JP2017031916A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小作用角時のバルブのリフト量を増大する。
【解決手段】吸気プライマリカムは、入力アームの揺動角速度が増大するクランク角領域（Ｅ１２〜Ａ１ａ）内に、第１区間Ｓ１及び第２区間Ｓ２をこの順に有し、第１区間Ｓ１と第２区間Ｓ２との境界に、境界点Ｃ１ａを有する。入力アームの揺動角加速度αａは、第１区間Ｓ１における境界点Ｃ１ａの直前の部分よりも、第２区間Ｓ２の境界点Ｃ１ａの直後の部分の方が大きい。小作用角時には、境界点Ｃ１ａが入力アームに作用するタイミングｔ３と、セカンダリカムが吸気バルブの正の加速度でのリフトを開始するリフト開始点Ｃ２が吸気バルブに作用するタイミングｔ３とが、略一致している。
【選択図】図２１

Description

本発明は内燃機関の可変動弁装置に関し、特に、バルブの作用角を調整する機能を有する装置に関する。

内燃機関の運転状態に応じて、吸気バルブや排気バルブにおける作用角（すなわち、バルブが開いているクランク角の範囲）を可変とする可変動弁機構が知られている。例えば、特許文献１が開示する装置では、プライマリカムとロッカーアームとの間に仲介アセンブリを有し、仲介アセンブリは入力アームと出力アームとを有する。出力アームには、セカンダリカムが設けられている。コントロールシャフトを軸方向に移動させると、仲介アセンブリにおける入力アームと出力アームとの相対位置すなわち位相差が変化し、これによって、プライマリカムによるバルブリフトの開始位置が変化する。この位相差が大きければ、バルブリフトの開始位置が前進し、作用角が大きくなる。

このような仲介アセンブリを有する可変動弁機構では、作用角が小さいほど、プライマリカムによるバルブリフト開始位置が後退し、リフト量が小さくなる。

特開２００７−２３１９０９号公報 特開２００４−１６９５７５号公報

特許文献１に開示された装置では、コントロールシャフトとプライマリカムとを同時に軸方向に移動させられる機構を設けると共に、プライマリカムのカムプロフィールを、その軸方向に関して変化させている。この装置では、小作用角時の開弁タイミングを進角することができる。さらに、小作用角時の閉弁タイミングを進角する目的で、プライマリカムのベース円の径を軸方向に関して変化させ、小作用角時にベース円の径が縮小する構成も提案されている（特許文献１の図１７）。しかしながら、装置の構造が複雑である。また、小作用角時にリフト量を増大させるための手段は提供されていない。

特許文献２の中で実施の形態２として開示された装置は、吸気カムのカムプロフィールのうち、大作用角時にのみバルブに作用する先行領域と、小作用角時にバルブに作用するノーズ近傍領域とで、傾斜角を異ならせ、先行領域よりもノーズ近傍領域の傾斜角が大きくされている。大作用角時には、仲介アセンブリにおける入力アームとセカンダリカムとの位相差が大きくされる結果、先行領域とノーズ近傍領域との両者がバルブに作用する。小作用角時には、仲介アセンブリにおける入力アームとセカンダリカムとの位相差が小さくされる結果、ノーズ近傍領域のみがバルブに作用する。

この構成によれば、小作用角時にバルブの開度が急峻に上昇させられるので、吸気カムのカムプロフィールの傾斜角が先行領域とノーズ近傍領域とで共通にされている構成、あるいは前者よりも後者が小さくされている構成に比較して、小作用角時のリフト量を大きくすることができる。しかしながら、大作用角領域と小作用角領域との境界が入力アームに作用するタイミングと、セカンダリカムがバルブに作用するタイミングとの関係は考慮されておらず、小作用角時のリフト量の増大に、なお改良の余地が残されている。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、吸気カムのカムプロフィールのうち先行領域とノーズ近傍領域とで傾斜角を異ならせている場合において、小作用角時のバルブのリフト量を更に増大することを目的とする。

本発明の第一の態様は、
カムシャフトに設けられたプライマリカムと、
前記プライマリカムの運動をバルブに伝達するように構成された仲介アセンブリと、を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、
前記仲介アセンブリは、
前記プライマリカムに押されて揺動する入力アームと、
前記入力アームの揺動に基づき揺動する出力アームであって、バルブをリフトさせるセカンダリカムを備えた出力アームと、
前記入力アームと前記出力アームとの相対位置を、前記バルブの第１の作用角を提供する第１の相対位置と、当該第１の作用角よりも小さい第２の作用角を提供する第２の相対位置との間で調整するように構成された調整機構と、
を備え、
前記プライマリカムは、前記入力アームの揺動角速度が増大するクランク角領域内に、第１区間及び第２区間をこの順に有し、第１区間と第２区間との境界に境界点（Ｃ１ａ）を有し、前記入力アームの揺動角加速度は、前記第１区間における前記境界点（Ｃ１ａ）の直前の部分よりも、前記第２区間の前記境界点（Ｃ１ａ）の直後の部分の方が大きくなるように形成され、
前記相対位置が前記第２の相対位置にあるときには、前記プライマリカムの前記境界点（Ｃ１ａ）が前記入力アームに作用するタイミングと、前記セカンダリカムが前記バルブの正の加速度でのリフトを開始するリフト開始点（Ｃ２）が前記バルブに作用するタイミングとが、略一致していることを特徴とする。

この態様では、プライマリカムは、入力アームの揺動角速度が増大するクランク角領域内に、第１区間及び第２区間をこの順に有し、第１区間と第２区間との境界に境界点（Ｃ１ａ）を有する。入力アームの揺動角加速度は、第１区間における境界点（Ｃ１ａ）の直前の部分よりも、第２区間の境界点（Ｃ１ａ）の直後の部分の方が大きい。したがって、小作用角時にバルブの開度が急峻に上昇させられ、小作用角時のリフト量を増大することができる。

更に、この態様では、入力アームと出力アームとの相対位置が、第２の相対位置にあるとき（すなわち、小作用角時）には、プライマリカムの境界点（Ｃ１ａ）が入力アームに作用するタイミングと、セカンダリカムがバルブの正の加速度でのリフトを開始するリフト開始点（Ｃ２）が前記バルブに作用するタイミングとが、略一致している。したがって、前者のタイミングが後者のタイミングよりも早くされた構成に比して、バルブの加速度βａ２のグラフ（図２１）における当該タイミング以降の負の領域の面積βｎを大きくできる。バルブの加速度βａ２のグラフにおける負の領域の面積βｎは、バルブの加速度βａ２のグラフにおける正の部分の面積に常に等しい。したがって、負の領域の面積βｎを大きくできることにより、小作用角時におけるバルブのリフト量を更に増大することができる。なお、この態様における「略一致」とは、一致している場合のほか、当該効果が実質的に達成される程度に両タイミングが一致点の近傍にある場合を含む。

本発明の別の態様は、
前記プライマリカムは、前記入力アームの揺動角速度のピーク点を実現する最大傾斜点（Ａ１ａ）を有し、
前記セカンダリカムは、前記バルブを正の加速度でリフトさせる正加速度区間の後に、負の加速度でリフトさせる負加速度区間を有し、
前記相対位置が前記第１の相対位置にある場合及び前記第２の相対位置にある場合のいずれにおいても、前記プライマリカムの前記最大傾斜点（Ａ１ａ）が前記入力アームに作用するタイミングと、前記セカンダリカムの前記正加速度区間の終端（Ａ２）が前記バルブに作用するタイミングとが、略一致していることを特徴とする。

この態様では、入力アームと出力アームとの相対位置が、第１の相対位置にある場合（すなわち、大作用角時）及び前記第２の相対位置にある場合（すなわち、小作用角時）のいずれにおいても、プライマリカムの最大傾斜点（Ａ１ａ）が入力アームに作用するタイミングと、セカンダリカムの正加速度区間の終端（Ａ２）がバルブに作用するタイミングとが、略一致している。したがって、バルブの加速度のグラフ（図２１）における当該タイミング以降の負の領域（βｎ）の面積を、小作用角時につき大作用角時と同様の面積まで大きくでき、その結果、小作用角時におけるバルブのリフト量を更に増大することができる。なお、この態様における「略一致」とは、一致している場合のほか、当該効果が実質的に達成される程度に両タイミングが一致点の近傍にある場合を含む。

本発明の実施形態の可変動弁装置が適用されるエンジンのシリンダヘッド周りの構造を示す拡大断面図である。 仲介アセンブリの内部構造を示す破断斜視図である。 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である。 仲介アセンブリの内部構造を示す断面図である。 カムシャフト及び仲介アセンブリの構造及び制御系を示す略図である。 実施形態における吸気プライマリカムを示す略図である。 実施形態における出力アーム及びセカンダリカムを示す略図である。 大作用角時における可変動弁機構の動作のうち、吸気プライマリカムが入力アームをリフトしていない状態を示す略図である。 大作用角時における可変動弁機構の動作のうち、吸気プライマリカムが入力アームのリフトを開始するときの状態を示す略図である。 大作用角時における可変動弁機構の動作のうち、セカンダリカムがロッカーアーム及び吸気バルブのリフトを開始するときの状態を示す略図である。 大作用角時における可変動弁機構の動作のうち、吸気プライマリカムの最大傾斜点が、入力アームに作用するときの状態を示す略図である。 大作用角時における可変動弁機構の動作のうち、吸気プライマリカムのノーズのピーク点が、入力アームに作用するときの状態を示す略図である。 大作用角時における可変動弁機構の動作のうち、吸気プライマリカムの最大傾斜点が、入力アームに作用するときの状態を示す略図である。 小作用角時における可変動弁機構の動作のうち、吸気プライマリカムが入力アームをリフトしていない状態を示す略図である。 小作用角時における可変動弁機構の動作のうち、吸気プライマリカムが入力アームのリフトを開始するときの状態を示す略図である。 小作用角時における可変動弁機構の動作のうち、セカンダリカムがロッカーアーム及び吸気バルブのリフトを開始するときの状態を示す略図である。 小作用角時における可変動弁機構の動作のうち、吸気プライマリカムの最大傾斜点が、入力アームに作用するときの状態を示す略図である。 小作用角時における可変動弁機構の動作のうち、吸気プライマリカムのノーズのピーク点が、入力アームに作用するときの状態を示す略図である。 小作用角時における可変動弁機構の動作のうち、吸気プライマリカムの最大傾斜点が、入力アームに作用するときの状態を示す略図である。 小作用角時における可変動弁機構の動作のうち、セカンダリカムがロッカーアーム及び吸気バルブのリフトを終了するときの状態を示す略図である。 本発明の実施形態及び比較例についての、クランク角の変化に対する入力アーム及び吸気バルブの挙動を示すタイミングチャートである。 比較例における吸気プライマリカムを示す略図である。 比較例における出力アーム及びセカンダリカムを示す略図である。

本発明を車両用エンジンに適用した一実施形態につき、図面に従って説明する。

図１は、エンジン１におけるシリンダヘッド２周りの構造を示す拡大断面図である。エンジン１はガソリンを燃料とする内燃機関である。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、燃焼室６が画成されている。燃焼室６には、吸気通路７及び排気通路８が、各々二つに分岐した状態で接続されている（図１には一方のみ図示）。吸気通路７と燃焼室６との間は、吸気バルブ９の開閉動作によって連通及び遮断される。排気通路８と燃焼室６との間は、排気バルブ１０の開閉動作によって連通及び遮断される。これら吸気バルブ９及び排気バルブ１０は、それぞれ各気筒毎に二つずつ設けられている。

シリンダヘッド２には、吸気バルブ９及び排気バルブ１０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。吸気カムシャフト１１及び排気カムシャフト１２には、それぞれ吸気プライマリカム１１ａ及び排気プライマリカム１２ａが設けられている。これら吸気プライマリカム１１ａ及び排気プライマリカム１２ａの回転によって、吸気バルブ９及び排気バルブ１０が開閉動作する。

エンジン１には、吸気プライマリカム１１ａの運動を吸気バルブ９に伝達する仲介アセンブリ１４が設けられている。この仲介アセンブリ１４は、吸気バルブ９の作用角を可変とするものである。

仲介アセンブリ１４は、入力アーム１７と、出力アーム１８とを備えている。入力アーム１７は、回転する吸気プライマリカム１１ａにより押されて、吸気カムシャフト１１と平行に延びるロッカーシャフト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。出力アーム１８は、入力アーム１７の揺動に基づき、ロッカーシャフト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には、ロッカーシャフト１５及びコントロールシャフト１６と平行な軸線を有するローラ１９が、回転可能に取り付けられている。出力アーム１８は、ロッカーアーム２１に作用するセカンダリカム１８ａを備えている。

ローラ１９が吸気プライマリカム１１ａに押しつけられるように、入力アーム１７がロストモーションダンパ２０によって吸気プライマリカム１１ａ側に付勢されている。出力アーム１８のセカンダリカム１８ａは、その揺動時にロッカーアーム２１に押しつけられ、ロッカーアーム２１を介して吸気バルブ９をリフトさせる。

ロッカーアーム２１の基端部は、ラッシュアジャスタ２２によって支持され、ロッカーアーム２１の先端部は、吸気バルブ９に接触している。ラッシュアジャスタ２２は、例えば油圧により駆動される。ロッカーアーム２１は、吸気バルブ９のバルブスプリング２４によって出力アーム１８側に付勢され、これにより、ロッカーアーム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１８に押しつけられている。したがって、吸気プライマリカム１１ａの回転に基づき入力アーム１７及び出力アーム１８が揺動すると、出力アーム１８がロッカーアーム２１を介して吸気バルブ９をリフトさせ、吸気バルブ９の開閉動作が行われる。

次に、仲介アセンブリ１４における吸気バルブ９の作用角を可変とする構造について、図２〜図４を参照して説明する。

図２は、仲介アセンブリ１４における入力アーム１７及び出力アーム１８の内部構造を示す破断斜視図である。仲介アセンブリ１４は、入力アーム１７及び出力アーム１８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、筒状に形成されたロッカーシャフト１５が挿入されている。ロッカーシャフト１５の内部には、コントロールシャフト１６が挿入されている。

コントロールシャフト１６が軸線方向に移動すると、コントロールシャフト１６に対しピン５１（図４参照）によって一体移動可能に繋がれたスライダ２６が、ロッカーシャフト１５の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。

他方、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が形成されている。出力アーム１８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。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）と噛み合わされている。出力アーム１８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。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。

したがって、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がロッカーシャフト１５の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１８との揺動方向についての相対位置が変更される。このように、入力アーム１７と出力アーム１８との揺動方向についての相対位置が変更されることにより、吸気プライマリカム１１ａの回転によって入力アーム１７及び出力アーム１８が揺動したときの、吸気バルブ９の作用角が可変とされる。

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１８との揺動方向についての相対位置が互いに接近する（すなわち、位相差が減少する）ように変更され、吸気バルブ９の作用角が小とされる。逆に、コントロールシャフト１６を矢印Ｈ方向に変位させるほど、入力アーム１７と出力アーム１８との揺動方向についての相対位置が互いに離間する（すなわち、位相差が増大する）ように変更され、吸気バルブ９の作用角が大とされる。

図４は、入力アーム１７、出力アーム１８、スライダ２６及びロッカーシャフト１５等の内部構造を示す断面図である。図に示されるように、仲介アセンブリ１４の入力アーム１７及び出力アーム１８は、シリンダヘッド２に設けられた複数の立壁部４５に挟まれている。仲介アセンブリ１４のロッカーシャフト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１８をも貫通している。これら入力アーム１７及び出力アーム１８におけるロッカーシャフト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、コントロールシャフト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。ロッカーシャフト１５におけるピン５１に対応する位置には、軸線方向に延びるとともにピン５１をロッカーシャフト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、ロッカーシャフト１５の周方向についての相対移動は不能となっている。

スライダ２６の内周面におけるピン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、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。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る。

したがって、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がロッカーシャフト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。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１８との揺動方向についての相対位置が可変とされ、吸気プライマリカム１１ａ（図１）の回転により入力アーム１７及び出力アーム１８が揺動したときの吸気バルブ９の作用角が可変とされる。

図５に示されるように、コントロールシャフト１６は、直動アクチュエータ７２に接続されている。コントロールシャフト１６は、電子制御装置７１による直動アクチュエータ７２の駆動制御を通じて、その軸線方向に移動する。コントロールシャフト１６、スライダ２６、ヘリカルスプライン２７，２８，２９，３０、ピン５１、及び直動アクチュエータ７２は、入力アーム１７と出力アーム１８との相対位置を調整するための調整機構を構成する。電子制御装置７１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。電子制御装置７１には、各種センサが接続されている。そのようなセンサは、エンジン１の回転速度を検出する回転速度センサ７３や、エンジン１への出力要求を表すアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ７４を含む。電子制御装置７１は、各種センサからの検出信号に基づき把握されるエンジン１の運転状態に基づき、吸気バルブ９の作用角を可変とするための直動アクチュエータ７２の駆動制御を行う。例えば、吸気バルブ９の作用角を大きくすることにより、高負荷運転時の吸入空気量に関する要求を満たすことができる。また、吸気バルブ９の作用角を小さくすることにより、低負荷運転時（例えばアイドル運転時）のポンピングロスを低減することができる。

図６に示されるとおり、吸気プライマリカム１１ａは、カムシャフト１１が定速度で回転した場合に入力アーム１７の揺動角速度のピーク点を実現する最大傾斜点Ａ１ａを有する。

また、吸気プライマリカム１１ａは、入力アーム１７の揺動角速度が増大するクランク角領域内（すなわち、入力アーム１７をリフトしないベース円区間Ｅ１の終端Ｅ１２から、最大傾斜点Ａ１ａまでの領域内）に、第１区間Ｓ１及び第２区間Ｓ２をこの順に有する。第１区間Ｓ１と第２区間Ｓ２との境界には、境界点Ｃ１ａが設けられている。

吸気プライマリカム１１ａは、更に、入力アーム１７の揺動角度が減少する領域に、最大傾斜点Ａ１ｂ、及び境界点Ｃ１ｂを有する。

図２１に従って後述するとおり、吸気プライマリカム１１ａによってリフトされる入力アーム１７の揺動角加速度αａは、第１区間Ｓ１における境界点Ｃ１ａの直前の部分よりも、第２区間Ｓ２における境界点Ｃ１ａの直後の部分の方が大きい。これによって、入力アーム１７の揺動角速度αｖは、境界点Ｃ１ａの前と後とで明瞭に変化し、第２区間Ｓ２における境界点Ｃ１ａの直後の部分で急増する。境界点Ｃ１ａ，Ｃ１ｂは、いずれもその前と後との間で揺動角加速度αａ及び揺動角速度αｖが変化するものであれば良く、カム動作の円滑性や耐久性を考慮した設計上の丸みを有していても良い。

図７に示されるとおり、出力アーム１８のセカンダリカム１８ａは、ベース円区間Ｅ２と、正加速度区間Ｓ３と、負加速度区間Ｓ４とを、この順に有する。出力アーム１８が定速度で回転した場合に、ベース円区間Ｅ２はロッカーアーム２１をリフトせず、正加速度区間Ｓ３は吸気バルブ９を正の加速度でリフトさせ、負加速度区間Ｓ４は吸気バルブ９を負の加速度でリフトさせる。正加速度区間Ｓ３は、その始端であるリフト開始点Ｃ２と、その終端である終端Ａ２とを有する。正加速度区間Ｓ３は、終端Ａ２において、負加速度区間Ｓ４に接続している。

以上のとおり構成された実施形態の動作について説明する。本明細書では、理解を容易にするために、「大作用角」及び「小作用角」の表現を用いる。「大作用角」及び「小作用角」の表現はいずれも相対的なものであり、本発明における「小作用角」は「大作用角」よりも小さい作用角を意味するにすぎない。しかしながら、「小作用角」及び「大作用角」のうち少なくとも一方が、ある可変動弁装置で実現し得る最小あるいは最大の作用角を示すものであっても良い。

図８ないし図１３は、大作用角時の可変動弁機構の動作を示す。図８は、吸気プライマリカム１１ａが入力アーム１７をリフトしていない状態を示す。吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、吸気プライマリカム１１ａのベース円区間Ｅ１内にある。セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２は、セカンダリカム１８ａのベース円区間Ｅ２内にある。吸気プライマリカム１１ａは図８中時計方向に回転して、図９の状態に移行する。

図９は、吸気プライマリカム１１ａが入力アーム１７のリフトを開始するときの状態を示す。吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、ベース円区間Ｅ１の終端Ｅ１２と一致している。セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２は、依然としてセカンダリカム１８ａのベース円区間Ｅ２内にある。したがって、ロッカーアーム２１及び吸気バルブ９はリフトされない。吸気プライマリカム１１ａは更に回転して、図１０の状態に移行する。

図１０は、セカンダリカム１８ａがロッカーアーム２１及び吸気バルブ９のリフトを開始するときの状態を示す。吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、ベース円区間Ｅ１の終端Ｅ１２と境界点Ｃ１ａとの間にある。吸気プライマリカム１１ａによる入力アーム１７のリフトによって、入力アーム１７及び出力アーム１８が図中時計回りに揺動する。セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２は、ベース円区間Ｅ２の終端部、すなわちリフト開始点Ｃ２と一致している。したがって、ロッカーアーム２１及び吸気バルブ９はリフトを開始する。吸気プライマリカム１１ａは更に回転して、図１１の状態に移行する。

図１１は、吸気プライマリカム１１ａの最大傾斜点Ａ１ａが、入力アーム１７に作用するときの状態を示す。吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、最大傾斜点Ａ１ａと一致している。最大傾斜点Ａ１ａは、入力アーム１７の揺動角速度のピーク点を実現する。セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２は、正加速度区間Ｓ３の終端Ａ２と一致している。したがって、ロッカーアーム２１及び吸気バルブ９のリフトは続いているが、それらの加速度はゼロとなっている。吸気プライマリカム１１ａは更に回転して、図１２の状態に移行する。

図１２は、吸気プライマリカム１１ａのノーズのピーク点が、入力アーム１７に作用するときの状態を示す。吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、吸気プライマリカム１１ａのノーズのピーク点と一致している。したがって、このときに吸気バルブ９のリフト量が最大となる。セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２は、負加速度区間Ｓ４の途中にある。吸気プライマリカム１１ａは更に回転して、図１３の状態に移行する。

図１３は、吸気プライマリカム１１ａの最大傾斜点Ａ１ｂが、入力アーム１７に作用するときの状態を示す。吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、最大傾斜点Ａ１ｂと一致している。セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２は、正加速度区間Ｓ３の終端Ａ２と一致している。なお、バルブリフトが終了するとき（すなわち、セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２が、リフト開始点Ｃ２と一致するとき）には、吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、ベース円区間Ｅ１の始端Ｅ１２の近傍に位置することになる。

図１４ないし図２０は、小作用角時の動作を示す。図１４は、吸気プライマリカム１１ａが入力アーム１７をリフトしていない状態を示す。吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、吸気プライマリカム１１ａのベース円区間Ｅ１内にある。セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２は、セカンダリカム１８ａのベース円区間Ｅ２内にある。吸気プライマリカム１１ａは図１４中時計方向に回転して、図１５の状態に移行する。

図１５は、吸気プライマリカム１１ａが入力アーム１７のリフトを開始するときの状態を示す。吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、ベース円区間Ｅ１の終端Ｅ１２と一致している。セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２は、依然としてセカンダリカム１８ａのベース円区間Ｅ２内にある。したがって、ロッカーアーム２１及び吸気バルブ９はリフトされない。吸気プライマリカム１１ａは更に回転して、図１６の状態に移行する。

図１６は、セカンダリカム１８ａがロッカーアーム２１及び吸気バルブ９のリフトを開始するときの状態を示す。吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、境界点Ｃ１ａと一致している。セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２は、ベース円区間Ｅ２の終端部、すなわちリフト開始点Ｃ２と一致している。したがって、ロッカーアーム２１及び吸気バルブ９はリフトを開始する。このように、小作用角時には、吸気プライマリカム１１ａの境界点Ｃ１ａが入力アーム１７に作用するタイミングｔ３と、セカンダリカム１８ａが吸気バルブ９の正の加速度でのリフトを開始するリフト開始点Ｃ２が吸気バルブ９に作用するタイミングｔ３とが、一致している。この点が大作用角時（図１０）との顕著な相違である。吸気プライマリカム１１ａは更に回転して、図１７の状態に移行する。

図１７は、吸気プライマリカム１１ａの最大傾斜点Ａ１ａが、入力アーム１７に作用するときの状態を示す。吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、最大傾斜点Ａ１ａと一致している。最大傾斜点Ａ１ａは、入力アーム１７の揺動角速度のピーク点を実現する。セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２は、正加速度区間Ｓ３の終端Ａ２と一致している。この点は、大作用角時（図１１）と同様である。吸気プライマリカム１１ａは更に回転して、図１８の状態に移行する。

図１８は、吸気プライマリカム１１ａのノーズのピーク点が、入力アーム１７に作用するときの状態を示す。吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、吸気プライマリカム１１ａのノーズのピーク点と一致している。したがって、このときに吸気バルブ９のリフト量が最大となる。セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２は、負加速度区間Ｓ４の途中にある。吸気プライマリカム１１ａは更に回転して、図１９の状態に移行する。

図１９は、吸気プライマリカム１１ａの最大傾斜点Ａ１ｂが、入力アーム１７に作用するときの状態を示す。吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、最大傾斜点Ａ１ｂと一致している。セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２は、正加速度区間Ｓ３の終端Ａ２と一致している。この点は、大作用角時（図１３）と同様である。

図２０は、吸気プライマリカム１１ａの境界点Ｃ１ｂが、入力アーム１７に作用するときの状態を示す。吸気プライマリカム１１ａと入力アーム１７との接点３１は、境界点Ｃ１ｂと一致している。セカンダリカム１８ａとロッカーアーム２１との接点３２は、ベース円区間Ｅ２の終端部、すなわちリフト開始点Ｃ２０と一致している。したがって、この時点で、セカンダリカム１８ａがロッカーアーム２１及び吸気バルブ９のリフトを終了する。このように、小作用角時には、吸気プライマリカム１１ａの境界点Ｃ１ｂが入力アーム１７に作用するタイミングと、セカンダリカム１８ａが吸気バルブ９のリフトを終了するリフト開始点Ｃ２が吸気バルブ９に作用するタイミングとが、一致することになる。

図２１は、クランク角の変化に対する入力アーム１７及び吸気バルブ９の挙動を示すタイミングチャートである。図２１のタイミングチャートのうち「入力アーム揺動」は、入力アーム１７の挙動、特に揺動の角度α、角速度αｖ、及び角加速度αａを示している。横軸はクランク角である。図に示されるように、吸気カムシャフト１１が定速度で回転すると、入力アーム１７の揺動角度αは、吸気バルブ９のリフト量が最大となる時点ｔｍａｘにおいて最大となる。入力アーム１７の揺動角速度αｖは、最大傾斜点Ａ１ａが入力アームに作用する時点ｔ４で最大となる（このときの状態は大作用角時につき図１１、小作用角時につき図１７に示されている）。

他方、入力アーム１７の揺動角速度αｖは、境界点Ｃ１ａの前と後とで明瞭に変化し、第２区間Ｓ２における境界点Ｃ１ａの直後の部分で急増する。入力アーム１７の揺動角加速度αａは、第１区間Ｓ１における境界点Ｃ１ａの直前の部分よりも、第２区間Ｓ２における境界点Ｃ１ａの直後の部分の方が大きい。境界点Ｃ１ａが入力アーム１７に作用する時点ｔ３より前では、入力アーム１７の揺動角加速度αａは平坦すなわち安定である（すなわち、時点ｔ１〜ｔ３にわたり一定の値ａ１で推移する）。これとは対照的に、境界点Ｃ１ａが入力アーム１７に作用する時点ｔ３より後では、入力アーム１７の揺動角加速度αａは、ａ１よりも大きい値へと急峻に増大する。

図２１のタイミングチャートのうち「バルブ加速度」は、吸気バルブ９の挙動、特に、吸気バルブ９の大作用角時の加速度βａ１、及び小作用角時の加速度βａ２を示している。横軸はクランク角である。図に示されるように、大作用角時の加速度βａ１は、その立ち上がり点ｔ２から正の値をとり、次に時点ｔ４でゼロとなり、その後、吸気バルブ９のリフト量が最大となる時点ｔｍａｘに至るまで、負の値をとり続ける。大作用角時の加速度βａ１がゼロとなる時点ｔ４は、最大傾斜点Ａ１ａが入力アーム１７に作用する時点ｔ４と等しくされている。

小作用角時の加速度βａ２は、立ち上がり点ｔ３から正の値をとり、次に時点ｔ４でゼロとなり、その後、吸気バルブ９のリフト量が最大となる時点ｔｍａｘに至るまで、負の値をとり続ける。小作用角時の加速度βａ２の立ち上がり点ｔ３は、正加速度区間Ｓ３の始端であるリフト開始点Ｃ２が吸気バルブ９に作用するタイミングである（図１６）。立ち上がり点ｔ３は、上述した境界点Ｃ１ａが入力アーム１７に作用する時点ｔ３と等しくされている。

小作用角時の加速度βａ２がゼロとなる時点ｔ４は、正加速度区間Ｓ３の終端Ａ２が吸気バルブ９に作用するタイミングである（図１７）。この時点ｔ４は、最大傾斜点Ａ１ａが入力アーム１７に作用する時点ｔ４と等しくされている。

以上のとおり構成された本実施形態では、吸気プライマリカム１１ａは、入力アーム１７の揺動角速度が増大するクランク角領域（Ｅ１２〜Ａ１ａ）内に、第１区間Ｓ１及び第２区間Ｓ２をこの順に有し、第１区間Ｓ１と第２区間Ｓ２との境界に、境界点Ｃ１ａを有する。吸気プライマリカム１１ａは、入力アーム１７の揺動角加速度αａが、第１区間Ｓ１における境界点Ｃ１ａの直前の部分よりも、第２区間Ｓ２における境界点Ｃ１ａの直後の部分の方が大きくなるように形成されている。その結果、小作用角時の加速度βａ２のピーク点は、大作用角時の加速度βａ１のピーク点よりも、顕著に大きくなる（βｄｉｆ１）。したがって、小作用角時に吸気バルブ９の開度が急峻に上昇させられ、小作用角時のリフト量を増大することができる。

更に、本実施形態では、入力アーム１７と出力アーム１８との相対位置すなわち位相差が、第２の相対位置にあるとき（すなわち、小作用角時）には、吸気プライマリカム１１ａの境界点Ｃ１ａが入力アーム１７に作用するタイミングｔ３と、セカンダリカム１８ａが吸気バルブ９の正の加速度でのリフトを開始するリフト開始点Ｃ２が吸気バルブ９に作用するタイミングｔ３とが、一致している。したがって、前者のタイミングが後者のタイミングよりも早くされた構成に比して、吸気バルブ９の加速度βａ２のグラフ（図２１）における当該タイミング以降の負の領域βｎの面積を大きくできる。加速度βａ２のグラフにおける負の領域βｎの面積は、吸気バルブ９の加速度βａ２のグラフにおける正の部分の面積に常に等しい。吸気バルブ９の加速度βａ２を２階積分したものが、吸気バルブ９のリフト量に相当する。したがって、負の領域βｎの面積を大きくできることにより、小作用角時における吸気バルブ９のリフト量を更に増大することができる。図２１の「リフト量」のグラフに示されるように、本実施形態における大作用角時のリフト量はＬ１、小作用角時のリフト量はＬ２である。

なお、本発明では、小作用角時において、吸気プライマリカム１１ａの境界点Ｃ１ａが入力アーム１７に作用するタイミングｔ３と、セカンダリカム１８ａが吸気バルブ９の正の加速度でのリフトを開始するリフト開始点Ｃ２が吸気バルブ９に作用するタイミングｔ３とが、「略一致」、すなわち、当該効果が実質的に達成される程度に両タイミングが一致点の近傍にあっても良く、その限りにおいて当該効果を実現することができる。

更に、本実施形態では、入力アーム１７と出力アーム１８との相対位置が、第１の相対位置にある場合（すなわち、大作用角時）及び前記第２の相対位置にある場合（すなわち、小作用角時）のいずれにおいても、プライマリカムの最大傾斜点（Ａ１ａ）が入力アームに作用するタイミングと、セカンダリカムの正加速度区間の終端（Ａ２）がバルブに作用するタイミングとが、一致している。したがって、吸気バルブ９の加速度のグラフ（図２１）における当該タイミング以降の負の領域（βｎ）の面積を、小作用角時につき大作用角時と同様の面積まで大きくでき、その結果、小作用角時におけるバルブのリフト量を更に増大することができる。

なお、本発明では、プライマリカムの最大傾斜点（Ａ１ａ）が入力アームに作用するタイミングと、セカンダリカムの正加速度区間の終端（Ａ２）がバルブに作用するタイミングとが、「略一致」、すなわち、当該効果が実質的に達成される程度に両タイミングが一致点の近傍にあっても良く、その限りにおいて当該効果を実現することができる。

図２２及び図２３は、比較例の可変動弁機構における吸気プライマリカム６１ａ及び出力アーム６８を示す。ここにいう「比較例」は、それが公知であることを意味しない。図２２に示される比較例の吸気プライマリカム６１ａは、入力アーム１７の揺動角速度のピーク点を実現する最大傾斜点Ａ３ａを有する。吸気プライマリカム６１ａは、入力アーム１７をリフトしないベース円区間Ｅ３を有する。ベース円区間Ｅ３の終端Ｅ３２から、最大傾斜点Ａ３ａまでの領域、すなわち、入力アーム１７の揺動角速度が増大するクランク角領域内には、揺動角加速度αａが上昇する領域が１つのみ存在する。すなわち、比較例の吸気プライマリカム６１ａは、境界点Ｃ１ａを有せず、終端Ｅ３２から最大傾斜点Ａ３ａまでの領域において、入力アーム１７の揺動角速度は単調に増加する。

図２３に示される比較例の出力アーム６８は、セカンダリカム６８ａを有する。セカンダリカム６８ａは、ベース円区間Ｅ４と、正加速度区間Ｓ５と、負加速度区間Ｓ６とを、この順に有する。出力アーム６８が定速度で回転した場合に、ベース円区間Ｅ４は、ロッカーアーム２１をリフトせず、正加速度区間Ｓ５は吸気バルブ９を正の加速度でリフトさせ、負加速度区間Ｓ６は吸気バルブ９を負の加速度でリフトさせる。正加速度区間Ｓ５は、その始端であるリフト開始点Ｃ４と、その終端である終端Ａ４とを有する。正加速度区間Ｓ５は、終端Ａ４において、負加速度区間Ｓ６に接続している。

図２１における右半分の領域は、この比較例における入力アーム１７と吸気バルブ９との挙動を示す。図に示されるように、吸気カムシャフト１１が定速度で回転すると、入力アーム１７の揺動角度αは、吸気バルブ９のリフト量が最大となる時点ｔｍａｘにおいて最大となる。入力アーム１７の揺動角速度αｖは、最大傾斜点Ａ１ａが入力アームに作用する時点ｔ１４で最大となる。

他方、入力アーム１７の揺動角速度αｖは、ベース円区間Ｅ３の終端Ｅ３２に対応する立ち上がり点ｔ１０から、最大傾斜点Ａ３ａに対応するピーク点までの領域において、単調に増加する。入力アーム１７の揺動角加速度αａは、最大傾斜点Ａ３ａが入力アーム１７に作用する時点ｔ１４で０となり、その後は負の領域をとる。

図２１では更に、「バルブ加速度」のグラフにおいて、比較例における吸気バルブ９の大作用角時の加速度βａ３、及び小作用角時の加速度βａ４を示している。大作用角時の加速度βａ３は、その立ち上がり点ｔ１２から正の値をとり、次に時点ｔ１４でゼロとなり、その後、吸気バルブ９のリフト量が最大となる時点ｔｍａｘに至るまで、負の値をとり続ける。大作用角時の加速度βａ１がゼロとなる時点ｔ４は、最大傾斜点Ａ３ａが入力アームに作用する時点ｔ１４と等しくされている。

小作用角時の加速度βａ４の立ち上がり点ｔ１３は、正加速度区間Ｓ５の始端であるリフト開始点Ｃ４（図２３）が吸気バルブ９に作用するタイミングである。小作用角時の加速度βａ４は、立ち上がり点ｔ１３から正の値をとり、次に、時点ｔ１４よりも遅い時点ｔ１５でゼロとなり、その後、吸気バルブ９のリフト量が最大となる時点ｔｍａｘに至るまで、負の値をとり続ける。

この比較例の可変動弁機構では、吸気プライマリカム６１ａに、境界点Ｃ１ａが設けられておらず、小作用角時の吸気バルブ９の開度の急峻な上昇は行われない。その結果、小作用角時の加速度βａ２のピーク点は、大作用角時の加速度βａ１のピーク点と、ほとんど相違しない（βｄｉｆ２）。

そして、比較例の可変動弁機構では、小作用角時の加速度βａ４が、大作用角時の加速度βａ３と同時（時点ｔ１４）ではなく、それよりも遅い時点ｔ１５でゼロとなる。この点において、比較例は上記本発明の実施形態と顕著に相違する。その結果、比較例の可変動弁機構では、吸気バルブ９の加速度βａ４のグラフ（図２１）における当該時点ｔ１５以降の負の領域βｎ０の面積が、大作用角時の時点ｔ１４以降の負の領域の面積よりも、顕著に小さくなる。加速度βａ４のグラフにおける当該負の領域βｎ０の面積は、吸気バルブ９の加速度βａ４のグラフにおける正の部分の面積に常に等しい。吸気バルブ９の加速度βａ４を２階積分したものが、吸気バルブ９のリフト量に相当する。したがって、負の領域βｎ０の面積が小さいことにより、小作用角時における吸気バルブ９のリフト量は、本発明の実施形態よりも小さくなる。

図２１の「リフト量」のグラフに示されるように、比較例における大作用角時のリフト量はＬ３、小作用角時のリフト量はＬ４である。本発明の実施形態におけるリフト量Ｌ１，Ｌ２との対比から明らかなとおり、比較例の大作用角時のリフト量Ｌ３は本発明の実施形態における大作用角時のリフト量Ｌ１と等しいが、比較例の小作用角時のリフト量Ｌ４は、本発明の実施形態における小作用角時のリフト量Ｌ２よりも顕著に小さい。すなわち、本発明の実施形態では、小作用角時のリフト量Ｌ２を、比較例に比べて顕著に大きくすることができる（Ｌｄｉｆ）。

圧縮比よりも膨張比を高くすることによって熱効率を向上し燃費を改善するアトキンソンサイクルを実現するために、吸気バルブの閉じるタイミングを下死点よりも遅らせるミラーサイクル機関が実用化されている。ミラーサイクル機関において、吸気バルブの遅閉じを実現するために、大作用角を利用することができる。しかし、このような目的で大作用角を利用する際に、吸気バルブのリフト量が大きくなることは、バルブスプリング反力に由来する機械損失が増大することから好ましくない。他方、大作用角時の吸気バルブのリフト量を抑制すると、小作用角時のリフト量が不足し、小作用角時の性能を確保できない。また、小作用角時の性能を確保するためには、大作用角時のリフト量が過大となって、燃焼室周りの設計（例えば、吸気バルブとの干渉を防ぐためのピストン頂面のバルブリセスの寸法）を大型化することが必要になってしまう。これに対し、上記実施形態では、小作用角時のリフト量Ｌ２を顕著に大きくできるので、小作用角時の性能を確保しながら、エンジンの大型化を抑制することができる。

本発明は上述した態様のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

例えば、上記実施形態では、境界点Ｃ１ａが入力アーム１７に作用する時点ｔ３（図２１参照）より前では、入力アーム１７の揺動角加速度αａは平坦すなわち安定である（すなわち、時点ｔ１〜ｔ３にわたり一定の値ａ１で推移する）。しかしながら、本発明では、境界点Ｃ１ａは、その前よりも後のほうが揺動角加速度αａ及び揺動角速度αｖが大となるものであれば良い。例えば、境界点Ｃ１ａが入力アーム１７に作用する時点ｔ３（図２１参照）より前において、入力アーム１７の揺動角加速度αａが減少していても良く、また増大していても良い。

可変動弁装置は、上記実施形態におけるカムシャフト１１の位相を変化させるためのバルブタイミング可変機構を更に備えても良い。そのようなバルブタイミング可変機構は、例えば、ドリブンギヤに固定された油圧室と、カムシャフトの端部に固定されたベーン部とを有し、ベーン部を油圧室中に回転可能に保持したものである。ベーン部によって形成された進角室および遅角室に油圧を選択的に作用させることで、ベーン部を回転させて、カムシャフトの位相を連続的に可変させることができる。このようなバルブタイミング可変機構は周知であり、その詳細な構成は、例えば特開２０１０−２０３３７２号公報に開示されているものと同様とすることができる。

本発明に係る可変動弁装置を排気バルブにつき用いても良い。上記実施形態では本発明をガソリン内燃機関に適用したが、本発明はディーゼルエンジンや気体燃料エンジンなど、ガソリン以外の燃料を用いる内燃機関について適用することも可能であって、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。

９ 吸気バルブ
１０ 排気バルブ
１１ 吸気カムシャフト
１１ａ 吸気プライマリカム
１４ 仲介アセンブリ
１５ ロッカーシャフト
１６ コントロールシャフト
１７ 入力アーム
１８ セカンダリカム
２１ ロッカーアーム
７１ 電子制御装置
７２ 直動アクチュエータ

Claims (2)

1. カムシャフトに設けられたプライマリカムと、
   前記プライマリカムの運動をバルブに伝達するように構成された仲介アセンブリと、を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、
   前記仲介アセンブリは、
   前記プライマリカムに押されて揺動する入力アームと、
   前記入力アームの揺動に基づき揺動する出力アームであって、バルブをリフトさせるセカンダリカムを備えた出力アームと、
   前記入力アームと前記出力アームとの相対位置を、前記バルブの第１の作用角を提供する第１の相対位置と、当該第１の作用角よりも小さい第２の作用角を提供する第２の相対位置との間で調整するように構成された調整機構と、
   を備え、
   前記プライマリカムは、前記入力アームの揺動角速度が増大するクランク角領域内に、第１区間及び第２区間をこの順に有し、第１区間と第２区間との境界に境界点（Ｃ１ａ）を有し、前記入力アームの揺動角加速度は、前記第１区間における前記境界点（Ｃ１ａ）の直前の部分よりも、前記第２区間の前記境界点（Ｃ１ａ）の直後の部分の方が大きくなるように形成され、
   前記相対位置が前記第２の相対位置にあるときには、前記プライマリカムの前記境界点（Ｃ１ａ）が前記入力アームに作用するタイミングと、前記セカンダリカムが前記バルブの正の加速度でのリフトを開始するリフト開始点（Ｃ２）が前記バルブに作用するタイミングとが、略一致していることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置であって、
   前記プライマリカムは、前記入力アームの揺動角速度のピーク点を実現する最大傾斜点（Ａ１ａ）を有し、
   前記セカンダリカムは、前記バルブを正の加速度でリフトさせる正加速度区間の後に、負の加速度でリフトさせる負加速度区間を有し、
   前記相対位置が前記第１の相対位置にある場合及び前記第２の相対位置にある場合のいずれにおいても、前記プライマリカムの前記最大傾斜点（Ａ１ａ）が前記入力アームに作用するタイミングと、前記セカンダリカムの前記正加速度区間の終端（Ａ２）が前記バルブに作用するタイミングとが、略一致していることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。