JP4870061B2 - 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

しかしながら、アクチュエータに電動モータを採用した場合には駆動時の発熱が避けられず、この発熱により電動モータの温度が高くなると効率が低下することから、昇温を抑制するための冷却が必要となる。

また、開弁特性可変型動弁装置では、気筒の配列方向に長く延在するシャフトを介して各気筒ごとの動弁機構を連動させる構成となるが、アクチュエータをシリンダベッドの側方に配置したサイド駆動方式では、シャフトの歪みによる影響により、アクチュエータからの距離の違いに応じて、各気筒ごとの動弁機構の動作に大きなずれが生じる問題点があり、これに対して、シリンダベッドの上方で気筒の配列方向の中央部にアクチュエータを配置するセンタ駆動方式とすると、前記の問題点を改善することができる。

しかるに、このセンタ駆動方式では、アクチュエータの高さが、補機類を含めたエンジンの全高に大きな影響を及ぼすため、エンジンの全高に制限がある場合には、取付対象となるプレートに沿う向きの寸法を大きくしてでもアクチュエータの高さを低く抑えたハウジング形状とすることが望ましいが、このようなハウジング形状とすると、取付対象となるプレートが平板状であることと相まって、プレートに対する接触面積が大きくなることから、放熱性が低下し、また内部の温度分布が不均一になるため、熱応力による影響が顕著になるという問題が生じる。

このようなアクチュエータの昇温の問題に対して、水冷式あるいは油冷式の冷却装置を設けることが考えられるが、これは、製造コストを大幅に上昇させる難点があり、またハウジングに放熱フィンを設けることも考えられるが、製造コストが嵩む上に、温度分布の不均一の問題を十分に改善することができない。

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、製造コストを上昇させることなく、アクチュエータの昇温による効率低下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、動弁室（１０）内に設けられて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アクチュエータ（１４）とを有し、このアクチュエータが、駆動源としての電動モータ（４１）と、この電動モータの駆動力を前記制御部材に伝達する動力伝達部材（リンク駆動用ギア５１〜５３）と、前記電動モータ及び前記動力伝達部材を収容するハウジング（４７）とを備え、前記動弁室の上側を覆うように設けられたベースプレート（１３）上に配設され、前記ハウジングが、前記動力伝達部材が収容される部分の下面側に、前記ベースプレートの取付面（１３ａ）に当接する当接面（１０７）を備え、この当接面及び前記ベースプレートの取付面にそれぞれ、前記制御部材（ギアリンク２１）と前記動力伝達部材（リンク駆動用ギア５３）とを連結するための開口（８９・１０１）が開設されると共に、この開口を取り囲むようにシール手段（Ｏリング１０５）が設けられ、前記ハウジングが、前記電動モータが収容される部分の下面側に、前記ベースプレートの取付面に当接する取付部（９４・９５）を備え、この取付部の坐面（９４ａ・９５ａ）側がボス状に突出すると共に、底壁部（１１２）の外面と前記当接面との間に段差が形成されて、前記ベースプレートの取付面と前記底壁部の外面との間に、冷却空気が流通する間隙が画成されるようにしたものとした。特に、請求項２に示すとおり、前記制御部材（ギアリンク２１）が、気筒（５）が配列された横方向の軸周りに回動するように設けられ、前記アクチュエータが、前記電動モータの出力軸（４５）と前記制御部材の回動軸とが平行となるように配置されたものとするとよい。

これによると、アクチュエータのハウジングの側方や上方と共に、ベースプレートの取付面に対向する下方からの放熱も可能になるため、放熱面積が増大し、アクチュエータの昇温を抑制することができる。さらにアクチュエータのハウジングの全周に渡って放熱が行われるため、内部の温度分布を均一化して、熱応力による影響を抑制することができる。そして冷却空気が流通する間隙が画成されるようにハウジングを形成することは、製造工数をさほど増加させるものではないため、製造コストの上昇を抑えることができる。

さらに、シール手段により、アクチュエータのハウジングの内部及び動弁室への異物の侵入を防止することができる。そして、ハウジング及びベースプレートにそれぞれ設けられた開口の周辺部分は互いに当接させることになるが、この部分には動力伝達部材が配置されることから、電動モータの昇温に対する影響は小さい。

このように本発明によれば、アクチュエータのハウジングの側方や上方と共に、ベースプレートの取付面に対向する下方からの放熱も可能になるため、放熱面積が増大し、アクチュエータの昇温を抑制することができる。さらにアクチュエータのハウジングの全周に渡って放熱が行われるため、内部の温度分布を均一化して、熱応力による影響を抑制することができる。そして冷却空気が流通する間隙が画成されるようにハウジングを形成することは、製造工数をさほど増加させるものではないため、製造コストの上昇を抑えることができる。

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の側面図である。図８は、図１に示したアクチュエータの底面側を示す斜視図である。図９は、図１に示したエンジンの上部にヘッドカバーを取り付けた状態を示す斜視図である。

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８８には、リンク駆動用の第１ギア５１及び第２ギア５２が収容されている。第２の分割体８２には、リンク駆動用の第２ギア５２及び第３ギア５３の軸受５７を保持する軸受保持部８６が設けられており、また図６に示すように、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８７が設けられている。

図５に示すように、第１の分割体８１と第２の分割体８２との接合部分には、ベースプレート１３に対向する側に開口８９が開設されており、この開口８９にギアリンク２１が挿入されてリンク駆動用の第３ギア５３に歯合する。またこの開口８９から第２ギア５２が突出している。さらに図６に示すように、開口８９からセンサ検出用の第１ギア６１が突出してギアリンク２１に歯合している。

図７に示すように、アクチュエータ１４が設置されるベースプレート１３には、アクチュエータ１４側から突出したリンク駆動用の第２ギア５２、及び軸受保持部８５・８６を受容すると共に、ギアリンク２１のギア部２５をアクチュエータ１４側のリンク駆動用の第３ギア５３、及びセンサ検出用の第１ギア６１に歯合させるために、開口１０１が開設されている。

アクチュエータ１４のハウジング４７は、ベースプレート１３の開口１０１の周縁部でベースプレート１３と当接しており、ここには開口１０１を取り囲むようにＯリング（シール手段）１０５が設けられている。このＯリング１０５は、ベースプレート１３に形成された溝１０６に装填され、ベースプレート１３に対するハウジング４７の当接面１０７に圧接して、ハウジング４７の内部と動弁室１０とを連通させた状態で密閉する。

またアクチュエータ１４のハウジング４７は、図８に示すように、複数のボルト９１によりベースプレート１３に対して締結固定される。ここでは、第１の分割体８１に、左右に２本ずつのボルト９１が挿通されるボルト挿通孔９２・９３が開設された取付部９４・９５が側方に突出した状態で形成されている。また第２の分割体８２にも、左右に１本ずつのボルト９１が挿通されるボルト挿通孔９６が開設された取付部９７が側方に突出した状態で形成されている。

第１の分割体８１におけるベースプレート１３に対向する側には、凹部１１１が設けられており、この凹部１１１は、取付部９４・９５の締付坐面９４ａ・９５ａ、及びＯリング１０５が配置される当接面１０７を残して、底壁部１１２の外面を上側に後退させた態様で設けられており、取付部９４・９５の締付坐面９４ａ・９５ａ側がボス状に突出すると共に、底壁部１１２の外面と当接面１０７との間に段差が形成されている。

この凹部１１１は、図７に示すように、電動モータ４１が収容される部分に概ね対応するように設けられており、取付部９４・９５の締付坐面９４ａ・９５ａと、Ｏリング１０５が配置される当接面１０７のみが略平板状のベースプレート１３の取付面１３ａに当接し、ベースプレート１３の取付面１３ａと第１の分割体８１の底壁部１１２の外面との間に、冷却空気が流通する間隙が画成され、第１の分割体８１の側方や上方と共に、ベースプレート１３の取付面１３ａに対向する下方からの放熱も可能になるため、放熱面積が増大して、電動モータ４１の昇温による効率低下を抑制することができ、さらに第１の分割体８１の全周に渡って放熱が行われるため、内部の温度分布を均一化して、熱応力による影響を抑制することができる。

このアクチュエータ１４は、図１に示したように、動弁室１０の上側を覆うように配置されたベースプレート１３上に設置され、ここには図９に示すように、動弁室１０を覆うヘッドカバー１３１が配設されるが、このヘッドカバー１３１は、アクチュエータ１４の周囲を取り囲むように設けられ、アクチュエータ１４及びその近傍のベースプレート１３の部分は露出されているため、エンジンルーム内の空気がアクチュエータ１４の周辺を流通し、特にアクチュエータ１４とベースプレート１３との間の間隙にも空気が流通するため、アクチュエータ１４の放熱が促進される。

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側面図である。 図１に示したアクチュエータの底面側を示す斜視図である。 図１に示したエンジンの上部にヘッドカバーを取り付けた状態を示す斜視図である。

符号の説明

２ バルブ
１０ 動弁室
１３ ベースプレート、１３ａ 取付面
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（動力伝達部材）
６１〜６３ センサ検出用ギア
８１〜８３ 分割体
８９ 開口
９１ ボルト
９２・９３・９６ ボルト挿通孔
９４・９５・９７ 取付部
９４ａ・９５ａ 締付坐面
１０１ 開口
１０５ Ｏリング（シール手段）
１０６ 溝
１０７ 当接面
１１１ 凹部
１１２ 底壁部

Claims (2)

1. 動弁室内に設けられて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アクチュエータとを有し、
   このアクチュエータが、駆動源としての電動モータと、この電動モータの駆動力を前記制御部材に伝達する動力伝達部材と、前記電動モータ及び前記動力伝達部材を収容するハウジングとを備え、前記動弁室の上側を覆うように設けられたベースプレート上に配設され、
   前記ハウジングが、前記動力伝達部材が収容される部分の下面側に、前記ベースプレートの取付面に当接する当接面を備え、この当接面及び前記ベースプレートの取付面にそれぞれ、前記制御部材と前記動力伝達部材とを連結するための開口が開設されると共に、この開口を取り囲むようにシール手段が設けられ、
   前記ハウジングが、前記電動モータが収容される部分の下面側に、前記ベースプレートの取付面に当接する取付部を備え、この取付部の坐面側がボス状に突出すると共に、底壁部の外面と前記当接面との間に段差が形成されて、前記ベースプレートの取付面と前記底壁部の外面との間に、冷却空気が流通する間隙が画成されるようにしたことを特徴とする開弁特性可変型動弁装置。
2. 前記制御部材が、気筒が配列された横方向の軸周りに回動するように設けられ、
   前記アクチュエータが、前記電動モータの出力軸と前記制御部材の回動軸とが平行となるように配置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。

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