JP5864203B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのバルブのリフト量及び開期間を連続的に制御可能とした可変動弁機構に関する技術分野に属する。

従来より、この種の可変動弁機構は公知であり、例えば特許文献１に記載されたものでは、ロッカアームの近傍にコントロールシャフトを軸支し、このコントロールシャフトに、ロッカアームを介してバルブをリフトさせる第一介在アーム（以下、スイングアームという）を軸着し、上記コントロールシャフトに突出部を設け、この突出部の先端部に第二介在アーム（以下、コントロールアームという）を軸着し、コントロールアームを押圧することでスイングアームを押圧してロッカアームを介してバルブをリフトさせる回転カムを形成したカムシャフトを軸支し、コントロールシャフト及び突出部を小角度回転させることによりスイングアームの揺動開始角を変え、回転カムによるバルブのリフト量及び作用角（開期間）を変化させるリフト制御装置を設けた構造となっている。

特許第４１０８２９５号公報

しかし、上記特許文献１のものでは、カムシャフトの軸方向から見て、スイングアームの揺動軸心とコントロールアームの揺動軸心とが、突出部の長さの分だけ離れて位置しているとともに、バルブの閉状態で、スイングアームの揺動軸心とコントロールアームの揺動軸心とを結ぶ直線と、コントロールアームにおけるスイングアームとの当接部位とコントロールアームの揺動軸心とを結ぶ直線とがなす角度が、比較的大きいので、スイングアームがコントロールアームにより押圧されて回動する際、コントロールアームにおけるスイングアームとの当接部位の位置が大きく変化してしまう。また、大リフト時であっても小リフト時であっても、スイングアームの揺動軸心とコントロールアームの揺動軸心との距離は変わらないので、リフト量に関係なく、上記当接部位の位置が大きく変化してしまう。このことは、コントロールアームがスイングアームを押圧する際にスイングアームに対して大きく摺動し、その摺動抵抗が大きくなるということを意味し、このため、摩耗の問題が発生することに加えて、エンジン効率の悪化を招くという問題がある。

ここで、スイングアームの揺動軸心とコントロールアームの揺動軸心との距離を出来る限り短くすることが考えられるが、特許文献１のものでは、コントロールアームとスイングアームとがカムシャフトの軸方向において同じ位置に位置しているため、コントロールアームをスイングアームの上側等に位置させる必要があり、上記距離を短くすることには限界がある。

また、コントロールアームがローラ等の回転部材を介してスイングアームを押圧するようにすれば、摺動抵抗の問題は解消するものの、回転部材のスペースが必要になるとともに、カムシャフトの回転カムとロッカアームとの間に介在する部品が増えるため、コストの増大を招くだけでなく、往復運動質量の増加によって動弁機構の回転限界速度が低下する。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コントロールアームがローラ等の回転部材を介さずに直にスイングアームを押圧する場合に、その押圧する際のコントロールアームのスイングアームに対する摺動量を出来る限り小さくして、その摺動抵抗を低減しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、可変動弁機構を対象として、エンジンのクランク軸に同期して回転するとともに、バルブをリフトさせるための回転カムが形成されたカムシャフトと、上記カムシャフトと平行に延びる軸心回りに揺動可能に設けられ、該揺動によりロッカアームを介して上記バルブをリフトさせるスイングアームと、上記カムシャフトと平行に延びる軸心回りに揺動可能に設けられ、上記回転カムにより押圧されて該軸心回りに回動して、上記スイングアームを、上記ロッカアームを介して上記バルブをリフトさせるように押圧するコントロールアームと、上記カムシャフトと平行に延び、回動可能に軸支されたコントロールシャフトと、上記コントロールシャフトに回動一体に設けられかつ半径方向に突出するとともに、突出先端部に、中心が上記コントロールアームの揺動軸心となる軸部が設けられ、上記コントロールシャフトと共にコントロールシャフトの軸心回りに回動することにより、上記コントロールアームの位置を、上記バルブのリフト量及び開期間が変化するように変更するコントロールレバーとを備え、上記コントロールレバーは、上記カムシャフトの軸方向から見て、上記コントロールアームの揺動軸心を、上記スイングアームの揺動軸心に対して離接する方向に移動させるように構成され、上記バルブの閉状態において、上記カムシャフトの軸方向から見て、上記コントロールアームの揺動軸心が、その移動した位置で、上記スイングアームの揺動軸心と該コントロールアームにおけるスイングアームとの当接部位とを結ぶ直線を当該スイングアームの揺動軸心から当該当接部位とは反対側に延長した線上ないしその近傍に位置している、という構成とした。

上記の構成により、コントロールアームの揺動軸心をスイングアームの揺動軸心に最も近接させたときに、スイングアームの揺動軸心との間の距離を出来る限り小さくすることで、コントロールアームがスイングアームを押圧する際にスイングアームに対して摺動する量をかなり小さくすることができる。また、コントロールアームの揺動軸心がスイングアームの揺動軸心から最も離れたときであっても、コントロールレバーの最大回転角は、通常、比較的小さいので、コントロールアームの揺動軸心とスイングアームの揺動軸心との間の距離を比較的小さくすることができ、カムシャフトの軸方向から見て、コントロールアームの揺動軸心をスイングアームの揺動軸心に対して所定距離以内の位置に位置させることができる。この結果、コントロールアームがスイングアームを押圧する際のコントロールアームのスイングアームに対する摺動量を小さくすることができる。

そして、上記バルブの閉状態において、上記カムシャフトの軸方向から見て、上記コントロールアームの揺動軸心が、その移動した位置で、上記スイングアームの揺動軸心と該コントロールアームにおけるスイングアームとの当接部位とを結ぶ直線を当該揺動軸心から当該当接部位とは反対側に延長した線上ないしその近傍に位置していることで、コントロールアームの揺動軸心の移動位置に関係なく、コントロールアームがスイングアームを押圧する際にコントロールアームにおけるスイングアームとの当接部位の位置が大きく変化し難くなり、コントロールアームがスイングアームを押圧する際のコントロールアームのスイングアームに対する摺動量をより一層小さくすることができる。

上記可変動弁機構において、上記スイングアームにおける揺動軸心の周囲部分が、上記コントロールアームにおける揺動軸心の周囲部分に対して上記カムシャフトの軸方向にずれて配置されている、ことが好ましい。

このことにより、コントロールアームをスイングアームの上側に設ける場合とは異なり、カムシャフトの軸方向から見て、スイングアームの揺動軸心の周囲部分をコントロールアームの揺動軸心の周囲部分と重なるようにすることができる。この結果、カムシャフトの軸方向から見て、コントロールアームの揺動軸心とスイングアームの揺動軸心との間の距離を出来る限り小さくすることができる。

上記可変動弁機構において、上記エンジンの同一気筒において２つのバルブが上記カムシャフトの軸方向に並設されている場合、上記２つのバルブに対応して、一対のスイングアームと一対のコントロールアームとが設けられ、上記一対のコントロールアームは、互いに一体形成されていて、上記一対のスイングアームを押圧する押圧面ないしその近傍部を除いて、上記カムシャフトの軸方向において上記一対のスイングアームの間に配置されている、ことが好ましい。

これにより、同一気筒における２つのバルブ間のスペースを有効に利用することができて、可変動弁機構をコンパクトに配置することができる。また、一対のコントロールアームの一体成形により、そのコストを低減することができる。

上記一対のコントロールアームにおける上記スイングアームを押圧する押圧面の形状が互いに異なっていてもよい。

こうすることで、同一気筒における２つのバルブのリフト特性を互いに異ならせることが容易にでき、エンジンの仕様に柔軟に対応することができる。

以上説明したように、本発明の可変動弁機構によると、コントロールアームの揺動軸心をスイングアームの揺動軸心に出来る限り近付けることができ、コントロールアームがスイングアームを押圧する際のコントロールアームのスイングアームに対する摺動量を出来る限り小さくすることができる。また、コントロールアームの揺動軸心の移動位置に関係なく、コントロールアームがスイングアームを押圧する際にコントロールアームにおけるスイングアームとの当接部位の位置が大きく変化し難くなり、コントロールアームがスイングアームを押圧する際のコントロールアームのスイングアームに対する摺動量をより一層小さくすることができる。よって、コントロールアームがローラ等の回転部材を介してスイングアームを押圧する構成にしなくても、コントロールアームとスイングアームとの接触部の摩耗の問題を回避し、かつエンジン効率を高レベルに維持することができる。

本発明の実施形態に係る可変動弁機構の要部を示す斜視図である。 大リフト状態において吸気バルブ閉状態の可変動弁機構の各部材の位置関係を示す、吸気カムシャフトの軸方向から見た図である。 大リフト状態において吸気バルブが最大に開いた状態を示す図２相当図である。 小リフト状態において吸気バルブ閉状態の可変動弁機構の各部材の位置関係を示す、吸気カムシャフトの軸方向から見た図である。 小リフト状態において吸気バルブが最大に開いた状態を示す図４相当図である。 回転カムの回転角と吸気バルブのリフト量との関係を示すグラフである。 リフト零状態においてコントロールアームが回転カムにより回動する前の状態の可変動弁機構の各部材の位置関係を示す、吸気カムシャフトの軸方向から見た図である。 リフト零状態においてコントロールアームが回転カムにより最大に回動した状態を示す図７相当図である。 コントロールアームの押圧面の形状を変更した他の実施形態を示す図２相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の実施形態に係る可変動弁機構を示し、この可変動弁機構は、同一気筒に２つの吸気バルブ１と２つの排気バルブ（図示省略）とを有する４バルブのダブルオーバヘッドカム方式を採用したエンジンの該吸気バルブ１に適用したものである。上記エンジンは、例えば、複数の気筒がエンジンのクランク軸の延びる方向（図２の紙面に垂直な方向）に直列に並んだものであり、図１では、その中の１つの気筒に対応する部分のみを示しており、各気筒毎の構成は全て同じである。

上記吸気バルブ１の上方には、吸気カムシャフト２（図１では記載を省略）がクランク軸の延びる方向に延びている。この吸気カムシャフト２は、エンジンのクランク軸に同期して、吸気カムシャフト２の軸心Ｘ１回りに回転するようになされていて、不図示のシリンダヘッドに軸支されている。上記２つの吸気バルブ１は、エンジンの同一気筒において吸気カムシャフト２の軸方向（図２の紙面に垂直な方向）に並設されていることになる。吸気バルブ１は、シリンダヘッドに設けられた吸気ポートを開閉する傘部１ａと、この傘部１ａの上部に連繋された軸部１ｂと、この軸部１ｂの周囲に設けられた不図示の弁ばねとを有している。この弁ばねにより、吸気バルブ１が閉方向に付勢される。

本実施形態では、同一気筒における２つの吸気バルブ１に対応して、一対のスイングアーム１１と、一対のコントロールアーム２１とが設けられている。一対のスイングアーム１１は、吸気カムシャフト２と平行に延びる軸心Ｘ２回りに揺動可能に設けられている。また、一対のコントロールアーム２１は、吸気カムシャフト２と平行に延びる軸心Ｘ３回りに揺動可能に設けられている。一対のスイングアーム１１は同じ形状をなし、一対のコントロールアーム２１は、吸気カムシャフト２の軸方向から見た形状が同じになるようになされている。

上記吸気カムシャフト２には、一対のコントロールアーム２１にそれぞれ設けられた後述のローラ２２と対向する位置に、吸気バルブ１をリフトさせるための回転カム３（図１では記載を省略しているとともに、図２では、１つしか見えていない）がそれぞれ形成されている。吸気カムシャフト２の軸方向から見て、これら２つの回転カム３の形状は同じである。各回転カム３は、ベース円部３ａと、ベース円部３ａから半径方向に突出してなるカムノーズ部３ｂとを有している。

各スイングアーム１１は、板材で構成されていて、吸気カムシャフトの軸方向に離れて相対向する２つの側部１１ａと、これら２つの側部１１ａの先端側の端部同士を接続し、ロッカアーム４１に設けられた後述のローラ４２を押圧するロッカ押圧面１１ｂとを有している。このロッカ押圧面１１ｂは、後述のようなリフト特性が得られるように、吸気カムシャフト２の軸方向から見て、湾曲状に形成されている。２つの側部１１ａにおける揺動軸心Ｘ２側の端部の間には、ローラ１２が揺動軸心Ｘ２回りに回転可能に保持されている。

上記ローラ１２は、該ローラ１２の上側に位置するようにシリンダヘッドに固定された固定ブロック５１の下面に突出して設けられた支持部５１ａの下面と、この支持部５１ａの下面に対して下側に間隔をあけて配置されたコントロールシャフト３１に嵌められた偏心リング３２の外周面との間に支持されるようになされている。この支持状態で、スイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２の位置が決まることとなり、この支持状態を維持したまま、スイングアーム１１が、上記ローラ１２に対して回動することで、揺動軸心Ｘ２の回りに揺動することになる。尚、偏心リング３２をコントロールシャフト３１に対して回動させることで、スイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２の位置を調整することができるようになっており、可変動弁機構の組立て時にその調整を行う。

上記固定ブロック５１には、捩りコイルばね５２が固定されている。本実施形態では、同一気筒における２つの吸気バルブ１に対応する一対のスイングアーム１１用の２つの捩りコイルばね５２の一端部同士が、連結部５２ａを介して連結されており、この連結部５２ａが、ばね押え部材５３（図１では記載を省略）を介して固定ブロック５１に固定されている。各捩りコイルばね５２の他端部は、スイングアーム１１のロッカ押圧面１１ｂの近傍位置にて２つの側部１１ａ同士を連結する連結軸１１ｃに引っ掛けられている。また、後述の如く、上記弁ばねの付勢力により、スイングアーム１１のロッカ押圧面１１ｂが、ロッカアーム４１のローラ４２からスイングアーム１１を押し上げようとする力を受ける。この押上げ力（弁ばねの付勢力）と捩りコイルばねの付勢力とにより、スイングアーム１１は、上側に移動するように付勢されるとともに、揺動軸心Ｘ２回りに図２で反時計回り方向に回動するように付勢される。こうして、スイングアーム１１のローラ１２が、支持部５１ａの下面と偏心リング３２の外周面との間に押し付けられ支持されることになる。尚、スイングアーム１１が揺動軸心Ｘ２回りに図２で反時計回り方向に回動しようとするが、コントロールアーム２１及びローラ２２を介して回転カム３のベース円部３ａに当接するため、図２の位置からは反時計回り方向に回動することはできない。

ロッカアーム４１は、その長さ方向の一端部にて球面ピボット構造を介して液圧式のラッシュアジャスタ４３（図１では記載を省略）により揺動自在に支持されている。このロッカアーム４１の長さ方向の他端部（先端部）にバルブ押圧部４１ａが形成され、このバルブ押圧部４１ａが、吸気バルブ１の軸部１ｂの上端を弁ばねの付勢力に抗して押圧することで、吸気バルブ１がリフトされる。尚、同一気筒における２つの吸気バルブ１に対応する２つのロッカアーム４１は、同じ形状をなしている。

ロッカアーム４１の長さ方向の中間部には、ローラ４２が、吸気カムシャフト２と平行に延びる軸回りに回転自在に設けられている。ロッカアーム４１のバルブ押圧部４１ａが、吸気バルブ１の軸部１ｂを介して弁ばねの付勢力を受けるために、上記ローラ４２は、スイングアーム１１のロッカ押圧面１１ｂに当接して、スイングアーム１１を押し上げようとする。こうしてスイングアーム１１には、上記押上げ力が生じる。

スイングアーム１１が揺動軸心Ｘ２回りに揺動する（詳しくは、図２で時計回り方向に回動する）ことで、スイングアーム１１のロッカ押圧面１１ｂがロッカアーム４１のローラ４２を押圧し、これにより、ロッカアーム４１が球面ピボットの回りに図２で時計回り方向に回動し、これにより、バルブ押圧部４１ａが、吸気バルブ１の軸部１ｂの上端を弁ばねの付勢力に抗して押圧して、吸気バルブ１をリフトさせる。したがって、スイングアーム１１は、揺動軸心Ｘ２回りに揺動することで、ロッカアーム４１を介して吸気バルブ１をリフトさせることになる。尚、スイングアーム１１のロッカ押圧面１１ｂのうち図２の右半分の部分でロッカアーム４１のローラ４２を押圧するときに、ロッカアーム４１が回動して吸気バルブ１をリフトさせるが、左半分の部分では、ロッカアーム４１が回動せず吸気バルブ１をリフトさせることができない。以下、上記右半分の部分を作用部１１ｄという。

上記コントロールシャフト３１は、吸気カムシャフト２と平行に延びていて、シリンダヘッドにてコントロールシャフト３１の軸心Ｘ４回りに回動可能に軸支されている。このコントロールシャフト３１は、不図示の電動モータ等のアクチュエータにより、該コントロールシャフト３１の軸心Ｘ４回りに回動される。コントロールシャフト３１には、半径方向に突出するコントロールレバー３３がコントロールシャフト３１と一体的に回動するように設けられている。

上記コントロールレバー３３の突出先端部には、中心が上記コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３となる軸部３３ａが設けられている。すなわち、コントロールアーム２１は、この軸部３３ａの回りに揺動するようになっている。そして、コントロールアーム２１は、軸部３３ａの周囲部分から揺動軸心Ｘ３に対して垂直に延びる本体部２１ａと、この本体部２１ａの先端部から揺動軸心Ｘ３と略平行に延びる延設部２１ｂとを有している。この延設部２１ｂは、吸気カムシャフト２の軸方向においてスイングアーム１１と略同じ位置に位置している。この延設部２１ｂの本体部２１ａからの延設方向は、一対のコントロールアーム２１で逆になっている。延設部２１ｂには、回転カム３が摺接しかつ吸気カムシャフト２と平行な軸回りに回転可能なローラ２２を、本体部２１ａの先端部と共に支持するローラ支持部２１ｃと、このローラ２２の下側に位置してスイングアーム１１を押圧する押圧面２１ｄとが設けられている。押圧面２１ｄは、延設部２１ｂの下面に形成されていて、本実施形態では、平坦面とされている。一方、スイングアーム１１において押圧面２１ｄにより押圧される被押圧面１１ｅは、円弧面とされている。尚、スイングアーム１１の被押圧面１１ｅは、２つの側部１１ａにそれぞれ設けられており、コントロールアーム２１の押圧面２１ｄ（延設部２１ｂ）は、２つの側部１１ａの被押圧面１１ｅの上側を跨ぐように配置されている。

本実施形態では、同一気筒における２つの吸気バルブ１に対応する一対のコントロールアーム２１が、互いに一体形成されてなっている。すなわち、一対のコントロールアーム２１の本体部２１ａが接続部２１ｅ，２１ｆを介して互いに接続された状態となっている。一体形成されてなる一対のコントロールアーム２１は板材で構成されている。一対のコントロールアーム２１の本体部２１ａ（つまり、押圧面２１ｄないしその近傍部である延設部２１ｂを除く部分）は、吸気カムシャフト２の軸方向において一対のスイングアーム１１の間に配置されている。これにより、スイングアーム１１における揺動軸心Ｘ２の周囲部分が、コントロールアーム２１における揺動軸心Ｘ３の周囲部分を含む本体部２１ａに対して吸気カムシャフト２の軸方向にずれて配置されることになる。また、コントロールレバー３３は、一対のコントロールアーム２１の本体部２１ａの間に位置していて、一対のコントロールアーム２１に共通のものとされている。

本実施形態では、一対のコントロールアーム２１は、上記の如く、吸気カムシャフト２の軸方向から見た形状が同じになるようになされているので、吸気カムシャフト２の軸方向から見て、一対のコントロールアーム２１の押圧面２１ｄも同じ形状をなしている。また、吸気カムシャフト２の軸方向から見て、一対のスイングアーム１１の被押圧面１１ｅも同じ形状をなしているとともに、一対のスイングアーム１１のロッカ押圧面１１ｂも同じ形状をなしている。これにより、同一気筒における２つの吸気バルブ１のリフト特性は同じである。

上記コントロールレバー３３は、吸気バルブ１の閉状態（コントロールアーム２１が回転カム３により回動する前の状態）で、コントロールシャフト３１と共にコントロールシャフト３１の軸心Ｘ４回りに回動することにより、コントロールアーム２１の位置を、吸気バルブのリフト量（最大リフト量）及び開期間が変化するように変更するものである。すなわち、図２及び図４に示すように、コントロールレバー３３の回動により、コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３がスイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２に対して離接する方向に移動する。これに伴って、コントロールアーム２１が本体部２１ａの長さ方向に移動し、これにより、回転カム３とコントロールアーム２１のローラ２２との位置関係、及び、コントロールアーム２１の押圧面２１ｄとスイングアーム１１の被押圧面１１ｅとの位置関係が変化する。この結果、押圧面２１ｄにおける被押圧面１１ｅとの当接部位と揺動軸心Ｘ３との間の距離が変化するとともに、スイングアーム１１の回動前の角度位置（つまり揺動開始角度位置）が変化する。また、スイングアーム１１の回動前の角度位置の変化により、ロッカ押圧面１１ｂにおけるロッカアーム４１のローラ４２との当接部位の位置も変化する。

図２は、吸気バルブ１のリフト量（最大リフト量）及び開期間が最も大きくなる大リフト状態において、吸気バルブの閉状態（コントロールアーム２１が回転カムにより回動する前の状態）の各部材の位置関係を示す。このとき、コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３がスイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２に対して最も離れた位置に位置する。しかし、このときのコントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３は、スイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２に対して所定距離以内の位置に位置しており、後述の如く、コントロールアーム２１（押圧面２１ｄ）がスイングアーム１１（被押圧面１１ｅ）を押圧する際のコントロールアーム２１のスイングアーム１１に対する摺動量を小さくするようにしている。この大リフト状態における吸気バルブの閉状態では、押圧面２１ｄにおける被押圧面１１ｅとの当接部位とコントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３との間の距離が最も大きくなるとともに、ロッカ押圧面１１ｂにおけるロッカアーム４１のローラ４２との当接部位の位置が作用部１１ｄに近い位置にある。

そして、図３に示すように、吸気カムシャフト２が回転して回転カム３が吸気カムシャフト２の軸心Ｘ１回りに回転すると、回転カム３のカムノーズ部３ｂがコントロールアーム２１のローラ２２を押圧して、コントロールアーム２１を揺動軸心Ｘ３回りに図３で時計回り方向に回動させる。このコントロールアーム２１の回動により、コントロールアーム２１の押圧面２１ｄがスイングアーム１１の被押圧面１１ｅを押圧して、スイングアーム１１を揺動軸心Ｘ２回りに図３で時計回り方向に回動させる。このスイングアーム１１の回動により、スイングアーム１１のロッカ押圧面１１ｂ（作用部１１ｄ）がロッカアーム４１のローラ４２を押圧し、これにより、ロッカアーム４１のバルブ押圧部４１ａが吸気バルブ１の軸部１ｂの上端を押圧して吸気バルブ１をリフトさせる。ロッカ押圧面１１ｂ（作用部１１ｄ）がロッカアーム４１のローラ４２を押圧する際、スイングアーム１１の回動に連れて、ロッカ押圧面１１ｂにおけるローラ４２との当接部位の位置が図３で右側に移動する。大リフト状態では、該当接部位の位置が最も右側まで移動する。これにより、吸気バルブ１のリフト量（最大リフト量）及び開期間が最大となる。

回転カム３が更に回転すると、弁ばね及び捩りコイルばね５２の付勢力により、コントロールアーム２１が揺動軸心Ｘ３回りに図３で反時計回り方向に回動し、かつスイングアーム１１が揺動軸心Ｘ２回りに図３で反時計回り方向に回動して、コントロールアーム２１及びスイングアーム１１が元の状態に戻るとともに、ロッカアーム４１及び吸気バルブ１が元の状態に戻って、吸気バルブ１が閉状態となる。大リフト状態における回転カム３の回転角と吸気バルブ１のリフト量との関係は、図６のリフトカーブＣ１のようになる。

大リフト状態から、コントロールレバー３３がコントロールシャフト３１の軸心Ｘ４回りに図２で時計回り方向に回動すると、その回動量に応じて、コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３がスイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２に近接していく。これにより、押圧面２１ｄにおける被押圧面１１ｅとの当接部位とコントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３との間の距離が短くなっていくとともに、ロッカ押圧面１１ｂにおけるロッカアーム４１のローラ４２との当接部位の位置が作用部１１ｄから離れていく。こうして、エンジンの運転状態に応じて、コントロールレバー３３を回動させかつ該回動量を変えることにより、吸気バルブ１のリフト量（最大リフト量）及び開期間が連続的に変化することになる。

図４は、吸気バルブ１のリフト量（最大リフト量）及び開期間が最も小さくなる小リフト状態において、吸気バルブ１の閉状態（コントロールアーム２１が回転カム３により回動する前の状態）の各部材の位置関係を示す。このとき、吸気バルブ１をリフトさせる場合において（つまり、後述のリフト零状態を除いて）、コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３がスイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２に対して最も近接した位置に位置する。尚、本実施形態では、後述の如く、回転カム３が回転してもリフト量が０のままとなるリフト零状態にすることも可能であり、このリフト零状態では、小リフト状態よりもコントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３がスイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２に更に近接することになる。

小リフト状態における吸気バルブ１の閉状態では、押圧面２１ｄにおける被押圧面１１ｅとの当接部位とコントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３との間の距離が、吸気バルブ１をリフトさせる場合において最も小さくなるとともに、ロッカ押圧面１１ｂにおけるロッカアーム４１のローラ４２との当接部位の位置が、吸気バルブ１をリフトさせる場合において作用部１１ｄから最も離れた位置にある。

そして、図５に示すように、吸気カムシャフト２が回転して回転カム３が吸気カムシャフト２の軸心Ｘ１回りに回転すると、大リフト状態のときと同様に、コントロールアーム２１が揺動軸心Ｘ３回りに図５で時計回り方向に回動するとともに、スイングアーム１１が揺動軸心Ｘ２回りに図５で時計回り方向に回動する。このとき、押圧面２１ｄにおける被押圧面１１ｅとの当接部位とコントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３との間の距離が小さいので、スイングアーム１１の回動量が小さくなる。また、スイングアーム１１の揺動開始時に、ロッカ押圧面１１ｂにおけるロッカアームのローラとの当接部位の位置が作用部１１ｄから離れているので、コントロールアーム２１が最大に回動しても、ロッカ押圧面１１ｂにおけるロッカアーム４１のローラ４２との当接部位の位置が作用部１１ｄに少しかかる程度となる。これにより、吸気バルブ１のリフト量（最大リフト量）及び開期間が最小となる。小リフト状態における回転カム３の回転角と吸気バルブ１のリフト量との関係は、図６のリフトカーブＣ２のようになる。

コントロールレバー３３の回動により、各回動位置でのリフトカーブは、図６に示すように、リフトカーブＣ１とリフトカーブＣ２との間で変化する。本実施形態では、各リフトカーブの最大リフト量の点を全リフトカーブに亘って繋いだ線Ｓ１（一点鎖線で示す線）が、直線に近くなるようになされている。尚、線Ｓ２（二点鎖線で示す線）は、後述する別の実施形態（図９参照）の場合における各リフトカーブの最大リフト量の点を全リフトカーブに亘って繋いだ線であって、曲線となる。

本実施形態では、上記小リフト状態からコントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３をスイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２に更に近接させることができ、このようにすると、図７に示すように、回転カム３が回転してもリフト量が０のままとなるリフト零状態となる。このリフト零状態では、押圧面２１ｄにおける被押圧面１１ｅとの当接部位とコントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３との間の距離が、小リフト状態よりも小さくなるとともに、ロッカ押圧面１１ｂにおけるロッカアームのローラとの当接部位の位置が、小リフト状態よりも作用部１１ｄから離れる。このため、図８に示すように、回転カム３が回転してコントロールアーム２１の押圧面２１ｄによりスイングアーム１１の被押圧面１１ｅが押圧されても、ロッカ押圧面１１ｂにおけるロッカアーム４１のローラ４２との当接部位の位置が作用部１１ｄにかからず、ロッカアーム４１が作動しない。この結果、回転カム３が回転しても、リフト量が０のままとなる。

上記のように、コントロールレバー３３は、コントロールシャフト３１と共に回動することにより、吸気カムシャフト２の軸方向から見て、コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３を、スイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２に対して離接する方向に移動させる。そして、スイングアーム１１における揺動軸心Ｘ２の周囲部分が、コントロールアーム２１における揺動軸心Ｘ３の周囲部分に対して吸気カムシャフト２の軸方向にずれて配置されているので、吸気カムシャフト２の軸方向から見て、コントロールアーム２１における揺動軸心Ｘ３の周囲部分を、スイングアーム１１における揺動軸心Ｘ２の周囲部分と重なるようにすることができる。本実施形態では、小リフト状態及びリフト零状態で、吸気カムシャフト２の軸方向から見て、コントロールアーム２１における揺動軸心Ｘ３の周囲部分が、スイングアーム１１における揺動軸心Ｘ２の周囲部分と重なっており、コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３をスイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２に出来る限り近付けることができる。この結果、小リフト状態及びリフト零状態では、押圧面２１ｄが被押圧面１１ｅを押圧する際に押圧面２１ｄにおける被押圧面１１ｅとの当接部位の位置が殆ど変化せず、押圧面２１ｄが被押圧面１１ｅを押圧する際の押圧面２１ｄの被押圧面１１ｅに対する摺動量はかなり小さくなる。

一方、大リフト状態では、コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３がスイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２から最も離れることになるが、この大リフト状態であっても、図３に示すように、押圧面２１ｄが被押圧面１１ｅを押圧する際の押圧面２１ｄの被押圧面１１ｅに対する摺動量ｄはかなり小さい。尚、図３で一点鎖線で示す線Ｒ１は、コントロールアーム２１が回転カム３により回動する前の状態（吸気バルブ１の閉状態）において、押圧面２１ｄにおける被押圧面１１ｅとの当接部位を通る、揺動軸心Ｘ２を中心とする円弧であり、二点鎖線で示す線Ｒ２は、コントロールアーム２１が回転カム３により最大に回動した状態（吸気バルブ１が最大にリフトされた状態）において、押圧面２１ｄにおける被押圧面１１ｅとの当接部位を通る、揺動軸心Ｘ３を中心とする円弧であり、押圧面２１ｄ上における一点鎖線と二点鎖線との間の距離が、上記摺動量ｄとなる。

本実施形態では、吸気カムシャフト２の軸方向から見て、コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３を、スイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２に対して所定距離以内の範囲で離接する方向に移動させることで、コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３がスイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２から最も離れたときであっても、押圧面２１ｄが被押圧面１１ｅを押圧する際の押圧面２１ｄの被押圧面１１ｅに対する摺動量ｄを小さくするようにしている。上記所定距離は、出来る限り小さいことが好ましいが、例えば、大リフト状態における吸気バルブ１の閉状態において、吸気カムシャフト２の軸方向から見て、スイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２と押圧面２１ｄにおける被押圧面１１ｅとの当接部位との間の距離としてもよい。

また、本実施形態では、吸気バルブ１の閉状態（コントロールアーム２１が回転カム３により回動する前の状態）において、吸気カムシャフト２の軸方向から見て、コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３が、その移動した位置で（どの移動位置においても）、スイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２とコントロールアーム２１（押圧面２１ｄ）におけるスイングアーム１１（被押圧面１１ｅ）との当接部位とを結ぶ直線を当該揺動軸心Ｘ２から当該当接部位とは反対側に延長した線（図２及び図４の二点鎖線Ｌ１，Ｌ２参照）上ないしその近傍に位置している。これにより、コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３の移動位置に関係なく、押圧面２１ｄが被押圧面１１ｅを押圧する際に押圧面２１ｄにおける被押圧面１１ｅとの当接部位の位置が大きく変化し難くなり、押圧面２１ｄが被押圧面１１ｅを押圧する際の押圧面２１ｄの被押圧面１１ｅに対する摺動量をより一層小さくすることができる。

したがって、本実施形態では、吸気カムシャフト２の軸方向から見て、コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３を、スイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２に対して離接する方向に移動させるとともに、小リフト状態及びリフト零状態で、吸気カムシャフト２の軸方向から見て、コントロールアーム２１における揺動軸心Ｘ３の周囲部分が、スイングアーム１１における揺動軸心Ｘ２の周囲部分と重なるようにしたので、小リフト状態及びリフト零状態で、押圧面２１ｄが被押圧面１１ｅを押圧する際の押圧面２１ｄの被押圧面１１ｅに対する摺動量を最小限にすることができる。また、大リフト状態でも、吸気カムシャフト２の軸方向から見て、コントロールアーム２１の揺動軸心Ｘ３が、スイングアーム１１の揺動軸心Ｘ２に対して所定距離以内の位置に位置するので、押圧面２１ｄが被押圧面１１ｅを押圧する際の押圧面２１ｄの被押圧面１１ｅに対する摺動量を小さくすることができる。よって、コントロールアーム２１がローラ等の回転部材を介してスイングアーム１１を押圧する構成にしなくても、摩耗の問題を解決するとともにエンジン効率を高レベルに維持することができる。

さらに、互いに一体形成されてなる一対のコントロールアーム２１の本体部（つまり、押圧面２１ｄないしその近傍部である延設部を除く部分）が、吸気カムシャフト２の軸方向において一対のスイングアーム１１の間に配置されているので、同一気筒における２つの吸気バルブ１間のスペースを有効に利用することができて、可変動弁機構をコンパクトに配置することができる。また、一対のコントロールアーム２１の一体成形により、そのコストを低減することができる。さらに、延設部の本体部からの延設方向が、一対のコントロールアーム２１で逆になっているので、一対のコントロールアーム２１全体として吸気カムシャフト２の軸方向においてバランスがとれた形状となる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、同一気筒における２つの吸気バルブ１のリフト特性を同じにしたが、同一気筒における２つの吸気バルブ１のリフト特性を互いに異ならせるようにしてもよい。この場合、例えば、一対のコントロールアーム２１の押圧面２１ｄの形状を互いに異ならせるようにし、一方のコントロールアーム２１の押圧面２１ｄを上記実施形態と同じ平坦面にしておき、他方のコントロールアーム２１の押圧面２１ｄを、図９に示すような曲面にする。スイングアーム１１の被押圧面１１ｅは、上記実施形態と同じ円弧面である。このようにすれば、他方のコントロールアーム２１に対応する吸気バルブ１の各リフトカーブ自体の図示は省略するが、その各リフトカーブの最大リフト量の点を全リフトカーブに亘って繋いだ線は、図６に二点鎖線で示す曲線Ｓ２のようになる。すなわち、他方のコントロールアーム２１に対応する吸気バルブ１が一方のコントロールアーム２１に対応する吸気バルブ１よりも早開き傾向になる。このように、一対のコントロールアーム２１の押圧面２１ｄの形状を互いに異ならせることで、同一気筒における２つのバルブのリフト特性を互いに異ならせることが容易にでき、エンジンの仕様に柔軟に対応することができる。

また、上記実施形態では、本発明の可変動弁機構を吸気バルブ１に適用したが、排気バルブに適用することも可能である。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、エンジンのバルブのリフト量及び開期間を連続的に制御可能とした可変動弁機構に有用である。

１ 吸気バルブ
２ 吸気カムシャフト
３ 回転カム
１１ スイングアーム
１１ｅ 被押圧面
２１ コントロールアーム
２１ｄ 押圧面
３１ コントロールシャフト
３３ コントロールレバー
３３ａ 軸部
４１ ロッカアーム
Ｘ１ 吸気カムシャフトの軸心
Ｘ２ スイングアームの揺動軸心
Ｘ３ コントロールアームの揺動軸心
Ｘ４ コントロールシャフトの軸心

Claims (4)

1. エンジンのクランク軸に同期して回転するとともに、バルブをリフトさせるための回転カムが形成されたカムシャフトと、
   上記カムシャフトと平行に延びる軸心回りに揺動可能に設けられ、該揺動によりロッカアームを介して上記バルブをリフトさせるスイングアームと、
   上記カムシャフトと平行に延びる軸心回りに揺動可能に設けられ、上記回転カムにより押圧されて該軸心回りに回動して、上記スイングアームを、上記ロッカアームを介して上記バルブをリフトさせるように押圧するコントロールアームと、
   上記カムシャフトと平行に延び、回動可能に軸支されたコントロールシャフトと、
   上記コントロールシャフトに回動一体に設けられかつ半径方向に突出するとともに、突出先端部に、中心が上記コントロールアームの揺動軸心となる軸部が設けられ、上記コントロールシャフトと共にコントロールシャフトの軸心回りに回動することにより、上記コントロールアームの位置を、上記バルブのリフト量及び開期間が変化するように変更するコントロールレバーとを備え、
   上記コントロールレバーは、上記カムシャフトの軸方向から見て、上記コントロールアームの揺動軸心を、上記スイングアームの揺動軸心に対して離接する方向に移動させるように構成され、
   上記バルブの閉状態において、上記カムシャフトの軸方向から見て、上記コントロールアームの揺動軸心が、その移動した位置で、上記スイングアームの揺動軸心と該コントロールアームにおけるスイングアームとの当接部位とを結ぶ直線を当該スイングアームの揺動軸心から当該当接部位とは反対側に延長した線上ないしその近傍に位置していることを特徴とする可変動弁機構。
2. 請求項１記載の可変動弁機構において、
   上記スイングアームにおける揺動軸心の周囲部分が、上記コントロールアームにおける揺動軸心の周囲部分に対して上記カムシャフトの軸方向にずれて配置されていることを特徴とする可変動弁機構。
3. 請求項１又は２記載の可変動弁機構において、
   上記エンジンの同一気筒において２つのバルブが上記カムシャフトの軸方向に並設されており、
   上記２つのバルブに対応して、一対のスイングアームと一対のコントロールアームとが設けられ、
   上記一対のコントロールアームは、互いに一体形成されていて、上記一対のスイングアームを押圧する押圧面ないしその近傍部を除いて、上記カムシャフトの軸方向において上記一対のスイングアームの間に配置されていることを特徴とする可変動弁機構。
4. 請求項３記載の可変動弁機構において、
   上記一対のコントロールアームにおける上記スイングアームを押圧する押圧面の形状が互いに異なっていることを特徴とする可変動弁機構。

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