(57)【要約】【課題】カムシャフトの位相に関係なくバルブのリフト量を変更すること。【解決手段】円形カム１４１ａは、カムシャフト１２に固定的に設けられ、カムロブピース１６１ａは、カムシャフト２４の径方向に対して可変的にカムシャフト１２に設けられる。バルブリフタ４０１ａは、円形カム１４１ａおよびカムロブピース１６１ａの両方に当接して、バルブを開閉する。カムシャフト１２の長さ方向から眺めたとき、円形カム１４１ａの外縁は、バルブの閉期間に対応する第１角度範囲θ１においてベース円の曲率に相当する曲率を示す。一方、カムロブピース１６１ａの外縁は、バルブの開期間に対応する第２角度範囲θ２においてバルブリフタ４０１ａの移動量を規定する曲率を示す。また、カムロブピース１６１ａの変位方向を示す線は、第２角度範囲θ２の両端を結ぶ線と交差する。【選択図】図３
2019116853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフトに固定的に設けられた第１カムと、
前記カムシャフトの径方向に対して可変的に前記カムシャフトに設けられた第２カムと、
前記第１カムおよび前記第２カムの両方に当接してバルブを開閉するバルブリフタとを備え、
前記カムシャフトの長さ方向から眺めて、前記第１カムの外縁は前記バルブの閉期間に対応する第１角度範囲においてベース円の曲率に相当する曲率を示す一方、前記第２カムの外縁は前記バルブの開期間に対応する第２角度範囲において前記バルブリフタの移動量を規定する曲率を示し、前記第２カムの変位方向を示す線は前記第２角度範囲の両端を結ぶ線と交差する、可変リフトカム機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、可変リフトカム機構に関し、特に、バルブリフト量を変更可能な、可変リフトカム機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の可変リフトカム機構の一例が、特許文献１に開示されている。この文献によれば、約１５０°のベース円区間に電磁ピンが線状溝に向けて突き出されると、バルブに接触するカムが、高リフト用カムからゼロリフト用カムに切り替えられ、またはゼロリフト用カムから高リフト用カムに切り替えられる。これによって、バルブのリフト量が適応的に変更される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２８５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１の技術では、バルブのリフト量を変更できる区間が約１５０°のベース円区間に限られるため、リフト量を切り替えるにはカムシャフトの位相を的確に検出する必要がある。また、特許文献１の技術では、電磁ピンの数に相当する数のアクチュエータが設けられるため、コストが増大するという問題がある。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、低コストで、カムシャフトの位相に関係なくリフト量を変更することができる、可変リフトカム機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る可変リフトカム機構は、カムシャフトに固定的に設けられた第１カムと、カムシャフトの径方向に対して可変的にカムシャフトに設けられた第２カムと、第１カムおよび第２カムの両方に当接してバルブを開閉するバルブリフタとを備え、カムシャフトの長さ方向から眺めて、第１カムの外縁はバルブの閉期間に対応する第１角度範囲においてベース円の曲率に相当する曲率を示す一方、第２カムの外縁はバルブの開期間に対応する第２角度範囲においてバルブリフタの移動量を規定する曲率を示し、第２カムの変位方向を示す線は第２角度範囲の両端を結ぶ線と交差する。
【発明の効果】
【０００７】
第１カムの外縁はバルブの閉期間に対応する第１角度範囲においてベース円の曲率に相当する曲率を示し、かつ第１カムはカムシャフトに固定的に設けられる。したがって、バルブの閉期間においては、バルブリフタの位置が固定的に規定される。
【０００８】
これに対して、第２カムの外縁はバルブの開期間に対応する第２角度範囲においてバルブリフタの移動量を規定する曲率を示し、かつ第２カムはカムシャフトの径方向に対して可変的にカムシャフトに設けられる。また、第２カムの変位方向を示す線は、第２角度範囲の両端を結ぶ線と交差する。したがって、バルブの開期間においては、バルブリフタの位置が動的に変化し、かつ最大変化量はカムシャフトの径方向における第２カムの位置に応じて異なる。
【０００９】
第１カムの外縁および第２カムの外縁を上述のように規定し、かつ第１カムを固定的とすることで、バルブの閉期間はもちろん開期間においても、第２カムを径方向に変位させることができる。換言すれば、カムシャフトの位相に関係なくバルブのリフト量を変更することができる。また、第２カムを変位させるための機構を気筒間で共用できるため、コストの低減が図られる。
【００１０】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この実施例の可変カムリフト機構の構成を示す断面図である。
【図２】（Ａ）は低リフト量に対応するカムロブピースと円形カムとの位置関係をカムシャフトの径方向から眺めて示す要部断面図であり、（Ｂ）は高リフト量に対応するカムロブピースと円形カムとの位置関係をカムシャフトの径方向から眺めて示す要部断面図である。
【図３】（Ａ）は低リフト量に対応するカムロブピースと円形カムとの位置関係をカムシャフトの長さ方向から眺めて示す要部断面図であり、（Ｂ）は高リフト量に対応するカムロブピースと円形カムとの位置関係をカムシャフトの長さ方向から眺めて示す要部断面図である。
【図４】図１に示す可変カムリフト機構を構成する制御棒およびピンの位置関係の一例を示す斜視図である。
【図５】他の実施例の可変カムリフト機構を構成する制御棒およびピンの位置関係の一例を示す斜視図である。
【図６】他の実施例の可変カムリフト機構を構成するカムシャフトを径方向から眺めた状態の一例を示す図解図である。
【図７】他の実施例の可変カムリフト機構を構成するカムシャフトを長さ方向から眺めた状態の一例を示す図解図である。
【図８】その他の実施例の可変カムリフト機構の構成を示す断面図である。
【図９】図８に示す可変カムリフト機構の要部構成を長さ方向から眺めて示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この実施例の可変リフトカム機構１０は、４気筒エンジンに設けられた吸気バルブまたは排気バルブを開閉するための機構である。各気筒には、２つの吸気バルブと２つの排気バルブとが設けられる。このため、可変リフトカム機構１０は、吸気バルブの開閉のために１つ用意され、排気バルブの開閉のために１つ用意される。また、各々の可変リフトカム機構１０には、１気筒あたり２つとして、合計８つのカム機構が設けられる。
【００１３】
ただし、カム機構の構造は気筒間で共通するため、１番目の気筒に対応する２つのカム機構に“１０１ａ”および“１０１ｂ”の参照番号をそれぞれ割り当て、カム機構１０１ａおよび１０１ｂの構造を他の気筒に設けられたカム機構に代表して説明する。
【００１４】
なお、各気筒に設けられたカム機構の姿勢は、図１に示すカムシャフト１２の回転方向において９０°毎の位相差を有する。また、図１の“１０２ａ”は、２番目の気筒に設けられた２つのカム機構の一方を示す。さらに、以下では、説明の便宜上、カムシャフト１２の長さ方向にＸ軸を割り当てる。このとき、カムシャフト１２の一方端はＸ軸方向の正側に配され、カムシャフト１２の他方端はＸ軸方向の負側に配される。また、以下では、吸気バルブまたは排気バルブを単に“バルブ”と呼ぶ。
【００１５】
図１を参照して、カムシャフト１２の全長のうち１番目の気筒に対応するシャフト部は、カムシャフト１２の一方端に設けられたジャーナル２６によって支持され、さらに当該図面に記されたシャフト部の右端に設けられたジャーナル３０によって支持される。ジャーナル２６およびジャーナル３０の間にはカム機構１０１ａとスペーサ２８およびカム機構１０１ｂが順番に配される。また、カム機構１０１ｂは、ジャーナル３０を介してカム機構１０２ａと隣り合う。
【００１６】
カム機構１０１ａは、Ｘ軸方向の負側に配された円形カム（第１カム）１４１ａと、Ｘ軸方向の正側に配されたカムロブピース（第２カム）１６１ａと、円形カム１４１ａおよびカムロブピース１６１ａの両方に当接してバルブを開閉するバルブリフタ４０１ａとによって構成される。また、カム機構１０１ｂは、Ｘ軸方向の正側に配された円形カム１４１ｂと、Ｘ軸方向の負側に配されたカムロブピース１６１ｂと、円形カム１４１ｂおよびカムロブピース１６１ｂの両方に当接してバルブを開閉するバルブリフタ４０１ｂとによって構成される。
【００１７】
なお、配置の順序に相違はあるものの、円形カム１４１ｂおよびカムロブピース１６１ｂの構造は、円形カム１４１ａおよびカムロブピース１６１ａの構造と同じである。したがって、以下では、参照番号を構成する符号“ａ”を符号“ｂ”に代えることで、円形カム１４１ｂおよびカムロブピース１６１ｂの構造に関する重複した説明は省略する。
【００１８】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）に詳しく示すように、円形カム１４１ａは、ボルト１８１ａによってカムシャフト１２に固定的に設けられる。一方、カムロブピース１６１ａは、スプリング２０１ａ，ピン２２１ａおよび制御棒２４からなる押し出し装置によって、カムシャフト１２の径方向に対して可変とされる。
【００１９】
なお、詳細は後述するが、スプリング２０１ａおよびピン２２１ａはカムロブピース１６１ａに付随する部材である。したがって、カムロブピース１６１ｂには、別のスプリング２０１ｂおよびピン２２１ｂが付随する。これに対して、制御棒２４は、カムシャフト１２の全長を上回る全長を有し、カム機構１０１ａおよび１０１ｂに共通して使用される。
【００２０】
カム機構１０１ａをＸ軸方向の正側から眺めた図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、円形カム１４１ａの外縁は、少なくともバルブの閉期間に対応する第１角度範囲θ１において、ベース円の曲率に相当する曲率を示す。また、カムロブピース１６１ａの外縁は、第１角度範囲θ１においてベース円の曲率に相当する曲率を示し、バルブの開期間に対応する第２角度範囲θ２においてバルブリフタ４０１ａの移動量を規定する曲率を示す。
【００２１】
なお、第１角度範囲θ１に対応するカムロブピース１６１ａの外縁部は、カムロブピース１６１ａが変位しても、第１角度範囲θ１に対応する円形カム１４１ａの外縁部の外側にはみ出すことはない。
【００２２】
円形カム１４１ａの中心には、カムシャフト１２をＸ軸方向に挿通させるための貫通孔ＨＬ１ａが形成され、カムロブピース１６１ａの略中心にも、カムシャフト１２をＸ軸方向に挿通させるための貫通孔ＨＬ２ａが形成される。さらに、カムシャフト１２の中心には、制御棒２４をＸ軸方向に挿通させるための貫通孔ＨＬ３が形成される。
【００２３】
ここで、カムシャフト１２の外縁は、各辺が縦方向または横方向に延在する正方形を描く。また、貫通孔ＨＬ１ａの内縁は、各辺が縦方向または横方向に延在する正方形を描き、当該正方形のサイズは、カムシャフト１２の外縁が描く正方形のサイズと略一致する。さらに、貫通孔ＨＬ２ａの内縁は縦長の長方形を描き、当該長方形のサイズは、横方向においてカムシャフト１２の外縁が描く正方形のサイズと略一致し、縦方向においてカムシャフト１２の外縁が描く正方形のサイズを上回る。また、貫通孔ＨＬ３の内縁および制御棒２４の外縁はいずれも真円を描き、各真円のサイズは互いに略一致する。
【００２４】
貫通孔ＨＬ２ａの内縁が描く形状およびカムシャフト１２の外縁が描く形状は上述のとおりであるため、カムロブピース１６１ａは、縦方向（第２角度範囲θ２の両端を結ぶ線と交差する方向）に変位することができる。
【００２５】
スプリング２０１ａは、縦方向に伸縮可能な姿勢で、貫通孔ＨＬ２ａの底面に配される。また、ピン２２１ａは、縦方向に延在する姿勢で、貫通孔ＨＬ２ａの天面に配される。これを踏まえて、カムシャフト１２の下面には、スプリング２０１ａが配される位置に対応して、凹部ＣＣ１ａが形成される。また、カムシャフト１２の上面には、ピン２２１ａが配される位置に対応して、貫通孔ＨＬ３に達する貫通孔ＨＬ４ａが形成される。したがって、ピン２２１ａの下端は、貫通孔ＨＬ４ａを貫通して制御棒２４に当たる。
【００２６】
なお、ピン２２１ａやカムシャフト２４には、貫通孔ＨＬ３または貫通孔ＨＬ４ａを通して、潤滑油を供給することができる。
【００２７】
図４を参照して、制御棒２４には、カム機構１０１ａの位置に対応して切り欠きＣＴ１ａが形成され、カム機構１０１ｂの位置に対応して切り欠きＣＴ１ｂが形成される。切り欠きＣＴ１ａまたはＣＴ１ｂが形成された部分には、Ｘ軸に対して平行に広がる平坦面ＰＬ１と、Ｘ軸に対して斜め方向に広がる斜面ＳＬ１とが現れる。なお、制御棒２４は、ジャーナル２６よりもＸ軸方向の正側に設けられた電磁式または油圧式のアクチュエータ（図示せず）によって、Ｘ軸方向に摺動する。
【００２８】
ピン２２１ａの下端が平坦面ＰＬ１に当たるように制御棒２４を位置決めすると、ピン２２１ａが沈み込むとともに、スプリング２０１ａが伸長する。この結果、カムロブピース１６１ａは低リフト位置に配される。これに対して、ピン２２が斜面ＳＬ１上に配されるように制御棒２４を位置決めすると、ピン２２１ａが突出するとともに、スプリング２０１ａが圧縮される。この結果、カムロブピース１６１ａは高リフト位置に移動する。
【００２９】
ただし、上述のように、円形カム１４１ａの外縁は、第１角度範囲θ１においてベース円の曲率に相当する曲率を示し、かつ第１角度範囲θ１に対応するカムロブピース１６１ａの外縁部は、カムロブピース１６１ａが変位しても、第１角度範囲θ１に対応する円形カム１４１ａの外縁部の外側にはみ出すことはない。
【００３０】
したがって、バルブは、カムロブピース１６１ａの位置に関係なく、第１角度範囲θ１に対応する期間に閉じられる。また、第２角度範囲θ２に対応する期間においては、バルブは、カムロブピース１６１ａの位置に応じて異なる開度で開かれる。
【００３１】
なお、可変リフトカム機構１０の１番目の気筒に対応する部分は、制御棒２４がカムシャフト１２に装着された状態で、ジャーナル２６をカムシャフト１２の一方端に装着し、その後にカム機構１０１ａ，スペーサ２８，カム機構１０１ｂ，ジャーナル３０の順でこれらの部材をカムシャフト１２に装着することで、組立てられる。また、２番目以降の気筒に対応する部分も、同様にして組み立てられる。
【００３２】
以上の説明から分かるように、円形カム１４１ａは、カムシャフト１２に固定的に設けられ、カムロブピース１６１ａは、カムシャフト２４の径方向に対して可変的にカムシャフト１２に設けられる。バルブリフタ４０１ａは、円形カム１４１ａおよびカムロブピース１６１ａの両方に当接して、バルブを開閉する。
【００３３】
カムシャフト１２の長さ方向から眺めたとき、円形カム１４１ａの外縁は、バルブの閉期間に対応する第１角度範囲θ１においてベース円の曲率に相当する曲率を示す。一方、カムロブピース１６１ａの外縁は、バルブの開期間に対応する第２角度範囲θ２においてバルブリフタ４０１ａの移動量を規定する曲率を示す。また、カムロブピース１６１ａの変位方向を示す線は、第２角度範囲θ２の両端を結ぶ線と交差する。
【００３４】
つまり、円形カム１４１ａの外縁はバルブの閉期間に対応する第１角度範囲θ１においてベース円の曲率に相当する曲率を示し、かつ円形カム１４１ａはカムシャフト１２に固定的に設けられる。したがって、バルブの閉期間においては、バルブリフタ４０１ａの位置が固定的に規定される。
【００３５】
これに対して、カムロブピース１６１ａの外縁はバルブの開期間に対応する第２角度範囲θ２においてバルブリフタ４０１ａの移動量を規定する曲率を示し、かつカムロブピース１６１ａはカムシャフト１２の径方向に対して可変的にカムシャフト１２に設けられる。また、カムロブピース１６１ａの変位方向を示す線は、第２角度範囲θ２の両端を結ぶ線と交差する。したがって、バルブの開期間においては、バルブリフタ４０１ａの位置が動的に変化し、かつ最大変化量つまりバルブの開度はカムシャフト１２の径方向におけるカムロブピース１６１ａの位置に応じて異なる。
【００３６】
円形カム１４１ａの外縁およびカムロブピース１６１ａの外縁を上述のように規定し、かつ円形カム１４１ａを固定的とすることで、バルブの閉期間はもちろん開期間においても、カムロブピース１６１ａを径方向に変位させることができる。換言すれば、カムシャフト１２の位相に関係なくバルブのリフト量を変更することができる。
【００３７】
また、カムロブピース１６１ａを変位させるための制御棒２４は単一のアクチュエータによって駆動できるため、コストを抑えることができる。また、アクチュエータは電磁式および油圧式のいずれでもよいため、設計の自由度を高めることができる。さらに、制御棒２４の変位量を制御する制御装置と変位量を検知する検知装置とを設けることで、バルブのリフト量を連続的に変化させることができる。
【００３８】
なお、上述の実施例では、図４に示す切り欠きＣＴ１ａまたはＣＴ１ｂを制御棒２４に形成するようにしている。しかし、これに代えて、図５に示す切り欠きＣＴ１１ａおよびＣＴ１１ｂを制御棒２４に形成するようにしてもよい。図５によれば、切り欠きＣＴ１１ａおよびＣＴ１１ｂは、Ｘ軸方向の正側から眺めて反時計周り方向に進むほど底面が深くなるように形成される。このような制御棒２４をカムシャフト１２に装着した場合、バルブのリフト量は、制御棒２４をＸ軸周り方向に回転させることで調整される。
【００３９】
また、上述の実施例では、４気筒エンジン向けの可変リフトカム機構を想定しているが、この発明は、３気筒エンジン向けの可変リフトカム機構にも適用することができる。ただし、この場合は、図１に示すカムシャフト１２の代わりに、図６および図７に示す構造のカムシャフト３２を採用する必要がある。
【００４０】
図６および図７によれば、カムシャフト３２は、いずれもがＸ軸方向に延在する角柱部３２１〜３２３および円柱部３２４〜３２５によって形成される。ここで、角柱部３２１〜３２３は、Ｘ軸方向にこの順で並ぶ。また、円柱部３２４は角柱部３２１および３２２の間に配され、円柱部３２５は角柱部３２２および３２３の間に配される。
【００４１】
さらに、図７から分かるように、角柱部３２１の側面に直交する軸ＡＸ１と、角柱部３２２の側面に直交する軸ＡＸ２と、角柱部３２３の側面に直交する軸ＡＸ３との間には、１２０°の位相差を持たせられる。このような位相差が存在するため、カム機構，スペーサ，ジャーナルをカムシャフト３２に装着するとき、これらの部材の回転角度は、円柱部３２４および３２５を利用して調整される。
【００４２】
１番目の気筒に対応する２つのカム機構は角柱部３２１に設けられ、２番目の気筒に対応する２つのカム機構は角柱部３２２に設けられ、３番目の気筒に対応する２つのカム機構は角柱部３２３に設けられる。また、カムシャフト３２の中心にはＸ軸方向に延在する貫通孔ＨＬ１１が形成され、制御棒２４は、カムシャフト３２に対して摺動可能に貫通孔ＨＬ１１に収められる。
【００４３】
また、上述の実施例では、円形カムおよびカムロブピースの両方がカムシャフトの全周に亘ってバルブリフタに当接する（図１参照）。しかし、第１角度範囲θ１では円形カムのみをバルブリフタに当接させ、第２角度範囲θ２ではカムロブピースのみをバルブリフタに当接させるようにしてもよい。この場合、円形カムおよびカムロブピースは、図８および図９に示す形状をなす。
【００４４】
なお、ここでは、円形カムの参照番号である“１４１ａ”および“１４１ｂ”の各々に“´”を付し、カムロブピースの参照番号である“１６１ａ”および“１６１ｂ”の各々に“´”を付す。また、上述の実施例と同様、円形カム１４１ｂ´およびカムロブピース１６１ｂ´に関する説明は省略する。
【００４５】
第１角度範囲θ１に注目すると、カムロブピース１６１ａ´の外縁部は弓状に切り欠かれ、円形カム１４１ａ´の外縁部は、切り欠き後のカムロブピース１６１ａ´の外周面を覆うようにＸ軸方向の正側にせり出す。また、第２角度範囲θ２に注目すると、円形カム１４１ａ´の外縁部は弓状に切り欠かれ、カムロブピース１６１ａ´の外縁部は、切り欠き後の円形カム１４１ａ´の外周面を覆うようにＸ軸方向の負側にせり出す。
【００４６】
これによって、第１角度範囲θ１では、円形カム１４１ａ´のみがバルブリフタ４０１ａに当接し、第２角度範囲θ２では、カムロブピース１６１ａ´のみがバルブリフタ４０１ａに当接する。これによって、バルブリフタ４０１ａに対する片当たりを防止することができる。
【００４７】
また、上述の実施例では、Ｘ軸方向から眺めた円形カム１４１ａの外縁は、真円を描く（図３（Ａ），図３（Ｂ）参照）。しかし、円形カム１４１ａの外縁のうち図３（Ｂ）に示すカムロブピース１６１ａの外縁の内側に収まる部分については、当該内側からはみ出さない限り、真円に沿う曲線と異なる曲線または直線を描くようにしてもよい。
【００４８】
同様に、カムロブピース１６１ａの外縁のうち図３（Ｂ）に示す円形カム１４１ａの外縁の内側に収まる部分についても、当該内側からはみ出さない限り、真円に沿う曲線と異なる曲線または直線を描くようにしてもよい。
【００４９】
さらに、上述の実施例によれば、バルブリフタによってバルブを開閉するようにしているが、代わりにロッカーアームによってバルブを開閉するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１０  …可変リフトカム機構
１２，３２  …カムシャフト
１４１ａ，１４１ｂ，１４１ａ´，１４１ｂ´  …円形カム
１６１ａ，１６１ｂ，１６１ａ´，１６１ｂ´  …カムロブピース
１８１ａ，１８１ｂ  …ボルト
２０１ａ，２０１ｂ  …スプリング
２２１ａ，２２１ｂ  …ピン
２４  …制御棒
２８  …スペーサ
２６，３０  …ジャーナル
【図１】
2019116853.tif 000003
【図２】
2019116853.tif 000004
【図３】
2019116853.tif 000005
【図４】
2019116853.tif 000006
【図５】
2019116853.tif 000007
【図６】
2019116853.tif 000008
【図７】
2019116853.tif 000009
【図８】
2019116853.tif 000010
【図９】
2019116853.tif 000011