(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の回転に同期して回転し、外周に偏心カムを有するカムシャフトと、
上記カムシャフトに回動可能に嵌合され、バルブリフターの頂部に摺接する揺動カムと、
上記偏心カムと上記揺動カムとに連繋され、且つ上記カムシャフトに回動可能に支持され、上記偏心カムの回動に伴って作動して上記揺動カムを揺動させ、吸・排気弁を開閉するリンク機構と、
上記リンク機構に連繋され、上記リンク機構全体をカムシャフトの回りに回動させることにより、上記リンク機構に連繋された上記揺動カムをカムシャフトの回りに回動させ、上記偏心カムの回動角度に対する上記揺動カムの揺動角度の割合の特性を変化させることなく上記揺動カムの揺動開始位置を変化させるリンク機構駆動制御手段と、を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、
上記リンク機構が、上記カムシャフトに回動可能に支持された支持部材と、
上記支持部材の先端部に揺動可能に連繋されたロッカアームと、
上記ロッカアームの一端部に先端部が回動可能に連繋されると共に、上記偏心カムの外周に基部が回動可能に嵌合されたリンクアームと、
上記ロッカアームの他端部に一端部が回動可能に連繋されると共に、上記揺動カムの先端部に他端部が回動可能に連繋されたリンク部材と、を備え、
上記リンク機構駆動制御手段が、上記カムシャフトに平行に配置された制御シャフトと、
上記制御シャフトを回動させるアクチュエータと、
上記アクチュエータを機関運転状態に応じて作動させるコントローラと、を備え、
上記制御シャフトと上記支持部材とを連繋し、上記制御シャフトの回動に伴って上記支持部材をカムシャフト回り回動させ、上記リンク機構全体をカムシャフトの回りに回動させることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
機関の回転に同期して回転し、外周に偏心カムを有するカムシャフトと、
上記カムシャフトに回動可能に嵌合され、バルブリフターの頂部に摺接する揺動カムと、
上記偏心カムと上記揺動カムとに連繋され、且つ上記カムシャフトに回動可能に支持され、上記偏心カムの回動に伴って作動して上記揺動カムを揺動させ、吸・排気弁を開閉するリンク機構と、
上記リンク機構に連繋され、上記リンク機構全体をカムシャフトの回りに回動させることにより、上記リンク機構に連繋された上記揺動カムをカムシャフトの回りに回動させ、上記揺動カムの揺動開始位置を変化させるリンク機構駆動制御手段と、を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、
上記リンク機構が、上記カムシャフトに回動可能に支持された支持部材と、上記支持部材の先端部に揺動可能に連繋されたロッカアームと、上記ロッカアームの一端部に先端部が回動可能に連繋されると共に、上記偏心カムの外周に基部が回動可能に嵌合されたリンクアームと、上記ロッカアームの他端部に一端部が回動可能に連繋されると共に、上記揺動カムの先端部に他端部が回動可能に連繋されたリンク部材と、を備え、
上記リンク機構駆動制御手段が、上記カムシャフトに平行に配置された制御シャフトと、上記制御シャフトを回動させるアクチュエータと、上記アクチュエータを機関運転状態に応じて作動させるコントローラと、を備え、
上記制御シャフトと上記支持部材とが、上記制御シャフトと一体回動する制御ギヤ及びこの制御ギヤと噛み合うように上記支持部材に形成された従動ギヤにより連繋されたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
上記制御シャフト又は上記支持部材のいずれか一方に、上記制御ギヤと従動ギヤの制御シャフト軸方向へのずれを防止するずれ防止手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項４】
上記ずれ防止手段が、上記制御ギヤの両側にそれぞれ配置された鍔であることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
上記支持部材が、バルブリフト増加方向で、且つ、上記カムシャフトと同一回転方向に上記リンク機構駆動制御手段によって回動させられることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、吸・排気弁の開閉時期及びバルブリフト量を機関の運転状態に応じて変えることができる内燃機関の可変動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の可変動弁装置は、機関の低速低負荷時における燃費の改善や安定した運転性並びに高速高負荷時における吸気の充填効率の向上による充分な出力を確保する等のため、吸気・排気バルブの開閉時期とバルブリフト量を機関の運転状態に応じて可変制御するようになっており、従来から様々な構成のものが案出されている。
【０００３】
図６は、このような従来の可変動弁装置の一例を示すものである。この図６に示すように、シリンダヘッド３０の上部にカムシャフト３１が回動可能に支持されており、カムシャフト３１の外周にカム３２が一体形成されている。又、カムシャフト３１の斜め上部に並行に制御シャフト３３が配置されており、この制御シャフト３３の外周に偏心カム３４が一体形成されている。そして、偏心カム３４の外周にロッカアーム３５が揺動可能に嵌合されている。一方、シリンダヘッド３０に摺動可能に支持された吸気弁３６の上端部には、バルブリフター３７を介して揺動カム３８が配置されている。この揺動カム３８は、バルブリフター３７の上方に前記カムシャフト３１と並行に配置された支軸３９に揺動可能に支持され、下端のカム面３８ａがバルブリフター３７の上面に当接している。
【０００４】
そして、前記ロッカアーム３５の一端部３５ａが前記カム３２の外周面に当接しており、前記ロッカアーム３５の他端部３５ｂが前記揺動カム３８の上端面３８ｂに当接している。ここで、揺動カム３８は、その上端面３８ｂがロッカアーム３５の他端部３５ｂへバネ４０によって押圧されるようになっている。従って、カム３２が図中時計回り方向に回動すると、ロッカアーム３５が偏心カム３４を中心として時計回り方向に回動して、揺動カム３８が支軸３９を中心として反時計回り方向に回動し、バルブリフター３７及び吸気弁３６が揺動カム３８によって図中下方へ移動させられる。
【０００５】
又、前記制御シャフト３３は、図外のアクチュエータによって所定角度範囲回動させられ、偏心カム３４の回動位置が制御される。このようにして、この偏心カム３４の回動位置が変化すると、偏心カム３４が制御シャフト３３に対して所定量偏心しているため、ロッカアーム３５の揺動支点が変化し、ロッカアーム３５と揺動カム３８との当接位置が図中上下方向に変化する。その結果、揺動カム３８のカム面３８ａとバルブリフターと３７の接触点位置が変化し、吸気弁３６の開閉時期（バルブタイミング）とバルブリフト量が変化する（特開昭５５−１３７３０５号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来技術は、ロッカアーム３５の揺動支点を変化させることにより、バルブタイミングとバルブリフト量を変化させるようになっており、ロッカアーム３５の揺動中心と揺動カム３８の揺動中心との距離の変化が大きいため、標準バルブリフト特性時のバルブ作動角（カムシャフト３１の回動角度，揺動カム３８の回動角度）を決定すると、高バルブリフト特性時には標準バルブリフト特性時よりもカムシャフト３１の回動角度に対する揺動カム３８の回動角度の変化割合が大きくなり、標準バルブリフト特性時よりも高バルブリフト特性時の方がバルブリフター３７の加速度が大きくなる。その結果、高バルブリフト特性となるような高回転時のバルブ運動状態が悪化するという不具合を生じることがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、高回転時においてもバルブ運動状態を悪化させることがない内燃機関の可変動弁装置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】
請求項１の発明は、機関の回転に同期して回転し、外周に偏心カムを有するカムシャフトと、上記カムシャフトに回動可能に嵌合され、バルブリフターの頂部に摺接する揺動カムと、上記偏心カムと上記揺動カムとに連繋され、且つ上記カムシャフトに回動可能に支持され、上記偏心カムの回動に伴って作動して上記揺動カムを揺動させ、吸・排気弁を開閉するリンク機構と、このリンク機構に連繋され、リンク機構全体をカムシャフトの回りに回動させることにより、リンク機構に連繋された上記揺動カムをカムシャフトの回りに回動させ、上記偏心カムの回動角度に対する上記揺動カムの揺動角度の割合の特性を変化させることなく上記揺動カムの揺動開始位置を変化させるリンク機構駆動制御手段と、を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、上記リンク機構が、上記カムシャフトに回動可能に支持された支持部材と、上記支持部材の先端部に揺動可能に連繋されたロッカアームと、上記ロッカアームの一端部に先端部が回動可能に連繋されると共に、上記偏心カムの外周に基部が回動可能に嵌合されたリンクアームと、上記ロッカアームの他端部に一端部が回動可能に連繋されると共に、上記揺動カムの先端部に他端部が回動可能に連繋されたリンク部材と、を備え、上記リンク機構駆動制御手段が、上記カムシャフトに平行に配置された制御シャフトと、上記制御シャフトを回動させるアクチュエータと、上記アクチュエータを機関運転状態に応じて作動させるコントローラと、を備え、上記制御シャフトと上記支持部材とを連繋し、上記制御シャフトの回動に伴って上記支持部材をカムシャフト回り回動させ、上記リンク機構全体をカムシャフトの回りに回動させることを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明は、機関の回転に同期して回転し、外周に偏心カムを有するカムシャフトと、このカムシャフトに回動可能に嵌合され、バルブリフターの頂部に摺接する揺動カムと、上記偏心カムと上記揺動カムとに連繋され、且つ上記カムシャフトに回動可能に支持され、上記偏心カムの回動に伴って作動して上記揺動カムを揺動させ、吸・排気弁を開閉するリンク機構と、このリンク機構に連繋され、リンク機構全体をカムシャフトの回りに回動させることにより、リンク機構に連繋された上記揺動カムをカムシャフトの回りに回動させ、上記揺動カムの揺動開始位置を変化させるリンク機構駆動制御手段と、を備えている。そして、上記リンク機構が、上記カムシャフトに回動可能に支持された支持部材と、上記支持部材の先端部に揺動可能に連繋されたロッカアームと、上記ロッカアームの一端部に先端部が回動可能に連繋されると共に、上記偏心カムの外周に基部が回動可能に嵌合されたリンクアームと、上記ロッカアームの他端部に一端部が回動可能に連繋されると共に、上記揺動カムの先端部に他端部が回動可能に連繋されたリンク部材と、を備えている。又、上記リンク機構駆動制御手段が、上記カムシャフトに平行に配置された制御シャフトと、上記制御シャフトを回動させるアクチュエータと、上記アクチュエータを機関運転状態に応じて作動させるコントローラと、を備えている。更に、上記制御シャフトと上記支持部材とが、上記制御シャフトと一体回動する制御ギヤ及びこの制御ギヤと噛み合うように上記支持部材に形成された従動ギヤにより連繋されている。
【００１２】
請求項３の発明は、上記制御シャフト又は上記支持部材のいずれか一方に、上記制御ギヤと従動ギヤの制御シャフト軸方向へのずれを防止するずれ防止手段を備えたことを特徴としている。
【００１３】
請求項４の発明は、上記ずれ防止手段が、上記制御ギヤの両側にそれぞれ配置された鍔であることを特徴としている。
【００１４】
請求項５の発明は、上記支持部材が、バルブリフトを増加させる方向で、且つ、上記カムシャフトの回転方向と同一の方向に上記リンク機構手段によって回動させられることを特徴としている。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１から請求項２の発明によれば、カムシャフトの回動角度に対する揺動カムの揺動角度の割合を変化させることなく揺動カムを回動し、揺動カムの作動開始位置（即ち、初期位置）を変化させることができるため、バルブリフト特性を標準バルブリフト特性から高バルブリフト特性に変更しても、高バルブリフト特性時におけるバルブリフターの加速度を標準バルブリフト特性時のバルブリフターの加速度と同様にすることができ、高バルブリフト特性となる高速回転時のバルブ運動状態を良好にすることができる。
【００１７】
請求項３から請求項４の発明によれば、制御ギヤと従動ギヤの噛み合い状態が確実に保持され、可変動弁装置の作動が確実になり、当該可変動弁装置に対する信頼性が向上する。
【００１８】
請求項５の発明によれば、バルブリフトの増加に伴って揺動カムの作動開始位置がずれるため、バルブリフト特性を変化させた場合、バルブリフト特性の変化前後において開弁時期がほぼ一定となる一方、閉弁時期が変化する。従って、このような特性を発揮する本発明が過給機付き内燃機関に使用されると、吸排気弁のバルブオーバラップ期間の過大化が防止され、筒内残留ガスの増大及びノック発生による出力低下を防止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳述する。
【００２１】
［第１の実施の形態］
図１は本実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置１の要部正面図、図２は同可変動弁装置１の平面図、図３は同可変動弁装置１の側面図である。これら図１〜図３に示すように、シリンダヘッド２の上部に回動可能に支持されたカムシャフト３は、図示しない内燃機関のクランクシャフトに連繋され、内燃機関の回転に同期して回転するようになっている。そして、カムシャフト３の外周には偏心カム４が圧入され、カムシャフト３と偏心カム４とが一体回動するようになっている。偏心カム４の外周には、リンクアーム５の基部５ａが回動可能に嵌合されている。そして、図３に示すように、リンクアーム５の左側のカムシャフト３外周には支持部材６が回動可能に嵌合され、リンクアーム５の右側のカムシャフト３外周には揺動カム７が揺動可能に嵌合されている。揺動カム７は、図３に示すように、バルブリフター８の上部に位置しており、そのカム面７ａがバルブリフター８の頂部８ａに摺接し、バルブリフター８を介して吸気弁１０を開閉するようになっている。尚、揺動カム７とリンクアーム５との間には、後述するリンク部材１１の干渉を避けるための間隙が設けられている（図２及び図３参照）。
【００２２】
上記支持部材６の先端部６ａには、ロッカアーム１２の略中央部１２ａがピン１３を介して揺動可能に取り付けられている。そして、ロッカアーム１２の一端部１２ｂには、上記リンクアーム５の先端部５ｂがピン１４を介して回動可能に連繋され、ロッカアーム１２の他端部１２ｃには、リンク部材１１を介して上記揺動カム７の先端部７ｂが連繋されている。尚、リンク部材１１の一端部１１ａはピン１５を介してロッカアーム１２の他端部１２ｃに回動可能に連繋され、リンク部材１１の他端部１１ｂはピン１６を介して揺動カム７の先端部７ｂに回動可能に連繋されている。ここで、上記支持部材６，ロッカアーム１２，リンクアーム５，リンク部材１１及びこれらを連結する各ピン１３〜１６は、揺動カム７をカムシャフト３（偏心カム４）の回動に伴って揺動させるリンク機構１７を構成する。
【００２３】
シリンダヘッド２の上部には、カムブラケット１８がボルト２０で固定されており、このカムブラケット１８に制御シャフト２１が回動可能に支持されている。この制御シャフト２１は、カムシャフト３の上方に平行に配置され、その外周に一体となって回動する制御ギヤ２２を有している。そして、この制御ギヤ２２と噛み合う従動ギヤ２３が支持部材６に形成されている。従動ギヤ２３は、支持部材６の円弧状の上縁部６ｂに形成されており、支持部材６が充分な角度分だけ回動できる長さに形成されている。
【００２４】
そして、この従動ギヤ２３と制御ギヤ２２の軸方向のずれを防止するため、制御シャフト２１の制御ギヤ２２の両側にはそれぞれ円板状の鍔２４が取り付けられている。ここで、上記制御ギヤ２２と従動ギヤ２３は、制御シャフト２１の回転を支持部材６に伝達する動力伝達手段２５を構成する。
【００２５】
上記制御シャフト２１は、電磁アクチュエータ２６に連繋されており、この電磁アクチュエータ２６によって所定回動角度範囲内で回動させられるようになっている。そして、この制御シャフト２１と一体に回動する制御ギヤ２２には、上記支持部材６の従動ギヤ２３が噛み合っているので、支持部材６が制御シャフト２１の回動量に応じて回動することになる。その結果、上記リンク機構１７全体がカムシャフト３の回りを回動し、そのリンク機構１７によって揺動カム７が回動させられるため、揺動カム７の作動開始位置（初期位置）が変化する。ここで、電磁アクチュエータ２６は、内燃機関の運転状態を検知するコントローラ２７によって作動制御される。コントローラ２７は、クランク角センサ，エアフローメータ，水温センサ等の各種センサからの検知信号に基づいて機関の運転状態を算出し、その結果に基づいて前記電磁アクチュエータ２６に制御信号を出力している。ここで、上記制御シャフト２１，電磁アクチュエータ２６，コントローラ２７及び動力伝達手段２５は、リンク機構駆動制御手段２８を構成する。
【００２６】
このように構成された可変動弁装置１は、カムシャフト３がクランクシャフトの回転に同期して回転すると、リンクアーム５が偏心カム４によってカムシャフト３の中心に対して偏心動し、そのリンクアーム５によってロッカアーム１２がピン１３の回りに揺動させられる。ロッカアーム１２がピン１３の回りに揺動させられると、この揺動するロッカアーム１２にリンク部材１１を介して連繋された揺動カム７がカムシャフト３の回りに揺動させられる。この際、揺動カム７は、図１及び図３に示されるように、その外周に形成されたカム面７ａがバルブリフター８の頂部８ａに摺接し、図外のバルブスプリングによって図中上方に付勢されたバルブリフター８を上下動させ、吸気弁１０を開閉する。
【００２７】
ここで、制御シャフト２１が図外の電磁アクチュエータにより所定角度回動させられると、制御シャフト２１と一体に回動する制御ギヤ２２により支持部材６がカムシャフト３の回りに回動させられる。即ち、リンク機構１７全体がリンク機構駆動制御手段２８によりカムシャフト３の回りに回動させられることになる。その結果、リンク機構１７に連繋されたリンク部材１１により揺動カム７が揺動させられ、揺動カム７作動開始位置（初期位置）が変化することになり、バルブタイミングやバルブリフトが変化する。
【００２８】
この際、ロッカアーム１２の揺動中心位置と揺動カム７の揺動中心位置との間の距離は、リンク機構１７の回動前と回動後において変化することがない。従って、カムシャフト３の回動角度に対する揺動カム７の揺動角度の割合は、バルブリフト特性の変更前と変更後において相違することがない。その結果、本実施の形態によれば、バルブリフト特性の変更前と変更後においてバルブリフター８の加速度に変化がなく、高バルブリフト特性時においても標準バルブリフト特性時と同様に良好なバルブ運動状態を得ることができる。図４に示すように、本実施の形態によれば、標準バルブリフト特性時と高バルブリフト特性時とでカムシャフト角度−揺動カム角度線図に差を生じないい。しかし、従来例は、標準バルブリフト特性時と高バルブリフト特性時とでカムシャフト角度−揺動カム角度線図に差を生じる。
【００２９】
又、本実施の形態は、上記のように、バルブリフト特性を変更する際に揺動カム７の作動開始位置（初期位置）が変化するため、開弁時期又は閉弁時期のいずれか一方をあまり変化させず、開弁時期又は閉弁時期のいずれか他方を大きく変化させることが可能である。この場合、支持部材６の回転方向がバルブリフトを増加させる方向であり、この支持部材６の回転方向とカムシャフト３の回転方向が一致するように可変動弁装置１が構成されておれば（本実施の形態の構成と同様に構成されておれば）、開弁時期をほぼ一定とし、閉弁時期を可変とすることができる（図５参照）。例えば、ターボ過給機を備えた内燃機関等の排気圧力が高い内燃機関の場合、吸気弁と排気弁のオーバラップ期間が過大であると、筒内ガスが増大し、ノック発生により出力低下を招く。そのため、吸気弁１０に可変動弁装置１を設置する場合は、上記のように、支持部材６の回転方向がバルブリフトを増加させる方向であり、この支持部材６の回転方向とカムシャフト３の回転方向が一致するような構成にすれば、良好な機関性能を得ることができる。
【００３１】
又、本実施の形態は、可変動弁装置１を吸気弁１０，１０側に設置する態様を示したが、排気弁側に設置するようにしてもよく、また吸・排気弁の両側に設置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す内燃機関の可変動弁装置の要部正面図。
【図２】同可変動弁装置の平面図。
【図３】同可変動弁装置の側面図。
【図４】同可変動弁装置のカムシャフト角度−揺動カム角度線図。
【図５】同可変動弁装置のカムシャフト角度−バルブリフト線図。
【図６】従来の可変動弁装置の要部構成図。
【符号の説明】
１…可変動弁装置
３…カムシャフト
４…偏心カム
５…リンクアーム
５ａ…基部
５ｂ…先端部
６…支持部材
６ａ…先端部
７…揺動カム
７ｂ…先端部
８…バルブリフター
８ａ…頂部
１０…吸気弁
１１…リンク部材
１１ａ…一端部
１１ｂ…他端部
１２…ロッカアーム
１２ｂ…一端部
１２ｃ…他端部
１７…リンク機構
２１…制御シャフト
２２…制御ギヤ
２３…従動ギヤ
２４…鍔（ずれ防止手段）
２５…動力伝達手段
２６…電磁アクチュエータ（アクチュエータ）
２７…コントローラ
２８…リンク機構駆動制御手段
【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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