JP2013019361A - 可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の吸気バルブを１つのアクチュエータ部によって進角側と遅角側とで位相変化を異ならせることが可能な可変動弁装置を提供する。
【解決手段】複数の吸気バルブ１５，１６を備えた可変動弁装置１１において、ロータ４２を有するアクチュエータ部１３に切換部材８１が設けられている。第１の位相可変モードにおいて、切換部材８１が第１の位置に移動することにより、切換部材８１が第１の被動側回転体７１と第２の被動側回転体７２とに嵌合するとともに、切換部材８１が駆動側回転体７０から離脱する。これにより、第１のカム２５と第２のカム２６とが進角側の位相可変領域Ｔ１内で移動可能となる。第２の位相可変モードでは、切換部材８１が第２の位置に移動することにより、切換部材８１が駆動側回転体７０と第１の被動側回転体７１に嵌合するとともに、切換部材８１が第２の被動側回転体７２から離脱する。これにより、第２のカム２６のみが遅角側の位相可変領域Ｔ２内で移動可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンの吸気バルブ等を開閉駆動するための可変動弁装置に関する。

吸気バルブあるいは排気バルブの開閉時期をエンジンの運転状況等に応じて変化させることが可能な可変動弁装置が知られている。例えば特許文献１，２に開示されているように、クランクシャフトと同期して回転するスプロケットに対して、カムシャフトの回転の位相を変化させることができるように構成された可変動弁装置が公知である。この種の可変動弁装置では、アクチュエータによってカムシャフトの位相を変化させることにより、吸気バルブの開閉時期を進角側あるいは遅角側に変化させることができるようになっている。アクチュエータとしては、油圧式あるいは電動式のものが知られている。

また、各気筒（シリンダ）ごとに複数の吸気バルブを有するエンジンにおいて、各気筒ごとに吸気バルブどうしの位相を互いに変化させることが可能な可変動弁装置も提案されている。この種の可変動弁装置では、カムシャフトに対して複数の吸気バルブ用のカムの位相を互いに独立して変化させることができるように構成されている。このため一方のカムの位相を変化させるための第１のアクチュエータと、他方のカムの位相を変化させるための第２のアクチュエータが使われるのが通例である。

特開２０００−１７９３１１号公報 特開２００１−５００６３号公報

前記したように１つの気筒あたりに複数の吸気バルブを備えた可変動弁装置において、一方の吸気バルブ用のカムと他方の吸気バルブ用のカムがそれぞれ別々のアクチュエータによって独立して駆動される構造では動弁装置が大形化し、重量が大きくなり、構造も複雑化する。しかも各バルブの位相を同時に変化させるときに大きな駆動エネルギーを必要とすることがある。また、複数のバルブの位相変化を進角側と遅角側とで異ならせたい場合に、２つのアクチュエータによって全てのカムの位相を変えるのはエネルギーの無駄になることもある。

従ってこの発明は、１気筒あたりに少なくとも２つの吸気バルブを有するエンジンにおいて、１つのアクチュエータ部によって各バルブの位相変化を異ならせることが可能な可変動弁装置を提供することにある。

本発明の可変動弁装置は、エンジンのクランクシャフトと同期して回転する駆動側回転体と、第１の吸気バルブを駆動するための第１のカムを含む第１の被動側回転体と、第２の吸気バルブを駆動するための第２のカムを含む第２の被動側回転体と、アクチュエータ部と、切換機構とを具備している。前記アクチュエータ部は、前記駆動側回転体に対して前記第１および第２の被動側回転体の位相を同時に変化させる第１の位相可変モードと、前記第２の被動側回転体の位相のみを変化させる第２の位相可変モード有して位相可変させるものである。また前記切換機構は、前記第１の位相可変モードにおいて前記第１被動側回転体と前記第２の被動側回転体を連結する第１の位置と、前記第２の位相可変モードにおいて前記第１被動側回転体と前記第２の被動側回転体とを切り離す第２の位置に切り換わる切換部材を備えている。

前記切換部材の一例は、前記第１の被動側回転体に常時嵌合し、かつ前記切換部材は、前記第１の位置と前記第２の位置とにわたって往復移動可能であり、前記第１の位置に移動した状態において前記第２の被動側回転体に嵌合するとともに前記駆動側回転体から離脱し、前記第２の位置に移動した状態において前記駆動側回転体に嵌合するとともに前記第２の被動側回転体から離脱するように構成されている。

また前記アクチュエータ部の一例は、前記第１の位相可変モードにおいて前記第１および第２の被動側回転体を同時に進角側に移動させる進角油路と、前記第２の位相可変モードにおいて前記第２の被動側回転体のみを遅角側に移動させる遅角油路とを有している。

本発明の１つの実施形態では、前記切換部材が円柱形のピンであり、該切換部材の両端部に各々の端面に向かって外径が小さくなるテーパ部を有している。このテーパ部によって切換部材の移動を容易にすることができる。また前記アクチュエータ部は、ハウジングと、該ハウジングの内部に回転可能に収容されたロータと、進角ベーン室および遅角ベーン室と、前記進角油路と、前記遅角油路と有し、前記切換部材を前記第１の位置に移動させるための油路が前記進角油路に接続され、前記切換部材を前記第２の位置に移動させるための油路が前記遅角油路に接続されていてもよい。前記切換機構の一例は、前記進角油路と遅角油路とに油圧を供給するための油路が形成されたシリンダヘッドの軸受部（ジャーナル部）に隣接する位置に設けられている。この構成によれば、油圧の供給側であるジャーナル部の油路から油圧の消費側である切換機構の油路までの距離を極力短くすることができる。

本発明の１つの実施形態では、前記アクチュエータ部がロック部材を有し、該ロック部材は、前記第２の被動側回転体を前記駆動側回転体に固定するロック位置と、第２の被動側回転体を前記駆動側回転体に固定しないロック解除位置とに移動可能としている。このロック部材によって、エンジンの停止時あるいは始動時等に、アクチュエータ部のロータを初期位置に止めておくことができる。

前記切換部材から前記ロータの回転中心までの距離が、前記ベーン室の内径よりも大きくてもよい。また前記切換部材から前記ロータの回転中心までの距離を、前記ロック部材から前記ロータの回転中心までの距離よりも大きくてもよい。この構成により、駆動側回転体のトルクを伝達する切換部材に常時作用する剪断荷重を小さくすることができ、切換部材に必要とされる強度を緩和することが可能となる。切換部材の一例は円柱形のピンであり、該切換部材の径を前記ロック部材の径よりも大きくすることにより、切換部材の強度を大きくしてもよい。

シャフト部材は、例えば前記第１のカムと一体に回転するアウタシャフトと、該アウタシャフトの内側に設けられ前記第２のカムと一体に回転するインナシャフトとを有している。前記切換部材は、例えば前記シャフト部材の軸線と平行な軸線方向に移動可能に配置されている。この構成によれば、ロータが回転する際に生じる遠心力が切換部材の移動方向の一方側に偏って作用することを回避できる。また、前記切換部材が前記アウタシャフトの外径よりも径方向の外側に配置されていてもよい。

本発明によれば、各気筒ごとに少なくとも２つの吸気バルブのためのカムを有する可変動弁装置において、１つのアクチュエータ部に設けられた切換部材を、エンジンの運転状況等に応じて第１の位置あるいは第２の位置に移動させることにより、複数のカムの位相を同時に変化させる第１の位相可変モードと、一方のカムのみの位相を変化させる第２の位相可変モードとに切換えることができる。

本発明の第１の実施形態に係る可変動弁装置を模式的に示す断面図。 図１に示された可変動弁装置のアクチュエータ部をシャフト部材の軸線と直角な方向に切断した断面図。 図１に示された可変動弁装置が進角側に作動する際のアクチュエータ部を示す断面図。 図１に示された可変動弁装置が遅角側に作動する際のアクチュエータ部を示す断面図。 図１に示された可変動弁装置のアクチュエータ部の作動を説明するための模式図。 図１に示された可変動弁装置のアクチュエータ部が第１の位相可変モードに切換わった状態を説明するための模式図。 図１に示された可変動弁装置のアクチュエータ部が進角側に移動した状態を説明するための模式図。 図１に示された可変動弁装置のアクチュエータ部が第２の位相可変モードに切換わった状態を説明するための模式図。 図１に示された可変動弁装置のアクチュエータ部が遅角側に移動した状態を説明するための模式図。 図１に示された可変動弁装置の吸気バルブのリフト量とクランク角との関係を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る可変動弁装置を模式的に示す断面図。

以下に本発明の第１の実施形態に係る可変動弁装置について、図１から図１０を参照して説明する。
図１は、エンジンのシリンダヘッド１０に設けられた可変動弁装置１１を模式的に示している。この可変動弁装置１１は、後に説明する組立カムシャフト１２と、油圧式のアクチュエータ部１３とを有している。このエンジンは、各気筒（シリンダ）ごとに少なくとも２つの吸気バルブ１５，１６と排気バルブ（図示せず）とを有している。例えば吸気バルブ１５，１６は、図１に示す可変動弁装置１１によって開閉駆動される。

組立カムシャフト１２は、アウタシャフト２１およびインナシャフト２２からなる二重構造のシャフト部材２０と、シャフト部材２０に組付けられた第１および第２のカム２５，２６とを含んでいる。アウタシャフト２１はパイプ状をなし、このアウタシャフト２１内にインナシャフト２２が回転可能に設けられている。

シャフト部材２０は長手方向に延びる軸線Ｘ１を有している。インナシャフト２２は、アウタシャフト２１に対して軸線Ｘ１まわりに回動（相対回転）可能である。アウタシャフト２１は、シリンダヘッド１０に設けられた軸受部（ジャーナル部）３０，３１，３２等によって、回転自在に支持されている。アウタシャフト２１の一方の端部（アクチュエータ部１３側）にフランジ部２１ａが設けられている。

第１のカム２５はアウタシャフト２１に固定され、第１のカム２５とアウタシャフト２１とが一体に回転するようになっている。第１のカム２５の外周には、第１の吸気バルブ１５を開閉駆動するためのカムプロフィルを有するカム面２５ａが形成されている。

第２のカム２６は、アウタシャフト２１に対して軸線Ｘ１まわりに回動可能である。第２のカム２６は連結部材３５によってインナシャフト２２に固定され、第２のカム２６とインナシャフト２２とが一体に回転するようになっている。連結部材３５はインナシャフト２２に固定され、アウタシャフト２１に形成された開口部３６からアウタシャフト２１の径方向に突出している。第２のカム２６の外周には、第２の吸気バルブ１６を開閉駆動するためのカムプロフィルを有するカム面２６ａが形成されている。

第２のカム２６は軸線Ｘ１方向に延びる筒部２６ｂを有し、筒部２６ｂの端部にカムローブ２６ｃが形成されている。カムローブ２６ｃの外周部に、位相角検出用のターゲット部３７が設けられている。ターゲット部３７の回転方向の位置が位相角検出用センサ３８によって検出される。

図２は、アクチュエータ部１３をシャフト部材２０の軸線Ｘ１と直角な方向に切断して模式的に示した断面図である。このアクチュエータ部１３は、エンジンのクランクシャフト３９（図１に示す）によって回転駆動されるスプロケット４０と、スプロケット４０に設けられたハウジング４１と、ハウジング４１の内部に収容されたロータ４２などを備えている。スプロケット４０は、チェーンあるいはタイミングベルト等の動力伝達部材４５（図１に示す）によって、クランクシャフト３９と同期して回転する。

ハウジング４１の内部には、ロータ４２によって、複数の進角ベーン室５０と、複数の遅角ベーン室５１とが形成されている。進角ベーン室５０と遅角ベーン室５１とは、それぞれ、遅角油路５２と進角油路５３を介して、油圧ユニット６０に接続されている。油圧ユニット６０はＥＣＵ（electronic control unit）等の制御部６１によって制御され、エンジンの運転状況等に応じて遅角油路５２と進角油路５３に油圧を供給することができるようになっている。油圧ユニット６０と制御部６１とは、アクチュエータ部１３の制御をつかさどる制御手段の一例である。

例えば、油圧ユニット６０によって発生させた油圧が遅角油路５２から遅角ベーン室５１に供給されると、ロータ４２がハウジング４１に対して遅角側に回動する。また、油圧が進角油路５３から進角ベーン室５０に供給されると、ロータ４２がハウジング４１に対して進角側に回動する。

ハウジング４１はスプロケット４０に固定されている。このためハウジング４１はスプロケット４０と一体に回転する。ロータ４２は、インナシャフト２２にボルト５５によって固定されている。このためロータ４２はインナシャフト２２と一体に回転する。ロータ４２がハウジング４１に対して遅角側あるいは進角側に回動すると、アウタシャフト２１とインナシャフト２２の位相（軸線Ｘ１まわりの相対位置）が変化し、その結果、カム２５，２６の位相が変化することになる。

ロータ４２にロック部材５６が組込まれている。ロック部材５６は、シャフト部材２０の軸線Ｘ１と平行な方向に移動することができる。このロック部材５６は、例えばエンジンの始動時あるいは低回転時等のようにロータ４２が初期位置にあるときに、ばね等の付勢手段によってスプロケット４０側の嵌合孔５７に嵌合し、ロック位置となることにより、ロック部材５６を介してスプロケット４０（駆動側回転体７０）とロータ４２（第２の被動側回転体７２）とが互いに固定されるようになっている。これらロック部材５６と嵌合孔５７とによって、ロック機構５８が構成されている。

前記スプロケット４０とハウジング４１などによって、エンジンのクランクシャフト３９によって駆動される駆動側回転体７０が構成されている。駆動側回転体７０の構成要素であるスプロケット４０は、動力伝達部材４５を介してクランクシャフト３９と同期して回転する。よって、駆動側回転体７０の位相はクランクシャフト３９の位相と対応している。

一方、アウタシャフト２１と、第１の吸気バルブ１５を駆動するための第１のカム２５などによって、第１の被動側回転体７１が構成されている。第１のカム２５はアウタシャフト２１に固定されているため、第１のカム２５とアウタシャフト２１は軸線Ｘ１まわりに一体に回転する。アウタシャフト２１の端部に設けられたフランジ部２１ａは、スプロケット４０に対して軸線Ｘ１まわりに相対回転可能である。

インナシャフト２２と、第２の吸気バルブ１６を駆動するための第２のカム２６と、連結部材３５と、ロータ４２などによって、第２の被動側回転体７２が構成されている。第２の被動側回転体７２の構成要素であるインナシャフト２２と第２のカム２６とロータ４２とは、互いに軸線Ｘ１まわりに一体に回転する。

これら第１の被動側回転体７１と第２の被動側回転体７２とは、油圧ユニット６０から供給される油圧によって、駆動側回転体７０に対して軸線Ｘ１まわりの位相（進角あるいは遅角）を変化させることが可能である。すなわち油圧ユニット６０と制御部６１とは、駆動側回転体７０に対して第１の被動側回転体７１と第２の被動側回転体７２の位相を変化させるための制御手段の一例を構成している。アクチュエータ部１３は、駆動側回転体７０に対して第１の被動側回転体７１と第２の被動側回転体７２の位相を、前記初期位置を境に進角側または遅角側に移動させる機能を有している。

この可変動弁装置１１は、第１の位相可変モードと第２の位相可変モードとを切換えるための切換機構８０を備えている。ここで第１の位相可変モードとは、駆動側回転体７０に対して第１の被動側回転体７１と第２の被動側回転体７２とが同時に位相が変化するモードである。第２の位相可変モードとは、駆動側回転体７０に対して第２の被動側回転体７２のみの位相が変化するモードである。

切換機構８０は切換部材８１を有している。切換部材８１の一例は、シャフト部材２０の軸線Ｘ１と平行な軸線Ｘ２方向に移動可能な円柱形のピンであり、後述するように第１の位相可変モードにおいて第１の位置に移動することにより、第１および第２の被動側回転体７１，７２の双方に嵌合するとともに、駆動側回転体７０から離脱する。また第２の位相可変モードにおいて第２の位置に移動することにより、駆動側回転体７０と第１の被動側回転体７１の双方に嵌合するとともに、第２の被動側回転体７２から離脱するように構成されている。

すなわちこの切換部材８１は、スプロケット４０に形成された第１の孔８２と、アウタシャフト２１のフランジ部２１ａに形成された第２の孔８３と、第２のカム２６のカムローブ２６ｃに形成された第３の孔８４とにわたって前記軸線Ｘ２方向に移動可能に挿入され、油圧ユニット６０から遅角油路５２または進角油路５３に供給される油圧に応じて、軸線Ｘ１と平行な軸線Ｘ２方向に移動するようになっている。この構成によれば、ロータ４２の回転時に生じる遠心力が切換部材８１の移動方向の一方側に偏って作用することを回避でき、切換部材８１の両方向への移動を均等化することができる。駆動側回転体７０が回転する際に生じるトルクは、この切換部材８１を介して第１の被動側回転体７１あるいは第２の被動側回転体７２に伝達される。

図１に示すように、シリンダヘッド１０の軸受部（ジャーナル部）３０の内面に、前記油路５２ａ，５３ａに油圧を供給する遅角油路５２と進角油路５３とが形成されている。前記切換機構８０は、この軸受部３０に隣接する位置に設けられている。この構成によれば、軸受部３０の油路５２，５３から切換機構８０の油路５２ａ，５３ａまでの距離を極力短くすることができる。

図２に示すように、ロック機構５８と切換機構８０とは、ロータ４２の回転時の重量バランスをとるために、ロータ４２の回転中心Ｃを通る直径方向の線分Ｍ上に配置されている。ロック機構５８と切換機構８０とは、ベーン室５０，５１の内径Ｒ１と外径Ｒ２との間に配置されている。しかも切換部材８１がアウタシャフトの外径Ｒ３（図１に示す）よりも径方向の外側に配置されている。これらの構成により、アクチュエータ部１３の外径の内側にロック機構５８と切換機構８０とを収めることができ、アクチュエータ部１３のサイズ（外径）を既存のアクチュエータ部と同等以下にすることができる。

切換部材８１からロータ４２の回転中心Ｃまでの距離は、ベーン室の内径Ｒ１よりも大きい。また、切換部材８１からロータ４２の回転中心Ｃまでの距離を、ロック部材５６からロータ４２の回転中心Ｃまでの距離よりも大きくしている。この構成により、駆動側回転体７０が回転する際のトルクによって切換部材８１に常時作用する剪断荷重を小さくすることができ、切換部材８１に必要とされる強度を緩和することが可能となる。

しかも切換部材８１の径をロック部材５６の径よりも大きくすることにより、切換部材８１の強度を高めている。なお、ロック部材５６の方は、ロック解除位置に移動した状態において剪断荷重を受けなくなるため、ロック部材５６の強度は切換部材８１の強度よりも小さくてすむ。

図３は、切換部材８１が第１の位置に移動した状態（第１の位相可変モード）を示している。切換部材８１が第１の位置（第１の位相可変モード）にあるとき、切換部材８１がアウタシャフト２１の孔８３と第２のカム２６の孔８４に嵌合するとともに、スプロケット４０の孔８２から抜け出る。これにより、アウタシャフト２１と第２のカム２６とが互いに結合されるとともに、アウタシャフト２１と第２のカム２６とがスプロケット４０から切り離された状態となる。このため、アウタシャフト２１に固定されている第１のカム２５と、第２のカム２６とが、互いに一体となって軸線Ｘ１まわりに回動可能となる。

このように第１の位相可変モードにおいては、切換部材８１が第１の位置に移動することにより、アウタシャフト２１（第１の被動側回転体７１）とインナシャフト２２（第２の被動側回転体７２）とが切換部材８１を介して互いに固定されるとともに、アウタシャフト２１とインナシャフト２２がスプロケット４０（駆動側回転体７０）から切り離される。このため、アウタシャフト２１に固定されている第１のカム２５と、インナシャフト２２に固定されている第２のカム２６とが、互いに一体となって軸線Ｘ１まわりに回動可能となることにより、進角油路５３に導入される油圧に応じて、第１のカム２５と第２のカム２６の位相が進角側の位相可変領域Ｔ１内で変化する。

図４は、切換部材８１が第２の位置に移動した状態（第２の位相可変モード）を示している。切換部材８１が第２の位置（第２の位相可変モード）にあるとき、切換部材８１がスプロケット４０の孔８２とアウタシャフト２１の孔８３に嵌合するとともに、第２のカム２６の孔８４から抜け出る。これにより、スプロケット４０とアウタシャフト２１とが互いに結合されるとともに、アウタシャフト２１に対して第２のカム２６が切り離されるため、第２のカム２６が軸線Ｘ１まわりに回動可能となる。

このように第２の位相可変モードでは、切換部材８１がシャフト部材２０の軸線Ｘ１と平行な軸線Ｘ２方向に沿って第２の位置に移動することにより、アウタシャフト２１（第１の被動側回転体７１）がスプロケット４０（駆動側回転体７０）に固定されるとともに、インナシャフト２２（第２の被動側回転体７２）がアウタシャフト２１から切り離される。このため、第２のカム２６のみが軸線Ｘ１まわりに回動可能となることにより、遅角油路５２に導入される油圧に応じて、第２のカム２６の位相が遅角側の位相可変領域Ｔ２内で変化する。

切換部材８１を前記第１の位置に移動させるための油圧を供給する油路５３ａ（図５に示す）は、進角油路５３に接続されている。切換部材８１を第２の位置に移動させるための油圧を供給する油路５２ａ（図５に示す）は、遅角油路５２に接続されている。円柱形のピンからなる切換部材８１の両端部には、各々の端面に向かって外径が小さくなるテーパ部８５，８６が形成されている。テーパ部８５，８６を設けたことにより、切換部材８１が第１の位置あるいは第２の位置に移動する際に、切換部材８１が第１の孔８２あるいは第３の孔８４に円滑に挿入されるため、切換部材８１の移動が容易となる。

図５から図９は、第１および第２の被動側回転体７１，７２の動作を説明するための模式図である。これらの図はアクチュエータ部１３の動作をわかりやすく説明するために便宜的に表した模式図であるから、図１から図４に示したアクチュエータ部１３とは形状やレイアウトが異なっている。

図５は、図１に対応する模式図であって、アクチュエータ部１３の初期モード（初期位置）を示している。初期モードでは、切換部材８１がスプロケット４０の孔８２とアウタシャフト２１の孔８３に嵌合している。初期モードの一例はエンジンの始動時あるいは低回転時（アイドリング時）であり、油圧が上昇していないため、ロック機構５８のロック部材５６が、ばね等の付勢手段によってスプロケット４０の嵌合孔５７に嵌合し、ロック位置となっている。このため初期モードでは、駆動側回転体７０に対して第１の被動側回転体７１と第２の被動側回転体７２がロックされた状態となり、第１のカム２５と第２のカム２６の位相変化は生じることなく初期位置（イニシャル）のままである。

図６と図７は、それぞれ図３に対応する模式図であって、アクチュエータ部１３の第１の位相可変モードを示している。第１の位相可変モードでは、図６に示すように進角油路５３から供給される油圧によって切換部材８１が軸線Ｘ２方向に第１の位置に移動することにより、スプロケット４０の孔８２から抜け出るとともに、切換部材８１がアウタシャフト２１の孔８３と第２のカム２６の孔８４に嵌合する。これにより、第１の被動側回転体７１と第２の被動側回転体７２とが互いに結合されるとともに、駆動側回転体７０に対して第１の被動側回転体７１と第２の被動側回転体７２が切り離された状態となる。また、ロック機構５８のロック部材５６が、油圧によって嵌合孔５７から抜け出てロック解除位置となる。つまりロック部材５６がロック解除位置にあるとき、第２の被動側回転体７２は駆動側回転体７０に固定されていない状態となる。このため第１のカム２５と第２のカム２６とが一体となって回動できるようになる。

この第１の位相可変モードでは、図７に示すように進角油路５３に油圧が供給されると、第１の被動側回転体７１と第２の被動側回転体７２とが、同時に、駆動側回転体７０に対して位相可変領域Ｔ１内で進角側に回動することにより、第１のカム２５と第２のカム２６とが進角側に移動する。

図８と図９は、それぞれ図４に対応する模式図であって、アクチュエータ部１３の第２の位相可変モードを示している。第２の位相可変モードでは、図８に示すように遅角油路５２から供給される油圧によって切換部材８１が軸線Ｘ２方向に第２の位置に移動することにより、ロータ４２の孔８４から抜け出るとともに、切換部材８１がスプロケット４０の孔８２に嵌合する。これにより、駆動側回転体７０と第１の被動側回転体７１とが互いに結合されるとともに、第２の被動側回転体７２が、第１の被動側回転体７１から切り離された状態となる。また、ロック機構５８のロック部材５６が、油圧によって嵌合孔５７から抜け出てロック解除位置となる。このため第２の被動側回転体７２のみが、駆動側回転体７０に対して回動可能となる。

この第２の位相可変モードでは、図９に示すように遅角油路５２に油圧が供給されると、第１の被動側回転体７１が初期位置に止まったまま、第２の被動側回転体７２のみが、駆動側回転体７０に対して位相可変領域Ｔ２内で遅角側に回動することにより、第２のカム２６のみが遅角側に移動する。

図１０は、前記実施形態の可変動弁装置１１の第１および第２のバルブ１５，１６のリフト量（開閉時期）とクランク角との関係を示している。前記したようにスプロケット４０とハウジングに４１とを含む駆動側回転体７０に対して、第１のカム２５と第２のカム２６が進角側の位相可変領域Ｔ１で移動する。また遅角側には、第２のカム２６のみが遅角側の位相可変領域Ｔ２で移動する。よって、トータルとしての位相可変範囲Ｓは、進角側の位相可変領域Ｔ１と遅角側の位相可変領域Ｔ２とを合わせた量となる。進角側の位相可変領域Ｔ１と前記遅角側の位相可変領域Ｔ２とは、初期位置を境に互いに隣接して設定されている。

ロック部材５６と嵌合孔５７などからなるロック機構５８は、アクチュエータ部１３が図５に示す初期位置にある状態において、ばね等の付勢手段によってロック部材５６が嵌合孔５７に挿入され、ロック位置となることにより、第２の被動側回転体７２を駆動側回転体７０に固定する機能を有している。この実施形態の場合、ロック機構５８のロックが解除された状態（油圧によってロック部材５６が嵌合孔５７から抜け出てロック解除位置となった状態）において、ロータ４２が、進角側の位相可変領域Ｔ１（一方側の位相可変領域）または遅角側の位相可変領域Ｔ２（他方側の位相可変領域）に移動可能となる。

すなわち本実施形態のアクチュエータ部１３は、ロック機構５８によってロータ４２がロックされる初期位置を境として、第１および第２のバルブ１５，１６が進角側に同時に位相変化する「両弁位相可変モード」と、第２のバルブ１６のみが遅角側に位相変化する「片弁位相可変モード」に切換わるようになっている。

遅角側の位相可変領域Ｔ２は、進角側の位相可変領域Ｔ１よりも大きい。一例として、進角側の位相可変領域Ｔ１はクランク角３５°相当であるのに対し、遅角側の位相可変領域Ｔ２がクランク角４５°相当となるように、位相可変範囲Ｓ（クランク角８０°相当）で、初期位置を境として進角側と遅角側とで可変範囲の配分比率が設定されている。

こうすることにより、限られた位相可変範囲Ｓ内で、遅角側の位相可変領域Ｔ２をなるべく大きくとることが可能となり、第２のカム２６によって駆動される第２の吸気バルブ１６の閉弁時期の遅延を大きくとることができる。この例では遅角側の位相可変領域Ｔ２が進角側の位相可変領域Ｔ１よりも大きくなるため、遅角駆動時には進角駆動時よりも多くの油圧が必要となるが、遅角駆動時にアクチュエータ部１３は第２の被動側回転体７２（第２のカム２６）のみを移動させればよいため、油圧の低下を抑制でき応答性を確保することができる。

また、例えばエンジンの性能を重視する時などには、第１の位相可変モードによって、第１のカム２５と第２のカム２６とを同時に進角側に移動させることにより、エンジン出力に対応することができる。一方、燃費を重視する時には、第２の位相可変モードによって、第２のカム２６のみを遅角側に位相変化させるといった制御を制御部６１によって行なうことができる。

制御手段として機能する制御部６１は、アクチュエータ部１３が初期位置（エンジンの始動時あるいはアイドリング時）にあるとき、圧縮行程の２分の１よりも前側の時期Ｐ１（図１０に示す）において第１および第２の吸気バルブ１５，１６の双方が閉弁するように、ロック機構５８を作動させる。エンジンの始動時は油圧が上昇していないため、ロック機構５８が作動することによってアクチュエータ部１３が初期位置に保たれている。この初期位置では第１および第２の吸気バルブ１５，１６がいずれも圧縮行程の２分の１よりも前側の時期Ｐ１（図１０に示す）で閉弁するようにロック機構５８が働いているため、圧縮比を大きくとることができることにより、燃料に着火しやすくなり、エンジンの始動が容易となる。

エンジン始動後に行なわれる遅角側の位相可変領域Ｔ２においては、遅角側に位相変化する吸気バルブ１６が圧縮行程の２分の１よりも後側の時期Ｐ２（図１０に示す）で閉弁するように、アクチュエータ部１３によって第２のカム２６の位相を変化させるプログラムが組込まれている。この遅角側の位相可変領域Ｔ２では、第１の吸気弁１５が圧縮行程の２分の１よりも前側の時期Ｐ１（図１０に示す）で閉弁しているが、第２のカム２６によって吸気バルブ１５が開いているため、圧縮比が低い状態となっている。しかし圧縮行程の中間位置（特に圧縮行程の２分の１）ではピストン速度が最大となるため、片側の吸気バルブ１５が開いていることにより、気筒内に強いスワールを生じさせることができ、燃焼が良化される。しかも遅角側の位相可変領域Ｔ２では、第１のカム２５が圧縮行程の２分の１よりも前側の時期Ｐ１（図１０に示す）で閉弁しているため圧縮比を比較的低い状態にすることができ、ポンプロスが減ることによって燃費が改善される。

以上説明したように、本実施形態の可変動弁装置１１によれば、エンジンの運転状況に応じて、進角側と遅角側とで異なる態様の位相制御を１つの油圧式のアクチュエータ部１３によって実現することができる。このため、２つのアクチュエータ部を使用する可変動弁装置と比較して構造が簡略化し、小形かつ軽量に構成することが可能である。

図１１は、本発明の第２の実施形態に係る可変動弁装置１１Ａを模式的に示している。この可変動弁装置１１Ａの基本的な構成は第１の実施形態の可変動弁装置１１と共通であるため、両者に共通の箇所に共通の符号を付して説明を省略し、互いに異なる箇所について以下に説明する。

第２の実施形態の可変動弁装置１１Ａの切換機構８０Ａの切換部材８１Ａは、シャフト部材２０の軸線Ｘ１と直角な方向（シャフト部材２０の径方向）に移動可能に構成されている。この切換機構８０Ａは、第１の実施形態の切換機構８０と同様に、アクチュエータ部１３を第１の位相可変モードと第２の位相可変モードとを切換える機能を有している。

切換部材８１Ａの一例は、シャフト部材２０の軸線Ｘ１と直角な方向に移動可能な円柱形のピンである。この切換部材８１Ａは、スプロケット４０に固定された回転部材４０Ａに形成された第１の孔８２Ａと、アウタシャフト２１に形成された第２の孔８３Ａと、インナシャフト２２に固定された回転部材２２Ａに形成された第３の孔８４Ａとにわたって移動可能であり、遅角油路５２または進角油路５３に供給される油圧に応じて、軸線Ｘ１と直角な方向に移動するようになっている。

第１の位相可変モードにおいて、切換部材８１Ａが第１の位置に移動することにより、アウタシャフト２１（第１の被動側回転体７１）とインナシャフト２２側の回転部材２２Ａ（第２の被動側回転体７２）とが切換部材８１Ａを介して互いに固定されるとともに、アウタシャフト２１とインナシャフト２２側の回転部材２２Ａがスプロケット４０側の回転部材４０Ａ（駆動側回転体７０）から切り離される。このため、アウタシャフト２１に固定されている第１のカム２５と、インナシャフト２２に固定されている第２のカム２６とが、互いに一体となって軸線Ｘ１まわりに回動可能となることにより、進角油路５３に導入される油圧に応じて、第１のカム２５と第２のカム２６の位相が進角側の位相可変領域Ｔ１内で変化する。

第２の位相可変モードでは、切換部材８１Ａが第２の位置に移動することにより、アウタシャフト２１（第１の被動側回転体７１）がスプロケット４０側の回転部材４０Ａ（駆動側回転体７０）に固定されるとともに、インナシャフト２２側の回転部材２２Ａ（第２の被動側回転体７２）がアウタシャフト２１から切り離される。このため、第２のカム２６のみが軸線Ｘ１まわりに回動可能となることにより、遅角油路５２に導入される油圧に応じて、第２のカム２６の位相が遅角側の位相可変領域Ｔ２内で変化する。

この可変動弁装置１１Ａの場合、シャフト部材２０の一端側にアクチュエータ部１３が配置され、シャフト部材２０の他端側に第２のカム２６と一体に回転する回転部材９０が設けられている。この回転部材９０に位相角検出用のターゲット部３７が設けられている。ターゲット部３７の回転方向の位置、すなわち第２の被動側回転体７２の位相角度が位相角検出用センサ３８によって検出される。

なお本発明を実施するに当たり、アクチュエータ部やカム、ロック部材、切換部材等の具体的な形状、構成をはじめとして、駆動側回転体や第１の被動側回転体、第２の被動側回転体など可変動弁装置を構成する要素の形状や配置等の具体的な態様等を種々に変更して実施できることは言うまでもない。

１１…可変動弁装置、１３…アクチュエータ部、１５…第１の吸気バルブ、１６…第２吸気バルブ、２０…シャフト部材、２１…アウタシャフト、２２…インナシャフト、２５…第１のカム、２６…第２のカム、３０…軸受部（ジャーナル部）、３９…クランクシャフト、４０…スプロケット、４２…ロータ、５２…遅角油路、５３…進角油路、５６…ロック部材、５７…嵌合孔、５８…ロック機構、６１…制御部、７０…駆動側回転体、７１…第１の被動側回転体、７２…第２の被動側回転体、８０…切換機構、８１…切換部材。

Claims (12)

1. エンジンのクランクシャフトと同期して回転する駆動側回転体と、
   第１の吸気バルブを駆動するための第１のカムを含む第１の被動側回転体と、
   第２の吸気バルブを駆動するための第２のカムを含む第２の被動側回転体と、
   前記駆動側回転体に対して前記第１および第２の被動側回転体の位相を同時に変化させる第１の位相可変モードと、前記第２の被動側回転体の位相のみを変化させる第２の位相可変モード有して位相可変させるアクチュエータ部と、
   前記第１の位相可変モードにおいて前記第１被動側回転体と前記第２の被動側回転体を連結する第１の位置と、前記第２の位相可変モードにおいて前記第１被動側回転体と前記第２の被動側回転体とを切り離す第２の位置に切り換わる切換部材を備えた切換機構と、
   を具備したことを特徴とする可変動弁装置。
2. 前記切換部材が前記第１の被動側回転体に常時嵌合し、かつ前記切換部材は、前記第１の位置と前記第２の位置とにわたって往復移動可能であり、前記第１の位置に移動した状態において前記第２の被動側回転体に嵌合するとともに前記駆動側回転体から離脱し、前記第２の位置に移動した状態において前記駆動側回転体に嵌合するとともに前記第２の被動側回転体から離脱することを特徴とする請求項１に記載の可変動弁装置。
3. 前記アクチュエータ部は、前記第１の位相可変モードにおいて前記第１および第２の被動側回転体を同時に進角側に移動させる進角油路と、前記第２の位相可変モードにおいて前記第２の被動側回転体のみを遅角側に移動させる遅角油路とを有したことを特徴とする請求項１または２に記載の可変動弁装置。
4. 前記切換部材が円柱形のピンであり、該切換部材の両端部に、各々の端面に向かって外径が小さくなるテーパ部を有したことを特徴とする請求項２または３に記載の可変動弁装置。
5. 前記アクチュエータ部が、ハウジングと、該ハウジングの内部に回転可能に収容されたロータと、該ロータによって仕切られた進角ベーン室および遅角ベーン室と、前記ロータを進角側に移動させるための前記進角油路と、前記ロータを遅角側に移動させるための前記遅角油路と有し、かつ、前記切換部材を前記第１の位置に移動させるための油路が前記進角油路に接続され、前記切換部材を前記第２の位置に移動させるための油路が前記遅角油路に接続されたことを特徴とする請求項３に記載の可変動弁装置。
6. 前記切換機構は、前記進角油路と前記遅角油路とに油圧を供給するための油路が形成されたシリンダヘッドの軸受部に隣接する位置に設けられていることを特徴とする請求項５に記載の可変動弁装置。
7. 前記アクチュエータ部がロック部材を有し、該ロック部材は、前記第２の被動側回転体を前記駆動側回転体に固定するロック位置と、第２の被動側回転体を前記駆動側回転体に固定しないロック解除位置とに移動可能としたことを特徴とする請求項５に記載の可変動弁装置。
8. 前記切換部材から前記ロータの回転中心までの距離が、前記ベーン室の内径よりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の可変動弁装置。
9. 前記切換部材から前記ロータの回転中心までの距離が、前記ロック部材から前記ロータの回転中心までの距離よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の可変動弁装置。
10. 前記切換部材が円柱形のピンであり、該切換部材の径が前記ロック部材の径よりも大きいことを特徴とする請求項７に記載の可変動弁装置。
11. 前記第１のカムと一体に回転するアウタシャフトと、該アウタシャフトの内側に設けられ前記第２のカムと一体に回転するインナシャフトとによってシャフト部材が構成され、前記切換部材が前記シャフト部材の軸線と平行な軸線方向に移動可能に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の可変動弁装置。
12. 前記切換部材が、前記アウタシャフトの外径よりも径方向の外側に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の可変動弁装置。

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