JP2018119495A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブを駆動するカムの切替時におけるバルブリフト量の減少を抑制する。
【解決手段】内燃機関の可変動弁装置は、カムシャフト３に設けられた第１カムおよび第２カム５Ａ，５Ｂと、ロッカシャフトの軸回りに回動可能に設けられ、第１および第２カムにそれぞれ当接される第１および第２ロッカアームと、第１ロッカアームにより駆動されるバルブと、第１および第２ロッカアームの一方に出没可能に設けられた係合ピンと、第１および第２ロッカアームの他方に設けられ係合ピンが挿入により係合可能な係合穴とを備える。係合ピンと係合穴の間にクリアランスが設けられ、第１および第２カムはそれぞれ第１および第２カムノーズ部２３Ａ，２３Ｂを有する。第２カムノーズ部は、第１カムノーズ部をカムシャフト回転方向Ｒ後方に延長するように形成され、第２カムノーズ部は、第１カムノーズ部より大きいカムリフト量を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関の可変動弁装置に係り、特に、吸気弁または排気弁であるバルブの作動特性を可変とするための可変動弁装置に関する。

内燃機関において、吸気弁または排気弁であるバルブのリフト、作動角等といった作動特性を可変とするための可変動弁装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−２１７２４９号公報

この種の可変動弁装置において、カムシャフトに設けられた第１カムおよび第２カムと、ロッカシャフトと、ロッカシャフトの軸回りに回動可能に設けられ、第１カムに当接される第１ロッカアームと、ロッカシャフトの軸回りに回動可能に設けられ、第２カムに当接される第２ロッカアームと、第１ロッカアームにより駆動されるバルブと、第１ロッカアームに出没可能に設けられた係合ピンと、第２ロッカアームに設けられ、係合ピンが挿入により係合可能な係合穴とを備えたものが考えられる。

これによれば、第１カムおよび第２カムに異なるカムプロフィールを与えることにより、係合ピンの係合状態に応じて、バルブの作動特性を変更することが可能である。

ここで、第１カムの第１カムノーズ部と第２カムの第２カムノーズ部とのカムリフト量を等しくすると共に、第２カムノーズ部を第１カムノーズ部よりもカムシャフト回転方向後方に延長し、係合ピンを係合した状態でバルブを開弁したときに、第１カムノーズ部による最大バルブリフト量を維持しつつ、バルブの最大バルブリフト区間を延長することが考えられる。

他方、係合ピンを係合穴に容易かつ確実に挿入できるようにするため、係合ピンと係合穴の間に所定の大きさのクリアランスを設けることが考えられる。

この場合、本発明者の研究結果によれば、係合ピンを係合した状態でバルブを開弁した場合に、第１カムノーズ部の終端部付近でバルブを駆動するカムが第１カムから第２カムに切り替わった時、バルブリフト量が減少し、第１カムノーズ部による最大バルブリフト量を維持できない事象があることが判明した。

そこで本発明は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、バルブを駆動するカムが第１カムから第２カムに切り替わった時のバルブリフト量の減少を抑制することが可能な内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
カムシャフトに設けられた第１カムおよび第２カムと、
ロッカシャフトと、
前記ロッカシャフトの軸回りに回動可能に設けられ、前記第１カムに当接される第１ロッカアームと、
前記ロッカシャフトの軸回りに回動可能に設けられ、前記第２カムに当接される第２ロッカアームと、
前記第１ロッカアームにより駆動されるバルブと、
前記第１ロッカアームおよび前記第２ロッカアームの一方に出没可能に設けられた係合ピンと、
前記第１ロッカアームおよび前記第２ロッカアームの他方に設けられ、前記係合ピンが挿入により係合可能な係合穴と、
を備え、
前記係合ピンと前記係合穴の間に所定の大きさのクリアランスが設けられ、
前記第１カムは、第１カムノーズ部を有し、
前記第２カムは、第２カムノーズ部を有し、
前記第２カムノーズ部は、前記第１カムノーズ部をカムシャフト回転方向後方に延長するように形成され、
前記第２カムノーズ部は、前記第１カムノーズ部より大きいカムリフト量を有する
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置が提供される。

好ましくは、前記第２カムノーズ部は、前記第１カムノーズ部より所定の増加量だけ大きいカムリフト量を有し、
前記増加量は、前記第１ロッカアームのロッカー比に基づいて設定されている。

好ましくは、前記増加量は、前記第１ロッカアームのロッカー比と、最大バルブリフト量の減少量とに基づいて設定され、
前記最大バルブリフト量の減少量は、前記第１カムノーズ部と前記第２カムノーズ部の最大カムリフト量が等しく、前記係合ピンが係合された状態で前記バルブが開弁されたと仮定した場合に、前記第１カムノーズ部の終端部付近で前記バルブを駆動するカムが前記第１カムから前記第２カムに切り替わった時に減少したバルブリフト量である。

好ましくは、前記増加量は、前記最大バルブリフト量の減少量を前記第１ロッカアームのロッカー比により除算した値に設定されている。

好ましくは、前記第２カムロブ部のカムプロフィールは、前記第１カムノーズ部の位相位置より前の位相位置から、前記第２カムロブ部の第２カムリフト量を前記第１カムロブ部の第１カムリフト量に対し徐々に増大するよう、設定されている。

本発明によれば、バルブを駆動するカムが第１カムから第２カムに切り替わった時のバルブリフト量の減少を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置を示す分解斜視図である。 可変動弁装置を示す組立斜視図である。 可変動弁装置を示す縦断面図である。 本実施形態のカムシャフトにおける第１カムおよび第２カムを示す図である。 比較例のカムシャフトにおける第１カムおよび第２カムを示す図である。 比較例で予定されていたバルブリフトカーブを示す図である。 比較例で実際に得られたバルブリフトカーブを示す図である。 比較例の課題を説明するための概略図である。 本実施形態のバルブリフトカーブとカムリフト線図を示す図である。 比較例と本実施形態とで第２カムロブ部のカムリフト量を比較した図である。 第１ロッカアームを示す図である。 最大バルブリフト量と最大カムリフト量を示す図である。 他の実施形態に関連する比較例の課題を説明するための概略図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。

図１〜図３に本発明の実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置を示す。図１は分解斜視図、図２は組立斜視図、図３は縦断面図である。本実施形態の可変動弁装置は車両用内燃機関に適用される。車両はトラック等の大型車両であり、車両動力源としての内燃機関（エンジン）はディーゼルエンジンである。しかしながら、車両および内燃機関の種類、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であってもよいし、エンジンはガソリンエンジンであってもよい。

可変動弁装置１は、吸気弁または排気弁であるバルブ２の作動特性を可変とするための装置である。ここで「作動特性」には、リフト、作動角、バルブタイミング（開および閉タイミング）の少なくとも一つが含まれる。図示される可変動弁装置１は、１気筒の一つのバルブ２を駆動するためのものである。但し図示される可変動弁装置１により、１気筒の複数（典型的には二つ）のバルブ２を同時に駆動するようにしても構わない。複数の気筒でバルブ作動特性を可変とする場合には各気筒に可変動弁装置１が設けられる。

可変動弁装置１は、バルブ２と、カムシャフト３と、カムシャフト３に対し平行に離間して配置されたロッカシャフト４とを備える。また可変動弁装置１は、カムシャフト３に設けられた第１カム５Ａおよび第２カム５Ｂと、ロッカシャフト４の軸Ｃ１回りに回動可能に設けられ、第１カム５Ａに当接される第１ロッカアーム６Ａと、ロッカシャフト４の軸Ｃ１回りに回動可能に設けられ、第２カム５Ｂに当接される第２ロッカアーム６Ｂとを備える。また可変動弁装置１は、第１ロッカアーム６Ａに出没可能に設けられた係合ピン７と、第２ロッカアーム６Ｂに設けられ、係合ピン７が挿入により係合可能な係合穴８（図３参照）とを備える。

バルブ２は常時、図示しないバルブスプリングにより、ポート９を閉止するような閉弁方向（図１の上向き）に付勢されている。ここでポート９は吸気ポートまたは排気ポートである。他方、バルブ２が、第１ロッカアーム６Ａの駆動アーム９から、バルブスプリング付勢力を上回る開弁方向（図１の下向き）の力を受けたとき、バルブ２は開弁もしくはリフトされ、ポート９を開放する。バルブ２の閉止位置からの開弁量をバルブリフト量という。

第１カム５Ａおよび第２カム５Ｂは、カムシャフト３の軸Ｃ２方向に間隔を隔てて配置されている。これに対応して、第１ロッカアーム６Ａおよび第２ロッカアーム６Ｂは、ロッカシャフト軸Ｃ１方向に互いに隣接して配置されている。

第１ロッカアーム６Ａは、前記駆動アーム９と、ロッカシャフト４が摺動可能に挿通される第１シャフト穴１０Ａと、第１カム５Ａへの当接部をなす第１ローラベアリング１１Ａとを有する。第１ローラベアリング１１Ａは、ロッカシャフト４よりもバルブ２から離れた位置に配置されている。また第１ロッカアーム６Ａは、駆動アーム９の先端部に螺合して取り付けられバルブ２の軸端面に対向されたアジャストスクリュー１７と、アジャストスクリュー１７の位置を固定するロックナット１８とを有する。

第２ロッカアーム６Ｂは、駆動アーム９が無いことを除き、第１ロッカアーム６Ａと略同様に構成されている。その外形も略同様である。第２ロッカアーム６Ｂは、ロッカシャフト４が摺動可能に挿通される第２シャフト穴１０Ｂと、第２カム５Ｂへの当接部をなす第２ローラベアリング１１Ｂとを有する。

図３に示すように、第１ロッカアーム６Ａには、係合ピン７が摺動可能に挿通されるピン支持穴１２が設けられる。係合ピン７およびピン支持穴１２の断面形状は円形である。これら係合ピン７およびピン支持穴１２は、ロッカシャフト軸Ｃ１に平行なピン軸Ｃ３に同軸に配置されている。

第２ロッカアーム６Ｂの係合穴８も、断面円形であり、ピン軸Ｃ３に同軸に配置可能である。係合穴８内には、係合ピン７を非係合側、すなわち係合穴８から離脱させる方向（図３の左向き）に常時付勢するリターンスプリング１３と、係合ピン７およびリターンスプリング１３の間に介在され、リターンスプリング１３の付勢力を係合ピン７に伝達する押圧体１４とが収容されている。押圧体１４は、係合ピン７側が閉じた有底円筒状に形成され、リターンスプリング１３を内部に収容し、リターンスプリング１３が係合ピン７に直接当たるのを防止する。押圧体１４は係合穴８内で係合穴８の軸方向に摺動可能である。リターンスプリング１３はコイルバネにより形成されている。係合穴８は、係合ピン７の反対側が閉じた有底円筒状に形成される。係合穴８の底部には、押圧体１４の摺動に伴って圧縮膨張される空気を外部と往来させるブリーザ穴１５が設けられている。

図３は、係合ピン７の先端部が係合穴８に係合されているときの状態、すなわち係合時を示す。このとき、係合ピン７は、油圧力もしくは機械力に基づく係合方向（図３の右向き）のピン駆動力Ｆを外部から受けており、このピン駆動力Ｆにより係合穴８に挿入される。これにより押圧体１４も係合方向に移動され、リターンスプリング１３は圧縮され、第１ロッカアーム６Ａおよび第２ロッカアーム６Ｂは連結状態となる。

他方、ピン駆動力Ｆが解除されると、係合ピン７は、リターンスプリング１３に押されて図示位置から離脱方向（図３の左向き）に移動され、係合穴８から離脱される。これにより押圧体１４も離脱方向に移動され、リターンスプリング１３は自然長まで伸長される。これにより第１ロッカアーム６Ａおよび第２ロッカアーム６Ｂは非連結状態となる。このとき、係合ピン７の先端面すなわち右側端面は第１ロッカアーム６Ａの右側端面と略同一面上に位置され、押圧体１４の先端面すなわち左側端面は第２ロッカアーム６Ｂの左側端面と略同一面上に位置され、両ロッカアーム６Ａ，６Ｂのロッカシャフト軸Ｃ１周りの相対回転移動が許容される。

図３に示すように、係合ピン７の係合時、係合ピン７と係合穴８の間にはクリアランス１６が設けられる。こうしたクリアランス１６を設ける理由は、係合ピン７の係合穴８への挿入を容易かつ確実にするためである。クリアランス１６は、ピン軸Ｃ３を基準とした半径方向に所定の大きさＳを有する。なお、このクリアランス１６の存在により、図２に示すような組立状態における係合ピン７の係合時、第１ロッカアーム６Ａと第２ロッカアーム６Ｂの間には回動方向の極僅かながたつきが生じる。

なお、他の摺動部、すなわち係合ピン７とピン支持穴１２の間の摺動部、ロッカシャフト４と第１シャフト穴１０Ａの間の摺動部、およびロッカシャフト４と第２シャフト穴１０Ｂの間の摺動部にもクリアランスが設けられるが、これらクリアランスの大きさは前記クリアランス１６の大きさＳと比べて小さいため、ここではそれらクリアランスを無視し、それらクリアランスの大きさをゼロとして取り扱う。

次に、カムシャフト３における第１カム５Ａおよび第２カム５Ｂについて説明する。両カムは類似の構成のため、まず第１カム５Ａについて説明し、その後第２カム５Ｂの相違点について説明する。

図４に示すように、第１カム５Ａは、第１ベース円ＢＡを規定する第１ベース円部２１Ａと、第１ベース円部２１Ａから、カムシャフト軸Ｃ２を基準とした半径方向外側に突出する第１カムロブ部２２Ａとを有する。当該半径方向において、第１カムロブ部２２Ａの第１ベース円ＢＡからの突出量を第１カムリフト量ＣＬ１という。第１カムロブ部２２Ａは、第１カムリフト量ＣＬ１が最大（ＣＬ１ｍａｘ）となる部分である第１カムノーズ部２３Ａを含む。本実施形態の第１カムノーズ部２３Ａは、カムシャフト回転方向Ｒの位相区間が極めて短い点状の部分とされているが、所定の位相区間に亘るよう伸長されてもよい。第１カムロブ部２２Ａは、カムシャフト回転方向Ｒに回転するにつれ、第１カムリフト量ＣＬ１を徐々に増大し、第１カムノーズ部２３Ａで最大第１カムリフト量ＣＬ１ｍａｘに達した後、第１カムリフト量ＣＬ１を徐々に減少するようなカムプロフィールを有する。

カムシャフト回転方向Ｒにおいて、第１カムロブ部２２Ａは、開始位置θ１から開始し、開始位置θ１から第１カムノーズ部２３Ａの位相位置θ３までの間に、第１カムリフト量ＣＬ１を徐々に増大させる上昇区間２４Ａを有する。そして第１カムロブ部２２Ａは、終了位置θ５で終了し、位相位置θ３から終了位置θ５までの間に、第１カムリフト量ＣＬ１を徐々に減少させる下降区間２５Ａを有する。

図４において、第２カム５Ｂは第１カム５Ａの裏側に配置されているため一部見えないが、第２カム５Ｂも、第２ベース円ＢＢを規定する第２ベース円部２１Ｂと、第２ベース円部２１Ｂから、カムシャフト軸Ｃ２を基準とした半径方向外側に突出する第２カムロブ部２２Ｂとを有する。当該半径方向において、第２カムロブ部２２Ｂの第２ベース円ＢＢからの突出量を第２カムリフト量ＣＬ２という。第２ベース円ＢＢの半径は第１ベース円ＢＡの半径と等しい。このため、第２ベース円部２１Ｂは第１ベース円部２１Ａと重なって見える。

第２カムロブ部２２Ｂは、第２カムリフト量ＣＬ２が最大（ＣＬ２ｍａｘ）となる部分である第２カムノーズ部２３Ｂを含む。第２カムノーズ部２３Ｂは、第１カムノーズ部２３Ａをカムシャフト回転方向Ｒ後方に延長するように形成され、第１カムノーズ部２３Ａよりも長い位相区間αに亘ってカムシャフト回転方向Ｒに伸長されている。第２カムロブ部２２Ｂは、カムシャフト回転方向Ｒに回転するにつれ、第２カムリフト量ＣＬ２を徐々に増大し、第２カムノーズ部２３Ｂで最大第２カムリフト量ＣＬ２ｍａｘに達した後、その最大第２カムリフト量ＣＬ２ｍａｘを位相区間αだけ維持し、その後第２カムリフト量ＣＬ２を徐々に減少するようなカムプロフィールを有する。

特に、第２カムノーズ部２３Ｂは、第１カムノーズ部２３Ａより大きいカムリフト量を有する。本実施形態において、第２カムノーズ部２３Ｂの最大第２カムリフト量ＣＬ２ｍａｘは、第１カムノーズ部２３Ａの最大第１カムリフト量ＣＬ１ｍａｘよりも、所定の増加量ΔＣＬだけ大きい。詳しくは後述するが、増加量ΔＣＬは、両ロッカアーム６Ａ，６Ｂが連結されたときに最大バルブリフト量の減少を抑制するような大きさに設定されている。

図４に示すように、カムシャフト回転方向Ｒにおいて、第２カムロブ部２２Ｂは、第１カムロブ部２２Ａの開始位置θ１と同一の位相位置から開始し、暫くの間は、第１カムロブ部２２Ａの上昇区間２４Ａと同一のカムプロフィールを有する。しかし第２カムロブ部２２Ｂは、第１カムロブ部２２Ａの上昇区間２４Ａの途中に設定された増大開始位置θ２から、第２カムリフト量ＣＬ２を第１カムリフト量ＣＬ１に対し徐々に増大し始める。本実施形態では、第１カムノーズ部２３Ａの位相位置θ３で、第２カムノーズ部２３Ｂが開始し、増大量はΔＣＬに達する。開始位置θ１から位相位置θ３までの間が、第２カムロブ部２２Ｂの上昇区間２４Ｂである。

第２カムノーズ部２３Ｂは、位相位置θ３から位相区間αだけ後方の位相位置θ４で終了する。本実施形態において、位相位置θ４は、第１カムロブ部２２Ａの終了位置θ５の直前に設定される。第２カムロブ部２２Ｂは、第１カムロブ部２２Ａの終了位置θ５の後方に設定された終了位置θ６で終了する。第２カムロブ部２２Ｂは、位相位置θ４から終了位置θ６までの間に、第２カムリフト量ＣＬ２を徐々に減少させる下降区間２５Ｂを有する。

なお、図示しないが本実施形態では、係合ピン７の非係合時にフリーとなった第２ロッカアーム６Ｂを第２カム５Ｂに軽く押し付けるべく、第２ロッカアーム６Ｂを常時付勢する押圧スプリングが設けられている。

次に、本実施形態の利点を比較例と比較しつつ説明する。なお比較例に関し、本実施形態と同様のもしくは対応する部分については同一符号を用いて説明を割愛し、本実施形態との相違点を主に説明する。

図５に、比較例のカムシャフト３ａにおける第１カム５Ａおよび第２カム５Ｂａを示す。比較例の第１カム５Ａは本実施形態と同じであるが、比較例の第２カム５Ｂａは本実施形態の第２カム５Ｂと異なる。

比較例の第２カム５Ｂａにおいて、第２カムロブ部２２Ｂａは第２カムノーズ部２３Ｂａを含む。第２カムノーズ部２３Ｂａも、第１カムノーズ部２３Ａをカムシャフト回転方向Ｒ後方に延長するように形成され、第１カムノーズ部２３Ａよりも長い位相区間αａを有する。但し、第２カムノーズ部２３Ｂａは第１カムノーズ部２３Ａと等しいカムリフト量を有する。言い変えれば、第２カムノーズ部２３Ｂａの最大第２カムリフト量ＣＬ２ｍａｘａは、第１カムノーズ部２３Ａの最大第１カムリフト量ＣＬ１ｍａｘと等しく、増加されていない。

これらカムロブ部のカムプロフィールにより、当初は、図６に示すようなバルブリフトカーブが予定されていた。図中、線ａ（破線）は、係合ピン７の離脱時もしくは非係合時、すなわち両ロッカアーム６Ａ，６Ｂの非連結時に、第１カムロブ部２２Ａのみによって単独でもたらされるバルブリフトカーブである。線ｂ（実線）は、係合ピン７の係合時、すなわち両ロッカアーム６Ａ，６Ｂの連結時に、第１カムロブ部２２Ａと第２カムロブ部２２Ｂａの協働によってもたらされるバルブリフトカーブである。なおバルブリフト量をＶＬで表す。第１カムノーズ部２３Ａよりカムシャフト回転方向Ｒ前方で両カムロブ部の形状が同じであるため、最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに達する前では両バルブリフトカーブが重なっている。

図示するように、当初は、両ロッカアーム６Ａ，６Ｂの連結時に、第１カムノーズ部２３Ａによってもたらされた最大バルブリフト量ＶＬｍａｘが、第２カムノーズ部２３Ｂａによって等しく維持され、バルブ２の最大バルブリフト区間が単にカム位相大側（カムシャフト回転方向Ｒ後方側）に延長されることを予定されていた。

しかし、本発明者の研究結果によれば、実際にはこれと異なる、図７に示すようなバルブリフトカーブが得られることが判明した。図中、線ａ（高い破線）は、両ロッカアーム６Ａ，６Ｂの非連結時に第１カムロブ部２２Ａのみによってもたらされるバルブリフトカーブである。線ｂ（高い実線）は、両ロッカアーム６Ａ，６Ｂの連結時に第１カムロブ部２２Ａと第２カムロブ部２２Ｂａの協働によってもたらされるバルブリフトカーブである。線ｃ（低い破線）は、第１カムロブ部２２Ａの第１カムリフト量ＣＬ１を表し、線ｄ（低い実線）は、第２カムロブ部２２Ｂａの第２カムリフト量ＣＬ２ａを表す。

線ｂに見られるように、両ロッカアーム６Ａ，６Ｂの連結時におけるバルブリフト量は、カム位相が、最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに達する位相位置θｍａｘを超えた直後に、最大バルブリフト量ＶＬｍａｘから減少量ΔＶＬだけ減少し、その減少した値（ＶＬｍａｘ−ΔＶＬ）に維持されることが判明した。この最大バルブリフト量の減少をリフトロスともいう。そしてリフトロスは、係合ピン７と係合穴８の間のクリアランス１６に起因して起こることが判明した。

これを図８に基づいて説明する。図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、両ロッカアーム６Ａ，６Ｂの連結時に（係合ピン７が係合された状態で）バルブ２が開弁されたときの様子を模式的に示す。ここでは簡略化のため、第１ロッカアーム６Ａおよび第２ロッカアーム６Ｂを単なる長方形で示し、第１カム５Ａおよび第２カム５Ｂａについて、そのカムノーズ部２３Ａ，２３Ｂａ周辺のみを示す。バルブ２も簡略化して示す。本図ではバルブスプリング３０も示す。各部の寸法等を誇張して示す。

図８（Ａ）は、第１カム５Ａの第１カムノーズ部２３Ａが第１ロッカアーム６Ａに当接した瞬間を示す。この時以前においては、実質的に第１カム５Ａのみが第１ロッカアーム６Ａを介してバルブ２を開弁する。すなわち、第１カム５Ａからのカム駆動力ｆ１が第１ロッカアーム６Ａを通じて伝達され、バルブ２に開弁駆動力ｆ２を与える。

このとき、第２ロッカアーム６Ｂは、第２カム５Ｂａによって回動されるものの、第１ロッカアーム６Ａと同じように回動（連れ回り）するだけであり、バルブ２に実質的な開弁駆動力を与えない。また基本的に、係合ピン７は係合穴８内に同軸状態で保持され、それらの間のクリアランス１６はピン軸Ｃ３（図３参照）周りに一定である。図８（Ａ）の状態では、第２カム５Ｂａも第２ロッカアーム６Ｂに第２カムノーズ部２３Ｂａの開始点において当接する。

次に、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に示した状態の直後の様子を示す。このとき、第２カム５Ｂａは依然として第２カムノーズ部２３Ｂａにて第２ロッカアーム６Ｂに当接し、第２ロッカアーム６Ｂは同一位置に保持される。また第１カム５Ａの位相は第１カムノーズ部２３Ａの位相より進んでいる。従って仮にクリアランス１６が無ければ（クリアランス１６の大きさＳがゼロであれば）、第１ロッカアーム６Ａおよびバルブ２は同一位置に保持され、最大バルブリフト量ＶＬｍａｘは維持される。なお第１ロッカアーム６Ａは第１カム５Ａから離れた状態となる。

しかし、実際にはクリアランス１６が有るため（クリアランス１６の大きさＳがゼロより大きいため）、そうならず、図８（Ｂ）に示した状態となる。すなわち、最大バルブリフト量ＶＬｍａｘ相当の位置にある第２ロッカアーム６Ｂに対し、第１ロッカアーム６Ａがバルブスプリング３０により押されてバルブリフト量低減方向Ｔに相対的に回動する。そして係合ピン７がクリアランス１６を無くすように（クリアランス１６の大きさＳをゼロとするように）係合穴８内で相対移動する。なお第１ロッカアーム６Ａはバルブスプリング３０により第１カム５Ａに向かって付勢される。これにより、第２カム５Ｂａからのカム駆動力ｆ３が、係合ピン７および係合穴８を通じて第１ロッカアーム６Ａに伝達され、バルブ２に開弁駆動力ｆ２を与えるようになる。

つまり、第１カムノーズ部２３Ａの終端部（もしくは終了点）付近で、より詳細には終端部を超えた直後に、バルブ２を駆動するカムが、第１カム５Ａから第２カム５Ｂａに切り替わる。ここで本実施形態の第１カムノーズ部２３Ａは極短い点状の位相区間しか有しないので、その始端部（もしくは開始点）と終端部はほぼ同じであるが、第１カムノーズ部２３Ａが比較的長い位相区間を有する場合にも、こうしたカムの切り替えが第１カムノーズ部２３Ａの終端部付近で起こる。

このときに、第１ロッカアーム６Ａが第２ロッカアーム６Ｂに対しバルブリフト量低減方向Ｔに相対的に回動するため、バルブリフト量が最大バルブリフト量ＶＬｍａｘから減少量ΔＶＬだけ減少し、リフトロスが発生する。

かかるリフトロスが発生すると、バルブ駆動カムが切り替わったとき、係合ピン７に瞬間的なせん断応力が加わり、係合ピン７の摩耗が促進され、可変動弁装置１に不具合が生じる虞がある。また、リフトロス分だけバルブ２の有効開口面積が減少し、ポンピングロスの増加等を引き起こす虞がある。

そこで本実施形態では、図４に示したように、第２カムノーズ部２３Ｂの最大第２カムリフト量ＣＬ２ｍａｘを第１カムノーズ部２３Ａの最大第１カムリフト量ＣＬ１ｍａｘより大きくしている。より具体的には、第２カムノーズ部２３Ｂの最大第２カムリフト量ＣＬ２ｍａｘを第１カムノーズ部２３Ａの最大第１カムリフト量ＣＬ１ｍａｘより所定の増加量ΔＣＬだけ大きくしている。これにより、最大第２カムリフト量ＣＬ２ｍａｘの増大によってクリアランス１６を減少しもしくは無くすよう第２ロッカアーム６Ｂを第１ロッカアーム６Ａに対し相対的に回動させると共に、最大バルブリフト量の減少分を最大第２カムリフト量ＣＬ２ｍａｘの増大によって補償もしくは補完し、最大バルブリフト量の減少すなわちリフトロスを抑制し、もしくは無くすことができる。そしてリフトロスに起因した係合ピン７の摩耗およびポンピングロスの増加等を抑制ないし防止することができる。

図９に、本実施形態の場合のバルブリフトカーブとカムリフト線図を示す。図７と同様、線ａ（高い破線）は、両ロッカアーム６Ａ，６Ｂの非連結時に第１カムロブ部２２Ａのみによってもたらされるバルブリフトカーブである。線ｂ（高い実線）は、両ロッカアーム６Ａ，６Ｂの連結時に第１カムロブ部２２Ａと第２カムロブ部２２Ｂの協働によってもたらされるバルブリフトカーブである。線ｃ（低い破線）は、第１カムロブ部２２Ａの第１カムリフト量ＣＬ１を表し、線ｄ（低い実線）は、第２カムロブ部２２Ｂの第２カムリフト量ＣＬ２を表す。

線ｂに見られるように、両ロッカアーム６Ａ，６Ｂの連結時におけるバルブリフト量は、カム位相が、第１カムノーズ部２３Ａの位相位置θ３を超えた後にも、暫くの間、最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに維持される。つまり本実施形態では、最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに対するバルブリフト量の減少すなわちリフトロスを無くし、減少量ΔＶＬをゼロにするように、増加量ΔＣＬが設定されている。これにより、当初予定していたように（図６参照）、第１カムノーズ部２３Ａによってもたらされた最大バルブリフト量ＶＬｍａｘを、第２カムノーズ部２３Ｂａによって等しく維持し、バルブ２の最大バルブリフト区間を単にカム位相大側に延長することができる。

図１０は、比較例の場合（破線）と本実施形態の場合（実線）とで、第２カムロブ部２２Ｂａ，Ｂのカムリフト量を比較した図である。図示するように、本実施形態の第２カムノーズ部２３Ｂは、比較例の第２カムノーズ部２３Ｂａに対し、カムリフト量が増加量ΔＣＬだけ増加されている。

また本実施形態では、図４に示すように、第１カムノーズ部２３Ａの位相位置θ３より前の位相位置、具体的には第１カムロブ部２２Ａの上昇区間２４Ａの途中に設定された増大開始位置θ２から、第２カムリフト量ＣＬ２を第１カムリフト量ＣＬ１に対し徐々に増大するよう、第２カムロブ部２２Ｂのカムプロフィールが設定されている。よって、両ロッカアーム６Ａ，６Ｂの連結時かつバルブ２の開弁時、第１カムノーズ部２３Ａの位相位置θ３に至る前の段階から、第２ロッカアーム６Ｂを第１ロッカアーム６Ａに対し相対的に回動させ、クリアランス１６を徐々に減少することができる。それ故、第１カムノーズ部２３Ａの位相位置θ３に達した時に急激にクリアランス１６が無くなることを抑制し、係合ピン７に瞬間的なせん断応力が加わって係合ピン７の摩耗が促進されるのを抑制できる。

なお、増大開始位置θ２は、第１カムノーズ部２３Ａの位相位置θ３より前の位相位置であれば、任意に設定可能である。例えば、第１カムロブ部２２Ａの上昇区間２４Ａの途中であって図示例より前の位相位置に設定してもよい。あるいは、第１カムロブ部２２Ａの開始位置θ１と同一の位相位置に設定してもよいし、開始位置θ１より前の位相位置に設定してもよい。

次に、最大バルブリフト量の減少量ΔＶＬをゼロにするような最適な増加量ΔＣＬの設定方法を説明する。

本実施形態において、増加量ΔＣＬは、第１ロッカアーム６Ａのロッカー比に基づいて設定されている。本実施形態の場合、第１ロッカアーム６Ａのみがバルブ２に開弁駆動力ｆ２を与えるため、第１ロッカアーム６Ａの代表的な特性値であるロッカー比を考慮することにより、最適な増加量ΔＣＬを設定することが可能になる。

特に、増加量ΔＣＬは、第１ロッカアーム６Ａのロッカー比と、前記比較例の場合における図７に示したような最大バルブリフト量の減少量ΔＶＬとに基づいて設定されている。比較例の場合のバルブリフト減少量ΔＶＬを併せて考慮することにより、より最適な増加量ΔＣＬを設定することが可能になる。

図１１に第１ロッカアーム６Ａを示す。第１ロッカアーム６Ａのロッカー比は、厳密にはバルブリフト量に応じて変化する。その理由は、第１カム５Ａの回転に伴って第１ロッカアーム６Ａのジオメトリーが変化するためである。よって通常は、ロッカー比とは公称ロッカー比を意味し、その値はＬ１／Ｌ２で表される。Ｌ１は、ロッカシャフト軸Ｃ１から第１ローラベアリング１１Ａの中心までの長さである。Ｌ２は、ロッカシャフト軸Ｃ１からアジャストスクリュー１７の中心に至る垂線の長さである。

但し、本実施形態で重要なロッカー比は第１カムノーズ部２３Ａにおける値である。そこで、本実施形態のロッカー比ＲＲは、図１２に示すように、第１カムノーズ部２３Ａに対応した最大バルブリフト量ＶＬｍａｘを、最大第１カムリフト量ＣＬ１ｍａｘで除算した値に設定される。すなわち、ロッカー比ＲＲは式（１）：ＲＲ＝ＶＬｍａｘ／ＣＬ１ｍａｘで定義される。ＲＲ＞１である。

ところで、最大第１カムリフト量ＣＬ１ｍａｘと最大バルブリフト量ＶＬｍａｘの関係は、式（１）を変形した式（２）：ＶＬｍａｘ＝ＣＬ１ｍａｘ・ＲＲで表される。本実施形態は、第２カムノーズ部２３Ｂの最大第２カムリフト量を、第１カムノーズ部２３Ａの最大第１カムリフト量ＣＬ１ｍａｘよりも増加して、リフトロスを無くすことを目的としている。このため、本実施形態の増加量ΔＣＬは、最大バルブリフト量の減少量ΔＶＬを、ロッカー比ＲＲにより除算した値に設定されている。ここで減少量ΔＶＬは実測等により得られた値である。増加量ΔＣＬをこのように設定することで、当該目的を確実に達成することができる。

以上、本発明の好適な実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば次のような他の実施形態が可能である。

（１）係合ピン７と係合穴８の配置は逆でもよく、第２ロッカアーム６Ｂに係合ピン７を設け、第１ロッカアーム６Ａに係合穴８を設けてもよい。この場合でも上記実施形態と同様の課題が生じ得、また本発明により課題を解決し得るからである。なお課題に関し、上記実施形態に対する比較例では図８（Ｂ）に示したように下側（第２カム５Ｂａ側）のクリアランス１６が無くなったが、この他の実施形態に対する比較例では図１３（Ｂ）に示すように上側（第１カム５Ａの反対側）のクリアランス１６が無くなる。

（２）第１および第２ローラベアリング１１Ａ，１１Ｂとロッカシャフト４との相対配置は逆でもよく、バルブ２に近い側に第１および第２ローラベアリング１１Ａ，１１Ｂを配置し、バルブ２から遠い側にロッカシャフト４を配置してもよい。

（３）第１および第２ロッカアーム６Ａ，６Ｂの少なくとも一方は、必ずしも上記実施形態のようにロッカシャフト４に直接支持させなくてもよい。例えば、ロッカシャフト４に直接支持された一方のロッカアーム（例えば６Ａ）に、シャフト穴（例えば１０Ａ）を延長するための円筒部を突出して設け、この円筒部の外周側に他方のロッカアーム（例えば６Ｂ）を回動可能に支持させてもよい。

（４）上述の実施形態では、カムおよびロッカアームを二つずつ設け、図９に線ａ，ｂで示したようにバルブリフトパターンを２段階で切替可能な構成を示した。しかしながら切替段数をより増加させる構成も可能である。例えば、切替段数を３段階とし、最大バルブリフト区間をさらに延長する場合、カムおよびロッカアームの数を一つずつ増やし、第３カムおよび第３ロッカアームを追加して設ける。そして第２ロッカアームと第３ロッカアームを追加のピンで連結可能とする。このとき、第２カムおよび第３カムの関係は第１カムおよび第２カムの関係と同様とし、第２ロッカアームおよび第３ロッカアームの関係は第１ロッカアームおよび第２ロッカアームの関係と同様とする。切替段数をさらに増やす場合も同様である。このように三つ以上のカムおよびロッカアームを設けることによって、切替段数を３以上の段数に設定することが可能である。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、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。従って本発明は、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。

１ 可変動弁装置
２ バルブ
３ カムシャフト
４ ロッカシャフト
５Ａ 第１カム
５Ｂ 第２カム
６Ａ 第１ロッカアーム
６Ｂ 第２ロッカアーム
７ 係合ピン
８ 係合穴
１６ クリアランス
２３Ａ 第１カムノーズ部
２３Ｂ 第２カムノーズ部
Ｃ１ ロッカシャフト軸
Ｒ カムシャフト回転方向

Claims (5)

1. カムシャフトに設けられた第１カムおよび第２カムと、
   ロッカシャフトと、
   前記ロッカシャフトの軸回りに回動可能に設けられ、前記第１カムに当接される第１ロッカアームと、
   前記ロッカシャフトの軸回りに回動可能に設けられ、前記第２カムに当接される第２ロッカアームと、
   前記第１ロッカアームにより駆動されるバルブと、
   前記第１ロッカアームおよび前記第２ロッカアームの一方に出没可能に設けられた係合ピンと、
   前記第１ロッカアームおよび前記第２ロッカアームの他方に設けられ、前記係合ピンが挿入により係合可能な係合穴と、
   を備え、
   前記係合ピンと前記係合穴の間に所定の大きさのクリアランスが設けられ、
   前記第１カムは、第１カムノーズ部を有し、
   前記第２カムは、第２カムノーズ部を有し、
   前記第２カムノーズ部は、前記第１カムノーズ部をカムシャフト回転方向後方に延長するように形成され、
   前記第２カムノーズ部は、前記第１カムノーズ部より大きいカムリフト量を有する
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記第２カムノーズ部は、前記第１カムノーズ部より所定の増加量だけ大きいカムリフト量を有し、
   前記増加量は、前記第１ロッカアームのロッカー比に基づいて設定されている
   請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記増加量は、前記第１ロッカアームのロッカー比と、最大バルブリフト量の減少量とに基づいて設定され、
   前記最大バルブリフト量の減少量は、前記第１カムノーズ部と前記第２カムノーズ部の最大カムリフト量が等しく、前記係合ピンが係合された状態で前記バルブが開弁されたと仮定した場合に、前記第１カムノーズ部の終端部付近で前記バルブを駆動するカムが前記第１カムから前記第２カムに切り替わった時に減少したバルブリフト量である
   請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記増加量は、前記最大バルブリフト量の減少量を前記第１ロッカアームのロッカー比により除算した値に設定されている
   請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 前記第２カムロブ部のカムプロフィールは、前記第１カムノーズ部の位相位置より前の位相位置から、前記第２カムロブ部の第２カムリフト量を前記第１カムロブ部の第１カムリフト量に対し徐々に増大するよう、設定されている
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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