WO2011065326A1 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

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WO2011065326A1
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cam
shaft
phase
internal combustion
combustion engine
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大輔 吉賀
村田　真一
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三菱自動車工業株式会社
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    • F01L2001/3445—Details relating to the hydraulic means for changing the angular relationship
    • F01L2001/34483—Phaser return springs

Definitions

  • the present invention relates to a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine in which the phase of one cam of a pair of cams driving a pair of intake valves or a pair of exhaust valves is changed with respect to the other cam by a cam phase changing mechanism.
  • variable valve gear In a reciprocating engine (internal combustion engine) mounted on an automobile, a variable valve gear is being mounted on a cylinder head in order to prevent engine exhaust gas and improve pumping loss.
  • the variable valve operating system has a structure in which a phase between the valves of a multi-valve (a pair of intake valves and a pair of exhaust valves) widely used in an engine is varied to change a period during which the multi-valve is open. .
  • a device that varies the phase of the other cam with respect to one cam has been proposed.
  • variable valve operating device is difficult to realize with a camshaft in which a cam is integrally formed with a normal shaft member.
  • the variable valve device uses a camshaft having an assembly cam structure in which a separate cam member (component) is rotatably assembled to the shaft member, thereby realizing a variable phase between the valves.
  • the first cam on the reference side is fixed on the outside of the shaft member driven by the crank output in accordance with the arrangement of the pair of intake valves or the pair of exhaust valves.
  • a second cam having the same cam width on the pair of movable sides is fitted so as to be displaceable in the circumferential direction, and the phase of the second cam is changed with reference to the phase of the first cam by a cam phase changing mechanism such as a movable vane mechanism.
  • a cam phase changing mechanism such as a movable vane mechanism.
  • the cam displacement of the first cam and the second cam is transmitted to each valve via a follower member of a tappet member (or a rocker member or the like), and a pair of intake valves or a pair of exhaust valves
  • the open period of is greatly changed.
  • the first cam and the second cam are substantially at the same valve lift and timing.
  • misalignment does not increase because the valve lift load acts equally on the cam journal width.
  • the valve lift load acts on the time difference between before and after in the cam journal width direction, resulting in misalignment.
  • the cam surfaces of the first cam and the second cam have a reduced contact area with the cam contact portion of the tappet or the rocker, resulting in a high load, and a good lubrication state cannot be maintained. It becomes a factor of wear.
  • the second cam used in the variable valve operating device is rotatable in the circumferential direction of the shaft member, unlike the structure formed integrally with the normal shaft member or the first cam fixed to the shaft member. For this reason, there is a minute clearance necessary to rotate the shaft member. Since this clearance promotes misalignment of the second cam, it causes a further increase in friction with the cam contact portions of the tappet and the rocker and causes uneven wear. In addition, the misalignment causes instability of the clearance, the offset load acting on the sliding surface of the second cam and the shaft member also increases, and the responsiveness is deteriorated due to the increased friction and wear of the part is also generated.
  • variable valve operating apparatus has a problem in that the variable performance varies when this occurs. From this, it is conceivable to employ misalignment processing, improve assembly accuracy, and use wear-resistant materials and surface treatment that can withstand misalignment, but both are expensive and require alternative technologies. .
  • An object of the present invention is to provide a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine that has a simple structure and can increase the resistance against misalignment of a movable cam that varies the phase.
  • a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine varies a phase between a pair of intake valves provided for one cylinder or a phase between a pair of exhaust valves.
  • a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine comprising: a shaft member driven by a crank output of the internal combustion engine; and one of the pair of intake valves or one of the pair of exhaust valves provided outside the shaft member
  • a first cam having a cam surface for driving; a second cam having a cam surface for driving the other of the intake valve or the other of the exhaust valve, which is provided on the outer side of the shaft member so as to be displaceable in the circumferential direction;
  • a cam phase changing mechanism that changes the phase of the second cam with respect to the first cam, and the cam surface of the second cam has a cam width dimension larger than the cam width of the cam surface of the first cam. Characterized in that in consists formed.
  • the shaft member is configured such that an inner cam shaft is rotatably accommodated in an outer cam shaft formed of a pipe member.
  • a cam is provided on an outer peripheral portion of the outer cam shaft, and the second cam is provided so as to be rotatable around an axis of the outer cam shaft, and the relative displacement between the outer cam shaft and the inner cam shaft is provided.
  • the phase of the second cam is variable with respect to the first cam.
  • a variable valve operating apparatus for an internal combustion engine is the variable valve operating apparatus according to the first or second aspect, wherein the first cam is larger than a cam width of a camshaft including a cam integrated with a shaft member applied in the same type of internal combustion engine. It is characterized by being formed with a large cam width.
  • variable valve operating apparatus for an internal combustion engine of claim 1 the contact area with the cam contact portion of the tappet or the rocker due to misalignment of the cam surfaces of the first cam and the second cam is maintained, and a good lubricating state is maintained.
  • the increase in friction and uneven wear of the contact portion is suppressed, and the maximum value of the uneven load acting on the sliding surfaces of the second cam and the shaft member due to misalignment is reduced. Therefore, with a simple structure, it is possible to increase the tolerance against misalignment of the cam that performs phase change.
  • variable valve operating apparatus for an internal combustion engine since the outer cam shaft is formed by a pipe member having low bending rigidity, the outer cam is changed from the second cam using the second cam having a large cam width. The force applied to the shaft can be dispersed.
  • the first cam and the second cam have optimum cam widths, can effectively cope with misalignment associated with variable splitting, and deteriorate responsiveness due to increased friction. And uneven wear can be effectively suppressed.
  • FIG. 1 is a plan view of an internal combustion engine equipped with a variable valve gear according to a first embodiment of the present invention.
  • Sectional drawing of the variable valve apparatus which follows the II line
  • Sectional drawing which shows the cam shaft in which the cam was integrally formed.
  • the disassembled perspective view which shows the structure of each part of a variable valve apparatus.
  • the diagram which shows the variable characteristic of a variable valve apparatus.
  • the top view which shows the principal part of the 2nd Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 shows a plan view of an internal combustion engine, for example, a multi-cylinder reciprocating engine (hereinafter simply referred to as an engine), and FIG. 2 shows a cross section taken along line II in FIG.
  • the cylinder block 2 is a cylinder head mounted on the head of the cylinder block 1.
  • the cylinder block 1 is formed with a plurality of cylinders 3 (only some cylinders are shown) along the longitudinal direction of the engine as shown in FIGS.
  • pistons 4 separated from a crankshaft (not shown) via connecting rods (not shown) are housed so as to be able to reciprocate.
  • a combustion chamber 5 is formed on the lower surface of the cylinder head 2 corresponding to each cylinder 3.
  • Each combustion chamber 5 has a pair of intake ports 7 (two) for performing intake and a pair of exhaust ports (not shown) for performing exhaust.
  • Each intake port 7 is provided with a pair of intake valves 10 (two) each having a bottomed cylindrical tappet 9 (driven member) attached to the stem end.
  • a spherical crowning (cam contact surface) formed on the top surface 9 a of each tappet 9 faces the upper portion of the cylinder head 2.
  • Each exhaust port (not shown) is similarly provided with a pair of exhaust valves (both not shown) with tappets.
  • the valve base end faces the upper part of the cylinder head 2.
  • the intake port 7 and the exhaust port (not shown) are opened and closed by the intake valve 10 and the exhaust valve (not shown).
  • each combustion chamber 5 is provided with a spark plug (not shown).
  • an intake side valve operating device 6a driven by a crankshaft shaft output
  • an exhaust side valve operating device 6b 4 cycles of intake stroke, compression stroke, expansion stroke, and exhaust stroke) are repeated.
  • the exhaust-side valve gear 6b has a structure using a normal camshaft 13 shown in FIG. 3, for example. Specifically, a camshaft formed integrally with an exhaust cam, specifically, a camshaft 13 formed by machining the exhaust cams 12 for a plurality of cylinders together with a shaft 13a (shaft member) is used.
  • the camshaft 13 is assembled so as to be rotatable in the direction in which the cylinders 3 are arranged, and the cam surface of each exhaust cam 12 is brought into contact with the crowning (not shown) of the top surface of the tappet. Thus, the cam displacement of each exhaust cam 12 is transmitted to an exhaust valve (not shown).
  • the intake-side valve gear 6a includes a camshaft constituted by assembling separate parts as shown in FIG. It is used.
  • the camshaft 14 is used to form a split type variable valve operating device 15 as shown in FIG.
  • the shaft member of the camshaft 14 is, for example, an inner camshaft 17b formed of a solid shaft member serving as a control member in an outer camshaft 17a formed of a pipe member as shown in FIGS. Is formed by a double shaft 17 (corresponding to the shaft member of the present application).
  • the double shaft 17 is also arranged along the direction in which the cylinders 3 are arranged, like the camshaft 13 on the exhaust side.
  • One end portion (one side) of the double shaft 17, that is, one end portion of the outer cam shaft 17 a is connected to one end of the cylinder head 2 via a bracket 37 attached to the end of the outer cam shaft 17 a. It is rotatably supported by a bearing portion 18a installed at the end (one side).
  • the intermediate portion of the outer cam shaft 17a is rotatably supported by an intermediate bearing portion 18b installed between the tappets 9,9.
  • both shafts 17a and 17b can rotate around the same axis.
  • the outer camshaft 17a and the inner camshaft 17b can be relatively displaced by a clearance.
  • the outer cam shaft 17a is provided with a pair (two) of intake cams 19 corresponding to the pair of intake valves 10 for each cylinder.
  • Each of the intake cams 19 is a combination of a fixed cam 20 (corresponding to the first cam of the present application) that defines a reference phase and a cam lobe 22 (movable cam, corresponding to the second cam of the present application) on the movable side.
  • the fixed cam 20 serving as the reference side is provided on an outer peripheral portion corresponding to a tappet on one side of the outer cam shaft 17a, for example, the tappet 9 on the left side in the drawing.
  • the fixed cam 20 is formed of a plate cam, and is fixed by being fitted to the outside of the outer cam shaft 17a, specifically, fixed by press-fitting.
  • the cam surface 20a formed on the outer peripheral surface of the fixed cam 20 abuts on the crowned top portion 9a of the left tappet 9, and the cam displacement of the fixed cam 20 is transmitted to the left intake valve 10b.
  • the cam lobe 22 has a cam nose 22a formed of a plate cam.
  • a portion for ensuring stability, that is, a hollow boss portion 22b is combined with the cam nose portion 22a to constitute the entire cam lobe.
  • the cam crest portion 22a and the boss portion 22b are fitted on the outer side of the outer cam shaft 17a so as to be freely rotatable (displaceable) in the circumferential direction, and the cam crest portion 22a is disposed immediately above the remaining right tappet 9.
  • a cam surface 22c formed on the outer peripheral surface of the cam peak portion 22a abuts on the crowned top portion 9a of the right tappet 9, and the cam displacement of the cam peak portion 22a is transmitted to the right intake valve 10a.
  • the boss portion 22b and the inner camshaft 17b are connected while allowing relative displacement of the inner and outer shafts 17a and 17b by a connecting member, for example, a press-fit pin 24 that is press-fitted so as to penetrate the diameter direction of the double shaft 17. ing.
  • a connecting member for example, a press-fit pin 24 that is press-fitted so as to penetrate the diameter direction of the double shaft 17.
  • the cam crest 22 a (cam lobe 22) can be displaced relative to the fixed cam 20. That is, as shown in FIG. 4, a hole for allowing the press-fit pin 24 to escape, for example, a pair of long holes 26 extending in the retarding direction, is formed in the peripheral wall portion of the outer cam shaft 17 a through which the press-fit pin 24 passes.
  • the inner cam shaft 17b can be displaced relative to the outer cam shaft 17a.
  • the cam crest portion 22a can be varied from the phase of the reference fixed cam 20 to a phase that is greatly retarded.
  • 14a indicates a press-fitting hole formed in the inner cam shaft 17b
  • 14b indicates a press-fitting hole formed in the peripheral wall portion of the boss portion 22b.
  • a cam phase changing mechanism 25 for relatively displacing the inner and outer shafts 17a and 17b is attached to one end of the double shaft 17 so that the cam phase of the cam lobe 22 can be changed based on the fixed cam 20.
  • the apparatus 15 is comprised.
  • the cam phase changing mechanism 25 includes a plurality of retarding chambers 30 radially extending from the outer peripheral portion of the shaft portion 32 in a cylindrical housing 31 having a circumferential direction.
  • a rotating vane structure is used in which the vane portion 34 from which the vane 33 protrudes is rotatably housed and the interior of each retarded angle chamber 30 is partitioned by each vane 33.
  • a timing sprocket 39 is provided on the outer peripheral portion of the housing 31.
  • the sprocket 39 is connected to a crankshaft (not shown) through a timing chain 40 together with a timing sprocket 13a attached to the end of the camshaft 13 on the exhaust side.
  • the housing 31 is connected to a bracket 37 (shown in FIG. 2) at the end of the outer cam shaft 17a by a fixing bolt 36, and the shaft portion 32 of the remaining vane portion 34 is connected to the shaft end of the inner cam shaft 17b by a fixing bolt 38.
  • the cam phase of the cam peak portion 22a is determined by the urging force of a return spring member 42 (shown only in FIG. 2) provided so as to pass between the housing 31 and the vane portion 34. Aligned to 20 cam phases.
  • Each retard chamber 30 is provided with an oil control valve 44 (hereinafter referred to as OCV 44) through various oil passages 43 (only part of which are shown in FIG. 2) formed in the housing 31, the bracket 37, and the bearing portion 18a.
  • the hydraulic pressure supply unit 45 is connected to a hydraulic pressure supply unit 45 (for example, a device having an oil pump for supplying oil). That is, in the camshaft 14 on the intake side, when oil is supplied into each retarding angle chamber 30, splitting is performed such that the cam peak portion 22a is displaced from the fixed cam 20 in the retarding direction.
  • the shaft output from the crankshaft is transmitted to the outer shaft 17 a via the timing chain 40, the timing sprocket 39, the housing 31, and the bracket 37, and the fixed cam 20 is driven to rotate, and the left side via the tappet 9.
  • the intake valve 10b is opened and closed.
  • the cam crest portion 22 a is coupled with the urging force of the return spring member 42 as shown in FIG. Since the cam phase of the fixed cam 20 is aligned as in the state A, the right intake valve 10a is opened and closed while maintaining the same phase as that of the left fixed cam 20.
  • the vane 33 When the hydraulic pressure of the hydraulic pressure supply unit 45 is supplied into the retard chamber 30 through the OCV 44, the vane 33 is displaced from the initial position to the retard side in the retard chamber 30 according to the hydraulic pressure output. At this time, for example, when the vane 33 is displaced halfway in the retard chamber 30 by hydraulic pressure output control, the inner cam shaft 17b is displaced in the retard direction to the midway position. The displacement at this time is transmitted to the cam lobe 22 through the press-fit pin 24, and the cam peak portion 22a is displaced in the retarding direction. Then, as shown in the state B in FIG. 5, the open / close timing of the left intake valve 10b as a reference remains unchanged, and only the open / close timing of the right intake valve 10a changes.
  • the right intake valve 10a is opened / closed according to the cam profile of the cam peak portion 22a from the middle of the opening / closing period of the left intake valve 10b.
  • the opening and closing timing of the left intake valve 10b remains unchanged as shown in the state C in FIG. 5, and the right intake valve 10a is left unchanged. Opens and closes at the most retarded time from the left intake valve 10b while maintaining a state in which the left intake valve 10b opens and closes. That is, the valve opening periods of the left and right intake valves 10 are varied within the range from the smallest valve opening period ⁇ to the largest valve opening period ⁇ (split variable) according to the state of the engine.
  • the variable valve operating device 15 that causes the cam lobe 22 to be phased with respect to the fixed cam 20 has a problem peculiar to the device 15 because the cam lobe 22 is rotatable. That is, unlike the fixed cam 20, the cam lobe 22 assembled to the double shaft 17 is required to be able to rotate the outer peripheral surface of the outer cam shaft 17a. Therefore, the cam lobe 22 is provided between the cam lobe 22 and the outer cam shaft 17a. There is a small clearance necessary to rotate. Moreover, since the clearance includes the component tolerance of the cam lobe 22 and the outer cam shaft 17a and the assembly tolerance when assembling both components, the cam crest 22a is easily displaced over a wide range, and the posture of the cam surface 22c is likely to vary ( Not constant). That is, as shown in FIG. 6A, the cam surface 22c is likely to be misaligned with respect to the center of the cam shaft.
  • the valve lift load works with a time lag, resulting in misalignment. That is, in a general cam shaft in which the cam is integrally fixed to the shaft, when the cam journal is provided between the first cam at the fixed cam position and the second cam at the cam lobe position, the first cam and the second cam Misalignment does not increase because the cams have substantially the same valve lift and timing and the valve lift load acts equally on the cam journal width.
  • the valve lift load acts on the cam journal 18b in the width direction, so that the valve lift load is large. Misalignment occurs.
  • the cam surface of the cam crest 22a that changes the phase as shown in FIGS. 1, 2, and 4 is not the idea that the cam width of the fixed cam 20 and the cam crest 22a that are paired is the same.
  • the cam width dimension of 22c was made larger than the cam width dimension b of the cam surface 20a of the fixed cam 20 to make the cam width dimension different. That is, the cam surface 22c of the cam nose 22a is formed with a larger cam width than the cam surface 20a of the fixed cam 20 (a> b). Then, as shown in FIG. 6B, even if misalignment occurs, contact between the crowned top surface 9a of the cam contact surface of the tappet 9 and the cam width end portion of the cam peak portion 22a can be avoided. .
  • the tolerance to misalignment of the cam that changes the phase is enhanced. Therefore, the camshaft 14 can be assembled to the cylinder head 2 in the same manner as the conventional cam (FIG. 2), and it is possible to suppress troublesome alignment work and improvement of the processing accuracy of each of the previous components (no processing accuracy is required). ). Furthermore, the maximum value of the unbalanced load acting on the sliding surfaces of the cam nose 22a (second cam) and the outer camshaft 17a (shaft member) due to misalignment is reduced, and the response and deterioration due to increased friction are also reduced. Can be suppressed.
  • the inclination of the cam nose 22a can be suppressed by increasing the cam width dimension, so the occurrence of friction and uneven wear due to the instability of the cam nose 22a can be suppressed, and good variable performance can be secured. can do.
  • the valve lift as designed is obtained, there is no performance degradation or NVH deterioration.
  • the outer cam shaft 17a is formed of a pipe member having low bending rigidity, if the cam width of the cam peak portion 22a is increased, the force transmitted from the cam peak portion 22a to the outer cam shaft 17a is dispersed, which is good. Variable performance is maintained.
  • the cam width dimension b of the fixed cam 20 is the cam width dimension of a camshaft that is used in the same type of engine and has a cam integral with a shaft member, for example, the shaft 13a shown in FIG.
  • the cam width dimension of the cam surface is larger (a> c, b> c), and the optimum cam width is set for each of the cam surfaces.
  • it can handle misalignment associated with variable split. Needless to say, such an effect can also be obtained when the crowning of the cam contact surface of the tappet 9 is provided on the cam surface 22c side.
  • FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention.
  • a phase change device is provided at one end of a double shaft 17 (shaft member) in which a fixed cam 20 (first cam) and a cam lobe 22 (second cam) are assembled as in the first embodiment.
  • 25 is not a variable valve operating device 15 that varies the phase of the cam lobe 22 with respect to the fixed cam 20, but a variable valve operating device 50 that has a function of integrally changing the phase of the fixed cam 20 and the phase of the cam lobe 22.
  • the present invention is applied.
  • variable valve operating device 50 is attached to one end of the double shaft 17 (shaft member) in which the fixed cam 20 (first cam) and the cam lobe 22 (second cam) are assembled, for example, the end on the rear side of the engine.
  • a phase change mechanism 25 having the same structure as that of the first embodiment is connected, and a second phase change mechanism 51 formed by a rotary vane structure such as VVT is connected to the other engine front side end, and the outer
  • the phases of the fixed cam 20 and the cam lobe 22 are integrally variable based on the integral rotational displacement of the outer camshaft 17a and the inner camshaft 17b. It is made to be done.
  • variable valve operating apparatus 50 Even if the present invention is applied to the variable valve operating apparatus 50, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 7 the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • variable valve operating apparatus for an internal combustion engine according to the present invention
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the structure is described in which the valve is driven by receiving the cam displacement with the tappet.
  • the invention may be applied.
  • a configuration is conceivable in which one cam abutting surface is provided on the cam side of the rocker member, a bifurcated valve driving portion is provided on the valve side, and a plurality of valves are driven by one cam.
  • the present invention is not limited to the variable valve operating apparatus that relatively changes the phase of the pair of intake cams as in the above-described embodiment, but is not shown in the drawing, the variable movement that relatively changes the phase of the pair of exhaust cams.
  • You may apply to a valve apparatus.
  • the engine to be applied may be an engine having a valve operating system in which the variable valve operating device is combined with a structure for driving a valve using a camshaft in which a cam is integrally formed.

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Abstract

　可変動弁装置は、シャフト部材(17)の外側に第１カム(20)を設けるとともに同第１カムと対となる第２カム(22a)を周方向に変位可能に設け、第２カムの位相を第１カムに対して変更する構造において、第２カムのカム面(22c)を第１カムのカム面のカム幅ｂよりも大きなカム幅寸法ａとなるよう構成した。

Description

内燃機関の可変動弁装置
　本発明は、カム位相変更機構により、一対の吸気バルブまたは一対の排気バルブを駆動する一対のカムのうち一方のカムの位相を他方のカムに対し変更する内燃機関の可変動弁装置に関する。
　自動車に搭載されるレシプロ式のエンジン（内燃機関）では、エンジンの排出ガスの対策やポンピングロスの改善を図るために、シリンダヘッドに可変動弁装置を搭載することが行なわれつつある。
　可変動弁装置には、エンジンで多く採用されているマルチバルブ（一対の吸気バルブ、一対の排気バルブ）のバルブ間の位相を可変させて、マルチバルブの開いている期間を変更させる構造がある。例えば一対の吸気バルブまたは一対の排気バルブを駆動する一対のカムのうち、一方のカムに対し他方のカムの位相を可変する装置が提案されている。
　この可変動弁装置は、通常のシャフト部材にカムを一体に形成するカムシャフトでは実現が難しい。そのため、同可変動弁装置は、別体なカム部材（部品）をシャフト部材に回動可能に組み付ける組立カム構造のカムシャフトを用いて、バルブ間の位相の可変を実現している。例えば特許文献１，２に開示されているように、クランク出力で駆動されるシャフト部材の外側に、一対の吸気バルブまたは一対の排気バルブの配置にならい、基準側となる第１カムを固定するとともに、対となる可動側の同じカム幅を有する第２カムを周方向に変位可能に嵌め、可動ベーン機構などカム位相変更機構で、第２カムの位相を第１カムの位相を基準として変更させる構造が用いられる。
　これにより、他のエンジンと同様、第１カム、第２カムのカム変位は、タペット部材（あるいはロッカ部材など）の従動部材を介して各バルブへ伝えられ、一対の吸気バルブまたは一対の排気バルブの開いている期間が大きく変更される。
特開２００９－１４４５２１号公報 特開２００９－１４４５２２号公報
　シャフト部材にカムが一体的に固定された一般的なカムシャフトでは、第１カムと第２カムの間にカムジャーナルを有する場合、第１カムと第２カムが概ね同一のバルブリフトやタイミングである場合は上記カムジャーナル幅に均等にバルブリフト荷重が働くため、ミスアライメントは大きくならない。しかし、可変動弁装置で第１カムと第２カムの位相をずらした場合、カムジャーナル幅方向の前後に時間差でバルブリフト荷重が働くため、ミスアライメントが発生する。このため、第１カム、第２カムのカム面はタペットやロッカのカム当接部との接触面積が減り、高荷重となり、良好な潤滑状態が保てなくなり、接触部のフリクションの増大や偏磨耗の要因となる。
　さらには、可変動弁装置で用いられる第２カムは、通常のシャフト部材に一体に形成される構造やシャフト部材に固定される第１カムとは異なり、シャフト部材の周方向に回動可能にするため、シャフト部材との間には、回動させるのに必要な微小なクリアランスが存在する。このクリアランスは、第２カムのミスアライメントを助長させるので、タペットやロッカのカム当接部とのさらなるフリクションの増大や偏磨耗の要因となる。また、ミスアライメントによって、該クリアランスの不安定さを生み、第２カムとシャフト部材の摺動面に働く偏荷重も大きくなり、フリクション増による応答性の悪化や該部位の摩耗も生じる。
　可変動弁装置は、こうしたことがあると、可変性能がばらついてしまうという問題がある。これより、ミスアライメントを直す加工や組立精度の向上やミスアライメントに耐える耐摩耗性の高い材料や表面処理の採用が考えられるが、いずれも高コストであり、代わりになる技術が求められている。
　本発明の目的は、簡単な構造で、位相の可変を行う可動カムのミスアライメントに対する耐性が高められる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。
　上記目的を達成するため、請求項１の内燃機関の可変動弁装置は、一気筒に対して設けられた一対の吸気バルブのバルブ間の位相または一対の排気バルブのバルブ間の位相を可変する内燃機関の可変動弁装置であって、内燃機関のクランク出力により駆動されるシャフト部材と、前記シャフト部材の外側に設けられた、前記一対の吸気バルブの一方または前記一対の排気バルブの一方を駆動するカム面を有する第１カムと、前記シャフト部材の外側に周方向に変位可能に設けられた、前記吸気バルブの他方または前記排気バルブの他方を駆動するカム面を有する第２カムと、前記第２カムの位相を前記第１カムに対して変更するカム位相変更機構と、を備え、前記第２カムのカム面は、前記第１カムのカム面のカム幅よりも大きなカム幅寸法で形成されてなることを特徴とする。
　請求項２の内燃機関の可変動弁装置では、請求項１において、前記シャフト部材は、パイプ部材で形成されたアウタカムシャフト内にインナカムシャフトを回動可能に収めて構成され、前記第１カムが前記アウタカムシャフトの外周部に設けられるとともに、前記第２カムが前記アウタカムシャフトの軸心周りに回動可能に設けられており、前記アウタカムシャフトと前記インナカムシャフトとの相対変位にて、前記第２カムの位相が前記第１カムを基準に可変可能となるように構成されていることを特徴とする。
　請求項３の内燃機関の可変動弁装置では、請求項１または２において、前記第１カムは、同一機種の内燃機関で適用されるシャフト部材と一体なカムを備えるカムシャフトのカム幅よりも大きなカム幅寸法で形成されることを特徴とする。
　請求項１の内燃機関の可変動弁装置によれば、第１カム、第２カムのカム面のミスアライメントによるタペットやロッカのカム当接部との接触面積が維持され、良好な潤滑状態が保たれ、接触部のフリクションの増大や偏磨耗が抑制され、ミスアライメントによる第２カムとシャフト部材の摺動面に働く偏荷重の最大値が小さくなる。
　したがって、簡単な構造で、位相の可変を行うカムのミスアライメントに対する耐性を高めることができる。
　請求項２の内燃機関の可変動弁装置によれば、アウタカムシャフトは曲げ剛性の低いパイプ部材で形成されるため、カム幅寸法の大きい第２カムを利用して、第２カムからアウタカムシャフトへと加わる力を分散できる。
　請求項３の内燃機関の可変動弁装置によれば、第１カム、第２カムはそれぞれの最適なカム幅となり、スプリット可変に伴うミスアライメントに有効に対応でき、フリクション増による応答性の悪化や偏摩耗を効果的に抑制することができる。
本発明の第１の実施形態に係る可変動弁装置を搭載した内燃機関の平面図。 図１中のI－I線に沿う可変動弁装置の断面図。 カムが一体に形成されたカムシャフトを示す断面図。 可変動弁装置の各部の構造を示す分解斜視図。 可変動弁装置の可変特性を示す線図。 カム幅の変化がもたらすカムとタペットとの接触状態の違いを説明するための図。 本発明の第２の実施形態の要部を示す平面図。
　以下、本発明を図１～図６に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。
　図１は内燃機関、例えば複数気筒のレシプロエンジン（以下、単にエンジンという）の平面を示し、図２は図１中のI－I線に沿う断面を示していて、同図中１は同エンジンのシリンダブロック、２は同シリンダブロック１の頭部に搭載されたシリンダヘッドを示している。
　このうちシリンダブロック１には、図１および図２に示されるようにエンジンの前後方向に沿って複数の気筒３（一部気筒だけ図示）が形成されている。これら各気筒３内には、クランクシャフト（図示しない）からコンロッド（図示しない）を介して分かれた各ピストン４が往復動可能に収められている。
　シリンダヘッド２の下面には、各気筒３に対応してそれぞれ燃焼室５が形成されている。各燃焼室５には、吸気を行なう一対の吸気ポート７（２個）、排気を行なう一対の排気ポート（図示しない）が開口している。各吸気ポート７には、ステム端にそれぞれ有底筒形のタペット９（従動部材）が装着された一対の吸気バルブ１０（２個）が設けられている。そして、各タペット９の頂面９ａに形成されている球面状のクラウニング（カム当接面）がシリンダヘッド２の上部に臨んでいる。各排気ポート（図示しない）には、同様にタペットが付いた一対の排気バルブ（いずれも図示しない）が設けられ、同様に、バルブ基端部がシリンダヘッド２の上部に臨んでいる。これら吸気バルブ１０、排気バルブ（図示しない）にて、吸気ポート７、排気ポート（図示しない）が開閉される。さらに各燃焼室５には、図示はしないが点火プラグがそれぞれ設けられている。
　またシリンダヘッド２の上部左右には、クランクシャフトの軸出力で駆動される吸気側の動弁装置６ａ、同じく排気側の動弁装置６ｂが設けられていて、各気筒３で所定の燃焼サイクル（吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の４サイクル）が繰り返し行なわれる。これら動弁装置６ａ，６ｂのうち、排気側の動弁装置６ｂには、例えば図３に示される通常のカムシャフト１３を用いた構造が用いられる。具体的には、排気カムを一体に形成したカムシャフト、詳しくは複数気筒分の排気カム１２を削り出し加工によりシャフト１３ａ（シャフト部材）と共に形成したカムシャフト１３が用いられる。このカムシャフト１３が、気筒３が並ぶ方向に回転自在に組み付けられ、各排気カム１２のカム面をタペットの頂面のクラウニング（図示しない）に当接させる。これで、各排気カム１２のカム変位を排気バルブ(図示しない)に伝える。
　また吸気側の動弁装置６ａには、排気側のカムシャフト１３とは異なり、図４に示されるような別体な部品を組み付けて構成されるカムシャフト、いわゆる組立カム構造のカムシャフト１４が用いられている。このカムシャフト１４を用いて、図２に示されるようなスプリット式の可変動弁装置１５を構成している。
　すなわちカムシャフト１４のシャフト部材は、例えば図２および図４に示されるようなパイプ部材で構成されたアウタカムシャフト１７ａ内に、制御部材をなす中実の軸部材で構成されたインナカムシャフト１７ｂを回動可能に収めた二重シャフト１７（本願のシャフト部材に相当）で形成されている。この二重シャフト１７も排気側のカムシャフト１３と同様、気筒３が並ぶ方向に沿って配置されている。この二重シャフト１７のうちの一方の端部（片側）、すなわちアウタカムシャフト１７ａの一方の端部は、アウタカムシャフト１７ａ端に取着されたブラケット３７を介して、シリンダヘッド２の一方の端部（片側）に設置してある軸受部１８ａに回動自在に支持されている。またアウタカムシャフト１７ａの中間部は、タペット９，９間に設置した中間の軸受部１８ｂに回転自在に支持されている。これで、両シャフト１７ａ，１７ｂ共、同一軸心を中心に回転できる。なお、アウタカムシャフト１７ａとインナカムシャフト１７ｂとの間は、クリアランスにより相対変位可能となっている。
　アウタカムシャフト１７ａには、気筒毎の一対の吸気バルブ１０と対応して、一対(２個)の吸気カム１９がそれぞれ設けられている。吸気カム１９は、いずれも、基準の位相を定める固定カム２０（本願の第１カムに相当）と可動側となるカムローブ２２（可動カムであって、本願の第２カムに相当）とを組み合わせて構成されている。
　すなわち、基準側となる固定カム２０は、アウタカムシャフト１７ａのうちの片側のタペット、例えば図中左側のタペット９と対応した外周部分に設けられている。固定カム２０は、板カムで形成され、アウタカムシャフト１７ａの外側に嵌めることにより固定、具体的には圧入により固定されている。この固定カム２０の外周面に形成されているカム面２０ａが左側のタペット９のクラウニングを施した頂部９aと当接し、固定カム２０のカム変位が左側の吸気バルブ１０ｂに伝えられる。
　カムローブ２２は、板カムで形成されたカム山部２２ａを有している。このカム山部２２ａに、安定性を確保するための部分、すなわち中空のボス部２２ｂが組み合わさり、カムローブ全体を構成している。カム山部２２ａおよびボス部２２ｂは、アウタカムシャフト１７ａの外側に周方向に回動（変位）自在に嵌められ、カム山部２２ａを残る右側のタペット９の直上に配置させている。このカム山部２２ａの外周面に形成されているカム面２２ｃが右側のタペット９のクラウニングを施した頂部９ａと当接し、カム山部２２ａのカム変位が右側の吸気バルブ１０ａに伝えられる。
　ボス部２２ｂとインナカムシャフト１７ｂとは、連結部材、例えば二重シャフト１７の直径方向を貫通するように圧入された圧入ピン２４により、内・外シャフト１７ａ，１７ｂの相対変位を許しながら連結されている。この連結により、カム山部２２ａ（カムローブ２２）を固定カム２０に対し相対変位可能にしている。すなわち、図４に示されるように圧入ピン２４がそれぞれ通過するアウタカムシャフト１７ａの周壁部分には、圧入ピン２４を逃がす孔、例えば遅角方向に延びる一対の長孔２６が形成されており、インナカムシャフト１７ｂがアウタカムシャフト１７ａに対し相対変位可能である。これで、カム山部２２ａが、基準となる固定カム２０の位相から大きく遅角する位相まで可変できる。なお、図４中１４ａは、インナカムシャフト１７ｂに形成された圧入孔、１４ｂは、ボス部２２ｂの周壁部分に形成された圧入孔をそれぞれ示している。
　二重シャフト１７の一方の端部には、内・外シャフト１７ａ，１７ｂを相対変位させるカム位相変更機構２５が装着され、固定カム２０を基準にカムローブ２２のカム位相が変更可能な可変動弁装置１５を構成している。
　カム位相変更機構２５には、例えば図２および図４に示されるように、複数の遅角室３０を周方向沿いに有する円筒形のハウジング３１内に、軸部３２の外周部から放射状に複数のベーン３３が突き出たベーン部３４を回動自在に収め、各ベーン３３で各遅角室３０内を仕切る回動ベーン構造が用いてある。なお、ハウジング３１の外周部にはタイミングスプロケット３９が設けられている。同スプロケット３９は、タイミングチェーン４０を介して、排気側のカムシャフト１３端に装着したタイミングスプロケット１３ａと共にクランクシャフト（図示しない）に連結されている。ハウジング３１は、固定ボルト３６によって、アウタカムシャフト１７ａ端のブラケット３７（図２に図示）に連結され、残るベーン部３４の軸部３２は、固定ボルト３８によって、インナカムシャフト１７ｂの軸端に連結されており、ベーン３３が遅角室３０内を回動変位すると、インナカムシャフト１７ｂがアウタカムシャフト１７ａに対して相対的に変位する。
　さらに述べると、カム山部２２ａのカム位相は、ハウジング３１とベーン部３４との間をむすぶように設けた戻り用スプリング部材４２（図２だけに図示）の付勢力により、基準となる固定カム２０のカム位相に揃えられる。また各遅角室３０は、ハウジング３１やブラケット３７や軸受部１８ａに形成された各種油路４３（図２に一部しか図示せず）を介して、オイルコントロールバルブ４４（以下、ＯＣＶ４４という）、油圧供給部４５（例えばオイルを供給するオイルポンプを有して装置で構成）に接続されている。つまり、吸気側のカムシャフト１４では、各遅角室３０内にオイルが供給されると、カム山部２２ａを固定カム２０から遅角方向へ変位させるというスプリット可変が行なわれる。
　スプリット可変を説明すると、クランクシャフトからの軸出力は、タイミングチェーン４０、タイミングスプロケット３９、ハウジング３１、ブラケット３７を経て、アウタシャフト１７ａに伝わり、固定カム２０を回転駆動させ、タペット９を介して左側の吸気バルブ１０ｂを開閉させる。ここで、ＯＣＶ４４から油圧が各遅角室３０の反対側の進角室（図示しない）に供給されると、戻り用スプリング部材４２の付勢力との協同により、カム山部２２ａは、図５中のＡ状態の如く固定カム２０のカム位相に揃えられるから、右側の吸気バルブ１０ａは、左側の固定カム２０と同じ位相を保ったまま開閉される。ＯＣＶ４４を通じて、油圧供給部４５の油圧が遅角室３０内へ供給されると、油圧出力にしたがい、ベーン３３は遅角室３０内を当初位置から遅角側へ変位する。このとき油圧の出力制御により、例えばベーン３３が遅角室３０内の途中まで変位させると、インナカムシャフト１７ｂは、途中位置まで遅角方向に変位する。このときの変位が圧入ピン２４を介してカムローブ２２に伝わり、カム山部２２ａを遅角方向に変位させる。すると、図５中のＢ状態に示されるように基準となる左側の吸気バルブ１０ｂの開閉時期はそのまま変わらず、右側の吸気バルブ１０ａの開閉時期だけが変わる。つまり、右側の吸気バルブ１０ａは、左側の吸気バルブ１０ｂの開閉期間の途中から、カム山部２２ａのカムプロフィルにしたがい開閉される。また油圧の出力制御により、ベーン３３を最遅角位置まで変位させると、図５中のＣ状態に示されるように左側の吸気バルブ１０ｂの開閉時期はそのままに変わらずに、右側の吸気バルブ１０ａは、左側の吸気バルブ１０ｂの開閉時期と交錯した状態を保ちながら、左側の吸気バルブ１０ｂから最も遅角した時期で開閉する。つまり左右の吸気バルブ１０の開弁期間は、エンジンの状態に応じて、最も小さい開弁期間αから最も大きい開弁期間βまでの範囲内で可変される（スプリット可変）。
　こうした固定カム２０に対しカムローブ２２を位相させる可変動弁装置１５は、カムローブ２２が回動可能であるために、同装置１５特有の問題が伴う。
　すなわち、二重シャフト１７に組み付いたカムローブ２２は、固定カム２０とは異なり、アウタカムシャフト１７ａの外周面を回動できることが求められるため、アウタカムシャフト１７ａとの間には、カムローブ２２を回動させるのに必要な微小なクリアランスが存在する。しかも、クリアランスには、カムローブ２２やアウタカムシャフト１７ａの部品公差や双方の部品を組み付けるときの組立公差が加わるため、カム山部２２ａは広範囲を変位しやすく、カム面２２ｃの姿勢はばらつきやすい（一定でない）。すなわち、図６（ａ）に示されるようにカム面２２ｃはカム軸中心に対してミスアライメントが生じやすくなる。
　さらに、図５中のＢ、Ｃの状態では、こうした状況下ではバルブリフト荷重が時間差で働くため、ミスアライメントが生じる。すなわち、シャフトにカムが一体的に固定された一般的なカムシャフトでは、固定カム位置に有る第１カムとカムローブ位置に有る第２カムの間にカムジャーナルを有する場合、第１カムと第２カムが概ね同一のバルブリフトやタイミングであって上記カムジャーナル幅に均等にバルブリフト荷重が働くため、ミスアライメントは大きくならない。しかし、可変動弁装置１５では、第１カムである固定カム２０と第２カムであるカムローブ２２の位相をずらした場合、カムジャーナル１８ｂ幅方向の前後に時間差でバルブリフト荷重が働くため、大きなミスアライメントが発生する。
　このため、図６（ａ）に示されるようにカム面２２ｃのミスアライメントが生じると、タペット９のカム当接面の所定位置であるクラウニングを施した頂部９aとカム幅端部との接触が生じることがある。また、バルブリフトが設計されたカム通りに行われないことが起こる。このようなことが発生すると、図６（ａ）に示されるようにカム面２２ｃはタペット９のカム当接部との接触面積が減り、高荷重となり、良好な潤滑状態が保てなくなるため、当該接触部のフリクションの増大や偏磨耗の要因となる。
　そこで、対となる固定カム２０、カム山部２２ａはカム幅が同じであるという考えではなく、図１、図２および図４に示されるように位相の可変を行うカム山部２２ａのカム面２２ｃのカム幅寸法ａを、固定カム２０のカム面２０ａのカム幅寸法ｂより大きくして、カム幅寸法を異ならせた。つまり、カム山部２２ａのカム面２２ｃは、固定カム２０のカム面２０ａよりも大きなカム幅で形成してなる（ａ＞ｂ）。
　すると、図６（ｂ）に示されるようにミスアライメントが生じてもタペット９のカム当接面のクラウニングを施した頂面９ａと、カム山部２２ａのカム幅端部との接触が避けられる。これで、カム面２２ｃのミスアライメントによる頂面９ａ（カム当接部）との接触面積が維持される。これにより、カム山部２２ａと頂面９ａとにおける接触部の荷重が分散でき、最大荷重も低下する。これは、スプリット可変に伴うミスアライメント、すなわちカムジャーナル幅方向の前後に時間差でバルブリフト荷重が働くときに発生するミスアライメントに対しても同様である。
　つまり、カム山部２２ａのカム幅を大きくすると、カム山部２２ａのカム面２２ｃにおけるミスアライメントに対する許容範囲は増す。しかも、カム山部２２ａ自体の安定性も増すから、カム山部２２ａを回動するためのクリアランスや組立公差の影響が抑えられる。
　したがって、簡単な構造で、位相の可変を行うカムのミスアライメントに対する耐性が高められる。それ故、カムシャフト１４は、従来カムと同様にシリンダヘッド２に組み付けることができ（図２）、面倒なアライメント作業やその前の各部品の加工精度向上を抑えることができる（加工精度が不要）。さらには、ミスアライメントによるカム山部２２ａ（第２カム）とアウタカムシャフト１７ａ（シャフト部材）の摺動面に働く偏荷重の最大値も小さくなり、フリクション増による応答性の悪化や偏摩耗も抑制できる。しかも、カム山部２２ａの傾きは、カム幅寸法を大きくしたことで抑えられるから、カム山部２２ａの不安定さを要因としたフリクションや偏磨耗の発生が抑えられ、良好な可変性能を確保することができる。加えて、設計どおりのバルブリフトが得られるため、性能低下やＮＶＨの悪化もない。そのうえ、アウタカムシャフト１７ａは、曲げ剛性の低いパイプ部材で形成されているので、カム山部２２ａのカム幅が大きくなると、カム山部２２ａからアウタカムシャフト１７ａへと伝わる力が分散され、良好な可変性能が保たれる。
　特に図１に示されるように、固定カム２０のカム幅寸法ｂは、同一機種のエンジンで用いられる、シャフト部材と一体なカムを備えるカムシャフトのカム幅寸法、例えば図３に示されるシャフト１３ａと一体な排気カム１２をもつカムシャフト１３の排気カム１２のカム面のカム幅寸法ｃや、図示しないが同一機種エンジンのスプリット可変をしないシリーズで用いられる吸気カム一体な吸気カムシャフトの吸気カムのカム面のカム幅寸法よりも大きくしてあり（ａ＞ｃ，ｂ＞ｃ）、それぞれ最適なカム幅とすることで、別部品を組み付けて構成される固定カム２０についても組立公差の影響を受けずにすむうえ、スプリット可変に伴うミスアライメントにも対応できる。
　なお、こうした効果は、タペット９のカム当接面のクラウニングをカム面２２ｃ側に設けた場合についても同様に得られることはいうまでもない。
　図７は本発明の第２の実施形態を示す。
　本実施形態は、第１の実施形態のような固定カム２０（第１カム）とカムローブ２２（第２カム）とを組み付けた二重シャフト１７（シャフト部材）の一方の端部に位相変更装置２５を設けて固定カム２０に対しカムローブ２２の位相を可変する可変動弁装置１５ではなく、さらに固定カム２０の位相とカムローブ２２の位相を一体に可変させる機能を加えた可変動弁装置５０に、本発明を適用したものである。
　すなわち可変動弁装置５０は、固定カム２０（第１カム）とカムローブ２２（第２カム）とを組み付けた二重シャフト１７（シャフト部材）の一方の端部、例えばエンジン後部側の端部に第１の実施形態と同じ構造の位相変更機構２５を連結し、他方のエンジン前部側の端部に、ＶＶＴといった回動ベーン構造で形成される第２の位相変更機構５１を連結し、アウタカムシャフト１７ａとインナカムシャフト１７ｂの相対変位による位相の可変の他に、アウタカムシャフト１７ａとインナカムシャフト１７ｂの一体な回動変位に基づき、固定カム２０とカムローブ２２との位相が一体に可変されるようにしたものである。
　このように本発明を可変動弁装置５０に適用しても第１の実施形態と同様な効果を奏する。但し、図７において第１の実施形態同一部分には同一符号を付してその説明を省略した。
　以上で本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
　例えば、上記実施形態では、タペットでカム変位を受けてバルブを駆動する構造を挙げたが、これに限らず、他の従動部材、例えばロッカ部材でカム変位を受けてバルブを駆動する構造に本発明を適用してもよい。ロッカ部材でバルブを駆動する場合、ロッカ部材のカム側に１つのカム当接面をもち、バルブ側に二股状のバルブ駆動部をもち、１つのカムで複数のバルブを駆動する構成が考えられるが、この構成の場合には、カム幅寸法は実カム幅を駆動弁数で割った１弁当り寸法を指す（＝実カム軸／駆動弁数）。
　また、本発明は上述した実施形態のような一対の吸気カムの位相を相対的に変更する可変動弁装置に限らず、図示はしないが一対の排気カムの位相を相対的に変更する可変動弁装置に適用してもよい。
　また、適用されるエンジンは、上記可変動弁装置に、別途、カムが一体に形成されたカムシャフトを用いてバルブを駆動する構造が組み合わさる動弁系を有するエンジンであってもよい。
　１０　一対の吸気バルブ
　１２　排気カム
　１３　排気側のカムシャフト
　１４　吸気側のカムシャフト
　１５　可変動弁装置
　１７　二重シャフト（シャフト部材）
　１７ａ　アウタカムシャフト
　１７ｂ　インナカムシャフト
　１９　吸気カム
　２０　固定カム（第１カム）
　２０ａ　固定カムのカム面
　２２ａ　カム山部（第２カム）
　２２ｃ　カム山部のカム面
　２５　カム位相変更機構
　　ａ　カム山部のカム幅
　　ｂ　固定カムのカム幅

Claims (3)

  1. 　一気筒に対して設けられた一対の吸気バルブのバルブ間の位相または一対の排気バルブのバルブ間の位相を可変する内燃機関の可変動弁装置であって、
    　内燃機関のクランク出力により駆動されるシャフト部材と、
    　前記シャフト部材の外側に設けられた、前記一対の吸気バルブの一方または前記一対の排気バルブの一方を駆動するカム面を有する第１カムと、
    　前記シャフト部材の外側に周方向に変位可能に設けられた、前記吸気バルブの他方または前記排気バルブの他方を駆動するカム面を有する第２カムと、
    　前記第２カムの位相を前記第１カムに対して変更するカム位相変更機構とを備え、
    　前記第２カムのカム面は、前記第１カムのカム面のカム幅よりも大きなカム幅寸法で形成されてなることを特徴とする。
  2. 　請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置であって、
    　前記シャフト部材は、パイプ部材で形成されたアウタカムシャフト内にインナカムシャフトを回動可能に収めて構成され、
    　前記第１カムが前記アウタカムシャフトの外周部に設けられるとともに、前記第２カムが前記アウタカムシャフトの軸心周りに回動可能に設けられており、
    　前記アウタカムシャフトと前記インナカムシャフトとの相対変位にて、前記第２カムの位相が前記第１カムを基準に可変可能となるように構成されていることを特徴とする。
  3. 　請求項１または２に記載の内燃機関の可変動弁装置であって、
    　前記第１カムは、同一機種の内燃機関で適用されるシャフト部材と一体なカムを備えるカムシャフトのカム幅よりも大きなカム幅寸法で形成されることを特徴とする。
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