JP4200932B2 - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブのバルブ特性を可変とする内燃機関の可変動弁機構に関する。

内燃機関の運転状態に応じて、吸気バルブや排気バルブのバルブリフト量や作用角を可変とする可変動弁機構が知られている。このような可変動弁機構の中で、特開２００１−２６３０１５号公報に記載されている可変動弁機構は、コントロールシャフトの軸方向の動きに連動して駆動するスライダギアによって仲介駆動機構の入力部と揺動カムの相対位相差を変更し、バルブのリフト量を可変にするものである。
特開２００１−２６３０１５号公報

しかし、かかる従来の技術では入力部を挟む両揺動カムのバランスを調整する手段がないため、調整するのに多くの時間を費やさなければならなかった。
また、従来の技術では、車両整備による分解後の再組付け時などにおいては入力部と揺動カム等からなる仲介駆動機構の気筒間の調整方法がなく、バルブリフト量の気筒間の調整に多くの時間を費やされていた。
本願に係る発明が解決する課題は、仲介駆動機構の調整を容易にし、最適な内燃機関の状態を達成しようとするものである。

請求項１に係る発明は、コントロールシャフトと、コントロールシャフトの軸方向の動きに連動して動くスライダギアと、スライダギアの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、カムシャフトからの力を受ける入力部と、前記入力部と係合するヘリカルスプラインとは異なる方向に形成されたスライダギアの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを駆動する揺動カムと、前記スライダギアと入力部または揺動カムとの相対位置関係を調整する調整手段と、を有する仲介駆動機構をカムシャフトと吸気バルブ又は排気バルブの間に配置したことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構である。この発明によれば、スライダギアと入力部のスプライン係合の相対位置関係、又はスライダギアと揺動カムのスプライン係合の相対位置関係を調整することができるため、１気筒内における吸気バルブまたは排気バルブの調整を行うことができる。

請求項２に係る発明は、前記調整手段が、入力部と揺動カムの間に介挿されるシムであることを特徴とする請求項１の内燃機関の可変動弁機構である。この発明によれば、一度調整したスライダギアと入力部及び揺動カムの相対位置関係が長期間安定する。

請求項３に係る発明は、前記シムが、円環の一部が開口したＵ字状であり、該シムに突起形状が形成されてあることを特徴とする請求項２の内燃機関の可変動弁機構である。この発明によれば、シムがＵ字状であるため、仲介駆動機構を分解せずに調整ができるほか、突起形状によりエンジン上方からの調整作業を容易に行うことができる。

請求項４に係る発明は、前記調整手段が、入力部と揺動カムの間に介挿され、電荷の印加により前記コントロールシャフト軸方向に伸縮動作する電歪素子であることを特徴とする請求項１の内燃機関の可変動弁機構である。この発明によれば、１気筒内における吸気バルブまたは排気バルブの機関の摩耗・変形やデポジットの堆積等の経時変化によるばらつきを部品の取外しなしに調整することができる。また、熱膨張や爆発力の変化等による機関運転中に生じる１気筒内のばらつきを自動調整することができる。

請求項５に係る発明は、コントロールシャフトと、コントロールシャフトの軸方向の動きに連動して動くスライダギアと、スライダギアの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、カムシャフトからの力を受ける入力部と、前記入力部と係合するヘリカルスプラインとは異なる方向に形成されたスライダギアの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、内燃機関吸気バルブまたは排気バルブを駆動する揺動カムと、前記入力部と揺動カムを一体としてスライダギアとの相対位置関係を調整する調整手段と、を有する仲介駆動機構をカムシャフトと吸気バルブ又は排気バルブの間に配置したことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構である。この発明によれば、入力部と揺動カムを一体としてスライダギアとの相対位置関係を調整することができるため、気筒間に亘ったバルブの調整を実施することができる。

請求項６に係る発明は、調整手段が、揺動カムとシリンダヘッドに形成された立壁部との間に介挿されるシムであることを特徴とする請求項５の内燃機関の可変動弁機構である。この発明によれば、一度調整した気筒間にわたるバルブのバランスが長期間安定する。

請求項７に係る発明は、前記シムが、円環の一部を開口したＵ字状であり、該シムに突起形状が形成されてあることを特徴とする請求項６の内燃機関の可変動弁機である。この発明によれば、シムがＵ字状であるため、仲介駆動機構を分解せずに調整ができるほか、突起形状によりエンジン上方からの調整作業を容易に行うことができる。

請求項８に係る発明は、前記調整手段が、揺動カムとシリンダヘッドに形成された立壁部との間に介挿され、電荷の印加により前記コントロールシャフト軸方向に伸縮動作する電歪素子であることを特徴とする請求項５の内燃機関の可変動弁機構である。この発明によれば、この発明によれば、気筒間における吸気バルブまたは排気バルブの機関の摩耗・変形やデポジットの堆積等の経時変化によるばらつきを部品の取り外しなしに調整することができる。また、熱膨張や爆発力の変化等による機関運転中に生じる気筒間のばらつきを自動調整することができる。

［第一実施形態］
図１はエンジン１のシリンダ配列方向に垂直な断面を示す図である。エンジン１はシリンダブロック２、シリンダブロック内を往復運動するピストン３、シリンダブロック２の上面に取付けられたシリンダヘッド５、シリンダブロック２とピストン３とシリンダヘッド５に囲まれて形成される燃焼室４を備える。シリンダヘッド５には、吸気ポート６、排気ポート７が形成され、それぞれに吸気バルブ９、排気バルブ８が配置されている。排気バルブ８は、排気バルブ８の上方に配置された排気カムシャフト１０の回転に伴って排気カムシャフト１０に形成された排気カム１１がロッカーアーム１２を周期的に押すことによって、燃焼室４と排気ポート７を開閉する。吸気バルブ９は、吸気バルブ９の上方に配置された吸気カムシャフト１３の回転に伴って吸気カムシャフト１３に形成された吸気カム１４が仲介駆動機構１５の入力部１６を押し、入力部１６に入力された力が揺動カム１７に伝達され、この揺動カム１７が周期的にロッカーアーム１８を押すことによって、燃焼室４と吸気ポート６を開閉する。

そして、この吸気バルブ９は、吸気カム１４とロッカーアーム１８の間に仲介駆動機構１５を介しているため、バルブリフト量が連続的に可変可能である。この仲介駆動機構１５はコントロールシャフト１９を備え、コントロールシャフト１９を軸方向に駆動させることで入力部１６と揺動カム１７の位置関係を変更し、バルブリフト量を調整するものである。

例えば、コントロールシャフト１９を一方の方向へ駆動させると、入力部１６はコントロールシャフト１９の軸中心を中心に時計回りに回動し、揺動カム１７は同じくコントロールシャフト１９の軸中心を中心に反時計回りに回動する。したがって、コントロールシャフト１９の軸中心を中心にした入力部１６と揺動カム１７の中心角θが大きくなり、吸気バルブ９のバルブリフト量が大きくなる。反対に、コントロールシャフト１９を他方の方向へ駆動させると、今度は入力部１６が反時計回りに回動し、揺動カム１７が時計回りに回動する。したがって、中心角θが小さくなり、吸気バルブ９のバルブリフト量が小さくなる。なお、２０はコントロールシャフト１９を支持する支持パイプであり、２１は入力部１６を吸気カムシャフト１３へ押し付けるためのスプリングである。
次に、図２、図３を基に、より詳細な仲介駆動機構１５の説明をする。図２は仲介駆動機構１５の斜視図であり、図３は仲介駆動機構１５のコントロールシャフト１９の軸方向に沿った断面の断面図である。

入力部１６のハウジング１６ａと揺動カム１７のハウジング１７ａから形成される空間にはコントロールシャフト１９にピン２２で固定され、コントロールシャフト１９と連動して動くスライダギア２３が内設されている。スライダギア２３の外周には、ヘリカルスプライン２４ａ、２４ｂがそれぞれ方向を異にして形成されており、入力部１６のハウジング１６ａの内面に形成されたヘリカルスプライン２５と、揺動カム１７のハウジング１７ａの内面に形成されヘリカルスプライン２６と係合している。スライダギア２３のヘリカルスプライン２４ａと２４ｂとが方向を異にして形成されているため、入力部１６のハウジング１６ａの内面に形成されたヘリカルスプライン２５と揺動カム１７のハウジング１７ａの内面に形成されたヘリカルスプライン２６も方向を異にして形成されている。
図２、図３において、入力部１６と係合するスライダギア２３のヘリカルスプライン２４ａが右ネジの螺旋状に、入力部１６両端の揺動カム１７と係合するスライダキア２３のヘリカルスプライン２４ｂが左ネジの螺旋状に形成されているとする。また、コントロールシャフトを駆動するアクチュエータがＲ方向他端に設けられているとする。ここで、コントロールシャフトをＦ方向に駆動すると、入力部１６と揺動カム１７の中心角θが大きくなりバルブリフト量が大きくなる。反対に、Ｒ方向に駆動すると、入力部１６と揺動カム１７の中心角θが小さくなりバルブリフト量が小さくなる。したがって、上述したようにコントロールシャフト１９の駆動方向及び駆動量によって入力部１６と揺動カム１７の中心角θを連続的に大小に可変することができ、それに伴って吸気バルブ９のバルブリフト量を連続的に変更することができる。

次に、揺動カム１７のバランス調整について説明する。一般にエンジンの各気筒には複数の吸気バルブが設置されており、各バルブのバルブリフト量は同一であるのが通常である。図２、図３に示した仲介駆動機構１５においても、入力部１６の両サイドに揺動カム１７が設置されており、各揺動カム１７はそれぞれ別個の吸気バルブ９を開閉する構成となっている。各吸気バルブ９のバルブリフト量を同一にするためには、入力部１６と揺動カム１７の中心角θを左右の揺動カム１７において同一に設定しなければならない。
中心角θを変更するには、揺動カム１７とスライダギア２３の相対位置関係を調整することで可能であるが、入力部１６と揺動カム１７の中心角θを左右で同一にするためには、各揺動カム１７をスライダギア２３に対して別個に調整する必要がある。そのため、本実施の形態では、入力部１６と揺動カム１７の間にシム２７を介挿させることで各揺動カム１７とスライダギア２３のコントロールシャフト軸方向の相対位置関係を調整可能とした。このような構成を採ることにより、揺動カム１７の調整を容易に行うことができる。
ここで、入力部１６を基準位置として、Ｆ方向側のシム２７を厚くすると、Ｆ方向側の揺動カム１７はＦ方向に移動し、入力部１６とＦ方向側の揺動カム１７の中心角θを小さくなるように調整可能である。逆に、Ｆ方向側のシム２７を薄くすると、Ｆ方向側の揺動カム１７はＲ方向に移動し、入力部１６とＦ方向側の揺動カム１７の中心角θを大きくなるように調整可能である。また、入力部１６を基準として、Ｒ方向側のシム２７を厚くすると、Ｒ方向側の揺動カム１７はＲ方向に移動し、入力部１６とＲ方向側の揺動カム１７の中心角θを大きくなるように調整可能である。逆に、Ｒ方向側のシム２７を薄くすると、Ｒ方向側の揺動カム１７はＦ方向に移動し、入力部１６とＲ方向側の揺動カム１７の中心角θを小さくなるように調整可能である。

なお、シム２７の形状は、図４ａに示すように、円環状のものを用いてもよいし、図４ｂに示す、Ｕ字状のシムを用いてもよい。特に図４ｂのシムには、作業性を考慮した突起形状２８が形成されており、エンジン上方からシムを調整可能にしている。また、仲介駆動機構１５を分解する必要なく調整可能である。

次に、気筒３２間における仲介駆動機構１５の調整について説明する。仲介駆動機構１５を有する可変動弁機構の概略図を図５に示す。
図５は、４気筒直列型のエンジンであり、仲介駆動機構１５が各気筒３２にそれぞれ１ユニット配置されている。各仲介駆動機構１５はシリンダヘッド５に形成された立壁部３０によって挟持されている。なお、立壁部３０はシリンダヘッド５とは別体のカムキャリア（図示しない）を採用するエンジンにおいては、カムキャリアに形成される場合もある。
仲介駆動機構１５のスライダギア２３を駆動するコントロールシャフト１９のアクチュエータ２９はシリンダヘッド５の一方の端に固定されている。このコントロールシャフトアクチュエータ２９にコントロールシャフト１９が連結されているので、コントロールシャフト１９と連動するスライダギア２３の位置はコントロールアクチュエータ２９の取付け位置によって、決定される。

一方、仲介駆動機構１５の入力部１６と揺動カム１７はスライダギア２３に対して相対移動可能であるから、コントロールシャフトアクチュエータ２９の取付け位置には関係なく別途調整が必要となる。そこで、本実施の形態では、立壁部３０と仲介駆動機構１５の間に気筒間調整用のシム３１を介挿してある。上述したように揺動カム１７の調整ができても、入力部１６と揺動カム１７が一体となってスライダギア２３に対し相対的に移動できるので、各気筒３２で、中心角θが異なる虞があるが、シム３１によって各気筒３２間の中心角θを同一にすることができる。

ここで、任意の立壁部３０、３０に狭持された仲介駆動機構において、Ｒ方向側のシム３１を薄く、かつＦ方向側のシム３１を厚くすることで、仲介駆動機構を大リフト側に調整可能である。逆に、Ｒ方向側のシム３１を厚く、かつＦ方向側のシム３１を薄くすることで、仲介駆動機構を小リフト側に調整可能である。以上の調整を各気筒毎に行うことにより、全気筒のリフト量を同一に調整することが可能である。

気筒３２間の調整に用いられるシム３１も図４に示すものを使用することができ、特に図４ｃに示すようなＵ字状の大きさを支持パイプ２０の外形に対応して形成されたものを用いれば、調整が容易に行えるようになる。

［第二実施形態］
本発明の第二実施形態について、図６を参照して説明する。
本実施形態の可変動弁機構は、前記図３の第一実施形態の可変動弁機構において、入力部１６と揺動カム１７の間にシム２７に換えて電歪素子としてのピエゾ素子３３を介挿させることで各揺動カム１７とスライダギア２３のコントロールシャフト軸方向の相対位置関係を調整可能とした。ピエゾ素子３３はＰＺＴ等からなる板状部材であり、電荷が供給されるとコントロールシャフト軸方向に伸張し、電荷が放電されると収縮する。また、これにともなって、ピエゾ素子３３を制御する制御装置（制御手段）３４が備えられている。このような構成を採ることにより、揺動カム１７の調整を容易に行うことができる。なお、ピエゾ素子３３の形状は、図６ａに示すように、円環状のものを用いてもよいし、図６ｂに示す、Ｕ字状のピエゾ素子を用いてもよい。

こうした可変動弁機構においては、ピエゾ素子３３を通じて、１気筒内における吸気バルブの調整することが可能となる。また、前記制御装置３４をエンジン１の運転を総括的に制御する図示しない電子制御装置に含めることによって、エンジンの運転中、各吸気バルブの最大リフト量が一致するようにエンジンの熱膨張や爆発力の変化等に基づいてピエゾ素子３３のコントロールシャフト軸方向の伸張量を制御することができる。
次に、気筒３２間における仲介駆動機構１５の調整について説明する。本実施の形態では、前記図５の第一実施形態の可変動弁機構において、立壁部３０と仲介駆動機構１５の間に気筒間調整用のシム３１に換えてピエゾ素子３３を介挿してある。上述したように揺動カム１７の調整ができても、入力部１６と揺動カム１７が一体となってスライダギア２３に対し相対的に移動できるので、各気筒３２で、中心角θが異なる虞があるが、ピエゾ素子３３によって各気筒３２間の中心角θを同一にすることができる。

気筒３２間の調整に用いられるピエゾ素子３３も図４に示すものを使用することができ、特に図４ｃに示すようなＵ字状の大きさを支持パイプ２０の外形に対応して形成されたものを用いれば、調整が容易に行えるようになる。

［その他の実施形態］
・本発明の実施形態において、仲介駆動機構を吸気側の動弁機構に設置するようにしたが、仲介駆動機構を排気側の動弁機構に設置するように変更することもできる。
・本発明の実施形態において、仲介駆動機構からバルブの駆動をロッカーアームを介して行うようにしたが、仲介駆動機構から直打によりバルブを駆動することもできる。

エンジンのシリンダ配列方向に垂直な断面の断面図である。 仲介駆動機構の斜視図である。 仲介駆動機構のコントロールシャフトの軸方向に沿う断面の断面図である。 シムの正面図である。 仲介駆動機構をシリンダヘッドに組付けた状態を示す図である。 ピエゾ素子と制御装置の概要図である。

符号の説明

１…エンジン、２…シリンダブロック、３…ピストン、４…燃焼室、５…シリンダヘッド、６…吸気ポート、７…排気ポート、８…排気バルブ、９…吸気バルブ、１０…排気カムシャフト、１１…排気カム、１２…ロッカーアーム、１３…吸気カムシャフト、１４…吸気カム、１５…仲介駆動機構、１６…入力部、１６ａ…入力部のハウジング、１７…揺動カム、１７ａ…揺動カムのハウジング、１８…ロッカーアーム、１９…コントロールシャフト、２０…支持パイプ、２１…スプリング、２２…ピン、２３…スライダギア、２４ａ、ｂ…スライダギア外周のヘリカルスプライン、２５…入力部のハウジング内面のヘリカルスプライン、２６…揺動カムのハウジング内面のヘリカルスプライン、２７…揺動カム調整シム、２８…突起、２９…コントロールシャフトアクチュエータ、３０…立壁部、３１…気筒間調整シム、３２…気筒、３３…ピエゾ素子、３４…制御装置

Claims (8)

1. コントロールシャフトと、コントロールシャフトの軸方向の動きに連動して動くスライダギアと、スライダギアの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、カムシャフトからの力を受ける入力部と、前記入力部と係合するヘリカルスプラインとは異なる方向に形成されたスライダギアの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを駆動する揺動カムと、前記スライダギアと入力部または揺動カムとの相対位置関係を調整する調整手段と、を有する仲介駆動機構をカムシャフトと吸気バルブ又は排気バルブの間に配置したことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. 前記調整手段は、入力部と揺動カムの間に介挿されるシムであることを特徴とする請求項１の内燃機関の可変動弁機構。
3. 前記シムは、円環の一部が開口したＵ字状であり、該シムに突起形状が形成されてあることを特徴とする請求項２の内燃機関の可変動弁機構。
4. 前記調整手段は、入力部と揺動カムの間に介挿され、電荷の印加により前記コントロールシャフト軸方向に伸縮動作する電歪素子であることを特徴とする請求項１の内燃機関の可変動弁機構。
5. コントロールシャフトと、コントロールシャフトの軸方向の動きに連動して動くスライダギアと、スライダギアの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、カムシャフトからの力を受ける入力部と、前記入力部と係合するヘリカルスプラインとは異なる方向に形成されたスライダギアの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブを駆動する揺動カムと、前記入力部と揺動カムを一体としてスライダギアとの相対位置関係を調整する調整手段と、を有する仲介駆動機構をカムシャフトと吸気バルブ又は排気バルブの間に配置したことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
6. 前記調整手段は、揺動カムとシリンダヘッドに形成された立壁部との間に介挿されるシムであることを特徴とする請求項５の内燃機関の可変動弁機構。
7. 前記シムは、円環の一部が開口したＵ字形状をしており、該シムに突起形状が形成されてあることを特徴とする請求項６の内燃機関の可変動弁機構。
8. 前記調整手段は、揺動カムとシリンダヘッドに形成された立壁部との間に介挿され、電荷の印加により前記コントロールシャフト軸方向に伸縮動作する電歪素子であることを特徴とする請求項５の内燃機関の可変動弁機構。
   
   
   
   
   

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