JP2000227012A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小バルブリフト域から大バルブリフト制御へ
制御する際の制御軸の回転摩擦トルクを低減させて最大
バルブリフト側へのバルブタイミングの制御応答性を向
上させる。 【解決手段】 外周に駆動カム１５が固定された駆動軸
１３と、該駆動軸１５の外周に揺動自在に設けられて、
バルブリフター１６を介して吸気弁１２を開閉作動させ
る揺動カム１７とを備えている。駆動カムの回転力をリ
ンクアーム２４及びリンクロッド２５を介して揺動カム
に伝達するロッカアーム２３の揺動支点を制御軸３２に
固定された制御カム３３の回転によって行う。そして、
リフト量を増加させる方向へ制御する制御軸の回転方向
を、揺動カムがロッカアームの揺動力によって吸気弁を
開作動させる方向と同一に設定した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば吸気弁ある
いは排気弁の特にバルブリフト量を機関運転状態に応じ
て可変にできる内燃機関の可変動弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来の可変動弁装置としては、
本出願人が先に出願した特願平９−２１２８３１号，特
願平１０−２９７７１１号に記載されたものがある。

【０００３】図１１及び図１２に基づいて概略を説明す
れば、この可変動弁装置は、吸気弁側に適用されたもの
で、クランク軸の回転に同期して回転する駆動軸５１の
外周に、軸心Ｙが駆動軸５１の軸心Ｘから偏心した駆動
カム５２が設けられていると共に、駆動カム５２の回転
力が多節リンク状の伝達機構を介して伝達されて、吸気
弁５３の上端部に有するバルブリフター５４の上面をカ
ム面５５が摺接して吸気弁５３をバルブスプリング６５
のばね力に抗して開作動させる揺動カム５６を有してい
る。

【０００４】前記伝達機構は、揺動カム５６の上方に配
置されて制御軸５７に揺動自在に支持されたロッカアー
ム５８と、円環状の一端部５９ａが駆動カム５２の外周
面に嵌合しかつ他端部５９ｂがロッカアーム５８の一端
部５８ａにピン６０を介して回転自在に連結されたリン
クアーム５９と、一端部６１ａがロッカアーム５８の他
端部５８ｂにピン６２を介して回転自在に連結され、他
端部６１ｂが前記揺動カム５６の端部にピン６３を介し
て回転自在に連結されたリンクロッド６１とから構成さ
れている。

【０００５】また、前記制御軸５７の外周面には、軸心
Ｐ１が制御軸５７の軸心Ｐ２から所定量αだけ偏心した
制御カム６４が固定されている。この制御カム６４は、
ロッカアーム５８のほぼ中央に穿設された支持孔５８ｃ
内に回転自在に嵌入保持されて、その回転位置に応じて
ロッカアーム５８の揺動支点を変化させて、揺動カム５
６のカム面５５のバルブリフター５４上面に対する転接
位置を変化させて、吸気弁５３のバルブリフト量を可変
制御するようになっている。

【０００６】すなわち、機関運転状態が、低回転低負荷
域の場合は、図１１に示すように、図外のアクチュエー
タによって制御軸５７を一方向（時計方向）へ回転させ
て、制御カム６４も同方向へ位相θ２′まで回転させる
ことにより、ロッカアーム５８の揺動支点位置を駆動軸
５１より離れる方向へ移動させる。これにより、ロッカ
アーム５８とリンクロッド６１との枢支点が上方に移動
して揺動カム５６のカムノーズ部側の端部５６ａを引き
上げ、これによって揺動カム５６のバルブリフター５４
上面上の当接位置がリフト部５５ｃから離れる方向に移
動する。したがって、吸気弁５３は、そのバルブリフト
量が最小となるように制御される。

【０００７】したがって、機関運転状態に応じて機関性
能を十分に発揮させる、つまり燃費や出力の向上などを
図ることができる。

【０００８】一方、中回転中負荷域から高回転高負荷域
へ移行した場合は、図１２に示すように図外のアクチュ
エータが制御軸５７を介して制御カム６４を白抜き矢印
Ｂ方向へ回転させて、制御カム６４を同方向へ回転させ
るため、図示のように、ロッカアーム５８の揺動支点が
駆動軸５１に近づく方向に移動する。これにより、揺動
カム５６は、リンクロッド６１などによって端部５６ａ
が押し下げられて、バルブリフター５４上面の当接位置
がリフト部５５ｃ側に移動するため、吸気弁５３のバル
ブリフト量が増加するように制御される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の可変動弁装置にあっては、制御カム６４の回転位置
に応じてロッカアーム５８の揺動支点を変化させること
によりバルブリフト量を大小可変にすることができるも
のの、制御カム６４の回転方向、とりわけ最小バルブリ
フト制御位置からバルブリフト量を増加させる方向へ制
御する際の制御軸５７の回転方向については十分に考慮
されていなかった。

【００１０】すなわち、図１１に示すように、最小バル
ブリフト制御位置（位相θ２′）から図１２に示すバル
ブリフト量を増加させる方向に制御する際の制御軸５７
の回転方向を揺動カム５６が吸気弁５３を開作動させる
回動方向（矢印Ａ方向）とは反対側の矢印Ｂ方向へ回転
させるようになっている。このため、制御カム６４は、
吸気弁５３の開作動におけるバルブスプリングの大きな
ばね反力と装置各部の摩擦抵抗力に起因してロッカアー
ム５８の支持孔５８ｃの内周面から回転方向（矢印Ｂ方
向）とは逆方向に大きな摩擦トルクを受ける。このた
め、矢印Ｂ方向への回転速度が低下して吸気弁５３のバ
ルブリフト量増加側への切換応答性が悪化する。

【００１１】以下、この制御カム６４の矢印Ｂ方向への
回転時における大きな摩擦トルクの発生原因を、図１３
及び図１４に基づいて考察すると、まず制御軸５７が図
１１に示す最小バルブリフト制御の回転位置から矢印Ｂ
方向へ回転して図１２に示す中間バルブリフト制御の回
転位置を経てさらに同方向へ回転して最大バルブリフト
の回転位置に制御されるわけであるが、この間における
制御軸５７に作用するトルク特性は図１３に示す形にな
る。ここで、特徴的であるのは、リフト上り区間（吸気
弁の開作動時）で制御軸５７に非常に大きなピークトル
ク（矢印Ｂ方向と反対方向）が発生していることであ
る。

【００１２】この理由は、リフト区間では、装置各部の
フリクションにより、図１２に示すように、制御カム６
４に作用する荷重Ｆ３ｕが増加し、それに伴い制御カム
６４がロッカアーム５８の支持孔５８ｃの内周面から受
ける摩擦トルクＭｕも増加するが、この摩擦トルクの方
向（Ｍ方向）が制御カム６４をバルブリフトの低減方向
（Ｂ方向に対し逆方向）に作用するためである。

【００１３】具体的に説明すれば、リフト上り区間で
は、図１２に示すように揺動カム５６がリフトするとき
にバルブスプリング６５からのばね反力Ｆがバルブリフ
タ５４を介して揺動カム５６に作用するほかに、バルブ
リフタ５４と揺動カム５６との間の摩擦力Ｆμｕが抗力
として作用する。その結果、揺動カム５６に大きなモー
メントが発生し、もってロッカアーム５８とリンクロッ
ド６１の枢支点ＺにＦ２ｕなる大荷重が作用し、制御カ
ム６４にはＦ３ｕなる大荷重が作用する。この制御軸５
７の位相では、荷重Ｆ３ｕの制御軸軸心Ｐ２に対するモ
ーメントの腕ｅも比較的長くなっており、Ｆ３ｕそのも
のによって大きなモーメントＭｆが発生する。

【００１４】ここで、Ｍｆ＝Ｆ３ｕ×ｅの式が成立し、
さらに、この大荷重Ｆ３ｕにより、大きな摩擦モーメン
トＭｕが制御カム６４の軸心Ｐ１に発生する。

【００１５】ここで、Ｍｕ＝Ｆ３ｕ×μ×ｒである（ｒ
は制御カムの半径、μはロッカアームの支持孔と制御カ
ムとの間の摩擦係数）。このＭｕにより軸心Ｐ２回りに
も同方向に大きなモーメントが発生する。

【００１６】このとき、ＭｆとＭｕはともに制御カム６
４の図中時計方向、すなわちリフト増大方向（Ｂ方向）
とは逆方向に作用し、図１３に示すピークトルクが発生
する。

【００１７】ちなみに、各部（揺動カムとバルブリフタ
間、ロッカアームと制御カム間など）の摩擦係数μが０
と想定した場合の制御軸５７トルクを図１３の破線で示
す。この破線と実線との間のＡ’部がμの存在によって
増幅される。このため、前述したピークトルクがリフト
増大方向（Ｂ方向）と逆方向に作用して、リフト増大方
向の回転速度の低下を招く。

【００１８】一方、リフト下り区間では、ロッカアーム
５８と制御カム６４との間のμによる摩擦モーメントの
方向がＢ方向となり、リフト増大方向へ付勢するため有
利になるが、図１３のＢ’部及び図１４で示すように、
リフト下り区間では、制御カム６４に作用する荷重（Ｆ
３ｄ）自身が小さくなっているため（Ｆ３ｄ＜Ｆ３
ｕ）、摩擦モーメントＭｄも、上り区間のＭｕに対し小
さくなっている。その結果、上り区間・下り区間トータ
ルで見れば、Ｍｕの影響がＭｄの影響より大きく、した
っがてリフト増加方向への回転速度が遅くなり、応答性
が低下する。

【００１９】なお、ここで、Ｍｄ＝Ｆ３ｄ×μ×ｒであ
る。

【００２０】リフト下り区間のＦ３ｄが、リフト上り区
間のＦ３ｕに対して小さくなるのは、図１２において、
リフト下り区間では、揺動カム５６とバルブリフタ５４
の接点に作用する摩擦力Ｆμｄが抗力として働くのでは
なく、揺動カム５６にかかるモーメントを低減する方向
に働くためである。これにより、Ｆ２ｕが減少し、Ｆ４
ｄやＦ３ｄも減少する。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記従来の可
変動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１
記載の発明は、機関のクランク軸に同期して回転し、外
周に駆動カムが設けられた駆動軸と、バルブスプリング
のばね力に抗して機関弁を開作動させる揺動カムと、一
端部が前記駆動カムに連係する一方、他端部が前記揺動
カムに連係したロッカアームと、該ロッカアームを偏心
制御カムを介して揺動自在に支承する制御軸とを備え、
機関運転状態に応じて前記制御軸の回転位置を制御して
ロッカアームの揺動支点位置を変化させて機関弁のリフ
ト量を可変制御する内燃機関の可変動弁装置において、
前記リフト量を増加させる方向へ制御する制御軸の回転
方向を、前記揺動カムがロッカアームの揺動力によって
機関弁を開作動させる方向と同一に設定したことを特徴
としている。

【００２２】請求項２記載の発明は、前記制御カムの外
周面と前記ロッカアームに形成されて前記制御カムが嵌
合摺動する支持孔の内周面とを面接触するように形成し
たことを特徴としている。

【００２３】請求項３記載の発明は、前記制御軸のリフ
ト増加方向への最大回転位置を規制するストッパ機構を
設けたことを特徴としている。

【００２４】請求項４記載の発明は、前記ロッカアーム
の他端部と揺動カムとをリンク部材によって機械的に連
係したことを特徴としている。

【００２５】請求項５記載の発明は、前記ロッカアーム
の一端部と駆動カムとをリンクアームによって機械的に
連係したことを特徴としている。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の可変動弁装置の実
施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の可変
動弁装置は、１気筒あたり２つの吸気弁を備え、かつ吸
気弁のバルリフト量を機関運転状態に応じて可変にする
可変機構を備えている。

【００２７】すなわち、この可変動弁装置は、図１，図
２に示すようにシリンダヘッド１１に図外のバルブガイ
ドを介して摺動自在に設けられて、バルブスプリング１
０，１０によって閉方向に付勢された一対の吸気弁１
２，１２と、シリンダヘッド１１上部の軸受１４に回転
自在に支持された中空状の駆動軸１３と、該駆動軸１３
に圧入等により固設された偏心回転カムである駆動カム
１５と、駆動軸１３の外周面１３ａに揺動自在に支持さ
れて、各吸気弁１２，１２の上端部に配設されたバルブ
リフター１６，１６に摺接して各吸気弁１２，１２を開
作動させる２つの揺動カム１７，１７と、駆動カム１５
と揺動カム１７，１７との間に連係されて、駆動カム１
５の回転力を揺動カム１７，１７の揺動力として伝達す
る伝達機構１８と、該伝達機構１８の作動位置を可変に
する可変機構１９とを備えている。

【００２８】前記駆動軸１３は、機関前後方向に沿って
配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動
スプロケットや該従動スプロケットに巻装されたタイミ
ングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が
伝達されており、この回転方向は図１中反時計方向に設
定されている。

【００２９】前記軸受１４は、シリンダヘッド１１の上
端部に設けられて駆動軸１３の上部を支持するメインブ
ラケット１４ａと、該メインブラケット１４ａの上端部
に設けられて後述する制御軸３２を回転自在に支持する
サブブラケット１４ｂとを有し、両ブラケット１４ａ，
１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１４ｃによって上方から
共締め固定されている。

【００３０】前記駆動カム１５は、図３にも示すよう
に、ほぼリング状を呈し、円環状のカム本体１５ａと、
該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられた筒状部１
５ｂとからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔１５ｃが貫
通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｙが駆
動軸１３の軸心Ｘから径方向へ所定量だけオフセットし
ている。また、この各駆動カム１５は、駆動軸１３に対
し前記両バルブリフター１６，１６に干渉しない両外側
に駆動軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共
に、カム本体１５ａの外周面１５ｄが偏心円のカムプロ
フィールに形成されている。

【００３１】前記バルブリフター１６，１６は、有蓋円
筒状に形成され、シリンダヘッド１１の保持孔内に摺動
自在に保持されていると共に、揺動カム１７，１７が摺
接する上面１６ａ，１６ａが平坦状に形成されている。

【００３２】前記揺動カム１７は、図１に示すようにほ
ぼ雨滴状を呈し、ほぼ円環状の基端部２０に駆動軸１３
が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２０ａが貫通
形成されていると共に、一端部のカムノーズ部２２側に
ピン孔２１ａが貫通形成されている。また、揺動カム１
７の下面には、カム面２２が形成され、基端部２０側の
基円面２２ａと該基円面２２ａからカムノーズ部２１側
に円弧状に延びるランプ面２２ｂと該ランプ面２２ｂか
らカムノーズ部２１の先端側に有する最大リフトの頂面
２２ｄに連なるリフト面２２ｃとが形成されており、該
基円面２２ａとランプ面２２ｂリフト面２２ｃ及び頂面
２２ｄとが、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブ
リフター１６の上面１６ａ所定位置に当接するようにな
っている。

【００３３】すなわち、図４に示すバルブリフト特性か
らみると、図１に示すように基円面２２ａの所定角度範
囲がベースサークル区間θ１１になり、ランプ面２２ｂ
の前記ベースサークル区間から所定角度範囲がいわゆる
ランプ区間θ１２となり、さらにランプ面２２ｂのラン
プ区間から頂面２２ｄまでの所定角度範囲がリフト区間
θ１３になるように設定されている。

【００３４】前記伝達機構１８は、駆動軸１３の上方に
配置されたロッカアーム２３と、該ロッカアーム２３の
一端部２３ａと駆動カム１５とを連係するリンクアーム
２４と、ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１
７とを連係するリンク部材であるリンクロッド２５とを
備えている。

【００３５】前記各ロッカアーム２３は、中央に有する
筒状基部が支持孔２３ｄを介して後述する制御カム３３
に回転自在に支持されている。また、各筒状基部の各外
端に外端部に突設された前記一端部２３ａには、ピン２
６が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、各基部
の各内端部に夫々突設された前記他端部２３ｂには、各
リンクロッド２５の一端部２５ａと連結するピン２７が
嵌入するピン孔が形成されている。

【００３６】また、前記リンクアーム２４は、比較的大
径な円環状の基部２４ａと、該基部２４ａの外周面所定
位置に突設された突出端２４ｂとを備え、基部２４ａの
中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体１５ａの外
周面に回転自在に嵌合する嵌合孔２４ｃが形成されてい
る一方、突出端２４ｂには、前記ピン２６が回転自在に
挿通するピン孔２４ｄが貫通形成されている。

【００３７】さらに、前記リンクロッド２５は、図１に
も示すようにロッカアーム２３側が凹状のほぼく字形状
に形成され、両端部２５ａ，２５ｂには前記ロッカアー
ム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７のカムノーズ部２
１の各ピン孔に圧入した各ピン２７，２８の端部が回転
自在に挿通するピン挿通孔２５ｃ，２５ｄが貫通形成さ
れており、前記ピン２８の軸心が揺動カム１７の枢支点
になっている。

【００３８】尚、各ピン２６，２７，２８の一端部に
は、リンクアーム２４やリンクロッド２５の軸方向の移
動を規制するスナップリング２９，３０，３１，が設け
られている。

【００３９】前記可変機構１９は、駆動軸１３の上方位
置に同じ軸受１４に回転自在に支持された制御軸３２
と、該制御軸３２の外周に固定されてロッカアーム２３
支持孔２３ｄに摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム２
３の揺動支点となる制御カム３３とを備えている。

【００４０】前記制御軸３２は、駆動軸１３と並行に機
関前後方向に配設されていると共に、図２に示すよう
に、一端部に設けられた電磁アクチュエータ３６によっ
て所定回転角度範囲内で回転するようになっている。

【００４１】また、前記制御カム３３は、円筒状を呈
し、図に示すように軸心Ｐ１位置が肉厚部３３ａの分だ
け制御軸３２の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。

【００４２】そして、前記制御軸３２は、最大バルブリ
フト制御回転位置から最小バルブリフト制御回転位置ま
での回転方向が、図５の黒太矢印に示すようにロッカア
ーム２３が吸気弁１２を閉作動させる回動方向（矢印Ａ
１）と同一になるように設定されている一方、最小バル
ブリフト制御回転位置から最大バルブリフト制御回転位
置までの回転方向が図１の白抜き矢印Ｂ２に示すように
ロッカアーム２３が吸気弁１２を開作動させる方向（矢
印Ａ２方向）と同一になるように設定されている。

【００４３】また、この制御軸３２は、図２に示すよう
に最大バルブリフト制御時の最大回転位置がストッパ機
構３４によって規制されており、このストッパ機構３４
は制御軸３２の上端部直径方向から挿通固定されたスト
ッパピン３４ａと、シリンダヘッド１１上端部のロッカ
カバー３５に固定されてＬ字状に折曲された先端部が制
御軸の最大回転位置（位相θ１）でストッパピン３４ａ
に当接してそれ以上の回転を規制するロッド状のストッ
パ部材３４ｂとから構成されている。

【００４４】さらに、前記制御軸３２を前述の最小−最
大バルブリフト制御の回転範囲内で回転制御する電磁ア
クチュエータ３６は、図２に示すように機関の運転状態
を検出するコントローラ３７からの制御信号によって駆
動するようになっている。このコントローラ３７は、ク
ランク角センサやエアーフローメータ，水温センサ制御
軸３２の回転位置検出センサ３８等の各種のセンサから
の検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算等によ
り検出して、前記電磁アクチュエータに制御信号を出力
している。

【００４５】以下、本実施形態の作用を説明すれば、ま
ず、機関低速低負荷時には、コントローラからの制御信
号によって電磁アクチュエータを介して制御軸３２が図
１の回転位置に駆動される。このため、制御カム３３
は、軸心Ｐ１が同図に示すように、肉厚部３３ａが駆動
軸１３から上方向に離間移動し、制御軸３２の軸心Ｐ２
から右上方の回動角度位置（位相θ２）に保持される。
これにより、ロッカアーム端部２３ｂとリンクロッドの
枢支点は、駆動軸１３に対して上方向へ移動し、このた
め、各揺動カム１７は、リンクロッド２５を介してカム
ノーズ部２１側が強制的に引き上げられて全体が反時計
方向へ回動する。

【００４６】したがって、駆動カム１５が回転してリン
クアーム２４を介してロッカアーム２３の一端部２３ａ
を押し上げると、そのリフト量がリンクロッド２５を介
して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達される
が、そのリフト量Ｌ１は充分小さくなる。

【００４７】よって、かかる低速低負荷域では、図７の
破線で示すようにバルブリフト量が小さくなることによ
り、各吸気弁１２の開時期が遅くなり、排気弁とのバル
ブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と
機関の安定した回転が得られる。

【００４８】一方、機関高速高負荷時に移行した場合
は、コントローラ３７からの制御信号によって電磁アク
チュエータ３６により制御軸３２が図１の時計方向（Ｂ
２方向）に回転駆動される。したがって、制御軸３２
は、制御カム３３を図１に示す位置から時計方向へ回転
させ、軸心Ｐ１（肉厚部３３ａ）が図６Ａ，Ｂに示す下
方向（θ１）へ移動する。このため、ロッカアーム２３
は、今度は全体が駆動軸１３方向に移動して他端部２３
ｂが揺動カム１７のカムノーズ部２１をリンクロッド２
５を介して下方へ押圧して該揺動カム１７全体を所定量
だけ時計方向へ回動させる。

【００４９】したがって、揺動カム１７のバルブリフタ
ー１６上面１６ａに対するカム面２２の当接位置が、図
６Ａに示すように右方向位置（リフト部２２ｄ側）に移
動する。このため、吸気弁１２の開作動時に図６Ａに示
すように駆動カム１５が回転してロッカアーム２３の一
端部２３ａをリンクアーム２４を介して押し上げると、
バルブリフター１６に対するそのリフト量Ｌ２は図６Ａ
に示すように大きくなる。

【００５０】よって、かかる高速高負荷域では、図７の
実線で示すようにバルブリフト量も大きくなると共に、
各吸気弁１２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅く
なる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力が
確保できる。

【００５１】そして、かかる制御軸３２が最小バルブリ
フト制御の回転位置から最大バルブリフト制御へのリフ
ト増加制御時の回転方向（Ｂ２方向）を吸気弁１２の開
作動時のロッカアーム２３の回動方向（Ａ２）と同一に
設定したことにより、該制御軸３２の回転速度を早くす
ることができる。

【００５２】以下、この制御軸３２のＢ２方向への回転
中における各部の摩擦トルク特性を考察する。図８は制
御軸３２の位相と最大バルブリフト（Ｌｍａｘ）の関係
を示しており、制御軸位相がθ２のときのＬｍａｘは前
述のようにＬ１になっており、この部分は図１と対応す
る。また、制御軸位相がθ１のときＬｍａｘは前述のよ
うにＬ２になっており、この部分は図６と対応する。さ
らに、制御軸位相がθ３のときＬｍａｘは中間リフトＬ
３となっており、この部分は後述の図５と対応する。な
お、θ２′，θ３′は従来例を説明した図１１，１２と
それぞれ対応する。図９は制御軸３２に作用するトルク
特性、図１０は各部の荷重特性を示している。

【００５３】この図９で特徴的なのは、吸気弁１２の開
作動（リフト上り区間）での制御軸３２のトルクが大幅
に減少していることである。この理由は、リフト上り区
間では装置各部のフリクションにより制御カム３３に作
用する荷重Ｆ３ｕが増加し、それに伴い制御カム３３が
ロッカアーム２３から受ける摩擦モーメントＭｕも増加
するが、この摩擦モーメントの方向（Ｍ方向）が、制御
カム３３をバルブリフトの増加する方向（Ｂ２方向）に
働くためである。

【００５４】具体的に説明すれば、リフト上り区間で
は、揺動カム１７がリフト（押し下げられる）する時、
バルブスプリング１０からの反力Ｆがバルブリフタ１６
を介して揺動カム１７に作用し、バルブリフタ１６と揺
動カム１７との間の摩擦力Ｆμｕも作用する。その結
果、揺動カム１７には大きなモーメントが発生し、もっ
て、ロッカアーム２３とリンクロッド２５の枢支点ｚに
Ｆ２ｕなる大荷重が作用し、制御カム３３の軸心Ｐ１に
はＦ３ｕなる大荷重が作用する。

【００５５】この制御軸３２の位相では、荷重Ｆ３ｕの
制御軸３２の軸心Ｐ２に対するモーメントの腕ｅも比較
的長くなっており、Ｆ３ｕそのものによって大きなモー
メント（Ｍｆ）が発生し、Ｂ２方向とは逆に作用する。

【００５６】ここで、Ｍｆ＝Ｆ３ｕ×ｅ この大荷重Ｆ３ｕにより、大きな摩擦モーメントＭｕが
制御カム３３の軸心Ｐ１に発生する。ここで、Ｍｕ＝Ｆ
３ｕ×μ×ｒである。

【００５７】（ｒは制御カムの半径、μはロッカアーム
と制御カムの間の摩擦係数）このＭｕにより、制御軸３
２の軸心Ｐ２にも同方向に大きなモーメントが発生す
る。

【００５８】ところが、この摩擦モーメントＭｕは、制
御カム３３をリフト増大方向（Ｂ２方向）に作用するた
め、Ｍｆと相殺し、もって図９に示す様にリフト低下方
向（Ｂ２と逆方向）の制御軸トルクが大幅に減少する。

【００５９】特に、上りリフト区間ではＦ３ｕが大きい
ので、Ｍｕも大きく、もって、摩擦モーメントによる制
御軸トルク低減効果が大きい。

【００６０】ちなみに、各部（揺動カムとバルブリフタ
との間、ロッカアームと制御カムとの間など）の摩擦係
数μが０と想定した時の制御軸トルクを図９の破線で示
す。この破線と実線の間のＡ部がμの存在により低減さ
れる。このため、前述のようにリフト低減方向（Ｂと逆
方向）の制御軸トルクが大幅に低下し、リフト増大方向
の応答性が大幅に向上する。

【００６１】一方、リフト下り区間では、ロッカアーム
２３と制御カム３３との間のμによる摩擦モーメントの
方向がＢ２と逆方向となり、リフト低減方向へ付勢し、
不利になる（図９のＢ部）が、図１０で示すように、リ
フト下り区間では、制御カム３３に作用する荷重自身
（Ｆ３ｄ）が小さくなっているため（Ｆ３ｄ＜Ｆ３
ｕ）、摩擦モーメントＭｄも、上り区間のＭｕに対して
小さくなっている。その結果、上り区間と下り区間のト
ータルで見れば、Ｍｕの影響がＭｄ（Ｍｄ＝Ｆ３ｄ×μ
×ｒ）の影響より大きく、したがって、リフト増加方向
への回転速度が早くなり、応答性が向上する。

【００６２】なお、リフト下り区間のＦ３ｄが、リフト
上り区間のＦ３ｕに対して小さくなるのは、前述のよう
に図５において、リフト下り区間では、揺動カム１７と
バルブリフタ１６の接点に作用する摩擦力Ｆμｄが抗力
として働くのではなく、揺動カム１７に掛かるモーメン
トを低減する方向に動くためであり、これにより、Ｆ２
ｕが減少し、Ｆ４ｄも減少、Ｆ３ｄも減少するためであ
る。

【００６３】さらに、ロッカアーム２３と制御カム３３
との摺動を、ニードル等を用いたころがり接触ではなく
面接触としたため、μが大きく、したがって、摩擦モー
メントＭｕも大きくなる。この結果、リフト増加方向へ
の制御軸回転速度を顕著に高めることができる。

【００６４】一方、この回転速度上昇により、制御軸３
２が勢い付いて最大リフト制御軸位相θ１を越えて行き
過ぎてしまう懸念がある。これは、特にμにばらつきが
ある場合に生じ易い。本実施形態では、図２，図５，図
６に示すストッパ機構３４を設けることにより、このよ
うな過度な回転を防止することができる。

【００６５】このストッパ機構３４は、最大リフト制御
軸位相θ１に設けた例を示したが、必ずしも最大リフト
を必要としないエンジンなどに適用する場合において
は、ストッパの位置を図８に示す位置からθ２方向へ少
しずらすことも可能である。

【００６６】また、本実施形態では、揺動カム１７とロ
ッカアーム２３がリンクロッド２５によって機械的に連
係されており、特に、機関高回転でロッカアーム２３と
揺動カム１７の離接による衝突が回避でき、制御軸３２
に対する衝突入力の作用が防止されて、常時円滑な制御
軸３２の回転作用が得られる。また、駆動カム１５とロ
ッカアーム２３がリンクアーム２４によって機械的に連
係されており、特に、高回転域でロッカアーム２３と駆
動カム１５の離接による衝突が回避でき、同様な効果が
得られる。

【００６７】本発明は、前記実施形態の構成に限定され
るものではなく、可変機構をロッカアームと揺動カムを
備えた他構成のものにも適用できると共に、排気弁側に
適用することも可能である。また、本実施形態のよう
に、揺動カム１７を駆動軸１３に支持させることによ
り、部品点数の削減され、コンパクト化が図れるが、揺
動カム１７を駆動軸１３と異なる支軸に支持させること
も可能である。

【００６８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
可変動弁装置によれば、リフト量を増加させる方向へ制
御する際の制御軸の回転方向を、揺動カムがロッカアー
ムの揺動力によって機関弁を開作動させる方向と同一に
設定したため、制御カムが機関弁の開作動時にロッカア
ームとの摺動部から受ける摩擦モーメントの方向が制御
軸のリフト増加回転方向と一致する。この結果、制御軸
に作用するモーメントが低減して、小バルブリフトから
大バルブリフトへの制御応答性が向上する。

【００６９】請求項２記載の発明によれば、摩擦モーメ
ントを大きくできるため、小バルブリフトから大バルブ
リフト側への制御応答性をさらに向上させることができ
る。

【００７０】請求項３に記載の発明によれば、ストッパ
機構によって前記摩擦モーメントに起因する制御軸の過
度なバルブリフト増加方向への回転を防止することがで
きる。

【００７１】請求項４及び５に記載の発明によれば、ロ
ッカアームと揺動カムとの間あるいはロッカアームと駆
動カムとの間をリンクアームやリンク部材により機械的
に連係させたため、特に機関高回転時において揺動カム
とロッカアームの離接あるいは駆動カムとロッカアーム
の離接による衝突が回避され、したがって、制御軸に衝
撃入力が作用するのが防止されて、常時円滑な回転作用
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態における最小バルブリフ
ト時を示す図２のＡ矢視図。

【図２】 実施形態の要部斜視図

【図３】 本実施形態に供される駆動カムの斜視図。

【図４】 揺動カムのカム面のリフト特性図。

【図５】 本実施形態の中間バルブリフト時の作動説明
図。

【図６】 Ａは本実施形態の最大バルブリフト時の弁開
作動状態を示す作動説明図、Ｂは同じく弁開作動状態を
示す作動説明図。

【図７】 本実施形態のバルブリフト特性図。

【図８】 バルブリフト中の制御軸位相変化特性図。

【図９】 本実施形態における制御軸トルク特性図

【図１０】 本実施形態における各部に作用する荷重特
性図

【図１１】 先願に係る可変動弁装置を示す断面図。

【図１２】 同先願の装置における作動説明図。

【図１３】 同先願の装置における制御軸トルクの特性
図。

【図１４】 同先願の装置における各部に作用する荷重
特性図。

【符号の説明】

１１…シリンダヘッド １２…吸気弁 １３…駆動軸 １５…駆動カム １６…バルブリフター １７…揺動カム １８…伝達機構 １９…可変機構 ２３…ロッカアーム ２３ａ，２３ｂ…端部 ２３ｄ…支持孔 ２４…リンクアーム ２５…リンクロッド ２８…ピン ３２…制御軸 ３３…制御カム Ｐ１…制御カムの軸心 Ｐ２…制御軸の軸心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹村 信一 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G016 AA06 AA19 BA03 BA23 BA36 BA39 BB04 BB09 CA01 CA13 CA21 CA22 CA25 CA27 CA29 CA32 CA46 CA47 CA48 CA52 DA01 DA23 GA00

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関のクランク軸に同期して回転し、外
   周に駆動カムが設けられた駆動軸と、バルブスプリング
   のばね力に抗して機関弁を開作動させる揺動カムと、一
   端部が前記駆動カムに連係する一方、他端部が前記揺動
   カムに連係したロッカアームと、該ロッカアームを偏心
   制御カムを介して揺動自在に支承する制御軸とを備え、
   機関運転状態に応じて前記制御軸の回転位置を制御して
   ロッカアームの揺動支点位置を変化させて機関弁のリフ
   ト量を可変制御する内燃機関の可変動弁装置において、 前記リフト量を増加させる方向へ制御する制御軸の回転
   方向を、前記揺動カムがロッカアームの揺動力によって
   機関弁を開作動させる方向と同一に設定したことを特徴
   とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 【請求項２】 前記制御カムの外周面と前記ロッカアー
   ムに形成されて前記制御カムが嵌合摺動する支持孔の内
   周面とを面接触するように形成したことを特徴とする請
   求項１記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 【請求項３】 前記制御軸のリフト増加方向への最大回
   転位置を規制するストッパ機構を設けたことを特徴とす
   る請求項１または２記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 【請求項４】 前記ロッカアームの他端部と揺動カムと
   をリンク部材によって機械的に連係したことを特徴とす
   る請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁
   装置。
5. 【請求項５】 前記ロッカアームの一端部と駆動カムと
   をリンクアームによって機械的に連係したことを特徴と
   する請求項４記載の内燃機関の可変動弁装置。