(57)【要約】【課題】  ハウジングとコントロールシャフトの熱膨張差による影響を少なくして、気筒間のバルブリフト量のばらつきを抑える。【解決手段】  シリンダヘッド３にハウジング１１を設置し、ハウジング１１の軸受壁１２に支持パイプ１３を介しコントロールシャフト１４を支持する。コントロールシャフト１４上に４基の可変装置５８を配列し、その出力部材６９を軸受壁１２で位置決めする。ハウジング１１の中央部にアクチュエータ１５を設置し、その出力部にレバー２１を設ける。レバー２１をハウジング１１の中央部に位置する二つの可変装置５８の中間部位でコントロールシャフト１４に連結する。コントロールシャフト１４の移動によりピン６６を介してスライダ７０を駆動し、入力部材６８に対する出力部材６９の位相を変えて、吸気バルブのリフト量を変更する。【選択図】        図２
2006300005.tif 000002
【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に係合する入力部材と、内燃機関の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位置決めした状態で、アクチュエータによりコントロールシャフトを駆動し、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、
前記アクチュエータの出力部をハウジングの中央部に位置する可変装置の近くでコントロールシャフトに連結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５、図６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】
可変動弁機構５０は、シリンダヘッド３の上にハウジング５１を備えている。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とが支持され、共にクランクシャフト５４によりチェーン６０を介して駆動される。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を介し吸気バルブ７がリフト量を変更可能に開閉される。
【０００４】
図７、図８、図９に示すように、可変装置５８は支持パイプ６２上に設けられ、支持パイプ６２がハウジング５１の立壁部６１に支持されている。支持パイプ６２の内側にはコントロールシャフト６４が摺動可能に挿通され、その一端が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毎のピン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５参照）。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を貫通してスライダ７０の周方向長孔７４に嵌合し、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する。そして、スライダ７０が図７の矢印Ｆ方向へ移動したときに、図８（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７の矢印Ｒ方向へ移動したときには、図９（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６参照）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１０に示すように、コントロールシャフト６４の制御基準となる位置（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１１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の熱膨張差による影響を少なくして、気筒間のバルブリフト量のばらつきを抑えることが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に係合する入力部材と、内燃機関の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位置決めした状態で、アクチュエータによりコントロールシャフトを駆動し、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、アクチュエータの出力部をハウジングの中央部に位置する可変装置の近くでコントロールシャフトに連結したことを特徴とする。
【００１３】
ここで、アクチュエータとしては、電動モータ、電磁ソレノイド、流体圧シリンダ等を使用できる。アクチュエータの設置場所は、特に限定されず、ハウジングの端部でもよく、ハウジングの中央部でもよい。ただし、アクチュエータの動力伝達系の熱膨張を抑制するためは、アクチュエータをハウジングの長手方向中央部に設置して、動力伝達経路を短くするのが好ましい。具体的には、四気筒又は六気筒エンジンにおいて、アクチュエータをハウジングの略中央部に設置し、アクチュエータの出力部をコントロールシャフトの軸線方向中央部に連結するという構成を採用できる。なお、動力伝達手段としては、例えば、カム、歯車伝動機構、巻き掛け伝動機構、リンク機構等を用いることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の可変動弁機構によれば、アクチュエータの出力部をハウジングの中央部に位置する可変装置の近くでコントロールシャフトに連結したので、コントロールシャフトの制御基準となる位置が該シャフトの軸線方向中央近くに設定される。このため、基準位置からのハウジング及びコントロールシャフトの熱膨張量が従来と比較して減少し、双方の熱膨張差による影響が緩和される。従って、ハウジングに位置決めされた出力部材とコントロールシャフトに連結されたスライダとの相対変位量の較差を少なくして、気筒間のバルブリフト量のばらつきを抑制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はアルミニウム合金材により箱型に製作され、ハウジング１１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１３とが平行に支持されている。支持パイプ１３の内側にはスチール製のコントロールシャフト１４が摺動可能に挿通され、このシャフト１４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１４に連結する連結部材としてのピン６６とを備えている。そして、可変動弁機構１０は、ハウジング１１の軸受壁１２により出力部材６９を位置決めした状態で、アクチュエータ１５によりコントロールシャフト１４を駆動し、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は、アクチュエータ１５とその動力伝達手段の構成において、従来の可変動弁機構５０と相違する。この実施形態の可変動弁機構では、アクチュエータ１５がハウジング１１の長手方向中央部に設置され、その出力部がハウジング１１の中央部に位置する二つの可変装置５８の中間部位でコントロールシャフト１４に連結されている。この特徴的構成について、以下で二つの実施例を挙げて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
実施例１の可変動弁機構１０は、図１〜図３に示すように、ハウジング１１に８枚の軸受壁１２を備えている。各軸受壁１２の上には、軸押え１６がボルト１７で分解可能に組み付けられている。軸受壁１２と軸押え１６の間には、支持パイプ１３と吸気カムシャフト５２と排気カムシャフト５３とを支持する軸受孔１８が形成されている。支持パイプ１３はハウジング１１の長手方向中央部で二分割され、相対向する端部がボルト１９で中央部二枚の軸受壁１２に固定されている。そして、支持パイプ１３の内側に一本のコントロールシャフト１４が軸線方向へ摺動可能に挿通されている。
【００１９】
アクチュエータ１５はハウジング１１の中央部に位置する軸押え１６上に設置され、アクチュエータ１５の出力部にはレバー２１が設けられている。レバー２１は、ハウジング１１の中央部に位置する二つの可変装置５８の中間部位において、ピン２２でコントロールシャフト１４に連結され、レバー２１の揺動により、コントロールシャフト１４がその軸線方向へ往復駆動される。なお、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２７が交換可能に介装されている。
【００２０】
上記構成の可変動弁機構１０によれば、アクチュエータ１５のレバー２１がハウジング１１の中央でコントロールシャフト１４に連結されているので、コントロールシャフト１４の制御基準となる位置が軸線方向の中央に設定される。このため、図２に示すように、四基の可変装置５８において、基準位置からピン６６までの距離（Ｐ１＝Ｐ２＜Ｐ３＝Ｐ４）と基準位置から軸受壁１２までの距離（Ｓ１＝Ｓ２＜Ｓ３＝Ｓ４）が、従来（図１０参照）と比較して短くなる。従って、ハウジング１１とコントロールシャフト１４の熱膨張差による影響が少なくなり、特に両端の可変装置５８では従来の約半分まで減少する。この結果、ハウジング１１に位置決めされた出力部材６９とコントロールシャフト１４に連結されたスライダ７０との相対変位量の較差を半減し、気筒間のバルブリフト量のばらつきを抑え、もって、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】
【００２１】
実施例２の可変動弁機構３０は、図４に示すように、ハウジング１１に５枚の軸受壁１２を備え、ハウジング１１の中央に位置する軸押え１６上にアクチュエータ３１が設置されている。アクチュエータ３１の出力軸３２はウオーム３３とウオームホイール３４を介してコントロールシャフト１４の軸線方向中央部に連結されている。そして、出力軸３２の回転により、コントロールシャフト１４がその軸線周りで正逆回転される。
【００２２】
四基の可変装置５８と対応する位置において、コントロールシャフト１４には雄ねじ３５が設けられている。コントロールシャフト１４と支持パイプ１３との間には筒形のホルダ３６が介装され、ホルダ３６の内周面に雄ねじ３５に螺合する雌ねじ３７が形成され、ホルダ３６の外周面に可変装置５８のピン６６が立設されている。そして、コントロールシャフト１４の正逆回転により、ピン６６がコントロールシャフト１４上でその軸線方向へ往復駆動される。
【００２３】
従って、この可変動弁機構３０によっても、実施例１と同様、アクチュエータ１５の出力軸３２がハウジング１１の中央でコントロールシャフト１４に連結されているので、基準位置からピン６６までの距離（Ｐ１＝Ｐ２＜Ｐ３＝Ｐ４）と基準位置から軸受壁１２までの距離（Ｓ１＝Ｓ２＜Ｓ３＝Ｓ４）を短縮して、ハウジング１１とコントロールシャフト１４の熱膨張差による影響を少なくすることができる。特に、コントロールシャフト１４が軸線方向へ移動しないように動力伝達手段を構成したので、実施例１と比較し、ハウジング１１の全長を短くし、熱膨張差による影響をより少なくできる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】本発明の実施例２を示す可変動弁機構の平面図である。
【図５】自動車用ガソリンエンジンの断面図である。
【図６】従来の可変動弁機構の平面図である。
【図７】可変装置の組付構造を示す斜視図である。
【図８】バルブリフト量を拡大するときの作用説明図である。
【図９】バルブリフト量を縮小するときの作用説明図である。
【図１０】従来の可変動弁機構の断面図である。
【図１１】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】
【００２５】
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
１４    コントロールシャフト
１５    アクチュエータ
２１    レバー
３０    可変動弁機構（実施例２）
３１    アクチュエータ
３２    出力軸
５２    吸気カムシャフト
５７    吸気カム
５８    可変装置
６６    ピン
６８    入力部材
６９    出力部材
７０    スライダ
【図１】
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【図２】
2006300005.tif 000004
【図３】
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【図４】
2006300005.tif 000006
【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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