JP2013142352A

JP2013142352A - 可変動弁装置

Info

Publication number: JP2013142352A
Application number: JP2012003591A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Maehara; 利之前原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-07-22

Abstract

【課題】駆動軸を直接支持する軸受を配置するスペースを確保することを課題とする。
【解決手段】可変動弁装置は、内燃機関が備えるクランクシャフトと同期して回転する駆動軸と、カムロブと第１の係合溝を有し、前記駆動軸の周囲に回転自在に設けられたカム軸と、前記駆動軸に設けられ、前記駆動軸とともに回転し、第２の係合溝を有する駆動アーム部とを備える。また、可変動弁装置は、偏心穴が設けられ、前記偏心穴の中心軸の位置を変更するコントロールスリーブと、前記偏心穴の内周壁面に沿って摺動するとともに、前記第１の係合溝及び前記第２の係合溝に挿通され、前記第１の係合溝及び前記第２の係合溝内を摺動するドライブピンを有するドライブディスクとを備える。これにより、作用角を変化させる機構をコンパクトに構成し、駆動軸を直接支持する軸受を配置するスペースを確保する。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関に用いられるカムの作用角を変更することができる可変動弁装置に関する。

従来、内燃機関に装着される吸気弁又は排気弁を駆動するカムの作用角を可変制御する可変動弁装置が知られている。例えば、特許文献１には、駆動軸と、この駆動軸の外周に駆動軸と同軸上に配設され、吸排気弁を駆動するカムを外周に有する円筒状のカム軸を備えた可変動弁装置が開示されている。駆動軸とカム軸との間には、コントロールスリーブが配置されている。カム軸の端部に設けられた第１のフランジと駆動軸に設けられた第２のフランジとの間には、環状ディスクが位置している。そして、環状ディスクと駆動軸とは、ピン及び係合溝を介して連動し、環状ディスクとカム軸とは、ピン及び係合溝を介して連動する。環状ディスクは、コントロールスリーブ先端の偏心軸受部によって支持されており、操作レバー部の回動に伴って偏心方向が変化するようになっている。

特開平９−８８５３０号公報

ところで、上記のような可変動弁装置が内燃機関に装着される際、駆動軸又はカム軸が軸受により支持される。上記可変動弁装置が内燃機関に装着される際、カム軸を軸受で支持しようとすると、カムの回転中心軸が振れることにより、狙いとするバルブリフトが得られず、バルブリフト波形が歪むおそれがある。この現象は、カム軸の外周側が軸受に支持され、カム軸の内周側が駆動軸の外周面に接触することに起因する。また、駆動軸を軸受により支持する場合、カム軸から露出した部分に軸受が配置される。しかしながら、駆動軸の回転をカム軸に伝達するための複雑な機構が軸受配置のスペース確保を妨げ、剛性を確保しつつ駆動軸を支持することは困難であった。

そこで本明細書開示の可変動弁装置は、駆動軸を直接支持する軸受を配置するスペースを確保することを課題とする。

上記課題を解決するために本明細書開示の可変動弁装置は、内燃機関が備えるクランクシャフトと同期して回転する駆動軸と、カムロブと第１の係合溝を有し、前記駆動軸の周囲に回転自在に設けられたカム軸と、前記駆動軸に設けられ、前記駆動軸とともに回転し、第２の係合溝を有する駆動アーム部と、偏心穴が設けられ、前記偏心穴の中心軸の位置を変更するコントロールスリーブと、前記偏心穴の内周壁面に沿って摺動するとともに、前記第１の係合溝及び前記第２の係合溝に挿通され、前記第１の係合溝及び前記第２の係合溝内を摺動するドライブピンを有する摺動部材と、を備える。

コントロールスリーブに設けられた偏心穴の内周壁面である軌道面に沿って摺動する摺動部材に設けられたドライブピンは、第１の係合溝と第２の係合溝内を摺動することができる。コントロールスリーブを作動させ、偏心穴の中心軸の位置を変更し、駆動軸の中心軸との関係を変化させると駆動アーム部とカム軸との位置関係を変化させることができる。この結果、カム軸の一回転中の回転速度を変更することができる。この回転速度の変化に起因して作用角が変化する。駆動アーム部の回転、すなわち、駆動軸の回転を、ドライブピンを介してカム軸に伝達するようにしたので、可変動弁装置をコンパクトな構成とすることができる。特に、駆動軸の軸方向の寸法をコンパクトにすることができるため、駆動軸を直接支持する軸受を配置するスペースを確保することができる。

本明細書に開示された可変動弁装置によれば、駆動軸を直接支持する軸受を配置するスペースを確保することができる。

図１は、実施例の可変動弁装置を示す斜視図である。図２は、実施例の可変動弁装置を、図１とは異なる方向から観た斜視図である。図３は実施例の可変動弁装置を断面とし、その一部を示す説明図である。図４は実施例の可変動弁装置に含まれる駆動軸の平面図である。図５（Ａ）は実施例の可変動弁装置に含まれるカム軸の斜視図であり、図５（Ｂ−１）はカム軸の左側面図、図５（Ｂ−２）はカム軸の正面図、図５（Ｂ−３）はカム軸の右側面図である。図６（Ａ）は実施例の可変動弁装置に含まれる駆動アーム部の斜視図であり、図６（Ｂ−１）は駆動アーム部の左側面図、図６（Ｂ−２）は駆動アーム部の正面図、図６（Ｂ−３）は駆動アーム部の右側面図である。図７（Ａ）は実施例の可変動弁装置に含まれるドライブディスクの斜視図であり、図７（Ｂ−１）はドライブディスクの左側面図、図７（Ｂ−２）はドライブディスクの正面図、図７（Ｂ−３）はドライブディスクの右側面図である。図８（Ａ）は実施例の可変動弁装置に含まれるコントロールスリーブの斜視図であり、図８（Ｂ−１）はコントロールスリーブの左側面図、図８（Ｂ−２）はコントロールスリーブ部の正面図、図８（Ｂ−３）はコントロールスリーブの右側面図である。図９は可変動弁装置の組み立て図である。図１０（Ａ）〜（Ｃ）は基準状態の作用角を実現する可変動弁装置を示す説明図である。図１１（Ａ）〜（Ｃ）は大作用角で動作する可変動弁装置を示す説明図である。図１２（Ａ）〜（Ｃ）は小作用角で動作する可変動弁装置を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。

まず、図面を参照しつつ、実施例の可変動弁装置１の概略構成について説明する。図１は、実施例の可変動弁装置１を示す斜視図である。図２は、実施例の可変動弁装置１を、図１とは異なる方向から観た斜視図である。図３は実施例の可変動弁装置を断面とし、その一部を示す説明図である。可変動弁装置１は、直列４気筒の内燃機関に装備される。可変動弁装置１は、内燃機関の吸気弁の駆動に用いられるが、排気弁の駆動に用いることもできる。内燃機関は、フロント側から順に♯１気筒、♯２気筒、♯３気筒、♯４気筒が配置されている。各気筒には、吸気弁が２個ずつ設けられている。

図１を参照すると、可変動弁装置１は、内燃機関が備えるクランクシャフトと同期して回転する駆動軸２を備える。可変動弁装置１は、駆動軸２の周囲に回転自在に装着されたカム軸３を備える。可変動弁装置１は、駆動軸２に設けられ、駆動軸２とともに回転する駆動アーム部４を備える。可変動弁装置１は、ドライブディスク５と組み合わされたコントロールスリーブ７を備える。

図４を参照すると、駆動軸２は、端部にＶＶＴ（Variable Valve Timing）装着部２ａと、プーリー部２ｂを備えている。駆動軸２は、中空の棒状体で、潤滑油を供給するための給油孔２ｃと駆動アーム部４を駆動軸２に固定するためのピン穴２ｄを備えている。ピン穴２ｄは、駆動軸２を貫通している。ピン穴２ｄは、各気筒♯１〜♯４に対応させて設けられている。

図５（Ａ）、図５（Ｂ−１）、図５（Ｂ−２）及び図５（Ｂ−３）を参照すると、カム軸３は、筒状の部材であり、気筒毎の吸気弁５３の数に対応させて２個のカムロブ３を備えている。カムロブ３ａは、ベース円部３ａ１とノーズ部３ａ２を備えている。カム軸３は、端部に板状部３ｂを備えている。板状部３ｂには、第１の係合溝３ｂ１が設けられている。板状部３ｂは、扇状部を有しており、第１の係合溝３ｂは、曲線を描いている。このようなカム軸３は、気筒♯１〜♯４毎に準備され、図３に示すように駆動軸２の周囲に回転自在に設けられる。カムロブ３ａは、ロッカーアーム５１が備えるロッカーローラー５２に当接し、吸気弁５３をリフトさせる。

図６（Ａ）、図６（Ｂ−１）、図６（Ｂ−２）及び図６（Ｂ−３）を参照すると、駆動アーム部４は、筒状部４ａと板状部４ｂを備えている。板状部４ｂには、第２の係合溝４ｂ１が設けられている。板状部４ｂは、扇状部を有しており、第２の係合溝４ｂ１は、曲線を描いている。このような駆動アーム部４は、気筒♯１〜♯４毎に準備され、図３に示すように結合ピン１０により駆動軸２に固定される。すなわち、駆動アーム部４は、駆動軸２と一体に設けられ、駆動軸２とともに回転する。図３を参照すると、駆動アーム部４は、カム軸３と隣り合うように配置される。このとき、駆動アーム部４は、カム軸３が備える板状部３ｂと、駆動アーム部４が備える板状部４ｂとが対向し、第１の係合溝３ａ１と第２の係合溝４ｂ１とが重なるように配置される。

図７（Ａ）、図７（Ｂ−１）、図７（Ｂ−２）及び図７（Ｂ−３）を参照すると、ドライブディスク５は、環状の部材であり、対向する位置に装着部５ａと錘部５ｂを備える。装着部５ａには、図５（Ｂ−２）に点線で示すようにドライブピン６が装着される。錘部５ｂは、ドライブディスク５が回転する際にドライブピン６の重さを相殺するように設けられている。ドライブディスク５は、摺動部材に相当する。すなわち、後に詳述するコントロールスリーブ７が備える偏心穴７ａの軌道面７ａ１に沿って摺動する。図３を参照すると、偏心穴７ａの軌道面７ａ１とドライブディスク５との間には、ボールベアリング８が介装される。ドライブピン６は、第１の係合溝３ｂ１及び第２の係合溝４ｂ１に挿通され、第１の係合溝３ｂ１及び第２の係合溝４ｂ１内を摺動する。

図８（Ａ）、図８（Ｂ−１）、図８（Ｂ−２）及び図８（Ｂ−３）を参照すると、コントロールスリーブ７は、偏心穴７ａを備える。また、外周面にギヤ部７ｂと平滑部７ｃを備える。コントロールスリーブ７は、平滑部７ｃを回転自在に支持されて、内燃機関に装着される。ギヤ部７ｂは、図８（Ｂ−２）に示すように制御軸部材６０が備える歯車部６１と噛み合い、制御軸部材６０の回転に伴ってコントロールスリーブ７が回転する。コントロールスリーブ７が回転することにより、偏心穴の７ａの中心軸の位置が変化する。コントロールスリーブ７の偏心穴７内には、上述のようにドライブディスク５がボールベアリング８を介して装着される。

カム軸３、駆動アーム部４、ドライブディスク５及びコントロールスリーブ７は、各気筒♯１〜♯４毎に設けられる。図９を参照すると、カム軸３、駆動アーム部４は、駆動軸２に差し込まれて装着される。駆動アーム部４は、結合ピン１０を用いて駆動軸２に固定される。そして、ドライブピン６を有するドライブディスク５が組み込まれたコントロールスリーブ７が装着される。そして、コントロールスリーブ７の側方には、軸受９が装着される。軸受９は、駆動軸２を直接支持する。図３を参照すると、駆動アーム部４の筒状部４ａは、ドライブディスク５の内側に位置している。このような位置関係は、可変動弁装置１の軸方向の寸法短縮に寄与し、軸受９を配置するスペースを確保する上で有利である。軸受９は、気筒毎に装着されている。従って、軸受９は、４箇所設けられている。これにより、駆動軸２を確実に保持することができる。この結果、動弁系の剛性を確保することができる。また、カム軸３が支持されることがないため、カムロブ３ａの回転中心軸が振れることがなく、狙いのバルブリフトを実現することができ、良好なバルブリフト波形を得ることができる。

つぎに、可変動弁装置１の動作について説明する。ＥＣＵ（Electronic control unit）の指令に基づいて、制御軸部材６０が回転すると、コントロールスリーブ７が回転する。これにより、駆動軸２の中心軸と偏心穴７ａの中心軸との関係が変化し、結果として作用角が変化する。

図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、カム軸３の中心軸と軌道面７ａ１の中心軸とが一致している状態を示している。図１０（Ａ）は、ノーズ部３ａ２がロッカーローラー５２を押圧しておらず、吸気弁がリフトしていないタイミングを表している。図１０（Ｂ）は、ノーズ部３ａ２がロッカーローラー５２を押圧し始めるタイミングを示している。図１０（Ｃ）は、ノーズ部３ａ２がロッカーローラー５２の押圧を終了するタイミングを示している。ここで、カム軸３が備える板状部３ｂと駆動アーム部４が備える板状部４ｂとの重なり具合に着目する。図１０（Ａ）〜（Ｃ）における板状部３ｂと板状部４ｂの重なり具合は、一定である。すなわち、駆動軸２が一回転する間に、カム軸３の回転速度は変化しない。この状態における作用角が基準となる。

図１１（Ａ）〜（Ｃ）は、コントロールスリーブ７を回転させてカム軸３の中心軸と軌道面７ａ１の中心軸とをずらした状態を示している。図１１（Ａ）は、ノーズ部３ａ２がロッカーローラー５２を押圧しておらず、吸気弁がリフトしていないタイミングを表している。図１１（Ｂ）は、ノーズ部３ａ２がロッカーローラー５２を押圧し始めるタイミングを示している。図１１（Ｃ）は、ノーズ部３ａ２がロッカーローラー５２の押圧を終了するタイミングを示している。ここで、カム軸３が備える板状部３ｂと駆動アーム部４が備える板状部４ｂとの重なり具合に着目する。図１１（Ｂ）における板状部３ｂと板状部４ｂの重なり具合は、図１１（Ａ）と比較すると、重なっている部分が少ない。すなわち、板状部３ｂと板状部４ｂは開いた状態となっている。これは、カム軸３の回転速度が増したことにより、板状部３ｂが板状部４ｂに先行していることを表している。この結果、ノーズ部３ａ２が早期にロッカーローラー５２に当接する状態となり、吸気弁５３が早期に開弁する。図１１（Ｃ）における板状部３ｂと板状部４ｂの重なり具合は、図１１（Ａ）とほぼ同等である。これは、カム軸３の回転速度が減少したことを表している。この結果、ノーズ部３ａ２は、長時間に亘ってロッカーローラー５２に当接する状態となる。このように、早期にノーズ部３ａ２がロッカーローラー５２を押圧し始め、減速しながら長期間に亘ってロッカーローラー５２が押圧されることにより、大作用角が実現される。

図１２（Ａ）〜（Ｃ）は、図１１（Ａ）〜（Ｃ）とは異なる方向にコントロールスリーブ７を回転させてカム軸３の中心軸と軌道面７ａ１の中心軸とをずらした状態を示している。図１２（Ａ）は、ノーズ部３ａ２がロッカーローラー５２を押圧しておらず、吸気弁がリフトしていないタイミングを表している。図１２（Ｂ）は、ノーズ部３ａ２がロッカーローラー５２を押圧し始めるタイミングを示している。図１２（Ｃ）は、ノーズ部３ａ２がロッカーローラー５２の押圧を終了するタイミングを示している。ここで、カム軸３が備える板状部３ｂと駆動アーム部４が備える板状部４ｂとの重なり具合に着目する。図１２（Ｃ）における板状部３ｂと板状部４ｂの重なり具合は、図１２（Ｂ）と比較すると、重なっている部分が少ない。すなわち、板状部３ｂと板状部４ｂは開いた状態となっている。これは、カム軸３の回転速度が増したことにより、板状部３ｂが板状部４ｂに先行していることを表している。この結果、ノーズ部３ａ２が早期にロッカーローラー５２から離れる状態となり、吸気弁５３が早期に閉弁する。このように、ノーズ部３ａ２がロッカーローラー５２を押圧している状態でカム軸３の回転速度が増すことにより小作用角が実現される。

以上、説明したように、本実施例の可変動弁装置１によれば、作用角を可変とすることができる。しかも、作用角を変化させるための機構が気筒毎にコンパクトに構成されており、複数の軸受９を配置することができる。この結果、動弁系の剛性を確保することができる。また、軸受に支持されることがないカム軸３は、駆動軸２回りでの振れが抑制されて回転することができるため、狙いのバルブリフトを実現することができ、良好なバルブリフト波形を得ることができる。

また、本実施例の可変動弁装置１は、部品点数が少ない。また、筒状のカム軸３、駆動アーム部４、環状のドライブディスク５及びコントロールスリーブ７を順次駆動軸２に差し込むことで組み立てることができる。このように組み付け性が良好である可変動弁装置１は、製造コスト上も有利である。さらに、第１の係合溝３ｂ１や第２の係合溝４ｂ１の形状を変更することにより、吸気弁や排気弁のリフト状態を変更することができる。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

１可変動弁装置２駆動軸２ａＶＶＴ装着部
２ｂプーリー部２ｃ給油孔２ｄピン穴
３カム軸３ａカムロブ３ａ１ベース円部
３ａ２ノーズ部３ｂ板状部３ｂ１第１の係合溝
４駆動アーム部４ａ筒状部４ａ１ピン穴
４ｂ板状部４ｂ１第２の係合溝５ドライブディスク
５ａ装着部５ｂ錘部６ドライブピン
７コントロールスリーブ７ａ偏心穴
７ａ１軌道面（内周壁面）７ｂギヤ部
７ｃ平滑部８ボールベアリング９軸受
１０結合ピン５０制御軸部材
５１ロッカーアーム５２ロッカーローラー５３吸気弁

Claims

内燃機関が備えるクランクシャフトと同期して回転する駆動軸と、
カムロブと第１の係合溝を有し、前記駆動軸の周囲に回転自在に設けられたカム軸と、
前記駆動軸に設けられ、前記駆動軸とともに回転し、第２の係合溝を有する駆動アーム部と、
偏心穴が設けられ、前記偏心穴の中心軸の位置を変更するコントロールスリーブと、
前記偏心穴の内周壁面に沿って摺動するとともに、前記第１の係合溝及び前記第２の係合溝に挿通され、前記第１の係合溝及び前記第２の係合溝内を摺動するドライブピンを有する摺動部材と、
を備えた可変動弁装置。