JP4572881B2 - 可変動弁機構のシリンダヘッドに対する支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、可変動弁機構のシリンダヘッドに対する支持構造に関する。

特許文献１には、吸気弁用のカム軸が、シリンダヘッドに一体的に設けられた軸受け部と、この軸受け部に締結されるキャップ体とによって回転可能に支持された構成が開示されている。

また、特許文献２には、吸気弁のリフト・作動角を同時にかつ連続的に拡大、縮小制御な可能な可変動弁機構が開示されている。この可変動弁機構は、クランクシャフトにより駆動される気筒列方向に沿った駆動軸と、リンク機構を介してこの駆動軸に連係した駆動軸と平行な制御軸と、有し、制御軸が駆動軸よりも上方側に位置するようにシリンダヘッドの上方に配置されている。

このような特許文献２においては、シリンダヘッドの上方に上記制御軸及び上記駆動軸が位置することになるが、これら２本の軸部材は、特許文献１のように、それぞれシリンダヘッドに対して回転自在に支持された構成となる。
特開２０００−７３７３２号公報 特開２００１−２３４７２１号公報

ここで、上記可変動弁機構においては、上記駆動軸よりも上方に上記制御軸が位置し、上記制御軸と上記シリンダヘッド上面との間に上記駆動軸が位置することになる。そのため、上記制御軸の軸受け構造は、耐久性に加え、上記駆動軸や上記リンク機構の動作を阻害にしないように設定されることになるが、必ずしも制御軸の支持構成に対して最適化が図られてはいないという問題がある。

そこで、本発明は、シリンダヘッドの上方に配置される可変動弁機構のシリンダヘッドに対する支持構造として、特に駆動軸よりもシリンダヘッド上方側にある制御軸のシリンダヘッドに対する支持構造の最適化を図ることを目的としている。

本発明における可変動弁機構のシリンダヘッドに対する支持構造は、可変動弁機構の制御軸が可変動弁機構の駆動軸よりもシリンダヘッドの上方側に位置し、上記制御軸及び上記駆動軸が気筒列方向に沿うようにシリンダヘッドに取り付けられ、上記制御軸は、この制御軸を駆動軸側から支持するシリンダヘッド幅方向に細長い制御軸軸受け部材と、この制御軸軸受け部材と一体となって制御軸用軸受けを構成する軸受けキャップと、によって回転可能に支持され、上記制御軸軸受け部材は、上記軸受けキャップと伴に制御軸用軸受けを構成する制御軸軸受け部と、この制御軸軸受け部の下方に位置し、シリンダヘッド幅方向の両端が上記制御軸軸受け部よりも外側に張り出した隔壁部と、を有し、上記軸受けキャップを上記制御軸軸受け部に締結するキャップ締結用ボルトの先端部が、上記隔壁部に到達するよう構成されている。

本発明によれば、締結時にキャップ締結用ボルトの先端部に発生するネジの噛み合い力を、制御軸軸受け部よりも幅広の隔壁部で受けることができるため、制御軸軸受け部材に作用するネジの噛み合い応力を相対的に小さくすることができ、制御軸軸受け部材の耐久性を向上させることができる

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、シリンダヘッド１（後述の図２〜図４を参照）上に設けられる可変動弁機構の一例として、吸気弁（図示せず）を開閉駆動しつつ吸気弁のリフト量及び作動角の双方を連続的に可変制御可能なリフト・作動角可変機構２の構造を示している。尚、この図１は３気筒エンジンに適用した例であり、３つの気筒の吸気弁のバルブリフト特性を変更すべく、各気筒毎にリフト・作動角可変機構２が設けられたものである。

リフト・作動角可変機構２は、吸気弁（図示せず）と、シリンダヘッド１上部のラダーカムブラケット１ｂ（後述）に回転自在に支持された中空状の駆動軸３と、この駆動軸３に、圧入等により固定された偏心カム４と、この駆動軸３の上方位置にラダーカムブラケット１ｂ（後述）によって回転自在に支持されるとともに駆動軸３と平行に配置された中空状の制御軸５と、この制御軸５の偏心カム部６に揺動自在に支持されたロッカアーム７と、吸気弁の上端部に配置されたタペット（図示せず）に当接する揺動カム８と、を備えている。偏心カム４とロッカアーム７とはリンクアーム９によって連係されており、ロッカアーム７と揺動カム８とは、リンク部材１０によって連係されている。

駆動軸３は、図示しない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（図示せず）によって駆動されるものである。

偏心カム４は、円形外周面を有し、該外周面の中心が駆動軸３の軸心から所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に、リンクアーム９の環状部９ａが回転可能に嵌合している。

ロッカアーム７は、略中央部が偏心カム部６によって支持されており、その一端部に、リンクアーム９の延長部が連係しているとともに、他端部に、リンク部材１０の上端部が連係している。偏心カム部６は、制御軸５の軸心から偏心しており、従って、制御軸５の角度位置に応じてロッカアーム７の揺動中心は変化する。

揺動カム８は、駆動軸３の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部８ａに、リンク部材１０の下端部が連係している。この揺動カム８の下面には、駆動軸３と同心状の円弧をなす基円面と、該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８の揺動位置に応じて図示せぬタペットの上面に当接するようになっている。

制御軸５は、一端部に設けられた図示せぬリフト・作動角制御用アクチュエータによって所定角度範囲内で回転するように構成されている。

尚、図１中の１１は、リンク部材１０のリンク長を調整して、バルブリフト量調整を行うアジャストボルトであり、１２は、上記のアジャストボルト１１をロック（固定）するロックボルトである。

このようなリフト・作動角可変機構２によれば、制御軸５の回転角度位置に応じて吸気弁のリフト並びに作動角が、両者同時に、連続的に拡大、縮小し、このリフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁の開時期と閉時期とが略対称に変化する。

そして、上述したリフト・作動角可変機構２は、シリンダヘッド１の上部にそれぞれ回転可能に軸受支持されている。

シリンダヘッド１は、図２及び図３に示すように、ヘッド本体として機能するヘッドロア１ａ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１ｂ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ラダーカムブラケット１ｂは複数の取付ボルト１３によりヘッドロア１ａに締結固定されている。

このラダーカムブラケット１ｂは、シリンダヘッド１の気筒列方向に沿った外壁に沿う２つの外枠に後述する制御軸軸受け壁２１が架け渡されて連結された構造となっている。

そして、駆動軸３及び制御軸５は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３はヘッドロア１ａとラダーカムブラケット１ｂに挟持されるようにして軸受支持されている一方、制御軸５はラダーカムブラケット１ｂの上面に載置された上で、ラダーカムブラケット１ｂに対してキャップ締結用ボルト１４によりボルト締め固定される軸受けキャップ１５にて軸受支持されている。軸受けキャップ１５は、制御軸５を跨ぐように配置され、制御軸５の軸直角方向で制御軸５を挟む２本のキャップ締結用ボルト１４，１４によりラダーカムブラケット１ｂに対して固定されている。

尚、先に述べたように気筒列方向に延びている駆動軸３および制御軸５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、リフト・作動角可変機構２の構成部品である揺動カム８、ロッカアーム７、リンクアーム９、リンク部材１０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。

図４は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、制御軸５のシリンダヘッド１への支持構造を示している。

ラダーカムブラケット１ｂは、上述したようにラダーフレーム構造を呈しており、制御軸５は、ラダーカムブラケット１ｂの制御軸軸受け壁２１と軸受けキャップ１５とによって回転可能に支持されている。この制御軸軸受け壁２１は、シリンダヘッド１幅方向（図３における上下方向、図４における左右方向）に細長く形成された制御軸軸受け部材に相当するものであって、シリンダヘッド１のシリンダヘッド１幅方向に沿う２つの外壁に沿う２つの外枠の間に位置している。

この制御軸軸受け壁２１は、軸受けキャップ１５と伴に制御軸５の軸受けを構成する制御軸軸受け部２２と、シリンダヘッド１幅方向の両端がシリンダヘッド１幅方向の制御軸軸受け部２２の両端よりも外側に張り出した隔壁部２３と、を有している。

つまり、制御軸軸受け壁２１は、シリンダヘッド１幅方向に沿って細長い隔壁部２３と、シリンダヘッド１幅方向に沿った長さが隔壁部２３より短い制御軸軸受け部２２と、を有し、気筒列方向（シリンダヘッド１長手方向）からみると略Ｔ字型状の外形状に形成されている。さらに言えば、隔壁部２３は、気筒列方向（シリンダヘッド１長手方向）からみると、制御軸軸受け部２２よりも幅広に形成されている。

また、隔壁部２２は、制御軸軸受け部２２の下方、換言すれば制御軸軸受け部２２よりも駆動軸３側、さらに言い換えれば駆動軸３と制御軸５との間に位置している。さらに、隔壁部２２には、ヘッドロア１ａと対向する側に、駆動軸３の回転を干渉しないように、駆動軸３の軸方向（シリンダヘッド１長手方向）に連続する断面円弧状の凹部２４が形成されている。

そして、キャップ締結用ボルト１４で軸受けキャップ１５を制御軸軸受け部２２に締結固定した際には、キャップ締結用ボルト１４の先端部が制御軸軸受け部２２を貫通し隔壁部３に到達するように設定されている。

詳述すると、キャップ締結用ボルト１４の完全ねじ部１４ａの先端位置Ｐ１が、制御軸軸受け部２２と隔壁部２３との境界位置Ｐ２を超えて隔壁部２３内に位置すると共に、凹部２４の壁面うち最も制御軸軸受け部２２側となる位置Ｐ３よりも制御軸軸受け部２２側に位置するよう構成されている。換言すれば、軸受けキャップ１５が制御軸軸受け部２２に締結された際に、キャップ締結用ボルト１４の完全ねじ部１４ａの先端位置Ｐ１の半径方向外周側には、凹部２４が位置しないように構成されている。

このように構成されたリフト・作動角可変機構２のシリンダヘッドに対する支持構造においては、締結時にキャップ締結用ボルト１４の完全ねじ部１４ａの先端位置Ｐ１に発生するネジの噛み合い力を、制御軸軸受け部２２よりも幅広の隔壁部２３で受けることができるため、制御軸軸受け壁２１に作用するネジの噛み合い応力を相対的に小さくすることができ、制御軸軸受け壁２１の耐久性を向上させることができる。

特に、制御軸軸受け壁２１の隔壁部２３に凹部２４が形成されているような場合、キャップ締結用ボルト１４の完全ねじ部１４ａの先端位置Ｐ１が、制御軸軸受け部２２と隔壁部２３との境界位置Ｐ２を超えて隔壁部２３内に位置すると共に、凹部２４の壁面うち最も制御軸軸受け部２２側となる位置Ｐ３よりも制御軸軸受け部２２側に位置するように設定することにより、完全ねじ部１４ａの先端位置Ｐ１に発生するネジの噛み合い力を受ける完全ねじ部１４ａの先端外周側の制御軸軸受け壁２１の断面積を最大にすることができる。すなわち、キャップ締結用ボルト１４の軸心に直交する平面に沿った制御軸軸受け壁２１の断面積が最大となる位置に、完全ねじ部１４ａの先端が位置しているので、完全ねじ部１４ａの先端位置Ｐ１の外周側に作用するネジの噛み合い応力を最小にすることができ、制御軸軸受け壁２１の耐久性を向上させる上で特に有利となる。

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） 駆動軸により回転駆動される偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた回動可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンクを介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸気弁もしくは排気弁をリフトする揺動カムと、を備え吸気弁もしくは排気弁のバルブリフト特性を変更可能な可変動弁機構のシリンダヘッドに対する支持構造において、上記可変動弁機構は、上記制御軸が上記駆動軸よりもシリンダヘッドの上方側に位置し、上記制御軸及び上記駆動軸が気筒列方向に沿うように上記シリンダヘッドに取り付けられ、上記制御軸は、この制御軸を駆動軸側から支持するシリンダヘッド幅方向に細長い制御軸軸受け部材と、この制御軸軸受け部材と一体となって制御軸用軸受けを構成する軸受けキャップと、によって回転可能に支持され、上記制御軸軸受け部材は、上記軸受けキャップと伴に制御軸用軸受けを構成する制御軸軸受け部と、この制御軸軸受け部の下方に位置し、シリンダヘッド幅方向の両端が上記制御軸軸受け部よりも外側に張り出した隔壁部と、を有し、上記軸受けキャップを上記制御軸軸受け部に締結するキャップ締結用ボルトの先端部が、上記隔壁部に到達するよう構成されている。これによって、締結時にキャップ締結用ボルトの先端部に発生するネジの噛み合い力を、制御軸軸受け部よりも幅広の隔壁部で受けることができるため、制御軸軸受け部材に作用するネジの噛み合い応力を相対的に小さくすることができ、制御軸軸受け部材の耐久性を向上させることができる。

（２） 上記（１）に記載の可変動弁機構のシリンダヘッドに対する支持構造おいて、上記隔壁部は、具体的には、上記制御軸と上記駆動軸との間に位置し、上記シリンダヘッドと対向する側に、上記駆動軸の回転に干渉しないように凹部が設けられ、上記キャップ締結用ボルトの先端部が、上記凹部の壁面うち最も上記制御軸軸受け部側となる位置よりも上記制御軸軸受け部側に位置するよう構成されている。

（３） 上記（１）または（２）に記載の可変動弁機構のシリンダヘッドに対する支持構造において、上記制御軸軸受け部材は、具体的には、上記シリンダヘッドの気筒列方向に沿った外壁に沿う２つの外枠に架け渡されて連結され、上記制御軸軸受け部材と上記外枠とによりラダーフレーム構造が形成されている。

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の可変動弁機構のシリンダヘッドに対する支持構造において、上記キャップ締結用ボルトの先端部は、具体的には、完全ねじ部の先端位置である。

可変動弁機構としてのリフト・作動角可変機構の概略構成を示す斜視図。 本発明に係るシリンダヘッドの斜視図。 本発明に係るシリンダヘッドの平面図。 図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。

符号の説明

１…シリンダヘッド
３…駆動軸
５…制御軸
１４…キャップ締結用ボルト
１５…軸受けキャップ
２１…制御軸軸受け壁
２２…制御軸軸受け部
２３…隔壁部
２４…凹部

Claims (4)

1. 駆動軸により回転駆動される偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に嵌合したリンクアームと、上記駆動軸と平行に設けられ、かつ偏心カム部を備えた回動可能な制御軸と、この制御軸の偏心カム部に回転可能に装着され、かつ上記リンクアームにより揺動されるロッカアームと、上記駆動軸に回転可能に支持されるとともに、上記ロッカアームにリンクを介して連結され、該ロッカアームに伴って揺動することにより吸気弁もしくは排気弁をリフトする揺動カムと、を備え吸気弁もしくは排気弁のバルブリフト特性を変更可能な可変動弁機構のシリンダヘッドに対する支持構造において、
   上記可変動弁機構は、上記制御軸が上記駆動軸よりもシリンダヘッドの上方側に位置し、上記制御軸及び上記駆動軸が気筒列方向に沿うように上記シリンダヘッドに取り付けられ、
   上記制御軸は、この制御軸を駆動軸側から支持するシリンダヘッド幅方向に細長い制御軸軸受け部材と、この制御軸軸受け部材と一体となって制御軸用軸受けを構成する軸受けキャップと、によって回転可能に支持され、
   上記制御軸軸受け部材は、上記軸受けキャップと伴に制御軸用軸受けを構成する制御軸軸受け部と、この制御軸軸受け部の下方に位置し、シリンダヘッド幅方向の両端が上記制御軸軸受け部よりも外側に張り出した隔壁部と、を有し、
   上記軸受けキャップを上記制御軸軸受け部に締結するキャップ締結用ボルトの先端部が、上記隔壁部に到達するよう構成されていることを特徴とする可変動弁機構のシリンダヘッドに対する支持構造。
2. 上記隔壁部は、上記制御軸と上記駆動軸との間に位置し、上記シリンダヘッドと対向する側に、上記駆動軸の回転に干渉しないように凹部が設けられ、
   上記キャップ締結用ボルトの先端部が、上記凹部の壁面うち最も上記制御軸軸受け部側となる位置よりも上記制御軸軸受け部側に位置するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構のシリンダヘッドに対する支持構造。
3. 上記制御軸軸受け部材は、上記シリンダヘッドの気筒列方向に沿った外壁に沿う２つの外枠に架け渡されて連結され、上記制御軸軸受け部材と上記外枠とによりラダーフレーム構造が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の可変動弁機構のシリンダヘッドに対する支持構造。
4. 上記キャップ締結用ボルトの先端部は、完全ねじ部の先端位置であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可変動弁機構のシリンダヘッドに対する支持構造。

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