(57)【要約】【課題】シムの熱膨張に起因して、スライダの軸方向変位に対する機関バルブの最大リフト量及び吸気カムの作用角の変化態様が不適正な状態になるのを抑制する。【解決手段】アーム１７，１８の軸方向位置については、それがスライダ２６の軸方向変位に対する吸気バルブの最大リフト量及び吸気カムの作用角の変化態様に大きな影響を及ぼす。このため、立壁部４５とアーム１８との間にシム４６が設けられるとともに、各アーム１７，１８の間にシム５０が設けられ、これらシム４６，５０を軸方向厚さの異なるものに適宜交換して、上記最大リフト量及び作用角の変化態様が適正となるよう、アーム１７，１８の軸方向位置が適切な位置に調整される。これらシム４６，５０は熱膨張のほとんど無いセラミックによって形成される。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するカムに押されて軸を中心に揺動する入力アームと、この入力アームの揺動に基づき前記軸を中心に揺動して機関バルブをリフトさせる出力アームと、前記入力アーム及び前記出力アームに対し互いに歯すじの傾斜方向の異なるギヤを介して連結されるとともに軸方向に往復移動可能なスライダとを備え、それらアームと前記軸を支持する立壁部との間、及び、各アーム同士の間に設けられたシムの軸方向厚さに応じて、前記アームが軸方向について位置決めされる内燃機関の可変動弁機構において、
前記シムはセラミックによって形成されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
【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機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジン等の内燃機関においては、機関運転領域全体に亘って最適な吸気特性が得られるよう、機関バルブの最大リフト量、及び同バルブを駆動するカムの作用角を可変とする可変動弁機構を備え、同機構を機関運転状態に応じて駆動するものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
こうした可変動弁機構は、回転するカムに押されて軸を中心に揺動する入力アームと、この入力アームの揺動に基づき上記軸を中心に揺動して機関バルブをリフトさせる出力アームと、それらアームの揺動中心となる軸の外周面に嵌め込まれた円筒状のスライダとを備えている。このスライダは入力アーム及び出力アームを貫通した状態となっており、それらアームはそれぞれ互いに歯すじの傾斜方向の異なるギヤによってスライダに連結されている。そして、スライダを軸方向に移動させると、上記ギヤの作用によって入力アームと揺動アームとの揺動方向についての相対位置が変更され、上記最大リフト量及び作用角が変更されるようになる。
【０００４】
可変動弁機構において、上記軸はシリンダヘッドに並設された複数の立壁部に支持されており、上記入力アーム及び出力アームは立壁部の間に配置されている。機関バルブの最大リフト量及び吸気カムの作用角は入力アーム及び出力アームの軸方向位置から大きな影響を受けるため、それらアームを軸方向について適切に位置決めしないと、スライダの軸方向変位に対する上記最大リフト量及び作用角の変化態様が不適正な状態になってしまう。このため、アームと立壁部との間、及び、各アーム同士の間にシムを設け、そのシムを軸方向厚さの異なるものに適宜交換することにより、スライダの方向変位に対する上記最大リフト量及び作用角の変化態様が適正状態となるよう、各アームの軸方向位置が適切な位置に調整される。
【特許文献１】特開２００１−２６３０１５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記シムにおいては、加工のし易さや強度の面から鉄系材料を用いて形成されることが多く、こうした材料を用いている関係から機関運転時に熱膨張することは避けられない。そして、シムの軸方向についての熱膨張は同シムの軸方向厚さが大となるほど大きくなる。従って、上記シムによる各アームの軸方向についての位置調整を行った結果、アームと立壁部との間及び各アーム同士の間における各シムの軸方向厚さが異なるものとなった場合には、各シム毎に機関運転時の軸方向への熱膨張が大きく異なるようになる。
【０００６】
ここで、上記各シムの軸方向への熱膨張について、各シム毎にばらつきがなく各々一様に熱膨張したとすれば、同熱膨張による各アームの軸方向位置及びアーム同士の相対位置への影響は極小さくてすむ。しかし、上述したように各シム毎の軸方向についての熱膨張にばらつきが生じると、同熱膨張による各アームの軸方向位置及びアーム同士の相対位置への影響が無視できない問題となる。すなわち、上記熱膨張のばらつきが大きくなるほど各アームの軸方向位置の適正状態からのずれが大きくなり、アーム同士の相対位置の適正状態からのずれも大きくなる。その結果、スライダの軸方向に変位に対する上記最大リフト量及び作用角の変化態様が不適正な状態になってしまう。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、シムの熱膨張に起因して、スライダの軸方向変位に対する機関バルブの最大リフト量及び吸気カムの作用角の変化態様が不適正な状態になるのを抑制することのできる内燃機関の可変動弁機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、回転するカムに押されて軸を中心に揺動する入力アームと、この入力アームの揺動に基づき前記軸を中心に揺動して機関バルブをリフトさせる出力アームと、前記入力アーム及び前記出力アームに対し互いに歯すじの傾斜方向の異なるギヤを介して連結されるとともに軸方向に往復移動可能なスライダとを備え、それらアームと前記軸を支持する立壁部との間、及び、各アーム同士の間に設けられたシムの軸方向厚さに応じて、前記アームが軸方向について位置決めされる内燃機関の可変動弁機構において、前記シムはセラミックによって形成されていることを要旨とした。
【０００９】
可変動弁機構において、入力アーム及び出力アームの軸方向位置は機関バルブの最大リフト量及び吸気カムの作用角に大きな影響を及ぼす。このため、アームと立壁部との間、及び、各アーム同士の間に設けられたシムを軸方向厚さの異なるものに適宜交換することにより、スライダの軸方向変位に対する上記最大リフト量及び作用角の変化態様が適正状態となるよう、各アームの軸方向位置が適切な位置に調整される。こうした調整を行った結果、各シムの軸方向厚さが各々異なるものとなる。仮に、上記各シムが鉄系材料等によって形成されているとすると、機関運転時の各シムの軸方向への熱膨張がシム毎に大きく異なるようになる。そして、こうした各シムの熱膨張のばらつきに起因して、各アームの軸方向位置及びアーム同士の相対位置が適正な位置からずれ、スライダの軸方向変位に対する上記最大リフト量及び作用角の変化態様が不適正な状態になる。しかし、上記構成によれば、シムが熱膨張のほとんどないセラミックによって形成されているため、上述した各シム毎の熱膨張のばらつきが生じることはない。従って、その各シム毎の熱膨張のばらつきに起因して、各アームの軸方向位置及びアーム同士の相対位置が適正な位置からずれ、スライダの軸方向変位に対する上記最大リフト量及び作用角の変化態様が不適正な状態になるのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を自動車用多気筒エンジンの可変動弁機構に具体化した一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１は、エンジン１における所定気筒のシリンダヘッド２周りの構造を示す拡大断面図である。このエンジン１においては、シリンダヘッド２、シリンダブロック３、及びピストン５によって燃焼室６が区画され、この燃焼室６には吸気通路７及び排気通路８が各々二つに分岐した状態で接続されている（図１には一方のみ図示）。そして、吸気通路７と燃焼室６との間は吸気バルブ９の開閉動作によって連通・遮断され、排気通路８と燃焼室６との間は排気バルブ１０の開閉動作によって連通・遮断されるようになる。なお、これら吸気バルブ９及び排気バルブ１０はそれぞれ各気筒毎に二つずつ設けられている。
【００１１】
シリンダヘッド２には、吸気バルブ９及び排気バルブ１０を駆動するための吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２が設けられている。これら吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２は、エンジン１のクランクシャフトからの回転伝達によって回転するようになっている。また、吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２には、それぞれ吸気カム１１ａ及び排気カム１２ａが設けられている。そして、これら吸気カム１１ａ及び排気カム１２ａの吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２との一体回転を通じて、吸気バルブ９及び排気バルブ１０が開閉動作するようになっている。
【００１２】
また、エンジン１は吸気バルブ９及び排気バルブ１０といった機関バルブのバルブ特性を可変とする可変動弁機構が設けられている。こうした可変動弁機構の一つとして、吸気カム１１ａと吸気バルブ９との間に、同バルブ９の最大リフト量及び吸気カム１１ａの作用角を可変とするリフト量可変機構１４が設けられている。このリフト量可変機構１４の駆動を通じて、例えば吸入空気量を多く必要とするエンジン運転状態になるほど、最大リフト量及び作用角が大となるよう制御される。これは最大リフト量及び作用角を大とするほど、吸気通路７から燃焼室６への空気の吸入が効率よく行われ、上述した吸入空気量に関する要求を満たすことが可能なためである。
【００１３】
次に、リフト量可変機構１４の詳細な構造について説明する。
リフト量可変機構１４は、吸気カムシャフト１１と平行に延びるロッカシャフト１５及びコントロールシャフト１６と、回転する吸気カム１１ａにより押されて上記ロッカシャフト１５を中心に揺動する入力アーム１７と、この入力アーム１７の揺動に基づき上記ロッカシャフト１５を中心に揺動する出力アーム１８とを備えている。入力アーム１７については、ローラ１９が回転可能に取り付けられるとともに、そのローラ１９が吸気カム１１ａに押しつけられるようコイルスプリング２０によって吸気カム１１ａ側に付勢されている。また、出力アーム１８については、その揺動時にロッカアーム２１に押しつけられ、同ロッカアーム２１を介して吸気バルブ９をリフトさせるものである。
【００１４】
このロッカアーム２１の一端部は上記ラッシュアジャスタ２２によって支持され、同ロッカアーム２１の他端部は吸気バルブ９に接触している。また、ロッカアーム２１は吸気バルブ９のバルブスプリング２４によって出力アーム１８側に付勢され、これによりロッカアーム２１の一端部と他端部との間に回転可能に支持されたローラ２３が出力アーム１８に押しつけられている。
【００１５】
従って、吸気カム１１ａの回転に基づき入力アーム１７及び出力アーム１８が揺動すると、出力アーム１８がロッカアーム２１を介して吸気バルブ９をリフトさせ、吸気バルブ９の開閉動作が行われるようになる。そして、リフト量可変機構１４では、入力アーム１７と出力アーム１８との揺動方向についての相対位置を変更することで、上記吸気バルブ９の最大リフト量、及び吸気カム１１ａの吸気バルブ９に対する作用角が可変とされる。即ち、入力アーム１７と出力アーム１８とを揺動方向について互いに接近させるほど、吸気バルブ９の最大リフト量及び吸気カム１１ａの作用角は小となってゆく。逆に、入力アーム１７と出力アーム１８とを揺動方向について互いに離間させるほど、吸気バルブ９の最大リフト量及び吸気カム１１ａの作用角は大となってゆく。
【００１６】
ここで、リフト量可変機構１４における入力アーム１７と出力アーム１８との揺動方向についての相対位置を変更する構造について、図２及び図３を併せ参照して詳しく説明する。
【００１７】
図２は、リフト量可変機構１４の内部構造、詳しくはロッカシャフト１５に取り付けられた入力アーム１７及び出力アーム１８の内側の構造を示す破断斜視図である。同図に示されるように、ロッカシャフト１５は入力アーム１７及び出力アーム１８を貫通している。また、ロッカシャフト１５の外周面における入力アーム１７及び出力アーム１８に対応する部分には円筒状をなすスライダ２６が嵌め込まれている。このスライダ２６の外壁において、長手方向中央部にはヘリカルスプライン２７を有する入力ギヤ２７ａが設けられ、長手方向両端部にはヘリカルスプライン２９を有する出力ギヤ２９ａが設けられている。
【００１８】
一方、図３に示されるように、入力アーム１７の内壁にはヘリカルスプライン２８を有する円環状の内歯ギヤ２８ａが形成され、出力アーム１８の内壁にはヘリカルスプライン３０を有する円環状の内歯ギヤ３０ａが形成されている。そして、入力アーム１７の内歯ギヤ２８ａはスライダ２６の入力ギヤ２７ａ（図２）と噛み合わされ、出力アーム１８の内歯ギヤ３０ａはスライダ２６の出力ギヤ２９ａ（図２）と噛み合わされている。なお、ヘリカルスプライン２７，２８とヘリカルスプライン２９，３０とは、互いに傾斜角が異なっており、例えば互いに歯すじの傾斜方向が逆となっている。
【００１９】
上記ロッカシャフト１５は、円筒状に形成され、その内側にはピンによってスライダ２６と連結されるコントロールシャフト１６が挿入されている。このコントロールシャフト１６をスライダ２６と共に軸線方向に移動させると、ヘリカルスプライン２７，２９とヘリカルスプライン２８，３０との噛み合いにより、入力アーム１７と出力アーム１８との揺動方向についての相対位置が変更される。
【００２０】
具体的には、コントロールシャフト１６を矢印Ｌ方向に変位させるほど入力アーム１７と出力アーム１８との揺動方向についての相対位置が互いに接近するように変更され、コントロールシャフト１６を矢印Ｈ方向に変位させるほど上記相対位置が互いに離間するように変更される。こうした入力アーム１７及び出力アーム１８の揺動方向についての相対位置の変更を通じて、吸気カム１１ａの回転により出力アーム１８が揺動したときの吸気バルブ９の最大リフト量、及び吸気カム１１ａの作用角が可変とされる。以上のようなコントロールシャフト１６の軸線方向についての変位は、例えば電動モータを用いたアクチュエータの駆動制御によって実現される。
【００２１】
次に、リフト量可変機構１４における入力アーム１７、出力アーム１８、スライダ２６、ロッカシャフト１５、及びコントロールシャフト１６等のシリンダヘッド２への取り付け構造、並びに、スライダ２６とコントロールシャフト１６との連結構造について、図４を参照して説明する。
【００２２】
同図に示されるように、ロッカシャフト１５及びコントロールシャフト１６は、シリンダヘッド２の立壁部４５を貫通するとともに、二つの立壁部４５に挟まれた状態にある各アーム１７，１８を貫通している。各アーム１７，１８のうち、入力アーム１７は二つの出力アーム１８によって挟まれた状態となっている。そして、入力アーム１７は吸気カム１１ａ（図１参照）に対応して位置し、二つの出力アーム１８はそれぞれ二つの吸気バルブ９（図１参照）に対応して位置している。また、各アーム１７，１８の内側にはロッカシャフト１５に嵌め込まれたスライダ２６が位置しており、同スライダ２６の入力ギヤ２７ａ及び出力ギヤ２９ａと、入力アーム１７の内歯ギヤ２８ａ及び出力アーム１８の内歯ギヤ３０ａとは互いに噛み合っている。
【００２３】
コントロールシャフト１６には、同シャフト１６とスライダ２６とを連結するためのピン５１が径方向に挿入されている。また、ロッカシャフト１５における上記ピン５１に対応する位置には、軸線方向に延びるとともに同ピン５１が貫通する長穴３３が形成されている。更に、スライダ２６の内周面における上記ピン５１に対応する位置には、周方向（図中の紙面と直交する方向）に延びてピン５１の先端が挿入される溝３４が形成されている。そして、溝３４内に位置するピン５１の先端部分にはブッシュ３５が設けられている。
【００２４】
コントロールシャフト１６の軸方向移動は、ピン５１の長穴３３に沿った移動を通じて許容される。こうしたコントロールシャフト１６の軸方向移動に伴いピン５１が長穴３３に沿って移動すると、ブッシュ３５が溝３４の内側面に押しつけられ、スライダ２６がコントロールシャフト１６の軸方向に移動する。また、入力アーム１７及び出力アーム１８が揺動するときには、それに伴いスライダ２６もロッカシャフト１５の外周面に対し周方向に変位（回動）するが、こうした変位はピン５１に対しスライダ２６と共に周方向に相対移動する溝３４によって許容される。
【００２５】
次に、入力アーム１７及び出力アーム１８の軸方向位置を調節するための構造について説明する。
入力アーム１７及び出力アーム１８の軸方向位置については、それがスライダ２６の軸方向変位に対する上記最大リフト量及び作用角の変化態様に大きな影響を及ぼすことになる。このため、立壁部４５と出力アーム１８との間にシム４６が設けられるとともに、各アーム１７，１８の間にシム５０が設けられ、これらシム４６，５０を軸方向厚さの異なるものに適宜交換することにより、上記最大リフト量及び作用角の変化態様が適正となるよう、入力アーム１７及び出力アーム１８の軸方向位置が適切な位置に調整される。こうした位置調整を行うことにより、各シム４６，５０の軸方向厚さはシム毎に各々異なるものとなる。
【００２６】
ところで、上記シム４６，５０を形成する材料として仮に鉄系材料を用いたとすると、上述したように各シム４６，５０の軸方向厚さがシム毎に異なる場合に、機関運転時における同シム４６，５０の軸方向への熱膨張がシム毎に大きく異なるようになる。このように各シム４６，５０毎の軸方向についての熱膨張にばらつきが生じると、当該ばらつきが大きくなるほど各アーム１７，１８の軸方向位置の適正状態からのずれが大きくなることは、［発明が解決しようとする課題］の欄に記載したとおりである。その結果、スライダ２６の軸方向変位に対する吸気バルブ９の最大リフト量及び吸気カム１１ａの作用角の変化態様が不適正な状態になってしまう。
【００２７】
そこで本実施形態では、シム４６，５０を熱膨張のほとんど無いセラミックによって形成する。これにより、上述した各シム４６，５０毎の熱膨張のばらつきが生じることはなくなり、当該ばらつきに起因して各アーム１７，１８の軸方向位置及びアーム１７，１８同士の相対位置が適正な位置からずれ、上記最大リフト量及び作用角の変化態様が不適正な状態になるのを抑制することができる。
【００２８】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）シム４６，５０をセラミックにより形成することで、各シム４６，５０毎の軸方向についての熱膨張を回避することができる。このため、当該熱膨張のシム毎のばらつきに起因して各アーム１７，１８の軸方向位置が適正な位置からずれるのを抑制することができ、ひいてはスライダ２６の軸方向変位に対する上記最大リフト量及び作用角の変化態様が不適正な状態になるのを抑制することができるようになる。
【００２９】
（２）リフト量可変機構１４は、エンジン１の各気筒毎に設けられており、一つの入力アーム１７の揺動に基づき二つの出力アーム１８を揺動させることで、各気筒の二つの吸気バルブ９を開閉駆動させる構成となっている。このため、各シム４６，５０の軸方向についての熱膨張のばらつきが大きくなると、アーム１７，１８同士の相対位置の適正状態からのずれも大きくなり、入力アーム１７における二つの出力アーム１８との間の距離がそれぞれ異なるものとなる。その結果、スライダ２６の軸方向変位に対する吸気バルブ９の最大リフト量及び吸気カム１１ａの作用角の変化態様が、一つの気筒における二つの吸気バルブ９の間で異なるものとなり、同気筒での燃焼状態に影響を及ぼすという問題が生じる。しかし、シム４６，５０をセラミックにより形成することで、各シム４６，５０毎の軸方向についての熱膨張が回避され、上述した問題が生じるのを抑制することができるようになる。
【００３０】
（３）多気筒のエンジン１においては、各気筒毎にリフト量可変機構１４が設けられ、シム４６，５０によるアーム１７，１８の軸方向位置の調節も各気筒毎に行われる。このため、仮にシム４６，５０が鉄系材料等を用いて形成されていると、各シム４６，５０毎の熱膨張のばらつきに起因して上記最大リフト量及び作用角の変化態様が不適正な状態になるとき、その変化態様の適正状態からのずれが気筒毎に異なるものとなる。その結果、気筒間での燃焼状態にばらつきが生じるおそれがある。しかし、シム４６，５０をセラミックにより形成することで、こうした問題を抑制することができる。
【００３１】
（４）入力アーム１７及び出力アーム１８は、通常、加工のし安さや強度の面から鉄系材料を用いて形成されるため、仮にシム４６、５０を鉄系材料によって形成したとすると、アーム１７，１８とシム４６，５０とが同質の材料で形成されることになる。このような場合にはアーム１７，１８とシム４６，５０とが熱膨張した状態で周方向に摺動するとき、それらの接触面にて摩擦が大となって摩耗が進む傾向がある。しかし、シム４６，５０をセラミックにより形成することで、アーム１７，１８とシム４６，５０とが別の材料によって形成されることになり、上記の問題が生じるのを抑制することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・吸気バルブ９を気筒毎に一つだけ設けたエンジンや、三つ設けたエンジンに本発明を適用してもよい。
【００３３】
・単気筒のエンジンに本発明を適用してもよい。この場合でも上記（１）及び（３）と同等の効果が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本実施形態の可変動弁機構が適用されたエンジンのシリンダヘッド周りの構造を示す拡大断面図。
【図２】リフト量可変機構の内部構造を示す破断斜視図。
【図３】入力アーム及び出力アームの内部構造を示す破談斜視図。
【図４】スライダ、入力アーム、及び、出力アームのシリンダヘッドへの取り付け構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…シリンダブロック、５…ピストン、６…燃焼室、７…吸気通路、８…排気通路、９…吸気バルブ、１０…排気バルブ、１１…吸気カムシャフト、１１ａ…吸気カム、１２…排気カムシャフト、１２ａ…排気カム、１４…リフト量可変機構、１５…ロッカシャフト、１６…コントロールシャフト、１７…入力アーム、１８…出力アーム、１９…ローラ、２０…コイルスプリング、２１…ロッカアーム、２２…ラッシュアジャスタ、２３…ローラ、２４…バルブスプリング、２６…スライダ、２７…ヘリカルスプライン、２７ａ…入力ギヤ、２８…ヘリカルスプライン、２８ａ…内歯ギヤ、２９…ヘリカルスプライン、２９ａ…出力ギヤ、３０…ヘリカルスプライン、３０ａ…内歯ギヤ、３３…長穴、３４…溝、３５…ブッシュ、４５…立壁部、４６…シム、５０…シム、５１…ピン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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