JP2008144620A - エンジンの可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】広範な運転領域において、スムーズにバルブを駆動することができ、異音やきしみ等の発生を可及的に防止すること。
【解決手段】バルブを駆動する揺動カム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いる。揺動カム１５を構成する分割体は、ボルト１５ｃによって分離可能に締結され、カムシャフト１１に装着される。ボルト１５ｃの軸線Ａは、少なくとも高リフト時のバルブ開弁開始直後に作用する引張り力Ｆに沿って延びるように、揺動カム１５の分割ラインＬ１が設定されている。
【選択図】図５

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、該分割体をボルトで締結することによりカムシャフトの外周に装着している。
特開２００４−３０１０５８号公報

上述したように、揺動カムを分割体で構成し、ボルトで締結した場合には、バルブリフト量を高く設定している状態でエンジンの回転速度が高い領域では、揺動カムに過大な力が作用し、分割体同士がきしんだり、異音を発したりすることがあった。

本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、広範な運転領域において、スムーズにバルブを駆動することができ、異音やきしみ等の発生を可及的に防止することのできる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。

本件発明者は、鋭意研究の結果、バルブリフト量と回転速度によって、揺動カムに作用する引張り力が大きくなる位相を特定できることを発見し、本願発明を完成させた。

すなわち、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、前記揺動カムを前記カムシャフトに装着する際に前記分割体を締結するボルトを設け、前記ボルトの軸線が、少なくとも高リフト時のバルブ開弁開始直後に作用する引張り力に沿って延びるように、前記揺動カムの分割ラインが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。ここで、可変バルブリフト機構に揺動カムが駆動されて開弁する際、バルブリフト量が高リフトに設定されている場合には、高速運転域でバルブ開弁開始直後が最も揺動カムに作用する引張り力が大きくなる。かかる知見に基づき、本態様では、高リフト時の高速運転時のバルブ開弁開始直後に作用する引張り力にボルトの軸線が沿うように、揺動カムの分割ラインが設定されているので、最も強度を要する方向にボルトを沿わせることができる結果、ボルトによる締結構造が堅固なものとなり、異音やきしみ等の発生を可及的に防止することができる。

好ましい態様において、前記揺動カムは、前記可変バルブリフト機構に連結され、駆動力の入力部材となる突出部を一方の分割体に有し、前記突出部には、動力伝達用ピンを圧入する圧入孔が貫通しており、前記ボルトの座面は、前記圧入孔を開放する位置に形成されている。この態様では、動力伝達用のピンを圧入孔に圧入する際、その圧入動作を妨げる部位が存在しないので、組付加工が容易になる反面、ボルトの座面を当該ボルトの軸線方向において短く設定することになる結果、全体のコンパクトに寄与することになる。

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る円筒部とを一体に有している。この態様では、２つのカムノーズ部が円筒部によって一体化されるので、円筒部によって揺動カム全体の剛性を高めることができるとともに、入力された駆動力を確実に両カムノーズ部に伝達し、精緻なカム動作を実現することができる。

好ましい態様において、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をさらに備え、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。

以上説明したように、本発明は、高リフト時の高速運転時のバルブ開弁開始直後に作用する引張り力にボルトの軸線が沿うように、揺動カムの分割ラインが設定されているので、最も強度を要する方向にボルトを沿わせることができる結果、ボルトによる締結構造が堅固なものとなり、広範な運転領域において、異音やきしみ等の発生を可及的に防止す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（以下、この接合面に沿うラインを分割ラインＬ１という）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、本発明の骨子に関連するクランク角度とバルブリフト量との関係を示すグラフである。なお、図中、破線は、高速回転時（例えば８０００ｒｐｍ）に生じる加速度ａを示している。

図４を参照して、本件発明者が鋭意研究した結果、揺動カム１５が連結ピン１７を介してＶＶＴＬから引張り力を受ける力は、高速回転域では、開弁開始時に高い加速度を伴って大きな慣性力が作用し、短い周期で大きな引張り力が作用することがわかった。

そこで、本実施形態では、図５に示すように、バルブリフト量が最大値になるようにＶＶＴＬを設定した場合、図４のＣＡ_MAXで示す位相のときに生じる引張り力Ｆがボルト１５ｃの軸線Ａに沿うように、この引張り力Ｆと直交する線分上に分割ラインＬ１を設定している。図５は、図４に示した位相での引張り力Ｆを受けた状態を示す本実施形態の要部拡大断面略図である。

以上説明したように本実施形態では、揺動カム１５が径方向に着脱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。上述したように、ＶＶＴＬに揺動カム１５が駆動されて開弁する際、バルブリフト量が高リフトに設定されている場合には、高速運転域でバルブ開弁開始直後が最も揺動カム１５に作用する引張り力が大きくなる。かかる知見に基づき、本実施形態では、高リフト時の高速運転時のバルブ開弁開始直後に作用する引張り力にボルト１５ｃの軸線Ａが沿うように、揺動カム１５の分割ラインが設定されているので、最も強度を要する方向にボルト１５ｃを沿わせることができる結果、ボルト１５ｃによる締結構造が堅固なものとなり、異音やきしみ等の発生を可及的に防止することができる。

また本実施形態では、揺動カム１５は、ＶＶＴＬに連結され、駆動力の入力部材となる突出部１５ａを一方の分割体に有し、突出部１５ａには、動力伝達用ピンを圧入する圧入孔１５ｅが貫通しており、ボルト１５ｃの座面１５ｆは、圧入孔１５ｅを開放する位置に形成されている。このため本実施形態では、動力伝達用のピンを圧入孔１５ｅに圧入する際、その圧入動作を妨げる部位が存在しないので、組付加工が容易になる反面、ボルト１５ｃの座面１５ｆを当該ボルト１５ｃの軸線Ａ方向において短く設定することになる結果、全体のコンパクトに寄与することになる。

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一対のカムノーズ部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。

また、本実施形態では、揺動カム１５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キャリア１０Ａ、１０Ｂで軸支し、ＶＶＴＬが、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（両キャリア１０Ａ、１０Ｂが接合している面がなす線）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。

以上説明したように、本実施形態では、高リフト時の高速運転時のバルブ開弁開始直後に作用する引張り力にボルト１５ｃの軸線Ａが沿うように、揺動カム１５の分割ラインが設定されているので、最も強度を要する方向にボルト１５ｃを沿わせることができる結果、ボルト１５ｃによる締結構造が堅固なものとなり、広範な運転領域において、異音やきしみ等の発生を可及的に防止することができるという顕著な効果を奏する。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、例えば、カムシャフトの位置よりもコントロールシャフトの位置を高く設定した場合にも適用できるものである。

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。 本発明の骨子に関連するクランク角度とバルブリフト量との関係を示すグラフである。 図４に示した位相での引張り力を受けた状態を示す本実施形態の要部拡大断面略図である。

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
１０Ｃ ボス部
１０Ｄ 吸気用収容窓
１０Ｅ 排気用収容窓
１０Ｆ 隔壁
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
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
１５ｅ 圧入孔
１５ｆ 座面
１６ 円筒部
１７ 連結ピン
１８ 連結リンク部材
１９ コントロールピン
２０ オフセットカム
２１ オフセットカムリンク
２２ コントロールリンク部材
２３ コントロールアーム
２４ ピン
Ｆ 引張り力
Ｌ１ 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
   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、
   前記揺動カムを前記カムシャフトに装着する際に前記分割体を締結するボルトを設け、
   前記ボルトの軸線が、少なくとも高リフト時のバルブ開弁開始直後に作用する引張り力に沿って延びるように、前記揺動カムの分割ラインが設定されている
   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、
   前記揺動カムは、前記可変バルブリフト機構に連結され、駆動力の入力部材となる突出部を一方の分割体に有し、
   前記突出部には、動力伝達用ピンを圧入する圧入孔が貫通しており、
   前記ボルトの座面は、前記圧入孔を開放する位置に形成されている
   ことを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
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、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る円筒部とを一体に有している
   ことを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のエンジンの可変動弁装置において、
   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をさらに備え、
   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。

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