JP4816432B2 - エンジンの可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明はエンジンの可変動弁装置に関し、特に、吸気バルブのリフト量を変更する可変バルブリフト機構（ＶＶＴＬ：Variable Valve Timing Lift System）をシリンダヘッドに備えたエンジンの可変動弁装置に関する。

特許文献１に開示されているように、一般的なエンジンの可変動弁装置は、エンジンのクランクシャフトと平行に配置され、クランクシャフトと同期して回転するカムシャフトと、カムシャフトに相対変位可能に装着され、前記エンジンのバルブを駆動する揺動カムとを備えている。カムシャフトは、コントロールシャフトやコントロールシャフトに片持ち状に固定されたコントロールアームを初めとする複数の部材からなるＶＶＴＬを介して揺動カムに連結されている。コントロールシャフトは、カムシャフト（従ってクランクシャフト）と平行に配置され、エンジンのシリンダヘッドに回転自在に取り付けられている。

ＶＶＴＬのコントロールアームは、当該コントロールシャフトと平行なピンを介してコントロールリンク部材と連結され、さらにコントロールリンク部材は、当該コントロールシャフトと平行なコントロールピンと、このコントロールピンに連結された連結リンク部材とを介して、揺動カムに連結されている。他方、カムシャフトには、オフセットカムが一体形成されており、その外周には、オフセットカムリンクが相対回転自在に装着されている。オフセットカムリンクの外周には、径方向外方へ延びる突出部が設けられている。この突出部は、コントロールピンを介してコントロールリンク部材と連結リンク部材とに連結されている。揺動カム、連結リンク部材、オフセットカムリンク、コントロールリンク部材、並びコントロールアームは、エンジンの前方からカムシャフトに沿ってこの順に並んでいる。
特開２００４−３０１０５８号公報

上述した構成では、バルブの反力を揺動カムが受けた際、その荷重は、揺動カムから連結リンク部材を介してオフセットカムリンクに伝達される。ここで、揺動カム、連結リンク部材、オフセットカムリンク、コントロールリンク部材、並びコントロールアームは、エンジンの前方からカムシャフトに沿って並んでいることから、オフセットカムリンクとオフセットカムとの間に大きな偏荷重が作用しやすくなっていた。そのため、耐久性を高めることが困難になっていた。

本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、バルブの反力を堅固な構成で受け、もって耐久性を高めることのできるエンジンの可変動弁装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために本発明は、エンジンのクランクシャフトと平行に配置され、前記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相対変位可能に装着され、前記エンジンのバルブを駆動する揺動カムと、前記クランクシャフトと平行に配置されたコントロールシャフト、前記カムシャフトに設けられて前記カムシャフトと一体に回転するオフセットカム、および前記オフセットカムの外周に相対回転自在に嵌装されたオフセットカムリンクを含み、前記オフセットカムリンクの揺動起点位置を変更することにより前記揺動カムによるバルブリフト量を変更する可変バルブリフト機構とを備えたエンジンの可変動弁装置において、前記可変バルブリフト機構は、前記オフセットカムリンクと前記揺動カムとを連結する連結リンク部材と、一端が前記オフセットカムリンクに連結される第１のコントロールリンク部材と、前記第１のコントロールリンク部材と別体に設けられ、一端が前記オフセットカムリンクに連結される第２のコントロールリンク部材と、基端部が前記コントロールシャフトに固定され、自由端が前記コントロールリンク部材の他端に連結される第１のコントロールアームと、前記第１のコントロールアームと別体に設けられるとともに、基端部が前記コントロールシャフトに固定され、自由端が前記コントロールリンク部材の他端に連結される第２のコントロールアームとを含み、前記第１、第２のコントロールリンク部材が前記カムシャフトの軸方向において、前記オフセットカムリンクの両側に対をなして設けられており、前記第１、第２のコントロールアームが、前記第１、第２のコントロールリンク部材をさらにその外側から挟むように対をなして設けられていることを特徴とするエンジンの可変動弁装置である。この態様では、オフセットカムリンクにコントロールシャフトの駆動力を伝達する部材として、カムシャフトの軸方向においてオフセットカムリンクの両側に第１、第２のコントロールリンク部材および第１、第２のコントロールアームが配置されているので、揺動カムがバルブの反力を受けた際、その荷重をオフセットカムリンクの両側で受けることが可能になり、偏荷重がかかりにくくなる。このため、オフセットカムとオフセットカムリンクとの間で偏荷重によるこじれが生じにくくなり、耐久性も高く維持することができる。

好ましい態様において、前記オフセットカムリンクと前記コントロールリンク部材の一端とを揺動可能に連結するコントロールピンを備え、前記連結リンク部材の一端を前記揺動カムに連結し、前記連結リンク部材の他端を前記コントロールピンに連結している。この態様では、オフセットカムリンクと連結リンク部材とを連結しているコントロールピンが受ける荷重を当該オフセットカムリンクの両側に配置されたコントロールリンク部材およびコントロールアームに分散することができるので、一層確実にオフセットカムリンクに作用する負荷を低減することができる。

好ましい態様において、前記コントロールピンに対し前記カムシャフトの径方向に対向する位置に配置され、前記揺動カムと前記連結リンク部材の一端とを連結する連結ピンを備えている。この態様では、揺動カムから直接バルブの反力を受ける連結ピンがカムシャフトの径方向においてコントロールピンと対向する位置にレイアウトされているので、連結ピンに作用する偏荷重も抑制されることになる。

好ましい態様において、前記一対のコントロールアームの基端部を一体化する連結部を備え、前記連結部は、各コントロールリンク部材の揺動範囲を開放した状態でコントロールシャフトの外周に沿う半円筒形に形成されている。この態様では、各コントロールアームが連結部によって一体化されることにより、部品点数の軽減や荷重に対する強度の向上を図ることができる。他方、連結部が各コントロールリンク部材の揺動範囲を開放した状態でコントロールシャフトの外周に沿う半円筒形に形成されているので、連結部の外寸を必要充分な大きさに抑制することができるとともに、コントロールリンク部材の揺動範囲を大きく設定でき、高リフト化を実現することができる。

以上説明したように、本発明は、揺動カムがバルブの反力を受けた際、その荷重をオフセットカムリンクの両側で受けることが可能になり、オフセットカムとオフセットカムリンクとの間に偏荷重がかかりにくくなるので、耐久性を高く維持することができるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る可変動弁装置の要部を示す一部分解斜視図である。また、図２は、同可変動弁装置の要部を示す分解斜視図である。

図１を参照して、図示の可変動弁装置１０は、４気筒直列エンジンのシリンダヘッドに設けられるものである。エンジンは、一つの気筒に２つの吸気バルブと２つの排気バルブとを有する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。また、本実施形態に係る可変動弁装置１０は、吸気系に設けた例を示している。さらに、図１では、エンジンの一番気筒に係る機構のみを示しているが、２番気筒以降の気筒については、燃焼サイクルに応じて位相が異なる場合がある点以外は同様であるので、その詳細については、説明を省略する。

可変動弁装置１０は、吸気用カムシャフト１１と、バルブリフト量を制御するコントロールシャフト１２とを備えている。各シャフト１１、１２は、何れも図略のキャリアに、エンジンの気筒列方向（クランクシャフトの軸方向）に沿って平行に軸支されている。吸気用カムシャフト１１の一端部には、油圧で駆動される可変バルブタイミングシステム（ＶＶＴ：Variable Valve Timing System）１４を介して、エンジンのクランクシャフトの駆動力を受けるように構成されており、これによって吸気用カムシャフト１１は、位相を変更可能な状態で、クランクシャフトと同期して回転するように構成されている。なお、以下の説明では、吸気用カムシャフト１１の長手方向において、ＶＶＴ１４が配置されている側を仮に前方とする。

吸気用カムシャフト１１の外周には、シリンダヘッドのロッカアームに駆動力を伝達する揺動カム１５が、２つ一組でエンジンの気筒毎に配置され、カムシャフト１１に対し、当該カムシャフト１１と相対回転可能に装着されている。図示の例において、揺動カム１５は、吸気用カムシャフト１１と平行に延びる円筒形状の円筒部１６を介して一体化されている。

後方の揺動カム１５の外周には、駆動力が入力される突出部１５ａが形成されている。突出部１５ａには、吸気用カムシャフト１１と平行な連結ピン１７の前端部が圧入されている。連結ピン１７の後端部には、吸気用カムシャフト１１と直交する方向に延びる連結リンク部材１８の一端１８ａが回動自在に連結されている。この連結リンク部材１８の他端１８ｂは、吸気用カムシャフト１１と平行なコントロールピン１９の前端部に回動自在に連結されている。

さらに、吸気用カムシャフト１１には、オフセットカム２０が一体に形成されている。オフセットカム２０は、揺動カム１５の位相を変更するための部材であり、その外周には、オフセットカムリンク２１が相対回転自在に嵌合している。オフセットカムリンク２１の外周部には、オフセットカム２０の径方向外方に突出する突出部２１ａが形成されている。この突出部２１ａは、コントロールピン１９の途中部に連結されている。

突出部２１ａの前後には、一対のコントロールリンク部材２２（第１、第２のコントロールリンク部材）が配置されている。

図２を参照して、前方のコントロールリンク部材２２の一端２２ａは、コントロールピン１９の途中部に一体形成されており、組付時において、オフセットカムリンク２１の前方に配置される。また、後方のコントロールリンク部材２２の一端２２ａは、コントロールピン１９に形成されたねじ孔１９ａに螺合する六角孔頭付ボルト２２ｃによって固定され、組付時において、オフセットカムリンク２１の後方に配置される構造になっている。

各コントロールリンク部材２２の他端２２ｂは、各コントロールリンク部材２２をさらにその外側から挟むように設けられたコントロールアーム２３（第１、第２のコントロールアーム）の自由端に対し、当該コントロールシャフト１２と平行なピン２４を介して連結されている。

各コントロールアーム２３は、それぞれ六角ボルト２６によって基端部分がコントロールシャフト１２に固定されて片持ち状になっている。本実施形態において、コントロールアーム２３は、コントロールシャフト１２の長手方向に沿って延びる半円筒形の連結部２５によって一体化されている。上記ボルト２６は、連結部２５に一体形成された台座２７にワッシャ２８を介して着座している。そして、コントロールアーム２３の自由端部分がピン２４に取り付けられることにより、コントロールシャフト１２の回動力をコントロールリンク部材２２からコントロールピン１９を介して連結リンク部材１８に伝達し、連結リンク部材１８を変位させて、揺動カム１５の位相を変更するように構成されている。コントロールシャフト１２の後端部には、図略の扇形の入力ギアが固定されており、この入力ギアには、ステッピングモータで駆動される出力ギアが噛合している。従って、ステッピングモータを駆動し、コントロールシャフト１２を回動させることにより、その回動力が上述のように揺動カム１５に伝達され、バルブリフト量を変更することができるようになっている。そして、これらコントロールシャフト１２、連結リンク部材１８、オフセットカム２０、オフセットカムリンク２１、コントロールリンク部材２２、コントロールアーム２３、並びにピン１７、１９、２４を含む部材が、シリンダヘッドの吸気弁の開弁リフト量を変更するＶＶＴＬを構成している。

ここで本実施形態において特筆されるべきことは、コントロールリンク部材２２とコントロールアーム２３とが、吸気用カムシャフト１１の軸方向において、オフセットカムリンク２１の両側に対をなして設けられている点である。このため本実施形態では、揺動カム１５がバルブの反力を受けた際、従来の構成であれば、図２の仮想線で示す姿勢にオフセットカムリンク２１を傾斜させる方向に偏荷重が生じやすくなっていたのであるが、この荷重をオフセットカムリンク２１の両側で受けることが可能になる。このため、オフセットカム２０とオフセットカムリンク２１との間で、偏荷重によるこじれが生じにくくなり、可変動弁装置１０の動作がスムーズになり、耐久性も高く維持することができる。

また本実施形態では、オフセットカムリンク２１とコントロールリンク部材２２の一端２２ａとを揺動可能に連結するコントロールピン１９を備え、連結リンク部材１８の一端１８ａを揺動カム１５に連結し、連結リンク部材１８の他端１８ｂをコントロールピン１９に軸支している。このため本実施形態では、オフセットカムリンク２１と連結リンク部材１８とを連結しているコントロールピン１９が受ける荷重を当該オフセットカムリンク２１の両側に配置されたコントロールリンク部材２２およびコントロールアーム２３に分散することができるので、一層確実にオフセットカムリンク２１に作用する負荷を低減することができる。

また本実施形態では、コントロールピン１９に対し吸気用カムシャフト１１の径方向に対向する位置に配置され、揺動カム１５と連結リンク部材１８の一端１８ａとを連結する連結ピン１７を備えている。このため本実施形態では、揺動カム１５から直接バルブの反力を受ける連結ピン１７が吸気用カムシャフト１１の径方向においてコントロールピン１９と対向する位置にレイアウトされているので、連結ピン１７に作用する偏荷重も抑制されることになる。

また本実施形態では、一対のコントロールアーム２３の基端部を一体化する連結部２５を備え、連結部２５は、各コントロールリンク部材２２の揺動範囲を開放した状態でコントロールシャフト１２の外周に沿う半円筒形に形成されている。このため本実施形態では、各コントロールアーム２３が連結部２５によって一体化されることにより、部品点数の軽減や荷重に対する強度の向上を図ることができる。他方、連結部２５が各コントロールリンク部材２２の揺動範囲を開放した状態でコントロールシャフト１２の外周に沿う半円筒形に形成されているので、連結部２５の外寸を必要充分な大きさに抑制することができるとともに、コントロールリンク部材２２の揺動範囲を大きく設定でき、高リフト化を実現することができる。

上述した実施形態は本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。

例えば、連結部２５と台座２７を別部材で構成する等、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることは、いうまでもない。

本発明の実施の形態に係る可変動弁装置の要部を示す一部分解斜視図である。 同可変動弁装置の要部を示す分解斜視図である。

符号の説明

１０ 可変動弁装置
１１ 吸気用カムシャフト
１２ コントロールシャフト
１８ 連結リンク部材
１８ａ 一端部
１８ｂ 他端部
１９ コントロールピン
２０ オフセットカム
２１ オフセットカムリンク
２２ コントロールリンク部材
２２ａ 一端
２２ｂ 他端
２３ コントロールアーム
２５ 連結部

Claims (4)

1. エンジンのクランクシャフトと平行に配置され、前記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相対変位可能に装着され、前記エンジンのバルブを駆動する揺動カムと、前記クランクシャフトと平行に配置されたコントロールシャフト、前記カムシャフトに設けられて前記カムシャフトと一体に回転するオフセットカム、および前記オフセットカムの外周に相対回転自在に嵌装されたオフセットカムリンクを含み、前記オフセットカムリンクの揺動起点位置を変更することにより前記揺動カムによるバルブリフト量を変更する可変バルブリフト機構と
   を備えたエンジンの可変動弁装置において、
   前記可変バルブリフト機構は、
   前記オフセットカムリンクと前記揺動カムとを連結する連結リンク部材と、
   一端が前記オフセットカムリンクに連結される第１のコントロールリンク部材と、
   前記第１のコントロールリンク部材と別体に設けられ、一端が前記オフセットカムリンクに連結される第２のコントロールリンク部材と、
   基端部が前記コントロールシャフトに固定され、自由端が前記コントロールリンク部材の他端に連結される第１のコントロールアームと、
   前記第１のコントロールアームと別体に設けられるとともに、基端部が前記コントロールシャフトに固定され、自由端が前記コントロールリンク部材の他端に連結される第２のコントロールアームと、を含み、
   前記第１、第２のコントロールリンク部材が前記カムシャフトの軸方向において、前記オフセットカムリンクの両側に対をなして設けられており、
   前記第１、第２のコントロールアームが、前記第１、第２のコントロールリンク部材をさらにその外側から挟むように対をなして設けられている
   ことを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
2. 請求項１記載のエンジンの可変動弁装置において、
   前記オフセットカムリンクと前記コントロールリンク部材の一端とを揺動可能に連結するコントロールピンを備え、
   前記連結リンク部材の一端を前記揺動カムに連結し、前記連結リンク部材の他端を前記コントロールピンに連結している
   ことを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
3. 請求項２記載のエンジンの可変動弁装置において、
   前記コントロールピンに対し前記カムシャフトの径方向に対向する位置に配置され、前記揺動カムと前記連結リンク部材の一端とを連結する連結ピンを備えている
   ことを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のエンジンの可変動弁装置において、
   前記一対のコントロールアームの基端部を一体化する連結部を備え、前記連結部は、各コントロールリンク部材の揺動範囲を開放した状態でコントロールシャフトの外周に沿う半円筒形に形成されている
   ことを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
   

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