(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン回転に同期して回転する駆動軸に応動する揺動カムによって動弁を押圧して開弁するエンジンの動弁機構であって、
前記駆動軸に設けられた駆動カムを挿通する大端部と、その大端部よりも厚さが薄く大端部との境界に段部を形成する小端部と、を含むリンクアームと、
前記駆動軸と平行に設けられ、偏心部位を含むバルブリフト制御軸と、
前記バルブリフト制御軸の偏心部位に回転自在に取り付けられ、前記リンクアームの小端部に第１の回動支点を介して連係される揺動アームと、
前記バルブリフト制御軸に対して前記第１の回動支点と同一側に位置する第２の回動支点を介して前記揺動アームに連係されるとともに、第３の回動支点を介して前記揺動カムに連係されるリンクロッドと、
を備え、
前記大端部と前記小端部との厚さの差によって生じた段部は、揺動アーム側に突出し、
前記揺動アームには、リンクアーム側に突出するボスが形成される、
ことを特徴とするエンジンの動弁機構。
【請求項２】
前記駆動カムは、
駆動軸本体を挿入するための大孔が形成されているとともに、前記リンクアームが周囲を摺動するカムボディと、
前記カムボディに連設されたボス部と、
前記カムボディと前記ボス部との境界に、カムボディ及びボス部に渡って形成された小孔と、
前記小孔に挿入される固定部材と、
前記ボス部に設けられ、前記小孔に前記固定部材が挿入された後にカシメられるカシメ領域と、
を含み、
前記大孔に駆動軸本体が挿入され、前記小孔に前記固定部材が挿通されて前記カシメ領域がカシメられることで固定部材の緩み止めがなされて駆動軸本体に固設される、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動弁機構。
【請求項３】
前記バルブリフト制御軸の偏心部位は、軸支されるメインジャーナルから偏心したクランクピンである、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジンの動弁機構。
【請求項４】
前記リンクアームの小端部の径方向の肉厚が、大端部の径方向の肉厚よりも薄い、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジンの動弁機構。
【請求項５】
前記リンクアームの大端部の径方向の肉厚は一様ではなく、下端付近が最厚である、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のエンジンの動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンの動弁機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンの動弁機構には、たとえば特許文献１に記載されたものがある。
【特許文献１】特開２００２−３８９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１では、バルブリフト制御軸に対してリンクアームとリンクロッドとを同一側に配置する構成としていたので、リンクアームからの入力荷重とリンクロッドからの入力荷重とによって揺動アームに倒れが発生するおそれがある。またこのような構成の動弁機構では、リンクアームにかかる荷重が引っ張り方向であり、リンクアームの引っ張り方向の剛性は圧縮方向の剛性に比べて低いので、バルブリフト制御軸に対してリンクアームとリンクロッドとを反対側に配置する動弁機構に比べて、リンクアームの剛性を増す必要があることが発明者らによって知見された。しかしながら単にリンクアームの剛性を増しては重量や製造コストが増えてしまう。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、揺動アームに倒れが発生しにくくなるとともに、重量増加を抑えることができるエンジンの動弁機構を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、エンジン回転に同期して回転する駆動軸(１１)に応動する揺動カム(１６)によって動弁を押圧して開弁するエンジンの動弁機構であって、前記駆動軸(１１)に設けられた駆動カム(１１２)を挿通する大端部(１２ａ)と、その大端部(１２ａ)よりも厚さが薄く大端部との境界に段部(１２ｅ)を形成する小端部(１２ｂ)と、を含むリンクアーム(１２)と、前記駆動軸(１１)と平行に設けられ、偏心部位(１３２)を含むバルブリフト制御軸(１３)と、前記バルブリフト制御軸(１３)の偏心部位(１３２)に回転自在に取り付けられ、前記リンクアーム(１２)の小端部(１２ｂ)に第１の回動支点(２１)を介して連係される揺動アーム(１４)と、前記バルブリフト制御軸(１３)に対して前記第１の回動支点(２１)と同一側に位置する第２の回動支点(２２)を介して前記揺動アーム(１４)に連係されるとともに、第３の回動支点(２３)を介して前記揺動カム(１６)に連係されるリンクロッド(１５)と、を備え、前記大端部と前記小端部との厚さの差によって生じた段部は、揺動アーム側に突出し、前記揺動アームには、リンクアーム側に突出するボスが形成される、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、リンクアームの小端部を大端部よりも薄くして段部が形成されるようにした。そのためリンクアームとリンクロッドとを近づけることができる。したがって揺動アームに入力される荷重によって発生するモーメントが小さくなり、揺動アームが倒れにくくなるとともに、全体のコンパクト化を図ることができる。また小端部が肉抜きされて形状の最適化が図られることで、無用に重量を増量することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるエンジン動弁機構の第１実施形態を示す斜視図である。図２は、三面図であり、図２(Ａ)は平面図、図２(Ｂ)は左側面図、図２(Ｃ)は正面図である。
【０００９】
本発明の動弁機構１０は、駆動軸１１と、リンクアーム１２と、バルブリフト制御軸１３と、揺動アーム１４と、リンクロッド１５と、揺動カム１６と、を備え、エンジン回転に同期して回転する駆動軸１１に応動して揺動カム１６が揺動して動弁を開閉する。駆動軸１１及びバルブリフト制御軸１３は不図示の軸受に回転自在に支持される。
【００１０】
駆動軸１１は、エンジン前後方向に沿ってシリンダヘッド上部に回転自在に支持される。駆動軸１１は、エンジンのクランク軸からトルクが伝達されて回転する。駆動軸１１は、駆動軸本体１１１と駆動カム１１２とを含む。駆動軸本体１１１は中空状である。駆動軸１１は、高強度材で形成される。駆動カム１１２は、駆動軸本体１１１に固定される。駆動カム１１２は駆動軸本体１１１の軸心から偏倚した偏心回転カムである。駆動カム１１２は駆動軸本体１１１と一体回転する。駆動カム１１２は、耐摩耗材によって形成される。駆動カム１１２は、カムボディ１１２ａとボス部１１２ｂとから構成される。カムボディ１１２ａとボス部１１２ｂとは一体形成されている。カムボディ１１２ａの軸心は駆動軸本体１１１の軸心から径方向へ所定量オフセットする。駆動カム１１２は、連結ピンによって駆動軸本体１１１に連結固定される。なおこの連結構造については後述する。
【００１１】
リンクアーム１２は、大端部１２ａと小端部１２ｂとから構成される。大端部１２ａに駆動カム１１２(カムボディ１１２ａ)が挿通される。小端部１２ｂはピン２１を介して揺動アーム１４に連結される。
【００１２】
バルブリフト制御軸１３は、駆動軸１１と平行に配置される。バルブリフト制御軸１３は、メインジャーナル１３１とクランクピン１３２とウェブプレート１３３とから構成されるクランクシャフトである。バルブリフト制御軸１３はアクチュエータ(不図示)によって所定回転角度範囲内で回転するように制御される。アクチュエータは、クランク角センサやエアフロメータ、水温センサ等の各種センサからの検出信号から検出されたエンジンの現在の運転状態に基づいてバルブリフト制御軸１３を回転制御する。バルブリフト制御軸１３が回転制御されると、クランクピン１３２の偏倚位置が調整され、揺動アーム１４の揺動中心が変更される。
【００１３】
揺動アーム１４は、駆動軸１１の回転に応動して揺動する。揺動アーム１４は、アームボディ１４１とキャップ１４２とを備える。キャップ１４２は、クランクピン１３２を挟むようにアームボディ１４１にボルト結合される。これによって揺動アーム１４はクランクピン１３２に対して回転自在に取り付けられている。揺動アーム１４(アームボディ１４１及びキャップ１４２)には、ボス１４ａが形成されている。ボス１４ａはリンクアーム側に突出する。このようにボス１４ａが設けられていることで、揺動アーム１４が倒れにくくなっている。またボス１４ａが設けられていることでバルブリフト制御軸１３(クランクピン１３２)に対する摺動面積が増すので面圧が低減される。したがって焼き付きを生じにくい。
【００１４】
リンクロッド１５は、揺動アーム１４及び揺動カム１６を連結する。リンクロッド１５は、断面コ状であって内側に揺動アーム１４(アームボディ１４１)の先端付近を配置してピン２２を介して相対回転可能に結合する。ピン２２は、ピン２１よりもクランクピン１３２の軸心から離れている。
【００１５】
揺動カム１６は、パイプ１７に固設された一対の部材である。パイプ１７は、駆動軸１１を挿通し、駆動軸１１を中心として揺動自在である。一方の揺動カム１６が、リンクロッド１５に対してピン２３を介して相対回転可能に連結される。揺動カム１６は上下動して動弁を開閉する。
【００１６】
図３は、本発明による動弁機構の第１実施形態の駆動カムを示す図であり、図３(Ａ)は斜視図、図３(Ｂ)は平面図、図３(Ｃ)は正面図、図３(Ｄ)は右側面図である。
【００１７】
駆動カム１１２は、カムボディ１１２ａとボス部１１２ｂとから構成される。カムボディ１１２ａとボス部１１２ｂとは一体形成されている。駆動カム１１２には駆動軸本体を挿入する大孔１１２ｃが形成されている。カムボディ１１２ａの軸心は、大孔１１２ｃの中心から径方向へ所定量オフセットする。カムボディ１１２ａとボス部１１２ｂとの境界には、小孔１１２ｄが形成されている。小孔１１２ｄはカムボディ１１２ａとボス部１１２ｂとに渡って形成されている。
【００１８】
そして大孔１１２ｃに駆動軸本体１１１が挿入され、小孔１１２ｄにピンが圧入されてカシメ領域１１２ｅがカシメられることで圧入ピンの緩み止めがなされて、駆動カム１１２が駆動軸本体１１１に固設される。
【００１９】
このように、カシメ領域１１２ｅがカシメられるので、圧入ピンが緩まず駆動カム１１２が駆動軸本体１１１に確実に固定される。
【００２０】
また小孔１１２ｄは、カムボディ１１２ａとボス部１１２ｂとの境界に、カムボディ１１２ａとボス部１１２ｂとに渡って形成されており、ボス部１１２ｂの端面１１２ｆからある程度離れた位置に形成されている。そのため強度を確保できる。小孔１１２ｄを端面１１２ｆから離すほど強度は確保できるが、小孔１１２ｄの全体がカムボディ１１２ａに位置しては圧入ピンをカシメ固定することができない。すなわちカムボディ１１２ａの外周面をリンクアーム１２が摺動するので、このような摺動面にカシメ加工をしては摺動面の円滑性が損なわれる。
【００２１】
ところが本発明では、小孔１１２ｄが、カムボディ１１２ａとボス部１１２ｂとの境界に、カムボディ１１２ａとボス部１１２ｂとに渡って形成されているので、強度と摺動性の両立を図ることができている。
【００２２】
図４は、本発明による動弁機構の第１実施形態のリンクアームを示す図であり、図４(Ａ)は斜視図、図４(Ｂ)は平面図、図４(Ｃ)は正面図、図４(Ｄ)は右側面図である。
【００２３】
リンクアーム１２は、大端部１２ａと小端部１２ｂとから構成される。図４(Ｄ)に示すように小端部１２ｂの厚さｔは、大端部１２ａの厚さＴよりも薄い。大端部１２ａの片面は小端部１２ｂと揃っており、反対面が小端部１２ｂよりも突出して段部１２ｅが形成されている。図４(Ｄ)では、大端部１２ａの左面が小端部１２ｂと揃っており、右面が小端部１２ｂよりも突出して段部１２ｅが形成されている。そして図１に示したようにこの段部１２ｅが揺動アーム側となるようにリンクアーム１２が組み付けられる。大端部１２ａには、外周面と同心の摺動面１２ｃが形成されている。小端部１２ｂには、外周面と同心のピン挿入孔１２ｄが形成されている。
【００２４】
また小端部１２ｂの肉厚ｄは、大端部１２ａの肉厚Ｄよりも薄い。
【００２５】
図５は、エンジンを高速高負荷で運転するときの動弁機構の状態を示す図であり、図５(Ａ)は閉弁状態を示し、図５(Ｂ)は開弁状態(最大リフト状態)を示す。
【００２６】
なお図５のバルブリフト制御軸１３はクランクシャフトタイプではなく、偏心カムタイプであるが、両者の違いは偏心量の大小の差であって基本的な動作には相違がないので、以下では図５を用いて説明する。
【００２７】
エンジンを高速高負荷で運転するときは、バルブリフト制御軸１３を図５に示す位置まで回転駆動する。これにより、軸心Ｐ１(揺動アーム１４の揺動中心)は、図５に示すようにメインジャーナル１３１の軸心Ｐに対して略直上に保持される。この状態で駆動軸１１を回転駆動すると、その駆動力がリンクアーム１２→揺動アーム１４→リンクロッド１５→揺動カム１６と伝達し、動弁を開閉する。
【００２８】
閉弁状態では、図５(Ａ)に示すように、揺動カム１６の基円部１６ａがバルブリフタ１８に当接する。
【００２９】
開弁状態では、図５(Ｂ)に示すように、揺動カム１６は大きく揺動し、揺動カム１６の基円部１６ａからカムノーズ１６ｃにかけてのリフト部１６ｂがバルブリフタ１８に当接する。このためバルブリフタ１８の移動量Ｌ１が大きくなる。
【００３０】
図６は、エンジンを低速低負荷で運転するときの動弁機構の状態を示す図である。
【００３１】
エンジンを低速低負荷で運転するときは、バルブリフト制御軸１３を図６に示す位置まで回転駆動する。これにより軸心Ｐ１は、図６に示すようにメインジャーナル１３１の軸心Ｐに対して左上に保持される。この状態で駆動軸１１を回転駆動すると、その駆動力がリンクアーム１２→揺動アーム１４→リンクロッド１５→揺動カム１６と伝達し、動弁を開閉する。このとき揺動アーム１４が全体的に左上方向(駆動軸１１から離れる方向)へ移動しているので、揺動カム１６は、基円部１６ａからカムノーズ１６ｃにかけてのリフト部１６ｂの途中までしかバルブリフタ１８を押圧しない。このため、リフト量Ｌ２は図５に示したリフト量Ｌ１に比べて小さくなる(図６)。
【００３２】
このような低速低負荷域では、カムリフト特性が高速高負荷域に比較して小さくなり、図７に示すようにバルブリフト量も小さくなるとともに、作動角、すなわち、弁の開区間が小さくなる。
【００３３】
次に図８を参照して本発明の効果について説明する。なお図８(Ａ−１)はバルブリフト制御軸１３を挟んでピン２１とピン２２とが反対側に位置するタイプの可変動弁機構において、動弁を開弁するときのリンクの状態を示す側面図であり、図８(Ａ−２)は正面図である。図８(Ｂ−１)はバルブリフト制御軸１３に対してピン２１とピン２２とが同一側に位置するタイプの可変動弁機構において、動弁を開弁するときのリンクの状態を示す側面図であり、図８(Ｂ−２)は正面図である。
【００３４】
図８(Ａ−１)、図８(Ａ−２)に示したようなバルブリフト制御軸１３を挟んでピン２１とピン２２とが反対側に位置するタイプの可変動弁機構においては、動弁が開弁するときに荷重が以下のように作用する。すなわち、駆動軸１１が回転してカムボディ１１２ａが上昇すると、リンクアーム１２を介してピン２１の位置も上昇する。すると揺動アーム１４を介してピン２２の位置が下降する。するとリンクロッド１５を介して揺動カム１６が押し下げられて動弁が開弁する。このように動弁を開弁するときは、図８(Ａ−１)に示すように、リンクアーム１２には圧縮方向に荷重が作用し、揺動アーム１４の両端には上向き荷重が作用する。揺動アーム１４の両端に同方向の荷重が作用するので、図８(Ａ−２)に示すように、揺動アーム１４を倒すようなモーメントとしては作用しない。
【００３５】
これに対して、図８(Ｂ−１)、図８(Ｂ−２)に示したようなバルブリフト制御軸１３に対してピン２１とピン２２とが同一側に位置するタイプの可変動弁機構においては、動弁が開弁するときは以下のように荷重が作用する。すなわち、駆動軸１１が回転してカムボディ１１２ａが下降すると、リンクアーム１２を介してピン２１の位置も下降する。すると揺動アーム１４を介してピン２２の位置も下降する。するとリンクロッド１５を介して揺動カム１６が押し下げられて動弁が開弁する。このように動弁を開弁するときは、図８(Ｂ−１)に示すように、リンクアーム１２には引っ張り方向に荷重が作用し、揺動アーム１４の一端には下向き荷重が作用するが、もう一端には上向き荷重が作用する。揺動アーム１４の両端に反対方向の荷重が作用するので、図８(Ｂ−２)に示すように、揺動アーム１４を倒すモーメントが発生してしまう。
【００３６】
そこでバルブリフト制御軸１３に対してピン２１とピン２２とが同一側に位置するタイプの可変動弁機構においては、荷重間の距離をできる限り小さくしてモーメントアームの長さを縮小することで、揺動アーム１４を倒すモーメントをできる限り小さく抑える必要がある。そこでピン２１とピン２２との距離(すなわちリンクアーム１２とリンクロッド１５との距離)をできる限り小さくすることが必要である。
【００３７】
またリンクアーム１２の強度解析をしてみると、大きさが同じ荷重を作用させてみると、圧縮方向に荷重が作用する場合に生じる変形よりも引っ張り方向に荷重が作用する場合に生じる変形のほうが大きいことが知見された。そこでリンクアーム１２の厚みを厚くする必要のあることが分かった。またリンクアーム１２に荷重が作用したときの解析結果によれば、荷重は小端部１２ｂよりも大端部１２ａに大きく影響することが知見された。そこで上述の通り、小端部１２ｂの厚さｔを、大端部１２ａの厚さＴよりも薄くした。また小端部１２ｂの肉厚ｄを、大端部１２ａの肉厚Ｄよりも薄くした。このようにすることで形状の適正化を図ったのである。このようにすることでピン２１とピン２２との距離(すなわちリンクアーム１２とリンクロッド１５との距離)を小さく抑えることができ、揺動アーム１４を倒すモーメントを抑制できたのである。また大端部１２ａの厚さは強度を確保できる厚さであるとともに、駆動カム１１２に対する摺動面積も十分に確保でき、焼き付け等を生じにくいのである。
【００３８】
（第２実施形態）
図９は、本発明による動弁機構の第２実施形態のリンクアームを示す図であり、図９(Ａ)は斜視図、図９(Ｂ)は平面図、図９(Ｃ)は正面図、図９(Ｄ)は右側面図である。
【００３９】
なお以下では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００４０】
第１実施形態では、リンクアーム１２の大端部１２ａの外周面と同心に、摺動面１２ｃが形成していたが、リンクアーム１２の解析結果により、リンクアーム１２に作用する荷重は、大端部１２ａの上側よりも下側に大きく影響することが知見された。そこで本実施形態では、摺動面１２ｃの中心Ｑ１が、大端部１２ａの外周面の中心Ｑよりも上方になるようにしたのである。すなわち、リンクアーム１２の大端部１２ａの径方向の肉厚は一様ではなく、図９(Ｃ)に示すように下端付近が最厚Ｄmaxである。
【００４１】
本実施形態によれば、リンクアーム１２の形状のさらなる最適化を図ることができるのである。
【００４２】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【００４３】
例えば第１実施形態では、大端部１２ａの突出方向が揺動アーム側となっていたが、図１０に示すように大端部１２ａをウェブプレート側にのみ突出させたり、図１１に示すように大端部１２ａを揺動アーム側及びウェブプレート側の両方向に突出させてもよい。なおウェブプレート側に突出させる場合は、これに対応してウェブプレート１３３に切り欠き１３３ａを形成しておくことで、大端部１２ａとの干渉を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明によるエンジン動弁機構の第１実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明によるエンジン動弁機構の第１実施形態を示す三面図である。
【図３】本発明による動弁機構の第１実施形態の駆動カムを示す図である。
【図４】本発明による動弁機構の第１実施形態のリンクアームを示す図である。
【図５】エンジンを高速高負荷で運転するときの動弁機構の状態を示す図である。
【図６】エンジンを低速低負荷で運転するときの動弁機構の状態を示す図である。
【図７】動弁機構を調整したときのバルブのリフト量及び開閉タイミングを示す図である。
【図８】本発明の効果を説明するための図である。
【図９】本発明による動弁機構の第２実施形態のリンクアームを示す図である。
【図１０】本発明による動弁機構の他の実施形態を示す図である。
【図１１】本発明による動弁機構のさらに他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  動弁機構
１１  駆動軸
１１１  駆動軸本体
１１２  駆動カム
１１２ａ  カムボディ
１１２ｂ  ボス部
１２  リンクアーム
１２ａ  大端部
１２ｂ  小端部
１２ｅ  段部
１３  バルブリフト制御軸
１３１  メインジャーナル
１３２  クランクピン(偏心部位)
１３３  ウェブプレート
１４  揺動アーム
１５  リンクロッド
１６  揺動カム
２１  ピン(第１の回動支点)
２２  ピン(第２の回動支点)
２３  ピン(第３の回動支点)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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