JP2008144619A - エンジンの可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】揺動カムの組付性を確保しつつ、安定した機構運動を図ること。
【解決手段】エンジンのクランクシャフトと同期して回転するカムシャフト１１と、カムシャフト１１に相対変位可能に装着され、エンジンのバルブを駆動する揺動カム１５と、揺動カム１５によるバルブリフト量を変更する可変バルブリフト機構と、揺動カム１５の外周を上下に分割された分割体で軸支するキャリア１０Ａ、１０Ｂとを備えている。揺動カム１５は、カムシャフト１１に対して径方向に着脱可能な分割体で構成されており、揺動カム１５の最大揺動範囲（図４（Ｂ）で示した回動範囲）Ａ２は、当該揺動カム１５の分割ラインＬ１が軸受部材１０Ａ、１０Ｂを構成する分割体の何れかの内周面（軸受孔１０Ｇの周面）に臨む範囲に設定されている。
【選択図】図４

Description

本発明はエンジンの可変動弁装置に関し、特に、吸気バルブのリフト量を変更する可変バルブリフト機構（ＶＶＴＬ：Variable Valve Timing Lift System）をシリンダヘッドに備えたエンジンの可変動弁装置に関する。

特許文献１に開示されているように、一般的なエンジンの可変動弁装置は、エンジンのクランクシャフトと平行に配置され、クランクシャフトと同期して回転するカムシャフトと、カムシャフトに相対変位可能に装着され、前記エンジンのバルブを駆動する揺動カムとを備えている。カムシャフトは、コントロールシャフトやコントロールシャフトに片持ち状に固定されたコントロールアームを初めとする複数の部材からなるＶＶＴＬを介して揺動カムに連結されている。

ＶＶＴＬは、カムシャフトと一体回転するオフセットカムを有している。このオフセットカムは、各気筒の位相差を高精度に維持するために、カムシャフトに一体形成されている。このため、多気筒エンジンにおいては、揺動カムをカムシャフトに対して軸方向に挿抜することができないため、揺動カムを半円形断面の内周面を有する分割体で構成し、カムシャフトの外周に装着している。
特開２００４−３０１０５８号公報

上述したＶＶＴＬを有する可変動弁装置をエンジンに装着する際には、上下に分割される軸受部材を用いて揺動カムを軸支し、周方向にのみ揺動カムの相対変位を許容し、軸方向への相対変位を規制する必要がある。このため、軸受部材は、分割体で構成された揺動カムの外周面に摺接することになる。ここで、バルブリフト量を変更するために揺動カムの位相を変更すると、揺動カムの分割ラインが軸受部材の分割ラインと摺接する場合があった。そのような分割ライン同士の摺接が重なると、僅かな段差が分割ラインに生じていても干渉が生じるおそれがあり、異常摩耗やクラックの原因となる可能性があった。

本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、分割ライン同士の摺接を防止し、耐久性の高いエンジンの可変動弁装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために本発明は、エンジンのクランクシャフトと平行に配置され、前記クランクシャフトと同期して回転するカムシャフトと、前記カムシャフトに相対変位可能に装着され、前記エンジンのバルブを駆動する揺動カムと、前記揺動カムによるバルブリフト量を変更可能に構成され、且つ前記カムシャフトの回転力をバルブ駆動力に変換して前記揺動カムに伝達する可変バルブリフト機構と、前記揺動カムの外周を、当該エンジンのシリンダヘッドの上面と平行な面を境に分割された分割体で軸支する軸受部材とを備えたエンジンの可変動弁装置において、前記揺動カムは、前記カムシャフトに対して径方向に着脱可能な分割体で構成されており、前記揺動カムの最大揺動範囲は、前記カムシャフトの軸方向で見て、当該揺動カムの分割ラインが前記軸受部材を構成する分割体の何れかの内周面に収まる範囲に設定されていることを特徴とするエンジンの可変動弁装置である。この態様では、揺動カムが径方向に着脱可能な分割体で構成されているため、可変バルブリフト機構の要素として、オフセットカムをカムシャフトに一体形成する多気筒エンジンに対しても、揺動カムを装着することができる。しかも、揺動カムの分割ラインが、カムシャフトの軸方向で見て、軸受部材を構成する分割体の何れかの内周面に収まる範囲に揺動カムの揺動範囲が設定されているので、揺動カムの分割ラインと軸受部材の分割ラインとが摺接するおそれはない。この結果、揺動カムの組付性を確保しつつ、安定した機構運動を図ることができる。

好ましい態様において、前記可変バルブリフト機構は、前記カムシャフトと平行に、且つ前記軸受部材の分割ライン上に沿って配置され、エンジンの運転状態に応じて回動するコントロールシャフトと、前記コントロールシャフトの回動により、前記揺動カムの揺動支点を変更可能に前記コントロールシャフトの駆動力を前記揺動カムに伝達するリンク機構とを含んでいる。この態様では、コントロールシャフトを初めとする部材で可変バルブリフト機構を構成するに当たり、可変バルブリフト機構の高さを低く抑えることができ、可変動弁装置全体をコンパクトにまとめることができる。

好ましい態様において、前記揺動カムは、前記軸受部材に対して軸方向への相対変位を規制するスラスト規制部を含んでいる。この態様では、揺動カムが軸受部材に対し、軸方向に移動不能な状態となり、一層確実に安定した機構運動を図ることができる。

好ましい態様において、前記揺動カムは、一つの気筒に設けられた２つのバルブに対応して前記カムシャフトの軸方向に間隔を隔てて配置される一対のカムノーズ部と、両カムノーズ部間に形成され、前記軸受部材によって軸支される円筒部とを一体に有し、前記スラスト規制部は、前記カムノーズ部の内周側に形成されている。この態様では、カムノーズ部の外寸を利用してスラスト規制部を形成することができるので、揺動カムの大型化を抑制しつつ、確実な位置規制を図り、安定した機構運動を実現することができる。

以上説明したように、本発明は、揺動カムの組付性を確保しつつ、安定した機構運動を図ることができるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る可変動弁装置の要部を示す一部分解斜視図である。また、図２は、同可変動弁装置の平面略図、図３は、同可変動弁装置の要部を示す分解断面図である。

図１〜図３を参照して、図示の可変動弁装置１０は、４つの気筒１ａを有する４気筒直列エンジンのシリンダヘッドに設けられるものである。エンジンは、一つの気筒に２つの吸気バルブと２つの排気バルブとを有する４バルブのダブルオーバヘッドカム方式を採用したものである。また、本実施形態に係る可変動弁装置１０は、吸気系に設けた例を示している。さらに、図１では、エンジンの一番気筒に係る機構のみを示している。

可変動弁装置１０は、エンジンのシリンダヘッドの上面に装着されるロアキャリア１０Ａと、このロアキャリア１０Ａの上部に積層されるアッパキャリア１０Ｂと、両キャリア１０Ａ、１０Ｂに軸支される吸気用カムシャフト１１と、バルブリフト量を制御するコントロールシャフト１２とを備えている。両キャリア１０Ａ、１０Ｂの接合面は、上記シリンダヘッドの上面と平行になっている。

キャリア１０Ａ、１０Ｂは、シリンダヘッドの気筒１ａの上部中央に点火プラグを装着するボス部１０Ｃを有し、このボス部１０Ｃの周囲に、吸気系のパーツを収容する吸気用収容窓１０Ｄと、排気系のパーツを収容する排気用収容窓１０Ｅとを区画している。

吸気用収容窓１０Ｄを区画する隔壁１０Ｆには、吸気用カムシャフト１１とコントロールシャフト１２とを軸支する軸受孔１０Ｇ、１０Ｈ（図３参照）が形成されている。軸受孔１０Ｇ、１０Ｈは、隔壁１０Ｆに対応するロアキャリア１０Ａの上面とアッパキャリア１０Ｂの下面に、それぞれ半円形の凹部を形成することにより構成されている。このように本実施形態では、各キャリア１０Ａ、１０Ｂの隔壁１０Ｆを構成する部位が、軸受部材を構成している。なお詳しくは後述するように、軸受孔１０Ｇは、後述する揺動カム１５の円筒部１６を介してカムシャフト１１を軸支するものであり、軸受孔１０Ｈは、直接コントロールシャフト１２を軸支するものである。

各シャフト１１、１２は、何れも各キャリア１０Ａ、１０Ｂによって、エンジンの気筒列方向（クランクシャフトの軸方向）に沿って平行に軸支されている。吸気用カムシャフト１１の一端部には、油圧で駆動される可変バルブタイミングシステム（ＶＶＴ：Variable Valve Timing System）１４を介して、エンジンのクランクシャフトの駆動力を受けるように構成されており、これによって吸気用カムシャフト１１は、位相を変更可能な状態で、クランクシャフトと同期して回転するように構成されている。なお、以下の説明では、吸気用カムシャフト１１の長手方向において、ＶＶＴ１４が配置されている側を仮に前方とする。

吸気用カムシャフト１１の外周には、シリンダヘッドのロッカアームに駆動力を伝達する揺動カム１５が、２つ一組でエンジンの気筒毎に配置され、カムシャフト１１に対し、当該カムシャフト１１と相対回転可能に装着されている。

図３に示すように、各揺動カム１５は、吸気用カムシャフト１１と平行に延びる円筒形状の円筒部１６を介して一体化されている。円筒部１６は、キャリア１０Ａ、１０Ｂの隔壁１０Ｆによって周方向に回動自在に軸支される部位である。

図１を参照して、一方の揺動カム１５の外周には、駆動力が入力される突出部１５ａが形成されている。突出部１５ａには、圧入孔１５ｅが形成されており、この圧入孔１５ｅに吸気用カムシャフト１１と平行な連結ピン１７の前端部が圧入されている。連結ピン１７の後端部には、吸気用カムシャフト１１と直交する方向に延びる連結リンク部材１８の一端１８ａが回動自在に連結されている。この連結リンク部材１８の他端１８ｂは、吸気用カムシャフト１１と平行なコントロールピン１９の前端部に回動自在に連結されている。

さらに、吸気用カムシャフト１１には、オフセットカム２０が一体に形成されている。オフセットカム２０は、揺動カム１５の位相を変更するための部材であり、その外周には、オフセットカムリンク２１が相対回転自在に嵌合している。オフセットカムリンク２１の外周部には、オフセットカム２０の径方向外方に突出する突出部２１ａが形成されている。この突出部２１ａは、コントロールピン１９の途中部に連結されている。

突出部２１ａの前後には、一対のコントロールリンク部材２２が配置されている。前方のコントロールリンク部材２２の一端２２ａは、コントロールピン１９の途中部に一体形成されており、組付時において、オフセットカムリンク２１の前方に配置される。また、後方のコントロールリンク部材２２の一端２２ａは、コントロールピン１９に形成されたねじ孔（図示せず）に螺合する六角孔頭付ボルト２２ｃによって固定され、組付時において、オフセットカムリンク２１の後方に配置される構造になっている。

コントロールリンク部材２２の他端２２ｂは、それぞれに設けられたコントロールアーム２３の自由端に対し、当該コントロールシャフト１２と平行なピン２４を介して連結されている。

各コントロールアーム２３は、それぞれ六角ボルト２６によって基端部分がコントロールシャフト１２に固定されて片持ち状になっている。本実施形態において、コントロールアーム２３は、コントロールシャフト１２の長手方向に沿って延びる半円筒形の連結部２５によって一体化されている。上記ボルト２６は、連結部２５に一体形成された台座２７にワッシャ２８を介して着座している。そして、コントロールアーム２３の自由端部分がピン２４に取り付けられることにより、コントロールシャフト１２の回動力をコントロールリンク部材２２からコントロールピン１９を介して連結リンク部材１８に伝達し、連結リンク部材１８を変位させて、揺動カム１５の位相を変更するように構成されている。コントロールシャフト１２の後端部には、図略の扇形の入力ギアが固定されており、この入力ギアには、ステッピングモータで駆動される出力ギアが噛合している。従って、ステッピングモータを駆動し、コントロールシャフト１２を回動させることにより、その回動力が上述のように揺動カム１５に伝達され、バルブリフト量を変更することができるようになっている。そして、これらコントロールシャフト１２、連結リンク部材１８、オフセットカム２０、オフセットカムリンク２１、コントロールリンク部材２２、コントロールアーム２３、並びに連結ピン１７、１９、２４を含む部材が、シリンダヘッドの吸気弁の開弁リフト量を変更するＶＶＴＬを構成し、上述した部材のうち、コントロールシャフト１２を除く部材が、リンク機構を構成している。

図３を参照して、上述した各揺動カム１５には、図略のロッカアームを介して吸気バルブを駆動するカムノーズ部１５ｂが設けられている。ここで本実施形態においては、図１および図３から明らかなように、揺動カム１５は、カムシャフト１１の一直径を通る接合面に沿って上下に二分割された分割体で構成されており、両分割体がボルト１５ｃによって一体化されている。一方の分割体は、突出部１５ａを有し、他方の分割体は、カムノーズ部１５ｂを有している。ボルト１５ｃは、カムノーズ部１５ｂ毎に２組で各分割体を締結し、全体としてカムシャフト１１の外周面で揺動可能な部材を構成している。各ボルト１５ｃのボルト装着部１５ｄは、軸方向からみて（図３参照）カムノーズ部１５ｂを外周部分から突出させた異形の略Ｕ字形に形成されており、その上端にボルト１５ｃの頭部を着座させる座面１５ｆを形成している。この座面１５ｆは、突出部１５ａに形成された圧入孔１５ｅを開放する高さに形成されており、これによって、圧入孔１５ｅに対し、軸方向に連結ピン１７を圧入することが可能になっている。

さらに、各ボルト装着部１５ｄは、上述した円筒部１６よりも径方向外方に膨出し、軸方向に対向する面が組み付け時にキャリア１０Ａ、１０Ｂの隔壁１０Ｆに摺接するように構成されている。このため、揺動カム１５がカムシャフト１１に組み付けられた後、その組立体をキャリア１０Ａ、１０Ｂの間に組み付けた際、円筒部１６が周方向に回動することを許容した状態で揺動カム１５が軸方向に変位するのを規制することになる。このように本実施形態においては、円筒部１６の前後に設けられた一対のボルト装着部１５ｄが、軸受部材としてのキャリア１０Ａ、１０Ｂの隔壁１０Ｆ両側部に摺接するスラスト規制部を構成している。

図４は、本実施形態に係る揺動カム１５の揺動範囲を示す概略図であり、（Ａ）は低リフト閉弁姿勢、（Ｂ）は高リフト開弁姿勢を示している。

図４（Ａ）を参照して、低リフト時において揺動カム１５は、カムシャフト１１が一回転する間に図４（Ａ）の姿勢から時計回りに角度Ａ１だけ往動して図略のロッカアームを駆動し、図４（Ａ）の姿勢に復動する。

また、図４（Ａ）（Ｂ）を参照して、高リフト時においては、カムシャフト１１が一回転する間に揺動カム１５は、図４（Ａ）の姿勢から角度Ａ２だけ往動して、図４（Ｂ）の姿勢に変位して図略のロッカアームを駆動した後、図４（Ａ）と同じ姿勢に復動する。

これら何れの往復移動においても揺動カム１５の分割ライン（分割体が接合している接合面がなす線）Ｌ１の両端は、軸受部材としてのキャリア１０Ａ、１０Ｂの軸受内周面の範囲に収められており、バルブ駆動時並びにバルブリフト量の変更時の何れにおいても、キャリア１０Ａ、１０Ｂの分割ライン（両キャリア１０Ａ、１０Ｂが接合している面がなす線）Ｌ２と面一にならないように設定されている。

かかる設定は、図４（Ａ）（Ｂ）から明らかなように、カムシャフト１１とコントロールシャフト１２とを概ね水平高さに配置し、コントロールアーム２３とコントロールリンク部材２２、並びに連結リンク部材１８の位置を調整することと相俟って、揺動カム１５の分割ラインＬ１をキャリア１０Ａ、１０Ｂの分割ラインＬ２と交差する状態に設定することにより、実現されている。

以上説明したように本実施形態では、揺動カム１５がボルト１５ｃの着脱により、カムシャフト１１の径方向に分解可能な分割体で構成されているため、ＶＶＴＬの要素として、オフセットカム２０をカムシャフト１１に一体形成する多気筒エンジンに対しても、揺動カム１５を装着することができる。しかも、揺動カム１５の分割ラインＬ１が、カムシャフト１１の軸方向で見て、軸受部材を構成するキャリア１０Ａ、１０Ｂの軸受孔１０Ｇの何れかの内周面（軸受孔１０Ｇの周面）に収まる範囲に揺動カム１５の最大揺動範囲（図４（Ｂ）で示した回動範囲）Ａ２が設定されているので、揺動カム１５の分割ラインＬ１とキャリア１０Ａ、１０Ｂの分割ラインＬ２とが摺接するおそれはない。この結果、揺動カム１５の組付性を確保しつつ、安定した機構運動を図ることができる。

また、本実施形態では、ＶＶＴＬは、カムシャフト１１と平行に、且つキャリア１０Ａ、１０Ｂの分割ラインＬ２上に沿って配置され、エンジンの運転状態に応じて回動するコントロールシャフト１１と、コントロールシャフト１２の回動により、揺動カム１５の揺動支点を変更可能にコントロールシャフト１２の駆動力を揺動カム１５に伝達するリンク機構（連結リンク部材１８、オフセットカムリンク２１、コントロールリンク部材２２、コントロールアーム２３、連結ピン１７、１９、２４等）とを含んでいる。このため本実施形態では、リンク機構を構成する部材が両シャフト１１、１２間で横向きにレイアウトされるので、ＶＶＴＬの高さを低く抑えることができ、可変動弁装置１０全体をコンパクトにまとめることができる。

また、本実施形態では、揺動カム１５は、キャリア１０Ａ、１０Ｂの両側部に摺接するスラスト規制部としてのボルト装着部１５ｄを含んでいる。このため本実施形態では、揺動カム１５がキャリア１０Ａ、１０Ｂに対し、軸方向に移動不能な状態となり、一層確実に安定した機構運動を図ることができる。なお、本実施形態においては、ボルト装着部１５ｄもまた分割ラインＬ１に沿って分割される形態を採用している。このため、本実施形態において、ボルト装着部１５ｄがキャリア１０Ａ、１０Ｂの両側部に摺接する際、ボルト装着部１５ｄの分割ラインＬ１とキャリア１０Ａ、１０Ｂの分割ラインＬ２とが面一になって擦れ合うことはない。

また、本実施形態では、揺動カム１５は、一つの気筒１ａに設けられた２つのバルブに対応してカムシャフト１１の軸方向に間隔を隔てて配置されるカムノーズ部１５ｂと、両カムノーズ部１５ｂ間に形成され、キャリア１０Ａ、１０Ｂによって軸支される円筒部１６とを一体に有し、スラスト規制部としてのボルト装着部１５ｄは、図１から明らかなように円筒部１６の両端側のカムノーズ部１５ｂの内周側に形成されている。このため本実施形態では、カムノーズ部１５ｂの外寸を利用してスラスト規制部を形成することができるので、揺動カム１５の大型化を抑制しつつ、確実な位置規制を図り、安定した機構運動を実現することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、揺動カム１５の組付性を確保しつつ、安定した機構運動を図ることができるという顕著な効果を奏する。

上述した実施形態は、本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、キャリア１０Ａ、１０Ｂを使わずに、シリンダヘッドと軸受部材とでカムシャフト１１（揺動カム１５）とコントロールシャフト１２とを軸支する形態でもよい。

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の形態に係る可変動弁装置の要部を示す一部分解斜視図である。 同可変動弁装置の平面略図である。 同可変動弁装置の要部を示す分解断面図である。 本実施形態に係る揺動カムの揺動範囲を示す概略図であり、（Ａ）は低リフト閉弁姿勢、（Ｂ）は高リフト開弁姿勢を示している。

符号の説明

１ａ 気筒
１０ 可変動弁装置
１０Ａ ロアキャリア
１０Ｂ アッパキャリア
１０Ｇ 軸受孔
１１ 吸気用カムシャフト
１２ コントロールシャフト（可変バルブリフト機構の要部）
１５ 揺動カム
１５ａ 突出部
１５ｂ カムノーズ部
１５ｃ ボルト
１５ｄ ボルト装着部（スラスト規制部の一例）
１６ 円筒部
２０ オフセットカム（可変バルブリフト機構の要部）
２１ オフセットカムリンク（可変バルブリフト機構の要部）
２２ コントロールリンク部材（可変バルブリフト機構の要部）
２３ コントロールアーム（可変バルブリフト機構の要部）
Ａ１ 回動角度
Ａ２ 回動角度（最大揺動範囲）
Ｌ１ 分割ライン
Ｌ２ 分割ライン

Claims (4)

1. エンジンのクランクシャフトと平行に配置され、前記クランクシャフトと同期して回転するカムシャフトと、前記カムシャフトに相対変位可能に装着され、前記エンジンのバルブを駆動する揺動カムと、前記揺動カムによるバルブリフト量を変更可能に構成され、且つ前記カムシャフトの回転力をバルブ駆動力に変換して前記揺動カムに伝達する可変バルブリフト機構と、前記揺動カムの外周を、当該エンジンのシリンダヘッドの上面と平行な面を境に分割された分割体で軸支する軸受部材と
   を備えたエンジンの可変動弁装置において、
   前記揺動カムは、前記カムシャフトに対して径方向に着脱可能な分割体で構成されており、
   前記揺動カムの最大揺動範囲は、前記カムシャフトの軸方向で見て、当該揺動カムの分割ラインが前記軸受部材を構成する分割体の何れかの内周面に収まる範囲に設定されていることを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
2. 請求項１記載のエンジンの可変動弁装置において、
   前記可変バルブリフト機構は、前記カムシャフトと平行に、且つ前記軸受部材の分割ライン上に沿って配置され、エンジンの運転状態に応じて回動するコントロールシャフトと、前記コントロールシャフトの回動により、前記揺動カムの揺動支点を変更可能に前記コントロールシャフトの駆動力を前記揺動カムに伝達するリンク機構とを含んでいる
   ことを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
3. 請求項１または２記載のエンジンの可変動弁装置において、
   前記揺動カムは、前記軸受部材に対して軸方向への相対変位を規制するスラスト規制部を含んでいる
   ことを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
4. 請求項３記載のエンジンの可変動弁装置において、
   前記揺動カムは、一つの気筒に設けられた２つのバルブに対応して前記カムシャフトの軸方向に間隔を隔てて配置される一対のカムノーズ部と、両カムノーズ部間に形成され、前記軸受部材によって軸支される円筒部とを一体に有し、前記スラスト規制部は、前記カムノーズ部の内周側に形成されている
   ことを特徴とするエンジンの可変動弁装置。

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