JP4865670B2 - 開弁特性可変型動弁装置 - 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には、駆動源の駆動力を減速して制御部材に伝達する減速機構の他に、制御部材の位置を検出するためのポジションセンサが設けられている（特許文献１参照）。
特開２００７−１６７２６号公報

しかるに、接触式のポジションセンサでは、検出対象に係合する検出部材を初期位置に復帰させるための戻しばねが設けられており、この戻しばねの付勢力でセンサ側の検出部材と検出対象側の部材とが当接状態に保持されることで、両者が連動して検出対象の位置を正確に検出することができる。

しかしながら、ポジションセンサに内蔵された戻しばねに経年変化によるへたり（永久歪み）が生じると、センサ側の検出部材と検出対象側の部材とを当接状態に保持する機能が低下して、ポジションセンサの検出精度が低下することがある。

また、動弁装置の構成部材や、制御部材の運動をポジションセンサに伝達する運動伝達機構の構成部材に生じる機械的なガタも、ばねの付勢力で吸収することができるが、経年変化などによって機械的なガタが大きくなると、ポジションセンサ内のばねの付勢力のみでは十分に対応することができず、ポジションセンサの検出精度が低下することが予測される。

本発明は、このような発明者の知見に基づいて案出されたものであり、その主な目的は、経年変化によりポジションセンサの検出精度が低下することを抑制す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、及びローラリンク２２）と、この制御部材を駆動する駆動源（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（センサ検出用ギア６１〜６３）と、この運動伝達手段を収容するハウジング（４７）とを有し、前記ポジションセンサに、その検出部材（６５）を初期位置に復帰させる第１のばね（１０３）が内蔵されると共に、前記ポジションセンサの検出部材に一端が係合すると共に他端が前記ハウジングに対して固定されて、前記運動伝達手段側のセンサ係合部材（６６）に互いに離反可能に当接する前記ポジションセンサの検出部材を前記センサ係合部材に圧接させる向きに付勢する第２のばね（１０１）が設けられたものとした。

これによると、センサ側の検出部材とハウジングとの間に介装された第２のばねにより、センサに内蔵された第１のばね（戻しばね）のへたりに関係なく、センサ側の検出部材と運動伝達手段側のセンサ係合部材とが当接状態に保持され、しかも、第２のばねによる十分に大きな付勢力が、センサ側の検出部材を介して運動伝達手段側のセンサ係合部材に作用し、さらに運動伝達手段や動弁装置の構成部材に作用することで、これらの構成部材のガタが吸収されることから、経年変化による検出精度の悪化を抑制することができる。

さらに、センサ側の検出部材とハウジングとの間に介装された第２のばねのばね特性を適切に設定することで、センサに内蔵された第１のばねを変更することなく、負荷トルク変動に対応する最適なばね特性を実現することができ、これによりセンサ側の検出部材と運動伝達手段側のセンサ係合部材とを当接状態に確実に保持して、検出精度を高めることができる。

前記開弁特性可変型動弁装置においては、請求項２に示すとおり、前記第２のばねが、ねじりコイルばねであり、そのコイル部（１０１ａ）が、前記運動伝達手段側のセンサ係合部材の周囲を取り囲むように同軸的に設けられた構成とすることができる。

これによると、センサ係合部材とハウジングとの間の隙間に第２のばねを配置することができるため、ハウジングの大型化を避けることができる。しかも、センサ係合部材の外周に配置されることから、大径のねじりコイルばねとなり、大きなばね荷重を得ることができ、また大きな回転角度に対応することができる。

このように本発明によれば、センサ側の検出部材とハウジングとの間に介装された第２のばねにより、センサに内蔵された第１のばね（戻しばね）のへたりに関係なく、センサ側の検出部材と運動伝達手段側のセンサ係合部材とが当接状態に保持され、しかも、第２のばねによる十分に大きな付勢力が、センサ側の検出部材を介して運動伝達手段側のセンサ係合部材に作用し、さらに運動伝達手段や動弁装置の構成部材に作用することで、これらの構成部材のガタが吸収されることから、経年変化による検出精度の悪化を抑制することができる。

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の要部分解斜視図である。図８は、図６に示したばねの作用を説明する模式的な斜視図である。

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の検出部材６５に係合するセンサ係合部材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、検出部材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材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。

ハウジング４７において、ポジションセンサ４３の検出部材６５及びセンサ係合部材６６が収容される空室８６には、ポジションセンサ４３の検出部材６５をセンサ係合部材６６に圧接させる向きに付勢するばね（第２のばね）１０１が設けられている。

このばね１０１は、ねじりコイルばねであり、そのコイル部１０１ａが、センサ係合部材６６の周囲を取り囲むように同軸的に設けられ、その一端１０１ｂがポジションセンサ４３の検出部材６５に係合すると共に、他端１０１ｃがハウジング４７に固定されている。具体的には、検出部材６５に係止孔１０２が軸方向に開設されており、ここにばね１０１の一端１０１ｂが挿入係止される。またハウジング４７に係止孔１０３が軸方向に開設されており、ここにばね１０１の他端１０１ｃが挿入係止される。

センサ係合部材６６には、図７に示すように、軸方向に突出する１対の突起１１１が設けられている。他方、ポジションセンサ４３の検出部材６５は、センサ係合部材６６の突起１１１に対して周方向に当接する１対の当接部１１２を有しており、一方向の回転力により互いに当接状態に保持されて連動回転するが、他方向の回転力が作用すると互いに離反して連動回転しない。

ポジションセンサ４３は、ハウジング４７に対して軸方向に組み付けられ、ポジションセンサ４３の検出部材６５がセンサ係合部材６６の突起１１１と係合可能な位置に進入する。このとき、ばね１０１の一端１０１ｂ及び他端１０１ｃを検出部材６５の係止孔１０２及びハウジング４７の係止孔１０３に挿入すると共に、必要に応じて初期荷重が得られるようにばね１０１を撓ませた状態で組み込む。

ばね１０１は、図８に示すように、検出部材６５を初期位置に復帰させるためにポジションセンサ４３に内蔵された戻しばね（第１のばね）１０３と同一の方向に検出部材６５を付勢する。このため、戻しばね１０３のへたりに関係なく、ばね１０１によりポジションセンサ４３の検出部材６５とセンサ係合部材６６とが当接状態に保持される。

また、ばね１０１による十分に大きな付勢力が、ポジションセンサ４３の検出部材６５を介してセンサ係合部材６６に作用し、さらにこのセンサ係合部材６６に連結されたセンサ検出用の第３ギア６３から、第２ギア６２、第１ギア６１、ギアリンク２１、及びコントロールシャフト２０を経て、ローラリンク２２に至る運動伝達系に作用することから、この運動伝達系のガタが吸収され、運動伝達系のガタによるポジションセンサ４３の検出精度の悪化を避けることができる。

また、主にバルブ２の開閉動作に起因して動弁装置からセンサ係合部材６６に伝達される振動により、ポジションセンサ４３の検出部材６５とセンサ係合部材６６とが接離する現象が発生し、このときの負荷トルク変動に対応するように、ばね１０１及びポジションセンサ４３に内蔵された戻しばね１０３を含めたばね系のばね特性を設定することで、ポジションセンサ４３の検出部材６５とセンサ係合部材６６とを当接状態に確実に保持して、ポジションセンサ４３の検出精度を高めることができる。

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の要部分解斜視図である。 図６に示したばねの作用を説明する模式的な斜視図である。

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（運動伝達手段）
６５ 検出部材
６６ センサ係合部材
８６ 空室
１０１ ばね、１０１ａ コイル部、１０１ｂ 一端、１０１ｃ 他端
１０２・１０３ 係止孔

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と、この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、
   前記ポジションセンサに、その検出部材を初期位置に復帰させる第１のばねが内蔵されると共に、
   前記ポジションセンサの検出部材に一端が係合すると共に他端が前記ハウジングに対して固定されて、前記運動伝達手段側のセンサ係合部材に互いに離反可能に当接する前記ポジションセンサの検出部材を前記センサ係合部材に圧接させる向きに付勢する第２のばね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。
2. 前記第２のばねが、ねじりコイルばねであり、そのコイル部が、前記運動伝達手段側のセンサ係合部材の周囲を取り囲むように同軸的に設けら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。

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