(57)【要約】【課題】二重構造をなすカム軸のインナカム軸部とアウタカム軸部とのカム位相を、互いに連成すること無く独立して、高精度に可変させることができるようにする。【解決手段】センタ軸１４の上部にインナカム軸部１２に噛合するインナカム駆動ギヤ１９を固設し、その下部にアウタカム軸部１１に噛合するアウタカム駆動ギヤ１８を支持し、その下部にアウタカム駆動ギヤ１８とヘリカルスプライン係合する第２スリーブ軸１７を挿通し、その下部に第２スリーブ軸１７とストレートスプライン係合する第１スリーブ軸１６を挿通し、この第１スリーブ軸１６の下部をクランク軸１に噛合するクランク従動ギヤ１５にストレートスプライン係合させると共に中途をセンタ軸１４にヘリカルスプライン係合させる。第１スリーブ軸１６と第２スリーブ軸１７とを個別にスライドさせることでインナカム軸部とアウタカム軸部とのカム位相を可変させることができる。【選択図】図２
2014227910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１弁体を開閉動作させる第１カムを固設する中空状のアウタカム軸部及び該アウタカム軸部に挿通されて第２弁体を開閉動作させる第２カムを固定するインナカム軸部とからなる二重構造のカム軸と、
前記カム軸をカム駆動軸を介して駆動させるクランク軸と
を有し、
前記カム駆動軸が、
前記クランク軸に噛合するクランク従動ギヤを回動自在に支持するセンタ軸と、
前記センタ軸に挿通されて該センタ軸とヘリカルスプライン係合されていると共に前記クランク従動ギヤとストレートスプライン係合されている第１スリーブ軸と、
前記センタ軸に挿通されて前記第１スリーブ軸とストレートスプライン係合される第２スリーブ軸と、
前記第２スリーブ軸にヘリカルスプライン係合されていると共に前記アウタカム軸に噛合されているアウタカム駆動ギヤと
を備え、
前記第１スリーブ軸が軸方向へ移動させる第１タイミングアクチュエータに連設され、
前記第２スリーブ軸が軸方向へ移動させる第２タイミングアクチュエータに連設されている
ことを特徴とするエンジンの可変動弁装置
【請求項２】
前記第１スリーブ軸と前記第２スリーブ軸との外周にフォーク溝が形成され、
前記フォーク溝に前記第１タイミングアクチュエータと前記第２タイミングアクチュエータに固設されているフォークレバーが各々係合されている
ことを特徴とする請求項１記載のエンジンの可変動弁装置。
【請求項３】
前記カム軸はシングルオーバヘッドカムシャフトであり、前記第１カムと前記第２カムの一方が吸気カムで、他方が排気カムである
ことを特徴とする請求項１或いは２記載のエンジンの可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク軸からの駆動力をカム駆動軸を介して二重構造のカム軸に伝達すると共に、このカム駆動軸にて二重構造のカム軸のインナカム軸部とアウタカム軸部とのカム位相を個別に制御するようにしたエンジンの可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の運転状態に応じてクランク軸とカム軸との間の回転位相（カム位相）を変化させることで、吸気弁や排気弁の開閉タイミングを可変させるカム位相可変機構を備えたエンジンが知られている。例えば、特許文献１（特表２０１２−５０３１３９号公報）には、インナカム軸部とアウタカム軸部とを同軸上に配設する二重構造のカム軸を用い、アウタカム軸部のカム位相を固定とし、インナカム軸部のカム位相を可変自在にする技術が開示されている。
【０００３】
又、最近では、インナカム軸部ばかりでなく、アウタカム軸部のカム位相も可変させたいとの要請も多い。例えば特許文献２（特開２０１１−１６３２７４号公報)には、二重カム軸の一端にアウタカム軸部を動作させるカム位相可変機構を配設し、又、この二重カム軸の他端にインナカム軸部を動作させるカム位相可変機構を対向配設し、この各カム位相可変機構にてインナカム軸とアウタカム軸のカム位相を個別に制御する技術が開示されている。
【０００４】
この特許文献２に開示されている技術をＳＯＨＣ型エンジンの可変動弁装置に採用した場合、インナカム軸とアウタカム軸との一方で吸気弁の開閉タイミングを可変制御し、他方で排気弁の開閉タイミングを可変させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１２−５０３１３９号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６３２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献２に開示されている可変動弁装置では、インナカム軸を動作させるカム位相可変機構とアウタカム軸を動作させるカム位相可変機構とが、二重カム軸の両軸端の離れた位置に対向配設されているため構造が複雑となり、形状が大型化してしまう不都合がある。
【０００７】
この対策として、両カム位相可変機構を二重カム軸の一方の軸端に重ねて配設することも考えられるが、外側に配設されているカム位相可変機構に連設するカム軸は、その内側に配設されているカム位相可変機構を貫通するため、連成し易く、一方のカム軸のカム位相を可変させた際に、他方のカム軸が連成することのなく独立して可変させるには、両カム軸を協調させて動作させなければならず、制御が複雑となり、カム位相を高精度に制御することが困難となる不具合がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、装置全体の形状が大型化せず、比較的容易な制御で、二重構造をなすカム軸のインナカム軸部とアウタカム軸部とのカム位相を、互いに連成すること無く独立して、高精度に可変させることのできるエンジンの可変動弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるエンジンの可変動弁装置は、第１弁体を開閉動作させる第１カムを固設する中空状のアウタカム軸部及び該アウタカム軸部に挿通されて第２弁体を開閉動作させる第２カムを固定するインナカム軸部とからなる二重構造のカム軸と、前記カム軸をカム駆動軸を介して駆動させるクランク軸とを有し、前記カム駆動軸が、前記クランク軸に噛合するクランク従動ギヤを回動自在に支持するセンタ軸と、前記センタ軸に挿通されて該センタ軸とヘリカルスプライン係合されていると共に前記クランク従動ギヤとストレートスプライン係合されている第１スリーブ軸と、前記センタ軸に挿通されて前記第１スリーブ軸とストレートスプライン係合される第２スリーブ軸と、前記第２スリーブ軸にヘリカルスプライン係合されていると共に前記アウタカム軸に噛合されているアウタカム駆動ギヤとを備え、前記第１スリーブ軸が軸方向へ移動させる第１タイミングアクチュエータに連設され、前記第２スリーブ軸が軸方向へ移動させる第２タイミングアクチュエータに連設されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、二重構造のカム軸に設けられているインナカム軸のカム位相とアウタカム軸のカム位相とを、カム駆動軸に設けた第１スリーブ軸と第２スリーブ軸を軸方向へ移動させることで、個別に可変させるようにしたので、装置全体の形状が大型化せず、比較的容易な制御で、インナカム軸とアウタカム軸とが互いに連成すること無く独立して、高精度に可変させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】可変動弁装置の要部概略構成図
【図２】カム駆動軸の縦断面図
【図３】可変動弁装置の制御系の構成図
【図４】吸気カムと排気カムのカム位相の変化を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１の符号１はクランク軸、２はカム軸であり、クランク軸１はエンジンの下部に形成されたクランクケース内に横設されている。このクランク軸１はクランクケースに軸受を介して回動自在に支持されるジャーナル部１ａ、このジャーナル部１ａにクランクアーム１ｂを介して連設するクランクピン１ｃ等を有し、このクランクピン１ｃにコネクティングロッドを介してピストンが連設される。更に、このクランク軸１の軸端にベベル状のクランクギヤ１ｄが固設されている。
【００１３】
又、このカム軸２はシングルオーバヘッドカムシャフト（ＳＯＨＣ）であり、アウタカム軸部１１に第１弁体としての吸気弁を開閉動作させる第１カムとしての吸気カム１１ａが固設されていると共に、第２弁体としての排気弁を開閉動作させる第２カムとしての排気カム１２ａのハブ１２ｂが回動自在に支持されている。更に、このハブ１２ｂとインナカム軸部１２とがピン１２ｄを介して連結固定されている。アウタカム軸部１１には、このピン１２ｄの軸周方向への回動を許容する長孔１１ｂが軸周方向に沿って穿設されている。
【００１４】
アウタカム軸部１１の、クランクギヤ１ｄと同方向の軸端にベベル状のアウタカムギヤ１１ｃが固設されている。更に、このアウタカムギヤ１１ｃの前面に、インナカム軸部１２の軸端に固設されているベベル状インナカムギヤ１２ｃが対設されている。
【００１５】
クランクギヤ１ｄと両カムギヤ１１ｃ，１２ｃとがカム駆動軸１３を介して連設されて、カム軸２がクランク軸１の１／２の回転数で回転される。図２に示すように、カム駆動軸１３は、センタ軸１４を有し、このセンタ軸１４の下部軸端にクランクギヤ１ｄに噛合するクランク従動ギヤ１５が回動自在に支持されている。
【００１６】
又、このセンタ軸１４のクランク従動ギヤ１５の上部に第１スリーブ軸１６が軸装され、更に、この第１スリーブ軸１６の上部に第２スリーブ軸１７が軸装されている。又、このセンタ軸１４の上部にアウタカムギヤ１１ｃに噛合するアウタカム駆動ギヤ１８のハブ１８ａが軸装され、このアウタカム駆動ギヤ１８の上部にインナカムギヤ１２ｃに噛合するインナカム駆動ギヤ１９が配設され、このインナカム駆動ギヤ１９がセンタ軸１４の上部軸端に固定されている。
【００１７】
又、クランク従動ギヤ１５のハブ１５ａに第１ストレートスプライン外歯２０ａが形成され、この第１ストレートスプライン外歯２０ａに噛合する第１ストレートスプライン内歯２０ｂが第１スリーブ軸１６の下端部に形成されている。更に、この第１スリーブ軸１６の上端部に第２ストレートスプライン内歯２１ａが形成され、この第２ストレートスプライン内歯２１ａに噛合する第２ストレートスプライン外歯２１ｂが第２スリーブ軸１７に形成されている。
【００１８】
又、第１スリーブ軸１６の中央部に第１ヘリカルスプライン内歯２２ａが形成され、この第１ヘリカルスプライン内歯２２ａに噛合する第１ヘリカルスプライン外歯２２ｂがセンタ軸１４に形成されている。更に、第２スリーブ軸１７の上端に第２ヘリカルスプライン内歯２３ａが形成され、この第２ヘリカルスプライン内歯２３ａに噛合する第２ヘリカルスプライン外歯２３ｂがアウタカム駆動ギヤ１８のハブ１８ａに形成されている。
【００１９】
更に、各スリーブ軸１６，１７の外周にフォーク溝１６ａ，１７ａが形成されており、この各フォーク溝にフォークレバー２４，２５の先端が係合されている。更に、この各フォークレバー２４，２５の基部が、エンジンのシリンダブロック等に形成されたベース部２８に固定されている第１タイミングアクチュエータとしての排気タイミングアクチュエータ２６と第２タイミングアクチュエータとしての吸気タイミングアクチュエータ２７とに連結されている。この各タイミングアクチュエータ２６，２７は油圧式、或いは電磁式であり、この各タイミングアクチュエータ２６，２７がフォークレバー２４，２５をスライドさせると、各スリーブ軸１６，１７が軸方向にスライドし、ヘリカルスプライン係合されているセンタ軸１４、アウタカム駆動ギヤ１８を回動させる。
【００２０】
この各タイミングアクチュエータ２６，２７は、図３に示すエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）３１において、エンジンの運転状態に応じて制御動作される。このＥＣＵ３１はコンピューターを主体に構成されており、入力側に各タイミングアクチュエータ２６，２７の動作を制御する際に必要とするパラメータとして吸気カム１１ａのカム角を検出する吸気カム角センサ３２、排気カム１２ａのカム角を検出する排気カム角センサ３３、クランク軸１の回転数（エンジン回転数）を検出するクランク角センサ３４、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル開度センサ３５等が接続されている。
【００２１】
ＥＣＵ３１は、入力された各センサ類からのパラメータに基づき、排気タイミングアクチュエータ２６と吸気タイミングアクチュエータ２７を動作させ、センタ軸１４、アウタカム駆動ギヤ１８を回動させて、吸気カム１１ａ、排気カム１２ａを進角或いは遅角させることで、吸気タイミングと排気タイミングとを個別に可変させる。
【００２２】
次に、このような構成による可変動弁装置の作用について説明する。エンジンの稼働により、クランク軸１が回転すると、このクランク軸１のクランクギヤ１ｄに噛合するカム駆動軸１３のクランク従動ギヤ１５が回転する。このクランク従動ギヤ１５の第１ストレートスプライン外歯２０ａが第１スリーブ軸１６の第１ストレートスプライン内歯２０ｂに噛合されているため、この第１スリーブ軸１６はクランク従動ギヤ１５と一体回転する。
【００２３】
すると、この第１スリーブ軸１６に形成されている第１ヘリカルスプライン内歯２２ａがセンタ軸１４に形成されている第１ヘリカルスプライン外歯２２ｂに係合され、第２ストレートスプライン内歯２１ａが第２スリーブ軸１７の第２ストレートスプライン外歯２１ｂに噛合されているため、このセンタ軸１４及び第２スリーブ軸１７もクランク従動ギヤ１５と一体回転する。従って、このセンタ軸１４の上端に固定されているインナカム駆動ギヤ１９も一体回転する。
【００２４】
更に、第２スリーブ軸１７に形成されている第２ヘリカルスプライン内歯２３ａがアウタカム駆動ギヤ１８の第２ヘリカルスプライン外歯２３ｂに噛合されているため、このアウタカム駆動ギヤ１８もクランク従動ギヤ１５と一体回転する。
【００２５】
このアウタカム駆動ギヤ１８とインナカム駆動ギヤ１９は、カム軸２のアウタカム軸部１１に設けられているアウタカムギヤ１１ｃとインナカム軸部１２に設けられているインナカムギヤ１２ｃに噛合されているため、この両カム軸部１１，１２がクランク軸１に同期し、クランク軸１に対して１／２の回転数で回転する。
【００２６】
その際、ＥＣＵ３１はクランク角センサ３４からの信号に基づいて求めたエンジン回転数やアクセル開度センサ３５で検出した運転者のアクセルペダルの踏込み量等、エンジンの運転状態を検出するパラメータに基づいて、排気タイミングアクチュエータ２６、及び吸気タイミングアクチュエータ２７を所定量だけ進退動作させて、最適なバルブタイミングとなる位置にカム位相（クランク軸１とカム軸部１１，１２との間の回転位相）を設定する。
【００２７】
排気タイミングアクチュエータ２６が進退動作すると、この排気タイミングアクチュエータ２６に固設されているフォークレバー２４がフォーク溝１６ａを介して第１スリーブ軸１６を軸方向へ移動させる。この第１スリーブ軸１６は、その下部と上部とが、クランク従動ギヤ１５と第２スリーブ軸１７とにストレートスプライン内歯２０ｂ，２１ａ、及びストレートスプライン外歯２０ａ，２１ｂを介して係合され、又、中央部がセンタ軸１４にヘリカルスプライン内歯２２ａ、ヘリカルスプライン外歯２２ｂを介して係合されている。従って、第１スリーブ軸１６が軸方向へ移動すると、センタ軸１４が回転し、このセンタ軸１４の上端に固設されているインナカム駆動ギヤ１９がインナカムギヤ１２ｃを介して、インナカム軸部１２を回転させる。
【００２８】
図１に示すように、このインナカム軸部１２には、アウタカム軸部１１に挿通されている排気カム１２ａがピン１２ｄを介して連結固定されている。そのため、この排気カム１２ａのカム位相が変化し、図示しない排気弁のバルブタイミングを可変させる。排気カムは、排気タイミングアクチュエータ２６の動作により、図４に一点鎖線で示す最進角位置から実線で示す最遅角位置の間で可変される。
【００２９】
一方、吸気タイミングアクチュエータ２７が進退動作すると、この吸気タイミングアクチュエータ２７に固設されているフォークレバー２５がフォーク溝１７ａを介して第２スリーブ軸１７を軸方向へ移動させる。この第２スリーブ軸１７は、その下部が第１スリーブ軸１６にストレートスプライン内歯２１ａ、及びストレートスプライン外歯２１ｂを介して係合され、又、上部がアウタカム駆動ギヤ１８にヘリカルスプライン内歯２３ａ、ヘリカルスプライン外歯２３ｂを介して係合されている。従って、第２スリーブ軸１７が軸方向へ移動すると、アウタカム駆動ギヤ１８が回転し、これに噛合するアウタカムギヤ１１ｃを介して、アウタカム軸部１１を回転させる。
【００３０】
図１に示すように、このアウタカム軸部１１には吸気カム１１ａが固設されているため、この吸気カム１１ａのカム位相が変化し、図示しない吸気弁のバルブタイミングを可変させる。従って、吸気カムは吸気タイミングアクチュエータ２７の動作により、図４に一点鎖線で示す最進角位置から実線で示す最遅角位置の間で可変される。
【００３１】
そして、ＥＣＵ３１は、吸気カム角センサ３２、及び排気カム角センサ３３で検出した吸気カム１１ａのカム角、及び排気カム１２ａのカム角を読込み、吸気カム１１ａ、及び排気カム１２ａの進角量、或いは遅角量が、エンジンの運転状態に応じて設定した目標値に収束するように、吸気タイミングアクチュエータ２７、及び排気タイミングアクチュエータ２６の動作量をフィードバック制御する。
【００３２】
このように、本実施形態では、二重構造のカム軸に設けられているインナカム軸部１２とアウタカム軸部１１とにそれぞれ連設する排気カム１２ａと吸気カム１１ａのカム位相を、カム駆動軸１３に設けた第１スリーブ軸１６と第２スリーブ軸１７とで個別に可変させるようにしたので、制御が容易で、両カム軸１１，１２が連成すること無く独立して、高精度に可変させることができる。
【００３３】
又、排気カム１２ａと吸気カム１１ａのカム位相は、第１スリーブ軸１６と第２スリーブ軸１７とをスライドさせることで可変させるようにしたので、装置全体の形状が大型化せず、構造の簡素化を実現することができる。
【００３４】
この場合、ヘリカルスプラインの捩り角を変化させることで、各タイミングアクチュエータ２６，２７を交換することなく、カム位相を任意に設定することができるため、採用する車種に応じてバルブタイミング（最進角から最遅角の範囲）を容易に設定することができる。
【００３５】
尚、本発明は、上述した実施形態に限るものではなく、例えばインナカム軸部１２を吸気カム軸部とし、アウタカム軸部１１を排気カム軸としても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１…クランク軸、
２…カム軸、
１１…アウタカム軸部、
１１ａ…吸気カム、
１１ｂ…長孔、
１１ｃ…アウタカムギヤ、
１２…インナカム軸部、
１２ａ…排気カム、
１２ｃ…インナカムギヤ、
１３…カム駆動軸、
１４…センタ軸、
１５…クランク従動ギヤ、
１６…第１スリーブ軸、
１６ａ，１７ａ…フォーク溝、
１７…第２スリーブ軸、
１８…アウタカム駆動ギヤ、
１９…インナカム駆動ギヤ、
２０ａ…第１ストレートスプライン外歯、
２０ｂ…第１ストレートスプライン内歯、
２１ａ…第２ストレートスプライン内歯、
２１ｂ…第２ストレートスプライン外歯、
２２ａ…第１ヘリカルスプライン内歯、
２２ｂ…第１ヘリカルスプライン外歯、
２３ａ…第２ヘリカルスプライン内歯、
２３ｂ…第２ヘリカルスプライン外歯、
２４，２５…フォークレバー、
２６…吸気タイミングアクチュエータ、
２７…排気タイミングアクチュエータ、
３１…エンジン制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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