(57)【要約】【課題】本発明は、駆動ロスを低減するとともに機関弁のリフト量とリフトタイミングの制御性を向上させ、内燃機関の燃料消費を低減させることを目的としている。【解決手段】このため、位置変更機構により第１、第２ロッカアームの相対的な位置関係を変更して機関弁のリフト特性を変更する内燃機関の可変動弁装置において、制御軸に偏心軸部を形成し、偏心軸部に揺動可能に支持する第１ロッカアームに偏心軸部を回転軸とする外歯歯車を形成し、第２ロッカアームに制御軸を回転軸とし外歯歯車と噛み合う内歯歯車を形成し、偏心軸部と外歯歯車と内歯歯車とにより位置変更機構を構成し、機関弁のリフト特性の変更時に、偏心軸部によって外歯歯車を制御軸を中心に公転させ、外歯歯車の公転により外歯歯車に対する内歯歯車の噛合点を内歯歯車の周方向に移動させ、噛合点の移動に伴い第１ロッカアームに対する第２ロッカアームの位置を変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転カムを備えたカム軸に機関弁をリフトさせる揺動カムを揺動可能に支持し、前記カム軸と平行な制御軸に前記回転カムによって揺動するとともに前記揺動カムを揺動させるロッカアームを揺動自在に支持し、このロッカアームを前記回転カムによって揺動する第１ロッカアームと揺動カムを揺動させる第２ロッカアームとに分割し、前記第１ロッカアームと前記第２ロッカアームとを位置変更機構を介して連結し、この位置変更機構によって前記第１ロッカアームと前記第２ロッカアームとの相対的な位置関係を変更して前記機関弁のリフト特性を変更するようにした内燃機関の可変動弁装置において、前記制御軸にこの制御軸に対して軸心が偏心する円形状の偏心軸部を形成し、前記第１ロッカアームを前記偏心軸部に揺動可能に支持するとともにこの第１ロッカアームに前記偏心軸部を回転軸とする外歯歯車を形成し、前記第２ロッカアームに前記制御軸を回転軸とし前記外歯歯車と噛み合う内歯歯車を形成し、前記偏心軸部と前記外歯歯車と前記内歯歯車とによって前記位置変更機構を構成し、前記機関弁のリフト特性の変更時に前記制御軸を回転させ、前記偏心軸部によって前記外歯歯車を前記制御軸の軸心を中心に公転させ、前記外歯歯車の公転によってこの外歯歯車に対する前記内歯歯車の噛合点を内歯歯車の周方向に移動させ、噛合点の移動に伴って前記第１ロッカアームに対する前記第２ロッカアームの位置を変更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】
前記機関弁のリフト量を最大から最小に変化させた場合、前記偏心軸部が前記回転カムと反対方向に回転するようにした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】
前記偏心軸部が前記制御軸の中心に１８０°回転するようにしたことを特徴とする請求項２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】
この発明は内燃機関の可変動弁装置に係り、特に駆動ロスの低減を図るとともに、機関弁のリフト量とリフトタイミングの制御性の向上を図り、内燃機関の燃料消費を低減させる内燃機関の可変動弁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両の内燃機関には、回転カムを備えたカム軸に機関弁をリフトさせる揺動カムを揺動可能に支持し、前記カム軸と平行な制御軸に前記回転カムによって揺動するとともに前記揺動カムを揺動させるロッカアームを揺動自在に支持し、このロッカアームを前記回転カムによって揺動する第１ロッカアームと揺動カムを揺動させる第２ロッカアームとに分割し、前記第１ロッカアームと前記第２ロッカアームとを位置変更機構を介して連結し、この位置変更機構によって前記第１ロッカアームと前記第２ロッカアームとの相対的な位置関係を変更して機関弁のリフト特性を変更するようにした可変動弁装置を搭載しているものがある。
また、特許第３８８１７８３号には、クランク軸によって回転駆動されるドライブシャフトの外周に固定された駆動カムと、一端部に連係した駆動カムの回転により揺動するロッカアームと、ロッカアームの他端部に連係して機関弁を開作動させる揺動カムと、ロッカアームの揺動支点を変化させるアクチュエータと、アクチュエータを機関運転状態に応じて駆動制御する制御手段とを備えた可変動弁装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３８８１７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の内燃機関の可変動弁装置において、例えば、上記の特許文献１や特開２００６−１５２９２６号公報などに開示される可変動弁機構においては、ロッカアームの揺動支点を偏心シャフトによって変化させて機関弁のリフト量を変更するものである。
この場合、リフト量を大きく変化させるには、ロッカアームの揺動中心を揺動カムの揺動中心に対して径方向に移動させる必要があった。
従って、リフト量は可変になってもリフトタイミングはほとんど変化しない。
可変動弁機構で燃費効果を出すためには、リフト量が小さくなるほど早閉じにすることが有効であるが、機関弁のリフトタイミングは変化しない構造であった。
また、リフト量を大幅に変化させるためには、偏心シャフトの偏心量を比較的大きくすることが必要であり、結果的に偏心シャフトを大径化する必要があり、エンジンのコンパクト化及びフリクション低減に不利であるという不都合がある。
【０００５】
この発明は、機関弁のリフト特性を変化させる内燃機関の可変動弁装置について、駆動ロスを低減するとともに機関弁のリフト量とリフトタイミングの制御性を向上させ、内燃機関の燃料消費を低減させることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、回転カムを備えたカム軸に機関弁をリフトさせる揺動カムを揺動可能に支持し、前記カム軸と平行な制御軸に前記回転カムによって揺動するとともに前記揺動カムを揺動させるロッカアームを揺動自在に支持し、このロッカアームを前記回転カムによって揺動する第１ロッカアームと揺動カムを揺動させる第２ロッカアームとに分割し、前記第１ロッカアームと前記第２ロッカアームとを位置変更機構を介して連結し、この位置変更機構によって前記第１ロッカアームと前記第２ロッカアームとの相対的な位置関係を変更して前記機関弁のリフト特性を変更するようにした内燃機関の可変動弁装置において、前記制御軸にこの制御軸に対して軸心が偏心する円形状の偏心軸部を形成し、前記第１ロッカアームを前記偏心軸部に揺動可能に支持するとともにこの第１ロッカアームに前記偏心軸部を回転軸とする外歯歯車を形成し、前記第２ロッカアームに前記制御軸を回転軸とし前記外歯歯車と噛み合う内歯歯車を形成し、前記偏心軸部と前記外歯歯車と前記内歯歯車とによって前記位置変更機構を構成し、前記機関弁のリフト特性の変更時に前記制御軸を回転させ、前記偏心軸部によって前記外歯歯車を前記制御軸の軸心を中心に公転させ、前記外歯歯車の公転によってこの外歯歯車に対する前記内歯歯車の噛合点を内歯歯車の周方向に移動させ、噛合点の移動に伴って前記第１ロッカアームに対する前記第２ロッカアームの位置を変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上詳細に説明した如くこの発明によれば、回転カムを備えたカム軸に機関弁をリフトさせる揺動カムを揺動可能に支持し、カム軸と平行な制御軸に回転カムによって揺動するとともに揺動カムを揺動させるロッカアームを揺動自在に支持し、ロッカアームを回転カムによって揺動する第１ロッカアームと揺動カムを揺動させる第２ロッカアームとに分割し、第１ロッカアームと第２ロッカアームとを位置変更機構を介して連結し、位置変更機構によって第１ロッカアームと第２ロッカアームとの相対的な位置関係を変更して機関弁のリフト特性を変更するようにした内燃機関の可変動弁装置において、制御軸にこの制御軸に対して軸心が偏心する円形状の偏心軸部を形成し、第１ロッカアームを偏心軸部に揺動可能に支持するとともに第１ロッカアームに偏心軸部を回転軸とする外歯歯車を形成し、第２ロッカアームに制御軸を回転軸とし外歯歯車と噛み合う内歯歯車を形成し、偏心軸部と外歯歯車と内歯歯車とによって位置変更機構を構成し、機関弁のリフト特性の変更時に制御軸を回転させ、偏心軸部によって外歯歯車を制御軸の軸心を中心に公転させ、外歯歯車の公転によって外歯歯車に対する内歯歯車の噛合点を内歯歯車の周方向に移動させ、噛合点の移動に伴って第１ロッカアームに対する第２ロッカアームの位置を変更する。
従って、本発明では、制御軸の回転時、偏心軸部により外歯歯車を制御軸の軸心を中心に公転させ、外歯歯車と噛み合う内歯歯車を回転させ、第１ロッカアームに対する第２ロッカアームの位置を変更する構造のため、偏心軸部と歯車とで第１ロッカアームに対する第２ロッカアームの位置を調整でき、偏心軸部でロッカアームの揺動支点を移動させるだけのものと比べて偏心軸部の偏心量及び外径を小さくできる。そのため、ロッカアームと偏心軸部の間の摩擦抵抗を低減でき、可変動弁機構の駆動ロスを低減できる。
また、本発明では、機関弁のリフト量変更時に第１ロッカアームの外歯歯車が第２ロッカアームの内歯歯車内周で移動可能とし、第１ロッカアームの回転カムに対する接触点が回転カムの外周面に沿って移動する。そのため、機関弁のリフト量と同時にリフトタイミングを変更できる。これによって、機関弁をリフト量が小さくなるに連れて閉弁のタイミングを早める制御が可能となり、内燃機関のポンピングロスを低減できる。
上記２点によって本発明では、内燃機関の燃料消費を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は内燃機関の可変動弁装置の断面図である。（実施例１）
【図２】図２は内燃機関の可変動弁装置の斜視図である。（実施例１）
【図３】図３は内燃機関の可変動弁装置の分解斜視図である。（実施例１）
【図４】図４は内燃機関の可変動弁装置の非作動時を示し、（ａ）は大リフト・非作動時の説明図、（ｂ）は小リフト・非作動時の説明図である。（実施例１）
【図５】図５は内燃機関の可変動弁装置の作動時を示し、（ａ）は大リフト・作動時の説明図、（ｂ）は小リフト・作動時の説明図である。（実施例１）
【図６】図６はバルブリフト量とタイミングとの関係を示す図である。（実施例１）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。
【実施例】
【００１０】
図１〜図６はこの発明の実施例を示すものである。
図１〜図３において、１は内燃機関（図示せず）の可変動弁装置である。
この内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）には、図示しない燃焼室に連通する吸気ポートあるいは排気ポートからなるポートを開閉する吸気弁あるいは排気弁からなる機関弁２が設けられている。
そして、この機関弁２は、図１〜図３に示す如く、ポートの開口に接離されるバルブヘッド３と、このバルブヘッド３に先端側が連設されたバルブステム４とからなる。
また、前記機関弁２は、図１〜図３に示す如く、正面視で、軸線が所定に傾斜してシリンダヘッドに配設され、また、バルブステム４が軸方向移動可能にシリンダヘッドに支持されている。
更に、前記機関弁２は、バルブステム４の基端面側の外周面にリテーナ（図示せず）を固定し、このリテーナとシリンダヘッドの座部位との間でバルブステム４に嵌装したバルブスプリング（図示せず）によって閉弁方向に付勢される。
このとき、前記機関弁２は、例えば、２個の第１、第２機関弁２−１、２−２からなり、これらの第１、第２機関弁２−１、２−２の第１、第２バルブステム４−１、４−２の上端にローラフィンガーフォロワ（「ＲＦＦ」ともいう。）５、つまり第１、第２ローラフィンガーフォロワ５−１、５−２の一側を夫々接触させるとともに、これらの第１、第２ローラフィンガーフォロワ５−１、５−２の他側をハイドロリック・ラッシュアジャスタ６、つまり第１、第２ハイドロリック・ラッシュアジャスタ６−１、６−２に揺動自在に連結している。
【００１１】
前記可変動弁装置１は、回転カム７を備えたカム軸８に機関弁２をリフトさせる揺動カム９を揺動可能に支持している。
このとき、揺動カム９は、図２及び図３に示す如く、前記第１、第２ローラフィンガーフォロワ５−１、５−２の長手方向中央部に夫々接触するように、回転カム７の両側に配置される第１、第２揺動カム９−１、９−２からなる。
また、前記可変動弁装置１は、前記カム軸８と平行な制御軸１０に前記回転カム７によって揺動するとともに前記揺動カム９を揺動させるロッカアーム１１を揺動自在に支持し、このロッカアーム１１を前記回転カム７によって揺動する第１ロッカアーム１２と揺動カム９を揺動させる第２ロッカアーム１３とに分割している。
つまり、制御軸１０は、図１〜図３に示す如く、アクチュエータ１４によって回動されるものであり、前記制御軸１０に第１ロッカアーム１２および第２ロッカアーム１３を揺動自在に支持する。
このとき、第２ロッカアーム１３は、第１ロッカアーム１２の両側部に配置され、第１、第２揺動カム９−１、９−２を夫々揺動させる第２・一側ロッカアーム１５と、第２・他側ロッカアーム１６とで構成される。
前記第１ロッカアーム１２は、図１〜図３に示す如く、前記制御軸１０を貫通させる貫通孔部１２−１と、前記カム軸８に設けられる回転カム７に接触するローラ１２−２とを備えている。
また、前記第２・一側ロッカアーム１５は、前記制御軸１０を貫通させる一側貫通孔部１５−１と、前記第１揺動カム９−１に接触する一側ローラ１５−２とを備える一方、前記第２・他側ロッカアーム１６は、前記制御軸１０を貫通させる他側貫通孔部１６−１と、前記第２揺動カム９−２に接触する他側ローラ１６−２とを備えている。
更に、前記可変動弁装置１は、前記第１ロッカアーム１２と前記第２ロッカアーム１３とを位置変更機構１７を介して連結し、この位置変更機構１７によって前記第１ロッカアーム１２と前記第２ロッカアーム１３との相対的な位置関係を変更して前記機関弁２のリフト特性を変更する。
【００１２】
前記制御軸１０は、この制御軸１０の軸心に対してその軸心が偏心する円形状の偏心軸部１８を備え、前記第１ロッカアーム１２を前記偏心軸部１８に揺動可能に支持するとともにこの第１ロッカアーム１２に前記偏心軸部１８を回転軸とする外歯歯車１９を形成している。また、前記第２ロッカアーム１３を制御軸１０に支持し、前記第２ロッカアーム１３に前記制御軸１０を回転軸とするとともに前記外歯歯車１９と噛み合う内歯歯車２０を形成している。そして、前記偏心軸部１８と前記外歯歯車１９と前記内歯歯車２０とからなるサイクロイド機構により前記位置変更機構１７を構成している。前記機関弁２のリフト特性の変更時には、前記制御軸１０を回転させ、前記偏心軸部１８によって前記外歯歯車１９を前記制御軸１０の軸心を中心に公転させる。前記外歯歯車１９の公転によってこの外歯歯車１９に対する前記内歯歯車２０の噛合点を内歯歯車２０の周方向に移動させ、噛合点の移動に伴って前記第１ロッカアーム１２に対する前記第２ロッカアーム１３の位置を変更する構成とする。
詳述すれば、前記制御軸１０に、図１に示す如く、この制御軸１０の回転中心Ｏ１に対して軸心Ｏ２が偏心する円形状の偏心軸部１８を形成する。
また、前記第１ロッカアーム１２の貫通孔部１２−１を形成する際に、この貫通孔部１２−１を備える管部の外周に前記外歯歯車１９を形成し、貫通孔部１２−１に前記制御軸１０を貫通させ、第１ロッカアーム１２を前記偏心軸部１８に揺動可能に支持するとともに、この偏心軸部１８を前記外歯歯車１９の回転軸とするものである。
このとき、前記外歯歯車１９は、図３に示す如く、前記第１ロッカアーム１２から前記制御軸１０の軸方向に延びるように夫々反対方向に突出する第１、第２外歯歯車１９−１、１９−２からなる。
更に、前記第２ロッカアーム１３の第２・一側ロッカアーム１５、第２・他側ロッカアーム１６には、図３に示す如く、前記制御軸１０を貫通させる一側貫通孔部１５−１、他側貫通孔部１６−１に対して同軸、つまり制御軸１０が回転中心となる前記内歯歯車２０を形成する。
このとき、内歯歯車２０は、前記外歯歯車１９の第１、第２外歯歯車１９−１、１９−２が夫々噛み合う第１、第２内歯歯車２０−１、２０−２からなる。
そして、前記偏心軸部１８と前記外歯歯車１９と前記内歯歯車２０とによって前記位置変更機構１７を構成し、前記機関弁２のリフト特性の変更時には、前記制御軸１０を回転させ、前記偏心軸部１８によって前記外歯歯車１９を前記制御軸１０の軸心を中心に公転させ、前記外歯歯車１９の公転によってこの外歯歯車１９に対する前記内歯歯車２０の噛合点を内歯歯車２０の周方向に移動させ、噛合点の移動に伴って前記第１ロッカアーム１２に対する前記第２ロッカアーム１３の位置を変更するものである。
つまり、前記制御軸１０を回転させてこの制御軸１０の軸心を中心に外歯歯車１９を公転させ、外歯歯車１９に対する前記内歯歯車２０の噛合点を内歯歯車２０の周方向に移動させる。この噛合点を図４（ａ）に示す位置と図４（ｂ）に示す位置との間で移動させることにより、前記第１ロッカアーム１２に対する前記第２ロッカアーム１３の位置を変更している。
従って、本発明では、制御軸１０の回転時、偏心軸部１８により外歯歯車１９を制御軸１０の軸心を中心に公転させ、外歯歯車１９と噛み合う内歯歯車２０を回転させ、第１ロッカアーム１２に対する第２ロッカアーム１３の位置を変更する構造のため、偏心軸部１８の公転移動と歯車とにより第１ロッカアーム１２に対する第２ロッカアーム１３の位置を調整でき、偏心軸部１８の偏心量だけでロッカアームの揺動支点を移動させるものと比べて偏心軸部１８の偏心量及び外径を小さくできる。そのため、ロッカアームと偏心軸部の間の摩擦抵抗を低減でき、可変動弁機構の駆動ロスを低減できる。
また、本発明では、機関弁２のリフト量変更時に第１ロッカアーム１２の回転カム７に対する接触点が回転カム７の外周面に沿って移動する。そのため、機関弁２のリフト量と同時にリフトタイミングを変更できる。本発明では、前記機関弁２のリフト量を最大から最小に変化させる場合、前記偏心軸部１８が前記回転カム７と反対方向に移動するようにした。これによって、機関弁２をリフト量が小さくなるに連れて閉弁のタイミングを早める制御が可能となり、内燃機関のポンピングロスを低減できる。
上記２点によって本発明では、内燃機関の燃料消費を低減できる。
【００１３】
以下、機関弁２のリフト量を変更する操作について説明する。図４（ａ）は、機関弁２の閉弁時で、リフト量を最大とした状態を示す。偏心軸部１８の軸心Ｏ２を制御軸１０の回転中心Ｏ１の左側に位置させ、かつ偏心軸部１８の軸心Ｏ２と制御軸１０の回転中心Ｏ１を結ぶ直線が基準線となす角度α１（以後、制御軸の角度と呼ぶ）をほぼ０とする。これにより、第１、第２ロッカアーム１２、１３の挟み角β１を最小にし、機関弁２が開かない範囲で揺動カム９を機関弁２の開弁方向へ所定量揺動させる。このとき、回転カム７と第１ロッカアーム１２との接触角度はγ１となり、バルブタイミングが最遅角した状態となる。
そして、図５（ａ）に示す如く、回転カム７がロッカアーム１１を介して揺動カム９を揺動させると、揺動カムは、ベース部Ｂより外方へ突出するように形成され、機関弁２をリフトさせるリフト部の先端でローラフィンガーフォロワ５を押し下げ、前記機関弁２のリフト量が増加して「大リフト」となる。
そして、機関弁２のリフト量を最大から最小に変化させる場合、前記制御軸１０を図４（ａ）の位置から図４（ｂ）の位置へ時計周り方向に回転させ、偏心軸部１８の軸心Ｏ２を制御軸１０の回転中心Ｏ１の右側に移動させ、制御軸１０の角度をα２にする。これにより、第１、第２ロッカアーム１２、１３の挟み角は「β１」から「β２」と大きくなり、図示ないリターンスプリングによって第２ロッカアーム１３に押し付けられる揺動カム９は閉弁方向に揺動する。
そのため、図５（ｂ）に示す如く、回転カム７がロッカアーム１１を介して揺動カム９を揺動させても、揺動カム９は、機関弁２をリフトさせないベース部Ｂでローラフィンガーフォロワ５と接触する区間が機関弁２をリフトさせるリフト部Lでローラフィンガーフォロワ５と接触する区間より増加するので、前記機関弁２はほとんどリフトせず、「小リフト」となる。
また、前記制御軸１０を図４（ａ）の位置から図４（ｂ）の位置へ時計周り方向に回転させて制御軸１０の角度を「α１」から「α２」とする際に制御軸１０の回転方向を回転カム７の回転方向と反対方向とし、第１ロッカアーム１２のローラ１２−２が回転カム７に対してバルブタイミングが進角する方向へ移動する構造とした。
従って、機関弁２をリフト量が小さくなるに連れて閉弁のタイミングを早めることが可能となり、内燃機関のポンピングロスを低減できる。
【００１４】
また、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す如く、機関弁２のリフト量を最大から最小に変更する際、前記偏心軸部１８の軸心Ｏ２が前記制御軸１０の回転中心Ｏ１を中心に略１８０°回転するようにした。
これにより、図４（ａ）の大リフトから図４（ｂ）の小リフトに移行する時に、第１ロッカアーム１２のローラ１２−２は制御軸１０の偏心部ｅ（図１参照。）により２ｅ分だけ右側に移動する。
すなわち、第１ロッカアーム１２のローラ１２−２と回転カム７の接触位置γが「γ１」から「γ２」となる。
このとき、「γ１＞γ２」の関係にあるため、回転カム７の回転方向を反時計周り方向とすると、図６に示す如く、小リフトになるほど回転カム７の作動タイミングが早くなり、結果的に早閉じ運転が可能となる。
従って、前記機関弁２のリフト量が小さくなるに連れて閉弁のタイミングを早める場合、第２ロッカアーム１３に対する第１ロッカアーム１２の相対的な移動量を大きくし、第１ロッカアーム１２の回転カム７に対する接触点の移動量を大きくできる。そのため、機関弁２のリフト量を減少するに連れて機関弁２の閉弁のタイミングを大幅に早めることが可能となり、ポンピングロスの低減効果を高くすることができる。
【００１５】
なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。
【００１６】
例えば、この発明の実施例においては、１つのロッカアームに２個の外歯歯車を付け、１つの回転カム７で２つのバルブを駆動させる構成としたが、回転カム７を２つ、ロッカアーム２つの構造とすることも可能である。
また、この発明の実施例においては、ローラフィンガーフォロワ（「ＲＦＦ」ともいう。）方式の動弁系を開示する構成としたが、直打式の動弁系にも適用可能である。
更に、この発明の実施例においては、第２ロッカアーム及び揺動カムの接触点にローラを使用する構成としているが、第２ロッカアームと揺動カムをリンクで繋ぐ構成とすることも可能である。
【符号の説明】
【００１７】
１  内燃機関の可変動弁装置
２  機関弁
３  バルブヘッド
４  バルブステム
５  ローラフィンガーフォロワ
６  ハイドロリック・ラッシュアジャスタ
７  回転カム
８  カム軸
９  揺動カム
１０  制御軸
１１  ロッカアーム
１２  第１ロッカアーム
１３  第２ロッカアーム
１４  アクチュエータ
１７  位置変更機構
１８  偏心軸部
１９  外歯歯車
２０  内歯歯車
Ｏ１  制御軸の回転中心
Ｏ２  軸心
Ｂ  ベース部
Ｌ  リフト部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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