JP2005180341A

JP2005180341A - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP2005180341A
Application number: JP2003423506A
Authority: JP
Inventors: Tomo Yokoyama; 友横山
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-12-19
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: JP4161210B2

Abstract

【課題】動弁機構を確実に可変可能としつつ、部品点数を減らしコストを低減することができる内燃機関の可変動弁装置を提供する。
【解決手段】アクチュエータ(50)の回転駆動力はドライブギヤ(52)、ドリブンギヤ(44)、排気側コントロールシャフト(40EX)を介して排気側のハーモニックギヤ(36)に伝達されるとともに、排気カムシャフト(10EX)の最もアクチュエータ側のハーモニックギヤと噛合する排気側のコントロールギヤ(41)、インタメギヤ(53A,54A)、吸気側のコントロールギヤ(41)を介して吸気側コントロールシャフト(40IN)に伝達される。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁装置に係り、詳しくは不等速継手を用いて吸排気バルブの開弁時期を可変制御可能な可変動弁装置に関する。

内燃機関（以下、エンジンともいう）には、吸気バルブと排気バルブ（以下、これらを総称して吸排気バルブともいう）が備えられているが、当該吸排気バルブは、クランクシャフトの回転とともに回転するカムシャフトのカムの形状や回転位相に応じたバルブリフト状態で開閉駆動されるので、開閉タイミングや開弁期間（バルブを開放している期間をクランクの回転角度で示した量）がカムの形状や回転位相に応じて変化することになる。

ところで、一般に吸気バルブや排気バルブの最適な開閉タイミングや開弁期間は、エンジンの負荷状態や速度状態に応じて異なっている。そこで、このようなバルブの開閉タイミングや開弁期間を変更できるようにした、所謂可変バルブタイミング装置（可変動弁装置）が各種提案されている。
特に、カム（カムローブ）とカムシャフトとの間に、偏心機構を用いた不等速継手を介装し、カムシャフトが１回転する間にカムの回転速度をカムシャフトの回転速度に対して増減させうるようにし、且つ偏心機構の偏心状態（即ち、カムを不等速回転させるハーモニックリングの軸心位置）を調整することで、バルブの開閉タイミング及び開弁期間を調整できるようにした技術も開発されている（特許文献１参照）。
特開平１０−２８０９２５号公報

上記特許文献１に開示された技術では、偏心機構の偏心状態、即ちハーモニックリングの軸心位置を調整する際、排気側のカムシャフトの一端に相対回転自在に外嵌されて設けられアクチュエータからの回転駆動力を受けて回転する排気側のドライブギヤ機構を介して排気側のコントロールシャフトが駆動されるとともに、インタメディエイトギヤ機構、吸気側のドライブギヤ機構を介して吸気側のコントロールシャフトが駆動されるよう構成されている。

しかしながら、このようにドライブギヤ機構が排気側、吸気側それぞれに設けられていると、その分スペースが必要になるとともにコストがかかってしまい好ましいことではない。
また、アクチュエータからの回転駆動力を一方のコントロールシャフト側からインタメディエイトギヤ機構等の中間歯車を介して他方のコントロールシャフト側へ伝達する場合、コントロールシャフトのねじりの影響等を考慮すると、動弁機構を確実に可変させるためには上記特許文献１のように中間歯車の介装位置をできるだけアクチュエータに近づけることが望ましい。

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、動弁機構を確実に可変可能としつつ、部品点数を減らしコストを低減することができる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の可変動弁装置では、内燃機関のシリンダヘッド上面に互いに平行に軸支される吸気側及び排気側の一対のカムシャフトと、前記一対のカムシャフトのいずれか一方の端部に相対回転自在に外嵌されて設けられるドライブギヤと、前記ドライブギヤに連結され、該ドライブギヤを回転させるアクチュエータと、前記シリンダヘッドに設けられた吸気及び排気バルブを駆動するカムを有し、前記一対のカムシャフトの外周にそれぞれ相対回転自在に外嵌されるカムローブと、前記一対のカムシャフトの外周にそれぞれ相対回転自在に外嵌されるとともに前記カムローブよりも前記アクチュエータ側に位置して設けられ、軸心が前記カムシャフトの軸心に対し偏心してなる偏心部と、該偏心部と一体且つ前記カムシャフトの軸心と同一の軸心を有するとともに該偏心部よりも前記アクチュエータ側に位置して設けられ、回転により前記偏心部の偏心方向を可変させるハーモニックギヤと、前記偏心部の外周に相対回転自在に外嵌されて設けられ、前記偏心部の軸心回りで前記カムシャフトと同期回転し、前記カムローブを前記カムシャフト回りで前記偏心部の軸心の前記偏心方向に応じて不等速回転させるハーモニックリングとからなる不等速継手と、前記シリンダヘッド上面の前記一対のカムシャフト間にそれぞれ前記カムシャフトに沿い延設され、前記ハーモニックギヤと噛合するコントロールギヤを一体に有し、該コントロールギヤを介して前記ハーモニックギヤを回転させる吸気側及び排気側の一対のコントロールシャフトと、該一対のコントロールシャフトのいずれか一方の端部に一体にして前記ドライブギヤに対応するよう設けられ、前記ドライブギヤと噛合するドリブンギヤと、前記ハーモニックギヤのうち最も前記アクチュエータ側に位置する吸気側及び排気側の各ハーモニックギヤとそれぞれ噛合する吸気側及び排気側の各コントロールギヤ間に配設されるアイドルギヤとを備えたことを特徴としている。

上記手段を用いる本発明の請求項１の内燃機関の可変動弁装置によれば、一つのドライブギヤだけでアクチュエータからの回転駆動力を吸気側及び排気側のコントロールシャフトへ伝達することができる。
また、ハーモニックギヤをカムローブ及び偏心部よりもアクチュエータ側に配設するようにし、ドライブギヤ、ドリブンギヤを介してコントロールシャフト（例えば、排気側のコントロールシャフト）へ伝達されるアクチュエータの回転駆動力を、いずれか一方のカムシャフト（例えば、排気側のカムシャフト）に設けられた最もアクチュエータ側に位置する、即ち最もドライブギヤ側に位置するハーモニックギヤと噛合する最もドリブンギヤと近距離のコントロールギヤからアイドルギヤを介して他方のカムシャフト（例えば、吸気側のカムシャフト）に対応するコントロールシャフト（例えば、吸気側のコントロールシャフト）へ伝達するようにしているので、アクチュエータの回転駆動力を一方のコントロールシャフト（例えば、排気側のコントロールシャフト）のねじれの影響を極力低減して他方のコントロールシャフト（例えば、吸気側のコントロールシャフト）に伝達することができる。

これにより、アクチュエータの回転駆動力を吸気側及び排気側の各ハーモニックギヤに良好に伝達して確実に動弁機構を可変可能としつつ、部品点数を減らしてエンジンの簡素化、軽量化ひいては低コスト化を図ることが可能である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１〜図３を参照すると、本発明に係る可変動弁装置を備えたエンジンのシリンダヘッドの上視図、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図が示されており、以下、図１〜図３に基づき説明する。
エンジン１は、シリンダ４が当該エンジン１の長手方向に４つ列設されるとともに一気筒４バルブからなる直列４気筒ＤＯＨＣ１６バルブエンジンであり、シリンダヘッド２下面には気筒毎に２本の吸気バルブ、２本の排気バルブ（図２に各１本づつ図示されている）が配設されるとともに中心部に位置して点火プラグ３が配設されている。また、シリンダヘッド２上面の気筒列両側には、吸気カムシャフト１０ＩＮ及び排気カムシャフト１０ＥＸ（総称してカムシャフト１０ともいう）がそれぞれ配設されている。さらに、吸気カムシャフト１０ＩＮと気筒列との間には吸気側コントロールシャフト４０ＩＮが、排気カムシャフト１０ＥＸと気筒列との間には排気側カムコントロールシャフト４０ＥＸ（総称してコントロールシャフト４０ともいう）が配設されている。

カムシャフト１０は一端に設けられたプーリ５を介してエンジン１の図示しないクランクシャフトに連動して回転駆動する。また、詳しくは後述するように、コントロールシャフト４０は排気カムシャフト１０ＥＸの他端側のシリンダヘッド２の側面に設けられたアクチュエータ５０の回転駆動力が伝達されることで回転駆動する（以下、エンジン１のプーリ５側を一端、アクチュエータ５０側を他端として説明する）。

カムシャフト１０の外周には各気筒毎にそれぞれ中空軸状のカムローブ２０が相対回転自在に外嵌されている。カムローブ２０の長手方向中央部はジャーナル部２１であり、当該ジャーナル部２１の両側にはカム２２、２２が一体に形成されている。
カムシャフト１０は、カムローブ２０のジャーナル部２１を介し、点火プラグ３のシリンダヘッド２の幅方向両側に設けられた軸受部６に回転自在に軸支されている。詳しくは、図２に示すように、カムシャフト１０は、カムローブ２０のジャーナル部２１を介してシリンダヘッド２の上面に形成された軸受下半部６Ａに支持されるとともに上方から軸受キャップ６Ｂが接合され、これらがボルト８によって締結されることによりシリンダヘッド２に軸支されている。ただし、カムシャフト１０の一端部は、端部部材１１を介してシリンダヘッド２の長手方向端部に形成された端部軸受部７Ａに軸支されており、排気カムシャフト１０ＥＸの他端部は、アクチュエータ５０の駆動軸と連結されるとともに排気カムシャフト１０ＥＸに相対回転自在に外嵌されたジョイント５１を介して端部軸受部７Ｂに軸支され、吸気カムシャフト１０ＩＮの他端部は、直接端部軸受部７Ｃに回転自在に軸支されている。

シリンダヘッド２下面に設けられた吸排気バルブ１２は、上部にスプリング１３の入ったバルブリフタ１４を有しており、当該バルブリフタ１４にカム２２が当接している。即ち、エンジン１はカム２２が直接バルブリフタ１４を押すことによりバルブ１４の駆動を行う所謂直動式バルブ駆動エンジンである。
各カムローブ２０の他端側には偏心機構を用いた不等速継手３０が気筒毎に設けられており、以下不等速継手３０について詳しく説明する。

図４、図５を参照すると本発明に係る可変動弁装置の不等速継手３０部分の斜視図、縦断面図が示されている。
これら図４、図５に示すように、カムローブ２０の他端側面には略扇型状にして中空部を有するアーム部３１が一体に形成されている。そして、アーム部３１の中空部を囲む周縁部には孔３１Ａが穿設されており、この孔３１Ａにはカムローブ側スライダ部材３２が相対回転自在に嵌挿されている。

アーム部３１の中空部には、カムシャフト１０に対してピン１０Ａにより固定されカムシャフト１０と一体に回転し突出部を有するドライブアーム３３が、アーム部３１と一定範囲で相対回転可能に嵌合されている。詳しくは、アーム部３１の中空部を囲む周縁部は所定範囲に亘り切り欠かれており、ドライブアーム３３は、当該切り欠かれた所定範囲に突出部が位置するようにしてアーム部３１の中空部に相対回転可能に嵌合されている。そして、ドライブアーム３３の突出部には孔３３Ａが穿設されており、この孔３３Ａにはカムシャフト側スライダ部材３４が相対回転自在に嵌挿されている。

ドライブアーム３３の他端側には環状の偏心スペーサ３５（偏心部）がカムシャフト１０に相対回転自在に外嵌されており、この偏心スペーサ３５の軸心は、カムシャフト１０の軸心から所定量偏心している。そして、偏心スペーサ３５の他端側面にはカムシャフト１０と同一の軸心を有するハーモニックギヤ３６が偏心スペーサ３５と一体に設けられている。さらに、偏心スペーサ３５の外周にはハーモニックリング３７が偏心スペーサ３５の偏心した軸心を回転中心として相対回転自在に外嵌されている。

ハーモニックリング３７の一端側面には直径方向に溝部３７Ａ、３７Ｂが形成されており、溝部３７Ａにはカムローブ側スライダ部材３２が径方向で摺動自在に嵌合され、溝部３７Ｂにはカムシャフト側スライダ部材３４がやはり径方向で摺動自在に嵌合されている。
即ち、これらアーム部３１、カムローブ側スライダ部材３２、ドライブアーム３３、カムシャフト側スライダ部材３４、偏心スペーサ３５、ハーモニックギヤ３６、ハーモニックリング３７からなる偏心機構によって不等速継手３０が構成されている。

これにより、図４に実線矢印で示すように、カムシャフト１０の回転駆動力は、ドライブアーム３３→カムシャフト側スライダ部材３４→ハーモニックリング３７→カムローブ側スライダ部材３２→アーム部３１→カムローブ２０のように伝達されてカムローブ２０を不等速回転させ、当該カムローブ２０の回転に伴いカム２２がバルブリフタ１４を押圧してバルブ１２が開閉駆動させられる。

また、当該不等速継手３０においては、バルブ１２の開弁期間を偏心スペーサ３５の偏心方向を変えることにより可変可能である。詳しくは、コントロールシャフト４０には、ハーモニックギヤ３６と噛合するようにしてコントロールギヤ４１が一体に設けられており、偏心スペーサ３５の偏心方向は、アクチュエータ５０からコントロールシャフト４０に与えられる回転駆動力がコントロールギヤ４１、ハーモニックギヤ３６を介して偏心スペーサ３５に伝達されることにより変化させられる。

図６を参照すると、図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図が示されており、以下、偏心スペーサ３５の偏心方向を変える際におけるアクチュエータ５０の回転駆動力の伝達経路について図１〜６に基づき詳しく説明する。
アクチュエータ５０は上記ジョイント５１を介してドライブギヤ５２に接続されており、当該ドライブギヤ５２は排気側コントロールシャフト４０ＥＸと一体に設けられたドリブンギヤ４４と噛合している。

一方、排気側コントロールシャフト４０ＥＸに設けられた複数のコントロールギヤ４１のうち最も他端側にあるコントロールギヤ４１は、排気カムシャフト１０ＥＸの最も他端側にあるハーモニックギヤ３６と噛合すると共に、排気側のインタメディエイトギヤ（アイドルギヤ）（以下、インタメギヤともいう）５３Ａと噛合している。インタメギヤ５３Ａは、さらに吸気側のインタメギヤ（アイドルギヤ）５４Ａと噛合している。これらインタメギヤ５３Ａ、５４Ａは、インタメシャフト５３Ｂ、５４Ｂを介して軸受部５５に回転自在に軸支されている。

さらに、インタメギヤ５４Ａは、吸気側コントロールシャフト４０ＩＮに設けられた複数のコントロールギヤ４１のうち最も他端側にあるコントロールギヤ４１と噛合しており、当該コントロールギヤ４１は吸気カムシャフト１０ＩＮの最も他端側にあるハーモニックギヤ３６と噛合している。
これより、図４に白抜き矢印で示すように、アクチュエータ５０の回転駆動力は、排気側ではドライブギヤ５２→ドリブンギヤ４４→排気側コントロールシャフト４０ＥＸ→排気側の各コントロールギヤ４１→排気側の各ハーモニックギヤ３６のように伝達され、吸気側ではドライブギヤ５２→ドリブンギヤ４４→排気側コントロールシャフト４０ＥＸ→排気側の最も他端側のコントロールギヤ４１→インタメギヤ５３Ａ、５４Ａ→吸気側の最も他端側のコントロールギヤ４１→吸気側コントロールシャフト４０ＩＮ→吸気側の各コントロールギヤ４１→吸気側の各ハーモニックギヤ３６のように伝達される。

なお、コントロールシャフト４０に備えられたコントロールギヤ４１は、２つのギヤ４１Ａ，４１Ｂからなるシザースギヤであって、一方のギヤ４１Ａはコントロールシャフト４０に固定され、他方のギヤ４１Ｂはコントロールシャフト４０に対して回転可能に装備されている。つまり、ギヤ４１Ｂは、ギヤ４１Ａに当接するとともに、コントロールシャフト４０の外周に固定されるジャーナル４２との間に配設されたねじりスプリング４３により、回転方向への付勢力を受けるように配設されている。これにより、ハーモニックギヤ３６とコントロールギヤ４１とがガタつくことなく噛合される。

再び図１〜図３を参照すると、コントロールシャフト４０は、軸受キャップ６Ｂに軸支されている。詳しくは、コントロールシャフト４０は、カムシャフト１０の略横方向、即ち軸受キャップ６Ｂのシリンダヘッド２の幅方向内側のボルト８よりもさらに内側且つシリンダヘッド２の高さ方向で見て不等速継手３０の最高位置（例えば、ハーモニックギヤ３６の外周位置）よりも下側に位置して軸受キャップ６Ｂに穿設された軸受孔９（軸受部）にジャーナル４２を介して回転自在に軸支されている。

そして、シリンダヘッド２の上方にはロッカカバー６０が載置されている。
このように、本発明に係る可変動弁装置では、アクチュエータ５０の回転駆動力を、排気カムシャフト１０ＥＸのハーモニックギヤ３６のうち最もアクチュエータ５０側、即ち最もドライブギヤ５２側に位置する他端側のハーモニックギヤ３６と噛合する排気側コントロールシャフト４０ＥＸのコントロールギヤ４１、インタメギヤ５３Ａ、５４Ａを介して吸気側コントロールシャフト４０ＩＮに伝達可能に構成されている。

従って、本発明に係る可変動弁装置によれば、一つのドライブギヤ５２だけでアクチュエータ５０からの回転駆動力を排気側コントロールシャフト４０ＥＸとともに吸気側コントロールシャフト４０ＩＮに伝達可能であり、エンジン１の簡素化、軽量化を図りつつコスト削減を図ることができる。
また、この場合に、ハーモニックギヤ３６をカムローブ２０及び偏心部３５よりも排気カムシャフト１０ＥＸの他端側、即ちアクチュエータ５０側に配設するようにしているので、最他端側、即ち最もアクチュエータ５０側に位置するハーモニックギヤ３６をアクチュエータ５０ひいてはドライブギヤ５２の近くに配設し、コントロールギヤ４１、インタメギヤ５３Ａ、５４Ａをドリブンギヤ４４の近くに配設することができる。故に、アクチュエータ５０からの回転駆動力を排気側コントロールシャフト４０ＥＸのねじれの影響を極力低減して吸気側コントロールシャフト４０ＩＮに伝達することができる。これにより、アクチュエータ５０の回転駆動力を吸気側及び排気側の各ハーモニックギヤ３６に良好に伝達することができ、確実に動弁機構を可変可能である。

以上で本発明に係る可変動弁装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では排気側にアクチュエータ５０を設けたが、吸気側に設けてもよい。その場合はジョイント５１、ドライブギヤ５２、ドリブンギヤ４４等は吸気側に設けられる。

また、上記実施形態ではインタメギヤを２つで構成したが、いくつでも構わない。ただし、インタメギヤが偶数個である場合は、吸気側と排気側のハーモニックギヤは互いに逆方向に回転し、奇数個であれば互いに同方向に回転することになる。

本発明に係る可変動弁装置を備えたエンジンのシリンダヘッドの上視図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。本発明に係る可変動弁装置の不等速継手の斜視図である。本発明に係る可変動弁装置の不等速継手の縦断面図である。図１のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

符号の説明

２シリンダヘッド
４シリンダ
１０カムシャフト
２０カムローブ
３０不等速継手
３５偏心スペーサ（偏心部）
３６ハーモニックギヤ
４０コントロールシャフト
４１コントロールギヤ
４４ドリブンギヤ
５０アクチュエータ
５１ジョイント
５２ドライブギヤ
５３Ａ、５４Ａインタメディエイトギヤ（アイドルギヤ）

Claims

内燃機関のシリンダヘッド上面に互いに平行に軸支される吸気側及び排気側の一対のカムシャフトと、
前記一対のカムシャフトのいずれか一方の端部に相対回転自在に外嵌されて設けられるドライブギヤと、
前記ドライブギヤに連結され、該ドライブギヤを回転させるアクチュエータと、
前記シリンダヘッドに設けられた吸気及び排気バルブを駆動するカムを有し、前記一対のカムシャフトの外周にそれぞれ相対回転自在に外嵌されるカムローブと、
前記一対のカムシャフトの外周にそれぞれ相対回転自在に外嵌されるとともに前記カムローブよりも前記アクチュエータ側に位置して設けられ、軸心が前記カムシャフトの軸心に対し偏心してなる偏心部と、該偏心部と一体且つ前記カムシャフトの軸心と同一の軸心を有するとともに該偏心部よりも前記アクチュエータ側に位置して設けられ、回転により前記偏心部の偏心方向を可変させるハーモニックギヤと、前記偏心部の外周に相対回転自在に外嵌されて設けられ、前記偏心部の軸心回りで前記カムシャフトと同期回転し、前記カムローブを前記カムシャフト回りで前記偏心部の軸心の前記偏心方向に応じて不等速回転させるハーモニックリングとからなる不等速継手と、
前記シリンダヘッド上面の前記一対のカムシャフト間にそれぞれ前記カムシャフトに沿い延設され、前記ハーモニックギヤと噛合するコントロールギヤを一体に有し、該コントロールギヤを介して前記ハーモニックギヤを回転させる吸気側及び排気側の一対のコントロールシャフトと、
該一対のコントロールシャフトのいずれか一方の端部に一体にして前記ドライブギヤに対応するよう設けられ、前記ドライブギヤと噛合するドリブンギヤと、
前記ハーモニックギヤのうち最も前記アクチュエータ側に位置する吸気側及び排気側の各ハーモニックギヤとそれぞれ噛合する吸気側及び排気側の各コントロールギヤ間に配設されるアイドルギヤと、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。