JP2006274903A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 部品点数が少なく、且つ、簡易な構成でリフトの特性を変更することができる内燃機関の可変動弁装置を提供する。
【解決手段】 ロッカシャフト(16)は、内燃機関の吸気弁又は排気弁の開閉駆動を行うロッカアーム機構(20)に係合されており、中空丸棒状に形成され、内周側に設けられた貯油路(26)と、貯油路に連通して内周側と外周側とを貫通し、外周側に開口(46)を備えた油導入路(36)とを含み、開口の開放及び閉鎖がロッカシャフトの回動によって選択され、吸気弁又は排気弁のリフトの特性を変更する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、吸排気系バルブのリフトの特性を連続的に変更可能な内燃機関の可変動弁装置に関する。

この種の可変動弁装置は、内燃機関の運転状態に応じて吸気弁や排気弁のリフトの特性（駆動位相及びリフト量）が連続的に変更可能であり、これにより、例えば自動車用エンジンでは排ガス浄化促進や燃費低減等が達成される。
ここで、この可変動弁装置はシリンダヘッドに配設されており、吸気弁や排気弁の開閉駆動を行うロッカアーム機構を備えている。また、ロッカアーム機構にはロッカシャフトが係合されており、ロッカアーム機構等の剛性を確保すべく、せん断応力の作用する部材を不要にした技術が本出願人から提案されている（特願２００３−３４０８３４号）。これにより、内燃機関の高性能化にも対応可能となる。

ところで、上記可変動弁装置では、油圧を利用してリフトの特性を変更している。具体的には、上記ロッカシャフトの内部にエンジンオイルが供給される通路を形成し、この通路をロッカシャフトに続く通路に配設されたオイルコントロールバルブによって開閉している。そして、このオイルコントロールバルブの動作量は、エンジン回転速度に応じて例えば制御ゲインの設定等によって決定されている。

しかしながら、リフトの特性変更にあたり、上述した電気的な信号に基づく油圧の切り換え制御の構成では、装置の部品点数の増加を招き、製造コストの点では依然として課題が残されている。また、油圧制御の構成が複雑になるとの問題がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、部品点数が少なく、且つ、簡易な構成でリフトの特性を変更することができる内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するべく、請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置は、内燃機関の吸気弁又は排気弁の開閉駆動を行うロッカアーム機構と、内燃機関に回動自在に設けられ、ロッカアーム機構に係合されるロッカシャフトと、内燃機関に回動自在に設けられ、ロッカアーム機構を駆動させるカムを備えたカムシャフトとを具備し、ロッカシャフトは、中空丸棒状に形成され、内周側に設けられた貯油路と、貯油路に連通して内周側と外周側とを貫通し、外周側に開口を備えた油導入路とを含み、開口の開放及び閉鎖がロッカシャフトの回動によって選択され、吸気弁又は排気弁のリフトの特性が変更されることを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、ロッカシャフトは、外周側から埋設されるストッパ部材を有し、ロッカアーム機構は、ロッカシャフトの軸心を支点として揺動し、吸気弁又は排気弁を駆動可能なアームを具備し、アームは、ストッパ部材の回動範囲を規制することにより、ロッカシャフトの回動範囲を一定範囲内に保持する回動角規制溝を備えていることを特徴としている。

更に、請求項３記載の発明では、ロッカシャフトは、外周側に形成された油導出路を更に含み、アームは、開口の開放位置に対峙した油導入室と、油導入室内の油を排出させる油排出路とを更に備え、吸気弁又は排気弁のリフト量を最小にする場合には、油導入路と油導入室とが連通する一方、吸気弁又は排気弁のリフト量を最大にする場合には、油導入路と油導入室とが連通せず、油導入室と油導出路とが連通するとともに、油導出路と油排出路とが連通することを特徴としている。

従って、請求項１記載の本発明の内燃機関の可変動弁装置によれば、ロッカシャフトがリフトの特性を変更する機能を備えている。詳しくは、ロッカシャフトの内周側に設けられた貯油路は、油導入路を介してその外周側に設けられた開口に連通し、ロッカシャフトの回動に応じて開口の開放と閉鎖とが切り換えられている。つまり、貯油路からの油の圧力は、オイルコントロールバルブを設けることなく、ロッカシャフトの回動との機械的な構成によって制御される。この結果、部品点数の少ない可変動弁装置が得られ、製造コストの削減を図ることができるとともに、リフトの特性変更が容易になり、この装置の信頼性の向上にも寄与する。

また、請求項２記載の発明によれば、ロッカシャフトが回動によってリフトの特性を変更するにあたり、ストッパ部材がロッカシャフトの回動範囲を一定範囲内に保持することから、リフトの特性が確実に変更可能となるし、装置の信頼性がより一層向上する。
更に、請求項３記載の発明によれば、ロッカシャフトの貯油路内の油は、リフト量を最小にする場合にはアーム内の油導入室内に導入されるが、リフト量を最大にする場合には油導入室に導入されない。そして、このリフト量を最大にする場合には、油導入室内の油はロッカシャフトの油導出路を経てアームの油排出路から排出されるので、油導入室内の油圧を最大値から最小値にまで速やかに移行可能となる。よって、リフト量の切り換え動作をスムーズに行うことができる。

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は本実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置を示す。同図に示されるように、当該可変動弁装置２は自動車エンジンのシリンダヘッド４に配設され、ロッカアーム機構２０を介して吸気弁６，６を駆動し、吸気通路を開閉している。
シリンダヘッド４にはカムシャフト１２が回動自在に設けられており、図示しないクランクシャフトの回転に応じ、カム１０の回転がロッカアーム機構２０の往復揺動に適宜変換され、吸気弁６に対して下方向に向かう力を作用させて吸気通路を開く。一方、この吸気弁６には閉弁付勢ばね８が配設されており、吸気弁６に対して上方向に向かう力を作用させて吸気通路を閉じる。

また、シリンダヘッド４にはロッカシャフト１６が回動自在に設けられ、ロッカシャフト１６とカムシャフト１２とは平行に配設されている。また、ロッカシャフト１６にはロッカアーム機構２０が係合されており、ロッカシャフト１６がウォーム及びウォームホイール１９を介してアクチュエータ１８によって回動されると、吸気弁６のリフトの特性（駆動位相及びリフト量）が連続的に変更される。

そして、本実施形態のロッカシャフト１６は中空丸棒状に形成され、その内周側にはエンジンオイルが供給されている。詳しくは、図２に示されるように、この内周側には貯油路２６が設けられ、エンジンオイルが常に貯留されている。このロッカシャフト１６の内周側と外周側とは油導入路３６によって貫通され、貯油路２６と油導入路３６とが連通している。また、この油導入路３６にはロッカシャフト１６の外周側部分に開口４６が備えられている。一方、ロッカシャフト１６の上側の外周部分には周方向に沿って油導出路５６が形成されているのに対し、ロッカシャフト１６の下側の外周部分にはストッパピン（ストッパ部材）８１が軸心に向けて埋設されている。

本実施形態のロッカアーム機構２０は、バルブ駆動アーム（アーム）２１及び変位伝達アーム２２の２つのアームから構成されている。
具体的には、バルブ駆動アーム２１は吸気弁６を押圧する先端部３１を有し、この先端部３１にはアジャストスクリュー１５１が設けられている。この先端部３１はアジャストスクリュー１５１とは反対側に向けて延出されたシリンダ４１に連なっており、先端部３１とシリンダ４１との間には、ロッカシャフト１６に揺動自在に支持される揺動支持部１６１，１６１が設けられ、この揺動支持部１６１の内側にはロッカシャフト１６に挿通されるシャフト嵌挿部６１が設けられている。このように、バルブ駆動アーム２１はロッカシャフト１６に揺動自在に支持され、ロッカシャフト１６の軸心を支点として揺動して吸気弁６を駆動させる。

更に、先端部３１とシリンダ４１との間には、シャフト嵌挿部６１に開口部分を有し、略上方向に向けて延びる油排出路９１が備えられており、この油排出路９１はロッカシャフト１６の回動に応じて上記油導出路５６と適宜連通する。
このシリンダ４１内には伝達ピストン１０１が配設され、シリンダ４１のロッカシャフト１６側と伝達ピストン１０１とによって区画された空間が油導入室５１として形成されている。そして、上記油導入路３６の開口４６の開放時には貯油路２６からのエンジンオイルが油導入室５１に導入される。この油導入室５１はロッカシャフト１６の回動に応じて上記油導出路５６と適宜連通される。一方、シリンダ４１の上端部分には蓋部１２１が嵌合され、この蓋部１２１と伝達ピストン１０１との間には復帰用ばね１１１が設けられている。これにより、伝達ピストン１０１が油導入室５１の上部を閉塞して外部への油漏れを防止する。

更に、このシリンダ４１は変位伝達アーム２２側が部分的に開放されており、その開放部分からは伝達ピストン１０１が表出している。詳しくは、この伝達ピストン１０１は長手方向の断面が略コの字状に形成され、伝達ピストン１０１の外周部分に形成された当接面部１３１と、当接面部１３１に隣接して長手軸心に向けて窪みを有する係合凹部１４１とを備えている。これら係合凹部１４１及び当接面部１３１が変位伝達アーム２２側に向けて配設され、油導入室５１内の油圧に応じて上記開放部分から適宜表出する。

一方、シャフト嵌挿部６１の下側であって、揺動支持部１６１に狭持された空間部分は回動角規制溝７１として形成されている。詳しくは、この回動角規制溝７１は、その両端位置にてストッパピン８１と当接することにより、ストッパピン８１の回動範囲を規制し、ロッカシャフト１６の回動範囲を一定範囲内に保持する。そして、ロッカシャフト１６の回動変位はカム１０に対するバルブ駆動アーム２１の回転位相を遅角側或いは進角側に変更させる。この結果、吸気弁６のリフトの特性が連続的に変更されることになる。

ところで、上記変位伝達アーム２２は、揺動支持部１６１の外周側に嵌合される揺動支持部３２を有し（図１）、ロッカシャフト１６に揺動自在に支持され、ロッカシャフト１６の軸心を支点として揺動する。変位伝達アーム２２はロッカシャフト１６とは反対側の位置に配置されたローラ支持軸５２を備え、このローラ支持軸５２にはカム１０に当接される当接ローラ４２が設けられている。また、変位伝達アーム２２は、伝達ピストン１０１に向けて延出された伝達腕部６２を備えており、伝達ピストン１０１と伝達腕部６２との当接位置に応じて、カム１０の変位をバルブ駆動アーム２１に伝達するように構成されている。なお、この変位伝達アーム２２は図示しないリターンスプリングのばね力Ｆを受けている。このばね力Ｆは当接ローラ４２をカム１０に接触させる時針回り方向に常時作用している。

次に、本実施形態の可変動弁装置２の動作について説明する。
図２においてカムシャフト１２が反時針回りに回動されると、カム１０のカム曲線に従い、変位伝達アーム２２はロッカシャフト１６の軸心に対して揺動する。詳しくは、同図（ｂ）に示されるように、変位伝達アーム２２はカムノーズ部１４の頂点に近づくに連れて反時針回りに揺動し、カム１０が当接ローラ４２を押し上げると、伝達腕部６２が伝達ピストン１０１の当接面部１３１を押し上げる。これにより、バルブ駆動アーム２１がロッカシャフト１６の軸心に対して反時針回りに揺動することから、吸気弁６は通常のリフト量で下方に向けて移動して吸気通路が開かれる。

図２でみて、このときのストッパピン８１は回動角規制溝７１の略中央位置を中心にしてロッカシャフト１６とともに回動するが、この回動範囲では貯油室２６のエンジンオイルが油導入室５１には流れない。なお、この回動角規制溝７１の左端位置は伝達腕部６２と当接面部１３１との当接を保持し、且つ、バルブ駆動アーム２１の揺動を確保するための位置として設定されている。

ここで、進角側、つまり、図３（ａ）でみてロッカシャフト１６が反時針回りに角度αだけ回動されると、ストッパピン８１が回動角規制溝７１の右端位置に当接され、その位置に固定される。これにより、エンジンの振動によるガタつきを防止する。また、この回動角規制溝７１の右端位置は伝達腕部６２が後述の復帰時に係合凹部１４１から当接面部１３１に向けて速やかに移動するための位置として設定されている。休筒時には上記リターンスプリングによる時針周りのばね力Ｆのみがバルブ駆動アーム２１及び変位伝達アーム２２に作用しており、伝達腕部６２と係合凹部１４１との係合力が増すからである。

更に、この回動角規制溝７１の右端位置はロッカシャフト１６内の貯油室２６のエンジンオイルがシリンダ４１内の油導入室５１に流れるための位置として設定されている。換言すれば、このロッカシャフト１６の回動により、油導入路３６と油導入室５１とが連通する、つまり、油導入路３６の開口４６が油導入室５１に対峙して開放され、貯油室２６のエンジンオイルが油導入室５１に流れ込み、油導入室５１内の油圧が上昇する。そして、所定の油圧に達すると、伝達ピストン１０１が復帰用ばね１１１の付勢力に抗して蓋部１２１側に向けて押し上げられる。これにより、伝達腕部６２と当接面部１３１との当接が解かれる。

次いで、同図（ｂ）に示されるように、当接ローラ４２がカムノーズ部１４との当接によって押し上げられると、変位伝達アーム２２はロッカシャフト１６の軸心に対して反時針回りに揺動し、伝達腕部６２が係合凹部１４１に係合される。このように、変位伝達アーム２２はロッカシャフト１６の軸心に対して反時針回りに揺動するが、伝達腕部６２が係合凹部１４１に受容されたままになるので、カム１０の変位は空振り状態となってバルブ駆動アーム２１は揺動せず、吸気弁６のリフト量が略零になって休止状態となる。

一方、図３よりも遅角側、つまり、図４でみてロッカシャフト１６が上記休筒時から時針回りに角度αだけ回動されると、油導入路３６と油導入室５１とが連通が解かれる。つまり、油導入路３６の開口４６がシャフト嵌挿部６１に接して閉鎖され、貯油室２６のエンジンオイルは油導入室５１に向けて流れない。
しかしながら、このロッカシャフト１６の回動により、油導入室５１と油導出路５６とが連通する。更に、当接ローラ４２がカムノーズ部１４によって再び押し上げられる時点まではこの油導出路５６と油排出路９１とが連通し、油導入室５１内の油は油導出路５６及び油排出路９１を介して排出され、図示しないオイルパンに向かう。

そして、再び図２（ａ）に示されるように、油導入室５１内の油圧が下降すると、伝達ピストン１０１が復帰用ばね１１１の付勢力によって蓋部１２１側から離れてロッカシャフト１６に向けて押し下げられる。これにより、伝達腕部６２と係合凹部１４１との係合が速やかに解かれ、伝達腕部６２が当接面部１３１に対峙して当接される。
その後、再び図２（ｂ）に示されるように、当接ローラ４２がカムノーズ部１４との当接によって押し上げられると、変位伝達アーム２２はロッカシャフト１６の軸心に対して反時針回りに揺動し、伝達腕部６２が当接面部１３１を押し上げ、バルブ駆動アーム２１はカム１０の回転角の小さいうちから吸気弁６を開弁駆動させるように機能する。

このように、本実施形態の可変動弁装置２では、吸気弁６のリフトの特性をロッカアーム１６の回動割合に応じて連続的に変更することができる。そして、このリフトの特性を高回転、高負荷の大吸気量が要求される場合には遅角側に変更し、一方、低回転、低負荷の小吸気量が要求される場合や、排ガス後処理装置の活性化のために吸気量を減少させて排ガス温度を上げたい場合等には進角側に変更することにより、自動車用エンジンでは排ガス浄化促進や燃費低減等が達成可能となる。

以上のように、本発明によれば、ロッカシャフト１６が吸気弁６のリフトの特性を変更する機能を備えており、ロッカシャフト１６の内周側に設けられた貯油路２６は、油導入路３６を介してその外周側に設けられた開口４６に連通し、ロッカシャフト１６の回動に応じて開口４６の開放と閉鎖とが切り換えられている。すなわち、貯油路２６からの油の圧力は、従来の如くオイルコントロールバルブを設けることなく、ロッカシャフト１６の回動との機械的な構成によって制御される。この結果、部品点数の少ない可変動弁装置２が得られ、製造コストの削減を図ることができるとともに、リフトの特性変更が容易になり、この可変動弁装置２の信頼性の向上にも寄与する。

また、ロッカシャフト１６が回動によってリフトの特性を変更するにあたり、ストッパピン８１がロッカシャフト１６の回動範囲を一定範囲内に保持することから、リフトの特性が確実に変更可能となるし、動作の不具合が少なくなって可変動弁装置２の信頼性がより一層向上する。
更に、貯油路２６内の油は、休筒時のようにリフト量を最小にする場合には油導入室５１内に導入されるが、通常運転時のようにリフト量を最大にする場合には油導入室５１に導入されない。そして、この油導入室５１内の油は、通常運転時のようにリフト量を最大にする場合には油導出路５６を経て油排出路９１から排出されることから、油導入室５１内の油圧を最大値から最小値にまで速やかに移行でき、リフト量の切り換え動作をスムーズに行える。

以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、吸気弁６のリフトの特性を変更可能な可変動弁装置２について説明されているが、必ずしもこの形態に限定されるものではなく、可変動弁装置２は排気弁を開閉駆動させても良い。この場合にも上記と同様に部品点数が少なく、且つ、簡易な構成でリフトの特性が変更可能となる効果を奏する。そして、この場合のロッカシャフト１６の回動範囲は排気弁の通常運転時及び休筒時制御を行う範囲であって、吸気弁の連続可変制御が可能な範囲に設定することも可能である。

また、ロッカシャフト１６の回動範囲を規制可能であれば、ストッパピン８１に代えてボルトを用いた可変動弁装置であっても良い。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の可変動弁装置の概略構成図である。 図１の可変動弁装置における動作（通常時）を説明する図である。 図１の可変動弁装置における動作（休筒時）を説明する図である。 図１の可変動弁装置における動作（通常時）を説明する図である。

符号の説明

２ 可変動弁装置
６ 吸気弁
１０ カム
１２ カムシャフト
１６ ロッカシャフト
２０ ロッカアーム機構
２１ バルブ駆動アーム（アーム）
２６ 貯油路
３６ 油導入路
４６ 開口
５１ 油導入室
５６ 油導出路
７１ 回動角規制溝
８１ ストッパピン（ストッパ部材）
９１ 油排出路

Claims (3)

1. 内燃機関の吸気弁又は排気弁の開閉駆動を行うロッカアーム機構と、前記内燃機関に回動自在に設けられ、該ロッカアーム機構に係合されるロッカシャフトと、前記内燃機関に回動自在に設けられ、前記ロッカアーム機構を駆動させるカムを備えたカムシャフトとを具備し、
   前記ロッカシャフトは、中空丸棒状に形成され、内周側に設けられた貯油路と、該貯油路に連通して前記内周側と外周側とを貫通し、該外周側に開口を備えた油導入路とを含み、
   前記開口の開放及び閉鎖が前記ロッカシャフトの回動によって選択され、前記吸気弁又は前記排気弁のリフトの特性が変更されることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記ロッカシャフトは、前記外周側から埋設されるストッパ部材を有し、
   前記ロッカアーム機構は、前記ロッカシャフトの軸心を支点として揺動し、前記吸気弁又は前記排気弁を駆動可能なアームを具備し、該アームは、前記ストッパ部材の回動範囲を規制することにより、前記ロッカシャフトの回動範囲を一定範囲内に保持する回動角規制溝を備えてい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。
3. 前記ロッカシャフトは、前記外周側に形成された油導出路を更に含み、
   前記アームは、前記開口の開放位置に対峙した油導入室と、該油導入室内の油を排出させる油排出路とを更に備え、
   前記吸気弁又は前記排気弁のリフト量を最小にする場合には、前記油導入路と前記油導入室とが連通する一方、前記吸気弁又は前記排気弁のリフト量を最大にする場合には、前記油導入路と前記油導入室とが連通せず、該油導入室と前記油導出路とが連通するとともに、該油導出路と前記油排出路とが連通することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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