(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転カムを形成した１本のカムシャフトが回転可能に軸支され、
前記カムシャフトを中心にその周りを前記カムシャフトと独立して回動可能な回動部材が設けられ、
前記回動部材における前記回転カムのノーズの回転軌跡よりも離れた位置に基端部が揺動可能に軸着され、前記基端部から前記回転カムとバルブリフタとの間に介在するように延びる揺動アームが設けられ、
前記揺動アームは、前記回転カムと略同一の厚さに形成され、前記揺動アームの上側であって前記基端部の上縁から末端付近まで略平面状に形成されるとともに前記回転カムに摺接するカム摺接面と、前記揺動アームの下側であって前記基端部の下側から末端付近まで円弧面状に形成されるとともに前記バルブリフタを押圧するリフタ押圧面とを備えており、前記リフタ押圧面は、前記カム摺接面を前記回転カムのベース円に摺接させたときに、前記カムシャフトを中心とする円弧面と略一致する形状に形成されており、
前記揺動アームは、前記基端部からの距離に応じて前記カム摺接面と前記リフタ押圧面との間隔が変化するように形成されており、
前記揺動アームは、前記回動部材を介して前記カムシャフトの周りに一回転以内の範囲で回動させられることにより、前記回転カムと前記カム摺接面との当接位置から前記リフタ押圧面と前記バルブリフタとの当接位置までの距離を変えるような形状にも形成されており、
前記揺動アームは、前記回動部材を介して前記カムシャフトの周りに一回転以内の範囲で回動させられることにより、前記揺動アームの揺動中心から前記回転カムと前記カム摺接面との当接位置までの距離に対する前記揺動中心から前記リフタ押圧面と前記バルブリフタとの当接位置までの距離の割合を変えるような形状にも形成されており、
前記回動部材を一回転以内の範囲で回動させて前記揺動アームを前記カムシャフトの周りに変位させることにより前記回転カムと前記略平面状のカム摺接面との当接位置を移動させると同時に、前記バルブリフタと前記円弧面状のリフタ押圧面との当接位置を移動させることで、前記回転カムによるバルブのリフト量及び作用角を変化させる制御部材が設けられたことを特徴とする可変動弁機構。
【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】
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ため、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。その代表例として二本のカムシャフトを回転させてロッカアームを揺動させると共に二本のカムシャフトの位相を相対的に変えることによりロッカアームの揺動角を変えて、バルブのリフト量又は作用角を連続的に変化させるようにしたものや、複雑なリンク機構を用いてバルブのリフト量又は作用角を連続的に変化させるようにしたものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記代表例のように２本のカムシャフトを回転させるには、１本のカムシャフトを回転させてきた従来の駆動系を大きく変えることになると共に、駆動上難しいとか、駆動系のサイズを大きくせざるを得ないとか、構成部品が多数必要になるとかいう問題があった。また、複雑なリンク機構を用いた場合も、構成部品が多数必要になるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、シンプルな構成で内燃機関の全運転状況にわたっ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、内燃機関の性能向上や燃費向上が得られ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、回転カムを形成した１本のカムシャフトが回転可能に軸支され、カムシャフトを中心にその周りをカムシャフトと独立して回動可能な回動部材が設けられ、回動部材における回転カムのノーズの回転軌跡よりも離れた位置に基端部が揺動可能に軸着され、基端部から回転カムとバルブリフタとの間に介在するように延びる揺動アームが設けられ、
揺動アームは、回転カムと略同一の厚さに形成され、揺動アームの上側であって基端部の上縁から末端付近まで略平面状に形成されるとともに回転カムに摺接するカム摺接面と、揺動アームの下側であって基端部の下側から末端付近まで円弧面状に形成されるとともにバルブリフタを押圧するリフタ押圧面とを備えており、リフタ押圧面は、カム摺接面を回転カムのベース円に摺接させたときに、カムシャフトを中心とする円弧面と略一致する形状に形成されており、
揺動アームは、基端部からの距離に応じてカム摺接面とリフタ押圧面との間隔が変化するように形成されており、
揺動アームは、回動部材を介してカムシャフトの周りに一回転以内の範囲で回動させられることにより、回転カムとカム摺接面との当接位置からリフタ押圧面とバルブリフタとの当接位置までの距離を変えるような形状にも形成されており、
揺動アームは、回動部材を介してカムシャフトの周りに一回転以内の範囲で回動させられることにより、揺動アームの揺動中心から回転カムとカム摺接面との当接位置までの距離に対する揺動中心からリフタ押圧面とバルブリフタとの当接位置までの距離の割合を変えるような形状にも形成されており、
回動部材を一回転以内の範囲で回動させて揺動アームをカムシャフトの周りに変位させることにより回転カムと略平面状のカム摺接面との当接位置を移動させると同時に、バルブリフタと円弧面状のリフタ押圧面との当接位置を移動させることで、回転カムによるバルブのリフト量及び作用角を変化させる制御部材が設けられたことを特徴としている。
【０００６】
回動部材は、カムシャフトの周りに軸着されていても、軸着されていなくてもよい。但し、コストを抑えて揺動アームをカムシャフトの周りに回動させるには、回動部材はカムシャフトの周りに軸着されていることが好ましい。
【０００７】
回動部材の形状としては、特に限定されないが、次の二態様を例示できる。
（１）カムシャフトと同軸の円板状に形成された態様。
（２）カムシャフトからカムシャフトの半径方向に棒状に延びるように形成された態様。具体的には、カムシャフトの周りに外挿されたボス部とボス部から半径方向に延びるアーム部とからなるものを例示できる。
【０００８】
また、回動部材の数としては、回転カムの一方側に一つだけ設けられていても、回転カムの両側に一つずつ設けられていてもよい。但し、回転カムが揺動アームを押圧する時に回動部材に捻れ応力が生じないようにするには、回動部材は回転カムの両側に一つずつ設けられていることが好ましい。その場合、回動部材間に揺動アームを軸着する軸を架設することが好ましい。また、揺動アームの必要な揺動を妨げない位置であって回転カムのノーズの回転軌跡より離れた位置に、前記軸以外の架設部材を回動部材間に設けてもよい。
【００１３】
揺動アームの厚さは、回転カムの厚さと略同一の厚さとしても異なる厚さとしてもよい。ただし、揺動アームに加わる圧力負荷や耐久性等も考慮して面圧的に有利な厚さが適宜選定され、本発明では後述する実施例のとおり揺動アームの厚さを回転カムの厚さと略同一の厚さとした。
【００１４】
制御部材としては、特に限定されないが、回動部材をカムシャフトの周りに回動させる駆動装置であって、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やモータと制御装置とを備えたもの等を例示できる。
【００１５】
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。
【００１６】
【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実施形態例について、図１〜図８を参照して説明する。回転カム２を形成した１本のカムシャフト１が回転可能に軸支されており、回転カム２は、ベース円２ａと、突出量が漸増するノーズ漸増部２ｂと、ノーズ２ｃと、突出量が漸減するノーズ漸減部２ｄとから構成されている。
【００１７】
回転カム２の下方には、バルブリフタ１０がシリンダヘッド（図示略）の内壁に沿って上下に摺動可能に設けられている。また、バルブリフタ１０の下側には、基端をバルブリフタ１０の下面の略中央に当接させるとともに下方に延びるバルブ１２が設けられている。
【００１８】
カムシャフト１の周りには、カムシャフト１を中心にその周りをカムシャフト１と独立して回動可能な回動部材３が設けられている。回動部材３は、カムシャフト１と同軸の円板状に形成されて回転カム２の両側に一定の間隔をおいて一つずつ配されるとともに、略中央においてカムシャフト１にそれぞれ軸着されている。
【００１９】
回動部材３における回転カム２のノーズ２ｃの回転軌跡よりも離れた位置に基端部５ａが揺動可能に軸着され、基端部５ａから回転カム２とバルブリフタ１０との間に介在するように延びる揺動アーム５が設けられている。
【００２０】
二つの回動部材３間には、カムシャフト１と平行に軸４が架設され、該軸４には揺動アーム５の基端部５ａが揺動可能に軸着されている。揺動アーム５は、例えば回転カム２と略同一の厚さに形成され、軸４に軸着された略円筒状の基端部５ａと、揺動アーム５の上側であって基端部５ａの上縁から末端付近まで略平面状に形成されるとともに回転カム２に摺接するカム摺接面５ｂと、揺動アーム５の下側であって基端部５ａの下側から末端付近まで円弧面状に形成されるとともにバルブリフタ１０を押圧するリフタ押圧面５ｃとを備えている。
【００２１】
リフタ押圧面５ｃは、カム摺接面５ｂを回転カム２のベース円２ａに摺接させたとき（いわゆるベース時）に、カムシャフト１を中心とする円弧面と略一致する形状に形成されている。
【００２２】
二つの回動部材３を一回転以内の範囲で回動させて揺動アーム５をカムシャフト１の周りに変位させることにより回転カム２と該回転カム２に摺接する揺動アーム５のカム摺接面５ｂとの当接位置を移動させると同時に、バルブリフタ１０と該バルブリフタ１０を押圧する揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃとの当接位置を移動させることで、回転カム２によるバルブ１２のリフト量及び作用角を変化させる制御部材が設けられている。
【００２３】
揺動アーム５は、基端部５ａからの距離に応じてカム摺接面５ｂとリフタ押圧面５ｃとの間隔が変化するように形成されており、回動部材３を介してカムシャフト１の周りに１回転以内の範囲で回動させられることにより、回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置からリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置までの距離を変えるような形状にもなっている。見方を変えれば、揺動アーム５は、回動部材３を介してカムシャフト１の周りに１回転以内の範囲で回動させられることにより、揺動アーム５の揺動中心としての軸４から回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置までの距離に対する軸４からリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置までの距離の割合を変えるような形状に形成されている。
【００２４】
制御部材は、一方の（例えば左側の）回動部材３に同軸上に結合され（図示略）、二つの回動部材３及び軸４をカムシャフト１の周りに回動させ、軸４に軸着された揺動アーム５をそれに追従させてカムシャフト１を中心とする円軌跡上を移動させる駆動装置であって、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である。
【００２５】
上記の構成により、回転カム２が回転すると、回転カム２と揺動アーム５のカム摺接面５ｂとの当接位置を変化させながら揺動アーム５が軸４を中心に揺動させられる。また、揺動アーム５の揺動に伴って、リフタ押圧面５ｃがバルブリフタ１０との当接位置を移動させながらバルブリフタ１０を下方へ押圧し、バルブリフタ１０の下面に当接させられたバルブ１２がリフトされるようになっている。
【００２６】
また、ベース時の揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃが、カムシャフト１と同軸の円弧面と略一致するように形成されているために、制御部材の状態によらずベース時のリフト量はゼロとなる。しかし、制御部材が回動部材３と軸４とをその順に介して揺動アーム５をカムシャフト１の周りに回動させると、揺動アーム５とバルブリフタ１０との当接位置が変化してバルブリフタ１０の押圧量が変化し、それに伴ってバルブ１２のリフト量が変化させられるようになっている。
【００２７】
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、最大リフト量が必要な運転状況下におけるカムシャフト１に対する回動部材３、軸４及び揺動アーム５の位置とそれによる作用を示している。
図２（ａ）に示すように、揺動アーム５のカム摺接面５ｂに回転カム２のベース円２ａが摺接しているベース時には、回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置は、カム摺接面５ｂにおける略中央付近であり、カムシャフト１の略直下となる位置である。また、揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置は、揺動アーム５における略中央位置であり、バルブリフタ１０の上面における左端寄りの位置である。この時、揺動アーム５が揺動開始位置にあるため、バルブリフタ１０は最上位置にある。従って、この時、バルブリフタ１０の下面に当接しているバルブ１２のリフトは発生していない。
【００２８】
次に、図２（ｂ）に示すように、揺動アーム５のカム摺接面５ｂに回転カム２のノーズ漸増部２ｂが摺接すると、回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置は、カム摺接面５ｂにおける先端方向に移動するとともに、カムシャフト１の直下よりも右方向へ移動する。また、揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置は、揺動アーム５における先端方向に移動するとともに、バルブリフタ１０の上面における左端寄りから右方向に移動する。この時、揺動アーム５が回転カム２の押圧を受けて下方に揺動を開始するので、バルブリフタ１０は下方に押圧されてバルブ１２のリフト量は発生増加しＬｌ１となる。
【００２９】
次に図３（ａ）に示すように、カム摺接面５ｂに対する回転カム２の当接位置がノーズ漸増部２ｂの後半部からノーズ２ｃに移動する時、回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置は、カム摺接面５ｂにおける先端方向に移動していたのが基端方向への移動に切り替わって逆行が進むとともに、カムシャフト１の直下よりも左方向へ移動する。また、揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置は、揺動アーム５における先端方向への移動が継続するとともに、バルブリフタ１０の上面における右方向への移動も継続する。
【００３０】
次に、図３（ｂ）に示すように、揺動アーム５のカム摺接面５ｂに回転カム２のノーズ２ｃが摺接するいわゆるノーズ時になると、回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置は、カム摺接面５ｂにおける基端付近まで逆行するとともに、カムシャフト１の直下よりも左側に大きく移動する。また、揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置は、揺動アーム５における最先端となる位置に移動するとともに、バルブリフタ１０の上面における略中央となる位置に達する。この時、揺動アーム５が回転カム２により最大押圧を受けて下方に最大揺動する。この時、バルブリフタ１０は下方に最大押圧されてバルブ１２のリフト量はＬｌｍａｘに達する。
【００３１】
次に、図４（ａ）→（ｂ）→図５（ａ）→（ｂ）は、中間リフト量が必要な運転状況下におけるカムシャフト１に対する回動部材３、軸４及び揺動アーム５の位置とそれによる作用を示している。揺動アーム５は、回動部材３及び軸４を介して最大リフト時より右方向にやや回動されている。
図４（ａ）に示すように、揺動アーム５のカム摺接面５ｂに回転カム２のベース円２ａが摺接しているベース時には、回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置は、カム摺接面５ｂにおける略中央付近であり、カムシャフト１の略直下よりもやや右側の位置である。また、揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置は、揺動アーム５における基端寄りの位置であり、バルブリフタ１０の上面における左寄りの位置である。この時、揺動アーム５が揺動開始位置にあるため、バルブリフタ１０は最上位置にある。従って、この時、バルブ１２のリフトは発生していない。
【００３２】
次に、図４（ｂ）に示すように、揺動アーム５のカム摺接面５ｂに回転カム２のノーズ漸増部２ｂが摺接すると、回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置は、カム摺接面５ｂにおける先端方向に移動するとともに、図２（ｂ）の時よりも右方向へ移動する。また、揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置は、揺動アーム５における基端側から先端方向に移動するとともに、バルブリフタ１０の上面における略中央へ右方向に移動する。この時、揺動アーム５が回転カム２の押圧を受けて下方に揺動を開始するので、バルブリフタ１０は下方に押圧されてバルブ１２のリフト量は発生増加しＬｍ１となる。
【００３３】
次に、図５（ａ）に示すように、カム摺接面５ｂに対する回転カム２の当接位置がノーズ漸増部２ｂの後半部からノーズ２ｃに移動する時、回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置は、カム摺接面５ｂにおける先端方向に移動していたのが基端方向への移動に切り替わって逆行が進む。また、揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置は、揺動アーム５における先端方向への移動が継続するとともに、バルブリフタ１０の上面における右方向への移動も継続する。
【００３４】
次に、図５（ｂ）に示すように、揺動アーム５のカム摺接面５ｂに回転カム２のノーズ２ｃが摺接するノーズ時になると、回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置は、カム摺接面５ｂにおける基端付近まで逆行するとともに、カムシャフト１の直下よりもやや左側にまで移動する。また、揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置は、揺動アーム５におけるやや先端寄りの位置に移動するとともに、バルブリフタ１０の上面におけるやや右寄りの位置に達する。この時、揺動アーム５が回転カム２により最大押圧を受けて下方に最大揺動する。しかしこの時、バルブリフタ１０はリフタ押圧面５ｃのやや先端寄りの位置に当接しているので押圧量は最大リフト時より少なくなり、バルブ１２のリフト量はＬｍｍａｘとなる。
【００３５】
次に、図６（ａ）→（ｂ）→図７（ａ）→（ｂ）は、最小リフト量が必要な運転状況下におけるカムシャフト１に対する回動部材３、軸４及び揺動アーム５の位置とそれによる作用を示している。揺動アーム５は、回動部材３及び軸４を介して中間リフト時より更に右方向に回動されている。
図６（ａ）に示すように、揺動アーム５のカム摺接面５ｂに回転カム２のベース円２ａが摺接しているベース時には、回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置は、カム摺接面５ｂにおける略中央付近であり、カムシャフト１の略直下よりも右側の位置である。また、揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置は、揺動アーム５における基端の位置であり、バルブリフタ１０の上面における左寄りの位置である。この時、揺動アーム５が揺動開始位置にあるため、バルブリフタ１０は最上位置にある。従って、この時、バルブ１２のリフトは発生していない。
【００３６】
次に、図６（ｂ）に示すように、揺動アーム５のカム摺接面５ｂに回転カム２のノーズ漸増部２ｂが摺接すると、回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置は、カム摺接面５ｂにおける先端方向に移動するとともに、図４（ｂ）の時よりも更に右方向へ移動する。また、揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置は、揺動アーム５における基端からやや先端方向に移動するとともに、バルブリフタ１０の上面における略中央へ右方向に移動する。この時、揺動アーム５が回転カム２の押圧を受けて下方に揺動を開始するので、バルブリフタ１０は下方に押圧されてバルブ１２のリフト量は発生増加しＬｓ１となる。
【００３７】
次に、図７（ａ）に示すように、カム摺接面５ｂに対する回転カム２の当接位置がノーズ漸増部２ｂの後半部からノーズ２ｃに移動する時、回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置は、カム摺接面５ｂにおける先端方向に移動していたのが基端方向への移動に切り替わって逆行が進む。また、揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置は、揺動アーム５における先端方向への移動が継続するとともに、バルブリフタ１０の上面における右方向への移動も継続する。
【００３８】
次に、図７（ｂ）に示すように、揺動アーム５のカム摺接面５ｂに回転カム２のノーズ２ｃが摺接するノーズ時になると、回転カム２とカム摺接面５ｂとの当接位置は、カム摺接面５ｂにおける基端付近まで逆行するとともに、カムシャフト１の直下よりもやや右側にまで移動する。また、揺動アーム５のリフタ押圧面５ｃとバルブリフタ１０との当接位置は、揺動アーム５における中央よりも基端寄りの位置に移動するとともに、バルブリフタ１０の上面におけるやや右寄りの位置に移動する。この時、揺動アーム５が回転カム２により最大押圧を受けて下方に最大揺動する。しかしこの時、バルブリフタ１０はリフタ押圧面５ｃの中央よりも基端寄りの位置に当接しているので押圧量は中間リフト時より更に少なくなり、バルブ１２のリフト量はＬｓｍａｘとなる。
【００３９】
なお、中間リフトが必要な運転状況下では、図２、図３と図６、図７との間で揺動アーム５の位置を連続的に又は段階的に作ることで、図８に示すように中間的なリフト量・作用角が連続的に又は段階的に得られる。
【００４０】
以上、詳述したように本発明の可変動弁機構によれば、２本のカムシャフトを回転させたり、複雑なリンク機構を用いていないので少ない構成部品でシンプルな構成であるにもかかわらず、内燃機関の全運転状況（最大リフト時から最小リフト時まで）にわたっ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ことができるので、内燃機関の性能向上や燃費向上を得ることができる。また、揺動アーム５は、回転カム２と略同一の厚さに形成されて面圧的に有利であるとともに、基端部５ａと略平面状のカム摺接面５ｂと円弧面状のリフタ押圧面５ｃとを備える一部品で構成される。
【００４１】
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）制御部材の構成を適宜変更すること。
（２）回動部材３の形状を図９に示すようなアーム状のものに変更すること。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の可変動弁機構は、上記の通り構成されているので、シンプルな構成で内燃機関の全運転状況にわたっ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、内燃機関の性能向上や燃費向上が得られ、また、揺動アームは面圧的に有利であるとともに一部品で構成できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変動弁機構を示す斜視図である。
【図２】最大リフト量・作用角が必要なときの同機構の作用を示す側面図である。
【図３】図２に続いて作用を示す側面図である。
【図４】中間リフト量・作用角が必要なときの同機構の作用を示す側面図である。
【図５】図４に続いて作用を示す側面図である。
【図６】最小リフト量・作用角が必要なときの同機構の作用を示す側面図である。
【図７】図６に続いて作用を示す側面図である。
【図８】第一実施形態に係る可変動弁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９】本発明に係る可変動弁機構の変更例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１    カムシャフト
２    回転カム
３    回動部材
５    揺動アーム
５ａ  基端部
５ｂ  カム摺接面
５ｃ  リフタ押圧面
１０    バルブリフタ
１２    バルブ
【図１】
0004063587.tif 000002
【図２】
0004063587.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004063587.tif 000005
【図５】
0004063587.tif 000006
【図６】
0004063587.tif 000007
【図７】
0004063587.tif 000008
【図８】
0004063587.tif 000009
【図９】
0004063587.tif 000010