JP4123372B2

JP4123372B2 - 内燃機関の可変動弁装置

Info

Publication number: JP4123372B2
Application number: JP2003384131A
Authority: JP
Inventors: 友横山; 真一村田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-11-13
Filing date: 2003-11-13
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2023-11-13
Also published as: JP2005146957A

Description

本発明は内燃機関（以下、エンジンという）の可変動弁装置に関するものである。

運転領域に応じた最適なエンジン出力特性を実現するために、吸排気弁の開弁期間やリフト量の切換等を行う可変動弁装置を備えた種々のエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載されたエンジンの可変動弁装置では、図７の平面図に示すように、カムシャフト１０１の低速カム１０１ａにより揺動する低速ロッカアーム１０２、及び高速カム１０１ｂにより揺動する高速ロッカアーム１０３をロッカシャフト１０４に支承し、低速ロッカアーム１０２の揺動に連係して吸気弁１０５を開閉駆動している。低速ロッカアーム１０２にはロッカシャフト１０４の軸方向に油圧で摺動するスペーサ体１０６を設ける一方、高速ロッカアーム１０３にはその揺動に伴ってスペーサ体１０６を押圧操作可能なようにアジャストボルト１０７を設け、スペーサ体１０６の摺動位置に応じてアジャストボルト１０７をスペーサ体１０６に対して連係・解除させている。

そして、スペーサ体１０６による連係の解除時には、高速ロッカアーム１０３を空振りさせながら低速ロッカアーム１０２により低速カム１０１ａの形状に倣って吸気弁１０５を開閉駆動し、スペーサ体１０６による連係時には、高速ロッカアーム１０３と一体で低速ロッカアーム１０２を揺動させて高速カム１０１ｂの形状に倣って吸気弁１０５を開閉駆動する。
特開平２−２２３６１３号公報

上記特許文献１に記載された可変動弁機構では、高速ロッカアーム１０３上のアジャストボルト１０７により押圧操作可能なように、低速ロッカアーム１０２のスペーサ体１０６は高速ロッカアーム１０３側に張出して設けられている。従って、連係時にアジャストボルト１０７によりスペーサ体１０６が押圧操作される位置（以下、駆動力伝達点１０８という）は、低速ロッカアーム１０２が吸気弁１０５と連係する連係箇所１０９に対してロッカシャフト１０４の軸方向に大きなオフセット量Ａを形成している。

その結果、駆動力伝達点１０８を介して低速ロッカアーム１０２に伝達された駆動力は分力を生じ、分力は吸気弁１０５の開弁に有効に利用されずにロッカシャフト１０４に対する低速ロッカアーム１０２の軸受部分に偏荷重を発生させてしまう。軸受部分の偏荷重は摩耗やフリクションを増大させる要因となり、ひいては可変動弁装置の耐久性及び信頼性を低下させてしまうという問題があった。

本発明の目的は、高速ロッカアーム側から駆動力を伝達されたときに低速ロッカアームの軸受部分に生じる偏荷重を軽減して、偏荷重による軸受部分の摩耗やフリクションを抑制し、もって耐久性及び信頼性を向上させることができる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ロッカシャフトにボス部が揺動自在に支承され、ボス部の一端側に設けられた操作部をカムシャフトの第１カム上に当接させると共に、ボス部から他端側に延設したアーム部を吸気弁又は排気弁と連係させた第１のロッカアームと、第１のロッカアームに隣接してロッカシャフトにボス部が揺動自在に支承され、ボス部の一端側に設けられた操作部をカムシャフトの第１カムとはカム形状が異なる第２カム上に当接させた第２のロッカアームと、第２のロッカアームに設けられたシリンダ部に摺動自在に配置されたピストンと、第１のロッカアームから第２のロッカアーム側に延設されて、先端がピストン位置に応じて前記ピストンとの係合の有無を切換えられる係合突起とを備え、第１のロッカアームのボス部の幅を第２のロッカアームのボス部の幅より広く設定すると共に、第１のロッカアームの操作部を第２のロッカアームに対して近接配置したものである。

従って、内燃機関の運転中には、カムシャフトの回転に伴って第１及び第２のロッカアームが対応するカムにより操作部を介して揺動操作される。ここで、第１のロッカアームの係合突起が第２のロッカアームのピストンに係合しないときには両ロッカアームの連係が解除され、第２のロッカアームを単独で空振りさせながら第１のロッカアームは第１カムの形状に倣って揺動して吸気弁又は排気弁を開閉駆動する。又、この状態から第１のロッカアームの係合突起が第２のロッカアームのピストンに係合すると両ロッカアームが連係されて、第１のロッカアームは第２のロッカアームと共に第２カムの形状に倣って揺動して吸気弁又は排気弁を開閉駆動する。

第１及び第２のロッカアームの連係時において、第１のロッカアームは係合突起とピストンとの係合箇所を介して第２のロッカアーム側から駆動力を伝達され、揺動しながら連係箇所を介して吸気弁又は排気弁に駆動力を伝達する。そして、第１のロッカアームの係合突起はピストンと係合可能なように第２のロッカアーム側に延設されているため、係合突起とピストンとの係合箇所は、第１のロッカアームが吸気弁又は排気弁と連係する連係箇所に対してロッカシャフトの軸方向にオフセットされている。従って、第１のロッカアームに伝達された駆動力は分力を生じ、分力によりロッカシャフトに対する第１のロッカアームの軸受部分には偏荷重が発生する。

ここで、第１及び第２のロッカアームに設定可能なボス部の幅は内燃機関の気筒ピッチ等の要因に基づいて制限されているが、限られた範囲内で軸受として厳しい条件が要求される第１のロッカアーム側により広いボス部の幅、換言すればロッカシャフトに対する軸受部分の長さが割り当てられるため、第１のロッカアームの軸受部分に生じた偏荷重の影響が軽減されて、偏荷重による摩耗やフリクションが抑制される。

一方、第１及び第２のロッカアームの連係時においては、第１のロッカアームの操作部は何ら機能を果たすことなく慣性質量としてロッカアームの揺動を妨げる方向に作用するため、第１のロッカアームのボス部には揺動毎に正逆に捩れが生じて、第２カムに基づく所期の吸排気弁の開閉特性を狂わせる要因となり得る。
操作部の慣性質量の影響は、操作部と係合突起及びピストンの係合箇所とがボス部の軸方向に離間しているほど大きくなるが、これらの操作部が第２のロッカアームに対して近接配置されていることから必然的に係合突起及びピストンの係合箇所に対しても近接し、ボス部の捩れを抑制して正確な吸排気弁の開閉特性が実現される。

請求項２の発明は、吸気ロッカシャフトにボス部が揺動自在に支承され、ボス部の一端側に設けられた操作部をカムシャフトの第１吸気カム上に当接させると共に、ボス部から他端側に延設したアーム部を吸気弁と連係させた第１の吸気ロッカアームと、第１の吸気ロッカアームに隣接して吸気ロッカシャフトにボス部が揺動自在に支承され、ボス部の一端側に設けられた操作部をカムシャフトの第１吸気カムとはカム形状が異なる第２吸気カム上に当接させた第２の吸気ロッカアームと、第２の吸気ロッカアームに設けられたシリンダ部に摺動自在に配置されたピストンと、第１の吸気ロッカアームから第２の吸気ロッカアーム側に延設されて、先端がピストン位置に応じて前記ピストンとの係合の有無を切換えられる係合突起と、排気ロッカシャフトにボス部が揺動自在に支承され、ボス部の一端側に設けられた操作部をカムシャフトの第１排気カム上に当接させると共に、ボス部から他端側に延設したアーム部を排気弁と連係させた第１の排気ロッカアームと、第１の排気ロッカアームに隣接して排気ロッカシャフトにボス部が揺動自在に支承され、ボス部の一端側に設けられた操作部をカムシャフトの第１排気カムとはカム形状が異なる第２排気カム上に当接させた第２の排気ロッカアームと、第２の排気ロッカアームに設けられたシリンダ部に摺動自在に配置されたピストンと、第１の排気ロッカアームから第２の排気ロッカアーム側に延設されて、先端がピストン位置に応じて前記ピストンとの係合の有無を切換えられる係合突起とを備え、第１の吸気ロッカアームのボス部の幅を第２の吸気ロッカアームのボス部の幅より広く設定すると共に、第１の吸気ロッカアームの操作部を第２の吸気ロッカアームに対して近接配置し、且つ、第１の排気ロッカアームのボス部の幅を第２の排気ロッカアームのボス部の幅より広く設定すると共に、第１の排気ロッカアームの操作部を第２の排気ロッカアームに対して近接配置したものである。

従って、内燃機関の運転中には、カムシャフトの回転に伴って吸排気の各ロッカアームが対応するカムにより操作部を介して揺動操作される。ここで、第１の吸気ロッカアームの係合突起が第２の吸気ロッカアームのピストンに係合しないときには両ロッカアームの連係が解除され、第２の吸気ロッカアームを単独で空振りさせながら第１の吸気ロッカアームは第１吸気カムの形状に倣って揺動して吸気弁を開閉駆動する。又、この状態から第１の吸気ロッカアームの係合突起が第２の吸気ロッカアームのピストンに係合すると両ロッカアームが連係されて、第１の吸気ロッカアームは第２の吸気ロッカアームと共に第２吸気カムの形状に倣って揺動して吸気弁を開閉駆動する。

排気側も同様であり、第１の排気ロッカアームの係合突起が第２の排気ロッカアームのピストンに係合しないときには両ロッカアームの連係が解除され、第１の排気ロッカアームが第１排気カムの形状に倣って揺動して排気弁を開閉駆動し、第１の排気ロッカアームの係合突起が第２の排気ロッカアームのピストンに係合すると両ロッカアームが連係されて、第１の排気ロッカアームが第２の排気ロッカアームと共に第２排気カムの形状に倣って揺動して排気弁を開閉駆動する。

第１及び第２のロッカアームの連係時において、第１の吸気ロッカアームは係合突起とピストンとの係合箇所を介して第２の吸気ロッカアーム側から駆動力を伝達され、揺動しながら連係箇所を介して吸気弁に駆動力を伝達し、第１の排気ロッカアームは係合突起とピストンとの係合箇所を介して第２の排気ロッカアーム側から駆動力を伝達され、揺動しながら連係箇所を介して排気弁に駆動力を伝達する。そして、吸排気の何れにおいても第１のロッカアームの係合突起はピストンと係合可能なように第２のロッカアーム側に延設されているため、係合突起とピストンとの係合箇所は、第１のロッカアームが吸気弁や排気弁と連係する連係箇所に対してロッカシャフトの軸方向にオフセットされている。従って、第１のロッカアームに伝達された駆動力は分力を生じ、分力によりロッカシャフトに対する第１のロッカアームの軸受部分には偏荷重が発生する。

ここで、吸排気の何れにおいても第１及び第２のロッカアームに設定可能なボス部の幅は内燃機関の気筒ピッチ等の要因で制限されているが、限られた範囲内で軸受として厳しい条件が要求される第１のロッカアーム側により広いボス部の幅、換言すればロッカシャフトに対する軸受部分の長さが割り当てられるため、第１のロッカアームの軸受部分に生じた偏荷重の影響が軽減されて、偏荷重による摩耗やフリクションが抑制される。

一方、吸排気の第１及び第２のロッカアームの連係時においては、第１の吸気ロッカアーム及び第１の排気ロッカアームの操作部は何ら機能を果たすことなく慣性質量としてロッカアームの揺動を妨げる方向に作用するため、第１の吸気ロッカアームや第１の排気ロッカアームのボス部には揺動毎に正逆に捩れが生じて、第２吸気カムや第２排気カムに基づく所期の吸排気弁の開閉特性を狂わせる要因となり得る。

操作部の慣性質量の影響は、操作部と係合突起及びピストンの係合箇所とがボス部の軸方向に離間しているほど大きくなるが、これらの操作部が第２の吸気ロッカアームや第２の排気ロッカアームに対して近接配置されていることから必然的に係合突起及びピストンの係合箇所に対しても近接し、ボス部の捩れを抑制して正確な吸排気弁の開閉特性が実現される。

請求項３の発明は、請求項１において、第１のロッカアームが一対の吸気弁又は排気弁と連係する一対のアーム部を備え、両アーム部の基端を相互に離間配置したものである。
従って、第１のロッカアームのボス部の幅を拡大すると、軸受部分への偏荷重の影響を軽減できるだけでなく、ボス部から延設された一対のアーム部の基端を相互に離間配置可能となる。これにより両アーム部は略平行を保ったままボス部の軸心に対して略直交方向に延設されて、ボス部と吸気弁又は排気弁とをほぼ最短距離で連結する。よって、アーム長が短縮化されると共に、バルブスプリングの付勢力に抗して吸気弁や排気弁を開弁させたときの両アーム部の捩れが抑制され、一層正確な吸排気弁の開閉特性が実現される。又、離間配置した両アーム部の間に点火プラグ等を配置可能なため、点火プラグ等に関するレイアウトの自由度が拡大される。

請求項４の発明は、請求項２において、第１の吸気ロッカアーム又は第１の排気ロッカアームの少なくとも一方が、一対の吸気弁又は排気弁と連係する一対のアーム部を備え、両アーム部の基端を相互に離間配置したものである。
従って、第１の吸気ロッカアームや第１の排気ロッカアームのボス部の幅を拡大すると、軸受部分への偏荷重の影響を軽減できるだけでなく、ボス部から延設された一対のアーム部の基端を相互に離間配置可能となる。これにより両アーム部は略平行を保ったままボス部の軸心に対して略直交方向に延設されて、ボス部と吸気弁や排気弁とをほぼ最短距離で連結する。よって、アーム長が短縮化されると共に、バルブスプリングの付勢力に抗して吸気弁や排気弁を開弁させたときの両アーム部の捩れが抑制され、一層正確な吸排気弁の開閉特性が実現される。又、離間配置した両アーム部の間に点火プラグ等を配置可能なため、点火プラグ等に関するレイアウトの自由度が拡大される。

以上説明したように請求項１の発明の内燃機関の可変動弁装置によれば、第２のロッカアーム側から駆動力を伝達されたときに第１のロッカアームの軸受部分に生じる偏荷重を軽減して、偏荷重による軸受部分の摩耗やフリクションを抑制し、もって耐久性及び信頼性を向上でき、しかも、操作部の慣性質量に起因する第１のロッカアームのボス部の捩れを抑制して、正確な吸排気弁の開閉特性を実現することができる。

請求項２の発明の内燃機関の可変動弁装置によれば、第２の吸気ロッカアーム側から駆動力を伝達されたときに第１の吸気ロッカアームの軸受部分に生じる偏荷重を軽減すると共に、第２の排気ロッカアーム側から駆動力を伝達されたときに第１の排気ロッカアームの軸受部分に生じる偏荷重を軽減して、これらの偏荷重による軸受部分の摩耗やフリクションを抑制して耐久性及び信頼性を向上でき、しかも、操作部の慣性質量に起因する第１の吸気ロッカアームや第１の排気ロッカアームのボス部の捩れを抑制して、正確な吸排気弁の開閉特性を実現することができる。

請求項３の発明の内燃機関の可変動弁装置によれば、請求項１に加えて、第１のロッカアームのアーム部の強度や剛性を確保して、一層正確な吸排気弁の開閉特性を実現できると共に、点火プラグ等の配置場所を確保して点火プラグ等に関するレイアウトの自由度を拡大することができる。
請求項４の発明の内燃機関の可変動弁装置によれば、請求項２に加えて、第１の吸気ロッカアームや第１の排気ロッカアームのアーム部の強度や剛性を確保して、一層正確な吸排気弁の開閉特性を実現できると共に、点火プラグ等の配置場所を確保して点火プラグ等に関するレイアウトの自由度を拡大することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明を具体化したエンジンの可変動弁装置の第１実施形態を説明する。
本実施形態のエンジンは気筒当たり２弁を有するＳＯＨＣ型の直列４気筒ガソリン機関として構成され、通常の回転域での出力特性に対応する低速モードと特に高回転域での出力特性に対応する高速モードとの間で運転モードを切換可能に構成されている。このため、各気筒の動弁装置の吸気側にはモード切換のための切換機構が備えられており、以下、特定気筒について動弁装置の構成を説明するが、他の気筒も全く同一の構成である。

図１は本実施形態のエンジンの可変動弁装置における吸気側の１気筒分を示す平面図、図２は同じく可変動弁装置の吸気側の１気筒分を示す正面図である。ここで、図１において上方がエンジンの前側に相当し、下方がエンジンの後側に、右方がエンジンの右側に、左方がエンジンの左側に相当し、以下、エンジンを基準として説明する。尚、エンジン配置は、このような縦置きエンジンに限定されるものではなく、横置きエンジンであってもよい。

図示しないシリンダヘッド上にはエンジンの前後方向に延びるように１本のカムシャフト１が支承され、カムシャフト１は図示しないクランクシャフトにより同期して回転駆動される。カムシャフト１の左側には吸気ロッカシャフト２が配設され、吸気ロッカシャフト２はカムシャフト１に対して平行な姿勢で図示しないブラケットにより支持されている。カムシャフト１には後側の低速カム３（第１カム）及び前側の高速カム４（第２カム）が相互に隣接して形成され、これらの低速カム３及び高速カム４と対応するように、吸気ロッカシャフト２には低速ロッカアーム５（第１のロッカアーム）及び高速ロッカアーム６（第２のロッカアーム）のボス部５ａ，６ａが相互に隣接した状態でそれぞれ揺動自在に支承されている。

低速ロッカアーム５のボス部５ａからは一本のバルブアーム部５ｄ（アーム部）が左方（他端側）に向けて延設され、バルブアーム部５ｄの先端はシリンダヘッド上の吸気弁７と連係され、低速ロッカアーム５の揺動に伴って吸気弁７が開閉駆動される。低速ロッカアーム５及び高速ロッカアーム６のボス部５ａ，６ａからは右方（一端側）に向けてそれぞれローラ支持部５ｂ，６ｂが突設され、各ローラ支持部５ｂ，６ｂにはローラ５ｃ，６ｃ（操作部）が支持されている。低速ロッカアーム５のローラ５ｃはカムシャフト１上の低速カム３と対応して、図示しない吸気弁７のバルブスプリングの付勢力を受けて常に低速カム３上に当接し、高速ロッカアーム６のローラ６ｃはカムシャフト１上の高速カム４と対応して、図示しないリターンスプリングの付勢力を受けて常に高速カム４上に当接している。

低速ロッカアーム５と高速ロッカアーム６との間には運転モードを切換えるための切換機構Ｍが設けられている。図３はロッカアームの連係解除時の切換機構Ｍを示す図１のＢ−Ｂ線に相当する断面図、図４は同じくロッカアームの連係時の切換機構Ｍを示す図１のＢ−Ｂ線に相当する断面図である。これらの図に示すように、高速ロッカアーム６のボス部６ａ上には円筒状のシリンダ部１６が一体的に形成され、シリンダ部１６内に形成されたシリンダ１７の上端は閉塞され、シリンダ１７の下端は吸気ロッカシャフト２の外周面に対して開口している。シリンダ１７内にはピストン１８が配設され、ピストン１８は図示しない規制ピンによりシリンダ１７の軸線を中心とした回転を規制された状態でシリンダ１７内を上下方向に摺動し得る。

シリンダ１７内の上壁及びピストン１８の上面には相対向するように凹部１７ａ，１８ａが形成され、凹部１７ａ，１８ａ間には圧縮スプリング１９が介装されている。圧縮スプリング１９の付勢力によりピストン１８は常に下方に付勢されて、その下面を吸気ロッカシャフト２の外周面に当接させた図３に示す下方位置に保持される一方、圧縮スプリング１９の付勢力に抗してシリンダ１７内でピストン１８が上方に摺動すると、ピストン１８は上面をシリンダ１７内の上壁に当接させた図４に示す上方位置に切換えられる。シリンダ部１６の右側面には操作窓２０が形成され、図３に示すピストン１８の下方位置では、操作窓２０を介してシリンダ１７内が外方に向けて露出し、図４に示すピストン１８の上方位置では、操作窓２０を介してピストン１８の外周面が外方に向けて露出する。

図１に示すように、低速ロッカアーム５上の一側からは連動アーム部２１（係合突起）が前方に延設され、連動アーム部２１の先端はＬ字状に屈曲して高速ロッカアーム６のシリンダ部１６の操作窓２０と対応して上方位置のピストン１８の外周面に当接可能であり、以下、このときの当接位置を駆動力伝達点２８（係合箇所）とする。
低速及び高速カム３，４のベース円区間（低速及び高速ロッカアーム５，６のリフト量が共に０の区間）において、図３に２点鎖線で示すように、連動アーム部２１の先端が操作窓２０からシリンダ１７内に挿入される直前となるように、シリンダ部１６と連動アーム部２１との相互の位置関係が設定されている。

そして、図１から明らかなように、低速ロッカアーム５の連動アーム部２１は先端をピストン１８に当接可能とすべく高速ロッカアーム６側に延設されているため、駆動力伝達点２８は、低速ロッカアーム５が吸気弁７と連係する連係個所２７に対して吸気ロッカシャフト２の軸方向にオフセット量Ａを形成している。ここで、図１に示される動弁装置の前後両側には隣接気筒の動弁装置等が配置されているため、低速及び高速ロッカアーム５，６のボス部５ａ，６ａの前後幅Ｗ１，Ｗ２は気筒ピッチ等の要因で制限されているが、その範囲内で低速ロッカアーム５のボス部５ａは可能な限り後方（反高速ロッカアーム６側）に延設されており、結果として高速ロッカアーム６側のボス部６ａの幅Ｗ２より広く設定されている。

図３，４に示すように、吸気ロッカシャフト２には軸方向に沿ってオイル通路２２が形成され、オイル通路２２は各気筒の高速ロッカアーム６のシリンダ部１６の箇所において分配通路２３を介してシリンダ１７内と連通している。そして、図示はしないが吸気ロッカシャフト２のオイル通路２２はＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）に接続され、このＯＣＶの切換に応じてエンジンに備えられた潤滑用オイルポンプからオイル通路２２内に切換機構Ｍ用の作動オイルが供給される。

一方、排気側の動弁装置は切換機構Ｍを備えずに単一のロッカアームからなる一般的な構成であり、図示はしないが、排気ロッカシャフトに支承された排気ロッカアームがカムシャフト１の排気カムにより揺動されて排気弁を開閉駆動するようになっている。
次に、以上のように構成されたエンジンの可変動弁装置の作動状況を説明する。
ＯＣＶの切換制御は図示しないＥＣＵ（エンジン制御ユニット）により行われ、このＯＣＶの切換に応じてエンジンの運転モードが低速モードと高速モードとの間で切換えられる。

例えば、エンジン回転速度Ｎeが閾値Ｎe0未満でエンジンへの出力要求がそれほど高くない回転域では、ＥＣＵは低速モードを実行すべくＯＣＶを閉弁側に切換えてオイル通路２２へのオイル供給を中止する。その結果、吸気側の各気筒の高速ロッカアーム６では、図３に示すように圧縮スプリング１９の付勢力によりピストン１８が下方位置に保持され、操作窓２０を介してシリンダ１７内が外方に向けて露出する。

一方、エンジンの運転中には、カムシャフト１の回転に伴って吸気側の低速及び高速ロッカアーム５，６は対応するカム３，４上でローラ５ｃ，６ｃを転動させながらそれぞれのカム形状に倣って揺動している。ここで、低速カム３に対して高速カム４は作動角が広く且つリフト量が大きいため、低速ロッカアーム５に比較して高速ロッカアーム６が大きく揺動するが、上記のようにピストン１８が下方位置にあるため、高速ロッカアーム６は、操作窓２０を介してシリンダ１７内に低速ロッカアーム５の連動アーム部２１の先端を挿脱させながら単独で空振りする。つまり、このときには低速ロッカアーム５と高速ロッカアーム６との連係が解除され、低速ロッカアーム５は低速カム３の形状に倣って揺動して吸気弁７を開閉駆動する。

又、エンジン回転速度Ｎeが閾値Ｎe0以上で特にエンジンへの出力要求が高い回転域では、ＥＣＵは高速モードを実行すべくＯＣＶを開弁側に切換えてオイル通路２２への作動オイル供給を行う。その結果、吸気側の各気筒の高速ロッカアーム６では、図４に示すように圧縮スプリング１９の付勢力に抗して油圧によりピストン１８が上方位置に切換えられ、操作窓２０を介してピストン１８の外周面が露出する。高速ロッカアーム６の揺動に伴って操作窓２０を介してピストン１８の外周面により低速ロッカアーム５の連動アーム部２１の先端が押圧され、これにより低速ロッカアーム５は高速ロッカアーム６に対して連係されて高速ロッカアーム６と共に揺動し、高速カム４の形状に倣って吸気弁７を開閉駆動する。

高速モード時の低速ロッカアーム５は、駆動力伝達点２８を介して高速ロッカアーム６側のピストン１８から連動アーム部２１に駆動力を伝達され、揺動しながら連係箇所２７を介して吸気弁７に駆動力を伝達する。そして、上記のように駆動力伝達点２８が吸気弁７の連係個所２７に対して吸気ロッカシャフト２の軸方向にオフセットされているため、低速ロッカアーム５に伝達された駆動力は分力を生じ、分力により吸気ロッカシャフト２に対する低速ロッカアーム５の軸受部分には偏荷重が発生する。

つまり、低速ロッカアーム５の軸受部分は高速ロッカアーム６側に比較して軸受としてより厳しい条件が要求されているが、上記のように低速ロッカアーム５側により広いボス部５ａの幅Ｗ１、換言すれば吸気ロッカシャフト２に対する軸受部分の長さが割り当てられているため、低速ロッカアーム５の軸受部分に生じた偏荷重の影響が軽減される。よって、偏荷重による軸受部分の摩耗やフリクションを抑制して、可変動弁装置の耐久性及び信頼性を向上することができる。

一方、高速モードにおいては、低速ロッカアーム５のローラ５ｃは何ら機能を果たすことなく慣性質量として低速ロッカアーム５の揺動を妨げる方向に作用するため、低速ロッカアーム５のボス部５ａには揺動毎に正逆に捩れが生じて、高速カム４に基づく所期の吸気弁７の開閉特性を狂わせる要因となり得る。ローラ５ｃの慣性質量の影響は、ローラ５ｃと駆動力伝達点２８とがボス部５ａの軸方向に離間しているほど大きくなるが、上記のようにローラ５ｃが高速ロッカアーム６に近接配置されていることから必然的に駆動力伝達点２８に対しても近接し、ボス部５ａの捩れを抑制して正確な吸気弁７の開閉特性を実現することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明を別のエンジンの可変動弁装置に具体化した第２実施形態を説明する。
本実施形態のエンジンは気筒当たり４弁を有するＳＯＨＣ型の直列４気筒ガソリン機関として構成され、吸排気共に運転モード切換のための切換機構Ｍを備えており、以下、特定気筒について動弁装置の構成を説明するが、他の気筒も全く同一の構成である。
図５は本実施形態のエンジンの可変動弁装置における１気筒分を示す平面図、図６は同じく可変動弁装置の１気筒分を示す正面図である。

図示しないシリンダヘッド上にはエンジンの前後方向に延びるように１本のカムシャフト３１が支承され、カムシャフト３１の左側には吸気ロッカシャフト３２が、右側には排気ロッカシャフト３３がそれぞれ図示しないブラケットにより支持されている。カムシャフト３１には前側より吸気高速カム３４（第２吸気カム）、吸気低速カム３５（第１吸気カム）、排気低速カム３６（第１排気カム）、排気高速カム３７（第２排気カム）が相互に隣接して形成されている。

吸気ロッカシャフト３２の前側には吸気高速ロッカアーム３８（第２の吸気ロッカアーム）のボス部３８ａが、後側には吸気低速ロッカアーム３９（第１の吸気ロッカアーム）のボス部３９ａが相互に隣接した状態でそれぞれ揺動自在に支承されている。吸気高速ロッカアーム３８のボス部３８ａは前後方向で吸気高速カム３４と対応し、吸気低速ロッカアーム３９のボス部３９ａは前後方向で吸気低速カム３５、排気低速カム３６、排気高速カム３７と対応し、結果として吸気低速ロッカアーム３９のボス部３９ａの幅Ｗ１は吸気高速ロッカアーム３８のボス部３８ａの幅Ｗ２より遥かに広く設定されている。

一対の吸気弁４０ａ，４０ｂはシリンダヘッド上で前後方向に離間して設けられ、前側の吸気弁４０ａは前後方向において両ロッカアーム３８，３９の境界より若干吸気高速ロッカアーム３８寄りに位置し、後側の吸気弁４０ｂは前後方向において吸気低速ロッカアーム３９のボス部３９ａの後部に位置している。吸気低速ロッカアーム３９のボス部３９ａからは２本のバルブアーム部３９ｄ（アーム部）が左方（他端側）に向けて延設され、これらのバルブアーム部３９ｄの先端はそれぞれ吸気弁４０ａ，４０ｂと連係している。

後側のバルブアーム部３９ｄは、後側の吸気弁４０ｂと対応する前後位置でボス部３９ａから吸気弁４０ｂに向けて直線状に延設され、前側のバルブアーム部３９ｄは、ボス部３９ａの前端から吸気高速ロッカアーム３８側に若干湾曲した後に前側の吸気弁４０ａに向けて直線状に延設されている。結果として両バルブアーム部３９ｄは基端（ボス部３９ａ側）を相互に離間させて、略平行を保ったままボス部３９ａの軸心と直交する方向に延びて吸気弁４０ａ，４０ｂと連係しており、両バルブアーム部３９ｄ間に形成された間隙には点火プラグ４１が配置されている。

そして、吸気弁４０ａ，４０ｂに設けられた図示しないバルブスプリングの付勢力を受けて、吸気低速ロッカアーム３９は右方（一端側）に突設されたローラ支持部３９ｂのローラ３９ｃを吸気低速カム３５上に常に当接させて、低速カム３５の形状に倣って揺動して吸気弁４０ａ，４０ｂを開閉駆動する。又、吸気高速ロッカアーム３８は図示しないリターンスプリングの付勢力を受けて、右方（一端側）に突設されたローラ支持部３８ｂのローラ３８ｃを吸気高速カム３４上に常に当接させている。

吸気高速ロッカアーム３８と吸気低速ロッカアーム３９との間には運転モードを切換えるための切換機構Ｍが設けられている。当該切換機構Ｍの構成は図３，４に示す第１実施形態のものと同様であるため、同一の部材番号を付して詳細な説明は省略するが、吸気高速ロッカアーム３８のシリンダ部１６内に設けられたピストン１８がＯＣＶの切換に応じて図３の下方位置と図４の上方位置との間で切換えられ、ピストン位置に応じて吸気低速ロッカアーム３９の連動アーム部２１（係合突起）とピストン１８との係合の有無が切換えられて、両ロッカアーム３８，３９が連係・解除される。

吸気低速ロッカアーム３９の前側のバルブアーム部３９ｄ上には第１のリブ４２が一体形成され、第１のリブ４２はバルブアーム部３９ｄに倣って湾曲して前側の吸気弁４０ａに対する連係箇所４４ａとボス部３９ａとを接続している。連動アーム部２１は、第１のリブ４２の吸気弁４０ａに対する連係個所４４ａから右方（吸気高速ロッカアーム３８側）に一直線状に延びた箇所に一体形成され、第１のリブ４２から上方に分岐して右方やや前方に向けて円弧状に延びている。連動アーム部２１の先端は吸気高速ロッカアーム３８のシリンダ部１６の操作窓２０と対応して上方位置のピストン１８の外周面に当接可能であり、この当接位置を駆動力伝達点４５（係合箇所）としている。

吸気低速ロッカアーム３９の後側のバルブアーム部３９ｄ上には第２のリブ４３が一体形成され、この第２のリブ４３は第１のリブ４２と同様に後側の吸気弁４０ｂに対する連係個所４４ｂとボス部３９ａとを接続すると共に、ボス部３９ａ上を前方に延設されて第１のリブ４２及び連動アーム部２１の基端に対して接続されている。
そして、図５から明らかなように、吸気低速ロッカアーム３９の連動アーム部２１は先端をピストン１８に当接可能とすべく吸気高速ロッカアーム３８側に延設されているため、駆動力伝達点４５は、吸気低速ロッカアーム３９が前側の吸気弁４０ａと連係する連係個所４４ａに対して吸気ロッカシャフト３２の軸方向にオフセット量Ａ１を形成し、必然的に後側の吸気弁４０ｂの連係箇所４４ｂに対しても駆動力伝達点４５はオフセット量Ａ２を形成している。

一方、以上の吸気側の構成に対して排気側の動弁装置は全体として前後及び左右対称に配置されているだけで、その構成自体は略同一である。概要を述べると、排気ロッカシャフト３３の前側に支承された排気低速ロッカアーム５１（第１の排気ロッカアーム）がカムシャフト３１の排気低速カム３６により揺動され、排気ロッカシャフト３３の後側に支承された排気高速ロッカアーム５２（第２の排気ロッカアーム）が排気高速カム３７により揺動され、両ロッカアーム５１，５２間には吸気側と同一構成の切換機構Ｍが設けられている。

そして、排気低速ロッカアーム５１の基本的な形状が吸気低速ロッカアーム３９と略同一のため、排気弁５３ａ，５３ｂに対するバルブアーム部５１ｄ（アーム部）の連係箇所５４ａ，５４ｂと駆動力伝達点５５との間のオフセット量Ａ１，Ａ２、及び第１及び第２のリブ５６，５７の形状等は吸気側のものとほぼ等しくなっている。又、排気低速ロッカアーム５１のボス部５１ａは前後方向で吸気低速カム３５及び排気低速カム３６と対応し、その幅Ｗ１は吸気低速ロッカアーム３９のボス部３９ａの幅Ｗ１よりは若干狭いものの、排気高速ロッカアーム５２のボス部５２ａの幅Ｗ２よりは遥かに広く設定されている。

以上のように構成されたエンジンの可変動弁装置では、第１実施形態で述べた運転モードに応じた吸気側の動弁装置の切換が吸排気共に実施され、低速モードでは、吸排気の低速ロッカアーム３９，５１と高速ロッカアーム３８，５２との連係解除により低速カム３５，３６の形状に倣って吸排気弁４０ａ，４０ｂ，５３ａ，５３ｂが開閉駆動され、高速モードでは両ロッカアーム３９，５１，３８，５２の連係により高速カム３４，３７の形状に倣って吸排気弁４０ａ，４０ｂ，５３ａ，５３ｂが開閉駆動される。

高速モード時において吸排気の低速ロッカアーム３９，５１は、駆動力伝達点４５，５５を介して高速ロッカアーム３８，５２側のピストン１８から連動アーム部２１に駆動力を伝達され、揺動しながら連係箇所４４ａ，４４ｂ，５４ａ，５４ｂを介して吸気弁４０ａ，４０ｂや排気弁５３ａ，５３ｂに駆動力を伝達する。そして、吸排気の何れにおいても低速ロッカアーム３９，５１の連動アーム部２１はピストン１８と係合可能なように高速ロッカアーム３８，５２側に延設されているため、駆動力伝達点４５，５５は前後の吸排気弁４０ａ，４０ｂ，５３ａ，５３ｂの連係箇所４４ａ，４４ｂ，５４ａ，５４ｂに対してロッカシャフト３２，３３の軸方向にオフセットされている。従って、低速ロッカアーム３９，５１に伝達された駆動力は分力を生じ、分力によりロッカシャフト３２，３３に対する低速ロッカアーム３９，５１の軸受部分には偏荷重が発生する。

ここで、上記のように吸排気の何れにおいても低速ロッカアーム３９，５１のボス部３９ａ，５１ａは高速ロッカアーム３８，５２のボス部３８ａ，５２ａより大きな前後幅Ｗ１を有している。即ち、例えば吸気側について述べると、一対の吸気弁４０ａ，４０ｂの開弁に伴う反力は、図５に仮想線Ｌで示すように両吸気弁４０ａ．４０ｂの前後中間位置で吸気低速ロッカアーム３９のボス部３９ａに作用することから、両吸気弁４０ａ，４０ｂの均等な開閉駆動の観点からすれば、ボス部３９ａ上の当該中間位置付近から二股状にバルブアーム部３９ｄを延設して吸気弁４０ａ，４０ｂに連係させればよく、ボス部３９ｄの上記中間位置付近より後側は不要と考えられる。

このような構成に対して本実施形態では、あえて吸気低速ロッカアーム３９のボス部３９ａを後方に延設している。つまり、吸気低速ロッカアーム３９及び吸気高速ロッカアーム３８に設定可能なボス部３９ａ，３８ａの幅Ｗ１，Ｗ２は気筒ピッチ等の要因に基づいて制限されるが、限られた範囲内で、上記オフセットに伴う偏荷重に起因して軸受として厳しい条件が要求される吸気低速ロッカアーム３９側により広いボス部３９ａの幅Ｗ１、換言すれば吸気低速ロッカシャフト３９に対する軸受部分の長さが割り当てられるため、吸気低速ロッカアーム３９の軸受部分に生じた偏荷重の影響が軽減される。この点は排気低速ロッカアーム５１についても全く同様であり、排気低速ロッカアーム５１のボス部５１ａが前方に延設されることで、上記オフセットに起因して排気低速ロッカアーム５１の軸受部分に生じた偏荷重の影響が軽減される。

よって、本実施形態のエンジンの可変動弁装置によれば、偏荷重による軸受部分の摩耗やフリクションを抑制して、その耐久性及び信頼性を向上することができる。
一方、高速モードにおいては、吸排気の何れでも低速ロッカアーム３８，３９のローラ３８ｃ，３９ｃが慣性質量として作用するが、上記第１実施形態と同様にローラ３８ｃ，３９ｃが高速ロッカアーム３８，５２に近接配置されていることから必然的に駆動力伝達点４５，５５に対しても近接し、結果としてボス部３８ａ，３９ａの捩れを抑制して正確な吸排気弁４０ａ，４０ｂ，５３ａ，５３ｂの開閉特性を実現することができる。

一方、吸排気の何れでも低速ロッカアーム３８，３９のボス部３８ａ，５１ａの前後幅Ｗ１が拡大されていることから、この幅広のボス部３８ａ，５１ａを利用して上記のように一対のバルブアーム部３９ｄ，５１ｄの基端が相互に離間配置されている。これにより両バルブアーム部３９ｄ，５１ｄは略平行を保ったままボス部３９ａ，５１ａの軸心と直交する方向に延びて、ボス部３９ａと吸気弁４０ａ，４０ｂや排気弁５３ａ，５３ｂとをほぼ最短距離で連結するため、アーム長を短縮化できると共に、バルブスプリングの付勢力に抗して吸気弁４０ａ，４０ｂや排気弁５３ａ，５３ｂを開弁させたときの両バルブアーム部３９ｄ，５１ｄの捩れを抑制できる。これらの要因によりバルブアーム部３９ｄ，５１ｄが強度や剛性の面で有利になり、結果として吸排気弁４０ａ，４０ｂ，５３ａ，５３ｂの開閉特性を一層正確なものとすることができる。

しかも、本実施形態の可変動弁装置のように単一のカムシャフト３１を挟んで吸排気の各ロッカアーム３８，３９，５１，５２を対向配置した場合には、シリンダヘッド上の燃焼室直上付近のスペースが可変動弁装置に奪われて点火プラグ４１の配置場所を確保し難くなるが、本実施形態では吸気低速ロッカアーム３９の両バルブアーム部３９ｄ間に形成された間隙を利用して点火プラグ４１を燃焼室直上付近に配置できるため、結果として点火プラグ４１に関するレイアウトの自由度を拡大することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記第１実施形態では２弁式のＳＯＨＣ型エンジンに適用して、その吸気側に運転モードの切換機構Ｍを設け、第２実施形態では４弁式のＳＯＨＣ型エンジンに適用して、その吸気側及び排気側に切換機構Ｍを設けたが、これに限ることはなく、例えば吸排気弁を個別にカムシャフトで駆動する所謂ＤＯＨＣ型エンジンに適用したり、或いは４弁式のＳＯＨＣ型エンジンに適用して吸排気の何れか一方に切換機構Ｍを設けたりしてもよい。

又、上記各実施形態では、低速ロッカアーム５，３９，５１のシリンダ部１６内でピストン１８を上下方向に摺動させたが、例えば先行技術として説明した特開平２−２２３６１３号公報のように、ピストン１８をロッカシャフト２，３２，３３の軸方向に摺動させて、そのピストン位置に応じて連動アーム部２１との係合の有無を切換えるようにしてもよい。

第１実施形態のエンジンの可変動弁装置における吸気側の１気筒分を示す平面図である。同じく可変動弁装置の吸気側の１気筒分を示す正面図である。ロッカアームの連係解除時の切換機構を示す図１のＢ−Ｂ線に相当する断面図である。同じくロッカアームの連係時の切換機構を示す図１のＢ−Ｂ線に相当する断面図である。第２実施形態のエンジンの可変動弁装置における１気筒分を示す平面図である。同じく可変動弁装置の１気筒分を示す正面図である。先行技術の可変動弁装置における吸気弁の連係箇所と駆動力伝達点との位置関係を示す平面図である。

符号の説明

１，３１カムシャフト
２，３２吸気ロッカシャフト
３低速カム（第１カム）
４高速カム（第２カム）
５低速ロッカアーム（第１のロッカアーム）
５a,３８a,３９a,５１a,５２a ボス部
５ｃ，３８ｃ，３９ｃローラ（操作部）
５ｄ，３９ｄ，５１ｄバルブアーム部（アーム部）
６高速ロッカアーム（第２のロッカアーム）
７，４０ａ，４０ｂ，吸気弁
１６シリンダ部
１８ピストン
２１連動アーム部（係合突起）
２７,４４a,４４b,５４a,５４b 連係箇所
２８，４５，５５駆動力伝達点
３３排気ロッカシャフト
３４吸気高速カム（第２吸気カム）
３５吸気低速カム（第１吸気カム）
３６排気低速カム（第１排気カム）
３７排気高速カム（第２排気カム）
３８吸気高速ロッカアーム（第２の吸気ロッカアーム）
３９吸気低速ロッカアーム（第１の吸気ロッカアーム）
５１排気低速ロッカアーム（第１の排気ロッカアーム）
５２排気高速ロッカアーム（第２の排気ロッカアーム）
５３ａ，５３ｂ排気弁
Ｗ１，Ｗ２幅

Claims

ロッカシャフトにボス部が揺動自在に支承され、該ボス部の一端側に設けられた操作部をカムシャフトの第１カム上に当接させると共に、該ボス部から他端側に延設したアーム部を吸気弁又は排気弁と連係させた第１のロッカアームと、
前記第１のロッカアームに隣接して前記ロッカシャフトにボス部が揺動自在に支承され、該ボス部の一端側に設けられた操作部を前記カムシャフトの前記第１カムとはカム形状が異なる第２カム上に当接させた第２のロッカアームと、
前記第２のロッカアームに設けられたシリンダ部に摺動自在に配置されたピストンと、
前記第１のロッカアームから前記第２のロッカアーム側に延設されて、先端がピストン位置に応じて前記ピストンとの係合の有無を切換えられる係合突起と
を備え、
前記第１のロッカアームのボス部の幅を前記第２のロッカアームのボス部の幅より広く設定すると共に、該第１のロッカアームの操作部を前記第２のロッカアームに対して近接配置したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
吸気ロッカシャフトにボス部が揺動自在に支承され、該ボス部の一端側に設けられた操作部をカムシャフトの第１吸気カム上に当接させると共に、該ボス部から他端側に延設したアーム部を吸気弁と連係させた第１の吸気ロッカアームと、
前記第１の吸気ロッカアームに隣接して前記吸気ロッカシャフトにボス部が揺動自在に支承され、該ボス部の一端側に設けられた操作部を前記カムシャフトの前記第１吸気カムとはカム形状が異なる第２吸気カム上に当接させた第２の吸気ロッカアームと、
前記第２の吸気ロッカアームに設けられたシリンダ部に摺動自在に配置されたピストンと、
前記第１の吸気ロッカアームから前記第２の吸気ロッカアーム側に延設されて、先端がピストン位置に応じて前記ピストンとの係合の有無を切換えられる係合突起と、
排気ロッカシャフトにボス部が揺動自在に支承され、該ボス部の一端側に設けられた操作部をカムシャフトの第１排気カム上に当接させると共に、該ボス部から他端側に延設したアーム部を排気弁と連係させた第１の排気ロッカアームと、
前記第１の排気ロッカアームに隣接して前記排気ロッカシャフトにボス部が揺動自在に支承され、該ボス部の一端側に設けられた操作部を前記カムシャフトの前記第１排気カムとはカム形状が異なる第２排気カム上に当接させた第２の排気ロッカアームと、
前記第２の排気ロッカアームに設けられたシリンダ部に摺動自在に配置されたピストンと、
前記第１の排気ロッカアームから前記第２の排気ロッカアーム側に延設されて、先端がピストン位置に応じて前記ピストンとの係合の有無を切換えられる係合突起と
を備え、
前記第１の吸気ロッカアームのボス部の幅を前記第２の吸気ロッカアームのボス部の幅より広く設定すると共に、該第１の吸気ロッカアームの操作部を前記第２の吸気ロッカアームに対して近接配置し、且つ、前記第１の排気ロッカアームのボス部の幅を前記第２の排気ロッカアームのボス部の幅より広く設定すると共に、該第１の排気ロッカアームの操作部を前記第２の排気ロッカアームに対して近接配置したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
前記第１のロッカアームは一対の吸気弁又は排気弁と連係する一対のアーム部を備え、両アーム部の基端を相互に離間配置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。
前記第１の吸気ロッカアーム又は前記第１の排気ロッカアームの少なくとも一方は、一対の吸気弁又は排気弁と連係する一対のアーム部を備え、両アーム部の基端を相互に離間配置したことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の可変動弁装置。