JP4297189B2 - 可変動弁装置および開弁量調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の気筒に設けられたバルブの開弁量を可変とする可変動弁装置およびその開弁量調整方法に関する。

従来、例えば、特許文献１に記載されるように、内燃機関の運転状況に応じてバルブの作用角やリフト量を機械的に変更する可変動弁装置が知られている。

特許文献１に記載される可変動弁装置では、カム軸に２つの回転カムが配置され、同一気筒に配置された２つの吸気バルブのうち、第１吸気バルブは第１回転カムによって開閉駆動され、第２吸気バルブは第２回転カムによって開閉駆動されるようになっている。そして、第１回転カムと第１吸気バルブとの間、および第２回転カムと第２吸気バルブとの間には、それぞれ四節リンク機構から構成される可変動弁伝達機構が配置されている。

上記可変動弁装置によれば、両吸気バルブのリフト量を連続的に変化させることができる。よって、上記可変動弁装置を備えた内燃機関によれば、スロットル弁を用いることなく、吸気バルブのリフト量の変化によって吸入空気量を制御する、いわゆるノンスロットル運転を行うことが可能となる。

また、上記可変動弁装置には、第１吸気バルブに係る四節リンク機構と第２吸気バルブに係る四節リンク機構とを連結ピンにより連結する状態と、その連結を解放する状態とを切り換え可能な切換機構が設けられている。この切換機構により、第１吸気バルブおよび第２吸気バルブのリフト量を同時に可変する両弁可変状態と、第２吸気バルブのリフト量を大リフトに固定し、第１吸気バルブのリフト量のみを可変とする片弁可変状態とを選択的に実行することができる。

上記可変動弁装置では、上記片弁可変状態として第１吸気バルブと第２吸気バルブとのリフト量を相違させることによって、両バルブを通る空気の流量を相違させ、燃焼室内にスワール（旋回流）を発生させるスワール制御を行うことが可能となる。燃焼室内にスワールを発生させることにより、低負荷時等における燃焼の改善が図れる。
日本特開２００４−１００５５５号公報

吸気バルブのリフト量を可変として空気量を制御する場合には、一般に、大リフトのときにはリフト量が多少違っても空気量はさほど変化しないが、小リフトのときにはリフト量の僅かな違いが空気量に大きく影響する。上述したノンスロットル運転やスワール制御を行う場合には、両方または一方の吸気バルブが小リフトとされる。このため、ノンスロットル運転やスワール制御を行う場合には、吸気バルブのリフト量が僅かに違っても、吸入空気量やスワール流の強さが大きく変化し易い。それゆえ、ノンスロットル運転やスワール制御を行う場合には、リフト量を精緻に制御する必要がある。この観点において、上記従来技術は未だ改良の余地を残すものであった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、筒内の空気量やスワール流の強さを精緻に制御することのできる可変動弁装置および開弁量調整方法を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、可変動弁装置であって、
多気筒内燃機関の各気筒に設けられた同種の第１バルブおよび第２バルブの双方の開弁量を連続的または多段的に可変とする両弁可変状態をとりうる動弁機構を備え、
前記両弁可変状態の最小開弁量時に、各気筒において前記第１バルブの開弁量が前記第２バルブの開弁量より大きくなるように開弁量差が設けられ、
最小開弁量時における前記第１バルブの開弁量が気筒間で揃うように調整されていることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第２バルブについては、その開弁量を気筒間で揃えるための調整が行われていないことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記動弁機構は、前記両弁可変状態と、前記第１バルブの開弁量を連続的または多段的に可変とし、前記第２バルブの開弁量を所定の開弁量に固定する片弁可変状態とに切り換え可能になっていることを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記両弁可変状態における前記第１バルブおよび前記第２バルブの開弁量を同時に調整する調整機構を更に備え、前記調整機構により、最小開弁量時における前記第１バルブの開弁量が気筒間で揃うように調整されていることを特徴とする。

第５の発明は、上記の目的を達成するため、可変動弁装置であって、
同一気筒に設けられた同種の第１バルブおよび第２バルブの双方の開弁量を連続的に可変とする両弁可変状態と、前記第１バルブの開弁量を連続的に可変とし、前記第２バルブの開弁量を大開弁量に固定する片弁可変状態とを切り換え可能な動弁機構を備え、
前記両弁可変状態の最小開弁量時において前記第１バルブの開弁量が前記第２バルブの開弁量より大きくなるように開弁量差が設けられていることを特徴とする。

また、第６の発明は、第５の発明において、
カム軸の回転と同期して揺動し、前記第１バルブを直接または間接に押圧するカム面を有する第１揺動カムアームと、
カム軸の回転と同期して揺動し、前記第２バルブを直接または間接に押圧するカム面を有する第２揺動カムアームと、
を備え、
前記第２揺動カムアームのカム面のプロフィールを、前記第１揺動カムアームのカム面のプロフィールに対し、形状を同じとして位相を小開弁量側にずらすことにより、前記開弁量差を設けていることを特徴とする。

また、第７の発明は、第５の発明において、
カムの押圧力を前記第１バルブおよび前記第２バルブにそれぞれ伝達する第１伝達部材および第２伝達部材を含む押圧力伝達機構を備え、
前記第２伝達部材の寸法公差を、前記第１伝達部材の寸法公差に対し、公差幅を同じとして範囲を小開弁量側にずらすことにより、前記開弁量差を設けていることを特徴とする。

また、第８の発明は、第５乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記両弁可変状態における前記第１バルブおよび前記第２バルブの開弁量を、両者の比率を保ったまま、同時に調整する調整機構を更に備えることを特徴とする。

また、第９の発明は、上記の目的を達成するため、開弁量調整方法であって、
第５乃至第８の発明の何れかの可変動弁装置を備えた多気筒内燃機関のバルブの開弁量を調整するに際し、
前記第１バルブの最小開弁量時における開弁量が気筒間で揃うように各気筒の開弁量を調整することを特徴とする。

第１の発明によれば、両弁可変状態の最小開弁量時において第１バルブの開弁量を第２バルブの開弁量より大きくすることができる。このため、両弁可変状態における小開弁量時には、第１バルブより開弁量の小さい第２バルブを通る空気流量は僅かとなるので、筒内の空気量は主に第１バルブの開弁量に支配される。そして、第１の発明によれば、この第１バルブの開弁量を気筒間で揃えることができるので、筒内の空気量の気筒間バラツキを十分に抑制することができる。このため、各気筒が発生するトルクを均一にすることができるので、トルクの気筒間バラツキに起因するトルク変動等の弊害の発生を有効に抑制することができる。更に、第１の発明によれば、各気筒の開弁量を調整する際、第１バルブの開弁量が気筒間で揃うようにすればよく、第２バルブについては調整を省略または簡略化することができるので、開弁量の調整作業に要する手間を軽減することができる。

第２の発明によれば、第２バルブについては、その開弁量を気筒間で揃えるための調整作業を省略することができる。その理由は、筒内の空気量は主に第１バルブの開弁量に支配されるので、第２バルブに関しては、開弁量を気筒間で正確に同じにしなくてもよいからである。よって、第２の発明によれば、開弁量の調整作業を簡略化することができ、コストの低減が図れる。

第３の発明によれば、両弁可変状態と、第２バルブの開弁量を固定して第１バルブの開弁量を可変とする片弁可変状態とを切り換えることができる。片弁可変状態においては、第１バルブの開弁量を第２バルブの開弁量より小さくすることにより、筒内にスワール流を形成することができる。この場合、そのスワール流の強さは、開弁量の小さい第１バルブの開弁量によって主に支配される。すなわち、第３の発明によれば、両弁可変状態および片弁可変状態の何れにおいても、第２バルブに比して第１バルブの開弁量が筒内状態に対して支配的となる。よって、この発明によれば、第１バルブの開弁量に着目してその開弁量を制御することにより、運転条件にかかわらず、各気筒の空気量やスワール流の強さを精度良く揃えることができる。

第４の発明によれば、両弁可変状態における第１バルブおよび第２バルブの開弁量を同時に調整する調整機構を用いて、最小開弁量時における第１バルブの開弁量が気筒間で揃うように調整することができる。これにより、第１バルブの開弁量と、第２バルブの開弁量とを別々に調整する必要がなく、調整に要する手間を少なくすることができる。

第５の発明によれば、両弁可変状態の最小開弁量時において第１バルブの開弁量を第２バルブの開弁量より大きくすることができる。このため、両弁可変状態における小開弁量時には、第１バルブより開弁量の小さい第２バルブを通る空気流量は僅かとなるので、筒内の空気量は主に第１バルブの開弁量に支配される。一方、片弁可変状態においては、第１バルブの開弁量を第２バルブの開弁量より小さくすることにより、筒内にスワール流を形成することができる。この場合、そのスワール流の強さは、開弁量の小さい第１バルブの開弁量によって主に支配される。すなわち、第５の発明によれば、両弁可変状態および片弁可変状態の何れにおいても、第２バルブに比して第１バルブの開弁量が筒内状態に対して支配的となる。よって、この発明によれば、第１バルブの開弁量に着目してその開弁量を制御することにより、運転条件にかかわらず、筒内の空気量やスワール流の強さを精緻に制御することができる。

第６の発明によれば、第２揺動カムアームのカム面のプロフィールを、第１揺動カムアームのカム面のプロフィールに対し、形状を同じとして位相を小開弁量側にずらすという簡単な方法で、両弁可変状態における第１バルブと第２バルブとの開弁量に差を設けることができる。この発明によれば、両カム面の形状が同じであるので、加工が容易であり、製造コストの増大を回避することができる。

第７の発明によれば、第２伝達部材の寸法公差を、第１伝達部材の寸法公差に対し、公差幅を同じとして範囲を小開弁量側にずらすという簡単な方法で、両弁可変状態における第１バルブと第２バルブとの開弁量に差を設けることができる。この発明によれば、第１伝達部材および第２伝達部材の寸法公差はその範囲がシフトしているだけで公差幅は同じであるので、両部材の加工精度は同じでよい。このため、加工が容易であり、製造コストの増大を回避することができる。

第８の発明によれば、両弁可変状態における第１バルブおよび第２バルブの開弁量を、両者の比率を保ったまま、同時に調整することができる。よって、構成部品の公差バラツキや組付け精度等に起因する開弁量の誤差を容易に調整することができ、設計目標とする開弁量に適合させることができる。また、この発明によれば、第１バルブの開弁量と第２バルブの開弁量との大小関係を保ったまま、両者を同時に調整することができる。このため、第１バルブの開弁量と、第２バルブの開弁量とを別々に調整する必要がなく、調整に要する手間を少なくすることができる。

第９の発明によれば、本発明の可変動弁装置を備えた多気筒内燃機関のバルブの開弁量を調整するに際して、第１バルブの最小開弁量時における開弁量を気筒間で揃えることができる。両弁可変状態および片弁可変状態の何れにおいても、筒内の空気量やスワール流の強さは、主に第１バルブの開弁量に支配される。筒内の空気量やスワール流の強さは、その気筒の燃焼状態や、更にはその気筒が発生するトルクを決定づける重要な因子となる。よって、第１バルブの開弁量が気筒間で揃っていると、両弁可変状態および片弁可変状態の何れにおいても、筒内の空気量やスワール流の強さの気筒間バラツキをなくすことができ、ひいては各気筒が発生するトルクを均一にすることができる。その結果、この発明によれば、トルクの気筒間バラツキに起因するトルク変動等の弊害の発生を有効に抑制することができる。

本発明の実施の形態１の可変動弁装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における可変動弁機構（大開弁量時）の側面図である。 本発明の実施の形態１における可変動弁機構（小開弁量時）の側面図である。 第１揺動カムアーム、第２揺動カムアーム、および大リフトアームの分解斜視図である。 大リフトアームと第２揺動カムアームとが連結されていない場合における第１バルブおよび第２バルブのリフト線図である。 大リフトアームと第２揺動カムアームとが連結されている場合における第１バルブおよび第２バルブのリフト線図である。 本発明の実施の形態１における調整機構の構成を示す側面図である。 調整機構により開弁量を調整した場合の第１バルブおよび第２バルブの作用角の変化を説明するための図である。

符号の説明

１ 可変動弁装置
１０ カム軸
１２ 第１駆動カム
１４ 第２駆動カム
１６Ｌ 第１バルブ
１６Ｒ 第２バルブ
２０ 可変動弁機構
３０ 固定動弁機構
３４ 制御軸
３６ 制御アーム
３８ リンクアーム
４０Ｌ 第１揺動カムアーム
４０Ｒ 第２揺動カムアーム
４２ 第１ローラ
４４ 第２ローラ
５０ スライド面
５２ 揺動カム面
５６ ロッカーローラ
７０ 大リフトアーム
７２ アーム連結機構
７６ ピン
７８ 油圧室
８６ 調整機構
８７ 自在リンク
８８ 固定ボルト
９１ 調整シム

実施の形態１．
［可変動弁装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の可変動弁装置を示す斜視図である。図１に示す可変動弁装置１は、多気筒内燃機関の各気筒に設けられた２つの吸気バルブである第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒを駆動するものである。可変動弁装置１のカム軸１０には、１気筒当たり２つの駆動カム１２、１４が設けられている。そして、一方の駆動カム（第１駆動カム）１２を中心として左右対称に第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒが配置されている。第１駆動カム１２と第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒとの間には、第１駆動カム１２の回転運動に第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒのリフト運動を連動させる可変動弁機構２０Ｌ、２０Ｒがそれぞれ設けられている。

もう一方の駆動カム（第２駆動カム１４）は、第１駆動カム１２との間で第２バルブ１６Ｒを挟むようにして配置されている。第２駆動カム１４と第２バルブ１６Ｒとの間には、第２駆動カム１４の回転運動に第２バルブ１６Ｒのリフト運動を連動させる固定動弁機構３０が設けられている。可変動弁装置１は、第２バルブ１６Ｒのリフト運動の連動先を可変動弁機構２０Ｒと固定動弁機構３０との間で選択的に切り換えることができるようになっている。

（可変動弁機構の詳細構成）
次に、先ず、図２を参照して、可変動弁機構２０Ｌ、２０Ｒの詳細な構成について説明する。図２は、図１に示す可変動弁機構２０をカム軸１０の軸方向から見た図である。尚、左右の可変動弁機構２０Ｌ、２０Ｒは、基本的には、第１駆動カム１２に関して対称形であるので、ここでは左右の可変動弁機構２０Ｌ、２０Ｒを区別することなくその構成を説明する。また、本明細書および図面では、左右の可変動弁機構２０Ｌ、２０Ｒを区別しないときには、単に「可変動弁機構２０」と表記する。可変動弁機構２０Ｌ、２０Ｒの各構成部品についても同様である。また、第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒについても、両者を特に区別をする必要がある時以外は、単に「バルブ１６」と表記する。

図２に示すように、可変動弁装置１は、バルブ１６を押圧して開弁させるロッカーアーム３２を有している。可変動弁機構２０は、第１駆動カム１２とロッカーアーム３２との間に介在し、第１駆動カム１２の回転運動とロッカーアーム３２の揺動運動との連動状態を連続的に変化させるようになっている。

可変動弁機構２０は、以下に説明するように、制御軸３４、制御アーム３６、リンクアーム３８、揺動カムアーム４０、第１ローラ４２、および第２ローラ４４を主たる構成部材として構成されている。制御軸３４はカム軸１０に平行に配置されている。制御軸３４の回転角度は、図示しないアクチュエータ（例えばモータ等）によって任意の角度に制御することができる。

制御アーム３６は、制御軸３４に固定されており、制御軸３４と一体となって回動する。制御アーム３６は、制御軸３４の径方向に突出しており、その突出部に弧状のリンクアーム３８が取り付けられている。リンクアーム３８の後端部は、ピン４８によって制御アーム３６に回転自在に連結されている。ピン４８の位置は制御軸３４の中心から偏心しており、このピン４８がリンクアーム３８の揺動支点となる。

揺動カムアーム４０は、制御軸３４に揺動可能に支持され、その先端を第１駆動カム１２の回転方向の上流側に向けて配置されている。揺動カムアーム４０における駆動カム１２に対向する側には、第２ローラ４４に接触するスライド面５０が形成されている。スライド面５０は、第２ローラ４４が揺動カムアーム４０の先端側から制御軸３４の軸中心側に向かって移動するほど、第１駆動カム１２との間隔が徐々に狭まるような曲面で形成されている。また、スライド面５０の反対側には、揺動カム面５２が形成されている。揺動カム面５２は、揺動カムアーム４０の揺動中心からの距離が一定となるように形成された非作用面５２ａと、非作用面５２ａから離れた位置ほど制御軸３４の軸中心からの距離が遠くなるように形成された作用面５２ｂとで構成されている。

揺動カムアーム４０のスライド面５０と第１駆動カム１２の周面との間には、第１ローラ４２と第２ローラ４４が配置されている。より具体的には、第１ローラ４２は、第１駆動カム１２の周面と接触し、第２ローラ４４は、揺動カムアーム４０のスライド面５０に接触するように配置されている。第１ローラ４２と第２ローラ４４は、共に前述のリンクアーム３８の先端部に固定された連結軸５４によって回転自在に支持されている。リンクアーム３８は、ピン４８を支点として揺動できるので、これらのローラ４２、４４もピン４８から一定距離を保ちながらスライド面５０および第１駆動カム１２の周面に沿って揺動することができる。

また、揺動カムアーム４０には、図示しないロストモーションスプリングが掛けられている。ロストモーションスプリングの付勢力は、スライド面５０が第２ローラ４４を付勢し、更に、第１ローラ４２を第１駆動カム１２に押し当てる力として作用する。これにより、第１ローラ４２および第２ローラ４４は、スライド面５０と第１駆動カム１２の周面とに両側から挟み込まれた状態で位置決めされる。

揺動カムアーム４０の下方には、前述のロッカーアーム３２が配置されている。ロッカーアーム３２には、揺動カム面５２に対向するようにロッカーローラ５６が配置されている。ロッカーローラ５６は、ロッカーアーム３２の中間部に回転自在に取り付けられている。ロッカーアーム３２の一端は、バルブ１６の弁軸の端部に当接しており、ロッカーアーム３２の他端は、油圧式ラッシュアジャスタ６０に支持されている。リフト作動の際において、バルブ１６は、図示しないバルブスプリングによって、閉方向、すなわち、ロッカーアーム３２を押し上げる方向に付勢されており、更に、ロッカーローラ５６は、この付勢力と油圧式ラッシュアジャスタ６０によって揺動カムアーム４０の揺動カム面５２に押し当てられている。

上述した可変動弁機構２０の構成によれば、第１駆動カム１２の回転に伴い、第１駆動カム１２の押圧力が第１ローラ４２および第２ローラ４４を介してスライド面５０に伝達され、揺動カムアーム４０が制御軸３４を中心として図中の下方向へ回動する。揺動カムアーム４０の回動に伴い、揺動カム面５２とロッカーローラ５６との接点が非作用面５２ａから作用面５２ｂにまで及ぶと、ロッカーアーム３２が押し下げられ、バルブ１６が開弁する。

可変動弁機構２０の図２に示す状態は、最大の作用角およびリフト量が得られるときの状態である。この状態から制御軸３４を図中で反時計回りに回転させると、その回転量に応じて、作用角およびリフト量を連続的に小さくすることができる。図３は、小さい作用角およびリフト量が得られる状態の可変動弁機構２０を示す図である。

本実施形態の可変動弁機構２０は、作用角とリフト量との双方を同時に連続的に変化させることができる。本明細書では、作用角およびリフト量を総称して「開弁量」と呼ぶことにする。なお、本発明の可変動弁装置は、作用角およびリフト量の双方を同時に変化させる構成のものに限らず、作用角およびリフト量の何れか一方のみを連続的に可変とするものでもよい。

図２に示す状態から、制御軸３４を図中で反時計回りに回転させると、図３に示すように、スライド面５０上における第２ローラ４４の位置が揺動カムアーム４０の先端側に移動する。これにより、揺動カムアーム４０が揺動する振幅が小さくなる。また、前述したように、スライド面５０は、第１駆動カム１２との間隔が、揺動カムアーム４０の先端に行くほど狭まるような曲面になっている。このため、図３に示す状態では、揺動カムアーム４０の揺動開始位置は、大開弁量状態と比べると図中で反時計回りに移動した位置になっている。したがって、図３に示す状態では、揺動カムアーム４０の揺動開始後、ロッカーローラ５６と揺動カム面５２との接点が非作用面５２ａから作用面５２ｂへ移行するタイミングが遅くなる。このことと、揺動カムアーム４０の振幅の縮小とが相まって、図３に示す状態でのバルブ１６の開弁量は、図２に示す状態よりも小さくなる。

また、図３に示す小開弁量状態では、図２に示す大開弁量状態と比べて、第２ローラ４４が第１駆動カム１２の回転方向の上流側へ移動する。このため、図３に示す状態における揺動カムアーム４０の揺動開始タイミングは、図２に示す状態よりも早くなる。一方、上述したように、揺動カムアーム４０の揺動開始後、ロッカーローラ５６と揺動カム面５２との接点が非作用面５２ａから作用面５２ｂへ移行するタイミングに関しては、図３に示す状態の方が図２に示す状態よりも遅くなる。可変動弁機構２０によれば、これら二つのタイミングの変化が相殺することにより、開弁量を変化させても、バルブ１６が開き始めるタイミングを一定に保つことができる。

（固定動弁機構の詳細構成）
次に、図１および図４を参照して、固定動弁機構３０の詳細な構成について説明する。
図１に示すように、固定動弁機構３０は、第２駆動カム１４と第２揺動カムアーム４０Ｒとの間に介在している。固定動弁機構３０は、第２揺動カムアーム４０Ｒの揺動運動を第２駆動カム１４の回転運動に連動させるものであり、第２駆動カム１４によって駆動される大リフトアーム７０と、大リフトアーム７０を第２揺動カムアーム４０Ｒに結合するアーム連結機構７２（図４参照）とを備えている。

大リフトアーム７０は、制御軸３４上に第２揺動カムアーム４０Ｒと並んで配置され、第２揺動カムアーム４０Ｒとは独立して揺動可能となっている。大リフトアーム７０には、第２駆動カム１４の周面に接触する入力ローラ７４が回転可能に支持されている。大リフトアーム７０には図示しないロストモーションスプリングが掛けられており、そのバネ力は、入力ローラ７４を第２駆動カム１４の周面に押し当てる付勢力として作用している。このような大リフトアーム７０は、第２駆動カム１４に駆動され、大開弁量時の揺動カムアーム４０と同等の振幅で揺動する。

図４は、第１揺動カムアーム４０Ｌ、第２揺動カムアーム４０Ｒ、および大リフトアーム７０の分解斜視図である。図４に示すように、大リフトアーム７０には、第２揺動カムアーム４０Ｒに向けて出し入れ可能なピン７６が備えられている。大リフトアーム７０には、第２揺動カムアーム４０Ｒ側に開口部を有する油圧室７８が形成されており、ピン７６はこの油圧室７８内に嵌め込まれている。油圧室７８には、図示しない油圧通路を介して作動油が供給される。このような構成によって油圧室７８内の油圧が高められた場合に、ピン７６は、その油圧によって油圧室７８から第２揺動カムアーム４０Ｒに向けて押し出されるようになっている。

一方、第２揺動カムアーム４０Ｒには、大リフトアーム７０側に開口部を有するピン穴８０が形成されている。ピン７６とピン穴８０は、制御軸３４を中心とする同じ円弧上に配置されている。これにより、第２揺動カムアーム４０Ｒが大リフトアーム７０に対して所定の回転角度に位置したとき、ピン穴８０の位置とピン７６の位置とが一致するようになっている。ピン穴８０内には、その奥側からリターンスプリング８２とピストン８４とが配置される。

上記の構成によれば、ピン穴８０の位置とピン７６の位置とが一致したとき、ピン７６はピストン８４に当接する。このとき、リターンスプリング８２がピストン８４を押す力よりも、油圧室７８内の油圧がピン７６を押す力の方が大きければ、ピン７６は、ピストン８４をピン穴８０の奥に押し込むようにしてピン穴８０内に進入する。ピン７６がピン穴８０内に挿入されることで、揺動カムアーム４０Ｒと大リフトアーム７０は、ピン７６を介して結合されることになる。つまり、上記のピン７６、作動油が供給される油圧室７８、ピン穴８０、リターンスプリング８２、およびピストン８４によって、アーム連結機構７２が構成されている。

可変動弁装置１では、ピン７６とピン穴８０とは、揺動カムアーム４０Ｒが大リフトアーム７０に対して所定の回転角度に位置したとき、互いの位置が一致するようになっている。ピン７６とピン穴８０の各位置が重なると、ピン７６がピン穴８０に挿入され、大リフトアーム７０は、第２揺動カムアーム４０Ｒに連結される。可変動弁装置１では、アーム連結機構７２によって大リフトアーム７０を第２揺動カムアーム４０Ｒに連結することで、第２バルブ１６Ｒのリフト運動の連動先を可変動弁機構２０Ｒから固定動弁機構３０へ切り換えることができる。逆に、アーム連結機構７２による大リフトアーム７０と第２揺動カムアーム４０Ｒの連結を解除することで、第２バルブ１６Ｒのリフト運動の連動先を固定動弁機構３０から可変動弁機構２０Ｒへ切り換えることができる。これらの切換は、以下に説明する両弁可変状態と片弁可変状態との切り換えに対応する。

（両弁可変状態）
図５は、大リフトアーム７０と第２揺動カムアーム４０Ｒとが連結されていない場合における第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒのリフト線図である。この場合、カム軸１０の回転運動は、第１駆動カム１２から第１ローラ４２および第２ローラ４４を介して、第１揺動カムアーム４０Ｌおよび第２揺動カムアーム４０Ｒのそれぞれのスライド面５０に伝達される。従って、この場合は、図５の上段に示すように、制御軸３４の角度の変化に伴って第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒの双方の開弁量（作用角およびリフト量）が同時に変化する両弁可変状態となる。

（片弁可変状態）
図６は、大リフトアーム７０と第２揺動カムアーム４０Ｒとが連結されている場合における第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒのリフト線図である。この場合、第２揺動カムアーム４０Ｒには、カム軸１０の回転運動が第２駆動カム１４から大リフトアーム７０を介して伝達される。このため、第２バルブ１６Ｒの開弁量は、制御軸３４の角度に関係なく、常に大きな開弁量となる。これに対し、第１バルブ１６Ｌの開弁量は、両弁可変状態のときと同様に、制御軸３４の角度に従って連続的に変化する。すなわち、この場合には、図６に示すように、制御軸３４の角度の変化に伴って第１バルブ１６Ｌのみの開弁量が連続的に変化し、第２バルブ１６Ｒは大開弁量に固定される片弁可変状態となる。

ところで、一般に火花点火内燃機関においては、吸気通路に設けられたスロットル弁の開度を調節することによって、筒内の空気量が制御される。これに対し、以上説明したような可変動弁装置１を備えた内燃機関によれば、スロットル弁を用いることなく、バルブ１６の開弁量を調節することによって筒内の空気量を制御する、いわゆるノンスロットル運転を行うことができる。ノンスロットル運転によれば、スロットル弁による絞り損失がないため、ポンピングロスを低減することができ、内燃機関の効率が向上する。つまり、ノンスロットル運転によれば、燃費低減が図れる。

更に、可変動弁装置１によれば、片弁可変状態とした場合、第１バルブ１６Ｌの開弁量と、第２バルブ１６Ｒの開弁量とに差をつけることができる。これにより、第１バルブ１６Ｌからの空気流入量と、第２バルブ１６Ｒからの空気流入量と偏りを設けることができるので、その偏りに応じた方向のスワール流（旋回流）を筒内に形成することができる。このスワール流により、低回転・低負荷域での燃焼の改善が図れる。この場合、第１バルブ１６Ｌの開弁量を変化させると、第２バルブ１６Ｒの開弁量との差が変化するので、両バルブからの空気流入量の偏りの度合いも変化する。よって、第１バルブ１６Ｌの開弁量を調節することにより、スワール流の強さを制御することができる。

［実施の形態１の特徴］
図５の下段に示すように、本実施形態の可変動弁装置１では、両弁可変状態の最小開弁量時において、第１バルブ１６Ｌの開弁量が第２バルブ１６Ｒの開弁量より大きくなるように、両者の開弁量に差が設けられている。これにより、以下に説明する効果が得られる。

両弁可変状態における小開弁量時には、第１バルブ１６Ｌに比して開弁量の小さい第２バルブ１６Ｒを通る空気量は僅かとなるので、空気は主に第１バルブ１６Ｌを通って筒内に流入する。すなわち、この場合には、第１バルブ１６Ｌの開弁量が筒内の空気量を主に支配することとなる。

また、片弁可変状態におけるスワール流の強さは、第１バルブ１６Ｌを通る空気の流量と、第２バルブ１６Ｒを通る空気の流量との差によって決せられる。この場合、第２バルブ１６Ｒは大開弁量に固定されており、空気流量そのものが大きいので、第２バルブ１６Ｒの開弁量に多少の誤差があっても第２バルブ１６Ｒを通る空気流量への影響は小さい。これに対し、可変動弁機構２０により開弁量が小さくされた第１バルブ１６Ｌを通る空気の流量は、第１バルブ１６Ｌの開弁量が僅かに違っても、大きな影響を受ける。このため、第１バルブ１６Ｌを通る空気の流量と、第２バルブ１６Ｒを通る空気の流量との差は、主に第１バルブ１６Ｌの開弁量に支配されることとなる。よって、片弁可変状態におけるスワール流の強さは、主に第１バルブ１６Ｌの開弁量に支配される。

以上のように、本実施形態では、両弁可変状態における小開弁量時の筒内空気量と、片弁可変状態におけるスワール流の強さとの双方に対して、第１バルブ１６Ｌの開弁量が支配的となる。よって、両弁可変状態と片弁可変状態との何れにおいても、第１バルブ１６Ｌの開弁量に着目してその開弁量を制御することとすれば、内燃機関のトルクや筒内の燃焼状態を容易かつ精緻に制御することができる。

また、第１バルブ１６Ｌの開弁量を気筒間で揃えるようにすれば、両弁可変状態と片弁可変状態との何れにおいても、各気筒の燃焼状態や発生トルクの気筒間バラツキをなくし、均一にすることができる。これにより、内燃機関のトルク変動を有効に抑制することができる。

これに対し、本発明とは逆に、両弁可変状態の最小開弁量時において、第２バルブ１６Ｒの開弁量が第１バルブ１６Ｌの開弁量より大きくなっている場合には、上記のような効果は得られない。この場合、片弁可変状態におけるスワール流の強さが第１バルブ１６Ｌによって主に支配されることは変わらないが、両弁可変状態における小開弁量時の筒内空気量は、このときに開弁量の大きい第２バルブ１６Ｒが主に支配することとなる。

つまり、両弁可変状態の最小開弁量時において第２バルブ１６Ｒの開弁量が第１バルブ１６Ｌの開弁量より大きくなっていると、筒内の空気量やスワール流の強さに関して、両弁可変状態では第２バルブ１６Ｒの開弁量が支配的になり、片弁可変状態ではその逆に第１バルブ１６Ｌの開弁量が支配的になる、というねじれた現象を生じる。このため、第１バルブ１６Ｌの開弁量に着目して制御すると両弁可変状態において精確な制御を行うことができず、また、第２バルブ１６Ｒの開弁量に着目して制御すると片弁可変状態において精確な制御を行うことができない、というジレンマを生じる。更に、複数気筒を考えた場合、第１バルブ１６Ｌと第２バルブ１６Ｒとの何れの開弁量を気筒間で揃えたとしても、両弁可変状態か片弁可変状態かの何れかにおいては筒内の空気量やスワール流の強さの気筒間バラツキをなくすことができず、ひいてはトルクの気筒間バラツキが生じ、その結果、内燃機関にトルク変動が生じ易くなる。

一方、本発明によれば、上記のような不都合を生じることがなく、両弁可変状態と片弁可変状態との何れにおいても、筒内の空気量やスワール流の強さを精緻に制御することができ、ひいては各気筒のトルクを精緻に制御することができるので、トルクの気筒間バラツキを有効に抑制することができる。

本発明では、両弁可変状態において第１バルブ１６Ｌの開弁量が第２バルブ１６Ｒの開弁量より大きくなるように開弁量に差を設ける手法は特に限定されるものではないが、例えば次のような設計手法によれば容易かつ低コストで行うことができる。

一つ目の手法としては、可変動弁機構２０の構成部品の公差バラツキを利用する方法が挙げられる。バルブの開弁量には、一般に、動弁機構の構成部品の寸法公差のバラツキに起因する誤差が生じる。よって、駆動カム１２の押圧力を第１バルブ１６Ｌに伝達する部品と第２バルブ１６Ｒに伝達する部品とで寸法公差の範囲を違えておくことにより、意識的に開弁量の差を設けることができる。例えば、第２バルブ１６Ｒ側の第２ローラ４４Ｒの直径の寸法公差を、第１バルブ１６Ｌ側の第２ローラ４４Ｌの直径の寸法公差より小さい側にシフトしておくことにより、両弁可変状態における第２バルブ１６Ｒの開弁量を第１バルブ１６Ｌの開弁量より小さくすることができる。このような手法によれば、両者の公差幅（公差レンジ）を変更する必要がなく、範囲をシフトするだけで済む。よって、高い加工精度を要することはなく、低コストで製造することができる。

二つ目の手法としては、第１揺動カムアーム４０Ｌの揺動カム面５２Ｌと、第２揺動カムアーム４０Ｒの揺動カム面５２Ｒとのプロフィールに違いを持たせる方法が挙げられる。具体的には、第２揺動カムアーム４０Ｒの揺動カム面５２Ｒのプロフィールを、第１揺動カムアーム４０Ｌの揺動カム面５２Ｌのプロフィールに対し、形状を同じとして、揺動中心に対する位相を小開弁量側（図２中で反時計回り）にずらすことにより、両弁可変状態における第２バルブ１６Ｒの開弁量を第１バルブ１６Ｌの開弁量より小さくすることができる。この場合、揺動カム面５２Ｒのプロフィールは、揺動カム面５２Ｌのプロフィールと位相が異なるだけで形状は同じであるので、加工が容易であり、低コストで製造することができる。

前述したように、動弁機構では、一般に、その各構成部品の加工精度や組付け精度等に起因して、組み立て状態において開弁量にバラツキ（設計上の目標値との偏差）が生ずる。このことに鑑み、本実施形態の可変動弁装置１は、第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒの開弁量を調整（微調整）する調整機構８６を有している（図１参照）。なお、図２および図３中ではこの調整機構８６の図示を省略している。

図７は、調整機構８６の構成を示す側面図である。以下、図７を参照して、調整機構８６について説明する。調整機構８６は、制御軸３４に対し回動可能に連結された自在リンク８７を有している。自在リンク８７には、ネジ穴が形成されており、このネジ穴には固定ボルト８８が螺合している。自在リンク８７は、制御軸３４に平行に配置されたピン８９を中心に回動可能になっている。制御軸３４には、孔３４ａが形成されており、この孔３４ａには、ピン支持部材９０が圧入されている。ピン支持部材９０は、制御軸３４の側方に突出している。ピン８９は、ピン支持部材９０の突出部分に形成された孔に挿入されることにより、制御軸３４に固定されている。

制御アーム３６には、突出部３６ａが形成されている。この突出部３６ａに形成された長孔３６ｂには、固定ボルト８８が挿通している。突出部３６ａと自在リンク８７の端面との間には、板状の調整シム９１が介挿されている。調整シム９１には、Ｃ字状の切欠きが形成されており、この切欠きで固定ボルト８８を跨ぐようにして配置されている。調整シム９１は、固定ボルト８８の締め付け力によって固定されている。固定ボルト８８を緩めることにより、調整シム９１を取り外すことができる。

調整シム９１は、いろいろな厚さのものが用意されており、異なる厚さのものに交換可能になっている。調整シム９１を厚さの異なるものに交換することにより、バルブ１６の開弁量を調整することができる。例えば、調整シム９１を薄いものに交換すると、自在リンク８７の端面と突出部３６ａとの間隔が接近するので、制御軸３４に対する制御アーム３６の取り付け角度は、図７中の反時計回りに変位する。制御アーム３６の取り付け角度がこの方向に変位すると、第２ローラ４４は、揺動カムアーム４０の先端方向へ変位する。この変位の方向はバルブ１６の開弁量を縮小させる方向である。このようにして、調整シム９１を薄いものにするほどバルブ１６の開弁量を小さくすることができ、逆に、調整シム９１を厚いものにするほどバルブ１６の開弁量を大きくすることができる。

本実施形態では、自在リンク８７が回動可能になっていること、および、突出部３６ａのボルト孔が長孔３６ｂになっていることにより、調整シム９１が異なる厚さのものに交換された場合でも、自在リンク８７の端面と調整シム９１と突出部３６ａとの間を面接触状態に維持することができる。このため、調整シム９１の厚さにかかわらず、制御アーム３６を制御軸３４とを固定する固定ボルト８８が緩み易くなるのを防止することができる。

図８は、調整機構８６により開弁量を調整した場合の第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒの作用角の変化を説明するための図である。前述したように、第１バルブ１６Ｌ側の第２ローラ４４Ｌと、第２バルブ１６Ｒ側の第２ローラ４４Ｒとは、同一のリンクアーム３８に支持されている。このため、調整機構８６による調整は、第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒの双方の開弁量に作用する。よって、調整機構８６の調整により、第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒの開弁量は、それらの比率を保ったまま同時に調整される。なお、ここでいう第２バルブ１６Ｒの開弁量とは、両弁可変状態での開弁量のことである。

前述したように、本実施形態では、両弁可変状態において第１バルブ１６Ｌの開弁量が第２バルブ１６Ｒの開弁量より大きくされている。そして、両弁可変状態および片弁可変状態の双方において、筒内の空気量やスワール流の強さに対して第１バルブ１６Ｌの開弁量が支配的となる。従って、調整機構８６によって開弁量を調整する際には、第１バルブ１６Ｌを基準とし、第１バルブ１６Ｌの開弁量を設計目標値に合わせるように調整するのが好ましい。

図８には、調整前において第１バルブ１６Ｌの作用角が目標作用角より小さかった場合の例が示されている。この場合には、調整シム９１を厚いものに交換することにより、第１バルブ１６Ｌの作用角を拡大させて、目標作用角に一致させることができる。この調整に伴い、第２バルブ１６Ｒの作用角も、同じ比率で拡大する。このように、調整機構８６によれば、第１バルブ１６Ｌの開弁量と第２バルブ１６Ｒの開弁量との大小関係を保ったまま、両者を同時に調整することができる。このため、第１バルブ１６Ｌの開弁量と、第２バルブ１６Ｒの開弁量とを別々に調整する必要がなく、調整の手間を少なくすることができる。

なお、片弁可変状態における第２バルブ１６Ｒの開弁量は、絶対的に大きいので、多少の誤差があっても空気量に対する影響は少ない。このため、片弁可変状態における第２バルブ１６Ｒの開弁量は、微調整を行わなくても問題はない。

以上説明したような調整機構８６を有する可変動弁装置１を備えた多気筒内燃機関を組み立てる際には、調整シム９１を厚さのことなるものと適宜交換しながら第１バルブ１６Ｌの開弁量を計測し、その計測値が目標値と一致するような調整シム９１を選択する、という開弁量調整作業が各気筒について行われる。その場合、第１バルブ１６Ｌの開弁量は可変であるので、第１バルブ１６Ｌの開弁量がいかなる大きさの状態で調整作業を行ったらよいか、という問題がある。

この場合に、本発明では、第１バルブ１６Ｌの開弁量が最小となる状態、すなわち、制御軸３４を図３のように反時計回りにいっぱいに回転させた状態（最小開弁量時）において開弁量調整作業を行うのが好ましい。前述したように、開弁量が小さいときほど開弁量の誤差がバルブを通過する空気の流量に与える影響が大きく、逆に、開弁量の大きいときにはその影響は少ない。よって、開弁量が最小の状態で第１バルブ１６Ｌの開弁量を目標値に合わせておくことにより、小開弁量時の空気の流量をより精確に制御することができるので、筒内空気量やスワール流の強さを精緻に制御することが可能となる。

各気筒に対して上記の方法で開弁量の調整を行うと、第１バルブ１６Ｌの最小開弁量時の開弁量が気筒間で等しく揃うこととなる。前述したとおり、第１バルブ１６Ｌの開弁量は、両弁可変状態および片弁可変状態の何れにおいても、その気筒の空気量やスワール流の強さに対して支配的となる。このため、第１バルブ１６Ｌの開弁量が気筒間で揃うことにより、各気筒のトルクや燃焼状態の気筒間バラツキをなくすことができ、トルク変動などの弊害の発生を有効に防止することができる。

また、本実施形態では、上述したように、第２バルブ１６Ｒについては、その開弁量を気筒間で揃えるための調整作業を省略することができる。開弁量の調整作業を簡略化することができ、コストの低減が図れる。

また、複数気筒がある場合には、上述したように、第１バルブ１６Ｌの最小開弁量時の開弁量が気筒間で揃っていることが好ましい。よって、可変動弁装置１を備えた多気筒内燃機関において、各気筒のバルブ１６の開弁量を学習制御するような場合には、第１バルブ１６Ｌ側にリフトセンサなどを設けて各気筒の第１バルブ１６Ｌの最小開弁量時における開弁量を計測し、その計測値が気筒間で揃うような制御を行うのが好ましい。これにより、上述したのと同様の効果が得られる。

ところで、上述した実施の形態１では、第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒが吸気バルブであるものとして説明したが、本発明は、排気バルブを対象としてもよい。

また、図５の下段は開弁量の差を誇張して描いたものであり、実際の開弁量差を表すものではない。

また、上述した実施の形態１では、第１バルブ１６Ｌおよび第２バルブ１６Ｒの開弁量（両弁可変状態のとき）、あるいは第１バルブ１６Ｌの開弁量（片弁可変状態のとき）を連続的に可変とする動弁機構を例に説明したが、本発明は、これらの開弁量を多段的に（多段階に）可変とする動弁機構の場合にも適用することができる。

また、上述した実施の形態１では、両弁可変状態と片弁可変状態とに切り換え可能な動弁機構を例に説明したが、本発明は、この切り換えを行わず、常に両弁可変状態で作動する動弁機構の場合にも適用することができる。

なお、上述した実施の形態１においては、可変動弁機構２０Ｌ、２０Ｒ、および固定動弁機構３０が前記第１および第５の発明における「動弁機構」に、第２ローラ４４Ｌおよび４４Ｒが前記第７の発明における「第１伝達部材および第２伝達部材」に、それぞれ相当している。

Claims (9)

1. 多気筒内燃機関の各気筒に設けられた同種の第１バルブおよび第２バルブの双方の開弁量を連続的または多段的に可変とする両弁可変状態をとりうる動弁機構を備え、
   前記両弁可変状態の最小開弁量時に、各気筒において前記第１バルブの開弁量が前記第２バルブの開弁量より大きくなるように開弁量差が設けられ、
   最小開弁量時における前記第１バルブの開弁量が気筒間で揃うように調整されていることを特徴とする可変動弁装置。
2. 前記第２バルブについては、その開弁量を気筒間で揃えるための調整が行われていないことを特徴とする請求項１記載の可変動弁装置。
3. 前記動弁機構は、前記両弁可変状態と、前記第１バルブの開弁量を連続的または多段的に可変とし、前記第２バルブの開弁量を所定の開弁量に固定する片弁可変状態とに切り換え可能になっていることを特徴とする請求項１または２記載の可変動弁装置。
4. 前記両弁可変状態における前記第１バルブおよび前記第２バルブの開弁量を同時に調整する調整機構を更に備え、前記調整機構により、最小開弁量時における前記第１バルブの開弁量が気筒間で揃うように調整されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の可変動弁装置。
5. 同一気筒に設けられた同種の第１バルブおよび第２バルブの双方の開弁量を連続的または多段的に可変とする両弁可変状態と、前記第１バルブの開弁量を連続的または多段的に可変とし、前記第２バルブの開弁量を所定の開弁量に固定する片弁可変状態とを切り換え可能な動弁機構を備え、
   前記両弁可変状態の最小開弁量時において前記第１バルブの開弁量が前記第２バルブの開弁量より大きくなるように開弁量差が設けられ、
   前記片弁可変状態において、前記第２バルブの固定開弁量は、前記第１バルブの開弁量より大きいことを特徴とする可変動弁装置。
6. カム軸の回転と同期して揺動し、前記第１バルブを直接または間接に押圧するカム面を有する第１揺動カムアームと、
   カム軸の回転と同期して揺動し、前記第２バルブを直接または間接に押圧するカム面を有する第２揺動カムアームと、
   を備え、
   前記第２揺動カムアームのカム面のプロフィールを、前記第１揺動カムアームのカム面のプロフィールに対し、形状を同じとして位相を小開弁量側にずらすことにより、前記開弁量差を設けていることを特徴とする請求項５記載の可変動弁装置。
7. カムの押圧力を前記第１バルブおよび前記第２バルブにそれぞれ伝達する第１伝達部材および第２伝達部材を含む押圧力伝達機構を備え、
   前記第２伝達部材の寸法公差を、前記第１伝達部材の寸法公差に対し、公差幅を同じとして範囲を小開弁量側にずらすことにより、前記開弁量差を設けていることを特徴とする請求項５記載の可変動弁装置。
8. 前記両弁可変状態における前記第１バルブおよび前記第２バルブの開弁量を、両者の比率を保ったまま、同時に調整する調整機構を更に備えることを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項記載の可変動弁装置。
9. 請求項５乃至８の何れか１項記載の可変動弁装置を備えた多気筒内燃機関のバルブの開弁量を調整するに際し、
   前記第１バルブの最小開弁量時における開弁量が気筒間で揃うように各気筒の開弁量を調整することを特徴とする開弁量調整方法。

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