可変動弁機構およびこれを用いた内燃機関
【課題】簡単、軽量および低価格でバルブリフト量の可変制御を行う可変動弁機構を提供する。
【解決手段】可変動弁機構１の回転カム４は一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂを有している。この一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂは、カムシャフト２を中心として回転方向に対しては共に動くが、カムシャフト２の軸方向に対しては可動カム４ｂだけが移動可能であり互いの間隔が可変とされている。回転カム４の回転によりスイングアーム７のローラ８を押し下げる際に、回転カム４の一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を変えることによりローラ８の押し下げ量を変えてバルブリフト量を変えるようにした。
【解決手段】可変動弁機構１の回転カム４は一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂを有している。この一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂは、カムシャフト２を中心として回転方向に対しては共に動くが、カムシャフト２の軸方向に対しては可動カム４ｂだけが移動可能であり互いの間隔が可変とされている。回転カム４の回転によりスイングアーム７のローラ８を押し下げる際に、回転カム４の一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を変えることによりローラ８の押し下げ量を変えてバルブリフト量を変えるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変動弁機構およびこれを用いた内燃機関に関し、更に詳しくは、簡単、軽量、低価格でバルブリフト量の可変制御を行うことが可能な可変動弁機構およびこれを用いた内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の運転状態（回転数や負荷等）に応じて、吸・排気バルブの位相やバルブリフト量を連続的に可変とする可変動弁機構が種々紹介されている。
【０００３】
図９〜図１１の可変動弁機構の構成では、カムシャフト６０のリフトを、コントロールシャフト６１にヘリカルギアで固定されているローラーアーム６２で受け、同様にスプラインで固定されているアーム６３がバルブ６４を押し下げる。コントロールシャフト６１を軸方向に移動させると、ローラーアーム６２のみヘリカルギアに沿って回転しアーム６３との相対角が変わることにより、バルブリフトを可変としている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
この構造では、１気筒につき、コントロールシャフト６１に２つのアーム６３と１つのローラーアーム６２とを装着し、その内側にスプラインまたはヘリカルギアを持ったシャフトがあり、さらに、その内側に軸方向に移動させるシャフトを持った三重構造となっている。このため、構造が複雑で、重量も増え、価格が高くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６０４９７号公報
【特許文献２】特開２００１−２６３０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記した問題の対策のため、本発明者は、図１２および図１３に示すように、回転カム７０とスイングアーム７１との間に、コントロールカム７２を設け、そのコントロールアーム７２の一対のコントロールレバー７２ａ，７２ｂの間隔を変えることで、スイングアーム７１のローラ７３の押し下げ量を変えてバルブリフト量ｄｗを変える構成を公知とはされていないが提案している。
【０００７】
この構造では、図９〜図１１に示した構造に比べて大幅に構造を簡単化、軽量化でき、低価格化を推進することができるが、カムシャフト７４とスイングアーム７１との間にコントロールアーム７２（一対のコントロールレバー７２ａ，７２ｂ）が配置されており、運動部品が存在する分、エネルギーロスが生じ、燃費の向上が妨げられるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、簡単、軽量および低価格でバルブリフト量の可変制御を行うことが可能な可変動弁機構を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、排気ガスを低減でき、また、燃費を向上させることが可能で、しかも、車両搭載性に優れた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】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の可変動弁機構は、クランクシャフトにより回転駆動するカムシャフトの回転トルクをバルブに伝達し、前記バルブの開閉を制御する可変動弁機構において、前記カムシャフトに設けられた回転カムと、前記カムシャフトから離れた位置に設けられたコントロールシャフトと、前記カムシャフトおよび前記コントロールシャフトから離れた位置に揺動可能に軸支され、前記回転カムの回転動作に連動するスイングアームと、前記スイングアームに回転可能に軸支され、前記回転カムの回転動作に際して前記回転カムが接触するローラと、前記スイングアームに接続された前記バルブとを備え、前記回転カムは、第１カムおよび第２カムを備えており、前記第１カムおよび前記第２カムは、前記カムシャフトの軸を中心として回転方向に対しては固定であるが、前記カムシャフトの軸方向における互いの間隔は可変に構成され、前記ローラの外周には、前記ローラの中心方向に向かって狭くなる溝が形成されており、前記溝に前記回転カムが接触した際に、前記回転カムの前記第１カムと前記第２カムとの間隔に応じて前記ローラの押し下げ量を変えて前記バルブのリフト量を変えるものである。
【００１１】
また、上記の可変動弁機構において、前記カムシャフトは、軸方向に沿って交互に配置された第１カムシャフトおよび第２カムシャフトを有しており、前記第１カムは回転方向および軸方向に対して固定された状態で前記第２カムシャフトに設けられており、前記第２カムは回転方向に対しては固定されているが、軸方向に対しては移動可能な状態で前記第２カムシャフトに設けられており、前記コントロールシャフトは、前記第２カムと接続されているとともに、前記第２カムを軸方向に移動する移動手段と接続されており、前記移動手段により前記コントロールシャフトを軸方向に移動すると、前記第１カムは固定されたままの状態で、前記第２カムが軸方向に移動することにより、前記第１カムと前記第２カムとの間隔を変えるものである。
【００１２】
また、上記の可変動弁機構において、前記回転カムにおいて前記ローラとの接触側には、前記ローラの前記溝に嵌まるテーパが形成されているものである。この構成によれば、回転カムによるローラの押し下げを滑らかに行うことができ、回転カムとローラとの摩擦を低減できるので、内燃機関の燃費を向上させることができる。
【００１３】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、前記可変動弁機構を有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の可変動弁機構によれば、回転カムの第１、第２カムの間隔の調整によりバルブリフト量の可変制御を行うことができるので、簡単、軽量および低価格でバルブリフト量の可変制御を行うことができる。
【００１５】
また、本発明の可変動弁機構を用いた内燃機関によれば、バルブリフト量の可変制御を行うことが可能な可変動弁機構を用いたことにより、排気ガスを低減でき、また、燃費を向上させることができる。特に、回転カムとスイングアームとの間に他の運動部材が介在されないので、回転カムとスイングアームとの間に他の運動部材が介在される構成に比べて、エネルギーロスを低減できる。その結果、燃費を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の可変動弁機構を用いた内燃機関によれば、回転カムとスイングアームとの間に他の運動部材が介在されないので、回転カムとスイングアームの間に他の運動部材が介在される可変動弁機構を用いた内燃機関に比べて、内燃機関の全高を低く抑えることができる。その結果、車両搭載性に優れた内燃機関となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態である可変動弁機構の構成図である。
【図２】図１のI−I線の断面図である。
【図３】移動手段とコントロールシャフトとの接続状態を示した構成図である。
【図４】バルブの閉弁時の図１の可変動弁機構の構成図である。
【図５】バルブの開弁時の図１の可変動弁機構の構成図である。
【図６】可変動弁機構の一対のカムの間隔を最小（左）および最大（右）にした場合の各々における開弁時のバルブリフト量を比較して示した断面図である。
【図７】一対のカムの間隔を最小に設定した場合の可変動弁機構の図１のＩ−Ｉ線に相当する箇所の断面図である。
【図８】図１の可変動弁機構を搭載したエンジンの要部断面図である。
【図９】従来の可変動弁機構の一例の要部断面図である。
【図１０】図９の可変動弁機構の構成要素の要部斜視図である。
【図１１】図９の構成要素の一部を破断して示した要部斜視図である。
【図１２】本発明者が検討した可変動弁機構の構成図である。
【図１３】図１２のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態の可変動弁機構およびこれを用いたエンジン（内燃機関）について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は本実施の形態の可変動弁機構の構成図、図２は図１のI−I線の断面図、図３は移動手段とコントロールシャフトとの接続状態を示している。
【００２０】
本実施の形態の可変動弁機構１は、車両のエンジンのクランクシャフトにより回転駆動するカムシャフト２の回転トルクをバルブ３に伝達し、バルブ３の開閉を制御する機構であり、上記カムシャフト２およびバルブ３の他に、回転カム４と、コントロールシャフト５と、スイングアーム７と、ローラ８と、エンドピポット９とを有している。
【００２１】
カムシャフト２は、図２に示すように、その軸方向に沿って所定の間隔ごとに並んで配置された複数の軸受け１０に回転可能な状態で軸支されている。このカムシャフト２は、軸受け１０毎に分割されており、第１カムシャフト２ａと第２カムシャフト２ｂとを有している。第１カムシャフト２ａおよび第２カムシャフト２ｂは、軸方向に沿って交互に配置されている。第１カムシャフト２ａは軸受け１０の位置に配置され、第２カムシャフト２ｂは軸受け１０（第１カムシャフト２ａ）の隣接間に配置されている。
【００２２】
第２カムシャフト２ｂの表面には、軸方向に沿って延びるスプライン形成用の複数の凹凸が軸の外周方向に沿って交互に配置されている。この第２カムシャフト２ｂの両端には、スプラインを介して第１カムシャフト２ａが溶着されしっかりと固定されている。これにより、第１カムシャフト２ａおよび第２カムシャフト２ｂは軸を中心として回転方向に共に回転する。最も外側の第１カムシャフト２ａには、タイミングギア１１が接合され固定されている。このタイミングギア１１によりクランクシャフトからの回転駆動力がカムシャフト２に伝達される。
【００２３】
このカムシャフト２の第２カムシャフト２ａには、その軸方向に沿って複数の回転カム４が設けられている。互いに隣接する軸受け１０の間には、バルブ数に対応した数の回転カム４が設置されている。回転カム４の外周一部には中心から径方向への距離が部分的に長い突部（ノーズ）４ｓが形成されており、カムシャフト２に垂直な回転カム４の全体断面形状は略卵形に形成されている。
【００２４】
カムシャフト２およびコントロールシャフト５から離れた位置には、図１に示すように、スイングアーム７が揺動可能に軸支されている。このスイングアーム７の揺動動作は回転カム４の回転動作に連動する。このスイングアーム７において、長手方向の一端側にはバルブ３が接続され、他端側にはエンドピポット９が接続され、それらの間には、ローラ８が回転可能に軸支されている。
【００２５】
バルブ３は、ポペットバルブが使用されており、ヘッド部３ａ、フェース部３ｂ、ステム部３ｃおよびステムエンド部３ｄを有している。ここでは、バルブ３が閉じており、バルブ３のフェース部３ｂがエンジンのバルブガイド１２に接触している。
【００２６】
ローラ８の外周には、図２に示すように、ローラ８の中心方向に向かって狭くなるＶ字状の溝８ａが形成されている。開弁時にはローラ８の外周の溝８ａの表面に回転カム４が接触する。なお、スイングアーム７はエンドピポット９を支点として揺動する。エンドピポット９に油圧アジャスターを組み込んだときは、図２に示すように、回転カム４の軸方向両端の円筒面がローラ８に接する状態となり、バルブ３はリフトしない。油圧アジャスターを用いないときは、エンドピポット９の高さを調節して、当該円筒面とローラ８との間に隙間（ギャップ）を設ける。
【００２７】
ところで、本実施の形態の可変動弁機構１においては、図２に示すように、上記の回転カム４が、固定カム（第１カム）４ａおよび可動カム（第２カム）４ｂの一対のカムを備えている。この固定カム４ａおよび可動カム４ｂで構成される回転カム４の表面側外周にはテーパ部４ｃが形成されている。このテーパ部４ｃは、開弁時にローラ８の外周の溝８ａの表面に接する部分であり、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂで断面略Ｖ字状を成している。このようなテーパ部４ｃを設けたことにより、開弁時に回転カム４の断面Ｖ字状のテーパ部４ｓがローラ８の断面Ｖ字状の溝８ａに収まるようにしてローラ８を押し下げるので、その押し下げを滑らかに行うことができる。このため、回転カム４とローラ８との摩擦を低減できる。その結果、エンジンの燃費を向上させることができる。
【００２８】
固定カム４ａは、第２カムシャフト２ｂの表面のスプラインを介して第２カムシャフト２ｂに振動溶着により接合されしっかりと固定されている。すなわち、固定カム４ａは、第２カムシャフト２ｂを中心とした回転方向に対しても軸方向(図２の矢印Ｐ１に示す方向)に対しても固定されている。一方、可動カム４ｂも、第２カムシャフト２ｂの表面のスプラインにより、第２カムシャフト２ｂを中心とした回転方向に対しては固定されている。このため、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂは、カムシャフト２を中心として回転方向に対しては、双方同士が固定され互いの相対的な平面位置がずれることなく共に動く。
【００２９】
ただし、可動カム４ｂは、第２カムシャフト２ｂの表面のスプラインにより、第２カムシャフト２ｂの軸方向に対しては移動可能な状態で設置されている。すなわち、可動カム４ｂを第２カムシャフト２ｂの軸方向に沿って移動することにより、固定カム４ａは固定されたままなので、一対の固定カム４ａと可動カム４ｂとの間隔を所望の間隔に変えることができる。
【００３０】
互いに隣接する軸受け１０間の複数の可動カム４ｂ同士は、図２に示すように、接続ピン１３により接合されており、第２カムシャフト２ｂの軸方向に沿って共に移動可能な状態で設置されている。接続ピン１３は、可動カム４ｂ同士の間にある固定カム４ａに形成された貫通孔を通じて一方の可動カム４ｂから他方の可動カム４ｂに接続されている。また、接続ピン１３は、少なくとも２本以上の接続ピン１３が第２カムシャフト２ｂを挟む位置に互いに対称関係になるように配置されることが好ましい。これにより、複数の可動カム４ｂの移動を滑らかにすることができる。
【００３１】
可動カム４ｂは、ジョイント部１４に接続されている。このジョイント部１４はスライダ１５を介してコントロールシャフト５に接続されている。コントロールシャフト５は、カムシャフト２から離れた位置に軸受け１０に軸支された状態でカムシャフト２の軸方向に沿って設けられている。このコントールシャフト５は、ネジ構造部１６を介して軸受け部１０と係合され、回転可能な状態で軸受け１０に軸示されている。これにより、コントロールシャフト５の移動時のブレを抑制することができるとともに、寸法精度の高い移動を実現することができる。
【００３２】
また、可動カム４ｂ同士の間にある固定カム４ａには、その固定カム４ａから向かい側の可動カム４ｂに延びる延在部４ｄが接合されている。この延在部４ｄは、可動カム４ｂの移動を制限（制止）する機能を有している。すなわち、一対の固定カム４ａと可動カム４ｂとの間隔を大きくするように動作させる際に、コントロールシャフト５が移動し過ぎた場合に延在部４ｄが無いとジョイント部１４およびスライダ１５のみに大きな制止力がかかり、ジョイント部１４およびスライダ１５の劣化や損傷の原因となる。延在部４ｄを設けることにより、可動カム４ｂの移動しすぎを抑えるとともに、延在部４ｄ部分にも制止力がかかりジョイント部１４およびスライダ１５にかかる制止力を小さくできるので、ジョイント部１４およびスライダ１５の劣化や損傷を抑制または防止できる。ここでは、ジョイント部１４側が軸受け１０に接するか、または接する少し前で可動カム４ｂが停止するように、延在部４ｄの軸方向長さが設定されている。
【００３３】
コントロールシャフト５の他端は、図３に示すように、接続シャフト２０を介して直流モータ（移動手段）２１に接続されている。
【００３４】
直流モータ２１のハウジング２１ａ内には、中空状のロータコイル２１ｂが収容され、その外周には、ステータマグネット２１ｃが配置されている。ロータコイル２１ｂの中空内には、回転軸２１ｄのウォーム歯車部分が収容されている。ロータコイル２１ｂは、ブラシ２１ｅを通じてエンジンの制御装置（図示せず）に電気的に接続されている。
【００３５】
この直流モータ２１の回転軸２１ｄには、接続シャフト２０が接続されており、これを介してコントロールシャフト５が接続されている。すなわち、直流モータ２１の回転軸２１ｄの回転動作をウォーム歯車部分により軸方向（矢印Ｐ１で示す方向）の移動に変換することで、これに接続されたコントロールシャフト５をその軸方向に移動させて一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を調整する（変える）。
【００３６】
接続シャフト２０の軸方向途中には、接続シャフト２０の直径が軸方向に沿って次第に細くなるようなテーパ部２０ａが部分的に形成されており、そのテーパ部２０ａにセンサ２２が配置されている。センサ２２は、コントロールシャフト５の軸方向の実際のストロークを検出するためのものであり、例えばテーパ部２０ａの外周を取り囲むように配置されたピックアップコイルにより形成されている。
【００３７】
次に、本実施の形態の可変動弁機構１の動作について図４、図５および図６を参照しながら説明する。図４はバルブ３の閉弁時の可変動弁機構１の状態を示し、図５はバルブ３の開弁時の可変動弁機構１の状態を示し、図６は可変動弁機構１の一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を最小（図６の左）および最大（図６の右）にした場合の各々における開弁時のバルブリフト量を比較して示した断面図を示している。なお、図４および図５では一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を最大とする。また、図４および図５にはカムシャフト２の中心線および回転座標を示す。
【００３８】
図４の段階では、回転カム４の突部４ｓがローラ８の外周には接していない。また、通気口２２は閉じており、バルブ３のフェース部３ｂがエンジンのバルブガイド１２に接している。
【００３９】
続いて、図５および図６右に示すように、回転カム４を図５の左回りに回転すると、回転カム４の突部４ｓが次第にローラ８の外周に接するようになり、ローラ８が下方側に押される。この時、回転カム４の断面Ｖ字状のテーパ部４ｃが、ローラ８の外周のＶ字状の溝８ａに嵌まった状態で接触しローラ８を押し下げる。その結果、スイングアーム７の一端側が下方に下がる（エンジン本体側に近づく）ので、バルブ３も押し下げられ、バルブ３のフェース部３ｂがバルブガイド１２から離れ通気口２２が開く。すなわち、本実施の形態の可変動弁機構１においては、回転カム４がローラ８を直接押し下げ、回転カム４とローラ８との間に他部材を介在させない。
【００４０】
回転カム４の突部４ｓの頂点がローラ８の外周に接したところでバルブリフト量が最も大きくなる。なお、図５に示すように、この時の回転カム４の回転角度をαとし、バルブリフト量をｄｍｘとする。ここでは、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を最大にしているので、バルブリフト量ｄｍｘは可変動弁機構１が設定し得る最大のバルブリフト量となる。
【００４１】
次に、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔の調整（変更）によるバルブリフト量の調整（変更）動作について図６および図７を参照しながら説明する。図７は一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を最小に設定した場合の可変動弁機構１の図１のＩ−Ｉ線に相当する箇所の断面図を示している。
【００４２】
まず、図７に示すように、コントロールシャフト５をその軸方向（図７の矢印Ｐ２に示す左方向）に移動し、可動カム４ｂを固定カム４ａに近づけ、固定カム４ａに接触させる（固定カム４ａと可動カム４ｂとの間隔が零）。これにより、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を図２、図４、図５および図６右の場合よりも狭めて最小値にする。
【００４３】
この状態で、図６左に示すように、回転カム４を回転させて、回転カム４の突部４ｓの頂点がローラ８に接したところでバルブリフト量が最大となる。この時、回転カム４の回転角度は図５の場合と同じであるが、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を図５の場合よりも狭めているので、回転カム４のテーパ部４ｃがローラ８の溝８ａに接する点が変わり、テーパ部４ｃがローラ８を押し下げる量が小さくなる。これにより、図６左に示すように、ローラ８の押し下げ量を小さくすることができるので、バルブリフト量を図５および図６右の場合のバルブリフト量ｄｍｘよりも小さくすることができる。図７の設定では、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を最小にしているので、バルブリフト量は可変動弁機構１が設定し得る最小のバルブリフト量となる。なお、図６のｄｚは一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を最小から最大に変えたときのリフト量の差（可変リフト量）を示している。リフト量は、回転カム４の突起４ｓの形によっても任意に変えることができる。
【００４４】
このように本実施の形態の可変動弁機構１によれば、回転カム４の一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔調整によりバルブリフト量の可変制御を行うことができる。すなわち、回転カム４とローラ８との間にバルブリフト可変制御用の他部材を設けない簡単な構造でバルブリフト量を可変制御できるので、図９〜図１３で説明した構造に比べて、簡単、軽量および低価格でバルブリフト量の可変制御を行うことができる。
【００４５】
次に、上記移動手段を用いたバルブリフト量の可変制御方法について説明する。
【００４６】
車両の動作時において、エンジンの制御装置は、エンジンの回転数と負荷に応じたバルブリフト量になるように、直流モータ２１に制御信号を連続的に送る。エンジンの回転数については、例えばエンジンの燃料噴射制御装置の制御用データから通信により取得し、負荷については、例えば制御装置のＲＯＭ（Read Only Memory）に記録された既存の計算値等により取得する。
【００４７】
直流モータ２１は、エンジンの制御装置からの制御信号に基づいて、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔がエンジンの回転数や負荷に適した間隔、すなわち、バルブリフト量がエンジンの回転数や負荷に最適な値になるように、コントロールシャフト５を移動する。この時、エンジンの制御装置は、センサ２２で検出されたコントロールシャフト５の実際の移動量と、目標とした移動量とを比較し、その値にずれがある場合は、直流モータ２１にコントロールシャフト５の移動量を補正するための制御信号を送る。
【００４８】
このように本実施の形態の可変動弁機構１によれば、バルブリフト量を連続的に最適な値に設定することができる。また、コントロールシャフト５の実際のストローク値を検出してそれに基づいてコントロールシャフト５の移動量（すなわち、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔）を補正できるので、バルブリフト量を高精度に設定することができる。
【００４９】
次に、図８は、上記の可変動弁機構１を搭載したエンジン２５の要部断面図を示している。
【００５０】
エンジン２５のシリンダ２６内のピストン２７は、コネクティングロッド２８を通じてクランクシャフト２９に接続されている。ピストン２７の往復運動（図８の上下動）は、クランクシャフト２９により回転運動に変換される。
【００５１】
ここでは、可変動弁機構１がエンジン２５の吸気口２２ａ側に設置されている場合が例示されている。シリンダ２６の燃焼室２６ａは、吸気口２２ａを通じて吸気管３０ａに接続される。一方、エンジン２５の排気口２２ｂ側には、従来技術の可変動弁機構３１が設置されている。従来技術の可変動弁機構３１は、回転カム４が一対のカムを持たない単独構成となっている。燃焼室２６ａは、排気口２２ｂを通じて排気管３０ｂに接続される。
【００５２】
本実施の形態の可変動弁機構１は、排気口２２ｂ側のみに設置しても良いし、吸気口２２ａ側および排気口２２ｂ側の両方に設置しても良い。なお、符号３２は、バルブ３に閉じる力を与えているバルブスプリングである。
【００５３】
本実施の形態のエンジン２５によれば、本実施の形態の可変動弁機構１を用いたことにより、バルブリフト量をエンジン２５の状態に応じて連続的に最適値に設定することができるので、排気ガスを低減でき、また、動力性能や燃費を向上させることができる。
【００５４】
特に、回転カム４とスイングアーム７との間に他の運動部材が介在されないので、回転カム４とスイングアーム７との間に他の運動部材が介在される構成に比べて、エネルギーロスを低減できる。その結果、燃費を向上させることができる。
【００５５】
また、本実施の形態のエンジン２５においては、回転カム４とスイングアーム７との間に他の運動部材が介在されないので、回転カム４とスイングアーム７との間に他の運動部材が介在される可変動弁機構を用いたエンジンに比べて、エンジン２５の全高を低く抑えることができる。これにより、車両搭載性に優れたエンジン２５となる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の可変動弁機構およびこれを用いた内燃機関は、可変動弁機構の回転カムが、第１カムおよび第２カムを備えており、第１カムおよび第２カムは、カムシャフトの軸を中心として回転方向に対しては固定であるが、カムシャフトの軸方向における互いの間隔は可変に構成され、スイングアームのローラの外周には、ローラの中心方向に向かって狭くなる溝が形成されており、その溝に回転カムが接触した際に、回転カムの第１カムと第２カムとの間隔に応じてローラの押し下げ量を変えてバルブのリフト量を変えることで、バルブリフト量を内燃機関の状態に応じて連続的に最適値に設定することができるので、自動車のエンジンの可変動弁機構および自動車のエンジンに利用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 可変動弁機構
２ カムシャフト
２ａ 第１カムシャフト
２ｂ 第２カムシャフト
３ バルブ
４ 回転カム
４ａ 固定カム（第１カム）
４ｂ 可動カム（第２カム）
４ｃ テーパ部
５ コントロールシャフト
７ スイングアーム
８ ローラ
８ａ 溝
２１ 直流モータ（移動手段）
２５ エンジン（内燃機関）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変動弁機構およびこれを用いた内燃機関に関し、更に詳しくは、簡単、軽量、低価格でバルブリフト量の可変制御を行うことが可能な可変動弁機構およびこれを用いた内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の運転状態（回転数や負荷等）に応じて、吸・排気バルブの位相やバルブリフト量を連続的に可変とする可変動弁機構が種々紹介されている。
【０００３】
図９〜図１１の可変動弁機構の構成では、カムシャフト６０のリフトを、コントロールシャフト６１にヘリカルギアで固定されているローラーアーム６２で受け、同様にスプラインで固定されているアーム６３がバルブ６４を押し下げる。コントロールシャフト６１を軸方向に移動させると、ローラーアーム６２のみヘリカルギアに沿って回転しアーム６３との相対角が変わることにより、バルブリフトを可変としている（例えば特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
この構造では、１気筒につき、コントロールシャフト６１に２つのアーム６３と１つのローラーアーム６２とを装着し、その内側にスプラインまたはヘリカルギアを持ったシャフトがあり、さらに、その内側に軸方向に移動させるシャフトを持った三重構造となっている。このため、構造が複雑で、重量も増え、価格が高くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６０４９７号公報
【特許文献２】特開２００１−２６３０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記した問題の対策のため、本発明者は、図１２および図１３に示すように、回転カム７０とスイングアーム７１との間に、コントロールカム７２を設け、そのコントロールアーム７２の一対のコントロールレバー７２ａ，７２ｂの間隔を変えることで、スイングアーム７１のローラ７３の押し下げ量を変えてバルブリフト量ｄｗを変える構成を公知とはされていないが提案している。
【０００７】
この構造では、図９〜図１１に示した構造に比べて大幅に構造を簡単化、軽量化でき、低価格化を推進することができるが、カムシャフト７４とスイングアーム７１との間にコントロールアーム７２（一対のコントロールレバー７２ａ，７２ｂ）が配置されており、運動部品が存在する分、エネルギーロスが生じ、燃費の向上が妨げられるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、簡単、軽量および低価格でバルブリフト量の可変制御を行うことが可能な可変動弁機構を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、排気ガスを低減でき、また、燃費を向上させることが可能で、しかも、車両搭載性に優れた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】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の可変動弁機構は、クランクシャフトにより回転駆動するカムシャフトの回転トルクをバルブに伝達し、前記バルブの開閉を制御する可変動弁機構において、前記カムシャフトに設けられた回転カムと、前記カムシャフトから離れた位置に設けられたコントロールシャフトと、前記カムシャフトおよび前記コントロールシャフトから離れた位置に揺動可能に軸支され、前記回転カムの回転動作に連動するスイングアームと、前記スイングアームに回転可能に軸支され、前記回転カムの回転動作に際して前記回転カムが接触するローラと、前記スイングアームに接続された前記バルブとを備え、前記回転カムは、第１カムおよび第２カムを備えており、前記第１カムおよび前記第２カムは、前記カムシャフトの軸を中心として回転方向に対しては固定であるが、前記カムシャフトの軸方向における互いの間隔は可変に構成され、前記ローラの外周には、前記ローラの中心方向に向かって狭くなる溝が形成されており、前記溝に前記回転カムが接触した際に、前記回転カムの前記第１カムと前記第２カムとの間隔に応じて前記ローラの押し下げ量を変えて前記バルブのリフト量を変えるものである。
【００１１】
また、上記の可変動弁機構において、前記カムシャフトは、軸方向に沿って交互に配置された第１カムシャフトおよび第２カムシャフトを有しており、前記第１カムは回転方向および軸方向に対して固定された状態で前記第２カムシャフトに設けられており、前記第２カムは回転方向に対しては固定されているが、軸方向に対しては移動可能な状態で前記第２カムシャフトに設けられており、前記コントロールシャフトは、前記第２カムと接続されているとともに、前記第２カムを軸方向に移動する移動手段と接続されており、前記移動手段により前記コントロールシャフトを軸方向に移動すると、前記第１カムは固定されたままの状態で、前記第２カムが軸方向に移動することにより、前記第１カムと前記第２カムとの間隔を変えるものである。
【００１２】
また、上記の可変動弁機構において、前記回転カムにおいて前記ローラとの接触側には、前記ローラの前記溝に嵌まるテーパが形成されているものである。この構成によれば、回転カムによるローラの押し下げを滑らかに行うことができ、回転カムとローラとの摩擦を低減できるので、内燃機関の燃費を向上させることができる。
【００１３】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、前記可変動弁機構を有するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の可変動弁機構によれば、回転カムの第１、第２カムの間隔の調整によりバルブリフト量の可変制御を行うことができるので、簡単、軽量および低価格でバルブリフト量の可変制御を行うことができる。
【００１５】
また、本発明の可変動弁機構を用いた内燃機関によれば、バルブリフト量の可変制御を行うことが可能な可変動弁機構を用いたことにより、排気ガスを低減でき、また、燃費を向上させることができる。特に、回転カムとスイングアームとの間に他の運動部材が介在されないので、回転カムとスイングアームとの間に他の運動部材が介在される構成に比べて、エネルギーロスを低減できる。その結果、燃費を向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の可変動弁機構を用いた内燃機関によれば、回転カムとスイングアームとの間に他の運動部材が介在されないので、回転カムとスイングアームの間に他の運動部材が介在される可変動弁機構を用いた内燃機関に比べて、内燃機関の全高を低く抑えることができる。その結果、車両搭載性に優れた内燃機関となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態である可変動弁機構の構成図である。
【図２】図１のI−I線の断面図である。
【図３】移動手段とコントロールシャフトとの接続状態を示した構成図である。
【図４】バルブの閉弁時の図１の可変動弁機構の構成図である。
【図５】バルブの開弁時の図１の可変動弁機構の構成図である。
【図６】可変動弁機構の一対のカムの間隔を最小（左）および最大（右）にした場合の各々における開弁時のバルブリフト量を比較して示した断面図である。
【図７】一対のカムの間隔を最小に設定した場合の可変動弁機構の図１のＩ−Ｉ線に相当する箇所の断面図である。
【図８】図１の可変動弁機構を搭載したエンジンの要部断面図である。
【図９】従来の可変動弁機構の一例の要部断面図である。
【図１０】図９の可変動弁機構の構成要素の要部斜視図である。
【図１１】図９の構成要素の一部を破断して示した要部斜視図である。
【図１２】本発明者が検討した可変動弁機構の構成図である。
【図１３】図１２のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態の可変動弁機構およびこれを用いたエンジン（内燃機関）について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は本実施の形態の可変動弁機構の構成図、図２は図１のI−I線の断面図、図３は移動手段とコントロールシャフトとの接続状態を示している。
【００２０】
本実施の形態の可変動弁機構１は、車両のエンジンのクランクシャフトにより回転駆動するカムシャフト２の回転トルクをバルブ３に伝達し、バルブ３の開閉を制御する機構であり、上記カムシャフト２およびバルブ３の他に、回転カム４と、コントロールシャフト５と、スイングアーム７と、ローラ８と、エンドピポット９とを有している。
【００２１】
カムシャフト２は、図２に示すように、その軸方向に沿って所定の間隔ごとに並んで配置された複数の軸受け１０に回転可能な状態で軸支されている。このカムシャフト２は、軸受け１０毎に分割されており、第１カムシャフト２ａと第２カムシャフト２ｂとを有している。第１カムシャフト２ａおよび第２カムシャフト２ｂは、軸方向に沿って交互に配置されている。第１カムシャフト２ａは軸受け１０の位置に配置され、第２カムシャフト２ｂは軸受け１０（第１カムシャフト２ａ）の隣接間に配置されている。
【００２２】
第２カムシャフト２ｂの表面には、軸方向に沿って延びるスプライン形成用の複数の凹凸が軸の外周方向に沿って交互に配置されている。この第２カムシャフト２ｂの両端には、スプラインを介して第１カムシャフト２ａが溶着されしっかりと固定されている。これにより、第１カムシャフト２ａおよび第２カムシャフト２ｂは軸を中心として回転方向に共に回転する。最も外側の第１カムシャフト２ａには、タイミングギア１１が接合され固定されている。このタイミングギア１１によりクランクシャフトからの回転駆動力がカムシャフト２に伝達される。
【００２３】
このカムシャフト２の第２カムシャフト２ａには、その軸方向に沿って複数の回転カム４が設けられている。互いに隣接する軸受け１０の間には、バルブ数に対応した数の回転カム４が設置されている。回転カム４の外周一部には中心から径方向への距離が部分的に長い突部（ノーズ）４ｓが形成されており、カムシャフト２に垂直な回転カム４の全体断面形状は略卵形に形成されている。
【００２４】
カムシャフト２およびコントロールシャフト５から離れた位置には、図１に示すように、スイングアーム７が揺動可能に軸支されている。このスイングアーム７の揺動動作は回転カム４の回転動作に連動する。このスイングアーム７において、長手方向の一端側にはバルブ３が接続され、他端側にはエンドピポット９が接続され、それらの間には、ローラ８が回転可能に軸支されている。
【００２５】
バルブ３は、ポペットバルブが使用されており、ヘッド部３ａ、フェース部３ｂ、ステム部３ｃおよびステムエンド部３ｄを有している。ここでは、バルブ３が閉じており、バルブ３のフェース部３ｂがエンジンのバルブガイド１２に接触している。
【００２６】
ローラ８の外周には、図２に示すように、ローラ８の中心方向に向かって狭くなるＶ字状の溝８ａが形成されている。開弁時にはローラ８の外周の溝８ａの表面に回転カム４が接触する。なお、スイングアーム７はエンドピポット９を支点として揺動する。エンドピポット９に油圧アジャスターを組み込んだときは、図２に示すように、回転カム４の軸方向両端の円筒面がローラ８に接する状態となり、バルブ３はリフトしない。油圧アジャスターを用いないときは、エンドピポット９の高さを調節して、当該円筒面とローラ８との間に隙間（ギャップ）を設ける。
【００２７】
ところで、本実施の形態の可変動弁機構１においては、図２に示すように、上記の回転カム４が、固定カム（第１カム）４ａおよび可動カム（第２カム）４ｂの一対のカムを備えている。この固定カム４ａおよび可動カム４ｂで構成される回転カム４の表面側外周にはテーパ部４ｃが形成されている。このテーパ部４ｃは、開弁時にローラ８の外周の溝８ａの表面に接する部分であり、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂで断面略Ｖ字状を成している。このようなテーパ部４ｃを設けたことにより、開弁時に回転カム４の断面Ｖ字状のテーパ部４ｓがローラ８の断面Ｖ字状の溝８ａに収まるようにしてローラ８を押し下げるので、その押し下げを滑らかに行うことができる。このため、回転カム４とローラ８との摩擦を低減できる。その結果、エンジンの燃費を向上させることができる。
【００２８】
固定カム４ａは、第２カムシャフト２ｂの表面のスプラインを介して第２カムシャフト２ｂに振動溶着により接合されしっかりと固定されている。すなわち、固定カム４ａは、第２カムシャフト２ｂを中心とした回転方向に対しても軸方向(図２の矢印Ｐ１に示す方向)に対しても固定されている。一方、可動カム４ｂも、第２カムシャフト２ｂの表面のスプラインにより、第２カムシャフト２ｂを中心とした回転方向に対しては固定されている。このため、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂは、カムシャフト２を中心として回転方向に対しては、双方同士が固定され互いの相対的な平面位置がずれることなく共に動く。
【００２９】
ただし、可動カム４ｂは、第２カムシャフト２ｂの表面のスプラインにより、第２カムシャフト２ｂの軸方向に対しては移動可能な状態で設置されている。すなわち、可動カム４ｂを第２カムシャフト２ｂの軸方向に沿って移動することにより、固定カム４ａは固定されたままなので、一対の固定カム４ａと可動カム４ｂとの間隔を所望の間隔に変えることができる。
【００３０】
互いに隣接する軸受け１０間の複数の可動カム４ｂ同士は、図２に示すように、接続ピン１３により接合されており、第２カムシャフト２ｂの軸方向に沿って共に移動可能な状態で設置されている。接続ピン１３は、可動カム４ｂ同士の間にある固定カム４ａに形成された貫通孔を通じて一方の可動カム４ｂから他方の可動カム４ｂに接続されている。また、接続ピン１３は、少なくとも２本以上の接続ピン１３が第２カムシャフト２ｂを挟む位置に互いに対称関係になるように配置されることが好ましい。これにより、複数の可動カム４ｂの移動を滑らかにすることができる。
【００３１】
可動カム４ｂは、ジョイント部１４に接続されている。このジョイント部１４はスライダ１５を介してコントロールシャフト５に接続されている。コントロールシャフト５は、カムシャフト２から離れた位置に軸受け１０に軸支された状態でカムシャフト２の軸方向に沿って設けられている。このコントールシャフト５は、ネジ構造部１６を介して軸受け部１０と係合され、回転可能な状態で軸受け１０に軸示されている。これにより、コントロールシャフト５の移動時のブレを抑制することができるとともに、寸法精度の高い移動を実現することができる。
【００３２】
また、可動カム４ｂ同士の間にある固定カム４ａには、その固定カム４ａから向かい側の可動カム４ｂに延びる延在部４ｄが接合されている。この延在部４ｄは、可動カム４ｂの移動を制限（制止）する機能を有している。すなわち、一対の固定カム４ａと可動カム４ｂとの間隔を大きくするように動作させる際に、コントロールシャフト５が移動し過ぎた場合に延在部４ｄが無いとジョイント部１４およびスライダ１５のみに大きな制止力がかかり、ジョイント部１４およびスライダ１５の劣化や損傷の原因となる。延在部４ｄを設けることにより、可動カム４ｂの移動しすぎを抑えるとともに、延在部４ｄ部分にも制止力がかかりジョイント部１４およびスライダ１５にかかる制止力を小さくできるので、ジョイント部１４およびスライダ１５の劣化や損傷を抑制または防止できる。ここでは、ジョイント部１４側が軸受け１０に接するか、または接する少し前で可動カム４ｂが停止するように、延在部４ｄの軸方向長さが設定されている。
【００３３】
コントロールシャフト５の他端は、図３に示すように、接続シャフト２０を介して直流モータ（移動手段）２１に接続されている。
【００３４】
直流モータ２１のハウジング２１ａ内には、中空状のロータコイル２１ｂが収容され、その外周には、ステータマグネット２１ｃが配置されている。ロータコイル２１ｂの中空内には、回転軸２１ｄのウォーム歯車部分が収容されている。ロータコイル２１ｂは、ブラシ２１ｅを通じてエンジンの制御装置（図示せず）に電気的に接続されている。
【００３５】
この直流モータ２１の回転軸２１ｄには、接続シャフト２０が接続されており、これを介してコントロールシャフト５が接続されている。すなわち、直流モータ２１の回転軸２１ｄの回転動作をウォーム歯車部分により軸方向（矢印Ｐ１で示す方向）の移動に変換することで、これに接続されたコントロールシャフト５をその軸方向に移動させて一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を調整する（変える）。
【００３６】
接続シャフト２０の軸方向途中には、接続シャフト２０の直径が軸方向に沿って次第に細くなるようなテーパ部２０ａが部分的に形成されており、そのテーパ部２０ａにセンサ２２が配置されている。センサ２２は、コントロールシャフト５の軸方向の実際のストロークを検出するためのものであり、例えばテーパ部２０ａの外周を取り囲むように配置されたピックアップコイルにより形成されている。
【００３７】
次に、本実施の形態の可変動弁機構１の動作について図４、図５および図６を参照しながら説明する。図４はバルブ３の閉弁時の可変動弁機構１の状態を示し、図５はバルブ３の開弁時の可変動弁機構１の状態を示し、図６は可変動弁機構１の一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を最小（図６の左）および最大（図６の右）にした場合の各々における開弁時のバルブリフト量を比較して示した断面図を示している。なお、図４および図５では一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を最大とする。また、図４および図５にはカムシャフト２の中心線および回転座標を示す。
【００３８】
図４の段階では、回転カム４の突部４ｓがローラ８の外周には接していない。また、通気口２２は閉じており、バルブ３のフェース部３ｂがエンジンのバルブガイド１２に接している。
【００３９】
続いて、図５および図６右に示すように、回転カム４を図５の左回りに回転すると、回転カム４の突部４ｓが次第にローラ８の外周に接するようになり、ローラ８が下方側に押される。この時、回転カム４の断面Ｖ字状のテーパ部４ｃが、ローラ８の外周のＶ字状の溝８ａに嵌まった状態で接触しローラ８を押し下げる。その結果、スイングアーム７の一端側が下方に下がる（エンジン本体側に近づく）ので、バルブ３も押し下げられ、バルブ３のフェース部３ｂがバルブガイド１２から離れ通気口２２が開く。すなわち、本実施の形態の可変動弁機構１においては、回転カム４がローラ８を直接押し下げ、回転カム４とローラ８との間に他部材を介在させない。
【００４０】
回転カム４の突部４ｓの頂点がローラ８の外周に接したところでバルブリフト量が最も大きくなる。なお、図５に示すように、この時の回転カム４の回転角度をαとし、バルブリフト量をｄｍｘとする。ここでは、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を最大にしているので、バルブリフト量ｄｍｘは可変動弁機構１が設定し得る最大のバルブリフト量となる。
【００４１】
次に、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔の調整（変更）によるバルブリフト量の調整（変更）動作について図６および図７を参照しながら説明する。図７は一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を最小に設定した場合の可変動弁機構１の図１のＩ−Ｉ線に相当する箇所の断面図を示している。
【００４２】
まず、図７に示すように、コントロールシャフト５をその軸方向（図７の矢印Ｐ２に示す左方向）に移動し、可動カム４ｂを固定カム４ａに近づけ、固定カム４ａに接触させる（固定カム４ａと可動カム４ｂとの間隔が零）。これにより、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を図２、図４、図５および図６右の場合よりも狭めて最小値にする。
【００４３】
この状態で、図６左に示すように、回転カム４を回転させて、回転カム４の突部４ｓの頂点がローラ８に接したところでバルブリフト量が最大となる。この時、回転カム４の回転角度は図５の場合と同じであるが、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を図５の場合よりも狭めているので、回転カム４のテーパ部４ｃがローラ８の溝８ａに接する点が変わり、テーパ部４ｃがローラ８を押し下げる量が小さくなる。これにより、図６左に示すように、ローラ８の押し下げ量を小さくすることができるので、バルブリフト量を図５および図６右の場合のバルブリフト量ｄｍｘよりも小さくすることができる。図７の設定では、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を最小にしているので、バルブリフト量は可変動弁機構１が設定し得る最小のバルブリフト量となる。なお、図６のｄｚは一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔を最小から最大に変えたときのリフト量の差（可変リフト量）を示している。リフト量は、回転カム４の突起４ｓの形によっても任意に変えることができる。
【００４４】
このように本実施の形態の可変動弁機構１によれば、回転カム４の一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔調整によりバルブリフト量の可変制御を行うことができる。すなわち、回転カム４とローラ８との間にバルブリフト可変制御用の他部材を設けない簡単な構造でバルブリフト量を可変制御できるので、図９〜図１３で説明した構造に比べて、簡単、軽量および低価格でバルブリフト量の可変制御を行うことができる。
【００４５】
次に、上記移動手段を用いたバルブリフト量の可変制御方法について説明する。
【００４６】
車両の動作時において、エンジンの制御装置は、エンジンの回転数と負荷に応じたバルブリフト量になるように、直流モータ２１に制御信号を連続的に送る。エンジンの回転数については、例えばエンジンの燃料噴射制御装置の制御用データから通信により取得し、負荷については、例えば制御装置のＲＯＭ（Read Only Memory）に記録された既存の計算値等により取得する。
【００４７】
直流モータ２１は、エンジンの制御装置からの制御信号に基づいて、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔がエンジンの回転数や負荷に適した間隔、すなわち、バルブリフト量がエンジンの回転数や負荷に最適な値になるように、コントロールシャフト５を移動する。この時、エンジンの制御装置は、センサ２２で検出されたコントロールシャフト５の実際の移動量と、目標とした移動量とを比較し、その値にずれがある場合は、直流モータ２１にコントロールシャフト５の移動量を補正するための制御信号を送る。
【００４８】
このように本実施の形態の可変動弁機構１によれば、バルブリフト量を連続的に最適な値に設定することができる。また、コントロールシャフト５の実際のストローク値を検出してそれに基づいてコントロールシャフト５の移動量（すなわち、一対の固定カム４ａおよび可動カム４ｂの間隔）を補正できるので、バルブリフト量を高精度に設定することができる。
【００４９】
次に、図８は、上記の可変動弁機構１を搭載したエンジン２５の要部断面図を示している。
【００５０】
エンジン２５のシリンダ２６内のピストン２７は、コネクティングロッド２８を通じてクランクシャフト２９に接続されている。ピストン２７の往復運動（図８の上下動）は、クランクシャフト２９により回転運動に変換される。
【００５１】
ここでは、可変動弁機構１がエンジン２５の吸気口２２ａ側に設置されている場合が例示されている。シリンダ２６の燃焼室２６ａは、吸気口２２ａを通じて吸気管３０ａに接続される。一方、エンジン２５の排気口２２ｂ側には、従来技術の可変動弁機構３１が設置されている。従来技術の可変動弁機構３１は、回転カム４が一対のカムを持たない単独構成となっている。燃焼室２６ａは、排気口２２ｂを通じて排気管３０ｂに接続される。
【００５２】
本実施の形態の可変動弁機構１は、排気口２２ｂ側のみに設置しても良いし、吸気口２２ａ側および排気口２２ｂ側の両方に設置しても良い。なお、符号３２は、バルブ３に閉じる力を与えているバルブスプリングである。
【００５３】
本実施の形態のエンジン２５によれば、本実施の形態の可変動弁機構１を用いたことにより、バルブリフト量をエンジン２５の状態に応じて連続的に最適値に設定することができるので、排気ガスを低減でき、また、動力性能や燃費を向上させることができる。
【００５４】
特に、回転カム４とスイングアーム７との間に他の運動部材が介在されないので、回転カム４とスイングアーム７との間に他の運動部材が介在される構成に比べて、エネルギーロスを低減できる。その結果、燃費を向上させることができる。
【００５５】
また、本実施の形態のエンジン２５においては、回転カム４とスイングアーム７との間に他の運動部材が介在されないので、回転カム４とスイングアーム７との間に他の運動部材が介在される可変動弁機構を用いたエンジンに比べて、エンジン２５の全高を低く抑えることができる。これにより、車両搭載性に優れたエンジン２５となる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の可変動弁機構およびこれを用いた内燃機関は、可変動弁機構の回転カムが、第１カムおよび第２カムを備えており、第１カムおよび第２カムは、カムシャフトの軸を中心として回転方向に対しては固定であるが、カムシャフトの軸方向における互いの間隔は可変に構成され、スイングアームのローラの外周には、ローラの中心方向に向かって狭くなる溝が形成されており、その溝に回転カムが接触した際に、回転カムの第１カムと第２カムとの間隔に応じてローラの押し下げ量を変えてバルブのリフト量を変えることで、バルブリフト量を内燃機関の状態に応じて連続的に最適値に設定することができるので、自動車のエンジンの可変動弁機構および自動車のエンジンに利用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 可変動弁機構
２ カムシャフト
２ａ 第１カムシャフト
２ｂ 第２カムシャフト
３ バルブ
４ 回転カム
４ａ 固定カム（第１カム）
４ｂ 可動カム（第２カム）
４ｃ テーパ部
５ コントロールシャフト
７ スイングアーム
８ ローラ
８ａ 溝
２１ 直流モータ（移動手段）
２５ エンジン（内燃機関）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトにより回転駆動するカムシャフトの回転トルクをバルブに伝達し、前記バルブの開閉を制御する可変動弁機構において、
前記カムシャフトに設けられた回転カムと、
前記カムシャフトから離れた位置に設けられたコントロールシャフトと、
前記カムシャフトおよび前記コントロールシャフトから離れた位置に揺動可能に軸支され、前記回転カムの回転動作に連動するスイングアームと、
前記スイングアームに回転可能に軸支され、前記回転カムの回転動作に際して前記回転カムが接触するローラと、
前記スイングアームに接続された前記バルブとを備え、
前記回転カムは、第１カムおよび第２カムを備えており、
前記第１カムおよび前記第２カムは、前記カムシャフトの軸を中心として回転方向に対しては固定であるが、前記カムシャフトの軸方向における互いの間隔は可変に構成され、
前記ローラの外周には、前記ローラの中心方向に向かって狭くなる溝が形成されており、前記溝に前記回転カムが接触した際に、前記回転カムの前記第１カムと前記第２カムとの間隔に応じて前記ローラの押し下げ量を変えて前記バルブのリフト量を変える可変動弁機構。
【請求項２】
前記カムシャフトは、軸方向に沿って交互に配置された第１カムシャフトおよび第２カムシャフトを有しており、
前記第１カムは回転方向および軸方向に対して固定された状態で前記第２カムシャフトに設けられており、
前記第２カムは回転方向に対しては固定されているが、軸方向に対しては移動可能な状態で前記第２カムシャフトに設けられており、
前記コントロールシャフトは、前記第２カムと接続されているとともに、前記第２カムを軸方向に移動する移動手段と接続されており、
前記移動手段により前記コントロールシャフトを軸方向に移動すると、前記第１カムは固定されたままの状態で、前記第２カムが軸方向に移動することにより、前記第１カムと前記第２カムとの間隔を変える請求項１記載の可変動弁機構。
【請求項３】
前記回転カムにおいて前記ローラとの接触側には、前記ローラの前記溝に嵌まるテーパが形成されている請求項１または２記載の可変動弁機構。
【請求項４】
請求項１，２または３記載の可変動弁機構を有する内燃機関。
【請求項１】
クランクシャフトにより回転駆動するカムシャフトの回転トルクをバルブに伝達し、前記バルブの開閉を制御する可変動弁機構において、
前記カムシャフトに設けられた回転カムと、
前記カムシャフトから離れた位置に設けられたコントロールシャフトと、
前記カムシャフトおよび前記コントロールシャフトから離れた位置に揺動可能に軸支され、前記回転カムの回転動作に連動するスイングアームと、
前記スイングアームに回転可能に軸支され、前記回転カムの回転動作に際して前記回転カムが接触するローラと、
前記スイングアームに接続された前記バルブとを備え、
前記回転カムは、第１カムおよび第２カムを備えており、
前記第１カムおよび前記第２カムは、前記カムシャフトの軸を中心として回転方向に対しては固定であるが、前記カムシャフトの軸方向における互いの間隔は可変に構成され、
前記ローラの外周には、前記ローラの中心方向に向かって狭くなる溝が形成されており、前記溝に前記回転カムが接触した際に、前記回転カムの前記第１カムと前記第２カムとの間隔に応じて前記ローラの押し下げ量を変えて前記バルブのリフト量を変える可変動弁機構。
【請求項２】
前記カムシャフトは、軸方向に沿って交互に配置された第１カムシャフトおよび第２カムシャフトを有しており、
前記第１カムは回転方向および軸方向に対して固定された状態で前記第２カムシャフトに設けられており、
前記第２カムは回転方向に対しては固定されているが、軸方向に対しては移動可能な状態で前記第２カムシャフトに設けられており、
前記コントロールシャフトは、前記第２カムと接続されているとともに、前記第２カムを軸方向に移動する移動手段と接続されており、
前記移動手段により前記コントロールシャフトを軸方向に移動すると、前記第１カムは固定されたままの状態で、前記第２カムが軸方向に移動することにより、前記第１カムと前記第２カムとの間隔を変える請求項１記載の可変動弁機構。
【請求項３】
前記回転カムにおいて前記ローラとの接触側には、前記ローラの前記溝に嵌まるテーパが形成されている請求項１または２記載の可変動弁機構。
【請求項４】
請求項１，２または３記載の可変動弁機構を有する内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２４２６２２（Ｐ２０１０−２４２６２２Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９２４９７（Ｐ２００９−９２４９７）
【出願日】平成２１年４月６日（２００９．４．６）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２８日（２０１０．１０．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月６日（２００９．４．６）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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