JP2009270561A - 連続可変バルブリフト装置、および連続可変バルブリフト装置群 - Google Patents

Abstract

【課題】作動領域を多様に構成することができる連続可変バルブリフト装置、およびＶ型エンジンに適用することができるように対称になってバルブプロファイルが同一な連続可変バルブリフト装置群を提供する
【解決手段】ａ）カムシャフトに形成されて回転する入力カム、ｂ）カムシャフトとの相対的な角度が変化するようにカムシャフトに形成されたフォロア支持部、ｃ）中心軸を含み、中心軸によってフォロア支持部と結合し、入力カムの回転が伝達されて、中心軸を中心にピボット運動するフォロア、ｄ）直線ガイド、ｅ）フォロアと接触して直線ガイドに沿って往復運動する出力カム、ｆ）出力カムと接触して開閉されるバルブ開閉部、を有して構成される。そして、フォロア支持部は、結合部を有して、シリンダーヘッドに結合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続可変バルブリフトに関し、より詳細には、バルブリフト量をエンジンの動作状態によって変化させることができる連続可変バルブリフト装置に関する。

内燃機関（ｉｎｔｅｒｎａｌ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅ）は、燃焼室（ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｃｈａｍｂｅｒ）に燃料及び空気を吸入し、これを燃焼させることによって動力を発生させている。空気を吸入する時には、カムシャフト（ｃａｍｓｈａｆｔ）の駆動によって吸気バルブ（ｉｎｔａｋｅ ｖａｌｖｅｓ）を作動させて、吸気バルブが開いている間に空気を燃焼室に吸入する。また、空気を排出する時には、カムシャフトの駆動によって排気バルブ（ｅｘｈａｕｓｔ ｖａｌｖｅ）を作動させて、排気バルブが開いている間に空気を燃焼室から排出する。

しかし、吸気バルブ及び排気バルブの最適な動作は、エンジンの回転速度によって異なっている。つまり、エンジンの回転速度によって適切なリフト（ｌｉｆｔ）またはバルブの開放及び閉鎖時間が異なる。このように、エンジンの回転速度によってバルブの最適な動作を実現するために、バルブを駆動させるカムの形状を複数に設計したり、バルブがエンジン回転速度によって異なるリフト（ｌｉｆｔ）で動作するようにする可変バルブリフト（ｖａｒｉａｂｌｅ ｖａｌｖｅ ｌｉｆｔ；ＶＶＬ）装置が研究されている〔例えば、特許文献１参照〕。
このような可変バルブリフト装置は、カムシャフトの回転力を利用してバルブを駆動する過程で、動力損失を最少にするのが好ましい。そして、Ｖ型エンジンの場合、両側のバンク（ｂａｎｋ）に共に適用することができるように、対称的に装着される構造であるのが好ましい。

連続可変バルブリフト装置については、その他、吸気バルブや排気バルブのリフトタイミング（すなわち、クランクシャフトの回転を基準にした位相）やリフト量を変更することができる可変バルブリフト装置、例えば、低リフトカムと高リフトカムを切り替えることで吸気バルブのリフト量を２段階に変更できる可変バルブリフト装置〔特許文献２参照〕、吸気バルブや排気バルブのリフト量を連続的に変更する連続可変バルブリフト装置、例えば、エンジンの燃焼安定性、排ガス性能および燃費を向上させ、エンジン出力の低下、エンジン全開性能の低下を抑制する連続可変バルブリフト装置〔特許文献３、特許文献４参照〕などが提案されている。

特開２００７−１３８９１０号公報 特開２００４−２９３４８３号公報 特開２００６−３２９１３０号公報 特開２００６−３２９１３１号公報

本発明は、従来の技術の問題点を解決するためになされたものであり、作動領域を多様に構成することができる連続可変バルブリフト装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、Ｖ型エンジンに適用することができるように、互いに対称に位置する連続可変バルブリフト装置を、それぞれ同じバルブプロファイルとなるようにできる連続可変バルブリフト装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の連続可変バルブリフト装置は、ａ）カムシャフトに形成されて回転する入力カム、ｂ）カムシャフトとの相対的な角度が変化するように前記カムシャフトに形成されたフォロア支持部、ｃ）中心軸を含み、中心軸でフォロア支持部と結合し、入力カムの回転が伝達されて、中心軸を中心にピボット運動するフォロア、ｄ）直線ガイド、ｅ）フォロアと接触して直線ガイドに沿って往復運動する出力カム、
ｆ）出力カムと接触して開閉されるバルブ開閉部、を有して構成される。

フォロア支持部は、結合部を有して、シリンダーヘッドに結合され、フォロアとフォロア支持部の間には、フォロアに復原力を与える第１弾性部が形成される。
フォロアは、入力カムと接触する第１ローラと、出力カムと接触する接触部を有し、出力カムには、フォロアと接触する第２ローラを有する。

直線ガイドと出力カムの間に第２弾性部が形成され、出力カムとフォロアが常に接触するようにされる。また、直線ガイドは、ガイドローラまたはガイドレールを有して、出力カムを往復運動することができるようしている。

出力カムは、バルブ開閉部と接触する出力部を有し、出力部は、直線ガイドと平行なゼロリフト区間と、直線ガイドから次第に離れる形状のリフト区間とを有している。
フォロアと出力カムが接触する位置と、カムシャフトの中心を結ぶ直線は、直線ガイドと平行である。

フォロア支持部には、制御部を有して、フォロアの回転軸の位置を移動させることができ、制御部は、偏心軸と偏心軸ハウジングを有し、偏心軸ハウジングには、ストッパーを有して、フォロア支持部を設定された角度以上に変化しないようにしている。

また、本発明における連続可変バルブリフト装置群は、入力カム、直線ガイド、出力カム、バルブ開閉部がそれぞれ対称の位置にあり、フォロアとフォロア支持部が互いに反対方向に形成された上記の連続可変バルブリフト装置が２基対にして設置され、入力カムを互いに同じ方向に回転するようにしたとき、これら２基の連続可変バルブリフト装置が同じバルブプロファイルを有している。

本発明による連続可変バルブリフト装置は、出力カムの簡単な設計変更やフォロアの位置調節によってバルブリフトの調節が容易であり、可変気筒装置（ＣＤＡ；Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）モードの運転も可能である。対称となる連続可変バルブリフト装置のバルブプロファイルを同じにすることができ、Ｖ型エンジンにも適用が可能である。
また、直線ガイドによって設計変更が容易であり、耐久性の向上が可能である。さらに、バルブリフトが小さくなる時に各リフトの最大バルブ開放地点が進角する特性があり、効率のよい車の走行が可能となる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。
図１及び図２は、各々本発明の実施形態による連続可変バルブリフト装置の構成を示した正面図及び斜視図であり、図３は、連続可変バルブリフト装置のフォロア及びフォロア支持部の構成を示した斜視図である。

図１〜図３を参照すると、本発明の連続可変バルブリフト装置は、カムシャフト１００に形成されて回転する入力カム１１０と、フォロア支持部２００、フォロア３００、直線ガイド４００、出力カム５００、バルブ開閉部６００を主要構成要素として構成されている。

フォロア支持部２００は、カムシャフト１００との相対的な角度が変化するようにカムシャフト１００に形成される。
フォロア３００は、その中心軸３０５でフォロア支持部２００と結合して支持されている。これにより、入力カム１１０の回転により、フォロア３００が中心軸３０５を中心にピボット運動し、さらにフォロア３００と接触する出力カム５００が、直線ガイド４００に沿って往復運動するようになる。

フォロア支持部２００は、カムシャフト１００に回転可能に形成され、フォロア３００とフォロア支持部２００の間には、フォロア３００が入力カム１１０と接触するようにフォロア３００に復原力を与える第１弾性部２２０が形成されている。
また、フォロア３００には、入力カム１１０と接触する第１ローラ３１０及び出力カム５００と接触する接触部３２０が形成される。

出力カム５００には、フォロア３００と接触する第２ローラ５５０が形成される。
直線ガイド４００と出力カム５００の間には、出力カム５００とフォロア３００が常に接触するように、出力カム５００に復原力を与える第２弾性部４１０が形成される。
直線ガイド４００には、出力カム５００が円滑に往復運動することができるように、ガイドローラ４２０が形成される。

バルブ開閉部６００は、出力カム５００と接触するように形成される。そのため、出力カム５００には、バルブ開閉部６００と接触する出力部５４０が形成され、出力部５４０には、直線ガイド４００と平行なゼロリフト区間５１０と、直線ガイド４００から次第に離れる形状のリフト区間５２０があり、ゼロリフト区間５１０とリフト区間５２０の間は、急速なバルブプロファイルの変化を防止するためのランプ区間５３０となっている。

図４は、フォロア支持部２００の構成を概略的に示した斜視図、図５はフォロア支持部２００と結合するシリンダーヘッド７００の構成を概略的に示した斜視図、図６はフォロア３００、フォロア支持部２００、及びカムシャフト１００がシリンダーヘッド７００に結合した構成を概略的に示した斜視図である。

フォロア支持部２００は、結合部２１０でシリンダーヘッド７００と結合する。フォロア支持部２００には、中心軸支持部２０１が形成されて、そこにフォロア３００の中心軸３０５が結合し、さらに制御結合部２０２が形成されて、そこに後述する制御部８００が結合する。

図７は、制御部８００を含む構成を示した正面図、図８は、制御部８００の一部正面図である。
フォロア支持部２００には、制御部８００が結合されて、フォロア３００の中心軸３０５の位置を移動させることができる。
制御部８００は、図８に示すように、偏心軸８１０と偏心軸ハウジング８２０を有し、偏心軸ハウジング８２０には、ストッパー８３０が設けられている。このストッパー８３０は、偏心軸８１０を中心に偏心軸ハウジング８２０が回転したとき、一定の角度以上に回転するのを防止して、フォロア支持部が設定された角度以上に変化してバルブリフト装置が誤動作するのを防止する役目をする。

図９は、直線ガイド４００の例を示した図面である。直線ガイド４００は、出力カム５０１、５０２が直線に往復運動することができるようにガイドレール４３０とすることができるが、その他、図９（ａ）〜（ｃ）に示すようなガイドシャフト４４０としてもよい。このように、直線ガイド４００の形状は種々の変形が可能であり、ここに示した実施形態に限定するものではない。

図１３は，本発明の実施形態による連続可変バルブリフト装置のバルブプロファイルを示した図面である。バルブプロファイルは、バルブリフトが小さい時に最大バルブ開放地点が進角するのが好ましい。
Ｖ型エンジンでは、両側のバンクのバルブプロファイルが完全に同じである時に、エンジントルクの変動を最少にすることができ、Ｖ型エンジンで両側バンクのバルブプロファイルを同じにするためには、Ｖ型エンジンの両側のバンクの吸気カム軸を反対方向に回転させる装置が必要である。しかし、このような装置の構成は、多くの部品を必要として重量の増大をもたらすことになる。

本発明の連続可変バルブリフト装置をＶ型エンジンに適用するとき、Ｖ型エンジンの両側バンクでバルブプロファイルが完全に同じでなければならないため、直線ガイド４００の設置方向に制限がある。つまり、フォロア３００と接触する出力カム５００の接触部の曲率中心は、特定の条件下になければならない。図１及び図２には、出力カム５００に設置された第２ローラ５５０がフォロア３００と接触する実施形態を示している。第２ローラ５５０の中心Ｒとカムシャフト１００の中心Ｃを結ぶ直線Ｐが直線ガイド４００と平行であると、Ｖ型エンジンで両側のバンクのバルブプロファイルが完全に同じく実現できる。

出力カム５００に第２ローラ５５０が形成されないで、出力カム５００における接触部の曲面でフォロア３００と接触する場合にも、その曲面の曲率中心とカムシャフトの中心を結ぶ直線は、直線ガイド４００と平行でなければならない。また、フォロア３００と接触する出力カム５００の接触部が平面である場合には、曲率中心は平面に垂直な無限の位置と考えることができるので、平面の中心とカムシャフトの中心を結ぶ直線が直線ガイドと平行であるためには、フォロア３００と接触する出力カム５００の接触平面が直線ガイド４００と垂直な位置になければならない。

図１０は、連続可変バルブリフト装置を対にして左右バンク９０１、９０２に設置した連続可変バルブリフト装置群の実施形態を示している。この実施形態では、カムシャフト１００、１０１が同じ方向に回転しても、同じバルブプロファイルが実現できる構成を示している。すなわち、右側の連続可変バルブリフト装置における構成は、フォロア３０１とフォロア支持部２０１が左側のものと反対方向になり、直線ガイド４００、出力カム５００、バルブ開閉部６００は左側のものと対称に形成されている。これによりカムシャフト１００、１０１が同じ方向に回転しても、同じバルブプロファイルとすることができて、Ｖ型エンジンにも連続可変バルブリフト装置の適用が可能となる。

図１１は、本発明の連続可変バルブリフト装置におけるハイリフトモードにおける作動を示した図面であり、図１２は、ローリフトモードにおける作動を示した図面である。図中のＡはハイリフトモードにおけるカムシャフト１００の中心Ｃと中心軸３０５を結んだ線を示し、Ｂはローリフトモードにおけるカムシャフト１００の中心Ｃと中心軸３０５を結んだ線を示しており、αはＡとＢの線がなす角度を示している。ハイリフトモードでは、図１１に示すように出力カム５００の往復する位置が相対的に左側に移動する。従って、バルブ開閉部６００が出力カム５００のリフト区間５２０と接触する時間が相対的に長くなって、バルブ６１０の開放量が大きくなり、開放時間が長くなる。逆に、ローリフトモードでは、図１２に示すように、フォロア支持部２００がαだけ回転して、出力カム５００の往復する位置が相対的に右側に移動する。従って、バルブ開閉部６００が出力カム５００のリフト区間５２０と接触する時間が相対的に短くなって、バルブ６１０の開放量が小さくなり、開放時間が短くなる。

出力部５４０の設計を変更したり、角度αを調節することにより、バルブ開閉部６００がゼロリフト区間５１０でだけ接触するようにすることができ、この場合、本発明の実施形態による連続可変バルブリフト装置は、可変気筒装置（ＣＤＡ；Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｄｅａｃｔｉｖａｔｉｏｎ）として機能するようになる。

以上で、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は、上記した実施形態に限定されず、当該発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に変更し、均等と認められる範囲を含むものである。

本発明の連続可変バルブリフト装置の構成を示した正面図である。 本発明の連続可変バルブリフト装置の構成を示した斜視図である。 本発明の連続可変バルブリフト装置のフォロアとフォロア支持部の構成を示した斜視図である。 本発明の連続可変バルブリフト装置のフォロア支持部の構成を示した斜視図である。 本発明の連続可変バルブリフト装置のシリンダーヘッドの構成を示した斜視図である。 本発明の連続可変バルブリフト装置のフォロア、フォロア支持部、及びカムシャフトがシリンダーヘッドに結合した構成を示した斜視図である。 本発明の連続可変バルブリフト装置の制御部を含む構成を示した正面図である。 本発明の連続可変バルブリフト装置の制御部の一部構成を示した正面図である。 本発明の連続可変バルブリフト装置の直線ガイドの図２の記載とは別の例を示した図面である。 本発明の連続可変バルブリフト装置を対にした連続可変バルブリフト装置群を示した図面である。 本発明の連続可変バルブリフト装置のハイリフトモードでの作動を示した図面である。 本発明の連続可変バルブリフト装置のローリフトモードでの作動を示した図面である。 本発明の連続可変バルブリフト装置のバルブプロファイルを示した図面である。

符号の説明

１００；カムシャフト
１１０；入力カム
２００、２０１；フォロア支持部
２０１；中心軸支持部
２０２；制御結合部
２１０；結合部
２２０；第１弾性部
３００、３０１；フォロア
３０５；中心軸
３１０；第１ローラ
３２０；接触部
４００；直線ガイド
４１０；第２弾性部
４２０；ガイドローラ
４３０；ガイドレール
４４０；ガイドシャフト
５００、５０１、５０２；出力カム
５１０；ゼロリフト区間
５２０；リフト区間
５３０；ランプ区間
５４０；出力部
５５０；第２ローラ
６００；バルブ開閉部
６１０；バルブ
７００；シリンダーヘッド
８００；制御部
８１０；偏心軸
８２０；偏心軸ハウジング
８３０；ストッパー
９０１、９０２；（左右それぞれの）バンク

Claims (15)

1. ａ）カムシャフトに形成されて回転する入力カム、
   ｂ）前記カムシャフトとの相対的な角度が変化するように前記カムシャフトに形成されたフォロア支持部、
   ｃ）中心軸を含み、前記中心軸で前記フォロア支持部と結合し、前記入力カムの回転が伝達されて、前記中心軸を中心にピボット運動するフォロア、
   ｄ）直線ガイド、
   ｅ）前記フォロアと接触して前記直線ガイドに沿って往復運動する出力カム、
   ｆ）前記出力カムと接触して開閉されるバルブ開閉部、を有することを特徴とする連続可変バルブリフト装置。
2. 前記フォロア支持部は、結合部を有して、シリンダーヘッドに結合されることを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
3. 前記フォロアと前記フォロア支持部の間には、前記フォロアに復原力を与える第１弾性部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
4. 前記フォロアは、前記入力カムと接触する第１ローラを有することを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
5. 前記フォロアは、前記出力カムと接触する接触部を有することを特徴とする請求項４に記載の連続可変バルブリフト装置。
6. 前記出力カムは、前記フォロアと接触する第２ローラを有することを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
7. 前記直線ガイドと前記出力カムの間に第２弾性部が形成されて、前記出力カムと前記フォロアが常に接触するようにすることを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
8. 前記直線ガイドは、ガイドローラを有して、前記出力カムを往復運動することができるようにすることを特徴とする請求項７に記載の連続可変バルブリフト装置。
9. 前記直線ガイドは、ガイドレールを有して、前記出力カムを往復運動することができるようにすることを特徴とする請求項７に記載の連続可変バルブリフト装置。
10. 前記出力カムは、前記バルブ開閉部と接触する出力部を有し、
    前記出力部は、前記直線ガイドと平行なゼロリフト区間と、前記直線ガイドから次第に離れる形状のリフト区間とを有することを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
11. 前記フォロアと前記出力カムが接触する位置と、前記カムシャフトの中心を結ぶ直線は、前記直線ガイドと平行であることを特徴とする請求項１０に記載の連続可変バルブリフト装置。
12. 前記フォロア支持部には、制御部を有して、前記フォロアの回転軸の位置を移動させることができることを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブリフト装置。
13. 前記制御部は、偏心軸を有することを特徴とする請求項１２に記載の連続可変バルブリフト装置。
14. 前記制御部は、偏心軸ハウジングを有して、前記偏心軸ハウジングには、ストッパーを有して、前記フォロア支持部を設定された角度以上に変化しないようにすることを特徴とする請求項１３に記載の連続可変バルブリフト装置。
15. 前記入力カム、前記直線ガイド、前記出力カム、前記バルブ開閉部がそれぞれ対称の位置にあり、前記フォロアと前記フォロア支持部が互いに反対方向に形成された請求項１記載の連続可変バルブリフト装置が、２基対にして設置され、前記入力カムを互いに同じ方向に回転するようにしたとき、前記２基の連続可変バルブリフト装置が同じバルブプロファイルを有することを特徴とする連続可変バルブリフト装置群。

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