JP4141055B2

JP4141055B2 - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP4141055B2
Application number: JP17487399A
Authority: JP
Inventors: 徹朗後藤; 吉彦山田
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-06-22
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2019-06-22
Also published as: JP2001003722A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の運転状態に応じて吸気弁や排気弁（吸・排気弁）の開閉時期（作動角）やバルブリフト量を変えることができる可変動弁装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、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・排気弁の開閉時期やバルブリフト量を機関運転状態に応じて変えることができる可変動弁装置が従来から種々提案されている。
【０００３】
一例として、特開昭５５−１３７３０５号公報に記載された可変動弁装置は、機関に連動して回転する駆動軸の外周に固定されたカムと、支軸の外周に設けられた吸・排気弁駆動用の揺動カムとを、制御軸の外周に偏心カムを介して回転可能に外嵌するロッカアームで連携させている。そして、制御軸を回転制御することにより、ロッカアームの揺動中心位置が変化し、吸・排気弁のリフト特性が変化するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、シリンダヘッドには、一般的に、吸・排気弁のバルブリフタとの摺動部等を潤滑する油だまり部が凹設されている。この油だまり部の内部を揺動カムが揺動，通過すると、揺動カムのカム面が油面と衝突する際に潤滑油が周囲に飛散したり、揺動カムの表面に付着した潤滑油が揺動時に振り落とされて、潤滑油が周囲に飛散してしまう。
【０００５】
なお、上記公報の装置のように、所定範囲を揺動する揺動カムを用いた場合、３６０°回転するカムを用いた場合に比して、潤滑油の飛散，持ち出し量は相対的に低減する。しかしながら、高回転，高リフト状態では、油圧が上昇するとともに、揺動カムの揺動速度の上昇に伴って遠心力が大きくなるため、やはり潤滑油の飛散量，持ち出し量が多くなるという問題があり、現状ではバッフルプレートを設ける等により対処している。
【０００６】
この発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、揺動カムの揺動動作による潤滑油の飛散量，持ち出し量を簡単かつ効率的に低減し得る新規な内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内燃機関の可変動弁装置は、機関の回転に連動して回転する駆動軸と、この駆動軸の外周に相対回転可能に外嵌し、吸・排気弁を駆動する揺動カムと、上記駆動軸の外周に偏心して固定された偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンクと、上記駆動軸と略平行に延びる制御軸と、この制御軸の外周に偏心して固定された制御カムと、この制御カムの外周に相対回転可能に外嵌し、一端で上記リング状リンクと連携されたロッカアームと、このロッカアームの他端と上記揺動カムとを連携するロッド状リンクと、を有し、上記制御軸を回転制御することにより、上記ロッカアームの揺動中心位置が変化して、吸・排気弁のリフト特性が変化するようになっている。
【０００８】
このような本発明の可変動弁装置では、吸・排気弁を駆動する揺動カムが、機関と連動して回転する駆動軸の外周に相対回転可能に外嵌する構成となっているため、駆動軸に対する揺動カムの軸心ズレを生じる虞がなく、制御精度が向上する。また、揺動カムを支持する支軸を駆動軸と別個に設ける必要がないため、部品点数，配置スペースの低減化を図ることができる。更に、各部材の連結部が面接触となっているため、耐磨耗性に優れており、潤滑も行い易い。
【０００９】
そして、請求項１の発明は、上記揺動カムの先端部とピンを介して回転可能に連結するロッド状リンクの揺動カム側端部を、揺動カムの先端部が跳ね上げられたときの揺動カムの先端部の軌跡を該軌跡の外側から覆うようにして、揺動カムを軸方向両側から挟み込む二股状に形成したことを特徴としている。
【００１０】
この請求項１の発明によれば、例えば揺動カムのカム面がシリンダヘッドに凹設された油だまり部の油面に衝突して潤滑油が飛散した場合に、この潤滑油が揺動カムの軸方向両側に位置するロッド状リンクの揺動カム側端部に適宜に衝突し、それ以上の飛散が抑制される。
【００１１】
また、揺動カムの表面に付着した潤滑油は、揺動による遠心力等により揺動カムの表面をつたって主に先端部より振り落とされるが、この潤滑油は、揺動カムの先端部の三方を囲うロッド状リンクの揺動カム側端部に適宜に衝突する形となり、それ以上周囲へ飛び散ることが抑制される。
【００１２】
請求項２の発明は、上記ロッド状リンクの揺動カム側端部が、揺動カムの軸方向両側面にそれぞれ対向する一対の対向壁部と、両対向壁部の基部側を連結する基部底面と、を有する略コ字状に形成され、所定の運転状態で、上記基部底面が揺動カムの先端部に間隙を介して対向することを特徴としている。
【００１３】
この請求項２の発明によれば、所定の運転状態で、揺動カムの先端部より振り落とされた潤滑油が、より確実に基部底面に衝突，干渉する形となり、潤滑油の飛散量，持ち出し量を効率的に低減することが可能となる。
【００１４】
請求項３の発明は、シリンダヘッドに凹設された油だまり部の壁面が、上記揺動カムの先端部の軌跡に沿うように形成されていることを特徴としている。
【００１５】
この請求項３の発明によれば、揺動カムの先端部より振り落とされた潤滑油が、より確実に上記基部底面又は油だまり部の壁面により捕捉され、油だまり部へ戻される。つまり、基部底面と油だまり部の壁面とが共働して、潤滑油の周囲への飛散をより確実に防止することができる。
【００１６】
請求項４の発明は、上記基部底面の一端に段差部を設け、この段差部は、上記制御軸が高リフト位置に回転制御された状態で、かつ、揺動カムの先端部が最も跳ね上げられた時に、揺動カムの先端部の軌跡の接線方向と対向することを特徴としている。
【００１７】
制御軸が高リフト位置に回転制御された状態、すなわちバルブリフト量や作動角が大きい状態では、油圧が高くなるとともに、揺動カムの揺動速度の上昇に伴って遠心力が大きくなるため、潤滑油の飛散量が増加する。特に、揺動カムの先端部が最も跳ね上げられた時には、揺動カムの先端部の軌跡の接線方向に沿って多くの潤滑油が飛散する。ここで請求項４の発明によれば、このように接線方向へ飛散する潤滑油が、段差部に適宜に衝突，干渉し、それ以上周囲に飛散することが防止される。
【００１８】
上記揺動カムは、好ましくは請求項５の発明のように、先端部へ向かうに従って軸方向幅が徐々に狭くなっている。
【００１９】
この場合、潤滑油が付着する揺動カムの先端部の表面積が相対的に低減するため、先端部より振り落とされる潤滑油の飛散量が適宜に低減される。加えて、揺動カムの慣性重量が低減するため、各部にかかる入力荷重が低減され、部品の信頼性が向上する。更に、吸・排気弁の不整運動の限界回転数が向上するため、更に高回転での使用が可能となる。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ロッド状リンクの揺動カム側端部を、揺動カムの先端部を軸方向両側から挟み込む二股状に形成したため、揺動カムが油だまり部の油面に衝突する際に飛び散る潤滑油や、揺動カムの表面から振り落とされる潤滑油が、ロッド状リンクの揺動カム側端部に適宜に衝突，干渉する形となり、それ以上の周囲への飛散が抑制される。つまり、駆動軸と揺動カムとを機械的に連携するリンク機構の一部を構成するロッド状リンクを利用して、バッフルプレート等の別部材を必要としない簡素な構造で、揺動カムによる潤滑油の飛散量，持ち出し量を効果的に低減することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施例に係る内燃機関の可変動弁装置を示している。シリンダヘッド１０の上部には、全気筒にわたって連続した駆動軸１５が設けられている。この駆動軸１５は、内部に潤滑油供給用の油路が形成された中空状をなし、図外の一端にスプロケットが取り付けられ、タイミングチェーン等を介して機関のクランクシャフトに連動して回転する。
【００２２】
この駆動軸１５の外周には、吸気弁（又は排気弁）１１を駆動する揺動カム１３の軸受部１３ａが相対回転可能に外嵌している。揺動カム１３は、外周にカム面１３ｃが形成された先端部（カムノーズ）１３ｂを有する薄板状のカム本体を主体としている。なお、揺動カム１３の軸受部１３ａは、上記のカム本体よりも軸方向寸法が長く、その外周がシリンダヘッド１０上面と下部ブラケット１４ａにより回転可能に支持されている。また軸受部１３ａは、主にロッド状リンク２４との干渉を回避するために、周方向の一部が切り欠かれた断面略Ｃ字状をなしている。
【００２３】
また、駆動軸１５の外周には偏心カム１６が圧入等により固定されている。この偏心カム１６の軸心Ｘ１は、駆動軸１５の軸心Ｘ２に対して所定量偏心している。この偏心カム１６の外周には、リング状リンク２１の基部２１ａがベアリング等を介して相対回転可能に外嵌している。
【００２４】
駆動軸１５と略平行に延びる制御軸１７は、内部に潤滑油供給用の軸方向油路が形成された中空状をなし、図外のアクチュエータ等により機関の運転状態に応じて所定の角度範囲で回転制御される。この制御軸１７は、ボルト１４ｃを介してシリンダヘッド１０に固定される軸受部１４としての一対の下部ブラケット１４ａ，上部ブラケット１４ｂにより回転可能に支持されている。
【００２５】
制御軸１７の外周には、リング状の制御カム１８が圧入等により固定されている。制御カム１８の軸心Ｙ１は、制御軸１７の軸心Ｙ２に対して所定量偏心している。この制御カム１８の外周には、軸方向視で略Ｌ字状をなすロッカアーム１９の基部が相対回転可能に外嵌している。このロッカアーム１９の一端部１９ａと、リング状リンク２１の先端部２１ｂとは、両者１９ａ，２１ｂを挿通する第１ピン２０を介して相対回転可能に連結されている。
【００２６】
また、ロッカアーム１９の他端部１９ｂと揺動カム１３の先端部１３ｂとは、ロッド状リンク２４によって連携されている。より具体的には、ロッカアーム１９の他端部１９ｂと、ロッド状リンク２４のロッカアーム側端部とは、両者を挿通する第２ピン２２を介して相対回転可能に連結されている。また、ロッド状リンク２４の揺動カム側端部と揺動カム１３の先端部１３ｂとは、両者を挿通する第３ピン２３を介して相対回転可能に連結されている。
【００２７】
このような構成により、機関の回転に連動して駆動軸１５が回転すると、偏心カム１６を介してリング状リンク２１が並進移動し、これに応じてロッカアーム１９が制御カム１８の軸心周りに揺動し、かつ、ロッド状リンク２４を介して揺動カム１３が揺動する。このとき、揺動カム１３のカム面１３ｃが、吸気弁１１の上端に設けられた伝達部材としてのバルブリフタ１２の上面に摺接し、バルブリフタ１２を図外のバルブスプリングの反力に抗して押圧することにより、吸気弁１１が機関の回転に連動して開閉作動する。
【００２８】
また、機関の運転状態に応じて制御軸１７が回転制御されると、ロッカアーム１９の揺動中心となる制御カム１８の軸心Ｙ１の位置が変化して、吸気弁１１のリフト特性が連続的に変化する（図４参照）。より具体的には、制御カム１８の軸心Ｙ１と駆動軸１５の軸心Ｘ２との距離を近づけるほど、バルブリフト量及び作動角が大きくなる。
【００２９】
このように、吸気弁１１を駆動する揺動カム１３が、機関と連動して回転する駆動軸１５の外周に相対回転可能に外嵌する構成としたため、揺動カム１３の駆動軸１５に対する軸心ズレを生じるおそれがなく、制御精度が向上する。また、揺動カム１３を支持する支軸を駆動軸１５と別個に設ける必要がないため、部品点数，配置スペースの低減化を図ることができる。更に、各部材の連結部が面接触となっているため、耐磨耗性に優れており、潤滑も行い易い。
【００３０】
そして本実施例では、揺動カム１３の先端部１３ｂと第３ピン２３を介して回転可能に連結するロッド状リンク２４の揺動カム側端部を、揺動カム１３を軸方向両側から挟み込む二股状に形成している。
【００３１】
図２，３は、ロッド状リンク２４を単体で示している。ロッド状リンク２４は、軸方向視で略Ｌ字状をなしており、かつ、図２に示すように、二股状に分岐する揺動カム側端部の軸方向幅が相対的に厚肉化されている。この揺動カム側端部は、揺動カム１３の軸方向両側面にそれぞれ対向する一対の対向壁部２４ａと、両対向壁部２４ａの基部側を連結する基部底面２４ｂと、を有する略コ字状に形成されている。
【００３２】
基部底面２４ｂは、対向壁部２４ａに直交する平面状に形成され、かつ、所定の運転状態で揺動カム１３の先端部１３ｂと適宜な間隙を介して対向するように、揺動カム１３の先端部１３ｂの軌跡Ｏに沿う形で適宜に湾曲している。また、基部底面２４ｂの一端には、この基部底面２４ｂからほぼ垂直に立ち上がる段差部２４ｃが形成されている。なお、各対向壁部２４ａには、第３ピン２３が挿通するピン孔２４ｆがそれぞれ形成されている。
【００３３】
一方、シリンダヘッド１０には、図５にも示すように、主にバルブリフタ１２外周との摺接部や、揺動カム１３のカム面１３ｃとバルブリフタ１２上面との摺接部を潤滑する目的で、シリンダヘッド１０の上面からバルブリフタ１２側へ滑らかに凹んだ油だまり部２５が凹設されている。この油だまり部２５は、ロッド状リンク２４の揺動カム側端部の下方に延在しており、かつ、油だまり部２５の内部に揺動カム１３やロッド状リンク２４の一部が配置，通過するように設定されている。
【００３４】
そして、揺動カム１３の先端部１３ｂに対向する油だまり部２５の壁面２５ａが、揺動カム１３の先端部１３ｂの軌跡Ｏに沿うように湾曲形成されている。
【００３５】
図５〜７は、バルブリフト量及び作動角が大きくなる高リフト制御状態、すなわち制御軸１７が高リフト位置に回転制御されて、制御カム１８の軸心Ｙｌと駆動軸１５の軸心Ｘ２が相対的に近接した状態を示している。
【００３６】
図５に示すリフト開始状態から揺動カム１３が反時計方向に回転すると、図８に示すように、揺動カム１３のカム面１３ｃが油だまり部２５内の潤滑油の油面に接触し、矢印２６に示すように、潤滑油が飛散する油叩き現象が生じる。
【００３７】
このような場合に、本実施例では、揺動カム１３の両側に配置された所定の軸方向幅を有する対向壁部２４ａの外周面２４ｄが、油面に近接する形となる。この結果、上記の飛散した潤滑油（矢印２６）が、これらの外周面２４ｄに衝突して速やかに油だまり部２５へ戻されるようになり、それ以上周囲へ飛散することが防止される。
【００３８】
この後、揺動カム１３は、図６に示す最大リフト点に達した後、時計回りの方向へ逆回転する。この場合、図７の矢印２７に示すように、揺動カム１３の表面、つまりカム面１３ｃやカム背面１３ｄに付着した潤滑油が、遠心力等により揺動カム１３の表面を伝って、主に先端部１３ｂから振り落とされる。
【００３９】
ここで本実施例では、図７に示すように揺動カム１３の先端部１３ｂがある程度跳ね上げられた状態で、ロッド状リンク２４の基部底面２４ｂが、油だまり部２５の壁面２５ａに沿うように配置され、つまり、基部底面２４ｂと油だまり部２５の壁面２５ａとが、実質的に揺動カム１３の外側を囲う一つの湾曲面をなすように設定されている。
【００４０】
更に言えば、高リフト制御状態において、ロッド状リンク２４の基部底面２４ｂ又は油だまり部２５の壁面２５ａの少なくとも一方が、揺動カム１３の先端部１３ｂと常に対向するように設定されている。
【００４１】
この結果、揺動カム１３の先端部１３ｂから飛散する潤滑油（矢印２７）が、より確実に基部底面２４ｂ又は油だまり部２５の壁面２５ａに捕捉されて、速やかに油だまり部２５へ戻される。
【００４２】
さらに、図９に示すように、揺動カム１３の先端部１３ｂが最も跳ね上げられた状態、つまり反時計方向への逆回転を開始する状態では、揺動カム１３の慣性力が最も大きくなるため、矢印２９に示すように、比較的多量の潤滑油が揺動カム１３の先端部１３ｂの軌跡Ｏの接線方向に沿って飛散する。
【００４３】
そこで、図９に示すような制御軸１７が高リフト位置に回転制御された状態で、かつ、揺動カム１３が最も跳ね上げられた時に、上記の段差部２４ｃが、揺動カム１３の先端部１３ｂの軌跡Ｏの接線方向と対向するように設定している。これにより、接線方向へ飛散する潤滑油が、段差部２４ｃに衝突して適宜に油だまり部２５へ戻されるようになり、周囲へ飛散するおそれはない。
【００４４】
以上のように、高回転，高リフトの運転状態では、油圧が高く、また、揺動カム１３の回転速度に応じて大きな遠心力が作用するため、潤滑油の飛散量，持ち出し量が多くなるが、本実施例によれば、リンク機構の一部を構成するロッド状リンク２４の揺動カム側端部や、油だまり部２５の壁面２５ａを有効に利用して、バッフルプレート等を別途設けることなく、潤滑油の飛散量，持ち出し量を大幅に低減することができる。
【００４５】
図１０は、バルブリフト量及び作動角が小さい低リフト制御状態、すなわち制御軸１７が低リフト位置に回転制御されて、制御カム１８の軸心Ｙｌと駆動軸１５の軸心Ｘ２が相対的に離れた状態を示し、かつ、揺動カム１３の先端部１３ｂが最も跳ね上げられたときの態様を示している。
【００４６】
このような低リフト制御状態では、揺動カム１３の跳ね上げ量が増加するため、揺動カム１３が最も跳ね上げられた場合に、揺動カムの先端部１３ｂがロッド状リンク２４の基部底面２４ｂから外れてしまう。しかしながら、このような低リフト制御状態は、アイドル領域や部分負荷領域等に使用が限定され、かつ、作用する油圧や遠心力も小さいため、潤滑油の飛散量，持ち出し量が非常に少ない。従って、上述したように高リフト制御状態に応じてロッド状リンク２４の基部底面２４ｂや段差部２４ｃを設定しても実用上問題はない。
【００４７】
図１１〜１３は、本発明の第２実施例に係る可変動弁装置の揺動カム３０を示している。なお、その他の構成は上記第１実施例と同様であり、重複する説明を省略する。
【００４８】
この揺動カム３０は、先端部３０ｂへ向かうに従って軸方向幅３０ｃが狭くなる先細り形状に形成されている。なお、第３ピン２３が挿通する部分には、一定の軸方向幅を有する円筒部３０ｇが設けられている。なお、符号３０ａはバルブリフタ１２の上面に摺接するカム面である。
【００４９】
このような第２実施例によれば、上記の第１実施例と同様の効果が得られることに加え、揺動カム３０の表面、つまりカム面３０ａやカム背面３０ｄに付着し、遠心力等により主に先端部３０ｂから飛散又は振り落とされる潤滑油量の低減化を図ることができ、ひいては潤滑油の周囲への飛散量を低減することができる。
【００５０】
また、揺動カム３０の慣性重量が低減されるため、各部にかかる入力荷重が低減され、部品の信頼性が向上する。更に、吸気弁１１の不整運動の限界回転数が向上するため、さらに高回転での使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る内燃機関の可変動弁装置を示す断面図。
【図２】上記可変動弁装置のロッド状リンクを単体で示す正面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図４】上記可変動弁装置のリフト特性を示す特性図。
【図５】高リフト制御状態で、リフト開始時の態様を示す断面図。
【図６】高リフト制御状態で、最大リフト時の態様を示す断面図。
【図７】高リフト制御状態で、揺動カムが跳ね上げられている時の態様を示す断面図。
【図８】図５の矢視Ｂ対応図。
【図９】高リフト制御状態で、揺動カムが最も跳ね上げられた時の態様を示す要部断面図。
【図１０】低リフト制御状態で、揺動カムが最も跳ね上げられた時の態様を示す断面図。
【図１１】本発明の第２実施例に係る揺動カムを示す正面図。
【図１２】第２実施例の揺動カムを示す上面図。
【図１３】第２実施例の揺動カムを示す側面図。
【符号の説明】
１０…シリンダヘッド
１１…吸気弁
１３…揺動カム
１５…駆動軸
１６…偏心カム
１７…制御軸
１８…制御カム
１９…ロッカアーム
２１…リング状リンク
２３…第３ピン
２４…ロッド状リンク
２４ａ…対向壁部
２４ｂ…基部底面
２４ｃ…段差部
２５…油だまり部
２５ａ…壁面

Claims

機関の回転に連動して回転する駆動軸と、この駆動軸の外周に相対回転可能に外嵌し、吸・排気弁を駆動する揺動カムと、上記駆動軸の外周に偏心して固定された偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に外嵌するリング状リンクと、上記駆動軸と略平行に延びる制御軸と、この制御軸の外周に偏心して固定された制御カムと、この制御カムの外周に相対回転可能に外嵌し、一端で上記リング状リンクと連携されたロッカアームと、このロッカアームの他端と上記揺動カムとを連携するロッド状リンクと、を有し、上記制御軸を回転制御することにより、上記ロッカアームの揺動中心位置が変化して、吸・排気弁のリフト特性が変化する内燃機関の可変動弁装置であって、
上記揺動カムの先端部とピンを介して回転可能に連結するロッド状リンクの揺動カム側端部を、揺動カムの先端部が跳ね上げられたときの揺動カムの先端部の軌跡を該軌跡の外側から覆うようにして、揺動カムを軸方向両側から挟み込む二股状に形成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
上記ロッド状リンクの揺動カム側端部が、揺動カムの軸方向両側面にそれぞれ対向する一対の対向壁部と、両対向壁部の基部側を連結する基部底面と、を有する略コ字状に形成され、
所定の運転状態で、上記基部底面が揺動カムの先端部に間隙を介して対向することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
シリンダヘッドに凹設された油だまり部の壁面が、上記揺動カムの先端部の軌跡に沿うように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記基部底面の一端に段差部を設け、この段差部は、上記制御軸が高リフト位置に回転制御された状態で、かつ、揺動カムの先端部が最も跳ね上げられた時に、揺動カムの先端部の軌跡の接線方向と対向することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記揺動カムは、先端部へ向かうに従って軸方向幅が徐々に狭くなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
上記ロッド状リンクの揺動カム側端部が、揺動カムの軸方向両側面にそれぞれ対向する一対の対向壁部と、両対向壁部の基部側を連結する基部底面と、を有する略コ字状に形成され、
少なくとも高リフト制御状態で、シリンダヘッドに凹設された油だまり部の壁面と上記基部底面の少なくとも一方が揺動カムの先端部と対向するように設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。