JP2005248890A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気弁または排気弁のリフト量及び作用角を変化させる内燃機関の可変動弁機構において、制御軸にかかる荷重を低減することで、可変動弁機構の信頼性を高める。
【解決手段】 内燃機関の弁体１２のリフト量及び作用角を変化させる可変動弁機構であって、クランクの回転に応じて回転する第１のカム５４と、第１のカム５４の回転と同期して揺動し、第１のカム５４による作用力を弁体１２に伝達する第２のカム３２，３４を有する伝達部材（第１アーム部材２４、第２アーム部材２６）と、所定の回転位置に調整される制御軸４０と、制御軸４０の回転位置に応じて第１アーム部材２４の揺動範囲を変化させて、弁体１２のリフト量及び作用角を変化させる可変機構と、制御軸４０と第１アーム部材２４を互いにフローティング状態にして支持する転がり軸受け６２及び滑り軸受け７２と、を備える。
【選択図】 図７

Description

この発明は、可変動弁機構に係り、特に、カムシャフトの回転と同期して開閉する弁のリフト量を変化させることのできる内燃機関の可変動弁機構に関する。

従来から、カムシャフトの回転と同期して開閉する弁体のリフト量を変化させる機能を有する可変動弁機構が開示されている。このような可変動弁機構において、特開２００３−２３９７１２号公報には、ロッカーアームとカムとの間に揺動カムを設け、制御軸の回転位置を変更することにより揺動カムの揺動範囲を変化させる可変動弁機構が開示されている。

特開２００３−２３９７１２号公報 特開２００２−３７１８１６号公報

しかしながら、上述した従来の機構において、揺動カムは制御軸に軸支されているため、バルブリフト時のバルブスプリング反力に起因した軸曲げ力が揺動カムから制御軸に作用し、制御軸が屈曲変形する可能性がある。

また、軸曲げ力が制御軸に加わると、制御軸を回転させる際の負荷が大きくなり、制御軸を回転させるアクチュエータの消費電力が増加するという問題も生じる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の可変動弁機構において、リフト量を可変するための制御軸にかかる荷重を低減することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の弁体のリフト量及び作用角を変化させる可変動弁機構であって、クランクの回転に応じて回転する第１のカムと、前記カムの回転と同期して揺動する第２のカムを有し、前記第２のカムの揺動により前記第１のカムの動きを前記弁体に伝達する伝達部材と、所定の回転位置に調整される制御軸と、前記制御軸の回転位置に応じて前記第２のカムの揺動範囲を変化させて、前記弁体のリフト量及び作用角を変化させる可変機構と、前記制御軸と前記伝達部材をフローティング状態にして支持する支持部と、を備えたことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記制御軸は、前記伝達部材に設けられた挿入孔に挿入されて配置され、前記制御軸と前記挿入孔との間に所定の隙間を設けたことを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記支持部は、前記制御軸を回動可能に支持する第１の軸受け部と、前記伝達部材を回動可能に支持する第２の軸受け部とを含むことを特徴とする。

第４の発明は、第３の発明において、前記第１の軸受け部と前記第２の軸受け部を隣接して配置したことを特徴とする。

第５の発明は、第３又は第４の発明において、前記第１の軸受け部を転がり軸受けとし、前記第２の軸受けを滑り軸受けとしたことを特徴とする。

第１の発明によれば、制御軸と伝達部材をフローティング状態にして支持するため、弁体を介して伝達部材に作用するバルブスプリング反力が制御軸に作用しなくなり、制御軸の屈曲変形を抑制することが可能となる。

第２の発明によれば、制御軸と、制御軸が挿入される伝達部材の挿入孔との間に所定の隙間を設けたため、制御軸と伝達部材をフローティング状態にすることができる。

第３の発明によれば、制御軸を第１の軸受け部で支持し、伝達部材を第２の軸受け部で支持するようにしたため、制御軸と伝達部材を独立して支持することが可能となり、制御軸と伝達部材をフローティング状態にすることができる。

第４の発明によれば、第１の軸受け部と第２の軸受け部を隣接して配置したため、第１の軸受け部と第２の軸受け部の双方に一括して潤滑油を供給することが可能となる。

第５の発明によれば、第１の軸受け部を転がり軸受けとし、第２の軸受けを滑り軸受けとしたことにより、回転動する制御軸を回転軸支持に適した転がり軸受けで支持することができ、バルブスプリング反力を受ける伝達部材を高荷重、高速摺動に適した滑り軸受けで支持することができる。

以下、図面に基づいてこの発明の一実施形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る可変動弁機構１０の主要部の斜視図である。図１に示す可変動弁機構は、内燃機関の弁体を駆動するための機構である。ここでは、内燃機関の個々の気筒に２つの吸気弁と２つの排気弁とが備わっているものとする。そして、図１に示す構成は、単一の気筒に配設された２つの吸気弁、或いは２つの排気弁を駆動する機構として機能するものとする。

図１に示す構成は、吸気弁または排気弁として機能する２つの弁体１２を備えている。弁体１２には、それぞれ弁軸１４が固定されている。弁軸１４の端部は、ロッカーアーム１６の一端に設けられたピボットに接している。弁軸１４には、後述するバルブスプリング６２の付勢力が作用しており、ロッカーアーム１６は、その付勢力を受けた弁軸１４により上方に付勢されている。ロッカーアーム１６の他端は、油圧ラッシュアジャスタ１８により回動可能に支持されている。油圧ラッシュアジャスタ１８によれば、ロッカーアーム１６の高さ方向の位置を油圧により自動調整することにより、タペットクリアランスを自動調整することができる。

ロッカーアーム１６の中央部には、ローラ２０が配設されている。ローラ２０の上部には、揺動アーム２２が配置されている。以下、揺動アーム２２の周辺の構造を、図２を参照して説明する。

図２は、第１アーム部材２４と第２アーム部材２６の分解斜視図である。第１アーム部材２４および第２アーム部材２６は、何れも図１に示す構成における主要な構成部材である。既述した揺動アーム２２は、図２に示すように、第１アーム部材２４の一部である。

すなわち、第１アーム部材２４は、図２に示すように、２つの揺動アーム２２と、それらに挟まれたローラ当接面２８とを一体に備える部材である。２つの揺動アーム２２は、２つの弁体１２のそれぞれに対応して設けられたものであり、それぞれ既述したローラ２０（図１参照）に接している。

第１アーム部材２４には、２つの揺動アーム２２を貫通するように開口した貫通孔３０が設けられている。２つの揺動アーム２２の両側には、軸部２３が設けられている。また、揺動アーム２２には、それぞれ、ローラ２０と接する面に同心円部３２と押圧部３４とが設けられている。同心円部３２は、ローラ２０との接触面が軸部２３と同心円を構成するように設けられている。一方、押圧部３４は、その先端側の部分ほど軸部２３の中心からの距離が遠くなるように設けられている。

第２アーム部材２６は、非揺動部３６と揺動ローラ部３８を備えている。非揺動部３６には貫通孔が設けられており、その貫通孔には制御軸４０が挿入される。更に、非揺動部３６および制御軸４０には、後述するように、両者の相対位置を固定するための固定ピン４２が挿入される。このため、非揺動部３６と制御軸４０とは、一体の構造物として機能する。

揺動ローラ部３８は、２つの側壁４４を備えている。これらの側壁４４は、回転軸４６を介して回動自在に非揺動部３６に連結されている。また、２つの側壁４４の間には、カム当接ローラ４８と、スライドローラ５０が配設されている。カム当接ローラ４８およびスライドローラ５０は、それぞれ側壁４４に挟まれた状態で自由に回動することができる。

制御軸４０は、第１アーム部材２４の２つの貫通孔３０、および第２アーム部材２６の非揺動部３６を貫通するように挿入されて、固定ピン４２によって非揺動部３６と一体化される。従って、第１アーム部材２４は、制御軸４０に対して自由に回動できるように組み付けられている。また、第２アーム部材２６の揺動ローラ部３８は、非揺動部３６に対して揺動できるように組み付けられている。

第１アーム部材２４と第２アーム部材２６とが、以上のように組み付けられた場合、第１アーム部材２４と制御軸４０との相対角、つまり、第１アーム部材２４と非揺動部３６との相対角が所定の条件を満たす範囲では、揺動ローラ部３８のスライドローラ５０が、第１アーム部材２４のローラ当接面２８と接することができる。そして、それら両者の接触を維持しながら、上記の所定の条件を満たす範囲で第１アーム部材２４を制御軸４０回りで回動させると、スライドローラ５０は、ローラ当接面２８に沿って転動することができる。本実施形態の可変動弁機構は、その転動を伴いながら弁体１２を開閉動作させる。尚、その動作については、後に図９および図１０を参照して詳細に説明する。

図１は、第１アーム部材２４、第２アーム部材２６、および制御軸４０が、上記の手順で組み付けられた状態を示している。この状態において、第１アーム部材２４および第２アーム部材２６の位置は制御軸４０の位置により規制される。制御軸４０は、既述した条件がみたされるように、つまり、ロッカーアーム１６のローラ２０が揺動アーム２２に当接する条件下で回動可能に支持されている。

制御軸４０にはアクチュエータが連結されている。このアクチュエータは、制御軸４０を所定の角度範囲内で回動させることができる。図１に示す状態は、そのアクチュエータにより、制御軸４０の回転角を上述した所定の条件を満たす範囲に調整し、かつ、スライドローラ５０をローラ当接面２８に当接させた状態を示している。

本実施形態の可変動弁機構１０は、クランクシャフトと同期して回転するカムシャフト５２を備えており、カムシャフト５２には、内燃機関の気筒毎に設けられたカム５４が固定されている。図１に示す状態において、カム５４は、カム当接ローラ４８に接しており、揺動ローラ部３８の上方への移動を規制している。つまり、図１に示す状態では、揺動ローラ部３８のカム当接ローラ４８およびスライドローラ５０を介して、第１アーム部材２４のローラ当接面２８がカム５４と機械的に連結された状態が実現されている。

上述した状態によれば、カム５４の回転に伴ってカムノーズがカム当接ローラ４８を押圧すると、その力はスライドローラ５０を介してローラ当接面２８に伝達される。スライドローラ５０は、ローラ当接面２８の上を転動しながらカム５４の作用力を第１アーム部材２４に伝え続けることができる。その結果、第１アーム部材２４に、制御軸４０を中心とする回転が生じ、揺動アーム２２によりロッカーアーム１６が押し下げられ、弁体１２に開弁方向の動きが与えられる。可変動弁機構１０は、以上説明したように、カム５４の作用力を、カム当接ローラ４８およびスライドローラ５０を介してローラ当接面２８に伝達することで弁体１２を作動させることができる。

次に、図９および図１０を参照して、本実施形態の可変動弁機構１０の動作を説明する。可変動弁機構１０が弁体１２を作動させるためには、カム５４とローラ当接面２８とが、カム当接ローラ４８およびスライドローラ５０を介して機械的に連結された状態を維持することが必要である。そして、この要求を満たすためには、ローラ当接面２８を、つまり、第１アーム部材２４を、カム５４の方向に付勢することが必要である。図９及び図１０に示すロストモーションスプリング６０は、その付勢を実現するためのスプリングである。

ロストモーションスプリング６０は、その上端がシリンダヘッド等に固定された状態で、揺動アーム２２のローラ当接面２８が設けられた側と反対側の後端部を付勢している。従って、この状態において、ロストモーションスプリング６０は、揺動アーム２２のローラ当接面２８を上方に引き上げる方向（図９及び図１０において、制御軸４０を中心として揺動アーム２２が左回りに回転する方向）の付勢力を発生する。この付勢力は、ローラ当接面２８がスライドローラ５０を上方に付勢する力として、更には、カム当接ローラ４８をカム５４に押し当てる力として作用する（図１および図２参照）。その結果、可変動弁機構１０は、図１に示すように、カム５４とローラ当接面２８とが機械的に連結された状態を維持することができる。

図９は、可変動弁機構１０が弁体１２に対して小さなリフトを与えるように動作している様子を示す。以下、この動作を「小リフト動作」と称す。より具体的には、図９（Ａ）は、小リフト動作の過程で弁体１２が閉弁している様子を、また、図９（Ｂ）は小リフト動作の過程で弁体１２が開弁している様子を、それぞれ表している。

図９（Ａ）において、符号θ_Ｃは、制御軸４０の回転位置を表すパラメータである。以下、そのパラメータを「制御軸回転角θ_Ｃ」とする。ここでは、便宜上、制御軸４０の中心と回転軸４６の中心を結ぶ直線と、鉛直方向とのなす角を制御軸回転角θ_Ｃと定義することとする。また、図９（Ａ）において、符号θ_Ａは、揺動アーム２２の回転位置を表すパラメータである。以下、そのパラメータを「アーム回転角θ_Ａ」とする。ここでは、便宜上、揺動アーム２２の先端部と制御軸４０の中心とを結ぶ直線と水平方向とのなす角をアーム回転角θ_Ａと定義することとする。

可変動弁機構１０において、揺動アーム２２の回転位置、つまり、アーム回転角θ_Ａは、スライドローラ５０の位置により決定される。また、スライドローラ５０の位置は、揺動ローラ部３８の回転軸４６の位置と、カム当接ローラ４８の位置とで決定される。そして、カム当接ローラ４８とカム５４との接触が維持される範囲では、回転軸４６が図９における左回り方向に回転するほど、つまり、制御軸回転角θcが小さくなるほど、スライドローラ５０の位置は上方に変化する。このため、可変動弁機構１０においては、制御軸回転角θ_Ｃが小さくなるほど、アーム回転角θ_Ａが小さくなるという現象が生ずる。

図９（Ａ）に示す状態において、制御軸回転角θ_Ｃは、カム当接ローラ４８がカム５４との接触を保てる範囲で、つまり、カム５４がカム当接ローラ４８の上方への移動を規制し得る範囲でほぼ最小の値とされている。従って、図９（Ａ）に示す状態において、アーム回転角θ_Ａは、ほぼ最小の値となっている。可変動弁機構１０は、この場合において、揺動アーム２２の同心円部３２のほぼ中央がロッカーアーム１６のローラ２０に接し、その結果、弁体１２が閉弁状態となるように構成されている。以下、この場合のアーム回転角θ_Ａを、「小リフト時の基準アーム回転角θ_Ａ０」と称す。

図９（Ａ）に示す状態からカム５４が回転すると、図９（Ｂ）に示すように、カム当接ローラ４８がカムノーズにより押圧され、制御軸４０の方向に移動する。揺動ローラ部３８の回転軸４６からスライドローラ５０までの距離は変化しないため、カム当接ローラ４８が制御軸４０に近づく際には、ローラ当接面２８が、その面上を転動するスライドローラ５０により押し下げられる。その結果、アーム回転角θ_Ａが大きくなる方向に揺動アーム２２が回転し、揺動アーム２２とローラ２０との接触点が、同心円部３２から押圧部３４に移行する。

小リフト動作の際には、上記の如く基準アーム回転角θ_Ａ０が小さな値とされる。このため、カム５４の回転に伴うアーム回転角θ_Ａの最大値も、小リフト動作の場合には比較的小さな値となる。以下、その最大値を「小リフト時の最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸ」とする。弁体１２には、アーム回転角θ_Ａが最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸとなる時点で最大のリフトが生ずる。可変動弁機構１０は、図９（Ｂ）に示すように、小リフト時の最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸが生じた際に、ローラ２０と揺動アーム２２との接触点が僅かに押圧部３４に入り込み、その結果、僅かなリフトが弁体１２に生ずるように構成されている。このため、可変動弁機構１０によれば、上述した小リフト動作を行うことで、カム５４の回転と同期して、小さなリフトを弁体１２に与えることができる。

また、この場合、カム５４の作用力が現実に弁体１２を押し下げる期間、つまり、カム５４の回転に伴って弁体１２が非閉弁状態とされる期間（クランク角幅）も比較的小さなものとなる（以下、この期間を「作用角」と称す）。従って、可変動弁機構１０によれば、小リフト動作を行うことで、弁体１２の作用角を小さくすることができる。

図１０は、可変動弁機構１０が弁体１２に対して大きなリフトを与えるように動作している様子を示す。以下、この動作を「大リフト動作」と称す。より具体的には、図１０（Ａ）は、大リフト動作の過程で弁体１２が閉弁している様子を、また、図１０（Ｂ）は大リフト動作の過程で弁体１２が開弁している様子を、それぞれ表している。

大リフト動作を行う場合は、図１０（Ａ）に示すように、制御軸回転角θ_Ｃが十分に大きな値に調整される。その結果、大リフト動作の実行時には、スライドローラ５０がローラ当接部２８から脱落しない範囲で、非リフト時におけるアーム回転角θ_Ａ、つまり、基準アーム回転角θ_Ａ０が十分に大きな値とされる。可変動弁機構１０は、その基準アーム回転角θ_Ａ０において、揺動アーム２２とローラ２０との接触点が、同心円部３２の端部に位置するように構成されている。このため、大リフト動作の場合にも、弁体１２は閉弁状態に維持される。

図１０（Ａ）に示す状態からカム５４が回転すると、図１０（Ｂ）に示すように、カム当接ローラ４８がカムノーズに押圧されることにより、アーム回転角θ_Ａが大きくなる方向に揺動アーム２２が回転する。その結果、揺動アーム２２とローラ２０との接触点が、同心円部３２から押圧部３４に移行する。大リフト動作の際には、上記の如く基準アーム回転角θ_Ａ０が大きな値とされているため、カム５４の回転に伴って生ずる最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸも大きな値となる。可変動弁機構１０は、図１０（Ｂ）に示すように、そのような最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸが生じた際に、ローラ２０と揺動アーム２２との接触点が、十分に押圧部３４に入り込んだ位置となるように構成されている。このため、可変動弁機構１０によれば、上述した大リフト動作を行うことで、カム５４の回転と同期して、大きなリフトと大きな作用角を弁体１２に与えることができる。

このように、本実施形態の可変動弁機構１０は、制御軸回転角θ_Ｃを変化させることにより、基準アーム回転角θ_Ａ０を変化させ、その結果として弁体１２に与える作用角およびリフト量を変化させることができる。

ところで、第１アーム部材２４にはバルブスプリング反力が作用するため、第１アーム部材２４が制御軸４０によって回転自在に支持されていると、バルブスプリング反力が第１アーム部材２４を介して制御軸４０に伝達され、制御軸４０の曲がり変形を誘発する可能性がある。そこで、本実施の形態では、第１アーム部材２４と制御軸４０の軸受けを互いに独立させ、且つ、第１アーム部材２４に対して制御軸４０がフローティング状態となるようにした。その具体的な構成を以下に説明する。

図３は、第１アーム部材２４、第２アーム部材２６、および制御軸４０を組み付ける手順を示す模式図である。図３（Ａ）に示すように、第２アーム部材２６の非揺動部３６は、制御軸４０と固定される前に、第１アーム部材２４の２つの揺動アーム２２の間に位置合わせされる。制御軸４０は、この位置合わせがなされた状態で、２つの貫通孔３０および非揺動部３６を貫通するように挿入される。その後、図３（Ｂ）に示すように、制御軸４０と非揺動部３６とを固定すべく固定ピン４２が装着される。その結果、第１アーム部材２４が制御軸４０に対して自由に回動することができ、非揺動部３６が制御軸４０と一体化され、かつ、揺動ローラ部３８が非揺動部３６に対して揺動し得る機構が実現される。

第１アーム部材２４の貫通孔３０の内径は、制御軸４０の外径よりも十分大きく形成されている。従って、図３（Ｂ）に示す状態では、第１アーム部材２４の貫通孔３０と制御軸４０は直接的にはかん合しておらず、貫通孔３０と制御軸４０との間には隙間が形成されている。

図３（Ｂ）に示すように、第１アーム部材２４の軸部２３の両側において、制御軸４０に転がり軸受け６２が挿入され、制御軸４０は転がり軸受け６２によって回動可能に保持される。一方、第１アーム部材２４の軸部２３は、後述するように滑り軸受け７２によって回動可能に保持される。

第１アーム部材２４、第２アーム部材２６、及び制御軸４０は、互いに組み付けられた状態でシリンダヘッド６４上に装着される。図４は、制御軸４０に第１アーム部材２４、第２アーム部材２６、及び転がり軸受け６２を組み付けた状態を示す斜視図である。図４に示すように、各気筒の第１アーム部材２４の２つの揺動アーム２２の間に非揺動部３６が位置合わせされ、また、隣接する第１アーム部材２４の間に転がり軸受け６２が配置された状態で、貫通孔３０および非揺動部３６を貫通するように制御軸４０が挿入され、非揺動部３６と制御軸４０を固定すべく固定ピン４２が装着される。

図５は、図４に示した第１アーム部材２４、第２アーム部材２６、制御軸４０及び転がり軸受け６２の組み合わせが、カムシャフト５２とともにシリンダヘッド６４上に装着される様子を示す斜視図である。図５に示すように、シリンダヘッド６４には、軸受け部６６及び軸受け部６８が設けられている。軸受け部６６上には、転がり軸受け６２とその両側に位置する第１アーム部材２４の軸部２３が載置される。また、軸受け部６６上には、カムシャフト５２が載置される。

そして、この状態でカムキャップ７０がシリンダヘッド６４に固定され、転がり軸受け６２とその両側の軸部２３は、軸受け部６６とカムキャップ７０との間で保持される。一方、カムシャフト５２は、軸受け部６８とカムキャップ７０との間で保持される。

図６は、シリンダヘッド６４にカムキャップ７０を固定した状態を示す断面図である。図６に示すように、第１アーム部材２４の軸部２３は、軸受け部６６とカムキャップ７０で構成される滑り軸受け７２によって保持されている。一方、制御軸４０は、軸受け部６６とカムキャップ７０の間に挿入された転がり軸受け６２によって保持される。

これにより、第１アーム部材２４と制御軸４０を、別の軸受けで回動可能に保持することができる。そして、上述したように、制御軸４０は第１アーム部材２４の貫通孔３０内に隙間を有した状態で挿入されているため、第１アーム部材２４にバルブスプリング反力による高荷重がかかっても、その荷重が制御軸４０に伝達されることを抑止できる。

図６に示すように、制御軸４０の一端にはウォームホイール７８が固定されている。そして、ウォームホイール７８と係合するウォームギヤ８０をアクチュエータで回転させることで、制御軸４０が回転される。

図７は、第１アーム部材２４と制御軸４０が回動可能に保持された状態で、第１アーム部材２４にバルブスプリング荷重がかかった状態を示す模式図である。上述したように、ロッカーアーム１６はバルブスプリングの付勢力（反力）を受けた弁軸１４によって上方に付勢されており、バルブスプリングがロッカーアーム１６を付勢する力は、ローラ２０を介して第１アーム部材２４の揺動アーム２２に伝達される。従って、第１アーム部材２４にはバルブスプリング反力による上向きの荷重が直接かかることになる。

図７に示すように、第１アーム部材２４にかかるバルブスプリング反力は、第１アーム部材２４の軸部２３がかん合する滑り軸受け７２に加わり、軸曲げ力として作用する。一方、制御軸４０は第１アーム部材２４の貫通孔３０と嵌合していないため、バルブスプリング反力による軸曲げ力が制御軸４０にかかることはない。

従って、バルブスプリング反力に起因して制御軸４０に作用する力は、ローラ当接面２８がローラ５０を押すことで非揺動部３６を介して伝達される回転力（軸ねじり力）のみとなる。このように、本実施形態によれば、第１アーム部材２４に伝達されたバルブスプリング反力が軸曲げ力と軸ねじり力に分離され、制御軸４０には軸曲げ力が伝達されない構造を実現できる。従って、制御軸４０が軸曲げ力によって屈曲変形することを抑止できる。

特に、制御軸４０に貫通孔３０をかん合させることで第１アーム部材２４を回動可能に保持した場合、バルブスプリング反力によって制御軸４０が曲げ方向に変形したり、軸受けの摩耗が増加することが懸念され、制御軸４０の剛性を高めるために肉厚を厚くする等の設計が必要となる。この場合、制御軸４０の慣性質量が増加するため、可変動弁動作の応答性が低下する可能性がある。本実施形態によれば、バルブスプリング反力による軸曲げ力が制御軸４０にかかることがないため、制御軸４０を細径の中空パイプで構成することができ、可変動弁動作を素早く行うことが可能である。また、制御軸４０を細径化できるため、特にシリンダヘッド６４の近傍の小型化を達成することができる。

また、複数気筒の機関において、第１アーム部材２４を回動可能に保持するため、各気筒の第１アーム部材２４を１本の制御軸４０に嵌合させた場合、ある気筒がバルブリフトした際のバルブスプリング反力により制御軸４０が屈曲変形し、この結果、他の気筒のバルブリフト動作に影響を与える場合がある。本実施形態によれば、制御軸４０が軸曲げ力を受けることがないため、ある気筒がバルブリフトした際の制御軸４０の歪みが他の気筒へ与える影響を排除することができる。

滑り軸受け７２は、後述するように潤滑油の供給を受けており、その構造上、高荷重に対する耐力が高く、高速摺動する部位に適している。従って、バルブスプリングによる荷重を受けながら高速摺動する第１アーム部材２４を滑り軸受け７２で支持することで、第１アーム部材２４を支持する機構の信頼性を高めることができる。

一方、制御軸４０は、後で詳細に説明するように弁体１２のリフト量、作用角を可変するために回動される。そして、リフト量、作用角を瞬時に可変するためには、制御軸４０の回転速度を大きくする必要がある。特に転がり軸受けは回転軸の支持に適しているため、制御軸４０を転がり軸受け６２で保持することで、可変動弁を瞬時に行うことが可能となり、可変動弁の応答性を高めることができる。

このように、使用環境の異なる第１アーム部材２４と制御軸４０のそれぞれを、最適な軸受け構造で保持することで、耐摩耗性等の耐久性の向上を図ることができ、可変動弁機構１０の信頼性を高めることが可能となる。

図８は、図６における転がり軸受け６２の近傍を拡大して示す模式図であって、図８に示した５つの転がり軸受け６２のうち、中央に位置する転がり軸受け６２の近傍を示している。図８に示す位置では、シリンダヘッド６４の軸受け部６６に潤滑油供給孔７４が設けられている。そして、潤滑油供給孔７４から転がり軸受け６２に向けて潤滑油が供給されるように構成されている。

このとき、転がり軸受け６２の両側に隣接するように第１アーム部材２４の軸部２３を配置しているため、転がり軸受け６２に供給した潤滑油を、隣接する第１アーム部材２４の軸部２３へ供給することができる。これにより、転がり軸受け６２と滑り軸受け７２を一括して潤滑することが可能となる。

また、図８に示すように、第１アーム部材２４において、軸部２３と揺動アーム２２の境界にリブ７６を設けている。このため、リブ７６によって潤滑油が外部に流れることを抑制できる。特に、転がり軸受け６２のみで制御軸４０を保持した場合は、転がり軸受け６２に供給した潤滑油が転がり軸受け６２のスラスト方向へ流れ出すことを防ぐため、オイルシール等を設ける必要があるが、本実施形態によれば、転がり軸受け６２の両側に滑り軸受け７２を配置し、滑り軸受け７２の端部に構成されたリブ７６によって潤滑油の流出を抑えることができるため、オイルシール等の部材が不要となる。従って、可変動弁機構１０を構成する部品点数を削減することが可能となる。

潤滑油供給孔７４から供給された潤滑油は、制御軸４０に設けられた孔４０ａから制御軸の内部に入り、図６中に示す矢印方向に供給される。各転がり軸受け６２が配置される位置において、制御軸４０には孔４０ａが設けられており、図８に示す位置以外に配置された転がり軸受け６２、滑り軸受け７２に対しては、制御軸４０の内側から孔４０ａを通って潤滑油が供給される。従って、全ての転がり軸受け６２、滑り軸受け７２を確実に潤滑することが可能となる。

以上説明したように本実施形態によれば、第１アーム部材２４（揺動アーム２２）と制御軸４０のそれぞれを別の軸受けを用いて独立して保持するようにしたため、バルブスプリング反力による軸曲げ力が制御軸４０にかかることを抑止することができる。従って、制御軸４０の軸曲げ方向への屈曲変形を抑止することができる。また、制御軸４０に軸曲げ力がかかることがないため、制御軸４０を回転させる際の負荷を低減することができ、制御軸４０を回転させるアクチュエータの消費電力を低減することができる。更に、制御軸４０を細径化、薄肉化することが可能となるため、シリンダヘッドの近傍において機関の小型化を図ることができ、また、制御軸４０の軽量化により慣性質量を低減できるため、可変動弁動作の応答性を高めることができる。

また、制御軸４０を保持する転がり軸受け６２の両側に、第１アーム部材２４を保持する滑り軸受け７２を設けたため、転がり軸受け６２と滑り軸受け７２を一括して潤滑することが可能となる。更に、転がり軸受け６２の両側に滑り軸受け７２を配置したことで、転がり軸受け６２に供給した潤滑油がスラスト方向に流出することを抑止できる。従って、転がり軸受け６２の近傍にオイルシール等の部材を設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。

尚、制御軸４０は第１アーム部材２４に対して必ずしもフローティング状態になっていなくともよい。すなわち、制御軸４０の軸受けと第１アーム部材２４の軸受けが互いに独立していれば、第１アーム部材２４に作用するバルブスプリング反力の大半が軸受けに伝達されるため、制御軸４０に第１アーム部材２４が軸支されている場合に比べて制御軸４０に作用するバルブスプリング反力を減少させることができる。

本発明の一実施形態に係る可変動弁機構の主要部の斜視図である。 図１に示す可変動弁機構の構成要素である第１アーム部材と第２アーム部材の分解斜視図である。 第１アーム部材、第２アーム部材、および制御軸を組み付ける手順を示す模式図である。 制御軸に第１アーム部材、第２アーム部材、及び転がり軸受けを組み付けた状態を示す斜視図である。 図４に示した第１アーム部材、第２アーム部材、制御軸及び転がり軸受けの組み合わせが、カムシャフトとともにシリンダヘッド上に装着される様子を示す斜視図である。 シリンダヘッドにカムキャップを固定した状態を示す断面図である。 第１アーム部材と制御軸が個別に回動可能に保持された状態で、第１アーム部材にバルブスプリング荷重がかかった状態を示す模式図である。 転がり軸受けの近傍を拡大して示す模式図である。 可変動弁機構が小リフト動作を行う場合の様子を示す図である。 可変動弁機構が大リフト動作を行う場合の様子を示す図である。

符号の説明

１２ 弁体
２２ 揺動アーム
２４ 第１アーム部材（伝達部材）
２６ 第２アーム部材（伝達部材）
３０ 貫通孔
３２ 同心円部（第２のカム）
３４ 押圧部（第２のカム）
３６ 非揺動部
３８ 揺動ローラ部
４０ 制御軸
５４ カム（第１のカム）
６２ 転がり軸受け
７２ 滑り軸受け

Claims (5)

1. 内燃機関の弁体のリフト量及び作用角を変化させる可変動弁機構であって、
   クランクの回転に応じて回転する第１のカムと、
   前記カムの回転と同期して揺動する第２のカムを有し、前記第２のカムの揺動により前記第１のカムの動きを前記弁体に伝達する伝達部材と、
   所定の回転位置に調整される制御軸と、
   前記制御軸の回転位置に応じて前記第２のカムの揺動範囲を変化させて、前記弁体のリフト量及び作用角を変化させる可変機構と、
   前記制御軸と前記伝達部材を互いにフローティング状態にして支持する支持部と、
   を備えたことを特徴とする可変動弁機構。
2. 前記制御軸は、前記伝達部材に設けられた挿入孔に挿入されて配置され、
   前記制御軸と前記挿入孔との間に所定の隙間を設けたことを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構。
3. 前記支持部は、前記制御軸を回動可能に支持する第１の軸受け部と、前記伝達部材を回動可能に支持する第２の軸受け部とを含むことを特徴とする請求項１又は２記載の可変動弁機構。
4. 前記第１の軸受け部と前記第２の軸受け部を隣接して配置したことを特徴とする請求項３記載の可変動弁機構。
5. 前記第１の軸受け部を転がり軸受けとし、前記第２の軸受けを滑り軸受けとしたことを特徴とする請求項３又は４記載の可変動弁機構。

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