(57)【要約】【課題】  省スペース化及び部品点数の削減化を図ることができる内燃機関の可変動弁装置を提供する。【解決手段】  内燃機関の吸気弁又は排気弁の開閉駆動を行うロッカアーム機構(20)は、ロッカシャフト(16)の軸心を支点として揺動し、吸気弁又は排気弁を駆動可能な第１のアーム(21)と、カム側がカム(10)に当接されて駆動し、ロッカシャフト側を支点として揺動する第２のアーム(22)と、第１のアーム及び第２のアームにそれぞれ当接され、第２のアームとの当接に応じて往復直線運動して第２のアームの揺動変位を第１のアームに伝達する第３のアーム(23)とを具備する。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁又は排気弁の開閉駆動を行うロッカアーム機構と、前記内燃機関に回動自在に設けられ、該ロッカアーム機構に係合されるロッカシャフトと、前記内燃機関に回動自在に設けられ、前記ロッカアーム機構を駆動させるカムを備えたカムシャフトとを含み、前記ロッカシャフトの回動により、前記吸気弁又は前記排気弁のリフトの特性を変更可能な可変動弁装置であって、
前記ロッカアーム機構は、前記ロッカシャフトの軸心を支点として揺動し、前記吸気弁又は前記排気弁を駆動可能な第１のアームと、カム側が前記カムに当接されて駆動し、ロッカシャフト側を支点として揺動する第２のアームと、前記第１のアーム及び前記第２のアームにそれぞれ当接され、該第２のアームとの当接に応じて往復直線運動して該第２のアームの揺動変位を前記第１のアームに伝達する第３のアームと
を具備することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
前記第２のアームは、前記カム側にて前記カムに当接されるローラと、該カム側にて前記第３のアームに当接されるローラと、前記各ローラを同一軸線上に配設させる支持軸とを有す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。
【請求項３】
前記第２のアームは、前記ロッカシャフト側の支点として該ロッカシャフトの外径よりも外側の位置に配された支点を有し、且つ、該ロッカシャフトの回動によって位置変更がなされる偏心軸部材と、該偏心軸部材を揺動自在に支持するとともに、前記第３のアームに当接されるアーム部とを有す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸排気系バルブのリフトの特性を連続的に変更可能な内燃機関の可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の可変動弁装置は、内燃機関の運転状態に応じて吸気弁や排気弁のリフトの特性（駆動位相及びリフト量）が連続的に変更可能であり、これにより、例えば自動車用エンジンでは排ガス浄化促進や燃費低減等が達成される。
ここで、この可変動弁装置はシリンダヘッドに配設されており、カムからの力を受けて吸気弁や排気弁の開閉駆動を行うロッカアーム機構を備えている。そして、これらロッカアーム機構及び吸気弁や排気弁に対する上記力の伝達効率を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３５３６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述の可変動弁装置では、カムが３つのアームを備えたロッカアーム機構の上方に配設されている。具体的には、当該ロッカアーム機構は、シャフトの軸心を支点として揺動する上側アーム、ロッカシャフトの回動に応じて吸気弁のリフトの特性を変更させる中側アーム、及びロッカシャフトの軸心を支点として揺動して吸気弁を駆動させる下側アームからなる３つのアームを備えている。そして、カムからの力は、まず該カムの下側に当接される上側アームに伝達され、次いで、中側アームを介して上記吸気弁近傍に位置する下側アームに伝達されている。
【０００４】
しかしながら、この上側アームは、シャフトの軸心を支点として揺動していることから、このアームを支持するためのシャフトの他、このシャフト用の支持部品が必要になり、これでは動弁装置の部品点数が増加するとの問題がある。
また、カムがロッカアーム機構の上方に配設されている場合には、動弁装置の全高についても留意しなければならない。動弁装置の全高が大きくなると、機関への搭載性が悪化するからである。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、省スペース化及び部品点数の削減化を図ることができる内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置は、内燃機関の吸気弁又は排気弁の開閉駆動を行うロッカアーム機構と、内燃機関に回動自在に設けられ、ロッカアーム機構に係合されるロッカシャフトと、内燃機関に回動自在に設けられ、ロッカアーム機構を駆動させるカムを備えたカムシャフトとを含み、ロッカシャフトの回動により、吸気弁又は排気弁のリフトの特性を変更可能な可変動弁装置であって、ロッカアーム機構は、ロッカシャフトの軸心を支点として揺動し、吸気弁又は排気弁を駆動可能な第１のアームと、カム側がカムに当接されて駆動し、ロッカシャフト側を支点として揺動する第２のアームと、第１のアーム及び第２のアームにそれぞれ当接され、第２のアームとの当接に応じて往復直線運動して第２のアームの揺動変位を第１のアームに伝達する第３のアームとを具備することを特徴としている。
【０００７】
また、請求項２記載の発明では、第２のアームは、カム側にてカムに当接されるローラと、カム側にて第３のアームに当接されるローラと、各ローラを同一軸線上に配設させる支持軸とを有することを特徴としている。
更に、請求項３記載の発明では、第２のアームは、ロッカシャフト側の支点としてロッカシャフトの外径よりも外側の位置に配された支点を有し、且つ、ロッカシャフトの回動によって位置変更がなされる偏心軸部材と、偏心軸部材を揺動自在に支持するとともに、第３のアームに当接されるアーム部とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
従って、請求項１記載の本発明の内燃機関の可変動弁装置によれば、第３のアームは第２のアームとの当接に応じて往復直線運動する。つまり、第３のアームは第２のアームの揺動変位を直線運動変位に変換して第１のアームに伝達しているので、従来の如く第３のアームがシャフトの軸心を支点として揺動しない。従って、この第３のアームを支持するためのシャフトや該シャフト用の支持部品が不要になる。この結果、省スペース化が図られるとともに、可変動弁装置の部品点数の削減も図られる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明によれば、第２のアームが、カムに当接されるローラと第３のアームに当接されるローラとを同一軸線上に配設させた１つの支持軸を有している。よって、ローラ毎に支持軸を有する場合に比して全高を低く抑えた可変動弁装置が実現される。
更に、請求項３記載の発明によれば、部品点数の更なる削減化や全幅を短く抑えた可変動弁装置が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置２を示す。同図に示されるように、当該可変動弁装置２は自動車エンジンのシリンダヘッド部分に配設され、ロッカアーム機構２０を介して図示しない吸気弁を駆動し、吸気通路を開閉している。なお、当該可変動弁装置２は排気弁を開閉駆動させても良い。
【００１１】
シリンダヘッド４にはカムシャフト１２が回動自在に設けられており（例えば、図４）、図示しないクランクシャフトの回転に応じ、カム１０の回転がロッカアーム機構２０の往復揺動に適宜変換され、上記吸気弁に対して下方向に向かう力を作用させて吸気通路を開く。また、上記シリンダヘッド４にはロッカシャフト１６が回動自在に設けられており、このロッカシャフト１６の上方に上記カムシャフト１２が配設され、これらロッカシャフト１６とカムシャフト１２とは平行に配設されている。更に、このロッカシャフト１６とロッカアーム機構２０とは、ボルト固定或いはピン固定され、ロッカシャフト１６がステッピングモータ等を用いた回動手段によって回動されると、上記吸気弁のリフトの特性（駆動位相及びリフト量）が連続的に変更される。
【００１２】
本実施形態のロッカアーム機構２０は、バルブ駆動アーム（第１のアーム）２１、特性調整アーム（第２のアーム）２２、及び変位伝達アーム（第３のアーム）２３の３つのアームから構成されている。
具体的には、図１に示されるように、上記バルブ駆動アーム２１は、吸気弁を押圧する先端腕部３１，３１を有しており、この各先端腕部３１にはアジャストスクリュー８１が設けられている。また、各先端腕部３１はロッカシャフト１６側に向けて延在して後端部４１，４１に連なっており、この各後端部４１には、ロッカシャフト１６に挿通されるシャフト嵌挿部６１が設けられている。このように、バルブ駆動アーム２１はロッカシャフト１６を揺動自在に支持し、ロッカシャフト１６の軸心を支点として揺動して吸気弁を駆動させる。また、各後端部４１の下端部分は、ロッカシャフト１６に平行に配設されたローラ支持軸７１で結合され、このローラ支持軸７１の略中央位置には当接ローラ５１が備えられており、この当接ローラ５１が変位伝達アーム２３に当接される（図４）。
【００１３】
一方、特性調整アーム２２は、ロッカシャフト側からカム側に向けて延在されており、このカム側がカム１０に当接されることによりロッカシャフト側を支点として揺動する。詳しくは、図１及び図４に示されるように、まず、上記ロッカシャフト側には偏心ピン８２がロッカシャフト１６に平行に配設されている。また、このロッカシャフト側には偏心ピン８２を揺動自在に支持する揺動支持部３２，３２を有し、各揺動支持部３２はスイングアーム部７２Ａ，７２Ａを介して上記カム側に位置する前端部４２，４２にそれぞれ連なっている。この各前端部４２はロッカシャフト１６に平行に配設されたローラ共有支持軸（支持軸）９２で結合され、このローラ共有支持軸９２には２種の当接ローラ５２，６２が備えられている。
【００１４】
より具体的には、図３に示されるように、ローラ共有支持軸９２の略中央部分にはカム１０に当接されるカム側ローラ（ローラ）６２が備えられている。そして、このカム側ローラ６２の両側には、カム側ローラ６２よりも大径の変位伝達側ローラ（ローラ）５２，５２がワッシャ１０２，１０２を挟んで備えられており、この各変位伝達側ローラ５２が変位伝達アーム２３に当接される。なお、ワッシャ１０２に代えてベアリングを用いても良く、また、上記各ローラ５２，６２及びローラ共有支持軸９２は種々の材質にて構成可能である。
【００１５】
そして、ローラ共有支持軸９２と偏心ピン８２とは平行に配設され、これらローラ共有支持軸９２と偏心ピン８２との間、換言すれば、各スイングアーム部７２Ａ、ローラ共有支持軸９２及び偏心ピン８２で囲まれた空間部分がカム１０との干渉を回避するカム受容部７２として形成されている（図１，図４）。
また、上記ロッカシャフト側の各揺動支持部３２の間には、偏心ピン８２とロッカシャフト１６とを連結する連結部材２４が備えられている。具体的には、この連結部材２４は、連結本体３４と、連結軸４４とから構成されており、連結軸４４が連結本体３４からロッカシャフト１６に向けて延在され、この連結軸４４がロッカシャフト１６に嵌合されて図示しないナット或いはピンで固定されることにより、連結部材２４がロッカシャフト１６に係止される。
【００１６】
連結本体３４は各揺動支持部３２の間にて偏心ピン８２を軸支する。従って、ロッカシャフト側の支点、すなわち、連結本体３４に軸支される偏心ピン８２の軸心は、連結軸４４に嵌合されたロッカシャフト１６の軸心に対して、ロッカシャフト１６の外径よりも外側の位置に配されて偏心している。そして、上記回動手段がロッカシャフト１６を回動させると、偏心ピン８２がロッカシャフト１６の軸心の回りを変位する。この変位はカム１０に対する特性調整アーム２２の回転位相を遅角側或いは進角側に変更させる。この結果、吸気弁のリフトの特性が連続的に変更されることになる。
【００１７】
ところで、本実施形態の変位伝達アーム２３は、カム１０の下方、つまり、特性調整アーム２２とシリンダヘッド４の上面との間であって、吸気弁とロッカシャフト１６との間に配設されており、図４における上下方向に往復直線運動することにより、特性調整アーム２２の揺動変位をバルブ駆動アーム２１に伝達可能に構成されている。
より具体的には、変位伝達アーム２３は、アーム本体３３、ガイド軸１０３、及びリターンスプリング１２３から構成されている。このアーム本体３３は、図２や図３にも示されるように、特性調整アーム２２の各変位伝達側ローラ５２に上方から当接される変換平面部５３を備えており、この上記カム側ローラ６２に対峙した変換平面部５３の適宜位置にはエア抜き溝９３が形成されている。
【００１８】
なお、本実施形態の変換平面部５３は図４における水平方向に配されているが、カムシャフト１２とローラ共有支持軸９２との配設位置等に応じて傾斜させることも可能である。この場合には、変位伝達アーム２３と吸気弁の上部に配設された図示しない閉弁付勢ばねとの距離の確保が容易になるし、変位伝達側ローラ５２の移動距離の確保も容易になる。また、上記変換平面部５３の形状についても必ずしも平面には限定されない。
【００１９】
このアーム本体３３は、上記変換平面部５３の周縁に連なり、バルブ駆動アーム２１の当接ローラ５１に側方から当接される変換面部４３を備えている。詳しくは、変換面部４３は、当接ローラ５１の外周形状に沿ってロッカシャフト１６に向けて湾曲する曲面部分と、この曲面部分に連なって上下方向に延びる平面部分４３ａとから構成されている（図５）。これにより、アーム本体３３が下方に向けて移動した場合には、当接ローラ５１は変換面部４３の曲面部分に当接され、この当接点からローラ支持軸７１の軸心に向かう下向きの力が作用する。
【００２０】
一方、アーム本体３３の内部には、シリンダヘッド側からガイド軸１０３に挿入されるガイド挿入孔６３、このガイド挿入孔６３と上記エア抜き溝９３との間に穿設されたエア抜き孔８３、及びガイド挿入孔６３を囲繞する有底のばね受容孔７３が形成されている。そして、ガイド軸１０３の支持面１３３がシリンダヘッド４の上面に載置され、この支持面１３３に対峙するフランジ部１１３とばね受容孔７３の有底部分との間にリターンスプリング１２３を配し、ガイド軸１０３をガイド挿入孔６３に挿入すると、アーム本体３３はガイド軸１０３に支持され、ガイド軸１０３の軸線に沿って上下方向に向かう往復直線運動が可能となる。
【００２１】
リターンスプリング１２３のばね力はアーム本体３３を押し上げ、変換平面部５３を特性調整アーム２２の変位伝達側ローラ５２に常時当接させるとともに、特性調整アーム２２のカム側ローラ６２をカム１０に常時当接させるように作用している。また、上記直線運動の際、ガイド挿入孔６３内のエアは、エア抜き孔８３及びエア抜き溝９３を介してカム側ローラ６２に余計な圧力を与えることなく排出される。なお、このエア抜き孔８３はアーム本体３３等の潤滑用の孔としても機能する。
【００２２】
次に、本実施形態の可変動弁装置２の動作について説明する。
最も遅角側、つまり、図４に示される偏心ピン８２の位置において、カムシャフト１２が図示の如く反時針回りに回動されると、カム１０のカム曲線に従い、特性調整アーム２２はその軸心に対して揺動する。詳しくは、カム側ローラ６２がカムノーズ部１４との当接によって時針回りに回動しつつ押し下げられると、特性調整アーム２２は偏心ピン８２の軸心に対して反時針回りに揺動する。同時に、変位伝達アーム２３は特性調整アーム２２の各変位伝達側ローラ５２によって押し下げられ、リターンスプリング１２３の付勢力に抗して下方に向けて直線運動する。そして、変換面部４３が当接ローラ５１を下方に向けて押し出すと、バルブ駆動アーム２１がロッカシャフト１６の軸心に対して反時針回りに揺動し、カム１０の回転角の小さいうちから吸気弁を開弁駆動させる。
【００２３】
一方、最も進角側、つまり、図５に示されるように、ロッカシャフト１６の回動により、偏心ピン８２が図４に示される位置から反時針回りに回動すると、各変位伝達側ローラ５２も反時針回りに回動してアジャストスクリュー８１に向けて移動する。同時に、変位伝達アーム２３のアーム本体３３がリターンスプリング１２３の付勢力によって上昇し、カム側ローラ６２もカム曲線に沿って上昇して各変位伝達側ローラ５２とともにアジャストスクリュー８１に向けて移動する。これにより、当接ローラ５１は変換面部４３の上記曲面部分から離れて上記平面部分４３ａ側に位置するようになる。この場合には、カムシャフト１２が図示の如く反時針回りに回動してカムノーズ部１４がカム側ローラ６２を押し下げることによって変位伝達アーム２３も押し下げられることになるが、変換面部４３の上記曲面部分が当接ローラ５１に達するまでの距離が大きいため、バルブ駆動アーム２１の揺動開始が遅れるとともに、当接ローラ５１が変換面部４３の平面部分４３ａ若しくはこの平面部分４３ａと上記曲面部分との境界位置付近にてカム１０によるアーム本体３３の押し下げが終了してしまう。この結果、吸気弁のリフト量が小さい状態となる。また、上記平面部分４３ａは、特性調整アーム２２の揺動開始タイミングが進角した分をキャンセルして吸気弁のリフト開始時期を一致させるように設定されている。
【００２４】
このように、本実施形態の可変動弁装置２では、吸気弁のリフトの特性（駆動位相及びリフト量）をロッカアーム１６の回動割合に応じて連続的に変更することができる。
そして、このリフトの特性を高回転、高負荷の大吸気量が要求される場合には遅角側に変更し、一方、低回転、低負荷の小吸気量が要求される場合や、排ガス後処理装置の活性化のために吸気量を減少させて排ガス温度を上げたい場合等には進角側に変更することにより、自動車用エンジンでは排ガス浄化促進や燃費低減等が達成可能となる。
【００２５】
以上のように、本実施形態の可変動弁装置２によれば、変位伝達アーム２３は特性調整アーム２２との当接に応じて往復直線運動する。すなわち、変位伝達アーム２３は特性調整アーム２２の揺動変位を直線運動変位に変換してバルブ駆動アーム２１に伝達しているので、上述した従来の上側アームの如く揺動しない。従って、この上側アームを支持するためのシャフトや該シャフト用の支持部品が従来に比して不要になる。この結果、装置の省スペース化が図られるとともに、その部品点数の削減も図られ、製造コストの低い装置が実現可能となる。
【００２６】
また、カム１０が特性調整アーム２２の上側に配置されているので、特性調整アーム２２がロッカシャフト側を支点として揺動する場合にも、この特性調整アーム２２の下側のスペースを有効に利用可能となる。つまり、ロッカシャフト１６や変位伝達アーム２３はこの特性調整アーム２２の下側のスペースに配置可能となり、カムシャフト１２の位置は高くならずに済み、全高を低く抑えた装置が実現される。また、ロッカシャフト１６と吸気弁との距離も短くて済み、バルブ駆動アーム２１のリフト時にも先端腕部３１と吸気弁との当接位置がずれることなく保持され、吸気弁は確実に押圧される。更に、変位伝達アーム２３が吸気弁とロッカシャフト１６との間に配置されていることから、装置の全幅が短く抑えられる。従って、エンジンへの搭載性が更に向上する。
【００２７】
更に、特性調整アーム２２がカム受容部７２を有しており、カムノーズ部１４との干渉が回避される。よって、これも装置の全高の抑制に寄与する。
更にまた、特性調整アーム２２が、カム１０に当接されるカム側ローラ６２と変位伝達アーム２３に当接される各変位伝達側ローラ５２とを同一軸線上に配設させた１つのローラ共有支持軸９２を有しているので、装置の全高がより一層低く抑えられる。
【００２８】
また、カム側ローラ６２と各変位伝達側ローラ５２との間にはワッシャ１０２がそれぞれ設けられている。従って、カム側ローラ６２と変位伝達側ローラ５２との回転方向が異なる場合にも各回転は妨げられず、カム１０からの力の伝達もスムーズになる。
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
【００２９】
例えば、上記実施形態では、特性調整アーム２２は各スイングアーム部７２Ａから延びる各前端部４２の間に、変位伝達側ローラ５２，５２及びカム側ローラ６２を備えているが、必ずしもこの形態に限定されるものではない。一例としては、各揺動支持部３２に連なるスイングアーム部７２Ａ，７２Ａをカム側に向けて更に延長し、この各スイングアーム部７２Ａの延長部分（アーム部）が、上記変位伝達側ローラ５２，５２に代わって変位伝達アーム２３の変換平面部５３に直接に当接するものであっても良い。この場合には、上述の２つの変位伝達側ローラ５２，５２が省略可能となるし、これらローラ５２，５２に要するスペースも省略可能となって装置の全幅の抑制により一層寄与するとの効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置の概略構成図である。
【図２】図１の可変動弁装置における第３のアームの斜視図である。
【図３】図１の可変動弁装置におけるカムと第３のアームとの位置関係を説明する図である。
【図４】図１の可変動弁装置における動作を説明する図である。
【図５】図１の可変動弁装置における動作を説明する図である。
【符号の説明】
【００３１】
２  可変動弁装置
１０  カム
１２  カムシャフト
１６  ロッカシャフト
２０  ロッカアーム機構
２１  バルブ駆動アーム（第１のアーム）
２２  特性調整アーム（第２のアーム）
２３  変位伝達アーム（第３のアーム）
６２  カム側ローラ（ローラ）
５２  変位伝達側ローラ（ローラ）
９２  ローラ共有支持軸（支持軸）
【図１】
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【図２】
2006348787.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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