(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の回転に連動して回転する互いに略平行な第１の駆動軸及び第２の駆動軸と、
上記第１の駆動軸の外周に相対回転可能に設けられ、吸気弁又は排気弁の一方を駆動する揺動カムと、
上記第２の駆動軸の外周に設けられ、吸気弁又は排気弁の他方を駆動する駆動カムと、
上記第１の駆動軸の外周に偏心して設けられた偏心カムと、
この偏心カムの外周に相対回転可能に設けられたリング状リンクと、
上記第２の駆動軸の外周に偏心して設けられた制御カムと、
この制御カムの外周に相対回転可能に設けられ、その一端が上記リング状リンクの先端に連結するロッカアームと、
このロッカアームの他端と上記揺動カムの先端とを連結するロッド状リンクと、
上記第１，第２の駆動軸の回転位相差を可変制御する制御手段と、を有することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記第１，第２の駆動軸の一方の一端に設けられ、一方の駆動軸の回転位相を相対的に変化させるアクチュエータを有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】
上記アクチュエータを、内燃機関の前側に配置したことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項４】
上記揺動カムが吸気弁を駆動し、上記駆動カムが排気弁を駆動するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
上記制御手段により排気弁側の第２の駆動軸の回転位相が可変制御され、かつ、排気弁の位相を相対的に遅角させた際に、吸気弁が低リフト特性となるように設定したことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】
上記制御手段により吸気弁側の第１の駆動軸の回転位相が可変制御され、かつ、吸気弁の位相を相対的に進角させた際に、吸気弁が低リフト特性となるように設定したことを特徴とする請求項４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】
この発明は、内燃機関の運転状態に応じて吸気弁，排気弁の開閉時期や作動角を可変制御する可変動弁装置に関する。
【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・排気弁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可変動弁装置が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７を参照してその概略を説明すると、シリンダヘッド１のアッパデッキの略中央近傍上方位置にカムシャフト２が設けられていると共に、このカムシャフト２の外周にカム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、上記ロッカアーム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】
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。そして、偏心カム４が正逆の所定回転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上のリフト部円弧の使用角度を可変とすることにより、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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の内燃機関の可変動弁装置にあっては、機関と同期して回転する吸排気弁駆動用のカムシャフト２に対し、制御シャフト３が別個に設けられているため、制御シャフト３及びこれを支持する構造が必要となる。この結果、機関の寸法の増加を招き、車輌搭載性が低下する、という問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１の発明に係る内燃機関の可変動弁装置は、機関の回転に連動して回転する互いに略平行な第１の駆動軸及び第２の駆動軸と、上記第１の駆動軸の外周に相対回転可能に設けられ、吸気弁又は排気弁の一方を駆動する揺動カムと、上記第２の駆動軸の外周に設けられ、吸気弁又は排気弁の他方を駆動する駆動カムと、上記第１の駆動軸の外周に偏心して設けられた偏心カムと、この偏心カムの外周に相対回転可能に設けられたリング状リンクと、上記第２の駆動軸の外周に偏心して設けられた制御カムと、この制御カムの外周に相対回転可能に設けられ、その一端が上記リング状リンクの先端に連結するロッカアームと、このロッカアームの他端と上記揺動カムの先端とを連結するロッド状リンクと、上記第１，第２の駆動軸の回転位相差を可変制御する制御手段と、を有することを特徴としている。
【０００７】
機関の回転に連動して第１の駆動軸が回転すると、偏心カムを介してリング状リンクが並進作動し、これに連結するロッカアームが制御カムの軸心周りに揺動する。これにより、ロッカアームにロッド状リンクを介して連結する揺動カムが揺動し、吸，排気弁の一方が開閉駆動される。
【０００８】
また、機関の回転に連動して第２の駆動軸が回転すると、その外周に設けられた駆動カムにより吸，排気弁の他方が開閉駆動される。
【０００９】
なお、この第２の駆動軸の回転に伴って、上記の制御カムの軸心は第２の駆動軸の軸心周りに回転する。
【００１０】
そして、内燃機関の運転状態等に応じて、第１，第２の駆動軸の回転位相差を可変制御することにより、吸，排気弁のリフト特性が変化する。
【００１１】
例えば、請求項４の発明のように、上記揺動カムが吸気弁を駆動し、上記駆動カムが排気弁を駆動する構成とした場合、少なくとも吸気弁のバルブリフト量が変化する。
【００１２】
この請求項４の構成に加え、請求項５の発明のように、上記制御手段により排気弁側の第２の駆動軸の回転位相が可変制御されるように構成した場合、吸気弁のバルブリフト量とともに排気弁の位相が相対的に変化する。
【００１３】
ここで、排気弁の位相を遅角させた際に吸気弁が低リフト特性となる設定と、排気弁の位相を進角させた際に吸気弁が低リフト特性となる設定との２通りの設定が可能であるが、好ましくは請求項５の発明のように、排気弁の位相を相対的に遅角させた際に、吸気弁が低リフト特性となるように設定する。これにより、高回転でバルブオーバーラップが大、排気弁が進角、かつ吸気弁のバルブリフト量が大となり、低回転でバルブオーバーラップが小、排気弁が遅角、かつ吸気弁のバルブリフト量が小となる。また、低回転時に吸気弁が低リフトとなりカム駆動フリクションが低くなるため、燃費の向上を図ることができる。
【００１４】
一方、請求項４の構成に加え、請求項６の発明のように、上記制御手段により吸気弁側の第１の駆動軸の回転位相が可変制御されるように構成した場合には、吸気弁のバルブリフト量とともに吸気弁の位相が相対的に変化する。
【００１５】
ここで、吸気弁の位相を遅角させた際に吸気弁が低リフト特性となる設定と、吸気弁の位相を進めた際に吸気弁が低リフト特性となる設定との２通りの設定が可能であるが、好ましくは請求項６の発明のように、吸気弁の位相を相対的に進角させた際に、吸気弁が低リフト特性となるように設定する。これにより、高回転で吸気弁の閉時期が遅くなるとともに吸気弁のバルブリフト量が大となって充填効率が向上し、かつ低回転では吸気弁の閉時期が早くなってポンプ損失低減およびカム駆動フリクションの低減化を図ることができる。
【００１６】
上記制御手段は、例えば請求項２の発明のように、上記第１，第２の駆動軸の一方の一端に設けられ、一方の駆動軸の回転位相を相対的に変化させるアクチュエータを有している。
【００１７】
このアクチュエータに、例えば１つの位相検知センサを設けることで、位相とバルブリフト量（作動角）の双方の検知が可能となる。
【００１８】
また、請求項３の発明は、このアクチュエータを上記内燃機関の前側に配置したことを特徴としている。言い換えると、ＦＲ車では機関の後側と車室との間のスペースが小さく、ＦＦ車では機関の後側にディストリビュータ，スロットルチャンバ，燃料ポンプ等が配置される場合が多いため、機関の後側にアクチュエータを配置することが困難となる場合が多い。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、吸，排気弁を駆動する第１の駆動軸及び第２の駆動軸の回転位相差を可変制御することで、吸，排気弁のリフト特性を変化させることができる。このため、別途制御シャフト等を設ける必要がある従来例に比して、構成の簡素化，機関寸法の低減化を図ることができ、かつ、車両搭載性にも優れている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の具体的な実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１，２は、この発明の第１実施例を示している。
【００２２】
シリンダヘッド１１の上部には、全気筒にわたって連続した吸気側駆動軸（第１の駆動軸）１２及び排気側駆動軸（第２の駆動軸）１４が互いに平行に設けられている。各駆動軸１２，１４は、内部に潤滑油路が形成された中空状に形成されており、図２において右側となる一端に吸気側スプロケット１６及び排気側スプロケット１８がそれぞれ取り付けられ、図示せぬタイミングチェーンを介してクランクシャフトに連動している。
【００２３】
吸気側駆動軸１２の外周には、各気筒毎に分割された略円筒状の吸気カムシャフト２０が相対回転可能に外嵌されている。各吸気カムシャフト２０は、その外周に一対の揺動カム２０ａが設けられ、かつ、揺動カム２０ａの中間に設けられたジャーナル部２０ｂが、シリンダヘッド１１の取付部と吸気側カムブラケット２４との間に回転可能に支持されている。
【００２４】
各揺動カム２０ａは、略Ｌ字形状を呈し、そのカムノーズの外周には、基円面から先端へ向けて円弧状に延びるカム面が形成されている。そして、揺動カム２０ａの揺動位置に応じて、カム面が吸気弁２２の上部に設けられたバルブリフタ２２ａの上面所定位置に当接し、各吸気弁２２を開閉駆動するようになっている。
【００２５】
一方、排気側駆動軸１４の外周には、各気筒毎に分割された略円筒状の排気カムシャフト２６が圧入等により固定されている。各排気カムシャフト２６の外周には一対の駆動カム２６ａが設けられ、かつ、これら一対の駆動カム２６ａの中間のジャーナル部２６ｂが、シリンダヘッド１１の取付部と排気側カムブラケット３０との間で回転可能に支持されている。そして、各駆動カム２６ａが、各排気弁２８の上部に設けられたバルブリフタ２８ａに接触し、各排気弁２８を開閉駆動するようになっている。
【００２６】
また、吸気側駆動軸１２の外周には、この吸気側駆動軸１２の軸心１２ａに対して所定量偏心した偏心カム３２が吸気カムシャフト２０に隣接して固定されている。この偏心カム３２の外周には、リング状リンク３４が回転可能に外嵌されている。このリング状リンク３４は、偏心カム３２に外嵌する比較的大径な円環状の基部３４ａと、この基部３４ａの外周から径方向に延びるアーム部３４ｂとを有している。
【００２７】
一方、排気側駆動軸１４の外周には、この排気側駆動軸１４の軸心１４ａに対して所定量偏心した制御カム３６が固定されている。この制御カム３６の外周には、ロッカアーム３８の中央部が相対回転可能に外嵌されている。
【００２８】
このロッカアーム３８の一端と、リング状リンク３４のアーム部３４ｂの先端とは、両者を挿通する第１ピン４２を介して相対回転可能に連結されている。また、ロッカアーム３８の他端と、上記の揺動カム２０ａの先端とは、所定長さの直線状に延びるロッド状リンク４０によって連結されている。具体的には、揺動カム２０ａの先端と、ロッド状リンク４０の一端とは、両者を挿通する第２ピン４４を介して相対回転可能に連結されている。また、ロッド状リンク４０の他端と、ロッカアーム３８の他端とは、両者を挿通する第３ピン４６を介して相対回転可能に連結されている。
【００２９】
なお、各ピン４２，４４，４６の一端部には、リング状リンク３４やロッド状リンク４０の軸方向の移動を規制するスナップリング（図示省略）が取り付けられている。
【００３０】
そして、本実施例では、吸気側駆動軸１２と排気側駆動軸１４との回転位相差を可変制御する制御手段として、排気側スプロケット１８に、排気側駆動軸１４に対する回転位相を調整するアクチュエータ４８が取り付けられている。
【００３１】
このアクチュエータ４８には図示せぬ位相検知センサが設けられるともに、図外の制御部が接続されている。この制御部は、上記位相検知センサからの信号に基づいて駆動軸１２，１４の位相並びに作動角を算出するとともに、エンジン回転・負荷・スロットル開度・水温等の機関運転状態を示す信号を検出し、これらの情報に基づいて最適バルブリフト特性を演算して、アクチュエータ４８へ駆動信号を出力するようになっている。
【００３２】
このアクチュエータ４８の配置位置は、内燃機関の前後どちらでも可能であるが、本実施例では機関の前側、すなわちスプロケット１６，１８が設けられた図２の右側に配置してある。言い換えると、ＦＲ車では機関の後側と車室との間のスペースが小さく、ＦＦ車では機関の後側にディストリビュータ，スロットルチャンバ，燃料ポンプ等が配置される場合が多いため、機関の後側にアクチュエータ４８を配置することが困難な場合が多い。このようなことから、機関の前側にアクチュエータ４８を配置することは、レイアウト上非常に有利である。
【００３３】
次に、本実施例の作用を説明する。
【００３４】
吸気側駆動軸１２，排気側駆動軸１４は、スプロケット１６，１８に巻き掛けられた図示せぬタイミングチェーン等を介して、内燃機関のクランクシャフトに連動して回転駆動される。
【００３５】
ここで、吸気側駆動軸１２が回転すると、その外周に設けられた偏心カム３２を介してリング状リンク３４が図２の左右方向に並進作動し、このリング状リンク３４に連結するロッカアーム３８が制御カム３６の軸心周りに揺動する。これにより、ロッカアーム３８にロッド状リンク４０を介して連結する揺動カム２０ａが揺動し、吸気弁２２が開閉駆動される。
【００３６】
また、排気側駆動軸１４が回転すると、その外周に設けられた駆動カム２６ａにより排気弁２８が開閉駆動される。
【００３７】
なお、この排気側駆動軸１４の回転に伴って、ロッカアーム３８の揺動中心となる制御カム３６の軸心３６ａは排気側駆動軸１４の軸心１４ａ周りに回転する形となる（図３参照）。
【００３８】
そして、内燃機関の運転状態に応じてアクチュエータ４８を駆動制御し、排気側スプロケット１８を排気側駆動軸１４に対して相対的に回転駆動することにより、吸気側駆動軸１２及びクランクシャフトに対する排気側駆動軸１４の回転位相が変化する。つまり、排気側駆動軸１４に設けられた制御カム３６と、吸気側駆動軸１２に設けられた偏心カム３２との相対的な回転位相が変化する。この結果、吸，排気弁２２，２８のリフト特性が可変制御される。
【００３９】
図３は、図２をリンクで表わており、揺動カム２０ａが最も揺動し、偏心カム３２とリング状リンク３４とが図３のリンク図上で一直線に配置された状態、すなわち偏心カム３２の軸心３２ａが吸気側駆動軸１２の軸心１２ａと第１ピン４２の軸心とを結ぶ線上に配置された状態を示している。
【００４０】
また、図３（ａ）は、吸気側駆動軸１２と排気側駆動軸１４との回転位相差がゼロである基準状態を示している。一方、図３（ｂ）は、アクチュエータ４８の駆動により排気側駆動軸１４を図３（ａ）の基準状態から排気位相が大きくなる方向、つまり図３で時計回りの方向に所定角度だけ回転させた状態を示している。このように、ロッカアーム３８の揺動中心となる制御カム３６の軸心３６ａを図３（ａ）の基準状態から図３（ｂ）の状態へ変化させると、ロッカアーム３８の傾きが変化し、揺動カム２０ａの揺動量が減少する。この揺動カム２０ａの揺動量（角度）と吸気側駆動軸１２の角度との関係を図４に示す。
【００４１】
図４にも示すように、吸気側駆動軸１２と排気側駆動軸１４との回転位相差に応じて、揺動カム２０ａの揺動量、つまり吸気弁２２のリフト作動角（バルブリフト量）が変化していることが分かる。
【００４２】
図５は、本実施例に係る吸，排気弁２２，２８のリフト特性を示している。本実施例のように、排気側駆動軸１４の回転位相を可変制御した場合、主に排気弁２８のリフト位相と、吸気弁２２の作動角（バルブリフト量）とが変化する。ここで、排気弁２８の位相を遅らせた時に吸気弁２２を低リフト特性とする設定と、排気弁２８の位相を進めた時に吸気弁２２を低リフト特性とする設定との２通りの設定が可能である。
【００４３】
エンジン性能の向上化を図るためには、排気弁２８のリフト位相を遅らせた時に吸気弁２２を低リフト特性とする設定が好ましい。この場合、高回転でバルブオーバーラップが大、排気弁２８が進角、かつ吸気弁２２のバルブリフト量が大となり、低回転でバルブオーバーラップが小、排気弁が遅角、かつ吸気弁２２のバルブリフト量が小となる。また、低回転時に吸気弁２２が低リフトとなりカム駆動フリクションが低くなるため、燃費の向上を図ることができる。
【００４４】
このように、本実施例では、吸，排気弁２２，２８を駆動する駆動軸１２，１４の回転位相差を可変制御することで、吸，排気弁２２，２８のリフト特性を変化させることができる。言い換えると、排気側駆動軸１４が制御軸を兼用する形となるため、別途制御シャフト等を設ける必要がある従来例に比して、構成の簡素化，機関寸法の低減化を図ることができ、かつ、車両搭載性にも優れている。
【００４５】
図６は、本発明の第２実施例に係る吸，排気弁２２，２８のリフト特性を示している。この実施例では、排気側駆動軸１４と吸気側駆動軸１２との回転位相差を可変制御するために、吸気側駆動軸１２の回転位相を可変制御する構成としている。具体的には、図２に示すアクチュエータ４８を吸気側駆動軸１２の吸気側スプロケット１６に取り付ける構成としている。
【００４６】
この場合、クランクシャフトに対する排気側駆動軸１４の回転位相に変化がないため、排気弁２８の位相及びバルブリフト量が変化することはないが、揺動カム２０ａのリフト位相並びに作動角が変化するため、吸気弁２２の位相並びにリフト量の双方が変化する。
【００４７】
ここで、吸気弁２２のリフト位相を遅らせた時に吸気弁２２を低リフト特性とする設定と、吸気弁２２のリフト位相を進めた時に吸気弁２２を低リフト特性とする設定との２種類の設定が可能である。
【００４８】
エンジン性能の向上化を図るためには、吸気弁２２のリフト位相を進めた時に吸気弁２２を低リフト特性とする設定が好ましい。この場合、高回転で吸気弁２２の閉時期が相対的に遅くなるとともに吸気弁２２のバルブリフト量が大となって充填効率が向上し、かつ低回転では吸気弁２２の閉時期が相対的に早くなってポンプ損失低減およびカム駆動フリクションの低減化を図ることができる。
【００４９】
なお、上記の実施例では吸気側駆動軸１２に揺動カム２０ａを、排気側駆動軸１４に駆動カム２６ａを設け、吸気弁２２のバルブリフト量を可変制御する構成としているが、これとは逆に、吸気側駆動軸１２に駆動カム２６ａを、排気側駆動軸１４に揺動カム２０ａを設け、少なくとも排気弁２８のバルブリフト量を可変制御する構成とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る内燃機関の可変動弁装置を示す図２のＡ−Ａ断面図。
【図２】第１実施例の可変動弁装置を適用した内燃機関の上面図。
【図３】図１の装置をリンクで表した説明図。
【図４】第１実施例の吸気側駆動軸と揺動カムの角度との関係を示す特性図。
【図５】第１実施例に係る吸，排気弁のリフト特性を示す特性図。
【図６】本発明の第２実施例に係る吸，排気弁のリフト特性を示す特性図。
【図７】従来例に係る内燃機関の可変動弁装置を示す構成図。
【符号の説明】
１２…吸気側駆動軸
１４…排気側駆動軸
２０ａ…揺動カム
２２…吸気弁
２６ａ…駆動カム
２８…排気弁
３２…偏心カム
３４…リング状リンク
３６…制御カム
３８…ロッカアーム
４０…ロッド状リンク
４８…アクチュエータ
【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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