JP2005076598A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 バルブリフト制御が熱の影響を受けない内燃機関の可変動弁機構の提供。
【解決手段】 シリンダヘッド２５のカムキャリア２６間に配置されたアームアッシ１３と、アームアッシ内に配置されたスライダー１２と、スライダーを軸方向に駆動するコントロールシャフト１１とを有し、アームアッシ１３とスライダー１２との相対位置を変化させることによってバルブリフト量を変化させるようにした内燃機関の可変動弁機構において、カムキャリア２６部にカムキャリアに対して移動可能なスペーサ２７を配置しスペーサ２７間にアームアッシ１３を挟持してアームアッシとスペーサとの直列配列体を作成し、スペーサ２７およびアームアッシ１３をコントロールシャフト１１とほぼ同一の熱膨張係数を有する材料から形成した内燃機関の可変動弁機構１０。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁機構に関する。

特開２００１−２６３０１５号公報は、軸方向に駆動されるコントロールシャフトと、コントロールシャフトに連動して軸方向に駆動されるスライダーと、互いに相対回転可能なカム被打部とバルブ打部を有するアームアッシと、スライダーとカム被打部間に設けられた捩じりスプラインからなる第１のスプラインおよびスライダーとバルブ打部間に設けられ第１のスプラインと逆方向に捩じられた捩じりスプラインからなる第２のスプラインと、を備えた内燃機関の連続可変動弁機構を開示している。そこでは、コントロールシャフトを軸方向に駆動し、それに連動してスライダーを軸方向に駆動し、スライダーの軸方向動きによってカム被打部とバルブ打部との相対位相関係を変えてバルブリフト量を変える。
特開２００１−２６３０１５号公報

しかし、上記の従来の連続可変動弁機構には、つぎの問題がある。
アームアッシはカムキャリア間に配置されてカムキャリアに対して位置決めされており、コントロールシャフトは全カムキャリア間にわたって延びて一端でカムキャリアに位置決めされ支持されている。また、カムキャリアとコントロールシャフトの材料は異なり、熱膨張係数が異なる。たとえば、カムキャリアの材料はアルミ合金であり、コントロールシャフトの材料はスチールである。
上記構造では、アームアッシはカムキャリアの熱膨張によって移動し、スライダーはコントロールシャフトの熱膨張によって移動するため、カムキャリアとコントロールシャフトとに熱膨張差が生じると、スライダーとアームアッシの位置関係が変わり、それによってバルブリフト量が変わる。その結果、バルブリフト制御が熱の影響を受け、気筒間でも変化し、適正なリフト制御ができない。

本発明の目的は、バルブリフト制御が熱の影響を受けない内燃機関の可変動弁機構を提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） シリンダヘッドのカムキャリア間に配置されたアームアッシと、アームアッシ内に配置されたスライダーと、スライダーを軸方向に駆動するコントロールシャフトとを有し、アームアッシとスライダーとの相対位置を変化させることによってバルブリフト量を変化させるようにした内燃機関の可変動弁機構において、カムキャリア部にカムキャリアに対して移動可能なスペーサを配置しスペーサ間にアームアッシを挟持してアームアッシとスペーサとの直列配列体を作成し、スペーサおよびアームアッシをコントロールシャフトとほぼ同一の熱膨張係数を有する材料から形成した内燃機関の可変動弁機構。
（２） コントロールシャフトをシリンダヘッド長手方向に支持する基準位置と、アームアッシとスペーサの直列配列体をシリンダヘッド長手方向に支持する基準位置とを、シリンダヘッド長手方向にほぼ合わせた（１）記載の内燃機関の可変動弁機構。
（３） コントロールシャフト、アームアッシ、スペーサの材料がスチールで、カムキャリアの材料がアルミ合金である（１）または（２）記載の内燃機関の可変動弁機構。

上記（１）の内燃機関の可変動弁機構では、アームアッシとスペーサとの直列配列体を作成し、スペーサおよびアームアッシをコントロールシャフトとほぼ同一の熱膨張係数を有する材料から形成したので、温度が変化しても、アームアッシとスペーサとの直列配列体とコントロールシャフトとはほぼ同量熱膨張、収縮するだけであり、アームアッシと、コントロールシャフトによって移動されるスライダーとは、相対移動しない。したがって、熱の影響を受けてバルブリフト量が変わることはない。
上記（２）の内燃機関の可変動弁機構では、コントロールシャフトの基準位置とアームアッシとスペーサの直列配列体の基準位置とをほぼ合わせたので、どの気筒に対しても、アームアッシとスライダーとが相対移動することがなく、どの気筒においても、熱の影響を受けてバルブリフト量が変わることはない。
上記（３）の内燃機関の可変動弁機構では、コントロールシャフト、アームアッシ、スペーサの材料がスチールで、カムキャリアの材料がアルミ合金であるため、温度が上昇した時に、カムキャリアの位置はアルミ合金の熱膨張係数にしたがって大きく変位するが、アームアッシはスペーサと直列配列となっているので、スチールの熱膨張係数にしたがって小さく変位する。このとき、スペーサはカムキャリアに対して相対的に移動する。一方、コントロールシャフトは、スチールの熱膨張係数にしたがって伸縮し、コントロールシャフトにより移動されるスライダーもスチールの熱膨張係数にしたがって変位する。したがって、アームアッシとスライダーは、両者ともにスチールの熱膨張係数にしたがって変位し、両者が熱の影響を受けて相対的に移動することはない。したがって、バルブリフト量も熱の影響を受けない。

以下に、本発明の内燃機関の可変動弁機構を、図１〜図９を参照して、説明する。ただし、図９は比較例（従来構造）を示す。

本発明の連続可変動弁機構１０は、バルブリフトを連続的に（無段階に）変えることができる内燃機関の連続可変動弁機構である。
本発明の可変動弁機構１０は、図１〜図８に示すように、軸方向に駆動されるコントロールシャフト１１と、コントロールシャフトに連動して軸方向に駆動されるスライダー１２と、互いに相対回転可能なカム被打部１４とバルブ打部１５を有するアームアッシ１３と、スライダー１２とカム被打部１４間に設けられた捩じりスプラインからなる第１のスプライン１６、およびスライダー１２とバルブ打部１５間に設けられ第１のスプラインと逆方向に捩じられた捩じりスプラインからなる第２のスプライン１７と、を備えている。第１のスプライン１６は、スライダー１２側に形成されたスライダースプライン１６ａと、カム被打部１４に形成されたアームスプライン１６ｂとからなる。第２のスプライン１７は、スライダー１２側に形成されたスライダースプライン１７ａと、バルブ打部１５に形成されたアームスプライン１７ｂとからなる。

上記の内燃機関の可変動弁機構１０において、シリンダヘッド２５の上にカムキャリア２６が載置されて固定されており、アームアッシ１３はシリンダヘッド２５の各気筒対応部である各カムキャリア２６（のカムジャーナル壁部）間に配置されている。カムキャリア２６がシリンダヘッド上に載置されない場合はアームアッシ１３はシリンダヘッド２５の各気筒対応部に配置され、そのような場合も本発明は含み、その場合は、「各カムキャリア２６間に配置され」は「シリンダヘッド２５の各気筒対応部に配置され」と読むものとする。スライダー１２はアームアッシ１３内に配置されている。コントロールシャフト１１は全カムキャリア２６間部にわたって延びている。

コントロールシャフト１１をアクチュエータ１８によって軸方向に駆動し、それに連動してスライダー１２を軸方向に駆動し、スライダー１２の軸方向動きによってカム被打部１４とバルブ打部１５との相対角度θを変え、バルブリフト量を変える。

カム１９のカムノーズがアームアッシ１３のカム被打部１４を叩いてアームアッシ１３を揺動させ、アームアッシ１３のバルブ打部１５が揺動してローラロッカ２０のローラ２１を押し、ローラロッカ２０をラッシュアジャスタ２２の頭部である揺動支点まわりに揺動させ、ローラロッカ２０の先端部でバルブ２３をバルブスプリング２４の付勢に抗して押してリフトさせ、バルブ２３を開閉させる。スライダー１２が軸方向に動いた時に、捩じりスプライン１６、１７によってカム被打部１４とバルブ打部１５とが互いに逆回転するので、カム被打部１４とバルブ打部１５との相対角度θが、機械的に連続的に変わり、バルブリフト量も連続的に変わる。

上記の内燃機関の動弁機構１０において、スペーサ２７が、カムキャリア２６部に対して移動可能に、カムキャリア２６部（のカムジャーナル壁部）を挿通して、配置されている。隣り合うカムキャリア２６部（のカムジャーナル壁部）に配置されたスペーサ２７の間に、アームアッシ１３が位置調整用のシム２８を介して挟持され、アームアッシ１３とスペーサ２７（およびシム２８）とを隙間なく直列に配列した直列配列体が作成される。スペーサ２７がカムキャリア２６に対して軸方向に移動可能となるように、スペーサ２７のフランジ部のカムキャリア２６部対向面と、カムキャリア２６部のスペーサ２７フランジ部対向面との間には、隙間３０が設けられている。スライダー１２は、ピン２９にてコントロールシャフト１１との各気筒対応部と連結しており、コントロールシャフト１１との各気筒対応部と同量、軸方向（シリンダヘッド長手方向）に動く。アームアッシ１３とスペーサ２７（およびシム２８）との直列配列体は、コントロールシャフト１１と並列に延びている。スペーサ２７およびアームアッシ１３は、コントロールシャフト１１とほぼ同一の熱膨張係数を有する材料から形成される。

コントロールシャフト１１をシリンダヘッド長手方向に支持する基準位置３１と、アームアッシ１３とスペーサ２７（およびシム２８）の直列配列体をシリンダヘッド長手方向に支持する基準位置３２とは、シリンダヘッド長手方向に位置をほぼ合わせられている。

具体的には、コントロールシャフト１１を軸方向に駆動するアクチュエータ１８をシリンダヘッド２５の長手方向一端部にある縦壁３３に支持した場合は、コントロールシャフト１１をシリンダヘッド長手方向に支持する基準位置３１はこの縦壁３３のアクチュエータ１８取付面となり、コントロールシャフト１１は基準位置３１を熱膨張、収縮の基準点として熱伸縮する。一方、アームアッシ１３とスペーサ２７（およびシム２８）の直列配列体の熱膨張、収縮の基準位置３２を縦壁３３に最も近いカムキャリア２６部（のカムジャーナル壁部）のアームアッシ１３側の面とし、該面に対しては、カムキャリア２６部とスペーサ２７のカムキャリア２６対向面との間の隙間３０はなくして、カムキャリア２６部とスペーサ２７のカムキャリア２６対向面とを軸方向に当てる。基準位置３１と基準位置３２とは、シリンダヘッド長手方向に近接しており、ほぼ同じ位置を基準として、アームアッシ１３とスペーサ２７（およびシム２８）の直列配列体と、コントロールシャフト１１およびスライダー１２が、シリンダヘッド長手方向に熱膨張、収縮することとなる。

コントロールシャフト１１、スライダー１２、アームアッシ１３、スペーサ２７、およびシム２８の材料は、それぞれ、たとえばスチールである。それに対し、カムキャリア２６、シリンダブロック２５の材料は、それぞれ、アルミ合金である。

つぎに、本発明の内燃機関の動弁機構の作用を説明する。
アームアッシ１３とスペーサ２７（とシム２８）との直列配列体を作成し、スペーサ２７（とシム２８）およびアームアッシ１３を、コントロールシャフト１１とほぼ同一の熱膨張係数を有する材料から形成したので、温度が変化しても、アームアッシ１３とスペーサ２７（とシム２８）との直列配列体とコントロールシャフト１１とは、シリンダヘッド長手方向に互いに近接している基準位置３１、３２からほぼ同量、熱膨張、収縮するだけであり、アームアッシ１３と、コントロールシャフト１１によって移動されるスライダー１２とは、熱膨張差による相対移動をしない。したがって、熱の影響を受けてバルブリフト量が変わることはない。この時、スペーサ２７は、カムキャリア２６に対して、シリンダヘッド長手方向にスライドし、移動する。

コントロールシャフト１１の基準位置３１と、アームアッシ１３とスペーサ２７（とシム２８）との直列配列体の基準位置３２とを、ほぼ合わせたので、どの気筒に対しても、アームアッシ１３とスライダー１２とがシリンダヘッド長手方向に相対移動することがなく、どの気筒においても、熱の影響を受けてバルブリフト量が変わることはない。

具体的には、コントロールシャフト１１、アームアッシ１３、スペーサ２７、シム２８の材料がスチールで、カムキャリア２６の材料がアルミ合金であるため、温度が上昇した時に、カムキャリア２６の位置はアルミ合金の熱膨張係数にしたがって変位するが（したがって、変位量が大）、アームアッシ１３はスペーサ２７、シム２８と直列配列となっているので、スチールの熱膨張係数にしたがって変位する（したがって、変位量が小）。このとき、スペーサ２７はカムキャリア２６に対して相対的に移動（スライド）する。一方、コントロールシャフト１１は、スチールの熱膨張係数にしたがって伸縮し、コントロールシャフト１１により移動されるスライダー１２もスチールの熱膨張係数にしたがって変位する。したがって、アームアッシ１３とスライダー１２は、両者ともにスチールの熱膨張係数にしたがって変位し、両者が熱の影響を受けて相対的に移動することはない。したがって、バルブリフト量も熱の影響を受けない。

これに対し、図９に示す比較例（従来例）では、各カムキャリア２６間部において、アームアッシ１３が、その両側のカムキャリア２６からシム２８を介して、シリンダヘッド長手方向に、位置決め、支持されている。したがって、温度が変化した時に、アームアッシ１３はアルミ合金製のカムキャリア２６の熱膨張係数でシリンダヘッド長手方向に移動し、コントロールシャフト１１はスチールの熱膨張係数でシリンダヘッド長手方向に移動し、アームアッシ１３とコントロールシャフト１１によって駆動されるスライダー１２とは、相対移動を起こす。その結果、バルブリフト量が、熱の影響を受けて変化し、気筒間でも変化する。この問題が、本発明では解消される。

本発明の効果を説明する。
まず、アームアッシとスペーサとの直列配列体を作成し、スペーサおよびアームアッシをコントロールシャフトとほぼ同一の熱膨張係数を有する材料から形成したので、熱の影響を受けてバルブリフト量が変わることを抑制することができる。
また、コントロールシャフトの基準位置とアームアッシとスペーサの直列配列体の基準位置とをほぼ合わせた場合は、どの気筒においても、熱の影響を受けてバルブリフト量が変わることを抑制することができる。
また、コントロールシャフト、アームアッシ、スペーサの材料がスチールで、カムキャリアの材料がアルミ合金である場合は、アームアッシとスライダーは、両者ともにスチールの熱膨張係数にしたがって変位し、両者が熱の影響を受けて相対的に移動することはなく、バルブリフト量も熱の影響を受けない。

本発明の内燃機関の可変動弁機構のアームアッシ、スペーサとその近傍部の断面図である。 本発明の内燃機関の可変動弁機構の、カムキャリア、カムシャフト、コントロールシャフトの位置関係を示す概略正面図である。 本発明の内燃機関の可変動弁機構の全体の正面図である。 本発明の内燃機関の可変動弁機構の平面図である。 本発明の内燃機関の可変動弁機構のうちコントロールシャフトの斜視図である。 本発明の内燃機関の可変動弁機構のうちコントロールシャフト、スライダ、アームアッシの一部、の斜視図である。 本発明の内燃機関の可変動弁機構のうちカム被打部の斜視図である。 本発明の内燃機関の可変動弁機構のうちバルブ打部の斜視図である。 従来の内燃機関の可変動弁機構のアームアッシとその近傍部の断面図である。

符号の説明

１０ 連続可変動弁機構
１１ コントロールシャフト
１２ スライダー
１３ アームアッシ
１４ カム被打部
１５ バルブ打部
１６ 第１のスプライン
１６ａ スライダースプライン
１６ｂ アームスプライン
１７ 第２のスプライン
１７ａ スライダースプライン
１７ｂ アームスプライン
１８ アクチュエータ
１９ カム
２０ ローラロッカ
２１ ローラ
２２ ラッシュアジャスタ（またはピボットなどの揺動支点）
２３ バルブ
２４ バルブスプリング
２５ シリンダヘッド
２６ カムキャリア
２７ スペーサ
２８ シム
２９ ピン
３０ 隙間
３１、３２ 基準位置
３３ 縦壁

Claims (3)

1. シリンダヘッドのカムキャリア間に配置されたアームアッシと、アームアッシ内に配置されたスライダーと、スライダーを軸方向に駆動するコントロールシャフトとを有し、アームアッシとスライダーとの相対位置を変化させることによってバルブリフト量を変化させるようにした内燃機関の可変動弁機構において、カムキャリア部にカムキャリアに対して移動可能なスペーサを配置しスペーサ間にアームアッシを挟持してアームアッシとスペーサとの直列配列体を作成し、スペーサおよびアームアッシをコントロールシャフトとほぼ同一の熱膨張係数を有する材料から形成した内燃機関の可変動弁機構。
2. コントロールシャフトをシリンダヘッド長手方向に支持する基準位置と、アームアッシとスペーサの直列配列体をシリンダヘッド長手方向に支持する基準位置とを、シリンダヘッド長手方向にほぼ合わせた請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構。
3. コントロールシャフト、アームアッシ、スペーサの材料がスチールで、カムキャリアの材料がアルミ合金である請求項１または請求項２記載の内燃機関の可変動弁機構。

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