(57)【要約】【課題】カムの幅方向両側部でリフタの冠面と片当たりすると、フリクションが増加して燃費や出力性能の低下等を招く。【解決手段】カムシャフト１に、外周面のカムプロフィールがそれぞれ異なる一つの低速カム２と２つの高速カム３とを各吸気弁毎に設ける。低速カム２と高速カム３とを切り換えて用いることによりバルブリフト特性を２段階に切り換えることができる。低速カム２と高速カム３の少なくとも一つの外周面を、そのカムの幅方向中央部が幅方向両側部よりも径方向外方へ向けて突出する凸面３０とする。【選択図】  図１
2004251200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフトに各吸・排気弁毎に設けられ、外周面のカムプロフィールがそれぞれ異なる複数種のカムと、上記カムシャフトと吸・排気弁との間に設けられ、上記複数種のカムの外周面がそれぞれ摺接する複数のリフタと、を有し、上記複数種のカムを切り換えて用いることによりバルブリフト特性を多段階に切り換える内燃機関の可変動弁装置において、
上記複数種のカムの少なくとも一つの外周面を、そのカムの幅方向中央部が幅方向両側部よりも径方向外方へ向けて突出する凸面としたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
上記複数種のカムが、低速カムと、この低速カムよりも作動角及びバルブリフト量の少なくとも一方が大きい高速カムと、により構成され、
上記低速カムのみの外周面を上記凸面としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
上記複数種のカムが、一つのインナーカムと、カムシャフト軸方向で上記インナーカムの両側に位置する複数のアウターカムと、により構成され、
上記複数のリフタが、上記アウターカムが摺接するアウターリフタと、このアウターカムの中心部に形成される空隙に嵌合し、かつ、上記インナーカムが摺接するインナーリフタと、により構成され、
上記インナーカムのみの外周面を上記凸面としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項４】
上記複数種のカムの全ての外周面を上記凸面としたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外周面のカムプロフィールが異なる複数種のカムを備えた内燃機関の可変動弁装置に関し、特に、上記カムの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の運転状態に応じて吸・排気弁（吸気弁と排気弁の少なくとも一方）のバルブリフト特性を変更可能な可変動弁装置が種々提案されている。その一つとして、特許文献１には、外周面のカムプロフィールが異なる２種類の低速カムと高速カムとを切り換えて使用することにより、バルブリフト特性を２段階に切り換えるカム切換型の可変動弁装置が開示されている。高リフト用の高速カムは各吸気弁毎に２つ設けられ、これら２つの高速カムの間に１つの低速カムが配置されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１１７７２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
個々のカムの外周面は、一般的には、リフタとの接触面積をできるだけ広く確保するように、平坦面に成形・加工される。しかしながら、個々のカムの幅方向寸法が小さいこと、隣り合うカムの間隔が狭いこと、これによりカム外周面の成形・加工を高精度に行うことが困難であること等に起因して、カムシャフト軸方向の両側部でカムがリフタの冠面と局所的に強く摺接する、いわゆる片当たりを招き、動弁系のフリクションが増加して燃費や出力性能の低下を招いたり、カムやリフタの局所的な摩耗により耐久性の低下等を招くおそれがある。本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
カムシャフトに、外周面のカムプロフィールがそれぞれ異なる複数種のカムを各気筒毎に設ける。上記カムシャフトと吸・排気弁との間に、上記複数種のカムの外周面がそれぞれ摺接する複数のリフタを設ける。上記複数種のカムを切り換えて用いることによりバルブリフト特性を多段階に切り換える。上記複数種のカムの少なくとも一つの外周面を、そのカムの幅方向中央部が幅方向両側部よりも径方向外方へ向けて突出する凸面とする。
【０００６】
【発明の効果】
カムの外周面を凸面とすることにより、上述したようなカムの幅方向両側部における片当たりが解消され、カム幅方向両側部における過度な面圧の上昇を招くことがなく、動弁系のフリクションを有効に軽減することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。先ず、図７〜１０を参照して、後述する全ての実施例に共通する可変動弁装置の基本的・全体的な構成及び作用効果について説明する。但し、図７〜９では、本発明の特徴的な構成である凸面を描いておらず、凸面については後段で詳述する。
【０００８】
図７に示すように、シリンダヘッド４には、吸気側のカムシャフト１及び排気側のカムシャフト（図示省略）が気筒列方向に沿って配設されている。各カムシャフトは、カムブラケット２１等によりシリンダヘッド４に回転可能に支持されるとともに、内燃機関のクランクシャフトにベルトやチェーンを介して連携され、このクランクシャフトから伝達される回転動力により軸回りに回転する。
【０００９】
ここでは吸気弁側に、可変動弁装置としてのカム切換型の可変リフト機構（ＶＶＬ；バリアブルバルブリフタ）を適用した例について説明する。なお、この可変リフト機構の基本的な構造については、上述した特許文献１等にも開示されているように公知であるので、ここでは簡単な説明にとどめる。図８に示すように、カムシャフト４には、外周面のカムプロフィールが異なる複数種のカム２，３が各吸気弁１５毎に設けられる。これらカム２，３と各吸気弁１５との間には、複数種のカム２，３がそれぞれ摺接する複数のリフタ５，６が設けられている。可変リフト機構は、これら複数種のカム２，３を切り換えて使用することにより、吸気弁１５のバルブリフト特性を多段階に切り換える。
【００１０】
各吸気弁１５に適用される複数種のカム（カムロブ）として、この例では、一つの低速カム２と、この低速カム２よりも作動角及びバルブリフト量の双方が大きくなるようにカムプロフィールが設定された２つの高速カム３と、が設けられている。高速カム３は、カムシャフト軸方向Ａで低速カム２の両側に配置されている。従って、低速カム２をインナーカム、高速カム３をアウターカムと言い換えることもできる。図９にも示すように、低速カム２は、ベースサークル区間に対応するベース円２ａと、このベース円２ａよりも径方向に突出したリフト区間に相当するカムノーズ２ｂとを有している。同じく、各高速カム３は、ベースサークル区間に相当するベース円３ａとリフト区間に相当するカムノーズ３ｂとを備えている。
【００１１】
各吸気弁１５に適用される複数のリフタ（カムフォロア）として、２つの高速カム３に摺接する１つのアウターリフタ５と、低速カム２に摺接するインナーリフタ６と、が設けられている。アウターリフタ５は、シリンダヘッド４に穿設されたガイド穴４ａに昇降可能に嵌合している。アウターリフタ５の冠面５ａは、その中央部に空隙５ｂが同心状に形成されたほぼ環状・ドーナツ状をなしている。この空隙５ｂの内部に、インナーリフタ６が上下方向に摺動可能な状態で嵌合している。
【００１２】
アウターリフタ５とその下方のシリンダヘッド４との間にはアウタースプリング１３が介装され、このアウタースプリング１３により、アウターリフタ５が高速カム３側へ付勢されている。吸気弁１５のバルブステムにはバルブコッタ１４によりリテーナ１６が固定されており、このリテーナ１６とその下方のシリンダヘッド４との間にインナースプリング１７が介装されている。このインナースプリング１７により、吸気弁１５のバルブステムを介してインナーリフタ６が低速カム２側へ付勢されている。なお、吸気弁１５のバルブステムの上端とインナーリフタ６の下面との間には、バルブクリアランス調整用（適宜な厚さ）のインナーシム１８が介装されている。
【００１３】
上記のリフタ５，６には、両者５，６のロック・ロック解除を切り換えるロック機構として、３つのピン７〜９が設けられるとともに、これらのピン７〜９が摺動可能に嵌合する３つのピン穴６ａ，５ｃ，５ｄが形成されている。所定のバルブタイミング（ここではベースサークル区間）では、上記３つのピン穴６ａ，５ｃ，５ｄが同一直線上に配列して一つの長孔として機能し、３つのピン７〜９が同一直線上に配列して上記の長孔に嵌合する一つのプランジャとして機能する。
【００１４】
ピン７〜９の一端とストッパー１１との間にはバネ１０が介装されており、ピン７〜９の他端側には油圧室５ｅが液密に画成されている。この油圧室５ｅには、シリンダヘッド４に形成された油圧経路４ｃ及びアウターリフタ５の内部に形成された油圧経路５ｆを経由して作動油が供給される。アウターリフタ５の外周に開口する油圧経路５ｆがシリンダヘッド４の油圧経路４ｃと周方向でずれることのないように、アウターリフタ５には、シリンダヘッド４に形成された断面半円弧状の回転防止溝４ｂに嵌合する回転防止材１２が、アウターリフタ５の外周より断面半円弧状に張り出した状態で固定されている（図１０参照）。
【００１５】
図示しない油圧制御弁等の油圧切替機構により、油圧室５ｅへの油圧の供給・停止を切り換えることにより、低速カム２と高速カム３とを切り換えて使用し、バルブリフト特性を２段階に切り換えることができる。例えば、所定の低出力運転状態すなわちアイドルを含む低回転・低負荷域では、油圧供給切換機構により油圧室５ｅへの油圧の供給を停止する。これにより、バネ１０のバネ力により、３つのピン７〜９が最も図８の左側に押しつけられた状態、すなわち図８に示す初期状態に保持される。具体的には、第一ピン７がインナーリフタ６の第一ピン穴６ａ内にのみ収容され、第二、三ピン８，９がそれぞれアウターリフタ５のピン穴５ｃ，５ｄ内にのみ収容された状態となる。これにより、アウターリフタ５とインナーリフタ６とは、非連結・ロック解除状態となり、互いに独立して昇降することができる。したがって、アウターリフタ５は高速カム３のカムノーズ３ｂにより上下にロストモーションを行い、これとは独立して低速カム２のカムノーズ２ｂによりインナーリフタ６が上下に昇降し、インナーシム１８を介して吸気弁１５を駆動する。これにより、吸気弁１５は低速カム２の特性に従って、リフト量・作動角の小さいバルブリフト特性で作動する。
【００１６】
一方、所定の高出力運転状態（上記の低出力運転状態を除く運転状態）では、油圧供給切換機構によって油圧室５ｃへ油圧を導入する。この油圧により、３つのピン７，８，９がバネ１０のバネ力に抗して図１の右方向へ移動し、第二ピン８がアウターリフタ５の第二ピン穴５ｃとインナーリフタ６の第一ピン穴６ａとにまたがって配置されるとともに、第三ピン９がインナーリフタ６の第一ピン穴６ａとアウターリフタ５の第三ピン穴５ｄとにまたがって配置され、これらのピン７，８によりアウターリフタ５とインナーリフタ６とが連結・ロックされた状態となる。従って、アウターリフタ５とインナーリフタ６とは一体となって高速カム３のカムノーズ３ｂにより上下に昇降して吸気弁１５を駆動する。これにより、吸気弁１５は高速カム３の特性に従ってリフト量・作動角の大きいバルブリフト特性で作動する。
【００１７】
高回転・高負荷域等で用いられる高速カム３は、高い負荷に耐え得るように、つまり接触幅を稼ぐように、上述したように１つの吸気弁に対して２つ設けられている。但し、図９にも示すように、ここでは１つの高速カム３の幅方向寸法は低速カム２の幅方向寸法よりも短く設定されている。
【００１８】
以下、本発明に係る個々の実施例について説明する。なお、共通する構成には同じ参照符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施例を示している。同図に示すように、低速カム２及び高速カム３の全てのカムの外周面が、そのカムの幅方向（カムシャフト軸方向；図８の矢印Ａ方向）の中央部が幅方向両側部よりもカムの径方向（図８の矢印Ｂ方向）外方へ向けて突出する凸面３０に成形・加工されている。好ましくは、凸面３０は、カムの幅方向中心線３１が最も径方向外方へ突出するように、所定の曲率で断面円弧状に滑らかに湾曲する湾曲面を呈している。すなわち、凸面３０は、カムの両側部が僅かに丸められた（面取りされた）ものとは大きく異なり、カム幅方向全長（あるいはほぼ全長）にわたって角のない湾曲面となっている。
【００２０】
但し、図１〜３及び図５，６の拡大図では明瞭化のために凸面３０の曲率を誇張して大きく描いており、実際には、凸面３０の突出長さ３２が例えば２〜５μｍとなるように曲率・形状等が設定されている。
【００２１】
凸面３０は、例えばこの凸面に対応する凹面を備えた砥石を用いた切削加工により形成される。この凸面３０は、少なくとも荷重が作用するリフト区間に相当するカムノーズの外周面の部分に形成されていれば良い。但し、上記のように研削加工を行う場合には、ベースサークル区間をも含めてカムの外周面の全周にわたって凸面が形成されることになる。
【００２２】
このように第１実施例では、全てのカムの外周面を凸面３０としたため、低速カム２を使用する場合と高速カム３とを使用する場合の双方、すなわち全運転領域にわたって、カムの幅方向両側部での片当たりを確実に防止し、片当たりによるフリクションの過度な上昇を確実に抑制し、燃費・出力の向上を図るとともに、カムの耐久性及び信頼性の向上等を図ることができる。
【００２３】
図２は、第２実施例を示している。この第２実施例では、アウターカムである高速カム３にのみ、その外周面を上記の凸面３０とし、インナーカムである低速カム２については、上記の凸面３０を設けておらず、例えば一般的な平坦面としている。
【００２４】
上記のカム切換型の可変リフト機構では、隣合うカム間の間隔が狭いので、カムシャフト上でのカム外周面の加工が非常に困難であり、かつ、カムプロフィールの加工には高い精度が要求されるため、第１実施例のように全てのカムの外周面を凸面とすると、その加工費が嵩み、カムシャフトの単価が非常に高くなる。本第２実施例のように、一部のカムにのみ凸面を設け、凸面を形成するカムの個数を減らすことにより、第１実施例に比して凸面のための成形・加工費を低減し、カムシャフトの単価を低く抑制することができる。
【００２５】
また、高速カム３は、高負荷域で使用されるにもかかわらず、個々の幅方向寸法が低速カム２よりも短く、かつ、リフタ中心線（バルブステム中心線）から大きく外れた位置でリフタと摺動するため、上記の片当たりによる高負荷域での出力低下や、カムの耐久性・信頼性の低下が懸念される。従って、高速カム３にのみ凸面を形成することにより、成形・加工費を抑制しつつ、特に高負荷域での使用に対する耐久性・信頼性・及び出力を有効に向上することができる。
【００２６】
図３は第３実施例を示している。この第３実施例では、インナーカムである低速カム２にのみ、その外周面を上記の凸面３０とし、アウターカムである高速カム３の外周面には、凸面３０を設けず、例えば一般的な平坦面としている。このように、一部のカムにのみ凸面を設けることにより、上記の第２実施例と同様、凸面を設けるための成形・加工費を低減し、低コスト化を図ることができる。
【００２７】
また、低速カム２が使用される低回転・低負荷域では、高回転・高負荷域等に比して、エンジン全体のフリクションに対して動弁系のフリクションが占める割合が大きいため、動弁系のフリクションに起因する燃費等の性能低下が顕著に現れ易い。従って、低速カム２にのみ凸面３０を形成することによって、その成形・加工費を抑制しつつ、特にアイドル域を含む低回転低負荷域での動弁系のフリクションを有効に軽減することができ、燃費の向上等を図ることができる。
【００２８】
図４を参照して、第３実施例のようにインナーカム２のみを凸面とする第１の利点について説明する。インナーカム２が摺接・摺動するインナーリフタ６の冠面は、アウターリフタ５の冠面中央部に同心状に配置された略円形（より好ましくは、カムロブ摺動方向に長い楕円形）である。従って、インナーカム２の外周面を凸面とした場合、その接触幅はＤ１からＤ２へ低下するものの、摺動方向の長さ（トラベル）はＬ１からＬ２へ増加し、全体としての摺動面積が大きく低下することはなく、面圧が過度に上昇するおそれはないことに加え、摺動方向の長さが増加するので作動角及びリフト量を大きくすることができる。
【００２９】
図５，６を参照して、第３実施例のようにインナーカム２のみを凸面とする第２の利点について説明する。上述したように、油圧によりカムの切換を行う可変リフト機構では、図１０に示すように、アウターリフタ５の外周に開口する油圧経路５ｆがシリンダヘッド４の油圧経路４ｃと周方向にずれることのないように、アウターリフタ５に固定された回転防止材１２を回転防止溝４ｂにはめ込んで、アウターリフタ５の回転を確実に防止している。しかしながら、カム側よりリフタへ周方向の大きな回転力が作用すると、回転防止材１２と回転防止溝４ｂとが強く接触して摩耗し、信頼性・耐久性を損ねるおそれがある。このようにカム側からリフタへ作用する回転力を低減・解消するために、図１〜３に示すように、凸面の最も突出する最突出位置（リフタとの接触幅の中央位置）３３は、カム幅方向中央線３１上であって、かつ、リフタ中心上又はリフタ中心に対して均等となる目標位置に設定される。しかしながら、実際の凸面の成形・加工等には寸法公差の範囲でばらつき・誤差を含んでおり、図５，６に示すように、上記の公差の範囲で凸面３０の最突出位置３３が目標位置（幅方向中心線３１）から外れてしまう。但し、図５，６ではそのばらつきを誇張して描いている。
【００３０】
図５に示すように、アウターカム３の凸面の最突出位置３３が目標位置３１に対してずれた場合、上記の回転力が比較的大きくなってしまうのに対し、図６に示すように、インナーカム２の凸面の最突出位置３３が目標位置３１に対して同じ幅ΔＤだけずれても、最突出位置自体がリフタの中心に近く、またカムとリフタとの間の面圧も低いため、リフタへ作用する回転力は十分に低く抑制される。
【００３１】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、本発明の可変動弁装置を排気弁側に適用しても良い。また、上述したカム切換型の可変リフト機構を、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変更するバルブタイミングコントローラ（ＶＴＣ）等の他の可変動弁装置と併用しても良い。更に、電磁式の可変リフト機構に本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すカムシャフトの部分側面図及びＢ部拡大図。
【図２】本発明の第２実施例を示すカムシャフトの部分側面図及びＣ部拡大図。
【図３】本発明の第３実施例を示すカムシャフトの部分側面図及びＤ部拡大図。
【図４】上記第３実施例の第１の利点を説明するためのリフタの上面対応図。
【図５】上記第３実施例の第２の利点を説明するためのカムシャフトの部分側面部及びＥ部拡大図。
【図６】同じく第３実施例の第２の利点を説明するためのカムシャフトの部分側面部及びＦ部拡大図。
【図７】本発明の可変動弁装置が適用される内燃機関のシリンダヘッドを上から見た上面図及びその要部拡大図。
【図８】上記可変動弁装置を示す断面図。
【図９】上記可変動弁装置のカムシャフトの部分側面図及びＡ−Ａ断面図。
【図１０】上記可変動弁装置のアウターリフタの回転防止機構を示す断面図及びＧ部拡大図。
【符号の説明】
１…カムシャフト
２…低速カム（インナーカム）
３…高速カム（アウターカム）
５…アウターリフタ
５ｂ…空隙
６…インナーリフタ
３０…凸面
【図１】
2004251200.tif 000003
【図２】
2004251200.tif 000004
【図３】
2004251200.tif 000005
【図４】
2004251200.tif 000006
【図５】
2004251200.tif 000007
【図６】
2004251200.tif 000008
【図７】
2004251200.tif 000009
【図８】
2004251200.tif 000010
【図９】
2004251200.tif 000011
【図１０】
2004251200.tif 000012