JP4630224B2 - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の運転状況に応じてバルブのリフト量、作用角及びタイミングを連続的又は段階的に変化させる可変動弁機構に関する。

この種の可変動弁機構の中には、図５（ａ）に示す従来例１の可変動弁機構８０のように、同一の軸線Ｘ上に並べて揺動可能に支持された入力部８３と出力部８５とを備え、回転カム（図示略）により入力部８３が駆動されると出力部８５にてバルブ（図示略）を駆動する仲介駆動機構８２と、入力部８３と出力部８５との相対回動位相差を変動させる回動位相差可変機構８６とを備えたものがある（特許文献１）。そして、この回動位相差可変機構８６は、入力部８３の内周面に設けられた入力部ヘリカルスプライン８７と、出力部８５の内周面に設けられた、入力部ヘリカルスプライン８７とは角度の異なる出力部ヘリカルスプライン８８とに、両ヘリカルスプライン８７，８８と噛み合いつつ軸線Ｘ方向へスライドするスライダギア８９が係合することによって形成されている。
特開２００１−２６３０１５公報

ところが、入力部８３と出力部８５とは、双方の内周面と係合したスライダギア８９を介して内周側から間接的に係合しているだけなので安定が悪く、コッキングし易い。

そこで、本発明者は、図５（ｂ）に示す従来例２の仲介駆動機構９２のように、入力部９３の端面の内周側を凹まして内周側係合凹部９３ａとし、それより外周側の相対的に突出した部分を外周側係合凸部９３ｂとし、且つ出力部９５の端面の外周側を凹まして外周側係合凹部９５ｂとし、それより内周側の相対的に突出した部分を内周側係合凸部９５ａとし、入力部９３の内周側係合凹部９３ａ及び外周側係合凸部９３ｂに、出力部９５の内周側係合凸部９５ａ及び外周側係合凹部９５ｂをそれぞれ係合させることによって、入力部９３と出力部９５とをスライダギアを介さず直接的に、軸線Ｘの周方向へ相対移動可能に係合する係合手段を考えた。

上記係合手段を用いることによって、入力部９３と出力部９５とをコッキングし難くして、両者をより安定に軸線Ｘ上に支持することに成功したが、本発明者は、更に以下のような問題点も見出した。すなわち、入力部９３や出力部９５を上記のような複雑な形状に、焼結等のみによって成形することは難しく、よって、該形状に加工する際には、まず、焼結等によってそれらを成形したのち、次に、内周側係合凹部９３ａや外周側係合凹部９５ｂを切削する必要があるが、その中でも内周側係合凹部９３ａの切削は困難なものとなる。なぜなら、該切削は、入力部９３の内周面に形成されている入力部ヘリカルスプライン９７の断続切削を伴うため、高度な技術を要する他、該断続切削することによって刃具の寿命を短くしたり、該断続切削した入力部ヘリカルスプライン９７の端部にバリを残してしまうこと等もあるからである。なお、以上のことは、仮に入力部９３と出力部９５との間で凹凸の嵌め合いを内周側と外周側とで反対にしたとしても、今度は出力部９５の内周側に係合凹部を切削する必要がでてくるため、仲介駆動機構２０全体として加工が困難なことに変わりはない。

そこで、入力部と出力部とを、加工が簡単な係合手段を用いて、スライダギアを介さず直接的に係合することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の可変動弁機構は、同一の軸線上に並べて揺動可能に支持された略円筒状の入力部と出力部とを備え、回転カムにより前記入力部が駆動されると前記出力部にてバルブを駆動する仲介駆動機構と、前記入力部と前記出力部との相対回動位相差を変動させる回動位相差可変機構とを備えた内燃機関の可変動弁機構において、前記回動位相差可変機構は、前記入力部の内周面に設けられた入力部ヘリカルスプラインと、前記出力部の内周面に設けられた、前記入力部ヘリカルスプラインとは角度の異なる出力部ヘリカルスプラインとに、両ヘリカルスプラインと噛み合いつつ軸線方向へスライドするスライダギアが係合してなり、前記入力部と前記出力部とは、双方の互いに隣接し合う端面の外周にそれぞれ設けられた両係合凹部に、リング状の係合部材が係合することによって、いずれのヘリカルスプラインにも係合凹部が切削されることなく、前記軸線の周方向へ相対移動可能に係合したことを特徴とする。

前記入力部は、特に限定されないが、その外周面の幅と、該外周面に突出形成された、前記回転カムに押圧される入力アームの幅とが実質的に等しく揃えられ、前記入力アームの側面と前記係合凹部の底面と間の境目には、段差が切削形成されていないことが好ましい。該入力部の加工が簡単になるからである。但し、前記入力アームの幅とは、入力アームの軸線方向への長さのことをいい、入力アームが複数存在する場合、軸線方向の両端に位置する２つの入力アームの軸線方向側の端から端までの長さのことをいう。

本発明によれば、両係合凹部に係合部材を係合させるといった係合手段を用いることによって、入力部と出力部とをスライダギアを介さず直接的に係合することができ、且つ該係合手段の加工も、いずれのヘリカルスプラインも切削する必要がないため簡単である。

本発明の内燃機関５の可変動弁機構９は、同一の軸線Ｘ上に並べて揺動可能に支持された略円筒状の入力部２１と出力部３１とを備え、回転カム１０により入力部２１が駆動されると出力部３１にてバルブ８を駆動する仲介駆動機構２０と、入力部２１と出力部３１との相対回動位相差ｇを変動させる回動位相差可変機構４１とを備えている。

回動位相差可変機構４１は、入力部２１の内周面に設けられた入力部ヘリカルスプライン４２と、出力部３１の内周面に設けられた、入力部ヘリカルスプライン４２とは角度の異なる出力部ヘリカルスプライン４３とに、両ヘリカルスプラインと噛み合いつつ軸線方向Ｆ，Ｒへスライドするスライダギア４４が係合してなる。

入力部２１と出力部３１とは、双方の互いに隣接し合う端面の外周にそれぞれ設けられた両係合凹部３７，３８に、リング状の係合部材３９が係合することによって、いずれのヘリカルスプライン４２，４３にも係合凹部が切削されることなく、軸線Ｘの周方向Ｏ，Ｃへ相対移動可能に係合している。

入力部２１は、その外周面の幅ｗ１と、該外周面に突出形成された、回転カム１０に押圧される入力アーム２４の幅ｗ２とが実質的に等しく揃えられ、入力アーム２４の側面２４ｓと係合凹部３７の底面３７ｓと間の境目には、段差が切削形成されていない。

本実施例の図１〜図４に示す可変動弁機構９は、内燃機関の運転状況に応じてバルブの開閉量を連続的に変化させる機構であって、ここでは、内燃機関５の吸気用のバルブ８に対して取り付けられている。詳しくは、該可変動弁機構９は、各シリンダ６毎に１つずつ存在し、各可変動弁機構９は、シリンダヘッド７に各シリンダ６毎に２ずつ設置された前述の吸気用のバルブ８を２つ同時に押圧している。

可変動弁機構９は、内燃機関５が稼動するのに従って回転駆動される回転カム１０と、動力が伝えられると揺動してバルブ８を開閉するロッカアーム１５と、回転カム１０とロッカアーム１５との間に介在して、回転カム１０からの動力をロッカアーム１５へ伝達量可変に伝えることによって、バルブ８の開閉量を調節する仲介駆動機構２０とを含み構成されている。

回転カム１０は、シリンダヘッド７の上方に回転可能に設置されたカムシャフト１０ｘに形成されており、基本部分となるベース円部１１と、該ベース円部１１から突出したカムノーズ１２とを含み構成されている。そして、該回転カム１０の外周面には、仲介駆動機構２０を押圧するカム面１０ｓが形成されている。

ロッカアーム１５は、各可変動弁機構９毎に２ずつ存在しており、各バルブ８に対して１つずつ設置されている。各ロッカアーム１５は、基端部１５ａがラッシュアジャスタ１７に揺動可能に支持されて、先端部１５ｂがバルブ８のステムエンド８ｅに当接している。また、該ロッカアーム１５の中間部には、仲介駆動機構２０に押圧されるローラ１６が軸着されている。

仲介駆動機構２０は、同一の支持パイプ２０ｘに並べて揺動可能に支持された入力部２１と出力部３１とを備え、回転カム１０により入力部２１が駆動されると出力部３１にてバルブ８を駆動する機構であって、その内部には、入力部２１と出力部３１との相対回動位相差ｇを変動させる回動位相差可変機構４１を備えている。そして、入力部２１と出力部３１との間には、両者を回動可能に係合する係合手段３６が設けられている。なお、以下においては、支持パイプ２０ｘの中心線である軸線Ｘの長さ方向（軸線方向）のうちの一方を前方Ｆ、他方を後方Ｒとし、該軸線Ｘを軸とした回動方向（周方向）のうち、仲介駆動機構２０がロッカアーム１５を駆動してバルブ８を開く側の方向を開方向Ｏとし、その反対側の方向を閉方向Ｃとする。

支持パイプ２０ｘは、複数の可変動弁機構９が共有する一本のパイプであって、シリンダヘッド７の上部に前後方向Ｆ，Ｒに間隔を置いて並設された複数の立壁部７ｖに回動不能に固定されている。そして、該複数の立壁部７ｖのうちの２つの相互間に、一の仲介駆動機構２０の入力部２１と出力部３１とが互いに端面を合わせた状態で並べて支持されている。そして、これら入力部２１と出力部３１とは、その並びの両端が両側の立壁部７ｖに当接することによって、前後方向Ｆ，Ｒへの移動が抑止されている。

入力部２１は、立壁部７ｖの相互間における略中央に配設されている。該入力部２１は、基本部分となる円筒状のベース円部２２と、回転カム１０に当接する入力ローラ２５を支持した入力アーム２４と、リターンスプリング２８が取り付けられたリターンアーム２７とを含み構成され、ベース円部２２の中心部には、支持パイプ２０ｘ及び回動位相差可変機構４１を挿通させるための軸穴が形成されている。入力アーム２４は、ベース円部２２の外周面に２本平行に突出形成されており、両入力アーム２４の先端における相互間には、シャフト２６を介し前述の入力ローラ２５が軸着されている。また、リターンアーム２７は、両入力アーム２４に対する入力部２１の径方向の略反対側に突出形成されており、外部のスプリング取付部２９との間には、該リターンアーム２７を閉方向Ｃへ付勢することによって、入力ローラ２５を回転カム１０のカム面１０ｓに常に当接させる前述のリターンスプリング２８が取り付けられている。この入力部２１の寸法は、前後方向（軸線方向）Ｆ，Ｒへの長さＬ１が１８〜２２ｍｍとなっている。なお、該入力部２１は、上記の構造によって、常に回転カム１０に当接するため、出力部３１との相対回動位相差ｇが変化した際にも、該入力部２１の基本位置が変化することはない。但し、該基本位置とは、回転カム１０によって駆動されて開閉方向Ｏ，Ｃへ揺動する中で位置する最も閉方向Ｃ側の位置をいうものとする。

出力部３１は、入力部２１の前後方向Ｆ，Ｒ両側に１つずつ配設されている。各出力部３１は、基本部分となる円筒状のベース円部３２と、ロッカアーム１５を押圧するための出力カム面３４ｓを備えた出力ノーズ３４とを含み構成され、ベース円部３２の中心部には、支持パイプ２０ｘ及び回動位相差可変機構４１を挿通させるための軸穴が形成されている。また、各出力部３１の入力部側とは反対側の端面には、支持パイプ２０ｘを挿通させるための中心孔を備えた軸受部３３が設けられている。各出力部３１の出力ノーズ３４は、ベース円部３２の外周面に突出形成されており、該出力ノーズ３４の頂部よりも開方向Ｏ側の外周面には、凹状に湾曲した前述の出力カム面３４ｓが形成されている。この出力部３１の寸法は、前後方向（軸線方向）Ｆ，Ｒへの長さＬ２が１５〜１９ｍｍとなっている。

係合手段３６は、入力部２１の一方の端面と、それと隣接する一方の出力部３１の入力部側の端面との間、及び該入力部２１の他方の端面と、それと隣接する他方の出力部３１の入力部側の端面との間にそれぞれ設けられている。そして、各係合手段３６は、入力部２１の端面の外周に設けられた係合凹部３７と、出力部３１の端面の外周に設けられた係合凹部３８とに、リング状の係合部材３９が係合することによって形成されている。該係合手段３６の各構成要素の寸法は、両係合凹部３７，３８の深さＤは、０．７〜１．５ｍｍとなっており、幅Ｗは１〜２ｍｍとなっている。また、係合部材３９の前後方向（軸線方向）Ｆ，Ｒへの厚さＴは、２〜３ｍｍとなっている。

なお、入力部２１の外周面の幅ｗ１は、係合凹部３７が形成されたことによって、入力アーム２４の幅ｗ２と実質的に等しく揃えられている。そして、入力アーム２４の側面２４ｓと係合凹部３７の底面３７ｓとは、両者間の境目に段差が切削形成されることなく、同一面上に連続して形成されている。但し、ここでの入力アーム２４の幅ｗ２とは、前方Ｆ側に位置する一方の入力アーム２４の前方Ｆ側の端から後方Ｒ側に位置する他方の入力アーム２４の後方Ｒ側の端までの長さをいう。

回動位相差可変機構４１は、入力部２１の内周面に設けられた入力部ヘリカルスプライン４２と、両出力部３１の内周面に設けられた、該入力部ヘリカルスプライン４２とは角度の異なる出力部ヘリカルスプライン４３との双方と噛み合うスライダギア４４と、軸線Ｘ上を前後方向Ｆ，Ｒへスライドするコントロールシャフト４８と、該スライダギア４４を該コントロールシャフト４８に前後方向Ｆ，Ｒへは相対移動不能、且つ開閉方向Ｏ，Ｃへは相対移動可能に連結した連結機構５２とを含み構成されている。

スライダギア４４は、支持パイプ２０ｘと入力部２１及び出力部３１との相互間に挿入されており、該スライダギア４４の外周面には、入力部ヘリカルスプライン４２と噛み合う入力用ヘリカルスプライン４５と、出力部ヘリカルスプライン４３と噛み合う出力用ヘリカルスプライン４６とが設けられている。これらヘリカルスプラインの詳細は、入力用ヘリカルスプライン４５及びそれと噛み合う入力部ヘリカルスプライン４２が、前方Ｆから後方Ｒに進むに従って閉方向Ｃへ旋回する螺旋状（図においては左ねじの螺旋状）に形成されており、出力用ヘリカルスプライン４６及びそれと噛み合う出力部ヘリカルスプライン４３が、前方Ｆから後方Ｒに進むに従って開方向Ｏへ旋回する螺旋状（図においては右ねじの螺旋状）に形成されている。該スライダギア４４の形状は、略円筒状であって、内周面は支持パイプ２０ｘに摺接し、外周面には、前述の入力用ヘリカルスプライン４５と出力用ヘリカルスプライン４６とが前後方向Ｆ，Ｒへ間隔を空けて形成されている。そして、それら両ヘリカルスプライン４５，４６の相互間には、他の部分に比べて径が小さくなった小径部４７が形成されている。

コントロールシャフト４８は、支持パイプ２０ｘと同じく、複数の可変動弁機構９が共有する一本のシャフトであって、支持パイプ２０ｘの内部に挿入されている。そして、このコントロールシャフト４８の一端には、該コントロールシャフト４８を前後方向Ｆ，Ｒへ駆動するリフト量可変アクチュエータ４９が連結されている。

連結機構５２は、スライダギア４４に設けられた開閉方向Ｏ，Ｃへ延びるスリット孔５４と、支持パイプ２０ｘに設けられた前後方向Ｆ，Ｒへ延びる長孔５５と、コントロールシャフト４８から突出して長孔５５を挿通してスリット孔５４に係合した係合ピン５３とを含み構成されている。

本実施例によれば、係合手段３６を設けることによって、入力部２１と出力部３１とを、スライダギア４４を介さず直接的に係合することができる。そのため、入力部２１と出力部３１とをコッキングし難くして、両者を支持パイプ２０ｘ上に安定に支持することができる。そして、該係合手段３６の加工についても、いずれのヘリカルスプライン４２，４３にも係合凹部を切削する必要がないため、従来例２に比べ簡単である。

また、入力部２１及び出力部３１の焼結成形についても、次の理由で簡単である。すなわち、入力部２１及び出力部３１と別体的に係合部材３９が形成されているため、該入力部２１及び出力部３１のうちのいずれか一方の前後方向（軸線方向）Ｆ，Ｒへの長さは、一体的に形成されている場合よりも、該一方から該係合部材３９が突出すべき長さ分だけ短くなり、該一方を焼結成形する際の圧縮ストロークが短くなるからである。

また、入力部２１の加工についても、次の理由で簡単である。すなわち、従来までのものは、例えば、図５（ｂ）に示す従来例２の入力部９３のように、該入力部９３の端面９３ｓと、該入力部９３の外周面に突出形成された入力アーム９４の側面９４ｓとの間に段差Ｇを有していたが、このような段差Ｇを焼結のみによって成形するのは難しく、よって、成形後に該段差Ｇを切削形成する必要があり、加工が面倒であった。そのため、本実施例では、係合凹部３７の底面３７ｓと入力アーム２４の側面２４ｓとを同一面上に連続させて両者間から段差を取り除くことによって、該段差を切削する手間を省いているからである。

なお、本発明は前記実施例の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で変更して具体化することもできる。

本発明の実施例の可変動弁機構を示す全体側面図である。 同実施例の仲介駆動機構、及びその周辺を示す斜視図である。 同実施例の仲介駆動機構を示す分解斜視図である。 同実施例の仲介駆動機構、及びその周辺を示す（ａ）は上面断面図、（ｂ）は正面断面図、（ｃ）は部分拡大図である。 （ａ）は従来例１の仲介駆動機構を示す、（ｂ）は従来例２の仲介駆動機構を示す分解斜視図である。

符号の説明

５ 内燃機関
８ バルブ
９ 可変動弁機構
１０ 回転カム
２０ 仲介駆動機構
２１ 入力部
２４ 入力アーム
２４ｓ 入力アームの側面
３１ 出力部
３６ 係合手段
３７ 係合凹部（入力部側）
３７ｓ 係合凹部の底面
３８ 係合凹部（出力部側）
３９ 係合部材
４１ 回動位相差可変機構
４２ 入力部ヘリカルスプライン
４３ 出力部ヘリカルスプライン
４４ スライダギア
ｗ１ 入力部の外周面の幅
ｗ２ 入力アームの幅
Ｘ 軸線
Ｆ 前方（軸線方向）
Ｒ 後方（軸線方向）
Ｏ 開方向（周方向）
Ｃ 閉方向（周方向）

Claims (2)

1. 同一の軸線上に並べて揺動可能に支持された略円筒状の入力部と出力部とを備え、回転カムにより前記入力部が駆動されると前記出力部にてバルブを駆動する仲介駆動機構と、前記入力部と前記出力部との相対回動位相差を変動させる回動位相差可変機構とを備えた内燃機関の可変動弁機構において、
   前記回動位相差可変機構は、前記入力部の内周面に設けられた入力部ヘリカルスプラインと、前記出力部の内周面に設けられた、前記入力部ヘリカルスプラインとは角度の異なる出力部ヘリカルスプラインとに、両ヘリカルスプラインと噛み合いつつ軸線方向へスライドするスライダギアが係合してなり、
   前記入力部と前記出力部とは、双方の互いに隣接し合う端面の外周にそれぞれ設けられた両係合凹部に、リング状の係合部材が係合することによって、いずれのヘリカルスプラインにも係合凹部が切削されることなく、前記軸線の周方向へ相対移動可能に係合したことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. 前記入力部は、その外周面の幅と、該外周面に突出形成された、前記回転カムに押圧される入力アームの幅とが実質的に等しく揃えられ、前記入力アームの側面と前記係合凹部の底面と間の境目には、段差が切削形成されていない請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構。

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