JP2006161781A - バルブ特性調整機構 - Google Patents

Abstract

【課題】摩耗や熱膨張によるバルブ特性の変化を、より好適に抑制することのできるバルブ特性調整機構を提供する。
【解決手段】バルブ特性調整機構は、支持パイプ１１の内部に軸方向に移動可能に配設されるコントロールシャフト１３、支持パイプ１１に揺動可能に配設される仲介駆動機構１５、その側部に配設されてコントロールシャフト１３の軸方向への移動を規制するシム１６およびウェーブワッシャ１７を備え、コントロールシャフト１３の軸方向の移動位置に応じて機関バルブのバルブ特性調節量を調整するように構成されている。こうしたバルブ特性調整機構にあってシム１６およびウェーブワッシャ１７に当接される揺動アーム１９の側壁は、セラミクス製プレート２９の圧入により形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コントロールシャフトの軸方向の移動位置に応じて機関バルブのバルブ特性調節量を調整するバルブ特性調整機構に関する。

従来、この種のバルブ特性調整機構としては、例えば特許文献１に記載の機構が知られている。
図５に、そうしたバルブ特性調整機構５０の構成を示す。同図に示すようにバルブ特性調整機構５０は、カムシャフト５１のカム５２と、機関バルブ５３を直接的に駆動するロッカアーム５４との間に介設された仲介駆動機構５５を備えて構成されている。仲介駆動機構５５は内燃機関の気筒毎に設けられ、支持パイプ５６に揺動可能に配設されている。支持パイプ５６の内部には、軸方向に移動可能にコントロールシャフト５７が挿通されている。

一方、仲介駆動機構５５は、支持パイプ５６にそれぞれ揺動可能に軸支された揺動アーム５８および入力アーム５９を備えて構成されている。入力アーム５９には、カム５２に当接されるローラ６０が設けられ、揺動アーム５８には、ロッカアーム５４に当接されるノーズ部６１が設けられている。ノーズ部６１の下面６１ａは、揺動アーム５８の揺動方向において、支持パイプ５６の軸心からの距離が順次変化するように形成されている。

なお入力アーム５９のローラ６０は、ロストモーションスプリング６２の付勢力によってカム５２に押圧されている。またロッカアーム５４は、機関バルブ５３のバルブスプリング６３によって、揺動アーム５８のノーズ部６１に押圧されている。

図６に、仲介駆動機構５５およびその周辺部の断面構造を示す。同図に示すように、仲介駆動機構５５の内部には、スライダギア６４が配設されている。スライダギア６４は、支持パイプ５６に揺動可能かつ軸方向に移動可能に配設されている。またスライダギア６４は、コントロールシャフト５７に連結されており、同コントロールシャフト５７とともに軸方向に移動されるようになっている。こうしたスライダギア６４に対して、仲介駆動機構５５の入力アーム５９および揺動アーム５８は、それぞれ歯すじの傾斜方向の異なるギアを通じて係合されている。

なお同図に示すように、支持パイプ５６は、内燃機関のシリンダヘッドに形成された隔壁６５に固定されている。そして仲介駆動機構５５は、２つの隔壁６５の間に配設されている。各隔壁６５と仲介駆動機構５５との間には、それぞれシム６６が介設されており、それらにより仲介駆動機構５５のコントロールシャフトの軸方向への移動が規制されるようになっている。

そのため、コントロールシャフト５７がスライダギア６４と共に軸方向に移動すると、入力アーム５９および揺動アーム５８とスライダギア６４とが軸方向に相対変位されることになる。このとき、上記のようなギアの歯すじの傾斜方向の差違により、入力アーム５９と揺動アーム５８とは、支持パイプ５６の軸回りにおいて互いに異なる方向に回動されることになる。そしてその結果、入力アーム５９のローラ６０と揺動アーム５８のノーズ部６１との挟み角θが拡大／縮小されるようになる。

図７（Ａ）には上記挟み角θが小さくされたときの仲介駆動機構５５の状態が、図７（Ｂ）には同挟み角θが大きくされたときの仲介駆動機構５５の状態がそれぞれ示されている。ここでカム５２の押し下げによる仲介駆動機構５５の揺動角をφとすると、同図（Ａ）の状態ではその揺動に伴って、ロッカアーム５４に対するノーズ部６１の下面６１ａの当接位置は、同図に示される範囲αにて変位されるようになる。また同図（Ｂ）の状態では、同当接位置は、同図に示される範囲βにて変位されるようになる。

このとき、上記挟み角θが大きいほど、上記当接位置の変位範囲は、ノーズ部６１の下面６１ａにおける支持パイプ５６の軸心からの距離がより大きい側へと移行する。そのため、上記挟み角θが大きくされるほど、カム５２の押し下げに対して、ロッカアーム５４が大きく揺動されるようになり、ひいては機関バルブ５３が大きく開かれるようになる。すなわち機関バルブ５３のバルブリフト量やバルブ作動角が増大されるようになる。したがってこのバルブ特性調整機構５０では、例えば油圧式や電気式等のアクチュエータを用いてコントロールシャフト５７の軸方向の移動位置を変化させることで、それに連動して機関バルブ５３のバルブ特性調節量を調整することができる。

このようなコントロールシャフト５７の軸方向の移動位置に応じて機関バルブ５３のバルブ特性調節量を調整するバルブ特性調整機構５０では、内燃機関のシリンダヘッド上でのコントロールシャフト５７の軸方向における仲介駆動機構５５の組付け位置に極めて高い精度が必要とされる。これは、そうした組付け位置の精度が低ければ、入力アーム５９および揺動アーム５８とスライダギア６４との軸方向の相対位置関係が気筒毎に変わってしまい、各気筒の機関バルブ５３のバルブ特性にばらつきが生じてしまうためである。仲介駆動機構５５のコントロールシャフト５７の軸方向における組み付け位置決めは、仲介駆動機構５５とシリンダヘッドの隔壁６５との間に挿入される上記シム６６の厚さ調整を通じて行われるようになっている。
特開２００１−２６３０１５号公報

ところで上記のようなバルブ特性調整機構５０では、その揺動アーム５８の側壁は、その揺動に応じてシム６６と摺動されることから、次第に摩耗してその厚さが変化してしまうことがある。例えば製造時には、図８（Ａ）のように、Ｔ１の厚さがあった揺動アーム５８の側壁が、同図（Ｂ）のように、摩耗によってその厚さがＴ２に変化すると、シリンダヘッド上での仲介駆動機構５５のコントロールシャフト５７の軸方向における位置は、その厚さの変化分ΔＴ（＝Ｔ１−Ｔ２）変化するようになる。

また揺動アーム５８の側壁の厚さは、機関運転中の高温環境下での熱膨張によっても変化することがある。そしてその場合にも、コントロールシャフト５７の軸方向における仲介駆動機構５５の位置が変化してしまうことになる。

このように、たとえ製造時の仲介駆動機構５５の組み付け位置を十分に高い精度で行ったとしても、上記摩耗や熱膨張による揺動アーム５８の側壁の厚さの変化のため、実際の使用状態での気筒毎のバルブ特性のばらつきを継続的に十分に抑制した状態に保持することは困難となっている。

本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、摩耗や熱膨張によるバルブ特性の変化を、より好適に抑制することのできるバルブ特性調整機構を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果を記載する。
請求項１に記載の発明は、支持パイプの内部に軸方向に移動可能に配設されるコントロールシャフトと、前記支持パイプに揺動可能に配設されるバルブ特性調整機構本体と、そのバルブ特性調整機構本体の側部に配設されて該バルブ特性調整機構本体の前記コントロールシャフトの軸方向への移動を規制する規制部材とを備えるとともに、前記コントロールシャフトの軸方向の移動位置に応じて機関バルブのバルブ特性調節量を調整するバルブ特性調整機構において、前記規制部材に当接される前記バルブ特性調整機構本体の側壁がセラミクス材料にて形成されてなることをその要旨とする。

上記構成では、バルブ特性調整機構本体は、その側壁と規制部材との当接を通じて、コントロールシャフトの軸方向における位置が定まるようになっている。そうしたコントロールシャフトの軸方向における位置決めの基準となるバルブ特性調整機構本体の側壁が、耐摩耗性が高く、しかも熱膨張率の低いセラミクス材料で形成されている。したがってそうした摩耗や熱膨張による側壁の厚さの変化を長期に亘って安定して抑えることができ、その厚さの変化に伴うバルブ特性調整機構本体のコントロールシャフトの軸方向への変位に起因したバルブ特性の変化を、より好適に抑制することができるようになる。

なおこうしたセラミクス材料による側壁の形成は、請求項２に記載のように、前記バルブ特性調整機構本体の側面に、セラミクス材料からなるプレートを圧入して前記側壁を形成することで、容易に行うことができるようになる。

以下、本発明のバルブ調整機構を具体化した一実施形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。
図１に、シリンダヘッド１０におけるバルブ調整機構の配設態様を示す。同図に示すようにシリンダヘッド１０には、中空円筒状の支持パイプ１１が配設されている。この支持パイプ１１は、シリンダヘッド１０に形成された隔壁１２に固定されている。なお隔壁１２は、このシリンダヘッド１０の設けられた内燃機関の気筒間部分にそれぞれ形成されている。

支持パイプ１１の内部には、軸方向に移動可能にコントロールシャフト１３が挿通されている。コントロールシャフト１３の一端は、シリンダヘッド１０の端部に配設されたアクチュエータ１４に接続されている。そしてコントロールシャフト１３は、そのアクチュエータ１４によって軸方向に移動されるようになっている。

一方、支持パイプ１１には、２つの隔壁１２に挟まれるように、仲介駆動機構１５が気筒毎に配設されている。仲介駆動機構１５は、支持パイプ１１に揺動可能に軸支されている。仲介駆動機構１５のアクチュエータ１４側の側部には、同仲介駆動機構１５のコントロールシャフト１３の軸方向における組み付け位置決めを行うためのシム１６が、隔壁１２との間に介設されている。また仲介駆動機構１５のアクチュエータ１４と反対側の側部には、同仲介駆動機構１５をアクチュエータ１４側に付勢するウェーブワッシャ１７が、隔壁１２との間に介設されている。

次に図２を併せ参照して、仲介駆動機構１５の構成を説明する。同図に示すように仲介駆動機構１５は、入力アーム１８、その両側にそれぞれ設けられた２つの揺動アーム１９、それら入力アーム１８および揺動アーム１９の内部に配設されたスライダギア２０を備えて構成されている。

スライダギア２０は、揺動可能かつ軸方向に移動可能に上記支持パイプ１１に軸支されている。スライダギア２０は、ピン２１を介してコントロールシャフト１３に接続されており、コントロールシャフト１３と共に軸方向に移動されるようになっている。スライダギア２０の中央部分の外周にはヘリカルスプライン２２が形成されている。またスライダギア２０の両側部分の外周には、上記ヘリカルスプライン２２とは歯すじの傾斜方向の異なるヘリカルスプライン２３がそれぞれ形成されている（同図ではそのうちの片方のみを表示する）。

入力アーム１８は、スライダギア２０の中央部分の外周に形成されたヘリカルスプライン２２に外挿されている。入力アーム１８の内周にはヘリカルスプライン２４が形成されており、上記スライダギア２０の中央部分のヘリカルスプライン２２に噛み合わされている。また入力アーム１８には、カムシャフトのカムと当接されるローラ２５が設けられている。

２つの揺動アーム１９は、スライダギア２０の両側部分の外周に形成されたヘリカルスプライン２３にそれぞれ外挿されている。各揺動アーム１９の内周には、ヘリカルスプライン２６が形成されており、上記スライダギア２０の両側部分のヘリカルスプライン２３にそれぞれ噛み合わされている。また各揺動アーム１９には、ノーズ部２７が突出形成されている。このノーズ部２７の下面は、その揺動を通じて機関バルブを直接的に駆動させるロッカアームに当接されるようになっている。なお、支持パイプ１１の軸心からノーズ部２７の下面までの距離は、揺動アーム１９の揺動方向において順次変化されるようになっている。

これら入力アーム１８、両揺動アーム１９およびスライダギア２０は、各ヘリカルスプライン２２，２３，２４，２６の噛み合いを通じて、一体となって揺動するようになっている。ちなみに入力アーム１８は、ロストモーションスプリングによってカムシャフトのカムに常時押圧されるようになっており、またロッカアームは、機関バルブを閉弁側に付勢するバルブスプリングによって上記揺動アーム１９のノーズ部２７の下面に常時押圧されるようになっている。

続いて、こうしたバルブ調整機構の作動態様を説明する。
カムシャフトの回転に応じたカムの押圧により、入力アーム１８のローラ２５が押し下げられると、仲介駆動機構１５を構成する入力アーム１８、両揺動アーム１９およびスライダギア２０は一体となって下方へと揺動されるようになる。この下方への揺動に応じて揺動アーム１９のノーズ部２７は、ロッカアームを押圧してこれを押し下げることで、機関バルブを開かせる。一方、カムの押圧が無くなると、ロストモーションスプリングの付勢力により、ローラ２５とカムとの当接を保持するように、入力アーム１８、両揺動アーム１９およびスライダギア２０は一体となって上方に揺動されるようになる。これにより、ノーズ部２７のロッカアームへの押圧も無くなり、機関バルブはバルブスプリングの付勢力により、閉じられるようになる。

さてアクチュエータ１４によってコントロールシャフト１３が軸方向に移動されると、各気筒の仲介駆動機構１５のスライダギア２０がコントロールシャフト１３と共に軸方向に移動されるようになる。このとき、入力アーム１８および両揺動アーム１９は、それらの両側に配設されたシム１６およびウェーブワッシャ１７を介して、コントロールシャフト１３の軸方向への移動が規制されていることから、各ヘリカルスプライン２２，２３，２４，２６の噛み合いを通じて、支持パイプ１１の軸回りに回動されることとなる。そしてこのときの入力アーム１８は、ヘリカルスプライン２２，２４とヘリカルスプライン２３，２６との歯すじの傾斜方向の違いのため、両揺動アーム１９とは、反対方向に回動されることになる。そのため、カムシャフトのカムに当接されるローラ２５とロッカアームに当接されるノーズ部２７との、支持パイプ１１の軸回りにおける挟み角が変化するようになる。

こうしてローラ２５とノーズ部２７との間の挟み角が変化されると、仲介駆動機構１５の揺動に際しての、ノーズ部２７の下面におけるロッカアームの当接位置の範囲が変化する。上述したように支持パイプ１１の軸心からノーズ部２７の下面までの距離は、揺動アーム１９の揺動方向において順次変化するようになっている。そのため、上記当接位置の範囲が変化すれば、揺動に伴うノーズ部２７のロッカアームの押し下げ態様が変化され、ひいては機関バルブのリフト量や作動角が変化することになる。このように本実施形態のバルブ特性調整機構は、コントロールシャフト１３の軸方向の移動位置に応じて機関バルブのバルブ特性調節量を調整するように構成されている。

さて本実施形態のバルブ特性調整機構では、その仲介駆動機構１５の両側を構成する揺動アーム１９の側壁がセラミクス材料によって形成されている。こうした揺動アーム１９は、図３に示すように、その内周のヘリカルスプライン２６およびノーズ部２７を構成する本体部２８と上記側壁を構成するセラミクス製プレート２９とに分割形成されている。そして本体部２８に対してセラミクス製プレート２９を圧入することで、揺動アーム１９が形成されるようになっている。

なおこうしたセラミクス材料からなるセラミクス製プレート２９に対して、両揺動アーム１９の本体部２８や入力アーム１８、スライダギア２０は、鋼、或いは焼結合金によって形成されている。またそのセラミクス製プレート２９と当接されるシム１６やウェーブワッシャ１７は、鋼により形成されている。

図４にその断面構造を示すように、こうした仲介駆動機構１５のコントロールシャフト１３の軸方向における位置は、シム１６やウェーブワッシャ１７を介した隔壁１２への当接を通じて定まるようになっている。そしてコントロールシャフト１３の軸方向における位置決めの仲介駆動機構１５側の基準となる揺動アーム１９の側壁が、耐摩耗性が高く、しかも熱膨張率の低いセラミクス製プレート２９により形成されるようになっている。

ちなみに、こうした本実施形態では、仲介駆動機構１５が上記バルブ特性調整機構本体に相当する構成となっている。またシム１６およびウェーブワッシャ１７が上記規制部材に相当する構成となっている。

以上説明した本実施形態のバルブ特性調整機構によれば、次の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、摩耗や熱膨張による側壁の厚さの変化を長期に亘って安定して抑えることができ、その厚さの変化に伴う仲介駆動機構１５のコントロールシャフト１３の軸方向への変位に起因したバルブ特性の変化を、より好適に抑制することができるようになる。

（２）本実施形態では、揺動アーム１９を本体部２８とセラミクス製プレート２９とに分割形成し、そのセラミクス製プレート２９を本体部２８に圧入するようにしているため、セラミクス材料による側壁の形成を容易に行うことができる。

（３）揺動アーム１９を一体形成した場合、その一方の端部において内周の径が狭められていることから、機械加工等によるその内周へのヘリカルスプライン２６の形成は困難となる。その点、上記のように揺動アーム１９を分割形成することで、その本体部２８の内周へのヘリカルスプライン２６の形成を容易とすることができるようにもなる。

なお上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・セラミクス製プレート２９の圧入以外の態様で、揺動アーム１９の側壁をセラミクス材料に形成するようにしても良い。例えばセラミクス製プレート２９を接着して設けるようにしたり、またその材質がセラミクスから金属へと順次変化する傾斜機能材料によって揺動アーム１９を形成したりしても、その側壁をセラミクス材料にて形成することはできる。また揺動アーム１９の全体をセラミクス材料にて形成するようにしても良い。そうした場合にも、摩耗や熱膨張による側壁の厚さの変化を安定して継続的に抑え、その厚さの変化による仲介駆動機構１５のコントロールシャフト１３の軸方向への変位に起因したバルブ特性の変化を好適に抑制することはできる。

・上記実施形態では、仲介駆動機構１５の両側にそれぞれシム１６およびウェーブワッシャ１７を介設するようにしていたが、双方の側部にシム１６を設けたり、或いは双方の側部にウェーブワッシャ１７を設けたりする等、適宜その構成を変更しても良い。またシム１６やウェーブワッシャ１７等を介設せず、仲介駆動機構１５の側面をシリンダヘッド１０の隔壁１２に直接当接させるようにしても良い。いずれにせよ、仲介駆動機構１５のコントロールシャフト１３の軸方向への移動を規制する部材に対して当接される側面をセラミクス材料にて形成すれば、上記（１）に記載の効果を奏することはできる。

本発明の一実施形態に係るバルブ特性調整機構およびその周辺部の平面図。 同実施形態のバルブ特性調整機構に採用される仲介駆動機構の斜視断面図。 同仲介駆動機構の揺動アームの分解斜視図。 同仲介駆動機構およびその周辺部の断面図。 従来のバルブ特性調整機構の側面図。 同バルブ特性調整機構に採用される仲介駆動機構及びその周辺部の断面図。 （Ａ）（Ｂ）同バルブ特性調整機構の作動態様を示す側面図。 （Ａ）（Ｂ）側壁の厚さの変化による仲介駆動機構の位置の変化態様を示す図。

符号の説明

１０…シリンダヘッド、１１…支持パイプ、１２…隔壁、１３…コントロールシャフト、１４…アクチュエータ、１６…シム、１７…ウェーブワッシャ、１５…仲介駆動機構（１８…入力アーム（２４…ヘリカルスプライン、２５…ローラ）、１９…揺動アーム（２６…ヘリカルスプライン、２７…ノーズ部、２８…本体部、２９…セラミクス製プレート）、２０…スライダギア（２２，２３…ヘリカルスプライン）、２１…ピン）。

Claims (2)

1. 支持パイプの内部に軸方向に移動可能に配設されるコントロールシャフトと、前記支持パイプに揺動可能に配設されるバルブ特性調整機構本体と、そのバルブ特性調整機構本体の側部に配設されて該バルブ特性調整機構本体の前記コントロールシャフトの軸方向への移動を規制する規制部材とを備えるとともに、前記コントロールシャフトの軸方向の移動位置に応じて機関バルブのバルブ特性調節量を調整するバルブ特性調整機構において、
   前記規制部材に当接される前記バルブ特性調整機構本体の側壁がセラミクス材料にて形成されてなる
   ことを特徴とするバルブ特性調整機構。
2. 前記バルブ特性調整機構本体の側面に、セラミクス材料からなるプレートを圧入することで、前記側壁が形成されてなる請求項１に記載のバルブ特性調整機構。

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