JP6672693B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

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Description

本発明は可変動弁機構に関し、更に詳しくは、現状で切り換えられているカムとバルブの組み合わせを確実かつ容易に判別することができる可変動弁機構に関する。
通常の内燃機関においては、吸気バルブや排気バルブのリフトカーブを切り換える手段として、互いに異なるカムプロファイルを有する複数のカムがそれぞれ固定されたカムシャフトを、運転条件に応じて軸方向へスライドさせることで、カムとバルブの組み合わせを切り換える可変動弁機構が用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
カムシャフトを軸方向へスライドさせるのは、カムシャフトの外周面に形成された蛇行状のスライド溝に、切替ピンを係合させることにより行われる。例えば、カムが２種類の場合には、カムシャフトを左右にスライドさせるために、互いに逆方向へカーブする２本のスライド溝と、それぞれのスライド溝に係合可能な２本の切替ピンとが必要になる。この切替ピンは、エンジン側にガイドされた孔を通じて、電磁コイルの反発力によりスライド溝に向けて飛び出されて係合して、カムシャフトの回転に合わせてカムシャフトをスライドさせた後に、永久磁石の磁力で元の位置に戻るようになっている。
そのため、現状で切り換えられているカムとバルブの組み合わせを判別できないと、２本の切替ピンが同時にスライド溝とそれぞれ係合してしまうおそれがある。そのようなことが発生すると、可変動弁機構が損傷を受けて、最悪の場合には破損に至ることになる。
特表２０１３−５００４２４号公報
本発明の目的は、現状で切り換えられているカムとバルブの組み合わせを確実かつ容易に判別することができる可変動弁機構を提供することにある。
上記の目的を達成する本発明の可変動弁機構は、軸方向にスライド可能なカムシャフトと、前記カムシャフトの外周に所定の距離を置いてそれぞれ固定された互いにプロファイルが異なる２種類のカムと、前記２種類のカムにより開閉動作が制御されるバルブと、前記カムシャフトを軸方向に前記所定の距離だけスライドさせることで前記２種類のカムと前記バルブとの組み合わせを切り換える切換手段とを備え、前記切換手段が、前記カムシャフトの外周面に形成された蛇行状のスライド溝と、前記スライド溝に係合可能な切替ピンとからなる可変動弁機構において、前記カムシャフトの外周面に磁界変化手段を設けるとともに、該カムシャフトのスライド前後における前記磁界変化手段の少なくとも一部にそれぞれ対向するように２台の磁気センサを配置し、前記磁界変化手段が、前記カムシャフトの周方向に延びる細溝であるとともに、２台の前記磁気センサが、永久磁石によるバイアス磁界を備えた第１の磁気抵抗センサと、永久磁石によるバイアス磁界を備えた第２の磁気抵抗センサであり、前記第１の磁気抵抗センサ及び前記第２の磁気抵抗センサは、前記２種類のカムのうち一方のカムと前記バルブとが組み合わされているときに、前記第１の磁気抵抗センサが前記細溝に対向し、前記２種類のカムのうち他方のカムと前記バルブとが組み合わされているときに、前記第２の磁気抵抗センサが前記細溝に対向するように、配置されていることを特徴とするものである。
なお、上記の「磁界変化手段」とは、周囲の磁界の状態又は自己が発生する磁界の状態に変化を及ぼす機能を有する形状又は部材を意味するものとする。
本発明の可変動弁機構によれば、カムとバルブの組み合わせの切り換えを、２台の磁気センサと磁界変化手段とにより、磁界の変化として非接触で検出するようにしたので、現状で切り換えられているカムとバルブの組み合わせを確実かつ容易に判別することができる。
本発明の第１の実施形態からなる可変動弁機構の構成を示す一部断面図である。 切替手段の動作開始時の状態を示す一部断面図である。 切替手段の動作完了時の状態を示す一部断面図である。 図１における磁気センサの構成図である。 本発明の第２の実施形態からなる可変動弁機構の構成を示す一部断面図である。 図５における磁気センサの構成図である。 図５において一方のカムがバルブと組み合わされている状態を示す一部断面図である。 図５において他方のカムがバルブと組み合わされている状態を示す一部断面図である。
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態からなる可変動弁機構を示す。
可変動弁機構１Ｘは、軸方向にスライド可能なカムシャフト２と、そのカムシャフト２の外周に所定の距離Ｌを置いてそれぞれ固定された互いにプロファイルの異なる２種類のカム３Ａ、３Ｂと、それら２種類のカム３Ａ、３Ｂにより開閉動作が制御されるバルブ４と、カムシャフト２を軸方向に所定の距離Ｌだけスライドさせてカム３Ａ、３Ｂとバルブ４の組み合わせを切り換える切替手段５とを備えている。
切替手段５は、カムシャフト２の外周面に形成された互いに逆方向へ距離Ｌだけ移行するカーブを描く２本のスライド溝６Ａ、６Ｂと、それぞれのスライド溝６Ａ、６Ｂに係合可能な２本の切換ピン７Ａ、７Ｂと、それらの切替ピン７Ａ、７Ｂの上方に配置された電磁コイル８Ａ、８Ｂとを有している。切替ピン７Ａ、７Ｂの頂部には、永久磁石９Ａ、９Ｂが埋設されている。
カム３Ａ、３Ｂを切り換える際には、図２に示すように、一方の切替ピン７Ａが、通電で反磁極となった電磁コイル８Ａとの反発力により対向するスライド溝６Ａに向けて突出されて係合し、カムシャフト２の回転に合わせてカムシャフト２を軸方向へ（この例では右向きへ）距離Ｌだけスライドさせる。カムシャフト２をスライドさせた後の切替ピン７Ａは、スライド溝６Ａの両端が浅底になっているため、図３に示すように、上方へ押し上げられて、非通電で同磁極となった電磁コイル８Ａとの吸引力により元の状態に戻る。
なお、カムシャフト２を左向きにスライドさせるときは、他方の切換ピン７Ｂを対向するスライド溝６Ｂに向けて突出させる。
このような可変動弁機構１Ｘにおいて、カムシャフト２の外周面には、磁界変化手段である周方向へ延びる細溝１０が形成されているとともに、カムシャフト２のスライド前後の細溝１０にそれぞれ対向するように、２台の磁気抵抗センサ１１Ａ、１１Ｂが距離Ｌを置いて配置されている。
これらの磁気抵抗センサ１１Ａ、１１Ｂは、図４に示すように、中空の永久磁石１２に外囲されている。磁気抵抗センサ１１Ａ／１１Ｂに磁性体が接近すると、中空の永久磁石１２によるバイアス磁界が低下するため、磁気抵抗センサ１１Ａ／１１Ｂの抵抗値が小さくなって出力電圧が低下する。その一方で、磁気抵抗センサ１１Ａ／１１Ｂから磁性体が遠ざかると、中空の永久磁石１２によるバイアス磁界が増加するため、磁気抵抗センサ１１Ａ／１１Ｂの抵抗値が大きくなって出力電圧が増加する。
従って、図２に示すように、一方のカム３Ｂとバルブ４とが組み合わされているときは、左側の磁気抵抗センサ１１Ａに細溝１０が対向するので、磁気抵抗センサ１１Ａの出力電圧は高くなるとともに、他方の磁気抵抗センサ１１Ｂの出力電圧は低くなる。また、図３に示すように、カムシャフト２が右方向へスライドして、他方のカム３Ａとバルブ４とが組み合わされているときは、右側の磁気抵抗センサ１１Ｂに細溝１０が対向するようになるので、磁気抵抗センサ１１Ｂの出力電圧は高くなるとともに、他方の磁気抵抗センサ１１Ａの出力電圧は低くなる。
このようにして、カム３Ａ、３Ｂとバルブ４の組み合わせの切り換えを、２個の磁気抵抗センサ１１Ａ、１１Ｂと細溝１０とにより、磁界の変化として非接触で検出するようにしたので、現状で切り換えられているカム３Ａ、３Ｂとバルブ４の組み合わせを確実かつ容易に判別することができるのである。
図５は、本発明の第２の実施形態からなる可変動弁機構を示す。なお、図１と同じ箇所には同一の符号を付し、その説明を省略する。
可変動弁機構１Ｙにおいては、磁界変化手段としてカムシャフト２の外周面に軸方向に沿って距離Ｌを置いて、隣接する磁極が互いに異なるように３個の永久磁石１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを順に配置している。そして、カムシャフト２のスライド前後の永久磁石１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃのうちの隣接する２個にそれぞれ対向するように、２台のホールＩＣセンサ１４Ａ、１４Ｂが配置されている。
カムシャフト２の外周面への３個の永久磁石１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの固定方法は特に限定するものではない。なお、この実施形態では、図６に示すように、３個の永久磁石１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃが表面に接着されたアルミ製の薄肉円筒体１５を、カムシャフト２に外嵌させることで固定している。なお、３個の永久磁石１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの磁極は、順にＳ極、Ｎ極、Ｓ極、あるいは順にＮ極、Ｓ極、Ｎ極のいずれであっても良い。
ホールＩＣセンサ１４Ａ、１４Ｂは、ホール素子と電子回路とから構成され、ホール効果により磁界の変化を電気信号に変換して出力する機能を有している。
可変動弁機構１Ｙでは、図７に示すように、一方のカム３Ｂとバルブ４とが組み合わされているときは、永久磁石１３Ｂ、１３ＣがホールＩＣセンサ１４Ａ、１４Ｂにそれぞれ対向する。そして、図８に示すように、カムシャフト２が右方向へスライドして、他方のカム３Ａとバルブ４とが組み合わされているときは、永久磁石１３Ａ、１３ＢがホールＩＣセンサ１４Ａ、１４Ｂにそれぞれ対向する。このときのホールＩＣセンサ１４Ａ、１４Ｂの出力信号の変化から、カムシャフト２の移動状態を検知することができる。
このようにして、カム３Ａ、３Ｂとバルブ４の組み合わせの切り換えを、２個のホールＩＣセンサ１４Ａ、１４Ｂと３個の永久磁石１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃとにより、磁界の変化として非接触で検出するようにしたので、現状で切り換えられているカム３Ａ、３Ｂとバルブ４の組み合わせを確実かつ容易に判別することができるのである。
本発明の可変動弁機構１Ｘ、１Ｙは、車両に搭載されたディーゼルエンジンのエンジン本体などに好ましく装備される。
１Ｘ、１Ｙ 可変動弁機構
２ カムシャフト
３Ａ、３Ｂ カム
４ バルブ
５ 切替手段
６Ａ、６Ｂ スライド溝
７Ａ、７Ｂ 切替ピン
８Ａ、８Ｂ 電磁コイル
９Ａ、９Ｂ （切替ピンの頂部の）永久磁石
１０ 細溝
１１Ａ、１１Ｂ 磁気抵抗センサ
１２ 中空の永久磁石
１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ （カムシャフトの）永久磁石
１４Ａ、１４Ｂ ホールＩＣセンサ
１５ 薄肉円筒体

Claims (1)

  1. 軸方向にスライド可能なカムシャフトと、前記カムシャフトの外周に所定の距離を置いてそれぞれ固定された互いにプロファイルが異なる２種類のカムと、前記２種類のカムにより開閉動作が制御されるバルブと、前記カムシャフトを軸方向に前記所定の距離だけスライドさせることで前記２種類のカムと前記バルブとの組み合わせを切り換える切換手段とを備え、
    前記切換手段が、前記カムシャフトの外周面に形成された蛇行状のスライド溝と、前記スライド溝に係合可能な切替ピンとからなる可変動弁機構において、
    前記カムシャフトの外周面に磁界変化手段を設けるとともに、該カムシャフトのスライド前後における前記磁界変化手段の少なくとも一部にそれぞれ対向するように２台の磁気センサを配置し、
    前記磁界変化手段が、前記カムシャフトの周方向に延びる細溝であるとともに、
    ２台の前記磁気センサが、永久磁石によるバイアス磁界を備えた第１の磁気抵抗センサと、永久磁石によるバイアス磁界を備えた第２の磁気抵抗センサであり、
    前記第１の磁気抵抗センサ及び前記第２の磁気抵抗センサは、前記２種類のカムのうち一方のカムと前記バルブとが組み合わされているときに、前記第１の磁気抵抗センサが前記細溝に対向し、前記２種類のカムのうち他方のカムと前記バルブとが組み合わされているときに、前記第２の磁気抵抗センサが前記細溝に対向するように、配置されていることを特徴とする可変動弁機構。
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