JP2006342740A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高バルブリフト側から低バルブリフト側へ変化するときの制御負荷が小さくてすむ内燃機関の可変動弁装置を提供する。
【解決手段】本発明の可変動弁装置は、伝達アーム３５の揺動支点Ｓ１にバルブリフト中に生じる最大荷重の制御シャフト１１に対する方向と、制御シャフト１１を高バルブリフト側から低バルブリフト側へ可変させる際の回転方向とを同じ方向に設定した。これにより、制御シャフト１１を高バルブリフト量側から低バルブリフト側へ変化する方向には回動しやすくした。
【選択図】 図１０

Description

本発明は、吸気バルブあるいは排気バルブの位相を可変する内燃機関の可変動弁装置に関する。

自動車に搭載されるレシプロ式エンジン（内燃機関）の多くは、エンジンの排出ガス対策や燃費低減などの理由から、吸気バルブや排気バルブの位相を変化させる可変動弁装置を搭載することが行われている。

このような可変動弁装置の多くは、カムシャフトに形成されているカムの位相を、ベース円区間とリフト区間とが連なる揺動カムに置き換える構造が用いられる。具体的には、この揺動カムの揺動範囲を変化させることによって、ロッカアームを通じて駆動される吸気バルブや排気バルブの開弁期間、バルブリフト量を連続的に可変させる構造が用いられている。また近時では、特許文献１にも開示されているようにポンピングロスの改善を図るために、カムと揺動カムとの間に、伝達カムを介在させ、同伝達カムを制御シャフトに揺動自在に支持させる構造を用いて、制御シャフトの回動変位で伝達アームを移動させて、該伝達アームとカムとの当接位置の変更からバルブ特性を制御、具体的にはバルブの開閉タイミング、開弁期間、バルブリフト量の連続的な可変を行なう技術が提案されている。
特開２００３−２３９７１２号公報

こうした可変動弁装置では、車両の運転状況に適した可変レスポンスが求められる。具体的には、車両が加速される状況となる、低バルブリフト量からそれより大きな高バルブリフト量へ可変するときは、加速に合わせたレスポンスでバルブリフト量の可変を行なえばよいが、逆に高バルブリフト量から小バルブリフト量へ可変するときの多くは、すばやいレスポンスが求められる。例えば高回転運転している車両にエンジンブレーキを発生させる場合、可変動弁装置付きエンジンでは、当該高回転運転で設定された高バルブリフトを保ったまま、スロットルバルブを閉じて（閉弁）、このとき生ずるポンプロスによりエンジンエンジンブレーキの効果を生み出す。このとき、ポンプロスによりエンジンの回転が低下し、エンジンブレーキの効果を解除する場合は、即座に高バルブリフトから小バルブリフトへ可変させることが要求される。

特許文献１に示されるような可変動弁装置で、こうした高いレスポンスを確保するには、制御シャフトを回動操作するアクチュエータに、大きな容量のアクチュエータを用いることが求められる。

ところが、容量の大きなアクチュエータは、大形なので、可変動弁装置の大形化・重量の増大化を招いたり、消費エネルギーが増大したりしやすい。しかも、アクチュエータの大形化により、車両に対するエンジンの搭載性が悪化したり、エンジン重量が増したりするなどの問題もきたすおそれがある。

そこで、本発明の目的は、高バルブリフト側から低バルブリフト側へ変化するときの制御負荷が小さくてすむ内燃機関の可変動弁装置を提供する。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、制御シャフトの回動変位によって、伝達アームの揺動支点にバルブリフト中に生じる最大荷重の制御シャフトに対する方向と、制御シャフトを高バルブリフト側から低バルブリフト側へ可変させる際の回転方向とを同じ方向に設定して、制御シャフトを高バルブリフト量側から低バルブリフト側へ変化する方向には回動しやすくした。

請求項２に記載の発明は、同じく、制御シャフトの回動変位によって、伝達アームの揺動支点に揺動カムが開弁方向に揺動する際に生じる最大荷重の制御シャフト軸心回りの回転方向と、揺動カムが閉弁方向に揺動する際に生じる最大荷重の制御シャフト軸心回りの回転方向と、制御シャフトを高バルブリフト側から低バルブリフト側へ可変させる際の回転方向とを同じ方向に設定して、制御シャフトを高バルブリフト側から低バルブリフト側へ変化する方向には回動しやすくした。

請求項３に記載の発明は、上記目的に加え、さらに多気筒の内燃機関において、制御シャフトが、高バルブリフト側から低バルブリフト側へ変化する方向に対して回動しやすくなるよう、ロッカアーム、揺動カムおよび伝達アームを、気筒毎に設け、制御シャフトを、少なくとも２つの気筒の伝達アームをそれぞれ揺動自在に支持する共通のシャフト部材から構成した。

請求項１、２に記載の発明によれば、制御シャフトの軸心回りには、高バルブリフト側から低バルブリフト側へ向う回転トルクが作用するから、制御シャフトは、高バルブリフト側から低バルブリフト側へ変化する方向には回動しやすくなり、同方向へ可変させるときの制御負荷が小さくてすむ。

したがって、高バルブリフト側から低バルブリフト側へ可変制御するときに求められる迅速な可変レスポンスを確保することができる。特に揺動カムが開弁方向に揺動する際に生じる最大荷重、揺動カムが閉弁方向に揺動する際に生じる最大荷重を、高バルブリフト側から低バルブリフト側へ向う回転トルクに作用させると、制御シャフトは、一層、高バルブリフト側から低バルブリフト側への方向には回動しやすくなるから、安定した高い可変レスポンスが確保できる。

その結果、上記可変レスポンスは、小さな容量のアクチュエータで実現でき、可変動弁装置の軽量・コンパクト化、消費エネルギーの低減化、車両に対する内燃機関の搭載性の向上を図ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、さらに、上記効果に加え、多気筒の内燃機関でも、気筒毎に生ずる回転トルクは、そのまま確保されるから、多気筒の内燃機関でも、制御シャフトは、高バルブリフト側から低バルブリフト側への方向には回動しやすく、上記同様、高バルブリフト側から低バルブリフト側へのレスポンスを向上させることができる。

［一実施形態］
以下、本発明を図１〜図１３に示す一実施形態にもとづいて説明する。

図１は、多気筒の内燃機関、例えば気筒１ａが直列に並ぶ４気筒のレシプロ式ガソリンエンジンのシリンダヘッド１の全体平面図、図２は同シリンダヘッド１のＡ−Ａ線に沿う詳細な側断面図を示し、図３は同シリンダヘッド１の一部を拡大して示す平面図、図４は同シリンダヘッド１に搭載された可変動弁装置２０の分解図を示している。

図１ないし図３を参照してシリンダヘッド１について説明すると、シリンダヘッド１の下面には、シリンダブロック１ｃに形成された４つ気筒１ａ（直列に並んでいる）にならって、それぞれ燃焼室２（１つしか図示せず）が形成されている。これら燃焼室２には、それぞれ例えば２個づつ（一対）、吸気ポート３および排気ポート４（片側しか図示せず）が形成されている。シリンダヘッド１の上部には、吸気ポート３を開閉する吸気バルブ５、排気ポート４を開閉する排気バルブ６がそれぞれ組み付けてある。吸気バルブ５、排気バルブ６には、いずれもバルブスプリング７で閉方向に付勢される常閉式の往復バルブが用いてある。なお、気筒１ａ内にはピストン１ｂが往復動可能に収めてある（図２だけに二点鎖線で図示）。

図１および図２中８は、シリンダヘッド１の上部に搭載された例えばＳＯＨＣ式の動弁系（吸気バルブ５、排気バルブ６を駆動するもの）を示している。動弁系８について説明すると、１０は、燃焼室２の頭上にシリンダヘッド１の長手方向に回転自在に配設されたカムシャフト、１１はこのカムシャフト１０を挟んだ片側（吸気ポート側）に回動可能に配設された吸気側のロッカシャフト（本願の制御シャフトを兼ねている）、１２はその反対側（排気ポート側）に配設（固定）された排気側のロッカシャフト、１３は例えばロッカシャフト１１とロッカシャフト１２間の上側の地点（ロッカシャフト１２寄り）に配設された支持シャフトを示す。ロッカシャフト１１，１２および支持シャフト１３は、いずれもカムシャフト１０と平行（並行）に配置された軸部材から構成されている。

カムシャフト１０は、エンジンのクランクシャフト（図示しない）からの出力により、図２中の矢印方向に沿って回転駆動される部品である。このカムシャフト１０の各部には、図３に示されるように燃焼室２毎（気筒毎）に、吸気用カム１５（１つ：本願のカムに相当）と排気用カム１６（２つ）が形成されている。吸気用カム１５は燃焼室２の頭上中央に配置され、排気用カム１６，１６はその吸気用カム１５の両側にそれぞれ配置してある。

排気側のロッカシャフト１２には、図１および図２に示されるように排気用カム１６毎（排気バルブ６毎）に、排気バルブ用のロッカアーム１８がそれぞれ回動自在に支持されている。また吸気側のロッカシャフト１１には、一対の吸気用カム１５毎（一対の吸気バルブ毎）に、可変動弁装置２０が組み込まれている。ロッカアーム１８は、排気用カム１６の変位を排気バルブ６へ伝える部品で、可変動弁装置２０は、吸気用カム１５の変位を吸気バルブ５，５へ伝える装置で、これらが各カム１５，１６で駆動されることによって、ピストン１ｂの動き（往復動）と連動して、気筒１ａ内で、所定の燃焼サイクル（例えば吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程の４サイクル）が形成されるようにしている。なお、図２中８７は、燃焼室２内の混合気を点火するための点火プラグを示す。

可変動弁装置２０を説明すると、同装置２０は、図１〜図４に示されるようにロッカシャフト１１に揺動自在に支持された吸気バルブ用のロッカアーム２５と、同ロッカアーム２５と組み合うスイングカム４５（本願の揺動カムに相当）と、吸気用カム１５の変位をスイングカム４５へ伝達するセンタロッカアーム（本願の伝達アームに相当）３５と、センタロッカアーム３５をロッカアーム１１に揺動自在に支持する支持機構７０とを有して構成される。

このうちロッカアーム２５には、例えば図３および図４に示されるような二股形状の構造が用いられている。具体的にはロッカアーム２５は、中央に筒状のロッカシャフト支持用ボス２６が形成され、一端側に吸気バルブ５の駆動をなす駆動部分、例えばアジャストスクリュ部２７が組み付けられた一対の並行なロッカアーム片２９と、これらロッカアーム片２９の他端部間に挟み込まれた回転自在なローラ部材３０（当接部を形成するもの）とを有して構成してある。なお、３２は、ローラ部材３０をロッカアーム片２９に回転自在に枢支させるための短シャフトを示す。そして、ロッカシャフト支持用ボス２６，２６はロッカシャフト１１に揺動自在にそれぞれ嵌挿され、ローラ部材３０を支持シャフト１３側（シリンダヘッド１の中央側）に配置させている。残るアジャストスクリュ部２７は、それぞれ吸気バルブ５，５の上部端（バルブステム端）に配置させてある。つまり、ロッカアーム２５は、ロッカシャフト１１を支点に揺動すると、吸気バルブ５，５が駆動されるようになっている。

スイングカム４５は、図２〜図４に示されるように支持シャフト１３に回動自在に嵌挿された筒状のボス部４６と、同ボス部４６からローラ部材３０（ロッカアーム２５）へ向って延びるアーム部４７と、同アーム部４７の下部に形成した受け部４８とを有して形成される。このうちアーム部４７の先端面には、ロッカアーム２５へ変位を伝えるカム面、例えば上下方向に延びるカム面４９が形成されている。このカム面４９がロッカアーム２５のローラ部材３０の外周面に転接させてある。このカム面４９についての詳細は後述する。また受け部４８には、例えば図４に示されるようにアーム部４７の下部のうち、カムシャフト１０の直上となる下面部分に凹陥部５１を形成し、同凹陥部５１内に、カムシャフト１０と同じ向きで、短シャフト５２を回転自在に支持させた構造が用いられる。なお、５３は、凹陥部５１内の短シャフト５２部分の外周部に形成された、平面な底面をもつ凹部を示す。

センタロッカアーム３５には、図２および図４に示されるように吸気用カム１５のカム面と転接する転接子、例えばカムフォロア３６と、同カムフォロア３６を回転自在に支持する例えば枠形のホルダ部３７とをもつ、ほぼＬ形部材が用いられている。具体的には、センタロッカアーム３５は、カムフォロア３６を中心として、ホルダ部３７から、上方のロッカシャフト１１と支持シャフト１３間へ向かって延びる柱状の中継用アーム部３８と、ホルダ部３７の側部から、一対のロッカアーム片２９間から露出するロッカシャフト１１のシャフト部分１１ｃ（図５〜図８に図示）の下側へ延びる支点用アーム部３９とを有して、Ｌ形に形成してある。なお、支点用アーム部３９は例えば二股状に分けてある。また中継用アーム部３８の先端（上端面）には、駆動面として、ロッカシャフト１１側が低く、支持シャフト１３側が高くなるよう傾斜させた傾斜面４０が形成してある。この中継用アーム部３８の先端が、上記スイングカム４５の凹部５３内へ差し込まれている。これで、吸気用カム１５とスイングカム４５との間にセンタロッカアーム３５を介在させている。そして、アーム部３８の傾斜面４０は、凹部５３の底面で形成された受け面５３ａにスライド自在に突き当てられている。これで、吸気用カム１５の変位が、中継用アーム部３８から、滑りを伴いながら、スイングカム４５へ伝達されるようにしてある。

支持機構７０には、図２および図４に示されるような、制御アーム７２を用いてセンタロッカアーム３５を揺動自在に支持する支持部７７と、同センタロッカアーム３５の位置を調整可能とした調整部８０とを組み合わせた構造が用いられている。このうち支持部７７について説明すると、シャフト部分１１ｃの下部周壁には、シャフト部分１１ｃの軸心と直交する向きで、通孔７３が形成されている。制御アーム７２は、円形断面をもつ軸部７４と、同軸部７４の一端に形成された円板状のピン結合片７５と、同ピン結合片７５に形成された支持孔７５ａ（図４に図示）とを有して形成されている。この軸７４の端部がシャフト部分１１ｃの下部から通孔７３に差し込まれている（挿入）。なお、差し込まれた軸部７４は、軸方向および周方向に対して移動自在である。この軸部７４の端が、後述する調整部８０の部品に突き当たっている。ピン結合片７５は、二股に分かれた支点用アーム部３９内に挿入される。そして、アーム部３９および支持孔７５ａには、ピン４２が挿通され、支点用アーム部３９の先端部と、シャフト部分１１ｃから突き出た制御アーム７２の端部との相互を吸気用カム１５の起伏方向（カムシャフト１０の軸心と直交する方向）に回動自在に結合させている。この結合により、センタロッカアーム３５は、吸気用カム１５が回転すると、ピン４２を揺動支点Ｓ１に揺動（上下）されるようにしている。そして、このセンタロッカアーム３５の動きに連動して、スイングカム４５が、支持シャフト１３を支点とし、短シャフト５２を作用点（センタロッカアーム３５からの荷重が作用する点）とし、カム面４９を力点（ロッカアーム２５を駆動させる点）として、周期的に揺動されるようにしている。なお、ロッカアーム２５、センタロッカアーム３５およびスイングカム４５の相互間は、円滑な動きが確保されるよう、付勢手段、例えばプッシャ８６で密接する方向に付勢させてある。

またロッカシャフト１１の端部には、アクチュエータとして、例えば制御用モータ４３（図１および図４に図示）が接続されている。これで、ロッカシャフト１１を軸心回りに駆動（回動）される構造にしている。このロッカシャフト１１の回動により、制御アーム７２が、例えば図５および図６に示される略垂直となる姿勢から、図７および図８に示されるカムシャフト回転方向に大きく傾いた姿勢まで可変できるようにしている。この制御アーム７２の姿勢の変化から、センタロッカアーム３５を、シャフト部分１１ｃの軸方向と交差する方向に移動（変位）できるようにしている。つまり、図５〜図８に示されるようにカムフォロア３６の吸気用カム１５に対する転接位置が変更（進角方向や遅角方向）できるようにしている。この転接位置の可変により、スイングカム４５のカム面４９の姿勢を変化させて、吸気バルブ５の開閉タイミングや開弁期間やバルブリフト量が、同時に連続的に可変される構造にしている。具体的には、カム面４９には、例えば支持シャフト１３の中心からの距離が変化する曲面が用いられている。これには、例えば図１中に示されるようにカム面４９の上部側をベース円区間α、すなわち図１中に示されるように支持シャフト１３の軸心を中心とした円弧面で形成された区間とし、下部側をリフト区間β、すなわち上記円弧に連続した反対向きの円弧面及びそれに続く反対向きの円弧面、具体的には例えば吸気用カム１５のリフト域のカム形状と同じような円弧面で形成される区間としてある。このカム面４９により、カムフォロア３６が吸気用カム１５の進角方向あるいは遅角方向へ変位すると、スイングカム４５の揺動範囲が変化して、ローラ部材３０が接するカム面４９の領域が変化するようにしてある。つまり、吸気用カム１５の位相が進角方向あるいは遅角方向へずれながら、ローラ部材３０が行き交うベース円区間αとリフト区間βの比率が変わるようにしてある。

調整部８０には、例えば図２〜図４に示されるようにねじ部材８２で、差し込まれた制御アーム端を支持する構造が用いられている。具体的には、ねじ部材８２は、通孔７３とは反対側となるシャフト部分１１ｃの地点（上部周壁）から、進退可能に螺挿されている。このねじ部材８２の挿入端が、通路７３内の途中で、制御アーム７２の端と突き当たり、制御アーム７２を支持させている。これにより、ねじ部材８１を回転操作すると、シャフト部材１１ｃから突き出る軸部７４の突出量が可変され、吸気用カム１５の転接位置の変更から、吸気バルブ５の開弁時期や閉弁時期が調整されるようにしている。但し、８３は、ねじ部材８１を回転操作するための、ねじ部材８１の上端面に形成した例えば十字形の溝部、８４は、ねじ部材８１の端部にねじ込まれたロックナット、８４ａは同ロックナット８４の座面を形成する切欠きを示す。

ここまでの構成で得られる可変動弁装置２０の作用を図５〜図８を参照して説明すると、今、図２中の矢印方向に示されるようにエンジンの運転により、カムシャフト１０が回転しているとする。

このとき、センタロッカアーム３５のカムフォロア３６は、吸気用カム１５を受けていて、同カム１５のカムプロフィールにならい駆動される。これにより、センタロッカアーム３５は、ピン４２（揺動支点）を支点として、上下方向へ揺動する。

スイングカム４５の受け面５３ａは、傾斜面４０から、センタロッカアーム３５の揺動変位を受けている。ここで、受け面５３ａと傾斜面４０とはスライド可能であるから、スイングカム４５は、傾斜面４０をすべりながら、該傾斜面４０で押し上げられたり下降したりするといった揺動運動を繰り返す。このスイングカム４５の揺動により、カム面４９は上下方向へ往復する。

このとき、カム面４９は、ロッカアーム２５のローラ部材３０と転接しているから、カム面４９でローラ部材３０を周期的に押圧する。この押圧を受けてロッカアーム２５は、ロッカシャフト１１を支点に駆動（揺動）され、吸気バルブ５（一対）を開閉させる。

ここで、アクセルペダル（図示しない）の踏操作により、エンジンが高回転運転されるとする。すると、モータ４３（アクチュエータ）は、そのアクセル信号を受けて、ロッカシャフト１１を回動させ、制御アーム７２を、例えば最大バルブリフト量が確保される地点、例えば図５および図６に示されるような垂直姿勢となる地点まで移動（回動）させる。すると、制御アーム７２の移動（回動）を受けて、センタロッカアーム３５は、吸気用カム１５上を回転方向に沿って変位する。これにより、センタロッカアーム３５と吸気用カム１５との転接位置は、吸気用カム１５上を遅角方向あるいは進角方向に沿ってずれ、図５および図６に示されるようにスイングカム４５のカム面４９を垂直に近い角度となる姿勢に位置決める。

このカム面４９の姿勢により、図５および図６に示されるようにカム面４９のローラ部材３０が行き交う領域（比率）は、最大のバルブリフト量をもたらす領域、すなわち最も短いベース円区間αと最も長いリフト区間βとに設定される。つまり、ロッカアーム２５は、狭いベース円区間αと最も長いリフト区間βとがなすカム面部分にしたがって駆動される。これで、吸気バルブ５は、例えば図９中のＡ１の線図に示されるような最大バルブリフト量、さらには吸気行程にならう開閉タイミングで開閉される。

またこの状態からアクセルペダル（図示しない）を戻して、低・中回転運転を行なうと、制御モータ４３の駆動により、ロッカシャフト１１が、図７および図８に示されるようにピン４２が吸気用カム１５へ接近する方向に回動する。すると、この制御アーム７２の回動を受けて、センタロッカアーム３５は、吸気用カム１５上を回転方向前側へ移動する。これにより、センタロッカアーム３５と吸気用カム１５との転接位置（当接位置）は、図７および図８に示されるように吸気用カム１５上を進角する方向へずれる。この転接位置の変更により、カム位相の開弁時期が早まる。また傾斜面４０も、センタロッカアーム３５の移動を受けて、当初の位置から受け面５３ａ上を進角方向へスライドする。

このときのセンタロッカアーム３５の移動により、スイングカム４５は、図７および図８に示されるようにカム面４９が下側へ傾く姿勢に変わる。傾きが大きくなるにしたがい、ローラ部材３０が行き交うカム面４９の領域は、ベース円区間αが次第に長く、リフト区間βが次第に短くなる比率に変わる。この可変したカム面４９のカムプロフィールがローラ部材３０へ伝達されるにしたがい、ロッカアーム２５は、開弁時期を早めながら揺動駆動される。

これにより、吸気バルブ５は、例えば図９中に示される最大バルブリフト量Ａ１から、センタロッカアーム３５のピン位置（揺動支点）が最大限に傾いた地点の最小バルブリフト量Ａ６までの如く制御される。すなわち、吸気バルブ５は、エンジンの高回転運転から低回転運転まで、吸気バルブ５の開閉タイミングとバルブリフト量とは、最大バルブリフト時とほぼ同じ開弁時期から開弁するタイミングを保ち、かつ閉弁時期を大きく変化させながら、同時に連続的に可変される。

むろん、多気筒（ここでは４気筒）は、ロッカシャフト１１（制御シャフト）が気筒間で共通なため、このような吸気バルブ５の特性の可変がいずれの気筒１ａでも行なわれる。

こうしたバルブ位相の可変を行なう可変動弁装置２０には、バルブ特性が、例えば図９に示す最小バルブリフト量Ａ６（本願の第１リフト状態に相当）〜最大バルブリフト量Ａ１（本願の第２リフト状態に相当）の間の中間バルブリフト域Ｍに設定された状態下（低バルブリフト、中バルブリフト）にあるとき、ロッカシャフト１１（制御シャフト）を高バルブリフト側から低バルブリフト側へ変化する方向に回動しやすくする工夫が施されている。

この工夫は、図８に示されるようにバルブ特性が中間バルブリフト域Ｍの範囲（低バルブリフト、中バルブリフト）に有るときは、バルブリフト中、アームセンタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１に生じる最大荷重を、ロッカシャフト１１の中心Ｓ２を挟んだ一方の回転方向側、すなわち高バルブリフトから低バルブリフトへ向かう回転方向へ作用させる技術である。これには、例えば図６に示されるように最大バルブリフト量のとき、吸気用カム１５の中心と、吸気用カム１５とセンタロッカアーム３５の接点とを結んだ線Ｌ１に対し、センタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１とロッカシャフト１１（制御シャフト）の中心Ｓ２とを結んだ線Ｌ２を、平行あるいは平行に近い状態（本実施形態では平行に近い状態が採用）に配置させた構造が用いられる。これにより、バルブリフトが中間バルブリフト域Ｍの範囲内にあるときは、揺動支点Ｓ１と中心Ｓ２とを結んだ線Ｌ２が、吸気用カム１５とセンタロッカアーム３５の接点とを結んだ線Ｌ１に対して、ずれる（傾く）ようにしている。ずれ変位量（傾き量）は、中間バルブリフト域Ｍで設定されるバルブ特性のしたがい変化する。このずれから、図８に示されるように開弁のときの吸気用カム１５からセンタロッカアーム３５へバルブ駆動力α１が伝わる際、センタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１に作用する力α２が、ロッカシャフト１１の中心Ｓ２を挟んだ左側、すなわちロッカシャフト１１の高バルブリフト量から低バルブリフト量へ向かう軸心回りの方向へ作用する。また閉弁のときのセンタロッカアーム３５がプッシャ４５やバルブスプリング７からの力β１により揺動する際、センタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１に作用する力β２も、ロッカシャフト１１の高バルブリフト量から低バルブリフト量へ向かう軸心回りの方向へ作用するようにしてある。つまり、バルブリフト中（中間バルブリフト域Ｍ）、揺動支点Ｓ１に生じる最大荷重（α２あるいはβ２）は、常にロッカシャフト１１の軸心回りの一方側、すなわち高バルブリフト量から低バルブリフト量へ向かう軸心回りの方向に対し作用させている。これによって、ロッカシャフト１１の高バルブリフト量から低バルブリフト量へ変化（可変）させる方向と、リフト中に揺動支点Ｓ１に生じる最大荷重がロッカシャフト１１に対して作用する方向とを同じ方向に設定している。つまり、同設定によって、ロッカシャフト１１には、高バルブリフトから低バルブリフトに変化させる際の回転方向と同じ方向の回転トルクが作用するようにしている。これで、ロッカシャフト１１を高バルブリフト量から低バルブリフト量へ変化（可変）させるときの制御負荷が小さくなるようにしている。

特にこの制御負荷を低下させる作用が効果的に発揮されるよう、センタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１に作用する開弁方向や閉弁方向の最大荷重がもたらすロッカシャフト１１の中心Ｓ２回りの各回転方向と、高バルブリフトから低バルブリフトに変化（可変）させる際のロッカシャフト１１の回転方向とは同じ方向に設定してある。具体的には、例えば図１０に示されるような低バルブリフト量（例えば図９中のＡ５に相当する「低バルブリフト−低回転運転時」のバルブ特性）や図１１に示されるような中バルブリフト量（例えば図９中のＡ４に相当する「中バルブリフト−中間回転運転時」のバルブ特性）などでも示されるように、スイングカム４５が開弁方向に揺動する際に揺動支点Ｓ１に作用する荷重Ｗ１やスイングカム４５が閉弁方向に揺動する際に揺動支点Ｓ１に作用する荷重Ｗ２の方向が、同図の荷重Ｗ１，Ｗ２の軌跡に示されるようにいずれも高バルブリフトから低バルブリフトに変化させる際のロッカシャフト１１の回転方向と同じ方向に設定してある。これにより、図１０および図１１に示されるようにスイングカム４５が開弁方向に揺動するときや、スイングカム４５が閉弁方向に揺動するとき、揺動支点Ｓ１に生ずる最大荷重Ｗ３のロッカシャフト１１に対する回転方向は、ロッカシャフト１１に対して時計方向回り、すなわち高バルブリフトから低バルブリフトに変化（可変）させる際の回転方向と同じとなり、最大荷重Ｗ３で発生する回転トルク（最大）が、制御負荷を小さくさせる力として寄与する設定にしている。図１０中の二点鎖線で示す荷重Ｗ４は、このときのロッカシャフト１１の反時計方向回りに最大の回転トルクを発生させる荷重を示している。

こうした工夫を施した可変動弁装置２０だと、中間バルブリフト域Ｍでの高バルブリフトから低バルブリフトへ可変するときのレスポンスが高められる。

すなわち、当該レスポンスについて説明すると、可変動弁装置付きエンジンで、例えば高回転運転している車両にエンジンブレーキを発生させるとする。このとき、エンジンは、高回転運転で設定された高バルブリフト、例えば図９中のＡ４に示される中バルブリフト量を保ったまま、スロットルバルブ（図示しない）を閉じる（閉弁）。このとき生ずるポンプロスにより、エンジンエンジンブレーキの効果が生み出される。その後、ポンプロスによりエンジンの回転が低下し、エンジンブレーキの効果を解除するとする。この場合、即座に、制御用モータ４３（アクチュエータ）でロッカシャフト１１を時計方向回りへ駆動して、高バルブリフトから小バルブリフトへ変化させる。

このとき、中バルブリフトがもたらす、センタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１とロッカシャフト１１の中心Ｓ２とを結んだ線Ｌ２の姿勢は、吸気用カム１５とセンタロッカアーム３５の接点とを結んだ線Ｌ１線Ｌ１に対して大きく傾いているから（ずれ）、バルブリフト中、ロッカシャフト１１の時計方向回り（軸心回り）へは、バルブリフト中に生じる最大荷重が作用している。つまり、図８、図１０に示されるようにロッカシャフト１１には、高バルブリフトから低バルブリフトに変化させる際の回転方向と同方向の回転トルクＷ４が作用する。このため、ロッカシャフト１１は、当該回転トルクにより、高バルブリフト側から低バルブリフト側へ変化する方向には回動しやすくなる。

特に、スイングカム４５が開弁方向に揺動する際に生じる最大荷重、スイングカム４５が閉弁方向に揺動する際に生じる最大荷重が、高バルブリフト側から低バルブリフト側へ向う回転トルクとして作用させる設定としてあるので、ロッカシャフト１１は、一層、時計方向（高バルブリフト側から低バルブリフト側への方向）には回動しやすくなる。

可変動弁装置２０は、こうしたロッカシャフト１１に回転トルクが与えられることによって、高バルブリフト側から低バルブリフト側へ変化させるときの制御負荷が小さくなる。

したがって、高バルブリフト側から低バルブリフト側へ制御する方の可変レスポンスを向上させることができる。反対の低バルブリフト側から高バルブリフト側へ変化させる方のレスポンスは、加速に合わせたレスポンスでよいから、小さな容量のアクチュエータ、例えば小形の制御用モータ４３を用いて、要求されるレスポンスでのバルブ特性の可変ができ、結果、可変動弁装置２０の軽量・コンパクト化、消費エネルギーの低減化、車両に対する内燃機関の搭載性が図れる。

特に多気筒のエンジンのために、共通なロッカシャフト１１（制御シャフト）を用いて、気筒毎の可変動弁装置２０を駆動する構造としても、ロッカシャフト１１回りに生ずる回転トルクは、図１２に示される「低バルブリフト−低回転運転時」の線図や図１３に示される「中バルブリフト−中回転運転時」の線図に示されるように、気筒毎の回転トルク（破線や細線や一点鎖線で示す線図）は、同図の太線のように相殺されずに合成されて残るので、回動しやすくなる特性は失われることはない。それ故、多気筒の内燃機関でも、高バルブリフト側から低バルブリフト側へのレスポンスを向上させることができる。なお、図１２、１３の線図は、４気筒エンジンのロッカシャフト１１に生ずる回転トルクを示す。但し、同図中の「正」はロッカシャフト１１の時計方向へ作用するトルクを示し、「負」は同じく反時計方向へ作用するトルクを示す。

なお、本発明は一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。上述した一実施形態では、吸気側のロッカシャフトを制御シャフトとして兼用させた構造を採用したが、別途、制御シャフトを用いた構造でも構わない。また上述した一実施形態では、本発明を吸気バルブ側に適用したが、これに限らず、排気バルブ側に本発明を適用してもよい。また上述の一実施形態では、本発明をＳＯＨＣ式動弁系（１本のカムシャフトで吸気バルブと排気バルブを駆動する構造）のエンジンに適用したが、これに限らず、ＤＯＨＣ式動弁系（カムシャフトが吸気側と排気側とに専用にある構造）のエンジンに本発明を適用してもよい。

本発明の一実施形態に係る可変動弁装置を搭載したシリンダヘッドの平面図。 図１中のＡ−Ａ線に沿う可変動弁装置およびシリンダヘッドの断面図。 同可変動弁装置の平面図。 同可変動弁装置の分解斜視図。 同可変動弁装置の最大バルブリフト制御時におけるカム面のベース円区間にロッカアームが当接しているときの状態を示す断面図。 同じくカム面のリフト区間にロッカアームが当接しているときの状態を示す断面図。 同可変動弁装置の小バルブリフト制御時におけるカム面のベース円区間にロッカアームが当接しているときの状態を示す断面図。 同じくカム面のリフト区間にロッカアームが当接しているときの状態を示す断面図。 同可変動弁装置の性能を示す線図。 低バルブリフトの運転時、伝達アームの揺動支点に作用する荷重の挙動を説明する図。 中バルブリフトの運転時、伝達アームの揺動支点に作用する荷重の挙動を説明する図。 ４気筒エンジンの「低バルブリフト−低回転運転時」に制御シャフトに生じる回転トルクを示す線図。 ４気筒エンジンの「中バルブリフト−中回転運転時」に制御シャフトに生じる回転トルクを示す線図。

符号の説明

５…吸気バルブ、６…排気バルブ、１０…カムシャフト、１１…吸気側のロッカシャフト（制御シャフト）、１３…支持シャフト、１５…吸気用カム（カム）、２０…可変動弁装置、２５…吸気用のロッカアーム（ロッカアーム）、３５…センタロッカアーム（伝達アーム）、４２…ピン、４５…スイングカム（揺動カム）、４９…カム面、Ｍ…中間バルブリフト量域、Ｓ１…伝達アームの揺動支点、Ｓ２…制御シャフトの回動中心、Ｔ１…開弁するときに生ずる最大荷重方向、Ｔ２…閉弁するときに生ずる最大荷重方向。

Claims (3)

1. 内燃機関に回転自在に設けられたカムシャフトと、
   前記カムシャフトに形成されたカムと、
   前記内燃機関に揺動自在に設けられ、吸気バルブ又は排気バルブを駆動するカム面を有する揺動カムと、
   前記揺動カムと前記カムとの間に介在され、前記カムの変位を前記揺動カムに伝達する伝達アームと、
   前記内燃機関に回動可能に設けられ、前記伝達アームを揺動自在に支持し、かつ回動変位により該伝達アームの前記カムと当接する位置を変更可能とし、該位置変更により前記吸気バルブ又は排気バルブのバルブ特性を制御可能とする制御シャフトとを有してなり、
   前記伝達アームの揺動支点にバルブリフト中に生じる最大荷重の前記制御シャフトに対する方向と、前記制御シャフトを高バルブリフト側から低バルブリフト側へ可変させる際の回転方向とを、同じ方向に設定した
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記伝達アームの揺動支点に前記揺動カムが開弁方向に揺動する際に生じる最大荷重の制御シャフト軸心回りの回転方向と、前記揺動カムが閉弁方向に揺動する際に生じる最大荷重の制御シャフト軸心回りの回転方向と、前記制御シャフトを高バルブリフト側から低バルブリフト側へ可変させる際の回転方向とを、同じ方向に設定した
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記内燃機関は、複数の気筒を有し、
   前記揺動カムおよび前記伝達アームは、前記内燃機関の気筒毎に設けられ、
   前記制御シャフトは、少なくとも２つの気筒の前記伝達アームをそれぞれ揺動自在に支持する共通のシャフト部材から構成される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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