JP4853446B2 - エンジンの可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、バルブリフト特性を可変とするエンジンの可変動弁装置に関する。

エンジンのクランク軸方向に沿って配設された駆動軸に偏心部を構成する円形偏心カムを設け、駆動軸上にバルブリフト駆動用の揺動カムを回転自在に支持し、円形偏心カムに回転自在にオフセットカムリンクを外嵌めし、駆動軸と平行にコントロールアームを有するコントロール軸を配置し、コントロールアームとオフセットカムリンクとを駆動軸の回転に伴うオフセットカムリンクの動作を規制してオフセットカムリンクを揺動させるようコントロールアームリンクで連結し、オフセットカムリンクと揺動カムとを駆動軸の回転に伴うオフセットカムリンクの揺動に連動して揺動カムが揺動するよう連結リンクで連係させ、コントロール軸を回動させてコントロールアームの位置を変更することにより、オフセットカムリンクの揺動支点位置を変更し、揺動カムの揺動量を変えて、バルブリフト特性を可変とするエンジンの可変動弁装置が従来から知られている。

しかし、このように駆動軸の偏心部が円形偏心カムで構成されたものでは、オフセットカムリンクを駆動軸の一端側から通して円形偏心カムに外嵌する必要があって、円形偏心カムの外径が大きくなるため、オフセットカムリンクを含む偏心部周辺の動作スペースが大きくなり、しかも、その動作スペースが大きい割には偏心量が小さくて、偏心量を大きくしようとすれば、偏心カムが大きくなり、オフセットカムリンクが大きくなり、動作スペースが大きくなって、装置全体が大型化する。また、小型化を図るために偏心カムを小さくすると、偏心量が小さくなって、揺動カムの揺動角が小さくなり、例えば吸気バルブに適用した場合に、一層の吸気早閉じを実現してポンピングロスを低減し、燃費を効果的に改善するための狭角リフト化、すなわち、小さい開弁角（駆動軸の回転角）で大きなバルブリフト量が得られるようにすることが困難となる。

そこで、駆動軸の偏心部をクランク状に形成して、駆動軸の軸心に対して偏心しかつ平行に延びる偏心ピン部を設け、駆動リンク（ピン部リンク）を分割構造として偏心ピン部に外嵌めするようにしたエンジンの可変動弁装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このように駆動軸の偏心部をクランク状に形成すると、偏心部が偏心カムで構成されている場合に比べて動作スペースが小さくてすみ、省スペースで大きな偏心量が得られるようになる。

特開２００５−２９１００７号公報

上記のように、駆動軸の偏心部をクランク状に形成することで、偏心量を小さくすることなく偏心部周辺の動作スペースを小さくすることができ、省スペース化並びに狭角リフト化が可能となる。しかし、駆動軸の偏心部に支持されて揺動するリンクの揺動支点位置を変更することにより揺動カムの揺動量を変更してバルブリフト特性を可変とする従来のエンジンの可変動弁装置は、このように偏心部をクランク状に形成するだけでは解決しない問題がある。
つまり、駆動軸の偏心部に支持されて揺動するリンクの揺動支点位置を変更することにより揺動カムの揺動量を変更してバルブリフト特性を可変とする従来のエンジンの可変動弁装置は、偏心部を円形偏心カムにより構成したものでも、また、偏心部をクランク状に形成したものであっても、偏心部と揺動カムとが軸方向に距離を隔てていて、偏心部とコントロールアームとを連結するリンクが揺動カムとは反対側で偏心部に連結され、それがコントロールアームに支持されるようになっているのが普通で、揺動カムとコントロールアームとの軸方向の幅がかなり長くなり、揺動カムにかかるバルブスプリングの反力（バルブ反力）が片方からのこじれ力となって、一箇所に応力が集中するという好ましくない状態になる。
そこで、このような片方からのこじれ力が発生するのを避けるために、１気筒に対応するコントロールアームを軸方向に間隙をおいて一対設け、ダブルリンク（２つのリンク）で両サイドから支える構成とすることで、片方からのこじれ力が一箇所に集中しない力を分散させることも考えられている。しかし、そのようにダブルリンクで一対のコントロールアームに支持する場合、それら支持部を同軸心状にセットすることが容易でなく、バラツキができて、力のかかり方が悪くなり、円滑な動作ができなくなる恐れがある。

したがって、駆動軸の偏心部に支持されて揺動するリンクの揺動支点位置を変更することにより揺動カムの揺動量を変更してバルブリフト特性を可変とするエンジンの可変動弁装置において、偏心部周辺の動作スペースを小さくするよう駆動軸の偏心部をクランク状に形成するとともに、リンク機構の動作の円滑化を図れるようにすることが課題である。

本発明のエンジンの可変動弁装置は、複数の気筒を列状に配置したエンジンのクランク軸方向に沿って配設された駆動軸に各気筒に対応して偏心ピン部を設けるとともに駆動軸上に各気筒に対応してバルブリフト駆動用の揺動カムを回転自在に支持し、偏心ピン部にピン部リンクを回転自在に支持し、駆動軸と平行に各気筒に対応してコントロールアームを有するコントロール軸を配置し、コントロールアームとピン部リンクとを駆動軸の回転に伴うピン部リンクの動作を規制してピン部リンクを揺動させるようコントロールアームリンクで連結し、ピン部リンクと揺動カムとを駆動軸の回転に伴うピン部リンクの揺動に連動して揺動カムが揺動するよう連結リンクで連係させ、コントロール軸を回動させてコントロールアームの位置を変更することにより、ピン部リンクの揺動支点位置を変更して揺動カムの揺動量を変え、少なくともバルブリフト特性を可変とするエンジンの可変動弁装置であって、コントロール軸には各気筒に対応してコントロールアームが間隔をおいて各一対設けられ、コントロールアームリンクは、コントロールアームに対する連結部が一対のコントロールアームリンクの間に嵌まり込む筒部を構成して該筒部で第１の一軸ピンにより一対のコントロールアームリンクに連結されるとともに、ピン部リンクに対する連結部が二又脚部を構成して該二又脚部でピン部リンクを挟んで第２の一軸ピンによりピン部リンクに連結され、コントロールアームリンクとピン部リンクとを連結する第２の一軸ピンに揺動カム側に延長された延長ピン部が設けられて、該延長ピン部に連結リンクが支持されているよう構成したものである。

このようにエンジンの可変動弁装置を構成することで、駆動軸の偏心部と連係されるリンクの回転軌跡範囲を小さくしながら、コントロールアームの形状自由度を高め、コントロールリンクの両側の支持をともに一軸ピンとして、ピンの平行度を高くでき、機構運動の円滑化が図れ（傾きなどが抑制される）、また、揺動カム側からの荷重をコントロールリンクの二又脚部に両端支持した一軸ピンで受けることで、孔部などの偏磨耗を抑制できる。

本発明のエンジンの可変動弁装置は、偏心部がクランク状で、コントロールアームリンクの回転軌跡が小さいため、一対のコントロールアームの間の幅一杯に筒部を形成して、一軸ピンで支持することができるのである。

この可変動弁装置は、この可変動弁装置は、特に、連結リンクが、駆動軸の軸線と直交する方向において一対のコントロールアームの一方と重なる位置に設けられているよう構成するのがよい。

このように構成することで、揺動カム側からの荷重を一対のコントロールアーム間の幅内で受けられ、偏荷重の影響による偏磨耗を一層抑制できる。

本発明によれば、駆動軸の偏心部に支持されて揺動するリンクの揺動支点位置を変更することにより揺動カムの揺動量を変更してバルブリフト特性を可変とするエンジンの可変動弁装置において、偏心部周辺の動作スペースを小さくするよう駆動軸の偏心部をクランク状に形成するとともに、リンク機構の動作の円滑化を図れるようにすることができる。

図１〜図９は本発明の実施形態の一例のエンジンの可変動弁装置を示している。図１は可変動弁装置の１気筒対応分の斜視図、図２は可変動弁装置の全体斜視図、図３はインプットシャフトの斜視図、図４はインプットシャフトの展開斜視図、図５はインプットシャフトアッシーの部品群を示すもので、インプットシャフトフロントの斜視図（ａ）、インプットミドルの斜視図（ｂ）、アウトプットカムの斜視図（ｃ）、図６はコンロッドアッシーの部品群を示すもので、コンロッドの斜視図（ａ）、コンロッドキャップの斜視図（ｂ）、ブッシュの斜視図（ｃ）、半割りメタルの斜視図（ｄ）、ボルトの斜視図（ｅ）、図７はコントロールシャフトアッシーの部品群を示すもので、コントロールシャフトの斜視図（ａ）、コントロールアームリンクアッシーの斜視図（ｂ）、コントロールアームピンの斜視図（ｃ）、図８はその他の部品群を示すもので、コンロッドピンの斜視図（ａ）、ｅリングの斜視図（ｂ）、カムシャフトリンクアッシーの斜視図（ｃ）、図９は可変動弁装置のエンジンに組み付けた状態の断面図である。

この実施形態のエンジンは、直列４気筒の自動車駆動用エンジンで、気筒毎に２つの吸気弁（図示せず）と２つの排気弁（図示せず）を有している。そして、吸気弁のバルブリフト特性を可変とする可変動弁装置と備えている。

このエンジンの可変動弁装置は、クランク軸方向に沿って配設された駆動軸であるインプットシャフト（インプットシャフトアッシー）１に、各気筒に対応して偏心ピン部２を設けるとともに該インプットシャフト１上に各気筒に対応してバルブリフト駆動用の揺動カムであるアウトプットカム３を回転自在に支持し、偏心ピン部２にピン部リンクであるコンロッド（コンロッドアッシー）４を回転自在に支持し、カムシャフト１と平行に、各気筒に対応してコントロールアーム５を有するコントロールシャフト（コントロール軸）６を配置し、コントロールアーム５とコンロッド４とをカムシャフト１の回転に伴うコンロッド４の動作を規制してコンロッド４を揺動させるようコントロールアームリンク（コントロールリンクアッシー）７で連結し、コンロッド４とアウトプットカム３とをインプットシャフト１の回転に伴うコンロッド４の揺動に連動してアウトプットカム３が揺動するよう連結リンクであるカムシャフトリンク（カムシャフトリンクアッシー）８で連係させ、コントロールシャフト６を回動させてコントロールアーム５の位置を変更することにより、コンロッド４の揺動支点位置を変更してアウトプットカム３の揺動量を変え、バルブリフト特性を可変とするよう構成されている。なお、コントロールシャフト６は、カムキャリア２２に対し、図１に示すように隣接する気筒のコントロールアーム５の間で軸受キャップ２３により回動可能に支持され、また、図示されていないが、軸方向両端側で回動可能に支持されている。

インプットシャフト１は、各気筒に対応して偏心ピン部２と、その両側の軸部１１，１２とを有する軸方向に分割した複数の駆動軸分割体を含む分割構造とされている。すなわち、インプットシャフト１は、１本のインプットシャフトフロント１ａと、３本のインプットシャフトミドル１ｂと、１本のインプットシャフトエンド１ｃとの五つの駆動軸分割体で構成されている。そして、それら五つの駆動軸分割体（１ａ，１ｂ，１ｂ，１ｂ．１ｃ）は、隣接する駆動軸分割体同士を連結する嵌合部１１ａ，１１ｂ，１２ｂ，１２ｃがトルク伝達可能な雄雌嵌合構造とされ、該嵌合部上にアウトプットカム３が支持され、該アウトプットカム３がシリンダヘッド２１とカムキャリア２２に軸受けされている。上記嵌合部１１ａ，１１ｂ，１２ｂ，１２ｃは、各駆動軸分割体の各一方の嵌合部１１ａ，１１ｂが雄部であり、各他方の嵌合部１２ｂ，１２ｃが雌部である。各気筒に対応する四つのアウトプットカム３は、偏心ピン部２とその両側の軸部１１，１２とを有する３本のインプットシャフトミドル１ｂと、１本のインプットシャフトエンド１ｃの雌部である嵌合部１２ｂ，１２ｃ上に支持されている。

アウトプットカム３は、円筒部３０の両側に気筒毎の各バルブに対応したカム部３１，３２を一体に有し、一方のカム部３１の径方向外方延設部３３にリンク連結用のピン部３４が軸方向外方に向け突設されたもので、円筒部３０にてシリンダヘッド２１とカムキャリア２２に軸受けされている。

３本のインプットシャフトミドル１ｂは、嵌合部１１ａ，１１ｂ，１２ｂ，１２ｃに気筒間で位相差を持たせるよう係合位置を複数段に選択可能な凹凸係合部（セレーション）を有する同一構造のものである

コンロッド４は、インプットシャフト１の偏心ピン部２側の端部が偏心ピン部２に外嵌可能なよう、本体側部材４１と半割りキャップ部材４２との分割構造で、半割りキャップ部材４２をボルト締結することで偏心ピン部２に支持されるよう構成されている。

コントロールシャフト６には各気筒に対応してコントロールアーム５が間隔をおいて各一対設けられている。

コントロールアームリンク７は、コントロールアーム５に対する連結部が一対のコントロールアーム５，５の間に嵌まり込む筒部７１を構成して該筒部７１で第１の一軸ピンであるコントロールアームピン１３により一対のコントロールアーム５，５に連結されるとともに、コンロッド４に対する連結部が二又脚部７２を構成して該二又脚部７２でコンロッド４を挟んで第２の一軸ピンであるコンロッドピン１４によりコンロッド４に連結されている。

コンロッドピン１４には、アウトプットカム３側に延長された延長ピン部１４ａが設けられている。そして、この延長ピン部１４ａにカムシャフトリンク８が支持されている。

カムシャフトリンク８は、インプットシャフト３の軸線と直交する方向において各気筒に対応する一対のコントロールアーム５，５の一方と重なる位置に設けられている。

各一対のコントロールアーム５，５は、インプットシャフト１の回転に伴い、偏心ピン部２に支持されたコンロッド４の一端側がインプットシャフト１の軸心の周りを公転するときに、このコンロッド４の動作を規制して、その他端部を往復運動させ、これにより、コンロッド４の他端部にコンロッドピン１４を介して連結されたカムシャフトリンク８がアウトプットカム３を揺動させる。

コントロールシャフト６を回動させると、コントロールアーム５，５の位置が変わり、それにより、コンロッド４の他端部の往復運動の軌跡、即ちカムシャフトリンク８の揺動軌跡が変更され、これによりアウトプットカム３の揺動角等が変化して、バルブのリフト量や作動角などのリフト特性が変化する。コントロールシャフト６は、周知のように、シャフト端部あるいは中央部でモータ駆動して回転させる。

なお、コントロールアームリンク７を一対のコントロールアーム５，５とともに一軸のコントロールアームピン１３で連結することは、インプットシャフト１の偏心部をクランク状とすることと密接な関連がある。従前の円形偏心部の場合、それに嵌合されるリンクの回転軌跡が大きく、インプットシャフトとコントロールシャフトとの相対距離を必要以上に大きくしなければ動作困難となるが、本形態ではそのようなことはない。

この可変動弁装置を構成する部品は、図８に示すとおりで、４気筒分で、インプットシャフトフロント１ａが１本、インプットシャフトミドル１ｂが３本、インプットシャフトエンド１ｃが１本、アウトプットカム３が４個、コントロールシャフト６が１本、コンロッド４の本体部材が４個、コンロッドキャップ４２が４個、ブッシュ４３が４個、半割りメタル４４が８個、ボルト４５が８本、コントロールアームリンク７が４個、コントロールアームピン１３が４個、コンロッドピン１４が４個、カムシャフトリンク８が４個、ｅリング（留め輪）１５が８個等である。

そして、それらの組み付け手順は次のとおりである。
（インプットシャフトアッシー手順）
１．インプットシャフトフロント１ａに、第１のアウトプットカム３を嵌める（ピン３４は後ろ側）。
２．第１のインプットシャフトミドル１ｂを継ぐ（シャフト間の位相は不問）。
３．第２のアウトプットカム３を嵌める（ピン部３４は後ろ側）
４．第２のインプットシャフトミドル１ｂを継ぐ（９０度の位相差になるように）。
５．第３のアウトプットカム３を嵌める（ピン部３４は後ろ側）
６．第３のインプットシャフトミドル１ｂを継ぐ（１８０度の位相差になるように）。
７．第４のアウトプットカム３を嵌める（ピン部３４は後ろ側）
８．インプットシャフトエンド１ｃを継ぐ（９０度の位相差になるように）
９、インプットシャフトミドル１ｂおよびインプットシャフトエンド１ｃのピン部に半割りメタル４４をつける（８個）

（コントロールシャフトアッシー手順）
１０．コントロールシャフト６のコントロールアーム５，５間にコントロールアームリンク７を入れる
１１．コントロールアームピン１３を差し込み、該コントロールアームピン１３の先端をｅリング１５で固定する。
１２．コンロッド４にブッシュ４３を差し込む。
１３．コンロッドピン１４を差し込む。

（キャリアへの組み付け手順）
１４．コントロールシャフトアッシーをカムキャリヤ２２へ搭載する。
１５．軸受キャップ２３を組み付ける（ボルト締結）。
１６．カムキャリア２２をひっくり返して、インプットシャフトアッシーを載せる。
１７．コンロッドキャップ４２を被せてボルト４５で固定する。
１８．コンロッドピン１４を外側にスライドさせる。
１９．カムシャフトリンク８をアウトプットカム３のピン部３４に差し込む。
２０．カムシャフトリンク８をアウトプットカム３のピン部３４を中心に回転させて、コンロッドピン１４の軸心と合わせる。
２１．コンロッドピン１４を戻して、カムシャフトリンク８の穴に差し込む。
２２．カムシャフトリンク８の穴に差し込んだコンロッドピン１４の先端をｅリング１５で固定する。

（シリンダヘッドへの組み付け手順）
２３．シリンダヘッド２１にカムキャリヤ２２を搭載する。
２４．モータアッシーを取り付ける。

この可変動弁装置は、組み付け後、気筒単位でバルブリフト量のバラツキをチェックし、バラツキがあれば、カムシャフトリンク８の長さを変えてバルブリフト量をそろえるようにするのがよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限るものではなく、インプットシャフトの分割体の嵌合部の雄雌を上記実施形態と逆としてもよく、また、インプットシャフトアッシーの支持を、アッパーおよびロアからなるカムキャリアで行うようにしてもよい。

本発明の実施の形態に係る可変動弁装置の１気筒対応分の斜視図である。 本発明の実施の形態に係る可変動弁装置の全体斜視図である。 本発明の実施の形態に係る可変動弁装置のインプットシャフトの斜視図である。 本発明の実施の形態に係る可変動弁装置のインプットシャフトの展開斜視図である。 本発明の実施の形態に係る可変動弁装置のインプットシャフトアッシーの部品群を示すもので、インプットシャフトフロントの斜視図（ａ）、インプットミドルの斜視図（ｂ）、アウトプットカムの斜視図（ｃ）である。 本発明の実施の形態に係る可変動弁装置のコンロッドアッシーの部品群を示すもので、コンロッドの斜視図（ａ）、コンロッドキャップの斜視図（ｂ）、ブッシュの斜視図（ｃ）、半割りメタルの斜視図（ｄ）、ボルトの斜視図（ｅ）である。 本発明の実施の形態に係る可変動弁装置のコントロールシャフトアッシーの部品群を示すもので、コントロールシャフトの斜視図（ａ）、コントロールアームリンクアッシーの斜視図（ｂ）、コントロールアームピンの斜視図（ｃ）である。 本発明の実施の形態に係る可変動弁装置のその他の部品群を示すもので、コンロッドピンの斜視図（ａ）、ｅリングの斜視図（ｂ）、カムシャフトリンクアッシーの斜視図（ｃ）である。 本発明の実施の形態に係る可変動弁装置のエンジンに組み付けた状態の断面図である。

符号の説明

１ インプットシャフト（インプットシャフトアッシー）
１ａ インプットシャフトフロント
１ｂ インプットシャフトミドル
１ｃ インプットシャフトエンド
２ 偏心ピン部
３ アウトプットカム
４ コンロッド（コンロッドアッシー）
５ コントロールアーム
６ コントロールシャフト（コントロール軸）
７ コントロールアームリンク（コントロールリンクアッシー）
８ カムシャフトリンク（カムシャフトリンクアッシー）
１１、１２ 軸部
２１ シリンダヘッド
２２ カムキャリア
３０ 円筒部
３１，３２ カム部
３４ ピン部
７１ 筒部
７２ 二又脚部

Claims (2)

1. 複数の気筒を列状に配置したエンジンのクランク軸方向に沿って配設された駆動軸に各気筒に対応して偏心ピン部を設けるとともに該駆動軸上に各気筒に対応してバルブリフト駆動用の揺動カムを回転自在に支持し、前記偏心ピン部にピン部リンクを回転自在に支持し、前記駆動軸と平行に各気筒に対応してコントロールアームを有するコントロール軸を配置し、前記コントロールアームと前記ピン部リンクとを前記駆動軸の回転に伴う前記ピン部リンクの動作を規制して該ピン部リンクを揺動させるようコントロールアームリンクで連結し、前記ピン部リンクと前記揺動カムとを前記カム駆動軸の回転に伴う前記ピン部リンクの揺動に連動して前記揺動カムが揺動するよう連結リンクで連係させ、前記コントロール軸を回動させて前記コントロールアームの位置を変更することにより、前記ピン部リンクの揺動支点位置を変更して前記揺動カムの揺動量を変え、少なくともバルブリフト特性を可変とするエンジンの可変動弁装置であって、
   前記コントロール軸には各気筒に対応して前記コントロールアームが間隔をおいて各一対設けられ、
   前記コントロールアームリンクは、前記コントロールアームに対する連結部が前記一対のコントロールアームリンクの間に嵌まり込む筒部を構成して該筒部で第１の一軸ピンにより前記一対のコントロールアームリンクに連結されるとともに、前記ピン部リンクに対する連結部が二又脚部を構成して該二又脚部で前記ピン部リンクを挟んで第２の一軸ピンにより前記ピン部リンクに連結され、
   前記コントロールアームリンクと前記ピン部リンクとを連結する前記第２の一軸ピンに前記揺動カム側に延長された延長ピン部が設けられて、該延長ピン部に前記連結リンクが支持されていることを特徴とするエンジンの可変動弁装置。
2. 前記連結リンクが、前記駆動軸の軸線と直交する方向において前記一対のコントロールアームの一方と重なる位置に設けられている請求項1記載のエンジンの可変動弁装置。

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