JP2009197745A - エンジンのバルブ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブ駆動装置の小型化、簡素化、艤装性の向上、組付け精度の向上等を図る。
【解決手段】カム部１１を有するカムシャフト１０、カムシャフトと平行に配置されたサブシャフト２０、サブシャフトに対して揺動自在に支持されかつカム部のカム作用により揺動する揺動部材３０、カムシャフトと同軸上において揺動自在に支持されかつ揺動部材に応動して揺動しバルブを直接又は間接的に開閉するリフトアーム４０、カムシャフトを中心とする同心円上においてサブシャフトの位置を変化させる駆動機構７０，８０，９０を含む。これによれば、カムシャフトと同軸上にリフトアームを配置し、カムシャフトと平行な一つのサブシャフト上に揺動部材を配置したことにより、小型化、艤装性の向上等を達成しつつ、バルブの開閉タイミング（位相）及びバルブのリフト量を連続的に可変制御することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関（以下、エンジンと称す）の吸気用又は排気用のバルブを開閉駆動するバルブ駆動装置に関し、特に、バルブの開閉タイミング及びリフト量を可変的に駆動するエンジンのバルブ駆動装置に関する。

従来のバルブ駆動装置としては、カム部をもつカム軸、カム軸と平行に配置された支軸、支軸により回動自在に支持されたサンギヤ、サンギヤに噛合する複数の遊星ギヤ、遊星ギヤと噛合するリングギヤ、遊星ギヤを回動自在にかつ公転自在に支持するキャリヤ、一端部がサンギヤと一体的に回転するように固着され他端部がバルブの上端部に係合するリフトアーム（連結腕）、キャリヤに一体的に形成されたローラ支持部、ローラ支持部に回動自在に支持されてカム部と係合するローラ、リングギヤの角度位置を調整するアクチュエータ等を備え、カム部の回転→ローラの上下動→キャリヤの上下動→遊星ギヤの回転→サンギヤの回転→リフトアームの揺動を介して、バルブを開閉駆動すると共に、アクチュエータによりリングギヤの角度位置を適宜調整することで、バルブの作動特性を変化させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この装置においては、サンギヤ、複数の遊星ギヤ、リングギヤ、キャリヤを含む遊星歯車機構を用い、リングギヤを適宜回転させて、バルブのリフト量を可変的に駆動するものであるため、構造が複雑で、カム軸の斜め上方領域において遊星歯車機構を配置する空間が必要になり、装置の大型化を招く。また、複数のギヤを含む遊星歯車機構を用いるため、ギヤのバックラッシが累積されあるいは組付け精度のバラツキにより、所望の可変特性が得られない虞がある。

また、他のバルブ駆動装置としては、カム部をもつカム軸、カム軸と平行に配置された制御軸、カム軸と同軸上において揺動自在に配置された制御アーム、制御軸に対して揺動自在に支持された揺動カムアーム、制御アームに対して一端部が揺動自在に支持された制御リンク、制御リンクの他端部に支持されてカム部と接触する第１ローラ及び揺動カムアームに接触する第２ローラ、中央部の上面が揺動カムアームに接触しかつ両端部の下面がアジャスタ及びバルブの上端部に接触するリフトアーム（ロッカーアーム）、制御軸に固着された第１ギヤ、第１ギヤと噛合するように制御アームに形成された円弧状の第２ギヤ、制御軸の回転角度を調整するアクチュエータ等を備え、カム部の回転→第１ローラの移動→第２ローラの移動→制御カムアームの揺動→リフトアーム（ロッカーアーム）の揺動を介して、バルブを開閉駆動すると共に、アクチュエータにより制御軸を所定の角度位置に回転させ、第１ギヤ及び第２ギヤを介して制御アームの傾斜角度を適宜調整することで、バルブの作動特性を変化させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、この装置においては、カム軸から離れて配置される制御軸に支持された揺動カムアーム、カム軸及び制御軸から離れた位置に配置されて揺動カムアームによりカム駆動されるリフトアーム（ロッカーアーム）を含むため、それぞれの部品が移動する領域を確保する必要があり、装置の大型化を招く。また、構造が複雑で、部品点数も多く、組付け精度のバラツキにより所望の可変特性が得られない虞がある。

さらに、他のバルブ駆動装置としては、ドライブシャフト、ドライブシャフトに対して揺動自在に支持された揺動カム、揺動カム及びバルブの上端部に接触する第１ロッカーアーム、ドライブシャフトと一体的に回転する駆動アーム、ドライブシャフトと平行に配置されたロッカーシャフト、ロッカーシャフトに対して揺動自在に支持された第２ロッカーアーム、第２ロッカーアームの一端部と駆動アームを連結するリンクロッド、ドライブシャフトに対して回動自在に支持され偏心軸部をもつハーモニックギヤ、偏心軸部に摺動自在に嵌合された偏心リング、一端部が偏心リングに摺動自在に嵌合されかつ他端部が第２ロッカーアームの他端部に連結されたリンクアーム、ハーモニックギヤと噛合するべくロッカーシャフトと一体的に回転するギヤ、ロッカーシャフトを所望の角度位置に回転させるアクチュエータ等を備え、ドライブシャフト及び駆動アームの回転→リンクアームの往復動作→第２ロッカーアームの揺動→揺動カムの揺動→第１ロッカーアームの揺動を介して、バルブを開閉駆動すると共に、アクチュエータによりロッカーシャフトを所定の角度位置に回転させ、偏心軸部及び偏心リングの角度位置を適宜調整することで、バルブの作動特性を変化させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。

しかしながら、この装置においては、ドライブシャフトから離れて配置されるロッカーシャフトに支持された第２ロッカーアーム、ドライブシャフトを挟んで第２ロッカーアームと反対側に配置された第１ロッカーアーム、ドライブシャフトの回転を揺動カムに伝達する複数のリンク機構（駆動アーム、リンクロッド、リンクアーム）を含むため、前述同様に、それぞれの部品が移動する領域を確保する必要があり、装置の大型化を招く。また、構造が複雑で、部品点数も多く、組付け精度のバラツキにより所望の可変特性が得られない虞がある。

特開平１１−１９３７０８号公報 特開２００６−７０７３３号公報 特開２００４−２０４８２２号公報

本発明は、上記従来の装置の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、構造の簡素化、小型化、組付けの容易化、艤装性の向上、組付け精度の向上等を図れ、吸気用又は排気用のバルブの開閉タイミング（位相）及びリフト量を安定して高精度に可変制御できるエンジンのバルブ駆動装置を提供することにある。

本発明に係るエンジンのバルブ駆動装置は、カム部を有し回転駆動されるカムシャフトと、カムシャフトと平行に配置されたサブシャフトと、サブシャフトに対して揺動自在に支持されかつカム部のカム作用により揺動する揺動部材と、カムシャフトと同軸上において揺動自在に支持されかつ揺動部材に応動して揺動しバルブを直接又は間接的に開閉するリフトアームと、カムシャフトを中心とする同心円上においてサブシャフトの位置を変化させる駆動機構と、を含む。
この構成によれば、カムシャフトが回転してカム部が揺動部材を揺動させると、揺動部材の揺動動作に応動（連動）して、リフトアームが揺動してバルブを開閉する。また、駆動機構により、カムシャフトを中心とした同心円上（円弧上）においてサブシャフトを所定の位置に移動させると、カム部が揺動部材にカム作用を及ぼすタイミングが変化し、かつ、リフトアームが揺動部材に応動（連動）して揺動するタイミング及び回転量が変化し、バルブの開閉タイミング（位相）及びバルブのリフト量を連続的に可変制御することができる。
ここでは、特に、カムシャフトと同軸上に（カムシャフトで支持するように、あるいは、カムシャフトと同軸上に並ぶ別のシャフトで支持するように）リフトアームを配置し、カムシャフトと平行な一つのサブシャフト上に揺動部材を配置しただけの構成故に、従来の装置に比べて部品点数が削減でき、構造を簡素化でき、カムシャフトを中心として部品の集約化を達成することができ、小型化、艤装性の向上等を達成することができる。また、カムシャフトを基準として組み付けることができるため、寸法精度及び組付け精度を向上させることができ、それ故に、バルブの開閉タイミング（位相）及びリフト量を安定して高精度に可変制御することができる。

上記構成において、揺動部材は、カム部に接触する第１接触部と、サブシャフトの軸線方向において第１接触部から偏倚して一体的に形成された第２接触部とを有し、リフトアームは、揺動部材の第２接触部に接触する第３接触部と、バルブに直接又は間接的に接触して押圧する第４接触部とを有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、カムシャフトが回転して、カム部が揺動部材の第１接触部にカム作用を及ぼして揺動部材を揺動させると、揺動部材の第２接触部がリフトアームの第３接触部を応動（連動）させて、リフトアームの第４接触部がバルブを開閉させる。
このように、カム部と揺動部材及び揺動部材とリフトアームの間の動力伝達を接触により行わせるため、構造を簡素化しつつ、動力の伝達を確実に行わせることができる。

上記構成において、リフトアームは、カムシャフトに対して摺動自在に外嵌される嵌合部と、嵌合部から一方向に突出して形成された上記第３接触部と、嵌合部から他方向に突出して形成された上記第４接触部を有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、リフトアームとして、嵌合部を挟んで一方に第３接触部が突出し他方に第４接触部が突出する梃子形状のものを採用することができ、リフトアームの嵌合部をカムシャフトに外嵌させて、リフトアームをカムシャフトにより直接揺動自在に支持するため、構造を簡素化できると共に、カムシャフトを基準としてリフトアームをより高精度に組付けることができる。

上記構成において、カムシャフトとサブシャフトを連結するリンク部材と、サブシャフトの周りに配置された捩りバネを含み、捩りバネは、リフトアームの第３接触部を揺動部材の第２接触部に向けて付勢するべく、その一端部がリフトアームに掛止され、その他端部がリンク部材に掛止されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、カムシャフト（の軸線）とサブシャフト（の軸線）の離隔距離はリンク部材により規定され、カムシャフト（の軸線）を中心とする同心円上においてサブシャフトを高精度に移動させることができる。また、サブシャフトの周りに捩りバネを配置することで、部品の集約化を達成することができる。さらに、カムシャフトとサブシャフトをリンク部材により連結し、さらには他の部品（揺動部材、リフトアーム、捩りバネ）も含めて、モジュール化する（すなわち、サブシステムとして構成する）ことができ、それ故に、組付け精度を向上させることができ、又、部品の取り扱い及び管理上の利便性を向上させることができる。

上記構成において、リフトアームは、カムシャフトに対して摺動自在に外嵌される円筒状の嵌合部と、嵌合部の一端側において嵌合部から一方向に突出して形成された上記第３接触部と、嵌合部の一端側において嵌合部から他方向に突出して形成された上記第４接触部と、嵌合部の他端側において嵌合部から一方向に突出して形成され捩りバネの一端部を掛止する掛止部と、嵌合部の他端側において嵌合部から他方向に突出して形成された上記第４接触部を有する、構成を採用することができる。
この構成によれば、リフトアームが、円筒状の嵌合部を基準として、一方向に突出する第３接触部及び掛止部と、他方向に突出する２つの第４接触部を一体的に有するため、一気筒に２つのバルブが配置されるエンジンに適用することができ、揺動部材と捩りバネに接触する役割の部分（第３接触部、掛止部）を別々に設けたことにより、組付けを容易に行うことができる。

上記構成において、リフトアームの嵌合部は、軸受部材により回動自在に支持されるように形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、嵌合部を挟んで（カムシャフトの軸線方向の）両端側に第４接触部を有するリフトアームにおいて、嵌合部を軸受部材により支持するため、２つの第４接触部がバルブからの反力を受けても、リフトアームを揺動自在に確実に保持して、変形あるいは位置ずれ等を防止することができ、機能上の信頼性を確保することができる。

上記構成において、リンク部材は、その一端部においてカムシャフトに対して摺動自在に外嵌される円筒状の嵌合部と、その他端部においてサブシャフトを回動自在に受け入れる略Ｕ字状の嵌合凹部を有し、嵌合凹部には、サブシャフトが抜け落ちるのを規制する規制部材が結合されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、リンク部材は、一端部に形成された円筒状の嵌合部がカムシャフトを回動自在に受け入れ、他端部に形成された略Ｕ字状の嵌合凹部がサブシャフトを回動自在にかつ取り外し可能に受け入れるため、規制部材を取り外すことで、リンク部材からサブシャフトを容易に取り外すことができ、組付け作業あるいはメンテナンス時の取り外し作業を容易に行うことができる。

上記構成において、揺動部材は、カム部と逆向きに回転するときリフトアームをカム部と同一方向に回転させてバルブを開放させ、かつ、カム部と同一方向に回転するときリフトアームをカム部と逆向きに回転させてバルブを閉鎖させるように形成されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、バルブの開閉タイミング（位相）を変化（進角）させつつ、バルブのリフト量を変化させることができ、車両等に搭載された際に、ＨＣＣＩ燃焼の実現、ポンピングロスの低減等を達成することができる。

上記構成において、駆動機構は、カムシャフトに回動自在に支持されると共にサブシャフトに連結されかつカムシャフトを中心とする円弧状の歯列を有すギヤ部材と、ギヤ部材に噛合する駆動ギヤと、駆動ギヤを回転駆動するアクチュエータを含む、構成を採用することができる。
この構成によれば、アクチュエータを起動して、駆動ギヤを一方向に回転させると、ギヤ部材が一方向に回転して、サブシャフトが、カムシャフト（の軸線）を中心とする同心円上を移動する。これにより、バルブの開閉タイミング（位相）及びリフト量を可変的に（連続的に）制御することができる。ここで、駆動機構として、ギヤ部材、駆動ギヤ、アクチュエータを採用するため、構造を簡素化及び小型化でき、又、エンジンのシリンダヘッドに容易に配置することができる。特に、駆動ギヤとしてウォームギヤを用いることで、アクチュエータ（モータ等）の配置の自由度が高まり、艤装性が向上する。

上記構成において、カム部、揺動部材、リフトアーム、捩りバネ、及びリンク部材は、エンジンの気筒毎に対応して配置されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、多気筒のエンジンにおいて、カム部、揺動部材、リフトアーム、捩りバネ、及びリンク部材を気筒毎に配置することで、気筒毎のバルブを、所望のリフト量及びタイミング（位相）にて高精度に開閉させることができる。

上記構成において、カム部、サブシャフト、揺動部材、リフトアーム、捩りバネ、リンク部材、及び駆動機構は、エンジンの気筒毎に対応して配置されている、構成を採用することができる。
この構成によれば、多気筒のエンジンにおいて、カム部、サブシャフト、揺動部材、リフトアーム、捩りバネ、リンク部材、及び駆動機構を気筒毎に配置することで、気筒毎のバルブを、それぞれ独立させて、所望のリフト量及びタイミング（位相）にて高精度に開閉させることができる。

上記構成をなすエンジンのバルブ駆動装置によれば、構造の簡素化、小型化、組付けの容易化、艤装性の向上、組付け精度の向上等を達成しつつ、吸気用又は排気用のバルブの開閉タイミング（位相）及びリフト量を安定して高精度に可変制御することができる。

以下、本発明の最良の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図１１は、本発明に係るエンジンのバルブ駆動装置の一実施形態を示すものであり、図１は装置の斜視図、図２ないし図５は装置の一部を拡大した部分斜視図、図６及び図７は装置の一部を示した断面図、図８及び図９は装置の模式図、図１０ないし図１１２は装置の動作を説明する動作図、図１３はバルブのリフト特性を示すグラフである。

このバルブ駆動装置は、図１に示すように、所定の軸線Ｌ１方向に伸長すると共にその外周においてカム部１１を有するカムシャフト１０、カムシャフト１０（の軸線Ｌ１）と平行な軸線Ｌ２方向に伸長するサブシャフト２０、サブシャフト２０に対して揺動自在に支持された揺動部材３０、カムシャフト１０と同軸上において揺動自在に支持されたリフトアーム４０、カムシャフト１０とサブシャフト２０を連結するリンク部材５０、サブシャフト２０の周りに配置された捩りバネ６０、カムシャフト１０及びサブシャフト２０の一端側に配置されたギヤ部材７０、ギヤ部材７０に噛合する駆動ギヤ８０、駆動ギヤ８０を回転駆動するアクチュエータ９０等を備えている。
ここでは、ギヤ部材７０、駆動ギヤ８０、アクチュエータ９０により、カムシャフト１０（の軸線Ｌ１）を中心とする同心円上においてサブシャフト２０の位置を変化させる駆動機構が構成されている。

カムシャフト１０は、エンジンのシリンダヘッドに対して回動自在に支持され、チェーン及び歯車等の伝達機構を介して、クランクシャフトの回転に連動して回転駆動されるようになっている。
また、カムシャフト１０は、図１、図４、図６、図７に示すように、エンジンのバルブＶ（及びバルブリフタＶＬ）に対応するように設けられた複数のカム部１１、軸線Ｌ１方向に伸長する潤滑油通路１２、潤滑油通路１２から径方向に伸長して外周面に開口する潤滑油通路１３等を備えている。

カム部１１は、カム作用を及ぼさない基礎円領域とカム作用を及ぼすリフト領域を画定するように形成されている。また、カム部１１は、別個に形成された後に、カムシャフト１０に嵌合されて一体的に回転するように固着されている。
尚、リフトアーム４０が後述するようにカムシャフト１０に嵌合して支持されるものではなく、カムシャフト１０と同軸上に配列される別のシャフトに支持される場合、あるいは、単気筒エンジンの場合等においては、カム部１１はカムシャフト１０と一体的に成形されてもよい。
潤滑油通路１２，１３は、エンジン内の潤滑油を後述するリフトアーム４０の軸受領域に導く役割をなすものである。潤滑油通路１３は、図５及び図７に示すように、カムシャフト１０に嵌合された２つのブシュＢ（の側面）とブシュＢを介してカムシャフト１０に回動自在に嵌合される（リフトアーム４０の）嵌合部４１の軸線Ｌ１方向中央領域の内周面とにより画定される環状の空間部Ｇ内に連通するように形成されている。

サブシャフト２０は、図１に示すように、カムシャフト１０（の軸線Ｌ１）と平行な軸線Ｌ２方向に伸長するように、かつ、カムシャフト１０と所定の間隔ＬＲをおいて（軸線Ｌ１を中心とした半径ＬＲの同心円上を）移動可能に配置されている。
すなわち、サブシャフト２０は、後述する揺動部材３０を揺動自在に支持すると共に、駆動機構（ギヤ部材７０、駆動ギヤ８０、アクチュエータ９０）により、カムシャフト１０の軸線Ｌ１を中心とする同心円上において移動させられるようになっている。

揺動部材３０は、図２及び図３に示すように、サブシャフト２０に対して摺動自在に嵌合される円筒状の嵌合部３１、嵌合部３１から突出して形成された第１接触部３２、第１接触部３２からサブシャフト２０の軸線Ｌ２方向に偏倚した位置において嵌合部３１から突出して形成された第２接触部３３等を備えている。
第１接触部３２は、凸状に湾曲した湾曲面に形成され、カムシャフト１０のカム部１１と接触するようになっている。
第２接触部３３は、凸状に湾曲した湾曲面に形成され、後述するリフトアーム４０の第３接触部４２と接触するようになっている。
すなわち、揺動部材３０は、カムシャフト１０が回転すると、カム部１１のカム作用により、サブシャフト２０（の軸線Ｌ２）回りに揺動するようになっている。

リフトアーム４０は、図２ないし図４に示すように、カムシャフト１０に摺動自在に嵌合される円筒状の嵌合部４１、（カムシャフト１０の軸線Ｌ１方向における）嵌合部４１の一端側において嵌合部４１から一方向に突出して形成された第３接触部４２、同様に嵌合部４１の一端側において嵌合部４１から他方向に突出して形成された第４接触部４３、（カムシャフト１０の軸線Ｌ１方向における）嵌合部４１の他端側において嵌合部４１から一方向に突出して形成された掛止部４４、同様に嵌合部４１の他端側において嵌合部４１から他方向に突出して形成された第４接触部４３´等を備えている。

嵌合部４１は、図４、図６、図７に示すように、軸線Ｌ１方向の略中央領域において径方向に貫通して形成された潤滑油通路４１ａを有し、軸線Ｌ１方向における両端側領域の内周面において、ブシュＢを介して、カムシャフト１０に回動（摺動）自在に外嵌され、その外周面がシリンダヘッドＨの軸受部ＨＢと協働するように組付けられる軸受部材（ベアリングキャップ）ＢＣにより、回動自在に支持されている。
そして、潤滑油通路４１ａには、図７に示すように、カムシャフト１０の潤滑油通路１２，１３から空間部Ｇを経て、エンジン内の潤滑油が導かれるようになっている。
このように、リフトアーム４０の嵌合部４１は、その中央領域が潤滑油を供給しつつ軸受部材ＢＣにより回動自在に支持されるため、嵌合部４１の（カムシャフト１０の軸線Ｌ１方向の）両端側に２つの第４接触部４３，４３´を有する場合に、２つの第４接触部４３，４３´がバルブＶからの反力をそれぞれ受けても、リフトアーム４０を円滑に揺動するように確実に保持して、変形あるいは位置ずれ等を防止することができ、機能上の信頼性を確保することができる。

第３接触部４２は、図２ないし図４に示すように、凸状に湾曲した湾曲面に形成され、揺動部材３０の第２接触部３３と接触するようになっている。
第４接触部４３，４３´は、図２ないし図４に示すように、凸状に湾曲した同一形状の湾曲面に形成され、シリンダヘッドＨに往復動自在に配列された２つのバルブＶに間接的に（バルブリフタＶＬを介して）にそれぞれ接触して押圧しつつカム作用を及ぼすようになっている。
掛止部４４は、図２ないし図４に示すように、内向きに凹状に湾曲して形成され、捩りバネ６０の一端部６２が掛止されるようになっている。

すなわち、リフトアーム４０は、図８に示すように、カムシャフト１０が回転すると、カム部１１のカム作用により揺動する揺動部材３０（の第２接触部３２）に応動（連動）して揺動し、バルブリフタＶＬを介して（すなわち間接的に）、バルブＶを開閉駆動するようになっている。
このように、リフトアーム４０として、嵌合部４１を挟んで一方に第３接触部４２が突出し他方に第４接触部４３，４３´が突出する梃子形状のものを採用し、リフトアーム４０の嵌合部をカムシャフト１０に外嵌させて、リフトアーム４０をカムシャフト１０により直接揺動自在に支持するため、構造を簡素化できると共に、カムシャフト１０を基準としてリフトアーム４０をより高精度に組付けることができる。
また、リフトアーム４０は、円筒状の嵌合部４１を基準として、一方向に突出する第３接触部４２及び掛止部４４、他方向に突出する２つの第４接触部４３，４３´を一体的に有するため、一気筒に２つのバルブＶが配置されるエンジンに適用することができるのは勿論のこと、揺動部材３０と捩りバネ６０に接触する役割の部分（第３接触部４２、掛止部４４）を別々に設けたことにより、組付けを容易に行うことができる。

上記の構成においては、カムシャフト１０と同軸（軸線Ｌ１）上に（カムシャフト１０で直接支持するように）リフトアーム４０を配置し、カムシャフト１０と平行な一つのサブシャフト２０上に揺動部材３０を配置しただけの構成故に、従来の装置に比べて部品点数が削減でき、構造を簡素化でき、カムシャフト１０を中心として部品の集約化を達成することができ、小型化、艤装性の向上等を達成することができる。
また、カムシャフト１０を基準として組み付けることができるため、寸法精度及び組付け精度を向上させることができ、それ故に、バルブＶの開閉タイミング（位相）及びリフト量を安定して高精度に可変制御することができる。

リンク部材５０は、図２ないし図５に示すように、一端部においてカムシャフト１０に対して摺動自在に外嵌される円筒状の嵌合部５１、他端部においてサブシャフト２０を回動自在に受け入れる略Ｕ字状の嵌合凹部５２、捩りバネ６０の他端部６３を掛止する掛止孔５３、嵌合凹部５２に嵌め込まれたサブシャフト２０が抜け落ちるのを規制するべく嵌合凹部５２の開口を閉じるように螺合された規制部材としての規制ボルト５４等を備えている。
リンク部材５０は、カムシャフト１０とサブシャフト２０の離隔距離を所定の寸法ＬＲに保持した状態で、カムシャフト１０の回転を許容すると共に、サブシャフト２０がカムシャフト１０（の軸線Ｌ１）を中心とする同心円上を相対的に移動するのを許容するようになっている。

これによれば、リンク部材５０は、嵌合部５１がカムシャフト１０を回動自在に受け入れ、嵌合凹部５２がサブシャフト２０を回動自在にかつ取り外し可能に受け入れるため、規制ボルト５４を取り外すことで、リンク部材５０からサブシャフト２０を容易に取り外すことができ、組付け作業あるいはメンテナンス時の取り外し作業を容易に行うことができる。
このように、リンク部材５０を設けたことにより、カムシャフト１０（の軸線Ｌ１）とサブシャフト２０（の軸線Ｌ２）の離隔距離ＬＲはリンク部材５０により規定されるため、サブシャフト２０をシリンダヘッド（に設けた軸線Ｌ１からの半径ＬＲをなす円弧状のガイド溝）により直接移動自在に支持する場合に比べて、カムシャフト１０（の軸線Ｌ１）を中心とする同心円上においてサブシャフト２０を高精度に移動させることができる。

捩りバネ６０は、図２ないし図５に示すように、線状のバネ鋼を加工して形成されており、螺旋部６１、螺旋部６１から延出した一端部６２及び他端部６３を備えている。
そして、捩りバネ６０は、図３、図４、図８に示すように、サブシャフト２０の周りに配置されるように、螺旋部６１がサブシャフト２０の外周に嵌め込まれて保持され、一端部６２がリフトアーム４０の掛止部４４に掛止され、他端部６３がリンク部材５０の掛止孔５３に掛止されて、リフトアーム４０の第３接触部４２を揺動部材３０の第２接触部３３に常時接触させるように、リフトアーム４０を図８中の反時計回りに回転付勢している。

すなわち、捩りバネ６０は、図８中において、カムシャフト１０（及びカム部１１）が時計回りに回転する際に、リフトアーム４０を反時計回りに回転するように常時付勢し、かつ、第３接触部４２と第２接触部３３の接触により、揺動部材３０を時計回りに回転するように常時付勢するようになっている。
このように、捩りバネ６０をサブシャフト２０の周りに配置することで、部品の集約化を達成することができる。

また、上記構成においては、カムシャフト１０とサブシャフト２０をリンク部材５０により連結し、さらには他の部品（揺動部材３０、リフトアーム４０、捩りバネ６０）も含めて、モジュール化する（すなわち、サブシステムとして構成する）ことで、組付け精度を向上させることができ、又、部品の取り扱い及び管理上の利便性を向上させることができる。

ギヤ部材７０は、図１及び図９に示すように、扇状に形成され、ブシュＢを介してカムシャフト１０が摺動自在に嵌合される嵌合孔７１、サブシャフト２０が（摺動自在にあるいは固着するように）嵌合される嵌合孔７２、カムシャフト１０の軸線Ｌ１を中心とする所定半径の円弧に形成された円弧状の歯列７３等を備えている。
駆動ギヤ８０は、図１及び図９に示すように、軸線Ｌ２，Ｌ１に交差する方向に軸線を有するウォームギヤであり、ギヤ部材７０の歯列７３に噛合するように配置されている。
アクチュエータ９０は、図１及び図９に示すように、駆動ギヤ８０に直結されて回転駆動力を及ぼすモータである。モータとしては、ＤＣモータ、ステップモータ等を採用することができる。そして、アクチュエータ９０は、シリンダヘッドの所定位置に固定されている。

これによれば、アクチュエータ９０が起動して、駆動ギヤ８０を一方向に回転させると、ギヤ部材７０が図９中において反時計回りに回転して、サブシャフト２０がカムシャフト１０（の軸線Ｌ１）を中心とする同心円Ｃ上を反時計回りに移動し、一方、駆動ギヤ８０を他方向に回転させると、ギヤ部材７０が図９中において時計回りに回転して、サブシャフト２０がカムシャフト１０（の軸線Ｌ１）を中心とする同心円Ｃ上を時計回りに移動する。
すなわち、サブシャフト２０が図９中において反時計回りに移動すると、バルブＶのリフト量を小さくするように、カム部１１、揺動部材３０、及びリフトアーム４０の相互関係が調整され、一方、サブシャフト２０が図９中において時計回りに移動すると、バルブＶのリフト量を大きくするように、カム部１１、揺動部材３０、及びリフトアーム４０の相互関係が調整される。これにより、バルブＶの開閉タイミング（位相）及びリフト量を可変的に（連続的に）制御することができる。
ここで、駆動機構として、ギヤ部材７０、駆動ギヤ８０、アクチュエータ９０を採用するため、構造を簡素化及び小型化でき、又、エンジンのシリンダヘッドに容易に配置することができる。特に、駆動ギヤ８０としてウォームギヤを用いることで、アクチュエータ（モータ等）９０の配置の自由度が高まり、艤装性が向上する。

次に、上記構成をなす装置の組付けについて説明する。
先ず、カムシャフト１０に対して、カム部１１を適宜嵌合して一体的に回転するように固着すると共に、ブシュＢを介して、リフトアーム４０（の嵌合部４１）を軸線Ｌ１方向の所定位置に揺動自在に組み込み、又、リンク部材５０（の嵌合部５１）を回動（摺動）自在に組み込む。
また、サブシャフト２０に対して、ギヤ部材７０を（回動自在にあるいは固着するように）連結すると共に、ブシュＢを介して又位置決め用のリングを用いて、揺動部材３０（の嵌合部３１）を軸線Ｌ２方向の所定位置に位置決めしつつ揺動自在に組み込み、又、捩りバネ６０（の螺旋部６１）を嵌め込む。

続いて、リフトアーム４０及びリンク部材５０が組み込まれたカムシャフト１０をシリンダヘッドＨの所定位置に配置し、リフトアーム４０の嵌合部４１を軸受部材ＢＣで押さえ込んで所定位置に位置決めしつつ回動自在に支持すると共に、必要に応じてカムシャフト１０を軸受部材で直接押さえ込んで回動自在に支持する。
さらに、ブシュＢを介してギヤ部材７０（の嵌合孔７１）をカムシャフト１０に摺動自在に連結すると共に、サブシャフト２０をリンク部材５０の嵌合凹部５２に嵌め込んで、規制ボルト５４を捩じ込む。
続いて、捩りバネ６０の一端部６２をリフトアーム４０の掛止部４４に掛止させ、捩りバネ６０の他端部６３をリンク部材５０の掛止孔５３に掛止する。
その後、駆動ギヤ８０を直結したアクチュエータ９０を、シリンダヘッドの所定位置に固定して、駆動ギヤ８０をギヤ部材７０の歯列７３に噛合させる。
尚、上記の組付け手順は一例であって、その他の手順により組みつけてもよい。

上記のように、カムシャフト１０に対してリフトアーム４０及びリンク部材５０を予め組み込んだアセンブリ、サブシャフト２０に対して揺動部材３０及び捩りバネ６０を予め組み込んだアセンブリを、モジュール品として取り扱うことができ、さらには、サブシャフト２０をリンク部材５０に嵌め込んで、カムシャフト１０（及びその組み込み部品）とサブシャフト２０（及びその組み込み部品）を一体化したアセンブリをモジュール品として取り扱うことができるため、装置のモジュール化が容易であり、それ故に、部品の管理及び取り扱い上の利便性が向上する。

次に、この装置の動作について、図１０ないし図１２を参照しつつ説明する。
先ず、図１０（ａ）に示すように、リンク部材５０が所定の傾斜角度θに保持された状態で、図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、カムシャフト１０が時計回りＲ１に回転すると、カム部１１が揺動部材３０の第１接触部３２にカム作用を及ぼして、揺動部材３０が反時計回りＲ２に回転し、揺動部材３０の第２接触部３３がリフトアーム４０の第３接触部４２を応動（連動）させ、捩りバネ６０の付勢力に抗してリフトアーム４０は時計回りＲ３に回転する。そして、第４接触部４３，４３´がバルブＶを押し下げて（所定量リフトさせて）開弁させる。

続けて、図１０（ｄ），（ｅ）に示すように、カムシャフト１０が時計回りＲ１に回転すると、カム部１１のカム作用がなくなり（リフト領域が第１接触部３２から遠ざかって）、捩りバネ６０の付勢力により、揺動部材３０（すなわち第２接触部３３）が時計回りＲ２´に回転し、リフトアーム４０の第３接触部４２は第３接触部３３に追従して応動（連動）し、捩りバネ６０の付勢力によりリフトアーム４０は反時計回りＲ３´に回転する。そして、第４接触部４３，４３´がバルブＶの押し下げを解除してバルブＶを閉弁させる。
すなわち、カム部１１が揺動部材３０の第１接触部３２にカム作用を及ぼして揺動部材３０を揺動させると、揺動部材３０の第２接触部３３がリフトアーム４０の第３接触部４２を応動（連動）させて、リフトアーム４０の第４接触部４３，４３´が、バルブリフタＶＬを介して間接的にバルブＶを開閉させる。
このように、カム部１１と揺動部材３０（の第１接触部３２）及び揺動部材３０（の第２接触部３３）とリフトアーム４０（の第３接触部４２）の間の動力伝達を接触により行わせるため、構造を簡素化しつつ、動力の伝達を確実に行わせることができる。

また、サブシャフト２０を移動させて回転タイミング及びリフト量を変化させる場合は、図１１に示すように、駆動機構（ギヤ部材７０、駆動ギヤ８０、アクチュエータ９０）により、サブシャフト２０が垂直線に対して角度θ１をなす位置まで移動させられた状態で、カムシャフト１０が回転すると、カム部１１が揺動部材３０の第１接触部３２にカム作用を及ぼし始めた後、比較的狭い角度範囲でバルブＶの開閉動作が終了し、そのリフト量も小さくなる。
一方、図１２に示すように、駆動機構（ギヤ部材７０、駆動ギヤ８０、アクチュエータ９０）により、サブシャフト２０が垂直線に対して角度θ２（θ２＜θ１）をなす位置まで移動させられた状態で、カムシャフト１０が回転すると、カム部１１が揺動部材３０の第１接触部３２にカム作用を及ぼし始めた後、比較的広い角度範囲でバルブＶの開閉動作が終了し、そのリフト量も大きくなる。
したがって、図９に示すように、カムシャフト１０を中心とした同心円Ｃ上（円弧上）において、駆動機構（７０、８０、９０）により、サブシャフト２０を所定の位置に移動させることで、カム部１１が揺動部材３０にカム作用を及ぼすタイミングが変化し、かつ、リフトアーム４０が揺動部材３０に応動（連動）して揺動するタイミング及び回転量が変化し、バルブＶの開閉タイミング（位相）及びバルブＶのリフト量を連続的に可変制御することができる。

また、上記のように、揺動部材３０は、カム部１１と逆向きに回転するときリフトアーム４０をカム部１１と同一方向に回転させてバルブＶを開弁（開放）させ、かつ、カム部１１と同一方向に回転するときリフトアーム４０をカム部１１と逆向きに回転させてバルブＶを閉弁（閉鎖）させるように形成されているため、図１３に示すように、バルブＶの開閉タイミング（位相）を変化（進角）させつつ、バルブＶのリフト量を変化させることができ、車両等に搭載された際に、ＨＣＣＩ燃焼の実現、ポンピングロスの低減等を達成することができる。

図１４は、本発明に係るバルブ駆動装置の他の実施形態を示す部分斜視図であり、形状を変更したリンク部材５０´を採用した以外は、前述の実施形態と同一の構成をなすものである。したがって、前述の実施形態と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
すなわち、この実施形態において、リンク部材５０´は、図１４に示すように、一端部においてカムシャフト１０に対して摺動自在に外嵌される円筒状の嵌合部５１、他端部においてサブシャフト２０に対して外嵌される円筒状の嵌合部５２´、捩りバネ６０の他端部６３を掛止する掛止孔５３等を備えている。
リンク部材５０´は、カムシャフト１０とサブシャフト２０の離隔距離を所定の寸法ＬＲに保持した状態で、カムシャフト１０の回転を許容すると共に、サブシャフト２０がカムシャフト１０（の軸線Ｌ１）を中心とする同心円上を相対的に移動するのを許容するようになっている。
このように、リンク部材５０´を設けたことにより、カムシャフト１０（の軸線Ｌ１）とサブシャフト２０（の軸線Ｌ２）の離隔距離ＬＲはリンク部材５０´により規定されるため、サブシャフト２０をシリンダヘッド（に設けた軸線Ｌ１からの半径ＬＲをなす円弧状のガイド溝）により直接移動自在に支持する場合に比べて、カムシャフト１０（の軸線Ｌ１）を中心とする同心円上においてサブシャフト２０を高精度に移動させることができる。

上記構成をなす装置においては、多気筒エンジンにおいて、一つのカムシャフト１０、一つのサブシャフト２０、一つの駆動機構（ギヤ部材７０、駆動ギヤ８０、アクチュエータ９０）を採用し、かつ、カム部１１、揺動部材３０、リフトアーム４０、捩りバネ６０、及びリンク部材５０，５０´がエンジンの気筒毎に対応して配置されているため、気筒毎のバルブＶを、所望のリフト量及びタイミング（位相）にて高精度に開閉させることができる。

上記実施形態においては、多気筒エンジンにおいて、一つのカムシャフト１０、一つのサブシャフト２０、一つの駆動機構（ギヤ部材７０、駆動ギヤ８０、アクチュエータ９０）を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、カム部１１、サブシャフト２０、揺動部材３０、リフトアーム４０、捩りバネ６０、リンク部材５０，５０´、及び駆動機構（ギヤ部材７０、駆動ギヤ８０、アクチュエータ９０）を、エンジンの気筒毎に対応して配置してもよい。これによれば、気筒毎のバルブＶを、それぞれ独立させて、所望のリフト量及びタイミング（位相）にて高精度に開閉させることができる。

上記実施形態においては、リンク部材５０，５０´を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、カムシャフト１０をシリンダヘッドの所定位置に回動自在に支持し、サブシャフト２０を、シリンダヘッドに形成したカムシャフト１０を中心とする所定半径の円弧状ガイド溝に沿って移動させるように、すなわち、カムシャフト１０を中心とする同心円上において移動させるように構成してもよい。

上記実施形態においては、リフトアーム４０が、第３接触部４２、掛止部４４、２つの第４接触部４３，４３´を一体的に備える場合を示したが、これに限定されるものではく、一つの気筒において一つのバルブＶを開閉するべく、掛止部を兼ねる一つの第３接触部、一つの第４接触部を一体的に備えるものを採用してもよい。
上記実施形態においては、リフトアーム４０の第４接触部４３，４３´がバルブリフタＶＬに接触してバルブＶを間接的に開閉させる場合を示したが、これに限定されるものではなく、第３接触部４３，４３´がバルブＶのステム上端部に直接接触して開閉させる場合において、本発明を採用してもよい。

上記実施形態においては、リフトアーム４０をカムシャフト１０と同軸上に配置する手法として、リフトアーム４０の嵌合部４１をカムシャフト１０に嵌め込んで揺動自在に支持する構成を採用したが、これに限定されるものではなく、リフトアーム４０の揺動中心がカムシャフト１０の軸線Ｌ１上に位置する限り、カムシャフト１０と同一軸線上に配列された別のシャフトに対してリフトアームを揺動自在に支持する構成を採用してもよい。
上記実施形態においては、サブシャフト２０の位置を変化させる駆動機構として、ギヤ部材７０、駆動ギヤ８０、アクチュエータ９０を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、ギヤ以外の駆動機構、例えば、サブシャフト２０に連結されるプランジャを油圧により駆動する構成等、その他の構成を採用することができる。

以上述べたように、本発明に係るエンジンのバルブ駆動装置は、構造の簡素化、小型化、組付けの容易化、艤装性の向上、組付け精度の向上等を達成しつつ、吸気用又は排気用のバルブの開閉タイミング（位相）及びリフト量を安定して高精度に可変制御することができるため、自動車あるいは二輪車等に搭載される小型及び大型のエンジンに適用できるのは勿論のこと、運転状態に応じて吸気動作又は排気動作の切替えを行う必要があるものであれば、車両以外に搭載されるエンジンにおいても有用である。

本発明に係るエンジンのバルブ駆動装置の一実施形態を示す外観斜視図である。 図１に示すバルブ駆動装置の一部を示す部分斜視図である。 図１に示すバルブ駆動装置の一部を示す部分斜視図である。 図１に示すバルブ駆動装置の一部を示す部分斜視図である。 図１に示すバルブ駆動装置の一部を示す部分斜視図である。 図１に示すバルブ駆動装置の一部を示す断面図である。 図１に示すバルブ駆動装置の一部を示す断面図である。 図１に示すバルブ駆動装置の一部を示す模式図である。 図１に示すバルブ駆動装置の一部を示す模式図である。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図１に示すバルブ駆動装置の動作を説明する動作図である。 図１に示すバルブ駆動装置の動作を説明する動作図である。 図１に示すバルブ駆動装置の動作を説明する動作図である。 図１に示すバルブ駆動装置におけるバルブのリフト特性を示すグラフである。 本発明に係るエンジンのバルブ駆動装置の他の実施形態を示す部分斜視図である。

符号の説明

１０ カムシャフト
１１ カム部
１２，１３ 潤滑油通路
Ｌ１ カムシャフトの軸線
２０ サブシャフト
Ｌ２ サブシャフトの軸線
３０ 揺動部材
３１ 嵌合部
３２ 第１接触部
３３ 第２接触部
４０ リフトアーム
４１ 嵌合部
４１ａ 潤滑油通路
４２ 第３接触部
４３，４３´ 第４接触部
４４ 掛止部
５０，５０´ リンク部材
５１ 円筒状の嵌合部
５２ 略Ｕ字状の嵌合凹部
５２´ 円筒状の嵌合部
５３ 掛止孔
５４ 規制ボルト（規制部材）
６０ 捩りバネ
６１ 螺旋部
６２ 一端部
６３ 他端部
７０ ギヤ部材（駆動機構）
７１，７２ 嵌合孔
７３ 歯列
８０ 駆動ギヤ（駆動機構）
９０ アクチュエータ（駆動機構）
Ｖ バルブ
ＶＬ バルブリフタ
Ｈ シリンダヘッド
ＨＢ 軸受部
ＢＣ 軸受部材（ベアリングキャップ）
Ｂ ブシュ
Ｇ 環状の空間部

Claims (11)

1. カム部を有し回転駆動されるカムシャフトと、
   前記カムシャフトと平行に配置されたサブシャフトと、
   前記サブシャフトに対して揺動自在に支持されかつ前記カム部のカム作用により揺動する揺動部材と、
   前記カムシャフトと同軸上において揺動自在に支持されかつ前記揺動部材に応動して揺動しバルブを直接又は間接的に開閉するリフトアームと、
   前記カムシャフトを中心とする同心円上において前記サブシャフトの位置を変化させる駆動機構と、
   を含む、エンジンのバルブ駆動装置。
2. 前記揺動部材は、前記カム部に接触する第１接触部と、前記サブシャフトの軸線方向において前記第１接触部から偏倚して一体的に形成された第２接触部とを有し、
   前記リフトアームは、前記揺動部材の第２接触部に接触する第３接触部と、バルブに直接又は間接的に接触して押圧する第４接触部とを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンのバルブ駆動装置。
3. 前記リフトアームは、前記カムシャフトに対して摺動自在に外嵌される嵌合部と、前記嵌合部から一方向に突出して形成された前記第３接触部と、前記嵌合部から他方向に突出して形成された前記第４接触部を有する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のエンジンのバルブ駆動装置。
4. 前記カムシャフトと前記サブシャフトを連結するリンク部材と、前記サブシャフトの周りに配置された捩りバネを含み、
   前記捩りバネは、前記リフトアームの第３接触部を前記揺動部材の第２接触部に向けて付勢するべく、その一端部が前記リフトアームに掛止され、その他端部が前記リンク部材に掛止されている、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のエンジンのバルブ駆動装置。
5. 前記リフトアームは、前記カムシャフトに対して摺動自在に外嵌される円筒状の嵌合部と、前記嵌合部の一端側において前記嵌合部から一方向に突出して形成された前記第３接触部と、前記嵌合部の一端側において前記嵌合部から他方向に突出して形成された前記第４接触部と、前記嵌合部の他端側において前記嵌合部から一方向に突出して形成され前記捩りバネの一端部を掛止する掛止部と、前記嵌合部の他端側において前記嵌合部から他方向に突出して形成された前記第４接触部を有する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のエンジンのバルブ駆動装置。
6. 前記リフトアームの嵌合部は、軸受部材により回動自在に支持されるように形成されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載のエンジンのバルブ駆動装置。
7. 前記リンク部材は、その一端部において前記カムシャフトに対して摺動自在に外嵌される円筒状の嵌合部と、その他端部において前記サブシャフトを回動自在に受け入れる略Ｕ字状の嵌合凹部を有し、
   前記嵌合凹部には、前記サブシャフトが抜け落ちるのを規制する規制部材が結合されている、
   ことを特徴とする請求項４ないし６いずれか一つに記載のエンジンのバルブ駆動装置。
8. 前記揺動部材は、前記カム部と逆向きに回転するとき前記リフトアームを前記カム部と同一方向に回転させてバルブを開放させ、かつ、前記カム部と同一方向に回転するとき前記リフトアームを前記カム部と逆向きに回転させてバルブを閉鎖させるように形成されている、
   ことを特徴とする請求項４ないし７いずれか一つに記載のエンジンのバルブ駆動装置。
9. 前記駆動機構は、前記カムシャフトに回動自在に支持されると共に前記サブシャフトに連結されかつ前記カムシャフトを中心とする円弧状の歯列を有すギヤ部材と、前記ギヤ部材に噛合する駆動ギヤと、前記駆動ギヤを回転駆動するアクチュエータと、を含む、
   ことを特徴とする請求項４ないし８いずれか一つに記載のエンジンのバルブ駆動装置。
10. 前記カム部、前記揺動部材、前記リフトアーム、前記捩りバネ、及び前記リンク部材は、エンジンの気筒毎に対応して配置されている、
    ことを特徴とする請求項４ないし９いずれか一つに記載のエンジンのバルブ駆動装置。
11. 前記カム部、前記サブシャフト、前記揺動部材、前記リフトアーム、前記捩りバネ、前記リンク部材、及び前記駆動機構は、エンジンの気筒毎に対応して配置されている、
    ことを特徴とする請求項４ないし９いずれか一つに記載のエンジンのバルブ駆動装置。
    

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