JP2007107430A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、カムシャフトの保持構造を変えるだけの簡単な構造で、コントロール機構のカムと当接する部分の潤滑性の確保と、気筒間でのばらつき抑制との双方が実現できる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、バルブ駆動用カム１７，１８より大きな外径のジャーナル部２０を有するカムシャフト１２と、一方の端からカムシャフト１２を挿入することにより、ジャーナル部２０を回転可能に支持する一体形の潤滑材給送式のジャーナル孔部２１とを組み合わせた保持構造を採用した。これにより、当初の適正なカムジャーナルクリアランスδが保たれたり、ジャーナル孔部２１の端から外部へ出る潤滑材Ｐが、可変動弁機構４５の各部分へ飛散してカム１７と当接する部分の潤滑が行なわれるようにした。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、吸気バルブあるいは排気バルブの特性を制御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）では、エンジンの排出ガス対策やポンピングロスの改善による燃費低減などに、吸気バルブ（あるいは排気バルブ）の特性を制御する可変動弁装置を搭載することが行なわれる。

このような可変動弁装置には、従来、特許文献１，２にも開示されているようにカムキャップ構造でジャーナル部を回転自在に保持したカムシャフトに、同カムシャフトの吸気バルブ駆動用カムとの当接位置の可変を可能とした可変動弁機構（コントロール機構に相当）を組み合わせた構造が用いられている。同構造により、吸気バルブの特性を制御、具体的には吸気バルブの開閉タイミングや開弁期間やバルブリフト量の連続的な変化を可能としている。
特開２００２−３０３１０８号公報 特開２００４− ９２５５２号公報

こうした可変動弁装置では、エンジンの良好な運転性能を確保するために、可変動弁機構の各部、特にカムと当接する部分における潤滑性の確保や、可変動弁機構の気筒間でのばらつきを小さく抑えることが求められる。

潤滑性の確保には、カムと当接する部分や可変動弁装置の各摺動部へ潤滑材として潤滑油を導くことが考えられる。この場合、一般的には、専用の給油構造をシリンダヘッドに設ける。しかし、同構造だと、かなりエンジンが複雑になったり、かなりのコスト的な負担が強いられたりする。また、潤滑不足による磨耗によって気筒間ばらつきが生じる。

気筒間でのばらつきは、カムキャップ構造により、小さく抑えるのが難しい。すなわち、カムキャップ構造は、カムより小さな外径のジャーナル部にならう円形のジャーナル孔部をもつカムシャフト保持部を、ジャーナル孔部の中心から二分割して、基部側をシリンダヘッドに残る本体部とし、先端側をカムキャップとしたものである。このため、カムキャップを本体部に組み付けてカムシャフトを回転可能に保持すると、カムキャップと本体部との位置関係は、当初の一体のときは異なってくる。つまり、構造上、当初の状態が維持できず、カムキャップと本体部との間には、ずれが発生する。このずれが、当初の最適に定めていたジャーナルクリアランスを変化させ、気筒間でばらつきを生じさせてしまう。特にカムキャップ構造は、カムキャップを位置決めするのに必要な公差が加わるので、ばらつきが大きくなる傾向にある。このため、カムシャフトが組み付いても、ジャーナルクリアランスのばらつきのために、カムシャフトのカム位置は安定しにくく、精度が要求される開閉タイミング、開弁期間、バルブリフト量の連続的な制御に影響を与えてしまう。特に、カムシャフトのジャーナル部は、バルブリフト時に加わる荷重により、ジャーナルクリアランス内を移動するために、ジャーナルクリアランスが変化すると、運転状態により、カムシャフトのカム位置は気筒間で差が生じ、可変動弁装置の制御に差を生じてさせてしまう。

従来、こうした点は、別々に対処することしかないとされ、エンジンの複雑化やコストの増大を招いていた。特に一本のカムシャフトに吸気バルブの駆動用カム、排気バルブの駆動用カムが並ぶＳＯＨＣ式のエンジンは、カムの配置に伴う制約が多く、対処が難しいとされている。

そこで、本発明の目的は、カムシャフトの保持構造を変えるだけの簡単な構造で、コントロール機構のカムと当接する部分の潤滑性の確保と、気筒間でのばらつき抑制との双方が実現される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、バルブ駆動用カムより大きな外径のジャーナル部を有するカムシャフトと、一方の端からカムシャフトを挿入することにより、ジャーナル部を回転可能に保持する一体形の潤滑式のジャーナル孔部とを組み合わせた保持構造を採用して、潤滑性の確保と、気筒間でのばらつき抑制とを改善させた。

すなわち、同構造によると、カムシャフトのジャーナル部、同ジャーナル部を収めるジャーナル孔部は、いずれもカムシャフトのバルブ駆動用カムよりも大きいので、ジャーナル孔部の端から外部へ出る潤滑材が、バルブ駆動用カムに邪魔されずに、コントロール機構の各部分へ飛散して、同機構のカムと当接する部分を潤滑する。

しかも、カムシャフトのジャーナル部は、分割式でなく一体形のジャーナル孔部で保持されるので、カムキャップ構造のようなずれは生じずにすむ。特にジャーナル部とジャーナル孔部間のジャーナルクリアランスは、一体形のジャーナル孔部により、当初の適正なジャーナルクリアランスが保たれるため、ジャーナルクリアランスのばらつきを要因とした気筒間のばらつきは抑えられる。

請求項２に記載の発明は、上記目的に加え、コントロール機構を潤滑材が供給されるジャーナル部とジャーナル孔部間と対向する位置となるように設けた。

すなわち、同構造によると、ジャーナル孔部の端から外部へ出る潤滑材が、対向するコントロール機構の各部分へ飛散し易くなり、同機構のカムと当接する部分を十分潤滑できる。なお、コントロール機構のカムとの当接部分をローラベアリングにすることが好ましい。この場合、ローラベアリングに飛散した潤滑材がローラの回転によりコントロール機構の各部分に潤滑を途切れずに行うことができる。

請求項３に記載の発明は、上記目的に加え、コントロール機構は、内燃機関に揺動自在に設けられた揺動カムと、バルブ駆動用カムの変位を変更可能に揺動カムに伝達する伝達部材とを有し、カムシャフトの回転により、ジャーナル孔部とジャーナル部との間から飛び散る潤滑材が、少なくとも前記伝達部材へ導かれるようにした。

請求項４に記載の発明は、上記目的に加え、一本のカムシャフトで、吸気バルブ、排気バルブを駆動する内燃機関で十分に効果が発揮されるよう、カムシャフトは、ジャーナル部と隣接して、吸気バルブ又は排気バルブの一方を駆動する第１バルブ駆動用カムを有し、さらに該第１バルブ駆動用カムと隣接して、吸気バルブ又は排気バルブの他方を駆動する第２バルブ駆動用カムを有し、コントロール機構は、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の他方を駆動する揺動カムと、第２バルブ駆動用カムを受けて該カムの変位を変更可能に揺動カムに伝達する伝達部材とを有し、さらに第１バルブ駆動用カムには、同カムの変位を吸気バルブ又は排気バルブの一方に伝達するロッカアームが設けられる構成を用いて、ジャーナル孔部とジャーナル部との間から飛び散る潤滑材が、ロッカアームの周りを経て、伝達部材へ導かれるようにした。

請求項５に記載の発明は、上記目的に加え、第１バルブ駆動用カムと第２バルブ駆動用カムの吸気バルブ又は排気バルブ側との当接方向が略同一方向となるように配置した。

請求項６に記載の発明は、上記目的に加え、有効に潤滑材が伝達部材へ飛散されるよう、ジャーナル孔部とジャーナル部との間から飛び散る潤滑材は、吸気バルブ又は排気バルブが高バルブリフト制御されるとき、伝達部材へ行き届く設定にした。

請求項１に記載の発明によれば、カムシャフトの保持構造を変えただけの簡単な構造で、カムと当接する可変動弁機構の部分の潤滑性の確保と、可変動弁機構の気筒間ばらつきの抑制との双方が実現できる。しかも、カムシャフトの保持は、ボルトなど内燃機関に螺挿する部品を用いずに行なうので、内燃機関にカムシャフトが近づけられ、内燃機関の小形化が図れる。

請求項２に記載の発明によれば、カムと当接する可変動弁機構の部分の潤滑が十分に行える。

請求項３に記載の発明によれば、可変動弁機構の伝達部材に十分な潤滑が行える。

請求項４に記載の発明によれば、特に制約の多い、ジャーナル部と隣接した地点に第１バルブ駆動用カムが配置され、該第１バルブ駆動用カムと隣接した地点に第２バルブ駆動用カムが配置されたＳＯＨＣ式の内燃機関において、簡単に、カムと当接する可変動弁機構の部分の潤滑性の確保と、可変動弁機構の気筒間ばらつきの抑制とが実現できる。

請求項５に記載の発明によれば、吸気バルブ及び排気バルブのリフトによりカムシャフトにかかる荷重が略同一方向となり、コントロール機構側のクリアランスが拡大し、コントロール機構へ重点的に潤滑材を供給することができる。

請求項６に記載の発明によれば、特に、潤滑が求められる負荷の大きい運転条件のときに、重点的に潤滑材を伝達部材へ飛散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、例えば直列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の一部平面図（２気筒分しか図示せず）、図２は図１中のＡ〜線に沿う断面図を示し、図３は図１中のＢ〜線に沿う断面図を示し、図４は図１中のＣ〜線に沿う断面図を示し、図５は可変動弁装置４４の分解図、図６は図１中のＤ〜Ｄ線に沿う断面図（３気筒分しか図示せず）、図７〜図１２は可変動弁装置４４の運転状態をそれぞれ示している。

図１ないし図５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２に形成された４つの並行な気筒３（図２のみ二点鎖線で、１気筒分のみ図示）にならって、それぞれ燃焼室４(図２のみ図示)が形成されている。これら燃焼室４には、それぞれ例えば２個ずつ（一対）、吸気ポート５および排気ポート６（図２だけに図示せず）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５を開閉する吸気バルブ７、排気ポート６を開閉する排気バルブ８がそれぞれ組み付けられている。吸気バルブ７、排気バルブ８には、いずれもバルブスプリング９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３内にはピストン１０が往復動可能に収めてある（図２のみ二点鎖線で図示）。

図１ないし図５中１１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（一本のカムシャフト１２で吸気バルブ７、排気バルブ８を駆動するもの）を示している。動弁系１１について説明すると、１２は、燃焼室２の頭上にシリンダヘッド１の長手方向に沿って回転自在に配置されたカムシャフト、１４はこのカムシャフト１２を挟んだ吸気ポート５側（片側）に回動可能に配置された吸気側のロッカシャフト（制御シャフトを兼ねる）、１５はその反対側の排気ポート６側に配置された排気側のロッカシャフト、１６は例えばロッカシャフト１４とロッカシャフト１５間の上側の地点（ロッカシャフト１５寄り）に配設された支持シャフトを示す。ロッカシャフト１４，１５および支持シャフト１６は、いずれもカムシャフト１２と平行（並行）に配置された中空の軸部材から構成されている。

カムシャフト１２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１２には、図１、図５および図６に示されるように燃焼室４毎（気筒３毎）に、バルブ駆動用カムとして、吸気用カム１５（本願の第２バルブ駆動用カムに相当）と排気用カム１８（本願の第１バルブ駆動用カムに相当）が形成されている。吸気用カム１７は燃焼室４の頭上中央に配置され、排気用カム１８，１８はその吸気用カム１７の両側にそれぞれ隣接して配置されている。このカムシャフト１２の気筒間に配置される各シャフト部分が、例えば図２〜図６に示されるようにシリンダヘッド１の上面１ａから突き出るように形成された壁状のカムシャフト保持部１９により、それぞれ回転可能に保持されている。このカムシャフト１２の保持構造には、カムインヘッド構造が用いられている。具体的には、同構造は、図５に示されるように１つの吸気用カム１７とその両側の２つの排気用カム１８とがなすカム群の間のシャフト部分に、吸気用カム１７や排気用カム１８より大きな外径の円板形のジャーナル部２０を形成し、各カムシャフト保持部１９に、ジャーナル部２０が回動自在に収まる円形のジャーナル孔部２１をそれぞれ形成した構造が用いられる。つまり、カムインヘッド構造は、カムシャフト１２を、図７に示されるように一方の端から各カムシャフト保持部１９のジャーナル孔部２１へ挿入させて、図６に示されるように各ジャーナル部２０を各ジャーナル孔部２１内で保持させた構造である。そして、最後（挿入方向）のカムシャフト保持部１９から突き出たカムシャフト端には、カムスプロケット２２を例えばボルト部材２３で組付けている。なお、カムシャフト端のジャーナル部２０は、カムシャフト１２の差込みでジャーナル孔部２１へ挿入することを考慮すると、カム外径より大きくなくともよい。本実施形態では、カムシャフト端を支えるジャーナル部２０、ジャーナル孔部２１には、カム外径と同等かそれ以下の径寸法を用いている。但し、１２ａは抜け止め部を示す。これにより、カムシャフト１２は、各ジャーナル孔部２１にて、回転可能に保持される。ここでの保持には、ジャーナル部２０を例えば鉄系部材で形成し、カムシャフト保持部１９を例えばアルミ合金部材で形成するという組み合わせが用いてある。但し、カムスプロケット２２には、クランクシャフトからの出力で駆動されるよう、例えば無端状のタイミングチェーン（図示しない）を介して、クランクシャフト端のクランクスプロケット（図示しない）が結合される。

吸気側のロッカシャフト１４、排気側ロッカシャフト１５および支持シャフト１６は、図１、図４および図５に示されるように例えば２種類の保持部材２４，２５によって、シリンダヘッドの各部、例えばカムシャフト保持部１９の上部に支持させてある。

具体的には、保持部材２４は、例えばシャフト端の保持に適した部品であり、保持部材２５は、例えばシャフトの中間の保持に適した部品である。このうち保持部材２４は、例えば図５に示されるように下側に並列に配置したキャップ部２６，２７をもち、上側に柱状の受け部２８をもつ部品が用いられる。キャップ部２６，２７には、ロッカシャフト１４，１５の端がそれぞれ回動可能に嵌まる。受け部２８には、支持シャフト１６の端がボルト部材３０で固定される。そして、保持部材２４は、カムシャフト端に配置されるカムシャフト保持部１９の上部に、複数本のボルト部材３２ａ，３２ｂを用いて固定させてある。具体的には、キャップ部２６は、ボルト部材３２ａを用いて、排気側のロッカシャフト端を固定しながら、カムシャフト保持部１９の上部に固定させてある。キャップ部２７は、ボルト部材３２ｂを用いて、ロッカシャフ端から外れた底部分をカムシャフト保持部１９の上部に固定させてある（吸気側のロッカシャフト１４は回転可能、排気側のロッカシャフト１５は固定）。つまり、ロッカシャフト１４，１５および支持シャフト１６の端部は、所定の間隔を保つように、シリンダヘッド１に組み込んである。

保持部材２５は、例えば図５に示されるように下側に並列に配置した筒形の嵌挿部３４，３５をもち、上側に柱状の受け部３６をもち、さらに下側にシリンダヘッド１の排気ポート６側へ延びる延出部３７をもつ部品が用いられる。嵌挿部３４，３５内には、ロッカシャフト１４，１５の気筒間に配置されるシャフト部分が回動可能に挿通される。受け部２６には、支持シャフト１６の気筒間に配置されるシャフト部分がボルト部材３９で固定される。そして、保持部材２５は、カムシャフト１２の中間の各部を支えるカムシャフト保持部１９の上部に、ボルト部材４０を用いて固定させてある。具体的には、保持部材２５は、ボルト部材４０を用いて、排気ロッカシャフト１５を固定しながら、カムシャフト保持部１９の上部に固定させてある（吸気側のロッカシャフト１４は回転可能、排気側のロッカシャフト１５は固定）。なお、延出部３７は、図１および図４に示されるように固定スペースの確保が難しいロッカシャフト１４の周辺を避けて、シリンダヘッド１の側縁部の近くの上面部分に、ボルト部材４１で固定させてある。これで、ロッカシャフト１４，１５および支持シャフト１６の中間部分も、所定の間隔を保つように、シリンダヘッド１に組み込んでいる。

排気側のロッカシャフト１５には、図１、図５および図６に示されるように排気用カム１８毎（排気バルブ８毎）、排気バルブ用のロッカアーム４３がそれぞれ回動自在に支持されている。吸気側のロッカシャフト１４には、可変動弁装置４４が組み込まれている。可変動弁装置４４は、吸気用カム１７毎（一対の吸気バルブ７毎）、ロッカシャフト１４に組み込まれた可変動弁機構４５（本願のコントロール機構に相当）から構成される。

これらのうちロッカアーム４３は、いずれも図３に示されるように一端部にカム接触子、例えばローラ部材４７をもち、他端部に排気バルブ８の駆動をなす部分、例えばアジャスタスクリュ部４８をもつ。ロッカアーム４３のローラ部材４７は、排気用カム１８に転接し、アジャスタスクリュ部４８は、それぞれ排気バルブ８，８の上部端（バルブステム端）に当接させてある。これにより、排気用カム１８が回転すると、ロッカアーム４３がロッカシャフト１５を支点に揺動して、排気バルブ８，８を駆動させるようになっている。

可変動弁機構４５は、図２、図５、図８〜図１２に示されるようにロッカシャフト１４に揺動自在に支持された吸気バルブ用のロッカアーム５０と、同ロッカアーム５０と組み合うスイングカム６０（本願の揺動カムに相当）と、吸気用カム１７の変位を受けて同カム１７の変位をスイングカム６０へ伝達するセンタロッカアーム７０（本願の伝達部材に相当）と、同センタロッカアーム７０を吸気用カム１７に対して当接位置が可変できるように支持する支持機構８０とを有して構成される。

このうちロッカアーム５０は、例えば図１および図５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５０は、中央に筒状のロッカシャフト支持用ボス５１が形成され、一端側に吸気バルブ７の駆動をなす部分、例えばアジャストスクリュ部５２が組み付けられた一対の並行なロッカアーム片５３と、これらロッカアーム片５３の他端部間に挟み込まれた回転自在なローラ部材５４（カム接触子を形成するもの）とを有して構成してある。なお、５５は、ローラ部材５４をロッカアーム片５３間で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５１，５１はロッカシャフト１４に揺動自在にそれぞれ嵌挿され、ローラ部材５４を支持シャフト１６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５２は、それぞれ吸気バルブ７，７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５０は、ロッカシャフト１４を支点に揺動すると、吸気バルブ７，７が駆動されるようになっている。

スイングカム６０は、図２および図５に示されるように支持シャフト１６に回動自在に嵌挿された筒状のボス部６１と、同ボス部６１からローラ部材５７（ロッカアーム５０）へ向って延びるアーム部６２と、同アーム部６２の下部に形成した受け部６３とを有して形成される。このうちアーム部６２の先端面には、ロッカアーム５０へ変位を伝えるカム面、例えば上下方向に延びるカム面６４が形成されている。このカム面６４がローラ部材４７の外周面に転接させてある。このカム面６４についての詳細は後述する。また受け部６３には、例えば図５に示されるようにアーム部６２の下部のうち、カムシャフト１２の直上となる下面部分に凹陥部６５を形成し、同凹陥部６５内に、カムシャフト１２と同じ向きで、短シャフト６６を回転自在に支持させた構造が用いられる。なお、６７は、凹陥部６５内から露出する短シャフト６６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７０には、例えば図２および図５に示されるように吸気用カム１７のカム面と転接する転接子、例えばカムフォロア７１と、同カムフォロア７１を回転自在に支持する例えば枠形のホルダ部７２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７０は、カムフォロア７１を中心として、ホルダ部７２の上部から、上方のロッカシャフト１４，１５間を通じて、支持シャフト１６へ向かう柱状の中継用アーム部７３と、ホルダ部７２の側部から、一対のロッカアーム片５３間で露出するロッカシャフト１４のシャフト部分１４ｃ（図８〜図１１に図示）の下側へ延びる支点用アーム部７４とを有して、Ｌ形に形成してある。なお、支点用アーム部７４は例えば二股状に分けてある。また中継用アーム部７３の先端（上端面）には、駆動面として、ロッカシャフト１４側が低く、支持シャフト１６側が高くなるように傾斜させた傾斜面７５が形成してある。この中継用アーム部７３の先端が、上記スイングカム６０の凹陥部６５内へ延びている。同構造により、吸気用カム１７とスイングカム６０との間にセンタロッカアーム７０は介在させてある。またアーム部７３の傾斜面７５は、凹部６７の底面で形成された受け面６７ａにスライド自在に突き当てられていて、吸気用カム１７が回転すると、同吸気用カム１７のカム変位が、中継用アーム部７３から、すべりを伴いながら、スイングカム６０へ伝達されるようにしてある。

支持機構８０には、例えば図２および図５に示されるような、制御アーム８１を用いてセンタロッカアーム７０を揺動自在に支持する支持部８２と、同センタロッカアーム７０の位置を調整可能とした調整部９０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８２について説明すると、シャフト部分１４ｃの中央には、シャフト部分１１ｃの軸心と直交（交差）する上下方向の向きで、通孔８３が形成されている。制御アーム８１は、円形断面をもつ軸部８４と、同軸部８４の一端に形成された円板状のピン結合片８５と、同ピン結合片８５に形成された支持孔８５ａ（図５だけに図示）とを有して形成されている。この軸部８４の端部がシャフト部分１４ｃの下側から通孔８３へ差し込まれている。なお、差し込まれた軸部８４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８４の端が、後述する調整部９０の部品に突き当たっている。ピン結合片８５は、二股に分かれた支点用アーム部７４内に挿入される。そして、アーム部７４および支持孔８５ａには、ピン８６が挿通され、支点用アーム部７４を制御アーム８１の端部に対して、吸気用カム１７の起伏方向に回動自在に連結させている。この連結により、吸気用カム１７が回転すると、センタロッカアーム７０が、ピン８６を支点として揺動（上下）されるようにしている。このセンタロッカアーム７０の動きに連動して、スイングカム６０が、支持シャフト１６を支点とし、短シャフト６６を作用点（センタロッカアーム７０からの荷重が作用する点）とし、カム面６４を力点（ロッカアーム５０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、８７は、バルブスプリング９のスプリング力が作用していないとき（吸気用カム１７のベース円とカムフォロア７１とが転接するとき）の押し付け力を補うプッシャを示す。

回動可能なロッカシャフト１４の端部には、アクチュエータとして、例えば制御用モータ１００（図５だけに二点鎖線で図示）の出力部（図示しない）が接続されている。この接続により、ロッカシャフト１４が軸心回りに駆動（回動）される構造にしている。このロッカシャフト１４の回動により、制御アーム８１が、例えば図８および図９に示される略垂直となる姿勢から、例えば図１０および図１１に示される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８１の姿勢の変化から、センタロッカアーム７０が、シャフト部分１４ｃ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、カムフォロア７１は、吸気用カム１７に対する転接位置が進角方向や遅角方向へ可変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６０のカム面６４の姿勢を変化させて、吸気バルブ７の特性が制御されるようにしている。具体的には、吸気バルブ７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ようにしている。この可変について説明すると、カム面６４には、例えば支持シャフト１６の中心からの距離が変化する曲面が用いられている。例えば図２中に示されるようにカム面６４の上部側は、支持シャフト１３の軸心を中心とした円弧面よりなるベース円区間αで形成される。下部側は、そのベース区間の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よりなるリフト区間βで形成される。つまり、リフト区間βは、吸気用カム１８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。これにより、カムフォロア７１が吸気用カム１７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６０の揺動範囲が変化して、ローラ部材５４が接するカム面６４の領域が変化するようにしてある。つまり、吸気用カム１７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５４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り、この比率の変化から開閉タイミングや開弁期間やバルブリフト量が連続的に可変されるようにしている。

調整部９０には、例えば図２および図５に示されるようにねじ部材９１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、通孔８３の制御アーム端とは反対側となる孔部分（上部分）の内面には、めねじ（図示しない）を形成してねじ孔とし、上側から該ねじ孔にねじ部材９１が進退可能に螺挿させてある。これにより、制御アーム８１の端は、通孔８３内の途中で、ねじ部材９１の挿入端と突き当る。この突き当てにより、制御アーム８１を支持させている。この支持により、ねじ部材９１を回転操作すると、シャフト部分１４ｃの軸心と制御アーム７２の先端との距離、すなわちシャフト部材１４ｃから突き出る軸部８４の突出量が可変され、該突出量による吸気用カム１７の転接位置の変化から、吸気バルブ７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、９２は、ねじ部材９１を回転操作するための、ねじ部材９１の上端面に形成した例えば十字形の溝部、９３は、ねじ部材９１の端部にねじ込まれたロックナット、９４は、同ロックナット９３の座面を形成する切欠きを示す。

一方、ロッカシャフト１５（排気バルブ用）の端には、図５に示されるようにシリンダヘッド１やシリンダブロック２などに設置したオイルポンプで構成される潤滑油供給源１１０の吐出部（図示しない）が接続されている。この潤滑供給源１１０から供給される潤滑油（本願の潤滑材に相当）がロッカシャフト１５内へ供給されるようにしてある。また保持部材２４，２５の内部には、図４に示される保持部材２５で代表されるようにロッカシャフト１５内を流通する潤滑油を、嵌挿部３５の内面へ導く油路１１１、ジャーナル孔部２１の内面へ導く油路１１２が形成されている。これら油路１１１，１１２による潤滑油の給送により、ロッカシャフト１４と嵌挿部３５間およびジャーナル部２０とジャーナル孔部２１間が潤滑油で潤滑されるようにしている（本願の潤滑手段に相当）。つまり、ロッカシャフト１４、ジャーナル部２０は、潤滑油の供給（潤滑）を受けながら、回転自在に保持される構造としてある。図示はしないが保持部材２４でも、同様な潤滑構造で、ロッカシャフト１４、ジャーナル部２０を保持している。

こうしたカムシャフト１２の保持により、ジャーナル孔部２１の端から飛び散る潤滑油が、可変動弁機構４５のうち負担が大きな部位となる、吸気用カム１７とセンタロッカアーム７０とが当接する部分へ導かれるようにしている。本実施形態のような吸気用カム１７とセンタロッカアーム７０とが当接する部分と、カムシャフト保持部１９との間に、排気用のロッカアーム４３が配置されるという、排気用のロッカアーム４３が障壁となるＳＯＨＣの場合は、これを考慮して潤滑油が、吸気用カム１７と当接する部分に導かれるようにしてある。すなわち、エンジンの運転状態（運転条件）で変化するセンタロッカアーム７０の吸気用カム１７に対する当接位置の可変により、潤滑油が吸気用カム１７とセンタロッカアーム７０とが当接する部分へ導かれるようにしている。具体的には、可変制御の一部の領域では、例えば図８および図９中に示されるように排気用のロッカアーム４３（二点鎖線で図示）の背後から、センタロッカアーム７０のカムフォロア７１が表れる（突き出る）ように設定されている。これにより、ジャーナル孔部２１端から飛び散る潤滑油が、吸気用カム１７とカムフォロア７１とが当接する部分に行き届くように設定してある。特に本実施形態では、潤滑を最も必要とする可変制御のとき、すなわち荷重の負担が大きい高バルブリフトに制御（制御アーム８１が垂直となる姿勢、や垂直に近い姿勢、その周辺の姿勢）のとき、先のかむフォロア７１が表れる挙動を利用して、ジャーナル孔部２１の端からの潤滑油が、吸気用カム１７とカムフォロア７１とが当接する部分に行き届くように設定してある。また、カムフォロア７１をローラとすることにより、吸気用カム１７とカムフォロア７１とが当接する部分に飛散した潤滑油をスイングカム６０や制御アーム８１の方向に供給することができる。具体的には、図９に示す通り、吸気カム１７の回転（矢印Ａ）とカムフォロア７１の回転（矢印Ｂ）により、吸気用カム１７とカムフォロア７１とが当接する部分に飛散した潤滑油が制御アーム８１側（矢印Ｃ）やスイングカム６０側（矢印Ｄ）に再び飛散される。これにより、軸部８４，ローラ部材５４，カム面６４，受け面６７ａ等のコントロール機構の可動及び摺動する各部分に潤滑油を途切れることなく供給することができる。

なお、図２中、１１３は、燃焼室４内の混合気を点火するための点火プラグを示す。

つぎに、図８〜図１１を参照して可変動弁装置４４の作用を説明する。

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したがい、カムシャフト１２が回転しているとする。

このとき、センタロッカアーム７０のカムフォロア７１は、吸気用カム１７を受けていて、同カム１７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７０は、ピン８６を支点として、上下方向へ揺動する。

スイングカム６０の受け面６７ａは、傾斜面７５から、センタロッカアーム７０の揺動変位を受けている。ここで、受け面６７ａと傾斜面７５とはスライド可能であるから、スイングカム６０は、傾斜面７５をすべりながら、該傾斜面７５で押し上げられたり下降したりする揺動運動を繰り返す。このスイングカム６０の揺動により、スイングカム６０のカム面６４は上下方向へ往復動する。

このとき、カム面６４は、ロッカアーム５０のローラ部材５４と転接しているから、カム面６４でローラ部材５４を周期的に押圧する。この押圧を受けてロッカアーム５０は、ロッカシャフト１４を支点に駆動（揺動）され、吸気バルブ７（一対）を開閉させる。

一方、排気側の各ロッカアーム４３は、それぞれ排気用カム１８を受けていて、同カム１８のカムプロフィールにならい駆動される。これにより、各ロッカアーム４３は、ロッカシャフト１５を支点に上下方向へ揺動して、それぞれ排気バルブ８，８を開閉させる。

こうした吸気バルブ７、排気バルブ８，８の開閉動作と、このときのピストン１０の動き（往復動）とにより、各気筒３内において、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）が行なわれる。

ここで、アクセルペダル（図示しない）の踏操作により、エンジンを高回転運転するとする。すると、モータ１００（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１４を回動させ、制御アーム８１を、高バルブリフトが確保される地点、例えば図８および図９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。この高バルブリフト制御により、センタロッカアーム７０は、制御アーム８１の回動変位を受けて、吸気用カム１４上を回転方向に沿って変位する。これで、図８および図９に示されるようにスイングカム６０のカム面６４は垂直に近い角度となる姿勢に位置決められる。

このカム面６４の姿勢により、カム面６４のローラ部材５４が行き交う領域（比率）は、高バルブリフトをもたらす領域に定められる。例えば最も短いベース円区間αと最も長いリフト区間βとなる比率に設定される。これにより、例えば吸気バルブ７は、例えば図１３中のＡ１の線図に示されるように最大のバルブリフト量を確保するよう駆動される。

また、アクセルペダル（図示しない）を戻して、例えばエンジンを低回転運転にすると、制御モータ１００の駆動により、ロッカシャフト１４が回動して、図１０および図１１に示されるように制御アーム８１を吸気用カム１４へ接近する方向に回動変位させる。すると、センタロッカアーム７０は、この制御アーム８１の回動を受けて、吸気用カム１７上を回転方向前側へ移動する。これにより、図１０および図１１に示されるようにセンタロッカアーム７０と吸気用カム１７との転接位置（当接位置）は、吸気用カム１７上を進角する方向へずれる。この転接位置の可変により、バルブリフト曲線のＴＯＰ位置が進角方向へ移動する。また傾斜面７５も、センタロッカアーム７０の移動を受けて、受け面６７ａ上を進角方向へスライドする。

このセンタロッカアーム７０の移動により、図１０および図１１に示されるようにスイングカム６０は、カム面６４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５４が行き交うカム面６４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６４のカムプロフィールがローラ部材５４へ伝達されるにしたがい、吸気バルブ７は、ロッカアーム２５は、カムプロフィール全体を進角させつつ、リフト量が低くなるように駆動される。

これにより、吸気バルブ５の開閉タイミングとバルブリフト量とは、例えば図１３中の線図Ａ１〜Ａ６に示されるようにセンタロッカアーム７０の支点位置の移動にしたがい、エンジンの高回転運転から低回転運転まで、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連続的に可変制御される。

こうした可変制御のとき、ジャーナルクリアランスδ（図２のみ図示；ジャーナル部２０とジャーナル孔部２１との間に形成されるクリアランス）の影響で、気筒間でバルブリフトカーブに差が生じることが懸念されるが、ジャーナル部２０をそのまま、一体な円形のジャーナル孔部２１で保持する構造（カムインヘッド構造）により、ジャーナルクリアランスδは小さく抑えられる。

すなわち、同構造は、先にも述べたようにカムシャフト１２にバルブ駆動用カムより大きな外径のジャーナル部２０を形成し、カムシャフト保持部１９に一体のジャーナル孔部２１を形成し、カムシャフト１２の一方の端からの挿入でジャーナル部２０を一体なジャーナル部２１に収めて、カムシャフト１２を回転可能に支持する構造なので（図７）、カムシャフト１２の組付時には、カムキャップ構造のようなずれやばらつきは生じない。しかも、一体形のジャーナル孔部２１は、カムキャップ構造のような組み付けずれ、取付ボルト軸力差による変形等がなく、これらに伴うジャーナル部の偏磨耗もない。また、カムフォロア７１からの荷重により、カムフォロア７１側のジャーナルクリアランスδが拡大するため、吸気用カム１７とカムフォロア７１とが当接する部分への潤滑油の飛散が十分行える。さらに、排気バルブ用のロッカアーム４３のローラ部材４７からの荷重がカムフォロア７１からの荷重方向と略同一方向になるように配置すれば、即ちカムフォロア７１とローラ部材４７を各カムに対し略同一方向に配置すれば、カムフォロア７１とローラ部材４７側のジャーナルクリアランスδが拡大側で安定しやすくなり、十分な潤滑油をバランスよく、また、カムフォロア７１とローラ部材４７とが略同一方向にあるため、効率よく潤滑油を供給することができ、気筒間のばらつきを抑えられる。これにより、ジャーナル部２０とジャーナル孔部２１との間に形成されるカムジャーナルクリアランスδは、当初から適正なカムジャーナルクリアランスδが確保される。

それ故、カム位置は安定する。このため、気筒間での可変動弁機構４５のバルブリフトカーブの差は抑えられ、ジャーナルクリアランスを要因とした気筒間のばらつきを抑えることができる。

そのうえ、同構造は、気筒間のばらつきを抑えるだけでなく、可変動弁機構４５の各部、特に吸気用カム１７と当接する部分における潤滑性も確保できる。

すなわち、この潤滑性について説明すると、エンジンの運転中、潤滑油供給源１１０から、排気側のロッカシャフト１５内へは潤滑油が圧送される。このロッカシャフト１５内を流れる潤滑油の一部は、それぞれ保持部材２４，２５の油通路１１１、１１２を通じて、吸気側のロッカシャフト１４を保持するキャップ部２７や嵌挿部３５の内面や、ジャーナル孔部２１の内面に供給される。これで、回動するロッカシャフト１４や回転するジャーナル部２０を潤滑する。

このとき、ジャーナル孔部２１の潤滑を終えた潤滑油は、図６および図１２中の符号Ｐに示されるようにジャーナル孔部２１の端（ジャーナル部２０とジャーナル孔部２１との間の端）から飛び散る。ここで、ジャーナル部２０およびジャーナル孔部２１は、いずれも吸気用カム１７、排気用カム１８の外径より、大きな寸法となっているので、飛散した潤滑油Ｐの一部は、隣接した排気用カム１８や吸気用カム１７に邪魔されずに、吸気用カム１７と転接するカムフォロア７１に行き届く。これにより、潤滑油が求められる、吸気用カム１７と当接する部分における潤滑が行なわれる。特にジャーナル孔部２１の端からの潤滑油が、排気側のロッカアーム４３により遮られて供給されないおそれのあるＳＯＨＣ式のエンジンは、センタロッカアーム７０の吸気用カム１７に対する当接位置を可変する挙動を利用して潤滑が行なわれる。すなわち、可変動弁機構４５は、エンジンの運転状態により、図８および図９に二点鎖線で示す排気側のロッカアーム４３の背後から、カムフォロア７１が表れ出るときがある（図１０および図１１は、カムフォロア７１がロッカアーム４３の背後に隠れた状態）。このときのタイミングを利用して、ジャーナル孔部２１の端から飛び散る潤滑油Ｐが、排気側のロッカアーム４３の周りを通じて、ジャーナル部２０から離れたカムフォロア７１へ導ける。これにより、たとえ制約のあるＳＯＨＣ式のエンジンの場合でも、吸気用カム１７と当接する部分は十分な潤滑が期待できる。これは、センタロッカアーム７０の両側に配置されるジャーナル孔部２１からそれぞれ潤滑油が供給されることにもよる（潤滑油量：大）。特に、図８および図９に示されるように荷重負担が大きくなる、吸気バルブ７が高バルブリフト制御されるとき、カムフォロア７１が、排気側のロッカアーム４３の後側から表れるようにすると、有効に、吸気用カム１７と当接する部分に潤滑油Ｐを供給することができる。しかも、カムフォロア７１をローラとしたことで、吸気用カム１７とカムフォロア７１とが当接する部分に飛散した潤滑油Ｐは、図９に示されるように吸気カム１７の回転（矢印Ａ）とカムフォロア７１の回転（矢印Ｂ）により、制御アーム８１側（矢印Ｃ）やスイングカム６０側（矢印Ｄ）に再び飛散されるので、軸部８４，ローラ部材５４，カム面６４，受け面６７ａ等のコントロール機構の可動及び摺動する各部分に潤滑油Ｐを途切れることなく供給される。

したがって、カムシャフト１２の保持構造を、一体形のジャーナル孔部２１にジャーナル部２０を挿入させる構造にするだけで、簡単に、可変動弁機構４５のカムと当接する部分の潤滑性の確保と、気筒間のばらつきの抑制との双方ができる。しかも、同保持構造だと、カムキャップ構造とは異なり、ボルト部材などシリンダヘッド１に螺挿する部品を用いないので、カムシャフト１２は、シリンダヘッド１に近づけて設置でき、エンジンの全高が低くなり、エンジンの小形化が図れる利点がある。

なお、本発明は上述した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可変して実施しても構わない。例えば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。また一実施形態では、中央に１つの吸気用カムを配置し、その吸気用カムの両側に一対の排気用カムを配置したカムシャフトを用いた例を挙げたが、それ以外の吸・排気用カムの数やレイアウトのカムシャフトを用いた構造に本発明を適用してもよい。また一実施形態では、ＳＯＨＣ式のエンジンに本発明を適用したが、これに限らず、吸気側と排気側とにそれぞれ別々に分けたカムシャフトを用いたＤＯＨＣ式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〜線に沿う可変動弁装置およびシリンダヘッドの断面図。 図１中のＢ〜線に沿う排気側のロッカアームを含むシリンダヘッドの断面図。 図１中のＣ〜線に沿うカムシャフト保持部を含むシリンダヘッドの断面図。 可変動弁装置の各部を示す分解斜視図。 図１中のＤ〜Ｄ線に沿うカムシャフトの保持構造を示す断面図。 同保持構造を説明するための分解した断面図。 同可変動弁装置の高バルブリフト制御時におけるカム面のベース円区間にセンタ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。 同可変動弁装置の低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。 ジャーナル孔部から飛び散る潤滑油がセンタロッカアームの当接部に供給される状態を説明するための斜視図。 同可変動弁装置の性能を示す線図。

符号の説明

１…シリンダヘッド（内燃機関）、７…吸気バルブ、８…排気バルブ、１２…カムシャフト、１４…吸気側のロッカシャフト、１５…排気側のロッカシャフト、１６…支持シャフト、１７…吸気用カム（第２バルブ駆動用カム）、１８…排気用カム（第１バルブ駆動用カム）、２０…ジャーナル部、２１…ジャーナル孔部、４３…排気側のロッカアーム、４４…可変動弁装置、４５…可変動弁機構（コントロール機構）、５０…吸気側のロッカアーム、６０…スイングカム（揺動カム）、６４…カム面、７０…センタロッカアーム（伝達部材）、１１１，１１２…油路（潤滑手段）、Ｐ…飛散した潤滑油。

Claims (6)

1. 吸気バルブ又は排気バルブを駆動するバルブ駆動用カムを有するとともに、該バルブ駆動用カムより大きな外径のジャーナル部を有するカムシャフトと、
   内燃機関に設けられ、前記カムシャフトの一方の端からの挿入により前記ジャーナル部を収めて、前記カムシャフトを回転可能に保持する一体形のジャーナル孔部と、
   前記ジャーナル部と前記ジャーナル孔部間を潤滑材の供給によって潤滑する潤滑手段と、
   前記バルブ駆動用カムによる前記吸気バルブ又は前記排気バルブの駆動特性を変更するコントロール機構と
   を具備することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記コントロール機構は、前記潤滑材が供給される前記ジャーナル部と前記ジャーナル孔部間と対向する位置に設けられた
   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. 前記コントロール機構は、内燃機関に揺動自在に設けられ前記吸気バルブ又は排気バルブを駆動する揺動カムと、前記バルブ駆動用カムを受けて該カムの変位を変更可能に前記揺動カムに伝達する伝達部材とを有して構成され、
   前記カムシャフトの回転により、前記ジャーナル孔部と前記ジャーナル部との間から飛び散る潤滑材が、少なくとも前記伝達部材へ導かれるようにしてある
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記カムシャフトは、前記ジャーナル部と隣接して、前記吸気バルブ又は排気バルブの一方を駆動する第１バルブ駆動用カムを有し、さらに該第１バルブ駆動用カムと隣接して、前記吸気バルブ又は排気バルブの他方を駆動する第２バルブ駆動用カムを有して構成され、
   前記コントロール機構は、内燃機関に揺動自在に設けられ前記吸気バルブ又は排気バルブの他方を駆動する揺動カムと、前記第２バルブ駆動用カムを受けて該カムの変位を変更可能に前記揺動カムに伝達する伝達部材とを有して構成され、
   さらに前記第１バルブ駆動用カムを受けて該カムの変位を前記吸気バルブ又は排気バルブに伝達するロッカアームが設けられ、
   前記カムシャフトの回転により、前記ジャーナル孔部と前記ジャーナル部との間から飛び散る潤滑材が、少なくとも前記ロッカアームの周りを経て、前記伝達部材へ導かれるようにしてある
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 前記第１バルブ駆動用カムと前記第２バルブ駆動用カムの前記吸気バルブ又は排気バルブ側との当接方向が略同一方向となるように配置されたことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
6. 前記ジャーナル孔部と前記ジャーナル部との間から飛び散る潤滑材は、吸気バルブ又は排気バルブが高バルブリフト制御されるときに、前記伝達部材へ行き届くように設定してあることを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか一つに記載の内燃機関の可変動弁装置。

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