２連通路を傾斜状に形成することによって通路長が長くなって該第２連通路内に潤滑油を十分保持させることができ、機関の再始動に第２連通路内に保持された潤滑油を枢支部に即座に供給することが可能になる。
【００１８】
また、傾斜状になっていることから、垂直状になっている場合と比較して潤滑油の保持性が良好になり、機関停止後に潤滑油が第２連通路内から流下して外部に容易に抜け出してしまうのを防止できる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、第２連通路の一端開口を、機関停止時に、前記駆動カムの外周面によってほぼ閉塞される位置に設定したことを特徴としている。
【００２０】
したがって、機関停止後に、第２連通路内の潤滑油は一端開口が閉塞された状態になっていることから、該第２連通路内の潤滑油は容易に流下せずに長時間に渡って貯留することが可能になる。したがって、機関の再始動時において、該第２連通路内の潤滑油を枢支部に即座に供給することができ、潤滑性能を十分に発揮させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の動弁装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の動弁装置は、１気筒あたり２つの吸気弁を備えかつ該各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内燃機関に適用されている。
【００２２】
すなわち、この動弁装置は、図１，図５及び図６に示すように、シリンダヘッド１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２，２と、機関前後方向に配置された内部中空状の支軸である駆動軸３と、各気筒毎に配置されて、前記駆動軸３の外周面３ａに同軸上に回転自在に支持されたカムシャフト４と、前記駆動軸３の所定位置に固設された駆動カム５と、前記カムシャフト４の両端部に一体に設けられて、各吸気弁２，２の上端部に配設されたバルブリフター６，６に摺接して各吸気弁２，２を開作動させる一対の揺動カム７，７と、駆動カム５と揺動カム７，７との間に連係されて、駆動カム５の回転力を揺動カム７，７の揺動力（開弁力）として伝達する伝達機構８と、該伝達機構８の作動位置を可変にする制御機構９とを備えている。
【００２３】
前記吸気弁２，２は、シリンダヘッド１の上端部内に収容されたほぼ円筒状のボアの底部とバルブステム上端部のスプリングリテーナとの間に弾装されたバルブスプリング１０，１０によって閉方向に付勢されている。
【００２４】
前記駆動軸３は、機関前後方向に沿って配置されて、両端部がシリンダヘッド１の上部に設けられた図外の軸受によって回転自在に軸支されていると共に、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５中、矢印方向に設定されている。
【００２５】
前記各カムシャフト４は、駆動軸３の軸方向に沿ってほぼ円筒状に形成され、内部軸方向に前記駆動軸３の外周面に回転自在に支持される支軸孔が貫通形成されていると共に、中央位置に形成された大径円筒状のジャーナル部４ａが図外のカム軸受によって回転自在に軸支されていると共に、支軸孔の内周面が前記駆動軸３の外周面に回転自在に支持されている。
【００２６】
前記駆動カム５は、図１〜図６に示すように、ほぼ円盤状に形成されて、その一側部に固定用の筒状部５ａが一体に設けられており、この筒状部５ａが駆動軸３の軸方向の所定位置で固定用ピン１１を介して駆動軸３上に固定されていると共に、外周面５ｂが偏心円のカムプロフィールに形成されて、軸心Ｙが駆動軸３の軸心Ｘから径方向へ所定量だけオフセットしている。
【００２７】
前記各揺動カム７は、図１に示すように同一形状のほぼ雨滴状を呈し、基端部側がカムシャフト４を介して前記駆動軸３の軸心Ｘを中心として揺動するようになっていると共に、揺動カム７の下面にはカム面がそれぞれ形成され、基端部側の基円面と、該基円面からカムノーズ部７ａ、７ａ側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部７ａの先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面とが形成されており、該基円面とランプ面、リフト面及び頂面とが、揺動カム７の揺動位置に応じて各バルブリフター６の上面所定位置に当接するようになっている。
【００２８】
前記伝達機構８は、図５及び図６に示すように、駆動軸３の上方に配置されたロッカアーム１３と、該ロッカアーム１３の一端部１３ａと駆動カム５とを連係するリンクアーム１４と、ロッカアーム１３の他端部１３ｂと一方の揺動カム７のカムノーズ部７ａとを連係するリンクロッド１５とを備えている。
【００２９】
前記ロッカアーム１３は、中央の筒状基部の内部に支持孔１３ｃが横方向から貫通形成され、この支持孔１３ｃを介して後述する制御カム１８に揺動自在に支持されている。また、筒状基部の外端側から延出した一端部１３ａは、先端部の側部にピン１９が一体に突設されている一方、筒状基部の内端側から延出した他端部１３ｂは、先端部の内部にリンクロッド１５の一端部１５ａと連結するピン２０が嵌入するピン孔１３ｄが形成されている。
【００３０】
前記リンクアーム１４は、比較的大径な円環部１４ａと、該円環部１４ａの外周面所定位置に突設された突出端１４ｂとを備え、円環部１４ａの中央位置には、前記駆動カム５の外周面５ｂに回転自在に嵌合する嵌合孔１４ｃが形成されている一方、突出端１４ｂには、前記ピン１９が回転自在に挿通するピン孔１４ｄが貫通形成されている。
【００３１】
前記リンクロッド１５は、横断面ほぼコ字形状に形成されており、内側がコンパクト化を図るために凹状のほぼく字形状に形成されていると共に、両端部１５ａ，１５ｂが前記ロッカアーム１３の他端部１３ｂと揺動カム７のカムノーズ部７ａに各ピン２０、２１を介して回転自在に連結されている。
【００３２】
前記制御機構９は、図５及び図６に示すように、駆動軸３の上方位置に配置された図外の軸受に回転自在に支持された制御軸１７と、該制御軸１７の外周に一体に固定されてロッカアーム１３の揺動支点となる制御カム１８とを備えている。
【００３３】
前記制御軸１７は、駆動軸３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図外の電動アクチュエータ（ＤＣモータ）により歯車機構を介して所定回転角度範囲内で回転制御されるようになっている。一方、前記制御カム１８は、円筒状を呈し、軸心Ｐ１位置が肉厚部の分だけ制御軸１７の軸心Ｐ２から所定分だけ偏倚している。
【００３４】
また、電動アクチュエータは、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おり、このコントローラは、マイクロコンピュターが内蔵され、クランク角センサやエアーフローメータ，水温センサ及び制御軸１７の回転位置を検出するポテンションメータ等の各種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、前記電動アクチュエータに制御信号を出力している。
【００３５】
そして、この実施形態では、前記駆動カム５の外周面５ｂとリンクアーム１５の嵌合孔１４ｃの内周面との間、及びロッカアーム１３のピン１９とリンクアーム１５のピン孔１４ｄとの間にそれぞれ潤滑油を供給する潤滑油供給回路を備えている。
【００３６】
すなわち、前記潤滑油供給回路は、図１に示すように、前記ジャーナル部４ａのほぼ中央位置に径方向に貫通形成された油孔２２と、前記駆動軸３の内部軸芯方向に沿って形成された油通路２３と、駆動軸３の駆動カム５の最薄肉部に対応する周壁及び駆動カム５の最薄肉部に径方向に沿って連続して形成された第１連通路２４と、前記リンクアーム１４の内部軸方向に形成されて、嵌合孔１４ｃとピン孔１４ｄとを連通する第２連通路２５とから主として構成されている。
【００３７】
前記油孔２２は、シリンダヘッド１内部のオイルギャラリーから前記カム軸受の内部に連続して形成された図外の油導入通路に連通している一方、前記油通路２３は、対応する駆動軸３の周壁に形成された通孔２６を介して前記油孔２２に連通している。
【００３８】
前記第１連通路２４は、図２及び図３に示すように、駆動軸３の周壁に形成されて油通路２３と連通する大径油孔２４ａと、駆動カム５の最薄肉部に大径油孔２４ａと同心上に連続して形成された小径油孔２４ｂとから構成されている。
【００３９】
前記第２連通路２５は、リンクアーム１４の嵌合孔１４ｃとピン孔１４ｄとの間の内部にほぼ軸方向に沿って形成されていると共に、一端開口２５ａが嵌合孔１４ｃの内周面ほぼ中央位置に形成されている一方、他端開口２５ｂがピン孔１４ｄの内周面ほぼ外端側寄りに形成されて、全体が傾斜状に形成されている。また、前記一端開口２５ａは、駆動カム５の回転位置によって前記第１連通路２４の小径油孔２４ｂに合致するようになっている。
【００４０】
また、駆動カム５は、機関停止時において、第１連通路２４の小径油孔２４ｂが前記第２連通路２５の一端開口２５ａに合致せずに、その外周面で一端開口２５ａをほぼ閉塞される回転位置に制御されている。
【００４１】
なお、前記ロッカアーム１３の支持孔１３ｃと制御カム１８との間は、制御軸１７の内部軸芯方向に形成された油通路部３０と、制御カム１８の内部径方向に形成された油孔部３１などからなる別異の潤滑油供給回路によって潤滑されるようになっている。
【００４２】
以下、本実施形態における可変機構の作動を簡単に説明すれば、低リフト制御時には、コントローラからの制御信号によって電動アクチュエータを介して制御軸１７が一方向へ回転駆動される。このため、制御カム１８は、肉厚部が制御軸１７に対して一方向へ回動して、かかる回動角度位置に保持される。これにより、ロッカアーム１３の一端部１３ａ側が、制御軸１７に対して下方向へ移動すると共に、他端部１３ｂ側が上方向へ回動する。このため、各揺動カム７は、リンクロッド１５を介してカムノーズ部７ａ側を強制的に引き上げられて全体が図５の反時計方向へ回動する。
【００４３】
したがって、駆動カム５が回転してリンクアーム１４がロッカアーム１３の一端部１３ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド１５を介して揺動カム７及びバルブリフター６に伝達されるが、そのリフト量は十分小さくなる。
【００４４】
よって、吸気弁２，２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、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、例えば低負荷域の燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。
【００４５】
一方、高リフト制御時は、コントローラからの制御信号によって電動アクチュエータにより制御軸１７が他方向へ回転駆動される。したがって、制御軸１７が、制御カム１８を所定回転角度位置まで回転させ、肉厚部を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム１３の一端部１３ａ側が上方へ移動し、他端部１３ｂ側が下方へ移動して揺動カム７のカムノーズ部７ａを、リンクロッド１５を介して下方へ押圧して該揺動カム７全体が図５の時計方向へ回動させる。
【００４６】
したがって、各揺動カム７の各バルブリフター６の上面６ａに対する各カム面７ｃの当接位置がカムノーズ部７ａ側に移動する。このため、駆動カム５が回転してロッカアーム１３の一端部１３ａを、リンクアーム１４を介して押し上げると、バルブリフター６に対するそのリフト量は大きくなる。
【００４７】
よって、各吸気弁２のバルブリフト量が大きくなって、開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、例えば、高負荷域における吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
【００４８】
次に、この実施形態における潤滑油供給回路の作用について説明する。機関の作動中に、油孔２２及び通孔２６を介して油通路２３内に供給された潤滑油は、図２及び図３に示すように、第１連通路２４の大径油孔２４ａと小径油孔２４ｂを通って嵌合孔１４ｃの内周面と駆動カム５の外周面との間に供給される。
【００４９】
このとき、駆動カム５が偏心回転していることから、外周面と嵌合孔１４ｃの内周面との接触個所は回転方向の負荷が掛かる部位だけとなり、他の部位では三日月状の微少な隙間Ｃが形成される。したがって、この微少隙間内に第１連通路２４から流出した潤滑油が保持されて、駆動カム５の回転に伴って前記微少隙間Ｃの形成位置が移動して、いわゆるポンプ作用が発生する。
【００５０】
このため、該微少隙間Ｃが第２連通路２５の一端開口２５ａに連通した位置で、微少隙間Ｃ内の潤滑油が、第２連通路２５内に強制的かつ十分に圧送されることになる。
【００５１】
よって、嵌合孔１４ｃの内周面と駆動カム５の外周面との間の潤滑性が良好になることは勿論のこと、潤滑油が第２連通路２５からロッカアーム１３とリンクアーム１４の枢支部であるピン孔１４ｄの内周面とピン１９の外周面との間に強制的に供給されるので、該枢支部での潤滑性能の低下を防止できる。
【００５２】
また、図３及び図４に示すように、駆動カム５の回転によって第１連通路２４の小径油孔２４ｂと第２連通路２５の一端開口２５ａとが合致した際には、潤滑油が第１連通路２４から第２連通路２５へ直接的に供給されるので、前記枢支部での高い潤滑性を得ることができる。
【００５３】
また、第２連通路２５は、傾斜状に形成されていることから、通路長が長くなって、該第２連通路２５内に潤滑油を十分保持させることができ、機関の再始動に第２連通路２５内に保持された潤滑油を枢支部に即座に供給することが可能になる。
【００５４】
また、第２連通路２５が傾斜状になっていることから、垂直状になっている場合と比較して潤滑油の保持性が良好になり、機関停止後に潤滑油が第２連通路２５内から流下して外部に容易に抜け出してしまうのを防止できる。
【００５５】
また、駆動カム５は、機関停止時には、外周面で第２連通路２５内の潤滑油は一端開口２５ａが閉塞された状態になっていることから、第２連通路２５内の潤滑油は容易に流下せずに長時間に渡って貯留することが可能になる。したがって、機関の再始動時において、第２連通路２５内の潤滑油をピン１９の外周面とピン孔１４ｄの内周面との間に即座に供給することができ、潤滑性能を十分に発揮させることができる。
【００５６】
また、前記別異の潤滑油供給回路によってロッカアーム１３の支持孔１３ｃの内周面と制御カム１８の外周面との間の潤滑性能も向上する。
【００５７】
前記実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想について、以下に記載する。
【００５８】
前記ロッカアームは、制御軸の外周に固定された偏心制御カムの外周面に揺動自在に支持されていると共に、他端部に機関弁を開閉作動させる揺動カムがリンクロッドを介して連係され、前記制御軸と制御カムを機関運転状態に応じて回転制御することにより、前記ロッカアームの揺動支点を変化させて、揺動カムの機関弁に対する摺動位置を変化させることにより、機関弁のバルブリフト量を変化させる可変機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
【００５９】
この発明によれば機関運転状態に応じて、機関弁のバルブリフト量などを可変制御できることから、低リフト制御時における機関弁のバルブオーバラップが小さくなる。このため、例えば低負荷域の燃費の向上と機関の安定した回転が得られる一方、高リフト制御時には、高負荷域における吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
【００６０】
本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、前記吸気弁側ばかりか排気弁側に適用することも可能であり、また動弁装置としては、可変機構を備えない通常の動弁装置に適用することも可能である。
【００６１】
また、ロッカアームとしては、一端部で直接機関弁を押圧する一般的なロッカアームとすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る動弁装置の第１の実施態様を示す断面図である。
【図２】本実施形態の作用を示す図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】本実施形態の作用を示す図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図４】図３に対応する本実施形態の要部断面図である。
【図５】本実施形態の動弁装置を示す斜視図である。
【図６】本実施形態の動弁装置の平面図である。
【符号の説明】
２…吸気弁
３…駆動軸
４…カムシャフト
５…駆動カム
７…揺動カム
８…伝達機構
９…可変機構
１３…ロッカアーム
１３ａ，１３ｂ…端部
１４…リンクアーム
１５…リンクロッド
１９…ピン
２３…油通路
２４…第１連通路
２５…第２連通路
２５ａ…一端開口
２５ｂ…他端開口

Claims

内部に油通路が形成された駆動軸と、
該駆動軸の外周に一体的に固定されて、該軸芯が駆動軸の軸芯と偏心した駆動カムと、
一端部に形成された嵌合孔を前記駆動カムの外周面に回転自在に嵌合するリンクアームと、
一端部が前記リンクアームの他端部に枢支部を介して回転自在に連結され、揺動に伴って他端部側で機関弁を開閉作動させるロッカアームと、
前記駆動カムの内部に形成されて一端が前記油通路に連通する第１連通路と、
前記リンクアームの内部に形成されて、一端部が前記嵌合孔の内周面に開口形成されて前記第１連通路の他端部に適宜連通し、他端部が前記ロッカアームとの枢支部に開口形成された第２連通路とを備えた内燃機関の動弁装置において、
前記駆動カムの外周面と前記嵌合孔の内周面とを直接接触状態で摺接させると共に、前記油通路から第１連通路を通って駆動カムと嵌合孔の内外周面間に供給された潤滑油を、前記駆動カムが前記嵌合孔内で偏心回転することによって生じる振動ポンプ作用によって第２連通路内に強制圧送したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
前記第２連通路を、リンクアームの軸方向に対して傾斜状に形成したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
第２連通路の一端開口を、機関停止時に、前記駆動カムの外周面によってほぼ閉塞される位置に設定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動弁装置。