JP4046487B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

Description

【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。その一つの代表例として、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とともに、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が知られている。また、カムに微小なノーズを加設することでバルブをサブリフトさせる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、上記の代表例のように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ともに、駆動上難しいという問題があった。また、サブリフト量が変化できないため内部ＥＧＲの制御も不可能であった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、従来の駆動系を大きく変えることなく、１本のカムシャフトを回転させて、バルブのメインリフト量、サブリフト量及び作用角を連続的又は段階的に変化させることができるようにしたことで内部ＥＧＲが最適制御可能になり、燃費も向上す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、ロッカアームのカム対応部にシーソアームをその中央部において揺動可能に軸着し、シーソアームの一端部及び他端部にそれぞれ第一摺接部及び第二摺接部を設け、第一摺接部の上方に第一摺接部を押圧する第一回転カムとその隣に位置する第二回転カムとを形成した１本のカムシャフトを回転可能に軸支し、第二摺接部の上方に第二回転カムと関わり合って第二摺接部に作用する介在部材を変位可能に設け、第一回転カムと第二回転カムと介在部材とのうち少なくともいずれか一つがバルブのサブリフトとサブリフトに続くメインリフトとを発生するように形成され、介在部材による第二摺接部の作用量を内燃機関の運転状況に応じ連続的に又は段階的に変える相対角度制御装置を設けたことを特徴としている。なお、カム対応部とは、カムにシーソアームを介して対応し押圧される部位という意味である。また、小角度回転とは回転角度が３６０度に達しない回転をいう。
【０００６】
介在部材としては、シーソアームの第二摺接部を押圧する突出部を突設した制御カムと前記第二回転カムにより押圧される介在摺接部を備えた介在アームとを相対角度変化可能に結合するとともに１本の支持シャフトに小角度回転可能に軸着したものを例示できる。
【０００７】
介在部材としては、シーソアームの第二摺接部を進入させて逃がすように働く凹面が凹設された制御カムと前記第二回転カムにより押圧される介在摺接部を備えた介在アームとを相対角度変化可能に結合するとともに１本の支持シャフトに小角度回転可能に軸着したものを例示できる。
【０００８】
第一回転カムが第一摺接部を押圧してバルブをリフトするタイミングと異なるタイミングで第二回転カムが介在部材を介してバルブをリフトさせるように第一回転カムと第二回転カムと介在部材とが形成されたものを例示できる。より具体的には第二回転カムのノーズが第一回転カムのノーズよりも先行した位置に形成されて、第一回転カムが第一摺接部を押圧してバルブをメインリフトさせる前に第二回転カムが介在部材を変位させ介在部材が第二摺接部に作用することでバルブをサブリフトさせるものを例示できる。
【０００９】
第一回転カムと第二回転カムとはいずれか一方（もしくは両方）がサブノーズとサブノーズに続くメインノーズとを備えたものを例示できる。
【００１０】
介在摺接部は、固定された硬質チップでも回転可能なローラでもよい。但し、摺動部とカムとの摺動抵抗や摩耗を考慮すると、介在摺接部は介在アームにローラが回転可能に軸着されたものが好ましい。
【００１１】
第一カム摺接部及び第二カム摺接部は、固定された硬質チップでも回転可能なローラでもよい。但し、摺動部とカムとの摺動抵抗や摩耗を考慮すると、第一カム摺接部及び第二カム摺接部の少なくともいずれか一つ（好ましくは両方）は、シーソアームにローラが回転可能に軸着されたものが好ましい。
【００１２】
相対角度制御装置は、特に限定されないが、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を例示できる。
【００１３】
ロッカアームとシーソアームとは別の面内で揺動してもよいが、スペース効率上、ロッカアームとシーソアームとは同一面内で揺動することが好ましい。
【００１４】
ここで、ロッカアームは、次のいずれのタイプでもよい。
（１）ロッカアームの一端部に揺動中心部があり、中央部にカム対応部があり、他端端にバルブ押圧部があるタイプ。（いわゆるスイングアーム）
（２）ロッカアームの中央部に揺動中心部があり、一端部にカム対応部があり、他端端にバルブ押圧部があるタイプ。
【００１５】
ロッカアームとシーソアームとが同一面内で揺動する場合、そのシーソアームがロッカアームからはみ出しにくくスペース効率が良い点で、本発明は上記（１）のタイプに具体化することが好ましい。すなわち、ロッカアームは、その一端部に揺動中心部があり、中央部にカム対応部があり、他端端にバルブ押圧部があるタイプであり、該カム対応部に前記シーソアームを軸着したものが好ましい。
【００１６】
揺動中心部としては、次の二態様を例示できる。
（ａ）揺動中心部はピボットに支持された凹球面部である態様。
（ｂ）揺動中心部はシーソアームが回動可能に軸支された軸穴部である態様。
【００１７】
上記（ａ）の態様では、揺動中心部とアジャスタとの間にタペットクリアランス調整機構が設けられることが好ましい。例えば、上記（ａ）の態様では、ピボットに設けた雄ネジをピボット支持材に設けた雌ネジに螺入量調節可能に螺入するようにしたタペットクリアランス調整機構を例示できる。
【００１８】
上記の制御カムに凹曲面が凹設された態様では、揺動中心部に各ローラ・カム間に隙間ができるのを防止するアジャスタが設けられることが好ましい。アジャスタの構造は特に限定されないが、当接及び離間可能に係合した内側部材とシリンダヘッドに形成された有底孔と、内側部材及び有底孔を離間方向に付勢するロストモーションスプリングとを含む機械的なアジャスタ（メカニカルアジャスタ）を例示できる。より具体的には、互いに開口側を対峙して側周壁が内外に係合したカップ状の内側部材と、シリンダヘッドに形成された有底孔と、内側部材のカップ内底面と有底孔との間に圧縮状態で設置されたロストモーションスプリングとしてのコイルスプリングとを含むものを例示できる。
【００１９】
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。
【００２０】
【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第一実施形態例について、図１〜図１０を参照して説明する。
図１及び図２に示すように、この可変動弁機構にはスイングアームタイプのロッカアーム１が使用され、ロッカアーム１の一端部は同部に形成された凹球面部２がピボット３に支持されてなる揺動中心部となっている。ロッカアーム１の他端部は二股状に分かれて、それぞれの先端下部にバルブ押圧部４が凹設され、バルブ５の基端部をバルブ押圧部４が押圧するようになっている。
【００２１】
ロッカアーム１の中央部のカム対応部に形成されたシーソアーム配置穴６には略Ｖ字状に形成されたシーソアーム７の中央部が配され、該シーソアーム７はアーム側壁と直交する軸の周りに揺動可能に軸着されている。従って、ロッカアーム１とシーソアーム７とは同一面内で揺動する。
【００２２】
ピボット３の軸下部に設けられた雄ネジは、ピボット支持材８に設けられた雌ネジに螺入量調節可能に螺入されて、タペットクリアランス調整機構が構成されている。
【００２３】
シーソアーム７の一端側はロッカアーム１でいうとバルブ押圧部４側へ延び、その一端部に形成されたフォーク内には第一摺接部としての第一ローラ９が配され、該第一ローラ９はフォーク側壁と直交する軸の周りに回転可能に軸着されている。シーソアーム７の他端側はロッカアーム１でいうと揺動中心部側へ延び、その他端部に形成されたフォーク内には第二摺接部としての第二ローラ１０が配され、該第二ローラ１０はフォーク側壁と直交する軸の周りに回転可能に軸着されている。
【００２４】
第一ローラ９の上方には、第一ローラ９を押圧する第一回転カム２０とその隣に位置する第二回転カム２１とを形成した１本のカムシャフト２２がロッカアーム１の揺動面と直角方向に延びるように配され、図示しない軸支部材に回転可能に軸支されている。
【００２５】
第一回転カム２０はベース円２０ａと、突出量が漸増するノーズ漸増部２０ｂと、最大突出量となるノーズ２０ｃと、突出量が漸減するノーズ漸減部２０ｄとからなっている。
【００２６】
第二回転カム２１はベース円２１ａと、突出量が漸増するノーズ漸増部２１ｂと、最大突出量となるノーズ２１ｃと、突出量が漸減するノーズ漸減部２１ｄとからなっていて、ノーズ２１ｃの突出量はノーズ２０ｃに比べて小さく形成されている。
【００２７】
第二ローラ１０の上方には、一本の円筒状の支持シャフト３０がカムシャフト２２と平行に配され、図示しない軸支部材により回転しないように軸支されている。支持シャフト３０の外周には、第二回転カム２１と関わり合って第二ローラ１０に作用する介在部材としての制御カム３６と介在アーム３７とが配されて、第二ローラ１０を押圧する略カップ状の制御カム３６とその隣に位置する略カップ状の介在アーム３７とが小角度回転可能に且つ支持シャフト３０の長手方向には動かないように軸着されている。また、図示しない部材により介在アーム３７は図１における左回転方向に付勢されている。介在アーム３７と制御カム３６とは、互いのカップ開放端部が相対回転可能に内外周（図示例では制御カム３６が内周側）に嵌合することにより相対角度変化可能となっており、さらに後述するスライダ３４を介して結合されている。
【００２８】
制御カム３６の外周面は円筒面部３６ａと、円筒面部３６ａから接線方向に延びて第二ローラ１０を押圧する突出部３６ｂとを備えている。突出部３６ｂの下面は円筒面部３６ａから滑らかにつながる凹曲面が形成され、第二ローラ１０の半径よりも大きな曲率半径の凹面部３６ｃとなっていて、支持シャフト３０から遠ざかる方向に湾曲している。
【００２９】
介在アーム３７の外周面には第二回転カム２１側へ延びる一対のローラ支持部４０が突設されている。ローラ支持部４０内には第二回転カム２１により押圧される介在摺接部としての介在ローラ４１が配され、該介在ローラ４１はローラ支持部４０の側壁と直交する軸の周りに回転可能に軸着されている。従って、第二回転カム２１が回転すると介在ローラ４１が押圧を受けて介在アーム３７と制御カム３６とが小角度回転し、そのとき第二ローラ１０は制御カム３６に対する当接位置を円筒面部３６ａから凹面部３６ｃに滑らかに移動しながら下方向に押圧されるようになっていて、当接位置が凹面部３６ｃの先端に移行するにしたがって制御カム３６による第二ローラ１０の押圧量が増大するようになっている。
【００３０】
さらに、本実施形態では第一回転カム２０と第二回転カム２１とが、第一回転カム２０のノーズ漸増部２０ｂよりも第二回転カム２１のノーズ漸増部２１ｂ、ノーズ２１ｃ、ノーズ漸減部２１ｄが先行するように形成されている。また制御カム３６は突出部３６ｂ（とその下面の凹面部３６ｃと）が形成されて第二ローラ１０を押圧するようになっているので、第一回転カム２０が第一ローラ９を押圧するとシーソアーム７が揺動しながら下方向に変位してロッカアーム１を揺動させる。それに伴ってバルブ５のメインリフトが発生するようになっているが、第一回転カム２０が第一ローラ９を押圧し始める前に第二回転カム２１が介在ローラ４１を押圧して介在アーム３７と制御カム３６とを小角度回転させるので、そのとき第二ローラ１０は小角度回転する制御カムの突出部３６ｂ（の下面に形成された凹面部３６ｃ）に押圧され、シーソアーム７は揺動しながら下方向に変位するのでメインリフトよりもリフト量の少ないサブリフトを発生するようになっている。即ち、本実施形態では、第一回転カム２０がバルブをメインリフトさせるタイミングより第二回転カム２１がバルブ５をサブリフトさせるタイミングが先に訪れるように第一回転カム２０と第二回転カム２１と介在部材（としての制御カム３６）とが形成されている。
【００３１】
支持シャフト３０の外周であって介在アーム３７及び制御カム３６のカップ内には、図３に示すように略円筒状のスライダ３４が支持シャフト３０の長さ方向に小角度回転可能に挿着されている。介在アーム３７の内径が制御カム３６の内径よりも大きいことに対応して、スライダ３４の介在アーム３７に対応する部分の外径が制御カム３６に対応する部分の外径よりも大きくなっている。
【００３２】
スライダ３４の内周面には環状溝３５が形成され、該環状溝３５には次に述べるコネクトピン３３が係合している。すなわち、支持シャフト３０の内部には円柱状のコントロールシャフト３２が摺動可能に挿通され、コントロールシャフト３２の一箇所には半径方向に突出するコネクトピン３３が螺着されている。コントロールシャフト３２の摺動によるコネクトピン３３の変位を許容するために、支持シャフト３０の一箇所には長さ方向に延びてコネクトピン３３を挿通させる長孔３１が貫設されている。長孔３１を挿通したコネクトピン３３の先端部が前記環状溝３５に係合することにより、スライダ３４はコントロールシャフト３２と共に長さ方向に摺動可能になっているとともに、回転方向にはコントロールシャフト３２と無関係に回転可能となっている。この回転が介在アーム３７及び制御カム３６の小角度回転を許容する。
【００３３】
スライダ３４の外周面の介在アーム３７に対応する部分と介在アーム３７の内周面とには、互いに係合するストレートスプライン３８，３９が切られている。また、スライダ３４の外周面の制御カム３６に対応する部分と制御カム３６の内周面とには、互いに係合するヘリカルスプライン４３，４４が切られている。図示簡略化のため、図３にはヘリカルスプライン４３，４４もストレートのように描いているが、実際はヘリカルである。このようにスライダ３４がスプラインを介して介在アーム３７及び制御カム３６の両者に係合していることで、介在アーム３７と制御カム３６とは前記の通り相対角度変化可能に結合されている。
【００３４】
コントロールシャフト３２は図示しない油圧機構により長さ方向に移動するようになっている。これらの油圧機構、コントロールシャフト３２、コネクトピン３３、スライダ３４、ヘリカルスプライン４３，４４が、介在アーム３７に対する制御カム３６の相対角度を内燃機関の運転状況に応じ連続的に又は段階的（好ましくは三段階以上、さらに好ましくは四段階以上の多段階）に変えてバルブ５のリフト量及び作用角を変化させる相対角度制御装置を構成している。すなわち、コントロールシャフト３２が長さ方向に移動すると、コネクトピン３３を介してスライダ３４が移動し、このときストレートスプライン３８，３９により介在アーム３７は回転しないのに対して、ヘリカルスプライン４３，４４により制御カム３６は小角度回転するため、介在アーム３７に対する制御カム３６の相対角度をずらすことができる。相対角度変化は、内燃機関の回転センサやアクセル開度センサ等からの検知値に基づいてマイクロコンピュータ等の制御装置により制御されるようになっている。
【００３５】
上記の構成によりカムシャフト２２が回転して、第一回転カム２０が第一ローラ９を押圧するという入力と、第二回転カム２１が介在ローラ４１を押圧すると介在アーム３７と共に制御カム３６とが小角度回転して制御カム３６が第二ローラ１０を押圧するという入力との２つの入力が、シーソアーム７を押圧しロッカアーム１が揺動するようになっている。介在アーム３７は図示しない部材により左回転方向に付勢されているので、常に第二回転カム２１に介在ローラ４１を摺接させるようになっている。従って、介在ローラ４１が第二回転カム２１のベース円２１ａに摺接しているときは、介在アーム３７は小角度回転開始位置に停滞している。しかし、介在ローラ４１がノーズ漸増部２１ｂに摺接し始めると、介在アーム３７は右回転方向に小角度回転を開始し、介在ローラ４１の第二回転カム２１に対する当接位置がノーズ２１ｃに至ると、介在アーム３７は小角度回転を止めて小角度回転終了位置に到達する。その後、介在ローラ４１がノーズ漸減部２１ｄに摺接し始めると、介在アーム３７は回転方向を左に変えて小角度回転を開始して、介在ローラ４１がベース円２１ａに摺接するようになると介在アーム３７は小角度回転開始位置に復帰して停滞するようになっている。即ち、介在アーム３７は第二回転カム２１の入力により小角度回転開始位置から小角度回転終了位置までの往復小角度回転を繰り返し、制御カム３６も介在アーム３７と共に往復小角度回転を繰り返すことになる。この往復小角度回転の際に第二ローラ１０が制御カム３６の凹面部３６ｃに押圧を受けて下方向に変位すると、その量に応じてシーソアーム７も変位してロッカアーム１を揺動させるので、それに伴ってバルブ５がサブリフトするようになっている。また、第一回転カム２０が第一ローラ９を最大押圧する時は、前に述べた制御カム３６の往復小角度回転によるバルブ５のサブリフトに比べてより大きなリフト量を得ることができるメインリフトが発生するようになっている。
【００３６】
相対角度制御装置によって介在アーム３７に対する制御カム３６の相対角度をずらすと、介在アーム３７及び制御カム３６の小角度回転量は変わらないが、制御カム３６の小角度回転開始位置及び小角度回転終了位置も相対角度のずらした量だけずれるので、制御カム３６に形成された凹面部３６ｃも同様に小角度回転開始位置及び小角度回転終了位置をずらされる。この作用により第二ローラ１０の凹面部３６ｃによる押圧量及び作用角が変わるのでバルブ５のサブリフト量及びサブリフトの作用角を変えることができる。また、バルブ５のメインリフトが発生する際には、第一ローラ９が第一回転カム２０により下方向に押圧を受けるので、その反作用としてシーソアーム７の他端に配された第二ローラ１０が上方向に力を受ける。そのとき制御カム３６が介在アーム３７に対してサブリフト量を少なくするように相対角度がずらされていると、第二ローラ１０は円筒面部３６ａに摺接し続けるので、バルブ５のリフトには凹面部３６ｃは関与せず、第一ローラ９の押下量に応じてバルブ５がリフトされる。しかし、サブリフト量を大きくするように介在アーム３７と制御カム３６の相対角度をずらすと、ずらした量に応じて第二ローラ１０は凹面部３６ｃに押圧を受けるようになり上方向に第二ローラ１０が逃げるのを規制するので、凹面部３６ｃはバルブ５のリフト量と作用角を増加させるように作用する。即ち、１本のカムシャフト２２しか回転させていないにも拘わらず、バルブ５のメインリフト量、サブリフト量及びサブリフトの作用角を連続的に変化させることができる。
【００３７】
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４（ａ）→（ｂ）→図５（ａ）→（ｂ）は、最大サブリフトが必要な運転状況下における介在アーム３７及び制御カム３６の相対角度とそれによる作用を示している。
図４（ａ）に示すように、第一ローラ９に第一回転カム２０のベース円２０ａが摺接し、介在ローラ４１に第二回転カム２１のベース円２１ａが摺接しているとき、介在アーム３７及び制御カム３６は小角度回転開始位置に停滞し、第一ローラ９は最上位置にある。介在アーム３７と制御カム３６とが最大サブリフトを実現するように相対角度制御されているため、凹面部３６ｃの小角度回転開始位置は最も低い位置に制御され、このとき第二ローラ１０に制御カム３６の円筒面部３６ａと凹面部３６ｃとの境界が摺接する。この状態は制御カム３６が右回転方向に小角度回転を開始すると、同時に第二ローラ１０は凹面部３６ｃによって押下されバルブ５のリフトも始まるようになっている。このとき第一ローラ９と同様に第二ローラ１０も最上位置にあるので、シーソアーム７は最上位置にあり、ロッカアーム１も最上位置に停滞しているのでバルブ５のリフト量は０になる。
図４（ｂ）に示すように、第一ローラ９がベース円２０ａに摺接し続け、介在ローラ４１がノーズ漸増部２１ｂを経てノーズ２１ｃに押圧されるようになると、介在ローラ４１は第二回転カム２１によって最大押圧を受け、介在アーム３７及び制御カム３６は右回転方向に小角度回転して小角度回転終了位置に達する。このとき凹面部３６ｃが小角度回転したことで第二ローラ１０の制御カム３６に対する当接位置が円筒面部３６ａから凹面部３６ｃに移行して、第二ローラ１０は凹面部３６ｃにより下方向に押圧を受けてシーソアーム７を押下する。それに伴ってロッカアーム１も揺動してバルブ５のリフト量Ｌは発生・増加して最大サブリフト量Ｌｓｍａｘに達する。
図５（ａ）に示すように、介在ローラ４１がノーズ漸減部２１ｄを経てベース円２１ａに摺接するようになると、介在ローラ４１の受ける第二回転カム２１による押圧量が減少して、介在アーム３７及び制御カム３６は左回転方向に小角度回転して小角度回転開始位置に復帰する。このとき第一ローラ９がベース円２０ａに摺接し、第二ローラ１０の制御カム３６に対する当接位置は円筒面部３６ａと凹面部３６ｃとの境界に戻るのでシーソアーム７及びロッカアーム１は図４（ａ）と同じ位置に復帰し、バルブ５のリフト量は減少し０となる。また、上記のとおり最大サブリフトを実現するように制御されているときのバルブ５のサブリフトは、介在ローラ４１の第二回転カム２１に対する当接位置がベース円２１ａからノーズ漸増部２１ｂに切り替わったときからノーズ漸減部２１ｄからベース円２１ａに切り替わったときまで作用するので作用角は最大となる。
図５（ｂ）に示すように、第一ローラ９がノーズ漸増部２０ｂを経てノーズ２０ｃに摺接するようになると、介在ローラ４１はベース円２１ａに摺接しているので凹面部３６ｃは小角度回転開始位置に停滞しつづけているが、第一ローラ９は最大押下位置に達し、その反作用としてシーソアーム７の他端に配された第二ローラ１０が上方向に力を受ける。しかし、最大サブリフトを実現するように制御カム３６と介在アーム３７との相対角度が制御されているので、第二ローラ１０は制御カム３６に対する当接位置を凹面部３６ｃの先端方向に移動させ、上方向に逃げるのを規制される。従って、このとき第一ローラ９によるシーソアーム７の押下量を、凹面部３６ｃが第二ローラ１０の上昇を規制することで増大させるので、バルブ５のリフト量Ｌは再び発生・増加して、最大メインリフト量Ｌｍｍａｘに達する。
【００３８】
次に、図６（ａ）→（ｂ）→図７（ａ）→（ｂ）は、微小サブリフトが必要な運転状況下における介在アーム３７及び制御カム３６の相対角度とそれによる作用を示している。
図６（ａ）に示すように、第一ローラ９にベース円２０ａが摺接し、介在ローラ４１にベース円２１ａが摺接しているとき、介在アーム３７及び制御カム３６は小角度回転開始位置に停滞し、第一ローラ９は最上位置にある。介在アーム３７と制御カム３６とが微小サブリフトを実現するように相対角度制御されているため、凹面部３６ｃの小角度回転開始位置は図４（ａ）に比べて上方向にずれて、第二ローラ１０には円筒面部３６ａが摺接するようになり、第二ローラ１０と凹面部３６ｃとが離れ始める。この状態では、制御カム３６が右回転方向に小角度回転を開始しても第二ローラ１０が円筒面部３６ａに摺接している間はバルブ５がリフトしない。即ち、第二ローラ１０と凹面部３６ｃの離間量に応じてサブリフトの作用角は小さくなるようになっている。このとき第一ローラ９と同様に第二ローラ１０も最上位置にあるのでバルブ５のリフト量は０になる。
図６（ｂ）に示すように、第一ローラ９がベース円２０ａに摺接し、介在ローラ４１がノーズ２１ｃに押圧されるようになると、介在ローラ４１は第二回転カム２１によって最大押圧を受け、介在アーム３７及び制御カム３６は小角度回転終了位置に小角度回転する。このとき第二ローラ１０の制御カム３６に対する当接位置が円筒面部３６ａから凹面部３６ｃに移行するが、凹面部３６ｃの小角度回転開始位置が最大サブリフト時に比べて左回転方向にずれているため、凹面部３６ｃへの移行量はその分小さくなる。従って、第二ローラ１０は小角度回転してきた凹面部３６ｃにより下方向に僅かに押圧を受けてシーソアーム７を微小押下する。それに伴ってロッカアーム１も微小揺動してバルブ５のリフト量Ｌは発生・増加してサブリフト量Ｌｓに達する。
図７（ａ）に示すように、介在ローラ４１がベース円２１ａに摺接するようになると、介在ローラ４１の受ける第二回転カム２１による押圧量が減少して、介在アーム３７及び制御カム３６は左回転方向に小角度回転して小角度回転開始位置に復帰する。このとき第一ローラ９がベース円２０ａに摺接し、第二ローラ１０の制御カム３６に対する当接位置は円筒面部３６ａに戻るのでシーソアーム７及びロッカアーム１は図６（ａ）と同じ位置に復帰し、バルブ５のリフト量は減少して０となる。
図７（ｂ）に示すように、第一ローラ９がノーズ２０ｃに摺接するようになると、介在ローラ４１はベース円２１ａに摺接し続けているので凹面部３６ｃは小角度回転開始位置に停滞しつづけているが、第一ローラ９は最大押下位置に達し、その反作用としてシーソアーム７の他端に配された第二ローラ１０が上方向に力を受ける。しかし、微小サブリフトを実現するように制御カム３６と介在アーム３７との相対角度が制御されているので、第二ローラ１０は制御カム３６に対する当接位置を凹面部３６ｃの基端部寄りに移動させる程度に留まり、上方向に逃げるのを若干規制される。従って、このとき第一ローラ９によるシーソアーム７の押下量を、凹面部３６ｃが第二ローラ１０の上昇を若干規制することで微小ながら増大させるので、バルブ５のリフト量Ｌは再び発生・増加してメインリフト量Ｌｍ１に達する。
【００３９】
なお、図４・図５と図６・図７との中間的なリフト量・作用角が必要な運転状況下では、図４・図５と図６・図７との中間的な介在アーム３７及び制御カム３６の相対角度が相対角度制御装置により連続的に又は段階的に作られ、図１０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】
次に、図８（ａ）→（ｂ）→図９（ａ）→（ｂ）は、サブリフト休止が必要な運転状況下における介在アーム３７及び制御カム３６の相対角度とそれによる作用を示している。
図８（ａ）に示すように、第一ローラ９にベース円２０ａが摺接し、介在ローラ４１にベース円２１ａが摺接しているとき、介在アーム３７及び制御カム３６は小角度回転開始位置に停滞し、第一ローラ９は最上位置にある。介在アーム３７と制御カム３６とがサブリフト休止を実現するように相対角度制御されているため、凹面部３６ｃの小角度回転開始位置が図６（ａ）に比べて更に上方向にずれるので、第二ローラ１０には円筒面部３６ａが摺接し、第二ローラ１０と凹面部３６ｃの距離は最大となる。このとき第一ローラ９と同様に第二ローラ１０も最上位置にあるのでバルブ５のリフト量は０になる。
図８（ｂ）に示すように、第一ローラ９がベース円２０ａに摺接し、介在ローラ４１がノーズ２１ｃに押圧されるようになると、介在ローラ４１は第二回転カム２１によって最大押圧を受け、介在アーム３７及び制御カム３６は小角度回転終了位置に小角度回転する。しかし、凹面部３６ｃの小角度回転開始位置が微小サブリフト時よりも更に左回転方向にずれているため、第二ローラ１０の制御カム３６に対する当接位置は円筒面部３６ａから凹面部３６ｃに近づくものの、凹面部３６ｃには到達せず円筒面部３６ａに留まる。従って、第二ローラ１０及び第一ローラ９は共に最上位置から移動しないためバルブ５のサブリフト量Ｌは０となり、サブリフトの作用角も０となる。
図９（ａ）に示すように、介在ローラ４１がベース円２１ａに摺接するようになると、介在ローラ４１の受ける第二回転カム２１による押圧量が減少して、介在アーム３７及び制御カム３６は左回転方向に小角度回転して小角度回転開始位置に復帰する。このとき第一ローラ９がベース円２０ａに摺接し、第二ローラ１０の制御カム３６に対する当接位置は円筒面部３６ａから変化しないのでシーソアーム７及びロッカアーム１は共に変位せず、バルブ５のリフト量は０を維持する。
図９（ｂ）に示すように、第一ローラ９がノーズ２０ｃに摺接するようになると、介在ローラ４１はベース円２１ａに摺接しているので凹面部３６ｃは小角度回転開始位置に停滞しつづけているが、第一ローラ９は最大押下位置に達し、その反作用としてシーソアーム７の他端に配された第二ローラ１０が上方向に力を受ける。しかし、サブリフト休止を実現するように制御カム３６と介在アーム３７との相対角度が制御されているので、第二ローラ１０は制御カム３６に対する当接位置を円筒面部３６ａから凹面部３６ｃの方向へ移動するが凹面部３６ｃには至らず円筒面部３６ａに留まる。従って、このとき第二ローラ１０が凹面部３６ｃによる上昇規制を受けないので、第二ローラ１０の押下量は図７（ｂ）よりも小さくなり、バルブ５のリフト量Ｌは発生・増加してＬｍ１より少ないメインリフト量Ｌｍ２に達する。
【００４１】
次に、本発明を実施した可変動弁機構の第二実施形態例について、図１１〜図２０を参照して第一実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図１１は第一実施形態の可変動弁機構に凹面を凹設した制御カム３６を使用したものである。
【００４２】
本実施形態の制御カム３６の外周面は円筒面部３６ａとその一部に凹面部３６ｅが凹設され、円筒面部３６ａと凹面部３６ｅとの境界の一部は滑らかな曲面を備えた境界部３６ｄとなっている。制御カム３６が小角度回転したとき、制御カム３６の第二ローラ１０に対する当接位置は円筒面部３６ａから境界部３６ｄを経て凹面部３６ｅへと滑らかに移動可能で、逆方向にも滑らかに移動できるようになっている。円筒面部３６ａは第二ローラ１０を押圧するように働くが、凹面部３６ｅはむしろ第二ローラ１０を進入させて逃がすように働くのでバルブ５のリフト量を減ずる方向に作用する。
【００４３】
第一回転カム２３はベース円２３ａとサブノーズ２４とサブノーズ２４に続くメインノーズ２５とが形成され、サブノーズ２４はノーズ漸増部２４ｂと、ノーズ２４ｃと、ノーズ漸減部２４ｄとからなり、メインノーズ２５はノーズ漸増部２５ｂと、ノーズ２５ｃと、ノーズ漸減部２５ｄとからなっている。
【００４４】
第二回転カム２６は、制御カム３６の小角度回転量を第一実施形態よりも増大させるために突出量の大きなものとなり、突出量が漸増するノーズ漸増部２６ｂと、ノーズ２６ｃと、突出量が漸減するノーズ漸減部２６ｄとからなっている。
【００４５】
第二回転カム２６のノーズの突出量増大に伴って、該ノーズが介在アーム３７に干渉しないように、介在アーム３７の上面には第二回転カム２６の当接を逃がして干渉を防ぐ逃がし溝４２が形成されている。従って、介在アーム３７と制御カム３６とは両方共に内部の相対角度制御装置に影響しないように逃がし溝４２と凹面部３６ｅが形成されるため、図１２に示すように第一実施形態よりも軸方向が長めに形成されている。
【００４６】
上記の構成により、第一実施形態では制御カム３６の突出部３６ｂに形成された凹面部３６ｃに第二ローラ１０が押圧を受けてバルブ５のリフト量を増大させる方向に作用したが、本実施形態では制御カム３６に凹設された凹面部３６ｅが第二ローラ１０を進入させて逃がすように働きバルブ５のリフト量を減少させる方向に作用する。従って、本実施形態では第一回転カム２３によるバルブ５のリフト量増大作用と第二回転カム２６によるバルブ５のリフト量減少作用とによりバルブ５のリフト量が増減するようになっている。また、バルブ５のサブリフトとメインリフトは第一回転カム２３のサブノーズ２４がサブリフトを、メインノーズ２５がメインリフトをそれぞれ発生するようになっている。
【００４７】
相対角度制御装置により制御カム３６が介在アーム３７に対して相対角度制御を受けると、第一実施形態では制御カム３６に突設された凹面部３６ｃの小角度回転開始位置が変化したが、本実施形態では凹面部３６ｅの小角度回転開始位置が変化して、第二ローラ１０の押圧量が変えられるようになっている。
【００４８】
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１３（ａ）→（ｂ）→図１４（ａ）→（ｂ）→図１５（ａ）→（ｂ）→は、最大リフトが必要な運転状況下における介在アーム３７及び制御カム３６の相対角度とそれによる作用を示している。
図１３（ａ）に示すように、介在ローラ４１に第二回転カム２６のベース円２６ａが摺接しているとき、制御カム３６は小角度回転開始位置に停滞しており、最大サブリフトを実現するように介在アーム３７と制御カム３６の相対角度が制御されているため、凹面部３６ｅの小角度回転開始位置は最も高い位置に制御されており、第二ローラ１０は円筒面部３６ａが摺接し最大押下位置にある。しかし、第一ローラ９はベース円２３ａに摺接して最上位置にあるためバルブ５のリフト量は０となる。
図１３（ｂ）に示すように、介在ローラ４１はベース円２６ａに摺接しているが、第一ローラ９がノーズ漸増部２４ｂを経てノーズ２４ｃに押圧を受けるようになると、第二ローラ１０は円筒面部３６ａに摺接しつづけて変位していないが、第一ローラ９がノーズ２４ｃにより押下されてロッカアーム１を押下する。このときバルブ５のリフト量Ｌは発生・増加して最大サブリフト量Ｌｓｍａｘに達する。
図１４（ａ）に示すように、介在ローラ４１はベース円２６ａに摺接しているが、第一ローラ９がノーズ漸減部２４ｄとノーズ漸増部２５ｂとの間のベース円２３ａに摺接するようになると、第一ローラ９は最上位置に復帰し、それに伴ってロッカアーム１も最上位置に復帰するので、バルブ５のリフト量Ｌは減少して０となる。従って、最大サブリフトを実現するように制御されているときのバルブ５は、第一ローラ９がノーズ漸増部２４ｂに摺接し始めたときからベース円２３ａに摺接し始めるときまでサブリフトしているので、サブリフトの作用角も最大となる。
図１４（ｂ）に示すように、第一ローラ９がノーズ漸増部２５ｂの後半部又はノーズ２５ｃの前半部にて押圧を受けるようになると、第一ローラ９は再び押下され始める。そのとき、介在ローラ４１はノーズ漸増部２６ｂによる押圧を受け、介在アーム３７と制御カム３６は右回転方向に小角度回転を開始して、境界部３６ｄが第二ローラ１０に摺接するようになり、第二ローラ１０は上昇を開始する。このときバルブ５のリフト量Ｌは発生・増加して最大リフト量Ｌｍａｘに達する。
図１５（ａ）に示すように、第一ローラ９がノーズ２５ｃの後半部にて押圧を受けるようになると、介在ローラ４１はノーズ２６ｃにより最大押圧を受け、介在アーム３７と制御カム３６とは小角度回転終了位置まで小角度回転して停滞する。そのとき制御カム３６は第二ローラ１０を凹面部３６ｅに進入させて逃がすように働くので、第一ローラ９が最大押下位置に達しているにもかかわらず、第二ローラ１０が大きく上昇するのでバルブ５のリフト量Ｌは減少して０となる。
図１５（ｂ）に示すように、第一ローラ９がベース円２３ａに摺接し、介在ローラ４１がノーズ漸減部２６ｄを経てベース円２６ａに摺接するようになると、第一ローラ９は最上位置に復帰し、介在アーム３７及び制御カム３６は小角度回転開始位置に復帰する。このときの制御カム３６の小角度回転に伴って、第二ローラ１０は制御カム３６に対する当接位置を凹面部３６ｅから境界部３６ｄを経て円筒面部３６ａに移行する。その際に第二ローラ１０が円筒面部３６ａに摺接して最大押下位置に達するが、第一ローラ９が先にノーズ漸減部２５ｄに摺接し始めるのでバルブ５のリフト量Ｌは０を維持する。
次に、図１６（ａ）→（ｂ）→図１７（ａ）→（ｂ）は、微小サブリフト量が必要な運転状況下における介在アーム３７及び制御カム３６の相対角度とそれによる作用を示している。
図１６（ａ）に示すように、介在ローラ４１にベース円２６ａが摺接しているとき、制御カム３６は小角度回転開始位置に停滞しており、微小サブリフトを実現するように介在アーム３７と制御カム３６との相対角度が制御されているため、境界部３６ｄ及び凹面部３６ｅの小角度回転開始位置は最も低い位置付近に制御されており、第二ローラ１０は境界部３６ｄに近接（後述する第三実施形態では摺接）する。しかし、第一ローラ９はベース円２３ａに摺接して最上位置にあるためバルブ５のリフト量Ｌは０となる。
図１６（ｂ）に示すように、介在ローラ４１はベース円２６ａに摺接しているが、第一ローラ９がノーズ漸増部２４ｂを経てノーズ２４ｃに押圧を受けるようになると、第二ローラ１０は上昇して境界部３６ｄに当接し、シーソアーム７は微小押下を受ける。このときロッカアーム１も微小揺動を受けるのでバルブ５のリフト量Ｌは発生・増加してサブリフト量Ｌｓに達する。
図１７（ａ）に示すように、介在ローラ４１はベース円２６ａに摺接しているが、第一ローラ９がノーズ漸減部２４ｄとノーズ漸増部２５ｂとの間のベース円２３ａに摺接するようになると、第一ローラ９は最上位置に復帰し、それに伴ってロッカアーム１も最上位置に復帰するので、バルブ５のリフト量Ｌは減少して０となる。従って、微小サブリフトを実現するように制御されているときのバルブ５は、第一ローラ９がノーズ漸増部２４ｂに摺接し始めてもすぐにはリフトせず、第二ローラ１０が制御カム３６に当接してからリフトが始まり第二ローラ１０が制御カム３６から離間し始めるときまでリフトしているので、サブリフトの作用角は微小となる。
図１７（ｂ）に示すように、第一ローラ９がノーズ漸増部２５ｂに押圧を受けるようになると、第一ローラ９は再び押下され始める。そのとき、介在ローラ４１はノーズ漸増部２６ｂによる押圧を受け、介在アーム３７と制御カム３６とは右回転方向に小角度回転を開始する。それにより制御カム３６は第二ローラ１０を境界部３６ｄ又は凹面部３６ｅに進入させて逃がすように働くのでバルブ５のリフト量を減ずる方向に作用し始める。このときバルブ５のリフト量Ｌは発生・増加してメインリフト量Ｌｍに達する。
【００４９】
なお、図１３・図１４・図１５と図１６・図１７との中間的なリフト量・作用角が必要な運転状況下では、図１３・図１４・図１５と図１６・図１７との中間的な介在アーム３７及び制御カム３６の相対角度が相対角度制御装置により連続的に又は段階的に作られ、図２０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。
次に、図１８（ａ）→（ｂ）→図１９（ａ）→（ｂ）は、サブリフト休止が必要な運転状況下における介在アーム３７及び制御カム３６の相対角度とそれによる作用を示している。
図１８（ａ）に示すように、介在ローラ４１にベース円２６ａが摺接しているとき、制御カム３６は小角度回転開始位置に停滞しており、微小サブリフトを実現するように介在アーム３７と制御カム３６との相対角度が制御されているため、境界部３６ｄ及び凹面部３６ｅの小角度回転開始位置は最も低い位置に制御されており、第二ローラ１０には凹面部３６ｅが配向（後述する第三実施形態では摺接）する。しかし、第一ローラ９はベース円２３ａに摺接して最上位置にあるためバルブ５のリフト量Ｌは０となる。
図１８（ｂ）に示すように、介在ローラ４１はベース円２６ａに摺接しているが、第一ローラ９がノーズ漸増部２４ｂを経てノーズ２４ｃに押圧を受けるようになると、シーソアーム７が揺動して第二ローラ１０は上方向に変位しようとする。しかし、第二ローラ１０には凹面部３６ｅが配向しており、制御カム３６は第二ローラ１０を凹面部３６ｅに進入させて逃がすように働いてシーソアーム７は揺動する。このとき、ノーズ２４ｃによる第一ローラ９の押圧は、シーソアーム７を揺動させるが第二ローラ１０が凹面部３６ｅに当接するほどの揺動量ではないため、シーソアーム７は押下されない。このときロッカアーム１も変位しないのでバルブ５はサブリフト休止となる。
図１９（ａ）に示すように、介在ローラ４１はベース円２６ａに摺接しているが、第一ローラ９がノーズ漸減部２４ｄとノーズ漸増部２５ｂとの間のベース円２３ａに摺接するようになると、第一ローラ９は最上位置に復帰し、それに伴ってロッカアーム１も最上位置に復帰するので、バルブ５のリフト量Ｌは減少して０となる。従って、このときバルブ５はサブリフトを発生しなくなるのでサブリフトの作用角も０となる。
図１９（ｂ）に示すように、第一ローラ９がノーズ漸増部２５ｂ又はノーズ２５ｃにより押圧を受けるようになると、第一ローラ９は再び押下され始める。しかし小角度回転開始位置にある凹面部３６ｅが既に第二ローラ１０に配向しており、更にノーズ漸増部２６ｂが介在ローラ４１を押圧して凹面部３６ｅを右回転方向に小角度回転させ始めるので、制御カム３６は第二ローラ１０を凹面部３６ｅに深く進入させる。従って、第一回転カム２３が第一ローラ９を押下するが、小角度回転してくる凹面部３６ｅに第二ローラ１０が進入してシーソアーム７を十分揺動させてしまうので、シーソアーム７は下方向に変位せず、バルブ５のメインリフト量Ｌは０となリ、メインリフトも休止となる。
【００５０】
次に、本発明を実施した可変動弁機構の第三実施形態例について、図２１を参照して第二実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図２１は第二実施形態の可変動弁機構にアジャスタとしてメカニカルアジャスタ５０を追加したものである。
【００５１】
メカニカルアジャスタ５０は、互いに開口側を対峙させて当接及び離間可能に側周壁が内外に係合したカップ状の内側部材５１及びシリンダヘッド５２に形成された有底孔５３と、内側部材５１のカップ内底面と有底孔５３の内底面との間に圧縮状態で設置されて有底孔５３から内側部材５１を離間方向に付勢するロストモーションスプリング５４としてのコイルスプリングとからなり、内側部材５１はシリンダヘッド５２の有底孔５３の内側にガイドされて摺動するようになっている。
【００５２】
第二実施形態では前記の通りローラ・カム間に隙間ができるときがあるが、本実施形態ではメカニカルアジャスタ５０を追加したことにより、図２１のようにロストモーションスプリング５４が内側部材５１及び有底孔５３を離間させてピボット３を上昇させるので各部に隙間ができるのを防止し、ひいてはロッカアーム１の落下を防止する。
【００５３】
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）相対角度制御装置の構成や制御の仕方を適宜変更すること。
（２）中央部に揺動中心部のあるロッカアームとすること。
（３）制御カムの形状を適宜変更すること。
（４）第二回転カムをサブノーズとメインノーズとを形成したものに変更すること。
【００５４】
【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、従来の駆動系を大きく変えることなく、１本のカムシャフトを回転させて、バルブのメインリフト量、サブリフト量及びサブリフトの作用角を連続的又は段階的に変化させることができるようにしたことで内部ＥＧＲが最適制御可能になり、燃費も向上するという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る可変動弁機構を示す斜視図である。
【図２】図１の角度を変えて描写した斜視図である。
【図３】同機構における相対角度制御装置の主要部を示す断面図である。
【図４】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断面図である。
【図５】図３に続いて作用を示す断面図である。
【図６】微小リフト量・作用角が必要なときの同機構の作用を示す断面図である。
【図７】図７に続いて作用を示す断面図である。
【図８】リフト休止が必要なときの同機構の作用を示す断面図である。
【図９】図８に続いて作用を示す断面図である。
【図１０】同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１１】本発明の第二実施形態に係る可変動弁機構を示す斜視図である。
【図１２】同機構における相対角度制御装置の主要部を示す断面図である。
【図１３】最大サブリフト量・作用角が必要なときの同機構の作用を示す断面図である。
【図１４】図１３に続いて作用を示す断面図である。
【図１５】図１４に続いて作用を示す断面図である。
【図１６】微小サブリフト量・作用角が必要なときの同機構の作用を示す断面図である。
【図１７】図１６に続いて作用を示す断面図である。
【図１８】サブリフト休止が必要なときの同機構の作用を示す断面図である。
【図１９】図１８に続いて作用を示す断面図である。
【図２０】同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２１】本発明の第三実施形態に係る可変動弁機構を示す断面図である。
【符号の説明】
１ ロッカアーム
５ バルブ
７ シーソアーム
９ 第一摺接部としての第一ローラ
１０ 第二摺接部としての第二ローラ
２０ 第一回転カム
２１ 第二回転カム
２２ カムシャフト
２４ サブノーズ
２５ メインノーズ
３０ 支持シャフト
３２ コントロールシャフト
３３ コネクトピン
３４ スライダ
３６ 介在部材としての制御カム
３６ｂ 突出部
３６ｅ 凹面部
３７ 介在部材としての介在アーム
４１ 介在摺接部としての介在ローラ

Claims (7)

1. ロッカアームのカム対応部にシーソアームをその中央部において揺動可能に軸着し、
   前記シーソアームの一端部及び他端部にそれぞれ第一摺接部及び第二摺接部を設け、
   前記第一摺接部の上方に第一摺接部を押圧する第一回転カムとその隣に位置する第二回転カムとを形成した１本のカムシャフトを回転可能に軸支し、
   前記第二摺接部の上方に第二回転カムと関わり合って第二摺接部に作用する介在部材を変位可能に設け、
   前記第一回転カムと第二回転カムと介在部材とのうち少なくともいずれか一つがバルブのサブリフトとサブリフトに続くメインリフトとを発生するように形成され、
   前記介在部材による第二摺接部の作用量を内燃機関の運転状況に応じ連続的に又は段階的に変える相対角度制御装置を設けたことで、バルブのメインリフト量、及びサブリフト量を変化させる可変動弁機構。
2. 前記介在部材が、シーソアームの第二摺接部を押圧する突出部を突設した制御カムと、前記第二回転カムにより押圧される介在摺接部を備えた介在アームとを、相対角度変化可能に結合するとともに１本の支持シャフトに小角度回転可能に軸着したものである請求項１記載の可変動弁機構。
3. 前記介在部材が、シーソアームの第二摺接部を進入させて逃がすように働く凹面が凹設された制御カムと、前記第二回転カムにより押圧される介在摺接部を備えた介在アームとを、相対角度変化可能に結合するとともに１本の支持シャフトに小角度回転可能に軸着したものである請求項１記載の可変動弁機構。
4. 第一回転カムが第一摺接部を押圧してバルブをリフトするタイミングと異なるタイミングで第二回転カムが介在部材を介してバルブをリフトさせるように第一回転カムと第二回転カムと介在部材とが形成された請求項１又は２記載の可変動弁機構。
5. 第一回転カムと第二回転カムとは少なくともいずれか一方がサブノーズとサブノーズに続くメインノーズとを形成されたものである請求項１〜４のいずれか一項に記載の可変動弁機構。
6. 前記介在摺接部が、前記介在アームに回転可能に軸着されたローラである請求項２〜５のいずれか一項に記載の可変動弁機構。
7. 前記第一摺接部又は第二摺接部の少なくともいずれか一つは、前記シーソアームに回転可能に軸着されたローラである請求項１〜６のいずれか一項に記載の可変動弁機構。

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