JP2012117376A - 内燃機関の動弁装置及びこの動弁装置に用いられる揺動カム - Google Patents

Abstract

【課題】吸気弁のバルブリフト量を小さく抑えた状態で作動角を大きくすることのできる内燃機関の動弁装置を提供する。
【解決手段】揺動カム１０のカム面１４によってバルブリフタを介して吸気弁のバルブリフト量と作動角を可変制御する可変機構を備え、機関の低回転低負荷時に、可変機構を介して吸気弁が最大バルブリフト量となるように制御する。前記カム面は、吸気弁を閉弁状態にするベースサークル面１４ａからランプ面１４ｂを経てカムノーズ側１２に延びる開弁小リフト面１４ｃ（正加速度領域）と、開弁小リフト面からノーズトップ側に延びる開弁中リフト面１４ｄ及び開弁大リフト面１４ｅ（負加速度領域）と、を有し、開弁中リフト面の開弁小リフト面との境界付近の部位の曲率半径ρ２を、開弁大リフト面よりも小さく設定すると共に、開弁大リフト面の曲率半径ρ３を開弁小リフト面よりも小さくした。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば内燃機関の動弁装置及び該動弁装置に用いられる揺動カムの改良技術に関する。

この種の従来の内燃機関の動弁装置としては種々提供されており、その１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が知られている。

この動弁装置は、機関運転状態に応じて可変機構により吸気弁のバルブリフト量と作動角を可変にできるものであって、クランクシャフトから伝達された回転力を揺動運動に変換して揺動カムを揺動させることによって吸気弁を開閉作動させるようになっている。前記揺動カムのカム面のプロフィールは、ベースサークル領域では曲率半径が小さく、ランプ領域からカムノーズ側のリフト領域に向かって曲率半径が大きくなるように設定されている。

そして、前記可変機構によって前記揺動カムのカム面のバルブリフタに対する摺動位置を変化させて、バルブリフト量と作動角を同時に変化させるようになっている。

特開１１０２−１７６８２１号公報

しかしながら、前記従来の動弁装置にあっては、吸気弁の作動角の増加に比例してバルブリフト量も大きくなってしまうため、バルブリフト量を小さくした状態で大きな作動角を得ることができなかった。

本発明は、前記従来の技術的課題に鑑みて案出されたもので、機関弁のバルブリフト量を小さく抑えた状態で作動角を大きくすることのできる内燃機関の動弁装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、クランクシャフトから回転力が伝達される駆動カムと、該駆動カムの回転運動を揺動運動に変換する伝達機構と、該伝達機構の揺動運動によって揺動して機関弁を開閉作動させる曲面状のカム面を有する揺動カムと、を備え、前記揺動カムのカム面は、前記機関弁を閉弁状態にするベースサークル領域から開弁リフト状態にするカムノーズ側の開弁小リフト領域と、該開弁小リフト領域からノーズトップ側に連続して延びる開弁中リフト領域及び開弁大リフト領域と、を有し、前記開弁中リフト領域における前記開弁小リフト領域との境界付近の部位の曲率半径を、前記開弁大リフト領域の曲率半径よりも小さく設定したことを特徴としている。

本発明によれば、機関弁のバルブリフト量を小さく抑制した状態で大きな作動角を得ることが可能になる。

本発明に係る動弁装置の実施形態を示す要部斜視図である。 本実施形態に供される揺動カムの拡大側面図である。 同揺動カムのカム面を拡大して示す模式図である。 同揺動カムの揺動時におけるカム揺動角とリフト、加速度、曲率半径及び面圧との関係を示す特性図である。 作動角とバルブリフト量との関係を示す図４の一部拡大図である。 Ａは動弁装置における最小バルブリフト量制御時の閉弁作用を示す図１のＡ矢視図、Ｂは同最小バルブリフト量制御時の開弁作用を示す図１のＡ矢視図である。 Ａは動弁装置における中バルブリフト量制御時の閉弁作用を示す図１のＡ矢視図、Ｂは同中バルブリフト量制御時の開弁作用を示す図１のＡ矢視図である。本実施形態の可変動弁装置による各吸気弁のバルブリフト特性図である。 Ａは動弁装置における最大バルブリフト量制御時の閉弁作用を示す図１のＡ矢視図、Ｂは同最大バルブリフト量制御時の開弁作用を示す図１のＡ矢視図である。 図６〜図８にそれぞれ対応したバルブリフト量の特性図であって、Ａは最小バルブリフト量、Ｂは中バルブリフト量、Ｃは最大バルブリフト量を示している。

以下、本発明に係る内燃機関の動弁装置及びこの動弁装置に用いられる揺動カムの実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態では、例えばＶ型６気筒の内燃機関の吸気側の動弁装置に適用したものを示している。

この動弁装置は、図１に示すように、シリンダヘッド１にバルブガイドを介して摺動自在に設けられて、バルブスプリング３，３によって閉方向に付勢された機関弁である一対の吸気弁２，２と、該各吸気弁２，２の作動特性であるバルブリフト量と作動角を同時に可変制御する可変機構４と、該可変機構４の作動位置を制御する制御機構５と、該制御機構５を回転駆動する駆動機構６と、を備えている。

前記可変機構４は、シリンダヘッド１の上部に有する図外の軸受に回転自在に支持された中空状の駆動軸７と、該駆動軸７に圧入等により固設された偏心回転カムである駆動カム８と、駆動軸７の外周面に揺動自在に支持されて、各吸気弁２，２の上端部に配設されたバルブリフタ９、９の上面に摺接して各吸気弁２，２を開作動させる一気筒当たり２つの揺動カム１０，１０と、前記駆動カム８と揺動カム１０，１０との間に連係されて、駆動カム８の回転力を揺動運動に変換して揺動カム１０，１０に伝達する伝達機構と、を備えている。

前記駆動軸７は、機関前後方向に沿って配置されていると共に、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軸から回転力が伝達されており、この回転方向は図１中、時計方向（矢印方向）に設定されている。

前記駆動カム８は、ほぼリング状を呈し、円環状のカム本体と、該カム本体の外端面に一体に設けられた筒状部とからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔が貫通形成されていると共に、カム本体の軸心Ｙが駆動軸７の軸心Ｘから径方向へ所定量だけオフセットしている。

前記両揺動カム１０は、同一形状のほぼ雨滴状を呈し、円筒状のカムシャフト１１の両端部に一体に設けられていると共に、該カムシャフト１１を介して駆動軸７に揺動自在に支持されている。また、先端部のカムノーズ１２側にピン孔１３が貫通形成されていると共に、下面全体にはカム面１４が形成されている。

このカム面１４は、図２及び図３に示すように、全体が曲率半径の異なる曲面状に形成されており、前記カムシャフト１１側の基円面であるほぼ円弧状のベースサークル面１４ａ（ベースサークル領域）と、該ベースサークル面１４ａからカムノーズ１２側に連続して延びる緩衝部であるランプ面１４ｂ（ランプ領域）と、該ランプ面１４ｂからカムノーズ１２側に延びる正加速度領域である開弁小リフト面１４ｃと、該開弁小リフト面１４ｃからノーズトップ側に延びる負加速度領域である開弁中リフト面１４ｄ及び開弁大リフト面１４ｅと、から主として構成されている。このカム面１４のさらに具体的な構成は後述する。

前記ベースサークル面１４ａとランプ面１４ｂ、開弁小リフト面１４ｃ、開弁中リフト面１４ｄ及び開弁大リフト面１４ｅが、揺動カム１０の揺動位置に応じて各バルブリフタ９の冠面９ａの所定位置に当接するようになっている。

前記伝達機構は、図６〜図８にも示すように、前記駆動軸７の上方に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８とを連係するリンクアーム１６と、ロッカアーム１５の他端部１５ｂと揺動カム１０とを連係するリンクロッド１７と、を備えている。

前記ロッカアーム１５は、中央に有する筒状の基部が支持孔を介して後述する制御カム２２に回転自在に支持されている。また、前記筒状基部の外端から突設された前記一端部１５ａには、ピン１８が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、筒状基部の内端から突設された前記他端部１５ｂには、リンクロッド１７の上端部と連結するピン１９が嵌入するピン孔が形成されている。

前記リンクアーム１６は、比較的大径な円環状の基部１６ａと、該基部１６ａの外周面所定位置に突設された突出端１６ｂと、を備え、基部１６ａの中央位置には、前記駆動カム８のカム本体が回転自在に嵌合する嵌合孔１６ｃが形成されている一方、突出端１６ｂには、前記ピン１８が回転自在に挿通するピン孔が貫通形成されている。

前記リンクロッド１７は、ロッカアーム１５側が凹状のほぼく字形状に形成され、両端部１７ａ，１７ｂには前記ロッカアーム１５の他端部１５ｂと揺動カム１０のカムノーズ１２の各ピン孔に挿入した各ピン１９，２０の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔が貫通形成されている。

なお、各ピン１８〜２０の一端部には、リンクアーム１６やリンクロッド１７の軸方向の移動を規制する図外のスナップリングがそれぞれ設けられている。

前記制御機構５は、駆動軸７の上方位置に同じ軸受に回転自在に支持された制御軸２１と、該制御軸２１の外周に固定されてロッカアーム１５の支持孔に摺動自在に嵌入されて、ロッカアーム１５の揺動支点となる制御カム２２と、を備えている。

前記制御軸２１は、駆動軸７と並行に機関前後方向に配設されていると共に、所定位置のジャーナル部２１ａが前記軸受のメインブラケットとサブブラケットとの間に回転自在に軸受されていると共に、前記駆動機構６によって正転あるいは逆転方向へ回転制御されるようになっている。

前記制御カム２２は、円筒状を呈し、軸心Ｐ２位置が制御軸２１の軸心Ｐ１から所定分だけ偏倚している。

また、前記制御軸２１は、図１に示すように、一方側の最大回転位置と他方側の最大回転位置がストッパ機構によって規制されるようになっている。このストッパ機構は、シリンダヘッド１の上端部に突設された図外のストッパ壁と、制御軸２１の外周面に一体的に固定された扇状のストッパ部材２３とから構成され、前記ストッパ壁は、上端部のほぼ中央に半円形状の凹溝が形成されていると共に、該凹溝の両側上面に一対の第１、第２ストッパ部が形成されている。

前記駆動機構６は、図１に示すように、シリンダヘッド１の後端部に固定された図外のハウジングと、該ハウジングの一端部に固定された電動モータ２４と、ハウジングの内部に収容されて、電動モータ２４の回転力を前記制御軸２１に伝達する減速機であるボール螺子機構２５と、前記ハウジングの前記電動モータ２４と反対側の位置に収容されて、前記ボール螺子機構２５を介して前記制御軸２１により吸気弁２，２を最小リフト量に制御する方向へ付勢する付勢手段であるコイルスプリング２６と、から構成されている。

前記電動モ−タ２４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コントロールユニット２７から出力された制御電流によって正逆回転駆動するようになっている。

このコントロールユニット２７は、クランク角センサやエアーフローメータ、水温センサや、制御軸２１の回転位置を検出するポテンショメータ３４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２４に制御電流を出力している。

前記ボール螺子機構２５は、前記ハウジング内に電動モータ２４のモータ軸とほぼ同軸上に配置された出力軸であるボール螺子軸２８と、該ボール螺子軸２８の外周に螺合する移動部材であるボールナット２９と、前記制御軸２１の一端部に軸方向から連結された連係アーム３０と、該連係アーム３０と前記ボールナット２９とを連係するリンク部材３１と、から主として構成されている。

前記ボール螺子軸２８は、両端部を除く外周面全体に所定幅のねじ部であるボール循環溝が螺旋状に連続して形成されていると共に、両端部がボールベアリング３２によって回転自在に軸受けされている。

ボール螺子軸２８は、一端部の先端部と電動モータ２４のモータ軸の先端部が図外の連結部材によって同軸上で軸方向移動可能にセレーション結合され、かかる結合によって電動モータ２４の回転力を前記ボール螺子軸２８に伝達すると共に、ボール螺子軸２８の軸方向の僅かな移動を許容している。

前記ボールナット２９は、ほぼ円筒状に形成され、内周面に前記ボール循環溝と共同して複数のボールを転動自在に保持するガイド溝が螺旋状に連続して形成されている。また、このボールナット２９は、各ボールを介してボール螺子軸２８の回転運動を直線運動に変換しつつ軸方向の移動力が付与されるようになっていると共に、軸方向のほぼ中央位置に設けられた枢支ピン３３によって前記リンク部材３１が回動自在に連結されている。なお、このボールナット２９は、例えば機関の停止時などでは、前記コイルスプリング２６のばね力によって図１中、右側つまり電動モータ２４側に付勢されて、制御軸２１を介して吸気弁２，２を最小リフト、作動角に制御するようになっている。

前記リンク部材２８は、板材をプレス成形によってほぼＨ字形状に形成され、平行な一対の細長い平板状のリンク部の一端部が前記ボールナット２９の両側に跨がって配置されて前記枢支ピン３１を介してボールナット２９に回転自在に連結されている一方、他端部側が図外の前記枢支ピンを介して連係アーム３０に回転自在に連結されている。

また、前記ボール螺子機構２５は、図１に示すように、前記ボール螺子軸２８の一方向の回転に伴ってボールナット２９が図中、最大右方向へ移動した位置で、前述したように、前記制御軸２１を介して吸気弁２，２のバルブリフト量を最小リフト量及び作動角を最小作動角に制御し、また、前記ボール螺子軸２８の他方向の回転に伴ってボールナット２９が図中、コイルスプリング２６のばね力に抗して所定量だけ左方向へ移動した位置で、前記制御軸２１を介して吸気弁２，２のバルブリフト量を中間リフト量及び作動角を中作動角に制御するようになっている。さらに、前記ボール螺子軸２８の他方向の回転に伴ってボールナット２９が、コイルスプリング２６のばね力にさらに抗して図中、最大左方向へ移動した位置で、前記制御軸２１を介して吸気弁２，２のバルブリフト量を最大リフト量及び作動角を最大作動角に制御するようになっている。

そして、前記各揺動カム１０のカム面１４は、前述したように、前記ベースサークル面１４ａ（ベースサークル領域）と、ランプ面１４ｂ（ランプ領域）と、正加速度領域である開弁小リフト面１４ｃと、負加速度領域である開弁中リフト面１４ｄ及び開弁大リフト面１４ｅと、から主として構成されている。

前記ベースサークル面１４ａとランプ面１４ｂ及び開弁小リフト面１４ｃとは、図２及び図３に示すように、それぞれ曲率半径が前記公報記載の従来のものと同じに設定されているが、前記開弁中リフト面１４ｄと開弁大リフト面１４ｅの曲率半径ρ２，ρ３が従来のもの（図３の一点鎖線）と異なっている。

すなわち、前記開弁小リフト面１４ｃの曲率半径ρ１は、従来と同じくほぼ直線状に近い大きく形成されて、前記ベースサークル面１４ａやランプ面１４ｂよりも大きく設定されている一方、前記開弁中リフト面１４ｄと開弁大リフト面１４ｅの各曲率半径ρ２，ρ３は従来のものよりも小さく設定されている。

すなわち、本実施形態の揺動カム１０は、図３に示すように、従来の揺動カムに対して本実施形態の揺動カム１０のカムプロフィール（曲率半径ρ）は、ベースサークル領域、ランプ領域、開弁小リフト面１４ｃの正加速度領域の各領域では一致するが、負加速度領域における正加速度領域との境界付近の部位である負加速度領域の開始直後の開弁中リフト面１４ｄは、その曲率半径ρ２が従来のものよりも小さく設定されている。また、前記開弁中リフト面１４ｄからノーズトップ側へ連続して延びた開弁大リフト面１４ｅの曲率半径ρ３は、前記開弁中リフト面１４ｄよりも大きく設定されているが、全体として前記従来のものよりも小さく設定されている。

また、図３に示すカム面１４中の角度ａ、ｂ、ｃは、図４、図５の角度ａ、ｂ、ｃとそれぞれ対応しており、これらは、図２に示す角度範囲θの範囲内と一致する。

つまり、本実施形態の揺動カム１０と従来の揺動カムとを比較した場合、前記正加速度領域である開弁小リフト面１４ｃの角度ａの最小作動角Ｄ１では、両者とも同じ特性になり、開弁中リフト面１４ｄの角度ｂの中作動角Ｄ２では、後述する図９Ｂに示すように、ピークリフトＬ２が従来のものＬ２’よりα分だけ低下してリフト差が発生する。また、開弁大リフト面１４ｅの角度ｃの最大作動角Ｄ３では、図９Ｃに示すように、ピークリフトＬ３が従来のものＬ３’よりβ分だけ低下して大きなリフト差が発生する。

以下、従来の揺動カムと本実施形態の揺動カム１０におけるカム面１４のプロフィール、特に開弁中リフト面１４ｄと開弁大リフト面１４ｅの設定を、揺動カム１０の正、負の加速度や、図６〜図９に示す後述の可変機構４の作動中における揺動カム１０の挙動などの関係から説明する。

前記図２に示す揺動カム１０の角度θは、揺動カム１０の揺動中心点Ｏを通り、揺動カム１０と共に回転する基準線Ｑとバルブリフタ９の冠面９ａに対する垂線Ｒとの間に成す角度である。リフトｙは、前記ベースサークル面１４ａと冠面９ａとの間の距離である。また、図４に示す揺動カム１０の加速度ｙ’’は、バルブリフトｙを角度θで２回微分したものである。

前記カム面１４のプロフィールは、開弁リフトｙと加速度ｙ’’の特性をもって領域を区分される。つまり、開弁リフトｙが０になるように設計されたベースサークル面１４ａと、該ベースサークル面１４ａから小さい加速度ｙ’’を与えた後に、再び加速度ｙ’’をほぼ０に戻して開弁リフトｙを安定的に増加させるランプ面１４ｂと、開弁リフトｙを作動させるためのイベント領域であって加速度ｙ’’が正となる正加速度領域である開弁小リフト面１４ｃと、加速度ｙ’’が負になる負加速度領域である開弁中、大リフト面１４ｄ、１４ｅに区分される。

前記揺動カム１０のカム面１４の曲率半径と機関低回転時の揺動カム１０とバルブリフタ９間の荷重Ｆ及び面圧Ｐは以下の式で表すことができる。

ここで、Ｆ０はバルブスプリング３のばね荷重、ｋはバルブスプリング３のばね定数、ｗは揺動カム１０の巾長さ、Ｅは揺動カム１０とバルブリフタ９の等価ヤング率である。

図４で示すように、負加速度領域の開始直後、つまり、開弁中リフト面１４ｄの角度ｂにおいて曲率半径ρ２を最も小さくする。この角度ｂの領域では、曲率半径ρ２が小さくバルブリフト量Ｌ２が小さくなるため、バルブリフタ９の冠面９ａに対する荷重Ｆが小さい。これによって、バルブリフタ９の冠面９ａとの間の面圧Ｐが小さくなる。

開弁大リフト面１４ｅの最大作動角Ｄ３での角度ｃでは、バルブリフト量Ｌ３を低下させるために、図４に示すように、角度ａから角度ｂにおいて加速度ｙ’’をより小さくする。すなわち、曲率半径を、最小の状態を維持するように加速度ｙ’’を設定する。

しかし、この場合、バルブリフト量が増加することによって、前記荷重Ｆが大きくなり面圧Ｐが増加する。この結果、カム面１４とバルブリフタ９の冠面９ａとの間の摩耗が発生し易くなる。このため、前記角度ａから角度ｂとの間は、面圧Ｐが極度に増加しないように、加速度ｙ’’を調整して曲率半径ρ３を曲率半径ρ２より大きく設定した。

以下、本実施形態に係る動弁装置の作動を説明する。まず、機関停止時には、前記コイルスプリング２６のばね力でボールナット２９が電動モータ２４側に押圧付勢されて、自動的に前記制御軸２１を前記ストッパ機構に規制される最大一方向に回転させて、吸気弁２，２のバルブリフト量を最小リフト量にすると共に、最小作動角側に制御する。

機関始動後の機関運転状態の変化に応じて、前記コントロールユニット２７２７から出力された制御電流に応じて前記電動モータ２４が正回転あるいは逆回転してボール螺子軸２８を同方向に回転させて、前記ボールナット２９を図１の左右いずれかの方向へ移動させる。これによって、前記制御軸２１が制御カム２２を正転あるいは逆転させる。

例えば、制御カム２２が、最大一方向の回転によって軸心Ｐ２が図６Ａ、Ｂに示すように、制御軸２１の軸心Ｐ１の回りを同一半径で回転して、肉厚部が駆動軸７から右上方向に離間移動する。これにより、ロッカアーム１５の他端部１５ｂとリンクロッド１７の枢支点は、駆動軸７に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム１０は、リンクロッド１７を介してカムノーズ１２側が強制的に引き上げられて全体が時計方向へ回動する。

よって、駆動カム８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、その開弁リフトがリンクロッド１７を介して各揺動カム１０及び各バルブリフタ１６に伝達されるが、その開度量は十分に小さくなる。これによって、吸気弁２，２は、バルブリフト量Ｌ１と作動角Ｄ１が図９Ａに示すように最も小さくなる。この結果、各吸気弁２の開時期が遅くなると共に、閉時期が早くなる。

また、機関運転状態がさらに変化すると、制御カム２２が、他方向の中間位置まで回転して軸心Ｐ２が図７Ａ、Ｂに示すように、制御軸２１の軸心Ｐ１の回りを同一半径で回転して、肉厚部が右回転して駆動軸７に僅かに近づく。これにより、ロッカアーム１５の他端部１５ｂとリンクロッド１７の枢支点は、駆動軸７に対して僅かに下方向へ移動することから、各揺動カム１０は、リンクロッド１７を介してカムノーズ１２側が強制的に引き下げられて全体が反時計方向へ回動する。

よって、駆動カム８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、その開弁リフトがリンクロッド１７を介して各揺動カム１０及び各バルブリフタ１６に伝達され、その開弁リフトはやや大きくなる。これによって、吸気弁２，２は、図９Ｂに示すように、バルブリフト量がＬ２まで大きくなると共に、作動角もＤ２まで大きくなる。この結果、最小バルブリフト量Ｌ１のときよりも各吸気弁２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。

このとき、前記作動角Ｄ２は、図９Ｂに示すように、従来の揺動カムを用いた場合と同じ大きさになるが、バルブリフト量Ｌ２（実線）は、従来の揺動カムによるバルブリフト量Ｌ２’（一点鎖線）よりもα分だけ低くなる。

機関運転状態がさらに変化すると、制御カム２２が、他方向の最大位置まで回転して軸心Ｐ２が図８Ａ、Ｂに示すように、制御軸２１の軸心Ｐ１の回りをさらに回転して、肉厚部がさらに右回転して駆動軸７に近づく。これにより、ロッカアーム１５の他端部１５ｂとリンクロッド１７の枢支点は、駆動軸７に対してさらに下方向へ移動することから、各揺動カム１０は、リンクロッド１７を介してカムノーズ１２側が強制的にさらに引き下げられて全体が反時計方向へ回動する。

よって、駆動カム８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、その開弁リフトがリンクロッド１７を介して各揺動カム１０及び各バルブリフタ１６に伝達され、その開弁リフトは十分に大きくなる。これによって、吸気弁２，２は、図９Ｃに示すように、バルブリフト量がＬ３まで最大に大きくなると共に、作動角もＤ３まで最大に大きくなる。この結果、中バルブリフト量Ｌ２、中作動角Ｄ２のときよりも各吸気弁２の開時期が最も早くなると共に、閉時期も最も遅くなる。

このとき、前記作動角Ｄ３は、図９Ｃに示すように、従来の揺動カムを用いた場合とほぼ同じ大きさになるが、最大バルブリフト量Ｌ３（実線）は、従来の揺動カムによるバルブリフト量Ｌ３’（一点鎖線）よりもβ分だけ低くなる。

つまり、バルブリフト量ｙと作動角との関係を示す図５の特性図からも明らかなように、バルブリフト量ｙは、最小作動角（角度ａ）から中間作動角（角度ｂ）までは従来の揺動カムと同じ傾きγで推移するが、前記中間作動角（角度ｂ）以降の最大作動角まではバルブリフト量が変化して、従来のもの（図中細線）よりも本実施形態の揺動カム（太い実線）の方が低いバルブリフト量になる。

このように、本実施形態では、図９Ｂ，Ｃに示すように、吸気弁２，２の中バルブリフト量Ｌ２と最大バルブリフト量Ｌ３（図４及び図５の太い実線）を、従来の各バルブリフト量（図４及び図５の細線）よりも低く抑えることができるのは、前述したように、前記各揺動カム１０のカム面１４中、従来のものに対して同じ正加速度領域を維持しながら負加速度領域の開始点直後である前記角度ｂの曲率半径ρ２を小さくしたことによるためであり、また、その後の角度ｃの曲率半径ρ３も従来のものよりは小さくしたことによるためである。

そして、機関始動後の機関のアイドリング運転時を含む低回転運転領域では、前述のように、コントロールユニット２７２７から出力された制御電流によって電動モータ２４の回転に伴って各ボールがボール循環溝とガイド溝との間を転動しながらボールナット２９を、図１中、最大左方向へ直線状に移動させる。これによって制御軸２１が、制御カム２２を他方向の最大位置まで回転させて軸心Ｐ２が図８Ａ、Ｂに示すように、制御軸２１の軸心Ｐ１の回りをさらに回転して、ロッカアーム１５とリンクロッド１７を介して各揺動カム１０が、リンクロッド１７を介してカムノーズ１２側が強制的に引き下げられて全体が反時計方向へ回動する。

よって、駆動カム８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、その開弁リフトがリンクロッド１７を介して各揺動カム１０及び各バルブリフタ１６に伝達され、その開弁リフトは十分に大きくなる。これによって、吸気弁２，２は、図９Ｃに示すように、バルブリフト量がＬ３まで最大に大きくなると共に、作動角もＤ３まで最大に大きくなる。この結果、中バルブリフト量Ｌ２、中作動角Ｄ２のときよりも各吸気弁２の開時期が最も早くなると共に、閉時期も最も遅くなる。

このとき、前述したように、前記作動角Ｄ２、Ｄ３は、図９Ｂ、Ｃに示すように、従来の揺動カムを用いた場合とほぼ同じ大きさになるが、バルブリフト量は、中バルブリフト量Ｌ２と最大バルブリフト量Ｌ３で、従来の揺動カムによるバルブリフト量Ｌ２’、Ｌ３’（一点鎖線）よりもα、β分だけ低くなる。

このように、機関低回転域では、吸気弁２，２の最大バルブリフト量Ｌ３を従来に比較して低く抑えつつ作動角を従来と同じく大きさの最大作動角Ｄ３を確保することができるので、揺動カム１０のカム面１４とバルブリフタ９の冠面９ａとの間の面圧を低減できると共に、安定した燃焼状態が得られる。この結果、前記カム面１４と冠面９ａとの間のフリクションが十分に低減されて摩耗の発生を抑制できると共に、機関回転の安定化と燃費の向上が図れる。

すなわち、いわゆるアトキンソンサイクルを実現するには、ピストンが吸気上死点を閉じる方法と、ピストンが吸気下死点を通過した後に吸気弁を閉じる方法があるが、前記ピストンが吸気下死点になる前に吸気弁を閉じると、異常燃焼が発生するおそれがある。そこで、低回転時に、吸気弁を、ピストンの吸気下死点よりも遅く閉じた場合には、バルブリフト量が大きくなりすぎてフリクションが増大してしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、大きな作動角Ｄ３を確保することによって、吸気弁２，２の閉弁時期（ＩＶＣ）を、ピストン下死点を通過した後とすることができるので、異常燃焼を抑制できる。また、このとき、吸気弁２，２の最大バルブリフト量Ｌ３における揺動カム１０とバルブリフタ９との間の面圧Ｐを十分に低減できることから、前記両者９，１０間のフリクションの増加を抑制できるのである。

また、前記各揺動カム１０のカムノーズ１２側の曲率半径を、従来の揺動カムよりも小さく形成したことによって、各揺動カム１０の軽量化が図れる慣性質量が小さくなるので、作動応答性の向上と振動の低減化が図れる。

また、本実施形態では、前述のように、揺動カム１０の最大バルブリフト量Ｌ３が、従来の揺動カムの最大バルブリフト量よりもβ分だけ小さくなるが、これは、例えば機関高回転高負荷時における高出力を得るために必要なバルブリフト量であって、機関性能の低下をもたらすものではなく、却って過度なバルブリフト量が抑制されることによるフリクションの低減や燃費の向上、さらには振動抑制効果が大きい。

本発明は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、前記揺動カム１０のカム面１４の開弁中、大リフト面１４ｄ、１４ｅの曲率半径ρ２，ρ３を、機関に仕様や大きさなどに応じて任意に変更することも可能である。

また、前記吸気弁２，２の他に、排気弁に適用することも可能である。

また、前記可変機構４を備えない通常の動弁装置に適用することも可能であり、また、さらに異なる可変動弁装置に適用することも可能である。

前記実施形態から把握される前記請求項以外の発明の技術的思想について以下に説明する。
〔請求項ａ〕請求項１に記載の内燃機関の動弁装置において、
前記開弁大リフト領域の曲率半径を、前記開弁中リフト領域の境界付近の部位よりも大きく設定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
〔請求項ｂ〕請求項１に記載の内燃機関の動弁装置において、
前記揺動カムの揺動加速度が正加速度領域から負加速度領域に変化したカム面の部位の曲率半径が、前記ベースサークル領域の曲率半径よりも小さく設定されていることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
〔請求項ｃ〕請求項２に記載の内燃機関の動弁装置において、
前記低回転低負荷時とは、アイドリング運転時であることを特徴とする内燃機関の動弁装置。

この発明によれば、かかる低回転域で、吸気弁の閉時期をピストン下死点よりも遅く位置にできると共に、揺動カムとバルブリフタとの面圧を十分に小さくすることが可能になる。
〔請求項ｄ〕請求項１に記載の内燃機関の動弁装置において、
前記カムノーズ側の開弁小リフト領域は、前記カム面のベースサークル領域と隣接するランプ領域から延びた正加速度領域であり、前記開弁中、大リフト領域は、前記正加速度領域を経た負加速度領域であることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
〔請求項ｅ〕請求項２に記載の内燃機関の動弁装置において、
前記カムノーズ側の開弁小リフト面は、前記カム面のベースサークル面と隣接するランプ面から延びた正加速度領域であり、前記開弁中、大リフト面は、前記正加速度領域を経た負加速度領域であることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
〔請求項ｆ〕請求項３に記載の内燃機関の動弁装置に用いられる揺動カムにおいて、
前記開弁中リフト領域の境界付近の部位からさらにノーズトップ側に延びた開弁大リフト領域の曲率半径を、前記境界付近の部位よりも大きく設定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置に用いられる揺動カム。
〔請求項ｇ〕請求項３に記載の内燃機関の動弁装置に用いられる揺動カムにおいて、
前記カムノーズ側の開弁小リフト領域は、前記カム面のベースサークル領域と隣接するランプ領域から延びた正加速度領域であると共に、前記開弁中、大リフト領域は、前記正加速度領域を経た負加速度領域であり、前記負加速度領域の開弁大リフト領域の曲率半径を、前記ベースサークル領域の曲率半径よりも小さく設定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置に用いられる揺動カム。

２…吸気弁（機関弁）
４…可変機構
５…制御機構
６…駆動機構
７…駆動軸
８…駆動カム
９…バルブリフタ
１０…揺動カム
１２…カムノーズ
１４…カム面
１４ａ…ベースサークル面（ベースサークル領域）
１４ｂ…ランプ面
１４ｃ…開弁小リフト面（正加速度領域）
１４ｄ…開弁中リフト面（負加速度領域）
１４ｅ…開弁大リフト面（負加速度領域）
１５…ロッカアーム
１６…リンクアーム
１７…リンクロッド
２１…制御軸
２２…制御カム
２４…電動モータ
２５…ボール螺子機構(減速機)
２６…コイルスプリング

Claims (3)

1. クランクシャフトから回転力が伝達される駆動カムと、
   該駆動カムの回転運動を揺動運動に変換する伝達機構と、
   該伝達機構の揺動運動によって揺動して機関弁を開閉作動させる曲面状のカム面を有する揺動カムと、を備え、
   前記揺動カムのカム面は、前記機関弁を閉弁状態にするベースサークル領域から開弁リフト状態にするカムノーズ側の開弁小リフト領域と、該開弁小リフト領域からノーズトップ側に連続して延びる開弁中リフト領域及び開弁大リフト領域と、を有し、
   前記開弁中リフト領域における前記開弁小リフト領域との境界付近の部位の曲率半径を、前記開弁大リフト領域の曲率半径よりも小さく設定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. クランクシャフトから回転力が伝達される駆動カムと、
   該駆動カムの回転運動を揺動運動に変換する伝達機構と、
   該伝達機構の揺動運動によって揺動することによって機関弁を開閉作動させるカム面を有する揺動カムと、
   前記伝達機構の姿勢を変化させることによって前記揺動カムの揺動状態を変化させて前記機関弁のバルブリフト量を可変にする可変機構と、
   前記可変機構を駆動するアクチュエータと、
   機関の作動状態に応じて前記アクチュエータを制御するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、機関の低回転低負荷時に、前記可変機構を介して機関弁が最大バルブリフト量及び最大作動角となるように前記アクチュエータに制御信号を出力し、
   前記揺動カムのカム面は、前記機関弁を閉弁状態にするベースサークル面からランプ面を経てカムノーズ側に延びる開弁小リフト面と、該開弁小リフト面からノーズトップ側に連続して延びる開弁中リフト面及び開弁大リフト面と、を有し、
   前記開弁中リフト面における前記開弁小リフト面との境界付近の部位の曲率半径を、前記開弁大リフト面よりも小さく設定すると共に、前記開弁大リフト面の曲率半径を前記開弁小リフト面よりも小さくしたことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
3. 揺動することによってカム面により機関弁を開閉作動させる内燃機関の動弁装置に用いられる揺動カムであって、
   前記カム面は、前記機関弁を閉弁状態にするベースサークル領域から開弁リフト状態にするカムノーズ側の開弁小リフト領域と、該開弁小リフト領域からノーズトップ側に連続して延びる開弁中リフト領域及び開弁大リフト領域と、を有し、
   前記開弁中リフト領域における前記開弁小リフト領域との境界付近の部位の曲率半径を、前記開弁大リフト領域の曲率半径よりも小さく設定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置に用いられる揺動カム。

Images