JP3953668B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば吸気弁あるいは排気弁の特に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。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の可変動弁装置としては、本出願人が先に出願した特願平９−２１２８３１号などに記載されたものがある
類似構造を示す図１２に基づいて概略を説明すれば、この可変動弁装置は、吸気弁側に適用されたもので、クランク軸の回転に同期して回転する駆動軸５１の外周に、軸心Ｙが駆動軸５１の軸心Ｘから偏心した駆動カム５２が設けられていると共に、駆動カム５２の回転力が多節リンク状の伝達機構を介して伝達されて、吸気弁５３の上端部に有するバルブリフター５４の上面をカム面５５が摺接して吸気弁５３を開閉作動させる揺動カム５６を有している。
【０００３】
前記伝達機構は、揺動カム５６の上方に配置されて制御軸５７に揺動自在に支持されたロッカアーム５８と、円環状の基端部５９ａが駆動カム５２の外周面５２ａに嵌合しかつ他端部５９ｂがロッカアーム５８の一端部５８ａにピン６０を介して回転自在に連結されたリンクアーム５９と、一端部６１ａがロッカアーム５８の他端部５８ｂにピン６２を介して回転自在に連結され、他端部６１ｂが前記揺動カム５６の端部にピン６３を介して回転自在に連結されたリンクロッド６１とから構成されている。
【０００４】
また、前記制御軸５７の外周面には、軸心Ｐ１が制御軸５７の軸心Ｐ２から所定量偏心した制御カム６４が固定されている。この制御カム６４は、ロッカアーム５８のほぼ中央に穿設された支持孔５８ｃ内に回転自在に嵌入保持されて、その回転位置に応じてロッカアーム５８の揺動支点を変化させて、揺動カム５６のカム面５５のバルブリフター５４上面に対する転接位置を変換させて、吸気弁５３のバルブリフトを可変制御するようになっている。
【０００５】
すなわち、機関運転状態が例えば低回転低負荷域である場合は、図外のアクチュエータによって制御軸５７を例えば図中時計方向へ回転させて、制御カム６４を同方向へ回転させることにより、ロッカアーム５８の揺動支点位置を図示の位置から左側へ移動させる。これにより、ロッカアーム５８とリンクアーム５９及びリンクロッド６１との各枢支点が左側に移動して揺動カム５６のカムノーズ部５６ａ側の端部を引き上げ、これによって揺動カム５６のバルブリフター５４上面上の当接位置がベース部５５ａ側に移動する。したがって、吸気弁５３は、そのバルブリフト特性が小リフトとなるように制御される。
【０００６】
一方、高回転高負荷域に移行した場合は、アクチュエータが制御軸５７を介して制御カム６４を図示の位置に回転制御するため、ロッカアーム５８の揺動支点が逆方向に移動する。これにより、揺動カム５６は、リンクロッド６１などによって端部５６ａが押し下げられて、バルブリフター５４上面との当接位置がリフト頂面５５ｄ側に移動するため、吸気弁５３のバルブリフトが大リフトとなるように制御される。
【０００７】
したがって、機関運転状態に応じて燃費の改善や出力の向上など機関性能を十分に発揮させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の可変動弁装置にあっては、制御カム６４の回転位置に応じてロッカアーム５８の揺動支点を変化させることによりバルブリフト特性を大小可変にすることができるものの、かかる制御カム６４の回転制御、つまり制御軸５７の回転中における制御軸５７に作用するトルクの安定化については何ら考慮されていない。
【０００９】
すなわち、吸気弁１３の開作動中には、図外のバルブスプリングのばね力がバルブリフター５４を介して揺動カム５６にＦｓとして作用し、それにより図１２の矢印方向のモーメントＭ1が加わる。このＭ1によりリンクロッド６１には、リンクロッド両端部６１ａ，６１ｂの両ピン６２，６３の軸心を結ぶ方向の反力Ｆ1がピン６３を介して作用して、ロッカアーム５８の一端部には、このＦ1がピン６２を介して作用する。そして、ロッカアーム５８は、このＦ1により、揺動支点中心に反時計回りのモーメントを受けるが、ロッカアーム５８の他端にはＦ2'がピン６０を介して作用し、このモーメントと均り合うことになる。
【００１０】
次に、このＦ2'の方向について考察すると、駆動カム５２の外周面５２ａとリンクアーム５９の一端部５９ａの内周面５９ｃとの間に、比較的大きな摺動摩擦係数μが存在しており、この摩擦係数があるため駆動カム５２の外周面５２ａとリンクアーム５９の内周面５９ｃとの間の押圧点は、駆動カム５２が例えば図１２の矢印方向（反時計方向）に回転している場合には、駆動カム５２の中心Ｙとピン６０の中心６０ａとを結ぶ直線Ｑから外れた回転方向と逆のＰ点に位置することになる。駆動カム５２からの押圧力は、Ｐ点から垂直抗力Ｎと摩擦力μＮとに分力されて、Ｐ点とピン６０の軸心６０ａを結ぶ直線Ｑ１方向の力Ｆ2'となり、リンクアーム５９，ピン６０を介してこのＦ2'がロッカアーム他端部に作用する。ここで、μが０である場合を想定すると、Ｆ2'の向きは直線Ｑ方向となりＦＸで示されるが、μの存在によりＦ2'の方向は、直線Ｑから△θの角度でずれてＱ１方向となってしまう。
【００１１】
このため、前記ピン６２及びピン６０に作用する両反力Ｆ1，Ｆ2'を受けた制御カム６４の反力Ｆｃ'の方向がＦｃｘからＦ2'側寄りに変化して、該制御カム６４から制御軸５７の軸心Ｐ２に作用する力の方向はＱ2から△ψ分だけずれが発生する。この結果、制御軸５７の中心Ｐ2に対するモーメントの腕も△ｔ分だけ増加し、これによって制御軸５７のトルク変動が発生し易くなる。
【００１２】
特に、機関始動時などにおいて、駆動カム５２の外周面５２ａとリンクアーム５９の一端部５９ａ内周面５９ｃとの間に十分な潤滑油が供給されない場合、また潤滑油の温度が過上昇した場合などには、両者５２ａ，５９ｃ間の潤滑性能が低下して摩擦係数μがばらつき易くなるため、直線Ｑ１の傾斜角度が変動し易くなる。この結果、制御軸５７のトルク特性が図１２の実線と破線の間で大きくばらつき、もって、制御軸５７を回転駆動させるモータなどのアクチュエータの応答特性ばらつきが発生して制御カム６４の回転位置制御が不安定になる。このため、機関運転状態に応じたバルブリフト制御が不安定となり、機関性能を効果的に発揮し得ないおそれがある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記先願に係る可変動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、機関のクランク軸に同期して回転する駆動軸と、該駆動軸の外周に固定されて、中心が前記駆動軸の軸心から所定量偏心した駆動カムと、前記駆動軸に揺動自在に支持されて、機関弁をバルブスプリングのばね力に抗して開作動させる揺動カムと、円環状の基端部が前記駆動カムの外周に摺動自在に軸支されたリンクアームと、前記駆動軸とほぼ平行に配設された制御軸に揺動自在に設けられて、一端部が前記リンクアームの基端部の外周面から突出した突出端に回転自在に連係し他端部が前記揺動カムに回転自在に連係するロッカアームと、前記制御軸の外周に軸心が偏心状態に固定され、外周に前記ロッカアームのほぼ中央に有する支持孔を回転自在に嵌合させ、前記制御軸の回転位置に応じて前記ロッカアームの揺動支点を変化させる制御カムと、を備え、前記ロッカアームの揺動支点の変化に応じて、前記揺動カムのカム面の機関弁に対する当接位置を変化させて機関弁のバルブリフトを可変にする内燃機関の可変動弁装置において、前記駆動カムの外周面とリンクアームの基端部の内周面との間に、転がり軸受部材を介装したことを特徴としている。
【００１４】
したがって、本発明によれば、駆動カムとリンクアーム一端部との間に介装された転がり軸受部材によって、前記両者間の摩擦抵抗が大巾に低減し、駆動カムの常時円滑な回転が得られることは勿論のこと、制御軸トルク特性のばらつきを大巾に低減でき、もって、制御軸の安定した回転位置制御が可能になる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記転がり軸受部材を、ほぼ円環状の保持器と該保持器に保持されて駆動カムの外周面とリンクアーム一端部の内周面に直接転接する複数のニードルとから構成したことを特徴としている。
【００１６】
本発明によれば、各ニードルローラの内周側が駆動カムの外周面に直接転接し、各ニードルローラの外周側がリンクアームの一端部内周面に直接転接するようにして保持したため、アウタレースなどを設ける必要がなくなる。したがって、リンクアーム一端部の外径を大きくする必要がない。したがって、リンクアーム一端部の大型化を防止でき、制御軸との干渉等も回避し易い。
【００１７】
請求項３記載の発明は、前記駆動軸と駆動カムとを別体に形成し、該駆動カムを駆動軸に固定すると共に、駆動カムを耐摩耗材で形成したことを特徴としている。
【００１８】
この発明によれば、軸部の強度を確保しつつ駆動カムを別体の耐摩耗材で形成したことにより、ニードルローラとの転接面である外周面の摩耗の発生も抑制されて、全体的な耐久性の向上が図れる。
【００１９】
請求項４記載の発明は、前記ロッカアームの他端部と揺動カムとをリンクロッドによって機械的に連係したことを特徴としている。
【００２０】
この発明によれば、リンクロッドにより機関高回転時における揺動カムの過度な揺動を機械的に規制することが可能になり、該揺動カムのロッカアームへの衝突が防止でき、その結果、ロッカアームを介して制御軸に衝撃入力が作用するのを防止でき、したがって、高回転域での制御軸トルク特性も安定化できる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、前記駆動カムの外周面に、前記転がり軸受部材を嵌合保持すると共に、駆動カムに形成された一側面と共働して転がり軸受部材の保持器を挾持する保持部材を設けたことを特徴としている。
【００２２】
したがって、転がり軸受部材の保持器を保持部材と駆動カムに形成された一側面とによって挾持したため、転がり軸受部材の軸方向の位置決めが容易になる。
【００２３】
請求項６記載の発生は、前記ロッカアームのほぼ中央に有する保持孔と該保持孔内に回転自在に保持された前記制御カムとの間に第２の転がり軸受部材を設けたことを特徴としている。
【００２４】
第２の転がり軸受部材によって、制御カムとロッカアームとの間の摩擦抵抗も大巾に低減できるため、制御カムがロッカアームから受ける連れ回り交番トルクも大巾に低減し、制御カム及び制御軸の回転位置制御をさらに安定化させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の可変動弁装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の可変動弁装置は、１気筒あたり２つの吸気弁を備えかつ吸気弁のバルリフト量を機関運転状態に応じて可変にする可変機構を備えている。
【００２６】
すなわち、この可変動弁装置は、図１，図２に示すようにシリンダヘッド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に連結ピン４０により固設された偏心回転カムである１つの駆動カム１５と、駆動軸１３の外周面１３ａ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バルブリフター１６，１６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。
【００２７】
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。なお、駆動軸１５は、高強度材で形成されている。
【００２８】
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。
【００２９】
前記駆動カム１５は、耐摩耗材によって一体に形成され、図３にも示すように、ほぼリング状を呈し、円環状のカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられた筒状部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Ｙが駆動軸１３の軸心Ｘから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この駆動カム１５は、駆動軸１３に対し駆動軸挿通孔１５ｃを介して挿通されて前記連結ピン４０により連結固定されていると共に、筒状部１５ｂのカム本体１５ａ側一側面には、三ケ月形の平面部が形成されている。さらに、この駆動カム１５は、図１に示すように駆動軸１３の回転に伴って図中反時計方向（矢印方向）へ回転するようになっている。
【００３０】
前記バルブリフター１６，１６は、有蓋円筒状に形成され、シリンダヘッド１１の保持孔内に摺動自在に保持されていると共に、揺動カム１７，１７が摺接する上面１６ａ，１６ａが平坦状に形成されている。
【００３１】
前記揺動カム１７，１７は、図１及び図７，図８に示すようにほぼ雨滴状を呈し、ほぼ円筒状の基端部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、一方の一端部のカムノーズ部２１側にピン孔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が形成されており、このカム面２２は、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からカムノーズ部２１の先端側に有する最大リフトの頂面２２ｄに連なるリフト面２２ｃとが形成されており、該基円面２２ａとランプ面２２ｂ，リフト面２２ｃ及び頂面２２ｄ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。
【００３２】
すなわち、図５に示すバルブリフト特性からみると、基円面２２ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、ランプ面２２ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２がいわゆるランプ区間となり、さらにランプ面２２ｂのランプ区間θ２から頂面２２ｃまでの所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。また、この揺動カム１７の基端部２０一端面と駆動カム１５との間には、円環状の保持部材４２が設けられている。この保持部材４２は、駆動カム１５の筒状部１５ｂの外径とほぼ同径の外径に形成され、中央孔４２ａを介して駆動軸１３に嵌装保持されている。
【００３３】
前記伝達機構１８は、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。
【００３４】
前記ロッカアーム２３は、図１に示すように中央に有する筒状基部が支持孔２３ｃを介して後述する制御カム３３に回転自在に支持されている。また、筒状基部の外端部に突設された一端部２３ａには、ピン２６が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、基部の内端部に夫々突設された前記他端部２３ｂには、リンクロッド２５の一端部２５ａと連結するピン２７が嵌入するピン孔が形成されている。
【００３５】
また、前記リンクアーム２４は、比較的大径な円環状の一端部である基端部２４ａと、該基端部２４ａの外周面所定位置に突設された他端部である突出端２４ｂとを備え、基端部２４ａの中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体１５ａの外周面にニードルベアリング４３を介して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が貫通形成されている。このピン２６の軸心２６ａがロッカアーム２３の一端部２３ａとの枢支点になっている。
【００３６】
さらに、前記リンクロッド２５は、図１にも示すようにロッカアーム２３側が凹状のほぼく字形状に形成され、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のカムノーズ部２１の各ピン孔に圧入した各ピン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。
【００３７】
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図外のスナップリングが設けられている。
【００３８】
そして、前記駆動カム１５のカム本体１５ａと該カム本体１５ａの外周面１５ｄに嵌合するリンクアーム２４の基端部２４ａの内周面２４ｃとの間に、転がり軸受部材であるニードルベアリング４３が介装されている。このニードルベアリング４３は、図６に示すように円環状の保持器４４と、該保持器４４に回転自在に保持された複数のニードルローラ４５とから構成されている。図６は、理解し易いように、ニードルベアリング４３の約半周分のみを記載しているが、実際は円環状に形成されている。
【００３９】
前記保持器４４は、平板円環状を呈し、巾方向に沿って細長い矩形状の保持孔４４ａが周方向へ等間隔に複数形成されている。一方、各ニードルローラ４５は、各保持孔４４ａ内に回転自在に保持され、各内周縁がカム本体１５ａの外周面１５ｄに転動自在に直接接触していると共に、各外周縁が基端部２４ａの内周面２４ｃに転動自在に直接接触している。
【００４０】
また、このニードルベアリング４３は、図４に示すようにその全体がカム本体１５ａの外周面によって保持されており、保持器４４の両端縁が駆動カム一側面４１ａと保持部材４２の一側面４２ａとによって駆動軸１３方向に挾持されている。ここで、駆動カム１５も保持部材４２も耐摩耗材で形成されているため、保持器４４と摺動しても摩耗の発生が抑制される。
【００４１】
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。
【００４２】
前記制御軸３２は、図２に示すように駆動軸１３と並行に機関前後方向に配設されていると共に、一端部に設けられた図外の電動アクチュエータ２９によって所定回転角度範囲内で回転するようになっている。
【００４３】
また、前記制御カム３３は、円筒状を呈し、図に示すように軸心Ｐ１位置が肉厚部３３ａの分だけ制御軸３２の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。
【００４４】
さらに、前記制御軸３２を回転制御する電動アクチュエータ２９は、機関の運転状態を検出するコントローラ３０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３０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すると共に、制御軸３２の回転位置を検出するポテンショメータ３１からの検出信号により前記電動アクチュエータ２９に制御信号を出力している。
【００４５】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関低速低負荷時には、コントローラ３０からの制御信号によって電磁アクチュエータを介して制御軸３２が時計方向に回転駆動される。このため、制御カム３３は、軸心Ｐ１が図７に示すように制御軸３２の軸心Ｐ２から左上方の回動角度位置に保持され、肉厚部３３ａが駆動軸１３から上方向に離間移動する。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を介してカムノーズ部２１側を強制的に若干引き上げられて全体が反時計方向へ回動する。
【００４６】
したがって、図７Ａ，Ｂ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７Ａに示すように十分小さくなる。
【００４７】
よって、かかる低速低負荷域では、図９に示すようにバルブリフト量が十分に小さくなり、フリクションが低減すると共に、各吸気弁１２の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。
【００４８】
一方、機関高速高負荷時に移行した場合は、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により制御軸３２が反時計方向に回転駆動される。したがって、図８Ａ，Ｂに示すように制御軸３２が、制御カム３３を図７に示す位置から反時計方向へ回転させ、軸心Ｐ１（肉厚部３３ａ）を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム２３は、今度は全体が駆動軸１３方向（下方向）に移動して他端部２３ｂが揺動カム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全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
【００４９】
したがって、揺動カム１７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８Ａ，Ｂに示すように右方向位置（リフト部２２ｄ側）に移動する。このため、図８Ａに示すように駆動カム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８Ａに示すように大きくなる。
【００５０】
よって、かかる高速高負荷域では、カムリフト特性が低速低負荷域に比較して大きくなり、図９に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。
【００５１】
そして、本実施形態によれば、駆動カム１５とリンクアーム２４の基端部２４ａとの間にニードルベアリング４３を介装したため、カム本体１５ａの外周面１５ｄと基端部２４ａ内周面２４ｃとの間の摩擦係数μが充分小さくなる。図１１は、μを変えた時の制御軸に作用するトルクを、横軸駆動軸角度として計算したものであって、ニードルベアリングを用いない場合は、摩擦係数μのばらつきが大きくなり、μοの実線，μ最大の破線の範囲で大きくばらつく。ニードルベアリングを用いれば摩擦係数μが十分小さくなるため、実線と一点鎖線の範囲でしかばらつかない。このため、駆動カム１５の常時円滑な回転が得られることは勿論のこと、制御軸３２のトルク特性のばらつきの発生が防止される。
【００５２】
すなわち、例えば図１に示すように吸気弁１２，１２の前記最大リフト域の開作動時において、バルブスプリングのばね力はバルブリフター１６を介して揺動カム１７にＦｓとして作用し、それにより反時計方向のモーメントＭ1が加わる。このＭ1によりリンクロッド２５にはリンクロッド２５両端部２５ａ，２５ｂの両ピン２７，２８の軸心２７ａ，２８ａを結ぶ方向の反力Ｆ1がピン２８を介して作用して、ロッカアーム２３の一端部２３ａにはこのＦ1がピン２７を介して作用する。したがって、ロッカアーム２３は、このＦ1によりロッカアーム２３の揺動支点中心に反時計回りのモーメントを受けるが、ロッカアーム２３の他端部２３ｂにはＦ2がピン２６を介して作用し、このモーメントと均り合うことになる。
【００５３】
次に、このＦ2の方向について考察すると、このＦ2は、前述のようにニードルベアリング４３による摩擦係数μの大巾な低減により、図１に示すように駆動カム１５の中心Ｙ及びリンクアーム２４の突出端２４ｂとロッカアーム２３とを連係するピン２６の軸心２６ａ（枢支点）を通る直線Ｑにほぼ沿った方向に作用する。また、リンクアーム押圧点Ｐもほぼこの直線上に位置する。この結果、前記力Ｆ1と押圧力Ｆ2とを受けて制御カム３３軸心Ｐ１に作用する反力Ｆｃの方向（矢印）が変動することなくほぼ一定になり、反力Ｆｃの制御軸中心Ｐ2に対するモーメントの腕ｔが常にほぼ一定となる。このため、制御軸３２のトルク特性が、図１１の実線μ＝０と一点鎖線（μ：転がり軸受の最大値例えば０.０１）の間でばらつくだけである。なお、図１では駆動軸１３軸心Ｘと駆動カム中心Ｙを結ぶ直線が前記直線Ｑと一致する最大リフトの瞬間における図で説明したが、別の駆動軸位相でも効果は同様である。
【００５４】
この制御軸３２のトルクが安定化する結果、電動アクチュエータ２９による制御軸３２の回転位置制御の安定化が図れ、例えばかかる最大リフト域から最小リフト域までのリフト制御の安定化が図れる。したがって、機関運転状態に応じて可変機構１９の円滑かつ安定した作動によるバルブリフト制御が得られ、機関性能を十分に発揮させることが可能になる。
【００５５】
また、ニードルベアリング４３は、各ニードルローラ４５が保持器４４のみによって保持されて、内外周縁が駆動カムのカム本体１５ａの外周面１５ｄとリンクアーム２４の基端部２４ａの内周面２４ｃに直接転接するようになっているため、アウタレース等の別異の部材が不要になり、この結果、部品点数の増加が抑制できると共に、リンクアーム基端部２４ａの外径を大きくする必要がなく、リンクアーム２４と制御軸３２等との干渉を防止しつつ装置全体のコンパクト化が図れる。
【００５６】
しかも、ニードルベアリング４３は、駆動カム１５などへの組み付け時に、保持器４４が駆動カムの一側面４１ａと保持部材４２の一側面４２ａとに挾持されるため、軸方向の位置決めが容易になる。
【００５７】
図１０は本発明の第２の実施形態を示し、第１の実施形態の構成を前提として、ロッカアーム２３の支持孔２３ｃの内周面と制御カム３３の外周面との間に、別異の転がり軸受部材である第２のニードルベアリング４６が介装されている。この第２のニードルベアリング４６は、基本構造は前述した第１のニードルベアリング４３と同様に保持器４７とニードルローラ４８とから構成されているが、軸方向（スラスト方向）の自由移動は図外の規制部材によって規制されている。
【００５８】
したがって、この実施形態によれば、ロッカアーム２３の筒状基部と制御カム３３との間の摩擦抵抗も大巾に低減できるため、制御カム３３とロッカアーム２３との相対回動が常時円滑になることは勿論のこと、制御カム３３の外周がロッカアーム２３から受ける連れ回り交番トルクも大巾に低減できる。したがって、制御軸３２のトルク変動の発生をさらに防止することが可能になり、制御軸３２の回転位置制御の安定化がさらに助長される。
【００５９】
なお、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、例えば揺動カム１７が揺動する所定の支軸を、駆動軸とは別のものとしてもよいが、本実施形態のように、駆動軸が兼ねる様に構成すれば、部品点数が減り、コンパクトにできることはいうまでもない。
【００６０】
【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、転がり軸受部材によって駆動カムの外周面とリンクアームの基端部内周面との間の摩擦抵抗が大巾に低減するため、駆動カムの常時円滑な回転が得られることは勿論のこと、制御軸トルク特性のばらつきを大巾に低減でき、もって、該制御軸の安定した回転位置制御が可能になる。このため、バルブリフト制御の安定化が図れ、運転状態に応じた機関性能を十分に発揮させることができる。
【００６１】
請求項２記載の発明によれば、保持器によって保持されたニードルローラの内外周縁を駆動カムの外周面とリンクアーム一端部内周面とに直接転接させるようにしたため、アウタレースなどが不要になり、部品点数の増加の抑制とリンクアーム一端部の内径を大きくする必要がなく、制御軸との干渉等を回避しつつコンパクト化が図れる。
【００６２】
請求項３記載の発明によれば、駆動カムの外周面の摩耗の発生も防止されて、耐久性の向上が図れる。
【００６３】
請求項４記載の発明によれば、リンクロッドにより、機関高回転時における揺動カムの過度な揺動を機械的に抑制することができ、揺動カムのロッカアームへの衝突などが防止でき、高回転域での制御軸のトルク特性も安定化できる。
【００６４】
請求項５記載の発明によれば、保持器の両端縁を駆動カムに形成された一側面と保持部材の一側面とによって挾持したため、転がり軸受部材の軸方向の位置決めが容易になる。
【００６５】
請求項６記載の発明によれば、第２の転がり軸受部材によって制御カムとロッカアームとの間の摩擦抵抗も大巾に低減できるため、制御カムの外周がロッカアームから受ける連れ回り交番トルクも大巾に低減し、制御カム及び制御軸の回転位置制御をさらに安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様を示す図２のＡ矢視図。
【図２】本実施態様の要部斜視図。
【図３】本実施形態に供される駆動カムの斜視図。
【図４】本実施形態の部分断面図。
【図５】同揺動カムのカム面のプロフィール特性図。
【図６】本実施形態に供されるニードルベアリングを示す部分斜視図。
【図７】Ａは最小リフト時の開弁状態を示す作用説明図。Ｂは最小リフト時の閉弁状態を示す作用説明図。
【図８】Ａは最大リフト時の開弁状態を示す作用説明図。Ｂは最大リフト時の閉弁状態を示す作用説明図。
【図９】本実施形態のバルブリフト特性図。
【図１０】本実施形態の第２の実施形態を示す断面図。
【図１１】第１実施形態と先願に係る可変動弁装置の駆動カムとリンクアームとの間の摩擦抵抗を比較して示す特性図。
【図１２】従来の可変動弁装置を示す断面図。
【符号の説明】
１２…吸気弁
１３…駆動軸
１５…駆動カム
１５ａ…カム本体
１５ｄ…外周面
１７…揺動カム
２２…カム面
２３…ロッカアーム
２４…リンクアーム
２４ａ…基部
２４ｃ…内周面
２５…リンクロッド
２６…ピン
３２…制御軸
３３…制御カム
４３…ニードルベアリング
４６…第２ニードルベアリング
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば吸気弁あるいは排気弁の特に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。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の可変動弁装置としては、本出願人が先に出願した特願平９−２１２８３１号などに記載されたものがある
類似構造を示す図１２に基づいて概略を説明すれば、この可変動弁装置は、吸気弁側に適用されたもので、クランク軸の回転に同期して回転する駆動軸５１の外周に、軸心Ｙが駆動軸５１の軸心Ｘから偏心した駆動カム５２が設けられていると共に、駆動カム５２の回転力が多節リンク状の伝達機構を介して伝達されて、吸気弁５３の上端部に有するバルブリフター５４の上面をカム面５５が摺接して吸気弁５３を開閉作動させる揺動カム５６を有している。
【０００３】
前記伝達機構は、揺動カム５６の上方に配置されて制御軸５７に揺動自在に支持されたロッカアーム５８と、円環状の基端部５９ａが駆動カム５２の外周面５２ａに嵌合しかつ他端部５９ｂがロッカアーム５８の一端部５８ａにピン６０を介して回転自在に連結されたリンクアーム５９と、一端部６１ａがロッカアーム５８の他端部５８ｂにピン６２を介して回転自在に連結され、他端部６１ｂが前記揺動カム５６の端部にピン６３を介して回転自在に連結されたリンクロッド６１とから構成されている。
【０００４】
また、前記制御軸５７の外周面には、軸心Ｐ１が制御軸５７の軸心Ｐ２から所定量偏心した制御カム６４が固定されている。この制御カム６４は、ロッカアーム５８のほぼ中央に穿設された支持孔５８ｃ内に回転自在に嵌入保持されて、その回転位置に応じてロッカアーム５８の揺動支点を変化させて、揺動カム５６のカム面５５のバルブリフター５４上面に対する転接位置を変換させて、吸気弁５３のバルブリフトを可変制御するようになっている。
【０００５】
すなわち、機関運転状態が例えば低回転低負荷域である場合は、図外のアクチュエータによって制御軸５７を例えば図中時計方向へ回転させて、制御カム６４を同方向へ回転させることにより、ロッカアーム５８の揺動支点位置を図示の位置から左側へ移動させる。これにより、ロッカアーム５８とリンクアーム５９及びリンクロッド６１との各枢支点が左側に移動して揺動カム５６のカムノーズ部５６ａ側の端部を引き上げ、これによって揺動カム５６のバルブリフター５４上面上の当接位置がベース部５５ａ側に移動する。したがって、吸気弁５３は、そのバルブリフト特性が小リフトとなるように制御される。
【０００６】
一方、高回転高負荷域に移行した場合は、アクチュエータが制御軸５７を介して制御カム６４を図示の位置に回転制御するため、ロッカアーム５８の揺動支点が逆方向に移動する。これにより、揺動カム５６は、リンクロッド６１などによって端部５６ａが押し下げられて、バルブリフター５４上面との当接位置がリフト頂面５５ｄ側に移動するため、吸気弁５３のバルブリフトが大リフトとなるように制御される。
【０００７】
したがって、機関運転状態に応じて燃費の改善や出力の向上など機関性能を十分に発揮させることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の可変動弁装置にあっては、制御カム６４の回転位置に応じてロッカアーム５８の揺動支点を変化させることによりバルブリフト特性を大小可変にすることができるものの、かかる制御カム６４の回転制御、つまり制御軸５７の回転中における制御軸５７に作用するトルクの安定化については何ら考慮されていない。
【０００９】
すなわち、吸気弁１３の開作動中には、図外のバルブスプリングのばね力がバルブリフター５４を介して揺動カム５６にＦｓとして作用し、それにより図１２の矢印方向のモーメントＭ1が加わる。このＭ1によりリンクロッド６１には、リンクロッド両端部６１ａ，６１ｂの両ピン６２，６３の軸心を結ぶ方向の反力Ｆ1がピン６３を介して作用して、ロッカアーム５８の一端部には、このＦ1がピン６２を介して作用する。そして、ロッカアーム５８は、このＦ1により、揺動支点中心に反時計回りのモーメントを受けるが、ロッカアーム５８の他端にはＦ2'がピン６０を介して作用し、このモーメントと均り合うことになる。
【００１０】
次に、このＦ2'の方向について考察すると、駆動カム５２の外周面５２ａとリンクアーム５９の一端部５９ａの内周面５９ｃとの間に、比較的大きな摺動摩擦係数μが存在しており、この摩擦係数があるため駆動カム５２の外周面５２ａとリンクアーム５９の内周面５９ｃとの間の押圧点は、駆動カム５２が例えば図１２の矢印方向（反時計方向）に回転している場合には、駆動カム５２の中心Ｙとピン６０の中心６０ａとを結ぶ直線Ｑから外れた回転方向と逆のＰ点に位置することになる。駆動カム５２からの押圧力は、Ｐ点から垂直抗力Ｎと摩擦力μＮとに分力されて、Ｐ点とピン６０の軸心６０ａを結ぶ直線Ｑ１方向の力Ｆ2'となり、リンクアーム５９，ピン６０を介してこのＦ2'がロッカアーム他端部に作用する。ここで、μが０である場合を想定すると、Ｆ2'の向きは直線Ｑ方向となりＦＸで示されるが、μの存在によりＦ2'の方向は、直線Ｑから△θの角度でずれてＱ１方向となってしまう。
【００１１】
このため、前記ピン６２及びピン６０に作用する両反力Ｆ1，Ｆ2'を受けた制御カム６４の反力Ｆｃ'の方向がＦｃｘからＦ2'側寄りに変化して、該制御カム６４から制御軸５７の軸心Ｐ２に作用する力の方向はＱ2から△ψ分だけずれが発生する。この結果、制御軸５７の中心Ｐ2に対するモーメントの腕も△ｔ分だけ増加し、これによって制御軸５７のトルク変動が発生し易くなる。
【００１２】
特に、機関始動時などにおいて、駆動カム５２の外周面５２ａとリンクアーム５９の一端部５９ａ内周面５９ｃとの間に十分な潤滑油が供給されない場合、また潤滑油の温度が過上昇した場合などには、両者５２ａ，５９ｃ間の潤滑性能が低下して摩擦係数μがばらつき易くなるため、直線Ｑ１の傾斜角度が変動し易くなる。この結果、制御軸５７のトルク特性が図１２の実線と破線の間で大きくばらつき、もって、制御軸５７を回転駆動させるモータなどのアクチュエータの応答特性ばらつきが発生して制御カム６４の回転位置制御が不安定になる。このため、機関運転状態に応じたバルブリフト制御が不安定となり、機関性能を効果的に発揮し得ないおそれがある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記先願に係る可変動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、機関のクランク軸に同期して回転する駆動軸と、該駆動軸の外周に固定されて、中心が前記駆動軸の軸心から所定量偏心した駆動カムと、前記駆動軸に揺動自在に支持されて、機関弁をバルブスプリングのばね力に抗して開作動させる揺動カムと、円環状の基端部が前記駆動カムの外周に摺動自在に軸支されたリンクアームと、前記駆動軸とほぼ平行に配設された制御軸に揺動自在に設けられて、一端部が前記リンクアームの基端部の外周面から突出した突出端に回転自在に連係し他端部が前記揺動カムに回転自在に連係するロッカアームと、前記制御軸の外周に軸心が偏心状態に固定され、外周に前記ロッカアームのほぼ中央に有する支持孔を回転自在に嵌合させ、前記制御軸の回転位置に応じて前記ロッカアームの揺動支点を変化させる制御カムと、を備え、前記ロッカアームの揺動支点の変化に応じて、前記揺動カムのカム面の機関弁に対する当接位置を変化させて機関弁のバルブリフトを可変にする内燃機関の可変動弁装置において、前記駆動カムの外周面とリンクアームの基端部の内周面との間に、転がり軸受部材を介装したことを特徴としている。
【００１４】
したがって、本発明によれば、駆動カムとリンクアーム一端部との間に介装された転がり軸受部材によって、前記両者間の摩擦抵抗が大巾に低減し、駆動カムの常時円滑な回転が得られることは勿論のこと、制御軸トルク特性のばらつきを大巾に低減でき、もって、制御軸の安定した回転位置制御が可能になる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記転がり軸受部材を、ほぼ円環状の保持器と該保持器に保持されて駆動カムの外周面とリンクアーム一端部の内周面に直接転接する複数のニードルとから構成したことを特徴としている。
【００１６】
本発明によれば、各ニードルローラの内周側が駆動カムの外周面に直接転接し、各ニードルローラの外周側がリンクアームの一端部内周面に直接転接するようにして保持したため、アウタレースなどを設ける必要がなくなる。したがって、リンクアーム一端部の外径を大きくする必要がない。したがって、リンクアーム一端部の大型化を防止でき、制御軸との干渉等も回避し易い。
【００１７】
請求項３記載の発明は、前記駆動軸と駆動カムとを別体に形成し、該駆動カムを駆動軸に固定すると共に、駆動カムを耐摩耗材で形成したことを特徴としている。
【００１８】
この発明によれば、軸部の強度を確保しつつ駆動カムを別体の耐摩耗材で形成したことにより、ニードルローラとの転接面である外周面の摩耗の発生も抑制されて、全体的な耐久性の向上が図れる。
【００１９】
請求項４記載の発明は、前記ロッカアームの他端部と揺動カムとをリンクロッドによって機械的に連係したことを特徴としている。
【００２０】
この発明によれば、リンクロッドにより機関高回転時における揺動カムの過度な揺動を機械的に規制することが可能になり、該揺動カムのロッカアームへの衝突が防止でき、その結果、ロッカアームを介して制御軸に衝撃入力が作用するのを防止でき、したがって、高回転域での制御軸トルク特性も安定化できる。
【００２１】
請求項５記載の発明は、前記駆動カムの外周面に、前記転がり軸受部材を嵌合保持すると共に、駆動カムに形成された一側面と共働して転がり軸受部材の保持器を挾持する保持部材を設けたことを特徴としている。
【００２２】
したがって、転がり軸受部材の保持器を保持部材と駆動カムに形成された一側面とによって挾持したため、転がり軸受部材の軸方向の位置決めが容易になる。
【００２３】
請求項６記載の発生は、前記ロッカアームのほぼ中央に有する保持孔と該保持孔内に回転自在に保持された前記制御カムとの間に第２の転がり軸受部材を設けたことを特徴としている。
【００２４】
第２の転がり軸受部材によって、制御カムとロッカアームとの間の摩擦抵抗も大巾に低減できるため、制御カムがロッカアームから受ける連れ回り交番トルクも大巾に低減し、制御カム及び制御軸の回転位置制御をさらに安定化させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の可変動弁装置の実施形態を図面に基づいて詳述する。この実施形態の可変動弁装置は、１気筒あたり２つの吸気弁を備えかつ吸気弁のバルリフト量を機関運転状態に応じて可変にする可変機構を備えている。
【００２６】
すなわち、この可変動弁装置は、図１，図２に示すようにシリンダヘッド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に連結ピン４０により固設された偏心回転カムである１つの駆動カム１５と、駆動軸１３の外周面１３ａ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バルブリフター１６，１６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。
【００２７】
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。なお、駆動軸１５は、高強度材で形成されている。
【００２８】
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。
【００２９】
前記駆動カム１５は、耐摩耗材によって一体に形成され、図３にも示すように、ほぼリング状を呈し、円環状のカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられた筒状部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Ｙが駆動軸１３の軸心Ｘから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この駆動カム１５は、駆動軸１３に対し駆動軸挿通孔１５ｃを介して挿通されて前記連結ピン４０により連結固定されていると共に、筒状部１５ｂのカム本体１５ａ側一側面には、三ケ月形の平面部が形成されている。さらに、この駆動カム１５は、図１に示すように駆動軸１３の回転に伴って図中反時計方向（矢印方向）へ回転するようになっている。
【００３０】
前記バルブリフター１６，１６は、有蓋円筒状に形成され、シリンダヘッド１１の保持孔内に摺動自在に保持されていると共に、揺動カム１７，１７が摺接する上面１６ａ，１６ａが平坦状に形成されている。
【００３１】
前記揺動カム１７，１７は、図１及び図７，図８に示すようにほぼ雨滴状を呈し、ほぼ円筒状の基端部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、一方の一端部のカムノーズ部２１側にピン孔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が形成されており、このカム面２２は、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からカムノーズ部２１の先端側に有する最大リフトの頂面２２ｄに連なるリフト面２２ｃとが形成されており、該基円面２２ａとランプ面２２ｂ，リフト面２２ｃ及び頂面２２ｄ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。
【００３２】
すなわち、図５に示すバルブリフト特性からみると、基円面２２ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、ランプ面２２ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２がいわゆるランプ区間となり、さらにランプ面２２ｂのランプ区間θ２から頂面２２ｃまでの所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。また、この揺動カム１７の基端部２０一端面と駆動カム１５との間には、円環状の保持部材４２が設けられている。この保持部材４２は、駆動カム１５の筒状部１５ｂの外径とほぼ同径の外径に形成され、中央孔４２ａを介して駆動軸１３に嵌装保持されている。
【００３３】
前記伝達機構１８は、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。
【００３４】
前記ロッカアーム２３は、図１に示すように中央に有する筒状基部が支持孔２３ｃを介して後述する制御カム３３に回転自在に支持されている。また、筒状基部の外端部に突設された一端部２３ａには、ピン２６が嵌入するピン孔が貫通形成されている一方、基部の内端部に夫々突設された前記他端部２３ｂには、リンクロッド２５の一端部２５ａと連結するピン２７が嵌入するピン孔が形成されている。
【００３５】
また、前記リンクアーム２４は、比較的大径な円環状の一端部である基端部２４ａと、該基端部２４ａの外周面所定位置に突設された他端部である突出端２４ｂとを備え、基端部２４ａの中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体１５ａの外周面にニードルベアリング４３を介して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が貫通形成されている。このピン２６の軸心２６ａがロッカアーム２３の一端部２３ａとの枢支点になっている。
【００３６】
さらに、前記リンクロッド２５は、図１にも示すようにロッカアーム２３側が凹状のほぼく字形状に形成され、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のカムノーズ部２１の各ピン孔に圧入した各ピン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。
【００３７】
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図外のスナップリングが設けられている。
【００３８】
そして、前記駆動カム１５のカム本体１５ａと該カム本体１５ａの外周面１５ｄに嵌合するリンクアーム２４の基端部２４ａの内周面２４ｃとの間に、転がり軸受部材であるニードルベアリング４３が介装されている。このニードルベアリング４３は、図６に示すように円環状の保持器４４と、該保持器４４に回転自在に保持された複数のニードルローラ４５とから構成されている。図６は、理解し易いように、ニードルベアリング４３の約半周分のみを記載しているが、実際は円環状に形成されている。
【００３９】
前記保持器４４は、平板円環状を呈し、巾方向に沿って細長い矩形状の保持孔４４ａが周方向へ等間隔に複数形成されている。一方、各ニードルローラ４５は、各保持孔４４ａ内に回転自在に保持され、各内周縁がカム本体１５ａの外周面１５ｄに転動自在に直接接触していると共に、各外周縁が基端部２４ａの内周面２４ｃに転動自在に直接接触している。
【００４０】
また、このニードルベアリング４３は、図４に示すようにその全体がカム本体１５ａの外周面によって保持されており、保持器４４の両端縁が駆動カム一側面４１ａと保持部材４２の一側面４２ａとによって駆動軸１３方向に挾持されている。ここで、駆動カム１５も保持部材４２も耐摩耗材で形成されているため、保持器４４と摺動しても摩耗の発生が抑制される。
【００４１】
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。
【００４２】
前記制御軸３２は、図２に示すように駆動軸１３と並行に機関前後方向に配設されていると共に、一端部に設けられた図外の電動アクチュエータ２９によって所定回転角度範囲内で回転するようになっている。
【００４３】
また、前記制御カム３３は、円筒状を呈し、図に示すように軸心Ｐ１位置が肉厚部３３ａの分だけ制御軸３２の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。
【００４４】
さらに、前記制御軸３２を回転制御する電動アクチュエータ２９は、機関の運転状態を検出するコントローラ３０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３０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すると共に、制御軸３２の回転位置を検出するポテンショメータ３１からの検出信号により前記電動アクチュエータ２９に制御信号を出力している。
【００４５】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関低速低負荷時には、コントローラ３０からの制御信号によって電磁アクチュエータを介して制御軸３２が時計方向に回転駆動される。このため、制御カム３３は、軸心Ｐ１が図７に示すように制御軸３２の軸心Ｐ２から左上方の回動角度位置に保持され、肉厚部３３ａが駆動軸１３から上方向に離間移動する。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を介してカムノーズ部２１側を強制的に若干引き上げられて全体が反時計方向へ回動する。
【００４６】
したがって、図７Ａ，Ｂ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７Ａに示すように十分小さくなる。
【００４７】
よって、かかる低速低負荷域では、図９に示すようにバルブリフト量が十分に小さくなり、フリクションが低減すると共に、各吸気弁１２の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。
【００４８】
一方、機関高速高負荷時に移行した場合は、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により制御軸３２が反時計方向に回転駆動される。したがって、図８Ａ，Ｂに示すように制御軸３２が、制御カム３３を図７に示す位置から反時計方向へ回転させ、軸心Ｐ１（肉厚部３３ａ）を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム２３は、今度は全体が駆動軸１３方向（下方向）に移動して他端部２３ｂが揺動カム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全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
【００４９】
したがって、揺動カム１７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８Ａ，Ｂに示すように右方向位置（リフト部２２ｄ側）に移動する。このため、図８Ａに示すように駆動カム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８Ａに示すように大きくなる。
【００５０】
よって、かかる高速高負荷域では、カムリフト特性が低速低負荷域に比較して大きくなり、図９に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。
【００５１】
そして、本実施形態によれば、駆動カム１５とリンクアーム２４の基端部２４ａとの間にニードルベアリング４３を介装したため、カム本体１５ａの外周面１５ｄと基端部２４ａ内周面２４ｃとの間の摩擦係数μが充分小さくなる。図１１は、μを変えた時の制御軸に作用するトルクを、横軸駆動軸角度として計算したものであって、ニードルベアリングを用いない場合は、摩擦係数μのばらつきが大きくなり、μοの実線，μ最大の破線の範囲で大きくばらつく。ニードルベアリングを用いれば摩擦係数μが十分小さくなるため、実線と一点鎖線の範囲でしかばらつかない。このため、駆動カム１５の常時円滑な回転が得られることは勿論のこと、制御軸３２のトルク特性のばらつきの発生が防止される。
【００５２】
すなわち、例えば図１に示すように吸気弁１２，１２の前記最大リフト域の開作動時において、バルブスプリングのばね力はバルブリフター１６を介して揺動カム１７にＦｓとして作用し、それにより反時計方向のモーメントＭ1が加わる。このＭ1によりリンクロッド２５にはリンクロッド２５両端部２５ａ，２５ｂの両ピン２７，２８の軸心２７ａ，２８ａを結ぶ方向の反力Ｆ1がピン２８を介して作用して、ロッカアーム２３の一端部２３ａにはこのＦ1がピン２７を介して作用する。したがって、ロッカアーム２３は、このＦ1によりロッカアーム２３の揺動支点中心に反時計回りのモーメントを受けるが、ロッカアーム２３の他端部２３ｂにはＦ2がピン２６を介して作用し、このモーメントと均り合うことになる。
【００５３】
次に、このＦ2の方向について考察すると、このＦ2は、前述のようにニードルベアリング４３による摩擦係数μの大巾な低減により、図１に示すように駆動カム１５の中心Ｙ及びリンクアーム２４の突出端２４ｂとロッカアーム２３とを連係するピン２６の軸心２６ａ（枢支点）を通る直線Ｑにほぼ沿った方向に作用する。また、リンクアーム押圧点Ｐもほぼこの直線上に位置する。この結果、前記力Ｆ1と押圧力Ｆ2とを受けて制御カム３３軸心Ｐ１に作用する反力Ｆｃの方向（矢印）が変動することなくほぼ一定になり、反力Ｆｃの制御軸中心Ｐ2に対するモーメントの腕ｔが常にほぼ一定となる。このため、制御軸３２のトルク特性が、図１１の実線μ＝０と一点鎖線（μ：転がり軸受の最大値例えば０.０１）の間でばらつくだけである。なお、図１では駆動軸１３軸心Ｘと駆動カム中心Ｙを結ぶ直線が前記直線Ｑと一致する最大リフトの瞬間における図で説明したが、別の駆動軸位相でも効果は同様である。
【００５４】
この制御軸３２のトルクが安定化する結果、電動アクチュエータ２９による制御軸３２の回転位置制御の安定化が図れ、例えばかかる最大リフト域から最小リフト域までのリフト制御の安定化が図れる。したがって、機関運転状態に応じて可変機構１９の円滑かつ安定した作動によるバルブリフト制御が得られ、機関性能を十分に発揮させることが可能になる。
【００５５】
また、ニードルベアリング４３は、各ニードルローラ４５が保持器４４のみによって保持されて、内外周縁が駆動カムのカム本体１５ａの外周面１５ｄとリンクアーム２４の基端部２４ａの内周面２４ｃに直接転接するようになっているため、アウタレース等の別異の部材が不要になり、この結果、部品点数の増加が抑制できると共に、リンクアーム基端部２４ａの外径を大きくする必要がなく、リンクアーム２４と制御軸３２等との干渉を防止しつつ装置全体のコンパクト化が図れる。
【００５６】
しかも、ニードルベアリング４３は、駆動カム１５などへの組み付け時に、保持器４４が駆動カムの一側面４１ａと保持部材４２の一側面４２ａとに挾持されるため、軸方向の位置決めが容易になる。
【００５７】
図１０は本発明の第２の実施形態を示し、第１の実施形態の構成を前提として、ロッカアーム２３の支持孔２３ｃの内周面と制御カム３３の外周面との間に、別異の転がり軸受部材である第２のニードルベアリング４６が介装されている。この第２のニードルベアリング４６は、基本構造は前述した第１のニードルベアリング４３と同様に保持器４７とニードルローラ４８とから構成されているが、軸方向（スラスト方向）の自由移動は図外の規制部材によって規制されている。
【００５８】
したがって、この実施形態によれば、ロッカアーム２３の筒状基部と制御カム３３との間の摩擦抵抗も大巾に低減できるため、制御カム３３とロッカアーム２３との相対回動が常時円滑になることは勿論のこと、制御カム３３の外周がロッカアーム２３から受ける連れ回り交番トルクも大巾に低減できる。したがって、制御軸３２のトルク変動の発生をさらに防止することが可能になり、制御軸３２の回転位置制御の安定化がさらに助長される。
【００５９】
なお、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、例えば揺動カム１７が揺動する所定の支軸を、駆動軸とは別のものとしてもよいが、本実施形態のように、駆動軸が兼ねる様に構成すれば、部品点数が減り、コンパクトにできることはいうまでもない。
【００６０】
【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、転がり軸受部材によって駆動カムの外周面とリンクアームの基端部内周面との間の摩擦抵抗が大巾に低減するため、駆動カムの常時円滑な回転が得られることは勿論のこと、制御軸トルク特性のばらつきを大巾に低減でき、もって、該制御軸の安定した回転位置制御が可能になる。このため、バルブリフト制御の安定化が図れ、運転状態に応じた機関性能を十分に発揮させることができる。
【００６１】
請求項２記載の発明によれば、保持器によって保持されたニードルローラの内外周縁を駆動カムの外周面とリンクアーム一端部内周面とに直接転接させるようにしたため、アウタレースなどが不要になり、部品点数の増加の抑制とリンクアーム一端部の内径を大きくする必要がなく、制御軸との干渉等を回避しつつコンパクト化が図れる。
【００６２】
請求項３記載の発明によれば、駆動カムの外周面の摩耗の発生も防止されて、耐久性の向上が図れる。
【００６３】
請求項４記載の発明によれば、リンクロッドにより、機関高回転時における揺動カムの過度な揺動を機械的に抑制することができ、揺動カムのロッカアームへの衝突などが防止でき、高回転域での制御軸のトルク特性も安定化できる。
【００６４】
請求項５記載の発明によれば、保持器の両端縁を駆動カムに形成された一側面と保持部材の一側面とによって挾持したため、転がり軸受部材の軸方向の位置決めが容易になる。
【００６５】
請求項６記載の発明によれば、第２の転がり軸受部材によって制御カムとロッカアームとの間の摩擦抵抗も大巾に低減できるため、制御カムの外周がロッカアームから受ける連れ回り交番トルクも大巾に低減し、制御カム及び制御軸の回転位置制御をさらに安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施態様を示す図２のＡ矢視図。
【図２】本実施態様の要部斜視図。
【図３】本実施形態に供される駆動カムの斜視図。
【図４】本実施形態の部分断面図。
【図５】同揺動カムのカム面のプロフィール特性図。
【図６】本実施形態に供されるニードルベアリングを示す部分斜視図。
【図７】Ａは最小リフト時の開弁状態を示す作用説明図。Ｂは最小リフト時の閉弁状態を示す作用説明図。
【図８】Ａは最大リフト時の開弁状態を示す作用説明図。Ｂは最大リフト時の閉弁状態を示す作用説明図。
【図９】本実施形態のバルブリフト特性図。
【図１０】本実施形態の第２の実施形態を示す断面図。
【図１１】第１実施形態と先願に係る可変動弁装置の駆動カムとリンクアームとの間の摩擦抵抗を比較して示す特性図。
【図１２】従来の可変動弁装置を示す断面図。
【符号の説明】
１２…吸気弁
１３…駆動軸
１５…駆動カム
１５ａ…カム本体
１５ｄ…外周面
１７…揺動カム
２２…カム面
２３…ロッカアーム
２４…リンクアーム
２４ａ…基部
２４ｃ…内周面
２５…リンクロッド
２６…ピン
３２…制御軸
３３…制御カム
４３…ニードルベアリング
４６…第２ニードルベアリング
Claims (6)
- 機関のクランク軸に同期して回転する駆動軸と、
該駆動軸の外周に固定されて、軸心が前記駆動軸の軸心から所定量偏心した駆動カムと、
前記駆動軸に揺動自在に支持されて、機関弁をバルブスプリングのばね力に抗して開作動させる揺動カムと、
円環状の基端部が前記駆動カムの外周に摺動自在に軸支されたリンクアームと、
前記駆動軸とほぼ平行に配設された制御軸に揺動自在に設けられて、一端部が前記リンクアームの基端部の外周面から突出した突出端に回転自在に連係し他端部が前記揺動カムに回転自在に連係するロッカアームと、
前記制御軸の外周に軸心が偏心状態に固定され、外周に前記ロッカアームのほぼ中央に有する支持孔を回転自在に嵌合させ、前記制御軸の回転位置に応じて前記ロッカアームの揺動支点を変化させる制御カムと、を備え、
前記ロッカアームの揺動支点の変化に応じて、前記揺動カムのカム面の機関弁に対する当接位置を変化させて機関弁のバルブリフトを可変にする内燃機関の可変動弁装置において、
前記駆動カムの外周面とリンクアームの基端部の内周面との間に、転がり軸受部材を介装したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 前記転がり軸受部材を、ほぼ円環状の保持器と、該保持器に保持されて駆動カムの外周面とリンクアーム一端部の内周面に直接転接する複数のニードルと、から構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記駆動軸と駆動カムとを別体に形成し、該駆動カムを駆動軸に固定すると共に、駆動カムを耐摩耗材で形成したことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記ロッカアームの他端部と揺動カムとを、リンクロッドによって機械的に連係したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記駆動カムの外周面に、前記転がり軸受部材を嵌合保持すると共に、駆動カムに形成された一側面と共働して転がり軸受部材の保持器を駆動軸方向に挾持する保持部材を設けたことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記ロッカアームのほぼ中央に有する保持孔と該保持孔内に回転自在に保持された前記制御カムとの間に第２の転がり軸受部材を設けたことを特徴とする請求項１〜５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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