JP2004036619A - リフト量調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カムシャフトによって駆動されるバルブにつき、簡単な構造にして、内燃式エンジンへの取り付け性に優れたリフト量調整装置を提供する。
【解決手段】カムシャフト２０によって駆動されるバルブ２のリフト量を調整する装置であって、少なくとも二つの異なるリフト量のカム１６を有するカムシャフト２０と、固定部材側に支持されたバルブレバー６と、当該バルブレバー６に回転可能に配置された取付けピンと、当該取付けピンに配置され、取付けピンが所定の回転位置にある場合に、互いに異なるリフト量でバルブ２を作動させる複数のカム１６のうちの少なくとも一つと協働する従動装置１０と、取付けピンを回転駆動するための回転装置と、取付けピンを所定の回転位置においてロック可能とするロック装置とを有する装置を構成する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カムシャフトによって駆動されるバルブのリフト量を調整するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば内燃機関エンジンの吸気バルブといったように、カムシャフトによって駆動されるバルブについては、各種の有用性のためにそのリフト量調整（開度調整）が行われる。例えば非全開範囲における少な目のリフトにより、新鮮な流体の誘導速度が高まることで混合気の準備促進が図られる。かかるリフト量調整装置としては各種の形態が公知とされている。
例えばドイツ特許公開第３１１９１３３Ａ１号公報では、各バルブに対応した異なるカム曲線形状を有する二つの制御カムが配されたリフト量調整装置が開示されている。カム制御リフトからバルブへの伝達に際しては、揺動レバーが二つの制御カムに対応する。当該揺動レバーは、一方の揺動レバーのための偏心ベアリング部とともにコントロールシャフト上に配置される。このコントロールシャフトの回転により、一方の、または他方の揺動レバーが、エンジン回転数に応じ、対応するカム制御曲線と選択的に係合するよう構成さえる。
【０００３】
特開２００１−２０７８１４号公報では、カムシャフトの軸方向に互いに並列状となるように配置された異なるリフト量を有する複数のカムが配設されたリフト量調整装置が開示されている。この装置では、カムと協働する従動メンバが、全体として軸方向に変位可能とされたシャフトに配され、このシャフトの軸方向変位により、異なるカムがカム従動メンバと協働して作動される。
【０００４】
【特許文献１】
ドイツ特許公開第３１１９１３３Ａ１号公報
【特許文献２】
特開２００１−２０７８１４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、カムシャフトによって駆動されるバルブにつき、簡単な構造にして、内燃式エンジンへの取り付け性に優れたリフト量調整装置を提供することをその課題とする。この種のエンジンでは、例えばシリンダヘッドといった固定側部材に支持されるとともに好ましくはカム曲線に従動するローラといった従動メンバが配されたバルブレバーを介し、カムシャフトによって駆動される負荷変更バルブが配されることが多い。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、上記課題を解決するべく、リフト量調整装置の基本的な構成をもって特徴づけられる。従属項に記載の発明は、本発明に係る装置の有用な態様および発展形態に関する。本発明は、リフト量調整が行なわれる限りにおいては、カムシャフトによって作動される全てのバルブに対して適用可能である。特に本発明は、内燃式エンジンの往復動するピストンのカムシャフトによって駆動されるバルブに対して好適に用いられ得る。本発明は、以下において、図面を参照しつつ例示的に詳説される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１および図２に示すように、吸入バルブ２の幹部は、閉鎖用のスプリング４によって閉じ位置側に付勢されるとともに、エンジンに対して固定状とされた部材、好ましくは遊び補償要素８上にて、バルブの幹部から離間する側の端部で支持されたバルブレバー６を介して作動される。バルブレバー６には、カムシャフト２０上に配されたカム１６に対して協働状に従動する少なくとも一つのカムローラ１０が支持される。
【０００８】
カムシャフト２０の回転に伴ない、バルブレバー６に支持されたカムローラ１０はカム１６によって下方に付勢され、これによりバルブレバー６が図中反時計回りに回動動作し、吸気バルブ２がスプリング４の付勢力に抗して開放される。これらの構成は周知ゆえ、その詳細な説明については便宜上省略する。
【０００９】
図１および図２に示す構成の詳細につき、図３を参照しつつ説明する。
図３に示すように、カムシャフト２０は互いに並列状に配された三つのカム１６，１７，１８を有する。これらのカム１６，１７，１８は、共通のベース領域に配されるとともに、リフト量（バルブ動作量）の異なるカムリフト部を有する。カム１６，１８は互いに同形に形成されてフルリフト（最大リフト量）対応のカムを構成する。パートリフト用のカム１７はフルリフト用のカム１６，１８の間に配置され、最大リフト量より小さなリフト量をなすように構成される。
【００１０】
バルブレバー６には凹部２２が形成される。当該凹部２２には、図３に詳細が示された取付けピン２４が支持される。取付けピン２４は、５つの取付け部分２４１，２４２，２４３，２４４，２４５を有する。取付け部分２４１，２４５は同軸Ａ上に形成される。取付け部分２４２，２４４は、取付け部分２４１，２４５の内側に隣接するとともに、軸Ａに対して変位された同軸Ａｖ上に形成される。従って取付け部分２４２，２４４は取付け部分２４１，２４５に対して偏心状に配置される。中央の取付け部分２４３は、軸Ａに関し、取付け部分２４２，２４４と反対側に変位した軸ＡＴ回りに形成される。軸Ａに対する軸Ａｖの変位量は、軸Ａに対する軸ＡＴの変位量と等しく構成するのが好ましい。
【００１１】
カムローラ１１は取付け部分２４３上に配置され、カムローラ１０，１２は各取付け部分２４２，２４４上にそれぞれ配置される。取付け部分２４１，２４５は凹部２２に配置されるとともに、各取付け部分２４１，２４５それぞれの外側端部に摩擦ディスク２６，２７が配置される。摩擦ディスク２６，２７は取付けピン２４と一体回転するように当該取付けピン２４取付けられる。取付けピン２４には、各カムローラおよび摩擦ディスク間にスペーサーディスクを適宜に配置することが可能である。
【００１２】
組み付け状態においては、取付け部分２４１，２４５はバルブレバー６の側壁に形成された凹部２２に係合し、カムローラ１０，１１，１２は当該バルブレバー６の側壁間に配置され、摩擦ディスク２６，２７はバルブレバー６の側壁の外側に配置されることとなる。かかる配置により、カムローラ１１はパートリフト用のカム１７に対応することでパートリフト用のカムローラを構成する。また取付け部分２４３は、カムローラ１１を支持するためのパートリフト用の取付け部構成することとなる。
【００１３】
カムローラ１０，１２はフルリフト用のカム１６，１８に対応するよう配置され、これにより取付けピン２４のフルリフト用取付け部２４２，２４４に取付けられたフルリフト用のカムディスクを構成する。
偏心径ないし偏心量は、取付けピン２４の回転によってフルリフト用の取付け部２４２，２４４がＢ−Ｂ軸（図３参照）に向かう際に、バルブが閉鎖した状態において、フルリフト用のカムローラ１０，１２がカムの基円を受承するように適宜に設定される。取付けピン２４が１８０度回転する際、カムローラ１０，１２は基円部から離間するように移動し、カムローラ１１は、当該カムローラ１１がパートリフト用のカムローラを構成するとともに、取付け部２４３がパートリフト用の取付け部を構成するべく、基円を受承する。
摩擦ディスク２６，２７は、カムシャフト２０の周面を支承可能な適宜の径とされる。
【００１４】
取付けピン２４が１８０度変位した二つの回転位置にてロック可能とされ、フルリフト用のカム１６，１８およびパートリフト用のカム１７と協働することが可能に構成される。摩擦ディスク２６，２７の各内側には凹部３０（摩擦ディスク２６の凹部は図３にのみ示される）が形成される。摩擦ディスク２６の凹部３０は、摩擦ディスク２７の凹部３０と１８０度変位した状態とされる。後述するロック装置はこの凹部３０に係合可能とされる。
【００１５】
バルブレバー６の互いに対向する開口部にはスリーブ３２が取付けられる。スリーブ３２は中空状とされ、ピストン３４が摺動可能に配される。ピストン３４は、スリーブ３２に変位不能に取付けられたブッシュ３８を通じ、シャンク３６とともに可動とされる。シャンク３６の自由端に取付けられた状態のカバー４０がスリーブ３２内をガイドされる。圧縮用のスプリング４２がカバー４０とブッシュ３２の間に配される。ブッシュ３２とピストン３４の間には圧力室４４が形成され、当該圧力室４４は、開口４６を通じた流体圧によって作動可能とされている。圧力室４４の駆動圧は、特に図示しない圧力源を、導通路を介して開口４６に通じることで供給され、制御装置によって適宜供給制御される。
【００１６】
図４は、圧力室４４に流体圧が作用した場合のピストン３４とカバー４０の位置を示す（図中右側に変位）。図５は、圧力室４４が減圧された場合に、ピストン３４とカバー４０が、スプリング４２の付勢力により図中左方向に変位した状態を示す。
【００１７】
上述したロック装置（一般に符号５０で示す）がバルブレバー６に係合した場合、図５に示す位置に置かれたカバー４０は摩擦ディスク２６の凹部３０に突出し、その回転を規制する。図４に示す位置では、ピストン３４は摩擦ディスク２７の凹部（図示しない）へと突出し、その回転を規制する。各摩擦ディスクにおける凹部により例えば下記の作用が奏される。すなわち、摩擦ディスク２６の回転動作が規制された場合、取付けピン２４はフルリフト状態に置かれ、この状態では、フルリフト用のカム１６，１８が作動される。摩擦ディスク２７の回転動作が規制された場合、取付けピン２４はパートリフト状態に置かれ、この状態では、パートリフト用のカム１７が対応するローラによって協働状に従動され、作動状態に置かれる。
【００１８】
このようなフルリフト状態とパートリフト状態との作動モード切替は下記のようになされる。ロック装置５０が図５に示す状態とされた場合、摩擦ディスク２６の回転動作が規制され、カムローラ１０，１２がフルリフト用のカム１６，１８と協働状に駆動可能とされ、これによりフルリフト駆動が行なわれる。
【００１９】
特に図示しないエンジンの駆動条件により、パートリフト状態に切替える必要が生じた場合、圧力室４４には流体圧が作用し、カバー４０が摩擦ディスク２６の外に移動する。これにより摩擦ディスク２６は回転動作が許容されることとなる。各摩擦ディスクの周面は、摩擦力を伝達可能にカムシャフト２０の外周面と接触しており、圧力室４４の流体圧によって図中右方向に変位したピストン３４が摩擦ディスク２７の凹部（図示しない）に係合して、当該摩擦ディスク２７の更なる回転動作を規制するに至るまで、カムシャフト２０の回転動作によって回転駆動されることとなる。摩擦ディスク２７のロック位置において、カムローラ１１はパートリフトカム１７と協働状に作動可能とされ、バルブはそのリフト量が減少した状態で駆動されることとなる。
【００２０】
この形態の有用な点として、摩擦ディスク２６，２７の周面は、取付けピン２４のロック位置においてカムシャフト２０に向かう領域が平坦状とされるため、ロック状態において摩擦係合を最小限のものとすることが可能である。バルブが完全に閉鎖される前において、摩擦ディスクの回転動作、およびそれに伴う取付けピン２４の回転動作が許容されている場合、取付けピン２４は、各取付け軸の偏心作用を介し、未だカムの力を受けているカムローラによって回転駆動されることとなり、摩擦ディスクはそれに応じて回転駆動され、カムシャフトと摩擦接触するに至る。これにより各カムの基円部のみが作動される場合であっても、確実なモード切替動作が確保されることになる。
【００２１】
回転する平坦状の摩擦ディスク２６，２７の他の制御方法として、各摩擦ディスク２６，２７のうちピストン３４およびブッシュ３８に向かう各内壁面側に、互いに１８０度変位した傾斜部をそれぞれ形成してもよい。これにより、一方の摩擦ディスクが開放された場合（回転動作が許容された場合）、ピストンとブッシュとが他方の摩擦ディスク側の傾斜部に向かうように構成する。傾斜部には傾斜面が形成されており、当該他方の摩擦ディスクの回転は、ピストンおよびブッシュの当接によって規制されるように構成される。この結果、一方の摩擦ディスクはカムシャフト２０を支承しつつ回転することとなる。
【００２２】
リフト量調整装置の変更形態が図６から図１２までに示される。
上記した実施形態との相違として、この変更形態では、バルブレバー６が、従動突起６２，６４を有するよう構成される。これらの従動突起６２，６４は、カムローラ１０，１１，１２、ないしカム１６，１７，１８のいずれもが作動状態とされていない場合に、バルブ２が閉鎖された状態で、カムシャフト２０の円筒形状の周面５２，５４に当接して支承状態とされる。図６から１２では特に図示されない摩擦ディスク２６，２７（図３参照）ないし取付けピン２４は、三つのロック位置、すなわちバルブのフルリフト状態、パートリフト状態、ゼロリフト状態に対応する位置間で切替え可能とされている。フルリフト用の取付け部２４２，２４４は、特に図９に示されるように、取付けピン２３のパートリフト用の取付け部２４３に対して１２０度（２４０度）変位して配置される。これにより、取付けピン２４のロック位置は、フルリフト用の取付け部２４２，２４４上に取付けられたフルリフト用のカムローラが作動可能とされた位置に対応する。１２０度変位した取付けピン２４の他のロック位置では、パートリフト用の取付け部２４３上に取付けられたパートリフト用のカムローラ１２が作動可能とされる。さらに１２０度変位した取付けピン２４の他の位置では、カムローラは作動不能状態とされ、従動突起６２，６４がカムシャフト２０の周面５２，５４を支承する。これにより、バルブ２が閉鎖された状態で、バルブレバー６は、遊び補償要素８によってカムシャフトに対し遊びが存しないように支持可能とされる。
【００２３】
上記変更形態では、ロック装置５０（図４参照）は、摩擦ディスク２６，２７が三つの回転位置においてロック状に支持可能に構成されるべきである。例えば１２０度ずつ変位した凹部を摩擦ディスクの内壁側に形成し、当該凹部にプッシュ式のロッド部材が係合可能とされるよう構成してもよい。この場合、ロッド部材は流体圧や磁力を利用してスリーブ３２から突出可能に構成することが好ましい。とりわけ三つのロック位置が順次に現れるように構成するのが好ましい。さらに摩擦ディスクをロックする他の手法として、流体圧や磁力で駆動される三つのピンを構成し、更にこれらのピンに係合する三つの凹部を構成してもよい。この場合、例えば、三つの凹部のうちの二つにつき、一方の摩擦ディスクの異なる径方向位置に配置し、残りの凹部につき他方の摩擦ディスクに配置するといった構成が可能である。
【００２４】
上記種々の変更例においては、既存のシリンダヘッドを用いつつ、カムシャフトとバルブレバーのみを変更すれば足りるという利点がある。
【００２５】
上記した各種の形態は、様々に構成を変更することができる。例えば、取付けピンに偏心状のコンタクト面に直接形成することで、カムローラを省略する構成が可能である。追加的なカムローラを取付けレバーの従動突起に取付ける構成も可能である。４つ以上のロック位置を、対応する従動装置とともに設定する構成も可能である。これによりリフトを更にきめ細かく調整可能とすることができる。上記の実施形態のように、取付けピン２４をカム１６，１８および周面５２，５４で左右対称に２重に支承することで、当該取付けピン２４に不用意な回転モーメントが生じないように構成してもよいが、この左右対称の支承を省略してもよい。この場合には、取付けピン２４の傾動防止支持をなすことが好ましい。
【００２６】
本リフト量調整装置では、各種のロック位置間で回転する取付けピン２４が設けられるとともに、ロック装置につき、例えば流体圧、あるいは取付けピン２４を直接駆動するステップモータ等のように、幅広い駆動構成態様を適宜に採用することが可能である。この場合、摩擦ディスクを省略することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、カムシャフトによって駆動されるバルブにつき、簡単な構造にして、内燃式エンジンへの取付け性に優れたリフト量調整装置が提供されることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリフト量調整装置の斜視図を示す。
【図２】本発明に係るリフト量調整装置について、図１とは異なる方向での斜視図を示す。
【図３】本発明に係るリフト量調整装置につき、分解斜視図として示す。
【図４】ロック装置の断面図を示す。
【図５】ロック装置につき、図４とは異なる作動位置に置かれた状態の断面図を示す。
【図６】本発明に係る更なる実施形態につき斜視図として示す。
【図７】図６に示す装置の側面を示す。
【図８】図６の装置における取付けピンの斜視図を示す。
【図９】図８に示される取付けピンの側面図を示す。
【図１０】カムローラに係合された取付けピンの斜視図を示す。
【図１１】図６に示す実施形態におけるバルブレバーの斜視図を示す。
【図１２】取付けピンおよびカムローラに係合されたバルブレバーの斜視図を示す。
【符号の説明】
２　吸入バルブ
４　スプリング
６　バルブレバー
６２，６４　従動突起
８　遊び補償要素
１０，１１，１２　カムローラ
１６，１７，１８　カム
２０　カムシャフト
２２　凹部
２４　取付けピン
２６，２７　摩擦ディスク

Claims (11)

1. カムシャフトによって駆動されるバルブのリフト量を調整する装置であって、
   少なくとも二つの異なるリフト量のカムを有するカムシャフトと、
   固定部材側に支持されたバルブレバーと、
   当該バルブレバーに回転可能に配置された取付けピンと、
   当該取付けピンに配置され、前記取付けピンが所定の回転位置にある場合に、互いに異なるリフト量で前記バルブを作動させる複数のカムのうちの少なくとも一つと協働する従動装置と、
   前記取付けピンを回転駆動するための回転装置と、
   前記取付けピンを所定の回転位置においてロック可能とするロック装置とを有することを特徴とするリフト量調整装置。
2. 請求項１に記載のリフト量調整装置であって、
   前記カムのうちの少なくとも一つは、前記バルブのリフト量が最大となるように設定されたフルリフト用のカムであり、他は前記バルブが前記最大リフト量よりも少ないリフト量となるように設定されたパートリフト用のカムであり、
   前記取付けピンは、当該取付けピンの長軸に対して偏心状に配置されるとともに、互いに所定角度だけ変位した関係とされた少なくとも一つのフルリフト用の取付け部および少なくとも一つのパートリフト用の取付け部を有し、
   フルリフト用のカムローラが、前記フルリフト用の取付け部の少なくとも一つに取付けられ、パートリフト用のカムローラが前記パートリフト用の取付け部の少なくとも一つに取付けられることを特徴とするリフト量調整装置。
3. 請求項２に記載のリフト量調整装置であって、
   前記カムシャフトは、二つのパートリフト用のカムと当該パートリフト用カムの間に配置された一つのフルリフト用のカムを有し、あるいは、二つのフルリフト用のカムと当該フルリフト用カムの間に配置された一つのパートリフト用のカムを有することを特徴とするリフト量調整装置。
4. 請求項３に記載のリフト量調整装置であって、
   前記回転装置は、前記取付けピンに対して一体状に回転可能に取付けられるとともに、当該取付けピンの回転のために、外周面が前記カムシャフトの周面と係合して摩擦力を伝達可能とされた少なくとも一つの摩擦ディスクによって構成されることを特徴とするリフト量調整装置。
5. 請求項４に記載のリフト量調整装置であって、
   前記摩擦ディスクの少なくとも一つは、前記取付けピンの所定の回転位置において、前記カムシャフトに向かう周面領域が平坦状に形成されるとともに、当該所定の回転位置以外の位置に置かれた前記摩擦ディスクが回転可能となるように駆動する手段を更に有することを特徴とするリフト量調整装置。
6. 請求項４または５に記載のリフト量調整装置であって、
   前記ロック装置は少なくとも一つの摩擦ディスクと協働することを特徴とするリフト量調整装置。
7. 請求項４から６までのいずれかに記載のリフト量調整装置であって、
   前記取付けピンは前記バルブレバーと係合するとともに、両端部それぞれにおいて前記摩擦ディクスを受承することを特徴とするリフト量調整装置。
8. 請求項７に記載のリフト量調整装置であって、
   前記ロック装置は、前記取付けピンと平行に延在するバルブレバーの開口に沿って往復動可能に構成され、一方の端部位置において第１の摩擦ディスクに当接して当該第１の摩擦ディスクの回転を規制する一方、他方の端部位置において第２の摩擦ディスクに当接して当該第２の摩擦ディスクの回転を規制するロックピンを有するとともに、前記二つの摩擦ディスクに対する各当接動作は、回転角度に関して互いに１８０度変位した位置においてなされることを特徴とするリフト量調整装置。
9. 請求項８に記載のリフト量調整装置であって、
   前記ロックピンは、開口部を通じてガイドされるピストンによって形成されるとともに、開口部に固定状に配置されたスリーブを通じてシャンクとともに突出可能とされ、前記シャンクとスリーブの間には圧縮用のスプリングが配され、流体圧によって作動する圧力室が前記スリーブとピストンの間に形成されることを特徴とするリフト量調整装置。
10. 請求項２から４までのいずれか、または９に記載のリフト量調整装置であって、
    前記少なくとも一つのフルリフト用の取付け部は、前記少なくとも一つのパートリフト用の取付け部に対し、前記取付けピンの軸回りに、互いに１８０度変位して偏心状に配置されることを特徴とするリフト量調整装置。
11. 請求項１から９までのいずれかに記載のリフト量調整装置であって、
    前記バルブレバーは少なくとも一つの従動突起を有し、当該従動突起は、複数のカムのいずれとも協働しない更なる回転位置において、当該カムの円筒周面に支承可能とされ、前記カムシャフトが回転する際にバルブの閉鎖状態を維持することを特徴とするリフト量調整装置。

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