JP2007107432A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、スプロケット部に加わる荷重を要因とした可変動弁機構の気筒間のばらつきの抑制が図れる内燃機関の動弁装置を提供する。
【解決手段】本発明の動弁装置は、カムシャフト１２を回転自在に保持する、ジャーナル部２０とジャーナル孔部２１とで形成される複数の保持部１３のうち、スプロケット部２２と隣接する地点のジャーナル部２０およびジャーナル孔部２１の径寸法Φ１、Ｄ１を、他の地点に有るジャーナル部２０およびジャーナル孔部２１よりも小さくした。これにより、スプロケット部２２と隣接する地点のジャーナル部２０とジャーナル部２１間のクリアランスＣ１の熱膨張を小さく抑えて、カム位置が安定化されるようにした。
【選択図】 図５

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）の動弁装置では、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を図るために、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機構を組み込むことが行なわれる。

このような動弁装置には、従来、特許文献１に開示されているようにカムシャフトに、気筒毎に、吸気バルブの特性、例えば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を連続的に変化させる可変動弁機構を組み込む構造が用いられる。
特開２００２−３０３１０８号公報

通常、カムシャフトの駆動は、カムシャフトの各部を保持部（シャフト側のジャーナル部と該ジャーナル部を受けるジャーナル孔部との組み合わせからなる）でシリンダヘッドに回転自在に保持しておき、このカムシャフトのシャフト部分にシャフト駆動用のスプロケット部を設け、このスプロケット部に、タイミングベルトやタイミングチェーンなど無端状の部材（入力部材）を掛け渡して、エンジンのクランク出力をカムシャフトへ伝える構造が用いられる（タイミング機構）。

ところで、保持部の一部は、スプロケット部から加わる荷重の影響を受けることが知られている。具体的には、スプロケット部と隣接した地点の保持部のジャーナル部は、該スプロケット部から加わる荷重によりたわみやすい。このため、スプロケット部と隣接した地点の保持部のジャーナル部とジャーナル孔部間のクリアランスは、他の保持部のクリアランスとは異なりやすい。

一方、可変動弁機構は、カムシャフトのカム変位を受けて吸気バルブの特性を制御する精密機器なので、カムシャフトのカム位置（軸心）が変化するだけでも、バルブ特性に影響を与える。また、バルブリフト量を小さくできる可変動弁機構においては、バルブリフト量を小さく設定したり、バルブの開いている期間を短くしたりすることによりエンジンに吸入する空気量を制御する場合に、吸入空気量が気筒間でばらつくと空燃比がばらつき、燃焼状態に違いが現れ、排気ガスや振動等の悪化の影響を受けやすくなる。

ところで、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、クリアランス内を移動することは知られている。

ところが、ジャーナル部とジャーナル孔部間のクリアランスは、一般にジャーナル部の有るカムシャフトが、鋳鉄、鋳鋼など鉄系の材料で形成され、ジャーナル孔部の有る部分や部品が、アルミ部材やアルミ合金部材など、カムシャフトより熱膨張係数が大きい材料で形成されるために、温度上昇に伴い、熱膨張によりクリアランスが変化しやすい。

このため、膨張によりクリアランスが変化し、カムシャフトの軸方向の傾きが助長されると、上記クリアランス内の移動が、他の保持部（スプロケット部から荷重が加わらないもの）のときとは異なってくる。このジャーナル部の移動の違いは、カム位置の差異として表れる。結果、スプロケット部に加わる荷重により、可変動弁機構の可変動弁制御を変化させ、気筒間でばらつきを生じさせてしまう。

そこで、本発明の目的は、スプロケット部に加わる荷重を要因とした可変動弁機構の気筒間のばらつきの抑制が図れる内燃機関の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、カムシャフトを回転自在に保持する、ジャーナル部とジャーナル孔部とで形成される複数の保持部のうち、スプロケットと隣接する地点のジャーナル部およびジャーナル孔部の径寸法を、他の地点に有るジャーナル部およびジャーナル孔部よりも小さくした。

このジャーナル部の細径やジャーナル孔部の縮小により、スプロケット部と隣接する地点のジャーナル部とジャーナル部間のクリアランスの熱膨張は小さく抑えられ、クリアランスの変化が抑えられる。これにより、スプロケット部に荷重が加わることによるカムシャフトの傾きやジャーナルのたわみが抑えられ、カム位置の安定化から、可変動弁制御がばらつきなく行なわれる。

特に、このクリアランス変化の抑制は、ジャーナル孔部の有る部分や部品を形成する材料が、ジャーナル部を形成する材料より、熱膨張係数の大きい場合に有効である。

請求項２に記載の発明は、上記目的に加え、一層、カムシャフトの傾きやジャーナル部のたわみが抑えられるよう、スプロケット部と隣接する地点のジャーナル部およびジャーナル孔部の軸方向長さを、他の地点に配置されたジャーナル部およびジャーナル孔部より長くした。

請求項３に記載の発明は、同じく、スプロケット部と隣接する地点のジャーナル部およびジャーナル孔部間のジャーナルクリアランスを、他の地点のジャーナル部およびジャーナル孔部間より小さくした。

請求項４に記載の発明は、可変動弁機構は、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を駆動する揺動カムと、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備えた吸気バルブ又は排気バルブの少なくともリフト量を制御する可変動弁機構を備える構成を採用した。

請求項１に記載の発明によれば、ジャーナル部の細径やジャーナル孔部の縮小により、スプロケット部と隣接する地点のジャーナル部とジャーナル部間のクリアランスの熱膨張を小さくすることができ、スプロケット部に加わる荷重がもたらすカムシャフトの傾きやジャーナル部のたわみを抑制することができる。

したがって、スプロケット部に加わる荷重を要因としたカム位置の変化を抑えることができ、スプロケット部に加わる荷重を要因とした可変動弁機構の気筒間のばらつきを抑制することができる。この結果、エンジンの性能を安定化させて高めることができる。

請求項２および請求項３に記載の発明によれば、さらに効果的にカムシャフトの傾きやジャーナル部のたわみを抑えることができ、一層、可変動弁機構の気筒間のばらつきの抑制を図ることができる。

請求項４に記載の発明によれば、カムシャフトのカム位置の変化が抑えられることにより、吸気バルブ又は排気バルブの可変動弁機構の気筒間のばらつきを抑制することができ、エンジン性能を安定させて高めることができる。

［第１の実施形態］
以下、本発明を図１〜図１０に示す第１の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II〜II線に沿う断面図を示し、図３は図１中のIII〜III線に沿う断面図を示し、図４は可変動弁機構４５の分解図、図５は図１中のIV〜IV線に沿う断面図（３気筒分しか図示せず）を示し、図７〜図９は可変動弁機構４５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。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４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：本願の動弁装置に相当）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４および図５に示されるように燃焼室４毎（気筒３毎）に、吸気用カム１５（１つ：本願の吸気バルブ駆動用カムに相当）と排気用カム１８（２つ：本願の排気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から一体に突き出た壁状のカムシャフト保持部１９に、例えばカムインヘッド構造により、それぞれ回転可能に保持されている。同保持構造は、例えば図５に示されるようにカムシャフト１２の各端部と、カムシャフト１２の中間部、例えば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（気筒間）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を回動自在に収める円形のジャーナル孔部２１をそれぞれ形成して、カムシャフト１２一方の端からジャーナル孔部２１へ差込むという作業で、カムシャフト１２をシリンダヘッド１に回転自在に保持するものである。なお、この回転自在な保持は、一般的なジャーナル部２０を例えば鋳鉄や鋳鋼など鉄系部材で形成し、カムシャフト保持部１９をそれとは異なる例えばアルミ部材やアルミ合金部材などジャーナル部２１より熱膨張係数が大きな部材で形成して、ジャーナル部２０とジャーナル孔部２１間に、軸受け用のクリアランスを確保する構造が用いてある。なお、図示はしないがジャーナル部２０とジャーナル孔部２１間は潤滑油で潤滑されるものである。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（本願のシャフト駆動用のスプロケット部に相当）が例えばボルト部材２３で組付けてある。このカムスプロケット２２には、例えば図１および図５中の二点鎖線に示されるようにタイミングベルトやタイミングチェーンなど無端状のタイミング部材２２ａ（本願の入力部材に相当）を介して、例えばエンジンのクランクシャフト（図示しない）が接続してあり、カムシャフト１２が、クランク出力により駆動される構造としてある（タイミング機構）。

これらジャーナル部２０およびジャーナル孔部２１で形成される保持部１３ａ〜１３ｃのうち、図４および図５に示されるようにカムスプロケット２２に隣接して配置された保持部１３ａのジャーナル部２０の径寸法Φ１およびジャーナル孔部２１の径寸法Ｄ１は、他の地点に配置された保持部１３ｂ，１３ｃのジャーナル部２０の径寸法Φ２およびジャーナル孔部２１の径寸法Ｄ２よりも小さい寸法値に設定してある（Φ１＜Φ２、Ｄ１＜Ｄ２）。このジャーナル部２０の細径化やジャーナル孔部２１の縮小化により、同ジャーナル部２０とジャーナル孔部２１の熱膨張変化が小さくてすむ構造にしている（熱膨張は、ジャーナル部２０やジャーナル部２１の大きさで変わるため）。これで、カムスプロケット部２２に加わる荷重がもたらすカムシャフトの軸方向の傾きやジャーナル部２０のたわみが抑制されるようにしている。またこの傾きやたわみの発生が、一層、抑えられるよう、特に図５に示されるように保持部１３ａのジャーナル部２０とジャーナル孔部２１間に形成されるクリアランスＣ１だけ、他の保持部１３ｂ，１３ｃのクリアランスＣ２よりも小さく設定してある（Ｃ１＜Ｃ２）。さらに同じ理由で、特に保持部１３ａのジャーナル部２０の軸方向長さやジャーナル孔部２１の軸方向長さＡ１（一方だけ図示）だけ、他の保持部１３ｂ，１３ｃのジャーナル部２０およびジャーナル孔部２１の軸方向長さＡ２（一方だけ図示）よりも長く設定してある。

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および図４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、カムシャフト保持部１９の上部に支持させてある。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、図４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。

保持部材２５は、図４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の中間の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の中間の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。なお、延出部３７は、図１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。

排気側のロッカシャフト１５には、図１、図３および図４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、吸気用カム１７毎（一対の吸気バルブ７毎）、可変動弁機構４５が組み込まれている。

これらのうちロッカアーム４３は、いずれも図３および図４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）に向き合わせてある。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が駆動されるようにしてある。

可変動弁機構４５は、図２および図４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（揺動カム）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（伝達アーム）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には、例えば図１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４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５４の外周面に転接させてある。また受け部６３には、例えば図４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４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６〜図９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、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を介在させている。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４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４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の押し付け力を補うプッシャを示す。

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４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。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６および図７に示される略垂直となる姿勢から、例えば図８および図９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複数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４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。例えば通孔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。

なお、図２中、９５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６〜図９を参照して動弁系１１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カムシャフト１１が、カムスプロケット２２から伝達されるエンジンの軸出力によって駆動（回転）されているとする。

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６および図７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６および図７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１０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８および図９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８および図９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８および図９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が、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１０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。

こうした可変制御中、各保持部１３ａ〜１３ｃの各ジャーナル部２０は、バルブリフト時に加わる荷重によってクリアランスＣ１，Ｃ２内を移動しながら、各ジャーナル孔部２１で保持されている。

このとき、各ジャーナル部２０、ジャーナル孔部２１は、エンジンの運転により、温度上昇し、熱膨張している。これにより、各クリアランスＣ１，Ｃ２は熱膨張する。

ここで、図５に示されるように各保持部１３ａ〜１３ｃのうち、カムスプロケット２２と隣接する地点の保持部１３ａのジャーナル部２０やジャーナル孔部２１は、他の保持部１３ｂ、１３ｃのジャーナル部２０やジャーナル孔部２１よりも細径、縮小して、保持部１３ａのクリアランスＣ１の熱膨張を小さく抑えている。

これにより、カムスプロケット２２には荷重Ｆ（図５にのみ図示）が加わるものの、熱膨張が抑えられることによって、保持部１３ａのジャーナル部２０のたわみや軸心の傾きは抑えられる。これで、吸気用カム１７の位置（軸心）が安定するようになる。

特に、図５に示されるように保持部１３ａのジャーナル部２０およびジャーナル孔部２１の軸方向長さＡ１を、他の保持部１３ｂ、１３ｃのジャーナル部２０およびジャーナル孔部２１の軸方向長さＡ２より長くしたり、保持部１３ａのジャーナルクリアランスＣ１（ジャーナル部２０の外周面とジャーナル孔部２１の内周面との間のクリアランス）を、他の保持部１３ｂ、１３ｃのジャーナルクリアランスＣ２（ジャーナル部２０の外周面とジャーナル孔部２１の内周面との間のクリアランス）より小さくしたりすると、格段に、ジャーナル部２０のたわみが抑えられ、格段に吸気用カム１７の位置（軸心）が安定する。

それ故、各可変動弁機構４５は、エンジンの運転中、いずれも安定した開閉タイミング、開弁期間、バルブリフト量で可変制御でき、エンジン毎や気筒間の制御ばらつきが抑制できる。この結果、カムスプロケット２２に加わる荷重を要因とした可変動弁機構４５の気筒間のばらつきが抑制でき、エンジンの運転性能を安定させての向上が図れる。

［第２の実施形態］
図１１は、本発明の第２の実施形態を示す。

第１の実施形態では、カム外径より大きなジャーナル部を、同じくカム外径より大きなジャーナル孔部へ挿入することによって、カムシャフト１２を回転自在に保持する構造（カムインヘッド構造）を用いたが、これに限らず、図１１に示されるようなカムキャップ構造を用いてもよい。すなわち、カムキャップ構造は、カムシャフト１２に形成された、カム外径より小さな径寸法のジャーナル部（図示しない）の周りを、カムシャフト保持部１１３に形成された半円形状の凹部１１４と、同カムシャフト保持部１１３端に取り付くカムキャップ１１５に形成された半円形状の凹部１１６とで囲って、回転自在に保持したものである（二分割式のジャーナル孔部でジャーナル部を挟み込む構造）。なお、１１７は、カムキャップ１１５をカムシャフト保持部１１３に固定するボルト部材を示す。

このようなカムキャップ構造に、第１の実施形態と同様、カムスプリングと隣接した地点に配置されるジャーナル部やジャーナル孔部を細径・縮小したりする技術や、同じくジャーナル部およびジャーナル孔部の軸方向長さを長くしたりする技術や、同じくジャーナルクリアランスを小さくしたりする技術を適用しても、同様な効果を奏する。

但し、図１１において、第１の実施形態と同じ部分には同一符号を付してその説明を省略した。

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、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。また実施形態では、スイングカム、センタロッカアームで構成される可変動弁機構を用いた例を挙げたが、これに限らず、それ以外の構造の可変動弁機構でも構わない。もちろん、上述の実施形態では、ＳＯＨＣ式のエンジンを例に挙げたが、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。

本発明の第１の実施形態に係る動弁装置を搭載したシリンダヘッドの平面図。 図１中のII〜II線に沿う可変動弁機構およびシリンダヘッドの断面図。 図１中のIII〜III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。 動弁装置の各部を示す分解斜視図。 図１中のIV〜IV線に沿うカムシャフトの保持構造を示す断面図。 同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。 同動弁装置の性能を示す線図。 本発明の第２の実施形態の要部となる構造を示す斜視図。

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、１１…動弁系（動弁装置）、１２…カムシャフト、１７,１８…吸気用カム，排気用カム（カム）、２０…ジャーナル部、２１…ジャーナル孔部、２２…カムスプロケット（スプロケット部）、２２ａ…タイミング部材（入力部材）、４５…可変動弁機構、Φ１…スプロケット部に隣接したジャーナル部の外径、Ｄ１…スプロケット部に隣接したジャーナル孔部の内径、Ｃ１…スプロケット部に隣接した保持部のクリアランス。

Claims (4)

1. 吸気バルブ又は排気バルブを駆動するカムを有するとともに、複数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、前記各ジャーナル部を回転自在に保持するジャーナル孔部と、
   前記カムシャフトの先端に設けられるスプロケットに掛け渡され該スプロケットを通じて前記カムシャフトへ駆動力を伝達する入力部材と、
   前記カムを受けて前記吸気バルブ又は前記排気バルブの特性を制御する可変動弁機構とを有し、
   前記ジャーナル部および前記ジャーナル孔部のうち、前記スプロケットと隣接する地点に配置された前記ジャーナル部および該ジャーナル部を保持する前記ジャーナル孔部の径寸法は、他の地点に配置された前記ジャーナル部および前記ジャーナル孔部よりも小さく設定した
   ことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. さらに、前記スプロケットと隣接する地点に配置された前記ジャーナル部および該ジャーナル部を保持する前記ジャーナル孔部の軸方向長さは、他の地点に配置された前記ジャーナル部および前記ジャーナル孔部よりも長く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動弁装置。
3. さらに、前記スプロケットと隣接した地点に配置された前記ジャーナル部および該ジャーナル部を保持する前記ジャーナル孔部間のジャーナルクリアランスは、他の地点に配置された前記ジャーナル部および前記ジャーナル孔部間よりも小さく設定した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動弁装置。
4. 前記可変動弁機構は、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備えたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の動弁装置。

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