JP4270253B2 - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁機構に関する。

内燃機関のクランクシャフトに連動して吸気弁あるいは排気弁を開閉駆動すると共に、制御軸の回転に伴って吸気弁あるい排気弁のリフト特性を可変とする可変動弁機構が従来から広く知られている。このような可変動弁機構においては、内燃機関本体に対する上記制御軸の気筒列方向に沿った位置決めを行う必要があり、上記制御軸の気筒列方向に沿った位置決めを行う軸方向位置決め機構を備えている。

また、このような可変動弁機構としては、上記制御軸の回転可能範囲を機械的に規制するストッパ機構が設けられ、このストッパ機構による回転可能範囲よりも小さい範囲で該制御軸の制御目標値が設定されたものが特許文献１に開示されている。この特許文献１においては、上記ストッパ機構が、シリンダヘッドに固定されたアクチュエータプレートから制御軸側へ向けて延びる制御軸軸方向に沿った２本のストッパと、制御軸に設けられ、制御軸半径方向に沿って延びるストッパピンとから大略構成されている。尚、上記２本のストッパは、適宜間隔を空けて設けられている。
特開２００５−２２６５４３号公報

しかしながら、上述の特許文献１においては、可変動弁機構を構成する上で必要となる上記ストッパ機構と上述の軸方向位置決め機構とが個別に構成されることになるため、レイアウト上の多くのスペースが必要となり、総じて可変動弁機構が大型化してしまう虞がある。

そこで、本発明は、クランクシャフトの回転に連動して作動し、吸気弁又は排気弁を開閉駆動すると共に、制御軸の回転に伴って吸気弁又は排気弁のリフト特性を可変とする内燃機関の可変動弁機構において、上記制御軸は、内燃機関本体側の制御軸軸受に回転可能に支持されるジャーナル部と、該ジャーナル部に隣接し、上記制御軸の外周面から突出して該制御軸の制御軸軸方向の移動を規制するフランジ部と、を有し、上記フランジ部は、内燃機関本体側のフランジ受け部に回転可能に支持されていると共に、上記フランジ部の外周には、制御軸半径方向外側に向かって突出して上記制御軸の回転範囲を規制するストッパ突出片が形成されていることを特徴としている。これによって、制御軸の気筒列方向に沿った位置決めを行う機構と、制御軸の回転可能範囲を機械的に規制する機構と、が一体化する。

本発明によれば、制御軸の制御軸軸方向の移動を規制するフランジ部に、制御軸の回転範囲を規制するストッパ突出片が形成されているため、全体として可変動弁機構を小型化することができると共に、可変動弁機構の組み立て性の向上を図ることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、可変動弁機構１を簡略的に示す斜視図である。この可変動弁機構１は、クランクシャフト（図示せず）の回転に機械的に連動して吸気弁１１を開閉駆動するとともに、制御軸１２の回転に伴って吸気弁１１のリフト特性、詳しくは吸気弁１１のバルブリフト量及び作動角の双方を連続的に変化させるリフト作動角可変機構（ＶＥＬ）を示している。この可変動弁機構１は、例えば前述の特許文献１等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。

可変動弁機構１は、シリンダヘッド上部のラダーカムブラケット２１（後述）に回転自在に支持され、吸気弁１１の上方を気筒列方向に延びる駆動軸２と、この駆動軸２に圧入等により固定され、この駆動軸２と一体的に回転する駆動偏心軸部３と、駆動軸２の上方位置に同じラダーカムブラケット２１によって回転自在に支持されるとともに駆動軸２と平行に配置された制御軸１２と、この制御軸１２に圧入等により固定され、制御軸１２と一体的に回転する制御偏心軸部１８と、この制御偏心軸部１８に揺動自在に支持された中間部材としてのロッカアーム６と、駆動軸２に揺動可能に取り付けられた揺動カム（動弁カム）９と、を備えている。駆動偏心軸部３とロッカアーム６の一端とはアーム状の第１リンク４によって連係されており、ロッカアーム６の他端と揺動カム９とは、一端がリング状をなす第２リンク８によって連係されている。

駆動軸２は、図示せぬタイミングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関のクランクシャフトによって駆動され、クランクシャフトと機械的に連動して軸周りに回転する。駆動偏心軸部３は、円形外周面を有し、この外周面の中心が駆動軸２の軸心から所定量だけ偏心している。ロッカアーム６は、略中央部が制御偏心軸部１８によって揺動可能に支持されている。ロッカアーム６の一端部には、連結ピン５を介して第１リンク４が連結され、他端部には、連結ピン７を介して第２リンク８が連結されている。制御偏心軸部１８は、制御軸１２の軸心から所定量だけ偏心している。従って、制御軸１２の角度位置に応じてロッカアーム６の揺動中心が変化する。

揺動カム９の先端部と第２リンク８とは連結ピン１７を介して連結されている。この揺動カム９の下面には、駆動軸２と同心状の円弧をなす基円面と、この基円面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらの基円面ならびにカム面が、揺動カム９の揺動位置に応じてタペット（バルブリフタ）１０の上面に対向・当接するようになっている。すなわち、基円面はベースサークル区間として、リフト量が０となる区間であり、揺動カム９が揺動してカム面がタペット１０に接触すると、吸気弁１１がバルブスプリング反力に抗して押し下げられて、吸気弁１１が徐々にリフトしていくことになる。

制御軸１２は、図１に示すように、制御軸１２一端側に設けられた制御軸アクチュエータ１３によって所定回転角度範囲内で回転するように構成されている。この制御軸アクチュエータ１３は、例えばサーボモータのような電動モータからなり、制御軸１２の回転角位置を保持する機能を有し、機械的連動機構であるウォームギヤ機構１５を介して制御軸１２と機械的に連係されている。

ウォームギヤ機構１５は、制御軸アクチュエータ１３の出力軸１３ａに固定され、この出力軸１３ａと一体的に回転するウォーム１５ａと、制御軸１２の一端に圧入等により固定され、この制御軸１２とともに回転するウォームホイール１５ｂと、により構成されている。ウォームホイール１５ｂの外周には、ウォーム１５ａに噛み合うウォームギヤが形成されている。

制御軸１２及びその制御偏心軸部１８の回転角位置は、ポテンショメータ等の制御軸センサ１４によって検出されている。この制御軸センサ１４の検出信号に基づいて、制御装置（制御手段）１９が制御軸アクチュエータ１３へ制御信号を出力し、制御軸１２の回転角位置が目標値となるようにクローズドループ制御される。

この可変動弁機構１の作用を簡単に説明すると、駆動軸２が回転すると、駆動偏心軸部３，第１リンク４，ロッカアーム６，第２リンク８を経由して揺動カム９が揺動する。この揺動カム９によって、タペット１０が押圧され、図示せぬバルブスプリングのばね力に抗して吸気弁１１が開閉作動する。また、制御軸アクチュエータ１３により制御軸１２の角度位置を変更すると、ロッカアーム６の初期位置が変化して、揺動カム９によるバルブリフト特性が連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角を、両者同時に、連続的に拡大，縮小させることができる。各部のレイアウトによるが、例えば、リフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁１１の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。

尚、気筒列方向に延びている駆動軸２及び制御軸１２は気筒列を構成する複数の気筒に共用されるのに対して、可変動弁機構１（リフト作動角可変機構）の構成部品である揺動カム９、ロッカアーム６、第１リンク４、第２リンク８等は気筒列を構成する個々の気筒毎に独立して設けられている。

ここで、この可変動弁機構１は、図２〜図５に示すように、内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）の上部に支持固定されている。

上記シリンダヘッドは、ヘッド本体として機能するヘッドロア（図示せず）の上面に、複数の軸受キャップを枠状のフレームとともに一体に形成したいわゆるラダーフレーム構造のラダーカムブラケット２１を着脱可能に装着したもので、ヘッドアッパとして機能するこのラダーカムブラケット２１は複数のヘッドアッパ取付ボルト（図示せず）により上記ヘッドロアに締結固定されている。ここで、図２中の３１が、上記ヘッドアッパ取付ボルトが挿入されるヘッドアッパ取付ボルト挿入穴である。

そして、駆動軸２及び制御軸１２は双方ともに平行状態を保ちながら気筒列方向に延びていて、駆動軸２は上記ヘッドロアとラダーカムブラケット２１とによって軸方向に沿った複数箇所で挟持されるようにして回転可能に支持されている。一方、制御軸１２はラダーカムブラケット２１上面に載置された上で、このラダーカムブラケット２１と、キャップ締結用ボルト（図示せず）によりボルト締め固定される軸受けキャップ２２と、によって軸方向に沿った複数箇所で回転可能に支持されている。換言すると、制御軸１２は、そのジャーナル部１２ａが、制御軸１２を回転可能に支持する制御軸軸受の軸受本体部であるカムラダーブラケット２１の制御軸軸受部２３と、上記制御軸軸受のキャップ部としての軸受けキャップ２２とによって回転可能に支持されている。

軸受けキャップ２２は、制御軸１２を跨ぐように配置され、制御軸１２の軸直角方向で制御軸１２を挟む２本のキャップ締結用ボルト（図示せず）によりラダーカムブラケット２１に対して固定されている。ここで、図２中の３２が、上記キャップ締結用ボルトが挿入されるキャップ締結用ボルト挿入穴である。

制御軸１２には、制御軸１２の一端側のジャーナル部１２ａに隣接する位置に、制御軸１２の外周面から突出して制御軸１２の軸方向の移動を規制する鍔状のフランジ部２４が形成されている。このフランジ部２４は、制御軸軸方向に沿って所定の厚みを有し、隣接するジャーナル部１２ａを支持する制御軸軸受部２３から張り出したフランジ受け部２５に回転可能に支持されている。つまり、フランジ受け部２５は制御軸軸受部２３と実質的には一体となっている。

このフランジ部２４の外周には、制御軸半径方向外側に向かって突出し、制御軸１２の回転範囲を規制する略円弧状のストッパ突出片２６が形成されている。このストッパ突出片２６は、制御軸軸方向に沿った厚さがフランジ部２４の制御軸軸方向に沿った厚さと同じ厚さであって、制御軸１２の回転に伴い、ストッパ突出片２６がフランジ受け部２５の上面であるストッパ突出片受け面２５ａに面接触するよう形成されている。詳述すると、ストッパ突出片２６は、フランジ部２４の外周面に対して直交し、制御軸１２の回転に伴いストッパ突出片受け面２５ａに面接触可能な一対の起立壁２７，２７と、これら起立壁２７，２７の上端に挟まれたフランジ部２４と同心の円弧である外周壁２８と、によって構成されている。

一方、ストッパ突出片受け面２５ａは、制御軸軸受部２３と軸受けキャップ２２との合わせ面に連続するよう形成されており、より具体的には、ラダーカムブラケット２１上面に載置された状態の制御軸１２の軸心を通る平面と一致するように形成されている。さらに言えば、ストッパ突出片受け面２５ａと、制御軸軸受部２３と軸受けキャップ２２との合わせ面とが同一平面上に位置するように構成されている。

そして、このストッパ突出片受け面２５ａに、ストッパ突出片２６の起立壁２７が面接触することで、制御軸１２の機械的な回転可能範囲が規制されている。但し、上述したように制御軸１２を正確にクローズドループ制御できるように、実際に制御目標値となり得る制御軸１２の制御回転範囲は、上記の機械的な回転可能範囲よりも小さく設定されている。

つまり、ストッパ突出片２６の一方の起立壁２７がストッパ突出片受け面２５ａに突き当てられる機械的な回転可能範囲の最小側限界位置は、制御軸１２の制御目標値の最小値よりも更に小作動角側に余裕をもって設定されている。同様に、ストッパ突出片２６の他方の起立壁２７がストッパ突出片受け面２５ａに突き当てられる機械的な回転可能範囲の最大側限界位置は、制御軸１２の制御目標値の最大値よりも更に大作動角側に余裕をもって設定されている。

このように構成された内燃機関の可変動弁機構においては、制御軸１２の制御軸軸方向の移動を規制するフランジ部２４に、制御軸１２の機械的な回転可能範囲を規制するストッパ突出片２６が一体に形成されているので、制御軸１２の機械的な回転可能範囲を規制する構成を簡素化することができ、全体として可変動弁機構１を小型化することができると共に、可変動弁機構１の組み立て性の向上を図ることができる。

そして、制御軸１２側のストッパ突出片２６と、シリンダヘッド側のストッパ突出片受け面２５ａとが、面接触するよう構成されているので、ストッパ突出片２６をストッパ突出片受け面２５ａに突き合わせた際に、機械的な回転可能範囲の最大側限界位置もしくは最小限界位置を安定して維持することができるので、この状態で行うバルブリフト量の調整を容易にかつ正確に実施することができ、気筒間のバルブリフト量のばらつきを一層低減することができる。

また、ストッパ突出片受け面２５ａと、制御軸軸受部２３と軸受けキャップ２２との合わせ面とが同一平面上に位置するように構成されているので、ストッパ突出片受け面２５ａと、制御軸軸受部２３と軸受けキャップ２２との合わせ面とを同時に機械加工することができ、相対的に生産性を向上させることができる。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１） クランクシャフトの回転に連動して作動し、吸気弁又は排気弁を開閉駆動すると共に、制御軸の回転に伴って吸気弁又は排気弁のリフト特性を可変とする内燃機関の可変動弁機構において、上記制御軸は、内燃機関本体側の制御軸軸受に回転可能に支持されるジャーナル部と、該ジャーナル部に隣接し、上記制御軸の外周面から突出して該制御軸の制御軸軸方向の移動を規制するフランジ部と、を有し、上記フランジ部は、内燃機関本体側のフランジ受け部に回転可能に支持されていると共に、上記フランジ部の外周には、制御軸半径方向外側に向かって突出して上記制御軸の回転範囲を規制するストッパ突出片が形成されている。これによって、制御軸の気筒列方向に沿った位置決めを行う機構と、制御軸の回転可能範囲を機械的に規制する機構と、が一体化する。そのため、制御軸の制御軸軸方向の移動を規制するフランジ部に、制御軸の回転範囲を規制するストッパ突出片が形成されているため、全体として可変動弁機構を小型化することができると共に、可変動弁機構の組み立て性の向上を図ることができる。

（２） 上記（１）に記載の内燃機関の可変動弁機構において、上記ストッパ突出片は、上記制御軸の回転に伴い該ストッパ突出片が突き当たる上記フランジ受け部のストッパ突出片受け面に対して面接触するよう形成されている。これによって、ストッパ突出片をストッパ突出片受け面に突き合わせた際に、制御軸を機械的な回転可能範囲の最大側限界位置もしくは最小限界位置を安定して維持することができるので、この状態で行うバルブリフト量の調整を容易にかつ正確に実施することができ、気筒間のバルブリフト量のばらつきを一層低減することができる。

（３） 上記（２）に記載の内燃機関の可変動弁機構において、上記制御軸軸受は、内燃機関本体側に設けられた軸受本体部と、該軸受本体部と伴に上記ジャーナル部を回転可能に挟持するキャップ部と、を有し、上記フランジ受け部のストッパ突出片受け面と、上記軸受本体部と上記キャップ部との合わせ面とが同一平面上に位置するように構成されている。これによって、ストッパ突出片受け面と、制御軸軸受部と軸受けキャップとの合わせ面とを同時に機械加工することができ、相対的に生産性を向上させることができる。

（４） 上記（３）に記載の内燃機関の可変動弁機構は、具体的には、上記軸受本体部と、上記フランジ受け部とが一体に形成されている。これによって、可変動弁機構の構成を簡素化することができる。

本発明に係る内燃機関の可変動弁機構の概略構成を示す斜視図。 シリンダヘッドの上部に支持固定された本発明に係る内燃機関の可変動弁機構の要部の概略構成を示す斜視図。 本発明に係る内燃機関の可変動弁機構の要部の正面図。 本発明に係る内燃機関の可変動弁機構の要部の側面図。 本発明に係る内燃機関の可変動弁機構の要部の平面図。

符号の説明

１…可変動弁機構
２…駆動軸
１２…制御軸
２４…フランジ部
２５…フランジ受け部
２６…ストッパ突出片

Claims (4)

1. クランクシャフトの回転に連動して作動し、吸気弁又は排気弁を開閉駆動すると共に、制御軸の回転に伴って吸気弁又は排気弁のリフト特性を可変とする内燃機関の可変動弁機構において、
   上記制御軸は、内燃機関本体側の制御軸軸受に回転可能に支持されるジャーナル部と、該ジャーナル部に隣接し、上記制御軸の外周面から突出して該制御軸の制御軸軸方向の移動を規制するフランジ部と、を有し、
   上記フランジ部は、内燃機関本体側のフランジ受け部に回転可能に支持されていると共に、上記フランジ部の外周には、制御軸半径方向外側に向かって突出して上記制御軸の回転範囲を規制するストッパ突出片が形成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. 上記ストッパ突出片は、上記制御軸の回転に伴い該ストッパ突出片が突き当たる上記フランジ受け部のストッパ突出片受け面に対して面接触するよう形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁機構。
3. 上記制御軸軸受は、内燃機関本体側に設けられた軸受本体部と、該軸受本体部と伴に上記ジャーナル部を回転可能に挟持するキャップ部と、を有し、
   上記フランジ受け部のストッパ突出片受け面と、上記軸受本体部と上記キャップ部との合わせ面とが同一平面上に位置するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁機構。
4. 上記軸受本体部と、上記フランジ受け部とが一体に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の可変動弁機構。

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