JP2013019362A - 可変動弁装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の吸気バルブを1つのアクチュエータ部によって進角側と遅角側とで位相変化を異ならせることが可能な可変動弁装置を提供する。
【解決手段】複数の吸気バルブ15,16を備えた可変動弁装置11において、アクチュエータ部13に切換機構80が内蔵されている。第1の位相可変モードにおいて、第1および第2の被動側回転体71,72が切換部材81を介して互いに結合されることにより、第1のカム25と第2のカム26とが進角側に移動可能となる。第2の位相可変モードでは、駆動側回転体70と第1の被動側回転体71とが切換部材81を介して互いに結合されることにより、第2のカム26のみが遅角側に移動可能となる。第1および第2の被動側回転体71,72のうち第2の被動側回転体72のみにセンサターゲット部37が設けられている。センサターゲット部37と対向する位置に、カム角度検出センサ38が取付けられている。
【選択図】図1
【解決手段】複数の吸気バルブ15,16を備えた可変動弁装置11において、アクチュエータ部13に切換機構80が内蔵されている。第1の位相可変モードにおいて、第1および第2の被動側回転体71,72が切換部材81を介して互いに結合されることにより、第1のカム25と第2のカム26とが進角側に移動可能となる。第2の位相可変モードでは、駆動側回転体70と第1の被動側回転体71とが切換部材81を介して互いに結合されることにより、第2のカム26のみが遅角側に移動可能となる。第1および第2の被動側回転体71,72のうち第2の被動側回転体72のみにセンサターゲット部37が設けられている。センサターゲット部37と対向する位置に、カム角度検出センサ38が取付けられている。
【選択図】図1
Description
この発明は、エンジンの吸気バルブ等を開閉駆動するための可変動弁装置に関する。
吸気バルブあるいは排気バルブの開閉時期をエンジンの運転状況等に応じて変化させることが可能な可変動弁装置が知られている。例えば特許文献1,2に開示されているように、クランクシャフトと同期して回転するスプロケットに対して、カムシャフトの回転の位相を変化させることができるように構成された可変動弁装置が公知である。この種の可変動弁装置では、アクチュエータによってカムシャフトの位相を変化させることにより、吸気バルブの開閉時期を進角側あるいは遅角側に変化させることができるようになっている。アクチュエータとしては、油圧式あるいは電動式のものが知られている。
また、各気筒(シリンダ)ごとに複数の吸気バルブを有するエンジンにおいて、各気筒ごとに吸気バルブどうしの位相を互いに変化させることが可能な可変動弁装置も提案されている。この種の可変動弁装置では、カムシャフトに対して複数の吸気バルブ用のカムの位相を互いに独立して変化させることができるように構成されている。このため一方のカムの位相を変化させるための第1のアクチュエータと、他方のカムの位相を変化させるための第2のアクチュエータが使われるのが通例である。また、各カムの角度を検出するために、各カムに連動して回転するセンサターゲット部がそれぞれカム角度検出センサによって検出されるようになっている。
前記したように1つの気筒あたりに複数の吸気バルブを備えた可変動弁装置において、一方の吸気バルブ用のカムと他方の吸気バルブ用のカムがそれぞれ別々のアクチュエータによって独立して駆動される構造では動弁装置が大形化し、重量が大きくなり、構造も複雑化する。しかも各バルブの位相を同時に変化させるときに大きな駆動エネルギーを必要とすることがある。また、2種類のカムをそれぞれ別々のカム角度検出センサ(位相角センサ)によって検出する必要があるため、少なくとも2つのカム角度検出センサとセンサターゲット部が必要となり、その分、部品数が増加しコストが高くなる原因となる。
従ってこの発明は、1つのアクチュエータ部によって各バルブの位相変化を異ならせることができ、しかもセンサおよびセンサターゲット部の数を減らすことができる可変動弁装置を提供することにある。
本発明の可変動弁装置は、エンジンのクランクシャフトと同期して回転する駆動側回転体と、第1の吸気バルブを駆動するための第1のカムを含む第1の被動側回転体と、第2の吸気バルブを駆動するための第2のカムを含む第2の被動側回転体と、前記駆動側回転体に対して前記第1および第2の被動側回転体を初期位置を境に進角側または遅角側に移動させるアクチュエータ部と、切換機構と、ターゲット部と、カム角度検出センサとを備えている。
前記切換機構は、前記第1および第2の被動側回転体を互いに結合するとともに前記第1および第2の被動側回転体を前記駆動側回転体から切り離す第1の位相可変モードと、前記駆動側回転体と前記第1の被動側回転体とを互いに結合するとともに前記第2の被動側回転体を前記第1の被動側回転体から切り離す第2の位相可変モードとに切換可能である。前記センサターゲット部は、前記第1および第2の被動側回転体のうち第2の被動側回転体のみに設けられている。前記カム角度検出センサは、前記第2の被動側回転体に対して移動しない側の部材に取付けられ、前記センサターゲット部を検出する。
前記アクチュエータ部の一例は、前記第1の位相可変モードにおいて前記第1および第2の被動側回転体を同時に進角側に移動させ、前記第2の位相可変モードにおいて前記第2の被動側回転体のみを遅角側に移動させるものである。
本発明の1つの実施形態では、前記第1の被動側回転体の一部を形成しシリンダヘッドの軸受部によって回転自在に支持されるアウタシャフトと、前記第2の被動側回転体の一部を形成し前記アウタシャフトの内側に回転自在に設けられるインナシャフトとからなるシャフト部材を備えている。そして前記第1のカムが前記アウタシャフトに配置され、前記第2のカムは前記アウタシャフトの外周を回動可能に前記インナシャフトに配置され、前記第2のカムが前記シャフト部材の軸線方向に延びる延長部を有し、該延長部に前記シャフト部材の径方向に突出する前記センサターゲット部が設けられている。
本発明の1つの実施形態では、前記第1の被動側回転体の一部を形成しシリンダヘッドの軸受部によって回転自在に支持されるアウタシャフトと、前記第2の被動側回転体の一部を形成し前記アウタシャフトの内側に回転自在に設けられるインナシャフトとからなるシャフト部材を備えている。そして前記第1のカムが前記アウタシャフトに配置され、前記第2のカムは前記アウタシャフトの外周を回動可能に前記インナシャフトに配置され、前記第2のカムが前記シャフト部材の軸線方向に延びる延長部を有し、該延長部に前記シャフト部材の径方向に突出する前記センサターゲット部が設けられている。
また、前記第2のカムの前記延長部に、前記軸受部に嵌合することによって前記第2のカムの前記軸線方向の位置を規制する凹部が形成されていてもよい。さらに前記第2のカムの前記延長部に、前記駆動側回転体に対して前記軸線方向から当接することによって前記駆動側回転体の前記軸線方向の位置を規制する凸部が形成されていてもよい。また前記切換機構が前記アクチュエータ部に設けられた切換機構収容部に収容され、この切換機構収容部よりも外径側の位置に前記センサターゲット部が設けられていてもよい。
本発明によれば、各気筒ごとに少なくとも2つの吸気バルブのためのカムを有する可変動弁装置において、1つのアクチュエータ部によって、複数のカムの位相を同時に変化させる第1の位相可変モードと、一方のカムのみの位相を変化させる第2の位相可変モードとに切換えることができる。しかも1つのカム角度検出センサとセンサターゲット部によって第1のカムと第2のカムの角度を検出することができる。
以下に本発明の第1の実施形態に係る可変動弁装置について、図1から図10を参照して説明する。
図1は、エンジンのシリンダヘッド10に設けられた可変動弁装置11を模式的に示している。この可変動弁装置11は、後に説明する組立カムシャフト12と、油圧式のアクチュエータ部13とを有している。このエンジンは、各気筒(シリンダ)ごとに少なくとも2つの吸気バルブ15,16と排気バルブ(図示せず)とを有している。例えば吸気バルブ15,16は、図1に示す可変動弁装置11によって開閉駆動される。
図1は、エンジンのシリンダヘッド10に設けられた可変動弁装置11を模式的に示している。この可変動弁装置11は、後に説明する組立カムシャフト12と、油圧式のアクチュエータ部13とを有している。このエンジンは、各気筒(シリンダ)ごとに少なくとも2つの吸気バルブ15,16と排気バルブ(図示せず)とを有している。例えば吸気バルブ15,16は、図1に示す可変動弁装置11によって開閉駆動される。
組立カムシャフト12は、アウタシャフト21およびインナシャフト22からなる二重構造のシャフト部材20と、シャフト部材20に組付けられた第1および第2のカム25,26とを含んでいる。アウタシャフト21はパイプ状をなし、このアウタシャフト21内にインナシャフト22が回転可能に設けられている。
シャフト部材20は長手方向に延びる軸線X1を有している。インナシャフト22は、アウタシャフト21に対して軸線X1まわりに回動(相対回転)可能である。アウタシャフト21は、シリンダヘッド10に設けられた軸受部(ジャーナル部)30,31,32等によって、回転自在に支持されている。アウタシャフト21の一方の端部(アクチュエータ部13側)にフランジ部21aが設けられている。
第1のカム25はアウタシャフト21に固定され、第1のカム25とアウタシャフト21とが一体に回転するようになっている。第1のカム25の外周には、第1の吸気バルブ15を開閉駆動するためのカムプロフィルを有するカム面25aが形成されている。
第2のカム26は、アウタシャフト21に対して軸線X1まわりに回動可能である。第2のカム26は連結部材35によってインナシャフト22に固定され、第2のカム26とインナシャフト22とが一体に回転するようになっている。連結部材35はインナシャフト22に固定され、アウタシャフト21に形成された開口部36からアウタシャフト21の径方向に突出している。第2のカム26の外周には、第2の吸気バルブ16を開閉駆動するためのカムプロフィルを有するカム面26aが形成されている。
図1に示されるように第2のカム26は、軸線X1方向に延びる筒形の延長部26bを有している。この延長部26bの端部にカムローブ26cが形成されている。カムローブ26cの外周部に、位相角検出用のセンサターゲット部37が設けられている。
すなわちこのセンサターゲット部37は、第1および第2の被動側回転体71,72のうち、第2の被動側回転体72のみに設けられている。センサターゲット部37は磁性材料からなり、シャフト部材20の径方向に突出し、第2のカム26と共に軸線X1まわりに回転するようになっている。そしてセンサターゲット部37の回転方向の位置がカム角度検出センサ38によって検出される。カム角度検出センサ38の一例は、センサターゲット部37を磁気的に検出する磁気センサであり、センサターゲット部37に対して相対的に移動しない側の部材38a(例えばシリンダヘッド10に設けられたブラケット等)に固定されている。なお、カム角度検出センサ38は、センサターゲット部37を光学的に検出ものであってもよい。
また第2のカム26の前記延長部26bに、シリンダヘッド10の軸受部(ジャーナル部)30に嵌合する凹部26dが形成されている。この凹部26dは延長部26bの回転方向の全周にわたって形成され、軸受部30に嵌合することによって、第2のカム26の軸線X1方向の位置が規制されるようになっている。
図2は、アクチュエータ部13をシャフト部材20の軸線X1と直角な方向に切断して模式的に示した断面図である。このアクチュエータ部13は、エンジンのクランクシャフト39(図1に示す)によって回転駆動されるスプロケット40と、スプロケット40に設けられたハウジング41と、ハウジング41の内部に収容されたロータ42などを備えている。スプロケット40は、チェーンあるいはタイミングベルト等の動力伝達部材45(図1に示す)によって、クランクシャフト39と同期して回転する。
ハウジング41の内部には、ロータ42によって、複数の進角ベーン室50と、複数の遅角ベーン室51とが形成されている。進角ベーン室50と遅角ベーン室51とは、それぞれ、遅角油路52と進角油路53を介して、油圧ユニット60に接続されている。油圧ユニット60はECU(electronic control unit)等の制御部61によって制御され、エンジンの運転状況等に応じて遅角油路52と進角油路53に油圧を供給することができるようになっている。油圧ユニット60と制御部61とは、アクチュエータ部13の制御をつかさどる制御手段の一例である。前記カム角度検出センサ38によって検出されたカム角度が制御部61に入力され、進角制御あるいは遅角制御がなされる。
例えば、油圧ユニット60によって発生させた油圧が遅角油路52から遅角ベーン室51に供給されると、ロータ42がハウジング41に対して遅角側に回動する。また、油圧が進角油路53から進角ベーン室50に供給されると、ロータ42がハウジング41に対して進角側に回動する。
ハウジング41はスプロケット40に固定されている。このためハウジング41はスプロケット40と一体に回転する。ロータ42は、インナシャフト22にボルト55によって固定されている。このためロータ42はインナシャフト22と一体に回転する。ロータ42がハウジング41に対して遅角側あるいは進角側に回動すると、アウタシャフト21とインナシャフト22の位相(軸線X1まわりの相対位置)が変化し、その結果、カム25,26の位相が変化することになる。
ロータ42にロック部材56が組込まれている。ロック部材56は、シャフト部材20の軸線X1と平行な方向に移動することができる。このロック部材56は、例えばエンジンの始動時あるいは低回転時等のようにロータ42が初期位置にあるときに、ばね等の付勢手段によってスプロケット40側の嵌合孔57に嵌合し、ロック位置となることにより、ロック部材56を介してスプロケット40(駆動側回転体70)とロータ42(第2の被動側回転体72)とが互いに固定されるようになっている。これらロック部材56と嵌合孔57とによって、ロック機構58が構成されている。
前記スプロケット40とハウジング41などによって、エンジンのクランクシャフト39によって駆動される駆動側回転体70が構成されている。駆動側回転体70の構成要素であるスプロケット40は、動力伝達部材45を介してクランクシャフト39と同期して回転する。よって、駆動側回転体70の位相はクランクシャフト39の位相と対応している。
第2のカム26の前記延長部26bの端面に、凸部26eが設けられている。この凸部26eは延長部26bの端面から軸線X1方向に突出し、駆動側回転体70の一部であるスプロケット40に対して回動可能に当接することにより、駆動側回転体70の軸線X1方向の位置が規制されるようになっている。
一方、アウタシャフト21と、第1の吸気バルブ15を駆動するための第1のカム25などによって、第1の被動側回転体71が構成されている。第1のカム25はアウタシャフト21に固定されているため、第1のカム25とアウタシャフト21は軸線X1まわりに一体に回転する。アウタシャフト21の端部に設けられたフランジ部21aは、スプロケット40に対して軸線X1まわりに相対回転可能である。
インナシャフト22と、第2の吸気バルブ16を駆動するための第2のカム26と、連結部材35と、ロータ42などによって、第2の被動側回転体72が構成されている。第2の被動側回転体72の構成要素であるインナシャフト22と第2のカム26とロータ42とは、互いに軸線X1まわりに一体に回転する。
これら第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72とは、油圧ユニット60から供給される油圧によって、駆動側回転体70に対して軸線X1まわりの位相(進角あるいは遅角)を変化させることが可能である。すなわち油圧ユニット60と制御部61とは、駆動側回転体70に対して第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72の位相を変化させるための制御手段の一例を構成している。アクチュエータ部13は、駆動側回転体70に対して第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72の位相を、前記初期位置を境に進角側または遅角側に移動させる機能を有している。
この可変動弁装置11は、第1の位相可変モードと第2の位相可変モードとを切換えるための切換機構80を備えている。ここで第1の位相可変モードとは、駆動側回転体70に対して第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72とが同時に位相が変化するモードである。第2の位相可変モードとは、駆動側回転体70に対して第2の被動側回転体72のみの位相が変化するモードである。
切換機構80は切換部材81を有している。切換部材81の一例は、シャフト部材20の軸線X1と平行な軸線X2方向に移動可能な円柱形のピンであり、後述するように第1の位相可変モードにおいて第1の位置に移動することにより、第1および第2の被動側回転体71,72の双方に嵌合するとともに、駆動側回転体70から離脱する。また第2の位相可変モードにおいて第2の位置に移動することにより、駆動側回転体70と第1の被動側回転体71の双方に嵌合するとともに、第2の被動側回転体72から離脱するように構成されている。
すなわちこの切換部材81は、スプロケット40に形成された第1の孔82と、アウタシャフト21のフランジ部21aに形成された第2の孔83と、第2のカム26のカムローブ26cに形成された第3の孔84とにわたって前記軸線X2方向に移動可能に挿入され、油圧ユニット60から遅角油路52または進角油路53に供給される油圧に応じて、軸線X1と平行な軸線X2方向に移動するようになっている。この構成によれば、ロータ42の回転時に生じる遠心力が切換部材81の移動方向の一方側に偏って作用することを回避でき、切換部材81の両方向への移動を均等化することができる。駆動側回転体70が回転する際に生じるトルクは、この切換部材81を介して第1の被動側回転体71あるいは第2の被動側回転体72に伝達される。
切換機構80は、アクチュエータ部13に設けられた切換機構収容部87(図1に示す)に収容されている。この切換機構収容部87よりも外径側の位置に、センサターゲット部37が設けられている。センサターゲット部37は、第1および第2の被動側回転体71,72のうち、第2の被動側回転体72(第2のカム26のカムローブ26c)のみに設けられている。
図1に示すように、シリンダヘッド10の軸受部(ジャーナル部)30の内面に、前記油路52a,53aに油圧を供給する遅角油路52と進角油路53とが形成されている。前記切換機構80は、この軸受部30に隣接する位置に設けられている。この構成によれば、軸受部30の油路52,53から切換機構80の油路52a,53aまでの距離を極力短くすることができる。
図3は、切換部材81が第1の位置に移動した状態(第1の位相可変モード)を示している。切換部材81が第1の位置(第1の位相可変モード)にあるとき、切換部材81がアウタシャフト21の孔83と第2のカム26の孔84に嵌合するとともに、スプロケット40の孔82から抜け出る。これにより、アウタシャフト21と第2のカム26とが互いに結合されるとともに、アウタシャフト21と第2のカム26とがスプロケット40から切り離された状態となる。このため、アウタシャフト21に固定されている第1のカム25と、第2のカム26とが、互いに一体となって軸線X1まわりに回動可能となる。
このように第1の位相可変モードにおいては、切換部材81が第1の位置に移動することにより、アウタシャフト21(第1の被動側回転体71)とインナシャフト22(第2の被動側回転体72)とが切換部材81を介して互いに固定されるとともに、アウタシャフト21とインナシャフト22がスプロケット40(駆動側回転体70)から切り離される。このため、アウタシャフト21に固定されている第1のカム25と、インナシャフト22に固定されている第2のカム26とが、互いに一体となって軸線X1まわりに回動可能となることにより、進角油路53に導入される油圧に応じて、第1のカム25と第2のカム26の位相が進角側の位相可変領域T1内で変化する。
図4は、切換部材81が第2の位置に移動した状態(第2の位相可変モード)を示している。切換部材81が第2の位置(第2の位相可変モード)にあるとき、切換部材81がスプロケット40の孔82とアウタシャフト21の孔83に嵌合するとともに、第2のカム26の孔84から抜け出る。これにより、スプロケット40とアウタシャフト21とが互いに結合されるとともに、アウタシャフト21に対して第2のカム26が切り離されるため、第2のカム26が軸線X1まわりに回動可能となる。
このように第2の位相可変モードでは、切換部材81がシャフト部材20の軸線X1と平行な軸線X2方向に沿って第2の位置に移動することにより、アウタシャフト21(第1の被動側回転体71)がスプロケット40(駆動側回転体70)に固定されるとともに、インナシャフト22(第2の被動側回転体72)がアウタシャフト21から切り離される。このため、第2のカム26のみが軸線X1まわりに回動可能となることにより、遅角油路52に導入される油圧に応じて、第2のカム26の位相が遅角側の位相可変領域T2内で変化する。
切換部材81を前記第1の位置に移動させるための油圧を供給する油路53a(図5に示す)は、進角油路53に接続されている。切換部材81を第2の位置に移動させるための油圧を供給する油路52a(図5に示す)は、遅角油路52に接続されている。
図5から図9は、第1および第2の被動側回転体71,72の動作を説明するための模式図である。これらの図はアクチュエータ部13の動作をわかりやすく説明するために便宜的に表した模式図であるから、図1から図4に示したアクチュエータ部13とは形状やレイアウトが異なっている。
図5は、図1に対応する模式図であって、アクチュエータ部13の初期モード(初期位置)を示している。初期モードでは、切換部材81がスプロケット40の孔82とアウタシャフト21の孔83に嵌合している。初期モードの一例はエンジンの始動時あるいは低回転時(アイドリング時)であり、油圧が上昇していないため、ロック機構58のロック部材56が、ばね等の付勢手段によってスプロケット40の嵌合孔57に嵌合し、ロック位置となっている。このため初期モードでは、駆動側回転体70に対して第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72がロックされた状態となり、第1のカム25と第2のカム26の位相変化は生じることなく初期位置(イニシャル)のままである。
図6と図7は、それぞれ図3に対応する模式図であって、アクチュエータ部13の第1の位相可変モードを示している。第1の位相可変モードでは、図6に示すように進角油路53から供給される油圧によって切換部材81が軸線X2方向に第1の位置に移動することにより、スプロケット40の孔82から抜け出るとともに、切換部材81がアウタシャフト21の孔83と第2のカム26の孔84に嵌合する。これにより、第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72とが互いに結合されるとともに、駆動側回転体70に対して第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72が切り離された状態となる。また、ロック機構58のロック部材56が、油圧によって嵌合孔57から抜け出てロック解除位置となる。つまりロック部材56がロック解除位置にあるとき、第2の被動側回転体72は駆動側回転体70に固定されていない状態となる。このため第1のカム25と第2のカム26とが一体となって回動できるようになる。
この第1の位相可変モードでは、図7に示すように進角油路53に油圧が供給されると、第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72とが、同時に、駆動側回転体70に対して位相可変領域T1内で進角側に回動することにより、第1のカム25と第2のカム26とが進角側に移動する。
図8と図9は、それぞれ図4に対応する模式図であって、アクチュエータ部13の第2の位相可変モードを示している。第2の位相可変モードでは、図8に示すように遅角油路52から供給される油圧によって切換部材81が軸線X2方向に第2の位置に移動することにより、ロータ42の孔84から抜け出るとともに、切換部材81がスプロケット40の孔82に嵌合する。これにより、駆動側回転体70と第1の被動側回転体71とが互いに結合されるとともに、第2の被動側回転体72が、第1の被動側回転体71から切り離された状態となる。また、ロック機構58のロック部材56が、油圧によって嵌合孔57から抜け出てロック解除位置となる。このため第2の被動側回転体72のみが、駆動側回転体70に対して回動可能となる。
この第2の位相可変モードでは、図9に示すように遅角油路52に油圧が供給されると、第1の被動側回転体71が初期位置に止まったまま、第2の被動側回転体72のみが、駆動側回転体70に対して位相可変領域T2内で遅角側に回動することにより、第2のカム26のみが遅角側に移動する。
図10は、前記実施形態の可変動弁装置11の第1および第2のバルブ15,16のリフト量(開閉時期)とクランク角との関係を示している。前記したようにスプロケット40とハウジングに41とを含む駆動側回転体70に対して、第1のカム25と第2のカム26が進角側の位相可変領域T1で移動する。また遅角側には、第2のカム26のみが遅角側の位相可変領域T2で移動する。よって、トータルとしての位相可変範囲Sは、進角側の位相可変領域T1と遅角側の位相可変領域T2とを合わせた量となる。進角側の位相可変領域T1と前記遅角側の位相可変領域T2とは、初期位置を境に互いに隣接して設定されている。
ロック部材56と嵌合孔57などからなるロック機構58は、アクチュエータ部13が図5に示す初期位置にある状態において、ばね等の付勢手段によってロック部材56が嵌合孔57に挿入され、ロック位置となることにより、第2の被動側回転体72を駆動側回転体70に固定する機能を有している。この実施形態の場合、ロック機構58のロックが解除された状態(油圧によってロック部材56が嵌合孔57から抜け出てロック解除位置となった状態)において、ロータ42が、進角側の位相可変領域T1(一方側の位相可変領域)または遅角側の位相可変領域T2(他方側の位相可変領域)に移動可能となる。
すなわち本実施形態のアクチュエータ部13は、ロック機構58によってロータ42がロックされる初期位置を境として、第1および第2のバルブ15,16が進角側に同時に位相変化する「両弁位相可変モード」と、第2のバルブ16のみが遅角側に位相変化する「片弁位相可変モード」に切換わるようになっている。
遅角側の位相可変領域T2は、進角側の位相可変領域T1よりも大きい。一例として、進角側の位相可変領域T1はクランク角35°相当であるのに対し、遅角側の位相可変領域T2がクランク角45°相当となるように、位相可変範囲S(クランク角80°相当)で、初期位置を境として進角側と遅角側とで可変範囲の配分比率が設定されている。
こうすることにより、限られた位相可変範囲S内で、遅角側の位相可変領域T2をなるべく大きくとることが可能となり、第2のカム26によって駆動される第2の吸気バルブ16の閉弁時期の遅延を大きくとることができる。この例では遅角側の位相可変領域T2が進角側の位相可変領域T1よりも大きくなるため、遅角駆動時には進角駆動時よりも多くの油圧が必要となるが、遅角駆動時にアクチュエータ部13は第2の被動側回転体72(第2のカム26)のみを移動させればよいため、油圧の低下を抑制でき応答性を確保することができる。
また、例えばエンジンの性能を重視する時などには、第1の位相可変モードによって、第1のカム25と第2のカム26とを同時に進角側に移動させることにより、エンジン出力に対応することができる。一方、燃費を重視する時には、第2の位相可変モードによって、第2のカム26のみを遅角側に位相変化させるといった制御を制御部61によって行なうことができる。
制御手段として機能する制御部61は、アクチュエータ部13が初期位置(エンジンの始動時あるいはアイドリング時)にあるとき、圧縮行程の2分の1よりも前側の時期P1(図10に示す)において第1および第2の吸気バルブ15,16の双方が閉弁するように、ロック機構58を作動させる。エンジンの始動時は油圧が上昇していないため、ロック機構58が作動することによってアクチュエータ部13が初期位置に保たれている。この初期位置では第1および第2の吸気バルブ15,16がいずれも圧縮行程の2分の1よりも前側の時期P1(図10に示す)で閉弁するようにロック機構58が働いているため、圧縮比を大きくとることができることにより、燃料に着火しやすくなり、エンジンの始動が容易となる。
エンジン始動後に行なわれる遅角側の位相可変領域T2においては、遅角側に位相変化する吸気バルブ16が圧縮行程の2分の1よりも後側の時期P2(図10に示す)で閉弁するように、アクチュエータ部13によって第2のカム26の位相を変化させるプログラムが組込まれている。この遅角側の位相可変領域T2では、第1の吸気弁15が圧縮行程の2分の1よりも前側の時期P1(図10に示す)で閉弁しているが、第2のカム26によって吸気バルブ15が開いているため、圧縮比が低い状態となっている。しかし圧縮行程の中間位置(特に圧縮行程の2分の1)ではピストン速度が最大となるため、片側の吸気バルブ15が開いていることにより、気筒内に強いスワールを生じさせることができ、燃焼が良化される。しかも遅角側の位相可変領域T2では、第1のカム25が圧縮行程の2分の1よりも前側の時期P1(図10に示す)で閉弁しているため圧縮比を比較的低い状態にすることができ、ポンプロスが減ることによって燃費が改善される。
以上説明したように、本実施形態の可変動弁装置11によれば、エンジンの運転状況に応じて、進角側と遅角側とで異なる態様の位相制御を1つの油圧式のアクチュエータ部13によって実現することができる。このため、2つのアクチュエータ部を使用する可変動弁装置と比較して構造が簡略化し、小形かつ軽量に構成することが可能である。
しかも第1の位相可変モードでは、第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72とが共に進角側に同じ位相角度を移動するため、1つのカム角度検出センサ38によって第1および第2のカム25,26の角度を検出できる。第2の位相可変モードでは、第2の被動側回転体72のみが駆動側回転体70に対して位相変化するため、カム角度検出センサ38によって第2のカム26の角度を検出すればよい。このように1つのカム角度検出センサ38によって第1のカム25と第2のカム26の位相角を知ることができるため、センサターゲット部37とカム角度検出センサ38とがそれぞれ1つで足りることになり、構成を簡略化できる。
図11は、本発明の第2の実施形態に係る可変動弁装置11Aを模式的に示している。この可変動弁装置11Aの基本的な構成は第1の実施形態の可変動弁装置11と共通であるため、両者に共通の箇所に共通の符号を付して説明を省略し、互いに異なる箇所について以下に説明する。
第2の実施形態の可変動弁装置11Aの切換機構80Aの切換部材81Aは、シャフト部材20の軸線X1と直角な方向(シャフト部材20の径方向)に移動可能に構成されている。この切換機構80Aは、第1の実施形態の切換機構80と同様に、アクチュエータ部13を第1の位相可変モードと第2の位相可変モードとを切換える機能を有している。
切換部材81Aの一例は、シャフト部材20の軸線X1と直角な方向に移動可能な円柱形のピンである。この切換部材81Aは、スプロケット40に固定された回転部材40Aに形成された第1の孔82Aと、アウタシャフト21に形成された第2の孔83Aと、インナシャフト22に固定された回転部材22Aに形成された第3の孔84Aとにわたって移動可能であり、遅角油路52または進角油路53に供給される油圧に応じて、軸線X1と直角な方向に移動するようになっている。
第1の位相可変モードにおいて、切換部材81Aが第1の位置に移動することにより、アウタシャフト21(第1の被動側回転体71)とインナシャフト22側の回転部材22A(第2の被動側回転体72)とが切換部材81Aを介して互いに固定されるとともに、アウタシャフト21とインナシャフト22側の回転部材22Aがスプロケット40側の回転部材40A(駆動側回転体70)から切り離される。このため、アウタシャフト21に固定されている第1のカム25と、インナシャフト22に固定されている第2のカム26とが、互いに一体となって軸線X1まわりに回動可能となることにより、進角油路53に導入される油圧に応じて、第1のカム25と第2のカム26の位相が進角側の位相可変領域T1内で変化する。
第2の位相可変モードでは、切換部材81Aが第2の位置に移動することにより、アウタシャフト21(第1の被動側回転体71)がスプロケット40側の回転部材40A(駆動側回転体70)に固定されるとともに、インナシャフト22側の回転部材22A(第2の被動側回転体72)がアウタシャフト21から切り離される。このため、第2のカム26のみが軸線X1まわりに回動可能となることにより、遅角油路52に導入される油圧に応じて、第2のカム26の位相が遅角側の位相可変領域T2内で変化する。
この可変動弁装置11Aの場合、シャフト部材20の一端側にアクチュエータ部13が配置され、シャフト部材20の他端側に第2のカム26と一体に回転する回転部材90が設けられている。この回転部材90に位相角検出用のセンサターゲット部37が設けられている。センサターゲット部37の回転方向の位置、すなわち第2の被動側回転体72の位相角度がカム角度検出センサ38によって検出される。
この第2の実施形態においても、第1の位相可変モードでは、第1の被動側回転体71と第2の被動側回転体72とが共に進角側に同じ位相角度を移動するため、1つのカム角度検出センサ38によって第1および第2のカム25,26の角度を検出できる。第2の位相可変モードでは、第2の被動側回転体72のみが駆動側回転体70に対して位相変化するため、カム角度検出センサ38によって第2のカム26の角度を検出すればよい。このように1つのカム角度検出センサ38によって第1のカム25と第2のカム26の位相角を知ることができるため、センサターゲット部37とカム角度検出センサ38とがそれぞれ1つで足りることになり、構成を簡略化できるものである。
なお本発明を実施するに当たり、アクチュエータ部やカム、切換機構、センサターゲット部、カム角度検出センサ等の具体的な形状、構成をはじめとして、駆動側回転体や第1の被動側回転体、第2の被動側回転体など可変動弁装置を構成する要素の形状や配置等の具体的な態様等を種々に変更して実施できることは言うまでもない。
11…可変動弁装置、13…アクチュエータ部、15…第1の吸気バルブ、16…第2吸気バルブ、20…シャフト部材、21…アウタシャフト、22…インナシャフト、25…第1のカム、26…第2のカム、30…軸受部(ジャーナル部)、37…センサターゲット部、38…カム角度検出センサ、39…クランクシャフト、40…スプロケット、70…駆動側回転体、71…第1の被動側回転体、72…第2の被動側回転体、80…切換機構、87…切換機構収容部。
Claims (6)
- エンジンのクランクシャフトと同期して回転する駆動側回転体と、
第1の吸気バルブを駆動するための第1のカムを含む第1の被動側回転体と、
第2の吸気バルブを駆動するための第2のカムを含む第2の被動側回転体と、
前記駆動側回転体に対して前記第1および第2の被動側回転体を初期位置を境に進角側または遅角側に移動させるアクチュエータ部と、
前記第1および第2の被動側回転体を互いに結合するとともに前記第1および第2の被動側回転体を前記駆動側回転体から切り離す第1の位相可変モードと、前記駆動側回転体と前記第1の被動側回転体とを互いに結合するとともに前記第2の被動側回転体を前記第1の被動側回転体から切り離す第2の位相可変モードとに切換可能な切換機構と、
前記第1および第2の被動側回転体のうち第2の被動側回転体のみに設けられたセンサターゲット部と、
前記センサターゲット部を検出するカム角度検出センサと、
を具備したことを特徴とする可変動弁装置。 - 前記アクチュエータ部は、前記第1の位相可変モードにおいて前記第1および第2の被動側回転体を同時に進角側に移動させ、前記第2の位相可変モードにおいて前記第2の被動側回転体のみを遅角側に移動させることを特徴とする請求項1に記載の可変動弁装置。
- 前記第1の被動側回転体の一部を形成しシリンダヘッドの軸受部によって回転自在に支持されるアウタシャフトと、前記第2の被動側回転体の一部を形成し前記アウタシャフトの内側に回転自在に設けられるインナシャフトとからなるシャフト部材を備え、
前記第1のカムが前記アウタシャフトに配置され、前記第2のカムは前記アウタシャフトの外周を回動可能に前記インナシャフトに配置され、前記第2のカムが前記シャフト部材の軸線方向に延びる延長部を有し、該延長部に前記シャフト部材の径方向に突出する前記センサターゲット部が設けられたことを特徴とする請求項1または2に記載の可変動弁装置。 - 前記第2のカムの前記延長部に、前記軸受部に嵌合することによって前記第2のカムの前記軸線方向の位置を規制する凹部が形成されたことを特徴とする請求項3に記載の可変動弁装置。
- 前記第2のカムの前記延長部に、前記駆動側回転体に対して前記軸線方向から当接することによって前記駆動側回転体の前記軸線方向の位置を規制する凸部が形成されたことを特徴とする請求項4に記載の可変動弁装置。
- 前記切換機構が前記アクチュエータ部に設けられた切換機構収容部に収容され、この切換機構収容部よりも外径側の位置に前記センサターゲット部が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の可変動弁装置。
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WO2016000965A1 (de) * | 2014-06-30 | 2016-01-07 | Thyssenkrupp Presta Teccenter Ag | Nockenwelle für den ventiltrieb einer brennkraftmaschine mit variierbarer ventilöffnungsdauer |
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2011
- 2011-07-12 JP JP2011154229A patent/JP2013019362A/ja not_active Withdrawn
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