(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関と同期回転する駆動軸と、
該駆動軸に固定された駆動カムと、
揺動することによって機関弁を開閉作動させる揺動カムと、
前記駆動カムからの回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構と、
該伝達機構の作動姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、
該制御軸を制御するアクチュエータと、を備え、
該アクチュエータにより前記制御軸の位置を制御することにより前記機関弁のバルブリフト特性を変化させる内燃機関の可変動弁装置において、
前記揺動カムを、前記制御軸に揺動可能に設けたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
前記伝達機構は、駆動カムからの回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達するロッカアームを有し、前記アクチュエータにより前記制御軸の位置を制御することにより、前記ロッカアームの作動姿勢を変化させて前記機関弁のバルブリフト特性を変化させる内燃機関の可変動弁装置において、
前記揺動カムを、前記制御軸に揺動可能に設けた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】
前記ロッカアームは、前記駆動カムに揺動自在に軸支され、一方の端部が前記揺動カムに連繋すると共に、他方の端部が制御カムを介して該ロッカアームの作動姿勢を変化させる制御軸に連繋し、前記アクチュエータにより前記制御軸の位置を制御することにより前記機関弁のバルブリフト特性を変化させる内燃機関の可変動弁装置において、
前記揺動カムを、前記制御軸に揺動可能に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項４】
前記揺動カムにより吸気弁あるいは排気弁のいずれか一方を開閉させると共に、吸気弁あるいは排気弁のいずれか他方を駆動するカムシャフトに、前記駆動カムを固定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
前記伝達機構や制御カムを、シリンダヘッド上の隣接する気筒間に配置したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】
一方が機関のクランク軸によって回転駆動される吸気側カムシャフトあるいは排気側カムシャフトと、
前記回転駆動される一方側のカムシャフトの外周に設けられて、前記吸気側あるいは排気側の一方側の機関弁を開作動させるカム部材と、
前記吸気側あるいは排気側の他方のカムシャフトに揺動自在に設けられて、他方側の機関弁を開作動させる揺動カムと、
前記一方側のカムシャフトの回転駆動力を往復運動に変換して前記揺動カムを揺動させる伝達機構と、
前記他方のカムシャフトの回動位置を制御することによって前記揺動カムの機関弁に対する摺接位置を変化させて、該機関弁のリフト量を可変制御する制御機構と、
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７】
前記伝達機構は、前記一方側のカムシャフトに軸心を偏心して設けられた偏心カムと、他方側のカムシャフトに揺動自在に支持されて、一端部が前記偏心カムに機械的に連係し、他端部が前記揺動カムに機械的に連係したロッカアームと、を備える一方、
前記制御機構は、アクチュエータによって回動位置が制御される前記他方側のカムシャフトと、該他方側カムシャフトの外周に軸心が偏心して固設され、外周面で前記ロッカアームを揺動自在に支持する制御カムと、を備えたことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項８】
前記偏心カムとロッカアームの一端部とを機関幅方向に延設されたリンクアームによって連係する一方、ロッカアームの他端部と揺動カムとをリンクロッドによって連係したことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項９】
前記偏心カムとロッカアームの一端部とを機関幅方向に延設されたリンクアームによって連係する一方、ロッカアームの他端部と揺動カムとを、前記ロッカアームの一端部に形成されたスリットと揺動カムの端部に設けられて前記スリット内を摺動する連係ピンとによって連係したことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項１０】
前記伝達機構は、前記一方側のカムシャフトに軸心を偏心して設けられた偏心カムと、該偏心カムの外周面に揺動自在に支持されて、一端部が前記制御機構に機械的に連係し、他端部が前記揺動カムに機械的に連係したロッカアームと、を備える一方、
前記制御機構は、アクチュエータによって回動位置が制御される前記他方側のカムシャフトと、該他方側カムシャフトの外周に軸心が偏心して固設されて、前記ロッカアームの揺動位置を制御する制御カムと、を備えたことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項１１】
前記ロッカアームの一端部と制御カムとを機関幅方向に延設されたリンクアームによって連係する一方、ロッカアームの他端部と揺動カムとをリンクロッドによって連係したことを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項１２】
前記偏心カムや伝達機構及び制御機構の制御カムを、シリンダヘッド上の隣接する気筒間に配置したことを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一項に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】
本発明は、機関弁である吸・排気弁の開閉時期及びバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変にできる内燃機関の動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知にように、機関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十分な出力を確保する等のために、吸気・排気バルブの開閉時期とバルブリフト量を機関運転状態に応じて可変制御する動弁装置は従来から種々提供されており、その一例として特開昭５５−１３７３０５号公報等に記載されているものが知られている。
【０００３】
図１８に基づきその概略を説明すれば、シリンダヘッド１の上端部側方位置に駆動軸であるカムシャフト２が設けられていると共に、該カムシャフト２の外周に駆動カムであるカム２ａが一体に設けられている。また、カムシャフト２の側部には、制御シャフト３が平行に配置されており、この制御シャフト３に制御カムである偏心カム４を介してロッカアーム５が揺動自在に軸支されている。一方、シリンダヘッド１に摺動自在に設けられた吸気弁６の上端部付近には、バルブリフター７を介して揺動カム８が配置されている。この揺動カム８は、バルブリフター７の上方にカムシャフト２と並行に配置された支軸９に揺動自在に軸支され、下端のカム面８ａがバルブリフター７の上面に当接している。また、前記ロッカアーム５は、一端部５ａがカム２ａの外周面に当接していると共に、他端部５ｂが揺動カム８の上端面８ｂに当接して、カム２ａのリフトを揺動カム８及びバルブリフター７を介して吸気弁６に伝達するようになっている。
【０００４】
また、前記制御シャフト３は、図外のアクチュエータによって所定角度範囲で回転制御されて、偏心カム４の回動位置を制御し、これによってロッカアーム５の揺動支点を変化させるようになっている。
【０００５】
そして、偏心カム４が正逆の所定回動位置に制御されるとロッカアーム５の揺動支点が変化して、他端部５ｂの揺動カム８の上端面８ｂに対する当接位置が図中上下方向に変化し、これによって揺動カム８のカム面８ａのバルブリフター７上面に対する当接位置の変化に伴い、揺動カム８の揺動軌跡が変化することにより吸気弁６の開閉時期（バルブタイミング）とバルブリフト量を可変制御するようになっている。尚、図中１０は、揺動カム８の上端面８ｂを常時ロッカアーム５の他端部５ｂに弾接付勢するリターンスプリングである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の動弁装置にあっては、吸気弁６の上端部に近い揺動カム８の支軸９と制御シャフト３が別個に設けられて、該制御シャフト３がカムシャフト２の上方に配置されているため、シリンダヘッド１の上方の高さが高くなってしまう。
【０００７】
しかも、制御シャフト３の先端部には、図外の前記アクチュエータが装着されているが、このアクチュエータは良好な切り換え応答性を確保しようとすると、大型にせざるを得ない。その結果、該アクチュエータとエンジンフードとの干渉を回避するために、必然的にエンジンフードを高い位置に配設せざるを得なくなり、車高の低位性の要求を満足させることが不可能になる。この結果、かかる装置を機関へ搭載性することができなくなるおそれがある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の可変動弁装置の課題に鑑みて案出されたもので、請求項１記載の発明は、機関と同期回転する駆動軸と、該駆動軸に固定された駆動カムと、揺動することによって機関弁を開閉作動させる揺動カムと、前記駆動カムからの回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達する伝達機構と、該伝達機構の作動姿勢を変化させる制御カムを有する制御軸と、該制御軸を制御するアクチュエータと、を備え、該アクチュエータにより前記制御軸の位置を制御することにより前記機関弁のバルブリフト特性を変化させる内燃機関の可変動弁装置において、前記揺動カムを、前記制御軸に揺動可能に設けたことを特徴としている。
【０００９】
したがって、この発明によれば、制御軸を機関弁の上端に近い揺動カムの揺動中心にもってきたため、制御軸を回動制御するアクチュエータの高さ方向などへの突出を抑制し、その結果、かかる装置の機関への搭載性を良好にできる。
【００１０】
請求項２に記載の発明にあっては、前記伝達機構は、駆動カムからの回転運動を揺動運動に変換して前記揺動カムに伝達するロッカアームを有し、前記アクチュエータにより前記制御軸の位置を制御することにより、前記ロッカアームの作動姿勢を変化させて前記機関弁のバルブリフト特性を変化させる内燃機関の可変動弁装置において、前記揺動カムを、前記制御軸に揺動可能に設けたことを特徴としている。
【００１１】
請求項３に記載の発明にあっては、前記ロッカアームは、前記駆動カムに揺動自在に軸支され、一方の端部が前記揺動カムに連繋すると共に、他方の端部が制御カムを介して該ロッカアームの作動姿勢を変化させる制御軸に連繋し、前記アクチュエータにより前記制御軸の位置を制御することにより前記機関弁のバルブリフト特性を変化させる内燃機関の可変動弁装置において、前記揺動カムを、前記制御軸に揺動可能に設けたことを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、前記揺動カムにより吸気弁あるいは排気弁のいずれか一方を開閉させると共に、吸気弁あるいは排気弁のいずれか他方を駆動するカムシャフトに、前記駆動カムを固定したことを特徴としている。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、前記伝達機構や制御カムを、シリンダヘッド上の隣接する気筒間に配置したことを特徴としている。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、一方が機関のクランク軸によって回転駆動される吸気側カムシャフトあるいは排気側カムシャフトと、前記回転駆動される一方側のカムシャフトの外周に設けられて、前記吸気側あるいは排気側の一方側の機関弁を開作動させるカム部材と、前記吸気側あるいは排気側の他方のカムシャフトに揺動自在に設けられて、他方側の機関弁を開作動させる揺動カムと、前記一方側のカムシャフトの回転駆動力を往復運動に変換して前記揺動カムを揺動させる伝達機構と、前記他方のカムシャフトの回動位置を制御することによって前記揺動カムの機関弁に対する摺接位置を変化させて、該機関弁のリフト量を可変制御する制御機構とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
本発明によれば、カム部材をクランク軸によって直接回転駆動される例えば一方のカムシャフトである排気側カムシャフトに設けて排気弁の開作動用に供する一方、他方のカムシャフトである吸気側カムシャフトはクランク軸によって回転駆動させるのではなく、例えば制御機構の一部として利用すると共に、揺動カムをこの吸気側カムシャフトに揺動自在に支持させて吸気弁の開作動用に供するものである。
【００１６】
しかも、制御機構の一部を制御軸である吸気側カムシャフトの所定位置に一体的に設けたため、揺動カムの支軸や制御軸などをカムシャフトと別個に設ける必要が全くなくなるため、部品点数の増加の抑制と機関上方向の省スペース化が図れる。
【００１７】
請求項７に記載の発明にあっては、前記伝達機構は、前記一方側のカムシャフトに軸心を偏心して設けられた偏心カムと、他方側のカムシャフトに揺動自在に支持されて、一端部が前記偏心カムに機械的に連係し、他端部が前記揺動カムに機械的に連係したロッカアームとを備える一方、前記制御機構は、アクチュエータによって回動位置が制御される前記他方側のカムシャフトと、該他方側カムシャフトの外周に軸心が偏心して固設され、外周面で前記ロッカアームを揺動自在に支持する制御カムとを備えたことを特徴としている。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、前記偏心カムとロッカアームの一端部とを機関幅方向に延設されたリンクアームによって連係する一方、ロッカアームの他端部と揺動カムとをリンクロッドによって連係したことを特徴としている。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、前記偏心カムとロッカアームの一端部とを機関幅方向に延設されたリンクアームによって連係する一方、ロッカアームの他端部と揺動カムとを、前記ロッカアームの一端部に形成されたスリットと揺動カムの端部に設けられて前記スリット内を摺動する連係ピンとによって連係したことを特徴としている。
【００２０】
請求項１０に記載の発明にあっては、前記伝達機構は、前記一方側のカムシャフトに軸心を偏心して設けられた偏心カムと、該偏心カムの外周面に揺動自在に支持されて、一端部が前記制御機構に機械的に連係し、他端部が前記揺動カムに機械的に連係したロッカアームとを備える一方、前記制御機構は、アクチュエータによって回動位置が制御される前記他方側のカムシャフトと、該他方側カムシャフトの外周に軸心が偏心して固設されて、前記ロッカアームの揺動位置を制御する制御カムとを備えたことを特徴としている。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、前記ロッカアームの一端部と制御カムとを機関幅方向に延設されたリンクアームによって連係する一方、ロッカアームの他端部と揺動カムとをリンクロッドによって連係したことを特徴としている。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１〜図５は、本発明の可変動弁装置の第１の実施形態を示しており、１気筒にそれぞれ２つの吸気弁と排気弁を備えた自動車用内燃機関に適用したものである。
【００２３】
すなわち、この可変動弁装置は、シリンダヘッド１１に装着されて、このシリンダヘッド１１の両側部に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた夫々一対の吸気弁１２，１２及び排気弁１３，１３と、シリンダヘッド１１の上部両側に機関前後方向に沿って並設された制御軸１４及び駆動軸である排気側カムシャフト１５と、該排気側シャフト１５に設けられた後述する駆動偏心カム１９からの回転駆動力を直線運動に変換して前記制御軸１４に揺動可能に支持された揺動カム２２に伝達する伝達機構２０と、制御軸１４の回動位置を制御して吸気弁１２、１２に対する揺動カム２２の摺接位置を変化させて吸気弁１２、１２のバルブリフト量を可変制御する制御機構２１と、備えている。
【００２４】
前記吸気弁１２，１２と排気弁１３，１３は、図外の傘部と一体のバルブステムの上端部に有蓋円筒状の直動型バルブリフター１６，１６、１７，１７が設けられており、このバルブリフター１６，１６，１７，１７はシリンダヘッド１１の円柱状の保持孔内にそれぞれ摺動自在に設けられている。
【００２５】
前記排気側カムシャフト１５は、前述のように駆動軸として機能し、前端部に設けられた図外の従動スプロケットやタイミングチェーンを介して機関のクランク軸から回転力が伝達されていると共に、シリンダヘッド１１の上端部にボルト２５ａによって固定された排気側カム軸受２５に回転自在に軸支されている。
【００２６】
また、この排気側カムシャフト１５は、クランク軸状に折曲形成されて、各排気弁１３，１３に対応する位置に、該排気弁１３，１３を開作動させる排気カム１８，１８が一体に設けられていると共に、該排気カム１８側部の隣接する気筒間の位置にジャーナル部である駆動偏心カム１９が一体に設けられている。また、前記各排気カム１８，１８は、一般的な雨滴状に形成されて、夫々同一のカムプロフィールに形成されて、外周面が各排気側バルブリフター１７、１７の上面に摺接している。
【００２７】
前記駆動偏心カム１９は、軸心Ｘ１が図１に示すように排気側カムシャフト１５の軸心Ｘからε分だけオフセット配置されていると共に、隣接する気筒間の位置でかつ前記排気側バルブリフター１７、１７から軸方向へ離間した位置に配置されている。
【００２８】
前記制御軸１４は、後述する制御機構２１の制御用の軸として機能し、両端部がシリンダヘッド１１上にボルト４０ａ固定された軸受ブラケット４０を介して回転自在に支持されていると共に、各吸気弁１２，１２に対応する位置にそれぞれ吸気弁１２，１２を開作動させる各一対の揺動カム２２，２２が揺動自在に支持されている。
【００２９】
前記一対の揺動カム２２，２２は、図１、図２に示すようにそれぞれがほぼ横Ｕ字形状を呈し、筒状の基端部２２ａを介して一体に連結されている。また、前記基端部２２ａの内部には、制御軸１４が回転自在に挿通する支持孔が貫通形成されていると共に、該基端部２２ａの外周面の両側フランジ部２２ｂ，２２ｂ間がシリンダヘッド１１上面の円弧面と該シリンダヘッド１１にボルト２３ａによって固定されたカムブラケット２３の内面とによって回転自在に軸受けされている。また、前記基端部２２ａから斜め上方向に延びるカムノーズ部２２ｃには、ピン孔が貫通形成されている。
【００３０】
さらに、両揺動カム２２の下面には、図１に示すように基端部２２ａ側の基円面２４ａと、該基円面２４ａから先端部２４ｃの端縁側に円弧状に延びるカム面２４ｂとが形成されており、該基円面２４ａとカム面２４とが両揺動カム２２とも同一のプロフィールに形成されていると共に、揺動カム２２の揺動位置に応じて各バルブリフター１６，１６の上面所定位置に当接するようになっている。すなわち、図１に示すように基円面２４ａの所定角度範囲がベースサークル区間になり、カム面２４ｂの前記ベースサークル区間から所定角度範囲がいわゆるランプ区間となり、さらにカム面２４ｂのランプ区間から先端部（カムノーズ部）２４ｃまでの所定角度範囲がリフト区間になるように設定されている。
【００３１】
前記伝達機構２０は、前記駆動偏心カム１９と、制御軸１４に制御機構２１の後述する制御カム２６を介して揺動自在に支持されたロッカアーム２７と、駆動偏心カム１９とロッカアーム２７の一端部２７ａを連係するリンクアーム２８と、ロッカアーム２７の他端部２７ｂと一方の揺動カム２２のカムノーズ部２４ｃ側とを連係するリンクロッド２９とから構成されている。
【００３２】
前記ロッカアーム２７は、図１に示すようにほぼへ字形状に折曲形成され、その長さは前記カムブラケット２３の巾長さ程度に比較的短く設定されていると共に、中央の基部に有するカム孔２７ｃを介して制御カム２６に揺動自在に支持されている。また、ロッカアーム２７の一端部２７ａには、前記リンクアーム２８と連結するピン３０が圧入されるピン挿通孔が貫通形成されている一方、他端部２７ｂには、リンクロッド２９と連結するピン３１が圧入されるピン孔が貫通形成されている。
【００３３】
前記リンクアーム２８は、図１にも示すように機関巾方向へ沿った所定長さの直線状に形成され、比較的大径な円環状の基端部２８ａと、該基端部２８ａの外周面所定位置から延出した突出端２８ｂとを備えている。前記基端部２８ａは、半割状に形成されて、分割された半円形状のブラケット２８ｃの両側部が基端部２８ａの一方側分割端部にボルト３６，３６により固定されていると共に、対向する内面に駆動偏心カム１９の外周面に外側から回転自在に嵌合する夫々半円形の嵌合溝２８ｄ，２８ｅが形成されている。一方、突出端２８ｂには、ロッカアームの一端部２７ａに圧入固定されたピン３０が回動自在に挿通されるピン孔が貫通形成されている。
【００３４】
さらに、前記リンクロッド２９は、短尺直線状に形成されて、円形状の両端部２９ａ，２９ｂに形成された各ピン挿通孔に、ロッカアーム２７の他端部２７ｂに圧入したピン３１と、前記揺動カム２２のカムノーズ部２２ｃのピン孔に圧入したピン３２がそれぞれ回転自在に挿通されている。
【００３５】
尚、各ピン３０，３１，３２の先端部には、各ピン挿通孔からの抜け出しを防止するスナップリングが嵌着されている。また、シリンダヘッド１１の巾方向の中央位置には、プラグポスト３３が設けられている。
【００３６】
前記制御機構２は、前記制御軸１４と該制御軸１４に固定された制御カム２６とから構成され、この制御カム２６は、円環状を呈し、図１に示すように軸心Ｐ１が制御軸１４の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。また、前記制御軸１４は、シリンダヘッド１の後端部に設けられた電動アクチュエータ３４によって所定回転角度範囲内で回転するように制御されており、この電動アクチュエータ３４は、機関の運転状態を検出する図外のコントローラからの制御信号によって駆動するようになっている。
【００３７】
コントローラは、クランク角センサやエアーフローメータ，水温センサ等の各種のセンサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算等により検出して、前記電動アクチュエータ３４に制御信号を出力している。この電動アクチュエータ３４は、動弁系反力に抗して良好な応答性を確保するために図２に示すように比較的大型に形成されている。
【００３８】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、各排気弁１３、１３は、排気側カムシャフト１５の回転駆動により各排気カム１８、１８が回転してバルブスプリングのばね力に抗して開作動すると共に、機関運転状態の変化に拘わらず、各排気カム１８、１８のカムプロフィールによって図６に示すような同一かつ固定的なバルブリフト特性（破線）を示す。一方、各吸気弁１２は、排気側カムシャフト１４の回転駆動力によって駆動偏心カム１９が偏心回動することによってリンクアーム２８が直線運動してロッカアーム２７を揺動させ、ここからリンクロッド２９が揺動カム２２、２２を揺動させることにより吸気弁が開閉作動される共に、機関運転状態の変化に応じてバルブリフト特性が変化する。
【００３９】
すなわち、まず、機関低速低負荷時には、コントローラからの制御信号によって電動アクチュエータ３４を介して制御軸１４が一方に回転駆動される。このため、制御カム２６は、軸心Ｐ１が図１，図３に示すように制御軸１４の軸心Ｐ２から上方の回動位置に保持され、厚肉部２６ａが制御軸１４から上方向に離間移動する。このため、ロッカアーム２７は、全体が制御軸１４に対して上方向へ移動し、これによって各揺動カム２２の上端部２２ｄがリンクロッド２９を介して強制的に若干引き上げられて全体が図中時計方向へ回動して、バルブリフター１６，１６の上面に対する下面の当接位置が基円部２４ａの端縁側寄りになる。
【００４０】
したがって、図１、図３に示すように排気側カムシャフト１５の回転に伴い駆動偏心カム１９が回転して、リンクアーム２８によりロッカアーム２７の一端部２７ａを押し出すと、そのリフト量がリンクロッド２９を介して揺動カム２２及び各バルブリフター１６に伝達され、そのリフト量Ｌ１が図１に示すように比較的小さくなる。
【００４１】
よって、かかる低速低負荷域では、図６の一点鎖線で示すように各吸気弁１２，１２のバルブリフト量が小さくなると共に、開時期が遅くなり、各排気弁１３，１３とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。なお、図１は機関弁ピークリフト位置、図３は機関弁閉位置を示す。
【００４２】
一方、機関高速高負荷時に移行した場合は、コントローラからの制御信号によって電動アクチュエータ３４が反対方向に回転駆動する。したがって、図４及び図５に示すように制御軸１４が、制御カム２６を図１に示す位置から時計方向に回転させ、軸心Ｐ１（厚肉部２６ａ）を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム２７は、今度は全体が吸気弁１２方向（下方向）に移動して他端部２７ｂが揺動カム２２の上端部２２ｄをリンクロッド２９を介して下方へ押圧して該揺動カム２２全体を所定量だけ反時計方向へ回動させる。
【００４３】
したがって、揺動カム２２のバルブリフター１６，１６上面に対する下面当接位置が図４，図５に示すように、図１，図３に示す位置に対して図中右側位置に移動する。このため、偏心カム２６が回転してロッカアーム２７の一端部２７ａをリンクアーム２８を介して押し出すと、バルブリフター１６，１６に対するそのリフト量Ｌ２は図４に示すように大きくなる。ここで、図４は機関弁ピークリフト位置、図５は機関弁閉位置を示す。
【００４４】
よって、かかる高速高負荷域では、カムリフト特性が低速低負荷域に比較して大きくなり、図６の実線で示すようにバルブリフト量も大きくなると共に、各吸気弁１２の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
【００４５】
このように、本実施形態では、各吸気弁１２の開閉時期やバルブリフト量を可変にできることは勿論のこと、制御軸１４の位置が揺動カム２２の揺動中心まで下がっている。この結果、大型化しがちなアクチュエータの位置を下げることができ、もって本装置の搭載性を良好なものとしている。
【００４６】
また、駆動偏心カム１９の回転駆動を従来のような独自の駆動軸ではなく既存の排気側カムシャフト１５によって行い、また制御軸１４を充分下げてここに揺動カム２２とロッカアーム２７とを一緒に支持させるようにしたため、シリンダヘッド１１上方のこれらの伝達機構自身の高さも低くすることが可能になる。この結果、装置の機関への搭載性がさらに良好になると共に、アクチュエータ位置が下がったのと相俟ってエンジンフードの高さを十分に低く設定できる。さらに、アクチュエータ位置が過度に側方に張り出すこともなく、その意味でも搭載上有利になる。また、駆動偏心カム１９の駆動軸を排気カムシャフトに兼用させたため、部品点数の増加を抑制できるため、製造作業能率の向上とコストの低廉化が図れる。
【００４７】
また、排気側カムシャフト１５やこれらの軸受４０などの構造を変更するものではないため、シリンダヘッド１１の形状変更を要さず、既存の内燃機関にそのまま搭載することが可能となる。この結果、製造コストの高騰をさらに抑制できる。
【００４８】
さらに、制御カム２６やロッカアーム２７などを、揺動カム２２に対して軸方向へ偏倚させた位置に設けたため、制御カム２６やロッカアーム２７及びリンクアーム２８などを隣接する気筒間のデッドスペースに配置することができ、該デッドスペースの有効利用が図れる。しかも、駆動偏心カム１９も、隣接する気筒間の各バルブリフター１７と１７との間のデッドスペースに配置したため、該駆動偏心カム１９の偏心量εを大きく設定することができる。
【００４９】
また、駆動偏心カム１９とロッカアーム２７並びにロッカアーム２７と揺動カム２２とをリンクアーム２８とリンクロッド２９によってそれぞれ連係したことにより、全体がいわゆる６リンク式となるため、機構に無理を掛けずに、ロッカアーム２７のロッカ比を大きく取ることが可能になる。これらによって、揺動カム２２の大きな揺動角が得られる。この結果、装置全体のコンパクト化を図りつつ大きなバルブリフト特性が得られる。
【００５０】
また、駆動偏心カム１９を排気側カムシャフト１５と一体化したため、別体とした場合における最小肉厚部を考慮する必要がないので、駆動偏心カム１９の外径を大きくしなくても偏心量を大きくすることが可能になる。したがって、この点でも揺動カム２２の大きな揺動角が得られるだけではなく、駆動偏心カム１９の外径を大きく設定しなくてもよいことから、リンクアーム２８の一端部２８ａとの摺動面積を小さくできることから摺動摩擦抵抗も低減できる。。
【００５１】
このように、揺動カム２２の大きな揺動角が得られることにより、揺動カム２２の前記ランプ区間θ２を大きくすることが可能になり、これによってバルブリフター１６と揺動カム２２の衝突速度を緩和でき、この結果、駆動騒音の発生を抑制することが可能になる。
【００５２】
さらに、揺動カム２２は、ロッカアーム２７によりリンクロッド２９を介して強制的に上下に揺動させられるため、従来のようなリターンスプリングが不要になり、これによってスプリング反力によるフリクションの発生を防止できる。
【００５３】
また、エンジンのクランク軸により排気側カムシャフト１５のみを回転駆動させることによって排気弁１７、と吸気弁１６の両方開閉作動させるようになっているため、クランク軸と排気側カムシャフト１５との間に巻回されるドライブチェーンの巻回構造などが簡素化される。したがって、この点でも、装置の製造作業性が良好になり、コストの低廉化が図れる。
【００５４】
図７は本発明の第２の実施形態を示し、リンクロッド２９を廃止して、ロッカアーム２７の他端部２７ｂに突起部３５を設けると共に、一方の揺動カム２２の基円部２４ａ側上端部に形成されたボス部４１に前記突起部３５が摺接するスリット４２が形成されている。
【００５５】
したがって、ロッカアーム２７の揺動に伴い突起部３５がスリット４２内を摺動して揺動カム２２を直接的に揺動させるため、駆動伝達効率が向上すると共に、部品点数の削減によって構造の簡素化とコストの低廉化が図れる。
【００５６】
図８〜図１２は本発明の第３の実施形態を示し、エンジンのクランク軸から回転駆動力がスプロケット５０を介して伝達される排気側カムシャフト１５は、クランク状に折曲されるのではなく、直線状に形成されて各気筒間位置に円形状の駆動偏心カム１９が固設されていると共に、ロッカアーム２７を排気側カムシャフト１５側に配置したものである。
【００５７】
すなわち、ロッカアーム２７は、カム孔２７ｃを介して該駆動偏心カム１９の外周面に揺動自在に支持され、他端部２７ｂが制御軸１４に固定された制御カム２６にリンクアーム２８を介して連係している一方、一端部２７ａがリンクアーム２８とほぼ平行に延設されたリンクロッド２９によって一方の揺動カム２２に連係している。前記リンクロッド２９は、他端部２９ｂ側が揺動カム２２方向に向かってほぼＬ字形状に折曲形成されている。また、揺動カム２２は、第１実施形態とは配置及び形状が異なり、カムノーズ部２２ｃ側が機関の外方向となるように配置されていると共に、上端部にボス部４３が形成されてこのボス部４３にピン３２を介してリンクロッド２９の他端部２９ｂに連係している。
【００５８】
なお、制御軸１４が電動アクチュエータ３４によってその回動位置が制御されることなどの基本構成は第１実施形態と同様である。
【００５９】
以下、本実施形態の作用を説明すれば、機関低回転低負荷時には、前述と同様、電動アクチュエータ３４によって制御軸１４が一方に回転駆動され、制御カム２６は、軸心Ｐ１が図８，図１０に示すように制御軸１４の軸心Ｐ２から右上方の回動位置に保持され、厚肉部２６ａが制御軸１４から右上方向に離間移動する。このため、ロッカアーム２７は、リンクアーム２８を介して全体が図示の反時計方向の回動位置に保持され、これによって揺動カム２２がリンクロッド２９を介して所定の反時計方向位置に回動して、バルブリフター１６，１６の上面に対する下面の当接位置が基円部２４ａの端縁側寄りになる。
【００６０】
したがって、排気側カムシャフト１５の回転に伴い駆動偏心カム１９が回転してロッカアーム２７を揺動させると、そのリフト力がリンクロッド２９を介して揺動カム２２及び各バルブリフター１６に伝達され、そのリフト量Ｌ１は図８に示すように比較的小さくなる。
【００６１】
よって、かかる低速低負荷域では、第１実施形態と同じく図６の一点鎖線で示すように、各吸気弁１２，１２のバルブリフト量が小さくなると共に、開時期が遅くなり、各排気弁１３，１３とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。なお、図８は機関弁ピークリフト位置を示し、図９は機関弁閉位置を示す。
【００６２】
一方、機関高速高負荷時に移行した場合は、コントローラからの制御信号によって電動アクチュエータ３４が反対方向に回転駆動して、図１１及び図１２に示すように制御軸１４が、制御カム２６を図８に示す位置から反時計方向に回転させ、軸心Ｐ１（厚肉部２６ａ）を左上方向へ移動させる。このため、ロッカアーム２７は、一端部２７ａがリンクアーム２８によって若干押し出されて今度は全体が時計方向の所定位置に回動保持される。これによって揺動カム２２がリンクロッド２９を介して図１１、図１２に示す所定の時計方向位置に回動して、バルブリフター１６，１６の上面に対する下面の当接位置がカムノーズ部２４ｃ側寄りになる。
【００６３】
このため、駆動偏心カム２６が回転してロッカアーム２７の一端部２７ａをリンクアーム２８を介して押し出すと、バルブリフター１６，１６に対するそのリフト量Ｌ２は図１０に示すように大きくなる。
【００６４】
よって、かかる高速高負荷域では、カムリフト特性が低速低負荷域に比較して大きくなり、図６の実線で示すようにバルブリフト量も大きくなると共に、各吸気弁１２の開時期が早くなる一方、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。なお、図１１は機関弁ピークリフト位置を示し、図１２は機関弁閉位置を示す。
【００６５】
したがって、この実施形態も、機関性能を機関運転状態に応じて十分に発揮させることができると共に、制御軸１４の位置を揺動カムの揺動中心まで下げることができ、大型化しがちなアクチュエータの位置を下げることができ、装置の高さを可及的に低くできるなど、前記第１の実施形態と同一の作用効果が得られる。
【００６６】
図１３〜図１７は本発明の第４の実施形態を示し、駆動軸４５を排気側カムシャフトではなく、独立した軸を利用すると共に、制御機構２１の制御軸１４を揺動カムの揺動中心に設置し、伝達機構２０を前記駆動軸４５と制御軸１４との間に介装したものである。
【００６７】
具体的に説明すれば、前記駆動軸４５は、シリンダヘッドの機関前後方向に沿って配置され、一端部に図外のクランク軸からタイミングチェーンを介して回転駆動力が伝達されるスプロケット４６が設けられていると共に、１つの気筒と対応した位置に駆動カム４７が固定されており、この回転方向は図１３中矢印方向に設定されている。また、前記駆動カム４７は、その軸心Ｙが駆動軸４５の軸心Ｘよりもβ分だけ偏倚している。
【００６８】
前記制御軸１４には、制御機構２１の制御カム４８が固定されていると共に、制御カム４８の該軸方向位置に、左右一対の揺動カム２２，２２が制御軸１４に回動自在に挿通したほぼ円筒状の基端部２２ａを介して設けられている。この各揺動カム２２，２２は第１の実施形態の揺動カムとほぼ同様な形状を呈し、中央に前記制御軸１４が回転自在に挿通する枢支孔２２ｂが形成されている。
【００６９】
前記伝達機構２０は、駆動軸４５の駆動カム４７に揺動自在に支持されたロッカアーム２７と、該ロッカアーム２７の一端部２７ａと前記制御カム４８とを連繋するリンクアーム２８と、ロッカアーム２７の他端部２７ｂと揺動カム２２、２２とを連繋するリンクロッド２９とを備えている。
【００７０】
前記ロッカアーム２７は、図１３に示すように、中央に有する筒状基部に設けられた支持孔に挿通された前記駆動カム４７に揺動自在に支持されていると共に、一端部２７ａにはピン４９を介してリンクアーム２８の一端部と回動自在に連繋するピン４０が圧入されるピン孔が形成されている一方、他端部２７ｂには前記リンクロッド２９と回動自在に連繋するピン５１が圧入されるピン孔が形成されている。
【００７１】
前記リンクアーム２８は、比較的大径な円環状の基部２８ａと、該基部２８ａの外周面所定位置に突設された突出端２８ｂとを備え、基部２８ａの中央には、制御カム４８の外周面に嵌合する嵌合孔２８ｃが形成されている一方、突出端２８ｂには、ロッカアーム２７の一端部２７ａに圧入された前記ピン４０が回動自在に連繋するピン孔が貫通形成されている。
【００７２】
前記リンクロッド２９は、ほぼく字形状に形成され、両端部２９ａ、２９ｂにはロッカアーム２７の他端部２７ｂと１つの揺動カム２２のカムノーズ部２２ａの各ピン孔に圧入した各ピン５１，５２の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔が貫通形成されており、前記ピン５２の軸心が揺動カム２２の枢支点になっている。
【００７３】
なお、各ピン４９、５１，５２の端部には、リンクアーム２８やリンクロッド２９の軸方向の移動を規制する図外のスナップリングが設けられている。
【００７４】
また、前記制御軸１４は、駆動軸４５と平行に機関前後方向に配設されていると共に、一端部に設けられた減速機構５４を介してアクチュエータである電動モータ５５（ＤＣモータ）によって所定回転角度範囲内で回転するようになっている。
【００７５】
前記減速機構５４は、制御軸１４の端部と電動モータ５５の駆動シャフトにそれぞれ設けられたウォームホィール５４ａとウオームギア５４ｂによって構成されている。
【００７６】
前記制御カム４８は、本体の一端面側に駆動軸４５に挿通する円筒部４８ａが一体に設けられ駆動軸に固定されていると共に、軸心Ｐ１が肉厚部４８ｂがある分、制御軸１４の軸心Ｐ２からα分だけ偏倚している。
【００７７】
前記電動モータ５５は、機関の運転状態を検出するコントローラ５６からの制御信号よって駆動するするようになっている。このコントローラ５６は、クランク角センサやエアーフローメータ、水温センサ及び制御軸１４の回転位置を検出するポテンショメータ５７などの各種センサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算などによって検出して、前記電動モータ５５に制御信号を出力している。
【００７８】
以下、この実施形態の作用について説明すれば、まず機関低速低負荷時には、コントローラ５６からの制御信号によって電動モータ５５を介して制御軸１４が図１４、図１５に示す位置に回転駆動される。このため、制御カム４８は、軸心Ｐ１が制御軸１４の軸心Ｐ２より右下方側に偏倚して、肉厚部４８ｂが右下方向に移動する。これにより、ロッカアーム２７は、一端部２７ａがリンクアーム２８によって引き上げられ全体が反時計方向へ回動させられる。この状態で、駆動軸４５の回転に伴い駆動カム４７が回転すると、図１４及び図１５に示すように、揺動カム２２，２２は、ロッカアーム２７の他端部２７ｂによってリンクロッド２９を介してカムノーズ部２２ａが上下に駆動され揺動するが、図１４に示す最大に引き上げられ位置ではベースサークル域になるため、バルブリフター１６、１６と接触するだけで、バルブリフトは行われない。
【００７９】
一方、この状態で駆動カム４７の回転に伴って、図１５に示すようにロッカアーム２７が時計方向に回転して、他端部２７ｂがリンクロッド２９を介して揺動カム２２，２２を最大に押し下げた場合も、揺動カム２２，２２は依然としてベースサークル領域になっている。このため、バルブリフトは行われず、零リフトを維持している。
【００８０】
したがって、かかる低速低負荷域では、この可変動弁装置が設けられた気筒が弁閉止状態となり、他の気筒の吸気弁のみが開閉作動する。したがって、かかる低速低負荷域での燃費の向上などが図れる。
【００８１】
一方、機関高速高負荷域に移行した場合は、コントローラ５６からの制御信号によって電動アクチュエータ５５により制御軸１４が例えば時計方向に回転させられ、したがって、制御カム４８が、図１６、図１７に示すように、図１４，図１５に示す位置から時計方向の回転角度位置まで回転させ、軸心Ｐ１（肉厚部４８ｂ）を図示ように左上方位置まで回転移動させる。このため、ロッカアーム２７は、リンクアーム２８を介して今度は全体が時計方向に回動した位置に保持される。したがって、この状態で駆動軸４５の回転駆動に伴いロッカアーム２７が揺動し、他端部２７ｂでリンクロッド２９を介して揺動カム２２，２２を最大に引き上げると、図１６に示すようにベースサークル領域でバルブリフター１６，１６に当接することから、バルブリフトは行われない。一方、ロッカアーム２７の反対方向の揺動に伴い揺動カム２２，２２が最大に押し下げられると、図１７に示すように、揺動カム２２，２２のカムノーズ部２２ａ、２２ａによってバルブリフター１６，１６が大きく押し下げられて、最大バルブリフトＬｍａｘとなる。
【００８２】
したがって、制御軸１４の位相を図１４、図１５に示す状態から図１６、図１７に示す位置まで連続的に変化させると、バルブリフト量は零（０）〜Ｌｍａｘまで連続的に変化することになる。
【００８３】
以上のように、この実施形態では、制御軸１４が揺動カム２２，２２の揺動中心、すなわち、制御軸１４の上下方向の位置が、吸気弁１２の上部付近の十分低い位置に配置されているため、大型化しがちなアクチュエータの低位化が図れ、また過度の側方張り出しが回避され、もって機関への搭載性が向上する。
【００８４】
しかも、駆動軸４５の配設位置の自由度が高いため、この配設位置を可及的に低く設定すれば、装置の機関への搭載性が一層向上する。また、かかる駆動軸４５の配設位置の高い自由度によってスプロケット４６の位置も図外の排気側カムシャフトの従動スプロケットと干渉しにくい位置に配置すことも可能である。さらには、このスプロケット４６が電動モータ５５に比較して軸方向にスペースが取られないことに着目して、限られたエンジンルーム内のスペースに配置することも可能になる。
【００８５】
ところで、制御軸１４を回転駆動させる電動モータ５５であるが、動弁系からの交番トルク変動を受ける制御軸１４をその負荷に抗して回転させるには自身の回転トルクでは十分に対応することができず、減速機構５４によって十分にトルクを高めてやる必要がある。このため、減速機構５４の減速比を大きくせざる得ないが、これによって減速機構５４が大型化する。さらに、目標位置まで制御軸１４を回転させる場合の電動モータ５５の総回転数は減速比増加に伴い増加することから、切り換え応答性は悪化する傾向にあり、それを回避するために大きなパワーが必要になる。この結果、電動モータ５５の大型化が余儀なくされ、エンジンフードに干渉してしまうおそれがある。
【００８６】
しかし、前述のように、制御軸１４の配設位置を十分に低い位置に設定することができることから、たとえ電動モータ５５が大型化しても、全体の位置を低位化することができるので、前記エンジンフードとの干渉などを確実に回避することができる。
【００８７】
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、例えば各揺動カム２２，２２のプロフィールを異ならせて、２つの吸気弁１２，１２にリフト差を与えることも可能である。これによって１つの気筒内での吸気スワール効果が大きくなり、燃焼性が良好になる効果が得られる。また、バルブリフター１６は、往復運動する例を示したが、ある支点を中心に揺動する、いわゆるスイングアームとすることもできる。
【００８８】
また、アクチュエータを電動に替えて油圧式のものとすることも可能であり、この場合であっても、制御軸の配設位置を下げることで、アクチュエータ位置を下げられ、同様の効果が得られる。
【００８９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、制御軸を機関弁の上端部付近の揺動カムの揺動中心側に配置できるため、前記制御軸に装着されるアクチュエータの高さを十分に低くすることが可能になる。この結果、装置のエンジンへの搭載性が良好になると共に、エンジンフードの高さも可及的に低く設定することができる。
【００９０】
請求項２及び３に記載の発明によれば、可変動弁装置の具体的な構成を前提に駆動軸の配設位置を適宜選択することが可能になるので、例えば、該装置を機関への搭載性を考慮した位置を選択することが可能になる。
【００９１】
請求項４に記載の発明によれば、駆動軸を既存のカムシャフトに兼用させることができるため、シリンダヘッド上の伝達機構自身の高さも十分低くすることが可能になるだけではなく、部品点数の増加を抑制できる。
【００９２】
請求項５に記載の発明によれば、制御カムや伝達機構を、気筒間のデッドスペースに配置できるため、該デッドスペースの有効利用が図れる。
【００９３】
請求項６に記載の発明によれば、シリンダヘッド上の伝達機構の高さを十分に低くすることができる。この結果、装置のエンジンへの搭載性が良好になると共に、エンジンフードの高さも可及的に低く設定することができる。
【００９４】
また、部品点数の増加を抑制でき、製造作業能率の向上とコストの低廉化が図れる。
【００９５】
また、吸気側カムシャフトや排気側カムシャフト及びこれらの軸受などの構造を変更するものではないため、シリンダヘッドの形状変更を要さず、既存の内燃機関にそのまま搭載することが可能となる。この結果、製造コストの高騰を抑制できる。
【００９６】
請求項７に記載の発明によれば、可変動弁装置の具体的な構成を前提に駆動軸の配設位置を適宜選択することが可能になるので、例えば、該装置を機関への搭載性を考慮した位置を選択することが可能になる。
【００９７】
請求項８及び１１に記載の発明によれば、装置全体が６リンク方式となるため、ロッカアームのロッカ比を大きく取ることが可能になり、これによって偏心カムの外径を大きくしなくても揺動カムの大きな揺動角を得ることができる。この結果、大きなバルブリフト特性が得られると共に、装置全体のコンパクト化が図れる。
【００９８】
請求項９に記載の発明によれば、スリット内を連係ピンを摺動させるようにしたため、安定した揺動カムの安定した揺動が確保できる。
【００９９】
請求項１０に記載の発明は、前記請求項７に記載の発明と同様な作用効果が得られる。
【０１００】
請求項１２に記載の発明は、制御カムやロッカアームなどを、気筒間のデットスペースに配置できるため、該デッドスペースの有効利用が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】本実施形態を示す要部平面図。
【図３】同実施形態の作用説明図。
【図４】同実施形態の作用説明図。
【図５】同実施形態の作用説明図
【図６】本実施形態のバルブタイミングとバルブリフトの特性図。
【図７】第２の実施形態を示す要部断面図。
【図８】第３の実施形態を示す要部断面図。
【図９】本実施形態の平面図。
【図１０】本実施形態の作用説明図。
【図１１】本実施形態の作用説明図。
【図１２】本実施形態の作用説明図。
【図１３】第４の実施形態を示す装置の要部斜視図。
【図１４】本実施形態における最小バルブリフト制御時の態様を示す断面図。
【図１５】本実施形態における最小バルブリフト制御時の態様を示す断面図。
【図１６】本実施形態における最大バルブリフト制御時の態様を示す断面図。
【図１７】本実施形態における最大バルブリフト制御時の態様を示す断面図。
【図１８】従来の可変動弁装置を示す断面図。
【符号の説明】
１１…シリンダヘッド
１２…吸気弁
１３…排気弁
１４…制御軸
１５…排気側カムシャフト（駆動軸）
１８…排気カム
１９…駆動偏心カム
２０…伝達機構
２１…制御機構
２２…揺動カム
２６，４８…制御カム
２７…ロッカアーム
２７ａ…一端部
２７ｂ…他端部
２８…リンクアーム
２９…リンクロッド
４５…駆動軸
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0003996751.tif 000016
【図１６】
0003996751.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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