JP2004278313A - エンジンのバルブ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブタイミングおよびバルブリフトの両方が可変であり、しかもカムのプロフィールにより決まるバルブリフトよりも小さいバルブリフトを得ることが可能なエンジンのバルブ駆動装置を提供する。
【解決手段】リンク機構３６のリンク３７の揺動支点４４にロッカーアーム３５の中間部を枢支し、このリンク３７を第１カムシャフト３２に設けた第１カム３１により上下動させるとともに、ロッカーアーム３５の端部に設けたローラ４８を第２カムシャフト３４に設けた第２カム３３により上下揺動させ、更に第１カム３１および第２第２カム３３間の位相差を位相可変機構で変更する。これにより、前記位相差に応じてバルブタイミングおよびバルブリフトの両方を任意に変化させることができ、特に第１カム３１のプロフィールだけで決まるバルブリフトおよび第２カム３３のプロフィールだけで決まるバルブリフトの何れか小さい方よりも更に小さいバルブリフトを得ることができる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの吸気バルブや排気バルブのバルブリフトおよびバルブタイミングを二つのカムによって任意に変化させることが可能なエンジンのバルブ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのバルブを開閉するロッカーアームを２個のカムで駆動することで、バルブタイミングを変更可能したエンジンのバルブ駆動装置が、下記特許文献により公知である。
【０００３】
このバルブ駆動装置は、バルブを開く開カムとバルブを閉じる閉カムとを別個に備えており、開カムおよび閉カム間の位相差を変化させることでバルブの開期間を連続的に変化させるようになっている。
【０００４】
【特許文献】
特開平７−６３０２２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来のものは、バルブタイミングを連続的に変化させることは可能であるが、ロッカーアームの揺動支点の位置が固定されているため、バルブリフトがカムのプロフィールによって予め決められてしまい、エンジンの運転状態に応じたバルブリフトを得ることができなかった。従って、エンジンの特定の運転状態においてバルブリフトを小さくするためにカムのプロフィールを小さくすると、今度はエンジンの他の運転状態において充分なバルブリフトを得ることができないという問題があった。
【０００６】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、バルブタイミングおよびバルブリフトの両方が可変であり、しかもカムのプロフィールにより決まるバルブリフトよりも小さいバルブリフトを得ることが可能なエンジンのバルブ駆動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、エンジンのバルブを開閉駆動するロッカーアームと、同速度で回転する第１、第２カムシャフトと、第１、第２カムシャフト間の位相差を変化させる位相可変機構と、第１カムシャフトに設けられた第１カムと、第２カムシャフトに設けられた第２カムとを備え、第１カムはロッカーアームの揺動支点を移動させ、第２カムはロッカーアームを揺動支点まわりに揺動させることを特徴とするエンジンのバルブ駆動装置が提案される。
【０００８】
上記構成によれば、第２カムシャフトに設けた第２カムでロッカーアームを揺動支点まわりに揺動させると、第２カムのプロフィールに応じてバルブが開閉駆動され、また第１カムシャフトに設けた第１カムでロッカーアームの揺動支点を移動させると、第１カムのプロフィールに応じてバルブが開閉駆動されるので、第１、第２カムシャフト間の位相差を位相可変機構で変化させることで、その位相差に応じてバルブタイミングおよびバルブリフトの両方を任意に変化させることができる。特に、第１カムのプロフィールだけで決まるバルブリフトおよび第２カムのプロフィールだけで決まるバルブリフトの何れか小さい方よりも更に小さいバルブリフトを得ることができる。
【０００９】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、ロッカーアームは一端および他端にそれぞれバルブ当接部およびカム当接部を有するとともに中間部に揺動支点を有しており、バルブ当接部から揺動支点までの距離とバルブ当接部からカム当接部までの距離との比は、第１カムによる揺動支点の移動量と第２カムによるカム当接部の移動量との比に等しいことを特徴とするエンジンのバルブ駆動装置が提案される。
【００１０】
上記構成によれば、ロッカーアームの一端のバルブ当接部から中間部の揺動支点までの距離と、バルブ当接部からロッカーアームの他端のカム当接部までの距離との比を、第１カムによる揺動支点の移動量と第２カムによるカム当接部の移動量との比に等しく設定したので、第１カムによるバルブリフトと第２カムによるバルブリフトとを完全に相殺してバルブ休止を実現することができる。しかもバルブがバルブシートに着座するバルブ着座時は、カムの緩衝曲線を利用して着座させることができるので、着座音の発生を抑制することができる。
【００１１】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、第１カムシャフトに位相可変機構を設けたことを特徴とするエンジンのバルブ駆動装置が提案される。
【００１２】
上記構成によれば、第１、第２カムのロッカーアームに対する位置関係から第２カムのプロフィールよりも第１カムのプロフィールの方が小さくなるため、プロフィールが小さい側の第１カムを備えた第１カムシャフトの方が、第２カムシャフトよりも駆動トルクが小さくなる。従って、駆動トルクが小さい側の第１カムシャフトに位相可変機構を設けることで、その位相可変機構を小型化することができる。
【００１３】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、ロッカーアームの揺動支点をバルブの移動方向に沿って移動するリンク機構を介して支持したことを特徴とするエンジンのバルブ駆動装置が提案される。
【００１４】
上記構成によれば、バルブの移動方向に沿って移動するリンク機構によってロッカーアームの揺動支点を支持したので、揺動支点の変位に伴うフリクションを低減でき、第１カムの駆動力をリンク機構を介してロッカーアームの揺動支点に効率良く伝達することができる。
【００１５】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、リンク機構は、バルブの移動方向に沿って延びる第１リンクと、第１リンクをバルブの移動方向に沿って移動可能に支持する第２リンクとを備え、第１リンクはロッカーアームの揺動支点を有して第１カムにより駆動されることを特徴とするエンジンのバルブ駆動装置が提案される。
【００１６】
上記構成によれば、ロッカーアームの揺動支点を有する第１リンクを第２リンクによりバルブの移動方向に沿って移動可能に支持し、その第１リンクを第１カムにより駆動するので、リンク機構の小型化および耐久性の向上を図ることができる。
【００１７】
尚、実施例の吸気バルブ１８および排気バルブ１９は本発明のバルブに対応し、実施例のローラ４８は本発明のカム当接部に対応し、実施例のアジャストボルト５１は本発明のバルブ当接部に対応し、実施例の第２位相可変機構５７は本発明の位相可変機構に対応する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１９】
図１〜図１５は本発明の第１実施例を示すもので、図１はエンジンの縦断面図、図２は図１の要部拡大図、図３はシリンダヘッドの平面図、図４は第１位相可変機構を示す図３の４−４線拡大断面図、図５は第２位相可変機構を示す図３の５−５線拡大断面図、図６は第２位相可変機構の変形例を示す図、図７は第３位相可変機構を示す図３の７−７線拡大断面図、図８はバルブ休止状態の作用説明図、図９は図８に対応するバルブリフト線図、図１０はバルブ早閉じ／低リフト状態の作用説明図、図１１図１０に対応するバルブリフト線図、図１２はバルブ通常リフト状態の作用説明図、図１３は図１２に対応するバルブリフト線図、図１４はバルブ遅閉じ状態の作用説明図、図１５は図１４に対応するバルブリフト線図である。
【００２０】
図１に示すように、直列４気筒の４サイクルエンジンＥはシリンダブロック１１と、その上面に結合されたシリンダヘッド１２とを備えており、シリンダブロック１１に設けたシリンダスリーブ１３にピストン１４が摺動自在に嵌合する。
シリンダヘッド１２の下面に形成した燃焼室１５に吸気ポート１６および排気ポート１７が連通しており、吸気ポート１６および排気ポート１７がそれぞれ吸気バルブ１８および排気バルブ１９のバルブヘッド１８ａ，１９ａによって開閉される。吸気バルブ１８および排気バルブ１９は、バルブステム１８ｂ，１９ｂの外周に配置したバルブスプリング２０，２１で閉弁方向に付勢される。燃焼室１５の中央部には点火プラグ２２が臨み、また燃焼室１５の周縁部には燃料噴射弁２３が臨んでいる。
【００２１】
吸気バルブ１８および排気バルブ１９はそれぞれバルブ駆動装置２４，２４によって開閉駆動される。吸気バルブ１８および排気バルブ１９のバルブ駆動装置２４，２４は実質的に同一構造であるため、以下吸気バルブ１８のバルブ駆動装置２４を例にとって構造を説明する。
【００２２】
図２に示すように、バルブ駆動装置２４は第１カム３１を有する第１カムシャフト３２と、第２カム３３を有する第２カムシャフト３４と、ロッカーアーム３５と、ロッカーアーム３５を支持するリンク機構３６とを備える。四節平行リンクよりなるリンク機構３６は、吸気バルブ１８と略平行に延びる第１リンク３７と、一端がシリンダヘッド１２にピン３８，３９で枢支され、他端が第１リンク３７にピン４０，４１で枢支された一対の第２リンク４２，４３とを備えており、第１リンク３７の下部にピンよりなる揺動支点４４を介してロッカーアーム３５の中間部が枢支される。
【００２３】
リンク機構３６の第１リンク３７の上端に設けたローラ４５が第１カム３１に当接するように、リターンスプリング４６で上向きに付勢された押圧部材４７が第１リンク３７の下端に当接する。ロッカーアーム３５の右端に設けたカム当接部としてのローラ４８が第２カム３３に当接するように、スタビライザスプリング４９で下向きに付勢された押圧部材５０が、ロッカーアーム３５の揺動支点４４よりも右側の上面に当接する。ロッカーアーム３５の左端に設けたバルブ当接部としてのアジャストボルト５１の下端が、吸気バルブ１８のバルブステム１８ｂの上端に僅かなクリアランスを介して当接可能に対向する。
【００２４】
このように、リンク機構３６によってロッカーアーム３５の揺動支点４４を移動自在に支持したので、第１カム３１の駆動力をリンク機構３６を介してロッカーアーム３５の揺動支点４４に効率良く伝達することができる。しかもロッカーアーム３５の揺動支点４４を有する第１リンク３７を第２リンク４２，４３により吸気バルブ１８の移動方向に沿って移動自在に支持し、その第１リンク３７を第１カム３１により駆動するので、リンク機構３６の小型化および耐久性の向上が可能になる。
【００２５】
第１カムシャフト３２および第２カムシャフト３４にはそれぞれ同歯数の第１ギヤ５２および第２ギヤ５３が設けられており、第１、第２ギヤ５２，５３が噛み合うことで第１カムシャフト３２は矢印ａ方向に、第２カムシャフト３４は矢印ｂ方向に同速度で回転する。
【００２６】
ロッカーアーム３５の吸気バルブ１８に対する当接点であるアジャストボルト５１からロッカーアーム３５の揺動支点４４までの距離Ｌ１と、アジャストボルト５１からロッカーアーム３５の第２カム３３に対する当接点であるローラ４８までの距離Ｌ２との比であるＬ１／Ｌ２は、第１カム３１のプロフィールの高さＨ１と第２カム３３のプロフィールの高さＨ２と比であるＨ１／Ｈ２に等しくなるように設定されている。Ｈ１は第１カム３１による揺動支点４４の最大移動量に相当し、Ｈ２は第２カム３３によるローラ４８の最大移動量に相当する。本実施例では、Ｌ１／Ｌ２の値およびＨ１／Ｈ２の値は約０．５に設定されている。
従って、Ｌ２はＬ１の約２倍であり、Ｈ２はＨ１の約２倍である。
【００２７】
図３はエンジンＥのシリンダヘッド１２を上方から見た状態を示す模式図であって、吸気側および排気側の一対の第２カムシャフト３４，３４の軸端にそれぞれ設けたスプロケット５４，５４がタイミングチェーン５５を介して図示せぬクランクシャフトに接続される。各々のスプロケット５４と第２カムシャフト３４，３４の軸端との間に、第１位相可変機構５６が設けられる。
【００２８】
吸気側および排気側のそれぞれにおいて、第１カムシャフト３２の軸端に設けた第１ギヤ５２と第２カムシャフト３４の軸端に設けた第２ギヤ５３が噛み合っており、第１カムシャフト３２と第１ギヤ５２との間に第２位相可変機構５７が設けられる。
【００２９】
吸気側および排気側のそれぞれの第１カムシャフト３２には、４個の第１カム３１…の間に位置するように３個の第３位相可変機構５８…が設けられる。
【００３０】
図４に示すように、吸気側および排気側の第１カムシャフト３２および第２カムシャフト３４の位相をクランクシャフトの位相に対して変更する第１位相可変機構５６は、スプロケット５４（図３参照）と一体の円筒状のハウジング６１と、ハウジング６１の内部に同軸に挿入された第２カムシャフト３４から放射状に延びる３枚のベーン６２…とを備えており、ハウジング６１の内面から内向きに延びる３枚の隔壁６１ａ…と３枚のベーン６２…との間に各３個の第１室６３…および第２室６４…が形成される。第１室６３…および第２室６４…には、タンク６５内の作動油がポンプ６６およびソレノイドバルブ６７を介して選択的に供給されるようになっており、第１室６３…および第２室６４…の一方の容積が増加して他方の容積が減少することで第２カムシャフト３４が矢印ｃ方向あるいは矢印ｄ方向に回転し、ハウジング６１に対する第２カムシャフト３４の位相、つまりクランクシャフトの位相に対する第１、第２カムシャフト３２，３４の位相が連続的に変化する。
【００３１】
第１位相可変機構５６による位相調整幅は４５°〜６０°程度であり、油圧が失陥したときに第１、第２カムシャフト３２，３４の位相をロックするロック機構（図示せず）が設けられる。
【００３２】
図５に示すように、第１カムシャフト３２および第２カムシャフト３４間の位相差を変更する第２位相可変機構５７は、第１ギヤ５２（図３参照）と一体のハウジング６８と、ハウジング６８の内部に同軸に挿入された第１カムシャフト３２から放射状に延びる１枚のベーン６９とを備えており、ハウジング６８の内部に形成した扇状の空間がベーン６９によって第１室７０および第２室７１に区画される。ベーン６９はハウジング６８との間に設けた捩じりスプリング７２によって矢印ｅ方向に付勢される。第１室７０に接続されたシリンダ７３にピストン７４が摺動自在に嵌合しており、モータ７５により回転するピニオン７６がピストン７４に接続されたラック７７に噛み合っている。第２室７１はベーン６９の移動を妨げないように大気に連通する。
【００３３】
従って、モータ７５を一方向に駆動してピニオン７６およびラック７７を介してピストン７４を左動させると、シリンダ７３から押し出された作動油で第１室７０の油圧が増加し、その油圧が捩じりスプリング７２の弾発力に釣り合う位置へと第１カムシャフト３２が矢印ｆ方向に回転する。逆にモータ７５を他方向に駆動してピニオン７６およびラック７７を介してピストン７４を右動させると、第１室７０の油圧が減少して第１カムシャフト３２が矢印ｅ方向に回転する。このように、シリンダ７３およびピストン７４を介して制御油圧を発生させることで、第１ギヤ５２に対する第１カムシャフト３２の位相、つまり第２カムシャフト３４に対する第１カムシャフト３２の位相を応答性良く制御することができる。第１、第２カムシャフト３２，３４の位相調整幅は約１８０°程度である。
【００３４】
図６には第２位相可変機構５７の変形例が示される。この変形例では捩じりスプリング７２によって第１カムシャフト３２の位相が最も高頻度で使用される中立位置の位相に付勢されている。これにより、モータ７５を駆動する頻度を最小限に抑えて消費電力を節減することができる。
【００３５】
尚、第２位相可変機構５７の応答性を特に高める必要がない場合は、シリンダ７３およびピストン７４の代わりに、図４に示す第１位相可変機構５６のポンプ６６を使用しても良い。
【００３６】
図７に示すように、隣接する第１カム３１…間の位相差を変更する第３位相可変機構５８は、一方の第１カム３１と一体のハウジング７８と、他方の第１カム３１と一体の第１カムシャフト３２に設けられたベーン７９とを備えており、ハウジング７８の内面から内向きに延びる隔壁７８ａ…とベーン７９との間に第１室８０および第２室８１が区画される。第１室８０および第２室８１には、タンク８２内の作動油がポンプ８３およびソレノイドバルブ８４を介して選択的に供給されるようになっており、第１室８０および第２室８１の一方の容積が増加して他方の容積が減少することでベーン７９が矢印ｇ方向あるいは矢印ｈ方向に回転し、隣接する一対の第１カム３１，３１間の位相差が連続的に変化する。
【００３７】
第３位相可変機構５８…は各シリンダ間の吸入空気量の定常的なばらつきを補正するためのもので、高い応答性は必用とされず、位相調整幅も３０°程度と小さくて良い。また第３位相可変機構５８…には、油圧が失陥したときに隣接する第１カム３１…の位相をロックするロック機構（図示せず）が設けられる。
【００３８】
尚、本発明では、上記第１位相可変機構５６，５６、第２位相可変機構５７，５７および第３位相可変機構５８…のうち、第２位相可変機構５７，５７だけが必須であり、第１位相可変機構５６，５６および第３位相可変機構５８…は省略可能である。
【００３９】
次に、本実施例のバルブ駆動装置２４により、吸気バルブ１８のバルブタイミングおよびバルブリフトがどのように変化するかを説明する。ここでは、第１位相可変機構５６および第３位相可変機構５８…は停止されており、第２位相可変機構５７だけが作動するものとする。つまり、第２位相可変機構５７により第１カム３１および第２カム３３間の位相差だけを変更するものとする。尚、排気バルブ１９のバルブタイミングおよびバルブリフトも、吸気バルブ１８と同様に制御することができる。
【００４０】
先ず、図９に基づいてバルブ駆動装置２４の各部の変位量Ｘ１，Ｘ２，Ｘの定義と、第１カム３１および第２カム３３間の位相差θの定義とを説明する。
【００４１】
破線で示す変位量Ｘ１は、第１カム３１によるロッカーアーム３５の揺動支点４４の変位量であり、第１カム３１に押されて揺動支点４４が下向きに移動する方向を正にとっている（図２参照）。第１カム３１の形状は通常のカムの卵型ではなく、変位量Ｘ１が０の状態が約１８０°続き、変位量Ｘ１が最大値Ｈ１の状態が約１８０°続く特殊なものである。
【００４２】
二点鎖線で示す変位量Ｘ２は、第２カム３３によるロッカーアーム３５のカム当接部（ローラ４８）の変位量であり、第２カム３３に押されてローラ４８が上向きに移動する方向を正にとっている（図２参照）。第２カム３３の形状は通常のカムの卵型ではなく、変位量Ｘ２が０の状態が約１８０°続き、変位量Ｘ２が最大値Ｈ２の状態が約１８０°続く特殊なものである。第１、第２カム３１，３３はほぼ相似形であるが、第２カム３３による変位量Ｘ２の最大値Ｈ２は第１カム３１による変位量Ｘ１の最大値Ｈ１の約２倍である。
【００４３】
実線で示す変位量Ｘは、揺動支点４４の変位量Ｘ１とローラ４８の変位量Ｘ２とを合成した吸気バルブ１８のバルブリフトであり、吸気バルブ１８の開弁方向を正にとっている（図２参照）。
【００４４】
第１カム３１および第２カム３３間の位相差θは、図９に示した状態、つまり、第１カム３１による変位量Ｘ１の立ち上がり位置Ｐ１と、第２カム３３による変位量Ｘ２の立ち上がり位置Ｐ２との差が１８０°であるとき、位相差θ＝０°と定義する。第２位相可変機構５７により、第２カム３３の位相に対して第１カム３１の位相を遅角方向に変化させると、位相差θは０°から次第に増加し、第１カム３１による変位量Ｘ１のラインは遅角方向（図中右方向）に移動し、図１１、図１３および図１５に示す位置に変化する。
【００４５】
さて、図８および図９に示す状態は位相差θ＝０°の状態であって、変位量Ｘ（バルブリフト）が常時０になるバルブ休止状態に対応する。
【００４６】
図８（Ａ）の状態は図９のＡ位置に対応しており、このとき第１カム３１による変位量Ｘ１が最大値Ｈ１になり、揺動支点４４を押し下げて吸気バルブ１８を開弁させようとするが、第２カム３３による変位量Ｘ２が０であってローラ４８を押し上げないため、吸気バルブ１８は閉弁状態に維持される。
【００４７】
図８（Ｂ）の状態は図９のＢ位置に対応しており、このとき第１カム３１による変位量Ｘ１が最大値Ｈ１の約半分に減少し、揺動支点４４を僅かに押し下げて吸気バルブ１８を開弁させようとし、第２カム３３による変位量Ｘ２が次第に増加し、ローラ４８を僅かに押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとするが、吸気バルブ１８は開弁するに至らずに閉弁状態に維持される。
【００４８】
図８（Ｃ）の状態は図９のＣ位置に対応しており、このとき第２カム３３による変位量Ｘ２は最大値Ｈ２になり、ローラ４８を押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとするが、第１カム３１による変位量Ｘ１が０であって揺動支点４４を押し下げないため、吸気バルブ１８は閉弁状態に維持される。
【００４９】
図８（Ｄ）の状態は図９のＤ位置に対応しており、このとき第２カム３３による変位量Ｘ２が次第に減少し、ローラ４８を僅かに押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとし、第１カム３１による変位量Ｘ１が最大値Ｈ１の約半分に減少し、揺動支点４４を僅かに押し下げて吸気バルブ１８を開弁させようとするが、吸気バルブ１８は開弁するに至らずに閉弁状態に維持される。
【００５０】
以上のように、第２位相可変機構５７により第１カム３１および第２カム３３間の位相差θ＝０°に設定すると、吸気バルブ１８は閉弁状態に維持されてバルブ休止が実現される。
【００５１】
図１０および図１１に示す状態は位相差θ＝２０°の状態であって、変位量Ｘ（バルブリフト）が僅かに発生した後に速やかに０になるバルブ早閉じ／低リフト状態に対応する。
【００５２】
図１０（Ａ）の状態は図１１のＡ位置に対応しており、このとき第１カム３１による変位量Ｘ１が最大値Ｈ１になり、揺動支点４４を押し下げて吸気バルブ１８を開弁させようとするが、第２カム３３による変位量Ｘ２が０であってローラ４８を押し上げないため、吸気バルブ１８は閉弁状態になる。
【００５３】
図１０（Ｂ）の状態は図１１のＢ位置に対応しており、このとき第１カム３１による変位量Ｘ１はほぼ最大値Ｈ１になり、揺動支点４４を押し下げて吸気バルブ１８を開弁させようとし、第２カム３３による変位量Ｘ２が増加し始め、ローラ４８を僅かに押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとするため、吸気バルブ１８は僅かに開弁する。
【００５４】
図１０（Ｃ）の状態は図１１のＣ位置に対応しており、このとき第２カム３３による変位量Ｘ２はほぼ最大値Ｈ２になり、ローラ４８を押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとし、第１カム３１による変位量Ｘ１は減少過程にあり、揺動支点４４を僅かに押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとするため、吸気バルブ１８は僅かに開弁する。
【００５５】
図１０（Ｄ）の状態は図１１のＤ位置に対応しており、このとき第２カム３３による変位量Ｘ２が最大値Ｈ２になり、ローラ４８を押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとするが、第１カム３１による変位量Ｘ１が０であって揺動支点４４を押し下げないため、吸気バルブ１８は閉弁状態になる。
【００５６】
以上のように、第２位相可変機構５７により第１カム３１および第２カム３３間の位相差θ＝２０°に設定すると、第２カム３３により吸気バルブ１８が開弁した直後に第１カム３１により吸気バルブ１８が閉弁するため、バルブ早閉じ／低リフトが実現される。
【００５７】
図１２および図１３に示す状態は位相差θ＝９０°の状態であって、変位量Ｘ（バルブリフト）が吸入行程の初期から圧縮行程の初期にかけて発生するバルブ通常リフト状態に対応する。
【００５８】
図１２（Ａ）の状態は図１３のＡ位置に対応しており、このとき第１カム３１による変位量Ｘ１が最大値Ｈ１になり、揺動支点４４を押し下げて吸気バルブ１８を開弁させようとするが、第２カム３３による変位量Ｘ２が０であってローラ４８を押し上げないため、吸気バルブ１８は閉弁状態になる。
【００５９】
図１２（Ｂ）の状態は図１３のＢ位置に対応しており、このとき第１カム３１による変位量Ｘ１は最大値Ｈ１になり、揺動支点４４を押し下げて吸気バルブ１８を開弁させようとし、第２カム３３による変位量Ｘ２は増加過程にあり、ローラ４８を次第に押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとするため、吸気バルブ１８は開弁過程になる。
【００６０】
図１２（Ｃ）の状態は図１３のＣ位置に対応しており、このとき第２カム３３による変位量Ｘ２は最大値Ｈ２になり、ローラ４８を押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとし、第１カム３１による変位量Ｘ１は減少過程にあり、揺動支点４４の押し下げ量が減少するため、吸気バルブ１８は閉弁過程になる。
【００６１】
図１２（Ｄ）の状態は図１３のＤ位置に対応しており、このとき第２カム３３による変位量Ｘ２が最大値Ｈ２になり、ローラ４８を押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとするが、第１カム３１による変位量Ｘ１が０であって揺動支点４４を押し下げないため、吸気バルブ１８は閉弁状態になる。
【００６２】
以上のように、第２位相可変機構５７により第１カム３１および第２カム３３間の位相差θ＝９０°に設定すると、バルブリフトが吸入行程の初期から圧縮行程の初期にかけて発生するバルブ通常リフト状態が実現される。
【００６３】
図１４および図１５に示す状態は位相差θ＝１４０°の状態であって、変位量Ｘ（バルブリフト）の後半部が伸びて閉弁タイミングが遅れるバルブ遅閉じ状態に対応する。
【００６４】
図１４（Ａ）の状態は図１５のＡ位置に対応しており、このとき第１カム３１による変位量Ｘ１が最大値Ｈ１になり、揺動支点４４を押し下げて吸気バルブ１８を開弁させようとするが、第２カム３３による変位量Ｘ２が０であってローラ４８を押し上げないため、吸気バルブ１８は閉弁状態になる。
【００６５】
図１４（Ｂ）の状態は図１５のＢ位置に対応しており、このとき第１カム３１による変位量Ｘ１は最大値Ｈ１になり、揺動支点４４を押し下げて吸気バルブ１８を開弁させようとし、第２カム３３による変位量Ｘ２は増加過程にあり、ローラ４８を次第に押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとするため、吸気バルブ１８は開弁過程になる。
【００６６】
図１４（Ｃ）の状態は図１５のＣ位置に対応しており、このとき第２カム３３による変位量Ｘ２は最大値Ｈ２になり、ローラ４８を押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとし、第１カム３１による変位量Ｘ１は最大値Ｈ１になり、揺動支点４４を押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとするため、吸気バルブ１８は開弁状態になる。
【００６７】
図１４（Ｄ）の状態は図１５のＤ位置に対応しており、このとき第２カム３３による変位量Ｘ２が最大値Ｈ２になり、ローラ４８を押し上げて吸気バルブ１８を開弁させようとするが、第１カム３１による変位量Ｘ１が減少過程にあり、揺動支点４４の押し下げ量が減少するため、吸気バルブ１８は閉弁過程になる。
【００６８】
以上のように、第２位相可変機構５７により第１カム３１および第２カム３３間の位相差θ＝１４０°に設定すると、バルブリフトが吸入行程の初期から圧縮行程の後期にかけて発生するバルブ遅閉じ状態が実現される。
【００６９】
しかして、第１カム３１でロッカーアーム３５の揺動支点４４を移動させるとともに、第２カム３３でロッカーアーム３５のローラ４８を移動させ、かつ第１、第２カム３１，３３間の位相差θを第２位相可変機構５７で変更することで、その位相差に応じて吸気バルブ１８のバルブタイミングおよびバルブリフトの両方を任意に変化させることができる。しかも第１カム３１のプロフィールだけで決まるバルブリフトおよび第２カム３３のプロフィールだけで決まるバルブリフトの何れか小さい方よりも更に小さいバルブリフトを得ることができる。
【００７０】
またバルブ当接部であるアジャストボルト５１から揺動支点４４までの距離Ｌ１とバルブ当接部であるアジャストボルト５１からカム当接部であるローラ４８までの距離Ｌ２との比Ｌ１／Ｌ２を、第１カム３１による揺動支点４４の移動量Ｈ１と第２カム３３によるローラ４８の移動量Ｈ２との比Ｈ１／Ｈ２に等しく設定したので、第１カム３１によるバルブリフトと第２カム３３によるバルブリフトとを完全に相殺して吸気バルブ１８のバルブ休止を実現することができる。しかも吸気バルブ１８がバルブシートに着座するバルブ着座時は、第１、第２カム３１，３３の緩衝曲線を利用して着座させることができるので、着座音の発生を抑制することができる。
【００７１】
ところで、第１、第２カム３１，３３間の位相差θを変更する第２位相可変機構５７は、第１、第２カムシャフト３２，３４の何れの側に設けることも可能である。しかしながら、第２カム３３のプロフィールよりも第１カム３１のプロフィールの方が小さいため、プロフィールが小さい第１カム３１を備えた第１カムシャフト３２の駆動トルクが小さくなり、その第１カムシャフト３２側に第２位相可変機構５７を設けたことにより該第２位相可変機構５７を小型化することができる。
【００７２】
図１６〜図２１は本発明の第２実施例を示すもので、図１６はバルブ駆動装置の構造を示す、前記図２に対応する図、図１７はバルブ遅閉じ状態のバルブリフト線図（遅閉じ量最大）、図１８はバルブ遅閉じ状態のバルブリフト線図（遅閉じ量小）、図１９はバルブ通常リフト状態のバルブリフト線図、図２０はバルブ早閉じ状態のバルブリフト線図、図２１はバルブ休止状態のバルブリフト線図である。尚、第２実施例において、第１実施例の部材に対応する部材には、第１実施例と同じ符号を付すことで重複する説明を省略する。
【００７３】
第１実施例ではロッカーアーム３５の揺動支点４４をリンク機構３６の第１リンク３７に設けて上下動させているが、第２実施例では前記第１リンク３７に相当する摺動部材３７′をシリンダヘッド１２のガイド孔１２ａに摺動自在に支持し、リターンスプリング４６でローラ４５が第１カム３１に当接するように上向きに付勢している。従って、第１実施例では揺動支点４４が円弧状に移動するのに対し、第２実施例では揺動支点４４が直線状に移動する。第２実施例のその他の構成は、第１実施例と同じである。
【００７４】
次に、本実施例のバルブ駆動装置２４により、吸気バルブ１８のバルブタイミングおよびバルブリフトがどのように変化するかを説明する。ここでも、第２位相可変機構５７により第１カム３１および第２カム３３間に位相差だけを変更するものとする。
【００７５】
先ず、図１６および図１７に基づいてバルブ駆動装置２４の各部の変位量Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘの定義と、ロッカーアーム３５の傾斜角δと、第１カム３１および第２カム３３間の位相差θの定義とを説明する。
【００７６】
破線で示す変位量Ｘ１は、第１カム３１によるロッカーアーム３５の揺動支点４４の変位量であり、第１カム３１に押されて揺動支点４４が下向きに移動する方向を負にとっている。この変位量Ｘ１の表示は第１実施例に対して正負が逆である。二点鎖線で示す変位量Ｘ２は、第２カム３３によるロッカーアーム３５のカム当接部（ローラ４８）の変位量であり、第２カム３３に押されてローラ４８が上向きに移動する方向を正にとっている。この変位量Ｘ１の表示は第１実施例と同じである。
【００７７】
ロッカーアーム３５の傾斜角δは、ロッカーアーム３５の揺動支点４４に対して、カム当接部（ローラ４８）が高くなる傾斜方向を正にとっている。
【００７８】
一点鎖線で示す変位量Ｘ３は、ロッカーアーム３５のバルブ当接部（アジャストボルト５１）の変位量であって、吸気バルブ１８を開弁させるべくアジャストボルト５１が下方に移動する方向を負にとっている。実線で示す変位量Ｘは、吸気バルブ１８のバルブリフトであり、吸気バルブ１８の開弁方向を正にとっている。変位量Ｘ３および変位量Ｘが横軸に対して上下対称になっていない部分、つまりバルブリフトＸが０である部分は、アジャストボルト５１が吸気バルブ１８のバルブステム１８ｂから離反している部分である。
【００７９】
第１カム３１および第２カム３３間の位相差θは、図１７に示した状態、つまり、第１カム３１による変位量Ｘ１の立ち上がり終了位置と、第２カム３３による変位量Ｘ２の立ち上がり開始位置とがＰ３において一致した状態で、位相差θ＝０°と定義する。第２位相可変機構５７により、第２カム３３の位相に対して第１カム３１の位相を遅角方向に変化させると、位相差θは０°から次第に増加し、第１カム３１による変位量Ｘ１のラインは進角方向（図中左方向）に移動し、図１７に示す位置から図１８〜図２１に示す位置に変化する。この位相差θの定義は、第１実施例における位相差θの定義と異なっている。
【００８０】
図１７は位相差θ＝０°の状態であり、吸気バルブ１８が通常タイミングで開弁して閉弁タイミングが遅れるバルブ遅閉じ（遅閉じ量最大）状態に対応する。図１８は位相差θ＝５０°の状態であり、吸気バルブ１８が通常タイミングで開弁して閉弁タイミングが遅れるバルブ遅閉じ（遅閉じ量小）に対応する。図１９は位相差θ＝９０°の状態であり、吸気バルブ１８が通常タイミングで開弁して通常タイミングで閉弁するバルブ通常リフト状態に対応する。図２０は位相差θ＝１２０°の状態であり、吸気バルブ１８が通常タイミングで開弁して低リフトのまま早いタイミングで閉弁するバルブ早閉じ／低リフト状態に対応する。図２１は位相差θ＝１３５°の状態であり、吸気バルブ１８が開弁しないバルブ休止状態に対応する。
【００８１】
この第２実施例によっても、第１実施例と同様に吸気バルブ１８のバルブタイミングおよびバルブリフトの両方を制御することができ、併せてバルブ休止状態を実現することができる。
【００８２】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００８３】
例えば、実施例では吸気バルブ１８のバルブタイミングおよびバルブリフトの制御について説明したが、本発明は排気バルブ１９のバルブタイミングおよびバルブリフトの制御に対しても適用することができる。
【００８４】
また実施例では、各吸気バルブ１８あるいは排気バルブ１９に対して１個の第２カム３３と１個のロッカーアーム３５とを設けているが、複数個の第２カムと複数個のロッカーアームとを設け、所定の第２カムで所定のロッカーアームを作動させてバルブタイミングおよびバルブリフトを変更可能にしても良い。
【００８５】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、第２カムシャフトに設けた第２カムでロッカーアームを揺動支点まわりに揺動させると、第２カムのプロフィールに応じてバルブが開閉駆動され、また第１カムシャフトに設けた第１カムでロッカーアームの揺動支点を移動させると、第１カムのプロフィールに応じてバルブが開閉駆動されるので、第１、第２カムシャフト間の位相差を位相可変機構で変化させることで、その位相差に応じてバルブタイミングおよびバルブリフトの両方を任意に変化させることができる。特に、第１カムのプロフィールだけで決まるバルブリフトおよび第２カムのプロフィールだけで決まるバルブリフトの何れか小さい方よりも更に小さいバルブリフトを得ることができる。
【００８６】
また請求項２に記載された発明によれば、ロッカーアームの一端のバルブ当接部から中間部の揺動支点までの距離と、バルブ当接部からロッカーアームの他端のカム当接部までの距離との比を、第１カムによる揺動支点の移動量と第２カムによるカム当接部の移動量との比に等しく設定したので、第１カムによるバルブリフトと第２カムによるバルブリフトとを完全に相殺してバルブ休止を実現することができる。しかもバルブがバルブシートに着座するバルブ着座時は、カムの緩衝曲線を利用して着座させることができるので、着座音の発生を抑制することができる。
【００８７】
また請求項３に記載された発明によれば、第１、第２カムのロッカーアームに対する位置関係から第２カムのプロフィールよりも第１カムのプロフィールの方が小さくなるため、プロフィールが小さい側の第１カムを備えた第１カムシャフトの方が、第２カムシャフトよりも駆動トルクが小さくなる。従って、駆動トルクが小さい側の第１カムシャフトに位相可変機構を設けることで、その位相可変機構を小型化することができる。
【００８８】
また請求項４に記載された発明によれば、バルブの移動方向に沿って移動するリンク機構によってロッカーアームの揺動支点を支持したので、揺動支点の変位に伴うフリクションを低減でき、第１カムの駆動力をリンク機構を介してロッカーアームの揺動支点に効率良く伝達することができる。
【００８９】
また請求項５に記載された発明によれば、ロッカーアームの揺動支点を有する第１リンクを第２リンクによりバルブの移動方向に沿って移動可能に支持し、その第１リンクを第１カムにより駆動するので、リンク機構の小型化および耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンの縦断面図
【図２】図１の要部拡大図
【図３】シリンダヘッドの平面図
【図４】第１位相可変機構を示す図３の４−４線拡大断面図
【図５】第２位相可変機構を示す図３の５−５線拡大断面図
【図６】第２位相可変機構の変形例を示す図
【図７】第３位相可変機構を示す図３の７−７線拡大断面図
【図８】バルブ休止状態の作用説明図
【図９】図８に対応するバルブリフト線図
【図１０】バルブ早閉じ／低リフト状態の作用説明図
【図１１】図１０に対応するバルブリフト線図
【図１２】バルブ通常リフト状態の作用説明図
【図１３】図１２に対応するバルブリフト線図
【図１４】バルブ遅閉じ状態の作用説明図
【図１５】図１４に対応するバルブリフト線図
【図１６】バルブ駆動装置の構造を示す、前記図２に対応する図
【図１７】バルブ遅閉じ状態のバルブリフト線図（遅閉じ量最大）
【図１８】バルブ遅閉じ状態のバルブリフト線図（遅閉じ量小）
【図１９】バルブ通常リフト状態のバルブリフト線図
【図２０】バルブ早閉じ状態のバルブリフト線図
【図２１】バルブ休止状態のバルブリフト線図
【符号の説明】
１８ 吸気バルブ（バルブ）
１９ 排気バルブ（バルブ）
３１ 第１カム
３２ 第１カムシャフト
３３ 第２カム
３４ 第２カムシャフト
３５ ロッカーアーム
３６ リンク機構
３７ 第１リンク
４２ 第２リンク
４３ 第２リンク
４４ 揺動支点
４８ ローラ（カム当接部）
５１ アジャストボルト（バルブ当接部）
５７ 第２位相可変機構（位相可変機構）
Ｅ エンジン
Ｌ１ バルブ当接部から揺動支点までの距離
Ｌ２ バルブ当接部からカム当接部までの距離
Ｈ１ 第１カムによる揺動支点の移動量
Ｈ２ 第２カムによるカム当接部の移動量

Claims (5)

1. エンジン（Ｅ）のバルブ（１８，１９）を開閉駆動するロッカーアーム（３５）と、
   同速度で回転する第１、第２カムシャフト（３２，３４）と、
   第１、第２カムシャフト（３２，３４）間の位相差を変化させる位相可変機構（５７）と、
   第１カムシャフト（３２）に設けられた第１カム（３１）と、
   第２カムシャフト（３４）に設けられた第２カム（３３）と、
   を備え、第１カム（３１）はロッカーアーム（３５）の揺動支点（４４）を移動させ、第２カム（３３）はロッカーアーム（３５）を揺動支点（４４）まわりに揺動させることを特徴とするエンジンのバルブ駆動装置。
2. ロッカーアーム（３５）は一端および他端にそれぞれバルブ当接部（５１）およびカム当接部（４８）を有するとともに中間部に揺動支点（４４）を有しており、
   バルブ当接部（５１）から揺動支点（４４）までの距離（Ｌ１）とバルブ当接部（５１）からカム当接部（４８）までの距離（Ｌ２）との比は、第１カム（３１）による揺動支点（４４）の移動量（Ｈ１）と第２カム（３３）によるカム当接部（４８）の移動量（Ｈ２）との比に等しいことを特徴とする、請求項１に記載のエンジンのバルブ駆動装置。
3. 第１カムシャフト（３２）に位相可変機構（５７）を設けたことを特徴とする、請求項２に記載のエンジンのバルブ駆動装置。
4. ロッカーアーム（３５）の揺動支点（４４）をバルブ（１８，１９）の移動方向に沿って移動するリンク機構（３６）を介して支持したことを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のエンジンのバルブ駆動装置。
5. リンク機構（３６）は、バルブ（１８，１９）の移動方向に沿って延びる第１リンク（３７）と、第１リンク（３７）をバルブ（１８，１９）の移動方向に沿って移動可能に支持する第２リンク（４２，４３）とを備え、第１リンク（３７）はロッカーアーム（３５）の揺動支点（４４）を有して第１カム（３１）により駆動されることを特徴とする、請求項４に記載のエンジンのバルブ駆動装置。

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