JP4192854B2 - 連続可変動弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の連続可変動弁機構に関し、とくに、アームアッシの小型化を可能とした連続可変動弁機構に関する。

特開２００１−２６３０１５号公報は、図１３に示すように、中央部２と両端部３、４を有し中央部２の直径寸法Ｂが両端部３、４の直径寸法Ａより大きいスライダー１と、中央に位置するアームＮｏ．２（６）と両端に位置するアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）を有するアームアッシ５と、捩じりスプラインからなりスライダーの中央部の外歯１０とアームＮｏ．２の内歯１１とからなる中央スプライン９、および中央スプライン９と逆方向に捩じられた捩じりスプラインからなりスライダーの両端部３、４の外歯１３、１４とアームＮｏ．３、４の内歯１５、１６とからなる端部スプライン１２と、を備えた連続可変動弁機構を開示している。そこでは、コントロールシャフトを軸方向に駆動してスライダー１を軸方向に駆動し、スライダー１の軸方向動きによってカム被打部であるアームＮｏ．２（６）とバルブ打部であるアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）との間の角度を連続的に変えてバルブリフト量を変えるようになっている。
特開２００１−２６３０１５号公報

しかし、上記の従来の連続可変動弁機構には、アームＮｏ．２、Ｎｏ．３、アームＮｏ．４のスライダーへの組み付けを可能にするためにアームアッシ５が大型化してしまうという課題がある。
アームアッシ５が大型化する理由はつぎのとおりである。
図１３において、機能的には、スライダー１の直径寸法は、中央部２、両端部３、４とも、同じ直径寸法Ａでよい。
しかし、スライダー１およびアームＮｏ．２（６）、アームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）には、それぞれ、全周にわたってスプラインが形成されており、中央と両端とでスプラインの捩れの方向が逆なため、中央の直径寸法Ｂと両端の直径寸法Ａとを等しくすると（Ａ＝Ｂ）、アームＮｏ．２（６）の内径がスライダー２の端部３、４の外径を軸方向に乗り越えることができないため、アームＮｏ．２（６）をスライダー２に組み付けることができない。
そのため、スライダー１の直径寸法はＡ＜Ｂにせざるを得ない。スライダー１の中央部２の直径寸法Ｂを両端の直径寸法Ａより大きくせざるを得ない。
また、アームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の外径は、ワッシャシム３８をアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）とアームＮｏ．２（６）との間に設定するため、アームＮｏ．２（６）の外径Ｃと同等寸法にする必要がある。
結果として、アームアッシ５の全体の体格（外径）が大きくなるという課題が生じる。また、搭載自由度の減少、質量大による動弁系運動性能の悪化、それをカバーするためのコスト高（たとえば、バルブスプリング材質を変えることによるコスト高）を招くという副次的課題が生じる。

本発明の目的は、アームアッシの小型化を可能とする連続可変動弁機構を提供することにある。

上記課題を解決し、上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） 中央部と両端部を有するスライダーと、中央に位置するアームＮｏ．２とアームＮｏ．２の両側に位置するアームＮｏ．３、アームＮｏ．４を有するアームアッシと、捩じりスプラインからなりスライダーの中央部の外歯とアームＮｏ．２の内歯とからなる中央スプライン、および中央スプラインと逆方向に捩じられた捩じりスプラインからなりスライダーの両端部の外歯とアームＮｏ．３、アームＮｏ．４の内歯とからなる端部スプラインと、を備えた連続可変動弁機構であって、
スライダーの両端部のうち少なくとも一方の端部の外歯に１つ以上の周方向切欠きを設け、アームＮｏ．２の内歯に１つ以上の周方向切欠きと１つ以上の非切欠き部を設け、スライダーの少なくとも一方の端部の外歯の周方向切欠きの周方向長さをアームＮｏ．２の内歯の非切欠き部の周方向長さ以上とした連続可変動弁機構。
（２） スライダーの中央部の直径とスライダーの両端部の直径を同じにした請求項１記載の連続可変動弁機構。

上記（１）の連続可変動弁機構においては、スライダーの両端部のうち少なくとも一方の端部の外歯に１つ以上の周方向切欠きを設け、アームＮｏ．２の内歯に１つ以上の周方向切欠きと１つ以上の非切欠き部を設け、スライダーの少なくとも一方の端部の外歯の周方向切欠きの周方向長さをアームＮｏ．２の内歯の非切欠き部の周方向長さ以上としたので、スライダーの中央部の直径をスライダーの両端部の直径より大きくしなくても、アームＮｏ．２の内歯の非切欠き部を、スライダーの少なくとも一方の端部の外歯の周方向切欠きを軸方向に通過させることにより、アームＮｏ．２をスライダーの中央部に組み付けることができ、アームアッシのスライダーへの組み付けが可能である。スライダーの中央部の直径をスライダーの両端部の直径より大きくしなくてもよいため、アームアッシの全体を半径方向に縮小することができ、アームアッシの体格を小型化することができる。
上記（２）の連続可変動弁機構においては、スライダーの中央部の直径とスライダーの両端部の直径を同じにしたたため、従来はアームＮｏ．３、アームＮｏ．４の外径より大きくしていたアームＮｏ．２の外径をアームＮｏ．３、アームＮｏ．４の外径に合わせることができ、アームアッシの体格を小型化することができる。

以下に、本発明の連続可変動弁機構を、図１〜図１２を参照して、説明する。
本発明の連続可変動弁機構３０は、バルブリフトを連続的に（ここで、「連続的に」は、「無段階に」を意味する）変えることができる内燃機関の連続可変動弁機構である。
図３に示すように、本発明の連続可変動弁機構３０は、カムシャフト５２と平行に延びており、シリンダヘッドに固定されたキャリア５０上に、またはシリンダヘッド上に、支持されている。図示例は、本発明の連続可変動弁機構３０が吸気バルブ５４に対して設けられた場合を示しているが、本発明の連続可変動弁機構３０は、排気バルブに、または吸気バルブ５４と排気バルブに対して設けられてもよい。

連続可変動弁機構１０は、図３〜図１２に示すように、シリンダヘッドの長手方向に延び軸方向にのみ移動可能なコントロールシャフト３１と、コントロールシャフト３１を軸方向に可動に支持し自身はキャリア５０またはシリンダヘッドに固定される非可動部品である支持パイプ３２と、キャリア５０またはシリンダヘッドに固定されコントロールシャフト３１を軸方向に駆動するアクチュエータ３２と、を有する。

連続可変動弁機構１０は、さらに、中央部２と中央部２の軸方向両側に位置する両端部３、４を有するスライダー１と、中央に位置するアームＮｏ．２（６）とアームＮｏ．２（６）の軸方向両側に位置するアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）を有するアームアッシ５と、捩じりスプラインからなりスライダー１の中央部２の外歯（スライダースプライン）１０とアームＮｏ．２（６）の内歯（アームスプライン）１１とからなる中央スプライン９、および中央スプラインと逆方向に捩じられた捩じりスプラインからなりスライダー１の両端部３、４の外歯（スライダースプライン）１３、１４とアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の内歯（アームスプライン）１５、１６とからなる端部スプライン１２と、を備えている。

アームアッシ５およびスライダー１は、多気筒エンジンの各気筒に対して１セットづつ設けられるが、コントロールシャフト３１は全気筒にわたって延び全気筒に対して１本設けられる。
スライダー１の中央部２と両端部３、４は互いに一体であるが、アームアッシ５のアームＮｏ．２（６）とアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）とは別ピースで、相対角度が可変である。
スライダー１は、固定の支持パイプ３２に対して相対的に軸方向に移動可能であるとともに、コントロールシャフト軸芯まわりに揺動可能である。
コントロールシャフト３１にはピン３４が固定されており、このピン３４が、支持パイプ３２に形成された軸方向に延びるピン孔３５を貫通して、スライダー１に形成されたピン孔３６に係合することにより、コントロールシャフト３１が軸方向に駆動された時に、スライダー１はコントロールシャフト３１と同量、軸方向に駆動される。スライダー１に形成されたピン孔３６はスライダーの周方向に所定量延びており、カム５２によってアームアッシ５が揺動されてアームアッシ５にスプライン連結しているスライダー１が揺動された時に、コントロールシャフト３１に連結されているため揺動しないピン３４をピン孔３６内で摺動させて、スライダー１が揺動できるようにしている。

図１１に示すように、カムシャフト５２と一体のカム５３が回転すると、カムノーズでアームアッシ５のアームＮｏ．２（６）のローラ６ａを叩いてアームアッシ５を揺動させ、アームアッシ５のアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の嘴７ａ、８ａでアームＮｏ．１（５６）のローラ５６ａを叩いて、アームＮｏ．１（５６）をラッシュアジャスタ５７の頭部の揺動支点まわりに揺動させ、アームＮｏ．１（５６）の揺動支点と反対側の端部でバルブ５４を押して、バルブ５４をバルブスプリング５５の付勢に抗してリフトさせる。図１２はバルブのリフトカーブを示している。

図３〜図１２において、アームアッシ５のアームＮｏ．２（６）のローラ６ａとアームアッシ５のアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の嘴７ａ、８ａとの、アームアッシ軸芯（コントロールシャフト軸芯と同じ）まわりの相対角度を、連続的に変えることにより、バルブリフトを連続的に変化させることができる。
そのために、中央スプライン９の捩じり方向と端部スプライン１２の捩じり方向とを逆方向にしてある。それにより、アクチュエータ３２によりコントロールシャフト３１を軸方向に駆動すると、それと同じ量だけピン３４を介してスライダー１が軸方向に移動する。アームアッシ５は、揺動は可能であるが、軸方向には固定されているので、スライダー１が軸方向に移動すると、スライダー１と捩じりスプラインでスプライン連結しているアームアッシ５の各アーム６、７、８はスライダー１に対して角度が変化する（回転する）。この時の回転方向は、中央スプライン９の捩じり方向と端部スプライン１２の捩じり方向とが逆なため、中央のアームＮｏ．２（６）の回転方向と端部のアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の回転方向とは、互いに逆となる。その結果、アームアッシ５のアームＮｏ．２（６）のローラ６ａとアームアッシ５のアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の嘴７ａ、８ａとの、アームアッシ軸芯（コントロールシャフト軸芯と同じ）まわりの相対角度が変わる。相対角度の変化は、捩じりスプラインを採用しているため、連続的である。

従来は、図１３に示すように、中央スプライン９および端部スプライン１２は、スライダー１、アームアッシ５とも、全周にわたってスプライン歯が形成されていた。その場合は、スライダー１の中央スプラインにアームＮｏ．２を、スライダーの端部スプラインを乗り越えて、組み付けることができないので、スライダー１の中央スプラインの径をスライダーの端部スプラインの径より大として、アームＮｏ．２がスライダーの端部スプラインを乗り越えることができるようにしていた。

これに対して、本発明の連続可変動弁機構１０では、図１、図２（図１、図２では、支持パイプは省略して示してある）に示すように、スライダー１の両端部３、４のうち少なくとも一方の端部３、４の外歯１３、１４に、１つ以上の周方向切欠き１７（スライダー１の周方向に延びる、スプライン歯１３、１４を除去したスプライン非構成部）と、１つ以上の非切欠き部１８（スプライン歯１３、１４が形成されており、切りかかれていない部分）が設けられる。また、アームＮｏ．２（６）の内歯１１に、１つ以上の周方向切欠き２１（アームＮｏ．２（６）の周方向に延びる、スプライン歯１１を除去したスプライン非構成部）と、１つ以上の非切欠き部２２（スプライン歯１１が形成されており、切りかかれていない部分）が設けられる。
そして、スライダー１の少なくとも一方の端部３、４の外歯１３、１４の周方向切欠き１７の周方向長さを、アームＮｏ．２（６）の内歯１１の非切欠き部２２の周方向長さ以上としてある。

図１、図２では、アームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の内歯１５、１６には、周方向切欠きは無く、全周にわたって形成されている。ただし、アームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の内歯１５、１６にも周方向切欠きを設けてもよい。
スライダー１の中央部２の外歯１０は、周方向切欠きを設けてもよいし、あるいは周方向切欠きを設けずに全周にわたって歯が形成されてもよい。図１、図２では、スライダー１の中央部２の外歯１０が、１つ以上の周方向切欠き１９と１つ以上の非切欠き部２０を有する場合を示している。

図１、図２では、スライダー１の端部３、４の外歯１３、１４に、２つの周方向切欠き１７が１８０度ピッチで設けられ、アームＮｏ．２（６）の内歯１１に、２つの周方向切欠き２１が１８０度ピッチで設けられている場合を示しているが、これに限定されるものではなく、スライダー１の端部３、４の外歯１３、１４に、ｎ個の周方向切欠き１７が３６０／ｎ度ピッチで設けられ、アームＮｏ．２（６）の内歯１１に、ｎ個の周方向切欠き２１が３６０／ｎ度ピッチで設けられてもよい。
また、スライダー１の端部３、４の外歯１３、１４の周方向切欠き１７、およびアームＮｏ．２（６）の内歯１１の周方向切欠き２１は、スライダー１軸芯と平行に延びていてもよいし、あるいはスライダー１軸芯と平行に延びる直線に対して、斜めに交差したり捩じられていてもよい。

アームＮｏ．２（６）とその両側のアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）との間には、製造誤差を吸収するためのリング状のワッシャシム３７が設けられる。
ワッシャシム３７をアームＮｏ．２（６）とその両側のアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）とで挟むために、アームＮｏ．２（６）の外径と、アームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の外径とを合わせる。この場合、従来（図１３）は、拡径されたアームＮｏ．２（６）の外径ＣにアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の外径を合わせていたが、本発明では、図１に示すように、拡大されていない小径のままのアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の外径Ｃ’（Ｃ’＜Ｃ）にアームＮｏ．２（６）の外径を合わせてある。

つぎに、本発明の作用・効果を説明する。
スライダー１の両端部３、４のうち少なくとも一方の端部３、４の外歯１３、１４に、１つ以上の周方向切欠き１７を設けるとともに、アームＮｏ．２（６）の内歯１１に、１つ以上の周方向切欠き２１を設け、周方向切欠き１７の周方向長さを、アームＮｏ．２（６）の内歯１１の非切欠き部２２の周方向長さ以上とすることによって、アームＮｏ．２（６）の非切欠き部２２をスライダー１の両端部３、４のうち少なくとも一方の端部３、４の周方向切欠き２１を通して、アームＮｏ．２（６）をスライダー１の中央部２に組み付けることができるので、従来（図１３）のようにスライダー１の中央部の直径Ｂをスライダーの両端部の直径Ａより大きくする（Ｂ＞Ａとする）必要がなくなり、本発明では、スライダー１の中央部２の直径Ｂとスライダー１の両端部３、４の直径Ａを同じにする（Ｂ＝Ａとする）ことができる。ここで、Ａはスライダー１の両端部３、４の必要最小限の直径である。

その結果、本発明では、アームＮｏ．２（６）の外径Ｃ’が、従来（図１３）のアームＮｏ．２の外径Ｃより小となり、アームアッシ５の体格が直径方向に小さくなる。それによって、キャリア上方、あるいはシリンダヘッド上方で、ヘッドカバー下方の狭いスペースに、本発明の連続可変動弁機構１０を配置するのに、有利となる。
また、スライダー１やアームアッシ５の体格が小となることによって、軽量化がはかられ、かつ、運動部分の慣性が小さくなって、動弁系の運動性能がよくなる。

従来は、ワッシャシム３８を、拡径されたアームＮｏ．２（６）と、その両側のアームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）との間に挟むために、アームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の外径を、拡径されたアームＮｏ．２（６）の外径に合わせる必要があったが、本発明では、アームＮｏ．２（６）の外径Ｃ’が従来（図１３）のアームＮｏ．２の外径Ｃより小となるため、アームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の外径も従来の寸法Ｃから、Ｃ’に縮小できる。その結果、アームアッシ５の体格が、アームＮｏ．２（６）、アームＮｏ．３（７）、アームＮｏ．４（８）の全てのアームにわたって、直径方向に小さくなる。それによって、キャリア上方、あるいはシリンダヘッド上方で、ヘッドカバー下方の狭いスペースに、本発明の連続可変動弁機構１０を配置するのに、有利となる。また、スライダー１やアームアッシ５の体格が小となることによって、軽量化がはかられ、かつ、運動部分の慣性が小さくなって、動弁系の運動性能がよくなる。

本発明の連続可変動弁機構のスライダーおよびカムアッシ部分の断面図である。 図１のスライダーおよびアームＮｏ．２の斜視図である。 本発明の連続可変動弁機構の全体の平面図である。 本発明の連続可変動弁機構のアームアッシの斜視図である。 図４のアームアッシのアームＮｏ．２の斜視図である。 図４のアームアッシのアームＮｏ．３、アームＮｏ．４の斜視図である。 本発明の連続可変動弁機構のコントロールシャフトと支持パイプの斜視図である。 本発明の連続可変動弁機構のスライダーの斜視図である。 本発明の連続可変動弁機構の、コントロールシャフト、支持パイプ、スライダーの斜視図である。 本発明の連続可変動弁機構の、コントロールシャフト、支持パイプ、スライダー、（一部を切り欠いて示した）アームアッシの斜視図である。 本発明の連続可変動弁機構の、コントロールシャフト軸方向から見た、断面図である。 本発明の連続可変動弁機構のバルブリフト量／作用角図である。 従来の連続可変動弁機構のスライダーおよびカムアッシ部分の断面図である。

符号の説明

１ スライダー
２ （スライダーの）中央部
３、４ （スライダーの）端部
５ アームアッシ
６ アームＮｏ．２
６ａ ローラ
７ アームＮｏ．３
７ａ 嘴
８ アームＮｏ．４
８ａ 嘴
９ 中央スプライン
１０ スライダーの中央部の外歯
１１ アームＮｏ．２の内歯
１２ 端部スプライン
１３、１４ スライダーの端部の外歯
１５、１６ アームＮｏ．３、アームＮｏ．４の内歯
１７ スライダーの端部の外歯の周方向切欠き部
１８ スライダーの端部の外歯の非切欠き部
１９ スライダーの中央部の外歯の周方向切欠き部
２０ スライダーの中央部の外歯の非切欠き部
２１ アームＮｏ．２の内歯の周方向切欠き部
２２ アームＮｏ．２の内歯の非切欠き部
３０ 連続可変動弁機構
３１ コントロールシャフト
３２ 支持パイプ
３３ アクチュエータ
３４ ピン
３５ （支持パイプに形成された）ピン孔
３６ （スライダーに形成された）ピン孔
３７ ワッシャシム
３８ （従来の）ワッシャシム
５０ キャリア
５１ 気筒
５２ カムシャフト
５３ カム
５４ バルブ
５５ バルブスプリング
５６ アームＮｏ．１（ロッカアーム）
５７ ラッシュアジャスタ

Claims (2)

1. 中央部と両端部を有するスライダーと、中央に位置するアームＮｏ．２とアームＮｏ．２の両側に位置するアームＮｏ．３、アームＮｏ．４を有するアームアッシと、捩じりスプラインからなりスライダーの中央部の外歯とアームＮｏ．２の内歯とからなる中央スプライン、および中央スプラインと逆方向に捩じられた捩じりスプラインからなりスライダーの両端部の外歯とアームＮｏ．３、アームＮｏ．４の内歯とからなる端部スプラインと、を備えた連続可変動弁機構であって、
   スライダーの両端部のうち少なくとも一方の端部の外歯に１つ以上の周方向切欠きを設け、アームＮｏ．２の内歯に１つ以上の周方向切欠きと１つ以上の非切欠き部を設け、スライダーの少なくとも一方の端部の外歯の周方向切欠きの周方向長さをアームＮｏ．２の内歯の非切欠き部の周方向長さ以上とした連続可変動弁機構。
2. スライダーの中央部の直径とスライダーの両端部の直径を同じにした請求項１記載の連続可変動弁機構。

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