(57)【要約】    【課題】  ピークリフト量および開弁範囲を変化させながら、開弁のピーク位置のタイミングの変化を可能にする可変動弁装置を得る。  【解決手段】  第１カム面１０ａを有するカム軸１０と、軸支持した第１ローラー２６が押圧されることで弁２０を開作動するロッカーアーム２４と、制御手段で位置が変化する第３カム面と、カム軸１０とロッカーアーム２４との間に介在させた駆動リンク２８および揺動カム３０とを有し、駆動リンク２８に設けた第２ローラー３４が第１カム面１０ａに、同じく第３ローラー３６が第３カム面に、それぞれ当接して移動して揺動カム３０を揺動させる構成とした。    【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1カム面を有するカム軸と、
第１ローラーを軸支持し、該第１ローラーが押圧されて揺動することで弁を開作動するロッカーアームと、
第２ローラーを軸支持し、該第２ローラーが前記第１カム面に押圧されることで移動しながら連結ピンを駆動する駆動リンクと、
第２カム面を有して、前記連結ピンを介して前記駆動リンクによって押圧されて固定部側に設けた支持軸を中心として揺動することで前記第２カム面が前記第1ローラーを押圧する揺動カムと、
第３カム面を変位させることで前記駆動リンクの姿勢を変化可能にする制御軸と、を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
前記第３カム面を前記弁の最大リフト量が小さくなる方向へ変位させると、前記第２ローラーと前記第１カム面との当接位置が、前記カム軸の回転方向と反対の方向へ移動す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】
前記駆動リンクが第３ローラーを軸支持し、該第３ローラーが前記第３カム面に当接してい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カム面が、円弧面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
前記第３カム面は、前記駆動リンクと前記制御軸との間に配置されて前記制御軸にて変位される制御アームに形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか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、車両用内燃機関の運転状況に応じて吸・排気弁の開閉時期およびピークリフト量を連続的に可変制御可能な内燃機関の可変動弁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸・排気弁の開閉時期およびピークリフト量を連続的に可変制御可能な内燃機関の可変動弁装置としては、駆動カムと揺動カムとの間にロッカーアームを介在させ、駆動カムが揺動カムを揺動可能にするとともに、このロッカーアームの揺動中心を支持する制御カムにより、ロッカーアームの揺動中心位置を変化させるものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、カムシャフトの回転によって揺動する旋回レバーの端部領域に設けられた制御軌道が、伝達要素を介してガス交換バルブのリフトを操作し、旋回レバーの他方の端部において、調節装置を用いて位置変更可能な揺動回転点を有するものが知られている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
しかしながら、上記従来の可変動弁装置にあっては、弁の開弁範囲（開弁から閉弁までのカム軸回転角）と弁のピークリフト量とは連続的に可変にすることができるものの、弁のリフト量がピークになるタイミング（カム軸の回転位相）はほとんど変化しない。
【０００５】
したがって、弁のピークリフト量を小さくなるように制御すると開弁タイミングが遅くなってしまうようになり、これを吸気弁に適用した場合、排気弁が閉じてから吸気弁が開き始めるまで間があいてしまう。
【０００６】
このため、タイミングを調整する装置、たとえばカム軸とこれを駆動するスプロケットとの間の回転位相を変化させるデバイスを別に設けて、ピークリフト量が小さくなるとともに開弁のタイミングを早める必要があり、ピークリフト量とタイミングの両者を並行して制御しなければならず、制御装置を含めた装置が複雑であるとともに重量が重く、製造コストが高くなるという問題がある。
【特許文献１】特開平１１−１０７７２５号公報
【特許文献２】特許公表２００４−５２１２３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、弁のピークリフト量および開弁範囲の変化に伴ってピークリフト位置のタイミングをより大きく変化できるようにすることにより、タイミングを制御する別装置等を新たに付加しなくて済むようにした可変動弁装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の内燃機関の可変動弁装置は、カム軸の回転によって駆動リンクを介して揺動カムを揺動させ、これによって該揺動カムの第２カム面がロッカーアームの第１ローラーを押圧して弁を開作動させる一方、制御手段を備え、これによって駆動リンクの移動姿勢を制御することで弁の最大リフト量を小さくすると、駆動リンクに軸支持した第２ローラーとカム軸の第１カム面との当接位置が、カム軸の回転方向と反対の方向へ移動することを最も主要な特徴とする。
【０００９】
すなわち、本発明は、第1カム面を有するカム軸と、第１ローラーを軸支持し、該第１ローラーが押圧されて揺動することで弁を開作動するロッカーアームと、第２ローラーを軸支持し、該第２ローラーが第１カム面に押圧されることで移動しながら連結ピンを駆動する駆動リンクと、第２カム面を有して、連結ピンを介して駆動リンクによって押圧されて固定部（シリンダーヘッド）に設けた支持軸を中心として揺動することで第２カム面が第1ローラーを押圧する揺動カムと、制御軸の回転によって変位可能な第３カム面とを備え、駆動リンクは、第３カム面の変位によって移動姿勢を制御されるとともに、該第３カム面を、弁の最大リフト量が小さくなる方向へ変位させると、第２ローラーと第１カム面との当接位置が、カム軸の回転方向と反対の方向へ移動することを特徴とするようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の内燃機関の可変動弁装置は、第３カム面を変位させることで、タイミングを制御する別装置を必要とすることなく、弁のピークリフト量および開弁範囲の変化に伴ってピークリフト位置のタイミングがより大きく変化させることができ、軽量かつ簡単な構造として製造コストを低減できる。
なお、この装置を吸気弁に適用した場合、第３カム面を変位させることで、弁のピークリフト量と開弁範囲を連続的に変化させながら、ピークリフト量の減少とともに開弁およびピークリフトのタイミングを早めることができるので、排気弁が閉じてから吸気弁が開き始めるまで間があいてしまうといった不具合をタイミング制御用の別装置を用いることなく解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置を、各実施例に基づき図とともに説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１、図２は、本発明の内燃機関の可変動弁装置であり、吸入弁に適用した例である。図１は、図２のＣ−Ｃにおける断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａにおける主要部の断面図である。なお、両図の一部は外観を表している。
【００１３】
カム軸１０は第１カム面１０ａを有し、シリンダヘッド（固定部）１２およびこれの固定面１２ａに取り付けたブラケット１４に挟まれるようにして回転自在に支持され、図示しない内燃機関のクランク軸により回転駆動される。
第１カム面１０ａは一般的な内燃機関に用いられるカム面と同様に頂点１０ｂを有する形状になっている。
【００１４】
同じくシリンダヘッド１２の固定面１２ａとブラケット１４に回転自在に支持される制御軸１６(制御手段)は、第３カム面１８が一体になっており、図示しないアクチュエータに駆動されて回転することができる。
第３カム面は図１に示すように円筒内面の一部をなす円弧面で形成している。
【００１５】
シリンダヘッド１２に設置された弁２０（吸入弁）とラッシュアジャスタ２２との間にはロッカーアーム２４が設けられている。
なお、弁２０とラッシュアジャスタ２２は、その一部のみを描いてある。
【００１６】
ロッカーアーム２４には第1ローラー２６が回転自在に軸支持されている。詳細の図示は省略したが、ロッカーアーム２４と一体のピン２４ａと第1ローラー２６との間にはベアリングが設けてある。
【００１７】
ラッシュアジャスタ２２はシリンダヘッド１２に固定されて、その頂部に形成した球部２２ａがロッカーアーム２４の揺動支点となり、ロッカーアーム２４が球部２２ａを中心に反時計回り方向に揺動することで、その揺動角に比例するように弁２０は図１の状態から図１中左斜め下方へ移動して開弁する。
弁２０は図示しないスプリングの張力により常に同図中右斜め上方へ押圧されており、ロッカーアーム２４が押圧しない場合は、図１に示すように斜め上方にあって閉じている。
【００１８】
カム軸１０とロッカーアーム２４の間には、駆動リンク２８と揺動カム３０が設けられている。駆動リンク２８と揺動カム３０は、連結ピン３２によって互いに揺動可能に連結されている。
駆動リンク２８は、図２に示すように２枚のプレート２８ａ、２８ｂで構成され、両者の間に挟むように第２ローラー３４と第３ローラー３６をそれぞれ回転自在に軸支持している。
【００１９】
第２ローラー３４は第１カム面と、第３ローラーは第３カム面と、それぞれ当接している。
詳細の図示は省略したが、第２ローラー３４および第３ローラー３６の内側には、第1ローラー２６と同様にベアリングが設けてある。
揺動カム３０は、第1ローラー２６と当接する第２カム面３０ａが形成されるとともに、シリンダヘッド１２に固定された支持軸３８を中心に揺動可能である。
【００２０】
第２カム面３０ａは、図７の拡大図に示すように、ベース曲線部３０ｂと開弁曲線部３０ｃおよび両者を結ぶランプ部３０ｄとで形成されており、ベース曲線部３０ｂは支持軸３８の中心Ｄから半径Ｒ１の円弧面に形成されている。
後述するように、ベース曲線部３０ｂに第1ローラー２６が当接した状態では、弁２０は閉じているように設定してある。
【００２１】
駆動リンク２８にはフック部２８ｃが形成され、フック部２８ｃとシリンダヘッド１２に設けた孔１２ｂとの間にスプリング４０が設けてあり、その張力によって駆動リンク２８を常に図１中上方向へ押圧している。
したがって駆動リンク２８は上述のように、常に第２ローラー３４が第１カム面１０ａと、また第３ローラー３６が第３カム面１８と、それぞれ当接する位置および姿勢にある。この結果、駆動リンク２８と連結された揺動カム３０の位置（揺動角）は駆動リンク２８の位置によって定まることになる。
【００２２】
次に図１、図２に示した実施形態の作動について、図３乃至図５を併用しながら説明する。
なお、本発明でいう可変動弁の機能を、後述するようにピークリフト量が変化する「可変リフト」機能と、開弁・閉弁のタイミングが変化する「可変タイミング」機能とに、分けて説明する場合がある。
【００２３】
また、カム軸１０および制御軸１６の回転方向の位置（位相）を示すための基準を、シリンダヘッド１２の固定面１２ａとする。
図１は、制御軸１６が固定面１２ａから角度α１の位置にある、最も時計回り方向に揺動した位置の状態である。
また、図１における第１カム面１０ａは、カム軸１０が同図中時計回り方向に回転すると、駆動リンク２８を移動させ始める位置にある状態を描いてある。
【００２４】
この状態において、第1ローラー２６は図１１に示すベース曲線部３０ｂに当接しており、前述のように弁２０が閉じている。
ここからカム軸１０が時計回り方向に回転すると、第１カム面１０ａが第２ローラー３４を徐々に押して、駆動リンク２８は第３ローラー３６を介して第３カム面１８に沿って図１中下方へ移動を始める。
このため、揺動カム３０は支持軸３８を中心に図１中反時計回り方向に揺動して、第２カム面３０ａのランプ部３０ｄが第１ローラー２６を押し下げ始め、やがて開弁曲線部３０ｃが第１ローラー２６を押し下げていく。
【００２５】
これによってロッカーアーム２４は、ラッシュアジャスタ２２の球部２２ａを揺動支点として反時計回り方向に揺動し、弁２０を斜め下方へ押し下げて開弁させる。
これによる弁２０の移動量がいわゆるリフト量である。
図３は、カム軸１０がさらに時計回りに回転して第１カム面１０ａの頂点１０ｂが第１ローラー２６に当接し、駆動リンク２８が最も下方へ移動した状態であり、それとともに揺動カム３０が反時計回り方向へ最も大きく揺動し、弁２０を最大に開弁させた状態、つまりリフト量が最大に達した状態である。
【００２６】
このときのリフト量は、破線で示した閉じた状態の弁２０’の位置からの最大下方移動量でありＬで示してある。
この、第１カム面１０ａの頂点１０ｂが第１ローラー２６に当接して、リフト量が最大値Ｌになった状態をピークリフトと呼ぶ。
【００２７】
カム軸１０が図３からさらに時計回り方向に回転すると、揺動カム３０は上記と逆に時計回り方向に揺動して図１の状態に近づくように戻り、弁２０はリフト量が減って、やがて図１のように弁２０が閉弁することになる。
つまり、カム軸１０が時計回り方向に回転することで、揺動カム３０は図１と図３に示した状態の間を往復揺動して、弁２０も図１と図３に示した状態の間を往復して閉弁と開弁を繰り返す。
【００２８】
なお、図１、図３に示した制御軸１６の位置は、図１に示した角度α１の位置にあり、本発明の可変リフトにおけるピークリフト量が最大リフトとなるように制御可能な状態にある場合を示している。
また、図３のピークリフトに達した状態におけるカム軸１０の回転位相は、固定面１２ａからカム面の頂点１０ｂまでの角度β１に示す位置である。
【００２９】
次に、本発明の可変リフトにおけるピークリフト量が小さくなるように制御する場合について説明する。
図１および図３の状態から制御軸１６を反時計回り方向に回転させると、駆動リンク２８の位置は徐々に図４、図５に示す状態に近づき、やがて、第３カム面１８が図４、図５の位置（図４のα２）になると、本発明の可変リフトにおける最小ピークリフトに制御可能な状態になる。
【００３０】
すなわち、図４は図１に対応し、カム軸１０が同図中時計回り方向に回転すると、駆動リンク２８を移動させ始める位置にある状態を示しており、第３カム面１８が最も反時計回り方向に移動した固定面１２ａから角度α２（α２＜α１）の回転位相にある状態である。
この状態において、第1ローラー２６はベース曲線部３０ｂに当接しており、図１と同様に弁２０が閉じている。
【００３１】
ここからカム軸１０が時計回り方向に回転して、第１カム面１０ａが第２ローラー３４を徐々に押すと、駆動リンク２８は第３ローラー３６を介して第３カム面１８に沿って移動する。
これにより揺動カム３０は支持軸３８を中心に反時計回り方向に揺動する。
しかし、図５に示すように第１カム面１０ａの頂点１０ｂが第２ローラー３４に接するピークリフトの状態に至っても、第２カム面３０ａと第1ローラー２６との当接はベース曲線部３０ｂ上にとどまっており、弁２０は開弁していない。
【００３２】
すなわち、図４、図５に示した第３カム面１８の位置は、カム軸１０が回転しても駆動リンク２８が揺動し、揺動カム３０が揺動するだけで弁２０は開弁しないことになる。
したがって、図４、図５に示した支持軸３８の位置における可変リフトは、ピークリフトが０（ゼロ）の最小になる。
【００３３】
むろん、第３カム面１８の位置を図1および図３（いずれも角度α１の状態）と図４および図５（いずれも角度α２の状態）の中間にくるように制御軸１６の回転方向位相を制御すると、弁２０のピークリフト量は図３と図５の中間のリフト量になり、制御軸１６の回転位相を変えることによって無段階にピークリフト量が変化する。
【００３４】
図４、図５に示すように、第３カム面１８が固定面１２ａから角度α２の回転位相にあっては、第１カム面１０ａの頂点１０ｂの回転位相が固定面１２ａから角度β２の位置が最大ピークリフト量となる位置である。
前述のように、ここでの弁２０のリフトは０であるが、ここで図３と図５を比較すると、頂点１０ｂの回転位相が角度β１から角度β２に変化している。
【００３５】
このβ１からβ２への角度の変化量も、ピークリフト量と同様に、制御軸１６の回転位相によって無段階に変化する。
すなわち、ピークリフト量が小さくなるほど頂点１０ｂの回転位相が、カム軸１０の回転方向と逆の方向へ移動していることになる。
【００３６】
これを開弁するタイミングでいうと、ピークリフト量が小さくなるほどタイミングが早くなっていることを示している。
これを図示したのが図８である。
図８は開弁特性を表す図であり、図１、図３に示したピークリフト量が最大の場合と、制御軸１６の回転位相が図４のα２よりやや小さい状態、すなわちピークリフト量が非常に小さい場合とを示している。
【００３７】
図８の横軸は、内燃機関のクランク軸の回転角を示しているが、これはカム軸１０の回転位相（回転角）にも相当し同図中左から右へ回転している状態を表している。縦軸は弁２０のリフト量を表している。
図８では、吸入弁２０（ＩＮＴ）の最大ピークリフトを実線Ｈで、小さくしたピークリフトを破線Ｌで描き、排気弁（ＥＸＨ）のリフトを２点鎖線にて併せて描いてある。
【００３８】
ここでは、排気弁のリフト量は可変ではなく、吸入弁２０のみが可変リフトであって、先述のようにピークリフト量が小さくなるほど、カム軸１０の回転位相に対するピークリフトの時期がδだけ左側へ寄っており、その分だけタイミングが早くなっていることが分かる。
【００３９】
図８のように、吸入弁２０のピークリフトが最大の場合には排気弁と吸入弁２０のリフトがオーバーラップしており、両者が同時に開弁している区間λ（クランク軸の回転角）があり、ピークリフトが小さいとオーバーラップの区間が減っていることが分かる
【００４０】
このように、本実施例１の可変動弁装置は、タイミングを早めるための別の装置を用いることなく、ピークリフト量の大小に応じて開弁のタイミングを変化させる、可変タイミングの機能を有する。
したがって、可変動弁装置のみで内燃機関が要求する開弁特性が得られるので、他にタイミング可変装置を設ける必要がない。この結果、軽量かつ簡単な構造とし、製作コストを低減することができる。
【００４１】
なお、このタイミング変化の特性は、図１におけるカム軸１０、第1ローラー２６、第２ローラー３４、第３ローラー３６、第３カム面１８、支持軸３８の、幾何学的配置（レイアウト）で決まる。
【００４２】
ここで、本発明の主要構成部品である駆動リンク２８と揺動カム３０の製法について説明する。
駆動リンク２８は上述のように２枚のプレート２８ａ、２８ｂの間に揺動カム３０、連結ピン３２、第２ローラー３４、第３ローラー３６を挟み込んだ構成であり、一般的なプレス加工とカシメ工程で作ることができる。
また、揺動カム３０は、例えばファインブランキングのようなプレス工程で鉄板を打ち抜いて成形することができる。
このように、一般的な工法の組み合わせで容易に作ることができるので、従来例より製造コストが安く済むというメリットもある。
【実施例２】
【００４３】
図６は、本発明の第２の実施例に係る内燃機関の可変動弁装置表す。
ここでは、実施例１と異なる部分を中心に説明し、実施例１と実質的に同じ部分については同一の符号を付し、それらの説明を省略する。
【００４４】
図６は図１に対応しており、実施例１とは制御軸１６と第３カム面１８との関係が異なる。
すなわち、第３カム面１８は、シリンダヘッド１２に固定された第２支持軸４２に回転（揺動）自在に支持された制御カム４４に形成されており、制御カム４４の背面４４ａを制御軸１６と一体の第4カム面１６ａが押圧可能に構成してある。
したがって、第３カム面１８の位置が制御軸１６の回転によって変化することは実施例１と同様である。
【００４５】
図６に示した実施例２の作動については、先述の第３カム面１８の動かし方が図１などと異なるだけで、主要な作動は図１乃至図５に示した実施例１と同じであるので、詳細の説明は省略する。
したがって、実施例２においても実施例１と同様に、タイミングを早めるための別の装置を用いることなく、ピークリフト量の大小に応じて開弁のタイミングを変化させる、可変タイミングの機能を得ることができる。
【００４６】
実施例２は、制御カム１６ａの形状次第で、制御軸１６の回転角と第３カム面１８の移動量（揺動角）の関係を自由に設定することができる。
このため、制御軸１６の駆動トルクを小さくすることが可能になり、図示しないアクチュエータの出力（トルク）を小さくすることができる。
【００４７】
以上説明したように、上記各実施例の内燃機関の可変動弁装置は、弁２０のリフト量が無段階に変化する可変リフトの機能とともに開弁時期およびピークリフトの時期を変化させる可変タイミングの機能を有するのが最大の特徴である。
このため、可変動弁装置のみで内燃機関が要求する開弁特性が得られるので、他にタイミング可変装置を設ける従来例に較べて製造コストを安くすることができる。
【００４８】
上記の各実施例は、１個の弁２０の可変動弁装置について説明したが、内燃機関の１シリンダーに２個の吸入弁を有する場合などにおいて、１個の第３カム面１８はむろんのこと、駆動リンク２８および揺動カム３０も１セットで複数の弁に共用することも可能である。
【００４９】
また、逆に１シリンダーに２個の吸入弁を有する場合に、異なる形状の第３カム面１８の形状を個別に設定することにより、２個の吸入弁の開弁特性が若干異なるようにすることも可能である。
これにより、ピークリフトが小さい場合、すなわち内燃機関が低負荷で運転する場合に一方の吸入弁は閉じたままで、他方の吸入弁のみ小さいリフトにすることで、特に運転条件が幅広く変化する自動車等用の内燃機関において、燃費や排ガス特性を向上することが期待できる。
【００５０】
本発明の可変動弁装置は、当業者の一般的な知識に基づいて、第１カム面１０や第３カム面１８を好ましいプロフィールに設定することや、内燃機関の運転状況に応じた好ましい制御特性になるような改良を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
リフト量が無段階に変化する可変リフトの機能を果たしながら、開弁時期およびピークリフトのタイミングの可変機能が得られるので、運転条件が幅広く変化する自動車等用の内燃機関に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の可変動弁装置を吸入弁に適用した要部を示す図であり、図２のＣ−Ｃにおける断面図である。（実施例１）
【図２】図１のＡ−Ａ面における展開断面図である。
【図３】図１の作動状態を表す図である。
【図４】図１の他の作動状態を表す図である。
【図５】図４の作動状態を表す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る要部を示す図であり、図７のＣ−Ｃにおける断面図である。（実施例２）
【図７】図１における揺動カムの詳細図である。
【図８】本発明の可変動弁装置の開弁特性を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０    カム軸  
１２    リンダヘッド
１４    ブラケット
１６    制御軸
１８    第３カム面
２０    弁
２２    ラッシュアジャスタ
２４    ロッカーアーム
２６    第1ローラー
２８    駆動リンク
３０    揺動カム
３２    連結ピン
３４    第２ローラー
３６    第３ローラー
３８    支持軸
４０    スプリング
４２    第２支持軸
４４    制御アーム
【図１】
2007146733.tif 000003
【図２】
2007146733.tif 000004
【図３】
2007146733.tif 000005
【図４】
2007146733.tif 000006
【図５】
2007146733.tif 000007
【図６】
2007146733.tif 000008
【図７】
2007146733.tif 000009
【図８】
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