JP4709196B2 - 開弁特性可変型動弁装置のアクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、運転状態に応じてバルブのリフト量などの開弁特性を変更可能とした開弁特性可変型動弁装置のアクチュエータに関するものである。

近年、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関では、出力及び燃費の向上や有害排出ガス成分の低減等を図るべく、種々の開弁特性可変型動弁装置を搭載したものが増えている。この開弁特性可変型動弁装置としては、運転状況に応じて低速型カムと高速型カムとを切り換えるものが従来より存在するが、近年では過渡特性の更なる向上やスロットルレス化等を実現すべく、開弁特性（バルブリフトやバルブタイミング）を連続的に変化させるものも出現している。

この種の開弁特性可変型動弁装置においては、バルブの開弁特性を変更する制御部材を電動モータなどの駆動源を備えたアクチュエータで駆動するようにしており、このアクチュエータは、動弁装置が収容される動弁室の外側に配置されている（特許文献１参照）。
特開２００７−１６７２６号公報

しかるに、動弁装置が組み上げられた状態で、あるいはメンテナンス時などに、動弁装置の動作状況を確認しながら調整作業を行う際に、アクチュエータによらずに制御部材を動作させたい場合があるが、これには、アクチュエータを取り外すことで露出された動力伝達部材に冶具を係合させて動力伝達部材を動作させる手法が考えられる。

しかしながら、このようにアクチュエータを取り外して行う手法では、アクチュエータの取り外し・取り付けの作業が必要になり、さらに場合によってはアクチュエータ取付面のシール不良を避けるために清掃などの作業が必要になり、作業工数が嵩むという問題がある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、アクチュエータを取り外すことなく、動弁装置の調整作業を簡便に行うことができるように構成された開弁特性可変型動弁装置のアクチュエータを提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明による開弁特性可変型動弁装置においては、請求項１に示すとおり、吸気または排気を行うバルブ（２）の開弁特性を変更する制御部材（コントロールシャフト２０、ギアリンク２１、ローラリンク２２）を駆動する駆動源（電動モータ４１）と、この駆動源の駆動力を前記制御部材に伝達する動力伝達部材（ギア５１〜５３）と、この動力伝達部材及び前記駆動源を収容するハウジング（４７）とを有し、前記動力伝達部材（ギア５１）にメンテナンス用冶具（ギアボックス１０１）を係合させてそのメンテナンス用冶具の操作により前記動力伝達部材を動作させる冶具アクセス部（１０３）が設けられたものとした。

これによると、動力伝達部材に係合させたメンテナンス用冶具を操作することにより制御部材を動作させることができ、このときアクチュエータを取り外す必要がないため、アクチュエータの取り外し・取り付けの作業や、シールのためのアクチュエータ取付面の清掃などの作業が不要となり、動弁装置の調整作業を簡便に実施することができる。

前記開弁特性可変型動弁装置のアクチュエータにおいては、請求項２に示すとおり、前記冶具アクセス部が、前記メンテナンス用冶具を係合させる前記動力伝達部材の収容空間（空室８５）を外部に開放させるように前記ハウジングに設けられた開口部（１１１）と、この開口部を覆う蓋部（１１２）とを有する構成とすることができる。

これによると、常時は開口部を蓋部で閉鎖することで異物の侵入を防ぐことができ、動弁装置の調整時には、蓋部を取り外すだけで、メンテナンス用冶具を動力伝達部材に係合させることができるため、動弁装置の調整作業をより一層簡便に行うことができる。

この場合、メンテナンス用冶具は、手動操作で制御部材を動作させるものが簡便であり、動力伝達部材にレンチなどの工具類を直接係合させる他、動力伝達部材となるギアに歯合するギアを備えたギアボックスとして、そのギアボックスのギアをレンチなどの工具類で、あるいはギアボックスに設けられたハンドルで動作させる構成とすると良い。

また、メンテナンス用冶具は、動力伝達部材を安定して動作させるために、アクチュエータのハウジングに対して固定される構造とすると良く、特にメンテナンス用冶具に、開口部を閉鎖する蓋部と同一の結合構造を設けて、蓋部と取り替えてハウジングに対して固定される構成とすると良い。

このように本発明によれば、動力伝達部材に係合させたメンテナンス用冶具を操作することにより制御部材を動作させることができ、このときアクチュエータを取り外す必要がないため、アクチュエータの取り外し・取り付けの作業や、シールのためのアクチュエータ取付面の清掃などの作業が不要となり、動弁装置の調整作業を簡便に実施することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明によるエンジンの上部を示す斜視図である。図２は、図１に示したエンジンの開弁特性可変型動弁装置を示す斜視図である。図３は、図２に示した開弁特性可変型動弁装置の動作状況を示す縦断面図である。

このエンジンは、図１に示すように、自動車に搭載される直列４気筒エンジンであり、シリンダヘッド１には、各気筒５ごとに２つずつの排気用のバルブ２を備え、このバルブ２を駆動する動弁機構として、カム３を備えたカムシャフト４と、バルブ２及びカム３間に介装されたロッカアーム６と、バルブ２を閉鎖方向に常時付勢するバルブスプリング７とが設けられている。

なお、吸気側にも、各気筒ごとに２つずつの吸気用のバルブ８が設けられると共に、このバルブを駆動する動弁機構として、図示しないが、カムシャフト、ロッカアーム、及びバルブスプリングが設けられている。

カムシャフト４は、カムホルダ１１により回転自在に支持されている。このカムホルダ１１は、動弁室１０を各気筒５ごとに仕切るように設けられており、シリンダヘッド１の上面にボルトにて締結固定される。

このエンジンには、排気用のバルブ２のリフト量を可変制御する開弁特性可変型動弁装置が搭載されている。この開弁特性可変型動弁装置は、動弁室１０の上側を覆うように設けられたベースプレート１３の上面に設置されたアクチュエータ１４と、このアクチュエータ１４により駆動されるリンク機構とを有している。なお、同様の機構による開弁特性可変型動弁装置を吸気用のバルブ８に適用することも可能である。

開弁特性可変型動弁装置のリンク機構は、図２に示すように、横方向に延在するコントロールシャフト（制御部材）２０と、カムホルダ１１に回動可能に支持されると共にコントロールシャフト２０を旋回可能に保持するギアリンク（制御部材）２１と、コントロールシャフト２０に揺動可能に保持されると共に、遊端側をカム３及びロッカアーム６間に介装されたローラリンク（制御部材）２２とを有している。

ローラリンク２２は各気筒ごとに設けられており、ギアリンク２１の回動に伴うコントロールシャフト２０の旋回に応じて連動動作し、これによるローラリンク２２の揺動支点の変位に応じてバルブ２のリフト量を変化させるようになっている。コントロールシャフト２０はリンクホルダ３０を介してカムホルダ１１に旋回可能に支持されている。なお、ギアリンク２１及びローラリンク２２の回動中心線は互いに平行となっている。

ギアリンク２１は、カムホルダ１１に設けられた支軸２３周りに回動するアーム部２４と、このアーム部２４の遊端側から周方向に円弧状に延出されて、アクチュエータ１４側のギアに噛み合うギア部２５とを有しており、アクチュエータ１４の駆動力により回動動作する。またアーム部２４の遊端側には、コントロールシャフト２０を回動可能に保持するシャフトホルダ２６が形成されている。

ローラリンク２２は、コントロールシャフト２０に嵌合して揺動支点となる基部２８と、この基部２８から延出された１対のアーム部２９とを有している。アーム部２９の先端には、カムシャフト４のカム３に転接するローラ３１と、ロッカアーム６のスリッパ面に転接するローラシャフト３２とを有している。

ロッカアーム６は、カムホルダ１１に保持されたロッカシャフト３４に回転自在に支持される基部３５と、この基部３５から延出された１対のアーム部３６とを有しており、この１対のアーム部３６にはそれぞれ、図３に示すように、バルブ２のステムエンド３７を押圧するチップ部３８と、その位置を調整するアジャストスクリュ３９とが設けられている。

このように構成された開弁特性可変型動弁装置においては、ギアリンク２１が、支軸２３（図２参照）を中心にして回動するのに伴ってローラリンク２２の揺動支点となるコントロールシャフト２０が変位することでバルブ２のリフト量が変化し、ギアリンク２１の回動角度位置（リンク角）に応じて、バルブ２のリフト量を無段階に調整することができる。

アイドル運転時等にバルブリフトを低減させる場合には、ギアリンク２１を図３（Ａ）に示す最小リフト位置（例えばリンク角＝０度）とし、この場合、ローラリンク２２の揺動支点となるコントロールシャフト２０が、ロッカアーム６の上方に位置し、カム３によってローラ３１が押し下げられても、矢印で示すようにローラシャフト３２がスリッパ面３３に沿って転動することで、ロッカアーム６の揺動量（すなわち、バルブ２のリフト量）が小さくなる。

一方、高負荷運転時等にバルブリフトを増大させる場合には、ギアリンク２１を図３（Ｂ）に示す最大リフト位置（例えばリンク角＝６０度）とし、この場合、ローラリンク２２の揺動支点となるコントロールシャフト２０が、ロッカアーム６の側方に位置し、カム３によってローラ３１が押し下げられると、スリッパ面３３に沿ったローラシャフト３２の転動が殆ど起こらないことから、バルブ２のリフト量が大きくなる。

図４は、図１に示したアクチュエータの要部断面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線で切断した断面図である。図６は、図４のVI−VI線で切断した断面図である。図７は、図１に示したアクチュエータ及びギアボックスを示す斜視図である。図８は、図７に示したギアボックスをアクチュエータに取り付けた状態の断面図である。

アクチュエータ１４は、図４に示すように、ギアリンク２１を駆動する電動モータ（駆動源）４１と、この電動モータ４１の運動をギアリンク２１に伝達するリンク駆動用ギア機構４２と、ギアリンク２１の角度位置（リンク角）を検出するポジションセンサ４３（図１参照）と、ギアリンク２１の運動をポジションセンサ４３に伝達するセンサ検出用ギア機構４４とを有している。

電動モータ４１は、ブラシレスモータであり、エンジンＥＣＵにおいて、運転者によるスロットルペダルの踏込量や冷却水温等、種々の運転情報に基づいて設定されたバルブ２の目標リフト量、すなわちギアリンク２１の回動角度位置（リンク角）にポジションセンサ４３の検出位置が一致するように電動モータ４１の駆動電流が制御される。

リンク駆動用ギア機構４２は、図５に示すように、電動モータ４１の出力軸４５に設けられた第１ギア５１と、この第１ギア５１に歯合する第２ギア５２と、この第２ギア５２に同軸的且つ相対回転不能に設けられた第３ギア５３とを有しており、この第３ギア５３がギアリンク２１に歯合することで、電動モータ４１の駆動力が２段階に減速されてギアリンク２１に伝達される。

リンク駆動用の第２ギア５２及び第３ギア５３は、シャフト５５で連結されており、このシャフト５５は、軸受５６・５７を介してハウジング４７に支持されている。

図６に示すように、センサ検出用ギア機構４４は、ギアリンク２１に歯合する第１ギア６１と、この第１ギア６１に同軸的且つ相対回転不能に設けられた第２ギア６２と、この第２ギア６２に歯合する第３ギア６３とを有しており、この第３ギア６３と一体的に、ポジションセンサ４３の検出部６５に係合するセンサ係合部６６が回転することで、ポジションセンサ４３によりギアリンク２１の角度位置（リンク角）が検出される。

ポジションセンサ４３は、いわゆるホールセンサであり、ハウジング内に、検出部６５の回転を検出するためのホール素子、永久磁石、及び制御基板などが収容されている。

センサ検出用の第１ギア６１及び第２ギア６２は、シャフト６８で連結されており、このシャフト５５は、軸受６９を介してハウジング４７に支持されている。センサ検出用の第３ギア６３はシャフト７１の一端側に連結され、シャフト７１の他端側にはセンサ係合部６６が連結されており、このシャフト７１は、軸受７２を介してハウジング４７に支持されている。

このアクチュエータ１４のハウジング４７は、図７に示すように、ギア５１〜５３・６１〜６３の軸線方向に分割された第１・第２・第３の３つの分割体８１・８２・８３で構成されている。各分割体８１・８２・８３は、アルミニウム合金などの金属材料の鋳造により製作される。

第１の分割体８１には、図５に示すように、電動モータ４１が収容され、第１の分割体８１と第２の分割体８２との間に画成される空室８５には、リンク駆動用の第１ギア５１及び第２ギア５２が収容される。

ハウジング４７の上部には、図７に示すように、内部のリンク駆動用の第１ギア（動力伝達部材）５１に対して、外部からギアボックス（メンテナンス用冶具）１０１のギア１０２を係合させる冶具アクセス部１０３が設けられている。

ギアボックス１０１のギア１０２には、ケーシング１０５に回転可能に支持されたシャフト１０６が連結され、このシャフト１０６の端部には、工具（４角レンチなど）１０７が係合可能な孔１０８が形成されており、この孔１０８に工具１０７を係合させて回動操作することでギア１０２を回転させることができる。

冶具アクセス部１０３には、図５に示すように、リンク駆動用の第１ギア５１が収容される空室（収容空間）８５を外部に開放させる開口部１１１と、この開口部１１１を覆う蓋部１１２とが設けられており、図８に示すように、蓋部１１２を取り外した状態で、ギアボックス１０１のギア１０２を開口部１１１から挿入することでリンク駆動用の第１ギア５１に歯合させることができる。

また図７に示すように、ギアボックス１０１のケーシング１０５には、アクチュエータ１４のハウジング４７に対して固定するために、ねじ１１３による蓋部１１２と同一の締結構造をなす取付部１１５が設けられており、蓋部１１２と取り替えてギアボックス１０１をハウジング４７に取り付けることができるようになっている。

この冶具アクセス部１０３においては、常時は、蓋部１１２が取り付けられて開口部１１１が蓋部１１２で閉鎖されており、動弁装置の調整時には、蓋部１１２を取り外してギアボックス１０１を取り付け、ねじ１１３によりギアボックス１０１をアクチュエータ１４に固定した上で、工具１０７をギアボックス１０１の孔１０８に係合させて回動操作することで、ギアリンク２１を手動で動作させることができる。

図９は、本発明によるアクチュエータの別の例を示す側面図である。このアクチュエータ１２１では、ハウジング１２２内に収容された電動モータ４１の回転軸（動力伝達部材）１２３を、電動モータ４１の駆動力をギアリンク２１に伝達するリンク駆動用ギア機構と相反する側の端部から突出させた冶具アクセス部１２４が設けられている。

この冶具アクセス部１２４においては、回転軸１２３の端部に工具１２５が係合可能な係合部１２６が設けられ、常時は、ハウジング１２２に対して脱着可能なカバー１２７により係合部１２６が覆われており、動弁装置の調整時には、カバー１２７を取り外した上で、係合部１２６に工具１２５を係合させて回動操作することで電動モータ４１の回転軸１２３を回転させることができ、これによりギアリンク２１を手動で動作させることができる。

本発明によるエンジンの上部を示す斜視図である。 図１に示したエンジンの開弁特性可変型動弁装置を示す斜視図である。 図２に示した開弁特性可変型動弁装置の動作状況を示す縦断面図である。 図１に示したアクチュエータの要部断面図である。 図４のＶ−Ｖ線で切断した断面図である。 図４のVI−VI線で切断した断面図である。 図１に示したアクチュエータ及びギアボックスを示す斜視図である。 図７に示したギアボックスをアクチュエータに取り付けた状態の断面図である。 本発明によるアクチュエータの別の例を示す側面図である。

符号の説明

２ バルブ
１４ アクチュエータ
２０ コントロールシャフト（制御部材）
２１ ギアリンク（制御部材）
２２ ローラリンク（制御部材）
４１ 電動モータ（駆動源）
４２ リンク駆動用ギア機構
４７ ハウジング
５１〜５３ リンク駆動用ギア（動力伝達部材）
８５ 空室（収容空間）
１０１ ギアボックス（メンテナンス用冶具）
１０２ ギア
１０３ 冶具アクセス部
１０５ ケーシング
１０６ シャフト
１０７ 工具
１０８ 孔
１１１ 開口部
１１２ 蓋部

Claims (2)

1. 吸気または排気を行うバルブの開弁特性を変更する制御部材を駆動する駆動源と、この駆動源の駆動力を前記制御部材に伝達する動力伝達部材と、この動力伝達部材及び前記駆動源を収容するハウジングとを有し、
   前記動力伝達部材にメンテナンス用冶具を係合させてそのメンテナンス用冶具の操作により前記動力伝達部材を動作させる冶具アクセス部が設けられたことを特徴とする開弁特性可変型動弁装置のアクチュエータ。
2. 前記冶具アクセス部が、前記メンテナンス用冶具を係合させる前記動力伝達部材の収容空間を外部に開放させるように前記ハウジングに設けられた開口部と、この開口部を覆う蓋部とを有することを特徴とする請求項１に記載の開弁特性可変型動弁装置のアクチュエータ。

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