JP2007327374A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】コントロールシャフトを捩れ難くして、該シャフトに欠けや折損が発生するのを抑える。
【解決手段】可変動弁機構９は、カムシャフト１０ｘ上に３つの各気筒６に対して１つずつ回転位相を略等間隔にずらして形成された各回転カム１０と、回転カム１０により入力部２１が駆動されると出力部３１にてバルブ８を駆動する各仲介駆動機構２０と、入力部２１と出力部３１との相対回動位相差を変動させる各回動位相差可変機構４１とを備えている。回動位相差可変機構４１は、入力部２１及び出力部３１と噛み合ったスライダギア４４と、全回動位相差可変機構４１のスライダギア４４を駆動するコントロールシャフト４８とを含み構成されている。回転カム１０は、異なる気筒６に対して設けられたバルブ８どうしのバルブオーバーラップが生じないカムプロフィールを備えたことによって、該オーバーラップによるコントロールシャフト４８の捩れ増加を防止している。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の運転状況に応じてバルブのリフト量、作用角及びタイミングを連続的又は段階的に変化させる可変動弁機構に関する。

この種の可変動弁機構の中には、特許文献１等に示す形態のものが３気筒、４サイクルの内燃機関５に対して設置された場合を示す、図６に示す従来例の可変動弁機構９０のように、同一のカムシャフト９１ｘ上に３つの各気筒６に対してそれぞれ１つずつ互いに回転位相を略等間隔に約１２０度ずつずらして形成された回転カム９１と、同一軸線Ｘ上に並べて揺動可能に支持された入力部９３と出力部９４とを備え、回転カム９１により入力部９３が駆動されると出力部９４にて気筒６に対して設けられたバルブ８を駆動する仲介駆動機構２０と、入力部９３と出力部９４との相対回動位相差を変動させる回動位相差可変機構９５とを備えたものがある。

回動位相差可変機構９５は、入力部９３及び出力部９４との間でそれぞれ互いに角度の異なるヘリカルスプラインの噛み合いをするスライダギア９６と、軸線Ｘ上を軸線方向Ｆ，Ｒへスライドするコントロールシャフト９７と、スライダギア９６をコントロールシャフト９７に軸線方向Ｆ，Ｒへは拘束し且つ周方向へは摺動可能に連結した連結機構（図示略）とを含み構成されている。このとき、通常、各回転カム９１は、仲介駆動機構９２を駆動してバルブ８を開く作用角Ａ０を１２０度以上の範囲に渡って備えたカムプロフィールを備えている。
特開２００６−９０１６０公報

上記構造においては、回転位相を約１２０度ずつずらして形成された３つの回転カム９１が、それぞれ１２０度以上の作用角Ａ０を備えているため、図６（ｃ）に示すように、一の回転カム９１が仲介駆動機構９２を駆動し終えてバルブ８を閉じ終わる前に、図６（ｄ）に示すように、他の回転カム９１が仲介駆動機構２０を駆動し始めてバルブ８を開き始める、他気筒間でのバルブオーバーラップが生じ、それによって、次のような問題が発生する。

すなわち、該バルブオーバーラップ時には、該駆動し始めた側の仲介駆動機構９２は、回転カム９１によって押し下げられていくのに伴い一方の周方向Ｏへ回動する反面、該駆動し終わる側の仲介駆動機構９２は、リターンスプリング等によって押し戻されていくのに伴い該一方の周方向Ｏとは反対側の周方向Ｃへ回動することとなる。そのため、このとき、両仲介駆動機構９２からコントロールシャフト９７へは、スライダギア９６及び連結機構（図示略）を介して相反する両周方向Ｏ，Ｃへの摺動摩擦が加えられる。その摺動摩擦によって、図７のイメージ図に示すように、バルブオーバーラップ時にコントロールシャフト９７に加わる捩り応力が増加して、それがコントロールシャフト９７の欠けや折損の原因となることがある。なお、該図７においては、横軸に内燃機関５の回転角度を示しているが、カムシャフト９１ｘは４サイクルの内燃機関５が２回転（７２０度回転）する毎に１回転するため、３つの回転カム９１のプロフィールは２４０度毎に並んでいる。

そこで、コントロールシャフトを捩れ難くして、該シャフトに欠けや折損が発生するのを抑えること目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の可変動弁機構は、同一のカムシャフト上に３つ以上の各気筒に対してそれぞれ１つずつ互いに回転位相を略等間隔にずらして形成された各回転カムと、同一軸線上に並べて揺動可能に支持された入力部と出力部とを備え、前記回転カムにより前記入力部が駆動されると前記出力部にて前記気筒に対して設けられたバルブを駆動する各仲介駆動機構と、前記入力部と前記出力部との相対回動位相差を変動させる各回動位相差可変機構とを備えた内燃機関の可変動弁機構において、前記回動位相差可変機構は、前記入力部及び前記出力部との間でそれぞれ互いに角度の異なるヘリカルスプラインの噛み合いをするスライダギアと、前記軸線上を軸線方向へスライドする、全回動位相差可変機構が共有する同一のコントロールシャフトと、前記スライダギアを前記コントロールシャフトに前記軸線方向へは拘束し且つ周方向へは摺動可能に連結した連結機構とを含み構成され、前記回転カムは、互いに異なる気筒に対して設けられたバルブどうしのバルブオーバーラップが生じないカムプロフィールを備えたことによって、前記バルブオーバーラップによる前記コントロールシャフトの捩れ増加を防止したことを特徴とする。

前記気筒の数は、特に限定されないが、３つであることが好ましい。但し、該３つとは、該３つの気筒が少なくとも１組あればよく、よって、２組ある、いわゆるＶ６エンジン等も当然含まれるものとする。該気筒の数は少ない方が、仲介駆動機構を押圧してバルブを開く各回転カムの作用角を、大きくとることができるからである。

本発明によれば、バルブオーバーラップによる前記コントロールシャフトの捩れ増加を防止することによって、該シャフトに欠けや折損が発生するのを抑えることができる。

本発明の内燃機関５の可変動弁機構９は、同一のカムシャフト１０ｘ上に３つの各気筒６に対してそれぞれ１つずつ互いに回転位相を略等間隔にずらして形成された計３つの回転カム１０と、同一軸線Ｘ上に並べて揺動可能に支持された入力部２１と出力部３１とを備え、回転カム１０により入力部２１が駆動されると出力部３１にて気筒６に対して設けられたバルブ８を駆動する計３つの仲介駆動機構２０と、入力部２１と出力部３１との相対回動位相差ｇを変動させる計３つの回動位相差可変機構４１とを備えている。

回動位相差可変機構４１は、入力部２１及び出力部３１との間でそれぞれ互いに角度の異なるヘリカルスプラインの噛み合いをするスライダギア４４と、軸線Ｘ上を軸線方向Ｆ，Ｒへスライドする、全３つの回動位相差可変機構４１が共有する同一のコントロールシャフト４８と、スライダギア４４をコントロールシャフト４８に軸線方向Ｆ，Ｒへは拘束し且つ周方向Ｏ，Ｃへは摺動可能に連結した連結機構５２とを含み構成されている。

回転カム１０は、互いに異なる気筒６に対して設けられたバルブ８どうしのバルブオーバーラップが生じないカムプロフィールを備えたことによって、該バルブオーバーラップによるコントロールシャフト４８の捩れ増加を防止している。

本実施例１の図１〜図３に示す可変動弁機構９は、内燃機関の運転状況に応じてバルブの開閉量を連続的に変化させる機構であって、ここでは、気筒６を３つ備えた３気筒の４サイクルの内燃機関５の吸気用のバルブ８に対して設置されている。詳しくは、この内燃機関５は、３つの気筒６の上端に同一のシリンダヘッド７を備え、該シリンダヘッド７に前述のバルブ８が、３つの各気筒６に対してそれぞれ２つずつの計６つ設置されている。

可変動弁機構９は、同一のカムシャフト１０ｘ上に３つの各気筒６に対してそれぞれ１つずつ設けられた計３つの回転カム１０と、６つの各バルブ８に対してそれぞれ１つずつ設置され、動力が伝えられると揺動して該バルブ８を開閉する計６つのロッカアーム１５と、各回転カム１０と同一の気筒６に対して設けられた２つのロッカアーム１５との間に介在して、該回転カム１０からの動力を両ロッカアーム１５へ伝達量可変に伝えることによって、バルブ８の開閉量を調節する計３つの仲介駆動機構２０とを含み構成されている。

回転カム１０は、シリンダヘッド７の上方に回転可能に設置された前述のカムシャフト１０ｘ上に形成されており、基本部分となるベース円部１１と、該ベース円部１１から突出したカムノーズ１２とを含み構成されている。そして、該回転カム１０の外周面には、仲介駆動機構２０を押圧するカム面１０ｓが形成されている。該回転カム１０は３つ、互いに回転位相をカムシャフト１０ｘの周方向へ約１２０度ずつ略等間隔にずらして形成されており、各回転カム１０は、カムノーズ１２が形成された、仲介駆動機構２０を押圧して駆動する作用角Ａ１の大きさを１２０度以内（約１２０度）に納めたカムプロフィールを備えている。

ロッカアーム１５は、基端部１５ａがラッシュアジャスタ１７に揺動可能に支持されており、先端部１５ｂがバルブ８のステムエンド８ｅに当接している。また、該ロッカアーム１５の中間部には、仲介駆動機構２０に押圧されるローラ１６が軸着されている。

仲介駆動機構２０は、同一の支持パイプ２０ｘに並べて揺動可能に支持された入力部２１と出力部３１とを備え、回転カム１０により入力部２１が駆動されると出力部３１にてバルブ８を駆動する機構であって、その内部には、入力部２１と出力部３１との相対回動位相差ｇを変動させる回動位相差可変機構４１が設けられている。なお、以下においては、支持パイプ２０ｘの中心線である軸線Ｘの長さ方向（軸線方向）のうちの一方を前方Ｆ、他方を後方Ｒとし、該軸線Ｘを軸とした回動方向（周方向）のうち、仲介駆動機構２０がロッカアーム１５を駆動してバルブ８を開く側の方向を開方向Ｏとし、その反対側の方向を閉方向Ｃとする。

支持パイプ２０ｘは、３つの仲介駆動機構２０が共有する一本の回転軸となるパイプであって、シリンダヘッド７の上部に前後方向Ｆ，Ｒに間隔を置いて並設された複数の立壁部７ｖを挿通して該立壁部７ｖに回動不能に固定されている。そして、該複数の立壁部７ｖのうちの２つの相互間に、一の仲介駆動機構２０の入力部２１と出力部３１とが互いに端面を合わせた状態で並べて支持されている。そして、これら入力部２１と出力部３１とは、その並びの両端が両側の立壁部７ｖに当接することによって、前後方向Ｆ，Ｒへの移動が抑止されている。

入力部２１は、立壁部７ｖの相互間における略中央に配設されている。該入力部２１は、基本部分となる円筒状のベース円部２２と、回転カム１０に当接する入力ローラ２５を支持した入力アーム２４と、リターンスプリング２８が取り付けられたリターンアーム２７とを含み構成され、ベース円部２２の中心部には、スライダギア４４を挿通させるための軸穴が形成されている。入力アーム２４は、ベース円部２２の外周面に２本平行に突出形成されており、両入力アーム２４の先端における相互間には、シャフト２６を介し前述の入力ローラ２５が軸着されている。また、リターンアーム２７は、両入力アーム２４に対する入力部２１の径方向の略反対側に突出形成されており、外部のスプリング取付部２９との間には、該リターンアーム２７を閉方向Ｃへ付勢することによって、入力ローラ２５を回転カム１０のカム面１０ｓに常に当接させる前述のリターンスプリング２８が取り付けられている。

出力部３１は、入力部２１の前後方向Ｆ，Ｒ両側に１づずつ配設されている。各出力部３１は、基本部分となる円筒状のベース円部３２と、ロッカアーム１５を押圧するための出力カム面３４ｓを備えた出力ノーズ３４とを含み構成され、ベース円部３２の中心部には、支持パイプ２０ｘ及び回動位相差可変機構４１を挿通させるための軸穴が形成されている。また、各出力部３１の入力部側とは反対側の端面には、支持パイプ２０ｘを挿通させるための中心孔を備えた軸受部３３が設けられている。各出力部３１の出力ノーズ３４は、ベース円部３２の外周面に突出形成されており、該出力ノーズ３４の頂部よりも開方向Ｏ側の外周面には、凹状に湾曲した前述の出力カム面３４ｓが形成されている。

回動位相差可変機構４１は、入力部２１及び出力部３１との間でそれぞれ互いに角度の異なるヘリカルスプラインの噛み合いをするスライダギア４４と、軸線Ｘ上を前後方向Ｆ，Ｒへスライドするコントロールシャフト４８と、該スライダギア４４を該コントロールシャフト４８に前後方向Ｆ，Ｒへは拘束し、且つ開閉方向Ｏ，Ｃへは摺動可能に連結した連結機構５２とを含み構成されている。

スライダギア４４は、支持パイプ２０ｘと入力部２１及び出力部３１との相互間に挿入されており、該スライダギア４４の外周面には、入力部２１の内周面に形成された入力部ヘリカルスプライン４２と噛み合う入力用ヘリカルスプライン４５と、出力部３１の内周面に形成された出力部ヘリカルスプライン４３と噛み合う出力用ヘリカルスプライン４６とが設けられている。これらヘリカルスプラインの詳細は、入力用ヘリカルスプライン４５及びそれと噛み合う入力部ヘリカルスプライン４２が、前方Ｆから後方Ｒに進むに従って閉方向Ｃへ旋回する螺旋状（図においては右ねじの螺旋状）に形成されており、出力用ヘリカルスプライン４６及びそれと噛み合う出力部ヘリカルスプライン４３が、前方Ｆから後方Ｒに進むに従って開方向Ｏへ旋回する螺旋状（図においては左ねじの螺旋状）に形成されている。該スライダギア４４の形状は、略円筒状であって、内周面は支持パイプ２０ｘに摺接し、外周面には、前述の入力用ヘリカルスプライン４５と出力用ヘリカルスプライン４６とが前後方向Ｆ，Ｒへ間隔を空けて形成されている。そして、それら両ヘリカルスプライン４５，４６の相互間には、他の部分に比べて径が小さくなった小径部４７が形成されている。

コントロールシャフト４８は、支持パイプ２０ｘと同じく、３つの仲介駆動機構２０が共有する一本のシャフトであって、支持パイプ２０ｘの内部に挿入されている。そして、このコントロールシャフト４８の一端には、該コントロールシャフト４８を前後方向Ｆ，Ｒへ駆動するリフト量可変アクチュエータ（図示略）が連結されている。

連結機構５２は、スライダギア４４に設けられた開閉方向Ｏ，Ｃへ延びるスリット孔５４と、支持パイプ２０ｘに設けられた前後方向Ｆ，Ｒへ延びる長孔（図示略）と、コントロールシャフト４８から突出して長孔（図示略）を挿通してスリット孔５４に係合した係合ピン５３とを含み構成されている。

以上に示した可変動弁機構９が、内燃機関５が稼動するのに従って、バルブ８を駆動する際の様子を図４のイメージを参照に以下に説明する。まず、いずれか１つの回転カム１０の作用角Ａ１が、該カムの回転に伴い仲介駆動機構２０の入力ローラ２５に当接し、更にこれを押圧していくことによって、該仲介駆動機構２０を駆動してバルブ８を開く。そして、次に、該回転カム１０が、該仲介駆動機構２０を駆動し終わりバルブ８を閉じると略同時に、他の回転カム１０の作用角Ａ１が、仲介駆動機構２０の入力ローラ２５に当接しバルブ８を開き始める。３つの回転カム１０は、上記動作の繰り返すことによって、３つの気筒６に対して設けられた３対のバルブ８を一対ずつ順に開閉していく。なお、図４においても、図７と同様、横軸に内燃機関５の回転角度を示しているが、カムシャフト１０ｘは４サイクルの内燃機関５が２回転（７２０度回転）する毎に１回転するため、３つの回転カム１０のプロフィールは２４０度毎に並んでいる。

本実施例１によれば、３つの回転カム１０は回転位相を約１２０度ずつずらして設けられており、且つ各回転カム１０の作用角Ａ１は１２０度以内に納められているため、互いに異なる気筒６に対して設けられたバルブ８どうしがバルブオーバーラップすることがない。そのため、コントロールシャフト４８に加わる捩り応力が該バルブオーバーラップによって増加するのを防止すること、すなわち、該捩り応力の発生を、図４のイメージ図に示すように、図７のイメージ図に示す従来例より小さく抑えることができるので、コントロールシャフト４８に欠けや折損が発生するのを抑えることができる。

なお、本実施例１においては、作用角Ａ１を１２０度以内に納めなくてはならに関係上、従来例に比べバルブ８を開く時間は短くなるが、その分バルブ８のリフト量を大きくして、図４に示す該リフト量の時間面積Ｓ１を図７に示す従来例の時間面積Ｓ０と略等しく揃えることによって、該バルブ８からの吸気量を従来例のものと略同じ水準に維持している。

本実施例２の図５に示す可変動弁機構６９は、実施例１の可変動弁機構９と略同様であるが、気筒６を４つ備えた４気筒の内燃機関６５の吸気用のバルブ８に対して設置されている点で相違している。そのため、該可変動弁機構６９は、同一のカムシャフト７０ｘ上に４つの各気筒６に対してそれぞれ１つずつ形成された計４つの回転カム７０と、計８つのロッカアーム１５と、計４つの仲介駆動機構２０とを含み構成されている。

回転カム７０は４つ、互いに回転位相をカムシャフト７０ｘの周方向へ約９０度ずつ略等間隔にずらして形成されており、各回転カム７０は、カムノーズ７２が形成された、仲介駆動機構２０を押圧して駆動する作用角Ａ２の大きさを９０度以内（約９０度）に納めたカムプロフィールを備えている。

本実施例２によれば、４つの回転カム７０は回転位相を約９０度ずつずらして設けられており、且つ各回転カム７０の作用角Ａ２は９０度以内に納められているため、互いに異なる気筒６に対して設けられたバルブ８どうしがバルブオーバーラップすることがない。そのため、実施例１と同様に、コントロールシャフト４８に加わる捩り応力の発生を小さく抑えることができ、それによって、コントロールシャフト４８に欠けや折損が発生するのを抑えることができる。

なお、本発明は前記実施例の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で変更して具体化することもできる。

本発明の実施例１の可変動弁機構を示す（ａ）は全体平面図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）は側面図である。 同実施例の可変動弁機構を示す側面図である。 同実施例の可変駆動機構を示す斜視図である。 同実施例における内燃機関の回転角度に対するバルブのリフト量及びコントロールシャフトに加わる捩り応力の大きさを示すイメージ図である。 実施例２の可変動弁機構を示す（ａ）は全体平面図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）は側面図である。 従来例の可変動弁機構を示す（ａ）は全体平面図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）は側面図である。 同従来例における内燃機関の回転角度に対するバルブのリフト量及びコントロールシャフトに加わる捩り応力の大きさを示すイメージ図である。

符号の説明

５ 内燃機関
６ 気筒
８ バルブ
９ 可変動弁機構
１０ 回転カム
１０ｘ カムシャフト
２０ 仲介駆動機構
２１ 入力部
３１ 出力部
４１ 回動位相差可変機構
４４ スライダギア
４８ コントロールシャフト
５２ 連結機構
６５ 内燃機関
６９ 可変動弁機構
７０ 回転カム
７０ｘ カムシャフト
ｇ 相対回動位相差
Ｘ 軸線
Ｆ 前方（軸線方向）
Ｒ 後方（軸線方向）
Ｏ 開方向（周方向）
Ｃ 閉方向（周方向）

Claims (1)

1. 同一のカムシャフト上に３つ以上の各気筒に対してそれぞれ１つずつ互いに回転位相を略等間隔にずらして形成された各回転カムと、同一軸線上に並べて揺動可能に支持された入力部と出力部とを備え、前記回転カムにより前記入力部が駆動されると前記出力部にて前記気筒に対して設けられたバルブを駆動する各仲介駆動機構と、前記入力部と前記出力部との相対回動位相差を変動させる各回動位相差可変機構とを備えた内燃機関の可変動弁機構において、
   前記回動位相差可変機構は、前記入力部及び前記出力部との間でそれぞれ互いに角度の異なるヘリカルスプラインの噛み合いをするスライダギアと、前記軸線上を軸線方向へスライドする、全回動位相差可変機構が共有する同一のコントロールシャフトと、前記スライダギアを前記コントロールシャフトに前記軸線方向へは拘束し且つ周方向へは摺動可能に連結した連結機構とを含み構成され、
   前記回転カムは、互いに異なる気筒に対して設けられたバルブどうしのバルブオーバーラップが生じないカムプロフィールを備えたことによって、前記バルブオーバーラップによる前記コントロールシャフトの捩れ増加を防止したことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。

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