JP4871310B2 - 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を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６及び図７に示すシリンダヘッド５の吸気バルブ６，６に対して設置された従来例（特許文献１）の可変動弁機構８８のように、同一支持シャフト９１に挿通されて並べて揺動可能に支持された筒状の入力部材９２及び出力部材９３，９３を備え、回転カム８９により入力部材９２が駆動されると出力部材９３，９３にて吸気バルブ６，６を駆動する仲介駆動機構９０と、入力部材９２と出力部材９３，９３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９４とを備えたものがある。

その回動位相差可変機構９４は、入力部材９２及び出力部材９３，９３と支持シャフト９１との間に該支持シャフト９１の長さ方向にスライド可能に介装されたスライド部材９９の外周面にそれぞれ設けられた互いに角度の異なる入力用ヘリカルスプライン９７及び出力用ヘリカルスプライン９８，９８と、入力部材９２の内周面に設けられた前述の入力用ヘリカルスプライン９７と噛み合う入力部ヘリカルスプライン９５と、出力部材９３，９３の内周面に設けられた前述の出力用ヘリカルスプライン９８，９８と噛み合う出力部ヘリカルスプライン９６，９６とを含み構成されている。ここで、入力用ヘリカルスプライン９７の軸芯と支持シャフト９１の軸芯とは、同一線上に揃っている。

そして、該可変動弁機構８８は、スライド部材９９をスライドさせることにより、前述の相対回動位相差ｇを変動させて吸気バルブ６，６のリフト量を変動させる。

なお、排気バルブ８，８に対しては、可変機能を有しない不可変式の動弁機構１００が取り付けられている。
特開２００１−２６３０１５公報

上記可変動弁機構８８によれば、図８に示すように、吸気バルブ６，６のリフト量を連続的に変動させることができるが、該リフト量が最大になるタイミングは変動させることができない。ところが、更なるエンジン性能の向上や燃費の向上等のためには、吸気バルブ６，６のリフト量を変動させると同時に、該リフト量が最大になるタイミングも変動させる必要がある。但し、ＶＶＴ（可変バルブタイミングシステム）等の外部部材によって、該タイミングを変動させることは、故障等によって該外部部材がうまく連動しなくなる可能性もあるため好ましくない。

そこで、可変動弁機構によってバルブのリフト量を変動させると同時に、ＶＶＴ等の外部部材を設置することなしに、該可変動弁機構の内部構造だけで該リフト量を最大にするタイミングも変動させ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、同一支持シャフトに挿通されて並べて揺動可能に支持された筒状の入力部材及び出力部材を備え、回転カムにより前記入力部材が駆動されると前記出力部材にてバルブを駆動する仲介駆動機構と、前記入力部材と前記出力部材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、前記回動位相差可変機構は、前記入力部材及び前記出力部材と前記支持シャフトとの間に該支持シャフトの長さ方向にスライド可能に介装されたスライド部材の外周面にそれぞれ設けられた互いに角度の異なる入力用ヘリカルスプライン及び出力用ヘリカルスプラインと、前記入力部材の内周面に設けられた前記入力用ヘリカルスプラインと噛み合う入力部ヘリカルスプラインと、前記出力部材の内周面に設けられた前記出力用ヘリカルスプラインと噛み合う出力部ヘリカルスプラインとを含み構成され、前記スライド部材をスライドさせることにより前記相対回動位相差を変動させて前記バルブのリフト量を変動させる内燃機関の可変動弁機構において、前記バルブのリフト量を変動させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングも変動するように、前記入力用ヘリカルスプラインの軸芯が前記支持シャフトの軸芯から偏心したことを特徴とする。

前記偏心は、特に限定されないが、次の（ｉ）（ii）の場合が例として挙げられる。
（ｉ）前記バルブのリフト量を増加させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが遅くなり、前記バルブのリフト量を減少させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが早くなるように、該偏心している場合。
（ii）前記バルブのリフト量を増加させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが早くなり、前記バルブのリフト量を減少させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが遅くなるように、該偏心している場合。

前記可変動弁機構は、吸気バルブ及び排気バルブのいずれに対して設置してもよいが、吸気バルブに対して設置すること、すなわち、前記バルブは、吸気バルブであることが好ましい。

本発明によれば、入力用ヘリカルスプラインの軸芯が支持シャフトの軸芯から偏心しているため、スライド部材をスライドさせることにより入力部材と出力部材との相対回動位相差を変動させてバルブのリフト量を変動させれば、同時に該リフト量を最大にするタイミングも変動させることができる。

本発明の内燃機関の可変動弁機構９は、同一支持シャフト２１に挿通されて並べて揺動可能に支持された筒状の入力部材２２及び出力部材３２，３２を備え、回転カム１０により入力部材２２が駆動されると出力部材３２，３２にて吸気バルブ６，６を駆動する仲介駆動機構２０と、入力部材２２と出力部材３２，３２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４０とを備えている。

その回動位相差可変機構４０は、入力部材２２及び出力部材３２，３２と支持シャフト２１との間に該支持シャフト２１の長さ方向にスライド可能に介装されたスライド部材５２の外周面にそれぞれ設けられた互いに角度の異なる入力用ヘリカルスプライン４７及び出力用ヘリカルスプライン４８，４８と、入力部材２２の内周面に設けられた前述の入力用ヘリカルスプライン４７と噛み合う入力部ヘリカルスプライン４２と、出力部材３２，３２の内周面に設けられた前述の出力用ヘリカルスプライン４８，４８と噛み合う出力部ヘリカルスプライン４３，４３とを含み構成されている。

そして、該可変動弁機構９は、スライド部材５２をスライドさせることにより、前述のの相対回動位相差ｇを変動させて吸気バルブ６，６のリフト量を変動させる。また、該吸気バルブ６，６のリフト量を増加させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが遅くなり、該吸気バルブ６，６のリフト量を減少させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが早くなるように、入力用ヘリカルスプライン４７の軸芯Ｘが支持シャフト２１の軸芯Ｘｏから偏心している。

本実施例の図１〜図４に示す可変動弁機構９は、図６に示す従来例の可変動弁機構８８に代えて、シリンダヘッド５の吸気バルブ６，６に対して設置されている。この可変動弁機構９は、一対の吸気バルブ６，６を、そのリフト量を内燃機関の運転状況に応じて連続的に変動可能に駆動する機構であって、各シリンダ４毎に１つずつ設置されている。

各可変動弁機構９は、内燃機関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吸気バルブ６，６を開閉するロッカアーム１５，１５と、入力部材２２及び出力部材３２，３２を備え、回転カム１０により入力部材２２が駆動されると出力部材３２，３２にてロッカアーム１５，１５を駆動する仲介駆動機構２０と、入力部材２２と出力部材３２，３２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４０と含み構成されている。そして、該回動位相差可変機構４０により相対回動位相差ｇを変動させることによって、吸気バルブ６，６のリフト量を変動させる。

回転カム１０は、複数の可変動弁機構９が共有する一本のカムシャフト１１に各可変動弁機構９の回転カム１０がそれぞれ形成されている。その回転カム１０は、円形のベース円部１２と、該ベース円部１２から突出したカムノーズ１３とを含み構成されている。

ロッカアーム１５，１５は、一対の吸気バルブ６，６のそれぞれ１つずつに対してそれぞれ１つずつが対応する形で設置されている。各ロッカアーム１５は、基端部がラッシュアジャスタ１７に揺動可能に支持されており、先端部が吸気バルブ６のステムエンドに当接し、中間部には、仲介駆動機構２０の出力部材３２に当接するローラ１６が軸着されている。そして、該ロッカアーム１５は、出力部材３２によりローラ１６が押圧されると、先端部にて吸気バルブ６を該バルブが開く方向へ押圧する。また、各吸気バルブ６に対しては、該吸気バルブ６を該バルブが閉まる方向へ押圧するバルブスプリング１８が取り付けられており、各ロッカアーム１５は、該バルブスプリング１８と共働して各吸気バルブ６を開閉する。

仲介駆動機構２０は、一本の支持シャフト２１と、該支持シャフト２１に挿通されて並べて揺動可能に支持された筒状の前述の入力部材２２及び出力部材３２，３２と、入力部材２２を回転カム１０に付勢するロストモーション機構３６とを含み構成されている。

支持シャフト２１は、複数の可変動弁機構９が共有する一本の左右方向Ｌ，Ｒに延びるパイプ状のシャフトであって、シリンダヘッド５の上部に左右方向Ｌ，Ｒに間隔を置いて並設された複数の立壁部７，７・・に回動不能に固定されている。そして、該複数の立壁部７，７・・のうちの２つの立壁部７，７の相互間に、一の可変動弁機構９の入力部材２２と出力部材３２，３２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、これら入力部材２２と出力部材３２，３２とは、それらの並びの両端が両側の立壁部７，７に当接することによって、左右方向Ｌ，Ｒへの変位が規制されている。
以下においては、左右方向Ｌ，Ｒを軸とした回動方向のうち、出力部材３２，３２がロッカアーム１５，１５を押圧して吸気バルブ６，６を開く側の回動方向を開方向Ｏとし、その反対側の回動方向を閉方向Ｃとする。

入力部材２２は、立壁部７，７の相互間における略中央に配設されている。該入力部材２２は、円筒状のベース円部２３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２４，２４と、ロストモーション機構３６に押圧されるリターンアーム２７とを含み構成されている。入力アーム２４，２４は、ベース円部２３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２４，２４の先端部における相互間には、ローラシャフト２６を介して前述の入力ローラ２５が軸支されている。また、リターンアーム２７は、両入力アーム２４，２４に対する入力部材２２の径方向の略反対側に形成されており、該リターンアーム２７がロストモーション機構３６によって閉方向Ｃへ付勢されることによって、入力部材２２が回転カム１０に追従する。

出力部材３２，３２は、入力部材２２の左右方向Ｌ，Ｒ両側に１づずつ配設されている。各出力部材３２は、円筒状のベース円部３３と、該ベース円部３３に突設された、外周面（カム面）でロッカアーム１５のローラ１６を押圧する出力ノーズ３４とを含み構成されている。

ロストモーション機構３６は、入力部材２２に当接するロストモーションリフタ３７と、ロストモーションリフタ３７を入力部材２２のリターンアーム２７に押圧するロストモーションスプリング３８とを含み構成されている。

回動位相差可変機構４０は、入力部材２２及び出力部材３２，３２と支持シャフト２１との間に左右方向Ｌ，Ｒへスライド可能に介装されたスライド部材５２の外周面にそれぞれ設けられた互いに角度の異なる入力用ヘリカルスプライン４７及び出力用ヘリカルスプライン４８，４８と、入力部材２２の内周面に設けられた前述の入力用ヘリカルスプライン４７と噛み合う入力部ヘリカルスプライン４２と、出力部材３２，３２の内周面に設けられた前述の出力用ヘリカルスプライン４８，４８と噛み合う出力部ヘリカルスプライン４３，４３と、該入力用ヘリカルスプライン４７及び出力用ヘリカルスプライン４８を左右に駆動する駆動機構５１とを含み構成されている。

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４７及びそれと噛み合う入力部ヘリカルスプライン４２が、右方向Ｒへ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）に形成されており、出力用ヘリカルスプライン４８及びそれと噛み合う出力部ヘリカルスプライン４３が、右方向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）に形成されている。そして、入力用ヘリカルスプライン４７の軸芯Ｘは、吸気バルブ６，６のリフト量を増加させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが遅くなり、吸気バルブ６，６のリフト量を減少させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが早くなるように、支持シャフト２１の軸芯Ｘｏから偏心している。

駆動機構５１は、前述のスライド部材５２と、駆動装置（図示略）に連結されて左右方向Ｌ，Ｒへ駆動されるコントロールシャフト５４と、スライド部材５２をコントロールシャフト５４に左右方向Ｌ，Ｒへは拘束し且つ開閉方向Ｏ，Ｃへはスライド可能に連結した連結機構５５とを含み構成されている。

スライド部材５２は、支持シャフト２１に挿通された筒状の部材であって、内周面は該支持シャフト２１に摺接し、外周面には、前述の入力用ヘリカルスプライン４７と出力用ヘリカルスプライン４８，４８とが左右方向Ｌ，Ｒに間隔を空けて形成されている。そして、入力用ヘリカルスプライン４７と各出力用ヘリカルスプライン４８，４８との各間には、他の部分に比べて径が小さくなった小径部５３，５３が形成されている。

コントロールシャフト５４は、支持シャフト２１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、パイプ状の該支持シャフト２１の内側に設置されている。

連結機構５５は、スライド部材５２の内周面に凹設された開閉方向Ｏ，Ｃに延びるスリット孔５６と、支持シャフト２１に貫設された左右方向Ｌ，Ｒに延びる長孔５７と、コントロールシャフト５４から突出して長孔５７を挿通してスリット孔５６の内側にまで延びた連結ピン５８と、該連結ピン５８の先端部に取り付けられてスリット孔５６の内側面に摺接したブッシュ５９とを含み構成されている。

次に以上に示した可変動弁機構９が、吸気バルブ６，６を開閉する際の様子を、（１）バルブのリフト量一定時、（２）バルブのリフト量増加時、（３）バルブのリフト量減少時の３通りに分けて、以下に順に説明する。

（１）バルブのリフト量一定時
吸気バルブ６，６のリフト量を一定に保つ際には、コントロールシャフト５４が左右方向Ｌ，Ｒへ駆動されることがない。そのため、入力部材２２と出力部材３２，３２とは、相対回動位相差ｇを固定したまま、ヘリカルスプラインの噛み合いによって結合されているスライド部材５２と一体的に揺動して、吸気バルブ６，６をそのリフト量を一定に保ちつつ駆動する。

（２）バルブのリフト量増加時
吸気バルブ６，６のリフト量を増加させるときは、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、コントロールシャフト５４が右方向Ｒへスライドするのに従い、スライド部材５２もブッシュ５９により右方向Ｒへ押圧され、開閉方向Ｏ，Ｃに揺動つつも右方向Ｒへスライドする。これにより、入力部材２２と出力部材３２とは、ヘリカルスプラインの噛み合いよって互いに反対方向へ回動し、両者間の相対回転位相差ｇが増大する。

このとき、入力部材２２に対して、スライド部材５２がそのスライド量に対応した回動角度αだけ開方向Ｏへ回動し、更に該回動するスライド部材５２に対して出力部材３２，３２が該スライド量に対応した回動角度βだけ開方向Ｏへ回動する。また、更に、入力用ヘリカルスプライン４７の軸芯Ｘは支持シャフト２１の軸芯Ｘｏから偏心しているため、スライド部材５２の回動に伴い該入力用ヘリカルスプライン４７の軸芯Ｘが回転カム１０に向かう方向へ変位する。それによって、入力部材２２も該軸芯Ｘの変位分に対応した幅Ｗだけ該回転カム１０に向かう方向へシフトし、該回転カム１０との当接部Ｐが該回転カム１０の外周面（カム面）に沿って該回転カム１０の回転方向下流側へ角度Φだけシフトする。それによって、スライド部材５２並びにそれに結合された入力部材２２及び出力部材３２，３２全体が、支持シャフト２１に対して開方向Ｏへ前述の角度Φに対応した回動角度γだけシフトする。

これらにより、出力部材３２，３２は、開閉方向Ｏ，Ｃに揺動しつつも、その基本位置が、前述の回動角度αと回動角度βと回動角度γとを足し合せた回動角度（α＋β＋γ）分だけ開方向Ｏへシフトする（但し、ここでの基本位置とは、開閉方向Ｏ，Ｃに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し、このことは、以下においても同様とする。）。それによって、該出力部材３２，３２によるロッカアーム１５，１５の駆動量が増加し、図５の２点鎖線上側に示すように、該可変動弁機構９による吸気バルブ６，６のリフト量が増加する。また、それと同時に、前述の当接部Ｐが角度Φだけ回転カム１０の回転方向下流側へ変位することによって、該リフト量が最大になるタイミングが遅くなる。

（３）バルブのリフト量減少時
吸気バルブ６，６のリフト量を減少させるときは、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、コントロールシャフト５４が左方向Ｌへスライドするのに従い、スライド部材５２もブッシュ５９により左方向Ｌへ押圧され、開閉方向Ｏ，Ｃへ揺動つつも左方向Ｌへスライドする。これにより、入力部材２２と出力部材３２とは、ヘリカルスプラインの噛み合いよって互いに反対方向へ回動し、両者間の相対回転位相差ｇが減少する。

このとき、入力部材２２に対して、スライド部材５２がそのスライド量に対応した回動角度αだけ閉方向Ｃへ回動し、更に該回動するスライド部材５２に対して出力部材３２，３２が該スライド量に対応した回動角度βだけ閉方向Ｃへ回動する。また、更に、入力用ヘリカルスプライン４７の軸芯Ｘは支持シャフト２１の軸芯Ｘｏから偏心しているため、スライド部材５２の回動に伴い該入力用ヘリカルスプライン４７の軸芯Ｘが回転カム１０から離れる方向へ変位する。それによって、入力部材２２も該軸芯Ｘの変位分に対応した幅Ｗだけ該回転カム１０から離れる方向へシフトし、該回転カム１０との当接部Ｐが該回転カム１０の外周面（カム面）に沿って該回転カム１０の回転方向上流側へ角度Φだけシフトする。それによって、スライド部材５２並びにそれに結合された入力部材２２及び出力部材３２，３２全体が、支持シャフト２１に対して閉方向Ｃへ前述の角度Φに対応した回動角度γだけシフトする。

これらにより、出力部材３２，３２は、開閉方向Ｏ，Ｃに揺動しつつも、その基本位置が、前述の回動角度αと回動角度βと回動角度γとを足し合せた回動角度（α＋β＋γ）分だけ閉方向Ｃへシフトする。それによって、該出力部材３２，３２によるロッカアーム１５，１５の駆動量が減少し、図５の２点鎖線下側に示すように、該可変動弁機構９による吸気バルブ６，６のリフト量が減少する。また、それと同時に、前述の当接部Ｐが角度Φだけ回転カム１０の回転方向上流側へ変位することによって、該リフト量が最大になるタイミングが早くなる。

本実施例によれば、入力用ヘリカルスプライン４７の軸芯Ｘが支持シャフト２１の軸芯Ｘｏから偏心しているため、以上に示した通り、吸気バルブ６，６のリフト量を増加させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが遅くなり、該吸気バルブ６，６のリフト量を減少させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが早くなる。

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、例えば、内燃機関の態様次第では、本実施例とは反対に、吸気バルブ６，６のリフト量を増加させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが早くなり、該吸気バルブ６，６のリフト量を減少させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングが遅くなるように、入力用ヘリカルスプライン４７の軸芯Ｘが支持シャフト２１の軸芯Ｘｏから偏心していてもよい。

本発明の実施例の可変動弁機構を示す斜視図である。 同実施例の仲介駆動機構及び回動位相差可変機構を示す分解斜視図である。 同実施例において、（ａ）は、吸気バルブのリフト量を増加させた際の様子を示す平面断面図、（ｂ）は、吸気バルブのリフト量を減少させた際の様子を示す平面断面図である。 同実施例において、（ａ）は、吸気バルブのリフト量を増加させた際の様子を示す側面断面図、（ｂ）は、吸気バルブのリフト量を減少させた際の様子を示す側面断面図である。 同実施例において、内燃機関の回転角度とバルブのリフト量との関係を示す図である。 従来例の内燃機関を示す側面断面図である。 同従来例の可変動弁機構を示す斜視図である。 同従来例において、内燃機関の回転角度とバルブのリフト量との関係を示す図である。

符号の説明

６ 吸気バルブ（バルブ）
９ 可変動弁機構
１０ 回転カム
２０ 仲介駆動機構
２１ 支持シャフト
２２ 入力部材
３２ 出力部材
４０ 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
４７ 入力用ヘリカルスプライン
４８ 出力用ヘリカルスプライン
５２ スライド部材
ｇ 相対回動位相差
Ｘｏ 支持シャフトの軸芯
Ｘ 入力用ヘリカルスプラインの軸芯

Claims (1)

1. 同一支持シャフトに挿通されて並べて揺動可能に支持された筒状の入力部材及び出力部材を備え、回転カムにより前記入力部材が駆動されると前記出力部材にてバルブを駆動する仲介駆動機構と、前記入力部材と前記出力部材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、
   前記回動位相差可変機構は、前記入力部材及び前記出力部材と前記支持シャフトとの間に該支持シャフトの長さ方向にスライド可能に介装されたスライド部材の外周面にそれぞれ設けられた互いに角度の異なる入力用ヘリカルスプライン及び出力用ヘリカルスプラインと、前記入力部材の内周面に設けられた前記入力用ヘリカルスプラインと噛み合う入力部ヘリカルスプラインと、前記出力部材の内周面に設けられた前記出力用ヘリカルスプラインと噛み合う出力部ヘリカルスプラインとを含み構成され、
   前記スライド部材をスライドさせることにより前記相対回動位相差を変動させて前記バルブのリフト量を変動させる内燃機関の可変動弁機構において、
   前記バルブのリフト量を変動させた際には同時に該リフト量が最大になるタイミングも変動するように、前記入力用ヘリカルスプラインの軸芯が前記支持シャフトの軸芯から偏心したことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。

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