(57)【要約】【課題】動弁機構を構成する部材の暴れを適切に抑制することができ、さらに暴れ抑制のために設けた弾性手段の変形状態を安定化して応力変動を緩和することにより、動弁機構にかかる負荷を軽減する。【解決手段】カム３とロッカアーム６との間に介装されるローラ３１を遊端側に備えたローラリンク２２の揺動支点の変位に応じてバルブのリフト量を変化させる動弁機構において、ローラをカムに圧接させる向きに付勢するコイルばね４１を設け、このコイルばねを、その付勢方向と、バルブのリフト量を小さくした低リフト制御時におけるローラの運動方向とが略一致するように設ける。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気または排気を行うバルブと、
駆動側の部材の動作に応じて前記バルブを開閉させるロッカアームと、
前記駆動側の部材と前記ロッカアームとの間に介装されるローラを遊端側に備え、揺動支点の変位に応じて前記バルブのリフト量を変化させるローラリンクと、
前記ローラを前記駆動側の部材に圧接させる向きに付勢する弾性手段とを有し、
この弾性手段が、その付勢方向と、前記ローラの運動方向とが略一致するように設けられたことを特徴とする開弁特性可変型内燃機関。
【請求項２】
前記弾性手段は、その付勢方向と、前記バルブのリフト量を小さくした低リフト制御時における前記ローラの運動方向とが略一致するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載の開弁特性可変型内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転状態に応じてバルブのリフト量などの開弁特性を変更可能とした開弁特性可変型内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関では、出力及び燃費の向上や有害排出ガス成分の低減等を図るべく、種々の開弁特性可変機構を搭載したものが増えている。開弁特性可変機構としては、運転状況に応じて低速型カムと高速型カムとを切り換えるものが従来より存在するが、近年では過渡特性の更なる向上やスロットルレス化等を実現すべく、開弁特性（バルブリフトやバルブタイミング）を連続的に変化させるものも出現している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５-２９１０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の開弁特性可変型内燃機関においては、リンク機構を用いて開弁特性を変化させる構成が多用されているが、この場合、リンク部材の暴れを抑制するために、ばねの付勢力で部材同士を圧接状態に保持する構成とすることが望ましく、特に、開弁特性の変更に応じて、カム及びロッカアームとリンク部材との位置関係が変化することから、この部材間の位置関係の変化を考慮してばねを適切な位置に配置することが望まれる。
【０００４】
また、ばねの付勢力で部材の暴れを抑制する場合、エンジン回転数に応じてばねの圧縮・伸長の変形状態が変化し、この状態変化が不安定になると、応力が増大して動弁機構に大きな負荷となることから、避けることが望ましい。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、動弁機構を構成する部材の暴れを適切に抑制することができ、さらに暴れ抑制のために設けた弾性手段の変形状態を安定化して応力変動を緩和することにより、動弁機構にかかる負荷を軽減することができるように構成された開弁特性可変型内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するために、本発明においては、請求項１に示すとおり、吸気または排気を行うバルブ（２）と、駆動側の部材（カム３）の動作に応じて前記バルブを開閉させるロッカアーム（６）と、前記駆動側の部材と前記ロッカアームとの間に介装されるローラ（３１）を遊端側に備え、揺動支点の変位に応じて前記バルブのリフト量を変化させるローラリンク（２２）と、前記ローラを前記駆動側の部材に圧接させる向きに付勢する弾性手段（コイルばね４１）とを有し、この弾性手段が、その付勢方向と、前記ローラの運動方向とが略一致するように設けられたものとした。
【０００７】
これによると、弾性手段の付勢方向とローラの運動方向とが略一致するため、弾性手段の弾発力の伝達効率、すなわち弾性手段の弾発力が最終的にローラを駆動側の部材に圧接させる力として作用する割合を高くすることができ、部材の暴れを適切に抑制することができる。
【０００８】
そして、弾性手段の付勢方向とローラの運動方向とが概ね一致するため、弾性手段の変形状態が安定化して応力変動を緩和することができ、これにより動弁機構にかかる負荷を軽減することができる。しかも、弾性手段の変形方向とローラの運動方向とが概ね一致するため、無用な力が発生せず、部材相互のずれが生じ難くなるため、部材相互の摩擦を低減することができる。
【０００９】
前記開弁特性可変型内燃機関においては、請求項２に示すとおり、前記弾性手段は、その付勢方向と、前記バルブのリフト量を小さくした低リフト制御時における前記ローラの運動方向とが略一致するように設けられた構成とすることができる。
【００１０】
これによると、低リフト制御時において、弾性手段の弾発力の伝達効率が高くなり、また、弾性手段の変形状態を安定化させることができる。
【００１１】
バルブのリフト量を大きくした高リフト制御時と低リフト制御時との各々に対応した方向に弾性手段を２つ設けることも可能であるが、レイアウト上の制限により、弾性手段を１つしか設けることができない場合には、ローラの移動距離が大きくなる低リフト制御時に対応した方向に弾性手段を配置すると良く、これにより弾性手段の倒れ変形や部材相互の摩擦を軽減することができる。
【００１２】
また、低リフト制御時に対応した方向に弾性手段を配置した場合、高リフト制御時において弾性手段の弾発力の伝達効率が低下するが、高リフト制御時では、バルブを閉鎖方向に常時付勢するバルブスプリングの付勢方向とローラの運動方向とが略一致するため、バルブスプリングの付勢力で弾性手段の伝達効率の低下を補うことができる。
【００１３】
なお、前記の付勢手段は、コイルばねが好適であるが、トーションばねも可能である。この場合、低リフト制御時に付勢力が大きくなる、すなわち低リフト制御時のローラの位置でトーションばねの撓み量が大きくなるように設けると良い。
【発明の効果】
【００１４】
このように本発明によれば、弾性手段の付勢方向とローラの運動方向とが概ね一致するため、弾性手段の弾発力の伝達効率を向上させて、部材の暴れを適切に抑制することができ、また弾性手段の変形状態が安定化して応力変動を緩和することができ、これにより動弁機構にかかる負荷を軽減することができ、さらに部材相互の摩擦を低減することができ、耐久信頼性を高める上で大きな効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明によるエンジンの上部を示す斜視図である。図２は、図１に示したエンジンの開弁特性可変機構を示す斜視図である。図３は、図２に示した開弁特性可変機構の動作状況を示す模式図である。
【００１７】
このエンジン（開弁特性可変型内燃機関）は、自動車に搭載される直列４気筒エンジンであり、シリンダヘッド１には、各気筒ごとに２つずつの排気用のバルブ２を備え、このバルブ２を駆動する動弁機構として、カム３を備えたカムシャフト４と、バルブ２とカム３との間に介装されたロッカアーム６と、バルブ２を閉鎖方向に常時付勢するバルブスプリング７とが設けられている。
【００１８】
なお、吸気側にも、各気筒ごとに２つずつの吸気用のバルブ８が設けられると共に、このバルブを駆動する動弁機構として、図示しないが、カムシャフト、ロッカアーム、及びバルブスプリングが設けられている。
【００１９】
カムシャフト４は、カムホルダ１１により回転自在に支持されている。このカムホルダ１１は、各気筒ごとの動弁室を仕切るように設けられており、シリンダヘッド１の上面にボルトにて締結固定される。
【００２０】
このエンジンには、バルブ２のリフト量を可変制御する開弁特性可変機構が搭載されている。この開弁特性可変機構は、ベースプレート１３の上面に設置された電動モータ（アクチュエータ）１４により駆動されるリンク機構を有している。
【００２１】
このリンク機構は、図２に示すように、横方向に延在するコントロールシャフト２０と、カムホルダ１１に回動可能に支持されると共にコントロールシャフト２０を旋回可能に保持するギアリンク２１と、コントロールシャフト２０に揺動可能に保持されると共に、遊端側をカム３及びロッカアーム６間に介装されたローラリンク２２とを有している。
【００２２】
ローラリンク２２は各気筒ごとに設けられており、ギアリンク２１の回動に伴うコントロールシャフト２０の旋回に応じて連動動作し、これによるローラリンク２２の揺動支点の変位に応じてバルブ２のリフト量を変化させるようになっている。コントロールシャフト２０はリンクホルダ３０を介してカムホルダ１１に旋回可能に支持されている。なお、ギアリンク２１及びローラリンク２２の回動中心線は互いに平行となっている。
【００２３】
ギアリンク２１は、カムホルダ１１に設けられた支軸２３周りに回動するアーム部２４と、このアーム部２４の遊端側から周方向に延出されて、ドライブギア１７に噛み合うギア部２５とを有しており、電動モータ１４の駆動力により回動動作する。またアーム部２４の遊端側には、コントロールシャフト２０を回動可能に保持するシャフトホルダ２６が形成されている。
【００２４】
ローラリンク２２は、コントロールシャフト２０に嵌合して揺動支点となる基部２８と、この基部２８から延出された１対のアーム部２９とを有している。アーム部２９の先端には、カムシャフト４のカム３に転接するローラ３１と、ロッカアーム６のスリッパ面に転接するローラシャフト３２とを有している。
【００２５】
ロッカアーム６は、カムホルダ１１に保持されたロッカシャフト３４に回転自在に支持される基部３５と、この基部３５から延出された１対のアーム部３６とを有しており、この１対のアーム部３６にはそれぞれ、図３に示すように、バルブ２のステムエンド３７を押圧するチップ部３８の位置を調整するアジャストスクリュ３９が設けられている。
【００２６】
このように構成された開弁特性可変機構においては、ドライブギア１７の回動に伴って、ギアリンク２１が、支軸２３（図２参照）を中心にして回動し、これに伴ってローラリンク２２の揺動支点となるコントロールシャフト２０が変位し、このギアリンク２１の回動角度位置（リンク角）に応じて、バルブ２のリフト量を無段階に調整することができる。
【００２７】
アイドル運転時等にバルブリフトを低減させる場合には、ギアリンク２１を図３（Ａ）に示す最小リフト位置（例えばリンク角＝０度）とし、この場合、ローラリンク２２の揺動支点となるコントロールシャフト２０が、ロッカアーム６の上方に位置し、カム３によってローラ３１が押し下げられても、矢印で示すようにローラシャフト３２がスリッパ面３３に沿って転動することで、ロッカアーム６の揺動量（すなわち、バルブ２のリフト量）が小さくなる。
【００２８】
一方、高負荷運転時等にバルブリフトを増大させる場合には、ギアリンク２１を図３（Ｂ）に示す最大リフト位置（例えばリンク角＝６０度）とし、この場合、ローラリンク２２の揺動支点となるコントロールシャフト２０が、ロッカアーム６の側方に位置し、カム３によってローラ３１が押し下げられると、スリッパ面３３に沿ったローラシャフト３２の転動が殆ど起こらないことから、バルブ２のリフト量が大きくなる。
【００２９】
図４は、図２に示した開弁特性可変機構の要部を示す斜視図である。図５は、図４に示したコイルばねの動作状況を示す縦断面図である。図６は、コイルばねの別の例を示す縦断面図である。図７は、開弁特性可変機構の別の例を示す縦断面図である。
【００３０】
図４に示すように、開弁特性可変機構には、ローラリンク２２のローラ３１をカム（駆動側の部材）３に圧接させる向きに付勢するコイルばね（弾性手段）４１が設けられている。このコイルばね４１の一端には、カム３と相反する側のローラ３１の外周面に当接するローラ当接部材４２が取り付けられ、他端はブラケット４３のばね保持部４４に保持されている。ブラケット４３は、シリンダヘッド１の上面にボルトにて締結固定される。
【００３１】
このコイルばね４１は、図５に示すように、その付勢方向、すなわちローラ当接部材４２からローラ３１に作用する押圧力の方向（ばね反力ＦSPGの方向）と、図５（Ａ）に示すバルブ２のリフト量を小さくした低リフト制御時におけるローラ３１の運動方向、すなわちローラリンク２２の揺動支点を中心としたローラ３１の旋回円に対する接線方向とが略一致するように設けられている。
【００３２】
図５（Ａ）に示す低リフト制御時（例えばリンク角＝０度）では、カム３の回転に応じてローラ３１がコントロールシャフト２０を中心にして矢印で示す方向に旋回運動し、これに伴ってコイルばね４１が伸縮するが、このとき、コイルばね４１の付勢方向（ばね反力ＦSPGの方向）とローラ３１の運動方向とが略一致する。このため、コイルばね４１の圧縮・伸長の変形状態が安定化する。また、コイルばね４１の弾発力の伝達効率、すなわちコイルばね４１の弾発力が最終的にローラ３１をカム３に圧接させる力として作用する割合が高くなる。
【００３３】
一方、図５（Ｂ）に示す高リフト制御時（例えばリンク角＝６０度）では、カム３の回転に応じてローラ３１が矢印で示す方向に旋回運動し、これに伴ってコイルばね４１が伸縮するが、このとき、コイルばね４１の付勢方向（ばね反力ＦSPGの方向）とローラ３１の運動方向とは大きく異なる。このため、コイルばね４１の圧縮・伸長の変形状態が不安定になる。また、コイルばね４１の弾発力の伝達効率が低下する。
【００３４】
図６に示す例は、コイルばね６１の配置方向を変更したものであり、コイルばね６１は、その付勢方向（ばね反力ＦSPGの方向）と、図６（Ｂ）に示す高リフト制御時におけるローラ３１の運動方向とが略一致するように設けられている。この例では、図６（Ｂ）に示す高リフト制御時において、コイルばね６１の弾発力の伝達効率が高くなり、また、コイルばね６１の圧縮・伸長の変形状態が安定化する。
【００３５】
図７に示す例は、前記の例と比較して、ローラリンク２２の形状及び揺動支点の相対位置など、各部材のレイアウトを変更したものである。なお、この例では、前記の例と各部材の形状が異なるが、同一の機能を有するものには同一の符号を付して説明する。この例では、図５の例と同様に、コイルばね７１が、その付勢方向（ばね反力ＦSPGの方向）と、図７（Ａ）に示す低リフト制御時におけるローラ３１の運動方向とが略一致するように設けられている。
【００３６】
この図７の例で明確に示されるように、低リフト制御時には、バルブ２のリフト量、すなわちロッカアーム６の揺動量を小さくすることで、ロッカアーム６のスリッパ面３３上での変位量が大きくなり、これに伴ってローラ３１の移動距離が大きくなる。一方、高リフト制御時には、バルブ２のリフト量を大きくすることで、ロッカアーム６のスリッパ面３３上での変位量が小さくなり、ローラ３１の移動距離も小さくなる。
【００３７】
このため、図７（Ｂ）に示す高リフト制御時に対応した方向にコイルばねを配置すると、図７（Ａ）に示す低リフト制御時にローラ３１がコイルばねの伸縮方向とは異なる向きに大きく移動して、コイルばねに倒れ変形が生じ、また部材相互の摩擦が顕著になる不都合が生じる。したがって、図５や図７の例のように、低リフト制御時に対応した方向にコイルばねを配置することが好ましい。
【００３８】
また、図５や図７の例のように、低リフト制御時に対応した方向にコイルばねを配置した場合、高リフト制御時においてコイルばねの弾発力の伝達効率が低下するが、高リフト制御時では、バルブスプリング７の付勢方向とローラ３１の運動方向とが略一致するため、バルブスプリング７の付勢力でコイルばねの伝達効率の低下を補うことができる。
【００３９】
図８は、コイルばねに発生する応力振幅の状況を示すグラフである。図８（Ａ）に示す実施例は、図５に示したように、コイルばね４１を、その付勢方向と、低リフト制御時におけるローラ３１の運動方向とが、略一致するように配置した場合である。図８（Ｂ）に示す比較例は、コイルばねをバルブスプリング７と同一の方向に配置した場合である。
【００４０】
図８（Ｂ）に示す比較例では、応力振幅に大きなばらつきが発生しているのに対して、図８（Ａ）に示す実施例では、応力振幅のばらつきが小さくなっており、コイルばねの変形状態が安定化して、応力変動が小さく抑えられていることがわかる。
【００４１】
なお、前記の例では、弾性手段にコイルばねを採用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、トーションばねやゴム材からなるものなど、種々の弾性手段を用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明によるエンジンの上部を示す斜視図である。
【図２】図１に示したエンジンの開弁特性可変機構を示す斜視図である。
【図３】図２に示した開弁特性可変機構の動作状況を示す模式図である。
【図４】図２に示した開弁特性可変機構の要部を示す斜視図である。
【図５】図４に示したコイルばねの動作状況を示す縦断面図である。
【図６】コイルばねの別の例を示す縦断面図である。
【図７】開弁特性可変機構の別の例を示す縦断面図である。
【図８】コイルばねに発生する応力振幅の状況を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
２  バルブ
３  カム（駆動側の部材）
４  カムシャフト
６  ロッカアーム
７  バルブスプリング
２０  コントロールシャフト
２１  ギアリンク
２２  ローラリンク
３１  ローラ
３２  ローラシャフト
３３  スリッパ面
４１  コイルばね（弾性手段）
４２  ローラ当接部材
４３  ブラケット
４４  ばね保持部
６１  コイルばね
【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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