JPH1136833A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の低回転時から高回転時まで、オー
バーラップ角及びリフト量を連続的に又は段階的に変化
させて精密な制御を行ない、諸特性を全回転域にわたっ
て向上させる。また、動弁機構のシンプル化・コンパク
ト化を図る。 【解決手段】 ロッカシャフト３の一部に偏心シャフト
部４が軸心をずらして設けられている。第一アーム６
は、偏心シャフト部４に揺動可能に軸支され、カム２に
押圧されて揺動する。第二アーム１０は、ロッカシャフ
ト３に揺動可能に軸支されるとともに、第一アーム６が
相対変位可能に係合され、第一アーム６の揺動を受けて
揺動することによりバルブ１８，１９を開閉する。アー
ム変位装置が、運転状況に応じて偏心シャフト部４を連
続的に又は段階的に回転させ、第一アーム６をカム２の
円周方向に変位させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の低回転
時から高回転時まで、オーバーラップ角及びリフト量を
連続的に又は段階的に変化させる可変動弁機構に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、内燃機関の低回転時と高回転
時とで、バルブタイミング及びリフト量を二段階に変化
させる動弁機構が種々知られている。例えば、開弁作用
角及びリフト量の小さい低回転用カムと、開弁作用角及
びリフト量の大きい高回転用カムとを切り替えて、それ
ぞれスイングアームを揺動させるタイプの可変動弁機構
がある。同可変動弁機構によれば、一般的な動弁機構に
比べて、出力、トルク、燃費、排気ガスのクリーン度等
の諸特性がかなり向上する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、同可変動弁
機構にも、次のような課題が残っていた。 低回転時と高回転時とでバルブタイミング又はリフ
ト量を二段階に変化させるだけなので、内燃機関の運転
状況に応じた精密な制御は難しかった。また、低回転時
と高回転時との切替ポイントでトルク特性に谷が生じる
ことがあった。

【０００４】 一つのバルブに対して二つのカムが必
要になるため、構造が複雑になり、コンパクト化が難し
いという問題があった。また、切替機構としてはピンを
高油圧で移動させるタイプが主流であったため、一回の
作動でスムーズに切り替わらなかったり、切替時に異音
が発生したり、一部が摩耗したりして、精度や信頼性に
欠けるという問題があった。さらに、切替応答性を早く
するために高油圧源が必要になるという問題もあった。

【０００５】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、内燃機関の低回転時から高回転時まで、オーバーラ
ップ角及びリフト量を連続的に又は段階的に変化させ
て、内燃機関の運転状況に応じた精密な制御を行なうこ
とができ、もって出力、トルク、燃費、排気ガスのクリ
ーン性等の諸特性を全回転域にわたって最大限に向上さ
せることができるとともに、前記変化をスムーズかつ静
かに行なわせることができ、さらに、一つのバルブに対
して一つのカムで済むようにでき、構造をシンプルにし
てコンパクト化を図ることができる新規な可変動弁機構
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の可変動弁機構は、ロッカシャフトと、ロッ
カシャフトの一部に軸心をずらして設けられた偏心シャ
フト部と、偏心シャフト部に揺動可能に軸支され、カム
に押圧されて揺動する第一アームと、ロッカシャフトに
揺動可能に軸支されるとともに、第一アームが相対変位
可能に係合され、第一アームの揺動を受けて揺動するこ
とによりバルブを開閉する第二アームと、内燃機関の回
転数等の運転状況に応じて偏心シャフト部を連続的に又
は段階的に回転させ、もって第一アームをカムの円周方
向に変位させるアーム変位装置とを備えたことを特徴と
している。

【０００７】第一アームと第二アームとの係合は、特定
の手段に限定されず、次の手段を例示できる。 イ） 第一アームと第二アームとに相対的に設けられた
長孔と係合ピンとの嵌合による係合。「相対的に」と
は、第一アームと第二アームとのいずれか一方に長孔が
設けられ、他方に係合ピンが設けられればよいことを意
味する。 ロ） 第一アームと第二アームとに相対的に設けられた
ローラと当接面との当接による係合。「相対的に」と
は、第一アームと第二アームとのいずれか一方にローラ
が設けられ、他方に当接面が設けられればよいことを意
味する。

【０００８】アーム変位装置により第一アームを段階的
に変位させる場合、二段階に変化させてもよいが、三段
階以上に変位させることが好ましい。さらに好ましく
は、第一アームを連続的に変位させることである。アー
ム変位装置は、特定の構造に限定されず、油圧、電磁力
等を利用したものを例示できる。

【０００９】第二アームとしては、次のものを例示でき
る。 １） 一端部がロッカシャフトに揺動可能に軸支され、
中央部が前記第一アームに係合され、他端部にバルブ押
圧部を備えたスイングアーム。 ２） 中央部がロッカシャフトに揺動可能に軸支され、
一端部が前記第一アームに係合され、他端部にバルブ押
圧部を備えたロッカアーム。

【００１０】なお、本発明の可変動弁機構は、吸気バル
ブ又は排気バルブの何れか一方に適用することもできる
が、両方に適用することが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施した可変動弁
機構の実施形態例について、図面を参照して説明する。

【００１２】まず、図１〜図６は第一実施形態の可変動
弁機構を示している。この可変動弁機構は、図１及び図
２に示すように、吸気側（右側）と排気側（左側）の両
側に適用されており、両側の構造は左右対称である。従
って、以下の構造説明のほとんどは、両側の可変動弁機
構に共通している。なお、図３〜図５は、便宜上、排気
側の可変動弁機構のみを示している。

【００１３】カムシャフト１には、所定カムプロフィー
ルのベース円部２ａとノーズ部２ｂとからなるカム２が
形成されている。カムシャフト１の斜め下方に配された
ロッカシャフト３の一部には偏心リング状の偏心シャフ
ト部４が外挿され、ロッカシャフト３及び偏心シャフト
部４の両キー溝に圧入されたキー５によって固定されて
いる。ロッカシャフト３の軸心３ａと偏心シャフト部４
の軸心４ａとは、ずらされている。

【００１４】偏心シャフト部４には、カム２に押圧され
て揺動する第一アーム６が揺動可能に軸支されている。
第一アーム６は、一端部に形成された挿通孔７において
偏心シャフト部４に軸支され、他端部の上面にカム２が
摺接する硬質のパッド８を備えている。

【００１５】ロッカシャフト３の偏心シャフト部４を挟
む両側には、二股状のアーム本体１１とその連結部１２
とからΠ型に一体形成された第二アーム１０が揺動可能
に軸支されている。第二アーム１０は、アーム本体１１
の一端部に形成された挿通孔１３においてロッカシャフ
ト３に軸支され、中央部が第一アーム６に係合され、他
端の連結部１２に二つのバルブ押圧部１４を備えたスイ
ングアームである。

【００１６】アーム本体１１の中央部には第一アーム６
が相対変位可能に係合されている。このため、第二アー
ム１０は第一アーム６の揺動を受けて揺動し、二つの排
気バルブ１８又は二つの吸気バルブ１９を同時に開閉す
るようになっている。第一アーム６と第二アーム１０と
の係合は、第二アーム１０の両アーム本体１１に挿入支
持された係合ピン１５の中央部が、第一アーム６の中間
部に貫設された長孔１６にスライド可能に嵌合すること
による係合である。このスライドが、第一アーム６の変
位を許容する。

【００１７】ロッカシャフト３には、内燃機関の回転数
等の運転状況に応じてロッカシャフト３とともに偏心シ
ャフト部４を連続的に又は段階的に回転させ、もって第
一アーム６をカム２の円周方向に変位させるアーム変位
装置１７が接続されている。図５は、第一アーム６が変
位したときに、パッド８がカム２の円周方向に変位する
軌跡を示す説明図であり、パッド８はθ角の範囲で変位
する。アーム変位装置１７はヘリカルスプライン機構と
油圧を用いた駆動部とからなり（詳細は図示略）、内燃
機関の回転センサやアクセル開度センサ等からの検知値
に基づいてマイクロコンピュータ等の制御装置により制
御されるようになっている。

【００１８】以上のように構成された可変動弁機構は、
次のように作用する。まず、内燃機関の低回転時には、
図１に示すように、偏心シャフト部４の軸心４ａがロッ
カシャフト３の軸心３ａよりバルブ側にくるように、ア
ーム変位装置１７がロッカシャフト３及び偏心シャフト
部４を回転させ、第一アーム６をバルブ側に変位させ
る。なお、前記のようなパッド８の変位軌跡を得るため
に、軸心４ａが軸心３ａより斜め下側にくるようにし
て、パッド８に角度を付けることが好ましい。

【００１９】本実施形態の場合、両側のカム２とも左回
りであるから、排気側（左側）の第一アーム６がバルブ
側に変位すると、パッド８はカム２の進み側に位置し、
吸気側（右側）の第一アーム６がバルブ側に変位する
と、パッド８はカム２の遅れ側に位置する。また、ロッ
カシャフト３の軸心３ａからパッド８の中央までの距離
は長くなって、同距離に対するロッカシャフト３の軸心
３ａからバルブ押圧部１４までの距離の比（アーム比）
は小さくなるから、第二アーム１０によるバルブ１８，
１９のリフト量は小さくなる。従って、排気バルブ１８
及び吸気バルブ１９は、図６の曲線Ｌに示すように、小
さいオーバーラップ角及びリフト量で開閉し、アイドリ
ングを安定させ、燃費を向上させる。

【００２０】また、内燃機関の高回転時には、図２に示
すように、偏心シャフト部４の軸心４ａがロッカシャフ
ト３の軸心３ａより反バルブ側にくるように、アーム変
位装置１７がロッカシャフト３及び偏心シャフト部４を
回転させ、第一アーム６を反バルブ側に変位させる。な
お、前記のようなパッド８の変位軌跡を得るために、軸
心４ａが軸心３ａより斜め上側にくるようにして、パッ
ド８に角度を付けることが好ましい。

【００２１】排気側の第一アーム６が反バルブ側に変位
すると、パッド８はカム２の遅れ側に位置し、吸気側の
第一アーム６が反バルブ側に変位すると、パッド８はカ
ム２の進み側に位置する。また、ロッカシャフト３の軸
心３ａからパッド８の中央までの距離は短くなって、同
距離に対するロッカシャフト３の軸心３ａからバルブ押
圧部１４までの距離の比（アーム比）は大きくなるか
ら、第二アーム１０によるバルブ１８，１９のリフト量
は大きくなる。従って、排気バルブ１８及び吸気バルブ
１９は、図６の曲線Ｈに示すように、大きいオーバーラ
ップ角及びリフト量で開閉し、出力を高める。

【００２２】そして、上記の低回転時から高回転時に至
る途中においても、回転数、アクセル開度等の運転状況
に応じて、アーム変位装置１７がロッカシャフト３及び
偏心シャフト部４を連続的に回転させ、第一アーム６を
変位させる。従って、排気バルブ１８及び吸気バルブ１
９は、図６の曲線Ｍに示すように、中間的なオーバーラ
ップ角及びリフト量で開閉し、運転状況に応じた出力を
発生させる。

【００２３】以上のように、第一実施形態の可変動弁機
構によれば、内燃機関の低回転時から高回転時まで、オ
ーバーラップ角及びリフト量を連続的に変化させて、内
燃機関の運転状況に応じた精密な制御を行なうことがで
き、もって出力、トルク、燃費、排気ガスのクリーン性
等の諸特性を全回転域にわたって最大限に向上させるこ
とができる。特に、トルクは全回転域にわたって増加
し、谷も生じない。また、燃費も向上する。また、第一
アーム６の変位によって、前記変化をスムーズかつ静か
に行なわせることができ、さらに、一つ（本実施形態で
は二つ）のバルブに対して一つのカムで済むようにで
き、構造をシンプルにしてコンパクト化を図ることがで
きる。

【００２４】次に、図７〜図１０は第二実施形態の可変
動弁機構を示している。この可変動弁機構は、前記パッ
ド８をローラ２４に置き換えた点と、前記長孔１６と係
合ピン１５との嵌合をローラ２５と当接面２２との当接
に置き換えた点においてのみ、第一実施形態と相違する
ものである。

【００２５】すなわち、第二アーム１０の下部に二股状
のアーム本体１１の間を連結するローラ受け部２１が形
成され、該ローラ受け部２１の上面は緩やかに湾曲する
当接面２２となっている。第一アーム６の他端部には取
付穴２３が上下方向に貫設され、該取付穴２３にはカム
２が当接する上側のローラ２４と当接面２２に当接する
下側のローラ２５とが配され、各ローラ２４，２５は第
一アーム６の側壁部に回転可能に軸着されている。下側
のローラ２５が当接面２２に転動可能に当接することに
より、第二アーム１０の中央部に第一アーム６が相対変
位可能に係合されている。その他は第一実施形態と共通
であり、図７〜図１０に共通の符号を付して説明を省略
する。

【００２６】本実施形態の可変動弁機構は、基本的には
第一実施形態と同様に作用する。まず、内燃機関の低回
転時には、図７に示すように、第一アーム６をバルブ側
に変位させる。これにより、排気バルブ１８及び吸気バ
ルブ１９は、図６の曲線Ｌに示すように、小さいオーバ
ーラップ角及びリフト量で開閉し、アイドリングを安定
させ、燃費を向上させる。

【００２７】また、内燃機関の高回転時には、図８に示
すように、第一アーム６を反バルブ側に変位させる。こ
れにより、排気バルブ１８及び吸気バルブ１９は、図６
の曲線Ｈに示すように、大きいオーバーラップ角及びリ
フト量で開閉し、出力を高める。

【００２８】そして、上記の低回転時から高回転時に至
る途中においては、排気バルブ１８及び吸気バルブ１９
は、図６の曲線Ｍに示すように、中間的なオーバーラッ
プ角及びリフト量で開閉し、運転状況に応じた出力を発
生させる。

【００２９】従って、本実施形態によっても、第一実施
形態と同様の効果が得られる。しかも、回転可能な上側
のローラ２４にカム２が当接するとともに、下側のロー
ラ２５が当接面２２に当接して転動するので、両当接部
における摩擦ロスを低減させることができ、前記変位を
滑らかに行なえる。

【００３０】なお、本発明は前記実施形態の構成に限定
されるものではなく、例えば次のように、発明の趣旨か
ら逸脱しない範囲で変更して具体化することもできる。 （１）第一アーム６を段階的に変位させるようにするこ
と。 （２）アーム変位装置１７の構成や制御の仕方を適宜変
更すること。 （３）第二アームとして、スイングアームに代えて、ロ
ッカアームを採用すること。

【００３１】

【発明の効果】本発明の可変動弁機構は、上記の通り構
成されているので、内燃機関の低回転時から高回転時ま
で、オーバーラップ角及びリフト量を連続的に又は段階
的に変化させて、内燃機関の運転状況に応じた精密な制
御を行なうことができ、もって出力、トルク、燃費、排
気ガスのクリーン性等の諸特性を全回転域にわたって最
大限に向上させることができる。また、前記変化をスム
ーズかつ静かに行なわせることができ、さらに、一つの
バルブに対して一つのカムで済むようにでき、構造をシ
ンプルにしてコンパクト化を図ることができる、という
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態に係る可変動弁機構（内
燃機関の低回転時）を示す正面図である。

【図２】同可変動弁機構（内燃機関の高回転時）を示す
正面図である。

【図３】同可変動弁機構の斜視図である。

【図４】同可変動弁機構の分解斜視図である。

【図５】同可変動弁機構における第一アームのパッドの
変位軌跡を示す説明図である。

【図６】同可変動弁機構によるバルブタイミング及びリ
フト量を示すグラフである。

【図７】本発明の第二実施形態に係る可変動弁機構（内
燃機関の低回転時）を示す正面図である。

【図８】同可変動弁機構（内燃機関の高回転時）を示す
正面図である。

【図９】同可変動弁機構の斜視図である。

【図１０】同可変動弁機構の分解斜視図である。

【符号の説明】

１ カムシャフト ２ カム ３ ロッカシャフト ３ａ 軸心 ４ 偏心シャフト部 ４ａ 軸心 ５ キー ６ 第一アーム ７ 挿通孔 ８ パッド １０ 第二アーム １１ アーム本体 １２ 連結部 １３ 挿通孔 １４ バルブ押圧部 １５ 係合ピン １６ 長孔 １７ アーム変位装置 １８ 排気バルブ １９ 吸気バルブ ２１ ローラ受け部 ２２ 当接面 ２３ 取付穴 ２４ ローラ ２５ ローラ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロッカシャフトと、 前記ロッカシャフトの一部に軸心をずらして設けられた
   偏心シャフト部と、 前記偏心シャフト部に揺動可能に軸支され、カムに押圧
   されて揺動する第一アームと、 前記ロッカシャフトに揺動可能に軸支されるとともに、
   前記第一アームが相対変位可能に係合され、前記第一ア
   ームの揺動を受けて揺動することによりバルブを開閉す
   る第二アームと、 内燃機関の回転数等の運転状況に応じて前記偏心シャフ
   ト部を連続的に又は段階的に回転させ、もって前記第一
   アームを前記カムの円周方向に変位させるアーム変位装
   置とを備えた可変動弁機構。
2. 【請求項２】 前記第一アームと第二アームとの係合
   が、前記第一アームと第二アームとに相対的に設けられ
   た長孔と係合ピンとの嵌合による請求項１記載の可変動
   弁機構。
3. 【請求項３】 前記第一アームと第二アームとの係合
   が、前記第一アームと第二アームとに相対的に設けられ
   たローラと当接面との当接による請求項１記載の可変動
   弁機構。
4. 【請求項４】 前記第二アームは、一端部がロッカシャ
   フトに揺動可能に軸支され、中央部が前記第一アームに
   係合され、他端部にバルブ押圧部を備えたスイングアー
   ムである請求項１、２又は３記載の可変動弁機構。
5. 【請求項５】 前記第二アームは、中央部がロッカシャ
   フトに揺動可能に軸支され、一端部が前記第一アームに
   係合され、他端部にバルブ押圧部を備えたロッカアーム
   である請求項１、２又は３記載の可変動弁機構。