JP2008291750A - 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及び作動角を最大とする機関運転状態のとき、開弁開始後における吸気バルブの開弁方向への加速度を速やかに大きくし、それによって吸気効率を向上させる。
【解決手段】可変動弁機構の出力アーム１８ａにおけるカム面２５では、そのベース円区間ＵＬがリフト区間ＣＬ側に延ばされている。これにより、入力アームと出力アーム１８ａとが最も離されたとき、カム面２５と吸気バルブ側との接触点Ｐの往復移動範囲Ａがベース円区間ＵＬとリフト区間ＣＬとの境界を挟んで両者にさしかかるようにされる。また、吸気カムの入力アームに対する作用角に関しては、このときの吸気バルブの作動角がベース円区間ＵＬをリフト区間ＣＬ側に延ばさずに上記接触点Ｐの往復移動範囲Ａを上記境界からリフト区間ＣＬのみにさしかかるようにしたときの吸気バルブの作動角と一致するよう拡大される。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁機構に関するものである。

自動車用エンジン等の内燃機関に設けられて吸気バルブのバルブ特性を可変とする可変動弁機構として、吸気バルブの最大リフト量及び作動角を可変とする可変動弁機構が知られている。

こうした可変動弁機構は、特許文献１に示されるように、吸気カムシャフトに固定されて同シャフトと一体回転する吸気カムと、その回転する吸気カムに押されて軸を中心に揺動する入力アームと、その入力アームの揺動に伴い上記軸を中心に揺動して吸気バルブをリフトさせる出力アームとを備えている。この出力アームには吸気バルブ側と接触可能なカム面が形成されている。

出力アームのカム面において、前記軸寄りの部分は同出力アームの揺動に対して吸気バルブをリフトさせないベース円区間となっており、そのベース円区間よりも上記軸から離れる側は出力アームの揺動によって吸気バルブをリフト可能なリフト区間となっている。そして、出力アームの揺動を通じて吸気バルブがリフトする際には、カム面と吸気バルブ側との接触点が同カム面に沿って往復移動する。

以上のように構成された可変動弁機構では、入力アームと出力アームとの揺動方向についての相対位置の変更を通じて、吸気バルブをリフトさせるときのカム面と吸気バルブ側との接触点の往復移動範囲を変更させ、それによって吸気バルブの最大リフト量及び作動角を可変とする。

ところで、回転する吸気カムによって吸気バルブを開閉駆動する際の同吸気バルブのリフト量の推移は、出力アームのカム面の形状によって定められる。ここで、カム面の形状としては、入力アームと出力アームとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離したとき、上記接触点の往復移動範囲がベース円区間とリフト区間との境界から同リフト区間側にさしかかるような形状とすることが一般的である（特許文献１参照）。このようなカム面の形状が採用されるのは、以下に示される［１］〜［３］の理由による。

［１］入力アームと出力アームとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離す状態とは、吸気バルブの最大リフト量及び作動角度を最も大きくした状態のことであり、この状態への切り換えは内燃機関の吸入空気量の要求量が最大となる機関運転状態のときに行われる。従って、入力アームと出力アームとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離したとき、上記吸入空気量の要求量の最大値が得られるよう、出力アームのカム面におけるリフト区間の形状を定めなければならない。

［２］吸気バルブの閉弁時には、カム面と吸気バルブとの接触点が同カム面におけるリフト区間のベース円区間に隣接する部分を同ベース円区間に向かう方向に通過する。この部分に関しては、接触点が上述したように通過して吸気バルブの閉弁が行われる際、同バルブがバルブシートに対し高速で打ち付けられることのないように形成しなければならない。より詳しく言えば、上記接触点の単位距離当たりの移動に伴う吸気バルブのリフト量の変化が小さくなるよう、上記部分のベース円区間に対する拡径方向への形状変化を小さく抑えなければならない。

［３］上記［１］と［２］との両方を実現することができるようカム面の形状を設定するに際しては、上記接触点の往復移動範囲全体を用いて吸気バルブをリフトさせるようにすることが上記カム面の形状設定を容易に行うえで好ましい。

以上のように、入力アームと出力アームとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離した状態を基準としてカム面の形状を設定した場合、内燃機関の吸入空気量の要求量が最大となる機関運転状態（例えば高負荷運転時）のとき以外では、入力アームと出力アームとの相対位置が互いに最も離れた状態に対しより接近した状態とされる。このとき、上記接触点の往復移動範囲はカム面におけるベース円区間寄りに変位される。これにより、吸気バルブの最大リフト量及び作動角がそれぞれの最大値よりも小さい値とされる。

なお、上記接触点の往復移動範囲がカム面におけるベース円区間寄りに変位する際の変位量は入力アームと出力アームとが互いに近づくほど大きくなり、それに伴って吸気バルブの最大リフト量及び作動角も小さくなる。従って、入力アームと出力アームとの揺動方向についての相対位置を機関運転状態に応じて変更することにより、吸気バルブの最大リフト量及び作動角をそのときの内燃機関の吸入空気量の要求量に対応した値とすることが可能になる。
特開２００６−４６１１１公報（段落［００２４」、［００５１］、図３、図５（ｃ））

ところで、上述したように出力アームのカム面の形状を設定した場合、入力アームと出力アームとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離した状況のもとでは、回転する吸気カムの押圧による出力アームの揺動開始に伴ってカム面と吸気バルブとの接触点が同カム面におけるリフト区間側に移動開始し、吸気バルブが開弁開始するようになる。すなわち、吸気バルブの開弁開始に関しては、出力アームの揺動速度が「０」の状態から行われることとなる。この状況下での吸気バルブの開弁開始後は出力アームの揺動速度が「０」から徐々に速くなってゆく過程にあり、開弁開始後に出力アームの揺動に伴いリフトする吸気バルブの開弁方向への加速度を速やかに大きくすることはできない。

ここで、高負荷運転時など内燃機関の吸入空気量の要求量が最大となり、入力アームと出力アームとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離した状態となる状況のもとでは、吸気バルブの開弁後のリフト特性を次のような特性とすることが、内燃機関の吸気効率を高めるうえで好ましい。すなわち、吸気バルブの開弁後のリフト特性に関しては、開弁開始後における吸気バルブの開弁方向への加速度を大きくし、同吸気バルブのリフト量を可能な限り速やかに大きくすることのできる特性とすることが好ましい。しかし、上述したように出力アームのカム面の形状設定を行った場合、開弁開始後における吸気バルブの開弁方向への加速度を速やかに大きくすることに限界があることから、上記内燃機関の吸気効率向上の面で不利であることは否めない。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、吸気バルブの最大リフト量及び作動角を最大とする機関運転状態のとき、開弁開始後における吸気バルブの開弁方向への加速度を速やかに大きくし、それによって吸気効率を向上させることのできる内燃機関の可変動弁機構を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、内燃機関の吸気カムシャフトに固定されて同シャフトと一体回転する吸気カムと、その回転する吸気カムに押されて軸を中心に揺動する入力アームと、前記入力アームの揺動に伴い前記軸を中心に揺動して吸気バルブをリフトさせる出力アームとを備え、前記出力アームの前記吸気バルブ側と接触可能なカム面における前記軸寄りの部分には同出力アームの揺動に対して前記吸気バルブをリフトさせないベース円区間を形成するとともに、前記カム面における前記ベース円区間よりも前記軸から離れる側には前記出力アームの揺動によって前記吸気バルブをリフト可能なリフト区間を形成し、前記入力アームと前記出力アームとの揺動方向についての相対位置の変更を通じて前記カム面と前記吸気バルブとの接触点の吸気バルブをリフトさせるときの往復移動範囲を変更することにより、前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角を可変とする内燃機関の可変動弁機構において、前記入力アームと前記出力アームとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離したとき、前記接触点の往復移動範囲が前記カム面における前記ベース円区間と前記リフト区間との境界を挟んで両者にさしかかるよう、前記ベース円区間を前記リフト区間側に延ばし、このときの前記吸気バルブの開弁タイミング及び閉弁タイミングが、前記ベース円区間を前記リフト区間側に延ばさずに前記接触点の往復移動範囲が前記境界から前記リフト区間のみにさしかかるようにしたときの吸気バルブの開弁タイミング、及び閉弁タイミングと等しくなるよう、前記吸気カムの前記入力アームに対する作用角を大きくした。

内燃機関の高負荷運転時など同機関の吸入空気量の要求量が最大となる機関運転状態のとき、入力アームと出力アームとの揺動方向についての相対位置が互いに最も離れた状態とされる。これにより、吸気バルブの最大リフト量及び作動角はそれぞれ、内燃機関の吸入空気量の要求量に対応した値である最大値とされる。

上記構成によれば、入力アームと出力アームとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離した状況のもと、回転する吸気カムの押圧による出力アームの揺動が開始されると、カム面と吸気バルブとの接触点が同カム面におけるベース円区間からリフト区間側に向けて移動開始される。このとき、出力アームの揺動速度に関しては、同出力アームの揺動が進むにつれて「０」から徐々に上昇してゆくこととなる。その後、出力アームの揺動速度が「０」に対し大きくなった状態で、上記接触点がカム面のリフト区間にさしかかると、吸気バルブの開弁が開始される。このように出力アームの揺動速度が「０」に対し大きくなった状態で吸気バルブの開弁を開始することで、開弁開始後に出力アームの揺動に伴いリフトする吸気バルブの開弁方向への加速度を速やかに大きくすることが可能になる。そして、このように開弁開始後の吸気バルブの開弁方向についての加速度を速やかに大きくすることで、内燃機関の吸気効率の向上を図ることができる。

開弁開始後の吸気バルブの開弁方向についての加速度を大きくすることを目的として、出力アームの揺動速度が「０」に対し大きくなった状態で吸気バルブの開弁を開始することは、出力アームのカム面におけるベース円区間をリフト区間側に延ばすことによって実現される。ただし、このようにベース円区間をリフト区間側に延ばすと、吸気バルブの開弁タイミングが遅くなるとともに閉弁タイミングが早くなって同吸気バルブ作動角が小さくなり、それが内燃機関の吸気効率の低下を招くおそれがある。こうした不具合を回避することを意図して、上述したように吸気カムの入力アームに対する作用角が大きくされ、これにより吸気バルブの開弁タイミングが遅くなったり閉弁タイミングが速くなったりすることが防止される。従って、カム面のベース円区間をリフト区間側に延ばすことで吸気バルブの作動角が小さくなり、内燃機関の吸気効率の低下を招くという不具合は回避される。

以上のように、出力アームのカム面におけるベース円区間をリフト区間側に延ばすとともに、入力アームに対する吸気カムの作用角を大きくすることで、吸気バルブの最大リフト量及び作動角を最大とする機関運転状態のとき、開弁開始後における吸気バルブの開弁方向への加速度を速やかに大きくし、それによって内燃機関の吸気効率を向上させることができる。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記吸気バルブ及びそれをリフトさせる前記出力アームは、内燃機関の一つの気筒につき複数設けられ、前記一つの気筒における各出力アームのカム面の前記ベース円区間がそれぞれ前記リフト区間側に延ばされていることを要旨とした。 内燃機関の可変動弁機構。

上記構成によれば、一気筒につき複数設けられた吸気バルブをそれぞれ吸気カムの回転に基づきリフトさせる可変動弁機構において、吸気バルブの最大リフト量及び作動角を最大とする機関運転状態のとき、開弁開始後における吸気バルブの開弁方向への加速度を速やかに大きくし、それによって内燃機関の吸気効率を向上させることができる。

請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の発明において、前記吸気カムの前記入力カムに対する作用角を大きくすることは、その吸気カムのノーズ部分を大きくすることと、前記入力アームの前記吸気カムと接触する部分を同吸気カム側に拡大することとの少なくとも一方により実現されることを要旨とした。

上記構成によれば、入力カムに対する吸気カムの作用角の拡大を的確に実現することができる。また、その作用角の拡大を吸気カムのノーズ部分を大きくすることと前記入力アームの前記吸気カムと接触する部分を同吸気カム側に拡大することとの両方で実現すれば、上記作用角の拡大をより簡単に実現することができる。

以下、本発明を自動車用の多気筒エンジンに適用した一実施形態を図１〜図７に従って説明する。
図１は、エンジン１における所定気筒のシリンダヘッド２周りの構造を示す拡大断面図である。このエンジン１においては、シリンダヘッド２、シリンダブロック３、及びピストン５によって各気筒毎に一つの燃焼室６が区画され、各燃焼室６には各々吸気通路７及び排気通路８が接続されている。各気筒の吸気通路７及び排気通路８は二つに分岐した状態で燃焼室６に繋がっている（図１には分岐後の一方の吸気通路７及び排気通路８のみ図示）。

吸気通路７における二つに分岐した部分と燃焼室６との間にはそれぞれ吸気バルブ９ａ，９ｂ（図１には吸気バルブ９ａのみ図示）が設けられている。そして、吸気通路７の分岐した部分と燃焼室６との間は、これら二つの吸気バルブ９ａ，９ｂの開閉動作によって連通・遮断されるようになる。また、排気通路８における二つに分岐した部分と燃焼室６との間にはそれぞれ排気バルブ１０ａ，１０ｂ（図１には排気バルブ１０ａのみ図示）が設けられている。そして、排気通路８の分岐した部分と燃焼室６との間は、これら二つの排気バルブ１０ａ，１０ｂの開閉動作によって連通・遮断されるようになる。

シリンダヘッド２には、これら吸気バルブ９ａ，９ｂ、及び、排気バルブ１０ａ，１０ｂを駆動するための吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２が設けられている。これら吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２は、エンジン１のクランクシャフトからの回転伝達によって回転するようになっている。また、吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２には、それぞれ吸気カム１１ａ及び排気カム１２ａが固定されている。そして、これら吸気カム１１ａ及び排気カム１２ａの吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２との一体回転を通じて、吸気バルブ９ａ，９ｂ、及び、排気バルブ１０ａ，１０ｂが開閉動作するようになっている。

また、エンジン１には、吸気バルブ９ａ，９ｂ、及び、排気バルブ１０ａ，１０ｂといった機関バルブのバルブ特性を可変とする可変動弁機構として、吸気バルブ９ａ，９ｂの最大リフト量及び作動角を可変とする可変動弁機構１４が設けられている。この可変動弁機構１４の動作を通じて、例えば吸入空気量を多く必要とするエンジン運転状態になるほど、最大リフト量及び作動角が大となるよう制御される。これは最大リフト量及び作動角を大とするほど、吸気通路７から燃焼室６への空気の吸入が効率よく行われ、上述した吸入空気量に関する要求を満たすことが可能なためである。

次に、可変動弁機構１４の詳細な構造について説明する。
可変動弁機構１４は、吸気カムシャフト１１に固定されて同シャフト１１と一体回転する上記吸気カム１１ａを備えている。また、可変動弁機構１４は、回転する吸気カム１１ａにより押されて上記吸気カムシャフト１１と平行に延びるロッカシャフト１５及びコントロールシャフト１６の軸線を中心に揺動する入力アーム１７、及び、この入力アーム１７の揺動に基づき上記軸線を中心に揺動する出力アーム１８ａ，１８ｂ（図１には出力アーム１８ａのみ図示）も備えている。

可変動弁機構１４の入力アーム１７に関しては、ローラ１９が回転可能に取り付けられるとともに、そのローラ１９が吸気カム１１ａに押しつけられるようコイルスプリング２０によって吸気カム１１ａ側に付勢されている。一方、可変動弁機構１４の出力アーム１８ａ，１８ｂは各々、一つの気筒に設けられる二つの吸気バルブ９ａ，９ｂに対応するように設けられており、揺動時にロッカアーム２１に押しつけられる。このロッカアーム２１の基端部はラッシュアジャスタ２２によって支持され、同ロッカアーム２１の先端部は吸気バルブ９ａ，９ｂに接触している。また、ロッカアーム２１は吸気バルブ９ａ，９ｂのバルブスプリング２４によって出力アーム１８ａ，１８ｂ側に付勢され、これによりロッカアーム２１の基端部と先端部との間に回転可能に支持されたローラ２３が出力アーム１８ａ，１８ｂに押しつけられている。

従って、吸気カム１１ａの回転に基づき入力アーム１７及び出力アーム１８ａ，１８ｂが揺動すると、出力アーム１８ａ，１８ｂがロッカアーム２１を介して吸気バルブ９ａ，９ｂをリフトさせ、吸気バルブ９ａ，９ｂの開閉動作が行われるようになる。なお、出力アーム１８ａ，１８ｂにおけるロッカアーム２１と対向する面は、吸気バルブ９ａ，９ｂを駆動するためのカム面２５となっており、ロッカアーム２１のローラ２３と接触することとなる。このカム面２５における吸気バルブ９ａ，９ｂ側との接触点、即ちローラ２３との接触点は、出力アーム１８ａ，１８ｂの揺動に伴い吸気バルブ９ａ，９ｂがリフトする際にカム面２５に沿って往復動する。即ち、吸気バルブ９ａ，９ｂリフト量が増加するときには、上記接触点がリフト量の増加につれてロッカシャフト１５から離れる方向に変位してゆく。逆に、吸気バルブ９ａ，９ｂのリフト量が減少するときには、その減少につれて上記接触点がロッカシャフト１５に接近する方向に変位してゆく。

可変動弁機構１４では、パイプ状のロッカシャフト１５内に配置されたコントロールシャフト１６を軸方向に変位させることで、入力アーム１７と出力アーム１８ａ，１８ｂとの揺動方向についての相対位置を変更することが可能となっている。このように、入力アーム１７と出力アーム１８ａ，１８ｂとの揺動方向についての相対位置を変更すると、吸気バルブ９ａ，９ｂの開閉時におけるカム面２５の吸気バルブ９ａ，９ｂ側（ローラ２３）との接触点の往復移動範囲が変更され、それによって吸気バルブ９ａ，９ｂの最大リフト量及び作動角が可変とされる。より詳しくは、入力アーム１７と出力アーム１８ａ，１８ｂとを揺動方向について互いに接近させるほど、上記接触点の往復移動範囲がロッカシャフト１５寄りに変位してゆき、それに伴い吸気バルブ９ａ，９ｂの最大リフト量及び作動角は互いに同期した状態で小となってゆく。逆に、入力アーム１７と出力アーム１８ａ，１８ｂとを揺動方向について互いに離間させるほど、上記接触点の往復移動範囲がロッカシャフト１５から離れる方向に変位してゆき、吸気バルブ９ａ，９ｂの最大リフト量及び作動角は互いに同期した状態で大となってゆく。

次に、可変動弁機構１４の内部構造について、図２〜図４を参照して説明する。
図２は、可変動弁機構１４における入力アーム１７及び出力アーム１８ａ，１８ｂの内側の構造を示す破断斜視図である。

可変動弁機構１４は、入力アーム１７及び出力アーム１８ａ，１８ｂの内側に配設された円筒状のスライダ２６を備えている。このスライダ２６の内部には上記ロッカシャフト１５が挿入され、ロッカシャフト１５の内部には上記コントロールシャフト１６が挿入されている。そして、コントロールシャフト１６が軸線方向に移動すると、その移動がコントロールシャフト１６に取り付けられたピン及びブッシュ（共に図示せず）によって、スライダ２６に伝達されて同スライダ２６も上記軸線方向に変位する。スライダ２６の外壁において、長手方向中央部にはヘリカルスプライン２７を有する入力ギヤ２７ａが固定され、長手方向両端部にはヘリカルスプライン２９を有する出力ギヤ２９ａが固定されている。

一方、図３に示されるように、入力アーム１７の内壁にはヘリカルスプライン２８を有する円環状の内歯ギヤ２８ａが形成され、出力アーム１８ａ，１８ｂの内壁にはヘリカルスプライン３０を有する円環状の内歯ギヤ３０ａが形成されている。そして、入力アーム１７の内歯ギヤ２８ａはスライダ２６の入力ギヤ２７ａ（図２）と噛み合わされ、出力アーム１８ａ，１８ｂの内歯ギヤ３０ａはスライダ２６の出力ギヤ２９ａ（図２）と噛み合わされている。なお、ヘリカルスプライン２７，２８とヘリカルスプライン２９，３０とは、互いに傾斜角が異なっており、例えば互いに歯すじの傾斜方向が逆となっている。

そして、コントロールシャフト１６の軸線方向への移動に基づきスライダ２６が同軸線方向に変位すると、ヘリカルスプライン２７，２９とヘリカルスプライン２８，３０との噛み合いにより、入力アーム１７と出力アーム１８ａ，１８ｂとの揺動方向についての相対位置が変更される。具体的には、スライダ２６を図２の矢印Ｌ方向に変位させるほど入力アーム１７と出力アーム１８ａ，１８ｂとの揺動方向についての相対位置が互いに接近するように変更され、スライダ２６を矢印Ｈ方向に変位させるほど上記相対位置が互いに離間するように変更される。こうした入力アーム１７及び出力アーム１８ａ，１８ｂの揺動方向についての相対位置の変更を通じて、吸気カム１１ａの回転により出力アーム１８ａ，１８ｂが揺動したときの吸気バルブ９ａ，９ｂの最大リフト量及び作動角が可変とされる。

図４は、入力アーム１７、出力アーム１８ａ，１８ｂ、スライダ２６及びロッカシャフト１５等の内部構造を示す断面図である。
同図に示されるように、可変動弁機構１４の入力アーム１７及び出力アーム１８ａ，１８ｂは、シリンダヘッド２に設けられた複数の立壁部４５に挟まれた状態となっている。また、同機構１４のロッカシャフト１５及びコントロールシャフト１６は各立壁部４５を貫通するとともに入力アーム１７及び出力アーム１８ａ，１８ｂも貫通している。これら入力アーム１７及び出力アーム１８ａ，１８ｂにおける上記ロッカシャフト１５及びコントロールシャフト１６の軸線方向についての変位は上記立壁部４５によって規制されている。

コントロールシャフト１６には、同シャフト１６とスライダ２６とを一体移動可能に繋ぐためのピン５１が径方向に挿入されている。このようにコントロールシャフト１６に挿入されたピン５１は、同シャフト１６の外周面から突出した状態となっている。また、ロッカシャフト１５における上記ピン５１に対応する位置には、軸線方向に延びるとともに同ピン５１をロッカシャフト１５の内周面側から外周面側に貫通させるための長穴３３が形成されている。この長穴３３とピン５１とは、上記軸線方向（図中の左右方向）についての相対移動のみ可能となっており、ロッカシャフト１５の周方向についての相対移動は不能となっている。更に、スライダ２６の内周面における上記ピン５１に対応する位置には、周方向に延びてピン５１の先端が挿入される溝３４が形成されている。溝３４内にはブッシュ３５が設けられ、同ブッシュ３５にはピン５１の先端部分が挿入される挿入孔３６が形成されている。そして、ピン５１の先端部分をブッシュ３５の挿入孔３６に挿入することで、スライダ２６がピン５１及びブッシュ３５によってコントロールシャフト１６と一体移動可能に繋がれている。

従って、コントロールシャフト１６が軸線方向に移動すると、それに伴いピン５１がロッカシャフト１５の長穴３３に沿って移動する。その結果、ピン５１がブッシュ３５の外側面を介して溝３４の内側面に押しつけられ、スライダ２６がコントロールシャフト１６の軸線方向に変位する。そして、このスライダ２６の変位を通じて入力アーム１７と出力アーム１８ａ，１８ｂとの揺動方向についての相対位置が可変とされ、吸気カム１１ａ（図１）の回転により入力アーム１７及び出力アーム１８ａ，１８ｂが揺動したときの吸気バルブ９ａ，９ｂの最大リフト量及び作動角が可変とされる。なお、入力アーム１７及び出力アーム１８ａ，１８ｂが揺動するときには、それに伴ってスライダ２６も周方向に揺動（回動）する。このとき、スライダ２６の溝３４の内側面がブッシュ３５の外側面に対して摺動し、両者の間の摩擦力によってブッシュ３５及びピン５１も上記周方向に揺動しようとする。しかし、スライダ２６の揺動につられてのブッシュ３５及びピン５１の揺動は、ロッカシャフト１５の長穴３３の対向する内側面によって規制される。

次に、出力アーム１８ａ，１８ｂのカム面２５の形状について説明する。このカム面２５の形状により、回転する吸気カム１１ａによって吸気バルブ９ａ，９ｂを開閉駆動する際の吸気バルブ９ａ，９ｂのリフト量の推移が定められることとなる。なお、出力アーム１８ｂのカム面２５の形状は、出力アーム１８ａのカム面と同一形状となっており、以下では出力アーム１８ａのカム面の形状について従来の出力アームにおけるカム面の形状との比較のもと詳しく説明する。

図５は出力アーム１８ａをロッカシャフト１５の軸線方向から見た拡大図である。
同図に示されるように、出力アーム１８ａのカム面２５にはベース円区間ＵＬ及びリフト区間ＣＬが形成されている。上記ベース円区間ＵＬは、カム面２５におけるロッカシャフト１５寄りの部分に形成されている。このベース円区間ＵＬは、ロッカシャフト１５の軸線を中心とするベース円Ｂ上に沿って延びる区間であって、これにより出力アーム１８ａ，１８ｂの揺動に対し吸気バルブ９ａ，９ｂがリフトしない区間となっている。また、上記リフト区間ＣＬは、カム面２５におけるベース円区間ＵＬよりもロッカシャフト１５から離れる側に形成されている。このリフト区間ＣＬは、上記ベース円Ｂに対しロッカシャフト１５から離れるように延びる区間であって、これにより出力アーム１８ａの揺動に対して吸気バルブ９ａをリフト可能な区間となっている。

図６は、従来の出力アームにおけるカム面のベース円区間及びリフト区間を示したものである。同図に示されるカム面の形状は、入力アームと出力アームとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離したとき、吸気バルブの開閉時におけるカム面と吸気バルブ側との接触点の往復移動範囲が、同図に示されるようにベース円区間とリフト区間との境界からリフト区間側のみにさしかかるよう定められる。このようにカム面の形状を定めるのは、［背景技術］の欄に記載した［１］〜［３］の理由による。

しかし、このようにカム面の形状を定めると、高負荷運転時などエンジン１の吸入空気量の要求量が最大となり、入力アームと出力アームとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離した状態となる状況のもとでは、吸気バルブの開弁開始後における開弁方向への加速度を速やかに大きくすることはできない。従って、エンジン１の吸気効率の向上を図るべく、開弁開始後の吸気バルブの開弁方向への加速度を速やかに大きくしようとしても、それには限界があることから、従来のカム面の形状設定では上記エンジン１の吸気効率向上の面で不利であることは［発明が解決しようとする課題］の欄に記載したとおりである。

こうした不具合に対処すべく、本実施形態の出力アーム１８ａ，１８ｂ（図５には出力アーム１８ａのみ図示）のカム面においては、吸気バルブ９ａの開閉時におけるカム面２５と吸気バルブ９ａ，９ｂ側（正確にはローラ２３）との接触点Ｐの往復移動範囲Ａが次のように位置するよう、形状が定められている。すなわち、入力アーム１７と出力アーム１８ａ，１８ｂとを揺動方向についての相対位置を互いに最も離した状態のとき、上記往復移動範囲Ａがベース円区間ＵＬとリフト区間ＣＬとの境界を挟んで両者にさしかかるようベース円区間ＵＬをリフト区間ＣＬ側に延ばした形状に、カム面２５の形状が定められている。

そして、このようにカム面２５の形状を定めた場合、入力アーム１７と出力アーム１８ａ，１８ｂ（図５には出力アーム１８ａのみ図示）との揺動方向についての相対位置を互いに最も離した状況のもとでは、吸気バルブ９ａが吸気カム１１ａの回転に伴い次のように開弁する。すなわち、回転する吸気カム１１ａの押圧を通じて出力アーム１８ａが揺動開始されると、上記接触点Ｐがカム面２５におけるベース円区間ＵＬからリフト区間ＣＬ側に向けて移動開始される。このとき、出力アーム１８ａの揺動速度に関しては、同出力アーム１８ａの揺動が進むにつれて「０」から徐々に上昇してゆくこととなる。その後、出力アーム１８ａの揺動速度が「０」に対し大きくなった状態で、上記接触点Ｐがカム面２５のリフト区間ＣＬにさしかかると、吸気バルブ９ａの開弁が開始される。このように出力アーム１８ａの揺動速度が「０」に対し大きくなった状態で吸気バルブ９ａの開弁を開始することで、開弁開始後に出力アーム１８ａの揺動に伴いリフトする吸気バルブ９ａの開弁方向についての加速度を速やかに大きくすることが可能になる。そして、このように開弁開始後の吸気バルブ９ａの開弁方向についての加速度を速やかに大きくすることで、エンジン１の吸気効率の向上を図ることができる。

開弁開始後の吸気バルブ９ａの開弁方向についての加速度を大きくすることを目的として、出力アーム１８ａの揺動速度が「０」に対し大きくなった状態で吸気バルブ９ａの開弁を開始することは、出力アーム１８ａのカム面２５におけるベース円区間ＵＬをリフト区間ＣＬ側に延ばすことにより実現されることは上述した。ただし、このようにベース円区間ＵＬをリフト区間ＣＬ側に延ばすと、吸気バルブ９ａの開弁タイミングが遅くなるとともに閉弁タイミングが早くなって同吸気バルブ９ａの作動角が小さくなり、それがエンジン１の吸気効率の低下を招くおそれがある。こうした不具合を回避することを意図して、吸気バルブ９ａの開弁タイミング及び閉弁タイミングが、図６に示される従来のカム面を採用した場合の吸気バルブの開弁タイミング及び閉弁タイミングと等しくなるよう、吸気カム１１ａの入力アーム１７に対する作用角が大きくされる。具体的には、吸気カム１１ａのノーズ部分１１ｂ（図１）を大きくすることと、入力アーム１７の吸気カム１１ａと接触する部分を同吸気カム１１ａ側に拡大することとの少なくとも一方により、上述した吸気カム１１ａの入力アーム１７に対する作用角の拡大が実現される。このように吸気カム１１ａの入力アーム１７に対する作用角を大きくすることで、カム面２５のベース円区間ＵＬをリフト区間ＣＬ側に延ばすことで吸気バルブ９ａの作動角が小さくなることは抑制され、ひいては、エンジン１の吸気効率の低下を招くという不具合が回避される。

以上のように、出力アーム１８ａ，１８ｂのカム面２５におけるベース円区間ＵＬをリフト区間ＣＬ側に延ばすとともに、入力アーム１７に対する吸気カム１１ａの作用角を大きくすることで、開弁開始後における吸気バルブ９ａ，９ｂの開弁方向への加速度を速やかに大きくし、それによって吸気効率を向上させることができる。

次に、可変動弁機構１４の入力アーム１７と出力アーム１８ａ，１８ｂとを最も離れた状態とし、吸気バルブ９ａ，９ｂの最大リフト量及び作動角を最大としたときの吸気バルブ９ａ，９ｂのリフト特性について、従来の吸気バルブのリフト特性との比較のもと、図７を参照して説明する。

図７（ａ）において、破線は従来の出力アーム（図６）及び吸気カムを用いた場合のクランク角の変化に対する吸気バルブのリフト量の推移であり、実線は図５に示される出力アーム１８ａと本実施形態の吸気カム１１ａ及び入力アーム１７（共に図１）とを用いた場合のクランク角の変化に対する吸気バルブ９ａのリフト量の推移である。

出力アーム１８ａのカム面２５では、従来の出力アームのカム面（図６）と比較して、ベース円区間ＵＬがリフト区間ＣＬ側に延ばされているため、吸気バルブ９ａの開弁タイミングが遅くなるとともに閉弁タイミングが早くなり、同吸気バルブ９ａの作動角が小さくなるおそれがあることは上述したとおりである。これを回避すべく吸気カム１１ａの入力アーム１７に対する作用角が上述したように大きくされ、図７（ａ）に実線で示されるように吸気バルブ９ａの開弁タイミング及び閉弁タイミングが従来の吸気バルブの開弁タイミング及び閉弁タイミング（破線）と等しくなるようにされている。

図７（ｂ）において、破線は従来の吸気カムを用いて図６に示される出力アームを揺動させた場合のクランク角の変化に対する出力アームの揺動速度の推移である。また、同図の実線は、本実施形態の吸気カム１１ａ及び入力アーム１７（共に図１）を用いて図５に示される出力アーム１８ａを揺動させた場合のクランク角の変化に対する出力アーム１８ａの揺動速度の推移である。

吸気カム１１ａの入力アーム１７に対する作用角は上述したように大きくされているため、入力アーム１７と一体的に揺動する出力アーム１８ａの揺動速度の「０」からの上昇開始タイミング（Ｔ１）が従来のタイミング（Ｔ２）よりも早くなるとともに、同揺動速度の「０」への収束完了タイミング（Ｔ５）が従来のタイミング（Ｔ４）よりも遅くなる。従って、図同（ｂ）において破線に対する実線のずれは、吸気カム１１ａの入力アーム１７に対する作用角の従来の作用角に対する拡大分を表している。

図７（ｃ）において、破線は従来の吸気カム及び出力アーム（図６）を用いた場合のクランク角の変化に対する吸気バルブの加速度の推移であり、実線は本実施形態の吸気カム１１ａ及び入力アーム１７（共に図１）と出力アーム１８ａ（図５）とを用いた場合のクランク角の変化に対する吸気バルブ９ａの加速度の推移である。

出力アーム１８ａの揺動速度の「０」からの上昇開始後（タイミングＴ１後）、その揺動速度が「０」に対し大きくなった状態で、出力アーム１８ａの揺動に伴う吸気バルブ９ａの開弁が開始される（タイミングＴ２）。なお、タイミングＴ１からタイミングＴ２までの期間は、図５に示される出力アーム１８ａのカム面２５と吸気バルブ９ａ側との接触点Ｐがカム面２５におけるベース円区間ＵＬを変位する期間である。その後、出力アーム１８ａの揺動に伴い上記接触点Ｐがリフト区間ＣＬにさしかかると、上述したように吸気バルブ９ａの開弁が開始される。このときの吸気バルブ９ａの開弁開始に関しては、出力アーム１８ａの揺動速度が「０」に対し大きくなった状態で行われるため、開弁開始後における吸気バルブ９ａの開弁方向についての加速度は、図７（ｃ）に実線で示されるように従来の加速度（破線）と比較して速やかに大きくされる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）可変動弁機構１４の出力アーム１８ａ，１８ｂにおけるカム面２５では、そのベース円区間ＵＬがリフト区間ＣＬ側に延ばされている。これにより、入力アーム１７と出力アーム１８ａ，１８ｂとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離したとき、出力アーム１８ａ，１８ｂのカム面２５と吸気バルブ９ａ，９ｂ側との接触点Ｐの往復移動範囲Ａが上記カム面２５におけるベース円区間ＵＬとリフト区間ＣＬとの境界を挟んで両者にさしかかるようにされる。

また、可変動弁機構１４における吸気カム１１ａの入力アーム１７に対する作用角においては、入力アーム１７と出力アーム１８ａ，１８ｂとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離したときの吸気バルブ９ａ，９ｂの作動角に関係して、次のように拡大が図られている。すなわち、上記吸気バルブ９ａ，９ｂの作動角が、ベース円区間ＵＬをリフト区間ＣＬ側に延ばさずに上記接触点Ｐの往復移動範囲Ａが上記境界からリフト区間ＣＬのみにさしかかるようにしたときの吸気バルブの作動角（従来の作動角）と一致するよう、吸気カム１１ａの入力アーム１７に対する作用角が拡大されている。

以上により、入力アーム１７と出力アーム１８ａ，１８ｂとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離したとき、開弁開始後における吸気バルブ９ａ，９ｂの開弁方向への加速度を速やかに大きくし、それによってエンジン１の吸気効率を向上させることができるようになる。

（２）吸気カム１１ａの入力アーム１７に対する作用角の拡大に関しては、吸気カム１１ａのノーズ部分１１ｂを大きくすることと入力アーム１７の吸気カム１１ａと接触する部分を吸気カム１１ａ側に拡大することとの少なく一方により、的確に実現することができる。また、吸気カム１１ａの入力アーム１７に対する作用角の拡大を、吸気カム１１ａのノーズ部分１１ｂを大きくすることと入力アーム１７の吸気カム１１ａと接触する部分を吸気カム１１ａ側に拡大することとの両方で実現すれば、上記作用角の拡大をより簡単に実現することができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・吸気バルブは一つの気筒につき一つであってもよいし、三つ以上であってもよい。この場合、可変動弁機構の出力アームの数が一つの気筒に設けられる吸気バルブの数と同じ数とされる。

・吸気カム１１ａの入力アーム１７に対する作用角の拡大を、吸気カム１１ａのノーズ部分１１ｂを大きくすることのみにより実現したり、入力アーム１７の吸気カム１１ａと接触する部分を吸気カム１１ａ側に拡大することのみにより実現したりしてもよい。

本実施形態の可変動弁機構の適用されるエンジンのシリンダヘッド回りの構造を示す拡大断面図。 上記可変動弁機構の内部構造を示す破断斜視図。 入力アーム及び出力アームの内部構造を示す破断斜視図。 可変動弁機構の内部構造を示す断面図。 本実施形態の出力アームをロッカシャフトの軸線方向から見た拡大図。 従来の出力アームをロッカシャフトの軸線方向から見た拡大図。 （ａ）〜（ｃ）は、クランク角の変化に対する吸気バルブのリフト量の推移、出力アームの揺動速度の推移、及び吸気バルブの加速度の推移を示すタイミングチャート。

符号の説明

１…エンジン、２…シリンダヘッド、３…シリンダブロック、５…ピストン、６…燃焼室、７…吸気通路、８…排気通路、９ａ，９ｂ…吸気バルブ、１０ａ，１０ｂ…排気バルブ、１１…吸気カムシャフト、１１ａ…吸気カム、１１ｂ…ノーズ部分、１２…排気カムシャフト、１２ａ…排気カム、１４…可変動弁機構、１５…ロッカシャフト、１６…コントロールシャフト、１７…入力アーム、１８ａ，１８ｂ…出力アーム、１９…ローラ、２０…コイルスプリング、２１…ロッカアーム、２２…ラッシュアジャスタ、２３…ローラ、２４…バルブスプリング、２５…カム面、２６…スライダ、２７…ヘリカルスプライン、２７ａ…入力ギヤ、２８…ヘリカルスプライン、２８ａ…内歯ギヤ、２９…ヘリカルスプライン、２９ａ…出力ギヤ、３０…ヘリカルスプライン、３０ａ…内歯ギヤ、３３…長穴、３４…溝、３５…ブッシュ、３６…挿入孔、４５…立壁部、５１…ピン。

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気カムシャフトに固定されて同シャフトと一体回転する吸気カムと、その回転する吸気カムに押されて軸を中心に揺動する入力アームと、前記入力アームの揺動に伴い前記軸を中心に揺動して吸気バルブをリフトさせる出力アームとを備え、前記出力アームの前記吸気バルブ側と接触可能なカム面における前記軸寄りの部分には同出力アームの揺動に対して前記吸気バルブをリフトさせないベース円区間を形成するとともに、前記カム面における前記ベース円区間よりも前記軸から離れる側には前記出力アームの揺動によって前記吸気バルブをリフト可能なリフト区間を形成し、前記入力アームと前記出力アームとの揺動方向についての相対位置の変更を通じて前記カム面と前記吸気バルブ側との接触点の吸気バルブをリフトさせるときの往復移動範囲を変更することにより、前記吸気バルブの最大リフト量及び作動角を可変とする内燃機関の可変動弁機構において、
   前記入力アームと前記出力アームとの揺動方向についての相対位置を互いに最も離したとき、前記接触点の往復移動範囲が前記カム面における前記ベース円区間と前記リフト区間との境界を挟んで両者にさしかかるよう、前記ベース円区間を前記リフト区間側に延ばし、
   このときの前記吸気バルブの開弁タイミング及び閉弁タイミングが、前記ベース円区間を前記リフト区間側に延ばさずに前記接触点の往復移動範囲が前記境界から前記リフト区間のみにさしかかるようにしたときの吸気バルブの開弁タイミング、及び閉弁タイミングと等しくなるよう、前記吸気カムの前記入力アームに対する作用角を大きくした
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. 前記吸気バルブ及びそれをリフトさせる前記出力アームは、内燃機関の一つの気筒につき複数設けられ、
   前記一つの気筒における各出力アームのカム面の前記ベース円区間がそれぞれ前記リフト区間側に延ばされている
   請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構。
3. 前記吸気カムの前記入力アームに対する作用角を大きくすることは、その吸気カムのノーズ部分を大きくすることと、前記入力アームの前記吸気カムと接触する部分を同吸気カム側に拡大することとの少なくとも一方により実現される
   請求項１又は２記載の内燃機関の可変動弁機構。

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