JP2007205277A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の可変動弁機構において、ブッシュの材質、形状・寸法、熱処理、加工精度等の条件を緩和しながら、ブッシュの耐摩耗性を向上させて、その耐久性を高くすること。
【解決手段】エンジン１０の可変動弁機構３０では、コネクトピン４４およびブッシュ４６を介してコントロールシャフト３２の動作がスライダギア４３に伝えられることで、スライダギア４３がコントロールシャフト３２に連動して軸方向に駆動される。ブッシュ４６はスライダギア４３の周溝４３ｄ内に２つ配設されている。コネクトピン４４がブッシュ４６に形成されたピン挿入孔４６ａとコントロールシャフト３２に形成された貫通孔３２ａとに挿入されることで、２つのブッシュ４６，４６がコネクトピン４４を介してコントロールシャフト３２に連結されている。
【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の機関バルブのバルブ特性を連続的に変更する可変動弁機構に関する。

内燃機関（エンジン）の可変動弁機構として、機関バルブ（吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブ）の作用角や最大リフト量のようなバルブ特性を、エンジンの運転状態に応じて連続的に変更可能とする技術が知られている。このようなエンジンの可変動弁機構を、例えば、吸気バルブに適用すると、エンジンの低回転低負荷域では、吸気バルブの作用角や最大リフト量を小さくして、吸入空気量を制限することで、スロットルバルブの開度制御によって生ずるポンピングロスを小さくし、燃費の向上を図ることができる。また、エンジンの高回転高負荷域では、吸気バルブの作用角や最大リフト量を大きくして、吸気充填効率の向上により出力の増加を確保することができる。

そして、そのようなエンジンの可変動弁機構の一例に、エンジンのシリンダヘッドに固定され、機関バルブのカムシャフトと平行に設けられた円筒状のロッカシャフトと、このロッカシャフト内に軸方向に移動可能な状態で配設されたコントロールシャフトと、そのロッカシャフト上に配設される複数の可変バルブリフト機構とを備えて構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。

可変バルブリフト機構は、エンジンの各気筒ごとに設けられており、コントロールシャフトと連動して移動可能なスライダギアと、カムシャフトのカムにより駆動される入力アームと、機関バルブをリフトさせる出力アームとを備えて構成されている。入力アームおよび出力アームは、スライダギア上に設けられ、軸方向への移動が規制された状態でロッカシャフト（コントロールシャフト）を支持する支持部間に配設されている。

スライダギアには、コントロールシャフトが挿入される軸挿入孔が形成されている。また、スライダギアには、入力アームと噛み合う入力側ヘリカルスプラインと、出力アームと噛み合う出力側ヘリカルスプラインが形成されている。入力側ヘリカルスプラインの歯のねじれの向きと、出力側ヘリカルスプラインの歯のねじれの向きとは、反対方向に形成されている。これに対し、入力アームの内周面にはスライダギアの入力側ヘリカルスプラインに噛み合うヘリカルスプラインが形成されており、出力アームの内周面にも同様に、スライダギアの出力側ヘリカルスプラインに噛み合うヘリカルスプラインが形成されている。

上述のような構成のエンジンの可変動弁機構では、カムシャフトのトルクが入力アームに伝達されると、入力アームが揺動され、この入力アームと一体的に揺動する出力アームによって機関バルブがリフトされるようになっている。そして、機関バルブの作用角および最大リフト量が次のようにして変更される。すなわち、コントロールシャフトの軸方向への移動に連動してスライダギアが軸方向に移動されると、スライダギアと入力アームおよび出力アームとの軸方向における相対位置が変化する。これにより、スライダギア上の入力アームと出力アームとが相対回転して、両者の相対位相差が変更され、機関バルブの作用角および最大リフト量が連続的に変更されるようになっている。なお、入力アームは、ロストモーションスプリングの弾性力によって、常にカムシャフトのカムへ押し付けられている。また、出力アームには、機関バルブのバルブスプリングの弾性力によってロッカアームが押し付けられている。
特開２００１−２６３０１５号公報

ところで、上述したようなエンジンの可変動弁機構においては、コントロールシャフトの軸方向への移動に連動してスライダギアが移動されるが、その際、コネクトピンおよびブッシュを介して、コントロールシャフトの動作がスライダギアに伝えられるように構成されることがある。これについて、図１２，図１３を用いて説明する。

コントロールシャフト１０２が挿入されるスライダギア１０３の軸挿入孔１０３ｃの内周面に、周溝１０３ｄが形成されており、この周溝１０３ｄ内にブッシュ１０６が配設されている。ブッシュ１０６は、コネクトピン１０４を介してコントロールシャフト１０２に連結されている。具体的には、コネクトピン１０４がブッシュ１０６に形成されたピン挿入孔１０６ａとコントロールシャフト１０２に形成されたピン挿入孔１０２ａとに挿入されることで、ブッシュ１０６とコントロールシャフト１０２との連結が行われている。なお、コネクトピン１０４は、ロッカシャフト１０１の長孔１０１ａにも挿入されている。

上述のように、カムシャフトによる入力アームの揺動をスライダギア１０３を介して出力アームに伝達して機関バルブを開閉する際、および、コントロールシャフト１０２に連動するスライダギア１０３の動作により入力アームと出力アームとの相対位相差を変更して機関バルブの作用角および最大リフト量を変更する際には、スライダギア１０３からブッシュ１０６に対し荷重がかかる。そして、この際、ブッシュ１０６の表面（スライダギア１０３との接触面）が摺動摩擦により摩耗する。

したがって、ブッシュ１０６の耐摩耗性を向上させ、その耐久性を高くすることが望ましい。従来では、例えば、ブッシュ１０６の形状・寸法を大きくして表面積を大きくしたり、ブッシュ１０６に焼入れ等の熱処理を施したり、ブッシュ１０６の材質や加工精度等の条件を厳しくしたりすることで、ブッシュ１０６の耐摩耗性を向上させるようにしていた。

しかし、ブッシュ１０６の形状・寸法を大きくしようとしても、ブッシュ１０６をスライダギア１０３の周溝１０３ｄ内に組み付ける際には、ブッシュ１０６をスライダギア１０３の軸挿入孔１０３ｃから挿入して、周溝１０３ｄ内に配置するようにしていたため、ブッシュ１０６の形状・寸法が軸挿入孔１０３ｃの内径Ｄ１に制限されてしまうという問題点があった。また、ブッシュ１０６に熱処理を施したり、ブッシュ１０６の材質や加工精度等の条件を満たすために、ブッシュ１０６の製造工程が複雑になったり、工数が増えたりして、コストや労力がかかるという問題点があった。

本発明は、上述した従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、コネクトピンおよびブッシュを介してコントロールシャフトの動作がスライダに伝えられるような内燃機関の可変動弁機構において、ブッシュの材質、形状・寸法、熱処理、加工精度等の条件を緩和しながら、ブッシュの耐摩耗性を向上させて、その耐久性を高くすることを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、軸方向へ移動可能に設けられたコントロールシャフトと、前記コントロールシャフト上に配設される可変バルブリフト機構とを備え、前記可変バルブリフト機構には、コントロールシャフトが挿入される軸挿入孔が形成されているスライダと、前記スライダの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、カムシャフトからの力を受ける入力アームと、前記スライダの外周面に、入力アームと係合するヘリカルスプラインとは異なる方向に形成されたヘリカルスプラインと係合し、機関バルブをリフトさせる出力アームとが設けられており、前記スライダの軸挿入孔の内周面には周溝が形成され、その周溝内にはブッシュが配設されており、前記ブッシュに形成されたピン挿入孔とコントロールシャフトに形成された貫通孔とにコネクトピンが挿入されることで、ブッシュがコネクトピンを介してコントロールシャフトに連結されており、前記コネクトピンおよびブッシュを介してコントロールシャフトの動作がスライダに伝えられることで、スライダがコントロールシャフトに連動して軸方向に駆動されるようにした内燃機関の可変動弁機構において、前記コネクトピンの両端部がコントロールシャフトの貫通孔より突出されており、両端部にはそれぞれブッシュが組み付けられていることを特徴としている。

このような内燃機関の可変動弁機構では、カムシャフトのトルクが入力アームに伝達されると、入力アームが揺動され、この入力アームと一体的に揺動する出力アームによって機関バルブがリフトされる。また、機関バルブの作用角および最大リフト量が次のようにして変更される。すなわち、コントロールシャフトが軸方向に移動されると、その動作がコネクトピンおよびブッシュを介してスライダに伝えられ、スライダが軸方向に移動される。このスライダの移動によって、スライダと入力アームおよび出力アームとの軸方向における相対位置が変化する。これにより、スライダ上の入力アームと出力アームとが相対回転して、両者の相対位相差が変更され、機関バルブの作用角および最大リフト量が連続的に変更される。

そして、上記の構成によれば、スライダの周溝内にはブッシュが２つ設けられているため、カムシャフトによる入力アームの揺動をスライダを介して出力アームに伝達して機関バルブを開閉する際、および、コントロールシャフトに連動するスライダの動作により入力アームと出力アームとの相対位相差を変更して機関バルブの作用角および最大リフト量を変更する際に、スライダからの荷重が２つのブッシュで分担される。このため、ブッシュが１つしか設けられていない場合に比べて、各ブッシュにかかる荷重がほぼ半分に低減される。

これにより、ブッシュが１つしか設けられていない場合に比べて、ブッシュの材質、形状・寸法、熱処理、加工精度等の条件を緩和しながら、ブッシュの耐摩耗性を向上させて、その耐久性を高くすることができる。具体的には、ブッシュの形状・寸法を大きくしなくても、ブッシュの表面の摩耗を低減させて、ブッシュの耐久性を向上させることができる。また、ブッシュに焼入れ等の熱処理を施したり、ブッシュの材質を耐摩耗性に優れる硬いものとしたり、ブッシュの加工精度を高くしたりなくても、ブッシュの表面の摩耗を低減させて、ブッシュの耐久性を向上させることができ、ブッシュへの熱処理や、ブッシュの材質や加工精度等の条件を満たすために要する労力やコストを削減することができる。

本発明によれば、カムシャフトによる入力アームの揺動をスライダを介して出力アームに伝達して機関バルブを開閉する際、および、コントロールシャフトに連動するスライダの動作により入力アームと出力アームとの相対位相差を変更して機関バルブの作用角および最大リフト量を変更する際に、スライダからの荷重がコネクトピンの両端部に組み付けられた各ブッシュで分担される。このため、ブッシュが１つしか設けられていない場合に比べて、各ブッシュにかかる荷重がほぼ半分に低減される。これにより、ブッシュが１つしか設けられていない場合に比べて、ブッシュの材質、形状・寸法、熱処理、加工精度等の条件を緩和しながら、ブッシュの耐摩耗性を向上させて、その耐久性を高くすることができる。

本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。

以下では、本発明の可変動弁機構を車両に搭載される内燃機関（エンジン）に適用した例を挙げて説明する。そして、以下の例では、可変動弁機構を吸気バルブについて適用した場合について述べる。ただし、排気バルブに対しても、吸気バルブの場合と同様に適用することが可能である。

まず、エンジンの概略構成について、図１，図２を用いて説明する。

この例のエンジン１０は、車両に搭載される直列４気筒ガソリンエンジンであって、４つの気筒（シリンダ：＃１〜＃４）１２を有するシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に取り付けられるシリンダヘッド１４とを備えている。各気筒１２内には、ピストン１３が往復運動可能な状態で収容されている。ピストン１３は、コネクティングロッドを介してクランクシャフト３４に連結されており、ピストン１３の往復運動がコネクティングロッドによってクランクシャフト３４の回転運動に変換される。

エンジン１０のシリンダヘッド１４には、各燃焼室１５に連通する吸気ポート１７と排気ポート１８とが各気筒１２ごとに一対ずつ設けられている。燃焼室１５には、点火プラグ１６が各気筒１２ごとに配置されている。

シリンダヘッド１４には、各吸気ポート１７を開閉する吸気バルブ２１と、各排気ポート１８を開閉する排気バルブ２２とがそれぞれ配置されている。各吸気バルブ２１には、バルブスプリング２１ａがそれぞれ設けられており、バルブスプリング２１ａの弾性力によって各吸気バルブ２１が吸気ポート１７を閉じる方向に付勢されている。また、各排気バルブ２２にも同様にバルブスプリング２２ａが設けられている。

吸気バルブ２１の上方には、各気筒１２ごとに１つの吸気カム２３ａを有する吸気カムシャフト２３が配置されている。吸気カムシャフト２３は、複数の支持壁２５によって回転自在に支持されている。なお、支持壁２５は、シリンダヘッド１４に一体的に設けられたカムハウジングと、このカムハウジングにボルト締結等により脱着可能に取り付けられたカムキャップとで構成されている。

また、排気バルブ２２の上方に、各気筒１２ごとに１つの排気カム２４ａを有する排気カムシャフト２４が配置されている。排気カムシャフト２４は、複数の支持壁２６によって回転自在に支持されている。なお、支持壁２６は、シリンダヘッド１４に一体的に設けられたカムハウジングと、このカムハウジングにボルト締結等により脱着可能に取り付けられたカムキャップとで構成されている。

これら吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４は、タイミングチェーン３５等を介してクランクシャフト３４に駆動連結されている。そして、クランクシャフト３４の回転がタイミングチェーン３５等を介して吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４に伝達され、各カムシャフト２３，２４の回転によって、吸気バルブ２１および排気バルブ２２がそれぞれ往復運動する。

吸気バルブ２１の上端部と吸気カム２３ａとの間、および、排気バルブ２２の上端部と排気カム２４ａとの間には、それぞれ、ローラ２７ａを有するロッカアーム２７が揺動自在に配置されている。さらに、吸気バルブ２１および排気バルブ２２の各上端部の近傍には、油圧式のラッシュアジャスタ２８がそれぞれ配置されている。ロッカアーム２７には、バルブスプリング２１ａ（２２ａ）の圧縮反力とラッシュアジャスタ２８の押し上げ力とが伝達されている。これにより、ロッカアーム２７のローラ２７ａがほぼ上方に付勢されている。そして、この例では、ローラ２７ａは、各排気カム２４ａに対しては直接的に接触されている一方で、各吸気カム２３ａに対しては以下に述べるような可変動弁機構３０を介して間接的に接触されている。なお、ロッカアームとして、ローラを備えないものを用いてもよい。

上述のようなエンジン１０において、吸気カムシャフト２３の近傍に可変動弁機構３０が設けられている。以下、可変動弁機構３０の構成について、図１〜図８を用いて詳しく説明する。なお、図３の矢印Ｆは、アクチュエータ３３から離れる方向を示し、矢印Ｒは、アクチュエータ３３に近づく方向を示す。

可変動弁機構３０は、吸気バルブ２１の作用角およびリフト量（最大リフト量）を連続的に変更するためのものであって、吸気カムシャフト２３の吸気カム２３ａとロッカアーム２７との間に配設されている。なお、ロッカアーム２７は、一端がラッシュアジャスタ２８に支持され、他端が吸気バルブ２１の上端に当接している。

ここで、吸気バルブ２１の作用角とは、図９に示すように、吸気バルブ２１の開弁時期ＩＶＯから閉弁時期ＩＶＣまでの角度範囲（図９ではクランク角で表現している）である。また、最大リフト量は、吸気バルブ２１が開弁時において可動範囲の最も下方まで移動（リフト）したときの吸気バルブ２１の移動量である。これらの作用角および最大リフト量は、可変動弁機構３０によって互いに同期して変化する。例えば、作用角が小さくなるほど最大リフト量も小さくなる。また、作用角が小さくなるに従って吸気バルブ２１の開弁時期ＩＶＯと閉弁時期ＩＶＣとが互いに近寄り、開弁期間が短くなって１気筒当たりの吸入空気量が少なくなる。

可変動弁機構３０は、気筒１２ごとの可変バルブリフト機構４０を備えるほか、全ての可変バルブリフト機構４０にそれぞれ共通のロッカシャフト３１、コントロールシャフト３２、および、アクチュエータ３３を備えている。

ロッカシャフト３１は、吸気カムシャフト２３と平行な方向（気筒配列方向）に沿って延びる円筒状の部材であり、シリンダヘッド１４に設けられた複数の支持壁２５に、軸方向および周方向への移動が規制された状態で取り付けられている。なお、ロッカシャフト３１が延びる方向を、「軸方向」と称する。

ロッカシャフト３１には、隣り合う支持壁２５，２５によって挟まれた箇所に軸方向に延びる一対の長孔（貫通孔）３１ａ，３１ａが形成されている。一対の長孔３１ａ，３１ａは、ロッカシャフト３１の中心軸まわりで互いに１８０度異なる箇所に設けられている。２つの長孔３１ａ，３１ａには、後述するコネクトピン４４が挿通されている。

コントロールシャフト３２は、ロッカシャフト３１内に軸方向の移動が可能な状態で挿入されている。コントロールシャフト３２は、その一端側に接続されているアクチュエータ３３によって軸方向（Ｆ方向またはＲ方向）に前進・後退される。コントロールシャフト３２には、コントロールシャフト３２の内部を径方向に貫通する貫通孔３２ａが形成されている。この貫通孔３２ａには、後述するコネクトピン４４が挿入されている。

可変バルブリフト機構４０は、気筒数と同数設けられており、ロッカシャフト３１に対して各気筒１２と対応するように外装されている。各可変バルブリフト機構４０は、コントロールシャフト３２と連動して移動可能なスライダギア４３と、吸気カムシャフト２３の吸気カム２３ａにより駆動される入力アーム（カム被打部材）４１と、吸気バルブ２１をリフトさせる出力アーム（バルブ打部材）４２とを備えている。入力アーム４１および出力アーム４２は、スライダギア４３上に設けられ、軸方向への移動が規制された状態でロッカシャフト３１（コントロールシャフト３２）を支持する一対の支持壁２５，２５間に配設されている。なお、出力アーム４２と支持壁２５との間には、スライダギア４３に対する入力アーム４１および出力アーム４２の軸方向における初期相対位置を調整するための板状のシム４５が介装されている。

入力アーム４１は、円筒形のハウジング４１ａを備えている。ハウジング４１ａの内周面には、後述するスライダギア４３の入力側ヘリカルスプライン４３ａに噛み合うヘリカルスプライン４１ｂが形成されている。また、ハウジング４１ａの外周には、径方向外向きに突出する一対の支持片４１ｃ，４１ｃが設けられており、この一対の支持片４１ｃ，４１ｃの間にローラ４１ｅが配置されている。ローラ４１ｅは、ロッカシャフト３１と平行な回転軸４１ｄによって回転自在に支持されている。

入力アーム４１の軸方向両側には、一対の出力アーム４２，４２が配置されている。各出力アーム４２は、円筒形のハウジング４２ａを備えている。ハウジング４２ａの内周面には、スライダギア４３の出力側ヘリカルスプライン４３ｂに噛み合うヘリカルスプライン４２ｂが形成されている。また、ハウジング４２ａの外周には、径方向外向きに突出するノーズ４２ｃが設けられている。ノーズ４２ｃは、略三角形状に加工されており、その一辺が凹状に湾曲するカム面４２ｄとなっている。

これらの入力アーム４１および２つの出力アーム４２，４２によって区画された内部空間には、スライダギア４３が配設されている。スライダギア４３は、ロッカシャフト３１上にコントロールシャフト３２と連動して軸方向に移動可能に外装されている。

スライダギア４３は、中心に軸挿入孔４３ｃを有する略円筒形状に加工されている。スライダギア４３の軸方向の中央部には、入力アーム４１のヘリカルスプライン４１ｂに噛み合う入力側ヘリカルスプライン４３ａが加工されている。また、スライダギア４３の軸方向の両端部には、出力アーム４２のヘリカルスプライン４２ｂに噛み合う出力側ヘリカルスプライン４３ｂがそれぞれ加工されている。出力側ヘリカルスプライン４３ｂは、入力側ヘリカルスプライン４３ａに対して外径が小さく形成されている。また、入力側ヘリカルスプライン４３ａと出力側ヘリカルスプライン４３ｂとは、歯のねじれの向きが互いに逆向きとなるように加工されている。

スライダギア４３の内壁の軸方向中央部には、周方向に延びる周溝４３ｄが形成されている。また、この周溝４３ｄは、貫通孔４３ｅによってスライダギア４３の外部に連通されている。

そして、入力アーム４１のローラ４１ｅは、シリンダヘッド１４に圧縮状態で配設されたロストモーションスプリング２９の弾性力によって、常に吸気カム２３ａへ押し付けられている。一方、出力アーム４２のハウジング４２ａのベース円部分またはノーズ４２ｃのカム面４２ｄには、吸気バルブ２１のバルブスプリング２１ａによってロッカアーム２７のローラ２７ａが圧接されている。これにより、吸気カムシャフト２３が回転すると、吸気カム２３ａによって入力アーム４１のローラ４１ｅが押し下げられる。そして、入力アーム４１とともに、スライダギア４３および出力アーム４２が一体的に揺動される。このような入力アーム４１および出力アーム４２の一体的な揺動によって、ロッカアーム２７を介して吸気バルブ２１がリフトされるようになっている。

ここで、ロッカシャフト３１の外側のスライダギア４３を、ロッカシャフト３１内のコントロールシャフト３２に動力伝達可能に連結するために、スライダギア４３の周溝４３ｄ内には、断面円弧状のブッシュ４６が配設されている。ブッシュ４６は、後述するように、周溝４３ｄ内に同一形状のものが２つ配設されている。各ブッシュ４６は、コネクトピン４４を介してコントロールシャフト３２に連結されている。コネクトピン４４およびブッシュ４６の詳細については後述する。

そして、可変動弁機構３０において、スライダギア４３は、次のように動作する。

コントロールシャフト３２は、ロッカシャフト３１の長孔３１ａの軸方向の長さの範囲内で、ロッカシャフト３１に対して軸方向に移動可能となっている。また、スライダギア４３は、周溝４３ｄとブッシュ４６との係合により、コントロールシャフト３２に対する軸方向の位置が固定されているので、アクチュエータ３３の駆動によりコントロールシャフト３２が軸方向に移動されると、その動作がコネクトピン４４およびブッシュ４６を介してスライダギア４３に伝えられる。これにより、コントロールシャフト３２に連動してスライダギア４３が軸方向に移動する。加えて、ブッシュ４６がスライダギア４３の周溝４３ｄ内を周方向に移動可能となっているので、その範囲内で、スライダギア４３がコントロールシャフト３２に対し回動可能となっている。これにより、コントロールシャフト３２が軸方向に移動されると、スライダギア４３は、軸方向に移動しながら、コントロールシャフト３２に対して回動する。

また、入力アーム４１に吸気カムシャフト２３のトルクが伝達されると、そのトルクが入力アーム４１からスライダギア４３を介して出力アーム４２に伝達されるが、このとき、スライダギア４３は、ロッカシャフト３１（コントロールシャフト３２）の回りを揺動する。

このような可変バルブリフト機構４０において、スライダギア４３の入力側ヘリカルスプライン４３ａと、入力アーム４１のヘリカルスプライン４１ｂとは、互いに噛み合わされることによって支持されている。また同様に、スライダギア４３の出力側ヘリカルスプライン４３ｂと、出力アーム４２のヘリカルスプライン４２ｂとは、互いに噛み合わされて支持されている。

したがって、コントロールシャフト３２の前進・後退によりスライダギア４３を軸方向に移動させて、スライダギア４３と、入力アーム４１および出力アーム４２との軸方向における相対位置を変化させることによって、入力アーム４１と出力アーム４２とに互いに逆向きのねじり力が付与されることになる。これにより、入力アーム４１と出力アーム４２とが互いに相対回転し、入力アーム４１（ローラ４１ｅ）と出力アーム４２（ノーズ４２ｃ）との相対位相差が変更されるようになっている。

以上のようにして、入力アーム４１のローラ４１ｅと出力アーム４２のノーズ４２ｃとの相対位相差が変更されると、吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量が変更される。そして、相対位相差が最も小さいとき（可変バルブリフト機構４０の周方向において、ローラ４１ｅとノーズ４２ｃとが最も接近した状態にあるとき）、吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量は最も小さくなる。逆に、相対位相差が最も大きいとき（可変バルブリフト機構４０の周方向において、ローラ４１ｅとノーズ４２ｃとが最も離れた状態にあるとき）、吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量は最も大きくなる。

そして、この例の可変動弁機構３０においては、共通する１本のコントロールシャフト３２に各気筒１２ごとのスライダギア４３がそれぞれ配置されているので、コントロールシャフト３２の軸方向の前進・後退に応じて、全ての気筒１２の吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量が同時に変更されるようになっている。

次に、可変動弁機構３０の動作について、図１０，図１１を用いて説明する。

まず、図１０を参照して、コントロールシャフト３２を最大限までアクチュエータ３３から離れる方向（図３の矢印Ｆ方向）へ移動させた場合の可変動弁機構３０の動作について説明する。

図１０（ａ）に示すように、吸気カム２３ａのベース円部分が入力アーム４１のローラ４１ｅに当接しているとき、ロッカアーム２７のローラ２７ａは、出力アーム４２のハウジング４２ａのベース円部分と当接した状態にある。このため、吸気バルブ２１は最大リフト量が「０」の状態（エンジン１０の吸気ポート１７を閉じた状態）に維持される。

そして、吸気カムシャフト２３の時計方向への回転にともない、入力アーム４１のローラ４１ｅが吸気カム２３ａのリフト部分により押し下げられると、入力アーム４１がロッカシャフト３１に対して、反時計回り方向（図１０（ａ）の矢印方向）に回動する。また、これに伴って、出力アーム４２およびスライダギア４３が一体となって揺動する。

これにより、出力アーム４２のノーズ４２ｃに形成されたカム面４２ｄが、ロッカアーム２７のローラ２７ａに当接し、カム面４２ｄの押圧によってローラ２７ａが押し下げられる。

図１０（ｂ）に示すように、ロッカアーム２７のローラ２７ａがカム面４２ｄにより押圧されているとき、ロッカアーム２７がラッシュアジャスタ２８との当接部を中心として揺動し、吸気バルブ２１が開弁される。

以上のように、コントロールシャフト３２がアクチュエータ３３から離れる方向に最大限まで移動した状態では、ロッカシャフト３１の軸心回りにおける入力アーム４１のローラ４１ｅと、出力アーム４２のノーズ４２ｃとの相対位相差が最大となる。

これにより、吸気カム２３ａがローラ４１ｅを最大限に押し下げたとき、ロッカアーム２７の揺動量（揺動範囲）が最も大きくなり、吸気バルブ２１は最大の作用角および最大リフト量で開閉される。

次に、図１１を参照して、コントロールシャフト３２を最大限までアクチュエータ３３に近づける方向（図３の矢印Ｒ方向）へ移動させた場合の可変動弁機構３０の動作について説明する。

図１１（ａ）に示すように、吸気カム２３ａのベース円部分が入力アーム４１のローラ４１ｅに当接しているときには、出力アーム４２とローラ２７ａとの当接位置は、カム面４２ｄから最大限まで離れた位置にある。そして、吸気カムシャフト２３の回転によって、入力アーム４１のローラ４１ｅが吸気カム２３ａのリフト部分により押し下げられると、入力アーム４１と出力アーム４２とが一体となって回動する。

ただし、この場合、出力アーム４２とローラ２７ａとの当接位置は、カム面４２ｄから最大限離れているので、カム面４２ｄによるロッカアーム２７のローラ２７ａの押し下げが開始されるまでの出力アーム４２の回転量が、図１０に示す場合と比べて大きくなる。また、吸気カム２３ａのリフト部分により入力アーム４１のローラ４１ｅが押し下げられた際、ローラ２７ａと当接するカム面４２ｄの範囲が、ノーズ４２ｃの基端側の一部のみに縮小される。このため、吸気カム２３ａのリフト部分によるローラ４１ｅの押し下げに応じたロッカアーム２７の揺動量（揺動範囲）は小さくなる。

図１１（ｂ）に示すように、ロッカアーム２７の揺動量が小さいことにより、吸気バルブ２１は、より小さい最大リフト量にて開弁されるようになる。

また、コントロールシャフト３２がアクチュエータ３３に近づく方向に最大限まで移動した状態では、ロッカシャフト３１の軸心回りにおけるローラ４１ｅとノーズ４２ｃとの相対位相差が最小となる。

これにより、吸気カム２３ａがローラ４１ｅを最大限に押し下げたときのローラ２７ａの変位量は最も小さくなり、吸気バルブ２１が最小の作用角および最大リフト量で開閉されるようになる。

以上述べたように、可変動弁機構３０では、全ての気筒１２に共通のコントロールシャフト３２が軸方向に移動されると、スライダギア４３が軸方向に移動される。そして、コントロールシャフト３２の軸方向の移動位置に応じて、各可変バルブリフト機構４０において、スライダギア４３に対する入力アーム４１および出力アーム４２の軸方向の相対位置が変化する。これにより、スライダギア４３上の入力アーム４１と出力アーム４２とが相対回転して、入力アーム４１と出力アーム４２との相対位相差が変更され、吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量が連続的に変更されるようになっている。

次に、スライダギア４３とコントロールシャフト３２との連結について、図７、図８を用いて詳しく説明する。

この例では、ロッカシャフト３１の外側のスライダギア４３を、ロッカシャフト３１内のコントロールシャフト３２に動力伝達可能に連結するために、スライダギア４３の周溝４３ｄ内に断面円弧状のブッシュ４６が２つ配設されている。各ブッシュ４６には、周方向中間にピン挿入孔（貫通孔）４６ａが形成されている。２つのブッシュ４６，４６は、ロッカシャフト３１（コントロールシャフト３２）を挟んで互いに対向する箇所に配置されている。

そして、２つのブッシュ４６，４６は、１つのコネクトピン４４を介してコントロールシャフト３２に連結されている。具体的には、コネクトピン４４の両端部が各ブッシュ４６のピン挿入孔４６ａに挿入されており、コネクトピン４４の中間部がコントロールシャフト３２の貫通孔３２ａに挿入されている。言い換えれば、コネクトピン４４の両端部がコントロールシャフト３２の貫通孔３２ａより突出されており、両突出部分４４ａ，４４ａがブッシュ４６のピン挿入孔４６ａにそれぞれ挿入されている。コネクトピン４４の長さは、コントロールシャフト３２の外径よりも長く、かつ、スライダギア４３の周溝４３ｄの内径よりも短くなっている。なお、コネクトピン４４の中間部は、ロッカシャフト３１の２つの長孔３１ａ，３１ａにも挿入されている。

コネクトピン４４およびブッシュ４６の組み付けは次のようにして行われる。まず、２つのブッシュ４６，４６をスライダギア４３の軸挿入孔４３ｃから周溝４３ｄ内に挿入する。そして、コントロールシャフト３２を挿入した状態のロッカシャフト３１をスライダギア４３の軸挿入孔４３ｃに挿入する。次に、コネクトピン４４をスライダギア４３の貫通孔４３ｅから周溝４３ｄ内に挿入する。このとき、スライダギア４３の貫通孔４３ｅと、ロッカシャフト３１の２つの長孔３１ａ，３１ａと、コントロールシャフト３２の貫通孔３２ａと、各ブッシュ４６のピン挿入孔４６ａとの位置合わせを行った状態で、コネクトピン４４をスライダギア４３の貫通孔４３ｅ側から挿入する。そして、コネクトピン４４を、その一端部がスライダギア４３の貫通孔４３ｅから遠い側のブッシュ４６のピン挿入孔４６ａに挿入されるまで挿入する。なお、最終組み付け状態では、スライダギア４３は、上述の位置から周方向にずらした位置に配置されるため、貫通孔４３ｅからコネクトピン４４が抜け出ることはない。

このように、２つのブッシュ４６，４６がコネクトピン４４を介してコントロールシャフト３２に連結されている。このため、吸気カムシャフト２３による入力アーム４１の揺動をスライダギア４３を介して出力アーム４２に伝達して吸気バルブ２１を開閉する際、および、コントロールシャフト３２に連動するスライダギア４３の動作により入力アーム４１と出力アーム４２との相対位相差を変更して吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量を変更する際に、スライダギア４３からの荷重がコネクトピン４４の両端部に組み付けられたブッシュ４６，４６で分担される。そして、ブッシュが１つしか設けられていない場合に比べて、各ブッシュ４６にかかる荷重がほぼ半分に低減される。言い換えれば、スライダギア４３の周溝４３ｄの内壁と接触する２つのブッシュ４６，４６の合計の表面積（スライダギア４３からの荷重を受ける部分の面積）が、ブッシュ４６が１つしか設けられていない場合に比べて２倍になるため、各ブッシュ４６にかかる荷重がほぼ半分に低減される。

これにより、ブッシュ４６が１つしか設けられていない場合に比べて、ブッシュ４６の材質、形状・寸法、熱処理、加工精度等の条件を緩和しながら、ブッシュ４６の耐摩耗性を向上させて、その耐久性を高くすることができる。具体的には、ブッシュ４６の形状・寸法を大きくしなくても、ブッシュ４６の表面の摩耗を低減させて、ブッシュ４６の耐久性を向上させることができる。つまり、ブッシュ４６の形状・寸法は、スライダギア４３の軸挿入孔４３ｃの内径Ｄに制限されるが、軸挿入孔４３ｃから挿入可能な形状・寸法のブッシュ４６を２つ用いることによって、ブッシュ４６の耐摩耗性、耐久性を向上させることができる。また、ブッシュ４６に焼入れ等の熱処理を施したり、ブッシュ４６の材質を耐摩耗性に優れる硬いものとしたり、ブッシュ４６の加工精度を高くしたりなくても、ブッシュ４６の表面の摩耗を低減させて、ブッシュ４６の耐久性を向上させることができ、ブッシュ４６への熱処理や、ブッシュ４６の材質や加工精度等の条件を満たすために要する労力やコストを削減することができる。

なお、スライダギア４３の軸挿入孔４３ｃから挿入可能な最大の形状・寸法のブッシュ４６を２つ用いることによって、２つのブッシュ４６，４６の合計の表面積（スライダギア４３からの荷重を受ける部分の面積）を最も大きくすることができ、ブッシュ４６の耐摩耗性、耐久性を最も向上させることができる。また、以上では、コネクトピン４４の両端部にそれぞれ組み付けられるブッシュ４６が同一形状である場合について説明したが、これに限られず、コネクトピン４４の両端部に互いに異なる形状のブッシュを組み付けることも可能である。

本発明を適用するエンジンの可変動弁機構の一実施形態を示す断面図である。 エンジンのシリンダヘッドを示す平面図である。 可変動弁機構の入力アーム、出力アーム等を示す斜視図である。 可変動弁機構のスライダギア、入力アーム、出力アーム等を示す分解斜視図である。 可変動弁機構のスライダギア、ロッカシャフト、コントロールシャフト等を示す斜視図である。 可変動弁機構のスライダギア、入力アーム、出力アーム等を示す水平破断斜視図である。 可変動弁機構のスライダギア、ロッカシャフト、コントロールシャフト、ブッシュ、コネクトピンの組み付けを示す断面図である。 図７のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 可変動弁機構により変更される吸気バルブの作用角およびリフト量を示す図である。 入力アームと出力アームとの相対位相差を最大にした場合の可変動弁機構の動作説明に用いる側面図である。 入力アームと出力アームとの相対位相差を最小にした場合の可変動弁機構の動作説明に用いる側面図である。 従来のスライダギア、ロッカシャフト、コントロールシャフト、ブッシュ、コネクトピンの組み付けを示す断面図である。 図１２のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。

符号の説明

１０ エンジン
１４ シリンダヘッド
２１ 吸気バルブ
２３ 吸気カムシャフト
２３ａ 吸気カム
２７ ロッカアーム
３０ 可変動弁機構
３１ ロッカシャフト
３１ａ 長孔
３２ コントロールシャフト
３２ａ 貫通孔
３３ アクチュエータ
４０ 可変バルブリフト機構
４１ 入力アーム
４２ 出力アーム
４３ スライダギア
４３ｃ 軸挿入孔
４３ｄ 周溝
４３ｅ 貫通孔
４４ コネクトピン
４４ａ 突出部分
４６ ブッシュ
４６ａ ピン挿入孔

Claims (1)

1. 軸方向へ移動可能に設けられたコントロールシャフトと、
   前記コントロールシャフト上に配設される可変バルブリフト機構とを備え、
   前記可変バルブリフト機構には、コントロールシャフトが挿入される軸挿入孔が形成されているスライダと、前記スライダの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、カムシャフトからの力を受ける入力アームと、前記スライダの外周面に、入力アームと係合するヘリカルスプラインとは異なる方向に形成されたヘリカルスプラインと係合し、機関バルブをリフトさせる出力アームとが設けられており、
   前記スライダの軸挿入孔の内周面には周溝が形成され、その周溝内にはブッシュが配設されており、
   前記ブッシュに形成されたピン挿入孔とコントロールシャフトに形成された貫通孔とにコネクトピンが挿入されることで、ブッシュがコネクトピンを介してコントロールシャフトに連結されており、
   前記コネクトピンおよびブッシュを介してコントロールシャフトの動作がスライダに伝えられることで、スライダがコントロールシャフトに連動して軸方向に駆動されるようにした内燃機関の可変動弁機構において、
   前記コネクトピンの両端部がコントロールシャフトの貫通孔より突出されており、両端部にはそれぞれブッシュが組み付けられていることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。

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