JP4552707B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気弁あるいは排気弁の駆動位相やリフト量を可変する内燃機関の可変動弁装置に関する。

自動車に搭載される内燃機関であるエンジンには、エンジンの排出ガス対策や燃費低減などの理由から、可変動弁装置を搭載して、自動車の運転状態に応じて、吸気弁や排気弁の駆動位相である開閉タイミングやリフト量を変化させることが行われている。

このような可変動弁装置には、カムシャフトに一体形成されている駆動カムのカム面におけるベース区間とリフト区間の移動変位を、一旦、ベース区間とリフト区間とが連なる揺動カム面を有する揺動カムの揺動カム移動方向の変位に置き換えるものがある。このような可変動弁装置で用いている揺動カムの多くは、ロッカアーム機構内の支点移動機構の駆動によって、揺動カムの揺動域をずらすことで、揺動端の揺動カム面とロッカアーム側のロッカアームローラとが対向する領域を可変調整できるようにしている。

この場合、自動車の運転状態に応じて、揺動カム面をなすベース区間とリフト区間とロッカアームローラが対向するリフト区間比率をずらすようにして吸気弁又は排気弁の駆動モードである開閉タイミングやリフト量を調整している。

その一例として、ロッカアーム機構は駆動源によって切換変動する可変枢支部材と、その可変枢支部材に支点側が枢支され揺動側が駆動カムに当接して揺動する中間アームと、支持軸に支点側が枢支され近接する中間アームよりの押圧力を入力点で受けることで揺動し、揺動端の揺動カム面によりロッカアーム側のロッカアームローラを押圧する揺動カムを備えているものがあり、ロッカアーム機構内の可変枢支部材の切換操作により、中間アームの駆動カム対向ローラが駆動カムの回転方向に移動し、これにより中間アームのリフト区間が変位する。即ち、中間アームの揺動カムに対する開閉操作力の入力点が変化し、これに連動して揺動カム面上のリフト区間にロッカアーム側のロッカアームローラが対向し開閉操作力を伝達する揺動域が変化する。このようにロッカアーム機構は駆動カム対向ローラが駆動カムの回転方向に移動操作されることで、ロッカアームに連動する吸気弁又は排気弁の駆動モードである開閉タイミングやリフト量を調整している。

このようなロッカアーム機構の駆動カムにより駆動される被駆動部材の動作量を示す変位線図の一例を図９に示した。

ここで、ロッカアーム機構の可変枢支部材の操作により中間アームの駆動カム対向ローラを駆動カムの回転方向となる遅角側にずらした場合の被駆動部材の作動量を示す線図を実線ＣＨ１で示した。更に、中間アームの駆動カム対向ローラを駆動カムの回転方向と逆方向となる進角側（図９で左側）に実線で示すＣＨ１に対する進角量Ｒ０ずらした場合の被駆動部材の作動量を示す線図を破線ＣＨ２で示した。このような可変枢支部材の操作に応じて、中間アーム側の駆動カム対向ローラが駆動カムの回転方向に進退変位することで作動量の最大位置をＲ０ずらすことができ、さらに中間アームの揺動カムに当接する入力点が変化するよう形成されることで、揺動カムの揺動域を変更し、駆動カムの所定のカム高さが吸気弁又は排気弁に作用しないようにして吸気弁又は排気弁リフト高差に作用する量をｈ２に減少できる。したがって、ロッカアームに連動する吸気弁又は排気弁のリフト量変位域Ｅ１、Ｅ２がずれ、リフト開始点ｅ１とリフト終了点ｅ２とリフト高さに作用する量ｈ１、ｈ２の増減変化が生じる。

なお、揺動カムの揺動カム面上のベース区間とリフト区間に対するロッカアーム側のロッカアームローラが対向する比率をずらせるようにした可変動弁装置の一例が特許文献１として開示されている。

特開２００３−２３９７１２号

一般に、吸気弁または排気弁のリフトに関しては、閉弁時の着座やリフト開始時の衝撃を緩和するために、リフト速度か略一定と成った時点で着座やリフト開始と成るように駆動カムのカム面が設定されている。しかし、特許文献１に記載のように、駆動カムと揺動カムの複数のカムを用いる場合、これらカムの組み合わせによって吸気弁又は排気弁のリフト量(バルブリフト量とも言う)が決まるので、着座やリフト開始時期にバルブリフト速度を一定となるようにカム設計をするのが難しく、吸気弁又は排気弁に対する衝撃が大きく、弁駆動時の音や耐久性の面で課題があった。

また、図９に示す作動量変位線図より明らかなように、進角量Ｒ０やカム形状の相違により、リフト開始点ｅ１の変化域ｅａやリフト終了点ｅ２の変化域ｅｂのクランク角方向の幅はそれぞれ変化する。ここでリフト終了点ｅ２の変化域の幅ｅｂはこのロッカアーム機構によるバルブ開閉タイミングの制御幅に相当することとなり、リフト終了点ｅ２の変化域の幅ｅｂが大きいほど閉弁制御が容易化され、閉弁時期の可変応答性が高まる。特に、吸気弁の場合、充填効率に関連する閉弁時期を大きく可変させての出力制御が容易化されることより、リフト終了点ｅ２の変化域の幅ｅｂをより増大させることが吸気弁又は排気弁の閉弁制御の上で有効とものと推測される。この場合において、更に着座やリフト開始時期にバルブリフト速度を一定となるようにカムを設計することは難しかった。
本発明は、吸気弁あるいは排気弁のリフトを可変する場合に、弁の着座やリフト開始の衝撃を緩和して低騒音で耐久性の向上を図れる内燃機関の可変動弁装置を提供することを、その目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関に回転自在に設けられたカムシャフトと、カムシャフトに一体形成された駆動カムと、駆動カムより開閉操作力を受けることで揺動されて内燃機関の吸気弁又は排気弁に開閉操作力を伝える揺動カム面を備えるロッカアーム機構とを有した内燃機関の可変動弁装置では、ロッカアーム機構が、駆動カムにより受けるカムリフト期間を変更することで内燃機関の運転状態に応じて吸気弁又は排気弁の開閉タイミングおよびリフト量を変化させるようにバルブリフトさせ、駆動カムが、少なくともカムリフト期間の変更に伴い連続的に変化される吸気弁又は排気弁の閉弁タイミングの変化域に対応する駆動カムのバルブ着座区間のカム加速度が略一定となるように設定されていることを特徴としている。バルブ着座区間とは、カムシャフトの回転によって駆動される部材の動作する速度が略一定となるように形成された区間であることを特徴としている。

本発明においては、カムリフト期間のリフト開弁時点の変化域より閉弁時点の変化域が大きくなるように、駆動カムのカム面のうち上り区間より下り区間を長く形成したことを特徴としている。

本発明に係る可変動弁装置において、ロッカアーム機構は、枢支されたロッカアームローラが押圧力を受けることで支点位置回りに回動して揺動カム面に当接する吸気弁又は排気弁を駆動する第１アームと、駆動カムに当接する駆動カム対向ローラを枢支する枢支部と同枢支部より所定量離れリフト期間を該駆動カムの回転方向前後へ変位させる切換え操作力を受ける支点端部とを有した第２アームと、駆動源からの切換操作力を受けることで第２アームの支点端部に係合する支点部材を該駆動カムの回転方向前後へ変位させる支点移動機構と、
前記カムシャフトの近傍に配置された支持軸に枢支端部が枢支され同枢支端部より延出する揺動延出部の揺動端にロッカアームローラへ開閉操作力を付与可能な揺動カム面が形成された第３アームとを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、ロッカアーム機構により駆動カム対向ローラが開閉操作力を受けるリフト期間を該駆動カムの回転方向前後へ変位させる際に、駆動カムのカム面のうち少なくとも下り区間において駆動カムのカム高さ速度が一定、かつカム高さ加速度がゼロとなるようにカム面を形成し、吸気弁または排気弁の閉弁タイミングをカム高さ速度一定区間に位置するように設定したので、弁の着座やリフト開始の衝撃が緩和され、弁駆動騒音を低減できると共に、バルブシートやバルブステム先端の摩耗が低減されて耐久性が向上する。

本発明によれば、駆動カムのカム面のうち上り区間より下り区間を長く設定することで、ロッカアーム機構によりリフト期間を駆動カムの回転方向前後へ変位してリフト期間のリフト開弁時点の変化域より閉弁時点の変化域が大きくなるように設定できる。このため、吸気弁又は排気弁の閉弁時期を比較的大きく可変させての制御を容易に行え閉弁時期の可変応答性が高まる。特に、吸気弁の場合、充填効率に関連する閉弁時期を大きく可変させての出力制御が容易となりエンジン制御性が向上する。しかも、可変応答性が高まるので、制御時における目標制御値への収束性が高まり燃費が向上する。更に、閉弁時期の変化域を大きく可変させることができるので、本装置の適用された動弁機構に別途位相可変機構が併設させるとした場合、その位相可変機構の操作量が小さくて済むこととなり、可変応答性、目標制御値への収束性が高まり燃費が向上する。これに加えて、この位相可変機構の可変レンジが小さくて済み、汎用されている位相可変装置を流用でき、コスト低減を図ることができる。

本発明によれば、ロッカアーム機構が備える第３アームの揺動カム面と駆動カムによりバルブリフト量を決める場合、揺動カム面を基準にして駆動カムのカム面側で調整できるので、従来難しかったカム形状を形成することができる。さらに、駆動カムと揺動カムとの合成によりバルブを駆動する場合、揺動カム側の弁の着座、リフト開始時に使用するカム域は可変時において常に同じであるため、駆動カム側での対応で弁の衝撃緩和、弁駆動騒音の低減、耐久性の向上が計れる。

以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。図１に示す符合Ｅは、内燃機関としての４気筒レシプロ式ガソリンエンジン（以後単に「エンジンＥ」と記す）を示す。このエンジンは後述する可変動弁装置８が適用されている。エンジン１のシリンダヘッド１の下面には、図示しないシリンダブロックが重なり相互に締結されている。シリンダブロックには、シリンダヘッド１の長手方向Ｘ（図１において紙面垂直方向）に沿って複数（例えば４つ）の気筒の配列に沿って燃焼室２がそれぞれ形成されている。各燃焼室２には、２個づつ（一対）、吸気ポート３および排気ポート４が形成されている。図１において、吸気ポート３および排気ポート４は片側のみを示す。シリンダヘッド１の上部には、吸気ポート３を開閉する吸気弁５と、排気ポート４を開閉する排気弁６がそれそれ組付けられている。複数の吸気弁５、複数の排気弁６には、各バルブを閉方向に付勢するバルブスプリング７が装着されている。シリンダヘッド１の上部には、複数の吸気弁５、複数の排気弁６を駆動させるＳＯＨＣ式の動弁系としての可変動弁装置８が搭載されている。

可変動弁装置８は、シリンダヘッド１上であって燃焼室２の頭上にシリンダヘッド１の長手方向（図１において紙面垂直方向）に回転自在にカムシャフト９を配設している。カムシャフト９の一端には図示しないタイミングプーリが連結されている。このタイミングプーリには、図示しないエンジンクランク軸の回転が伝達され、これによりカム軸が駆動して吸気カム１４及び排気カム１５が回転駆動される。

可変動弁装置８を構成するカムシャフト９は、これを挟む上部左右の片側（シリンダヘッドの幅方向の左右片側）にカムシャフト９と平行に回転可能な吸気側のロッカシャフト１１と排気側のロッカシャフト１２がそれぞれ配設されている。ロッカシャフト１１とロッカシャフト１２間の上側の領域には、カムシャフト９とほぼ平行に支持軸としての支持シャフト１３が配設されている。

カムシャフト９には、各燃焼室２との対向部位毎に駆動カムとしての吸気用カム１４と排気用カム１５がそれぞれ形成されている。具体的には、吸気用カム１４は燃焼室２の頭上中央の地点に形成され、排気用カム１５はその吸気用カム１４を挟む両側に形成されている。排気側のロッカシャフト１２には、排気用カム１６毎に、排気弁６を駆動するロッカアーム１７（図１に片側のみ図示）が回動自在に設けられている。吸気側のロッカシャフト１１には吸気用カム１４毎に、複数（一対）の吸気弁５を一緒に駆動するロッカアーム機構１８が設けられている。可変動弁装置８は、これら排気側と吸気側が単一のカムシャフト９の回転により、所定の燃焼サイクル（吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程の４サイクル）毎に、吸気弁５と排気弁６をそれぞれ開閉させるように構成されている。

図２に示すように、駆動カムとしての吸気用カム１４はその外周面となるカム面１４１がベース区間ｎとカムリフト区間ｍとを備え、カム面１４１のうち、ベース区間ｎよりカムトップＯに達する上り区間ｍｕに対して、カムトップＯよりベース区間ｎに戻る下り区間ｍｄがより長く設定されている。そして、下り区間ｍｄにおけるカム面１４１には、吸気用カム１４により駆動される被駆動部材の動作速度が略一定となり、かつ動作加速度がゼロとなるよう区間ｍｄｎが形成されている。本形態では、上り区間ｍｕにおいても、その前期において吸気用カム１４の動作速度が略一定となり、かつ動作加速度が略ゼロとなるよう区間ｍｕｎが形成されている。吸気用カム１４は、カムトップＯのカム凸面曲率を上り区間側ｍｕよりも下り区間側を小さく設定され、即ち、カム曲率半径を上り区間側ｍｕよりも下り区間側ｍｄを大きく設定される。

図３において、カム面１４１により駆動される被駆動部材の動作量Ｃｈ１に示し、図８には同Ｃｈ１の概略図を示した。図２及び図８の概略図より明らかなように、カム面１４１での上り区間側ｍｕのカム曲率半径ｒｕを比較的小さく設定したので、これに連続するベース区間ｎよりカムトップＯに達する上り区間ｍｕのリフト量曲線が比較的短く形成できる。更に、カムトップ近傍のカム凸面曲率を上り区間側よりも下り区間側を小さく設定し、即ち、カム曲率半径を下り区間側ｍｄ（＞ｍｕ）で比較的大きく設定したので、これに連続するベース区間ｎよりカムトップＯに達する下り区間ｍｄのリフト量曲線を比較的長く形成できる。また、動作速度一定区間となる区間ｍｕｎ及び区間ｍｄｎは、概ねカムシャフト９の回転中心とカム面１４１との距離が、一次関数的に減少するように形成されている。これらカム１４による作用効果は後述する。

次に、図２のカム面１４１の特性の具体例を図３に示す。ここでは、比較的長く形成された下り区間側ｍｄと比較的短形成された上り区間ｍｕの差がカム角で約２０度（＝ｍｄ−ｍｕ）程度に設定されている。

ここで動作量Ｃｈ１からなるカム面１４１に基づき得られる動作速度Ｖｃと、動作正加速度Ｃａとを図３に示した。動作速度Ｖｃは上り区間ｍｕで正の値で増減し、下り区間側ｍｄで、負の値で増減するように設定されている。動作速度Ｖｃに応じた動作正加速度Ｃａは、上り区間ｍｕでリフト初期の比較的大きな正の値を示し、主要域の略１／３の区間ｍｕｎにおいて略ゼロの値となり、その後は急激に負の値を保持する。更に動作正加速度Ｃａは、下り区間ｍｄの略１／３の前期区間ｍｄｆで負の値を保持し続け、略２／３の後期区間ｍｄｎで反転し、略ゼロの値を保持するよう形成される。そして下り区間ｍｄの最後において正の値に急激に立ち上がり動作速度Ｖｃを徐々に低減してゼロに集束させることができる。

図４には可変動弁装置８の吸気弁５側を駆動するロッカアーム機構１８の平面図が示され、図５にはロッカアーム機構１８を分解した斜視図が示されている。ロッカアーム機構１８は、吸気側のロッカシャフト１１に枢支端であるボス部２８２が揺動自在に支持される第１アームとしてのアームロッカアーム２１と、駆動カムである吸気用カム１４により駆動される第２アームとしての中間アーム２２と、支持シャフト１３に揺動自在に支持される第３アームとしての揺動カムであるスイングカム２３と、ロッカシャフト１１に支持され中間アーム２２の枢支点Ｐ０を設定する凹状の受け部２４に球面状部２５１が嵌合する支点部材であるピン部材２５と、ピン部材２５を、ロッカシャフト１１を介して揺動させるモータ２６（図４参照）とを備えている。

図４、５に示すように、ロッカアーム２１はロッカシャフト１１に枢支されるボス部２８２を備えた一対の各ロッカアーム片２８を備えている。一対の各ロッカアーム片２８は、ボス部２８２の一側よりスイングカム２３からの押圧力を受ける入力端部２８３を斜め上方に向けて延出されている。互いに対向する一対の入力端部２８３は、相互に短シャフト３１で一体的に結合される。短シャフト３１には、図示しないベアリングモジュールを介しロッカアームローラである第１ローラ２７が外嵌される。一対のロッカアーム片２８の各ボス２８２の他側からは、吸気弁５を駆動する一対の作用端部２８１が延出形成され、そこには例えばアジャストスクリュ部２９を介して吸気弁５が当接する。

ロッカシャフト１１の端部は、駆動源としての制御用のモータ２６に接続され、このモータ２６の作動によりロッカシャフト１１は所望に回動変位できるように形成されている。このロッカシャフト１１上であって一対のロッカアーム片２８間の中央に位置する部分には、球面状部２５１が下端部に形成された支点部材であるピン部材２５が径方向に貫通状態で螺挿され、ナット３１で締め付け固定されている。ロッカシャフト１１及びピン部材２５は、モータ２６の駆動により切換操作力を受け、ロッカシャフト１１の中心線Ｌｓ回りにピン部材２５を揺動させ、ピン部材２５を縦向きに配置した遅角位置Ｓ１の姿勢（図１，図６参照）から、カムシャフト回転方向へほぼ４５°の角度に傾いた進角位置Ｓ２の姿勢（図６参照）まで回動変位させて、中間アーム２２の支点位置Ｐ０を吸気カム１４の回転方向前後へ切換変位させることができる支点移動機構３４が構成されている。

中間アーム２２は、図１，図５に示されるように駆動カムである吸気用カム１４のカム面１４１と転接する駆動カム対向ローラとしての第２ローラ３２と、第２ローラ３２を枢支部３３０に回転自在に枢支するＬ形部材であるホルダ部３３（図５参照）とを備えている。ホルダ部３３は、その屈曲部である枢支部３３０に第２ローラ３２を枢支し、枢支部３３０から上方、具体的にはロッカシャフト１１と支持シャフト１３の間へ向かって柱状に延びる中継用アーム部３３１と、枢支部３３０の側部からロッカシャフト１１の下側へ向かって延びる平板状の支点用アーム部３３２とを有し、全体はＬ形に形成されている。

中継用アーム部３３１の先端（上端部）には、スイングカム２３へ変位を伝える入力点（中継）を成す傾斜面ｆｓ１が形成される。ここで傾斜面ｆｓ１は、支点用アーム部３３２側（図６で右側）が低く、支持シャフト１３側（図６で左側）が高くなるよう傾斜した傾斜面ｆｓ１が形成してある。

支点用アーム部３３２の突端には、ロッカシャフト１１に支持されているピン部材２５の球面状部２５１が相対変位可能に嵌合する球面状の受け部２４が形成されている。ここで、吸気用カム１４が１回転する際に、この吸気用カムに第２ローラ３２を当接させた中間アーム２２が連動し、中間アーム２２の球面状部２５１がロッカシャフト１１に支持された受け部２４に嵌合することで形成された枢支点Ｐ０を中心に、中間アーム２２が上下方向へ１往復揺動し、その際、図７に示すように、中継用アーム部３３１の位置を上下変位量Ｈ０だけ揺動するようにしてある。

つまり、支点移動機構３４により中間アーム２２のロッカシャフト１１側の枢支点Ｐ０を、同シャフトの軸方向と交差する方向に移動できるように支持して、この移動がもたらす中間アーム２２の位置ずれを利用して、図６に示されるように第２ローラ３２の吸気用カム１４に対する転接位置を同カムの回転方向Ｑ前後へ、即ち、進角あるいは遅角方向へ変位できるように構成している。

スイングカム２３は、図１，図５，図６に示されるように、カムシャフト９の上方近傍に配置された支持軸としての支持シャフト１３に回動自在に嵌挿される枢支端部としての筒状ボス３５と、同筒状ボス３５から第１ローラ２７（ロッカアーム２１側）へ向かって延びる揺動延出部としてのアーム部３６と、アーム部３６の延出方向での中間位置の下部に形成され入力点ｑ１をなす変位受け部３７と、アーム部３６の揺動端をなす膨出部３６１に形成され第１ローラ２７への押圧力を付与可能なる揺動カム面３８と、枢支端部としての筒状ボス３５のアーム部３６と反対側面より延出するバネ受け部４１とを有している。なお、バネ受け部４１には、吸気カム９、中間アーム２２およびスイングアーム２３の相互間を密接する方向に付勢するための弾性力を付与するプッシャー４２が当接している。

スイングカム２３は、そのアーム部３６の揺動端に揺動カム面３８が形成されている。揺動カム面３８は、支持シャフト１３の中心である枢支点Ｐ０からの揺動半径となる距離ｄが増減変化するように形成されている。図６に示すように、揺動カム面３８は、その上部側をベース円区間ａ、下部側をリフト区間ｂとして形成されている。

ベース円区間ａは、支持シャフト１３の軸心と一致する枢支点ｑ２からの距離が一定の円弧面で形成されている。リフト区間ｂは、ベース円区間ａの円弧に連続した上で枢支点ｑ２からの距離が徐々に増加する反対向きの円弧面として形成されている。

アーム部３６の下部の変位受け部３７は、図６に示すように、カムシャフト９の直上に位置し、凹陥部３７１が形成され、凹陥部３７１内にはカムシャフト９と同じ向きで、短シャフト３９を回動自在に枢着している。凹陥部３７１の開放部から露出する短シャフト３９の下部には、凹部３９１が形成されている。この同凹部３９１内には、中継用アーム部３３１の先端部が上向き状態で差し込まれ、その傾斜面ｆｓ１が摺動自在に凹部３９１の底面に当接することで入力点ｑ１が保持されている。

図６に示すように、傾斜面ｆｓ１が凹部３９１の底面と当接する入力点ｑ１は、支点移動機構３４により中間アーム２２の第２ローラ３２が吸気用カム１４の回転方向Ｑの前後へ、進角あるいは遅角された際に同時に変位できるように形成されている。つまり、第２アームである中間アーム２２の進角移動（図６で右移動）で傾斜面ｆｓ１と凹部３９１の底面との当接位置が上方側に、即ち、スイングカム２３の揺動カム面３８を押し上げ、第１ローラ２７がリフト区間ｂと早期に対向して、バルブリフト量ｈｒ１（図６参照）を増加修正するよう機能する。

このように構成された可変動弁装置８の作用を説明する。カムシャフト９及び吸気用カム１４が回転し、図２に示す中間アーム２２の第２ローラ３２がカム面１４１のベース区間ｎと対向した後にカムリフト区間ｍにおける上り区間側ｍｕと対向し、次いでカムトップＯを経て、下り区間ｍｄと対向し、その後、ベース区間ｎに再び対向する。このときのカムリフト区間ｍにおいて、中間アーム２２の第２ローラ３２が押圧駆動される。この際、図７に示すように、中間アーム２２はロッカシャフト１１側のピボットである球面状部２５１の枢支点Ｐ０を支点として上下変位量ｈｒｎで揺動される。この揺動変位は中間アーム２２の中継用アーム部３３１よりその直上にあるスイングカム２３へ伝わる。ここで、傾斜面ｆｓ１と凹部３９１の底面との間はプッシャー４２の戻しバネ力の働きで、常時圧接状態を保持した上で、スイングカム２３を上下方向へ揺動変位させる。ここで、スイングカム２３の揺動カム面３８はロッカアーム２１の第１ローラ２７に転接され、特に、リフト区間ｂにおいて第１ローラ２７を押圧することにより、ロッカアーム２１の一対のロッカアーム片２８がロッカシャフト１１の中心線Ｌｓ回りに駆動して、一対の吸気弁５を同時に開閉させることとなる。

このような、可変動弁装置８の運転中、図示しない制御手段は運転状態に応じて最適な支点位置Ｐ０を求め、その支点位置Ｐ０相当の出力で制御モータ２６を駆動させる。制御モータ２６はロッカシャフト１１を介しピン部材２５を回転させ、例えば、図６に実線で示すように最大のバルブリフト量ｈｒ１が得られる遅角位置Ｓ１に中間アーム２２の支点位置Ｐ０を位置決めしたとする。

この場合、中間アーム２２の中継用アーム部３３１の傾斜面ｆｓ１がスイングカム２３（第３アームに相当）を上昇移動させ、比較的早期（図３ではクランク角θ１）に第１ローラ２７が揺動カム面３８のリフト区間ｂに当接して、リフト区間Ｅ１にロッカアーム２１のリフト変位量線図Ｄｈ１に沿って動作量ｈｒ１相当の揺動を行い、その後、最も遅角側のクランク角θ１１で第１ローラ２７が揺動カム面３８のベース区間ａに戻り、ロッカアーム２１の１周期の揺動が完了する。この場合、吸気弁５をロッカアーム２１のリフト変位量線図Ｄｈ１と同様の変位特性で開閉制御することとなる。

次に、可変動弁装置８の運転中、制御モータ２６によりロッカシャフト１１を介しピン部材２５を回転させて、図６に破線で示すように、最小の動作量ｈｒｎが得られる進角位置Ｓｎに中間アーム２２の支点位置Ｐ０が位置決めされたとする。

この場合、中間アーム２２の中継用アーム部３３１の傾斜面ｆｓ１がスイングカム２３を降下移動させ、比較的遅れ時期（図３ではクランク角θｎ）に第１ローラ２７が揺動カム面３８のリフト区間ｂに当接して、リフト区間Ｅｎにロッカアーム２１のリフト変位量線図Ｄｈｎに沿って動作量ｈｒｎ相当の揺動を行い、その後、遅角側のクランク角θｎｎで第１ローラ２７が揺動カム面３８のベース区間ａに戻り、ロッカアーム２１の１周期の揺動が完了する。この場合、吸気弁５をロッカアーム２１のリフト変位量線図Ｄｈｎと同様の変位特性で開閉制御することとなる。

更に、可変動弁装置８の運転中、図示しない制御手段は運転状態に応じて最適な支点位置Ｐ０を求め、その支点位置Ｐ０相当の出力で制御モータ２６が駆動され、各支点位置Ｐ０に応じて、吸気用カム１４に中間アーム２２の第２ローラ３２が当接するリフト区間Ｅ１〜Ｅｎが図３に示すように大小調整され、このリフト区間Ｅ１〜Ｅｎの変動に応じてロッカアーム２１のリフト変位量線図Ｄｈ１〜Ｄｈｎが図３に示すように大小調整される。

なお、図３にはリフト区間Ｅ１、Ｅｎのみが示されるが、その中間部に位置する図示しないリフト区間Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４、Ｅ５でも各リフト区間に応じてリフト区間Ｅ１、Ｅｎに準じた作動がなされるが、ここではその図示及び重複説明を省略した。同様に、図３にはリフト変位量線図Ｄｈ１〜Ｄｈｎ以外に、その中間部に位置するリフト変位量線図Ｄｈ２、Ｄｈ３、Ｄｈ４、Ｄｈ５が示されるが、これらの場合も、リフト変位量線図Ｄｈ１〜Ｄｈｎに準じた作動がなされるので、ここではその重複説明を省略している。

上述のように、図１の可変動弁装置８では、エンジンの運転状態に応じて、最適な支点位置Ｐ０を予め制御手段で求めておき、その支点位置Ｐ０において中間アーム２２を揺動変位させ、各支点位置Ｐ０に応じてリフト変位量線図Ｄｈ１〜Ｄｈｎ相当のロッカアームのリフト変位量Ｖｒ、即ち、吸気弁５のバルブリフト量を得ることができる。

可変動弁装置８では、図３に示すように、上り区間ｍｕと下り区間ｍｄに、動作速度が一定となり、動作加速度が略ゼロとなる区間ｍｕｎ及び区間ｍｄｎが形成され、かつ吸気弁５の開弁時期と閉弁時期を、区間ｍｕｎ及び区間ｍｄｎ内で行われるように調整されているので、リフト時(開弁時)および着座時(閉弁時)における衝撃を低減することができる。このため、弁駆動騒音を低減できると共に、吸気ポート３に設けられるバルブシートやバルブステム先端の摩耗を低減することができ、耐久性が向上する。

吸気用カム１４のカム面１４１のうち上り区間ｍｕより下り区間ｍｄを長く設定したので、ロッカアーム機構１８によりリフト期間Ｅを吸気用カム１４の回転方向Ｑ前後へ変位させるのに応じて、リフト変位量線図Ｄｈ１〜Ｄｈｎを切換え、これらリフト変位量線図に応じた閉弁時点θｎｎ〜θ１１の変化域Ｇｒが十分に大きくなるように設定できる。

このように、吸気弁又は排気弁の閉弁時期の変化域Ｇｒをより大きく可変できるので、閉弁制御が容易化され、閉弁時期の可変応答性がより高まり出力制御がより容易化され、エンジン制御性がより向上する。特に、吸気用カム１４が駆動する吸気弁５の場合、充填効率に関連する閉弁時期を大きく可変させての出力制御が容易化され、エンジン制御性が向上する。しかも、可変応答性が高まるので、制御時における目標制御値への収束性が高まり、燃費が向上する。

更に、閉弁時期θｎｎ〜θ１１の変化域Ｇ（タイミング）を大きく可変させることができるので、本装置の適用された可変動弁装置８と不図示のエンジンのクランクシャフトと間に別途不図示の位相可変機構が併設されるとした場合において、その位相可変機構の操作量が小さくて済むこととなり、可変応答性、目標制御値への収束性が高まり燃費が向上する。加えてこの位相可変機構の可変レンジが小さくて済み、汎用されている位相可変装置を流用でき、コスト低減を図ることができる。

図１の可変動弁装置８では、吸気用カム１４のカム面１４１のうち上り区間ｍｕより下り区間ｍｄが長く形成されたのに加えて、カムトップＯ近傍のカム凸面曲率を上り区間側よりも下り区間側を小さく設定したので、ロッカアーム機構１８によりリフト期間Ｅを吸気用カム１４（駆動カム）の回転方向前後へ変位させる切換えを行った場合、リフト期間Ｅのリフト開弁時点θ１の変化域Ｇｆより閉弁時期θ１１の変化域Ｇｒがより大きくなるように設定できる。これにより、吸気弁５又は排気弁６の閉弁時期をより大きく可変させての制御が容易化され、閉弁時期の可変応答性がより高まり出力制御がより容易化され、エンジン制御性がより向上する。

図１の可変動弁装置８では、カム面１４１に当接する吸気用カム１４は下り区間ｍｄの略２／３の後期区間ｍｄｎにおいて、略一定の比較的小さな値の動作正加速度Ｃａで、即ち、動作速度Ｖｃを徐々に低減してゼロに集束させるようにできるので、閉弁時の衝撃を低減できる。

図１の可変動弁装置８では、図４、図５に沿って説明したロッカアーム機構１８を用いるので、カムリフト区間ｍを吸気用カム１４（駆動カム）の回転方向Ｑ前後へ変位させる制御を確実に行うことができる。

本形態において駆動カムは吸気用カム１４として説明したが、排気用カムであってもよく、この場合も、エンジン制御性が向上し、制御時における目標制御値への収束性が高まり、燃費が向上する。

本形態では、吸気用カム１４のカム面１４１に、上り区間ｍｕにも動作速度一定区間となる区間ｍｕｎを形成したが、少なくとも下り区間側ｍｄにおいて区間ｍｄｎが形成されていれば良い。また、区間ｍｕｎ及びまたは区間ｍｄｎを形成する駆動カムとして、本形態でカム面１４１の上り区間ｍｕより下り区間ｍｄが長く設定されている駆動カムを例示したが、このようなカムプロフィールの駆動カムに限定されるものではない。例えば、カム面１４１の上り区間ｍｕと下り区間ｍｄが略同一長さとなるカムプロフィールの駆動カムに適用してもよく、このような場合でも各弁の開弁時及び閉弁時における衝撃を吸収することができ、弁の騒音の低減、耐久性を向上させることができる。また、閉弁時の着座衝撃は高回転高リフト時の方が大きいため、少なくとも中高リフト時に略一定の比較的小さな値の動作正加速度Ｃａの区間で着座するように設定することでも良い。

本発明の一実施形態としての内燃機関の可変動弁装置を有するエンジンのシリンダヘッドの側断面図である。 図１の内燃機関の可変動弁装置で用いる吸気用カムの拡大側面図である。 図１の内燃機関の可変動弁装置の作動特性説明図で、特に、吸気用カムのバルブリフト変位量線図、被駆動部材の動作速度及び加速度線図、リフト変位量線図を示す。 図１の内燃機関の可変動弁装置で用いるのロッカアーム機構の平面図である。 図１の内燃機関の可変動弁装置内のロッカアーム機構の分解斜視図である。 図１内のロッカアーム機構の中間アームの進角及び遅角作動説明図である。 図１内のロッカアーム機構の中間アームのリフト変位作動説明図である。 同可変動弁装置に駆動される吸気弁の概略作動特性説明図である。 従来の可変動弁装置に駆動される吸気弁の概略作動特性説明図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
５ 吸気弁
６ 排気弁
８ 可変動弁装置
９ カムシャフト
１３ 支持軸
１４ 吸気用カム（駆動カム）
１４１ カム面
１８ ロッカアーム機構
２１ ロッカアーム（第１アーム）
２２ 中間アーム（第２アーム）
２３ スイングカム（第３アーム）
２６ モータ（駆動源）
２７ 第１ローラ（ロッカアームローラ）
３２ 第２ローラ（駆動カム対向ローラ）
３４ 支点移動機構
３８ 揺動カム面
ａ ベース区間
ｂ リフト区間
Ｅ 内燃機関
ｍ リフト期間
θ１ リフト開弁時点
θ１１ 閉弁時点
ｍｕ 上り区間
ｍｄ 下り区間
ｍｕｎ カム加速度一定区間
Ｐ０ 枢支点（支点位置）
Ｑ 駆動カムの回転方向

Claims (3)

1. 内燃機関に回転自在に設けられたカムシャフトと、前記カムシャフトに一体形成された駆動カムと、前記駆動カムより開閉操作力を受けることで揺動されて前記内燃機関の吸気弁又は排気弁に開閉操作力を伝える揺動カム面を備えるロッカアーム機構とを有した内燃機関の可変動弁装置において、
   前記ロッカアーム機構は、前記駆動カムにより受けるカムリフト期間を変更することで前記内燃機関の運転状態に応じて前記吸気弁又は排気弁の開閉タイミングおよびリフト量を変化させるようにバルブリフトさせ、
   前記駆動カムは、少なくとも前記カムリフト期間の変更に伴い連続的に変化される前記吸気弁又は排気弁の閉弁タイミングの変化域に対応する前記駆動カムのバルブ着座区間のカム加速度が略一定となるように設定されており、
   前記バルブ着座区間は、前記カムシャフトの回転によって駆動される前記揺動カム面の動作する速度が略一定となるように形成された区間であることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記カムリフト期間のリフト開弁時点の変化域より閉弁時点の変化域が大きくなるように、前記駆動カムのカム面のうち上り区間より下り区間が長く形成されたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
3. 請求項１または２記載の内燃機関の可変動弁装置において、
   前記ロッカアーム機構は、
   枢支されたロッカアームローラが押圧力を受けることで支点位置回りに回動して前記揺動カム面に当接する吸気弁又は排気弁を駆動する第１アームと、
   前記駆動カムに当接する駆動カム対向ローラを枢支する枢支部と同枢支部より所定量離れ上記リフト期間を該駆動カムの回転方向前後へ変位させる切換え操作力を受ける支点端部とを有した第２アームと、
   駆動源からの切換操作力を受けることで前記第２アームの支点端部に係合する支点部材を該駆動カムの回転方向前後へ変位させる支点移動機構と、
   前記カムシャフトの近傍に配置された支持軸に枢支端部が枢支され同枢支端部より延出する揺動延出部の揺動端に前記ロッカアームローラへ開閉操作力を付与可能な前記揺動カム面が形成された第３アームとを備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。

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