JP2007154688A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】揺動カムに加わる戻しばねのスプリング荷重を低減するようにして、耐久性を向上させる内燃機関の可変動弁装置を提供する。
【解決手段】カムシャフト９のカム１４が連動する揺動カム２３を介して吸気５又は排気バルブ６を開閉するロッカアーム機構１８を有し、揺動カム２３の従動部材２８と当接するカム面３８は、支持軸１３に枢支される枢支端部３５より延出する揺動延出部３６の揺動端に形成され吸気又は排気バルブ側への押圧力が加わらないベース区間ａと、吸気又は排気バルブ側への押圧力が変化するリフト区間ｂとが連続して形成され、リフト区間ｂのうち要部ｂ−１より先の最大バルブリフト量が設定されるリフト先端部ｂ−２における揺動カム移動方向と直交する方向の幅Ｂ２がリフト区間の幅Ｂより狭く形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、吸気あるいは排気バルブの駆動位相およびリフト量を可変可能とした内燃機関の可変動弁装置に関する。

自動車に搭載される内燃機関であるエンジンには、エンジンの排出ガス対策や燃費低減などの理由から、可変動弁装置を搭載して、自動車の運転状態に応じて、吸・排気バルブの駆動位相（開閉タイミング）やリフト量を変化させることが行われている。

このような可変動弁装置には、カムシャフトに形成されている弁カムの位相を、一旦、ベース区間とリフト区間とが揺動カム移動方向に連なる揺動カム面に置き換える揺動カムを備えたものがある。このような可変動弁装置で用いている揺動カムの多くは、併設する支点移動機構の駆動によって、揺動カムの揺動域をずらせることで、揺動端の揺動カム面とロッカアーム側のロッカアームローラとが対向する領域をずらせている。この場合、自動車の運転状態に応じて、揺動カム面をなすベース区間とリフト区間とロッカアームローラが対向する比率をずらせるようにして吸気又は排気バルブの駆動モードである開閉タイミングやリフト量を調整している。

言い換えると、たとえば、可変動弁装置は駆動源によって切換え変動する可変枢支部材と、その可変枢支部材に支点側が枢支され側部が弁カムに当接して揺動する中間レバーと、支持軸に支点側が枢支され近接する中間レバーからの押圧力を入力点で受けることで揺動し、揺動端の揺動カム面によりロッカアーム側のロッカアームローラを押圧する揺動カムを備える。しかも、揺動カム面はその移動方向に沿ってベース区間とリフト区間を備える。ここで、可変枢支部材の駆動によりこれに枢支された中間レバーの揺動カムにおける入力点が変化することで、揺動カムの入力点と支点端部側との距離に応じたレバー比が変わり、レバー比の変化に応じて、揺動カム面上のベース区間とリフト区間に対するロッカアーム側のロッカアームローラが対向する比率をずらせるようにして、ロッカアームが駆動する吸気又は排気バルブの駆動モードである開閉タイミングやリフト量を調整している。

なお、このように揺動カムの揺動カム面上のベース区間とリフト区間に対するロッカアーム側のロッカアームローラが対向する比率をずらせるようにした可変動弁装置の一例が特開２００５−６９０１１号公報（特許文献１）に開示されている。
ここでは、可変動弁装置が用いる揺動カムが弁カムより中間レバーを介して押圧力を受けて往動し、戻しバネの弾性力で複動する。このような構成を採る場合、エンジン回転数の増加に応じて揺動カムの往復揺動回数も増加するため、揺動カムの慣性質量が大きくなるほど戻しバネの弾性力を高めないと、回転増に追従できない。そこで、回転数が大きなエンジンほど戻しバネの弾性力が大きく設定されることとなり、これに関連して摺動する摺動部材の面圧が高くなり、磨耗による耐久性の低下の程度が大きくなる。そこで、特許文献１では、慣性質量の低下を図るべく、揺動カムのカム面の内ベース円対向部のカム幅をリフト円対向部より狭めて慣性質量の低減を図っている。

特開２００５−６９０１１号公報

しかし、単に、特許文献１の揺動カムのように、慣性質量の低下を図るべく、揺動カムのカム面の内、ベース円対向部のカム幅を狭めて慣性質量の低減を図るだけでは、このベース円対向部が揺動カムの回転中心線からの揺動半径が比較的短いことに起因し、十分な慣性質量の低減効果が得られていない。

更に、上述のような揺動カムを用いたロッカアーム構造の場合、複数のアーム等の力伝達で吸気又は排気バルブを駆動させることと揺動カムの揺動中心からカム面までの距離の精度管理の困難性からロッカアーム構造の組み立て時にバルブクリアランス等のバラツキが生じてしまう。このバラツキは吸気又は排気バルブを開弁状態とすべく押圧力が発生していないベース区間と吸気又は排気バルブ側の部材が当接している位置で調整する必要があるが、単純にベース区間のカム面の幅を狭くした場合、上記当接エリアが狭くなり、その狭いエリアでバルブクリアランス等の調整を行わなければならないという不具合が生じ、単に、ベース円対向部のカム幅を狭めて慣性質量の低減を図るだけでは十分な対策とはなっていない。

本発明は、上述の問題点に着目してなされたもので、慣性質量を十分に低減することで、揺動カムに加わる戻しばねのスプリング荷重を低減するようにして、各摺動部材の耐久性を向上させることのできる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

上述の目的を達成するために、請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置は、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が同カムに連動する揺動カムを介して吸気又は排気バルブを開閉駆動するロッカアーム機構とを有する内燃機関の可変動弁装置において、前記揺動カムのカム面は、前記カムシャフトの近傍に配置された支持軸に枢支端部が枢支され同枢支端部より延出する揺動延出部の揺動端に前記吸気又は排気バルブを閉弁状態とすべく形成され同吸気又は排気バルブ側への押圧力が加わらない又は略一定となるベース区間と、前記吸気又は排気バルブを開弁状態とすべく形成され同吸気又は排気バルブ側への押圧力が変化するリフト区間とが連続して形成され、前記リフト区間のうち、最大バルブリフト量が設定される先端部における揺動カム移動方向と直交する方向の幅がリフト区間の先端部以外の要部における幅よりも狭く形成されたことを特徴とする。

請求項２記載の内燃機関の可変動弁装置は、請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記ロッカアーム構造は、前記揺動カムのカム面からの押圧力を受けることで支点位置回りに回動して作用端部に当接する吸気又は排気バルブを駆動する第１アームと、前記カムからの押圧力を受けるカム当接部と同カム当接部より所定量離れ同カムからの押圧力を前記揺動カムに伝達する支点端部とを有した第２アームと、前記カムと前記カム当接部との当接位置を同カムの移動方向前後へ変位させるべく駆動源からの切換え操作力を受けることで前記第２アームを変動させる支点移動機構とを備えたことを特徴とする。

請求項３記載の内燃機関の可変動弁装置は、請求項１又は２記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記支点移動機構は内燃機関が高負荷高回転域にあるとベース区間に対するリフト区間が増大するように前記第２アームを変動させ、低負荷低回転域にあるとベース区間に対するリフト区間が低減するように前記第２アームを変動させることを特徴とする。

請求項４記載の内燃機関の可変動弁装置は、請求項１、２又は３記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記リフト区間の先端部は、前記要部より徐々に狭く形成されたことを特徴とする。

請求項１及び２の各発明によれば、リフト区間のうち最大バルブリフト量が設定される先端部におけるカム幅がリフト区間の先端部以外の要部におけるカム幅よりも狭く形成され、揺動カムの最も揺動半径の大きい部位の慣性質量を確実に低減でき、摺接部の耐久性を確保でき、揺動カムに加わる戻しばねのスプリング荷重をより確実に低減して、揺動カムと連動する摺動部材の耐久性を向上させることができる。

請求項３の発明によれば、内燃機関が高負荷高回転域ではバルブリフト量が大きくなるが、最大バルブリフト量が設定される先端部における揺動カム荷重が、その時のバルブの開より閉への変動に伴う慣性力の影響で比較的低く保持される運転を行うことができ、しかも、低負荷低回転域ではバルブリフト量が小さくその時の揺動カム荷重を比較的低く保持して運転を行うので、いずれの場合も最大バルブリフト量が設定される先端部での揺動カム荷重を比較的小さくでき、この部位の耐久性を低減させることなく軽量化を図ることができる。

請求項４の発明によれば、リフト区間の先端部は、要部より徐々に狭く形成されるので、揺動カムのカム面と第１アームの従動部材側との間にたとえミスアライメントが生じても、揺動時に揺動カム面の要部のエッジ部側に急激な押圧力を加えることがなく、徐々に荷重が増加するよう作動でき、当接部の損傷を防ぐことができる。

図１にはこの発明の一実施形態としての内燃機関の可変動弁装置が適用された４気筒のレシプロ式ガソリンエンジン（以後単にエンジンＥと記す）のシリンダヘッド１が示される。このシリンダヘッド１の下面には不図示のシリンダブロックが重なり相互に締結されており、シリンダヘッド１の長手方向Ｘ（図１において紙面垂直方向）に沿って複数（例えば４つ）の気筒が配列し燃焼室２が順次形成されている。各燃焼室２には、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）が設けてある。更に、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がそれそれ組付けられている。なお、複数の吸気バルブ５、複数の排気バルブ６のいずれも各バルブを閉方向に付勢するバルブスプリング７が装着されている。またシリンダヘッド１の上部には、複数の吸気バルブ５、複数の排気バルブ６を駆動させるＳＯＨＣ式の動弁系８が搭載されている。

ＳＯＨＣ式の動弁系８はシリンダヘッド１上であって燃焼室２の頭上にシリンダヘッド１の長手方向（図１において紙面垂直方向）に回転自在にカムシャフト９を配設している。このカムシャフト９の一端には不図示のタイミングプーリが接続され、同タイミングプーリには不図示のエンジンクランク軸の回転が伝達され、これによりカム軸が駆動して吸気カム１４及び排気カム１０が開閉駆動される。
動弁系８のカムシャフト９はこれを挟む上部左右の片側（シリンダヘッドの幅方向の左右片側）にカムシャフト９と平行に回転可能な吸気側のロッカシャフト１１と排気側のロッカシャフト１２が配設される。ロッカシャフト１１とロッカシャフト１２間の上側の領域に、カムシャフト９とほぼ平行に支持シャフト（本願の支持軸に相当）１３が配設される。

図２に示すように、カムシャフト９には、各燃焼室２との対向部位毎に吸気用カム１４と排気用カム１０が形成されている。具体的には、吸気用カム１４は燃焼室２の頭上中央の地点に形成され、排気用カム１０はその吸気用カム１４を挟む両側に形成してある。
このうち排気側のロッカシャフト１２には、排気用カム１０毎に、排気バルブ６を駆動するロッカアーム１７（図１に片側のみ図示）が回動自在に設けられている。吸気側のロッカシャフト１１には吸気用カム１４毎に、複数（一対）の吸気バルブ５を一緒に駆動するロッカアーム機構１８が設けられている。これら排気側と吸気側が単一のカムシャフト９の回転により、所定の燃焼サイクル（吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程の４サイクル）毎に、吸気バルブ５と排気バルブ６を開閉させる可変動弁装置が形成されている。

図２には可変動弁装置の吸気バルブ５側を駆動するロッカアーム機構１８の平面図が示され、図３にはロッカアーム機構１８を分解した斜視図が示されている。
ロッカアーム機構１８は吸気側のロッカシャフト１１に枢支端であるボス部２８２が揺動自在に支持されるロッカアーム２１（第１アームに相当）と、吸気用カム１４で駆動されるセンタロッカアーム２２（第２アームに相当）と、支持シャフト１３に揺動自在に支持される揺動カム２３と、ロッカシャフト１１に支持されセンタロッカアーム２２の枢支点Ｐ０を設定する凹状の受け部２４に球面状部２５１が嵌合する支点部材であるピン部材２５と、ピン部材２５をロッカシャフト１１を介して揺動させるモータ２６（図３参照）とを備える。

ロッカアーム２１（第１アームに相当）は従動部材を成すロッカアームローラである第１ローラ２７が押圧力を受けることで円筒状のボス部２８２（支点位置）回りに回動し、このボス部２８２より二股形状で延出する一対の作用端部２８１に当接する吸気バルブ５を駆動する。即ち、図２、３に示すように、ロッカアーム２１は所定間隔を介して並行に配置され中央にボス２８２を有する一対のロッカアーム片２８を備えている。一対の各ロッカアーム片２８はボス２８２の一方側に吸気バルブ５の駆動をなす作用端部２８１を延出させ、そこに例えばアジャストスクリュ部２９を備え、他方側より揺動カム２３からの押圧力を受ける入力端部２８３を斜め上方に向けて延出させている。
互いに対向する一対の入力端部２８３は相互に短シャフト３１で一体的に結合され、短シャフト３１には不図示のベアリングモジュールを介しロッカアームローラである第１ローラ２７が外嵌される。

ロッカシャフト１１の端部には、駆動源としての制御用のモータ２６（図３参照）が接続され、モータ２６にはエンジンコントローラ１９が接続され、これにより、ロッカシャフト１１、即ち、後述の支点移動機構３４を介して揺動カム２３の進角あるいは遅角位置を所望の値に修正するよう制御できる。なお、エンジンコントローラ１９にはエンジンＥの運転情報であるエンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷である吸入空気量Ｑａを入力する不図示のセンサが接続されている。

ロッカシャフト１１上であって一対のロッカアーム片２８間の中央と対向する位置には球面状部２５１が下端部に形成された支点部材であるピン部材２５が径方向に貫通状態で螺挿されナット３１で締め付け固定されている。これらはエンジンコントローラ１９に制御されるモータ２６の駆動により切換え操作力を受けることで、ピン部材２５をロッカシャフト１１の中心線Ｌｓ回りに揺動させ、ピン部材２５を垂直方向に配置された進角位置Ｓ１の姿勢（図４参照）から、カムシャフト回転方向へほぼ４５°の角度に傾いた遅角位置Ｓ２の姿勢（図５参照）まで回動変位させて、センタロッカアーム２２の支点位置を切換えることができる支点移動機構３４が形成されている。
第２アームであるセンタロッカアーム２２は、図１、３に示されるように吸気用カム１４のカム面と転接する中間ローラとしての第２ローラ３２と、同第２ローラ３２を回転自在に支持するＬ形部材であるホルダ部３３（図３参照）とを有する。

具体的には、センタロッカアーム２２はホルダ部３３の中央部を成す枢支部３３０に第２ローラ３２を枢支し、ホルダ部３３の中央部から上方、具体的にはロッカシャフト１１と支持シャフト１３間へ向かって柱状に延びる中継用アーム部３３１と、ホルダ部３３の側部から、一対のロッカアーム片２８間を通過するロッカシャフト１１の下側へ向って延びる平板状の支点用アーム部３３２とを有し、全体はＬ形に形成してある。中継用アーム部３３１の先端（上端部）には、揺動カム２３へ変位を伝える中継部分として、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した傾斜面ｆｓ１が形成されている。

一方、支点用アーム部３３２の先喘部は、ロッカシャフト１１に支持されているピン部材２５の球面状部２５１が相対変位可能に嵌合する球面状の受け部２４が形成されている。これにより、吸気用カム１４が１回転する際に、吸気用カム１４に第２ローラ３２が当接することでセンタロッカアーム２２が連動し、センタロッカアーム２２の球面状部２５１がロッカシャフト１１に支持された受け部２４に嵌合することで形成された枢支点Ｐ０を中心に、センタロッカアーム２２が上下方向へ１往復揺動するようにしてある。
つまり、支点移動機構３４によりセンタロッカアーム２２のロッカシャフト１１側の枢支点Ｐ０を、同シャフトの軸方向と交差する方向に移動できるようにしている。そして、この移動がもたらすセンタロッカアーム２２の位置ずれを利用して、図４、図５に示されるように第２ローラ３２の吸気用カム１４に対する転接位置を同カムの回転方向前後へ、即ち、進角あるいは遅角方向へ変位できるようにしている。

揺動カム２３は、図１、図３、図６に示されるようにカムシャフト９の上方近傍に配置された支持軸としての支持シャフト１３に回動自在に嵌挿される筒状ボス３５（枢支端部）と、同筒状ボス３５から第１ローラ２７（ロッカアーム２１）へ向って延びるアーム部（揺動延出部）３６と、アーム部３６の延出方向での中間位置の下部に形成され入力点ｑ１をなす変位受け部３７と、アーム部３６の揺動端をなす膨出部３６１に形成され第１ローラ２７への押圧力を付与可能なる揺動カム面３８と、筒状ボス３５（枢支端部）のアーム部３６と反対側面より延出するバネ受け部４１とを有している。なお、バネ受け部４１の突端側には円弧状の下向き押圧面４１１が形成される。下向き押圧面４１１には吸気カム９側に対してセンタロッカアーム２２及び揺動カム２３側を相互に密接させる方向に付勢するための弾性力を付与するプッシャー４２が対設されている。

アーム部３６の下部の変位受け部３７は、図３に示すように、カムシャフト９の直上に位置し、凹陥部３７１が形成され、凹陥部３７１内にはカムシャフト９と同じ向きで、短シャフト３９を回動自在に枢着している。凹陥部３７１の開放部から露出する短シャフト３９の下部には、凹部３９１が形成され、同凹部３９１内に中継用アーム部３３１（センタロッカアーム２２）の先端部が差し込まれ、その傾斜面ｆｓ１が摺動自在に凹部３９１の底面に当接し、入力点ｑ１をなしている。

ここで、図６に示すように、傾斜面ｆｓ１が凹部３９１の底面と当接する入力点ｑ１は、支点移動機構３４によりセンタロッカアーム２２の第２ローラ３２が吸気用カム１４の回転方向ｃの前後へ、進角あるいは遅角方向に変位された際に同時に変位できるように形成されている。即ち、センタロッカアーム２２の遅角移動（図６で右移動）で入力点ｑ１も遅角位置＋ｑ１側に移動し、この際、バルブリフト量Ｒｖを増加修正でき（図８のＲｖ１側）、逆に、センタロッカアーム２２の進角移動（図６で左移動）で入力点ｑ１も進角位置−ｑ１側に移動し、この際、バルブリフト量Ｒｖを低減修正できる（図８のＲｖ７側）。
こうしたロッカアーム機構１８を用いることで、吸気用カム１４の変位が一対のロッカアーム片２８から、各吸気バルブ５へ伝わるようにしている。

次に、揺動カム２３はそのアーム部３６の揺動端をなす膨出部３６１に揺動カム面３８が形成され、この揺動カム面３８には従動部材であるロッカアーム２１側の第１ローラ２７が当接するように形成される。ここで揺動カム面３８は支持シャフト１３の中心である枢支点ｅ０からの距離ｄ（揺動半径）が増減変化するように形成されている。図６に示すように、揺動カム面３８はその上部側をベース区間ａ（図６中の２点鎖線で矢示する領域）、下部側をリフト区間ｂ（図６中の２点鎖線で矢示する領域）として連続形成される。
ここで、ベース区間ａは支持シャフト１３の軸心と一致する枢支点ｅ０からの距離ｄ（揺動半径）が一定の円弧面で形成される。リフト区間ｂはベース区間ａの円弧に連続した上で枢支点ｅ０からの距離ｄ（揺動半径）が徐々に増加する円弧面として形成される。

ここでセンタロッカアーム２２の枢支点Ｐ０が変位することで、センタロッカアーム２２上の第２ローラ３２が吸気用カム１４の所定位置から進角方向へ変位し、これに連動して第１ローラ２７が接する揺動カム面３８の領域、詳しくは第１ローラ２７が行き交うベース区間ａとリフト区間ｂの比率が変化することとなる。この進角方向の変化を伴いながら行われるベース区間ａとリフト区間ｂの比率の変化により、図８に示すように、吸気バルブ５の開閉タイミング（開弁時期Ｔｒ）が連続的に可変され、同時に吸気バルブ５のバルブリフト量Ｒｖが連続的に可変されるようにしている。

ところで、図７（ａ），（ｂ）に示すように、揺動カム２３のアーム部３６と揺動端をなす膨出部３６１の中央部とはその回転中心線Ｌｃに沿う方向（揺動カム移動方向と直交する方向）の幅Ｂがほぼ同一に形成される。特に、膨出部３６１に支持された揺動カム面３８の内、リフト区間ｂの要部ｂ−１とベース区間ａの所定区間部ａ−１はほぼ同様の幅Ｂで形成される。これに対し、リフト区間ｂの要部ｂ−１に続くと共に最大バルブリフト量が設定されるリフト先端部ｂ−２における、回転中心線Ｌｃに沿う方向の幅Ｂ２がリフト先端部以外の要部ｂ−１における幅Ｂよりも狭く形成される。更に、ベース区間ａの所定区間部ａ−１に続くベース先端部ａ−２の回転中心線Ｌｃに沿う方向の幅Ｂ１がリフト区間ｂの要部ｂ−１における幅Ｂよりも狭く形成される。なお、所定区間部ａ−１よりベース先端部ａ−２に向けてカム幅が徐々に低減するようにアール部ｒｅが形成され、これにより、傾いた状態の第１ローラ２７を平行状態に戻す機能が的確に作用するようにでき、直接リフト区間ｂのエッジ部に達して過大な荷重が掛かることを的確に防止できる。

ここでリフト区間ｂの要部ｂ−１より先のリフト先端部ｂ−２及び同部と対向する膨出部３６１（図７（ａ）参照）がその両側縁側を所定量切除されて、揺動半径ｄ（図６参照）が最も大きい部位及びその近傍部位の慣性質量の低減が図られる。更に、ベース区間ａの所定区間部ａ−１より先のベース先端部ａ−２及び同部と対向する膨出部３６１の部位がその両側縁側を所定量切除されて、慣性質量の低減が図られる。

ここで、揺動カム面３８のうちのベース区間ａ（所定区間部ａ−１及びベース先端部ａ−２）はエンジン駆動時において、エンジン回転数の増減に関係なく、第１ローラ２７に対して押圧力が加わらない領域であり、たとえ、他の部位より揺動カム面３８の幅が低減されても耐久性に問題を生じることのない領域である。なお、場合により、ベース区間ａにおいて、第１ローラ２７に押圧力が低い状態で略一定に加わるとしても良く、この場合も耐久性に問題を生じることがないように設定可能である。

このように、揺動カム面３８のベース区間ａの内のベース先端部ａ−２における揺動カム移動方向と直交する方向の幅がリフト区間の要部ｂ−１における幅Ｂより狭められた幅Ｂ１に形成されるとしても、この部位の耐久性が低下することがなく、揺動カム２３のアーム部３６および膨出部３６１の慣性質量の低減を図ることができる。更に、ここでは、ベース区間ａの内の所定区間部ａ−１のカム幅がＢに保持されるので、この部位でバルブクリアランス等の調整を行うことで第１ローラ２７が直接リフト区間ｂのエッジ部に接して過大な荷重が掛かり、接触面の破損や偏磨耗が生じることを未然に防止できる。

なお、揺動カム面３８のベース区間ａはカム幅Ｂの所定区間部ａ−１が形成されていたが、場合により、図７（ｃ）に示すように、所定区間部ａ−１を排除して、リフト区間ｂ側よりベース先端部ａ−２に向けてカム幅が徐々に低減するような傾斜壁ｓｅが形成されてもよい。この場合、傾斜壁ｓｅが比較的大きく形成され、傾いた状態の第１ローラ２７を平行状態に戻す機能が的確に作用するようにでき、直接リフト区間ｂのエッジ部に達して過大な荷重が掛かることを的確に防止できる。

つぎに、このように構成された可変動弁装置の作用を説明する。なお、ここでは吸気系の吸気バルブ５及び吸気カム１４の作動を主に説明し、排気バルブ６を含む排気系の説明を略す。
エンジンＥの駆動時にエンジンコントローラ１９はエンジンの運転情報であるエンジン回転速度Ｎｅ、エンジン負荷である吸入空気量Ｑａを不図示のセンサより取り込み、不図示のマップより両値Ｎｅ，Ｑａ相当のセンタロッカアーム２２の支点位置を進角あるいは遅角位置中における目標値として求め、同目標値に現在値を修正するよう制御する。

ここで、エンジンコントローラ１９が用いる不図示のセンタロッカアーム２２の支点位置マップはエンジン負荷である吸入空気量Ｑａの増加に応じて遅角量を増加する（バルブリフト量を増加する）と共にエンジン回転速度の増加に応じて遅角量を増加するように目標支点位置を設定する。但し、ここで、高負荷低回転の運転域においては後述するように、最大リフト点においてバルブスプリング荷重が揺動カム面３８に大きく加わることを考慮し、この状態を回避するため、高負荷低回転の運転域においては遅角量の増加を抑制し、バルブリフト量の増加を抑え、リフト先端部ｂ−２に大きな揺動カム荷重（図９（ａ）参照）が加わることを予め排除するように制御する。

ここで、高負荷高回転の運転域において、エンジンコントローラ１９は支点移動機構３４によりピン部材２５を垂直方向に配置された進角位置Ｓ１（図４参照）に切換え保持する。これにより、第１ローラ２７がベース区間ａに比較的短く当接し、クランク角θｃ２でリフト区間ｂの要部ｂ−１に当接を開始し、その直後に、図９（ａ）に示すように、例えば＋加速度（２点差線参照）が増し、吸気用カム１４に駆動される揺動カム荷重（バルブスプリング７の荷重に基づく）が最大値（図９（ａ）の太い実線）に達する。次いで、リフト区間のうち最大バルブリフト量が設定される位置（図９（ａ）におけるθｃ１の位置）の近傍で吸気バルブ５は上昇より下降に転じることで−加速度が維持され、その際の慣性の働きで揺動カム荷重は大きく低減する。更に、吸気用カム１４の閉弁側ではバルブ下降を抑制する＋加速度が増し、揺動カム荷重は増加し、その後で吸気用カム１４が閉弁位置に達する。

図９（ａ）に示すように、エンジンＥが高回転、高負荷運転域におけるθｃ１の位置近傍で揺動カム荷重は大きく低減する。この状態において、揺動カム面３８のリフト区間ｂのリフト先端部ｂ−２に第１ローラ２７が当接してもその際の揺動カム荷重は比較的小さく（図９（ａ）では最大荷重の半分以下）、リフト先端部ｂ−２におけるカム幅がＢ２と先端部以外の要部ｂ―１におけるカム幅Ｂよりも狭く形成されていても、十分に耐久性を確保できることとなる。
しかも、揺動半径ｄが比較的大きい揺動カム２３の膨出部３６１の慣性質量の低減を図ることができ、これに応じて揺動カム２３に加わるプッシャー４２の戻しばねのスプリング荷重を十分に低減することができ、これに付随して戻しバネの荷重余裕ができるので、２つの吸気バルブ５を駆動する機構を本可変動弁装置に容易に採用することができる。

なお、図９（ａ）に細線で示すように、エンジンＥが低回転で高負荷運転域にある場合、ここでのエンジンコントローラ１９は高負荷低回転の遅角量の増加を抑制し、高負荷運転域でもバルブリフト量の増加を抑えるよう支点移動機構３４の遅角移動を排除して、中間位置Ｓ３位置（図１参照）に保持する。このように、高負荷低回転の運転域においては遅角量の増加を抑制し、バルブリフト量の増加を抑え、揺動カム面３８のリフト先端部ｂ−２に大きな揺動カム荷重（図９（ａ）参照）が加わることを予め排除するように制御する。これによって、低回転で高負荷運転域にある場合でも、リフト先端部ｂ−２がカム幅がＢ２と狭く形成されていても、十分に耐久性を確保できることとなる。

次に、低負荷運転が指示されると、これに伴い、エンジンコントローラ１９はエンジンＥを低回転に保持するよう制御すると共に支点移動機構３４により第２ローラ３２の吸気用カム１４に対する転接位置が進角方向のＳ２（図５参照）へ変位される。すると、第１ローラ２７が行き交う領域でベース区間ａｓが最も大きく、リフト区間ｂｓが最も小さい（比率ａｓ／ｂｓが大きい）ように設定される。これにより、図８中のＡ７の線図に示されるように吸気バルブ５はロッカアーム片２８を介して、最も大きいベース区間ａｓと最も小さいリフト区間ｂｓとがなす揺動カム面３８の部分で駆動され、低リフトでの最大のバルブリフト量Ｒｖ７、さらには遅角側での開閉タイミングＴｓ７で吸気バルブ５が開閉される。

この運転状態での揺動カム面３８では、図９（ｂ）に示すように、第１ローラ２７がベース区間ａに比較的長く当接し、その後、クランク角θｃ３でリフト区間ｂの要部ｂ−１に当接を開始し、＋加速度が増し、吸気用カム１４に駆動される揺動カム２３が受ける揺動カム荷重（バルブスプリング７の荷重に基づく）が最大値（図９（ｂ）参照）に達する。次いで、リフト区間のうち最大バルブリフト量が設定される位置θｃ１’の近傍で吸気バルブ５は上昇より下降に転じることで−加速度が維持され、その際、比較的小さな慣性の働きで揺動カム荷重は低減（図９（ｂ）参照）にする。更に、閉弁側ではバルブ下降を抑制する＋加速度が増し、揺動カム荷重も増加に転じ、その後で吸気用カム１４が閉弁位置に達する。

図９（ｂ）に示すように、エンジンＥが低回転域、低負荷運転域では、リフト量が比較的小さいことにより、バルブが受けるバルブスプリング７の荷重が小さく、揺動カム荷重も比較的小さくなる。しかも、ここでは、リフト区間ｂのうち最大バルブリフト量が設定される位置θｃ１（図９（ａ）参照）に達する前にバルブは上昇より下降に反転しており、リフト区間ｂのリフト先端部ｂ−２に第１ローラ２７が達することがない。このため、エンジンの低回転域、低負荷運転域でリフト先端部ｂ−２におけるカム幅がＢ２と先端部以外の要部ｂ―１におけるカム幅Ｂよりも狭く形成されても、十分に耐久性を確保できることとなる。

次に、現在の運転域が中回転中負荷運転域であるとすると、エンジンコントローラ１９は目標値として中リフトとなる進角位置Ｓ１、Ｓ２の中間位置Ｓ３の近傍にセンタロッカアーム２２の支点位置を位置決めする。すると、第１ローラ２７が行き交う領域でベース区間ａｓ及びリフト区間ｂｓの比率ａｓ／ｂｓが中間値に設定される。これにより、例えば、図８中のＡ５〜Ａ３の線図に示されるように吸気バルブ５はバルブリフト量がＲｖ７とＲｖ１の中間値で、開閉タイミングがＴｓ７とＴｓ１の中間値で開閉駆動される。
この運転状態では、バルブスプリング７の荷重に基づく揺動カム荷重も中間値と比較的小さく、この運転域での最大バルブリフト量が設定される位置もθｃ１〜θｃ１’の中間となり、リフト先端部ｂ−２におけるカム幅がＢ２と要部ｂ―１におけるカム幅Ｂよりも狭く形成されても、耐久性は問題とならない。

このように図１の内燃機関の可変動弁装置では、リフト区間ｂのうち最大バルブリフト量が設定されるリフト先端部ｂ−２におけるカム幅Ｂ２がリフト先端部ｂ−２以外の要部ｂ−１におけるカム幅Ｂよりも狭く形成される。このため、エンジンＥが高回転域で駆動する場合であっても、揺動カム面３８のリフト先端部ｂ−２及びベース先端部ａ−２及びこれら部位と対向する膨出部３６１の各部位がその両側縁側を所定量切除されて、慣性質量の低減が図られている。特に、ここでは揺動半径ｄの大きなリフト先端部ｂ−２側の慣性質量を確実に低減でき、これに伴いプッシャー４２の戻しバネ力が比較的低減されるので、揺動カム２３と連動する摺動部材（中継用アーム部３３１、凹部３９１、ホルダ部３３、第２ローラ３２、ロッカアーム２１、吸気用カム１４、）の耐久性を向上させることができる。

更に、エンジンＥが高負荷高回転域にあると、バルブリフト量が大きくなるが、最大バルブリフト量が設定されるリフト先端部ｂ−２における揺動カム荷重が、その時のバルブの開より閉への変動に伴う慣性力によるバルブスプリング荷重の打ち消し作用による影響で比較的低く保持される運転が行なわれ、しかも、低負荷低回転域ではバルブリフト量が小さくその時のバルブスプリング荷重が小さく、揺動カム荷重を比較的低く保持して運転が成される。このように、いずれの場合も最大バルブリフト量が設定されるリフト先端部ｂ−２での揺動カム荷重を比較的小さくでき、この部位の耐久性を低減させることなく軽量化を図ることができる。

更に、リフト区間ｂのリフト先端部ｂ−２は、図７（ｂ），（ｃ）に示すように、アール部ｒが設けられることで要部ｂ−１より徐々に狭く形成される。これにより、揺動カム２３のカム面３８と第１ローラ２７との間にミスアライメントが生じ、両者間が平行でなくなり、先端部ｂ−２のエッジ部ｅｃと第１ローラ２７のクリアランスがマイナスとなった場合でも、幅Ｂ２から幅Ｂ間のカム面３８と第１ローラの接触点は連続的に変化するため、荷重も連続変化となり揺動カム２３と第１ローラ２７間に過大な荷重発生を防ぎ、当接部の損傷を防ぐことができる。
更に第１ローラ２７もしくは揺動カム面にクラウニングを設け、ミスアライメント時の荷重を低減させることもできる。

また、高回転、最大リフト時の荷重は、図９（ａ）に示すように最大リフト点θｃ１に向かって徐々に小さくなっている事から、要部ｂ−１の幅Ｂから先端部ｂ−２の幅Ｂ２に向けて形成されるアール部ｒの形状を、荷重変化に合わせて徐々に幅が狭くなるように形成する事ができるため、リフト先端部の慣性質量低減効果を最適化することができる。したがって、荷重変化によっては図７（ｄ）に示すとおり、外に凸となるアール部を形成してもよい。
また、要部ｂ−１の幅Ｂから先端部ｂ−２の幅Ｂ２に向けてアール部ｒに代えて、図７（ｅ）に示すとおり傾斜面を形成しても良く、この場合もアール部ｒと同様の効果が得られる。
なお、ベース区間ａは図７（ｃ）のように傾斜壁としてもよい。

更に、揺動カム２３の慣性質量を低減できるのに伴いプッシャー４２の戻しバネ力が比較的低減されるので、摺動部材の摺接面を狭めることが可能となり、装置やエンジン本体の小型化による車両搭載性を向上させることができる。
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変更して実施しても構わない。
例えば、上述のエンジンコントローラ１９は、高負荷運転時であっても低回転域に達すると、バルブスプリング荷重がバルブ慣性力で打ち消されることがなくなる点を考慮し、バルブリフト量を所定量抑制していたが、これに限定されるものではない。即ち、エンジンコントローラ１９がエンジン負荷信号の増減に対応してエンジン回転速度が増減するようにエンジン回転数を制御し、このエンジン回転数が低回転高負荷の運転を行わないようにし、リフト先端部ｂ−２に過度のバルブスプリング荷重がかかることを排除するようにし、リフト先端部ｂ−２の耐久性を確保しても良い。

更に、図１の内燃機関の可変動弁装置ではＳＯＨＣ式動弁系（１本のカムシャフトで吸気バルブ５と排気バルブ６を駆動する構造）のエンジンＥに本発明を適用していたが、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。
更に、上述した一実施形態は、本発明を吸気バルブのロッカアーム機構に適用した例を挙げたが、これに限らず、排気バルブのロッカアーム機構に適用してもよい。

本発明の一実施形態としての内燃機関の可変動弁装置を有するエンジンのシリンダヘッドの側断面図である。 図１の内燃機関の可変動弁装置で用いるのロッカアーム機構の平面図である。 図１の内燃機関の可変動弁装置で用いるのロッカアーム機構の分解斜視図である。 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べ一ス区間およびリフト区間にロッカアームの当接部があるときの状態を示す断面図である。 同可変動弁装置の最小バルブリフト制御時におけるカム面のべ一ス区間およびリフト区間にロッカアームの当接部があるときの状態を示す断面図。 同可変動弁装置の揺動カム面を有するスイングカムと第１ローラとの当接部回りの機能説明図である。 同可変動弁装置で用いるスイングカムを示し、（ａ）は斜視図を、（ｂ）はスイングカムのカム面を、（ｃ）〜（ｅ）はそれぞれ異なる変形例のカム面を示す。 同可変動弁装置に駆動される吸気弁の開閉タイミング−バルブリフト量の特性線図である。 同可変動弁装置の揺動カムおよび吸気バルブの作動特性線図であり、（ａ）は高負荷高速運転時を、（ｂ）は低負荷低速運転時を示す。

符号の説明

５ 吸気バルブ
６ 排気バルブ
９ カムシャフト
１３ 支持軸
１４ カム
１８ ロッカアーム機構
１９ エンジンコントローラ
２１ ロッカアーム（摺動部材の一つ）
２２ センタロッカアーム（摺動部材の一つ）
２３ 揺動カム
２６ モータ（駆動源）
２７ 第１ローラ（従動部材）
３２ 第２ローラ（中間ローラ）
３４ 支点移動機構
３５ 枢支端部
３６ アーム部（揺動延出部）
３６１ 揺動端
３８ 揺動カム面
ａ ベース区間
ａ−１ 所定区間部
ａ−２ 先端部
ｂ リフト区間
ｂ−１ 要部
ｂ−２ リフト先端部
Ｂ 揺動カム移動方向と直交する方向の幅
Ｂ２ リフト先端部における幅
Ｅ エンジン

Claims (4)

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が同カムに連動する揺動カムを介して吸気又は排気バルブを開閉駆動するロッカアーム機構とを有する内燃機関の可変動弁装置において、
   前記揺動カムのカム面は、
   前記カムシャフトの近傍に配置された支持軸に枢支端部が枢支され同枢支端部より延出する揺動延出部の揺動端に前記吸気又は排気バルブを閉弁状態とすべく形成され同吸気又は排気バルブ側への押圧力が加わらない又は略一定となるベース区間と、前記吸気又は排気バルブを開弁状態とすべく形成され同吸気又は排気バルブ側への押圧力が変化するリフト区間とが連続して形成され、
   前記リフト区間のうち、最大バルブリフト量が設定される先端部における揺動カム移動方向と直交する方向の幅がリフト区間の先端部以外の要部における幅よりも狭く形成されたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記ロッカアーム構造は、
   前記揺動カムのカム面からの押圧力を受けることで支点位置回りに回動して作用端部に当接する吸気又は排気バルブを駆動する第１アームと、
   前記カムからの押圧力を受けるカム当接部と同カム当接部より所定量離れ同カムからの押圧力を前記揺動カムに伝達する支点端部とを有した第２アームと、
   前記カムと前記カム当接部との当接位置を同カムの移動方向前後へ変位させるべく駆動源からの切換え操作力を受けることで前記第２アームを変動させる支点移動機構とを備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
3. 請求項１又は２記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記支点移動機構は内燃機関が高負荷高回転域にあるとベース区間に対するリフト区間が増大するように前記第２アームを変動させ、低負荷低回転域にあるとベース区間に対するリフト区間が低減するように前記第２アームを変動させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
4. 請求項１、２又は３記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記リフト区間の先端部は、前記要部より徐々に狭く形成されたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
   

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