JP4255878B2

JP4255878B2 - 内燃機関における動弁機構

Info

Publication number: JP4255878B2
Application number: JP2004138565A
Authority: JP
Inventors: 紀雄柳
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2004-05-07
Filing date: 2004-05-07
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2024-05-07
Also published as: JP2005320887A

Description

本発明は、内燃機関における吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方を、クランク軸の回転に連動して開閉作動する動弁機構のうち、前記吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方を開くときにおける弁リフト量及び作用角度を内燃機関の運転状態に応じて制御するようにした動弁機構に関するものである。

最近の内燃機関においては、燃費及び出力の向上等を図るために、その吸気弁を開くときにおける弁リフト量を内燃機関の運転状態に応じて、内燃機関における低負荷域では小さく、内燃機関の高負荷域では大きくするように制御することが行われている。

この種の弁リフト量可変式の動弁機構に関し、先行技術としての特許文献１には、その図５〜図８に、クランク軸に連動して回転する弁用カムを、揺動部材のうちその一端部と他端部との略中間の部分に、当該カムの回転により揺動部材がその一端部を回転中心の支点にして揺動するように接当し、この揺動部材の他端部に形成したカム面を、吸気弁における上端に対するロッカアームに、当該揺動部材における揺動にて吸気弁をそのばねに抗して開くように接当する一方、前記揺動部材における一端部を、内燃機関における運転状態に応じて、前記揺動部材における前記カムによる揺動角度が低負荷域又は低回転域において小さく、高負荷域又は高回転域において大きくするように変位することにより、前記吸気弁における弁リフト量を、低負荷域では小さく、高負荷域では大きくするように制御することを提案している。
特開平７−６３０２３号公報

しかし、この先行技術における動弁機構は、揺動部材における他端部のカム面を、吸気弁に対する作用点にする一方、この揺動部材においてその一端部と他端部との略中間の部分を、カムが接当する力点にし、更に、前記揺動部材を、その一端部を回転中心の支点にして、カムの回転にて揺動することによって吸気弁をそのばねに抗して開き作動するものであることにより、前記揺動部材において、その一端部における支点から吸気弁に対する作用点までの作用長さが、その一端部における支点からカムが接当する力点までの力点長さよりも大幅に長いという構成になっている。

つまり、支点から作用点までの作用長さが、支点から力点での力点長さよりも大幅に長いという構成であることにより、前記吸気弁のそのばねに抗して開き作動するためには、前記力点に対して、前記吸気弁を閉に保持しいてるばね力よりも、前記作用長さに対する力点長さの比率に応じて遥かに大きい作動力をカムにて加えるようにしなければならず、前記カムを回転することにに大きな動力を必要とするから、動力損失が可成り大きいばかりか、耐久性が可成り低いという問題があった。

本発明は、これらの問題を解消するとともに、カムに対するクリアランス、或いは、吸気弁又は排気弁に対するクリアランスの調節設定が至極容易にできるようにした動弁装置を提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明は、
「クランク軸に連動して回転するカムと、揺動部材とから成り、前記揺動部材における長手方向に沿った両側面のうち一方の側面には、当該揺動部材における長手方向の一端部と他端部との間の部分に支点部材を接当して、この接当点を前記一端部側又は前記他端部側に移動するように構成し、前記揺動部材における長手方向の一端部に回転自在に軸支したピン軸に、コロ体をピン軸と一緒に回転するように設けて、このコロ体を、前記カムに、当該カムの回転によって揺動部材が前記支点部材の接当部を支点として揺動回動するように接当し、前記ピン軸に回転自在に被嵌したブッシュ体をガイド溝内に摺動自在に嵌めて、前記揺動部材における揺動回動を許容した状態で前記揺動部材における長手方向への移動を阻止するように構成する一方、前記揺動部材の他端部に、当該揺動部材における揺動回動にて吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方をそのばねに抗して開き作動するようにしたカム面を設け、更に、前記コロ体及びブッシュ体を、前記ピン軸に対して偏芯した。」
ことを特徴としている。

前記した構成において、揺動部材が、その一端部におけるカム接当部又はコロ体が接当するカムの回転により、支点部材における接当点を回転中心の支点として揺動回動することにより、この揺動部材の他端部におけるカム面にて、吸気弁又は排気弁が、そのばねに抗して開き作動する。

前記揺動部材における回転中心の支点であるところの支点部材における接当点を、前記揺動部材における一端部側に移動することにより、前記揺動部材における揺動角度が大きくなるから、前記吸気弁又は排気弁が開くときにおける弁リフト量が大きくなる。

また、前記支点部材における揺動部材に対する接当点を、前記揺動部材の他端部側に移動することにより、前記揺動部材における揺動角度が小さくなるから、前記吸気弁又は排気弁が開くときにおける弁リフト量が小さくなるというように、前記支点部材の移動によって、前記弁リフト量を、内燃機関の運転中において制御することができる。

そして、前記揺動部材は、その一端部におけるカム接当部が力点で、その他端部におけるカム面が吸気弁又は排気弁に対する作用点で、これらの力点と作用点との間において支点部材が接当する部分が当該揺動部材における揺動回転中心の支点であり、力点から支点までの力点長さを、作用点から支点までの作用長さに近づけることができることにより、前記先行技術のように、力点長さが作用長さよりも大幅に長くなることを回避できる。

これにより、前記カムによる作動力、ひいては、前記カムを回転することに要する動力を確実に低減できるから、動力損失を少なくできるとともに、耐久性を大幅に向上できる。

更にまた、請求項１に記載した構成にしたことにより、揺動部材に対するピン軸の回転にて、前記コロ体を前記カムに向かって出没調節でき、また、前記ピン軸に対するブッシュ体の回転にて、前記揺動部材をその長手方向に移動調節できるから、前記揺動部材と前記カムとの間におけるクリアランスの設定、及び、前記揺動部材と吸気弁又は排気弁との間におけるクリアランスの設定を、全体の分解を必要とすることなく至極簡単に、且つ、迅速に的確にできる。

以下、本発明の実施の形態を、吸気弁に対して適用した場合を示す図１〜図６の図面について説明する。

この図において、符号１は、内燃機関におけるシリンダヘッドを示し、このシリンダヘッド１には、図示しないシリンダ内への吸気ポート２が設けられ、この吸気ポート２のシリンダ内への開口部には、ばね４にて常時閉に保持された吸気弁３が設けられている。

また、前記シリンダヘッド１には、前記吸気弁３を開閉作動するカム５を備えたカム軸６が、内燃機関におけるクランク軸（図示せず）に連動して回転するように軸支されている。

前記吸気弁３の上端には、基端を前記シリンダヘッド１側に螺着のボルト７にて回転自在に枢着したロッカアーム８の先端が接当している。

符号９は、揺動部材を示し、この揺動部材９は、前記カム５と前記ロッカアーム８との間に縦方向が長手になるように配設され、この揺動部材９における長手方向の上端部には、ピン軸１１が回転自在に軸支され、このピン軸１１には、前記カム５に接当するカム接当部であるところのコロ体１０が、ピン軸１１と一緒に回転するように一体的に設けられている。

なお、前記揺動部材９は、前記シリンダヘッド１に一体的に設けた左右一対のブラケット体１２の間に位置して、前記ピン軸１１の軸線方向に移動することを阻止するように構成されている。

また、前記揺動部材９は、その上端部における前記ピン軸１１の両端に被嵌したブッシュ体１３を、前記一対のブラケット体１２に横向きに延びるように設けたガイド溝１４内に摺動自在に嵌めることにより、前記カム５に対して半径方向に自在に往復動し得る状態で、当該揺動部材９の長手方向への移動を阻止するように構成されている。

一方、前記シリンダヘッド１側には、支点部材１５の基端を、ピン軸１６にて回転自在に軸支し、この支点部材１５の先端を、前記揺動部材９における長手方向に沿った左右の両側面のうち前記カム５とは反対側の一方の長手側面に対して、当該揺動部材９における長手方向に移動自在に接当する一方、前記揺動部材９の上端部におけるコロ体１０を、当該揺動部材９における下端部とシリンダヘッド１との間に設けた復帰用ばね１７にて前記カム５に対して押圧付勢することにより、前記カム５の回転により、前記揺動部材９を、前記支点部材１５の先端が接当する箇所を回転中心の支点として揺動回動するように構成している。

前記揺動部材９の下端部に、前記ロッカアーム８に回転自在に設けたコロ１８に接当するカム面１９を設けることにより、前記揺動部材９における揺動によって、前記ロッカアーム８を介して前記吸気弁３を、そのばね４に抗して開き作動するように構成している。

前記した構成に加えて、前記支点部材１５を、内燃機関における負荷に応じて作動するアクチェータ（図示せず）により、低負荷のときその先端が、実線で示す中負荷域の状態から揺動部材９における下端部側に移動し、高負荷のとき先端が、実線で示す中負荷域の状態から揺動部材９における上端部側に移動するように構成している。

この場合において、前記揺動部材９における一方の側面のうち前記支点部材１５の先端が接当する部分は、前記支点部材１５の回転中心を中心とする半径Ｒの円弧面９ａに形成され、且つ、この円弧面９ａにおける半径Ｒを、前記揺動部材９の上端におけるピン軸１１の中心と前記ロッカアーム８におけるコロ１８の中心とを結ぶ直線９ｂから前記支点部材１５の回転中心までの距離と略等しくすることにより、前記支点部材１５を揺動部材９における上端部側に移動した状態と、前記支点部材１５を揺動部材９における下端部側に移動した状態とで、前記揺動部材９が横方向にずれ変位することが少ないように構成している。

なお、前記揺動部材９における一方の側面のうち前記支点部材１５の先端が接当する部分は、前記したように円弧面９a にすることに代えて、前記直線９ｂと平行な平面にする一方、前記支点部材１５を前記直線９ｂと平行の方向に移動するように構成することで、前記揺動部材９が横方向にずれ変位することが少ないようにしても良い。

そして、前記揺動部材９の上端部におけるコロ体１０を、図３に示すように、そのピン軸１１に対して適宜寸法ｅ１だけ偏芯することにより、前記ピン軸１１の回転によって、前記コロ体１０を、前記カム５に向かって出没調節できるように構成している。

この場合において、前記揺動部材９における上端部のうちピン軸１１が嵌まる部分には、スリット溝１９を設け、このスリット溝１９を挟む両側の部分２０，２１をボルト２２にて締め付けることにより、前記ピン軸１１を任意の回転位置で、回転不能に固定できるように、換言すると、前記コロ体１０を、前記カム５に対する任意の出没位置において、出没不能の状態に固定できるように構成している。

更に、前記ブラケット部材１２におけるガイド溝１４内に摺動自在に嵌まる前記ブッシュ体１３を、図４に示すように、当該ブッシュ体１３が被嵌する前記ピン軸１１に対して、適宜寸法ｅ２だけ偏芯することにより、前記ブッシュ体１３の回転によって、前記揺動部材９を、上下方向に移動調節できるように構成している。

この場合において、前記ブッシュ体１３には、スリット溝２３を設け、このスリット溝２３を挟む両側の部分２４，２５をボルト２６にて締め付けることにより、前記ブッシュ体１３を任意の回転位置で、回転不能に固定できるように、換言すると、前記ブッシュ体１３の回転による前記揺動部材９における任意の移動位置において、移動不能の状態に固定できるように構成している。

この構成において、揺動部材９が、その上端部におけるコロ体１０が接当するカム５の回転により、支点部材１５の先端が接当する箇所を回転中心の支点として左右方向に揺動回動することにより、この揺動部材９の下端部におけるカム面１９にて、ロッカアーム８を介して吸気弁３がそのばねに抗して下向きに押し下げて、開き作動する。

内燃機関における負荷が高負荷域に増大すると、前記支点部材１５の先端が、実線で示す中負荷域の場合よりも前記揺動部材９における上端部側に移動することにより、揺動部材９における上端部のコロ体１０がカム５に接当する力点から、前記支点部材１５における先端が揺動部材９に接当する支点までの力点長さは、中負荷域における力点長さよりも短くなる一方、前記揺動部材９における下端部のカム面１９がロッカアーム８におけるコロ１８に接当する作用点から前記支点までの作用点長さが、中負荷域における作用点長さよりも長くなるから、前記カム５に設定した吸気弁開のクランク角度θに対する前記揺動部材９における揺動角度は大きくなり、これにより、図５に示すように、その下端部のカム面１９におけるロッカアーム８のコロ１８に対する相対的な移動距離がＬ１に長くなり、この長い移動距離Ｌ１の間において前記吸気弁３の開き作動を行う。

内燃機関における負荷が低負荷域に低下すると、前記支点部材１５の先端が、実線で示す中負荷域の場合より前記揺動部材９における下端部側に移動することにより、力点長さは、中負荷域における力点長さよりも長くなる一方、前記作用点長さが、中負荷域における作用点長さよりも短くなるから、前記カム５に設定した吸気弁開のクランク角度に対する前記揺動部材９における揺動角度が小さくなり、これにより、図５に示すように、その下端部のカム面１９におけるロッカアーム８のコロ１８に対する相対的な移動距離Ｌ２が短くなり、この短い移動距離Ｌ２の間において前記吸気弁３の開き作動を行う。

すなわち、高負荷域においては、前記揺動部材９における揺動角度、ひいては、そのカム面１９におけるコロ１８に対する移動距離Ｌ１が大きくなることにより、吸気弁３は、図６に実線Ａ１で示すようになプロフィールで開き作動するから、その最大弁リフト量Ｈ１は、中負荷域における最大弁リフト量Ｈ０よりも高くなる。

一方、低負荷域においては、前記揺動部材９における揺動角度、ひいては、そのカム面１９における移動距離Ｌ２が小さくなることにより、吸気弁３は、図６に二点鎖線Ａ２で示すようなプロフィールで開き作動するから、その最大弁リフト量Ｈ２は、中負荷域における最大弁リフト量Ｈ０よりも低くなる。

これにより、吸気弁３を開き作動するときにおける弁リフト量を、内燃機関の負荷に応じて、高負荷のときに大きく、低負荷のときに小さくするように自動的に制御できる。

また、前記揺動部材９の上端部におけるコロ体１０を、そのピン軸１１の回転にて当該コロ体１０が接当するカム５に向かって出没調節することにより、このコロ体１０と前記カム５との間におけるクリアランスを、部品の分解を必要とすることなく至極簡単に設定できる。

更にまた、前記ピン軸１１に被嵌するブッシュ体１３を回転することで、前記揺動部材９を、その長手方向に移動調節することにより、前記揺動部材９におけるカム面１９と、ロッカアーム８のコロ１８との間のクリアランス、ひいては、前記カム面１９と、吸気弁３との間におけるクリアランスを、前記同様に、部品の分解を必要とすることなく至極簡単に設定できる。

なお、前記実施の形態は、カム接当部を、ピン軸１１に対して偏芯するコロ体１０にすることにより、前記カム接当部を前記ピン軸１１の回転にて出没調節するように構成する一方、前記ピン軸１１に回転自在に被嵌した状態でガイド溝１４内に嵌まるブッシュ体１３を、前記ピン軸１１に偏芯することにより、このブッシュ体１３の回転にて前記揺動部材９をその長手方向に移動調節するように構成した場合であったが、本発明は、このような構成に限定されず、他の構成によって、前記カム接当部における出没調節と、前記揺動部材９の長手方向への移動調節とを行うようにすることができる。

更に、前記実施の形態において、ピン軸１１及びブッシュ体１３を、任意の回転位置において回転不能に固定するに際しても、前記した構成以外の構成を採用できることは勿論である。

本発明における実施の形態を示す図である。図１のII−II視拡大断面図である。図２のIII −III 視拡大断面図である。図２のIV−IV視拡大断面図である。図１の要部を示す拡大図である。吸気弁のプロフィールを示す図である。

符号の説明

１シリンダヘッド
２吸気ポート
３吸気弁
４吸気弁用ばね
５カム
６カム軸
８ロッカアーム
９揺動部材
１０コロ体（カム接当部）
１１ピン軸
１２ブラケット部材
１３ブッシュ体
１４ガイド溝
１５支点部材
１８コロ
１９カム面

Claims

クランク軸に連動して回転するカムと、揺動部材とから成り、前記揺動部材における長手方向に沿った両側面のうち一方の側面には、当該揺動部材における長手方向の一端部と他端部との間の部分に支点部材を接当して、この接当点を前記一端部側又は前記他端部側に移動するように構成し、前記揺動部材における長手方向の一端部に回転自在に軸支したピン軸に、コロ体をピン軸と一緒に回転するように設けて、このコロ体を、前記カムに、当該カムの回転によって揺動部材が前記支点部材の接当部を支点として揺動回動するように接当し、前記ピン軸に回転自在に被嵌したブッシュ体をガイド溝内に摺動自在に嵌めて、前記揺動部材における揺動回動を許容した状態で前記揺動部材における長手方向への移動を阻止するように構成する一方、前記揺動部材の他端部に、当該揺動部材における揺動回動にて吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方をそのばねに抗して開き作動するようにしたカム面を設け、更に、前記コロ体及びブッシュ体を、前記ピン軸に対して偏芯したことを特徴とする内燃機関における動弁機構。