JP4911246B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents
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Description
カムとバルブとの間に配置され、当該カムの作用力をバルブに伝達するための複数の伝達部材を有し、当該複数の伝達部材が相互に連結/分離されることによってバルブの開弁特性を変更する可変機構と、
前記複数の伝達部材の連結/分離を切り換える切換手段と、を備え、
前記切換手段は、
前記可変機構に進退自在に取り付けられ、前記複数の伝達部材を連結状態または分離状態とするための切換ピンと、
前記切換ピンをその進出方向に付勢する付勢手段と、
前記切換ピンの進退動作に連動して変位可能であって前記切換ピンを介して前記付勢手段が発する付勢力を受ける変位部材を有し、カムの回転力を利用して前記変位部材を介して前記切換ピンをその退出方向に変位させるピン駆動機構と、を含み、
前記ピン駆動機構は、前記変位部材が前記切換ピンの退出方向の変位端に達した場合に、前記切換ピンに作用する前記付勢手段の付勢力を、カムと連動して回転する回転体から離れた状態で受け止める受止部を更に含むことを特徴とする。
前記複数の伝達部材は、カムにより揺動させられる第1揺動部材と、バルブに連動して揺動する第2揺動部材と、を含み、
前記切換ピンは、前記第1揺動部材および前記第2揺動部材の一方に進退自在に支持され、前記第1揺動部材および前記第2揺動部材の他方に設けられた係合孔に挿脱されることを特徴とする。
前記ピン駆動機構は、
カムと連動して回転する前記回転体の外周面に形成され、前記変位部材の変位を案内する螺旋状溝と、
前記変位部材に設けられ、前記螺旋状溝に挿脱自在な突起部と、
内燃機関の静止部材に固定された固定部と前記変位部材に当接自在な当接部とを有し、前記当接部を前記変位部材に当接させることによって前記突起部を前記螺旋状溝に挿入させる挿入制御手段と、を更に含み、
前記受止部は、前記変位部材と前記当接部の間に設けられていることを特徴とする。
前記変位部材が前記変位端に達した場合に、前記変位部材と前記当接部とが係合することを受けて、前記突起部が前記回転体から離れることを特徴とする。
前記当接部は、前記変位部材に当接自在な当接ピンであり、
前記変位部材は、当該変位部材が前記変位端に達した場合に前記当接ピンに対向する位置に切欠部を含み、
前記受止部は、前記当接ピンと前記切欠部との係合部であることを特徴とする。
前記螺旋状溝は、当該螺旋状溝により案内される前記変位部材が前記変位端に達した後において、前記回転体の回転に伴って当該螺旋状溝が徐々に浅くなる浅溝部を含むことを特徴とする。
前記浅溝部は、当該浅溝部の終端からの少なくとも一部の区間もしくは当該浅溝部の全区間がカムの非ベース円区間内に位置するように設定されていることを特徴とする。
前記浅溝部は、当該浅溝部の終端がカムのベース円区間と対応するように設定されていることを特徴とする。
前記当接ピンと接触する前記切欠部の接触部の断面形状が、前記当接ピン側に向かって凸となるR断面形状であることを特徴とする。
前記当接ピンは、先端に向かって細くなるテーパ状に形成されていることを特徴とする。
前記接触部は、前記当接ピンとの間で前記付勢手段が発する付勢力を受け止める状態が保持される際には前記当接ピンの非テーパ状の部位と係合し、一方、前記当接ピンと前記切欠部との係合を解除する動作が開始された後に前記テーパ状の部位と係合することを特徴とする。
10 動弁装置
12 カムシャフト
14 主カム
14a ベース円部
14b ノーズ部
16 副カム
18 バルブ
20 可変機構
22 バルブスプリング
24 切換機構
26 ECU(Electronic Control Unit)
28 クランクポジションセンサ
30 ロッカーシャフト
32 第1ロッカーアーム
34L、34R 第2ロッカーアーム
36 第1ローラ
38 コイルスプリング
40 第2ローラ
42 ラッシュアジャスタ
44 第1支軸
46 第1ピン孔
48 第1切換ピン
50L、50R 第2支軸
52L、52R 第2ピン孔
54L、54R 第2切換ピン
56 リターンスプリング
58、90 スライドピン
58a 円柱部
58b アーム部
58c 突起部
58d 押圧面
58e、90e 切欠部
58f 案内面
60 支持部材
62 大径部
64、80 螺旋状溝
64a、80a 基端
64b、80b 終端
64c、80c 浅溝部
66 アクチュエータ
68 ソレノイド
68a 駆動軸
70、92 ロックピン
72 スプリング
74 支持部材
76 ストッパー
78 スプリング
90g 接触部
92a テーパ部
92b ストレート部
Pmax1、Pmax2 変位端
先ず、図1乃至図11を参照して、本発明の実施の形態1について説明する。
[動弁装置の全体構成]
図1は、本発明の実施の形態1の内燃機関1の動弁装置10の全体構成を概略的に示す図である。
ここでは、内燃機関1は、4つの気筒(#1〜#4)を有し、#1→#3→#4→#2の順で爆発行程が行われる直列4気筒型エンジンであるものとする。また、内燃機関1の個々の気筒には、2つの吸気バルブと2つの排気バルブとが備わっているものとする。そして、図1に示す構成は、各気筒に配設された2つの吸気バルブ、或いは2つの排気バルブを駆動する機構として機能するものとする。
次に、図2乃至図4を参照して、可変機構20の詳細な構成を説明する。
図2は、図1に示す可変機構20を、バルブ18の基端部側から見下ろした図である。
可変機構20は、カムシャフト12と平行に配置されたロッカーシャフト30を備えている。図2に示すように、ロッカーシャフト30には、1つの第1ロッカーアーム32と、一対の第2ロッカーアーム34R、34Lとが回転自在に取り付けられている。第1ロッカーアーム32は、2つの第2ロッカーアーム34R、34Lの間に配置されている。尚、本明細書では、左右の第2ロッカーアーム34R、34Lを特に区別しないときには、単に第2ロッカーアーム34と表記する場合がある。
図3に示すように、第1ロッカーアーム32におけるロッカーシャフト30の反対側の端部には、主カム14と接することができる位置に、第1ローラ36が回転可能に取り付けられている。第1ロッカーアーム32は、ロッカーシャフト30に取り付けられたコイルスプリング38によって、第1ローラ36が主カム14と常に当接するように付勢されている。上記のように構成された第1ロッカーアーム32は、主カム14の作用力とコイルスプリング38の付勢力との協働により、ロッカーシャフト30を支点として揺動するようになる。
次に、図5乃至図7を参照して、切換機構24の詳細な構成を説明する。
切換機構24は、第1ロッカーアーム32と第2ロッカーアーム34との連結/分離を切り換えるための機構であり、これにより、主カム14の作用力が第2ロッカーアーム34に伝達される状態と、当該作用力が第2ロッカーアーム34に伝達されない状態とを切り換えて、バルブ18の開弁特性を切り換えることができるようになっている。
図6は、切換機構24をカムシャフト12の軸方向(図5中の矢視Bの方向)から見た図である。尚、図6以降の図においては、ロックピン70とソレノイド68との関係を簡略化して図示している。
切換機構24は、カムの回転力を利用して、切換ピン48、54L、54Rを第2ロッカーアーム34L側に向けて(切換ピンの退出方向に)変位させるためのスライドピン58を備えている。スライドピン58は、図5に示すように、第2切換ピン54Rの端面と当接する端面を有する円柱部58aを備えている。円柱部58aは、カムキャリアに固定された支持部材60によって、軸方向に進退自在であって、周方向に回転自在に支持されている。
図7は、螺旋状溝64が形成されたカムシャフト12の大径部62を展開して表した図である。より具体的には、図7は、螺旋状溝64における各ポイントを内燃機関1のクランク角度と対応付けて表した図である。尚、図7においては、圧縮上死点をクランク角度0°CAとしている。
次に、図8乃至図11を参照して、動弁装置10の動作について説明する。
(通常のリフト動作時)
図8は、通常のリフト動作時の制御状態を示す図である。
この場合には、図8(B)に示すように、ソレノイド68の駆動がOFFとされており、これにより、スライドピン58は、カムシャフト12から離れた状態で、リターンスプリング56の付勢力を受けて、変位端Pmax1に位置している。この状態では、図8(A)に示すように、第1ロッカーアーム32と2つの第2ロッカーアーム34とが切換ピン48、54Lを介して連結されている。その結果、主カム14の作用力が第1ロッカーアーム32から左右の第2ロッカーアーム34R、34Lを介して双方のバルブ18に伝達されるようになる。このため、主カム14のプロフィールに従って、通常のバルブ18のリフト動作が行われるようになる。
図9は、弁停止動作の開始時の制御状態を示す図である。
弁停止動作は、例えば、内燃機関1のフューエルカット要求等の所定の弁停止動作の実行要求がECU26によって検知された際に行われる。このような弁停止動作は、カムシャフト12の回転力を利用してスライドピン58によって切換ピン48、54L、54Rをその退出方向に変位させる動作であるため、これらの切換ピン48、54L、54Rの軸心が同一直線状に位置する時、すなわち、第1ロッカーアーム32が揺動していない時に行われる必要がある。
図10は、スライド動作の完了時の制御状態を示す図である。
スライド動作の実行中には、螺旋状溝64の側面に突起部58cが当接することによって、リターンスプリング56の付勢力が受け止められた状態で、スライドピン58が変位端Pmax2に向けて移動していく。図10(A)は、スライドピン58が変位端Pmax2に到達して弁停止要求時のスライド動作が完了したタイミング、すなわち、第1切換ピン48および第2切換ピン54Lがそれぞれ第1ピン孔46および第2ピン孔52L内に収まるようになったことで、第1ロッカーアーム32と第2ロッカーアーム34R、34Lとの連結が解除されたタイミングを示している。また、このタイミングでは、図10(B)に示すように、螺旋状溝64内における突起部58cの位置は、未だ浅溝部64cに達していない。
図11は、スライドピン58をロックピン70によって保持する保持動作時の制御状態を示す図である。
上記図10に示すスライド動作完了時から更にカムシャフト12が回転すると、突起部58cは、溝が徐々に浅くなる浅溝部64cに差し掛かる。その結果、浅溝部64cの作用によって、スライドピン58がカムシャフト12から離れる方向に回転させられるようになる。そして、浅溝部64cによって溝が浅くなるにつれ、ロックピン70がその退出方向に少し変位する。その後、ソレノイド68によって駆動され続けているロックピン70が切欠部58eに一致するようになるまでスライドピン58が更に回転すると、ロックピン70と当接するスライドピン58側の部位が押圧面58dから切欠部58eへと切り替わる。
弁停止状態から通常のリフト動作が行われる状態に戻すための弁復帰動作は、例えば、フューエルカットからの復帰要求等の所定の弁復帰動作の実行要求がECU26によって検知された際に行われる。このような弁復帰動作は、図11に示す制御状態において、ECU26が所定のタイミングでソレノイド68への通電をOFFとすることが開始される。ソレノイド68への通電がOFFとされると、スライドピン58の切欠部58eとロックピン70との係合が解かれることになる。その結果、リターンスプリング56の付勢力に抗して第1切換ピン48および第2切換ピン54Lをそれぞれ第1ピン孔46および第2ピン孔52Lに留めておく力が消滅することになる。
以上説明した本実施形態の動弁装置10によれば、ソレノイド68の通電のON、OFFとカムシャフト12の回転力とリターンスプリング56の付勢力とを利用して、スライドピン58の軸方向位置を変位端Pmax1からPmax2の間で移動させることで、通常のリフト動作状態と弁停止状態との間でバルブ18の開弁特性を切り換えることが可能となる。
また、上述した実施の形態1においては、第1ロッカーアーム32が前記第2の発明における「第1揺動部材」に、第2ロッカーアーム34が前記第2の発明における「第2揺動部材」に、そして、ピン孔46、52L、52Rが前記第2の発明における「係合孔」に、それぞれ相当している。
また、上述した実施の形態1においては、ソレノイド68と内燃機関1の静止部材(カムキャリア)との固定部が前記第3の発明における「固定部」に、ロックピン70が前記第3の発明における「当接部」に、そして、ECU26およびアクチュエータ66(ソレノイド68、ロックピン70、スプリング72、および支持部材74)が前記第3の発明における「挿入制御手段」に、それぞれ相当している。
また、上述した実施の形態1においては、ロックピン70が前記第5の発明における「当接ピン」に相当している。
次に、図12を参照して、本発明の実施の形態2について説明する。
本実施形態の動弁装置10の構成は、カムシャフト12の大径部62に設けられた螺旋状溝80の設定が上記図7に示す螺旋状溝64の設定と異なる点を除き、上述した実施の形態1の動弁装置10と同様であるものとする。
上述した実施の形態1では、上記図7に示すように、螺旋状溝64が徐々に浅くなる浅溝部64cにおける終端64b側からの大部分が、リフト区間に位置するように螺旋状溝64が設定されている。そして、タイミングE、すなわち、リターンスプリング56の付勢力に対抗してスライドピン58を保持する機能を螺旋状溝64からロックピン70に移り終えるタイミングが、リフト区間内に設定されている。このような設定によれば、螺旋状溝64により案内されて変位端Pmax1から変位端Pmax2に変位したスライドピン58の突起部58cは、浅溝部64cの作用によって、リフト区間内において螺旋状溝64から取り出されるようになる。
次に、図13乃至図14を参照して、本発明の実施の形態3について説明する。
本実施形態の動弁装置10の構成は、スライドピン90の切欠部90eとロックピン92との係合部の構成が異なる点を除き、上述した実施の形態1の動弁装置10と同様であるものとする。
図13に示す構成は、スライドピン58の切欠部58eの内側面と、単一径からなるロックピン70の周面とが係合するようになっている。このような係合には、2つの性能が要求されている。すなわち、1つ目は、リターンスプリング56の付勢力に抗してスライドピン58を受け止めて保持する性能であり、2つ目は、ロックピン70を当該係合部から抜き取る際の良好な応答性能である。
Claims (11)
- カムとバルブとの間に配置され、当該カムの作用力をバルブに伝達するための複数の伝達部材を有し、当該複数の伝達部材が相互に連結/分離されることによってバルブの開弁特性を変更する可変機構と、
前記複数の伝達部材の連結/分離を切り換える切換手段と、を備え、
前記切換手段は、
前記可変機構に進退自在に取り付けられ、前記複数の伝達部材を連結状態または分離状態とするための切換ピンと、
前記切換ピンをその進出方向に付勢する付勢手段と、
前記切換ピンの進退動作に連動して変位可能であって前記切換ピンを介して前記付勢手段が発する付勢力を受ける変位部材を有し、カムの回転力を利用して前記変位部材を介して前記切換ピンをその退出方向に変位させるピン駆動機構と、を含み、
前記ピン駆動機構は、前記変位部材が前記切換ピンの退出方向の変位端に達した場合に、前記切換ピンに作用する前記付勢手段の付勢力を、カムと連動して回転する回転体から離れた状態で受け止める受止部を更に含むことを特徴とする内燃機関の動弁装置。 - 前記複数の伝達部材は、カムにより揺動させられる第1揺動部材と、バルブに連動して揺動する第2揺動部材と、を含み、
前記切換ピンは、前記第1揺動部材および前記第2揺動部材の一方に進退自在に支持され、前記第1揺動部材および前記第2揺動部材の他方に設けられた係合孔に挿脱されることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の動弁装置。 - 前記ピン駆動機構は、
カムと連動して回転する前記回転体の外周面に形成され、前記変位部材の変位を案内する螺旋状溝と、
前記変位部材に設けられ、前記螺旋状溝に挿脱自在な突起部と、
内燃機関の静止部材に固定された固定部と前記変位部材に当接自在な当接部とを有し、前記当接部を前記変位部材に当接させることによって前記突起部を前記螺旋状溝に挿入させる挿入制御手段と、を更に含み、
前記受止部は、前記変位部材と前記当接部の間に設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の動弁装置。 - 前記変位部材が前記変位端に達した場合に、前記変位部材と前記当接部とが係合することを受けて、前記突起部が前記回転体から離れることを特徴とする請求項3記載の内燃機関の動弁装置。
- 前記当接部は、前記変位部材に当接自在な当接ピンであり、
前記変位部材は、当該変位部材が前記変位端に達した場合に前記当接ピンに対向する位置に切欠部を含み、
前記受止部は、前記当接ピンと前記切欠部との係合部であることを特徴とする請求項3または4記載の内燃機関の動弁装置。 - 前記螺旋状溝は、当該螺旋状溝により案内される前記変位部材が前記変位端に達した後において、前記回転体の回転に伴って当該螺旋状溝が徐々に浅くなる浅溝部を含むことを特徴とする請求項3乃至5の何れか1項記載の内燃機関の動弁装置。
- 前記浅溝部は、当該浅溝部の終端からの少なくとも一部の区間もしくは当該浅溝部の全区間がカムの非ベース円区間内に位置するように設定されていることを特徴とする請求項6記載の内燃機関の動弁装置。
- 前記浅溝部は、当該浅溝部の終端がカムのベース円区間と対応するように設定されていることを特徴とする請求項6記載の内燃機関の動弁装置。
- 前記当接ピンと接触する前記切欠部の接触部の断面形状が、前記当接ピン側に向かって凸となるR断面形状であることを特徴とする請求項5項記載の内燃機関の動弁装置。
- 前記当接ピンは、先端に向かって細くなるテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項5または9記載の内燃機関の動弁装置。
- 前記接触部は、前記当接ピンとの間で前記付勢手段が発する付勢力を受け止める状態が保持される際には前記当接ピンの非テーパ状の部位と係合し、一方、前記当接ピンと前記切欠部との係合を解除する動作が開始された後に前記テーパ状の部位と係合することを特徴とする請求項10記載の内燃機関の動弁装置。
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