JP3880197B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁装置、とりわけ駆動カムからリンクアームやロッカアームなどの伝達機構を介して所定角度範囲で揺動する揺動カムによって機関弁を開閉作動させる内燃機関の動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関低速低負荷時における燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時における吸気の充填効率の向上による十分な出力を確保する等のために、吸気・排気バルブの開閉時期とバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御する動弁装置は従来から種々提供されており、その一例として本出願人が先に出願した特願平９−２１２８３１号の明細書及び図面に記載されたものがある。
【０００３】
図１３に基づいて概略を説明すれば、シリンダヘッド５１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁５２と、シリンダヘッド５１上部の軸受５３に回転自在に支持されて、機関のクランク軸から回転力が伝達される駆動軸５４と、該駆動軸５４の軸心に対して中心を所定量偏心させて固定された２つの駆動カム５５と、同じく駆動軸５４に揺動自在に支持されて、各吸気弁５２の上端部に設けられたバルブリフター５６の上面に摺接して各吸気弁５２をバルブスプリング５７のばね力との相対圧で開閉作動させる揺動カム５８と、該揺動カム５８と駆動カム５５との間に介装されて駆動カム５５の偏心回転を揺動カム５８に伝達して揺動させる伝達機構５９と、該伝達機構５９を介して揺動カム５８のバルブリフター上面に対する揺動位置を変化させてバルブリフト特性を可変にする可変機構６０とを備えている。
【０００４】
前記伝達機構５９は、ほぼ円環状の基端部６１ａの嵌合孔６１ｃが駆動カム５５の外周面に回転自在に嵌合したリンクアーム６１と、前記軸受５３の上端部に制御軸６７を介して揺動自在に支持され、一端部６２ａが連結ピン６３によってリンクアーム６１の突出端部６１ｂに相対回転自在に連結されたロッカアーム６２と、両端部６４ａ，６４ｂがロッカアーム６２の他端部６２ｂと揺動カム５８のカムノーズ部５８ａに夫々ピン６５，６６を介して相対回転自在に連結されたリンクロッド６４とから構成されている。
【０００５】
また、可変機構６０は、図外のアクチュエータによって回転位置を制御される前記制御軸６７と、該制御軸６７の外周に中心Ｐ１を制御軸６７の軸心Ｐ２から所定量α偏心した状態で固定されて、ロッカアーム６２のほぼ中央に穿設されたカム孔６２ｄ内に摺動自在に設けられた偏心制御カム６８とから構成されている。
【０００６】
そして、機関の始動とともに駆動軸５４及び駆動カム５５が回転し始めると、該駆動カム５５の偏心回転によりリンクアーム６１が上下動してロッカアーム６２を制御カム６８を支点として揺動させ、この揺動力がリンクロッド６４に伝達されて揺動カム５８を図中上下方向へ揺動させることによりカム面５８ｂでバルブリフター５６を下方へ押圧あるいは押圧を解除して吸気弁５２を開閉作動させるようになっている。
【０００７】
また、機関運転状態の変化に伴い制御軸６７が所定量回転して制御カム６８を偏心回動させることによりロッカアーム６２の揺動支点Ｐ１を変化させる。これによって、揺動カム５８は、リンクロッド６４を介してバルブリフター５６の上面上での揺動支点位置が図中左あるいは右方向へ変化し、これによって吸気弁５２のバルブリフト特性を大小可変するようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記先願に係る動弁装置のような駆動カム５５からリンクアーム６１やロッカアーム６２などのリンク機構（伝達機構６４）によって揺動カム５８を揺動させるものにあっては、構造上、駆動カム５５の径が比較的大きいことやバルブリフトアップ時（上り時）における駆動カム５５がリンクアーム６１から受ける荷重が大きいことなどに起因して機関始動時の起動トルクが増大し、機関始動性が悪化するといった問題がある。
【０００９】
すなわち、本出願人の発明者の精査研究によれば、駆動カム５５がリンクアーム６１から受ける荷重Ｆについて考察すると、例えばロッカアーム６４の揺動支点が変化しない状態であるバルブリフトアップ時とダウン時のそれぞれ同一リフトでは、揺動カム５８に対するバルブスプリング５７からのばね反力は同一であるが、前記荷重Ｆについてみると、リフトのアップ（上り）区間とダウン（下り）区間とではロッカー比によってその荷重Ｆの大きさが異なっており、リフトアップ区間では荷重Ｆは大きくなっている。
【００１０】
次に、機関始動時について考えてみると、エンジン回転が安定的に立上がる迄の間は、駆動カム５５とリンクアーム６１との間の相対回転がほとんどないため、両者５５，６１の内外周面間に大きな静摩擦係数μの摩擦抵抗が作用している。また、バルブリフトの上り区間では、前述の大きな静摩擦抵抗力が働いている上に、前記荷重Ｆが大きくなり、さらに駆動カム径が大きいことと相俟って駆動軸５４を回転させるための起動トルクが増大してしまう。したがって、全体的に機関始動性が悪化するおそれがあった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記先願に係る動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動する駆動軸と、該駆動軸の外周に固定され、中心が駆動軸の軸心から所定量偏倚した駆動カムと、一端部が前記駆動カムの外周に回転自在に連係したリンクアームと、支軸に揺動自在に支持されて、一端部が該リンクアームの他端部に連結ピンを介して回転自在に連係されたロッカアームと、該ロッカアームの他端部に揺動自在に連係されて、カム面が機関弁の上端部に有するフォロア部に摺接しつつ機関弁を開閉作動させる揺動カムと、前記機関弁を閉方向へ付勢しつつ前記揺動カムを介して前記ロッカアームの一端部で前記リンクアームを駆動カム方向へ押し付ける方向へ付勢するバルブスプリングと、を備えた内燃機関の動弁装置において、前記リンクアームとロッカアームとを連結する前記連結ピンの軸心と前記駆動カムの中心点とを結ぶ直線に対して前記ロッカアームの揺動支点から延びた垂線の長さを、前記揺動カムによる機関弁のリフトが下り区間と上り区間のそれぞれの中間リフト位置であるときに、前記リフトの下り区間における前記垂線長さよりも上り区間における前記垂線長さの方が長くなるように設定したことを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、リフト上り区間の方の垂線長さＬ1をリフト下り区間の方の垂線長さＬ2よりも長く設定したため、上り側荷重がＦ1＝Ｍ／Ｌ1、下り側荷重がＦ2＝Ｍ／Ｌ2となり（Ｍ：バルブスプリングがロッカアームを回すモーメント）、Ｆ1＜Ｆ2となるから、上り区間の駆動軸の起動トルクを小さくすることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、前記揺動カムを駆動軸の外周に揺動自在に支持すると共に、該駆動軸の回転方向と揺動カムのカムリフト側の揺動方向とを同一に設定したことを特徴としている。
【００１４】
この発明によれば、駆動軸の外径と揺動カムの内径の摩擦モーメントが、揺動カムをリフトダウン方向ではなくリフトアップ方向に働くため、前記起動トルクを減少させることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記駆動軸の回転方向をクランク軸の回転方向と同一に設定したことを特徴としている。
【００１６】
したがって、通常の一般的なカムシャフトの駆動と同様にタイミングチェーンやタイミングベルトを介してクランク軸により回転方向反転プーリ等を用いずに直接的に駆動することができるため、駆動軸を容易に回転駆動させることができる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、前記ロッカアームの揺動支点を変化させることにより前記揺動カムのフォロワ部に対する相対位置を変化させてバルブリフト特性を可変にする可変機構を設けたことを特徴としている。
【００１８】
したがって、可変機構の例えば制御カムの比較的小さな偏心回動によってロッカアームの揺動支点位置を変えるだけで、バルブリフト特性を可変にでき、特に小さなバルブリフト特性が得られるため、起動トルクをさらに低減させることができる。
【００１９】
請求項５記載の発明は、前記バルブリフト特性を機関始動時には、前記可変機構によって小バルブリフトとなるように制御したことを特徴としている。
【００２０】
したがって、機関始動時は常に小バルブリフト特性になっているため、バルブスプリングのばね反力が小さくなり、始動時の起動トルクを常に低減できる。
【００２１】
請求項６記載の発明は、前記ロッカアームと揺動カムとをリンクロッドによって連係したことを特徴としている。
【００２２】
したがって、ロッカアームと揺動カムとの間のリンクロッドの存在によって、バルブリフト特性の可変の自由度が向上し、この結果、より小さなバルブリフト特性を得ることができるため、始動性の向上をさらに高めることができる。
【００２３】
請求項７記載の発明は、前記駆動カムとリンクアームの一端部との間に、ベアリングを介装したことを特徴としている。
【００２４】
したがって、機関始動時における駆動カムとリンクアームとの間に静摩擦係数を小さくできるため、駆動軸の起動トルクを大巾に低減できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の動弁装置の第１の実施形態を図１〜図３に基づいて詳述する。この実施形態の動弁装置は、先願のものと同じく１気筒あたり２つの吸気弁を備えかつ該吸気弁のバルブリフトを機関運転状態に応じて可変にする可変機構を備えたものを示している。
【００２６】
すなわち、この動弁装置は、シリンダヘッド１１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁１２，１２と、シリンダヘッド１１上部の軸受１４に回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、該駆動軸１３に、圧入等により固定された偏心回転カムである２つの駆動カム１５，１５と、駆動軸１３に揺動自在に支持されて、各吸気弁１２，１２の上端部に配設されたフォロワであるバルブリフター１６，１６の平坦な上面１６ａ，１６ａに摺接して各吸気弁１２，１２を開作動させる揺動カム１７，１７と、駆動カム１５と揺動カム１７，１７との間に連係されて、駆動カム１５の回転力を揺動カム１７，１７の揺動力として伝達する伝達機構１８と、該伝達機構１８の作動位置を可変にする可変機構１９とを備えている。
【００２７】
前記駆動軸１３は、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されており、この回転方向は図１中、時計方向（矢印方向）に設定されている。
【００２８】
前記軸受１４は、図２に示すように、シリンダヘッド１１の上端部に設けられて駆動軸１３の上部を支持するメインブラケット１４ａと、該メインブラケット１４ａの上端部に設けられて後述する制御軸３２を回転自在に支持するサブブラケット１４ｂとを有し、両ブラケット１４ａ，１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１４ｃによって上方から共締め固定されている。
【００２９】
前記両駆動カム１５は、図１〜図３に示すようにほぼリング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘが駆動軸１３の軸心Ｙから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この各駆動カム１５は、駆動軸１３に対し前記両バルブリフター１６，１６に干渉しない両外側に駆動軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、両方のカム本体１５ａ，１５ａの外周面１５ｄ，１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
【００３０】
前記揺動カム１７は、図１，図４〜図６に示すようにほぼ横雨滴状を呈し、ほぼ円環状の基端部２０に駆動軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２０ａが貫通形成されていると共に、一端部のカムノーズ部２１にピン孔２１ａが貫通形成されている。また、揺動カム１７の下面には、カム面２２が形成され、基端部２０側の基円面２２ａと該基円面２２ａからカムノーズ部２１側に円弧状に延びるランプ面２２ｂと該ランプ面２２ｂの先端側に有する最大リフトの頂面２２ｃとが形成されており、該基円面２２ａとランプ面２２ｂ及び頂面２２ｃとが、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブリフター１６の上面１６ａ所定位置に当接するようになっている。また、揺動カム１７は、基円面２２ａから頂面２２ｃ方向へ摺動するカムリフト側の揺動方向が前記駆動軸１３の回転方向と同一方向に設定されている。
【００３１】
前記伝達機構１８は、図１に示すように駆動軸１３の上方に配置されたロッカアーム２３と、該ロッカアーム２３の一端部２３ａと駆動カム１５とを連係するリンクアーム２４と、ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７とを連係するリンクロッド２５とを備えている。
【００３２】
前記各ロッカアーム２３は、図３に示すように平面からみてほぼクランク状に折曲形成され、中央に有する筒状基部２３ｃが後述する制御カム３３に回転自在に支持されている。また、各基部２３ｃの各外端部に突設された前記一端部２３ａには、リンクアーム２４と相対回転自在に連結するピン２６が圧入されるピン孔２３ｄが貫通形成されている一方、各基部２３ｃの各内端部に夫々突設された前記他端部２３ｂには、各リンクロッド２５の一端部２５ａと相対回転自在に連結するピン２７が圧入されるピン孔２３ｅが形成されている。
【００３３】
また、前記リンクアーム２４は、比較的大径な円環状の基部２４ａと、該基部２４ａの外周面所定位置に突設された突出端２４ｂとを備え、基部２４ａの中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔２４ｃが形成されている一方、突出端２４ｂには、前記ピン２６が回転自在に挿通するピン孔２４ｄが貫通形成されている。
【００３４】
さらに、前記リンクロッド２５は、図１にも示すように所定長さの平板状を呈し、ほぼ中央がく字形状に折曲形成され、円形状の両端部２５ａ，２５ｂには前記ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７の端部２１の各ピン孔２３ｅ，２１ａに圧入した各ピン２７，２８の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２５ｃ，２５ｄが貫通形成されている。
【００３５】
尚、各ピン２６，２７，２８の一端部には、リンクアーム２４やリンクロッド２５の軸方向の移動を規制するスナップリング２９，３０，３１，が設けられている。
【００３６】
前記可変機構１９は、駆動軸１３の上方位置に同じ軸受１４に回転自在に支持された制御軸３２と、該制御軸３２の外周に固定されてロッカアーム２３の揺動支点となる制御カム３３とを備えている。
【００３７】
前記各制御カム３３は、夫々円筒状を呈し、図１に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸３２の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。
【００３８】
前記制御軸３２は、駆動軸１３と並行に延設されて、一端部に設けられた図外の電磁アクチュエータによって所定回転角度範囲内で回転するように制御されており、前記電磁アクチュエータは、機関の運転状態を検出する図外のコントローラからの制御信号によって駆動するようになっている。コントローラは、クランク角センサやエアーフローメータ，水温センサ等の各種のセンサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算等により検出して、前記電磁アクチュエータに制御信号を出力している。
【００３９】
そして、図４及び図６に示すように前記駆動カム１５の軸心Ｘと、前記リンクアーム２４とロッカアーム２３とを連結するピン２６の軸心Ｚとを結ぶ直線Ｓに対して、前記ロッカアーム２３の揺動支点中心つまり制御カム３３の中心Ｐ１から延びた垂線Ｑの長さＬ1，Ｌ2を、揺動カム１７によるバルブリフトの上り（リフトアップ）区間（図４状態）と下り（リフトダウン）区間（図６状態）における各中間バルブリフト位置で変えるように設定した。つまり、上り時の中間リフト位置の垂線Ｑの長さＬ1を、下り時の中間リフト位置における垂線Ｑの長さＬ2よりも長くなるように設定した。尚、この時点では、バルブリフト量は両者とも同一になっている。
【００４０】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関始動時及び低回転低負荷時には、機関運転を検出したコントローラからの制御信号によって、電磁アクチュエータが一方向に回転駆動されて、制御軸３２が制御カム３３を図１及び図４〜図６に示す位置に回転させて厚肉部３３ａを左下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム２３は、その揺動支点中心Ｐ１位置が図示のように左側へ移動して他端部２３ｂが揺動カム１７のカムノーズ部２１をリンクロッド２５を介して上方へわずかに引き上げて該揺動カム１７全体を所定量だけ図示の反時計方向の位置に回動させる。
【００４１】
この状態で揺動カム１７の揺動作用、つまり駆動カム１５と伝達機構１８による揺動カム１７のカムリフト作用を図１及び図４〜図６に基づいて説明すると、まず図１に示すように揺動カム１７の基円面２２ａがバルブリフター１６の上面１６ａに位置している場合は、ベースサークル領域であって吸気弁１２が閉作動状態にある。
【００４２】
この状態から図４に示すように、駆動カム１５の回転駆動に伴いリンクアーム２４が左上方向へ移動してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げる。したがって、ロッカアーム２３は、図示のように時計方向へ揺動して他端部２３ｂでリンクロッド２５を下方へ押圧し、これによって揺動カム１７が時計方向へ揺動することによりカムリフトが開始されてリフト上り区間になる。ここから、駆動カム１５がさらに回転すると、揺動カム１７は図５に示す位置に時計方向へ揺動して頂面２２ｃがバルブリフター１６の上面１６ａに当接した段階で、最大リフトとなる。駆動カム１５がさらに回転すると、揺動カム１７図６に示すように反転してリフト下り区間になり、さらに揺動カム１７の同方向の揺動によって図１に示すベースサークル領域（閉弁領域）になる。
【００４３】
したがって、この吸気弁１２のバルブリフト特性は、図１１の破線に示すような小リフト特性となるため、吸気のガス流動が強化されて、燃費が改善される。
【００４４】
そして、前記上り区間と下り区間の中間リフト位置（図４，図６に示す位置）では、前述のように上り区間の垂線Ｑが下り区間の垂線Ｑよりも長く設定されているため、駆動軸１３を駆動させるための起動トルクを低減させることが可能になる。すなわち、図４及び図６を参照して説明すれば、図４に示す上り区間の中間リフト位置における直線Ｓとピン２６軸心Ｚと制御カム３３の中心Ｐ１との結線Ｓ２間で形成される角度（リンクアーム２４とロッカアーム２３との開き角度）θ1は、図６に示す対応する角度θ2よりも大きく、かつ両者θ1，θ2はともに９０°以下であるため、Ｌ1＞Ｌ2になっている。
【００４５】
また、図４，図６に示す中間リフト位置ではバルブリフト量が同一であるため、バルブスプリング３４からのばね反力は同一である。したがって、バルブスプリング３４がロッカアーム２３を揺動カム１７とリンクロッド２５を介して反時計方向へ回転させるモーメントＭも両者ともに同一になっている。そして、ロッカアーム２３からリンクアーム２４を介して駆動カム１５の中心Ｘに作用する荷重をＦ（上り側をＦ1，下り側をＦ2）とすれば、Ｆ＝Ｍ／Ｌであるので、上り側荷重Ｆ1はＦ1＝Ｍ／Ｌ1となり、下り側荷重Ｆ2は、Ｆ2＝Ｍ／Ｌ2となる。したがって、Ｆ1＜Ｆ2となり、上り側の荷重Ｆ1の方が下り側の荷重Ｆ2よりも小さくなる。
【００４６】
一方、駆動カム１５（駆動軸１３）に対する起動トルクについて考察すると、リフト上り区間では、図４に示すようにバルブスプリング３４のばね力が伝達機構１８を介して駆動軸１３の回転方向とは逆の方向に作用し、その計算値はＴS1＝Ｆ1×ｌ1（エル） となり、このＦ1が前述のようにＬ1の長尺化に起因してＦ2よりも十分に小さくなっているため、駆動軸１３の回転方向とは逆方向のトルクが低減される。ここで、ｌ1（エル）は直線Ｓに対して駆動カム１５の中心Ｘから延ばした垂線の長さである。
【００４７】
また、機関始動時には、その回転が安定的に立上るまでの間は、駆動カム１５とリンクアーム２４とは相対回転がほとんどないため、両者１５，２４の内外周面間に比較的大きな静摩擦係数μが作用し、その摩擦トルクμＦ1×D/2 も付加されるが、Ｆ1が小さいため比較的小さな値となる。この摩擦トルク低減効果及び前記ＴS1の低減効果により、起動トルクＴＫを低減できる。ここでＴＫ＝ＦS1＋μＦ1×D/2 となり、 D は駆動カムの直径である。
【００４８】
また、リフト下り区間では、図６に示すようにバルブスプリング３４のばね力が伝達機構１８を介して駆動軸１３の回転方向と同方向に作用するため、このばね力によって駆動軸１３の回転力をアシストする。つまり、その計算値は、ＴS2＝ Ｆ2×ｌ2（エル）となり、Ｆ2Ｔの効果、すなわち、その大きなトルク（ばね力）が駆動軸１３の回転力をアシストする。
【００４９】
（尚、リフト上り区間におけるｌ1とリフト下り区間におけるｌ2は、同一バルブリフト量の時はｌ1＝ｌ2となっている。）
以上のように、リフト上り区間では、起動トルクＴＫが低減し、リフト下り区間では、駆動軸１３と同方向の比較的大きな回転アシスト力が作用するため、駆動軸１３の始動初期（起動初期）及び始動直後の回転の立上りが良好となる。この結果、機関始動性の向上が図れると共に、セルモータ等の始動装置の小型化及び簡素化が図れる。
【００５０】
しかも、本実施形態では、可変機構１９による吸気弁１２の可変バルブリフト特性を機関始動時に最小リフトとなるように設定してあるため、この小バルブリフト状態ではバルブスプリング３４のばね反力が小さくなるので、前記起動トルクＴK をさらに小さくすることが可能となり、始動時には常にかかる作用効果が得られ、始動性能が一層向上する。また、駆動軸１３の回転方向と揺動カム１７のリフト上り時の揺動方向（矢印方向）とを同一に設定しているため、駆動軸１３の外周面と揺動カム１７の支持孔２０ａ内周面との間の摩擦モーメントが、揺動カムをリフト上昇方向へ作用する。したがって、駆動軸１３の起動トルクを低減できる。
【００５１】
さらにリンクロッド２５の存在によってその長さを変更するなどにより、バルブリフト特性の可変幅を自由に変えることができるため、さらに小バルブリフト特性に設定して駆動軸１３の起動トルクを小さくすることができる。
【００５２】
図７〜図１０は本発明の第２実施形態を示し、バルブリフトを可変機構１９によって最大リフトに制御した際における上り区間の中間リフト位置のＬ1を下り区間の中間リフト位置のＬ2よりも長く設定したものである。すなわち、コントローラからの制御信号によって電磁アクチュエータが他方向に回転駆動されて、制御軸３２が制御カム３３を図７〜図１０に示す位置に回転させて厚肉部３３ａを右下方へ回動させる。このため、ロッカアーム２３は、その揺動支点中心Ｐ１位置が図示のように右側へ移動して他端部２３ｂが揺動カム１７のカムノーズ部２１を下方へわずかに押し下げて、揺動カム１７全体を所定量だけ図示の時計方向の位置に回動させる。
【００５３】
したがって、かかる可変機構１９によって揺動カム１７の位置制御の状態において、駆動軸１３，駆動カム１５の回転に伴うバルブリフトは図７に示すベースサークル域から図８に示すリフト上り区間を経て図９に示すようにバルブリフター１６を押圧する位置がカムノーズ部２１の頂面２２ｃ端縁側になるため、バルブリフト量は図１１の実線に示すように最大リフトになる。その後、揺動カム１７が反転して図１０に示すようにリフト下り区間の中間リフト域を通過して元のベースサークル域に移行する。
【００５４】
そして、このバルブリフト特性状態即ち、最大リフトに制御した状態にあっても垂線ＳのＬ1の長さをＬ2よりも長く設定してあるため、前述の式に基づきＦ1＜Ｆ2の関係により上り区間における駆動軸１３の機関始動時における起動トルクの低減が図れ、したがって、エンジン出力を重視し、大リフトに制御した場合であっても始動性を向上できる。
【００５５】
図１２は、第１の実施形態を基本とした本発明の第３の実施形態を示し、駆動カム１５の外周面とリンクアーム２４の嵌合孔２４ｃの内周面との間にころがり軸受であるニードルベアリング４０を介装したものである。
【００５６】
したがって、駆動カム１５とリンクアーム２４との間の摺動摩擦抵抗が大巾に減少し、特に静摩擦係数μを十分低減できるため、前述のような始動時における駆動軸１３の起動トルクを大巾に低減でき、始動性をさらに向上させることが可能になる。
【００５７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１記載の発明によれば、機関始動時における駆動軸の起動トルクを低減することができるため、始動性の向上が図れると共に、始動用セルモータ等の始動装置を小形化と簡素化が図れる。
【００５８】
請求項２記載の発明によれば、駆動軸の外周面と揺動カムの駆動軸挿通孔の内周面に発生する摩耗モーメントが揺動カムのリフト下り側ではなくリフト上り側に作用するため、始動時における駆動軸の起動トルクをさらに低減できる。
【００５９】
請求項３記載の発明によれば、駆動軸をクランク軸の回転方向と同方向に回転させるため、駆動軸を容易に回転させることができるため、駆動軸の回転駆動性が良好になる。
【００６０】
請求項４記載の発明によれば、ロッカアームの揺動支点を制御カムの回転によってわずかに変化させるだけでバルブリフトを大きく変化させることができるため、機関性能を十分に発揮させることができることは勿論のこと、小バルブリフトに制御することによって駆動軸の起動トルクをさらに低減することが可能になる。
【００６１】
請求項５記載の発明によれば、機関始動時には常に小バルブリフトに制御してあるため、駆動軸の起動トルクを低減できるので常時良好な始動性を得ることができる。
【００６２】
請求項６記載の発明によれば、リンクロッドを設けることにより、その長さ等を変えることにより揺動カムによるバルブリフト特性の可変巾の自由度が向上し、より小さなバルブリフトに設定することにより、起動トルクの大巾な低減が図れ、始動性を一層向上させることができる。
【００６３】
請求項７記載の発明によれば、ニードルベアリングによって駆動カムとリンクアームとの間の摺動摩擦抵抗が大巾に減少させることができ、特に静摩擦係数を十分低減できるため、機関始動時における駆動軸の起動トルクを大巾に低減でき、始動性をさらに向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】本実施形態の側面図。
【図３】本実施形態の平面図。
【図４】本実施形態における小バルブリフト制御時の上り区間の中間リフト状態を示す断面図。
【図５】本実施形態における小バルブリフト制御時の最大リフト状態を示す断面図。
【図６】本実施形態における小バルブリフト制御時の下り区間の中間リフト状態を示す断面図。
【図７】第２の実施形態における大バルブリフト制御時のベースサークル時のリフト状態を示す断面図。
【図８】第２の実施形態における大バルブリフト制御時の上り区間の中間リフト状態を示す断面図。
【図９】第２の実施形態における大バルブリフト制御時の最大リフト状態を示す断面図。
【図１０】第２の実施形態における大バルブリフト制御時の下り区間の中間リフト状態を示す断面図。
【図１１】第１，第２実施形態のバルブリフト特性図。
【図１２】第３の実施形態を示す断面図。
【図１３】先願に係る動弁装置を示す断面図。
【符号の説明】
１１…シリンダヘッド
１２…吸気弁
１３…駆動軸
１５…駆動カム
１６…バルブリフター
１７…揺動カム
１８…伝達機構
１９…可変機構
２１…カムノーズ部
２２…カム面
２３…ロッカアーム
２３ａ，２３ｂ…端部
２４…リンクアーム
２４ａ…基端部
２４ｂ…突出端部
２５…リンクロッド
２５ａ，２５ｂ…両端部
３４…バルブスプリング
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁装置、とりわけ駆動カムからリンクアームやロッカアームなどの伝達機構を介して所定角度範囲で揺動する揺動カムによって機関弁を開閉作動させる内燃機関の動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関低速低負荷時における燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時における吸気の充填効率の向上による十分な出力を確保する等のために、吸気・排気バルブの開閉時期とバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御する動弁装置は従来から種々提供されており、その一例として本出願人が先に出願した特願平９−２１２８３１号の明細書及び図面に記載されたものがある。
【０００３】
図１３に基づいて概略を説明すれば、シリンダヘッド５１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁５２と、シリンダヘッド５１上部の軸受５３に回転自在に支持されて、機関のクランク軸から回転力が伝達される駆動軸５４と、該駆動軸５４の軸心に対して中心を所定量偏心させて固定された２つの駆動カム５５と、同じく駆動軸５４に揺動自在に支持されて、各吸気弁５２の上端部に設けられたバルブリフター５６の上面に摺接して各吸気弁５２をバルブスプリング５７のばね力との相対圧で開閉作動させる揺動カム５８と、該揺動カム５８と駆動カム５５との間に介装されて駆動カム５５の偏心回転を揺動カム５８に伝達して揺動させる伝達機構５９と、該伝達機構５９を介して揺動カム５８のバルブリフター上面に対する揺動位置を変化させてバルブリフト特性を可変にする可変機構６０とを備えている。
【０００４】
前記伝達機構５９は、ほぼ円環状の基端部６１ａの嵌合孔６１ｃが駆動カム５５の外周面に回転自在に嵌合したリンクアーム６１と、前記軸受５３の上端部に制御軸６７を介して揺動自在に支持され、一端部６２ａが連結ピン６３によってリンクアーム６１の突出端部６１ｂに相対回転自在に連結されたロッカアーム６２と、両端部６４ａ，６４ｂがロッカアーム６２の他端部６２ｂと揺動カム５８のカムノーズ部５８ａに夫々ピン６５，６６を介して相対回転自在に連結されたリンクロッド６４とから構成されている。
【０００５】
また、可変機構６０は、図外のアクチュエータによって回転位置を制御される前記制御軸６７と、該制御軸６７の外周に中心Ｐ１を制御軸６７の軸心Ｐ２から所定量α偏心した状態で固定されて、ロッカアーム６２のほぼ中央に穿設されたカム孔６２ｄ内に摺動自在に設けられた偏心制御カム６８とから構成されている。
【０００６】
そして、機関の始動とともに駆動軸５４及び駆動カム５５が回転し始めると、該駆動カム５５の偏心回転によりリンクアーム６１が上下動してロッカアーム６２を制御カム６８を支点として揺動させ、この揺動力がリンクロッド６４に伝達されて揺動カム５８を図中上下方向へ揺動させることによりカム面５８ｂでバルブリフター５６を下方へ押圧あるいは押圧を解除して吸気弁５２を開閉作動させるようになっている。
【０００７】
また、機関運転状態の変化に伴い制御軸６７が所定量回転して制御カム６８を偏心回動させることによりロッカアーム６２の揺動支点Ｐ１を変化させる。これによって、揺動カム５８は、リンクロッド６４を介してバルブリフター５６の上面上での揺動支点位置が図中左あるいは右方向へ変化し、これによって吸気弁５２のバルブリフト特性を大小可変するようになっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記先願に係る動弁装置のような駆動カム５５からリンクアーム６１やロッカアーム６２などのリンク機構（伝達機構６４）によって揺動カム５８を揺動させるものにあっては、構造上、駆動カム５５の径が比較的大きいことやバルブリフトアップ時（上り時）における駆動カム５５がリンクアーム６１から受ける荷重が大きいことなどに起因して機関始動時の起動トルクが増大し、機関始動性が悪化するといった問題がある。
【０００９】
すなわち、本出願人の発明者の精査研究によれば、駆動カム５５がリンクアーム６１から受ける荷重Ｆについて考察すると、例えばロッカアーム６４の揺動支点が変化しない状態であるバルブリフトアップ時とダウン時のそれぞれ同一リフトでは、揺動カム５８に対するバルブスプリング５７からのばね反力は同一であるが、前記荷重Ｆについてみると、リフトのアップ（上り）区間とダウン（下り）区間とではロッカー比によってその荷重Ｆの大きさが異なっており、リフトアップ区間では荷重Ｆは大きくなっている。
【００１０】
次に、機関始動時について考えてみると、エンジン回転が安定的に立上がる迄の間は、駆動カム５５とリンクアーム６１との間の相対回転がほとんどないため、両者５５，６１の内外周面間に大きな静摩擦係数μの摩擦抵抗が作用している。また、バルブリフトの上り区間では、前述の大きな静摩擦抵抗力が働いている上に、前記荷重Ｆが大きくなり、さらに駆動カム径が大きいことと相俟って駆動軸５４を回転させるための起動トルクが増大してしまう。したがって、全体的に機関始動性が悪化するおそれがあった。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記先願に係る動弁装置の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動する駆動軸と、該駆動軸の外周に固定され、中心が駆動軸の軸心から所定量偏倚した駆動カムと、一端部が前記駆動カムの外周に回転自在に連係したリンクアームと、支軸に揺動自在に支持されて、一端部が該リンクアームの他端部に連結ピンを介して回転自在に連係されたロッカアームと、該ロッカアームの他端部に揺動自在に連係されて、カム面が機関弁の上端部に有するフォロア部に摺接しつつ機関弁を開閉作動させる揺動カムと、前記機関弁を閉方向へ付勢しつつ前記揺動カムを介して前記ロッカアームの一端部で前記リンクアームを駆動カム方向へ押し付ける方向へ付勢するバルブスプリングと、を備えた内燃機関の動弁装置において、前記リンクアームとロッカアームとを連結する前記連結ピンの軸心と前記駆動カムの中心点とを結ぶ直線に対して前記ロッカアームの揺動支点から延びた垂線の長さを、前記揺動カムによる機関弁のリフトが下り区間と上り区間のそれぞれの中間リフト位置であるときに、前記リフトの下り区間における前記垂線長さよりも上り区間における前記垂線長さの方が長くなるように設定したことを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、リフト上り区間の方の垂線長さＬ1をリフト下り区間の方の垂線長さＬ2よりも長く設定したため、上り側荷重がＦ1＝Ｍ／Ｌ1、下り側荷重がＦ2＝Ｍ／Ｌ2となり（Ｍ：バルブスプリングがロッカアームを回すモーメント）、Ｆ1＜Ｆ2となるから、上り区間の駆動軸の起動トルクを小さくすることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、前記揺動カムを駆動軸の外周に揺動自在に支持すると共に、該駆動軸の回転方向と揺動カムのカムリフト側の揺動方向とを同一に設定したことを特徴としている。
【００１４】
この発明によれば、駆動軸の外径と揺動カムの内径の摩擦モーメントが、揺動カムをリフトダウン方向ではなくリフトアップ方向に働くため、前記起動トルクを減少させることができる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記駆動軸の回転方向をクランク軸の回転方向と同一に設定したことを特徴としている。
【００１６】
したがって、通常の一般的なカムシャフトの駆動と同様にタイミングチェーンやタイミングベルトを介してクランク軸により回転方向反転プーリ等を用いずに直接的に駆動することができるため、駆動軸を容易に回転駆動させることができる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、前記ロッカアームの揺動支点を変化させることにより前記揺動カムのフォロワ部に対する相対位置を変化させてバルブリフト特性を可変にする可変機構を設けたことを特徴としている。
【００１８】
したがって、可変機構の例えば制御カムの比較的小さな偏心回動によってロッカアームの揺動支点位置を変えるだけで、バルブリフト特性を可変にでき、特に小さなバルブリフト特性が得られるため、起動トルクをさらに低減させることができる。
【００１９】
請求項５記載の発明は、前記バルブリフト特性を機関始動時には、前記可変機構によって小バルブリフトとなるように制御したことを特徴としている。
【００２０】
したがって、機関始動時は常に小バルブリフト特性になっているため、バルブスプリングのばね反力が小さくなり、始動時の起動トルクを常に低減できる。
【００２１】
請求項６記載の発明は、前記ロッカアームと揺動カムとをリンクロッドによって連係したことを特徴としている。
【００２２】
したがって、ロッカアームと揺動カムとの間のリンクロッドの存在によって、バルブリフト特性の可変の自由度が向上し、この結果、より小さなバルブリフト特性を得ることができるため、始動性の向上をさらに高めることができる。
【００２３】
請求項７記載の発明は、前記駆動カムとリンクアームの一端部との間に、ベアリングを介装したことを特徴としている。
【００２４】
したがって、機関始動時における駆動カムとリンクアームとの間に静摩擦係数を小さくできるため、駆動軸の起動トルクを大巾に低減できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の動弁装置の第１の実施形態を図１〜図３に基づいて詳述する。この実施形態の動弁装置は、先願のものと同じく１気筒あたり２つの吸気弁を備えかつ該吸気弁のバルブリフトを機関運転状態に応じて可変にする可変機構を備えたものを示している。
【００２６】
すなわち、この動弁装置は、シリンダヘッド１１に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁１２，１２と、シリンダヘッド１１上部の軸受１４に回転自在に支持された中空状の駆動軸１３と、該駆動軸１３に、圧入等により固定された偏心回転カムである２つの駆動カム１５，１５と、駆動軸１３に揺動自在に支持されて、各吸気弁１２，１２の上端部に配設されたフォロワであるバルブリフター１６，１６の平坦な上面１６ａ，１６ａに摺接して各吸気弁１２，１２を開作動させる揺動カム１７，１７と、駆動カム１５と揺動カム１７，１７との間に連係されて、駆動カム１５の回転力を揺動カム１７，１７の揺動力として伝達する伝達機構１８と、該伝達機構１８の作動位置を可変にする可変機構１９とを備えている。
【００２７】
前記駆動軸１３は、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されており、この回転方向は図１中、時計方向（矢印方向）に設定されている。
【００２８】
前記軸受１４は、図２に示すように、シリンダヘッド１１の上端部に設けられて駆動軸１３の上部を支持するメインブラケット１４ａと、該メインブラケット１４ａの上端部に設けられて後述する制御軸３２を回転自在に支持するサブブラケット１４ｂとを有し、両ブラケット１４ａ，１４ｂが一対のボルト１４ｃ，１４ｃによって上方から共締め固定されている。
【００２９】
前記両駆動カム１５は、図１〜図３に示すようにほぼリング状を呈し、小径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられたフランジ部１５ｂとからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘが駆動軸１３の軸心Ｙから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この各駆動カム１５は、駆動軸１３に対し前記両バルブリフター１６，１６に干渉しない両外側に駆動軸挿通孔１５ｃを介して圧入固定されていると共に、両方のカム本体１５ａ，１５ａの外周面１５ｄ，１５ｄが同一のカムプロフィールに形成されている。
【００３０】
前記揺動カム１７は、図１，図４〜図６に示すようにほぼ横雨滴状を呈し、ほぼ円環状の基端部２０に駆動軸１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔２０ａが貫通形成されていると共に、一端部のカムノーズ部２１にピン孔２１ａが貫通形成されている。また、揺動カム１７の下面には、カム面２２が形成され、基端部２０側の基円面２２ａと該基円面２２ａからカムノーズ部２１側に円弧状に延びるランプ面２２ｂと該ランプ面２２ｂの先端側に有する最大リフトの頂面２２ｃとが形成されており、該基円面２２ａとランプ面２２ｂ及び頂面２２ｃとが、揺動カム１７の揺動位置に応じて各バルブリフター１６の上面１６ａ所定位置に当接するようになっている。また、揺動カム１７は、基円面２２ａから頂面２２ｃ方向へ摺動するカムリフト側の揺動方向が前記駆動軸１３の回転方向と同一方向に設定されている。
【００３１】
前記伝達機構１８は、図１に示すように駆動軸１３の上方に配置されたロッカアーム２３と、該ロッカアーム２３の一端部２３ａと駆動カム１５とを連係するリンクアーム２４と、ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７とを連係するリンクロッド２５とを備えている。
【００３２】
前記各ロッカアーム２３は、図３に示すように平面からみてほぼクランク状に折曲形成され、中央に有する筒状基部２３ｃが後述する制御カム３３に回転自在に支持されている。また、各基部２３ｃの各外端部に突設された前記一端部２３ａには、リンクアーム２４と相対回転自在に連結するピン２６が圧入されるピン孔２３ｄが貫通形成されている一方、各基部２３ｃの各内端部に夫々突設された前記他端部２３ｂには、各リンクロッド２５の一端部２５ａと相対回転自在に連結するピン２７が圧入されるピン孔２３ｅが形成されている。
【００３３】
また、前記リンクアーム２４は、比較的大径な円環状の基部２４ａと、該基部２４ａの外周面所定位置に突設された突出端２４ｂとを備え、基部２４ａの中央位置には、前記駆動カム１５のカム本体１５ａの外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔２４ｃが形成されている一方、突出端２４ｂには、前記ピン２６が回転自在に挿通するピン孔２４ｄが貫通形成されている。
【００３４】
さらに、前記リンクロッド２５は、図１にも示すように所定長さの平板状を呈し、ほぼ中央がく字形状に折曲形成され、円形状の両端部２５ａ，２５ｂには前記ロッカアーム２３の他端部２３ｂと揺動カム１７の端部２１の各ピン孔２３ｅ，２１ａに圧入した各ピン２７，２８の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔２５ｃ，２５ｄが貫通形成されている。
【００３５】
尚、各ピン２６，２７，２８の一端部には、リンクアーム２４やリンクロッド２５の軸方向の移動を規制するスナップリング２９，３０，３１，が設けられている。
【００３６】
前記可変機構１９は、駆動軸１３の上方位置に同じ軸受１４に回転自在に支持された制御軸３２と、該制御軸３２の外周に固定されてロッカアーム２３の揺動支点となる制御カム３３とを備えている。
【００３７】
前記各制御カム３３は、夫々円筒状を呈し、図１に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸３２の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。
【００３８】
前記制御軸３２は、駆動軸１３と並行に延設されて、一端部に設けられた図外の電磁アクチュエータによって所定回転角度範囲内で回転するように制御されており、前記電磁アクチュエータは、機関の運転状態を検出する図外のコントローラからの制御信号によって駆動するようになっている。コントローラは、クランク角センサやエアーフローメータ，水温センサ等の各種のセンサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算等により検出して、前記電磁アクチュエータに制御信号を出力している。
【００３９】
そして、図４及び図６に示すように前記駆動カム１５の軸心Ｘと、前記リンクアーム２４とロッカアーム２３とを連結するピン２６の軸心Ｚとを結ぶ直線Ｓに対して、前記ロッカアーム２３の揺動支点中心つまり制御カム３３の中心Ｐ１から延びた垂線Ｑの長さＬ1，Ｌ2を、揺動カム１７によるバルブリフトの上り（リフトアップ）区間（図４状態）と下り（リフトダウン）区間（図６状態）における各中間バルブリフト位置で変えるように設定した。つまり、上り時の中間リフト位置の垂線Ｑの長さＬ1を、下り時の中間リフト位置における垂線Ｑの長さＬ2よりも長くなるように設定した。尚、この時点では、バルブリフト量は両者とも同一になっている。
【００４０】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関始動時及び低回転低負荷時には、機関運転を検出したコントローラからの制御信号によって、電磁アクチュエータが一方向に回転駆動されて、制御軸３２が制御カム３３を図１及び図４〜図６に示す位置に回転させて厚肉部３３ａを左下方向へ回動させる。このため、ロッカアーム２３は、その揺動支点中心Ｐ１位置が図示のように左側へ移動して他端部２３ｂが揺動カム１７のカムノーズ部２１をリンクロッド２５を介して上方へわずかに引き上げて該揺動カム１７全体を所定量だけ図示の反時計方向の位置に回動させる。
【００４１】
この状態で揺動カム１７の揺動作用、つまり駆動カム１５と伝達機構１８による揺動カム１７のカムリフト作用を図１及び図４〜図６に基づいて説明すると、まず図１に示すように揺動カム１７の基円面２２ａがバルブリフター１６の上面１６ａに位置している場合は、ベースサークル領域であって吸気弁１２が閉作動状態にある。
【００４２】
この状態から図４に示すように、駆動カム１５の回転駆動に伴いリンクアーム２４が左上方向へ移動してロッカアーム２３の一端部２３ａを押し上げる。したがって、ロッカアーム２３は、図示のように時計方向へ揺動して他端部２３ｂでリンクロッド２５を下方へ押圧し、これによって揺動カム１７が時計方向へ揺動することによりカムリフトが開始されてリフト上り区間になる。ここから、駆動カム１５がさらに回転すると、揺動カム１７は図５に示す位置に時計方向へ揺動して頂面２２ｃがバルブリフター１６の上面１６ａに当接した段階で、最大リフトとなる。駆動カム１５がさらに回転すると、揺動カム１７図６に示すように反転してリフト下り区間になり、さらに揺動カム１７の同方向の揺動によって図１に示すベースサークル領域（閉弁領域）になる。
【００４３】
したがって、この吸気弁１２のバルブリフト特性は、図１１の破線に示すような小リフト特性となるため、吸気のガス流動が強化されて、燃費が改善される。
【００４４】
そして、前記上り区間と下り区間の中間リフト位置（図４，図６に示す位置）では、前述のように上り区間の垂線Ｑが下り区間の垂線Ｑよりも長く設定されているため、駆動軸１３を駆動させるための起動トルクを低減させることが可能になる。すなわち、図４及び図６を参照して説明すれば、図４に示す上り区間の中間リフト位置における直線Ｓとピン２６軸心Ｚと制御カム３３の中心Ｐ１との結線Ｓ２間で形成される角度（リンクアーム２４とロッカアーム２３との開き角度）θ1は、図６に示す対応する角度θ2よりも大きく、かつ両者θ1，θ2はともに９０°以下であるため、Ｌ1＞Ｌ2になっている。
【００４５】
また、図４，図６に示す中間リフト位置ではバルブリフト量が同一であるため、バルブスプリング３４からのばね反力は同一である。したがって、バルブスプリング３４がロッカアーム２３を揺動カム１７とリンクロッド２５を介して反時計方向へ回転させるモーメントＭも両者ともに同一になっている。そして、ロッカアーム２３からリンクアーム２４を介して駆動カム１５の中心Ｘに作用する荷重をＦ（上り側をＦ1，下り側をＦ2）とすれば、Ｆ＝Ｍ／Ｌであるので、上り側荷重Ｆ1はＦ1＝Ｍ／Ｌ1となり、下り側荷重Ｆ2は、Ｆ2＝Ｍ／Ｌ2となる。したがって、Ｆ1＜Ｆ2となり、上り側の荷重Ｆ1の方が下り側の荷重Ｆ2よりも小さくなる。
【００４６】
一方、駆動カム１５（駆動軸１３）に対する起動トルクについて考察すると、リフト上り区間では、図４に示すようにバルブスプリング３４のばね力が伝達機構１８を介して駆動軸１３の回転方向とは逆の方向に作用し、その計算値はＴS1＝Ｆ1×ｌ1（エル） となり、このＦ1が前述のようにＬ1の長尺化に起因してＦ2よりも十分に小さくなっているため、駆動軸１３の回転方向とは逆方向のトルクが低減される。ここで、ｌ1（エル）は直線Ｓに対して駆動カム１５の中心Ｘから延ばした垂線の長さである。
【００４７】
また、機関始動時には、その回転が安定的に立上るまでの間は、駆動カム１５とリンクアーム２４とは相対回転がほとんどないため、両者１５，２４の内外周面間に比較的大きな静摩擦係数μが作用し、その摩擦トルクμＦ1×D/2 も付加されるが、Ｆ1が小さいため比較的小さな値となる。この摩擦トルク低減効果及び前記ＴS1の低減効果により、起動トルクＴＫを低減できる。ここでＴＫ＝ＦS1＋μＦ1×D/2 となり、 D は駆動カムの直径である。
【００４８】
また、リフト下り区間では、図６に示すようにバルブスプリング３４のばね力が伝達機構１８を介して駆動軸１３の回転方向と同方向に作用するため、このばね力によって駆動軸１３の回転力をアシストする。つまり、その計算値は、ＴS2＝ Ｆ2×ｌ2（エル）となり、Ｆ2Ｔの効果、すなわち、その大きなトルク（ばね力）が駆動軸１３の回転力をアシストする。
【００４９】
（尚、リフト上り区間におけるｌ1とリフト下り区間におけるｌ2は、同一バルブリフト量の時はｌ1＝ｌ2となっている。）
以上のように、リフト上り区間では、起動トルクＴＫが低減し、リフト下り区間では、駆動軸１３と同方向の比較的大きな回転アシスト力が作用するため、駆動軸１３の始動初期（起動初期）及び始動直後の回転の立上りが良好となる。この結果、機関始動性の向上が図れると共に、セルモータ等の始動装置の小型化及び簡素化が図れる。
【００５０】
しかも、本実施形態では、可変機構１９による吸気弁１２の可変バルブリフト特性を機関始動時に最小リフトとなるように設定してあるため、この小バルブリフト状態ではバルブスプリング３４のばね反力が小さくなるので、前記起動トルクＴK をさらに小さくすることが可能となり、始動時には常にかかる作用効果が得られ、始動性能が一層向上する。また、駆動軸１３の回転方向と揺動カム１７のリフト上り時の揺動方向（矢印方向）とを同一に設定しているため、駆動軸１３の外周面と揺動カム１７の支持孔２０ａ内周面との間の摩擦モーメントが、揺動カムをリフト上昇方向へ作用する。したがって、駆動軸１３の起動トルクを低減できる。
【００５１】
さらにリンクロッド２５の存在によってその長さを変更するなどにより、バルブリフト特性の可変幅を自由に変えることができるため、さらに小バルブリフト特性に設定して駆動軸１３の起動トルクを小さくすることができる。
【００５２】
図７〜図１０は本発明の第２実施形態を示し、バルブリフトを可変機構１９によって最大リフトに制御した際における上り区間の中間リフト位置のＬ1を下り区間の中間リフト位置のＬ2よりも長く設定したものである。すなわち、コントローラからの制御信号によって電磁アクチュエータが他方向に回転駆動されて、制御軸３２が制御カム３３を図７〜図１０に示す位置に回転させて厚肉部３３ａを右下方へ回動させる。このため、ロッカアーム２３は、その揺動支点中心Ｐ１位置が図示のように右側へ移動して他端部２３ｂが揺動カム１７のカムノーズ部２１を下方へわずかに押し下げて、揺動カム１７全体を所定量だけ図示の時計方向の位置に回動させる。
【００５３】
したがって、かかる可変機構１９によって揺動カム１７の位置制御の状態において、駆動軸１３，駆動カム１５の回転に伴うバルブリフトは図７に示すベースサークル域から図８に示すリフト上り区間を経て図９に示すようにバルブリフター１６を押圧する位置がカムノーズ部２１の頂面２２ｃ端縁側になるため、バルブリフト量は図１１の実線に示すように最大リフトになる。その後、揺動カム１７が反転して図１０に示すようにリフト下り区間の中間リフト域を通過して元のベースサークル域に移行する。
【００５４】
そして、このバルブリフト特性状態即ち、最大リフトに制御した状態にあっても垂線ＳのＬ1の長さをＬ2よりも長く設定してあるため、前述の式に基づきＦ1＜Ｆ2の関係により上り区間における駆動軸１３の機関始動時における起動トルクの低減が図れ、したがって、エンジン出力を重視し、大リフトに制御した場合であっても始動性を向上できる。
【００５５】
図１２は、第１の実施形態を基本とした本発明の第３の実施形態を示し、駆動カム１５の外周面とリンクアーム２４の嵌合孔２４ｃの内周面との間にころがり軸受であるニードルベアリング４０を介装したものである。
【００５６】
したがって、駆動カム１５とリンクアーム２４との間の摺動摩擦抵抗が大巾に減少し、特に静摩擦係数μを十分低減できるため、前述のような始動時における駆動軸１３の起動トルクを大巾に低減でき、始動性をさらに向上させることが可能になる。
【００５７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１記載の発明によれば、機関始動時における駆動軸の起動トルクを低減することができるため、始動性の向上が図れると共に、始動用セルモータ等の始動装置を小形化と簡素化が図れる。
【００５８】
請求項２記載の発明によれば、駆動軸の外周面と揺動カムの駆動軸挿通孔の内周面に発生する摩耗モーメントが揺動カムのリフト下り側ではなくリフト上り側に作用するため、始動時における駆動軸の起動トルクをさらに低減できる。
【００５９】
請求項３記載の発明によれば、駆動軸をクランク軸の回転方向と同方向に回転させるため、駆動軸を容易に回転させることができるため、駆動軸の回転駆動性が良好になる。
【００６０】
請求項４記載の発明によれば、ロッカアームの揺動支点を制御カムの回転によってわずかに変化させるだけでバルブリフトを大きく変化させることができるため、機関性能を十分に発揮させることができることは勿論のこと、小バルブリフトに制御することによって駆動軸の起動トルクをさらに低減することが可能になる。
【００６１】
請求項５記載の発明によれば、機関始動時には常に小バルブリフトに制御してあるため、駆動軸の起動トルクを低減できるので常時良好な始動性を得ることができる。
【００６２】
請求項６記載の発明によれば、リンクロッドを設けることにより、その長さ等を変えることにより揺動カムによるバルブリフト特性の可変巾の自由度が向上し、より小さなバルブリフトに設定することにより、起動トルクの大巾な低減が図れ、始動性を一層向上させることができる。
【００６３】
請求項７記載の発明によれば、ニードルベアリングによって駆動カムとリンクアームとの間の摺動摩擦抵抗が大巾に減少させることができ、特に静摩擦係数を十分低減できるため、機関始動時における駆動軸の起動トルクを大巾に低減でき、始動性をさらに向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】本実施形態の側面図。
【図３】本実施形態の平面図。
【図４】本実施形態における小バルブリフト制御時の上り区間の中間リフト状態を示す断面図。
【図５】本実施形態における小バルブリフト制御時の最大リフト状態を示す断面図。
【図６】本実施形態における小バルブリフト制御時の下り区間の中間リフト状態を示す断面図。
【図７】第２の実施形態における大バルブリフト制御時のベースサークル時のリフト状態を示す断面図。
【図８】第２の実施形態における大バルブリフト制御時の上り区間の中間リフト状態を示す断面図。
【図９】第２の実施形態における大バルブリフト制御時の最大リフト状態を示す断面図。
【図１０】第２の実施形態における大バルブリフト制御時の下り区間の中間リフト状態を示す断面図。
【図１１】第１，第２実施形態のバルブリフト特性図。
【図１２】第３の実施形態を示す断面図。
【図１３】先願に係る動弁装置を示す断面図。
【符号の説明】
１１…シリンダヘッド
１２…吸気弁
１３…駆動軸
１５…駆動カム
１６…バルブリフター
１７…揺動カム
１８…伝達機構
１９…可変機構
２１…カムノーズ部
２２…カム面
２３…ロッカアーム
２３ａ，２３ｂ…端部
２４…リンクアーム
２４ａ…基端部
２４ｂ…突出端部
２５…リンクロッド
２５ａ，２５ｂ…両端部
３４…バルブスプリング
Claims (7)
- 機関のクランク軸によって回転駆動する駆動軸と、
該駆動軸の外周に固定され、中心が駆動軸の軸心から所定量偏倚した駆動カムと、
一端部が前記駆動カムの外周に回転自在に連係したリンクアームと、
支軸に揺動自在に支持されて、一端部が該リンクアームの他端部に連結ピンを介して回転自在に連係されたロッカアームと、
該ロッカアームの他端部に揺動自在に連係されて、カム面が機関弁の上端部に有するフォロア部に摺接しつつ機関弁を開閉作動させる揺動カムと、
前記機関弁を閉方向へ付勢しつつ前記揺動カムを介して前記ロッカアームの一端部で前記リンクアームを駆動カム方向へ押し付ける方向へ付勢するバルブスプリングと、
を備えた内燃機関の動弁装置において、
前記リンクアームとロッカアームとを連結する前記連結ピンの軸心と前記駆動カムの中心点とを結ぶ直線に対して前記ロッカアームの揺動支点から延びた垂線の長さを、前記揺動カムによる機関弁のリフトが下り区間と上り区間のそれぞれの中間リフト位置であるときに、前記リフトの下り区間における前記垂線長さよりも上り区間における前記垂線長さの方が長くなるように設定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。 - 前記揺動カムを駆動軸の外周に揺動自在に支持すると共に、該駆動軸の回転方向と揺動カムのカムリフト側の揺動方向とを同一に設定したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の動弁装置。
- 前記駆動軸の回転方向をクランク軸の回転方向と同一に設定したことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の動弁装置。
- 前記ロッカアームの揺動支点を変化させることにより前記揺動カムのフォロワ部に対する相対位置を変化させてバルブリフト特性を可変にする可変機構を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。
- 前記バルブリフト特性を機関始動時には、前記可変機構によって小バルブリフトとなるように制御したことを特徴とする請求項４記載の内燃機関の動弁装置。
- 前記ロッカアームと揺動カムとをリンクロッドによって連係したことを特徴とする請求項４または５記載の内燃機関の動弁装置。
- 前記駆動カムとリンクアームの一端部との間に、ベアリングを介装したことを特徴とする請求項１〜６記載の内燃機関の動弁装置。
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