JP2008019720A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】可変動弁機構の構造を簡単にする。
【解決手段】可変動弁機構９の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、揺動可能に支持した入力部２１及び出力部３１とは別体的に長さ方向Ｆ，Ｒへスライドするシャフト２０ｘと、シャフト２０ｘにその長さ方向Ｆ，Ｒへ間隔をおいて突設された一対の連結部材５３ｂ，５３ａがスライダギア４４に該シャフト２０ｘの長さ方向Ｆ，Ｒ両側から摺接することによって、スライダギア４４をシャフト２０ｘにその長さ方向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。
【選択図】図２

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及びタイミングを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、図６に示す従来例の可変動弁機構９０のように、同一の支持シャフト９２ｘ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にてバルブ８を駆動する仲介駆動機構９２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（特許文献１）。

この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、パイプ状の上記支持シャフト９２ｘの内部に挿入され、長さ方向Ｆ，Ｒへスライドするコントロールシャフト９７とを含み構成され、該スライダギア９６に設けられた周方向へ延びるスリット孔９９に、コントロールシャフト９７から支持シャフト９２ｘを貫通して突出した係合ピン９８が挿入されることによって、スライダギア９６がコントロールシャフト９７に、その長さ方向Ｆ，Ｒへは拘束され且つ周方向Ｏ，Ｃへは摺動可能に係合している。
特開２００１−２６３０１５公報

ところが、上記従来例では、支持シャフト９２ｘ内にコントロールシャフト９７が挿入されるシャフトの二重構造を採用しているのに加え、係合ピン９８やスリット孔９９等の細かい部品や部位を含み構成されているため可変動弁機構９０の構造が複雑であり、その製造や組立て等に多くの労力や費用が必要となる。また、該可変動弁機構９０は、該細かい部品や部位を含み構成されているため小型化するには信頼性上不安もあり、幾分全体的に大きくなってしまうといった問題もある。

そこで、シャフトの二重構造や細かい部品や部位をなくし、可変動弁機構の構造を簡単にすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の可変動弁機構は、同一のシャフト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、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バルブを駆動する仲介駆動機構と、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、前記入力部及び前記出力部とは別体的に長さ方向へスライドする前記シャフトと、前記シャフトにその長さ方向へ間隔をおいて突設された一対の連結部材が前記スライダギアに前記シャフトの長さ方向両側から摺接することによって、前記スライダギアを前記シャフトにその長さ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たことを特徴とする。

前記連結部材の一部又は全部は、特に限定されないが、前記スライダギアの前記シャフトの長さ方向側の端面に凹設された凹部内に収納され、前記連結部材が摺接する摺接面は、前記凹部の底面に設けられていることが好ましい。回動位相差可変機構がコンパクトになるからである。また、更に、前記連結部材は、特に限定されないが、前記シャフトの外周面に沿って環状に凹設された取付溝に取り付けられた環状又は略環状の部材であることが好ましい。前記環状又は略環状の部材は、特に限定されないが、ＯリングやＣリング等を例示する。

本発明によれば、上記構造にすることによって、従来例では採用していたシャフトの二重構造や、係合ピンやスリット孔等のような細かい部品や部位をなくし、可変動弁機構の構造を簡単にすることができる。

本発明の内燃機関５の可変動弁機構９は、同一のシャフト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、入力部２１及び出力部３１とは別体的に長さ方向Ｆ，Ｒへスライドする前述のシャフト２０ｘと、シャフト２０ｘにその長さ方向へ間隔をおいて突設された一対の連結部材５３ｂ，５３ａがスライダギア４４に該シャフト２０ｘの長さ方向Ｆ，Ｒ両側から摺接することによって、スライダギア４４をシャフト２０ｘにその長さ方向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。

連結部材５３ｂ，５３ａの一部又は全部は、スライダギア４４のシャフト２０ｘの長さ方向Ｆ，Ｒ側の端面４４ｂ，４４ａに凹設された凹部５６ｂ，５６ａ内に収納され、連結部材５３ｂ，５３ａが摺接する摺接面５７ｂ，５７ａは、凹部５６ｂ，５６ａの底面に設けられている。

本実施例の図１〜図５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、内燃機関５の吸気用のバルブ８に対して取り付けられている。詳しくは、該可変動弁機構９は、各シリンダ６毎に１つずつ存在し、各可変動弁機構９は、シリンダヘッド７に各シリンダ６毎に２ずつ設置された前述の吸気用のバルブ８を２つ同時に押圧している。

可変動弁機構９は、内燃機関５が稼動するのに従って回転駆動される回転カム１０と、動力が伝えられると揺動してバルブ８を開閉するロッカアーム１５と、回転カム１０とロッカアーム１５との間に介在して、回転カム１０からの動力をロッカアーム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カムシャフト１０ｘ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。

ロッカアーム１５は、各可変動弁機構９毎に２つずつ存在しており、各バルブ８に対して１つずつ設置されている。各ロッカアーム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、先端部１５ｂが各バルブ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、同一のシャフト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、シャフト２０ｘの長さ方向のうちの一方を前方Ｆ、他方を後方Ｒとし、シャフト２０ｘ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。

シャフト２０ｘは、複数の可変動弁機構９が共有する一本のパイプ状のシャフトであって、シリンダヘッド７に上部に前後方向Ｆ，Ｒに間隔を置いて並設された複数の立壁部７ｖに、前後方向Ｆ，Ｒへスライド可能に支持されている。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。そのため、シャフト２０ｘのみが、該入力部２１及び出力部３１とは別体的に両者から独立して前後方向Ｆ，Ｒへスライド可能となっている。

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、軸棒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。なお、該入力部２１は、上記の仕組みによって、常に回転カム１０に当接するため、出力部３１との相対回動位相差ｇが変化した際にも、該入力部２１の基本位置が変化することはない。但し、該基本位置とは、開閉方向Ｏ，Ｃへ揺動する中で位置する最も閉方向Ｃ側の位置をいうものとし、このことは出力部３１においても同様とする。

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、シャフト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には、シャフト２０ｘを挿通させるための中心孔を備えた円盤状の軸受部３３が本体から分離可能に取り付けられている。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、前後方向Ｆ，Ｒへスライドする前述のシャフト２０ｘと、シャフト２０ｘに前後方向Ｆ，Ｒへ間隔をおいて突設された一対の連結部材５３ｂ，５３ａがスライダギア４４に前後方向Ｆ，Ｒ両側から摺接することによって、スライダギア４４をシャフト２０ｘ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、シャフト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、内周面はシャフト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へ間隔をおいて形成されている。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。

シャフト２０ｘは、仲介駆動機構２０を支持するための支持シャフトとしての機能の他、スライダギア４４を前後方向Ｆ，Ｒへ駆動してバルブ８の開閉量を調節するコントロールシャフトとしての機能も兼ね備えている。そのため、該シャフト２０ｘは、その一端にリフト量可変アクチュエータ４９が連結され、必要に応じて前後方向Ｆ，Ｒへ駆動される仕組みとなっている。

連結機構５２は、前述の一対の連結部材５３ｂ，５３ａと、スライダギア４４の前後方向Ｆ，Ｒ両側の端面４４ｂ，４４ａにそれぞれ凹設され、内側に各連結部材５３ｂ，５３ａを収納した収納凹部５６ｂ，５６ａとを含み構成されている。

連結部材５３ａ，５３ｂは、中心部にシャフト２０ｘを挿通させるための軸孔を備えたＣリングであって、シャフト２０ｘの外周面に沿って環状に凹設された取付溝５５ａ，５５ｂにそれぞれ取り付けられている。そして、後方Ｒ側の連結部材５３ａの開閉方向Ｏ，Ｃへ延びる前方Ｆ側の端面５４ａ及び前方Ｆ側の連結部材５３ｂの同じく開閉方向Ｏ，Ｃへ延びる後方Ｒ側の端面５４ｂが、上記の通りスライダギア４４に両側から摺接することによって、該スライダギア４４をシャフト２０ｘ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ている。これら連結部材５３ａ，５３ｂの大きさは、外力が加わっていない自然な状態において、内径がシャフト２０ｘの外径よりも小さく、外径がシャフト２０ｘの外径よりも大きくなっている。また、取付溝５５ａ，５５ｂは、その前後方向Ｆ，Ｒへの幅及び底面での径が、連結部材５３ａ，５３ｂの前後方向Ｆ，Ｒへの厚さ及び内径とそれぞれ略等しくなっている。

収納凹部５６ａ，５６ｂは、スライダギア４４の端面４４ａ，４４ｂの内周側に環状に凹設されており、該収納凹部５６ａ，５６ｂの底面には、連結部材５３ａ，５３ｂの端面５４ａ，５４ｂが摺接する開閉方向Ｏ，Ｃへ延びる摺接面５７ａ，５７ｂが形成されている。該収納凹部５６ａ，５６ｂの外径は、連結部材５３ａ，５３ｂの外径よりも幾分、詳しくは、連結部材５３ａ，５３ｂの内側にシャフト２０ｘが挿入され押し広げられた際にも該連結部材５３ａ，５３ｂを内側に収められる程度、大きくなっており、該収納凹部５６ａ，５６ｂの前後方向Ｆ，Ｒへの深さは、連結部材５３ａ，５３ｂの前後方向Ｆ，Ｒへの厚さと略等しくなっている。

以上に示した仲介駆動機構２０を組み立てる際の様子を、次の（１）〜（４）の手順に示す。
（１）まず、スライダギア４４に入力部２１及び軸受部３３が取り外された状態の両出力部３１本体を所定の角度で外挿した後、図４に示すように、それらが外挿されている該スライダギア４４をシャフト２０ｘに外挿する。
（２）次に、シャフト２０ｘの各端に各連結部材５３ａ，５３ｂを押し広げて嵌めた後、各連結部材５３ａ，５３ｂを該シャフト２０ｘに沿ってスライドさせていくことによって各取付溝５５ａ，５５ｂがある所にまで移動させて、各連結部材５３ａ，５３ｂを各取付溝５５ａ，５５ｂに嵌合させる。
（３）次に、シャフト２０ｘの各端に各軸受部３３を外挿した後、各軸受部３３を該シャフト２０ｘに沿ってスライドさせていくことによって各出力部３１本体がある所にまで移動させて、各軸受部３３を各出力部３１本体に取り付ける。
（４）最後に、シャフト２０ｘを立壁部７ｖに前後方向Ｆ，Ｒへスライド可能に取り付け、該シャフト２０ｘの一端にリフト量可変アクチュエータ４９を接続する。

以上に示した可変動弁機構９が、バルブ８を開閉する際の様子を、（ア）バルブ開閉量一定時、（イ）バルブ開閉量増加時、（ウ）バルブ開閉量減少時の３通りに分けて、以下に順に説明する。

（ア）バルブ開閉量一定時
バルブ８の開閉量を一定に保つ際には、入力部２１と出力部３１との相対回転位相差ｇを変動させる必要はないため、リフト量可変アクチュエータ４９によってシャフト２０ｘが前後方向Ｆ，Ｒへ駆動されることがない。そのため、入力部２１と出力部３１とは、相対回動位相差ｇを固定したまま、ヘリカルスプラインの噛み合いによって結合されているスライダギア４４と一体的に揺動して、開閉量を一定に保ったままバルブ８を開閉する。

（イ）バルブ開閉量増加時
バルブ８の開閉量を増加させるときは、図５（ａ）に示すように、リフト量可変アクチュエータ４９によってシャフト２０ｘが前方Ｆへ押圧されスライドするのに従い、スライダギア４４も、後方Ｒ側の摺接面５７ａが後方Ｒ側の連結部材５３ａによって前方Ｆへ押圧され、開閉方向Ｏ，Ｃへ揺動つつも前方Ｆへスライドする。これにより、入力部２１と出力部３１とは、ヘリカルスプラインの噛み合いよって互いに反対方向へ回動し、両者間の相対回転位相差ｇが増大する。このとき、入力部２１は、前述のように、リターンスプリング２８と回転カム１０とによってその基本位置が固定されるため、該入力部２１の位置を基準に、スライダギア４４が開方向Ｏに回動し、更に該回動するスライダギア４４に対して出力部３１が開方向Ｏへ回動することにより、出力部３１が相対回動位相差ｇの増大分だけ、開閉方向Ｏ，Ｃへ揺動しつつもその基本位置を開方向Ｏへシフトさせる。これにより、回転カム１０によるロッカアーム１５の駆動量が増大し、バルブ８の開閉量が増大する。

（ウ）バルブ開閉量減少時
バルブ８の開閉量を減少させるときは、図５（ｂ）に示すように、リフト量可変アクチュエータ４９によってシャフト２０ｘが後方Ｒへ押圧されスライドするのに従い、スライダギア４４も、前方Ｆ側の摺接面５７ｂが前方Ｆ側の連結部材５３ｂによって後方Ｒへ押圧され、開閉方向Ｏ，Ｃへ揺動つつも後方Ｒへスライドする。これにより、入力部２１と出力部３１とは、ヘリカルスプラインの噛み合いよって互いに反対方向へ回動し、両者間の相対回転位相差ｇが減少する。このとき、入力部２１は、（イ）の場合と同じく、その基本位置が固定されるため、該入力部２１の位置を基準に、スライダギア４４が閉方向Ｃに回動し、更に該回動するスライダギア４４に対して出力部３１が閉方向Ｃへ回動することにより、出力部３１が相対回動位相差ｇの減少分だけ、開閉方向Ｏ，Ｃへ揺動しつつもその基本位置を閉方向Ｃへシフトさせる。これにより、回転カム１０によるロッカアーム１５の駆動量が減少し、バルブ８の開閉量が減少する。

本実施例では、従来例では採用されていた、支持シャフト９２ｘ内にコントロールシャフト９７が挿入されるシャフトの二重構造や、係合ピン９８やスリット孔９９のような細かい部品や部位をなくしているため、回動位相差可変機構４１の構造が従来例のものに比べて簡単である。そのため、回動位相差可変機構の製造や組立てに要する労力や費用を削減することができる。また、それに加え、同じく係合ピン９８やスリット孔９９等を設ける必要がないため、スライダギア４４の径方向への小型化や、それに伴い該スライダギア４４に外挿される入力部２１や出力部３１の径方向への小型化も実現できる。また、連結部材５３ａ，５３ｂは、収納凹部５６ａ，５６ｂ内にそれぞれ収納されているため、該連結部材５３ａ，５３ｂが、スライダギア４４の後方Ｒ又は前方Ｆへ突出して邪魔になるといったこともない。

また、軸受部３３は、出力部３１本体に対して分離可能なため、回動位相差可変機構４１を組立てる際には、各出力部３１本体から軸受部３３を外しておき、該外した側の端から連結部材５３ａ，５３ｂを各出力部３１の内側へそれぞれ挿入することによって、該連結部材５３ａ，５３ｂをシャフト２０ｘの所定位置（取付溝５５ａ，５５ｂ）に簡単に取り付けることができる。

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。

本発明の実施例の可変動弁機構を示す側面図である。 同実施例の仲介駆動機構、及びその周辺を示す斜視図である。 同実施例の仲介駆動機構を示す分解斜視図である。 同実施例の回動位相差可変機構を組み立てる際の様子を示す斜視図である。 同実施例において、（ａ）はバルブ開閉量を増大させた際の様子を示す、（ｂ）は減少させた際の様子を示す上面断面図である。 従来例の可変動弁機構を示す斜視図である。

符号の説明

５ 内燃機関
８ バルブ
９ 可変動弁機構
１０ 回転カム
２０ 仲介駆動機構
２０ｘ シャフト
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
４４ａ スライダギアの端面
４４ｂ スライダギアの端面
５２ 連結機構
５３ａ 連結部材
５３ｂ 連結部材
５６ａ 収納凹部（凹部）
５６ｂ 収納凹部（凹部）
５７ａ 摺接面
５７ｂ 摺接面
ｇ 相対回動位相差
Ｆ 前方（シャフトの長さ方向）
Ｒ 後方（シャフトの長さ方向）
Ｏ 開方向（シャフトの周方向）
Ｃ 閉方向（シャフトの周方向）

Claims (2)

1. 同一のシャフト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、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バルブを駆動する仲介駆動機構と、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、前記入力部及び前記出力部とは別体的に長さ方向へスライドする前記シャフトと、前記シャフトにその長さ方向へ間隔をおいて突設された一対の連結部材が前記スライダギアに前記シャフトの長さ方向両側から摺接することによって、前記スライダギアを前記シャフトにその長さ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たことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. 前記連結部材の一部又は全部は、前記スライダギアの前記シャフトの長さ方向側の端面に凹設された凹部内に収納され、前記連結部材が摺接する摺接面は、前記凹部の底面に設けられた請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構。

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