JP5540073B2 - 吸排気バルブを動作させるための内燃機関用バルブ駆動部 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載された吸排気バルブを動作させるための内燃機関用バルブ駆動部に関するものである。

内燃機関の吸排気バルブの開閉タイミングを可変にするよう、及び吸排気バルブのバルブストロークを可変とすることが知られている。このようなバルブの制御が特許文献１に記載されており、カムシャフト上には、２つの異なるカム形状を有するカムサポート部が軸方向に摺動可能かつ回転不能に配置されている。カムサポート部の軸方向位置に応じて、カム形状が中間部材（伝達レバー）を介してストロークバルブに相互に作用するよう係合している。バルブパラメータを変更するためのカムサポート部の軸方向への摺動は、圧力リングによる復帰バネの作用に抗して基本サイクル段階においてなされるようになっている。

しかしながら、カムサポート部の調整に必要な空間が大きくなってしまうという欠点がある。したがって、このようなものは、部材を収容するために、各シリンダの間隔が比較的大きなものにのみ使用することが可能なものとなっている。さらに、カムサポート部又は調整部材の摺動に必要な、調整過程において生じる慣性力が大きくなってしまうという問題もある。また、適当なカム形状への切換は、シリンダを選択してのみなされるようになっており、バルブを選択するものとはなっていない。

特許文献２には吸排気バルブの操作のためのカムシャフト上のカムサポート部の切換装置が開示されており、この切換装置においては、カムサポート部は軸方向に摺動可能にカムシャフト上でガイドされるようになっている。また、カムサポート部の位置に応じて、吸排気バルブが異なるカム形状と相互に作用するよう係合するようになっている。そして、カムサポート部の調整は、調整要素を介して係合溝と相互に作用するよう係合することでなされている。ここで、この調整要素は径方向外方へ摺動可能なピンであり、該ピンは、カムサポート部のほぼ全周（約１８０°）にわたって配置されたガイド部に形成された少なくとも２つの溝と動作中において相互に作用するよう係合するものとなっている。

しかしながら、このようなものにおいては、ガイド部材のための追加的な構造空間が必要であるほか、他のカム形状に切り換えるために、ピンをカムシャフトから外部へ移動させて軸方向に摺動可能なゲートに滑り込ませる必要があるという問題がある。また、その切換後、ピンを再び戻す必要もある。このような構成は、部品点数が多くなるとともに、加工も複雑なものとなってしまう上、ピンの切換ミスによってカムシャフトが損傷してしまうこともある。さらに、ピンの調整に必要な時間によってエンジン回転数が制限されてしまうという欠点もある。なお、調整は、現に生じている油圧に依存している。

特許文献３には内燃機関用のバルブ駆動部が開示されており、少なくとも２つの異なるカム形状を有しつつ軸方向に摺動可能なカムサポート部がカムシャフト上に回転不能に配置されている。カムサポート部の調整は、カムシャフトの内部において案内される調整部材を介してなされるようになっている。また、端面部においてカムシャフトに配置された、二重に作用する油圧式又は空圧式のピストンシリンダユニットによって、シャフト状に形成された調整部材が、カムシャフト内部において、スプリングの付勢力に抗して摺動するようになっている。この調整部材は連行部材に結合されており、この連行部材は、カムシャフトにおいて軸方向に形成された長孔を貫通しているとともに、カムサポート部の貫通孔に開口している。

しかしながら、このようなものにおいては、調整部材の軸方向の摺動により、カムシャフト上に配置された複数のカムサポート部のみしか同時に摺動することができないという欠点がある。すなわち、１つのカムシャフト上に配置された各カムサポート部を互いに独立して切り換えることができないものとなっている。また、吸排気バルブに外側のカムが係合する切換位置において、弾性部材が常時負荷を受けてしまうという問題もある。そして、これにより、連行部材と調整部材上に配置されたガイド軌道との間に大きな摩擦力が生じてしまうことになる。その結果、摩耗が激しくなるとともに、これにともない切換ミスが生じやすくなってしまう。さらに、特に３つの異なるカム形状を備える場合に中間のカム形状に戻されるような切換ミスを防止するために、スプリングの付勢力を正確に調整する必要が生じてしまう。

独国特許出願公開第４２３０８７７号明細書 独国特許出願公開第１００５４６２３号明細書 独国特許第１９５２０１１７号明細書

本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、バルブストロークの切換を個々のシリンダに対して切換ミスを防止しつつ行うことが可能であるとともに、構造空間を削減することが可能な、吸排気バルブを動作させるための内燃機関用バルブ駆動部を提供することにある。

上記目的は、請求項１記載の発明によって達成される。

本発明によれば、バルブストローク切換のためのカムサポート部のカムシャフトパイプ上での摺動は、カムシャフトパイプ内部に配置され、かつ、軸方向のピッチを備えた外形部を有する回転可能なシャフトによってなされるようになっている。前記外形部ではボールがガイドされており、このボールは、シャフトを包囲する軸方向に摺動可能なスリーブにおける貫通孔において支持されている。このスリーブは、連行部材を介してカムサポート部に相互に作用するよう係合している。また、シャフトを回転させることで、スリーブ及びカムサポート部がそれぞれボール及び連行部材を介して軸方向に摺動するようになっている。これにより、手間及び構造空間を削減しつつ確実なバルブストロークの切換を行うことが可能である。

また、各切換位置に対するロック形状を有し、かつ、ロックボールを介してカムサポート部に相互に作用するよう係合する、圧力下にあるロック部材を設けることで、カムサポート部の摺動時における切換ミスを防止することが可能である。さらに、切換時に、摩耗の増大を招くような余計な力も生じることがない。

また、外形部においてガイドされるボールを介してシャフトに相互に作用するよう係合されたスリーブが内燃機関の各シリンダに対応して設けられている。軸方向のピッチを備える外形部を互いにずらして形成することで、各シリンダに対するバルブストロークの切換を独立して行うことが可能である。

他の好ましい実施形態は、各従属請求項に記載されており、その効果については、以下の説明とともに説明する。

バルブストロークを変更可能な状態における本発明によるバルブ駆動部の断面図である。 バルブストロークを変更できない状態における本発明によるバルブ駆動部の断面図である。 シャフトの部分断面図である。 直列４気筒エンジン用のスリーブの部分断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。 シャフト上に形成された外形部の形態を示す図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１には内燃機関のバルブ駆動部の一部が断面で示されており、不図示の吸排気バルブを動作させるこのバルブ駆動部は、内燃機関のクランクシャフトにより駆動されるカムシャフトで構成されている。ここでは、このカムシャフトは、カムシャフトパイプ５として形成されている。そして、このカムシャフトパイプ５上には、カムサポート部６が軸方向に摺動可能かつ相対回転不能に設けられている。軸方向に摺動可能なこのカムサポート部６は多気筒内燃機関の各シリンダに対応しており、このカムサポート部６により、シリンダにおけるそれぞれ２つの吸排気バルブが操作可能となっている。

そして、このカムサポート部６は同一の下部２６において複数の異なるカム形状７，８，９を有しており、これらカム形状７，８，９は、バルブストロークの切換のために、カムサポート部６を直接又は不図示の中間部材を介して各吸排気バルブに当接させるようになっている。図示の実施形態においては、カムサポート部６は、大型のカム形状７、中型のカム形状８、小型のカム形状９の３つの異なるカム形状を有している。なお、カムサポート部６に２つのみのカム形状を設定したり、又は３つより多くのカム形状を設定してもよい。また、各カム形状７，８，９間の相違を達成するために、これら各カム形状７，８，９のカーブが互いにずらして配置されている。

しかして、カムシャフトパイプ５には、各カムサポート部６のために、スリーブ４が軸方向に摺動可能かつ回転不能に設けられている。このスリーブ４の内部には回転可能なシャフト１が配置されており、このシャフト１は、前面部に配置される不図示の駆動部によって制御されつつ回転するようになっている。吸排気バルブと相互に作用するカム形状７，８，９を切り換える切換過程に合わせて、シャフト１は、後述のとおり、一方向又は双方向に回転されるようになっている。

また、シャフト１の表面には各カムサポート部６のために軸方向のピッチを備えた外形部２が形成されており、このような軸方向のピッチにより、シャフト１の表面にらせん状の外形部２が形成されることになる。

図３には、シャフト１の一部が、該シャフト１の表面に形成されたらせん状の外形部２と共に示されている。この外形部２は、その内部で案内されるボール３を介してスリーブ４と相互に作用するようになっている。また、スリーブ４には貫通孔２１が形成されており、この貫通孔２１では、ボール３が支持されるようになっている。そして、シャフト１を回転させることで、ボール３が外形部２において案内され、これと同時に、ボール３を介してスリーブ４がシャフト１上で軸方向に摺動することになる。

しかして、カムサポート部６の軸方向の摺動及びこれに伴う各カム形状７，８，９間の切換のために、スリーブ４は、少なくとも１つの連行部材１１を介してカムサポート部６と相互に作用するようになっている。この連行部材１１は、カムサポート部６内の収容部１８において支持されているとともに、スリーブ４の表面に周設されたガイド軌道２２においてスライド可能に支持されている。ここで、この連行部材１１は、図１に示すように連行ピンとして、又は連行ボールとして形成されている。

そして、カムサポート部６の軸方向の摺動によって各切換過程を達成することができるよう、各連行部材１１用の開口部１７がカムシャフトパイプ５に形成されている。この開口部１７の幅は、少なくともカムサポート部６の軸方向の最大摺動量に対応したものとなっている。なお、図１に示すものにおいては、中型のカム形状８が吸排気バルブと相互に作用することで、カムサポート部６が中間位置を占めている。

ところで、カムサポート部６の摺動は、下部２６が吸排気バルブ又は前記中間部材と係合するときにのみ可能となっている。また、切換ミスを防ぐために、各カムサポート部６にはロック部材１４が対応して設けられており、このロック部材１４は、シリンダブロック内で摺動可能に支持されているとともに、ロックボール１５を介して各カムサポート部６と相互に作用するようになっている。また、ロック部材１４により、ロックボール１５に作用する圧力が生じる。この圧力は特に１つ以上のスプリング１３によって生じ、このスプリング１３は、ロック収容部の底部２５において支持されているとともに、摺動可能なロック部材１４の底部に当接している。なお、ロック収容部の底部２５とロック部材１４の間の空間部における圧力を油圧によって生じさせるようにしてもよく、この場合、この油圧を制御装置によって調整可能にするのが好ましい。

ロック部材１４においては、異なるカム形状７，８，９の数に合わせて、それぞれスカルキャップ状に形成されたロック溝１６，１６ａ，１６ｂが対応させて設けられている。すなわち、中型のカム形状８の吸排気バルブとの係合時には、ロックボール１５が中間のロック溝１６ａにおいて支持されるようになっている。そして、大型のカム形状７の吸排気バルブとの係合時にはロックボール１５がロック溝１６において支持され、小型のカム形状９の吸排気バルブとの係合時にはロックボール１５がロック溝１６ｂにおいて支持されるようになっている。

また、カムサポート部６には係合部１０が形成されており、この係合部１０には、ロックボール１５をガイドするための係合溝１２が周設されている。さらに、この係合部１０は、カム形状７，８，９のいずれかが吸排気バルブと係合する場合に、ロック部材１４がロック収容部の底部２５に当接するよう、ロック部材１４が、ロックボール１５によって該底部２５方向に摺動するよう形成されている。なお、図２にこのような状態が示されている。また、係合部１０は凸部を備えており、この凸部によって、ロックボール１５がロック部材１４方向へ向けて支持されるようになっている。そして、カムサポート部６上におけるこの係合部１０の凸部の最大高さは、各カム形状７，８，９の最大高さの反対側に位置することになる。

また、下部２６の吸排気バルブとの係合時には、図１に示すように、ロック部材１４がロック収容部の底部２５から離間した位置にある。この位置においては、カムサポート部６の軸方向の摺動が可能となっている。そして、シャフト１を図１に示す位置から右方又は左方へ移動するよう回転させると、カム形状８からカム形状７又はカム形状９へと切り換えられる。また、シャフト１の回転時には、外形部２においてガイドされるボール３を介してスリーブ４がシャフト１上で軸方向に摺動する。スリーブ４のガイド軌道２２においてガイドされつつカムサポート部６と相互に作用する連行部材１１を介して、カムサポート部６の軸方向の摺動もなされるようになっている。

そして、カムサポート部６の軸方向の摺動により、ロック部材１４をスプリング１３の付勢力に抗してロック収容部の底部２５方向へ摺動させる力がロックボール１５を介してロック溝１６ａの縁部に作用する。さらに、カムサポート部６の更なる摺動及びロック部材１４の前記底部２５方向への摺動により、ロックボール１５は、ロック溝１６ａから離脱し、このときなされる切換過程に応じて、ロック溝１６又は１６ｂへ係合する。この切換過程は、これにより終了し、ロックボール１５のロック溝１６又は１６ｂへの係合により新たな切換位置でのカムサポート部６の確実な係止が達成される。

また、カムシャフトパイプ５の回転により、この新たな切換位置に対応するカム形状の吸排気バルブとの係合がなされ、さらに、係合部１０のロックボール１５との係合により、ロック部材１４が再び前記底部２５に対して押圧されることになる。

図５には図１に示す係合部１０の端面が示されており、この図５から、各カム形状７，８，９間の切換を行うことが可能な切換領域１９が見て取れる。また、符号２０でロック範囲が示されており、このロック範囲２０においては、図２に示すように、ロック部材１４がロック収容部の底部２５に当接しているとともに、このロック収容部においてカムサポート部６の軸方向の摺動がなされないようになっている。

上述したように、内燃機関における直列に配置されたシリンダについては、各シリンダに対して、軸方向に摺動可能なカムサポート部６と、同様に軸方向に摺動可能なスリーブ４が対応させて設けられている。また、シャフト１上に支持された複数のスリーブ４は、回り止めを備えているとともに、互いに独立して軸方向へ摺動可能にシャフト１上に支持されている。

図４には、直列４気筒エンジンに対する４つのスリーブ４が示されている。このスリーブ４側には、それぞれ２つの連行部材２４を形成しつつ開口部２３が形成されている。ここで、両開口部２３はスリーブ４の端部において互いに約９０°ずらして配置されているため、複数のスリーブ４をシャフト１上に配置する場合には、互いに隣接する２つのスリーブ４における連行部材２４が互いに噛合するようことになる。すなわち、２つのスリーブ４における連行部材２４は、このスリーブ４の軸方向への摺動が互いに可能であるよう噛合するようになっている。

ところで、ボール３を介して各スリーブ４と相互に作用し合うシャフト１へ外形部２の形成により、該外形部２の形成に応じて、バルブ切換のためのバルブシャフト１の回転時に、すべてのシリンダ又は複数のシリンダに対して同時に、あるいは個々のシリンダに対してバルブストロークの切換を行うことが可能である。各シリンダのバルブストローク切換のために連続して行われる各カムサポート部６の軸方向の摺動においては、各カムサポート部６に対して形成された外形部２の軸方向の各ピッチは、互いにずらしてシャフト１の周囲に形成されている。

図６には直列４気筒エンジンにける外形部２の形態が示されており、ここでは、各シリンダに対して個々の切換過程が連続して行えるようになっている。また、シャフト１を連続して一方向へ複数回回転させることにより、各シリンダに対するバルブストローク切換が連続して行われる。そして、シャフト１を反対側に回転させることで、バルブストロークを元に戻される。

また、需要に応じて、例えば、２つのシリンダに対して共通のバルブストローク切換を行うようにしてもよい。この場合、外形部２の移動は、同時に行われるバルブストローク切換に対して一致する。すべてのシリンダに対するバルブストローク切換を行う（カムシャフトパイプ５上に支持された各カムサポート部６が同時に軸方向へ摺動する）場合には、各カムサポート部６に対して形成された外形部２の各軸方向ピッチは、シャフト１の外周において、同一平面内に位置することになる。

外形部２のシャフト１上への様々な形態による形成により、取付空間がわずかであっても、各エンジンに適したバルブストローク切換を達成することが可能である。また、本発明により形成されたロック部材１４のロックボール１５及び係合部１０との係合により、切換ミスを防止することができる。

１ シャフト
２ 外形部
３ ボール
４ スリーブ
５ カムシャフトパイプ
６ カムサポート部
７〜９ カム形状
１０ 係合部
１１ 連行部材
１２ 係合溝
１３ スプリング
１４ ロック部材
１５ ロックボール
１６，１６ａ，１６ｂ ロック溝
１７ 開口部
１８ 収容部
１９ 切換領域
２０ ロック範囲
２１ 貫通孔
２２ ガイド軌道
２３ 開口部（空間部）
２４ 連行部材
２５ 底部
２６ 下部

Claims (12)

1. 吸排気バルブを動作させるための、内燃機関用のバルブ駆動部であって、
   内燃機関のクランクシャフトによって駆動される少なくとも１つのカムシャフトを備え、該カムシャフト上に、軸方向に摺動可能かつ前記カムシャフトに対して相対回転不能な１つ以上のカムサポート部（６）が設けられ、
   該カムサポート部（６）が同一の下部（２６）を有する一方複数の異なるカム形状（７，８，９）を有しており、
   前記カムシャフトが、内部にシャフト（１）を備えるカムシャフトパイプ（５）として形成されており、
   前記カムサポート部（６）が、その軸方向の摺動のために連行部材（１１）と相互に作用するよう係合しており、
   前記カムシャフトパイプ（５）と回転可能な前記シャフト（１）の間に、前記各カムサポート部（６）のための、軸方向に摺動可能かつ回転不能なスリーブ（４）が配置され、
   前記各スリーブ（４）が貫通孔（２１）を備えており、該貫通孔（２１）内でボール（３）が支持され、
   前記シャフト（１）の回転時に前記スリーブ（４）が当該ボール（３）を介して軸方向に摺動するよう、前記シャフト（１）の表面に配置されつつ軸方向のピッチを備える外形部（２）において前記ボール（３）がガイドされ、
   前記スリーブ（４）が、前記カムサポート部（６）を軸方向に摺動させるための少なくとも１つの前記連行部材（１１）を介して前記カムサポート部（６）に相互に作用するよう係合され、
   軸方向に摺動可能な前記カムサポート部（６）が、前記カムサポート部（６）の係合部（１０）に周設された係合溝（１２）において支持されるロックボール（１５）を介して押圧下にあるロック部材（１４）と相互に作用するよう係合され、該ロック部材（１４）において、前記各カム形状（７，８，９）にそれぞれ対応するスカルキャップ状のロック溝（１６，１６ａ，１６ｂ）が形成され、前記各カム形状（７，８，９）間の切換終了後に、前記ロックボール（１５）が該ロック溝（１６，１６ａ，１６ｂ）に係合可能であることを特徴とするバルブ駆動部。
2. 前記ロック部材（１４）がロック収容部の底部（２５）に当接するよう、前記各カム形状（７，８，９）の吸排気バルブとの係合時に前記ロックボール（１５）により前記ロック部材（１４）が前記ロック収容部の前記底部（２５）方向へ摺動するように前記係合部（１０）を形成し、前記下部（２６）の吸排気バルブとの係合時には、前記各カム形状（７，８，９）間の切換過程の際の前記カムサポート部（６）の軸方向への摺動時に前記ロック部材（１４）が、前記ロックボール（１５）の前記ロック溝のいずれか（１６，１６ａ又は１６ｂ）への係合時に該ロックボール（１５）により前記底部（２５）方向へ摺動可能であるよう、前記ロック部材（１４）が前記ロック収容部の前記底部（２５）から離間していることを特徴とする請求項１記載のバルブ駆動部。
3. 前記連行部材（１１）が連行ピン又は連行ボールとして形成され、該連行部材（１１）が、前記カムサポート部（６）に形成した収容部（１８）において支持されているとともに、前記スリーブ（４）の表面部に周設されたガイド軌道（２２）においてスライド可能に支持されていることを特徴とする請求項１又は２記載のバルブ駆動部。
4. 前記各連行部材（１１）のための前記カムシャフトパイプ（５）に開口部（１７）が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。
5. 前記カムサポート部（６）のために、回り止めを備えたスリーブ（４）が前記シャフト（１）上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。
6. 前記スリーブ（４）の側部に、それぞれ２つの連行部材（２４）を形成しつつ互いにずらして配置された空間部（２３）が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。
7. 前記スリーブ（４）が、その回転を阻止するよう、前記スリーブ（４）のうちいずれかにおける前記連行部材（２４）が後続の前記スリーブ（４）の前記空間部（２３）に係合するよう配置されていることを特徴とする請求項６記載のバルブ駆動部。
8. 前記スリーブ（４）が、互いに独立して軸方向へ摺動可能に前記シャフト（１）上に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。
9. 前記シャフト（１）が、当該シャフト（１）を双方向に回転させる回転駆動部を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。
10. 前記各カムサポート部（６）の連続した軸方向への摺動に際して、前記各カムサポート部（６）のために形成された前記外形部（２）の軸方向の前記各ピッチが、互いにずらして前記シャフト（１）に周設されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。
11. 前記各カムサポート部（６）の同時の軸方向への摺動に際して、前記各カムサポート部（６）のために形成された前記外形部（２）の軸方向の前記各ピッチが、これらが軸方向の同一平面上に位置するよう前記シャフト（１）に周設されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。
12. 前記各外形部（２）の軸方向の前記ピッチを互いにずらして形成することで、前記各カムサポート部（６）の軸方向への摺動の順序が調整可能であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のバルブ駆動部。

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