(57)【要約】【課題】簡便な機構で、内燃機関の回転数に対応して吸排気バルブに与えられる付勢力を可変とする。【解決手段】吸排気バルブ１１を駆動するロッカーアーム１２と、ロッカーアーム１２に、吸排気バルブ１１を閉じる方向の付勢力を与えるトーションスプリング１３と、内燃機関の駆動軸の回転数の増大に伴って、トーションスプリング１３の付勢力を増大させる付勢力可変機構１４と、を備え、付勢力可変機構１４が、前記駆動軸の回転数と連動して回転数が増減する入力軸２２と、回転方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に着磁された内周部材２３と、内周部材２３に連れ回される回転力を受ける磁性材料からなる外周部材２４と、を有し、トーションスプリング１３の一端が外周部材２４側に、他端がロッカーアーム１２側に設けられており、前記駆動軸の回転数の増大に伴う外周部材２４の回転によって、トーションスプリング１３の捩りが強められる動弁装置１０とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフトとともに回転軸周りに回転するカムとの当接によって揺動軸周りに揺動して、内燃機関の吸排気バルブをその軸方向に駆動するロッカーアームと、
前記ロッカーアームに、前記吸排気バルブを閉じる方向の付勢力を与えるトーションスプリングと、
前記内燃機関の駆動軸の回転数の増大に伴って、前記トーションスプリングの前記付勢力を増大させる付勢力可変機構と、
を備え、
前記付勢力可変機構が、
前記駆動軸の回転数と連動して回転数が増減する入力軸と、
前記入力軸と一体に軸周りに回転し、その回転方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に着磁された磁石からなる内周部材と、
前記内周部材と同軸にかつ径方向に離間して軸周りに回転可能に設けられ、前記内周部材の軸周りの回転に伴って連れ回される方向の回転力を受ける磁性材料からなる外周部材と、
を有し、前記トーションスプリングの一端が前記外周部材側に、前記一端と反対側の他端が前記ロッカーアーム側にそれぞれ設けられており、前記駆動軸の回転数の増大に伴う前記外周部材の回転によって、前記トーションスプリングの捩りが強められる内燃機関の動弁装置。
【請求項２】
前記外周部材が、その回転方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に着磁された磁石である
請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項３】
前記内周部材が、その回転方向に沿って分割された複数の分割磁石の集合体から構成されており、前記内周部材の軸周りの回転に伴う遠心力によって、前記各分割磁石が個別に径方向外向きに移動可能となっている
請求項１又は２に記載の内燃機関の動弁装置。
【請求項４】
前記遠心力が作用していない状態において隣り合う前記分割磁石の間に介在して、前記分割磁石同士を隔離する隔離部材が配置されている
請求項３に記載の内燃機関の動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両用の内燃機関の吸排気バルブを駆動する動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸排気バルブを駆動する動弁装置として、カムシャフトとともに回転軸周りに回転するカムによって吸排気バルブをリフトする一方で、吸排気バルブと同軸に設けられたバルブスプリングの付勢力によって、この吸排気バルブを閉じる構成のものが一般的に知られている。
【０００３】
この動弁装置においては、内燃機関が低回転のときは、バルブ動作も比較的低速なので、バルブスプリングの付勢力がそれほど大きくなくても、内燃機関の回転にバルブ動作を追随させることができる。これに対して、内燃機関が高回転となると、バルブスプリングの付勢力が不十分な場合、内燃機関の回転にバルブ動作が追随できず、吸排気バルブのバウンス、ジャンプ、サージング等の問題が生じる虞がある。そこで、一般的には、高回転域における上記の問題を回避できるように、高回転域に適合した十分な付勢力のバルブスプリングを採用することが多い。
【０００４】
この場合、高回転時におけるバウンス等の問題は回避できる反面、低回転時にはバルブスプリングの付勢力が過剰となって、フリクションの増大を招く等の問題が生じる。低回転時においてバルブスプリングの縮み量を減少させることによって、付勢力を低減することも可能であるが、縮み量（カムリフト量）を可変とするには、動弁装置の構造を大幅に変更する必要があり、コストの面で最良の方法とは言えない。
【０００５】
内燃機関の回転数に対応して吸排気バルブに作用する付勢力を可変とするためのその他の機構として、例えば、下記特許文献１〜４に示す構成が提案されている。
【０００６】
特許文献１に係る構成においては、内燃機関によってオイルポンプを駆動し、内燃機関の回転数の上昇に伴って、吸排気バルブに作用するねじりスプリングのスプリング荷重を増加させている（特許文献１の第５頁目第１２行目〜第６頁目第６行目、第１図等参照）。
【０００７】
特許文献２に係る構成においては、内燃機関によって回転駆動される潤滑油ポンプで、油圧室に油圧を導入する。そして、この油圧で、吸排気バルブにばね荷重を与えるばねのばね座として機能するピストンを駆動し、内燃機関の回転数の上昇に伴って、吸排気バルブに作用するばねのばね荷重を増加させている（特許文献２の第１頁目右下欄第１８行目〜第２頁目左下欄第１３行目、図面等参照）。
【０００８】
特許文献３に係る構成においては、吸排気バルブを付勢するばね手段に、このばね手段の付勢方向に沿って前記吸排気バルブの一端に取り付けられた永久磁石と、他端に取り付けられた電磁石とを有する補助ばね手段を併設している。この補助ばね手段の電磁石に与える電流の極性と大きさを変えることによって、吸排気バルブのリフト荷重を可変としている（特許文献３の第２頁右上欄第９行目〜左下欄第５行目、第２図等参照）。
【０００９】
特許文献４に係る構成においては、バルブスプリングの一部が収納されているリフト空間に、このバルブスプリングを受ける永久磁石製のばね受けを設けるとともに、このばね受けと対向して電磁石を設けている。そして、この電磁石に通電して、ばね受けと電磁石との間に生じた反発力によってばね受けを押し上げ、バルブスプリングの付勢力を調節している（特許文献４の段落００２０〜００２５、図１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】実開昭６１−４８９０８号公報
【特許文献２】特開昭５７−１３２０７号公報
【特許文献３】特開平２−２２１６０８号公報
【特許文献４】特開平１１−５０８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１、２に示す油圧式の構成においては、基本的には内燃機関の回転数に伴ってポンプから供給される油圧は上昇するが、このポンプは、高回転時（特に３０００ｒｐｍ以上）において、回転数の上昇に対する油圧の上昇が緩慢（あるいは頭打ち）となるポンプ特性を有するものが多い。この場合、バウンス等の問題が顕著となる高回転時において、吸排気バルブに対する必要十分な付勢力を確保することができない虞がある。また、内燃機関から独立した専用の油圧ポンプを設けることも考えられるが、装置構成が複雑となるとともに、ポンプの出力制御装置を別途設ける必要があり、コスト高となる問題がある。
【００１２】
また、特許文献３、４に示す電磁石式の構成においては、電磁石に供給する電流を制御するための電流制御装置を別途設ける必要があり、油圧式の場合と同様、コスト高となる問題がある。
【００１３】
そこで、この発明は、簡便な機構で、内燃機関の回転数に対応して吸排気バルブに与えられる付勢力を可変とすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を解決するために、この発明においては、カムシャフトとともに回転軸周りに回転するカムとの当接によって揺動軸周りに揺動して、内燃機関の吸排気バルブをその軸方向に駆動するロッカーアームと、前記ロッカーアームに、前記吸排気バルブを閉じる方向の付勢力を与えるトーションスプリングと、前記内燃機関の駆動軸の回転数の増大に伴って、前記トーションスプリングの前記付勢力を増大させる付勢力可変機構と、を備え、前記付勢力可変機構が、前記駆動軸の回転数と連動して回転数が増減する入力軸と、前記入力軸と一体に軸周りに回転し、その回転方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に着磁された磁石からなる内周部材と、前記内周部材と同軸にかつ径方向に離間して軸周りに回転可能に設けられ、前記内周部材の軸周りの回転に伴って連れ回される方向の回転力を受ける磁性材料からなる外周部材と、を有し、前記トーションスプリングの一端が前記外周部材側に、前記一端と反対側の他端が前記ロッカーアーム側にそれぞれ設けられており、前記駆動軸の回転数の増大に伴う前記外周部材の回転によって、前記トーションスプリングの捩りが強められる内燃機関の動弁装置を構成した。
【００１５】
前記構成においては、前記外周部材が、その回転方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に着磁された磁石である構成とするのが好ましい。
【００１６】
前記各構成においては、前記内周部材が、その回転方向に沿って分割された複数の分割磁石の集合体から構成されており、前記内周部材の軸周りの回転に伴う遠心力によって、前記各分割磁石が個別に径方向外向きに移動可能となっている構成とするのが好ましい。
【００１７】
前記内周部材を分割磁石で構成した場合においては、前記遠心力が作用していない状態において隣り合う前記分割磁石の間に介在して、前記分割磁石同士を隔離する隔離部材が配置された構成とするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
この発明では、付勢力可変機構により、内燃機関の回転数の増減に対応してトーションスプリングからロッカーアームに与えられる付勢力を連続的に可変とした。これにより、高回転時において、内燃機関の回転に吸排気バルブの動きを確実に追随させて、バウンス等の不具合を確実に防止することができるとともに、低回転時において、吸排気バルブに過剰な付勢力が作用するのを防止して、フリクションの発生を抑制することができる。しかも、この付勢力可変機構は、内燃機関の駆動軸の回転数と連動した入力軸からの入力のみによって機械的に動作し、特別な制御装置を必要としないため、簡便な構成で安定動作を確保することができるとともに、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明に係る内燃機関の動弁装置の一実施形態を示す正面図
【図２】図１に示す動弁装置の要部の斜視図
【図３】図２に示す要部の他例を示す断面図
【図４】図１に示す動弁装置の要部の断面図
【図５】図４に示す要部の一部を切り欠いた斜視図
【図６】図４に示す要部の断面図を示し、（ａ）は低回転時（又は停止時）、（ｂ）は高回転時
【図７】図６（ａ）中のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う断面図
【図８】図７に示す断面図の他例を示す断面図
【図９】図６に示す要部の他例の断面図を示し、（ａ）は低回転時（又は停止時）、（ｂ）は高回転時
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この発明に係る内燃機関（以下、エンジンと称する。）の動弁装置１０（以下、動弁装置１０と称する。）の一実施形態を、図１を用いて説明する。この動弁装置１０は、車両用のエンジンの吸排気バルブ１１（吸気バルブ又は排気バルブ）を駆動するための装置であって、ロッカーアーム１２、トーションスプリング１３、及び、付勢力可変機構１４を主要な構成要素としている。
【００２１】
ロッカーアーム１２は、カムシャフト（図示せず）とともに回転軸周りに回転するカム１５との当接によって揺動軸１２ａ周りに揺動して、エンジンの吸排気バルブ１１をその軸方向に駆動する機能を有する。このロッカーアーム１２は、その長手方向に沿って支点（揺動軸１２ａ）、力点（カム１５との当接部）、作用点（吸排気バルブ１１の係合部）を順に有するスイングアーム式である。揺動軸１２ａは、ラッシュアジャスタ１６によって支持されている。
【００２２】
エンジンのシリンダヘッド１７には、吸排気ポート１８に至る貫通孔が形成されており、その貫通孔にバルブガイド１９が嵌合されている。このバルブガイド１９には、吸排気ポート１８を開閉する吸排気バルブ１１のバルブステム１１ａが挿通されている。図２に示すように、バルブステム１１ａの端部（図１では上端部）のバルブステムエンド１１ｂには凹部が形成されており、この凹部に、先端をフォーク状に分岐させたロッカーアーム１２（作用点）が係合している。このように、ロッカーアーム１２とバルブステムエンド１１ｂを係合させる代わりに、図３に示すように、ボールジョイント２０を介してロッカーアーム１２とバルブステムエンド１１ｂを連結させてもよい。
【００２３】
この吸排気バルブ１１は、ロッカーアーム１２によって開閉いずれの方向にも駆動されるようになっている。このため、一般的な動弁装置において吸排気バルブと同軸に配置され、この吸排気バルブを閉じる方向に付勢するバルブスプリングは設けられていない。これにより、一般的なバルブスプリングの軸方向長さに対応する長さ分だけ、この発明に係る動弁装置１０に使用される吸排気バルブ１１を短くすることができ、エンジンの小型化、軽量化、及び、部品点数の削減による低コスト化を図ることができる。
【００２４】
トーションスプリング１３は、ロッカーアーム１２に吸排気バルブ１１を閉じる方向の付勢力を与える機能を有する。このトーションスプリング１３の一端は、ロッカーアーム１２の力点付近に固定されており、前記一端と反対側の他端は、付勢力可変機構１４の後述するシャフト２１に固定されている。トーションスプリング１３は、一般的な動弁装置に採用されているコイルスプリングと比較して、共振周波数が大幅に高い。このため、エンジンの回転数に対応してトーションスプリング１３の付勢力を連続的に変化させたときに、共振が発生する虞はない。
【００２５】
なお、図１に示したトーションスプリング１３のロッカーアーム１２への取付け位置は例示であって、このトーションスプリング１３によって吸排気バルブ１１に所定の付勢力を与え得る限りにおいて、その取り付け位置を適宜変更する（例えば作用点近傍とする）こともできる。
【００２６】
付勢力可変機構１４は、エンジンの駆動軸（図示せず）の回転数の増大に伴って、トーションスプリング１３の付勢力を増大させる機能を有する。この付勢力可変機構１４は、図４に示すように、入力軸２２、内周部材２３、及び、外周部材２４を有する。
【００２７】
入力軸２２は、ギア（図示せず）を介してエンジンの駆動軸と接続されており、この駆動軸の回転数と連動して回転数が増減する。すなわち、駆動軸の回転数が増大すると入力軸２２の回転数も増大し、駆動軸の回転数が減少すると入力軸２２の回転数も減少する。駆動軸と入力軸２２との間のギア比は基本的には一定とされるが、駆動軸の回転数に対応して可変式、例えば、駆動軸の回転数が増大するほどギア比を大きくして、入力軸２２をより高速回転させる構成とすることもできる。
【００２８】
内周部材２３は、入力軸２２と一体に軸周りに回転する部材である。図５、図６（ａ）に示すように、この内周部材２３は、その回転方向に沿って分割された、中心角が４５度の複数の分割磁石２３ａ（永久磁石）から構成されている。各分割磁石２３ａは、図６（ａ）、図７に示すように、外径側がＮ極で内径側がＳ極のものと、外径側がＳ極で内径側がＮ極のものの２種類があり、それらが円環状に交互に配置された集合体を構成している。すなわち、この内周部材２３の外周部には、その回転方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に着磁されている。なお、この中心角の大きさは例示であって、適宜変更（例えば３０度等）することができる。
【００２９】
内周部材２３は、入力軸２２とともに軸周りに回転する平坦な円形底面を有するカップ状のヨーク２５に収納されている。図４に示す構成においては、入力軸２２は、シャフト２１側から見て反時計回り（図４中の矢印ｒ１方向）に回転する。ヨーク２５の底面には、分割磁石２３ａの数と同じ本数のガイド溝２５ａが、中心から放射状に形成されている。また、各分割磁石２３ａの裏面（ヨーク２５の底面に臨む面）には、ガイド溝２５ａによって径方向にガイドされるガイド突起２３ｂが形成されている。
【００３０】
内周部材２３（すなわち入力軸２２）の低回転時又は停止時においては、図６（ａ）に示すように、各分割磁石２３ａは、その磁力によって一体となっている。このとき、ガイド突起２３ｂはガイド溝２５ａの内径側端部に位置している。その一方で、内周部材２３の高回転時においては、図６（ｂ）に示すように、各分割磁石２３ａに遠心力が作用して、各分割磁石２３ａが磁力に抗して個別に径方向外向きに移動する。各分割磁石２３ａは、ガイド突起２３ｂがガイド溝２５ａの外径側端部に到達することによって、それ以上径方向外向きに移動するのを規制される。これにより、各分割磁石２３ａと外周部材２４が直接接触するのを防止している。
【００３１】
この実施形態においては、図７に示すように、各分割磁石２３ａの径方向外側にＮ極又はＳ極の一方の極、径方向内側にＮ極又はＳ極の前記一方の極とは反対の他方の極が形成された磁石を採用したが、図８に示すように、各分割磁石２３ａの表面にＮ極又はＳ極の一方の極、裏面にＮ極又はＳ極の前記一方の極とは反対の他方の極が形成された磁石を採用できる場合もある。
【００３２】
外周部材２４は、図４、図５、図６（ａ）に示すように、内周部材２３と径方向に離間しつつ同軸に、軸周りに回転可能に設けられている。この外周部材２４は、その回転方向に沿ってＮ極とＳ極が交互に形成された永久磁石である。なお、永久磁石の代わりに、磁性材料（強磁性体）から構成することもできる。外周部材２４には、この外周部材２４と一体に軸周りに回転するシャフト２１が、軸方向に突出して設けられている。このシャフト２１には、既述のように、トーションスプリング１３の他端が固定されている。なお、外周部材２４をトーションスプリング１３の巻き付けに適した形状とすることにより、この外周部材２４にシャフト２１を設けずに、トーションスプリング１３の他端を外周部材２４に直接固定できる場合もある。
【００３３】
内周部材２３が入力軸２２とともに軸周りに回転すると（図４中の矢印ｒ１参照）、内周部材２３と外周部材２４との間の磁力の相互作用によって、外周部材２４に、内周部材２３によって連れ回される方向（図４中の矢印ｒ２参照）の回転力が作用する。そして、外周部材２４に作用する前記回転力と、トーションスプリング１３による付勢力が釣り合うまで、外周部材２４が回転する。この回転に伴ってトーションスプリング１３の捩りが強められ、ロッカーアーム１２に与えられる付勢力が増大する。
【００３４】
外周部材２４の回転角度は、エンジンの駆動軸（内周部材２３）の回転が高回転となるほど連続的に大きくなる。すなわち、エンジンの回転数に対応して、トーションスプリング１３の付勢力を連続的に可変とすることができる。トーションスプリング１３による適切な付勢力を確保するために、高回転時における外周部材２４の最大回転角度を、例えば数十度程度とすることができる。
【００３５】
また、内周部材２３の回転が高回転となると、既述のように、この内周部材２３を構成する各分割磁石２３ａが、遠心力によって径方向外向きに移動する。この移動によって、各分割磁石２３ａと永久磁石からなる外周部材２４が接近する。磁石同士間に作用する磁力の大きさは、それらの距離の２乗に反比例するため、各分割磁石２３ａと外周部材２４との近接に伴って両者の間に作用する磁力が急速に増大して、高回転時において、トーションスプリング１３による十分な付勢力を確保することができる。
【００３６】
この発明に採用される付勢力可変機構１４においては、図９（ａ）（ｂ）に示すように、遠心力が作用していない状態において隣り合う分割磁石２３ａの間に介在して、分割磁石２３ａ同士を隔離する隔離部材２６を配置した構成とすることもできる。隣り合う分割磁石２３ａ同士を隔離部材２６の厚み分だけ隔離することにより、この隣り合う分割磁石２３ａ同士の吸着力を弱めることができる。このようにすると、内周部材２３の回転に伴って分割磁石２３ａに遠心力が作用した際に、各分割磁石２３ａをスムーズに径方向外向きに移動させることができ、エンジンの回転数の変化に対応して、吸排気バルブ１１に与えられる付勢力をスムーズに連続的に変化させることができる。
【００３７】
この実施形態では、隔離部材２６の素材として樹脂を採用したが、分割磁石２３ａ間の吸着力を適切に弱めることができる限りにおいて、他の素材を採用することもできる。
【００３８】
上記において説明した動弁装置１０によると、背景技術として説明したような油圧や電磁石の磁力を制御するための特別な制御装置を用いることなく、簡便な機械的構成のみによって、エンジンの回転数に対応して吸排気バルブ１１に与えられる付勢力を連続的に可変とすることができる。このため、低コスト化を図りつつ、全回転領域において、動弁装置１０の良好な作動状態を確保することができる。
【００３９】
この動弁装置１０は、油圧式吸排気バルブクリアランス調整機構を備えた４サイクルエンジンであれば、燃焼形式や気筒配列・気筒数に関係なく採用することができる。また、既存の動弁装置と共通する部品が多いため、既存の動弁装置をこの発明に係る動弁装置１０に容易に置き換えることも可能である。
【００４０】
上記の実施形態は、いずれの点においても例示に過ぎず、簡便な機構で、内燃機関の回転数に対応して吸排気バルブに与えられる付勢力を可変とする、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、採用される構成要素に、適宜変更を加えることができる。
【００４１】
例えば、上記の実施形態においては、内周部材２３として周方向に分割した分割磁石２３ａを採用した構成を示したが、一体型のドーナツ状の磁石を採用した構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  動弁装置
１１  吸排気バルブ
１１ａ  バルブステム
１１ｂ  バルブステムエンド
１２  ロッカーアーム
１２ａ  揺動軸
１３  トーションスプリング
１４  付勢力可変機構
１５  カム
１６  ラッシュアジャスタ
１７  シリンダヘッド
１８  吸排気ポート
１９  バルブガイド
２０  ボールジョイント
２１  シャフト
２２  入力軸
２３  内周部材
２３ａ  分割磁石
２３ｂ  ガイド突起
２４  外周部材
２５  ヨーク
２５ａ  ガイド溝
２６  隔離部材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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