(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロッカアームは、一端部に揺動中心部があり、長さ方向中央部にカム対応部があるものであり、
前記長さ方向中央部のカム対応部にシーソアームをその中央部において揺動可能に軸着し、
前記シーソアームの一端部及び他端部にそれぞれ第一摺接部及び第二摺接部を設け、
前記第一摺接部の上方にサブノーズとサブノーズに続くメインノーズとを形成した主カムを備えたカムシャフトを回転可能に軸支すると共に、
前記第二摺接部の上方にサブリフトコントローラを備えたコントロールシャフトを回転可能に軸支して、
前記コントロールシャフトの位相を内燃機関の運転状況に応じ連続的に又は段階的に変えてバルブのサブリフト量及び作用角を変化させる位相変化装置を設けた可変動弁機構。
【請求項２】
前記ロッカアームとシーソアームとは同一面内で揺動する請求項１記載の可変動弁機構。
【請求項３】
前記第一摺接部又は第二摺接部の少なくとも一方が、前記シーソアームに回転可能に軸着されたローラである請求項１又は２記載の可変動弁機構。
【請求項４】
前記サブリフトコントローラが、バルブのリフト量を一部キャンセルするための、ベース円に対して凹んだキャンセル凹部を備えている請求項１、２又は３記載の可変動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の運転状況に応じてバルブのリフト量及び作用角を連続的に又は段階的に変化させる可変動弁機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常の動弁機構は、内燃機関の運転状況が変わってもバルブのリフト量又は作用角が変化しないため、内燃機関の出力、トルク、燃費、排気ガスのクリーン度等の諸特性を両立させることができない。そこで、従来より内燃機関の運転状況に応じてバルブのリフト量又は作用角を連続的に又は段階的に変化させる可変動弁機構が種々考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、通常のローラロッカアームではカムプロフィールが固定となり運転状況に応じてリフト量や作用角を変えることができなかった。また、サブリフト量が変化できないため内部ＥＧＲの制御も不可能であった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、内燃機関の全運転状況にわたってバルブのサブリフト量及び作用角を連続的に又は段階的に変化させ、精密な制御ができるとともに、構造が簡単で高い信頼性を得ることができ、内部ＥＧＲが最適制御可能になることで燃費も向上する可変動弁機構を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の可変動弁機構は、ロッカアームは、一端部に揺動中心部があり、長さ方向中央部にカム対応部があるものであり、前記長さ方向中央部のロッカアームのカム対応部にシーソアームをその中央部において揺動可能に軸着し、シーソアームの一端部及び他端部にそれぞれ第一摺接部及び第二摺接部を設け、第一摺接部の上方にサブノーズとサブノーズに続くメインノーズとを形成した主カムを備えたカムシャフトを回転可能に軸支すると共に、第二摺接部の上方にサブリフトコントローラを備えたコントロールシャフトを回転可能に軸支して、コントロールシャフトの位相を内燃機関の運転状況に応じ連続的に又は段階的に変えてバルブのサブリフト量及び作用角を変化させる位相変化装置を設けたものである。なお、カム対応部とは、カムにシーソアームを介して対応し押圧される部位という意味である。
【０００６】
ロッカアームとシーソアームとは別の面内で揺動してもよいが、スペース効率上、ロッカアームとシーソアームとは同一面内で揺動することが好ましい。
【０００７】
第一摺接部又は第二摺接部は、固定された硬質チップでも回転可能なローラでもよい。但し、摺動抵抗や摩耗を考慮すると、第一摺接部又は第二摺接部の少なくとも一方（好ましくは両方）は、シーソアームに回転可能に軸着されたローラが好ましい。
【０００８】
位相変化装置は、特に限定されないが、ヘリカルスプライン機構と、油圧を用いた駆動部と、マイクロコンピュータ等の制御装置とを備えたものを例示できる。
【０００９】
ここで、ロッカアームは、次の両タイプが考えられるが、本発明は（１）のタイプに具体化した。
（１）ロッカアームの一端部に揺動中心部があり、中央部にカム対応部があり、他端端にバルブ押圧部があるタイプ。（いわゆるスイングアーム）
（２）ロッカアームの中央部に揺動中心部があり、一端部にカム対応部があり、他端端にバルブ押圧部があるタイプ。
【００１０】
ロッカアームとシーソアームとが同一面内で揺動する場合、そのシーソアームがロッカアームからはみ出しにくくスペース効率が良い点で、本発明は上記（１）のタイプに具体化することが好ましい。すなわち、ロッカアームは、その一端部に揺動中心部があり、中央部にカム対応部があり、他端端にバルブ押圧部があるタイプであり、該カム対応部に前記シーソアームを軸着したものが好ましい。
【００１１】
揺動中心部としては、次の二態様を例示できる。
（ａ）揺動中心部はピボットに支持された凹球面部である態様。
（ｂ）揺動中心部はシーソアームが回動可能に軸支された軸穴部である態様。
【００１２】
揺動中心部に各カム摺接部・カム間に隙間ができるのを防止するアジャスタを接続してもよい。アジャスタの構造は特に限定されないが、当接及び離間可能に係合した内側部材とシリンダヘッドに形成された有底孔と、内側部材及び有底孔を離間方向に付勢するロストモーションスプリングとを含む機械的なアジャスタ（メカニカルアジャスタ）を例示できる。より具体的には、互いに開口側を対峙して側周壁が内外に係合したカップ状の内側部材と、シリンダヘッドに形成された有底孔と、内側部材のカップ内底面と有底孔との間に圧縮状態で設置されたロストモーションスプリングとしてのコイルスプリングとを含むものを例示できる。
【００１３】
上記（ａ）の態様では、揺動中心部とピボット支持材との間にタペットクリアランス調整機構が設けられることが好ましい。例えば、上記（ａ）の態様では、ピボットに設けた雄ネジをピボット支持材に設けた雌ネジに螺入量調節可能に螺入するようにしたタペットクリアランス調整機構を例示できる。
【００１４】
なお、本発明の可変動弁機構は、吸気バルブ又は排気バルブの何れか一方に適用することもできるが、両方に適用することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施した可変動弁機構の第一実施形態例について、図１〜図９を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、この可変動弁機構にはスイングアームタイプのロッカアーム１が使用され、ロッカアーム１の一端部は同部に形成された凹球面部２がピボット３に支持されてなる揺動中心部となっている。ロッカアーム１の他端部は二股状に分かれて、それぞれの先端下部にバルブ押圧部４が凹設され、バルブ５の基端部をバルブ押圧部４が押圧するようになっている。
【００１６】
ロッカアーム１の中央部のカム対応部に形成されたシーソアーム配置穴６には略Ｖ字状に形成されたシーソアーム７の中央部が配され、該シーソアーム７はアーム側壁と直交する軸の周りに揺動可能に軸着されている。従って、ロッカアーム１とシーソアーム７とは同一面内で揺動する。
【００１７】
ピボット３の軸下部に設けられた雄ネジは、ピボット支持材８に設けられた雌ネジに螺入量調節可能に螺入されて、タペットクリアランス調整機構が構成されている。
【００１８】
シーソアーム７の一端側はロッカアーム１でいうとバルブ押圧部４側へ延び、その一端部に形成されたフォーク内には第一摺接部としての第一ローラ９が配され、該第一ローラ９はフォーク側壁と直交する軸の周りに回転可能に軸着されている。シーソアーム７の他端側はロッカアーム１でいうと揺動中心部側へ延び、その他端部に形成されたフォーク内には第二摺接部としての第二ローラ１０が配され、該第二ローラ１０はフォーク側壁と直交する軸の周りに回転可能に軸着されている。
【００１９】
第一ローラ９の上方には、第一ローラ９を押圧する主カム２０を備えた１本のカムシャフト２３が回転可能に軸支され、ロッカアーム１の揺動面と直角方向に延びるように配されている。
【００２０】
主カム２０はベース円２０ａと、サブノーズ２１と、サブノーズ２１に続くメインノーズ２２とからなり、サブノーズ２１は突出量が漸増するノーズ漸増部２１ａと、サブとして最大突出量となるノーズ２１ｂとから構成され、メインノーズ２２はノーズ２１ｂから更に突出量が漸増するノーズ漸増部２２ａと、最大突出量となるノーズ２２ｂと、突出量が漸減するノーズ漸減部２２ｃとから構成されている。
【００２１】
第二ローラ１０の上方には、第二ローラ１０を押圧するサブリフトコントローラ３０を備えた１本のコントロールシャフト３１が回転可能に軸支され、ロッカアーム１の揺動面と直角方向に延びるように配されている。
【００２２】
サブリフトコントローラ３０はベース円３０ｃと、該ベース円３０ｃに対して凹んだキャンセル凹部３０ａと、該ベース円３０ｃからキャンセル凹部３０ａに向かって凹み量が漸増するキャンセル開始部３０ｄと、該キャンセル凹部３０ａからからベース円３０ｃに向かって凹み量が漸減するキャンセル終了部３０ｂとからなっている。
【００２３】
コントロールシャフト３１の位相（本実施形態では主カム２０に対するサブリフトコントローラ３０の相対位相）を内燃機関の運転状況に応じ連続的に又は段階的（好ましくは三段階以上、さらに好ましくは四段階以上の多段階）に変えてバルブ５のサブリフト量及び作用角を変化させる位相変化装置（図示略）が設けられている。
【００２４】
位相変化装置は、ヘリカルスプラインを設けたピストンが油圧により所定角の回転を伴いながら軸方向に移動し、該回転がコントロールシャフト３１に作用することにより、主カム２０に対するサブリフトコントローラ３０の相対位相を変える構造となっており、内燃機関の回転センサやアクセル開度センサ等からの検知値に基づいてマイクロコンピュータ等の制御装置により制御されるようになっている。
【００２５】
以上のように構成された可変動弁機構は、次のように作用する。
まず、図２（ａ）→（ｂ）→図３（ａ）→（ｂ）は、最大サブリフト量が必要な運転状況下における主カム２０及びサブリフトコントローラ３０の位相関係とそれによる作用を示している。
図２（ａ）に示すように、第一ローラ９に主カム２０のベース円２０ａの後半部が摺接し、第二ローラ１０にサブリフトコントローラ３０のベース円３０ｃの後半部が摺接するとき、第一ローラ９は最上位置にある。このときシーソアーム７の軸着部は最上位置にあり、ロッカアーム１はシーソアーム７により押圧を受けないので、バルブ５のリフト量Ｌは０である。
図２（ｂ）に示すように、最大サブリフト量を実現するように主カム２０とサブリフトコントローラ３０との相対位相が制御されているので、第一ローラ９にノーズ漸増部２１ａを経てノーズ２１ｂが摺接するようになっても、第二ローラ１０にはベース円３０ｃの後半部がまだ摺接している。このとき第一ローラ９は下方向に押圧を受けて変位し、シーソアーム７の他端に軸着された第二ローラ１０は、ベース円３０ｃに当接して上昇できないので、シーソアーム７は右回転方向に揺動しながら軸着部が下方向に変位する。このシーソアーム７の変位によりロッカアーム１は揺動し、バルブ５のリフト量Ｌは発生・増加して最大サブリフト量Ｌｓｍａｘに達する。
【００２６】
図２（ｂ）から図３（ａ）までの間、すなわち第一ローラ９がノーズ漸増部２２ａにより押圧を受けるとき、第二ローラ１０はサブリフトコントローラ３０のキャンセル開始部３０ｄ、キャンセル凹部３０ａ及びキャンセル終了部３０ｂに入り込んで上昇し、シーソアーム７の軸着部を若干上昇させるため、ノーズ漸増部２２ａによるバルブ５のリフト量Ｌは一部キャンセルされ、リフトが若干遅れるように作用する。
図３（ａ）に示すように、第一ローラ９がノーズ２２ｂによって最大押圧を受けるときには、第二ローラ１０にベース円３０ｃが摺接する。このときバルブ５のリフト量Ｌは増加して最大メインリフト量Ｌｍｍａｘに達する。
図３（ｂ）に示すように、第二ローラ１０にベース円３０ｃが摺接し続け、第一ローラ９にノーズ漸減部２２ｃを経てベース円２０ａが摺接するようになると、シーソアーム７は図２（ａ）と同じ位置に復帰して、ロッカアーム１も最上位置まで揺動するので、バルブ５のリフト量Ｌは減少して０になる。
【００２７】
次に、図４（ａ）→（ｂ）→（ｃ）は、微小サブリフト量が必要な運転状況下における主カム２０及びサブリフトコントローラ３０の位相関係とそれによる作用を示している。
図４（ａ）に示すように、第一ローラ９にベース円２０ａの後半部が摺接し、第二ローラ１０にベース円３０ｃの後半部が摺接するとき、第一ローラ９は最上位置にある。このときシーソアーム７の軸着部は最上位置にあり、ロッカアーム１はシーソアーム７により押圧を受けないので、バルブ５のリフト量Ｌは０である。
図４（ｂ）に示すように、微小サブリフト量を実現するように主カム２０とサブリフトコントローラ３０との相対位相が制御されているので、第一ローラ９にノーズ漸増部２１ａの途中が摺接してバルブ５のサブリフト量を増加させる途中で、第二ローラ１０にキャンセル開始部３０ｄが摺接し始める。やがて第一ローラ９にノーズ２１ｂが摺接する頃には、第二ローラ１０はキャンセル凹部３０ａに近いキャンセル開始部３０ｄに入り込んでやや上昇し、シーソアーム７の軸着部を若干上昇させるため、ノーズ２１ｂによるバルブ５のサブリフト量は一部キャンセルされ（減じられ）、バルブ５のサブリフト量Ｌｓは微小となる。
【００２８】
図４（ｂ）から（ｃ）までの間、すなわち第一ローラ９がノーズ漸増部２２ａにより押圧を受けるとき、第二ローラ１０はキャンセル凹部３０ａ及びキャンセル終了部３０ｂに入り込んで上昇するが、図２（ｂ）から図３（ａ）までの間と比べて、リフト量Ｌのキャンセル量は少なく、リフト遅れも小さい。
図４（ｃ）に示すように、第一ローラ９がノーズ２２ｂによって最大押圧を受けるときには、第二ローラ１０にベース円３０ｃが摺接し、バルブ５のリフト量Ｌは最大メインリフト量Ｌｍｍａｘとなる。
【００２９】
なお、図２・図３と図４との中間的なサブリフト量が必要な運転状況下では、図２・図３と図４との中間的な主カム２０及びサブリフトコントローラ３０の位相関係が位相変化装置により連続的に又は段階的に作られ、図６に示すように中間的なリフト量が連続的に又は段階的に得られる。
【００３０】
次に、図５（ａ）→（ｂ）→（ｃ）は、サブリフト休止が必要な運転状況下における主カム２０及びサブリフトコントローラ３０の位相関係とそれによる作用を示している。
図５（ａ）に示すように、第一ローラ９がベース円２０ａの後半部に摺接し、第二ローラ１０がベース円３０ｃの後半部に摺接するとき、第一ローラ９は最上位置にある。このときシーソアーム７は最上位置にあり、ロッカアーム１はシーソアーム７により押圧を受けないので、バルブ５のリフト量Ｌは０となる。
図５（ｂ）に示すように、サブリフト休止を実現するように主カム２０とサブリフトコントローラ３０との相対位相が制御されているので、第一ローラ９にノーズ漸増部２１ａが摺接し始めるときに、第二ローラ１０にキャンセル開始部３０ｄが摺接し始める。やがて第一ローラ９にノーズ２１ｂが摺接する頃には、第二ローラ１０はキャンセル凹部３０ａに入り込んで上昇し、シーソアーム７の軸着部を上昇させるため、ノーズ２１ｂによるバルブ５のサブリフト量は全部キャンセルされ（減じられ）、バルブ５のサブリフト量Ｌｓは発生しない。
【００３１】
図５（ｂ）から（ｃ）までの間、すなわち第一ローラ９がノーズ漸増部２２ａにより押圧を受けるとき、第二ローラ１０にはベース円３０ｃが摺接するので、リフト量Ｌのキャンセル及びリフト遅れは実質的にない。
図５（ｃ）に示すように、第一ローラ９がノーズ２２ｂによって最大押圧を受けるときには、第二ローラ１０にベース円３０ｃが摺接し、バルブ５のリフト量Ｌは最大メインリフト量Ｌｍｍａｘとなる。
【００３２】
次に、本発明を実施した可変動弁機構の第二実施形態例について、図７を参照して第一実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図７は第一実施形態の可変動弁機構にアジャスタとしてメカニカルアジャスタ４０を追加したものである。
【００３３】
メカニカルアジャスタ４０は、互いに開口側を対峙させて当接及び離間可能に側周壁が内外に係合したカップ状の内側部材４１及びシリンダヘッド４２に形成された有底孔４３と、内側部材４１のカップ内底面と有底孔４３の内底面との間に圧縮状態で設置されて有底孔４３から内側部材４１を離間方向に付勢するロストモーションスプリング４４としてのコイルスプリングとからなり、内側部材４１はシリンダヘッド４２の有底孔４３の内側にガイドされて摺動するようになっている。
【００３４】
第一実施形態では、主カム２０、サブリフトコントローラ３０又はシーソアーム７の形状、寸法、相対位置又は主カム２０とサブリフトコントローラ３０の相対位相等によっては、ローラ・カム間に隙間ができるときがあるが、本実施形態ではメカニカルアジャスタ４０を追加したことにより、図７のようにロストモーションスプリング４４が内側部材４１及び有底孔４３を離間させてピボット３を上昇させるので各部に隙間ができるのを防止し、ひいてはロッカアーム１の落下を防止する。
【００３５】
なお、本発明は前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば次のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で変更して具体化することもできる。
（１）位相変化装置の構成や制御の仕方を適宜変更すること。
（２）中央部に揺動中心部のあるロッカアームとすること。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の可変動弁機構は、内燃機関の全運転状況にわたってバルブのサブリフト量及び作用角を連続的に又は段階的に変化させ、精密な制御ができるとともに、構造が簡単で高い信頼性を得ることができ、内部ＥＧＲが最適制御可能になることで燃費も向上するのに加え、シーソアームがロッカアームからはみ出しにくくスペース効率が良いという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る可変動弁機構を示す斜視図である。
【図２】最大サブリフト量が必要なときの同機構の作用を示す断面図である。
【図３】図２に続いて作用を示す断面図である。
【図４】微小サブリフト量・作用角が必要なときの同機構の作用を示す断面図である。
【図５】サブリフト休止が必要なときの同機構の作用を示す断面図である。
【図６】同機構により得られるバルブのリフト量及び作用角を示すグラフである。
【図７】本発明の第二実施形態に係る可変動弁機構を示す断面図である。
【符号の説明】
１    ロッカアーム
５    バルブ
７    シーソアーム
９    第一摺接部としての第一ローラ
１０    第二摺接部としての第二ローラ
２０    主カム
２１    サブノーズ
２２    メインノーズ
２３    カムシャフト
３０    サブリフトコントローラ
３１    コントロールシャフト
【図１】
0003995913.tif 000002
【図２】
0003995913.tif 000003
【図３】
0003995913.tif 000004
【図４】
0003995913.tif 000005
【図５】
0003995913.tif 000006
【図６】
0003995913.tif 000007
【図７】
0003995913.tif 000008