特許 6239432 内燃機関の動弁機構

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6239432

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】内燃機関の動弁機構

(51)【国際特許分類】

   F01L 13/00 20060101AFI20171120BHJP

   F01L 13/08 20060101ALI20171120BHJP

   F01L 1/053 20060101ALI20171120BHJP

【ＦＩ】

   F01L13/00 301S

   F01L13/08

   F01L13/08 J

   F01L1/053

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-80582(P2014-80582)

(22)【出願日】2014年4月9日

(65)【公開番号】特開2015-200244(P2015-200244A)

(43)【公開日】2015年11月12日

【審査請求日】2016年10月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000185488

【氏名又は名称】株式会社オティックス

(74)【代理人】

【識別番号】100096116

【弁理士】

【氏名又は名称】松原 等

(72)【発明者】

【氏名】前迫 貴之

(72)【発明者】

【氏名】山口 弘毅

【審査官】 首藤 崇聡

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０５−０８９８１６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭６０−１１３００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１７２３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｌ １３／００

Ｆ０１Ｌ １／０５３

Ｆ０１Ｌ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ベース円（１５）とノーズ（１６）とを含むカム（１４）が設けられたカムシャフト（１０）を備え、カム（１４）でバルブ（８）を駆動する内燃機関の動弁機構において、
カムシャフト（１０）を径方向に平行移動させる平行移動装置（４０）を備え、
内燃機関をモータで始動させる始動時を含む所定時があり、
前記所定時以外の通常時には、平行移動装置（４０）でカムシャフト（１０）を所定の通常位置（ｐ１）に配することで、ベース円（１５）ではバルブ（８）を開かない通常状態にし、
前記所定時には、平行移動装置（４０）でカムシャフト（１０）を所定の圧抜位置（ｐ２）に配することで、ベース円（１５）でもバルブ（８）を開く圧抜状態にして圧縮抵抗又は膨張抵抗を抑えることを特徴とする内燃機関の動弁機構。

【請求項2】

平行移動装置（４０）は、カムシャフト（１０）を回転可能に支持するとともに、該カムシャフト（１０）の回転中心線（Ｘ）から平行に離間した位置に自身の回動中心線（Ｘｏ）を備えた偏心部材（４１）と、該偏心部材（４１）を前記回動中心線（Ｘｏ）を中心に回動させる回動装置（４５）とを含み構成された請求項１記載の内燃機関の動弁機構。

【請求項3】

回動装置（４５）は、偏心部材（４１）よりもその径方向側に設けられて、該偏心部材（４１）の回動中心線（Ｘｏ）と平行に自身の回動中心線（Ｘｉ）を備えたコントロールシャフト（４６）と、該コントロールシャフト（４６）に設けられて該コントロールシャフト（４６）と共に回動する第一ギア（４７）と、該第一ギア（４７）と噛み合う、偏心部材（４１）に設けられて該偏心部材（４１）と共に回動する第二ギア（４８）と、コントロールシャフト（４６）を回動させる軸動装置とを含み構成された請求項２記載の内燃機関の動弁機構。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

内燃機関のバルブを駆動する動弁機構に関する。

【背景技術】

【0002】

動弁機関の中には、特許文献１〜３に示す可変動弁機構がある。それらの可変動弁機構は、いずれも、ベース円とノーズとを含むカムで介在部材を介してバルブを駆動し、その介在部材を操作することでバルブのリフト量及び開放時間（作用角）を変更する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２−３７１８１６号公報

【特許文献2】特開２００２−３７１８１９号公報

【特許文献3】特開２００３−１０６１２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の可変動弁機構によれば、カムのノーズがバルブに作用するノーズ作用時におけるバルブのリフト量及び開放時間は変更することができるが、ベース円がバルブに作用するベース円作用時におけるバルブのリフト量及び開放時間は、零から変更することができない。そのため、次に示す課題は、解決することができない。

【0005】

すなわち、吸気側及び排気側ともバルブが閉じた状態（すなわち、圧縮行程や膨張行程や各上死点や各下死点等）でエンジン停止した気筒では、気筒内が密閉されるため、次のエンジン始動時には、気筒内での圧縮抵抗や膨張抵抗が大きくなってしまう。そのため、エンジンの始動性が低下する。また、そのエンジン始動時にモータで加えるべき負荷も大きくなり、燃費悪化に繋がる。そして、このような気筒内の密閉は、具体的には、吸気側及び排気側とも動弁機構がベース円作用時のときにエンジン停止することで起きるため、ベース円作用時にバルブを開かない限りは、解決することはできない。よって、該気筒内の密閉は、上記のとおり、ノーズ作用時におけるリフト量等は変更できてもベース円時におけるリフト量等は変更できない上記の可変動弁機構では、解決することができない。

【0006】

そして、このような始動時における気筒内の密閉は、４気筒のエンジンで特に問題となる。その理由は、次の通りである。すなわち、４気筒のエンジンでは、２気筒が下死点で停止し、他の２気筒が上死点で停止することで、４気筒全てが密閉されてしまうことがある。この場合、次のエンジン始動時には、下死点で停止している２気筒では、バルブから排気されることなく気筒内の空間が縮小することで圧縮抵抗が大きくなり、上死点で停止している他の２気筒では、バルブから吸気されることなく気筒内の空間が拡大することで膨張抵抗が大きくなる。よって、４気筒のエンジンでは、このように、４気筒全てが密閉されて、４気筒全てで圧縮抵抗や膨張抵抗が大きくなることがあるからである。

【0007】

また、更に、このような始動時における気筒内の密閉は、ハイブリッドエンジンや、アイドルストップ等を行うエンジンでも、特に問題となる。その理由は、次の通りである。すなわち、このようなエンジンでは、モータでエンジンを始動させる頻度が多いため、始動時に気筒内が密閉されれば、その都度、モータで多くの電流（電力）が消費されてしまうからである。

【0008】

そして、更に、このような気筒内の密閉は、エンジンの始動時以外でも、回避した方が好ましい時（例えば、低速回転時や減速回転時等）があることが考えられる。

【0009】

そこで、始動時を含む所定時には、ベース円でもバルブを開くことで、気筒内が密閉されないようにして、圧縮抵抗や膨張抵抗を抑えることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を達成するため、本発明の内燃機関の動弁機構は、ベース円とノーズとを含むカムが設けられたカムシャフトを備え、カムでバルブを駆動する動弁機構において、カムシャフトを径方向に平行移動させる平行移動装置を備え、内燃機関をモータで始動させる始動時を含む所定時があり、前記所定時以外の通常時には、平行移動装置でカムシャフトを所定の通常位置に配することで、ベース円ではバルブを開かない通常状態にし、前記所定時には、平行移動装置でカムシャフトを所定の圧抜位置に配することで、ベース円でもバルブを開く圧抜状態にして圧縮抵抗又は膨張抵抗を抑えることを特徴とする。

【0011】

この動弁機構は、吸気用のバルブに対して設置しても、排気用のバルブに対して設置してもよい。よって、前記バルブは、吸気用のバルブであっても排気用のバルブであってもよい。また、この動弁機構は、吸気用又は排気用のいずれか一方のバルブに対して設置すれば効果が得られるが、より効果を高める目的で、両方のバルブに対してそれぞれ設置してもよい。

【0012】

前記始動時を含む所定時は、次のａ，ｂの態様も含む。
（ａ）内燃機関が低速で回転する低速回転時を含む態様。
（ｂ）内燃機関の回転数を落とす減速回転時を含む態様。

【0013】

この動弁機構を設置する内燃機関は、特に限定されないが、効果をより発揮できる点で、ハイブリッドエンジンや、アイドルストップ等を行うエンジンであることが好ましい。そのようなエンジンでは、エンジンをモータで始動させる頻度が多いからである。

【0014】

圧抜状態では、バルブが常時開放されることが好ましいが、動弁機構がクリアランスを自動で埋めるラッシュアジャスタを備えている場合には、そのラッシュアジャスタのプランジャが圧抜状態のときに過度に沈み込むのを抑える目的で、次のような態様にしてもよい。すなわち、カムは、ベース円の外周面の周方向の一区間に径方向に凹む凹部を備え、圧抜状態では、該凹部が作用するタイミングにバルブが閉じる態様である。該タイミングに、ラッシュアジャスタのボディからプランジャが繰り出すようになるからである。そして、この場合でも、該凹部が作用してバルブが閉じるタイミングが、吸気側又は排気側の他方のバルブが開くタイミング内に納まるようにすれば、吸気用及び排気用のバルブが同時に閉じることはなく、よって、気筒内は常時開放されるようになる。

【0015】

前記平行移動は、特に限定されないが、カムシャフトの回転中心線を移動前の状態に対して平行に保ちながら、カムシャフトを径方向に曲線状（回動方向等）に移動させる場合や、該平行を保ちながらカムシャフトを径方向に直線状（上下方向等）に移動させる場合を例示する。

【0016】

平行移動装置は、特に限定されないが、次のａ，ｂの態様を例示する。但し、カムシャフトをより安定に支持できる点でａの態様が好ましい。
（ａ）平行移動装置は、カムシャフトを回転可能に支持するとともに、該カムシャフトの回転中心線から平行に離間した位置に自身の回動中心線を備えた偏心部材と、該偏心部材を前記回動中心線を中心に回動させる回動装置とを含み構成された態様。
（ｂ）平行移動装置は、カムシャフトを回転可能、かつ、上下方向に平行移動可能に支持したガイドと、該ガイドに沿ってカムシャフトを上下方向に平行移動させる昇降装置とを含み構成された態様。

【0017】

前記ａの態様（回動）において、通常状態と圧抜状態との切換時に偏心部材を回動させる回動角度は、特に限定されないが、３０°、６０°、９０°、１２０°、１５０°、１８０°等を例示する。すなわち、カムシャフトの平行移動量を大きくしたい場合は、該回動角度を１８０°にすればよい。その一方、カムシャフトの平行移動量をいくらか犠牲にしても、素早く切り換わるようにしたい場合には、その分だけ該回動角度を１８０°よりも小さくすればよい。

【0018】

前記ａの態様（回動）において、回動装置は、特に限定されないが、次のａ１，ａ２の態様を例示する。
（ａ１）回動装置は、偏心部材よりもその径方向側に設けられて、該偏心部材の回動中心線と平行に自身の回動中心線を備えたコントロールシャフトと、該コントロールシャフトに設けられて該コントロールシャフトと共に回動する第一ギアと、該第一ギアと噛み合う、偏心部材に設けられて該偏心部材と共に回動する第二ギアと、コントロールシャフトを回動させる軸動装置とを含み構成された態様。
（ａ２）回動装置は、偏心部材をその回動方向の一方に押圧し、及びその押圧を解除する押圧装置と、偏心部材をその回動方向の他方に付勢するリターンスプリングとを含み構成された態様。

【0019】

前記ａ１の態様において、軸動装置は、特に限定されないが、電磁力や油圧や空気圧等でコントロールシャフトを回動させる態様を例示する。また、前記ａ２の態様において、押圧装置は、特に限定されないが、電磁力や油圧や空気圧等で偏心部材を押圧する態様を例示する。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、所定時には、ベース円でもバルブを開く圧抜状態にするので、気筒内が密閉されなくなり、圧縮抵抗や膨張抵抗が抑えられる。また、通常状態と圧抜状態との切換は、カムシャフトを径方向に平行移動させて行うので、カムシャフトを長さ方向に移動させて行う場合に比べて、熱膨張の影響が少ない。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】実施例１の動弁機構を示す斜視図である。

【図2】実施例１の動弁機構を示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面断面図である。

【図3】実施例１の動弁機構において、（ａ）は圧抜状態を示す側面断面図、（ｂ）は通常状態を示す側面断面図である。

【図4】実施例１の動弁機構において、内燃機関の回転角度とバルブのリフト量との関係を示すグラフである。

【図5】実施例２の動弁機構を示す側面断面図である。

【図6】実施例２の動弁機構において、内燃機関の回転角度とバルブのリフト量との関係を示すグラフである。

【図7】実施例３の動弁機構において、（ａ）は圧抜状態を示す側面断面図、（ｂ）は通常状態を示す側面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の内燃機関の動弁機構を図面を参照に説明する。なお、以下では、カムシャフト１０の長さ方向の一方を左方といい、他方を右方という。また、ロッカアーム２０の長さ方向の一方を前方といい、他方を後方という。

【実施例1】

【0023】

［全体構成］
図１〜図４に示す本実施例１の動弁機構１は、吸気用のバルブ８に対して設置されている。この動弁機構１は、ベース円１５とノーズ１６とを含むカム１４が設けられたカムシャフト１０を備え、カム１４でバルブ８を駆動する。この動弁機構１は、カムシャフト１０を径方向に平行移動させる、すなわち、カムシャフト１０の回転中心線Ｘを移動前の状態に対して平行に保ちながら、カムシャフト１０を径方向に移動させていく平行移動装置４０を備えている。その平行移動の方向は、曲線方向であって、具体的には、後述する偏心部材４１の回動中心線Ｘｏを中心とした回動方向である。そして、所定時以外の通常時には、図２及び図３（ｂ）に示すように、平行移動装置４０でカムシャフト１０を所定の通常位置ｐ１に配することで、ベース円１５ではバルブ８を開かない通常状態にする。その一方、前記所定時には、図３（ａ）に示すように、平行移動装置４０でカムシャフト１０を所定の圧抜位置ｐ２に配することで、ベース円１５でもバルブ８を開く圧抜状態にする。そして、その所定時は、内燃機関をモータで始動させる始動時と、その前後の時期とを含んでいる。

【0024】

具体的には、この動弁機構１は、次に示す、カムシャフト１０と、ロッカアーム２０と、ラッシュアジャスタ３０と、平行移動装置４０とを含み構成されている。そして、バルブ８に対しては、該バルブ８を閉じる方向に付勢するバルブスプリング９が取り付けられている。

【0025】

［カムシャフト１０］
カムシャフト１０は、左右方向に延びるシャフトであって、内燃機関の回転に従い回転する。そして、このカムシャフト１０の各バルブ８，８・・に隣接する部位には、カム１４，１４・・が設けられている。そのカム１４は、断面形状が円形のベース円１５と、該ベース円１５から突出したノーズ１６とを含み構成されている。そして、このカムシャフト１０に回転力を伝えるタイミングベルトを支持したスプロケットのいくつかは、カムシャフト１０が平行移動した際にタイミングベルトの張力が増減しないように、カムシャフト１０の平行移動に同調して所定の方向に移動するようになっている。

【0026】

［ロッカアーム２０］
ロッカアーム２０は、カム１４とバルブ８との間に介装されたアームである。このロッカアーム２０は、後端部がラッシュアジャスタ３０のプランジャ３２に揺動可能に支持されている。そして、長さ方向中間部にカム１４に当接するローラ２１を回転可能に支持している。そして、前端部がバルブ８に当接している。

【0027】

［ラッシュアジャスタ３０］
ラッシュアジャスタ３０は、カム１４とロッカアーム２０との間のクリアランスを自動で埋めるための装置である。このラッシュアジャスタ３０は、上方に開口した有底筒状のボディ３１と、下部がボディ３１に挿入されて上端部でロッカアーム２０の後端部を支持したプランジャ３２とを含み構成されている。そして、カム１４とロッカアーム２０との間にクリアランスが発生すると、ボディ３１からプランジャ３２が繰り出すことでクリアランスを埋める。また、ロッカアーム２０からプランジャ３２に下方に負荷が加わるとボディ３１にプランジャ３２が退入する。

【0028】

詳しくは、プランジャ３２の退入時には、ボディ３１の内部にある高圧油室内の油がプランジャ３２の内部にある低圧油室にリーク路からリークすることで流動抵抗が生じる。そのため、ボディ３１にプランジャ３２が徐々にゆっくりと退入する。また、プランジャ３２の繰出し時には、ボディ３１の内部にあるバネの復元力でボディ３１からプランジャ３２が繰り出される。このとき、プランジャ３２内の低圧油室の油は、ボディ３１内の高圧油室に、リーク路よりも広くて逆止弁のついた流路から流れ込む。そのため、プランジャ３２の退入時ほどの流動抵抗は生じず、ボディ３１からプランジャ３２が速やかに繰り出す。

【0029】

［平行移動装置４０］
平行移動装置４０は、偏心部材４１と回動装置４５とを含み構成されている。その偏心部材４１は、カムシャフト１０を回転可能に支持するとともに、該カムシャフト１０の回転中心線Ｘから平行に離間した位置に自身の回動中心線Ｘｏを備えている。また、回動装置４５は、偏心部材４１を前記回動中心線Ｘｏを中心に回動させるように構成されている。

【0030】

詳しくは、偏心部材４１は断面形状が円形の部材であって、シリンダヘッドの立壁部７に貫設された断面形状が円形の第一貫通孔７ａに挿通されることで、該立壁部７に回動可能に支持されている。そして、この偏心部材４１には、断面形状が円形の支持孔４２が貫設されている。その支持孔４２の中心線は、偏心部材４１の回動中心線Ｘｏからその径方向に平行に離間している。その支持孔４２に、カムシャフト１０が挿通されることで、偏心部材４１にカムシャフト１０が相対回動可能に支持されている。

【0031】

また、回動装置４５は、コントロールシャフト４６と第一ギア４７と第二ギア４８と軸動装置とを含み構成されている。そのコントロールシャフト４６は、偏心部材４１よりもその径方向側（前方）に設けられて、該偏心部材４１の回動中心線Ｘｏと平行に自身の回動中心線Ｘｉを備えている。そのコントロールシャフト４６は、シリンダヘッドの立壁部７に貫設された断面形状が円形の第二貫通孔７ｂに挿通されることで、該立壁部７に回転可能に支持されている。また、第一ギア４７は、コントロールシャフト４６に設けられて該コントロールシャフト４６と共に回動するように構成されている。また、第二ギア４８は、偏心部材４１に設けられて該偏心部材４１と共に回動するように構成されており、第一ギア４７と噛み合っている。また、軸動装置は、コントロールシャフト４６を回動させるように構成されている。

【0032】

そして、通常状態から圧抜状態に切り換えるときには、図３（ａ）に示すように、軸動装置でコントロールシャフト４６をその回動方向の一方（図では右回り）に回動させることで、第一ギア４７及び第二ギア４８を介して、偏心部材４１をその回動方向の他方（図では左回り）に９０°回動させる。これにより、カムシャフト１０が通常位置ｐ１から、それよりもロッカアーム２０側（下側）の圧抜位置ｐ２に平行移動して、ベース円１５でもバルブ８を開くようになる。よって、このとき、カム１４は、ベース円１５でもノーズ１６でもバルブを開くことで、図４の「圧抜状態」に示すように、バルブ８を常時開放するようになる。

【0033】

また、圧抜状態から通常状態に切り換えるときには、図３（ｂ）に示すように、軸動装置でコントロールシャフト４６をその回動方向の他方（図では左回り）に回動させることで、第一ギア４７及び第二ギア４８を介して、偏心部材４１をその回動方向の一方（図では右回り）に９０°回動させる。これにより、カムシャフト１０が圧抜位置ｐ２から通常位置ｐ１に平行移動して、ベース円１５ではバルブ８を開かないようになる。よって、このとき、カム１４は、ベース円１５ではバルブ８を開かず、ノーズ１６ではバルブ８を開くことで、図４の「通常状態」に示すように、バルブ８を開閉するようになる。

【0034】

本実施例１によれば、次のＡ〜Ｃの効果を得ることができる。
［Ａ］所定時には、ベース円１５でもバルブ８を開く圧抜状態にするので、気筒内が密閉されなくなり、圧縮抵抗や膨張抵抗が抑えられる。そして、その所定時は、内燃機関の始動時を含むので、始動性が向上するとともに、始動時にモータで加えるべき負荷も減り、燃費向上に繋がる。

【0035】

［Ｂ］通常状態と圧抜状態との切換は、カムシャフト１０を径方向に平行移動させて行うので、カムシャフト１０を長さ方向に移動させて行う場合に比べて、熱膨張の影響が少ない。

【0036】

［Ｃ］平行移動装置４０は、第二ギア４８が設けられた偏心部材４１と、第一ギア４７が設けられたコントロールシャフト４６と、軸動装置とを設けるだけで追加することができるので、本実施例１は、少ない部品変更で実施することができる。

【実施例2】

【0037】

図５，６に示す本実施例２の動弁機構２は、実施例１と比較して、次の点で相違し、その他の点で同様である。すなわち、カム１４は、ベース円１５の外周面の周方向の一区間に径方向に凹む凹部１７を備えている。そして、圧抜状態では、該凹部１７が作用するタイミングにバルブ８が閉じるように構成されている。そのバルブ８が閉じるタイミングは、図６の「圧抜状態」に示すように、排気側のバルブが開くタイミング内に納まっている。本実施例２によれば、実施例１に記載のＡ〜Ｃの効果に加え、次のＤの効果を得ることができる。

【0038】

［Ｄ］圧抜状態が長く続いても、凹部１７が作用するタイミングの度にラッシュアジャスタ３０のボディ３１からプランジャ３２が繰り出されるので、ボディ３１にプランジャ３２が過度に深く沈み込む心配がない。また、この場合でも、凹部１７が作用して吸気用のバルブ８が閉じるタイミングは、排気側のバルブが開くタイミング内に納まっているので、吸気用のバルブ８と排気用のバルブとが同時に閉じることはなく、よって、気筒は常時開放される。

【実施例3】

【0039】

図７に示す本実施例３の動弁機構３は、実施例１と比較して、カムシャフト１０を平行移動させる方向が、曲線方向（回動方向）ではなく、直線方向（上下方向）である点で相違している。構造的には、実施例１と比較して、次の点で相違し、その他の点で同様である。すなわち、シリンダヘッドの立壁部７には、実施例１でいう第一貫通孔７ａ及び第二貫通孔７ｂは貫設されていない。そして、平行移動装置４０は、シリンダヘッドの立壁部７に設けられてカムシャフト１０を回転可能、かつ、上下方向に平行移動可能に支持した、上下方向に延びる長孔状のガイド孔４４と、該ガイド孔４４に沿ってカムシャフト１０を上下方向に平行移動させる昇降装置とを含み構成されている。本実施例３によれば、実施例１に記載のＡ，Ｂの効果に加え、次のＣ'の効果を得ることができる。

【0040】

［Ｃ'］平行移動装置４０は、ガイド孔４４と昇降装置とを設けるだけで追加できるので、本実施例３は、少ない部品変更で実施することができる。

【0041】

なお、本発明は前記実施例の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもでき、例えば、次の変更例１，２のように変更してもよい。
［変更例１］動弁機構を、吸気用ではなく排気用のバルブに対して設置してもよい。
［変更例２］ロッカアームを可変機能を備えた揺動部材等に変更することで、動弁機構を可変動弁機構に変更してもよい。

【0042】

１ 動弁機構（実施例１）
２ 動弁機構（実施例３）
３ 動弁機構（実施例４）
８ バルブ
１０ カムシャフト
１４ カム
１５ ベース円
１６ ノーズ
４０ 平行移動装置
４１ 偏心部材
４５ 回動装置
４６ コントロールシャフト
４７ 第一ギア
４８ 第二ギア
Ｘ カムシャフトの回転中心線
Ｘｏ 偏心部材の回動中心線
Ｘｉ コントロールシャフトの回動中心線
ｐ１ 通常位置
ｐ２ 圧抜位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】