JP4960803B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気弁や排気弁のリフト量を機関運転状態に応じて変更可能な内燃機関の可変動弁装置に関する。

この種の従来の可変動弁装置としては、以下の特許文献１に記載されたものがある。

概略を説明すれば、この動弁装置は、吸気弁側に適用されたもので、クランクシャフトの回転に同期して回転する駆動軸の外周に、軸心が前記駆動軸の軸心から偏心した駆動カムが設けられていると共に、該駆動カムの回転力が多節リンク状の伝達機構を介して伝達されて、吸気弁の上端部に有するバルブリフターの上面をカム面が摺接して吸気弁をバルブスプリングのばね力に抗して開作動させる揺動カムを有している。

前記伝達機構は、揺動カムの上方に配置されて制御軸に揺動自在に支持されたロッカアームと、円環状の一端部が駆動カムの外周面に嵌合しかつ他端部がロッカアームの一端部に連結ピンを介して回転自在に連結されたリンクアームと、一端部がロッカアームの他端部に連結ピンを介して回転自在に連結され、他端部が前記揺動カムのカムノーズ部に連結ピンを介して回転自在に連結されたリンクロッドとから構成されている。

また、前記制御軸は、シリンダヘッドの上端部に設けられた軸受によって回転自在に支持されており、その外周面には、軸心が制御軸の軸心から所定量だけ偏心した制御カムが固定されている。

そして、機関運転状態に応じて電動モータや螺子伝達手段などからなるアクチュエータによって前記制御軸を介して制御カムの回動位置が変化することによってロッカアームの揺動支点を変化させて、揺動カムのカム面のバルブリフター上面に対する転接位置を変化させて、吸気弁のバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御するようになっている。
特開２００６−１０５０８２号公報

前記従来の可変動弁装置にあっては、前記伝達機構のリンクアームやロッカアーム及びリンクロッドと揺動カムとの連結を、それぞれ連結ピンを用いて連結しているが、該各連結ピンは両端部に連結ピンとは別部材のスナップリングを嵌着させることによって各ピン孔からの脱落を防止するようになっている。 このように、連結ピンとは別部材のスナップリングを用いる場合には、部品点数が増加して製造作業能率が低下するばかりか、連結ピンに対するスナップリングの嵌着、圧入などの作業がしなければならないことから、かかる組付作業が煩雑になり、コストの高騰が余儀なくされている。

本発明は、前記従来の可変動弁装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、クランクシャフトから回転力が伝達される駆動軸と、該駆動軸の外周面に対して回転方向及び軸方向に固定された駆動カムと、前記駆動軸に揺動自在に支持されて、機関弁を開閉作動させる揺動カムと、前記駆動カムの回転に伴って揺動運動するロッカアームと、該ロッカアームの揺動運動を前記揺動カムに伝達するリンクロッドと、該リンクロッドの端部と前記揺動カムとを互いのピン孔を介して回動自在に連結し、一端側に前記各ピン孔から軸方向一方側への抜け出しを規制する抜け止め部を有する連結ピンと、前記ロッカアームの揺動支点位置を変更させる制御機構と、を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、前記駆動カムに、前記抜け止め部が当接して前記連結ピンの軸方向他方側への移動を規制する規制部を設けたことを特徴としている。

この発明によれば、連結ピンは、これと一体に有する抜け止め部が、駆動カムの規制部に対し軸方向から当接することよって、ピン孔からの抜け出しを確実に防止されるため、部品点数の削減が図れ、製造作業や部品管理が容易になると共に、組付作業が容易になり、コストの低減化が図れる。

さらに、前記駆動カムの軸方向の一端側に、ほぼ円筒状の大径部と小径部が形成されていると共に、前記抜け止め部の軸方向端面の一部が前記大径部と小径部との間に形成された段差面に対向配置されていることを特徴としている。

前記駆動カムは、中心が前記駆動軸の軸心から偏心状態に設けられた円盤状のカム本体と、該カム本体の一側面に一体に設けられた筒状部と、を備え、内部に前記軸心を中心とした駆動軸挿通孔が貫通形成されていると共に、前記筒状部の先端側に、前記抜け止め部の軸方向端面と対向する前記段差面が形成されていることを特徴としている。

前記揺動カムは、前記駆動軸の外周面に摺動自在に嵌挿した円筒部材の外周に一体に設けられて、前記機関弁を開閉作動させるカム本体と、を備え、前記駆動カムの円筒部の軸方向先端縁に前記円筒部材の軸方向一端縁を当接配置して前記駆動カムと揺動カムの軸方向の位置決めしたことを特徴としている。

以下、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の各実施の形態を図面に基づいて詳述する。この実施の形態では、多気筒内燃機関の吸気弁側に適用したものであって、１気筒当たり２つの吸気弁を備え、かつ吸気弁のバルリフト量を機関運転状態に応じて可変にする可変機構を備えている。

この実施の形態における可変動弁装置は、図２〜図４に示すようにシリンダヘッド１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた１気筒当たり一対の吸気弁２，２と、機関前後方向に配置された内部中空状の駆動軸３と、気筒毎に配置されて、前記駆動軸３の外周面に同軸上に回転自在に支持された円筒部材であるカムシャフト４と、前記駆動軸３の所定位置に一体的に固設された駆動カム５と、前記カムシャフト４の両端部に一体に設けられて、各吸気弁２，２の上端部に配設されたバルブリフター６，６に摺接して各吸気弁２，２を開作動させる一対の揺動カム７，７と、駆動カム５と揺動カム７，７との間に連係されて、駆動カム５の回転力を揺動カム７，７の揺動力（開弁力）として伝達する伝達機構８と、該伝達機構８の作動位置を可変にする制御機構９とを備えている。

前記吸気弁２，２は、シリンダヘッド１の上端部内に収容されたほぼ円筒状のボアの底部とバルブステム上端部のスプリングリテーナとの間に弾装されたバルブスプリング１０，１０によって閉方向に付勢されている。

前記駆動軸３は、機関前後方向に沿って配置されて、図１にも示すように、内部軸方向に油孔３ａが形成されていると共に、各気筒間に対応した位置に支持孔３ｂが径方向に沿って貫通形成されている。また、駆動軸３は、両端部がシリンダヘッド１の上部に設けられた図外の軸受によって回転自在に軸支されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されている。

前記カムシャフト４は、図１にも示すように、駆動軸３の軸方向に沿ってほぼ円筒状に形成され、内部軸方向に前記駆動軸３の外周面に回転自在に支持される支軸孔４ａが貫通形成されていると共に、外周面のほぼ中央位置に形成された大径円筒状のジャーナル部４ｂが図外のカム軸受によって回転自在に軸支されている。

前記駆動カム５は、ほぼ円盤状に形成されて、軸心が駆動軸３の軸心から径方向へ所定量だけオフセットしているカム本体５ａと、該カム本体５ａの一側部軸方向に一体に設けられた固定用の筒状部１１とを備え、前記駆動軸３の軸心と同軸上に該駆動軸３の外周面に嵌挿可能な駆動軸挿通孔５ｂが内部軸方向に貫通形成されている。また、前記筒状部１１の内部径方向には、固定用孔１１ａが貫通形成されて、この固定用孔１１ａと前記駆動軸３の支持孔３ｂとに連続して挿通された固定用ピン１２を介して駆動カム５が駆動軸３の外周に一体的に固定されている。

また、前記筒状部１１は、図１に示すように、カム本体５ａ側の大径部と先端側の小径部１１ｂとを有し、該大径部と小径部１１ｂとの間に規制部(対向面)である段差面１１ｃが形成されている。前記小径部１１ｂは、その軸方向の長さ、つまり小径部先端縁から段差面１１ｃまでの長さＬが後述する連結ピン１８がフランジ部１８ｂとの関係で軸方向から抜け出さない長さに設定されている。なお、前記固定用孔１１ａは、径方向の一端側の内径は前記固定用ピン１２の外径よりも僅かに大きく設定されて該固定用ピン１２が圧入される大きさになっているが、これと反対側の他端側１１ｄでは固定用ピン１２の圧入時における抜け出しを防止するために、該固定用ピン１２の外径よりも小さく設定されている。

前記各揺動カム７は、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、基端部側がカムシャフト４を介して前記駆動軸３の軸心を中心として揺動するようになっていると共に、揺動カム７の下面には、各バルブリフター６の上面所定位置に当接するカム面７ａがそれぞれ形成されており、また、先端側のカムノーズ部７ｂにピン孔７ｃが巾方向から貫通形成されている。

前記伝達機構８は、駆動軸３の上方に配置されたロッカアーム１３と、該ロッカアーム１３の一端部１３ａと駆動カム５とを連係するリンクアーム１４と、ロッカアーム１３の他端部１３ｂと一方の揺動カム７のカムノーズ部７ｂとを連係するリンクロッド１５とを備えている。

前記ロッカアーム１３は、図２〜図４にも示すように、中央の筒状基部の内部に支持孔１３ｃが横方向から貫通形成され、この支持孔１３ｃを介して後述する制御カムに揺動自在に支持されている。また、ロッカアーム１３の一端部１３ａは、先端部の側部にピン１６が一体に突設されている。

前記リンクアーム１４は、大径な円環部と、該円環部の外周面所定位置に突設された突出端とを備え、円環部の中央位置には、前記駆動カム５の外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔１４ａが形成されている一方、突出端には、前記ピン１６が回転自在に挿通するピン孔が貫通形成されている。

前記リンクロッド１５は、プレス成形によって横断面ほぼコ字形状に形成されており、内側がコンパクト化を図るために、ほぼく字形状に折曲形成されていると共に、平行な２枚板状の両端部１５ａ、１５ｂにピン孔１５ｃ、１５ｄがそれぞれ横方向に貫通形成されている。

また、リンクロッド１５は、一端部１５ａが前記ピン孔１５ｃに挿通した連結ピン１７を介してロッカアーム１３の他端部１３ｂに回転自在に連結されている一方、他端部１５ｂが図１に示すように、前記ピン孔１５ｄと揺動カム７のカムノーズ部７ａに形成されたピン孔７ｃにそれぞれ挿通された連結ピン１８を介して揺動カム７に回転自在に連結している。

前記連結ピン１８は、前記リンクロッド他端部１５ｂ側の両ピン孔１５ｄ、１５ｄに跨って挿通されたピン本体１８ａと、該ピン本体１８ａの前記駆動カム５側の一端部に一体に設けられた抜け止め部であるフランジ部１８ｂとから構成されている。

前記ピン本体１８ａは、前記両ピン孔１５ｄ、１５ｄの間の長さよりも僅かに長く設定されて前記フランジ部１８ｂと反対側の他端部が対応する一方のピン孔１５ｄから外方へ突出している。

前記フランジ部１８ｂは、その外径がピン孔１５ｄよりも十分に大きく形成されていると共に、その外周縁と前記筒状部１１の小径部１１ｂの外周面との間に微小隙間が形成されている。また、フランジ部１８ｂは、その厚さ幅が前記小径部１１ｂの軸方向長さＬよりも小さく設定されていると共に、連結ピン１８が駆動カム５側へ軸方向に移動した際に、外面の外周縁に１８ｃが前記段差面１１ｃに当接して各ピン孔１５ｄ、１５ｄからの抜け出しを規制するようになっている。

前記制御機構９は、図２に示すように、駆動軸３の上方位置に配置された制御軸１９と、該制御軸１９の外周に一体に固定されてロッカアーム１３の揺動支点となる制御カム２０と、前記制御軸１９を回転制御するアクチュエータ２１とを備えている。

前記制御軸１９は、駆動軸３と並行に機関前後方向に配設されていると共に、図外の軸受の上端に有するブラケットに回転自在に支持されている。一方、前記制御カム２０は、円筒状を呈し、軸心位置が肉厚部の分だけ制御軸１９の軸心から所定分だけ偏倚している。

前記アクチュエータ２１は、シリンダヘッド１の後端部に固定された電動モータ２２と、該電動モータ２２の回転駆動力を前記制御軸１９に伝達する螺子伝達手段２３とから構成されている。

前記電動モ−タ２２は、比例型のＤＣモータによって構成され、機関の運転状態を検出するコントローラ２４からの制御信号によって駆動するようになっている。このコントローラ２４は、機関回転数を検出するクランク角センサや、吸入空気量を検出するエアーフローメータ、機関の水温を検出する水温センサ及び制御軸１９の回転位置を検出するポテンショメータ２５等の各種のセンサからの検出信号をフィードバックして現在の機関運転状態を演算などにより検出して、前記電動モータに制御信号を出力している。

以下、本実施形態のバルブリフト量の可変作用を図３及び図４に基づいて簡単に説明する。

まず、例えば、機関の低回転域では、コントローラ２４によって電動モータ２が回転駆動し、この回転トルクが螺子伝達手段２３に伝達されて回転すると、これによって制御軸１９は、一方向へ所定量回転駆動される。したがって、制御カム２０が、図３Ａ、Ｂに示すように、一方向に回動して軸心が制御軸１９の軸心の回りを同一半径で回転し、肉厚部が駆動軸３から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム１３の他端部１３ｂとリンクロッド１５の枢支点（連結ピン１７）は、駆動軸３に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム７は、リンクロッド１５を介してカムノーズ部７ｂ側が強制的に引き上げられる。

よって、駆動カム５が回転してリンクアーム１４を介してロッカアーム１３の一端部１３ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド１５を介して各揺動カム７及び各バルブリフター６に伝達されるが、吸気弁２，２のリフト量Ｌ１は十分小さくなる。

さらに、機関高回転領域に移行した場合は、コントローラ２４によって電動モータ２２が逆回転して螺子伝達手段２３を同方向へ回転させると、この回転に伴って制御軸１９が制御カム２０を、図４Ａ、Ｂに示すように、他方向へ回転させて、軸心が下方向へ移動する。このため、ロッカアーム１３は、今度は全体が駆動軸３方向に移動して他端部１３ｂによって揺動カム７のカムノーズ部７ｂを、リンクロッド１５を介して下方へ押圧して該揺動カム７全体を所定量だけ反時計方向へ回動させる。

したがって、各揺動カム７の各バルブリフター６の上面に対するカム面７ａの当接位置が、カムノーズ部７ｂ側（リフト部側）に移動する。
このため、吸気弁２の開作動時に駆動カム５が回転してロッカアーム１３の一端部１３ａを、リンクアーム１４を介して押し上げると、バルブリフター６を介して吸気弁２，２のバルブリフト量Ｌ２が大きくなる。

そして、前記駆動軸３などに対する駆動カム５や揺動カム７、７などの各構成部品を組み付けるには、図２に示すように、駆動軸３に対して気筒毎に前記各駆動カム５や各カムシャフト４(揺動カム７，７)を順次嵌挿させて所定位置に位置決めしつつ組み付けて行くわけであるが、まず、図１に示すように、駆動軸３に対してカムシャフト４を一方向から嵌挿させると共に、一方の揺動カム７のカムノーズ部７ｂをリンクロッド１５のコ字形状の他端部１５ｂで挟み込むように配置しつつ各ピン孔７ｃ、１５ｄ、１５ｄに連結ピン１８のピン本体１８ａを外方から挿通してフランジ部１８ｂがピン孔１５ｄの孔縁に当たるまで押圧する。これによって、揺動カム７にリンクロッド１５の他端部１５ｂを連結しておく。

その後、駆動軸３に筒状部１１を介して駆動カム５を嵌挿して、前記筒状部１１の小径部１１ｂの先端縁がカムシャフト４の対向端縁に突き当たるまで嵌挿させる。この状態で駆動軸３の支持孔３ｂと筒状部１１の固定用孔１１ａとを合致させつつ固定用ピン１２を該各孔３ｂ、１１ａ内に圧入固定する。これによって、駆動カム５が駆動軸３に回転方向及び軸方向で強固に固定される。 この状態では、前記フランジ部１８ｂの外周縁が小径部１１ｂの外周面と微小隙間をもって配置され、また、前記連結ピン１８は、前記フランジ部１８ｂの外周縁が前記段差面１１ｃに僅かな隙間をもって対向配置されることになり、この対向配置状態は駆動カム５(筒状部１１)がいずれの回転位置においても維持されている。

このため、前記連結ピン１８は、装置の作動時に駆動カム５側へ移動した場合でもフランジ部１８ｂの外周縁１８ｃが前記段差面１１ｃに当接してそれ以上の移動が規制されることから、各ピン孔７ｃ、１５ｄ、１５ｄからの抜け出しが確実に防止できる。

このように、本実施形態では、連結ピン１８を従来のようにスナップリングを用いて抜け出しを規制するのではなく、フランジ部１８と筒状部１１の段差面１１ｃとの関係で規制することができるため、部品点数の削減が図れ、製造作業や部品管理が容易になると共に、組付作業が容易になり、コストの低減化が図れる。

また、前記駆動カム５と揺動カム７，７との駆動軸３に対する組付時において、前記カムシャフト４の軸方向の一端縁と駆動カム５の筒状部１１の小径部１１ｂの先端縁とを軸方向から当接させながら位置決めしつつ順次組み付けることができるので、その組付作業が容易になる。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、バルブリフトを可変にする可変機構を他の構造としてもよく、駆動カムを例えば雨滴形の構造のものであってもよい。また、この装置を吸気弁側の他に排気弁側に適用することも可能である。

本発明の可変動弁装置の要部縦断面である。 本実施形態の可変動弁装置の要部斜視図である。 Ａは本実施形態における最小バルブリフト制御時における吸気弁の開状態を示し、Ｂは吸気弁の閉状態を示す図１のＡ矢視から見た作用説明図である。 Ａは本実施形態における最大バルブリフト制御時における吸気弁の開状態を示し、Ｂは吸気弁の閉状態を示す図２のＡ矢視から見た作用説明図である。

符号の説明

２…吸気弁（機関弁）
３…駆動軸
４…カムシャフト
５…駆動カム
７…揺動カム
８…伝達機構
９…制御機構
１１…筒状部
１１ｂ…小径部
１１ｃ…段差面
１３…ロッカアーム
１５…リンクロッド
１５ｂ…他端部
１５ｄ・１５ｄ…ピン孔
１８…連結ピン
１８ａ…ピン本体
１８ｂ…フランジ部
１８ｃ…外周縁

Claims (4)

1. クランクシャフトから回転力が伝達される駆動軸と、
   該駆動軸の外周面に対して回転方向及び軸方向に固定された駆動カムと、
   前記駆動軸に揺動自在に支持されて、機関弁を開閉作動させる揺動カムと、
   前記駆動カムの回転に伴って揺動運動するロッカアームと、
   該ロッカアームの揺動運動を前記揺動カムに伝達するリンクロッドと、
   該リンクロッドの端部と前記揺動カムとを互いのピン孔を介して回動自在に連結し、一端側に前記各ピン孔から軸方向一方側への抜け出しを規制する抜け止め部を有する連結ピンと、
   前記ロッカアームの揺動支点位置を変更させる制御機構と、
   を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、
   前記駆動カムに、前記抜け止め部が当接して前記連結ピンの軸方向他方側への移動を規制する規制部を設けたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記規制部は、前記駆動カムの軸方向の一端側に形成されて、ほぼ円筒状の大径部と小径部とを有すると共に、該大径部と小径部との間に段差面が形成され、該段差面に、前記抜け止め部の軸方向端面の一部が対向配置されてい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。
3. 前記駆動カムは、中心が前記駆動軸の軸心から偏心状態に設けられた円盤状のカム本体と、該カム本体の一側面に一体に設けられた筒状部と、を備え、内部に前記軸心を中心とした駆動軸挿通孔が貫通形成されていると共に、前記筒状部の先端側に、前記抜け止め部の軸方向端面と対向する前記段差面が形成されてい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。
4. 前記揺動カムは、前記駆動軸の外周面に摺動自在に嵌挿した円筒部材の外周に一体に設けられ、前記駆動カムの筒状部の軸方向先端縁に前記円筒部材の軸方向一端縁を当接配置して前記駆動カムと揺動カムの軸方向の位置決めした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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