(57)【要約】【課題】  ハウジングとコントロールシャフトとの熱膨張差による影響を排除し、気筒間のバルブリフト量のばらつきを解消する。【解決手段】  可変動弁機構１０のハウジング１１にコントロールシャフト６４を支持し、その上に四基の可変装置５８を配列する。可変装置５８の出力部材６９をハウジング１１で位置決めし、スライダ７０をピン６６でシャフト６４に連結する。シャフト６４をアクチュエータ１５で回転し、スライダ７０を軸線方向へ駆動し、入力部材６８に対する出力部材６９の位相を変え、吸気バルブのリフト量を変更する。ピン６６をホルダ２２に保持し、ホルダ２２をシャフト６４上の雄ねじ２１に螺合する。雄ねじ２１のピッチを変えることで、四つのスライダ７０をアクチュエータ１５から離れたものほど大きなストロークで駆動する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダヘッドにハウジングを設置し、ハウジングにカムシャフトとコントロールシャフトとを支持し、コントロールシャフト上に気筒と同数の可変装置を配列し、可変装置にカムシャフト上のカムと係合する入力部材と、バルブを開閉する出力部材と、出力部材を入力部材に連動させるスライダと、スライダをコントロールシャフトに連結する連結部材とを設け、出力部材をハウジングによりコントロールシャフトの軸線方向に位置決めした状態で、スライダをコントロールシャフトにより該シャフトの軸線方向へ移動し、スライダにより入力部材に対する出力部材の位相を変えて、バルブのリフト量を変更する可変動弁機構において、
ハウジングにコントロールシャフトを回転するアクチュエータを取り付け、コントロールシャフト上に各可変装置の連結部材を別々に該シャフトの軸線方向へ送る駆動部を設け、各駆動部による連結部材の送り量をハウジングとコントロールシャフトの熱膨張差が拡大する方向へ順次大きくなるように設定したことを特徴とする可変動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のバルブをリフト量の可変に開閉する可変動弁機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用の内燃機関において、低速低負荷時の燃費を向上し、高速高負荷時の出力を高めるために、吸気バルブのリフト量をエンジンの回転数に応じて変更する機能を備えた可変動弁機構が知られている。例えば、特許文献１には、自動車用ガソリンエンジンの可変動弁機構が記載されている。このエンジン１は、図８、図９に示すように、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間に四つの気筒４を備えている。各気筒４において、シリンダブロック２の燃焼室５にピストン６が収容され、シリンダヘッド３に二つの吸気バルブ７と二つの排気バルブ８とが設けられている。
【０００３】
シリンダヘッド３の上には可変動弁機構５０のハウジング５１が設置されている。ハウジング５１には吸気カムシャフト５２と排気カムシャフト５３と支持パイプ６２とが支持され、カムシャフト５２,５３はチェーン６０を介してクランクシャフト５４に連結されている。排気カムシャフト５３には気筒４毎に二つの排気カム５５が設けられ、排気カム５５によりロッカーアーム５６を介して排気バルブ８が一定のリフト量で開閉される。吸気カムシャフト５２には気筒４毎に一つの吸気カム５７が設けられ、吸気カム５７により可変装置５８とロッカーアーム５９を介して吸気バルブ７がリフト量を変更可能に開閉される。
【０００４】
図９、図１０、図１３に示すように、可変装置５８は、気筒４と同数の四基がコントロールシャフト６４上に支持パイプ６２を介して配列されている。支持パイプ６２はハウジング５１の立壁部６１に支持され、コントロールシャフト６４が支持パイプ６２の内側に摺動可能に挿通されている。コントロールシャフト６４の一端は油圧ピストンを内蔵したアクチュエータ６５に連結され、中間部に可変装置５８のピン６６が突設されている。そして、自動車の電子制御ユニットによりアクチュエータ６５を制御し、アクチュエータ６５によりコントロールシャフト６４をその軸線方向へ駆動し、ピン６６によって可変装置５８を動作させるようになっている。
【０００５】
可変装置５８は、ピン６６に加え、入力部材６８と出力部材６９とスライダ７０とを備えている。入力部材６８には吸気カム５７に係合するローラ７１が設けられ、出力部材６９にロッカーアーム５９に係合するカム片７２が設けられている（図８参照）。入力部材６８と出力部材６９は支持パイプ６２上に揺動可能に支持され、軸線方向の摺動が左右の立壁部６１によって規制されている。スライダ７０は入力部材６８と出力部材６９の内側において支持パイプ６２に摺動及び揺動可能に支持されている。そして、ピン６６が支持パイプ６２の軸方向長孔７３を通ってスライダ７０の周方向長孔７４に挿入され、スライダ７０がピン６６によってコントロールシャフト６４の軸線方向に駆動される。
【０００６】
入力部材６８とスライダ７０とは入力側スプライン７５により噛み合わされ、スライダ７０と出力部材６９とが出力側スプライン７６によって噛み合わされている。スプライン７５とスプライン７６は歯すじが左右逆方向にねじれ、スライダ７０の軸線方向の移動に伴い、入力部材６８と出力部材６９とが互いに反対方向へ揺動される。そして、スライダ７０が図１０の矢印Ｆ方向へ移動したときに、図１１（ａ）に示すように、入力部材６８と出力部材６９との相対位相差θ１が拡大する。この状態で、（ｂ）に示すように、入力部材６８が吸気カム５７により揺動されると、スライダ７０を介して出力部材６９が入力部材６８と同じ角度で揺動し、ロッカーアーム５９を介して吸気バルブ７を大きなリフト量Ｒ１で開閉する。
【０００７】
また、スライダ７０が図１０の矢印Ｒ方向へ移動したときには、図１２（ａ）に示すように、入力部材６８と出力部材６９との相対位相差θ２が縮小する。この状態で、（ｂ）に示すように、入力部材６８が吸気カム５７により揺動されると、出力部材６９がロッカーアーム５９を介して吸気バルブ７を小さなリフト量Ｒ２で開閉する。従って、コントロールシャフト６４でスライダ７０の移動量を制御し、入力部材６８に対する出力部材６９の位相を変えることにより、吸気バルブ７のリフト量を連続的に変更することができる。なお、吸気カムシャフト５２の一端には、クランクシャフト５４に対する吸気カム５７の回転位相差を調整するためのアクチュエータ７７（図９参照）が設けられている。
【特許文献１】特開２００１−２６３０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように構成された従来の可変動弁機構５０によれば、気筒４毎に設けた可変装置５８のスライダ７０を共通のコントロールシャフト６４で制御しているので、コンパクトな構成でバルブリフト量を制御することができる。しかし、この構成によると、出力部材６９に対するスライダ７０の位置が動弁系部品の熱膨張による影響を受けるため、四基の可変装置５８の出力を常に等しくすることが困難であった。すなわち、出力部材６９を位置決めするハウジング５１の熱膨張量と、スライダ７０を駆動するコントロールシャフト６４の熱膨張量とに差が生じた場合に、可変装置５８毎にバルブリフト量が相違するという課題があった。
【０００９】
通常、ハウジング５１には軽量で線膨張係数の大きいアルミニウム材が用いられ、コントロールシャフト６４には高剛性で線膨張係数の小さいスチール材が用いられる。これらの材料を用いた場合、図１３に示すように、基準位置（アクチュエータ６５の中心位置）に最も近い＃１の可変装置５８でシリンダヘッド３の温度がΔＴ℃変化すると、コントロールシャフト６４に連結されたスライダ７０とハウジング５１に位置決めされた出力部材６９との間に、次式より求められる相対変位量Ａが発生する。
Ａ＝（Ｐ１×αsteel−Ｓ１×αaluminium）×ΔＴ
Ｐ１：基準位置からピン６６までの距離
Ｓ１：基準位置から立壁部６１までの距離
αsteel：スチール材の線膨張係数
αaluminium：アルミニウム材の線膨張係数
【００１０】
ここで、四基の可変装置５８（＃１〜＃４）におけるスライダ７０と出力部材６９との相対変位量は、図１４に示すように、シリンダヘッド３の温度変化に伴い、それぞれ異なる勾配で変化する。例えば、基準温度８０℃で各装置５８の相対変位量を０に設定した場合、使用温度域の上限近く（例えば１１０℃）では、四基平均でＤ１の相対変位量が発生する。また、基準位置に最も近い＃１と基準位置から最も離れた＃４との間にＤ２の較差が発生する。従って、可変装置５８を四基共に同じバルブリフト量で組み立てたとしても、ハウジング５１とコントロールシャフト６４との熱膨張差によって四基の出力部材６９の作用角が相違し、気筒間のバルブリフト量にばらつきが発生し、エンジン１の燃費、エミッション、振動等に悪影響を与えるという問題点があった。
【００１１】
本発明の目的は、上記課題を解決し、ハウジングとコントロールシャフトとの熱膨張差による影響を排除して、気筒間のバルブリフト量のばらつきを解消できる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】
【００１２】
上記の課題を解決するために、本発明は、内燃機関のシリンダヘッドにハウジングを設置し、ハウジングにカムシャフトとコントロールシャフトとを支持し、コントロールシャフト上に気筒と同数の可変装置を配列し、可変装置にカムシャフト上のカムと係合する入力部材と、バルブを開閉する出力部材と、出力部材を入力部材に連動させるスライダと、スライダをコントロールシャフトに連結する連結部材とを設け、出力部材をハウジングによりコントロールシャフトの軸線方向に位置決めした状態で、スライダをコントロールシャフトにより該シャフトの軸線方向へ移動し、スライダにより入力部材に対する出力部材の位相を変えて、バルブのリフト量を変更する可変動弁機構において、ハウジングにコントロールシャフトを回転するアクチュエータを取り付け、コントロールシャフト上に各可変装置の連結部材を別々に該シャフトの軸線方向へ送る駆動部を設け、各駆動部による連結部材の送り量をハウジングとコントロールシャフトの熱膨張差が拡大する方向（アクチュエータから離れる方向）へ順次大きくなるように設定したことを特徴とする。
【００１３】
ここで、駆動部は、コントロールシャフトの回転を連結部材の直線移動に変換する手段であって、例えば、以下のように構成することができる。
（１）コントロールシャフト上に駆動部としての雄ねじを複数設け、各雄ねじのピッチをアクチュエータから離れるほど順次大きくなるように設定し、各可変装置の連結部材を雄ねじに螺合するホルダに保持する。あるいは、各雄ねじのリードをアクチュエータから離れるほど順次大きくなるように設定する。
（２）コントロールシャフト上に駆動部としてのカム溝を複数設け、各カム溝のリード角をアクチュエータから離れるほど順次大きくなるように設定し、各可変装置の連結部材をカム溝に摺動可能に嵌合する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の可変動弁機構において、内燃機関の発熱に伴い、ハウジングとコントロールシャフトとが熱膨張すると、双方の熱膨張差によりアクチュエータから離れた可変装置ほどスライダと出力部材との相対変位量が拡大する。この状態で、アクチュエータによりコントロールシャフトを回転すると、熱膨張差が拡大する方向において、各可変装置のスライダがコントロールシャフト上の駆動部により連結部材を介して順次大きな移動量で駆動される。このため、スライダと出力部材との相対変位量がすべての可変装置においてそれぞれ等しくなり、気筒間のバルブリフト量のばらつきが解消される。従って、ハウジングとコントロールシャフトとの熱膨張差による影響を排除し、内燃機関の燃費、エミッション、振動等を改善できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１，図２に示すように、この実施形態の可変動弁機構１０は、従来と同様、自動車用の四気筒ガソリンエンジン１（図８参照）に装備されている。エンジン１のシリンダヘッド３には可変動弁機構１０のハウジング１１が設置されている。ハウジング１１はアルミニウム材により箱型に製作され、ハウジング１１の５枚の軸受壁１２に吸気カムシャフト５２と排気カムシャフト５３と支持パイプ６２とが平行に支持されている。支持パイプ６２の内側にはスチール製のコントロールシャフト６４が挿通され、このシャフト６４上に気筒４と同数（四基）の可変装置５８が配列されている。
【００１６】
可変装置５８には、吸気カムシャフト５２上の吸気カム５７に係合する入力部材６８と、吸気バルブ７を開閉する一対の出力部材６９と、出力部材６９を入力部材６８に連動させるスライダ７０と、スライダ７０をコントロールシャフト６４に連結するピン６６とが設けられている。そして、可変動弁機構１０は、出力部材６９をハウジング１１の軸受壁１２によりコントロールシャフト６４の軸線方向に位置決めした状態で、スライダ７０をコントロールシャフト６４によりその軸線方向へ移動し、スライダ７０により入力部材６８に対する出力部材６９の位相を変えて、吸気バルブ７のリフト量を変更するように構成されている。
【００１７】
この実施形態の可変動弁機構１０は、ピン６６を駆動する構成において、従来の可変動弁機構５０と相違する。この実施形態では、ハウジング１１の側壁１８にコントロールシャフト６４を回転するアクチュエータ１５が取り付けられている。アクチュエータ１５には電動モータが用いられ、モータ軸１６にコントロールシャフト６４が連結されている。コントロールシャフト６４には各可変装置５８のピン６６を別々にシャフト６４の軸線方向へ送る四つの駆動部２１が設けられ、各駆動部２１にアクチュエータ１５から離れるほど大きな送り量が設定されている。以下に、駆動部２１の構成について、二つの実施例を挙げて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１〜図４に示すように、実施例１の可変動弁機構１０では、コントロールシャフト６４上に駆動部としての雄ねじ２１が設けられている。雄ねじ２１は可変装置５８と対応する四箇所においてコントロールシャフト６４の外周面に螺旋状に形成されている。四つの雄ねじ２１のピッチは、アクチュエータ１５に最も近い雄ねじ２１が最小で、アクチュエータ１５から離れる雄ねじ２１ほど順次大きくなるように設定されている（Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４）。
【００１９】
ピン６６は筒形ホルダ２２のねじ孔２３に螺着されている。ホルダ２２はコントロールシャフト６４と支持パイプ６２との間に介装され、ホルダ２２の内周面に雄ねじ２１に螺合する雌ねじ２４が形成されている。そして、四本のピン６６が、それぞれ支持パイプ６２の軸方向長孔７３を通ってスライダ７０の周方向長孔７４に嵌合し、コントロールシャフト６４の回転に伴い、四つのスライダ７０をアクチュエータ１５から離れたものほど大きな移動量で駆動するようになっている。
【００２０】
なお、この実施例１では、周方向孔７４がスライダ７０の長手方向中央部に形成されている（図３参照）。支持パイプ６２の一端はアクチュエータ１５と反対側の軸受壁１２にボルト１３で固定されている（図２参照）。軸受壁１２と出力部材６９との間には、隙間調整用の馬蹄形シム１４が交換可能に介装されている。また、各雄ねじ２１のピッチを等しくし、リードをアクチュエータ１５から離れるほど順次大きく設定することによっても、四本のピン６６の送り量を同じ順序で拡大することができる。
【００２１】
この実施例１の可変動弁機構１０においては、図４（ａ）に示すように、四基の可変装置５８が基準温度（例えば８０℃）でスライダ７０と出力部材６９との相対変位量が０となるように組み立てられる。エンジン１の発熱に伴い、ハウジング１１とコントロールシャフト６４とが膨張すると、図４（ｂ）に示すように、双方の熱膨張差によってアクチュエータ１５から離れた可変装置５８ほどスライダ７０と出力部材６９との相対変位量が拡大する（Ａ１＜Ａ２＜Ａ３＜Ａ４）。
【００２２】
この状態で、コントロールシャフト６４がアクチュエータ１５によって回転されると、図４（ｃ）に示すように、スライダ７０が雄ねじ２１によりピン６６を介してアクチュエータ１５から離れるものほど大きな送り量で駆動される（Ｂ１＜Ｂ２＜Ｂ３＜Ｂ４）。これにより、スライダ７０と出力部材６９との相対変位量が四基の可変装置５８においてそれぞれ等しくなり（Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝Ａ４）、気筒間のバルブリフト量のばらつきが解消される。すなわち、ハウジングとコントロールシャフトとの熱膨張量差に起因する、スライダと出力部材との相対変位量の気筒間較差はキャンセルされる。従って、ハウジング１１をアルミニウム材で製作した軽量な動弁機構１０を用いて、四気筒ガソリンエンジン１の燃費、エミッション、振動等を改善することができる。
【実施例２】
【００２３】
図５〜図７に示すように、実施例２の可変動弁機構３０では、コントロールシャフト６４上に駆動部としてのカム溝３１が設けられている。カム溝３１は可変装置５８と対応する四箇所においてコントロールシャフト６４の外周面に弦巻線の一部として形成されている。四つのカム溝３１のリード角は、アクチュエータ１５に最も近いカム溝３１が最小で、アクチュエータ１５から離れるカム溝３１ほど順次大きくなるように設定されている（α１＜α２＜α３＜α４）。
【００２４】
ピン６６はカム溝３１に摺動可能に嵌合し、支持パイプ６２の軸方向長孔７３を通って、スライダ７０の周方向長孔７４に挿入されている。そして、四つのスライダ７０が、コントロールシャフト６４の回転に伴いカム溝３１のカム形状（リード角）に従って、アクチュエータ１５から離れるスライダ７０ほど大きなストロークでコントロールシャフト６４の軸線方向へ直線移動するようになっている。なお、スライダ７０の周方向長孔７４には、ピン６６をカム溝３１に保持するための蓋３２が設けられている（図６参照）。
【００２５】
この実施例２の可変動弁機構３０においては、図７（ａ）に示すように、四基の可変装置５８が基準温度（例えば８０℃）でスライダ７０と出力部材６９との相対変位量が０となるように組み立てられる。エンジン１の発熱に伴い、ハウジング１１とコントロールシャフト６４とが膨張すると、図７（ｂ）に示すように、双方の熱膨張差によってアクチュエータ１５から離れた可変装置５８ほどスライダ７０と出力部材６９との相対変位量が拡大する（Ａ１＜Ａ２＜Ａ３＜Ａ４）。
【００２６】
この状態で、コントロールシャフト６４がアクチュエータ１５によって回転されると、図７（ｃ）に示すように、スライダ７０がカム溝３１とピン６６との嵌合を介してアクチュエータ１５から離れたものほど大きな送り量で駆動される（Ｂ１＜Ｂ２＜Ｂ３＜Ｂ４）。これにより、実施例１と同様、スライダ７０と出力部材６９との相対変位量が四基の可変装置５８においてそれぞれ等しくなり（Ａ１＝Ａ２＝Ａ３＝Ａ４）、気筒間のバルブリフト量のばらつきが解消される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例１を示す可変動弁機構の平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１の可変動弁機構の可変装置を示す斜視図である。
【図４】図１の可変動弁機構の作用説明図である。
【図５】本発明の実施例２を示す可変動弁機構の断面図である。
【図６】図５の可変動弁機構の可変装置を示す斜視図である。
【図７】図５の可変動弁機構の作用説明図である。
【図８】自動車用ガソリンエンジンの断面図である。
【図９】従来の可変動弁機構の平面図である。
【図１０】従来の可変動弁機構の可変装置の斜視図である。
【図１１】可変装置がバルブリフト量を拡大するときの作用説明図である。
【図１２】可変装置がバルブリフト量を縮小するときの作用説明図である。
【図１３】従来の可変動弁機構の断面図である。
【図１４】従来の可変動弁機構の温度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２８】
１    ガソリンエンジン
３    シリンダヘッド
４    気筒
７    吸気バルブ
１０    可変動弁機構（実施例１）
１１    ハウジング
１２    軸受壁
１５    アクチュエータ
２１    雄ねじ
２２    ホルダ
２４    雌ねじ
３０    可変動弁機構（実施例２）
３１    カム溝
５２    吸気カムシャフト
５７    吸気カム
５８    可変装置
６４    コントロールシャフト
６６    ピン
６８    入力部材
６９    出力部材
７０    スライダ
【図１】
2006226260.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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