JP4118248B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気あるいは排気バルブの駆動位相を可変可能とした内燃機関の可変動弁装置に関する。

自動車に搭載されるエンジン（内燃機関）の多くは、エンジンの排出ガス対策や燃費低減などの理由から、可変動弁装置を搭載して、自動車の運転状態に応じ、吸・排気バルブの位相（開閉タイミング）を変化させることが行われている。

このような可変動弁装置には、カムシャフトに形成されているカムの位相を、一旦、ベース円区間とリフト区間とが連なる往復式のカムに置き換える往復カム式構造がある。同構造の多くは、往復式カムに置き換えたベース円区間とリフト区間との比率を可変させるロッカアーム機構を採用して、同比率を自動車の運転状態に応じて変化させる構造が用いられている（例えば特許文献１を参照）。
特許第３２４５４９２号公報

エンジンでは、燃費低減のために、ポンピングロスを低減させることが求められている。

ところで、ポンピングロスの低減を考慮した場合、吸気バルブの位相を変化させるときは、開弁時期をほぼ揃えて、位相（開閉タイミング）を可変することが望ましい（ロスなく吸入空気が気筒内へ吸入される状況をつくることによる）。

ところが、特許文献１に示される可変動弁装置は、単にカムシャフトのカム位相を往復式カムに置き換える構造上、得られるカム位相の可変は、最大リフト量となる部分がほぼ揃いながら、開弁時期と閉弁時期とが変化するようになる。

そこで、このような往復式の可変動弁装置を搭載したエンジンでは、別途、これとは方式の異なる可変動弁装置、具体的には油圧力でカム自身を進角や遅角方向に変位させる方式の可変動弁装置を併用して、開弁時期をほぼ揃えるように吸気バルブの位相を可変させて、ポンピングロスを低減させている。

しかしながら、このような異なる方式の可変動弁装置の手助けを受けて、バルブの位相を可変したのでは、複数の可変動弁装置を併用するために、両方の可変システムを同時に正しく制御する必要があると共に、位相可変量も大きくする必要があるため、応答性や可変量が不足し、十分な燃費の改善が図れないおそれがあるといった問題がある。

また特許文献１に示される可変動弁装置は、可変動弁装置の各部品をそれぞれ順番にシリンダヘッダの各部に組付ける構造が用いられているが、こうした構造は、可変動弁装置はバルブから荷重が加わる状態から、気筒間における動作ばらつきの調整が強いられ、調整の作業が行いにくい難点がある。

そこで、本発明の目的は、単一のロッカアーム機構により開弁時期よりも閉弁時期を大きく可変できるとともに、気筒毎における動作のばらつきが調整しやすくした内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、カムシャフトに形成されたカムにより駆動されて吸気又は排気バルブを開閉するロッカアーム機構には、ロッカシャフトに揺動自在に支持されバルブを駆動可能な第１アームと、カムにより駆動されてロッカシャフト側を支点として揺動する第２アームと、ロッカシャフトの近傍に配置された支持軸に揺動自在に設けられ、第２アームの変位を受け第２アームの支点移動がもたらす姿勢変化によりカムの位相を可変させて第１アームを駆動する第３アームと、カムとの当接位置を該カムの移動方向前後へ変位させるべく第２アームのロッカシャフト側の支点を変位させる可変機構とを備えて、開弁時期をほぼ揃えたカム位相の可変が行える構成としたうえ、吸気および排気ロッカシャフトと支持軸とを保持してロッカアーム機構をモジュール化する保持部材を有し、該保持部材にてロッカアーム機構がシリンダヘッドに固定される構成にした。

請求項２に記載の発明は、さらに上記目的に加え、安定した据付けが行えるよう、保持部材には、吸気又は排気側ロッカシャフトのいずれか一方側からシリンダヘッドの側縁側へ延びた延出部を有した構成を採用して、同延出部の端部と該端部から離れた他方側の地点とがシリンダヘッドに固定されるようにした。

請求項３に記載の発明は、さらに上記目的に加え、第１アームを支持するロッカシャフトを回動変位させて第２アームの支点を変位する構成にしたうえ、容易に同ロッカシャフトがスムーズに回動する状態に組付けられるよう、保持部材の延出部は、保持部材の反対側の端部がシリンダヘッドに位置決められてから固定されるようにした。

請求項４に記載の発明は、さらに上記目的に加え、開弁時期よりも閉弁時期を大きく変化させ、連続的にバルブの開閉タイミングおよびバルブのリフト量の可変が行われるよう、第３アームには、第１アームを駆動するべく第１アームと接する伝達面部を有し、同伝達面部を、支持軸の中心からの距離が変化する変換部を備えた構成にして、当接位置の変位がもたらす第２アームの姿勢変化により、支持軸から伝達面部までの距離を変化させて、第１アームに伝わるカムの位相が、吸気又は排気バルブのバルブリフト量と共に連続的に変わるようにした。

請求項１に記載の発明によれば、第１〜第３アームを組み合わせた簡素な単一のロッカアーム機構で、ポンピングロスの低減に優れた効果をもたらす、開弁時期よりも閉弁時期を大きな可変ができる。

しかも、カム位相の可変を行うロッカアーム機構には、当該ロッカアーム機構の各部品が組付く共通の吸気および排気ロッカシャフトと支持軸とを保持部材に保持させてモジュール化させた構造が用いてあるので、気筒間における動作タイミングの調整は、シリンダヘッドに組付ける前のバルブ側の負荷が無い状態のまま行え、容易である。

請求項２に記載の発明によれば、上記効果に加え、保持部材は、広いスパンを有してシリンダヘッドに固定されるので、高い安定性を有して可変動弁装置の据付けができる。

請求項３に記載の発明によれば、上記効果に加え、ロッカシャフトを回動変位させて第２アームの支点を変位する構造とした場合、簡単にロッカシャフトをスムーズに回動できる状態に組付けることができる。

請求項４に記載の発明によれば、上記効果に加え、開弁時期よりも閉弁時期を大きく可変させたバルブリフトの連続的な可変ができる。

［一実施形態］
以下、本発明を図１〜図１２に示す一実施形態にもとづいて説明する。

図１は、内燃機関、例えば複数気筒（図示しない）が直列に並ぶレシプロ式ガソリンエンジンのシリンダヘッド１の平面図、図２〜図５は同シリンダヘッド１のそれぞれ異なる側断面図を示している。このシリンダヘッド１の下面には、図２に示されるように気筒の配列にならって燃焼室２が長手方向に沿って形成されている。これら燃焼室２毎に、例えば２個づつ（一対）、吸気ポート３および排気ポート４（片側しか図示せず）が設けてある。またシリンダヘッド１の上部には、吸気ポート３を開閉する吸気バルブ５（往復バルブで構成される）、排気ポート４を開閉する排気バルブ６（往復バルブで構成される）がそれぞれ組付けられている。なお、複数の吸気バルブ５、複数の排気バルブ６には、いずれもバルブスプリング７で閉方向に付勢される常閉式が用いてある。このシリンダヘッド１の上部には、複数の吸気バルブ５、複数の排気バルブ６を駆動させる動弁系、例えばＳＯＨＣ式の動弁系８が搭載されている。図６には同動弁系８を分解した斜視図が示されている。

この動弁系８について説明すると、図１〜図６中１０は、燃焼室２の頭上にシリンダヘッド１の長手方向に回転自在に配設されたカムシャフトである。１１はこのカムシャフト１０を挟む上部片側（シリンダヘッド幅方向片側）で上記カムシャフト１０とほぼ平行に配置された回動可能な吸気側のロッカシャフト、１２はその反対側に上記カムシャフト１０とほぼ平行に配置された排気側のロッカシャフト、１３は、例えばロッカシャフト１１とロッカシャフト１２間の上側の地点に、上記カムシャフト１０とほぼ平行に配置された支持シャフト（本願の支持軸に相当）を示す。カムシャフト１０は、エンジンのクランク出力により、図２中の矢印方向に沿って回転駆動される部品である。このカムシャフト１０には、燃焼室２毎、吸気用カム１５（１つ）と排気用カム１６（２つ）が形成されている。具体的には、吸気用カム１５は燃焼室２の頭上中央の地点となるシャフト部分に形成され、排気用カム１６はその吸気用カム１５を挟む両側の部分にそれぞれ形成してある（図１のみ図示）。このカムシャフト１０の各部、例えば軸方向両端部、気筒間となるカム群間のシャフト部分などが、図４〜図６に示されるようにシリンダヘッド１の上記各部と対応する上面部分に立設してあるシリンダヘッド幅方向に延びる壁状の支持台１７で回転自在に支持されている。１７ａは、そのカムシャフト１０を支持する、支持台１７の壁部中央に形成された軸受部を示している。

このうち排気側のロッカシャフト１２には、図１、図２および図６に示されるように排気用カム１６毎（排気バルブ６毎）、排気バルブ６駆動用の一対のロッカアーム１８（片側しか図示せず）がそれぞれ回動自在に設けられている。これらロッカアーム１８は、いずれも図１、図２および図６に示されるようにロッカシャフト１２で回動自在に支持される部分、例えばロッカシャフト支持用ボス２２を有し、同支持用ボス２２を挟んだカムシャフト１０側の端部（一端部）に、当接子となるローラ部材２３を回転自在に有し、反対側の端部（他端部）に、排気バルブ６の駆動をなす駆動部分、例えばアジャストスクリュ部２４を有した構造が用いられている。そして、図２および図３に示されるように各ロッカアーム１８のローラ部材２３がそれぞれ排気用カム１６のカム面と転接し、反対側のアジャストスクリュ部２７がそれぞれシリンダヘッド１の上部から突き出ている排気バルブ６の上部端（バルブステム端）に配置されている。

また吸気側のロッカシャフト１１には、吸気用カム１５毎に、複数（一対）の吸気バルブ５を一緒に駆動するロッカアーム機構１９が設けられている。このロッカアーム機構１９、さらには上記一対のロッカアーム１８により、各吸気用カム１５、排気用カム１６が回転されると、所定の燃焼サイクル（例えば吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程の４サイクル）が得られるタイミングで、吸気バルブ５、排気バルブ６が開閉されるようにしてある。

この吸気側のロッカアーム機構１９には可変動弁装置２０が採用されている。同可変動弁装置２０を説明すると、同装置２０を構成するロッカアーム機構１９には、図１〜図３および図６に示されるようにロッカシャフト１１に揺動自在に支持されるロッカアーム２５（第１アームに相当）と、吸気用カム１５で駆動されるセンタロッカアーム３５（第２アームに相当）と、支持シャフト１３に揺動自在に支持されるスイングカム４５（第３アームに相当）とを組み合わせた構造が用いられている。

このうちロッカアーム２５には、例えば図６に示されるような複数（一対）の吸気バルブ５へ変位を伝える部分を二股形状にした構造が採用されている。例えばロッカアーム２５は、中央に筒状のロッカシャフト支持用ボス２６を有し、そのボス２６を挟んだ一端側に、吸気バルブ５の駆動をなす駆動部分、例えばアジャストスクリュ部２７をもつ一対のロッカアーム片２９を並行に配置し、これらロッカアーム片２９の他端部間に、当接子となるローラ部材３０を回転自在に挟み込んだ構造が用いられている。なお、３２はローラ部材３０を回転自在に枢支するための短シャフトを示す。そして、図２に示されるように、組み上げられたロッカアーム２５の各ロッカシャフト支持用ボス２６がロッカシャフト１１に揺動自在に嵌挿され、ローラ部材３０をシリンダヘッド１の中央側に向け、残るアジャストスクリュ部２７をそれぞれシリンダヘッド１の上部から突き出ている吸気バルブ５の上部端（バルブステム端）に配置させてある。

またセンタロッカアーム３５には、図２、図３および図６に示されるように吸気用カム１５のカム面と転接する転接子、例えばカムフォロア３６と、同カムフォロア３６を回転自在に支持する枠形のホルダ部３７とをもつ、ほぼＬ形部材が用いられている。具体的には、センタロッカアーム３５は、カムフォロア３６を中心として、ホルダ部３７から上方、具体的にはロッカシャフト１１と支持シャフト１３間へ向かって柱状に延びる中継用アーム部３８と、ホルダ部３７の側部から、一対のロッカアーム片２９間で露出しているロッカシャフト部分１１ａ（図８〜図１１に図示）の下側へ延びる平板状の支点用アーム部３９とを有して、Ｌ形に形成してある。そして、中継用アーム部３８の先端（上端面）には、スイングカム４５へ変位を伝える中継面として、例えばロッカシャフト１１側が低く、支持シャフト１３側が高くなるよう傾斜させた傾斜面４０が形成してある。残る支点用アーム部３９の先端部は、ロッカシャフト部分１１ａに支持されている。この支持には、例えば図２、図６および図８〜図１１に示されるようにロッカシャフト部分１１ａに、支点用アーム部３９と組み合うピン部材４１を直径方向（径方向）に組付けた構造が用いられている。すなわち、ピン部材４１には、下端部に球面状部４１ａが形成され、外周面におねじ部４１ｃが形成された部品が用いられている。このピン部材４１は、ロッカシャフト部分１１ａの上側に形成された据付座１１ｂ（例えば切欠部よりなる）から下側（径方向）へ貫通するよう、支点用アーム部３９の先端部に向って進退可能に螺挿、さらには据付座１１ｂ上から突き出た端部をロック用ナット４１ｂで締め付けることによって、ロッカシャフト部分１１ａに固定してある。なお、図示はしないが、ロッカシャフト部分４１ｃのピン部材４１が貫通する通孔はねじ孔で形成されている。そして、ロッカシャフト部分１１ｂの下端部から突き出たピン端部は、支点用アーム部３９に支持させてある。具体的には、支点用アーム部３９の先端部上面には、ロッカシャフト部分１１ａから突き出た球面状部４１ａと回動（可動）可能に嵌まり合う半球面状の受け部４２が形成されていて、同支持によりカムフォロア３６が吸気用カム１５で駆動されると、センタロッカアーム３５が、ロッカシャフト１１側を支点、すなわち球面状部４１ａと受け部４２とが嵌まり合うピボット部を支点に、上下方向へ揺動するようにしてある。

またロッカシャフト１１の端部には、制御アクチュエータとして、例えば制御用モータ４３（図６のみ図示）が接続されていて、制御用モータ４３の作動により、ロッカシャフト１１を所望に回動変位、例えば図８および図９に示されるピン部材４１が略垂直方向に配置された姿勢から、図１０および図１１に示されるカムシャフト回転方向へ傾いた姿勢までの範囲で回動変位できるようにしている。つまり、制御モータ４３、ピボット支持構造で構成される支点移動機構４４（本願の可変機構に相当）により、センタロッカアーム３５のロッカシャフト１１側の支点を、同シャフト１１の軸方向と交差する方向に移動（変位）できるようにしている。この移動がもたらすセンタロッカアーム３５の位置ずれを利用して、図８〜図１１に示されるようにカムフォロア３６の吸気用カム１５に対する転接位置（当接位置）が可変、すなわち吸気用カム１５の回転方向前後へ変位できるようにしている。

一方、スイングカム４５は、図２、図３および図６に示されるように支持シャフト１３に回動自在に嵌挿される筒状のボス部４６と、同ボス部４６からローラ部材３０（ロッカアーム２５）へ向って延びるアーム部４７と、同アーム部４７の下部に形成した変位受け部４８とを有して形成されている。このうちアーム部４７の先端には、ロッカアーム２５へ変位を伝える伝達面部として、例えば上下方向に延びるカム面４９が形成されている。このカム面４９がロッカアーム２５のローラ部材３０の外周面に転接させてある。また変位受け部４８には、例えば図６に示されるようにアーム部４７の下部のうち、カムシャフト１０の直上となる下面部分に凹陥部５１を形成し、同凹陥部５１内に、シャフト１０，１１，１２と同じ向きで、短シャフト５２を回転自在に収めた構造が用いられている。さらに述べれば、凹陥部５１の開放部から露出する短シャフト５２の下部には、凹部５３が形成されていて、同凹部５３内に中継用アーム部３８（センタロッカアーム３５）の先端部が摺動自在に差し込まれている。また凹部５３の底面には、傾斜面４０をスライド可能に受け止める平面状の受け面５３ａが形成されている。

つまり、スイングカム４５は、センタロッカアーム３５の揺動変位を受けると、支持シャフト１３が支点Ｘとし、凹部５３をセンタロッカアーム３５からの荷重が作用する作用点Ｙとし、カム面４９がロッカアーム２５を駆動させる力点Ｚとして、周期的に揺動する構造にしてあると同時に、カムフォロア３６が吸気用カム１５の所定位置から進角方向や遅角方向へ変位（センタロッカアーム３５が吸気用カム１５の移動方向前後へ変位）すると、該変位に伴うスイングアーム４５の姿勢の変化から、吸気用カム１５の位相が進角方向（あるいは遅角方向）へずれるようにしてある。

またカム面４９には、例えば支持シャフト１３の中心からの距離が変化する曲面（本願の変換部）が用いられている。これには、例えば図２中に示されるようにカム面４９の上部側をベース円区間α、すなわち図２中に示されるように支持シャフト１３の軸心を中心とした円弧面で形成された区間とし、下部側をリフト区間β、すなわち上記円弧に連続した反対向きの円弧面及びさらに反対向きの円弧面、例えば吸気用カム１５のリフト域のカム形状と同じような円弧面で形成された区間とした曲面が用いられている。このカム面４９により、カムフォロア３６が吸気用カム１５の所定位置から進角方向へ変位（センタロッカアーム３５の支点位置が変位）すると、ローラ部材３０が接するカム面４９の領域が変化、詳しくはローラ部材３０が行き交うベース円区間αとリフト区間βの比率が変化するようにしてある。この進角方向の位相変化を伴いながら行われる区間α，βの比率の変化により、吸気バルブ５の開閉タイミングが開弁時期を揃えつつ連続的に可変されたり、同時に吸気バルブ５のバルブリフト量が連続的に可変されたりしている。

またピン部材４１の上端部には、回動操作を受ける受け部として例えばプラス形の凹部５５（図６にのみ図示）が形成されている。このピン部材４１の凹部５５と、先に述べたピン部材４１の螺挿構造と、先に述べたピン部材４１をロックするナット４１ｂとにより、気筒毎に吸気バルブ５の開弁時期を調整できるようにしている（ピン部材４１をドライバ工具で前進方向や後退方向に変位させる螺挿作業、ナット４１ｂのロックを解除したりロックしたりする作業による）。

図１〜図３、図６中５８は、ロッカアーム機構１９の各アーム間を密接、すなわち吸気カム１５、センタロッカアーム３５およびスイングカム４５の相互間を密接する方向に付勢するためのプッシャである。プッシャ５８は、例えば図２および図３に示されるように上端部が開口した縦型の有底筒状のホルダ部５９と、同ホルダ部材５９の開口部に上下動自在に嵌挿された下端が開放した有底筒状の可動部６０と、ホルダ部５９内に該ホルダ部５９の内底面と可動部６０の内底面との間に渡り収められたスプリング部材、例えばコイルスプリング６１とを有して構成されている。このプッシャ５８が、スイングカム４５を下方から上方へ向かい付勢する姿勢で、シリンダブロック１上に配置されている。すなわち、プッシャ５８は、例えばボス部４６の外周面からアーム部４７とは反対側へ向って突き出るように形成されたリブ状の受け部６７とその下側のシリンダヘッド１上面部分に形成されている台部６８との間に介在させてある。具体的にはプッシャ５８は、例えば図３および図６に示されるようにホルダ部６１の一部に、例えばホルダ部５９の下部側へ延びる据付け脚６３を形成し、この据付け脚６３の中段部分に、支点用として、排気側のロッカシャフト１２と嵌合可能なＣ字状の嵌込み部６４を形成し、据付け脚６３の下段に、反力受用として受け座６５を形成した構造が用いられている。なお、受け座６５は、例えば据付け脚６３の先端部をホルダ部５９の下部側と並ぶ向きに曲げて形成してある。そして、このプッシャ５８が、可動部６０の先端面に形成されている突当て部６０ａを受け部６７の下面に突き当て、嵌込み部６４を受け部６７の直下のロッカシャフト１２部分に嵌合させ、ロッカシャフト１２部分の下側の台部６８上に受け座６５を載せた姿勢で、受け部６７とシリンダヘッド１上面との間に介在させてある。もちろん、プッシャ５８は、受け部６７と台部６８との間に取付けると、可動部６０が押込まれるようにしてある。そして、この可動部６０の押込みがもたらすコイルスプリング６１の圧縮変形により、支点Ｘ側から、スイングカム４５を下方から上方へ向かう方向から付勢して、常時、各アーム同士を離れることがないよう密接させている（ロストモーション抑制のため）。

こうした動弁系８のロッカシャフト１１（吸気側）、ロッカシャフト１２（排気側）および支持シャフト１３の各部、例えば軸方向両端部、気筒間となるカム群間のシャフト部分など、吸気側のロッカアーム機構１９や排気側の一対のロッカアーム１８と隣接した部分や、吸気側のロッカアーム機構１９と排気側の一対のロッカアーム１８との間の部分などが、図１に示されるように保持部材、例えば二種類の保持部材７０ａ，７０ｂによって保持されている。

この保持構造について説明すると、保持部材７０ａは、ロッカシャフト１１の近くに固定するためのスペースがシリンダヘッド上面において確保される地点、例えばシャフト端を保持するのに適した部品である。残る保持部材７０ｂは、ロッカシャフト１１の近くでは固定するためのスペースの確保ができない地点、例えば気筒間（カム群間）のシャフト部分を保持するのに適した部品である。

このうち保持部材７０ａは、図６に示されるようにシリンダヘッド１の前後方向端に配置された支持台１７に載置可能な本体部７２をもつ。この本体部７２の側部には、ロッカシャフト１１，１２端に嵌まる嵌挿部７３，７４がそれぞれ形成されている。なお、嵌挿部７３，７４のうち、例えば排気側のロッカシャフト１２端が嵌まる片側の嵌挿部７３は、筒状に形成され、吸気側のロッカシャフト１１端が嵌まる片側の嵌挿部７４は、ロッカシャフト１１端を回動可能に収める有底筒状に形成してある。また本体部７２の上部、例えば嵌挿部７３，７４間からは、支持シャフト１３端を下側から支える柱状の受け部７５が突き出ている。そして、この支持シャフト１３端が、上側から支持シャフト１３を貫通して受け部７５へ螺挿される締結具、例えばボルト部材７６により、受け部７５に固定されている。こうした固定構造ならびに嵌挿構造により、支持シャフト１３、両ロッカシャフト１１，１２の端部を、所定の間隔を保ったまま、保持部材７０ａで保持させている。

また保持部材７０ａは、保持部材７０ａが配置される部位がシリンダヘッド１の前後方向端であることを考慮（排気側および吸気側の双方で、固定スペースが確保しやすい部位）して、片側の固定構造には、例えば図５および図６に示されるように嵌挿部７３の上面部分に固定用座面７７ａを形成し、嵌挿部７３の下面部分に本体部７２下面と面一な設置面７７ｂを形成し、固定用座面７７ａからロッカシャフト１２を通じて設置面７７ｂへ至る通路７７ｃを形成した構造が用いられている。また残る片側を固定する構造には、例えば図５および図６に示されるように嵌挿部７４の底部分を形成する部分に軸方向外側へ張り出るボス部７９を形成し、同ボス部７９の上面に固定用座面７９ａを形成し、ボス部７９の下面に本体部７２下面と面一な設置面７９ｂを形成し、ボス部７９内に、固定用座面７９ａと設置面７９ｂ間を連絡する通路７９ｃを形成した構造が用いてある。

保持部材７０ｂは、図６に示されるように吸気側のロッカシャフト１１に摺動可能に嵌まる筒形の嵌挿部８１と、排気側のロッカシャフト１２に嵌まる筒形の嵌挿部８２と、支持シャフト１３を下側から支える壁状の受け部８３とを一体に結合させてなる本体部８４をもつ。この本体部８４の各部（嵌挿部８１，８２，受け部８３）が、図１に示されるようにそれぞれ気筒間の部位、すなわちロッカアーム機構１９間のロッカシャフト１１部分、一対のロッカアーム１８間のロッカシャフト１２部分、スイングカム４５のボス部４６間の支持シャフト１３部分に介在されている。そして、受け部８３上の支持シャフト１３部分は、上側から支持シャフト１３を貫通して受け部８３へ螺挿される締結具、例えばボルト部材８６により、受け部８３に固定され、各シャフト１１〜１３の中間部分を、所定の間隔を保ったまま、保持部材７０ｂで保持させている。

こうした保持部材７０ｂによる各シャフト１１〜１３の中間部の保持、先に述べた保持部材７０ａによる各シャフト１１〜１３端の保持により、図７に示されるようにロッカアーム機構１９（可変動弁装置２０）はもちろん、同ロッカアーム機構１９を含むシリンダヘッド１に搭載される動弁系８の部品を一つの構造体Ｘにモジュール化させている。

また保持部材７０ｂは、同保持部材７０ｂが配置される部位がシリンダヘッド１の前後方向中間であることを考慮（例えば気筒やウォータジャケットなどの影響で、吸気側、排気側のいずれか一方を固定するスペースがロッカシャフト近くで確保しにくく部位）、ここでは吸気側のロッカシャフト１１の近くで固定スペースが確保しにくいシリンダヘッド構造を考慮して、排気側の固定構造には、例えば図４および図６に示されるように嵌挿部８１の上面部分に固定用座面８７ａを形成し、嵌挿部８１，８２の下部に設置面８７ｂを形成し、さらに固定用座面８７ａからロッカシャフト１２を通じて設置面８７ｂに至る通路８７ｃを形成した構造が用いられている。残る吸気側の固定構造には、例えば図４および図６に示されるように固定が行えないロッカシャフト１２周辺を避けたシリンダヘッド１の側縁側（幅方向片側）、例えばロッカシャフト１２から離れたシリンダヘッド１の側縁部の近くに形成された座面１ａで固定が行えるようにした構造が用いられている。具体的には同固定構造には、本体部８４の片側である嵌挿部８１の側部に、座面１ａへ向って延びる延出部８８を形成し、同延出部８８の端部に、上下方向に沿って固定用の通孔８９を形成した構造が用いられている。

こうした固定構造を用いて構造体Ｘは、図７に示されるようにシリンダヘッド１の上面に固定させてある。すなわち、構造体Ｘは、図４および図５に示されるように各保持部材７０ａが、シリンダヘッド１の前後方向両側に配置されている支持台１７の上面に形成されたセット面１７ｂに載置され、各保持部材７０ｂが、シリンダヘッド１の前後方向中間に配置された支持台１７の上面に形成されたセット面１７ｂや座面１ａに載置されてから、各保持部材７０ａの座面７７ａ，７９ａから支持台１７のセット面１７ｂへボルト部材９０が螺挿され、各保持部材７０ｂの固定用座面８７ａから支持台１７のセット面１７ｂへボルト部材９０が螺挿され、さらに通孔８９から座面１ａへボルト部材９０が螺挿されることによって、吸気側のロッカシャフト１１の直側方を避けながら、シリンダヘッド１の上面に固定されている。

また図１に示されるように各保持部材７０ｂの嵌挿部８２の下部とこれに対応する支持台１７の上面部分には、構造体Ｘをシリンダヘッド１に搭載するときの当初の位置決めを行う位置決め用ノックピン部９２が形成されている。そして、各保持部材７０ａ，７０ｂの延出部８８端を固定するときは、延出部８８とは反対側の離れた地点にあるノックピン部９２で位置決められてから固定するようにしている。

なお、図２中９４は、吸気側のロッカアーム片２９，２９間を通じて、シリンダヘッド１に装着された点火プラグ（燃焼室２内の混合気を点火する機器）を示す。

つぎに、このように構成された可変動弁装置２０の作用を説明する。

まず、吸気バルブ５の開閉に伴うロッカアーム機構１９の動きについて説明すれば、今、図２に示されるようにカムシャフト１０が回転（矢印方向）しているとする。

このとき、図２に示されるようにセンタロッカアーム３５のカムフォロア３６は、ロッカアーム片２９間に配置されている吸気用カム１５を受けていて、同カム１５のカムプロフィールにならい駆動される。すると、センタロッカアーム３５は、ロッカシャフト１１側のピボット部を支点として上下方向へ揺動される。この揺動変位が、センタロッカアーム３５の直上にあるスイングカム４５へ伝わる。

ここで、スイングカム４５は、一端部が支持シャフト１３で揺動自在に支持され、他端部がロッカアーム２５のローラ部材３０に転接されている。この状態から、下部に有る回転自在な短シャフト５２に形成した受け面５３ａで、中継用アーム部３８先端の傾斜面４０を受けている。これにより、スイングカム４５は、傾斜面４０をすべりながら、該傾斜面４０で押し上げられたり下降したりするといった挙動を繰り返す。このスイングカム４５の揺動により、カム面４９は上下方向へ駆動される。

このとき、カム面４９には、ローラ部材３０が転接しているから、カム面４９でローラ部材３０を周期的に押圧する。この押圧を受けてロッカアーム２５は、ロッカシャフト１１を支点に駆動（揺動）され、複数（一対）の吸気バルブ５を一度に開閉させる。

こうした運転中、制御モータ４３の作動により、ロッカシャフト１１を回動させ、例えば最大バルブリフト量が確保される地点に、センタロッカアーム３５の支点位置を移動させる。すると、支点位置の変位から、センタロッカアーム３５のカムフォロア３６は、図２に示されるように吸気用カム１５上を変位して、スイングカム４５のカム面４９を垂直に近い角度（ベース円区間αにあるとき）となる姿勢に位置決める。

これにより、カム面４９は、ローラ部材３０が行き交う領域（比率）が、最大のバルブリフト量をもたらす領域、すなわち図８に示される最も短いベース円区間αと図９に示される最も長いリフト区間βに設定される。すると、吸気バルブ５は、狭いベース円区間αと最も長いリフト区間βとがなすカム面部分で駆動されるロッカアーム２５にしたがい、図１２中のＡ１の線図に示されるような最大バルブリフト量、さらには所望とする開閉タイミングで開閉される。

この状態から、吸気用カム１５の位相を可変するときは、制御モータ４３の作動により、ロッカシャフト１１を最大バルブリフト量が確保される位置（図８および図９中のピン部材４１位置）から、時計方向へ回動させる。これにより、センタロッカアーム３５のピボット部（支点位置）は、カムシャフト１０側へずれる。

ここで、センタロッカアーム３５は、スイングアーム４５へ変位を伝える部分が、中継用アーム部３８の傾斜面４０と同傾斜面４０と面接触する短シャフト５２の受け面５３ａとにより形成され、吸気用カム１５を受ける部分が吸気用カム１５と転接するカムフォロア３６で形成されているから、上記変位（ずれ）を受けると、センタロッカアーム３５の全体は、カムフォロア３６の転接位置が吸気用カム１５の進角方向へ進むように変位（ずれ）する。この転接位置の変化により、可変しようとするカム位相の開弁時期が、ピボット部（支点位置）の可変量に応じて早まる。

また傾斜面４０も、支点の移動を受けて、当初の位置から受け面５３ａ上を進角方向へ変位（スライド）する。これにより、スイングカム４５は、図１０および図１１に示されるようにカム面４９が下側へ傾く姿勢に変わる。この傾きが大きくなるにしたがい、ローラ部材３０が行き交うカム面４９の領域は、ベース円区間αが次第に長く、リフト区間βが次第に短くなる比率の領域に変わる。そして、この可変したカム面４９のカムプロフィールがローラ部材３０へ伝達され、ロッカアーム２５を、開弁時期を早めながら揺動駆動する。これにより、吸気バルブ５の開閉タイミングは、センタロッカアーム３５の支点位置の移動にしたがい、図９中に示されるように最大バルブリフト量Ａ１から、ピン部材４１が傾くことで得られる最小バルブリフト量Ａ７まで、最大バルブリフト時とほぼ同じ開弁時期から開弁するタイミングを保ちながら、連続的に可変制御される。なお、図１０および図１１は、この可変制御のうち、最小バルブリフト量Ａ７にしたときの状態を示している。

したがって、ロッカアーム２５、センタロッカアーム３５およびスイングカム４５を組み合わせた単一のロッカアーム機構１９だけで、開弁時期よりも閉弁時期を大きくした可変ができ、開弁時期をほぼ揃えたカム位相の可変ができる。しかも、スイングカム４５には、支持シャフト１３からカム面４９までの距離を変化させて、ロッカアーム２５へ伝わるカム位相をバルブリフト量と共に連続的に可変させる構造が用いてあるので、開弁時期をほぼ揃えたタイミングで連続的に吸気バルブ５の開閉タイミングおよびバルブのリフト量の可変を同時に行うことができる。こうした開弁時期をほぼ揃えたタイミングでのバルブリフト量、開閉タイミングの連続的な可変は、ロスを抑えながら吸入空気を気筒内へ吸入させることができ、特にポンピングロスの低減に優れた効果を発揮する。

そのうえ、ロッカアーム機構１９の各部品は、保持部材７０ａ，７０ｂを用いて、共通部品である吸気側のロッカシャフト１１、排気側のロッカシャフト１２、支持シャフト１３を保持してモジュール化させて、シリンダヘッド１へ固定する構造としてあるから、気筒間の動作タイミングを調整するときは、図７に示されるようにシリンダヘッド１に組付ける前の吸・排気バルブ５，６側からの負荷が無い構造体Ｘのままで行えるから、調整は容易である。さらに保持部材７０ｂは、延出部８８の形成により、広いスパンでシリンダヘッド１に固定される構造なので、高い安定性のもとで構造体Ｘのシリンダヘッド１への組込みができる。

特にロッカシャフト１１を回動変位させてセンタロッカアーム３５の支点を変位させる構造とした場合、排気側ロッカシャフト１２と吸気側ロッカシャフト１１とを保持する保持部材７０ｂは、吸気側ロッカシャフト１１に対して排気側ロッカシャフト１２の反対側に延在する延出部８８の端部がシリンダヘッド１に固定されているため、延出部８８の端部をシリンダヘッド１に固定するノックピン９０を中心とした保持部材７０ｂのぶれは、排気側ロッカシャフト１２を保持する嵌挿部８２よりも吸気側ロッカシャフト１１を保持する嵌挿部８１の方が小さくなり、該嵌挿部８１の変位が小さく抑えられるから、ロッカシャフト１１と保持部材７０ｂとの間で、容易にロッカシャフト１１のスムーズな動きに必要なクリアランスを確保できる。

また、保持部材７０ｂの延出部８８をシリンダヘッド１に固定するノックピン９０取付部にプッシュノック９２を設けることにより、保持部材７０ｂ自体の変位が抑制されるため、吸気側ロッカシャフト１１の変位がさらに抑制される。

また、本発明に位相可変装置を併用しても、位相可変量は小さくてすむため、可変する応答遅れが生じず、十分な燃費の改善を図ることができる。

なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。例えば上述した一実施形態では、保持部材の吸気側の端部を延出させた構造を挙げたが、これに限らず、シリンダヘッド構造によっては、排気側の端部を延出させた構造でもよい。

本発明の一実施形態の可変動弁装置を、同装置を搭載したシリンダヘッドと共に示す平面図。 図１中のＡ−Ａ線に沿う断面図。 図１中のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 図１中のＣ−Ｃ線に沿う断面図。 図１中のＤ−Ｄ線に沿う断面図。 同可変動弁装置を含む吸・排気バルブの動弁系の分解斜視図。 モジュール化した可変動弁装置を示す分解斜視図。 同可変動弁装置の最大バルブリフト制御時におけるカム面のベース円区間にロッカアームの当接部があるときの状態を示す断面図。 同じくカム面のリフト区間にロッカアームの当接部があるときの状態を示す断面図。 同可変動弁装置の最小バルブリフト制御時におけるカム面のリフト区間にロッカアームの当接部があるときの状態を示す断面図。 同じくカム面のリフト区間にロッカアームの当接部があるときの状態を示す断面図。 同可変動弁装置の性能を示す線図。

符号の説明

５…吸気バルブ、６…排気バルブ、１０…カムシャフト、１１…吸気側のロッカシャフト、１２…排気側のロッカシャフト、１３…支持シャフト（支持軸）、１９…ロッカアーム機構、２０…可変動弁装置、２５…ロッカアーム（第１アーム）、３５…センタロッカアーム（第２アーム）、４４…支点移動機構（可変機構）、４５…スイングカム（第３アーム）、４９…カム面（伝達面部）、７０ａ，７０ｂ…保持部材、８８…延出部、９２…ブッシュノック、Ｘ…モジュール化した構造体、α，β…ベース円区間，リフト区間（変換部）。

Claims (4)

1. 内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に設けられたカムシャフトと、
   前記カムシャフトと並行に配置された吸気および排気ロッカシャフトと、
   前記カムシャフトに形成されたカムにより駆動されて吸気又は排気バルブを開閉するロッカアーム機構と
   を有する内燃機関の可変動弁装置において、
   前記ロッカアーム機構は、
   前記ロッカシャフトに揺動自在に支持され吸気又は排気バルブを駆動可能な第１アームと、
   前記カムと当接して該カムにより駆動され前記ロッカシャフト側を支点として揺動する第２アームと、
   前記ロッカシャフトの近傍に配置された支持軸に揺動自在に設けられ、前記第２アームの変位を受け、前記第２アームの支点移動がもたらす該第２アームの姿勢変化にしたがい、前記カムの位相を可変させて前記第１アームを駆動する第３アームと、
   前記カムとの当接位置を該カムの移動方向前後へ変位させるべく、前記第２アームの前記ロッカシャフト側の前記支点を変位させる可変機構と、
   前記吸気および排気ロッカシャフトと前記支持軸とを保持して前記ロッカアーム機構をモジュール化する保持部材とを有し、
   前記保持部材を介して前記ロッカアーム機構が前記シリンダヘッドに固定される
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記保持部材は、前記吸気又は排気側ロッカシャフトのいずれか一方側から前記シリンダヘッドの側縁側へ延びた延出部を有し、同延出部の端部と該端部から離れた前記他方側の地点とが前記シリンダヘッドに固定されるようにしてある
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記可変機構は、前記第１アームを支持するロッカシャフトが回動変位することによって、前記第２アームのロッカシャフト側の支点を変位させるように構成され、
   前記保持部材は、前記第１アームを支持するロッカシャフト側から前記シリンダヘッドの側縁側へ延びた延出部を有し、同延出部の端部と該端部から離れた前記保持部材の反対側の端部が前記シリンダヘッドに固定され、
   さらに前記保持部材の延出部は、前記保持部材の反対側が前記シリンダヘッドに位置決められてから固定されるようにしてある
   ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記第３アームは、前記第１アームを駆動するべく前記第１アームと接する伝達面部を有し、
   前記伝達面部は、前記支持軸の中心からの距離が変化する変換部を備え、
   前記当接位置の変位がもたらす前記第２アームの姿勢変化から、前記支持軸から前記伝達面部までの距離を変化させて、前記第１アームに伝わるカムの位相が、前記バルブのバルブリフト量と共に連続的に可変されるようにしてある
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３にいずれか一つに記載の内燃機関の可変動弁装置。

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