JP4786625B2 - 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油圧機構や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には、駆動源の出力軸や、その駆動力を減速して制御部材に伝達するギア機構の支持軸が設けられており、これらの軸の支持には、耐久信頼性を確保するために玉軸受やニードル軸受などの軸受が採用されている（特許文献１・２参照）。
特開２０００−５４８１５号公報 特開２００７−１６７２６号公報

しかるに、アクチュエータの内部に設けられる軸受には、所要の耐久信頼性の確保のために相応のサイズのものが必要になるが、アクチュエータの小型化及び軽量化を図るために、２つの軸の軸間距離を短縮しようとすると、一方の軸を支持する軸受を保持するためにハウジングに形成された軸受保持部と、他方の軸に支持されたギアなどの運動伝達部材やその軸受を保持する軸受保持部との干渉が発生して、アクチュエータの小型化が制限されるという不都合があった。

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、一方の軸の軸受を保持するためにハウジングに形成された軸受保持部が他方の軸に支持された運動伝達部材などと干渉することなく、２つの軸の軸間距離を短縮して小型化及び軽量化を図る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のアクチュエータにおいては、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、前記制御部材の位置を検出するポジションセンサ（４３）と、前記駆動源の運動を前記制御部材に伝達すると共に前記制御部材の運動を前記ポジションセンサに伝達する運動伝達手段と、この運動伝達手段を収容するハウジング（４７）とを有し、前記運動伝達手段が、互いに歯合する２つのギア（第２ギア６２、第３ギア６３）を有し、この２つのギアの各軸受（６９・７２）を保持するべく前記ハウジングに設けられた２つの軸受保持部（８９・８７）が２つの前記ギアに対して同じ側に配置され、一方の前記ギア（第２ギア６２）の前記軸受保持部（８９）に、前記軸受の外輪の外周面側を一部開放させた断面形状の軸受収容凹部（９３）が形成され、この軸受収容凹部を一部開放させない場合に、一方の前記ギアの前記軸受保持部（８９）が、他方の前記ギア（第３ギア６３）またはその前記軸受保持部（８７）と相互に重なる位置となるように、２つの前記ギアの軸間距離が設定されたものとした。

これによると、一方のギアの軸受保持部が軸受の外周面側を一部開放させた断面形状に形成される、すなわち軸受の全周を取り囲む軸受保持部の一部を切り欠いた態様の断面形状となることから、他方のギアまたはその軸受保持部との干渉を避けることができるため、２つのギアの軸間距離を短縮して、アクチュエータの小型化及び軽量化を図ることができる。

この場合、軸に支持されたギアなどの運動伝達部材の両側に軸受が配置された構成の他、片側にのみ軸受が配置されて軸が片持ちで支持される構成でも、運動伝達部材に対して各々の軸受保持部が同じ側に配置された場合には、軸受保持部の干渉が発生するため、このような配置の場合に本発明が有効である。

また、軸方向の圧入により軸受をハウジングに固定する構成では、軸受の外輪がハウジングに適切に保持固定されるように、軸受収容凹部の径方向幅に対して開放部が幅狭な略Ｃ字形状断面に形成すると良い。

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、一方の前記ギア（第２ギア６２）が小径に、他方の前記ギア（第３ギア６３）が大径に形成され、前記ハウジングの中心部に他方の前記ギア及びその前記軸受保持部（８７）を収容する空室（８８）が画成されると共に、前記ハウジングの外周側に一方の前記ギアの前記軸受保持部（８９）が形成され、この一方のギアの軸受保持部に、前記空室に面する側を開放させた態様で前記軸受収容凹部が形成された構成とすることができる。

これによると、一方のギアの軸受保持部と他方のギア及びその軸受保持部との干渉を避けることができ、また組み付け時に空室に収容される他方のギアが一方のギアの軸受保持部に接触して組み付けができなくなる不都合を避けることができる。

このように本発明によれば、一方のギアの軸受保持部が軸受の外周面側を一部開放させた断面形状に形成されているため、他方のギアまたはその軸受保持部との干渉を避けることができることから、２つのギアの軸間距離を短縮して、アクチュエータの小型化及び軽量化を図ることができる。

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装置として、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１４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１４の分解斜視図である。図８は、図７に示した軸受を示す断面図である。

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６８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と第２の分割体８２とはボルト１０１にて締結され、第２の分割体８２と第３の分割体８３とはボルト１０２にて締結される。

第１の分割体８１には、図５に示すように、電動モータ４１が収容されると共に、リンク駆動用の第２ギア５２及び第３ギア５３の軸受５６を保持する軸受保持部８５が設けられている。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９２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。

第３の分割体８３には、図６に示すように、ポジションセンサ４３側に円形断面をなす空室８６が画成され、この空室８６には、ポジションセンサ４３の検出部６５、及びこれに係合するセンサ係合部６６が収容される。ポジションセンサ４３と相反する側には、センサ検出用の第３ギア６３の軸受７２の外輪を保持する軸受保持部８７が設けられている。

第２の分割体８２には、内部に円形断面をなす空室８８が画成され、この空室８８には、第３の分割体８３に保持されたセンサ検出用の第３ギア６３及びその軸受７２と、軸受保持部８７とが収容される。

第２の分割体８２の外周側には、図７に示すように、リンク駆動用の第２ギア５２及び第３ギア５３の軸受５７の外輪を保持する軸受保持部９０が設けられている。この軸受保持部９０には軸受収容孔９４が形成されており、ここに軸受５７を軸方向に圧入することで軸受５７が第２の分割体８２に対して固定される。

さらに第２の分割体８２の外周側には、センサ検出用の第１ギア６１及び第２ギア６２の軸受６９を保持する軸受保持部８９が設けられており、この軸受保持部８９には軸受収容凹部９３が形成されており、ここに軸受６９を軸方向に圧入することで軸受６９が第２の分割体８２に対して固定される。この軸受収容凹部９３は、軸受６９の外輪の外周面側を一部開放させた略Ｃ字形状断面に形成され、軸受６９の外輪の空室８６に面した側が一部露出される。

軸受６９は、図８に示すように、外輪１１１と内輪１１２との間に複数の転動体（玉やころ）１１３を介装した転がり軸受であり、軸受収容凹部９３に軸受６９を圧入した状態で、軸受６９の外輪１１１が軸受保持部８９に適切に保持固定されるように、軸受収容凹部９３の直径に対して開放部１１５が幅狭となっており、この開放部１１５の幅は、
外輪１１１の剛性や転動体１１３の個数に応じて適宜に設定すれば良い。なお、軸受６９では、図示しない保持器により転動体１１３の間隔が均一に保持されている。

図６に示すように、第１・第２のギア６１・６２の軸受保持部８９と第３ギア６３の軸受保持部８７とは、組み付け状態で、ギア６１〜６３に対して同じ側に配置されているため、第１・第２のギア６１・６２と第３ギア６３との軸間距離Ｌを短縮すると、各々の軸受保持部８９・８７が相互に干渉し、また組み付け時に空室８８に収容される第３ギア６３が第１・第２のギア６１・６２の軸受保持部８９に接触して組み付けができなくなるが、軸受保持部８９が略Ｃ字形状断面をなすため、第３ギア６３の軸受保持部８７との干渉を避けて、第１・第２のギア６１・６２と第３ギア６３との軸間距離Ｌを短縮することができる。

なお、前記の例では、センサ検出用のギア６１・６２の軸受６９を保持する軸受保持部８９を略Ｃ字形状断面に形成したが、このようなセンサ検出用のギアではなく、リンク駆動用のギアの軸受を保持する軸受保持部を略Ｃ字形状断面に形成して、リンク駆動用のギア相互の軸間距離を短縮する構成も可能である。

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の分解斜視図である。 図７に示した軸受を示す断面図である。

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
４３ ポジションセンサ
４４ センサ検出用ギア機構
４７ ハウジング
５１〜５３ リンク駆動用ギア
６１〜６３ センサ検出用ギア
６５ 検出部
６６ センサ係合部
６８ シャフト
６９ 軸受
７１ シャフト
７２ 軸受
８１〜８３ 分割体
８７ 軸受保持部
８８ 空室
８９ 軸受保持部
９３ 軸受収容凹部

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、前記制御部材の位置を検出するポジションセンサと、前記駆動源の運動を前記制御部材に伝達すると共に前記制御部材の運動を前記ポジションセンサに伝達する運動伝達手段と、この運動伝達手段を収容するハウジングとを有し、
   前記運動伝達手段が、互いに歯合する２つのギアを有し、この２つのギアの各軸受を保持するべく前記ハウジングに設けられた２つの軸受保持部が２つの前記ギアに対して同じ側に配置され、一方の前記ギアの前記軸受保持部に、前記軸受の外輪の外周面側を一部開放させた断面形状の軸受収容凹部が形成され、この軸受収容凹部を一部開放させない場合に、一方の前記ギアの前記軸受保持部が、他方の前記ギアまたはその前記軸受保持部と相互に重なる位置となるように、２つの前記ギアの軸間距離が設定さ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. 一方の前記ギアが小径に、他方の前記ギアが大径に形成され、前記ハウジングの中心部に他方の前記ギア及びその前記軸受保持部を収容する空室が画成されると共に、前記ハウジングの外周側に一方の前記ギアの前記軸受保持部が形成され、この一方のギアの軸受保持部に、前記空室に面する側を開放させた態様で前記軸受収容凹部が形成された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。

Images