(57)【要約】【課題】制御の応答性の向上とロッカーアームの確実な追従性の確保を可能とした連続可変バルブタイミング機構を提供することを目的とする。【解決手段】回転するカム軸に形成された３次元カムに摺接して揺動するロッカーアームにより吸・排気バルブが軸動して開閉弁し、ロッカーアームを機関回転数あるいは負荷に応じてカム軸の軸方向に移動させるように構成した連続可変バルブタイミング機構において、前記ロッカーアーム３の軸動を該ロッカーシャフト６に螺合するモータ１１の軸の回転制御によりなされるように構成したことを特徴とするもので、３次元カムを軸方向に移動させる必要がないので、制御スペースを要せず、設計の自由度が高くなる他、回転と軸方向移動とを分離できるので、高精度にてバルブタイミングを変更できる。しかも、これらの制御がモータ１１の軸の回転制御により迅速になされて応答性が向上する。【選択図】  図９
2004225542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するカム軸に形成された３次元カムに摺接して揺動するロッカーアームにより吸・排気バルブが軸動して開閉弁するバルブタイミング機構であって、前記ロッカーアームを機関回転数あるいは負荷に応じてカム軸の軸方向に移動させるように構成した連続可変バルブタイミング機構において、前記ロッカーアームの軸動をロッカーシャフトに螺合するモータ軸の回転制御によりなされるように構成したことを特徴とする連続可変バルブタイミング機構。
【請求項２】
前記３次元カム形状は、カム軸方向に沿って、バルブリフトを直線的に変化させるとともに、バルブ開閉時期を変化させるように捻った位相が付与されたことを特徴とする請求項１に記載の連続可変バルブタイミング機構。
【請求項３】
前記バルブリフト量とバルブ開閉時期を吸気と排気とで異なった特性で変化させるように構成したことを特徴とする請求項２に記載の連続可変バルブタイミング機構。
【請求項４】
前記ロッカーアームと３次元カムとの間に介設されて、該３次元カムに摺接するタペットと、該タペットを球面で支持する球面軸受をロッカーアームに設けるとともに、前記球面軸受を前記３次元カムの傾斜角のほぼ１／２の傾斜角で傾斜設置したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の連続可変バルブタイミング機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関等における吸・排気バルブの開閉時期を機関回転数あるいは負荷に応じて変更することができる連続可変バルブタイミング機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化石燃料の枯渇化が叫ばれており、各界にて省エネルギーに関する研究が盛んに行われ、内燃機関等においても、高出力を確保しつつ、低燃費で厳しい排気ガス規制対策が求められている。低燃費を図る方法としては、ミラーサイクルが有効な手段として注目され、内燃機関と電気モータとを組み合わせたハイブリッド機関や定置式機関が実用化されている。ところが、圧縮比と膨張比とが異なるため、部分負荷では著しい燃費の低減が得られるものの、原理的に最大出力が低下するところから、その解決策は常に期待されているところである。ところで、内燃機関において広範囲の回転域で高トルクを確保するためには、吸入バルブ閉時期を回転速度に比例して遅らせることが必要となる。これを実現する方法として、可変バルブタイミング機構が研究されており、回転速度に比例して吸入バルブ閉時期を遅らせて、回転数あるいは負荷に応じてバルブタイミングを最適に設定すると、有効圧縮比の増加と体積効率の増加によって低燃費と高トルクとを両立できる。
【０００３】
このように、バルブリフトとタイミングを負荷・機関回転数に対応して変化させると、体積効率の向上によるトルクバンドの拡大や燃費改善が期待できることが確認されている（下記非特許文献１参照）。連続可変バルブタイミング機構に関する研究は、カム軸を移動する方法（下記非特許文献２参照）、ニューマチックによる方法（下記非特許文献３参照）、不等速性を利用した方法（下記非特許文献４参照）、揺動カムによる方法（下記非特許文献５参照）等があるがいずれもまだ実用域には達していない。最近、バルブリフトとカム軸位相を独立して連続可変するシステムが実用化され燃費改善の効果が示された（下記非特許文献６参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
野平英隆、欧州における燃費向上技術の動向、自動車技術、ｖｏｌ．５６、２００２。
【非特許文献２】
Ｔｉｔｏｌｏ  Ａ  ＭＴＺ、”Ｖａｒｉａｂｌｅ  ｖａｌｖｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｒｏｍ  Ｆｉａｔ”Ｍａｙ  １９８６、１８５〜１８８頁。
【非特許文献３】
Ｇｅｒｉｎｇｅｒ  Ｂ、”Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ  ｏｆ  ａｎ  ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ａｎｄ  ｈｙｄｒａｕｌｉｃａｌｌｙ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  ｖａｒｉａｂｌｅ  ｖａｌｖｅ  ｔｉｍｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｓ．ｌ  ｅｎｇｉｎｅ”７ｔｈ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｖｉｅｎｎａ  Ｅｎｇｉｎｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、２４−２５  Ａｐｒｉｌ  １９８６。
【非特許文献４】
野原他、ＪＳＡＥ  Ｐａｐｅｒ２０００５４９３。
【非特許文献５】
山田他、ＪＳＡＥ  Ｐａｐｅｒ２００１５０６５。
【非特許文献６】
熊野学、”ＢＭＷの「バルブトロニック」システム”、ＣＡＲ  ＧＲＡＰＨＩＣ  ８月号、２００１。
【特許文献１】
特願平１１−２５４４４９号（特開平２００１−８２１１７）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらの従来の連続可変バルブタイミング機構では、カム軸自体を軸方向に移動させることによって、３次元カムにおける低リフト位置、中リフト位置、および高リフト位置に吸・排気バルブを位置させて、カム軸の回転角度に対する吸・排気バルブのリフトすなわち開閉弁するバルブタイミングを変更するように構成される等、精度上不利となる虞れがあり、また３次元カムの移動空間が他の部品によって妨げられる虞れもあって設計の自由度が制限されて理想とするカムの設計が行い難い他、多気筒型機関に採用された場合は、カム軸が軸動する間、いずれかのバルブが動作中であることからカム軸の移動のためにある程度の動力が必要であり、動力装置が大型化することは免れず、その制御系も複雑になる欠点があった。しかも、これらの従来の３次元カムのリフトは、図３（ｂ）のリフト曲線に示すように、低リフトおよび高リフトのいずれでもその頂点位置が変化しないので、バルブの開閉時期も変化し、不具合を生じる。そのため、油圧等によるカム軸位相制御装置が別途必要になった。
【０００６】
そのようなことから、本件発明者は、詳細な原理等は後述するが、カム軸の移動に代えて、ロッカーアームを機関回転数あるいは負荷に応じてカム軸の軸方向に移動させるように構成した画期的な連続可変バルブタイミング機構を提案した（上記特許文献１参照）。これにより、リフト面を有する３次元カム自体を移動することがないので必要制御スペースが小さくできて、設計の自由度が高く、回転と軸動を分離できて高精度でバルブタイミングを変更でき、体積効率を広範囲の回転域で改善して高トルク域を拡大して確保するとともに、負荷に応じてバルブタイミングを最適に設定して燃費改善が図れることとなった。
【０００７】
本発明は、前記本件発明者の提案になる連続可変バルブタイミング機構をさらに改良して、制御スペースの制約が少なく、多気筒型機関に採用しても制御系への負担も少ない、高精度にてバルブタイミングを変更することが可能なことはもとより、制御の応答性の向上とロッカーアームの確実な追従性の確保を可能とした連続可変バルブタイミング機構を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このため本発明は、回転するカム軸に形成された３次元カムに摺接して揺動するロッカーアームにより吸・排気バルブが軸動して開閉弁するバルブタイミング機構であって、前記ロッカーアームを機関回転数あるいは負荷に応じてカム軸の軸方向に移動させるように構成した連続可変バルブタイミング機構において、前記ロッカーアームの軸動をロッカーシャフトに螺合するモータ軸の回転制御によりなされるように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記３次元カム形状は、カム軸方向に沿って、バルブリフトを直線的に変化させるとともに、バルブ開閉時期を変化させるように捻った位相が付与されたことを特徴とする。また本発明は、前記バルブリフト量とバルブ開閉時期を吸気と排気とで異なった特性で変化させるように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記ロッカーアームと３次元カムとの間に介設されて、該３次元カムに摺接するタペットと、該タペットを球面で支持する球面軸受をロッカーアームに設けるとともに、前記球面軸受を前記３次元カムの傾斜角のほぼ１／２の傾斜角で傾斜設置したことを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とするものである。
【０００９】
【実施の形態】
以下、本発明における連続可変バルブタイミング機構の１つの実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の基本的な構成は、図１および図９に示すように、回転するカム軸１２に形成された３次元カム１に摺接して揺動するロッカーアーム３により吸・排気バルブ５が軸動して開閉弁するバルブタイミング機構であって、前記ロッカーアーム３を機関回転数あるいは負荷に応じてカム軸１２の軸方向に移動させるように構成した連続可変バルブタイミング機構において、前記ロッカーアーム３の軸動をロッカーシャフト（ロッカーアームシャフト）６に螺合するモータ１１の軸の回転制御によりなされるように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
以下に、本発明の連続可変バルブタイミング機構について、原理の説明および実験結果による機関性能を含めて詳述する。本システムを４気筒ガソリン機関に適用し、３次元カム、揺動タペットおよび移動ロッカーアームとの組み合わせによる本発明の簡潔な構造の連続可変バルブタイミング機構を試作搭載し、その機構構成および機関性能を明らかにするものである。
【００１１】
＜連続可変バルブタイミング機構のコンセプト＞
機関を行程体積に見合った最適条件で運転させて高性能を得るためには、回転数および負荷等の運転状況に応じてバルブタイミングとリフト量を変化させる吸排気連続可変バルブタイミング機構は有効な手段の一つである。低速域では吸入弁を早く閉じて吸入空気の逆流を防止し、高速域では、吸入弁を遅く閉じて吸入弁部の開口時間面積を増加させて慣性による吸入空気を増加させるようにすれば、体積効率が増加してトルクバンドが拡大されるばかりでなく、有効圧縮比も増加して熱効率が改善される。図１に示したものは、これらを実現させるために前記特許文献１として本件発明者が提案した基本的な構成を含むもので、３次元カム１と移動ロッカーアーム３との組み合わせになる連続吸排気可変バルブタイミング機構である。
【００１２】
＜作動原理＞
本機構はカム軸１２に形成された３次元カム１と、そのカム面に沿って線接触する揺動タペット（ピロー）２と、これを受ける球状軸受４を有する移動ロッカーアーム３とによって構成される。移動ロッカーアーム３はロッカーシャフト６に軸支されている。移動ロッカーアーム３の自由端はバルブスプリング７により復元付勢されたバルブ５の頭部を押圧すべく当接されている。３次元カム１の形状はカム軸１２方向に沿って、バルブリフトが直線的に変化するとともに、バルブ開閉時期を変化できるように捻った位相が与えられる。このことによって、回転数に対応したバルブ時間面積と最適バルブタイミングが与えられる。
【００１３】
図２は移動ロッカーアーム３による可変バルブタイミングを示す。移動ロッカーアーム３はカム軸１２に平行に配置され、その揺動タペット２は低リフトではカムの低い位置（ａ）で、中リフトではカムの中位（ｂ）で、高リフトではカムの高い位置（ｃ）で接触させるようにする。このように、移動ロッカーアーム３を機関の負荷および回転数に対応して３次元カム軸１２に平行に移動させれば、図３（ａ）に示すバルブリフト曲線の矢印のようにリフトと位相とを連続制御できる。吸入バルブ開時期は高リフトになるほど進角させ、バルブ閉止時期は高リフトに進めるほど遅くなるように設定されている。このように可変化することにより、低速から高速まで高トルク域が拡大される。また、排気バルブ開時期は低速域と低負荷時には、低リフトにてバルブ開時期を遅くしてシリンダ内の膨張仕事を増加させ、ピストンへの仕事を増加させる。一方、高速域と高負荷時には高リフトにて進角させ、バルブ開口時間面積を大きくして排気を充分に行わせ、排気効率の向上を図る。排気バルブ閉時期は低速域と低負荷時には、低リフトにてバルブ閉止時期を早くしてオーバーラップを減少させ、アイドル安定性の向上と吸入混合気の逆流の低減をねらい、燃費改善を図ることができる。一方、高速域と高負荷時には、高リフトにてバルブ閉止時期を遅くして、オーバーラップを大きくし、排気を充分に行わせて排気効率の向上を図る。図４はバルブタイミング線図で、吸排気バルブタイミングは広範囲に連続可変にできるように設定される。
【００１４】
＜バルブリフトおよび加速度特性＞
図５はバルブリフト量を変化させた時のバルブリフト曲線および加速度曲線を示す。図に示すように、曲線ａは吸気バルブの最高リフト曲線と加速度で、曲線ｂは最低リフト曲線と加速度である。同様に曲線ｃは排気バルブの最高リフト曲線と加速度で、曲線ｄは最低リフト曲線と加速度である。低リフトカム曲線の設計にあたっては、高リフトカム曲線の内側に入るようにすることによって揺動回数が１周で１回となるようにすれば、揺動タペットの角加速度変化が小さくなり、カムの耐久性と信頼性に有利になる。
【００１５】
＜試作した連続可変吸排気バルブタイミング機構＞
実験に用いたガソリン機関諸元を以下に示す。
４気筒、排気量１７９５ｃｃ、ボアストーク８２×８５、圧縮比１１．５、ＥＦＩ燃料供給システム、ＤＯＨＣ４型バルブ、Ｐｅｎｔ  ｒｏｏｆ型燃焼室。
【００１６】
図６にバルブタイミング機構を構成する動弁系部品を示す。これらの部品は３次元カムとこれに線接触する揺動タペットおよびこれと連動してバルブに往復運動を伝えるロッカーアームによって動弁系を構成する。試作カムシャフトは切削加工で製作することにし、材料にはカムシャフトの過酷な動作環境と加工性を考慮し、ＳＣＭ４１５を選択し、切削加工後には表面硬度を加えるため全面に浸炭焼き入れを施した。また、高温環境下での熱ひずみによる応力集中を避けるため、３次元カム表面には研磨仕上げを施した。タペット球面軸受がロッカーシャフトに平行に付いている場合、カムからタペットに力が加わった時に、軸受部の接触面積が小さいためにタペットが外れてしまう危険性がある。
【００１７】
そこで、図１および図２にも明確に示されるように、移動ロッカーアーム３の揺動タペット２の球面軸受４に１２度の傾斜角を与えた。この傾斜角は３次元カム１の最大傾斜角の約１／２に設定し、３次元カム１から揺動タペット２に荷重が加わった時に、それをタペット球面軸受４で充分に受けることができ、揺動タペット２が外れ難くなる。また、揺動タペット２と移動ロッカーアーム３との干渉問題も解決できた。
【００１８】
図７は連続可変バルブタイミングシステムの基本構成を示すものである。吸排気用の移動ロッカーアーム３の支持軸孔部にはロッカーシャフト６が貫通し、ロッカーアーム３にはその揺動を許容する楕円孔を施し、ここにロックピンを挿入してロッカーシャフト６に固定する。したがって、ロッカーシャフト６を移動させると、ロッカーアーム３は揺動運動した状態で３次元カム軸１２に平行に移動することが可能である。この一連の動作によって連続可変バルブタイミングが構成される。これらの機構部品として、３次元カム１、揺動タペット２および移動ロッカーアーム３による極めて部品点数が少ない簡潔な機構によって連続可変バルブバルブタイミングが構成できる。図８にシリンダヘッドに組み付けられた可変バルブタイミング機構を示す。
【００１９】
＜ＤＣモータによる可変バルブタイミング制御＞
・可変バルブタイミング制御方法
図９に本発明で提案する可変バルブタイミング機構の制御方法を示す。制御方法は、ギヤードＤＣモータ１１の回転軸に固定した雄ねじ８をロッカーシャフト６内の雌ねじに螺合挿入し、モータ１１を回転させることによってロッカーシャフト６をその軸方向に入出させ、これと連結する移動ロッカーアーム３をカム軸と平行に変位させるものである。ギヤードＤＣモータ１１を反時計方向に回転させると、モータ出力軸に固定された雄ねじ８がロッカーシャフト６の雌ねじ内を回転してＸＬ方向の推力が作用し、移動ロッカーアーム３の移動が行われる。また、ギヤードＤＣモータ１１を時計方向に回転させると、ロッカーシャフト６がＸＲ方向に変位する。また、ロッカーシャフト６には溝Ｊが施され、この部分に外部ケーシングよりピンＰが挿入され、ロッカーシャフト６の移動中にこれが回転しないように拘束している。
【００２０】
図１０に機関に搭載された制御用ギヤードモータ１１の周辺を示す。バルブ作動中は、ロッカーアームに大きな力が作用して、ロッカーアームの移動を妨げるように作用し、特に、高リフト方向にモータの力でロッカーアームを移動させる場合、モータには大きなトルクが必要とされるが、本機構では制御が容易で、起動時に大きなトルクを得ることが可能なＤＣモータを選択し、ギヤードタイプの大きな減速比（７５程度）のモータを選定するとともに可変機構をスクリュー方式にすることによって負荷の大きいバルブ作動中においても迅速、容易かつ正確に可変制御を行うことができる。
【００２１】
＜可変バルブタイミング制御回路＞
本機構にて使用されたＤＣモータ駆動回路例のブロック図を図１１に示す。モータ仕様は定格１２Ｖギヤードタイプで無負荷時回転数３９４ｒｐｍ、減速後の最大効率時のトルクは０．７３５Ｎ・ｍ（４．０５４Ａ／３３０ｒｐｍ時）、モータロック時の電流は２０Ａである。図１２にＭＯＳ−ＦＥＴを用いたＨブリッジによるモータ制御回路例を示す。図において、正転の場合はＭＯＳ−ＦＥＴのＡ−ＤをＯＮ、Ｂ−ＣをＯＦＦにし、逆転の場合はＡ−ＤをＯＦＦ、Ｂ−ＣをＯＮにする。ブレーキの場合は、Ｂ−ＤをＯＮ、Ａ−ＣをＯＦＦにすればモータの両端子が接地短絡する。それぞれのＭＯＳ−ＦＥＴには出力保護用にダイオード４組接続した。Ｈブリッジ入力端にはフォトカプラを接続し、スイッチングノイズの低減を図った。
【００２２】
ロッカーアームの移動検出は樹脂製のボビンにコイルを巻いた非接触変位計９（図９参照、以下同様）をロッカーシャフト６内に挿入し、そのインダクタンス変化を周波数Ｆ−電圧Ｖ変換器を用い、出力される電圧値を計測することによってロッカーアーム３の変位を測定した。ＤＣモータの駆動制御はＰＣから送信される回転角、回転方向制御信号によって行う。モータの制御回路がパソコンから回転開始信号を受信すると、モータ制御ロジック回路がＦＥＴをスイッチングし、モータが回転する。ロッカーアームが移動するとＦ−Ｖトランスデューサから出力される電圧が変化する。出力電圧はＡ／Ｄコンバータを介してマイコンに入力し、パソコンから送信された設定電圧と比較し、設定値に達するとモータに停止（制動）指示を送信する。本回路は正逆回転およびブレーキ制御が可能で、無負荷状態での制動能力は制動信号送信後、スクリュー角約３０度で停止する。
【００２３】
＜モータリング実験＞
吸入空気量は吸気バルブのリフト量と開口時間で表される吸気バルブ開口時間面積の影響を受ける。従って、３次元カムは低速時では吸気開始時期を遅らせ、バルブリフトを低くするとともに、閉止時期を早く設定した。また、高速時は吸入開始時期を早期化し、バルブリフトを高くするとともに、閉止時期を遅く設定した。シリンダ内最高圧力は吸気温度が一定であれば吸入空気量に比例して高くなる。したがって、各回転数における最適バルブタイミングはシリンダ内最高圧力を測定すれば求められる。そこで、モータリング運転によって、回転数一定のもとで吸気バルブ閉止タイミングを変化させ、各バルブ閉止タイミングにおけるシリンダ内圧力を測定した。そして、シリンダ内最高圧力が最大となる吸気バルブ閉止タイミングを求めた。図１３は各回転数における吸気バルブ閉止タイミングに対するシリンダ内最高圧力Ｐｍａｘ  と、その時の最大バルブリフト量を示す。図より各回転数においてシリンダ内最高圧力が最大となる吸気バルブ閉止タイミングが存在する。これがその機関回転数における最適吸気バルブ閉止タイミングである。また、高速になるほど吸気バルブ閉止タイミングが遅れ、リフト量も増加していることが分かる。
【００２４】
＜発火運転実験＞
前記図１３では回転数毎の最適吸気バルブ閉止タイミングが求められた。本実験では発火運転によるトルクを測定し、機関回転数毎の軸平均有効圧力が最大となる吸気バルブ閉止タイミングを求める。図１４はスロットル全開で機関回転数毎にバルブタイミングを変化させた場合の軸平均有効圧力ＢＭＥＰを示す。各回転数とも軸平均有効圧力の最大値を示す吸気バルブ閉止タイミングは前記図１３に示されたモータリング実験におけるシリンダ内最高圧力の最大値を示す最適吸気バルブ閉止タイミングとほぼ同じ値を示した。
【００２５】
図１５に機関回転数に対する最大軸平均有効圧力および正味燃料消費率とその時の最大バルブリフト量、最適バルブ閉止タイミングを示す。ノーマル機関の実験では３５００ｒｐｍで最適バルブタイミングとなるカム位相を固定して回転数を変化させて行った。本発明による試作機関の軸平均有効圧力はノーマル機関と比較して、２５００ｒｐｍ以下では低速ほど出力が向上し、１０００ｒｐｍで１７％程度の改善効果が示された。また、高速域では４０００ｒｐｍを境に高速になるほど出力が増加し、５０００ｒｐｍにおいて約４％の出力向上が示された。正味燃料消費率はノーマル機関に比べ２０００ｒｐｍから３０００ｒｐｍ間で改善が認められ、２５００ｒｐｍにおいて約７．５％の燃費向上効果が示された。吸気バルブタイミングは機関回転数の増加に従って、最適バルブ閉止タイミングが遅れ、最大リフト量も増加している。
【００２６】
これらの結果から、機関回転数に対して最適バルブタイミングを設定することによって中低速域での燃費向上と、低速域から高速域までの広い回転域にわたってノーマル機関より優れた出力性能を示すことが実験によって実証された。以上のように、３次元カムと移動ロッカーアームの組み合わせによる簡潔な構造の連続可変バルブタイミング機構を提案・試作し、これを４気筒ガソリン機関に適用し、そのモータリング実験と発火運転実験を行い、次の結果が得られた。
【００２７】
（１）ノーマル機関と比較し、中低速域での燃費向上が認められ、２５００ｒｐｍにおいて燃料消費率が２２１．７ｇ／（ｋｗ・ｈ）を示し、極めて高い燃費低減効果を実現した。
（２）低速域から高速域までの広い回転域にわたってノーマル機関より優れた出力性能を示すことが実証された。
（３）モータリング運転からシリンダ内最高圧力の最大値を示す最適吸気バルブ閉止タイミングが存在する。
（４）発火運転において、各機関回転数で最適吸気バルブ閉止タイミングにて最大の軸平均有効圧力が得られた。
（５）モータリング運転の最大シリンダ内最高圧力によって求められる最適吸気バルブ閉止タイミングと、発火運転の軸平均有効圧力の最大値を示す最適吸気バルブ閉止タイミングはほぼ同一値を示した。
（６）３次元カム、揺動タペットおよび移動ロッカーアームとの組み合わせによる試作バルブタイミングリフト機構は極めて簡潔な構造により安定した運転が実証できた。
（７）ＤＣモータによってスクリューを回転させてロッカーアームを変位させる可変バルブタイミング制御システムは高い応答性と安定した制御を行うことができた。
（８）球面軸受を３次元カムの傾斜角のほぼ１／２の傾斜角で傾斜設置したことにより、３次元カムからの荷重が揺動タペットに加わっても、それをタペット球面軸受で充分に受けることができ、また、揺動タペットと移動ロッカーアームとの干渉問題もなく、揺動タペットが外れ難く、簡潔な構造によりロッカーアームの確実な追従性を維持して安定した制御による運転が可能であることが実証できた。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、３次元カムの形状（捻り形状すなわち移動ロッカーアームの軸方向ストロークとバルブリフトとの関係を決める３次元カムにおけるカム面形状）、揺動タペットの形状、移動ロッカーアームの形状およびそれらの間の関連構成、ロッカーシャフトの形状および該シャフトへのロッカーアームの軸支形態、モータの形式、モータ軸とロッカーシャフトとの螺合形態、モータによる機関回転数あるいは負荷に応じたロッカーシャフトの軸動を伴う回転制御形態、揺動タペットの球状軸受への軸支形態および球状軸受のロッカーアームへの設置形態等については適宜選定することができる。また、実験装置の各諸元等は例示的なもので、これらを限定的に解釈してはならない。
【００２９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明では、回転するカム軸に形成された３次元カムに摺接して揺動するロッカーアームにより吸・排気バルブが軸動して開閉弁するバルブタイミング機構であって、前記ロッカーアームを機関回転数あるいは負荷に応じてカム軸の軸方向に移動させるように構成した連続可変バルブタイミング機構において、前記ロッカーアームの軸動をロッカーシャフトに螺合するモータ軸の回転制御によりなされるように構成したことにより、３次元カムを軸方向に移動させる必要がないので、制御スペースを要せず、設計の自由度が高くなる他、回転と軸方向移動とを分離できるので、高精度にてバルブタイミングを変更できる。しかも、これらの制御がモータ軸の回転制御により迅速になされて応答性が向上する。
【００３０】
また、前記３次元カム形状が、カム軸方向に沿って、バルブリフトを直線的に変化させるとともに、バルブ開閉時期を変化させるように捻った位相が付与された場合は、リフトと位相とを連続制御して、バルブ開時期を高リフトになるほど進角させ、バルブ閉止時期を高リフトに進めるほど遅くなるように設定されて可変化することにより、低速から高速までの高トルク域が拡大される。さらに、前記バルブリフト量とバルブ開閉時期を吸気と排気とで異なった特性で変化させるように構成した場合は、吸気バルブの閉弁時期を回転数に比例して遅らせて、体積効率を広範囲の回転域で改善して高トルク域を拡大して確保したり、また、吸気バルブの閉弁時期を負荷に対応して最適に設定することで燃費が改善できる。さらに、排気バルブの開弁時期を回転数と負荷の増加に比例して早くすることで、排気効率が向上するとともに、ピストンに有効に圧力が作用して燃費が改善できる。
【００３１】
さらにまた、前記ロッカーアームと３次元カムとの間に介設されて、該３次元カムに摺接するタペットと、該タペットを球面で支持する球面軸受をロッカーアームに設けるとともに、前記球面軸受を前記３次元カムの傾斜角のほぼ１／２の傾斜角で傾斜設置した場合は、３次元カムからの荷重が揺動タペットに加わっても、それをタペット球面軸受で充分に受けることができる。また、揺動タペットと移動ロッカーアームとの干渉問題もなく、揺動タペットが外れ難く、簡潔な構造によりロッカーアームの確実な追従性を維持して安定した制御による運転が可能となる。かくして、制御スペースの制約が少なく、多気筒型機関に採用しても制御系への負担も少ない、高精度にてバルブタイミングを変更することが可能なことはもとより、制御の応答性の向上とロッカーアームの確実な追従性の確保を可能とした連続可変バルブタイミング機構が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の可変バルブタイミング機構の１つの実施の形態を示すもので、３次元カム上における揺動タペットの挙動を示す説明図である。
【図２】同、移動ロッカーアームの移動時の３次元カム上における揺動タペットの挙動を示す可変バルブタイミングの説明図である。
【図３】バルブリフト曲線図で、本願発明のものと従来のものとの比較図である。
【図４】本発明の可変バルブタイミング機構のバルブタイミング線図である。
【図５】同、バルブリフト量変化に伴うバルブリフト曲線および加速度曲線図である。
【図６】同、可変バルブタイミング機構の動弁系構成部品を示す。
【図７】同、基本構成部品図である。
【図８】同、シリンダヘッドに組み付けられた可変バルブタイミング機構を示す。
【図９】同、バルブタイミングの制御方法を示す説明図である。
【図１０】同、機関に搭載された制御用ギヤードモータ周辺を示す図である。
【図１１】同、ＤＣモータ駆動回路ブルック図である。
【図１２】同、Ｈブリッジによるモータ制御回路を示す。
【図１３】同、各回転数毎の吸気バルブ閉止タイミングに対するシリンダ内最高圧力と、その時の最大バルブリフト量を示す図である。
【図１４】同、スロットル全開で、機関回転数毎にバルブタイミングを変化させた場合の軸平均有効圧力を示す図である。
【図１５】同、機関回転数に対する最大軸平均有効圧力および正味燃料消費率とその時の最大バルブリフト量、最適バルブ閉止タイミングを示す図である。
【符号の説明】
１      ３次元カム
２      揺動タペット
３      移動ロッカーアーム
４      球状軸受
５      吸・排気バルブ
６      ロッカーシャフト（ロッカーアーム軸）
７      バルブスプリング
８      スクリュー
９      コイル
１０      ピン
１１      ＤＣモータ
１２      ３次元カム軸
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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