JP4412190B2

JP4412190B2 - 可変動弁機構

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Publication number: JP4412190B2
Application number: JP2005026682A
Authority: JP
Inventors: 修一江▲崎▼
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Publication date: 2010-02-10
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Description

この発明は、可変動弁機構に係り、特に、カム軸の回転と同期して開閉する弁体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２００３−２３９７１２号公報には、カムと弁体との間に、弁体の作用角およびリフト量を変更させる機構を備える可変動弁機構が開示されている。この可変動弁機構は、カムの動作と同期して揺動する揺動アームと、揺動アームと当接するアームローラを有するロッカーアームを備えている。ロッカーアームの一端は、弁軸端部に当接しており、その他端は、ラッシュアジャスタにより支持されている。ロッカーアームは、ラッシュアジャスタにより支持される端部を支点として、揺動アームの揺動動作と連動して回動できるように構成されている。そして、この可変動弁機構は、制御軸の回転位置を変更することにより、揺動アームの基準アーム回転角を変更させる可変機構を備えている。

上記従来の可変動弁機構では、制御軸の回転位置の変更に伴い揺動アームの基準アーム回転角が変更されると、揺動アームとアームローラとの接触点が変化する。この接触点が変化すると、カムの動作に伴ってロッカーアームが弁体を押し下げるタイミングおよび弁体の押し下げ量が変化する。このため、上記従来の可変動弁機構によれば、制御軸の回転位置を制御することにより、弁体の作用角およびリフト量を連続的に変更することができる。

特開２００３−２３９７１２号公報特開平７−２９３２１６号公報特開平７−６３０２３号公報

しかしながら、上述した従来の機構において、ロッカーアームの支点に配置されるラッシュアジャスタが伸縮すると、ロッカーアームの支点は、その伸縮方向に移動することとなる。その結果、揺動アームとアームローラとの接触点が変化してしまう可能性がある。そして、当該接触点が変化すると、既述した通り、カムの動作に伴ってロッカーアームが弁体を押し下げるタイミングおよび弁体の押し下げ量が変化してしまう。つまり、ラッシュアジャスタがタペットクリアランスをゼロとすべく伸縮すると、弁体の作用角およびリフト量が予定外に変化してしまうことが起こり得る。

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、ラッシュアジャスタの伸縮に伴う弁体の作用角およびまたはリフト量の意図しない変化を抑制することのでき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、一端が弁軸の非弁体側端部に当接され、中央部にアームローラが配設され、他端が支点として機能するロッカーアームと、
タペットクリアランスをゼロとすべく伸縮する機能を有し、前記ロッカーアームの支点を支持するように配置されたラッシュアジャスタと、
前記アームローラと接触する揺動カム面を有し、カムの回転と同期して揺動することにより、前記ロッカーアームにカムの押圧力を伝達させる揺動アームと、
弁体の作用角およびまたはリフト量を所定の可変範囲内で変化させるべく、前記ロッカーアームに対する前記揺動アームの基準アーム回転角を変化させる可変機構と、
前記弁軸の高さを調整するバルブ高さ調整手段とを備え、
前記揺動アームの回転中心と前記アームローラの回転中心とを結ぶ仮想直線と、前記ラッシュアジャスタの軸線とがなす角度が、前記仮想直線と前記軸線とが略平行に近くなる角度であって、弁体の開弁特性の気筒間ばらつきを許容ばらつき値に収める範囲内の角度に設定されていることを特徴とする。
また、第２の発明は、上記の目的を達成するため、アクチュエータにより駆動される制御軸と、カム軸の回転に対する弁体の開弁特性を前記制御軸の位置に応じて変化させる可変機構とを備える可変動弁機構であって、
一端が弁軸の非弁体側端部に当接され、中央部にアームローラが配設され、他端が支点として機能するロッカーアームと、
タペットクリアランスをゼロとすべく伸縮する機能を有し、前記ロッカーアームの支点を支持するように配置されたラッシュアジャスタと、
一定の曲率で形成された非押圧面を含む揺動カム面を前記アームローラとの接触面として有し、カムの回転と同期して揺動することにより前記ロッカーアームにカムの押圧力を伝達させる揺動部材と、
前記弁軸の高さを調整するバルブ高さ調整手段とを備え、
前記カム軸の軸方向から見て、前記非押圧面の曲率中心と前記アームローラの回転中心とを結ぶ仮想直線と、前記ラッシュアジャスタの軸線とがなす角度が、前記仮想直線と前記軸線とが略平行に近くなる角度であって、弁体の開弁特性の気筒間ばらつきを許容ばらつき値に収める範囲内の角度に設定されてい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、弁体の開弁特性の気筒間ばらつきを許容ばらつき値に収める範囲内の前記角度は、0°から７°の範囲内の角度であることを特徴とする。
また、第４の発明は、第２の発明において、前記揺動カム面は、前記アームローラにカムの押圧力を伝達させる押圧部を含み、
前記押圧部が、前記揺動カム面と前記アームローラとの前記接触面に対してカム側に配置されていることを特徴とする。

第１または第３の発明によれば、ラッシュアジャスタが伸縮した際に、揺動カム面とアームローラとの接触点が変化するのを、すなわち、揺動アームの基準アーム回転角が変化するのを効果的に抑えることができる。このため、本発明によれば、ラッシュアジャスタの伸縮に伴う弁体の作用角およびまたはリフト量の意図しない変化を抑制することができる。また、本発明によれば、可変動弁機構の各構成部材の加工精度、組み付け精度等に起因して、ラッシュアジャスタの伸縮に伴って弁体の開弁特性が気筒間でばらつくのを抑制することができる。そして、本発明によれば、内燃機関へのラッシュアジャスタの取り付け角度に有効な自由度を与えつつ、弁体の開弁特性の気筒間ばらつきを内燃機関の要求を充足する値以下に抑えることが可能となる。
第２または第３の発明によれば、ラッシュアジャスタが伸縮した際に、揺動カム面とアームローラとの接触点が変化するのを効果的に抑えることができる。このため、本発明によれば、ラッシュアジャスタの伸縮に伴う弁体の開弁特性の意図しない変化を抑制することができる。また、本発明によれば、可変動弁機構の各構成部材の加工精度、組み付け精度等に起因して、ラッシュアジャスタの伸縮に伴って弁体の開弁特性が気筒間でばらつくのを抑制することができる。そして、本発明によれば、内燃機関へのラッシュアジャスタの取り付け角度に有効な自由度を与えつつ、弁体の開弁特性の気筒間ばらつきを内燃機関の要求を充足する値以下に抑えることが可能となる。
第４の発明によれば、揺動カム面に含まれる押圧部が、揺動カム面とアームローラとの接触面に対してカム側に配置されている場合において、ラッシュアジャスタが伸縮した際に、揺動カム面とアームローラとの接触点が変化するのを効果的に抑えることができる。

［可変動弁機構の構成］
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の可変動弁機構１０の構成を説明するための図である。図１に示す可変動弁機構は、吸気弁または排気弁として機能する内燃機関の弁体を駆動するための機構である。

図１に示す構成は、吸気弁または排気弁として機能する弁体１２を備えている。弁体１２には、弁軸１４が固定されている。弁軸１４の非弁体側端部には、ステムエンドキャップ１５が当該非弁軸側端部を覆うように取り付けられており、弁軸１４の端部は、このステムエンドキャップ１５を介して、ロッカーアーム１６の一端に接している。ロッカーアーム１６の中央部には、アームローラ１８が配設されている。

アームローラ１８の上部には、揺動アーム２０（揺動部材）が配置されている。揺動アーム２０は、制御軸２２により回転可能に保持されている。揺動アーム２０には、アームローラ１８と接する面として、揺動カム面が形成されている。揺動カム面は、揺動アーム２０の回転軸中心Q、すなわち、制御軸２２の軸中心Qからの距離が一定となるように形成された非押圧部（非押圧面）２４と、非押圧部２４から離れた位置ほど制御軸２２の軸中心Qからの距離が遠くなるように形成された押圧部２６とで構成されている。更に言い換えると、非押圧面２４は、制御軸２２の軸中心Q（揺動アーム２０の回転中心Q）を曲率中心Qとする一定の曲率で形成されている。以下、アームローラ１８と揺動アーム２０との接触点を、「ローラ接触点２７」と称し、非押圧部２４と押圧部２６との境界点を、「リフト開始点２８」と称する。

ロッカーアーム１６の他端は、ラッシュアジャスタ３０により支持されている。ロッカーアーム１６は、ラッシュアジャスタ３０により支持された端部を支点Pとして回動することができる。ラッシュアジャスタ３０は、タペットクリアランスをゼロとすべく伸縮する機能を有している。本実施形態の可変動弁機構１０では、ラッシュアジャスタ３０は、揺動アーム２０の回転中心Q、すなわち、制御軸２２の軸中心Qとアームローラ１８の回転中心Sとを結ぶ仮想直線（図１参照）に対して、その伸縮方向（軸線）が平行となるように配置されている。本実施形態の機構では、上記の如く、揺動アーム２０の回転中心Qと非押圧面２４の曲率中心Rとが同じである。このため、換言すると、本実施形態のラッシュアジャスタ３０は、制御軸２２の軸方向から見て、非押圧面２４の曲率中心Rとアームローラ１８の回転中心Sとを結ぶ仮想直線に対して、その軸線が平行となるように配置されていることになる。

制御軸２２は、図示しない軸受けを介して、シリンダヘッド等の固定部材に固定されている。そして、制御軸２２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２２を所定の角度範囲内で回動させることができるものとする。

また、制御軸２２には、ローラ当接面３２が回転可能に保持されている。ローラ当接面３２は、揺動アーム２０と一体で制御軸２２周りを回転できるように構成されている。更に、制御軸２２には、制御アーム３４が取り付けられている。制御アーム３４には、貫通孔が設けられており、制御軸２２と制御アーム３４とは、その貫通孔に制御軸２２が挿入された状態で図示しない固定具により一体化されている。制御アーム３４には、制御軸２２の径方向に突出した位置に回転軸３６が設けられている。回転軸３６には、揺動ローラアーム３８が回転可能に保持されている。

揺動ローラアーム３８には、カム軸４０に固定されたカム４２に当接するカム当接ローラ４４と、ローラ当接面３２に当接するスライドローラ４６とを備えている。カム当接ローラ４４およびスライドローラ４６は、それぞれ揺動ローラアーム３８により保持された状態で自由に回動することができる。

可変動弁機構１０は、ロストモーションスプリング４８を備えている。ロストモーションスプリング４８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３２の後端部を付勢している。このロストモーションスプリング４８の付勢力は、ローラ当接面３２がスライドローラ４６を上方に付勢する力として、更には、カム当接ローラ４４をカム４２に押し当てる力として作用する。その結果、可変動弁機構１０は、カム４２とローラ当接面３２とが機械的に連結された状態に維持されている。

上述した状態によれば、カム４２の回転に伴ってカムノーズがカム当接ローラ４４を押圧すると、その力はスライドローラ４６を介してローラ当接面３２に伝達される。スライドローラ４６は、ローラ当接面３２の上を転動しながらカム４２の作用力を揺動アーム２０に伝え続けることができる。その結果、制御軸２２を中心とする回転が揺動アーム２０に生じ、これにより、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４２の作用力を、カム当接ローラ４４およびスライドローラ４６を介してローラ当接面３２に伝達することで弁体１２を作動させることができる。

［可変動弁機構の動作］
次に、図２および図３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。図２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２（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２（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２（Ａ）に示す状態、すなわち、カム４２の押圧力が作用しない状態において、ローラ接触点２７と制御軸２２の軸中心Qとを結ぶ直線と、リフト開始点２８と制御軸２２の軸中心Qとを結ぶ直線とのなす角を「基準アーム回転角φ」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２０の回転位置、つまり、基準アーム回転角φは、スライドローラ４６の位置により決定される。また、スライドローラ４６の位置は、揺動ローラアーム３８の回転軸３６の位置と、カム当接ローラ４４の位置とで決定される。そして、カム当接ローラ４４とカム４２との接触が維持される範囲では、制御軸２２が図２における左回り方向に大きく回転するほど、スライドローラ４６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、図２における左回り方向の制御軸２２の回転量が大きくなるほど、基準アーム回転角φが大きくなるという現象が生ずる。

図２（Ａ）に示す状態において、基準アーム回転角φは、ほぼ最大の値となっている。可変動弁機構１０は、この場合において、揺動アーム２０の非押圧部２４のほぼ中央がロッカーアーム１６のアームローラ１８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。

図２（Ａ）に示す状態からカム４２が回転すると、図２（Ｂ）に示すように、カム当接ローラ４４がカムノーズにより押圧され、制御軸２２に近づく方向に移動する。制御アーム３４の回転軸３６からスライドローラ４６までの距離は変化しないため、カム当接ローラ４４が制御軸２２に近づく際には、ローラ当接面３２が、その面上を転動するスライドローラ４６により押し下げられる。その結果、図２における右回り方向に揺動アーム２０が回転し、ローラ接触点２７が、非押圧部２４から押圧部２６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φが大きな値とされる。このため、カム４２の回転に伴う揺動アーム２０の回転角の最大値は、小リフト動作の場合には比較的小さな値となる。弁体１２には、揺動アーム２０の回転角が最大値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２（Ｂ）に示すように、そのような揺動アーム２０の回転角が生じた際に、ローラ接触点２７が僅かに押圧部２６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４２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４２の作用力が現実に弁体１２を押し下げる期間、つまり、カム４２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３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３（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３（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には、図３（Ａ）に示すように、制御軸２２は、上述した小リフト時に比して図３における右方向に回転した位置に調整される。その結果、大リフト動作の実行時には、スライドローラ４６がローラ当接面３２から脱落しない範囲で、基準アーム回転角φが十分に小さな値とされる。可変動弁機構１０は、その基準アーム回転角φにおいて、ローラ接触点２７が、リフト開始点２８近傍の非押圧部２４側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３（Ａ）に示す状態からカム４２が回転すると、図３（Ｂ）に示すように、カム当接ローラ４４がカムノーズに押圧されることにより、図３における右回り方向に揺動アーム２０が回転する。その結果、ローラ接触点２７が、非押圧部２４から押圧部２６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φが小さな値とされているため、カム４２の回転に伴って生ずる揺動アーム２０の回転角の最大値は大きな値となる。可変動弁機構１０は、図３（Ｂ）に示すように、そのような揺動アーム２０の回転角が生じた際に、ローラ接触点２７が、十分に押圧部２６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４２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１０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２２の回転位置を変更することにより、揺動アーム２０の揺動動作を変化させ、すなわち、基準アーム回転角φを変化させ、その結果として弁体１２のリフト量および作用角を変化させることができる。ところで、本実施形態の可変動弁機構１０では、既述した通り、ラッシュアジャスタ３０は、制御軸２２の軸中心Qとアームローラ１８の回転中心Sとを結ぶ仮想直線に対して、その伸縮方向が平行となるように配置されている。可変動弁機構１０がこのように構成されていることによる利点について、図４を参照して説明する。

図４は、本実施形態の可変動弁機構１０の構成との対比のために参照する可変動弁機構を示す図である。本実施形態の可変動弁機構１０と対比される可変動弁機構Ａは、ラッシュアジャスタの配置に関して、本実施形態の構成のような配慮がなされていないものである。すなわち、図４に示す可変動弁機構Ａでは、制御軸の軸中心Qとアームローラの回転中心Sとを結ぶ仮想直線と、ラッシュアジャスタの伸縮方向との間に、何らの配慮がされることなく、所定の角度θが与えられている。

図４に示すように、可変動弁機構Ａでは、シリンダヘッドと弁軸との間に生じる熱膨脹差等に起因して、弁軸の端部とロッカーアームとの間に隙間Δh₁が生ずることがある。このような隙間Δh₁が生じた際には、ラッシュアジャスタは、その隙間Δh₁をゼロとすべく伸張する。この際のラッシュアジャスタの伸張量をΔh₂とすると、ラッシュアジャスタの伸張に伴い、ロッカーアームの支点Pが図４における上方にΔh₂分だけ（支点P1から支点P2に）変位する。

可変動弁機構Ａには、上記の如く、ラッシュアジャスタに上記角度θが与えられている。従って、ロッカーアームの支点がΔh₂分だけ上方に変位するときには、その支点Pは、図４における水平方向にもΔx分だけ変位する。その結果、ローラ接触点２７が変化する、すなわち、基準アーム回転角φがφ₁からφ₂に変化することとなる。この基準アーム回転角φの変化量は、ラッシュアジャスタに与えられる上記角度θが大きいほどΔxの増加により大きくなる。基準アーム回転角φが変化するということは、弁体のリフト量および作用角の設定が変化することを意味している。つまり、可変動弁機構Ａの構成では、ラッシュアジャスタが伸縮すると、弁体のリフト量および作用角が、制御軸の回転位置に応じて予定されていた値から変化してしまう。

これに対し、本実施形態の可変動弁機構１０では、制御軸２２の軸中心Qとアームローラ１８の回転中心Sとを結ぶ仮想直線に対して、ラッシュアジャスタ３０の伸縮方向が平行となるように、すなわち、上記角度θがゼロとなるようにして配置されている。このため、本実施形態の構成では、ラッシュアジャスタ３０の伸縮によりロッカーアーム１６の支点Pが変位しても、その支点Pの変位方向は、制御軸２２の軸中心Qとアームローラ１８の回転中心Sとを結ぶ仮想直線と平行する方向となり、基準アーム回転角φの変化を効果的に抑えることができる。このように、ラッシュアジャスタ３０に与えられる上記角度θは、上記仮想直線とラッシュアジャスタ３０の軸線とが略平行となるように、可能な限りゼロに近似させるのが望ましく、少なくとも１０°以下とされていると良い。

以上説明した通り、本実施形態の可変動弁機構１０によれば、ラッシュアジャスタ３０の伸縮に伴う弁体の作用角およびリフト量の意図しない変化を抑制することができる。また、本実施形態の可変動弁機構１０は、弁体１２のリフト量および作用角を変更させることにより、吸入空気量を制御する機構である。このため、一般的な動弁機構を有する内燃機関に比して、弁体１２のリフト量および作用角の高精度な制御が要求される。本実施形態の構成によれば、そのような要求を実現し得る可変動弁機構１０を提供することができる。

次に、図５を参照して、本実施形態の構成によって得られる効果について詳述する。
図５は、本実施の形態１の可変動弁機構１０におけるラッシュアジャスタ３０に関する角度θの許容範囲について説明するための図である。より具体的には、図５（Ａ）は、可変動弁機構１０に生ずる弁体１２の作用角の気筒間ばらつきの発生要因を示す図であり、図５（Ｂ）は、当該作用角の気筒間ばらつきとラッシュアジャスタ３０に関する角度θとの関係を示す図である。

既述したように、揺動アーム２０の基準アーム回転角φの変化、すなわち、ローラ接触点２７の位置ずれは、弁体１２の作用角およびリフト量の変化を生じさせる。このため、このローラ接触点２７の位置ずれ量が気筒間で異なると、弁体１２の作用角およびリフト量の気筒間ばらつきが生ずることとなる。

弁体１２の開弁特性（作用角、リフト量、開弁時期など）の気筒間ばらつきを機械的に発生させる要因としては、図５（Ａ）に示す要因が挙げられる。尚、ここでは、作用角を基準として説明する。先ず、作用角の気筒間ばらつきの発生要因としては、「ヘッド側精度」に起因するものが挙げられる。ここでいう「ヘッド側精度」とは、シリンダヘッドにより位置が規定される部材、すなわち、弁体１２、弁軸１４、ステムエンドキャップ１５、ロッカーアーム１６、およびラッシュアジャスタ３０等に関する加工精度および組み付け精度のことである。具体的には、「ヘッド側精度」に起因する作用角の気筒間ばらつきは、弁軸１４の高さや、ロッカーアーム１６の支点Pに対するアームローラ１８の位置などが気筒間ばらつくことにより生ずる。

上記以外にも、図５（Ａ）に示すように、「調整精度」、「温度影響」、および「経時変化」に起因する作用角の気筒間ばらつきがある。ここでいう「調整精度」とは、ロッカーアーム１６の上方に配置される各部材、すなわち、揺動アーム２０、制御軸２２、制御アーム３４、揺動ローラアーム３８、およびカム軸４０の相対位置の調整精度のことである。「温度影響」に起因する作用角の気筒間ばらつきとは、エンジン冷却水の循環経路のレイアウト等に起因して、構成部材が気筒間で異なる熱膨脹を示すことにより生ずるものをいう。そして、「経時変化」に起因する作用角の気筒間ばらつきとは、各部材の摺動部、例えば、アームローラ１８、スライドローラ４６等の摺動部の摩耗が気筒間でばらつくことに起因するものをいう。

本実施形態の可変動弁機構１０のように、主として可変動弁機構による弁体の開弁特性の変更によって吸入空気量の制御を行う内燃機関では、特に、低負荷域、すなわち、弁体の作用角やリフト量が小さく制御される領域において、作用角（弁体の開弁特性）の気筒間ばらつきが吸入空気量の制御に与える影響が大きくなる。言い換えれば、そのような領域では、吸入空気量の気筒間ばらつきをより精度良く低減することが要求される。

図５（Ａ）中に示す作用角の気筒間ばらつきの数値は、実機上で許容される作用角ばらつき値の目標値の一例を示している。内燃機関では、吸入空気量の気筒間ばらつきが増加すると、トルク変動が増大することとなる。その結果、希薄な空燃比で内燃機関を運転することが困難となるため、燃費の改善ができなくなる。つまり、上記のような許容作用角ばらつき値は、内燃機関の良好な運転を確保するために要求される値である。具体的には、図５（Ａ）に示す一例によれば、機関の要求に応えるには、許容作用角ばらつき値を、上述した各種の作用角の気筒間ばらつきの発生要因全体では5°CAに、「ヘッド側精度」に起因するものについては約2.5°CA以下に抑える必要がある。

例えば、気筒間でバルブ高さがある値だけ異なっている場合には、図５（Ｂ）に示すように、ラッシュアジャスタ３０に関する角度θが大きくなるほど、ラッシュアジャスタ３０の伸縮に伴うローラ接触点２７の位置ずれ、すなわち、弁体１２の作用角変化がより大きくなるため、作用角の気筒間ばらつきがより大きくなる。図５（Ｂ）に示す角度θ1は、上記許容作用角ばらつき値に対応する角度を示しており、図５（Ｂ）に示す一例では、3.5°程度である。このように、ラッシュアジャスタ３０に関する角度θが0〜θ1となる範囲は、作用角の気筒間ばらつきを許容作用角ばらつき値に抑えることのできる角度範囲を示している。言い換えれば、当該角度θをこのような角度範囲に設定することにより、すなわち、制御軸２２の軸中心Q（揺動アーム２０の回転中心Q）とアームローラ１８の回転中心Sとを結ぶ仮想直線に対して、ラッシュアジャスタ３０の軸線が略平行となるように当該角度θを設定することにより、作用角の気筒間ばらつきを許容作用角ばらつき値に抑えることが可能となる。

ところで、上述した実施の形態１においては、揺動アーム２０の回転中心Qと非押圧部（非押圧面）２４の曲率中心Rとが同じ点となるように構成された可変動弁機構１０を対象としているが、本発明が適用される構成はこれに限定されるものではない。すなわち、カム軸４０の軸方向から見て、非押圧面２４の曲率中心Rとアームローラ１８の回転中心Sとを結ぶ仮想直線に対して、ラッシュアジャスタ３０の軸線が略平行となるように配置されている構成であれば、揺動アームの回転中心Qと非押圧面の曲率中心Rとが異なる構成であってもよい。更に付け加えると、カム軸４０の軸方向から見て、非押圧面の曲率中心Rとアームローラの回転中心Sとを結ぶ仮想直線に対して、ラッシュアジャスタ３０の軸線が略平行となるように配置されている構成であれば、揺動アームの回転中心Qと非押圧面の曲率中心Rとが同じでない構成であっても、本発明の効果、すなわち、ラッシュアジャスタの伸縮に伴う弁体の開弁特性の意図しない変化を抑制できるという効果、また、ラッシュアジャスタの伸縮に伴う弁体の開弁特性の気筒間ばらつきを抑制できるという効果を奏することは明らかである。また、揺動アーム２０が制御軸２２により揺動可能に保持されているものとしたが、本発明の揺動アームは、このような構成に限らない。すなわち、揺動アームは、制御軸とは別の軸を中心として揺動可能とされるものであってもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、制御軸２２、ローラ当接面３２、制御アーム３４、および揺動ローラアーム３８が、前記第１または第２の発明における「可変機構」に相当している。

実施の形態２．
次に、図６乃至図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６は、本発明の実施の形態２の可変動弁機構５０の構成を説明するための図である。尚、図６において、上記図１に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

本実施形態の可変動弁機構５０は、ステムエンドキャップ１５を弁軸１４の高さ調整を行うためのバルブ高さ調整手段として使用している点と、ラッシュアジャスタ３０に関する角度θが許容作用角ばらつき値の範囲内（後述するθ1〜θ2の範囲内）に収まるように設定されている点を除き、上述した実施の形態１における可変動弁機構１０と同様に構成されている。

既述した通り、「ヘッド側精度」に起因する作用角の気筒間ばらつきは、その一例として、弁軸１４の高さが気筒間でばらつくことで生ずる。本実施形態では、このような弁軸１４の軸長の気筒間ばらつきを、ステムエンドキャップ１５によるバルブ高さ調整によって平準化することとしている。より具体的には、その調整手法は、厚さが少しずつ異なるステムエンドキャップ１５を予め数種類用意しておき、シリンダヘッドに各構成部材を組み付ける工程において、各気筒の弁軸１４の高さが同じとなるように、適切な厚さのステムエンドキャップ１５を気筒毎に選択することにより実現されるものである。

［本実施形態の可変動弁機構５０の利点］
図７は、本実施の形態２の可変動弁機構５０におけるラッシュアジャスタ３０に関する角度θの許容範囲について説明するための図である。尚、図７中において、実線で示す直線は、ステムエンドキャップ１５によるバルブ高さ調整を行わない場合の関係を示し、破線で示す直線は、そのようなバルブ高さ調整を行った場合の関係を示している。

図７に示す角度θ2は、弁軸１４の高さ調整を行った場合に、機関の要求を満足するための許容作用角ばらつき値に対応する角度を示しており、図７に示す一例では、7°程度である。このように、弁軸１４の高さ調整を行うこととすれば、「ヘッド側精度」に起因する作用角の気筒間ばらつきのうち、弁軸１４の高さの気筒間ばらつきに起因する作用角の気筒間ばらつきを無くすことができるため、許容作用角ばらつき値を満たす角度θの範囲をθ1からθ2に拡大することができる。上記の如く、可変動弁機構５０では、ラッシュアジャスタ３０に関する角度θが、作用角の気筒間ばらつきを許容作用角ばらつき値に収める範囲内に設定されている。このため、本実施形態の可変動弁機構５０によれば、シリンダヘッドへのラッシュアジャスタ３０の取り付け角度の自由度を向上させることができる。

また、本実施形態の可変動弁機構５０の構成は、以下の図８で示すような内燃機関のように、ラッシュアジャスタ３０の取り付け角度の自由度が制限される内燃機関において、特に有効である。図８は、そのような内燃機関のレイアウトの一例を示す図である。図８は、筒内噴射式の内燃機関の吸気系のレイアウトを示している。もっとも、筒内噴射式の内燃機関に適用された場合でなくても、可変動弁機構５０は、点火プラグが収納される点火プラグ穴５４と吸気ポート５２とに挟まれた狭い空間に配置する必要がある。そして、筒内噴射式の内燃機関の場合には、燃料インジェクタ５６が吸気ポート５２の下方に配置されることが多いため、可変動弁機構５０を配置するための空間は、更に制限されたものとなる。また、ラッシュアジャスタ３０はバルブスプリング５８と干渉しない空間に配置する必要があり、更に、ラッシュアジャスタ３０が外部よりオイルの供給を受けるタイプである場合には、シリンダヘッド内にオイル供給用の油穴６０を設ける必要も生ずる。このように、シリンダヘッドに対するラッシュアジャスタ３０の取り付け角度は、周囲の部材により様々な制限を受けている。

そこで、上記のように取り付け角度が制限されたラッシュアジャスタ３０の軸線と、制御軸２２の軸中心Qとアームローラ１８の回転中心Sとを結ぶ仮想直線とを平行に配置すべく、制御軸２２の軸中心Qを移動させる手法が考えられる。しかしながら、制御軸２２の軸中心Qを移動させることは、カム軸４０の軸中心を移動させることにつながり、吸気側と排気側のカム軸中心間寸法の変更に制約がある場合には、カム軸４０の軸中心を任意に移動させることができない。また、カム軸４０をシリンダヘッドの外側に移動させることは、シリンダヘッド部の体格の増大となってしまう。

本実施形態の可変動弁機構５０によれば、上述したような制限を有する内燃機関であっても、吸気弁として機能する弁軸１４の高さ調整を行い、かつ、上記角度θを許容作用角ばらつき値に対応する範囲内に収まるように設定することにより、シリンダヘッドに対するラッシュアジャスタ３０の取り付け角度に有効な自由度を与えつつ、作用角の気筒間ばらつきを機関の要求を充足する値以下に抑えることが可能となる。

本発明の実施の形態１の可変動弁機構の構成を説明するための図である。図１に示す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。図１に示す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の可変動弁機構の構成との対比のために参照する可変動弁機構を示す図である。本発明の実施の形態１の可変動弁機構におけるラッシュアジャスタに関する角度θの許容範囲について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。本発明の実施の形態２の可変動弁機構におけるラッシュアジャスタに関する角度θの許容範囲について説明するための図である。本発明の実施の形態２の効果を説明するために引用する内燃機関のレイアウトの一例を示す図である。

符号の説明

１０可変動弁機構
１２弁体
１６ロッカーアーム
１８アームローラ
２０揺動アーム
２２制御軸
２４非押圧部
２６押圧部
２７ローラ接触点
２８リフト開始点
３０ラッシュアジャスタ
３２ローラ当接面
３４制御アーム
３８揺動ローラアーム
θ ラッシュアジャスタに関する角度
φ 基準アーム回転角

Claims

一端が弁軸の非弁体側端部に当接され、中央部にアームローラが配設され、他端が支点として機能するロッカーアームと、
タペットクリアランスをゼロとすべく伸縮する機能を有し、前記ロッカーアームの支点を支持するように配置されたラッシュアジャスタと、
前記アームローラと接触する揺動カム面を有し、カムの回転と同期して揺動することにより、前記ロッカーアームにカムの押圧力を伝達させる揺動アームと、
弁体の作用角およびまたはリフト量を所定の可変範囲内で変化させるべく、前記ロッカーアームに対する前記揺動アームの基準アーム回転角を変化させる可変機構と、
前記弁軸の高さを調整するバルブ高さ調整手段とを備え、
前記揺動アームの回転中心と前記アームローラの回転中心とを結ぶ仮想直線と、前記ラッシュアジャスタの軸線とがなす角度が、前記仮想直線と前記軸線とが略平行に近くなる角度であって、弁体の開弁特性の気筒間ばらつきを許容ばらつき値に収める範囲内の角度に設定されていることを特徴とする可変動弁機構。
アクチュエータにより駆動される制御軸と、カム軸の回転に対する弁体の開弁特性を前記制御軸の位置に応じて変化させる可変機構とを備える可変動弁機構であって、
一端が弁軸の非弁体側端部に当接され、中央部にアームローラが配設され、他端が支点として機能するロッカーアームと、
タペットクリアランスをゼロとすべく伸縮する機能を有し、前記ロッカーアームの支点を支持するように配置されたラッシュアジャスタと、
一定の曲率で形成された非押圧面を含む揺動カム面を前記アームローラとの接触面として有し、カムの回転と同期して揺動することにより前記ロッカーアームにカムの押圧力を伝達させる揺動部材と、
前記弁軸の高さを調整するバルブ高さ調整手段とを備え、
前記カム軸の軸方向から見て、前記非押圧面の曲率中心と前記アームローラの回転中心とを結ぶ仮想直線と、前記ラッシュアジャスタの軸線とがなす角度が、前記仮想直線と前記軸線とが略平行に近くなる角度であって、弁体の開弁特性の気筒間ばらつきを許容ばらつき値に収める範囲内の角度に設定されていることを特徴とする可変動弁機構。
弁体の開弁特性の気筒間ばらつきを許容ばらつき値に収める範囲内の前記角度は、0°から７°の範囲内の角度であ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。
前記揺動カム面は、前記アームローラにカムの押圧力を伝達させる押圧部を含み、
前記押圧部が、前記揺動カム面と前記アームローラとの前記接触面に対してカム側に配置されていることを特徴とする請求項２記載の可変動弁機構。