(57)【要約】【課題】バルブのリフト量を変更することなく作用角を変更可能な内燃機関の可変動弁装置を提供することを課題とする。【解決手段】内部に油路が形成されたカムシャフトと、ベース円部、前記ベース円部から最も離れた先端部、前記ベース円部の両端部からそれぞれ前記先端部に連続した第１及び第２中腹部、を含み、前記カムシャフトと共に回転する第１カムと、前記先端部から径方向には突出せずに前記ベース円部と前記第１中腹部の境界部からの径方向の突出量が変化するように前記第１カムに揺動可能に連結され、前記カムシャフトが貫通し揺動範囲を規定する貫通孔が形成された第２カムと、前記第１及び第２カムの回転に連動してリフトするバルブと、前記油路に供給される油圧の作用により前記固定カムに対して前記揺動カムの位置をロックするロック機構と、を備えた内燃機関の可変動弁装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に油路が形成されたカムシャフトと、
ベース円部、前記ベース円部から最も離れた先端部、前記ベース円部の両端部からそれぞれ前記先端部に連続した第１及び第２中腹部、を含み、前記カムシャフトと共に回転する第１カムと、
前記先端部から径方向には突出せずに前記ベース円部と前記第１中腹部の境界部からの径方向の突出量が変化するように前記第１カムに揺動可能に連結され、前記カムシャフトが貫通し揺動範囲を規定する貫通孔が形成された第２カムと、
前記第１及び第２カムの回転に連動してリフトするバルブと、
前記油路に供給される油圧の作用により前記固定カムに対して前記揺動カムの位置をロックするロック機構と、
を備えた内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記第２カムが前記ベース円部と前記第１中腹部の境界部及び前記ベース円部と前記第２中腹部の境界部から択一的に突出可能に設定されている、請求項１の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
前記ロック機構は、前記第２カムの突出量が最大の位置ではロックせずに最大の位置以外の位置でロックする、請求項１又は２の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項４】
前記ロック機構は、前記貫通孔の内側面に設けられた係合凹部、前記係合凹部内に配置された付勢部材、前記カムシャフトに保持され前記油路内に油圧が作用していない場合には前記付勢部材により前記係合凹部への係合が防止され前記油路内に作用した油圧により前記付勢部材の付勢力に抗して前記係合凹部に係合する係合部材、を含む、請求項１乃至３の何れかの内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
前記係合部材は、前記第２カムの揺動により前記係合凹部に係合可能な位置から係合不能な位置間を相対移動し、
前記係合凹部に係合不能な位置にある前記係合部材は、前記油路内に供給された油圧により前記貫通孔の内側面を押すことにより、前記係合部材が前記係合凹部に対向するように前記第２カムの揺動を補助する、請求項４の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】
前記ロック機構は、前記カムシャフトと前記第２カムの前記貫通孔との間に設けられた補助付勢部材を含み、
前記補助付勢部材は、前記係合部材が前記係合凹部に対向するように前記第２カムの揺動を補助する、請求項５の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項７】
前記ロック機構は、前記補助付勢部材により付勢され前記貫通孔の内側面に押付けられる球体又は円柱体を含む、請求項６の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項８】
前記第２カムは、前記先端部、前記第１中腹部、及び第２中腹部の何れかと前記第１カムの回転中心との間に設けられた支軸の周りに揺動する、請求項１乃至７の何れかの内燃機関の可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、バルブのリフト量を変更可能な内燃機関の可変動弁装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３２９８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の装置では、バルブのリフト量を変更することなく作用角を変更することはできない。
【０００５】
そこで、バルブのリフト量を変更することなく作用角を変更可能な内燃機関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】
【０００６】
上記目的は、内部に油路が形成されたカムシャフトと、ベース円部、前記ベース円部から最も離れた先端部、前記ベース円部の両端部からそれぞれ前記先端部に連続した第１及び第２中腹部、を含み、前記カムシャフトと共に回転する第１カムと、前記先端部から径方向には突出せずに前記ベース円部と前記第１中腹部の境界部からの径方向の突出量が変化するように前記第１カムに揺動可能に連結され、前記カムシャフトが貫通して揺動範囲を規定する貫通孔が形成された第２カムと、前記第１及び第２カムの回転に連動してリフトするバルブと、前記油路に供給される油圧の作用により前記固定カムに対して前記揺動カムの位置をロックするロック機構と、を備えた内燃機関の可変動弁装置によって達成できる。
【０００７】
第２カムが第１カムの先端部から突出せずに前記ベース円部と前記第１中腹部の境界部からの径方向の突出量が変化することにより、バルブのリフト量を変更せずに作用角を変更させることができる。
【０００８】
上記構成において、前記貫通孔は、前記第２カムが前記ベース円部と前記第１中腹部の境界部及び前記ベース円部と前記第２中腹部の境界部から択一的に突出可能に設定されていてもよい。
【０００９】
上記構成において、前記ロック機構は、前記第２カムの突出量が最大の位置ではロックせずに最大の位置以外の位置でロックしてもよい。
【００１０】
上記構成において、前記ロック機構は、前記貫通孔の内側面に設けられた係合凹部、前記係合凹部内に配置された付勢部材、前記カムシャフトに保持され前記油路内に油圧が作用していない場合には前記付勢部材により前記係合凹部への係合が防止され前記油路内に作用した油圧により前記付勢部材の付勢力に抗して前記係合凹部に係合する係合部材、を含んでもよい。
【００１１】
上記構成において、前記係合部材は、前記第２カムの揺動により前記係合凹部に係合可能な位置から係合不能な位置間を相対移動し、前記係合凹部に係合不能な位置にある前記係合部材は、前記油路内に供給された油圧により前記貫通孔の内側面を押すことにより、前記係合部材が前記係合凹部に対向するように前記第２カムの揺動を補助してもよい。
【００１２】
上記構成にておいて、前記ロック機構は、前記カムシャフトと前記第２カムの前記貫通孔との間に設けられた補助付勢部材を含み、前記補助付勢部材は、前記係合部材が前記係合凹部に対向するように前記第２カムの揺動を補助してもよい。
【００１３】
上記構成において、前記ロック機構は、前記補助付勢部材により付勢され前記貫通孔の内側面に押付けられる球体又は円柱体を含んでもよい。
【００１４】
上記構成において、前記第２カムは、前記先端部、前記第１中腹部、及び第２中腹部の何れかと前記第１カムの回転中心との間に設けられた支軸の周りに揺動してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
バルブのリフト量を変更することなく作用角を変更可能な内燃機関の可変動弁装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施例の可変動弁装置の外観図である。
【図２】図２Ａは、軸方向を含む平面によるカムユニットの断面図であり、図２Ｂは、軸方向に直交する平面によるカムユニットの断面図である。
【図３】図３は、カムのロックの説明図である。
【図４】図４Ａ、４Ｂは、カムの揺動の説明図である。
【図５】図５Ａ〜５Ｃは、バルブのリフト量及び作用角の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、本実施例の可変動弁装置１の外観図である。可変動弁装置１は、車両等に搭載される内燃機関に採用される。可変動弁装置１は、カムシャフトＳ、カムシャフトＳに連結された２つのカムユニットＣＵＡ、ＣＵＢ、を含む。カムシャフトＳは、カムキャップＣＡ、ＣＢに支持されている。カムシャフトＳは、内燃機関のクランクシャフトに連動して回転する。カムシャフトＳと共にカムユニットＣＵＡ、ＣＵＢが回転して、ロッカーアームＲを介してバルブＶをリフトさせる。バルブＶは、内燃機関の吸気バルブ又は排気バブルである。ロッカーアームＲは、バブルＶを駆動するためのカムフォロアの一例である。尚、カムフォロアは、カムに直接駆動されるバルブリフタであってもよい。
【００１８】
カムユニットＣＵＡは、２つのカム１０、３０を含む。カムシャフトＳの軸方向（以下、軸方向と称する）に、カム１０、３０、１０が順に並んでいる。即ち、カム３０は２つのカム１０の間に挟まれている。カム１０、３０は、互いに個別に形成されている。カム１０は、カムシャフトＳと別体に成型されその後に固定されているが、カムシャフトＳと一体に成型されていてもよい。２つのカム１０は、形状、大きさが同一であり、カムシャフトＳに対して同じ姿勢で固定されている。カム１０、３０はそれぞれ第１及び第２カムの一例である。カムユニットＣＵＢも、カムユニットＣＵＡと同様の構成である。
【００１９】
図２Ａは、軸方向を含む平面によるカムユニットＣＵＡの断面図であり、図２Ｂは、軸方向に直交する平面によるカムユニットＣＵＡの断面図である。カム１０は、ベース円部１１、ベース円部１１から最も離れた先端部１２、ベース円部１１の両端部からそれぞれ先端部１２に連続した中腹部１３、１４、を含む。先端部１２は、カム１０の回転中心から最も離れた位置にある。先端部１２、中腹部１３、１４で囲まれる部分はノーズ部に相当する。中腹部１３、１４は、それぞれ第１及び第２中腹部の一例である。
【００２０】
同様に、カム３０は、ベース円部３１、先端部３２、中腹部３３、３４、ベース円部３１と中腹部３３との間にある接続部３３１、ベース円部３１と中腹部３４との間にある接続部３４１、を含む。先端部３２、中腹部３３、３４で囲まれる部分はノーズ部に相当する。
【００２１】
２つのカム１０は、カムシャフトＳに対して回転不能に固定されカムシャフトＳと共に回転する。図２Ｂに示すように、カム３０にはカムシャフトＳが所定の遊びを有して貫通した貫通孔３８が形成されている。カム３０は、カムシャフトＳには直接的には固定されていない。２つのカム１０とカム３０とは、軸方向に延びた支持ピンＳＰにより連結されている。カム３０は支持ピンＳＰ周りに揺動可能に支持されている。支持ピンＳＰは、支軸の一例である。支持ピンＳＰは、カム１０のノーズ部、カム３０のノーズ部を貫通している。カム３０の揺動によって貫通孔３８内をカムシャフトＳが相対移動する。貫通孔３８がカムシャフトＳの相対移動範囲を規定することにより、カム３０の揺動範囲が規定されている。カムシャフトＳが回転すると、カムシャフトＳに固定された２つのカム１０が回転する。これに伴い、支持ピンＳＰを介してカム１０に連結されたカム３０も回転する。よって、カム１０、３０の何れもカムシャフトＳと共に回転する。
【００２２】
図２Ａに示すように、カムシャフトＳ内には、軸方向に沿って延びた油路Ｔが形成されている。オイルコントロールバルブＣＶによりオイルを油路Ｔ内に供給できる。オイルコントロールバルブＣＶは電磁駆動式の流量制御弁であり、ＥＣＵ５によって制御される。ＥＣＵ５は、制御部の一例である。ＥＣＵ５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどから構成され、内燃機関全体の動作を制御する。ＲＯＭには、後述する制御を実行するためのプログラムが格納されている。オイルパンに貯留されたオイルはオイルポンプＰにより油路Ｔ内に供給される。オイルポンプＰは、内燃機関のクランクシャフトに連動した機械式である。オイルコントロールバルブＣＶは、オイルポンプＰにより油路Ｔ内に供給される油圧を、オイルコントロールバルブＣＶに印加される電流値に基づいてリニアに調整できる。オイルコントロールバルブＣＶは、油圧制御弁の一例である。尚、油圧制御弁は、段階的に油路Ｔ内に供給される油圧を調整可能なものであってもよい。
【００２３】
貫通孔３８の内側面には凹部３５が形成され、凹部３５にはスプリングＲＳが配置されている。カムシャフトＳには、油路Ｔ内に上部が露出するようにロックピンＲＰが保持されている。カムシャフトＳには、油路Ｔに連通し軸方向と直交する径方向に延びてカムシャフトＳの外周面に開口した孔が形成され、ロックピンＲＰはこの孔に軸方向に摺動可能に保持されている。
【００２４】
カムシャフトＳには、油路Ｔとは連通していない凹状の収納部ＳＳが設けられている。収納部ＳＳは、カム１０には対向せずにカム３０の貫通孔３８と対向している。収納部ＳＳ内には補助スプリングＡＳ、補助スプリングＡＳにより貫通孔３８の内側面に付勢されている球体ＡＢが配置されている。支持ピンＳＰ、収納部ＳＳ、ロックピンＲＰを保持する孔、は、カムシャフトＳの回転中心を通過する直線上に位置する。
【００２５】
上述したように、カムシャフトＳはある程度の遊びを有して貫通孔３８に貫通しているため、カム３０は図２Ｂの状態から支持ピンＳＰを支点として左右に揺動可能である。図２Ｂでは、カム３０が揺動範囲の中心に位置している。オイルが所定の圧力以上で油路Ｔに供給されていない場合、凹部３５に係合可能な位置にロックピンＲＰがあったとしても、スプリングＲＳの付勢力によりロックピンＲＰの凹部３５への係合が防止される。従って、オイルが所定の圧力以上で油路Ｔに供給されていない場合、カム３０はカム１０に対してロックされずに揺動可能な状態にある。
【００２６】
図３は、カム３０のロックの説明図である。凹部３５に係合可能な位置にロックピンＲＰがありオイルが所定の圧力以上で油路Ｔに供給された場合、ロックピンＲＰに作用する油圧によりスプリングＲＳの付勢力に抗して凹部３５内に挿入され係合する。これにより、カム３０がカム１０に対してロックされたロック状態となる。油路Ｔに供給されるオイルが所定の圧力未満となった場合には、スプリングＲＳの付勢力によりロックピンＲＰが凹部３５から押出されて、カム３０のロックが解除された解除状態となる。このように、ロックピンＲＰ、凹部３５、スプリングＲＳは、ロック機構の一例である。ロックピンＲＰは、係合部材の一例である。スプリングＲＳは付勢部材の一例である。スプリングＲＳは、コイル状のスプリングであるがこれに限定されず、板状のスプリングであってもよい。
【００２７】
図２Ｂ、３の状態では、ベース円部１１、３１は略重なり、先端部１２、３２は略重なり、中腹部３３、３４はそれぞれ中腹部１３、１４から径方向内側に位置している。即ち、カム３０は、カム１０から径方向の外側には突出していない。このためロック状態では、主にカム１０の外周面によりロッカーアームＲが押されてバルブＶがリフトする。
【００２８】
次に、カム３０の揺動について説明する。図４は、カム３０の揺動の説明図である。図４Ａは、カム１０に対してカム３０が右側に揺動した状態を示し、図４Ｂは、左側に揺動した状態を示している。尚、図４Ａ、４Ｂにおいて、理解を容易にするためにカムシャフトＳの回転角度位置を図２Ｂと同じ状態で示している。
【００２９】
図４Ａでは、中腹部１３、３３が略重なり、接続部３３１が中腹部１３から径方向外側に突出し、接続部３３１付近のベース円部３１がベース円部１１から突出し、中腹部３４、接続部３４１は中腹部１４からカムシャフトＳ側に離れている。図４Ｂでは、中腹部１４、３４が略重なり、接続部３４１が中腹部１４から突出し、接続部３４１付近のベース円部３１がベース円部１１から突出し、中腹部３３、接続部３３１は中腹部１３からカムシャフトＳ側に離れている。何れの状態においても、先端部３２が先端部１２から径方向外側に大きく突出していない。仮に僅かに突出していたとしても、バルブＶの最大リフト量に影響を与えない程度である。このようにカム３０は、少なくとも中腹部１３とベース円部１１との境界部から径方向外側に突出し、同様に少なくとも中腹部１４とベース円部１１との境界部から径方向外側に突出するように揺動可能である。
【００３０】
カム３０の揺動により、ロックピンＲＰは凹部３５から相対移動して凹部３５に係合不能な位置に移動する。従って、カム１０からのカム３０の突出量が最大となる位置ではロックピンＲＰは凹部３５に係合できず、カム３０はロックされない。カム１０からのカム３０の突出量が最大となる位置以外でロックピンＲＰは凹部３５に係合し、カム３０はロックされる。カム３０の揺動範囲の両端位置ではカム３０はロックされない。
【００３１】
ロック解除状態では、カムシャフトＳの回転に応じてカム３０は自重によりカム１０に対する揺動方向が変化する。例えば、支持ピンＳＰがカムシャフトＳの鉛直上方にある０度から鉛直下方にある１８０度までの区間をカムシャフトＳが時計方向ＣＷに回転している間は、原則的にカム３０は自重により図４Ａに示す位置に位置づけられる。１８０度から支持ピンＳＰがカムシャフトＳの鉛直上方にある３６０度までの区間をカムシャフトＳが時計方向ＣＷに回転している間は、原則的にカム３０は図４Ｂに示す位置に位置づけられる。尚、揺動範囲の一端から他端に移動するカム３０のタイミングは、カムシャフトＳの回転速度によっても変わってくる。
【００３２】
図５Ａ〜５Ｄは、バルブＶのリフト量及び作用角の説明図である。図５Ａは、カム３０が常時ロックされている場合でのバルブＶのリフト量を示している。図５Ｂは、カム３０のロックが解除されている場合でのバルブＶのリフト量を示している。ロックの有無に関わらず、バルブＶの最大リフト量は変化しない。何れの状態においても先端部３２は先端部１２からは径方向外側に大きくは突出しないからである。また、ロック解除状態では、カム３０が揺動することにより、接続部３３１や接続部３３１周辺のベース円部３１、及び接続部３４１や接続部３４１周辺のベース円部３１がカム１０よりも優先的にロッカーアームＲを押す。このため、バルブＶの作用角が拡大する。このように、リフト量を変更することなく作用角を変更できるため、内燃機関の状態に応じて適切な作用角に設定することができ、例えば内部ＥＧＲ量を変更することができる。
【００３３】
図３、４Ａ、４Ｂに示したように、ロックの有無に関わらず、カム１０、３０のそれぞれの先端部１２、３２が略重なっている。このため、バルブＶのリフト量が最大となる時には、カム１０、３０のそれぞれの先端部１２、３２がロッカーアームＲを押す。従って、ロッカーアームＲからの反力が最大となる時に、カム１０、３０の双方がロッカーアームＲからの反力を受ける。これにより、カム１０のみがロッカーアームＲからの最大の反力を受ける場合と比較して、カム１０への負荷が低減されている。これにより、耐久性を確保するためにカム１０を大型化することが抑制される。
【００３４】
また、図４Ａに示したように、ロック解除状態では、中腹部１３、３３が略重なり、中腹部１３、３３の双方によりバルブＶのリフト量が最大となる手前の区間でロッカーアームＲを押す。また、図４Ｂに示したように、中腹部１４、３４により、バルブＶのリフト量が最大となった後の所定区間でロッカーアームＲを押す。このように、ロッカーアームＲからの反力が比較的大きい区間で、カム１０、３０の双方がこの反力を受ける。このため、カム１０への負荷が低減されている。これにより、耐久性を確保するためにカム１０を大型化することが抑制される。
【００３５】
解除状態からロック状態への移行は、例えば、ベース円部１１、３１の少なくとも一方がロッカーアームＲに接している間に、油路Ｔに所定の圧力以上でオイルを供給する。ここで、補助スプリングＡＳの付勢力により球体ＡＢを介して貫通孔３８の内側面に力を作用する。これにより、ロックピンＲＰが凹部３５に係合可能となる位置に相対移動するようにカム３０の揺動が補助される。補助スプリングＡＳは、補助付勢部材の一例である。尚、補助スプリングＡＳは、コイル状のスプリングであるがこれに限定されず、板状のスプリングであってもよい。ロックピンＲＰが凹部３５に係合可能な位置に相対移動してから油路Ｔに所定の圧力以上でオイルを供給してもよい。
【００３６】
また、ロックピンＲＰが凹部３５に係合可能となる位置に到達する前に、油路Ｔに所定の圧力以上でオイルを供給してもよい。これにより、ロックピンＲＰが貫通孔３８の内側面を押すことにより、ロックピンＲＰが凹部３５に係合可能となる位置に相対移動するようにカム３０の揺動が補助される。この場合、油圧が作用するロックピンＲＰと補助スプリングＡＳの付勢力とにより、短時間で解除状態からロック状態へ移行でき、例えばカムシャフトＳが高回転で回転している場合に有効である。尚、油圧が作用するロックピンＲＰによる上記のカム３０の揺動を容易にするために、例えば貫通孔３８の内側面に摺接するロックピンＲＰの端面を湾曲状にして摺動抵抗を減らしてもよい。また、凹部３５周囲の貫通孔３８の面を、凹部３５に向けて下り傾斜するように形成してもよい。
【００３７】
図５Ｃは、バルブＶのリフト中にロック状態から解除状態に切り替えた場合のバルブＶのリフト量及び作用角を示した図であり、図５Ｄは、バルブＶのリフト中に解除状態からロック状態に切り替えた場合のバルブＶのリフト量及び作用角を示した図である。油路Ｔへのオイルの供給状態を切り替えるタイミングを制御することにより、バルブＶが開いている時の作用角よりも閉じている途中の作用角を増大させることができ、また、バルブＶが開いている時の作用角よりも閉じている時の作用角を小さくすることができる。このように、内燃機関の運転状態に応じて、バルブＶの作用角を変更できる。尚、オイルの供給状態の切り替えタイミングは、先端部１２、３２がロッカーアームＲを押している間にしてもよいし、またその直前にしてもよい。
【００３８】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態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。
【００３９】
本実施例では、カム３０がカム１０の中腹部１３側、及び中腹部１４側から択一的に突出するように揺動するがこれに限定されない。例えば、カム３０は、カム１０の中腹部１３、１４の何れか一方側のみから突出するものであってもよい。また、カム３０は、カム１０の中腹部１３、１４の何れか一方側から常に突出し、その突出量が変更するように揺動するものであってもよい。この場合であっても、バルブＶの作用角を変更することができるからである。
【００４０】
本実施例では２つのカム１０によりカム３０は挟まれるようにして連結されているが、このような構成に限定されない。例えば、カム１０が一つのみ設けられていてもよい。カム３０は、カム１０の先端部１２と略重なった先端部３２を備えているがこのような構成に限定されない。例えば、常にカム１０の先端部１２から突出しないカム３０の形状であってもよい。
【００４１】
球体ＡＢの代わりに、カムシャフトＳの軸方向と略平行に配置された円柱体を設けてもよい。支持ピンＳＰは、先端部１２、中腹部１３、１４の何れかとカム１０の回転中心との間に設けられていればよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  可変動弁装置
Ｓ  カムシャフト
ＣＵＡ、ＣＵＢ  カムユニット
Ｒ  ロッカーアーム
Ｖ  バルブ
１０、３０  カム（第１カム、第２カム）
１１、３１  ベース円部
１２、３２  先端部
１３、１４  中腹部（第１中腹部、第２中腹部）
３５  凹部（係合凹部）
３８  貫通孔
ＲＰ  ロックピン（係合部材）
ＲＳ  スプリング（付勢部材）
ＡＳ  補助スプリング（補助付勢部材）
ＳＰ  支持ピン（支軸）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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