JP4265573B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気バルブあるいは排気バルブの位相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レシプロ式エンジン（内燃機関）の多くは、エンジンの排出ガス対策や燃費低減などの理由から、吸気バルブや排気バルブの位相を変化させる可変動弁装置を搭載することが行われている。

このような可変動弁装置の多くは、カムシャフトに形成されているカムの位相を、ベース円区間とリフト区間とが連なる揺動カムに置き換える構造が用いられる。具体的には、この揺動カムの揺動範囲を変化させることによって、ロッカアームを通じて駆動される吸気バルブや排気バルブの開弁期間、バルブリフト量を連続的に可変させる構造が用いられている。また近時では、特許文献１にも開示されているようにポンピングロスの改善を図るために、カムと揺動カムとの間に、伝達カムを介在させ、同伝達カムを制御シャフトに揺動自在に支持させる構造を用いて、制御シャフトの回動変位で伝達アームを移動させて、該伝達アームとカムとの当接位置の変更からバルブ特性の制御、具体的にはバルブの開閉タイミング、開弁期間、バルブリフト量の連続的な可変を行なう構造が提案されている。
特開２００３−２３９７１２号公報

こうした可変動弁装置では、エンジンが高バルブリフト・高回転運転されるとき、開弁直後と閉弁直前のカムリフトの正加速度区間により、バルブ（吸気バルブや排気バルブ）を駆動する力が大きくなる挙動を示すことが知られている。

ところで、特許文献１に示されるように伝達アームを用いた可変動弁装置のほとんどは、高バルブリフト・高回転運転時において、伝達アームの揺動支点に、同じ方向へ、バルブを開く際のバルブ駆動力、バルブが閉じる際の揺動カムの接点部やカムの接点部に働く反力が加わる。

ところが、こうした双方の合力が揺動支点に加わる構造では、付加される荷重量が多いため、バルブを駆動する力が大きくなるときなどでは、過大な荷重が伝達アームの揺動支点に加わりやすい。特に過大な荷重が制御シャフトに加わると、制御シャフトは捩れ変形が生じて、予め設定されたバルブ特性（バルブリフト量など）が再現できないおそれがある。しかも、制御シャフトを回動操作するアクチュエータには、過大な回転トルクに打ち勝つ回転トルクを発生させる容量の大きなアクチュエータ（大形）が必要になる。特に共通の制御シャフトで各気筒のバルブ特性を可変する多気筒のエンジンの場合、制御シャフトを回動操作するアクチュエータに近い気筒に比べてアクチュエータから遠い気筒の方が、制御シャフトの捩れ変形が大きくなる傾向にあり、多気筒のエンジンでは、気筒間でバルブリフト量や開弁期間の差が発生して、気筒毎に燃焼状態に差が生じ、エンジンに振動を発生させたり、出力を悪化させたり、燃費を悪化させたりする。

そこで、こうした可変動弁装置は、過大な荷重に耐える強固な揺動支点や剛性強度の高い制御シャフトなどを用いてこれらに対処することになるが、このような対策は、可変動弁装置の構造が複雑になるうえ、新たに、制御シャフトを含む、制御シャフトの周辺の構造が大形になる問題がある。

そこで、本発明の目的は、簡単、かつコンパクトな構造で、高バルブリフトおよび高回転運転時において、伝達シャフトの揺動支点に作用する荷重が抑えられ、さらに複数の気筒を有する内燃機関で、少なくとも２つの気筒において共通の制御シャフトを用いた構造のときにおける当該制御シャフトの負担が軽減される内燃機関の可変動弁装置を提供する。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、内燃機関の高バルブリフトおよび高回転運転時、伝達アームの揺動支点に揺動カムが開弁方向に揺動する際に生じる最大荷重方向とそれとは反対の揺動カムが閉弁方向に揺動する際に生じる最大荷重方向の間に、伝達アームの揺動支点と制御シャフトの回動中心とが配置される構成を採用した。そして、伝達アームの揺動支点は、現気筒の揺動カムが閉弁方向に揺動する際に生じる制御シャフトの回転トルクに対して、次気筒の揺動カムが開弁方向に揺動する際に生じる制御シャフトの回転トルクの方向が逆転する方向に配置されるようにした。

請求項２に記載の発明は、上記目的に加え、さらに制御シャフトの負担が軽減されるよう、気筒毎の伝達アームの揺動支点は、現気筒の伝達アームの揺動支点に揺動カムが閉弁方向に揺動する際に生じる最大荷重が発生するタイミングよりも早く、次気筒が開弁動作を開始する、もしくは、次気筒の揺動カムが開弁方向に揺動する際に生じる最大荷重が発生するタイミングよりも遅く、現気筒が閉弁動作を終了するように設定した。

請求項１に記載の発明によれば、高バルブリフトおよび高回転運転時、制御シャフトの回動中心と伝達アームの揺動支点は、開弁方向に揺動するときの荷重と、閉弁するときの荷重が交互に制御シャフトに作用する交番領域に配置されるから、同運転時、伝達アームの揺動支点には、従来のようなバルブ駆動力とその反力との合力が作用するのではなく、どちらか一方の荷重が交互に作用する。

したがって、簡単な伝達アームの揺動支点や制御シャフトの配置構造で、高リフトおよび高回転運転時、制御シャフトの回転方向の過大な荷重が伝達アームの揺動支点に作用するのを抑えることができる。これにより、高バルブリフトおよび高回転運転時、過大な回転トルクが制御シャフトに発生するのを抑えることができる。この結果、伝達アームの揺動支点や制御シャフトに与える負担を抑えることができるうえ、制御シャフトを含め同制御シャフトの周辺のコンパクト化を図ることができる。しかも、制御シャフトを操作するアクチュエータも小型ですむ。加えて、制御シャフト生ずる捩れ変形は抑えられるから、予め設定されたバルブ特性が再現でき、内燃機関の出力向上、燃費向上の向上が図れる。

さらに各気筒に共通な制御シャフトを用いて可変動弁装置を制御する場合、現気筒の開弁および閉弁に伴い制御シャフトに生ずるそれぞれ回転方向が逆方向の回転トルクは、次気筒の開弁および閉弁に伴い制御シャフトに生ずるそれぞれ回転方向が逆の回転トルクと相殺でき、制御シャフト上に生ずる回転トルクのピークおよび平均トルクを低減することができる。これにより、多気筒でも、バルブ特性の変更制御は、容量の小さなアクチュエータですむ。

請求項２に記載の発明によれば、さらに、上記効果に加え、多気筒の内燃機関は、互いに相殺されるタイミングで、制御シャフト上に現気筒と次気筒の回転トルクの最大値が発生するから、制御シャフトに生じる回転トルクの最大値の低減することができ、一層、バルブ特性の変更制御は、容量の小さなアクチュエータですむ。

［一実施形態］
以下、本発明を図１〜図１１に示す一実施形態にもとづいて説明する。

図１は、多気筒の内燃機関、例えば気筒１ａが直列に並ぶ４気筒のレシプロ式ガソリンエンジンのシリンダヘッド１の全体平面図、図２は同シリンダヘッド１のＡ−Ａ線に沿う詳細な側断面図を示し、図３は同シリンダヘッド１の一部を拡大して示す平面図、図４は同シリンダヘッド１に搭載された可変動弁装置２０の分解図を示している。

図１ないし図３を参照してシリンダヘッド１について説明すると、シリンダヘッド１の下面には、シリンダブロック１ｃに形成された４つ気筒１ａ（直列に並んでいる）にならって、それぞれ燃焼室２（１つしか図示せず）が形成されている。これら燃焼室２には、それぞれ例えば２個づつ（一対）、吸気ポート３および排気ポート４（片側しか図示せず）が形成されている。シリンダヘッド１の上部には、吸気ポート３を開閉する吸気バルブ５、排気ポート４を開閉する排気バルブ６がそれぞれ組み付けてある。吸気バルブ５、排気バルブ６には、いずれもバルブスプリング７で閉方向に付勢される常閉式の往復バルブが用いてある。なお、気筒１ａ内にはピストン１ｂが往復動可能に収めてある（図２だけに二点鎖線で図示）。

図１および図２中８は、シリンダヘッド１の上部に搭載された例えばＳＯＨＣ式の動弁系（吸気バルブ５、排気バルブ６を駆動するもの）を示している。動弁系８について説明すると、１０は、燃焼室２の頭上にシリンダヘッド１の長手方向に回転自在に配設されたカムシャフト、１１はこのカムシャフト１０を挟んだ片側（吸気ポート側）に回動可能に配設された吸気側のロッカシャフト（本願の制御シャフトを兼ねている）、１２はその反対側（排気ポート側）に配設（固定）された排気側のロッカシャフト、１３は例えばロッカシャフト１１とロッカシャフト１２間の上側の地点（ロッカシャフト１２寄り）に配設された支持シャフトを示す。ロッカシャフト１１，１２および支持シャフト１３は、いずれもカムシャフト１０と平行（並行）に配置された軸部材から構成されている。

カムシャフト１０は、エンジンのクランクシャフト（図示しない）からの出力により、図２中の矢印方向に沿って回転駆動される部品である。このカムシャフト１０の各部には、図３に示されるように燃焼室２毎（気筒毎）に、吸気用カム１５（１つ：本願のカムに相当）と排気用カム１６（２つ）が形成されている。吸気用カム１５は燃焼室２の頭上中央に配置され、排気用カム１６，１６はその吸気用カム１５の両側にそれぞれ配置してある。

排気側のロッカシャフト１２には、図１および図２に示されるように排気用カム１６毎（排気バルブ６毎）に、排気バルブ用のロッカアーム１８がそれぞれ回動自在に支持されている。また吸気側のロッカシャフト１１には、一対の吸気用カム１５毎（一対の吸気バルブ毎）に、可変動弁装置２０が組み込まれている。ロッカアーム１８は、排気用カム１６の変位を排気バルブ６へ伝える部品で、可変動弁装置２０は、吸気用カム１５の変位を吸気バルブ５，５へ伝える装置で、これらが各カム１５，１６で駆動されることによって、ピストン１ｂの動き（往復動）と連動して、気筒１ａ内で、所定の燃焼サイクル（例えば吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気行程の４サイクル）が形成されるようにしている。なお、図２中８７は、燃焼室２内の混合気を点火するための点火プラグを示す。

可変動弁装置２０を説明すると、同装置２０は、図１〜図４に示されるようにロッカシャフト１１に揺動自在に支持された吸気バルブ用のロッカアーム２５と、同ロッカアーム２５と組み合うスイングカム４５（本願の揺動カムに相当）と、吸気用カム１５の変位をスイングカム４５へ伝達するセンタロッカアーム（本願の伝達アームに相当）３５と、センタロッカアーム３５をロッカアーム１１に揺動自在に支持する支持機構７０とを有して構成される。

このうちロッカアーム２５には、例えば図３および図４に示されるような二股形状の構造が用いられている。具体的にはロッカアーム２５は、中央に筒状のロッカシャフト支持用ボス２６が形成され、一端側に吸気バルブ５の駆動をなす駆動部分、例えばアジャストスクリュ部２７が組み付けられた一対の並行なロッカアーム片２９と、これらロッカアーム片２９の他端部間に挟み込まれた回転自在なローラ部材３０（当接部を形成するもの）とを有して構成してある。なお、３２は、ローラ部材３０をロッカアーム片２９に回転自在に枢支させるための短シャフトを示す。そして、ロッカシャフト支持用ボス２６，２６はロッカシャフト１１に揺動自在にそれぞれ嵌挿され、ローラ部材３０を支持シャフト１３側（シリンダヘッド１の中央側）に配置させている。残るアジャストスクリュ部２７は、それぞれ吸気バルブ５，５の上部端（バルブステム端）に配置させてある。つまり、ロッカアーム２５は、ロッカシャフト１１を支点に揺動すると、吸気バルブ５，５が駆動されるようになっている。

スイングカム４５は、図２〜図４に示されるように支持シャフト１３に回動自在に嵌挿された筒状のボス部４６と、同ボス部４６からローラ部材３０（ロッカアーム２５）へ向って延びるアーム部４７と、同アーム部４７の下部に形成した受け部４８とを有して形成される。このうちアーム部４７の先端面には、ロッカアーム２５へ変位を伝えるカム面、例えば上下方向に延びるカム面４９が形成されている。このカム面４９がロッカアーム２５のローラ部材３０の外周面に転接させてある。このカム面４９についての詳細は後述する。また受け部４８には、例えば図４に示されるようにアーム部４７の下部のうち、カムシャフト１０の直上となる下面部分に凹陥部５１を形成し、同凹陥部５１内に、カムシャフト１０と同じ向きで、短シャフト５２を回転自在に支持させた構造が用いられる。なお、５３は、凹陥部５１内の短シャフト５２部分の外周部に形成された、平面な底面をもつ凹部を示す。

センタロッカアーム３５には、図２および図４に示されるように吸気用カム１５のカム面と転接する転接子、例えばカムフォロア３６と、同カムフォロア３６を回転自在に支持する例えば枠形のホルダ部３７とをもつ、ほぼＬ形部材が用いられている。具体的には、センタロッカアーム３５は、カムフォロア３６を中心として、ホルダ部３７から、上方のロッカシャフト１１と支持シャフト１３間へ向かって延びる柱状の中継用アーム部３８と、ホルダ部３７の側部から、一対のロッカアーム片２９間から露出するロッカシャフト１１のシャフト部分１１ｃ（図５〜図８に図示）の下側へ延びる支点用アーム部３９とを有して、Ｌ形に形成してある。なお、支点用アーム部３９は例えば二股状に分けてある。また中継用アーム部３８の先端（上端面）には、駆動面として、ロッカシャフト１１側が低く、支持シャフト１３側が高くなるよう傾斜させた傾斜面４０が形成してある。この中継用アーム部３８の先端が、上記スイングカム４５の凹部５３内へ差し込まれている。これで、吸気用カム１５とスイングカム４５との間にセンタロッカアーム３５を介在させている。そして、アーム部３８の傾斜面４０は、凹部５３の底面で形成された受け面５３ａにスライド自在に突き当てられている。これで、吸気用カム１５の変位が、中継用アーム部３８から、滑りを伴いながら、スイングカム４５へ伝達されるようにしてある。

支持機構７０には、図２および図４に示されるような、制御アーム７２を用いてセンタロッカアーム３５を揺動自在に支持する支持部７７と、同センタロッカアーム３５の位置を調整可能とした調整部８０とを組み合わせた構造が用いられている。このうち支持部７７について説明すると、シャフト部分１１ｃの下部周壁には、シャフト部分１１ｃの軸心と直交する向きで、通孔７３が形成されている。制御アーム７２は、円形断面をもつ軸部７４と、同軸部７４の一端に形成された円板状のピン結合片７５と、同ピン結合片７５に形成された支持孔７５ａ（図４に図示）とを有して形成されている。この軸７４の端部がシャフト部分１１ｃの下部から通孔７３に差し込まれている（挿入）。なお、差し込まれた軸部７４は、軸方向および周方向に対して移動自在である。この軸部７４の端が、後述する調整部８０の部品に突き当たっている。ピン結合片７５は、二股に分かれた支点用アーム部３９内に挿入される。そして、アーム部３９および支持孔７５ａには、ピン４２が挿通され、支点用アーム部３９の先端部と、シャフト部分１１ｃから突き出た制御アーム７２の端部との相互を吸気用カム１５の起伏方向（カムシャフト１０の軸心と直交する方向）に回動自在に結合させている。この結合により、センタロッカアーム３５は、吸気用カム１５が回転すると、ピン４２を揺動支点Ｓ１に揺動（上下）されるようにしている。そして、このセンタロッカアーム３５の動きに連動して、スイングカム４５が、支持シャフト１３を支点とし、短シャフト５２を作用点（センタロッカアーム３５からの荷重が作用する点）とし、カム面４９を力点（ロッカアーム２５を駆動させる点）として、周期的に揺動されるようにしている。なお、ロッカアーム２５、センタロッカアーム３５およびスイングカム４５の相互間は、円滑な動きが確保されるよう、付勢手段、例えばプッシャ８６で密接する方向に付勢させてある。

またロッカシャフト１１の端部には、アクチュエータとして、例えば制御用モータ４３（図１および図４に図示）が接続されている。これで、ロッカシャフト１１を軸心回りに駆動（回動）される構造にしている。このロッカシャフト１１の回動により、制御アーム７２が、例えば図５および図６に示される略垂直となる姿勢から、図７および図８に示されるカムシャフト回転方向に大きく傾いた姿勢まで可変できるようにしている。この制御アーム７２の姿勢の変化から、センタロッカアーム３５を、シャフト部分１１ｃの軸方向と交差する方向に移動（変位）できるようにしている。つまり、図５〜図８に示されるようにカムフォロア３６の吸気用カム１５に対する転接位置が変更（進角方向や遅角方向）できるようにしている。この転接位置の可変により、スイングカム４５のカム面４９の姿勢を変化させて、吸気バルブ５の開閉タイミングや開弁期間やバルブリフト量が、同時に連続的に可変される構造にしている。具体的には、カム面４９には、例えば支持シャフト１３の中心からの距離が変化する曲面が用いられている。これには、例えば図１中に示されるようにカム面４９の上部側をベース円区間α、すなわち図１中に示されるように支持シャフト１３の軸心を中心とした円弧面で形成された区間とし、下部側をリフト区間β、すなわち上記円弧に連続した反対向きの円弧面及びそれに続く反対向きの円弧面、具体的には例えば吸気用カム１５のリフト域のカム形状と同じような円弧面で形成される区間としてある。このカム面４９により、カムフォロア３６が吸気用カム１５の進角方向あるいは遅角方向へ変位すると、スイングカム４５の揺動範囲が変化して、ローラ部材３０が接するカム面４９の領域が変化するようにしてある。つまり、吸気用カム１５の位相が進角方向あるいは遅角方向へずれながら、ローラ部材３０が行き交うベース円区間αとリフト区間βの比率が変わるようにしてある。

調整部８０には、例えば図２〜図４に示されるようにねじ部材８２で、差し込まれた制御アーム端を支持する構造が用いられている。具体的には、ねじ部材８２は、通孔７３とは反対側となるシャフト部分１１ｃの地点（上部周壁）から、進退可能に螺挿されている。このねじ部材８２の挿入端が、通路７３内の途中で、制御アーム７２の端と突き当たり、制御アーム７２を支持させている。これにより、ねじ部材８１を回転操作すると、シャフト部材１１ｃから突き出る軸部７４の突出量が可変され、吸気用カム１５の転接位置の変更から、吸気バルブ５の開弁時期や閉弁時期が調整されるようにしている。但し、８３は、ねじ部材８１を回転操作するための、ねじ部材８１の上端面に形成した例えば十字形の溝部、８４は、ねじ部材８１の端部にねじ込まれたロックナット、８４ａは同ロックナット８４の座面を形成する切欠きを示す。

ここまでの構成で得られる変動弁装置２０の作用を図５〜図８を参照して説明すると、今、図２中の矢印方向に示されるようにエンジンの運転により、カムシャフト１０が回転しているとする。

このとき、センタロッカアーム３５のカムフォロア３６は、吸気用カム１５を受けていて、同カム１５のカムプロフィールにならい駆動される。これにより、センタロッカアーム３５は、ピン４２（揺動支点）を支点として、上下方向へ揺動する。

スイングカム４５の受け面５３ａは、傾斜面４０から、センタロッカアーム３５の揺動変位を受けている。ここで、受け面５３ａと傾斜面４０とはスライド可能であるから、スイングカム４５は、傾斜面４０をすべりながら、該傾斜面４０で押し上げられたり下降したりするといった揺動運動を繰り返す。このスイングカム４５の揺動により、カム面４９は上下方向へ往復する。

このとき、カム面４９は、ロッカアーム２５のローラ部材３０と転接しているから、カム面４９でローラ部材３０を周期的に押圧する。この押圧を受けてロッカアーム２５は、ロッカシャフト１１を支点に駆動（揺動）され、吸気バルブ５（一対）を開閉させる。

ここで、アクセルペダル（図示しない）の踏操作により、エンジンが高回転運転されるとする。すると、モータ４３（アクチュエータ）は、そのアクセル信号を受けて、ロッカシャフト１１を回動させ、制御アーム７２を、例えば最大バルブリフト量が確保される地点、例えば図５および図６に示されるような垂直姿勢となる地点まで移動（回動）させる。すると、制御アーム７２の移動（回動）を受けて、センタロッカアーム３５は、吸気用カム１５上を回転方向に沿って変位する。これにより、センタロッカアーム３５と吸気用カム１５との転接位置は、吸気用カム１５上を遅角方向あるいは進角方向に沿ってずれ、図５および図６に示されるようにスイングカム４５のカム面４９を垂直に近い角度となる姿勢に位置決める。

このカム面４９の姿勢により、図５および図６に示されるようにカム面４９のローラ部材３０が行き交う領域（比率）は、最大のバルブリフト量をもたらす領域、すなわち最も短いベース円区間αと最も長いリフト区間βとに設定される。つまり、ロッカアーム２５は、狭いベース円区間αと最も長いリフト区間βとがなすカム面部分にしたがって駆動される。これで、吸気バルブ５は、例えば図９中のＡ１の線図に示されるような最大バルブリフト量、さらには吸気行程にならう開閉タイミングで開閉される。

またこの状態からアクセルペダル（図示しない）を戻して、低・中回転運転を行なうと、制御モータ４３の駆動により、ロッカシャフト１１が、図７および図８に示されるようにピン４２が吸気用カム１５へ接近する方向に回動する。すると、この制御アーム７２の回動を受けて、センタロッカアーム３５は、吸気用カム１５上を回転方向前側へ移動する。これにより、センタロッカアーム３５と吸気用カム１５との転接位置（当接位置）は、図７および図８に示されるように吸気用カム１５上を進角する方向へずれる。この転接位置の変更により、カム位相の開弁時期が早まる。また傾斜面４０も、センタロッカアーム３５の移動を受けて、当初の位置から受け面５３ａ上を進角方向へスライドする。

このときのセンタロッカアーム３５の移動により、スイングカム４５は、図７および図８に示されるようにカム面４９が下側へ傾く姿勢に変わる。傾きが大きくなるにしたがい、ローラ部材３０が行き交うカム面４９の領域は、ベース円区間αが次第に長く、リフト区間βが次第に短くなる比率に変わる。この可変したカム面４９のカムプロフィールがローラ部材３０へ伝達されるにしたがい、ロッカアーム２５は、開弁時期を早めながら揺動駆動される。

これにより、吸気バルブ５は、例えば図９中に示される最大バルブリフト量Ａ１から、センタロッカアーム３５のピン位置（揺動支点）が最大限に傾いた地点の最小バルブリフト量Ａ６までの如く制御される。すなわち、吸気バルブ５は、エンジンの高回転運転から低回転運転まで、吸気バルブ５の開閉タイミングとバルブリフト量とは、最大バルブリフト時とほぼ同じ開弁時期から開弁するタイミングを保ち、かつ閉弁時期を大きく変化させながら、同時に連続的に可変される。

むろん、多気筒（ここでは４気筒）は、ロッカシャフト１１（制御シャフト）が気筒間で共通なため、このような吸気バルブ５の特性の可変がいずれの気筒１ａでも行なわれる。

こうしたバルブ位相の可変を行なう、ロッカシャフト１１（本願の制御シャフトを兼ねる）、センタロッカアーム３５に、これら部品に加わる荷重の負担を軽減する工夫が施されている。

この工夫には、図１０に示されるように、エンジンが高バルブリフトおよび高回転運転時において（本願では、図９中のＡ１やその付近のバルブ特性が相当）、ロッカシャフト１１やセンタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１（揺動中心）に、開弁する際の最大荷重、閉弁する際の最大荷重が、交番的に作用させる技術が用いられている。これには、図６に示されるように高バルブリフトおよび高回転運転のとき、最大リフト付近でセンタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１に働く荷重方向（α３の向き）が、揺動支点Ｓ１とロッカシャフト１１（制御シャフト）の中心Ｓ２とを結んだ線Ｌ３と概ね平行となるように配置させた構造が用いられる。なお、図６でのα３は最大リフト時のセンタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１に働く荷重であり、吸気用カム１５とセンタロッカアーム３５とが接する法線方向（Ｌ１）に生じる荷重α１とスイングカム４５からセンタロッカアーム３５に接する面の法線方向に生じる荷重β１との合力となる。荷重α３はスイングカム４５が揺動している間に向き、大きさが連続的に変化する。図１０に示されるように高バルブリフトおよび高回転運転のとき、吸気カム１５のリフトに合わせてスイングカム４５が揺動すると揺動支点Ｓ１に生じる荷重（図６のα３）の軌跡はＱ１からＱ２となる。スイングカム４５が開弁方向に回動する際、揺動支点Ｓ１には、軌跡Ｑ１に示される如くロッカシャフト１１の回動中心Ｓ２から一方側（右側）へ最大荷重が作用し、またスイングカム４５が閉弁方向に回動する際、揺動支点Ｓ１には、軌跡Ｑ２に示される如くロッカシャフト１１の回動中心Ｓ３から他方側（左側）へ荷重が作用するようにしている。

センタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１、ロッカシャフト１１の回動中心Ｓ２は、こうした軌跡Ｑ１がもたらす最大荷重Ｐ１（スイングカム４５が開弁方向に回動する際に生じる最大荷重）が揺動支点Ｓ１に発生するＴ１方向の最大地点と、Ｑ２がもたらす最大荷重Ｐ２（スイングカム４５が閉弁方向に回動する際に生じる最大荷重）が揺動支点Ｓ１に発生するＴ２方向の最大地点との間の領域、すなわち荷重方向が交互に反転して交番的に揺動支点Ｓ１に作用する交番領域Ｒ（図１０に図示）に配置させてある（高バルブリフト・高回転運転時）。この配置により、高バルブリフト・高回転運転時には、開弁方向の荷重と閉弁方向の荷重との合力でなく、どちらか一方の荷重が交互にロッカシャフト１１に加わるようにしている。同構造により、スイングカム４５が開弁方向に回動する際は、ロッカシャフト１１には反時計方向の回転トルク（正）を発生させ、スイングカム４５が閉弁方向に回動する際は、ロッカシャフト１１に時計方向の回転トルク（負）を発生させるようにしている。特にロッカシャフト１１には、均等に時計方向、反時計方向へ回転トルクが作用するよう、揺動支点Ｓ１、回動中心Ｓ２は、ロッカシャフト１１に反時計方向回りの最大トルクを発生させるＴ１方向の荷重と、ロッカシャフト１１に時計方向回りの最大トルクを発生させるＴ２方向の荷重とが略均等になる地点に配置させている（高バルブリフト・高回転運転時）。

またロッカシャフト１１に生じる気筒毎の正負（時計方向回り、反時計方向回り）の回転トルクが、当該共通のロッカシャフト１１上で相殺されるよう、図１１に示されるようにセンタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１は（高バルブリフト・高回転運転時）、現気筒のスイングカム４５が閉弁方向に揺動する際に生じるロッカシャフト１１の回転トルクに対して、次気筒のスイングカム４５が開弁方向に揺動する際に生じるロッカシャフト１１の回転トルクの方向が逆転する方向Ｘに配置させてある。さらにセンタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１は（高バルブリフト・高回転運転時）、図１１に示されるように現気筒の揺動支点Ｓ１にスイングカム４５が閉弁方向に揺動する際に生じる最大荷重が発生するタイミングよりも早く、次気筒の弁リフトが開く（開弁作動を開始する）、もしくは、次気筒のスイングカム４５が開弁方向に揺動する際に生じる最大荷重が発生するタイミングよりも遅く、現気筒の弁リフトが閉じる（閉弁作動を終了する）ように配置させてある。

このように高バルブリフトおよび高回転運転時（図９中のＡ１，Ａ２付近のバルブ特性）において、センタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１に対してロッカシャフト１１の回動中心Ｓ２の方向が開弁の際に生じる最大荷重Ｐ１と閉弁の際に生じる最大荷重Ｐ２との略中央となるように配置している。これにより、開弁の際に生じるＴ１方向の最大荷重と閉弁じるの際に生じるＴ２方向の最大荷重が小さく設定できるため、ロッカシャフト１１に働くトルクは小さく設定できる。

それ故、簡単なセンタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１、ロッカシャフト１１の回動中心Ｓ２の配置構造だけで、過大な荷重を要因としたロッカアーム１１の捩れ変形を抑えることができる。これにより、設定されたバルブ特性が再現でき、エンジンの出力向上、燃費向上の向上を図ることができる。しかも、センタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１やロッカシャフト１１（制御シャフト）に与える負担は抑えられるから、揺動支点Ｓ１やロッカシャフト１１は、剛性の高い部材や部品を用いずにすみ、ロッカシャフト１１含め該シャフト１１の周辺がコンパクト化できる。そのうえ、ロッカシャフト１１を回動操作するアクチュエータ、ここでは制御用モータ４３は、荷重Ｐ１、Ｐ２のうちの大きな回転トルク（時計方向、反時計方向）に打ち勝つ回転トルクを発生させるモータであればよく、小形ですむ。

さらには、最大荷重Ｐ１，Ｐ２はロッカシャフト１１や支持機構７０（特に制御アーム７２）に曲げ等の荷重として働くが、ロッカシャフト１１の回動中心Ｓ２の方向が開弁の際に生じる最大荷重Ｐ１と閉弁の際に生じる最大荷重Ｐ２との略中央となるように配置していることで、ロッカシャフト１１については支持機構７０の取り付けに伴う断面形状がＳ１とＳ２を結ぶＬ３に対して略対称とすることができる。これにより、最大荷重Ｐ１，Ｐ２の両方に適応した最適形状化によりコンパクトに設計することができる。また、同様に制御アーム７２についても曲げ荷重が最小に設定でき、たわみによるリフト変化や保持部のフレッティング摩耗が防げる上、コンパクトに設計することができる。

特に多気筒のエンジンのために、共通なロッカシャフト１１（制御シャフト）を用いて、気筒毎に可変動弁装置２０を駆動する構造とした場合、図１３に示されるようにセンタロッカアーム３５の揺動支点Ｓ１は、現気筒の閉弁方向に揺動する際に生じるロッカシャフト１１の回転トルクに対して、次気筒が開弁方向に揺動する際に生じるロッカシャフト１１の回転トルクの方向が逆転する方向Ｘに配置してあるので、ロッカシャフト１１上に生じる正負（時計方向回り、反時計方向回り）の回転トルクは、図１１に示されるように細線で示す前気筒分の回転トルク、破線で示す現気筒分の回転トルク、細い破線で示す次気筒分の回転トルクが互いに相殺される。このため、ロッカシャフト１１上の回転トルクは、図１１中の太線の回転トルクに示されるようにトルクピークが低く、平均トルク値が小さい回転トルクの発生ですみ、ロッカシャフト１１（制御シャフト）、制御用モータ４３は、多気筒エンジンでも負担は小さくてすむ。しかも、図１１に示されるように現気筒の閉弁するときに生じるロッカシャフト１１（制御シャフト）の最大荷重が発生するタイミングより早く、次気筒の弁リフトが閉弁するようにしたり、あるいは反対に次気筒の開弁するときに生じる最大荷重が発生するタイミングよりも遅く、現気筒の弁リフトが閉弁するようにバルブリフトを設定すると、効果的に、前気筒分の最大荷重、現気筒分の最大荷重、次気筒分の最大荷重といった各荷重の最大値を低減することができ、一層、ロッカシャフト１１（制御シャフト）、制御用モータ４３は、負担が小さくてすむ
なお、本発明は一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。上述した一実施形態では、吸気側のロッカシャフトを制御シャフトとして兼用させた構造を採用したが、別途、制御シャフトを用いた構造でも構わない。また上述した一実施形態では、本発明を吸気バルブ側に適用したが、これに限らず、排気バルブ側に本発明を適用してもよい。また上述の一実施形態では、本発明をＳＯＨＣ式動弁系（１本のカムシャフトで吸気バルブと排気バルブを駆動する構造）のエンジンに適用したが、これに限らず、ＤＯＨＣ式動弁系（カムシャフトが吸気側と排気側とに専用にある構造）のエンジンに本発明を適用してもよい。

本発明の一実施形態に係る可変動弁装置を搭載したシリンダヘッドの平面図。 図１中のＡ−Ａ線に沿う可変動弁装置およびシリンダヘッドの断面図。 同可変動弁装置の平面図。 同可変動弁装置の分解斜視図。 同可変動弁装置の最大バルブリフト制御時におけるカム面のベース円区間にロッカアームが当接しているときの状態を示す断面図。 同じくカム面のリフト区間にロッカアームが当接しているときの状態を、バルブ駆動力およびそのとき伝達アームに作用する力と共に示す断面図。 同可変動弁装置の最小バルブリフト制御時におけるカム面のベース円区間にロッカアームが当接しているときの状態を示す断面図。 同じくカム面のリフト区間にロッカアームが当接しているときの状態を示す断面図。 同可変動弁装置の性能を示す線図。 高バルブリフト・高回転運転時、伝達アームの揺動支点に作用する荷重の挙動を説明するための図。 制御シャフト上に生じる回転トルクを示す線図。

符号の説明

５…吸気バルブ、６…排気バルブ、１０…カムシャフト、１１…吸気側のロッカシャフト（制御シャフト）、１３…支持シャフト、１５…吸気用カム（カム）、２０…可変動弁装置、２５…吸気用のロッカアーム（ロッカアーム）、３５…センタロッカアーム（伝達アーム）、４２…ピン、４５…スイングカム（揺動カム）、４９…カム面、Ｓ１…伝達アームの揺動支点、Ｓ２…制御シャフトの回動中心、Ｔ１…開弁するときに生ずる最大荷重方向、Ｔ２…閉弁するときに生ずる最大荷重方向。

Claims (2)

1. 複数の気筒を有した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形成されたカムと、
   前記内燃機関に揺動自在に設けられ、吸気バルブ又は排気バルブを駆動するカム面を有
   する揺動カムと、
   前記揺動カムと前記カムとの間に介在され、前記カムの変位を前記揺動カムに伝達する
   伝達アームと、
   前記内燃機関に回動可能に設けられ、前記伝達アームを揺動自在に支持し、かつ回動変
   位により該伝達アームの前記カムと当接する位置を変更可能とし、該位置変更により前記
   吸気バルブ又は排気バルブのバルブ特性を制御可能とする制御シャフトとを有し、
   前記揺動カムおよび前記伝達アームは、前記内燃機関の気筒毎に設けられ、
   前記制御シャフトは、少なくとも２つの気筒の伝達アームをそれぞれ揺動自在に支持す
   る共通のシャフト部材から構成され、
   前記伝達アームの揺動支点と前記制御シャフトの回動中心とは、
   前記内燃機関の高バルブリフトおよび高回転運転時において、前記伝達アームの揺動支
   点に前記揺動カムが開弁方向に揺動する際に生じる最大荷重方向とそれとは反対の前記揺
   動カムが閉弁方向に揺動する際に生じる最大荷重方向との間に配置され、且つ、
   前記伝達アームの揺動支点は、現気筒の前記揺動カムが閉弁方向に揺動する際に生じる
   制御シャフトの回転トルクに対して、次気筒の揺動カムが開弁方向に揺動する際に生じる
   制御シャフトの回転トルクの方向が逆転する方向に配置される
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記気筒毎の伝達アームの揺動支点は、現気筒の伝達アームの揺動支点に前記揺動カム
   が閉弁方向に揺動する際に生じる最大荷重が発生するタイミングよりも早く、次気筒が開
   弁動作を開始する、もしくは、次気筒の揺動カムが開弁方向に揺動する際に生じる最大荷
   重が発生するタイミングよりも遅く、現気筒が閉弁動作を終了するように設定されること
   を特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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