JP2003056322A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ロッカシャフトの回動量に応じて
ロッカアームを移動させ、バルブリフト量の制御を容易
とすることを目的としている。 【構成】 このため、カムシャフトに３次元カムを形成
し、３次元カムに追従するフォロア部をロッカアームに
設け、カムシャフトの回転によりロッカシャフトを支点
としてロッカアームを揺動させて吸気バルブ又は排気バ
ルブを開閉し、３次元カムとフォロア部との相対位置に
よってバルブのリフト量あるいはリフト時期を変化させ
る可変動弁機構において、ロッカシャフトに回動機構を
設けるとともにロッカシャフトの回動に応じてロッカア
ームを軸方向に移動させる移動機構を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

【０００２】

【従来の技術】車両の内燃機関にあっては、エンジン性
能を向上させるために、吸気バルブ又は排気バルブのリ
フト量あるいはリフト時期を変化させる可変動弁機構を
設けているものがある。

【０００３】前記可変動弁機構としては、特公昭５６−
１１０４５号公報に開示されるものがある。この公報に
開示される内燃機関の吸気弁又は排気弁の開閉時期制御
機構は、カムの回転によりロッカアームを揺動させて吸
気弁または排気弁を開閉するようにした動弁機構におい
て、ロッカアームをロッカアームシャフトに軸方向に摺
動自在に取り付けるとともに、カム及びカムに接するロ
ッカアームのカムフォロワにテーパを付与し、ロッカア
ームを軸方向に移動させることによりバルブクリアラン
スを変化させ、以て、吸気弁または排気弁の開弁期間を
変化させるようにし、機関アイドリング運転時並に低速
運転時の安定性を確保しつつ、機関中、高速運転時の気
筒内残留ガスの増大を行えるようにしている。

【０００４】また、特開２００１−８２１１７号公報に
開示されるものがある。この公報に開示される可変バル
ブタイミング機構は、回転するカム軸に形成された３次
元カムに摺接して揺動するロッカアームにより吸・排気
バルブが軸動して開閉弁するバルブタイミング機構にお
いて、ロッカアームを機関回転数あるいは負荷に応じて
カム軸の軸方向に移動させるように構成し、高精度にて
バルブタイミングを変更することを可能としている。

【０００５】更に、実開昭６１−４３９０４号公報に開
示されるものがある。この公報に開示される可変動弁機
構は、内燃機関のポペット弁を駆動する動弁系に介装さ
れ自身のカムプロフィールが連続的に変化している三次
元カムと、三次元カムにより揺動されポペット弁を開閉
するロッカアームと、ロッカアームに接し且つ三次元カ
ムの回転中心軸線方向に揺動可能に枢支された接触チッ
プとにより構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の可変
動弁機構において、カムを３次元状に形成、つまり３次
元カムを設けるとともに、３次元カムを軸方向に移動さ
せることによってバルブリフト量を可変にするシステム
としては、実開昭６１−４３９０４号公報に開示される
ロッカアームを用いる方策や、特開平１０−１９６３３
３号公報に開示される直打システムによって実現する方
策等がある。

【０００７】なお、３次元カムは、回転方向断面におい
て吸・排気バルブのリフト動作を可能にするためのカム
形状を構成するとともに、軸方向形状についてもロッカ
アームの移動に伴って吸・排気バルブのリフト量とバル
ブタイミングとを変更できるカム形状を構成する、と定
義できる。

【０００８】しかし、前者の実開昭６１−４３９０４号
公報に開示されるものにおいては、具体的な作動方法が
提示されていない。

【０００９】また、後者の特開平１０−１９６３３３号
公報に開示されるものにおいては、カムシャフトを軸方
向に移動する必要があるので、駆動力やバルブタイミン
グを可変とする可変バルブタイミング機構（「Ｖａｒｉ
ａｂｌｅ Ｖａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ」、「ＶＶＴ」と
もいう）との相性、及び駆動チェーン（あるいはベル
ト）との関係が複雑となるという不具合がある。

【００１０】すなわち、カムシャフト及びロッカアーム
の相対位置を移動させる際に、カムシャフトを軸方向に
移動させる場合には、駆動チェーンあるいはベルトをカ
ムシャフトの軸方向に移動させることができないので、
カムシャフトをカム駆動スプロケット（あるいはプー
リ）と独立に移動させる必要がある。

【００１１】また、バルブのリフト量あるいはリフト時
期を変化させる可変動弁機構は、可変バルブタイミング
機構（「ＶＶＴ」ともいう）と組み合わせると効果が増
大するものであるが、カムシャフトを移動させるシステ
ムにおいては、カムシャフトの回転角度及び軸移動量を
制御しなくてはならないので、カムシャフト構造が複雑
となるという不都合がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、上
述不都合を除去するために、カムシャフトに３次元カム
を形成し、該３次元カムに追従するフォロア部をロッカ
アームに設け、前記カムシャフトの回転によりロッカシ
ャフトを支点として前記ロッカアームを揺動させて吸気
バルブ又は排気バルブを開閉し、前記３次元カムと前記
フォロア部との相対位置によって前記バルブのリフト量
あるいはリフト時期を変化させる可変動弁機構におい
て、前記ロッカシャフトに回動機構を設けるとともに該
ロッカシャフトの回動に応じて前記ロッカアームを軸方
向に移動させる移動機構を設けたことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】上述の如く発明したことにより、
回動機構によってロッカシャフトを回動させるととも
に、このロッカシャフトの回動量に応じてロッカアーム
を移動させ、バルブリフト量の制御を容易としている。

【００１４】

【実施例】以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１５】図１〜図１１はこの発明の第１実施例を示
すものである。図２及び図３において、２は車両（図示
せず）に搭載される内燃機関、４はシリンダヘッドであ
る。

【００１６】前記内燃機関２の図示しないシリンダブロ
ックには、複数個、例えば３個の気筒（図示せず）が直
列に形成されている。シリンダヘッド４には、各気筒に
対応して点火栓（図示せず）が取り付けられるととも
に、各気筒に対応して燃焼室６（図２参照）が形成され
ている。

【００１７】内燃機関２は、図示しないシリンダのシリ
ンダ軸線Ｌを挟んで、シリンダヘッド４の幅方向一側の
燃焼室６に開口する吸気口と排気口とのいずれか一方の
第１開口、例えば吸気口８を設けるとともに、シリンダ
軸線Ｌを挟んで幅方向他側の燃焼室６に開口する吸気口
と排気口とのいずれか他方の第２開口、例えば図示しな
い排気口を設けている。

【００１８】前記シリンダヘッド４には、燃焼室６に連
通する吸気ポートと排気ポートとのいずれか一方の第１
ポートである吸気ポート１０を設けるとともに、吸気ポ
ートと排気ポートとのいずれか他方の第２ポートである
図示しない排気ポートを設け、前記吸気口８を開閉する
吸気バルブ１２を設けるとともに、前記排気口を開閉す
る図示しない排気バルブを設ける。

【００１９】また、前記吸気バルブ１２及び排気バルブ
を駆動する動弁装置１４を設ける。この動弁装置１４
は、図２及び図３に示す如く、シリンダ軸線Ｌを挟んで
シリンダヘッド４の幅方向各側に夫々吸気用カムシャフ
ト１６及び排気用カムシャフト１８を軸支して設けてい
る。吸気用カムシャフト１６及び排気用カムシャフト１
８には、吸気カム２０及び排気カム２２を夫々設けてい
る。

【００２０】このとき、前記吸気カム２０のみを３次元
状に形成する。以下、吸気カム２０を３次元カム２０と
言い換えて説明する。

【００２１】前記動弁装置１４には、図２に示す如く、
３次元カム２０に追従するフォロア部２４を有するスイ
ング式の吸気用ロッカアーム２６を設け、この吸気用ロ
ッカアーム２６の一端側をシリンダヘッド４に装着され
るロッカシャフト２８に連絡して設けるとともに、吸気
用ロッカアーム２６の他端側を前記吸気バルブ１２に当
接させて設け、吸気用ロッカアーム２６の中央部位に前
記フォロア部２４を設けている。このフォロア部はロッ
カアームに球状に凹設した凹部内を摺動するようにロッ
カアームのアーム部との接触面が球状に形成され、３次
元カムとの接触を滑らかにさせるように３次元カムとの
接触面を端部から中央部に掛けて徐々に高くなる弓状に
形成されている。

【００２２】なお、前記吸気バルブ１２は、図３に示す
如く、気筒毎の複数個、例えば２個設けられる場合があ
る。そして、吸気バルブ１２は、図２に示す如く、吸気
口８を開閉する弁体１２−１と、この弁体１２−１に連
絡するバルブステム部１２−２とを有し、吸気バルブ１
２のバルブステム部１２−２をバルブガイド３０によっ
て前記シリンダヘッド４に装着するとともに、このバル
ブガイド３０よりも上部のバルブステム部１２−２にバ
ルブスプリング３２とリテーナ３４とを配設し、バルブ
ステム部１２−２の端部を前記吸気用ロッカアーム２６
の他端側に当接させるものである。

【００２３】また、前記動弁装置１４の吸気側には、可
変動弁機構３６を設ける。この可変動弁機構３６は、前
記吸気用カムシャフト１６の回転によりロッカシャフト
２８を支点として吸気用ロッカアーム２６を揺動させて
吸気バルブ１２を開閉し、前記３次元カム２０と吸気用
ロッカアーム２６のフォロア部２４との相対位置によっ
て吸気バルブ１２のリフト量あるいはリフト時期を変化
させるものである。

【００２４】そしてこのとき、前記ロッカシャフト２８
に回動機構３８を設けるとともに、ロッカシャフト２８
の回動に応じて前記吸気用ロッカアーム２６を軸方向に
移動させる移動機構４０を設ける構成とする。

【００２５】詳述すれば、前記回動機構３８を、図３に
示す如く、前記ロッカシャフト２８に連結された電動式
のモータ４２により構成する。

【００２６】また、前記吸気用カムシャフト１６には、
図３に示す如く、駆動力やバルブタイミングを可変とす
る可変バルブタイミング機構（「Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｖ
ａｌｖｅ Ｔｉｍｉｎｇ」、「ＶＶＴ」ともいう）４４
を設ける。

【００２７】更に、前記移動機構４０は、前記ロッカシ
ャフト２８と吸気用ロッカアーム２６との摺動部のいず
れか一方、例えばロッカシャフト２８の摺動部に形成さ
れた雄ねじ部４６と、他方、つまり吸気用ロッカアーム
２６との摺動部に形成された雌ねじ部４８とにより構成
される。

【００２８】そして、図４〜図６に示す如く、前記吸気
用カムシャフト１６の３次元カム２０のカムノーズは、
カムシャフト軸方向に３次元カム２０のカムプロフィー
ルが変化するため、フォロア部２４との位置関係によっ
てバルブリフト量が変化するものである。

【００２９】また、前記ロッカシャフト２８の摺動部に
形成された雄ねじ部４６と、吸気用ロッカアーム２６と
の摺動部に形成された雌ねじ部４８との構成によって、
ロッカシャフト２８が回転すると、吸気用ロッカアーム
２６はカムシャフト軸方向にスライドし、このスライド
移動とによってフォロア部２４及び吸気用カムシャフト
１６のカムノーズ部位との接触位置が変化し、リフト量
が可変となるものである。

【００３０】次に作用を説明する。

【００３１】前記可変動弁機構３６の最小リフト時に
は、図８の（ｂ）及び図９の（ｂ）に示す如く、吸気用
ロッカアーム２６がロッカシャフト２８の左側部位に位
置し、吸気用ロッカアーム２６のフォロア部２４が３次
元カム２０の低い位置で接触し、図８の（ａ）の３次元
カムがベース円付近から図９の（ａ）のリフト状態とな
っても、リフト量が少ない。

【００３２】また、前記回動機構３８のモータ４２によ
って、前記ロッカシャフト２８を回動させると、前記移
動機構４０の雄ねじ部４６と雌ねじ部４８とによって、
図１０の（ｂ）及び図１１の（ｂ）に示す如く、吸気用
ロッカアーム２６がロッカシャフト２８上を左側から右
側へ移動する。

【００３３】そして、吸気用ロッカアーム２６がロッカ
シャフト２８上を右側端部へ移動すると、図１１の
（ｂ）に示す如く、吸気用ロッカアーム２６のフォロア
部２４が３次元カム２０の高い位置で接触することとな
り、図１０の（ａ）の３次元カムがベース円付近から図
１１の（ａ）のリフト状態となった際に、前記可変動弁
機構３６が最大リフト時となる。

【００３４】なお、前記回動機構３８のモータ４２によ
って、前記ロッカシャフト２８を逆方向に回動させれ
ば、前記移動機構４０によって、最大リフト時から最小
リフト時に戻すことができる。

【００３５】これにより、前記ロッカシャフト２８の回
動量でバルブリフト量が決定されるため、ロッカシャフ
ト２８の回動量に応じて吸気用ロッカアーム２６を移動
させることによって、バルブリフト量の制御が容易とな
り、実用上有利である。

【００３６】また、前記ロッカシャフト２８に回動機構
３８を設けて吸気用ロッカアーム２６を移動させること
により、吸気用カムシャフト１６を固定することがで
き、簡易な構造で吸気用ロッカアーム２６を移動させる
ことが可能となるものである。

【００３７】更に、前記移動機構４０を、前記ロッカシ
ャフト２８と吸気用ロッカアーム２６との摺動部のいず
れか一方、例えばロッカシャフト２８の摺動部に形成さ
れた雄ねじ部４６と、他方、つまり吸気用ロッカアーム
２６との摺動部に形成された雌ねじ部４８とにより構成
したことにより、移動機構４０がねじ機構であるため、
ねじの溝寸法を変更することによって、吸気用ロッカア
ーム２６の移動を調整することができる。

【００３８】更にまた、前記回動機構３８を、ロッカシ
ャフト２８に連結されたモータ４２により構成したこと
により、モータ４２によってロッカシャフト２８を回動
させるため、油圧制御機構を必要とせず、油圧通路やセ
ンサ等が不要となり、大幅な変更を要することなく、回
動機構３８を設けることができ、実用上及び経済的に有
利である。

【００３９】図１２はこの発明の第２実施例を示すもの
である。この第２実施例において上述第１実施例のもの
と同一機能を果たす箇所には、同一符号を付して説明す
る。

【００４０】上述第１実施例においては、前記移動機構
４０を、前記ロッカシャフト２８と吸気用ロッカアーム
２６との摺動部のいずれか一方、例えばロッカシャフト
２８の摺動部に形成された雄ねじ部４６と、他方、つま
り吸気用ロッカアーム２６との摺動部に形成された雌ね
じ部４８とにより構成したが、この第２実施例の特徴と
するところは、移動機構５２を、前記ロッカシャフト５
４とロッカアーム５６との摺動部のいずれか一方に形成
されたピン構造５８と他方に形成された溝構造６０とか
らなる構成とした点にある。

【００４１】すなわち、前記移動機構５２を、図１２に
示す如く、例えば前記ロッカアーム５６の摺動部に形成
されたピン構造５８と前記ロッカシャフト５４との摺動
部に形成された溝構造６０とにより構成する。

【００４２】さすれば、ピン構造５８と溝構造６０とを
採用することによって、ねじ機構に比べ、小さな回動量
で大きなスライド量を得ることができ、使い勝手を向上
し得るものである。

【００４３】図１３はこの発明の第３実施例を示すもの
である。

【００４４】この第３実施例の特徴とするところは、移
動機構６２を、ボール６４を介してロッカシャフト６６
とロッカアーム６８とを摺動させる構成とした点にあ
る。

【００４５】すなわち、図１３に示す如く、ロッカシャ
フト６６に第１ねじ部７０を形成するとともに、ロッカ
アーム６８に第２ねじ部７２を形成し、第１、第２ねじ
部７０、７２間に複数個のボール６４を介設するもので
ある。

【００４６】さすれば、前記移動機構６２は、ボール６
４を介してロッカシャフト６６とロッカアーム６８とを
摺動させることにより、ロッカアーム６８の軸方向への
移動をスムーズに行うことができるものである。

【００４７】なお、この発明は上述第１〜第３実施例に
限定されるものではなく、種々の応用改変が可能であ
る。

【００４８】例えば、この発明の第１実施例において
は、回動機構を電動式のモータにより構成したが、この
電動式のモータの代わりに、可変バルブタイミング機構
を駆動させるような油圧駆動ユニットを使用することも
可能である。

【００４９】また、この発明の第１実施例においては、
回動機構によってロッカシャフトを回動させるととも
に、このロッカシャフトの回動に応じて、移動機構によ
ってロッカアームを軸方向に移動させる構成としたが、
ロッカアームを軸方向に移動させる際に、複数の停止位
置を予め設定し、制御を簡略とする特別構成とすること
も可能である。

【００５０】すなわち、複数の停止位置を予め設定して
バルブリフト量を複数の値とし、停止位置においてロッ
カアームを図示しないストッパ機構によって確実に停止
させ、予め決定した複数のバルブリフト量から任意のバ
ルブリフト量を利用するものである。

【００５１】さすれば、複数の停止位置にロッカアーム
を確実に停止させることができ、予め決定したバルブリ
フト量を利用することができるとともに、ストッパ機構
によって機械的にガタつきのない状態にロッカアームを
支持することが可能となり、力の伝達を確実に行うこと
ができ、信頼性を向上し得る。

【００５２】また、複数の停止位置間をロッカアームを
移動させる際に、ロッカアームの移動速度を大とすべく
構成すれば、ロッカアームの移動によるバルブリフト量
の切換動作を迅速・スムーズに行うことが可能となり、
実用上有利である。

【００５３】

【発明の効果】以上詳細に説明した如くこの本発明によ
れば、カムシャフトに３次元カムを形成し、３次元カム
に追従するフォロア部をロッカアームに設け、カムシャ
フトの回転によりロッカシャフトを支点としてロッカア
ームを揺動させて吸気バルブ又は排気バルブを開閉し、
３次元カムとフォロア部との相対位置によってバルブの
リフト量あるいはリフト時期を変化させる可変動弁機構
において、ロッカシャフトに回動機構を設けるとともに
ロッカシャフトの回動に応じてロッカアームを軸方向に
移動させる移動機構を設けたので、前記ロッカシャフト
の回動量でバルブリフト量が決定されるため、ロッカシ
ャフトの回動量に応じてロッカアームを移動させること
によって、バルブリフト量の制御が容易となり、実用上
有利である。また、前記ロッカシャフトに回動機構を設
けてロッカアームを移動させることにより、カムシャフ
トを固定することができ、簡易な構造でロッカアームを
移動させることが可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す可変動弁機構の概
略斜視図である。

【図２】可変動弁機構の概略断面図である。

【図３】シリンダヘッドの平面図である。

【図４】ロッカシャフトとロッカアームとバルブとの断
面図である。

【図５】ロッカシャフトとロッカアームとバルブとの平
面図である。

【図６】３次元カムと移動機構とを示す概略説明図であ
る。

【図７】移動機構を示す概略断面説明図である。

【図８】最小リフト時のベース円付近の３次元カムを示
し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

【図９】最小リフト時の３次元カムを示し、（ａ）は側
面図、（ｂ）は正面図である。

【図１０】最大リフト時のベース円付近の３次元カムを
示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

【図１１】最大リフト時の３次元カムを示し、（ａ）は
側面図、（ｂ）は正面図である。

【図１２】この発明の第２実施例を示す移動機構を示す
概略断面説明図である。

【図１３】この発明の第３実施例を示す移動機構を示す
概略断面説明図である。

【符号の説明】

２ 内燃機関 ４ シリンダヘッド １２ 吸気バルブ １２−１ 弁体 １２−２ バルブステム部 １４ 動弁装置 １６ 吸気用カムシャフト １８ 排気用カムシャフト ２０ 吸気カム（「３次元カム」とも換言できる） ２２ 排気カム ２４ フォロア部 ２６ 吸気用ロッカアーム ２８ ロッカシャフト ３６ 可変動弁機構 ３８ 回動機構 ４０ 移動機構 ４２ モータ ４４ 可変バルブタイミング機構 ４６ 雄ねじ部 ４８ 雌ねじ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G016 AA06 AA19 BB26 CA01 CA04 CA08 CA16 CA21 CA25 CA45 DA08 DA22 DA23 GA01 GA06 3G018 AB05 BA03 BA16 CA13 CA18 DA03 DA10 DA11 DA70 DA84 DA85 FA01 FA06 FA07 GA14

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カムシャフトに３次元カムを形成し、該
   ３次元カムに追従するフォロア部をロッカアームに設
   け、前記カムシャフトの回転によりロッカシャフトを支
   点として前記ロッカアームを揺動させて吸気バルブ又は
   排気バルブを開閉し、前記３次元カムと前記フォロア部
   との相対位置によって前記バルブのリフト量あるいはリ
   フト時期を変化させる可変動弁機構において、前記ロッ
   カシャフトに回動機構を設けるとともに該ロッカシャフ
   トの回動に応じて前記ロッカアームを軸方向に移動させ
   る移動機構を設けたことを特徴とする可変動弁機構。
2. 【請求項２】 前記移動機構は、前記ロッカシャフトと
   ロッカアームとの摺動部のいずれか一方に形成された雄
   ねじ部と他方に形成された雌ねじ部とにより構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構。
3. 【請求項３】 前記移動機構は、前記ロッカシャフトと
   ロッカアームとの摺動部のいずれか一方に形成されたピ
   ン構造と他方に形成された溝構造とからなることを特徴
   とする請求項１に記載の可変動弁機構。
4. 【請求項４】 前記移動機構は、ボールを介してロッカ
   シャフトとロッカアームとを摺動させることを特徴とす
   る請求項１に記載の可変動弁機構。
5. 【請求項５】 前記回動機構は、前記ロッカシャフトに
   連結されたモータにより構成することを特徴とする請求
   項１に記載の可変動弁機構。
6. 【請求項６】 前記カムシャフトに可変バルブタイミン
   グ機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の可変
   動弁機構。