JP2009281146A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電磁駆動手段の電磁石の大型化を招くことなく、吸気弁、排気弁の開閉タイミングを、複雑なメカニズムを用いることなく、高い自由度をもって可変設定することができる電磁駆動式動弁装置の利点を活かすこと。
【解決手段】カム軸５０による弁側ロッカアーム６２の駆動時には弁側ロッカアーム６２とカム側ロッカアーム７０とを連結手段７８によって一体連結し、電磁駆動手段１１０による弁側ロッカアーム６２の駆動時には連結手段７８による弁側ロッカアーム６２とカム側ロッカアーム７０との一体連結を解除し、電磁駆動手段１１０によって弁側ロッカアーム６２を直接駆動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の動弁装置に関し、特に、カム軸−電磁ハイブリッド駆動型の内燃機関の動弁装置に関する。

内燃機関の動弁装置には、内燃機関の出力軸により回転駆動されるカム軸によって吸気弁、排気弁を開閉する古典的な型式のものと、電磁駆動手段によって吸気弁、排気弁を開閉する新しい型式のもの（例えば、特許文献１）とが知られている。

電磁駆動手段による動弁装置は、電磁駆動手段に対する通電制御によって、吸気弁、排気弁の開閉タイミングを、複雑なメカニズムを用いることなく、高い自由度をもって可変設定することができる利点を有する。

本発明に関連する技術として、特定気筒の吸気弁、排気弁のロッカアームとカム軸との連動を切り離し、当該特定気筒の吸気弁、排気弁が開閉しないようにして、特定気筒の燃焼サイクル動作を休止させる気筒休止のための動弁装置がある（例えば、特許文献２）。
特開２００４−３２４４７８号公報 特開２００５−３０３９０号公報

電磁駆動手段による動弁装置において、カム軸駆動の動弁装置と同等の弁リフト量を得ようとすると、弁リフト量に応じた長ストロークの電磁駆動手段が必要であることから、電磁駆動手段の電磁石とプランジャ（アーマチャ）との間のエアーギャップが大きくなる。磁力はエアーギャップの距離の２乗に比例して減少するから、エアーギャップの増大に伴って強い電磁力が必要になり、電磁石を大型化しなくてはならない。

電磁石の大型化は、電磁石が各吸気弁あるいは排気弁毎に設けられることも相俟って、全体として多大な電力消費に招き、その上、重量増加、占有スペース増加の問題を生じる。量産車における動弁装置の電磁駆動化は、このような課題を解決しなくてはならない。

本発明が解決しようとする課題は、電磁駆動手段の電磁石の大型化を招くことなく、気弁、排気弁の開閉タイミングを、複雑なメカニズムを用いることなく、高い自由度をもって可変設定することができる電磁駆動式動弁装置の利点を活かすことである。

本発明による内燃機関の動弁装置は、カム部を有し、内燃機関本体に回転可能に設けられて内燃機関の出力軸により回転駆動されるカム軸と、前記内燃機関本体に設けられたロッカアーム軸と、前記ロッカアーム軸に回動可能に支持され、内燃機関の吸気弁あるいは排気弁を開閉する弁側ロッカアームと、前記ロッカアーム軸に回動可能に支持され、前記カム軸の前記カム部と係合し、当該カム部により揺動駆動されるカム側ロッカアームと、前記弁側ロッカアームと係合し、当該弁側ロッカアームを揺動駆動する電磁駆動手段と、前記カム軸による前記弁側ロッカアームの駆動時には前記弁側ロッカアームと前記カム側ロッカアームとを一体連結し、前記電磁駆動手段による前記弁側ロッカアームの駆動時には前記弁側ロッカアームと前記カム側ロッカアームとの一体連結を解除する連結手段とを有する。

この本発明による動弁装置によれば、連結手段の連結操作によって前記弁側ロッカアームと前記カム側ロッカアームとが一体連結されることにより、前記カム軸による前記弁側ロッカアームの揺動が前記弁側ロッカアームに伝達され、前記カム軸によって吸気弁、排気弁が開閉する。これに対し、連結手段の解除操作によって前記弁側ロッカアームと前記カム側ロッカアームとの一体連結が解除されることにより、前記カム軸による前記弁側ロッカアームの揺動が前記弁側ロッカアームに伝達されなくなる。この状態では、前記電磁駆動手段によって前記弁側ロッカアームを揺動させて吸気弁、排気弁を開閉する。

このようにして、電磁駆動手段によって弁側ロッカアームを駆動する際には、カム軸によって駆動されるカム側ロッカアームを弁側ロッカアームから切り離して吸気弁、排気弁の開閉を行うことができる。このため、電磁駆動手段による駆動時の弁側ロッカアームの慣性重量を低減し、電磁駆動手段の駆動力を小さくすることができ、小型化できるとともに、消費電力も少なくすることができる。

本発明による内燃機関の動弁装置は、好ましくは、前記連結手段は、前記カム側ロッカアームと前記カム軸の前記カム部との当接部に設けられ、前記電磁駆動手段と前記弁側ロッカアームとの当接部は、前記弁側ロッカアームの前記連結手段が配置された位置より、前記ロッカアーム軸から離れた位置に設けられる。

この本発明による動弁装置によれば、カム軸駆動時には、前記弁側ロッカアームの実効アーム長は、電磁駆動時より短く、電磁駆動時には、前記弁側ロッカアームの実効アーム長は、カム軸駆動時より長くなる。これにより、電磁駆動時の必要駆動力がカム軸駆動時より少なくて済み、前記電磁駆動手段の大型化を招かない。

また、カム側ロッカアームとカム軸のカム部との当接部は、電磁駆動手段と弁側ロッカアームとの当接部よりもロッカアーム軸側に設けられるので、電磁駆動手段による駆動時において、カム側ロッカアームが弁側ロッカアームから切り離された状態においても、慣性モーメントを小さくできることによるカム側ロッカアームの追随性を向上することができる。

本発明による内燃機関の動弁装置は、一つの実施形態として、一つの気筒に複数の吸気弁あるいは排気弁が設けられていると共に、同一気筒の吸気弁あるいは排気弁を駆動する前記弁側ロッカアーム同士を一体に連結する連結部が設けられ、前記連結部は前記弁側ロッカアームと前記吸気弁あるいは排気弁との当接部に設けられ、前記電磁駆動手段は前記連結部に当接する。

この発明による動弁装置によれば、複数の吸気弁または排気弁を共通の弁側ロッカアームで同時に駆動する場合においても、弁側ロッカアームの剛性を向上し、また、吸気弁または排気弁との当接部の近傍に電磁駆動手段が当接することにより、電磁駆動手段の駆動力を複数の吸気弁または排気弁に伝達する際の伝達効率が向上し、電磁駆動手段の駆動力を低減して小型化することができる。

本発明による内燃機関の動弁装置は、他の一つの実施形態として、一つの気筒に複数個の吸気弁あるいは排気弁が設けられており、前記弁側ロッカアームは各吸気弁あるいは排気弁毎に設けられていると共に、同一気筒の吸気弁あるいは排気弁を駆動する前記弁側ロッカアームの少なくとも一つは前記連結手段によって選択的に前記カム側ロッカアームと一体連結され、残りの前記弁側ロッカアームはカム側ロッカアームと常時一体連結され、前記電磁駆動手段は前記連結手段によって選択的に前記カム側ロッカアームと一体連結される前記弁側ロッカアームを揺動駆動する。

この本発明による動弁装置によれば、各気筒の片側の吸気弁あるいは排気弁については、常時、カム軸による開閉駆動で、カム軸による開閉駆動と電磁駆動手段による開閉駆動との切り替えが、残りの片側の吸気弁あるいは排気弁についてのみ行われるので、リフト自由度を大きくすることができる。

本発明による内燃機関の動弁装置は、好ましくは、前記電磁駆動手段による前記吸気弁あるいは前記排気弁の開閉の弁リフト量が、前記カム軸による前記弁リフト量より小さい。

この本発明による動弁装置によれば、電磁駆動手段による弁リフト量は小さくでき、弁リフト量より小さいことにより、前記電磁駆動手段を小型化できる。

本発明による内燃機関の動弁装置によれば、高速域、高負荷時等、吸入空気量が所定値以上で、大きい弁リフト量が必要な場合には、大きい弁リフト量を確保できるカム軸駆動、低〜中速域、低負荷時等、吸入空気量が所定値未満で、小さい弁リフト量でよい場合には、開閉タイミング可変の電磁駆動と云うように、吸気弁、排気弁の開閉駆動を使い分けすることができる。

これにより、運転域は限られるものの、電磁駆動手段の電磁石の大型化を招くことなく、吸気弁、排気弁の開閉タイミン、開弁期間(時間）を、複雑なメカニズムを用いることなく、電磁駆動式動弁装置の利点を活して高い自由度をもって可変設定することができる。

以下に、本発明による内燃機関の動弁装置の一つの実施形態を、図１〜図５を参照して説明する。

図１に示されているように、内燃機関は、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１４とによるエンジン本体（内燃機関本体）１０を有する。シリンダブロック１２には、図では一つしか示されていないが、複数個のシリンダボア１６が形成されている。シリンダボア１６内にはピストン１８が往復動可能に設けられている。ピストン１８は、シリンダボア１６内にあってシリンダヘッド１４との間に燃焼室２０を画定している。ピストン１８は、連結ロッド４６によって内燃機関の出力軸であるクランク軸４８に連結されている。

シリンダヘッド１４には、各燃焼室２０毎に、つまり、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられている。

図２に良く示されているように、シリンダヘッド１４には、各燃焼室２０毎に、つまり、各気筒毎に、動弁装置の弁体である二つの吸気ポート２２、２４と、二つの排気ポート２６、２８が形成されている。シリンダヘッド１４には、吸気ポート２２、２４を開閉する吸気弁３０、３２と、排気ポート２６、２８を開閉する排気弁３４、３６が取り付けられている。シリンダヘッド１４と吸気弁３０、３２、排気弁３４、３６の各々の間には、各弁を閉弁付勢する圧縮コイルばね３８、４０、４２、４４が取り付けられている。

シリンダヘッド１４には、クランク軸４８によって回転駆動される吸気弁用のカム軸５０と排気弁用のカム軸５２が各々回転可能に取り付けられている。カム軸５０、５２は、各々、所定のカムプロフィールを有するカム部５４、５６を各気筒毎に有する。

シリンダヘッド１４には排気弁用のロッカアーム軸６０が取り付けられている。ロッカアーム軸６０は、各気筒毎の排気弁用のロッカアーム６４の一端部（係合部）６４Ａを回動（揺動）可能に支持している。

排気弁用のロッカアーム６４の他端部、すなわち、一端部６４Ａとは反対の揺動端部６４Ｂは、排気弁３４、３６のステム端部に当接している。ロッカアーム６４は、中間部に支持軸６６によってカムフォロワローラ６８を回転可能に支持している。カムフォロワローラ６８は、カム軸５２のカム部５６に係合し、カム軸５２の回転によって自転しながら、カム部５６のカムプロフィールに従って上下動する。

これにより、排気弁３４、３６は、カム軸５２の回転によって一義的に決まる所定のクランク角タイミングをもって開閉される。

次に、カム軸−電磁ハイブリッド駆動が適用される吸気弁３０、３２の開閉機構（動弁機構）について説明する。

シリンダヘッド１４には、吸気弁用のロッカアーム軸５８と排気弁用のロッカアーム軸６０が取り付けられている。ロッカアーム軸５８は、各気筒毎の吸気弁用の弁側ロッカアーム６２の一端部（係合部）６２Ａを回動（揺動）可能に支持している。

弁側ロッカアーム６２は、上面視でコの字形をしており、ロッカアーム軸５８より支持される一端部（係合部）６２Ａの側が、二股脚部６２Ｄの先端部として、同一軸線上に２個存在する。弁側ロッカアーム６２は、一端部６２Ａとは反対の二つの揺動端部６２Ｂにて吸気弁３０、３２のステム端部に当接している。この二つの揺動端部６２Ｂは連結部６２Ｃによって互いに一体連結されている。換言すると、連結部６２Ｃは弁側ロッカアーム６２と吸気弁３０、３２との当接部に設けられている。

ロッカアーム軸５８は、各気筒毎に設けられたカム側ロッカアーム７０の一端部７０Ａを回動（揺動）可能に支持している。カム側ロッカアーム７０は、図３に良く示されているように、弁側ロッカアーム６２の二股脚部６２Ｄ間にあり、他端部７０Ｂがヨーク形状をしていて中空支持軸７２によってカムフォロワローラ７４を回転可能に支持している。カムフォロワローラ７４は、カム軸５０のカム部５４に係合し、カム軸５０の回転によって自転しながら、カム部５４のカムプロフィールに従って上下動する。ここに、カムフォロワローラ７４が、カム側ロッカアーム７０とカム軸５０のカム部５４との当接部をなす。

弁側ロッカアーム６２とカム側ロッカアーム７０には、当該両者を選択的に一体連結する連結手段７８が構成されている。連結手段７８は、カム側ロッカアーム７０とカム軸５０のカム部５４との当接部（カムフォロワローラ７４と同一軸線上）にあり、図４に良く示されているように、閂式のものであり、弁側ロッカアーム６２の二股脚部６２Ｄの一方の脚片に設けられたシリンダ部材８０と、シリンダ部材８０内に摺動可能に設けられて一方の側に油圧動作室８２を画定するピストン８４と、中空支持軸７２の中空部７２Ａ内に軸線方向に移動可能に設けられた連結ピン８６と、弁側ロッカアーム６２の二股脚部６２Ｄの他方の脚片に設けられたカップ部材８８と、カップ部材８８内に軸線方向に移動可能に設けられた戻し部材９０と、カップ部材８８内に設けられて戻し部材９０を連結ピン８６の側に付勢する戻しばね９２とにより構成されている。ピストン８４、連結ピン８６、戻し部材９０は、この順で同一軸線上にある。

連結手段７８は、油圧動作室８２に油圧が供給されていない場合には、図４に実線で示されているように、戻しばね９２のばね力によって、戻し部材９０、連結ピン８６、ピストン８４が右方に押された位置にあって、ピストン８４が中空部７２Ａに進入せず、連結ピン８６がカップ部材８８内に進入しない連結解除状態を確立する。この連結解除状態では、カム側ロッカアーム７０と弁側ロッカアーム６２とが切り離され、カム側ロッカアーム７０が揺動運動が弁側ロッカアーム６２に伝達されない。

これに対し、油圧動作室８２に油圧が供給されると、図４に仮想線で示されているように、戻しばね９２のばね力に抗して、ピストン８４、連結ピン８６、戻し部材９０が左方へ移動し、当該移動によって、ピストン８４が中空部７２Ａに進入し、連結ピン８６がカップ部材８８内に進入する連結状態を確立する。この連結状態では、カム側ロッカアーム７０と弁側ロッカアーム６２とが一体連結され、カム側ロッカアーム７０の揺動運動が弁側ロッカアーム６２に伝達される。換言すると、カム側ロッカアーム７０と弁側ロッカアーム６２とが一体化して揺動運動する。

油圧動作室８２に対する油圧の給排は、弁側ロッカアーム６２の内部に形成された内部油路９４、ロッカアーム軸５８の内部に内部油路９６などを用いて行われる。油圧動作室８２に対する油圧給排制御については、図５を用いて後述する。

図４に示されているように、シリンダヘッド１４には、カム側ロッカアーム７０の他端部７０Ｂの側（揺動端側)に設けられた受け部１００に、ばね９８のばね力によって押し付けられる付勢部材１０２が設けられている。付勢部材１０２は、連結解除状態にある場合を含めてカム側ロッカアーム７０のカムフォロワローラ７４をカム軸５０のカム部５４に押し付け、カムフォロワローラ７４とカム部５４との係合状態を維持させる作用をする。

図１、２に示されているように、シリンダヘッド１４には、各気筒の弁側ロッカアーム６２毎に電磁駆動手段１１０が取り付けられている。電磁駆動手段１１０は、固定配置の電磁石１１２と、電磁石１１２の励磁によって軸線方向に駆動されるプランジャ１１４とを含む往復動型のものである。弁側ロッカアーム６２の揺動端側の連結部６２Ｃにはねじ１０４による高さ調整機能付きの当接子１０６が取り付けられている。プランジャ１１４は、先端部にて当接子１０６に当接し、電磁石１１２の励磁による軸線方向移動によって弁側ロッカアーム６２を開弁方向（吸気弁３０、３２の開弁方向）に駆動する。

ここで、上述した吸気側の動弁装置の構成を整理すると、弁側ロッカアーム６２は、ロッカアーム軸５８との係合部６２Ａとは反対の揺動端部６２Ｂにて吸気弁３０、３２と係合し、連結手段７８は、弁側ロッカアーム６２のロッカアーム軸５８との係合部６２Ａと揺動端部６２Ｂとの中間部と、カム側ロッカアーム７０とを係脱可能に一体連結し、電磁駆動手段１１０は、弁側ロッカアーム６２の揺動端部６２Ｂと係合して当該弁側ロッカアーム６２を揺動駆動する。そして、連結手段７８は、カム軸５０によって弁側ロッカアーム６２を揺動駆動する場合には、前述の連結状態になって、弁側ロッカアーム６２とカム側ロッカアーム７０とを一体連結し、電磁駆動手段１１０によって弁側ロッカアーム６２を揺動駆動する場合には、前述の連結解除状態になって、弁側ロッカアーム６２とカム側ロッカアーム７０との一体連結を解除する。弁側ロッカアーム６２は、同一気筒の吸気弁３０、３２のもの同士で一体連結され、電磁駆動手段１１０は当該一体連結された弁側ロッカアーム６２毎に当該弁側ロッカアーム６２を揺動駆動する。

このように、電磁駆動手段１１０によって弁側ロッカアーム６２を駆動する際には、カム軸５０によって駆動されるカム側ロッカアーム７０を弁側ロッカアーム６２から切り離して吸気弁３０、３２の開閉を行うことができる。このため、電磁駆動手段１１０による駆動時の弁側ロッカアーム６２の慣性重量を、弁側ロッカアーム６２にカム側ロッカアーム７０が連結されている場合に比して低減し、電磁駆動手段１１０の駆動力を小さくすることができる。これにより、電磁駆動手段１１０を小型化できるとともに、消費電力も少なくすることことができる。

また、カム軸駆動時には、弁側ロッカアーム６２の実効アーム長は、電磁駆動時より短く、電磁駆動時には、弁側ロッカアーム６２の実効アーム長は、カム軸駆動時より長くなるから、電磁駆動時の必要駆動力がカム軸駆動時より少なくて済み、電磁駆動手段１１０の大型化を招かない。

換言すると、弁側ロッカアーム６２は、ロッカアーム軸５８との係合部とは反対の揺動端部にて吸気弁３０、３２と係合し、連結手段７８は、カムフォロワローラ７４と同軸配置で、弁側ロッカアーム６２のロッカアーム軸５８との係合部と前記揺動端部との中間部とカム側ロッカアーム７０とを係脱可能に一体連結し、電磁駆動手段１１０は、弁側ロッカアーム６２の前記揺動端部と係合して弁側ロッカアーム６２を揺動駆動するから、大型化することなく大きい駆動力を確保できるカム軸駆動時には、弁側ロッカアーム６２の実効アーム長は、電磁駆動時より短く、大きい駆動力を確保するには電磁駆動手段１１０を大型化しなくてはならない電磁駆動時には、弁側ロッカアーム６２の実効アーム長は、カム軸駆動時より長くなる。これにより、電磁駆動時の必要駆動力がカム軸駆動時より少なくて済み、電磁駆動手段１１０の大型化を招かない。

また、カム側ロッカアーム７０とカム軸５０のカム部５４との当接部は、電磁駆動手段１１０と弁側ロッカアーム６２との当接部よりもロッカアーム軸５８側に設けられるので、電磁駆動手段１１０による駆動時において、カム側ロッカアーム７０が弁側ロッカアーム６２から切り離された状態においても、カム側ロッカアーム７０の慣性モーメントを小さくできることによるカム側ロッカアーム７０のカム部５４に対する追随性を向上することができる。

また、弁側ロッカアーム６２は、同一気筒の吸気弁３０、３２を駆動するのもの同士を連結部６２Ｃによって一体連結した構造になっているから、弁側ロッカアーム６２の剛性が向上し、また、吸気弁３０、３２との当接部の近傍に電磁駆動手段１１０が当接することにより、電磁駆動手段１１０の駆動力を吸気弁３０、３２に伝達する際の伝達効率が向上し、電磁駆動手段１１０の駆動力を低減して小型化することができる。

つぎに、上述のカム軸−電磁ハイブリッド駆動式の動弁装置の切替制御系の一つの実施形態を、図５を参照して説明する。

連結手段７８の油圧作動室８２は、弁側ロッカアーム６２、ロッカアーム軸５０に形成されている内部油路９４、９６を介して電磁切換弁２００のポートａに連通接続されている。電磁切換弁２００は、ポートａ、ｂ、ｃの３個のポートを有し、ポートｂを油圧源である油圧ポンプ２０２に接続され、ポートｃがドレン管２０４を接続されたドレンポートになっている。電磁切換弁２００は、通電時にはポートａをポートｂに接続され、非通電時にはポートａをポートｃに接続される。電磁切換弁２００は制御装置２１０により切換制御される。なお、２０６はオイルパン等による油貯容部である。

これにより、電磁切換弁２００に通電が行われると、油圧作動室８２に油圧が供給されて連結手段７８が連結状態になり、電磁切換弁２００に対する通電が停止されると、油圧作動室８２がドレン接続され、連結手段７８が連結解除状態になる。

電磁切換弁２００に通電を行い、連結手段７８を連結状態にすると、弁側ロッカアーム６２は、カム軸５０の回転によって揺動駆動される。これに対し、電磁切換弁２００に対する通電を停止し、連結手段７８を連結解除状態にすると、カム軸５０が空転状態なり、電磁駆動手段１１０に対する通電制御によって弁側ロッカアーム６２が揺動駆動される。

制御装置２１０は、マイクロコンピュータによる電子制御式のもの（ＥＣＵ）であり、クランク角センサ２１２よりクランク軸４８の回転角(クランク角）を示す信号を、カム角センサ２１４よりカム軸５０の回転角(カム角）を示す信号を、吸入空気量センサ２１６より吸入空気量を示す信号を、吸気管圧力センサ２１８より吸気管圧力を示す信号を、スロットル開度センサ２２０より機関吸気系のスロットル弁の開度(スロットル開度）を示す信号を各々入力し、クランク角信号やカム角信号よりエンジン回転数を演算するなどして、燃料噴射量、点火時期を所定の制御則に従って演算し、燃料噴射指令、点火時期指令を出力する。

制御装置２１０は、燃料噴射制御、点火時期制御に加えて、エンジン回転数と、吸入空気量、吸気管圧力、スロットル開度等より分かる機関負荷に応じて電磁切換弁２００の通前、非通電、つまり、カム軸−電磁ハイブリッド駆動式動弁装置の切替制御と、クランク角、カム角に基づいて電磁駆動手段１１０に対する通電制御を行い、電磁駆動時の吸気弁３０、３２の開閉タイミングを可変設定する。

切替制御により、吸入空気量が所定値以上になり、大きい弁リフト量が必要な高速域、高負荷時には、電磁切換弁２００に通電を行い、連結手段７８を連結状態にし、吸気弁３０、３２をカム軸駆動とする。これに対し、吸入空気量が所定値未満で、小さい弁リフト量でよい低〜中速域、低負荷時には、電磁切換弁２００に対する通電を停止し、連結手段７８を連結解除状態にし、吸気弁３０、３２を電磁駆動とする。

カム軸駆動では、カム軸５０のカム部５４のプロフィール設定によって、図６に符号ＶＬｃｉによって示されているように、従来の一般的なカム軸駆動式動弁装置と同様に、大きい弁リフト量を確保することができる。

電磁駆動では、電磁駆動手段１１０に対する通電制御によって、図６に符号Ｍａにより示されているように、吸気弁３０、３２の開閉タイミング、開弁期間(時間）を、自由に可変設定することができる。電磁駆動を、低〜中速域、低負荷時、つまり、大きい吸入空気量を必要とせず、弁リフト量が小さくてよい状態の時に特定することにより、図６に符号ＶＬｍｉによって示されているように、電磁駆動時の弁リフト量(電磁駆動手段１１０による弁リフト量）をカム軸駆動時の弁リフト量ＶＬｃｉより小さく設定することができる。

このように、内燃機関の運転状態に応じて、カム軸駆動と電磁駆動とを使い分ることにより、運転域は限られるものの、電磁駆動手段１１０の電磁石１１２の大型化を招くことなく、吸気弁３０、３２の開閉タイミング、開弁期間を、複雑なメカニズムを用いることなく、電磁駆動式動弁装置の利点を活して高い自由度をもって可変設定することが可能になる。

自動車に搭載される内燃機関は、その殆ど運転状態が、低〜中速域、低負荷であるから、実際には、殆どの運転状態において、吸気弁３０、３２の開閉タイミング、開弁期間を可変設定でき、最適制御により、燃料経済性の改善、排気ガス性能の改善を、殆どの運転状態において実現することができる。

なお、図６において、実線はカム軸駆動による吸気弁３０、３２、排気弁３４、３６の弁リフト特性を、符号Ｏは、電磁駆動時の吸気弁３０、３２の開弁タイミングを、符号Ｃは電磁駆動時の吸気弁３０、３２の閉弁タイミングを各々示している。

電磁駆動時には、図６に符号Ｉで示されているように、吸気弁３０、３２をクランク角に対して早く閉じる早閉じ(進角閉じ）、符号ＩＩで示されているように、吸気弁３０、３２をクランク角に対して遅く開ける遅れ開き(遅角開き）を可変設定することができる。

進角閉じＩでは、圧力−容積特性が、図７(ａ）に示されているようになり、スロットルによる負圧での負の仕事、つまりポンピングロスを低減できる。

これに対し、遅角開きＩＩでは、圧力−容積特性が、図７(ｂ）に示されているようになり、ポンピングロスＬが大きいが、燃焼室に入る吸入空気の流速を上げることができる。このことにより、燃焼状態の改善を図ることができる。

また、電磁駆動時には、図８に示されているように、吸気弁３０、３２をクランク角に対して遅く閉じる遅れ閉じ(遅角閉じ）を設定することもできる。この場合の圧力−容積特性は、図９に示されているようになる。

本発明によるカム軸−電磁ハイブリッド駆動式の動弁装置の他の実施形態を、図１０を参照して説明する。なお、図１０において、図３に対応する部分は、図３に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

この実施形態では、弁側ロッカアームが、符号６２１、６２２によって示されているように、吸気弁３０、３２とで独立した形態で個々に設けられている。

ロッカアーム軸５８は、弁側ロッカアーム６２１、６２２の各々の一端部（係合部）６２１Ａ、６２２Ａを回動（揺動）可能に支持している。弁側ロッカアーム６２１、６２２は、各々、一端部６２１Ａ、６２２Ａとは反対の揺動端部６２１Ｂ、６２２Ｂにて吸気弁３０、３２のステム端部に個別に当接している。

本実施形態での連結手段７８は、弁側ロッカアーム６２１に設けられているピストン８４が、油圧動作室８２に油圧が供給されていないドレン状態を含めて、カム側ロッカアーム７０の中空支持軸７２の中空部７２Ａに常時嵌合し、油圧動作室８２に油圧が供給されることにより、カム側ロッカアーム７０の連結ピン８６がピストン８４に押されて弁側ロッカアーム６２２のカップ部材８８内に進入する。

これにより、一方の弁側ロッカアーム６２１にはカム側ロッカアーム７０の揺動運動が常時伝達されるが、油圧動作室８２に油圧が供給されていない場合には、他方のカム側ロッカアーム７０と弁側ロッカアーム６２２とが切り離され、他方のカム側ロッカアーム７０の揺動運動が弁側ロッカアーム６２２に伝達されない。これに対し、油圧動作室８２に油圧が供給されると、他方の弁側ロッカアーム６２２にもカム側ロッカアーム７０の揺動運動が伝達される。

電磁駆動手段１１０のプランジャ１１４が当接する当接子１０６は、他方の弁側ロッカアーム６２２の揺動端部６２２Ｂに配置されている。

このように、本実施形態では、同一気筒の吸気弁３０、３２のもの二つの弁側ロッカアーム６２１、６２２のうち一方のカム側ロッカアーム６２１はカム側ロッカアーム７０と常時一体連結され、他方のカム側ロッカアーム６２２が連結手段７８によって選択的にカム側ロッカアーム７０と一体連結され、電磁駆動手段１１０は他方の弁側ロッカアーム６２２を揺動駆動する。

これにより、本実施形態では、デュアルポート型の内燃機関において、吸気弁３０、３２の片側だけが、カム軸−電磁ハイブリッド駆動式になる。これにより、リフト自由度を大きくすることができる。その他のことは、上述の実施形態と同じであり、本実施形態においても上述の実施形態と同等の作用、効果が得られる。

本発明によるカム軸−電磁ハイブリッド駆動式の動弁装置のもう一つの実施形態を、図１１を参照して説明する。なお、図１１において、図２に対応する部分は、図２に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。

本実施形態では、カム軸−電磁ハイブリッド駆動が、吸気弁３０、３２に加えて、排気弁３４、３６にも適用されている。

排気弁３４、３６の弁側ロッカアーム６４は、吸気弁３０、３２の弁側ロッカアーム６２と同様に、上面視でコの字形をしており、ロッカアーム軸６０より支持される一端部（係合部）６４Ａの側が、二股脚部６４Ｄの先端部として、同一軸線上に２個存在する。弁側ロッカアーム６４は、一端部６４Ａとは反対の二つの揺動端部６４Ｂにて排気弁３４、３６のステム端部に当接している。この二つの揺動端部６４Ｂは連結部６４Ｃによって互いに一体連結されている。

ロッカアーム軸６０は、各気筒毎に設けられたカム側ロッカアーム１０７の一端部を回動（揺動）可能に支持している。カム側ロッカアーム１０７は、弁側ロッカアーム６４の二股脚部６４Ｄ間にあり、図示されていないが、吸気側のカム側ロッカアーム７０と同様に、他端部がヨーク形状をしていて中空支持軸によってカムフォロワローラを回転可能に支持している。カムフォロワローラは、カム軸５０のカム部５４に係合し、カム軸５０の回転によって自転しながら、カム部５４のカムプロフィールに従って上下動する。

弁側ロッカアーム６４とカム側ロッカアーム１０７には、図示されていないが、当該両者を選択的に一体連結する連結手段７９が構成されている。

弁側ロッカアーム６４とカム側ロッカアーム１０７とを選択的に連結する連結手段７９は、連結手段７８と同様の油圧のものであり、油圧動作室に油圧が供給されていない場合には、戻しばねのばね力によって連結解除状態を確立し、油圧動作室８２に油圧が供給されると、カム側ロッカアーム１０７と弁側ロッカアーム６４とを一体連結し、カム側ロッカアーム１０７が揺動運動が弁側ロッカアーム６４に伝達される状態する。

この連結手段７９の油圧動作室に対する油圧の給排は、弁側ロッカアーム６４の内部に形成された内部油路(図示省略）、ロッカアーム軸６０の内部に内部油路９７などを用いて、連結手段７８のそれと同様に行われる。

シリンダヘッド１４には、各気筒の弁側ロッカアーム６４毎に電磁駆動手段１２０が取り付けられている。電磁駆動手段１２０は、固定配置の電磁石１２２と、電磁石１２２の励磁によって軸線方向に駆動されるプランジャ１２４とを含む往復動型のものである。弁側ロッカアーム６２の揺動端側の連結部６４Ｃにはねじによる高さ調整機能付きの当接子１０９が取り付けられている。プランジャ１２４は、先端部にて当接子１０９に当接し、電磁石１２２の励磁による軸線方向移動によって弁側ロッカアーム６４を開弁方向（排気弁３４、３６の開弁方向）に駆動する。

上述の構成により、吸気弁３０、３２のそれと同様に、排気弁３４、３６のカム軸−電磁ハイブリッド駆動の切替制御と、クランク角、カム角に基づいて電磁駆動手段１２０に対する通電制御を行うことで、電磁駆動時の排気弁３４、３６の開閉タイミングを、吸気弁３８、４０のそれと同様に可変設定することができる。

切替制御により、大きい弁リフト量が必要な高速域、高負荷時には、連結手段７９を連結状態にし、排気弁３４、３６をカム軸駆動とする。これに対し、小さい弁リフト量でよい低〜中速域、低負荷時には、連結手段７９を連結解除状態にし、排気弁３４、３６を電磁駆動とする。

カム軸駆動では、カム軸５２のカム部５６のプロフィール設定によって、図１２に符号ＶＬｃｅによって示されているように、従来の一般的なカム軸駆動式動弁装置と同様に、大きい弁リフト量を確保することができる。

電磁駆動では、電磁駆動手段１２０に対する通電制御によって、図１２に符号Ｍｂにより示されているように、排気弁３４、３６の開閉タイミング、開弁期間(時間）を、自由に可変設定することができる。電磁駆動を、吸気弁３０、３２のそれと同様に、低〜中速域、低負荷時、つまり、大きい排気ガス量を必要とせず、弁リフト量が小さくてよい状態の時に特定することにより、図１２に符号ＶＬｍｅによって示されているように、電磁駆動時の弁リフト量(電磁駆動手段１２０による弁リフト量）をカム軸駆動時の弁リフト量ＶＬｃｅより小さく設定することができる。

電磁駆動時には、図１２に符号ＩＩＩで示されているように、排気弁３４、３６をクランク角に対して早く閉じる早閉じ(進角閉じ）、符号ＩＶで示されているように、排気弁３４、３６をクランク角に対して遅く開ける遅れ開き(遅角開き）を可変設定することができる。

また、図１２に符号ＥＸにより示されているように、吸気行程時に、排気弁３４、３６の開くこと(２度開け）により、高温の排気ガスを燃焼室２０に逆流させ、ＨＣＣＩ燃焼(予混合圧縮自己着火燃焼）を行うこともできる。ＨＣＣＩ燃焼の場合は、連結手段７９が必ずしも必要でなく、カム駆動による弁リフト量がゼロの位相で、電磁駆動手段１２０によって排気弁３４、３６を開弁させればよい。

また、吸気側の連結手段７８と排気側の連結手段７９をともに連結解除状態にして、吸気弁３４、３６、排気弁３４、３６を弁閉状態にすることにより、特定気筒の燃焼サイクルを停止させる気筒休止制御をカム軸−電磁ハイブリッド駆動と組み合わせて行うこともできる。

また、何れの実施形態においても、電磁駆動手段を含む電磁駆動系統に故障が生じ、電磁駆動によって吸、排気弁の開閉できない状態に陥った場合には、全運転域に亘って機械式駆動であるカム駆動によって吸、排気弁の開閉を行えばよい。これにより、電磁駆動系統が故障した場合の動弁のフェイルセーフを図ることができる。

なお、本発明による内燃機関の動弁装置は、デュアルポート型の内燃機関に対する適用に限られることはなく、各気筒に吸気弁と排気弁とが一つづつ設けられているシングルポート型の内燃機関、あるいは各気筒に吸気弁と排気弁とが三個あるいはそれ以上の個数設けられているマルチポート型の内燃機関にも同様に適用することができる。

本発明による内燃機関の動弁装置の一つの実施形態を示す概略構成図である。 本発明による内燃機関の動弁装置の一つの実施形態の要部を示す斜視図である。 本実施形態による動弁装置のロッカアーム部分の分解斜視図である。 本実施形態による動弁装置のロッカアーム部分の断面図である。 本発明による内燃機関の動弁装置の制御系の一つの実施形態を示す概略構成図である。 本実施形態による動弁装置のクランク角−弁リフト量特性を示すグラフである。 (ａ）、（ｂ）は本実施形態による動弁装置を適用された内燃機関の容積−圧力特性を示すグラフである。 本実施形態による動弁装置のクランク角−弁リフト量特性を示すグラフである。 本実施形態による動弁装置を適用された内燃機関の容積−圧力特性を示すグラフである。 他の実施形態による動弁装置のロッカアーム部分の分解斜視図である。 本発明による内燃機関の動弁装置の他の実施形態の要部を示す斜視図である。 他の実施形態による動弁装置のクランク角−弁リフト量特性を示すグラフである。

符号の説明

１０ エンジン本体（内燃機関本体）
１２ シリンダブロック
１４ シリンダヘッド
１８ ピストン
２０ 燃焼室
２２、２４ 吸気ポート
２６、２８ 排気ポート
３０、３２ 吸気弁
３４、３６ 排気弁
４８ クランク軸
５０、５２ カム軸
５４、５６ カム部
５８、６０ ロッカアーム軸
６２、６２１、６２２ 弁側ロッカアーム
６４ ロッカアーム
６８ カムフォロワローラ
７０ カム側ロッカアーム
７４ カムフォロワローラ
７８、７９ 連結手段
８２ 油圧動作室
８４ ピストン
８６ 連結ピン
９２ 戻しばね
１０４ カム側ロッカアーム
１１０、１２０ 電磁駆動手段
１１２、１２１ 電磁石
１１４、１２４ プランジャ

Claims (5)

1. カム部を有し、内燃機関本体に回転可能に設けられて内燃機関の出力軸により回転駆動されるカム軸と、
   前記内燃機関本体に設けられたロッカアーム軸と、
   前記ロッカアーム軸に回動可能に支持され、内燃機関の吸気弁あるいは排気弁を開閉する弁側ロッカアームと、
   前記ロッカアーム軸に回動可能に支持され、前記カム軸の前記カム部と係合し、当該カム部により揺動駆動されるカム側ロッカアームと、
   前記弁側ロッカアームと係合し、当該弁側ロッカアームを揺動駆動する電磁駆動手段と、
   前記カム軸による前記弁側ロッカアームの駆動時には前記弁側ロッカアームと前記カム側ロッカアームとを一体連結し、前記電磁駆動手段による前記弁側ロッカアームの駆動時には前記弁側ロッカアームと前記カム側ロッカアームとの一体連結を解除する連結手段と、
   を有する内燃機関の動弁装置。
2. 前記連結手段は、前記カム側ロッカアームと前記カム軸の前記カム部との当接部に設けられ、
   前記電磁駆動手段と前記弁側ロッカアームとの当接部は、前記弁側ロッカアームの前記連結手段が配置された位置より、前記ロッカアーム軸から離れた位置に設けられる請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
3. 一つの気筒に複数の吸気弁あるいは排気弁が設けられていると共に、同一気筒の吸気弁あるいは排気弁を駆動する前記弁側ロッカアーム同士を一体に連結する連結部が設けられ、
   前記連結部は前記弁側ロッカアームと前記吸気弁あるいは排気弁との当接部に設けられ、
   前記電磁駆動手段は前記連結部に当接する請求項１または２に記載の内燃機関の動弁装置。
4. 一つの気筒に複数の吸気弁あるいは排気弁が設けられており、前記弁側ロッカアームは各吸気弁あるいは排気弁毎に設けられていると共に、
   同一気筒の吸気弁あるいは排気弁を駆動する前記弁側ロッカアームの少なくとも一つは前記連結手段によって選択的に前記カム側ロッカアームと一体連結され、残りの前記弁側ロッカアームはカム側ロッカアームと常時一体連結され、
   前記電磁駆動手段は前記連結手段によって選択的に前記カム側ロッカアームと一体連結される前記弁側ロッカアームを揺動駆動する請求項１または２に記載の内燃機関の動弁装置。
5. 前記電磁駆動手段による前記吸気弁あるいは前記排気弁の開閉の弁リフト量は、前記カム軸による前記弁リフト量より小さい請求項１から５の何れか一項に記載の内燃機関の動弁装置。

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