JP4469343B2 - Variable valve mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の運転状態に応じバルブ特性を連続的に変化させる可変動弁機構に関する。 The present invention relates to a variable valve mechanism that continuously changes valve characteristics in accordance with the operating state of an internal combustion engine.
従来、複数の気筒を備えた内燃機関において、テーパカムを用いてバルブのリフト量と作用角を連続的に変化させる可変動弁機構が知られている。例えば、図9(a)に示す可変動弁機構50では、シリンダヘッド上のカムハウジング51にカムシャフト52とアームシャフト53とが平行に支持されている。カムシャフト52上には複数のテーパカム54が設けられ、アームシャフト53上にテーパカム54に係合するテーパローラ55を備えた揺動アーム56が支持されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in an internal combustion engine having a plurality of cylinders, there is known a variable valve mechanism that continuously changes a valve lift amount and a working angle using a taper cam. For example, in the
そして、揺動アーム56をカムハウジング51のジャーナル部51aによりテーパカム54に位置決めし、カムシャフト52をアクチュエータ57で軸線方向へ駆動し、テーパカム54とテーパローラ55との接触位置を変化させて、揺動アーム56の初期位相を内燃機関の運転状態に応じて変更するようになっている。なお、特許文献1には、カムシャフト上にテーパカムを備えた可変動弁機構が記載されている。
ところが、従来の可変動弁機構50によると、揺動アーム56がカムハウジング51のジャーナル部51aによって位置決めされているので、図9(b)に示すように、カムハウジング51の熱膨張(E:熱膨張量)に伴い、揺動アーム56がアームシャフト53上で軸線方向に変位する。通常、カムハウジング51はアルミニウム材で成形され、線膨張係数がスチール製のシャフト52,53よりも大きいため、熱膨張差によって揺動アーム56がテーパカム54よりも大きく変位し、テーパローラ55とテーパカム54との接触位置がカムハウジング51の基準位置(鎖線位置)から離れるほど大きく変化する。従って、複数の気筒間にバルブリフト量のばらつきが発生し、内燃機関の燃費、エミッション、振動等に悪影響が及ぶという問題点があった。
However, according to the conventional
本発明の目的は、上記課題を解決し、カムハウジングとシャフトとの熱膨張差による影響を排除し、気筒間のバルブリフト量のばらつきを解消できる可変動弁機構を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a variable valve mechanism that solves the above-described problems, eliminates the influence of a difference in thermal expansion between the cam housing and the shaft, and can eliminate variations in valve lift amounts between cylinders.
上記の課題を解決するために、本発明は、内燃機関のシリンダヘッド上にカムハウジングを設置し、カムハウジングにカムシャフトとアームシャフトを平行に支持し、カムシャフト上に複数のテーパカムを設け、アームシャフト上にテーパカムに係合する複数の揺動アームを支持し、カムシャフトとアームシャフトを軸線方向へ相対移動するアクチュエータを備えた可変動弁機構において、揺動アームをテーパカムに位置決めする位置決め部材を備え、該位置決め部材をアームシャフト上に固定するとともに、カムハウジングのジャーナル部の支持穴にアームシャフトの軸線方向へ移動可能に組み付けたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention provides a cam housing on a cylinder head of an internal combustion engine, supports a cam shaft and an arm shaft in parallel on the cam housing, and provides a plurality of taper cams on the cam shaft, Positioning member for positioning a swing arm on a taper cam in a variable valve mechanism that includes an actuator that supports a plurality of swing arms engaged with a taper cam on an arm shaft and relatively moves the cam shaft and the arm shaft in the axial direction. The positioning member is fixed on the arm shaft, and is mounted in the support hole of the journal portion of the cam housing so as to be movable in the axial direction of the arm shaft.
上記可変動弁機構において、好ましくは、次の手段を採用することができる。
(1)位置決め部材と揺動アームとの間にシムを介在させ、アームシャフトに交換可能に装着すること。
(2)リング状の位置決め部材をアームシャフト上に嵌挿し、位置決め部材の端面で揺動アームをテーパカムに位置決めすること。
(3)一気筒あたり少なくとも一つの揺動アームをアームシャフト上に支持し、揺動アームの両側に配置した位置決め部材をカムハウジングのジャーナル部に組み付けること。
In the variable valve mechanism, the following means can be preferably employed.
(1) A shim is interposed between the positioning member and the swing arm, and the arm shaft is replaceably mounted.
(2) A ring-shaped positioning member is fitted on the arm shaft, and the swing arm is positioned on the taper cam by the end surface of the positioning member.
(3) At least one swing arm per cylinder is supported on the arm shaft, and positioning members arranged on both sides of the swing arm are assembled to the journal portion of the cam housing.
本発明の可変動弁機構によれば、揺動アームをカムハウジングとは別体の位置決め部材でテーパカムに位置決めし、位置決め部材をカムハウジングに移動可能に組み付けたので、カムハウジングとシャフトとの熱膨張差が位置決め部材によって吸収される。従って、テーパカムと揺動アームとの係合位置をすべての気筒で等しくして、気筒間のバルブリフト量のばらつきを解消できるという効果がある。 According to the variable valve mechanism of the present invention, the swing arm is positioned on the tapered cam by a positioning member separate from the cam housing, and the positioning member is movably assembled to the cam housing. The expansion difference is absorbed by the positioning member. Accordingly, there is an effect that the engagement position between the taper cam and the swing arm can be made equal in all the cylinders, and the variation in the valve lift amount between the cylinders can be eliminated.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図2、図4に示すように、この実施形態の可変動弁機構1はシリンダヘッド3の上方にカムハウジング2を備え、カムハウジング2の複数のジャーナル部2aにカムシャフト8とアームシャフト10とが平行に支持されている。カムシャフト8上には複数のテーパカム11が設けられ、アームシャフト10上に複数の揺動アーム13が支持されている。揺動アーム13にはテーパカム11に係合するテーパローラ21が支持され、アクチュエータ25がカムシャフト8を軸線方向へ駆動して、テーパカム11とテーパローラ21との接触位置を変更する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 2 and 4, the
アームシャフト10上には揺動アーム13をテーパカム11に位置決めする複数のシャフトリング27が嵌挿されている。シャフトリング27はアームシャフト10の定位置に固定され、基準位置のシャフトリング27Aを除くすべてがカムハウジング2のジャーナル部2aにアームシャフト10の軸線方向へ移動可能に組み付けられている。シャフトリング27と揺動アーム13との間にはシム32が介在し、アームシャフト10に交換可能に装着されている。
A plurality of shaft rings 27 for positioning the
次に、本発明の一実施例を図1〜図7に基づいて説明する。図1、図2に示すように、可変動弁機構1のカムハウジング2は全体がアルミニウム材で平面長四角形に成形され、自動車用ガソリンエンジンのシリンダヘッド3上に設置されている。ガソリンエンジンは四つのシリンダ4を備え、各シリンダ4に二つの吸気バルブ5と二つの排気バルブ6とが設けられている。なお、この実施例では、可変動弁機構1が吸気バルブ5のバルブ特性を制御するように構成されているが、同じ構成を排気バルブ6に適用することもできる。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 1 and 2, the
カムハウジング2の五つのジャーナル部2aには、それぞれスチール製の吸気カムシャフト8、排気カムシャフト9及びアームシャフト10が互いに平行に支持されている。吸気カムシャフト8上には一気筒あたり二つのテーパカム11が固定され、排気カムシャフト9上に同数の排気カム12が固定され、共にエンジンのクランク軸(図示略)によりカムシャフト8,9と一体に回転される。アームシャフト10上には一気筒あたり二本の揺動アーム13が支持され、吸気カムシャフト8の回転に伴い、テーパカム11によって上下に揺動される。
A
図2、図3に示すように、揺動アーム13の下側には一気筒あたり二本のロッカアーム15が配置され、その基端はピボット16に支持されている。ロッカアーム15の先端には吸気バルブ5を叩打するバルブ駆動部17が設けられ、ロッカアーム15の中間部にローラ18が支持されている。揺動アーム13にはローラ18に係合する下向きのカム面19が形成され、その始端(図2の左端)側にアームシャフト10の軸心を中心とする等半径部19aが設けられている。そして、テーパカム11の回転に伴い、揺動アーム13がロッカアーム15を上下に揺動し、ロッカアーム15が吸気バルブ5を開閉するようになっている。
As shown in FIGS. 2 and 3, two
テーパカム11は、吸気バルブ5のリフト量をゼロに保つベース部11aと、該バルブリフト量を増大させるノーズ部11bと、揺動アーム13の初期位相を最小化する最小プロフィール11cと、該初期位相を最大化する最大プロフィール11dとを備えている。揺動アーム13には、テーパカム11に接触するテーパローラ21と、テーパローラ21の反対側でプッシャー22に係合する突片23とが設けられ、プッシャー22にテーパローラ21をテーパカム11側へ付勢するスプリング24が嵌挿されている。
The
カムハウジング2の一端面には油圧又は電動のアクチュエータ25(図1参照)が設置され、アクチュエータ25に吸気カムシャフト8の一端が連結されている。アクチュエータ25は、ガソリンエンジンの制御装置(図示略)により運転状態に応じて制御され、アームシャフト10に対して吸気カムシャフト8を軸線方向へ駆動し、テーパカム11とテーパローラ21との接触位置を変化させ、テーパカム11のプロフィールに従って揺動アーム13の初期位相を連続的に変更するようになっている。
A hydraulic or electric actuator 25 (see FIG. 1) is installed on one end surface of the
図1、図4に示すように、アームシャフト10は五つのシャフトリング27によりカムハウジング2のジャーナル部2aに支持されている。また、アームシャフト10上にはスペーサ28が左右の揺動アーム13の間に位置するように嵌挿されている。シャフトリング27及びスペーサ28は揺動アーム13と交互に配列され、各シリンダ4において、シャフトリング27が左側の揺動アーム13を左側のテーパカム11に位置決めし、スペーサ28が右側の揺動アーム13を右側のテーパカム11に位置決めしている。なお、揺動アーム13の右方への移動はテーパカム11によって規制される。
As shown in FIGS. 1 and 4, the
左端のシャフトリング27Aはボルト29でカムハウジング2の基準位置である左端のジャーナル部2aにアームシャフト10と共に固定されている。その他のシャフトリング27はネジ30によってアームシャフト10の定位置に固定されるとともに、ジャーナル部2aの支持穴31にアームシャフト10の軸線方向へ移動可能に支持されている。シャフトリング27と揺動アーム13との間には馬蹄形のシム32(図3参照)が交換可能に介装され、スペーサ28と揺動アーム13との間に同様のシム33が介装されている。そして、シム32,33によりテーパカム11とテーパローラ21との接触位置を微調整できるようになっている。
The left
次に、上記のように構成された可変動弁機構1の作用について説明する。図5はテーパカム11の最小プロフィール11cをテーパローラ21に位置決めした状態を示す。この状態では、図5(a)に示すように、揺動アーム13の初期位相が最小化され、テーパローラ21がベース部11aに係合する期間中、揺動アーム13とロッカアーム15が共に静止し、吸気バルブ5が閉鎖位置に保持される。図5(b)に示すように、テーパローラ21がノーズ部11bの頂点に係合すると、揺動アーム13とロッカアーム15が共に最小の角度で揺動し、図7の曲線(イ)に示すように、バルブリフト量と作用角が共に最小化され、吸気バルブ5の開放タイミングが遅く閉鎖タイミングが早く制御される。なお、図7の曲線(ホ)は排気バルブ6のリフト量と作用角を示す。
Next, the operation of the
図6はテーパカム11の最大プロフィール11dをテーパローラ21に位置決めした状態を示す。この状態では、図6(a)に示すように、テーパローラ21がロッカアーム15側へ変位し、揺動アーム13の初期位相が最大化される。しかし、テーパローラ21がベース部11aに係合する期間中は、揺動アーム13の等半径部19aがローラ18に係合するため、ロッカアーム15が静止し、吸気バルブ5が閉鎖位置に保持される。図6(b)に示すように、テーパローラ21がノーズ部11bの頂点に係合すると、揺動アーム13とロッカアーム15が共に最大の角度で揺動し、図7の曲線(ロ)に示すように、バルブリフト量と作用角が共に最大化され、吸気バルブ5の開放タイミングが早く閉鎖タイミングが遅く制御される。
FIG. 6 shows a state in which the
従って、揺動アーム13の初期位相を変化させることにより、図7の曲線(ハ),(ニ)に示すように、バルブリフト量、作用角および開閉タイミングを任意の中間値に制御することができる。特に、この実施例の可変動弁機構1によれば、テーパローラ21がローラ18の軸心と吸気カムシャフト8の軸心とアームシャフト10の軸心とを結ぶ三角形の領域内に配置されているので、これらの四つの動弁系部品をコンパクトな形態にまとめて、シリンダヘッド3上のカムハウジング2の高さを低く抑えることができる。
Therefore, by changing the initial phase of the
また、揺動アーム13がカムハウジング2と別体のシャフトリング27とスペーサ28でテーパカム11に位置決めされ、シャフトリング27がジャーナル部2aに移動可能に支持されているので、図4(b)に示すように、アルミニウム製のカムハウジング2とスチール製のアームシャフト10との熱膨張差がジャーナル部2aとシャフトリング27との相対移動によって吸収される。従って、テーパカム11とテーパローラ21との接触位置を四つのシリンダ4で等しくし、気筒間のバルブリフト量のばらつきを解消して、ガソリンエンジンの燃費、エミッション、振動等を改善することができる。
Further, the
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で各部の構成を適宜変更して実施することもできる。例えば、図8に示すように、吸気カムシャフト8上に一気筒あたり一つのテーパカム11を設け、アームシャフト10上に一気筒あたり一つの揺動アーム34を支持する。そして、揺動アーム34にテーパカム11と係合するテーパローラ21を支持するとともに、二本のロッカアーム15のローラ18に係合する一対のカム片35を設ける。この構成によれば、一つの揺動アーム34で二本の吸気バルブ5を駆動できるうえ、アームシャフト10からスペーサを省略できる利点がある。
In addition, this invention is not limited to the said Example, It can also implement by changing suitably the structure of each part in the range which does not deviate from the meaning of invention. For example, as shown in FIG. 8, one tapered
1 可変動弁機構
2 カムハウジング
3 シリンダヘッド
4 シリンダ
5 吸気バルブ
8 吸気カムシャフト
10 アームシャフト
11 テーパカム
13 揺動アーム
15 ロッカアーム
21 テーパローラ
25 アクチュエータ
27 シャフトリング
32 シム
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記揺動アームをテーパカムに位置決めする位置決め部材を備え、該位置決め部材をアームシャフト上に固定するとともに、カムハウジングのジャーナル部の支持穴にアームシャフトの軸線方向へ移動可能に組み付けたことを特徴とする可変動弁機構。 A cam housing is installed on the cylinder head of the internal combustion engine, the cam shaft and the arm shaft are supported in parallel on the cam housing, a plurality of taper cams are provided on the cam shaft, and a plurality of swings are engaged with the taper cam on the arm shaft. In a variable valve mechanism that includes an actuator that supports an arm and relatively moves the cam shaft and the arm shaft in the axial direction,
A positioning member for positioning the swing arm on the taper cam is provided, the positioning member is fixed on the arm shaft, and is mounted in the support hole of the journal portion of the cam housing so as to be movable in the axial direction of the arm shaft. A variable valve mechanism.
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