(57)【要約】【課題】本発明は、揺動アームを戻し方向に付勢するねじりコイルばねを備えた可変動弁装置において、ねじりコイルばねの最大変形時のばね力を小さくすることができ、小型化に有利な可変動弁装置を提供すること。【解決手段】本発明の可変動弁装置１０は、バルブ１２の作用角を可変とするものであって、制御軸１６を中心に揺動可能に支持され、カム１４の回転に伴って揺動する揺動アーム１８と、制御軸１６を回転させることにより揺動アーム１８の揺動範囲を変化させる可変機構と、揺動アーム１８をカム１４に近づけるような方向に揺動アーム１８に対して力のモーメントを与えるねじりコイルばね３２とを備え、カム角度の変化に対するねじりコイルばね３２のねじれ角の変化率に関して、バルブリフトが最大となるカム角度側におけるねじれ角の変化率が、バルブリフトがゼロとなるカム角度側におけるねじれ角の変化率より小さくなるように構成されている。【選択図】図１
2009108797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御軸を回転させることによって内燃機関のバルブの作用角を変化させる可変動弁装置であって、
前記制御軸を中心に揺動可能に支持され、前記バルブを駆動するためのカムと前記バルブとの間に介在し、前記カムの回転に伴って揺動する揺動アームと、
前記制御軸を回転させることにより、前記揺動アームの揺動範囲を変化させる可変機構と、
前記揺動アームを前記カムに近づけるような方向に前記揺動アームに対して力のモーメントを与えるねじりコイルばねと、
を備え、
カム角度の変化に対する前記ねじりコイルばねのねじれ角の変化率に関して、バルブリフトが最大となるカム角度側におけるねじれ角の変化率が、バルブリフトがゼロとなるカム角度側におけるねじれ角の変化率より小さくなるように構成されていることを特徴とする可変動弁装置。
【請求項２】
前記揺動アームおよびこれに伴って揺動する部材に作用する慣性による力のモーメントが最大となるときのカム角度が、バルブリフトが最大となるときのカム角度からずれた位置にあることを特徴とする請求項１記載の可変動弁装置。
【請求項３】
最大作用角状態のとき、バルブリフトがゼロとなるときのカム角度から前記慣性による力のモーメントが最大となるときのカム角度までの間における前記ねじりコイルばねのねじれ角の変化量が、前記慣性による力のモーメントが最大となるときのカム角度からバルブリフトが最大となるときのカム角度までの間における前記ねじりコイルばねのねじれ角の変化量より大きいことを特徴とする請求項２記載の可変動弁装置。
【請求項４】
前記ねじりコイルばねは、コイルと、前記コイルの一端側に形成された腕とを有し、前記コイルの中心が前記制御軸の中心と平行になるように配置されており、
前記腕部は、前記揺動アームに設けられたばね受け部を押圧しており、
最大作用角状態のとき、前記慣性による力のモーメントが最大となるときのカム角度と、バルブリフトが最大となるときのカム角度との間において、前記腕と前記ばね受け部との接点における前記腕の方向と、前記接点と前記制御軸中心とを結ぶ線分とのなす角度が、１００°〜１１０°の範囲内にあることを特徴とする請求項２または３記載の可変動弁装置。
【請求項５】
最大作用角状態のときにバルブリフトが最大となるカム角度側において前記ばね受け部と接する部分の前記腕の方向が、それより基端側の部分の前記腕の方向に対し屈曲していることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に用いられる可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特表２００４−５２１２３５号公報には、ストローク可変に調整可能なガス交換弁４を有する弁駆動装置１が開示されている。この装置では、転動部１７を備えているカムレバー５は、復帰ばね２０の作用に抗してカム軸３によって操作される回動レバー２１の制御軌道１９であってアイドリングストロークカーブ１１とストロークカーブ１８とを有している制御軌道１９と協働する。回動レバー２１の、その都度のストロークバリエーションに対応する回動出発位置は、制御装置２５を用いて制御／調整されて設定することができる。なお、上記の符号は、上記公報の明細書での符号である。
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５２１２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公報に記載された弁駆動装置１において、回動レバー２１（本願発明の揺動アームに相当）を戻し方向に付勢する復帰ばね２０は、ねじりコイルばねで構成されているが、上記公報の図１に示されるように、この復帰ばね２０の腕は、極めて長くされている。この弁駆動装置１は、このような長い腕を有する復帰ばね２０を使用しているため、全体の寸法が大型化するという問題がある。
【０００５】
可変動弁装置全体の小型化を図るためには、揺動アームを戻し方向に付勢するねじりコイルばねを小さくするとともに、そのねじりコイルばねを可変機構に近づけて設置する必要がある。そのためには、ばね定数の大きいねじりコイルばね、すなわち、巻き数が少なく、コイル平均径が小さく、腕が短いねじりコイルばねを使用する必要がある。しかるに、ばね定数の大きいねじりコイルばねを用いると、量産時に形状や材質のばらつき（個体差）が大きくなり易いので、最大変形時（バルブリフトが最大となるとき）のねじれ角やばね力のばらつき（個体差）が大きくなり易い。そして、最大変形時のねじれ角、ばね力が大きい個体では、疲れ強さに対する許容応力を満足できず、耐久性が低下する。このため、最大変形時のばね力の設計中央値は、できるだけ小さな値にしたいという要求がある。
【０００６】
しかしながら、ねじりコイルばねのばね力は、揺動アーム等に作用する慣性による力のモーメントに打ち勝って、それより大きい力のモーメントを逆方向に揺動アームに与えるものでなければならない。この要請を満足するようにねじりコイルばねを設計しなければならないので、最大変形時のばね力の設計中央値を十分に小さくすることは困難である。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、揺動アームを戻し方向に付勢するねじりコイルばねを備えた可変動弁装置において、ねじりコイルばねの最大変形時のばね力を小さくすることができ、小型化に有利な可変動弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、可変動弁装置であって、
制御軸を回転させることによって内燃機関のバルブの作用角を変化させる可変動弁装置であって、
前記制御軸を中心に揺動可能に支持され、前記バルブを駆動するためのカムと前記バルブとの間に介在し、前記カムの回転に伴って揺動する揺動アームと、
前記制御軸を回転させることにより、前記揺動アームの揺動範囲を変化させる可変機構と、
前記揺動アームを前記カムに近づけるような方向に前記揺動アームに対して力のモーメントを与えるねじりコイルばねと、
を備え、
カム角度の変化に対する前記ねじりコイルばねのねじれ角の変化率に関して、バルブリフトが最大となるカム角度側におけるねじれ角の変化率が、バルブリフトがゼロとなるカム角度側におけるねじれ角の変化率より小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記揺動アームおよびこれに伴って揺動する部材に作用する慣性による力のモーメントが最大となるときのカム角度が、バルブリフトが最大となるときのカム角度からずれた位置にあることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第２の発明において、
最大作用角状態のとき、バルブリフトがゼロとなるときのカム角度から前記慣性による力のモーメントが最大となるときのカム角度までの間における前記ねじりコイルばねのねじれ角の変化量が、前記慣性による力のモーメントが最大となるときのカム角度からバルブリフトが最大となるときのカム角度までの間における前記ねじりコイルばねのねじれ角の変化量より大きいことを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第２または第３の発明において、
前記ねじりコイルばねは、コイルと、前記コイルの一端側に形成された腕とを有し、前記コイルの中心が前記制御軸の中心と平行になるように配置されており、
前記腕部は、前記揺動アームに設けられたばね受け部を押圧しており、
最大作用角状態のとき、前記慣性による力のモーメントが最大となるときのカム角度と、バルブリフトが最大となるときのカム角度との間において、前記腕と前記ばね受け部との接点における前記腕の方向と、前記接点と前記制御軸中心とを結ぶ線分とのなす角度が、１００°〜１１０°の範囲内にあることを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
最大作用角状態のときにバルブリフトが最大となるカム角度側において前記ばね受け部と接する部分の前記腕の方向が、それより基端側の部分の前記腕の方向に対し屈曲していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、カム角度の変化に対するねじりコイルばねのねじれ角の変化率に関して、バルブリフトが最大となるカム角度側におけるねじれ角の変化率が、バルブリフトがゼロとなるカム角度側におけるねじれ角の変化率より小さくなるように構成されている。このため、ねじりコイルばねによる力のモーメントは、バルブリフトがゼロとなるカム角度側では、比較的急峻な傾きで変化するが、バルブリフトが最大となるカム角度側では、傾きが緩やかで変化が少ない。よって、ねじりコイルばねによる力のモーメントが最大バルブリフトカム角度付近において不必要に大きくなることを十分に抑制することができる。その結果、カムの駆動に消費される仕事を少なくすることができ、内燃機関の熱効率の向上が図れる。更に、ねじりコイルばねの最大変形時のばね力をなるべく小さくすることができるので、ねじりコイルばねが疲労しにくくすることができ、ねじりコイルばねの耐久性を向上することができる。また、ねじりコイルばねの量産時における形状や材質のばらつき（個体差）が比較的大きくても、個々の量産品の最大変形時のばね力が確実に許容応力（疲れ強さに対する許容応力）以下となるようにすることができる。このため、量産時に形状や材質のばらつきを小さくすることの難しい、より小型でばね定数の大きいねじりコイルばね（コイルの巻き数が少ない、コイルの平均径が小さい、腕が短い、コイルの巻き線が円形断面、等）を使用することが可能となるので、可変動弁装置全体をコンパクトに設計することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、揺動部材に作用する慣性による力のモーメントが最大となるときのカム角度が、バルブリフトが最大となるときのカム角度からずれた位置となる特性を有する可変動弁装置において、ねじりコイルばねの最大変形時のばね力をより効果的に小さくすることができる。
【００１５】
第３の発明によれば、ねじりコイルばねによる力のモーメントが、バルブリフトがゼロとなるカム角度から最大慣性力カム角度までの間では、比較的急峻な傾きで変化するが、最大慣性力カム角度から最大バルブリフトカム角度までの間では、傾きが緩やかで変化が少ない特性を示すようにすることができる。このため、ねじりコイルばねの最大変形時のばね力をより効果的に小さくすることができる。
【００１６】
第４の発明によれば、上記所定の条件の下で、ねじりコイルばねの腕とばね受け部との接点における腕の方向と、その接点と制御軸中心とを結ぶ線分とのなす角度を１００°〜１１０°の範囲内とすることにより、ねじりコイルばねの最大変形時のばね力をより効果的に小さくすることができる。
【００１７】
第５の発明によれば、ばね受け部の形状が単純であっても、ねじりコイルばねによる力のモーメントの特性を適切に調整することができ、ばね受け部の設計を簡素化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００１９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の可変動弁装置を示す図である。図１に示す可変動弁装置１０は、内燃機関のバルブ１２を駆動するものである。バルブ１２は、吸気バルブ、排気バルブの何れでもよい。可変動弁装置１０は、内燃機関のクランク軸により回転駆動されるカム軸に設けられたカム１４と、カム軸と平行に配置された制御軸１６とを有している。なお、本明細書では、バルブ１２の移動方向に関して、バルブ１２のリフト（以下単に「バルブリフト」と言う）が大きくなる方向（すなわち開方向）を正方向とし、バルブリフトが小さくなる方向（すなわち閉方向）を負方向とする。
【００２０】
また、可変動弁装置１０は、図示を省略するが、制御軸１６を所定角度範囲内で回転させることのできる制御軸駆動機構を有している。この制御軸駆動機構の構成は、特に限定されないが、例えば、制御軸１６の一端側に固定されたウォームホイールと、このウォームホイールに噛み合うウォームギヤと、このウォームギヤを回転駆動するサーボモータとで構成することができる。この場合、そのサーボモータの回転方向および回転量を制御することにより、制御軸１６の回転位置（回転角度）を制御することができる。
【００２１】
更に、可変動弁装置１０は、揺動アーム（揺動カムアーム）１８を有している。揺動アーム１８は、制御軸１６を中心として揺動（回転）可能に設置されている。揺動アーム１８には、カム１４と対向する側に、スライダー面２０が形成されている。なお、本明細書では、揺動アーム１８の回転角度に関して、図１中の時計回りを正方向とし、反時計回りを負方向とする。
【００２２】
揺動アーム１８とカム１４との間には、中間ローラ（中間部材）２２が配置されている。中間ローラ２２は、第１ローラ２２ａと、この第１ローラ２２ａより小径の第２ローラ２２ｂとを有している。第１ローラ２２ａは、カム１４の周面と接触しており、第２ローラ２２ｂは、揺動アーム１８のスライダー面２０と接触している。第１ローラ２２ａおよび第２ローラ２２ｂは、同軸上に配置され、互いに独立して回転可能になっている。
【００２３】
上記の中間ローラ２２は、中間アーム２４の先端部に支持されている。制御軸１６には、制御部材２６が固定されている。中間アーム２４の基端部と、制御部材２６とは、連結軸２８を介して回動可能に連結されている。これにより、中間アーム２４は、連結軸２８を中心に回動可能になっている。このような構成により、制御軸１６を回転させることで、中間ローラ２２を移動させることができる。すなわち、図１に示す状態から制御軸１６を反時計回りに回転させると、制御部材２６も一体となって反時計回りに回転するので、中間ローラ２２は、中間アーム２４によって押し出されるようにして、制御軸１６から遠ざかる。その状態から、制御軸１６を時計回りに回転させると、中間ローラ２２は、制御軸１６に近づく。
【００２４】
スライダー面２０は、揺動アーム１８の先端側から、制御軸１６の中心側に行くほど、カム１４の中心との間隔が徐々に狭まるような曲面をなしている。一方、揺動アーム１８の、スライダー面２０と反対側には、揺動カム面３０が形成されている。揺動カム面３０は、制御軸１６の中心からの距離が一定となるように形成された非作用面（基礎円部）と、この非作用面から続いて設けられ、制御軸１６の中心からの距離が次第に大きくなるように形成された作用面とで構成されている。
【００２５】
このような揺動アーム１８は、ロストモーションスプリングとしての機能を有するねじりコイルばね３２により、図１中の反時計回りに付勢されている。ねじりコイルばね３２は、コイル３４を有し、このコイル３４の中心が制御軸１６の中心と平行になる姿勢で配置されている。コイル３４の一端側には、腕３６が形成されている。コイル３４の他端側には、固定部３８が形成されている。固定部３８は、図示しない静止部位に固定されている。
【００２６】
本実施形態では、ねじりコイルばね３２の腕３６は、コイル３４の一端の接線方向に直線的に延びるように形成されている。この腕３６は、揺動アーム１８の後端部に突出形成されたばね受け部４０に当接し、ばね受け部４０を押圧している。このようなねじりコイルばね３２により、揺動アーム１８には、図１中で反時計回りの力のモーメントが作用している。この力のモーメントにより、揺動アーム１８は中間ローラ２２の第２ローラ２２ｂに押し当てられており、中間ローラ２２の第１ローラ２２ａはカム１４に押し当てられている。
【００２７】
本実施形態では、ばね受け部４０の形状は、図１に示すように、半径Ｒ１の円弧と半径Ｒ２の円弧との二つの円弧の組み合わせで構成されている。本発明では、ばね受け部４０の形状は、このような形状に限定されるものではなく、組み合わせる円弧の数、位置、各円弧の半径Ｒの大きさなどを調整したり、あるいは円弧以外の曲線を用いたりして、好適な形状を造ることができる。
【００２８】
可変動弁装置１０は、バルブ１２の弁軸をリフト方向へ押圧するロッカーアーム４２を更に備えている。ロッカーアーム４２は、図１中で揺動アーム１８の下方に配置されている。ロッカーアーム４２には、揺動カム面３０と接触するロッカーローラ４４が設置されている。ロッカーローラ４４は、ロッカーアーム４２の中間部に、軸４６により回転自在に支持されている。ロッカーアーム４２の一端は、バルブ１２の弁軸端に当接しており、ロッカーアーム４２の他端は、油圧式ラッシュアジャスタ４８に支持されている。バルブ１２は、図示しないバルブスプリングによって、閉方向、すなわち、ロッカーアーム４２を押し上げる方向に付勢されている。ロッカーローラ４４は、この付勢力と油圧式ラッシュアジャスタ４８とによって、揺動アーム１８の揺動カム面３０に押し当てられている。
【００２９】
このような可変動弁装置１０では、カム１４が回転すると、カム１４のカムリフトが中間ローラ２２を介して揺動アーム１８に伝達することにより、揺動アーム１８が揺動する。カム１４がリフトしていないとき、すなわちカム１４の基礎円部が第１ローラ２２ａと接触しているときには、ロッカーローラ４４は揺動カム面３０の非作用面と接触している。これにより、バルブ１２は閉じている。そして、カム１４がリフトし始め、揺動アーム１８が図１中の時計周りに回転し始めると、ロッカーローラ４４と揺動カム面３０との接点（以下「ロッカーローラ接点」と言う）は、揺動カム面３０の非作用面から作用面へ移行する。ロッカーローラ接点が作用面に移行すると、ロッカーアーム４２が押し下げられ、バルブ１２が開弁する。
【００３０】
以下に説明するように、この可変動弁装置１０では、制御軸１６を回転させて中間ローラ２２を移動させることにより、バルブ１２の作用角（および最大リフト量）を連続的に変化させることができる。
【００３１】
図１は、中間ローラ２２が制御軸１６の中心に最も近い位置にある状態を示している。この状態では、カム１４のカムリフトが制御軸１６の中心に近い位置において揺動アーム１８に伝達されることになるので、揺動アーム１８の揺動範囲（振幅）が大きくなる。このため、バルブ１２の作用角は、大きくなる。また、前述したように、制御軸１６の中心に近いほど、スライダー面２０とカム１４の中心との距離は小さい。よって、カム１４がリフトしていないときの揺動アーム１８の位置（以下、「揺動開始位置」と言う）は、中間ローラ２２が制御軸１６の中心に近づくほど、図１中の時計回り側に移動する。このようなことから、揺動アーム１８が揺動開始した後、ロッカーローラ接点が非作用面に移行するまで、つまりバルブ１２がリフトし始めるまでに要する揺動アーム１８の回転量は、中間ローラ２２が制御軸１６の中心に近いほど、小さくなる。このことからも、バルブ１２の作用角は、大きくなる。このように、図１は、可変動弁装置１０においてバルブ１２の作用角が最大となる最大作用角状態を示している（後述する図４および図５も最大作用角状態を示す）。
【００３２】
一方、中間ローラ２２が制御軸１６の中心から遠くなるほど、カム１４のカムリフトは、制御軸１６の中心から遠い位置において揺動アーム１８に伝達されることになる。このため、揺動アーム１８の揺動範囲（振幅）が小さくなる。また、揺動アーム１８が揺動開始した後、ロッカーローラ接点が非作用面に移行するまでに要する揺動アーム１８の回転量は、中間ローラ２２が制御軸１６の中心から遠いほど、大きくなる。このようなことから、中間ローラ２２が制御軸１６の中心から遠いほど、バルブ１２の作用角は小さくなる。
【００３３】
つまり、可変動弁装置１０では、中間ローラ２２が揺動アーム１８の先端側に行くほど、バルブ１２の作用角が小さくなる。よって、可変動弁装置１０では、制御軸１６の回転位置を図１中の反時計回り側に変位させるほど、バルブ１２の作用角を連続的に小さくすることができ、逆に、制御軸１６の回転位置を図１中の時計回り側に変位させるほど、バルブ１２の作用角を連続的に大きくすることができる。
【００３４】
図２は、本実施形態の可変動弁装置１０において、一定速度で回転するカム１４によってバルブ１２が開閉動作するときのバルブ１２の加速度特性を示す図である。図２の横軸はカム１４の回転角度（以下「カム角度」と称する）であり、縦軸はバルブ１２の加速度（以下単に「バルブ加速度」と言う）およびバルブリフトである。図２に示す加速度特性は、可変動弁装置１０が最大作用角状態にあるときのものである。
【００３５】
図１に示すような可変動弁装置１０において、カム１４のカムプロフィールをポリノミアルあるいはポリダインで与えて設計した場合には、図２に示すように、バルブ加速度が最小値（負の最大値）となるときのカム角度が、バルブリフトが最大となるときのカム角度からずれる（一致しなくなる）ことがある。すなわち、バルブ加速度は、バルブリフトの途中のカム角度で、負の最大値をとる。
【００３６】
揺動アーム１８の制御軸１６中心回りの揺動角加速度の曲線も、図２に示すバルブ加速度の曲線とほぼ同様の傾向を示す。よって、可変動弁装置１０では、揺動アーム１８の揺動角加速度が負の最大値となるときのカム角度が、バルブリフトが最大となるときのカム角度（以下「最大バルブリフトカム角度」と言う）からずれることとなる。すなわち、揺動アーム１８の揺動角加速度は、バルブリフトの途中のカム角度で、負の最大値をとる。
【００３７】
揺動アーム１８が揺動するときには、中間ローラ２２および中間アーム２４も揺動アーム１８に伴って揺動する。一体となって揺動するこれらの部品を総称して以下「揺動部品」と呼ぶ。揺動部品が揺動すると、その揺動角加速度と慣性質量とによって、慣性による力のモーメントが揺動部品に作用する。一方、揺動部品には、前述したように、ねじりコイルばね３２による力のモーメントも作用する。
【００３８】
図３は、本実施形態の可変動弁装置１０における、揺動部品の慣性による力のモーメントと、ねじりコイルばね３２による力のモーメントと、カム角度との関係を示す図である。なお、図３中では、ねじりコイルばね３２による力のモーメントは、実線と二点鎖線との二つが示されているが、本実施形態におけるねじりコイルばね３２による力のモーメントは実線の方である。また、図３では、見易くするため、揺動部品の慣性による力のモーメントを反転して示している。
【００３９】
揺動角加速度が負である場合に揺動部品に作用する慣性による力のモーメント（以下、単に「揺動部品の慣性による力のモーメント」と言う）が、ねじりコイルばね３２による力のモーメントよりも大きくなったとすると、カム１４と中間ローラ２２とが離れたり、中間ローラ２２と揺動アーム１８とが離れたりすることがある。よって、そのようなことを防止するため、ねじりコイルばね３２による力のモーメントは、常に、揺動部品の慣性による力のモーメントより大きいことが必要である。すなわち、図３に示すように、ねじりコイルばね３２による力のモーメントの曲線は、何れのカム角度においても、揺動部品の慣性による力のモーメントの曲線より上側にあることが必要である。
【００４０】
前述したように、揺動部品の揺動角加速度は、最大バルブリフトカム角度からずれたカム角度において負の最大値をとる。このため、図３に示すように、揺動部品の慣性による力のモーメントは、最大バルブリフトカム角度からずれたカム角度において最大となる。
【００４１】
一方、ねじりコイルばね３２の変形量（ねじれ角）は、揺動アーム１８が図１中で時計回りに回転するほど、つまりバルブリフトが大きくなるほど、大きくなる。このため、図３に示すように、最大バルブリフトカム角度のときに、ねじりコイルばね３２の変形量は最大となり、ねじりコイルばね３２による力のモーメントも最大となる。
【００４２】
このようなことから、可変動弁装置１０では、ねじりコイルばね３２による力のモーメントを、全カム角度に渡って揺動部品の慣性による力のモーメントより大きくしようとすると、ねじりコイルばね３２の最大変形時のばね力が大きくなり易い。ねじりコイルばね３２の最大変形時のばね力が大きいと、前述したように、ねじりコイルばね３２が疲労し易く、十分な耐久性を確保しにくいため、小型でばね定数の大きいねじりコイルばね３２を使用しにくいという問題がある。また、カム１４はねじりコイルばね３２の付勢力に抗して回転するので、カム１４を駆動するために消費される仕事が増大し、内燃機関の熱効率が低下するという問題もある。
【００４３】
これに対し、本実施形態の可変動弁装置１０によれば、以下に説明するようにして、ねじりコイルばね３２の最大変形時のばね力を可及的に小さくすることが可能である。
【００４４】
図４は、本実施形態の可変動弁装置１０において、揺動部品の慣性による力のモーメントが最大となるカム角度（以下「最大慣性力カム角度」と言う）のときの状態を示す図である。同図に示すように、ねじりコイルばね３２が発揮するばね力をＰｓとしたとき、ねじりコイルばね３２から揺動アーム１８に作用する力Ｐｙは、Ｐｓ×cosαとなる。ただし、αは、ばね力Ｐｓの、作用半径Ｒｙ（ねじりコイルばね３２の腕３６と揺動アーム１８のばね受け部４０との接点５０と、制御軸１６の中心とを結ぶ線分）に直交する方向の成分である。ねじりコイルばね３２により力のモーメントＭは、上記の力Ｐｙと、作用半径Ｒｙとの積として求めることができる。
【００４５】
図４中には、バルブリフトがゼロであるカム角度のときの腕３６の方向が二点鎖線で示されている。よって、バルブリフトがゼロであるカム角度から、最大慣性力カム角度までの間における、ねじりコイルばね３２のねじれ角の変化量は、図４中のΔφ1で表される。
【００４６】
一方、図５は、本実施形態の可変動弁装置１０において、最大バルブリフトカム角度のときの状態（つまり、カム１４のノーズが第１ローラ２２ａに接触している状態）を示す図である。図５中には、最大慣性力カム角度のときの腕３６の方向（つまり図４での腕３６の方向）が二点鎖線で示されている。よって、最大慣性力カム角度から、最大バルブリフトカム角度までの間における、ねじりコイルばね３２のねじれ角の変化量は、図５中のΔφ2で表される。
【００４７】
上述した図４中のねじれ角変化量Δφ1と図５中のねじれ角変化量Δφ2とを比較して分かるように、可変動弁装置１０によれば、バルブリフトがゼロであるカム角度から最大慣性力カム角度までの間におけるねじれ角変化量Δφ1に対して、最大慣性力カム角度から最大バルブリフトカム角度までの間におけるねじれ角変化量Δφ2を十分に小さくすることができる。
【００４８】
以上説明したような本実施形態の可変動弁装置１０におけるねじりコイルばね３２のねじれ角と、カム角度との関係をまとめると、図６のようになる。すなわち、可変動弁装置１０によれば、カム角度の変化に対するねじりコイルばね３２のねじれ角の変化率（つまり図６のグラフの傾き）に関して、最大バルブリフトカム角度の付近におけるねじれ角の変化率を、バルブリフトがゼロとなるカム角度の付近におけるねじれ角の変化率より小さくすることができる。
【００４９】
ねじりコイルばね３２のねじれ角の変化率の特性を図６に示すような特性とすることにより、ねじりコイルばね３２による力のモーメントは、バルブリフトがゼロとなるカム角度から最大慣性力カム角度までの間（図３中のＡ）では、比較的急峻な傾きで変化するが、最大慣性力カム角度から最大バルブリフトカム角度までの間（図３中のＢ）では、傾きが緩やかで、変化が少ない。このため、可変動弁装置１０によれば、ねじりコイルばね３２による力のモーメントが最大バルブリフトカム角度付近において不必要に大きくなることを十分に抑制することができる。その結果、カム１４の駆動に消費される仕事を少なくすることができ、内燃機関の熱効率の向上が図れる。更に、ねじりコイルばね３２の最大変形時のばね力、つまり最大バルブリフトカム角度のときのねじりコイルばね３２のばね力をなるべく小さくすることができるので、ねじりコイルばね３２が疲労しにくくすることができ、ねじりコイルばね３２の耐久性を向上することができる。また、ねじりコイルばね３２の量産時における形状や材質のばらつき（個体差）が比較的大きくても、個々の量産品の最大変形時のばね力が確実に許容応力（疲れ強さに対する許容応力）以下となるようにすることができる。このため、量産時に形状や材質のばらつきを小さくすることの難しい、より小型でばね定数の大きいねじりコイルばね３２（コイル３４の巻き数が少ない、コイル３４の平均径が小さい、腕３６が短い、コイル３４の巻き線が円形断面、等）を使用することが可能となるので、可変動弁装置１０全体をコンパクトに設計することができる。
【００５０】
なお、ねじりコイルばね３２による力のモーメントを図３中の実線で示すような特性とするためには、図４に示す最大慣性力カム角度から図５に示す最大バルブリフトカム角度までの間において、ねじりコイルばね３２の腕３６の方向と、腕３６とばね受け部４０との接点５０と制御軸１６の中心とを結ぶ線分（すなわち作用半径Ｒｙ）とのなす角度θ（図４および図５参照）が、１００°〜１１０°の範囲内にあることが好ましい。最大慣性力カム角度から最大バルブリフトカム角度までの間における上記角度θが１１０°より大きくなると、図３中の二点鎖線で示すように、最大バルブリフトカム角度のときのねじりコイルばね３２による力のモーメントやばね力を十分に小さくしにくくなる場合がある。また、最大慣性力カム角度から最大バルブリフトカム角度までの間における上記角度θが１００°より小さいと、腕３６と作用半径Ｒｙとの角度が９０°に近くなるので、ねじりコイルばね３２のばね力が揺動アーム１８の力のモーメントに変換される効率が低下する場合がある。
【００５１】
また、ねじりコイルばね３２により揺動アーム１８に作用する力のモーメントの変化特性は、ばね受け部４０の形状によって調整することができる。本実施形態では、図１に示すように、半径Ｒ１の円弧と半径Ｒ２の円弧との二つの円弧の組み合わせでばね受け部４０の形状を構成するとともに、両者の半径の関係をＲ１＞Ｒ２としている。そして、腕３６とばね受け部４０との接点が、カム１４のカムリフトが大きくなるにつれて（揺動アーム１８が図１中で時計回りに回動するにつれて）、半径が大きいＲ１の円弧から半径が小さいＲ２の円弧へ移行するように構成している。これにより、前述したような力のモーメントの変化特性を容易かつ確実に実現することができる。なお、本実施形態におけるばね受け部４０の形状は、２つの円弧を組み合わせた形状に限らず、３つ以上の円弧を組み合わせた形状や、円弧以外の曲線を用いた形状としてもよいが、それらの場合にも、腕３６とばね受け部４０との接点が、カム１４のカムリフトが大きくなるにつれて、曲率半径の大きい部分から曲率半径の小さい部分へ移行するように、ばね受け部４０の形状を構成することが好ましい。
【００５２】
なお、上述した実施の形態１においては、制御軸１６、中間ローラ２２、中間アーム２４、制御部材２６および制御軸駆動機構が前記第１の発明における「可変機構」に相当している。
【００５３】
また、本実施形態では、カム１４のカムプロフィールがポリノミアルあるいはポリダインにより設計され、バルブ加速度が最大バルブリフトカム角度からずれたカム角度において負の最大値をとるものとして説明したが、本発明の有用性は、そのような場合に限定されるものではない。例えば、バルブ加速度が最大バルブリフトカム角度において負の最大値をとる場合であっても、バルブ加速度の特性がバルブリフト途中で変曲するような場合には、本発明を好ましく適用することが可能である。
【００５４】
実施の形態２．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。図７は、本発明の実施の形態２の可変動弁装置を示す図である。
【００５５】
図１に示すように、本実施形態の可変動弁装置１０’におけるねじりコイルばね３２’の腕３６’は、その先端側部分３６ａが基端側部分３６ｂに対し屈曲した形状をなしている。最大慣性力カム角度から最大バルブリフトカム角度の間においては、揺動アーム１８のばね受け部４０は、腕３６’の先端側部分３６ａと接触する。このとき、先端側部分３６ａの方向と、腕３６’とばね受け部４０との接点５０と制御軸１６の中心とを結ぶ線分とのなす角度θ2は、１００°〜１１０°の範囲内にあることが好ましい。これにより、実施の形態１で述べたのと同様の理由により、ねじりコイルばね３２’の最大変形時のばね力を十分に小さくすることができる。
【００５６】
また、バルブリフトがゼロとなるカム角度から最大慣性力カム角度までの間においては、揺動アーム１８のばね受け部４０は、腕３６’の基端側部分３６ｂと接触する。このため、バルブリフトがゼロとなるカム角度から最大慣性力カム角度までの間においては、腕３６’の方向と、腕３６’とばね受け部４０との接点５０と制御軸１６の中心とを結ぶ線分とのなす角度θ1を実施の形態１よりも大きくすることができる。よって、本実施形態によれば、バルブリフトがゼロとなるカム角度から最大慣性力カム角度までの間におけるねじりコイルばね３２’のねじれ角の変化量を大きくすることができる。このようなことから、本実施形態では、ばね受け部４０の形状が単純であっても、ねじりコイルばね３２による力のモーメントの特性を適切に調整することができ、ばね受け部４０の設計を簡素化することができる。
【００５７】
腕３６’に上記のような屈曲部を形成する方法は特に限定されず、例えば曲げ加工、切削加工、プレス加工等により形成することができる。
【００５８】
本実施形態は、上記の点以外は前述した実施の形態１と同様であるので、これ以上の説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１の可変動弁装置を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態１の可変動弁装置におけるバルブの加速度特性を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の可変動弁装置における揺動部品の慣性による力のモーメントと、ねじりコイルばねによる力のモーメントと、カム角度との関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１の可変動弁装置において揺動部品の慣性による力のモーメントが最大となるカム角度のときの状態を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１の可変動弁装置においてバルブリフトが最大となるカム角度のときの状態である。
【図６】本発明の実施の形態１の可変動弁装置におけるねじりコイルばねのねじれ角とカム角度との関係である。
【図７】本発明の実施の形態２の可変動弁装置を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０，１０’  可変動弁装置
１２  バルブ
１４  カム
１６  制御軸
１８  揺動アーム
２０  スライダー面
２２  中間ローラ
２２ａ  第１ローラ
２２ｂ  第２ローラ
２４  中間アーム
２６  制御部材
２８  連結軸
３０  揺動カム面
３２，３２’  ねじりコイルばね
３４  コイル
３６，３６’  腕
３６ａ  先端側部分
３６ｂ  基端側部分
３８  固定部
４０  ばね受け部
４２  ロッカーアーム
４４  ロッカーローラ
４６  軸
４８  油圧式ラッシュアジャスタ
５０  接点
【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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