JP2006097672A - 可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、可変動弁装置に関し、気筒毎の、もしくは弁体毎の弁体の開弁特性のばらつきを容易に調整することを目的とする。
【解決手段】 制御軸２４に、その軸中心と同心の第１のはすば歯車３４を設ける。カム２８の回転と同期して揺動することによりカム２８の押圧力を弁体に伝達する揺動カムアーム２２を、制御軸２４に取り付ける。第１のはすば歯車３４と対となる第２のはすば歯車４４が設けられた可変機構３６を、カム軸３０に対して、回転可能であって軸方向に移動可能にカム軸３０により保持する。第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４との相対位置を規制する位置拘束ブラケット６４、６６を備える。制御軸２４に対して位置が固定された位置決め用リング７２と、位置拘束ブラケット６４、６６との間に、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車との相対位置を調整するための調整シム６８、７０を配置する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、可変動弁装置に係り、特に、弁体の開弁特性を機械的に変更可能な内燃機関の可変動弁装置に関する。

従来、例えば、特開平７−６３０２３号公報には、弁体の作用角およびリフト量を変更する可変動弁装置を、各気筒に備える内燃機関が開示されている。この可変動弁装置は、弁体を開閉駆動するスイングレバー（ロッカーアーム）と、カムの回転と同期して揺動し、カムの押圧力をスイングレバーに伝達するロッカーレバーを備えている。そして、この装置は、偏心軸（制御軸）の回転位置に応じてロッカーレバーの揺動範囲を変更できるように構成されている。このため、上記従来の可変動弁装置によれば、偏心軸の回転位置に応じて、弁体の作用角およびリフト量を連続的に変更することができる。

特開平７−６３０２３号公報 特開２００２−３７１８１６号公報

ところで、上記従来の可変動弁装置では、個々の部材の初期公差や組立公差に起因して、弁体の作用角およびリフト量が気筒間でばらつくことが起こり得る。しかしながら、上記従来の可変動弁装置は、そのようなばらつきを補償するための手段を備えていない。つまり、上記従来の装置では、気筒間の作用角およびリフト量のばらつきは個々の部材の寸法管理による調整に頼らざるを得ず、メンテナンス性が良くなく、また、部材の交換費用やその交換部材の在庫管理などでコストが高くなってしまう。

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、気筒間もしくは弁体間で弁体の開弁特性のばらつきを容易に調整することのできる可変動弁装置を提供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、カム軸の回転に対する弁体の開弁特性を機械的に変化させる可変動弁装置であって、
アクチュエータにより回転駆動され、その軸中心と同心の第１のはすば歯車が設けられた制御軸と、
カムと弁体との間に介在し、前記カムの回転と同期して揺動することにより当該カムの押圧力を前記弁体に伝達する揺動部材と、
前記制御軸とは別の支持軸により回転可能に支持され、当該支持軸の軸中心と同心であって前記第１のはすば歯車と対となる第２のはすば歯車が設けられ、前記第１のはすば歯車および前記第２のはすば歯車を介して前記制御軸の回転に伴って回転することで、前記カムの回転に対する前記揺動部材の揺動動作を変化させる可変機構と、
回転軸方向における前記第１のはすば歯車と前記第２のはすば歯車の相対位置を調整する位置調整手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記可変機構は、前記支持軸の軸方向に移動可能に構成されており、
前記位置調整手段は、
前記制御軸上における前記第１のはすば歯車の両側の位置に固定された一対のフランジと、
前記一対のフランジの間に配置され、もしくは前記一対のフランジを介して配置され、前記制御軸と前記支持軸とに橋渡され、前記第２のはすば歯車を両側から挟み込むように配置された一対の位置拘束部材と、
前記一対の位置拘束部材を介して前記一対のフランジに対向して配置され、前記一対の位置拘束部材間距離を規制する規制手段と、
前記第１のはすば歯車に対する前記一対の位置拘束部材の軸方向位置を調整する位置調整部材とを備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、前記一対のフランジは、前記第１のはすば歯車に近接した位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする。

また、第４の発明は、第２または第３の発明において、前記第１のはすば歯車、前記第２のはすば歯車、前記制御軸、および前記位置調整部材が、同一系統の材質で構成されていることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１の発明において、前記位置調整手段は、
前記支持軸上に固定され、前記支持軸に対する前記第２のはすば歯車の位置を規制するフランジと、
前記第２のはすば歯車と前記フランジとの間に配置された位置調整部材とを備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第５の発明において、前記第１のはすば歯車、前記第２のはすば歯車、前記制御軸、前記支持軸、および前記位置調整部材が、同一系統の材質で構成されていることを特徴とする。

また、第７の発明は、第５または第６の発明において、前記支持軸は前記カム軸であって、前記フランジは前記カムであることを特徴とする。

また、第８の発明は、第１の発明において、前記可変機構は、前記支持軸の軸方向に移動可能に構成されており、
前記位置調整手段は、
前記支持軸に回転可能に支持された基準部材と、
前記基準部材の両側面に接するように配置された一対の位置決め用フランジと、
軸方向における前記可変機構と前記基準部材の相対位置を調整する位置調整機構と、
を備えることを特徴とする。

また、第９の発明は、第８の発明において、前記位置調整機構は、前記可変機構および前記基準部材の一方に貫通状態で噛み合い、かつ、前記可変機構および前記基準部材の他方に係合する調整ネジを含むことを特徴とする。

また、第１０の発明は、第８または第９の発明において、前記位置調整機構は、弁体のリフト動作毎に可動しない部位に配置されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、位置調整手段によって第１のはすば歯車と第２のはすば歯車の相対位置を調整することにより、気筒間もしくは弁体間で弁体の開弁特性のばらつきを調整することができる。

第２の発明によれば、第１のはすば歯車からの位置が固定された一対のフランジに対して、第２のはすば歯車の位置が規制される。そして、位置調整部材の厚さを変更することにより、第１のはすば歯車に対する第２のはすば歯車の相対位置を調整することができる。これらの歯車間に相対位置変化を生じさせることで、制御軸の回転位置に対する可変機構の回転角度を変化させ、これにより、カムの回転に対する揺動部材の揺動動作を変化させることができる。従って、本発明によれば、気筒間もしくは弁体間で弁体の開弁特性のばらつきを調整することが可能となる。また、本発明によれば、可変機構が支持軸に対して軸方向に移動可能に構成されているため、制御軸と支持軸との間に異なる度合いの熱膨脹が生ずることがあっても、第１のはすば歯車と第２のはすば歯車との相対位置の変化を抑制することができる。

第３の発明によれば、制御軸の温度変化によって、第１のはすば歯車と一対のフランジとの位置関係が変化する値を小さくすることができる。第２のはすば歯車は一対のフランジを基準に第１のはすば歯車との相対位置が決められているため、上記の位置関係の変化を抑制できることで、第１のはすば歯車に対する第２のはすば歯車の相対位置の変化を抑制することができる。

第４の発明によれば、第１のはすば歯車と第２のはすば歯車との相対位置変化に影響を与える各部材の材質が統一されることで、温度変化によって両者の相対位置が変化するのを抑制することができる。

第５の発明によれば、フランジを介して支持軸に対する可変機構の軸方向位置が規制される。そして、位置調整部材の厚さを変更することにより、第１のはすば歯車に対する第２のはすば歯車の相対位置を調整することができる。これらの歯車間に相対位置変化を生じさせることで、制御軸の回転位置に対する可変機構の回転角度を変化させ、これにより、カムの回転に対する揺動部材の揺動動作を変化させることができる。このため、本発明によれば、気筒間もしくは弁体間で弁体の開弁特性のばらつきを調整することが可能となる。

第６の発明によれば、第１のはすば歯車と第２のはすば歯車との相対位置変化に影響を与える各部材の材質が統一されることで、温度変化によって両者の相対位置が変化するのを抑制することができる。

第７の発明によれば、部品点数の増加を抑えつつ、支持軸に対する可変機構の軸方向位置を規制することができる。

第８の発明によれば、位置調整機構により軸方向位置が拘束された基準部材に対する可変機構の相対位置を調整することができ、その結果として、第１のはすば歯車と第２のはすば歯車の相対位置を調整することが可能となる。

第９の発明によれば、調整ネジの回転量に応じて、第１のはすば歯車と第２のはすば歯車の相対位置を無段階に調整することができる。このため、本発明によれば、気筒間もしくは弁体間で弁体の開弁特性のばらつきを無段階に微調整することが可能となる。

第１０の発明によれば、内燃機関の実動中に弁体の開弁特性を微調整することができるため、吸入空気量の気筒間ばらつきを直接的に調整することが可能となる。このため、本発明によれば、弁体の開弁特性を直接合わせ込む調整手法に比して、調整工数の削減と、吸気系のばらつきを含めた調整が可能となることによる調整精度の向上を実現することができる。

実施の形態１．
［可変動弁装置の構成］
以下、図１乃至図３を参照して、本発明の実施の形態１の可変動弁装置１０の構成を説明する。
図１は、本発明の実施の形態１の可変動弁装置１０の構成を示す側面図である。より具体的には、図１は、後述するカム２８が設けられた位置で可変動弁装置１０を切断した断面図である。図１に示す可変動弁装置は、内燃機関の弁体を駆動するための装置である。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装置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、図示しないバルブスプリング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、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。ロッカーアーム１６の中央部には、ロッカーローラ２０が配設されている。また、ロッカーローラ２０の上部には、揺動カムアーム（揺動部材）２２が配置されている。揺動カムアーム２２に対するロッカーローラ２０の位置は、ロッカーアーム１６が弁軸１４を介してバルブスプリングの付勢力を受け、更に、ロッカーアーム１６がラッシュアジャスタ１８から押し上げ力を受けることによって特定される。

揺動カムアーム２２は、制御軸２４により回転可能であって、制御軸２４の軸方向に移動可能に保持されている。揺動カムアーム２２には、ロッカーローラ２０と接する面として、揺動カム面２６が形成されている。揺動カム面２６は、揺動カムアーム２２の回転中心、すなわち、制御軸２４の軸中心からの距離が一定となるように形成された非作用面２６aと、非作用面２６aから離れた位置ほど制御軸２４の軸中心からの距離が遠くなるように形成された作用面２６bとで構成されている。

また、揺動カム面２６の反対側には、カム２８が固定されたカム軸（支持軸）３０と対向するように、スライド面３２が形成されている。スライド面３２は、揺動カムアーム２２が後述する中間ローラ４８と接するための面であり、その中間ローラ４８が揺動カムアーム２２の先端側から制御軸２４の軸中心側に向かって移動するほど、図１に示す方向におけるカム２８との間隔が徐々に狭まるような曲面で形成されている。

制御軸２４は、カム軸３０に平行となるように、図示しない軸受けを介してシリンダヘッド等の固定部材に回転可能に固定されている。制御軸２４の外周面には、制御軸２４と同心の第１のはすば歯車３４が設けられている。第１のはすば歯車３４の外径は、制御軸２４の外径より小さくなるように形成されている。そして、制御軸２４には、図示しないアクチュエータ（例えばモータ）が接続されており、内燃機関のECUは、アクチュエータを制御することによって制御軸２４の回転角度を任意の角度に調整することができる。

カム軸３０の回転方向は、図１における右回り方向とされている。より具体的には、カム軸３０の回転方向は、上述したスライド面３２が狭まる方向と一致するように構成されている。また、カム軸３０には、可変機構３６が回転可能に保持されている。可変機構３６は、制御アーム３８、制御アーム３８に回動可能に保持された揺動ローラアーム４０、および一対のキャップ４２により構成されている。

制御アーム３８には、第１のはすば歯車３４と対となる第２のはすば歯車４４が形成されている。第２のはすば歯車４４は、制御アーム３８の回転中心、すなわち、カム軸３０と同心の円弧に沿って扇状に形成されている。第２のはすば歯車４４は、第１のはすば歯車３４より大径とされている。そして、制御アーム３８は、第２のはすば歯車４４が第１のはすば歯車３４と対向するように、そのカム軸３０上の位置およびカム軸３０に対する回転位相が調整されている。第２のはすば歯車４４は、第１のはすば歯車３４と噛み合わされ、制御軸２４のトルクが第１のはすば歯車３４および第２のはすば歯車４４を介して、制御アーム３８に入力されるように構成されている。つまり、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４とにより、制御アーム３８の回転を制御軸２４の回転に同期させる機構が実現されている。

また、制御アーム３８には、制御アーム３８の回転中心、すなわち、カム軸３０の軸中心から径方向に突出した位置に、揺動支点４６が設けられている。揺動支点４６には、上述した揺動ローラアーム４０が回動可能に保持されている。揺動ローラアーム４０は、中間ローラ４８と、その中間ローラ４８の両端部を保持する２つの側壁５０とにより構成されている。尚、図１においては、説明の便宜上、中間ローラ４８の両端に配置される２つの側壁５０の一方を図示している。中間ローラ４８は、カム２８と当接するカムローラ５２と、このカムローラ５２と同軸上に配置され、スライド面３２と当接するスライドローラ５４とからなり、これらのローラ５２、５４は、２つの側壁５０により保持されたローラ軸５６を中心軸として自由に回動することができる。より具体的には、スライドローラ５４は、カムローラ５２の両側に、各々のスライド面３２に対応して設けられている。

可変動弁装置１０は、ロストモーションスプリング５８を備えている。ロストモーションスプリング５８は、圧縮バネであり、その一端が図示しないシリンダヘッド等の静止部材に固定されている。揺動カムアーム２２には、ロストモーションスプリング５８を掛けるためのバネ座６０が設けられている。バネ座６０は、非作用面２６aの後方に揺動カムアーム２２の延伸方向と逆方向に延びるように設けられている。揺動カムアーム２２には、ロストモーションスプリング５８からバネ座６０に作用するバネ力によって、スライド面３２側に回転するように付勢されている。このロストモーションスプリング５８の付勢力は、スライド面３２が中間ローラ４８を付勢し、中間ローラ４８をカム２８に押し当てる力として作用する。その結果、可変動弁装置１０は、カム２８と揺動カムアーム２２とが中間ローラ４８を介して機械的に連結された状態に維持されている。

図２は、図１に示す可変動弁装置１０の主要部の分解斜視図である。図２に示すように、既述した制御アーム３８には、その内部に、カム２８を収納するための溝６２が形成されている。溝６２は、そのカム軸３０方向の幅寸法がカム２８の幅寸法に対して大きくなるように形成されている。そして、制御アーム３８は、その溝６２とカム２８との位置合わせがされた状態で、カム軸３０を介して一対のキャップ４２と重ね合わされ、制御アーム３８と一対のキャップ４２とが図示しないボルトによって固定される。つまり、制御アーム３８は、カム軸３０に対して、回転可能であって所定の範囲を軸方向に移動可能となるように、カム軸３０により保持されている。尚、本明細書中において、特に断わりなく「軸方向、或いは軸方向位置」と記載している場合は、互いに平行に配置された制御軸２４およびカム軸３０の軸方向、或いはその軸方向位置を意味しているものとする。

上記のように構成された可変動弁装置１０において、軸方向位置および回転位置が固定された制御軸２４に対して制御アーム３８の軸方向位置が変更されると、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４とが相対的に変位する。これらの歯車３４、４４は、所定のねじれ角を有しているため、これらの歯車３４、４４間に生じた相対位置変化は、両者の間の相対的な回転角の変化に変換される。つまり、これらの歯車３４、４４間に相対位置変化を生じさせることで、制御軸２４の回転位置に対する制御アーム３８の回転角度を変化させることができる。

本実施形態の可変動弁装置１０では、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４との相対位置を調整する位置調整手段として、図２に示すように、一対の位置拘束ブラケット（一対の位置拘束部材）６４、６６、それぞれが所定の厚さを有する一対の調整シム（位置調整部材）６８、７０、および一対の位置決め用リング（一対のフランジ）７２を備えている。位置拘束ブラケット６４、６６は、制御軸２４およびカム軸３０に係合するブラケットであり、制御軸２４に保持される貫通孔７４と、カム軸３０に掛け留めるために径方向の一方が切り欠かれた掛け留め部７６とを有している。尚、一対の位置拘束ブラケット６４、６６のそれぞれは、貫通孔７４と掛け留め部７６とを有する対称的な形状で設けられている。また、制御軸２４には、一対の位置決め用リング７２を取り付けるための一対のリング用溝７８が、第１のはすば歯車３４を間に挟んだ位置に形成されている。

本実施形態の可変動弁装置１０では、第１のはすば歯車３４が形成された制御軸２４、第２のはすば歯車４４が形成された制御アーム３８、揺動カムアーム２２、位置拘束ブラケット６４、６６、調整シム６８、７０、位置決め用リング７２、およびカム軸３０が、それぞれ同一系統の材質、より具体的には、鉄系の材質で構成されている。

図２に示すように、制御軸２４には、揺動カムアーム２２が挿入され、その揺動カムアーム２２の両側に接するように位置拘束ブラケット６４、６６が挿入される。そして、位置拘束ブラケット６４、６６との間に調整シム６８、７０を挟んだ状態で、位置決め用リング７２が制御軸２４に取り付けられる。そして、制御軸２４の回転位置に対する制御アーム３８の回転角度が所定の角度となるように、第１のはすば歯車３４および第２のはすば歯車４４とが噛み合わされた状態で、位置拘束ブラケット６４、６６がカム軸３０に掛け留められる。

図３は、図２に示す可変動弁装置１０の各構成要素が組み付けられた状態を示す図である。図３に示すように、一対の位置拘束ブラケット６４、６６の一方の側面は、それぞれ揺動カムアーム２２と当接するように配置されている。つまり、位置拘束ブラケット６４、６６は、それぞれが揺動カムアーム２２と当接することにより、ブラケット間距離が規制されている。また、位置拘束ブラケット６４、６６の他方の側面は、調整シム６８、７０を挟んで位置決め用リング７２により位置決めがされている。更に、位置拘束ブラケット６４、６６は、位置拘束ブラケット６４、６６がカム軸３０に掛け留められた状態で、制御アーム３８と当接しており、これにより、制御アーム３８の軸方向位置が規制されている。第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４は、それらの歯面が所定のねじれ角を有して形成されているため、両者が回転すると、それぞれの歯車の回転軸方向にスラスト力が生ずる。以上の構成によれば、上記のスラスト力を受け止めて、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４の相対位置を規制することができる。

［可変動弁装置の動作］
次に、図４および図５を参照して、本実施形態の可変動弁装置１０の動作を説明する。
図４は、可変動弁装置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している。図５は、可変動弁装置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している。より具体的には、図４（Ａ）および図５（Ａ）は、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４（Ｂ）および図５（Ｂ）は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。

（１）可変動弁装置のリフト動作
先ず、図４を参照して、可変動弁装置１０のリフト動作について説明する。
図４（Ａ）に示す状態は、カム２８の押圧力が中間ローラ４８に作用しておらず、揺動カム面２６とロッカーローラ２０との接触位置P１が、ロストモーションスプリング５８（図１参照）の付勢力によって、非作用面２６a上の所定位置に維持されている状態を示している。本実施形態の可変動弁装置１０では、接触位置P１が非作用面２６aに位置しているときに、弁体１２が閉弁状態となるように各構成要素の位置関係が設定されている。

上記の状態において、カム２８の回転に伴ってカムノーズが中間ローラ４８を押圧すると、その力はスライド面３２に伝達される。制御アーム３８は、カム軸３０に回転可能に保持され、かつ、第２のはすば歯車４４および第１のはすば歯車３４（図１参照）を介して制御軸２４に回転が拘束されている。つまり、制御アーム３８は、カム２８の回転に関係なく一定の姿勢で静止している。中間ローラ４８は、その静止している制御アーム３８の揺動支点４６を中心に回転し、スライド面３２上を転動する。カム２８の押圧力が中間ローラ４８を介してスライド面３２に伝達されると、揺動カムアーム２２には、制御軸２４を中心とする図４（Ｂ）における右回り方向の回転が生ずる。この際、揺動カム面２６とロッカーローラ２０との接触位置P１が非作用面２６aである間は、ロッカーアーム１６にカム２８の押圧力が伝達されることはないが、揺動カムアーム２２が更に回転することにより、接触位置P１が作用面２６bにまで及ぶと、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。

図４（Ｂ）に示す状態は、カムノーズの頂部が中間ローラ４８を押圧した状態を示している。ロッカーアーム１６の押し下げ量は、この状態において最大となり、接触位置P１は、揺動カムアーム２２の最も先端側に位置することとなる。一方、与えられたカム２８の押圧力が減少に転ずると、揺動カムアーム２２がそれまでとは反対方向に回転することとなる。その結果、接触位置P１が作用面２６bから非作用面２６aに向かって変化することで、ロッカーアーム１６が押し戻され、その後、弁体１２が閉弁することとなる。可変動弁装置１０は、以上説明したように、カム２８の押圧力を、中間ローラ４８を介してスライド面３２に伝達することで弁体１２に対してリフトを与えることができる。

（２）可変動弁装置の作用角およびリフト量の変更動作
図５（Ａ）に示す状態は、図４（Ａ）に示す状態に比して、制御軸２４を図５（Ａ）における左回り方向により大きく回転させた状態を示している。制御軸２４を図５（Ａ）における左回り方向に回転させると、制御アーム３８は、第１のはすば歯車３４および第２のはすば歯車４４を介して図５（Ａ）における右回り方向に回転し、揺動支点４６に支持された中間ローラ４８は、スライド面３２およびカム２８との接触を維持しながら制御軸２４に近づく方向に、言い換えれば、カム軸３０の回転方向に移動する。

中間ローラ４８が制御軸２４に近づく方向に移動すると、揺動カムアーム２２の揺動中心（制御軸２４の軸中心）から中間ローラ４８とスライド面３２との接触位置P２までの距離が短くなる。カム２８の押圧力によって中間ローラ４８を介してスライド面３２に変位が与えられた場合に、上記の距離が短くなるほど、揺動カムアーム２２の揺動角度幅が大きくなる。揺動カムアーム２２の揺動角度幅が大きくなると、初期接触位置P１i（カム２８の押圧力が作用していない状態における接触位置P１）が同一であるとした場合に、最終接触位置P１f（カムノーズの頂部が中間ローラ４８と接触した状態における接触位置P１）が揺動カムアーム２２の先端側までより大きく移動することとなる。また、中間ローラ４８が制御軸２４に近づく方向に移動すると、図５（Ａ）に示すように、揺動カムアーム２２は、揺動カム面２６とロッカーローラ２０との初期接触位置P１iがより作用面２６bに近づく方向に回転する。初期接触位置P１iが作用面２６bにより近い位置にあると、揺動カムアーム２２の揺動角度幅が同一であるとした場合に、最終接触位置P１fが揺動カムアーム２２の先端側までより大きく移動することとなる。

既述した通り、本実施形態の揺動カムアーム２２の作用面２６bは、非作用面２６aから離れた位置ほど制御軸２４の軸中心からの距離が遠くなるように形成されている。このため、最終接触位置P１fが揺動カムアーム２２の先端側までより大きく移動することで、図５（Ｂ）に示すように、弁体１２の押し下げ量、およびその押し下げ期間、すなわち、弁体１２のリフト量および作用角が増大する。このように、本実施形態の可変動弁装置１０によれば、制御軸２４を回転駆動して制御アーム３８の回転角度を変更することで、揺動カムアーム２２の揺動動作が変更され、その結果として、弁体１２の作用角およびリフト量を連続的に変更することができる。

また、中間ローラ４８が制御軸２４により近い位置とされるほど、クランク角度を基準にした場合における、カム２８が中間ローラ４８を押圧し始めるタイミング（すなわち、揺動カムアーム２２の揺動タイミング）が遅れることになる。この現象は、弁体１２の開弁タイミングを遅角させる要因となる。一方、既述した通り、中間ローラ４８が制御軸２４により近い位置とされるほど、初期接触位置P１iは、作用面２６bにより近づくことになる。この現象は、上記の現象とは逆に、弁体１２の開弁タイミングを進角させる要因となる。このため、本実施形態の可変動弁装置１０によれば、上記の２つの要因を考慮して、各構成要素の形状や位置関係を決定することにより、開弁タイミングを一定としつつ、弁体１２の作用角およびリフト量を連続的に変更することが可能となる。

［本実施形態の可変動弁装置の利点］
図６は、可変動弁装置１０の各構成要素を概念的に表した図である。以上説明した本実施形態の可変動弁装置１０によれば、一方の調整シム６８の厚さT１と他方の調整シム７０の厚さT２を同じ厚さだけ増減させることにより、位置決め用リング７２に対する第２のはすば歯車４４の軸方向位置（図６中にＡを付して示す距離）、つまり、第１のはすば歯車３４に対する第２のはすば歯車４４の軸方向位置を調整することができる。既述した通り、これらの歯車３４、４４間に相対位置変化を生じさせることで、制御軸２４の回転位置に対する制御アーム３８の回転角度を変化させることができる。一般に、可変動弁装置では、個々の部材の初期公差や組立公差に起因して、弁体の作用角およびリフト量が気筒間でばらつくことが起こり得る。本実施形態の可変動弁装置１０によれば、このような場合に、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４との相対位置を調整シム６８、７０で適宜調整することにより、実機上で、気筒間の弁体１２の作用角およびリフト量のばらつきを容易に調整することが可能となる。尚、弁体１２毎に、可変動弁装置１０と同様の構成を備えることとすれば、弁体１２毎に弁体１２の作用角およびリフト量のばらつきを調整することが可能となる。

また、本実施形態の可変動弁装置１０では、図６に示すように、制御軸２４上であって第１のはすば歯車３４に近い位置に設けられた位置決め用リング７２の取り付け点を基準に位置拘束ブラケット６４、６６によって、第１のはすば歯車３４に対する第２のはすば歯車４４の位置が規定されている。このような構成によれば、第１のはすば歯車３４と位置拘束ブラケット６４、６６との距離が短いため、制御軸２４の温度変化による両者の位置関係の変化量をより小さくすることができる。また、制御アーム３８がカム軸３０に対して軸方向に移動可能に構成されているため、制御軸２４とカム軸３０との間で異なる度合いの熱膨脹が生じることがあっても、位置拘束ブラケット６４、６６に対する第２のはすば歯車４４の相対位置が変化しない。更に、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４との相対位置を規制する際に影響を与える部材、すなわち、第１のはすば歯車３４が設けられた制御軸２４、第２のはすば歯車４４が設けられた制御アーム３８、揺動カムアーム２２、位置拘束ブラケット６４、６６、調整シム６８、７０、および位置決め用リング７２を鉄系の材質で統一している。このため、本実施形態の可変動弁装置１０によれば、各部材の温度変化によって第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４の相対位置が変化するのを効果的に抑制することができ、これにより、冷間状態から温間状態までの間で、気筒間の温度ばらつきに起因した気筒間の弁体１２の作用角およびリフト量のばらつきを抑制することができる。

また、本実施形態の可変動弁装置１０によれば、位置拘束ブラケット６４、６６により、制御軸２４とカム軸３０との軸間距離が拘束されているため、これらの軸間の剛性を向上させることができる。このため、可変動弁装置１０の高速動作時の慣性力によるたわみで軸間距離が変化するのを防止でき、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４のバックラッシュの変化に伴って弁体１２の作用角およびリフト量が変化するのを抑制することができる。

また、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４とは、制御アーム３８の回転角度を変化させるときにのみ動作するものであり、弁体１２のリフト毎には動作しない。このため、本実施形態の可変動弁装置１０によれば、弁体１２がリフト動作を行う際の可動部の慣性質量を低減することができ、これにより、可変動弁装置１０の運動性の向上、バルブスプリング力のバネ力の低減が可能となる。

また、本実施形態の可変動弁装置１０によれば、制御軸２４およびカム軸３０のそれぞれに保持される各部材を１つの集合部品（図３参照）として組立てることで、各部材間の位置関係の調整を完了することができる。つまり、可変動弁装置１０の各部材の組み付け時に、シリンダヘッド等のエンジン側の大型の部品が必要なくなり、組み立てが完了した上記集合部品を、シリンダヘッドに組み付けることで、可変動弁装置１０を内燃機関に搭載することが可能となる。

ところで、上述した実施の形態１においては、調整シム６８、７０が位置拘束ブラケット６４、６６と位置決め用リング７２との間に配置されているが、第１のはすば歯車３４に対する位置拘束ブラケット６４、６６の軸方向位置を調整するための調整シム６８、７０の配置場所はこれに限定されるものではない。すなわち、調整シムを、揺動カムアームと位置拘束ブラケットの間に配置してもよく、或いは、制御アームと位置拘束ブラケットの間に配置してもよい。

また、上述した実施の形態１においては、揺動カムアーム２２における２つの軸受け部の外側の両側面を利用して位置拘束ブラケット６４、６６間の距離を規制しているが、揺動カムアーム２２を用いた位置拘束ブラケット６４、６６間の距離の規制手法はこれに限らない。すなわち、揺動カムアームにおける２つの軸受け部の間に、位置拘束ブラケット、調整シム、および位置決め用リングといった位置調整手段を配置し、揺動カムアームにおける２つの軸受け部の内側の両側面で、一対の位置拘束ブラケット間の距離を規制することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、制御軸２４に固定された第１のはすば歯車３４に対する第２のはすば歯車４４の軸方向位置を調整可能に構成しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１のはすば歯車を制御軸に対して軸方向に移動可能に構成することによって、第１のはすば歯車と第２のはすば歯車の相対位置を調整するものであってもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、揺動カムアーム２２が前記第１の発明における「規制手段」に相当している。

実施の形態２．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図７は、本実施の形態２の可変動弁装置８０の特徴部の構成を説明するための概念図である。尚、図７においては、図面を分かり易くするために、制御アーム３８およびキャップ４２が断面で示されている。

図７に示す構成は、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４の相対位置を調整する位置調整手段がカム軸３０側に設けられている点を除き、上述した実施の形態１における可変動弁装置１０と同様である。すなわち、図７に示すように、カム２８と制御アーム３８内部の溝６２の側面との間に、一対の調整シム８２、８４が配置されている。そして、第１のはすば歯車３４が形成された制御軸２４、第２のはすば歯車４４が形成された制御アーム３８、カム２８が固定されたカム軸３０、調整シム８２、８４、および位置決め用リング７２が、それぞれ同一系統の材質、より具体的には、鉄系の材質で構成されている。尚、このような構成に限らず、カム軸３０上における制御アーム３８の両側に、実施の形態１における位置決め用リング７２と同様の部材を取り付けることで、カム軸３０に対する制御アーム３８の位置を規制してもよい。

以上説明した本実施形態の構成によれば、カム２８と調整シム８２、８４によって、カム軸３０に対する制御アーム３８の軸方向位置が規制される。そして、上記の如く、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４の相対位置変化に影響を与える各部材の材質が統一されているため、温度変化によって第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４との相対位置が変化するのを抑制することができる。また、カム２８の両側面をカム軸３０に対する制御アーム３８の軸方向位置の基準としている。このため、本実施形態の構成によれば、実施の形態１における位置決め用リング７２が不要となり、部品点数の増加を抑えつつ、弁体１２の作用角およびリフト量の気筒間ばらつきを調整することができる。

実施の形態３．
次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
図８は、本実施形態の可変動弁装置９０の特徴部の構成を説明するための分解斜視図である。尚、図８において、上記図１等に示す可変動弁装置１０の構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。また、図８は、可変動弁装置９０におけるカム軸９２側の構成のみを示している。可変動弁装置９０における制御軸側の構成については、一対の位置拘束ブラケット６４、６６、一対の調整シム６８、７０、および一対の位置決め用リング７２が排除され、かつ、リング用溝７８が設けられていない点を除き（図２参照）、実施の形態１の構成と同様である。

本実施形態の可変動弁装置９０は、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４の相対位置の調整手法が、上述した実施の形態１における可変動弁装置１０と異なっている。具体的には、図８に示すように、カム軸９２には、カム２８の両側に、一対の位置決め用フランジ９４が設けられている。そして、カム２８と一対の位置決め用フランジ９４との間には、それぞれベアリング９６が配置されている。尚、位置決め用フランジ９４は、カム軸９２と一体に形成されるものに限らず、カム軸９２に固定される別部材であってもよい。

本実施形態の可変動弁装置９０は、カム軸９２により回転可能に支持される可変機構９８およびカムキャップ１００（基準部材）を備えている。ここで、本実施形態では、可変機構９８は、上述した実施の形態１と異なり、制御アーム１０２と、制御アーム１０２に回動可能に保持された揺動ローラアーム４０とを含めた機構のみを意味するものとする。制御アーム１０２には、カムキャップ１００が取り付けられる取り付け面１０４上に、一部が断面C字状に形成され、カム軸９２の軸線と平行な方向にカムキャップ１００をガイドする一対のガイド部１０６が設けられている。その一方のガイド部１０６の一端には、フランジ部１０８が形成されている。フランジ部１０８には、ネジ加工が施された貫通孔１１０が設けられている。また、取り付け面１０４には、固定ボルト１１２が挿入されるネジ穴１１４が設けられている。

カムキャップ１００は、制御アーム１０２のガイド部１０６と係合する一対のガイド部１１６を有している。カムキャップ１００には、固定ボルト１１２が挿通されるボルト挿通孔１１８（後述する図９参照）が形成されている。より具体的には、ボルト挿通孔１１８は、固定ボルト１１２の軸径に比して大径となるように形成されている。カムキャップ１００の一方のガイド部１１６の一端には、一部が開放されたネジ受孔１２０が形成されている。

可変動弁装置９０は、軸方向における制御アーム１０２とカムキャップ１００の相対位置を調整するための機構（位置調整機構）として、調整ネジ１２２および調整ネジロックナット１２４を備えている。調整ネジ１２２の外周面には、ネジ受孔１２０と係合する溝１２２aと、貫通孔１１０と貫通状態で噛み合うネジ部１２２bとが形成されている。

図９は、図８に示す可変動弁装置９０の各構成要素が組み付けられた状態を示す図である。より具体的には、図９（Ａ）は、可変動弁装置９０を、カム軸９２の軸方向から見た断面図であり、図９（Ｂ）は、可変動弁装置９０を図９（Ａ）に示すＢ矢視方向から見た図である。尚、図９（Ａ）においては、第２のはすば歯車４４を簡略化して表している。

図９（Ａ）に示すように、制御アーム１０２とカムキャップ１００は、両者のガイド部１０６およびガイド１１６が係合された状態で、ベアリング９６を介してカム軸９２に回転可能に保持される。カムキャップ１００は、図９（Ｂ）に示すように、一対の位置決め用フランジ９４と接するようにして摺動可能なクリアランスのみを有してカム軸９２に保持されている。すなわち、カムキャップ１００は、一対の位置決め用フランジ９４によって軸方向位置が拘束されている。一方、制御アーム１０２は、一対の位置決め用フランジ９４とは十分なクリアランスを有してカム軸９２に保持されている。すなわち、制御アーム１０２は、一対の位置決め用フランジ９４に対して、所定範囲を軸方向に移動可能となるように構成されている。また、可変動弁装置９０では、調整ネジ１２２は、図９に示すように、可変動弁装置９０が組み付けられてシリンダヘッドに搭載された状態において、調整が可能となる位置であって、弁体１２のリフト動作毎には可動しない部位に組み込まれている。

以上の構成によれば、制御アーム１０２とカムキャップ１００とは、両者のガイド部１０６およびガイド部１１６が係合され、固定ボルト１１２が仮締めされた状態で、固定ボルト１１２とボルト挿通孔１１８とのクリアランス分だけ互いにカム軸９２の軸方向に摺動可能となる。このため、そのような状態において、カムキャップ１００に回転可能に保持された調整ネジ１２２を回転させることにより、カムキャップ１００に対する制御アーム１０２の軸方向位置を所定の調整代分だけ調整することが可能となる。また、上記の構成によれば、調整ネジ１２２による制御アーム１０２の軸方向位置の調整がされた後に、調整ネジロックナット１２４を締結することで、調整ネジ１２２の回転位置が規制され、カムキャップ１００に対する制御アーム１０２の軸方向位置、言い換えれば、カム軸９２に対する制御アーム１０２の軸方向位置が固定される。そして、制御アーム１０２の軸方向位置が固定された後に、固定ボルト１１２を規定のトルクで締め付けることにより、カムキャップ１００と制御アーム１０２とが確実に締結される。

図１０は、図８に示す可変動弁装置９０による弁体１２の作用角およびリフト量の気筒間ばらつきの調整手法を説明するための概略構成図である。上述したように、本実施形態の可変動弁装置９０によれば、調整ネジ１２２の回転量に応じて、カム軸９２に対する制御アーム１０２の軸方向位置を連続的に調整することができる。制御軸１２６およびカム軸９２は、図９に示す軸方向拘束位置において、それぞれの軸方向位置が拘束されている。このため、調整ネジ１２２を回転させることによって、図９中に示す位置決め用フランジ９４と制御アーム１０２との距離Cが変更されると、軸方向拘束位置を基準とした第１のはすば歯車３４中心の寸法Dに対する第２のはすば歯車４４中心の寸法Eが変化する。つまり、第１のはすば歯車３４と第２のはすば歯車４４の相対位置が変化する。

また、制御軸１２６は、制御軸１２６を回転駆動するアクチュエータ１２８によって、回転方向の位置も拘束されている。このため、はすば歯車３４、４４間に上記の相対位置変化が生ずると、制御軸１２６の回転位置に対する制御アーム１０２の回転角度が変化することとなり、その結果として、弁体１２の作用角およびリフト量が変化することとなる。

以上説明した通り、本実施形態の可変動弁装置９０によれば、調整ネジ１２２の回転量に応じて、気筒間に生ずる弁体１２の作用角およびリフト量のばらつきを無段階に調整することが可能となる。つまり、本実施形態の可変動弁装置９０によれば、上述した実施の形態１および２における調整シム６８、７０等のようなばらつき調整部品を不要とすることができ、また、より正確かつ繊細なばらつき調整が可能となる。

また、本実施形態の可変動弁装置９０によれば、調整ネジ１２２が弁体１２のリフト動作毎には可動しない部位に組み込まれているため、内燃機関の実動中に気筒間ばらつきを無段階に微調整することが可能となる。これにより、以下のような効果を得ることができる。すなわち、上記のばらつき調整手法によれば、例えば燃料噴射量を一定とした状態で燃焼室から排出されるガス中の排気空燃比を気筒毎に調べつつ、各気筒の弁体１２の作用角およびリフト量を調整することにより、吸入空気量の気筒間ばらつきを直接的に調整することが可能となる。このため、内燃機関の始動および停止を繰り返しつつ調整部品を交換しながらのばらつき調整を不要とすることができ、気筒間ばらつきの調整工数を削減することができる。

そして、上記のばらつき調整手法によって吸入空気量の気筒間ばらつきを直接的に調整することは、吸気ポートの形状、長さ等の吸気系の気筒間ばらつきを含めた吸入空気量の気筒間ばらつきの調整が可能となることを意味する。可変動弁装置を備えて、主として可変動弁装置により吸入空気量の制御を行う内燃機関では、特に低負荷域、すなわち、弁体の作用角およびリフト量が小さく制御される領域において、弁体の作用角およびリフト量の気筒間ばらつきが吸入空気量の制御に与える影響が大きくなる。言い換えれば、そのような領域では、吸入空気量の気筒間ばらつきをより精度良く低減することが要求される。本実施形態の可変動弁装置９０によれば、上記の如く、吸気系の気筒間ばらつきを含めた吸入空気量の気筒間ばらつきを直接的に調整することが可能となるため、弁体１２の作用角およびリフト量を直接合わせ込む調整手法に比して、弁体１２の作用角およびリフト量の気筒間ばらつき調整の精度をより向上させることができる。

ところで、上述した実施の形態３においては、カム軸９２上に設けられた一対の位置決め用フランジ９４によって、カムキャップ１００の軸方向位置を拘束することとしている。このような構成によれば、内燃機関が発する熱により各部材に熱膨脹が生じた場合であっても、そのような熱膨脹に起因したはすば歯車３４、４４間の相対位置変化を生じないようにすることが可能となる。しかしながら、本発明におけるはすば歯車３４、４４間の相対位置を調整するための構成を得るという点においては、上記の構成に限らず、カムキャップ１００の軸方向位置を拘束する一対の位置決め用フランジは、カム軸９２上に設けられた部材ではなく、例えば、シリンダヘッドの軸受け部であってもよい。

本発明の実施の形態１の可変動弁装置の構成を示す側面図である。 図１に示す可変動弁装置の主要部の分解斜視図である。 図２に示す可変動弁装置の各構成要素が組み付けられた状態を示す図である。 図１に示す可変動弁装置が弁体に対して小さなリフトを与えるように動作を行う様子を示す図である。 図１に示す可変動弁装置が弁体に対して大きなリフトを与えるように動作を行う様子を示す図である。 図１に示す可変動弁装置の各構成要素を概念的に表した図である。 本発明の実施の形態２の可変動弁装置の特徴部の構成を説明するための概念図である。 本発明の実施の形態３の可変動弁装置の特徴部の構成を説明するための分解斜視図である。 図８に示す可変動弁装置の各構成要素が組み付けられた状態を示す図である。 図８に示す可変動弁装置による弁体の作用角およびリフト量の気筒間ばらつきの調整手法を説明するための概略構成図である。

符号の説明

１０、８０、９０ 可変動弁装置
１２ 弁体
１６ ロッカーアーム
２２ 揺動カムアーム
２４、１２６ 制御軸
２６ 揺動カム面
２６a 非作用面
２６b 作用面
２８ カム
３０、９２ カム軸
３２ スライド面
３４ 第１のはすば歯車
３６、９８ 可変機構
３８、１０２ 制御アーム
４４ 第２のはすば歯車
４８ 中間ローラ
６４、６６ 位置拘束ブラケット
６８、７０、８２、８４ 調整シム
７２ 位置決め用リング
９４ 一対の位置決め用フランジ
１２２ 調整ネジ
１２４ 調整ネジロックナット

Claims (10)

1. カム軸の回転に対する弁体の開弁特性を機械的に変化させる可変動弁装置であって、
   アクチュエータにより回転駆動され、その軸中心と同心の第１のはすば歯車が設けられた制御軸と、
   カムと弁体との間に介在し、前記カムの回転と同期して揺動することにより当該カムの押圧力を前記弁体に伝達する揺動部材と、
   前記制御軸とは別の支持軸により回転可能に支持され、当該支持軸の軸中心と同心であって前記第１のはすば歯車と対となる第２のはすば歯車が設けられ、前記第１のはすば歯車および前記第２のはすば歯車を介して前記制御軸の回転に伴って回転することで、前記カムの回転に対する前記揺動部材の揺動動作を変化させる可変機構と、
   回転軸方向における前記第１のはすば歯車と前記第２のはすば歯車の相対位置を調整する位置調整手段と、
   を備えることを特徴とする可変動弁装置。
2. 前記可変機構は、前記支持軸の軸方向に移動可能に構成されており、
   前記位置調整手段は、
   前記制御軸上における前記第１のはすば歯車の両側の位置に固定された一対のフランジと、
   前記一対のフランジの間に配置され、もしくは前記一対のフランジを介して配置され、前記制御軸と前記支持軸とに橋渡され、前記第２のはすば歯車を両側から挟み込むように配置された一対の位置拘束部材と、
   前記一対の位置拘束部材を介して前記一対のフランジに対向して配置され、前記一対の位置拘束部材間距離を規制する規制手段と、
   前記第１のはすば歯車に対する前記一対の位置拘束部材の軸方向位置を調整する位置調整部材とを備えることを特徴とする請求項１記載の可変動弁装置。
3. 前記一対のフランジは、前記第１のはすば歯車に近接した位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項２記載の可変動弁装置。
4. 前記第１のはすば歯車、前記第２のはすば歯車、前記制御軸、および前記位置調整部材が、同一系統の材質で構成されていることを特徴とする請求項２または３記載の可変動弁装置。
5. 前記位置調整手段は、
   前記支持軸上に固定され、前記支持軸に対する前記第２のはすば歯車の位置を規制するフランジと、
   前記第２のはすば歯車と前記フランジとの間に配置された位置調整部材とを備えることを特徴とする請求項１記載の可変動弁装置。
6. 前記第１のはすば歯車、前記第２のはすば歯車、前記制御軸、前記支持軸、および前記位置調整部材が、同一系統の材質で構成されていることを特徴とする請求項５記載の可変動弁装置。
7. 前記支持軸は前記カム軸であって、前記フランジは前記カムであることを特徴とする請求項５または６記載の可変動弁装置。
8. 前記可変機構は、前記支持軸の軸方向に移動可能に構成されており、
   前記位置調整手段は、
   前記支持軸に回転可能に支持された基準部材と、
   前記基準部材の両側面に接するように配置され、前記基準部材の軸方向位置を拘束する一対の位置決め用フランジと、
   軸方向における前記可変機構と前記基準部材の相対位置を調整する位置調整機構と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の可変動弁装置。
9. 前記位置調整機構は、前記可変機構および前記基準部材の一方に貫通状態で噛み合い、かつ、前記可変機構および前記基準部材の他方に係合する調整ネジを含むことを特徴とする請求項８記載の可変動弁装置。
10. 前記位置調整機構は、弁体のリフト動作毎に可動しない部位に配置されていることを特徴とする請求項８または９記載の可変動弁装置。
    

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