JP3914631B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸・排気弁の開閉時期及びバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変にできる内燃機関の動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知にように、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・排気弁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、その一例として特開昭５５−１３７３０５号公報等に記載されているものが知られている。
【０００３】
図１３に基づきその概略を説明すれば、シリンダヘッド１のアッパデッキの略中央近傍上方位置にカムシャフト２が設けられていると共に、該カムシャフト２の外周にカム２ａが一体に設けられている。また、カムシャフト２の側部には、制御シャフト３が平行に配置されており、この制御シャフト３に偏心カム４を介してロッカアーム５が揺動自在に軸支されている。一方、シリンダヘッド１に摺動自在に設けられた吸気弁６の上端部には、バルブリフター７を介して揺動カム８が配置されている。この揺動カム８は、バルブリフター７の上方にカムシャフト２と並行に配置された支軸９に揺動自在に軸支され、下端のカム面８ａがバルブリフター７の上面に当接している。また、前記ロッカアーム５は、一端部５ａがカム２ａの外周面に当接していると共に、他端部５ｂが揺動カム８の上端面８ｂに当接して、カム２ａのリフトを揺動カム８及びバルブリフター７を介して吸気弁６に伝達するようになっている。
【０００４】
また、前記制御シャフト３は、図外のアクチュエータによって所定角度範囲で回転制御されて、偏心カム４の回動位置を制御し、これによってロッカアーム５の揺動支点を変化させるようになっている。
【０００５】
そして、偏心カム４が正逆の所定回動位置に制御されるとロッカアーム５の揺動支点が変化して、他端部５ｂの揺動カム８の上端面８ｂに対する当接位置が図中上下方向に変化し、これによって揺動カム８のカム面８ａのバルブリフター７上面に対する当接位置の変化に伴い、揺動カム８の揺動軌跡が変化することにより吸気弁６の開閉時期（バルブタイミング）とバルブリフト量を可変制御するようになっている。尚、図中１０は、揺動カム８の上端面８ｂを常時ロッカアーム５の他端部５ｂに弾接付勢するスプリングである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の可変動弁装置の技術的課題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し、外周に駆動カムが固定されたドライブシャフトと、該ドライブシャフトに揺動自在に設けられ、機関弁を開作動させる揺動カムと、一端部が連係部材を介して前記駆動カムに回転自在に連係しかつ他端部がリンク部材を介して揺動カムの端部に連係したロッカアームと、機関の巾方向に沿ってほぼ横方向に配置され、基端部がドライブシャフトに回転自在に支持されかつ先端部がロッカアームの揺動支点位置に連係したサポートアームと、該サポートアームを上下方向へ回動させる駆動手段と、該駆動手段を機関運転状態に応じて制御する制御手段とを備え、前記駆動手段によってサポートアームを上下方向へ回動させることにより、ロッカアーム及びリンク部材を介して揺動カムの揺動位置を制御して機関弁のリフト量を可変制御することを特徴としている。
【０００７】
また、カム２ａと揺動カム８が機関巾方向へ大きく離れているため、ロッカアーム５の両端部５ａ，５ｂを必然的に機関巾方向へほぼへ字形状に延出させなければならない。したがって、配置スペースの増加と相俟ってロッカアーム５の大型化により、動弁装置の機関への搭載性が悪化すると共に、機関の大型化と重量の増加が余儀なくされている。
【０００８】
しかも、ロッカアーム５は、カム２ａと揺動カム８の上方位置に配置されているため、機関の高さが必然的に高くなり、この点でも機関への搭載性の悪化と機関の大型化、重量の増加を招来している。
【０００９】
さらに、カムシャフト２の他に支軸９を必要とするので、部品点数が増加すると共に、カムシャフト２と支軸９との互いの軸心のずれが生じ易くなり、これによってバルブタイミングの制御精度が低下するおそれがある。
【００１０】
更に、ロッカアーム５の端部５ｂが、揺動カム８の上端面８ｂを直接押圧することによって該揺動カム８の揺動を得る構成のため、ロッカアーム５の押圧点（当接位置）が揺動カム８の上端面８ｂから離脱するおそれがある。したがって、ロッカアーム５の揺動支点位置に制約が生じ、揺動カム８の揺動軌跡、ひいては吸気弁６のバルブタイミング／リフト量を比較的大きく設定することができない、といった種々の問題がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の可変動弁装置の技術的課題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し、外周に駆動カムが固定されたドライブシャフトと、該ドライブシャフトに揺動自在に設けられ、機関弁を開作動させる揺動カムと、一端部が前記駆動カムに回転自在に連係しかつ他端部がリンク部材を介して揺動カムの端部に連係したロッカアームと、機関の巾方向に沿ってほぼ横方向に配置され、基端部がドライブシャフトに回転自在に支持されかつ先端部がロッカアームの揺動支点位置に連係したサポートアームと、該サポートアームを上下方向へ回動させる駆動手段と、該駆動手段を機関運転状態に応じて制御する制御手段とを備え、前記駆動手段によってサポートアームを上下方向へ回動させることにより、ロッカアーム及びリンク部材を介して揺動カムの揺動位置を制御して機関弁のリフト量を可変制御することを特徴としている。
【００１２】
したがって、請求項１記載の発明によれば、駆動カムと揺動カムの両方をドライブシャフトに同軸上に設け、つまりドライブシャフトに一緒に設けたため、機関巾方向への配置スペースを十分に小さくすることができると共に、ロッカアームも小型化でき、装置の機関への搭載性が向上する。
【００１３】
請求項２記載の発明は、前記駆動手段は、ドライブシャフトと並行に配設された制御軸と、該制御軸に固定された制御カムと、一端部が制御カムの外周に回転自在に連係し、他端部が前記サポートアームに連係した制御リンクと、前記制御軸を所定回転角度範囲で回転駆動するアクチュエータとから構成したことを特徴としている。
【００１４】
したがって、サポートアームが制御アームや制御カムを介して制御軸に支持された形になるため、駆動カムやリンク部材からロッカアームを介して上下方向の荷重を受けても前記制御アームなどによる安定化支持によりガタ付きや打音の発生を防止できる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記サポートアームを、前記駆動カムと、揺動カムとの間に挾持状態に配置したことを特徴としている。
【００１６】
したがって、サポートアームを駆動カムと揺動カムとの間に挾持状態に配置したため、ロッカアームから伝達されるローリング状の偏荷重を抑制でき、ドライブシャフトに対するサポートアームの倒れを規制できる。この結果、サポートアームの基部とドライブシャフトとの間の肩当たりなどによるフリクションの発生や偏摩耗等を防止できる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、前記揺動カムの回転中心点から前記ロッカアームの揺動中心点の距離が一定となるよう配置すると共に、前記揺動カムの回転中心点から該揺動カムとリンク部材の連結中心点を結ぶ直線と、前記連結中心点からリンク部材の軸心を通る直線との両直線間を所定の角度で常時ほぼく字形状に折曲状態となるように配置したことを特徴としている。
【００１８】
したがって、揺動カムの回転中心点から該揺動カムとリンク部材の連結中心点を結ぶ直線と該連結中心点からリンク部材の軸心を通る直線との両直線間を所定の角度で常時ほぼく字形状に折曲状態となるように配置することにより、揺動カムとリンク部材との屈伸時、特に最大伸長時（最大開度時）から屈曲時においていわゆる突張りがなくなり、屈伸折性が良好となる。
【００１９】
請求項５記載の発明は、前記機関弁の大リフト域から小リフト域への変換時における前記サポートアームの回動方向を、前記ドライブシャフトの回転方向と同方向に設定したことを特徴としている。
【００２０】
したがって、ドライブシャフトの回転により駆動カムが回転して、ロッカアーム，リンク部材を介して揺動カムが回動することにより、機関弁が開閉作動するわけであるが、機関弁の大リフト域から小リフト域に切換え制御される際に、サポートアームがドライブシャフトの回転方向と同方向へ傾動すると、駆動カムによるロッカアームの揺動開始時期が若干遅れる。この結果、揺動カムによる機関弁のリフト開始時期が若干遅くなる。
【００２１】
請求項６記載の発明は、前記機関弁の大リフト域から小リフト域への変換時に前記サポートアームの回動方向を、前記ドライブシャフトの回転方向と逆方向に設定したことを特徴としている。
【００２２】
したがって、請求項５記載の発明とは逆に、サポートアームの大リフト域が小リフト域への回動方向がドライブシャフトの回転方向とは逆になっているため、大から小リフトへの切換え制御時に、駆動カムによるロッカアームの揺動開始時が若干早くなり、したがって、揺動カムによる機関弁のリフト開始時期が早くなる。したがって、エンジン仕様などに応じた特異なバルブタイミング制御が得られる。
【００２３】
請求項７記載の発明は、機関弁のリフト立上り時における揺動カムの回動方向に対して、機関弁の大リフト域から小リフト域への変換時のサポーアームの回動方向を逆方向に設定したことを特徴としている。
【００２４】
したがって、大リフト域から小リフト域への切り換え時には、まずサポートアームが駆動手段によって上方向へ回動すると共に、ロッカアームもそれに伴って上動するが、駆動カムは逆方向に回転しているため、ロッカアームの揺動タイミングが一時的に早くなる。したがって、揺動カムは、リフト立上り方向の回動が早くなり、吸気弁のリフト特性が結果的に開弁開始時期が早くなる一方、閉弁時期が遅くなる。
請求項８に記載の発明にあっては、前記連係部材は、リンクアームであることを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は、本発明の第１の実施形態を示し、１気筒あたり２つの吸気弁を有する内燃機関に適用したものを示している。
【００２６】
すなわち、この可変動弁装置は、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上部の図外のカム軸受に回転自在に支持された中空状のドライブシャフト１３と、該ドライブシャフト１３に、圧入等により固設された駆動カム１５と、前記シャフト１３に駆動カム１５と同軸上に軸受１４に軸受けされつつ設けられて、各吸気弁１２，１２をバルブリフター１６，１６を介して押圧開動させる一対の揺動カム１７，１７と、一端部１８ａが前記駆動カム１５にリンクアーム１９を介して連係し、他端部１８ｂがリンク部材２０を介して前記揺動カム１７，１７に連係したロッカアーム１８と、基端部２１ａがドライブシャフト１３に回転自在に支持され、先端部２１ｂがロッカアーム１８の揺動支点に連結されたサポートアーム２１と、該サポートアーム２１を所定角度範囲で傾動させる駆動手段２２と、該駆動手段２２を機関運転状態に応じて制御する制御手段とを備えている。
【００２７】
前記ドライブシャフト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いる。
【００２８】
前記駆動カム１５は、図４にも示すように、ほぼリング状を呈し、大径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられた筒状部１５ｂとからなり、内部軸方向にドライブシャフト挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがドライブシャフト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、この駆動カム１５は、ドライブシャフト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ドライブシャフト挿通孔１５ｃを介して圧入固定されている。
【００２９】
また、前記リンクアーム１９は、比較的大径な円環状の基部１９ａと、該基部１９ａの外周面所定位置に突設された突出端１９ｂとを備え、基部１９ａ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１９ｃが形成されている一方、突出端１９ｂには、前記ピン２３が回転自在に挿通するピン孔１９ｄが貫通形成されている。また、リンクアーム１９は、機関の巾方向に沿って横倒し状態に配置されている。
【００３０】
前記揺動カム１７，１７は、図１及び図４に示すようにほぼ横Ｕ字形状を呈し、両者１７，１７間のほぼ円筒状の基部１７ａにドライブシャフト１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔１７ｂが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８他端部１８ｂ側に位置する端部２４にピン孔２４ａが貫通形成されている。また、各揺動カム１７，１７の下面（カムフェース）には、基部１７ａ側の基円面２５ａと該基円面２５ａから端部２３端縁側に円弧状に延びるカム面２５ｂとが形成されており、該基円面２５ａとカム面２５ｂ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の上面所定位置に当接するようになっている。すなわち、図５に示すバルブリフト特性からみると、図１に示すように基円面２５ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、カム面２５ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２がいわゆるランプ区間となり、さらにカム面２５ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。また、揺動カム１７，１７は、基端円２５ａからカム面２５ｂの端縁までのリフト立ち上がり時における回動方向がドライブシャフト１３の回転方向と逆方向に設定されている。
【００３１】
前記軸受１４は、シリンダヘッド１１の上端部に設けられて揺動カム１７，１７間の基部１７ａ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。
【００３２】
前記ロッカアーム１８は、図１に示すように、ほぼく字形に折曲形成されて、シリンダヘッド１１の上方内側にほぼ上下方向に沿って配置されており、中央に有する基部１８ｃにサポートアーム２１の先端部２１ｂがピン２６を介して回転自在に連結していると共に、一端部１８ａが前記ピン２３を介してリンクアーム１９の突出端１９ｂに回転自在に連結されている一方、他端部１８ｂがピン２７を介してリンク部材２０の一端部２０ａに回転自在に連結されている。
【００３３】
前記リンク部材２０は、図１にも示すように所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２０ａ，２０ｂは前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム１７の端部２４にピン２７，２８を介して回転自在に連結している。
【００３４】
そして、図１に示すように揺動カム１７の回転中心点から該揺動カム１７とリンク部材２０の連結中心点を結ぶ直線Ｚ１と、該連結中心点からリンク部材２０の軸心を通る直線Ｚ２とを所定の角度θで常時ほぼく字形状に折曲状態となるように配置している。尚、各ピン２３，２６，２７の端部には、リンクアーム１９やリンク部材２０の軸方向の移動を規制する各スナップリング２９が設けられている。
【００３５】
前記サポートアーム２１は、図１及び図４に示すようにほぼ直線状の平板状を呈し、前記リンクアーム１９やリンク部材２０と同様に機関の巾方向に沿って横倒し状態に配置され、筒状の基端部２１ａが該基端部２１ａ内に形成されたドライブシャフト挿通孔２１ｃを介してドライブシャフト１３の外周面に回転自在に支持されていると共に、先端部２１ｂが前述のようにピン２６を介してロッカアーム１８の基部１８ｃのピン孔１８ｄに揺動支点となるように連結されている。また、このサポートアーム２１は、基端部２１ａが駆動カム１５と揺動カム１７との間に挾持された形で配置されている。さらに、このサポートアーム２１は、駆動手段２２によって上下方向へ回動して吸気弁１２，１２のリフト量を可変にするが、大リフト域から小リフト域への制御切換時における回動方向がドライブシャフト１３の回転方向（矢印）と同一方向の下方へ回動するように設定されている。
【００３６】
前記駆動手段２２は、前記軸受１４のメインブラケット１４ａとサブブラケット１４ｂとの間に軸受された制御軸３０と、該制御軸３０の外周に一体に固定された制御カム３１と、該制御カム３１とサポートアーム２１とを連係した制御リンク３２と、前記制御軸３０を回転制御する図外の電磁アクチュエータとから構成されている。
【００３７】
前記各制御カム３１は、円筒状を呈し、制御軸３０外周に固定されていると共に、図１に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸３０の軸心Ｐからα分だけ偏倚している。
【００３８】
また、制御リンク３２は、大径円環状に形成された一端部３２ａが円形孔３２ｃを介して制御カム３１の外周面に回転自在に支持されていると共に、小径円環状の他端部３２ｂがピン３３を介してサポートアーム２１の長手方向のほぼ中央位置に回転自在に連結されている。
【００３９】
前記制御軸３０は、一端部に設けられた前記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。
【００４０】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関低速低負荷時には、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に回転駆動される。このため、制御カム３１は、軸心Ｐ１が図１及び図６に示すように制御軸１６の軸心Ｐ２から左下方の回動位置に保持され、厚肉部３１ａがドライブシャフト１３方向へ接近するように移動する。このため、サポートアーム２１は、図示のように基端部２１ａを中心として下方へ回動してほぼ水平状態位置に保持される。したがって、ロッカアーム１８は、全体が下方向へ移動し、このため、各揺動カム１７は、リンク部材２０を介して端部２４が強制的に若干引き上げられて全体が左方向（反時計方向）へ回動する。
【００４１】
したがって、駆動カム１５の回転によりリンクアーム１９を介してロッカアーム１８の一端部１８ｂを押し上げあるいは押し下げるとロッカアーム１８がサポートアーム２１の先端部２１ｂを支点として揺動し、他端部１８ｂからその揺動力がリンク部材２０を介して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達されるが、そのリフト量Ｌ１は図６に示すように比較的小さくなる。
【００４２】
よって、かかる低速低負荷域では、図８の破線で示すようにバルブリフト量が小さくなると共に、各吸気弁１２の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。
【００４３】
一方、機関高速高負荷時に移行した場合は、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反対方向に回転駆動される。したがって、図７Ａ，Ｂに示すように制御軸３０が、制御カム３１を図１及び６に示す位置から時計方向に約１８０°回転させ、軸心Ｐ１（厚肉部３１ａ）を上方向へ移動させる。このため、サポートアーム２１は基端部２１ａを中心に上方へ回動して所定角度の回動位置に保持される。したがって、ロッカアーム１８は、今度は全体が上方向に移動して他端部１８ｂが揺動カム１７の上端部２４をリンク部材２０を介して図中右方向へ押圧して該揺動カム１７全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
【００４４】
したがって、図７Ａに示すように、揺動カム１７のカム面２５ｂはバルブリフター１６上面に接近した状態になる。このため、駆動カム１７が回転してロッカアーム１８の一端部１８ａをリンクアーム１９を介して押し上げると、バルブリフター１６に対するそのリフト量Ｌ２は図７Ｂに示すように大きくなる。
【００４５】
よって、かかる高速高負荷域では、図８の実線で示すようにカムリフト特性が低速低負荷域に比較して大きくなってバルブリフト量も大きくなると共に、各吸気弁１２の開時期が早くなる一方、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
【００４６】
このように、本実施形態では、各吸気弁１２の開閉時期やバルブリフト量を可変にできることは勿論のこと、ドライブシャフト１３に、駆動カム１５と各揺動カム１７とを同軸上に設けたため、機関巾方向の配置スペースを十分に小さくすることができる。
【００４７】
しかも、サポートアーム２１やリンクアーム１９，リンク部材２０の全体を横倒し状態に配置し、したがって、ロッカアーム１８もドライブシャフト１３の側部側に配置したため、機関上下方向の配置スペースも十分に小さくすることができる。特に、前述のように最大リフト状態におけるロッカアーム１８の揺動もサブブラケット１４ｂの高さよりも低い位置で行われるので、図外のロッカカバー高さつまり機関の高さを十分に低くすることが可能になり、装置全体のコンパクト化が図れる。この結果、装置の機関への搭載性が向上する。また、ドライブシャフト１３の配置を変更することなく、現行のドライブシャフト１３の配置によって装置を設けることができるため、この点でも機関への搭載性が良好になる。
【００４８】
さらに、駆動カム１５と揺動カム１７とをドライブシャフト１３に同軸上に設けることにより、従来のような揺動カム１７を支持する支軸が不要となり、この分、部品点数の削減が図れ、また、ドライブシャフト１３と揺動カム１７の互いの軸心のずれが生じないため、バルブタイミングの制御精度の低下を防止できる。
【００４９】
しかも、各駆動カム１５を、各バルブリフター１６とオフセット配置し互いに干渉しない位置に配したため、各駆動カム１５の外形を大きくとることができ、外周面１５ｄの設計の自由度を向上させることが可能となり、これによって、揺動カム１７の揺動量を確保するためのリフト量を十分に確保できると共に、駆動カム１５の駆動面圧を低減するためのカム幅を十分に確保できる。
【００５０】
さらに、駆動カム１５は、リング状に形成され、外周面全体がリンクアーム基部１９ａの嵌合孔１９ｃの内周面全体に摺接するため、外周面の面圧が分散されて、該面圧を十分に低減できる。したがって、嵌合孔１９ｃの内周面間との摩耗の発生が抑制できると共に、潤滑も行い易い。さらに、面圧の低下に伴い駆動カム１５の材料選択の自由度が向上し、加工し易くかつ低コストの材料を選択できる。
【００５１】
また、本装置は、全体がいわゆる６リンク方式となるため、ロッカアーム１８のロッカ比を大きくとることが可能となり、これによって駆動カム１５のドライブシャフト１３に対するオフセット量を大きく設定しなくても、つまり駆動カム１５の外径を大きく設定しなくても、揺動カム１７の大きな揺動角が得られる。この結果、装置全体のコンパクト化がさらに助長できる。
【００５２】
また、ロッカアーム１８と揺動カム１７とがリンク部材２０介して連係しているため、ロッカアーム１８のロッカ比を比較的大きく設定しても、ロッカアーム１８と揺動カム１７との連係状態が常に保たれる。したがって、揺動カム１７の大きな揺動角が得られることにより、揺動カム１７の前記ランプ区間θ２を大きくすることが可能になり、これによってバルブリフター１６と揺動カム１７の衝突速度が緩和することができ、この結果、駆動騒音の発生を抑制することが可能になる。
【００５３】
さらに、本装置は、２つの吸気弁１２，１２の間に設けられた軸受１４に制御軸３０も一緒に軸受けすることができるので、従来の内燃機関にそのまま搭載することが可能となり、この結果、シリンダヘッド１１の形状変更を要さず、製造コストの高騰を防止できる。また、ドライブシャフト１３も従来と同様のカムシャフト近傍位置とすることができるので、この点でもシリンダヘッドの形状変更が不要になる。
【００５４】
また、サポートアーム２１は、制御リンク３２や制御カム３１を介して制御軸３０に支持された形になるため、駆動カム１５やリンク部材２０からロッカアーム１８を介して上下方向の荷重を受けても、前記制御リンク３２などによる安定した支持により上下のガタ付きや打音の発生を防止できる。
【００５５】
また、図１を参照してみると、サポートアーム２１はドライブシャフト１３に回動自在に保持されるので、駆動カム１５やリンク部材２０あるいはロッカアームに作用する荷重のうち、サポートアーム２１の長手方向成分Ｆｘ（先端部２１ｂ方向）は、サポートアーム２１によって支持されるので、制御カム３１は制御リンク３２を介してサポートアーム２１の回動力を支えればよく、制御カム３１に作用する荷重が軽減する。したがって、制御カム３１の駆動が容易となり、制御応答性の向上が図れるとともにアクチュエータのコンパクト化が図れる。ちなみに、従来例はロッカアームに作用する荷重はすべて制御カムで保持する構成であり、大きな制御トルクを必要としている。
【００５６】
さらに、前述のように直線Ｚ１と直線Ｚ２が所定の角度θで常時ほぼく字形状に折曲状態となるように配置されているため、揺動カム１７とリンク部材２０との屈曲時、特に図７Ａに示す大リフト制御時における最大伸長時から図１に示す小リフト制御時における最大伸長時まで、直線Ｚ１と直線Ｚ２のなす角度θは略一定となり、いわゆる突張り現象がなくなって屈伸性が良好になる。したがって、吸気弁１２，１２の常時円滑な開閉作動得られる。何故なら、図１に示すように小リフト制御のために、揺動カム１７を、反時計方向へ回動させるのにドライブシャフト１３の中心からロッカアーム１８の揺動中心を遠ざけるのではなく、両中心間の距離を一定に保ったままロッカアーム１８の揺動中心をドライブシャフト１３を支点として反時計方向に回動させるため、ロッカアーム１８とリンク部材２０と揺動カム１７の相対位置関係をほぼ一定に保てるからである。
【００５７】
また、サポートアーム２１は、駆動カム１５と揺動カム１７との間に挾持状態に配置されているため、ロッカアーム１８からサポートアーム２１に伝達されるローリング状の偏荷重すなわち、サポートアーム２１をドライブシャフト１３の長手方向に倒そうとするモーメントの発生が少なく、該サポートアーム２１の基端部２１ａのドライブシャフト挿通孔２１ｃ内周面とドライブシャフト１３の外周面との間の肩当たりなどによるフリクションの発生や偏摩耗等を防止でき、常時安定かつスムーズな回動（回動）が得られる。
【００５８】
さらに、本実施形態によれば、機関高回転高負荷域から低回転低負荷域への移行時には、サポートアーム２１が図７Ａ，Ｂに示す上方回動位置（大リフト量）から図１，図６に示す水平回動位置（小リフト量）へ回動するわけであるが、この回動方向が、ドライブシャフト１３（駆動カム）の回転方向と同一であり、かつ揺動カム１７のリフト立上り時の回動方向とは逆回転方向になっているため、吸気弁１２，１２の開時期が図８に示すように遅くなり、リフトピーク点が遅れ側にずれる特性となる。すなわち、この大リフト状態から小リフトへ移行する際には、前述のようにまず制御カム３１の下方回動に伴いサポートアーム２１が下方向へ回動するが、このとき駆動カム１５も同方向に回転しているため、上死点後からリフト開始（立上り）までの時間的な長さが長くなり、ロッカアーム１８の揺動開始時期も一時的に遅くなる。一方、かかるサポートアーム２１の回動方向とリフト立上り時の揺動カム１７の回動方向が逆になっているので、ロッカアーム１８の揺動開始時期の遅れに起因して揺動カム１７のリフト立上り時期にも遅れが生じる。したがって、図８に示すように大リフト域から小リフト域への移行時の開弁時期が遅れる。
【００５９】
このため、吸入行程でピストンが該行程の半分近くまで下降しても吸気弁は閉じたままとなり、その後、吸気弁が開くので気筒内に発生した負圧により、急激に吸入が行われて燃焼室内の混合ガスの流動が強くなって燃焼を改善できる。特に、冷機始動直後や低温時の低速低負荷時の燃焼改善が図れる。
【００６０】
図９は本発明の第２の実施形態を示し、基本構造は、第１の実施形態と全く同一であるが、ドライブシャフト１３の回転方向に対して、大リフト域から小リフト域への切換時におけるサポートアーム２１の回動方向を逆方向に設定するとともに、揺動カム１７を逆向きに配置し、リフト立上り時の揺動カム１７の回動方向を、ドライブシャフト１３の回転方向（駆動カムの回転方向）同方向となるように設定したものである。即ち、リフト立上り時の揺動カム１７の回動方法は、サポートアーム２１の回動方向と逆方向となるように設定したものである。
【００６１】
したがって、大リフト域から小リフト域への切り換え時には、まずサポートアーム２１が駆動手段２２によって上方向へ回動すると共に、ロッカアーム１８もそれに伴って上動するが、駆動カム１５は逆方向に回転しているため、ロッカアーム１８の揺動タイミングが一時的に早くなる。したがって、揺動カム１７は、リフト立上り方向の回動が早くなり、吸気弁１２，１２のリフト特性が結果的に図１０に示すように開弁開始時期が早くなる一方、閉弁時期が遅くなる。
【００６２】
このように、吸気弁１２，１２の閉弁時期を大きく変化させることができるので、吸入行程の有効な行程長さを減じることにより、燃焼室内への吸気流量を規制できる。したがって、その分、スロットルバルブの絞り度合いを小さくすることが可能となり、結果として、ポンプ損失を低減できるのである。
【００６３】
要するに、ドライブシャフト１３とサポートアーム２１の回動方向を同一あるいは逆方向に設定したことにより、揺動カム１７の配置を変えれば、大リフト域から小リフト域への切り換え時における開弁時期あるいは閉弁時期を進遅制御できるので、最適なリフト特性が得られることは勿論のこと、機関の仕様に応じた最適なバルブタイミング制御が得られる。
【００６４】
図１１及び図１２は、本発明の第３の実施形態を示し、駆動手段２２の制御カムの構造を変更したもので、制御カム３４を制御軸３０に対してクランク状に折曲すると共に、該制御カム３４に制御リンク３２の一端部３２ａを軸受ブラケット３５を介してボルト３６により回転自在に連結したものである。
【００６５】
したがって、第１の実施形態の制御カム３１のように大径な偏心円弧カムとする必要がなくなり、コンパクトな形状で偏心量を大きく取れる。この結果、駆動手段２２の小型化により、機関の高さをさらに低くすることが可能になる。
【００６６】
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、例えば両揺動カム１７，１７の外形状を異ならせて２つの吸気弁１２，１２にリフト差を与えるようにすれば、１つの気筒内で吸気スワール効果が大きくなり、燃焼性が良好となるといった効果が得られる。
【００６７】
前記各実施態様では、装置を吸気弁１２側に適用した場合を示したが、排気弁側あるいは吸気・排気弁の両方に適用することも可能であり、さらに１気筒あたり２弁ではなく、１弁のものに適用することも可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、機関弁のバルブタイミング及びバルブリフト量を可変制御できることは勿論のこと、駆動カムと揺動カムとをドライブシャフトに同軸上に設けたため、機関巾方向の配置スペースを十分に小さくすることができると共に、ロッカアームも機関巾方向へ延設する必要がなくなるため、装置全体のコンパクト化が図れる。この結果、装置の機関への搭載性が向上する。
【００６９】
しかも、揺動カムを偏心カムと一緒にドライブシャフトに設けることにより、従来のような支軸が不要になるため、部品点数の削減が図れると共に、ドライブシャフトと揺動カムの互いの軸心のずれが生じないため、バルブタイミングの制御精度の低下を防止できる。
【００７０】
また、特に本発明は、ロッカアームをサポートアーム等を介してドライブシャフト上方位置ではなく、横方向へ配置したため、上下方向の揺動スペースが不要になり、機関の高さを十分に低くすることが可能になる。この結果、前記横巾方向の省配置スペース化と相俟って装置の機関への搭載性が一層向上する。
【００７１】
さらに、請求項２記載の発明によれば、サポートアームが制御リンクや制御カムを介して制御軸に安定に支持されているため、駆動カムなどからロッカアームを介して上下方向の荷重を受けても、ガタ付きや打音の発生が防止される。
【００７２】
請求項３記載の発明によれば、ロッカアームからサポートアームに伝達されるローリング状の偏荷重が抑制されて、ドライブシャフトに対するサポートアームの倒れが規制できる。この結果、サポートアームの基部とドライブシャフト外周面との間の肩当たりなどによるフリクションの発生や偏摩耗等を防止できる。
【００７３】
請求項４記載の発明によれば、揺動カムとリンク部材との屈伸時におけるいわゆる突張り現象が回避されて常時円滑な屈伸運動が得られ、この結果、機関弁の開閉作動が良好になる。
【００７４】
請求項５〜７記載の発明によれば、機関弁の開閉時期特性を機関の仕様などに応じて変えることができるので、優れた機関性能を引き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】本実施形態を一部断面して示す側面図。
【図３】同実施形態の平面図。
【図４】同実施形態に供される各構成部品の分解斜視図。
【図５】揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図６】低速低負荷時の作用を示す図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図７】Ａ，Ｂは高速高負荷時の作用を示す図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図８】本実施形態のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図９】本発明の第２の実施形態を示す断面図。
【図１０】本実施形態のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図１１】本発明の第３の実施形態を示す部分図。
【図１２】同実施形態の図１１のＣ矢視図。
【図１３】従来の可変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…ドライブシャフト
１５…駆動カム
１７…揺動カム
１８…ロッカアーム
１８ａ…一端部
１８ｂ…他端部
１９…リンクアーム
１９ａ…基部
１９ｂ…突出端
２０…リンク部材
２１…サポートアーム
２１ａ…基端部
２１ｂ…先端部
２２…駆動手段
２５ａ…基円面
２５ｂ…カム面
３０…制御軸
３１…制御カム
３２…制御リンク
Ｚ１，Ｚ２…直線
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸・排気弁の開閉時期及びバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変にできる内燃機関の動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知にように、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・排気弁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、その一例として特開昭５５−１３７３０５号公報等に記載されているものが知られている。
【０００３】
図１３に基づきその概略を説明すれば、シリンダヘッド１のアッパデッキの略中央近傍上方位置にカムシャフト２が設けられていると共に、該カムシャフト２の外周にカム２ａが一体に設けられている。また、カムシャフト２の側部には、制御シャフト３が平行に配置されており、この制御シャフト３に偏心カム４を介してロッカアーム５が揺動自在に軸支されている。一方、シリンダヘッド１に摺動自在に設けられた吸気弁６の上端部には、バルブリフター７を介して揺動カム８が配置されている。この揺動カム８は、バルブリフター７の上方にカムシャフト２と並行に配置された支軸９に揺動自在に軸支され、下端のカム面８ａがバルブリフター７の上面に当接している。また、前記ロッカアーム５は、一端部５ａがカム２ａの外周面に当接していると共に、他端部５ｂが揺動カム８の上端面８ｂに当接して、カム２ａのリフトを揺動カム８及びバルブリフター７を介して吸気弁６に伝達するようになっている。
【０００４】
また、前記制御シャフト３は、図外のアクチュエータによって所定角度範囲で回転制御されて、偏心カム４の回動位置を制御し、これによってロッカアーム５の揺動支点を変化させるようになっている。
【０００５】
そして、偏心カム４が正逆の所定回動位置に制御されるとロッカアーム５の揺動支点が変化して、他端部５ｂの揺動カム８の上端面８ｂに対する当接位置が図中上下方向に変化し、これによって揺動カム８のカム面８ａのバルブリフター７上面に対する当接位置の変化に伴い、揺動カム８の揺動軌跡が変化することにより吸気弁６の開閉時期（バルブタイミング）とバルブリフト量を可変制御するようになっている。尚、図中１０は、揺動カム８の上端面８ｂを常時ロッカアーム５の他端部５ｂに弾接付勢するスプリングである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の可変動弁装置の技術的課題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し、外周に駆動カムが固定されたドライブシャフトと、該ドライブシャフトに揺動自在に設けられ、機関弁を開作動させる揺動カムと、一端部が連係部材を介して前記駆動カムに回転自在に連係しかつ他端部がリンク部材を介して揺動カムの端部に連係したロッカアームと、機関の巾方向に沿ってほぼ横方向に配置され、基端部がドライブシャフトに回転自在に支持されかつ先端部がロッカアームの揺動支点位置に連係したサポートアームと、該サポートアームを上下方向へ回動させる駆動手段と、該駆動手段を機関運転状態に応じて制御する制御手段とを備え、前記駆動手段によってサポートアームを上下方向へ回動させることにより、ロッカアーム及びリンク部材を介して揺動カムの揺動位置を制御して機関弁のリフト量を可変制御することを特徴としている。
【０００７】
また、カム２ａと揺動カム８が機関巾方向へ大きく離れているため、ロッカアーム５の両端部５ａ，５ｂを必然的に機関巾方向へほぼへ字形状に延出させなければならない。したがって、配置スペースの増加と相俟ってロッカアーム５の大型化により、動弁装置の機関への搭載性が悪化すると共に、機関の大型化と重量の増加が余儀なくされている。
【０００８】
しかも、ロッカアーム５は、カム２ａと揺動カム８の上方位置に配置されているため、機関の高さが必然的に高くなり、この点でも機関への搭載性の悪化と機関の大型化、重量の増加を招来している。
【０００９】
さらに、カムシャフト２の他に支軸９を必要とするので、部品点数が増加すると共に、カムシャフト２と支軸９との互いの軸心のずれが生じ易くなり、これによってバルブタイミングの制御精度が低下するおそれがある。
【００１０】
更に、ロッカアーム５の端部５ｂが、揺動カム８の上端面８ｂを直接押圧することによって該揺動カム８の揺動を得る構成のため、ロッカアーム５の押圧点（当接位置）が揺動カム８の上端面８ｂから離脱するおそれがある。したがって、ロッカアーム５の揺動支点位置に制約が生じ、揺動カム８の揺動軌跡、ひいては吸気弁６のバルブタイミング／リフト量を比較的大きく設定することができない、といった種々の問題がある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の可変動弁装置の技術的課題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し、外周に駆動カムが固定されたドライブシャフトと、該ドライブシャフトに揺動自在に設けられ、機関弁を開作動させる揺動カムと、一端部が前記駆動カムに回転自在に連係しかつ他端部がリンク部材を介して揺動カムの端部に連係したロッカアームと、機関の巾方向に沿ってほぼ横方向に配置され、基端部がドライブシャフトに回転自在に支持されかつ先端部がロッカアームの揺動支点位置に連係したサポートアームと、該サポートアームを上下方向へ回動させる駆動手段と、該駆動手段を機関運転状態に応じて制御する制御手段とを備え、前記駆動手段によってサポートアームを上下方向へ回動させることにより、ロッカアーム及びリンク部材を介して揺動カムの揺動位置を制御して機関弁のリフト量を可変制御することを特徴としている。
【００１２】
したがって、請求項１記載の発明によれば、駆動カムと揺動カムの両方をドライブシャフトに同軸上に設け、つまりドライブシャフトに一緒に設けたため、機関巾方向への配置スペースを十分に小さくすることができると共に、ロッカアームも小型化でき、装置の機関への搭載性が向上する。
【００１３】
請求項２記載の発明は、前記駆動手段は、ドライブシャフトと並行に配設された制御軸と、該制御軸に固定された制御カムと、一端部が制御カムの外周に回転自在に連係し、他端部が前記サポートアームに連係した制御リンクと、前記制御軸を所定回転角度範囲で回転駆動するアクチュエータとから構成したことを特徴としている。
【００１４】
したがって、サポートアームが制御アームや制御カムを介して制御軸に支持された形になるため、駆動カムやリンク部材からロッカアームを介して上下方向の荷重を受けても前記制御アームなどによる安定化支持によりガタ付きや打音の発生を防止できる。
【００１５】
請求項３記載の発明は、前記サポートアームを、前記駆動カムと、揺動カムとの間に挾持状態に配置したことを特徴としている。
【００１６】
したがって、サポートアームを駆動カムと揺動カムとの間に挾持状態に配置したため、ロッカアームから伝達されるローリング状の偏荷重を抑制でき、ドライブシャフトに対するサポートアームの倒れを規制できる。この結果、サポートアームの基部とドライブシャフトとの間の肩当たりなどによるフリクションの発生や偏摩耗等を防止できる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、前記揺動カムの回転中心点から前記ロッカアームの揺動中心点の距離が一定となるよう配置すると共に、前記揺動カムの回転中心点から該揺動カムとリンク部材の連結中心点を結ぶ直線と、前記連結中心点からリンク部材の軸心を通る直線との両直線間を所定の角度で常時ほぼく字形状に折曲状態となるように配置したことを特徴としている。
【００１８】
したがって、揺動カムの回転中心点から該揺動カムとリンク部材の連結中心点を結ぶ直線と該連結中心点からリンク部材の軸心を通る直線との両直線間を所定の角度で常時ほぼく字形状に折曲状態となるように配置することにより、揺動カムとリンク部材との屈伸時、特に最大伸長時（最大開度時）から屈曲時においていわゆる突張りがなくなり、屈伸折性が良好となる。
【００１９】
請求項５記載の発明は、前記機関弁の大リフト域から小リフト域への変換時における前記サポートアームの回動方向を、前記ドライブシャフトの回転方向と同方向に設定したことを特徴としている。
【００２０】
したがって、ドライブシャフトの回転により駆動カムが回転して、ロッカアーム，リンク部材を介して揺動カムが回動することにより、機関弁が開閉作動するわけであるが、機関弁の大リフト域から小リフト域に切換え制御される際に、サポートアームがドライブシャフトの回転方向と同方向へ傾動すると、駆動カムによるロッカアームの揺動開始時期が若干遅れる。この結果、揺動カムによる機関弁のリフト開始時期が若干遅くなる。
【００２１】
請求項６記載の発明は、前記機関弁の大リフト域から小リフト域への変換時に前記サポートアームの回動方向を、前記ドライブシャフトの回転方向と逆方向に設定したことを特徴としている。
【００２２】
したがって、請求項５記載の発明とは逆に、サポートアームの大リフト域が小リフト域への回動方向がドライブシャフトの回転方向とは逆になっているため、大から小リフトへの切換え制御時に、駆動カムによるロッカアームの揺動開始時が若干早くなり、したがって、揺動カムによる機関弁のリフト開始時期が早くなる。したがって、エンジン仕様などに応じた特異なバルブタイミング制御が得られる。
【００２３】
請求項７記載の発明は、機関弁のリフト立上り時における揺動カムの回動方向に対して、機関弁の大リフト域から小リフト域への変換時のサポーアームの回動方向を逆方向に設定したことを特徴としている。
【００２４】
したがって、大リフト域から小リフト域への切り換え時には、まずサポートアームが駆動手段によって上方向へ回動すると共に、ロッカアームもそれに伴って上動するが、駆動カムは逆方向に回転しているため、ロッカアームの揺動タイミングが一時的に早くなる。したがって、揺動カムは、リフト立上り方向の回動が早くなり、吸気弁のリフト特性が結果的に開弁開始時期が早くなる一方、閉弁時期が遅くなる。
請求項８に記載の発明にあっては、前記連係部材は、リンクアームであることを特徴としている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は、本発明の第１の実施形態を示し、１気筒あたり２つの吸気弁を有する内燃機関に適用したものを示している。
【００２６】
すなわち、この可変動弁装置は、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上部の図外のカム軸受に回転自在に支持された中空状のドライブシャフト１３と、該ドライブシャフト１３に、圧入等により固設された駆動カム１５と、前記シャフト１３に駆動カム１５と同軸上に軸受１４に軸受けされつつ設けられて、各吸気弁１２，１２をバルブリフター１６，１６を介して押圧開動させる一対の揺動カム１７，１７と、一端部１８ａが前記駆動カム１５にリンクアーム１９を介して連係し、他端部１８ｂがリンク部材２０を介して前記揺動カム１７，１７に連係したロッカアーム１８と、基端部２１ａがドライブシャフト１３に回転自在に支持され、先端部２１ｂがロッカアーム１８の揺動支点に連結されたサポートアーム２１と、該サポートアーム２１を所定角度範囲で傾動させる駆動手段２２と、該駆動手段２２を機関運転状態に応じて制御する制御手段とを備えている。
【００２７】
前記ドライブシャフト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いる。
【００２８】
前記駆動カム１５は、図４にも示すように、ほぼリング状を呈し、大径なカム本体１５ａと、該カム本体１５ａの外端面に一体に設けられた筒状部１５ｂとからなり、内部軸方向にドライブシャフト挿通孔１５ｃが貫通形成されていると共に、カム本体１５ａの軸心Ｘがドライブシャフト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、この駆動カム１５は、ドライブシャフト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ドライブシャフト挿通孔１５ｃを介して圧入固定されている。
【００２９】
また、前記リンクアーム１９は、比較的大径な円環状の基部１９ａと、該基部１９ａの外周面所定位置に突設された突出端１９ｂとを備え、基部１９ａ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１９ｃが形成されている一方、突出端１９ｂには、前記ピン２３が回転自在に挿通するピン孔１９ｄが貫通形成されている。また、リンクアーム１９は、機関の巾方向に沿って横倒し状態に配置されている。
【００３０】
前記揺動カム１７，１７は、図１及び図４に示すようにほぼ横Ｕ字形状を呈し、両者１７，１７間のほぼ円筒状の基部１７ａにドライブシャフト１３が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔１７ｂが貫通形成されていると共に、ロッカアーム１８他端部１８ｂ側に位置する端部２４にピン孔２４ａが貫通形成されている。また、各揺動カム１７，１７の下面（カムフェース）には、基部１７ａ側の基円面２５ａと該基円面２５ａから端部２３端縁側に円弧状に延びるカム面２５ｂとが形成されており、該基円面２５ａとカム面２５ｂ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の上面所定位置に当接するようになっている。すなわち、図５に示すバルブリフト特性からみると、図１に示すように基円面２５ａの所定角度範囲θ１がベースサークル区間になり、カム面２５ｂの前記ベースサークル区間θ１から所定角度範囲θ２がいわゆるランプ区間となり、さらにカム面２５ｂのランプ区間θ２から所定角度範囲θ３がリフト区間になるように設定されている。また、揺動カム１７，１７は、基端円２５ａからカム面２５ｂの端縁までのリフト立ち上がり時における回動方向がドライブシャフト１３の回転方向と逆方向に設定されている。
【００３１】
前記軸受１４は、シリンダヘッド１１の上端部に設けられて揺動カム１７，１７間の基部１７ａ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。
【００３２】
前記ロッカアーム１８は、図１に示すように、ほぼく字形に折曲形成されて、シリンダヘッド１１の上方内側にほぼ上下方向に沿って配置されており、中央に有する基部１８ｃにサポートアーム２１の先端部２１ｂがピン２６を介して回転自在に連結していると共に、一端部１８ａが前記ピン２３を介してリンクアーム１９の突出端１９ｂに回転自在に連結されている一方、他端部１８ｂがピン２７を介してリンク部材２０の一端部２０ａに回転自在に連結されている。
【００３３】
前記リンク部材２０は、図１にも示すように所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部２０ａ，２０ｂは前記ロッカアーム１８の他端部１８ｃと揺動カム１７の端部２４にピン２７，２８を介して回転自在に連結している。
【００３４】
そして、図１に示すように揺動カム１７の回転中心点から該揺動カム１７とリンク部材２０の連結中心点を結ぶ直線Ｚ１と、該連結中心点からリンク部材２０の軸心を通る直線Ｚ２とを所定の角度θで常時ほぼく字形状に折曲状態となるように配置している。尚、各ピン２３，２６，２７の端部には、リンクアーム１９やリンク部材２０の軸方向の移動を規制する各スナップリング２９が設けられている。
【００３５】
前記サポートアーム２１は、図１及び図４に示すようにほぼ直線状の平板状を呈し、前記リンクアーム１９やリンク部材２０と同様に機関の巾方向に沿って横倒し状態に配置され、筒状の基端部２１ａが該基端部２１ａ内に形成されたドライブシャフト挿通孔２１ｃを介してドライブシャフト１３の外周面に回転自在に支持されていると共に、先端部２１ｂが前述のようにピン２６を介してロッカアーム１８の基部１８ｃのピン孔１８ｄに揺動支点となるように連結されている。また、このサポートアーム２１は、基端部２１ａが駆動カム１５と揺動カム１７との間に挾持された形で配置されている。さらに、このサポートアーム２１は、駆動手段２２によって上下方向へ回動して吸気弁１２，１２のリフト量を可変にするが、大リフト域から小リフト域への制御切換時における回動方向がドライブシャフト１３の回転方向（矢印）と同一方向の下方へ回動するように設定されている。
【００３６】
前記駆動手段２２は、前記軸受１４のメインブラケット１４ａとサブブラケット１４ｂとの間に軸受された制御軸３０と、該制御軸３０の外周に一体に固定された制御カム３１と、該制御カム３１とサポートアーム２１とを連係した制御リンク３２と、前記制御軸３０を回転制御する図外の電磁アクチュエータとから構成されている。
【００３７】
前記各制御カム３１は、円筒状を呈し、制御軸３０外周に固定されていると共に、図１に示すように軸心Ｐ１位置が制御軸３０の軸心Ｐからα分だけ偏倚している。
【００３８】
また、制御リンク３２は、大径円環状に形成された一端部３２ａが円形孔３２ｃを介して制御カム３１の外周面に回転自在に支持されていると共に、小径円環状の他端部３２ｂがピン３３を介してサポートアーム２１の長手方向のほぼ中央位置に回転自在に連結されている。
【００３９】
前記制御軸３０は、一端部に設けられた前記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。
【００４０】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、まず、機関低速低負荷時には、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に回転駆動される。このため、制御カム３１は、軸心Ｐ１が図１及び図６に示すように制御軸１６の軸心Ｐ２から左下方の回動位置に保持され、厚肉部３１ａがドライブシャフト１３方向へ接近するように移動する。このため、サポートアーム２１は、図示のように基端部２１ａを中心として下方へ回動してほぼ水平状態位置に保持される。したがって、ロッカアーム１８は、全体が下方向へ移動し、このため、各揺動カム１７は、リンク部材２０を介して端部２４が強制的に若干引き上げられて全体が左方向（反時計方向）へ回動する。
【００４１】
したがって、駆動カム１５の回転によりリンクアーム１９を介してロッカアーム１８の一端部１８ｂを押し上げあるいは押し下げるとロッカアーム１８がサポートアーム２１の先端部２１ｂを支点として揺動し、他端部１８ｂからその揺動力がリンク部材２０を介して揺動カム１７及びバルブリフター１６に伝達されるが、そのリフト量Ｌ１は図６に示すように比較的小さくなる。
【００４２】
よって、かかる低速低負荷域では、図８の破線で示すようにバルブリフト量が小さくなると共に、各吸気弁１２の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。
【００４３】
一方、機関高速高負荷時に移行した場合は、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反対方向に回転駆動される。したがって、図７Ａ，Ｂに示すように制御軸３０が、制御カム３１を図１及び６に示す位置から時計方向に約１８０°回転させ、軸心Ｐ１（厚肉部３１ａ）を上方向へ移動させる。このため、サポートアーム２１は基端部２１ａを中心に上方へ回動して所定角度の回動位置に保持される。したがって、ロッカアーム１８は、今度は全体が上方向に移動して他端部１８ｂが揺動カム１７の上端部２４をリンク部材２０を介して図中右方向へ押圧して該揺動カム１７全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
【００４４】
したがって、図７Ａに示すように、揺動カム１７のカム面２５ｂはバルブリフター１６上面に接近した状態になる。このため、駆動カム１７が回転してロッカアーム１８の一端部１８ａをリンクアーム１９を介して押し上げると、バルブリフター１６に対するそのリフト量Ｌ２は図７Ｂに示すように大きくなる。
【００４５】
よって、かかる高速高負荷域では、図８の実線で示すようにカムリフト特性が低速低負荷域に比較して大きくなってバルブリフト量も大きくなると共に、各吸気弁１２の開時期が早くなる一方、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
【００４６】
このように、本実施形態では、各吸気弁１２の開閉時期やバルブリフト量を可変にできることは勿論のこと、ドライブシャフト１３に、駆動カム１５と各揺動カム１７とを同軸上に設けたため、機関巾方向の配置スペースを十分に小さくすることができる。
【００４７】
しかも、サポートアーム２１やリンクアーム１９，リンク部材２０の全体を横倒し状態に配置し、したがって、ロッカアーム１８もドライブシャフト１３の側部側に配置したため、機関上下方向の配置スペースも十分に小さくすることができる。特に、前述のように最大リフト状態におけるロッカアーム１８の揺動もサブブラケット１４ｂの高さよりも低い位置で行われるので、図外のロッカカバー高さつまり機関の高さを十分に低くすることが可能になり、装置全体のコンパクト化が図れる。この結果、装置の機関への搭載性が向上する。また、ドライブシャフト１３の配置を変更することなく、現行のドライブシャフト１３の配置によって装置を設けることができるため、この点でも機関への搭載性が良好になる。
【００４８】
さらに、駆動カム１５と揺動カム１７とをドライブシャフト１３に同軸上に設けることにより、従来のような揺動カム１７を支持する支軸が不要となり、この分、部品点数の削減が図れ、また、ドライブシャフト１３と揺動カム１７の互いの軸心のずれが生じないため、バルブタイミングの制御精度の低下を防止できる。
【００４９】
しかも、各駆動カム１５を、各バルブリフター１６とオフセット配置し互いに干渉しない位置に配したため、各駆動カム１５の外形を大きくとることができ、外周面１５ｄの設計の自由度を向上させることが可能となり、これによって、揺動カム１７の揺動量を確保するためのリフト量を十分に確保できると共に、駆動カム１５の駆動面圧を低減するためのカム幅を十分に確保できる。
【００５０】
さらに、駆動カム１５は、リング状に形成され、外周面全体がリンクアーム基部１９ａの嵌合孔１９ｃの内周面全体に摺接するため、外周面の面圧が分散されて、該面圧を十分に低減できる。したがって、嵌合孔１９ｃの内周面間との摩耗の発生が抑制できると共に、潤滑も行い易い。さらに、面圧の低下に伴い駆動カム１５の材料選択の自由度が向上し、加工し易くかつ低コストの材料を選択できる。
【００５１】
また、本装置は、全体がいわゆる６リンク方式となるため、ロッカアーム１８のロッカ比を大きくとることが可能となり、これによって駆動カム１５のドライブシャフト１３に対するオフセット量を大きく設定しなくても、つまり駆動カム１５の外径を大きく設定しなくても、揺動カム１７の大きな揺動角が得られる。この結果、装置全体のコンパクト化がさらに助長できる。
【００５２】
また、ロッカアーム１８と揺動カム１７とがリンク部材２０介して連係しているため、ロッカアーム１８のロッカ比を比較的大きく設定しても、ロッカアーム１８と揺動カム１７との連係状態が常に保たれる。したがって、揺動カム１７の大きな揺動角が得られることにより、揺動カム１７の前記ランプ区間θ２を大きくすることが可能になり、これによってバルブリフター１６と揺動カム１７の衝突速度が緩和することができ、この結果、駆動騒音の発生を抑制することが可能になる。
【００５３】
さらに、本装置は、２つの吸気弁１２，１２の間に設けられた軸受１４に制御軸３０も一緒に軸受けすることができるので、従来の内燃機関にそのまま搭載することが可能となり、この結果、シリンダヘッド１１の形状変更を要さず、製造コストの高騰を防止できる。また、ドライブシャフト１３も従来と同様のカムシャフト近傍位置とすることができるので、この点でもシリンダヘッドの形状変更が不要になる。
【００５４】
また、サポートアーム２１は、制御リンク３２や制御カム３１を介して制御軸３０に支持された形になるため、駆動カム１５やリンク部材２０からロッカアーム１８を介して上下方向の荷重を受けても、前記制御リンク３２などによる安定した支持により上下のガタ付きや打音の発生を防止できる。
【００５５】
また、図１を参照してみると、サポートアーム２１はドライブシャフト１３に回動自在に保持されるので、駆動カム１５やリンク部材２０あるいはロッカアームに作用する荷重のうち、サポートアーム２１の長手方向成分Ｆｘ（先端部２１ｂ方向）は、サポートアーム２１によって支持されるので、制御カム３１は制御リンク３２を介してサポートアーム２１の回動力を支えればよく、制御カム３１に作用する荷重が軽減する。したがって、制御カム３１の駆動が容易となり、制御応答性の向上が図れるとともにアクチュエータのコンパクト化が図れる。ちなみに、従来例はロッカアームに作用する荷重はすべて制御カムで保持する構成であり、大きな制御トルクを必要としている。
【００５６】
さらに、前述のように直線Ｚ１と直線Ｚ２が所定の角度θで常時ほぼく字形状に折曲状態となるように配置されているため、揺動カム１７とリンク部材２０との屈曲時、特に図７Ａに示す大リフト制御時における最大伸長時から図１に示す小リフト制御時における最大伸長時まで、直線Ｚ１と直線Ｚ２のなす角度θは略一定となり、いわゆる突張り現象がなくなって屈伸性が良好になる。したがって、吸気弁１２，１２の常時円滑な開閉作動得られる。何故なら、図１に示すように小リフト制御のために、揺動カム１７を、反時計方向へ回動させるのにドライブシャフト１３の中心からロッカアーム１８の揺動中心を遠ざけるのではなく、両中心間の距離を一定に保ったままロッカアーム１８の揺動中心をドライブシャフト１３を支点として反時計方向に回動させるため、ロッカアーム１８とリンク部材２０と揺動カム１７の相対位置関係をほぼ一定に保てるからである。
【００５７】
また、サポートアーム２１は、駆動カム１５と揺動カム１７との間に挾持状態に配置されているため、ロッカアーム１８からサポートアーム２１に伝達されるローリング状の偏荷重すなわち、サポートアーム２１をドライブシャフト１３の長手方向に倒そうとするモーメントの発生が少なく、該サポートアーム２１の基端部２１ａのドライブシャフト挿通孔２１ｃ内周面とドライブシャフト１３の外周面との間の肩当たりなどによるフリクションの発生や偏摩耗等を防止でき、常時安定かつスムーズな回動（回動）が得られる。
【００５８】
さらに、本実施形態によれば、機関高回転高負荷域から低回転低負荷域への移行時には、サポートアーム２１が図７Ａ，Ｂに示す上方回動位置（大リフト量）から図１，図６に示す水平回動位置（小リフト量）へ回動するわけであるが、この回動方向が、ドライブシャフト１３（駆動カム）の回転方向と同一であり、かつ揺動カム１７のリフト立上り時の回動方向とは逆回転方向になっているため、吸気弁１２，１２の開時期が図８に示すように遅くなり、リフトピーク点が遅れ側にずれる特性となる。すなわち、この大リフト状態から小リフトへ移行する際には、前述のようにまず制御カム３１の下方回動に伴いサポートアーム２１が下方向へ回動するが、このとき駆動カム１５も同方向に回転しているため、上死点後からリフト開始（立上り）までの時間的な長さが長くなり、ロッカアーム１８の揺動開始時期も一時的に遅くなる。一方、かかるサポートアーム２１の回動方向とリフト立上り時の揺動カム１７の回動方向が逆になっているので、ロッカアーム１８の揺動開始時期の遅れに起因して揺動カム１７のリフト立上り時期にも遅れが生じる。したがって、図８に示すように大リフト域から小リフト域への移行時の開弁時期が遅れる。
【００５９】
このため、吸入行程でピストンが該行程の半分近くまで下降しても吸気弁は閉じたままとなり、その後、吸気弁が開くので気筒内に発生した負圧により、急激に吸入が行われて燃焼室内の混合ガスの流動が強くなって燃焼を改善できる。特に、冷機始動直後や低温時の低速低負荷時の燃焼改善が図れる。
【００６０】
図９は本発明の第２の実施形態を示し、基本構造は、第１の実施形態と全く同一であるが、ドライブシャフト１３の回転方向に対して、大リフト域から小リフト域への切換時におけるサポートアーム２１の回動方向を逆方向に設定するとともに、揺動カム１７を逆向きに配置し、リフト立上り時の揺動カム１７の回動方向を、ドライブシャフト１３の回転方向（駆動カムの回転方向）同方向となるように設定したものである。即ち、リフト立上り時の揺動カム１７の回動方法は、サポートアーム２１の回動方向と逆方向となるように設定したものである。
【００６１】
したがって、大リフト域から小リフト域への切り換え時には、まずサポートアーム２１が駆動手段２２によって上方向へ回動すると共に、ロッカアーム１８もそれに伴って上動するが、駆動カム１５は逆方向に回転しているため、ロッカアーム１８の揺動タイミングが一時的に早くなる。したがって、揺動カム１７は、リフト立上り方向の回動が早くなり、吸気弁１２，１２のリフト特性が結果的に図１０に示すように開弁開始時期が早くなる一方、閉弁時期が遅くなる。
【００６２】
このように、吸気弁１２，１２の閉弁時期を大きく変化させることができるので、吸入行程の有効な行程長さを減じることにより、燃焼室内への吸気流量を規制できる。したがって、その分、スロットルバルブの絞り度合いを小さくすることが可能となり、結果として、ポンプ損失を低減できるのである。
【００６３】
要するに、ドライブシャフト１３とサポートアーム２１の回動方向を同一あるいは逆方向に設定したことにより、揺動カム１７の配置を変えれば、大リフト域から小リフト域への切り換え時における開弁時期あるいは閉弁時期を進遅制御できるので、最適なリフト特性が得られることは勿論のこと、機関の仕様に応じた最適なバルブタイミング制御が得られる。
【００６４】
図１１及び図１２は、本発明の第３の実施形態を示し、駆動手段２２の制御カムの構造を変更したもので、制御カム３４を制御軸３０に対してクランク状に折曲すると共に、該制御カム３４に制御リンク３２の一端部３２ａを軸受ブラケット３５を介してボルト３６により回転自在に連結したものである。
【００６５】
したがって、第１の実施形態の制御カム３１のように大径な偏心円弧カムとする必要がなくなり、コンパクトな形状で偏心量を大きく取れる。この結果、駆動手段２２の小型化により、機関の高さをさらに低くすることが可能になる。
【００６６】
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、例えば両揺動カム１７，１７の外形状を異ならせて２つの吸気弁１２，１２にリフト差を与えるようにすれば、１つの気筒内で吸気スワール効果が大きくなり、燃焼性が良好となるといった効果が得られる。
【００６７】
前記各実施態様では、装置を吸気弁１２側に適用した場合を示したが、排気弁側あるいは吸気・排気弁の両方に適用することも可能であり、さらに１気筒あたり２弁ではなく、１弁のものに適用することも可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、機関弁のバルブタイミング及びバルブリフト量を可変制御できることは勿論のこと、駆動カムと揺動カムとをドライブシャフトに同軸上に設けたため、機関巾方向の配置スペースを十分に小さくすることができると共に、ロッカアームも機関巾方向へ延設する必要がなくなるため、装置全体のコンパクト化が図れる。この結果、装置の機関への搭載性が向上する。
【００６９】
しかも、揺動カムを偏心カムと一緒にドライブシャフトに設けることにより、従来のような支軸が不要になるため、部品点数の削減が図れると共に、ドライブシャフトと揺動カムの互いの軸心のずれが生じないため、バルブタイミングの制御精度の低下を防止できる。
【００７０】
また、特に本発明は、ロッカアームをサポートアーム等を介してドライブシャフト上方位置ではなく、横方向へ配置したため、上下方向の揺動スペースが不要になり、機関の高さを十分に低くすることが可能になる。この結果、前記横巾方向の省配置スペース化と相俟って装置の機関への搭載性が一層向上する。
【００７１】
さらに、請求項２記載の発明によれば、サポートアームが制御リンクや制御カムを介して制御軸に安定に支持されているため、駆動カムなどからロッカアームを介して上下方向の荷重を受けても、ガタ付きや打音の発生が防止される。
【００７２】
請求項３記載の発明によれば、ロッカアームからサポートアームに伝達されるローリング状の偏荷重が抑制されて、ドライブシャフトに対するサポートアームの倒れが規制できる。この結果、サポートアームの基部とドライブシャフト外周面との間の肩当たりなどによるフリクションの発生や偏摩耗等を防止できる。
【００７３】
請求項４記載の発明によれば、揺動カムとリンク部材との屈伸時におけるいわゆる突張り現象が回避されて常時円滑な屈伸運動が得られ、この結果、機関弁の開閉作動が良好になる。
【００７４】
請求項５〜７記載の発明によれば、機関弁の開閉時期特性を機関の仕様などに応じて変えることができるので、優れた機関性能を引き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】本実施形態を一部断面して示す側面図。
【図３】同実施形態の平面図。
【図４】同実施形態に供される各構成部品の分解斜視図。
【図５】揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図６】低速低負荷時の作用を示す図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図７】Ａ，Ｂは高速高負荷時の作用を示す図２のＢ−Ｂ線断面図。
【図８】本実施形態のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図９】本発明の第２の実施形態を示す断面図。
【図１０】本実施形態のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図１１】本発明の第３の実施形態を示す部分図。
【図１２】同実施形態の図１１のＣ矢視図。
【図１３】従来の可変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…ドライブシャフト
１５…駆動カム
１７…揺動カム
１８…ロッカアーム
１８ａ…一端部
１８ｂ…他端部
１９…リンクアーム
１９ａ…基部
１９ｂ…突出端
２０…リンク部材
２１…サポートアーム
２１ａ…基端部
２１ｂ…先端部
２２…駆動手段
２５ａ…基円面
２５ｂ…カム面
３０…制御軸
３１…制御カム
３２…制御リンク
Ｚ１，Ｚ２…直線
Claims (8)
- 機関のクランク軸によって回転駆動し、外周に駆動カムが固定されたドライブシャフトと、
該ドライブシャフトに揺動自在に設けられ、機関弁を開作動させる揺動カムと、
一端部が連係部材を介して前記駆動カムに回転自在に連係しかつ他端部がリンク部材を介して揺動カムの端部に連係したロッカアームと、
機関の巾方向に沿ってほぼ横方向に配置され、基端部がドライブシャフトに回転自在に支持されかつ先端部がロッカアームの揺動支点位置に連係したサポートアームと、
該サポートアームを上下方向へ回動させる駆動手段と、
該駆動手段を機関運転状態に応じて制御する制御手段と、を備え、
前記駆動手段によってサポートアームを上下方向へ回動させることにより、前記ロッカアーム及びリンク部材を介して揺動カムの揺動位置を制御して機関弁のリフト量を可変制御することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 前記駆動手段は、ドライブシャフトと並行に配設された制御軸と、該制御軸に固定された制御カムと、一端部が制御カムの外周に回転自在に連係し、他端部が前記サポートアームに連係した制御リンクと、前記制御軸を所定回転角度範囲で回転駆動するアクチュエータとから構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記サポートアームを、前記駆動カムと、揺動カムとの間に挾持状態に配置したことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記揺動カムの回転中心点から前記ロッカアームの揺動中心点の距離が一定となるよう配置すると共に、前記揺動カムの回転中心点から該揺動カムとリンク部材の連結中心点を結ぶ直線と、前記連結中心点からリンク部材の軸心を通る直線との両直線間を所定の角度で常時ほぼく字形状に折曲状態となるように配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記機関弁の大リフト域から小リフト域への変換時における前記サポートアームの回動方向を、前記ドライブシャフトの回転方向と同方向に設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記機関弁の大リフト域から小リフト域への変換時に前記サポートアームの回動方向を、前記ドライブシャフトの回転方向と逆方向に設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 機関弁のリフト立上り時における揺動カムの回動方向に対して、機関弁の大リフト域から小リフト域への変換時のサポーアームの回動方向を逆方向に設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
- 前記連係部材は、リンクアームであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
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