JP2009121272A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気弁の小バルブリフト制御時における開弁時期の変化を小さくして排気弁との最適なバルブオーバーラップを得て良好な燃焼状態を確保する。
【解決手段】軸心Ｐ１がジャーナル部２５ｂの軸心Ｐと偏心した状態で制御軸２５の外周に固設され、ロッカアーム１５の揺動支点となる制御カム２６を備え、前記制御軸を介して制御カムを回動制御することによってロッカアームの揺動支点Ｐ１を変化させることにより、吸気弁３のバルブリフト量を可変にする可変動弁装置である。吸気弁の小バルブリフト制御時における前記ロッカアームの揺動支点Ｐ１’’を、最大バルブリフト時の前記揺動支点位置Ｐ１’を通る前記駆動軸を中心とする円弧軌跡Ｒよりも外側でかつ前記最大バルブリフト時の揺動支点位置を通る前記ロッカアームの一端部の枢支点Ｈを中心とする円弧軌跡Ｒ１より内側の領域に位置させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、機関弁である吸気弁や排気弁の少なくともバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変にできる内燃機関の可変動弁装置に関する。

周知にように、機関低速低負荷時における燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時における吸気の充填効率の向上による十分な出力を確保する等のために、吸気・排気弁の開閉弁時期とバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御する動弁装置は従来から種々提供されており、その一つとして、本出願人が先に出願した以下の特許文献１に記載されているもの知られている。

概略を説明すれば、クランクシャフトによって回転駆動するドライブシャフトの外周に一体に有する駆動カムと、該駆動カムの回転力を揺動運動に変換するロッカアームやリンク部材などからなる多節リンク式の伝達機構と、該伝達機構を介してバルブリフターの上面を摺動して吸気弁を開閉作動させる揺動カムと、基端部が前記ドライブシャフトに回動自在に支持されて、先端部が前記伝達機構のロッカアームの揺動支点に回動自在に連結されたほぼ横倒し状態のサポートアームと、該サポートアームの先端側を上下方向へ回動させる駆動機構と、機関運転状態に応じて前記駆動機構を正逆回転制御する制御手段と、を備えている。

そして、前記駆動機構によってサポートアームを上下方向へ回動制御することにより前記伝達機構のロッカアームとリンク部材を介して揺動カムのバルブリフターの上面に対する摺動位置を変化させて吸気弁のリフト量を可変制御するようになっている。
特開平１１−２６４３０７号公報(図９、図１０)

前記従来の可変動弁装置にあっては、前述のように、サポートアームを上下方向へ回動させることにより揺動カムのバルブリフターの上面に対する摺動位置を変化させて吸気弁のバルブリフト量を変化させるようになっているため、例えば、ドライブシャフトの回転方向と揺動カムによる開弁リフト時の揺動方向が同一である場合には、前記公報の図１０に示すように、吸気弁の大バルブリフト量制御時から小バルブリフト量制御への切り換え時における吸気弁の開弁開始時期の位相変化が極めて小さくなるのに対して閉弁時期の位相変化が大きくなる。

すなわち、大バルブリフト域から小バルブリフト域への切り換え時には、まず、サポートアームが駆動手段によって上方向へ回動すると共に、ロッカアームもそれに伴って上方へ移動するが、駆動カムはこれと逆方向に回転していることから、ロッカアームの揺動タイミングが一時的に早くなり、これによって吸気弁のリフト特性は結果的に開弁時期ＩＶＯが過度に早くなり、かかるリフト切換時の開弁時期の位相変化が極めて小さくなる。

したがって、機関の低速低負荷運転時にバルブリフト量を大リフトから小リフトに制御した場合に、大バルブリフト制御時における排気弁とのバルブオーバーラップとほぼ同じ大きさになってしまい残留ガスが増加してかかる低速低負荷時において燃焼が悪化して燃費の低下を招くおそれがある。つまり、機関運転状態に応じたバルブオーバーラップを適切に制御することができない。

本発明は、前記従来の可変動弁装置の技術的課題に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、機関弁（吸気弁）を開閉作動させる揺動カムと、前記駆動カムの回転力を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構と、軸心が制御軸の軸心と偏心した状態で制御軸の外周に固設され、前記伝達機構の揺動支点となる制御カムと、を備え、前記制御軸を介して制御カムを回動制御することによって前記伝達機構の揺動支点を変化させることにより、前記吸気弁のバルブリフト量を可変にする内燃機関の可変動弁装置であって、前記吸気弁の小バルブリフト制御時における前記伝達機構の揺動支点を、最大バルブリフト時の前記揺動支点位置を通る前記駆動軸の軸心を中心とする円弧軌跡よりも外側でかつ前記最大バルブリフト時の揺動支点位置を通る前記伝達機構の一端側の枢支点を中心とする円弧軌跡より内側の領域に位置させるように構成したことを特徴としている。

本発明によれば、吸気弁のバルブリフト量が大バルブリフトから小バルブリフトへ制御されたときには、前記伝達機構の揺動支点を、前記各円弧軌跡で規定された領域内で移動しながら変化させるようになるため、吸気弁の開時期の位相変化を比較的小さくできると共に、閉時期の位相変化を大きくすることができる。つまり、小バルブリフト制御時には、リフトの中心角位相を最大バルブリフト時よりも進角側に制御しつつ開弁時期の進角量を例えばピストンのほぼ上死点位置よりもやや遅い位置に制御することが可能になる。

したがって、機関弁の小バルブリフト制御時における排気弁とのバルブオーバーラップを最適に制御することが可能になる。

以下、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の各実施例を図面に基づいて詳述する。この実施例では、可変動弁装置を内燃機関の吸気側に適用したものを示している。
〔請求項１に対応する実施例〕
すなわち、この実施例における可変動弁装置は、図１〜図３に示すように、シリンダヘッド１にバルブガイド２を介して摺動自在に設けられて、吸気ポート１ａを開閉する一気筒当たり２つの吸気弁３，３と、機関前後方向に配置された内部中空状の駆動軸４と、該駆動軸４の気筒毎に一つずつ固設された駆動カム５と、各吸気弁３，３の上端部に配設されたフォロアである各スイングアーム６、６を介して各吸気弁３，３を開作動させる一対の揺動カム７，７と、駆動カム５と揺動カム７，７との間を連係し、駆動カム５の回転力を揺動運動に変換して揺動カム７，７の揺動力（開弁力）として伝達する伝達機構８と、該伝達機構８の後述するロッカアーム１５の揺動支点を可変にして各吸気弁３，３のバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御する制御機構９とを備えている。

前記吸気弁３，３は、シリンダヘッド１の上端部内に収容されたほぼ円筒状のボア１ｂの底部とバルブステム上端部のスプリングリテーナ１０との間に弾装されたバルブスプリング９，９によって吸気ポート１ａ、１ａの各開口端を閉塞する方向に付勢されている。

前記駆動軸４は、両端部がシリンダヘッド１の上部に設けられた後述する軸受部１１によって回転自在に軸支されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランクシャフトから回転力が伝達されて、図１の時計方向(矢印方向)に回転するようになっている。

前記駆動カム５は、図１及び図２に示すように、ほぼ円盤状に形成されて、両揺動カム７，７の間に配置されていると共に、外周面が偏心円のカムプロフィールに形成されて、軸心Ｙが駆動軸４の軸心Ｘから径方向へ所定量だけオフセットしており、前記駆動軸５に対し一体的に固定されている。

前記各スイングアーム６は、凹状一端部６ａの下面が前記各吸気弁３のステムエンドに当接していると共に、他端部６ｂの球面状下面がシリンダヘッド１に形成された保持穴１ｃ内に保持された油圧ラッシアジャスタ１３に当接支持されて、この油圧ラッシアジャスタ１３を枢支点として揺動するようになっている。また、スイングアーム６は、中空状のほぼ中央位置に各揺動カム７が当接するニードルローラ１４が回転自在に支持されている。

前記油圧ラッシアジャスタ１３は、その構造が一般的なものであって、前記保持穴１ｃに挿通固定された有底円筒状のボディ１３ａと、該ボディ１３ａ内から上方へ摺動自在に設けられて、球状の先端部が前記スイングアーム６の他端部６ｂに下方から当接したプランジャ１３ｂとを備え、ボディ１３ａの内底部とプランジャ１３ｂの隔壁との間に隔成された高圧室１３ｃにリザーバ１３ｄ内の油圧をチェック弁１３ｅを介して適宜供給することによって、プランジャ１３ｂの先端部とスイングアーム６の他端部との間の隙間（揺動カム７のカム面７ｂとローラ１４の間）を常に零にするようになっている。

前記各揺動カム７は、図１に示すように、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、基端部側に前記駆動軸４の外周面に嵌合するほぼＵ字形状の嵌合溝７ａが形成されて、該嵌合溝７ａを介して前記駆動軸４の軸心Ｘを中心として揺動自在に支持されている。また、各揺動カム７の下面には前記カム面７ｂがそれぞれ形成され、基端部側の基円面と、該基円面からカムノーズ部７ｃ側に円弧状に延びるランプ面と、該ランプ面からカムノーズ部７ｃの先端側に有する最大リフトの頂面に連なるリフト面とが形成されており、該基円面とランプ面、リフト面及び頂面とが、揺動カム７の揺動位置に応じて各スイングアーム６のニードルローラ１４の外周面の変位した位置に当接するようになっている。

また、この各揺動カム７は、前記カム面７ｂがリフト面側に移動して吸気弁３，３を開作動させる揺動方向が前記駆動軸４の回転方向と同一に設定されている。

さらに、揺動カム７の前記カムノーズ部７ｃ側には、後述するリンクロッド１７の他端部と連結するピン２０が挿通されるピン孔が両側面方向へ貫通形成されている。

前記伝達機構８は、図１に示すように、駆動軸４の上方に機関巾方向に沿って配置されたロッカアーム１５と、該ロッカアーム１５の一端部１５ａと駆動カム５とを連係するリンクアーム１６と、ロッカアーム１５の二股状の両他端部１５ｂ、１５ｂと一方の揺動カム７のカムノーズ部７ｃとを連係する一対のリンクロッド１７、１７とを備えている。

前記ロッカアーム１５は、図１〜図３に示すように、平面Ｙ字形状に形成されて、中央の筒状基部１５ｃから機関内側へ突出した一端部１５ａがピン１８を介して前記リンクアーム１６の突出端に回転自在に連結されている一方、機関外側へ突出した二股状の各他端部１５ｂ，１５ｂが前記リンクロッド１７の一端部にピン１９によって回転自在に連結されている。また、前記筒状基部１５ｃの内部には、後述する制御カム２６の外周に微小隙間をもって嵌合支持される支持孔１５ｄが貫通形成されている。

前記リンクアーム１６は、比較的大径な円環部１６ａと、該円環部１６ａの外周面所定位置に突設された前記突出端１６ｂとを備え、円環部１６ａの中央位置には、前記駆動カム５の外周面を回転自在に嵌合支持する嵌合孔１６ｃが形成されている。

前記各リンクロッド１７は、プレス成形によって一体に形成され、横断面ほぼコ字形状に形成されており、内側がコンパクト化を図るために、ほぼ円弧状に折曲形成されていると共に、各他端部がそれぞれに形成されたピン孔に挿通したピン２０、２０を介して各揺動カム７のカムノーズ部７ｃに回転自在に連結されている。

前記各ピン１９，２０，２０は、両端部がそれぞれかしめ加工されて、前記各ロッカアーム１５の他端部１５ｂ、１５ｂと各揺動カム７のカムノーズ部７ｃにそれぞれのピン孔から抜け出しが防止されつつ連結されている。

また、前記各リンクロッド１７の一端部とロッカアーム１５の各他端部１５ｂ、１５ｂとの間には、リフト調整機構２１が設けられている。

このリフト調整機構２１は、図１及び図２に示すように、リンクロッド１７の一端部のピン１９に頭部２２ａ側が連結された調整ボルト２２と、前記各他端部１５ｂ、１５ｂに上下方向に貫通形成されたボルト挿通孔１５ｄ、１５ｄに挿通した調整ボルト２２の軸部先端部に螺着するナット２３と、前記頭部２２ａの座面と各他端部１５ｂ、１５ｂのボルト挿通孔１５ｄ、１５ｄの孔縁下面との間に介装された円板状の調整シム２４とから構成されている。この調整シム２４は、僅かに厚さの異なる複数のものが予め用意されて、かかる複数の調整シム２４を、適宜選択することによって各吸気弁３，３のリフト量を微調整するようになっている。

前記制御機構９は、駆動軸４の上方位置に該駆動軸４と平行に配置された制御軸２５と、該制御軸２５の外周に一体に固定されてロッカアーム１５の揺動支点となる制御カム２６と、前記制御軸２５を回転制御する図外のアクチュエータとを備えている。

前記制御軸２５は、図４及び図５に示すように、比較的小径に形成された軸本体２５ａと、外周の軸方向の所定位置に一体に形成された複数のジャーナル部２５ｂとを備え、該各ジャーナル部２５ｂが前記軸受部１１の上部に設けられた第２軸受部１２に回転自在に支持されている。前記ジャーナル部２５ｂは、外径ｄｊが制御軸本体２５ａよりも大径に形成されて、その軸心Ｐが本体２５ａの軸心Ｑよりも一方向へ偏心している。この大きな偏心量αはロッカアーム１５の揺動中心を任意の位置に大きく移動させたい場合に必要となる。これを制御軸２５に対し制御カム２６のみの偏心量で得ようとすると、制御カム２６が大型化して伝達機構８全体の大型化を招く。そこで、前記構成により制御カム２６が比較的小径でも大きな偏心量が得られると共に、伝達機構８のコンパクト化が図れる。また、制御軸２５内に潤滑油通路が必要な場合には、制御軸２５が真っ直ぐな形状であるから、該潤滑油通路が加工し易く、さらに制御軸２５の機械加工時に保持し易くなるといった利点もある。

一方、前記制御カム２６は、前記ジャーナル部２５ｂとほぼ同形の円柱状に形成されていると共に、その外径ｄｃがジャーナル部２５ｂの外径ｄｊよりも僅かに大きく設定されて、前記ロッカアーム１５の支持孔１５ｄに微小隙間を介して摺動し得る大きさに設定されている。また、制御カム２６は、軸心Ｐ１が前記制御軸本体２５ａの軸心Ｑを挟んでジャーナル部２６ｂの軸心Ｐと反対側に偏心しており、したがって、前記ジャーナル部２５ｂの軸心Ｐから大きな偏心量αをもって偏心している。

また、前記ジャーナル部２５ｂと制御カム２６との間の距離Ｗｓは、前記ロッカアーム１５の筒状基部１５ｃの巾Ｗｙよりも大きく設定されて、ロッカアーム１５を制御カム２６に嵌合させて組み付ける際に、図４の矢印に示すように、筒状基部１５ｃを前記支持孔１５ｄを介してジャーナル部２５ｂ外周を通過させた後に、径方向に移動させて前記支持孔１５ｄを制御カム２６の外周面に嵌挿することにより組み付けるようになっている。したがって、ロッカアーム１５の組み付け作業が容易になる。

なお、前記軸受部１１は、図１及び図２に示すように、シリンダヘッド１のアッパデッキ上面に載置固定された支持枠２７と、該支持枠２７の上面に機関前後方向の等間隔位置に載置固定されたメインブラケット２８とを備えている。一方、第２軸受部１２は、前記各メインブラケット２８と、該各メインブラケット２８の上面にそれぞれ載置固定されたサブブラケット２９とを備えている。また、前記各メインブラケット２８とサブブラケット２９とは、左右の前記ボルト挿通孔にそれぞれ挿通された複数の軸受ボルト３０によって共締めにより支持枠２７上に重合状態に固定されている。

前記アクチュエータは、シリンダヘッド１の後端部に固定された電動モータと、該電動モータの回転駆動力を前記制御軸２５に伝達する例えばボール螺子機構などの減速機とから構成されている。

前記電動モ−タは、比例型のＤＣモータによって構成され、機関の運転状態を検出する図外のコントローラからの制御信号によって駆動するようになっている。このコントローラは、機関回転数を検出するクランク角センサや、吸入空気量を検出するエアーフローメータ、機関の水温を検出する水温センサ及び制御軸２５の回転位置を検出するポテンショメータ等の各種のセンサからの検出信号をフィードバックして現在の機関運転状態を演算などにより検出して、前記電動モータに制御信号を出力している。

そして、この実施例では、例えば機関低回転低負荷運転時になどにおいては、各吸気弁３，３が小バルブリフトに制御されるが、このときの前記制御カム２６の軸心Ｐ１を最大バルブリフト時における軸心Ｐ１’を起点として特定の領域に設定した。

すなわち、前記吸気弁３，３の小バルブリフト制御時には、図１及び図６Ａ、図７Ａに示すように、前記ロッカアーム１５の揺動支点、つまり制御カム２６の軸心Ｐ１(Ｐ１’’)を、最大バルブリフト時の前記揺動支点位置Ｐ１’を通る前記駆動軸４の軸心Ｘを中心として描かれた円弧軌跡Ｒよりも外側で、かつ前記最大バルブリフト時の揺動支点位置Ｐ１’を通る前記ロッカアーム１５の一端部１５ａと前記リンクアーム１６の突出端１６ｂを連結するピン１８の枢支点である軸心Ｈを中心として描かれた円弧軌跡Ｒ１より内側の領域(斜線領域)に位置させるように構成した。

以下、本実施形態の作用を説明する。まず、例えば、機関のアイドリング運転時などの低回転域では、コントローラからの制御信号によって電動モータが回転駆動し、この回転トルクが減速機を介して制御軸２５に伝達されて、この制御軸２５が一方向へ所定量回転駆動される。したがって、制御軸２５は、制御カム２６を一方向へ回動させ、軸心Ｐ１がジャーナル部２５ｂの軸心Ｐの回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸４から上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム１５の全体が、図６Ａ、Ｂに示すように、駆動軸４の軸心Ｘとジャーナル部２５ｂの軸心Ｐを通る垂線Ｃから図示のように左方向へ傾き、リンクアーム１６との角度θが大きくなる。これにより、ロッカアーム１５の各他端部１５ｂ、１５ｂと各リンクロッド１７、１７の枢支点であるピン１９、１９は、駆動軸４に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム７は、リンクロッド１７を介してカムノーズ部７ｃ側が強制的に引き上げられる。

よって、駆動カム５が回転してリンクアーム１６を介してロッカアーム１５の一端部１５ａを押し上げると、図６Ａ、Ｂに示すように、そのバルブリフト量がリンクロッド１７を介して揺動カム７からスイングアーム６のニードルローラ１４に伝達され、そのリフト量が十分小さくなる。

したがって、かかる機関の低回転領域では、各吸気弁３のバルブリフト量Ｌが図８に示すように十分に小さくなり、これによって、各吸気弁３の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップがなくなる。このため、機関のポンプ損失の低減や燃焼改善によって、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。

さらに、例えば、機関高回転領域に移行した場合は、コントローラからの制御信号によって電動モータが逆回転して減速機を同方向へ回転させると、この回転に伴って制御軸２５が制御カム２６を他方向へ回転させて、該制御カム２６の軸心Ｐ１を右下方向(駆動軸４側)へ移動させて、ほぼ前記垂線Ｃ上に位置させる。このため、ロッカアーム１５は、図７Ａ、Ｂに示すように、今度は全体が右方向に回動して垂線Ｃ側へ移動してリンクアーム１６との角度θが小さくなる。したがって、ロッカアーム１５の各他端部１５ｂ、１５ｂによって揺動カム７のカムノーズ部７ｃをリンクロッド１７を介して下方へ押圧して該揺動カム７全体を所定量だけ反時計方向へ回動させる。

したがって、揺動カム７のスイングアーム６のニードルローラ１４に対するカム面７ｂの当接位置が、カムノーズ部７ｃ側（リフト部側）に移動する。このため、吸気弁２の開作動時に駆動カム５が回転してロッカアーム１５の一端部１５ａをリンクアーム１６を介して押し上げると、スイングアーム６に対するそのリフト量は十分に大きくなる。

よって、かかる高回転領域では、図８に示すように、バルブリフト量Ｌ１が最大になり、各吸気弁３の開時期が早くなり、排気弁とのバルブオーバーラップが大きくなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上して十分な出力が確保できる。

そして、この実施例では、前記各吸気弁３の小バルブリフト制御時には、前述したように、制御カム２６の軸心Ｐ１’’が図１、図７Ａに示す斜線領域の範囲内に位置するように設定したことから、吸気弁３，３のリフト中心角位相(Ｏ)を進角側に変化させることが可能になり、最大バルブリフト時(Ｏ１)よりも進角側に制御することができる。

因みに、前記斜線領域を形成する円弧軌跡Ｒ上に制御カム２６の軸心Ｐ１’’が設定される場合は、前記従来の可変動弁装置のように吸気弁の開弁時期ＩＶＯの位相変化は極めて小さくなる。一方、円弧軌跡Ｒ１上に前記軸心Ｐ１’’が設定されている場合は、吸気弁３のリフト中心角位相は変化しなくなる。

ここで、本実施例は、前記軸心Ｐ１’’が斜線領域内に設定されるため、開弁時期ＩＶＯの位相を、前記従来の技術よりもピストン上死点(ＴＤＣ)とほぼ同一かそれよりも僅かに遅角側に制御することができる。したがって、吸気弁３，３の小バルブリフト制御時における排気弁とのバルブオーバーラップを適切に制御することが可能になる。この結果、残留ガスの増加が抑制されて、燃焼の悪化を防止することが可能になる。

一方、かかる小バルブリフト制御時における吸気弁３，３の閉弁時期ＩＶＯは、その変化量が大きくなる。

また、この実施例では、各揺動カム７は、前記カム面７ｂがリフト面側に移動して吸気弁３，３を開作動させる揺動方向が前記駆動軸４の回転方向と同一に設定されているが、揺動方向を駆動軸４の回転方向と逆方向に設定した場合には、図９に示すように、小バルブリフト制御時には、吸気弁３，３の中心角位相Ｏ１が最大バルブリフト制御時における中心角Ｏよりも遅角側に制御されて、開弁時期ＩＶＯが十分に遅くなると共に、閉弁時期ＩＶＣがピストン下死点位置(ＢＤＣ)近傍か、あるいは若干遅い位置となるように制御することができる。

この実施例の場合、機関低回転低負荷において小バルブリフト制御により、開弁時期(ＩＶＯ)が十分遅れるため、気筒内の負圧が発達して吸気弁３，３の開弁時に混合気の急激な気筒流入が発生し、流入速度増大による燃料微粒化などの燃焼改善効果が得られる。また、吸気弁３，３の閉弁時期(ＩＶＣ)が下死点位置近傍となるため、有効な圧縮比が増大し、これによっても燃焼が改善する効果が得られる。

〔第２実施例〕
図１０は第２実施例を示し、一気筒当たり２つのロッカアーム１５，１５を有すると共に、２つのリンクアーム１６，１６を有し、また、各ロッカアーム１５、１５の構造を変更し、さらに、該各ロッカアーム１５に対応して制御軸２５の制御カム２６を２つ設けると共に、該各制御カム２６の構造などを変更したものである。

すなわち、前記各ロッカアーム１５は、全体がほぼへ字形状に折曲形成され、一端部１５ａに前記制御カム２６に回転自在に嵌合して揺動支点となるほぼＣ字形状の嵌合溝部３１が形成されていると共に、長手方向の他端側よりの位置に前記リンクアーム１６の突出端１６ｂと連係するピン１８が挿通配置される挿通孔１５ｅが穿設されていると共に、各他端部１５ｂに前記リンクロッド１７の上端部と連係するピン１９が挿通配置されるピン孔１５ｆが穿設されている。

したがって、この各ロッカアーム１５は、前記嵌合溝部３１を介して前記各制御カム２６に一端部１５ａ側が揺動支点として他端側全体が上下に揺動するようになっている。

前記制御軸２５は、図１１に示すように、本体２５ａの前記各ロッカアーム１５が嵌合する部位にほぼ円盤状の一対の段差部２５ｃ、２５ｃが対向して設けられ、この両段差部２５ｃ間に制御カム２６が一体的に設けられている。

また、前記各ロッカアーム１５，１５に対応して設けられた２つの制御カム２６，２６は、図１０及び図１１に示すように両軸心Ｐ１、Ｐ１がそれぞれ僅かに偏心していると共に、制御軸２５の本体２５ａの軸心Ｑに対する偏心量αが大きくなるように設定されている。

また、前記各制御カム２６の軸方向の側部には、図１２に示すように、各ロッカアーム１５が組み付けられる際に、前記各ロッカアーム１５の嵌合溝部３１を一旦嵌合させて各制御カム２６側へ案内する制御カムより小径な案内軸部３２がそれぞれ一体に設けられている。

そして、前記吸気弁３，３の小バルブリフト制御時における前記ロッカアーム１５，１５の揺動支点Ｐ１、Ｐ１を、最大バルブリフト時の前記揺動支点位置Ｐ１’、Ｐ１’を通る前記駆動軸４を中心とする円弧軌跡Ｒよりも内側で、かつ前記最大バルブリフト時の前記揺動支点位置Ｐ１’、Ｐ１’を通る前記各ロッカアーム１５，１５と各リンクアーム１６，１６とのピン１８の軸心（枢支点）Ｈを中心とする円弧軌跡Ｒ１よりも外側の斜線領域に位置させるように構成した。

また、前記各制御カム２６，２６の軸心Ｐ１，Ｐ１の偏心方向は、各吸気弁３，３の最大バルブリフト時に、その特性が重なるように設定されていると共に、最小バルブリフト制御時に互いに僅かにリフト差が発生するように設定されている。

したがって、この実施例によれば、例えば、機関高回転高負荷時などには、コントローラからの制御信号によってアクチュエータにより制御軸２５が一方向へ回転制御されて、各制御カムの軸心Ｐ１’、Ｐ１’が図１０に示す回転位置に保持される。したがって、第１実施例と同様に各吸気弁３，３のバルブリフト特性が図１４に示すように、そのリフト差がほとんどない最大バルブリフト量Ｌ１となる。

一方、例えば低回転低負荷域に移行すると、アクチュエータにより制御軸２５が他方向へ回転制御されて、各制御カムの軸心Ｐ１’’、Ｐ１’’が図１２に示す回転位置に保持される。したがって、各吸気弁３，３は、そのバルブリフト特性が図１４に示すように小バルブリフト量Ｌ、Ｌに制御されると共に、その中心角位相が第１実施例と同様に変化して進角側に変位する。

したがって、第１実施例と同様に排気弁との最適なバルブオーバーラップが得られて、良好な燃焼状態となって燃費の向上と機関回転に安定化が図れる。

しかも、この小バルブリフト制御時には、図１４の実線及び破線で示すように、各制御カム２６，２６の両軸心Ｐ１’’、Ｐ１’’の相違によって両吸気弁３、３のバルブリフト量に僅かな差が発生する。このため、気筒内で吸気スワールが発生して燃焼がさらに良好となる。この結果、燃費と機関回転の安定性を一層向上させることが可能になる。

〔第３実施例〕
図１５は第３実施例を示し、この実施例は、ロッカアーム１５などの構造は第２実施例と同様であるが、異なるのは、各揺動カム７の構造と各揺動カム７の向きが異なり、該各揺動カム７の一端側を押し下げることによって各吸気弁３，３を開弁させるのではなく、引き上げることによって開弁させる構成になっている。

前記各揺動カム７は、上下に２分割形成されて前後両端部に螺着するボルト３３，３３によって組み合わされて一体に結合されるようになっていると共に、半割状の対向する円弧溝７ｄ、７ｄ間で前記駆動軸４に揺動自在に支持されている。

そして、前記各吸気弁３，３の小バルブリフト制御時における前記各ロッカアーム１５の揺動支点Ｐ１を、最大バルブリフト時の揺動支点位置Ｐ１’を通る前記駆動軸４の軸心Ｘを中心とする円弧軌跡Ｒよりも外側で、かつ前記最大バルブリフト時の揺動支点位置Ｐ１’を通る前記各ロッカアーム１５とリンクアーム１６とのピン１８の軸心（枢支点）Ｈを中心とする円弧軌跡Ｒ１よりも内側の斜線領域に位置させるように構成した。

なお、この実施例では、各吸気弁３，３の小バルブリフト制御時においてリフト差を設ける構成とはなっていない。

したがって、この実施例も小バルブリフト制御時には、揺動カム７の開弁の揺動方向と駆動軸４の回転方向が同じ場合、各吸気弁３，３の開弁時期ＩＶＯの位相が進角側の最適な位置に制御されて、排気弁との最適なバルブオーバーラップを得ることが可能になる。

〔第４実施例〕
図１６は第４実施例を示し、ロッカアーム１５の構造が第１実施例と同様であり、揺動カム７の構造は第３実施例と同様であると共に、該各揺動カム７の一端側を押し下げることによって各吸気弁３，３を開弁させるのではなく、引き上げることによって開弁させる構成になっている。

前記各吸気弁３，３の小バルブリフト制御時における前記ロッカアーム１５の揺動支点Ｐ１を、最大バルブリフト時の前記揺動支点位置Ｐ１’を通る前記駆動軸４の軸心Ｘを中心とする円弧軌跡Ｒよりも内側で、かつ前記最大バルブリフト時の揺動支点Ｐ１’を通る前記ロッカアーム１５の一端部１５ａとリンクアーム１６と連結するピン１８の軸心（枢支点）Ｈを中心とする円弧軌跡Ｒ１より外側の斜線領域に位置させるように構成した。

したがって、この実施例も第１実施例と同様な作用効果が得られる。

図１７及び図１８はロッカアーム１５の構造などを変更して制御軸２５の偏心量を大きくできる他例を示している。

すなわち、前記ロッカアーム１５は、筒状基部１５ｃを中心として一端部１５ａ側と他端部１５ｂ側に分割形成されていると共に、該ロッカアーム１５の制御カム２６への組付時に前記両分割部を一対のボルト３３によって結合したものである。

一方、前記制御軸２５は、本体２５ａの軸方向の所定位置に前記軸受部１２に軸受けされるジャーナル部３４が固定されている。このジャーナル部３４は、円柱状に形成されて、本体２５ａとは別体に設けられていると共に、偏心した位置に前記制御軸本体２５ａが挿通する挿通孔３４ａが貫通形成されており、回り止めピン３５を介して制御軸本体２５ａに一体的に固定されている
したがって、前記制御軸２５の軸心Ｑとジャーナル３４との軸心Ｐの偏心量βを任意に大きく設定することが可能になる。

また、前記制御軸２５の一端部側に固定されるジャーナル部３４は、図１８に示すように、外側面のほぼ中央位置に図外のアクチュエータと連結される連結軸３６が結合されている。

そして、制御軸２５を軸受部１２に組み付けるには、まず、予め制御軸本体２５ａに、ロッカアーム１５と各ジャーナル部３４を挿入し、各ジャーナル部３４を軸方向の所定位置に回り止めピン３５を介して固定する。次に、各ジャーナル部３４を対応する軸受部１２に軸支すればよい。

したがって、ロッカアーム１５を分割しなくとも制御軸２５に取り付けることができ、ロッカアーム１５のコンパクト化や剛性の向上が図れる。

これによって、前記制御軸２５は、各ジャーナル部３４が連結軸３６を介してアクチュエータにより所定角度範囲で回転駆動されると、前記大きな偏心量βで各ジャーナル部３４の周囲を所定角度で偏心回動する。したがって、ロッカアーム１５は、その揺動支点Ｑが大きく変化することにより、各吸気弁３，３のバルブリフトの可変量を大きく取ることが可能になる。

〔第５実施例〕
図１９及び図２０は第５実施例を示し、前記各揺動カム７，７によって開閉作動される前記各吸気弁３，３のバルブリフト特性をリフト立ち上がり側と立ち下がり側で非対称形状に形成したものである。

この可変動弁装置の基本構造は、本出願人が先に出願した特開平１１−１０７７２５号公報と同じものであるから、具他的な構造自体の説明は省略する。 この実施例では、各揺動カム７は、スイングアーム６に代えてバルブリフター３６、３６を介して各吸気弁３，３を開閉作動させるようになっており、該開作動の揺動方向と駆動軸４との回転方向が同一に設定されている。

また、前記駆動軸４に固定された駆動カム５の軸心Ｙと前記ロッカアーム１５の一端部１５ａとリンクアーム１６の突出端１６ｂとを連結するピン１８の軸心Ｈとを結ぶ結線Ｊ１、Ｊ２に対してロッカアーム１５の揺動支点となる制御カム２６の軸心Ｐ１から引き出された垂線Ｋ１、Ｋ２との間の距離を、リフト立ち上がり時と立ち下がり時で異ならせたものである。

すなわち、図１９、図２０に示すように、吸気弁３，３の最大バルブリフト制御時において、リフト立ち上がり時の駆動カム５の軸心Ｙ１と前記ピン１８の軸心Ｈを結ぶ結線Ｊ１に対して制御カム２６の軸心Ｐ１から延びた垂線Ｌｄの長さが、リフト立ち下がり時の駆動カム５の軸心Ｙ２と前記ピン１８の軸心Ｈ間の結線Ｊ２に対して制御カム５の軸心Ｐ１から延びた垂線Ｌｕの長さよりも大きく設定されている。

このような構成によって、図２１に示すように、吸気弁３のバルブリフト特性が、リフト立ち上がり側Ｌｘが比較的急な勾配曲線となり、立ち下がり側Ｌｙがなだらかな曲線となる。かかるバルブリフト特性は、図２１の一点鎖線で示す小バルブリフト制御時についても同様である。

他の構成は、前記第１実施例と同様であって、制御カム２６を図中時計方向に回動させることによって吸気弁３，３の小バルブリフト制御し、これによってロッカアーム１５の揺動中心Ｐ１’が駆動軸４の上方側へ回転することから、バルブリフトの中心角位相が進角側へ移行するのである。

したがって、この実施例によれば、リフト立ち上がり時の急な勾配曲線によって吸気弁３，３の開弁時期の変化を小さくできると共に、立ち下がり時のなだらかな曲線によって閉弁時期の変化を大きくすることが可能になる。この結果、前記第１実施例と同じく吸気弁３，３の小バルブリフト制御時における開弁時期の変化を小さくし、閉弁時期の変化を大きくし得る作用効果と相俟って排気弁とのバルブオーバーラップをさらに最適に制御することが可能になる。

なお、本構成では、バルブリフトの非対称性による効果のため、ロッカアーム１５の揺動中心位置の制御量を減少させることができ、その分、アクチュエータの駆動負荷を低減させることが可能になる。

〔第６実施例〕
図２２は前記各吸気弁３，３のバルブリフト特性をリフト立ち上がり側と立ち下がり側で非対称形状に形成する他の実施例を示し、揺動カム７などの基本構造は第５実施例と類似しているが、駆動カム５の外周形状が円形ではなく、一般的な卵形に形成されていると共に、ロッカアーム１５の一端部１５ａに支軸３７を介してローラ３８が設けられており、このローラ３８の外周面が前記駆動カム５の外周面に転動して、該駆動カム５の回転力がローラ３８からロッカアーム１５に伝達されるようになっている。なお、前記ローラ３８は、図外の捩りばねなどの付勢手段のばね力によって前記駆動カム５の外周面に常時押し付けられるようになっている。

また、制御軸２５の外周には、軸心Ｐ１が前記ロッカアーム１５の揺動支点となる偏心した制御カム２６が固定されている。

前記駆動カム５は、そのカムプロフィールが駆動軸４側のほぼ円形状のベースサークル面５ａと、該ベースサークル面５ａと反対側のリフト面５ｂと、ベースサークル面５ａとリフト面５ｂとの間の回転方向前側の立ち上がり面５ｃと回転方向後側の立ち下がり面５ｄとから構成されている。

そして、前記立ち上がり面５ｃと立ち下がり面５ｄとは、非対称形状に形成されて、立ち上がり面５ｃの勾配角度が立ち下がり面５ｄの勾配角度よりも大きく形成されて、比較的急な立ち上がりとなるように形成されている一方、緩慢な立ち下がりとなるように形成されている。

他の構成は第１実施例と同様になっている。

したがって、この実施例によれば、前記第５実施例のものと同じように、リフト立ち上がり時の急な勾配角度によって吸気弁３，３の開弁時期の変化を小さくできると共に、立ち下がり時のなだらかな勾配角度によって閉弁時期の変化を大きくすることが可能になる。この結果、前記第１実施例と同じく吸気弁３，３の小バルブリフト制御時における開弁時期の変化を小さくし、閉弁時期の変化を大きくし得る作用効果と相俟って排気弁とのバルブオーバーラップをさらに最適に制御することが可能になる。

本発明は、前記各実施例の構成に限定されるものではなく、装置の仕様や大きさなどによって、小バルブリフト制御時における制御カム２６の軸心Ｐ１’’位置をさらに変更することも可能である。

また、本発明を排気弁側に適用することも可能であり、また両方に適用することも可能である。

第１実施例における可変動弁装置の要部断面図である。 本実施例における可変動弁装置の要部正面図である。 本実施例における可変動弁装置の要部を示す平面図である。 本実施例に供される制御軸と制御カム及びロッカアームの一部を示す側面図である。 図４のＡ−Ａ線断面図である。 本実施例の小バルブリフト制御時の作用説明図であって、Ａは閉弁状態、Ｂは開弁状態をそれぞれ示す概略図である。 本実施例の最大バルブリフト制御時の作用説明図であって、Ａは閉弁状態、Ｂは開弁状態をそれぞれ示す概略図である。 本実施例における吸気弁のバルブリフト特性図である。 揺動カムの開弁時の揺動方向を駆動軸の回転方向と反対にした場合における吸気弁のバルブリフト特性図である。 第２実施例における可変動弁装置の概略図である。 本実施例の可変動弁装置の平面図である。 本実施例に供されるロッカアームと制御軸及び制御カムを示す斜視図である。 本実施例の可変動弁装置の作動説明図である。 本実施例の可変動弁装置におけるバルブリフト特性図である。 第３実施例における可変動弁装置の概略図である。 第４実施例における可変動弁装置の概略図である。 ロッカアームの他例を示す側面図である。 前記ロッカアームが揺動支持される制御軸とジャーナル部とを示す要部側面図である。 第５実施例における可変動弁装置の要部断面図である。 本実施例における可変動弁装置の概略図である。 本実施例におけるバルブリフト特性図である。 第６実施例における可変動弁装置の要部断面図である。

符号の説明

１…シリンダヘッド
３…吸気弁（機関弁）
４…駆動軸
５…駆動カム
７…揺動カム
８…伝達機構
９…制御機構
１５…ロッカアーム
１５ａ…一端部
１５ｂ…他端部
１６…リンクアーム
１７…リンクロッド
１８…ピン
２５…制御軸
２６…制御カム
Ｘ…駆動軸の軸心
Ｙ…駆動カムの軸心
Ｒ…駆動軸の軸心を中心とする円弧軌跡
Ｒ１…ロッカアーム一端部の枢支点を中心とする円弧軌跡
Ｑ…制御軸の軸心
Ｐ…ジャーナル部の軸心
Ｐ１(Ｐ１’、Ｐ１’’)…制御カムの軸心

Claims (10)

1. クランクシャフトから動力が伝達され、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、
   揺動自在に支持されて、機関弁を開閉作動させる揺動カムと、
   一端側が前記駆動カムに枢支点を介して回転自在に連係し、他端側が前記揺動カムに連係して前記駆動カムの回転力を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構と、
   アクチュエータによって作動する制御軸と、
   軸心が前記制御軸の軸心と偏心した状態で制御軸の外周に固設され、前記伝達機構の揺動支点となる制御カムと、を備え、
   前記制御軸を介して前記制御カムを回動制御することによって前記伝達機構の揺動支点を変化させることにより、前記機関弁のバルブリフト量を可変にする内燃機関の可変動弁装置であって、
   前記機関弁の小バルブリフト制御時における前記伝達機構の揺動支点を、最大バルブリフト時の前記揺動支点位置を通る前記駆動軸を中心とする円弧軌跡よりも外側でかつ前記最大バルブリフト時の揺動支点位置を通る前記伝達機構の一端側の枢支点を中心とする円弧軌跡より内側の領域に位置させるように構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. クランクシャフトから動力が伝達され、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、
   揺動自在に支持されて、機関弁を開閉作動させる揺動カムと、
   アクチュエータによって作動する制御軸の外周に固設され、軸心が制御軸の軸心と偏心した制御カムと、
   一端側が前記制御カムの外周に回動自在に嵌合した揺動支点となり、ほぼ中央位置がリンクアームを介して前記駆動カムと連係すると共に、他端側がリンクロッドを介して前記揺動カムに連係して前記駆動カムの回転力を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達するロッカアームと、
   を備え、
   前記制御軸を介して前記制御カムを回動制御することによって前記ロッカアームの揺動支点を変化させることにより、前記機関弁のバルブリフト量を可変にする内燃機関の可変動弁装置であって、
   前記機関弁の小バルブリフト制御時における前記ロッカアームの揺動支点を、最大バルブリフト時の前記揺動支点位置を通る前記駆動軸を中心とする円弧軌跡よりも内側で、かつ前記最大バルブリフト時の前記揺動支点位置を通る前記ロッカアームとリンクアームとの枢支点を中心とする円弧軌跡よりも外側の領域に位置させるように構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
3. クランクシャフトから動力が伝達され、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、
   揺動自在に支持されて、一端側が引き上げられることによって機関弁を開作動させる揺動カムと、
   一端側が前記駆動カムに回転自在に連係し、他端側が前記揺動カムに連係して前記駆動カムの回転力を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達するロッカアームと、
   アクチュエータによって作動する制御軸と、
   軸心が前記制御軸の軸心と偏心した状態で該制御軸の外周に設けられ、前記ロッカアームの揺動支点となる制御カムと、を備え、
   前記制御軸を介して前記制御カムを回動制御することによって前記ロッカアームの揺動支点を変化させることにより、前記機関弁のバルブリフト量を可変にする内燃機関の可変動弁装置であって、
   前記機関弁の小バルブリフト制御時における前記ロッカアームの揺動支点を、最大バルブリフト時の前記揺動支点位置を通る前記駆動軸を中心とする円弧軌跡よりも外側で、かつ前記最大バルブリフト時の揺動支点位置を通る前記ロッカアームとリンクアームとの枢支点を中心とする円弧軌跡よりも内側の領域に位置させるように構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
4. クランクシャフトから動力が伝達され、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、
   揺動自在に支持されて、一端側が引き上げられることによって機関弁を開作動させる揺動カムと、
   一端側が前記駆動カムに回転自在に連係し、他端側が前記揺動カムに連係して前記駆動カムの回転力を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構と、
   アクチュエータによって作動する制御軸と、
   軸心が前記制御軸の軸心と偏心した状態で制御軸の外周に固設され、前記伝達機構の揺動支点となる制御カムと、を備え、
   前記制御軸を介して前記制御カムを回動制御することによって前記伝達機構の揺動支点を変化させることにより、前記機関弁のバルブリフト量を可変にする内燃機関の可変動弁装置であって、
   前記機関弁の小バルブリフト制御時における前記伝達機構の揺動支点を、最大バルブリフト時の前記揺動支点位置を通る前記駆動軸を中心とする円弧軌跡よりも内側でかつ前記最大バルブリフト時の揺動支点位置を通る前記伝達機構の一端側の枢支点を中心とする円弧軌跡より外側の領域に位置させるように構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記揺動カムが前記伝達機構を介して機関弁を開弁させる揺動方向と前記駆動軸の回転方向を同一に設定したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記揺動カムが前記伝達機構を介して機関弁を開弁させる揺動方向と前記駆動軸の回転方向を逆方向に設定したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
7. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記揺動カムによって開閉作動される機関弁のバルブリフト特性をリフト立ち上がり側と立ち下がり側で非対称形状に形成したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
8. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記制御軸の軸方向の所定位置に設けられたジャーナル部の軸中心を、前記制御軸の軸心に対して偏心して形成したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
9. 請求項８に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
   前記ジャーナル部の軸中心の偏心方向を、前記制御軸の軸心に対する制御カムの偏心方向のほぼ１８０°反対側となるように設定したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。
10. 請求項７に記載の内燃機関のバルブタイミング制御装置において、
    前記揺動カムによって開閉作動される機関弁のバルブリフト特性のリフト立ち上がり側を立ち下がり側よりも急峻に形成すると共に、前記揺動カムが前記伝達機構を介して機関弁を開弁させる揺動方向と前記駆動軸の回転方向を同一に設定したことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング制御装置。

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