JP3959217B2

JP3959217B2 - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP3959217B2
Application number: JP35394599A
Authority: JP
Inventors: 信中村; 常靖野原
Original assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2019-12-14
Also published as: JP2001164912A

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、特開平１０−２８０９３１号公報などに記載されたものがある
図１３及び図１４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し、シリンダヘッド５０上の軸受６２に回転自在に支持された駆動軸５１と、該駆動軸５１の外周に固定された雨滴状の駆動カム５２と、駆動カム５２側部の駆動軸５１に揺動自在に支持されて、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が摺接する揺動カム５６と、駆動カム５２の回転リフト量を揺動カム５６に伝達するロッカアーム５７とを備えている。そして、吸気弁５３は、揺動カム５６の揺動力とバルブスプリング６０のばね力によって開閉作動するようになっている。
【０００３】
前記ロッカアーム５７は、ほぼく字形状に折曲形成されて、一端部５７ａの下面が前記駆動カム５２の外周面に当接している一方、他端部５７ｂの折曲先端部が前記揺動カム５６の上端部５６ｂ上面に摺接自在に当接している。また、このロッカアーム５７は、中央に有する筒状基部５７ｃが制御機構によって揺動支点が変化させられるようになっている。
【０００４】
前記制御機構は、ロッカアーム５７の基部５７ｃに有する支持孔５７ｄ内を挿通した制御軸５８と、該制御軸５８の外周に固定されて、前記支持孔内を回転自在に配置された制御カム５９と、前記制御軸５８を機関運転状態に応じて回転制御する図外のアクチュエータとから構成されている。
【０００５】
前記制御カム５９は、その軸心Ｐ１が制御軸５８の軸心Ｐ２から所定量偏心して設けられており、その回転位置に応じてロッカアーム５７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のリフト量を可変制御するようになっている。
【０００６】
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、アクチュエータによって制御軸５８を例えば図中反時計方向へ回転させて、制御カム５９を同方向へ回転させることにより、ロッカアーム５７の揺動支点位置を図示の位置から左上方へ移動させる。これにより、ロッカアーム５７全体が左上方に移動して揺動カム５６のカムノーズ部５６ａ側の端部を捩りスプリング６３が引き上げ、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。
【０００７】
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５８を介して制御カム５９を図示の位置に時計方向に回転制御するため、ロッカアーム５７の揺動支点が図示のように右下方に移動する。これにより、揺動カム５６は、バルブリフター５４上面との当接位置がリフト頂面５５ｂ側に移動するため、図１４に示すように吸気弁５３のリフト量が最大リフト（Ｌ２）となるように制御される。
【０００８】
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。
【０００９】
【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５９の回転位置に応じてロッカアーム５７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、作動中において駆動軸５１の回転角度に応じてロッカアーム５７を介して前記制御軸５８が受ける正逆の回転モーメントによる制御機構のへの影響については何ら考慮されていない。
【００１０】
すなわち、図１３に示すように、駆動軸５１の回転に伴い駆動カム５２がリフトを開始した際には、ロッカアーム５７の一端部５７ａが駆動カム５２側から受ける第１の荷重（ｆ１）方向と、ロッカアーム５７の他端部５７ｂがバルブスプリングのばね反力により揺動カム５３側から受ける第２の荷重（ｆ２）方向との交点がＡ点になっている。
【００１１】
そして、制御カム５９には、該制御カム５９の中心Ｐ１とＡ点とを結ぶ方向に前記第１、第２荷重ｆ１，ｆ２の合成荷重Ｆが作用するが、この線分Ｐ１−Ａは、制御軸５８の軸心Ｐ２とＡ点を結ぶ線分Ｐ２−Ａよりも図中左側、つまり反時計方向側に位置している。したがって、制御軸５８には、図中時計方向の回転モーメントが発生する。
【００１２】
また、図１４に示すように、駆動カム５２が回転してバルブリフトを最大バルブリフトになったときは、制御カム５９の線分Ｐ１−Ａは、線分Ｐ２−Ａに対して時計方向に位置することになる。したがって、制御軸５８には、今度は反時計方向の回転モーメントが発生する。
【００１３】
このように、制御軸５８は、バルブスプリング６０のばね力や駆動カム５２の回転力によって発生する軸心回りの回転モーメントが駆動カム５２の回転角度によって正逆に切り替わるようになるため、制御軸５８を回転駆動させる制御機構にガタ音が発生し易くなる。
【００１４】
特に、バルブリフトが最大になる制御軸５８の回転位相においては、第１、第２荷重ｆ１，ｆ２が大きく、その結果、荷重Ｆも大きくなるので、制御機構に発生する前記ガタ音も大きくなり、比較的大きな騒音の発生する恐れがあると共に、制御カム５９の外周面とロッカアーム５７の支持孔５７ｄの内周面との間が摩耗してしまう恐れもある。
【００１５】
【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し、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、所定の支軸に揺動自在に支持されて、バルブスプリングのばね力に抗して機関弁を開作動させる揺動カムと、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、一端部が前記駆動カムに連係し他端部が前記揺動カムに連係したロッカアームと、前記制御軸の外周に軸心が偏心状態に固定されて、制御軸の回転位置に応じて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、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、前記駆動カムの回転に伴い該駆動カム側からロッカアームの一端部に作用する第１の荷重方向線と前記揺動カムを介してバルブスプリングのばね反力がロッカアームの他端部に作用する第２の荷重方向線との交点を求め、前記制御カムにより機関弁のバルブリフトが少なくとも最大リフトに制御された場合において、前記交点と前記制御カムの軸心とを結ぶ線が、前記駆動軸の回転角度位置に拘わらず前記交点と前記制御軸の軸心とを結ぶ線よりも常にロッカアーム一端部側あるいは他端部側に位置するように前記制御軸と制御カムを配置し、前記交点から制御カムの軸心を通る方向へ荷重が作用した際に、制御軸に対して該制御軸の軸心の回りに受ける回転モーメント方向と同方向へ回転付勢する付勢手段を設けたことを特徴としている。
【００１６】
したがって、本発明によれば、制御カムに大きな荷重が作用する最大バルブリフト制御時の回転位相において、駆動軸の回転に伴い制御軸に作用する回転モーメントの大きな正逆変化を抑制することができるため、制御機構でのガタ音の発生を抑制できる。
しかも、付勢手段により制御軸が回転モーメントと同方向に付勢されることにより、該回転モーメント方向の正逆変化をさらに抑制することが可能になる。
【００１７】
請求項２記載の発明は、機関弁のバルブリフトが最小から最大リフトの全ての制御範囲内において、前記交点と前記制御カムの軸心とを結ぶ線が、前記駆動軸の回転角度位置に拘わらず前記交点と前記制御軸の軸心とを結ぶ線よりも常にロッカアーム一端部側あるいは他端部側に位置するように構成したことを特徴としている。
【００１８】
この発明によれば、駆動軸の回転に伴い制御軸に作用する回転モーメントの正逆変化を、全ての運転領域で抑制することが可能になり、全ての運転領域で制御機構のガタ音を抑制できる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、前記ロッカアームの基部に形成された支持孔の内周面と該支持孔の内周面に回転自在に配置された前記制御カムの外周面との間に、転がり軸受部材を介装したことを特徴としている。
【００２０】
この発明によれば、ロッカアームの揺動に起因して制御カムが受ける正逆変化を伴う連れ回りモーメントを、転がり軸受部材によって効果的に低減することができる。これによって、制御軸の回転モーメントの正逆変化をさらに抑制できる。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、前記駆動カムとロッカアーム一端部とを互いに回転自在に枢支したリンクアームによって連係したことを特徴としている。
【００２４】
この発明によれば、ロッカアームの一端部が駆動カム側から受ける第１の荷重方向の変化をリンクアームによって小さくさせることができるため、前記回転モーメント方向の変化をさらに抑制できる。
【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３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、バルブスプリング３４のばね力によって閉方向に付勢された一対の吸気弁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に摺接する揺動カム１７と、駆動カム１５と揺動カム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、図２及び図３に示すように耐摩耗材によって一体に形成され、円環状のカム部１５ａと、該カム部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、図１に示すようにカム部１５ａの中心Ｙが駆動軸１３の軸心Ｘから径方向へ所定量βだけオフセットしている。また、この駆動カム１５は、図３に示すように、駆動軸１３に対し直径方向から挿通された連結ピン４０により連結固定されている。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の後述するカム本体１７ａ，１７ａ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は、図１及び図２に示すようにほぼ円筒状の基端部２０の両端部に一体に設けられたほぼ雨滴状の一対のカム本体１７ａ，１７ａを備え、基端部２０の内部軸方向に形成された支持孔２０ａに挿通した駆動軸１３に全体が揺動自在に支持されていると共に、一方の一端部側に有するカムノーズ部２１にピン孔が貫通形成されている。また、各カム本体１７ａの下面には、それぞれカム面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４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２２ｄ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、図３に示すように駆動カム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４２ｂ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の二股状の他端部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２３ｃが支持孔２３ｄ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２３ｃ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２３ｃの内端部に突設された他端部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貫通形成されている。
【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のカム部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とカム本体１７ａのカムノーズ部２１の各ピン孔に圧入した各ピン２７，２８が挿通するピン挿通孔２５ｃ，２５ｄが貫通形成され、これらピン２７、２７によって回転自在に支持されている。
【００３７】
また、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と共に、各ピン２７、２８の軸心２７ａ，２８ａが、リンクロッド２５の両端部２５ａ，２５ｂとロッカアーム２３の他端部２３ｂ及び揺動カム１７のカムノーズ部２１との枢支点になっている。
【００３８】
また、前記駆動カム１５のカム部１５ａと該カム部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第１の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、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。
【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、保持孔４４ａ内に回転自在に保持され、各内周縁がカム部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３に示すようにその全体がカム部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】
一方、ロッカアーム２３の支持孔２３ｄ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。
【００４２】
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。
【００４３】
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ウォーム歯車であるウォームホィール３５ａとウォームギア３５ｂを介して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。
【００４４】
前記制御カム３３は、円筒状を呈し、図１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。
【００４５】
さらに、制御軸３２と制御カム３３を中心とした伝達機構１８全体の特異な配置構成によっていずれの機関運転状態においても制御軸３２に対する回転モーメント方向をほぼ一定にするように設定されている。
【００４６】
すなわち、ロッカアーム一端部２３ａ（前記枢支点２６ａ）が駆動カム１５の回転力によりリンクアーム２４を介して駆動カム１５側から受ける第１荷重ｆ１の方向線Ｚ１と、ロッカアーム他端部２３ｂ（前記枢支点２７ａ）がバルブスプリング３４のばね力によりバルブリフター１６を介して揺動カム１７側から受ける第２の荷重ｆ２の方向線Ｚ２の交点をＡ点としたとき、該Ａ点と前記制御カム３３の中心Ｐ１を結ぶ線Ｑ１が、Ａ点と前記制御軸３２の軸心Ｐ２を結ぶ線Ｑ２に対して、駆動軸１３のどの回転角度位置に拘わらず常にロッカアーム２３の一端部２３ａ側（枢支点２６ａ側）に位置するように設定されている。
【００４７】
また、前記制御軸３２を回転制御する電動アクチュエータ２９は、図２に示すように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。
また、前記制御軸３２とシリンダヘッド側面７０との間には、前記制御軸３２を前記回転モーメントＭｃと同方向に付勢する付勢手段であるコイルスプリング７１が設けられている。
【００４８】
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５に示すように制御軸３２の軸心Ｐ２から左下方の回動角度位置に保持され、肉厚部３３ａが駆動軸１３から枢支点２６ａ側に離間移動する。このため、ロッカアーム２３は、全体が駆動軸１３に対して左上方向へ移動し、このため、各カム本体１７ａ，１７ａ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。
【００４９】
したがって、図５，図６に示すように、吸気弁１２、１２の開閉作動中において、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は十分小さくなる。なお、図５は揺動カム１７の最大揺動時を示し、図６は最小揺動時を示している。
【００５０】
よって、かかる低速低負荷域では、図１２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。
【００５１】
また、この低速低負荷時における第１、第２荷重方向線Ｚ１、Ｚ２の交点であるＡ点と制御カム３３の中心Ｐ１とを結ぶ線Ｑ１が、Ａ点と制御軸３２の軸心Ｐ２を結ぶＱ２よりも枢支点２６ａ側に位置している。ここで、前記第１荷重ｆ１と第２荷重ｆ２の合成荷重ＦはＱ１方向に作用するので、制御軸３２に発生する回転モーメントＭｃは、図１１に示すように、駆動カム１５の偏心回転による吸気弁１２の開閉作動中、つまり、駆動軸１３のいずれの回転角度位置においても常に時計方向に発生乃至ほぼ零となる。なお、モーメントＭｃがほぼ零になるのは、図６のようなバルブリフト零区間であり、Ｆが零近くになるためである。
【００５２】
したがって、制御軸３２に対する大きな回転モーメントの正逆変化が抑制されて、ウォームホィール３５ａとウォームギア３５ａとの間に形成されたバックラッシ隙間に起因したガタ音の発生を十分に防止できる。
【００５３】
一方、機関運転状態が低速低負荷から中速中負荷さらに高速高負荷時に移行した場合は、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２９によりウォーム歯車３５ａ，３５ｂを介して制御軸３２が反時計方向に回転駆動される。したがって、図１、図７から図１０に示すように、制御カム３３は、図５、図６に示す位置から反時計方向へ回転して、軸心Ｐ１（肉厚部３３ａ）が下方向へ移動する。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がリンクロッド２５を介して揺動カム１７のカムノーズ部２１を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。
【００５４】
したがって、各カム本体１７ａ，１７ａの各バルブリフター１６上面１６ａに対するカム面２２の当接位置が図７〜図１０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９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は大きくなる。
【００５５】
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１２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。
【００５６】
そして、この最大バルブリフトの運転領域においても、図７に示す吸気弁１２の閉弁時から図８に示す吸気弁１２の中間開度時、さらにここから図９に示す吸気弁１２の全開開度時、さらには、そこから開度が小さくなった図１０に示す中間開度から図７に示す閉弁されたすべての開閉作動時において、第１、第２荷重方向線Ｚ１、Ｚ２の交点であるＡ点と制御カム３３の中心Ｐ１とを結ぶ線Ｑ１が、Ａ点と制御軸３２の軸心Ｐ２を結ぶＱ２よりも枢支点２６ａ側に位置している。したがって、前記第１荷重ｆ１と第２荷重ｆ２の合成荷重ＦはＱ１方向に作用するので、制御軸３２に発生する回転モーメントＭｃは、同じく図１１に示すように、駆動カム１５の偏心回転による吸気弁１２の開閉作動中、つまり、駆動軸１３のいずれの回転角度位置においても常に時計方向に発生乃至ほぼ零となる。
【００５７】
したがって、特に制御カム３３に大きな荷重が作用するかかる最大バルブリフト制御時における制御軸３２に対する大きな回転モーメントの変化が抑制されて、ウォームホィール３５ａとウォームギア３６ｂとの間のバックラッシ隙間に起因したガタ音の発生を十分に防止できる。
また、この実施形態によれば、制御軸３２は、コイルスプリング７１のばね力によって常に回転モーメントＭｃ方向へ付勢されているため、さらに制御軸３２のモーメントＭｃの反転を一層確実に防止でき、この結果、ウォーム歯車３５ａ，３５ｂ間のガタ音をさらに効果的に抑制することが可能になる。
【００５８】
しかも、前記ロッカアーム２３と制御カム３３との間に設けられたニードルベアリング４６によって、ロッカアーム２３の揺動に起因して基部２３ｃの支持孔２３ｄ内周面から制御カム３３が受ける連れ回りモーメントを効果的に低減することができるため、制御軸３２の前記回転モーメント方向の正逆変化を抑制することが可能になり、前記ウォーム歯車間のガタ音をさらに抑制することが可能になる。
【００５９】
すなわち、ロッカアーム２３の揺動について図７から図１０に基づいて考察してみると、まず、図７の吸気弁１２の閉弁時から図８に示すように吸気弁１２の開弁時（リフト上昇時）には、ロッカアーム２３が図中時計方向に揺動しており、したがって、制御カム３３は、ロッカアーム２３の支持孔内周面によって時計方向の連れ回り摺動摩擦抵抗を受ける。また、逆に図９から図１０に示す閉弁時（リフト下降時）には、ロッカアーム２３が図中反時計方向に揺動しており、したがって、制御カム３３は、ロッカアーム２３の支持孔内周面によって反時計方向への連れ回り摺動摩擦抵抗を受ける。
【００６０】
このため、開弁区間（リフト上り区間）では、前記時計方向の摺動摩擦抵抗モーメントの分だけ制御軸３２に時計方向の回転モーメントＭｃが増加する。この結果、ウォーム歯車３５ａ，３５ｂ間の摩耗が発生し易くなる。
【００６１】
一方、閉弁区間（リフト下り区間）では、前記反時計方向の摺動摩擦抵抗モーメントの分だけ制御軸３２に時計方向の回転モーメントＭｃが低減し、したがって、該時計方向の回転モーメントＭｃの方向へ反転し易くなる。
【００６２】
そこで、本実施形態のように、支持孔と制御カム３３との間に第２のニードルベアリング４６を設けることによって、前述のような連れ回り摺動摩擦抵抗の発生が低減されるため、制御軸３２の回転モーメントの反転を抑制でき、ウォーム歯車３５ａ，３５ｂ間のガタ音の発生を防止できると共に、回転モーメントＭｃの増加を防止でき、これによって、ウォーム歯車３５ａ，３５ｂ間の摩耗の発生も抑制できる。
【００６３】
ところで、本実施形態では、第１荷重ｆ１の方向線Ｚ１はロッカアーム一端部２３ａ側の枢支点２６ａと駆動カム１５の中心Ｙを結ぶ直線方向であり、この駆動カム１５の中心Ｙの位置は、図７から図１０に示すように、駆動カム１５の小さな偏心量βの回動に伴い位置が変化するだけであるため、Ｚ１の方向の変化も小さい。したがって、制御軸３２の回動モーメントＭｃの方向が反転する現象が発生しにくいといった利点もある。
【００６４】
また、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、第１ニードルベアリング４３を介装したため、カム部１５ａの外周面１５ｄと、基部２４ａ内周面２４ｃとの間の摩擦係数μが充分小さくなる。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、制御軸のトルク特性のばらつきの発生が防止される。
【００６５】
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。
【００６６】
また、第１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部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。
【００６７】
しかも、第１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。
【００７０】
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。また、制御機構は、ウォーム歯車３５ａ，３５ｂばかりか油圧シリンダなどで構成したものでもよい。
【００７１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１記載の発明によれば、制御カムに大きな荷重が作用する最大バルブリフト制御時の制御軸位相において、制御軸に作用する回転モーメントの大きな正逆変化を抑制することができるため、制御機構でのガタ音の発生を抑制できる。
しかも、付勢手段により制御軸が回転モーメントと同方向に付勢されることにより、該回転モーメントの正逆変化をさらに抑制することが可能になる。
【００７２】
請求項２記載の発明によれば、制御軸に作用する回転モーメントの正逆変化を、全ての運転領域で抑制することが可能になる。
【００７３】
請求項３記載の発明よれば、ロッカアームの揺動に起因して制御カムが受ける連れ回りモーメントを、転がり軸受部材によって効果的に低減することができる。これによって、制御軸の回転モーメントの正逆変化をさらに抑制することが可能になる。
【００７５】
請求項４に記載の発明によれば、ロッカアームの一端部が駆動カム側から受ける第１の荷重方向の変化をリンクアームによって小さくさせることができるため、制御軸の回転モーメントの正逆変化を抑制することができる。
【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】本実施形態の部分断面図。
【図４】本実施形態に供される揺動カムのカム面のプロフィール特性図。
【図５】最小バルブリフト制御時における吸気弁の開弁時の荷重方向を示す説明図。
【図６】最小バルブリフト制御時における吸気弁の閉弁時の荷重方向を示す作用説明図。
【図７】最大バルブリフト制御時における吸気弁の閉弁時の荷重方向を示す作用説明図。
【図８】最大バルブリフト制御時における吸気弁の開作動中の荷重方向を示す作用説明図。
【図９】最大バルブリフト制御時における吸気弁の最大開弁時の荷重方向を示す作用説明図。
【図１０】最大バルブリフト制御時における吸気弁の閉弁作動中の荷重方向を示す作用説明図
【図１１】第１実施形態における制御軸に作用する回転モーメントと駆動軸の回転角度との関係を示す特性図。
【図１２】本実施形態のバルブリフト特性図。
【図１３】従来の可変動弁装置における制御軸に作用する荷重方向を示す説明図。
【図１４】従来の可変動弁装置における制御軸に作用する荷重方向を示す説明図。
【符号の説明】
１２…吸気弁
１３…駆動軸
１５…駆動カム
１７…揺動カム
２３…ロッカアーム
２３ａ…一端部
２３ｂ…他端部
２３ｃ…基部
２４…リンクアーム
２５…リンクロッド
２６、２７…ピン
２６ａ、２７ａ…枢支点
３２…制御軸
３３…制御カム
４６…第２ニードルベアリング
７１…コイルスプリング（付勢手段）
Ｐ１…制御カムの中心
Ｐ２…制御軸の軸心
Ａ点…交点
Ｚ１…第１荷重方向線
Ｚ２…第２荷重方向線

Claims

機関のクランク軸に同期して回転し、外周に駆動カムが設けられた駆動軸と、
所定の支軸に揺動自在に支持されて、バルブスプリングのばね力に抗して機関弁を開作動させる揺動カムと、
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、一端部が前記駆動カムに連係し他端部が前記揺動カムに連係したロッカアームと、
前記制御軸の外周に軸心が偏心状態に固定されて、制御軸の回転位置に応じて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、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前記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、
前記駆動カムの回転に伴い該駆動カム側からロッカアームの一端部に作用する第１の荷重方向線と前記揺動カムを介してバルブスプリングのばね反力がロッカアームの他端部に作用する第２の荷重方向線との交点を求め、前記制御カムにより機関弁のバルブリフトが少なくとも最大リフトに制御された場合において、前記交点と前記制御カムの軸心とを結ぶ線が、前記駆動軸の回転角度位置に拘わらず前記交点と前記制御軸の軸心とを結ぶ線よりも常にロッカアーム一端部側あるいは他端部側に位置するように前記制御軸と制御カムを配置し、
前記交点から制御カムの軸心を通る方向へ荷重が作用した際に、制御軸に対して該制御軸の軸心の回りに受ける回転モーメント方向と同方向へ回転付勢する付勢手段を設けたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
機関弁のバルブリフトが最小から最大リフトの全ての制御範囲内において、前記交点と前記制御カムの軸心とを結ぶ線が、前記駆動軸の回転角度位置に拘わらず前記交点と前記制御軸の軸心とを結ぶ線よりも常にロッカアーム一端部側あるいは他端部側に位置するように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。
前記ロッカアームのほぼ中央に有する基部に形成された支持孔の内周面と該支持孔の内周面に回転自在に配置された前記制御カムの外周面との間に、転がり軸受部材を介装したことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の可変動弁装置。
前記駆動カムとロッカアーム一端部とを互いに回転自在に枢支したリンクアームによって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。