JP4573217B2 - エンジンの可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は多気筒エンジンの可変動弁装置に関する。

多気筒エンジンの可変動弁装置として、クランクシャフトの回転に同期して回転するカムシャフトの回転運動を揺動カムの揺動運動に変換するリンク機構を備え、リンク機構の動作位置を強制的に変位させることにより、揺動カムの揺動角範囲を変更し、これによりバルブのリフト量を変化させるものが種々開発されている。特許文献１に記載の可変動弁装置もその一例である。

特開２００５−６９０４３号公報

ここで、特許文献１に記載されたような可変動弁装置では、リンク機構の部品点数が多く、しかも、各気筒毎のバルブの位相差を考慮して組み立てる必要があるため、その組立て作業が必ずしも容易ではない。

従って、本発明の目的は、組立てがより簡易なエンジンの可変動弁装置を提供することにある。

本発明によれば、多気筒エンジンのクランクシャフトと同期して回転するカムシャフトと、前記カムシャフトに設けられ、前記カムシャフトの回転により回転する偏心カムと、前記カムシャフトを軸として揺動自在に設けられ、バルブをリフトさせる揺動カムと、前記偏心カムに回転自在に外嵌めされ、前記偏心カムの偏心回転運動を往復円弧運動に変換するオフセットリンクと、前記オフセットリンクと前記揺動カムとを連結し、前記オフセットリンクの前記往復円弧運動を前記揺動カムに伝達する連結リンクと、前記カムシャフトと平行に配設されたコントロールシャフトと、前記コントロールシャフトに設けられたコントロールアームと、前記コントロールアームと前記オフセットリンクとを連結する制御リンクと、を備え、前記エンジンの運転状態に応じて前記コントロールシャフトの回転により前記コントロールアームを回動させ、前記オフセットリンクの前記往復円弧運動位置を強制的に変位させて前記揺動カムによる前記バルブのリフト量を変化させるエンジンの可変動弁装置において、前記カムシャフトを各気筒単位で分割されたシャフトユニットを連結して構成する一方、各々の前記シャフトユニットに前記偏心カムを一体に形成し、互いに連結される前記シャフトユニット間の位置決めを行なう位置決め手段を設けたものであって、前記シャフトユニットは、その一方端部と前記偏心カムの形成部位との間に、前記揺動カムと前記連結リンクの配設領域を有することを特徴とするエンジンの可変動弁装置が提供される。

本発明のエンジンの可変動弁装置では、前記偏心カムを一体に形成した前記シャフトユニットを連結して前記カムシャフトを構成することで、前記カムシャフトに対する前記偏心カムの取付作業が不要となる。また、前記偏心カムの各気筒間の位相差は前記位置決め手段により規定されるので作業者が当該位相差を調整する必要も無い。従って、当該可変動弁装置の組立てをより簡易化することができる。また、一気筒分の機構を前記シャフトユニットに搭載してサブ組立体とし、そのサブ組立体を組み立てて可変動弁装置全体を組み立てることができるので、当該可変動弁装置の組立てを一層簡易化することができる。

また、本発明においては、前記シャフトユニットのうちの一部のシャフトユニットは、その一方端部に他の前記シャフトユニットに挿入されるテーパ部を有し、その他方端部に他の前記シャフトユニットの前記テーパ部が挿入されるボス部を有し、前記偏心カムと前記ボス部とは前記シャフトユニットの軸方向に連続して形成され、前記ボス部は、前記偏芯カムの外周縁よりも径方向に突出し、前記偏芯カムに外嵌めされる前記オフセットリンクの、前記軸方向への移動を規制するスラスト規制部を有する構成を採用できる。この構成によれば、前記シャフトユニット間の連結構造として、前記テーパ部と前記ボス部とからなる構造を採用することで、前記カムシャフトの同心性を維持することができる。更に、前記ボス部を前記オフセットリンクのスラスト規制部材として併用することができる。

また、本発明においては、前記位置決め手段が、連結される一方の前記シャフトユニットに形成されたキーと、他方の前記シャフトユニットに形成されたキー溝と、からなる構成を採用できる。この構成によれば、簡便かつより確実に前記偏心カムの各気筒間の位相差を設定できる。

以上述べた通り、本発明によれば、組立てがより簡易なエンジンの可変動弁装置を提供することができる。

図１は本発明の一実施形態に係るエンジンの可変動弁装置Ａ（車両用エンジンの吸気バルブ用）の全体構成を示す図、図２（ａ）及び（ｂ）は各気筒毎の機構の詳細図、である。可変動弁装置Ａは不図示の多気筒エンジン（ここでは直列４気筒）の各気筒に２つの吸気バルブ１及び２と２つの排気バルブ（図示省略）とを有する４バルブのダブルオーバヘッドカム方式を採用したものである。可変動弁装置Ａはエンジンのクランクシャフト（不図示）と同期して回転するカムシャフト３を備える。カムシャフト３は例えばチェーン伝動機構を介してクランクシャフトからの回転力が伝達されてクランクシャフトと同期して回転する。本実施形態ではカムシャフト３を分割構造としている。詳細は後述する。

カムシャフト３にはカムシャフト３を軸として揺動自在に設けられ、吸気バルブ１及び２をリフトされる揺動カム４、５が取り付けられている。揺動カム４及び５はそれぞれ吸気バルブ１、２に対応しており、吸気バルブ１、２揺動カム４、５によって駆動され、バルブリフト量及びバルブタイミングがエンジンの運転状態に応じて変更される。

カムシャフト３には、また、カムシャフト３の回転により回転（偏心回転運動）する偏心カム６が設けられている。偏心カム６は略円板状をなし、その中心から偏心した位置をカムシャフト３が貫通している。オフセットリンク７は偏心カム６の外径と略同径の穴を有し、この穴に偏心カム６が回転自在に外嵌される。つまり、偏心カム６の外周面はオフセットリンク７の穴の内周面を摺動しながら回転する。

オフセットリンク７は、その穴の中心から偏心した位置にピン部材７ａが固定されている。ピン部材７ａはカムシャフト３の軸方向と平行な方向に延びており、オフセットリンク７の左右から突出している。ピン部材７ａの一方端部には連結リンク８の一方端部が回動自在に軸支されている。連結リンク８の他方端部にはピン８ａが設けられ、揺動カム４と相互に回動自在に連結されている。ピン部材７ａの他方端部には制御リンク１３の一方端部が回動自在に軸支されている。制御リンク１３の他方端部はコントロールアーム１２と相互に回動自在に連結されている。

このように可変動弁装置Ａでは、オフセットリンク７に対して、カムシャフト３の軸方向の両側に連結リンク８と制御リンク１３とが配された構成となっている。なお、本実施形態では１本のピン部材７ａにより、オフセットリンク７と連結リンク８及び制御リンク１３とを連結しているが、別々のピン部材により連結してもよい。また、オフセットリンク７と連結リンク８及び制御リンク１３との連結軸は同軸でなくてもよい。

各揺動カム４及び５は円筒部材９の両端に一体的に接続されている。円筒部材９にはカムシャフト３（詳細には後述するシャフト部３１ｂ、３２ｂ）が貫通しており、揺動カム４及び５は円筒部材９で接続されたことにより、一体となってカムシャフト３回りに回動可能とされている。

コントロールアーム１２はコントロールシャフト１１に一体的に接続されている。コントロールシャフト１１はカムシャフト３と平行に配設されている。コントロールシャフト１１には、円周の一部のみに歯が形成されたウォーム歯車１４が結合されている。このウォーム歯車１４の歯にモータ１５で回転駆動されるウォーム１６が噛み合っており、モータ１５の駆動におりコントロールシャフト１１が回転する。そして、エンジンの運転状態に応じてモータ１５を駆動してコントロールアーム１２を回動させ、制御リンク１３の位置を変えて吸気バルブ１、２のリフト量及びタイミングを変更させる。

詳細には、カムシャフト３の回転により偏心カム６が偏心回転運動を行なうと、オフセットリンク７が運動するが、オフセットリンク７は制御リンク１３に連結されているため、オフセットリンク７は往復円弧運動を行なう。つまり、偏心カム６の偏心回転運動はオフセットリンク７により往復円弧運動に変換される。オフセットリンク７の往復円弧運動は連結リンク８に伝達され、更に揺動カム４及び５に伝達される。これにより揺動カム４及び５が揺動する。

しかして、エンジンの運転状態に応じてコントロールシャフト１１の回転によりコントロールアーム１２を回動させると、オフセットリンク７の往復円弧運動位置が強制的に変位される。これにより、揺動カム４及び５によるバルブ１及び２のリフト量及びタイミングが変化することになる。この場合、コントロールアーム１２は、エンジン負荷が高くなるほどバルブリフト量が大きくなるように制御される。

＜カムシャフトの構成＞
図３（ａ）はカムシャフト３の斜視図である。本実施形態のカムシャフト３は、各気筒単位で分割されたシャフトユニット３１、３２と端部ユニット３３とを連結して構成されている。図３（ｂ）及び（ｃ）はシャフトユニット３２の斜視図、図３（ｄ）はシャフトユニット３１の斜視図、図３（ｅ）は端部ユニット３３の斜視図である。まず、シャフトユニット３２について説明する。

シャフトユニット３２は、ボス部３２ａと偏心カム６とシャフト部３２ｂとが一体に形成されている。シャフトユニット３２は例えば鋳造によりこれらが一体化された一次成型品を作成した後、機械加工により仕上げられる。

シャフトユニット３２のシャフト部３２ｂの端部にはテーパ部３２ｃが形成されている。テーパ部３２ｃの端面には開口３２ｄが形成されている。この開口３２ｄはシャフトユニット３２の軸心を貫通して形成される油路（不図示）の端部である。この油路には可変動弁装置Ａの潤滑油が供給される。潤滑油は例えば偏心カム６の周面から排出され、偏心カム６とオフセットリンク７との間の摺動部分の潤滑に用いられる。

ボス部３２ａには他のシャフトユニット３２のテーパ部３２ｃが挿入される連結穴３２ｆが形成されている。この連結穴３２ｆはテーパ部３２ｃの外形と同様の形状の穴である。シャフトユニット３２とシャフトユニット３２との連結は、一方のシャフトユニット３２のテーパ部３２ｃを他方のシャフトユニット３２の連結穴３２ｆへ挿入することにより行なう。シャフトユニット３２間の連結構造はこの他にも種々の構造が採用できるが、テーパ部３２ｃとボス部３２ａ（連結穴３２ｆ）とからなる構造を採用することで、テーパ部３２ｃの連結穴３２ｆへの挿入に従って、これらの形状に案内されてシャフトユニット３２間が同心に連結されることになり、カムシャフト３の同心性を維持することができる。なお、ボス部３２ａの連結穴３２ｆの底部には開口３２ｄに通じる油路の開口３２ｇが形成されている。

次に、本実施形態においてボス部３２ａと偏心カム６とはシャフトユニット３２の軸方向に連続して形成され、ボス部３２ａは偏心カム６の外周縁よりも径方向に突出したスラスト規制部３２ａ’を有する。図２（ａ）に示すようにスラスト規制部３２ａ’は偏心カム６に外嵌めされるオフセットリンク７の側面に当接するため、カムシャフト３の軸方向の一方方向へオフセットリンク７が移動することを規制することができる。このように本実施形態はボス部３２ａをオフセットリンク７のスラスト規制部材として併用することができる。

次に、シャフトユニット３２のテーパ部３２ｃとボス部３２ａ（連結穴３２ｆ）とには、互いに連結されるシャフトユニット３２間の位置決めを行なう位置決め手段として、キー３２ｅ、キー溝３２ｈが形成されている（図３（ｂ）、（ｃ）参照。）。キー３２ｅ及びキー溝３２ｈはシャフトユニット３２毎に、その偏心カム６の各気筒間での位相差を考慮した位置に形成される。このような位置決め手段を設けることで、可変動弁装置Ａの組立てに際し、作業者は各偏心カム６の位相差を調整する必要がなく、当該組立てを簡易化することができる。

位置決め手段は種々の構成が採用できるが、キー３２ｅ及びキー溝３２ｈとすることで、簡便かつより確実に偏心カム６の各気筒間の位相差を設定できる。なお、キー溝３２ｈにはこれに連通する不図示のネジ穴がボス部３２ａに形成され、当該ネジ穴にネジを螺合することでシャフトユニット３２間の連結を強固なものとすることができる。

次に、シャフトユニット３１について説明する。シャフトユニット３１はカムシャフト３の端部を構成する。このため、ボス部３２ａは無いが、他の構成についてはシャフトユニット３２と同様であり、偏心カム６とシャフト部３１ｂとが一体に成型されており、シャフト部３１ｂの端部にはテーパ部３１ｃが形成されている。テーパ部３１ｂはシャフトユニット３２のボス部３２ａの連結穴３２ｆに挿入される部分であり、テーパ部３１ｃに開口３１ｄ、キー３１ｅが設けられていることはシャフトユニット３２と同様である。

端部ユニット３３には、ボス部３２ａと同様のボス部３３ａが形成され、このボス部３３ａには連結穴３２ｆと同様の連結穴（不図示）が形成されており、シャフトユニット３２のテーパ部３２ｃが挿入される。

係る構成からなるカムシャフト３はシャフトユニット３１及び３２並びに端部ユニット３３を連結することにより組み立てられることになる。偏心カム６を一体に形成したシャフトユニット３１、３２を連結してカムシャフト３を構成することで、カムシャフト３に対する偏心カム６の取付作業が不要となる。また、偏心カム６の各気筒間の位相差はキー３２ｅ及びキー溝３２ｇにより規定されるので作業者が当該位相差を調整する必要も無い。従って、当該可変動弁装置Ａの組立てをより簡易化することができる。

また、組立ての際、シャフトユニット３１及び３２には予め一気筒分の機構（オフセットリンク７、揺動カム４及び５並びに連結リンク８）を組み付けて、サブ組立体とすることで、そのサブ組立体を組み立てて可変動弁装置Ａ全体を組み立てることができ、可変動弁装置Ａの組立てを一層簡易化することができる。

図４（ａ）乃至（ｄ）はサブ組立体の組立説明図である。ここではシャフトユニット３２について説明するが、シャフトユニット３１も同様である。図４（ａ）は一気筒分の機構が未装着のシャフトユニット３２を示している。まず、図４（ｂ）に示すようにテーパ部３２ｃ側からオフセットリンク７を偏心リンク６に外嵌めする。ボス部３２ａのスラスト規制部３２ａ’の存在によりオフセットリンク７が偏心リンク６から脱落することが防止され、組付け性を向上できる。

次に、偏心カム６の形成部位からテーパ部３２ｃへ延びるシャフト部３２ｂは揺動カム４、５及び連結リンク８の配設領域となっており、まず、図４（ｃ）に示すように連結リンク８を装着する。連結リンク８はその端部をピン部材７ａに挿入することにより装着する。最後に、揺動カム４、５がそれぞれ両端に設けられた円筒部材９をテーパ部３２ｃ側からシャフト部３２ｂへ挿入し、連結リンク８のピン８ａを揺動カム４に挿入してサブ組立体が完成する（図４（ｄ））。

このようにして各気筒単位でサブ組立体を作成し、連結してカムシャフト３を完成させた後、エンジンのシリンダヘッド（不図示）へ搭載する。その後、コントロールシャフト１１のコントロールアーム１２と各サブ組立体のピン部材７ａとを制御リンク１３で連結して可変動弁装置Ａが完成することになる。

＜可変動弁装置Ａの作用＞
以下、可変動弁装置Ａの動作について図５（ａ）乃至（ｄ）を参照して説明する。

図５（ａ）に示すように、吸気バルブ２のステム上端には直動式タペット２１が設けられ、タペット２１に揺動カム４が当接している。吸気バルブ２は、タペット２１内部に設けられた不図示のリテーナとシリンダヘッドに設けられたリテーナ２３との間に設けられたバルブスプリング２４によって吸気ポート２５を閉じる方向に付勢されている。しかして、揺動カム４が揺動することでタペット２１が変位し、吸気バルブ２が開閉することになる。なお、吸気バルブ１も吸気バルブ２と同様の構成である。

オフセットリンク７の位置は偏心カム６の回転に伴って変化するが、オフセットリンク７の往復円弧運動位置は、コントロールアーム１２の位置、つまり、コントロールシャフト１１の回転位置により変位する。図５（ａ）及び（ｂ）は高リフト制御状態の場合を示し、図５（ｃ）及び（ｄ）は低リフト制御状態の場合を示す。高リフト制御状態の場合、吸気バルブ１及び２のリフト量が相対的に大きくなり、低リフト制御状態の場合、吸気バルブ１及び２のリフト量が相対的に小さくなる。通常、エンジンの負荷が大きくなると高リフト制御状態とされる。

なお、本実施形態では可変動弁装置Ａがタペット式の可変動弁装置を構成しているが、いわゆるロッカーアーム式の可変動弁装置に対しても本発明は適用可能である。ロッカーアーム式の場合、タペット式よりもリフト量を大きくとれ、同じリフト量であればより小型化が図れる。また、タペット式のようにタペット２１と揺動カム５との摺動を伴わないため、高性能化が図れる。

本発明の一実施形態に係るエンジンの可変動弁装置Ａ（車両用エンジンの吸気バルブ用）の全体構成を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は各気筒毎の機構の詳細図である。 （ａ）はカムシャフト３の斜視図、（ｂ）及び（ｃ）はシャフトユニット３２の斜視図、（ｄ）はシャフトユニット３１の斜視図、（ｅ）は端部ユニット３３の斜視図である。 （ａ）乃至（ｄ）はサブ組立体の組立説明図である。 （ａ）乃至（ｄ）は可変動弁装置Ａの動作の説明図である。

符号の説明

Ａ エンジンの可変動弁装置
１、２ バルブ
３ カムシャフト
３１、３２ シャフトユニット
３２ａ ボス部
３１ｂ、３２ｂ シャフト部（配設領域）
３１ｃ、３２ｃ テーパ部
３２ｅ キー（位置決め手段）
３２ｇ キー溝（位置決め手段）
４、５ 揺動カム
６ 偏心カム
７ オフセットリンク
７ａ ピン部材
８ 連結リンク
１１ コントロールシャフト
１２ コントロールアーム
１３ 制御リンク

Claims (3)

1. 多気筒エンジンのクランクシャフトと同期して回転するカムシャフトと、前記カムシャフトに設けられ、前記カムシャフトの回転により回転する偏心カムと、前記カムシャフトを軸として揺動自在に設けられ、バルブをリフトさせる揺動カムと、前記偏心カムに回転自在に外嵌めされ、前記偏心カムの偏心回転運動を往復円弧運動に変換するオフセットリンクと、前記オフセットリンクと前記揺動カムとを連結し、前記オフセットリンクの前記往復円弧運動を前記揺動カムに伝達する連結リンクと、前記カムシャフトと平行に配設されたコントロールシャフトと、前記コントロールシャフトに設けられたコントロールアームと、前記コントロールアームと前記オフセットリンクとを連結する制御リンクと、を備え、前記エンジンの運転状態に応じて前記コントロールシャフトの回転により前記コントロールアームを回動させ、前記オフセットリンクの前記往復円弧運動位置を強制的に変位させて前記揺動カムによる前記バルブのリフト量を変化させるエンジンの可変動弁装置において、
   前記カムシャフトを各気筒単位で分割されたシャフトユニットを連結して構成する一方、各々の前記シャフトユニットに前記偏心カムを一体に形成し、
   互いに連結される前記シャフトユニット間の位置決めを行なう位置決め手段を設けたものであって、
   前記シャフトユニットは、
   その一方端部と前記偏心カムの形成部位との間に、前記揺動カムと前記連結リンクの配設領域を有することを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
2. 前記シャフトユニットのうちの一部のシャフトユニットは、
   その一方端部に他の前記シャフトユニットに挿入されるテーパ部を有し、
   その他方端部に他の前記シャフトユニットの前記テーパ部が挿入されるボス部を有し、
   前記偏心カムと前記ボス部とは前記シャフトユニットの軸方向に連続して形成され、
   前記ボス部は、
   前記偏心カムの外周縁よりも径方向に突出し、前記偏心カムに外嵌めされる前記オフセットリンクの、前記軸方向への移動を規制するスラスト規制部を有することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの可変動弁装置。
3. 前記位置決め手段が、
   連結される一方の前記シャフトユニットに形成されたキーと、他方の前記シャフトユニットに形成されたキー溝と、からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの可変動弁装置。

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