(57)【要約】【課題】１つの機構でバルブリフト量、バルブ作用角及びバルブタイミングをまとめて制御し、早閉じ型ミラーサイクルを実現する。【解決手段】カムシャフトが回転することにより揺動レバーが揺れ動き、揺動レバーに備えられたカム面でバルブを開閉させる構造にする。カムシャフトの位置を揺動レバーの支軸の軸線を軸に回動させることによりバルブリフト量及びバルブ作用角を変化させる。カムシャフトに設けられたギヤとそれを駆動するギヤとの位置関係の変化により、同時にバルブタイミングを変化させる。 【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
　カムシャフトが回転することにより揺動レバーが揺れ動き、揺動レバーに備えられたカム面によってバルブを開閉する機構であって、揺動レバーの支軸の軸線を軸にカムシャフトの中心位置を回動させることにより、バルブリフト量及びバルブ作用角を変化させることを特徴とする可変動弁機構。
【請求項２】
　請求項１の可変動弁機構において、カムシャフトに偏心カムを設け、偏心カムと揺動レバーをリンク機構にて連結させることを特徴とする可変動弁機構。
【請求項３】
　請求項１及び請求項２の可変動弁機構において、カムシャフトの中心位置の変化によりバルブタイミングを変化させることを特徴とする可変動弁機構。
【請求項４】
　請求項３の可変動弁機構において、カムシャフトに設けられたギヤにエンジン動力を伝達するためのギヤがかみ合い、そのギヤの軸線を揺動レバーの支軸の軸線と一致させて設けることを特徴とする可変動弁機構。
【請求項５】
　請求項３の可変動弁機構において、軸線の位置が固定されたギヤからチェーン又はベルトを介してカムシャフトに設けられたギヤにエンジン動力を伝達することを特徴とする可変動弁機構。
【請求項６】
　請求項５の可変動弁機構において、軸線の位置が固定されたエンジン動力を伝達するためのギヤが、排気側カムシャフトと一体となって設けられていることを特徴とする可変動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明はエンジンの動弁機構において、バルブリフト量、バルブ作用角及びバルブタイミングを連続的に変化させ、早閉じ型ミラーサイクルを実現するための技術である。早閉じ型ミラーサイクルとは低負荷時に吸気バルブの閉じる時期を早くし、燃費を向上させる技術である。
【背景技術】
【０００２】
　この技術分野に属するものに、ＢＭＷのバルブトロニック機構がある。バルブトロニック機構はカムシャフトの回転により中間レバーを動かし、中間レバーに備えられたカム面によりロッカーアームを押し下げバルブを開く構造で、中間レバーの傾きを変化させることでバルブリフト量及びバルブ作用角を変化させている。しかし、これだけでは理想的なバルブタイミングを得られないため、カムシャフトの位相を変化させる機構を別に設けている。
【０００３】
【非特許文献１】(株)山海堂発行　エンジンテクノロジー通巻２４号Ｐ．８〜
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　本発明では１つの機構でバルブリフト量、バルブ作用角及びバルブタイミングをまとめて制御することにより、機構全体をシンプルにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
　軸線の位置が固定された軸にカム面を備えた揺動レバーを軸着し、その軸と平行にカムシャフトを設ける。カムシャフトが回転することにより揺動レバーが揺れ動き、揺動レバーに設けられたカム面によりバルブを開閉する構造にする。カムシャフトの中心位置を揺動レバーの支軸の軸線を軸として回動させることにより、バルブリフト量及びバルブ作用角を変化させる。カムシャフトに偏心カムを設けて、偏心カムと揺動レバーをリンク機構で連結してもよい。
同時に、カムシャフトの中心位置の変化によりバルブタイミングを変化させる。
例えば、カムシャフトに設けられたギヤにかみ合いエンジン動力を伝達する駆動ギヤの軸線を揺動レバーの支軸の軸線と一致させ、カムシャフトの中心位置の変化によりバルブタイミングを変化させる。
または、軸線の位置が固定された駆動ギヤからチェーン又はベルトを介してカムシャフトに設けられたギヤにエンジン動力を伝達し、カムシャフトの中心位置の変化によりバルブタイミングを変化させてもよい。その場合、駆動ギヤを排気側カムシャフトに設けるとよい。
【発明の効果】
【０００６】
　本発明ではバルブリフト量及びバルブ作用角を変化させると同時に、バルブタイミングを的確に変化させることができるため、カムシャフトの位相を変化させる機構を別に設ける必要がない。そのためカムシャフトの位相を変化させる機構と、それを制御するために必要なアクチェエータ、センサ、油路、配線等を省略でき、コストダウンが可能となる。さらに機構全体の構造と制御がシンプルになるため、信頼性も向上する。
また、請求項２の可変動弁機構においては中間レバー(揺動レバー)を押し戻すリターンスプリングが不要になるため、フリクションロスが低減する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
　図１のようにカムシャフト(７)は可動カムホルダ(８)に回転可能に取り付けられる。
可動カムホルダ(８)は複数設けられ、それらが図７のように補強材(１５)で連結される。
可動カムホルダ(８)はセンターシャフト(６)に軸着される。
図１のように可動カムホルダ(８)に備えられたギヤ部がコントロールピニオン(９)とかみ合っている。
センターシャフト(６)は図７のように、シリンダヘッドブロック(１６)に固定されている。
コントロールピニオン(９)はシリンダヘッドブロック(１６)に回転可能に取り付けられ、同軸にウォームホイール(１０)が設けられている。
ウォームホイール(１０)は図１のようにウォーム(１１)とかみ合っている。
ウォーム(１１)がステップモータ(１２)によって回転すると、ウォームホイール(１０)、コントロールピニオン(９)を介して可動カムホルダ(８)がセンターシャフト(６)を軸に回動する。
ウォーム(１１)が停止していると、ウォーム(１１)とウォームホイール(１０)の摩擦力により、コントロールピニオン(９)が固定され、可動カムホルダ(８)が固定される。
可動カムホルダ(８)が回動し、固定されることによってカムシャフト(７)の位置がセンターシャフト(６)を軸に回動し、固定される。揺動レバー(４)はセンターシャフト(６)に軸着され、リターンスプリング(５)によってカムシャフト(７)に押しつけられている。
リターンスプリング(５)は可動カムホルダ(８)に固定されている。
揺動レバー(４)のカム面(３)は図８のように、Ａ−Ｂ間の形状は揺動レバー(４)の支軸の軸線を中心とした円柱の一部であり、Ｂ−Ｃ間は滑らかにその円柱形状から外側へ膨らんでいる。
ロッカーアーム(２)に備えられたローラーがＡ−Ｂ間に接している間はロッカーアーム(２)が押し下げられず、バルブ(１)が閉じている。
ロッカーアーム(２)に備えられたローラーがＢ−Ｃ間に接すると、ロッカーアーム(２)が押し下げられ、バルブ(１)が開かれる。図７のようにカムシャフト(７)にはカムシャフトのギヤ部(１３)が設けられている。
駆動ギヤ(１４)はセンターシャフト(６)に軸着され、カムシャフトのギヤ部(１３)とかみ合っている。
図５に示すように駆動ギヤ(１４)はカムシャフトのギヤ部(１３)をエンジン回転数の２分の１の回転数で回転させるように動力を伝達する。
カムシャフトのギヤ部(１３)の位置はカムシャフト(７)と共にセンターシャフト(６)を軸に回動するが、センターシャフト(６)が駆動ギヤ(１４)の軸も兼ねているため、駆動ギヤ(１４)とカムシャフトのギヤ部(１３)はかみ合い続け、動力を伝達し続ける。
【０００８】
　図１はバルブリフト量が大きい時のバルブが閉じた状態を示した図である。
この時、ロッカーアーム(２)に備えられたローラーは図８に示すカム面(３)のＢ点よりやや左の位置に接している。この状態からカムシャフト(７)が回転すると、図２の状態になる。この時、ロッカーアーム(２)に備えられたローラーが図８に示すカム面(３)のＣ点のやや左の位置まで接し、バルブ(１)が大きく開く。
図１の状態からステップモータ(１２)によりウォーム(１１)が回転し、ウォームホイール(１０)とコントロールピニオン(９)を介して可動カムホルダ(８)が、図１における反時計回りに回動すると、図３の状態になる。この時、ロッカーアーム(２)に備えられたローラーが図８に示すカム面(３)のＡ点のやや右の位置に接している。カム面(３)のＡ−Ｂ間は揺動レバー(４)の支軸の軸線を中心とした円柱の一部であるため、ロッカーアーム(２)は動かされずに、ロッカーアーム(２)のローラーはカム面(３)との接触を保つ。この時、駆動ギヤ(１４)とカムシャフトのギヤ部(１３)の状態は、図５の状態から図６の状態に変化する。図６に示すように、カムシャフトのギヤ部(１３)の位置がセンターシャフト(６)を軸に反時計回りに回動することにより、カムシャフトのギヤ部(１３)が時計回りに自転し、バルブタイミングが進角する。
クランク角度におけるバルブタイミングの進角度ｔは次の式で表される。
　ｔ＝２×ｈ×Ｄ÷Ｅ
　　ｈ：可動カムホルダの回動角度。図において反時計回り方向を正とする。
　　Ｄ：駆動ギヤ(１４)の歯数。
　　Ｅ：カムシャフトのギヤ部(１３)の歯数。
設計時にＤとＥを調整することで望む進角度を得ることができる。
図３の状態からカムシャフト(７)が回転すると、図４の状態になる。この時、ロッカーアーム(２)に備えられたローラーは図８に示すカム面(３)のＢ点よりやや右の位置に接しており、バルブはわずかに開く。ロッカーアーム(２)に備えられたローラーがカム面(３)のＢ−Ｃ間に接する期間が短くなるため、バルブ作用角は小さくなる。
このように可動カムシャフト(８)が回動することにより、図１０のようにバルブリフトを連続的に変化させることができ、早閉じ型ミラーサイクルを実現する。
以上は請求項１、請求項３及び請求項４を組み合わせた形態である。
【０００９】
　図９は請求項２の可変動弁機構を示した図である。
このようにカムシャフト(７)に偏心カム(１７)を設け、偏心カム(１７)と揺動レバー(４)がリンクアーム(１８)で連結されている。カムシャフト(７)が回転することによって偏心カム(１７)も回転し、リンクアーム(１８)を介して揺動レバー(４)が動く。
この構造の場合、リターンスプリング(５)が不要になる。他の作動原理は請求項１の可変動弁機構と同じである。
【００１０】
　図１１は 請求項５の可変動弁機構の遅角状態を示した図である。
駆動ギヤ(１４)からチェーン又はベルト(１９)を介してカムシャフトのギヤ部(１３)にエンジン動力が伝達されている。テンショナー(２０)はチェーンまたはベルト(１９)がたるまないように矢印方向に力を加えている。可動カムホルダ(８)が反時計回りに回動すると図１２の状態になる。駆動ギヤ(１４)とカムシャフトのギヤ部(１３)との距離が遠くなるので、チェーン又はベルト(１９)のたるみは少なくなり、テンショナー(２０)は図の左上方向へ押し返される。チェーン又はベルト(１９)のたるみが少なくなることにより、カムシャフトのギヤ部(１３)が時計回り方向に自転し、バルブタイミングが進角する。
この場合、駆動ギヤを排気側カムシャフトに設けると、部品点数を少なくできる。
【００１１】
　本発明はスウィングアーム式ロッカーアームを使用して説明しているが、シーソー式ロッカーアームや直動式で代用することも可能である。
カムシャフト(７)への動力伝達はリンク機構などでも可能であるが、低いコストで望ましいバルブタイミングの変化を得ることが難しいため、望ましくない。
カムシャフト(７)の中心位置の変化を揺動レバー(４)の支軸の軸線を軸として回動する動きと近似させることにより同様の効果を得ることも可能であるが、カムシャフト(７)と揺動レバー(４)の間の力のかかり具合が変化するので好ましくない。
カムシャフト(７)の中心位置を変化させる手段は必要な強度が得られればどのようなものでもよい。
例えば、コントロールピニオン(９)を無くして、可動カムホルダ(８)の１つにウォームホイール(１０)を設け、ウォーム(１１)とかみ合わせてもよい。
また、センターシャフト(６)と可動カムホルダ(８)をキーなどにより固定し、センターシャフト(６)が回動することにより可動カムホルダ(８)を回動させるようにしてもよい。
また、ステップモータのかわりに油圧などを用いてもよい。
請求項２の可変動弁機構において、偏心カム(１７)は、回転軸とは異なる中心軸を持つ回転体で代用することも可能である。
各摺動部分にニードルローラベアリングを用いるとフリクションロスを低減することができる。
可動カムホルダ(８)は、分割構造でも一体構造でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】バルブリフト量が大きい時の、バルブが閉じた状態を示した図である。
【図２】バルブリフト量が大きい時の、バルブが開いた状態を示した図である。
【図３】バルブリフト量が小さい時の、バルブが閉じた状態を示した図である。
【図４】バルブリフト量が小さい時の、バルブが開いた上体を示した図である。
【図５】バルブリフト量が大きい時の、ギヤ部の状態を示した図である。
【図６】バルブリフト量が小さい時の、ギヤ部の状態を示した図である。
【図７】本発明を上から見た図である。
【図８】揺動レバーを示した図である。
【図９】請求項２の可変動弁機構を示した図である。
【図１０】バルブリフトを示した図である。
【図１１】バルブリフト量が大きい時の、チェーンの状態を示した図である。
【図１２】バルブリフト量が小さい時の、チェーンの状態を示した図である。
【符号の説明】
【００１３】
　１：バルブ
　２：ロッカーアーム
　３：カム面
　４：揺動レバー
　５：リターンスプリング
　６：センターシャフト
　７：カムシャフト
　８：可動カムホルダ
　９：コントロールピニオン
　１０：ウォームホイール
　１１：ウォーム
　１２：ステップモータ
　１３：カムシャフトのギヤ部
　１４：駆動ギヤ
　１５：補強材
　１６：シリンダヘッドブロック
　１７：偏心カム
　１８：リンクアーム
　１９：チェーン又はベルト
　２０：テンショナー
【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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