JP2007231782A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関１の吸気バルブ１４の作動特性を可変するための可変動弁機構３であって、バルブ打部材４２による吸気バルブ１４の作動特性を複数パターンに変更可能とし、制御の自由度を高める。
【解決手段】可変動弁機構３は、ロッカシャフト３１、コントロールシャフト３２、カム被打部材４１、バルブ打部材４２、スライダギア４３を有する。バルブ打部材４２に、バルブ１４の作動特性を可変するためのカム面４２ｄ₁，４２ｄ₂を二つ以上軸方向隣り合わせに設ける。必要に応じて、バルブ打部材４２およびカム被打部材４１をコントロールシャフト３２と平行な方向に変位させることによりバルブ打部材４１のいずれかのカム面４２ｄ₁，４２ｄ₂を選択的に使用するための切り替え手段６を有する。これにより、バルブ打部材４２による吸気バルブ１４の作動特性を複数パターンのなかから選べるようになる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの作動特性を可変する可変動弁機構に関する。

内燃機関の運転状態に応じて、吸気バルブや排気バルブのバルブリフト量や作用角等の作動特性を可変とする可変動弁機構が知られている(例えば特許文献１参照。)。

この可変動弁機構は、カムとバルブとの間に配置される仲介駆動機構を有しており、この仲介駆動機構は、ロッカシャフトの中心孔に挿通されるコントロールシャフトの軸方向の動きに連動するスライダギアによって入力部（カム被打部材）と二つの揺動カム（バルブ打部材）とを相対的に回動させることで、それらの相対位相差を変更し、バルブのリフト量を調整するようになっている。

この従来例では、コントロールシャフトを軸方向に変位させることで、入力部に対して二つの揺動カムを同時に相対回動させるようにしており、入力部に対する左右の揺動カムの位相差を個別に変更するようにはなっていない。

ところで、上記のような可変動弁機構において、入力部と二つの揺動カムとを含むアッセンブリ全体を軸方向一方向へ変位させることで揺動カムにより吸気バルブをリフトさせないようにして吸気バルブを閉状態とする気筒休止を行えるようにしたものが考えられている（例えば特許文献２参照。）。
特開２００１−２６３０１５号公報 特開平５−２４８２１８号公報

上記従来例では、例えばアイドリング運転や低負荷運転時等において、吸気バルブの作動を停止させる気筒休止を行うことによって燃費の低減を図ることが可能である。

しかしながら、吸気バルブ（または排気バルブ）の作動特性パターンは一種類になっており、二種類の作動特性パターンを意図的に選択できるようにはなっていない。ここに改良の余地がある。

本発明は、内燃機関の可変動弁機構において、バルブ打部材によるバルブの作動特性の自由度を高めることを目的としている。

本発明は、シリンダヘッド上にカムシャフトと平行に固定支持されるロッカシャフトの中心孔にコントロールシャフトを軸方向変位可能に挿通し、前記ロッカシャフトの外周にスライダギアを前記コントロールシャフトと連動可能に外装し、このスライダギアにカム被打部材およびバルブ打部材を軸方向隣り合わせにそれぞれ傾斜方向が反対のヘリカルスプラインを介して外装し、前記コントロールシャフトを軸方向に変位させて前記カム被打部材に対する前記バルブ打部材の相対位相差を変更することで内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの作動特性を変更可能とする構成の可変動弁機構であって、前記バルブ打部材には、バルブの作動特性を変化させるためのカム面が二つ以上軸方向隣り合わせに設けられており、必要に応じて、前記バルブ打部材およびカム被打部材を前記コントロールシャフトと平行な方向に変位させることにより前記バルブ打部材のいずれかのカム面を選択的に使用する切り替え手段を有することを特徴としている。

この構成では、内燃機関の運転状況に応じてバルブの作動特性を任意に二つ以上のパターンに切り替えることが可能になり、内燃機関の運転状況に見合った細かな制御が可能になる。

なお、バルブの作動特性とは、バルブリフト量やバルブ作用角等である。また、一気筒あたりの吸気用または排気用のバルブの使用数は、一つ以上とされる。その場合、バルブ打部材の数が、前記バルブの使用数と同数となる。

例えば作動特性の調整対象となるバルブを吸気バルブとする場合、仮に、アイドリング運転や低負荷運転時等のように燃焼室への混合気導入速度が比較的遅くなる状況において、例えば二つの吸気バルブの開度を異ならせることによって、二つの吸気ポートから燃焼室に対する混合気の導入量をアンバランスにさせることが可能になる。それによって、燃焼室内で混合気の旋回流（スワール）が発生しやすくなる等、燃焼条件を良好とすることが可能になる。

好ましくは、前記バルブ打部材は、円筒形でかつ外周に径方向外向きへ突出するノーズを有するものとされ、前記ノーズの一辺に前記二つ以上のカム面が幅方向に並んで設けられる。

この構成によれば、二つ以上のカム面を持つバルブ打部材の形状が比較的簡単であるから、比較的容易に製造することが可能になる。

好ましくは、前記切り替え手段は、前記カム被打部材およびバルブ打部材を軸方向両側から挟む形態で保持するホルダと、前記コントロールシャフトと平行に配置されて前記ホルダが一体的に固定される直線形状の操作バーと、操作バーをその長手方向に沿って変位させる駆動系と、駆動系の動作を制御する制御系とを含む。

この構成では、切り替え手段について一般的に知られるような送り機構を備える構成としたうえで、この送り機構を駆動系ならびに制御系で動作させるように構成しているから、その構成自体が比較的簡素になり、設備コストを抑制するうえで有利となる。

好ましくは、前記制御系は、要求に応じて前記ホルダの現在位置を検出する検出手段の検出出力と目標値との偏差に基づき前記駆動系の動作を制御する。

この構成によれば、バルブ打部材の変位位置を高精度に管理することが可能になる。

好ましくは、前記バルブ打部材は、カム被打部材の軸方向両側に一つずつ計二つ設けられていて、この二つのバルブ打部材が、一気筒あたりに設られる二つの吸気バルブまたは排気バルブを個別に開閉動作させるよう配置される。

この構成では、可変動弁機構の装備対象となる内燃機関の構成を明確にしている。

好ましくは、前記いずれか一方のバルブ打部材には、バルブの作動特性を変化させるための機能が異なる二つのカム面を有し、前記残り他方のバルブ打部材は、単一のカム面を有する。

この構成では、一方のバルブ打部材のみが二つのカム面のうちのいずれか一方を選択的に使えるようになるから、二つのバルブ打部材によるバルブの作動特性を、同じにする共通組み合わせ形態や、異ならせる異種組み合わせ形態にすることが可能になる。

好ましくは、前記両バルブ打部材は、それぞれ、バルブの作動特性を変化させるための機能が異なる二つのカム面を有する。

この構成によれば、例えば内燃機関の運転状況に応じて、前記二つのバルブ打部材が二つのカム面のうちのいずれか一方のカム面を選択することが可能になっているから、内燃機関の運転状況に適した燃焼条件を確保するうえで有利となる。

本発明によれば、バルブ打部材によるバルブの作動特性の自由度を高めることが可能になり、内燃機関を運転状況に応じて様々な形態で制御することが可能になる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１から図２０に本発明の一実施形態を示している。

まず、本発明の特徴構成の説明に先立ち、本発明の前提となる内燃機関の可変動弁機構の構成を説明する。ここでは、図１および図２に示すように、内燃機関１として直列４気筒型ＤＯＨＣエンジンで、一気筒あたりの吸気バルブ１４および排気バルブ１５をそれぞれ二つとした四バルブタイプを例に挙げており、この内燃機関１における一気筒あたり二つの吸気バルブ１４，１４に可変動弁機構３を付設した例を挙げている。なお、排気バルブ１５についても同様に可変動弁機構３を用いて駆動する構成にできるが、説明を簡単にするため、ここでの説明を割愛する。

可変動弁機構３は、吸気バルブ１４，１４のバルブリフト量や作用角を連続的に変更可能とするものであって、その構成については、例えば特開２００１−２６３０１５号公報に詳細に記載されているが、例えば図１から図１０に示すように、ロッカシャフト３１と、コントロールシャフト３２と、アクチュエータ３３と、およびバルブリフト機構４等とを備えている。

この可変動弁機構３は、吸気カムシャフト１６のカムロブ１７とローラロッカアーム２４との間に配設されている。なお、ローラロッカアーム２４は、一端がラッシュアジャスタ２５に支持され、他端が吸気バルブ１４上端のタペット１４ａに当接されている。ローラロッカアーム２４は、長手方向中間にローラ２４ａが回動可能に支持された、いわゆるエンドピボッドタイプと呼ばれるものである。ラッシュアジャスタ２５は、例えば油圧式であり、吸気バルブ１４のタペットクリアランスを常にゼロに保つように機能する公知の構成である。

ロッカシャフト３１は、シリンダヘッド１２に一定間隔ごとに設けられた多数の隔壁（支持台に相当）２１と、この隔壁２１上に被せるように取り付けられるカムキャップ２２とによって軸方向ならびに周方向に不動となるように支持されている。このロッカシャフト３１は、吸気カムシャフト１６および排気カムシャフト１８と平行つまり気筒（燃焼室１３）の配列方向に沿って配置されている。

コントロールシャフト３２は、中空パイプからなるロッカシャフト３１の中心孔内に軸方向変位可能に挿入されており、アクチュエータ３３によって軸方向に進退駆動される。

バルブリフト機構４は、気筒数と同数設けられており、ロッカシャフト３１に対し各気筒と対応するように外装されている。このバルブリフト機構４は、カム被打部材としての入力アーム４１、バルブ打部材としての二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂおよびスライダギア４３を備えている。

入力アーム４１は、円筒形のハウジング４１ａを有し、その内周面には、スライダギア４３の入力側ヘリカルスプライン４３ａに噛み合うヘリカルスプライン４１ｂが形成されている。

この入力アーム４１において、ハウジング４１ａの外周には、径方向外向きへ突出する一対のフォーク４１ｃＬ，４１ｃＲが設けられ、この一対のフォーク４１ｃＬ，４１ｃＲの間には、ロッカシャフト３１と平行な支軸４１ｄが架け渡され、この支軸４１ｄには、ローラ４１ｅが回転自在に外嵌支持されている。

出力アーム４２Ａ，４２Ｂは、共に、円筒形のハウジング４２ａを有し、その内周面には、スライダギア４３の出力側ヘリカルスプライン４３ｂに噛み合うヘリカルスプライン４２ｂが形成されている。この出力アーム４２Ａ，４２Ｂのハウジング４２ａの外周には、径方向外向きへ突出するノーズ４２ｃが設けられている。このノーズ４２ｃは、側面視で略三角形状に形成されており、その一辺にカム面４２ｄが設けられている。

スライダギア４３は、ロッカシャフト３１上にコントロールシャフト３２と連動して軸方向に移動可能に外装されていて、その外径側に入力アーム４１と二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂとが外装されている。

このスライダギア４３は、中心に貫通孔４３ｃを有する円筒形状に形成されており、その外周における軸方向中間には、入力アーム４１のヘリカルスプライン４１ｂに噛み合う入力側ヘリカルスプライン４３ａが、また、外周における軸方向両側には、出力アーム４２Ａ，４２Ｂのヘリカルスプライン４２ｂに噛み合う出力側ヘリカルスプライン４３ｂが形成されている。

出力側ヘリカルスプライン４３ｂは、入力側ヘリカルスプライン４３ａに対して外径が小さく形成されている。入力側ヘリカルスプライン４３ａと出力側ヘリカルスプライン４３ｂとは、歯すじの傾斜方向が反対となるように形成されている。

そして、入力アーム４１のローラ４１ｅは、シリンダヘッド１２に圧縮状態で配設されたロストモーションスプリング２６によって、常にカムロブ１７へ押しつけられるように弾発付勢されている。出力アーム４２Ａ，４２Ｂのハウジング４２ａのベース円部分、またはノーズ４２ｃのカム面４２ｄのいずれかに、吸気バルブ１４のバルブスプリング１４ｂによってローラロッカアーム２４のローラ２４ａが圧接されている。このような関係により、カムロブ１７の回転によって入力アーム４１が揺動され、この入力アーム４１と一体的に揺動する出力アーム４２Ａ，４２Ｂによって、ローラロッカアーム２４を介して吸気バルブ１４がリフトされるようになっている。

ここで、ロッカシャフト３１およびコントロールシャフト３２に対するスライダギア４３の結合形態について、図５から図８を用いて説明する。

ロッカシャフト３１に外嵌されるスライダギア４３を、ロッカシャフト３１内のコントロールシャフト３２に動力伝達可能に連結するために、スライダギア４３の内周溝４３ｄ内には、縦断面で部分円弧状のブッシュ４６が配設されている。

このブッシュ４６には、周方向中間にピン挿入孔（貫通孔）４６ａが形成されており、コネクトピン４４を介してコントロールシャフト３２に連結されている。

具体的には、コネクトピン４４の先端部がブッシュ４６のピン挿入孔４６ａに挿入されており、コネクトピン４４の末端部がコントロールシャフト３２のピン挿入孔３２ａに挿入されている。また、コネクトピン４４の中間部がロッカシャフト３１の長孔３１ａに挿入されている。

このように組み付けられたスライダギア４３は次のように動作する。

コントロールシャフト３２は、ロッカシャフト３１の長孔３１ａの軸方向長さの範囲内で、ロッカシャフト３１に対して軸方向に移動可能となっている。また、スライダギア４３は、内周溝４３ｄとブッシュ４６との係合により、コントロールシャフト３２に対する軸方向の位置が固定されている。

そのため、アクチュエータ３３の駆動によりコントロールシャフト３２が軸方向に移動されると、その動作がコネクトピン４４およびブッシュ４６を介してスライダギア４３に伝えられる。これにより、コントロールシャフト３２に連動してスライダギア４３が軸方向に移動する。

加えて、ブッシュ４６がスライダギア４３の内周溝４３ｄ内を周方向に移動可能となっているので、その範囲内で、スライダギア４３がコントロールシャフト３２に対し回動可能となっている。これにより、コントロールシャフト３２が軸方向に移動されると、スライダギア４３は、軸方向に移動しながら、コントロールシャフト３２に対して回動する。

また、入力アーム４１に吸気カムシャフト１６のトルクが伝達されると、そのトルクが入力アーム４１からスライダギア４３を介して出力アーム４２Ａ，４２Ｂに伝達されるが、このとき、スライダギア４３は、ロッカシャフト３１の回りを揺動する。

このようなバルブリフト機構４において、コントロールシャフト３２とともにスライダギア４３を軸方向に移動させて、スライダギア４３と入力アーム４１および出力アーム４２Ａ，４２Ｂとの軸方向における相対位置を変更することにより、入力アーム４１と出力アーム４２Ａ，４２Ｂとに互いに逆方向のねじり力が付与されることになる。これにより、入力アーム４１と出力アーム４２Ａ，４２Ｂとが相対回転し、入力アーム４１のローラ４１ｅと出力アーム４２Ａ，４２Ｂのノーズ４２ｃとの相対位相差が変更されるようになる。

なお、上記可変動弁機構３においては、共通する１本のコントロールシャフト３２に気筒毎のバルブリフト機構４・・・がそれぞれ固定されているので、コントロールシャフト３２の軸方向移動にともなって全気筒の吸気バルブ１４のリフト量が同時に変更されるようになっている。但し、気筒毎のバルブリフト機構４を個別に動作させるようにすることも可能である。

次に、可変動弁機構３の動作を説明する。

図９（ａ）に示すように、カムロブ１７のベース円部分が入力アーム４１のローラ４１ｅに当接しているとき、ローラロッカアーム２４のローラ２４ａは、出力アーム４２Ａ，４２Ｂのハウジング４２ａのベース円部分と当接した状態にある。このため、吸気バルブ１４はリフト量が「０」の状態（吸気ポート１２ａを閉じた状態）に維持される。

そして、吸気カムシャフト１６の時計方向の回転に伴い、入力アーム４１のローラ４１ｅがカムロブ１７のリフト部分を通じて押し下げられると、入力アーム４１がロッカシャフト３１に対して、図９（ａ）の反時計回り方向（矢符Ａ方向）に回動する。また、これにともなって、出力アーム４２Ａ，４２Ｂおよびスライダギア４３が一体となって回動する。

これにより、出力アーム４２Ａ，４２Ｂのノーズ４２ｃに形成されたカム面４２ｄが、ローラロッカアーム２４のローラ２４ａに当接し、カム面４２ｄの押圧によってローラ２４ａが押し下げられる。

図９（ｂ）に示すように、ローラロッカアーム２４のローラ２４ａがカム面４２ｄにより押圧されているとき、ローラロッカアーム２４がラッシュアジャスタ２５との当接部を中心として揺動し、吸気バルブ１４が開弁される。

コントロールシャフト３２がアクチュエータ３３から離れる方向（図３における矢符Ｆ方向）に最大限まで移動した状態では、ロッカシャフト３１の軸心回りにおける入力アーム４１のローラ４１ｅと、出力アーム４２Ａ，４２Ｂのノーズ４２ｃとの相対位相差が最大となる。

これにより、カムロブ１７がローラ４１ｅを最大限に押し下げたとき、ローラロッカアーム２４のローラ２４ａの変位差が最も大きくなり、吸気バルブ１４は最大のバルブリフト量および作用角で開閉される。

図１０（ａ）に示すように、カムロブ１７のベース円部分が入力アーム４１のローラ４１ｅに当接しているときには、出力アーム４２Ａ，４２Ｂとローラ２４ａとの当接位置は、カム面４２ｄから最大限まで離れた位置にある。そして、吸気カムシャフト１６の回転によって、入力アーム４１のローラ４１ｅがカムロブ１７のリフト部分により押し下げられると、入力アーム４１と出力アーム４２Ａ，４２Ｂとが一体となって回動する。

ただし、この場合、出力アーム４２Ａ，４２Ｂとローラ２４ａとの当接位置は、カム面４２ｄから最大限離れているので、カム面４２ｄによるローラロッカアーム２４のローラ２４ａの押し下げが開始されるまでの出力アーム４２Ａ，４２Ｂの回転量が、図９に示した作動状態に比べて大きくなる。また、カムロブ１７のリフト部分を通じて入力アーム４１のローラ４１ｅが押し下げられた際、ローラ２４ａと当接するカム面４２ｄの範囲が、ノーズ４２ｃの基端側の一部のみに縮小される。このため、カムロブ１７のリフト部分によるローラ４１ｅの押し下げに応じたローラロッカアーム２４の揺動量は小さくなる。

図１０（ｂ）に示すように、ローラロッカアーム２４の揺動量が小さいことにより、吸気バルブ１４は、より小さいバルブリフト量にて開弁されるようになる。

また、コントロールシャフト３２がアクチュエータ３３に近づく方向（図３における矢符Ｒ方向）に最大限まで移動した状態では、ロッカシャフト３１の軸心回りにおけるローラ４１ｅとノーズ４２ｃとの相対位相差が最小となる。

これにより、カムロブ１７がローラ４１ｅを最大限に押し下げたときのローラ２４ａの変位量は最も小さくなり、吸気バルブ１４が最小のバルブリフト量および作用角で開閉されるようになる。

なお、図１０では、吸気バルブ１４の最大リフト量が「０」となる場合を示しているため、カムロブ１７がローラ４１ｅを最大限に押し下げた場合でも、図１０（ｂ）に示すように、吸気バルブ１４のリフト量が「０」の状態に維持される。

次に、上述した基本構成を有する可変動弁機構３に本発明の特徴に関する構成を適用した実施形態について、図１１から図２０を参照して説明する。図では、説明をわかりやすくするために、一つの気筒（燃焼室１３）のみを示している。

上述した可変動弁機構３は、バルブリフト機構４の入力アーム４１に対する二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂの相対位相差を連続的に変えることによってバルブリフト量やバルブ作用角等の作動特性を調整するようになっているが、その作動特性について、予め特定された二つの作動特性のなかから適宜に選択できるように工夫している。

この実施形態では、一気筒あたりの吸気バルブ１４および排気バルブ１５をそれぞれ二つとした四バルブタイプの内燃機関１において、一気筒あたり二つの吸気バルブ１４，１４のうち、一方の吸気バルブ１４を、二つの作動特性のうちの一方に任意に切り替えできるようにし、残り他方の吸気バルブ１４を、単一の作動特性に固定するようにしている。

以下、具体的に、上記一方の吸気バルブ１４の作動特性を切り替えるための切り替え手段６について、図１１から図２０を参照して以下で詳細に説明する。

つまり、二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂのうち、例えば図１１の右側に位置する第１の出力アーム４２Ａのノーズ４２ｃには、単一のカム面４２ｄが設けられているが、例えば図１１の左側に位置する第２の出力アーム４２Ｂのノーズ４２ｃには、図１６から図１８に示すように、二つのカム面４２ｄ₁，４２ｄ₂が軸方向で隣り合うように設けられている。

この実施形態では、第１の出力アーム４２Ａに備える単一のカム面４２ｄおよび第２の出力アーム４２Ｂに備える二つのカム面４２ｄ₁，４２ｄ₂のすべてを凹状に湾曲する断面形状にするとともに曲率を同じにしたうえで、第２の出力アーム４２Ｂに備える第１のカム面４２ｄ₁だけを、第２の出力アーム４２Ｂに備える第２のカム面４２ｄ₂および第１の出力アーム４２Ａに備える単一のカム面４２ｄに対し円周方向に所定角度ずらして配置している。

具体的に、例えば図１１の左側に位置する第２のカム面４２ｄ₂は、図１９のグラフ中の実線で示すように、コントロールシャフト３２の軸方向変位量に応じて吸気バルブ１４の作用角が所定の傾きαでもってリニアに増加する作動特性（矢符Ｘ参照）を得るような機能を有している。

一方、例えば図１１の右側に位置する第１のカム面４２ｄ₁については、図１９のグラフ中の一点鎖線で示すように、コントロールシャフト３２の初期段階の軸方向変位に対し吸気バルブ１４の作用角をわずかな傾きβでもってリニアに増加させた後、軸方向変位量が一定以上になると前記第１パターンと同一の傾きαでリニアに増加する作動特性（矢符Ｙ参照）を得るような機能を有している。

なお、第１の出力アーム４２Ａに備える単一のカム面４２ｄは、上述した第２の出力アーム４２Ｂに備える第２のカム面４２ｄ₂と同一の作動特性（図１９の矢符Ｘ参照）を得るような断面形状になっている。

つまり、必要に応じて、一気筒あたり二つの吸気バルブ１４，１４に関する両作動特性について、図１９に示すように、Ｘ，Ｙと異ならせる異種組み合わせ形態や、図２０に示すように、Ｘ，Ｘと同じにする共通組み合わせ形態にすることが可能になる。

前記異種組み合わせ形態では、第２の出力アーム４２Ｂに備える第１のカム面４２ｄ₁を選択して、この第１のカム面４２ｄ₁と、第１の出力アーム４２Ａに備える単一のカム面４２ｄとで二つの吸気バルブ１４，１４を開閉動作させることになる。この場合、二つの吸気バルブ１４，１４の開度は、異なるようになる。

前記共通組み合わせ形態では、第２の出力アーム４２Ｂに備える第２のカム面４２ｄ₂を選択して、この第２のカム面４２ｄ₂と、第１の出力アーム４２Ａに備える単一のカム面４２ｄとで二つの吸気バルブ１４，１４を開閉動作させることになる。この場合、二つの吸気バルブ１４，１４の開度は、同じになる。

また、第１の出力アーム４２Ａに備える単一のカム面４２ｄの幅寸法については、第２の出力アーム４２Ｂに備える二つのカム面４２ｄ₁，４２ｄ₂の総幅と同じかそれより大きく、または下記ストロークの寸法以上に設定される。

このようにする理由については、下記動作説明においてアームアッセンブリ（入力アーム４１および二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂ）を軸方向に所定ストローク範囲で往復変位させる際に、第１の出力アーム４２Ａに備える単一のカム面４２ｄの幅内にローラロッカアーム２４のローラ２４ａを必ず配置させて、両者をエッジ当たりさせないようにするためである。

言い換えれば、アームアッセンブリを軸方向に変位させても、第１の出力アーム４２Ａに備える単一のカム面４２ｄとローラ２４ａとを必ず広い面で当接させるようにすることにより、両者間にエッジ荷重や偏荷重を発生させないようにしているのである。このようにすれば、各部の動作を円滑に保つうえで有利となる。

ここで、切り替え手段６は、要するに、必要に応じて、アームアッセンブリ（入力アーム４１および二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂ）をコントロールシャフト３２と平行な方向に変位させることによって、第２の出力アーム４２Ｂに備える二つのカム面４２ｄ₁，４２ｄ₂のうちのいずれか一方を、当該第２の出力アーム４２Ｂの駆動対象となる一方の吸気バルブ１４に対応するローラロッカアーム２４のローラ２４ａに当接させるようにするためのものである。

この切り替え手段６は、ホルダ６１、操作バー６２、駆動系（６３，６４）、制御系（６５，６６）を含んでいる。

ホルダ６１は、入力アーム４１および二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂを軸方向両側から挟む形態で保持するもので、図１１から図１３に示すように、長板状の胴部６１ａの長手方向両端に一対の突片６１ｂ，６１ｃを一体に設けて平面視で略コ字形となるように形成されている。

このホルダ６１の胴部６１ａの背面には、凸部６１ｄが設けられており、この凸部６１ｄには、胴部６１ａの長手方向に沿う貫通孔６１ｅが設けられている。

なお、ホルダ６１において、第１の出力アーム４２Ａとそれに軸方向で対向する一方（図１１の右側）の突片６１ｂとの対向間、および第２の出力アーム４２Ｂとそれに軸方向で対向する他方（図１１の左側）の突片６１ｃとの対向間には、バルブリフト量やバルブ作用角等の作動特性の初期値を調整するためのシム７，７が介装される。

このシム７，７の厚みを適宜選択することによって、スライダギア４３に対するアームアッセンブリ（入力アーム４１および二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂ）の初期相対位置を適宜変更することができる。このシム７は、馬蹄形状になっていて、その上端の取付片７ａがホルダ６１の突片６１ｂ，６１ｃにボルト７ｂ等によって固定される。

操作バー６２は、直線形状の丸棒からなり、ロッカシャフト３１およびコントロールシャフト３２と平行に配置されるようにシリンダヘッド１２の隔壁２１とカムキャップ２２とからなる支持台に対し、軸方向変位可能に支持されている。

この操作バー６２は、それが軸方向に変位駆動されたときに、その変位に連動してホルダ６１を軸方向に変位させるように一体的に連結されている。この連結部分の構成については後で詳しく説明する。

駆動系は、操作バー６２をその長手方向に沿って直線的に変位させるものであって、例えば油圧シリンダ６３と、オイルコントロールバルブ６４とを含む構成である。

なお、油圧シリンダ６３は、そのピストン（図示省略）の外端が操作バー６２の一端に同軸上に突き合わされるような状態で連結されるようになっている。また、オイルコントロールバルブ６４は、油圧シリンダ６３における油圧室（図示省略）内の油圧を制御するものである。このオイルコントロールバルブ６４は、例えばシリンダヘッド１２内に設置される油圧経路（図示省略）に設置される。

制御系は、前記駆動系の動作を制御するものであって、制御手段６５と、検出手段６６とを含む構成である。

制御手段６５は、要求に応じて検出手段６６からの検出出力に基づきホルダ６１の現在位置を検出し、この検出した現在位置と目標位置との偏差を求め、この偏差に基づきオイルコントロールバルブ６４を駆動することにより油圧シリンダ６３を制御するようになっている。この制御手段６５は、内燃機関１の動作制御を司るエンジンＥＣＵによって構成されたものとすることができるが、それとは別の独立したＥＣＵとすることができる。

また、検出手段６６は、例えば一般的に公知の各種の非接触式の近接センサとされ、ホルダ６１において第１の出力アーム４２Ａ寄りの突片６１ｂの外側面と軸方向で対向する部分、例えば隔壁２１およびカムキャップ２２からなる支持台に設置されて、前記突片６１ｂの外側面との離隔距離を検出する。

次に、上述した切り替え手段６の動作を説明する。

まず、制御系、駆動系によって操作バー６２を図１１中の矢印Ｒ方向（エンジンリア方向）に所定ストローク変位させると、この操作バー６２と一体的に同方向へ連動されるホルダ６１でもってアームアッセンブリ（入力アーム４１および二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂ）が、図１４中の矢印Ｒ方向へ動かされて図１４中の左側に片寄った位置に配置される。

なお、このときは、スライダ４３が軸方向不動とされる関係より、各アーム４１，４２Ａ，４２Ｂのヘリカルスプラインとスライダギア４３の各ヘリカルスプラインとの動力変換作用でもって、アームアッセンブリである入力アーム４１および二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂが所定角度だけ回転する。但し、入力アーム４１と二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂとは反対向きに回る。

これにより、第２の出力アーム４２Ｂに備える第１のカム面４２ｄ₁が、図１４および図１６に示すように、ローラロッカアーム２４のローラ２４ａに当接する状態になる。ちなみに、この状態が、上述した異種組み合わせ形態である。

一方、操作バー６２を図１１中の矢印Ｆ方向（エンジンフロント方向）に所定ストローク変位させると、この操作バー６２と一体的に同方向へ追従変位するホルダ６１でもってアームアッセンブリが、図１５中の矢印Ｆ方向へ動かされて図１５中の右側に片寄った位置に配置される。

なお、このときも、上記同様に、入力アーム４１および二つの出力アーム４２Ａ，４２Ｂが所定角度だけ回転する。

これにより、第２の出力アーム４２Ｂに備える第２（図１１の左側）のカム面４２ｄ₂が、図１５および図１７に示すように、ローラロッカアーム２４のローラ２４ａに当接する状態になる。ちなみに、この状態が、上述した共通組み合わせ形態である。

このようにして、内燃機関１の運転状況に応じて上述した異種組み合わせ形態や共通組み合わせ形態を適宜に選択することが可能になるのである。参考までに、例えば内燃機関１のアイドリング運転時や低負荷運転時等に、上述した異種組み合わせ形態とし、内燃機関１の中速、高速運転時に、上述した共通組み合わせ形態とすることが考えられる。

前述したようなアイドリング運転や低負荷運転時等では、燃焼室１３への混合気導入速度が比較的遅くなる。このような状況において、上記共通組み合わせ形態、つまり二つの吸気バルブ１４，１４の開度を同一にすると、燃焼室１３内の隅々へ混合気が行き届きにくくなる現象が発生することが懸念される。

このような状況では、上記異種組み合わせ形態とすれば、第２出力アーム４２Ｂに備える第１カム面４２ｄ₁で動作される一方の吸気バルブ１４のリフト量が、第１出力アーム４２Ａに備える単一のカム面４２ｄで動作される他方の吸気バルブ１４のリフト量より小さくなる。

このようにすれば、二つの吸気バルブ１４，１４の開度が異なることになるので、二つの吸気ポート１２ａ，１２ａから燃焼室１３への混合気導入量がアンバランスとなり、それによって、燃焼室１３内で混合気の旋回流（スワール）が発生しやすくなる等、燃焼条件を良好とすることが可能になる。

ところで、この実施形態では、各気筒（燃焼室１３）のアームアッセンブリそれぞれにホルダ６１を個別に取り付けるのであるが、それらすべてのホルダ６１の軸方向変位動作を、単一の操作バー６２および駆動系でもって行わせるようにしている。

このようにした場合、通常は、すべてのホルダ６１が同じタイミングで同じ方向に動かされることになるが、そもそも、吸気バルブ１４や排気バルブ１５の開閉タイミングが気筒毎に相違しているので、気筒毎のホルダ６１を動かすタイミングを気筒毎に変える必要がある。

このようなことから、前述したように操作バー６２および駆動系を単一としながら、気筒毎のホルダ６１を動かすタイミングを気筒毎に変えるための構成について、以下で詳しく説明する。

そもそも、気筒毎のホルダ６１を軸方向に変位させるタイミングについては、次のように特定するのが好ましい。

つまり、第２の出力アーム４２Ｂに備える二つのカム面４２ｄ₁，４２ｄ₂が軸方向で段差がついているので、図１６または図１７に示すようなリフト状態、つまり第２の出力アーム４２Ｂに備える第１カム面４２ｄ₁または第２のカム面４２ｄ₂が、ローラロッカアーム２４のローラ２４ａに当接して吸気バルブ１４をリフトさせている状態のときに、仮に、ホルダ６１を軸方向に変位させると、次のような不具合が生ずる。

例えば、まず、図１４および図１６に示すように、第２の出力アーム４２Ｂに備える第１のカム面４２ｄ₁でローラロッカアーム２４のローラ２４ａを押さえている場合において、第２の出力アーム４２Ｂに備える第２のカム面４２ｄ₂を使用する状態に切り替えるために、ホルダ６１を図１４の矢印Ｒ方向（図中の左側）に変位させようとしても、その変位自体が不可能となる。というのは、第１のカム面４２ｄ₁がローラロッカアーム２４のローラ２４ａへ乗り移ろうとする際に、第１のカム面４２ｄ₁と第２のカム面４２ｄ₂との間の段壁面にローラロッカアーム２４のローラ２４ａが衝突することになるからである。

また、それとは逆に、図１５および図１７に示すように、第２の出力アーム４２Ｂに備える第２のカム面４２ｄ₂でローラロッカアーム２４のローラ２４ａを押さえている場合において、第２の出力アーム４２Ｂに備える第１のカム面４２ｄ₁を使用する状態に切り替えるために、ホルダ６１を図１５の矢印Ｆ方向（図中の右側）に変位させようとすると、その変位自体は可能であるものの、第１のカム面４２ｄ₁がローラロッカアーム２４のローラ２４ａへ乗り移る過程で、第２のカム面４２ｄ₂と第１のカム面４２ｄ₁との段差分について第１のカム面４２ｄ₁とローラロッカアーム２４のローラ２４ａとの間に隙間が生じ、ラッシュアジャスタ２５によってローラロッカアーム２４のローラ２４ａを上昇させるまでのロスタイムによって第１のカム面４２ｄ₁が吸気バルブ１４をリフトさせることができなくなってしまう等、吸気バルブ１４のリフト動作が途切れるおそれがある。

このようなことから、第１、第２の出力アーム４２Ａ，４２Ｂが吸気バルブ１４，１４をリフトしている期間、例えば図１６または図１７に示すようなリフト状態のときには、ホルダ６１の軸方向変位を阻止して、図１８に示すような非リフト状態、つまりノーズ４２ｃの付け根側つまり第２の出力アーム４２Ｂのベース円領域（ハウジング４２ａ外周面）のように前記軸方向の段差が無い部分が、ローラロッカアーム２４のローラ２４ａに当接している状態のときに、ホルダ６１と共にアームアッセンブリを軸方向に変位させるようにする必要がある。

このように、図１６または図１７に示すようなリフト状態のときに、操作バー６２の動きに対しホルダ６１を軸方向不動とする状態にする一方で、図１８に示すような非リフト状態のときのみ、操作バー６２の軸方向変位にホルダ６１を一体的に連動させる状態にするという、動作制御が必要になる。

このようなホルダ６１の動作制御を、上述したように単一の操作バー６２および駆動系でもって行うようにするために、要するに、操作バー６２を軸方向に変位させたときに、一部の気筒に対応するホルダ６１を軸方向に変位させるようにしながら、一部の気筒に対応するホルダ６１を軸方向に変位させないように構成している。この構成について、以下で説明する。

まず、第２の出力アーム４２Ｂの外周所定位置に、径方向外向きに突出する突片４２ｅを設けるとともに、シリンダヘッド１２に前記突片４２ｅより幅広なストッパ１２ｃを設けている。

この突片４２ｅとストッパ１２ｃとは、円周方向の所定角度領域で径方向ならびに軸方向で重なるような寸法関係に設定されている。

また、操作バー６２は、ホルダ６１の貫通孔６１ｅに対し、例えばラジアル隙間を持つ状態で挿通されることによって軸方向変位可能とされている。

このように操作バー６２をホルダ６１の貫通孔６１ｅに挿通させた状態において、操作バー６２の軸方向に離隔した二箇所にそれぞれ止め輪６７，６７を固定状態で取り付けるとともに、この各止め輪６７，６７とホルダ６１の凸部６１ｄの外壁面との軸方向対向間に、円筒コイルバネ等の弾性部材６８Ａ，６８Ｂを圧縮状態で介装する。

この二つの弾性部材６８Ａ，６８Ｂは、略同一の弾性係数に設定されており、両方の弾性部材６８Ａ，６８Ｂの弾性復元力でもってホルダ６１を操作バー６２に対し軸方向不動に保持させるようにする。

つまり、このような連結構造であれば、例えば、操作バー６２でホルダ６１を軸方向に変位させようとしたときに、第２の出力アーム４２Ｂが、図１６または図１７に示すようなリフト状態になっていると、操作バー６２を操作してホルダ６１を軸方向に変位させようとしたときに、第２の出力アーム４２Ｂの突片４２ｅがストッパ１２ｃに軸方向から衝突することになるので、ホルダ６１の軸方向への動きが強制的に停止されることになる。

そのとき、油圧シリンダ６３による操作バー６２の軸方向変位動作を停止させなくても、一方の弾性部材８Ａ（または８Ｂ）が圧縮されて他方の弾性部材８Ｂ（または８Ａ）が伸張することになって、前記のように軸方向不動に停止されたホルダ６１を置き去りにして操作バー６２の軸方向変位が継続されるようになる。このとき、操作バー６２は、ホルダ６１の貫通孔６１ｅ内で軸方向に変位する。

但し、第２の出力アーム４２Ｂが、図１８に示すような非リフト状態になっている場合には、操作バー６２を軸方向に変位させると、第２の出力アーム４２Ｂの突片４２ｅがストッパ１２ｃに軸方向から当接しない状態になるので、ホルダ６１が二つの弾性部材８Ａ，８Ｂによって操作バー６２に軸方向不動に保持された状態のまま、操作バー６２に連動して軸方向同方向へ変位させられることになる。

このような連結構造を採用すれば、複数の気筒のうちのいずれか一つの気筒において第２出力アーム４２Ｂの駆動対象となる片方の吸気バルブ１４のバルブ開閉タイミングが非リフト状態になるときをトリガーとして、操作バー６２の軸方向変位を開始させるようにするだけで、全ての気筒に配置されるホルダ６１を最適なタイミングで個別に軸方向に変位させることが可能になる。

なお、前記非リフト状態になる時期は、例えば吸気用カムシャフト１６の回転角度を検出するカムセンサ（図示省略）等からの出力を利用して、制御系の構成要素である制御手段６５でもって認識することが可能である。したがって、この制御手段６５は、異種組み合わせ形態とする必要がある場合に、カムセンサ（図示省略）等からの出力に基づき非リフト状態になる時期を認識してから、駆動系に操作バー６２を軸方向一方へ変位させるための指示を行うようにすればよい。

このようなことから、複数の気筒毎にホルダ６１を設置していても、単一の操作バー６２および駆動系でもって複数のホルダ６１の動作を個別に制御することが可能になるのである。また、ホルダ６１の動作制御手段を、上述したような機械的構造で構成していれば、気筒数と同数の操作バーや駆動系が不要となり、構成簡素化ならびに設備コストの低減を図るうえで有利となる。

以上説明したように、本発明を適用した上記実施形態では、内燃機関１の運転状況に応じて共通組み合わせ形態や異種組み合わせ形態を適宜に選択することができる。これにより、一気筒あたり二つの吸気バルブ１４，１４を適宜多彩なバリエーションで開閉動作させることが可能になり、内燃機関１の運転状況に応じて好適な燃焼状態を確保するうえで有利となる。

以下、本発明の他の実施形態を説明する。

（１）上記実施形態では、第２の出力アーム４２Ｂに二つのカム面４２ｄ₁，４２ｄ₂を設けた例を挙げているが、その設置数は二つに限らず、二つ以上の任意数とすることが可能である。

（２）上記実施形態では、第１の出力アーム４２Ａに単一のカム面４２ｄを設けて、第２の出力アーム４２Ｂに複数（二つ）のカム面（４２ｄ₁，４２ｄ₂）を設けた例を挙げているが、それとは反対に第２の出力アーム４２Ｂに単一のカム面４２ｄを設け、第１の出力アーム４２Ａに複数（二つ）のカム面（４２ｄ₁，４２ｄ₂）を設けるように構成することも可能であり、また、両方の出力アーム４２Ａ，４２Ｂに複数（二つ）のカム面（４２ｄ₁，４２ｄ₂）を設けるような構成とすることも可能である。

（３）上記実施形態では、複数の気筒に対応して配置される複数のホルダ６１を単一の操作バー６２および駆動系（６３，６４）を用いて軸方向変位させるように構成した例を挙げているが、例えば前記複数のホルダ６１を個別に軸方向変位させるようにしてもよい。

その場合、各操作バー６２の使用数を気筒毎のホルダ６１の数と同数用意し、気筒毎の各ホルダ６１の貫通孔６１ｅに、それに対応する各操作バー６２を単に圧入することによって一体的に連結するようできる。

本発明に係る可変動弁機構を備える内燃機関を模式的に示す平面図である。 図１の（２）−（２）線断面の矢視図である。 図１の可変動弁機構の斜視図である。 図１のバルブリフト機構の分解斜視図である。 図４のバルブリフト機構のスライダギアとロッカシャフトとを分解して示す斜視図である。 図４のバルブリフト機構の上半分を破断して示す斜視図である。 図４のロッカシャフトおよびコントロールシャフトに対するスライダギアの連結部分を示す断面図である。 図７の（８）−（８）線断面の矢視図である。 図２の入力アームと出力アームとの相対位相差を最大にした場合の動作説明に用いる側面図である。 図２の入力アームと出力アームとの相対位相差を最小にした場合の動作説明に用いる側面図である。 図１における一気筒分のバルブリフト機構および切り替え手段を示す平面図であり、異種組み合わせ形態にした状態を示している。 図１１のバルブリフト機構および切り替え手段を分解して示す斜視図である。 図１１においてホルダを矢符（Ｆ１３）方向から見た背面図である。 図１１においてホルダを矢符（Ｆ１４）方向から見た正面図である。 図１１に対応する図で、共通組み合わせ形態にした状態を示している。 図１４の（１６）−（１６）線断面の矢視図である。 図１５の（１７）−（１７）線断面の矢視図である。 図１４および図１６に示す状態と図１５および図１７に示す状態とのいずれか一方に切り替えるときのタイミングを説明するために用いる図である。 第１出力アームのカム面４２ｄによる吸気バルブの作動特性Ｘと第２出力アームの第１カム面４２ｄ₁による吸気バルブの作動特性Ｙとを組み合わせた異種組み合わせ形態を示すグラフである。 第１出力アームのカム面４２ｄによる吸気バルブの作動特性Ｘと第２出力アームの第２カム面４２ｄ₂による吸気バルブの作動特性Ｘとを組み合わせた共通組み合わせ形態を示すグラフである。

符号の説明

１ 内燃機関
１２ シリンダヘッド
１４ 吸気バルブ
１５ 排気バルブ
１６ 吸気カムシャフト
１７ カムリブ
２１ 隔壁（支持台）
２２ カムキャップ（支持台）
３ 可変動弁機構
３１ ロッカシャフト
３２ コントロールシャフト
３３ アクチュエータ
４ バルブリフト機構
４１ 入力アーム（カム被打部材）
４２Ａ 第１の出力アーム（バルブ打部材）
４２Ｂ 第２の出力アーム（バルブ打部材）
４２ｃ 出力アームのノーズ
４２ｄ 第１の出力アームのカム面
４２ｄ₁ 第２の出力アームの第１カム面
４２ｄ₂ 第２の出力アームの第２カム面
４３ スライダギア
６ 切り替え手段
６１ ホルダ
６２ 操作バー
６３ 油圧シリンダ（駆動系）
６４ オイルコントロールバルブ（駆動系）
６５ 制御手段（制御系）
６６ 検出手段（制御系）

Claims (7)

1. シリンダヘッド上にカムシャフトと平行に固定支持されるロッカシャフトの中心孔にコントロールシャフトを軸方向変位可能に挿通し、前記ロッカシャフトの外周にスライダギアを前記コントロールシャフトと連動可能に外装し、このスライダギアにカム被打部材およびバルブ打部材を軸方向隣り合わせにそれぞれ傾斜方向が反対のヘリカルスプラインを介して外装し、前記コントロールシャフトを軸方向に変位させて前記カム被打部材に対する前記バルブ打部材の相対位相差を変更することで内燃機関の吸気バルブまたは排気バルブの作動特性を変更可能とする構成の可変動弁機構であって、
   前記バルブ打部材には、バルブの作動特性を変化させるためのカム面が二つ以上軸方向隣り合わせに設けられており、
   必要に応じて、前記バルブ打部材およびカム被打部材を前記コントロールシャフトと平行な方向に変位させることにより前記バルブ打部材のいずれかのカム面を選択的に使用する切り替え手段を有することを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. 請求項１のバルブ打部材は、円筒形でかつ外周に径方向外向きへ突出するノーズを有するものとされ、前記ノーズの一辺に前記二つ以上のカム面が幅方向に並んで設けられることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
3. 請求項１または２の切り替え手段は、前記カム被打部材およびバルブ打部材を軸方向両側から挟む形態で保持するホルダと、前記コントロールシャフトと平行に配置されて前記ホルダが一体的に固定される直線形状の操作バーと、操作バーをその長手方向に沿って変位させる駆動系と、駆動系の動作を制御する制御系とを含むことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
4. 請求項３の制御系は、要求に応じて前記ホルダの現在位置を検出する検出手段の検出出力と目標値との偏差に基づき前記駆動系の動作を制御することを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のバルブ打部材は、カム被打部材の軸方向両側に一つずつ計二つ設けられていて、この二つのバルブ打部材が、一気筒あたりに設られる二つの吸気バルブまたは排気バルブを個別に開閉動作させるよう配置されることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
6. 請求項５において、前記いずれか一方のバルブ打部材には、バルブの作動特性を変化させるための機能が異なる二つのカム面を有し、前記残り他方のバルブ打部材は、単一のカム面を有することを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
7. 請求項５において、前記両バルブ打部材は、それぞれ、バルブの作動特性を変化させるための機能が異なる二つのカム面を有することを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。

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