JP2017078370A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】カムユニットのカムシャフト軸方向へのスライドによりカムプロフィールを切り替える可変動弁機構において、搭載スペースの省スペース化を図る。
【解決手段】カムシャフト１２のフロントピース１３の後側端部１３ｂに、当該フロントピース１３に最も近いカムユニット４０の前側端部との干渉を避けるための溝１３ａを形成し、カムユニット４０がフロントピース１３側にスライドした際に、カムユニット４０の前側端部がフロントピース１３の溝１３ａ内に入り込む構造とする。このような構造により、フロントピース１３とカムユニット４０の一部をカムシャフト１２の軸方向においてオーバラップさせることができるので、カムシャフト１２の軸方向長さを短縮することが可能となり、搭載スペースの省スペース化を達成することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、エンジンの動弁系に用いられる可変動弁機構に関する。

可変動弁機構としては、カムプロフィールが異なる複数のカム（機関バルブを駆動するカム）が設けられたカムユニット（カムキャリア）を、カムシャフトに軸方向にスライド可能に配置し、そのカムユニットのスライドにより、カムプロフィールを切り替える構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

こうした可変動弁機構において、カムプロフィールの切り替えは、カムユニットの外周の螺旋状のガイド溝を設けておき、そのガイド溝にサーボ機構の係合要素（ソレノイドピン）を挿入し、カムシャフト（カムユニット）の回転力を利用してカムユニットを軸方向にスライドさせることにより行われる。

特表２０１０−５２０３９５号公報

ところで、上記した構造の可変動弁機構では、カムユニットのカムシャフト軸方向へのスライドによってカムプロフィールを切り替える構造となっているため、エンジンへの搭載要件として、カムシャフトの軸方向におけるスライド量を含めた搭載スペースが必須となる。ここで、エンジンのコンパクト化のために、ボアピッチやバルブピッチが小さなシリンダヘッドが採用されている。このようなエンジンでは、フロントピース（カムシャフトの前端に一体形成したピース）に最も近い第１気筒の前側の吸気バルブを駆動するカムと当該フロントピースとの間の距離が短いため、上記した構造の可変動弁機構を搭載した場合、第１気筒のカムユニットがフロントピース側に向けてスライドした際に当該カムユニットがフロントピースに干渉するおそれがある。

本発明は、そのような課題を解決するためになされたもので、カムプロフィールが異なる複数のカムを有するカムユニットを備え、そのカムユニットのカムシャフト軸方向へのスライドによりカムプロフィールを切り替える可変動弁機構において、搭載スペースの省スペース化を図ることを目的とする。

本発明は、フロントピースが一体的に形成されたカムシャフトを有する多気筒エンジンに搭載される動弁機構であって、前記カムシャフトに対して軸方向にスライド可能に設けられ、カムプロフィールが互いに異なる複数のカムが前記カムシャフトの軸方向に沿って配置されたカムユニットを備え、前記カムユニットのスライドにより、機関バルブの開閉に使用するカムの切り替えを行う可変動弁機構を対象としている。そして、このような可変動弁機構において、前記カムシャフトのフロントピースの後側端部には、当該フロントピースに最も近いカムユニットの前側端部との干渉を避けるための溝が形成されており、前記カムユニットが前記フロントピース側にスライドした際に、当該カムユニットの前側端部が前記フロントピースの溝内に入り込むように構成されていることを技術的特徴としている。

本発明によれば、フロントピースに最も近いカムユニットが、フロントピース側に向けてスライドした際には、そのカムユニットの前側端部がフロントピースの溝内に入り込むので、フロントピースとカムユニットの一部をカムシャフトの軸方向においてオーバラップさせることができる。これによってカムシャフトの軸方向長さを短縮することが可能となり、搭載スペースの省スペース化を達成することができる。また、カムシャフトアッシーの軽量化も達成することができる。

本発明によれば、カムプロフィールが異なる複数のカムを有するカムユニットを備え、そのカムユニットのカムシャフト軸方向へのスライドによりカムプロフィールを切り替える可変動弁機構において、搭載スペースの省スペース化を図ることができる。これにより可変動弁機構を、ボアピッチやバルブピッチが小さなシリンダヘッドに搭載することが可能になる。

本発明の可変動弁機構を搭載したエンジンの動弁系の概略構成図である。 可変動弁機構（カム切替機構）の実施形態の概略構成図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２の可変動弁機構の要部構造を示す断面図である。 図２の可変動弁機構の要部構造を示す断面図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。 実施形態の変形例を示す図６相当図である。

以下、本発明をエンジンの動弁系に適用した実施の形態について図面を参照して説明する。図１に示すエンジン１は、直列４気筒のガソリンエンジンであって、第１〜第４の４つの気筒３（＃１〜＃４）がシリンダブロック（図示せず）の長手方向、つまりエンジン１の前後方向（Ｘ方向）に並んでいる。

−動弁系の概略−
図１に示すように、エンジン１の上部（シリンダヘッド）には、カムハウジング２が配設され、その内部に吸気バルブ１０及び排気バルブ１１の動弁系が収容されている。すなわち、図１に破線で示すように、エンジン１の前後方向（Ｘ方向）に一列に並んで設けられた４つの気筒３には、それぞれ、２つの吸気バルブ１０及び２つの排気バルブ１１が設けられており、それらが吸気カムシャフト１２及び排気カムシャフト１４によってそれぞれ駆動されるようになっている。

吸気カムシャフト１２の前端（Ｆｒ側の端部）にはフロントピース１３（図２等も参照）が一体的に設けられており、このフロントピース１３に、バルブタイミングを連続的に変更可能なＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構１６が組み付けられている。また、排気カムシャフト１４の前端（Ｆｒ側の端部）にもフロントピース１５が一体的に設けられており、このフロントピース１５にＶＶＴ機構１６が組み付けられている。さらに、吸気カムシャフト１２には、吸気バルブ１０を駆動するカム４１，４２（図２を参照）を切り替えて、そのリフト特性を変更する可変動弁機構（カム切替機構）４が各気筒３毎に設けられている。

−可変動弁機構−
次に、可変動弁機構について図２及び図３を参照して説明する。図２には、４つの気筒３のうち、吸気カムシャフト１２のフロントピース１３に最も近い第１気筒３（＃１）の可変動弁機構４の構造を示す。

可変動弁機構４は、吸気カムシャフト１２に設けられたカムユニット４０、及び、２つの電磁ソレノイド５０，５０などを備えている。それら２つの電磁ソレノイド５０，５０は、例えば、ステー（図示せず）によってカムハウジング２（図１参照）に支持（固定）されている。

カムユニット４０は、円筒状の部材であって、吸気カムシャフト１２に外装されている。図３に示すように、カムユニット４０の内周にはスプライン内歯４０ａが形成されている。このカムユニット４０のスプライン内歯４０ａは、吸気カムシャフト１２の外周に形成されたスプライン外歯１２ａに噛み合っており、カムユニット４０が吸気カムシャフト１２と一体回転可能となっている。また、そのスプライン嵌合によりカムユニット４０は吸気カムシャフト１２の軸方向（Ｘ方向）にスライド移動可能となっている。カムユニット４０の位置は、後述する２つのカム４１及びカム４２のいずれか一方を選択する位置に切り替えられる。

カムユニット４０の両端部には、それぞれ、カムプロフィールが異なる２つのカム４１，４２が各吸気バルブ１０に対応して設けられている。それら２つのカムのいずれかのカム４１またはカム４２がロッカアーム１７を介して吸気バルブ１０を駆動するようになっている。２つのカム４１，４２は、吸気カムシャフト１２の軸方向に隣接して設けられており、図２の左側（Ｆｒ側）のカム４１がゼロリフトカム（停止カム）であり、図２の右側（Ｒｒ側）のカム４２が高リフトカムである。

カムユニット４０の中央部の外周には螺旋溝（ガイド溝）４３が形成されている。螺旋溝４３は、カムユニット４０の外周においてそれぞれ周方向に延びるように形成された左勝手の溝４３ａ及び右勝手の溝４３ｂと、それら２つの溝４３ａ，４３ｂが合流した合流溝４３ｃとを有し、全体としてＹ字状に形成されている。このような形状の螺旋溝４３に対向するように２つの電磁ソレノイド５０，５０が配置されている。各電磁ソレノイド５０はオンになるとソレノイドピン５１が進出し、その進出したソレノイドピン５１が螺旋溝４３に挿入される。

そして、カムユニット４０を図２の右側（Ｒｒ側）にスライド移動させる場合には、螺旋溝４３の左勝手の溝４３ａに一方の電磁ソレノイド５０のソレノイドピン５１を挿入する。左勝手の溝４３ａにソレノイドピン５１を挿入すると、吸気カムシャフト１２の回転に伴うカムユニット４０の回転により、カムユニット４０が図２及び図４の右側（Ｒｒ側）にスライドする。このスライドにより、カムユニット４０がゼロリフト位置に配置され、Ｆｒ側のカム４１（ゼロリフトカム）が吸気バルブ１０のロッカアーム１７に当接するようになる。

一方、カムユニット４０を図２の左側（Ｆｒ側）にスライド移動させる場合には、螺旋溝４３の右勝手の溝４３ｂに他方のソレノイド５０のソレノイドピン５１を挿入する。右勝手の溝４３ｂに挿入すると、カムユニット４０が図２及び図５の左側（Ｆｒ側：フロントピース１３側）にスライドする。このスライドにより、カムユニット４０が高リフト位置に配置され、吸気バルブ１０のロッカアーム１７が当接するカムが、Ｒｒ側のカム４２（高リフトカム）に切り替わる（カムプロフィールが切り替わる）。

−ロック機構−
本実施形態では、カムユニット４０のスライドによりカムプロフィールを切り替えたときに、カムユニット４０の位置を保持するためのロック機構４４が設けられている。

ロック機構４４は、図４及び図５に示すように、カムユニット４０の内周面に形成された環状のロックボール溝４４ａ，４４ｂ、及び、吸気カムシャフト１２に内蔵されたコイルスプリング４４ｄによってカムユニット４０の内面に向けて付勢されたロックボール４４ｃ，４４ｃを備えている。

そして、図４に示すように、カムユニット４０がゼロリフト位置にあるときには、ロックボール４４ｃ，４４ｃが図中左側（Ｆｒ側）のロックボール溝４４ａに嵌合してカムユニット４０の位置が保持される。一方、図５に示すように、カムユニット４０が高リフト位置にあるときには、ロックボール４４ｃ，４４ｃが図中右側（Ｒｒ側）のロックボール溝４４ｂに係合してカムユニット４０の位置が保持される。

−特徴部分−
次に、本実施形態の特徴部分について説明する。

まず、カムユニット４０の軸方向（Ｘ方向）へのスライドによってカムプロフィールを切り替える構造の可変動弁機構４にあっては、エンジン１への搭載要件として、吸気カムシャフト１２の軸方向におけるスライド量を含めた搭載スペースが必須となる。

ここで、エンジンのコンパクト化のために、ボアピッチやバルブピッチが小さなシリンダヘッドが採用されている。このようなエンジンでは、フロントピースに最も近い第１気筒３（＃１）の前側（Ｆｒ側）の吸気バルブを駆動するカムとフロントピースとの間の距離が短い。このため、上記した構造の可変動弁機構４を搭載する場合、第１気筒３（＃１）のカムユニット４０がＦｒ側（フロントピース側）に向けてスライドした際に当該カムユニット４０がフロントピース１３に干渉するおそれがある。

本実施形態では、そのような問題を解消するため、図４〜図６に示すように、吸気カムシャフト１２のフロントピース１３のＲｒ側の端部１３ｂであって、当該フロントピース１３に最も近い第１気筒３（＃１）に配置のカムユニット４０のＦｒ側のカム４１（ゼロリフトカム）のＦｒ側端部に対応する位置に、当該カム４１のＦｒ側端部（円筒形状の端部）との干渉を避けるためのリング状の溝１３ａを形成している点に特徴がある。このリング状の溝１３ａの溝幅は、カムユニット４０のＦｒ側のカム４１の前側端部の肉厚よりも大きい。また、溝１３ａの深さ（軸方向（Ｘ方向）の深さは、カムユニット４０のスライドによる当該溝１３ａ内へのカム４１端部の侵入量よりも深い。

そして、このようにフロントピース１３に干渉回避用の溝１３ａを設けておくことにより、第１気筒３（＃１）のカムユニット４０がＦｒ側（フロントピース１３側）に向けてスライドした際には、図５に示すように、カムユニット４０のＦｒ側端部（Ｆｒ側のカム４１の端部）がフロントピース１３の溝１３ａ内に、当該フロントピース１３とカムユニット４０のＦｒ側端部とが干渉しない状態で入り込むので、フロントピース１３とカムユニット４０の一部を吸気カムシャフト１２の軸方向（Ｘ方向）においてオーバラップさせることができる。これにより、吸気カムシャフト１２の軸方向長さを短縮することが可能となり、搭載スペースの省スペース化を達成することができる。また、吸気カムシャフトアッシーの軽量化も達成することができる。

そして、このように搭載の省スペース化を達成できることにより、本実施形態の可変動弁機構４を、上記したコンパクト化を図ったシリンダヘッド、つまりボアピッチやバルブピッチが小さくて、フロントピースに最も近い第１気筒３（＃１）の前側（Ｆｒ側）の吸気バルブカムと当該フロントピースとの間の距離が短いシリンダヘッドに搭載することが可能になる。

−他の実施形態−
なお、今回開示した実施形態は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、以上の実施形態では、ゼロリフトのカム４１と高リフトのカム４２とが形成されたカムユニット４０を備えた可変動弁機構の例について説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、Ｆｒ側に低リフトカム１４１（図７参照）が形成され、Ｒｒ側に高リフトカムが形成されたカムユニットを備えた可変動弁機構にも本発明は適用可能である。この場合、図７に示すように、フロントピース１１３のＲｒ側の端部であって、カムユニットのＦｒ側の低リフトカム１４１の前側端部に対応する位置に、当該低リフトカム１４１の前側端部との干渉を避けるための溝１１３ａを、低リフトカム１４１の前側端部に対応する形状で形成しておく。このように、フロントピース１１３の溝１１３ａ（干渉回避用の溝）を低リフトカム１４１の前側端部に対応する形状とすることにより、図７に示す破線の部分の肉厚を確保することができ、カム荷重に対する強度を担保することができる。

また、以上の実施形態では、エンジン１のＤＯＨＣタイプの動弁系において、吸気バルブ１０のリフト特性を切り替えるカム切替機構について説明しているが、これにも限定されず、排気バルブ１１のリフト特性を切り替えるカム切替機構にも本発明を適用することができる。また、ＤＯＨＣタイプの動弁系にも限定されず、本発明は、例えばＳＯＨＣタイプの動弁系にも適用可能である。

本発明は、カムプロフィールが異なる複数のカムが設けられたカムユニットがカムシャフトに対し軸方向にスライド可能に設けられ、そのカムユニットのスライドにより、カムプロフィールを切り替える構造の可変動弁機構に有効に利用することができる。

１ エンジン
３ 気筒
４ 可変動弁機構（カム切替機構）
４０ カムユニット
４１，４２ カム
４３ 螺旋溝
５０ 電磁ソレノイド
５１ ソレノイドピン
１０ 吸気バルブ（機関バルブ）
１１ 排気バルブ（機関バルブ）
１２ 吸気カムシャフト
１３ フロントピース
１３ａ 溝（干渉回避用）
１３ｂ フロントピースの後側端部

Claims (1)

1. フロントピースが一体的に形成されたカムシャフトを有する多気筒エンジンに搭載される動弁機構であって、前記カムシャフトに対して軸方向にスライド可能に設けられ、カムプロフィールが互いに異なる複数のカムが前記カムシャフトの軸方向に沿って配置されたカムユニットを備え、前記カムユニットのスライドにより、機関バルブの開閉に使用するカムの切り替えを行う可変動弁機構において、
   前記カムシャフトのフロントピースの後側端部には、当該フロントピースに最も近いカムユニットの前側端部との干渉を避けるための溝が形成されており、前記カムユニットが前記フロントピース側にスライドした際に、当該カムユニットの前側端部が前記フロントピースの溝内に入り込むように構成されていることを特徴とする可変動弁機構。

Images