JP4179158B2

JP4179158B2 - 可変動弁機構

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Publication number: JP4179158B2
Application number: JP2003419071A
Authority: JP
Inventors: 俊昭浅田; 修一江崎; 学立野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-12-17
Filing date: 2003-12-17
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2023-12-17
Also published as: JP2005180232A

Description

この発明は、可変動弁機構に係り、特に、カムシャフトの回転と同期して開閉する弁の作用角およびまたはリフト量を変化させることのできる内燃機関の可変動弁機構に関する。

従来、例えば特開平７−６３０２３号公報には、カムシャフトの回転と同期して開閉する弁体のリフト量を変化させる機能を有する可変動弁機構が開示されている。この可変動弁機構は、カムと弁体との間に、カムの動作と同期して揺動する揺動アームを備えている。揺動アームは、弁体に対する基本の相対角度を変化させることができるように、自由度をもって内燃機関に組み付けられている。そして、この機構は、揺動アームをカムに向けて付勢することで揺動アームの動きを規制するロストモーションスプリングと、制御軸の回転に伴って、揺動アームと弁体との相対角度を変化させる可変機構とを備えている。

上述した可変動弁機構によれば、ロストモーションスプリングの作用により、常に、カムと揺動アームとが機械的に接した状態を維持することができる。このため、この機構によれば、カムの発する機械的な力を、常にロス無く弁体に伝えることができる。更に、この可変動弁機構によれば、制御軸を回転させることにより、揺動アームと弁体の基準の相対角度を変化させることができる。この相対角度が変化すると、カムの作用力が揺動アームに伝達され始めた後、つまり、カムの作用により揺動アームが揺動し始めた後、揺動アームが実際に弁体を押し下げ始めるまでの期間（クランク角）を変化させることができる。このため、上記従来の機構によれば、内燃機関の弁体のリフト量を、高い自由度で変化させることが可能である。

特開平７−６３０２３号公報

しかしながら、上述した従来の機構において、ロストモーションスプリングは、シリンダヘッド等の固定点と揺動アームとの間に配置されている。このため、制御軸の回転に伴って揺動アームと弁体との相対角度が変更されると、つまり、揺動アームの姿勢が変更されると、ロストモーションスプリングの発する付勢力にも変化が生ずる。

より具体的には、小リフトが求められる場合には、ロストモーションスプリングが比較的伸びた状態とされるため、揺動アームに作用する付勢力が比較的小さなものとなる。一方、大リフトが要求される場合には、ロストモーションスプリングに大きな圧縮が課され、揺動アームに作用する付勢力は大きなものとなる。

内燃機関を全領域において正常に機能させるためには、ロストモーションスプリングの付勢力が小さくなる小リフト時にも、揺動アームとカムとの機械的な接触は確実に維持されなければならない。このため、従来の可変動弁機構では、そのような状況下でも十分な付勢力が得られるようにロストモーションスプリングの仕様を決める必要がある。その結果、この機構においては、弁体に大リフトが要求される場合に、不必要に大きな付勢力が揺動アームに作用するという事態が生ずる。

弁体の開閉に伴う摩擦損失は、揺動アームに作用する付勢力が大きいほど大きなものとなる。また、揺動アームには、そこに作用する付勢力が大きいほど高い剛性が要求される。更に、制御軸を回転させるのに必要なトルクも、揺動アームに作用する付勢力が大きいほど大きくすることが必要である。このように、揺動アームに作用する過大な付勢力は、可変動弁機構において様々な不都合を生じさせる。この点、上述した従来の機構は、大リフトでの運転時に、種々の不都合を生じさせ易いものであった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、弁体に要求される作用角およびまたはリフト量に関わらず、揺動アームに作用する付勢力を常に適正な値に維持し得る可変動弁機構を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の弁体の作用角およびまたはリフト量を変化させる機能を有する可変動弁機構であって、
前記作用角およびまたはリフト量を変化させるべく回転位置が調整される制御軸と、
カムと弁体との間に介在しカムの回転と同期して揺動することにより当該カムの作用力を前記弁体に伝達する揺動アームと、
前記制御軸の回転位置に応じて、前記弁体に対する前記揺動アームの基本相対角を変化させる可変機構と、
前記揺動アームと前記カムとの機械的な連結が維持されるように、前記揺動アームを前記カムに向けて付勢するロストモーションスプリングとを備え、
前記ロストモーションスプリングは、その一端が前記揺動アームに固定され、かつ、その他端が、前記制御軸の回転に伴って前記一端との相対位置関係が維持される方向に移動するスプリング固定点に固定されていることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記可変機構は、前記制御軸の回転に伴って、前記揺動アームを前記制御軸と同じ方向に回転移動させ、
前記スプリング固定点は、前記制御軸と一体化された点であることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記制御軸は、その外周面に、前記スプリング固定点となる凹部を備え、
前記ロストモーションスプリングは、その一端が前記揺動アームの側面に固定され、かつ、その他端が前記凹部に挿入されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、制御軸を回転させることにより、弁体と揺動アームの基本相対角を変化させ、その結果として、弁体の作用角およびまたはリフト量を変化させることができる。そして、本発明においては、制御軸の回転に伴って、ロストモーションスプリングの両端が両者の相対位置関係を維持するように移動する。このため、本発明によれば、弁体の作用角およびまたはリフト量変化に関わらず、揺動アームに作用する付勢力をほぼ一定に維持することができる。

第２の発明によれば、可変機構によって、揺動アームは制御軸と同じ方向に回転移動させられる。そして、ロストモーションスプリングは、その一端が揺動アームに固定され、かつ、その他端が制御軸と一体化されたスプリング固定点に固定されている。この場合、ロストモーションスプリングの両端の相対位置関係は、必然的にほぼ一定の関係に維持される。

第３の発明によれば、ロストモーションスプリングの一端は揺動アームの側面に固定され、また、その他端は制御軸の凹部に挿入される。この場合、ロストモーションスプリングの固定に要する部品点数の増加を抑え、更に、組み付け作業の容易化を図ることができる。

実施の形態１．
［可変動弁機構の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の可変動弁機構１０の主要部の斜視図である。図１に示す可変動弁機構は、内燃機関の弁体を駆動するための機構である。ここでは、内燃機関の個々の気筒に２つの吸気弁と２つの排気弁とが備わっているものとする。そして、図１に示す構成は、単一の気筒に配設された２つの吸気弁、或いは２つの排気弁を駆動する機構として機能するものとする。

図１に示す構成は、吸気弁または排気弁として機能する２つの弁体１２を備えている。弁体１２には、それぞれ弁軸１４が固定されている。弁軸１４の端部は、ロッカーアーム１６の一端に設けられたピボットに接している。弁軸１４には、図示しないバルブスプリングの付勢力が作用しており、ロッカーアーム１６は、その付勢力を受けた弁軸１４により上方に付勢されている。ロッカーアーム１６の他端は、油圧ラッシュアジャスタ１８により回動可能に支持されている。油圧ラッシュアジャスタ１８によれば、ロッカーアームの高さ方向の位置を油圧により自動調整することにより、タペットクリアランスを自動調整することができる。

ロッカーアーム１６の中央部には、ローラ２０が配設されている。ローラ２０の上部には、揺動アーム２２が配置されている。以下、揺動アーム２２の周辺の構造を、図２を参照して説明する。

図２は、第１アーム部材２４と第２アーム部材２６の分解斜視図である。第１アーム部材２４および第２アーム部材２６は、何れも図１に示す構成における主要な構成部材である。既述した揺動アーム２２は、図２に示すように、第１アーム部材２４の一部である。

すなわち、第１アーム部材２４は、図２に示すように、２つの揺動アーム２２と、それらに挟まれたローラ当接面２８とを一体に備える部材である。２つの揺動アーム２２は、２つの弁体１２のそれぞれに対応して設けられたものであり、それぞれ既述したローラ２０（図１参照）に接している。

第１アーム部材２４には、２つの揺動アーム２２を貫通するように開口した軸受け部３０が設けられている。また、揺動アーム２２には、それぞれ、ローラ２０と接する面に同心円部３２と押圧部３４とが設けられている。同心円部３２は、ローラ２０との接触面が軸受け部３０と同心円を構成するように設けられている。一方、押圧部３４は、その先端側の部分ほど軸受け部３０の中心からの距離が遠くなるように設けられている。

第２アーム部材２６は、非揺動部３６と揺動ローラ部３８を備えている。非揺動部３６には貫通孔が設けられており、その貫通孔には制御軸４０が挿入される。更に、非揺動部３６および制御軸４０には、両者の相対位置を固定するための固定ピン４２が挿入されている。このため、非揺動部３６と制御軸４０とは、一体の構造物として機能する。

揺動ローラ部３８は、２つの側壁４４を備えている。これらの側壁４４は、回転軸４６を介して回動自在に非揺動部３６に連結されている。また、２つの側壁４４の間には、カム当接ローラ４８と、スライドローラ５０が配設されている。カム当接ローラ４８およびスライドローラ５０は、それぞれ側壁４４に挟まれた状態で自由に回動することができる。

上述した制御軸４０は、第１アーム部材２４の軸受け部３０により回転可能に保持される部材である。つまり、制御軸４０は、軸受け部３０に保持された状態で非揺動部３６と一体化されるべき部材である。この要求を満たすべく、非揺動部３６（つまり第２アーム部材２６）は、制御軸４０と固定される前に、第１アーム部材２４の２つの揺動アーム２２の間に位置合わせされる。制御軸４０は、この位置合わせがなされた状態で、２つの軸受け部３０および非揺動部３６を貫通するように挿入される。その後、制御軸４０と非揺動部３６とを固定すべく固定ピン４２が装着される。その結果、第１アーム部材２４が制御軸４０回りを自由に回動することができ、非揺動部３６が制御軸４０と一体化され、かつ、揺動ローラ部３８が非揺動部３６に対して揺動し得る機構が実現される。

第１アーム部材２４と第２アーム部材２６とが、以上のように組み付けられた場合、第１アーム部材２４と制御軸４０との相対角、つまり、第１アーム部材２４と非揺動部３６との相対角が所定の条件を満たす範囲では、揺動ローラ部３８のスライドローラ５０が、第１アーム部材２４のローラ当接面２８と接することができる。そして、それら両者の接触を維持しながら、上記の所定の条件を満たす範囲で第１アーム部材２４を制御軸４０回りで回動させると、スライドローラ５０は、ローラ当接面２８に沿って転動することができる。本実施形態の可変動弁機構は、その転動を伴いながら弁体１２を開閉動作させる。尚、その動作については、後に図４および図５を参照して詳細に説明する。

図１は、第１アーム部材２４、第２アーム部材２６、および制御軸４０が、上記の手順で組み付けられた状態を示している。この状態において、第１アーム部材２４および第２アーム部材２６の位置は制御軸４０の位置により規制される。制御軸４０は、図示しない軸受けを介して、既述した条件がみたされるように、つまり、ロッカーアーム１６のローラ２０が揺動アーム２２に当接するようにシリンダヘッド等の固定部材に固定されている。

制御軸４０には、図示しないアクチュエータが連結されている。このアクチュエータは、制御軸４０を所定の角度範囲内で回動させることができる。図１に示す状態は、そのアクチュエータにより、制御軸４０の回転角を上述した所定の条件を満たす範囲に調整し、かつ、スライドローラ５０をローラ当接面２８に当接させた状態を示している。

本実施形態の可変動弁機構１０は、また、クランクシャフトと同期して回転するカムシャフト５２を備えている。カムシャフト５２には、内燃機関の気筒毎に設けられたカム５４が固定されている。図１に示す状態において、カム５４は、カム当接ローラ４８に接しており、揺動ローラ部３８の上方への移動を規制している。つまり、図１に示す状態では、揺動ローラ部３８のカム当接ローラ４８およびスライドローラ５０を介して、第１アーム部材２４のローラ当接面２８がカム５４と機械的に連結された状態が実現されている。

上述した状態によれば、カム５４の回転に伴ってカムノーズがカム当接ローラ４８を押圧すると、その力はスライドローラ５０を介してローラ当接面２８に伝達される。スライドローラ５０は、ローラ当接面２８の上を転動しながらカム５４の作用力を第１アーム部材２４に伝え続けることができる。その結果、第１アーム部材２４に、制御軸４０を中心とする回転が生じ、揺動アーム２２によりロッカーアーム１６が押し下げられ、弁体１２に開弁方向の動きが与えられる。可変動弁機構１０は、以上説明したように、カム５４の作用力を、カム当接ローラ４８およびスライドローラ５０を介してローラ当接面２８に伝達することで弁体１２を作動させることができる。

図３は、可変動弁機構１０に、本実施形態における特徴部であるロストモーションスプリング５６を装着した状態を示す。可変動弁機構１０が弁体１２を作動させるためには、カム５４とローラ当接面２８とが、カム当接ローラ４８およびスライドローラ５０を介して機械的に連結された状態を維持することが必要である。そして、この要求を満たすためには、ローラ当接面２８を、つまり、第１アーム部材２４を、カム５４の方向に付勢することが必要である。ロストモーションスプリング５６は、その付勢を実現するためのスプリングである。

本実施形態において、ロストモーションスプリング５６は、第１アーム部材２４の両側に１つずつ、つまり、２つの揺動アーム２２の側面に一つずつ配置されている。揺動アーム２２は、その先端部（図２に示す押圧部３４の先端部）の側面に固定ピン５８を備えている。ロストモーションスプリング５６は、制御軸４０に巻き付けられた状態で、その一端が固定ピン５８に掛留められている。また、ロストモーションスプリング５６の他端は、第２アーム部材２６の非揺動部３６に固定された固定軸６０に掛留められている。

非揺動部３６は固定ピン３６により制御軸４０に固定された部材であるから、固定軸６０も制御軸４０と一体化された部材である。このため、ロストモーションスプリング５６は、その一端が揺動アーム２２に固定され、また、その他端が実質的に制御軸４０に固定された状態とされている。そして、この状態において、ロストモーションスプリング５６は、揺動アーム２２を固定軸６０に向けて引き上げる方向の付勢力を発生する。この付勢力は、ローラ当接面２８がスライドローラ５０を上方に付勢する力として、更には、カム当接ローラ４８をカム５４に押し当てる力として作用する（図１および図２参照）。その結果、可変動弁機構１０は、図１に示すように、カム５４とローラ当接面２８とが機械的に連結された状態を維持することができる。

［可変動弁機構の動作］
次に、図４および図５を参照して、本発明の実施の形態１の可変動弁機構１０の動作を説明する。尚、図４および図５においては、説明の便宜上、ロストモーションスプリングを、単純なコイルスプリングで表すこととしている。以下、このスプリングを「ロストモーションスプリング７０」として説明を進める。

図４および図５に示すロストモーションスプリング７０は、その上端がシリンダヘッド等に固定された状態で、ローラ当接面２８の後端部を付勢しているものとする。この場合、その付勢力は、ローラ当接面２８がスライドローラ５０を押し上げる方向に作用する。つまり、図４および図５に示すロストモーションスプリング７０は、ローラ当接面２８とカム５４との機械的接触を維持するという面では、図３に示すロストモーションスプリング５６と同様に機能する。

図４は、可変動弁機構１０が弁体１２に対して小さなリフトを与えるように動作している様子を示す。以下、この動作を「小リフト動作」と称す。より具体的には、図４（Ａ）は、小リフト動作の過程で弁体１２が閉弁している様子を、また、図４（Ｂ）は小リフト動作の過程で弁体１２が開弁している様子を、それぞれ表している。

図４（Ａ）において、符号θ_Ｃは、制御軸４０の回転位置を表すパラメータである。以下、そのパラメータを「制御軸回転角θ_Ｃ」とする。ここでは、便宜上、制御軸４０と非揺動部３６とを固定する固定ピン４２の軸方向と鉛直方向とのなす角を制御軸回転角θ_Ｃと定義することとする。また、図４（Ａ）において、符号θ_Ａは、揺動アーム２２の回転位置を表すパラメータである。以下、そのパラメータを「アーム回転角θ_Ａ」とする。ここでは、便宜上、揺動アーム２２の先端部と制御軸４０の中心とを結ぶ直線と水平方向とのなす角をアーム回転角θ_Ａと定義することとする。

可変動弁機構１０において、揺動アーム２２の回転位置、つまり、アーム回転角θ_Ａは、スライドローラ５０の位置により決定される。また、スライドローラ５０の位置は、揺動ローラ部３８の回転軸４６の位置と、カム当接ローラ４８の位置とで決定される。そして、カム当接ローラ４８とカム５４との接触が維持される範囲では、回転軸４６が図４における左回り方向に回転するほど、つまり、制御軸回転角θcが大きくなるほど、スライドローラ５０の位置は上方に変化する。このため、可変動弁機構１０においては、制御軸回転角θ_Ｃが大きくなるほど、アーム回転角θ_Ａが小さくなるという現象が生ずる。

図４（Ａ）に示す状態において、制御軸回転角θ_Ｃは、カム当接ローラ４８がカム５４との接触を保てる範囲で、つまり、カム５４がカム当接ローラ４８の上方への移動を規制し得る範囲でほぼ最大の値とされている。従って、図４（Ａ）に示す状態において、アーム回転角θ_Ａは、ほぼ最小の値となっている。可変動弁機構１０は、この場合において、揺動アーム２２の同心円部３２のほぼ中央がロッカーアーム１６のローラ２０に接し、その結果、弁体１２が閉弁状態となるように構成されている。以下、この場合のアーム回転角θ_Ａを、「小リフト時の基準アーム回転角θ_Ａ０」と称す。

図４（Ａ）に示す状態からカム５４が回転すると、図４（Ｂ）に示すように、カム当接ローラ４８がカムノーズにより押圧され、制御軸４０方向に移動する。揺動ローラ部３８の回転軸４６からスライドローラ５０までの距離は変化しないため、カム当接ローラ４８が制御軸４０に近づく際には、ローラ当接面２８が、その面上を転動するスライドローラ５０により押し下げられる。その結果、アーム回転角θ_Ａが大きくなる方向に揺動アーム２２が回転し、揺動アーム２２とローラ２０との接触点が、同心円部３２から押圧部３４に移行する。

小リフト動作の際には、上記の如く基準アーム回転角θ_Ａ０が小さな値とされる。このため、カム５４の回転に伴うアーム回転角θ_Ａの最大値も、小リフト動作の場合には比較的小さな値となる。以下、その最大値を「小リフト時の最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸ」とする。弁体１２には、アーム回転角θ_Ａが最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸとなる時点で最大のリフトが生ずる。可変動弁機構１０は、図４（Ｂ）に示すように、小リフト時の最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸが生じた際に、ローラ２０と揺動アーム２２との接触点が僅かに押圧部３４に入り込み、その結果、僅かなリフトが弁体１２に生ずるように構成されている。このため、可変動弁機構１０によれば、上述した小リフト動作を行うことで、カム５４の回転と同期して、小さなリフトを弁体１２に与えることができる。

また、この場合、カム５４の作用力が現実に弁体１２を押し下げる期間、つまり、カム５４の回転に伴って弁体１２が非閉弁状態とされる期間（クランク角幅）も比較的小さなものとなる（以下、この期間を「作用角」と称す）。従って、可変動弁機構１０によれば、小リフト動作を行うことで、弁体１２の作用角を小さくすることができる。

図５は、可変動弁機構１０が弁体１２に対して大きなリフトを与えるように動作している様子を示す。以下、この動作を「大リフト動作」と称す。より具体的には、図５（Ａ）は、大リフト動作の過程で弁体１２が閉弁している様子を、また、図５（Ｂ）は大リフト動作の過程で弁体１２が開弁している様子を、それぞれ表している。

大リフト動作を行う場合は、図５（Ａ）に示すように、制御軸回転角θ_Ｃが十分に小さな値に調整される。その結果、大リフト動作の実行時には、スライドローラ５０がローラ当接部２８から脱落しない範囲で、非リフト時におけるアーム回転角θ_Ａ、つまり、基準アーム回転角θ_Ａ０が十分に大きな値とされる。可変動弁機構１０は、その基準アーム回転角θ_Ａ０において、揺動アーム２２とローラ２０との接触点が、同心円部３２の端部に位置するように構成されている。このため、大リフト動作の場合にも、弁体１２は閉弁状態に維持される。

図５（Ａ）に示す状態からカム５４が回転すると、図５（Ｂ）に示すように、カム当接ローラ４８がカムノーズに押圧されることにより、アーム回転角θ_Ａが大きくなる方向に揺動アーム２２が回転する。その結果、揺動アーム２２とローラ２０との接触点が、同心円部３２から押圧部３４に移行する。大リフト動作の際には、上記の如く基準アーム回転角θ_Ａ０が大きな値とされているため、カム５４の回転に伴って生ずる最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸも大きな値となる。可変動弁機構１０は、図５（Ｂ）に示すように、そのような最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸが生じた際に、ローラ２０と揺動アーム２２との接触点が、十分に押圧部３４に入り込んだ位置となるように構成されている。このため、可変動弁機構１０によれば、上述した大リフト動作を行うことで、カム５４の回転と同期して、大きなリフトと大きな作用角を弁体１２に与えることができる。

［本実施形態の可変動弁機構の利点］
以上説明した通り、本実施形態の可変動弁機構１０は、制御軸回転角θ_Ｃを変化させることにより、基準アーム回転角θ_Ａ０を変化させ、その結果として弁体１２に与える作用角およびリフト量を変化させることができる。ところで、図４および図５には、既述した通り、上端がシリンダヘッド等に固定されたロストモーションスプリング７０が示されている。このような構成を有するロストモーションスプリング７０は、内燃機関の内部で第１アーム部材２４の回転位置が変化することにより、常にその全長を変化させる。

具体的には、図４（Ａ）に示す小リフト時の基準アーム回転角θ_Ａ０が実現される場合と、図５（Ａ）に示す大リフト時の基準アーム回転角θ_Ａ０が実現される場合とでは、ロストモーションスプリング７０の全長が異なったものとなる。同様に、図４（Ｂ）に示す小リフト時の最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸが実現される場合と、図５（Ｂ）に示す大リフト時の最大アーム回転角θ_ＡＭＡＸが実現される場合とを比較しても、ロストモーションスプリング７０の全長は異なったものとなる（図４および図５に示すロストモーションスプリング７０の状態を参照）。

ロストモーションスプリング７０は、その全長が異なれば、異なる付勢力を発生する。このため、図４または図５に示すような構成が採られるとすると、小リフト動作の際にはその付勢力が小さなものとなり、一方、大リフト動作の際にはその付勢力が大きなものとなる。

これに対して、本実施形態の可変動弁機構１０は、図３に示すように、一端が揺動アーム２２に固定され、かつ、他端が制御軸４０と一体化されたロストモーションスプリング５６を用いることとしている。可変動弁機構１０において、揺動アーム２２と制御軸４０とは、常に同じ方向に回転する。つまり、ロストモーションスプリング５６の一端の固定点（揺動アーム２２の固定ピン５８）と、その他端の固定点（固定軸６０）とは、制御軸４０の回転に起因する限りでは、常に両者の相対位置関係が維持される方向に移動する。更に換言すると、制御軸４０と揺動アーム２２との相対角（例えば、θ_Ｃ＋θ_Ａ＋９０°）は、カム５４の影響を除外すれば、制御軸４０の回転位置に関わらず常にほぼ一定となる。

このため、本実施形態の構成によれば、制御軸４０の回転に起因するロストモーションスプリング５６の付勢力変化を、十分に小さく抑えることができる。つまり、本実施形態の可変動弁機構１０によれば、弁体１２に与えるリフト量の多少によって、揺動アーム２２に作用する付勢力が変化するのを十分に抑制することができる。

図６は、ロストモーションスプリング５６の発する付勢力がバルブリフトの変化に対して大きく変化しないことに伴う効果を説明するための図である。図６中に実線で示す直線は、本実施形態において用いられるロストモーションスプリング５６の付勢力とバルブリフトとの関係を示す。また、図６中に破線で示す２本の直線は、シリンダヘッド等に固定されたロストモーションスプリング７０により発生し得る付勢力とバルブリフトとの関係を示す。

シリンダヘッド等に固定されたロストモーションスプリング７０は、リフト量の増加に伴って付勢力を顕著に増大させる。このため、大リフト時に適正な付勢力を発生させようとすれば、小リフト時に付勢力が過小となり、バルブ挙動に異常が生じかねない。一方、小リフト時に十分な付勢力を確保しようとすれば、大リフト時の付勢力が過大にならざるを得ない。そして、揺動アーム２２に過大な付勢力が作用すれば、可変動弁機構１０に不当に大きなフリクションが生じたり、制御軸４０のアクチュエータに不必要に大きな駆動力が必要となったり、更には、その付勢力を受ける各部の剛性を不必要に高める必要が生じたりといった不都合が生ずる。

これに対して、本実施形態の可変動弁機構１０によれば、バルブリフトの大小によらずに、常に適正な付勢力をロストモーションスプリング５６に発生させることができる。このため、本実施形態の構成によれば、アクチュエータや各部の構成物に過剰な品質を与えることなく、全リフト領域において、安定した作動性を示す可変動弁機構１０を実現することができる。

ところで、上述した実施の形態１では、可変動弁機構１０が、制御軸４０の回転位置に応じて作用角およびリフト量の双方を変化させることとしているが、ロストモーションスプリング５６を制御軸４０と揺動アーム２２に固定する構成は、このような可変動弁機構１０への適用に限定されるものではない。例えば、可変動弁機構が、制御軸４０を回転させて作用角およびリフト量の一方のみを変化させるものであっても、その回転により、揺動アーム２２が制御軸４０と同方向に移動する場合には、本実施形態の場合と同様の構成を採ることで同様の効果を得ることが可能である。

尚、上述した実施の形態１においては、第２アーム部材２６と第１アーム部材２４のローラ当接面２８とが前記第１の発明における「可変機構」に、固定軸６０が前記第１の発明における「スプリング固定点」に、それぞれ相当している。

実施の形態２．
次に、図７および図８を参照して本発明の実施の形態２について説明する。図７は、本実施形態の可変動弁機構８０の構成を説明するための図である。より具体的には、図７（Ｂ）は、本実施形態の可変動弁機構８０の斜視図であり、図７（Ａ）は、その可変動弁機構８０を図７（Ｂ）に示すＡ矢視で表した側面図である。また、図８は、本実施形態において用いられる制御軸８４の斜視図である。

本実施形態の可変動弁機構８０は、ロストモーションスプリング８２を制御軸８４と一体化させる手法が異なる点を除き、実施の形態１における可変動弁機構１０と同様である。すなわち、本実施形態において用いられる制御軸８４には、図８に示すように、軸方向に延在するスリット８６が設けられている。スリット８６は、例えば、制御軸８４に切削加工を施すことで設けることができる。

本実施形態において用いられるロストモーションスプリング８２は、制御軸８４と一体化されるべき端部に、図７に示すように、スリット８６への掛留めを可能とする湾曲部８８が形成されている。ロストモーションスプリング８２は、制御軸８４の測方から、湾曲部８８の先端がスリット８６に収まるように装着されることにより、図７に示すように、その一端が制御軸８４と一体化された状態となる。

図７に示す構造によれば、実施の形態１において必要であった固定軸６０を廃止することで、部品点数の低減や、可変動弁機構１０の省スペース化を実現し、更に、制御軸８４回りの慣性質量をその中心付近に集中させることができる。そして、慣性質量を集中させることにより、高速運転時の安定性を高めることができる。また、このような構造によれば、ロストモーションスプリング８２の組み付け作業が容易となるという効果をも得ることができる。

尚、上述した実施の形態２においては、制御軸８４のスリット８６が、前記第３の発明における「凹部」に相当している。

実施の形態３．
次に、図９を参照して本発明の実施の形態３について説明する。図９は、本実施形態において用いられる制御軸９０の構成を説明するための図である。より具体的には、図９（Ｂ）は、制御軸９０の斜視図であり、図９（Ａ）は、その制御軸９０を図９（Ｂ）に示すＡ矢視で表した側面図である。

本実施形態の可変動弁機構は、図９に示す制御軸９０が用いられる点を除き、実施の形態２の機構と同様である。また、制御軸９０は、スリット８６が切削加工でなく、プレス加工により設けられる点を除き実施の形態２における制御軸８４と同様である。図９（Ａ）に示すように、スリット８６をプレス加工で設けることとすると、スリット８６の部分における肉厚を他の部位と同様に確保することができる。更に、プレス加工によれば、切削加工による場合に比して安価にスリット８６を形成することができる。このため、本実施形態の構成によれば、実施の形態２の場合に比して、より安価で、より動作安定性に優れた可変動弁機構を実現することができる。

尚、上述した実施の形態３においては、制御軸９０のスリット８６が、前記第３の発明における「凹部」に相当している。

実施の形態４．
次に、図１０および図１１を参照して本発明の実施の形態４について説明する。図１０は、本実施形態において用いられる制御軸１００の構成を説明するための図である。より具体的には、図１０（Ｂ）は、制御軸１００の斜視図であり、図１０（Ａ）は、その制御軸１００を図１０（Ｂ）に示すＡ矢視で表した側面図である。

本実施形態の可変動弁機構は、図１０に示す制御軸１００が用いられる点を除き、実施の形態２または３の機構と同様である。制御軸１００は、図７に示すロストモーションスプリング８２の湾曲部８８を掛留めるための挿入孔１０２を備えている。挿入孔１０２によれば、湾曲部８８の位置を周方向の他、軸方向においても規制することができる。このため、本実施形態の構成によれば、ロストモーションスプリング８２の位置を、実施の形態２または３の場合に比して、更に正確に決定することができる。

図１１は、ロストモーションスプリング８２を、制御軸１００に組み付ける手法を説明するための図である。より具体的には、図１１（Ａ）は、ガイドピン１０４を利用してその組み付けを行う手法を示したものであり、一方、図１１（Ｂ）は、ガイドバイプ１０６を利用してその組み付けを行う手法を示したものである。

図１１（Ａ）において、ロストモーションスプリング８２は、湾曲部８８と制御軸１００との間にガイドピン１０４を介在させた状態で、測方から制御軸１００に装着される。湾曲部８８の先端が挿入孔１０２と合致するまでロストモーションスプリング８２を移動させた後、ガイドピン１０４を抜き取ると、湾曲部８８の先端を挿入孔１０２に嵌合させることができる。

図１１（Ｂ）において、ロストモーションスプリング８２は、その内周面と制御軸１００との間に肉厚の薄いガイドパイプ１０６を介在させた状態で、測方から制御軸１００に装着される。湾曲部８８の先端が挿入孔１０２と合致するまでロストモーションスプリング８２を移動させた後、ガイドパイプ１０６を抜き取ると、湾曲部８８の先端を挿入孔１０２に嵌合させることができる。

尚、上述した実施の形態４においては、制御軸１００の挿入孔１０２が、前記第３の発明における「凹部」に相当している。

実施の形態５．
次に、図１２を参照して本発明の実施の形態５について説明する。図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は、それぞれ、本実施形態において用いられるロストモーションスプリング１１０および１１２の構成を説明するための図である。本実施形態の可変動弁機構は、図１２（Ａ）または図１２（Ｂ）に示すロストモーションスプリング１１０または１１２が用いられる点、および揺動アーム２２から固定ピン５８が排除される点を除き、実施の形態２乃至４の何れかの機構と同様である。

図１２（Ａ）に示すロストモーションスプリング１１０は、揺動アーム２２に固定される側の端部に屈曲部１１４を備えている。屈曲部１１４は、ロストモーションスプリング１１０の先端部を揺動アーム２２の幅に相当する長さだけほぼ直角に曲げることで構成されている。ロストモーションスプリング１１０は、その屈曲部１１４を揺動アーム２２自体に掛留めることにより、揺動アーム２２に固定することができる。このタイプのロストモーションスプリング１１０によれば、固定ピン５８を廃止することができるため、実施の形態２乃至４の場合に比して、更なる部品点数の低減を図ることができる。

図１２（Ｂ）に示すロストモーションスプリング１１２は、揺動アーム２２に固定される側の端部にリング状屈曲部１１６を備えている。このタイプのロストモーションスプリング１１２は、巻回部分からリング状屈曲部１１６に伸びる直線部分を揺動アーム２２の上面に添わせ、リング状屈曲部１１６を揺動アーム２２の先端部に掛留めることにより、所望の固定を実現することができる。このようなロストモーションスプリング１１２によれば、図１２（Ａ）に示すロストモーションスプリング１１０に比して、更なる省スペースかを実現することができる。

本発明の実施の形態１の可変動弁機構の主要部の斜視図である。図１に示す可変動弁機構の構成要素である第１アーム部材と第２アーム部材の分解斜視図である。本発明の実施の形態１の可変動弁機構に、この実施形態の特徴部であるロストモーションスプリングを装着した状態を示す図である。本発明の実施の形態１の可変動弁機構が小リフト動作を行う場合の様子を示す図である。本発明の実施の形態１の可変動弁機構が大リフト動作を行う場合の様子を示す図である。本発明の実施の形態１におけるロストモーションスプリングの付勢力がバルブリフトの変化に対して大きく変化しないことに伴う効果を説明するための図である。本発明の実施の形態２の可変動弁機構の構成を説明するための図である。図７に示す可変動弁機構において用いられる制御軸の斜視図である。本発明の実施の形態３において用いられる制御軸の構成を説明するための図である。本発明の実施の形態４において用いられる制御軸の構成を説明するための図である。図１０に示す制御軸にロストモーションスプリングを装着する手法を説明するための図である。本発明の実施の形態５において用いられるロストモーションスプリングの構成を説明するための図である。

符号の説明

１０；８０可変動弁機構
１２弁体
１６ロッカーアーム
２０ローラ
２２揺動アーム
２４第１アーム部材
２６第２アーム部材
２８ローラ当接部
３２同心円部
３４押圧部
３６非揺動部
３８揺動ローラ部
４０；８４；９０；１００制御軸
４６回転軸
４８カム当接ローラ
５０スライドローラ
５４カム
５６；８２；１１０；１１２ロストモーションスプリング
５８固定ピン
６０固定軸
７０シリンダヘッド等に固定されたロストモーションスプリング
８６スリット
１０２挿入孔
θ_Ｃ制御軸回転角
θ_Ａアーム回転角

Claims

内燃機関の弁体の作用角およびまたはリフト量を変化させる機能を有する可変動弁機構であって、
前記作用角およびまたはリフト量を変化させるべく回転位置が調整される制御軸と、
カムと弁体との間に介在しカムの回転と同期して揺動することにより当該カムの作用力を前記弁体に伝達する揺動アームと、
前記制御軸の回転位置に応じて、前記弁体に対する前記揺動アームの基本相対角を変化させる可変機構と、
前記揺動アームと前記カムとの機械的な連結が維持されるように、前記揺動アームを前記カムに向けて付勢するロストモーションスプリングとを備え、
前記ロストモーションスプリングは、その一端が前記揺動アームに固定され、かつ、その他端が、前記制御軸の回転に伴って前記一端との相対位置関係が維持される方向に移動するスプリング固定点に固定されていることを特徴とする可変動弁機構。
前記可変機構は、前記制御軸の回転に伴って、前記揺動アームを前記制御軸と同じ方向に回転移動させ、
前記スプリング固定点は、前記制御軸と一体化された点であることを特徴とする請求項１記載の可変動弁機構。
前記制御軸は、その外周面に、前記スプリング固定点となる凹部を備え、
前記ロストモーションスプリングは、その一端が前記揺動アームの側面に固定され、かつ、その他端が前記凹部に挿入されていることを特徴とする請求項１または２記載の可変動弁機構。