(57)【要約】【課題】  比較的簡単な構成により、所望のバルブリフト特性を得ることができると共に、装置全体の高さを抑えることができる可変動弁装置を提供する。【解決手段】  偏心された偏心シャフト１５を備えたロッカシャフト１２と、ロッカシャフト１２の下方側に設けられ、回転駆動されるカム１３と、ロッカシャフト１２と同等の高さに配置された支持軸１６と、ロッカシャフト１２に揺動自在に支持され、バルブ２を駆動可能な第１アーム２１と、偏心シャフト１５に揺動自在に支持され、カム１３により駆動される第２アーム２２と、支持軸１６に揺動自在に支持され、第２アーム２２の揺動により変位されて第１アーム２１を駆動する第３アーム２３とを備え、ロッカシャフト１２をＲ２方向に回動させることで、バルブ２の開弁のタイミング、リフト量を連続的に変位させる可変動弁装置１。【選択図】  図２
2005264841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に回動可能に設けられ、偏心された偏心シャフトを備えたロッカシャフトと、
前記ロッカシャフトの下方側に設けられ、カムシャフトにより回転駆動されるカムと、
前記ロッカシャフトと同等の高さ又は低い位置に配置された支持軸と、
前記ロッカシャフトを回動させる回動手段と、
前記カムにより駆動され、吸気バルブ又は排気バルブの開閉を行う開閉手段とを有し、
前記開閉手段は、
前記ロッカシャフトに揺動自在に支持され、前記吸気バルブ又は前記排気バルブを駆動可能な第１アームと、
前記偏心シャフトに揺動自在に支持され、前記カムにより駆動される第２アームと、
前記支持軸に揺動自在に支持され、前記第２アームの揺動により変位されて前記第１アームを駆動する第３アームとを具備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】
内燃機関に回動可能に設けられたロッカシャフトと、
前記ロッカシャフトの下方側に設けられ、カムシャフトにより回転駆動されるカムと、
前記ロッカシャフトと同等の高さ又は低い位置に配置された支持軸と、
前記ロッカシャフトを回動させる回動手段と、
前記カムにより駆動され、吸気バルブ又は排気バルブの開閉を行う開閉手段とを有し、
前記開閉手段は、
前記ロッカシャフトに揺動自在に支持され、前記吸気バルブ又は前記排気バルブを駆動可能な第１アームと、
前記ロッカシャフトに設けた接続部材に揺動自在に支持され、前記カムにより駆動される第２アームと、
前記支持軸に揺動自在に支持され、前記第２アームの揺動により変位されて前記第１アームを駆動する第３アームとを具備することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
前記偏心シャフト又は前記接続部材は、前記回動手段による前記ロッカシャフトの回動により、前記ロッカシャフトの周方向に変位されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項４】
前記第３アームは、前記第１アームに当接する第１カム面と、前記第２アームに当接する第２カム面とを有し、
前記第１カム面及び前記第２カム面は、前記支持軸に対して、前記ロッカシャフトの反対側の位置で、前記第１アーム及び前記第２アームと当接して揺動されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
前記第1アーム及び前記第２アームにローラを設け、前記ローラを前記第３アームの前記第１カム面及び前記第２カム面に当接させたことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】
前記第１カム面及び前記第２カム面は、前記支持軸の中心からの距離が変化する変換面部を備え、当該変換面部を平面で構成したことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項７】
前記第１カム面及び前記第２カム面は、前記支持軸の中心からの距離が変化する変換面部を備え、当該変換面部を凸状の曲面又は凹状の曲面としたことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項８】
前記第１カム面及び第２カム面は、前記支持軸の中心からの距離が前記第３アームの揺動方向に変化しない非変換面部を備えたことを特徴とする請求項６又は請求項７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、吸気バルブ、排気バルブの駆動位相及びバルブリフト量を変化させることができる内燃機関の可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、例えば、自動車用エンジン等の排出ガス対策、燃費低減等のために、吸排気系のバルブの位相、リフト量を、内燃機関の運転状態に応じて変化させる技術が知られている。そのための可変動弁装置として、油圧力によってカム位相を連続的に変化させるベーン式可変位相動弁装置が知られている。
【０００３】
又、内燃機関の運転状態に応じて複数種類のカムを切換えることにより、バルブの駆動位相とリフト量を運転状態に適合させるカム切換式の動弁装置も知られている。
【０００４】
あるいは、ステッピングモータによって駆動されるギヤと中間レバー及びリターンスプリング等を用い、バルブの駆動位相とリフト量を変化させることができるようにした機械式の連続可変動弁装置も知られている（例えば、下記特許文献１を参照）。
【０００５】
【特許文献１】特許第３２４５４９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ベーン式可変位相動弁装置は、ベーンの位置を変化させることによってバルブの駆動位相をずらすことができるが、バルブのリフト量を変化させることができない。
【０００７】
これに対して、カム切換式の動弁装置や機械式の連続可変動弁装置は、リフト量と位相をずらすことができるが、カム切換式の動弁装置は複数種類のカムを必要とするため部品数が多く構造も複雑になる。又、機械式の連続可変動弁装置では、リフト量を変化させる機構と、位相をずらす機構を別々に必要とし、構造が複雑化し、寸法も大きくなる。
【０００８】
又、従来の一般的な連続位相可変動弁装置の場合、吸気バルブの閉弁時期を遅角させると開弁開始時期も遅角してしまう。このため、吸気及び排気のバルブオーバーラップが減少あるいは無くなり、ポンピングロスによる燃費悪化が発生するなどの問題がある。
【０００９】
加えて、これらの可変動弁装置は、構造上、可変動弁装置自体の高さが高くなるものが多く、エンジンのシリンダヘッドの上部に可変動弁装置が設置されるため、エンジン全体の高さが高くなることが多かった。又、複雑な構造であるがゆえに、連動して動作させる部品の精密な位置精度が要求され、その設計が難しくなり、所望のバルブリフト特性を設定することが容易ではなかった。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、比較的簡単な構成により、所望のバルブリフト特性を得ることができると共に、装置全体の高さを抑えることができる可変動弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る可変動弁装置は、
内燃機関に回動可能に設けられ、偏心された偏心シャフトを備えたロッカシャフトと、
前記ロッカシャフトの下方側に設けられ、カムシャフトにより回転駆動されるカムと、
前記ロッカシャフトと同等の高さ又は低い位置に配置された支持軸と、
前記ロッカシャフトを回動させる回動手段と、
前記カムにより駆動され、吸気バルブ又は排気バルブの開閉を行う開閉手段とを有し、
前記開閉手段は、
前記ロッカシャフトに揺動自在に支持され、前記吸気バルブ又は前記排気バルブを駆動可能な第１アームと、
前記偏心シャフトに揺動自在に支持され、前記カムにより駆動される第２アームと、
前記支持軸に揺動自在に支持され、前記第２アームの揺動により変位されて前記第１アームを駆動する第３アームとを具備することを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る可変動弁装置は、
内燃機関に回動可能に設けられたロッカシャフトと、
前記ロッカシャフトの下方側に設けられ、カムシャフトにより回転駆動されるカムと、
前記ロッカシャフトと同等の高さ又は低い位置に配置された支持軸と、
前記ロッカシャフトを回動させる回動手段と、
前記カムにより駆動され、吸気バルブ又は排気バルブの開閉を行う開閉手段とを有し、
前記開閉手段は、
前記ロッカシャフトに揺動自在に支持され、前記吸気バルブ又は前記排気バルブを駆動可能な第１アームと、
前記ロッカシャフトに設けた接続部材に揺動自在に支持され、前記カムにより駆動される第２アームと、
前記支持軸に揺動自在に支持され、前記第２アームの揺動により変位されて前記第１アームを駆動する第３アームとを具備することを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る可変動弁装置は、
上記可変動弁装置において、
前記偏心シャフト又は前記接続部材は、前記回動手段による前記ロッカシャフトの回動により、前記ロッカシャフトの周方向に変位されることを特徴とする。
上記可変動弁装置では、回動手段によりロッカシャフトが回動されると、偏心シャフト、接続部材の位置がロッカシャフトの周方向に変位する。偏心シャフト、接続部材の位置の変位は、第２アームの揺動中心位置の変位であり、それに伴いカムに対する第２アームの当接点もカムの外周方向に変位する。これにより、偏心シャフト、接続部材の位置に応じて、カムに対する第２アームの回転位相が進角あるいは遅角することとなり、最終的には、第２アーム、第３アームを介して駆動される第１アームの駆動位相が進角あるいは遅角することになる。
【００１４】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係る可変動弁装置は、
上記可変動弁装置において、
前記第３アームは、前記第１アームに当接する第１カム面と、前記第２アームに当接する第２カム面とを有し、
前記第１カム面及び前記第２カム面は、前記支持軸に対して、前記ロッカシャフトの反対側の位置を揺動されることを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係る可変動弁装置は、
上記可変動弁装置において、
前記第1アーム及び前記第２アームにローラを設け、前記ローラを前記第３アームの前記第１カム面及び前記第２カム面に当接させたことを特徴とする。
【００１６】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係る可変動弁装置は、
上記可変動弁装置において、
前記第１カム面及び第２カム面は、前記支持軸の中心からの距離が変化する変換面部を備え、当該変換面部を平面で構成したことを特徴とする。
従って、第３アームの第１カム面及び第２カム面の変換面部の加工が容易になると共に、確実に第２アームの揺動を第１アームへ伝達することができる。
【００１７】
上記課題を解決する本発明の請求項７に係る可変動弁装置は、
上記可変動弁装置において、
前記変換面部を凸状の曲面又は凹状の曲面としたことを特徴とする。
【００１８】
上記課題を解決する本発明の請求項８に係る可変動弁装置は、
上記可変動弁装置において、
前記第１カム面及び第２カム面は、前記支持軸の中心からの距離が前記第３アームの揺動方向に変化しない非変換面部を備えたことを特徴とする。
従って、第３アームが揺動する際、第３アームの第１カム面の非変換面部と第１アームが当接する場合には、第２アームの揺動量を第３アームが変換せず、第１アームへの伝達がなくなり、第１アームの駆動を行わない状態となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１乃至請求項３に係る発明によれば、回動手段によりロッカシャフトを回動させると、ロッカシャフトが有する偏心シャフト、接続部材の位置が変位するので、偏心シャフト、接続部材に揺動自在に支持された第２アームの揺動中心位置もロッカシャフトの軸まわりに変位され、その揺動中心の変位位置に応じて、吸気バルブ、排気バルブの駆動位相を連続的に変化させることができる。又、カムを支持するカムシャフトをロッカシャフトの下方に配置すると共に、第３アームを支持する支持軸をロッカシャフトと同等若しくは低い位置に配置したので、伝達カムとして機能する第３アームの構成位置に自由度を持たせると共に、可変動弁装置全体の高さを低く抑えることができる。
【００２０】
本発明の請求項４、５に係る発明によれば、第３アームにおいて、第１カム面と第２カム面とを、支持軸に対して、ロッカシャフトの反対側の位置で、第１アーム及び第２アームと当接するようにし、又、ローラを用いて当接するようにしたので、伝達カムとして機能する第３アームの構成位置に自由度を持たせると共に、可変動弁装置全体の高さを低く抑えることができる。又、第３アームの揺動領域を十分に確保して配置することが可能となる。
【００２１】
本発明の請求項６に係る発明によれば、第３アームの第１カム面、第２カム面に、支持軸の中心からの距離が変化する変換面部を設け、当該変換面部を平面としたので、第２アームの揺動量を第３アームにより変換して第１アームへ確実に伝達することができると共にカムの加工が容易になる。
【００２２】
本発明の請求項７に係る発明によれば、伝達カムとして機能する第３アームの第１カム面、第２カム面の変換面部の形状を変更することでも、リフト量やリフト速度等のバルブリフトの特性を変更することができ、内燃機関の特性に応じた最適なバルブリフトの特性を選択することが可能となる。変換面部の形状の変更によるバルブリフトの特性の変更は、偏心シャフトの変位によるリフト量や開弁角度等のバルブリフトの特性とは独立して変更可能であるため、これらの組み合わせにより、多様なバルブリフトの特性を選択することも可能である。
【００２３】
本発明の請求項８に係る発明によれば、第３アームの第１カム面、第２カム面に、支持軸の中心からの距離が変化しない非変換面部を設けたので、回動手段によりカムに対する第２アームの回転位相が所定角度進角されても、第２アームの揺動開始から略所定角度に相当する揺動量を非変換面部によってキャンセルすることができ、バルブリフト量にかかわらず開弁開始時期を略同一にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る可変動弁装置の実施形態について、図１〜図８を参照して説明を行う。
【実施例１】
【００２５】
図１〜図７に、本発明に係る可変動弁装置の実施形態の一例を示す。
図１は本発明に係る可変動弁装置の斜視図である。
又、図２はカム角の位相が遅角した状態における閉弁時の可変動弁装置の状態を示し、図３はカム角の位相が遅角した状態における開弁時の可変動弁装置の状態を示す。図４はカム角の位相が進角した状態における閉弁時の可変動弁装置の状態を示し、図５はカム角の位相が進角した状態における開弁相当時の可変動弁装置の状態を示す。
【００２６】
本実施例に係る可変動弁装置１は、例えば、自動車エンジン等の内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）部分に配設されるものであり、図２に示すように、内燃機関の吸気系を構成する吸気バルブ２等を開閉駆動するものである。吸気バルブ２は、弁ばね３によって吸気通路４を閉止する方向に付勢されており、可変動弁装置１を用いて、所定のタイミング、所定のリフト量にて、弁ばね３に抗う方向に吸気バルブ２を押下して、吸気通路４の開弁を行うものである。なお、排気バルブ側にも、同様の可変動弁装置１を設け、排気バルブの開閉制御を同様に行うようにしてもよい。
【００２７】
可変動弁装置１は、主な構成として、回転自在に設けられたカムシャフト１１と、回動可能に設けられたロッカシャフト１２と、カムシャフト１１に形成されたカム１３と、カムシャフト１１に回転駆動されるカム１３により駆動されるロッカアーム機構１４（開閉手段）とを有し、ロッカアーム機構１４の駆動によりバルブ２が開閉駆動される。
【００２８】
カムシャフト１１とロッカシャフト１２は、互いに平行となるように配置される。又、カムシャフト１１は、内燃機関のクランクシャフト（図示せず）の回転に応じて、図２のカムシャフト１１の回転中心Ｃ２を回転中心として、矢印Ｒ１で示す方向に回転するようになっている。
【００２９】
ロッカシャフト１２は、ステッピングモータ等を用いた回動手段２４によって、図２の矢印Ｒ２で示す方向に回動可能すなわち往復回動することができる。このロッカシャフト１２には、ロッカシャフト１２より小径であり、ロッカシャフト１２の回転中心Ｃ１から偏心された揺動中心Ｃ４を有する偏心シャフト１５が設けられている。このように、ロッカシャフト１２に偏心シャフト１５を設けることで、ロッカシャフト１２を所謂クランク構造に形成している。多気筒エンジンの場合、同列に配置された複数の気筒各々に対して、１つ又は複数の偏心シャフト１５が設けられる。例えば、本実施例の可変動弁装置を直列４気筒エンジンの吸気バルブに用いる場合、１気筒につき１つの吸気バルブを有する構成であれば、１つのロッカシャフト１２に４つの偏心シャフト１５が設けられ、１気筒につき２つの吸気バルブを有する構成であれば、１つのロッカシャフト１２に８つの偏心シャフト１５が設けられる。
【００３０】
なお、回動手段２４によってロッカシャフト１２を矢印Ｒ２方向に回動させると、第２アーム２２が支持される偏心シャフト１５がロッカシャフト１２の周方向に変位し、これに伴い、当接点４７がカム１３の周方向に変位する。この変位により、カム１３に対する第２アーム２２の回転位相を遅角側あるいは進角側に大きく変化させることが可能となる。このロッカシャフト１２は、その回動角度に制限がなく、大きな回転位相の変化を設定することができる。
【００３１】
ロッカアーム機構１４は、主な構成として、第１アーム２１と、第２アーム２２と、第３アーム２３Ａを有する。
【００３２】
第１アーム２１は、アジャストスクリュー３２が設けられた端部３１と、ロッカシャフト１２が挿通するシャフト嵌挿部３３とを有し、ロッカシャフト１２に対して相対回転自在（揺動自在）に支持されている。第１アーム２１の端部３１に設けられたアジャストスクリュー３２は、第１アーム２１とバルブ２の頭部５との間に遊びがなくなるように調整可能である。又、アジャストスクリュー３２を設けた端部３１に対して、ロッカシャフト１２を挟んで反対側に位置する力伝達部３４にはローラ３５が設けられ、第３アーム２３Ａからの力を第１アーム２１へ伝達するように機能する。従って、カムシャフト１１が矢印Ｒ１で示す方向に回転したとき、この回転に連動して第２アーム２２、第３アーム２３Ａ、そして、第１アーム２１が揺動し、アジャストスクリュー３２の先端がバルブ２の頭部５を押下して、バルブ２を開弁方向に駆動する構成となっている。なお、アジャストスクリュー３２、ローラ３５は、ロッカシャフト１２の回転中心Ｃ１の位置に対して、第１アーム２１に作用する力やその揺動距離に応じて、適切に配置される。
【００３３】
第２アーム２２は、半円形状断面の凹部を有する挟持部４１、４２を有し、これらの凹部に偏心シャフト１５を挟み込むように配置し、挟持部４１、４２間を複数のボルト４４により固定することで、偏心シャフト１５に揺動自在に支持される。又、第２アーム２２は、２つのローラ４５、４６を回転可能に支持するローラ支持部４３を有する。このローラ４５が、カム１３に当接点４７にて転接することで、カム１３の回転に伴うカム１３の外周形状の変位により、偏心シャフト１５の揺動中心Ｃ４を中心として、第２アーム２２が揺動される。ローラ４６は、第３アーム２３Ａの第２カム面５２に当接し、カム１３により揺動された第２アーム２２の動作を第３アーム２３Ａへ中継する。本実施例の場合、第２アーム２２は、その側面視で略Ｌ字形状をしており、一方の端部に挟持部４１、４２を有し、他方の端部にローラ４６を有し、Ｌ字形状の屈曲部分にローラ４５を有する構成である。
【００３４】
偏心シャフト１５は、その揺動中心Ｃ４がロッカシャフト１２の回転中心Ｃ１に対してオフセット（偏心）された状態で配置されれば、必ずしも図１に示すような配置に限定する必要はない。但し、可変動弁装置１の構成をコンパクトにしたい場合、本実施例のように、ロッカシャフト１２より小径で、その断面がロッカシャフト１２の外径に内接するような配置が望ましい。その場合、偏心シャフト１５を有するロッカシャフト１２全体の剛性を考慮して、偏心シャフト１５の直径を設定する。
【００３５】
なお、本実施例の場合、ロッカシャフト１２が第１アーム２１を支持する支持部分の一方側に偏心シャフト１５を設け、第１アーム２１に直接干渉しないように、第２アーム２２に１つのシャフト支持部４９を設け、このシャフト支持部４９側の挟持部４１、４２に偏心シャフト１５を嵌挿した構成である。第２アームが受ける荷重が過大でない場合は、このように、１つのシャフト支持部４９で偏心シャフト１５側へ取付ける構成で十分である。又、偏心シャフト１５の軸長を適切に設定することで、第２アーム２２とカム１３との接触部分、第２アーム２２と第３アーム２３Ａとの接触部分等に偏荷重が生じた場合でも、第２アーム２２がロッカシャフト１２の軸線方向に変位することを防止し、偏摩耗等の不具合を防ぎ、可変動弁装置１の信頼性を保つ構成としてもよい。
【００３６】
又、第２アーム２２に過大な荷重がかかることが予想される場合、例えば、第２アーム２２に二股状のシャフト支持部４９を形成し、ロッカシャフト１２が第１アーム２１を支持する支持部分の両側に偏心シャフト１５を形成し、これらの偏心シャフト１５が、２つのシャフト支持部４９の嵌合部４１、４２に嵌挿される構成としてもよい。つまり、これは、第１アーム２１の一部を跨ぐように、第２アーム２２の二股状のシャフト支持部４９が配置された構成である。このような構成により、第２アーム２２とカム１３との接触部、第２アーム２２と第３アーム２３との間の接触部などに偏荷重が生じた場合でも、第２アーム２２がロッカシャフト１２の軸線方向に変位することを防止して、偏摩耗等の不具合を防いで、可変動弁装置１の信頼性を保つことができる。
【００３７】
又、第１アーム２１側にロッカシャフト１２を嵌挿する二股状のシャフト嵌挿部３３を設け、第１アーム２１がロッカシャフト１２に支持される二股状のシャフト嵌挿部３３の間に偏心シャフト１５を設け、第１アーム２１の二股状のシャフト嵌挿部３３が第２アーム２２の１つのシャフト支持部４９を跨ぐように配置して、偏心シャフト１５をシャフト支持部４９の嵌合部４１、４２間に嵌挿するようにしてもよい。
【００３８】
支持軸１６は、ロッカシャフト１２の近傍に、ロッカシャフト１２と平行に、更に、ロッカシャフト１２と同等の高さ又は低い位置に配置される。支持軸１６を、このような配置とすることで、可変動弁装置自体の高さを抑えると共に、後述の第３アーム２３Ａの配置位置の設定に自由度を持たせ、ロッカアーム機構の設計を容易としている。
【００３９】
第３アーム２３Ａは、支持軸１６に揺動自在に支持され、そして、第１アーム２１のローラ３５と第２アーム２２のローラ４６との間に配置されることで、第１アーム２１と第２アーム２２の伝達カムとして機能する。第３アーム２３Ａには、第１アーム２１のローラ３５に接する第１カム面５１と、第２アーム２２のローラ４６に当接する第２カム面５２が設けられており、支持軸１６に対してロッカシャフト１２の反対側の位置で揺動されるように配置されている。又、第３アーム２３Ａは、図示しないバネによって、支持軸１６の中心位置Ｃ３の時計回り方向、すなわち第２アーム２２をカム１３に当接させる方向に付勢されている。
【００４０】
カム面として機能する第１カム面５１は、第２アーム２２の揺動に伴い、第３アーム２３Ａの揺動方向、すなわち支持軸１６の周方向に変位する。具体的には、第１カム面５１は、支持軸１６の中心位置Ｃ３からの距離が、第３アーム２３Ａが揺動しても変化しない非変換面部５３と、支持軸１６の中心位置Ｃ３からの距離が、第３アーム２３Ａの揺動に伴い増加する変換面部５１ａとを有する。
【００４１】
すなわち、第１カム面５１の変換面部５１ａは、第２アーム２２の揺動量を変換して第１アーム２１を駆動できるように、第３アーム２３Ａの揺動に伴い、支持軸１６の中心位置Ｃ３からの距離が変化するような平面形状に形成されている。一方、第１カム面５１の非変換面部５３は、カム１３に対する第２アーム２２の当接点４７の回転位相が、回動手段２４によって所定角度進角された場合でも、第２アーム２２の揺動開始から略所定角度までの揺動量をキャンセルすることができるような面形状に形成されている。これは、非変換面部５３の部分では、第３アーム２３Ａが揺動しても、支持軸１６の中心位置Ｃ３からの距離が変化しないように形成されているため、第２アーム２２の揺動量を第３アーム２３Ａが変換せず、第１アーム２１への伝達がなくなる状態となるからである。
【００４２】
従って、カム１３の凸部１３ａによって、第２アーム２２が偏心シャフト１５を中心として第３アーム２３Ａ側に揺動され、第２カム面５２を介して第３アーム２３Ａが反時計回りに回動したとき、第１カム面５１によって第１アーム２１が矢印Ｓ３方向に回動することにより、バルブ２が開弁することになる。この際、第１アーム２１のローラ３５と第３アーム２３Ａの第１カム面５１との接触点３６が、第２アーム２２の揺動に伴い、第１カム面５１上を移動し、接触点３６の位置が非変換面部５３にあれば、バルブ２の開弁が行われず、開弁の駆動位相を制御することができ、又、接触点３６の位置が変換面部５１ａにあれば、その位置に応じて開弁のバルブリフト量を制御することができる。
【００４３】
なお、第２カム面５２も、第１カム面５１と同等の構成、つまり、支持軸１６の中心位置Ｃ３からの距離が、第３アーム２３Ａが揺動しても変化しない非変換面部と、支持軸１６の中心位置Ｃ３からの距離が、第３アーム２３Ａの揺動に伴い増加する変換面部とを有する。従って、第１カム面の変換面部５１ａと第２カム面の変換面部の形成位置によって、最適なリフト量を設定することが可能となる。
【００４４】
次に、図２、図３を参照して、本実施例の可変動弁装置１の動作について説明する。
図２では、ロッカシャフト１２が回動手段２４によって中立位置Ｎよりも角度θ1遅角側に回動された状態である。この場合、第２アーム２２の当接点４７は、カム１３に対して中立点ＰNよりも遅角側（図２において左上側）に変位して当接する。又、第２アーム２２のローラ４６が図２において左上側に変位することとなる。
【００４５】
この状態でカムシャフト１３が矢印Ｒ１方向に回転し、図３に示すように、カム１３の凸部１３ａが第２アーム２２のローラ４５を押上げると、第２アーム２２が偏心シャフト１５を回転軸として反時計回りに揺動する（図２の矢印Ｓ１）。このため、第２アーム２２のローラ４６が第２カム面５２を押し、第３アーム２３Ａが反時計回りに揺動する（図２の矢印Ｓ２）。これにより、第１カム面５１の変換面部５１ａがローラ３５を押すため、第１アーム２１が反時計回りに揺動して（図２の矢印Ｓ３）、アジャストスクリュー３２の先端部が頭部５を押し下げて、バルブ２を開弁させることとなる。
【００４６】
この場合、図２に示すように、開弁前に第１アーム２１のローラ３５の接触点３６が、第３アーム２３Ａの第１カム面５１の変換面部５１ａ寄りに位置しているため、第３アーム２３Ａが反時計回りに揺動する際に、ローラ３５と接する第１カム面５１において、非変換面部５３が短く、変換面部５１ａが長くなる。又、同様に、第２アーム２２のローラ４６の接触点４８も、第３アーム２３Ａの第２カム面５２の変換面部寄りに位置しているため、第３アーム２３Ａが反時計回りに揺動する際に、ローラ４６と接する第２カム面５２において、非変換面部が短く、変換面部が長くなる。
【００４７】
このため、カム角が小さいうちから、第１アーム２１がバルブ２を開弁させる方向に駆動され始め、しかも、ローラ３５が変換面部５１ａを長い範囲に渡って接しながら第１アーム３１を矢印Ｓ３の方向に押すこととなり、大開弁角、つまり、大きなバルブリフト量が得られることとなる。又、この場合、図６に示すように（曲線θ1参照）、バルブリフト量が大きく、かつ、バルブリフトのピークが遅角することになる。これは、高回転、高負荷の大吸気量に適したバルブの駆動となる。なお、図６における曲線θ1は、ロッカシャフト１２が中立位置Ｎからθ1遅角した場合におけるカム角−バルブリフト量曲線を示すものである。
【００４８】
次に、図４、図５を参照して、休筒状態における本実施例の可変動弁装置１の動作について説明する。
図４、図５は、ロッカシャフト１２が回動手段２４によって中立位置Ｎよりも角度θ2進角側に回動された状態である。この場合、第２アーム２２の当接点４７は、カム２２に対して中立点ＰNよりも進角側（図４において右下側）に変位する。又、第２アーム２２のローラ４６が、図４において右下側に変位し、第３アーム２３Ａが図２と比較して時計回りに変位する。図４での状態は、図２の状態と比較すると、開弁前のローラ３５の接触点３６が非変換面部５３に位置しているため、第３アーム２３Ａが揺動する際に、第３アーム２３Ａの第１カム面５１において、ローラ３５が非変換面部５３のみと接する状態となる。つまり、第１アーム２１のローラ３５は、変換面部５１ａとは全く接しない状態となる。
【００４９】
この状態でカムシャフト１３が矢印Ｒ１方向に回転し、図５に示すように、カム１３の凸部１３ａが第２アーム２２のローラ４５を押上げると、第２アーム２２が偏心シャフト１５を回転軸として反時計回りに揺動する（図４のＳ１参照）。このため、第２アーム２２のローラ４６が第２カム面５２を押し、第３アーム２３Ａが反時計回りに揺動する（図４のＳ２参照）。このとき、第１カム面５１の非変換面部５３がローラ３５と接するため、第１アーム２１がほとんど揺動されず、バルブ２を開弁させない状態、つまり、図６の点線の曲線θ2に示すように、バルブリフト量を略零にして、休筒状態としている。なお、図６における曲線θ2は、ロッカシャフト１２が中立位置Ｎからθ2進角した場合におけるカム角−バルブリフト量曲線を示すものである。
【００５０】
なお、ロッカシャフト１２を回動手段２４によって、中立位置Ｎからの角度θ2より小さい角度の進角側に回動した場合、バルブリフト量の大きさを適切に制御することも可能である。この場合、第１アーム２１のローラ３５は、伝達カムとして機能する第３アーム２３Ａの第１カム面５１のうち、非変換面部５３と接する期間（距離）が長いため、第２アーム２２の揺動に伴って、第３アーム２３Ａが反時計回りに回転する際、ローラ３５が変換面部５１ａ上を移動する距離が短くなり、第１アーム２１の回動量は、図６に示す曲線θ1より小さいバルブリフト量、つまり、小開弁角となる。このとき、バルブリフト量が小さくなると共に、バルブの駆動位相が進角するため、低回転、低負荷の小吸気量に適したバルブの駆動となる。
【００５１】
上記構成の可変動弁装置１を吸気系に適用すれば、バルブ２の開き側を固定して閉じ側を連続的に変えることができるため、高膨張比サイクルとすることができる。
【００５２】
又、慣性吸気との相乗作用により、燃費低減を図ることが可能である。慣性吸気とは、ピストンの吸入作用で生じた圧力の脈動が、吸気管内の吸気に慣性を起こすことを言う。この慣性吸気を利用して、吸気の脈動のピーク時期にバルブ２を閉じ始めることにより、ピストンが下死点を過ぎても新気がシリンダ内に流入を続け、体積効率を高めることができる。エンジンの回転数によって脈動のピーク時期が異なるため、ピーク時期に合わせてバルブ２を閉弁し始めることにより吸入空気量を増大できる。
【００５３】
なお、本実施例の可変動弁装置１では、図６の曲線θ1の開弁開始から終了までの位相とバルブリフト量を基準として、ロッカシャフト１２を回動手段２４によって回動させた場合において、カム１３に対して第２アーム２２を進角させた期間を、第３アーム２３Ａの非変換面部５３とローラ３５と接する期間を長くすることによってキャンセルすることができ、その結果、図６の曲線Ｎ（ロッカシャフト１２の中立位置Ｎにおけるカム角−バルブリフト量曲線）に示すように、開弁開始時期を略一定とすることができる。
【００５４】
従って、この可変動弁装置１によれば、開弁開始時期を固定したまま閉弁時期を変化させることができるため、慣性吸気の脈動に合わせて閉弁時期を変化させることにより、吸入空気量の増大を図り、燃費低減の効果が得られる。又、空気量を最適に制御することで良好な燃焼状態となり、未燃物等が減少して排出ガス成分が良化する。
【００５５】
従来の一般的な連続位相可変動弁装置の場合、吸気バルブの閉弁時期を遅角させると開弁開始時期も遅角してしまい、吸気及び排気のバルブオーバーラップが減少あるいは無くなり、ポンピングロスが発生していた。これに対して本実施例の可変動弁装置１によれば、開弁開始時期を固定した状態で閉弁時期を遅角することができるので、バルブオーバーラップを保ったまま閉弁時期を遅角させることにより、吸入空気量増加を図ることができ、燃費低減の効果を得ることができる。
【００５６】
一般に低負荷で空気過剰になると排気温度が低くなるが、本実施例の可変動弁装置１によれば、エンジンの運転状態に応じて吸入空気量を制御できるので、低負荷時に吸入空気量を減少させることにより、排気温度を高くすることができる。このため、排ガス浄化用の触媒を備える場合、触媒を活性化させて、効果的に機能させることができる。この場合には触媒によって排出ガスを浄化できるので、排出カス成分が少し悪化しても燃費が良い状態にエンジン本体をセッティングすることができる。これにより、エンジン本体の燃費を良くするとともに、排出ガスを触媒で浄化することにより、高燃費と排出ガスの浄化を両立できることになる。又、本実施例の可変動弁装置１によれば、低負荷時に吸入空気量を減少させることにより、吸入空気量を制御するための吸気又は排気絞りを設ける必要もなく、コスト低減が可能である。
【実施例２】
【００５７】
図７は、本発明に係る可変動弁装置の実施形態の他の例を示す図である。
図７に示す可変動弁装置では、第３アームの構成が上述した実施例１（図７の第３アーム２３Ａ参照）とは異なる。従って、上記以外の構成及び作用、効果については、実施例１の可変動弁装置１と同様であるため、重複する構成には共通の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００５８】
第３アームは、第１アーム２１のローラ３５と第２アーム２２のローラ４６との間に位置し、伝達カムとして機能するものである。従って、第３アームの形状、特に、変換面部の形状を適切に設定することにより、バルブ２のリフト量の大きさ、更には、そのリフト速度を適切に選択することが可能となる。特に、本発明に係る可変動弁装置の場合、第３アームに当接する部分に、第１アーム２１においては、回転可能に支持されたローラ３５を用い、かつ、第２アーム２２においても、回転可能に支持されたローラ４６を用いたので、第２アーム２２と第３アーム２３との間、第３アーム２３と第１アーム２１との間で、各アームの変位量を確実に伝達することができると共に、第３アーム自体の形状の設定にも大きな自由度を与えることができ、その結果、可変動弁装置全体をコンパクトな構成にし、特に、その高さを低く抑えることが可能となる。
【００５９】
例えば、実施例１での第３アーム２３Ａは、第１アーム２１に当接する第１カム面の変換面部５１ａが平面に形成されていたが、図７に示す第３アーム２３Ｂでは、第１アーム２１に当接する第１カム面の変換面部５１ｂが凹状の曲面に形成されている。これは、第３アーム２３Ｂの揺動に伴って、変換面部５１ｂにおける支持軸１６の中心Ｃ３からの距離が急激変化する構成となり、図８の曲線２３Ｂに示すように、バルブ２の開弁の速度が大きく（立ち上がりが大きい）、かつ、リフト量が大きい状態に設定することが可能である。なお、図８には、実施例１における第３アーム２３Ａを用いた場合のカム角−バルブリフト量曲線を併記しており、比較のため、リフトピークを同位相角度に揃えてある。
【００６０】
又、図７に示す第３アーム２３Ｃでは、第１アーム２１に当接する第１カム面の変換面部５１ｃが凸状の曲面に形成されている。これは、第３アーム２３Ｃの揺動に伴って、変換面部５１ｃにおける支持軸１６の中心Ｃ３からの距離が緩やかに変化する構成となり、図８の曲線２３Ｃに示すように、バルブ２の開弁の速度が小さく（立ち上がりが小さい）、かつ、リフト量が小さい状態に設定することが可能である。
【００６１】
このように、第３アームにおける第１カム面の変換面部、更には、第２カム面の変換面部も、平面だけではなく、適切な曲面形状に形成することにより、所望のバルブリフト特性の設定が容易となり、これは、可変動弁装置自体の設計の自由度を大きくさせることも可能である。曲面形状としても、上記凸状、凹状のような単純な曲面だけでなく、例えば、波状の曲面を形成してもよい。
【実施例３】
【００６２】
なお、上記実施例１、２においては、第２アーム２２が、偏心シャフト１５を介して、ロッカシャフト１２側に揺動自在に支持される構造であるが、本発明は、このような支持構造に限定されるもので無く、例えば、図９に示すように、第２アーム２２Ａの支持部６１を揺動自在に支持する自在継手６２を備えた接続部材６３を用いて、ロッカシャフト１２Ａ側に支持される支持構造でもよい。本実施例の場合、ロッカシャフト１２Ａの一部を切り欠き、その切り欠いた部分に接続部材６３を接続するように配置している。又、第２アーム２２Ａの支持部６１は、接続部材６３の頭部の自在継手６２に揺動自在に支持されており、揺動中心Ｃ５を中心に揺動される。したがって、回動手段２４によりロッカシャフト１２Ａが回動された場合には、揺動中心Ｃ５がロッカシャフトの周方向に変位して、実施例１と同様な動作を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明に係る可変動弁装置の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示された可変動弁装置のカム角の位相が遅角した状態における閉弁時の図である。
【図３】図１に示された可変動弁装置のカム角の位相が遅角した状態における開弁時の図である。
【図４】図１に示された可変動弁装置のカム角の位相が進角した状態における閉弁時の図である。
【図５】図１に示された可変動弁装置のカム角の位相が進角した状態における開弁相当時の図である。
【図６】図１に示された可変動弁装置のカム角とバルブリフト量との関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係る可変動弁装置の実施形態の他の例を示す図である。
【図８】図７に示された可変動弁装置のカム角とバルブリフト量との関係を示すグラフである。
【図９】本発明に係る可変動弁装置の実施形態の更なる他の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１    可変動弁装置
２    バルブ
１１  カムシャフト
１２  ロッカシャフト
１３  カム
１４  ロッカアーム機構
１５  偏心シャフト
２１  第１アーム
２２  第２アーム
２３Ａ  第３アーム
２３Ｂ  第３アーム
２３Ｃ  第３アーム
２４  回動手段
【図１】
2005264841.tif 000003
【図２】
2005264841.tif 000004
【図３】
2005264841.tif 000005
【図４】
2005264841.tif 000006
【図５】
2005264841.tif 000007
【図６】
2005264841.tif 000008
【図７】
2005264841.tif 000009
【図８】
2005264841.tif 000010
【図９】
2005264841.tif 000011