JP2007247490A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気バルブの最大リフト量が小さくなる低リフト領域においても、アクチュエータによる制御性を向上させる。
【解決手段】内燃機関の可変動弁機構は、コントロールシャフト３２に連動してスライダギア４３が軸方向に移動されると、入力アーム４１と出力アーム４２との相対位相差が変更されて、吸気バルブ２１のバルブ特性が変更されるように構成されている。スライダギア４３の軸挿入孔４３ｃの内周面には周溝４３ｄが形成され、周溝４３ｄ内にはブッシュ４６が配設され、ブッシュ４６はコントロールシャフト３２に連結されている。周溝４３ｄのブッシュ４６との接触面４３Ｆには、軸方向に直交する方向に対して傾斜する傾斜部分が形成されている。その傾斜部分は、吸気カムシャフト２３の吸気カム２３ａによる入力アーム４１の揺動量が大きくなるときにブッシュ４６が接触する位置に設けられている。
【選択図】図１１

Description

本発明は、内燃機関の機関バルブのバルブ特性を連続的に変更する可変動弁機構に関する。

内燃機関（エンジン）の可変動弁機構として、機関バルブ（吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブ）の作用角や最大リフト量のようなバルブ特性を、エンジンの運転状態に応じて変更可能とする技術が知られている。このようなエンジンの可変動弁機構を、吸気バルブに適用すると、例えば、エンジンの低回転低負荷域では、吸気バルブの作用角や最大リフト量を小さくして、吸気ポートを通じて各気筒に吸入される空気の量（吸入空気量）を制御する。この制御により、スロットルバルブの開度制御によって生ずるポンピングロスを小さくし、燃費の向上を図ることができる。また、エンジンの高回転高負荷域では、吸気バルブの作用角や最大リフト量を大きくして、吸気充填効率の向上により出力の増加を確保することができる。

そのようなエンジンの可変動弁機構の一例に、エンジンのシリンダヘッドに固定され、機関バルブのカムシャフトと平行に設けられた円筒状のロッカシャフトと、アクチュエータの駆動により軸方向に移動可能な状態でそのロッカシャフト内に配設されたコントロールシャフトと、そのロッカシャフト上に配設される複数の可変バルブリフト機構とを備えて構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。

可変バルブリフト機構は、エンジンの各気筒ごとに設けられており、コントロールシャフトと連動して移動可能なスライダギアと、カムシャフトのカムにより駆動される入力アームと、機関バルブをリフトさせる出力アームとを備えて構成されている。入力アームおよび出力アームは、スライダギア上に設けられ、軸方向への移動が規制された状態でロッカシャフト（コントロールシャフト）を支持する支持部間に配設されている。

スライダギアには、コントロールシャフトが挿入される軸挿入孔が形成されている。また、スライダギアには、入力アームと噛み合う入力側ヘリカルスプラインと、出力アームと噛み合う出力側ヘリカルスプラインが形成されている。入力側ヘリカルスプラインの歯のねじれの向きと、出力側ヘリカルスプラインの歯のねじれの向きとは、反対方向に形成されている。これに対し、入力アームの内周面にはスライダギアの入力側ヘリカルスプラインに噛み合うヘリカルスプラインが形成されており、出力アームの内周面にも同様に、スライダギアの出力側ヘリカルスプラインに噛み合うヘリカルスプラインが形成されている。

上述のような構成のエンジンの可変動弁機構では、カムシャフトのトルクが入力アームに伝達されると、入力アームが揺動され、この入力アームと一体的に揺動する出力アームによって機関バルブがリフトされるようになっている。そして、機関バルブの作用角および最大リフト量が次のようにして変更される。すなわち、アクチュエータの駆動によりコントロールシャフトの軸方向への移動（変位）に連動してスライダギアが軸方向に移動（変位）されると、スライダギアと入力アームおよび出力アームとの軸方向における相対位置が変化する。これにより、スライダギア上の入力アームと出力アームとが相対回転して、両者の相対位相差が変更され、機関バルブの作用角および最大リフト量が連続的に変更されるようになっている。なお、入力アームは、ロストモーションスプリングの弾性力によって、常にカムシャフトのカムへ押し付けられている。また、出力アームには、機関バルブのバルブスプリングの弾性力によってロッカアームが押し付けられている。
特開２００１−２６３０１５号公報

上述したようなエンジンの可変動弁機構では、アクチュエータの駆動によりコントロールシャフトが軸方向へ移動されると、吸気バルブのバルブ特性（作用角および最大リフト量）が、例えば、図１５に示すように変更される。ここで、吸気バルブの作用角とは、図１５に示すように、吸気バルブの開弁時期ＩＶＯ１から閉弁時期ＩＶＣ１までの角度範囲（開弁期間：図１５ではクランク角で表現している）である。また、吸気バルブの最大リフト量は、吸気バルブが開弁時において可動範囲の最も下方まで移動（リフト）したときの吸気バルブの移動量である。これらの作用角および最大リフト量は互いに同期して変化する。例えば、作用角が小さくなるほど最大リフト量も小さくなる。また、作用角が小さくなるに従って吸気バルブの開弁時期ＩＶＯ１と閉弁時期ＩＶＣ１とが互いに近寄り、開弁期間が短くなって１気筒当たりの吸入空気量が少なくなる。

しかし、吸気バルブの作用角および最大リフト量が、図１５に示すように変更されると、吸気バルブの最大リフト量が小さくなる低リフト領域では、最大リフト量が大きくなる高リフト領域に比べて、コントロールシャフトを軸方向へわずかに変位させただけでも吸入空気量が大きく変化してしまう。つまり、低リフト領域では、コントロールシャフトの軸方向への変位量、言い換えれば、アクチュエータストロークに対する吸入空気量の変化量が大きくなる。

このため、低リフト領域では、高リフト領域に比べて、コントロールシャフトの軸方向への変位量に対する出力変化への影響が大きくなり、出力制御を精度よく行なうことが難しくなる。したがって、低リフト領域においても、必要な吸入空気量を確実に得ようとすると、コントロールシャフトを軸方向へ高い精度で移動させなければならず、精度の高いアクチュエータ等が必要となってコストアップを招く可能性がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、吸気バルブの最大リフト量が小さくなる低リフト領域においても、アクチュエータによる制御性を向上させることができるような内燃機関の可変動弁機構を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、軸方向へ移動可能に設けられたコントロールシャフトと、前記コントロールシャフトを移動するアクチュエータと、前記コントロールシャフト上に配設される可変バルブリフト機構とを備え、前記可変バルブリフト機構には、前記コントロールシャフトが挿入される軸挿入孔が形成されているスライダと、前記スライダの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、吸気カムシャフトからの力を受ける入力アームと、前記スライダの外周面に、入力アームと係合するヘリカルスプラインとは異なる方向に形成されたヘリカルスプラインと係合し、吸気バルブをリフトさせる出力アームとが設けられており、前記スライダの軸挿入孔の内周面には内溝が形成され、その内溝内にはブッシュが配設され、ブッシュはコントロールシャフトに連結されており、前記ブッシュを介してアクチュエータの駆動によるコントロールシャフトの動作がスライダに伝えられることによりコントロールシャフトに連動してスライダが軸方向に移動されると、前記入力アームと出力アームとの相対位相差が変更されて、吸気バルブのバルブ特性が変更されるように構成された内燃機関の可変動弁機構において、前記内溝のブッシュとの接触面には、軸方向に直交する方向に対して傾斜する傾斜部分が形成されており、前記傾斜部分は、吸気カムシャフトの吸気カムによる入力アームの揺動量が大きくなるときにブッシュが接触する位置に設けられていることを特徴としている。

より具体的には、前記傾斜部分は、その傾斜部分にブッシュが接触したとき、前記入力アームと出力アームとの相対位相差を小さくするような方向に形成されている。また、前記ブッシュの内溝との接触面をクラウニング形状に加工して、エッジ当たりを防止することが好ましい。

このような内燃機関の可変動弁機構では、吸気カムシャフトのトルクが入力アームに伝達されると、入力アームが揺動され、この入力アームと一体的に揺動する出力アームによって吸気バルブがリフトされる。また、吸気バルブの作用角および最大リフト量が次のようにして変更される。すなわち、アクチュエータの駆動によりコントロールシャフトが軸方向に移動されると、その動作がブッシュを介してスライダに伝えられ、スライダが軸方向に移動される。このスライダの移動によって、スライダと入力アームおよび出力アームとの軸方向における相対位置が変化する。これにより、スライダ上の入力アームと出力アームとが相対回転して、両者の相対位相差が変更され、吸気バルブの作用角および最大リフト量が連続的に変更される。そして、１気筒当たりの吸入空気量が連続的に変更される。

上記構成によれば、吸気カムが回転して、吸気カムのリフト部分により入力アームが押し下げられると、スライダとブッシュとが互いに相対回転するが、この際、内溝の傾斜部分が形成された箇所にブッシュが位置するまでスライダが回転した時点で、ブッシュに対するスライダの軸方向の位置が傾斜部分の形状に応じてずれる。そのように、スライダがずれると、スライダがずれた分だけ、アクチュエータによるコントロールシャフトの移動量が打ち消される。つまり、スライダのずれにともない、スライダに対する入力アームおよび出力アームの軸方向の相対位置が変化し、入力アームと出力アームとの相対位相差が小さくなるように変更される。

これにより、内溝に傾斜部分が設けられていない場合に比べて、吸気カムの大リフト時のリフト量を小さく抑えることができ、１気筒当たりの吸入空気量も低減される。そして、アクチュエータによるコントロールシャフトの変位量、言い換えれば、アクチュエータストロークに対する吸気バルブのリフト量変化を緩やかにすることができ、吸気バルブの最大リフト量が小さくなる低リフト領域においても、アクチュエータによるその制御性を向上させることが可能になる。そして、アクチュエータストロークに対する１気筒当たりの吸入空気量変化を緩やかにすることができ、低リフト領域においてもアクチュエータによるその制御性を向上させることが可能になる。さらに、低リフト領域では、吸気バルブの最大リフト量が大きくなる高リフト領域に比べて、コントロールシャフトを軸方向へわずかに変位させただけでも吸入空気量が大きく変化するが、そのような低リフト領域において、精度の高いアクチュエータ等を用いなくても、コントロールシャフトの軸方向への変位量に対する出力変化への影響を抑えて、出力制御を精度よく行なうことができる。

本発明によれば、内燃機関の可変動弁機構において、吸気バルブの最大リフト量が小さくなる低リフト領域においても、アクチュエータによる制御性を向上させることができる。

本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。

以下では、本発明の可変動弁機構を車両に搭載される内燃機関（エンジン）に適用した例を挙げて説明する。

まず、エンジンの概略構成について、図１，図２を用いて説明する。

この例のエンジン１０は、車両に搭載される直列４気筒ガソリンエンジンであって、４つの気筒（シリンダ：＃１〜＃４）１２を有するシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に取り付けられるシリンダヘッド１４とを備えている。各気筒１２内には、ピストン１３が往復運動可能な状態で収容されている。ピストン１３は、コネクティングロッドを介してクランクシャフト３４に連結されており、ピストン１３の往復運動がコネクティングロッドによってクランクシャフト３４の回転運動に変換される。

エンジン１０のシリンダヘッド１４には、各燃焼室１５に連通する吸気ポート１７と排気ポート１８とが各気筒１２ごとに一対ずつ設けられている。吸気ポート１７には、吸気通路（図示略）が接続されており、エンジン１０の外部の空気が吸気通路および吸気ポート１７を通過して燃焼室１５に取り込まれる。吸気通路には、燃焼室１５へ向けて燃料を噴射する燃料噴射弁（図示略）が各気筒１２に対応して取り付けられている。噴射された燃料は、吸気ポート１７を通って燃焼室１５内に導入される吸入空気と混ざり合って混合気となる。なお、燃料噴射弁を吸気通路に代えてシリンダヘッドに取り付け、燃料を燃焼室１５に直接噴射するようにしてもよい。

また、シリンダヘッド１４には、点火プラグ１６が各気筒１２ごとに配置されている。燃焼室１５に導入された上述の混合気は、点火プラグ１６の電気火花によって着火され、爆発・燃焼する。このときに生じた高温高圧の燃焼ガスによりピストン１３が往復動され、クランクシャフト３４が回転されて、エンジン１０の駆動力（出力トルク）が得られる。

一方、排気ポート１８には、排気通路（図示略）が接続されており、燃焼室１５で生じた燃焼ガスが、排気ポート１８、排気通路等を通ってエンジン１０の外部へ排出される。

シリンダヘッド１４には、各吸気ポート１７を開閉する吸気バルブ２１と、各排気ポート１８を開閉する排気バルブ２２とがそれぞれ配置されている。各吸気バルブ２１には、バルブスプリング２１ａがそれぞれ設けられており、バルブスプリング２１ａの弾性力によって各吸気バルブ２１が吸気ポート１７を閉じる方向に付勢されている。また、各排気バルブ２２にも同様にバルブスプリング２２ａが設けられている。

吸気バルブ２１の上方には、各気筒１２ごとに１つの吸気カム２３ａを有する吸気カムシャフト２３が配置されている。吸気カムシャフト２３は、複数の支持壁２５によって回転自在に支持されている。なお、支持壁２５は、シリンダヘッド１４に一体的に設けられたカムハウジングと、このカムハウジングにボルト締結等により脱着可能に取り付けられたカムキャップとで構成されている。

また、排気バルブ２２の上方に、各気筒１２ごとに１つの排気カム２４ａを有する排気カムシャフト２４が配置されている。排気カムシャフト２４は、複数の支持壁２６によって回転自在に支持されている。なお、支持壁２６は、シリンダヘッド１４に一体的に設けられたカムハウジングと、このカムハウジングにボルト締結等により脱着可能に取り付けられたカムキャップとで構成されている。

これら吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４は、タイミングチェーン３５等を介してクランクシャフト３４に駆動連結されている。そして、クランクシャフト３４の回転がタイミングチェーン３５等を介して吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４に伝達され、各カムシャフト２３，２４の回転によって、吸気バルブ２１および排気バルブ２２がそれぞれ往復運動する。

吸気バルブ２１の上端部と吸気カム２３ａとの間、および、排気バルブ２２の上端部と排気カム２４ａとの間には、それぞれ、ローラ２７ａを有するロッカアーム２７が揺動自在に配置されている。さらに、吸気バルブ２１および排気バルブ２２の各上端部の近傍には、油圧式のラッシュアジャスタ２８がそれぞれ配置されている。ロッカアーム２７には、バルブスプリング２１ａ（２２ａ）の圧縮反力とラッシュアジャスタ２８の押し上げ力とが伝達されている。これにより、ロッカアーム２７のローラ２７ａがほぼ上方に付勢されている。そして、この例では、ローラ２７ａは、各排気カム２４ａに対しては直接的に接触されている一方で、各吸気カム２３ａに対しては以下に述べるような可変動弁機構３０を介して間接的に接触されている。なお、ロッカアームとして、ローラを備えないものを用いてもよい。

上述のようなエンジン１０において、吸気カムシャフト２３の近傍に可変動弁機構３０が設けられている。以下、可変動弁機構３０の構成について、図１〜図８を用いて詳しく説明する。なお、図３の矢印Ｆは、アクチュエータ３３から離れる方向を示し、矢印Ｒは、アクチュエータ３３に近づく方向を示す。

可変動弁機構３０は、吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量を連続的に変更するためのものであって、吸気カムシャフト２３の吸気カム２３ａとロッカアーム２７との間に配設されている。なお、ロッカアーム２７は、一端がラッシュアジャスタ２８に支持され、他端が吸気バルブ２１の上端に当接している。

吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量は、上記発明が解決しようとする課題の欄で説明したとおりであって、吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量は、図１２の実線で示すように、可変動弁機構３０によって互いに同期して変更される。図１２については詳しくは後述する。

可変動弁機構３０は、気筒１２ごとの可変バルブリフト機構４０を備えるほか、全ての可変バルブリフト機構４０にそれぞれ共通のロッカシャフト３１、コントロールシャフト３２、および、アクチュエータ３３を備えている。

ロッカシャフト３１は、吸気カムシャフト２３と平行な方向（気筒配列方向）に沿って延びる円筒状の部材であり、シリンダヘッド１４に設けられた複数の支持壁２５に、軸方向および周方向への移動が規制された状態で取り付けられている。なお、ロッカシャフト３１が延びる方向を、「軸方向」と称する。

ロッカシャフト３１には、可変バルブリフト機構４０を挟んで対向する一対の支持壁２５，２５によって挟まれた箇所に軸方向に延びる長孔（貫通孔）３１ａが形成されている。長孔３１ａにはコネクトピン４４が挿通されている。

コントロールシャフト３２は、ロッカシャフト３１内に軸方向の移動が可能な状態で挿入されている。コントロールシャフト３２の一端側には、コントロールシャフト３２の駆動用のアクチュエータ３３が接続されている。コントロールシャフト３２は、アクチュエータ３３によって軸方向（Ｆ方向またはＲ方向）に前進・後退される。また、コントロールシャフト３２には、コネクトピン４４を挿入するためのピン挿入孔３２ａが形成されている。

可変バルブリフト機構４０は、気筒数と同数設けられており、ロッカシャフト３１に対して各気筒１２と対応するように外装されている。各可変バルブリフト機構４０は、コントロールシャフト３２と連動して移動可能なスライダギア４３と、吸気カムシャフト２３の吸気カム２３ａにより駆動される入力アーム（カム被打部材）４１と、吸気バルブ２１をリフトさせる出力アーム（バルブ打部材）４２とを備えている。入力アーム４１および出力アーム４２は、スライダギア４３上に設けられ、軸方向への移動が規制された状態でロッカシャフト３１（コントロールシャフト３２）を支持する一対の支持壁２５，２５間に配設されている。なお、出力アーム４２と支持壁２５との間には、スライダギア４３に対する入力アーム４１および出力アーム４２の軸方向における初期相対位置を調整するための板状のシム４５が介装されている。

入力アーム４１は、円筒形のハウジング４１ａを備えている。ハウジング４１ａの内周面には、後述するスライダギア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。また、ハウジング４１ａの外周には、径方向外向きに突出する一対の支持片４１ｃ，４１ｃが設けられており、この一対の支持片４１ｃ，４１ｃの間にローラ４１ｅが配置されている。ローラ４１ｅは、ロッカシャフト３１と平行な回転軸４１ｄによって回転自在に支持されている。

入力アーム４１の軸方向両側には、一対の出力アーム４２，４２が配置されている。各出力アーム４２は、円筒形のハウジング４２ａを備えている。ハウジング４２ａ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。また、ハウジング４２ａの外周には、径方向外向きに突出するノーズ４２ｃが設けられている。ノーズ４２ｃは、略三角形状に加工されており、その一辺が凹状に湾曲するカム面４２ｄとなっている。

これらの入力アーム４１および２つの出力アーム４２，４２によって区画された内部空間には、スライダギア４３が配設されている。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る。

スライダギア４３は、中心に軸挿入孔４３ｃを有する略円筒形状に加工されている。スライダギア４３の軸方向の中央部には、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が加工されている。また、スライダギア４３の軸方向の両端部には、出力アーム４２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がそれぞれ加工されている。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。また、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、歯のねじれの向きが互いに逆向きとなるように加工されている。

スライダギア４３の内壁の軸方向中央部には、周方向に延びる周溝（内溝）４３ｄが形成されている。また、この周溝４３ｄは、貫通孔４３ｅによってスライダギア４３の外部に連通されている。なお、周溝４３ｄの形状については詳しくは後述する。

そして、入力アーム４１のローラ４１ｅは、シリンダヘッド１４に圧縮状態で配設されたロストモーションスプリング２９の弾性力によって、常に吸気カム２３ａへ押し付けられている。一方、出力アーム４２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には、吸気バルブ２１のバルブスプリング２１ａによってロッカアーム２７のローラ２７ａが圧接されている。これにより、吸気カムシャフト２３が回転すると、吸気カム２３ａによって入力アーム４１のローラ４１ｅが押し下げられる。そして、入力アーム４１とともに、スライダギア４３および出力アーム４２が一体的に揺動される。このような入力アーム４１および出力アーム４２の一体的な揺動によって、ロッカアーム２７を介して吸気バルブ２１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の外側のスライダギア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の周溝４３ｄ内には、断面円弧状のブッシュ４６が配設されている。ブッシュ４６には、周方向中間にピン挿入孔（貫通孔）４６ａが形成されている。

ブッシュ４６は、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の一端部がブッシュ４６のピン挿入孔４６ａに挿入され、コネクトピン４４の他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。コネクトピン４４は、コネクトピン４４およびブッシュ４６の組み付け時に、スライダギア４３の貫通孔４３ｅと、ブッシュ４６のピン挿入孔４６ａと、ロッカシャフト３１の長孔３１ａと、コントロールシャフト３２のピン挿入孔３２ａとの位置合わせを行った状態で、スライダギア４３の貫通孔４３ｅ側から挿入される。

そして、可変動弁機構３０において、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の軸方向の長さの範囲内で、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、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ので、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２３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４２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（コントロールシャフト３２）の回りを揺動する。

このような可変バルブリフト機構４０において、スライダギア４３の入力側ヘリカルスプライン４３ａと、入力アーム４１のヘリカルスプライン４１ｂとは、互いに噛み合わされることによって支持されている。また同様に、スライダギア４３の出力側ヘリカルスプライン４３ｂと、出力アーム４２のヘリカルスプライン４２ｂとは、互いに噛み合わされて支持されている。

したがって、コントロールシャフト３２の前進・後退によりスライダギア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４２との軸方向における相対位置を変化させることによって、入力アーム４１と出力アーム４２とに互いに逆向き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４２とが互いに相対回転し、入力アーム４１（ローラ４１ｅ）と出力アーム４２（ノーズ４２ｃ）との相対位相差が変更されるようになっている。

以上のようにして、入力アーム４１のローラ４１ｅと出力アーム４２のノーズ４２ｃとの相対位相差が変更されると、吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量が変更される。そして、相対位相差が最も小さいとき（可変バルブリフト機構４０の周方向において、ローラ４１ｅとノーズ４２ｃとが最も接近した状態にあるとき）、吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量は最も小さくなり、１気筒当たりの吸入空気量が最も少なくなる。逆に、相対位相差が最も大きいとき（可変バルブリフト機構４０の周方向において、ローラ４１ｅとノーズ４２ｃとが最も離れた状態にあるとき）、吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量は最も大きくなり、１気筒当たりの吸入空気量が最も多くなる。

そして、この例の可変動弁機構３０においては、共通する１本のコントロールシャフト３２に各気筒１２ごとのスライダギア４３がそれぞれ設けられているので、アクチュエータ３３の駆動によるコントロールシャフト３２の軸方向の前進・後退に応じて、全ての気筒１２の吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量が同時に変更されるようになっている。

次に、可変動弁機構３０の動作について、図９，図１０を用いて説明する。

まず、図９を参照して、コントロールシャフト３２を最大限までアクチュエータ３３から離れる方向（図３の矢印Ｆ方向）へ移動させた場合の可変動弁機構３０の動作について説明する。

図９（ａ）に示すように、吸気カム２３ａ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、ロッカアーム２７のローラ２７ａは、出力アーム４２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２１は最大リフト量が「０」の状態（エンジン１０の吸気ポート１７を閉じた状態）に維持される。

そして、吸気カムシャフト２３の時計方向への回転にともない、入力アーム４１のローラ４１ｅが吸気カム２３ａのリフト部分により押し下げられると、入力アーム４１がロッカシャフト３１に対して、反時計回り方向（図９（ａ）の矢印方向）に回動する。また、これに伴って、出力アーム４２およびスライダギア４３が一体となって揺動する。

これにより、出力アーム４２のノーズ４２ｃに形成されたカム面４２ｄが、ロッカアーム２７のローラ２７ａに当接し、カム面４２ｄの押圧によってローラ２７ａが押し下げられる。

図９（ｂ）に示すように、ロッカアーム２７のローラ２７ａがカム面４２ｄにより押圧されているとき、ロッカアーム２７がラッシュアジャスタ２８との当接部を中心として揺動し、吸気バルブ２１が開弁される。

以上のように、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４２のノーズ４２ｃとの相対位相差が最大となる。

これにより、吸気カム２３ａがローラ４１ｅを最大限に押し下げたとき、ロッカアーム２７の揺動量（揺動範囲）が最も大きくなり、吸気バルブ２１は最大の作用角および最大リフト量で開閉される。そして、１気筒当たりの吸入空気量が最も多くなる。

次に、図１０を参照して、コントロールシャフト３２を最大限までアクチュエータ３３に近づける方向（図３の矢印Ｒ方向）へ移動させた場合の可変動弁機構３０の動作について説明する。

図１０（ａ）に示すように、吸気カム２３ａ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４２とローラ２７ａ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２３の回転によって、入力アーム４１のローラ４１ｅが吸気カム２３ａ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４２とが一体となって回動する。

ただし、この場合、出力アーム４２とローラ２７ａ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によるロッカアーム２７のローラ２７ａの押し下げが開始されるまでの出力アーム４２の回転量が、図９に示す場合と比べて大きくなる。また、吸気カム２３ａのリフト部分により入力アーム４１のローラ４１ｅが押し下げられた際、ローラ２７ａ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、吸気カム２３ａのリフト部分によるローラ４１ｅの押し下げに応じたロッカアーム２７の揺動量（揺動範囲）は小さくなる。

図１０（ｂ）に示すように、ロッカアーム２７の揺動量が小さいことにより、吸気バルブ２１は、より小さい最大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、吸気カム２３ａがローラ４１ｅを最大限に押し下げたときのローラ２７ａの変位量は最も小さくなり、吸気バルブ２１が最小の作用角および最大リフト量で開閉されるようになる。そして、１気筒当たりの吸入空気量が最も少なくなる。なお、図１０では、吸気バルブ２１の最大リフト量が「０」となる場合を示しているため、吸気カム２３ａ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２１のリフト量が「０」の状態に維持される。ただし、吸気バルブ２１の最小の最大リフト量は、「０」だけに限られず、例えば、図１０（ｂ）の想像線で示すように、Ｌｍｉｎであってもよい。

以上述べたように、可変動弁機構３０では、アクチュエータ３３の駆動によって全ての気筒１２に共通の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が軸方向に移動される。そして、コントロールシャフト３２の軸方向の移動位置に応じて、各可変バルブリフト機構４０において、スライダギア４３に対する入力アーム４１および出力アーム４２の軸方向の相対位置が変化する。これにより、スライダギア４３上の入力アーム４１と出力アーム４２とが相対回転して、入力アーム４１と出力アーム４２との相対位相差が変更され、吸気バルブ２１の作用角および最大リフト量が連続的に変更されるようになっている。そして、１気筒当たりの吸入空気量が連続的に変更されるようになっている。

ところで、上述の可変動弁機構３０において、スライダギア４３は、吸気バルブ２１のバルブスプリング２１ａの弾性力およびロストモーションスプリング２９の弾性力によって、入・出力アーム４１，４２を介して常に荷重を受けている。そして、スライダギア４３からブッシュ４６に対しては、軸方向の一方向への荷重が常にかかっている。このため、スライダギア４３の周溝４３ｄの軸方向一方の側面とブッシュ４６の軸方向一方の側面とが常に接触している。この例では、スライダギア４３からブッシュ４６への荷重は、Ｒ方向に向けてかかっており、周溝４３ｄのＦ方向側の側面４３Ｆと、ブッシュ４６のＦ方向側の側面４６Ｆとが常に接触している。

なお、図１４に示すように、ブッシュ４６の側面４６Ｆ，４６Ｒに、クラウニング加工を施して、側面４６Ｆ，４６Ｒをクラウニング形状に形成し、スライダギア４３の周溝４３ｄとのエッジ当たりを防止するようにしてもよい。ただし、この場合、スライダギア４３の周溝４３ｄの側面４３Ｆと常に当接するブッシュ４６の側面４６Ｆだけをクラウニング形状に形成することも可能である。

そして、この例では、スライダギア４３の周溝４３ｄの軸方向の幅（溝幅）Ｗ、つまり、周溝４３ｄの側面４３Ｆと側面４３Ｒ間の距離が周方向において一定ではなく、所定の部位で大きくなっている。これについて、以下説明する。

図１１は、スライダギア４３の中心軸から半径ｒ（図８）の位置において周溝４３ｄ（その側面４３Ｆ，４３Ｒ）を展開した一部を示している。

ここで、ブッシュ４６とスライダギア４３とは周方向において互いに相対移動するが、その際、ブッシュ４６は、周溝４３ｄの側面４３Ｆの全周にわたって接触するのではなく、その一部とだけ接触する。つまり、スライダギア４３の周溝４３ｄの使用範囲（スライダ使用範囲）Ｙが、周溝４３ｄの全周のうち一部だけとなっている。

具体的には、吸気カム２３ａ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、ブッシュ４６は、スライダ使用範囲Ｙの一端Ｐ１に位置している。吸気カム２３ａが回転して、吸気カム２３ａのリフト部分により入力アーム４１のローラ４１ｅが押し下げられると、中心軸まわりの回転が規制されているブッシュ４６に対しスライダギア４３が相対回転する。これにより、ブッシュ４６の位置がスライダ使用範囲Ｙの一端Ｐ１から他端Ｐ２側に向けて変化する。そして、吸気カム２３ａがローラ４１ｅを最大限に押し下げたとき、ブッシュ４６は、スライダ使用範囲Ｙの他端Ｐ２に位置している。また、吸気カム２３ａがローラ４１ｅを最大限に押し下げたときから吸気カム２３ａがさらに回転すると、ブッシュ４６の位置がスライダ使用範囲Ｙの他端Ｐ２から一端Ｐ１側に向けて変化する。

このように、吸気カム２３ａが回転するたびに、ブッシュ４６は、スライダギア４３に対し相対的にスライダ使用範囲Ｙの一端Ｐ１と他端Ｐ２との間で往復移動する（ただし、ブッシュ４６の周方向の位置は固定）。そして、スライダ使用範囲Ｙにおけるのブッシュ４６の位置は、吸気カム２３ａの回転位置に応じた位置となっており、吸気カム２３ａのリフト部分による入力アーム４１のローラ４１ｅの押し下げ量（入力アーム４１の揺動量）が大きくなる大リフト時ほど、ブッシュ４６は、スライダ使用範囲Ｙの他端Ｐ２側に位置している。

スライダギア４３の周溝４３ｄの形状は、図１１に示すように、周溝４３ｄの溝幅Ｗがスライダ使用範囲Ｙにおいて一定ではなく、スライダ使用範囲Ｙの他端Ｐ２側で大きくなっている。言い換えれば、吸気カム２３ａの大リフト時、つまり、吸気カム２３ａのリフト大の部分（吸気カム２３ａのリフト最大の部分の付近）に入力アーム４１のローラ４１ｅが接しているときにブッシュ４６が接触している位置で周溝４３ｄの溝幅Ｗが大きくなっている。そして、他端Ｐ２において（吸気カム２３ａのリフト最大の部分に入力アーム４１のローラ４１ｅが接しているときにブッシュ４６が接触している位置で）、周溝４３ｄの溝幅Ｗが最も大きくなっている。この例では、スライダギア４３の周溝４３ｄのＲ方向側の側面４３Ｒは、平坦に（ストレートに）形成されている。一方、周溝４３ｄの側面４３Ｆは平坦ではなく、側面４３Ｆには、スライダ使用範囲Ｙの他端Ｐ２側に軸方向に直交する方向に対し傾斜した（Ｆ方向側へ傾斜した）傾斜部分が形成されている。側面４３Ｆの傾斜部分は、後述するように、その傾斜部分にブッシュ４６が接触したとき、入力アーム４１と出力アーム４２との相対位相差を小さくするような方向に形成されている。具体的には、側面４３Ｆの傾斜部分は、スライダ使用範囲Ｙの位置Ｐ３から他端Ｐ２にかけて湾曲して形成されている。そして、側面４３Ｆの傾斜部分は、スライダ使用範囲Ｙの他端Ｐ２に近づくほど、Ｆ方向側への傾斜量が大きくなっており、他端Ｐ２においてその傾斜量が最大となっている。

そして、上述したように、スライダギア４３の周溝４３ｄの側面４３Ｆは、ブッシュ４６の側面４６Ｆに常に接触するので、吸気カム２３ａが回転して、吸気カム２３ａのリフト部分により入力アーム４１のローラ４１ｅが押し下げられると、スライダギア４３は、周溝４３ｄの側面４３Ｆがブッシュ４６の側面４６Ｆに接触しながらブッシュ４６に対し回転する。このため、周溝４３ｄの溝幅Ｗが大きくなっている部分、つまり、周溝４３ｄの側面４３Ｆの傾斜部分が形成された箇所にブッシュ４６が位置するまでスライダギア４３が回転した時点で、スライダギア４３の軸方向の位置がスライダ使用範囲Ｙの一端Ｐ１に位置していたときに比べてＲ方向側へずれる。つまり、吸気カム２３ａのベース円部分やリフト小の部分が入力アーム４１のローラ４１ｅが接しているときに比べて、スライダギア４３の軸方向の位置がＲ方向側へずれるようになる。スライダギア４３のＲ方向側へのずれ量は、周溝４３ｄの溝幅Ｗに応じて決まり、この場合には、周溝４３ｄの側面４３Ｆの傾斜形状に応じて決まる。

そのように、スライダギア４３がＲ方向側へずれると、実際にはアクチュエータ３３によりコントロールシャフト３２を動かしていないにもかかわらず、あたかもアクチュエータ３３によりコントロールシャフト３２をＲ方向側へ動かしたかのような効果が得られる。言い換えれば、スライダギア４３がＲ方向側へずれた分だけ、アクチュエータ３３によるコントロールシャフト３２の移動量が打ち消されるという効果が得られる。その点について以下に説明する。

スライダギア４３がＲ方向側へずれると、これにともない、スライダギア４３に対する入力アーム４１および出力アーム４２の軸方向の相対位置が変化し、入力アーム４１と出力アーム４２との相対位相差が小さくなるように変更される。そして、入力アーム４１と出力アーム４２との相対位相差が小さく変更される分、図１２の実線で示すように、想像線に比べて頂点付近で吸気バルブ２１のリフト量が小さく抑えられている。より具体的には、周溝４３ｄの側面４３Ｆの傾斜部分が設けられているスライダ使用範囲Ｙの位置Ｐ３から他端Ｐ２の間にブッシュ４６が位置しているとき、吸気バルブ２１のリフト量が小さく抑えられる。この場合、リフト量が抑えられる量は、周溝４３ｄの側面４３Ｆの傾斜形状に応じて決まる。なお、図１２の想像線は、スライダギア４３の周溝４３ｄの溝幅Ｗが一定である場合、つまり、周溝４３ｄの側面４３Ｆが傾斜しておらず軸方向に垂直である場合の吸気バルブ２１のリフト量のクランク角に対する変化を示している。

このように、スライダギア４３の周溝４３ｄの側面４３ＦがＦ方向側へ傾斜している分だけ、スライダギア４３がＲ方向側へずれるので、アクチュエータ３３によるコントロールシャフト３２のＦ方向側への移動量が打ち消される。これにより、周溝４３ｄの溝幅Ｗが一定である場合に比べて、吸気カム２３ａの大リフト時（図１２の頂点付近）のリフト量を小さく抑えることができ、１気筒当たりの吸入空気量も低減される。この際、スライダギア４３の周溝４３ｄの側面４３Ｆの傾斜形状に応じて、吸気カム２３ａの大リフト時のリフト量を小さく抑えることができ、１気筒当たりの吸入空気量が低減される。

以上のように、アクチュエータ３３によるコントロールシャフト３２のＦ方向側への移動量が打ち消されるので、周溝４３ｄの溝幅Ｗが一定である場合に比べて、コントロールシャフト３２のＦ方向側への変位量、言い換えれば、アクチュエータストロークに対する吸気バルブ２１のリフト量の変化を、図１３に示すように、緩やかにすることができ、吸気バルブ２１の最大リフト量が小さくなる低リフト領域においても、アクチュエータ３３によるその制御性を向上させることが可能になる。なお、図１３には、低リフト領域、この場合、アクチュエータストロークが小さい領域における、アクチュエータストロークに対する吸気バルブ２１のリフト量変化を示しており、実線はスライダギア４３の周溝４３ｄの側面４３Ｆに上述のような傾斜部分を設けた場合を示し、想像線は傾斜部分を設けない場合を示している。

そして、アクチュエータストロークに対する１気筒当たりの吸入空気量の変化も緩やかにすることができ、低リフト領域においてもアクチュエータ３３によるその制御性を向上させることが可能になる。さらに、低リフト領域では、吸気バルブ２１の最大リフト量が大きくなる高リフト領域に比べて、コントロールシャフト３２を軸方向へわずかに変位させただけでも吸入空気量が大きく変化するが、そのような低リフト領域において、精度の高いアクチュエータ等を用いなくても、コントロールシャフト３２の軸方向への変位量に対する出力変化への影響を抑えて、出力制御を精度よく行なうことができる。

なお、スライダギア４３の周溝４３ｄの側面４３Ｆの傾斜形状は、アクチュエータ３３によるコントロールシャフト３２の移動量を打ち消す度合いに応じて適宜設定することが可能である。また、アクチュエータ３３によってコントロールシャフト３２を動かす方向や、吸気バルブ２１のバルブスプリング２１ａの弾性力およびロストモーションスプリング２９の弾性力によって、スライダギア４３が荷重を受ける方向にしたがって、スライダギア４３の周溝４３ｄの側面４３Ｆにではなく、他方の側面４３Ｒに傾斜部分を設けることも可能である。

本発明を適用するエンジンの可変動弁機構の一実施形態を示す断面図である。 エンジンのシリンダヘッドを示す平面図である。 可変動弁機構の入力アーム、出力アーム等を示す斜視図である。 可変動弁機構のスライダギア、入力アーム、出力アーム等を示す分解斜視図である。 可変動弁機構のスライダギア、ロッカシャフト、コントロールシャフト等を示す斜視図である。 可変動弁機構のスライダギア、入力アーム、出力アーム等を示す水平破断斜視図である。 可変動弁機構のスライダギア、ロッカシャフト、コントロールシャフト、ブッシュ、コネクトピンの組み付けを示す断面図である。 図７のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 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可変動弁機構の動作説明に用いる側面図である。 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可変動弁機構の動作説明に用いる側面図である。 スライダギアの中心軸から半径ｒの位置において周溝を展開した一部を示す図である。 可変動弁機構により変更される吸気バルブの作用角およびリフト量を示す図である。 アクチュエータストロークが小さい領域におけるアクチュエータストロークに対する吸気バルブのリフト量変化を示す図である。 ブッシュの側面をクラウニング形状とした変形例を示す図である。 従来の可変動弁機構により変更される吸気バルブの作用角およびリフト量を示す図である。

符号の説明

１０ エンジン
２１ 吸気バルブ
２３ 吸気カムシャフト
２３ａ 吸気カム
２７ ロッカアーム
３０ 可変動弁機構
３２ コントロールシャフト
３３ アクチュエータ
４０ 可変バルブリフト機構
４１ 入力アーム
４２ 出力アーム
４３ スライダギア
４３ｃ 軸挿入孔
４３ｄ 周溝
４３Ｆ，４３Ｒ 側面
４４ コネクトピン
４６ ブッシュ
４６Ｆ，４６Ｒ 側面

Claims (3)

1. 軸方向へ移動可能に設けられたコントロールシャフトと、
   前記コントロールシャフトを移動するアクチュエータと、
   前記コントロールシャフト上に配設される可変バルブリフト機構とを備え、
   前記可変バルブリフト機構には、前記コントロールシャフトが挿入される軸挿入孔が形成されているスライダと、前記スライダの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、吸気カムシャフトからの力を受ける入力アームと、前記スライダの外周面に、入力アームと係合するヘリカルスプラインとは異なる方向に形成されたヘリカルスプラインと係合し、吸気バルブをリフトさせる出力アームとが設けられており、
   前記スライダの軸挿入孔の内周面には内溝が形成され、その内溝内にはブッシュが配設され、ブッシュはコントロールシャフトに連結されており、
   前記ブッシュを介してアクチュエータの駆動によるコントロールシャフトの動作がスライダに伝えられることによりコントロールシャフトに連動してスライダが軸方向に移動されると、前記入力アームと出力アームとの相対位相差が変更されて、吸気バルブのバルブ特性が変更されるように構成された内燃機関の可変動弁機構において、
   前記内溝のブッシュとの接触面には、軸方向に直交する方向に対して傾斜する傾斜部分が形成されており、
   前記傾斜部分は、吸気カムシャフトの吸気カムによる入力アームの揺動量が大きくなるときにブッシュが接触する位置に設けられていることを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. 前記傾斜部分は、その傾斜部分にブッシュが接触したとき、前記入力アームと出力アームとの相対位相差を小さくするような方向に形成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機構。
3. 前記ブッシュの内溝との接触面は、クラウニング形状に加工されている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可変動弁機構。

Images