JP5724948B2 - 可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は可変動弁装置に関する。

内燃機関に装着される吸気弁又は排気弁を駆動するカムピースの作用角を可変制御する可変動弁装置が知られている。例えば特許文献１及び２にはカムプロフィールを切り替える技術が記載されている。カムプロフィールの切り替えにより、複数のバルブタイミング及びバルブリフトが選択可能である。

特開２００８−２９１７４２号公報 特表２００６−５２０８６９号公報

可変動弁装置においては、カムピースの位置決めを精度高く行うことが要求される。各部品の熱膨張なども考慮すると、寸法精度をより一層高めることが好ましい。しかし、寸法精度の向上によりコストが高くなる。例えば、熱膨張を考慮して部品間のクリアランスを大きくしてもよい。しかし、可変動弁装置全体が大型化してしまう。本発明は上記課題に鑑み、熱膨張が発生した場合でも精度の高い位置決めが可能な可変動弁装置を提供することを目的とする。

本発明は、シャフトと、前記シャフトの外周面に設けられ、前記シャフトの材料より強度の高い材料により形成されたカムシャフトと、ロッカーアームに当接し、前記カムシャフトの外周面に設けられ、前記シャフトの軸線方向にスライドすることにより、カムプロフィールを切り替え可能なカムピースと、前記ロッカーアームを支持するロッカーアーム支持部材と、を具備し、前記カムピースが前記シャフトの軸線方向において前記シャフトに当接することにより、前記軸線方向における前記カムピースの位置決めがされ、前記カムピースが前記カムピースの回転方向において前記カムシャフトに当接することにより、前記回転方向における前記カムピースの位置決めがされ、前記シャフトと前記ロッカーアーム支持部材とは、同じ熱膨張率を有する材料により形成されている可変動弁装置である。

上記構成において、前記シャフトは、付勢部材と、前記付勢部材により前記カムピースに向けて付勢される係合部材を有し、前記カムピースの内周面に係合部が設けられ、前記係合部材が前記係合部に係合することにより、前記軸線方向における前記カムピースの位置決めがされる構成とすることができる。

上記構成において、前記シャフトと、前記ロッカーアーム支持部材とは、アルミニウムにより形成され、前記カムシャフトは鉄により形成されている構成とすることができる。

上記構成において、前記カムピースの外周面に設けられた溝に係合するピンを支持するピン支持部材を備え、前記ピンが前記カムピースの外周面に設けられた溝に係合することにより、前記カムピースは前記軸線方向にスライドしカムプロフィールを切り替え可能であり、前記シャフトと前記ピン支持部材とは、同じ熱膨張率を有する材料により形成されている構成とすることができる。また、上記構成において、前記シャフトと、前記ピン支持部材とは、アルミニウムにより形成され、前記カムシャフトは鉄により形成されている構成としてもよい。

本発明によれば、熱膨張が発生した場合でも精度の高い位置決めが可能な可変動弁装置を提供することができる。

図１は実施例１に係る可変動弁装置を例示する側面図である。 図２（ａ）は可変動弁装置を例示する断面図である。図２（ｂ）は可変動弁装置を例示する上面図である。図２（ｃ）は溝付近の拡大図である。 図３はカムピース、ロッカーアーム及びピンのＸ方向の位置を例示する模式図である。

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。

実施例１はロックボールを用いてカムピースの位置を調整する例である。図１は実施例１に係る可変動弁装置１００を例示する側面図である。

図１に示すように、可変動弁装置１００は、カムシャフト１０、カムピース１２、ロッカーアーム２０、ピン２４、シリンダヘッド３２、及びカムハウジング３４を含む。カムピース１２、ロッカーアーム２０及びピン２４はそれぞれ複数設けられており、カムシャフト１０の軸線方向（Ｘ方向）に沿って整列している。カムピース１２は、カムシャフト１０の外周面に設けられ、カムシャフト１０と共に回転可能で、かつＸ方向に摺動可能である。カムシャフト１０はカムピース１２を支持する。カムピース１２のカムロブ１４及び１６がロッカーアーム２０のローラー２２に当接することにより、バルブ２３が開閉する。

カムシャフト１０の径方向（Ｙ方向）において、下から順にシリンダヘッド３２、カムシャフト１０、及びカムハウジング３４が配置されている。シリンダヘッド３２（ロッカーアーム支持部材）は、ロッカーアーム２０及びバルブ２３を支持する。カムハウジング３４（ピン支持部材）は、ピン２４を支持する。

ピン２４は、Ｙ方向に駆動し、カムピース１２の外周に設けられた螺旋溝１８に係合する。ピン２４の動作は、例えば不図示のソレノイドへの通電により制御される。カムピース１２が回転すると、ピン２４が螺旋溝１８の側壁と当接することにより、カムピース１２が図１（ａ）中の左方向にスライドする。これにより、カムロブ１６はロッカーアーム２０に当接する。つまりカムロブ１４からカムロブ１６への切り替えが行われる。カムロブ１６からカムロブ１４への切り替えにもピン２４を用いる。シャフト１１、シリンダヘッド３２及びカムハウジング３４は、例えばアルミニウム（Ａｌ）により形成されている。

図２（ａ）は可変動弁装置１００を例示する断面図である。図２（ｂ）は可変動弁装置１００を例示する上面図である。図２（ｃ）は溝２６付近の拡大図である。螺旋溝１８の図示は省略した。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、カムシャフト１０の内側にはシャフト１１（位置決め部材）が設けられている。つまり、カムシャフト１０はシャフト１１の外周面であって、シャフト１１とカムピース１２との間に位置する。カムシャフト１０及びシャフト１１には、カムシャフト１０及びシャフト１１を貫通する貫通孔１３及び１５が設けられている。貫通孔１３にはスプリング３０が設けられ、スプリング３０の先端にはロックボール２８が連結されている。カムピース１２は本体１２ａと連結ピン１２ｂとを含む。本体１２ａにはカムロブ１４及び１６が設けられ、本体１２ａの内周面には溝２６が設けられている。ロックボール２８はスプリング３０により付勢され、溝２６に係合している。連結ピン１２ｂは貫通孔１５を貫通している。

図２（ｃ）に円で示すように、ロックボール２８が溝２６の右側の斜面２６ａに当接することにより、カムピース１２に右方向の力が加わる。この結果、連結ピン１２ｂはシャフト１１に当接する。これにより、カムピース１２はシャフト１１に連結され、またＸ方向におけるカムピース１２の位置決めがされる。Ｘ方向において連結ピン１２ｂはカムシャフト１０に当接しないが、Ｒ方向（カムピース１２の回転方向）において連結ピン１２ｂはカムシャフト１０に当接する。つまりＸ方向におけるカムピース１２の位置決めはシャフト１１によりなされ、Ｒ方向における位置決めはカムシャフト１０によりなされる。なお、カムシャフト１０は例えば鉄により形成されている。

図３はカムピース１２、ロッカーアーム２０及びピン２４のＸ方向の位置を例示する模式図である。実線ＡはＸ方向における位置の基準である。

図３に破線で示すように、ロッカーアーム２０は、シリンダヘッド３２により、カムロブ１４と当接可能な位置に位置決めされている。ピン２４はカムハウジング３４により、螺旋溝１８と係合する位置に位置決めされている。前述のように、シャフト１１、シリンダヘッド３２及びカムハウジング３４は、例えばＡｌにより形成されている。つまり、カムピース１２、ロッカーアーム２０及びピン２４は、いずれもＡｌにより形成された部材によりＸ方向の位置決めがされる。

シャフト１１の熱膨張に伴い、カムピース１２はＸ方向にシフトする。シリンダヘッド３２の熱膨張に伴いロッカーアーム２０はＸ方向にシフトし、カムハウジング３４の熱膨張に伴いピン２４はＸ方向にシフトする。シャフト１１、シリンダヘッド３２及びカムハウジング３４は同じ熱膨張率の材料により形成されているため、それぞれの熱膨張の量は同程度となる。つまり、カムピース１２、ロッカーアーム２０及びピン２４それぞれのシフト量は同程度となる。この結果、ピン２４は螺旋溝１８と係合する位置を維持し、ロッカーアーム２０はカムロブ１４と当接可能な位置を維持する。このように、実施例１によれば、熱膨張が発生した場合でも高い精度の位置決めが可能である。部品間のクリアランスを大きくしなくてよいため、可変動弁装置１００の小型化が可能である。

連結ピン１２ｂがシャフト１１に当接することにより、カムピース１２のＸ方向の位置決めがされる。このため、シャフト１１の熱膨張がカムピース１２に直接反映される。つまり、シャフト１１の熱膨張の量が、カムピース１２のＸ方向のシフト量と同程度となる。このため位置決めの精度が高まる。

カムピース１２の回転方向Ｒの荷重がカムシャフト１０にかかる。このため、カムシャフト１０は例えば鉄などのように、シャフト１１、シリンダヘッド３２及びカムハウジング３４の材料より強度の高い材料により形成されることが好ましい。これにより、回転方向におけるカムピース１２の位置決めの精度を高めることができる。また、荷重によるカムシャフト１０の破損などは抑制される。カムシャフト１０は例えば鉄を含む合金、鉄以外の金属などにより形成してもよい。

シャフト１１、シリンダヘッド３２及びカムハウジング３４は、同じ熱膨張率を有する材料により形成されればよい。例えばＡｌを含む合金、Ａｌ以外の金属などを用いることができる。内燃機関の気筒の数に応じて、カムピース１２、ロッカーアーム２０、バルブ２３及びピン２４の数は変更可能である。カムピース１２とシャフト１１との間にカムシャフト１０が設けられている。このためカムピース１２はカムシャフト１０との間で摺動するが、シャフト１１との間では摺動しない。この結果、カムピース１２とシャフト１１との間におけるフリクションの増加は生じにくい。本体１２ａと連結ピン１２ｂとは別個の部品としてもよいし、一体としてもよい。

ロッカーアーム２０及びピン２４を、カムピース１２に作用する作用部材の例とした。これら以外にカムピース１２に作用する作用部材が設けられている場合でも実施例１は適用可能である。つまり作用部材を支持する支持部材を、シャフト１１と同じ熱膨張率の材料で形成すればよい。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ カムシャフト
１１ シャフト
１２ カムピース
１２ａ 本体
１２ｂ 連結ピン
１４、１６ カムロブ
２０ ロッカーアーム
２３ バルブ
２４ ピン
２６ 溝
２６ａ 斜面
２８ ロックボール
３０ スプリング
３２ シリンダヘッド
３４ カムハウジング
１００ 可変動弁装置

Claims (5)

1. シャフトと、
   前記シャフトの外周面に設けられ、前記シャフトの材料より強度の高い材料により形成されたカムシャフトと、
   ロッカーアームに当接し、前記カムシャフトの外周面に設けられ、前記シャフトの軸線方向にスライドすることにより、カムプロフィールを切り替え可能なカムピースと、
   前記ロッカーアームを支持するロッカーアーム支持部材と、を具備し、
   前記カムピースが前記シャフトの軸線方向において前記シャフトに当接することにより、前記軸線方向における前記カムピースの位置決めがされ、
   前記カムピースが前記カムピースの回転方向において前記カムシャフトに当接することにより、前記回転方向における前記カムピースの位置決めがされ、
   前記シャフトと前記ロッカーアーム支持部材とは、同じ熱膨張率を有する材料により形成されていることを特徴とする可変動弁装置。
2. 前記シャフトは、付勢部材と、前記付勢部材により前記カムピースに向けて付勢される係合部材を有し、
   前記カムピースの内周面に係合部が設けられ、
   前記係合部材が前記係合部に係合することにより、前記軸線方向における前記カムピースの位置決めがされることを特徴とする請求項１記載の可変動弁装置。
3. 前記シャフトと、前記ロッカーアーム支持部材とは、アルミニウムにより形成され、
   前記カムシャフトは鉄により形成されていることを特徴とする請求項１記載の可変動弁装置。
4. 前記カムピースの外周面に設けられた溝に係合するピンを支持するピン支持部材を備え、
   前記ピンが前記カムピースの外周面に設けられた溝に係合することにより、前記カムピースは前記軸線方向にスライドしカムプロフィールを切り替え可能であり、
   前記シャフトと前記ピン支持部材とは、同じ熱膨張率を有する材料により形成されていることを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の可変動弁装置。
5. 前記シャフトと、前記ピン支持部材とは、アルミニウムにより形成され、
   前記カムシャフトは鉄により形成されていることを特徴とする請求項４記載の可変動弁装置。

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