JP4986900B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、機関弁である吸気弁や排気弁を開閉駆動する内燃機関の動弁装置の改良技術に関する。

この種の従来の動弁装置としては、本出願人が先に出願した以下の特許文献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、クランク軸から回転力が伝達される駆動軸の外周に、軸心が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、駆動カムの回転力がリンクアームやロッカアーム、リンクロッドなどからなる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。また、機関運転状態に応じて各吸気弁のリフト量を可変にする制御機構を備えている。

この制御機構は、電動アクチュエータによって回転位置が制御される制御軸と、該制御軸の外周に固定されて、前記ロッカアームの揺動支点位置を変更する制御カムとを有している。

そして、機関運転状態に応じて前記電動アクチュエータによって前記制御軸を回転制御して制御カムの回動位置を変化させることにより、ロッカアームの揺動支点を変化させる。これにより、揺動中における各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が変化して、吸気弁のバルブリフト量を最大リフトから微小リフトまで可変制御するようになっている。
特開２００４−２９３４０６号公報

前記従来の内燃機関の動弁装置にあっては、前記駆動軸の先端部に、クランクシャフトから回転駆動力を伝達するタイミングスプロケットなどがボルトによって取り付けられているが、この駆動軸へタイミングスプロケットを取り付ける際に、スパナなどの治具を係合させて前記駆動軸の回り止めを行う六角形状の回り止め部が駆動軸の軸方向の所定位置に設けられている。

ところが、前記回り止め部は、駆動軸の他に、その側端面が駆動軸の所定部位に軸方向の位置決め用として固定されたフランジ部の一側面に接合されており、この側端縁の接合部箇所の外周縁(隅部)が、集中荷重の発生を防止するために、直角ではなく面取り状のテーパ状(Ｒ形状)に形成されている。

このため、前記回り止め部の六角形状の外面の軸方向幅長さが比較的短くなってしまい、前記スパナなどの治具が係合する面積が減少して、接触面積が小さくなってしまう。この結果、前記治具による駆動軸の回り止め力が不十分になってしまうおそれがある。

本発明は、前記従来の動弁装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、クランクシャフトから動力が伝達される駆動軸と、該駆動軸の外周に固定されて、伝達機構を介して機関弁を開閉作動させる駆動カムと、前記駆動軸の軸方向の所定位置に固定されて、該駆動軸の軸方向の位置決めをする大径部と、前記駆動カムと大径部との間に設けられて、前記駆動軸に所定の部材を取り付ける際に、該駆動軸の回転止めをする回り止め機構と、
を備えた内燃機関の動弁装置であって、
前記回り止め機構は、前記大径部の一側面に結合され、外周面が非円形状に形成された回り止め部と、該回り止め部の外周面に嵌合して、外面に治具が係合する係合部を有する嵌合部材と、を有し、前記回り止め部は、前記大径部の一側面に結合される側端面の外周にテーパ凸状の隅部が形成されている一方、前記嵌合部材は、前記回り止め部が嵌合する嵌合孔の周縁に、前記隅部を吸収する逃げ溝が形成されていることを特徴としている。

この発明によれば、前記回り止め部の外周面に嵌合部材を嵌合すると、前記逃げ溝がテーパ凸状の隅部を吸収した状態になって前記外周面全体に嵌合孔の内面が密着状態に嵌合することから、回り止め部と嵌合部材との一体化が図れると共に、嵌合部材には円弧凸状の隅部が存在しないので、その外面の軸方向の長さ、つまり治具との接触面積を十分に取ることが可能になる。

したがって、前記嵌合部材を介して治具による駆動軸の回り止め力を十分に得ることができる。

また、前記嵌合部材を駆動カムなどの軸方向の位置決め用として用いたことによって、装置全体の軸方向の長さを短尺化することができる。

以下、本発明に係る内燃機関の動弁装置の実施例を図面に基づいて詳述する。この実施例では、動弁装置を、例えばＶ型６気筒の内燃機関の吸気側に適用したものを示し、基本構造は前記従来の技術と共通している。

すなわち、３気筒の片バンク側を示した図５、図６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て、２つの吸気ポートを開閉する一気筒当たり２つの吸気弁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、該駆動軸３の気筒毎に一つずつ固設された３つの駆動カム４と、各吸気弁２，２の上端部に配設されたバルブリフター５、５を介して各吸気弁２，２を開作動させる揺動カム部材６と、駆動カム４と揺動カム部材６との間を連係し、駆動カム４の回転力を揺動運動に変換して揺動カム部材６の揺動力（開弁力）として伝達する伝達機構７と、該伝達機構７の作動位置を可変にして各吸気弁２，２のリフト量を機関運転状態に応じて可変制御する制御機構８とを備えている。

なお、シリンダヘッド１の前記駆動軸３の側部には、図５に示すように、排気側カムシャフト９が一端部側の第１軸受１０など複数の軸受によって回転自在に支持されていると共に、該排気側カムシャフト９の軸方向の所定位置には、一気筒当たり２つの排気弁を、バルブスプリングを介して開閉作動させる卵形の排気駆動カム９ａ、９ａが一体に設けられている。また、排気側カムシャフト９は、一端部にボルト１１によって固定されたタイミングスプロケット１２とこれに巻回されたタイミングベルト１３を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されるようになっている。

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１４，１４によって吸気ポートの各開口端を閉塞する方向に付勢されている。

前記駆動軸３は、一端部及び軸方向の所定部位が第１軸受部１５や他の３つの軸受１６によって回転自在に軸支されていると共に、一端部側にボルト１７によって固定された従動スプロケット１８や該従動スプロケット１８に巻装された前記タイミングベルト１３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。

また、駆動軸３は、図５に示すように、前記一端部に大径肉厚な第１フランジ部３ａが一体に設けられている共に、該第１フランジ部３ａからジャーナル部３ｂを挟んだ反対の位置に大径部である第２フランジ部３ｃが一体に設けられている。

前記各駆動カム４は、図３及び図６に示すように、カム本体４ａほぼ円盤状に形成されていると共に、該カム本体４ａの側部に円筒部４ｂが一体に設けられ、該円筒部４ｂの直径方向から圧入された固定用ピン３０によって前記駆動軸３にそれぞれ固定されている。また、前記カム本体４ａは、外周面が偏心円のカムプロフィールに形成されて、軸心が駆動軸３の軸心Ｘから径方向へ所定量だけオフセットしている。

前記各揺動カム部材６は、図５及び図６に示すように、前記駆動軸３の外周面に摺動自在に支持された円筒部６ａと、該円筒部６ａの両端部側に一体に設けられて、前記各バルブリフター５，５の冠面に摺接する一対の雨滴状の揺動カム６ｂ、６ｂとから構成されている。また、前記円筒部６ａは、両揺動カム６ｂ、６ｂ間に形成されたジャーナル部６ｃを介して前記各軸受１６に揺動自在に設けられている。

各揺動カム６ｂの下面には前記カム面がそれぞれ形成され、基端部側の基円面と、該基円面からカムノーズ部側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部の先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面とが形成されており、該基円面とランプ面、リフト面及び頂面とが、揺動カム６の揺動位置に応じてバルブリフター５冠面に当接するようになっている。

また、揺動カム６の前記カムノーズ部側には、後述するリンクロッドの他端部と連結するピンが挿通されるピン孔が両側面方向へ貫通形成されている。

前記伝達機構７は、図６に示すように、駆動軸３の上方に配置されたロッカアーム１９と、該ロッカアーム１９の一端部と駆動カム４とを連係するリンクアーム２０と、ロッカアーム１９の他端部と一方の揺動カム６ｂのカムノーズ部とを連係する一対のリンクロッド２１とを備えている。

前記ロッカアーム１９は、平面クランク状に形成されて、中央の筒状基部から機関内側へ突出した一端部１９ａがピン１８を介して前記リンクアーム２０の突出端に回転自在に連結されている一方、機関外側へ突出した他端部が前記リンクロッド２１の一端部にピン２２によって回転自在に連結されている。また、前記筒状基部の内部には、大径な支持孔が貫通形成されている。

前記リンクアーム２０は、比較的大径な円環部２０ａと、該円環部の外周面所定位置に突設された前記突出端２０ｂとを備え、円環部２０ａの中央位置には、前記駆動カム４の外周面を回転自在に嵌合支持する嵌合孔２０ｃが形成されている。また、前記円環部２０の軸方向の幅長さは、前記駆動カム４のカム本体４ａの幅長さとほぼ同一に設定されている。

前記各リンクロッド２１は、プレス成形によって一体に形成され、横断面ほぼコ字形状に形成されていると共に、他端部がそれぞれに形成されたピン孔に挿通したピン２３を介して各揺動カム６ｂのカムノーズ部に回転自在に連結されている。

前記制御機構８は、駆動軸３の上方位置に配置された制御軸２４と、該制御軸２４の外周に一体に固定されてロッカアーム１９の揺動支点となる制御カム２５と、前記制御軸２４を回転制御する駆動部とを備えている。

前記制御軸２４は、駆動軸３と並行に機関前後方向に配設されて軸受けによって回転自在に支持されている一方、前記制御カム２５は、円筒状を呈し、軸心位置が肉厚部の分だけ制御軸２４の軸心から所定分だけ偏倚している。

前記駆動部は、シリンダヘッド１の後端部に固定された電動モータ２６と、該電動モータ２６の回転駆動力を前記制御軸２４に伝達する減速機であるボール螺子機構２７とから構成されている。

前記電動モ−タ２６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２８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２８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２４の回転位置を検出するポテンショメータ２９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２６に制御信号を出力している。

そして、前記駆動軸３の第２フランジ部３ｃと駆動カム４との間には、前記駆動軸３にタイミングプーリ１８をボルト１７で固定する際に、駆動軸３の回り止めなどを行う回り止め機構３１が設けられている。

前記回り止め機構３１は、図１〜図４に示すように、駆動軸３の外周面に一体に設けられ、側端面が前記第２フランジ部３ｃの一側面３ｄに溶接などで結合された回り止め部３２と、該回り止め部３２の外面に嵌合保持された嵌合部材３３とから構成されている。

前記回り止め部３２は、溶接などによって一体に固定されていると共に、外周面３２ａが非円形状である六角形状に形成されている。また、前記回り止め部３２の前記第２フランジ部３ｃに一側面３ｄに結合される側端面の外周縁には、テーパ凸状の隅部３２ｂが形成されている。この隅部３２ｂは、第２フランジ部３ｃとの結合部の集中荷重を防止するもので、通常Ｒ部と称されるものである。なお、前記回り止め部３２を、駆動軸３を成形する際に一体に形成することも可能であり、このようにすれば、製造作業も容易になる。

一方、前記嵌合部材３３は、鉄系金属材によって全体が六角形状の環状に形成されて、六角形状の嵌合孔３３ａの内面３３ｂが前記回り止め部３２の外面３２ａ形状とほぼ同一に形成されて、嵌合孔３３ａが前記外周面３２ａに嵌合可能になっていると共に、外面３３ｃの幅長さＷが前記回り止め部３２の外面３２ａの幅長さＷ１よりも大きく形成されている。また、前記嵌合孔３３ａの内面３２ｂの両端周縁部の全周には、前記隅部３２ｂを吸収するテーパ状の逃げ溝３３ｄ、３３ｄが形成されている。また、係合部である前記外面３３ｃも六角形状に形成されている。

また、前記嵌合部材３３は、図４に示すように、回り止め部３２の外周面３２ａに嵌合された際に、一端面が前記第２フランジ部３ｃの一側面３ｄに当接する共に、他端面が前記駆動カム４のカム本体４ａの一側面に当接して、該駆動カム４とリンクアーム２０の軸方向の位置決め用のカラーとして機能するようになっている。

以下、本実施例の作用を説明すれば、まず、例えば、機関のアイドリング運転時などの低回転域では、コントローラ２８からの制御信号によって駆動部の電動モータ２６が回転駆動し、この回転トルクがボール螺子機構２７を介して制御軸２４に伝達されて、この制御軸２４が一方向へ所定量回転駆動される。したがって、制御軸２４は、制御カム２５を一方向へ回動させ、軸心が制御軸２４の軸心の回りを同一半径で回転して、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１９の他端部とリンクロッド２１の枢支点は、駆動軸３に対して上方向へ移動し、このため、揺動カム６ｂは、リンクロッド２１を介してカムノーズ部側が強制的に引き上げられる。

よって、駆動カム４が回転してリンクアーム２０を介してロッカアーム１９の一端部を押し上げると、そのバルブリフト量がリンクロッド２１を介して揺動カム６ｂ、６ｂからバルブリフター５，５に伝達され、そのリフト量は充分小さくなる。

したがって、かかる機関の低回転領域では、バルブリフト量が最も小さくなることにより、各吸気弁３の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。

さらに、例えば、機関高回転領域に移行した場合は、コントローラ２８からの制御信号によって電動モータ２６が逆回転してボール螺子機構２７を同方向へ回転させると、この回転に伴って制御軸２４が制御カム２５を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１９は、今度は全体が駆動軸３方向に移動して他端部によって揺動カム６ｂのカムノーズ部を、リンクロッド２１を介して下方へ押圧して該揺動カム６ｂ、６ｂ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６ｂ、６ｂのバルブリフター５に対するカム面の当接位置が、カムノーズ部側（リフト部側）に移動する。このため、各吸気弁２の開作動時に駆動カム４が回転してロッカアーム１９の一端部を、リンクアーム２０を介して押し上げると、バルブリフター５に対するそのリフト量は十分に大きくなる。

よって、かかる高回転領域では、バルブリフト量が最大になり、各吸気弁３の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上して十分な出力が確保できる。

そして、この実施例では、回り止め部３２の外面３２ａに嵌合部材３３を嵌合すると、前記逃げ溝３３ｄが隅部３２ｂを吸収した状態になって前記外面３２ａ及び隅部３２ｂ全体に嵌合孔３３ａの内面３３ｂと逃げ溝３３ｄの内面が密着状態に嵌合することから、回り止め部３２と嵌合部材３３との一体化が図れると共に、嵌合部材３３には円弧状の隅部が存在しないので、その外面３３ｃの幅長さＷを十分に大きく形成することができる。

このため、前記駆動軸３の一端部に、手作業によって前記タイミングプーリ１８をボルト１７により固定する際に、治具であるスパナを嵌合部材３３の外面３３ｃに係合した場合に、このスパナと前記外面３３ｃとの接触面積を十分に取ることが可能になる。したがって、前記嵌合部材３３を介してスパナによる駆動軸３の回り止め力を十分に得ることができる。

しかも、前記嵌合部材３３は、前述のように、駆動カム４やリンクアーム２０の軸方向の位置決め用カラーとしても機能することから、別個に位置決め用カラーを設ける必要がなくなり、部品点数を削減できるので、各構成部品の組付作業能率の向上とコストの低減化が図れる。

また、前記嵌合部材３３を、軸方向の位置決め用カラーとして兼用できることから、駆動軸３の軸方向の長さを短くすることが可能になる。すなわち、前記リフト可変機構を備えた動弁装置にあっては、前記制御軸２４の端部に電動モータ２６やボール螺子機構２７などの駆動部を設ける必要上、装置全体の軸方向の長さが長くなってしまうが、機関への搭載性や軽量化などの要請から僅かながらも軸方向の長さを短くすることが望まれている。

そこで、本実施例では、位置決め用カラーを設けることなく、前記嵌合部材３３をカラーとしても用いるようにしたため、カラーを設ける分だけ装置の軸方向の長さを短尺化することが可能になる。

さらに、前記嵌合部材３３は、嵌合孔３３ａの内面３３ｂの前後周縁に前記逃げ溝３３ｄ、３３ｄが形成されていることから、回り止め部３２に対して前後どちらからでも嵌合させることができるので、誤組付けを回避でき、嵌合作業が容易になる。

本発明は、前記実施例のような、吸気弁２，２のリフト可変機構を備えた動弁装置ばかりではなく、一般的な動弁装置に適用することも可能であり、また、吸気側の他に、排気側あるいは両方に適用することが可能である。

さらに、前記回り止め部３２の外面３２ａは、非円形状であれば良く、必ずしも六角形状でなくとも、例えば四角形状や三角形状などの多角形状に形成することも可能である。この場合、嵌合部材３３の嵌合孔３３ａの形状もそれに合わせて形成することは勿論である。また、前記嵌合部材３３の外面３３ｃも必ずしも六角形状にする必要はなく、多角形状に形成することも可能である。

本発明の一実施例に供される回り止め機構を分解して示す拡大斜視図である。 同回り止め機構の拡大斜視図である。 同回り止め機構によって駆動カムとリンクアームが軸方向の位置決めがなされた状態を示す拡大斜視図である。 同回り止め機構によって駆動カムとリンクアームが軸方向の位置決めがなされた状態を示す断面図である。 本実施例における動弁装置の一部を断面して示す平面図である。 本実施例における動弁装置の一部を示す斜視図である。

符号の説明

１…シリンダヘッド
２…吸気弁（機関弁）
３…駆動軸
３ａ…第１フランジ部
３ｂ…ジャーナル部
３ｃ…第２フランジ部(大径部)
４…駆動カム
４ａ…カム本体
４ｂ…円筒部
６…揺動カム部材
６ｂ…揺動カム
７…伝達機構
８…制御機構
１０・１５…第１軸受部
１８…タイミングプーリ
２０…リンクアーム
２０ａ…円環部
３１…回り止め機構
３２…回り止め部
３２ａ…外面
３２ｂ…隅部
３３…嵌合部材
３３ａ…嵌合孔
３３ｂ…内面
３３ｃ…外面
３３ｄ…逃げ溝

Claims (4)

1. クランクシャフトから動力が伝達される駆動軸と、
   該駆動軸の外周に固定されて、伝達機構を介して機関弁を開閉作動させる駆動カムと、
   前記駆動軸の軸方向の所定位置に固定されて、該駆動軸の軸方向の位置決めをする大径部と、
   前記駆動カムと大径部との間に設けられて、前記駆動軸に所定の部材を取り付ける際に、該駆動軸の回転止めをする回り止め機構と、
   を備えた内燃機関の動弁装置であって、
   前記回り止め機構は、前記大径部の一側面に結合され、外周面が非円形状に形成された回り止め部と、該回り止め部の外周面に嵌合して、外面に治具が係合する係合部を有する嵌合部材と、を有し、
   前記回り止め部は、前記大径部の一側面に結合される側端面の外周にテーパ凸状の隅部が形成されている一方、
   前記嵌合部材は、前記回り止め部が嵌合する嵌合孔の周縁に、前記隅部を吸収する逃げ溝が形成されていることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の動弁装置において、
   前記駆動カムの外周に前記伝達機構の一部を構成するリンクアームを設けると共に、前記回り止め部と嵌合部材によって前記リンクアームの駆動カムの軸方向の位置決めすることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の動弁装置において、
   前記駆動軸の外周に、前記駆動カムから伝達機構を介して伝達された揺動力によって前記機関弁を開閉作動する揺動カム部材を揺動自在に支持すると共に、前記嵌合部材を、前記大径部を介して前記揺動カム部材の軸方向の位置決め用のカラーとして兼用したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の動弁装置において、
   前記回り止め部の外周面をほぼ六角面に形成する一方、前記嵌合部材の嵌合孔の内面を前記回り止め部の外周面に対応して六角面に形成すると共に、該嵌合部材の外面を六角面に形成したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。

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