JP4860669B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に用いられ、バルブリフトを変化させる内燃機関の可変動弁装置に関する。

従来、内燃機関の出力や燃費の向上を図るため、機関弁のバルブリフト特性を変更する可変動弁装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の可変動弁装置は、機関運転状態に応じてその姿勢が制御される揺動カムと、機関弁の上端に設置された有蓋円筒形状のバルブリフタとを有し、揺動カムがバルブリフタの冠面を押圧することで機関弁を開作動させるようになっている。
特開２００２−２５６８３２号公報

しかし、特許文献１の可変動弁装置では、揺動カムのカム面が冠面を押圧し始める時点でのカム接点の位置が考慮されていないため、バルブリフト開始時に、カム接点がバルブリフタの円筒中心に対してずれる。ここでカム接点とは、冠面において揺動カムのカム面が当接する部位をいう。このため、バルブリフト開始時に、バルブリフタが元の円筒中心線に対して傾く、いわゆる倒れ現象が発生し、バルブリフタの挙動悪化やフリクション増大等が懸念される。

本発明は、上記課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、バルブリフト開始時におけるバルブリフタの挙動安定化やフリクション低減が可能な内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の可変動弁装置は、揺動カムがバルブリフタの冠面と当接するときのカム接点がバルブリフタの円筒中心の延長線上にあることとした。

よって、バルブリフト開始時のカム接点がバルブリフタの円筒中心に位置するので、バルブリフタを倒そうとするモーメントが発生せず、挙動が安定化し、フリクションの低減が図られる。

以下、本発明の可変動弁装置を実現する最良の形態を、図面に基づき説明する。

実施例１の可変動弁装置（以下、VELという。）が適用される内燃機関（以下、機関という。）はV型６気筒エンジンであり、その動弁機構は、１気筒につき４つの機関弁（２つの吸気弁及び２つの排気弁）と２本のカム軸を有するDOHC方式である。実施例１では、片側３気筒の吸気側にVELを適用した例を示す。

図１は、機関後側の１気筒におけるVELの斜視図である。図２は、VELが設けられた機関の片側３気筒を機関幅方向（後述するy軸方向）から見た部分断面図である（シリンダヘッド１のみ断面を示す）。図５は、機関前後方向で真中の１気筒におけるVELを機関幅方向から見た図である。図６は、図５のVELを機関下側から見た図である。図９及び図１０は、VELの駆動機構６を機関前側から見た図である。図１１〜図１６は、VELを機関前側から見た図であり、VELの作動状態を示す。

以下、説明のため各図で直交座標系を設ける。駆動軸４０が延びる機関前後方向にx軸を設け、機関の前側を正方向とする。また、吸気弁２のバルブステム２０が延びる機関上下方向にz軸を設け、機関の上側を正方向とする。また、ｘ軸及びz軸に対して直交する機関幅方向にy軸を設け、制御軸５０に対してリンクロッド４５が設置されている側を正方向とする。

図１に示すように、吸気弁２は、１気筒につき一対設けられており、ｘ軸負方向側に吸気弁２ａが、x軸正方向側に吸気弁２ｂが並んで設けられている。シリンダヘッド１（図２参照）には、各気筒ごとに、吸気弁２ａ,２ｂにより開閉される一対の吸気ポートがx軸方向に並んで形成されている。吸気弁２ａ,２ｂは、シリンダヘッド１にバルブガイドを介して上下摺動自在に設けられており、バルブスプリングSによってz軸正方向（閉弁方向）に常時付勢されている。吸気弁２ａ,２ｂの各バルブステム２０,２０の上端には、それぞれバルブリフタ３ａ,３ｂが設置されている。

VELは、吸気弁２ａ,２ｂを開閉する機械式の可変機構４と、可変機構４の作動位置（姿勢）を制御する制御機構５と、制御機構５を駆動するアクチュエータである駆動機構６とを有している。

可変機構４は、各気筒に一つ設けられており、駆動軸４０と、駆動カム４１と、伝達手段４２と、揺動カム４７とを有している。駆動軸４０は、機関のクランク軸に同期し、その半分の回転数で１回転する。駆動軸４０の外周には駆動カム４１が一体に固定されている。伝達手段４２は、駆動カム４１の回転運動を揺動運動に変換して揺動カム４７に伝達する。揺動カム４７は、揺動することでバルブリフタ３ａ,３ｂを押圧し、吸気弁２ａ,２ｂを開閉作動させる。制御機構５は、機関運転状態に応じて制御軸５０を回転制御し、伝達手段４２の作動姿勢を変化させる。これにより揺動カム４７の揺動姿勢が変化することで、吸気弁２ａ,２ｂのバルブリフト量（バルブリフト特性）が変更される。

まず、機関へのVELの取り付け状態を説明する。図２に示すように、シリンダヘッド１の上端部には、各バルブリフタ３を上下方向に摺動自在に保持する摺動用孔１aが複数形成されている。また、各気筒において、隣接する吸気ポートの間には、そのx軸方向中央位置に、第１軸受台１０がシリンダヘッド１と一体に設けられている。第１軸受台１０は、y軸方向及びz軸方向に沿って延びる略板状に形成されている。

第１軸受台１０のz軸負方向側には、x軸方向における両側面に、バルブリフタ３の外周面の一部に沿った円弧状凹部１ｂが切り欠き形成されている。円弧状凹部１ｂは、摺動用孔１aの一部を構成している。円弧状凹部１ｂが切り欠き形成されることで、第１軸受台１０のx軸方向における中央部が薄肉状に形成され、隣り合うバルブリフタ３ａ,３ｂが互いに近接配置されるようになっている。

図３は、機関後側の１気筒におけるVELの斜視図であり、カムジャーナル軸受１２を構成する部材を分解して示す。図４は、VELを機関前側から見た図であり、カムジャーナル軸受１２及び制御軸ジャーナル軸受１５の構成部材を斜線で示す。

図３及び図４に示すように、第１軸受台１０のz軸正方向側の端面には、第１ブラケット１１が一対のボルトB1,B2により結合固定されている。第１軸受台１０の上記端面には、図４に示すように、x軸方向から見て半円弧状の第１軸受面10aが形成されている。第１ブラケット１１は、ブロック板状に形成され、そのx軸方向の肉厚が第１軸受台１０と略同一に設定されている。第１ブラケット１１のz軸負方向側の下面には、x軸方向から見て半円弧状の第２軸受面11aが形成されている。

第１軸受台１０に第１ブラケット１１が結合され、第１軸受面10aと第２軸受面11aが組み合わされることで、半割型のカムジャーナル軸受１２が形成されている。カムジャーナル軸受１２には、揺動カム４７のジャーナル部471が摺動回転自在に支持されている。ジャーナル部471の内部には駆動軸４０が回転自在に挿通されている。すなわち、揺動カム４７を介して、駆動軸４０がシリンダヘッド１の上部に回転自在に支持されている。

一方、図４に示すように、駆動軸４０の上方では、半割型の制御軸ジャーナル軸受１５によって、制御軸５０が摺動回転自在に支持されている。シリンダヘッド１の上端部から第２軸受台１３がy軸正方向側に延びて設けられており、その上端面には第１軸受面13aが形成されている。第２ブラケット１４は、第１ブラケット１１と同様のブロック板状の部材であり、下面には第２軸受面14aが形成されている。第２ブラケット１４が一対のボルトB3,B4により第２軸受台１３の上端面に結合固定され、第１軸受面13aと第２軸受面14aが組み合わされることで、制御軸ジャーナル軸受１５が形成されている。

次に、可変機構４について説明する。
図２に示すように、駆動軸４０は、機関前後方向に沿って配置されている。駆動軸４０のx軸正方向側の前端部には従動スプロケットが設けられており、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一方向の回転力が伝達される。この回転力により、駆動軸４０は、機関前方（x軸正方向側）から見て時計回り方向に回転する。

駆動カム４１は、各気筒に１つ設けられており、本体部410（図１１参照）及び支持部411を有している。図５及び図６に示すように、本体部410は、x軸方向において所定の幅を持つとともに、その外周面には、x軸方向から見て、偏心円のカムプロフィールが形成されている。すなわち、図１１に示すように、本体部410は、駆動軸４０よりも大径に設けられた円板状の偏心カムであり、その軸心P2は、駆動軸４０の軸心P1から径方向へ所定量だけオフセットして設けられている。

図５及び図６に示すように、支持部411は、本体部410と一体に設けられ、本体部410の両面からx軸方向に延びる円筒状の部分であり、その内部には挿通孔41aがx軸方向に貫通形成されている。挿通孔41aの軸心は、駆動軸４０の軸心P1と一致している。挿通孔41a内に駆動軸４０が挿通された状態で、支持部411は駆動軸４０に固定されている。これにより、駆動カム４１が駆動軸４０の外周に結合されている。駆動カム４１は、各気筒において、x軸負方向側であってバルブリフタ３aに干渉しない位置に設置されている（図２参照）。

伝達手段４２は、駆動カム４１と揺動カム４７との間を連係するリンク機構であり、駆動カム４１の回転力を揺動カム４７の揺動力（開弁力）として伝達する。伝達手段４２は、リンクアーム４３と、ロッカアーム４４と、リンクロッド４５とを有している。ロッカアーム４４は、駆動軸４０のz軸正方向側に配置された揺動部材である。リンクアーム４３は、駆動カム４１とロッカアーム４４とを連結する第１のリンク部材であり、駆動カム４１の偏心回転運動をロッカアーム４４の揺動運動に変換する。リンクロッド４５は、ロッカアーム４４と揺動カム４７とを連結する第２のリンク部材であり、ロッカアーム４４の揺動運動を揺動カム４７の揺動運動に変換する。

図１１に示すように、リンクアーム４３は、x軸方向から見て瓢箪形状であり、円筒状の基部430と、基部430の外周面所定位置に径方向に突出して形成されたアーム部431とを有している。基部430の中央には嵌合孔43aがx軸方向に貫通形成されている。嵌合孔43aの直径は駆動カム４１の本体部410の直径よりも僅かに大きく設けられている。嵌合孔43aには本体部410が回転自在に嵌合しており、嵌合孔43aの軸心は本体部410の軸心P2と一致している。アーム部431の先端は円筒状に形成されており、ピン孔43bがx軸方向に貫通形成されている。

ロッカアーム４４は、略円筒状の基部440と、基部440の外周面所定位置からｙ軸負方向側へ突出して形成された第1アーム部441と、基部440の外周面所定位置からｙ軸正方向側へ突出して形成された第２アーム部442とを有している。基部440には、支持孔44aがx軸方向に貫通形成されている。支持孔44aの直径は制御軸５０の制御カム５１の直径よりも僅かに大きく設けられており、支持孔44aには、制御カム５１が回転自在に設置されている。ロッカアーム４４は、制御カム５１の軸心Q2の周りに揺動自在に支持されている。

第1アーム部441の先端には、x軸負方向側の面に、ピン443が一体に形成されている。ピン443はx軸負方向に延びて設けられており、リンクアーム４３のピン孔43bに回転自在に挿通されている。これにより、ロッカアーム４４の第1アーム部441が、ピン443を介して、リンクアーム４３のアーム部431に回転自在に連係されている。リンクアーム４３のピン孔43b（ピン443）は、嵌合孔43a（カム本体部410の軸心P2）に対して、y軸負方向側かつz軸正方向側に配置されている。

また、第２アーム部442の先端部は略直方体状に形成されており、その内部にピン孔44bがx軸方向に貫通形成されている。ピン孔44bには、ピン444が挿通されている。

リンクロッド４５は、プレス成形によってz軸方向から見た断面が略コ字形状に形成されている。また、x軸方向から見てy軸正方向側に凸の「く」字形状に折曲形成され、コンパクト化が図られている。図５に示すように、リンクロッド４５のx軸正方向側の板状部分451とx軸負方向側の板状部分452は略平行に設けられており、z軸方向の略中間位置でy軸正方向側に設けられた帯状部分453によって互いに結合されている。板状部分451,452は、z軸負方向側の端部において折り曲げ形成されている。上記端部における板状部分451,452の間のx軸方向距離は、上記端部以外の部位におけるよりも若干小さく設けられている。

板状部分451のz軸正方向側の端には、ピン孔45aがx軸方向に貫通形成されている。板状部分452には、x軸方向でピン孔45aと対向する部位に、ピン孔45bがx軸方向に貫通形成されている。リンクロッド４５のz軸正方向側の端において、板状部分451,452の間には、ロッカアーム４４の第２アーム部442の先端部が挟み込まれ、その状態で、ピン孔45a,45bにはピン444の端部がそれぞれ挿通されている。すなわち、リンクロッド４５のz軸正方向側の二股状の端部は、ピン444を介して、ロッカアーム４４の第２アーム部442に回転自在に連係されている。

第２アーム部442の上記先端部には、カムリフト量Lを調整するリフト調整機構４６が設けられている。リフト調整機構４６は、上記先端部の内部にピン孔44bと直交して（略z軸方向に）貫通形成されたネジ孔460と、z軸正方向側からネジ孔460にねじ込んで取り付けられる（螺着する）第１ネジ461と、z軸負方向側からネジ孔460に螺着する第２ネジ462とを有している。

ピン444の基本形状は円柱状である。ピン444の軸方向での中央部には、その軸方向に沿って延びる２つの平坦面が、軸直方向で対向して形成されている。ピン444がピン孔44bに設置された状態で、第１ネジ461及び第２ネジ462はピン444を上下から挟み込んで固定しており、上記平坦面の一方には第１ネジ461の先端が、上記平坦面の他方には第２ネジ462の先端が、それぞれ面接触状態で当接している。リフト調整機構４６は、第１ネジ461及び第２ネジ462のネジ孔460における位置を調整することで、ピン444に対する第２アーム部442の上記先端部の位置、言い換えると、ロッカアーム４４に対するリンクロッド４５の取り付け位置を変更する。

尚、ピン444のx軸方向での端面（本実施例１ではx軸正方向側の端面）には、上記平坦面の位置と対応する位置に刻印mが形成されている。刻印mは、ピン444をピン孔44bに挿通して設置する際、ピン444を位置決めする際の目印となり、刻印mを目印に上記平坦面をネジ孔460の開口方向に向かって位置させることで、上記面接触状態を可能としている。

リンクロッド４５の板状部分451のz軸負方向側の端には、ピン孔45cがx軸方向に貫通形成されている。板状部分452には、x軸方向でピン孔45cと対向する部位に、ピン孔45dがx軸方向に貫通形成されている。ピン孔45c,45dには、ピン454が回転自在に挿通されている。

ピン454は、軸部の基本形状を円柱状とする一方、x軸負方向側の端にフランジ部455を有している。図５に示すように、ピン454をピン孔45c,45dに設置した状態で、フランジ部455は、駆動カム４１の支持部411とリンクロッド４５の板状部分452との間に挟まれている。フランジ部455のx軸負方向側の面は、僅かな隙間を介して支持部411のx軸正方向側の面に対向している。フランジ部455のx軸正方向側の面は、僅かな隙間を介して板状部分452のx軸負方向側の面に対向している。これにより、ピン454のx軸方向での移動が規制されている。

図１や図５に示すように、揺動カム４７は、支持部470と一対のカム本体４８,４９とを有しており、これらは鋼材により一体に形成されている。支持部470は円筒状の部分であり、その内部には、挿通孔47aがx軸方向に貫通形成されている。支持部470のx軸方向での略中央位置には、その外周面に、円筒状のジャーナル部471が一体に形成されている。ジャーナル部471は、カムジャーナル軸受１２に回転自在に支持されている。挿通孔47aには駆動軸４０が回転自在に嵌合している。揺動カム４７（カム本体４８,４９）は、駆動軸４０の軸心P1の周りに回転自在に支持されており、軸心P1を揺動中心としている。

カム本体４８,４９は、一対の吸気弁２a,２ｂにそれぞれ対応して、支持部470のx軸方向両端の外周面に設けられており、ジャーナル部471を挟んで略対称位置に配置されている。カム本体４８,４９は同一形状の揺動カムであり、ともにx軸方向から見て片側が先細りの卵形状に形成され、x軸方向から見てその外周面が互いに一致している。カム本体４８,４９のx軸方向幅は、リンクロッド４５のz軸負方向側における板状部分451,452の間の距離に略等しい。

図５及び図６に示すように、カム本体４８,４９の幅中心αは、それぞれバルブリフタ３ａ,３ｂの中心軸（円筒中心O1）に対して、揺動カム４７の軸方向（x軸方向）に僅かにオフセットした位置に設けられている。すなわち、x軸負方向側の吸気弁２aに対応するカム本体４８のx軸方向幅の中心αは、バルブリフタ３ａの円筒中心O1に対して、x軸正方向側に距離Xａだけずらして設けられている。また、x軸正方向側の吸気弁２ｂに対応するカム本体４９のx軸方向幅の中心αは、バルブリフタ３ｂの円筒中心O1に対して、x軸正方向側に距離Xｂ（≒Xａ）だけずらして設けられている。

図７は、ｘ軸方向から見たカム本体４８の形状を示す模式図である。カム本体４８は、基円部48aとカムノーズ部48bを有している。基円部48aは、支持部470の外周に、挿通孔47aの軸心（駆動軸４０の軸心P1）を中心とする所定角度範囲に設けられた肉厚部分である。カムノーズ部48bは、支持部470の外周面の所定位置から（駆動軸４０の）外径方向に向かって延びるように突出形成された部分である。カム本体４９も同様に、基円部49aとカムノーズ部49bを有している。

カム本体４８のz軸負方向側の下面には、カム面480が形成されている。カム面480は、基円部48aの外周面と、これに連続して形成されたカムノーズ部48bの片側外周面とからなる。カム面480には、高い硬度を確保するために、全体に高周波焼き入れが施されている。x軸正方向側のカム本体４９にも、カム面480と同様のカム面490が設けられている。

カム本体４８のカムノーズ部48bには、ピン孔48cがx軸方向に貫通形成されている。リンクロッド４５のz軸負方向側の端において、板状部分451,452の間にはカムノーズ部48bが挟み込まれ、その状態で、ピン孔45c,45d及びピン孔48cには、ピン454が回転自在に挿通されている。すなわち、リンクロッド４５のz軸負方向側の二股状の端部は、ピン454を介して、揺動カム４７（カム本体４８）のカムノーズ部48bに回転自在に連係されている。

一方、図５に示すように、x軸正方向側のカム本体４９のz軸正方向側の上面には、支持部470とカムノーズ部49bとを結ぶ方向に、幅が狭いリブRが一体に形成されている。このリブRは、リンクロッド４５からの揺動力やバルブスプリングSからのバネ力による大きな荷重を受けるための剛性を確保するものである。

バルブリフタ３は、一対の吸気弁２a,２ｂに対応して一対設けられており、x軸負方向側のカム本体４８に対応するバルブリフタ３ａと、x軸正方向側のカム本体４９に対応するバルブリフタ３ｂとからなる。バルブリフタ３ａ,３ｂは同形状であるため、以下、バルブリフタ３ａを例にとって説明する。

バルブリフタ３は有蓋円筒状に形成されており、摺動用孔１ａの内周面に摺接する円筒部分と、この円筒部分の上端に蓋をする円形の冠面３０とを有している。冠面３０は、ｘｙ平面と略平行に、平坦形状に形成されている。冠面３０には、カム本体４８のカム面480が摺接する。冠面３０の中心を通るバルブリフタ３の中心軸を、円筒中心O1という。

冠面３０の裏側の面には、z軸方向から見て円形状のボス部３１が、バルブリフタ３の円筒中心O1と同心に、z軸負方向に向かって盛り上がるように形成されている（図１１参照）。ボス部３１のz軸負方向側の面31aは、xy平面と略平行に、平坦に形成されている。面31aには、吸気弁２のバルブステム２０のz軸正方向側の上端面20bが当接している。このように、バルブステム２０が当接するバルブリフタ３の部分の強度がボス部３１によって確保されている。また、ボス部３１以外の冠面３０のz軸方向肉厚を薄くすることで、バルブリフタ３ａ全体の軽量化を実現している。

図６及び図１１に示すように、バルブステム２０の軸心線O2の延長線上には、揺動カム４７（カム本体４８,４９）の揺動中心P1が配置されている。すなわち、軸心線O2をz軸正方向側へ延長すると駆動軸４０の軸心P1と交わるように、吸気弁２（バルブステム２０）と揺動カム４７の相対位置が決められている。また、後述するように、バルブリフタ３の円筒中心O1は、バルブステム２０の軸心線O2に対して、y軸正方向側に所定量T0だけオフセットして配置されている。

また、バルブリフタ３の円筒中心O1は、バルブステム２０（ステムエンド20a）の上端面20bの範囲内に収まる位置に設けられている。言い換えると、上記オフセット量T0は、ステムエンド20aの半径未満の大きさに設定されている。

バルブステム２０の上端（ステムエンド20a）付近には、バルブリフタ３の内周側の位置に、スプリングリテーナ２１が装着されている。摺動用孔１aの下端において、シリンダヘッド１にはスプリングシート２２が設置されている。スプリングリテーナ２１とスプリングシート２２との間にはバルブスプリングSが圧縮された状態で設置されている。バルブスプリングSは、等径・等ピッチのコイルばねであり、吸気弁２をｚ軸正方向（閉弁方向）へ付勢している。

尚、バルブステム２０とスプリングリテーナ２１との間には、z軸方向断面が逆円錐台形に形成され、２分割されたバルブコッタ２３が装着されている。バルブコッタ２３は、バルブスプリングSの付勢力によってステムエンド20aに締め付け固定されている。

制御機構５は、駆動軸４０のy軸負方向側かつz軸正方向側に配置された制御軸５０と、制御軸５０の外周面に一体に設けられた制御カム５１とを有している。制御軸５０は、駆動軸４０と略平行に機関前後方向に沿って配置されている。

制御カム５１は、各気筒に１つ設けられ、x軸方向において所定の幅を持つとともに、図１１に示すように、x軸方向から見て、制御軸５０よりも大径に設けられた円板状の偏心カムであり、その軸心Q2は制御軸５０の軸心Q1から径方向へ所定量だけオフセットしている。制御カム５１は、ロッカアーム４４の支持孔44aの内部に回転自在に挿通されており、制御カム５１の軸心Q2がロッカアーム４４の揺動支点となる。駆動機構６により制御軸５０が回転制御されることで、制御カム５１の軸心Q2（ロッカアーム４４の揺動支点）が移動し、これにより伝達機構４の作動姿勢が変化する。

図２に示すように、制御軸５０の外周には、複数のジャーナル部５２が一体に設けられている。ジャーナル部５２は、制御軸５０と同軸の円筒形状であり、制御軸ジャーナル軸受１５に摺動回転自在に支持されている（図４参照）。隣接する２つのジャーナル部５２は、x軸方向で制御カム５１を挟むように配置されている。

駆動機構６は、図１に示すように、制御軸５０のx軸負方向側の端部に設置されており、図９に示すように、電動モータMと、電動モータMの回転駆動力を制御軸５０に伝達するボール螺子伝達機構６０とを有している。ボール螺子伝達機構６０を収容するハウジング600は、シリンダヘッド１の後端部に固定されている。

電動モ−タMは、比例型のDCモータであり、機関の運転状態を検出するコントローラからの制御信号によって駆動される。電動モ−タMは、有底円筒状のモータケーシング601の内部に設置されている。モータケーシング601は、y軸正方向側の矩形状端部602においてハウジング600に固定され、ハウジング600のy軸負方向側の開口部を封止している。

ボール螺子伝達機構６０は、ボール螺子軸６１と、ボールナット６２と、リンク部材６３と、連係アーム６４とを有している。ボール螺子軸６１は、ハウジング600の内部に、電動モータMの駆動軸603と同軸上に配置されており、電動モータMにより回転駆動される。ボールナット６２は、ボール螺子軸６１の外周に螺合して設置された円筒状の移動ナットであり、ボール螺子軸６１の回転運動を直線運動に変換する。ボールナット６２は、ボール螺子軸６１が回転することにより、ボール螺子軸６１との間に介在されたボールを介して、ボール螺子軸６１の軸方向（y軸方向）の移動力を付与されるようになっている。

リンク部材６３は、二股に分かれた一端63aがボールナット６２の外周にピン630を介して回転自在に連結され（図１参照）、他端が連係アーム６４（第1アーム640）の一端に回転自在に連結されている。連係アーム６４は、第1アーム640と第2アーム641とが結合して構成され、x軸方向から見てブーメラン形状のレバー部材である。x軸方向から見て、第1アーム640の先端には、リンク部材６３の上記他端が連結されている。第2アーム641の中間部位には制御軸５０のx軸負方向側の端部が固定されている。

コントローラは、機関回転数を検出するクランク角センサ、吸入空気量を検出するエアーフローメータ、機関の水温を検出する水温センサ、及び制御軸５０の回転位置を検出するポテンショメータ等の各種のセンサからの信号をフィードバックして現在の機関運転状態を演算等により検出し、電動モータMに制御電流を出力して、その動作を制御する。ポテンショメータにより検出される制御軸５０の回転角度は、吸気弁２のバルブリフト特性（作動角やバルブリフト量）に対応している。

以上のように、本実施例１のVELでは、揺動カム４７が駆動軸４０と同軸P1上に配置され、揺動カム４７の支軸が駆動軸４０であるため、特別な支軸が不要となって部品点数を削減できるとともに、機関幅方向の配置スペースが小さくなってコンパクト化が図られている。また、揺動カム４７の揺動中心（駆動軸４０の軸心P1）が吸気弁２の軸心線O2の延長線上に配置されているため、（カムがバルブリフタを介して直接に機関弁を押す）いわゆる直動式の動弁系におけるカムシャフトの位置にそのまま駆動軸４０（及び揺動カム４７）を配置することが可能であり、かつチェーン系のレイアウトも変更不要である。すなわち、一般的な既存の直動式の動弁系に容易にVELを適用でき、レイアウトの変更が少なくてすむ。

また、可変機構４は、デスモドロミック動弁機構の原理を応用した強制駆動であるため、駆動軸４０から揺動カム４７への動力伝達経路にリターンスプリング等が介在しない簡素な構造となっており、バルブスプリングSを強化する必要もない。さらに、各リンク部材の連結・接触部分の多くが滑り軸受構造となっているため、潤滑が容易で耐久性・信頼性に優れている。

以下、揺動カム４７のカム特性とレイアウトについて、カム本体４８を例にとって説明する。図７に示すように、カム本体４８のカム面480には、基円部48aの外周面であるベースサークル面481と、ベースサークル面481からカムノーズ部48b側に連続して曲線状に延びるランプ面482（始点Rs〜終点Re）と、ランプ面482から連続して略直線状に延びるリフト面483とが形成されている。リフト面483は、カムノーズ部48bの先端側で曲線状に形成されており、カムノーズ部48bの先端に形成された最大リフトの頂面484に連なっている。

x軸正方向側から見て、揺動カム４７が軸心P1を中心として時計回り方向に最大回転した位置を基準とし、そこから揺動カム４７（カム本体４８）が反時計回り方向へ回転した角度を揺動角θとする。所定の揺動角θに対応するベースサークル面481の範囲がベースサークル領域になり、ベースサークル領域から所定の揺動角θに対応するランプ面482の範囲がいわゆるランプ領域となり、さらにランプ領域から頂面484までの所定の揺動角θに対応する範囲がリフト領域（イベント領域）になるように設定されている。

図８は、クランク角度（揺動角θ）に対する揺動カム４７（カム本体４８）のカムリフト量Lを示すカム特性図であり、トラベル量Tを併せて示す。小リフト制御時の特性を実線で示し、大リフト制御時の特性を一点鎖線で示し、中間リフト制御時の特性を二点鎖線で示す。

カムリフト量Lとは、カム本体４８の揺動中心P1からベースサークル面481までの距離を基準値とし、バルブステム２０の軸心線O2の方向（リフト方向）において、揺動中心P1からカム面480までの距離が、上記基準値に対して増大した距離をいう。また、カムリフト量Lから下記バルブクリアランスδを差し引いた分がバルブリフト量となる。バルブリフト量は、吸気弁２の閉弁状態を基準位置とし、この基準位置からの吸気弁２のストローク量を意味し、開弁量を示す値である。

また、トラベル量T とは以下の量を指す。すなわち、x軸方向から見て（図１１参照）、バルブリフタ３の冠面３０までの距離が最短となるカム面480上の点を、z軸方向に冠面３０へ投影したとき、この投影点は、揺動カム４７が揺動するのに応じて、冠面３０上の所定範囲をy軸方向に移動する。冠面３０にベースサークル面481が対向しているときは、上記投影点はバルブステム２０の軸心線O2上にある。上記投影点の軸心線O2からの移動距離（冠面３０上の水平距離）を、トラベル量Tと呼ぶ。

言い換えると、トラベル量Tは、揺動カム４７の揺動中心P1から、冠面３０とカム面480とが最短距離で対向ないし当接する位置（カム接点）までのy軸方向距離であり、冠面３０とカム面480が接しているときはカム接点移動長さである。トラベル量Tは、dL/dθの大きさとして求められる。

ランプ領域において、カムリフト量Lは揺動角θに比例して直線的に変化し、dL/ｄθ＝一定となるようにランプ面482の形状が設定されている。このため、図８に示すように、ランプ領域でのトラベル量Tは一定値T0となる。イベント領域においては、正〜０〜負の加速度の区間が設けられており、揺動角θの増加に対してdL/ｄθ（トラベル量T）が増加し、その後、dL/ｄθが一定となるか又は減少するようにリフト面483（頂面484）の形状が設定されている。

揺動角θが小さい状態、すなわち、x軸正方向側から見て、揺動カム４７（カム本体４８）が時計回り方向に回転変位し、ベースサークル面481がバルブリフタ３の冠面３０と対向している状態では、カムリフト量L及びトラベル量Tはゼロである。また、冠面３０とベースサークル面481との間に、所定のバルブクリアランス（以下、クリアランスδという。）が介在している。

クリアランスδは、動弁各部の熱膨張差によるバルブ突き上げや摩耗による圧縮漏れ等を防止するため、冠面３０とカム面480（ベースサークル面481）との間に設けられている。クリアランスδは、ランプリフト以下の大きさに設けられている。ここでランプリフトとは、ランプ領域でのカムリフト量Lの上限であり、終点Reにおけるカムリフト量Lを指す。

上記状態から、x軸正方向側から見て、揺動カム４７（カム本体４８）が反時計回り方向に回転すると、揺動角θが大きくなってランプ面482が冠面３０と対向するようになり、カムリフト量Lが一定の割合で徐々に増大するようになるとともに、トラベル量が一定値T0となる。この状態で、カムリフト量Lがクリアランスδの分だけ増大したとき、ランプ面482の所定位置が冠面３０に当接する。

この当接点は、冠面３０上において、バルブステム２０の軸心線O2（揺動カム４７の揺動中心P1）からトラベル量T0だけy軸正方向へ移動した位置にある。ここで、バルブリフタ３の円筒中心O1は、バルブステム２０の軸心線O2（駆動軸４０の軸心P1）に対して、トラベル量T0の分だけy軸正方向側にオフセットして配置されている。よって、上記当接点は、バルブリフタ３の円筒中心O1に位置することとなる。

言い換えると、クリアランスδは、ランプリフト以下の大きさに設けられているため、カム面480が冠面３０との当接を開始又は終了するとき、ランプ面482において上記当接を開始又は終了することとなる。ランプ領域でのトラベル量Tは一定値T0であるため、カムリフト量Lがクリアランスδ相当となってカム面480が冠面３０との当接を開始又は終了するときのトラベル量も一定値T0である。よって、カム面480（ランプ面482）が冠面３０との当接を開始又は終了するとき、バルブリフタ３の円筒中心O1の位置において、上記当接を開始又は終了することとなる。

揺動角θがさらに大きくなると、カムリフト量Lがさらに増大し、ランプ面482、さらにはリフト面483が冠面３０の所定位置に当接してバルブリフタ３を押し下げ、バルブリフト量を増大する。

次に、VELの作動について、カム本体４８を例にとって説明する。図１１〜図１３は、低速低負荷域においてバルブリフト量が平均的に小さくなるように制御されたとき（小リフト制御時）のVELの状態を示し、図１４〜図１６は、高速高負荷域においてバルブリフト量が平均的に大きくなるように制御されたとき（大リフト制御時）のVELの状態を示す。図１１と図１４は、カムリフト量Lが最小であるときの姿勢（ゼロリフト状態）を示す。図１２と図１５は、カムリフト量Lが所定量であるときの姿勢（リフト開始状態）を示す。図１３と図１６は、カムリフト量Lが最大であるときの姿勢（最大リフト状態）を示す。

（吸気弁の開閉作動）
まず、可変機構４による吸気弁２の開閉作動を説明する。この基本的な作動は小リフト制御時と大リフト制御時等とで共通であるため、以下、小リフト制御時を例にとり、図１１〜図１３に基づき説明する。

図１１は、揺動カム４７（カム本体４８）のカムノーズ部48bがz軸正方向側へ最も引き上げられた状態を示す。すなわち、図１１の状態では、駆動カム４１の軸心P2は、駆動軸４０の軸心P1を挟んで、ロッカアーム４４のピン443と反対側の位置にあり、軸心P1,P2とピン443の軸心Rは一直線上に並んでいる。よって、ピン443は、リンクアーム４３を介してz軸負方向側へ最大限引き下げられ、ロッカアーム４４は、揺動中心Q2を中心に時計回り方向に最大回転変位している。この結果、ロッカアーム４４の第2アーム442に連結されたリンクロッド４５がz軸正方向側へ跳ね上がり、これに伴い、揺動カム４７も跳ね上がって、揺動角θが最小である最小揺動位置になっている。

このとき、バルブリフタ３の冠面３０には揺動カム４７（カム本体４８）のベースサークル面481が対向しているため、カムリフト量Lはゼロになっている。また、冠面３０とベースサークル面481との間にはクリアランスδが介在している。揺動カム４７（カム本体４８）がバルブリフタ３を押圧しないので、当然、吸気弁２のバルブリフト量もゼロであり、非リフト状態となっている。

次に、この状態から駆動軸４０が時計回り方向に回転すると、図１２に示すように、駆動カム４１の軸心P2は軸心P1を中心に時計回り方向に回転して、駆動カム４１がリンクアーム４３を押し上げる。このため、ロッカアーム４４が揺動中心Q2の周りに反時計回り方向へ回転し、リンクロッド４５をz軸負方向側へ押し下げ、揺動カム４７を軸心P1の周りに反時計回り方向へ回転させる。この結果、揺動角θが増大し、カムリフト量Lも増大して、図７のランプ領域（Rs〜Re）の途中でランプ面482がバルブリフタ３の冠面３０に当接する。

ランプ面482が冠面３０に当接し始めた瞬間、カムリフト量Lは、クリアランスδ相当になっている。このときの駆動軸４０の回転角度、すなわちクランク角度は、可変機構４が実際にバルブリフタ３を介して吸気弁２を開くバルブリフトの開始点となる。以後、ランプ面482がバルブリフタ３を押し下げる上りランプリフトが開始される。すなわち、冠面３０が押圧され、バルブスプリングSの反力に抗して吸気弁２が開かれる。揺動カム４７（カム本体４８）のリフトは、冠面３０とボス部３１を介して、ボス部３１と当接するステムエンド20aに伝わり、吸気弁２をz軸負方向側へ移動させ、開弁させる。

次に、駆動軸４０がさらに時計回り方向に回転すると、カム面480と冠面３０との当接点は、図７に示すReから左に移行してイベント領域に入る。図１３は、駆動カム４１の軸心P2が、駆動軸４０の軸心P1とロッカアーム４４のピン443との間に挟まれた位置において、軸心P1とピン443の軸心Rとを結ぶ直線上に来た状態を示す。この時点で、ピン443はz軸正方向へ最大限に持ち上げられ、ロッカアーム４４は揺動中心Q2の周りに反時計回り方向へ最大回転し、揺動カム４７は軸心P1の周りに反時計回り方向へ最大限に揺動する。このときカムリフト量Lは最大となり、開弁量すなわちバルブリフト量は最大となる。

駆動軸４０がさらに時計回り方向に回転すると、リンクアーム４３を介してピン443が引き下げられ、揺動カム４７は時計回り方向へ揺動するため、揺動角θが減少する。バルブリフタ３の冠面３０に当接するカム面480は、イベント領域から再びランプ領域（Rs〜Re）に移る（下りランプ）。カムリフト量Lがクリアランスδ未満になると、カム面480は上記当接を終了する。カムリフト量Lがゼロになると、再びベースサークル領域が冠面３０に対向するようになる。

以上により、クランク角度に対する揺動カム４７（カム本体４８）のカムリフト量Lの特性は、図８の実線L1のようになる。

（バルブリフト特性の可変作用）
次に、VELによるバルブリフト特性の可変作用を説明する。VELは、機関運転状態に応じて揺動カム４７の回転位相（揺動軌跡）を変化させ、カムリフト特性を変更することで、バルブリフト量、開閉時期（バルブタイミング）、作動角といったバルブリフト特性を可変制御する。

機関低速低負荷時には、制御機構５は、制御カム５１をx軸正方向側から見て反時計回り方向へ偏心回転させ、バルブリフト量を小さくする。まず、図９に示すように、コントローラからの制御信号によって電動モータMを一方向に回転させる。この回転トルクがボール螺子軸６１に伝達されると、ボール螺子軸６１の回転に伴ってボールナット６２がy軸負方向へ直線運動する。ボールナット６２の移動は、リンク部材６３を介して、連係アーム６４をx軸正方向側から見て反時計回り方向に回転させ、制御軸５０を同方向へ回転駆動する。

このため、制御軸５０に固定された制御カム５１の肉厚部、すなわち軸心Q2が、制御軸５０の軸心Q1の周りに、所定角度だけ、x軸正方向側から見て反時計回り方向に回転移動する。具体的には、軸心Q2は、y軸正方向側かつz軸負方向側の所定位置（図１４）から、y軸負方向側かつz軸正方向側の所定位置（図１１）へ移動する。このように軸心Q2がz軸正方向側へ引き上げられ駆動軸４０から遠ざかるとともに、ロッカアーム４４は、全体として、図１４に示す状態から図１１に示す状態へ、軸心Q2を中心として時計回り方向へ回転移動する。

このため、揺動カム４７のカム本体４８は、リンクロッド４５を介して、カムノーズ部48bを強制的にz軸正方向側へ引き上げられることで、全体として、図１４に示す状態から図１１に示す状態へ、軸心P1を中心として時計回り方向へ回転移動する。すなわち、揺動カム４７の回転位相が時計回り方向にオフセットする。よって、駆動カム４１が回転して揺動カム４７を揺動させ、吸気弁２を開閉作動させる間、バルブリフタ３の冠面３０に対向するカム面480は、リフト面483の側よりもベースサークル面481の側の割合のほうが多くなる。言い換えると、揺動カム４７の空振り範囲が増加する。また、冠面３０に対するカム面480の当接位置は点A1が限界となり（図１３参照）、点A1でピークリフトとなる。

よって、小リフト制御時のカムリフト特性は、図８の実線L1に示すようになる。かかる低速低負荷域では、ピークリフト量は小さくなり、バルブリフト量が小さい特性となって、フリクションが低減する。また、各吸気弁２の開時期が遅くなり、閉時期が早くなって、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。

一方、機関運転状態が低速低負荷域から高速高負荷域に移行した場合は、制御機構５は、制御カム５１を時計回り方向へ偏心回転させ、バルブリフト量を大きくする。まず、図１０に示すように、コントローラからの制御信号によって電動モータMを低速低負荷域とは逆方向に回転させ、ボールナット６２をy軸正方向へ移動させる。これにより、リンク部材６３を介して、連係アーム６４を時計回り方向に回転させ、制御軸５０を同方向へ回転駆動する。

このため、制御カム５１の軸心Q2が、制御軸５０の軸心Q1の周りに、所定角度だけ時計回り方向に回転移動する。具体的には、軸心Q2は、y軸負方向側かつz軸正方向側の所定位置（図１１）から、y軸正方向側かつz軸負方向側の所定位置（図１４）へ移動する。このように軸心Q2がz軸負方向側へ押し下げられ駆動軸４０に近づくとともに、ロッカアーム４４は、全体として、図１１に示す状態から図１４に示す状態へ、軸心Q2を中心として反時計回り方向へ回転移動する。

このため、揺動カム４７のカム本体４８は、リンクロッド４５を介して、カムノーズ部48bを強制的にz軸負方向側へ押し下げられることで、全体として、図１１に示す状態から図１４に示す状態へ、軸心P1を中心として反時計回り方向へ回転移動する。すなわち、揺動カム４７の回転位相が反時計回り方向にオフセットする。よって、駆動カム４１が回転して揺動カム４７を揺動させ、吸気弁２を開閉作動させる間、バルブリフタ３の冠面３０に対向するカム面480は、ベースサークル面481の側よりもリフト面483の側の割合のほうが多くなる。言い換えると、揺動カム４７の空振り範囲が減少する。また、冠面３０に対するカム面480の当接位置は点A2が限界となり（図１６参照）、点A2でピークリフトとなる。

よって、大リフト制御時のカムリフト特性は、図８の一点鎖線L２に示すようになる。かかる高速高負荷域では、ピークリフト量は大きくなり、バルブリフト量が大きい特性となる。また、各吸気弁２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な機関出力が確保できる。

尚、低速と高速の中間の回転速度域（中間域）でも同様に、機関運転状態に応じて適宜バルブリフト量を制御することで、例えば図８の二点鎖線L3に示すようなカムリフト特性を得ることができる。VELは、低速低負荷域から高速高負荷域までの全領域において、制御軸５０の回転角を適宜制御することで、無段階連続的にバルブリフト量を制御することができる。

（バルブリフタの挙動安定化）
次に、揺動カム４７に対するバルブリフタ３の配置によるバルブリフタ３の挙動安定化作用について、カム本体４８を例にとって説明する。この作用は、バルブリフト特性がどのように可変制御されていても、同様に得られる。

一般に、揺動カムがバルブリフタを介して直接に機関弁を押すいわゆる直動式のVELにおいて、揺動カムの揺動支点がバルブリフタの円筒中心延長線上に設置されているような場合、バルブリフトの開始時、すなわちバルブリフト量が増加し始める時のカム接点は、バルブリフタの円筒中心位置からずれることとなる。このとき、揺動カムのカム面からバルブリフタに作用する荷重は、バルブリフタの冠面上において円筒中心からずれた位置に発生するため、摺動用孔に設置されたバルブリフタを倒そうとするモーメントが生じる。特にバルブリフト開始初期には、摺動用孔とバルブリフタとの間で潤滑油による流体潤滑が作用しないため、バルブリフタの倒れが生じやすくなる。

また、コストダウンや軽量化等を図るため、油圧ラッシュアジャスタ等の隙間自動調整部品を省略した場合、揺動カムとバルブリフタとの間には、所定のバルブクリアランスが設けられることとなる。この場合、揺動カムのカムリフト量がバルブクリアランス相当になり、カム面がバルブリフタの冠面と当接し始めるとき、カム面と冠面は非接触状態から接触状態へ瞬時に移行し、バルブリフトが突然開始されることとなる。このため、バルブリフタは、カム面から衝撃荷重を受けることとなり、上記バルブリフタの倒れの発生がより懸念される。

これに対し、本実施例１では、バルブリフタ３の円筒中心O1の位置を、吸気弁２のバルブステム２０の軸心線O2に対し、トラベル量T0だけカムノーズ部48bの側にオフセットさせている。これにより、揺動カム４７（カム本体４８）がバルブリフタ３を開弁方向に押し下げ始めるとき、バルブリフタ３の冠面３０とカム本体４８のカム面480との接線がバルブリフタ３の円筒中心線O1と交わる。すなわち、冠面３０においてカム面480が当接し始める時点のカム接点位置と、バルブリフタ３の円筒中心O1の位置とが、x軸方向から見て一致する。

よって、バルブリフト開始時に、カム面480からの荷重は、バルブリフタ３の円筒中心O1の位置に作用するため、摺動用孔１aに設置されたバルブリフタ３をyz平面内で倒そうとするモーメントが発生しない。したがって、バルブリフト開始時におけるバルブリフタ３の倒れ現象が防止され、バルブリフタ３の挙動が安定化するとともに、バルブリフタ３と摺動用孔１aの間のフリクションが低減される。

また、バルブリフタ３の円筒中心O1は、バルブステム２０の上端面20bの範囲内に設けられている。よって、バルブスプリングSの反力は、ステムエンド20a（上端面20b）を介してバルブリフタ３の円筒中心O1に作用する。言い換えると、バルブリフト開始時にバルブリフタ３の円筒中心O1の位置に作用する荷重は、ステムエンド20a（上端面20b）によって受け止められる。このため、ステムエンド20a（上端面20b）を支点としてバルブリフタ３をyz平面内で倒そうとするモーメントが発生しない。したがって、バルブリフタ３の挙動がより安定化する。

また、カム面480のイベント領域がいきなり冠面３０に当接するとバルブリフタ３の挙動が乱れるおそれがあるが、本実施例１のカム面480は、非リフト領域（ベースサークル領域）とリフト領域（イベント領域）の間に、両者を連続的に接続するランプ面482を有している。すなわち、イベント領域へ移行する前のカム面480の区間に、カムリフト量Lの増加速度を抑制するランプ領域を設けている。そして、クリアランスδは、ランプ面482の高さ（ランプリフト）以下に設定されている。

よって、仮に大リフト制御時であっても、カム面480が冠面３０と当接し始めるときは、まずランプ面482と接触することとなり、当接が開始されるときの衝突速度が緩和され、バルブリフト開始速度が小さくなる。このため、バルブリフタ３がカム面480から受ける衝撃荷重が緩和され、騒音の発生が抑制されるとともに、バルブリフタ３の倒れがより防止される。

さらに、ランプ面482は、カムリフト量Lが揺動角θに対して直線的に増加する形状であり、dL/ｄθ＝一定となるように設定されているため、ランプ領域でのトラベル量Tは一定値T0となる。よって、クリアランスδがばらついた場合であっても、クリアランスδがランプリフト以下である限り、カム面480（ランプ面482）が冠面３０との当接を開始するときのトラベル量は不変であり一定値T0である。したがって、クリアランスδの大小に関わらず、バルブリフタ３の円筒中心O1の位置において上記当接を開始することとなり、バルブリフタ３の挙動がより安定化する。

尚、トラベル量Tはランプ領域を過ぎると急激に増え、イベント領域に入るとカム接点位置がバルブリフタ３の円筒中心O1よりもカムノーズ部48bの側にずれる。よって、カム面480が冠面３０との当接を開始した後、バルブリフト中、バルブリフタ３を倒そうとするモーメントが発生する。しかし、バルブリフト中は、バルブリフタ３の摺動用孔１aに対する摺動速度が増し、摺動用孔１aとバルブリフタ３との間で潤滑油による流体潤滑が作用する。このため、バルブリフタ３は潤滑油に支えられ、倒れは生じにくくなる。

さらに、本実施例１では、カム本体４８の幅中心αを、バルブリフタ３の円筒中心O1に対してx軸方向に僅かにオフセットさせている（図５、図６参照）。よって、冠面３０に対してカム面480が摺接する範囲が、円筒中心O1を境としてx軸方向に偏ることとなり、バルブリフタ３を摺動用孔１aの内部で円筒中心O1の周りに回転させようとするモーメントが働く。したがって、バルブリフト中はバルブリフタ３が回転し、これにより冠面３０においてカム面480が摺接する箇所が偏ることがなく、冠面３０の偏摩耗が防止される。

それだけでなく、バルブリフト開始時、上記モーメントによってバルブリフタ３が微小に回転するため、摺動用孔１aとバルブリフタ３との間の油膜形成及びそれによるバルブリフタ保持性が高められる。これによりバルブリフタ３の倒れが防止されるため、バルブリフタ３の挙動がより一層安定化する。

以上の作用は、揺動カム４７のカム本体４９の側でも同様に得られる。

［実施例１の効果］
以下、実施例１から把握される本発明のVELの効果を列挙する。

（１）支軸（駆動軸４０）に揺動自在に支持され、揺動することで非リフト領域とリフト領域が切り替わり、リフト領域でバルブスプリングSの反力に抗して機関弁（吸気弁２）を開作動する揺動カム４７（カム本体４８,４９）を備え、機関のクランクシャフトから駆動軸４０を介して伝わる回転運動を揺動運動に変換して揺動カム４７に伝達するとともに、揺動カム４７の揺動姿勢を変化させることで機関弁のバルブリフト量を可変制御し、揺動カム４７と機関弁との間には有蓋円筒形状のバルブリフタ３が介在するとともに、非リフト領域において揺動カム４７とバルブリフタ３の冠面３０との間に所定のバルブクリアランスδが設定された可変動弁装置VELにおいて、揺動カム４７のカムリフト量Lがバルブクリアランスδ相当となり冠面３０と当接するときのカム接点がバルブリフタ３の円筒中心O1の延長線上にあることとした。

よって、バルブリフト開始時に、カム面480からの荷重は、バルブリフタ３の円筒中心O1の位置に作用するため、バルブリフタ３の倒れが防止される。したがって、バルブリフト開始時において、バルブリフタ３の挙動を安定化できるとともに、バルブリフタ３と摺動用孔１aの間のフリクションを低減できる、という効果を有する。

（２）具体的には、バルブリフタ３の円筒中心O1を、機関弁の軸心（バルブステム２０の軸心線O2）に対し、揺動カム４７のカムリフト量Lがバルブクリアランスδ相当となり冠面３０と当接するときのカム接点と揺動カム４７の揺動中心P1との間における冠面３０上の水平距離（トラベル量T0）の分だけオフセットするとともに、バルブリフタ３の円筒中心O1が機関弁の軸端面（上端面20b）内にあることとした。

よって、上記（１）と同様の効果のほか、バルブリフト開始時に、バルブリフタ３の円筒中心O1の位置に作用する荷重はステムエンド20a（上端面20b）によって受け止められるため、バルブリフタ３の挙動をより安定化できる、という効果を有する。
尚、上記オフセット量は、トラベル量T0と厳密に一致している必要はなく、多少のずれは許容される。すなわち、バルブリフタ３の倒れをある程度制限できる量であればよく、トラベル量T0より若干大きくても小さくてもよい。

（３）言い換えると、本実施例１のバルブリフタ３は、機関弁（吸気弁２）と、支軸（駆動軸４０）に揺動自在に支持され、揺動することで非リフト領域とリフト領域が切り替わり、リフト領域でバルブスプリングSの反力に抗して機関弁（吸気弁２）を開作動する揺動カム４７（カム本体４８,４９）との間に介装され、リフト領域と摺接する冠面３０を有し、非リフト領域において揺動カム４７との間に所定のバルブクリアランスδが設定された有蓋円筒形状のバルブリフタ３において、バルブリフタ３の円筒中心O1を、機関弁の軸心（バルブステム２０の軸心線O2）に対し、揺動カム４７のカムリフト量Lがバルブクリアランスδ相当となり冠面３０と当接するときのカム接点と揺動カム４７の揺動中心P1との間における冠面３０上の水平距離（トラベル量T0）の分だけオフセットするとともに、バルブリフタ３の円筒中心O1が機関弁の軸端面（上端面20b）内にあることとした。

よって、本実施例１のバルブリフタ３は、上記（２）と同様の効果を有する。

（４）上記非リフト領域とリフト領域の間には、両者を連続的に接続するランプ面482を有し、バルブクリアランスδは、ランプ面482の高さ（ランプリフト）以下であることとした。

よって、バルブリフト開始時には、まずランプ面482が冠面３０と当接することで揺動カム４７とバルブリフタ３との衝突速度が緩和されるため、バルブリフタ３の動き出しが緩やかとなる。したがって、バルブリフト開始時における作動が滑らかとなって、バルブリフタ３の挙動をより安定化できる、という効果を有する。

（５）ランプ面482は、非リフト領域であるベースサークル面481に対するリフト量（カムリフト量L）が、揺動カム４７の揺動角θに対して直線的に増加する形状であることとした。

すなわち、dL/ｄθ＝一定とし、ランプ領域でのトラベル量を一定値T0とした。よって、クリアランスδがばらついた場合であっても、バルブリフタ３の円筒中心O1の位置において上記当接が開始されることとなり、バルブリフタ３の挙動をより安定化できる、という効果を有する。

（６）冠面３０の裏面に、バルブリフタ３の円筒中心O1と同軸に、機関弁の軸端面（上端面20b）が当接する円形状のボス部３１を設けた。

よって、バルブリフタ３の強度を確保するとともに軽量化を図ることができる、という効果を有する。

（７）揺動カム４７（カム本体４８,４９）の幅中心αをバルブリフタ３の円筒中心O1に対して、揺動カム４７の軸方向（x軸方向）に僅かにオフセットさせた。

よって、バルブリフト開始時、バルブリフタ３が微小に回転することで、バルブリフタ３の倒れを防止でき、バルブリフタ３の挙動をより一層安定化できる。また、これに付随して、バルブリフト中はバルブリフタ３が回転することで、冠面３０の偏摩耗を防止できる、という効果を有する。尚、上記オフセット量は、それによりバルブリフト開始時に発生するバルブリフタ３の回転モーメントが、摺動用孔１aとバルブリフタ３との間に油膜を形成する程度であれば足りる。

（８）揺動カム４７の揺動中心P1が、機関弁の軸中心（バルブステム２０の軸心線O2）の延長線上に配置されていることとした。

よって、いわゆる直動式の動弁系におけるカムシャフトの位置にそのまま駆動軸４０を配置することが可能であるため、本実施例１のVELの搭載性を向上できる、という効果を有する。

（９）支軸（駆動軸４０）に揺動自在に支持され、揺動することで非リフト領域とリフト領域が切り替わり、リフト領域でバルブスプリングSの反力に抗して機関弁（吸気弁２）を開作動する揺動カム４７（カム本体４８,４９）を備え、機関のクランクシャフトから駆動軸４０を介して伝わる回転運動を揺動運動に変換して揺動カム４７に伝達するとともに、揺動カム４７の揺動姿勢を変化させることで機関弁のバルブリフト量を可変制御し、揺動カム４７と機関弁との間には有蓋円筒形状のバルブリフタ３が介在するVELにおいて、揺動カム４７がバルブリフタ３を開弁方向に押し下げ始めるとき、バルブリフタ３の冠面３０と揺動カム４７のカム面との接線がバルブリフタ３の円筒中心線O1と交わることとした。

すなわち、実施例１では、ラッシュアジャスタ等の隙間自動調整部品を省略し、揺動カム４７とバルブリフタ３との間にバルブクリアランスδを設けることとしたが、バルブリフタ３に油圧ラッシュアジャスタ等を装着し、バルブクリアランスを常時ゼロに自動調整することとしてもよい。この場合も上記（１）と同様の効果を得ることができる。

実施例２のVELは、実施例１と同様の構成を有しており、バルブリフタ３のボス部３１の形状のみ実施例１と異なる。以下、実施例１と対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図１７は、実施例２のVELをx軸正方向側から見た図であり、図１２と同様、小リフト制御時におけるリフト開始状態を示す。揺動カム４７（カム本体４８）のカム面480とバルブリフタ３の冠面３０との当接箇所（点線の円で囲んだ部分）を拡大して示す。

図１７に示すように、バルブリフタ３の冠面３０の裏面には、z軸負方向側から見て円形のボス部３１が、バルブリフタ３の円筒中心O1と同心に、z軸負方向に向かって盛り上がるように形成されている。ボス部３１の形状は、バルブリフタ３の円筒中心線O1上に曲率半径を置く球面形状となっている。すなわち、ボス部３１のz軸負方向側の面31aは、z軸負方向に向かって緩やかに凸の曲面状であって、円筒中心線O1に関して対称に形成されている。面31aの曲率中心は、円筒中心線O1上の一点である。よって、面31aの最もz軸負方向側の点Cは、円筒中心線O1上にある。

面31aには、バルブステム２０の上端面20bが当接している。上端面20bはxy平面に沿って平坦な形状であるため、上端面20bは点Cにおいて面31aと接触する。すなわち、バルブステム２０は、バルブリフタ３の冠面３０の裏側に、円筒中心O1の位置において当接している。バルブスプリングSの反力は、ステムエンド20aを介してバルブリフタ３に伝わり、その際、バルブリフタ３に対してz軸正方向に円筒中心線O1上に作用する。

よって、バルブリフト開始時、バルブリフタ３が揺動カム４７（カム本体４８）のカム面480から円筒中心O1の位置において荷重を受ける際、その荷重は、同じ円筒中心O1の位置（点C）において、バルブステム２０の上端面20bにより受け止められる。このため、上記荷重は、摺動用孔１aに設置されたバルブリフタ３を倒そうとするモーメントを発生しない。したがって、バルブリフト開始時におけるバルブリフタ３の挙動がより安定化するとともに、バルブリフタ３と摺動用孔１aの間のフリクションがより低減される。

また、ボス部３１の面31aとバルブステム２０の上端面20bは、面同士ではなく点Cで接触しているため、バルブステム２０（上端面20b）とバルブリフタ３（面31a）との間の摩擦抵抗が小さい。よって、バルブリフタ３が摺動用孔１a内で円筒中心O1の周りに回転しようとする際、より円滑に回転することが可能となり、冠面３０の偏摩耗がより防止される。

（実施例２の効果）
（１０）冠面３０の裏面に、バルブリフタ３の円筒中心O1と同軸に、バルブステム２０が当接する円形状のボス部３１を設け、ボス部３１のバルブステム20（上端面20b）との当接面31aは、バルブリフタ３の円筒中心線O1上の一点を曲率中心とする球面であることとした。

よって、実施例１と同様の効果のほか、バルブリフト開始時におけるバルブリフタ３の挙動をより安定化できるとともに、フリクションをより低減できる、という効果を有する。

実施例３のVELは、実施例１と同様の構成を有しており、バルブスプリングSの形状のみ実施例１と異なる。以下、実施例１と対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図１８〜図２０は、実施例３の大リフト制御時におけるVELをx軸正方向側から見た図であり、図１４〜図１６と同様、それぞれゼロリフト状態（図１８）、ランプリフト状態（図１９）、及び最大リフト状態（図２０）を示す。

実施例３のバルブスプリングSは、異径・等ピッチのコイルばねであり、コイル径が高さ方向に変化するように設定されている。具体的には、スプリングリテーナ２１の側のコイル径のほうが、シリンダヘッド１（スプリングシート２２）の側のコイル径よりも小さく設けられている。バルブスプリングSのコイル径は、上側（z軸正方向側）の半分においては等径であり、下側（z軸負方向側）の半分においては上側から下側へ向かうにつれて徐々に大きくなるように設けられている。コイル径が小さく設けられたバルブスプリングSの上側半分は、バルブリフタ３の円筒部分の内周３２に対向して設置されている。

すなわち、本発明のように、バルブリフタ３の円筒中心O1をバルブステム２０の軸心線O2に対してy軸正方向側へオフセットさせた場合、バルブスプリングSのコイル径を考慮しなければ、バルブスプリングSの上側半分における外周のy軸負方向側が、バルブリフタ３の円筒部分の内壁（内周３２）と干渉するおそれがある。一方、この干渉を防止するためにバルブリフタ３の直径を大きくすると、隣接するバルブリフタ３，３の間におけるシリンダヘッド１の隔壁（第１軸受台１０）の肉厚が必要以上に薄くなり、強度を確保できない等の不都合が生じる。

これに対し、本実施例３では、バルブスプリングSのスプリングリテーナ２１の側（上側半分）において、コイル径を小さく設定することで、上記干渉を防止している。図２０に示すように、吸気弁２が最もリフトされた状態においても、バルブスプリングSの外周は、バルブリフタ３の内周３２と干渉しないように設定されている。よって、バルブリフタ３のサイズはそのままで、トラベル量T0の大小にかかわらず、バルブリフタ３の円筒中心O1とバルブリフト開始時のカム接点とを容易に一致させることができる。

一方、バルブスプリングSの全長にわたってコイル径を小さくした場合には、バネ定数が不必要に高くなって、ピッチその他の要素を変更しなければ所望の弾性力を得ることができなくなるおそれがある。これに対し、本実施例３では、バルブリフタ３との干渉を比較的考慮しなくてよいシリンダヘッド１の側（下側半分）におけるバルブスプリングSのコイル径を大きく設定することで、全体としてのバネ定数の上昇を抑制している。

また、上記のように上側半分のコイル径を小さく設定することで、バルブスプリングSの上側半分の慣性重量が小さくなっている。このため、バルブリフト開始時にバルブスプリングSが押し縮められる際、バルブスプリングSの上側半分がよりスムースに押し縮められることとなって、バルブリフトが円滑に開始される。

（実施例３の効果）
（１１）バルブスプリングSは、一端がシリンダヘッド１の側に設置されるとともに、他端がバルブリフタ３の内周側でスプリングリテーナ２１を介して機関弁（吸気弁２のバルブステム２０）に設置され、バルブスプリングSは、スプリングリテーナ２１の側のコイル径が、シリンダヘッド１側のコイル径より相対的に小さいこととした。

よって、実施例１と同様の効果のほか、バネ定数を大きく変更することなく、バルブスプリングSとバルブリフタ３との干渉を防止し、バルブリフトをより円滑に開始することができる。また、揺動カム４７の揺動中心P1とバルブリフタ３の円筒中心O1とのオフセット量をより大きく設定することが可能となり、より大きなトラベル量Tを設定できるため、最大リフト量を増加して機関の出力をより高めることができる、という効果を有する。

［他の実施例］
以上、本発明を実施するための最良の形態を、実施例１〜３に基づいて説明してきたが、本発明の具体的な構成は実施例１〜３に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

例えば、実施例１〜３では、VELをV型６気筒エンジンに適用することとしたが、直列多気筒エンジン等、他の形式のエンジンに適用することとしてもよい。また、気筒の数や１気筒当たりの機関弁の数は問わない。実施例１〜３では、VELを吸気側の一対の機関弁（吸気弁２ａ,２ｂ）に対応して設けることとしたが、排気側に適用し、排気側の一対の機関弁に対応して設けることとしてもよい。吸気側と排気側の両方に設けてもよい。

実施例１〜３では、バルブリフタ３の冠面３０の裏側にボス部３１を設けることとしたが、ボス部３１を設けずに、冠面３０の裏面全体を肉厚に形成してもよい。この場合、加工の手間を省くことができる。

実施例１〜３では、揺動カム４７（カム本体４８,４９）の幅中心αをバルブリフタ３の円筒中心O1に対して、x軸方向に僅かにオフセットさせたが、揺動カム４７（カム本体４８,４９）の幅中心αをオフセットさせることなく、バルブリフタ３の円筒中心O1と一致させることとしてもよい。この場合でも、バルブリフタ３は摺動用孔１aの内部で自転可能であるため、冠面３０の偏摩耗はある程度防止される。例えば実施例２のようにボス部３１が球面状に形成されていれば、バルブリフタ３は容易に自転するため、冠面３０の偏摩耗は所定程度防止される。

実施例２では、ボス部３１の面31aを球面状に形成したが、面31aを平坦状に形成し（実施例１と同様）、かつバルブステム２０の上端面20bを球面状に形成することとしてもよい。この場合も、実施例２と同様の効果が得られる。

実施例１〜３では、機関のクランクシャフトから駆動軸４０を介して伝わる回転運動を揺動運動に変換して揺動カム４７に伝達するため、全ての部材がリンク結合されたリンク機構（伝達手段４２）を用いることとしたが、駆動軸４０の回転運動を揺動カム４７の揺動運動に変換できるものであればよく、上記リンク機構に限られない。例えば、揺動カムと一体化したレバー部材とリターンスプリングを組み合わせた機構を用いることとしてもよい。

また、実施例１〜３では、制御軸５０を回転制御することで揺動カム４７の揺動姿勢を変化させることとしたが、これに限らず、例えば制御軸５０を軸方向に移動制御することで揺動カム４７の揺動姿勢を変化させることとしてもよい。

実施例１〜３では、駆動機構６の動力伝達機構（減速機構）として、耐久性や効率等に優れるボール螺子伝達機構６０を用いたが、これに限らず、ウォームギヤ等を用いてもよい。また、駆動力源として制御応答性がよい電動モータMを用いたが、これに限らず、油圧機構等を用いてもよい。

実施例１〜３では、ロッカアーム４４におけるリンクアーム４３との連結点（ピン443）が制御軸５０に対してリンクロッド４２と反対側にある構成とし、リンクアーム４３がロッカアーム４４を引き上げることでバルブリフトさせることとしたが、上記連結点が制御軸５０に対してリンクロッド４２と同じ側にある構成とし、リンクアーム４３がロッカアーム４４を引き下げることでバルブリフトさせることとしてもよい。

実施例１の可変動弁装置の全体斜視図である。 実施例１の機関の片側３気筒を機関幅方向から見た部分断面図である。 実施例１のカムジャーナル軸受の構成部材を示す。 実施例１のカムジャーナル軸受及び制御軸ジャーナル軸受の構成部材を示す。 実施例１の可変動弁装置を機関幅方向から見た図である。 実施例１の可変動弁装置を機関下側から見た図である。 実施例１の揺動カム（カム本体）の形状を示す模式図である。 実施例１の揺動カムのカム特性図である。 実施例１の可変動弁装置の駆動機構を機関前側から見た図である（小リフト制御時）。 実施例１の可変動弁装置の駆動機構を機関前側から見た図である（大リフト制御時）。 実施例１の可変動弁装置を機関前側から見た図である（小リフト制御時・ゼロリフト状態）。 実施例１の可変動弁装置を機関前側から見た図である（小リフト制御時・リフト開始状態）。 実施例１の可変動弁装置を機関前側から見た図である（小リフト制御時・最大リフト状態）。 実施例１の可変動弁装置を機関前側から見た図である（大リフト制御時・ゼロリフト状態）。 実施例１の可変動弁装置を機関前側から見た図である（大リフト制御時・リフト開始状態）。 実施例１の可変動弁装置を機関前側から見た図である（大リフト制御時・最大リフト状態）。 実施例２の可変動弁装置を機関前側から見た部分拡大図である（小リフト制御時・リフト開始状態）。 実施例３の可変動弁装置を機関前側から見た図である（大リフト制御時・ゼロリフト状態）。 実施例３の可変動弁装置を機関前側から見た図である（大リフト制御時・リフト開始状態）。 実施例３の可変動弁装置を機関前側から見た図である（大リフト制御時・最大リフト状態）。

符号の説明

２ 吸気弁（機関弁）
３ バルブリフタ
２０ バルブステム
２０ｂ 上端面（軸端面）
３０ 冠面
４０ 駆動軸（揺動カムの支軸）
４７ 揺動カム
４８ カム本体
４９ カム本体
ＶＥＬ 可変動弁装置
Ｏ１ バルブリフタの円筒中心
Ｏ２ バルブステムの軸心線
Ｐ１ 揺動カムの揺動中心（駆動軸の軸心）
Ｌ カムリフト量
δ バルブクリアランス

Claims (11)

1. 支軸に揺動自在に支持され、揺動することで非リフト領域とリフト領域が切り替わり、該リフト領域でバルブスプリングの反力に抗して機関弁を開作動する揺動カムと、
   機関のクランクシャフトから駆動軸を介して伝わる回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達手段と、
   該伝達手段の作動姿勢を変化させることで、前記揺動カムの揺動姿勢を変化させて、前記機関弁のバルブリフト量を可変制御する制御機構と、を備え、
   前記揺動カムと前記機関弁との間には有蓋円筒形状のバルブリフタが介在するとともに、前記非リフト領域において前記揺動カムと前記バルブリフタの冠面との間に所定のバルブクリアランスが設定された可変動弁装置において、
   前記バルブリフタの円筒中心を、前記機関弁の軸心に対し、前記揺動カムのカムリフト量が前記バルブクリアランス相当となり前記冠面と当接するときの前記揺動カムの揺動中心とカム接点との前記冠面水平距離分だけオフセットするとともに、
   前記バルブリフタの円筒中心が前記機関弁の軸端面内にある
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記非リフト領域とリフト領域の間には、両者を連続的に接続するランプ面を有し、前記バルブクリアランスは、該ランプ面の高さ以下である
   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。
3. 前記ランプ面は、前記非リフト領域であるベースサークル面に対するリフト量が、前記揺動カムの揺動角度に対して直線的に増加する形状である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記冠面の裏面に、前記バルブリフタの円筒中心と同軸に、前記機関弁の軸端面が当接する円形状のボス部を設けた
   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可変動弁装置。
5. 前記ボス部は、前記バルブリフタの円筒中心線上の一点を曲率中心とする球面である
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
6. 前記バルブスプリングは、一端がシリンダヘッド側に設置されるとともに、他端が前記バルブリフタの内周側でスプリングリテーナを介して前記機関弁に設置され、
   前記バルブスプリングは、前記スプリングリテーナ側のコイル径が、前記シリンダヘッド側のコイル径より相対的に小さい
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
7. 前記揺動カムの幅中心を前記バルブリフタの円筒中心に対して、該揺動カムの軸方向に僅かにオフセットさせた
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
8. 前記揺動カムの揺動中心が前記機関弁の軸中心延長線上に配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
9. 支軸に揺動自在に支持され、揺動することで非リフト領域とリフト領域が切り替わり、該リフト領域でバルブスプリングの反力に抗して機関弁を開作動する揺動カムを備え、
   機関のクランクシャフトから駆動軸を介して伝わる回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達するとともに、前記揺動カムの揺動姿勢を変化させることで前記機関弁のバルブリフト量を可変制御し、
   前記揺動カムと前記機関弁との間には有蓋円筒形状のバルブリフタが介在するとともに、前記非リフト領域において前記揺動カムと前記バルブリフタの冠面との間に所定のバルブクリアランスが設定された可変動弁装置において、
   前記揺動カムのカムリフト量が前記バルブクリアランス相当となり前記冠面と当接するときのカム接点が前記バルブリフタの円筒中心延長線上にある
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
10. 機関弁と、支軸に揺動自在に支持され、揺動することで非リフト領域とリフト領域が切り替わり、該リフト領域でバルブスプリングの反力に抗して前記機関弁を開作動する揺動カムとの間に介装され、
    前記リフト領域と摺接する冠面を有し、
    前記非リフト領域において前記揺動カムとの間に所定のバルブクリアランスが設定された有蓋円筒形状のバルブリフタにおいて、
    前記バルブリフタの円筒中心を、前記機関弁の軸心に対し、前記揺動カムのカムリフト量が前記バルブクリアランス相当となり前記冠面と当接するときの前記揺動カムの揺動中心とカム接点との前記冠面水平距離分だけオフセットするとともに、
    前記バルブリフタの円筒中心が前記機関弁の軸端面内にある
    ことを特徴とする内燃機関のバルブリフタ。
11. 支軸に揺動自在に支持され、揺動することで非リフト領域とリフト領域が切り替わり、該リフト領域でバルブスプリングの反力に抗して機関弁を開作動する揺動カムを備え、
    機関のクランクシャフトから駆動軸を介して伝わる回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達するとともに、前記揺動カムの揺動姿勢を変化させることで前記機関弁のバルブリフト量を可変制御し、
    前記揺動カムと前記機関弁との間には有蓋円筒形状のバルブリフタが介在する可変動弁装置において、
    前記揺動カムが前記バルブリフタを開弁方向に押し下げ始めるとき、前記バルブリフタの冠面と前記揺動カムのカム面との接線が前記バルブリフタの円筒中心線と交わる
    ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

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