JP4006158B2 - 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、機関弁である吸気弁や排気弁の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例えば特願平９−３０５１２０号に記載されたものがある。
【０００３】
図１５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が固設されていると共に、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。この揺動カム５６は、基端部に形成された保持孔５６ａを介して駆動軸５１の外周面に揺動自在に支持されている。
【０００４】
前記伝達機構は、揺動カム５６の上方に配置されて、後述の制御軸５７に制御カム６４を介して揺動自在に支持されたロッカアーム５８と、円環状の一端部５９ａが駆動カム５２の外周面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。
【０００５】
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化させて、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。
【０００６】
すなわち、機関運転状態が、高回転高負荷域である場合は、図外のアクチュエータが制御軸５７を介して制御カム６４を一方向へ回転させて、制御カム６４を同方向へ回転させるため、ロッカアーム５８の揺動支点が駆動軸５１に近づく方向に移動する。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上面の当接位置がリフト部５５ｃ側に移動するため、吸気弁５３のバルブリフト特性が最大となるように制御される。
【０００７】
一方、低回転低負荷域に移行した場合は、図外のアクチュエータによって制御軸５７を他方向へ回転させて、制御カム６４も同方向へ回転させることにより、図１５に示すようにロッカアーム５８の揺動支点位置を駆動軸より離れる方向へ移動させる。これにより、ロッカアーム５８とリンクロッド６１との枢支点が上方に移動して揺動カム５６のカムノーズ部側の端部５６ａ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リフト部５５ｃから離れる方向に移動する。したがって、吸気弁５３は、そのバルブリフト特性が最小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、前記先願に係る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、制御軸５７の回転位置制御による制御カム６４を介したロッカアーム５８の揺動姿勢、特に揺動カム５６とリンクロッド６１との作動姿勢の不具合点については十分に考慮されていなかった。
【００１０】
すなわち、吸気弁５３の最大バルブリフト制御時には、制御軸５７の回転位置によって制御カム６４の肉厚部６４ａが駆動軸５１に接近する位置に回動制御されて、前述のようにロッカアーム５８の揺動支点も駆動軸５１に近づく方向に移動するため、吸気弁５３の開閉作動中におけるロッカアーム５８の他端部５８ｂとリンクロッド６１の一端部６１ａとを連結するピン６２の軸心Ｚ１と、リンクロッド６１の他端部６１ｂと揺動カム５６とを連結するピン６３の軸心Ｚ２とを結ぶ直線Ｑ１と、揺動カム５６の枢支点（駆動軸５１の軸心Ｘ）と前記ピン６３の軸心Ｚ２を結ぶ直線Ｑ２との間の開き角度θは十分に小さくなって屈曲状になっている。
【００１１】
しかし、最小バルブリフトの制御領域では、制御カム６４の肉厚部６４ａが図示のように駆動軸５１から離間してロッカアーム５８の揺動支点も駆動軸５１から離れる方向へ移動するため、揺動カム５６が最上方に跳ね上がったときにおける前記両ピン６２，６３間を結ぶ直線Ｑ１と駆動軸５１の軸心Ｘとピン６３を結ぶ直線Ｑ２との間の開き角度θが大きくなってほぼ直線に近い角度に伸びて、揺動カム５６とリンクロッド６１との間がロック状態になるおそれがある。
【００１２】
この揺動カム５６とリンクロッド６１とのロック原因を、図１５に基づいて簡単に解析すると、揺動カム５６が最上方位置から下方向に図中右回りに回動しようとする際に、揺動カム５６に加わる力をＦとすると、揺動カム５６の枢支点（駆動軸の軸心Ｘ）の図中右回りのモーメントＭ１は、Ｆ×Ｌ（軸心ＸからベクトルＦへ降ろした垂線の長さ）の式によって表される。これに対する反力は、ＦｎとμＦｎ（μは摩擦係数）に分力される。そして、μＦｎによるＸ点の左回りのモーメントＭ２は、μＦｎ×ｒの式で表される（ｒは揺動カム５６の保持孔５６ａ半径）。
【００１３】
したがって、Ｆ×Ｌ（Ｍ１）とμＦｎ×ｒ（Ｍ２）との力関係は両直線Ｑ１，Ｑ２間の開き角度θによって左右され、この開き角度θが小さい場合は、モーメントＭ１よりもＭ２の方が小さくなるので揺動カム５６とリンクロッド６１の円滑な回動が得られるものの、開き角度θが大きくなり、ほぼ１８０°近くになるとモーメントＭ１よりもＭ２の方が大きくなるため、揺動カム５６がリンクロッド６１により円滑に押し下げられない現象、すなわち、両者５６，６１間のロック現象が発生し易くなるのである。この結果、揺動カム５６が最上方位置から下方に回動を開始する際、リンクロッド６１と揺動カム５６の円滑な回動が阻害されてしまうといった問題を招来する。なお、前記Ｆは、揺動カム５６の慣性トルクの反力として発生するものである。
【００１４】
【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、支軸に揺動自在に支持されて、カム面がバルブリフター上面を摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、揺動自在に支持されて、一端部が前記駆動カムに機械的に連係したロッカアームと、一端部がピンによって前記ロッカアームの他端部に回転自在に連結され、他端部がピンによって前記揺動カムに回転自在に連結されたリンクロッドと、前記ロッカアームの揺動支点位置に設けられた制御カムの回転位置を、制御軸を介して制御することによって前記ロッカアームの揺動支点を変化させる可変機構と、を備え、前記駆動軸を介して前記駆動カムを回転駆動させることにより、前記ロッカアームとリンクロッドを介して前記揺動カムのリフト側と引き上げ側の両方の作動を強制的に行い、前記機関弁の開閉作動を行うと共に、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バルブリフター上面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であって、前記機関弁が前記可変機構により最小バルブリフトに制御され、かつ前記揺動カムのカムノーズ部側が最大に引き上げられた際に、前記支軸の軸心と揺動カムとリンクロッドが連結された第１枢支点とを結ぶ直線と、前記第１枢支点とリンクロッドとロッカアームが連結された第２枢支点とを結ぶ直線との間の開き角度を、所定角度以下に規制する規制機構を設けたことを特徴としている。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記規制機構は、前記ロッカアームを制御カムを介して揺動自在に支持する可変機構の制御軸の一方向の最大回転位置を規制するストッパ部材によって構成したことを特徴としている。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記ロッカアームと揺動カムとの間に、前記規制機構によって規制される開き角度よりも大きな開き角度位置を規制する第２の規制機構を設けたことを特徴としている。
【００１７】
請求項４記載の発明にあっては、前記規制機構が、前記揺動カムのカム面に有するベースサークル領域の延長部位に突起部を設けてなり、前記可変機構による最小リフト制御時の機関弁の最大開度時において、前記突起部がバルブリフター上面を介してバルブスプリングのばね反力を受けて前記両直線間の開き角度を所定角度以下に規制することを特徴としている。
【００１８】
請求項５記載の発明は、前記突起部を、前記カム面のベースサークル端縁から漸次立ち上がるテーパ面に形成したことを特徴としている。
【００１９】
請求項６記載の発明は、前記突部を、カム面の幅方向のほぼ中央位置に形成すると共に、カム面の幅長よりも小さく形成したことを特徴としている。
【００２０】
請求項７記載の発明は、前記揺動カムがベースサークル域から前記突部まで揺動した際に、気筒内への燃料供給を停止する制御回路を設けたことを特徴としている。
【００２１】
【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つの吸気弁を備えた内燃機関に適用したものを示している。
【００２２】
すなわち、この可変動弁装置は、図１，図４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１２ａ，１２ａのばね力により閉弁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に圧入等により固設された駆動カム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の上面１６ａ，１６ａに摺接して各吸気弁１２，１２を開作動させる一対の揺動カム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（開弁力）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。
【００２３】
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。
【００２４】
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によって共締め固定されている。
【００２５】
前記駆動カム１５は、図５にも示すように、ほぼ円環状のカム本体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、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、カム本体１５ａの外周面１５ｄが偏心円のカムプロフィールに形成されている。
【００２６】
各バルブリフター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、前記揺動カム１７、１７が摺接する各上面１６ａ、１６ａが平坦状に形成されている。
【００２７】
前記各揺動カム１７は、図１，図４に示すように同一形状のほぼ雨滴状を呈し、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、一端部のカムノーズ部２１側にピン孔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とを有しており、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。
【００２８】
すなわち、図６に示すバルブリフト特性からみると、図１に示すように基円面２２ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間（領域）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。
【００２９】
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。
【００３０】
前記ロッカアーム２３は、図４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に揺動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前記一端部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、筒状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。
【００３１】
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が貫通形成されている。
【００３２】
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が貫通形成されており、前記ピン２８の軸心が揺動カム１７の枢支点になっている。
【００３３】
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。
【００３４】
前記可変機構１９は、図４に示すように駆動軸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。
【００３５】
前記制御軸３２は、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機構３７を介してアクチュエータである電動モータ３４（ＤＣモータ）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。
【００３６】
また、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の位置が肉厚部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。
【００３７】
そして、前記軸受１４と制御軸３２との間には、制御軸３２の最小バルブリフト制御における過度な回転を規制する第１規制機構４０が設けられている。この第１規制機構４０は、図１〜図３に示すように、制御軸３２に径方向から突設されたストッパピン４１と、軸受１４のサブブラケット１４ｂの一側面に制御軸３２の軸方向に沿って突設されて、前記制御軸３２による最小バルブリフト制御時において前記ストッパピン４１が当接して最大回動位置を規制する第１ストッパピン突部４２とから構成されている。
【００３８】
前記ストッパピン４１は、図３に示すように基端部４１ａが制御軸３２の内部径方向に穿設された固定用孔内に圧入固定されていると共に、制御軸３２の周方向の突設位置が第１ストッパ突部４２との相対的な角度位置関係で設定されるようになっている。
【００３９】
すなわち、ストッパピン４１は、図１に示すように、後述する制御軸３２の回転制御位置により吸気弁１２が最小バルブリフト制御された状態で揺動カム１７が最上方に跳ね上がった際に形成される両ピン２７，２８の軸心Ｚ１，Ｚ２を結ぶ直線Ｑ１と、駆動軸１３の軸心Ｘとピン２８の軸心Ｚ２とを結ぶ直線Ｑ２との間の開き角度が、両者１７，２５のロックを十分に回避し得る開き角度θ４（本実施形態では約１６５°）となる位置に設定されている。
【００４０】
また、ロッカアーム２３の筒状基部の揺動カム１７側の外面には、第２の規制機構４３が設けられている。この第２の規制機構４３は、図１に示すようにロッカアーム２３の筒状基部の外面に突設されて揺動カム１７のカムノーズ部２１側の上面に当接してそれ以上の揺動を規制する突起部４４により構成されている。この突起部４４は、球面状を呈し、その突出量は揺動カム１７が当接した際（図中２点鎖線）に、前記第１規制機構４０によって規制された開き角度θ４よりも若干大きくなるが前述のロックを回避可能な開き角度θ５となる大きさに設定されている。
【００４１】
さらに、前記第１規制機構４０と反対側の位置に、制御軸３２の反対方向の最大回転位置、つまり最大バルブリフト制御時の最大回転位置を規制する第３規制機構４５が設けられている。この第３規制機構４５は、前記ストッパピン４１の回動位置を規制する第３ストッパ突部４６を備えている。この第３ストッパピン突部４６は、制御軸３２を挟んで第１ストッパ突部４２と反対側のサブブラケット１４ｂ一側面に制御軸３２の軸方向に沿って突設されている。また、この第３ストッパ突部４６は、制御軸３２が最大バルブリフト制御時における図１及び図３中反時計方向の最大回転位置、つまり、この時点でも過回転により発生するおそれがある揺動カム１７とリンクロッド２５間のロックを回避し得る開き角度となるようにその突設位置が設定されている。
【００４２】
また、前記制御軸３２を第１，第２の回転角度位置の範囲内で回転制御する電動モータ３４は、機関の運転状態を検出するコントローラ３５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３５は、クランク角センサやエアーフローメータ，水温センサ及び制御軸３２の回転位置を検出する。ポテンションメータ３６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、前記電動モータ３４に制御信号を出力している。
【００４３】
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３５からの制御信号によって電動モータ３４を介して制御軸３２が図１に示す時計方向にストッパピン４１が第１ストッパ突部４２に突き当たるまで回転駆動される。このため、制御カム３３は、軸心Ｐ１が図１，図７に示すように、肉厚部３３ａが駆動軸１３から上方向に離間移動し、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る。これにより、ロッカアーム端部２３ｂとリンクロッドの枢支点は、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側を強制的に引き上げられて全体が反時計方向へ回動する。
【００４４】
したがって、図１，図７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７に示すように充分小さくなる。
【００４５】
よって、かかる低速低負荷域では、図９の破線で示すようにバルブリフト量が小さくなると共に、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。
【００４６】
しかも、この最小バルブリフト制御時における制御軸３２は、前述のようにストッパピン４１が第１ストッパ突部４２に突き当たることにより、それ以上の過回転が規制された回転位置に保持されて、揺動カム１７が最上方に跳ね上がった時の両直線Ｑ1，Ｑ2のなす開き角度をθ４の角度位置に規制するため、駆動カム１５の偏心回転力によリンクロッド２５が揺動カム１７を下方に回動させようとする際、揺動カム１７とリンクロッド２５との間のロックを確実に防止できる。この結果、揺動カム１７とリンクロッド２５の円滑な作動が得られ、最小バルブリフト制御時における吸気弁１２のスムーズな開作動が得られる。
【００４７】
また、この第１規制機構４０は、前述のように、ストッパピン４１が第１ストッパ突部４２に当接して制御軸３２のそれ以上の回転を規制するだけであって、機関作動中に激しく揺動する揺動カム１７の揺動位置を直接規制するものではないため、該揺動カム１７とこの揺動位置を規制する規制部材との干渉による打音の発生がなく、静粛性を損なうことがない。
【００４８】
また、本装置の長期間に亘る作動後に、ストッパピン４１と第１ストッパ突部４２との間に異常摩耗などが生じて両者４１，４２間の当接位置が変化して、開き角度θ４が大きくなってしまった場合、あるい前記両者４１、４２間の当接位置は変化しなくとも、各摺動部の異常摩耗により、θ４が大きくなってしまった場合は、今度は第２規制機構４３が働いて第２ストッパ突部４４に対して揺動カム１７が図１の２点鎖線で示すようにそのカムノース部２１側の上面が当接して、それ以上の揺動を規制する。このため、両直線Ｑ１，Ｑ２のなす開き角度はロックの生じないθ５の角度位置に規制することができる。この結果、長期に亘り、吸気弁１２のスムーズな開作動が得られる。特に、この第２規制機構４３は、揺動カム１７の過度な揺動を第２ストッパ突部４４によって直接規制できるため、ロックの発生を安定かつ確実に防止することが可能になる。
【００４９】
一方、機関高速高負荷時に移行した場合は、コントローラ３５からの制御信号によって電動アクチュエータ３４により制御軸３２が第３ストッパ突部４６にストッパピン４１が突き当たるまで反時計方向に回転駆動される。したがって、制御軸３２が、図８Ａ，Ｂに示すように、制御カム３３を図７に示す位置から反時計方向の回転角度位置まで回転させ、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。
【００５０】
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（頂面２２ｄ側）に移動する。このため、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８Ａに示すように大きくなる。
【００５１】
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。
【００５２】
そして、かかる最大バルブリフト制御時にも、ストッパピン４１が第３ストッパ突部４６に突き当たって揺動カム１７の跳ね上がり時（図８Ｂ）における両直線Ｑ１，Ｑ２がなす開き角度を小さくすることが可能になるため、揺動カム１７とリンクロッド２５との間のロックの発生を確実に防止することができる。
【００５３】
したがって、前記第１規制機構４０の作用と相俟って最小と最大バルブリフト制御中における吸気弁１２の開作動が常時円滑になり、機関性能の低下を防止することができる。
【００５４】
また、通常の使用条件では、揺動カム１７が第２ストッパ突部４４に衝突することがないため、打音の発生がなく静粛性を損なうことがない。前述の異常摩耗が発生した場合は、打音発生はあるものの、ロックは確実に防止でき、またこの打音により運転者に警告を発することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態では、駆動カム１５と揺動カム１７を、ロッカアーム２３を介してリンクアーム２４とリンクロッド２５によつて機械的に連係させたため、機関高回転時において揺動カム１７の過度な揺動つまり跳ね上がりやジャンピングなどがリンクロッド２５などによって規制することができる。したがって、揺動カム１７と駆動カム１５との連動性が常時良好となり、前述のロック現象をさらに安定かつ確実に回避することが可能になる。
【００５６】
図１０及び図１１は、本発明の第２実施形態を示し、規制機構を第１実施形態の各規制機構に代えて揺動カム１７の基円面２２ａ側に異なる規制機構４７を設けたものである。
【００５７】
すなわち、この規制機構４７は、図１２及び図１３にも示すように、一方側揺動カム１７の基円面２２ａのランプ部２２ｂと反対側の延長部位に一体に形成された突部４８から構成されている。この突部４８は、基円面２２ａの幅方向の中央位置に形成されていると共に、基円面２２ａの端縁から揺動カム１７の上端縁１７ａまで漸次肉厚となるように所定角度をもってテーパ状に突出形成されている。また、突部４８は、その幅長さＷ１が前記カム面２２の幅長さＷよりも小さく設定されている。
【００５８】
また、揺動カム１７は、その揺動角度が揺動角検出手段によって検出されて、該揺動角度検出信号が前記コントローラ３５に入力されるようになっている。前記揺動角検出手段は、図１１及び図１４に示すように揺動カム基端部２０の外端側外周に円周方向に沿って一体に形成された円弧楔状のセンシング突起４０と、シリンダヘッド１１の上端部に設けられて、先端部がセンシング突起４０に指向した揺動角センサ５０とから構成されている。また、前記コントローラ３５は、内蔵された制御回路が前記揺動角センサ５０と前記ポテンショメータ３６から出力された両信号を比較し、演算により揺動カム１７の過度な揺動角度を検出した際に、機関の燃焼室内への燃料供給（燃料噴射）を一時的に停止させる信号を出力するようになっている。
【００５９】
したがって、この第２の実施形態によれば、前記可変機構１９の制御軸３２及び制御カム３３によって吸気弁１２が図１０に示すように最小バルブリフト制御されている状態において、揺動カム１７がロッカアーム２３を介して最大に跳ね上げられてバルブリフター１６上面１６に基円面２２ａが摺接してベースサークル領域（θ１）、つまり、閉弁状態になった際に、慣性力によって揺動カム１７がさらに跳ね上げ方向（図中反時計方向）へ揺動しようとすると、前記突部４８の傾斜状外面４８ａがバルブリフター１６の上面１６ａに乗り上げる。これによって、突部上外面８ａにバルブリフター１６を介してバルブスプリング１２ａのばね反力が作用して揺動カム１７に時計方向のトルクが発生する。このため、揺動カム１７は、かかるトルクによってそれ以上の反時計方向の過度な回動が規制され、最上方に跳ね上がった時の両直線Ｑ1，Ｑ2のなす開き角度をθ４の角度位置に規制される。したがって、前述と同じく、駆動カム１５の偏心回転力によリンクロッド２５が揺動カム１７を下方に回動させようとする際、揺動カム１７とリンクロッド２５との間のロックを確実に防止できる。この結果、揺動カム１７とリンクロッド２５の円滑な作動が得られ、最小バルブリフト制御時における吸気弁１２のスムーズな開作動が得られる。
【００６０】
しかも、揺動カム１７が反時計方向へたとえ過度に回動して突部４８の外面４８ａがバルブリフター１６の上面１６ａに位置した場合は、前記制御回路が揺動角度センサ５０からの過度な回動信号と前記ポテンショメータ３６からの信号に基づいて、燃焼室への燃料噴射を一時的に停止させる信号を出力する。したがって、吸気弁１２が、圧縮上死点近くで前記突部４８のリフトによって僅かに開いたとしても、吸気マニホールド側への排気ガスの吹き返しが発生せずに、単に圧縮された空気のみが吸気マニホールド内に吹き抜ける。このため、吸気マニホールド内に設けられたエアーフローメータ等に対する高熱な排気ガスによる悪影響を防止することができる。
【００６１】
また、突部４８の幅長さＷ１をカム面２２の幅長さＷよりも小さく設定したため、前記揺動角度検出センサ５０によるカム面２２と突部４８との判別が容易になり、かかる突部４８の検出精度が向上する。
【００６２】
さらに、この実施形態では規制機構としての突部４８を、単に揺動カム１７の基円面２２ａの端縁に一体に形成するだけであるから、前記第１実施形態の規制機構に比較して部品点数の減少化が図れると共に、製造作業が極めて容易になる。
【００６３】
なお、コントローラ３５は、前記揺動カム１７の過度な回動時において、これを検出した揺動角度検出センサ５０及びポテンショメータ３６からの検出信号に基づいて電動モータ３４を駆動させて制御軸３２をかかる低バルブリフトから高バルブリフト側へ僅かに回転制御して、揺動カム１７とリンクロッド２５がロックしない安全な角度位置に制御することも可能である。
【００６４】
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、例えば規制機構をロッカアーム２３の他端部２３ｂの過度な上方移動を規制するように構成することも可能であり、また、この装置を排気側に適用することも可能である。また、第１実施形態の第１規制機構や第２規制機構に第２実施形態の構成を組合わせることも可能である。さらに、前記各実施形態においては、駆動軸が揺動カムの揺動支軸を兼用する場合を示したが、揺動支軸を駆動軸とは別に設けてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の可変動弁装置によれば、規制機構によりリンクロッドと揺動カムのロックを回避できるため、機関弁の常時円滑な作動が得られ、機関性能の低下を防止できる。
【００６６】
また、請求項２記載の発明によれば、規制機構が、制御軸の最大回転位置を規制するものであって、揺動カムの揺動位置を直接規制するものではないため、該揺動カムと規制部材との干渉による打音の発生がなく、静粛性を損なうことがない。
【００６７】
請求項３記載の発明によれば、たとえ第１規制機構の作動不良が生じても第２規制機構が働いてリンクロッドと揺動カムのロックを確実に回避できるため、長期に亘り機関弁の作動不良を防止できる。
【００６８】
請求項４記載の発明によれば、前記請求項１記載の発明と同様な作用効果が得られることは勿論のこと、規制機構である突部を単に揺動カムに一体に設けたため、部品点数の削減が図れると共に、製造作業や組立作業能率の向上が図れる。
【００６９】
請求項５記載の発明によれば、規制機構である突部自体の構造も簡単であるため、製造作業が一層容易になる。
【００７０】
請求項６記載の発明によれば、突部の幅長さをカム面の幅長さよりも小さく設定したため、前記揺動角度検出手段によるカム面と突部との判別が容易になり、かかる突部の検出精度が向上する。
【００７１】
請求項７記載の発明によれば、本発明を吸気弁側に適用した場合において、該吸気弁が、圧縮上死点近くで突部のリフトによって僅かに開いたとしても、吸気マニホールド側への排気ガスの吹き返しが発生せずに、単に圧縮された空気のみが吸気マニホールド内に吹き抜ける。このため、吸気マニホールド内に設けられたエアーフローメータ等に対する高熱な排気ガスによる悪影響を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】本実施態様の要部平面図。
【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】本実施形態の要部斜視図。
【図５】同実施形態に供される駆動カムを示す斜視図。
【図６】揺動カムのカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図７】低速低負荷時の作用を示す説明図。
【図８】Ａ，Ｂは高速高負荷時の作用を示す説明図。
【図９】本実施形態のバルブタイミングとバルブリフト特性図。
【図１０】本発明の第２実施形態における最小バルブリフト制御時における作動を示す横断面図。
【図１１】本実施形態の要部平面図。
【図１２】本実施形態に供される揺動カムの側面図。
【図１３】同揺動カムの正面図。
【図１４】同揺動カムを示す横断面図。
【図１５】先願の可変動弁装置を示す概略図。
【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
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
２７，２８…ピン
３５…コントローラ
４０…第１規制機構
４１…ストッパピン
４２…第１ストッパ突部
４３…第２規制機構
４４…突起部
４７…規制機構
４８…突部
Ｐ１…制御カムの軸心
Ｐ２…制御軸の軸心
【発明の属する技術分野】
本発明は、機関弁である吸気弁や排気弁の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例えば特願平９−３０５１２０号に記載されたものがある。
【０００３】
図１５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が固設されていると共に、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。この揺動カム５６は、基端部に形成された保持孔５６ａを介して駆動軸５１の外周面に揺動自在に支持されている。
【０００４】
前記伝達機構は、揺動カム５６の上方に配置されて、後述の制御軸５７に制御カム６４を介して揺動自在に支持されたロッカアーム５８と、円環状の一端部５９ａが駆動カム５２の外周面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。
【０００５】
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化させて、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。
【０００６】
すなわち、機関運転状態が、高回転高負荷域である場合は、図外のアクチュエータが制御軸５７を介して制御カム６４を一方向へ回転させて、制御カム６４を同方向へ回転させるため、ロッカアーム５８の揺動支点が駆動軸５１に近づく方向に移動する。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上面の当接位置がリフト部５５ｃ側に移動するため、吸気弁５３のバルブリフト特性が最大となるように制御される。
【０００７】
一方、低回転低負荷域に移行した場合は、図外のアクチュエータによって制御軸５７を他方向へ回転させて、制御カム６４も同方向へ回転させることにより、図１５に示すようにロッカアーム５８の揺動支点位置を駆動軸より離れる方向へ移動させる。これにより、ロッカアーム５８とリンクロッド６１との枢支点が上方に移動して揺動カム５６のカムノーズ部側の端部５６ａ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リフト部５５ｃから離れる方向に移動する。したがって、吸気弁５３は、そのバルブリフト特性が最小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、前記先願に係る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、制御軸５７の回転位置制御による制御カム６４を介したロッカアーム５８の揺動姿勢、特に揺動カム５６とリンクロッド６１との作動姿勢の不具合点については十分に考慮されていなかった。
【００１０】
すなわち、吸気弁５３の最大バルブリフト制御時には、制御軸５７の回転位置によって制御カム６４の肉厚部６４ａが駆動軸５１に接近する位置に回動制御されて、前述のようにロッカアーム５８の揺動支点も駆動軸５１に近づく方向に移動するため、吸気弁５３の開閉作動中におけるロッカアーム５８の他端部５８ｂとリンクロッド６１の一端部６１ａとを連結するピン６２の軸心Ｚ１と、リンクロッド６１の他端部６１ｂと揺動カム５６とを連結するピン６３の軸心Ｚ２とを結ぶ直線Ｑ１と、揺動カム５６の枢支点（駆動軸５１の軸心Ｘ）と前記ピン６３の軸心Ｚ２を結ぶ直線Ｑ２との間の開き角度θは十分に小さくなって屈曲状になっている。
【００１１】
しかし、最小バルブリフトの制御領域では、制御カム６４の肉厚部６４ａが図示のように駆動軸５１から離間してロッカアーム５８の揺動支点も駆動軸５１から離れる方向へ移動するため、揺動カム５６が最上方に跳ね上がったときにおける前記両ピン６２，６３間を結ぶ直線Ｑ１と駆動軸５１の軸心Ｘとピン６３を結ぶ直線Ｑ２との間の開き角度θが大きくなってほぼ直線に近い角度に伸びて、揺動カム５６とリンクロッド６１との間がロック状態になるおそれがある。
【００１２】
この揺動カム５６とリンクロッド６１とのロック原因を、図１５に基づいて簡単に解析すると、揺動カム５６が最上方位置から下方向に図中右回りに回動しようとする際に、揺動カム５６に加わる力をＦとすると、揺動カム５６の枢支点（駆動軸の軸心Ｘ）の図中右回りのモーメントＭ１は、Ｆ×Ｌ（軸心ＸからベクトルＦへ降ろした垂線の長さ）の式によって表される。これに対する反力は、ＦｎとμＦｎ（μは摩擦係数）に分力される。そして、μＦｎによるＸ点の左回りのモーメントＭ２は、μＦｎ×ｒの式で表される（ｒは揺動カム５６の保持孔５６ａ半径）。
【００１３】
したがって、Ｆ×Ｌ（Ｍ１）とμＦｎ×ｒ（Ｍ２）との力関係は両直線Ｑ１，Ｑ２間の開き角度θによって左右され、この開き角度θが小さい場合は、モーメントＭ１よりもＭ２の方が小さくなるので揺動カム５６とリンクロッド６１の円滑な回動が得られるものの、開き角度θが大きくなり、ほぼ１８０°近くになるとモーメントＭ１よりもＭ２の方が大きくなるため、揺動カム５６がリンクロッド６１により円滑に押し下げられない現象、すなわち、両者５６，６１間のロック現象が発生し易くなるのである。この結果、揺動カム５６が最上方位置から下方に回動を開始する際、リンクロッド６１と揺動カム５６の円滑な回動が阻害されてしまうといった問題を招来する。なお、前記Ｆは、揺動カム５６の慣性トルクの反力として発生するものである。
【００１４】
【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、支軸に揺動自在に支持されて、カム面がバルブリフター上面を摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、揺動自在に支持されて、一端部が前記駆動カムに機械的に連係したロッカアームと、一端部がピンによって前記ロッカアームの他端部に回転自在に連結され、他端部がピンによって前記揺動カムに回転自在に連結されたリンクロッドと、前記ロッカアームの揺動支点位置に設けられた制御カムの回転位置を、制御軸を介して制御することによって前記ロッカアームの揺動支点を変化させる可変機構と、を備え、前記駆動軸を介して前記駆動カムを回転駆動させることにより、前記ロッカアームとリンクロッドを介して前記揺動カムのリフト側と引き上げ側の両方の作動を強制的に行い、前記機関弁の開閉作動を行うと共に、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バルブリフター上面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であって、前記機関弁が前記可変機構により最小バルブリフトに制御され、かつ前記揺動カムのカムノーズ部側が最大に引き上げられた際に、前記支軸の軸心と揺動カムとリンクロッドが連結された第１枢支点とを結ぶ直線と、前記第１枢支点とリンクロッドとロッカアームが連結された第２枢支点とを結ぶ直線との間の開き角度を、所定角度以下に規制する規制機構を設けたことを特徴としている。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記規制機構は、前記ロッカアームを制御カムを介して揺動自在に支持する可変機構の制御軸の一方向の最大回転位置を規制するストッパ部材によって構成したことを特徴としている。
【００１６】
請求項３記載の発明は、前記ロッカアームと揺動カムとの間に、前記規制機構によって規制される開き角度よりも大きな開き角度位置を規制する第２の規制機構を設けたことを特徴としている。
【００１７】
請求項４記載の発明にあっては、前記規制機構が、前記揺動カムのカム面に有するベースサークル領域の延長部位に突起部を設けてなり、前記可変機構による最小リフト制御時の機関弁の最大開度時において、前記突起部がバルブリフター上面を介してバルブスプリングのばね反力を受けて前記両直線間の開き角度を所定角度以下に規制することを特徴としている。
【００１８】
請求項５記載の発明は、前記突起部を、前記カム面のベースサークル端縁から漸次立ち上がるテーパ面に形成したことを特徴としている。
【００１９】
請求項６記載の発明は、前記突部を、カム面の幅方向のほぼ中央位置に形成すると共に、カム面の幅長よりも小さく形成したことを特徴としている。
【００２０】
請求項７記載の発明は、前記揺動カムがベースサークル域から前記突部まで揺動した際に、気筒内への燃料供給を停止する制御回路を設けたことを特徴としている。
【００２１】
【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つの吸気弁を備えた内燃機関に適用したものを示している。
【００２２】
すなわち、この可変動弁装置は、図１，図４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１２ａ，１２ａのばね力により閉弁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に圧入等により固設された駆動カム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の上面１６ａ，１６ａに摺接して各吸気弁１２，１２を開作動させる一対の揺動カム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（開弁力）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。
【００２３】
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。
【００２４】
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によって共締め固定されている。
【００２５】
前記駆動カム１５は、図５にも示すように、ほぼ円環状のカム本体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、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、カム本体１５ａの外周面１５ｄが偏心円のカムプロフィールに形成されている。
【００２６】
各バルブリフター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、前記揺動カム１７、１７が摺接する各上面１６ａ、１６ａが平坦状に形成されている。
【００２７】
前記各揺動カム１７は、図１，図４に示すように同一形状のほぼ雨滴状を呈し、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、一端部のカムノーズ部２１側にピン孔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とを有しており、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。
【００２８】
すなわち、図６に示すバルブリフト特性からみると、図１に示すように基円面２２ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間（領域）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。
【００２９】
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。
【００３０】
前記ロッカアーム２３は、図４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に揺動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前記一端部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、筒状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。
【００３１】
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が貫通形成されている。
【００３２】
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が貫通形成されており、前記ピン２８の軸心が揺動カム１７の枢支点になっている。
【００３３】
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。
【００３４】
前記可変機構１９は、図４に示すように駆動軸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。
【００３５】
前記制御軸３２は、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機構３７を介してアクチュエータである電動モータ３４（ＤＣモータ）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。
【００３６】
また、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の位置が肉厚部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。
【００３７】
そして、前記軸受１４と制御軸３２との間には、制御軸３２の最小バルブリフト制御における過度な回転を規制する第１規制機構４０が設けられている。この第１規制機構４０は、図１〜図３に示すように、制御軸３２に径方向から突設されたストッパピン４１と、軸受１４のサブブラケット１４ｂの一側面に制御軸３２の軸方向に沿って突設されて、前記制御軸３２による最小バルブリフト制御時において前記ストッパピン４１が当接して最大回動位置を規制する第１ストッパピン突部４２とから構成されている。
【００３８】
前記ストッパピン４１は、図３に示すように基端部４１ａが制御軸３２の内部径方向に穿設された固定用孔内に圧入固定されていると共に、制御軸３２の周方向の突設位置が第１ストッパ突部４２との相対的な角度位置関係で設定されるようになっている。
【００３９】
すなわち、ストッパピン４１は、図１に示すように、後述する制御軸３２の回転制御位置により吸気弁１２が最小バルブリフト制御された状態で揺動カム１７が最上方に跳ね上がった際に形成される両ピン２７，２８の軸心Ｚ１，Ｚ２を結ぶ直線Ｑ１と、駆動軸１３の軸心Ｘとピン２８の軸心Ｚ２とを結ぶ直線Ｑ２との間の開き角度が、両者１７，２５のロックを十分に回避し得る開き角度θ４（本実施形態では約１６５°）となる位置に設定されている。
【００４０】
また、ロッカアーム２３の筒状基部の揺動カム１７側の外面には、第２の規制機構４３が設けられている。この第２の規制機構４３は、図１に示すようにロッカアーム２３の筒状基部の外面に突設されて揺動カム１７のカムノーズ部２１側の上面に当接してそれ以上の揺動を規制する突起部４４により構成されている。この突起部４４は、球面状を呈し、その突出量は揺動カム１７が当接した際（図中２点鎖線）に、前記第１規制機構４０によって規制された開き角度θ４よりも若干大きくなるが前述のロックを回避可能な開き角度θ５となる大きさに設定されている。
【００４１】
さらに、前記第１規制機構４０と反対側の位置に、制御軸３２の反対方向の最大回転位置、つまり最大バルブリフト制御時の最大回転位置を規制する第３規制機構４５が設けられている。この第３規制機構４５は、前記ストッパピン４１の回動位置を規制する第３ストッパ突部４６を備えている。この第３ストッパピン突部４６は、制御軸３２を挟んで第１ストッパ突部４２と反対側のサブブラケット１４ｂ一側面に制御軸３２の軸方向に沿って突設されている。また、この第３ストッパ突部４６は、制御軸３２が最大バルブリフト制御時における図１及び図３中反時計方向の最大回転位置、つまり、この時点でも過回転により発生するおそれがある揺動カム１７とリンクロッド２５間のロックを回避し得る開き角度となるようにその突設位置が設定されている。
【００４２】
また、前記制御軸３２を第１，第２の回転角度位置の範囲内で回転制御する電動モータ３４は、機関の運転状態を検出するコントローラ３５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３５は、クランク角センサやエアーフローメータ，水温センサ及び制御軸３２の回転位置を検出する。ポテンションメータ３６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、前記電動モータ３４に制御信号を出力している。
【００４３】
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３５からの制御信号によって電動モータ３４を介して制御軸３２が図１に示す時計方向にストッパピン４１が第１ストッパ突部４２に突き当たるまで回転駆動される。このため、制御カム３３は、軸心Ｐ１が図１，図７に示すように、肉厚部３３ａが駆動軸１３から上方向に離間移動し、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る。これにより、ロッカアーム端部２３ｂとリンクロッドの枢支点は、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側を強制的に引き上げられて全体が反時計方向へ回動する。
【００４４】
したがって、図１，図７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７に示すように充分小さくなる。
【００４５】
よって、かかる低速低負荷域では、図９の破線で示すようにバルブリフト量が小さくなると共に、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。
【００４６】
しかも、この最小バルブリフト制御時における制御軸３２は、前述のようにストッパピン４１が第１ストッパ突部４２に突き当たることにより、それ以上の過回転が規制された回転位置に保持されて、揺動カム１７が最上方に跳ね上がった時の両直線Ｑ1，Ｑ2のなす開き角度をθ４の角度位置に規制するため、駆動カム１５の偏心回転力によリンクロッド２５が揺動カム１７を下方に回動させようとする際、揺動カム１７とリンクロッド２５との間のロックを確実に防止できる。この結果、揺動カム１７とリンクロッド２５の円滑な作動が得られ、最小バルブリフト制御時における吸気弁１２のスムーズな開作動が得られる。
【００４７】
また、この第１規制機構４０は、前述のように、ストッパピン４１が第１ストッパ突部４２に当接して制御軸３２のそれ以上の回転を規制するだけであって、機関作動中に激しく揺動する揺動カム１７の揺動位置を直接規制するものではないため、該揺動カム１７とこの揺動位置を規制する規制部材との干渉による打音の発生がなく、静粛性を損なうことがない。
【００４８】
また、本装置の長期間に亘る作動後に、ストッパピン４１と第１ストッパ突部４２との間に異常摩耗などが生じて両者４１，４２間の当接位置が変化して、開き角度θ４が大きくなってしまった場合、あるい前記両者４１、４２間の当接位置は変化しなくとも、各摺動部の異常摩耗により、θ４が大きくなってしまった場合は、今度は第２規制機構４３が働いて第２ストッパ突部４４に対して揺動カム１７が図１の２点鎖線で示すようにそのカムノース部２１側の上面が当接して、それ以上の揺動を規制する。このため、両直線Ｑ１，Ｑ２のなす開き角度はロックの生じないθ５の角度位置に規制することができる。この結果、長期に亘り、吸気弁１２のスムーズな開作動が得られる。特に、この第２規制機構４３は、揺動カム１７の過度な揺動を第２ストッパ突部４４によって直接規制できるため、ロックの発生を安定かつ確実に防止することが可能になる。
【００４９】
一方、機関高速高負荷時に移行した場合は、コントローラ３５からの制御信号によって電動アクチュエータ３４により制御軸３２が第３ストッパ突部４６にストッパピン４１が突き当たるまで反時計方向に回転駆動される。したがって、制御軸３２が、図８Ａ，Ｂに示すように、制御カム３３を図７に示す位置から反時計方向の回転角度位置まで回転させ、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。
【００５０】
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（頂面２２ｄ側）に移動する。このため、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８Ａに示すように大きくなる。
【００５１】
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。
【００５２】
そして、かかる最大バルブリフト制御時にも、ストッパピン４１が第３ストッパ突部４６に突き当たって揺動カム１７の跳ね上がり時（図８Ｂ）における両直線Ｑ１，Ｑ２がなす開き角度を小さくすることが可能になるため、揺動カム１７とリンクロッド２５との間のロックの発生を確実に防止することができる。
【００５３】
したがって、前記第１規制機構４０の作用と相俟って最小と最大バルブリフト制御中における吸気弁１２の開作動が常時円滑になり、機関性能の低下を防止することができる。
【００５４】
また、通常の使用条件では、揺動カム１７が第２ストッパ突部４４に衝突することがないため、打音の発生がなく静粛性を損なうことがない。前述の異常摩耗が発生した場合は、打音発生はあるものの、ロックは確実に防止でき、またこの打音により運転者に警告を発することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態では、駆動カム１５と揺動カム１７を、ロッカアーム２３を介してリンクアーム２４とリンクロッド２５によつて機械的に連係させたため、機関高回転時において揺動カム１７の過度な揺動つまり跳ね上がりやジャンピングなどがリンクロッド２５などによって規制することができる。したがって、揺動カム１７と駆動カム１５との連動性が常時良好となり、前述のロック現象をさらに安定かつ確実に回避することが可能になる。
【００５６】
図１０及び図１１は、本発明の第２実施形態を示し、規制機構を第１実施形態の各規制機構に代えて揺動カム１７の基円面２２ａ側に異なる規制機構４７を設けたものである。
【００５７】
すなわち、この規制機構４７は、図１２及び図１３にも示すように、一方側揺動カム１７の基円面２２ａのランプ部２２ｂと反対側の延長部位に一体に形成された突部４８から構成されている。この突部４８は、基円面２２ａの幅方向の中央位置に形成されていると共に、基円面２２ａの端縁から揺動カム１７の上端縁１７ａまで漸次肉厚となるように所定角度をもってテーパ状に突出形成されている。また、突部４８は、その幅長さＷ１が前記カム面２２の幅長さＷよりも小さく設定されている。
【００５８】
また、揺動カム１７は、その揺動角度が揺動角検出手段によって検出されて、該揺動角度検出信号が前記コントローラ３５に入力されるようになっている。前記揺動角検出手段は、図１１及び図１４に示すように揺動カム基端部２０の外端側外周に円周方向に沿って一体に形成された円弧楔状のセンシング突起４０と、シリンダヘッド１１の上端部に設けられて、先端部がセンシング突起４０に指向した揺動角センサ５０とから構成されている。また、前記コントローラ３５は、内蔵された制御回路が前記揺動角センサ５０と前記ポテンショメータ３６から出力された両信号を比較し、演算により揺動カム１７の過度な揺動角度を検出した際に、機関の燃焼室内への燃料供給（燃料噴射）を一時的に停止させる信号を出力するようになっている。
【００５９】
したがって、この第２の実施形態によれば、前記可変機構１９の制御軸３２及び制御カム３３によって吸気弁１２が図１０に示すように最小バルブリフト制御されている状態において、揺動カム１７がロッカアーム２３を介して最大に跳ね上げられてバルブリフター１６上面１６に基円面２２ａが摺接してベースサークル領域（θ１）、つまり、閉弁状態になった際に、慣性力によって揺動カム１７がさらに跳ね上げ方向（図中反時計方向）へ揺動しようとすると、前記突部４８の傾斜状外面４８ａがバルブリフター１６の上面１６ａに乗り上げる。これによって、突部上外面８ａにバルブリフター１６を介してバルブスプリング１２ａのばね反力が作用して揺動カム１７に時計方向のトルクが発生する。このため、揺動カム１７は、かかるトルクによってそれ以上の反時計方向の過度な回動が規制され、最上方に跳ね上がった時の両直線Ｑ1，Ｑ2のなす開き角度をθ４の角度位置に規制される。したがって、前述と同じく、駆動カム１５の偏心回転力によリンクロッド２５が揺動カム１７を下方に回動させようとする際、揺動カム１７とリンクロッド２５との間のロックを確実に防止できる。この結果、揺動カム１７とリンクロッド２５の円滑な作動が得られ、最小バルブリフト制御時における吸気弁１２のスムーズな開作動が得られる。
【００６０】
しかも、揺動カム１７が反時計方向へたとえ過度に回動して突部４８の外面４８ａがバルブリフター１６の上面１６ａに位置した場合は、前記制御回路が揺動角度センサ５０からの過度な回動信号と前記ポテンショメータ３６からの信号に基づいて、燃焼室への燃料噴射を一時的に停止させる信号を出力する。したがって、吸気弁１２が、圧縮上死点近くで前記突部４８のリフトによって僅かに開いたとしても、吸気マニホールド側への排気ガスの吹き返しが発生せずに、単に圧縮された空気のみが吸気マニホールド内に吹き抜ける。このため、吸気マニホールド内に設けられたエアーフローメータ等に対する高熱な排気ガスによる悪影響を防止することができる。
【００６１】
また、突部４８の幅長さＷ１をカム面２２の幅長さＷよりも小さく設定したため、前記揺動角度検出センサ５０によるカム面２２と突部４８との判別が容易になり、かかる突部４８の検出精度が向上する。
【００６２】
さらに、この実施形態では規制機構としての突部４８を、単に揺動カム１７の基円面２２ａの端縁に一体に形成するだけであるから、前記第１実施形態の規制機構に比較して部品点数の減少化が図れると共に、製造作業が極めて容易になる。
【００６３】
なお、コントローラ３５は、前記揺動カム１７の過度な回動時において、これを検出した揺動角度検出センサ５０及びポテンショメータ３６からの検出信号に基づいて電動モータ３４を駆動させて制御軸３２をかかる低バルブリフトから高バルブリフト側へ僅かに回転制御して、揺動カム１７とリンクロッド２５がロックしない安全な角度位置に制御することも可能である。
【００６４】
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、例えば規制機構をロッカアーム２３の他端部２３ｂの過度な上方移動を規制するように構成することも可能であり、また、この装置を排気側に適用することも可能である。また、第１実施形態の第１規制機構や第２規制機構に第２実施形態の構成を組合わせることも可能である。さらに、前記各実施形態においては、駆動軸が揺動カムの揺動支軸を兼用する場合を示したが、揺動支軸を駆動軸とは別に設けてもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の可変動弁装置によれば、規制機構によりリンクロッドと揺動カムのロックを回避できるため、機関弁の常時円滑な作動が得られ、機関性能の低下を防止できる。
【００６６】
また、請求項２記載の発明によれば、規制機構が、制御軸の最大回転位置を規制するものであって、揺動カムの揺動位置を直接規制するものではないため、該揺動カムと規制部材との干渉による打音の発生がなく、静粛性を損なうことがない。
【００６７】
請求項３記載の発明によれば、たとえ第１規制機構の作動不良が生じても第２規制機構が働いてリンクロッドと揺動カムのロックを確実に回避できるため、長期に亘り機関弁の作動不良を防止できる。
【００６８】
請求項４記載の発明によれば、前記請求項１記載の発明と同様な作用効果が得られることは勿論のこと、規制機構である突部を単に揺動カムに一体に設けたため、部品点数の削減が図れると共に、製造作業や組立作業能率の向上が図れる。
【００６９】
請求項５記載の発明によれば、規制機構である突部自体の構造も簡単であるため、製造作業が一層容易になる。
【００７０】
請求項６記載の発明によれば、突部の幅長さをカム面の幅長さよりも小さく設定したため、前記揺動角度検出手段によるカム面と突部との判別が容易になり、かかる突部の検出精度が向上する。
【００７１】
請求項７記載の発明によれば、本発明を吸気弁側に適用した場合において、該吸気弁が、圧縮上死点近くで突部のリフトによって僅かに開いたとしても、吸気マニホールド側への排気ガスの吹き返しが発生せずに、単に圧縮された空気のみが吸気マニホールド内に吹き抜ける。このため、吸気マニホールド内に設けられたエアーフローメータ等に対する高熱な排気ガスによる悪影響を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施態様を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】本実施態様の要部平面図。
【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図４】本実施形態の要部斜視図。
【図５】同実施形態に供される駆動カムを示す斜視図。
【図６】揺動カムのカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図７】低速低負荷時の作用を示す説明図。
【図８】Ａ，Ｂは高速高負荷時の作用を示す説明図。
【図９】本実施形態のバルブタイミングとバルブリフト特性図。
【図１０】本発明の第２実施形態における最小バルブリフト制御時における作動を示す横断面図。
【図１１】本実施形態の要部平面図。
【図１２】本実施形態に供される揺動カムの側面図。
【図１３】同揺動カムの正面図。
【図１４】同揺動カムを示す横断面図。
【図１５】先願の可変動弁装置を示す概略図。
【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
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
２７，２８…ピン
３５…コントローラ
４０…第１規制機構
４１…ストッパピン
４２…第１ストッパ突部
４３…第２規制機構
４４…突起部
４７…規制機構
４８…突部
Ｐ１…制御カムの軸心
Ｐ２…制御軸の軸心
Claims (7)
- 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、
支軸に揺動自在に支持されて、カム面がバルブリフター上面を摺接して機関弁を開閉作動させる揺動カムと、
揺動自在に支持されて、一端部が前記駆動カムに機械的に連係したロッカアームと、
一端部がピンによって前記ロッカアームの他端部に回転自在に連結され、他端部がピンによって前記揺動カムに回転自在に連結されたリンクロッドと、
前記ロッカアームの揺動支点位置に設けられた制御カムの回転位置を、制御軸を介して制御することによって前記ロッカアームの揺動支点を変化させる可変機構と、を備え、
前記駆動軸を介して前記駆動カムを回転駆動させることにより、前記ロッカアームとリンクロッドを介して前記揺動カムのリフト側と引き上げ側の両方の作動を強制的に行い、前記機関弁の開閉作動を行うと共に、
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バルブリフター上面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であって、
前記機関弁が前記可変機構により最小バルブリフトに制御され、かつ前記揺動カムのカムノーズ部側が最大に引き上げられた際に、前記支軸の軸心と揺動カムとリンクロッドが連結された第１枢支点とを結ぶ直線と、前記第１枢支点とリンクロッドとロッカアームが連結された第２枢支点とを結ぶ直線との間の開き角度を、所定角度以下に規制する規制機構を設けたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 前記規制機構は、前記ロッカアームを制御カムを介して揺動自在に支持する可変機構の制御軸の一方向の最大回転位置を規制するストッパ部材によって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。
- 前記ロッカアームと揺動カムとの間に、前記規制機構によって規制される開き角度よりも大きな開き角度位置を規制する第２の規制機構を設け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。
- 前記規制機構は、前記揺動カムのカム面に有するベースサークル領域の延長部位に突部を設け、前記可変機構による最小リフト制御時の機関弁の閉弁時において、前記突部がバルブリフター上面を介してバルブスプリングのばね反力を受けて前記両直線間の開き角度を所定角度以下に規制する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。
- 前記突部を、前記カム面のベースサークル端縁から漸次立ち上がるテーパ面に形成したことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記突部を、カム面の幅方向のほぼ中央位置に形成すると共に、カム面の幅長よりも小さく形成したことを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記揺動カムがベースサークル域から前記突部まで
揺動した際に、気筒内への燃料供給を停止させる制御回路を設けたことを特徴とする請求項４〜６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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