JP2007009927A

JP2007009927A - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP2007009927A
Application number: JP2006287371A
Authority: JP
Inventors: Seinosuke Hara; 誠之助原; Makoto Nakamura; 信中村; Shinichi Takemura; 信一竹村
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2006-10-23
Filing date: 2006-10-23
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2017-11-07
Also published as: JP4177866B2

Abstract

【課題】最小リフト状態では閉弁状態を維持し、燃費性能を有効に向上しつつ、装置のコンパクト化を図る。
【解決手段】クランク軸と同期してカムシャフト１３が回転すると、偏心カム１５，リンクアーム２５，ロッカアーム１８，リンク部材２６を介して揺動カム２０が揺動し、吸気弁１２を開閉作動する。また制御軸１６が回転すると、ロッカアーム１８を介して揺動カム２０の回動位置が相対的に変化し、カムリフト特性が変化する。ベースサークル区間θ１では揺動カム２０と吸気弁１２との間に所定のバルブクリアランスが設定されている。また、揺動カム２０のカムリフト量が最小となる最小リフト状態では、揺動カム２０の最大カムリフト量が、０より大きく、かつバルブクリアランスより小さく設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸・排気弁の開閉時期及びバルブリフト量を機関運転条件に応じて可変にできる内燃機関の動弁装置に関する。

周知のように、機関低速低負荷時における燃費の改善並びに高速高負荷時における吸気の充填効率の向上による十分な出力を確保する等のために、吸気・排気バルブの開閉時期とバルブリフト量を機関運転条件に応じて可変制御する動弁装置は従来から種々提案されており、その一例として特許文献１等に記載されているものが知られている。

図１２に基づきその概略を説明すれば、シリンダヘッド１のアッパデッキの略中央近傍上方位置にカムシャフト２が設けられていると共に、カムシャフト２の外周にカム２ａが一体に設けられている。また、カムシャフト２の側部には、制御シャフト３が平行に配置されており、この制御シャフト３に偏心カム４を介してロッカアーム５が揺動自在に軸支されている。一方、シリンダヘッド１に摺動自在に設けられた吸気弁６の上端部には、バルブリフター７を介して揺動カム８が配置されている。この揺動カム８は、バルブリフター７の上方にカムシャフト２と並行に配置された支軸９に揺動自在に軸支され、下端のカム面８ａがバルブリフター７の上面に当接している。また、ロッカアーム５は、一端部５ａがカム２ａの外周面に当接していると共に、他端部５ｂが揺動カム８の上端面８ｂに当接して、カム２ａのリフトを揺動カム８及びバルブリフター７を介して吸気弁６に伝達するようになっている。

また、制御シャフト３は、図外のアクチュエータによって所定角度範囲で回転制御されて、偏心カム４の回動位置を制御し、これによってロッカアーム５の揺動支点を変化させるようになっている。

そして、偏心カム４が正逆の所定回動位置に制御されると、ロッカアーム５の揺動支点が変化して、揺動カム８の上端面８ｂに対する他端部５ｂの当接位置が図中上下方向に変化し、これによって揺動カム８のカム面８ａのバルブリフター７上面に対する当接位置の変化に伴い、揺動カム８の揺動軌跡が変化することにより吸気弁６の開閉時期（バルブタイミング）とバルブリフト量を可変制御するようになっている。なお、図中１０は、揺動カム８の上端面８ｂを常時ロッカアーム５の他端部５ｂに弾接付勢するスプリングである。

ところで、上記公報には記載されていないが、アクチュエータによって制御シャフト３が所定の回転位置に保持されている状態では、吸気弁６のバルブリフト量を０に維持し、つまり吸気弁６を閉弁状態に維持することによって、エンジンの燃費性能等を向上させ得ることが知られている。例えば、一部の気筒の吸排気弁を停止して減筒運転を行うことで、ポンピングロスが減少し、燃費が向上する。又、各気筒に設けられた２つの吸気弁のうち、一方の吸気弁のみを停止することで、ガス流動が強化され、その燃焼効率が向上する。特に、燃費性能が要求される低速低負荷域で弁停止を行うことで、燃費効果を有効に高めることができる。
特開昭５５−１３７３０５号公報

しかしながら、上述したような弁停止を実現するためには、揺動カムの相対移動範囲を大きくし、つまり伝達機構のディメンジョンをアクチュエータにより大きく変化させる必要があり、それにより装置全体が必要とするスペースが大きくなり、もって機関への搭載性が悪化する傾向にあった。

本発明の一つの目的は、弁停止作動による燃費性能の向上を可能としつつ、装置自体のコンパクト化を図ることにある。

本発明の一具体例は、機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に回転カムが固定されたカムシャフトと、伝達機構によって上記回転カムと機械的に連係され、回転カムの回転に応じて所定回転範囲内で軸周りに揺動し、吸排気弁に係合してこの吸排気弁を開閉作動させる揺動カムと、上記揺動カムの吸排気弁に対するカムリフト量を可変制御する制御手段と、を備え、吸排気弁と、これに対向する所定回転区間にある揺動カムとの間には所定のバルブクリアランスが設定されており、かつ、上記制御手段によって揺動カムのカムリフト量が最小となるように制御された最小リフト状態では、上記所定範囲内で揺動する揺動カムの最大カムリフト量が、０より大きく、かつバルブクリアランスより小さく設定されていることを特徴としている。

制御手段によってカムリフト量が最小となる最小リフト状態にあるとき、揺動カムの最大カムリフト量がバルブクリアランスより小さくなっているため、吸排気弁が揺動カムに係合することはなく、吸排気弁は停止（閉弁）状態に維持される。したがって、上述したような燃費向上効果を得ることができる。

加えて、最小リフト状態における最大カムリフト量が０より大きく設定されているから、制御手段によるカムリフト量の可変幅を小さく抑えることができる。従って、例えば制御手段による揺動カムや伝達機構のディメンジョン変化を小さくでき、装置全体が必要とするスペースをコンパクト化することができる。この結果、レイアウトの自由度が向上するとともに、機関への搭載性が向上する。

より具体的には、吸排気弁に対向，係合する揺動カムには、その回転角度に応じて、吸排気弁との間にバルブクリアランスが設定されるベースサークル区間、緩やかにカムリフト量が変化するカムランプ区間、及び吸排気弁を昇降させるリフト区間が設定されている。ここで、仮に最小リフト状態における最大カムリフト量が実質的に０の場合、揺動カムの所定揺動範囲はベースサークル区間内に設定される。一方、本発明では、最小リフト状態における最大カムリフト量が０より大きいから、その揺動範囲がカムランプ区間をオーバーラップする形となる。この結果、オーバーラップした分、揺動カムの全回転範囲が短くなり、揺動カム及びこれに連係する伝達機構の移動量が小さくなるから、装置全体の寸法が小さくなる。

さらには、最小リフト状態にあるときにも、揺動カムが微少な昇降動作を伴って揺動するから、吸排気弁に対して相対的に揺動する揺動カムが、潤滑油を循環させるポンプとして機能し、揺動カムと吸排気弁との間の潤滑性を向上することができる。つまり、摩擦，磨耗が生じやすい揺動カムの潤滑性能を効果的に向上することができる。

また、好ましくは、上記最小リフト状態における最大カムリフト量が、バルブクリアランスからバルブクリアランスの設定誤差分を引いた値よりも小さく設定されていることを特徴としている。

この場合、バルブクリアランスに設計誤差がある場合であっても、最小リフト状態で吸排気弁が閉弁状態に確実に維持される。

更に好ましくは、上記最小リフト状態における最大カムリフト量が、バルブクリアランスからバルブクリアランスの設定誤差分及び運転条件に応じたバルブクリアランス変化分を引いた値よりも小さく設定されていることを特徴としている。

所定の運転条件、例えば暖機運転中では、吸排気弁が燃焼熱により急速に暖められて膨張する一方、吸排気弁の周囲にあるシリンダヘッドや伝達機構は冷えたままとなっており、結果として実際のバルブクリアランスは設定値よりも短くなる。このように運転条件に応じてバルブクリアランスが変化した場合であっても、この変化分を見越した形で最大カムリフト量が設定されているから、弁停止状態を確実に維持できる。

好ましくは、所定の運転条件では、制御手段により最小リフト状態とならないように制御されることを特徴としている。

つまり、所定の運転条件では最小リフト状態とならないから、弁停止誤作動を招く虞がなくなる。

そして本発明は、機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に回転カムが固定されたカムシャフトと、このカムシャフトにほぼ平行に配設された制御軸に制御カムを介して揺動自在に軸支され、回転カムの回転により揺動するロッカアームと、ロッカアームに連係して吸排気弁を開閉作動させる揺動カムと、制御軸を所定角度範囲で回転させるアクチュエータと、このアクチュエータを機関運転条件に応じて駆動制御する制御手段とを備えた内燃機関の可変動弁装置であって、カムシャフトに固定される回転カムを、軸心がカムシャフトの軸心からオフセットしたほぼリング状の偏心カムとすると共に、揺動カムを、カムシャフトに偏心カムと同軸上に揺動自在に設け、かつ、偏心カムとロッカアームの一端部とをリンクアームを介して回転自在に連係し、このリンクアームの基部に有する嵌合孔を偏心カムの外周面に回転自在に嵌合して、偏心カムの偏心回転運動を往復運動に変換してロッカアームに伝達するようにしたことを特徴としている。

この発明では、吸排気弁のバルブタイミング及びバルブリフト量を弁停止を含めて可変制御できるのは勿論のこと、偏心カムと揺動カムとをカムシャフトに同軸上に設けたため、機関へ搭載する際の幅方向の配置スペースを有効に小さくすることができる。また、ロッカアームも機関幅方向へ延設する必要がなくなるため、装置全体のコンパクト化が図れる。この結果、レイアウトの自由度及び機関への搭載性が効果的に向上する。

また、揺動カムを偏心カムとともにカムシャフト同軸上に設けたため、揺動カムを支持する支軸を別途用意する必要がなく、部品点数の低減が図れると共に、カムシャフトと揺動カムとの軸心ずれが生じないため、バルブタイミングの制御精度を効果的に向上できる。

しかも、円環状の偏心カムは、その全体がリンクアームに回転自在に嵌合して連結されているため、リンクアームとの面圧を効果的に低減できる。したがって、両者間の摩耗の発生が抑制できると共に、潤滑も行い易い。

さらに、面圧の低下に伴い偏心カムの材料選択の自由度が向上し、加工と材料の低廉化が図られる。

本発明の具体例によれば、最小リフト状態では閉弁状態を維持して燃費性能を有効に向上しつつ、装置全体が効果的にコンパクト化され、レイアウトの自由度及び機関への搭載性を向上することができる。

そして本発明によれば、装置全体のコンパクト化，部品点数低減，バルブタイミングの制御精度の向上、偏心カムとリンクアームとの摩耗抑制，加工と材料の低廉化が可能となる。

図１〜図３は、本発明に係わる可変動弁装置を、１気筒あたり２つの吸気弁及び排気弁が設けられた内燃機関に適用した実施の形態を示している。

この可変動弁装置は、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た一対の吸気弁１２，１２と、シリンダヘッド１１上部のカム軸受１４に回転自在に支持された中空状のカムシャフト１３と、カムシャフト１３に、圧入等により固設された回転カムである２つの偏心カム１５，１５と、カムシャフト１３の上方位置に同じカム軸受１４に回転自在に支持された制御軸１６と、制御軸１６に制御カム１７を介して揺動自在に支持された一対のロッカアーム１８，１８と、各吸気弁１２，１２の上端部に設けられた伝達部材であるバルブリフター１９，１９の上方に配置された一対のそれぞれ独立した揺動カム２０，２０とを備えている。

偏心カム１５，１５とロッカアーム１８，１８とは略円環状のリンクアーム２５，２５によって機械的に連係されている一方、ロッカアーム１８，１８と揺動カム２０，２０とは略棒状のリンク部材２６，２６によって機械的に連係されている。すなわち、リンクアーム２５は、偏心カム１５の外周に外嵌し、かつ、ピン２１を介してロッカアーム１８の一端部１８ｂと相対回転可能に連結されている。また、リンク部材２６は、その一端部２６ａがロッカアーム１８の他端部１８ｃとピン２８を介して相対回転可能に連結されているとともに、その他端部２６ｂが揺動カム２０とピン２９を介して相対回転可能に連結されている。

なお、上記各ピン２１，２８，２９には、図２，３に示すように、リンクアーム２５やリンク部材２６の軸方向の移動を規制するスナップリング３０，３１，３２が取り付けられている。

カムシャフト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る。

カム軸受１４は、シリンダヘッド１１の上端部に設けられてカムシャフト１３の上部を支持するメインブラケット１４ａと、メインブラケット１４ａの上端部に設けられて制御軸１６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。

各偏心カム１５は、図４にも示すように、ほぼリング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、カム本体１５ａの軸方向外側部分の外周側から一体的に張り出したフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向にカムシャフト挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘ（図１）が、そのカムシャフト挿通孔１５ｃ及びこれを挿通するカムシャフト１３の軸心Ｙ（図１〜４）から径方向へ所定量だけオフセットしている。また、各偏心カム１５は、バルブリフター１９に干渉しないように、軸方向外側位置でカムシャフト１３にカムシャフト挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、両方のカム本体１５ａ，１５ａの外周面１５ｄ，１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。

制御軸１６は、その一端部に設けられた図外の電磁アクチュエータによって、所定の回転角度範囲内で回転駆動され、この電磁アクチュエータは、図外のコントローラからの制御信号に基づいて駆動制御されている。コントローラは、クランク角センサやエアーフローメータ，水温センサ等の各種のセンサから検出された機関の運転条件を示す検出信号に基づいて、現在の機関運転条件を演算等により算出し、その結果に基づいて電磁アクチュエータに制御信号を出力している。

各制御カム１７は、それぞれ円筒状を呈し、図１に示すように制御軸１６の外周に固定されており、その軸心Ｐ１位置が制御軸１６の軸心Ｐ２から所定距離αだけ偏心している。

各ロッカアーム１８は、図３に示すようにほぼクランク状に折曲形成され、中央に有する基部１８ａが制御カム１７に回転自在に支持されている。各基部１８ａの外側部から外周側へ一体的に突設された一端部１８ｂには、ピン２１が圧入
するピン孔１８ｄが貫通形成されている一方、各筒状基部１８ａの各内側部から外周側へ一体的に突設された他端部１８ｃには、ピン２８が圧入するピン孔１８ｅが形成されている。

リンクアーム２５は、比較的大径な円環状の基部２５ａと、基部２５ａから外周側へ一体的に突設された突出端２５ｂとを備え、基部２５ａの中央位置には、偏心カム１５のカム本体１５ａの外周面１５ｄに回転自在に嵌合する嵌合孔２５ｃが形成されている一方、突出端２５ｂには、ピン２１が回転自在に挿通するピン孔２５ｄが貫通形成されている。

また、リンク部材２６は、図１にも示すように、滑らかに湾曲するアーム状に形成され、その一端部２６ａにはピン２８が回転自在に挿通するピン挿通孔２６ｃが貫通形成されているとともに、他端部２６ｂにはピン２９が挿通するピン挿通孔２６ｄが貫通形成されている。

揺動カム２０は、ほぼ円環状の基部２２と、この基部２２から外周側へ一体的に凸状に張り出したカムノーズ２３とを有し、基部２２に貫通形成された支持孔２２ａを挿通するカムシャフト１３によって回転自在に支持されている。また、カムノーズ２３にはピン２９が挿通するピン孔２３ａが貫通形成されている。

バルブリフター１９の上面１９ａに対向する揺動カム２０の下面２４は、反円弧状の基部２２外周面からなる同一径方向長さの基円面２４ａと、この基円面２４ａから径方向長さが長くなるように、基円面２４ａからカムノーズ２３の頂部に向かって円弧状に滑らかに延びるカム面２４ｂとを有している。そして、基円面２４ａがバルブリフター１９上面１９ａに最も近接する所定角度範囲θ１がベースサークル区間となり、カム面２４ｂのベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２がいわゆるランプ区間となり、さらにカム面２４ｂのランプ区間θ２からカムノーズ２３頂部側へ延びる所定角度範囲θ３がリフト区間となるように設定されている。

以上のような構成により、カムシャフト１３が軸周りに回転すると、リンクアーム２５，ロッカアーム１８，及びリンク部材２６等からなる伝達機構を介して揺動カム２０が所定範囲内で揺動し、吸気弁１２に対する揺動カム２０のカムリフト量が変化する。そして、揺動カム２０のカム面２４ｂがバルブリフター上面１９ａを押圧することにより、吸気弁１２が図外のバルブスプリングの反力に抗してリフト方向に沿って昇降し、開閉作動する。

また、電磁アクチュエータによって制御軸１６を軸周りに適宜に回転することで、伝達機構のディメンジョンが変化し、揺動カム２０のカムリフト特性が可変制御される。

図５は、制御軸１６が最も反時計方向に回転移動されている状態で、例えば機関高速高負荷時のような最大リフト状態を示す透視図である。また図６は、制御軸１６が最も時計方向に回転移動された状態で、例えば機関低速低負荷時のような最小リフト状態を示す透視図である。なお、図５，６において、（Ａ）はカムシャフト１３が初期回転位置にある状態を、また（Ｂ）はカムシャフト１３が初期回転位置から１８０度回転した状態を示している。

例えば図５（Ａ）に示すようにカムシャフト１３が初期回転位置にある状態では、揺動カム２０は、その基円面２４ａが対向するバルブリフター１９の上面１９ａに最も近接した姿勢となっている。このように、ベースサークル区間θ１内の基円面２４ａがバルブリフター上面１９ａと対向している状態では、基円面２４ａとバルブリフター上面１９ａとの間に、吸気弁１２の膨張等を考慮して、所定のバルブクリアランスＶcl（図８）が設定されている（図５（Ａ）では当接しているように見えるが、実際には離れている）。したがって、吸気弁１２は、図外のバルブスプリングにより最も上方位置に保持され、閉弁状態にある。

この状態からカムシャフト１３が回転すると、偏心カム１５の相対位置変化に伴って、この偏心カム１５に外嵌するリンクアーム２５がピン２１を介してロッカアーム１８の一端部１８ｂを押し上げる。つまり、偏心カム１５の偏心回転運動が往復運動に変換されてロッカアーム１８に伝達される。これによりロッカアーム１８が制御軸１６を軸心として反時計方向に揺動し、このロッカアーム１８の他端部１８ｃにピン２８，リンク部材２６及びピン２９を介して連結された揺動カム２０が、所定回転範囲内でカムシャフト１３周りを反時計方向に揺動する（図５（Ｂ）参照）。

この揺動動作に対応して、バルブリフター上面１９ａに対向する揺動カム２０の下面２４位置が、相対的にカムノーズ２３頂部側（ランプ区間θ２及びリフト区間θ３側）へとシフトする。この結果、揺動カム２０のカム面２４ｂがバルブリフター上面１９ａに当接，係合して吸気弁１２を図において下方へ押圧し、吸気弁１２がリフト方向に沿って開弁作動する。

図５（Ｂ）はカムシャフト１３が初期回転位置から１８０度回転した状態を示しており、この状態から更にカムシャフト１３が回転すると、偏心カム１５の位置に応じて、今度はロッカアーム１８及び揺動カム２０が反対方向すなわち時計周りの方向に揺動する。この結果、バルブリフター１９の上面１９ａに対向，当接する下面２４の位置がカム面２４ｂ側から基円面２４ａ側へとシフトし、これに伴って吸気弁１２が上昇する。そして、カムシャフト１３が３６０度回転して初期回転位置に戻されたとき、再び図５（Ａ）に示す状態となる。

このように、カムシャフト１３の回転に応じて揺動カム２０が所定の回転範囲内を揺動して、吸気弁１２に対するカムリフト量が変化し、このカムリフト量に応じて吸気弁１２のバルブリフト量が変化する。

ここで、揺動カム２０のカムリフト量とは、図５（Ａ）に示すように揺動カム２０の基円面２４ａがバルブリフター上面１９ａに最も近接している状態での基円面２４ａのリフト方向位置を基準位置とし、この基準位置からバルブリフター上面１９ａへ対向する揺動カム下面２４までのリフト方向距離で表される。例えば図５（Ｂ）に示す状態では、基準位置からバルブリフター上面１９ａに当接するカム面２４ｂまでのリフト方向長さがカムリフト量となる。一方、バルブリフト量とは、図５（Ａ）に示す閉弁状態を基準位置とし、この基準位置からのストローク量で表される。

ところで、例えば図５（Ａ）に示す状態から制御軸１６を時計方向に回転駆動すると、制御カム１７の軸心Ｐ１が時計方向に回転変位し、制御カム１７の肉厚部１７ａがカムシャフト１３から離れるように上方向へ移動する。このため、ロッカアーム１８の一端部１８ｂに連結するリンクアーム２５の突出端２５ｂが押し下げられるとともに、ロッカアーム１８の他端部１８ｃに連結するリンク部材２６が押し上げられる形となり、図６（Ａ）に示すように、揺動カム２０が時計方向に相対回転した状態となる。

従って、図６（Ａ），（Ｂ）に示すような最小リフト状態においては、カムシャフト１３の回転に応じて揺動カム２０が上述した図５の場合と同じように所定の回転範囲内で揺動するものの、バルブリフター上面１９ａに対向，係合する揺動カム２０の下面２４の位置が基円面２４ａ側へとシフトしているから、揺動カム２０のカムリフト量及びリフト範囲は小さくなる。

なお、図６（Ａ）に示す状態から制御軸１６を反時計方向に回転駆動すると、揺動カム２０が反時計方向に回転し、図５（Ａ）に示す状態へと戻される。

図７は、揺動カム２０の回転角度とカムリフト量との関係を示す特性図で、図８はカムシャフト１３の回転角度とカムリフト量との関係を示す特性図である。なお、バルブリフト量は、カム面２４ｂがバルブリフター上面１９ａに当接した状態ではカムリフト量と比例するから、図８に示すように、実質的にカムリフト量からバルブクリアランスＶclを引いた値で表される。

図５に示す高速高負荷域の最大リフト状態では、揺動カム２０は図７の揺動範囲Ｓ１内を揺動し、そのカムリフト特性は図８の曲線（イ）となる。このとき、カムリフト量及びバルブリフト量が最も大きく、かつ各吸気弁１２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなっており、この結果、吸気の充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。なお、最大リフト状態における揺動カム２０の初期角度Ｋ１min（図７）は、例えばカムシャフト１３の角度に対する開弁期間等を考慮して設定される。

この状態から制御軸１６を時計方向に回動すると、図７に示すように揺動カム２０の揺動範囲Ｓ１がベースサークル区間θ１側へと移行し、図８に示すように、そのバルブリフト量が徐々に小さくなるとともに、弁開閉期間が徐々に短くなる。そして、図６に示す最小リフト状態においては、揺動カム２０が図７の揺動範囲Ｓ２内を揺動し、図８の曲線（ロ）で示すカムリフト特性となる。

ここで本実施形態では、最小リフト状態における揺動カム２０の最大カムリフト量Ｌc（図８）が、０より大きく、かつ、バルブクリアランスＶclより小さく設定されている。この結果、最小リフト状態では、揺動する揺動カム２０がバルブクリアランスＶclの範囲内で昇降するものの、吸気弁１２は弁停止（閉弁）状態に保持され、上述したような燃費向上効果を得ることができる。

ところで、仮に最小リフト状態における揺動カム２０の揺動範囲を、図７のＳ３に示すように、ランプ区間θ２の境目からベースサークル区間θ１内に設定した場合、揺動カム２０の全回転範囲がθt′分だけ大きくなり、伝達機構のディメンジョン変化も大きくなる。特にランプ区間θ２ではカムリフト特性の傾斜が緩やかであるから、θt′はかなり大きな値になる。この結果、揺動カム２０が図７の回転位置Ｋ３minにある状態では、図９（Ａ）に示すように、揺動カム２０、リンク部材２６及びロッカアーム１８が大きく上方へ跳ね上がった状態となり、高さ方向寸法が大きくなるから、機関への搭載性が悪化する。また、カムノーズ２３とロッカアーム１８との干渉（図の斜線を施した領域Ｒ）を回避する必要があり、レイアウト上の自由度が制限される。なお、図９では干渉を回避するためにロッカアーム１８の一部を切り欠いているが、その分製造工数が増加してしまう。

これに対し、本実施形態のように、揺動カムの最大カムリフト量Ｌcが、０より大きく、且つバルブクリアランスＶclより小さく設定されていると、揺動カム２０の回転範囲Ｓ２がランプ区間θ２をオーバーラップする形となり、オーバーラップしている範囲θt′の分、Ｓ１からＳ２に切り換える際における揺動カム２０の相対回転角度θtを小さく抑えることができる。つまり、揺動カム２０の全回転範囲がθt′分だけ小さくなり、図６（Ａ）に示すように、揺動カム２０、リンク部材２６及びロッカアーム１８の跳ね上がりが有効に減少されるから、装置全体の高さ方向寸法が小さくなり、装置全体が有効にコンパクト化される。この結果、機関への搭載性が向上するとともに、レイアウトの自由度が大きくなり、例えば図９に示すようにカムノーズ２３とロッカアーム１８とが干渉する虞はない。

ところで、一般的に、揺動カム２０とバルブリフター１９との間の潤滑特性は良くない。この理由としては、揺動カム２０とバルブリフター１９は相対的に揺動する機構となっているが、図５（Ｂ），図６（Ｂ）に示すように、両者の相対運動が無くなるとき、オイルのくさび膜効果が得られなくなり、この状態が、荷重の大きな最大リフト位置と一致しているからである。

本実施形態によれば、図１０に示すように、閉弁状態に維持される最小リフト状態において、揺動カム２０が、所定量Ｌcのリフト動作を伴ってバルブリフター上面１９ａに対して揺動するから、そのポンピング作用により、揺動カム下面２４とバルブリフター上面１９ａとの間に潤滑油が効果的に導かれ、この部分の潤滑性能の悪化を有効に改善できる。

加えて本実施形態では、吸気弁１２のバルブタイミング及びバルブリフト量を弁停止状態を含めて可変制御できることは勿論のこと、偏心カム１５と揺動カム２０とをカムシャフト１３に同軸上に設けたため、機関へ搭載する際の幅方向の配置スペースを有効に小さくすることができると共に、ロッカアーム１８も機関幅方向へ延設する必要がなくなるため、装置全体のコンパクト化が図れる。この結果、機関への搭載性がさらに向上する。

しかも、揺動カム２０を偏心カム１５とともにカムシャフト１３と同一軸線上に配置したため、揺動カム２０を別途支持する支軸等の部品が不要になり、部品点数の低減が図れると共に、カムシャフト１３と揺動カム２０との軸心ずれが生じないため、バルブタイミングの制御精度を効果的に向上することができる。

また、円環状の偏心カム１５は、その全体がリンクアーム２５に回転自在に嵌合して連結されているため、リンクアーム２５との面圧を効果的に低減できる。したがって、両者間の摩耗の発生が抑制できると共に、潤滑も行い易い。

さらに、上記面圧の低下に伴い偏心カム１５の材料選択の自由度が向上し、加工と材料の低廉化が図られる。

ところで、上記実施形態では詳述していないが、図１１（ａ）に示すように、バルブクリアランスは、例えば工場等では所定の規定値（Ｖcl₀）に設定されるが、実際には所定の設定誤差±Δ１の範囲でばらつきがある。このようなばらつきを想定して、好ましくは最小リフト状態における最大カムリフト量は、０より大きく、かつ、予め設定されたバルブクリアランスＶcl₀から設定誤差分Δ１を引いた値に設定される。つまり、揺動カム２０とバルブリフター１９との間隙Δ（図８）の最小値Δｍｉｎは、Ｖcl₀−Δ１−Ｌcとなり、これが０より大きく設定される。この結果、仮に設定誤差があっても最小リフト状態での弁停止（閉弁）状態を確実に維持できる。

また、図１１（ｂ）に示すように、実際のバルブクリアランスは、機関の運転条件に応じて変化することがある。例えば暖機運転中では、吸気弁１２が燃焼熱によって急激に暖められて膨張する一方、伝達機構等の他部位は冷えたままであるから、実際のバルブクリアランスは例えばΔｔだけ短くなる。このような場合を想定し、好ましくは最小リフト状態における最大カムリフト量Ｌcは、０より大きく、かつ予め設定されたバルブクリアランスＶcl₀から設定誤差分Δ１及び変位分Δｔを差し引いた値に設定される。つまり、予想される最小の間隙Δｍｉｎ＝Ｖcl₀−Δ１−Δｔ−Ｌcが０より大きく設定される。この結果、バルブクリアランスに設定誤差の範囲でばらつきがあったり、運転条件に応じて実際のバルブクリアランスが変化した場合であっても、最小リフト状態における弁停止作動を確実に保証できる。

さらに、上記暖機運転中のような運転条件では、コントローラ及び電磁アクチュエータによって制御軸１６の回転位置を制御して、弁停止を伴う最小リフト状態とならないようにしてもよい。この場合でも、弁停止の誤作動を確実に防止することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば排気弁側にも同じように適用することができる。

本発明に係わる可変動弁装置を内燃機関に適用した実施形態を示す図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。図１の内燃機関の側面図。図１の内燃機関の上面図。図１の偏心カムを単体で示す斜視図。最大リフト状態を示す図１の透視対応図。最小リフト状態を示す図１の透視対応図。揺動カムの回転角度とカムリフト量との関係を示す特性図。カムシャフトの回転角度とカムリフト量との関係を示す特性図。揺動カムが図７の揺動範囲Ｓ３を揺動する状態を示す図１の透視対応図。最小リフト状態における揺動カムとバルブリフターとを拡大して示す断面図。最小リフト状態における最大カムリフト量とバルブクリアランスとの関係を示す特性図。従来の動弁装置を示す断面図。

符号の説明

１２…吸気弁
１３…カムシャフト
１５…偏心カム（回転カム）
１６…制御軸
１７…制御カム
１８…ロッカアーム
１９…バルブリフター
２０…揺動カム
２５…リンクアーム

Claims

機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に回転カムが固定されたカムシャフトと、
伝達機構によって上記回転カムと機械的に連係され、回転カムの回転に応じて所定回転範囲内で軸周りに揺動し、吸排気弁に係合してこの吸排気弁を開閉作動させる揺動カムと、
上記揺動カムの吸排気弁に対するカムリフト量を可変制御する制御手段と、を備え、
吸排気弁と、これに対向する所定回転区間にある揺動カムとの間には所定のバルブクリアランスが設定されており、
かつ、上記制御手段によって揺動カムのカムリフト量が最小となるように制御された最小リフト状態では、上記所定範囲内で揺動する揺動カムの最大カムリフト量が、０より大きく、かつバルブクリアランスより小さく設定されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
さらに、上記最小リフト状態における最大カムリフト量が、バルブクリアランスからバルブクリアランスの設定誤差分を引いた値よりも小さく設定されている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。
さらに、上記最小リフト状態における最大カムリフト量が、バルブクリアランスからバルブクリアランスの設定誤差分及び運転条件に応じたバルブクリアランス変化分を引いた値よりも小さく設定されている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。
所定の運転条件では、制御手段により最小リフト状態とならないように制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に回転カムが固定されたカムシャフトと、
このカムシャフトにほぼ平行に配設された制御軸に制御カムを介して揺動自在に軸支され、一端部に連係した回転カムの回転により揺動するロッカアームと、
ロッカアームの他端部に連係して吸排気弁を開閉作動させる揺動カムと、
制御軸を所定角度範囲で回転させるアクチュエータと、
このアクチュエータを機関運転条件に応じて駆動制御する制御手段とを備えた内燃機関の可変動弁装置であって、
カムシャフトに固定される回転カムを、軸心がカムシャフトの軸心からオフセットしたほぼリング状の偏心カムとすると共に、揺動カムを、カムシャフトに偏心カムと同軸上に揺動自在に設け、かつ、偏心カムとロッカアームの一端部とをリンクアームを介して回転自在に連係し、このリンクアームの基部に有する嵌合孔を偏心カムの外周面に回転自在に嵌合して、偏心カムの偏心回転運動を往復運動に変換してロッカアームに伝達するようにしたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。