JP2015140752A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】応答性の低下を抑制した内燃機関の可変動弁装置を提供することを課題とする。【解決手段】カムシャフトと共に回転するカムベース部と、前記カムベース部の外周から突出した位置にある第1状態と前記第1状態よりも低い位置にある第2状態との間を移行するように前記カムベース部に支持された第1及び第2カムロブ部と、前記第1状態で前記第1及び第2カムロブ部をロックするロック機構と、ロックが解除されている状態でカムフォロアからの反力が前記第1及び第2カムロブ部に作用している時に前記第2状態へ移行する付勢力で、前記第1及び第2カムロブ部を前記第1状態となるように付勢するカムロブ部用付勢部材と、を備えた内燃機関の可変動弁装置。【選択図】図4
Description
本発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。
特許文献1の可変動弁装置では、カムシャフトから進退自在に連結されたカムが設けられている。このような可変動弁装置では、油がカム側に供給されることによってカムの位置が切り替えられる。
油圧の供給が停止されると、油をカム側に供給するための経路内から油が漏れる恐れがある。このため、再度経路に油を供給してカムの位置を切り替える場合には、油の供給が開始されてからカムの位置を切り替えるために必要な油圧に至るまでに時間を要し、カムの位置の切替の応答性が低下するおそれがある。
そこで、応答性の低下を抑制した内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。
上記目的は、カムシャフトと共に回転するカムベース部と、前記カムベース部の外周から突出した位置にある第1状態と前記第1状態よりも低い位置にある第2状態との間を移行するように前記カムベース部に支持された第1及び第2カムロブ部と、前記第1状態で前記第1及び第2カムロブ部をロックするロック機構と、ロックが解除されている状態でカムフォロアからの反力が前記第1及び第2カムロブ部に作用している時に前記第2状態へ移行する付勢力で、前記第1及び第2カムロブ部を前記第1状態となるように付勢するカムロブ部用付勢部材と、を備え、前記ロック機構は、前記第1状態で前記カムベース部及び第1カムロブ部に係合可能な第1ロック部材、前記第1状態で前記カムベース部及び第2カムロブ部に係合可能な第2ロック部材、前記第1状態で前記カムベース部及び第1カムロブ部に係合するように前記第1ロック部材を付勢する第1ロック部材用付勢部材、前記第1状態で前記カムベース部及び第2カムロブ部に係合するように前記第2ロック部材を付勢する第2ロック部材用付勢部材、それぞれ前記第1及び第2ロック部材用付勢部材の付勢力に抗して前記第1及び第2ロック部材を前記カムベース部から離脱させるように前記第1及び第2ロック部材に油圧を作用させる経路、を含み、前記経路は、主経路、前記主経路から分岐してそれぞれ前記第1及び第2カムロブ部側に延びた第1及び第2分岐経路、を含み、前記主経路と前記第1及び第2分岐経路との間には、前記主経路と前記第1及び第2分岐経路との連通を遮断するように付勢され、油圧の作用により前記主経路と前記第1及び第2分岐経路とを連通させる弁体が設けられている、内燃機関の可変動弁装置によって達成できる。
応答性の低下を抑制した内燃機関の可変動弁装置を提供できる。
以下、実施形態を図面と共に詳細に説明する。
図1、2は、本実施例の可変動弁装置1の外観図である。可変動弁装置1は、車両等に搭載される内燃機関に採用される。可変動弁装置1は、カムシャフトS、カムシャフトSに設けられたカムユニットCU、を含む。カムシャフトSは、カムユニットCUの一端に接続した部分SA、カムユニットCUの他端に接続した部分SB、を含む。カムシャフトSは、内燃機関からの動力により回転する。カムシャフトSと共にカムユニットCUが回転することにより、ロッカーアームRを介してバルブVをリフトさせる。バルブVは、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブである。
カムユニットCUは、カムシャフトSよりも径が大きくカムシャフトSの部分SA、SBに連結されたカムベース部10、カムベース部10に連結された2つのカムロブ部20、を含む。カムベース部10は、略円柱状であり、カムシャフトSの軸方向(以下、軸方向と称する)から見た場合に略円形のベース円部11を有している。ベース円部11は、カムベース部10の外周面に相当する。2つのカムロブ部20は、軸方向に所定の間隔をあけて並んでいる。2つのカムロブ部20は、それぞれ2つのロッカーアームRを押して2つのバルブVをリフトさせる。カムベース部10の軸方向の厚さは、カムロブ部20の軸方向の厚さよりも厚い。
図2に示すように、カムベース部10は、2つのカムロブ部20の間に凹部10Hが形成されている。凹部10Hは、2つのロッカーアームRがカムベース部10に接触する部分の間に形成されている。凹部10Hは、ロッカーアームRに接触しない。2つの支持シャフト33は、2つのカムロブ部20をそれぞれカムベース部10と共に軸方向に貫通している。カムロブ部20は、支持シャフト33を支点としてカムベース部10に対して揺動する。カムロブ部20は、カムベース部10のベース円部11から最大限に突出した高位置とベース円部11から突出しない低位置間を揺動可能である。カムロブ部20がカムベース部10から最大限に突出した状態は、第1状態に相当する。カムロブ部20がカムベース部10から突出しない状態は、第2状態に相当する。支持シャフト33の端部は凹部10H内で露出している。2つのカムロブ部20には、それぞれストッパピン34Pが貫通している。
カムベース部10の凹部10Hでは、2つのスプリング34sが支持シャフト33の端部に巻かれている。スプリング34sの一端は凹部10Hの内側面を押し、スプリング34sの他端はストッパピン34Pを押している。即ち、スプリング34sは、ストッパピン34Pが凹部10Hから離れるように付勢している。これにより、カムロブ部20はカムベース部10から突出するように付勢される。スプリング34sは、カムロブ部用付勢部材の一例である。尚、2つのカムロブ部20をそれぞれ付勢する2つのスプリング34sは、単一のものであってもよい。例えば、2つのカムロブ部20にそれぞれ2つのストッパピン34Pを個別に設ける代わりに、共通のストッパピンを2つのカムロブ部20に連結し、このストッパピンを単一のスプリングによって付勢してもよい。
図1、2において、左側のカムロブ部20は高位置にあり、右側のカムロブ部20は低位置にある。本実施例の場合、カムロブ部20が高位置でロックされている場合には、カムロブ部20がロッカーアームRを駆動してバルブVをリフトさせる。カムロブ部20が低位置でロックされている場合には、カムロブ部20はロッカーアームRに接触する又は接触せずにバルブVはリフトしない。カムベース部10は第1カム部の一例であり、カムロブ部20は第2カム部の一例である。尚、図1、2においては、理解を容易にするために一方のカムロブ部20のみを高位置にあるが、実際には後述するように2つのカムロブ部20は共に同じ位置に位置づけられる。
図3A、3Bは、軸方向からみたカムユニットCUの断面図である。図3Aは、高位置にあるカムロブ部20を示し、図3Bは、低位置にあるカムロブ部20を示している。カムロブ部20は、カムベース部10の経路Tを回避した略U字状又は略L字状である。カムロブ部20の基端側は支持シャフト33が貫通している。図3A、3Bにおいて、カムシャフトSは時計方向に回転する。これに伴いカムベース部10、カムロブ部20も時計方向に回転する。カムベース部10には、ストッパピン34Pが貫通した長孔14が形成されている。カムロブ部20の揺動に伴って移動するストッパピン34Pの移動範囲を長孔14が規制することにより、カムロブ部20の揺動範囲が規制している。
図4A、4Bは、カムユニットCUの内部構造を示した断面図である。図4A、4Bにおいては、2つのカムロブ部20は共にリフト状態にある。図4A、4Bは、図3AのA−A断面図に相当する。図4A、4Bに示すように、カムユニットCUは、軸方向でのカムユニットCUの中心に軸方向に対称に形成されている。カムベース部10には、2つのカムロブ部20をそれぞれ収納可能な2つのスリット12が形成されている。カムベース部10内には、カムシャフトSの軸心上で延びた経路T、経路Tから径方向外側に延びた経路T5、経路T5から分岐しそれぞれ2つのカムロブ部20側に延びた経路T61、T62が形成されている。これら経路は、油圧を供給する経路の一例である。経路T、T5は主経路の一例であり、経路T61、T62はそれぞれ第1及び第2分岐経路の一例である。2つのカムロブ部20は、第1及び第2カムロブ部の一例である。経路T5上には逆止弁機構80が設けられている。尚、図1〜3A、3Bでは逆止弁機構80については省略してある。逆止弁機構80については詳しくは後述する。
オイルコントロールバルブOCVは電磁駆動式の流量制御弁であり、ECU5によって制御される。ECU5は、制御部の一例である。オイルパンに貯留された油はオイルポンプPにより経路T内に供給される。オイルポンプPは、内燃機関のクランクシャフトに連動した機械式である。オイルコントロールバルブOCVは、オイルポンプPにより経路T内に供給される油圧を、オイルコントロールバルブOCVに印加される電流値に基づいてリニアに調整できる。オイルコントロールバルブOCVは、油圧制御弁の一例である。尚、油圧制御弁は、段階的に経路T内に供給される油圧を調整可能なものであってもよい。ECU5は、CPU、ROM、RAMなどから構成され、内燃機関全体の動作を制御する。ROMには、後述する制御を実行するためのプログラムが格納されている。
カムベース部10は、2つのカムロブ部20にそれぞれ作用するピン16P、17Pを保持している。2つのカムロブ部20はそれぞれピン26Pを保持している。2つのカムロブ部20にそれぞれ保持された2つのピン26Pは、それぞれ第1及び第2ロック部材の一例である。ピン17Pは押圧部材の一例である。図4Bは、ピン16P等を省略した図である。カムロブ部20は、支持シャフト33が貫通した基端部から離れた自由端部を有し、カムロブ部20の自由端部側にはピン26Pを保持した孔26が形成されている。孔26は、カムロブ部20を軸方向に貫通している。
カムベース部10には、スリット12に連通した孔16が形成されている。孔16は、軸方向に延び、底面を有している。孔16には、ピン16Pが収納されている。孔16の底面とピン16Pとの間にはピン16Pに連結されたスプリング16Sが配置されている。スプリング16Sは、カムロブ部20に向けてピン16Pを付勢している。2つのカムロブ部20側にそれぞれ設けられた2つのスプリング16Sは、それぞれ第1及び第2ロック部材用付勢部材の一例である。
カムベース部10には、スリット12を介して孔16に対向する孔17が形成されている。孔17には、ピン17Pが収納されている。図4A、4Bで左側のカムロブ部20側の孔17は経路T61に連通し、右側のカムロブ部20側の孔17は経路T62に連通している。カムロブ部20が高位置にある場合には、孔17は、孔16と同軸上に位置して対向する。孔17は、軸方向に延びている。
カムロブ部20が高位置にある場合、孔16、17、26は軸方向に並び、ピン16P、17P、26Pは軸方向に並ぶ。換言すれば、カムロブ部20が揺動範囲の一端でこのような位置に位置づけられるように、ストッパピン34Pに係合した長孔14によりカムロブ部20の揺動範囲が規定されている。リフト状態においては、スプリング16Sの付勢力により、ピン16Pが孔16、26に共通に挿入され、ピン26Pは孔26、17に共通に挿入される。これにより、カムロブ部20は高位置でカムベース部10にロックされる。孔17は、第1係合孔の一例である。
逆止弁機構80は、ピン81、円筒部材82、弁体83、スプリング85Sを含む。ピン81は、円筒状であり内部に円筒部材82、弁体83、スプリング85Sを収納し、カムベース部10の外部から経路T5内に挿入されている。ピン81は、経路T5からカムベース部10の外部へ油が漏れることを防止している。弁体83は、ピン81内で軸方向に移動可能に収納されている。スプリング85Sの一端はピン81内に固定され他端は弁体83に固定されている。ピン81内の先端側には円筒状の円筒部材82が嵌合している。円筒部材82の内径は弁体83よりも小さく、円筒部材82はピン81からの弁体83の離脱を防止している。弁体83はスプリング85Sにより円筒部材82に押付けられ、円筒部材82は弁体83の位置決めをしている。ピン81の外周部の一部分に、経路T61、T62にそれぞれ連通した孔が形成されている。弁体83に油圧が作用していない状態では弁体83は円筒部材82に押付けられてこの孔を塞ぐ。弁体83に油圧が作用してスプリング85Sの付勢力に抗して移動した場合には、弁体83はこの孔を開き、経路T5と経路T61、T62とは連通する。
次に、カムロブ部20のロックについて詳細に説明する。図5A、5Bは、カムロブ部20のロックの説明図である。図5Bは、図3BのB−B断面図に相当する。オイルコントロールバルブOCV及びオイルポンプPにより経路Tを介して経路T5内に油が供給されると、図5Aに示すように、弁体83はスプリング85Sの付勢力に抗して経路T5と経路T61、T62とが連通するように押される。これにより経路T61、T62内に油が供給されると、ピン17Pがスプリング16Sの付勢力に抗してカムロブ部20側に押される。これにより、ピン16Pは孔26から離脱し、ピン26Pは孔17から離脱する。即ち、ピン16P、17P、26Pは、それぞれ孔16、17、26に収納される。これにより、高位置でカムロブ部20のロックが解除される。
カムロブ部20はロックが解除された状態でカムシャフトSが回転することにより、カムロブ部20はロッカーアームRから反力を受ける。これにより、図5Bに示すように、カムロブ部20はスプリング34sの付勢力に抗して低位置に移動する。換言すれば、スプリング34sの付勢力は、カムロブ部20のロックが解除されている状態でロッカーアームRからの反力のみで低位置に移動可能な程度に設定されている。このようにロッカーアームRはロックが解除されたカムロブ部20を低位置側に付勢する。ロッカーアームRは、バブルを駆動するためのカムフォロアの一例である。尚、カムフォロアは、カムに直接駆動されるバルブリフタであってもよい。
ロックが解除された状態のカムロブ部20は、カムシャフトSの回転に伴ってロッカーアームRに接触、退避を繰り返す。カムロブ部20がロッカーアームRから退避している場合には、スプリング34sの付勢力に従って高位置へと揺動する。このようにカムロブ部20は、ロッカーアームRからの反力とスプリング34sの付勢力とにより低位置及び高位置間を揺動する。
次にオイルコントロールバルブOCVにより経路Tへの油の供給が停止されると、図3Aに示すように、ピン17Pに作用していた油圧が低下し、カムロブ部20が高位置にある状態で、スプリング16Sの付勢力に従って、ピン16Pが孔16、26に共通に挿入され、同様にピン26Pは孔26、17に共通に挿入され、ピン17Pは孔26から離脱する。これにより、再び高位置でカムロブ部20がロックされる。以上のようにしてカムロブ部20が高位置でロックされる。孔26、ピン26P、17P、スプリング16S、孔17は、第1状態でカムロブ部20をロックするロック機構の一例である。
また、経路Tへの油の供給が停止されると、弁体83に作用していた油圧も低下し、弁体83はスプリング85Sの付勢力に従って、経路T5と経路T61、T62との連通を遮断する。尚、油の供給が停止した場合には、スプリング16Sの付勢力に従ってピン26Pが孔26、17に共通に挿入可能な程度に経路T61、T62内の油圧が低下した後に、弁体83が経路T5と経路T61、T62との連通を遮断する。弁体83が経路T5と経路T61、T62とを遮断した際には、経路T61、T62内にはある程度の油が確保されている。このように、逆止弁機構80は油の供給が停止された場合に経路T61、T62からの油の漏れ量を抑制する。このため、再度経路Tへ油が供給されてカムロブ部20の高位置でのロックが解除される場合には、前回の供給時に経路T61、T62内に蓄えられた油を再利用できるため、新たに経路T61、T62内に供給すべき油の量を低減できる。このため、経路Tへ油の供給を開始してからカムロブ部20のロックが解除されるまでの期間を短縮化でき、カムロブ部20の位置の切替の応答性の低下が抑制されている。
尚、スプリング85Sの付勢力は、油圧の供給が停止されカムロブ部20がロックされている状態において、経路T61、T62内の油圧とカムユニットCUの回転に伴う弁体83の遠心力とに抗して、弁体83が経路T5と経路T61、T62との連通を遮断するように設定されている。また、オイルコントロールバルブOCVから油が供給された場合には弁体83が経路T5と経路T61、T62とを連通する程度にスプリング85Sの付勢力は設定されている。
また、単一の弁体83により、2つのカムロブ部20側にそれぞれ油を供給するための2つの経路T61、T62からの油の漏れ量を抑制している。このため、2つのカムロブ部20用として個別に2つの弁体を設ける場合と比較して、本実施例の可変動弁装置は小型化されている。
図1、2、3A、3B、4A、4Bに示したように、カムベース部10は、カムシャフトSに連結されており、カムシャフトSはカムベース部10を貫通していない。このため、カムベース部10の軸方向の断面積を確保することができ、カムベース部10の強度を確保することができる。カムシャフトSはカムベース部10を貫通していないためカムシャフトSの径を細くする必要はない。このためカムシャフトSの強度も確保されている。カムベース部10に形成された孔16、17、カムロブ部20に形成された孔26などは、全て軸方向に延びている。このため、例えば、軸方向と交差する方向に延びた孔を設けこの孔内を摺動するピンを配置した場合と比較して、カムベース部10の軸方向での断面積を確保することができる。これにより、カムユニットCUの強度が確保されている。
図3A、3Bに示したように、カムロブ部20の自由端は、カムロブ部20の基端側からカムシャフトSの回転方向から逆方向に離れている。ここで、カムロブ部20の基端側は、支持シャフト33により揺動の支点となっている。このため、ロッカーアームRの反力により、カムロブ部20がカムシャフトSの回転方向と逆方向に揺動するのが容易となる。これによって、ロックが解除された状態で、カムロブ部20の低位置から高位置へ移動が容易となっている。また、低位置へ移動する際のカムロブ部20が受けるロッカーアームRからの反力による負荷が低減され、カムロブ部20の耐久性が確保されている。
また、カムベース部10は、2つのカムロブ部20を支持している。このため、カムベース部10は軸方向の長さを確保しているため強度が確保されている。また、カムベース部10を2つのカムロブ部20に共通化して使用しているため部品点数も削減されている。
また、図1、2に示したように、スプリング16S、34sは、カムロブ部20に対して軸方向に配置されている。例えばこのようなスプリング34s等をカムロブ部20に対して径方向に重なる位置に配置する場合と比較して、カムロブ部20の軸方向での断面積を確保できる。これによりカムロブ部20の強度を確保することができる。
また、上述したようにスプリング34sが配置された凹部10Hは、ロッカーアームRに接触しない部分に設けられているので、この部分を有効利用している。スプリング34sが、ロッカーアームRに接触するカムベース部10の部分から退避した位置に配置されていることにより、ロッカーアームRが接触するカムベース部10の部分の軸方向の断面積も確保されている。これにより、カムベース部10の強度も確保されている。また、逆止弁機構80もロッカーアームRに接触しない部分に設けられている。
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態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。
本実施例では、カムロブ部20がカムベース部10から突出していない位置にある状態を第2状態として説明したがこれに限定されない。例えば、カムロブ部20は、第1状態よりも突出量が小さいがベース円部11から突出した状態を第2状態としてもよい。
本実施例では、円柱状のカムベース部10を例に説明したがこれに限定されない。例えば、カムベース部10は、ベース円部とベース円部から径方向外側に突出したノーズ部とを備え、カムロブ部20のロックが解除された状態でカムベース部10のみでバルブをリフトさせることが可能な形状であってもよい。
カムベース部10は、カムシャフトと一体に成型されていてもよいし、本実施例のように別体で成型した後に接合してもよい。
1 可変動弁装置
5 ECU
S カムシャフト
R ロッカーアーム
V バルブ
OCV オイルコントロールバルブ
10 カムベース部
11 ベース円部
12 スリット
16S スプリング(第1及び第2ロック部材用付勢部材)
20 カムロブ部(第1及び第2カムロブ部)
26P ピン(第1及び第2ロック部材)
34s スプリング(カムロブ部用付勢部材)
T、T5 経路(主経路)
T61、T62 経路(第1及び第2分岐経路)
5 ECU
S カムシャフト
R ロッカーアーム
V バルブ
OCV オイルコントロールバルブ
10 カムベース部
11 ベース円部
12 スリット
16S スプリング(第1及び第2ロック部材用付勢部材)
20 カムロブ部(第1及び第2カムロブ部)
26P ピン(第1及び第2ロック部材)
34s スプリング(カムロブ部用付勢部材)
T、T5 経路(主経路)
T61、T62 経路(第1及び第2分岐経路)
Claims (1)
- カムシャフトと共に回転するカムベース部と、
前記カムベース部の外周から突出した位置にある第1状態と前記第1状態よりも低い位置にある第2状態との間を移行するように前記カムベース部に支持された第1及び第2カムロブ部と、
前記第1状態で前記第1及び第2カムロブ部をロックするロック機構と、
ロックが解除されている状態でカムフォロアからの反力が前記第1及び第2カムロブ部に作用している時に前記第2状態へ移行する付勢力で、前記第1及び第2カムロブ部を前記第1状態となるように付勢するカムロブ部用付勢部材と、を備え、
前記ロック機構は、
前記第1状態で前記カムベース部及び第1カムロブ部に係合可能な第1ロック部材、
前記第1状態で前記カムベース部及び第2カムロブ部に係合可能な第2ロック部材、
前記第1状態で前記カムベース部及び第1カムロブ部に係合するように前記第1ロック部材を付勢する第1ロック部材用付勢部材、
前記第1状態で前記カムベース部及び第2カムロブ部に係合するように前記第2ロック部材を付勢する第2ロック部材用付勢部材、
それぞれ前記第1及び第2ロック部材用付勢部材の付勢力に抗して前記第1及び第2ロック部材を前記カムベース部から離脱させるように前記第1及び第2ロック部材に油圧を作用させる経路、を含み、
前記経路は、主経路、前記主経路から分岐してそれぞれ前記第1及び第2カムロブ部側に延びた第1及び第2分岐経路、を含み、
前記主経路と前記第1及び第2分岐経路との間には、前記主経路と前記第1及び第2分岐経路との連通を遮断するように付勢され、油圧の作用により前記主経路と前記第1及び第2分岐経路とを連通させる弁体が設けられている、内燃機関の可変動弁装置。
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