JP2007205208A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関バルブを開閉駆動するリフタ摺動部に油圧制御手段を組み込んでバルブタイミングを可変とし内燃機関の小型化を図ることができる内燃機関の動弁装置を供する。
【解決手段】動弁カム27の回転に従って摺動するリフタ摺動部30が機関バルブ21に作用してバルブスプリング25に抗して開弁する内燃機関の動弁装置において、リフタ摺動部30は、動弁カム27の回転に従って弁開閉方向に往復動するカム従動リフタ31と、カム従動リフタ31に弁開閉方向の相対位置を変更可能に係合する制御バルブ33と、機関バルブ21のバルブステムの端部に取り付けられてリフタガイド４Ａに摺接し制御バルブ33と弁開閉方向に相対移動自在に嵌合し同制御バルブ33との間で油圧室Ｐｃを形成するスリーブリフタ40とを備え、スリーブリフタ40に対する制御バルブ33の相対移動位置により油圧室Ｐｃの油出入りが制御される内燃機関の動弁装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関において油圧式の可変バルブタイミング機構を備える動弁装置に関する。

内燃機関の動弁装置は、通常燃焼室に開口する吸気および排気のポートを開閉する機関バルブがバルブスプリングにより閉弁方向に付勢されており、クランク軸に連動する動弁カムの回転に従って摺動するリフタによりバルブスプリングに抗して機関バルブを作動して弁の開閉を行う。

かかる動弁装置において、機関バルブを開閉駆動する往復動部分に油圧を介在させて、油圧を調整することで、バルブの開閉タイミングおよびバルブリフト量を可変とする油圧式の可変バルブタイミング機構が、既に提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。

特許第２８３２６２４号公報 特開２００３−３２８７１２号公報

特許文献１に開示されたものは、機関バルブのバルブステム上方に位置するカムの回転に従動するカム従動ピストンとバルブステムと一体に摺動する弁駆動ピストンとの間に油圧室を設け、この油圧室から延出する油通路が油圧開放弁を介して蓄圧室に連通している。
機関バルブの開弁作動途中に油圧開放弁を開弁したときに油圧室の油圧が蓄圧室に逃がされるものであり、この油圧開放弁の油圧開放時期を制御することにより機関バルブのリフト量およびバルブタイミングを制御している。

特許文献２に開示されたものは、カムの回転に従って摺動する第１プランジャと、アジャスタカムの回動によりアジャスタスプリングを介して摺動する第２プランジャと、バルブスプリングにより閉弁方向に付勢されるバルブステムが、共通の油圧室に向かって摺動自在に挿入された構造のものであり、アジャスタカムによるアジャスタスプリングの荷重を調整することで、カムにより第１プランジャが押圧されたときの油圧室の油圧を第２プランジャの摺動部に逃がす割合を変えることができ、よって機関バルブに作用する油圧が調整されてバルブリフト量およびバルブタイミングが制御される。

先の特許文献１における油圧開放弁および蓄圧室等を備える油圧制御回路は、全てが機関バルブ等の摺動部を支持する固定側に構成されていて、同回路を設けるための大きなスペースが必要とされて、内燃機関が大型化する。
また、カム従動ピストンと弁駆動ピストンが摺接するピストンガイド壁により油圧室が形成されるので、両ピストンの摺接部からの油漏れによりバルブタイミングおよびバルブリフト量の精度の良い制御が困難である。

特許文献２についても、第１プランジャとバルブステムの間の油圧室から側方に大きく張り出して第２プランジャとアジャスタスプリングおよびアジャスタカム等の油圧調整機構が設けられており、同油圧調整機構の大きなスペースが必要とされて、内燃機関が大型化する。
さらに、第１プランジャとバルブステムが摺接するガイド壁により油圧室が形成されるので、第１プランジャとバルブステムの摺接部からの油漏れによりバルブタイミングおよびバルブリフト量の精度の良い制御が困難である。

本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、機関バルブを開閉駆動するリフタ摺動部に油圧制御手段を組み込んでバルブタイミングを可変とし内燃機関の小型化を図ることができる内燃機関の動弁装置を供する点にある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、動弁カムの回転に従って摺動するリフタ摺動部が機関バルブに作用してバルブスプリングに抗して開弁する内燃機関の動弁装置において、前記リフタ摺動部は、前記動弁カムの回転に従って弁開閉方向に往復動するカム従動リフタと、前記カム従動リフタに弁開閉方向の相対位置を変更可能に係合する制御バルブと、前記機関バルブのバルブステムの端部に取り付けられてリフタガイドに摺接し前記制御バルブと弁開閉方向に相対移動自在に嵌合し同制御バルブとの間で油圧室を形成するスリーブリフタとを備え、前記スリーブリフタに対する前記制御バルブの相対移動位置により前記油圧室の油出入りが制御される内燃機関の動弁装置とした。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の内燃機関の動弁装置において、前記スリーブリフタが有底の内筒と前記リフタガイドに摺接する有底の外筒からなり、前記内筒に前記制御バルブが嵌入して前記油圧室が形成され、前記内筒と前記外筒との間にばね力で抑制されながら容積が可変な蓄圧室が形成され、前記内筒の周壁に前記蓄圧室と連通する連通孔が穿設され、前記スリーブリフタに対する前記制御バルブの相対移動位置により前記連通孔の開口が開閉制御されることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の内燃機関の動弁装置において、前記制御バルブは、前記カム従動リフタの回動により弁開閉方向の相対位置を変更可能に係合され、アクチュエータにより前記カム従動リフタが回動されることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の内燃機関の動弁装置において、前記アクチュエータは、モータにより往復移動されるラックに前記カム従動リフタに形成されたピニオン歯が噛合して構成されるものであることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項３または請求項４記載の内燃機関の動弁装置において、前記制御バルブは、前記カム従動リフタにねじ機構により係合していることを特徴とする。

請求項１記載の内燃機関の動弁装置によれば、リフタ摺動部に設けられる制御バルブとスリーブリフタにより油圧室が形成されるとともに、カム従動リフタに弁開閉方向の相対位置を変更可能に係合する制御バルブのスリーブリフタに対する相対移動位置により同油圧室の油出入りが制御されることで、バルブタイミングおよびバルブリフト量の制御がなされる構成であるので、リフタ摺動部に油圧制御手段がコンパクトに組み込まれて内燃機関の小型化が図れる。

また、油圧室が制御バルブとスリーブリフタのみにより形成され、リフタガイドを油圧室の壁面としていないので、スリーブリフタの摺接により油圧室から油漏れが生じることはなく、バルブタイミングおよびバルブリフト量を精度良く制御することができる。

請求項２記載の内燃機関の動弁装置によれば、スリーブリフタの内筒に制御バルブが嵌入して油圧室が形成され、スリーブリフタの内筒と外筒との間にばね力で抑制されながら容積が可変な蓄圧室が形成されるので、リフタ摺動部に蓄圧室を含む油圧制御機構の殆どが組み込まれてコンパクト化され内燃機関の小型化に益々寄与することができる。

請求項３記載の内燃機関の動弁装置によれば、カム従動リフタの回動により弁開閉方向の相対位置を変更可能に制御バルブが係合されるので、カム従動リフタを回動する簡単な入力によりバルブ開閉制御を行うことができ、入力するアクチュエータも簡単で小型のものが利用でき、そのためシリンダヘッド部を小型化するとともに、バルブ挟み角への影響が少なく燃焼室をコンパクトにして内燃機関の性能向上を図ることができる。

請求項４記載の内燃機関の動弁装置によれば、モータにより往復移動されるラックに前記カム従動リフタに形成されたピニオン歯が噛合してアクチュエータが構成されるので、カム従動リフタに沿って棒状のラックを敷設すればよく、コンパクト化が図れ、シリンダヘッド部を益々小型化することができる。

請求項５記載の内燃機関の動弁装置によれば、制御バルブがカム従動リフタにねじ機構により係合しているので、リフタ摺動部を簡単な構造でコンパクト化することができる。

以下、本発明に係る一実施の形態について図１ないし図１１に基づいて説明する。
本実施の形態に係る内燃機関１は、直列４気筒のＤＯＨＣ４ストローク内燃機関であり、その側断面図を図１に示す。

シリンダブロック２が、上側クランクケースを兼ねるとともに変速機ケースも構成しており、このシリンダブロック２に下側から下側クランクケース３が接合されてクランク室と変速室を構成している。
シリンダブロック２の斜め上方に傾いて延びるシリンダ部２Ａの上にシリンダヘッド４およびシリンダヘッドカバー５が重ね合わされて一体に結合され、下側クランクケース３の下側にオイルパン６が取り付けられる。

シリンダブロック２と下側クランクケース３の互いの合わせ面にクランク軸７が挟まれて回転自在に軸支されており、クランク軸７のクランクウエブ間のクランクピン７ａとシリンダ部２Ａのシリンダボアに往復摺動自在に嵌合されたピストン８のピストンピン８ａとをコネクティングロッド９が連結している。

ピストン８の頂面と対向するシリンダヘッド４の天井面との間に燃焼室10が形成されており、燃焼室10からは斜めに傾いたシリンダヘッド４の上側側面に向けて２本の吸気ポート11が延出し、下側側面に向けて２本の排気ポート12が延出している。

各吸気ポート11の外側開口にはスロットルボディ13が結合され、その上流側に吸気管（図示せず）が連結される。
各排気ポート12の外側開口には、排気管（図示せず）が連結される。

吸気ポート11の燃焼室10に開いた開口を吸気バルブ21が開閉し、排気ポート12の燃焼室10に開いた開口を排気バルブ81が開閉する。
吸気バルブ21の上方に吸気側動弁装置20が設けられ、排気バルブ81の上方に排気側動弁装置80が設けられている。

吸気バルブ21は、そのバルブステム21ｓがバルブガイド22に摺動自在にガイドされ、バルブステム21ｓの上端に嵌着されたアッパリテーナ23と途中にシリンダヘッド４に固定されたロワリテーナ24との間にバルブスプリング25が縮設されて介装されている。

アッパリテーナ23の上側でバルブステム21ｓの上端にバルブステム21ｓと同軸に、可変バルブタイミング機構を備えたリフタ摺動部30が連結されており、同リフタ摺動部30はシリンダヘッド４のリフタガイド部４Ａにガイドされて軸方向（弁開閉方向）に摺動自在に嵌合されている。
このリフタ摺動部30の上方に吸気カムシャフト26がクランク軸と平行に軸支されており、同吸気カムシャフト26に形成された吸気カム27の回転がリフタ摺動部30を摺動させる。

一方、排気側動弁装置80は、排気バルブ81のバルブステム81ｓがバルブガイド82に摺動自在にガイドされ、バルブステム81ｓの上端に嵌着されたアッパリテーナ83と途中にシリンダヘッド４に固定されたロワリテーナ84との間にバルブスプリング85が縮設されて介装されている。

そして、シリンダヘッド４のリフタガイド部４Ｂにガイドされて軸方向（弁開閉方向）に摺動自在に嵌合される有底円筒状のリフタ86が、このバルブステム81ｓの上部をアッパリテーナ83とともに上方から覆っており、このリフタ86は、可変バルブタイミング機構を備えていない一般的なリフタである。

このリフタ86の上方に排気カムシャフト87がクランク軸と平行に軸支されており、同排気カムシャフト87に形成された排気カム88の回転がリフタ86とともに排気バルブ81を摺動させる。
したがって、排気バルブ81についてはバルブタイミングの変更は行われない。

吸気側動弁装置20のリフタ摺動部30における可変バルブタイミング機構の構造について図２ないし図６に基づき説明する。
リフタ摺動部30の最上部には、吸気カムシャフト26に形成された吸気カム27に接して弁開閉方向に往復動するカム従動リフタ31が配設されている。
カム従動リフタ31は、円筒部31Ａの上端開口を円筒部31Ａの外径より径の大きい円板状の上壁31Ｂが塞いだ形状をしており、円筒部31Ａの外周面より周方向に扇形に展開したピニオンギヤ31ｐが突出形成されている。
また、円筒部31Ａの内周には、螺旋状に螺旋溝31ｓが２箇所に形成されている。

このカム従動リフタ31の円筒部31Ａの内径より僅かに小さい外径の概ね円筒状をした制御バルブ33の上半部が、カム従動リフタ31の円筒部31Ａに互いに摺動自在に嵌入される。
概ね円筒状をした制御バルブ33は、下端の大径の開口から順次内径を小さくした内空間34が中央高さ位置まで形成されて円筒状をしており、その外周の円周面33ｒの下端がテーパして円周面33ｒからテーパ面33ｔにかけて図６に示すような菱形の切欠き35が周方向に複数形成されている。
菱形の切欠き35は、テーパ面33ｔより上の円周面33ｒには頂点を上にした２等辺三角形状に刻設されている。

そして、制御バルブ33の外周面の中央高さ位置にはフランジ33ａが突出しており、同フランジ33ａの外周縁は周方向にスプライン突起33ｖが形成されている。
制御バルブ33のフランジ33ａより上側の外周面には、前記カム従動リフタ31の内周面の２本の螺旋溝31ｓ，31ｓに対応し、かつそれより長尺に形成された２本の螺旋溝33ｓ，33ｓが形成されている。

前記内空間34の小径部のテーパ面頂部から上方にさらに小径の油路33ｃ延出し、油路33ｃの上部と突起33ａより下側の外周面とを油路33ｄが連通している。
また、制御バルブ33の下端近傍には、径方向に貫通孔33ｅが穿孔されている。

カム従動リフタ31の円筒部31Ａに制御バルブ33の上半部を挿入し、対向する螺旋溝31ｓと螺旋溝33ｓの空洞に円筒部31Ａの図示されない開口からボール32を複数挿入して蓋をしてボールねじ機構を構成してカム従動リフタ31に制御バルブ33を係合する。
したがって、カム従動リフタ31が制御バルブ33に対して相対的に回動すると、制御バルブ33はカム従動リフタ31に対して弁開閉方向の相対位置関係を変更することができる。

そして、制御バルブ33の内空間34に規制ボール36が挿入され、上端の小径部のテーパ面に当接して油路33ｃを塞ぎ、背後からスプリング37の上端を当て、下端をリテーナ38で受けながらスプリング37を縮めたところで、ピン39を貫通孔33ｅに貫通させて開口に架設し、スプリング37の下端のリテーナ38を保持することで、常時規制ボール36を油路33ｃの開口を塞ぐように付勢する。

すなわち、スプリング37により内空間34側から油路33ｃの開口を塞ぐように付勢された規制ボール36により一方向弁が構成されており、油路33ｃから内空間34へのオイルの補給は可能であるが、内空間34から油路33ｃへのオイルの流れは禁止される。

他方、吸気バルブ21のバルブステム21ｓの上端はアッパリテーナ23の中空部に挿入されてコレット23ａを介してアッパリテーナ23が固着され、バルブステム21ｓの上端面はアッパリテーナ23の中央において上方に露出しており、このバルブステム21ｓの上端面およびアッパリテーナ23の上面にスリーブリフタ40の下面が対向している。

スリーブリフタ40は、共通の底壁40Ｃを備えた内筒40Ａと外筒40Ｂからなり、外筒40Ｂの外径はリフタガイド部４Ａの内径より僅かに小さく、この外筒40Ｂがリフタガイド部４Ａに摺接してスリーブリフタ40はリフタガイド部４Ａにガイドされて往復摺動する。
内筒40Ａは、外筒40Ｂの半分強の長さで、内径が前記制御バルブ33の外径に略等しい。

スリーブリフタ40の底壁40Ｃの下面中央に円形の突起40ｄが突出しており、この突起40ｄがアッパリテーナ23の中空部に挿入されて、その下面がバルブステム21ｓの上端面に当接して支持される。

また、スリーブリフタ40の外筒40Ｂの外周面の一部に軸方向（弁開閉方向）に指向した突条40ｅが突設されており、この突条40ｅに対応してリフタガイド部４Ａの内周面に軸方向に指向した溝条４ｓが形成されている。

したがって、スリーブリフタ40がリフタガイド部４Ａに上方から挿入される際に、突条40ｅを溝条４ｓに嵌合させるようにすることで、スリーブリフタ40は周方向の回動は規制された状態でリフタガイド部４Ａにより弁開閉方向に摺動自在にガイドされる。

なお、リフタガイド部４Ａの上端縁近傍の所定箇所に油補給孔４ｒが穿孔されている。
スリーブリフタ40の外筒40Ｂの内周面には軸方向に指向したセレーション40ｓが上方開口から中間高さ位置まで形成されており、その途中の所定高さに周方向に小溝条40ｆが形成されている。

そして、外筒40Ｂの中間高さ位置に前記リフタガイド部４Ａの油補給孔４ｒに対応する油補給孔40ｒが形成され、その若干下方の高さ位置にはエア抜き孔40ｈが周方向に複数形成されている。

また、内筒40Ａの下側の所定高さ位置には、前記制御バルブ33の下端部の複数の切欠き35に対応して連通孔41が周方向に複数形成されている。
連通孔41は円孔であり、内筒40Ａを斜めに貫通している。
図６は、制御バルブ33の下端の一部で切欠き35が形成された部分を図示しているが、同時に図５に示す状態における連通孔41の油圧室Ｐｃ側の開口41ａを２点鎖線で示している。
図６に示すように、連通孔41の油圧室Ｐｃ側の開口41ａは、円孔を斜めに切断した楕円形状をしており、上下が先細になっている。

以上のようなスリーブリフタ40の内筒40Ａと外筒40Ｂとの間に、円環状をした環状蓋部材45が嵌挿される。
環状蓋部材45は、外径がスリーブリフタ40の外筒40Ｂの内径に略等しい円筒部45Ａと同円筒部45Ａの上端縁から中心方向に延出した中空円板部45Ｂとからなり、中空円板部45Ｂの内径はスリーブリフタ40の内筒40Ａの外径に略等しい。

この環状蓋部材45が、スリーブリフタ40の内筒40Ａと外筒40Ｂとの間に嵌挿されると、スリーブリフタ40の底壁40Ｃと環状蓋部材45の中空円板部45Ｂとの間に環状の蓄圧室Ａｃを構成することができる。

環状蓋部材45は、スリーブリフタ40の内筒40Ａと外筒40Ｂとの間で弁開閉方向に摺動自在であり、スリーブリフタ40の底壁40Ｃに接したとき、内筒40Ａの連通孔41は中空円板部45Ｂより下にあって蓄圧室Ａｃと連通しているが、外筒40Ｂのエア抜き孔40ｈは中空円板部45Ｂより上方にある（図２、図５参照）。

スリーブリフタ40の内筒40Ａと外筒40Ｂとの間に嵌挿された環状蓋部材45の中空円板部45Ｂ上に、複数のスプリング48が嵌挿されて、さらにその上から支持スリーブ50が嵌挿される。

支持スリーブ50は、円筒部50Ａと同円筒部50Ａの下端縁から中心方向に延出した中空円板部50Ｂとからなり、円筒部50Ａの下半部は外径がスリーブリフタ40の外筒40Ｂの内径に略等しく、その外周面には外筒40Ｂのセレーション40ｓと嵌合するセレーション50ｓが形成され、円筒部50Ａの上半部は下半部から段部50ｄを経て外径が縮径されている。

円筒部50Ａの内周面にはスプライン溝50ｖが軸方向に指向して形成されており、前記制御バルブ33のフランジ33ａの外周縁のスプライン突起33ｖが嵌合できるようになっており、円筒部50Ａの内径はカム従動リフタ31の円筒部31Ａの外径に略等しい。

支持スリーブ50の中空円板部50Ｂは、その内径がスリーブリフタ40の内筒40Ａの外径に略等しい。
円筒部50Ａの下半部の所定箇所には前記スリーブリフタ40の外筒40Ｂの油補給孔40ｒに対応する油補給孔50ｒが穿孔されている。

スリーブリフタ40の内筒40Ａと外筒40Ｂとの間に環状蓋部材45とスプリング48を嵌挿した後に、上記支持スリーブ50が、スリーブリフタ40の外筒40Ｂの内周面のセレーション40ｓに円筒部50Ａの外周面のセレーション50ｓを噛み合わせて嵌挿される。

そして、スプリング48を圧縮しながら支持スリーブ50を押し込んで、支持スリーブ50の円筒部50Ａの段部50ｄの上に外筒40Ｂの内周面に形成された小溝条40ｆが現れたところで、この小溝条40ｆに止めリング52を嵌合させることで、支持スリーブ50がその段部50ｄに止めリング52に当たって抜けが防止され、スプリング48のばね力でスリーブリフタ40に対する相対位置が略固定されてスプリング48の一端を支持する（図２参照）。
逆に略固定される支持スリーブ50により上端を支持されたスプリング48により環状蓋部材45が下方へ付勢されている。

このように、スリーブリフタ40の内筒40Ａと外筒40Ｂとの間に環状蓋部材45、スプリング48、支持スリーブ50を嵌合したところへ、前記カム従動リフタ31に制御バルブ33を組み込んだものを嵌挿する。

この組み込みに際しては、制御バルブ33の下半円筒部をスリーブリフタ40の内筒40Ａに嵌入すると同時に、フランジ33ａのスプライン突起33ｖを支持スリーブ50の内周面のスプライン溝50ｖに嵌合し、カム従動リフタ31の円筒部31Ａは支持スリーブ50の内側に嵌挿される。

ここで、制御バルブ33の下半円筒部がスリーブリフタ40の内筒40Ａに嵌入することで、内筒40Ａ内において制御バルブ33とスリーブリフタ40との間に油圧室Ｐｃが形成される。
この内筒40Ａ内の油圧室Ｐｃは、制御バルブ33が連通孔41を閉塞しない限り、連通孔41を介して蓄圧室Ａｃと連通している。

以上のようにしてリフタ摺動部30が組付けられると、最上部のカム従動リフタ31の上壁31Ｂの上面に吸気カム27がそのカム面を摺接させる（図２参照）。
そして、カム従動リフタ31の扇形に展開したピニオンギヤ31ｐを、図１に示すようにスロットルボディ13側のシリンダヘッド４の側壁に向けて突出させており、クランク軸７と平行に指向したラック軸60のラック歯60ａが同ピニオンギヤ31ｐに噛合している（図３参照）。

ラック歯60ａとピニオンギヤ31ｐの歯筋は、吸気カム27の回転でカム従動リフタ31が往復動する弁開閉方向に指向しており、ラック歯60ａはカム従動リフタ31の往復距離分の幅を有している。
したがって、吸気カム27の回転でカム従動リフタ31が往復動しても常にラック歯60ａが同ピニオンギヤ31ｐの噛合いは維持される。

ラック軸60は、図１に示すように、シリンダヘッド４の側壁内面に形成された保持部４ｈにクランク軸方向に摺動自在に保持されている。
そして、１気筒に設けられる２本の吸気バルブ21，21の２個の同じ構造のリフタ摺動部30、さらには直列に並んだ４気筒のそれぞれの同じ構造のリフタ摺動部30に、１本のラック軸60が共通に使用される。

このラック軸60は、図３に示すように背後に形成されたギヤ60ｂがサーボモータ61の駆動軸に設けられた駆動ギヤ62に噛合して、サーボモータ61の駆動でクランク軸方向に往復動し、このラック軸60の往復動がラック歯60ａとピニオンギヤ31ｐの噛合を介してカム従動リフタ31を正逆転回動させる。

リフタ摺動部30において、シリンダヘッド４のリフタガイド部４Ａに嵌挿されるスリーブリフタ40は、突条40ｅをリフタガイド部４Ａの溝条４ｓに嵌合して周方向の回動は規制された状態で弁開閉方向に摺動自在にガイドされ、このスリーブリフタ40に対してセレーション嵌合した支持スリーブ50も周方向の回動が規制され、この回動が規制された支持スリーブ50にスプライン嵌合する制御バルブ33もまた周方向の回動が規制され、かつ支持スリーブ50およびスリーブリフタ40に対して弁開閉方向に相対位置を変更することができる。

したがって、前記したように、カム従動リフタ31と制御バルブ33はボールねじ機構により係合しているので、サーボモータ61によりラック軸60を介してカム従動リフタ31を回動すると、制御バルブ33は回動せずにカム従動リフタ31に対して弁開閉方向の相対位置関係を変更することができる。
このカム従動リフタ31に対する制御バルブ33の弁開閉方向の移動は、同時にスリーブリフタ40に対する制御バルブ33の弁開閉方向の相対位置を変更させる。

図７は、カム従動リフタ31に対して制御バルブ33が最も閉弁方向（上方）に位置した場合の吸気バルブ21の動きの様子を示しており、図９は、カム従動リフタ31に対して制御バルブ33が最も開弁方向（下方）に位置した場合の吸気バルブ21の動きの様子を示しており、図８は、カム従動リフタ31に対して制御バルブ33が前者（図７）と後者（図９）の中間に位置した場合の吸気バルブ21の動きの様子を示している。

このうち、吸気バルブ21が吸気ポート11の開口を閉じた状態を示す図７（１）、図８（１）、図９（１）を順次比較していみると分かるように、制御バルブ33が開弁方向（下方）に順次移動しており、制御バルブ33の下端縁と連通孔41との距離が、図７（１）では大きかったものが、図８（１）では小さくなり、図９（１）では制御バルブ33の下端部が連通孔41の蓄圧室Ａｃ側の開口を閉じている。

そこで、まず、カム従動リフタ31に対して制御バルブ33が最も閉弁方向（上方）に位置した図７に示す場合について吸気バルブ21の動きを考察してみる。
図７（１）において、吸気カム27のベース円にカム従動リフタ31が接して最も閉弁方向（上方）に位置する制御バルブ33とカム従動リフタ31がともに最上位置にあって油圧室Ｐｃが最大容積を占めている。

吸気カム27が約４５度回転した図７（２）では、カム従動リフタ31が下方に押されて、制御バルブ33も下降するが、油圧室Ｐｃのオイルが連通孔41を通って蓄圧室Ａｃの方に流れ、スプリング48に抗して環状蓋部材45を上昇させて蓄圧室Ａｃの容積を膨張させる。

このように油圧室Ｐｃのオイルを蓄圧室Ａｃに逃がして油圧室Ｐｃの容積が縮小するので、制御バルブ33の下降によってもスリーブリフタ40は下降せずそのままの状態が維持され、よって吸気バルブ21も閉弁状態が維持されている。
なお、吸気バルブ21を閉弁方向に付勢するバルブスプリング25のばね力は、環状蓋部材45を下方に付勢するスプリング48のばね力よりも十分大きい。

そして、さらに吸気カム27が回転すると、制御バルブ33が油圧室Ｐｃのオイルを蓄圧室Ａｃに逃がして下降し、連通孔41の油圧室Ｐｃ側開口を閉塞する。
連通孔41が閉塞されて油圧室Ｐｃが密閉されると、制御バルブ33の下降は密閉された油圧室Ｐｃのオイルを介してスリーブリフタ40を下降させ、スリーブリフタ40の下降は吸気バルブ21をバルブスプリング25に抗して開弁方向に下降させ、図７（３）に示すように吸気バルブ21は吸気ポート11の開口を開く。

このように、カム従動リフタ31に対して制御バルブ33が最も閉弁方向（上方）に位置している場合は、吸気バルブ21が開弁するタイミングが遅くなるとともに、バルブリフト量も小さい。
蓄圧室Ａｃの容積をさらに大きくしたり、吸気カム27の変位量を小さくすれば、バルブリフト量を０にして、バルブを休止させることもできる。

逆に、吸気バルブ21が閉弁するときは、吸気カム27の押圧が徐々に除かれ、バルブスプリング25の付勢力で吸気バルブ21が閉弁方向に上昇して吸気ポート11の開口を閉じ、完全に閉弁すると、スリーブリフタ40を残して制御バルブ33が上昇して連通孔41を開通させ、以後はスプリング48のばね力で環状蓋部材45を下降させて蓄圧室Ａｃのオイルを連通孔41を通して油圧室Ｐｃに戻し、油圧室Ｐｃの容積を膨張させて制御バルブ33をカム従動リフタ31とともに上昇させてカム従動リフタ31の吸気カム27のカム面への接触を保つようにする。
したがって、吸気バルブ21が閉弁するタイミングは早い。

このような図７に示す状態からサーボモータ61の駆動によりラック軸60を移動してカム従動リフタ31を回動し、制御バルブ33を開弁方向に下降させると、図８に示す状態になる。
図８（１）は図７（１）と吸気カム27の角度位置が同じであるが、制御バルブ33は下降して連通孔41に近い位置にある。

したがって、吸気カム27がさらに回転すると、制御バルブ33は下降して油圧室Ｐｃのオイルが連通孔41を通って蓄圧室Ａｃに移動して油圧室Ｐｃが縮小するが、吸気カム27が図８（１）の角度位置から約４５度回転する途中で、制御バルブ33が連通孔41を閉塞して油圧室Ｐｃを密閉することになり、吸気カム27が図８（１）の角度位置から約４５度回転した図８（２）に示す状態では、既に吸気バルブ21は開弁している。
その後は、吸気カム27のカム面に従って吸気バルブ21は従動する。

したがって、図８に示す場合は、図７に示す場合に比べて、吸気バルブ21の開弁タイミングが早くなり、閉弁タイミングは遅くなるとともに、バルブリフト量も大きくなる（図１０参照）。

図８に示す状態から、さらにサーボモータ61の駆動によりラック軸60を移動してカム従動リフタ31を回動し、制御バルブ33を開弁方向に下降させると、図９に示す状態になる。
図９（１）は図７（１），図８（１）と吸気カム27の角度位置が同じであるが、制御バルブ33はより下降して連通孔41を閉塞した状態にある。

すなわち、カム従動リフタ31が吸気カム27のベース円に接している状態で、既に制御バルブ33は連通孔41を閉塞して油圧室Ｐｃは密閉されているので、吸気カム27の１回転全てに亘ってカム面に従って吸気バルブ21は従動する。
したがって、吸気バルブ21の開弁タイミングが最も早くなり、閉弁タイミングは最も遅くなるとともに、バルブリフト量は最大となる（図１０参照）。

図１０は、カム回転角度に対するバルブ変位量を、図７，図８，図９に示す各状態について示している。
図７，図８，図９の順に、開弁タイミングが早くなり、閉弁タイミングが遅くなり、バルブリフト量は大きくなる。

本吸気側動弁装置20は、サーボモータ61を駆動制御することで、図７に示す状態から図９に示す状態までの間で、無段階にバルブタイミングおよびバルブリフト量を変更することができる。

図６に示すように、制御バルブ33の下端の円周面33ｒからテーパ面33ｔにかけて菱形の切欠き35が複数形成され、切欠き35に対応する連通孔41の断面形状は、楕円形状をして中央から下方に行くほど先細になっている。

そこで、制御バルブ33の下降により連通孔41の油圧室Ｐｃ側開口41ａを閉じるときと、制御バルブ33の上昇により連通孔41の開口41ａを開くときの様子を図１１（１），（２）の説明図に基づき説明する。

図１１（１），（２）は、図６と同じく制御バルブ33の切欠き35のある部分と、同時に連通孔41の油圧室Ｐｃ側の開口41ａを２点鎖線で示し、ある２つの状態における制御バルブ33と連通孔41の開口41ａとの相対位置関係が図示されている。
そして、連通孔41の楕円形状の開口41ａのうち制御バルブ33により塞がれる閉塞部分Ｓを格子ハッチを施して示している。

いま、制御バルブ33が下降して連通孔41の逆三角形の開口41ａを閉じようとしているとすると、図１１（１）に示す状態では、逆三角形の開口41ａのうち制御バルブ33の円周面33ｒとテーパ面33ｔの境界線Ｌより上側が塞がれており、境界線Ｌより上側でも切欠き35の一部が開放されている。

これより制御バルブ33が下降すると、開口41ａが中央から下方に行くほど先細になっているので、開口41ａの閉塞部分Ｓ以外の開放面積が徐々に小さくなり、図１１（２）に示すように開口41ａの下端が境界線Ｌに達すると、切欠き35の境界線Ｌより上側の三角形部分のみが開放状態となり、この開放部分は徐々に小さくなって、最終的に連通孔41の開口41ａが完全に閉塞される。

このように、制御バルブ33の下降により連通孔41の開口41ａは、閉塞直前から緩慢に閉じられていくので、油圧室Ｐｃの油圧も徐々に上昇し、図１０に示すように吸気バルブ21も通常のカム動弁機構よりも滑らかに開弁を始めることができる。

逆に、制御バルブ33が上昇して連通孔41の開口41ａを開こうとするときも、逆の過程をたどることになるので、連通孔41の開口41ａは閉塞部分Ｓ以外の開放面積が徐々に大きくくなっていくので、吸気バルブ21も極めて滑らかに閉弁を始めることができる。
よって、バルブ開閉時のバルブ着座等の衝撃を緩和することができる。

なお、油圧室Ｐｃおよび蓄圧室Ａｃへのオイルの補給については、リフタガイド部４Ａに形成された油補給孔４ｒに連結される油圧通路（図示せず）から油補給孔４ｒ，スリーブリフタ40の油補給孔40ｒ，支持スリーブ50の油補給孔50ｒを通って支持スリーブ50内で制御バルブ33の外側の空間に供給されたオイルが、制御バルブ33内に穿孔された油路33ｄ，33ｃを通って規制ボール36の一方向弁を開いて油圧室Ｐｃに補給される。

以上のように、本吸気側動弁装置20は、リフタ摺動部30に油圧室Ｐｃとともに同油圧室Ｐｃの油出入りを制御するが油圧制御手段、さらには油出入り先の蓄圧室Ａｃもコンパクトに組み込まれているので、リフタ摺動部30の外部には特別の機構は必要とされず内燃機関の小型化が図れる。

油圧室Ｐｃがスリーブリフタ40の内筒40Ａと制御バルブ33のみにより形成され、リフタガイド４Ａを油圧室Ｐｃの壁面としていないので、スリーブリフタ40の摺接により油圧室Ｐｃから油漏れが生じることはなく、バルブタイミングおよびバルブリフト量を精度良く制御することができる。

制御バルブ33は、カム従動リフタ31にボールねじ機構により係合しているので、カム従動リフタ31を回動させる簡単な方法で、バルブタイミング制御を行うことができ、本実施の形態では、簡単なラック・ピニオン機構を用い、ラック軸60をサーボモータ61により移動させることでカム従動リフタ31を回動させている。

したがって、簡単で小型のラック・ピニオン機構をリフタ摺動部30に沿って配設できるので、シリンダヘッド部を小型化することができる。
なお、カム従動リフタ31と制御バルブ33はボールねじ機構により係合したが、台形ねじなどのねじ機構により係合してもよい。

本ラック・ピニオン機構は、吸気バルブ21と排気バルブ81との間ではなく、外側に配置されているが、このラック・ピニオン機構は大きくスペースをとらないので、該ラック・ピニオン機構によりバルブ挟み角に影響を与えることは殆どない。
また、このラック・ピニオン機構を吸気バルブ21と排気バルブ81との間に設けたとしても、バルブ挟み角への影響は少なく、よって燃焼室をコンパクトにして内燃機関の性能向上を図ることができる。

以上の実施の形態に係る吸気側動弁装置20は、ＤＯＨＣ内燃機関１に適用し、２本のカムシャフト26，87のカムが直接吸気バルブ21のリフタ摺動部30および排気バルブ81に作用するものであったが、ロッカアームを介在させる方式であってもリフタ摺動部30は、略そのまま適用可能である。

また、ＳＯＨＣ内燃機関にも適用でき、その例を図１２に示す。
１本のカムシャフト100に吸気カム101と排気カム102が形成されていて、吸気ロッカアームシャフト103に軸支された吸気ロッカアーム105を介して吸気バルブ21が作動し、排気ロッカアームシャフト104に軸支された排気ロッカアーム106を介して排気バルブ81が作動する。
なお、以上の構造以外は、前記実施の形態の動弁装置と殆ど同じであり、同じ部材は同じ符号を用いる。

吸気側動弁装置のリフタ摺動部110は、カム従動リフタ111が形状を異にする以外は前記実施の形態と同じである。
カム従動リフタ111は、有底円筒状をなし、吸気ロッカアーム103の邪魔にならないように上壁111Ｂにはフランジを備えていない。
吸気ロッカアーム105の端部に螺合されタペット調整されたねじ107の先端が、カム従動リフタ111の上壁111Ｂの上面中央に接して押圧するようになっている。

円筒部111Ａには扇形に展開したピニオンギヤ111ｐが突出形成され、ラック軸60のラック歯と噛合っていて、ラック軸60の移動によりカム従動リフタ111が回動し、ボールねじ機構により制御バルブ33がスリーブリフタ40に対して弁開閉方向に移動して油圧室Ｐｃの油出入りが制御され、バルブタイミングおよびバルブリフト量の制御がなされる。

このように、本発明の動弁装置は、ＳＯＨＣ内燃機関にも内燃機関の小型化を図りながら簡単に適用することができる。

本発明の一実施の形態に係る直列４気筒のＤＯＨＣ４ストローク内燃機関の側断面図である。 吸気動弁装置の断面図である。 バルブタイミング制御の入力に係るラック・ピニオン機構を示す図である。 リフタ摺動部の分解断面図である。 同要部拡大図である。 制御バルブの下端の要部正面図である。 バルブリフト量を最も小さくした状態における吸気動弁装置の動きを経時的に示した説明図である。 バルブリフト量を中間程度とした状態における吸気動弁装置の動きを経時的に示した説明図である。 バルブリフト量を最も大きくした状態における吸気動弁装置の動きを経時的に示した説明図である。 バルブリフト量の各状態におけるカム回転角度に対するバルブ変位量を示す図である。 制御バルブの下端の要部と連通孔の開口との関係を示した説明図である。 別の実施の形態に係る動弁装置の断面図である。

符号の説明

Ａｃ…蓄圧室、Ｐｃ…油圧室、
20…吸気側動弁装置、21…吸気バルブ、27…吸気カム、
30…リフタ摺動部、31…カム従動リフタ、33…制御バルブ、35…切欠き、40…スリーブリフタ、40Ａ…内筒、40Ｂ…外筒、41…連通孔、45…環状蓋部材、48…スプリング、50…支持スリーブ、60…ラック軸、61…サーボモータ。

Claims (5)

1. 動弁カムの回転に従って摺動するリフタ摺動部が機関バルブに作用してバルブスプリングに抗して開弁する内燃機関の動弁装置において、
   前記リフタ摺動部は、
   前記動弁カムの回転に従って弁開閉方向に往復動するカム従動リフタと、
   前記カム従動リフタに弁開閉方向の相対位置を変更可能に係合する制御バルブと、
   前記機関バルブのバルブステムの端部に取り付けられてリフタガイドに摺接し前記制御バルブと弁開閉方向に相対移動自在に嵌合し同制御バルブとの間で油圧室を形成するスリーブリフタとを備え、
   前記スリーブリフタに対する前記制御バルブの相対移動位置により前記油圧室の油出入りが制御されることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. 前記スリーブリフタが有底の内筒と前記リフタガイドに摺接する有底の外筒からなり、
   前記内筒に前記制御バルブが嵌入して前記油圧室が形成され、
   前記内筒と前記外筒との間にばね力で抑制されながら容積が可変な蓄圧室が形成され、 前記内筒の周壁に前記蓄圧室と連通する連通孔が穿設され、
   前記スリーブリフタに対する前記制御バルブの相対移動位置により前記連通孔の開口が開閉制御されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の動弁装置。
3. 前記制御バルブは、前記カム従動リフタの回動により弁開閉方向の相対位置を変更可能に係合され、
   アクチュエータにより前記カム従動リフタが回動されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の動弁装置。
4. 前記アクチュエータは、モータにより往復移動されるラックに前記カム従動リフタに形成されたピニオン歯が噛合して構成されるものであることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の動弁装置。
5. 前記制御バルブは、前記カム従動リフタにねじ機構により係合していることを特徴とする請求項３または請求項４記載の内燃機関の動弁装置。
   

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