JP2007192112A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ラッシュアジャスタの油圧が低下した場合にも安定して動作する内燃機関の動弁装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の動弁装置は、内燃機関に取付けられた油圧式ラッシュアジャスタ３０と、油圧式ラッシュアジャスタ３０の先端部に基端部が回動自在に支持され、カム１３の回転によりバルブをリフトさせるロッカアーム１６と、カム１３とロッカアーム１６との間に設けられ、吸気バルブ１１のリフト量を変化させるバルブリフト可変機構１０と、油圧式ラッシュアジャスタ３０の油圧を検出する油圧センサと、バルブリフト可変機構１０を制御するＥＣＵとを備える。ＥＣＵは、油圧式ラッシュアジャスタ３０の油圧が所定値以下であることが油圧センサにより検出されたことに基づいて、吸気バルブ１１のリフト量を増大させるようにバルブリフト可変機構１０を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の動弁装置に関し、特に、油圧式ラッシュアジャスタを含む内燃機関の動弁装置に関する。

油圧式ラッシュアジャスタを含む内燃機関の動弁装置が従来から知られている。
たとえば、実開平５−５０００２号公報（特許文献１）において、ロッカアームの一方端に設けられ、支点として機能するとともにバルブクリアランスの調整を油圧により自動に行なう油圧式ラッシュアジャスタが開示されている。

また、特開２００１−２６３０１５号公報（特許文献２）において、油圧式ラッシュアジャスタが適用される可変動弁機構が開示されている。
実開平５−５０００２号公報 特開２００１−２６３０１５号公報

リフト可変機構に油圧式ラッシュアジャスタを適用した場合、ラッシュアジャスタに通じるラッシュアジャスタ油路の油圧が低下したときに、油圧式ラッシュアジャスタのプランジャの沈み込みが発生し（すなわち、ラッシュアジャスタが十分に伸長せず）、リフト量が小さくなる。ここで、リフト可変機構によりバルブリフト量が低く設定されている場合には、各気筒ごとのリフト量のばらつきの影響が大きく、内燃機関の振動やエンジンストップなどの現象が生じやすくなる。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ラッシュアジャスタの油圧が低下した場合にも安定して動作する内燃機関の動弁装置を提供することにある。

本発明に係る内燃機関の動弁装置は、内燃機関に取付けられた油圧式ラッシュアジャスタと、油圧式ラッシュアジャスタの先端部に基端部が回動自在に支持され、カムの回転によりバルブをリフトさせるロッカアームと、カムとロッカアームとの間に設けられ、バルブのリフト量を変化させるリフト量可変機構と、油圧式ラッシュアジャスタの油圧を検出する油圧検出手段と、リフト量可変機構を制御するコントローラとを備える。コントローラは、油圧式ラッシュアジャスタの油圧が所定値以下であることが油圧検出手段により検出されたことに基づいて、バルブのリフト量を増大させるようにリフト量可変機構を制御する。

上記構成によれば、バルブリフト量を大きくすることで、油圧式ラッシュアジャスタの油圧が低下し、該ラッシュアジャスタの伸長が制限された場合にも、バルブリフト量の低減の影響を抑制することができる。この結果、安定して動作する内燃機関の動弁装置が得られる。

上記内燃機関の動弁装置は、好ましくは、バルブの上流側に空気流入量を調整するスロットルバルブをさらに備え、リフト量を増大させる制御が行なわれる際に空気流入量を制限するようにスロットルバルブが制御される。

これにより、バルブリフト量が必要空気量に対応する高さ以上に増大しても、スロットルバルブにより燃焼室への空気流入量を抑制することができるので、気筒間の空気流入量のばらつきをさらに小さくすることが可能になる。

本発明によれば、ラッシュアジャスタの油圧が低下した場合にも安定して動作する内燃機関の動弁装置を提供することができる。

以下に、本発明に基づく内燃機関の動弁装置の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。

図１は、本発明の１つの実施の形態に係る内燃機関の動弁装置を示す正面図である。また、図２は、図１に示される動弁装置に含まれるバルブリフト可変機構を部分的に示す斜視図である。図２中では、内部構造が明確に把握できるように一部が破断されて表わされている。

図１および図２を参照して、動弁装置は、バルブリフト可変機構１０を含んで構成される。バルブリフト可変機構１０は、内燃機関のバルブ（本実施の形態では、吸気バルブ１１）のバルブリフト量を可変とする機構である。内燃機関は、ガソリンエンジンであっても良いし、ディーゼルエンジンであっても良い。内燃機関は車両に搭載される。

バルブリフト可変機構１０は、内燃機関のシリンダヘッド内に設けられている。そのシリンダヘッド内には、カム１３が形成されたカムシャフト１２、揺動可能に軸支されたロッカアーム１６およびロッカアーム１６の揺動に応じて開閉駆動される吸気バルブ１１が配設されている。バルブリフト可変機構１０は、一方向に延びる駆動軸２０と、駆動軸２０の外周面を覆う支持パイプ１８と、支持パイプ１８の外周面上で駆動軸２０の軸方向に並んで配置された入力アーム１４および揺動カム１５とを備える。

なお、この内燃機関では、各気筒にそれぞれ一対の吸気バルブ１１およびロッカアーム１６が設けられており、一対の吸気バルブ１１が、１つのカム１３によって開閉駆動される。バルブリフト可変機構１０には、各気筒に設けられた１つのカム１３に対応して、１つの入力アーム１４が設けられている。入力アーム１４の両側には、各気筒に設けられた一対の吸気バルブ１１のそれぞれに対応して、２つの揺動カム１５が設けられている。

支持パイプ１８は、中空円筒状に形成されており、カムシャフト１２に対して平行に配置されている。支持パイプ１８は、軸方向へ移動したり、回転したりしないようにシリンダヘッドに固定されている。支持パイプ１８の内部には、その軸方向に摺動可能なように駆動軸２０が挿入されている。支持パイプ１８の外周面上には、駆動軸２０の軸芯を中心として揺動可能で、かつ、その軸方向には移動しないように、入力アーム１４および２つの揺動カム１５が設けられている。

入力アーム１４は、支持パイプ１８の外周面から離れる方向に突出するアーム部１４Ａと、アーム部１４Ａの先端に回転可能に接続されたローラ部１４Ｂとを有する。入力アーム１４は、ローラ部１４Ｂがカム１３に当接可能な位置に配置されるように設けられている。

揺動カム１５は、支持パイプ１８の外周面から離れる方向に突出する略三角形状のノーズ部１５Ａを有する。ノーズ部１５Ａの一辺（図１中の下方側の辺）には、凹状に湾曲したカム面１５Ｂが形成されている。吸気バルブ１１には、バルブスプリングが設けられている。その付勢力によって、カム面１５Ｂには、ロッカアーム１６に回転可能に取り付けられたローラ１６Ａが押し付けられる。

入力アーム１４および揺動カム１５は、一体となって駆動軸２０の軸芯を中心として揺動する。このため、カムシャフト１２が回転すると、カム１３に当接された入力アーム１４が揺動し、この入力アーム１４の動きに連動して揺動カム１５も揺動する。この揺動カム１５の動きが、ロッカアーム１６を介して吸気バルブ１１に伝わり、これによって吸気バルブ１１が開閉駆動される。

バルブリフト可変機構１０は、さらに、支持パイプ１８の軸芯周りにおいて、入力アーム１４と揺動カム１５との相対位相差を変更する機構を備えており、この機構によって、吸気バルブ１１のバルブリフト量を適宜変更する。つまり、両者の相対位相差を拡大すれば、入力アーム１４および揺動カム１５の揺動角に対するロッカアーム１６の揺動角が拡大され、吸気バルブ１１のバルブリフト量が増大される。また、両者の相対位相差を縮小すれば、入力アーム１４および揺動カム１５の揺動角に対するロッカアーム１６の揺動角が縮小され、吸気バルブ１１のバルブリフト量が低減される。

次に、上記の相対位相差を変更する機構について、より詳細な説明を行なう。図２に示されるように、入力アーム１４および２つの揺動カム１５と、支持パイプ１８の外周面との間に規定された空間には、支持パイプ１８に対して、回転可能で、かつ軸方向に摺動可能に支持されたスライダギア１７が収容されている。

スライダギア１７には、その軸方向の中央部に位置して、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギア１７Ｂが設けられている。また、スライダギア１７には、ヘリカルギア１７Ｂの両側に位置して、ヘリカルギア１７Ｂとは逆に左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギア１７Ｃがそれぞれ設けられている。

一方、スライダギア１７を収容する空間を規定する入力アーム１４および２つの揺動カム１５の表面には、ヘリカルギア１７Ｂ，１７Ｃに対応したヘリカルスプラインがそれぞれ形成されている。つまり、入力アーム１４には、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギア１７Ｂに噛み合っている。また、揺動カム１５には、左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギア１７Ｃに噛み合っている。

スライダギア１７には、一方のヘリカルギア１７Ｃとヘリカルギア１７Ｂとの間に位置して、周方向に延びる長穴１７Ａが形成されている。また、支持パイプ１８には、長穴１７Ａの一部と重なるように、軸方向に延びる長穴１８Ａが形成されている。支持パイプ１８の内部に挿通された駆動軸２０には、これら２つの長穴１７Ａ，１８Ａの重なった部分を通じて突出する係止ピン２０Ａが一体に設けられている。

駆動軸２０は、リフト量可変アクチュエータ２１により図２中の矢印方向に駆動される。駆動軸２０がその軸方向に移動すると、スライダギア１７が係止ピン２０Ａにより押されるため、ヘリカルギア１７Ｂ，１７Ｃが同時に駆動軸２０の軸方向に移動する。このようなヘリカルギア１７Ｂ，１７Ｃの移動に対して、これらにスプライン係合された入力アーム１４および揺動カム１５は、軸方向に移動しないため、ヘリカルスプラインの噛み合いを通じて駆動軸２０の軸芯周りに回動する。このとき、入力アーム１４と揺動カム１５とでは、形成されたヘリカルスプラインの向きが逆であるため、回動方向が互いに逆方向となる。これにより、入力アーム１４と揺動カム１５との相対位相差が変化し、既に説明したように吸気バルブ１１のバルブリフト量が変更される。

図３は、油圧式ラッシュアジャスタ３０の側面断面図である。図３を参照して、油圧式ラッシュアジャスタ３０は、ボディ３１を有している。そして、ボディ３１の内部には、プランジャスプリング３２と、ボールリテーナ３３と、チェックボールスプリング３４と、チェックボール３５と、プランジャ３６とが配設されている。ボディ３１の底とプランジャ３６の底との間には高圧室３７が形成され、プランジャ３６の内部には低圧室３８が形成されている。そして、高圧室３７には内燃機関の潤滑用のオイルが満たされている。また、高圧室３７と低圧室３８とはプランジャ３６の低部に位置する仕切り部３９Ａに形成された連通路３９を介して連通しており、低圧室３８にはボディ３１およびプランジャ３６に形成されたオイル穴３１Ａ，３６Ａを介してオイルが供給される。なお、低圧室３８に供給されるオイルは、内燃機関の運転に伴ない駆動されるオイルポンプから吐出され、オイル通路を通じてオイル穴３１Ａ，３６Ａに到達する。

高圧室３７には、プランジャスプリング３２およびボールリテーナ３３が配設されている。そして、このプランジャスプリング３２の付勢力がボールリテーナ３３を介してプランジャ３６に作用することで、プランジャ３６は、常にボディ３１から突出する方向に付勢されている。また、高圧室３７において、ボールリテーナ３３とプランジャ３６の底との間には、チェックボールスプリング３４およびチェックボール３５が配設されている。そして、このチェックボールスプリング３４の付勢力がチェックボール３５に作用することで、チェックボール３５が連通路３９を遮断する位置に保持されている。

したがって、内燃機関運転中における吸気バルブ１１の閉弁開始後に、カム１３が揺動カム１５から離れようとすると、プランジャスプリング３２が伸びてプランジャ３６がボディ３１から進出する（すなわち、油圧式ラッシュアジャスタ３０が伸長する）。そのプランジャ３６によってロッカアーム１６が揺動カム１５側に押付けられる。そして、揺動カム１５がカム１３側に押付けられる。このように、揺動カム１５がカム１３に追従して変位することで、カム１３と揺動カム１５との間にクリアランスが生じることが抑制される。

なお、上記のように油圧式ラッシュアジャスタ３０が伸長するときには、高圧室３７の容積が拡大しようとして高圧室３７の圧力が低下し、高圧室３７と低圧室３８との差圧に基づく力がチェックボール３５に作用する。そして、上記差圧に基づく力によってチェックボール３５がチェックボールスプリング３４の付勢力に抗して連通路３９の遮断を解除する位置まで変位すると、低圧室３８から高圧室３７にオイルが流れるようになる。その後、上記差圧に基づく力の大きさがチェックボールスプリング３４の付勢力以下になると、チェックボール３５が連通路３９を遮断する位置へと戻される。

一方、吸気バルブ１１が開弁される際にカム１３によって揺動カム１５が押されると、その力がロッカアーム１６を介してプランジャ３６に伝達され、プランジャ３６がボディ３１内に進入しようとする。この際、連通路３９がチェックボール３５によって遮断されているため、高圧室３７から低圧室３８へのオイル流出が抑制される。そして、高圧室３７内に満たされたオイルにより、高圧室３７の容積を縮小する方向へのプランジャ３６の移動、換言するとプランジャ３６のボディ３１内への進入が抑制される。

なお、このようにプランジャ３６がボディ３１内に進入しようとするとき、高圧室３７内のオイルが僅かながらボディ３１の内周面とプランジャ３６の外周面との間を通って油圧式ラッシュアジャスタ３０の外部に漏出するため、プランジャ３６がボディ３１内に僅かに沈み込むようになる。しかしながら、このプランジャ３６のボディ３１内への進入は、上述した吸気バルブ１１の閉弁開始後における油圧式ラッシュアジャスタ３０の動作により回復される。

図４は、油圧式ラッシュアジャスタ３０にオイルを供給する油路の構成を示した図である。図４を参照して、シリンダヘッドには、複数の油圧式ラッシュアジャスタ３０が設けられており、これらの油圧式ラッシュアジャスタ３０はラッシュアジャスタ油路５０により互いに接続されている。ラッシュアジャスタ油路５０は、メイン油路４０と接続されている。メイン油路４０は、オイルパン４１、オイルポンプ４２、オイルフィルタ４３およびブロック４４を接続し、エンジンオイルの主たる流路となる。メイン油路４０内のオイルはオイルポンプ４２により循環する。メイン油路４０とラッシュアジャスタ油路５０との境界部分にはバルブ４９が設けられ、オイルの流れの切断、接続、切換えを行なうことが可能である。ラッシュアジャスタ油路５０の末端には、油圧センサ６０が設けられる。メイン油路４０は、可変バルブタイミング機構入口４５、チェーン４６および可変バルブタイミング機構出口４７も潤滑する。また、メイン油路４０は、動弁系部品の上方に設けられたシャワーパイプ４８にも導かれる。さらに、カム軸受１２Ａもメイン油路４０により潤滑される。油圧センサ６０は、ＥＣＵ（Electrical Control Unit）７０に接続されている。ＥＣＵ７０は、リフト量可変アクチュエータ２１の動作を制御可能である。

ラッシュアジャスタ油路５０の油圧は、油圧センサ６０により継続的に検出されている。そして、ラッシュアジャスタ油路５０の油圧が所定値よりも低いことが油圧センサ６０により検知されると、その信号がＥＣＵ７０に取り込まれる。この時、ＥＣＵ７０は、リフト量可変アクチュエータ２１を動作させ、バルブリフト可変機構１０を大作用角側に動かす。このようにすることで、ラッシュアジャスタ油路５０の油圧が低下した際に、バルブリフト量を増大させることができる。ラッシュアジャスタ油路の油圧が低下した場合は、油圧式ラッシュアジャスタ３０のプランジャの沈み込みが大きくなるため、バルブリフト量が低減される傾向にある。これに対し、上記のように、油圧の低下を検知した際にバルブリフト量を増大させることで、プランジャの沈み込みによってバルブリフト量が低減されたとしても、気筒ごとのリフト量のばらつきによる影響を低減し、エンジン振動やエンジンストップを抑制することができる。

図５は、内燃機関の吸気系の空気の流れを説明する図である。図５を参照して、内燃機関のインレットポート８０には、図５中の矢印方向に沿って空気が供給される。インレットポート８０の上流側にはスロットルバルブ９０が設けられている。スロットルバルブ９０の開閉は、ＥＣＵ７０により制御される。

上述したように、本実施の形態においては、ラッシュアジャスタ油路５０の油圧が低い場合には、ＥＣＵ７０によりリフト量可変アクチュエータ２１を動作させ、内燃機関に取り込まれるバルブリフト量を増大させている。この際、ＥＣＵ７０は、スロットルバルブ９０を制御し、インレットポート８０へと向かう空気量を低減させる。これにより、バルブリフト量が必要空気量に対応する高さ以上に増大しても、スロットルバルブ９０により内燃機関への空気流入量を抑制することができるので、気筒間の空気流入量のばらつきをさらに小さくすることが可能になる。

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る内燃機関の動弁装置は、内燃機関に取付けられた油圧式ラッシュアジャスタ３０と、油圧式ラッシュアジャスタ３０の先端部に基端部が回動自在に支持され、カム１３の回転によりバルブをリフトさせるロッカアーム１６と、カム１３とロッカアーム１６との間に設けられ、吸気バルブ１１のリフト量を変化させるバルブリフト可変機構１０と、油圧式ラッシュアジャスタ３０の油圧を検出する「油圧検出手段」としての油圧センサ６０と、バルブリフト可変機構１０を制御する「コントローラ」としてのＥＣＵ７０とを備える。ＥＣＵ７０は、油圧式ラッシュアジャスタ３０の油圧が所定値以下であることが油圧センサ６０により検出されたことに基づいて、吸気バルブ１１のリフト量を増大させるようにバルブリフト可変機構１０を制御する。

上記内燃機関の動弁装置は、吸気バルブ１１の上流側に空気流入量を調整するスロットルバルブ９０をさらに備える。ＥＣＵ７０は、上述したリフト量を増大させる制御が行なわれる際に、空気流入量を制限するようにスロットルバルブ９０を制御する。

本実施の形態では、バルブリフト可変機構を含む動弁機構の例について説明したが、油圧式ラッシュアジャスタ３０は、バルブリフト可変機構を含まない動弁機構に適用されてもよい。また、本実施の形態では、吸気系の動弁機構の例について説明したが、油圧式ラッシュアジャスタ３０は、排気系の動弁機構に適用されてもよい。

本実施の形態に係る内燃機関の動弁装置によれば、バルブリフト量を大きくすることで、油圧式ラッシュアジャスタ３０の油圧が低下し、該ラッシュアジャスタの伸長が制限された場合にも、バルブリフト量の低減の影響を抑制することができる。この結果、安定して動作する内燃機関の動弁装置が得られる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の１つの実施の形態に係る内燃機関の動弁装置を示す正面図である。 図１に示される動弁装置に含まれるバルブリフト可変機構を部分的に示す斜視図である。 図１に示される油圧式ラッシュアジャスタの側面断面図である。 図１に示される油圧式ラッシュアジャスタにオイルを供給する油路の構成を示した図である。 図１に示される内燃機関の吸気系の空気の流れを説明する図である。

符号の説明

１０ バルブリフト可変機構、１１ 吸気バルブ、１２ カムシャフト、１２Ａ カム軸受、１３ カム、１４ 入力アーム、１４Ａ アーム部、１４Ｂ ローラ部、１５ 揺動カム、１５Ａ ノーズ部、１５Ｂ カム面、１６ ロッカアーム、１６Ａ ローラ、１７ スライダギヤ、１７Ａ 長穴、１７Ｂ，１７Ｃ ヘリカルギヤ、１８ 支持パイプ、１８Ａ 長穴、２０ 駆動軸、２１ リフト量可変アクチュエータ、３０ 油圧式ラッシュアジャスタ、３１ ボディ、３１Ａ オイル穴、３２ プランジャスプリング、３３ ボールリテーナ、３４ チェックボールスプリング、３５ チェックボール、３６ プランジャ、３６Ａ オイル穴、３７ 高圧室、３８ 低圧室、３９ 連通路、３９Ａ 仕切り部、４０ メイン油路、４１ オイルパン、４２ オイルポンプ、４３ オイルフィルタ、４４ ブロック、４５ 可変バルブタイミング機構入口、４６ チェーン、４７ 可変バルブタイミング機構出口、４８ シャワーパイプ、４９ バルブ、５０ ラッシュアジャスタ油路、６０ 油圧センサ、７０ ＥＣＵ、８０ インレットポート、９０ スロットルバルブ。

Claims (2)

1. 内燃機関に取付けられた油圧式ラッシュアジャスタと、
   前記油圧式ラッシュアジャスタの先端部に基端部が回動自在に支持され、カムの回転によりバルブをリフトさせるロッカアームと、
   前記カムと前記ロッカアームとの間に設けられ、前記バルブのリフト量を変化させるリフト量可変機構と、
   前記油圧式ラッシュアジャスタの油圧を検出する油圧検出手段と、
   前記リフト量可変機構を制御するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、前記油圧式ラッシュアジャスタの油圧が所定値以下であることが前記油圧検出手段により検出されたことに基づいて、前記バルブのリフト量を増大させるように前記リフト量可変機構を制御する、内燃機関の動弁装置。
2. 前記バルブの上流側に空気流入量を調整するスロットルバルブをさらに備え、
   前記リフト量を増大させる制御が行なわれる際に空気流入量を制限するように前記スロットルバルブが制御される、請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。

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