JP2011064120A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】最小リフト量制御時の機関の良好な燃焼を得ると共に、中リンク制御時における機関トルクの向上を図り得る可変動弁装置を提供する。
【解決手段】外周に駆動カム５が一体に設けられた駆動軸４と、外周に偏心軸２６が設けられた制御軸２５と、制御軸側の一端部１５ａが前記偏心軸に回動自在に支持され、駆動カムからローラ２９を介して伝達される駆動力によって偏心軸を支点として揺動運動するロッカアーム１５と、該ロッカアームから伝達された揺動力によって吸気弁３を開閉作動させる揺動カム７と、を備えている。前記ローラと駆動カムの当接位置によって最大リフト量の制御域から中間リフト量の制御域に掛けて、バルブリフトのピークリフト位相が進角側に制御され、前記中間リフト量の制御域から最小リフト量に制御する当接位置では、ピークリフト位相が遅角側に制御されるように形成した。
【選択図】図１２

Description

本発明は、機関弁である吸気弁や排気弁の開閉時期と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、以下の特許文献１に記載されているもの知られている。

この可変動弁装置は、一気筒当たり一対の吸気弁を開作動させる揺動カムと、カムシャフトの外周に設けられた偏心カムに嵌合した外輪とを連結リンクで連結すると共に、該外輪に規制リンクを連結して外輪の変位を規制するようになっている。

前記連結リンクと規制リンクとは、前記外輪を中間において連係し、コントロールアームで規制リンクの位置を変更してバルブリフト量を変化させ、かつ小リフト制御時には大リフト制御時よりもカムシャフトの回転方向手前側の回転角度でバルブリフトのピークが現れるように構成されている。
特開２００４−３０１０５８号公報(図２，図５)

前記従来の可変動弁装置にあっては、前述のように、吸気弁のバルブリフトを可変制御するために、前記コントロールアームを回転させて、前記規制リンクにより外輪の小端側を偏心カムの周りに回動させて連結リンクを介して揺動カムの揺動姿勢を変えるようになっており、小バルブリフト制御時には、リフトの減少とともにリフトピークの吸気弁のリフト位相が進角するようになっている。この場合、バルブリフトの減少とピークリフトの進角度合いはほぼ比例的に変化し、最小バルブリフトで最もピークリフト位相が進角する特性になっている(特許文献１の図５参照)。

かかる進角特性によってアイドリング運転時は、吸入空気を制限してポンプ損失を低減するため、吸気弁のバルブリフト量を微小バルブリフト(約１ｍｍ以下)に制御するが、ピークリフト位相が進角するので吸気弁の閉時期(ＩＶＣ)も進角することから有効圧縮比が低下し、燃焼悪化を招来するおそれがある。特に冷機時は燃焼悪化が助長されてしまう。

また、このように微小バルブリフト制御時のピークリフト位相が最も進角側に制御された場合に、中バルブリフト制御時のピークリフト位相の進角量が少なくなって、機関の低速トルクを十分に得ることができない、といった技術的課題を招来する。

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、とりわけ、偏心部材の軸心が、機関弁を最大リフト量に制御する円錐曲線上の移動位置から中間リフト量に制御する移動位置では、バルブリフトのピークリフト位相が進角側に制御され、前記中間リフト量の制御域から最小リフト量に制御する移動位置では、ピークリフト位相が遅角側に制御されるように形成したことを特徴としている。

本発明によれば、例えば吸気弁の中間リフト量制御時に、ピークリフト位相を進角側へ制御して閉弁時期を下死点近傍とすることができるので、吸入空気量の充填効率を向上させ、これによって機関のトルクを高めることができる。

しかも、アイドリング運転などの最小（微小）リフト量制御時には、前記ピークリフト位相を前記中間リフト量制御時よりもやや遅角側へ制御することによって有効圧縮比を高めて燃焼の改善を図ることができる。

以下、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の各実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態では、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。
〔第１実施形態〕
すなわち、この実施形態における可変動弁装置は、図１〜図４に示すように、シリンダヘッド１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられて、吸気ポート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、前記駆動カム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）として伝達する多節リンク式の伝達機構８と、該伝達機構８の姿勢を変化させて各吸気弁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の底部とバルブステム上端部のスプリングリテーナとの間に弾装されたバルブスプリング１０，１０によって吸気ポート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１４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、ほぼ卵形状に形成されていると共に、前記駆動軸４とは別体に設けられ、図４に示すように、側部に一体に有するスリーブ５ｃに径方向から圧入された図外の固定用ピンによって駆動軸４の外周面に固定されている。また、駆動カム５は、駆動軸４と同一方向(図中時計方向)に回転し、そのリフト立ち上がり面５ａと立ち下がり面５ｂがほぼ対称に形成されている。

前記各スイングアーム６は、下部凸状の一端部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２内に保持された油圧ラッシアジャスタ１１に当接支持されており、この油圧ラッシアジャスタ１１を枢支点として全体が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が当接するローラ１２がローラ軸１２ａを介して回転自在に支持されており、このローラ１２によって各揺動カム７との伝達抵抗を低減できるようになっている。

前記油圧ラッシアジャスタ１１は、その構造が一般的なものであって、前記保持穴２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にリザーバ内の油圧を、チェック弁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１２の間）を常に零にするようになっている。

各揺動カム７は、中央の円筒部材７ａを介して互いに一定の間隔をもって一体に連結されており、前記円筒部材７ａは、前記駆動軸４の外周に回転自在に支持されている。前記各揺動カム７，７は、それぞれほぼ三角形状に形成されて、下面にカム面７ｂがそれぞれ形成されている。この各カム面７ｂは、基端部側の基円面(ベースサークル面)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によって構成されている。そして、前記基円面とランプ面、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１２の外周面の変位した位置に当接するようになっている。前記円筒部材７ａは、ほぼ中央に形成されたジャーナル部７ｄがシリンダヘッド１の上端部に設けられた軸受部１４によって揺動自在に支持されていると共に、内部に前記駆動軸４を回転自在に支持している。

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、一方の揺動カム７の前記基端部から突設された突起部７ｅ側には、後述するリンクロッド１７の他端部と連結する連結ピン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、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、ロッカアーム１５と前記一方側の揺動カム７の突起部７ｅとを連係する一対のリンク部材であるリンクロッド１７とを備えている。

前記ロッカアーム１５は、側面ほぼ直線状に形成されていると共に、図３に示すように平面からみてほぼクランク状に折曲形成され、一端部１５ａの上部位置に後述する偏心軸２６に摺動自在に嵌合する凹部２１が形成されている。一方、他端部１５ｂに形成されたピン孔に挿通した連結ピン２２を介して前記リンクロッド１７の一端部１７ａが回転自在に連結されている。前記凹部２１は、ほぼＵ字溝状に形成されていると共に、開口端が重力方向の上方に開口している。

また、ロッカアーム１５のほぼ中央に有する細長い空間部１５ｃ内には、前記駆動カム５の外周面に転接するローラ２９がローラ軸３０を介して回転自在に支持されている。前記ローラ軸３０の軸心は、回動支点Ｒｃとなっている。

さらに、前記ロッカアーム１５のローラ２９より他端部１５ｂ側に、該他端部１５ｂを下方へ押圧する比較的ばね力の大きな圧縮コイルスプリング２４が設けられている。すなわち、この圧縮コイルスプリング２４は、一端部がロッカカバー３１に固定支持されていると共に、他端部が前記ロッカアーム一端部１５ａの外面に弾接している。そして、この圧縮コイルスプリング２４のばね力によって、前記ローラ２９が駆動カム５の外周面に径方向から常時弾接していると共に、該ローラ２９を支点として一端部１５ａが上方へ付勢されて、凹部２１の底部内周面２１ａが偏心軸２６の下端部に常時押し付けられるようになっている。

前記リンクロッド１７は、細長いほぼＨ状の金属板をプレス成形によって横断面ほぼコ字形状に折曲形成され、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、一端部１７ａが前記ロッカアーム１５の他端部１５ｂを挟持する状態に配置されている。また、リンクロッド１７は、前述のように、一端部１７ａに形成されたピン孔に挿通した前記連結ピン２２を介して前記ロッカアーム１５の他端部１５ｂに回転自在に連結されている共に、他端部１７ｂに横方向から貫通形成されたピン孔に挿通した連結ピン２０を介して各揺動カム７の突起部７ｅに回転自在に連結されている。そして、前記連結ピン２２の軸心が連結支点Ｓになっている。

なお、前記各連結ピン２０、２２は、各両端部が図外のスナップリングによって前記ロッカアーム１５の他端部１５ｂと揺動カム７の突起部７ｅのそれぞれのピン孔から抜け出しが防止されるようになっている。

前記制御機構９は、前記駆動軸４の側部上方位置に平行に配置された制御軸２５と、該制御軸２５に一体的に設けられてロッカアーム１５の揺動支点となる偏心部材である偏心軸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、比較的大径に形成されて、各気筒のほぼ中央に位置する部位が分断された形になっていると共に、該分断された対向面２５ａ、２５ｂ間に前記偏心軸２６が配置固定されている。

前記偏心軸２６は、制御軸２５の外径よりも小径な円柱状に形成されていると共に、制御軸２５からクランク状に折曲された形に配置されている。したがて、その軸心Ｑが制御軸２５の軸心Ｐよりも比較的大きな偏心量αで偏心配置されて、その約半分の外端部が制御軸２５の外周面から外方へ突出した形になっている。そして、前記偏心軸２６は、前記制御軸２５の回転に伴って制御軸２５の軸心Ｐを中心として前記軸心Ｑが円錐曲線としての円弧曲線を描きながら偏心回転するようになっている。前記円錐曲線とは、本実施例のように円弧曲線以外に、例えば、前記偏心部材を偏心カムとした場合に創成される楕円曲線なども含む概念である。

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。

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極低回転域では、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、偏心軸２６を一方向へ回動させてこの軸心Ｑが制御軸の軸心Ｐの周りを回転して、図１及び図２に示すように、前記軸心Ｑが制御軸２５の軸心Ｐから図中左上方向の回転位置Ｑ１に保持される。これによって、ロッカアーム１５は、一端部１５ａが僅かに持ち上げられて全体が図示のように左方向へ傾動して他端部１５ｂ側が下降し、リンクロッド１７を介して揺動カム７、７全体を図中反時計方向へ回動させる。このため、各揺動カム７，７は、カム面７ｂ、７ｂの基円面(ベースサークル面)寄りの部位がスイングアーム６のローラ１２に当接する。

したがって、吸気弁３，３の図２に示す閉作動時及び図１に示す開作動時における前記各揺動カム７，７の揺動範囲が図示のように、基円面側で揺動することから、図１１に示すように、各吸気弁３，３のバルブリフト量が最小のリフト量Ｌ１に制御される。

そして、このとき、図１に示すように、前記揺動カム７，７の各カム面７ｂ、７ｂがローラ１２に当接してベースサークル域(閉弁)からリフト域(開弁)に移行する時点、つまり開弁を開始しようとする時点では、前記駆動軸４の軸心Ｄｃを通る垂線と該軸心Ｄｃと前記ロッカアーム１５のローラ軸３０の軸心Ｒｃを結ぶ結線とのなす角度θｓは図中右側で小さいものとなっている。

次に、機関運転状態が前記アイドリング運転以上の例えば低回転低負荷域に移行した場合は、図５及び図６に示すように、前記制御軸２５が反時計方向へ回転して偏心軸２６を同方向に回転させ、該偏心軸２６の軸心が制御軸２５の軸心Ｐから図示のように左方向に回転してＱ２の位置に移動する。これによって、ロッカアーム１５の一端部１５ａが偏心軸２６に僅かに押し下げられてロッカアーム１５全体が僅かに左方向へ移動しつつ右側に傾動する。これにより、他端部１５ｂ側が僅かに上昇してリンクロッド１７を介して揺動カム７を図中時計方向へ回動させ、カム面７ｂの僅かにカムノーズ部寄りの部位がスイングアーム６のローラ１２に当接する。

したがって、吸気弁３，３の図５に示す閉作動時及び図６に示す開作動時における前記各揺動カム７，７の揺動範囲が、図示のように、カムノーズ部７ｃ側で揺動することから、各吸気弁３，３のバルブリフト量が図１１に示すように中間リフト量である中リフト量Ｌ２に制御される。

このとき、図６に示すように、リフトを開始しようとする時点での前記駆動軸４の軸心Ｄｃを通る垂線と該軸心Ｄｃと前記ロッカアーム１５のローラ軸３０の軸心Ｒｃを結ぶ結線とのなす角度θｍは図中左側で小さいものとなる。

次に、例えば中回転中負荷域に移行した場合は、図７及び図８に示すように、制御軸２５がさらに反時計方向へ回転して偏心軸２６を同方向へ回転させて、偏心軸２６の軸心が前記Ｑ２の位置から左下方向に僅かに回転してＱ３の位置に移動する。これによって、ロッカアーム１５全体が右方向へ移動しつつ一端部１５ａが偏心軸２６にさらに押し下げられて右側に傾動する。これにより、他端部１５ｂ側がさら上昇してリンクロッド１７を介して揺動カム７を図中時計方向へさらに回動させてカム面７ｂのさらにカムノーズ部７ｃ寄りの部位がスイングアーム６のローラ１２に当接する。

したがって、吸気弁３，３の図７に示す閉作動時及び図８に示す開作動時における前記各揺動カム７，７の揺動範囲が図示のように、カムノーズ部７ｃ側で揺動することから、各吸気弁３，３のバルブリフト量が、図１１に示すように、Ｌ２よりも大きなリフト量Ｌ３に制御される。なお、この大リフト量も中間リフト量の領域になっている。

このとき、図８に示すように、リフトを開始しようとする時点での前記駆動軸４の軸心Ｄｃを通る垂線と該軸心Ｄｃと前記ロッカアーム１５のローラ軸３０の軸心Ｒｃを結ぶ結線とのなす角度θＬは図中右側で比較的大きなものとなる。

また、例えば高回転高負荷域に移行した場合は、図９、図１０に示すように、前記制御軸２５がさらに反時計方向に回転して偏心軸２６を同方向に回転させて、軸心が軸心Ｑ３から右下方向に回転してＱ４の位置に移動する。これによって、ロッカアーム１５全体がさらに右方向へ傾動して他端部１５ｂ側が上昇する。このため、前記リンクロッド１７を介して揺動カム７が図中時計方向へさらに回動してカム面７ｂのさらにカムノーズ部７ｃ寄りの部位がスイングアーム６のローラ１２に当接する。

したがって、吸気弁３，３の図９に示す閉作動時及び図１０に示す開作動時における前記各揺動カム７，７の揺動範囲が図示のように、カムノーズ部７ｃ側で揺動することから、各吸気弁３，３のバルブリフト量が図１１に示すように最大のリフト量Ｌ４に制御される。

このとき、図１０に示すように、リフトを開始しようとする時点での前記駆動軸４の軸心Ｄｃを通る垂線と該軸心Ｄｃと前記ロッカアーム１５のローラ軸３０の軸心Ｒｃを結ぶ結線とのなす角度θＭはθＬに比較して図中右側で十分大きなものとなる。

そして、前記機関運転状態の変化に伴うそれぞれの傾き角度θｓ、θｍ、θＬ、θＭを比較すると、前記各図面の右側からθＭ、θＬ、θｓ、θｍの順に並ぶことがわかる。これらの傾きは、吸気弁３，３のバルブリフトのピークリフト、つまり、吸気弁３，３の開弁時における駆動カム５のピークリフト点５ｃがクランク角に対応する。このため、吸気弁３，３のバルブリフト量の変化時のピークリフト位相は、図１１に示すように、最大リフト量Ｌ４制御時には、最も遅角側に変化するが、大リフト量Ｌ３制御時〜中リフト量Ｌ２制御時(中間リフト量制御時)にかけて大きく進角側に変化する。さらに中リフト量Ｌ２制御時から〜最小リフト量Ｌ１制御時にかけては最大リフト量Ｌ４制御時ほどではないが遅角側に変化する特性が得られる。

これによって、特に最も進角した中リフト量Ｌ２の制御時では、吸気弁３，３の閉時期(ＩＶＣ)が下死点(ＢＤＣ)近傍となる。このため、吸入空気の十分な充填効率を得ることができ、これによって、機関低速域のトルクを高めることが可能になる。

また、前記アイドリング運転などの最小リフト量Ｌ１制御時には、吸気弁３，３の開時期(ＩＶＯ)が大きく遅れて、吸入行程時に気筒内で負圧が発生してから吸入を開始するため、高い吸入速度が得られて気筒内のガス流動によって良好な燃焼を得ることができる。この結果、機関回転の安定化と燃費の向上が図れる。

図１２は前述した機関運転状態の変化に伴う偏心軸２６の円弧軌跡上の移動位置の変化と、該偏心軸２６の移動位置変化によるロッカアーム１５の傾動に伴う駆動カム５の外周面とロッカアーム１５のローラ２９との接触位置の変化を模式的に記載したものであって、最大リフト量Ｌ４制御時に対し、大リフト量Ｌ３及び中リフト量Ｌ２のリフト開始時期の変化を示す説明図である。

つまり、前記ロッカアーム１５の特異な傾動姿勢によって、前記駆動カム５の基円面(ベースサークル面)から立ち上がり面５ａに移行する際(揺動カム７，７のリフト開始時点)のローラ２９との接触位置を変化させて、駆動カム５の回転位相を、最大リフト量Ｌ４制御時に対して大リフト量Ｌ３制御時は進角させ、中リフト量Ｌ２制御時は遅角側に変化させることができる。

具体的には、前述のように、大リフト量Ｌ３制御時には、ロッカアーム１５全体がリンクロッド１７側に寄りつつ右側への傾動姿勢となることから、前記ローラ２９の接触点、すなわち揺動カム７，７のリフト開始点における駆動カム５の回転位相は進角側となるため、図１１に示すように、リフト開始時期は進角側に変化する。

これに対して、中リフト量Ｌ２制御時には、ロッカアーム１５全体がリンクロッド１７側にさらに寄りつつ、反時計方向かへ傾動することから、前記ローラ２９の接触点における駆動カム５の回転位相は遅れ側となるため、図１１に示すように、中リフト量Ｌ２制御時のリフト開始時期は、最大リフト量Ｌ４制御時に対し、若干遅角側に変化するのである。

以上のように、特に中、大リフト量制御時において吸気弁３，３のリフト開始時期を進角側に変化させることができ、排気弁とのバルブオーバーラップを大きくし、気筒内の残留ガスを増加させてポンピングロスを低減する効果が得られる。また、図外の過給器を用いた場合の低速域などの運転条件によっては、バルブオーバーラップ時期に吸気管内の過給圧力により気筒内の残留ガスを掃気し、吸気充填効率、つまり、低速トルクを向上させる効果などが得られる。

また、この実施形態では、駆動カム５の回転位相を可変制御できる、いわゆるバルブタイミング制御装置(ＶＴＣ)を用いることなく、単に可変リフト機構(ＶＥＬ)のみで前述の特異な制御を行うことができるので、コストの高騰を抑制することができる。

また、可変リフト機構（ＶＥＬ）の電動アクチュエータによって始動直後から俊敏にリフト量とバルブタイミングを制御することができ、一般に油圧駆動のバルブタイミング制御装置（ＶＴＣ）を利用する場合に比較して、高応答で最適なリフト量、バルブタイミング制御が機関始動直後から可能になる。

また、前記ロッカアーム１５は、図３に示すように、ローラ２９を中心に一端部１５ａ側と他端部１５ｂ側が斜め方向へオフセット配置されていることから、作動中における前記ロッカアーム１５の軸直角方向の倒れを抑制できる。

なお、前記ロッカアーム１５は、前記実施形態では側面からみて直線状になっているが、例えばく字形状に形成することも可能である。

〔第２実施形態〕
図１３は第２実施形態を示し、第１実施形態と異なるところは、駆動軸４に設けられた駆動カム５が偏心円盤状に形成されていると共に、該駆動カム５と前記ロッカアーム１５とをリンクアーム１６とを介して連係させた点にある。

具体的に説明すれば、前記駆動カム５は、金属材により所定肉厚の円盤状に形成されて、軸心Ｙが前記駆動軸４の軸心Ｄｃから所定量βだけ偏心した位置に形成されていると共に、駆動軸４に対して固定用孔を介して圧入などによって固定されている。

前記リンクアーム１６は、円環状の基端部１６ａに形成された円形の嵌合孔１６ｃの内周面に前記駆動カム５が回転摺動自在に設けられていると共に、前記基端部１６ａの外周から突出した突部１６ｂの先端部が連結ピン３３を介して前記ロッカアーム１５の軸方向のほぼ中央位置に回動自在に連結されている。

また、前記ロッカアーム１５は、一端部１５ａがほぼ円環状に形成されて、該一端部１５ａに形成された支持孔１５ｃ内に前記偏心軸２６が回転自在に連結されている。他の構成は第１実施形態と同様である。

したがって、この実施形態は、第１実施形態と同様な作用になり、機関運転状態の変化に伴って前記制御軸２５がアクチュエータにより正逆回転すると、図１４に示すように、偏心軸２６の軸心Ｑも円弧軌跡上をＱ１〜Ｑ４の間で回動する。このとき、ロッカアーム１５は、前記リンクアーム１６との連結箇所である連結ピン３３を支点として揺動して傾動位置を変化させて、他端部１５ｂの上下動に伴って揺動カム７の基端部側を引き上げあるいは押し下げる。これによって、各揺動カム７，７のスイングアーム６，６の各ローラ１２に対する当接位置(揺動位置)を変化させて、各吸気弁３，３のバルブリフト量を、図１５に示すように、最小リフト量Ｌ１と最大リフト量Ｌ４との間で連続的に変化させることができる。

そして、図１４に示すように、前記偏心軸２６の軸心Ｑの円弧軌跡上の移動(Ｑ１〜Ｑ４)に伴って、前記揺動カム７，７のリフト(開弁)開始時点でのロッカアーム１５全体の傾動位置が連結ピン３３を支点として変化して、その傾動角度位置が第１実施形態と同じく順次変化する。

これらの傾きは、吸気弁３，３のバルブリフトの開始時における駆動カム５の軸心Ｙがクランク角に対応する。このため、吸気弁３，３のバルブリフト開始時の軸心Ｙの回転位相、すなわち、リフト開始時のクランク角は、図１５に示すように、大リフト量Ｌ３制御時には、最も進角側に変化するが、これに対して、最大リフト量Ｌ４制御時はクランク角で２θ遅角する。さらに、中リフト量Ｌ２制御時は、クランク角で２θ’遅角側に変化する特性が得られる。

したがって、この第２実施形態の場合も第１実施形態と同じ作用効果が得られる。

〔第３実施形態〕
図１６及び図１７は第３実施形態を示し、前記各実施形態とはロッカアーム１５の配置と揺動カム７の配置構成などが異なっている。

すなわち、通常のカムシャフトとしての駆動軸４の外周に卵形の駆動カム５が一体的に固定されている。

前記揺動カム７、７は、側面ほぼ撥状に形成されて、ほぼ三角形状のカム本体の下面にカム面７ｂが形成されていると共に、カム本体から上方へ延出したほぼく字形状の延出部７ｆの上端部に形成された支持孔を介して前記制御軸２５に揺動自在に支持されている。なお、前記カム面７ｂは、前記スイングアーム６のローラ１２に転接していることは前記各実施形態の場合と同じである。

前記制御軸２５は、前記各実施形態のものと同じく機関運転状態に応じて図外のアクチュエータによって正逆回転制御されて所定位置に保持されるようになっていると共に、外周面に固定されたアーム３４の先端部に偏心軸２６が固定されている。この偏心軸２６は、その軸心Ｑが制御軸２５の軸心Ｐから所定量ｄ離れている。

前記ロッカアーム１５は、側面からみてほぼ直線状に形成され、一端部１５ａが前記偏心軸２６に保持孔を介して回転自在に連結されていると共に、他端部１５ｂに第１ローラ３５がローラ軸３６を介して設けられ、この第１ローラ３５が前記揺動カム７のカム本体の駆動カム５側の傾斜状上面７ｈ上を上下方向に沿って転接しつつ揺動カム７に揺動力を伝達するようになっている。

また、このロッカアーム１５は、軸方向のほぼ中央位置に大径な第２ローラ３７がローラ軸３８を介して回転自在に設けられており、この第２ローラ３７が前記駆動カム５の外周面に当接して、該駆動カム５の回転力を、ロッカアーム１５を介して前記揺動カム７に伝達するようになっている。

また、前記ロッカアーム１５は、前記揺動カム７のカム本体の背面側に弾接した圧縮ばね３９のばね力によって前記第２ローラ３７を前記駆動カム５の外周面に常時当接させると共に、第１ローラ３５もカム本体の傾斜面７ｈに常時当接させるように付勢されている。

以下、本実施形態の作用を説明すると、まず、アイドリング運転時には、図１６及び図１７に示すように、制御軸２５が回転制御されて偏心軸２６を吸気弁３，３方向の下方位置に回動させ、この軸心Ｑを制御軸２５の軸心Ｐから図中下方向の回転位置Ｑ１に保持する。これによって、ロッカアーム１５全体が下方へ移動すると共に、一端部１５ａ側が若干左側へ傾動する。このため、各揺動カム７，７のカム面７ｂ、７ｂは、基円面(ベースサークル面)寄りの部位がスイングアーム６のローラ１２に当接する。

したがって、吸気弁３，３の図１６に示す閉作動時及び図１７に示す開作動時における前記各揺動カム７，７の揺動範囲が図示のように、基円面側で揺動することから、各吸気弁３，３のバルブリフト量が、図２５に示すように、最小のリフト量Ｌ１に制御される。

次に、機関運転状態が前記アイドリング運転以上の例えば低回転低負荷域に移行した場合は、図１８及び図１９に示すように、前記制御軸２５が反時計方向へ所定量回転して偏心軸２６を同方向に回転させ、軸心を図示のように左方向に回転してＱ２の位置に移動させる。これによって、ロッカアーム１５の一端部１５ａが偏心軸２６によって僅かに右方向へ引っ張られて全体がやや立ち上がった状態になる。これにより、他端部１５ｂ側が僅かに下降してリンクロッド１７を介して揺動カム７を図中時計方向へ回動させる。これよって、カム面７ｂは、僅かにカムノーズ部７ｃ寄りの部位がスイングアーム６のローラ１２に当接する。

したがって、吸気弁３，３の図１８に示す閉作動時及び図１９に示す開作動時における前記各揺動カム７，７の揺動範囲が、図示のように、カムノーズ部７ｃ側で揺動することから、各吸気弁３，３のバルブリフト量が図２５に示すように中リフト量Ｌ２に制御される。

次に、例えば中回転中負荷域に移行した場合は、図２０及び図２１に示すように、制御軸２５がさらに反時計方向へ回転して偏心軸２６を同方向へ回転させて、軸心を前記Ｑ２の位置から右下方向に僅かに回転してＱ３の位置に移動させる。これによって、ロッカアーム１５全体が右方向へ移動しつつ一端部１５ａが偏心軸２６によって引き上げられて僅かに立ち上がった状態になる。これにより、他端部１５ｂ側が僅かに上昇して第１ローラ３５を介して揺動カム７を図中時計方向へさらに回動させてカム面７ｂのカムノーズ部７ｃ寄りの部位がスイングアーム６のローラ１２に当接する。

したがって、吸気弁３，３の図２０に示す閉作動時及び図２１に示す開作動時における前記各揺動カム７，７の揺動範囲が図示のように、カムノーズ部７ｃ側で揺動することから、各吸気弁３，３のバルブリフト量が、図２５に示すようにＬ２よりも大きなリフト量Ｌ３に制御される。

また、例えば高回転高負荷域に移行した場合は、図２２、図２３に示すように、前記制御軸２５がさらに反時計方向に回転して偏心軸２６を同方向に回転させて、軸心が軸心Ｑ３から図中右側のほぼ水平方向に回転してＱ４の位置に移動する。これによって、ロッカアーム１５の一端部１５ａがさらに引き上げられてロッカアーム１５全体がさらに立ち上がり他端部１５ｂ側が上昇する。このため、前記揺動カム７が図中時計方向へさらに回動してカム面７ｂのさらにカムノーズ部７ｃ寄りの部位がスイングアーム６のローラ１２に当接する。

したがって、吸気弁３，３の図２２に示す閉作動時及び図２３に示す開作動時における前記各揺動カム７，７の揺動範囲が図示のように、カムノーズ部７ｃ側で揺動することから、各吸気弁３，３のバルブリフト量が図２５に示すように最大のリフト量Ｌ４に制御される。

そして、前記アイドリング運転時から低回転低負荷、中回転中負荷さらに高回転高負荷域に移行したときには、前述したように、前記偏心軸２６の回動変化に伴ってロッカアーム１５の姿勢が変化して、図２４に示すように、前記揺動カム７，７の各カム面７ｂ、７ｂがローラ１２，１２に当接してベースサークル域(閉弁)からリフト域(開弁)に移行する時点、つまり開弁を開始しようとする時点では、前記駆動軸４の軸心Ｄｃと最大リフト量Ｌ４制御時のピークリフト点５ｃを結ぶ結線に対して軸心Ｄｃと大リフト量Ｌ３制御時のピークリフト点５ｃを結ぶ結線は角度θだけ進角する。次に、中リフト量Ｌ２制御時の結線は大リフト量Ｌ３制御時の結線に対し、角度θ’だけ遅角側に変化する。

このため、前記駆動カム５の第２ローラ３７に対する当接位置、つまり、駆動カム５の回転位相が変化する。

すなわち、前記角度θの傾きは、吸気弁３，３のバルブリフトの開始時における駆動カム５の回転位相差を示し、クランク角に対応している。このため、吸気弁３，３のバルブリフト開始時のクランク角は、図２５に示すように、最大リフト量Ｌ４制御時に対して大リフト量Ｌ３制御時はクランク角２θ進角する。次に、大リフト量Ｌ３制御時から中リフト量Ｌ２制御時に掛けては、クランク角２θ’遅角側に変化する特性が得られる。

したがって、この第３実施形態も第１、第２実施形態と同じ作用効果が得られ、特に、大リフト量Ｌ３の制御時では、吸気弁３，３の開時期(ＩＶＯ)が進角し、排気弁とのバルブオーバーラップが大きくなる。このため、気筒内の残留ガス量が増加してポンピングロスを低減したり、過給時には残留ガスを掃気して吸気充填効率を高め、機関の低速トルクを高めることが可能になる。

また、前記アイドリング運転などの最小リフト量Ｌ１制御時には、吸気弁３，３の開時期(ＩＶＯ)が大きく遅れて、吸入行程時に気筒内で負圧が発生してから吸入を開始するため、高い吸入速度が得られて気筒内のガス流動によって良好な燃焼を得ることができる。この結果、機関回転の安定化と燃費の向上が図れる。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、排気弁側に適用したり、駆動カム５の回転方向を変えて適用することも可能であり、また、装置の仕様や大きさなどによって、制御軸２５に対する偏心軸２６の偏心量を任意に変更することも可能である。

また、付勢部材としては、前記圧縮コイルスプリングに限定されるものではなく、例えば捩りばねなどを用いることも可能である。さらに、偏心部材としては前記偏心軸の他に偏心制御カムなどを用いて、ロッカアームの一端をほぼ円弧軌跡上に移動させても良い。

なお、本発明が適用される内燃機関の燃料噴射形態は吸気ポート部への噴射方式だけでなく、気筒内へ直接噴射する方式であってもよい。

前記実施例から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。

〔請求項ａ〕
クランクシャフトから回転力が伝達され、外周に駆動カムが一体的に設けられた駆動軸と、
該駆動軸に並設されて、外周に偏心部材が一体的に設けられた制御軸と、
軸方向の一端部が前記偏心部材の軸心を中心に揺動自在に支持され、中間部が回動支点を介して前記駆動カムからの駆動力を受け、他端部が連結支点を介してリンク部材の一端側に回転自在に連結されたロッカアームと、
前記リンク部材の他端側に揺動自在に連結され、揺動運動することによって機関弁を開作動させる揺動カムと、を備え、
前記ロッカアームは、一端部側に形成された凹部内に前記偏心部材が回転自在に嵌合していると共に、前記中間部に前記駆動カムの外周面に転接するローラがローラ軸を介して回転自在に設けられ、他端部が連結ピンを介して前記リンク部材の一端部に回転自在に連結され、
前記制御軸の回転に伴い前記偏心部材の軸心位置を円錐曲線上に移動させることによって、前記ロッカアームの傾動姿勢を変更させることにより、前記揺動カムの前記機関弁に対する揺動位置を変更させて前記機関弁の開閉時期とバルブリフトを連続的に可変制御する可変動弁装置であって、
前記偏心部材の軸心が最大一方向の回動位置で機関弁を最大リフト量に制御し、最大他方向の回動位置で最小リフト量に制御し、これら最大と最小リフトの中間の回動位置で中間のリフト量に制御する移動位置では、前記揺動カムが前記機関弁の開作動を開始する時点での前記ローラと駆動カムの当接位置によって、駆動カムの回転位相が最も進角側に位置することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

〔請求項ｂ〕
クランクシャフトから回転力が伝達され、外周に駆動カムが一体的に設けられた駆動軸と、
該駆動軸に並設されて、外周に偏心部材が一体的に設けられた制御軸と、
軸方向の一端部が前記偏心部材の軸心を中心に揺動自在に支持され、中間部が回動支点を介して前記駆動カムからの駆動力を受け、他端部が連結支点を介してリンク部材の一端側に回転自在に連結されたロッカアームと、
前記リンク部材の他端側に揺動自在に連結され、揺動運動することによって機関弁を開作動させる揺動カムと、を備え、
前記ロッカアームは、一端部側に形成された凹部内に前記偏心部材が回転自在に嵌合していると共に、前記中間部に前記駆動カムの外周面に転接するローラがローラ軸を介して回転自在に設けられ、他端部が連結ピンを介して前記リンク部材の一端部に回転自在に連結され、
前記制御軸の回転に伴い前記偏心部材の軸心位置を円錐曲線上に移動させることによって、前記ロッカアームの傾動姿勢を変更させることにより、前記揺動カムの前記機関弁に対する揺動位置を変更させて前記機関弁の開閉時期とバルブリフトを連続的に可変制御する可変動弁装置であって、
前記偏心部材の軸心が最大一方向の回動位置で機関弁を最大リフト量に制御し、最大他方向の回動位置で最小リフト量に制御し、これら最大と最小リフトの中間の回動位置で中間のリフト量に制御する移動位置では、前記ローラと駆動カムの当接位置によってバルブリフトのピークリフト位相が進角側に制御され、前記中間リフト量の制御域から最小リフトに制御する移動位置ではピークリフト位相が遅角側に制御されるように形成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

第１実施形態における可変動弁装置の最小リフト量制御時における要部正面図である。 同可変動弁装置の最小リフト量制御時における閉弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同可変動弁装置の要部平面図である。 同可変動弁装置の要部側面図である。 同可変動弁装置の中リフト量制御時における閉弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同可変動弁装置の中リフト量制御時における開弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同可変動弁装置の大リフト量制御時における閉弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同可変動弁装置の大リフト量制御時における開弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同可変動弁装置の最大リフト量制御時における閉弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同可変動弁装置の最大リフト量制御時における開弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同可変動弁装置における吸気弁のバルブリフトの特性図である。 本実施形態における偏心軸の回動に伴うロッカアームと駆動カムとの当接状態を示す模式図である。 第２実施形態を示す可変動弁装置を示し、最大リフト量制御時の要部正面図である。 同実施形態の可変動弁装置における偏心軸の回動に伴うロッカアームと駆動カムとの当接状態を示す模式図である。 本実施形態の可変動弁装置における吸気弁のバルブリフトの特性図である。 第３実施形態の可変動弁装置の最小リフト量制御時における要部正面図である。 同可変動弁装置の最小リフト量制御時における閉弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同可変動弁装置の中リフト量制御時における閉弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同可変動弁装置の中リフト量制御時における開弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同可変動弁装置の大リフト量制御時における閉弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同可変動弁装置の大リフト量制御時における開弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同可変動弁装置の最大リフト量制御時における閉弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同可変動弁装置の最大リフト量制御時における開弁時の作動状態を示す要部正面図である。 同実施形態の可変動弁装置における偏心軸の回動に伴うロッカアームと駆動カム及び揺動カムとの当接状態を示す模式図である。 同可変動弁装置における吸気弁のバルブリフトの特性図である。

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
７ｂ…カム面
７ｃ…カムノーズ部
８…伝達機構
９…制御機構
１４…軸受部
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
２１…凹部
２１ａ…凹部内周面
２４・３９…圧縮コイルスプリング(付勢部材)
２５…制御軸
２６…偏心軸(偏心部材)
２９…ロッカアームのローラ
３０…ローラ軸
３５…第１ローラ
３６…第１ローラ軸
３７…第２ローラ
３８…第２ローラ軸
Ｄｃ…駆動軸の軸心
Ｙ…駆動カムの軸心
Ｐ…制御軸の軸心
Ｑ(Ｑ１〜Ｑ４)…偏心軸の中心

Claims (3)

1. クランクシャフトから回転力が伝達され、外周に駆動カムが一体的に設けられた駆動軸と、
   該駆動軸に並設されて、外周に偏心部材が一体的に設けられた制御軸と、
   軸方向の一端部が前記偏心部材の軸心を中心に揺動自在に支持され、中間部が回動支点を介して前記駆動カムからの駆動力を受けるロッカアームと、
   該ロッカアームの他端側に揺動自在に連係され、揺動運動することによって機関弁を開作動させる揺動カムと、を備え、
   前記制御軸の回転に伴い前記偏心部材の軸心位置を円錐曲線上に移動させることによって、前記ロッカアームの傾動姿勢を変更させて前記機関弁の開閉時期とバルブリフト量を連続的に可変制御する可変動弁装置であって、
   前記偏心部材の軸心が、機関弁を最大リフト量に制御する円錐曲線上の移動位置から中間リフト量に制御する移動位置では、バルブリフトのピークリフト位相が進角側に制御され、前記中間リフト量の制御域から最小リフト量に制御する移動位置では、ピークリフト位相が遅角側に制御されるように形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回転力が伝達され、外周に駆動カムが一体的に設けられた駆動軸と、
   該駆動軸に並設されて、外周に偏心部材が一体的に設けられた制御軸と、
   軸方向の一端部が前記偏心部材の軸心を中心に揺動自在に支持され、中間部が回動支点を介して前記駆動カムからの駆動力を受けるロッカアームと、
   該ロッカアームの他端側に揺動自在に連結され、揺動運動することによって機関弁を開作動させる揺動カムと、を備え、
   前記制御軸の回転に伴い前記偏心部材の軸心位置を円錐曲線上に移動させることによって、前記ロッカアームの傾動姿勢を変更させて前記機関弁の開閉時期とバルブリフト量を連続的に可変制御する可変動弁装置であって、
   前記偏心部材の軸心が円錐曲線上の移動中において、最小リフト量に制御する移動位置と最大リフト量に制御する移動位置との間の中間リフト量に制御すると共に、前記ロッカアームの中間部が駆動カムによって最大にリフトされる移動位置で、前記制御軸の軸心と偏心部材の軸心及び前記回動支点とを直線状に結ぶ結線上に位置させた時点で前記バルブリフトのピークリフト位相を進角側に制御されるように形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回転力が伝達され、外周に駆動カムが一体的に設けられた駆動軸と、
   該駆動軸に並設されて、外周に偏心部材が一体的に設けられた制御軸と、
   軸方向の一端部が前記偏心部材の軸心を中心に揺動自在に支持され、中間部が回動支点を介して前記駆動カムからの駆動力を受けるロッカアームと、
   該ロッカアームの他端側に揺動自在に連結され、揺動運動することによって機関弁を開作動させる揺動カムと、を備え、
   前記制御軸の回転に伴い前記偏心部材の軸心位置を円錐曲線上に移動させることによって、前記ロッカアームの傾動姿勢を変更させて前記機関弁の開閉時期とバルブリフト量を連続的に可変制御する可変動弁装置であって、
   前記制御軸の回動に伴って前記偏心部材が回動する範囲の中間回動位置で、前記機関弁の開弁時期を進角側に制御することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

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