JP4103659B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変動弁機構に関し、とくにバルブリフト可変機構とバルブタイミング可変機構（以下、ＶＶＴシステムともいう）とを機械的に協調させた可変動弁機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００１−２６３０１５号公報は、バルブリフト可変機構とＶＶＴシステムの両方を互いに独立に備えた従来の内燃機関の可変動弁機構を示している。
特開２００１−２６３０１５号公報の可変動弁機構では、図４〜図６に示すように、バルブリフト可変機構は、カムシャフト１に平行に設けられたコントロールシャフト２をアクチュエータ３によってコントロールシャフト軸方向に移動し、アームアッセンブリー４の中に納められたスライダー５をコントロールシャフト軸方向に移動させ、スライダー５に形成されたヘリカルスプラインの作用によって、アームアッセンブリー４の中央部（中央アーム）４ａと両端部（両端アーム）４ｂとの相対角を変える。カムシャフトのカム１ａが中央部４ａのローラ６を押して中央部４ａを揺動させ、中央部４ａとともに揺動する両端部４ｂの嘴７でローラロッカー８のローラを押して吸排気バルブ９をストロークさせる。コントロールシャフト２の軸方向移動により中央部４ａと両端部４ｂとの相対角を変え、ローラロッカー８の揺動量を変えて、バルブリフト、作用角を変える。
特開２００１−２６３０１５号公報の可変動弁機構では、カムシャフト１の端部に、バルブリフト可変機構のコントロールシャフト２駆動用のアクチュエータ３とは別の、ＶＶＴシステム用のアクチュエータ５０を設け、このアクチュエータ５０でカムシャフト１の位相を変えて、バルブタイミングを変えている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２６３０１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術にはつぎの問題がある。
上記従来技術では、バルブリフト可変機構によるバルブリフト、作用角の制御と、ＶＶＴシステムによるバルブタイミング制御は、互いに独立に行われるので、バルブリフト、作用角の制御とバルブタイミング制御との間に一定の関係をもたせたい場合には、その一定の関係をもつように、各々を制御しなければならない。
また、油圧制御の場合、冷間始動時など、油圧が所定圧に到達するまでには、上記制御ができない場合もある。
本発明の目的は、バルブリフト、作用角の制御とバルブタイミング制御の協調制御が可能な可変動弁機構を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、上記協調制御を油圧と関係なく必ず行うことができる可変動弁機構を提供することにある。
本発明のさらにもう一つの目的は、バルブリフト、作用角の制御とバルブタイミング制御の関係が可変な可変動弁機構を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） アクチュエータによりコントロールシャフト軸方向に移動されて内燃機関の吸排気バルブのリフト量、作用角を可変とするコントロールシャフトと、
カムシャフトにヘリカルスプラインで係合しており前記コントロールシャフトの軸方向移動に機械的に連動してカムシャフト軸方向に移動されカムシャフトの回転位相を変えてバルブタイミングを可変とする協調用ヘリカルギアと、
を備え、
前記協調用ヘリカルギアと第２のヘリカルスプラインで係合し前記コントロールシャフトの軸方向移動とは独立にカムシャフト軸方向に移動可能な軸方向駆動部材を備えており、該軸方向駆動部材を第２のアクチュエータによって移動することにより前記コントロールシャフトの動作とは独立にカムシャフトの回転位相を変更可能とした可変動弁機構。
【０００６】
上記（１）の可変動弁機構では、協調用ヘリカルギアを設けたので、コントロールシャフトの軸方向移動時、それと連動してカムシャフトの回転位相を変えることができ、コントロールシャフトの軸方向移動によるバルブリフト、作用角の制御とカムシャフトの回転位相変化によるバルブタイミング制御とを、一定の関係をもたせて変化させる、すなわち、協調制御することができる。
また、コントロールシャフトの軸方向移動とカムシャフトの回転位相変化とは機械的に連動されているので、上記協調制御は油圧と関係なく必ず行われる。
上記（１）の可変動弁機構では、協調用ヘリカルギアと第２のヘリカルスプラインで係合する軸方向駆動部材を備えているので、軸方向駆動部材を第２のアクチュエータで移動させることにより、上記協調制御におけるバルブリフト、作用角の制御とバルブタイミング制御との関係を変えることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の可変動弁機構を、図１〜図３を参照して説明する。図４〜図６のうち、バルブリフト可変機構のバルブリフト、作用角の制御に係る部分は本発明にも適用される。適用可能な部分には、図１においても、図４〜図６と同じ符号を付してある。
【０００８】
本発明の可変動弁機構１０は、図１に示すように、従来に準じる構造をもつバルブリフト可変機構部分１１と、本発明で新たに設けられたＶＶＴシステム部分１２とを有する。
【０００９】
バルブリフト可変機構部分１１は、アクチュエータ３によりコントロールシャフト軸方向に移動されて内燃機関の吸排気バルブ９のリフト量、作用角を可変とするコントロールシャフト（第１のコントロールシャフト）２を有する。バルブリフト可変機構部分１１は、第１のコントロールシャフト２、中央部（中央アーム）４ａと両端部（両端アーム）４ｂを有するアームアッセンブリ４、第１のコントロールシャフト２と共に軸方向に移動し軸方向に移動した時に外周に切ってあるヘリカルスプラインによりアームアッセンブリ４の中央部４ａと両端部４ｂの相対角度を変えるスライダー５を有している。カムシャフトのカム１ａが中央部４ａのローラ６を押して中央部４ａを揺動させ、中央部４ａとともに揺動する両端部４ｂの嘴７でローラロッカー８のローラを押して吸排気バルブ９をストロークさせる。
【００１０】
第１のコントロールシャフト２が軸方向移動すると中央部４ａと両端部４ｂとの相対角が変わり、ローラロッカー８の揺動量が変わって、バルブリフト、作用角を変える。この時第１のコントロールシャフト２に対してカムシャフト１の回転角は変わらないので、カムシャフト１のノーズの位相は固定したままである。図２は、本発明のバルブリフト可変機構部分１１の、カムシャフト１のノーズの位相が固定したままで、バルブリフト、作用角が可変な、バルブリフト−位相特性を示す。
【００１１】
ＶＶＴシステム部分１２は、バルブリフト可変機構部分１１に機械的に連動される。ＶＶＴシステム部分１２は、協調用ヘリカルギア１３を備えている。協調用ヘリカルギア１３は、カムシャフト１（の端部に取り付けた部材１４の外周）にヘリカルスプライン１５で係合しており、第１のコントロールシャフト２の軸方向移動に機械的に連動してカムシャフト軸方向に移動され、第１のコントロールシャフト２に対して、カムシャフト１の回転位相を変え、バルブタイミングを可変とする。
【００１２】
ＶＶＴシステム部分１２は、さらに、第１のコントロールシャフト２に連結された第２のコントロールシャフト１６と、第２のコントロールシャフト１６を第２のコントロールシャフト１６の軸方向に摺動可能に支持する固定壁１７と、チェーンスプロケット１８とカムシャフト１間に固定壁１７を支持し固定壁１７に対するチェーンスプロケット１８とカムシャフト１の回転を許容する外周側および内周側のベアリング１９と、第２のコントロールシャフト１６の軸方向移動を協調用ヘリカルギア１３に伝達する軸方向移動可能な非回転部材２０と、非回転部材２０と協調用ヘリカルギア１３との相対回転を許しつつ非回転部材２０の軸方向移動を協調用ヘリカルギア１３に伝達するベアリング２１とを、有する。
【００１３】
第１のコントロールシャフト２が軸方向移動すると、同量、第２のコントロールシャフト１６、非回転部材２０、ベアリング２１、協調用ヘリカルギア１３が軸方向に移動し、ヘリカルスプライン１５によって決まる所定角度だけ、カムシャフト１が回転し、第１のコントロールシャフト２に対するカムのノーズの位相が変わる。これによって、バルブリフト−位相特性は、図３（本発明特性）に示すように、位相がバルブリフト変化と所定の関係をもって変化する、バルブリフト、作用角とバルブタイミングの両方が変化するバルブリフト−位相特性に変わる。
上記の機構では、第１のコントロールシャフト２が軸方向移動すれば、機械的連動によって協調用ヘリカルギア１３も軸方向移動し、油圧と無関係にバルブタイミングも変わる。また、バルブタイミングの変化とバルブリフト、作用角の変化とは、ヘリカルスプライン１５で決まる一定の関係にある。
【００１４】
上記のバルブタイミングの変化とバルブリフト、作用角の変化との関係を可変とするために、すなわち、図３において実線の特性が破線の特性に変わることができるように、可変動弁機構１０は、さらに、つぎの第３の部分２２を備えていることが望ましい。
第３の部分２２は、第１のコントロールシャフト２を軸方向に停止させたまま協調用ヘリカルギア１３とカムシャフト１とを一体で回転させてカムノーズの位相を変えるものである。この場合、第１のコントロールシャフト２と、協調用ヘリカルギア１３、カムシャフト１との相対回転は、ベアリング２１で逃がす。
【００１５】
第３の部分２２は、油圧または電動によりカムシャフト軸方向に駆動される軸方向駆動部材２３を有する。図示例では、油圧駆動の場合を示しており、軸方向駆動部材２３が油圧ピストンである場合を示しているが、油圧ピストンに限るものではなく、電動駆動の部材であってもよい。
軸方向駆動部材２３は、協調用ヘリカルギア１３と第２のヘリカルスプライン２４で係合し、第１のコントロールシャフト２の軸方向移動とは独立にカムシャフト軸方向に移動可能であり、軸方向駆動部材２３を第２のアクチュエータ２５（図示例では油圧アクチュエータとしたが、電動でもよい）によって移動することにより、第１のコントロールシャフト２の動作とは独立にカムシャフト１の回転位相を変更可能としている。
【００１６】
軸方向駆動部材２３をチェーンスプロケット１８からカムシャフト１への駆動力伝達部材の１要素として利用する場合は、軸方向駆動部材２３をチェーンスプロケット１８にスプライン２６で結合させる。このスプライン２６はストレートスプラインでもヘリカルスプラインでもよい。ただし、チェーンスプロケット１８からカムシャフト１への駆動力伝達を軸方向駆動部材２３を介さずに行ってもよい。
【００１７】
軸方向駆動部材２３のカムシャフト軸方向駆動を油圧にて行う場合は、軸方向駆動部材２３を油圧ピストンとし、油圧ピストン２３（軸方向駆動部材と同じ部材のため油圧ピストンの符号を２３とする）の軸方向両側に油圧室２７、２８を設け、油圧室２７、２８への油圧をオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）２９で切り替えるようにする。図示例では、オイルコントロールバルブ２９から油圧室２７への油圧の供給を、通路３０、カムシャフト内通路３１を介して、カムシャフト端部室３２に導き、そこからスプライン２６部位を通して油圧室２７に導いている。また、オイルコントロールバルブ２９から油圧室２８への油圧の供給を、通路３３、カムシャフト内通路３４を介して、油圧室２８に導いている。
油圧ピストン、油圧室２７、２８は第２のアクチュエータ２５を構成する。
【００１８】
オイルコントロールバルブ２９で油圧を切替え、油圧室２７、２８の油圧を切り替えると、軸方向駆動部材２３のカムシャフト軸方向駆動され、第１のコントロールシャフト２が軸方向に停止したまま、協調用ヘリカルギア１３とカムシャフト１とが一体で回転され、カムノーズの位相が変わる。これによって、カムリフト、作用角特性が、図３において左右に移動し、カムノーズの位相が変わり、バルブタイミングが可変となり、したがって、調整可能となる。
【００１９】
つぎに、本発明の作用を説明する。
本発明の可変動弁機構１０では、協調用ヘリカルギア１３を設けたので、第１のコントロールシャフト２の軸方向移動時、それと連動してカムシャフト１のカムノーズの回転位相を変えることができ、第１のコントロールシャフト２の軸方向移動によるバルブリフト、作用角の制御とカムシャフト１の回転位相変化によるバルブタイミング制御とを、ヘリカルスプライン１５によって決まる一定の関係をもたせて変化させる、すなわち、協調制御させることができる。従来は独立な２つのアクチュエータを設け、それぞれのアクチュエータを、バルブリフト、作用角の制御とバルブタイミング制御とが協調するように制御しなければならなかったが、本発明では、図３に示すように、バルブリフト、作用角の制御とバルブタイミング制御とが、一定の関係をもって、自動的に協調している。
【００２０】
また、第１のコントロールシャフト２の軸方向移動とカムシャフト１の回転位相変化とは、第２のコントロールシャフト１６、非回転部材２０、ベアリング２１、協調用ヘリカルギア１３を介して機械式に連動されているので、上記協調制御は油圧と関係なく機械的に行われる。したがって、冷間始動時など十分に油圧が上がっていない時にも、上記協調制御が確実に行われる。これに対し、従来のバルブリフト、作用角の制御とバルブタイミング制御は、油圧が上がっていない時には、行われない場合も出てくる。
【００２１】
また、可変動弁機構１０が、協調用ヘリカルギア１３と第２のヘリカルスプライン２４で係合する軸方向駆動部材２３を備えている場合には、軸方向駆動部材２３を第２のアクチュエータ２５でカムシャフト軸方向に移動させることにより、上記協調制御におけるバルブリフト、作用角の制御とバルブタイミング制御との関係を、変えることができる。それによって、バルブリフト−位相特性が図３で左右に移動し、バルブリフト−位相特性を図３の実線と破線間方向に自在に変化させることができる。その結果、バルブ可変特性（リフト、作用角、およびバルブタイミング）の制御の自由度を高めることができる。
たとえば、リフト制御をするとタイミングは遅角側へ変化するが、第３の部分２２により、この遅角側への変化したタイミング分をキャンセルすることもできる。その結果、バルブリフト、作用角制御をバルブタイミング制御と独立して制御することもできる。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の可変動弁機構によれば、協調用ヘリカルギアを設けたので、第１のコントロールシャフトの軸方向移動時、それと連動してカムシャフトの回転位相を変えることができ、第１のコントロールシャフトの軸方向移動によるバルブリフト、作用角の制御と、カムシャフトの回転位相変化によるバルブタイミング制御とを、一定の関係をもたせて変化させることができる、すなわち、協調制御することができる。
また、第１のコントロールシャフトの軸方向移動とカムシャフトの回転位相変化とは機械的に連動されているので、上記協調制御は油圧と関係なく必ず行われる。
請求項１の可変動弁機構によれば、可変動弁機構が協調用ヘリカルギアと第２のヘリカルスプラインで係合する軸方向駆動部材をさらに備えているので、軸方向駆動部材を第２のアクチュエータで移動させることにより、上記協調制御におけるバルブリフト、作用角の制御とバルブタイミング制御との関係を可変にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可変動弁機構の断面図である。
【図２】本発明の可変動弁機構のうちバルブリフト可変機構部分のみのバルブリフト、作用角−位相特性図である。
【図３】本発明の可変動弁機構のバルブリフト、作用角−位相特性図である。実線はバルブリフト可変機構部分とＶＶＴシステム部分の両方によるバルブリフト、作用角−位相特性図であり、破線はさらに第３の部分を設けた場合のバルブリフト、作用角−位相特性図である。
【図４】特開２００１−２６３０１５号公報開示の可変動弁機構の平面図である。このうちバルブリフト可変機構部分は本発明にも適用可能である。
【図５】図４のうちバルブリフト可変機構部分の第１のコントロールシャフト、アームアッセンブリの部分の斜視図である。この部分は本発明にも適用可能である。
【図６】図４のうちバルブリフト可変機構部分の第１のコントロールシャフト、アームアッセンブリ、カムシャフト、ローラロッカー、吸排気バルブの部分の正面図である。この部分は本発明にも適用可能である。
【符号の説明】
１ カムシャフト
１ａ カム
２ 第１のコントロールシャフト
３ アクチュエータ
４ システムアームアッセンブリ
４ａ 中央部（中央アーム）
４ｂ 両端部（両端アーム）
５ スライダー
６ ローラ
７ 嘴
８ ローラロッカー
９ 吸排気バルブ
１０ 可変動弁機構
１１ バルブリフト可変機構部分
１２ ＶＶＴシステム部分
１３ 協調用ヘリカルギア
１４ カムシャフト端部取付け部材
１５ （第１の）ヘリカルスプライン
１６ 第２のコントロールシャフト
１７ 固定壁
１８ チェーンスプロケット
１９ 外側、内側ベアリング
２０ 非回転部材
２１ ベアリング
２２ 第３の部分
２３ 軸方向駆動部材（たとえば、油圧ピストン）
２４ 第２のヘリカルスプライン
２５ 第２のアクチュエータ
２７、２８ 油圧室
２９ オイルコントロールバルブ
３０、３３ 通路
３１、３４ カムシャフト内通路
３２ カムシャフト端部室

Claims (1)

1. アクチュエータによりコントロールシャフト軸方向に移動されて内燃機関の吸排気バルブのリフト量、作用角を可変とするコントロールシャフトと、
   カムシャフトにヘリカルスプラインで係合しており前記コントロールシャフトの軸方向移動に機械的に連動してカムシャフト軸方向に移動されカムシャフトの回転位相を変えてバルブタイミングを可変とする協調用ヘリカルギアと、
   を備え、
   前記協調用ヘリカルギアと第２のヘリカルスプラインで係合し前記コントロールシャフトの軸方向移動とは独立にカムシャフト軸方向に移動可能な軸方向駆動部材を備えており、該軸方向駆動部材を第２のアクチュエータによって移動することにより前記コントロールシャフトの動作とは独立にカムシャフトの回転位相を変更可能とした可変動弁機構。

Images