JP4123879B2

JP4123879B2 - 可変動弁装置

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Publication number: JP4123879B2
Application number: JP2002268985A
Authority: JP
Inventors: 正宣松坂; 修駒沢; 和己小川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: JP2003206714A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気弁または排気弁などの弁を開閉する動弁装置、特に開閉リフト量及び開閉タイミング（動弁カムの回転角と弁の開閉時期、いわゆる作用角）を調整可能とした可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸入空気量を調整するためには、吸気弁または排気弁の開閉リフト量及び開閉タイミングを調整可能とした可変動弁装置がある。このような従来の可変動弁装置では、内燃機関本体に摺動支持され調整カム面を有する調整部材と、またこの調整カム面と対抗して設けられた平面頭部を有する伝達部材を備える構成している。また、制御装置で調整カム面の位置を、吸気弁または排気弁の移動軸線とは直角の方向に移動させて調整できるようにするとともに、平面頭部が平行に上下動することによって伝達部材が弁を開閉するように連係する構成している。そして、カム面と平面頭部の間に動弁カムによって往復動されるローラを配置し、ローラをエンジンの回転に連動して往復動させることによって、カム面の形状に従って伝達部材が上下動して、吸気弁または排気弁を押して開閉する。制御装置によってカム面の位置を調整することによって弁の開閉リフト量及び開閉タイミングを決めることできる構成となっている。(例えば、特許文献１参照。)。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１-１３２４２１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では伝達部材を駆動するためのローラは、平面頭部上を移動するために、弁の移動軸から大きくオフセットして押すように作動する。このため、弁に対して、その移動軸の横方向の荷重が作用し易くなる構成となっている。このために、弁の開閉作動が不安定になったり、または異常な磨耗が発生しないように伝達部材とそのガイドを強固に構成しなければならない。このために、重量とコストの増加を招く問題がある。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、伝達部材を支持する部分に加わる荷重の方向と大きさの変動が少なくして、弁の移動軸の横方向から作用する荷重を軽減する。そして、安定した作動が得られ、軽量且つ低コストで実現できる弁の開閉リフト量及び開閉タイミングを調整可能とした可変動弁装置を提案することとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このために、本発明による可変動弁装置で講じた第１の技術的手段は、内燃機関の吸気弁または排気弁を開閉させるようにクランク軸と連動して回転される動弁カムと、前記内燃機関のケーシングに移動可能に支持される拘束部材と、前記吸気弁または排気弁と当接し前記吸気弁または排気弁を駆動する伝達部材と、前記拘束部材と前記伝達部材の間で進退移動可能に挟持される変換部材とを備えるとともに、前記変換部材は進退移動方向に延び前記拘束部材と当接する第１伝達面と、前記伝達部材と当接する第２伝達面を備え、前記第１伝達面と前記第２伝達面の間隔を進退移動方向で変化するように形成し、前記拘束部材および前記変換部材のいずれか一方を前記動弁カムによって駆動されるようにし、且つ前記拘束部材および前記変換部材のいずれか他方は制御装置に連結して駆動するように構成して、前記吸気弁または前記排気弁の開閉リフト量及び開閉タイミングを調整可能にした可変動弁装置において、前記第１伝達面と第２伝達面の間の距離は、前記伝達部材の長さ方向で所定の中間位置より一方側では概略一定に形成されていることである。
【０００７】
この構成によって、変換部材はその進退移動する方向に延びる第２伝達面で伝達部材と当接するために、伝達部材をローラ又は凸形状部で第２伝達面に当接するように構成できる。従って、伝達部材の接触部分の位置は伝達部材上で常に一定の位置になり、伝達部材を支持する部分に加わる荷重は、その方向と大きさでの変動が少なくなる。そして伝達部材およびその取付け部品は簡単に構成できるとともに、安定した作動が得られる。また、開閉リフト量を０の位置から広範囲に調整できるように作動する。
【００１０】
本発明で講じた技術的な第２の手段は、上記第１の手段に加えて、前記第１伝達面と第２伝達面の間の距離が所定の前記中間位置より他方側では端に近づくにつれて次第に増大するように形成したことである。
【００１１】
この構成によって、開閉リフト量を０の位置から連続的に増大させて調整することができるように作動する。
【００１２】
更に、本発明で講じた技術的な第３の手段は、上記第１の手段に加えて、前記拘束部材を前記ケーシングに揺動自在に支持し、前記拘束部材の揺動中心と同軸上に回転自在に支持して揺動部材を設け、前記変換部材の一端を前記揺動部材と連結し且つ前記揺動部材を前記動弁カムまたは制御装置によって駆動するように構成したことである。
【００１３】
この構成によって、拘束部材と揺動部材は強固な共通の軸上に揺動自在に支持されるために、少ない部品点数の構成であるが、安定した作動が得られる。
【００１４】
更に、本発明で講じた技術的な第４の手段は、上記第１または２記載の手段に加えて、前記拘束部材を前記制御装置に連結して駆動し、且つ前記変換部材を前記動弁カムの回転軸に対して揺動自在に取付けられた揺動部材よって支持し前記動弁カムの回転によって前記変換部材は前記動弁カムに対して進退動されるように構成したことである。
【００１５】
この構成によって、変換部材の支持軸を不要とし、揺動部材の支持軸を前記動弁カムの軸と共有するように構成できる、より部品が少なくすることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
先ず図１〜図７により、本発明による可変動弁装置の第１実施例を説明をする。
【００１７】
先ず図１に示す第１実施例の可変動弁装置は、４サイクル内燃機関の吸気弁に適用したものである。可変動弁装置は、内燃機関の回転によって回転する動弁カム２７により駆動されて、長手方向に沿って進退動される変換部材２２を備えている。この変換部材２２は、その長手方向に沿った端面に形成された第１伝達面２３と、第１伝達面２３と対向する端面に形成されたカム形状を有する第２伝達面２４を備えている。また可変動弁装置は、第１伝達面２３に当接するように配置された支持ローラ（拘束部材）３１と、第２伝達面２４に当接するロッカアーム（伝達部材）１５とを備えている。支持ローラ３１とロッカアーム１５に挟まれる変換部材２２の長手方向に沿った進退作動によって、ロッカアーム（伝達部材）１５を作動させ、ロッカアーム（伝達部材）１５と当接する吸気弁（弁）１３を開閉するように構成されている。
【００１８】
図１に更に示すように、内燃機関のシリンダヘッド（ケーシング）１０には、燃焼室１１に吸気口１２ａを介して混合気（または空気）を供給する吸気通路１２が形成されている。吸気口１２ａを開閉するポペット形の吸気弁１３のステム１３ａは、シリンダヘッド１０を貫通して外部に突出している。吸気弁１３は、ステム１３ａの先端に取り付けたばね受け１４ａと、シリンダヘッド１０の外面の間に介装した弁ばね１４により、常時は吸気口１２ａを閉じるようになっている。各吸気弁１３のステム１３ａから離れ、各吸気弁１３の移動軸心、即ちステム１３ａの長さ方向に中心軸とほぼ平行に、シリンダヘッド１０の一部には油圧ラッシュアジャスタ１６が取り付けられている。シリンダヘッド１０から外部に突出するラッシュアジャスタ１６のプランジャの先端には半球状の頭部１６ａが形成されている。
【００１９】
ロッカアーム１５はアーム本体１５ａと、その中央部にピン１５ｃによって回転自在に取り付けられた伝達ローラ１５ｂよりなる。アーム本体１５ａの一端には油圧ラッシュアジャスタ１６の頭部１６ａと回動自在に係合される凹部が形成されている。また、アーム本体１５ａの他端にはステム１３ａの外端に当接される円弧状の底面を有する受け溝１５ｄが形成されている。伝達ローラ１５ｂのシリンダヘッド１０と反対側となる部分は変換部材２２の第２伝達面２４と当接される。後述するように、変換部材２２の作動に伴い、伝達ローラ１５ｂが第２伝達面２４により押され、アーム本体１５ａが油圧ラッシュアジャスタ１６の頭部１６ａを中心に揺動し、受け溝１５ｄの部分によりステム１３ａを押して吸気弁１３を開閉するものである。この実施例では、１つの燃焼室１１に２つの吸気通路１２及びそれぞれの吸気口１２ａを開閉する２つの吸気弁１３が設けられ（図２に示す２つのステム１３ａ参照）、ロッカアーム１５及び油圧ラッシュアジャスタ１６もそれぞれに対応して設けられている。
【００２０】
図１〜図３に示すように、ロッカアーム１５より上側となるシリンダヘッド１０の部分に、動弁カム２７を支持するカム軸２７ａが配置され、カム軸２７ａと平行に支持軸２０が設けられている。図２に示されるように、支持軸２０の両端はシリンダヘッド１０から突出する２つの支持突起１０ａにより支持されている。支持軸２０の略中央部には揺動アーム２１が揺動自在に支持され、両側の支持突起１０ａと揺動アーム２１の間にはそれぞれ操作アーム（操作部材）３０が揺動自在に支持されている。各操作アーム３０は中央部が支持軸２０により支持され、支持軸２０から下側に延びるアーム部は二叉形状に形成されて、支持軸２０と平行なピン３１ａによって支持ローラ３１が回転自在に取付けられている。各操作アーム３０には支持軸２０から上側に延びる入力部３０ａが設けられ、内燃機関のスロットル開度や回転速度などを入力して作動する電子制御装置(図示せず)からの指示に基づいて各入力部３０ａが操作される。操作アーム３０が図３のＡ−Ｏ−Ａで示す位置にセットされたとき、開閉リフト量は最小位置に、またＢ−Ｏ−Ｂで示す位置にセットされたとき開閉リフト量は最大位置まで開放されるように、この間で調整できる構成となっている。
【００２１】
図２に示されるように、支持軸２０に回転自在に支持され、支持軸２０から互いに直角方向に延びる２つのアーム部を有してＬ型形状に形成された揺動アーム２１が配置されている。１つの揺動アーム２１は２つの吸気弁１３に共通で、動弁カム２７側となる一方のアーム部の先端部には、動弁カム２７と当接するフォロワローラ２６が支持軸２０と平行なピン２６ａを介して回転自在に設けられている。一方、揺動アーム２１から下方に延びる他方のアーム部とシリンダヘッド１０の一部１０ｂとの間にはフォロワローラ２６を動弁カム２７に当接させるスプリング２８が介装され、このアーム部先端部には、支持軸２０と平行で両側に突出する枢支ピン２５が設けられている。この枢支ピン２５の両端部には互いに同一形状で細長い円弧状の変換部材２２がその１端で、円弧の中心が支持軸２０の軸心付近となるように揺動自在に支持されている。各変換部材２２には長手方向に沿って互いに対向する内側面と外側面に第１伝達面２３及び第２伝達面２４が形成され、第１伝達面２３は支持ローラ３１と当接可能である。変換部材２２の所定の中間位置２２ａより前側(図３参照)となる第１伝達面２３の前半部２３ａは、支持ローラ３１と当接した状態において揺動アーム２１の揺動中心である支持軸２０の軸心を中心とする半径Ｒ１の円弧面である。また、変換部材２２の第２伝達面２４は、全長において支持軸２０の軸心を中心とする半径Ｒ２の円弧面である。従って、第１伝達面２３の前半部２３ａと第２伝達面２４の間の距離ｄは一定である。更に、変換部材２２の中間位置２２ａより後側(図３参照)となる第１伝達面２３の後半部２３ｂは、前半部２３ａに滑らかに連なり、かつ変換部材２２の後端に近づくにつれて第２伝達面２４との間の距離ｄが次第に増大する曲面である。
【００２２】
カム軸２７ａが回転してフォロワローラ２６が動弁カム２７の突部にかかれば、揺動アーム２１は図１及び図３に示す状態からスプリング２８に抗して時計回転方向に回動させられ、円弧状の変換部材２２はその長手方向に沿って前進する。フォロワローラ２６が動弁カム２７の突部を乗り越えれば、変換部材２２はスプリング２８により反時計回転方向に回動されて後退される。
【００２３】
なお、この実施例では、操作アーム３０の揺動角の範囲を動弁カム２７による揺動アーム２１の揺動角αと一致させて、フォロワローラ２６が動弁カム２７の突部にかかっていない状態のとき、変換部材２２の中間位置２２ａに操作アーム３０のＢ−Ｏ−Ｂを一致させたとき開閉リフト量が最大位置まで行くように設定している。しかし、変換部材２２の中間位置２２ａを上記位置より前側とし、操作アーム３０の揺動角の範囲を動弁カム２７による揺動アーム２１の揺動角αより小さく設定してもよい。
【００２４】
支持ローラ３１が変換部材２２の第１伝達面２３の前半部２３ａに当接している範囲では、ロッカアーム１５の伝達ローラ１５ｂは、吸気弁１３が弁ばね１４に抗して移動しない程度に、第２伝達面２４に軽く当接している。
【００２５】
次にこの第１の実施例の作動を説明する。先ず図４により、操作アーム３０をＡ−Ｏ−Ａで示す開閉リフト量が最小位置となる位置にセットとした場合につき説明する。
【００２６】
二点鎖線で示すように揺動アーム２１のフォロワローラ２６が動弁カム２７の突部にかかっていない状態では、支持ローラ３１は変換部材２２の第１伝達面２３の前半部２３ａに当接されているので吸気弁１３は弁ばね１４に抗して移動せず、吸気口１２ａは閉じられている。実線で示すように揺動アーム２１のフォロワローラ２６が動弁カム２７の突部の最高位置に乗り上げて変換部材２２が最も前進した位置となった状態では、支持ローラ３１は変換部材２２の丁度中間位置２２ａに当接されているので吸気弁１３は移動せず、吸気口１２ａは閉じられている。操作アーム３０をＡ−Ｏ−Ａで示すリフト量最小位置にセットした場合は、吸気口１２ａは常に吸気弁１３により閉じられたままである。
【００２７】
図５に示すように、操作アーム３０をＢ−Ｏ−Ｂで示すリフト量最大位置にセットした場合は、二点鎖線で示すようにフォロワローラ２６が動弁カム２７の突部にかかっていない状態では、支持ローラ３１は変換部材２２の中間位置２２ａにおいて第１伝達面２３に当接されているので吸気弁１３は移動せず、吸気口１２ａは閉じらている。しかしながらカム軸２７ａが回転しフォロワローラ２６が動弁カム２７の突部にかかって変換部材２２が前進し始めれば、支持ローラ３１は直ちに第１伝達面２３の後半部２３ｂ内に入って支持ローラ３１が当接する部分の両伝達面２３、２４の間の距離ｄは増大するので、変換部材２２は枢支ピン２５を中心として外向き（時計回転方向）に回動し始める。これによりロッカアーム１５の伝達ローラ１５ｂは変換部材２２の第２伝達面２４により押されてアーム本体１５ａは油圧ラッシュアジャスタ１６の頭部１６ａを中心として揺動し始め、先端の受け溝１５ｄの底部によりステム１３ａを押し、弁ばね１４に抗して吸気弁１３を移動させて吸気口１２ａを開き始める。
【００２８】
そして実線で示すようにフォロワローラ２６が動弁カム２７の突部の最高位置に乗り上げて変換部材２２が最も前進した位置となった状態では、支持ローラ３１は変換部材２２後端部の両伝達面２３、２４の間の距離ｄが最大となる位置に達して吸気弁１３のリフト量は最大値Ｆｍとなる。フォロワローラ２６が動弁カム２７の突部の最高位置を越えれば変換部材２２は後退し始めると同時に支持ローラ３１が当接される部分の両伝達面２３、２４の間の距離ｄは減少するので枢支ピン２５を中心として内向き（反時計回転方向）に回動し始め、吸気弁１３のリフト量は弁ばね１４により減少し始め、フォロワローラ２６が動弁カム２７の突部から離れれば吸気口１２ａは吸気弁１３により閉じられる。この場合のクランク軸回転角に対する吸気弁１３のリフト量の特性は図７のＣｍに示すようになり、リフト範囲の作用角Ｅｍ及びリフト量Ｆｍは最大となる。
【００２９】
図６に示すように、操作アーム３０をＡ−Ｏ−Ａで示すリフト量最小位置とＢ−Ｏ−Ｂで示すリフト量最大位置の中間位置とした場合は、二点鎖線で示すようにフォロワローラ２６が動弁カム２７の突部にかかっていない状態では、支持ローラ３１は変換部材２２の中間位置２２ａから前方に離れた位置において第１伝達面２３の前半部２３ａに当接されているので吸気弁１３は移動せず、吸気口１２ａは閉じられている。カム軸２７ａが回転してフォロワローラ２６が動弁カム２７の突部にかかって変換部材２２が前進し始めても支持ローラ３１が第１伝達面２３の前半部２３ａに当接してい間、吸気弁１３は移動しない。変換部材２２が前進し、支持ローラ３１が第１伝達面２３の後半部２３ｂ内に入ってから第２伝達面２４はロッカアーム１５の伝達ローラ１５ｂを押し、吸気弁１３を移動させて吸気口１２ａを開き始める。実線で示すようにフォロワローラ２６が動弁カム２７の突部の最高位置に乗り上げて変換部材２２が最も前進した位置となった状態では、支持ローラ３１は第１伝達面２３の後半部２３ｂの途中に達して吸気弁１３の開閉リフト量は最大値Ｆｍより小さい値Ｆａとなる。フォロワローラ２６が動弁カム２７の突部の最高位置を越えれば吸気弁１３の開閉リフト量は弁ばね１４により減少し始め、フォロワローラ２６が動弁カム２７の突部から離れる前に支持ローラ３１が第１伝達面２３の前半部２３ａ内に入って吸気弁１３は吸気口１２ａを閉じる。この場合のクランク軸回転角に対する吸気弁１３の開閉リフト量の特性は図７のＣａに示すようになり、リフト範囲の作用角Ｅａ及び開閉リフト量Ｆａは、何れも操作アーム３０をＢ−Ｏ−Ｂで示すリフト量最大位置とした場合の値Ｅｍ，Ｆｍよりは小さくなる。
【００３０】
上述のように、この第１実施例では、第１伝達面２３と第２伝達面２４は変換部材２２の長手方向における所定の中間位置２２ａが拘束部材３１を越えて前進すれば弁１３を次第に開くようにして、リフト範囲の作用角及び開閉リフト量を、何れも０からそれぞれの最大値Ｅｍ，Ｆｍの間で変化させるようにしているので、スロットル開度や回転速度などの運転状態に応じて吸気弁１３の開閉のタイミング即ち作用角、及び開閉リフト量を広い範囲で変化させて燃焼室内の渦流を適切に制御することにより燃焼効率を高めることができ、また吸気通路１２を通る吸気の慣性を利用した吸気の充填効率を高めたり吸気口１２ａから吸気が逆流する吹き返しを防ぐことができる。
【００３１】
また上述した実施例では、支持軸２０により揺動自在に支持されて動弁カム２７により揺動される揺動アーム２１の先端に円弧状の変換部材２２を枢支した。また、揺動アーム２１（揺動部材）と同軸的に揺動自在に支持された操作アーム３０の先端に支持ローラ３１を設けている。変換部材２２の中間位置２２ａより前側となる第１伝達面２３の前半部２３ａと第２伝達面２４は、この前半部２３ａが支持ローラ３１と当接した状態においては支持軸２０の軸心を中心とする円弧面とし、変換部材２２の中間位置２２ａより後側となる第１伝達面２３の後半部２３ｂは前半部２３ａに連なりかつ変換部材２２の後端に近づくにつれて第２伝達面２４との間の距離ｄが次第に増大する面としている。このようにすれば、支持ローラ３１が第１伝達面２３の後半部２３ｂに当接している状態では変換部材２２の前進に応じて吸気弁１３を次第に開き、また支持ローラ３１が第１伝達面２３の前半部２３ａに当接している状態では変換部材２２は支持ローラ３１とロッカアーム１５の伝達ローラ１５ｂとの間に挟まれて動くことがないので、振動などにより揺れ動いて騒音を発生するおそれがなくなる。
【００３２】
しかしながら本発明はこれに限られるものではなく、中間位置２２ａより前側となる第１伝達面２３の前半部２３ａと第２伝達面２４の間の距離ｄが中間位置２２ａにおける両伝達面２３、２４の間の距離より小さくなるようにして実施することもでき、この場合は枢支ピン２５部に捩りばねを組み込むなどして変換部材２２が支持ローラ３１側あるいはロッカアーム１５側に押し付けられるようにして騒音の発生を防止するようにすればよい。また、揺動アーム２１と操作アーム３０の揺動中心を多少偏心させてもよく、そのようにすれば場合によっては第１伝達面２３の前半部２３ａと支持ローラ３１が干渉して予想外のときに吸気弁１３を開くおそれも生じるが、この問題は前述のように第１伝達面２３の前半部２３ａと第２伝達面２４の間の距離ｄを中間位置２２ａにおける両伝達面２３、２４の間の距離より小さくすることにより解決される。
【００３３】
なお上述した第１実施例では、フォロワローラ２６が動弁カム２７の突部にかかっていない状態において変換部材２２の中間位置２２ａを操作アーム３０のＢ−Ｏ−Ｂで示すリフト量最大位置と一致させ、操作アーム３０の揺動角は動弁カム２７による揺動アーム２１の揺動角αと一致させており、このようにすれば操作アーム３０をＢ−Ｏ−Ｂで示すリフト量最大位置とした状態ではフォロワローラ２６が動弁カム２７の突部にかかり始めると同時に吸気弁１３が吸気口１２ａを開き始めるので、吸気弁１３のリフト範囲の作用角及び開閉リフト量はそれぞれ前述した最大値Ｅｍ及び開閉リフト量の最大値Ｆｍとなる。しかし本発明はこれに限らず、フォロワローラ２６が動弁カム２７の突部にかかっていない状態における変換部材２２の中間位置２２ａを操作アーム３０のＢ−Ｏ−Ｂで示すリフト量最大位置より前側とし、操作アーム３０の揺動角を動弁カム２７による揺動アーム２１の揺動角αより小として実施してもよい。このようにすれば、操作アーム３０をリフト量最大位置とした場合におけるリフト範囲の作用角及び開閉リフト量は、上記実施の形態のリフト範囲の作用角の最大値Ｅｍ及び開閉リフト量の最大値Ｆｍより小さくなる。
【００３４】
また上述した実施の形態では、各操作アーム３０は電子制御装置により同じように制御して２つの吸気弁１３の開閉リフト量を同一とするものとして説明したが、各操作アーム３０は２つの吸気弁１３の開閉リフト量が異なる値となるように制御してもよい。例えば、吸気量が少ない状態では一方の操作アーム３０をＡ−Ｏ−Ａで示すリフト量最小位置としこれに対応する方の吸気口１２ａを吸気弁１３により常時閉じ、他方の吸気弁１３により他方の吸気口１２ａを開閉するようにしてもよく、そのようにすれば吸気量が少ない状態における吸気の流速を増大して良好な燃焼状態を得ることができる。
【００３５】
図８により、本発明による可変動弁装置の第２の実施例を説明する。この第２の実施例も、第１の実施例と同様に、本発明を４サイクル内燃機関の吸気弁に適用したものである。
【００３６】
第２実施例の可変動弁装置も、第１実施例の可変動弁装置と同様に円弧形状に延び、その長手方向に進退移動が可能となる変換部材１３１を備えている。しかしながら、第１の実施例の可変動弁装置では、変換部材２２は動弁カム２７によって往復動駆動されるのに対して、第２実施例の可変動弁装置の変換部材１３１は、内燃機関のスロットル開度や回転速度などに基く電子制御装置(図示せず)からの指示によって作動するアクチュエータ(図示せず)に連結され、回転作動するように構成されている。即ち、支持軸１２０でシリンダヘッド１０に枢支された操作リンク１３５に、変換部材１３１をその一端で回転自在に支持し、アクチュエータ(図示せず)によって入力カム１３０を回転させ、操作リンク１３５を入力カム１３０に常に当接するように付勢するスプリング１３７の付勢力に抗し、ローラ１３６を介して変換部材１３１の位置をその長手方向に移動させる構成となっている。
【００３７】
更に、第２の実施例の可変動弁装置では、変換部材１３１の上端面に形成されている第１伝達面１３３と当接して作動する支持ローラ（拘束部材）１２２は、揺動部材１２１に支持され、動弁カム２７によって駆動される構成となっている。変換部材１３１は、第１実施例の変換部材２２と同様に、第１伝達面１３３と、それに対抗するように下端面に設けられた第２伝達面１３４との間隔が、所定の中間点に対して一方側では一定に、他方側では連続して増加するように形成されている。従って、支持ローラ１２１が第１伝達面１３３を往復動することによって、変換部材１３１は上下に揺動し、第１実施例の可変動弁装置と同様にステム１３ａを押して吸気弁の開閉できる構造となっている。
【００３８】
即ち、第１と第２実施例の可変動弁装置で、第１実施例の可変動弁装置と動弁カム２７によって駆動されるのに対して、第２の実施例の可変動弁装置では、動弁カム２７で駆動される部材と、電子制御装置で駆動される部材が入れ替わった構成となっている。
【００３９】
このように構成された第２の実施例の可変動弁装置は、第１実施例と同様に吸気弁の開閉リフト量と開閉タイミングの調整ができる。作動に際して、変換部材１３１は動弁カム２７によってその長手方向への進退の駆動されずに、代わって揺動部材１２１が高速に進退駆動されられる。揺動部材１２１は、より支持軸１２０に近く且つ小型の構成され、小さい慣性モーメントを有している。従って、揺動部材１２１とその支持部品にかかる負荷は軽減され、弁開閉の応答性の向上と耐久性の確保できる利点が得られる。また、高速で摺動当接する面が、第１実施例では第１と第２伝達面２３、２４の両面であるのに対して、第２実施例の構成では第１伝達面１３３のみとなり、さらに耐久性の向上が図られる構成となっている。
【００４０】
次に図９〜図１１により、本発明による可変動弁装置の第３実施例を説明する。この第３実施例も、第１、２実施例と同様に、本発明を４サイクル内燃機関の吸気弁に適用したものである。可変動弁装置は、動弁カム２７により長手方向に沿って進退動されるとともに長手方向と直交する方向に往復揺動可能に支持された変換部材２２２と、この変換部材２２２の長手方向一側に形成された第１伝達面２２３に当接して変換部材２２２の一方向きの揺動を拘束する支持ローラ（拘束部材）２３１を備えているが、変換部材２２２を支持する構造及び支持ローラ２３１、操作部材２３０を取付ける構造は第１、２実施例と異なっている。また、吸気弁（弁）１３の開閉は、第１伝達面２２３と対向する変換部材２２２の長手方向他側に形成した第２伝達面２２４によりリフタ（伝達部材）２１５を介して行うようになっている。
【００４１】
シリンダヘッド１０に形成した吸気通路の吸気口を開閉するポペット形の吸気弁の構造は第１実施例と同じであるので図示は省略する。図９〜図１１に示すように、吸気弁１３のステム１３ａと移動軸上にリフタ２１５を配置し、リフタ２１５をシリンダヘッド１０に形成した案内孔２１０ｄで摺動自在に嵌合されている。リフタ２１５の先端にはスライダ２１５ｄを設け、吸気弁１３はこのリフタ２１５を介して変換部材２２２の第２伝達面２２４により押されて吸気口を開閉する。この第３実施例では、１つの燃焼室に１つの吸気通路１２及びこれを開閉する１つの吸気弁１３が設けられている。
【００４２】
動弁カム２７を設けたカム軸２７ａはシリンダヘッド１０の上方にに設けられている。吸気弁１３のステム１３ａとほぼ直交する細長い操作片（操作部材）２３０は直交方向からカム軸２７ａに向かって往復動するようにシリンダヘッド１０の一部２１０ｃにより案内支持される。この操作片２３０の先端部にはカム軸２７ａと平行なピン２３１ａを介して支持ローラ２３１が回転自在に設けられている。操作片２３０は、第１、２実施例と同様に電子制御装置からの指示に基づいて、支持ローラ２３１がＡで示すリフト量最小位置とＢで示すリフト量最大位置の間で移動するように往復動される。
【００４３】
細長い円柱状の変換部材２２２は、軸線方向の中心孔２２９ｂを設けた揺動部材２２９に摺動自在に案内支持される。図１０に示されるように、揺動部材２２９は二叉形状の先端部を備え、その各半円弧状凹部２２９ａが動弁カム２７を間に挟んでカム軸２７ａの外周面に当接され、カム軸２７ａの反対側から当接した２個のキャップ２２９ｃを締付ネジ２２９ｄにより二叉形状の基端側先端面に固定することにより、カム軸２７ａに揺動自在に支持している。変換部材２２２を支持する中心孔２２９ｂはカム軸２７ａの中心から放射方向に延びている。変換部材２２２の後端部は、動弁カム２７と当接される大径の頭部２２２ｂが形成され、中心孔２２９ｂ内に往復動自在に支持されている。中心孔２２９ｂと頭部２２２ｂの間に介装されたスプリング２２２ｃにより頭部２２２ｂの後端面が動弁カム２７に当接されるように付勢し、動弁カム２７の回転により進退動される。
【００４４】
この第３実施例の変換部材２２２の前端部は、揺動部材２２９から突出し、長手方向に沿って互いに対向する第１伝達面２２３及び第２伝達面２２４が形成されている。第１伝達面２２３には支持ローラ２３１と当接可能となっている。第１伝達面２２３において、所定の中間位置２２２ａより前側となる前半部２２３ａと、第２伝達面２２４は平行な平面で互いの距離ｄは一定である。第１伝達面２３の中間位置２２２ａより後側の後半部２２３ｂは、前半部２３ａに滑らかに連なりかつ第２伝達面２２４との間の距離ｄが次第に増大する曲面であり、後半部２２３ｂの後端には前半部２２３ａと平行な短い平坦面２２３ｃが連なって形成されている。支持ローラ２３１が変換部材２２２の第１伝達面２２３の前半部２２３ａに当接している範囲では、リフタ２１５のスライダ２１５ｄは、吸気弁１３が弁ばね１４に抗して移動しない程度に、第２伝達面２２４に軽く当接している。
【００４５】
次にこの第３実施例の作動を説明する。先ず図９に示されるように、操作片２３０により支持ローラ２３１をＡで示すリフト量最小位置とし、実線で示すように変換部材２２２の後端面が動弁カム２７の突部にかかっていない場合は、支持ローラ２３１は変換部材２２２の第１伝達面２２３の前半部２２３ａに当接されているので吸気弁１３は弁ばねに抗して移動せず、吸気口は閉じられている。次に、二点鎖線で示すように変換部材２２２の後端面が動弁カム２２７の突部の最高位置に乗り上げて変換部材２２２が最も前進したとき、支持ローラ２３１は変換部材２２２の丁度中間位置２２２ａにおいて、すなわち前半部２２３ａと後半部２２３ｂの境界において第１伝達面２２３に当接され、吸気弁１３は移動せず、吸気口は閉じられている。すなわちこの実施例では、支持ローラ２３１をＡで示すリフト量最小位置とした場合は、吸気口は常に吸気弁１３により閉じられたままである。
【００４６】
図１１に示すように、操作片２３０により支持ローラ２３１をＢで示すリフト量最大位置のとき、二点鎖線で示すように変換部材２２２の後端面が動弁カム２７の突部にかかっていない状態では、支持ローラ２３１は変換部材２２２の中間位置２２２ａにおいて第１伝達面２２３に当接されているので吸気弁１３は移動せず、吸気口は閉じられている。しかしながらカム軸２７ａが回転し変換部材２２２の後端面が動弁カム２７の突部にかかって変換部材２２２が前進し始めれば、支持ローラ３１は直ちに第１伝達面２２３の後半部２２３ｂに当接する。そして、支持ローラ２３１が当接する部分の両伝達面２２３、２２４の間の距離ｄは増大するので、揺動部材２２９に支持された変換部材２２２はカム軸２７ａを中心として時計回転方向に回動し始める。これにより第２伝達面２２４はリフタ２１５を介してステム１３ａを押し、弁ばねに抗して吸気弁１３を移動させて吸気口を開き始める。
【００４７】
さらに図１１に示されるように、実線で示す変換部材２２２の後端面が動弁カム２７の突部の最高位置に乗り上げて変換部材２２２が最も前進した状態では、支持ローラ２３１は第１伝達面２２３の後半部２２３ｂの後端に連なる平坦面２２３ｃにかかり両伝達面２２３、２２４の間の距離ｄが最大となる位置に達して吸気弁１３の開閉リフト量は最大値となる。変換部材２２２の後端面が動弁カム２７の突部の最高位置を越えれば変換部材２２２は後退し始めて支持ローラ２３１が当接される部分の両伝達面２２３、２２４の間の距離ｄは減少するので、変換部材２２２はカム軸２７ａを中心として反時計回転方向に回動し始め、吸気弁１３の開閉リフト量は弁ばね１４により減少し始め、変換部材２２２の後端面が動弁カム２７の突部から離れれば吸気口は吸気弁１３により閉じられる。この場合のクランク軸回転角に対する吸気弁１３の開閉リフト量は図７の特性Ｃｍに示すようになり、リフト範囲の作用角Ｅｍ及び開閉リフト量Ｆｍは最大となる。
【００４８】
操作片２３０により支持ローラ２３１をＡで示すリフト量最小位置とＢで示すリフト量最大位置の中間位置とした場合は、前述した第１実施例の図６で説明した場合と同様、クランク軸回転角に対する吸気弁１３の開閉リフト量は図７の特性Ｃａに示すようになり、リフト範囲の作用角Ｅａ及び開閉リフト量Ｆａは、何れも支持ローラ２３１をＢで示すリフト量最大位置とした場合の値よりも小さくなる。
【００４９】
上述のように、この第３実施例でも、第１、２実施例の場合と同様、スロットル開度や回転速度などの運転状態に応じて吸気弁１３の作用角及び開閉リフト量を広い範囲で変化させて燃焼室内の渦流を適切に制御することにより燃焼効率を高めることができ、また運転状態に応じて吸気弁１３の作用角及び開閉リフト量を広い範囲で変化させて吸気通路１２を通る吸気の慣性を利用した吸気の充填効率を高めたり吸気口から吸気が逆流する吹き返しを防ぐことができる。
【００５０】
前述した第１、２実施例と同様、この第３実施例でも、支持ローラ２３１が第１伝達面２２３の後半部２２３ｂに当接している状態では変換部材２２２の前進に応じて吸気弁１３を次第に開き、また支持ローラ２３１が第１伝達面２２３の前半部２２３ａと第２伝達面２２４の間の距離ｄが中間位置２２２ａにおける両伝達面２２３、２２４の間の距離より小さくなるようにして実施してもよい。またカム軸２７ａの軸心に対し揺動部材２２９の揺動中心を多少偏心させてもよく、その場合は第１伝達面２２３の前半部２２３ａと第２伝達面２２４の間の距離ｄを中間位置２２２ａにおける両伝達面２２３、２２４の間の距離より小さくすることが好ましい。
【００５１】
上述した各実施例では、本発明を内燃機関の吸気弁１３に適用した場合を説明したが、本発明は内燃機関の排気弁に適用することもできる。そのようにすれば内燃機関の運転状態に応じて排気弁の作用角及び開閉リフト量を広い範囲で変化させることにより排気通路を通る排気の慣性を利用して排気の排出効率を高めて、吸気の充填効率を向上させることができる。
【００５２】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、変換部材はその進退移動する方向に延びる第２伝達面で伝達部材と当接する。変換部材の第２伝達面のと当接する伝達部材の当接部分はローラ又は凸形状である。従って、伝達部材の接触部分の位置は伝達部材上で常に一定の位置になり、伝達部材を支持する部分に加わる荷重が軽減され安定した作動が得られる。
【００５３】
また、変換部材の第１伝達面と第２伝達面の間の幅を長さ方向で変化するようにして、拘束部材または変換部材の位置を移動すれば弁のリフト量と開き始め及び閉じ終わり位置即ち作用角を変化させて調整することができる。変換部材の第１伝達面と第２伝達面の間の幅をある区間一定に設定すれば開閉リフト量は０とすることも可能となり、吸入空気量に応じて弁の作用角及び開閉リフト量を大きく変化させることができる。従って、広い範囲で燃焼室内の渦流を制御して燃焼効率を高めることができ、また吸気及び排気の慣性を利用して吸入効率を高めることができる。
【００５４】
変換部材は拘束部材と伝達部材の間に挟まれて動くことがないので、振動などにより揺れ動いて騒音を発生するおそれがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による可変動弁装置の第１実施例の構造を示す側断面図である。
【図２】図１の２−２断面図である。
【図３】第１実施例の要部を示す側断面図である。
【図４】第１実施例の開閉リフト量を最小とした状態における作動説明図である。
【図５】第１実施例の開閉リフト量を最大とした状態における作動説明図である。
【図６】第１実施例の開閉リフト量を最小と最大の間とした状態における作動説明図である。
【図７】第１実施例のクランク軸回転角に対する弁の開閉リフト量の特性を示す図である。
【図８】本発明による可変動弁装置の第２実施例の構造を示す側断面図である。
【図９】本発明による可変動弁装置の第３実施例の構造を示す側断面図である。
【図１０】第３実施例の平面図である。
【図１１】第３実施例の開閉リフト量を最大とした状態における作動説明図である。
【符号の説明】
１０ …ケーシング（シリンダヘッド）、１３ …弁（吸気弁、排気弁）、１５ …伝達部材（ロッカアーム、リフタ）、２２ …変換部材、２２ａ …中間位置、２３ …第１伝達面、２３ａ …前半部、２３ｂ …後半部、２４ …第２伝達面、２７ …動弁カム、２９ …揺動部材、３０ …操作部材（操作アーム、操作片）、３１ …拘束部材（支持ローラ）、ｄ …距離。

Claims

内燃機関の吸気弁または排気弁を開閉させるようにクランク軸と連動して回転される動弁カムと、
前記内燃機関のケーシングに移動可能に支持される拘束部材と、
前記吸気弁または排気弁と当接し前記吸気弁または排気弁を駆動する伝達部材と、
前記拘束部材と前記伝達部材の間で進退移動可能に挟持される変換部材とを備えるとともに、
前記変換部材は進退移動方向に延び前記拘束部材と当接する第１伝達面と、
前記伝達部材と当接する第２伝達面を備え、
前記第１伝達面と前記第２伝達面の間隔を進退移動方向で変化するように形成し、
前記拘束部材および前記変換部材のいずれか一方を前記動弁カムによって駆動されるようにし、
且つ前記拘束部材および前記変換部材のいずれか他方は制御装置に連結して駆動するように構成して、前記吸気弁または前記排気弁の開閉リフト量及び開閉タイミングを調整可能にした可変動弁装置において、
前記第１伝達面と第２伝達面の間の距離は、前記伝達部材の長さ方向で所定の中間位置より一方側では概略一定に形成されていることを特徴とする可変動弁装置。
請求項１に記載の可変動弁装置において、
前記第１伝達面と第２伝達面の間の距離が所定の前記中間位置より他方側では端に近づくにつれて次第に増大するように形成されていることを特徴とする可変動弁装置。
請求項１に記載の可変動弁装置において、
前記拘束部材を前記ケーシングに揺動自在に支持し、前記拘束部材の揺動中心と同軸上に回転自在に支持して揺動部材を設け、前記変換部材の一端を前記揺動部材と連結し且つ前記揺動部材を前記動弁カムまたは制御装置によって駆動するように構成したことを特徴とする可変動弁装置。
請求項１または請求項２に記載の可変動弁装置において、
前記拘束部材を前記制御装置に連結して駆動し、且つ前記変換部材を前記動弁カムの回転軸に対して揺動自在に取付けられた揺動部材よって支持し前記動弁カムの回転によって前記変換部材は前記動弁カムに対して進退動されるように構成したことを特徴とする可変動弁装置。