JP2013501874A - 吸排気バルブの操作を行うための、内燃機関用の可変バルブ駆動部 - Google Patents

Abstract

【課題】発生する摩擦力を低減しつつ簡易な構造を有する、吸排気バルブの操作を行うための、内燃機関用の可変バルブ駆動部を提供すること。
【解決手段】吸排気バルブが内燃機関のクランクシャフトによって駆動されるカムシャフトにおける異なるカム形状部に切替可能に係合可能なバルブ駆動部において、カムシャフトを互いに軸方向へ相対的に摺動可能な複数のカムブッシュ７で構成し、カムブッシュ７上に、同様の基部１０を有しつつ互いに異なる複数のカム形状部９ａ，９ｂ，９ｃを設け、カムブッシュ７の内部に、該カムブッシュ７と共に回転する切替シャフト１を配置し、カムブッシュ７を、切替シャフト１に形成した溝２と相互に作用するよう切替ボール部材３を介して該溝２に結合し、カムブッシュ７上で該カムブッシュ７と相対回転不能かつ軸方向に摺動可能に設けられた摺動部材５に切替シャフト１を結合させた。

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載した、吸排気バルブの操作を行うための、内燃機関用の可変バルブ駆動部に関するものである。

内燃機関の吸排気バルブを異なる開閉タイミング及び異なるバルブ開度に可変とするよう駆動することが知られている。このようなバルブ制御が特許文献１に開示されており、２つの互いに異なるカム形状部を有するカム支持体が、カムシャフト上にこれと回転不能かつ軸方向に摺動可能に配置されている。また、カム形状部は、カム支持体の軸方向位置に応じて、中間部材（伝達レバー）を介してリフティングバルブにこれと相互に作用するよう結合されている。バルブパラメータを変更するためのカム支持体の軸方向の摺動は、カムにおける基本円段階において、プレッシャリングによる弾性作用に抗して行われるようになっている。

このようなものにおける欠点は、カム支持体の変位に必要な空間が大きくなってしまう点にある。したがって、上記のようなものは、部材を収容するために比較的大きなシリンダ間の間隔が確保されている場合にのみ使用することが可能となっている。また、他の欠点は、変位過程において、カム支持体又は変位部材を摺動させる際に必要となる慣性力が大きい点にある。さらに、適当なカム形状部への切替は、シリンダの選択によってのみ可能であり、バルブの選択によっては不可能となっている。

特許文献２には吸排気バルブの操作のためにカムシャフト上のカム支持体を切り替える切替装置が開示されており、カム支持体は、カムシャフト上を軸方向に摺動できるよう案内されている。また、カム支持体の位置に応じて、吸排気バルブは異なるカム形状部と相互に作用するよう該カム形状部に結合されている。カム支持体の変位は、変位要素を介したリンクガイドとの相互作用によりなされるようになっている。ここで、変位要素とは、径方向外方へ変位可能なピンであり、このピンは、径方向外方へ移動した状態で、カム支持体を１８０°包囲するよう配置されたガイド部において形成された少なくとも２つのリンクガイドと相互に作用するようになっている。

このようなものにおける欠点は、ガイド部のための追加的な空間が必要となることに加えて、他のカム形状部へ切り替えるために、ピンをカムシャフトから取り出して軸方向に摺動可能な切替リンクガイドへ導入する必要がある点である。そして、切替動作後には、このピンを再びカムシャフトへ戻す必要もある。このような構造においては、部品点数が多くなってしまうとともに、その加工も煩雑なものとなってしまう。また、ピンの誤った切替により、カムシャフトに損傷が生じるおそれもある。さらに、ピンの切替に必要な時間により、エンジン回転数が制限されてしまうという欠点もある。そのほか、変位は、油圧に応じてなされるようになっている。

特許文献３には内燃機関のバルブ駆動部が開示されており、カムシャフト上には、互いに異なる少なくとも２つのカムガイドを有するカム支持体が相対回転不能かつ軸方向に摺動可能に設けられている。カム支持体の変位は、カムシャフトの内部において案内される変位部材によってなされるようになっている。前面部においてカムシャフトに配置された二重に機能する油圧式又は空圧式のピストンシリンダユニットにより、軸状に形成された変位部材が、カムシャフト内部においてバネの圧力に抗して摺動するようになっている。また、変位部材は連行部材に結合されており、この連行部材は、カムシャフトに形成された長孔を軸方向に貫通しているとともに、カム支持体における貫通孔に開口している。

このようなものにおける欠点は、変位部材の軸方向の摺動により、カムシャフト上に配置された複数のカム支持体が同時にのみ摺動可能である点にある。すなわち、カムシャフト上における各カム支持体のそれぞれ異なる切替ができないようになっている。また、他の欠点は、外側のカムが吸排気バルブに係合する切替位置において、弾性部材が常に負荷を受けている点にある。これにより、連行部材と変位部材に設けられたガイドの間における側方における高い摩擦力が生じることになる。その結果、大きな摩耗が生じ、誤切替が起きる可能性もある。さらに、特に異なる３つのカム形状部が設定されている場合において中間のカム形状部へ戻すときに誤切替を防止するよう作用させる弾性力を正確に調整しなければらないという欠点がある。

特許文献４には内燃機関の吸排気バルブを操作するためにバルブ駆動部が提案されており、このバルブ駆動部においては、バルブ切替のためのカム支持体の摺動がカムシャフトチューブ上において該カムシャフトチューブの内部に配置された回転可能な切替シャフトによってなされるようになっている。この切替シャフトは、軸方向へのピッチを有する切替溝を備えている。この切替溝では切替ボール部材が案内されており、この切替ボール部材は、切替シャフトを包囲しつつ軸方向に摺動可能な切替ブッシュにおける孔内で支持されている。また、切替ブッシュは、カム支持体と相互に作用するよう、切替ボール部材を介してこのカム支持体と結合されている。そして、切替シャフトが回転することで、切替ブッシュ及びカム支持体がそれぞれ切替ボール部材及び連行部材を介して軸方向へ摺動する。

しかしながら、切替ブッシュの切替シャフトとカムシャフトチューブの間における配置により、克服すべき摩擦力が追加的に生じてしまう。さらに、切替ブッシュの配置により、部品点数が非常に大きくなってしまう。

独国特許出願公開第４２３０８７７号明細書 独国特許出願公開第１００５４６２３号明細書 独国特許第１９５２０１１７号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０１７２４２号明細書

本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、発生する摩擦力を低減しつつ簡易な構造を有する、吸排気バルブの操作を行うための、内燃機関用の可変バルブ駆動部を提供することにある。

上記目的は、請求項１記載の発明により達成される。

吸排気バルブの操作を行うための、本発明による内燃機関用のバルブ駆動部は、互いに軸方向へ相対的に摺動可能な複数のカムブッシュで構成された、内燃機関のクランクシャフトにより駆動されるカムシャフトで構成されている。また、互いに相対的に摺動可能な各カムブッシュの結合は軸方向に延在する歯部を介してなされ、互いに隣接するカムブッシュの歯部は、互いに嵌合（噛合）するよう形成されている。また、各カムブッシュ上には同様の基部を有しつつそれぞれ異なる複数のカム形状部が配置されており、これらカム形状部は、各カムブッシュを摺動させることで、吸排気バルブに係合するようになっている。また、カムブッシュの内部には該カムブッシュと共に回転する切替シャフトが配置されており、この切替シャフトは、各カムブッシュと相互に作用するよう、切替ボール部材を介してカムブッシュに結合されている。また、切替ボール部材は、それぞれ各カムブッシュにあるとともに、切替シャフト上に形成された溝において支持されている。また、切替シャフトは、伝動装置を介して、カムブッシュ上において相対回転不能かつ軸方向に摺動可能な摺動部材に結合されている。さらに、切替シャフトをカムブッシュに対して相対回転させるために、内燃機関のケーシングに固設されたアクチュエータが、摺動部材と相互に作用するよう該摺動部材に結合されている。

本発明によれば、カムシャフトにおける複数の異なるカム形状部間での確実なバルブ切替を行うための操作装置の構造を簡易化しつつ、各構成部材において生じる摩擦力を低減することが可能である。

他の好ましい形態は各従属請求項に記載されており、その機能については後述する。

本発明によるバルブ駆動部の断面図である。 本発明によるバルブ駆動部の他の実施形態による一部を示す断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１には内燃機関のバルブ駆動部の一部が示されており、不図示の吸排気バルブを操作するためのこのバルブ駆動部は、内燃機関のクランクシャフトによって駆動されつつ互いに相対的に摺動可能な複数のカムブッシュ７で形成されたカムシャフトで構成されている。多気筒内燃機関の各シリンダには軸方向に摺動可能な１つのカムブッシュ７が割り当てられて設けられており、本発明においては、このカムブッシュ７上に配置されたカム形状部９によって、シリンダにおけるそれぞれ２つの吸排気バルブを操作することが可能となっている。

このカムブッシュ７は基部１０において互いに異なる複数のカム形状部９ａ，９ｂ，９ｃを備えており、これらカム形状部９ａ，９ｂ，９ｃは、バルブ行程の切替のために、カムブッシュ７を摺動させることで選択的に直接又は不図示の中間部材を介して各吸排気バルブに接触するものとなっている。図示の実施形態においては、各カムブッシュ７が２つのカム形状部９を有しており、各カム形状部９は、両吸排気バルブを操作するために、比較的小さなカム形状部９ａ、中間のカム形状部９ｂ及び比較的大きなカム形状部９ｃを備えている。

なお、カム形状部９には、２つのみ又は３つ以上のそれぞれ大きさの異なるカム形状部を設けるようにしてもよい。また、各カム形状部９ａ，９ｂ，９ｃの工程間の移動を達成するために、これらカム形状部９ａ，９ｂ，９ｃの曲線は、互いにずらして配置されている。

互いに相対的に摺動可能な各カムブッシュ７は、軸方向に延設された歯部８によって相互に結合されているとともに、互いに隣接するカムブッシュ７ａ，７ｂが歯部８において嵌合（噛合）するよう形成されている。これにより、各カムブッシュ７が相対的に軸方向へ摺動可能である一方相対的に回転しないことになる。また、カムブッシュ７の内部には切替シャフト１が配置されており、この切替シャフト１は、切替工程中を除いて、カムブッシュ７と同期しつつ共に回転するようになっている。各カムブッシュ７は、切替ボール部材３を介して切替シャフト１と相互に作用するよう該切替シャフト１に結合されている。

切替ボール部材３は、各カムブッシュ７において半円状に形成された収容部内に配置されているとともに、切替シャフト１上に形成された溝２においてスライドするよう支持されている。各カムブッシュ７に対する切替シャフト１の表面に形成された溝２は軸方向にピッチが設定されており、このピッチにより、切替シャフト１の表面にらせん状の溝２が形成されている。また、この溝２の各始点は、各カムブッシュ７の軸方向の摺動量に合わせて、同様に又は外周において互いにずらして配置されている。また、各カムブッシュ７の前後した軸方向の摺動においては、各カムブッシュ７に対して配置された溝２の各軸方向のピッチが切替シャフト１の外周において互いにずらして設定されている。なお、図１には、このような実施形態が示されている。

各カムブッシュ７の軸方向の摺動が同時になされる場合には、各カムブッシュ７に対して形成された溝２の軸方向の各ピッチは、切替シャフト１の外周における同一の軸方向の平面内に位置している。

図１に示すように、切替シャフト１はねじスピンドル４を介してカムブッシュ７上においてこれと相対回転不能かつ軸方向に摺動可能に形成された摺動部材５に結合されている。この摺動部材５とカムブッシュ７の間の結合は、互いに嵌合（噛合）する軸方向の歯部１３を介してなされている。切替シャフト１におけるねじスピンドル４は、傾斜歯（はす歯）として形成されているとともに、これに合わせて形成された摺動部材５の歯部に噛合するようになっている。また、摺動部材５は、内燃機関のケーシングに固設されたアクチュエータ６と相互に作用するよう結合されている。アクチュエータ６の制御に合わせて、このアクチュエータ６に設けられたピン１１が摺動部材５の外周部に形成された溝１２と係合し、摺動部材５が、図中双方向矢印で示すようにカムブッシュ７上で両軸方向へ摺動可能となっている。

図２にはカムブッシュ７上で摺動可能な摺動部材５と切替シャフト１の間の１つの結合形態が示されており、切替シャフト１と摺動部材５の結合はカム機構によりなされている。このカム機構は切替シャフト１の外周部に配置された切替溝１４で構成されており、この切替溝１４では、摺動部材５の内周部に形成された半円状の収容部において支持された切替ボール部材１５が摺動するようになっている。なお、この切替ボール部材１５の摺動も、アクチュエータ６によってなされるようになっている。

以下に各カム形状部９ａ，９ｂ，９ｃ間の切替を達成するための可変のバルブ駆動部の機能について説明する。

カムブッシュ７ａにおける例えば中間のカム形状部９ｂが吸排気バルブと係合している場合には、カムブッシュ７、切替シャフト１及び摺動部材５が同期した回転数で回転する。このとき、アクチュエータ６は摺動部材５と係合していない。そして、他のカム形状部への切替は、基部１０が吸排気バルブあるいは中間部材と係合しているときにのみ可能である。

カム形状部９ｂの吸排気バルブとの係合をカム形状部９ａ又はカム形状部９ｃの吸排気バルブとの係合に切り替えるには、アクチュエータ６を適当な制御の下で起動し、該アクチュエータ６を摺動部材５と係合させる。このような係合は、本実施の形態においては、ピン１１を摺動部材５の方向へ移動させて該摺動部材５の外周部に形成された溝１２に係合させることによってなされる。制御されたピン１１に合わせて、摺動部材５は、溝１２内で摺動するピン１１によって、実行すべき切替に従いカムブッシュ７上を軸方向へ左右に摺動する。

図１に示すねじスピンドル４又は図２に示すカム機構により、摺動部材５の軸方向の運動が切替シャフト１の回転運動に変換される。これにより、切替シャフト１のカムブッシュ７に対する回転がなされることになる。この相対回転運動によって、切替ボール部材３が切替溝２に沿って移動する。そして、このような相対回転運動と、切替ボール部材３を介して各カムブッシュ７と相互に作用するよう該カムブッシュ７に結合された切替溝２とにより、各カムブッシュ７の軸方向への相対的な摺動がなされ、各カム形状部９ａ，９ｂ，９ｃ間の切替がなされることになる。

なお、摺動部材５の摺動は、例えば該摺動部材５に磁気的に作用するアクチュエータ６によって行ってもよい。

また、本発明による問題解決の利点は、バルブ駆動部を簡易化及び小型化し、これをエンジンに対応した可変のバルブ行程切替に対して適用することができる点にある。

１ 切替シャフト
２ 切替溝
３ 切替ボール部材
４ ねじスピンドル
５ 摺動部材
６ アクチュエータ
７ カムブッシュ
７ａ，７ｂ カムブッシュ
８ 歯部
９ カム形状部
９ａ，９ｂ，９ｃ カム形状部
１０ 基部
１１ ピン
１２ 溝
１３ 軸方向の歯部
１４ 切替溝
１５ 切替ボール部材

Claims (10)

1. 吸排気バルブの操作を行うための、内燃機関用の可変バルブ駆動部であって、吸排気バルブが、内燃機関のクランクシャフトによって駆動されるカムシャフトにおける異なるカム形状部に切替可能に係合可能な前記バルブ駆動部において、
   前記カムシャフトを、互いに軸方向へ相対的に摺動可能な複数のカムブッシュ（７）で構成し、
   前記各カムブッシュ（７）上に、同様の基部（１０）を有しつつ互いに異なる複数のカム形状部（９ａ，９ｂ，９ｃ）を設け、
   前記カムブッシュ（７）の内部に、該カムブッシュ（７）と共に回転する切替シャフト（１）を配置し、
   前記各カムブッシュ（７）を、前記切替シャフト（１）に形成した溝（２）と相互に作用するよう切替ボール部材（３）を介して該溝（２）に結合し、
   前記カムブッシュ（７）上で該カムブッシュ（７）と相対回転不能かつ軸方向に摺動可能に設けられた摺動部材（５）に前記切替シャフト（１）を結合させ、
   前記各カムブッシュ（７）を摺動させるために、前記切替シャフト（１）上に形成した溝（２）において摺動する前記切替ボール部材（３）により、前記摺動部材（５）を、前記切替シャフト（１）を前記カムブッシュ（７）に対して相対回転させるためのアクチュエータ（６）に該アクチュエータ（６）と相互に作用するよう構成した
   ことを特徴とするバルブ駆動部。
2. 軸方向に摺動可能な前記各カムブッシュ（７）を軸方向に延在する歯部（８）により互いに結合し、互いに隣接する前記カムブッシュ（７ａ，７ｂ）の前記歯部（８）を互いに噛合させたことを特徴とする請求項１記載のバルブ駆動部。
3. 前記アクチュエータ（６）を内燃機関のケーシングに固設したことを特徴とする請求項１又は２記載のバルブ駆動部。
4. 前記切替シャフト（１）における前記溝（２）に軸方向のピッチを設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。
5. 前記切替ボール部材（３）を、前記各カムブッシュ（７）における半円状に形成された収容部において支持したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。
6. 前記各カムブッシュ（７）を前後して軸方向へ摺動させる場合に、該各カムブッシュ（７）に対して形成された前記溝（２）の軸方向の各ピッチを、前記切替シャフト（１）の外周部において互いにずらして設定したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。
7. 前記各カムブッシュ（７）を同時に軸方向へ摺動させる場合に、該各カムブッシュ（７）に対して形成された前記溝（２）の軸方向の各ピッチが前記切替シャフト（１）の外周部における同一の軸方向の平面内に位置するよう構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。
8. 前記切替シャフト（１）を、前記カムブッシュ（７）上で回転不能かつ軸方向に摺動可能に配置された前記摺動部材（５）にねじスピンドル（４）を介して結合させたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。
9. 前記切替シャフト（１）と前記摺動部材（５）の間の結合部を傾斜歯として形成したことを特徴とする請求項８記載のバルブ駆動部。
10. 前記切替シャフト（１）を、前記カムブッシュ（７）上で相対回転不能かつ軸方向に摺動可能に配置された前記摺動部材（５）にカム機構を介して結合させたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。

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