JP4696215B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Description
こうした可変動弁装置の多くは、吸入空気量の調整を担うために、少なくともバルブリフト量を連続的に変化させる可変動弁機構が用いられる。多くは、カムシャフトに形成されている吸気用カムのカム変位を受けてバルブ駆動出力を出力させる構造と、得られるバルブ駆動出力(バルブリフト量や開閉タイミングや開弁期間など)を、制御シャフトから入力される回動変位にしたがい連続的に可変させる構造とを組み合わせた装置が用いられる(例えば特許文献1を参照)。
ところで、ギヤの噛合いには、円滑にギヤ歯を噛み合わせるためのバックラッシュが設定されている。このバックラッシュは、ギヤ同士の打音を抑えるよう適切に設定される。しかし、可変動弁機構の場合、伝達機構には、可変動弁機構を通じて吸気バルブ側からバルブ反力が作用する。バルブ反力は、バルブ開閉に伴い変動するだけでなく、高バルブリフトになるほど大きい。しかも、高バルブリフトが多用されるエンジンの高回転数域は、高速で伸縮を繰り返すバルブスプリングや高速回転によるバルブ振動などの影響が作用するために、他の領域に比べ、大きな打音が発生しやすい。
一般のギヤを用いた伝達構造では、このような場合、こうした打音の発生を抑制するためにバックラッシュを詰める構造を設けることが行われる。
そこで、可変動弁装置でも、例えば特許文献2にも開示されているようにコイルスプリングを用いて、常時、一方のギヤを、該ギヤと噛合う他方のギヤへ付勢して、ギヤ歯間のバックラッシュを詰める技術が用いられている。
しかし、これでは、小バルブリフト領域の制御応答性が高められるものの、大型の電動モータの使用が余儀なくされるために、かなりのコストの負担が強いられる。しかも、同電動モータの採用は、可変動弁装置の高重量化や大型化をきたし、NVHや搭載の問題となる。
同構成により、低バルブリフト〜高バルブリフト範囲のうちの大きな打音が発生しやすい高バルフリフト域は、伝達機構のギヤにバックラッシュを詰める付勢力を与え、他の領域は、付勢力を与えなくともよいようにした。
したがって、小バルブリフト領域の制御応答性を確保しながら、伝達機構のギヤ同士の打音の発生が効果的に抑えられる。
請求項3の発明によれば、バックラッシュ詰め手段は、トグルばね部材をウォームホイールギヤの回動支点部に巻回するという構成でよく、一層、簡単な構造ですむ。
図1は、内燃機関、例えば直列4気筒レシプロ式ガソリンエンジンの本体の斜視図、図2は図1中のA−A線に沿う断面図、図3は図1中のロッカカバー、タイミングチェーンカバーを取り外したエンジンの斜視図、図4は図3中の動弁系を取り外した分解斜視図、図5は図3中のB−B線に沿う可変動弁装置の断面図、図6は図3中のC−C線に沿う可変動弁装置の断面図、図7〜図10はバックラッシュを詰める各部の構造をそれぞれ示している。
シリンダブロック1には、図5に示されるようにエンジンの前後方向に沿って4つの気筒6(一部だけ図示)が形成されている。これら気筒6には、ピストン7がそれぞれ往復動可能に収めてある。これらピストン7が、コンロッド8、クランクピン9aを介して、シリンダブロック1の前後方向に配設されたクランクシャフト9に連結され、ピストン7から伝わる往復運動が回転運動に変換されながらクランクシャフト9へ出力されるようにしている。
すなわち、図3および図4に示されるようにロッカアーム40は、二股に分かれたアーム部材が用いられる。このアーム部材の中央部が図5に示されるように制御シャフト28に回動自在に支持され、アーム部材の先端部に設けたアジャストスクリュ部41をフレームの側方へ張り出させ、アーム部材の基端部に設けたニードルローラ42を支持シャフト29側へ配置させている。
センタロッカアーム60は、図5に示されるように吸気用カム26a、制御シャフト28、滑りローラ52で囲まれる地点に配置される。センタロッカアーム60は、上方の滑りローラ52へ向かうアーム部61と、横方向となる制御シャフト28直下へ向かうアーム部62とにより、L形に形成される。アーム部61の先端面に形成されている斜面61a(例えば制御シャフト側が低、支持シャフト側が高の面)は、スイングカム50の滑りローラ52と転接する。アーム部61,62の交差する部分に支持されている滑りローラ63は、吸気用カム26aのカム面と転接し、バルブ駆動出力となる吸気用カム26aのカム変位がアーム部61を通じて、スイングカム50へ出力されるようにしている。アーム部62端に屈曲自在に支持されているピン部64は、制御シャフト28に形成されている通孔65に回動自在に差し込まれている。この差込みにより、センタロッカアーム60は、屈曲点を支点として揺動自在に支持される。このセンタロッカアーム60の組み込み構造により、制御シャフト28が回動変位すると、センタロッカアーム35は、吸気用カム26aとの転接位置を変更しながら、カムシャフト16と交差する方向(進角方向や遅角方向)へ変位する。
ロッカアーム機構22(排気側)は、図5に示されるように一対のロッカアーム67をもつ(片側しか図示せず)。この一対のロッカアーム67は、センタロッカアーム35の両側に位置し、排気用ロッカシャフト27に回動自在に支持される。そして、一端部に有るローラ部材(図示しない)を排気用カム26bのカム面に転接させ、他端部に有るアジャストスクリュ部67aをフレームの側方へ張り出させている。
つぎに、このように構成された可変動弁装置20の作用について説明する。
このとき、図5に示されるようにセンタロッカアーム60の滑りローラ63は、吸気用カム26aのカム変位を受けている。これにより、センタロッカアーム60からは、バルブ駆動出力が出力される。つまり、センタロッカアーム60は、カム変位にしたがい、ピン部64を支点として、上下方向へ揺動する。
一方、各排気用ロッカアーム67は、それぞれ排気用カム26bを受けていて、同カム26bのカム形状にならい駆動される。これにより、各排気用ロッカアーム67は、排気用ロッカシャフト27を支点に上下方向へ揺動して、それぞれ排気バルブ15を開閉させる。
ここで、トグルばね部材101は、ウォームホイールギヤ83が、低バルブリフト、中バルブリフトの区間までは、図9に示されるように当接部104に到達しないため、自由な状態のままが保たれる。この間は、ウォームギヤ減速機構82には、バックラッシュを詰める付勢力は与えられないが、ウォームホイールギヤ83が高バルブリフトの区間に入ると、その時点から、図2および図10に示されるようにトグルばね部材101の外力入力部103がシリンダヘッド2側に有る当接部104と突き当たる。
一方、低バルブリフト量にするとする。このときは、高バルブリフトのときとは反対方向へ電動モータ81を作動させる。すると、同電動モータ81の回転が、オルダム継手91を通じて、ウォームシャフトギヤ84へ伝わり、扇形のウォームホイールギヤ83を反対の方向へ回動変位させる(図2中の低リフト方向)。これにより、電動モータ81の回転は、減速されながら制御シャフト28へ伝わり、制御シャフト28を要求バルブ特性、例えば低バルブリフトの地点まで回動させる。
このとき、トグルばね部材101の外力入力部103は、図9(a),(b)に示されるよう当接部104から離れた地点に配置されたままである。低バルブリフト領域や中バルブリフト領域の間は、その状態が継続される(高バルブリフトになるまで突き当たらない)。このため、要求バルブ特性が当該可変領域に求められている間は、ウォームホイールギヤ83にはバックラッシュを詰める付勢力は作用しない。
したがって、可変動弁装置20は、小可変領域の制御応答性を確保しながら、大きな打音の発生を抑えることができる。しかも、制御シャフト28を駆動する電動モータ81(駆動源)は、大容量の大型モータに変更せずにすむので、可変動弁装置20は、軽量化およびコンパクト化が保てる利点もある。特に高バルブリフト域だけを重点に、バックラッシュを詰める付勢力を作用させると、効果的に、ギヤ同士での打音の発生防止と、小可変領域における制御応答性の向上の双方を図ることができる。
なお、図13に示されるように、スイングカム50が開弁方向に揺動する際に揺動支点S1に作用する荷重W1やスイングカム50が閉弁方向に揺動する際に揺動支点S1に作用する荷重の方向が、同図の荷重W1,W2の軌跡に示されるようにいずれも制御シャフト28の回転方向が同じ方向に設定してある。これにより、スイングカム50が開弁方向に揺動するときや、スイングカム50が閉弁方向に揺動するとき、揺動支点S1に生ずる荷重の制御シャフト28に対する回転方向は、制御シャフト28に対して時計方向回りの一方向となり、制御シャフト28が逆方向に回転することを抑制することができる。このため、制御シャフト28はバルブリフトにより一方向に付勢されることとなり、バックラッシュ詰め機構100を作用させる必要がなくなる。また、荷重W1,W2が全て制御シャフト28を同じ方向に回転させるように設定せずとも、最大荷重W3が制御シャフトを一方向に回転させるように設定するだけでもよい。
本実施形態は、バックラッシュ詰め機構100として、第1の実施形態のようなトグルばね部材101を用いたのではなく、例えばピストン式のプッシャ機構110を用いた構造を採用したものである。
同プッシャ機構110には、例えば図11および図12に示されるようにウォームシャフトギヤユニット85のフレーム90に、ピストンプッシャ部111を組み付け、ウォームホイールギヤ83の前面に当接部112を突設した構造が用いてある。
なお、本発明は上述したいずれの実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば上述した実施形態では、吸気バルブのバルブ特性を連続的に可変する可変動弁装置に本発明を適用したが、これに限らず、排気バルブのバルブ特性を連続的に可変する可変動弁装置に本発明を適用してもよい。また、上述した一実施形態では、リフト量と開閉タイミングを同時に変更できるもので説明したが、一方のみを変更するもの、例えば、不等速継手を用いて開閉タイミングを変更する可変動弁装置にも適用することができる。
14 吸気バルブ
20 可変動弁装置
21 可変動弁機構
26 カムシャフト
26a吸気用カム(バルブ駆動用カム)
28 制御シャフト
81 電動モータ(駆動源)
82 ウォームギヤ減速機構(伝達機構)
83 ウォームホイールギヤ
84 ウォームシャフトギヤ
100バックラッシュ詰め機構(バックラッシュ詰め手段、押圧機構部)
101トグルばね部材
104当接部。
Claims (3)
- バルブ駆動用カムを有するカムシャフトと、
バルブを駆動するカム面を有する揺動カムと、回動変位可能な制御シャフトに揺動自在に支持されて前記揺動カムと前記バルブ駆動用カムとの間に介在され前記バルブ駆動用カムの変位を前記揺動カムに伝達する伝達アームとを備え、前記制御シャフトから入力される回動変位にしたがい、前記伝達アームの前記バルブ駆動用カムと当接する位置を変更してバルブのバルブ特性を制御しながらバルブリフト量を所定の低バルブリフト〜高バルブリフト範囲において可変制御させる可変動弁機構と、
駆動源から出力される、要求バルブリフト量を設定する制御回転をギヤの噛み合いにより前記制御シャフトへ伝える伝達機構と、
前記伝達機構に設けられ、前記低バルブリフト〜高バルブリフト範囲のうちの高バルブリフト域においてだけに、当該伝達機構のギヤにバックラッシュを詰める付勢力を与えるバックラッシュ詰め手段とを有し、
かつ前記可変動弁機構は、低バルブリフト〜高バルブリフト範囲のうちの高バルブリフト域以外の領域において、バルブリフト中に前記伝達アームより受ける最大荷重が前記制御シャフトを一方向に回動させる荷重となるように設定した
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 前記伝達機構は、前記制御シャフトに設けたウォームホイールギヤと、前記ウォームホイールギヤと噛合い、前記制御回転を前記ウォームホイールギヤへ伝えるウォームシャフトギヤとを有したウォームギヤ減速機構で構成され、
前記バックラッシュ詰め手段は、前記ウォームギヤ減速機に組み付けられ、前記高バルブリフト域に設定されると、付勢力を高めながら、前記ウォームホイールギヤのギヤ歯を前記ウォームシャフトギヤのギヤ歯へ押し付ける押圧機構部を有して構成される
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。 - 前記押圧機構部は、前記ウォームホイールギヤの回動支点部に巻回され、高バルブリフト域に設定されると、前記ウォームホイールギヤの回動変位に追従して縮む方向へ弾性変位し、前記ウォームホイールギヤのギヤ歯を前記ウォームシャフトギヤのギヤ歯に押し付けるトグルばね部材を有して構成される
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。
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