JP2009174319A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内部ＥＧＲの実行やエンジンブレーキを効かせることができるとともに、燃費向上や排出ガスのクリーン化という複数の機能を同時に発揮させること。
【解決手段】内燃機関のシリンダヘッド１０に回転自在に設けられたカムシャフト２１と、内燃機関に揺動可能に設けられたロッカシャフト３０と、カムシャフト２１に形成されたカム２３によって駆動され、吸気バルブ１２，１３と排気バルブ１４，１５を開閉するとともに、そのリフト量を連続的に可変する連続可変式ロッカアーム機構５０と、カムシャフト２１に形成されたカム２２によって駆動され、吸気バルブ１２，１３と排気バルブ１４，１５を開閉するとともに、そのリフト量を段階的に切り換える切換式ロッカアーム機構４０とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸気バルブや排気バルブ等の駆動位相、およびバルブリフト量を変更可能とした内燃機関の可変動弁装置に関する。

自動車用エンジン等の内燃機関では、吸排気系のバルブの駆動位相やリフト量を内燃機関の運転状態に応じて変化させ、エンジンから排出される排出ガスを浄化させたり、自動車の燃費を低減させたりする可変動弁装置が知られている。

そのような可変動弁装置としては、バルブを駆動させる第１アームとカムにより揺動される第２アームとの間に第３アームを設け、第３アームを介してバルブを駆動させるとともに第２アームの揺動支点を変位させることにより、バルブの位相とリフト量を連続的に変化させることとした連続可変式ロッカアーム機構を有するものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

このような連続可変式ロッカアーム機構を有する可変動弁装置は、バルブのリフト量や位相を調整することで排出ガスのクリーン化、開弁角を調整することで燃費の向上を図ることができる。

一方、バルブを駆動させる第１アームとカムにより揺動される第２アームとの間に選択的に変位を伝達する機構を設け、第１アームの動作をさせたり、停止させたりする切換式ロッカアーム機構を有するものが知られている（例えば、特許文献２を参照）。

このような切換式ロッカアーム機構を有する可変動弁装置は、吸気行程で排気バルブを開くことによる内部ＥＧＲを行って排出ガスのクリーン化、圧縮上死点で排気バルブを開弁することによりエンジンブレーキをかけること等が可能である。
特開２００４−３３９０７９号公報 特開２００５−１０５９５３号公報

しかしながら、上述したような可変動弁装置は、切換式ロッカアーム機構４０及び連続可変式ロッカアーム機構５０のいずれかを選択しなければならず、それぞれの単一機能しか発揮できない。また、切換式ロッカアーム機構４０は瞬時の動作が可能であるが、バルブのリフト量や位相の微調整が効かないという欠点があり、一方、連続可変式ロッカアーム機構５０はリフト量や位相の微調整は可能であるが、動作に１秒程度の時間がかかり、応答性が悪いという問題があった。

そこで本発明は、内部ＥＧＲの実行やエンジンブレーキを効かせることができるとともに、燃費向上や排出ガスのクリーン化という複数の機能を同時に発揮させ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。

本発明では上記目的を達成するため、内燃機関の可変動弁装置を次のように構成した。

（１）内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に設けられたカムシャフトと、前記内燃機関に揺動可能に設けられたロッカシャフトと、前記カムシャフトに形成されたカムによって駆動され、吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方のバルブを開閉するとともに、そのリフト量を連続的に可変する連続可変式ロッカアーム機構と、前記カムシャフトに形成されたカムによって駆動され、吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方のバルブを開閉するとともに、そのリフト量を段階的に切り換える切換式ロッカアーム機構とを備えている。

（２）（１）に記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記切換式ロッカアーム機構は、前記ロッカシャフトに揺動自在に支持され、前記バルブを駆動可能に形成された共用ロッカアームと、前記カムにより駆動され、前記ロッカシャフトに揺動可能に設けられた切換ロッカアームと、該切換ロッカアームからの変位を前記共用ロッカアームへ変位を選択的に伝える伝達機構とを具備する。

（３）（１）に記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記連続可変式ロッカアーム機構は、前記ロッカシャフトに揺動自在に支持され、前記バルブを駆動可能に形成された共用アームと、前記カムにより駆動され、前記ロッカシャフト側に設けられた支点を中心として揺動可能に設けられた連続可変アームと、前記ロッカシャフトに揺動可能に支持され、前記共用アームと前記連続可変アームとの間に設けられた中間アームと、前記中間アームと前記連続可変アームとの間に設けられ、前記連続可変アームの揺動変位を前記中間アームを介して前記共用アームに伝達する変換部材と、前記ロッカシャフトを揺動させて、前記支点を変位させる駆動機構とを具備する。

（４）（１）に記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記内燃機関は、吸気側に前記連続可変式ロッカアーム機構を備えるとともに、排気側に前記切換式ロッカアーム機構を備え、前記内燃機関が吸気行程のときに、該切換式ロッカアーム機構により前記排気バルブを開弁させるとともに、該連続可変式ロッカアーム機構により前記吸気バルブの開弁時期を早閉じさせる。

（５）（１）に記載の内燃機関の可変動弁装置において、前記内燃機関は、前記切換式ロッカアーム機構により駆動される前記排気バルブと、前記連続可変式ロッカアーム機構により駆動される前記排気バルブを１気筒当たりに少なくとも１つずつ備え、該内燃機関が圧縮上死点近傍であるときに、該切換式ロッカアーム機構により前記排気バルブを開弁するとともに、該連続可変式ロッカアーム機構により前記排気バルブの開弁時期を早開きさせる。

（１）に記載した可変動弁装置によれば、連続可変式ロッカアーム機構と切換式ロッカアーム機構とを併用してバルブを開閉させることで、バルブの開閉タイミングを瞬時に切り換えるとともに、リフト量を細かく制御する等、複数の機能を同時に実現することができる。

（２）に記載した可変動弁装置によれば、揺動変位の伝達を必要に応じて選択的に行うことで、タイミングの遅れなく、バルブの開閉を行うことができる。

（３）に記載した可変動弁装置によれば、揺動変位の伝達を連続的に行うことで、きめこまかくバルブの駆動位相及びリフト量を制御することができる。

（４）に記載した可変動弁装置によれば、内部ＥＧＲを行うとともに、ＥＧＲ量の微調整を行うことで、排気ガスのクリーン化を図ることができる。

（５）に記載した可変動弁装置によれば、エンジンブレーキを作動させるとともに、効果を増大させることができる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置２０が組み込まれたシリンダヘッド１０の要部を示す平面図、図２は同シリンダヘッド１０の図１におけるＡ−Ａ線で切断して矢印方向に見た断面図、図３は同シリンダヘッド１０の図１におけるＢ−Ｂ線で切断して矢印方向に見た断面図、図４は可変動弁装置２０を示す斜視図、図５は同可変動弁装置２０を示す分解斜視図である。

図１乃至図３に示すように、シリンダヘッド１０には、一対の吸気バルブ１２，１３と、一対の排気バルブ１４，１５が設けられている。吸気バルブ１２，１３は、シリンダヘッド１０の吸気通路１０ａに軸方向に往復動可能に設けてあり、弁ばね１２ａ，１３ａによって吸気通路１０ａを閉止する方向に常に付勢されている。排気バルブ１４，１５は、シリンダヘッド１０の排気通路１０ｂに軸方向に往復動可能に設けてあり、弁ばね１４ａ，１５ａによって吸気通路１０ａを閉止する方向に常に付勢されている。なお、シリンダ１１はシリンダヘッド１０の下部にあるシリンダブロック（不図示）に取り付けられている。

可変動弁装置２０は、内燃機関のバルブを開閉駆動させる動弁装置であり、シリンダ１１を挟んで一対ずつ設けられている。なお、一対の可変動弁装置２０は、シリンダ１１を挟んで対称の構造をしているので、排気バルブ１４，１５側の可変動弁装置２０についてのみ説明し、吸気バルブ１２，１３側の可変動弁装置２０については説明を省略する。

シリンダヘッド１０には、回転自在に設けられた一対のカムシャフト２１と、揺動可能に設けられた一対のロッカシャフト３０と、カムシャフト２１に形成されたカム２２によって駆動され、吸気バルブ１２，１３と排気バルブ１４，１５をそれぞれ開閉するとともに、そのリフト量を段階的に切り換える一対の切換式ロッカアーム機構４０と、カムシャフト２１に形成されたカム２３によって駆動され、吸気バルブ１２，１３と排気バルブ１４，１５を開閉するとともに、そのリフト量を連続的に可変する一対の連続可変式ロッカアーム機構５０とを備えている。なお、切換式ロッカアーム機構４０と連続可変式ロッカアーム機構５０は、ロッカアーム６０を共用している。

カムシャフト２１及びロッカシャフト３０は、カムチェーンやギア等を介して内燃機関のクランクシャフト（不図示）に連結しており、クランクシャフトが回転すると、カムプロフィルが異なるカム２２，２３が矢印Ｒで示す方向に回転駆動される。カム２２，２３は、後述するような所定のタイミングで可変動弁装置２０を駆動する。

ロッカシャフト３０の内部には、エンジンオイルが供給される油通路３１が設けられている。この油通路３１にエンジンオイルを供給する油圧供給機構８０が接続されている。また、ロッカシャフト３０は、その軸心線周りの回転角度位置を制御する駆動機構９０とを備えている。さらに、ロッカシャフト３０の連続可変式ロッカアーム機構５０に対応する位置には、切欠き部３２が形成してある。

次に、図２及び図５に基づき、切換式ロッカアーム機構４０について説明する。切換式ロッカアーム機構４０は、ロッカシャフト３０に揺動自在に支持され、排気バルブ１４，１５を駆動可能に形成された共用ロッカアーム６０と、カム２２により駆動され、ロッカシャフト３０に揺動可能に設けられた切換ロッカアーム４１を具備する。

切換ロッカアーム４１は、ロッカシャフト３０に揺動自在に支持されたボス部４１ａと、このボス部４１ａから上方へ突き出るとともに、後述する伝達機構としての縦型ピストン構造７０の窓部７１ｂ内へ進入および退避動する突き当てアーム４１ｂと、ローラ４１ｃが揺動自在に設けられている。ローラ４１ｃは、カム２２に接触し、カム２２が回転すると切換ロッカアーム４１が、ロッカシャフト３０の軸心線を支点として揺動される。また、切換ロッカアーム４１には、溝部４１ｄが形成してある。

図５中４２は、ねじりコイルばねであり、一端側に屈曲部４２ａが形成してあり、他端側には、ロッカシャフト３０の軸方向に延び、更に径方向外側に屈曲した作動部４２ｂが形成されている。屈曲部４２ａは、シリンダヘッド１０に挿入される。ねじりコイルばね４２の作動部４２ｂが溝部４１ｄ内に係合されると、ねじりコイルばね４２は切換ロッカアーム４１をローラ４１ｃがカム２２に倣うように付勢する。

共用ロッカアーム６０は、ロッカシャフト３０部分に揺動自在に嵌挿されたボス部６１と、このボス部６１から排気バルブ１４，１５側に延びるアーム６２，６３と、後述する押圧部５３ｂに押圧される受圧部６４とを備えている。ボス部６１内には、油通路３１からエンジンオイルを案内する流路６１ａが設けられている。

ボス部６１には、切換ロッカアーム４１からの変位を共用ロッカアーム６０への変位を選択的に伝えるための伝達機構として、円筒状の縦型ピストン構造７０が設けられている。縦型ピストン構造７０は、ボス部６１の内面まで続く中空部７１ａ及び側面の窓部７１ｂを有する格納筒７１と、この格納筒７１の中空部７１ａの上端開口を閉塞する蓋部材７２と、中空部７１ａ内を往復動自在に収められたピストン７３と、蓋部材７２に設けられピストン７３をボス部６１側に付勢するスプリング７４とを備えている。ピストン７３には、切欠部７３ａが設けられ、通常はスプリング７４の作用により切欠部７３ａが窓部７１ｂの位置に来るように設定されている。なお、油圧供給機構８０により油圧がかけられると油通路３１からエンジンオイルが中空部７１ａに供給され、スプリング７４を圧縮してピストン７３を押し上げる。これにより、窓部７１ｂにはピストン７３の外周が露出することとなる。逆に油圧を解除するとピストン７３はスプリング７４の作用により押し下げられる。油圧のＯＮ／ＯＦＦは瞬時に行うことができる。

また、窓部７１ｂには突き当てアーム４１ｂが対向配置されている。突き当てアーム４１ｂは、窓部７１ｂに切欠き部７３ａが位置決められるときは、切欠き部７３ａ内を空移動し、窓部７１ｂにピストン７３の外周部分が位置決められるときは、該外周部分と突き当りながら移動する形状に形成してある。

これにより、アーム４１の突き当てアーム４１ｂがピストン７３に突き当らないときは、切換ロッカアーム４１からのカム変位が共用ロッカアーム６０へ伝達されず、突き当てアーム４１ｂがピストン７３に突き当たるときは、切換ロッカアーム４１からのカム変位が、共用ロッカアーム６０を介して排気バルブ１４，１５を開弁する構造となっている。また、ロッカシャフト３０には油通路３１よりも下流側に、流路６１ａよりも幅広な油排出室３２が形成されており、ロッカシャフト３０自体の揺動、または、カム２２の回転に伴い切換ロッカアーム４１が揺動して流路６１ａの位置が変化しても、中空部７１ａにエンジンオイルを供給することが可能となっている。なお、油排出室３２の幅は、切換ロッカアーム４１の揺動する距離よりも大きく、かつ、ロッカシャフト３０の最大揺動位置に達した時にも流路６１ａへエンジンオイルを供給することが可能な大きさとなっていることが好ましい。

さらに、縦型ピストン構造７０には中空部７１ａよりも上流側に、流路６１ａよりも幅広な油導入室７５が形成されており、カム２２の回転に伴い切換ロッカアーム４１が揺動して流路６１ａの位置が変化しても、中空部７１ａにエンジンオイルを供給することが可能となっている。なお、油導入室７５の幅は、切換ロッカアーム４１の揺動する距離よりも大きいことが好ましい。

次に、図３及び図５に基づき連続可変式ロッカアーム機構５０について説明する。連続可変式ロッカアーム機構５０は、ロッカシャフト３０に揺動自在に支持され、排気バルブ１４，１５を駆動可能に形成された共用ロッカアーム６０と、カム２３により駆動され、ロッカシャフト３０側に設けられた支点Ｑを中心として揺動可能に設けられた連続可変アーム５３と、共用ロッカアーム６０と連続可変アーム５３の間に設けられ、連続可変アーム５３の揺動変位を共用ロッカアーム６０に伝達して共用ロッカアーム６０を駆動する中間アーム５１とを具備する。

中間アーム５１は、円環状のシャフト嵌挿部５１ａと、このシャフト嵌挿部５１ａから径方向に突出した押圧部５１ｂとを備えている。押圧部５１ｂにはローラ５１ｃが設けられている。中間アーム５１がロッカシャフト３０を中心に揺動すると、押圧部５３ｂが共用ロッカアーム６０の受圧部６４を押圧し、共用ロッカアーム６０が排気バルブ１４，１５を開弁する。

連続可変アーム５３は、この連続可変アーム５３とロッカシャフト３０とを接続する接続部材５４を備えている。接続部材５４は、スタッドボルトで、一端側に球状の自在継手部５４ａを有し、ロッカシャフト３０の切欠き部３２に形成されたねじ孔３３にねじ込まれ、ロックナット５４ｂにより固定される。接続部材５４がロッカシャフト３０に固定されると、自在継手部５４ａが支点Ｑとして機能する。

また、図５中５５は、ねじりコイルばねであり、一端側に屈曲部５５ａが形成してあり、他端側には、ロッカシャフト３０の軸方向に延び、更に径方向外側に屈曲した作動部５５ｂが形成されている。屈曲部５５ａは、シリンダヘッド１０に挿入される。

連続可変アーム５３は、側面視でほぼコの字状に形成されており、コの字に形成された図の下方側に基端部５３ａが、また上方側に当接部５３ｂがそれぞれ設けられている。基端部５３ａは、上面に凹部５３ｃが形成してある。凹部５３ｃは、自在継手部５４ａの球面形状に対応したほぼ半球形状に形成してあり、自在継手部５４ａを支点として揺動自在に組み付けられる。

また連続可変アーム５３には、基端部５３ａと当接部５３ｂの中間位置に、ローラ５３ｄが揺動自在に設けられている。ローラ５３ｄは、カム２３に接触し、カム２３が回転すると連続可変アーム５３が、自在継手部５４ａの中心を支点として揺動される。

また、図中５６は、変換部材を示している。変換部材５６は、一端側を長くした三角台状に形成されており、図５の上方側の面に摺動面部５６ａが、図の下方側の面に伝達面部５６ｂが設けられている。摺動面部５６ａは、シリンダヘッド１０に固定されたパッド５７（図９参照）の湾曲に等しく形成してあり、パッド５７の下面に沿って円弧状に摺動移動する。

伝達面部５６ｂは、摺動面部５６ａとの距離が、摺動面部５６ａに沿って所定の値を持つように形成されている。すなわち、変換部材５６がパッド５７の下面に沿って円弧状に摺動移動されると、所定位置で伝達面部５６ｂに接する部材が、変換部材５６の移動に伴ってパッド５７に垂直な方向に所定の動きをなすように形成されている。

また伝達面部５６ｂには、溝部５６ｃが形成してあり、ねじりコイルばね５５の作動部５５ｂが溝部５６ｃ内に係合される。作動部５５ｂが溝部５６ｃ内に係合されると、ねじりコイルばね５５は変換部材５６を、変換部材５６が変換アーム５３側に移動するように付勢する。

更に、変換部材５６と連続可変アーム５３の当接部５３ｂとの間には、半円筒体の継ぎ手５７が設けられている。継ぎ手５７は、連続可変アーム５３の当接部５３ｂに取り付けられ、かつ変換部材５６に摺動自在に嵌合しており、変換部材５６と当接部５３ｂとの接触角度の変化を吸収し、かつ、連続可変アーム５３の押圧動作を変換部材５６に伝達するようになっている。

次に、図９を参照して連続可変式ロッカアーム機構５０の作動について説明する。排気バルブの開弁又は閉弁時期を遅角させる場合、ロッカシャフト３０が駆動機構９０により、接続部材５４の自在継手部５４ａが中立位置に対して排気バルブ１４，１５側に近づいた方向に揺動される。

連続可変アーム５３は、基端部５３ａが自在継手部５４ａにより左方に引かれ、全体が左方に移動し、一方ねじりコイルばね５５により変換部材５６が変換アーム５３側に付勢されているので、変換部材５６がパッド５７に密着するとともにローラ５３ｄがカム２３に当接している。このとき、カムシャフト２１は左廻りであることから、カム山が始まる点と、ローラ５３ｄとカム２３の接触点までの角度が最も遠く設定され、中立の場合より遅く変換アーム５３がカム２３により駆動され、その結果、バルブの開弁又は閉弁時期が遅角される。

一方、排気バルブの開弁又は閉弁時期を進角させる場合は、接続部材５４の自在継手部５４ａが中立位置に対して排気バルブ１４，１５側から遠ざかる方向に揺動されている。

連続可変アーム５３は、基端部５３ａが自在継手部５４ａにより右方に引かれ、全体が右方に移動し、一方ねじりコイルばね５５により変換部材５６が変換アーム５３側に付勢されているので、変換部材５６がパッド５７に密着するとともにローラ５３ｄがカム２３に当接している。

このとき、カムシャフト２１は左廻りであることから、カム山が始まる点と、ローラ５３ｄとカム２３の接触点までの角度が最も狭く設定され、中立の場合より早く変換アーム５３がカム２３により駆動され、その結果、排気バルブの開弁又は閉弁時期が進角される。

なお、以上の遅角、進角の調整はロッカシャフト３０の角度位置を連続的に調整することで、連続的に行われることとなる。

以上説明したように、可変動弁装置２０は、駆動機構９０によってロッカシャフト３０を揺動させることで、開弁時期及び閉弁時期を変化させることができるため、開弁時期及び閉弁時期を変化させて、吸入空気量の増大を図り、燃費低減の効果が得られる。

このように構成され、切換式ロッカアーム機構４０及び連続可変式ロッカアーム機構５０を有する可変動弁装置２０を備えた内燃機関においては、次のよう制御を行うことができる。

最初に、内部ＥＧＲ量の最適化を行う場合の切換式ロッカアーム機構４０の動作及び連続可変式ロッカアーム機構５０の動作について、「通常運転」と「内部ＥＧＲ運転」とを比較して説明する。なお、図６は、カムシャフト２１の位相とリフト量との関係を示すグラフであって、ＥＸは、排気バルブ１４，１５の開弁（リフト）、ＩＨは吸気バルブ１２，１３の開弁（リフト）を示している。

＜通常運転＞
カムシャフト２１は、排気バルブ１４，１５の開弁を行う排気行程と、吸気バルブ１２，１３の開弁による吸気行程とを僅かにオーバーラップさせている。このときの切換式ロッカアーム機構４０の動作は図８、連続可変式ロッカアーム機構５０の動作は図９に示されている。なお、通常運転においては、吸気バルブ１２，１３側及び排気バルブ１４，１５側共に、切換式ロッカアーム機構４０の動作モードはＯＦＦ、連続可変式ロッカアーム機構５０の動作モードは通常（中立）とする。

すなわち、切換式ロッカアーム機構４０の動作モードをＯＦＦとすると、油圧供給機構８０による油圧が加わらず、切換式ロッカアーム機構４０では、エンジンオイルが中空部７１ａに供給されない。このため、ピストン７３がスプリング７４の弾性力により下側に付勢され、窓部７１ｂに切欠部７３ａが位置する。一方、カムシャフト２１によるカム２２の回転により、ローラ４１ｃがカム２２に沿って移動し、一定間隔で切換ロッカアーム４１がロッカーシャフト３０の周りを図８中矢印Ｅ方向に揺動する。しかしながら、突き当てアーム４１ｂが窓部７１ｂに突入した場合であっても、切欠部７３ａに入るのみで、ピストン７３には当接しない。したがって、切換ロッカアーム４１の動きは共用ロッカアーム６０に伝わらず、結局、切換式ロッカアーム機構４０は作動せず、吸気バルブ１２，１３及び排気バルブ１４，１５が駆動されない。

また、連続可変式ロッカアーム機構５０では、駆動機構９０によりロッカーシャフト３０を中立の位置とする。したがって、カムシャフト２１によるカム２３の回転により、ローラ５３ｄがカム２３に沿って移動し、一定間隔で連続可変アーム５３がロッカーシャフト３０の周りを図９中矢印Ｆ方向に揺動する。これにより、変換部材５６、中間アーム５１を介して連続可変アーム５３の動きが共用ロッカアーム６０に伝達され、カム２３のプロフィール通りに吸気バルブ１２，１３及び排気バルブ１４，１５が駆動される。

上述したように、通常運転においては、連続可変式ロッカアーム機構５０により、吸気バルブ１２，１３及び排気バルブ１４，１５が実線Ｓに沿った位相及びリフト量で駆動されることとなる。

＜内部ＥＧＲ運転＞
内部ＥＧＲ運転においては、吸気バルブ１２，１３側の切換式ロッカアーム機構４０の動作モードはＯＦＦ、連続可変式ロッカアーム機構５０の動作モードは早閉（進角）とする。排気バルブ１４，１５側の切換式ロッカアーム機構４０の動作モードはＯＮ、連続可変式ロッカアーム機構５０の動作モードは通常（中立）とする。

切換式ロッカアーム機構４０及び連続可変式ロッカアーム機構５０の動作をまとめると次のようになる。

排気バルブ１４，１５側の切換式ロッカアーム機構４０の動作モードをＯＮとすると、油圧供給機構８０によって油圧が加わり、図１０に示すように、切換式ロッカアーム機構４０では、エンジンオイルが中空部７１ａに供給される。このため、ピストン７３がスプリング７４の弾性力に抗して上昇し、窓部７１ｂにピストン７３の外周が位置する。一方、カムシャフト２１によるカム２２の回転により、ローラ４１ｃがカム２２に沿って移動し、一定間隔で切換ロッカアーム４１がロッカーシャフト３０の周りを図８中矢印Ｅ方向に揺動する。突き当てアーム４１ｂが窓部７１ｂに突入すると、ピストン７３の外周に当接する。したがって、切換ロッカアーム４１の動きは共用ロッカアーム６０に伝達され、カム２２のプロフィール通りに排気バルブ１４，１５が駆動される。このカム２２の山２２ａが図６中Ｐに相当する。

また、吸気バルブ１２，１３側の連続可変式ロッカアーム機構５０では、駆動機構９０によりロッカーシャフト３０を反時計廻りに所定角度だけ回転し進角の角度位置とし、連続可変アーム５３の揺動支点を吸気バルブ１２，１３から遠ざける。このような状態でカムシャフト２１によるカム２３の回転により、ローラ５３ｄがカム２３に沿って移動し、一定間隔で連続可変アーム５３がロッカーシャフト３０の周りを図１１中矢印Ｆ方向に揺動する。これにより、変換部材５６、中間アーム５１を介して連続可変アーム５３の動きが共用ロッカアーム６０に伝達され、カム２３のプロフィールに対して進角した状態で吸気バルブ１２，１３が駆動される。

上述したように、内部ＥＧＲ運転では吸気行程において、吸気バルブ１２，１３は、連続可変式ロッカアーム機構５０により駆動され、排気バルブ１４，１５は切換式ロッカアーム機構４０により駆動される。したがって、吸気バルブ１２，１３は図６中Ｓ、排気バルブ１４，１５は図６中Ｐで示す位相及びリフト量で開弁することとなる。すなわち、図６Ｐで示すタイミングで排気バルブ１４，１５が開弁する、すなわち吸気行程で開弁することとなるため、一旦シリンダ１１から排出された排ガスをシリンダ１１内に吸気することとなり、内部ＥＧＲ動作となる。

このときの排気バルブ１４，１５のリフト量が一定であるから、内部ＥＧＲ量が一定となる。一方、エンジンの運転状態は一定ではないことから、必要なＥＧＲ量が異なることから、この微調整を吸気バルブ１２，１３の動作によって行う。すなわち、内部ＥＧＲ量が過小となりＮＯｘが下がらないことを防止するため、吸気バルブ１２，１３の閉じ終わりを早めることで、吸気量自体を減少させることができ、相対的に内部ＥＧＲ量が増えることとなる。図７は、吸気バルブ１２，１３の閉じ終わり位相と空気量との関係、吸気バルブ１２，１３の閉じ終わり位相と内部ＥＧＲ量との関係を示している。標準の閉じ終わり位相Ｓ０より、わずかに早い位相Ｓ１又はＳ２に吸気バルブ１２，１３を閉じることで、空気量が減り、内部ＥＧＲ量が増大することとなる。

上述したように切換式ロッカアーム機構４０と連続可変式ロッカアーム機構５０を連携動作させることにより、より適切なＥＧＲ量を得て、排ガスのクリーン化を行うことができる。

次に、エンジンブレーキ作動時の切換式ロッカアーム機構４０の動作及び連続可変式ロッカアーム機構５０の動作について、「通常運転」と「エンジンブレーキ作動」とを比較して説明する。なお、図１２は、カムシャフト２１の位相とリフト量との関係を示すグラフであって、ＥＸは、排気バルブ１４，１５の開弁（リフト）、ＩＨは吸気バルブ１２，１３の開弁（リフト）を示している。

＜通常運転＞
カムシャフト２１は、排気バルブ１４，１５の開弁を行う排気行程と、吸気バルブ１２，１３の開弁による吸気行程とを僅かにオーバーラップさせている。このときの切換式ロッカアーム機構４０の動作は図８、連続可変式ロッカアーム機構５０の動作は図９に示されている。なお、通常運転においては、吸気バルブ１２，１３側及び排気バルブ１４，１５側共に、切換式ロッカアーム機構４０の動作モードはＯＦＦ、連続可変式ロッカアーム機構５０の動作モードは通常（中立）とする。

なお、通常運転時の切換式ロッカアーム機構４０の動作と、連続可変式ロッカアーム機構５０の動作は、前述した図８及び図９と同じであるため説明は省略する。

＜エンジンブレーキ作動＞
エンジンブレーキの作動時は、吸気バルブ１２，１３側の切換式ロッカアーム機構４０の動作モードはＯＦＦ、連続可変式ロッカアーム機構５０の動作モードは通常（中立）とする。排気バルブ１４，１５側の切換式ロッカアーム機構４０の動作モードはＯＮ、連続可変式ロッカアーム機構５０の動作モードは早開（進角）とする。

切換式ロッカアーム機構４０及び連続可変式ロッカアーム機構５０の動作をまとめると次のようになる。

排気バルブ１４，１５側の切換式ロッカアーム機構４０の動作モードをＯＮとすると、油圧供給機構８０によって油圧が加わり、図１４に示すように、切換式ロッカアーム機構４０では、エンジンオイルが中空部７１ａに供給される。このため、ピストン７３がスプリング７４の弾性力に抗して上昇し、窓部７１ｂにピストン７３の外周が位置する。一方、カムシャフト２１によるカム２２の回転により、ローラ４１ｃがカム２２に沿って移動し、一定間隔で切換ロッカアーム４１がロッカーシャフト３０の周りを図中矢印Ｅ方向に揺動する。突き当てアーム４１ｂが窓部７１ｂに突入すると、ピストン７３の外周に当接する。したがって、切換ロッカアーム４１の動きは共用ロッカアーム６０に伝達され、カム２２のプロフィール通りに排気バルブ１４，１５が駆動される。このカム２２の山部２２ｂが図１２中Ｌに相当する。

また、図１５に示すように、排気バルブ１４，１５側の連続可変式ロッカアーム機構５０では、駆動機構９０によりロッカーシャフト３０を反時計廻りに所定角度だけ回転し進角の角度位置とし、連続可変アーム５３の揺動支点を吸気バルブ１２，１３から遠ざける。このような状態でカムシャフト２１によるカム２３の回転により、ローラ５３ｄがカム２３に沿って移動し、一定間隔で連続可変アーム５３がロッカーシャフト３０の周りを図１７中矢印Ｆ方向に揺動する。これにより、変換部材５６、中間アーム５１を介して連続可変アーム５１の動きが共用ロッカアーム６０に伝達され、カム２３のプロフィールに対して進角した状態で吸気バルブ１２，１３が駆動される。

上述したように、エンジンブレーキ作動においては、吸気バルブ１２，１３は、連続可変式ロッカアーム機構５０により駆動され、排気バルブ１４，１５は切換式ロッカアーム機構４０及び連続可変式ロッカアーム機構５０の両者により駆動される。したがって、吸気バルブ１２，１３は図１２中Ｎ、排気バルブ１４，１５は図１２中Ｍ及びＬで示す位相及びリフト量で開弁することとなる。すなわち、図１２中Ｌで示すタイミングで切換式ロッカアーム機構４０により排気バルブ１４，１５を開弁する、すなわち、圧縮上死点（ＴＤＣ）で排気バルブ１４，１５開弁し、圧縮ブレーキが作動する。排気バルブ１４，１５のリフト量が一定であるから、ブレーキ効果は一定となる。

一方、エンジンの運転状態は一定ではないことから、必要なブレーキ力が異なることから、この微調整を連続可変式ロッカアーム機構５０により駆動される排気バルブ１４，１５の動作によって行う。すなわち、排気バルブ１４，１５の開き始めを標準の位相Ｍ０より、僅かに早い位相Ｍ１又はＭ２として、開弁時期を早めることで、排気エネルギ（空気量）を増大させることができ、相対的にブレーキ力を増やすこととなる。図１３は、排気バルブ１４，１５の開き始め位相と排気エネルギ（空気量）との関係、排気バルブ１４，１５の開き始め位相とエンジンブレーキ力との関係を示している。

上述したように切換式ロッカアーム機構４０と連続可変式ロッカアーム機構５０を連携動作させることにより、より適切なエンジンブレーキ力を得ることができ、良好な運転感覚を得ることができる。

上述したように、本実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置２０によれば、内部ＥＧＲの実行やエンジンブレーキを効かせることができるとともに、燃費向上や排出ガスのクリーン化という複数の機能を同時に発揮させることが可能となる。

本発明にかかる可変動弁装置が組み込まれたシリンダブロックの要部を示す平面図。 同シリンダヘッドブロックを図１におけるＡ−Ａ線で切断して矢印方向に見た断面図。 同シリンダヘッドブロックを図１におけるＢ−Ｂ線で切断して矢印方向に見た断面図。 同可変動弁装置を示す斜視図。 同可変動弁装置を示す分解斜視図。 内部ＥＧＲを行う際の制御概念を示す説明図。 内部ＥＧＲを行う際の制御概念を示す説明図。 通常運転時の切換式ロッカアーム機構の動作を示す断面図。 通常運転時の連続可変式ロッカアーム機構の動作を示す断面図。 内部ＥＧＲを行う際の切換式ロッカアーム機構の動作を示す断面図。 内部ＥＧＲを行う際の連続可変式ロッカアーム機構の動作を示す断面図。 エンジンブレーキを行う際の制御概念を示す説明図。 エンジンブレーキを行う際の制御概念を示す説明図。 エンジンブレーキを行う際の切換式ロッカアーム機構の動作を示す断面図。 エンジンブレーキを行う際の連続可変式ロッカアーム機構の動作を示す断面図。

符号の説明

１０…シリンダヘッド、１２，１３…吸気バルブ、１４，１５…排気バルブ、２０…可変動弁装置、２１…カムシャフト、２２，２３…カム、３０…ロッカシャフト、４０…切換式ロッカアーム機構、４１…切換ロッカアーム、５０…連続可変式ロッカアーム機構、５３…連続可変アーム、６０…共用ロッカアーム。

Claims (5)

1. 内燃機関のシリンダヘッドに回転自在に設けられたカムシャフトと、
   前記内燃機関に揺動可能に設けられたロッカシャフトと、
   前記カムシャフトに形成されたカムによって駆動され、吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方のバルブを開閉するとともに、そのリフト量を連続的に可変する連続可変式ロッカアーム機構と、
   前記カムシャフトに形成されたカムによって駆動され、吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方のバルブを開閉するとともに、そのリフト量を段階的に切り換える切換式ロッカアーム機構とを備えていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記切換式ロッカアーム機構は、
   前記ロッカシャフトに揺動自在に支持され、前記バルブを駆動可能に形成された共用ロッカアームと、
   前記カムにより駆動され、前記ロッカシャフトに揺動可能に設けられた切換ロッカアームと、
   該切換ロッカアームからの変位を前記共用ロッカアームへ変位を選択的に伝える伝達機構とを具備す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. 前記連続可変式ロッカアーム機構は、
   前記ロッカシャフトに揺動自在に支持され、前記バルブを駆動可能に形成された共用アームと、
   前記カムにより駆動され、前記ロッカシャフト側に設けられた支点を中心として揺動可能に設けられた連続可変アームと、
   前記ロッカシャフトに揺動可能に支持され、前記共用アームと前記連続可変アームとの間に設けられた中間アームと、
   前記中間アームと前記連続可変アームとの間に設けられ、前記連続可変アームの揺動変位を前記中間アームを介して前記共用アームに伝達する変換部材と、
   前記ロッカシャフトを揺動させて、前記支点を変位させる駆動機構とを具備す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。
4. 前記内燃機関は、吸気側に前記連続可変式ロッカアーム機構を備えるとともに、排気側に前記切換式ロッカアーム機構を備え、
   前記内燃機関が吸気行程のときに、該切換式ロッカアーム機構により前記排気バルブを開弁させるとともに、該連続可変式ロッカアーム機構により前記吸気バルブの開弁時期を早閉じさせ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。
5. 前記内燃機関は、前記切換式ロッカアーム機構により駆動される前記排気バルブと、前記連続可変式ロッカアーム機構により駆動される前記排気バルブを１気筒当たりに少なくとも１つずつ備え、
   該内燃機関が圧縮上死点近傍であるときに、該切換式ロッカアーム機構により前記排気バルブを開弁するとともに、該連続可変式ロッカアーム機構により前記排気バルブの開弁時期を早開きさせ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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