JP5801747B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の運転状況に応じてバルブの駆動状態を切り換える可変動弁機構に関する。

バルブの駆動を休止する休止機能や、作用角を変更する作用角可変機能等の可変機能を備えた動弁機構としては、図８に示す特許文献１（従来例１）の可変動弁機構９０や、図９に示す特許文献２（従来例２）の可変動弁機構９０’や、図示しない特許文献３，４（従来例３，４）の可変動弁機構等がある。

それらの可変動弁機構９０，９０’は、内燃機関の回転に従い回転する回転カム９１と、揺動可能に設けられて揺動時にはバルブ７を駆動する出力アーム９２と、出力アーム９２に対する相対揺動が可能となるように設けられるとともに回転カム９１に当接する入力ローラ９８を備えた入力アーム９３と、前記相対揺動が不能となるように出力アーム９２と入力アーム９３とを連結した連結状態とその連結を前記相対揺動が可能となるように解除した非連結状態との間で切換を行う切換装置９４とを含み構成され、該切換によりバルブ７の駆動状態を変更する。

米国特許出願公開第２００５／１３２９９０号公報 特開２００８−２０８７４６号公報 特開２００３−２５４０２４号公報 独国特許出願公開第１０２００４０４８２８９号公報

従来例１〜４の可変動弁機構によれば、連結状態と非連結状態との間で切換を行うことにより、バルブ７の駆動状態を切り換えることができる。しかしながら、メインとなる出力アーム９２とは別に、該出力アーム９２に対して相対揺動する入力アーム９３（入力部材）が必要となる。そのため、可変動弁機構が大型になってしまうのに加え、構造も複雑になり、コスト高の要因になる。

そこで、出力アームに対して相対揺動する入力部材を、シンプルかつコンパクトに構成することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の可変動弁機構は、内燃機関の回転に従い回転する回転カムと、揺動可能に設けられて揺動時にはバルブを駆動する出力アームと、出力アームに対する相対揺動が可能となるように設けられて回転カムに当接する入力部材と、前記相対揺動が不能となるように出力アームに入力部材を連結した連結状態とその連結を前記相対揺動が可能となるように解除した非連結状態との間で切換を行う切換装置とを含み構成され、該切換によりバルブの駆動状態を変更する可変動弁機構において、入力部材が、回転カムに当接するリング状の入力ローラと、入力ローラを回転可能に支持するように入力ローラに挿入され、非連結状態のときには前記相対揺動をする揺動ピンとから構成され、前記相対揺動の中心が、入力ローラの内方であって且つ入力ローラの回転中心とは異なる位置に配置されたことを特徴とする。

切換装置の構成及び位置は、特に限定されないが、切換装置は、連結状態のときに揺動ピンと出力アームとに跨り、非連結状態のときに揺動ピンと出力アームとに跨らない切換ピンを含み、連結状態でみて、切換ピンの中心が、入力ローラの内方であって且つ前記相対揺動の中心とは異なる位置に配置されていることが好ましい。入力部材がシンプルかつコンパクトになるからである。

前記相対揺動の中心と切換ピンの中心との位置関係は、特に限定されないが、連結状態でみて、前記相対揺動の中心と切換ピンの中心とが、入力ローラの回転中心に対して反対側に配置されていることが好ましい。前記相対揺動の中心と切換ピンの中心とを離すことによって、スペースに余裕を持たせることができるからである。より具体的には、前記相対揺動の中心と、入力ローラの回転中心と、切換ピンの中心とが一直線上に並ぶことが好ましい。

揺動ピン及び前記相対揺動の中心は、特に限定されないが、揺動ピンは、支持ピンにより出力アームに支持され、支持ピンの中心が前記相対揺動の中心である態様を例示する。

支持ピン及び非連結状態のときの入力部材は、特に限定されないが、支持ピンは、出力アームの側方に突出し、その側方に突出した部分に、非連結状態のときに入力部材を回転カムに付勢する捻りコイルバネが外嵌されていることが好ましい。ロッカアームをコンパクトに纏めることができるからである。

入力部材が前記相対揺動により出力アームに対して相対変位できる最大変位量は、特に限定されないが、最大変位量を回転カムのリフト量よりも大きくすることによって、非連結状態の時には、バルブの駆動を完全に休止するようにすることができる。また、最大変位量を回転カムのリフト量よりも小さくすることによって、非連結状態の時には、連結状態のときよりも小さい駆動量でバルブを駆動するようにすることができる。

入力ローラと揺動ピンとの間の軸受は、特に限定されないが、入力ローラが揺動ピンに摺動可能に支持されてなる滑り軸受であってもよいし、入力ローラと揺動ピンとの間にローラベアリングやボールベアリング等のベアリングが介装されてなる転がり軸受であってもよい。

本発明によれば、入力部材の揺動中心が入力ローラの内方に配置されるので、入力部材がシンプルかつコンパクトになる。

実施例１の可変動弁機構を示す側面断面図である。 実施例１の可変動弁機構を示す斜視図である。 （ａ）は実施例１の可変動弁機構を示す平面図、（ｂ）は側面断面図、（ｃ）は側面図である。 （ａ）は実施例１の可変動弁機構の連結状態のときを示す正面断面図、（ｂ）は非連結状態のときを示す正面断面図である。 （ａ）は実施例１の可変動弁機構の連結状態のときのカムノーズ当接時を示す側面断面図、（ｂ）はベース円当接時を示す側面断面時である。 （ａ）は実施例１の可変動弁機構の非連結状態のときのカムノーズ当接時を示す側面断面図、（ｂ）はベース円当接時を示す側面断面時である。 （ａ）は実施例２の可変動弁機構を示す平面図、（ｂ）は側面断面図、（ｃ）は側面図である。 従来例１の可変動弁機構を示す斜視図である。 従来例２の可変動弁機構を示す斜視図である。

図１〜図６に示す実施例１の内燃機関の可変動弁機構９は、バルブスプリング８が取り付けられたバルブ７に対して設けられており、次に示す、回転カム１０と、出力アーム２０と、入力部材３０と、切換装置４０と、捻りコイルバネ６０とを含み構成されている。なお、以下では、出力アーム２０の揺動軸線方向の一方を左といい、他方を右というが、左と右とが反対であってもよい。

［回転カム１０］
回転カム１０は、左右方向に延びるカムシャフト１５に設けられており、内燃機関の回転に従い該カムシャフト１５と一体に回転する。この回転カム１０は、断面形状が真円形のベース円部１１と、該ベース円部１１から突出したカムノーズ部１２とを含み構成されている。

［出力アーム２０］
出力アーム２０は、左右方向に間隔をおいて並設された２本のアウタアーム部２１，２１と、該アウタアーム部２１，２１の先端どうしを連結した先端部２６と、該アウタアーム部２１，２１の後端どうしを連結した後端部２７とから構成されている。そして、先端部２６は、バルブ７のステムエンドに当接し、後端部２７はラシュアジャスタ２８によって揺動可能に支持されている。また、各アウタアーム部２１の長さ方向中間部には、断面形状が円形の支持穴２３と取付穴２４とが貫設されている。

［入力部材３０］
入力部材３０は、回転カム１０に当接するリング状の入力ローラ３８と、入力ローラ３８を回転可能に支持するように入力ローラ３８に挿入された揺動ピン３１とを含み構成されている。その揺動ピン３１は、断面形状が円形の左右方向に延びる円柱状の部材であって、この揺動ピン３１の中心（入力ローラ３８の回転中心Ａ）とは異なる部位には、左右方向に延びる被支持穴３２が貫設されている。その被支持穴３２と、出力アーム２０の支持穴２３，２３との双方に一本の支持ピン３３が挿入されることによって、入力部材３０が出力アーム２０に対して相対揺動が可能となるように支持されている。その支持ピン３３の左端部は、左側のアウタアーム部２１の左方に突出している

また、揺動ピン３１の入力ローラ３８の回転中心Ａに対する支持ピン３３の反対側には、左右方向に延びる断面形状が円形の被連結穴３４が貫設されている。この被連結穴３４に切換装置４０の後述する切換ピン４４，５４が挿入される。そのため、後述する連結状態でみて、支持ピン３３の中心（相対揺動の中心Ｂ）と、揺動ピン３１の中心（入力ローラ３８の回転中心Ａ）と、切換ピン４４，５４の中心Ｃとが一直線上に並んでいる。また、揺動ピン３１の左端面には、外周面に連通した凹部３５が設けられ、該凹部３５の底面には、捻りコイルバネ６０に押圧されるための被押圧突起３６が突設されている。また、この揺動ピン３１には、揺動ピン３１を軽量化し、又は揺動ピン３１の質量バランスを整えるための軽量用孔３７が貫設されている。

［切換装置４０］
切換装置４０は、出力アーム２０に対する入力部材３０の相対揺動が不能となるように出力アーム２０に入力部材３０を連結した連結状態とその連結を前記相対揺動が可能となるように解除した非連結状態との間で切換を行う装置である。この切換装置４０は、次に示す、第一連結用部材４１と、第一切換ピン４４と、リターンスプリング４８と、第二連結用部材５１と、第二切換ピン５４と、介在ピン５５と、変位装置５８とを含み構成されている。

第一連結用部材４１は、底部４２を備えた有底筒状の部材であって、その内側の筒穴が第一連結穴４３となっている。この第一連結用部材４１は、左側のアウタアーム部２１の取付穴２４に、開口部を右側に向けて左端の底部４２が左方に突出する形で取り付けられている。第一切換ピン４４は、第一連結穴４３に挿入されて、第一連結穴４３と入力部材３０の被連結穴３４との間を跨ぐ連結位置と跨がない非連結位置との間で変位可能に構成されている。リターンスプリング４８は、第一連結穴４３の左端の底部４２と第一切換ピン４４の左端面との間に介装されており、復元力で第一切換ピン４４を右方に押圧する。

第二連結用部材５１は、底部を備えない筒状の部材であって、その内側の筒穴が第二連結穴５３となっている。この第二連結用部材５１は、右側のアウタアーム部２１の取付穴２４に、右端が右方に突出する形で取り付けられており、右開口部には介在ピン５５が右方に突出し過ぎるのを防止するためのストッパ５２が設けられている。第二切換ピン５４は、入力部材３０の被連結穴３４に挿入されて、被連結穴３４と第二連結穴５３との間を跨ぐ連結位置と跨がない非連結位置との間で変位可能に構成されている。介在ピン５５は、第二連結穴５３に挿入されて、第二連結用部材５１の右開口部から右方に突出可能に構成されている。

変位装置５８は、介在ピン５５の右端面に右方から当接する押圧部５９と、該押圧部５９を左方に突出及び右方に退入させる本体部（図示略）とを含み構成されている。この変位装置５８は、押圧部５９を油圧で突出及び退入させる油圧式の変位装置であってもよいし、押圧部５９を磁力で突出及び退入させる電磁式の変位装置であってもよい。

［捻りコイルバネ６０］
捻りコイルバネ６０は、非連結状態のときに入力部材３０を回転カム１０に付勢することにより、非連結状態のときにも入力ローラ３８が回転カム１０に追従するようにするためのロストモーションスプリングである。この捻りコイルバネ６０の長さ方向中間部のコイル状部分６１は、支持ピン３３の左端部に外嵌されている。また、この捻りコイルバネ６０の一端部６２は、第一連結用部材４１の外周面に当接している。また、他端部６３は、揺動ピン３１の被押圧突起３６の外周面に当接している。なお、この捻りコイルバネ６０は、連結状態のときには、入力部材３０を連結ピン４４，５４を介して出力アーム２０に付勢する。

次に、内燃機関の運転時の可変動弁機構９の様子を、［１］出力アーム２０に入力部材３０を連結する連結状態のときと、［２］その連結を解除する非連結状態のときに分けて以下に説明する。

［１］連結状態のとき
連結状態のときには、図４（ａ）に示すように、変位装置５８の押圧部５９が介在ピン５５を左方に押圧しないことによって、第一切換ピン４４、第二切換ピン５４及び介在ピン５５がリターンスプリング４８の復元力によって右方に変位し、第一切換ピン４４及び第二切換ピン５４がそれぞれ連結位置に配される。それによって、入力部材３０が出力アーム２０に対して支持ピン３３と切換ピン４４，５４との２点支持により相対揺動が不能になる。そのため、図５（ａ）（ｂ）に示すように、出力アーム２０と入力部材３０とが一体的に揺動してバルブ７を駆動する。

［２］非連結状態のとき
非連結状態のときには、図４（ｂ）に示すように、変位装置５８の押圧部５９が介在ピン５５を左方に押圧することによって、第一切換ピン４４、第二切換ピン５４及び介在ピン５５がリターンスプリング４８の復元力に抗して左方に変位し、第一切換ピン４４及び第二切換ピン５４がそれぞれ非連結位置に配される。それによって、入力部材３０が出力アーム２０に対して支持ピン３３のみの１点支持により該支持ピン３３を中心に相対揺動が可能になる。そのため、図６（ａ）（ｂ）に示すように、入力部材３０のみが支持ピン３３を中心に揺動するのみで、出力アーム２０は揺動しない。よって、バルブ７の駆動は休止する。

本実施例１によれば、入力部材３０の揺動中心及び切換ピン４４，５４の中心が、入力ローラ３８の外方にではなく内方に設けられているので、入力部材３０がシンプルかつコンパクトになる。そのため、可変動弁機構９の内燃機関に対する搭載性を向上でき、また、低コスト化も可能である。

図７に示す本実施例２の可変動弁機構９’は、実施例１と略同様であるが、揺動ピン３１に凹部３５及び被押圧突起３６が設けられておらず、代わりに、揺動ピン３１の左部にその径方向に突出する被押圧突起３６’が設けられている点、捻りコイルバネ６０の一端部６２は左側のアウタアーム部２１の下面に当接し、他端部６３は被押圧突起３６’の下面に当接している点、軽量用孔３７がない点で実施例１と相違し、その他の点においては実施例１と同様である。本実施例２においても実施例１と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は前記実施例１，２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適宜変更して具体化することもでき、例えば次の変更例１〜３のように変更してもよい。

［変更例１］
実施例１において、凹部３５及び被押圧突起３６を、揺動ピン３１の左側面（第一連結用部材４１側）に設ける代わりに右側面（第二連結用部材５１側）に設けるとともに、支持ピン３３を出力アーム２０の左方に突出させる代わりに右方に突出させ、捻りコイルバネ６０を支持ピン３３の左端部に外嵌する代わりに右端部に外嵌し、コイルバネ６０の一端部６２を第一連結用部材４１の外周面に当接させる代わりに第二連結用部材５１の外周面に当接させるようにしてもよい。

［変更例２］
実施例２において、被押圧突起３６’を、入力部材３０の左部に設ける代わりに右部に設けるとともに、支持ピン３３を出力アーム２０の左方に突出させる代わりに右方に突出させ、捻りコイルバネ６０を支持ピン３３の左端部に外嵌する代わりに右端部に外嵌し、コイルバネ６０の一端部６２を左側のアウタアーム部２１の下面に当接させる代わりに右側のアウタアーム部３１の下面に当接させるようにしてもよい。

［変更例３］
実施例１，２において、出力アーム２０に対する入力部材３０の相対変位可能な最大変位量を、回転カム１０のリフト量以下に設定することにより、非連結状態のときには、バルブ７の駆動を休止するのではなく、連結状態のときよりも小さい駆動量でバルブ７を駆動するようにしてもよい。

７ バルブ
９ 可変動弁機構
１０ 回転カム
２０ 出力アーム
３０ 入力部材
３１ 揺動ピン
３３ 支持ピン
３８ 入力ローラ
４０ 切換装置
４４ 第一切換ピン
５４ 第二切換ピン
５８ 変位装置
Ａ 入力ローラの回転中心
Ｂ 相対揺動の中心
Ｃ 切換ピンの中心

Claims (5)

1. 内燃機関の回転に従い回転する回転カム（１０）と、揺動可能に設けられて揺動時にはバルブ（７）を駆動する出力アーム（２０）と、出力アーム（２０）に対する相対揺動が可能となるように設けられて回転カム（１０）に当接する入力部材（３０）と、前記相対揺動が不能となるように出力アーム（２０）に入力部材（３０）を連結した連結状態とその連結を前記相対揺動が可能となるように解除した非連結状態との間で切換を行う切換装置（４０）とを含み構成され、該切換によりバルブ（７）の駆動状態を変更する可変動弁機構において、
   入力部材（３０）が、回転カム（１０）に当接するリング状の入力ローラ（３８）と、入力ローラ（３８）を回転可能に支持するように入力ローラ（３８）に挿入され、非連結状態のときには前記相対揺動をする揺動ピン（３１）とから構成され、前記相対揺動の中心（Ｂ）が、入力ローラ（３８）の内方であって且つ入力ローラ（３８）の回転中心（Ａ）とは異なる位置に配置されたことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. 切換装置（４０）は、連結状態のときに揺動ピン（３１）と出力アーム（２０）とに跨り、非連結状態のときに揺動ピン（３１）と出力アーム（２０）とに跨らない切換ピン（４４，５４）を含み、
   連結状態でみて、切換ピン（４４，５４）の中心（Ｃ）が、入力ローラ（３８）の内方であって且つ前記相対揺動の中心（Ｂ）とは異なる位置に配置された請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構。
3. 連結状態でみて、前記相対揺動の中心（Ｂ）と切換ピン（４４，５４）の中心（Ｃ）とが、入力ローラ（３８）の回転中心（Ａ）に対して反対側に配置された請求項２記載の内燃機関の可変動弁機構。
4. 揺動ピン（３１）は、支持ピン（３３）により出力アーム（２０）に支持され、支持ピン（３３）の中心が前記相対揺動の中心（Ｂ）である請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構。
5. 支持ピン（３３）は、出力アーム（２０）の側方に突出し、その側方に突出した部分に、非連結状態のときに入力部材（３０）を回転カム（１０）に付勢する捻りコイルバネ（６０）が外嵌された請求項４記載の内燃機関の可変動弁機構。

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