JP2007138843A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間に供給した潤滑油の漏れを防止しながら、コントロールシャフトのスムーズな移動を確保することができるような可変動弁機構を提供すること。
【解決手段】可変動弁機構３０は、筒状のロッカシャフト３１と、このロッカシャフト３１内に軸方向に移動可能な状態で配設されたコントロールシャフト３２と、ロッカシャフト３１上に配設される可変バルブリフト機構４０とを備えている。ロッカシャフト３１とコントロールシャフト３２との間は、潤滑油が供給されて潤滑されている。ロッカシャフト３１には、排出弁が装着されており、ロッカシャフト３１とコントロールシャフト３２との間の潤滑油が所定の条件で外部へ排出される。
【選択図】図１２

Description

本発明は、エンジンの吸気バルブや排気バルブのバルブ特性を連続的に変更する可変動弁機構に関する。

エンジン（内燃機関）の可変動弁機構として、エンジンバルブ（吸気バルブおよび排気バルブの少なくとも一方のバルブ）の作用角やリフト量のようなバルブ特性を、エンジンの運転状態に応じて連続的に変更可能とする技術が知られている。このような可変動弁機構の一例に、エンジンのシリンダヘッドに固定され、エンジンバルブのカムシャフトと平行に設けられた円筒状のロッカシャフトと、このロッカシャフト内に軸方向に移動可能な状態で配設されたコントロールシャフトと、ロッカシャフト上に配設される複数の可変バルブリフト機構とを備えて構成されているものがある（例えば、特許文献１参照）。

そして、可変バルブリフト機構は、エンジンの各気筒ごとに設けられており、コントロールシャフトと連動して移動可能なスライダギアと、カムシャフトのカムにより駆動される入力アームと、エンジンバルブをリフトさせる出力アームとを備えて構成されている。入力アームおよび出力アームは、スライダギア上に設けられ、軸方向に移動不能な状態でロッカシャフト（コントロールシャフト）を支持する支持部間に配設されている。

スライダギアには、入力アームと噛み合う入力側ヘリカルスプラインと、出力アームと噛み合う出力側ヘリカルスプラインが形成されている。入力側ヘリカルスプラインの歯のねじれの向きと、出力側ヘリカルスプラインの歯のねじれの向きとは、反対方向に形成されている。これに対し、入力アームの内周面にはスライダギアの入力側ヘリカルスプラインに噛み合うヘリカルスプラインが形成されており、出力アームの内周面にも同様に、スライダギアの出力側ヘリカルスプラインに噛み合うヘリカルスプラインが形成されている。

上記構成の可変動弁機構では、カムシャフトのトルクが入力アームに伝達されると、入力アームが揺動され、この入力アームと一体的に揺動する出力アームによってエンジンバルブがリフトされるようになっている。そして、エンジンバルブの作用角やリフト量が次のようにして変更される。すなわち、コントロールシャフトの軸方向への移動に連動してスライダギアが軸方向に移動されると、スライダギアと入力アームおよび出力アームとの軸方向における相対位置が変化する。これにより、スライダギア上の入力アームと出力アームとが相対回転して、両者の相対位相差が変更され、エンジンバルブの作用角やリフト量が連続的に変更されるようになっている。
特開２００１−２６３０１５号公報

上述の可変動弁機構においては、コントロールシャフトをスムーズに駆動して迅速にエンジンバルブの作用角やリフト量を変更するために、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間を潤滑油で潤滑するようにしている。つまり、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間には、油路が形成されており、その油路に外部から潤滑油を供給して、潤滑を行うようにしている。

しかし、その油路に潤滑油を供給するに当たり、ロッカシャフトの端部が開放され、油路が外部に連通されていると、供給された潤滑油がロッカシャフトの開放端からそのまま排出されてしまい、潤滑油保持性や油圧確保の面で好ましくないという問題点がある。また他方では、ロッカシャフトの開放端を蓋で完全に密閉してしまうと、コントロールシャフトの駆動時に潤滑油が抵抗となり、コントロールシャフトのスムーズな駆動が妨げられるという問題点がある。

本発明は、上述した従来技術の問題点を鑑みてなされたものであり、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間に供給した潤滑油の漏れを防止しながら、コントロールシャフトのスムーズな移動を確保することができるような可変動弁機構を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、筒状のロッカシャフトと、このロッカシャフト内に軸方向に移動可能な状態で配設されたコントロールシャフトと、ロッカシャフト上に配設される可変バルブリフト機構とを備え、可変バルブリフト機構には、コントロールシャフトと連動して軸方向に駆動されるスライダと、そのスライダの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、カムシャフトからの力を受ける入力アームと、そのスライダの外周面に、入力アームと係合するヘリカルスプラインとは異なる方向に形成されたヘリカルスプラインと係合し、エンジンのエンジンバルブをリフトさせる出力アームとが設けられ、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間を潤滑油で潤滑するようにした可変動弁機構において、前記ロッカシャフトには、排出弁が装着されており、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油が所定の条件で外部へ排出されることを特徴とする。

このような可変動弁機構では、カムシャフトのトルクが入力アームに伝達されると、入力アームが揺動され、この入力アームと一体的に揺動する出力アームによってエンジンバルブがリフトされる。また、エンジンバルブの作用角やリフト量が次のようにして変更される。すなわち、コントロールシャフトの軸方向への移動に連動してスライダが軸方向に移動されると、スライダと入力アームおよび出力アームとの軸方向における相対位置が変化する。これにより、スライダ上の入力アームと出力アームとが相対回転して、両者の相対位相差が変更され、エンジンバルブの作用角やリフト量が連続的に変更される。また、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間が潤滑油で潤滑され、これにより、コントロールシャフトがスムーズに駆動され、エンジンバルブの作用角やリフト量が迅速に行われる。

そして、上記の構成によれば、排出弁を閉弁すると、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油が保持され、外部へそのまま排出されてしまうことを防止できる。また、排出弁を開弁すると、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油が外部へ排出される。このため、コントロールシャフトの駆動時に開弁すれば、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油に妨げられることなく、コントロールシャフトをスムーズに移動させることができる。このように、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間に供給した潤滑油の漏れを防止しながら、コントロールシャフトのスムーズな移動を確保することができる。

また、本発明の可変動弁機構において、前記排出弁は、弁体が弾性部材の弾性力により閉弁方向に付勢されており、１次側の油圧が所定圧力を超えると開弁されることを特徴としている。

上記構成によれば、排出弁の１次側の油圧が所定圧力以下の場合、弁体により排出弁の１次側と２次側とが遮断されるので、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油が保持され、外部へそのまま排出されてしまうことを防止できる。一方、排出弁の１次側の油圧が所定圧力を超えた場合、弾性部材の弾性力に抗して弁体が移動し、排出弁の１次側と２次側が連通されるので、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油が外部へ排出される。このように、排出弁を開いて潤滑油を逃がすことで、コントロールシャフトが移動して排出弁の１次側の油圧が上昇しても、所定圧力を超えることがなくなる。これにより、ロッカシャフトの端部を完全に密閉した場合とは異なり、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油に妨げられることなく、コントロールシャフトをスムーズに移動させることができる。その結果、可変動弁機構において、エンジンバルブの作用角やリフト量の変更を迅速に行うことができる。以上のように、単純な構成の排出弁でありながら、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間に供給した潤滑油の漏れを防止できるとともに、コントロールシャフトのスムーズな移動を確保することができる。

また、本発明の可変動弁機構において、前記排出弁の弁体を駆動する制御装置を備え、制御装置は、コントロールシャフトの駆動時に弁体を移動して排出弁を開弁することを特徴としている。

上記構成によれば、制御装置による排出弁の開閉がコントロールシャフトの駆動に連動させて行われる。そして、コントロールシャフトの駆動時に排出弁を開いて潤滑油を逃がすことで、コントロールシャフトの駆動による油圧の上昇を抑制することができる。これにより、ロッカシャフトの端部を完全に密閉した場合とは異なり、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油に妨げられることなく、コントロールシャフトをスムーズに移動させることができる。その結果、可変動弁機構において、エンジンバルブの作用角やリフト量の変更を迅速に行うことができる。一方、排出弁を閉じることで、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油が保持され、外部へそのまま排出されてしまうことを防止できる。以上のように、制御装置により開閉される排出弁を用いることによって、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間に供給した潤滑油の漏れを防止できるとともに、コントロールシャフトのスムーズな移動を確保することができる。

また、制御装置による排出弁の開閉の場合、コントロールシャフトの駆動時以外であっても、排出弁を開弁させることが可能である。排出弁の開弁をエンジンの停止に連動させて行わせることも可能であり、この場合、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油を外部へ排出するに際し、オイルスラッジや異物等の不純物を併せて排出することができる。

前記ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の油路に供給される潤滑油によって、その油路に連通する部品間のクリアランスを満たすようにすることが好ましい。これにより、クリアランスに満たされた潤滑油がダンパとして機能して、クリアランスを持った部品間で生じ得る異音や振動を抑制することができる。

本発明によれば、排出弁を閉弁すると、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油が保持され、外部へそのまま排出されてしまうことを防止できる。また、排出弁を開弁すると、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油が外部へ排出される。このため、コントロールシャフトの駆動時に開弁すれば、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油に妨げられることなく、コントロールシャフトをスムーズに移動させることができる。このように、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間に供給した潤滑油の漏れを防止しながら、コントロールシャフトのスムーズな移動を確保することができる。

本発明を実施するための最良の形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

以下では、本発明の可変動弁機構を車両に搭載されるエンジン（内燃機関）に適用した例を挙げて説明する。そして、以下の例では、可変動弁機構を吸気バルブについて適用した場合について述べる。ただし、排気バルブに対しても、吸気バルブの場合と同様に適用することが可能である。

まず、エンジンの概略構成について、図１、図２を用いて説明する。

この例のエンジン１０は、車両に搭載される直列４気筒ガソリンエンジンであって、４つの気筒（シリンダ：＃１〜＃４）１２を有するシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に取り付けられるシリンダヘッド１４とを備えている。各気筒１２内には、ピストン１３が往復運動可能な状態で収容されている。ピストン１３は、コネクティングロッドを介してクランクシャフト３４に連結されており、ピストン１３の往復運動がコネクティングロッドによってクランクシャフト３４の回転運動に変換される。

エンジン１０のシリンダヘッド１４には、各燃焼室１５に連通する吸気ポート１７と排気ポート１８とが各気筒１２ごとに一対ずつ設けられている。燃焼室１５には、点火プラグ１６が各気筒１２ごとに配置されている。

シリンダヘッド１４には、各吸気ポート１７を開閉する吸気バルブ２１と、各排気ポート１８を開閉する排気バルブ２２とがそれぞれ配置されている。各吸気バルブ２１には、バルブスプリング２１ａがそれぞれ設けられており、バルブスプリング２１ａの弾性力によって各吸気バルブ２１が吸気ポート１７を閉じる方向に付勢されている。また、各排気バルブ２２にも同様にバルブスプリング２２ａが設けられている。

吸気バルブ２１の上方には、各気筒１２ごとに１つの吸気カム２３ａを有する吸気カムシャフト２３が配置されている。吸気カムシャフト２３は、複数の支持壁２５によって回転自在に支持されている。なお、支持壁２５は、シリンダヘッド１４に一体的に設けられたカムハウジングと、このカムハウジングにボルト締結等により脱着可能に取り付けられたカムキャップとで構成されている。

また、排気バルブ２２の上方に、各気筒１２ごとに１つの排気カム２４ａを有する排気カムシャフト２４が配置されている。排気カムシャフト２４は、複数の支持壁２６によって回転自在に支持されている。なお、支持壁２６は、シリンダヘッド１４に一体的に設けられたカムハウジングと、このカムハウジングにボルト締結等により脱着可能に取り付けられたカムキャップとで構成されている。

これら吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４は、タイミングチェーン３５等を介してクランクシャフト３４に駆動連結されている。そして、クランクシャフト３４の回転がタイミングチェーン３５等を介して吸気カムシャフト２３および排気カムシャフト２４に伝達され、各カムシャフト２３、２４の回転によって、吸気バルブ２１および排気バルブ２２がそれぞれ往復運動する。

吸気バルブ２１の上端部と吸気カム２３ａとの間、および、排気バルブ２２の上端部と排気カム２４ａとの間には、それぞれ、ローラ２７ａを有するロッカアーム２７が揺動自在に配置されている。さらに、吸気バルブ２１および排気バルブ２２の各上端部の近傍には、油圧式のラッシュアジャスタ２８がそれぞれ配置されている。ロッカアーム２７には、バルブスプリング２１ａ（２２ａ）の圧縮反力とラッシュアジャスタ２８の押し上げ力とが伝達されている。これにより、ロッカアーム２７のローラ２７ａがほぼ上方に付勢されている。そして、この例では、ローラ２７ａは、各排気カム２４ａに対しては直接的に接触されている一方で、各吸気カム２３ａに対しては以下に述べるような可変動弁機構３０を介して間接的に接触されている。なお、ロッカアームとして、ローラを備えないものを用いてもよい。

上述のようなエンジン１０において、吸気カムシャフト２３の近傍に可変動弁機構３０が設けられている。以下、可変動弁機構３０の構成について、図１〜図８を用いて詳しく説明する。なお、図３の矢印Ｆは、アクチュエータ３３から離れる方向を示し、矢印Ｒは、アクチュエータ３３に近づく方向を示す。

可変動弁機構３０は、吸気バルブ２１の作用角およびリフト量（最大リフト量）を連続的に変更するための機構であって、吸気カムシャフト２３の吸気カム２３ａとロッカアーム２７との間に配設されている。なお、ロッカアーム２７は、一端がラッシュアジャスタ２８に支持され、他端が吸気バルブ２１上端のタペット２１ｂに当接している。

ここで、吸気バルブ２１の作用角とは、図９に示すように、吸気バルブ２１の開弁時期ＩＶＯから閉弁時期ＩＶＣまでの角度範囲（図９ではクランク角で表現している）である。また、リフト量（最大リフト量）は、吸気バルブ２１が開弁時において稼動範囲の最も下方まで移動（リフト）したときの吸気バルブ２１の移動量である。これらの作用角およびリフト量は、可変動弁機構３０によって互いに同期して変化する。例えば、作用角が小さくなるほどリフト量も小さくなる。また、作用角が小さくなるに従って吸気バルブ２１の開弁時期ＩＶＯと閉弁時期ＩＶＣとが互いに近寄り、開弁期間が短くなって１気筒当りの吸入空気量が少なくなる。

可変動弁機構３０は、ロッカシャフト３１、コントロールシャフト３２、アクチュエータ３３、および、可変バルブリフト機構４０を備えている。

ロッカシャフト３１は、吸気カムシャフト２３と平行な方向（気筒配列方向、図３の矢印で示すＦ・Ｒ方向）に沿って延びる円筒状の部材であり、シリンダヘッド１４に所定間隔ごとに設けられた複数の支持壁２５に、軸方向および周方向への移動が規制された状態で取り付けられている。ロッカシャフト３１は、例えば、後述するようにして、固定ピンにより支持壁２５に固定されている（図１４参照）。なお、ロッカシャフト３１が延びる方向を、「軸方向」と称する。

コントロールシャフト３２は、ロッカシャフト３１内に軸方向の移動が可能な状態で挿入されている。コントロールシャフト３２は、アクチュエータ３３によって軸方向（Ｆ方向またはＲ方向）に前進・後退される。

ロッカシャフト３１の内径は、コントロールシャフト３２の外径よりも大きくなっており、ロッカシャフト３１の内周面とコントロールシャフト３２の外周面との間には、円環状の隙間５２が形成されている。この隙間５２は、後述するように、潤滑油が流れる油路となっている。また、ロッカシャフト３１には、潤滑油を外部へ排出するための排出弁３６が装着されている。排出弁３６の詳細については後述する。

可変バルブリフト機構４０は、気筒数と同数設けられており、ロッカシャフト３１に対して各気筒１２と対応するように外装されている。各可変バルブリフト機構４０は、コントロールシャフト３２と連動して移動可能なスライダギア４３と、吸気カムシャフト２３の吸気カム２３ａにより駆動される入力アーム（カム被打部材）４１と、吸気バルブ２１をリフトさせる出力アーム（バルブ打部材）４２とを備えている。入力アーム４１および出力アーム４２は、スライダギア４３上に設けられ、軸方向に移動不能な状態でロッカシャフト３１（コントロールシャフト３２）を支持する一対の支持壁２５、２５間に配設されている。なお、出力アーム４２と支持壁２５との間には、スライダギア４３に対する入力アーム４１および出力アーム４２の軸方向における初期相対位置を調整するための板状のシム４５が介装されている。

入力アーム４１は、円筒形のハウジング４１ａを備えている。ハウジング４１ａの内周面には、後述するスライダギア４３の入力側ヘリカルスプライン４３ａに噛み合うヘリカルスプライン４１ｂが形成されている。また、ハウジング４１ａの外周には、径方向外向きに突出する一対の支持片４１ｃ、４１ｃが設けられており、この一対の支持片支持片４１ｃ、４１ｃの間にローラ４１ｅが配置されている。ローラ４１ｅは、ロッカシャフト３１と平行な回転軸４１ｄによって回転自在に支持されている。

入力アーム４１の軸方向両側には、一対の出力アーム４２、４２が配置されている。各出力アーム４２は、円筒形のハウジング４２ａを備えている。ハウジング４２ａの内周面には、スライダギア４３の出力側ヘリカルスプライン４３ｂに噛み合うヘリカルスプライン４２ｂが形成されている。また、ハウジング４２ａの外周には、径方向外向きに突出するノーズ４２ｃが設けられている。ノーズ４２ｃは、略三角形状に加工されており、その一辺が凹状に湾曲するカム面４２ｄとなっている。

これらの入力アーム４１および２つの出力アーム４２、４２によって区画された内部空間には、スライダギア４３が配設されている。スライダギア４３は、ロッカシャフト３１上にコントロールシャフト３２と連動して軸方向に移動可能に外装されている。

スライダギア４３は、中心に貫通孔４３ｃを有する略円筒形状に加工されている。スライダギア４３の軸方向の中央部には、入力アーム４１のヘリカルスプライン４１ｂに噛み合う入力側ヘリカルスプライン４３ａが加工されている。また、スライダギア４３の軸方向の両端部には、出力アーム４２のヘリカルスプライン４２ｂに噛み合う出力側ヘリカルスプライン４３ｂがそれぞれ加工されている。出力側ヘリカルスプライン４３ｂは、入力側ヘリカルスプライン４３ａに対して外径が小さく形成されている。また、入力側ヘリカルスプライン４３ａと出力側ヘリカルスプライン４３ｂとは、歯のねじれの向きが互いに逆向きとなるように加工されている。

そして、入力アーム４１のローラ４１ｅは、シリンダヘッド１４に圧縮状態で配設されたロストモーションスプリング２９の弾性力によって、常に吸気カム２３ａへ押し付けられている。一方、出力アーム４２のハウジング４２ａのベース円部分またはノーズ４２ｃのカム面４２ｄには、吸気バルブ２１のバルブスプリング２１ａによってロッカアーム２７のローラ２７ａが圧接されている。これにより、吸気カム２３ａの回転によって入力アーム４１が揺動され、この入力アーム４１と一体的に揺動する出力アーム４２によって、ロッカアーム２７を介して吸気バルブ２１がリフトされるようになっている。

次に、スライダギア４３と、ロッカシャフト３１およびコントロールシャフト３２との結合形態について、図７、図８を用いて説明する。

スライダギア４３の内壁の軸方向中央部には、周方向に延びる周溝４３ｄが形成されている。周溝４３ｄは、貫通孔４３ｅによってスライダギア４３の外部に連通されている。この周溝４３ｄ内には、断面円弧状のブッシュ４６が配設されている。ブッシュ４６は、係止ピン４４によりコントロールシャフト３２に対し連結固定されている。また、ロッカシャフト３１には、スライダギア４３の周溝４３ｄと対応する箇所に、軸方向に延びる長孔（貫通孔）３１ａが形成されている。コントロールシャフト３２には、ロッカシャフト３１の長孔３１ａに対応する箇所にピン穴３２ａが形成されている。

そして、ロッカシャフト３１をスライダギア４３の貫通孔４３ｃへ挿入し、スライダギア４３の周溝４３ｄとロッカシャフト３１の長孔３１ａとが交差した箇所に、係止ピン４４を挿入している。係止ピン４４は、貫通孔４３ｅからスライダギア４３の内部へ挿入し、その一端部を、ロッカシャフト３１内に挿入したコントロールシャフト３２のピン穴３２ａに圧入し固定している。また、ロッカシャフト３１をスライダギア４３の貫通孔４３ｃへ挿入する際、ブッシュ４６をスライダギア４３の周溝４３ｄに予め挿入しておき、係止ピン４４の他端部でブッシュ４６を係止している。

このように組み付けられたスライダギア４３は、次のように動作する。

まず、コントロールシャフト３２は、ロッカシャフト３１の長孔３１ａの軸方向の長さの範囲内で、ロッカシャフト３１に対して軸方向に移動可能である。また、スライダギア４３は、周溝４３ｄとブッシュ４６との係合により、コントロールシャフト３２に対する軸方向の位置が固定されているので、アクチュエータ３３の駆動によりコントロールシャフト３２が軸方向に移動すると、その動作がコントロールシャフト３２に連結されたブッシュ４６を介してスライダギア４３に伝えられる。これにより、コントロールシャフト３２に連動してスライダギア４３が軸方向に移動する。ここで、ブッシュ４６がスライダギア４３の周溝４３ｄ内を周方向に移動可能となっているので、その範囲内で、スライダギア４３がコントロールシャフト３２に対し回動可能となっている。これにより、コントロールシャフト３２が軸方向に移動されると、スライダギア４３は、軸方向に移動しながら、コントロールシャフト３２に対して回動する。また、入力アーム４１に吸気カムシャフト２３のトルクが伝達されると、スライダギア４３は、ロッカシャフト３１（コントロールシャフト３２）の回りを揺動する。

このような可変バルブリフト機構４０において、スライダギア４３の入力側ヘリカルスプライン４３ａと、入力アーム４１のヘリカルスプライン４１ｂとは、互いに噛み合わされることによって支持されている。また同様に、スライダギア４３の出力側ヘリカルスプライン４３ｂと、出力アーム４２のヘリカルスプライン４２ｂとは、互いに噛み合わされて支持されている。

したがって、コントロールシャフト３２の前進・後退によりスライダギア４３を軸方向に移動させて、スライダギア４３と、入力アーム４１および出力アーム４２、４２との軸方向における相対位置を変化させることによって、入力アーム４１と出力アーム４２とに互いに逆向きのねじり力が付与されることになる。これにより、入力アーム４１と出力アーム４２とが互いに相対回転し、入力アーム４１（ローラ４１ｅ）と出力アーム４２（ノーズ４２ｃ）との相対位相差が変更されるようになっている。

以上のようにして、入力アーム４１のローラ４１ｅと出力アーム４２のノーズ４２ｃとの相対位相差が変更されると、吸気バルブ２１の作用角およびリフト量が変更される。そして、相対位相差が最も小さいとき（可変バルブリフト機構４０の周方向において、ローラ４１ｅとノーズ４２ｃとが最も接近した状態にあるとき）、吸気バルブ２１の作用角およびリフト量は最も小さくなる。逆に、相対位相差が最も大きいとき（可変バルブリフト機構４０の周方向において、ローラ４１ｅとノーズ４２ｃとが最も離れた状態にあるとき）、吸気バルブ２１の作用角およびリフト量は最も大きくなる。

そして、この例の可変動弁機構３０においては、共通する１本のコントロールシャフト３２に各気筒１２ごとのスライダギア４３がそれぞれ配置されているので、コントロールシャフト３２の軸方向の前進・後退に応じて、全ての気筒１２の吸気バルブ２１の作用角およびリフト量が同時に変更されるようになっている。

次に、可変動弁機構３０の動作について、図１０、図１１を用いて説明する。

まず、図１０を参照して、コントロールシャフト３２を最大限までアクチュエータ３３から離れる方向（図３の矢印Ｆ方向）へ移動させた場合の可変動弁機構３０の動作について説明する。

図１０（ａ）に示すように、吸気カム２３ａのベース円部分が入力アーム４１のローラ４１ｅに当接しているとき、ロッカアーム２７のローラ２７ａは、出力アーム４２のハウジング４２ａのベース円部分と当接した状態にある。このため、吸気バルブ２１はリフト量が「０」の状態（エンジン１０の吸気ポート１７を閉じた状態）に維持される。

そして、吸気カムシャフト２３の時計方向への回転にともない、入力アーム４１のローラ４１ｅが吸気カム２３ａのリフト部分により押し下げられると、入力アーム４１がロッカシャフト３１に対して、反時計回り方向（図１０（ａ）の矢印方向）に回動する。また、これに伴って、出力アーム４２およびスライダギア４３が一体となって揺動する。

これにより、出力アーム４２のノーズ４２ｃに形成されたカム面４２ｄが、ロッカアーム２７のローラ２７ａに当接し、カム面４２ｄの押圧によってローラ２７ａが押し下げられる。

図１０（ｂ）に示すように、ロッカアーム２７のローラ２７ａがカム面４２ｄにより押圧されているとき、ロッカアーム２７がラッシュアジャスタ２８との当接部を中心として揺動し、吸気バルブ２１が開弁される。

以上のように、コントロールシャフト３２がアクチュエータ３３から離れる方向に最大限まで移動した状態では、ロッカシャフト３１の軸心回りにおける入力アーム４１のローラ４１ｅと、出力アーム４２のノーズ４２ｃとの相対位相差が最大となる。

これにより、吸気カム２３ａがローラ４１ｅを最大限に押し下げたとき、ロッカアーム２７の揺動量（揺動範囲）が最も大きくなり、吸気バルブ２１は最大の作用角およびリフト量で開閉される。

次に、図１１を参照して、コントロールシャフト３２を最大限までアクチュエータ３３に近づける方向（図３の矢印Ｒ方向）へ移動させた場合の可変動弁機構３０の動作について説明する。

図１１（ａ）に示すように、吸気カム２３ａのベース円部分が入力アーム４１のローラ４１ｅに当接しているときには、出力アーム４２とローラ２７ａとの当接位置は、カム面４２ｄから最大限まで離れた位置にある。そして、吸気カムシャフト２３の回転によって、入力アーム４１のローラ４１ｅが吸気カム２３ａのリフト部分により押し下げられると、入力アーム４１と出力アーム４２とが一体となって回動する。

ただし、この場合、出力アーム４２とローラ２７ａとの当接位置は、カム面４２ｄから最大限離れているので、カム面４２ｄによるロッカアーム２７のローラ２７ａの押し下げが開始されるまでの出力アーム４２の回転量が、図１０に示す場合と比べて大きくなる。また、吸気カム２３ａのリフト部分により入力アーム４１のローラ４１ｅが押し下げられた際、ローラ２７ａと当接するカム面４２ｄの範囲が、ノーズ４２ｃの基端側の一部のみに縮小される。このため、吸気カム２３ａのリフト部分によるローラ４１ｅの押し下げに応じたロッカアーム２７の揺動量（揺動範囲）は小さくなる。

図１１（ｂ）に示すように、ロッカアーム２７の揺動量が小さいことにより、吸気バルブ２１は、より小さいリフト量にて開弁されるようになる。

また、コントロールシャフト３２がアクチュエータ３３に近づく方向に最大限まで移動した状態では、ロッカシャフト３１の軸心回りにおけるローラ４１ｅとノーズ４２ｃとの相対位相差が最小となる。

これにより、吸気カム２３ａがローラ４１ｅを最大限に押し下げたときのローラ２７ａの変位量は最も小さくなり、吸気バルブ２１が最小の作用角およびリフト量で開閉されるようになる。

以上述べたように、可変動弁機構３０では、コントロールシャフト３２の軸方向への移動によってスライダギア４３が軸方向に移動されると、各可変バルブリフト機構４０において、スライダギア４３と、入力アーム４１および出力アーム４２、４２との軸方向における相対位置が変化する。これにより、スライダギア４３上の入力アーム４１と出力アーム４２とが相対回転して、両者の相対位相差が変更され、吸気バルブ２１の作用角およびリフト量が連続的に変更されるようになっている。

上述の可変動弁機構３０では、その構成部品間、特に、互いに接触した状態で相対移動する構成部品間に潤滑油を供給して、スムーズな相対移動を確保するようにしている。このため、可変動弁機構３０には、そのような構成部品間に外部から潤滑油を供給するための油路が形成されている。次に、可変動弁機構３０の構成部品間に潤滑油を供給する油路について、図１２を用いて説明する。

油路は、具体的には、次の箇所となっている。支持壁２５に設けられた通路５１、ロッカシャフト３１の内周面とコントロールシャフト３２の外周面との間の円環状の隙間５２、出力アーム４２のハウジング４２ａの側壁部とロッカシャフト３１の外周面との間の円環状の隙間５３、スライダギア４３の内周面とロッカシャフト３１の外周面との間の円環状の隙間５４、スライダギア４３の外周面と入力アーム４１の内周面との隙間５５（スライダギア４３の入力側ヘリカルスプライン４３ａと入力アーム４１のヘリカルスプライン４１ｂとの噛合部分を含む）、スライダギア４３の外周面と出力アーム４２の内周面との隙間５６（スライダギア４３の出力側ヘリカルスプライン４３ｂと出力アーム４２のヘリカルスプライン４２ｂとの噛合部分を含む）、ロッカシャフト３１の端部に装着された排出弁３６とコントロールシャフト３２の端部との間の略密閉された空間５７、ロッカシャフト３１の外周面と出力アーム４２のハウジング４２ａの内周面との間の円環状の空間５８である。また、ロッカシャフト３１に設けられた貫通孔３１ｂ、貫通孔３１ｃ、上記長孔３１ａ、スライダギア４３の上記周溝４３ｄ、上記貫通孔４３ｅ（図８参照）、出力アーム４２のハウジング４２ａに設けられた貫通孔４２ｅである。

そして、ロッカシャフト３１の貫通孔３１ｂにより、支持壁２５の通路５１とロッカシャフト３１とコントロールシャフト３２との間の上記隙間５２とが連通されている。また、ロッカシャフト３１の貫通孔３１ｃにより、ロッカシャフト３１とコントロールシャフト３２との間の上記隙間５２と、出力アーム４２とロッカシャフト３１との間の上記隙間５３とが連通されている。また、スライダギア４３の貫通孔４３ｅにより、スライダギア４３の周溝４３ｄと、スライダギア４３と入力アーム４１との上記噛合部分５５とが連通されている。

支持壁２５の通路５１は、潤滑油の流入口となっている。この通路５１を介して、オイルポンプから吐出された潤滑油の一部がエンジン１０の各部を循環する過程で、上述した油路に流入される。そして、上述の油路を流れた後、潤滑油は、出力アーム４２の貫通孔４２ｅまたは後述する排出弁３６から外部へ排出される。

通路５１に流入した潤滑油は、ロッカシャフト３１の貫通孔３１ｂを通り、上記隙間５２に流入する。隙間５２に流入した潤滑油は、その一部がロッカシャフト３１の貫通孔３１ｃを通り、上記隙間５３を流れ、上記空間５８に流入する。また、その一部がロッカシャフト３１の長孔３１ａを通り、上記隙間５４を流れ、空間５８に流入する。また、その一部が上記空間５７に流入する。長孔３１ａを通過した潤滑油の一部は、スライダギア４３の周溝４３ｄ、貫通孔４３ｅを通り、上記噛合部分５５、５６に流入する。また、空間５８に流入した潤滑油の一部は、噛合部分５５、５６に流入する。このような経路で潤滑油が油路を流れるので、相対移動する構成部品間に潤滑油が供給されて潤滑が行われるようになっている。

次に、可変動弁機構３０の油路の潤滑油を外部へ排出する排出弁３６について説明する。

上述したように、ロッカシャフト３１の一端側（アクチュエータ３３が設けられていない側）には、排出弁３６が設けられている。排出弁３６は、所定の圧力がかかった場合に、開弁され、排出口３６ａから外部へ潤滑油を排出する機械式のリリーフ弁となっている。例えば、図１２に示すように、排出弁３６は、弁体であるボール３７と弁座３８と弾性部材である圧縮コイルスプリング３９とを備えている。圧縮コイルスプリング３９は、ボール３７とコントロールシャフト３１の一端側の壁部との間に圧縮状態で配設されており、圧縮コイルスプリングの弾性力によりボール３７が弁座３８に押し付けられる方向、つまり、排出弁３６を閉じる方向に付勢されている。そして、排出弁３６は、１次側の油圧（内圧）、つまり、ロッカシャフト３１の端部の空間５７内の油圧（内圧）が、圧縮コイルスプリング３９のバネ定数により設定される所定圧力以下の場合には閉弁され、逆に、１次側の油圧が所定圧力を超えた場合には開弁される構成となっている。

詳しく説明すると、空間５７内の油圧が所定圧力以下の場合、圧縮コイルスプリング３９の弾性力によりボール３７が弁座３８に押し付けられ、ボール３７により排出弁３６の１次側と２次側とが遮断される。この閉弁状態では、潤滑油は空間５７内に保持され外部へ排出されない。これにより、空間５７の潤滑油やロッカシャフト３１とコントロールシャフト３２との間の隙間５２の潤滑油等の可変動弁機構３０の油路の潤滑油がそのまま外部へ排出されてしまうことがなくなる。

これに対し、空間５７内の油圧が所定圧力を超えた場合、圧縮コイルスプリング３９の弾性力に抗してボール３７が弁座３８から離れ、排出弁３６の１次側と２次側が連通される。この開弁状態では、潤滑油が排出口３６ａから外部へ排出される。

可変動弁機構３０では、吸気バルブ２１の作用角およびリフト量を変更する際には、アクチュエータ３３を駆動して、コントロールシャフト３２をロッカシャフト３１に対し軸方向に相対移動させるようにしている。ここで、コントロールシャフト３２をＦ方向側に移動させた場合、空間５７の容積が狭くなり、空間５７内の油圧が上昇する。そして、空間５７内の油圧が所定圧力を超えた場合には、排出弁３６が開弁され、空間５７内の潤滑油が外部へ排出される。このように、排出弁３６を開いて潤滑油を逃がすことで、コントロールシャフト３２が移動して空間５７内の油圧が上昇しても、所定圧力を超えることがなくなる。これにより、ロッカシャフト３１の端部を完全に密閉した場合とは異なり、空間５７内の潤滑油に妨げられることなく、コントロールシャフト３２をＦ方向側にスムーズに移動させることができる。その結果、可変動弁機構３０において、吸気バルブ２１の作用角およびリフト量の変更を迅速に行うことができる。

以上のように、単純な構成の排出弁３６でありながら、ロッカシャフト３１とコントロールシャフト３２との間に供給した潤滑油の漏れを防止できるとともに、コントロールシャフト３２のスムーズな移動を確保することができる。

なお、排出弁３６は所定の圧力を超えた場合に開弁されるリリーフ弁であれば、その構成は上述のものに特に限定されない。例えば、弁体としてボール以外のものを用いてもよく、また、弾性部材として圧縮コイルスプリング以外のものを用いてもよい。また、排出弁３６の配置箇所は、図１２に示す箇所に限定されない。

次に、可変動弁機構３０の油路の潤滑油を外部へ排出する排出弁の他の例について説明する。

図１３に示すように、この例では、排出弁１３６がロッカシャフト３１の一端側（アクチュエータ３３が設けられていない側）に設けられている。排出弁１３６は、制御装置（ＥＣＵ）１００の指令により開閉される電磁弁となっている点で、上述した例の排出弁３６とは異なる。なお、可変動弁機構３０における油路の構成は、上述した場合と同様となっている（図１２参照）。

排出弁１３６は、円柱状の弁体１３７の軸方向への移動により開閉される。弁体１３７がＦ方向側に移動すると、排出弁１３６が開弁し、空間５７内の潤滑油が排出口１３６ａから外部へ排出される。弁体１３７は、アクチュエータ１３８の駆動により軸方向に移動される。アクチュエータ１３８は、ＥＣＵ１００に接続されており、ＥＣＵ１００の指令により駆動制御される。ＥＣＵ１００は、コントロールシャフト３２を軸方向に移動させるアクチュエータ３３にも接続されており、このアクチュエータ３３の駆動制御も司っている。

ＥＣＵ１００による排出弁１３６の開閉は、コントロールシャフト３２の軸方向への移動と連動させて行われる。具体的には、コントロールシャフト３２を移動させるとき、ＥＣＵ１００は、アクチュエータ３３に対し指令を送るとともに、アクチュエータ１３８に対しても指令を送る。すると、アクチュエータ１３８が駆動して弁体１３７がＦ方向側に移動され、排出弁１３６が開弁する。これにより、空間５７内の潤滑油が排出口１３６ａから外部へ排出される。

そして、コントロールシャフト３２をＦ方向側に移動させる場合には、排出弁１３６を開いて潤滑油を逃がすことで、コントロールシャフト３２のＦ方向側への移動により空間５７の容積が狭くなっても、空間５７内の油圧（内圧）が過度に上昇することを抑制することができる。これにより、空間５７内の潤滑油に妨げられることなく、コントロールシャフト３２をＦ方向側へスムーズに移動させることができる。その結果、可変動弁機構３０において、吸気バルブ２１の作用角およびリフト量の変更を迅速に行うことができる。なお、コントロールシャフト３２をＲ方向側に移動させる場合についても、排出弁１３６が閉弁しているとき、空間５７が閉空間に近い状態になるため、そのような状態のままではコントロールシャフト３２の移動が妨げられる可能性があるが、排出弁１３６を開弁することにより、そのような問題点を解消してコントロールシャフト３２のＲ方向側へのスムーズな移動を確保できる。

一方、コントロールシャフト３２の移動を停止するとき、ＥＣＵ１００は、アクチュエータ３３に対し指令を送るとともに、アクチュエータ１３８に対しても指令を送る。すると、アクチュエータ１３８が駆動して弁体１３７がＲ方向側に移動され、排出弁１３６が閉弁する。これにより、空間５７の潤滑油やロッカシャフト３１とコントロールシャフト３２との間の隙間５２の潤滑油等の可変動弁機構３０の油路の潤滑油がそのまま外部へ排出されてしまうことがなくなる。

以上のように、ＥＣＵ１００により開閉される排出弁１３６を用いることによって、ロッカシャフト３１とコントロールシャフト３２との間に供給した潤滑油の漏れを防止できるとともに、コントロールシャフト３２のスムーズな移動を確保することができる。

上述のように、ＥＣＵ１００による排出弁１３６の開弁をコントロールシャフト３２の駆動時に行うようにしているが、ＥＣＵ１００による開閉の場合、コントロールシャフト３２の駆動時以外であっても、排出弁１３６の開弁を行うことが可能である。つまり、排出弁１３６の開弁をコントロールシャフト３２の駆動とは連動させずに行うことが可能である。例えば、次のような条件下で、排出弁１３６の開弁を行うことが可能である。

ＥＣＵ１００による排出弁１３６の開弁をエンジン１０の停止に連動させて行わせることができる。具体的には、エンジン１０の停止時に、ＥＣＵ１００は、アクチュエータ１３８に対し指令を送り、排出弁１３６を開弁状態とする。これにより、可変動弁機構３０の油路の潤滑油が外部へ排出される。そして、この潤滑油の排出時には、オイルスラッジや異物等の不純物を併せて排出することができる。なお、所定時間経過後、あるいは、エンジン１０始動時に、ＥＣＵ１００は、アクチュエータ１３８に対し指令を送り、排出弁１３６を閉弁するようにする。

なお、上述の例では、アクチュエータ３３とアクチュエータ１３８とを１つのＥＣＵ１００で制御しているが、これに限定されず、それぞれ専用のＥＣＵを設けるようにしてもよい。この場合、コントロールシャフト３２の移動を検知するセンサを設けて、そのセンサによりコントロールシャフト３２に移動が検知されたときに、アクチュエータ１３８を駆動させるようにしてもよい。また、空間５７の油圧（内圧）を検知するセンサを設けて、そのセンサにより検知された油圧が所定値を超えたときに、アクチュエータ１３８を駆動させるようにしてもよい。また、排出弁１３６の配置箇所は、図１３に示す箇所に限定されない。

ところで、以上の可変動弁機構３０では、油路に供給された潤滑油によってその油路に連通する部品同士のクリアランスが満たされている。その一例を、図１４、図１５により説明する。上述したように、ロッカシャフト３１は、軸方向および周方向への移動が規制された状態で支持壁２５に取り付けられている。ロッカシャフト３１は、固定ピン４７によって軸方向および周方向への移動が規制されている。固定ピン４７は、ロッカシャフト３１の一端側に設けられた貫通孔３１ｄに挿入され、さらに、支持壁２５のピン穴２５ａに圧入され、これにより、固定ピン４７が支持壁２５に固定されている。

固定ピン４７と、ロッカシャフト３１の貫通孔３１ｄとの間には、クリアランスＣが生じている。ここで、このクリアランスＣは、可変動弁機構３０の油路、この場合、空間５７に連通して形成されている。このため、油路に供給された潤滑油がクリアランスＣに流れ込み、その結果、クリアランスＣが潤滑油で満たされる。これにより、クリアランスＣに満たされた潤滑油がダンパとして機能して、固定ピン４７と貫通孔３１ｄとの間で生じ得るガタ音（異音）や振動を抑制することができる。そして、クリアランスＣに潤滑油を満たしておくことで、例えば共振が発生するエンジン回転数域においても、クリアランスＣによるガタ音や振動を低減することができる。

なお、クリアランスを持った部品間の異音や振動を低減可能な箇所は、油路に連通する部品間にクリアランスが生ずる箇所であれば、上述した箇所に限定されない。例えば、係止ピン４４とロッカシャフト３１の長孔３１ａとの間の周方向のクリアランスや、ブッシュ４６とスライダギア４３の周溝４３ｄとの間の軸方向のクリアランス等であってもよい。

本発明を適用するエンジンの可変動弁機構の一実施形態を示す断面図である。 エンジンのシリンダヘッドを示す平面図である。 可変動弁機構のアームアッシ、シム等を示す斜視図である。 可変動弁機構のスライダギア、アームアッシ、シム等を示す分解斜視図である。 可変動弁機構のスライダギア、ロッカシャフト、コントロールシャフト等を示す斜視図である。 可変動弁機構のスライダギア、アームアッシ等を示す水平破断斜視図である。 可変動弁機構のスライダギア、ロッカシャフト、コントロールシャフトの組み付けを示す断面図である。 図７のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。 可変動弁機構により変更される吸気バルブの作用角およびリフト量を示す図である。 アームアッシの入力アームと出力アームとの相対位相差を最大にした場合の可変動弁機構の動作説明に用いる側面図である。 アームアッシの入力アームと出力アームとの相対位相差を最小にした場合の可変動弁機構の動作説明に用いる側面図である。 可変動弁機構の内部の油路、その油路の潤滑油を外部へ排出する排出弁を示す断面図である。 可変動弁機構の油路の潤滑油を外部へ排出する排出弁の他の例を示す図である。 ロッカシャフトの支持壁への組み付けを示す断面図である。 図１４のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。

符号の説明

１０ エンジン
１４ シリンダヘッド
２１ 吸気バルブ
２３ 吸気カムシャフト
２３ａ 吸気カム
２５ 支持壁
２７ ロッカアーム
３０ 可変動弁機構
３１ ロッカシャフト
３２ コントロールシャフト
３３ アクチュエータ
３６ 排出弁
３７ ボール
３８ 弁座
３９ 圧縮コイルスプリング
４０ 可変バルブリフト機構
４１ 入力アーム
４２ 出力アーム
４３ スライダギア
５２ 隙間
５７ 空間
１００ 制御装置（ＥＣＵ）
１３６ 排出弁
１３７ 弁体
１３８ アクチュエータ

Claims (4)

1. 筒状のロッカシャフトと、
   このロッカシャフト内に軸方向に移動可能な状態で配設されたコントロールシャフトと、
   ロッカシャフト上に配設される可変バルブリフト機構とを備え、
   可変バルブリフト機構には、コントロールシャフトと連動して軸方向に駆動されるスライダと、そのスライダの外周面に形成されたヘリカルスプラインと係合し、カムシャフトからの力を受ける入力アームと、そのスライダの外周面に、入力アームと係合するヘリカルスプラインとは異なる方向に形成されたヘリカルスプラインと係合し、エンジンのエンジンバルブをリフトさせる出力アームとが設けられ、
   ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間を潤滑油で潤滑するようにした可変動弁機構において、
   前記ロッカシャフトには、排出弁が装着されており、ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の潤滑油が所定の条件で外部へ排出されることを特徴とする可変動弁機構。
2. 前記排出弁は、弁体が弾性部材の弾性力により閉弁方向に付勢されるように構成されており、１次側の油圧が所定圧力を超えると開弁されることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構。
3. 前記排出弁の弁体を駆動する制御装置を備え、制御装置は、コントロールシャフトの駆動時に弁体を移動して排出弁を開弁することを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構。
4. 前記ロッカシャフトとコントロールシャフトとの間の油路に供給される潤滑油によって、その油路に連通する部品間のクリアランスが満たされていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の可変動弁機構。

Images