(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に支持パイプ６２を支持し、その内側にコントロールシャフト６４を挿通する。支持パイプ６２上に四基の可変装置５８を配列し、そのスライダ７０をピン６６でコントロールシャフト６４に連結する。コントロールシャフト６４によりスライダ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。支持パイプ６２とコントロールシャフト６４の線膨張係数を等しくし、支持パイプ６２上に出力部材６９を位置決めするカラー１４とピン１５を設け、カラー１４をハウジング１１の軸受壁１２に摺動可能に組み付ける。【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設け、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、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、
コントロールシャフトと実質的に線膨張係数の等しい支持部材を備え、支持部材の内側にコントロールシャフトを摺動可能に挿通し、支持部材の外側に出力部材を位置決めする位置決め部材を設け、位置決め部材をハウジングにコントロールシャフトの軸線方向へ移動可能に組み付け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、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、コントロールシャフトと実質的に線膨張係数の等しい支持部材を備え、支持部材の内側にコントロールシャフトを摺動可能に挿通し、支持部材の外側に出力部材を位置決めする位置決め部材を設け、位置決め部材をハウジングにコントロールシャフトの軸線方向へ移動可能に組み付けたことを特徴とする。
【００１３】
ここで、支持部材としては、例えば、コントロールシャフト（例えばスチール材）と実質的に線膨張係数の等しい材料（例えばスチール材）からなるパイプ状の部材を使用できる。位置決め部材は、支持部材と一体的に形成してもよく、支持部材とは別体の部材を用いてもよい。別体部材を用いた場合は、可変装置を支持部材上に容易に組立てできる利点がある。具体的には、位置決め部材に支持部材とは別体の筒形部と、筒形部を支持部材に係止する係止部とを設け、筒形部を支持部材の外周に挿入し、係止部により筒形部を介して出力部材を支持部材上の定位置に固定するように構成するのが好ましい。筒形部としては、例えば、カラーやブッシュ等の軸受部品を使用できる。係止部としては、例えば、ピン、スナップリング（止め輪）、止めネジ等を使用できる。
【００１４】
上記において、コントロールシャフトと支持部材とが「実質的に線膨張係数の等しい」とは、エンジンの燃費、エミッション、振動等に悪影響を与えるほどには前記スライダと出力部材との相対変位量に気筒間較差が生じない程度の線膨張係数差以下に抑えられていることを意味する。具体的には、線膨張係数の差が３０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。このような好ましい状態は、例えばコントロールシャフトと支持部材とを、共にスチール材で製作することにより得られる。ここで、共にスチール材とは、まったく同一の合金組成のスチール材に限定されるものではなく、共に鉄ベースのスチール材であればその合金組成が異なっていてもよい（その間の熱膨張差は無視しうる）。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の可変動弁機構によれば、可変装置の出力部材が位置決め部材によって支持部材上に位置決めされているので、支持部材の熱膨張に伴って出力部材が変位する。しかし、支持部材とコントロールシャフトは実質的に線膨張係数が等しいため、支持部材の伸びによる出力部材の変位量と、コントロールシャフトの伸びによるスライダの変位量とが同等となる。また、位置決め部材がハウジングに移動可能に組み付けられているので、ハウジングと支持部材の熱膨張差が位置決め部材によって吸収され、出力部材とスライダの位置に影響を与えない。このため、出力部材とスライダの相対位置をすべての可変装置で等しくして、気筒間のバルブリフト量のばらつきを解消できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
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の五枚の軸受壁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を駆動する油圧式のアクチュエータ１３がハウジング１１の端壁部１１ａに設置されている。
【００１７】
コントロールシャフト６４上には、気筒４と同数（四基）の可変装置５８が支持パイプ６２を介して配列されている。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６４に連結するピン６６とを備えている。そして、可変動弁機構１０は、出力部材６９を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。
【００１８】
この実施形態の可変動弁機構１０は、出力部材６９を位置決めする構成において、従来の可変動弁機構５０と相違する。この可変動弁機構１０の支持パイプ６２はスチール材で製作され、コントロールシャフト６４と実質的に線膨張係数が等しい。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、支持パイプ６２がコントロールシャフト６４の支持部材として機能する。支持パイプ６２の外側には、出力部材６９をコントロールシャフト６４の軸線方向へ移動不能に位置決めする位置決め部材が設けられている。
【００１９】
位置決め部材は、支持パイプ６２の外周に挿入された筒形のカラー１４と、カラー１４を介して出力部材６９を支持パイプ６２上の定位置に固定する係止部としてのピン１５とを備えている。そして、カラー１４がハウジング１１の各軸受壁１２に保持され、コントロールシャフト６４の軸線方向へ摺動可能に組み付けられている。以下に、位置決め部材とその組付構造について、二つの実施例を挙げて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図２〜図５に示すように、実施例１の可変動弁機構１０では、五つのカラー１４が、四基の可変装置５８を左右から挟むように、支持パイプ６２の外周に挿入されている。カラー１４と同数のピン１５は、カラー１４の左端面に当接するように、支持パイプ６２の穴６２ａに圧入又は螺合等の手段により固定されている。カラー１４と出力部材６９との間には、隙間調整用の馬蹄形シム１６が交換可能に介装されている。そして、隣接する二本のピン１５の間にカラー１４とシム１６と可変装置５８とが隙間なく配設され、可変装置５８の一対の出力部材６９がピン１５によりカラー１４とシム１６を介して支持パイプ６２上の定位置に固定されている。
【００２１】
ハウジング１１の軸受壁１２には軸押え１７がボルト１８で分解可能に組み付けられている。軸受壁１２と軸押え１７との間には軸受孔１９（図４参照）が形成され、軸受孔１９にカラー１４がコントロールシャフト６４の軸線方向へ摺動可能に組み付けられている。なお、軸受壁１２と軸押え１７との間には、吸気カムシャフト５２と排気カムシャフト５３を通す軸受孔（図示略）も形成されている。また、ピン１５は、左端を除く四本が馬蹄形シム１６の開放部１６ａに収められている。
【００２２】
この実施例１の可変動弁機構１０においては、図５（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との相対距離が等しくなるように組み立てられる（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４）。エンジン１が発熱すると、図５（ｂ）に示すように、ハウジング１１、支持パイプ６２、コントロールシャフト６４がそれぞれ熱膨張する。このとき、可変装置５８はピン１５によりカラー１４とシム１６を介して支持パイプ６２上に固定されているので、支持パイプ６２の伸びに伴って出力部材６９が変位する（最大変位量Ｄｏ）。また、スライダ７０はピン６６でコントロールシャフト６４に連結されているため、コントロールシャフト６４の伸びによりスライダ７０も変位する（最大変位量Ｄｓ）。
【００２３】
しかし、支持パイプ６２とコントロールシャフト６４はスチール材で製作され、実質的に線膨張係数が等しいため、支持パイプ６２の伸びによる出力部材６９の変位量とコントロールシャフト６４の伸びによるスライダ７０の変位量とが等しくなる（Ｄｏ＝Ｄｓ）。しかも、カラー１４がハウジング１１の軸受壁１２に摺動可能に組み付けられているので、ハウジング１１と支持パイプ６２の熱膨張差（Ｅｈ−Ｅｐ）がカラー１４によって吸収され、出力部材６９とスライダ７０の位置に影響を与えなくなる。このため、出力部材６９とスライダ７０の相対距離をすべての可変装置５８で等しく保ち（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３＝Ｌ４）、気筒間のバルブリフト量のばらつきを解消でき、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】
【００２４】
図６、図７に示すように、実施例２の位置決め部材は、筒形部としてカラー１４と係止部としてのスナップリング２１とを備えている。カラー１４は、実施例１と同様、支持パイプ６２の外周に挿入されている。スナップリング２１はカラー１４と同数の五枚が、カラー１４の左端面に接合する状態で、支持パイプ６２の溝６２ｂに係止されている。そして、隣接する二枚のスナップリング２１の間にカラー１４とシム１６と可変装置５８とが隙間なく配設され、可変装置５８の出力部材６９がスナップリング２１によりカラー１４とシム１６を介して支持パイプ６２上の定位置に固定されている。なお、スナップリング２１には、図７に示すＣ形リングのほか、Ｅ形リングやＵ形リング等の各種脱着式止め輪も使用可能である。その他の構成並びに作用効果は、実施例１と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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】可変装置と位置決め部材の斜視図である。
【図５】可変動弁機構の作用説明図である。
【図６】本発明の実施例２を示す可変動弁機構の部分断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【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を示す斜視図である。
【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】
【００２６】
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
１３    アクチュエータ
１４    カラー
１５    ピン
２０    可変動弁機構（実施例２）
２１    スナップリング
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】
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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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【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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