(57)【要約】【課題】設計自由度の大きい可変動弁装置を提供する。【解決手段】可変動弁装置１は、駆動軸３と、駆動軸３に固定された第１，第２偏心カム４，５と、第１偏心カム４に回転可能に装着される第１リンク６と、第２偏心カム５に回転可能に装着される第２リンク７と、第３偏心カム９を備えた制御軸８と、第３偏心カム９に回転可能に装着される第３リンク１０と、一端が第１リンク６に回転可能に連結されたロッカアーム１１と、ロッカアーム１１の他端に第４リンク１２を介して連結され、ロッカアーム１１の揺動に伴って揺動して機関弁を開閉動作させる揺動カム１３と、を有し、第２リンク７及び第３リンク１０が、ロッカアーム１１の中央部に回転可能に連結され、揺動カム回転中心とロッカアーム１１の中央部との距離が駆動軸３の回転周期で変動する。【選択図】図１
2008286145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトに連動して回転する駆動軸と、
駆動軸により回転駆動される第１偏心カム及び第２偏心カムと、
第１偏心カムに回転可能に装着される第１リンクと、
第２偏心カムに回転可能に装着される第２リンクと、
駆動軸に平行に設けられ、かつ第３偏心カムを備えた回動可能な制御軸と、
第３偏心カムに回転可能に装着される第３リンクと、
一端が第１リンクに回転可能に連結されたロッカアームと、
駆動軸に回転可能に支持されると共に、ロッカアームの他端に第４リンクを介して連結され、ロッカアームの揺動に伴って揺動することにより機関弁を開閉動作させる揺動カムと、を有し、
第２リンクの一端と第３リンクの一端とが、ロッカアームの一端と他端との間に位置する中央部に同一軸で回転可能に連結され、
揺動カム回転中心とロッカアームの中央部との距離が、駆動軸の回転周期で変動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】
揺動カム回転中心とロッカアームの中央部との距離の変動が大作動角時よりも小作動角時に大きくなるよう設定され、機関弁のリフト量が最大となるように第１偏心カム及び第２偏心カムの位相が設定されてい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】
揺動カム回転中心とロッカアームの中央部との距離の変動が大作動角時よりも小作動角時に大きくなるよう設定され、機関弁のリフト量が最小となるように第１偏心カム及び第２偏心カムの位相が設定されてい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、機関弁のリフト・作動角を可変可能な内燃機関の可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、シリンダヘッドにバルブガイドを介して摺動自在に設けられ、バルブスプリングのばね力によって閉方向に付勢された一対の吸気弁と、シリンダヘッド上部の軸受に回転自在に支持された中空状の駆動軸と、該駆動軸に固定された偏心回転カムである１つの駆動カムと、駆動軸の外周に揺動自在に支持されて各吸気弁の上端部に配設されたバルブリフタの上面に摺接する揺動カムと、駆動カムと揺動カムとの間に連係されて駆動カムの回転力を揺動カムの揺動力として伝達する伝達機構と、該伝達機構の作動位置を制御する制御機構と、を備えた可変動弁装置が開示されている。伝達機構は、駆動軸の上方に配置されたロッカアームとロッカアームの一端部と駆動カムとを連係するリンクアームと、ロッカアームの他端部と揺動カムとを連係するリンク部材とを備えている。
【特許文献１】特開２００２−２５６８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この特許文献１に開示された従来の可変動弁装置においては、ロッカアーム中心、すなわちロッカアームの一端部と他端部との間に位置するロッカアームの中央部が、コントロールシャフトに固定された偏心カムに取り付けられているため（クランク角度に対してロッカアーム中心位置が一定）、機関弁の作動角−リフト特性がほぼ比例関係になり、設計自由度が小さくなっている。
【０００４】
そのため、例えば、機関弁の小作動角時のリフト量を大きくしようとすると機関弁の大作動角時のリフト量も大きくなってしまうが、可変動弁装置は大作動角時のリフト量限界で設計されるため、小作動角時のリフト量は大作動角時のリフト量限界の制限を受けてしまう。すなわち、相対的に機関弁の小作動角時のリフト量が小さくなってしまうという問題がある。
【０００５】
また、機関弁のリフト量をアップするとバルブスプリングへの荷重が増えるためバルブスプリングの線径を太くする必要がある上、バルブスプリングの圧縮余裕代を確保するためにバルブスプリング長を長くする必要が生じ、可変動弁装置の大型化を招いてしまうという問題がある。
【０００６】
そして、機関弁の大作動角時のリフト量が大きくなるような作動角−リフト特性にすると、小作動角時には作動角誤差による空気バラツキが大きくなって負荷変動が大きくなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置は、クランクシャフトに連動して回転する駆動軸と、駆動軸により回転駆動される第１偏心カム及び第２偏心カムと、第１偏心カムに回転可能に装着される第１リンクと、第２偏心カムに回転可能に装着される第２リンクと、駆動軸に平行に設けられ、かつ第３偏心カムを備えた回動可能な制御軸と、第３偏心カムに回転可能に装着される第３リンクと、一端が第１リンクに回転可能に連結されたロッカアームと、駆動軸に回転可能に支持されると共に、ロッカアームの他端に第４リンクを介して連結され、ロッカアームの揺動に伴って揺動することにより機関弁を開閉動作させる揺動カムと、を有し、第２リンクの一端と第３リンクの一端とが、ロッカアームの一端と他端との間に位置する中央部に同一軸で回転可能に連結され、揺動カム回転中心とロッカアームの中央部との距離が、駆動軸の回転周期で変動することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ロッカアームの中央部と揺動カム回転中心との距離が、駆動軸の回転周期で変動するため、リフトと作動角がほぼ比例関係にあるような従来の連続可変動弁の作動角−リフト特性に対して、作動角−リフト特性の設計自由度を大きくすることができる。また、揺動カム回転中心とロッカアームの中央部との距離を駆動軸の回転周期で変動させることを、駆動軸そのもので行っているので、追加の制御手段を必要とせず、簡素な構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一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、本発明に係る内燃機関の可変動弁装置１を模式的に示した説明図である。この可変動弁装置１は、機関弁としての吸気弁（図示せず）のバルブリフト特性を可変とし、所定の作動角−リフト特性を実現するものである。
【００１０】
可変動弁装置１は、シリンダヘッド（図示せず）の上部のカムブラケット２に回転自在に支持された中空状の駆動軸３と、この駆動軸３に圧入等により固定された第１偏心カム４及び第２偏心カム５と、第１偏心カム４に回転可能に装着される第１リンク６と、第２偏心カム５に回転可能に装着される第２リンク７と、駆動軸３の上方位置にカムブラケット２に回転自在に支持されるとともに駆動軸３と平行に配置された制御軸８と、この制御軸８に圧入等により固定された第３偏心カム９と、第３偏心カム９に回転可能に装着される第３リンク１０と、一端が第１リンク６に回転可能に連結された細長いロッカアーム１１と、ロッカアーム１１の他端に回転可能に連結された第４リンク１２と、駆動軸３に回転可能に支持され、各吸気弁の上端部に配置されたタペット（図示せず）に当接する揺動カム１３と、を備えている。
【００１１】
ロッカアーム１１は、一端が第１リンク６に第１ピン１４により回転可能に連結され、他端が第４リンク１２の一端に第２ピン１５により回転可能に連結されている。第４リンク１２の他端は、第３ピン１６により揺動カム１３に回転可能に連結されている。すなわち、ロッカアーム１１と揺動カム１３とは、第４リンク１２を介して連係されている。ロッカアーム１１の一端と他端との間に位置する中央部には、第２リンク７の一端及び第３リンク１０の一端が、同一軸で回転可能の連結されている。すなわち、第２リンク７と第３リンク１０とは、第４ピン１７により、ロッカアーム１１の中央部に連係されている。
【００１２】
換言すると、この可変動弁装置１は、第１リンク機構及び第２リンク機構の２つの複リンクの組み合わせにより、吸気弁において所定の作動角−リフト特性を実現するものである。第１リンク機構は、駆動軸３に回転可能に取り付けられた揺動カム１３と、他端が揺動カム１３に連係する第４リンク１２と、他端に第４リンク１２の一端が連係するロッカアーム１１と、駆動軸３に固定された第１偏心カム４と、第１偏心カム４に回転可能に装着され、ロッカアーム１１の一端に連係する第１リンク６と、から構成されている。この第１リンク機構においては、ロッカアーム１１の中央部が駆動軸３の回転周期で変動する。第２リンク機構は、制御軸８に固定された第３偏心カム９と、第３偏心カム９に回転可能に装着され、ロッカアーム１１の中央部に連係された第３リンク１０と、駆動軸３に固定された第２偏心カム５と、第２偏心カム５に回転可能に装着され、ロッカアーム１１の中央部に連係された第２リンク７と、から構成されている。この第２リンク機構においても、ロッカアーム１１の中央部が駆動軸３の回転周期で変動する。
【００１３】
第１偏心カム４及び第２偏心カム５は、それぞれ円形外周面を有し、これら外周面の中心が駆動軸３の軸心Ｐからそれぞれ所定量だけオフセットしているとともに、これら外周面にそれぞれ第１リンク６と第２リンク７が回転可能に嵌合している。また、第３偏心カム９は、円形外周面を有し、この外周面の中心が制御軸８の軸心Ｑから所定量だけオフセットしているとともに、この外周面に第３リンク１０が回転可能に嵌合している。
【００１４】
ロッカアーム１１は、その一端が第１ピン１４を介して第１リンク６によって支持され、その他端が第２ピン１５を介して第４リンク１２によって支持され、その中央部が第４ピン１７を介して第２リンク７及び第３リンク１０によって支持されている。すなわち、ロッカアーム１１の一端は第１偏心カム４によって支持され、ロッカアーム１１の他端は揺動カム１３によって支持され、ロッカアーム１１の中央部は第２偏心カム５及び第３偏心カム９によって支持されている。そのため、ロッカアーム１１の中央部の相対的な位置、換言すれば第４ピン１７の相対的な位置は、制御軸８の角度位置のみならず、駆動軸３の回転周期に応じて揺動する。
【００１５】
揺動カム１３は、駆動軸３に外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部１３ａに、第４リンク１２の他端が連係している。この揺動カム１３の下面には、駆動軸３と同心状の円弧をなす基円面１８ａと、該基円面１８ａから所定の曲線を描いて延びるカム面１８ｂと、が形成されており、これらの基円面１８ａならびにカム面１８ｂが、揺動カム１３の揺動位置に応じて上記タペットの上面に当接するようになっている。すなわち、基円面１８ａはベースサークル区間として、リフト量が０となる区間であり、揺動カム１３が揺動してカム面１８ｂが上記タペットに接触すると、徐々にリフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられている。
【００１６】
尚、制御軸８は、図外の一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ（図示せず）によって所定回転角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータは、エンジンコントロールユニット（図示せず）からの制御信号に基づき制御されている。
【００１７】
ここで、小作動角時は、揺動カム回転中心（駆動軸３の軸心Ｐ）とロッカアーム１１の中央部との距離、すなわち揺動カム回転中心と第４ピン１７との距離が、駆動軸３の１回転中に変動が少ないように設定し、大作動角時は、揺動カム回転中心とロッカアーム１１の中央部との距離の駆動軸１回転中の変動が大きく、さらにその作動角での最大リフトを抑えるために揺動カム回転中心とロッカアーム１１の中央部との距離が離れるよう、第１リンク６及び第２リンク７にそれぞれ取り付けられる第１偏心カム４と第２偏心カム５の相対角度（相対的にな位相）が決定される。
【００１８】
尚、図１中のＲは第３偏心カム９の回転中心であり、図１中のＳは第２偏心カム５の回転中心である。
【００１９】
このような内燃機関の可変動弁装置１においては、ロッカアーム１１の中央部と揺動カム回転中心との距離が、駆動軸３の回転周期で変動するため、リフトと作動角がほぼ比例関係にあるような従来の連続可変動弁の作動角−リフト特性に対して、作動角−リフト特性の設計自由度を大きくすることができる。すなわち、作動角が大きくなるにつれてリフト増加率を小さくなるよう設定すれば、相対的に小・中作動角でのリフト量が大きくなって低・中速トルクが向上させることができる。そのため、バルブスプリング長が長くなってしまうことを防止でき、可変動弁装置１を相対的にコンパクトにすることができる。また、作動角が大きくなるにつれてリフト増加率を大きくなるよう設定すれば、小作動角領域での作動角誤差による空気バラツキが小さくなるため、低負荷でのエンジン負荷変動を小さくすることができる。
【００２０】
また、揺動カム回転中心とロッカアーム１１の中央部との距離を駆動軸３の回転周期で変動させることを、駆動軸３そのもので行っているので、追加の制御手段を必要とせず、簡素な構成とすることができる。
【００２１】
以下、本発明に他の実施形態について説明するが、上述した第１実施形態と同一の構成要素ついては、同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２２】
図３及び図４は、本発明の第２実施形態における可変動弁装置２１のリンク構成を模式的に示したものであって、図３は小作動角時、図４は大作動角時をそれぞれ示している。尚、図中に実線で示すリンク機構が上述した第１リンク機構に相当し、図中に点線で示すリンク機構が上述した第２リンク機構に相当する。
【００２３】
この第２実施形態は、上述した第１実施形態の可変動弁装置１と略同一構成となっているが、揺動カム回転中心とロッカアーム１１の中央部との距離の変動が大作動角時よりも小作動角時に大きくなるよう設定されている。
【００２４】
図３及び図４において、駆動軸３の軸心Ｐの位置と制御軸８の軸心Ｑの位置とが固定されており、駆動軸３の回転によりロッカアーム１１の中央部は、第３偏心カム９の回転中心Ｒを中心とする円弧上を揺動する。ここで、図３及び図４において一点鎖線で示す基準円は、第３偏心カム９の回転中心Ｒを中心として、第３偏心カム９の回転中心Ｒとロッカアーム１１の中央部との間の距離を半径とする円である。尚、図３及び図４中のＴは、第１偏心カム４の回転中心である。
【００２５】
そして、この第２実施形態においては、小作動角時の方がロッカアーム１１の中央部が描く円弧状の軌跡が、上記基準円の底辺側（図３及び図４における上下方向の下側）ではなく側面側（図３及び図４における左右方向）を描き、ロッカアーム１１の中央部の変動（図３及び図４における上下方向の変動）が相対的に大きくなるため、駆動軸３に組み付けられた第１偏心カム４及び第２偏心カム５の位相を、そのときのリフトが最大になるように設定すると、作動角−リフト特性は、図５に示すように、小作動角ほどリフト増加率が大きくなる。
【００２６】
また、駆動軸３に組み付けられた第１偏心カム４及び第２偏心カム５の位相を、そのときのリフトが最小になるように設定すると、作動角−リフト特性は、図６に示すように、大作動角ほどリフト増加率が大きくなる。
【００２７】
図７は、小作動角ほどリフト増加率が大きくなる場合（図５）における、カム角度に対するロッカアーム１１の中央部と制御軸８の第３偏心カム９の回転中心Ｒのなす角θ、カム揺動角度α及びリフト量をそれぞれ示している。上述した従来の可変動弁装置ではコントロールシャフトを保持した場合はカム角度に対して角度θは一定（すなわちロッカアームの中央部と駆動軸の回転中心との間の距離Ｘが一定）であるが、本発明に係る可変動弁装置１、２１では、例えば駆動軸３の回転により第２リンク７によって上記距離Ｘが変動するため、角度θは変動する。また、揺動カム角度αをカム角度で示すと、上記距離Ｘが変動するために、従来の角度に対し、αは小さくすることができる。よって、リフト量で示すと、同一作動角に対してリフト量が小さくなる。
【００２８】
上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００２９】
（１）  内燃機関の可変動弁装置は、クランクシャフトに連動して回転する駆動軸と、駆動軸により回転駆動される第１偏心カム及び第２偏心カムと、第１偏心カムに回転可能に装着される第１リンクと、第２偏心カムに回転可能に装着される第２リンクと、駆動軸に平行に設けられ、かつ第３偏心カムを備えた回動可能な制御軸と、第３偏心カムに回転可能に装着される第３リンクと、一端が第１リンクに回転可能に連結されたロッカアームと、駆動軸に回転可能に支持されると共に、ロッカアームの他端に第４リンクを介して連結され、ロッカアームの揺動に伴って揺動することにより機関弁を開閉動作させる揺動カムと、を有し、第２リンクの一端と第３リンクの一端とが、ロッカアームの一端と他端との間に位置する中央部に同一軸で回転可能に連結され、揺動カム回転中心とロッカアームの中央部との距離が、駆動軸の回転周期で変動する。これによって、ロッカアームの中央部と揺動カム回転中心との距離が、駆動軸の回転周期で変動するため、リフトと作動角がほぼ比例関係にあるような従来の連続可変動弁の作動角−リフト特性に対して、作動角−リフト特性の設計自由度を大きくすることができる。また、揺動カム回転中心とロッカアームの中央部との距離を駆動軸の回転周期で変動させることを、駆動軸そのもので行っているので、追加の制御手段を必要とせず、簡素な構成とすることができる。
【００３０】
（２）  上記（１）に記載の内燃機関の可変動弁装置において、揺動カム回転中心とロッカアームの中央部との距離の変動が大作動角時よりも小作動角時に大きくなるよう設定され、機関弁のリフト量が最大となるように第１偏心カム及び第２偏心カムの位相が設定されている。これによって、小作動角よりも大作動角時にリフト量がより低下するため、作動角−リフト特性は作動角が大きくなるほどリフト量の増加率が減少し、相対的に可変動弁機構をコンパクトにすることができる。
【００３１】
（３）  上記（１）に記載の内燃機関の可変動弁装置において、揺動カム回転中心とロッカアームの中央部との距離の変動が大作動角時よりも小作動角時に大きくなるよう設定され、機関弁のリフト量が最小となるように第１偏心カム及び第２偏心カムの位相が設定されている。これによって、小作動角時のリフト量がより低下するため小作動角領域ではリフト量の増加率が小さくなり、アイドルから低負荷などで作動角誤差での空気量バラツキが小さくなってエンジンの負荷変動を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る内燃機関の可変動弁装置を模式的に示した説明図。
【図２】本発明に係る内燃機関の可変動弁装置を模式的に示した説明図。
【図３】本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の第２実施形態のリンク構成を模式的に示した説明図。
【図４】本発明に係る内燃機関の可変動弁装置の第２実施形態のリンク構成を模式的に示した説明図。
【図５】小作動角ほどリフト増加率を大きく設定した際の作動角−リフト特性を示す説明図。
【図６】大作動角ほどリフト増加率を大きく設定した際の作動角−リフト特性を示す説明図。
【図７】カム角度に対するロッカアームの中央部と制御軸の第３偏心カムの回転中心Ｒのなす角θ、カム揺動角度α及びリフト量をそれぞれ示した説明図。
【符号の説明】
【００３３】
１…可変動弁装置
３…駆動軸
４…第１偏心カム
５…第２偏心カム
６…第１リンク
７…第２リンク
８…制御軸
９…第３偏心カム
１０…第３リンク
１１…ロッカアーム
１２…第４リンク
１３…揺動カム
【図１】
2008286145.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008286145.tif 000007
【図６】
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【図７】
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