(57)【要約】【課題】  内燃機関における吸気弁３又は排気弁を開くときにおける弁リフト量を内燃機関の運転中に制御するように構成する場合に、動力損失を少なくするとともに耐久性の向上を図る。【解決手段】  クランク軸に連動して回転するカム５と揺動部材９とから成り、前記揺動部材のうち一端部の他端部との間の部分に、支点部材１３を、当該揺動部材がこの支点部材を回転中心の支点として揺動するように接当し、前記揺動部材を前記カムの回転によって当該揺動部材が前記支点部材を支点として揺動するように構成し、前記揺動部材の他端部に、当該揺動部材における揺動にて吸気弁３又は排気弁をそのばねに抗して開き作動するようにしたカム面１８を設け、更に、前記支点部材を、内燃機関における運転状態に応じて、前記一端部側又は前記他端部側に移動する。【選択図】                      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸に連動して回転するカムと揺動部材とから成り、前記揺動部材のうち一端部と他端部との間の部分に支点部材を接当して、前記揺動部材がこの支点部材の接当部を回転中心の支点として揺動するように構成し、前記揺動部材における一端部を前記カムに、当該カムの回転によって揺動部材が揺動するように関連する一方、前記揺動部材の他端部に、当該揺動部材における揺動にて吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方をそのばねに抗して開き作動するようにしたカム面を設け、更に、前記支点部材における前記揺動部材に対する接当部を、内燃機関における運転状態に応じて、前記一端部側又は前記他端部側に移動するように構成したことを特徴とする内燃機関における動弁機構。
【請求項２】
前記請求項１の記載において、前記揺動部材におけるカム面のうち当該揺動部材における揺動開始の部分に、前記揺動部材の揺動にかかわらず吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方を開き作動しないか、或いは、殆ど開き作動しないという無動区間を部分的に設けたことを特徴とする内燃機関における動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方を、クランク軸の回転に連動して開閉作動する動弁機構のうち、前記吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方を開くときにおける弁リフト量及び作用角度を内燃機関の運転状態に応じて制御するようにした動弁機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近の内燃機関においては、燃費及び出力の向上等を図るために、その吸気弁を開くときにおける弁リフト量を内燃機関の運転状態に応じて、内燃機関における低負荷域では小さく、内燃機関の高負荷域では大きくするように制御することが行われている。
【０００３】
この種の弁リフト量可変式の動弁機構に関し、先行技術としての特許文献１には、その図５〜図８に、クランク軸に連動して回転する弁用カムを、揺動部材のうちその一端部と他端部との略中間の部分に、当該カムの回転により揺動部材がその一端部を回転中心の支点にして揺動するように接当し、この揺動部材の他端部に形成したカム面を、吸気弁における上端に対するロッカアームに、当該揺動部材における揺動にて吸気弁をそのばねに抗して開くように接当する一方、前記揺動部材における一端部を、内燃機関における運転状態に応じて、前記揺動部材における前記カムによる揺動角度が低負荷域又は低回転域において小さく、高負荷域又は高回転域において大きくするように変位することにより、前記吸気弁における弁リフト量を、低負荷域では小さく、高負荷域では大きくするように制御することを提案している。
【特許文献１】特開平７−６３０２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この先行技術における動弁機構は、揺動部材における他端部のカム面を、吸気弁に対する作用点にする一方、この揺動部材においてその一端部と他端部との略中間の部分を、カムが接当する力点にし、更に、前記揺動部材を、その一端部を回転中心の支点にして、カムの回転にて揺動することによって吸気弁をそのばねに抗して開き作動するものであることにより、前記揺動部材において、その一端部における支点から吸気弁に対する作用点までの作用長さが、その一端部における支点からカムが接当する力点までの力点長さよりも大幅に長いという構成になっている。
【０００５】
つまり、支点から作用点までの作用長さが、支点から力点での力点長さよりも大幅に長いという構成であることにより、前記吸気弁のそのばねに抗して開き作動するためには、前記力点に対して、前記吸気弁を閉に保持しいてるばね力よりも、前記作用長さに対する力点長さの比率に応じて遥かに大きい作動力をカムにて加えるようにしなければならず、前記カムを回転することにに大きな動力を必要とするから、動力損失が可成り大きいばかりか、耐久性が可成り低いという問題があった。
【０００６】
本発明は、これらの問題を解消することを技術的課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は、
「クランク軸に連動して回転するカムと揺動部材とから成り、前記揺動部材のうち一端部と他端部との間の部分に支点部材を接当して、前記揺動部材がこの支点部材の接当部を回転中心の支点として揺動するように構成し、前記揺動部材における一端部を前記カムに、当該カムの回転によって揺動部材が揺動するように関連する一方、前記揺動部材の他端部に、当該揺動部材における揺動にて吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方をそのばねに抗して開き作動するようにしたカム面を設け、更に、前記支点部材における前記揺動部材に対する接当部を、内燃機関における運転状態に応じて、前記一端部側又は前記他端部側に移動するように構成した。」
ことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の請求項２は、「前記請求項１の記載において、前記揺動部材におけるカム面のうち当該揺動部材における揺動開始の部分に、前記揺動部材の揺動にかかわらず吸気弁及び排気弁のうち少なくとも一方を開き作動しないか、或いは、殆ど開き作動しないという無動区間を部分的に設けた。」
ことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
前記請求項１に記載した構成において、揺動部材が、その一端部に関連するカムの回転により、支点部材における接当部を回転中心の支点として揺動することにより、この揺動部材の他端部におけるカム面にて、吸気弁又は排気弁が、そのばねに抗して開き作動する。
【００１０】
前記揺動部材における回転中心の支点であるところの支点部材における接当部を、前記揺動部材における一端部側に移動することにより、前記揺動部材における揺動角度が大きくなるから、前記吸気弁又は排気弁が開くときにおける弁リフト量が大きくなる。
【００１１】
また、前記支点部材における揺動部材に対する接当部を、前記揺動部材の他端部側に移動することにより、前記揺動部材における揺動角度が小さくなるから、前記吸気弁又は排気弁が開くときにおける弁リフト量が小さくなるというように、前記支点部材の移動によって、前記弁リフト量を、内燃機関の運転中において制御することができる。
【００１２】
そして、前記揺動部材は、その一端部のカムが接当する力点で、その他端部が吸気弁又は排気弁に対する作用点で、これらの力点と作用点との間において支点部材が接当する部分が当該揺動部材における回転中心の支点であり、力点から支点までの力点長さを、作用点から支点までの作用長さに近づけることができることにより、前記先行技術のように、力点長さが作用長さよりも大幅に長くなることを回避できる。
【００１３】
これにより、前記カムによる作動力、ひいては、前記カムを回転することに要する動力を確実に低減できるから、動力損失を少なくできるとともに、耐久性を大幅に向上できる。
【００１４】
また、請求項２に記載した構成によると、以下の実施の形態において詳しく述べるように、吸気弁又は排気弁における最大開の時期を略一定のクランク角度に揃えることができる状態のもとで、吸気弁又は排気弁における弁リフト量と、吸気弁又は排気弁が開いているクランク角度、つまり、作用角度との両方を、内燃機関の運転中において制御することができる。
【００１５】
特に、この請求項２の場合において、吸気弁に対してのみ適用し、且つ、前記支点部材を、内燃機関における運転状態に応じて、高負荷又は高回転域において揺動部材の一端側に、低負荷又は低回転域において揺動部材の他端側に各々に自動的に移動するという構成にすることにより、高負荷又は高回転域においては、弁リフト量が大きくなることに加えて、吸気弁における開時期が早く、閉時期が遅くなるので、吸気の充填効率が向上し、十分な出力を確保できる一方、低負荷又は低回転域においては、弁リフト量が小さくになることに加えて、吸気弁における開時期が遅くなって排気弁との間におけるオーバラップが小さくなるので、燃費の向上と、内燃機関の安定した回転が得られるのであり、更に、吸気弁に対する前記した制御により、吸入空気量の制御を吸気絞り弁なしに行うこともできるほか、低弁リフト域でのポンピングロスの低減により燃費の改善を図ることもできる。
【００１６】
また、前記請求項２の場合において、排気弁に対してのみ適用し、且つ、前記支点部材を、内燃機関における運転状態に応じて、高負荷又は高回転域において揺動部材の一端側に、低負荷又は低回転域において揺動部材の他端側に各々に自動的に移動するという構成にすることにより、低負荷又は低回転域において、シリンダの内部に残す排気ガスの比率、内部ＥＧＲを、高負荷又は高回転域において少なく、これ以外の運転域において多くすることができるから、高負荷又は高回転域以外の運転域における排気ガスのクリーン化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、吸気弁に対して適用した場合を示す図１〜図４の図面について説明する。
【００１８】
この図において、符号１は、内燃機関におけるシリンダヘッドを示し、このシリンダヘッド１には、図示しないシリンダ内への吸気ポート２が設けられ、この吸気ポート２のシリンダ内への開口部には、ばね４にて常時閉に保持された吸気弁３が設けられている。
【００１９】
また、前記シリンダヘッド１には、前記吸気弁３を開閉作動するカム５を備えたカム軸６が、内燃機関におけるクランク軸に連動して回転するように軸支されている。
【００２０】
前記吸気弁３の上端には、基端を前記シリンダヘッド１側に螺着のボルト７に回転自在に枢着したロッカアーム８の先端が接当している。
【００２１】
符号９は、揺動部材を示し、この揺動部材９は、前記カム５と前記ロッカアーム８との間に配設され、この揺動部材９における上端部には、前記カム５に接当するコロ１０が、ピン軸１１にて回転自在に設けられ、且つ、この上端は、前記ピン軸１１をシリンダヘッド１に一体的に設けた一対のブラケット体１２におけるガイド溝１２ａに、摺動自在に嵌めることにより、前記カム５に対して半径方向に往復動するように支持されている。
【００２２】
なお、前記揺動部材９の上端部は、図２に示すように、前記一対のブラケット体１２の間に位置して、図１において紙面と直角の方向に移動することを阻止するように構成している。
【００２３】
一方、前記シリンダヘッド１側には、支点部材１３の基端を、ピン軸１４にて回転自在に軸支し、この支点部材１３の先端に回転自在に設けたコロ１５を、前記揺動部材９のうちその上端部と下端部との間の部分における側面に、揺動部材９における長手方向に移動自在に接当する一方、前記揺動部材９の上端部におけるコロ１０を、当該揺動部材９における下端部とシリンダヘッド１との間に設けた復帰用ばね１６にて前記カム５に対して押圧付勢することにより、前記カム５の回転により、前記揺動部材９を、前記支点部材１３の先端におけるコロ１５が接当する箇所を回転中心の支点として揺動するように構成している。
【００２４】
前記揺動部材９の下端部に、前記ロッカアーム８に回転自在に設けたコロ１７に接当するカム面１８を設けることにより、前記揺動部材９における揺動によって、前記ロッカアーム８を介して前記吸気弁３を、そのばね４に抗して開き作動するように構成している。
【００２５】
前記した構成に加えて、前記支点部材１３を、内燃機関における負荷に応じて作動するアクチェータ１９により、低負荷のときその先端のコロ１５が、実線で示す中負荷域の状態から揺動部材９における下端部側に移動し、高負荷のとき先端のコロ１５が、実線で示す中負荷域の状態から揺動部材９における上端部側に移動するように構成している。
【００２６】
この場合において、前記揺動部材９における側面のうち前記支点部材１４におけるコロ１５が接当する部分は、前記支点部材１３の回転中心を中心とする半径Ｒの円弧面９ａに形成され、且つ、この円弧面９ａにおける半径Ｒを、前記揺動部材９の上端におけるピン軸１１の中心と前記ロッカアーム８におけるコロ１７の中心とを結ぶ直線９ｂから前記支点部材１３の回転中心までの距離と等しくすることにより、前記支点部材１３を揺動部材９における上端部側に移動した状態と、前記支点部材１３を揺動部材９における下端部側に移動した状態とで、前記揺動部材９が横方向にずれ変位することが少ないように構成している。
【００２７】
なお、前記揺動部材９における側面のうち前記支点部材１４におけるコロ１５が接当する部分は、前記したように円弧面９a にすることに代えて、前記直線９ｂの平行な平面にする一方、前記支点部材１３を前記直線９ｂと平行の方向に移動するように構成することで、前記揺動部材９が横方向にずれ変位することが少ないようにしても良い。
【００２８】
また、前記揺動部材９の上端に対するガイド溝１２は、前記揺動部材９における前記直線９ｂと直角の方向に延びている。
【００２９】
この構成において、揺動部材９が、その上端部におけるコロ１０が接当するカム５の回転により、支点部材１３の先端におけるコロ１５が接当する箇所を回転中心の支点として揺動することにより、この揺動部材９の下端部におけるカム面１８にて、ロッカアーム８を介して吸気弁３がそのばねに抗して下向きに押し下げて、開き作動する。
【００３０】
内燃機関における負荷が高負荷域に増大すると、前記支点部材１３の先端におけるコロ１５が、実線で示す中負荷域の場合よりも前記揺動部材９における上端部側に移動することにより、揺動部材９における上端部のコロ１０がカム５に接当する力点Ｆから、前記支点部材１３における先端のコロ１５が揺動部材９に接当する支点Ｓまでの力点長さは、中負荷域における力点長さＸ０からＸ１に短くなる一方、前記揺動部材９における下端部のカム面１８がロッカアーム８におけるコロ１７に接当する作用点Ｗから前記支点Ｓまでの作用点長さが、中負荷域における作用点長さＹ０からＹ１に長くなるから、前記カム６に設定した吸気弁開のクランク角度θに対する前記揺動部材９における揺動角度は大きくなり、これにより、図３に示すように、その下端部のカム面１８におけるロッカアーム８のコロ１７に対する相対的な移動距離がＬ１に長くなり、この長い移動距離Ｌ１の間において前記吸気弁３の開き作動を行う。
【００３１】
内燃機関における負荷が低負荷域に低下すると、前記支点部材１３の先端におけるコロ１５が、実線で示す中負荷域の場合より前記揺動部材９における下端部側に移動することにより、力点長さは、中負荷域における力点長さＸ０からＸ２に長くなる一方、前記作用点長さが、中負荷域における作用点長さＹ０からＹ２に短くなるから、前記カム６に設定した吸気弁開のクランク角度θに対する前記揺動部材９における揺動角度が小さくなり、これにより、図３に示すように、その下端部のカム面１８におけるロッカアーム８のコロ１７に対する相対的な移動距離がＬ２に短くなり、この短い移動距離Ｌ２の間において前記吸気弁３の開き作動を行う。
【００３２】
すなわち、高負荷域においては、前記揺動部材９における揺動角度、ひいては、そのカム面１８における移動距離Ｌ１が大きいなることにより、吸気弁３は、図４に実線Ａ１で示すようになプロフィールで開き作動するから、その最大弁リフト量Ｈ１は、中負荷域における最大弁リフト量Ｈ０よりも高くなる。
【００３３】
一方、低負荷域においては、前記揺動部材９における揺動角度、ひいては、そのカム面１８における移動距離Ｌ２が小さくなることにより、吸気弁３は、図４に二点鎖線Ａ２で示すようになプロフィールで開き作動するから、その最大弁リフト量Ｈ２は、中負荷域における最大弁リフト量Ｈ０よりも低くなる。
【００３４】
これにより、吸気弁３を開き作動するときにおける弁リフト量を、内燃機関の負荷に応じて、高負荷のときに大きく、低負荷のときに小さくするように自動的に制御できる。
【００３５】
次に、図５及び図６は、第２の実施の形態を示す。
【００３６】
この第２の実施の形態は、前記揺動部材９の下端部におけるカム面１８のうち当該揺動部材９における揺動開始の部分に、前記揺動部材９が揺動しても前記吸気弁３を開き作動しないか、或いは、殆ど開き作動しないという無動区間Ｌ０を設けたものである。
【００３７】
これにより、前記吸気弁３における開き作動を、高負荷域では、前記移動距離Ｌ１のうち、前記無動区間Ｌ０を差し引いたＬ１−Ｌ０＝Ｌ１′の区間で、低負荷域では、前記移動距離Ｌ２のうち、前記無動区間Ｌ０を差し引いたＬ２−Ｌ０＝Ｌ２′の区間において行うことになる。
【００３８】
つまり、高負荷域において、前記揺動部材９における揺動角度、ひいては、そのカム面１８における移動距離は、Ｌ１−Ｌ０＝Ｌ１′と大きいことにより、吸気弁３は、図６に実線Ａ１′で示すようになプロフィールで開き作動するから、その最大弁リフト量Ｈ１′は、中負荷域における最大弁リフト量Ｈ０′よりも高くなり、しかも、吸気弁３が開いているときにおけるクランク角度、つまり、吸気弁３を開にする作用角度θ１も、中負荷域における作用角度θ０よりも大きくなる。
【００３９】
一方、低負荷域において、前記揺動部材９における揺動角度、ひいては、そのカム面１８における移動距離は、Ｌ２−Ｌ０＝Ｌ２′に小さくなることにより、吸気弁３は、図６に二点鎖線Ａ２′で示すようになプロフィールで開き作動するから、その最大弁リフト量Ｈ２′は、中負荷域における最大弁リフト量Ｈ０′よりも低くなり、しかも、吸気弁３が開いているときにおけるクランク角度、つまり、吸気弁３を開にする作用角度θ２も、中負荷域における作用角度θ０よりも小さくなる。
【００４０】
これにより、吸気弁３を開き作動するときにおける弁リフト量及び作用角度を、内燃機関の負荷に応じて、高負荷のときに大きく、低負荷のときに小さくするように制御することができる。
【００４１】
これに加えて、前記カム面１８のうち当該揺動部材９における揺動開始の部分に、前記揺動部材９が揺動しても前記吸気弁３を開き作動しない無動区間Ｌ０が設けられていることにより、前記吸気弁３の開き作動は、前記揺動部材９における揺動開始よりも、前記無動区間Ｌ０だけ遅れて始まることになる。
【００４２】
この場合、前記無動区間Ｌ０は、高負荷域及び低負荷域において常に一定であることにより、この無動区間Ｌ０が前記移動距離Ｌ１，Ｌ２、ひいては、前記揺動部材９における揺動角度に対する割合は、高負荷域において小さく、低負荷域において大きい。
【００４３】
これにより、低負荷域においては、クランク軸の回転に同期して前記吸気弁３が開き始める時期Ｄ２が、高負荷域のときにおける開き始める時期Ｄ１よりもクランク角度でΔθ１だけ遅くなる一方、前記吸気弁３が閉じる時期Ｅ２が、高負荷域のときにおいて閉じる時期Ｅ１よりもクランク角度でΔθ２だけ早くなる。  これにより、低負荷域において、吸気弁３が最大に開いている時期、つまり、最大開の時期を、高負荷域における吸気弁３の最大開の時期に略揃えることができる。
【００４４】
なお、前記実施の形態は、負荷に応じて制御する場合であったが、本発明はこれに限らず、回転数に応じて制御するとか、或いは、負荷及び回転数に応じて制御すると言う構成にしても良いことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明における第１の実施の形態を示す図である。
【図２】図１のII−II視断面図である。
【図３】図１の要部を示す拡大図である。
【図４】前記第１の実施の形態における吸気弁のプロフィールを示す図である。
【図５】第２の実施の形態における要部を示す拡大図である。
【図６】前記第２の実施の形態における吸気弁のプロフィールを示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１                            シリンダヘッド
２                            吸気ポート
３                            吸気弁
４                            吸気弁用ばね
５                            カム
６                            カム軸
８                            ロッカアーム
９                            揺動部材
１０                          コロ
１１                          ピン軸
１２                          ガイド溝
１３                          支点部材
１４                          支点部材のピン軸
１５                          コロ
１６                          復帰用ばね
１７                          コロ
１８                          カム面
【図１】
2005076607.tif 000003
【図２】
2005076607.tif 000004
【図３】
2005076607.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005076607.tif 000007
【図６】
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