JP2014077390A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リフト量一定で作用角を可変にするか、或いはバルブリフトの有無を切り替えるにあたって好適な内燃機関の可変動弁装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の可変動弁装置１はカムシャフト２と、カムシャフト２に回転可能に設けられたカムピース３と、カムピース３に設けられた偏心軸４と、偏心軸４と係合するスロットピース５と、カムシャフト２とともに回転し、スロットピース５を移動可能に保持するドライブディスク６と、スロットピース５にカムシャフト２側から油圧を作用させる油路７と、油路７を介してスロットピース５に作用させる油圧の供給および解除を行うＯＣＶ８とを備える。スロットピース５は例えば油圧供給時に油圧によって拘束された状態で偏心軸４と一体回転可能に係合する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の可変動弁装置に関する。

吸気弁や排気弁のバルブ特性（リフト量や作用角）を可変にする内燃機関の可変動弁装置が知られている。特許文献１では可動カムをカムシャフトに対して摺動用長孔を介して径方向に移動可能に設けた内燃機関のカム駆動制御装置が開示されている。特許文献２では軸方向に移動可能にカムキャリアを配置した内燃機関のバルブ機構が開示されている。

特開２０１０−１４４６９３号公報 特表２００６−５２０８６９号公報

特許文献１が開示する装置のようにカムを径方向に移動する可変動弁装置ではリフト量を一定にすることができない。具体的には作用角を小さく変更するとリフト量も減少する。このためこの場合には、作用角を小さく変更した際にエンジン性能が目減りしたり、ＥＧＲ（排気再循環）量が不足したりする虞がある。またこの場合には、カムの両側に支持用のフランジ部を必要とするなど構造が複雑になる。結果、構造が複雑である分、小型化やコスト面で不利となる虞もある。

本発明は上記課題に鑑み、リフト量一定で作用角を可変にするか、或いはバルブリフトの有無を切り替えるにあたって好適な内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。

本発明はカムシャフトと、前記カムシャフトに回転可能に設けられたカムピースと、前記カムピースに設けられた係合部と、前記係合部と係合する移動部と、前記カムシャフトとともに回転し、前記移動部を移動可能に保持する保持部と、前記移動部に前記カムシャフト側から油圧を作用させる油路と、前記油路を介して前記移動部に作用させる油圧の供給および解除を行う油圧制御部とを備え、前記油圧制御部の油圧供給時に作用する油圧によって拘束された状態で、前記移動部が前記係合部と一体回転可能に係合し、前記油圧制御部の油圧解除時に前記カムピースが対応するバルブを駆動する際に受ける反力であって、前記係合部を介して前記移動部に伝達される反力によって拘束された状態で、前記移動部が前記係合部と一体回転可能に係合する内燃機関の可変動弁装置である。

本発明によれば、リフト量一定で作用角を可変にするか、或いはバルブリフトの有無を切り替えるにあたって好適な内燃機関の可変動弁装置を実現できる。

内燃機関の可変動弁装置の外観図である。 内燃機関の可変動弁装置の平面図である。 内燃機関の可変動弁装置の動作説明図である。 作用角の説明図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

図１は内燃機関の可変動弁装置（以下、可変動弁装置と称す）１の外観図である。図２は可変動弁装置１の平面図である。図２（ａ）は可変動弁装置１をカムシャフト２の軸方向に沿って見た図である。図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ−Ａ断面をＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）８とともに示す図である。図１、図２ではカムシャフト２を部分的に示す。図２（ａ）では図示の都合上、アーム部３ｂを省略して示す。図２（ｂ）ではドライブディスク６の両側に配置されたカムピース３のうち一方のカムピースのみを示す。

可変動弁装置１はカムシャフト２とカムピース３と偏心軸４とスロットピース５とドライブディスク６と油路７とＯＣＶ８とを備えている。カムシャフト２は内燃機関の動力で回転する。カムシャフト２はカムピース３を貫通している。カムピース３はカムシャフト２に回転可能に設けられている。カムピース３に設けられ、カムシャフト２が貫通する貫通穴の内径はカムシャフト２の外径と同等の大きさに設定されている。カムピース３はバルブＶ毎に設けられている。バルブＶは内燃機関の吸気弁または排気弁である。

カムピース３はカム部３ａとアーム部３ｂと接続部３ｃとを備えている。これら３ａ、３ｂ、３ｃは同一の部材で構成されている。カムピース３は互いに異なる部材で構成されたこれら３ａ、３ｂ、３ｃを結合したものであってもよい。カム部３ａはロッカーアームＲに対応させて設けられている。カム部３ａはロッカーアームＲを介してバルブＶを駆動する。アーム部３ｂはドライブディスク６に隣接して設けられている。接続部３ｃはカム部３ａとアーム部３ｂを接続している。

偏心軸４はカムピース３に設けられている。偏心軸４は円柱状の軸部材であり、カムピース３に固定されている。偏心軸４は具体的にはアーム部３ｂに設けられており、カムシャフト２の軸方向（以下、単に軸方向と称す）に沿って延伸している。偏心軸４はドライブディスク６を間に挟んで両側に配置されたカムピース３同士を接続するように設けられている。偏心軸４は係合部に相当する。

スロットピース５はドライブディスク６に設けられている。スロットピース５はスロット５ａを有している。スロット５ａは軸方向に沿って円孔状に設けられている。スロット５ａには偏心軸４がクリアランスを有した状態で挿入されている。したがって、スロット５ａの内径は偏心軸４の外径よりも大きく設定されている。スロットピース５は偏心軸４と係合する。具体的にはスロットピース５は拘束された状態で偏心軸４と一体回転可能に係合する。スロットピース５の係合態様については後述する。スロットピース５は移動部に相当する。

ドライブディスク６はカムシャフト２に設けられている。ドライブディスク６はカムシャフト２と異なる部材で構成されている。ドライブディスク６はカムシャフト２と同一の部材で構成されてもよい。ドライブディスク６はカムシャフト２に固定されており、カムシャフト２とともに回転する。

ドライブディスク６はガイド穴６ａを有している。ガイド穴６ａはスロットピース５を保持している。また、スロットピース５が移動する際に所定の方向に沿って移動するようにスロットピース５を案内する。このため、ガイド穴６ａはスロットピース５と同等の幅で所定の方向に沿って延伸している。所定の方向は具体的にはカムシャフト２の径方向（以下、単に径方向と称す）となっている。所定の方向は後述するようにバルブスプリングの反力でスロットピース５を移動および拘束可能な方向であればよい。このように構成されたドライブディスク６はスロットピース５を移動可能に保持する。ドライブディスク６は保持部に相当する。

油路７はカムシャフト２およびドライブディスク６に設けられている。油路７はスロットピース５にカムシャフト２側から油圧を作用させる油路であり、ガイド穴６ａに連通している。油路７は具体的にはガイド穴６ａの壁部うち底壁部（上述した所定の方向においてカムシャフト２側に位置する壁部）を介してガイド穴６ａに連通している。このため、換言すれば油路７は底壁部側から天井壁部（ガイド穴６ａの壁部うち底壁部と対向する壁部）側に向かう方向でスロットピース５に油圧を作用させる油路となっている。ガイド穴６ａのオイルはドライブディスク６でシールすることができる。

ＯＣＶ８は油路７を介してスロットピース５に作用させる油圧の供給および解除を行う。ＯＣＶ８は油圧制御部に相当する。油圧制御部は複数のバルブで構成されていてもよい。また、油圧制御部を構成するバルブを制御する制御部（例えば電子制御装置）や、スロットピース５に作用させる油圧を発生させるポンプをさらに含む構成として把握されてもよい。この場合、油圧制御部を構成するバルブをバルブ部とすることができる。

図３は可変動弁装置１の動作説明図である。図４は作用角の説明図である。図３（ａ）は油圧供給時の可変動弁装置１を示す。図３（ｂ）は油圧解除時、且つバルブＶ開弁時の可変動弁装置１を示す。図３（ｃ）は油圧解除時、且つバルブＶ開弁中の可変動弁装置１を示す。図３では図２（ａ）と同様にアーム部３ｂを省略して示す。

図３（ａ）に示すように油圧供給時には作用する油圧によってスロットピース５が天井壁部に押し付けられ、拘束される。そして、この状態でドライブディスク６がカムシャフト２とともに回転し、スロット５ａの壁部が偏心軸４に接触すると、スロットピース５が偏心軸４と一体回転可能に係合する。結果、カムピース３がドライブディスク６およびカムシャフト２とともに回転する。この場合、図４に示すようなバルブ曲線Ｃ１が得られる。

油圧解除時にはスロットピース５が油圧による拘束から開放される。この点、カムピース３がバルブＶを開弁すべくロッカーアームＲを押そうとすると、スロットピース５には偏心軸４を介して反力が伝達される。当該反力はカムピース３が対応するバルブＶを駆動する際に受ける反力であり、具体的にはバルブＶを閉弁方向に付勢する付勢部材であるバルブスプリングの反力である。

このため、油圧解除時には図３（ｂ）に示すようにカムプロフィール通りの開弁時にスロットピース５が底壁部側に逃げるようにして移動する。結果、カムピース３はロッカーアームＲを押すことができず、カムシャフト２に対して位相が遅れるように空転する。そして、スロットピース５が底壁部に押し付けられ、バルブスプリングの反力によって拘束された状態になると、スロットピース５が偏心軸４と一体回転可能に係合する。結果、カムピース３がドライブディスク６およびカムシャフト２とともに回転し、バルブＶを開弁する。

その後、カムピース３の位相がバルブＶのリフト量のピークを過ぎ、バルブスプリングが短縮される状態から伸長する状態に変化すると、今度は図３（ｃ）に示すようにカムピース３がバルブスプリングの反力を受けながらカムシャフト２に対して位相が進むように空転する。また、スロットピース５がバルブスプリングの反力で天井壁部側に移動する。そして、スロットピース５が天井壁部に押し付けられ、バルブスプリングの反力によって拘束された状態になると、スロットピース５が偏心軸４と一体回転可能に係合する。結果、カムピース３がドライブディスク６およびカムシャフト２とともに回転する。

このため、可変動弁装置１では油圧解除時にバルブＶが油圧供給時よりも遅く開弁する。また、油圧解除時にバルブＶが油圧供給時よりも素早く閉弁することで、油圧供給時と同じタイミングで閉弁する。結果、図４に示すようなバルブ曲線Ｃ２が得られる。バルブ曲線Ｃ２はバルブ曲線Ｃ１とリフト量が等しく、且つバルブ曲線Ｃ１よりも作用角が小さい曲線となっている。

なお、相対的に小さい作用角の大きさはガイド穴６ａの長さや偏心軸４およびガイド穴６ａの大きさやこれらの位置関係によって決まってくる。一方、これらの設定によってはスロットピース５が底壁部や天井壁部に押し付けられる前に移動不能な状態となる結果、拘束された状態になることもある。この点、拘束された状態は必ずしも底壁部や天井壁部に押し付けられた状態でなくてもよい。

次に可変動弁装置１の主な作用効果について説明する。可変動弁装置１では油圧供給時に作用する油圧によって拘束された状態で、スロットピース５が偏心軸４と一体回転可能に係合する。そしてこのときにリフト量一定で作用角を相対的に大きい作用角にすることができる。また、可変動弁装置１では油圧解除時にバルブスプリングの反力によって拘束された状態で、スロットピース５が偏心軸４と一体回転可能に係合する。そしてこのときにリフト量一定で作用角を相対的に小さい作用角にすることができる。

リフト量一定で作用角を可変にするにあたり、可変動弁装置１はこのようにドライブディスク６で移動可能に保持したスロットピース５を油圧や反力で拘束し、偏心軸４と一体回転可能に係合させるといった簡便な構造である点で好適である。したがって、小型化やコストの面で有利な点で好適である。可変動弁装置１は作用角を変更しても閉弁時期を一定にすることが可能である点でも好適である。これは例えばバルブＶが排気弁である場合に閉弁時期を一定にしたまま実圧縮比を変更したいというニーズに対して有効である。可変動弁装置１はスロットピース５が移動する構造を有するところ、油圧供給時にスロットピース５およびドライブディスク６の摺動部をオイルで潤滑できる点でも好適である。

可変動弁装置１は具体的にはカムピース３がカム部３ａとアーム部３ｂとを備える構成となっている。このため、可変動弁装置１は偏心軸４をアーム部３ｂに設けることで、カム部３ａの強度を確保できる点でも好適である。また、カムピース３がさらに接続部３ｃを備える構成であることで、カム部３ａ、アーム部３ｂの配置および形状の適正化による小型化や重量軽減を図ることができる点でも好適である。

可変動弁装置１は具体的にはカムピース３が軸方向においてドライブディスク６の両側に配置されており、偏心軸４がドライブディスク６を間に挟んで両側に配置されたカムピース３同士を接続している構成となっている。このため、可変動弁装置１は偏心軸４、スロットピース５およびドライブディスク６を２つのカムピース３に共通に用いることで、構造を簡便にできる点でも好適である。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許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。

例えば可変動弁装置は相対的に小さい作用角と相対的に大きい作用角との間で作用角を切り替える代わりにバルブリフトの有無を切り替えるのに用いられてもよい。これは、油圧解除時における開弁時にカムピースが受ける反力によって移動部が移動する逃げ代を大きく設定することで、バルブをリフトさせないようにすることも可能なことによる。このように用いられる場合であっても、可変動弁装置は簡便且つコスト面で有利な構造である点で好適である。

可変動弁装置は例えば係合部が穴部であり、移動部が当該穴部にクリアランスを有して挿入される軸部を備えることで、係合部と係合する構成であってもよい。

可変動弁装置 １
カムシャフト ２
カムピース ３
偏心軸 ４
スロットピース ５
スロット ５ａ
ドライブディスク ６
ガイド穴 ６ａ
油路 ７

Claims (1)

1. カムシャフトと、
   前記カムシャフトに回転可能に設けられたカムピースと、
   前記カムピースに設けられた係合部と、
   前記係合部と係合する移動部と、
   前記カムシャフトとともに回転し、前記移動部を移動可能に保持する保持部と、
   前記移動部に前記カムシャフト側から油圧を作用させる油路と、
   前記油路を介して前記移動部に作用させる油圧の供給および解除を行う油圧制御部とを備え、
   前記油圧制御部の油圧供給時に作用する油圧によって拘束された状態で、前記移動部が前記係合部と一体回転可能に係合し、
   前記油圧制御部の油圧解除時に前記カムピースが対応するバルブを駆動する際に受ける反力であって、前記係合部を介して前記移動部に伝達される反力によって拘束された状態で、前記移動部が前記係合部と一体回転可能に係合する内燃機関の可変動弁装置。
   

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