JPH06307219A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】リフト特性の周期性を確保でき、運動部分の慣
性質量の増加を伴うことなく、滑らかなリフト曲線を有
し、異なる作用角が得られる。 【構成】 揺動アーム２のアーム片４はロッカシャフト
１の偏心軸部１ａに対して回転可能に配置されている。
アーム片４の先端にはニードルローラ６と押圧ローラ５
が回動可能に支持されている。ロッカアーム３の回転軸
心はロッカシャフト１の回転軸心ｎと同軸とされてい
る。ロッカアーム３の先端はタペット８を下方に押圧す
る。ロッカアーム３の上方にはニードルローラ１１を駆
動するカム１１を備えたカムシャフト１０がロッカシャ
フト１と平行に配置されている。ロッカアーム３の上面
は断面円弧状の曲面１２に形成され、その曲面１２はカ
ム１１の回転軸心Ｏを中心とした半径Ｒの円上に配置さ
れている。曲面１２上に揺動アーム２の押圧ローラ７が
転動可能に載置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は内燃機関の運転状態に
応じて吸気バルブ或いは排気バルブの開閉タイミングを
連続的に可変にする内燃機関の可変動弁機構に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、実開昭６２−１３７３１３号、実
開昭６２−１３７３１４号公報に示されているように一
対の偏心アームにて作用角を変化させる可動弁機構が提
案されている。実開昭６２−１３７３１３号では図９に
示すように第１の偏心シャフト５０に対して第１のアー
ム５１が枢支され、第１のアーム５１とは反対側には第
２の偏心シャフト５２に対して第２のアーム５３が枢支
されている。又、両アーム５１，５３の先端にはそれぞ
れローラ５４，５５が設けられ、両ローラ５４，５５は
互いに共通のバルブ駆動用カム５６の周面を転動するよ
うになっている。そして、第１の偏心シャフト５０の回
転中心の回動により第１のアームの揺動中心が偏位する
ことにより、第１のアーム５１とバルブ駆動用カム５１
との係合点が進角方向へ偏位するようになっている。
又、第２の偏心シャフト５２の回転により揺動中心が偏
位して第２のアーム５３とバルブ駆動用カム５６との係
合点が遅角方向へ偏位するようになっている。従って、
この技術では少なくともいずれか一方の偏心シャフト５
０，５２が回動することによりバルブ駆動用カム５６と
少なくとも何れか一方のアーム５１，５３との係合点が
偏位することにより作用角を任意に変更させることがで
きるものである。なお、図中５７はアーム５１，５３に
より駆動されるタペット、５８はプッシュロッドであ
る。

【０００３】又、実開昭６２−１３７３１４号では図１
０に示すようにロータ５９の両側面に第１の偏心シャフ
ト６０と第２の偏心シャフト６２とを設け、両シャフト
６０，６２には第１のアーム６１及び第２のアーム６３
がそれぞれ回動可能に枢支されている。両アーム６１，
６３の先端にはそれぞれローラ６４，６５が設けられ、
両ローラ６４，６５は互いに共通のバルブ駆動用カム６
６の周面を転動するようになっている。そして、第１の
偏心シャフト６０の回転中心の回動により第１のアーム
６１の揺動中心が偏位することにより、第１のアーム６
１とバルブ駆動用カム６６との係合点が進角方向へ偏位
するようになっている。又、第２の偏心シャフト６２の
回転により揺動中心が偏位して第２のアーム６３とバル
ブ駆動用カム６６との係合点が遅角方向へ偏位するよう
になっている。

【０００４】そして、第１の偏心シャフト６０と第２の
偏心シャフト６２とはロータ５９の両側面に設けられて
第１の偏心シャフト６０の回転中心と第２の偏心シャフ
ト６２の回転中心とが同軸的に設けられている。さら
に、第１の偏心シャフト６０、第２の偏心シャフト６２
はロータ５９に対し、第１のアーム６１の揺動中心と第
２のアーム６３の揺動中心とが回転中心を挟んで対抗す
る位置に配置されている。なお、図中６７はアーム６
１，６３により駆動されるタペット、６８はプッシュロ
ッドである。

【０００５】従って、この技術においても偏心シャフト
６０，６２が回動することによりバルブ駆動用カム６６
とアーム６１，６３との係合点が偏位することにより作
用角を任意に変更させることができるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、進角側ある
いは遅角側に移動すべくアームの先端に設けたローラを
変位するとローラとバルブ駆動用カム間のクリアランス
が変わり、変位するローラがカムの干渉部を乗り越える
とタペットの接触面は平面なため、音が発生する問題が
あった。

【０００７】又、図１０（ａ）に示すようにローラ６
４，６５の軸心間を広げて作用角を広げた場合、バルブ
駆動用カム６６のカムノーズがローラ６４からローラ６
５へ移動する際にリフトカーブが図１１に示すように不
連続となって円滑なリフト特性が得られないとともにそ
の不連続部分において音が発生する問題もある。さら
に、従来は図９及び図１０に示すようにローラが変位す
る分だけバルブ中心とずれるため広い当接面積を有する
タペット５７，６７が必要とされていた。このためバル
ブ駆動における慣性質量が増加し、運動性が悪化する問
題もあった。

【０００８】又、図１０（ａ）に示すようにアームの揺
動中心ａと、バルブ駆動用カム６６とローラ６４，６５
の接触点ｂとの距離（ａ−ｂ）、及びアームの揺動中心
ａと、タペット接触点ｃとの距離（ａ−ｃ）とはリフト
量を決定する要因である。この（ａ−ｂ）／（ａ−ｃ）
（＝アーム比）を変更することによりリフト量を変化さ
せることができるが、この従来の技術においてはローラ
を変位しても距離（ａ−ｂ）及び距離（ａ−ｃ）とはほ
とんど変化しないため、すなわちアーム比がほとんど変
わらないためリフト量はほとんど変わらないものであっ
た。

【０００９】この発明の目的はリフト特性の周期性を確
保でき、偏心軸の回転位相を変化させることにより、リ
フト期間中のロッカーアームとカムとの係合タイミング
を変化させることにより、運動部分の慣性質量の増加を
伴うことなく、しかも滑らかなリフト曲線を有するとと
もに異なる作用角を備える内燃機関の可変動弁機構を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明は、偏心軸により一端が支承されるとともに
ロッカアームとカム間に配置された揺動アームに対して
ロッカアーム、カム双方に当接摺動可能な摺動部が配置
されたロッカアーム方式の可変動弁機構において、前記
偏心軸を前記カムのカムシャフトと同期回転させる同期
回転手段と、前記偏心軸の回転位相を所定の位相に変化
させる位相可変手段とを備えたことをことを要旨とする
ものである。

【００１１】

【作用】上記の構成により、同期回転手段にてカム及び
ロッカアームが同期回転される。そして、カムの回転に
より、摺動部を介して偏心された揺動アームが揺動され
る。位相可変手段にて偏心軸の回転位相を変化させた状
態でカム及びロッカアームを同期回転すると、回転位相
を変化させる以前と比較して開弁開始時、閉弁時等が変
更されるべくカムの回転により揺動アームが揺動され
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明をガソリンエンジンの吸気バル
ブ及び排気バルブのための可変動弁機構に具体化した第
一実施例を図１〜図６に従って説明する。

【００１３】図１は要部を示すエンジンの可動弁機構を
示している。なお、吸気バルブ側も排気バルブ側も可動
弁機構の構成は同一であるため、図１は吸気弁側の機構
を示し、排気弁側の機構はその説明を省略する。

【００１４】この可動弁機構はロッカシャフト１に対し
揺動アーム２とロッカアーム３が回動可能に支持されて
いる。揺動アーム２はロッカシャフト１において互いに
離間配置された一対のアーム片４にて構成されている。
ロッカシャフト１には互いに離間した偏心軸部１ａが形
成されている。その偏心軸部１ａに対して各アーム片４
が回転可能に配置され、その回転軸心ｍはロッカシャフ
ト１の回転軸心ｎに対して偏心して配置されている。ア
ーム片４の先端間には軸５が架設され、同軸５に対して
ニードルローラ６が回動可能に支持されている。前記ニ
ードルローラ６の両側面とアーム片４との間において軸
５には一対の押圧ローラ７が回動可能に支持されてい
る。同押圧ローラ７は前記ニードルローラ６よりも若干
小径に形成されている。前記ニードルローラ６と押圧ロ
ーラ７とにより摺動部が構成されている。

【００１５】ロッカアーム３の回転軸心は前記ロッカシ
ャフト１の回転軸心ｎと同軸とされている。ロッカアー
ム３の先端にはタペット８を下方に押圧する駆動部材９
が下方に突出されている。ロッカアーム３の上方には吸
気側カムシャフト１０がロッカシャフト１と平行に配置
されている。同カムシャフト１０においてニードルロー
ラ６と対応する位置にはカム１１が形成されている。前
記ロッカアーム３の中央上面は断面円弧状の曲面１２に
形成され、その曲面１２はカムシャフト１０の回転軸
心、すなわちカム１１の回転軸心Ｏを中心とした半径Ｒ
の円上に配置されている。そして、同曲面１２上に揺動
アーム２の押圧ローラ７が転動可能に載置されている。
又、前記ロッカアーム３の中央部には前記ニードルロー
ラ６を挿入可能に長孔１３が形成され、揺動アーム２の
変位時にニードルローラ６の移動を許容するようになっ
ている。

【００１６】又、前記タペット８は図示しない吸気バル
ブステムを上下方向に駆動するようになっている。次に
本実施例における同期回転手段であるロッカシャフト１
の駆動機構を図３に従って説明する。

【００１７】吸気側カムシャフト１０及び排気側カムシ
ャフト１７の端部に設けられたタイミングプーリ１８，
１９はタイミングベルト２１を介してクランクシャフト
１５の端部に設けられたスプロケット１６に駆動連結さ
れている。この駆動連結によりタイミングプーリ１８，
１９はクランクシャフト１５が１回転すると、１／２回
転するようになっている。前記吸気側カムシャフト１０
の端部には前記スプロケット１６と同径のタイミングプ
ーリ２０が設けられている。

【００１８】位相可変手段としての可変バルブタイミン
グ機構（以下単に「ＶＶＴ」という）を構成するタイミ
ングプーリアッシィ２２は公知のヘリカルスプライン式
の構成を備えている。タイミングプーリアッシィ２２は
タイミングプーリ１８，１９と同径の第一プーリ２７、
第二プーリ２８を備えており、両プーリ２７，２８は同
軸上に配置され、内部機構を介して同一方向に同期回転
可能となっている。そして、タイミングプーリアッシィ
２２は油圧等によって内部機構が駆動されることによ
り、第一プーリ２７に対して相対的に第二プーリ２８が
軸方向を中心とした捩りが付与されるようになってい
る。そして、このタイミングプーリアッシィ２２により
４５゜の捩り付与が可能となっている。

【００１９】前記タイミングプーリ２０はタイミングプ
ーリアッシィ２２の第一プーリ２７に対してタイミング
ベルト２１を介して駆動連結されている。又、吸気側ロ
ッカシャフト１及び排気側ロッカシャフト２３の一端に
は前記第二プーリ２８の１／２径であるタイミングプー
リ２４，２５が設けられ、両タイミングプーリ２４，２
５はタイミングベルト２６を介して前記タイミングプー
リアッシイ２２の第二プーリ２８に対して駆動連結され
ている。

【００２０】従って、タイミングベルト２６に噛合した
第二プーリ２７の軸方向を中心とした捩りが付与された
場合、その結果としてタイミングベルト２６を介してタ
イミングプーリ２４，２５に捩りが付与される。そし
て、ロッカシャフト１，２３に捩りが付与されることに
より、吸気バルブ、排気バルブの開閉タイミングが変更
されるようになっている。そして、上記したようにクラ
ンクシャフト１５のスプロケット１６が１回転すると、
タイミングプーリ１８，１９が１／２回転、第一、第二
プーリ２７，２８が１／４回転、タイミングプーリ２
４，２５がそれぞれ１／２回転されるようになってい
る。すなわち、タイミングプーリ１８，１９に連結され
た吸気側及び排気側カムシャフト１０，１７と、タイミ
ングプーリ２４，２５に連結された吸気側及び排気側ロ
ッカシャフト１，２３とは同期回転可能になっている。

【００２１】そして、タイミングプーリーアッシィ２２
を駆動することにより、揺動アーム２の回転中心ｍが第
二のロッカーアーム３の回転中心ｎよりも図１において
右側（進角側）に位置する高速用と、図２に示すように
高速用よりも回転中心ｎが９０度遅角側に変位すること
が可能である。なお、図３中、２９，３０はそれぞれア
イドルローラである。

【００２２】さて、上記のように構成された実施例の作
用について説明する。図２は低速用のリフトカーブを得
る状態の可変動弁機構を示している。この状態でカム１
１とロッカシャフト１が同回転で回転されており、この
状態から高速用のリフトカーブを得る場合、ＶＶＴを構
成するタイミングプーリアッシィ２２を油圧等にて駆動
する。すると、第一プーリ２７に対して相対的に第二プ
ーリ２８に軸方向を中心とした捩りを付与する。従っ
て、タイミングプーリ２４，２５がそれぞれ回転され、
ロッカシャフト１，２３が回転される。このとき、カム
１１とロッカシャフト１，２３は１：１の伝達でなされ
る。この結果、図１に示すように揺動アーム２の回転中
心ｍがロッカーアーム３の回転中心ｎよりも図１におい
て右側（進角側）に位置する。この状態においてはカム
１１が開き始めるＰ方向から駆動すると、ニードルロー
ラ１１は図５に示すように６ａ，６ｂ，６ｃで示す位置
を経るように移動する。６ａは開弁開始時の位置であ
り、６ｂはカム１１により駆動されて最大量にリフトさ
れた時の位置、６ｃは閉弁時の位置である。そして、図
４の実線に示すように大きな作用角Ａとリフト量を大き
く得ることができる。

【００２３】前記高速用のリフトカーブを得る状態か
ら、低速用のリフトカーブを得る場合、ＶＶＴを油圧等
にて駆動する。すると、第一プーリ２７に対して相対的
に第二プーリ２８に軸方向を中心とした捩りを付与す
る。従って、タイミングプーリ２４，２５がそれぞれ回
転され、ロッカシャフト１，２３が回転される。このと
き、カム１１とロッカシャフト１，２３は１：１の伝達
でなされる。この結果、図２に示すように揺動アーム２
の回転中心ｍが図１の状態より遅角側に位置する。この
状態においてはカム１１が開き始めるＰ方向から駆動
し、カムノーズがニードルローラ６と接触する時に最も
揺動中心から離間した位置にニードルローラ６を移動す
ると、低速用においては図６に示すようにニードルロー
ラ６は６ｄ，６ｅで示す位置を経るように移動する。６
ｄは開弁開始時及び閉弁時の位置であり、６ｅはカム１
１により駆動されて最大量にリフトされた時の位置であ
る。この６ｅの位置はニードルローラ６がＵターンされ
る位置でもある。そして、図４の点線に示すように小さ
な作用角Ｂとリフト量を小さく得ることができる。従っ
て、この低速用においては最大リフトはアーム比が下が
った分小さくなり、バルブスプリングの圧縮が小さくな
るため、フリクションを下げることができる。このた
め、燃費を向上することができる。

【００２４】前記実施例では低速用は図２に示すように
揺動中心ｍが図１に示す高速用の場合に対して９０度変
位させたが、図７に示すように高速用の場合よりも１８
０度変位させるようにしてもよい。この場合はＶＶＴを
９０度可変タイプのものを使用することにより実現され
る。あるいは、ＶＶＴは４５度可変タイプのものを使用
し、ＶＶＴの第一プーリー２７，第二プーリ２８を大き
くしてカムからＶＶＴへは１／４倍速とし、ＶＶＴから
ロッカシャフト１，２３へは４倍速にすることによって
も可能である。この図７の例ではカム１１が開き始める
Ｐ方向から駆動すると、ニードルローラ６はＱ方向へ移
動することになるため、図４の二点鎖線で示すように遅
く開き始めて、早く閉弁することになり、リフト量は高
速用と変わらないが作用角Ｃは小さくなる。

【００２５】上記のように、揺動アーム２の揺動中心ｍ
の位相を変化させた場合、リフトカーブに不連続な部分
が存在しないため、音が発生することはなく、円滑なリ
フト特性を得ることができる。又、この実施例ではタペ
ット８に当接する駆動部材９は変位しないため、狭い当
接面積のタペット、すなわち、小型のタペットでよくな
り、慣性質量が増加することはなく、運動性が悪化する
ことがない。

【００２６】次に第二実施例について説明する。この実
施例では図８に示すように前記第一実施例の構成中、ロ
ッカアーム３においてカム１１の回転軸心Ｏを中心とし
た半径Ｒの円上における曲面１２の先端の一部が滑らか
に切削されてリフト軽減面１２ａが形成され、曲面１２
に対し滑らかにつながっている。そして、このリフト軽
減面１２ａは前記第一実施例の低速用のリフトカーブを
備えた図６に示す６ｅの位置（ニードルローラ６がＵタ
ーンされる位置）を含む近傍に対応して形成されてい
る。

【００２７】この実施例では第一実施例と同様に低速用
のリフトカーブを得るべく、図８に示すように揺動アー
ム２の回転中心ｍを図１の状態より遅角側に位置させ
る。この状態において、カム１１が開き始めるＰ方向か
ら駆動し、カムノーズがニードルローラ６と接触する時
に最も揺動中心から離間した位置にニードルローラ６を
移動する。すると、図６に示すようにニードルローラ６
は６ｄ，６ｅで示す位置を経るように移動する。そし
て、ニードルローラ６は最大リフト量を得る位置である
６ｅ近傍ではロッカーアーム３をリフト軽減面１２ａに
て押圧駆動する。このため、最大リフト量は図４の一点
鎖線αにて示すように第一実施例の低速用のリフトカー
ブに比較して最大リフト量が小さなものとなり、作用角
Ｂは第一実施例と同じとなる。この結果、フリクション
を低減することができる。

【００２８】なお、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、この発明の趣旨から逸脱しない範囲で任
意に変更することも可能である。 （１）前記実施例では、ガソリンエンジンに具体化した
が、ディーゼルエンジンに具体化することもできる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によればリ
フト特性の周期性を確保でき、偏心軸の回転位相を変化
させることにより、リフト期間中のロッカーアームとカ
ムとの係合タイミングを変化させることにより、運動部
分の慣性質量の増加を伴うことない。しかも滑らかなリ
フト曲線を得ることができるとともに、異なる作用角を
備えたリフトカーブを得ることができるという優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した実施例を示し、（ａ）は平
断面図、（ｂ）は側断面図である。

【図２】同じく（ａ）は作用の説明のための平断面図、
（ｂ）は同じく側断面図である。

【図３】同じく可変動弁系の駆動機構を示す斜視図であ
る。

【図４】同じく可変動弁機構の作動を示すグラフであ
る。

【図５】同じく可変動弁機構の作用を説明するための概
略図である。

【図６】同じく可変動弁機構の作用を説明するための概
略図である。

【図７】他の低速用リフトカーブを得るための要部の機
構を示し、同じく（ａ）は作用の説明のための平断面
図、（ｂ）は同じく側断面図である。

【図８】他の実施例を示し、（ａ）は平断面図、（ｂ）
は側断面図である。

【図９】従来の可変動弁機構の側断面図である。

【図１０】（ａ）は他の従来の可変動弁機構の側断面
図、（ｂ）は同じく平断面図である。

【図１１】従来の可変動弁機構の作動を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１…ロッカシャフト、１ａ…偏心軸部（偏心軸）、２…
揺動アーム、３…ロッカアーム、４…アーム片、５…
軸、６…ニードルローラ（摺動部）、７…押圧ローら
（摺動部）、８…タペット、１０…吸気側カムシャフ
ト、１１…カム、１２…曲面、１６…スプロケット、１
７…排気側カムシャフト、１８，１９，２０…タイミン
グプーリ、２１…タイミングベルト、２２…タイミグプ
ーリアッシィ（位相可変手段）、２３…吸気側ロッカシ
ャフト、２４，２５…タイミングプーリ、２６…タイミ
ングベルト、２７…第一プーリ、２８…第二プーリ（前
記１６，１８，１９，２０，２１，２２，２４，２５，
２６，２７，２８とにより同期回転手段が構成されてい
る。）。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１０月１４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図８】他の実施例の側断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】偏心軸により一端が支承されるとともにロ
   ッカアームとカム間に配置された揺動アームに対してロ
   ッカアーム、カム双方に当接摺動可能な摺動部が配置さ
   れたロッカアーム方式の可変動弁機構において、 前記偏心軸を前記カムのカムシャフトと同期回転させる
   同期回転手段と、 前記偏心軸の回転位相を所定の位相に変化させる位相可
   変手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁
   機構。