JP5251630B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の可変動弁装置に関する。

従来の動弁装置として、吸気弁及び排気弁をそれぞれ専用のカム軸で独立に駆動するものがある。（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１５７０８８号公報

しかしながら、前述した従来の動弁装置は、カム軸が２本となり、クランク軸の回転をカム軸に伝えるためのチェーン等の配置スペースが、カム軸が１本の場合と比較して大きくなり、シリンダヘッドが大型化するという問題点があった。また、吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを制御する場合には、２本のカム軸をそれぞれ独立に制御しなければならず、制御が複雑化するという問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、シリンダヘッドの小型化を図りつつ、吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの制御を単純化することを目的とする。

本発明は、以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、内燃機関（１００）の吸気弁（１２５）及び排気弁（１２６）のリフト・作動角を連続的に変更可能な可変動弁装置（１０）であって、第１偏心カム（１３）及び第２偏心カム（２３）が設けられ、内燃機関（１００）のクランク軸（１１４）に連動して回転する駆動軸（１１）と、駆動軸（１１）に平行に設けられる回転可能な第１制御軸（１５）と、揺動中心が第１制御軸（１５）の軸心に対して偏心するように、その第１制御軸（１５）に揺動自在に支持される第１ロッカアーム（１６）と、第１偏心カム（１３）に回転自在に支持されるともに第１ロッカアーム（１６）に連結されて、その第１ロッカアーム（１６）を揺動させる第１リンク（１４）と、第１ロッカアーム（１４）に連結される第２リンク（１７）と、駆動軸（１１）に回転自在に支持されるとともに、第２リンク（１７）に連結されて揺動し、吸気弁（１２５）及び排気弁（１２６）の一方を開閉する第１揺動カム（１２）と、駆動軸（１１）に平行に設けられる回転可能な第２制御軸（２５）と、揺動中心が第２制御軸（２５）の軸心に対して偏心するように、その第２制御軸（２５）に揺動自在に支持される第２ロッカアーム（２７）と、第２偏心カム（２３）に回転自在に支持されるとともに第２ロッカアーム（２７）に連結され、その第２ロッカアーム（２７）を揺動させる第３リンク（２４）と、第２ロッカアーム（２７）に連結される第４リンク（２８）と、駆動軸（１１）に平行に設けられた支持軸（２１）に回転自在に支持されるとともに、第４リンク（２８）に連結されて揺動し、吸気弁（１２５）及び排気弁（１２６）の他方を開閉する第２揺動カム（２２）と、第１制御軸（１５）及び第２制御軸（２５）の一方の回転を他方に伝達する伝達手段（２９，３０，３１）と、第１制御軸（１５）及び第２制御軸（２５）の一方を所定の回転範囲内で回転させるアクチュエータ（１８）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、クランク軸によって駆動される軸を駆動軸のみとし、この駆動軸の回転運動を複数のリンクを介して揺動運動に変換して吸気弁及び排気弁のそれぞれを駆動させた。これにより、吸気カム軸と、排気カム軸の２本をクランク軸によって駆動する場合と比べて、シリンダヘッドの小型化を図ることができる。

また、第１制御軸及び第２制御軸のいずれか一方を制御するだけで、駆動軸の軸心に対する第１ロッカアームの揺動中心の相対位置、及び、駆動軸の軸心に対する第２ロッカアームの揺動中心の相対位置を同時に変化させて吸気弁及び排気弁のバルブタイミングを変更することができる。つまり、第１制御軸及び第２制御軸のいずれか一方を制御するだけで吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの制御が可能となり、吸気弁及び排気弁のバルブタイミングの制御を単純化できる。

エンジンの概略構成図である。 可変動弁機構の斜視図である。 吸気リフト・作動角可変機構を駆動軸方向から見たときの図である。 排気リフト・作動角可変機構を駆動軸方向から見たときの図である。 吸気弁のフルリフト（最大作動角）時及び（最小作動角）時における吸気揺動カムの最小揺動時及び最大揺動時の位置を示す図である。 図５（Ａ）〜（Ｄ）の骨組みを抜き出して模式的に表した図である。 吸気リフト・作動角可変機構の骨組みを模式的に表した図である。 最小作動角時及び最大作動角時の吸気リフト・作動角可変機構の骨組みを模式的に表した図である。 支点間距離Ｄが相違する２つの可変動弁機構の骨組みを模式的に表した図である。 吸気弁のバルブリフト特性を示した図である。 排気弁の最小作動角時及び最大作動角時における排気揺動カムの最大揺動時の位置を示す図であり、関連部品の骨組みを抜き出した図である。 本実施形態による吸気弁可変動弁機構の制御について説明する図である。 本実施形態による吸気弁可変動弁機構の制御について説明する図である。 排気弁のバルブリフト特性を示した図である。 他の実施形態による排気弁の最小作動角時及び最大作動角時における排気揺動カムの最大揺動時の位置を示す図であり、関連部品の骨組みを抜き出した図である。

以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるエンジンの概略構成図である。

エンジン１００は、シリンダブロック１１０と、シリンダブロック１１０の頂部を覆うシリンダヘッド１２０と、コントローラ１３０と、を備える。

シリンダブロック１１０には、複数のシリンダ１１１が形成される。シリンダ１１１には、ピストン１１２が摺動自在に嵌合する。ピストン１１２は、コンロッド１１３によってクランク軸１１４に連結される。

シリンダヘッド１２０には、燃焼室１２１の頂壁に開口する吸気通路１２２及び排気通路１２３の一部が形成され、燃焼室１２１の頂壁中心に点火栓１２４が設けられる。また、シリンダヘッド１２０には、吸気通路１２２の開口を開閉する一対の吸気弁１２５と、排気通路１２３の開口を開閉する一対の排気弁１２６とが設けられる。さらに、シリンダヘッド１２０には、吸気弁１２５及び排気弁１２６の開閉時期を任意に時期に設定できる可変動弁機構１０が設けられる。可変動弁機構１０の構成については後述する。

コントローラ１３０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。

コントローラ１３０には、エンジン１００の運転状態を検出する各種センサからの信号が入力される。

次に、本実施形態による可変動弁機構１０について説明する。

発明の理解を容易にするため、まず簡単に本実施形態による可変動弁機構１０の特徴について説明する。本実施形態による可変動弁機構１０は、吸気弁１２５及び排気弁１２６のリフト・作動角を１つのアクチュエータのみで連続的に変化させることができるとともに、クランク軸１１４によって駆動されるシリンダヘッド上の軸の数を１本にした点に特徴がある。以下、本実施形態による可変動弁機構１０について詳細に説明する。

図２は、本実施形態による可変動弁機構１０の斜視図である。

図２に示すように、可変動弁機構１０は、吸気リフト・作動角可変機構１と、排気リフト・作動角可変機構２と、位相可変機構４と、を備える。

吸気リフト・作動角可変機構１は、吸気弁１２５のリフト・作動角を連続的に変化させる。排気リフト・作動角可変機構２は、排気弁１２６のリフト・作動角を連続的に変化させる。位相可変機構４は、吸気弁１２５及び排気弁１２６のリフト中心角（吸気弁１２５及び排気弁１２６が最大リフトを迎えるクランク角度位置）の位相を連続的に進角又は遅角させる。

まず初めに、図２及び図３を参照して、吸気リフト・作動角可変機構１の構成について説明する。

吸気リフト・作動角可変機構１は、駆動軸１１と、吸気揺動カム１２と、吸気偏心カム１３と、第１吸気リンク１４と、第１制御軸１５と、吸気ロッカアーム１６と、第２吸気リンク１７と、制御軸回転アクチュエータ１８と、を備える。

駆動軸１１は、吸気弁１２５の上方に気筒列方向に設けられ、シリンダヘッド１２０に回転自在に支持される。駆動軸１１は、一端部に設けられたスプロケットを介して、図示しないベルトやチェーンでクランク軸１１４と連係され、クランク軸１１４に連動して軸周りに回転する。

吸気揺動カム１２は、駆動軸１１に回転自在に設けられる。一対の吸気揺動カム１２は、互いに円筒等で同位相に固定される。一対の吸気揺動カム１２を特に区別する必要があるときは、後述する第２吸気リンク１７によって揺動される側を吸気揺動カム１２−１といい、他方を吸気揺動カム１２−２という。この吸気揺動カム１２が駆動軸１１を中心として所定の回転範囲で揺動（上下動）することによって、その下方に位置する吸気弁１２５のバルブリフタが押圧され、吸気弁１２５が下方にリフトする。

吸気偏心カム１３は、円形であり、駆動軸１１に圧入固定される。吸気偏心カム１３の中心Ｐ₄（図３参照）は駆動軸１１の軸心Ｐ₃（図３参照）から所定量だけ偏心している。吸気偏心カム１３は、吸気揺動カム１２から軸方向に所定の距離だけ離れた位置に固定される。

第１吸気リンク１４は、円環状の基部１４ａと、基部の一部から突設された突出部１４ｂとを備える。円環状の基部１４ａは、吸気偏心カム１３に回転自在に嵌合する。突出部１４ｂは、連結ピン５１を介して後述する吸気ロッカアーム１６の第１アーム１６ａに連結する。

第１制御軸１５は、クランク形状をしており、駆動軸１１の斜め上方に駆動軸１１と略平行に設けられ、シリンダヘッド１２０に回転自在に支持される。第１制御軸１５は、第１制御軸自身を支える主軸部１５ａと、その主軸部１５ａの軸心から所定量だけ偏心した偏心軸部１５ｂと、主軸部１５ａと偏心軸部１５ｂとを接続する接続部１５ｃと、を備える。

吸気ロッカアーム１６は、第１制御軸１５の偏心軸部１５ｂに回転自在に設けられる。吸気ロッカアーム１６は、吸気揺動カム１２のカムノーズ方向側に形成される第１アーム１６ａと、吸気揺動カム１２のカムノーズ方向に突設される第２アーム１６ｂと、を備える。

第２吸気リンク１７は、吸気ロッカアーム１６と吸気揺動カム１２−１とを連結する。第２吸気リンク１７は、両端部に二股状の軸受部を有する。第２吸気リンク１７の一端部１７ａと吸気ロッカアーム１６の第２アーム１６ａとが連結ピン５２を介して連結する。第２吸気リンク１７の他端部１７ｂと吸気揺動カム１２−１のカムノーズとが連結ピン５３を介して連結する。

制御軸回転アクチュエータ１８は、第１制御軸１５の一端部に設けられ、第１制御軸１５の主軸部１５ａを所定回転角度範囲内で回転させる。制御軸回転アクチュエータ１８は、コントローラ１３０からの制御信号に基づいて制御される。

図３は、吸気リフト・作動角可変機構１を駆動軸方向から見たときの図である。

図３に示すように、吸気揺動カム１２には、基円面１２ａと、基円面１２ａからカムノーズの先端縁側に円弧状に延びるカム面１２ｂとが形成される。基円面１２ａとカム面１２ｂとが、吸気揺動カム１２の揺動位置に応じてバルブリフタに当接する。

なお、図３において、Ｐ₁は、第１制御軸１５の偏心軸部１５ｂの軸心である。Ｐ₂は、第１制御軸１５の主軸部１５ａの軸心である。Ｐ₃は、駆動軸１１の軸心である。Ｐ₄は、吸気偏心カム１３の中心、すなわち、吸気ロッカアーム１６の揺動中心である。Ｐ₅は、第１吸気リンク１４と吸気ロッカアーム１６の第１アーム１６ａとを連結する連結ピン５１の軸心である。Ｐ₆は、吸気ロッカアーム１６の第２アーム１６ｂと第２吸気リンク１７の一端部とを連結する連結ピン５２の軸心である。Ｐ₇は、第２吸気リンク１７と吸気揺動カム１２−１とを連結する連結ピン５３の軸心である。

続いて、図２及び図４を参照して、排気リフト・作動角可変機構２の構成について説明する。

まず、図２を参照して説明する。排気リフト・作動角可変機構２は、駆動軸１１と、第１制御軸１５と、支持軸２１と、排気揺動カム２２と、第１排気偏心カム２３と、第１排気リンク２４と、第２制御軸２５と、第２排気偏心カム２６と、排気ロッカアーム２７と、第２排気リンク２８と、第１ディスク２９と、第２ディスク３０と、連動リンク３１と、を備える。

駆動軸１１及び第１制御軸１５については、前述したので説明を省略する。

支持軸２１は、駆動軸１１と平行に設けられ、シリンダヘッド１２０に支持される。

排気揺動カム２２は、支持軸２１に回転自在に設けられる。一対の排気揺動カム２２は、互いに円筒等で同位相に固定される。一対の排気揺動カム２２を特に区別する必要があるときは、後述する第２排気リンク２８によって揺動される側を排気揺動カム２２−１といい、他方の排気揺動カム２２−２という。

第１排気偏心カム２３は、円形であり、駆動軸１１に圧入固定される。第１排気偏心カム２３の中心Ｐ₁₃（図４参照）は、駆動軸１１の軸心Ｐ₂から所定量だけ偏心している。第１排気偏心カム２３は、一対の吸気揺動カム１２を挟むように吸気偏心カム１３の反対側に設けられ、吸気揺動カム１２から軸方向に所定の距離だけ離れた位置に固定される。

第１排気リンク２４は、円環状の基部２４ａと、基部２４ａの一部から突設された突出部２４ｂとを備える。円環状の基部２４ａは、第１排気偏心カム２３の外周に回転自在に嵌合する。突出部２４ｂは、連結ピン５４を介して後述する排気ロッカアーム２７の第１アーム２７ｂに連結する。

第２制御軸２５は、駆動軸１１の斜め上方、かつ、駆動軸１１に対して第１制御軸１５の反対側に設けられる。第２制御軸２５は、駆動軸１１と略平行に設けられ、シリンダヘッド１２０に回転自在に支持される。

第２排気偏心カム２６は、円形であり、第２制御軸２５に圧入固定される。第２排気偏心カム２６の中心Ｐ₉（図４参照）は、第２制御軸２５の軸心Ｐ₈（図４参照）から所定量だけ偏心している。

排気ロッカアーム２７は、中央に形成される基部２７ａと、基部２７ａから左右に延びる第１アーム２７ｂ及び第２アーム２７ｃと、を備える。中央部に形成される基部２７ａは、第２排気偏心カム２６の外周面に回転自在に嵌合する。第１アーム２７ｂは、連結ピン５４を介して第１排気リンク２４の突出部２４ｂと連結する。第２アーム２７ｃは、連結ピン５５を介して後述する第２排気リンク２８に連結される。

第２排気リンク２８は、排気ロッカアーム２７と排気揺動カム２２−１とを連結する。第２排気リンク２８は、両端部に二股状の軸受部を有する。第２排気リンク２８の一端部２８ａと排気ロッカアーム２７の第２アーム２７ｂとが連結ピン５５を介して連結する。第２排気リンク２８の他端部２８ｂと排気揺動カム２２−１のカムノーズとが連結ピン５６を介して連結する。

第１ディスク２９は、円形であり、第１制御軸１５に圧入固定される。第１ディスク２９の中心Ｐ₁₄（図４参照）と第１制御軸１５の軸心Ｐ₂とは一致している。

第２ディスク３０は、円形であり、第２制御軸２５に圧入固定される。第２ディスク３０の中心Ｐ₁₅（図４参照）と第２制御軸２５の軸心Ｐ₈（図４参照）とは一致している。第２ディスク３０の径は、第１ディスク２９の径よりも大きい。

連動リンク３１は、第１ディスク２９と第２ディスク３０とを機械的に連結する。これにより、第１制御軸１５が回転すると、連動リンク３１を介して第２制御軸２５も回転する。第２ディスク３０の径は第１ディスク２９よりも大きいので、第２制御軸２５の回転角度は、第１制御軸１５の回転角度よりも小さくなる。

図４は、排気リフト・作動角可変機構２を駆動軸方向から見たときの図である。

図４に示すように、排気揺動カム２２には、基円面２２ａと、基円面２２ａからカムノーズの先端縁側に円弧状に延びるカム面２２ｂとが形成される。基円面２２ａとカム面２２ｂとが、排気揺動カム２２の揺動位置に応じてバルブリフタ１２６ａに当接する。

図４において、Ｐ₈は、第２制御軸２５の軸心である。Ｐ₉は、第２排気偏心カム２６の中心、すなわち、排気ロッカアーム２７の揺動中心である。Ｐ₁₀は、支持軸２１の軸心である。Ｐ₁₁は、排気ロッカアーム２７の第２アームと第２排気リンク２８とを連結する連結ピン５５の軸心である。Ｐ₁₂は、第２排気リンク２８と排気揺動カム２２とを連結する連結ピン５６の軸心である。Ｐ₁₃は、第１排気偏心カム２３の中心である。Ｐ₁₄は、第１ディスク２９の中心である。Ｐ₁₅は、支持軸２１の軸心Ｐ₁₀と同心の第２ディスク３０の中心である。

最後に、図２を参照して位相可変機構４の構成について説明する。

位相可変機構４は、位相角制御アクチュエータ４１と、油圧装置４２と、を備える。

位相角制御アクチュエータ４１は、スプロケット４３と駆動軸１１とを所定の角度範囲内において相対的に回転させる。

油圧装置４２は、コントローラ１３０からの制御信号に基づいて、位相角制御アクチュエータ４１を制御する。

油圧装置４２による位相角制御アクチュエータ４１への油圧制御によって、スプロケット４３と駆動軸１１とが相対的に回転し、吸気弁１２５及び排気弁１２６のリフト中心角が同じ角度だけ進角又は遅角する。

次に、吸気リフト・作動角可変機構１の作用について図２、図５〜図１０を参照して説明する。

まず図２を参照して説明する。

吸気リフト・作動角可変機構１は図２のように構成され、駆動軸１１がクランク軸１１に連動して回転すると、吸気偏心カム１３及びその外周に回転自在に嵌合している第１吸気リンク１４を介して、吸気ロッカアーム１６が偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ₁を中心として揺動する。吸気ロッカアーム１６の揺動は、第２吸気リンク１７を介して吸気揺動カム１２へ伝達され、吸気揺動カム１２が所定角度範囲内で揺動する。この吸気揺動カム１２が揺動、すなわち上下動することで、バルブリフタ１２５ａが押圧され、吸気弁１２５が下方にリフトする。

ここで、制御軸回転アクチュエータ１８によって、第１制御軸１５を所定の回転角度範囲内で回転させると、吸気ロッカアーム１６の揺動支点となる偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ₁も回転変位する。そうすると、エンジン本体に対する吸気ロッカアーム１６の支持位置が変化する。これにより、吸気揺動カム１２の初期揺動位置が変化し、吸気揺動カム１２とバルブリフタとの初期接触位置が変化する。その結果、クランク軸一回転あたりの吸気揺動カム１２の揺動角は常に一定なので、以下で説明する図５及び図６のように最大リフト量（作動角）が変化する。

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、吸気弁１２５の最大作動角（フルリフト）時における吸気揺動カム１２の最小揺動時及び最大揺動時の位置を示す図である。図５（Ｃ）及び図５（Ｄ）は、吸気弁１２５の最小作動角（ゼロリフト）時における吸気揺動カム１２の最小揺動時及び最大揺動時の位置を示す図である。

図６は、発明の理解を容易にするために、図５（Ａ）〜（Ｄ）から軸心Ｐ１〜Ｐ７と、各軸心を結ぶ直線と、を抜き出した図である。

図５（Ａ）（Ｂ）又は図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ₁が、主軸部１５ａの軸心Ｐ₂の上方に位置しているときは、後述する最小作動角よりも吸気ロッカアーム１６が全体として上方へ位置し、それにより、第２吸気リンク１７が起きた状態となる。

そのため、第２吸気リンク１７と連結する吸気揺動カム１２のカムノーズがゼロリフト時と比べて下方へ押し下げられる。その結果、カム面１２ｂが最小作動角よりもバルブリフタ１２５ａに近付く方向に傾く（図５（Ａ）、図６（Ａ）参照）。

そうすると、吸気揺動カム１２の初期位置は、駆動軸１１の回転に伴って吸気揺動カム１２が揺動した際に、バルブリフタ１２５ａと接触する部位が基円面１２ａからカム面１２ｂへと直ちに移行する。これにより、最小作動角よりも吸気弁１２５の最大リフト量が大きくなる（図５（Ｂ）、図６（Ｂ）参照）。その結果、吸気弁１２５の開時期から閉時期までのクランク角度区間、つまり吸気弁１２５の作動角も拡大する。

一方、図５（Ｃ）（Ｄ）又は図６（Ｃ）（Ｄ）に示すように、第１制御軸１５を回転させて偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ₁を主軸部１５ａの軸心Ｐ₂の左下方に位置させると、吸気ロッカアーム１６は全体として下方に位置し、それにより、第２吸気リンク１７が最大作動角よりも寝た状態となる。

そのため、第２吸気リンク１７と連結する吸気揺動カム１２のカムノーズがフルリフト時と比べて上方に引き上げられる。その結果、カム面１２ｂが最大作動角よりもバルブリフタ１２５ａから離れる方向に傾く（図５（Ｃ）、図６（Ｃ）参照）。

そうすると、吸気揺動カム１２の初期位置は、駆動軸１１の回転に伴って吸気揺動カム１２が揺動した際に、基円面１２ａが長くバルブリフタ１２５ａに接触し続け、カム面１２ｂがバルブリフタｖに接触する期間が短くなる。これにより、最大作動角よりも吸気弁１２５の最大リフト量が小さくなる（図５（Ｄ）、図６（Ｄ）参照）。その結果、吸気弁１２５の作動角も縮小する。

図７は、吸気リフト・作動角可変機構１の軸心Ｐ１〜Ｐ７と各軸心を結ぶ直線とを抜き出した図である。図７において、破線は最小作動角を示し、実線は最大作動角を示す。

なお、以下では、偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ₁と、駆動軸１１の軸心Ｐ₃と、を結ぶ線分を「線分Ｐ₁Ｐ₃」という。また、軸心Ｐ₁と、軸心Ｐ₃と、の距離を「支点間距離Ｄ」という。さらに、線分Ｐ₁Ｐ₃と、図中に点線で示した軸心Ｐ３を通る仮想線Ｌと、がなす角を「支点間角度θ」という。

図７に示すように、作動角を変化させるべく、第１制御軸１５を所定の回転角度範囲内で回転させて、偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ₁を、主軸部１５ａの軸心Ｐ₂を中心とする円上を移動させると、支点間角度θが変化するとともに、支点間距離Ｄも変化する。

すなわち、本実施形態による吸気リフト・作動角可変機構１によれば、リフト・作動角を最小作動角から最大作動角へ変化させると、支点間角度θは徐々に増加してθｍｉｎからθｍａｘへと変化する。

一方で、支点間距離Ｄは、最小作動角から中間作動角までは徐々に増加していき、ＤｍｉｎからＤｍａｘへと変化する。そして、中間作動角から最大作動角までは徐々に減少していき、ＤｍａｘからＤｍｉｎへと変化して最小作動角時の支点間距離と同じ長さに戻る。

以下では、図８を参照して、支点間距離Ｄを同じ長さに維持したまま支点間角度θを変化させることによって生じる作用を説明する。続いて、図９を参照して、支点間角度θを同じ角度に維持したまま支点間距離Ｄを変化させることによって生じる変化を説明する。

図８（Ａ）は、最小作動角時を示した図である。図８（Ｂ）は、最大作動角時を示した図である。

図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示すように、支点間距離Ｄを同じ長さに維持したまま支点間角度θをθｍｉｎからθｍａｘへと変化させると（θｍｉｎ＜θｍａｘ）、軸心Ｐ₁は、軸心Ｐ₃を中心とする円周Ｃ₁を下方から上方へと移動する。一方で、軸心Ｐ₇は、軸心Ｐ₃を中心とする円周Ｃ₂を上方から下方へと移動する。つまり、吸気揺動カム１２のカムノーズに連結された連結ピン５３（軸心Ｐ₇）の位置が下方に移動する。

そうすると、吸気揺動カム１２のバルブリフタ１２５ａとの初期接触位置が、吸気揺動カム１２の基円面側からカム面側に移動する。その結果、吸気弁１２５の作動角が拡大する。

このように、支点間距離Ｄを同じ長さに維持したまま支点間角度θを大きくすると、吸気弁１２５の作動角は拡大する。

図９は、支点間距離Ｄが相違する２つの可変動弁機構の図である。図９（Ａ）及び図９（Ｂ）の支点間角度θは同じであるが、図９（Ａ）の支点間距離Ｄ１は、図９（Ｂ）の支点間距離Ｄ２より短い（Ｄ１＜Ｄ２）。

図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示すように、支点間距離Ｄを長くすると、支点間距離Ｄが短いときよりも偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ₁が上方に位置する。そうすると、吸気ロッカアーム１６の第１アーム１６ａ（軸心Ｐ５）と、第２アーム１６ｂ（軸心Ｐ６）とが下方に位置することになる。

これにより、第２吸気リンク１７と吸気揺動カム１２のカムノーズとを連結する連結ピン５３の軸心Ｐ₇が相対的に下方に押し下げられるので、吸気揺動カム１２のバルブリフタ１２５ａとの初期接触位置が、吸気揺動カム１２の基円面側からカム面側に移動する。その結果、吸気弁１２５の作動角が拡大する。

このように、支点間角度θを同じ角度に維持したまま支点間距離Ｄを長くすると、吸気弁１２５の作動角は拡大する。

このように、本実施形態による吸気リフト・作動角可変機構１は、支点間角度θと支点間距離Ｄとを変化させることによって、吸気弁１２５の作動角を変化させている。

図１０は、吸気リフト・作動角可変機構１によるバルブリフト特性を示した図である。

図１０に示すように、本実施形態による吸気リフト・作動角可変機構１によれば、作動角を最小作動角から最大作動角へと変化させていったときに、最小作動角から所定の作動角までは、従来通り作動角が大きくなるとともに吸気弁開時期（ＩＶＯ）が進角する。しかし、所定の角度から最大作動角までは、作動角を大きくしつつ吸気弁開時期を遅角させることができる。

これは、作動角を最小作動角から最大作動角へと変化させたときに、支点間距離Ｄが、最小作動角から中間作動角までは徐々に増加していくが、中間作動角から最大作動角までは徐々に減少していくためである。

つまり、作動角を最小作動角から最大作動角へと変化させると、支点間角度θが増加することによって作動角が拡大するため、吸気弁開時期が進角する。また、最小作動角から中間作動角までは、支点間距離Ｄも長くなり、これによっても作動角が拡大するため、吸気弁開時期が進角する。

このように、最小作動角から中間作動角までは、支点間角度θと支点間距離Ｄとが、共に増加していくため、作動角が大きくなるとともに吸気弁開時期が進角する。

しかし、中間作動角から最大作動角までは、支点間角度θは増加していくものの、支点間距離Ｄは短くなっていく。そのため、支点間角度θの増加によって吸気弁開時期が進角する一方で、支点間距離Ｄの減少によってその分吸気弁開時期が遅角する。

したがって、中間作動角から最大作動角までは、作動角を大きくしつつ吸気弁開時期を遅角させることができる。そして、吸気弁のリフト・作動角が拡大するときに、吸気弁のリフト作動角中心は遅角側へ移動するとともに、リフト・作動角の拡大に対するリフト作動角中心の遅角側への移動量は、リフト・作動角が所定のリフト・作動角より小さい側の範囲に比べ、リフト・作動角が所定のリフト・作動角より大きい側の範囲で増大する開時期が遅角する。このように、本実施形態による吸気リフト・作動角可変機構１は、最大作動角時に吸気弁開時期が遅角するバルブ特性となっている。

次に、排気リフト・作動角可変機構２の作用について図２、図１１、図１２を参照して説明する。

まず図２を参照して説明する。

排気リフト・作動角可変機構２は図２のように構成され、駆動軸１１がクランク軸１１４に連動して回転すると、第１排気偏心カム２３及びその外周に回転自在に嵌合している第１排気リンク２４を介して、排気ロッカアーム２７が第２排気偏心カム２６の中心Ｐ₉を揺動支点として揺動する。排気ロッカアーム２７の揺動は、第２排気リンク２８を介して排気揺動カム２２へ伝達され、排気揺動カム２２が所定角度範囲内で揺動する。この排気揺動カム２２が揺動、すなわち上下動することで、バルブリフタ１２６ａが押圧され、排気弁１２６が下方にリフトする。

ここで、制御軸回転アクチュエータ１８によって、第１制御軸１５を所定の回転角度範囲内で回転させると、第１制御軸１５に固定支持されている第１ディスク２９も回転する。第１ディスク２９が回転すると、連動リンク３１によってその回転が第２ディスク３０に伝わり、第２ディスク３０を介して第２制御軸２５が回転させられる。これにより、排気ロッカアーム２７の揺動支点となる第２排気偏心カム２６の中心Ｐ₉も回転変位する。そうすると、エンジン本体に対する排気ロッカアーム２７の支持位置が変化する。これにより、排気揺動カム２２の初期揺動位置が変化し、排気揺動カム２２とバルブリフタとの初期接触位置が変化する。その結果、クランク軸一回転あたりの排気揺動カム２２の揺動角は常に一定なので、以下で説明する図１１のように最大リフト量（作動角）が変化する。

図１１は、排気弁１２６の最小作動角時及び最大作動角時における排気揺動カム２２の最大揺動時の位置を示す図であり、関連部品の骨組みを抜き出した図である。図１１において、実線が最小作動角時を示し、破線が最大作動角時を示す。

図１１に実線で示すように、本実施形態では、偏心軸部１５ｂの軸心Ｐ₁を主軸部１５ａの軸心Ｐ₂の左下方に位置させて、吸気弁１２５を最小作動角にしているときに、線分Ｐ₈Ｐ₉が線分Ｐ₈Ｐ₁₀と平行になるように構成している。また、第２排気偏心カム２６の中心Ｐ₉が、第２制御軸２５の軸心Ｐ₈よりも下方に位置するように構成している。

破線で示すように、吸気弁１２５を最大作動角にするために第１制御軸１５を図中時計回りに回転させると（矢印Ａ）、それに応じて第１ディスク２９も時計回りに回転する（矢印Ｂ）。そうすると、連動リンク３１を介して第２ディスク３０が反時計回りに回転し（矢印Ｃ）、それに応じて第２制御軸２５も反時計回りに回転する（矢印Ｄ）。

前述したように、第２ディスク３０の径は、第１ディスク２９の経よりも大きいので、第１制御軸１５の回転角度に比べて、第２制御軸２５の回転角度は小さくなる。言い換えると、第１制御軸１５の軸心から偏心して設けられた、第１ディスク２９上の第１偏心ピン２９ｐと、第２制御軸２５の軸心から偏心して設けられた、第２ディスク３０上の第２偏心ピン３０ｐとを、第１制御軸１５及び第２制御軸２５の一方の回転を他方に伝達する連動リンク３１を介して連結するとともに、第２偏心ピン３０ｐの第２制御軸２５の軸心からの偏心量を、第１偏心ピン２９ｐの第１制御軸１５の軸心からの偏心量よりも大きくすることにより、第２制御軸２５の回転角度を第１制御軸１５の回転角度よりも小さくしている。そのため、排気弁１２６のリフト・作動角を最小作動角時と最大作動角時との間で、変化量が少なくなるようにすることができる。

また、第２排気偏心カム２６の中心Ｐ₉は第２制御軸２５の軸心Ｐ₈を中心とする円上Ｓを移動するが、本実施形態では最小作動角時に線分Ｐ₈Ｐ₉が線分Ｐ₉Ｐ₁₀と平行になるように設定している。そのため、最小作動角から最大作動角に変化させたときに、線分Ｐ₉Ｐ₁₀の距離（以下、「軸間距離」という）の変化は最初のうちは小さく、徐々に大きくなる。つまり、小作動角時のリフト・作動角の変化速度に比べて、大作動角時のリフト・作動角の変化速度を大きくすることができる。言い換えれば、吸気弁のリフト・作動角が大きいときの吸気弁のリフト・作動角の増加に対する排気弁のリフト・作動角の増加は、吸気弁のリフト・作動角が小さいときの吸気弁のリフト・作動角の増加に対する排気弁のリフト・作動角の増加に比べて大きい。

図１２は、本実施形態による排気弁１２６のバルブリフト特性を示した図である。

図１２に示すように、排気弁１２６のリフト・作動角は、中心角はそのままで、最小作動角から最大作動角へと変化する。また、前述したように、最小作動角時のリフト量と、最大作動角時のリフト量と、の変化は少なく、大作動角時のリフト・作動角の変化量が小作動角時よりも大きくなっている。

図１３は、本実施形態による吸気弁１２５及び排気弁１２６のバルブリフト特性を示した図である。図１３（Ａ）は、吸気弁１２５及び排気弁１２６を最小作動角に制御しているときのバルブリフト特性を示し、図１３（Ｂ）は、吸気弁１２５及び排気弁１２６を最大作動角に制御しているときのバルブリフト特性を示す。

本実施形態では、吸気弁１２５及び排気弁１２６のリフト・作動角の制御を制御軸回転アクチュエータ１８のみで実施し、その制御を一元化した。それにもかかわらず、図１３（Ａ）及び図１３（Ｂ）に示すように、排気弁１２６のリフト・作動角については、中心角が同一のままリフト量の変化を少量にすることができる。一方で、吸気弁１２５のリフト・作動角については、中心角を遅角させつつリフト量を大きく変化させることができる。

このように、吸気弁１２５及び排気弁１２６のリフト・作動角の制御を一元化することで、制御の単純化が図れる。これにより、リフト・作動角制御の信頼性及び速度を向上させることができる。

図１４は、本実施形態による位相制御について説明する図である。図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、それぞれ低回転低負荷時における位相制御前後のバルブリフト特性を示す。図１４（Ａ）は位相制御前を示し、図１４（Ｂ）は位相制御後を示す。また、図１４（Ｂ）の破線は、図１４（Ａ）で示した位相制御前のバルブリフト特性を示す。

本実施形態では、吸気弁１２５及び排気弁１２６の位相制御を駆動軸１１に設けられた位相角制御アクチュエータ１８のみで実施し、その制御を一元化している。したがって、位相角制御アクチュエータ１８によってスプロケット４３と駆動軸１１とを相対的に回転させると、吸気弁１２５及び排気弁１２６のリフト中心角が同じ角度だけ進角又は遅角する。

図１４（Ｂ）に示すように、位相制御を実施して低回転低負荷時に吸気弁１２５及び排気弁１２６のリフト中心角を遅角させ、吸気弁開時期を上死点より遅角側にすることで、吸入行程初期に内部還流を効果的に実施できる。つまり、高温の排気を吸気側に吹き返させずに、筒内に吸い戻して内部還流を実施できるので、吸気側に吹き返した排気を再び筒内に吸い戻す場合と比べて混合気温度を上昇させることができる。

以上説明した本実施形態によれば、吸気弁１２５及び排気弁１２６のリフト・作動角の制御を制御軸回転アクチュエータ１８のみで実施し、その制御を一元化した。そのため、制御軸回転アクチュエータ１８のみを制御するだけで、駆動軸１１の軸心Ｐ₃に対する吸気ロッカアーム１６の揺動中心Ｐ₁の相対位置、及び、駆動軸１１の軸心Ｐ₃に対する排気ロッカアーム２７の揺動中心Ｐ₉の相対位置を同時に変化させて吸気弁１２５及び排気弁１２６のリフト・作動角を変更することができる。

これにより、吸気弁１２５及び排気弁１２６のリフト・作動角を個別に制御する場合と比べて制御の単純化が図れ、リフト・作動角制御の信頼性及び速度を向上させることができる。

このとき、第２ディスク３０の径を第１ディスク２９の径よりも大きくして、第２制御軸２５の回転角度を、第１制御軸１５の回転角度よりも小さくなるようにした。これにより、排気弁１２６のリフト・作動角を最小作動角時と最大作動角時との間で、変化量が少なくなるようにすることができる。また、リフト・作動角を最小作動角から最大作動角に変化させる過程において、軸間距離の変化速度を小作動角側で小さくなるように、排気リフト・作動角可変機構２のリンク構成を調節した。これにより、小作動角時のリフト・作動角の変化速度に比べて、大作動角時のリフト・作動角の変化速度を大きくすることができる。

また、ベルトやチェーンを介してクランク軸１１４によって駆動される軸を駆動軸１１のみとした。これにより、吸気カム軸と、排気カム軸の２本をクランク軸１１４によって駆動する場合と比べて、シリンダヘッド１２０の小型化を図ることができる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、図１５に示すように、第２ディスク３０の径を第１ディスク２９の径と略同等にすれば、第２制御軸２５の回転角度も第１制御軸１５の回転角度と略同等となるので、再送作動角から最大作動角にしたときの排気弁１２６のリフト・作動角の変化量を大きくすることができる。

また、最小作動角時に線分Ｐ₈Ｐ₉と線分Ｐ₉Ｐ₁₀との角度を大きくしておくことで、最小作動角から最大作動角に変化させたときの軸間距離の変化を最初にうちから大きくすることができる。

さらに、第２制御軸２５を制御軸回転アクチュエータ１８によって回転させても良いし、第２制御軸２５をクランク状としても良い。

１０ 可変動弁機構（可変動弁装置）
１１ 駆動軸
１２ 吸気揺動カム（第１揺動カム）
１３ 吸気偏心カム（第１偏心カム）
１４ 第１吸気リンク（第１リンク）
１５ 第１制御軸
１６ 吸気ロッカアーム（第１ロッカアーム）
１７ 第２吸気リンク（第２リンク）
１８ 制御軸回転アクチュエータ（アクチュエータ）
２１ 支持軸
２２ 排気揺動カム（第２揺動カム）
２３ 第１排気偏心カム（第２偏心カム）
２４ 第１排気リンク（第３リンク）
２５ 第２制御軸
２７ 排気ロッカアーム（第２ロッカアーム）
２８ 第２排気リンク（第４リンク）
２９ｐ 第１偏心ピン（伝達手段）
３０ｐ 第２偏心ピン（伝達手段）
３１ 連動リンク（伝達手段）
１００ エンジン（内燃機関）
１１４ クランク軸

Claims (10)

1. 内燃機関の吸気弁及び排気弁のリフト・作動角を連続的に変更可能な可変動弁装置であって、
   第１偏心カム及び第２偏心カムが設けられ、前記内燃機関のクランク軸に連動して回転する駆動軸と、
   前記駆動軸に平行に設けられる回転可能な第１制御軸と、
   揺動中心が前記第１制御軸の軸心に対して偏心するように、その第１制御軸に揺動自在に支持される第１ロッカアームと、
   前記第１偏心カムに回転自在に支持されるともに前記第１ロッカアームに連結されて、その第１ロッカアームを揺動させる第１リンクと、
   前記第１ロッカアームに連結される第２リンクと、
   前記駆動軸に回転自在に支持されるとともに、前記第２リンクに連結されて揺動し、前記吸気弁及び前記排気弁の一方を開閉する第１揺動カムと、
   前記駆動軸に平行に設けられる回転可能な第２制御軸と、
   揺動中心が前記第２制御軸の軸心に対して偏心するように、その第２制御軸に揺動自在に支持される第２ロッカアームと、
   前記第２偏心カムに回転自在に支持されるとともに前記第２ロッカアームに連結され、その第２ロッカアームを揺動させる第３リンクと、
   前記第２ロッカアームに連結される第４リンクと、
   前記駆動軸に平行に設けられた支持軸に回転自在に支持されるとともに、前記第４リンクに連結されて揺動し、前記吸気弁及び前記排気弁の他方を開閉する第２揺動カムと、
   前記第１制御軸及び第２制御軸の一方の回転を他方に伝達する伝達手段と、
   前記第１制御軸及び前記第２制御軸の一方を所定の回転範囲内で回転させるアクチュエータと、
   を備えることを特徴とする可変動弁装置。
2. 前記伝達手段は、
   前記第１制御軸の軸心から偏心した第１偏心ピンと、
   前記第２制御軸の軸心から偏心した第２偏心ピンと、
   前記第１偏心ピンと前記第２偏心ピンとを連結して、前記第１制御軸及び前記第２制御軸の一方の回転を他方に伝達する連動リンクと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁装置。
3. 前記第１揺動カムは前記吸気弁を開閉するとともに、前記第２揺動カムは前記排気弁を開閉し、
   前記第２偏心ピンの第２制御軸の軸心からの偏心量を、前記第１偏心ピンの第１制御軸の軸心からの偏心量よりも大きくすることで、前記第２制御軸の回転角度を前記第１制御軸の回転角度よりも小さくした
   ことを特徴とする請求項２に記載の可変動弁装置。
4. 前記第１揺動カムは前記吸気弁を開閉するとともに、前記第２揺動カムは前記排気弁を開閉し、
   最小作動角時において、前記第２ロッカアームの揺動中心と前記第２制御軸の軸心とを結ぶ線と、前記第２ロッカアームの揺動中心と前記支持軸の軸心とを結ぶ線と、が略平行となるようにした
   ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１つに記載の可変動弁装置。
5. 前記第１揺動カムは前記吸気弁を開閉するとともに、前記第２揺動カムは前記排気弁を開閉し、
   吸気弁のリフト・作動角が大きいときの吸気弁のリフト・作動角の増加に対する排気弁のリフト・作動角の増加は、吸気弁のリフト・作動角が小さいときの吸気弁のリフト・作動角の増加に対する排気弁のリフト・作動角の増加に比べて大きい
   ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁装置。
6. 前記第１揺動カムは前記吸気弁を開閉するとともに、前記第２揺動カムは前記排気弁を開閉し、
   前記吸気弁のリフト・作動角の拡大に従って、前記吸気弁の開時期が遅角する
   ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁装置。
7. 前記吸気弁のリフト・作動角の拡大に従って、前記駆動軸の中心と前記第１ロッカアームの揺動中心との間の距離が短くなることで、前記吸気弁のリフト・作動角の拡大に従って、前記吸気弁の開時期が遅角する
   ことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の可変動弁装置。
8. 前記吸気弁のリフト・作動角が所定のリフト・作動角より大きくなったときに、リフト・作動角の拡大に従って前記吸気弁の開時期が遅角する
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の可変動弁装置。
9. 前記第１揺動カムは前記吸気弁を開閉するとともに、前記第２揺動カムは前記排気弁を開閉し、
   前記吸気弁のリフト・作動角が拡大するときに、吸気弁のリフト作動角中心は遅角側へ移動するとともに、リフト・作動角の拡大に対するリフト作動角中心の遅角側への移動量は、リフト・作動角が所定のリフト・作動角より小さい側の範囲に比べ、リフト・作動角が所定のリフト・作動角より大きい側の範囲で増大する
   ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか１つに記載の内燃機関の可変動弁装置。
10. 前記内燃機関のクランク軸に対する前記駆動軸の相対位相角を変化させる位相可変機構を備える
    ことを特徴とする請求項１から９までのいずれか１つに記載の可変動弁装置。

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