JP5874520B2

JP5874520B2 - 可変動弁装置

Info

Publication number: JP5874520B2
Application number: JP2012107120A
Authority: JP
Inventors: 元宏弓削
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-05-08
Filing date: 2012-05-08
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2032-05-08
Also published as: JP2013234600A

Description

本発明は、可変動弁装置に関する。

プロフィールの異なるカムを複数備え、内燃機関の運転状態に応じて機関弁を駆動するカムを切替える可変動弁装置が知られている。このようなカムを切替える可変動弁装置が、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１には、プロフィールの異なる３つのカムを備えた円板式カム装置がカムシャフト上を軸線方向に移動可能に配置され、ボールとスプリングとからなるロック装置により、円板式カム装置の軸線方向位置を保持し、カムを切替える装置が開示されている。

この他本発明と関連があると考えられる技術として、例えば、特許文献２では、バルブリフタ内で油圧によりスライドピンを移動させ、バルブ動作を変更する可変動弁機構が開示されている。また、特許文献３では、油圧によりクランク軸とカム軸との間の位相差を変更する可変動弁機構が開示されている。

特開２００５−４２７１７号公報特開２０１１−２３６７９９号公報特開２０１０−２０９７８０号公報

ところで、特許文献１では、機関弁を駆動するカムを保持するための機構として、ボールとスプリングとからなるロック装置を採用するが、摩擦が生じるボール周辺へ積極的に潤滑油を給油する機構が設けられていない。このため、カムの切替を繰り返すことにより、ロック装置のボールの磨耗が懸念される。また、カムシャフトとその外周に装着された円板式カム装置との間へ潤滑油を供給する構成も見られず、カムシャフトと円板式カム装置との間の磨耗が懸念される。このように、複数のカムを切替える可変動弁装置は依然として改善の余地がある。

そこで、上記課題を鑑み、磨耗による損傷を抑制する可変動弁装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決する本発明の可変動弁装置は、内燃機関の駆動軸に連結して回転するインナカム軸と、カムプロフィールの異なる複数のカムを有し、軸方向に移動可能に前記インナカム軸の外周に設けられ、前記軸方向に移動することにより機関弁を駆動するカムを切替えるアウタカム軸と、を備え、前記アウタカム軸の軸方向の位置を油圧により保持することを特徴とする。この構成によると、ロック装置を備えることなくアウタカム軸の位置を保持するため、磨耗による損傷を抑制することができる。また、ロック装置を構成する部品点数が削減できるため、製造コストを削減することができる。

また、上記構成において、前記インナカム軸に形成された圧力室と、前記圧力室内を移動可能に、前記アウタカム軸に一体に組みつけられた係合部材と、前記圧力室内の油圧を制御して、前記係合部材の位置を保持する油圧制御機構と、を備えた構成としてもよい。

本発明の可変動弁装置は、磨耗による損傷を抑制することができる。

実施例の可変動弁装置の図であって、（ａ）は縦方向の断面図であり、（ｂ）は横方向の断面図である。図１中のＣ−Ｃを通る断面図である。アウタカム軸のガイド溝が設けられた面を展開した図である。駆動装置の模式図であって、（ａ）は駆動ピンが突出した状態を示し、（ｂ）は駆動ピンが埋没した状態を示している。アウタカム軸がＲｒ側に移動したときのインナカム軸とアウタカム軸との相対的位置関係を示した図であって、（ａ）は縦方向の断面図であり、（ｂ）は横方向の断面図である。アウタカム軸がＦｒ側に移動したときのインナカム軸とアウタカム軸との相対的位置関係を示した図であって、（ａ）は縦方向の断面図であり、（ｂ）は横方向の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は本実施例の可変動弁装置１０の図である。可変動弁装置１０は内燃機関の機関弁を駆動する動弁装置である。可変動弁装置１０は、異なるプロフィールのカムを複数備え、内燃機関の運転条件に応じて、機関弁を駆動するカムを切替えるカム切替式の動弁装置である。図１（ａ）は縦方向の断面図であり、図１（ｂ）は横方向の断面図である。図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ断面を示し、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ断面を示している。図１（ａ）、図１（ｂ）ともに、図中の左方向をＦｒ側、右方向をＲｒ側と呼ぶ。また、可変動弁装置１０を備えた内燃機関（エンジン）が車両に搭載される場合に、Ｆｒ側は車両の前方、Ｒｒ側は車両の後方となるように内燃機関（エンジン）を配置してもよい。

可変動弁装置１０は、インナカム軸２０、アウタカム軸３０、駆動装置４０を備えている。インナカム軸２０は、タイミングチェーン、スプロケット（いずれも図示していない）を介して内燃機関の機関軸（図示していない）に連結している。インナカム軸２０は機関軸の回転が伝達されて中心軸ａ周りに回転する。また、インナカム軸２０には、中心軸ａに直交する方向にインナカム軸２０を貫通する貫通孔２１が形成されている。図１（ｂ）に示すように、貫通孔２１は中心軸ａ方向の長さＬが中心軸ａ方向に直交する方向の幅Ｗよりも大きく形成されている。

また、インナカム軸２０の外周面には、中心軸ａ方向に沿って第１溝２３と第２溝２４が形成されている。第１溝２３と第２溝２４は貫通孔２１よりもＦｒ側に形成されている。図２は図１中のＣ−Ｃを通る断面図である。Ｃ−Ｃ面は中心軸ａに直交し、貫通孔２１を通る面である。図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、第１溝２３は貫通孔２１のＦｒ側と接続している。一方、第２溝２４は貫通孔２１のＲｒ側と接続するように設けられている。具体的には、図２に示すように、可変動弁装置１０を中心軸ａ方向に見たとき第１溝２３が貫通孔２１の開口部２２に一致して形成されている。また、第２溝２４は、第１溝２３が形成された位置から９０°回転した位置に形成されている。また、第２溝２４は連結孔２５を介して貫通孔２１に接続している。なお、第１溝２３、および第２溝２４はスリット状としてもよい。

アウタカム軸３０は、インナカム軸２０の外周に設けられた円筒状部材である。アウタカム軸３０は、インナカム軸２０上を中心軸ａ方向に移動可能に設けられている。アウタカム軸３０はプロフィールの異なる２つのカム（第１カム３１、第２カム３２）を内燃機関の気筒毎に有している。第１カム３１、第２カム３２は、内燃機関の機関弁５０を駆動する。第１カム３１と第２カム３２とは中心軸ａ方向に並べて配置されている。機関弁５０を駆動するとき、第１カム３１、第２カム３２のどちらかが機関弁５０のロッカアーム５１に対向して位置する。アウタカム軸３０が中心軸ａ方向に移動することにより、機関弁５０のロッカアーム５１に対向するカムを切替えることができる。例えば、アウタカム軸３０がＲｒ方向に移動した場合、ロッカアーム５１に対向する位置に第１カム３１が移動し、第１カム３１が機関弁５０を駆動することになる。反対に、アウタカム軸３０がＦｒ方向に移動した場合、ロッカアーム５１に対向する位置に第２カム３２が移動し、第２カム３２が機関弁５０を駆動することになる。このように、アウタカム軸３０が中心軸ａ方向に移動することにより、機関弁５０を駆動するカムが切替わる。なお、機関弁５０は吸気弁であってもよいし、排気弁であってもよい。

アウタカム軸３０には、中心軸ａに直交する係合孔３３が設けられている。この係合孔３３には係合ピン３４が嵌め込まれている。係合ピン３４は、アウタカム軸３０をインナカム軸２０へ組み付ける際に、インナカム軸２０の貫通孔２１を通るように組みつけられる。係合ピン３４は貫通孔２１に対して中心軸ａ方向の移動が可能な状態で、中心軸ａに直交する方向の移動が拘束されるように組みつけられている。すなわち、アウタカム軸３０の中心軸ａ方向以外の移動がインナカム軸２０に拘束されている。アウタカム軸３０はインナカム軸２０に回転方向に拘束されるため、インナカム軸２０とともに中心軸ａ周りに回転する。さらに、係合ピン３４は、貫通孔２１の内側の領域を二分するため、インナカム軸２０、アウタカム軸３０、係合ピン３４により、２つの部屋（第１オイル室２１ａ、第２オイル室２１ｂ）が区画される。第１オイル室２１ａと第２オイル室２１ｂとには潤滑オイルが充填される。

また、アウタカム軸３０には、インナカム軸２０の第１溝２３の位置にあわせて第１オイル孔３５が形成されている。この第１オイル孔３５は、アウタカム軸３０がＦｒ側に移動した際に、第１溝２３のＦｒ側端部に対向する。また、アウタカム軸３０には、インナカム軸２０の第２溝２４の位置にあわせて第２オイル孔３６が形成されている。第２オイル孔３６は、アウタカム軸３０がＦｒ側に移動した際に、第２溝２４のＦｒ側端部に対向する。インナカム軸２０にアウタカム軸３０が組みつけられると、インナカム軸２０の第１溝２３、または第２溝２４と、アウタカム軸３０の内周壁との間にオイルの通路が形成される。第１溝２３とアウタカム軸３０とが形成する第１オイル通路３７は、第１オイル室２１ａと第１オイル孔３５とを接続する。第２溝２４とアウタカム軸３０とが形成する第２オイル通路３８は、連結孔２５を介して第２オイル室２１ｂと第２オイル孔３６とを接続する。アウタカム軸３０がインナカム軸３０上を移動する場合でも、常時、第１オイル通路３７は第１オイル室２１ａと第１オイル孔３５とを接続し、第２オイル通路３８は第２オイル室２１ｂと第２オイル孔３６とを接続している。

アウタカム軸３０はカムジャーナル５２により回転可能に支持されている。カムジャーナル５２は内燃機関のシリンダヘッド（図示していない）に固定される。カムジャーナル５２の内周側には、潤滑オイルが通るオイル溝５３が設けられている。

また、アウタカム軸３０の外周面の一部にガイド溝３９が形成されている。図３はアウタカム軸３０のガイド溝３９が設けられた面を展開した図である。ガイド溝３９は、アウタカム軸３０の周方向の変位に伴って中心軸ａ方向に変位するように形成されている。ガイド溝３９は、例えば、円筒カムなどに設けられるような溝である。

駆動装置４０は、アウタカム軸３０を中心軸ａ方向に移動する装置である。駆動装置４０は、駆動ピン４１とアクチュエータ４２とを備えている。駆動ピン４１はアクチュエータ４２により出没する。図４は駆動装置４０の模式図である。図４（ａ）は駆動ピン４１が突出した状態を示し、図４（ｂ）は駆動ピン４１が埋没した状態を示している。駆動装置４０は、例えば、内燃機関のシリンダヘッドに固定されている。駆動装置４０は、駆動ピン４１の突出時にガイド溝３９に当接するように配置されている。なお、図１（ｂ）は、ガイド溝３９に駆動ピン４１が当接した状態を示している。駆動ピン４１がガイド溝３９に当接した状態でアウタカム軸３０が回転すると、ガイド溝３９に沿って駆動ピン４１が相対的に移動しようとする。実際には、駆動ピン４１は中心軸ａ方向に拘束されているため、ガイド溝３９が形成されているアウタカム軸３０が中心軸ａ方向に移動する。駆動ピン４１が埋没した状態では、ガイド溝３９に係合していないため、アウタカム軸３０が回転しても中心軸ａ方向に移動しない。なお、アクチュエータ４２は、例えば、ソレノイドコイルとばねを用いて駆動ピン４１を出没する機構としてもよい。

次に、アウタカム軸３０が中心軸ａ方向に移動した際のアウタカム軸３０が保持される様子について説明する。まず、アウタカム軸３０がＦｒ側に移動する場合について説明する。駆動ピン４１の出没を適切に制御することにより、アウタカム軸３０がＲｒ方向に移動する。図５は、アウタカム軸３０がＲｒ側に移動したときのインナカム軸２０とアウタカム軸３０との相対的位置関係を示した図である。図５（ａ）は縦方向の断面図であり、図５（ｂ）は横方向の断面図である。図５に示すように、アウタカム軸３０がＲｒ側に移動したとき、アウタカム軸３０の第１オイル孔３５がカムジャーナル５２のオイル溝５３の位置に合致する。この結果、アウタカム軸３０の第１オイル孔３５と第１オイル通路３７とを介してカムジャーナル５２のオイル溝５３と第１オイル室２１ａとが連通する。これにより、オイルが第１オイル室２１ａへ供給される。このとき、第２オイル孔３６の外周側開口部が開放されるため、第２オイル室２１ｂ内のオイルが連結孔２５、および第２オイル通路３８を通り、インナカム軸２０の外部へ流れ出る。このように、第１オイル室２１ａ内へオイルが供給され、第２オイル室２１ｂ内のオイルが抜けるため、係合ピン３４がＲｒ側へ力を受けて、Ｒｒ側の位置で保持される。これにより、アウタカム軸３０がＦｒ側へ移動することが抑制される。

次に、アウタカム軸３０がＦｒ側に移動する場合について説明する。駆動ピン４１の出没を適切に制御することにより、アウタカム軸３０がＦｒ方向に移動する。図６は、アウタカム軸３０がＦｒ側に移動したときのインナカム軸２０とアウタカム軸３０との相対的位置関係を示した図である。図６（ａ）は縦方向の断面図であり、図６（ｂ）は横方向の断面図である。図６に示すように、アウタカム軸３０がＦｒ側に移動したとき、アウタカム軸３０の第２オイル孔３６がカムジャーナル５２のオイル溝５３の位置に合致する。この場合では、アウタカム軸３０の第２オイル孔３６と第２オイル通路３８とインナカム軸３０の連結孔２５とを介してカムジャーナル５２のオイル溝５３と第２オイル室２１ｂとが連通する。これにより、オイルが第２オイル室２１ｂへ供給される。このとき、第１オイル孔３５の外周側開口部が開放されるため、第１オイル室２１ａ内のオイルが第１オイル通路３７を通り、インナカム軸２０の外部へ流れ出る。このように、第２オイル室２１ｂ内へオイルが供給され、第１オイル室２１ａ内のオイルが抜けるため、係合ピン３４がＦｒ側へ力を受けて、Ｆｒ側の位置で保持される。これにより、アウタカム軸３０がＲｒ側へ移動することが抑制される。

ところで、駆動ピン４１を突出することにより、駆動ピン４１とガイド溝３９とが係合して、アウタカム軸３０が中心軸ａ方向に移動するが、駆動ピン４１が常に突出していると、アウタカム軸３０の回転とともにアウタカム軸３０が中心軸ａ方向に移動を続けることになる。このため、アウタカム軸３０が目的位置へ移動した後は、駆動ピン４１が埋没する。係合ピン３４は、アウタカム軸３０を中心軸ａ方向に拘束していない。このため、アウタカム軸３０を目的位置で固定する構造がない場合には、アウタカム軸３０が中心軸ａ方向に定まらず、カムとロッカアーム５１の接触に支障をきたす場合が考えられる。

上記、図５，６を参照して説明したように、本実施例では、第１オイル通路３７、および第２オイル通路３８により、インナカム軸２０内の第１オイル室２１ａと第２オイル室２１ｂ内へのオイルの供給と排出とを可能とする。これにより、第１オイル室２１ａと第２オイル室２１ｂの内部の油圧を制御することができる。第１オイル室２１ａと第２オイル室２１ｂの内部の油圧を制御することにより、第１オイル室２１ａと第２オイル室２１ｂの間に狭持された係合ピン３４の位置を保持して、アウタカム軸３０の位置を保持することができる。

本実施例の可変動弁装置１０は、従来から用いられているカムジャーナル５２のオイル溝５３からオイルを供給している。このため、インナカム軸２０とアウタカム軸３０を加工して、第１オイル通路３７と第２オイル通路３８とを形成することのみで、アウタカム軸３０の位置を保持することが可能である。すなわち、アウタカム軸３０の位置を保持するための、ボールやスプリング等の部品を削減できる。このため、ボールやスプリングにより生じる磨耗を除去することができるうえに、これらの部品にかかる製造コストを削減できる。また、第１オイル通路３７と第２オイル通路３８は、インナカム軸２０とアウタカム軸３０の間に形成されるため、インナカム軸２０上を摺動するアウタカム軸３０とインナカム軸２０との間に積極的にオイルを供給することにもなる。このため、インナカム軸２０とアウタカム軸３０との磨耗を低減することができ、燃費の改善や製品寿命も延長できる。

なお、上記実施例では、インナカム軸２０側に第１溝２３、第２溝２４を設けているが、アウタカム軸３０側に第１溝、第２溝を設けて第１オイル通路３７、第２オイル通路３８とを形成することとしてもよい。また、上記実施例において、ガイド溝３９と駆動装置４０とにより、アウタカム軸３０を移動する機構を説明しているが、アウタカム軸３０を中心軸ａ方向に移動させる機構はこれに限定されない。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

１０可変動弁装置
２０インナカム軸
２１貫通孔
２１ａ第１オイル室
２１ｂ第２オイル室
３０アウタカム軸
３１第１カム
３２第２カム
３４係合ピン
３７第１オイル通路
３８第２オイル通路
４０駆動装置
５０機関弁
５２カムジャーナル

Claims

内燃機関の駆動軸に連結して回転するインナカム軸と、
カムプロフィールの異なる複数のカムを有し、軸方向に移動可能に前記インナカム軸の外周に設けられ、前記軸方向に移動することにより機関弁を駆動するカムを切替えるアウタカム軸と、
前記インナカム軸に設けられた貫通孔に前記アウタカム軸に嵌め込まれた係合ピンを通過させて前記貫通孔の内側を二分することで前記係合ピンの一方側に形成された第１オイル室と前記係合ピンの他方側に形成された第２オイル室と、
前記第１オイル室内及び前記第２オイル室内の油圧を制御して、前記係合ピンの位置を保持する油圧制御機構と、
を備え、前記アウタカム軸の軸方向の位置を前記第１オイル室の油圧と前記第２オイル室の油圧により保持することを特徴とする可変動弁装置。
前記アウタカム軸の外周面に設けられたガイド溝と、
前記軸方向に拘束されるとともに、前記ガイド溝に対して出没可能に設けられ、突出時に前記ガイド溝に当接する駆動ピンを備えた請求項１に記載の可変動弁装置。