(57)【要約】【課題】カムとローラアームとの間に可変アームが介装されていない動弁機構に替えて、該間に可変アームが介装される可変動弁機構を搭載する場合に、カムシャフトの位置変更を不要にする。【解決手段】可変アームの第二アーム４０は、支持シャフト４９に揺動可能に軸支されている。支持シャフト４９の位置は、ベース円時の側面視で、ローラアーム５０のローラ５４の中心線Ｏとカムシャフト２９の中心線ｃ１とを結ぶ第一線分Ｌ１よりも、ローラ５４の中心線Ｏと支持シャフト４９の中心線ｃ２とを結ぶ第二線分Ｌ２の方が長くなり、且つ第二線分Ｌ２が、ローラ５４の中心線Ｏとローラアーム５０の揺動中心線ｃ３とを結ぶ第三線分Ｌ３に対してなす角θが、カムシャフト２９側に６０〜１２０°になる位置である。第二アーム４０は、先端部４４がカム２０とローラ５４との間に入り込むように、支持シャフト４９からカムシャフト２９を巻き込むように延びている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフト（２９）に設けられたカム（２０）と、ローラ（５４）を備えてローラ（５４）に駆動力が伝えられると揺動してバルブ（７）を駆動するローラアーム（５０）と、カム（２０）の駆動力をローラ（５４）に伝える可変アーム（３０，４０）と、可変アーム（３０，４０）を操作することでバルブ（７）の駆動状態を変更する可変装置（６０）とを含み構成された内燃機関の可変動弁機構において、
可変アーム（３０，４０）は、カム（２０）に駆動される第一アーム（３０）と、第一アーム（３０）が取り付けられた第二アーム（４０）とを含み、
第二アーム（４０）は、少なくとも中心線（ｃ２）が内燃機関のシリンダヘッド（６）に対して変位しない支持シャフト（４９）に揺動可能に軸支され、支持シャフト（４９）の位置は、カム（２０）のベース円（２１）が作用するベース円時に、カムシャフト（２９）の長さ方向にみた側面視で、ローラ（５４）の中心線（Ｏ）とカムシャフト（２９）の中心線（ｃ１）とを結ぶ第一線分（Ｌ１）よりも、ローラ（５４）の中心線（Ｏ）と支持シャフト（４９）の中心線（ｃ２）とを結ぶ第二線分（Ｌ２）の方が長くなり、且つ第二線分（Ｌ２）が、ローラ（５４）の中心線（Ｏ）とローラアーム（５０）の揺動中心線（ｃ３）とを結ぶ第三線分（Ｌ３）に対してなす角（θ）が、カムシャフト（２９）側に６０〜１２０°になる位置であり、
第二アーム（４０）は、先端部（４４）がカム（２０）とローラ（５４）との間に入り込むように支持シャフト（４９）から延び、先端部（４４）は、第二アーム（４０）の揺動により、支持シャフト（４９）の中心線（ｃ２）を中心とした円周方向に往復変位してローラ（５４）を押圧する
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
【請求項２】
一のカム（２０）は、可変アーム（３０，４０）及びローラアーム（５０）を介して、一のバルブ（７）のみを駆動し、一のカム（２０）は、二以上のバルブ（７）を駆動しない請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構。
【請求項３】
可変装置（６０）は、回動制御可能に設けられた制御シャフト（６９）と、制御シャフト（６９）に設けられた制御カム（６３）とを含み構成され、制御カム（６３）は第一アーム（３０）に当接している請求項１又は２記載の内燃機関の可変動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のバルブを駆動すると共に、内燃機関の運転状況に応じてバルブの駆動状態を変更する可変動弁機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８に示す従来例１（特許文献１）の動弁機構９０Ａは、カムシャフト９１に設けられたカム９２と、ローラ９５ａを備えてローラ９５ａがカム９２に押圧されると揺動してバルブ７を駆動するローラアーム９５とを含み構成されている。
【０００３】
図９に示す従来例２（特許文献２）の可変動弁機構９０Ｂ、及び図１０に示す従来例３（特許文献３）の可変動弁機構９０Ｃは、カム９２とローラアーム９５とを含む点は従来例１と同様であるが、カム９２とローラ９５ａとの間に可変アーム９４が介装されている。その可変アーム９４を可変装置９６で操作することで、バルブ７の駆動状態（リフト量及び作用角）を連続的に変更する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１５９０１８号公報
【特許文献２】米国特許出願２０１３／０２４７８５１号明細書
【特許文献３】特開２００７−３０９２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来例１の動弁機構９０Ａでは、バルブ７の駆動状態を変更することができない。他方、従来例２，３の可変動弁機構９０Ｂ，９０Ｃでは、バルブ７の駆動状態を変更することができるが、カム９２とローラ９５ａとの間に、可変アーム９４を介装できるだけの間隔ｇ２，ｇ３を形成する必要がある。そのため、従来例１の動弁機構に替えて、従来例２又は３の可変動弁機構９０Ｂ又は９０Ｃを搭載しようとした場合、図８に示すカム９２とローラ９５ａとの間ｇ１に、図９又は図１０に示す間隔ｇ２又はｇ３を形成する必要がある。その間隔は、例えば、ローラアーム９５の形状を変更すること等によっても多少は形成できるが、それだけでは不十分な場合が多い。その場合には、カムシャフト９１の位置変更が必要になり、シリンダヘッドの変更規模が大きくなってしまう。
【０００６】
さらに、従来例２の可変動弁機構９０Ｂは、カム９２とローラアーム９５と可変装置９６との３つの部材９２，９５，９６で、可変アーム９４を３方向から囲み込むことで、可変アーム９４を揺動可能に支持している。そのため、それら３つの部材９２，９５，９６は、可変アーム９４をバランスよく３方向から囲み込むように配置しなければならなず、配置の自由度が小さい。
【０００７】
さらに、従来例２，３の可変動弁機構９０Ｂ，９０Ｃは、１つのカム９２で、１つの可変アーム９４及び２つのローラアーム９５，９５を介して、シリンダ５の両端にある２つのバルブ７，７を押圧している。そのため、図１１(ａ)に示すように、カムシャフト９１を支持するジャーナル６ａがシリンダ５（ボア）どうしの間の直上にくるボア間ジャーナルの場合には特に問題はないが、図１１(ｂ)に示すように、ジャーナル６ａがシリンダ５（ボア）の中央部（２つのバルブ７，７間）の直上にくるボアセンタージャーナルの場合には、可変アーム９４を設置することができない。そのため、ボアセンタージャーナルからボア間ジャーナルに変更する必要があり、シリンダヘッド６の変更規模が大きい。
【０００８】
そこで、カムとローラとの間に可変アームが介装されていない動弁機構（従来例１等）に替えて、該間に可変アームが介装される可変動弁機構を搭載する場合に、カムシャフトの位置変更を不要にするか、又は最少限に抑えると共に、カムとローラアームと可変装置との配置に自由度を持たせることを本発明の第一の目的とし、ボアセンタージャーナルの場合にも可変動弁機構を設置可能にすることを本発明の第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記第一の目的を達成するため、本発明の内燃機関の可変動弁機構は、次のように構成されている。すなわち、可変動弁機構は、カムシャフトに設けられたカムと、ローラを備えてローラに駆動力が伝えられると揺動してバルブを駆動するローラアームと、カムの駆動力をローラに伝える可変アームと、可変アームを操作することでバルブの駆動状態を変更する可変装置とを含み構成されている。
【００１０】
可変アームは、カムに駆動される第一アームと、第一アームが取り付けられた第二アームとを含み構成されている。第二アームは、少なくとも中心線が内燃機関のシリンダヘッドに対して変位しない支持シャフトに揺動可能に軸支されている。支持シャフトの位置は、カムのベース円が作用するベース円時に、カムシャフトの長さ方向にみた側面視で、ローラの中心線とカムシャフトの中心線とを結ぶ第一線分よりも、ローラの中心線と支持シャフトの中心線とを結ぶ第二線分の方が長くなり、且つ第二線分が、ローラの中心線とローラアームの揺動中心線とを結ぶ第三線分に対してなす角が、カムシャフト側に６０〜１２０°になる位置である。第二アームは、先端部がカムとローラとの間に入り込むように支持シャフトから延びている。先端部は、第二アームの揺動により、支持シャフトの中心線を中心とした円周方向に往復変位してローラを押圧する。
【００１１】
ここで、一のカムは、可変アーム及びローラアームを介して、二以上のバルブを駆動するものであってもよいが、上記第二の目的（ボアセンタージャーナルの場合でも搭載可能）を達成できる点で、一のカムは、可変アーム及びローラアームを介して、一のバルブのみを駆動し、一のカムは、二以上のバルブを駆動しないことが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、可変アームの第二アームは、上記の位置にある支持シャフトから、先端部がカムとローラとの間に入り込むように延びるため、第二アームは、カムシャフトを巻き込むように延びる。そのため、第二アームにおける、カムとローラとの間に入り込む部分は小さくなる。そのため、該間に可変アームが介装されていない動弁機構（従来例１等）に替えて、本発明の可変動弁機構を搭載する場合には、該間にさほど大きな間隔を形成しなくても第二アームを介装できる。よって、カムシャフトの位置変更を最少限に抑えることができる。特に、ローラアームの形状変更等により形成できる間隔だけで、第二アームを介装できる場合には、カムシャフトの位置変更が不要なる。
【００１３】
また、可変アームの第二アームは、支持シャフトに軸支されているため、従来例２とは違い、カムとローラアームと可変装置との３つの部材で、可変アームを３方向からバランスよく囲んで支持する必要がない。そのため、それら３つの部材の配置の自由度が大きい。
【００１４】
さらに、上記の好ましい態様（一のカムで一のバルブのみを駆動）にすれば、可変アーム及びローラアームのいずれも、二以上のバルブを跨がなくなるので、ジャーナルがバルブ間にあるボアセンタージャーナルの場合でも、本発明の可変動弁機構を問題なく搭載できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例の可変動弁機構を斜め前から見た斜視図である。
【図２】その可変動弁機構を斜め後から見た斜視図である。
【図３】その可変動弁機構の側面断面図である。
【図４】その可変動弁機構の大リフト状態において、(ａ)はベース円時を示す側面断面図、(ｂ)はノーズ頂時を示す側面断面図である。
【図５】その可変動弁機構の小リフト状態において、(ａ)はベース円時を示す側面断面図、(ｂ)はノーズ頂時を示す側面断面図である。
【図６】その可変動弁機構における、内燃機関の回転角度に対するバルブリフト量を示すグラフである。
【図７】その可変動弁機構を、(ａ)はボア間ジャーナルのシリンダヘッドに搭載したものを示す平面図、(ｂ)はボアセンタージャーナルのシリンダヘッドに搭載したものを示す平面図である。
【図８】従来例１の可変動弁機構を示す側面図である。
【図９】従来例２の可変動弁機構を示す側面図である。
【図１０】従来例３の可変動弁機構を示す側面図である。
【図１１】(ａ)はボア間ジャーナルのシリンダヘッドを示す平面図、(ｂ)はボアセンタージャーナルのシリンダヘッドを示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第二線分の長さは上記（第一線分の長さよりも長い）以外は特に限定されず、また、第二線分が第三線分に対してなす角度も、上記（６０〜１２０°）以外は特に限定されないが、第二アームがより機能的にカムシャフトを巻き込むように配置される点で、次の長さ及び角度であることが好ましい。すなわち、第二線分の長さは、第一線分の長さの１．２〜３倍であることが好ましく、１．４〜２．５倍であることがより好ましい。また、第二線分が第三線分に対してなす角度は、６０〜１００°であることが好ましく、６５〜９０°であることがより好ましい。
【００１７】
可変装置の具体的な態様は、特に限定されないが、次の態様を例示する。可変装置は、回動制御可能に設けられた制御シャフトと、制御シャフトに設けられた制御カムとを含み構成されている。制御カムは第一アームに当接している。
【００１８】
支持シャフトは、その中心線さえシリンダヘッドに対して変位しないものであれば、その中心線を中心に回動する回動シャフトであってもよいし、回動しない固定シャフトであってもよいが、より安定する点で、固定シャフトであることが好ましい。
【実施例】
【００１９】
次に、本発明の実施例を示す。但し、本発明は実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各部の構成や形状を任意に変更して実施することもできる。
【００２０】
図１〜図７に示す本実施例の可変動弁機構１は、バルブスプリング８が取り付けられた吸気用又は排気用のバルブ７を周期的に押圧することで、バルブ７を開閉する。可変動弁機構１は、カム２０と、第一アーム３０と、第二アーム４０と、ローラアーム５０と、可変装置６０とを含み構成されている。第一アーム３０と第二アーム４０とは、可変アーム３０，４０を構成している。ローラアーム５０はローラ５４を備えている。
【００２１】
［カム２０］
図１等に示すカム２０は、カムシャフト２９に突設されている。カムシャフト２９は、図７等に示すように、内燃機関のシリンダヘッド６に突出されたジャーナル６ａを挿通することで、ジャーナル６ａに回転可能に支持されている。ジャーナル６ａは、図７(ａ)に示すように、シリンダ５（ボア）どうしの間の直上にくるボア間ジャーナルであってもよいし、図７(ｂ)に示すように、シリンダ５（ボア）の中央部の直上（２つのバルブ７，７間の直上）にくるボアセンタージャーナルであってもよい。カムシャフト２９は、内燃機関が２回転する毎に１回転する。以下及び上記の「図面の簡単な説明」では、カムシャフト２９の長さ方向にみたものを「側面視」又は「側面図」という。
【００２２】
カム２０は、図３等に示すように、側面視で円形のベース円２１と、ベース円２１から突出したノーズ２２とを含み構成されている。以下及び上記の「図面の簡単な説明」では、図４(ａ)，図５(ａ)等に示すように、カム２０のベース円２１が作用する時を「ベース円時」といい、図４(ｂ)，図５(ｂ)等に示すように、ノーズ２２の頂上部が作用する時を「ノーズ頂時」という。また、以下では、図３等に示すベース円時の側面視で、ローラ５４の中心線Ｏとカムシャフト２９の中心線ｃ１とを結ぶ線分を「第一線分Ｌ１」という。
【００２３】
［第一アーム３０］
図３等に示す第一アーム３０は、第二アーム４０との協働で、カム２０の駆動力をローラ５４に伝える。第一アーム３０の一端部は、連結シャフト３９を介して第二アーム４０の長さ方向中間部に相対揺動可能に取り付けられている。第一アーム３０の長さ方向中間部には、カム２０に当接するローラ状のフォロア３２が、シャフト３３を介して回転可能に取り付けられている。第一アーム３０の他端部には、可変装置６０の制御カム６３に当接する当接面３６が設けられている。
【００２４】
［第二アーム４０］
図３等に示す第二アーム４０は、支持シャフト４９に揺動可能に軸支されている。支持シャフト４９は、図７等に示すように、シリンダヘッド６のジャーナル６ａを挿通すると共に、ジャーナル６ａに固定された固定シャフトである。以下では、図３等に示すベース円時の側面視で、ローラ５４の中心線Ｏと支持シャフト４９の中心線ｃ２とを結ぶ線分を「第二線分Ｌ２」という。第二線分Ｌ２の長さは、本実施例では、第一線分Ｌ１の長さの１．６〜１．８倍程度である。また、以下では、支持シャフト４９の中心線ｃ２を中心とした円周方向のうち、第二アーム４０がローラアーム５０を介してバルブ７を押圧して開く側の方向を「リフト方向ｆ」といい、その反対側の方向を「戻り方向ｂ」という。
【００２５】
第二アーム４０は、図３等に示すように、先端部４４がカム２０とローラ５４との間に入り込むように支持シャフト４９から延びることで、カムシャフト２９を巻き込むように延びている。その先端部４４の下部に、ローラ５４を押圧する押圧面４５が設けられている。その先端部４４は、第二アーム４０の揺動により、支持シャフト４９の中心線ｃ２を中心とした円周方向に往復変位して押圧面４５でローラ５４を押圧する。押圧面４５は、支持シャフト４９の中心線ｃ２を中心とした円周方向に延びる第二ベース円４５ａと、第二ベース円４５ａから支持シャフト４９から離間する方向に突出した第二ノーズ４５ｂとを含み構成されている。
【００２６】
［ローラアーム５０］
図３等に示すローラアーム５０は、長さ方向中間部にローラ５４が、ローラシャフト５５を介して回転可能に取り付けられている。ローラアーム５０の先端部には、バルブ７を押圧する駆動面５７が設けられている。ローラアーム５０の基端部の下面には、上方に半球状に凹んだ半球状凹部５１が凹設されている。その半球状凹部５１が、ラッシュアジャスタ５８の上端部にある半球部５９の上に載置されている。それにより、ローラアーム５０が、半球部５９の求心を通ってカムシャフト２９の長さ方向に延びる軸線（揺動中心線ｃ３）を軸に揺動可能に支持されている。ローラアーム５０は、ローラ５４に駆動力が伝えられると揺動してバルブ７を駆動する。以下では、ベース円時の側面視で、ローラ５４の中心線Ｏとローラアームの揺動中心線ｃ３とを結ぶ線分を「第三線分Ｌ３」という。第二線分Ｌ２が第三線分Ｌ３に対してなす角θは、本実施例では、カムシャフト２９側に７０〜８０°程度である。
【００２７】
［可変装置６０］
図３等に示す可変装置６０は、第一アーム３０を操作することでバルブ７のリフト量及び作用角を連続的に変更する。可変装置６０は、回動制御可能に設けられた制御シャフト６９と、制御シャフト６９に設けられた制御カム６３とを含み構成されている。制御カム６３は、制御シャフト６９と共に回転するものであり、第一アーム３０の当接面３６に当接している。制御カム６３は、側面視で円形の制御ベース円６３ａと、制御ベース円６３ａから突出した制御ノーズ６３ｂとを含み構成されている。
【００２８】
図４(ａ)に示すように、制御シャフト６９及び制御カム６３が一方（図において右回り）に回動すると、制御ノーズ６３ｂが第一アーム３０の当接面３６を押圧することで、当接面３６の位置が、制御シャフト６９から離間する方向にシフトする。それにより、ベース円時における第二アーム４０の位置がリフト方向ｆに、第二ベース円４５ａがローラ５４に当接する範囲内でシフトする。それにより、図４(ｂ)に示すように、第二アーム４０が最大限リフト方向ｆに変位するノーズ頂時における第二アーム４０の位置もリフト方向ｆに、第二ノーズ４５ｂがローラ５４に当接する範囲内でシフトする。それにより、バルブ７のリフト量及び作用角が増大する。具体的には、例えば、図６に実線で示すリフト曲線Ｑが、その上側に二点差線で示すリフト曲線Ｑ＋に連続的に変化する。
【００２９】
反対に、図５(ａ)に示すように、制御シャフト６９及び制御カム６３が他方（図において左回り）に回動すると、第一アーム３０の当接面３６の位置が、制御シャフト６９に接近する方向にシフトする。それにより、ベース円時における第二アーム４０の位置が戻り方向ｂに、第二ベース円４５ａがローラ５４に当接する範囲内でシフトする。それにより、図５(ｂ)に示すように、第二アーム４０が最大限リフト方向ｆに変位するノーズ頂時における第二アーム４０の位置も、戻り方向ｂにシフトする。それにより、バルブ７のリフト量及び作用角が減少する。具体的には、例えば、図６に実線で示すリフト曲線Ｑが、その下側に二点差線で示すリフト曲線Ｑ−に連続的に変化する。
【００３０】
本実施例によれば、次の効果が得られる。
［Ａ］可変アーム３０，４０の第二アーム４０は、図３等に示すように、支持シャフト４９からカムシャフト２９を巻き込むように延びるため、第二アーム４０における、カム２０とローラ５４との間に入り込む部分は小さくなる。そのため、カム２０とローラ５４との間隔ｇが狭くても第二アーム４０を設置できる。そのため、例えば、該間に可変アームが介装されていない、図８に示す従来例１の動弁機構９０Ａに替えて、本実施例の可変動弁機構１を設置する場合には、図８に示す従来例１の状態から、ローラアーム９５の形状を、図３等に示す本実施例のローラアーム５０の形状に変更することで得られる、カム２０とローラ５４との間隔ｇだけで、第二アーム４０を介装できる。よって、カムシャフト２９（カムシャフト９１）の位置変更が不要なる。また、ラッシュアジャスタ５８（ローラアーム５０の揺動中心線ｃ３）及びバルブ７（ステムエンド）の位置変更も不要になる。よって、図８に示す従来例１の状態から、最少限の構造変更で、シンプル且つ廉価に図３等に示す本実施例の可変動弁機構１を設置することができる。
【００３１】
［Ｂ］可変アーム３０，４０の第二アーム４０は、シリンダヘッド６に固定された支持シャフト４９に軸支されているため、従来例２の場合とは違い、カム２０とローラアーム５０と可変装置６０との３つの部材２０，５０，６０で、可変アーム３０，４０を３方向からバランスよく囲んで支持する必要がない。そのため、それら３つの部材２０，５０，６０の配置の自由度が大きい。
【００３２】
［Ｃ］一のカム２０は、一の第一アーム３０及び一の第二アーム４０並びに一のローラアーム５０を介して一のバルブ７のみを駆動するため、可変動弁機構１は、２つのバルブ７間を跨ぐ部材を備えていない。よって、図７(ａ)に示すボア間ジャーナルの場合のみならず、図７(ｂ)に示すボアセンタージャーナルの場合にも、可変動弁機構１を問題なく搭載できる。
【符号の説明】
【００３３】
１    可変動弁機構
６    シリンダヘッド
７    バルブ
２０    カム
２１    ベース円
２９    カムシャフト
３０    第一アーム（可変アーム）
４０    第二アーム（可変アーム）
４４    第二アームの先端部
４９    支持シャフト
５０    ローラアーム
５４    ローラ
６０    可変装置
６３    制御カム
６９    制御シャフト
Ｏ      ローラの中心線
ｃ１    カムシャフトの中心線
ｃ２    支持シャフトの中心線
ｃ３    ローラアームの揺動中心線
Ｌ１    第一線分Ｌ１
Ｌ２    第二線分Ｌ２
Ｌ３    第三線分Ｌ３
θ      第二線分が第三線分に対してなす角度
【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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