JP2008075623A - 開弁特性可変型内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 構成部品点数の削減や潤滑性の向上等を実現した開弁特性可変型内燃機関を提供する。
【解決手段】 ＶＬＣ機構２０は、シリンダヘッド１の左方に設置された電動アクチュエータ２１と、電動アクチュエータ２１のシャフト２１ａにその基端が取り付けられたドライブレバー２２と、ドライブレバー２２に保持／駆動される中空のコントロールシャフト２３と、コントロールシャフト２３をフロントカムホルダ１１に揺動自在に支持させるフロントシャフトレバー２４と、ミドルカムホルダ１２〜１４にコントロールシャフト２３を揺動自在に支持させるミドルシャフトレバー２５と、コントロールシャフト２３がその基端に遊嵌したローラリンク２６と、ローラリンク２６の先端にローラシャフト２７を介して回動自在に支持されたローラ２８とを主要構成要素としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、開弁特性可変型内燃機関に係り、詳しくは、構成部品点数の削減や潤滑性の向上等を実現する技術に関する。

４サイクルガソリンエンジン（以下、単にエンジンと記す）では、出力および燃費の向上や有害排出ガス成分の低減等を図るべく、種々の開弁特性可変機構を搭載したものが多くなっている。開弁特性可変機構としては、運転状況に応じて低速型カムと高速型カムとを切り換えるものが従来より存在するが、近年では過渡特性の更なる向上やスロットルレス化等を実現すべく、カム位相とバルブリフトとを個別に可変制御するものが主流となってきている。バルブリフトの可変制御に供されるバルブリフト可変装置としては、カムとロッカアームとの間にバルブリフト可変用のコントロールアームやコントロールリンクを介装させ、コントロールアームの支点やコントロールリンクのジオメトリー等を変化させることによってバルブリフトを変更するものが提案されている（特許文献１，２参照）。

本発明者等は、多気筒エンジン用のバルブリフト可変装置として、各気筒のバルブリフト可変機構を作動させるコントロールシャフトをカムホルダに旋回自在に支持させ、このコントロールシャフトをシリンダヘッドの端部に設置した電動アクチュエータによって旋回駆動するものを開発した。このバルブリフト可変装置では、コントロールシャフトを複数のシャフトレバーを介して各カムホルダに支持させ、駆動側のシャフトレバーとコントロールシャフトとをボルトによって締結させる一方、カムシャフトとロッカアームとの間に介装されるローラを保持するローラリンクをコントロールシャフトに回動自在に保持させるようにした。
特開２００４−５２１２３４号公報 特開２００５−２４８８７４号公報

しかしながら、このような構成を採った場合、駆動側のシャフトレバーとコントロールシャフトとが締結されているためにコントロールシャフトとローラリンクとが常に同一の部位で圧接し、接触面に局部摩耗等が発生しやすくなる問題があった。また、駆動側のシャフトレバーとコントロールシャフトとを締結するためのボルトや、ねじ孔および座面の加工、回り止めの部材（ロックワッシャ等）が必要となり、部品点数や加工／組立工数が増大することが避けられなかった。また、端部のシャフトレバーはカムホルダの側面等に片持ち支持されるため、その支持剛性が低くなってコントロールシャフトが撓んでしまい、気筒間でのバルブリフトの不均一等がもたらされることがあった。また、ローラリンクに保持されるローラはカムシャフトやロッカアームと常時摺動するため、これら摺動面の潤滑を効果的に行う必要があるが、その構造上、ローラの周囲にエンジンオイルを供給することが難しかった。また、シャフトレバーは、電動アクチュエータやローラリンクからの入力に耐えるようにその強度や剛性を高める必要があるが、徒に上下幅を大きくした場合、上方に揺動した際にカムシャフト等と接近する虞があった。

本発明は、上記状況に鑑みなされたものであり、構成部品点数の削減や潤滑性の向上等を実現した開弁特性可変型内燃機関を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、バルブの開閉駆動に供されるカムシャフトと、前記カムシャフトと前記バルブとの間に介装され、当該カムシャフトの回転力を当該バルブに伝達する動弁アームと、内燃機関本体側に対し、複数のシャフトレバーを介して旋回自在に支持されたコントロールシャフトと、前記シャフトレバーに挟まれるかたちで前記コントロールシャフトに揺動自在に支持され、前記動弁アームによる前記回転力の伝達量を変化させるコントロールリンクとを備えた開弁特性可変型内燃機関であって、前記複数のシャフトレバーには、前記コントロールシャフトをフローティング支持する保持スリーブがそれぞれ形成されたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載された開弁特性可変型内燃機関において、前記複数のシャフトレバーのうち、前記コントロールシャフトの端部側を支持する端部側シャフトレバーの保持スリーブが有底円筒状を呈することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２に記載された開弁特性可変型内燃機関において、前記端部側シャフトレバーの保持スリーブの開口端は、他のシャフトレバーの保持スリーブの端部より前記コントロールリンクに近接していることを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された開弁特性可変型内燃機関において、前記コントロールリンクが、軸方向に離間した一対のアームと、これら一対のアームを前記コントロールシャフト側の下部で連結するリブとを有することを特徴とする。

また、請求項５の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された開弁特性可変型内燃機関において、前記複数のシャフトレバーの少なくとも一つは、その下縁が下方に延設されたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、コントロールシャフトが自由に回動するため、コントロールシャフトとローラリンクとの圧接部位がエンジンの運転状態に応じて変化し、接触面の局部摩耗等が抑制される。また、請求項２の発明によれば、コントロールシャフトが端部側シャフトレバーの有底円筒状の保持スリーブによって軸方向に移動しないように保持されるため、駆動側のシャフトレバーとコントロールシャフトとを締結するためのボルトや、ねじ孔や座面の加工、回り止めの部材が不要となり、製造コストや組立工数の削減を図ることができる。また、請求項３の発明によれば、端部側シャフトレバーによるコントロールシャフトの保持長が長くなり、保持剛性の低下によるコントロールシャフトの撓みが起こり難くなり、気筒間でのバルブリフトの不均一等が抑制される。また、請求項４の発明によれば、カム室内に飛散するエンジンオイルがリブとアームとで画成される凹部に捕集された後、ローラリンクの揺動によってローラ等に供給されることで、ローラとカムシャフトやロッカアームとの摺動面の潤滑が効果的に行われる。また、請求項５の発明によれば、カムシャフトとの干渉を防止しながら、シャフトレバーの強度や剛性を向上させることができる。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。
図１は実施形態に係るエンジンの上部を示す要部透視斜視図であり、図２は実施形態に係るＶＬＣ機構の要部を示す斜視図であり、図３は図２中の要部破断III矢視図であり、図４はドライブレバーとコントロールシャフトとの連結状態を示す斜視図であり、図５はフロントシャフトレバーとコントロールシャフトとの連結状態を示す斜視図であり、図６はミドルシャフトレバーとコントロールシャフトとの連結状態を示す斜視図であり、図７はミドルシャフトレバーとミドルカムホルダとの連結部位を示す縦断面図であり、図８はローラリンクを示す斜視図である。なお、実施形態では、説明の便宜上、図１中の斜め左下を左とする。

≪実施形態の構成≫
＜全体構成＞
図１に示すエンジン（開弁特性可変型内燃機関）Ｅは自動車用の４サイクル直列４気筒ガソリンエンジンであり、そのシリンダヘッド１には、図２，図３に示すように、各気筒２つずつの排気バルブ２と吸気バルブ３とを排気カムシャフト４および吸気カムシャフト５とによってそれぞれ駆動するＤＯＨＣ４バルブ型の動弁機構が設けられている。なお、排気バルブ２と排気カムシャフト４との間には排気ロッカアーム６が介装され、吸気バルブ３と吸気カムシャフト５との間には吸気ロッカアーム７が介装されている。また、排気バルブ２および吸気バルブ３は、バルブスプリング９，１０によって閉鎖方向に常時付勢されている。

シリンダヘッド１の上面には５つのカムホルダ（支持部材）１１〜１５が締結されており、これらカムホルダ１１〜１５によって両カムシャフト４，５や両ロッカアーム６，７が回転自在に支持されている。なお、本実施形態では、各カムホルダ１１〜１５のうち、右端のものをフロントカムホルダ１１、左端のものをリヤカムホルダ１５、その他の３つをミドルカムホルダ１２〜１４とそれぞれ記す。各カムホルダ１１〜１５の上面には平板状のアッパプレート１８が締結されており、このアッパプレート１８とヘッドカバー１９とによって動弁機構が覆われている。

本実施形態のエンジンＥには、開弁特性可変機構として、排気カムシャフト４の角度位相を可変制御するＶＴＣ（Variable valve Timing Control）機構４１と、排気バルブ２のリフト量を可変制御するＶＬＣ（Variable valve Lift Control）機構２０とが搭載されている。

＜ＶＬＣ機構＞
図１〜図３に示すように、ＶＬＣ機構２０は、シリンダヘッド１の左方に設置された電動アクチュエータ２１と、電動アクチュエータ２１のシャフト２１ａにその基端が取り付けられたドライブレバー（端部側シャフトレバー）２２と、ドライブレバー２２に保持／駆動される中空のコントロールシャフト２３と、コントロールシャフト２３をフロントカムホルダ１１に揺動自在に支持させるフロントシャフトレバー（端部側シャフトレバー）２４と、ミドルカムホルダ１２〜１４にコントロールシャフト２３を揺動自在に支持させるミドルシャフトレバー２５と、コントロールシャフト２３がその基端に遊嵌したローラリンク（コントロールリンク）２６と、ローラリンク２６の先端にローラシャフト２７を介して回動自在に支持されたローラ２８と、ローラ２８を排気カムシャフト４側に常時付勢するスプリングユニット２９とを主要構成要素としている。

図４に示すように、ドライブレバー２２の揺動端側には有底円筒状の保持スリーブ２２ａが形成されており、この保持スリーブ２２ａにコントロールシャフト２３の左端が遊嵌／係止されている。また、図５に示すように、フロントシャフトレバー２４の揺動端側にも有底円筒状の保持スリーブ２４ａが形成されており、この保持スリーブ２４ａにコントロールシャフト２３の右端が遊嵌／係止されている。なお、本実施形態の場合、ドライブレバー２２からコントロールシャフト２３の中空部内に潤滑用のエンジンオイルが供給され、このエンジンオイルが、フロントシャフトレバー２４やミドルシャフトレバー２５、ローラリンク２６とコントロールシャフト２３との嵌合面に供給される。

図６に示すように、ミドルシャフトレバー２５の揺動端側には円筒状の保持スリーブ２５ａが形成されており、この保持スリーブ２５ａにコントロールシャフト２３が遊嵌している。ミドルシャフトレバー２５は、ミドルカムホルダ１２〜１４を挟み込む左右一対のアーム２５ｂ，２５ｃを有しており、これらアーム２５ｂ，２５ｃの基端側に嵌挿された支持ピン３１によってミドルカムホルダ１２〜１４に連結されている。

図６に示すように、両アーム２５ｂ，２５ｃは、カムシャフト４との干渉を防止しながら十分な強度や剛性を確保すべく、その下縁が下方に延設されている。また、図７に示すように、支持ピン３１の左右端面は、カムシャフト４に形成されたフランジ４ａ，４ｂによって係止されているため、支持ピンの抜け止め防止用に止め輪等を用いる必要が無くなるとともに、両アーム２５ｂ，２５ｃの左右に支持ピン３１が突出しなくなり、スペースの削減を図ることができた。なお、本実施形態のローラリンク２６では、ミドルカムホルダ１２〜１４との干渉を防止しながらその強度を向上させるべく、保持スリーブ２５ａと両アーム２５ｂ，２５ｃとの接続部において、内側の隅部の曲率ｒ１が小さく設定され、外側の隅部の曲率ｒ２が大きく設定されている。

図８に示すように、ローラリンク２６には、左右一対のアーム２６ａ，２６ｂと、これらアーム２６ａ，２６ｂを基端側（すなわち、コントロールシャフト２３側）の下部で連結する補強用のリブ２６ｃとが形成されている。そして、ローラリンク２６には、両アーム２６ａ，２６ｂとリブ２６ｃとによって、カム室内に飛散するエンジンオイルを捕集するための凹部２６ｄが画成されている。

ミドルシャフトレバー２５（すなわち、コントロールシャフト２３）は図９中に実線で示す位置（最小リフト位置）と破線で示す位置（最大リフト位置）との間で無段階に旋回駆動される。ローラリンク２６は、コントロールシャフト２３が最小リフト位置にある場合には最小リフト点Ｐ１を中心に揺動し、コントロールシャフト２３が最大リフト位置にある場合には最大リフト点Ｐ２を中心に揺動する。各ミドルカムホルダ１２〜１４（図９は、ミドルカムホルダ１３を示す）の端面には、ミドルシャフトレバー２５の反時計回りへの回動を規制する上部ストッパ部１３ａと、ミドルシャフトレバー２５の時計回りへの回動を規制する下部ストッパ部１３ｂとが形成されている。すなわち、本実施形態では、ミドルシャフトレバー２５の回動範囲の規制は、独立したストッパ部材を設置するのではなく、ミドルカムホルダ１３にストッパ部１３ａ，１３ｂを形成することによってなされている。なお、ミドルシャフトレバー２５は、最小リフト位置と最大リフト位置との間でのみ回動するため、通常作動時において保持スリーブ２５ａやストッパ部１３ａ，１３ｂに接触による摩耗等は生じない。そして、何らかの原因によりミドルシャフトレバー２５が最小リフト位置や最大リフト位置からオーバランすると、保持スリーブ２５ａが上部ストッパ部１３ａまたは下部ストッパ部１３ｂに係止される。

図９に示すように、ローラ２８は、ローラリンク２６のアーム２６ａ，２６ｂによって挟持されるとともに、その上面が排気カムシャフト４のカムローブ４ｄに転接している。また、ローラシャフト２７は、排気ロッカアーム６に形成された円弧面６ａに転接している。なお、円弧面６ａは、最小リフト点Ｐ１の斜め上方内側に中心Ｐ３を有している。

≪実施形態の作用≫
自動車のエンジンＥが始動されると、図示しないエンジンＥＣＵは、運転者によるスロットルペダルの踏込量や冷却水温等、種々の運転情報に基づき排気バルブ２の目標リフト量を設定し、ＶＬＣ機構２０の電動アクチュエータ２１に駆動電流を出力する。すると、電動アクチュエータ２１のシャフト２１ａに取り付けられたドライブレバー２２が回転し、コントロールシャフト２３が正逆いずれかの方向に旋回駆動される。

圧縮着火可能な内部ＥＧＲ量を増大させる燃焼状態を得る場合、エンジンＥＣＵは、図１０に示すように、ミドルシャフトレバー２５を最小リフト位置に回動させ、最小リフト点Ｐ１を中心にローラリンク２５を揺動させるようにする。これにより、カムローブ４ｄによってローラ２８が押し下げられても、図１０中に矢印で示すように円弧面６ａに沿ってローラシャフト２７が転動することで、排気ロッカアーム６の揺動量（すなわち、排気バルブ２のリフト量）が最小となる。また、通常の燃焼状態とする場合、エンジンＥＣＵは、図１１に示すように、コントロールシャフト２３が最大リフト位置に旋回し、ローラリンク２６が最大リフト点Ｐ２を中心にローラリンク２５を揺動させるようにする。これにより、カムローブ４ｄによってローラ２７が押し下げられると、円弧面６ａに沿ったローラシャフト２６の転動が殆ど起こらないことから、排気バルブ２のリフト量が最大となる。

エンジンＥの運転時において、ドライブレバー２２やフロントシャフトレバー２４、ミドルシャフトレバー２５、ローラリンク２６がコントロールシャフト２３に対して絶え間なく揺動する。ところが、コントロールシャフト２３は、これら各レバー２４〜２５やローラリンク２６に対してフローティング状態で嵌合しているために比較的自由に回転し、各嵌合面にエンジンオイルが供給されていることも相俟って、これらとの摺動面に局部的な摩耗等が生じることがない。また、本実施形態の場合、コントロールシャフト２３は、ドライブレバー２２の保持スリーブ２２ａと、フロントシャフトレバー２４の保持スリーブ２４ａとによって軸方向に係止されているため、ボルト等の係止手段が不要となり、部品点数や加工／組立工数を少なくすることができた。

また、本実施形態の場合、図１２に示すように、ドライブレバー２２の保持スリーブ２２ａの開口端からローラリンク２６の端部までの距離Ｌ１と、フロントシャフトレバー２４の保持スリーブ２４ａの開口端からローラリンク２６の端部までの距離Ｌ２とは、各ミドルシャフトレバー２５の端部からローラリンク２６の端部までの距離Ｌ３に較べて遙かに小さく設定されている。これにより、本実施形態では、コントロールシャフト２３の両端部における保持剛性が向上し、コントロールシャフト２３の撓みが起こり難くなり、気筒間でのバルブリフトの不均一等が抑制された。

一方、本実施形態では、図１１に示すように、コントロールシャフト２３が最大リフト位置に旋回すると、ローラリンク２６の基端が下方に位置するよようになり、カム室内に飛散するエンジンオイルがローラリンク２６の凹部２６ｄに捕集される。そして、図１０に示すように、コントロールシャフト２３が最小リフト位置に旋回すると、ローラリンク２６の基端が上方に位置するよようになり、ローラリンク２６の凹部２６ｄに捕集されていたエンジンオイルがローラ２８等に落下／供給される。これにより、複雑な給油機構を設けることなく、ローラ２８とカムローブ４ｄや円弧面６ａとの間の潤滑が効果的に行われる。

また一方、本実施形態では、図１３に示すように、ローラリンク２６がコントロールシャフト２３側に微少に移動するため、タペットクリアランスの初期設定を通常のエンジンに較べて小さくすることができ、冷機時における排気バルブ２の突き上げを招くことなく、着座音および着座荷重の低減や実行圧縮比の向上等を実現できた。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態や変形例に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態や変形例は本発明を排気バルブ側のリフト量のみを可変制御する直列４気筒ＤＯＨＣガソリンエンジンに適用したものであるが、吸気バルブ側のリフト量も可変制御するものや、Ｖ型エンジンやＳＯＨＣエンジン、ディーゼルエンジン等にも当然に適用可能である。また、各シャフトレバーやローラリンク等の形状を始め、開弁特性可変機構の具体的構成等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

実施形態に係るエンジンの上部を示す要部透視斜視図である。 実施形態に係るＶＬＣ機構の要部を示す斜視図である。 図２中の要部破断III矢視図である。 ドライブレバーとコントロールシャフトとの連結状態を示す斜視図である。 フロントシャフトレバーとコントロールシャフトとの連結状態を示す斜視図である。 ミドルシャフトレバーとコントロールシャフトとの連結状態を示す斜視図である。 ミドルシャフトレバーとミドルカムホルダとの連結部位を示す縦断面図である。 ローラリンクを示す斜視図である ＶＬＣ機構の作動範囲を示す図である。 ＶＬＣ機構の作動説明図である。 ＶＬＣ機構の作動説明図である。 コントロールシャフト上での各シャフトレバーやローラリンクの位置を示す図である。 運転時におけるローラリンクの動きを示す図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
２ 排気バルブ
４ 排気カムシャフト
６ 排気ロッカアーム
１１ フロントカムホルダ
１２〜１４ ミドルカムホルダ
１５ リヤカムホルダ
２０ ＶＬＣ機構
２１ 電動アクチュエータ
２２ ドライブレバー（端部側シャフトレバー）
２２ａ 保持スリーブ
２３ コントロールシャフト
２４ フロントシャフトレバー（端部側シャフトレバー）
２４ａ 保持スリーブ
２５ ミドルシャフトレバー
２５ａ 保持スリーブ
２６ ローラリンク（コントロールリンク）
２６ａ アーム
２６ｂ アーム
２６ｃ リブ
２８ ローラ
Ｅ エンジン

Claims (5)

1. バルブの開閉駆動に供されるカムシャフトと、
   前記カムシャフトと前記バルブとの間に介装され、当該カムシャフトの回転力を当該バルブに伝達する動弁アームと、
   内燃機関本体側に対し、複数のシャフトレバーを介して旋回自在に支持されたコントロールシャフトと、
   前記シャフトレバーに挟まれるかたちで前記コントロールシャフトに揺動自在に支持され、前記動弁アームによる前記回転力の伝達量を変化させるコントロールリンクと
   を備えた開弁特性可変型内燃機関であって、
   前記複数のシャフトレバーには、前記コントロールシャフトをフローティング支持する保持スリーブがそれぞれ形成されたことを特徴とする開弁特性可変型内燃機関。
2. 前記複数のシャフトレバーのうち、前記コントロールシャフトの端部側を支持する端部側シャフトレバーの保持スリーブが有底円筒状を呈することを特徴とする、請求項１に記載された開弁特性可変型内燃機関。
3. 前記端部側シャフトレバーの保持スリーブの開口端は、他のシャフトレバーの保持スリーブの端部より前記コントロールリンクに近接していることを特徴とする、請求項２に記載された開弁特性可変型内燃機関。
4. 前記コントロールリンクが、軸方向に離間した一対のアームと、これら一対のアームを前記コントロールシャフト側の下部で連結するリブとを有することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された開弁特性可変型内燃機関。
5. 前記複数のシャフトレバーの少なくとも一つは、その下縁が下方に延設されたことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された開弁特性可変型内燃機関。

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