(57)【要約】【課題】装置の大型化を抑制しながらも気筒休止を実現する。【解決手段】バルブを駆動するカムロブが設けられ、軸方向の位置が規制された状態で回転自在に軸支されるアウトプットシャフト２００と、クランクシャフトの回転動力を受けて回転するとともに、アウトプットシャフトに対して軸方向に摺動自在に設けられたインプットシャフト３００と、インプットシャフトに設けられた係合部４１０、および、アウトプットシャフトに設けられた被係合部４２０を有し、（ｂ）のように、係合部が被係合部に係合した係合状態でインプットシャフトとアウトプットシャフトとを一体回転させ、（ａ）のように、係合部が被係合部から離脱した離脱状態でインプットシャフトとアウトプットシャフトとを相対回転させる切替機構４００と、を備える。切替機構は、インプットシャフトの軸方向位置に応じて、係合状態と離脱状態とが切り替わる。【選択図】図４
2016151175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの気筒に設けられたバルブの駆動を停止させることにより、該エンジンの一部または全部の気筒を休止させる動弁機構であって、
前記バルブを駆動するカムロブが設けられ、軸方向の位置が規制された状態で回転自在に軸支されるアウトプットシャフトと、
クランクシャフトの回転動力を受けて回転するとともに、前記アウトプットシャフトに対して軸方向に摺動自在に設けられたインプットシャフトと、
前記インプットシャフトに設けられた係合部、および、前記アウトプットシャフトに設けられた被係合部を有し、該係合部が該被係合部に係合した係合状態で該インプットシャフトと該アウトプットシャフトとを一体回転させ、該係合部が該被係合部から離脱した離脱状態で該インプットシャフトと該アウトプットシャフトとを相対回転させる切替機構と、
を備え、
前記切替機構は、
前記インプットシャフトの軸方向位置に応じて、前記係合状態と前記離脱状態とが切り替わることを特徴とする動弁機構。
【請求項２】
前記アウトプットシャフトは中空形状であり、前記インプットシャフトは、該アウトプットシャフトの内部に挿通されていることを特徴とする請求項１に記載の動弁機構。
【請求項３】
前記切替機構は、前記アウトプットシャフトの内部に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の動弁機構。
【請求項４】
前記インプットシャフトは、油圧によって軸方向に摺動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の動弁機構。
【請求項５】
前記係合部には歯部が設けられ、前記被係合部には、前記係合状態において該歯部が歯合される歯合部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒休止機能を備えた動弁機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンに設けられる動弁機構においては、クランクシャフトの回転動力によってカムシャフトを回転させ、カムシャフトに設けられたカムロブの回転によって、吸気バルブや排気バルブを駆動するのが一般的である。近年では、燃費向上や排気ガスの低減等を図るべく、特に低負荷時やアイドリング時等に、一部または全部の気筒を休止させる気筒休止機能を備えた動弁機構が提案されている。例えば、特許文献１には、カムロブをカムシャフトの軸方向に摺動させることにより、バルブの駆動を停止させて気筒休止を実現する動弁機構が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−３３２０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に示される動弁機構においては、カムロブを移動させるための構造が複雑となり、動弁機構全体が大型化してしまうという課題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、装置の大型化を抑制しながらも気筒休止を実現することができる動弁機構を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の動弁機構は、エンジンの気筒に設けられたバルブの駆動を停止させることにより、エンジンの一部または全部の気筒を休止させる動弁機構であって、バルブを駆動するカムロブが設けられ、軸方向の位置が規制された状態で回転自在に軸支されるアウトプットシャフトと、クランクシャフトの回転動力を受けて回転するとともに、アウトプットシャフトに対して軸方向に摺動自在に設けられたインプットシャフトと、インプットシャフトに設けられた係合部、および、アウトプットシャフトに設けられた被係合部を有し、係合部が被係合部に係合した係合状態でインプットシャフトとアウトプットシャフトとを一体回転させ、係合部が被係合部から離脱した離脱状態でインプットシャフトとアウトプットシャフトとを相対回転させる切替機構と、を備え、切替機構は、インプットシャフトの軸方向位置に応じて、係合状態と離脱状態とが切り替わることを特徴とする。
【０００７】
また、アウトプットシャフトは中空形状であり、インプットシャフトは、アウトプットシャフトの内部に挿通されているとよい。
【０００８】
また、切替機構は、アウトプットシャフトの内部に設けられているとよい。
【０００９】
また、インプットシャフトは、油圧によって軸方向に摺動するとよい。
【００１０】
また、係合部には歯部が設けられ、被係合部には、係合状態において歯部が歯合される歯合部が設けられているとよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、装置の大型化を抑制しながらも気筒休止を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】エンジンの概略的な説明図である。
【図２】動弁機構の外観図である。
【図３】カムシャフトの概略的な説明図である。
【図４】切替機構の概略的な説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１４】
図１は、エンジンＥの概略的な説明図である。エンジンＥは、ピストン１が摺動自在に収容されるシリンダ３を備えている。このシリンダ３は、シリンダブロック３ａにシリンダヘッド３ｂが連結されて構成されており、シリンダ３の内周面とピストン１の端面とで囲繞された燃焼室５が内部に形成されている。
【００１５】
シリンダ３のシリンダヘッド３ｂには、吸気ポート７ａを介して燃焼室５に連通する吸気通路７と、排気ポート９ａを介して燃焼室５に連通する排気通路９とが形成されている。また、シリンダヘッド３ｂには、吸気ポート７ａを開閉する吸気バルブ１１と、排気ポート９ａを開閉する排気バルブ１３とが設けられている。吸気バルブ１１は、先端にバルブヘッドが形成され、基端にバルブステムエンドを有するバルブステム１１ａと、バルブスプリング１１ｂと、を備えており、バルブステム１１ａには、バルブスプリング１１ｂの付勢力が、バルブヘッド側からバルブステムエンド側へ向けて常時作用している。同様に、排気バルブ１３は、先端にバルブヘッドが形成され、基端にバルブステムエンドを有するバルブステム１３ａと、このバルブステム１３ａをバルブステムエンド側に押圧する付勢力を常時作用させるバルブスプリング１３ｂと、を備えている。
【００１６】
そして、バルブスプリング１１ｂの付勢力に抗してバルブステム１１ａのバルブステムエンドが押圧されると、吸気バルブ１１が開弁して吸気通路７と燃焼室５とが連通する。シリンダヘッド３ｂには、吸気通路７に導かれる空気中に燃料を噴射して混合気を生成するインジェクタ１５が設けられており、吸気バルブ１１が開弁すると、燃焼室５の負圧により、吸気通路７から燃焼室５に混合気が吸入される。
【００１７】
このようにして燃焼室５に混合気が吸入された後、吸気バルブ１１が閉弁されると、燃焼室５に設けられた点火プラグ１７が点火されて混合気が燃焼し、燃焼室５において爆発圧力が生じる。こうして爆発圧力が生じることで、ピストン１がシリンダ３内を往復動するとともに、排気バルブ１３が開弁されて、排気ガスが排気通路９から排出されることとなる。
【００１８】
また、エンジンＥは、ピストン１に一端が連結されたコンロッド１９と、このコンロッド１９の他端に回転自在に連結されたクランクシャフト２１と、を備えており、ピストン１の直進運動がコンロッド１９を介してクランクシャフト２１の回転運動に変換される。クランクシャフト２１の回転動力は、吸気バルブ１１および排気バルブ１３を駆動する動弁機構に伝達され、クランクシャフト２１の回転角度に応じて、吸気バルブ１１および排気バルブ１３が所定のタイミングで駆動することとなる。以下に、動弁機構について詳述する。
【００１９】
図２は、動弁機構１００の外観図であり、図２（ａ）には、動弁機構１００の斜視図を示し、図２（ｂ）には、動弁機構１００の上面図を示す。図２からも明らかなように、本実施形態のエンジンＥは、クランクシャフト２１の両側（両バンク）それぞれに２気筒ずつ配された、４気筒の水平対向エンジンであり、車両に搭載される。
【００２０】
動弁機構１００は、クランクシャフト２１の軸方向と平行に配されたカムシャフト１０２を備えている。カムシャフト１０２は、両バンクそれぞれに２つずつ、合計４つ配されており、上述のシリンダヘッド３ｂ内に回転自在に軸支されている。各カムシャフト１０２の端部には、外周面に複数の歯が設けられ、カムシャフト１０２と一体回転するカムスプロケット１０４が設けられている。また、図２（ｂ）に示すように、クランクシャフト２１には、クランクシャフト２１の軸方向の位置を異にして２列の歯が設けられたクランクスプロケット１０６が配されている。
【００２１】
そして、クランクスプロケット１０６の２列の歯のうちの一方の列と、クランクシャフト２１の片側（片バンク）に配された２つのカムスプロケット１０４それぞれの歯にチェーンベルト１０８が張架されている。これにより、クランクシャフト２１の回転動力が、チェーンベルト１０８を介して４つのカムシャフト１０２に伝達されることとなる。
【００２２】
図３は、カムシャフト１０２の概略的な説明図であり、図３（ａ）は、カムシャフト１０２の外観図を示し、図３（ｂ）、（ｃ）は、カムシャフト１０２の回転中心軸の断面図を示している。なお、既に説明したように、カムシャフト１０２は、クランクシャフト２１の両側（両バンク）にそれぞれ２つずつ設けられているが、片側（片バンク）に配される２つのカムシャフト１０２のうち、一方は吸気バルブ１１を駆動する吸気用の動弁系として機能し、他方は排気バルブ１３を駆動する排気用の動弁系として機能する。ただし、カムシャフト１０２の構成は、吸気用、排気用を問わず、実質的に等しいので、ここでは、吸気用の動弁系として機能するカムシャフト１０２について説明する。
【００２３】
図３に示すように、カムシャフト１０２は、軸受１１０により、軸方向の位置が規制された状態で回転自在に軸支される中空形状のアウトプットシャフト２００と、アウトプットシャフト２００の内部に挿通されるインプットシャフト３００と、を備えている。アウトプットシャフト２００の外周には、不図示のロッカーアームを介して吸気バルブ１１を駆動するカムロブ１１２が設けられている。なお、吸気バルブ１１は１気筒に２つ設けられており、アウトプットシャフト２００には、２気筒分の４つのカムロブ１１２が設けられている。
【００２４】
インプットシャフト３００は、クランクシャフト２１の回転動力を受けて回転するとともに、アウトプットシャフト２００に対して軸方向に摺動自在に設けられている。より詳細には、インプットシャフト３００はアウトプットシャフト２００よりも軸方向に長く形成されており、一端３００ａおよび他端３００ｂがアウトプットシャフト２００の端部から突出している。
【００２５】
インプットシャフト３００の他端３００ｂ側には、チェーンベルト１０８が張架されたカムスプロケット１０４が設けられている。カムスプロケット１０４の中心にはスプライン孔１０４ａが形成されており、このスプライン孔１０４ａに、インプットシャフト３００のスプライン部３０２がスプライン係合されている。これにより、インプットシャフト３００は、常時、軸方向への移動が許容された状態で、カムスプロケット１０４と一体回転することとなる。
【００２６】
そして、インプットシャフト３００の一端３００ａには、スプリング等からなる弾性部材３０４が設けられており、インプットシャフト３００の他端３００ｂには、油圧室３０６が設けられている。弾性部材３０４は、インプットシャフト３００に対して、常時、一端３００ａ側を他端３００ｂ側に付勢する。また、油圧室３０６は、ソレノイドバルブ３０８を介してオイルポンプＰに接続されており、ソレノイドバルブ３０８の通電制御により、インプットシャフト３００の他端３００ｂに油圧を作用させる。
【００２７】
具体的には、ソレノイドバルブ３０８の未通電状態では、油圧室３０６の圧力が低下し、図３（ｃ）に示すように、弾性部材３０４の付勢力により、インプットシャフト３００が図中左側に位置している。この状態から、ソレノイドバルブ３０８が通電され、他端３００ｂに油圧が作用すると、インプットシャフト３００が弾性部材３０４の弾性力に抗して一端３００ａ側に摺動する。このように、インプットシャフト３００は、ソレノイドバルブ３０８の通電制御によって軸方向に摺動し、図３（ｂ）に示す位置と、図３（ｃ）に示す位置とに切り替えられることとなる。
【００２８】
そして、本実施形態では、低負荷時やアイドリング時等に気筒休止を実現すべく、アウトプットシャフト２００の内部に切替機構４００が設けられている。この切替機構４００は、インプットシャフト３００の軸方向の位置に応じて、インプットシャフト３００をアウトプットシャフト２００に係合させたり、インプットシャフト３００をアウトプットシャフト２００から離脱させたりする。この切替機構４００について、図４を用いて説明する。
【００２９】
図４は、切替機構４００の概略的な説明図である。なお、図４（ａ）は、インプットシャフト３００とアウトプットシャフト２００とが一体回転する係合状態を示し、図４（ｂ）は、インプットシャフト３００がアウトプットシャフト２００から離脱した離脱状態を示している。また、図４（ｃ）には、図４（ａ）のＩＶ（ｃ）−ＩＶ（ｃ）矢視図を示す。また、図４（ａ）、（ｂ）においては、理解を容易とするために、一部を断面で示している。
【００３０】
アウトプットシャフト２００は、中空の円筒部材を複数、軸方向に連接して構成されているが、このうち、第１円筒部材２０２、第２円筒部材２０４の内部に切替機構４００が設けられている。なお、第１円筒部材２０２および第２円筒部材２０４にもインプットシャフト３００が挿通されているが、インプットシャフト３００が挿通される第１円筒部材２０２の貫通孔２０２ａ、第２円筒部材２０４の嵌合孔２０４ａは、他の部位よりも内径が大きい。また、貫通孔２０２ａは、嵌合孔２０４ａよりも内径が大きい。
【００３１】
そして、切替機構４００は、インプットシャフト３００に設けられた係合部４１０と、アウトプットシャフト２００に設けられた被係合部４２０と、を備えている。係合部４１０は、インプットシャフト３００よりも径が大きく、貫通孔２０２ａの内径よりもわずかに径が小さい円形の大径部４１２と、嵌合孔２０４ａの内径よりもわずかに径が小さく、大径部４１２から第２円筒部材２０４側に突出する円柱状の嵌合軸部４１４と、を備えている。また、大径部４１２のうち、第２円筒部材２０４に臨む面には、回転方向に延在する歯部４１２ａが形成されており、嵌合軸部４１４の外周面には、半球状の突起部４１６が形成されている。
【００３２】
一方、被係合部４２０は、第２円筒部材２０４のうち、係合部４１０の大径部４１２に臨む面に形成され、歯部４１２ａが歯合される歯合部４２２と、係合部４１０の突起部４１６が嵌合可能な嵌合溝４２４と、係合部４１０の嵌合軸部４１４が嵌合される嵌合孔２０４ａと、で構成される。
【００３３】
上述のように、車両の走行時等、通常時においては、ソレノイドバルブ３０８が未通電状態であり、インプットシャフト３００は、通常、弾性部材３０４の付勢力で、他端３００ｂ側に移動した位置に保持されている。この状態では、切替機構４００は、図４（ｂ）に示すように、係合部４１０が被係合部４２０に係合した係合状態に維持されている。この係合状態では、嵌合軸部４１４が嵌合孔２０４ａに嵌合するとともに、突起部４１６が嵌合溝４２４に嵌合している。また、歯部４１２ａと歯合部４２２とが歯合しており、切替機構４００は、インプットシャフト３００とアウトプットシャフト２００とを一体回転させることとなる。
【００３４】
この状態から、例えばエンジンＥの負荷が低下した場合や、アイドリング状態に移行した場合等に気筒休止を行う際、ソレノイドバルブ３０８が通電状態に制御されると、オイルポンプＰから吐出される作動油が油圧室３０６に導かれる。そして、油圧室３０６の圧力上昇に伴い、インプットシャフト３００が弾性部材３０４の付勢力に抗して一端３００ａ側に移動すると、図４（ａ）に示すように、係合部４１０が被係合部４２０から離脱した離脱状態に切り替わる。
【００３５】
この離脱状態では、係合部４１０と被係合部４２０とが軸方向に離隔し、歯部４１２ａと歯合部４２２との歯合が解除されるとともに、突起部４１６と嵌合溝４２４との嵌合が解除されており、切替機構４００は、インプットシャフト３００とアウトプットシャフト２００とを相対回転させることとなる。これにより、吸気バルブ１１（および排気バルブ１３）の駆動が停止され、エンジンＥの複数の気筒の一部または全部が休止される気筒休止状態となる。
【００３６】
なお、気筒休止を終了する場合、すなわち、切替機構４００を離脱状態から係合状態へ切り替える場合には、ソレノイドバルブ３０８の通電が停止され、油圧室３０６への作動油の供給が停止されるとともに、油圧室３０６内の作動油がタンクに還流する。これにより、インプットシャフト３００は、回転しながら弾性部材３０４の付勢力により他端３００ｂ側に摺動する。このとき、係合部４１０は、突起部４１６を第２円筒部材２０４に接触させた状態で、被係合部４２０と相対回転した後、突起部４１６と嵌合溝４２４とが軸方向に対向したところで、突起部４１６が嵌合溝４２４に進入していく。
【００３７】
この瞬間に、係合部４１０と被係合部４２０とが一体回転するとともに、インプットシャフト３００とアウトプットシャフト２００とが一体回転する。そして、両者が一体回転しながら、さらにインプットシャフト３００が摺動することで、最終的に歯部４１２ａが歯合部４２２に歯合することとなる。つまり、突起部４１６と嵌合溝４２４とは、インプットシャフト３００およびアウトプットシャフト２００の位相を合わせる位相合わせ部として機能することになる。これにより、気筒休止の前後で、吸気バルブ１１の開閉タイミングにずれが生じることもなくなり、所望のバルブタイミングを実現可能となる。
【００３８】
以上のように、本実施形態の動弁機構１００によれば、インプットシャフト３００を軸方向に摺動することで気筒休止を実現するので、装置の大型化を抑制することができる。しかも、切替機構４００がアウトプットシャフト２００の内部に設けられていることから、気筒休止機能を採用しても何ら装置が大型化することなく、設置スペースの制約を受けにくい。
【００３９】
また、気筒休止中は、カムロブ１１２の回転が完全に停止するため、ロッカーアームとの間にフリクションが生じることもなく、エネルギー損失を低減することができる。また、カムロブ１１２の軸方向の位置は常に一定であり、ロッカーアームとの相対位置関係にずれが生じることもない。さらには、油圧によってインプットシャフト３００を軸方向に摺動させればよいので、簡素な油圧回路を構成すればよく、圧力損失の低下や設計の簡素化も容易に実現可能となる。
【００４０】
なお、上記実施形態では、吸気バルブ１１を駆動するカムシャフト１０２を用いて切替機構４００の構成を説明したが、排気バルブ１３を駆動するカムシャフト１０２も上記と同様である。
【００４１】
また、上記実施形態では、動弁機構１００を４気筒の水平対向エンジンに用いる場合について説明したが、各気筒の配置や数に限定はない。また、上記実施形態では、１つのカムシャフト１０２に４つのカムロブ１１２を設けるとともに、全てのカムロブ１１２を同時にフリーにする場合について説明した。しかしながら、１つのアウトプットシャフト２００に複数のカムロブ１１２を設けた場合に、その一部のみをフリーにしてもよい。例えば、休止可能な気筒に対応するカムロブ１１２と、休止することがない気筒に対応するカムロブ１１２とを、同一のアウトプットシャフト２００に設ける場合には、休止することがない気筒に対応するカムロブ１１２を、直接インプットシャフト３００に固定したり、アウトプットシャフト２００とインプットシャフト３００とを部分的に固定したりすればよい。
【００４２】
また、上記実施形態における切替機構４００の構成、すなわち、インプットシャフト３００に設けられた係合部４１０、および、アウトプットシャフト２００に設けられた被係合部４２０の構成は一例に過ぎない。いずれにしても、係合部４１０が被係合部４２０に係合した係合状態でインプットシャフト３００とアウトプットシャフト２００とを一体回転させ、係合部４１０が被係合部４２０から離脱した離脱状態でインプットシャフト３００とアウトプットシャフト２００とを相対回転させる。そして、インプットシャフト３００の軸方向位置に応じて、係合状態と離脱状態とが切り替わる構成であれば、切替機構４００の形状、構造等は適宜設計変更可能である。
【００４３】
また、上記実施形態では、カムロブ１１２がロッカーアームを介して吸気バルブ１１または排気バルブ１３を駆動することとしたが、ロッカーアームは必須ではなく、吸気バルブ１１や排気バルブ１３に接触して直接的に駆動してもよい。
【００４４】
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、気筒休止機能を備えた動弁機構に利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１１   …吸気バルブ
１３   …排気バルブ
２１   …クランクシャフト
１００  …動弁機構
１１２  …カムロブ
２００  …アウトプットシャフト
３００  …インプットシャフト
４００  …切替機構
４１０  …係合部
４１２ａ  …歯部
４２０  …被係合部
４２２  …歯合部
【図１】
2016151175.tif 000003
【図２】
2016151175.tif 000004
【図３】
2016151175.tif 000005
【図４】
2016151175.tif 000006