JP3699820B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁装置、とりわけ駆動カムから伝達機構を介して所定角度範囲で揺動する揺動カムによって機関弁を開閉作動させる内燃機関の動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、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・排気バルブ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、その一例として特開昭５５−１３７３０５号公報等に記載されているもの知られている。
【０００３】
図１８に基づきその概略を説明すれば、シリンダヘッド１のアッパデッキの略中央近傍上方位置にカムシャフト２が設けられていると共に、該カムシャフト２の外周にカム２ａが一体に設けられている。また、カムシャフト２の側部には、制御シャフト３が平行に配置されており、この制御シャフト３に偏心カム４を介してロッカアーム５が揺動自在に軸支されている。
【０００４】
一方、シリンダヘッド１に摺動自在に設けられた吸気弁６の上端部には、フォロワであるバルブリフター７を介して揺動カム８が配置されている。この揺動カム８は、バルブリフター７の上方にカムシャフト２と並行に配置された支軸９に揺動自在に軸支され、下端のカム面８ａがバルブリフター７の上面に当接している。また、前記ロッカアーム５は、一端部５ａがカム２ａの外周面に当接していると共に、他端部５ｂが揺動カム８の上端面８ｂに当接して、カム２ａのリフトを揺動カム８及びバルブリフター７を介して吸気弁６に伝達するようになっている。
【０００５】
また、前記制御シャフト３は、図外のアクチュエータによって所定角度範囲で回転制御されて、偏心カム４の回動位置を制御し、これによってロッカアーム５の揺動支点を変化させるようになっている。
【０００６】
そして、偏心カム４が正逆の所定回動位置に制御されるとロッカアーム５の揺動支点が変化して、他端部５ｂの揺動カム８の上端面８ｂに対する当接位置が図中上下方向に変化し、これによって揺動カム８のカム面８ａのバルブリフター７上面に対する当接位置の変化に伴い、揺動カム８の揺動軌跡が変化することにより吸気弁６のバルブリフト量と開閉時期（バルブタイミング）を可変制御するようになっている。尚、図中１０は、揺動カム８の上端面８ｂを常時ロッカアーム５の他端部５ｂに弾接付勢するスプリングである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の動弁装置における機関弁のカムリフト特性は、高い吸・排気効率と良好な運動性を確保し、カムとフォロワの耐摩耗性に優れる特性などが要求されており、これらを満足すべく種々のカムリフト曲線が開発されている。
【０００８】
そして、一般の回転カム５１（図１９参照）によるカムリフト曲線の各特性値はカム回転角θ（ｒａｄ）に対して図２０に示すようになっている。すなわち、衝突速度の小さい初期の緩衝部速度区間（ランプ速度区間）θｒから正加速度区間θ1が続き、その後、負加速度区間θ2が続いており、この負加速度区間θ2によってリフト減速を行なって最大リフト付近で滑らかなカーブを形成するようになっている。また、２点鎖線に示されている速度ｙ'は、正加速度区間θ1と負加速度区間θ2の境界付近で最大速度ｙ'max をとっている。
【０００９】
そして、回転カム５１がフォロワであるバルブリフター６１の平坦な上面６１ａを摺動する範囲（トラベル量ｔ）は、ｔ＝dy／dθで求められ、速度ｙ'と同じ式となる。
【００１０】
ここで、前記図１８に示した従来例の揺動カム８もバルブリフター７に対するカムリフト特性は回転カム５１の場合と同一であって、一般の回転カム５１に揺動カム８を適用した場合を考察すると、揺動カム８の場合は、伝達機構であるリンク機構によって該揺動カム８全体がバルブリフター７上を移動しながら摺動するため、揺動角、すなわち限られたカム回転角で所定のリフト量を確保するためには、ｙ'max を大きくしなければならず、したがってトラベル量ｔも必然的に大きく設定しなければならない。このため、揺動カム８のバルブリフター７上面７ａに対するカムノーズ部側の接点がバルブリフター７上面７ａから外れて上面７ａの外端縁に当接してしまうおそれがある。
【００１１】
したがって、揺動カム８の支軸９をバルブリフター７の中心から外方へ離間させたり、上面７ａの外径を大きくなしなければならない。この結果、各構成部品のレイアウトに制約が生じたり、動弁装置全体が大型化すると共に、重量が増加するといった技術的課題を招来している。
【００１２】
そこで、トラベル量ｔ自体を小さく設定しようとすると、最大リフトｙmax が低下して、機関の十分な出力が得られないおそれがある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の揺動カム型の動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、伝達機構によって前記駆動カムと機械的に連係され、駆動カムの回転に応じて所定角度範囲内で軸周りに揺動し、カム面がフォロワに摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、該揺動カムのカムリフト量を機関の運転状態に応じて連続的に可変制御する可変機構とを備え、前記揺動カムの少なくともカムリフトの開始点から最大リフト点において、初期のランプ区間から前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が正となる区間（正加速度区間）の後に、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間（ほぼ零加速度区間）を連続して設けると共に、該ほぼ零となる区間を所定の範囲で継続させたことを特徴としている。
【００１４】
したがって、この発明にあっては、カムリフト曲線の特性値において、正加速度区間の後に続いて、ほぼ零加速度区間を継続して設けることにより、正加速度区間後の速度が一定となり、したがってトラベル量の最大値（ｔmax ）を小さくしつつ、大きなリフト量を確保することができる。
【００１５】
補足すると、速度ｙ'の面積がカムリフトｙになるため、
【００１６】
【数１】
【００１７】
したがって、加速度がほぼ零の全区間に渡り長期間ｙ'max が継続するため、ｙ'の面積が大きくなる。よって、トラベル量ｔの最大値ｔmax を抑えつつカムリフト量の最大値ｙmax を十分に大きくすることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、カムリフトの最大リフト点が、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間になるように設定したことを特徴としている。
したがって、バルブスプリングからのばね反力が最も大きくなる最大リフト位置において揺動カムが比較的大きな曲率半径となる部位でフォロアに接触するため、両者間の面圧が十分に小さくなり、両者間の耐摩耗性が向上する。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間に続いて、揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が負となる区間を設けると共に、前記揺動カムのカム面とフォロワの接触領域に前記負となる区間を含めないように設定したことを特徴としている。
このため、揺動カムとフォロワが当接しない部位（カムノーズ部）の曲率半径を小さくでき、揺動カムをコンパクト化でき、さらに両者の接点が揺動カムの曲率半径が小さい負加速度区間に入らないため、両者間の摩耗の発生を抑制できる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記カム面に摺接するフォロワの上面を円弧状に形成したことを特徴としている。このため、揺動カムのトラベル量をさらに小さくすることが可能になる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、伝達機構によって前記駆動カムと機械的に連係され、駆動カムの回転に応じて所定角度範囲内で軸周りに揺動し、カム面がフォロワに摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムとを備え、前記揺動カムの少なくともカムリフトの開始点から最大バルブリフト点において、初期のランプ区間から前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が正となる区間の後に、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間を連続して設けると共に、該ほぼ零となる区間では、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が微小変化するように設定したことを特徴とした。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、伝達機構によって前記駆動カムと機械的に連係され、駆動カムの回転に応じて所定角度範囲内で軸周りに揺動し、カム面がフォロワに摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムとを備え、前記揺動カムの少なくともカムリフトの開始点から最大リフト点において、初期のランプ区間から前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が正となる区間の後に、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間を連続して設けると共に、該ほぼ零となる区間では、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が、最大バルブリフト部付近で、揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が負となる側へ微小変化するように設定したことを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の動弁装置の第１の実施形態を図１〜図３に基づいて詳述する。この実施形態の動弁装置は、１気筒あたり２つの吸気弁を備えかつ該吸気弁のバルブリフトを機関運転状態に応じて可変にする可変機構を備えたものを示している。
【００２５】
すなわち、この動弁装置は、シリンダヘッド１１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁１２，１２と、シリンダヘッド１１上部の軸受１４に回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、該駆動軸１３に、圧入等により固設された偏心回転カムである２つの駆動カム１５，１５と、駆動軸１３に揺動自在に支持されて、各吸気弁１２，１２の上端部に配設されたフォロワであるバルブリフター１６，１６の平坦な上面１６ａ，１６ａに摺接して各吸気弁１２，１２を開作動させる揺動カム１７，１７と、駆動カム１５と揺動カム１７，１７との間に連係されて、駆動カム１５の回転力を揺動カム１７，１７の揺動力として伝達する伝達機構１８と、該伝達機構１８の作動位置を可変にする可変機構１９とを備えている。
【００２６】
前記駆動軸１３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中反時計方向に設定されている。
【００２７】
前記軸受１４は、シリンダヘッド１１の上端部に設けられて駆動軸１３の上部を支持するメインブラケット１４ａと、該メインブラケット１４ａの上端部に設けられて後述する制御軸３２を回転自在に支持するサブブラケット１４ｂとを有し、両ブラケット１４ａ，１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１４ｃによって上方から共締め固定されている。
【００２８】
前記両駆動カム１５は、ほぼリング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘが駆動軸１３の軸心Ｙから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この各駆動カム１５は、駆動軸１３に対し前記両バルブリフター１６，１６に干渉しない両外側に駆動軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、両方のカム本体１５ａ，１５ａの外周面１５ｄ，１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
【００２９】
前記揺動カム１７は、図１〜１１に示すようにほぼ横Ｕ字形状を呈し、ほぼ円環状の基端部２０に駆動軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２０ａが貫通形成されていると共に、一端部のカムノーズ部２１にピン孔２１ａが貫通形成されている。また、揺動カム１７の下面には、カム面２２が形成され、基端部２０側の基円面２２ａと該基円面２２ａからカムノーズ部２１側に円弧状に延びるランプ面２２ｂと該ランプ面２２ｂの先端側に有する最大リフトの頂面２２ｃとが形成されており、該基円面２２ａとランプ面２２ｂ及び頂面２２ｃとが、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブリフター１６の上面１６ａ所定位置に当接するようになっている。
【００３０】
そして、揺動カム１７のカム面２２によるカムリフト及びリフトダウン時の加速度特性は、図４及び図５に示すように基円面２２ａにおける接触開始点Ｋ２，リフト開始点Ｋｓとランプ面２２ｂに渡った比較的速度の遅い緩衝区間（ベースサークル区間，ランプ区間）θ１と、該緩衝区間θ１からカムノーズ部２１方向へ連続してランプ面２２ｂから頂面２２ｃにかけての所定範囲に設定された正加速度区間θ２と、該正加速度区間θ２からカムノーズ部２１方向へさらに連続して頂面２２ｃの所定範囲に設定された零加速度区間θ３と、該零加速度区間θ３からさらにカムノーズ部２１の頂面２２ｃの頂点側へ連続した負加速度区間θ４の４つの加速度特性を備えている。
【００３１】
また、前記零加速度区間θ３は、頂面２２ｃにおける最大リフト点Ｋ１を包含する範囲まで継続して設定されており、前記接触開始点Ｋ２から零加速度区間θ３の最大リフト点Ｋ１までがカムリフトに供されるカム面２２の使用範囲に設定されている。さらに、零加速度区間θ３の最大リフト点Ｋ１を越えた負加速度区間θ４の終点までの範囲は、カム面２２の不使用範囲に設定され、したがって、負加速度区間θ４の範囲全体がカムリフトの作用に供しない不使用範囲に設定されている。
【００３２】
前記伝達機構１８は、図１に示すように駆動軸１３の上方に配置されたロッカアーム２３と、該ロッカアーム２３の一端部２３ａと駆動カム１５とを連係するリンクアーム２４と、ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７とを連係するリンクロッド２５とを備えている。
【００３３】
前記各ロッカアーム２３は、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、中央に有する筒状基部２３ｃが後述する制御カム３３に回転自在に支持されている。また、各基部２３ｃの各外端部に突設された前記一端部２３ａには、リンクアーム２４と相対回転自在に連結するピン２６が嵌入されるピン孔２３ｄが貫通形成されている一方、各基部２３ｃの各内端部に夫々突設された前記他端部２３ｂには、各リンクロッド２５の一端部２５ａと相対回転自在に連結するピン２７が嵌入されるピン孔２３ｅが形成されている。
【００３４】
また、前記リンクアーム２４は、比較的大径な円環状の基部２４ａと、該基部２４ａの外周面所定位置に突設された突出端２４ｂとを備え、基部２４ａの中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔２４ｃが形成されている一方、突出端２４ｂには、前記ピン２６が回転自在に挿通するピン孔２４ｄが貫通形成されている。
【００３５】
さらに、前記リンクロッド２５は、図１にも示すように所定長さのほぼく字形状に折曲形成され、円形状の両端部２５ａ，２５ｂには前記ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７の端部２１の各ピン孔２３ｅ，２１ａに嵌入した各ピン２７，２８の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２５ｃ，２５ｄが貫通形成されている。
【００３６】
尚、各ピン２６，２７，２８の一端部には、リンクアーム２４やリンクロッド２５の軸方向の移動を規制するスナップリング２９，３０，３１，が設けられている。
【００３７】
前記可変機構１９は、駆動軸１３の上方位置に同じ軸受１４に回転自在に支持された制御軸３２と、該制御軸３２の外周に固定されてロッカアーム２３の揺動支点となる制御カム３３とを備えている。
【００３８】
前記各制御カム３３は、夫々円筒状を呈し、図１に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸３２の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。
【００３９】
前記制御軸３２は、駆動軸１３と並行に延設されて、一端部に設けられた図外の電磁アクチュエータによって所定回転角度範囲内で回転するように制御されており、前記電磁アクチュエータは、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。コントローラは、クランク角センサやエアーフローメータ，水温センサ等の各種のセンサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算等により検出して、前記電磁アクチュエータに制御信号を出力している。
【００４０】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関高回転高負荷時には、機関運転を検出したコントローラからの制御信号によって、電磁アクチュエータが一方向に回転駆動されて、制御軸３２が制御カム３３を図１及び図６〜図９に示す位置に回転させて厚肉部３３ａを下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム２３は、全体が駆動軸１３方向（下方向）へ移動して他端部２３ｂ揺動カム１７のカムノーズ部２１をリンクロッド２５を介して下方へ押圧して該揺動カム１７全体を所定量だけ図示の位置に回動させる。
【００４１】
この状態で揺動カム１７の揺動作用、つまり駆動カム１３と伝達機構１８による揺動カム１７のカムリフト作用を図１及び図６に基づいて説明すると、まず図１に示すように揺動カム１７の基円面２２ａがバルブリフター１６の上面１６ａに位置している場合は、ベースサークル領域であって吸気弁１２が閉作動状態にある。
【００４２】
この状態から駆動カム１３の回動駆動に伴い伝達機構１８を介して揺動カム１７が図６に示すように時計方向へわずかに揺動することによって、カムリフトが開始されて、さらに図７に示す揺動位置までが、図５に示す緩衝区間θ１の範囲になる。この図７に示す位置から正加速度区間θ２が開始され、揺動カム１７がさらに時計方向へ揺動して図８に示す位置になると正加速度区間θ２が終了して、零加速度区間θ３が開始される。この状態からさらに揺動して図９に示す位置になり頂面２２ｃがバルブリフター１６の上面１６ａに当接した段階では、零加速度区間θ３内で最大リフト点Ｋ１になる。したがって、揺動カム１７が図８から図９に示す揺動範囲は零加速度区間θ３が継続するため、この間の速度ｙ'が一定となり、したがってバルブリフター１６上面１６ａ上での揺動カム１７のトラベル量ｔの最大値ｔmax を小さくすることができる。すなわち、
【００４３】
【数２】
【００４４】
ｙ″≒ ０ であるならば、ｙ'＝一定となる。したがって、ｔ（＝ｙ'）の最大値ｔmax を小さく抑えることができる。
【００４５】
一方、速度ｙ'の面積がカムリフトｙであるので、前述したように、
【００４６】
【数３】
【００４７】
ここで、加速度零区間θ３に渡ってｙ'max が長期間継続するため、ｙ'の面積としては大きくなる。つまり、トラベル量の最大値ｔmax を抑えつつカムリフト量の最大値ｙmax を大きくすることができる。この結果、バルブリフター１６等の各構成部材のコンパクト化とレイアウトの自由度が向上するとともに、大きなカムリフト量によって機関性能の向上が図れる。
【００４８】
また、揺動カム１７は、図４に示すようにカム面２２と反対側の不使用部位１７ａを研削ラインに沿って切除できるが、不使用領域である負加速度区間θ４のカムノーズ部２１の曲率半径が小さくなるため、全体の形状を十分に小さくでき、軽量化が図れる。
【００４９】
これは、曲率半径をＲとすると、Ｒ＝Ｒｂ＋ｙ＋ｙ″で表され、ｙ″が負であるので、Ｒが小さくなるためである。（Ｒｂはベースサークル半径，ｙはカムリフト，ｙ″はカム加速度である。）
さらに、前述のように負加速度区間θ４をカム面２２の不使用領域としたことにより、曲率半径Ｒの部分（負加速度区間）と接せず、比較的曲率半径の大きい部分（零加速度区間）と接するため、カム面２２とバルブリフター上面１６ａとの面圧が下がり摩耗の発生を抑制できる。さらに、図５に示す△θ、図４に示す△Ｓだけ余裕をもたせてあれば、各リンクアーム１４やリンク部材２５等の連結部分が摩耗して各部間の隙間が大きくなっても、曲率半径小（負加速度区間）に入り込まないため、より確実に摩耗の発生を抑制できる。
【００５０】
また、前述の揺動カム１７を用いた動弁系では、揺動カム１７の揺動角自身が変化するため、図１３に示すように揺動角が滑らかな最大値となる特性を有する。この結果、クランク軸と同期して回転する駆動軸１３の回転角Ｘを横軸にしてみると、図５に示すカムリフト特性であっても回転角Ｘを基準にみると、図１４に示すように滑らかな最大値となる特性を有する。したがって、揺動カム１７の使用範囲内において、零加速度区間θ３内で最大リフト点Ｋ１になるようにした場合でもＸベースのリフト特性は滑らかになり、従来の回転カムと同様な滑らかなカムリフト特性が得られる。
【００５１】
要するに、従来の回転カムのように負加速度区間を最大リフト点とすることなく、零加速度区間θ３に最大リフト点Ｋ１としてもリフト特性は滑らかになるのである。しかも、揺動カム１７はバルブスプリングのばね力が最も大きい最大リフト点Ｋ１が零加速度区間θ３に入り、すなわち比較的曲率半径の大きな部位でバルブリフター上面１６ａと接するため、接触面圧が小さくなり、摩耗の発生が抑制できる。
【００５２】
また、以上のように高回転高負荷域では、揺動カム１７全体のバルブリフター１６上面１６ａに対するカム面２２の当接位置が図１などに示すように左方向位置に移動するため、駆動カム１５が回転してロッカアーム２３の一端部２３ａをリンクアーム２４を介して押し上げると、バルブリフター１６に対するそのリフト量Ｌ２は図９に示すように大きくなる（ｙmax ）。
【００５３】
よって、かかる高速高負荷域では、カムリフト特性が大きくなり、図１２の実線で示すようにバルブリフト量も大きくなると共に、各吸気弁１２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
【００５４】
一方、機関がアイドリングに移行した場合は、コントローラからの制御信号によって電磁アクチュエータが他方に回転駆動される。このため、制御カム３３は、軸心Ｐ１が図１０，図１１に示すように制御軸３２の軸心Ｐ２から左上方の回動位置に保持され、厚肉部３３ａが駆動軸１３から上方向に離間回動する。このため、ロッカアーム２３は、全体が駆動軸１３に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム１７は、リンクロッド２５を介して端部２３が強制的に若干引き上げられて全体が左方向へ回動する。
【００５５】
したがって、図１０，図１１に示すように駆動カム１５が回転してリンクアーム２４を介してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド２５を介して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達されるが、そのリフト量Ｌ１は図１１，図１２破線に示すように小さくなり、吸気のガス流動が強化され、燃焼が改善されアイドル燃費が向上する。
【００５６】
また、この可変機構１９による前記カムリフト制御は、前記の運転状態だけではなく、連続的な運転状態の変化に応じて自由に可変制御できるため、図１２に示すように連続的なリフト特性を得ることができ、機関性能を十分に引き出すことが可能になる。
【００５７】
また、本発明は、図１５に示すようにほぼ零加速度区間θ３において加速度ｙ"を正負加速度側へうねらせることも可能であり、このように設定すると、バルブリフター１６のトラベルも若干うねりを起こしてバルブリフター上面１６ａのカムとの接点も若干変化する。したがって、バルブリフター上面１６ａの接点が局部的に摩耗するのを防止できる。本発明では、零加速度区間θ３において加速度ｙ″を正負にうねらせたが、当該θ３区間において加速度ｙ″を正または負側のどちらか一方にうねらせても、揺動カム１７とバルブリフター１６の接点が変化することは言うまでもない。
【００５８】
さらに、図１６に示すように最大リフト位置で加速度ｙ″を負加速度側へうねるように設定すれば、バルブリフター上面１６ａのカムとの接点が最大リフト位置で使用領域内側にずれるため、バルブリフター上面１６ａの局部的な変形が抑制されてバルブリフター１６の最外周縁つまりエッジに当たるのを防止できる。
【００５９】
また、バルブリフター上面１６ａを、図１７に示すように、球面状（円弧状）すなわち、円弧フォロワとすることにより、
【００６０】
【数４】
【００６１】
トラベル量をさらに小さくすることができる。さらに、この円弧フォロワは、円筒状のバルブリフターに限られるものではなく、ロッカアームなどのように支点を中心に上下動する円弧フォロワであってよい。
【００６２】
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、零加速度区間θ３の長さを揺動カム１７の大きさ等に応じて任意に設定できると共に、低回転低負荷域でのカムリフト特性にも適用できる。さらに、排気弁側にも適用が可能である
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、カムリフト曲線の特性値において、正加速度区間、つまり前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が正となる区間の後に続いて、加速度がほぼ零の区間、つまり前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間を継続して続けることにより、揺動カムのフォロワ上のトラベル量の最大値を十分に抑制しつつ、カムリフト量の最大値を十分に大きくすることができる。この結果、フォロワのレイアウト上の制約が抑制されると共に、大きなカムリフト量による機関性能の向上が図れる。
また、前記揺動カムのカムリフト量を可変制御する可変機構を設けたことによって、トラベル量を小さく抑えつつカムリフト特性を広範囲に変化させることが可能になり、機関運転条件に応じたバルブリフトの高精度な制御が可能になる。
【００６４】
請求項２記載の発明によれば、最大リフト位置における揺動カムとフォロワとの面圧が十分に小さくなり、両者間の耐摩耗性が向上する。
【００６５】
請求項３記載の発明によれば、揺動カムとフォロワとの当接しない部位の揺動カムの曲率半径を小さくできるので、該揺動カムをコンパクトにでき、さらに両者の接点が揺動カムの曲率半径の小さな負加速度区間に入らないため、両者間の摩耗の発生が防止できる。
【００６６】
請求項４に記載の発明によれば、フォロアのトラベル量をさらに小さくすることが可能になる。
【００６７】
請求項５に記載の発明によれば、ほぼ零区間の微分値を微小変化させることによってフォロアの局部的な摩耗の発生を抑制できる。
【００６８】
請求項６に記載の発明によれば、バルブスプリング荷重が最大となる最大リフト位置でのフォロアの局部的な摩耗の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】同実施形態の側面図。
【図３】同実施形態の平面図。
【図４】本実施形態に供される揺動カムの正面図。
【図５】本実施形態におけるカムリフト曲線及び特性図。
【図６】機関高回転高負荷時における本実施形態の作用説明図。
【図７】機関高回転高負荷時における本実施形態の作用説明図。
【図８】機関高回転高負荷時における本実施形態の作用説明図。
【図９】機関高回転高負荷時における本実施形態の作用説明図。
【図１０】機関低回転低負荷時における本実施形態の作用説明図。
【図１１】機関低回転低負荷時における本実施形態の作用説明図。
【図１２】本実施形態のバルブリフト特性図。
【図１３】揺動カムの揺動角特性図。
【図１４】揺動カムのカムリフト特性図。
【図１５】零加速度区間をうねらせた状態を示す特性図。
【図１６】最大リフト付近をうねらせた状態を示す特性図。
【図１７】上面が円弧状に形成されたバルブリフターと揺動カムとのトラベル量の説明図。
【図１８】揺動カムを用いた従来の動弁装置を示す概略図。
【図１９】回転カムを用いた従来の概略図。
【図２０】回転カムを用いた従来の動弁装置のカムリフト曲線及び特性図。
【符号の説明】
１１…シリンダヘッド
１２…吸気弁
１３…駆動軸
１５…駆動カム
１６…バルブリフター
１７…揺動カム
１８…伝達機構
１９…可変機構
２０…基部
２１…一端部
２２…カム面
２３…ロッカアーム
２３ａ，２３ｂ…端部
２４…リンクアーム
２５…リンクロッド
４０…ローラフォロワ
θ１…緩衝部区間
θ２…正加速度区間
θ３…零加速度区間
θ４…負加速度区間
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁装置、とりわけ駆動カムから伝達機構を介して所定角度範囲で揺動する揺動カムによって機関弁を開閉作動させる内燃機関の動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、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・排気バルブ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、その一例として特開昭５５−１３７３０５号公報等に記載されているもの知られている。
【０００３】
図１８に基づきその概略を説明すれば、シリンダヘッド１のアッパデッキの略中央近傍上方位置にカムシャフト２が設けられていると共に、該カムシャフト２の外周にカム２ａが一体に設けられている。また、カムシャフト２の側部には、制御シャフト３が平行に配置されており、この制御シャフト３に偏心カム４を介してロッカアーム５が揺動自在に軸支されている。
【０００４】
一方、シリンダヘッド１に摺動自在に設けられた吸気弁６の上端部には、フォロワであるバルブリフター７を介して揺動カム８が配置されている。この揺動カム８は、バルブリフター７の上方にカムシャフト２と並行に配置された支軸９に揺動自在に軸支され、下端のカム面８ａがバルブリフター７の上面に当接している。また、前記ロッカアーム５は、一端部５ａがカム２ａの外周面に当接していると共に、他端部５ｂが揺動カム８の上端面８ｂに当接して、カム２ａのリフトを揺動カム８及びバルブリフター７を介して吸気弁６に伝達するようになっている。
【０００５】
また、前記制御シャフト３は、図外のアクチュエータによって所定角度範囲で回転制御されて、偏心カム４の回動位置を制御し、これによってロッカアーム５の揺動支点を変化させるようになっている。
【０００６】
そして、偏心カム４が正逆の所定回動位置に制御されるとロッカアーム５の揺動支点が変化して、他端部５ｂの揺動カム８の上端面８ｂに対する当接位置が図中上下方向に変化し、これによって揺動カム８のカム面８ａのバルブリフター７上面に対する当接位置の変化に伴い、揺動カム８の揺動軌跡が変化することにより吸気弁６のバルブリフト量と開閉時期（バルブタイミング）を可変制御するようになっている。尚、図中１０は、揺動カム８の上端面８ｂを常時ロッカアーム５の他端部５ｂに弾接付勢するスプリングである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の動弁装置における機関弁のカムリフト特性は、高い吸・排気効率と良好な運動性を確保し、カムとフォロワの耐摩耗性に優れる特性などが要求されており、これらを満足すべく種々のカムリフト曲線が開発されている。
【０００８】
そして、一般の回転カム５１（図１９参照）によるカムリフト曲線の各特性値はカム回転角θ（ｒａｄ）に対して図２０に示すようになっている。すなわち、衝突速度の小さい初期の緩衝部速度区間（ランプ速度区間）θｒから正加速度区間θ1が続き、その後、負加速度区間θ2が続いており、この負加速度区間θ2によってリフト減速を行なって最大リフト付近で滑らかなカーブを形成するようになっている。また、２点鎖線に示されている速度ｙ'は、正加速度区間θ1と負加速度区間θ2の境界付近で最大速度ｙ'max をとっている。
【０００９】
そして、回転カム５１がフォロワであるバルブリフター６１の平坦な上面６１ａを摺動する範囲（トラベル量ｔ）は、ｔ＝dy／dθで求められ、速度ｙ'と同じ式となる。
【００１０】
ここで、前記図１８に示した従来例の揺動カム８もバルブリフター７に対するカムリフト特性は回転カム５１の場合と同一であって、一般の回転カム５１に揺動カム８を適用した場合を考察すると、揺動カム８の場合は、伝達機構であるリンク機構によって該揺動カム８全体がバルブリフター７上を移動しながら摺動するため、揺動角、すなわち限られたカム回転角で所定のリフト量を確保するためには、ｙ'max を大きくしなければならず、したがってトラベル量ｔも必然的に大きく設定しなければならない。このため、揺動カム８のバルブリフター７上面７ａに対するカムノーズ部側の接点がバルブリフター７上面７ａから外れて上面７ａの外端縁に当接してしまうおそれがある。
【００１１】
したがって、揺動カム８の支軸９をバルブリフター７の中心から外方へ離間させたり、上面７ａの外径を大きくなしなければならない。この結果、各構成部品のレイアウトに制約が生じたり、動弁装置全体が大型化すると共に、重量が増加するといった技術的課題を招来している。
【００１２】
そこで、トラベル量ｔ自体を小さく設定しようとすると、最大リフトｙmax が低下して、機関の十分な出力が得られないおそれがある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の揺動カム型の動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、伝達機構によって前記駆動カムと機械的に連係され、駆動カムの回転に応じて所定角度範囲内で軸周りに揺動し、カム面がフォロワに摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、該揺動カムのカムリフト量を機関の運転状態に応じて連続的に可変制御する可変機構とを備え、前記揺動カムの少なくともカムリフトの開始点から最大リフト点において、初期のランプ区間から前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が正となる区間（正加速度区間）の後に、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間（ほぼ零加速度区間）を連続して設けると共に、該ほぼ零となる区間を所定の範囲で継続させたことを特徴としている。
【００１４】
したがって、この発明にあっては、カムリフト曲線の特性値において、正加速度区間の後に続いて、ほぼ零加速度区間を継続して設けることにより、正加速度区間後の速度が一定となり、したがってトラベル量の最大値（ｔmax ）を小さくしつつ、大きなリフト量を確保することができる。
【００１５】
補足すると、速度ｙ'の面積がカムリフトｙになるため、
【００１６】
【数１】
したがって、加速度がほぼ零の全区間に渡り長期間ｙ'max が継続するため、ｙ'の面積が大きくなる。よって、トラベル量ｔの最大値ｔmax を抑えつつカムリフト量の最大値ｙmax を十分に大きくすることができる。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、カムリフトの最大リフト点が、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間になるように設定したことを特徴としている。
したがって、バルブスプリングからのばね反力が最も大きくなる最大リフト位置において揺動カムが比較的大きな曲率半径となる部位でフォロアに接触するため、両者間の面圧が十分に小さくなり、両者間の耐摩耗性が向上する。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間に続いて、揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が負となる区間を設けると共に、前記揺動カムのカム面とフォロワの接触領域に前記負となる区間を含めないように設定したことを特徴としている。
このため、揺動カムとフォロワが当接しない部位（カムノーズ部）の曲率半径を小さくでき、揺動カムをコンパクト化でき、さらに両者の接点が揺動カムの曲率半径が小さい負加速度区間に入らないため、両者間の摩耗の発生を抑制できる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、前記カム面に摺接するフォロワの上面を円弧状に形成したことを特徴としている。このため、揺動カムのトラベル量をさらに小さくすることが可能になる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、伝達機構によって前記駆動カムと機械的に連係され、駆動カムの回転に応じて所定角度範囲内で軸周りに揺動し、カム面がフォロワに摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムとを備え、前記揺動カムの少なくともカムリフトの開始点から最大バルブリフト点において、初期のランプ区間から前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が正となる区間の後に、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間を連続して設けると共に、該ほぼ零となる区間では、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が微小変化するように設定したことを特徴とした。
【００２２】
請求項６に記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、伝達機構によって前記駆動カムと機械的に連係され、駆動カムの回転に応じて所定角度範囲内で軸周りに揺動し、カム面がフォロワに摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムとを備え、前記揺動カムの少なくともカムリフトの開始点から最大リフト点において、初期のランプ区間から前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が正となる区間の後に、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間を連続して設けると共に、該ほぼ零となる区間では、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が、最大バルブリフト部付近で、揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が負となる側へ微小変化するように設定したことを特徴としている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の動弁装置の第１の実施形態を図１〜図３に基づいて詳述する。この実施形態の動弁装置は、１気筒あたり２つの吸気弁を備えかつ該吸気弁のバルブリフトを機関運転状態に応じて可変にする可変機構を備えたものを示している。
【００２５】
すなわち、この動弁装置は、シリンダヘッド１１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁１２，１２と、シリンダヘッド１１上部の軸受１４に回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、該駆動軸１３に、圧入等により固設された偏心回転カムである２つの駆動カム１５，１５と、駆動軸１３に揺動自在に支持されて、各吸気弁１２，１２の上端部に配設されたフォロワであるバルブリフター１６，１６の平坦な上面１６ａ，１６ａに摺接して各吸気弁１２，１２を開作動させる揺動カム１７，１７と、駆動カム１５と揺動カム１７，１７との間に連係されて、駆動カム１５の回転力を揺動カム１７，１７の揺動力として伝達する伝達機構１８と、該伝達機構１８の作動位置を可変にする可変機構１９とを備えている。
【００２６】
前記駆動軸１３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中反時計方向に設定されている。
【００２７】
前記軸受１４は、シリンダヘッド１１の上端部に設けられて駆動軸１３の上部を支持するメインブラケット１４ａと、該メインブラケット１４ａの上端部に設けられて後述する制御軸３２を回転自在に支持するサブブラケット１４ｂとを有し、両ブラケット１４ａ，１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１４ｃによって上方から共締め固定されている。
【００２８】
前記両駆動カム１５は、ほぼリング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘが駆動軸１３の軸心Ｙから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この各駆動カム１５は、駆動軸１３に対し前記両バルブリフター１６，１６に干渉しない両外側に駆動軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、両方のカム本体１５ａ，１５ａの外周面１５ｄ，１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
【００２９】
前記揺動カム１７は、図１〜１１に示すようにほぼ横Ｕ字形状を呈し、ほぼ円環状の基端部２０に駆動軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２０ａが貫通形成されていると共に、一端部のカムノーズ部２１にピン孔２１ａが貫通形成されている。また、揺動カム１７の下面には、カム面２２が形成され、基端部２０側の基円面２２ａと該基円面２２ａからカムノーズ部２１側に円弧状に延びるランプ面２２ｂと該ランプ面２２ｂの先端側に有する最大リフトの頂面２２ｃとが形成されており、該基円面２２ａとランプ面２２ｂ及び頂面２２ｃとが、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブリフター１６の上面１６ａ所定位置に当接するようになっている。
【００３０】
そして、揺動カム１７のカム面２２によるカムリフト及びリフトダウン時の加速度特性は、図４及び図５に示すように基円面２２ａにおける接触開始点Ｋ２，リフト開始点Ｋｓとランプ面２２ｂに渡った比較的速度の遅い緩衝区間（ベースサークル区間，ランプ区間）θ１と、該緩衝区間θ１からカムノーズ部２１方向へ連続してランプ面２２ｂから頂面２２ｃにかけての所定範囲に設定された正加速度区間θ２と、該正加速度区間θ２からカムノーズ部２１方向へさらに連続して頂面２２ｃの所定範囲に設定された零加速度区間θ３と、該零加速度区間θ３からさらにカムノーズ部２１の頂面２２ｃの頂点側へ連続した負加速度区間θ４の４つの加速度特性を備えている。
【００３１】
また、前記零加速度区間θ３は、頂面２２ｃにおける最大リフト点Ｋ１を包含する範囲まで継続して設定されており、前記接触開始点Ｋ２から零加速度区間θ３の最大リフト点Ｋ１までがカムリフトに供されるカム面２２の使用範囲に設定されている。さらに、零加速度区間θ３の最大リフト点Ｋ１を越えた負加速度区間θ４の終点までの範囲は、カム面２２の不使用範囲に設定され、したがって、負加速度区間θ４の範囲全体がカムリフトの作用に供しない不使用範囲に設定されている。
【００３２】
前記伝達機構１８は、図１に示すように駆動軸１３の上方に配置されたロッカアーム２３と、該ロッカアーム２３の一端部２３ａと駆動カム１５とを連係するリンクアーム２４と、ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７とを連係するリンクロッド２５とを備えている。
【００３３】
前記各ロッカアーム２３は、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、中央に有する筒状基部２３ｃが後述する制御カム３３に回転自在に支持されている。また、各基部２３ｃの各外端部に突設された前記一端部２３ａには、リンクアーム２４と相対回転自在に連結するピン２６が嵌入されるピン孔２３ｄが貫通形成されている一方、各基部２３ｃの各内端部に夫々突設された前記他端部２３ｂには、各リンクロッド２５の一端部２５ａと相対回転自在に連結するピン２７が嵌入されるピン孔２３ｅが形成されている。
【００３４】
また、前記リンクアーム２４は、比較的大径な円環状の基部２４ａと、該基部２４ａの外周面所定位置に突設された突出端２４ｂとを備え、基部２４ａの中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔２４ｃが形成されている一方、突出端２４ｂには、前記ピン２６が回転自在に挿通するピン孔２４ｄが貫通形成されている。
【００３５】
さらに、前記リンクロッド２５は、図１にも示すように所定長さのほぼく字形状に折曲形成され、円形状の両端部２５ａ，２５ｂには前記ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７の端部２１の各ピン孔２３ｅ，２１ａに嵌入した各ピン２７，２８の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２５ｃ，２５ｄが貫通形成されている。
【００３６】
尚、各ピン２６，２７，２８の一端部には、リンクアーム２４やリンクロッド２５の軸方向の移動を規制するスナップリング２９，３０，３１，が設けられている。
【００３７】
前記可変機構１９は、駆動軸１３の上方位置に同じ軸受１４に回転自在に支持された制御軸３２と、該制御軸３２の外周に固定されてロッカアーム２３の揺動支点となる制御カム３３とを備えている。
【００３８】
前記各制御カム３３は、夫々円筒状を呈し、図１に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸３２の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。
【００３９】
前記制御軸３２は、駆動軸１３と並行に延設されて、一端部に設けられた図外の電磁アクチュエータによって所定回転角度範囲内で回転するように制御されており、前記電磁アクチュエータは、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。コントローラは、クランク角センサやエアーフローメータ，水温センサ等の各種のセンサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算等により検出して、前記電磁アクチュエータに制御信号を出力している。
【００４０】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関高回転高負荷時には、機関運転を検出したコントローラからの制御信号によって、電磁アクチュエータが一方向に回転駆動されて、制御軸３２が制御カム３３を図１及び図６〜図９に示す位置に回転させて厚肉部３３ａを下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム２３は、全体が駆動軸１３方向（下方向）へ移動して他端部２３ｂ揺動カム１７のカムノーズ部２１をリンクロッド２５を介して下方へ押圧して該揺動カム１７全体を所定量だけ図示の位置に回動させる。
【００４１】
この状態で揺動カム１７の揺動作用、つまり駆動カム１３と伝達機構１８による揺動カム１７のカムリフト作用を図１及び図６に基づいて説明すると、まず図１に示すように揺動カム１７の基円面２２ａがバルブリフター１６の上面１６ａに位置している場合は、ベースサークル領域であって吸気弁１２が閉作動状態にある。
【００４２】
この状態から駆動カム１３の回動駆動に伴い伝達機構１８を介して揺動カム１７が図６に示すように時計方向へわずかに揺動することによって、カムリフトが開始されて、さらに図７に示す揺動位置までが、図５に示す緩衝区間θ１の範囲になる。この図７に示す位置から正加速度区間θ２が開始され、揺動カム１７がさらに時計方向へ揺動して図８に示す位置になると正加速度区間θ２が終了して、零加速度区間θ３が開始される。この状態からさらに揺動して図９に示す位置になり頂面２２ｃがバルブリフター１６の上面１６ａに当接した段階では、零加速度区間θ３内で最大リフト点Ｋ１になる。したがって、揺動カム１７が図８から図９に示す揺動範囲は零加速度区間θ３が継続するため、この間の速度ｙ'が一定となり、したがってバルブリフター１６上面１６ａ上での揺動カム１７のトラベル量ｔの最大値ｔmax を小さくすることができる。すなわち、
【００４３】
【数２】
ｙ″≒ ０ であるならば、ｙ'＝一定となる。したがって、ｔ（＝ｙ'）の最大値ｔmax を小さく抑えることができる。
【００４５】
一方、速度ｙ'の面積がカムリフトｙであるので、前述したように、
【００４６】
【数３】
ここで、加速度零区間θ３に渡ってｙ'max が長期間継続するため、ｙ'の面積としては大きくなる。つまり、トラベル量の最大値ｔmax を抑えつつカムリフト量の最大値ｙmax を大きくすることができる。この結果、バルブリフター１６等の各構成部材のコンパクト化とレイアウトの自由度が向上するとともに、大きなカムリフト量によって機関性能の向上が図れる。
【００４８】
また、揺動カム１７は、図４に示すようにカム面２２と反対側の不使用部位１７ａを研削ラインに沿って切除できるが、不使用領域である負加速度区間θ４のカムノーズ部２１の曲率半径が小さくなるため、全体の形状を十分に小さくでき、軽量化が図れる。
【００４９】
これは、曲率半径をＲとすると、Ｒ＝Ｒｂ＋ｙ＋ｙ″で表され、ｙ″が負であるので、Ｒが小さくなるためである。（Ｒｂはベースサークル半径，ｙはカムリフト，ｙ″はカム加速度である。）
さらに、前述のように負加速度区間θ４をカム面２２の不使用領域としたことにより、曲率半径Ｒの部分（負加速度区間）と接せず、比較的曲率半径の大きい部分（零加速度区間）と接するため、カム面２２とバルブリフター上面１６ａとの面圧が下がり摩耗の発生を抑制できる。さらに、図５に示す△θ、図４に示す△Ｓだけ余裕をもたせてあれば、各リンクアーム１４やリンク部材２５等の連結部分が摩耗して各部間の隙間が大きくなっても、曲率半径小（負加速度区間）に入り込まないため、より確実に摩耗の発生を抑制できる。
【００５０】
また、前述の揺動カム１７を用いた動弁系では、揺動カム１７の揺動角自身が変化するため、図１３に示すように揺動角が滑らかな最大値となる特性を有する。この結果、クランク軸と同期して回転する駆動軸１３の回転角Ｘを横軸にしてみると、図５に示すカムリフト特性であっても回転角Ｘを基準にみると、図１４に示すように滑らかな最大値となる特性を有する。したがって、揺動カム１７の使用範囲内において、零加速度区間θ３内で最大リフト点Ｋ１になるようにした場合でもＸベースのリフト特性は滑らかになり、従来の回転カムと同様な滑らかなカムリフト特性が得られる。
【００５１】
要するに、従来の回転カムのように負加速度区間を最大リフト点とすることなく、零加速度区間θ３に最大リフト点Ｋ１としてもリフト特性は滑らかになるのである。しかも、揺動カム１７はバルブスプリングのばね力が最も大きい最大リフト点Ｋ１が零加速度区間θ３に入り、すなわち比較的曲率半径の大きな部位でバルブリフター上面１６ａと接するため、接触面圧が小さくなり、摩耗の発生が抑制できる。
【００５２】
また、以上のように高回転高負荷域では、揺動カム１７全体のバルブリフター１６上面１６ａに対するカム面２２の当接位置が図１などに示すように左方向位置に移動するため、駆動カム１５が回転してロッカアーム２３の一端部２３ａをリンクアーム２４を介して押し上げると、バルブリフター１６に対するそのリフト量Ｌ２は図９に示すように大きくなる（ｙmax ）。
【００５３】
よって、かかる高速高負荷域では、カムリフト特性が大きくなり、図１２の実線で示すようにバルブリフト量も大きくなると共に、各吸気弁１２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
【００５４】
一方、機関がアイドリングに移行した場合は、コントローラからの制御信号によって電磁アクチュエータが他方に回転駆動される。このため、制御カム３３は、軸心Ｐ１が図１０，図１１に示すように制御軸３２の軸心Ｐ２から左上方の回動位置に保持され、厚肉部３３ａが駆動軸１３から上方向に離間回動する。このため、ロッカアーム２３は、全体が駆動軸１３に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム１７は、リンクロッド２５を介して端部２３が強制的に若干引き上げられて全体が左方向へ回動する。
【００５５】
したがって、図１０，図１１に示すように駆動カム１５が回転してリンクアーム２４を介してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド２５を介して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達されるが、そのリフト量Ｌ１は図１１，図１２破線に示すように小さくなり、吸気のガス流動が強化され、燃焼が改善されアイドル燃費が向上する。
【００５６】
また、この可変機構１９による前記カムリフト制御は、前記の運転状態だけではなく、連続的な運転状態の変化に応じて自由に可変制御できるため、図１２に示すように連続的なリフト特性を得ることができ、機関性能を十分に引き出すことが可能になる。
【００５７】
また、本発明は、図１５に示すようにほぼ零加速度区間θ３において加速度ｙ"を正負加速度側へうねらせることも可能であり、このように設定すると、バルブリフター１６のトラベルも若干うねりを起こしてバルブリフター上面１６ａのカムとの接点も若干変化する。したがって、バルブリフター上面１６ａの接点が局部的に摩耗するのを防止できる。本発明では、零加速度区間θ３において加速度ｙ″を正負にうねらせたが、当該θ３区間において加速度ｙ″を正または負側のどちらか一方にうねらせても、揺動カム１７とバルブリフター１６の接点が変化することは言うまでもない。
【００５８】
さらに、図１６に示すように最大リフト位置で加速度ｙ″を負加速度側へうねるように設定すれば、バルブリフター上面１６ａのカムとの接点が最大リフト位置で使用領域内側にずれるため、バルブリフター上面１６ａの局部的な変形が抑制されてバルブリフター１６の最外周縁つまりエッジに当たるのを防止できる。
【００５９】
また、バルブリフター上面１６ａを、図１７に示すように、球面状（円弧状）すなわち、円弧フォロワとすることにより、
【００６０】
【数４】
トラベル量をさらに小さくすることができる。さらに、この円弧フォロワは、円筒状のバルブリフターに限られるものではなく、ロッカアームなどのように支点を中心に上下動する円弧フォロワであってよい。
【００６２】
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、零加速度区間θ３の長さを揺動カム１７の大きさ等に応じて任意に設定できると共に、低回転低負荷域でのカムリフト特性にも適用できる。さらに、排気弁側にも適用が可能である
【００６３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、カムリフト曲線の特性値において、正加速度区間、つまり前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が正となる区間の後に続いて、加速度がほぼ零の区間、つまり前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間を継続して続けることにより、揺動カムのフォロワ上のトラベル量の最大値を十分に抑制しつつ、カムリフト量の最大値を十分に大きくすることができる。この結果、フォロワのレイアウト上の制約が抑制されると共に、大きなカムリフト量による機関性能の向上が図れる。
また、前記揺動カムのカムリフト量を可変制御する可変機構を設けたことによって、トラベル量を小さく抑えつつカムリフト特性を広範囲に変化させることが可能になり、機関運転条件に応じたバルブリフトの高精度な制御が可能になる。
【００６４】
請求項２記載の発明によれば、最大リフト位置における揺動カムとフォロワとの面圧が十分に小さくなり、両者間の耐摩耗性が向上する。
【００６５】
請求項３記載の発明によれば、揺動カムとフォロワとの当接しない部位の揺動カムの曲率半径を小さくできるので、該揺動カムをコンパクトにでき、さらに両者の接点が揺動カムの曲率半径の小さな負加速度区間に入らないため、両者間の摩耗の発生が防止できる。
【００６６】
請求項４に記載の発明によれば、フォロアのトラベル量をさらに小さくすることが可能になる。
【００６７】
請求項５に記載の発明によれば、ほぼ零区間の微分値を微小変化させることによってフォロアの局部的な摩耗の発生を抑制できる。
【００６８】
請求項６に記載の発明によれば、バルブスプリング荷重が最大となる最大リフト位置でのフォロアの局部的な摩耗の発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】同実施形態の側面図。
【図３】同実施形態の平面図。
【図４】本実施形態に供される揺動カムの正面図。
【図５】本実施形態におけるカムリフト曲線及び特性図。
【図６】機関高回転高負荷時における本実施形態の作用説明図。
【図７】機関高回転高負荷時における本実施形態の作用説明図。
【図８】機関高回転高負荷時における本実施形態の作用説明図。
【図９】機関高回転高負荷時における本実施形態の作用説明図。
【図１０】機関低回転低負荷時における本実施形態の作用説明図。
【図１１】機関低回転低負荷時における本実施形態の作用説明図。
【図１２】本実施形態のバルブリフト特性図。
【図１３】揺動カムの揺動角特性図。
【図１４】揺動カムのカムリフト特性図。
【図１５】零加速度区間をうねらせた状態を示す特性図。
【図１６】最大リフト付近をうねらせた状態を示す特性図。
【図１７】上面が円弧状に形成されたバルブリフターと揺動カムとのトラベル量の説明図。
【図１８】揺動カムを用いた従来の動弁装置を示す概略図。
【図１９】回転カムを用いた従来の概略図。
【図２０】回転カムを用いた従来の動弁装置のカムリフト曲線及び特性図。
【符号の説明】
１１…シリンダヘッド
１２…吸気弁
１３…駆動軸
１５…駆動カム
１６…バルブリフター
１７…揺動カム
１８…伝達機構
１９…可変機構
２０…基部
２１…一端部
２２…カム面
２３…ロッカアーム
２３ａ，２３ｂ…端部
２４…リンクアーム
２５…リンクロッド
４０…ローラフォロワ
θ１…緩衝部区間
θ２…正加速度区間
θ３…零加速度区間
θ４…負加速度区間
Claims (6)
- 機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、
伝達機構によって前記駆動カムと機械的に連係され、駆動カムの回転に応じて所定角度範囲内で軸周りに揺動し、カム面がフォロワに摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、
該揺動カムのカムリフト量を機関の運転状態に応じて連続的に可変制御する可変機構とを備え、
前記揺動カムの少なくともカムリフトの開始点から最大リフト点において、初期のランプ区間から前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が正となる区間の後に、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間を連続して設けると共に、該ほぼ零となる区間を所定の範囲で継続させたことを特徴とする内燃機関の動弁装置。 - カムリフトの最大リフト点が、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間になるように設定したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の動弁装置。
- 前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間に続いて、揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が負となる区間を設けると共に、前記揺動カムのカム面とフォロワの接触領域に前記負となる区間を含めないように設定したことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の動弁装置。
- 前記カム面に摺接するフォロワの上面を円弧状に形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置
- 機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、
伝達機構によって前記駆動カムと機械的に連係され、駆動カムの回転に応じて所定角度範囲内で軸周りに揺動し、カム面がフォロワに摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムとを備え、
前記揺動カムの少なくともカムリフトの開始点から最大バルブリフト点において、初期のランプ区間から前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が正となる区間の後に、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間を連続して設けると共に、該ほぼ零となる区間では、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が微小変化するように設定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。 - 機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定された駆動軸と、
伝達機構によって前記駆動カムと機械的に連係され、駆動カムの回転に応じて所定角度範囲内で軸周りに揺動し、カム面がフォロワに摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムとを備え、
前記揺動カムの少なくともカムリフトの開始点から最大リフト点において、初期のランプ区間から前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が正となる区間の後に、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値がほぼ零となる区間を連続して設けると共に、該ほぼ零となる区間では、前記揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が、最大バルブリフト部付近 で、揺動カムの角度に対してカムリフトを微分した値をさらに前記揺動カムの角度に対して微分した値が負となる側へ微小変化するように設定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
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