JP2013249807A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的低コストでラッシュアジャスト機能を実現でき、かつカムプロフィールにしたがったバルブリフトを安定的に実現できる内燃機関の動弁装置を提供する。
【解決手段】機関本体２により回転自在に支持され、軸線方向の一方に向けて拡径するテーパカム面１８を有する第１のカム５ａを備えたカムシャフト４と、機関本体に支持されるロッカシャフト６と、ロッカシャフト６により揺動自在に支持されて機関弁３に係合する第１のロッカアーム７ａと、第１のロッカアーム７ａにより回転自在に支持されて、テーパカム面７ａに当接する第１のローラ９ａとを有し、第１のロッカアーム７ａがロッカシャフト６の軸線方向に移動可能に設けられ、第１のロッカアーム７ａを第１のカム５ａの大径側へ付勢するとともに、第１のロッカアーム７ａの第１のカム５ａの小径側への移動を防止するノーバック付勢装置２０を更に有する構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、バルブクリアランスを自動調整するラッシュアジャスタ機能を有する内燃機関の動弁装置に関する。

カムの回転によって吸気バルブあるいは排気バルブ（以下、単にバルブという）を開閉させる内燃機関の動弁装置には、カムによって直接的にバルブステムを押し下げるダイレクト型と、ロッカアームを介してバルブステムを押し下げるロッカアーム型とがあり、ロッカアーム型には、ロッカアームをエンドピボットで支持するスイングアーム式とロッカアームをロッカシャフトにより支持されるシーソー式とがある。

いずれの型式の動弁装置においても、バルブシートやバルブステムなどの磨耗や熱膨張によってバルブクリアランスが変化すると、バルブの突き上げや異音などが発生する。そのため、バルブクリアランスを自動的に調整できるようにオイルタペットや油圧式ラッシュアジャスタが設けられることがある。

ところが、油圧式ラッシュアジャスタは、圧力を保持するために精密加工部品を用いる必要があるため部品が高価になるうえ、長期にわたって放置すると、エンジン始動時にオイルが圧力室に充満するまでタペットクリアランスをなくすアジャスト機能が損なわれる可能性がある。また、ラッシュアジャスタに供給するオイルの通路をシリンダヘッドなどに形成する必要があることから、動弁系の設計自由度が低下する。しかもラッシュアジャスタはバルブごとに設けられるため、油路構造が非常に複雑になる。

このような問題を解決し得るラッシュアジャスタとして、ロッカアームにローラを保持させ、ローラをカムに転接させたロッカアームの揺動によりバルブを開閉する内燃機関の動弁装置において、カムの外周面を円錐台形状にしてカムとローラとの接点部をカム軸に対して傾斜させ、ローラの側面とロッカアームの側壁内面との間に圧縮コイルばねを介装してローラを軸方向（カムの大径側）に付勢するようにした発明が提案されている（特許文献１）。

特開平７−４２１３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の動弁装置では、圧縮コイルばねでローラを付勢しているだけであるため、ロッカアームが押し下げられる際にローラが軸方向に移動してしまう虞があった。そのため、カムプロフィールにしたがったバルブリフトを実現することができなくなるという問題があった。

本発明は、このような従来技術に含まれる課題を解消するべく案出されたものであり、カムの外周面を円錐台形状にしてカムとローラとの接点部をカム軸に対して傾斜させた内燃機関の動弁装置において、ロッカアームが押し下げられる際にローラが軸方向に移動するのを防止することをその目的とする。

このような課題を解決するために、本発明に係る動弁装置（１）の一側面によれば、機関本体（２）により回転自在に支持され、軸線方向の一方に向けて拡径するテーパカム面（１８）を有する第１のカム（５ａ、３５ａ）を備えたカムシャフト（４、３４）と、前記機関本体に支持されるロッカシャフト（６、３６）と、前記ロッカシャフトにより揺動自在に支持されて機関弁（３、３３）に係合する第１のロッカアーム（７ａ、３７ａ）と、前記第１のロッカアームにより回転自在に支持されて、前記テーパカム面に当接する第１のローラ（９ａ、３９ａ）とを有し、前記第１のロッカアームが前記ロッカシャフトの軸線方向に移動可能に設けられ、前記第１のロッカアームを前記第１のカムの大径側へ付勢するとともに、前記第１のロッカアームの前記第１のカムの小径側への移動を防止するノーバック機能を備えたノーバック付勢装置（２０）を更に有する構成とする。

この構成によれば、ノーバック付勢装置の付勢力よりも大きな軸方向分力がローラに加わったときには、ノーバック付勢装置がロッカアームのカムの小径側への移動を防止するため、ローラの軸方向への移動を防止できる。そのため、カムプロフィールにしたがったバルブリフトを実現できる。

また、本発明の一側面によれば、前記ロッカシャフト（６、３６）が前記カムシャフト（４、３４）と平行に配置され、当該動弁装置が更に、前記カムシャフトに設けられ、前記第１のカムとは異なるプロフィールをなし且つ前記第１のカムと同様のテーパ角をなすテーパカム面を有する第２のカム（５ｂ、３５ｂ）と、前記第１のロッカアームに隣接して前記ロッカシャフトにより揺動自在に支持された第２のロッカアーム（７ｂ、３７ｂ）と、前記第２のロッカアームにより回転自在に支持されて前記第２のカムの前記テーパカム面に当接する第２のローラ（９ｂ、３９ｂ）と、前記第２のロッカアームを前記第１のロッカアームと一体的に揺動させる係合位置及び前記第２のロッカアームを前記第１のロッカアームから離脱させる離脱位置を選択的に実現する係合機構（１０）とを有し、前記ノーバック付勢装置が、前記両ロッカアームを互いに同様に付勢する構成とすることができる。

係合機構が係合位置または離脱位置を選択することで第２のロッカアームを第１のロッカアームと一体的または独立的に揺動させてカムプロフィールを切り替える可変動弁装置では、係合位置を実現するために両ロッカアームの揺動位置が一致することが要求される。ところが、従来技術のように円錐ローラをロッカアームに対して相対移動させるラッシュアジャスタを可変動弁装置に設けると、バルブに係合しない第２のロッカアームには、バルブシートやバルブステムなどの磨耗や熱膨張によるバルブクリアランスは発生しないため、カムのベース円に接しているときの第１ロッカアームの揺動角度が、第２ロッカアームの揺動角度に対してバルブクリアランスを調整した分だけずれてしまう。そのため、係合機構が係合位置を実現することが困難になる。

上記の構成によれば、第２のロッカアームがノーバック付勢手段により付勢されて第１のロッカアームと同様に軸方向に移動し、同じ角度だけ傾斜するため、係合位置の実現を困難にすることなく、バルブクリアランスの調整を行うことができる。

また、本発明の一側面によれば、前記ロッカシャフト（６、３６）が軸線方向に不動に設けられ、前記ノーバック付勢装置（２０）が前記ロッカアーム（７ａ、３７ａ）に対して作用するように設けられた構成とすることができる。

この構成によれば、軸線方向に不動に設けられたロッカシャフトに対してその軸線方向に移動可能にロッカアームを設けることができる。

また、本発明の一側面によれば、前記ノーバック付勢装置（２０）が前記ロッカシャフト（６、３６）を囲繞するように設けられた構成とすることができる。

この構成によれば、ロッカアームがロッカアーム周りにおいて均一に付勢され、偏荷重によるこじりが防止されるため、ロッカアームとロッカシャフトとの間の摺動抵抗を低減することができる。

また、本発明の一側面によれば、前記ロッカシャフト（６、３６）が軸線方向に変位可能に設けられ、前記ノーバック付勢装置（２０）が前記ロッカシャフトに対して作用するように設けられた構成とすることができる。

この構成によれば、ロッカアームをロッカシャフトに対して軸線方向に不動にした構成で、ロッカアームをロッカシャフトの軸線方向に移動可能に設けることができる。

また、本発明の一側面によれば、前記第１のローラ（９ａ、３９ａ）が、前記ロッカシャフト（６、３６）の軸線に平行な軸線周りに回転自在に前記第１のロッカアーム（７ａ、３７ａ）により支持されると共に、前記第１のカム（５ａ、３５ａ）の前記テーパカム面（１８）と同一かつ逆向きのテーパ角のテーパ面（１９）をもって前記第１のカムに当接する構成とすることができる。

この構成によれば、第１のローラの軸線がロッカシャフトの軸線に平行となるため、ロッカシャフトの加工が容易である。また、係合機構を設ける場合には、第１のローラの内部に係合機構を設けることができ、動弁装置を小型化できる。

また、本発明の一側面によれば、前記ノーバック付勢装置（２０）が、雌ねじ（２１）が形成されたねじ孔（２２）を有するボディ（２３）と、前記雌ねじに螺合する雄ねじ（２４）を有するスクリュロッド（２５）と、前記スクリュロッドを前記ねじ孔から突出する方向に付勢するリターンスプリング（２６）とを備える構成とすることができる。

この構成によれば、簡単な構成且つ比較的低コストでノーバック付勢装置を実現することができる。

このように本発明によれば、比較的低コストでラッシュアジャスト機能を実現でき、かつカムプロフィールにしたがったバルブリフトを安定的に実現できる内燃機関の動弁装置を提供することができる。

第１実施形態に係る動弁装置の要部の概略構成を示す側断面図 図１中のII−II線に沿う切断面で破断した動弁装置の概略構成図 図１中のIII部拡大図 図１に示す動弁装置によるバルブのリフト特性を示す図 第１実施形態の変形例に係る動弁装置の図２に対応する図 図５中のVI部拡大図 第２実施形態に係る動弁装置の図２に対応する図 図７に示す動弁装置によるバルブのリフト特性を示す図 図７に示す動弁装置による他のバルブのリフト特性を示す図 第３実施形態に係る動弁装置の図２に対応する図 図１０に示す動弁装置によるバルブのリフト特性を示す図

以下、図面を参照して、本発明に係る動弁装置１を自動車用ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記す。）に適用したいくつかの実施の形態について詳細に説明する。

≪第１実施形態≫
図１および図２は、本発明に基づき構成された第１実施形態に係る動弁装置１の概略構成図である。図１および図２に示すように、エンジンのシリンダヘッド２には、各シリンダＣについて一対の排気バルブ３（以下、第１排気バルブ３ａ、第２排気バルブ３ｂとする。）が設けられている。これらの排気バルブ３ａ、３ｂは、クランクシャフトの１／２の回転速度で回転する排気カムシャフト４と、排気カムシャフト４の下方に配置された排気ロッカシャフト６により枢支された排気ロッカアーム７との働きにより個々に開弁駆動される。

排気カムシャフト４は、シリンダヘッド２と一体をなすカムホルダ２ａにより回転自在かつ軸線方向に移動不能に支持される。排気カムシャフト４には、第１排気バルブ３ａを駆動する第１排気カム５ａと、第１排気カム５ａと同一のプロフィールを有し、第２排気バルブ３ａを駆動する第３排気カム５ｃとが、カムホルダ２ａを挟む位置に一体形成されているほか、第１排気カム５ａに対して第３排気カム５ｃと反対側に、作動角及びリフト量が第１排気カム５ａと異なる第２排気カム５ｂが一体形成されている。なお、ここでは第３排気カム５ｃを第１排気カム５ａと同一のプロフィールにしているが、異なるプロフィールとしてもよい。また、図２では、排気カムシャフト４をカム軸直角方向にずらして示している。

詳細は後述するが、第２排気カム５ｂは、第１排気カム５ａによる第１排気バルブ３ａのリフト終了後の吸気行程において、第１排気カム５ａよりも小さなリフト量をもつプロフィールとされている。

排気ロッカシャフト６は、排気カムシャフト４と平行に延在するように軸線方向に不動にカムホルダ２ａにより支持されている。排気ロッカシャフト６には、第１および第２排気カム５ａ、５ｂに対応する第１および第２排気ロッカアーム７ａ、７ｂが互いに隣接して列設され、第３排気カム５ｃに対応する第３排気ロッカアーム７ｃが、第１および第２排気ロッカアーム７ａ、７ｂとの間にカムホルダ２ａを挟む位置に配設されている。

３つの排気ロッカアーム７ａ、７ｂ、７ｃはそれぞれ、排気ロッカシャフト６に揺動自在かつ軸方向に移動可能に支持されるとともに、対応する第１、第２および第３排気カム５ａ、５ｂ、５ｃに当接する第１、第２および第３排気ローラ９ａ、９ｂ、９ｃを排気ロッカシャフト６と平行な軸線回りに回転自在に支持している。なお、第１〜第３排気ローラ９ａ〜９ｃは、それぞれ排気ロッカアーム７ａ〜７ｃに設けられた軸部材３０ａ〜３０ｃによりニードルを介して軸支されている。

第１および第３排気ロッカアーム７ａ、７ｃの遊端には、それぞれ閉弁方向へ常時ばね付勢された第１および第２排気バルブ３ｂのステムエンドに当接する、ロッカシャフト６と平行な円筒面の一部で形成されたスリッパ面８を持たせている。

第２排気ロッカアーム７ｂは、シリンダヘッド２と一体をなす部分との間に設けられたコイルばね２９（図１）の弾発力により、第２排気カム５ｂとの摺接状態を維持する向きに付勢されている。これにより、後述するように第１および第２排気ロッカアーム７ａ、７ｂが独立して揺動する際にも、第２排気ロッカアーム７ｂの第２排気ローラ９ｂが第２排気カム５ｂに常時転接するようになっている。

互いに隣接した第１および第２排気ロッカアーム７ａ、７ｂの内部には、これらを相対角変位し得る状態と、一体的に揺動し得る状態とに切換えるための係合機構１０が設けられている。以下、係合機構１０について詳しく説明する。

第１および第２排気ローラ９ａ、９ｂを軸支する各軸部材３０ａ、３０ｂの内部には、第１および第２ガイド孔１１ａ、１１ｂが同軸上に穿設されており、これらガイド孔１１ａ、１１ｂには第１および第２連結ピン１２ａ、１２ｂが摺合している。第１連結ピン１２ａは、その長さが第１ガイド孔１１ａの深さよりも小さく設定されている。一方、第２連結ピン１２ｂは、その長さが第２ガイド孔１１ｂの深さと同一に設定されている。

また、第１排気ロッカアーム７ａには、第１連結ピン１２ａを第２排気ロッカアーム７ｂ側に付勢するリターンスプリング１３が内装されている。一方、第２排気ロッカアーム７ｂには、第２連結ピン１２ｂの端面に油圧（エンジン油圧）を供給する油路１４が形成されている。油路１４には、排気ロッカシャフト６に内設された油圧供給路１５が連通している。油圧供給路１５に対しては、エンジンＥＣＵからの駆動指令に応じて、図示しない電磁スプール弁（油圧制御手段）によって油圧が供給制御される。

油圧供給路１５に油圧が供給されず、リターンスプリング１３の弾発力によって両連結ピン１２ａ、１２ｂがそれぞれ第１および第２ガイド孔１１ａ、１１ｂに収容された離脱位置に配置された状態では、第１排気ロッカアーム７ａと第２排気ロッカアーム７ｂとが個別に揺動することになる。

一方、油圧供給路１５に油圧が供給され、油路１４を介して第２連結ピン１２ｂの一端に油圧が作用すると、第２連結ピン１２ｂが軸方向に移動して第１ガイド孔１１ａ内に没入する係合位置に配置され、第２排気ロッカアーム７ｂが第１排気ロッカアーム７ａと係合した状態となり、両排気ロッカアーム７ａ、７ｂが一体的に揺動することになる。

なお、第１排気ロッカアーム７ａには、第１ガイド孔１１ａと外部とを連通するエア給排孔１６が軸方向中央に穿設されている。エア給排孔１６には、第１連結ピン１２ａの作動に伴って、第１ガイド孔１１ａと外部との間でオイルミスト等のオイル分を含んだ空気が流通する。

これらにより、第１排気ロッカアーム７ａと第２排気ロッカアーム７ｂとの間の連結／非連結を選択的に実現する係合機構１０が構成される。

このように構成された動弁装置１の作動について図４を参照して説明すると、係合機構１０によって両排気ロッカアーム７ａ、７ｂが非連結状態とされている場合、第１排気ロッカアーム７ａが第１排気カム５ａのプロフィールにしたがって第３排気ロッカアーム７ｃと同様に揺動する。そのため、第１および第２排気バルブ３ａ、３ｂは、図４中に実線で示すように同一のカム角にて同一のリフト量をもって開弁する。なお、第２排気ロッカアーム７ｂは、第１ロッカアーム７ａとは別に第２排気カム５ｂのプロフィールにしたがって揺動する。

一方、係合機構１０によって両排気ロッカアーム７ａ、７ｂが連結状態とされている場合、第１排気ロッカアーム７ａは、第１排気カム５ａのプロフィールにしたがって第３排気ロッカアーム７ｂと同様に揺動した後、第２排気カム５ｂのプロフィールにしたがって吸気行程においても揺動する。そのため、吸気行程において、図４中に破線で示すように、第１吸気バルブ３ａが再度開弁する。

エンジンＥＣＵは、例えば、暖機後の常用回転域では両排気ロッカアーム７ａ、７ｂを非連結状態にして、第１および第３排気カム５ａ、５ｃにしたがったリフト量をもって排気行程において両排気バルブ３ａ、３ｂを開弁させ、始動直後の低温低回転域では両排気ロッカアーム７ａ、７ｂを連結状態にして、第１排気バルブ３ａを吸気行程においても再び開弁させ、エキゾーストマニホールド内の高温の排気が新気とともにシリンダＣに流入するように係合機構１０を制御させることで低温時の始動性を向上させる。

ここで、図２の第１および第２排気カム５ａ、５ｂは、排気カムシャフト４の軸線方向の一方（図中右方）に向けて拡径するテーパカム面１８ａ、１８ｂを有するように形成されている。より詳細には、両排気カム５ａ、５ｂは、ベース円部分が円錐台をなし、突出部分がベース円部分の円錐角と同一のテーパ角を有する円錐台形状を呈している。一方、第１および第２排気ローラ９ａ、９ｂは、排気カムシャフト４の軸線方向の他方、すなわち対応する排気カム５ａ、５ｂの小径側に向けて拡径するテーパ面１９ａ、１９ｂを有する円錐台形状とされている。

第１および第２排気カム５ａ、５ｂのテーパカム面１８ａ、１８ｂのテーパ角は互いに同一とされており、第１および第２排気ローラ９ａ、９ｂのテーパ面１９ａ、１９ｂのテーパ角は、互いに同一、かつ第１および第２排気カム５ａ、５ｂのテーパカム面１８ａ、１８ｂのテーパ角と同一（ただし、逆向き）とされている。したがって、第１および第２排気カム５ａ、５ｂのテーパカム面１８ａ、１８ｂは、それぞれ第１および第２吸気ローラ９ａ、９ｂのテーパ面１９ａ、１９ｂと互いに線接触する。

他方、第３排気カム５ｃは、第１および第２排気カム５ａ、５ｂと同様の円錐台形状を呈し、排気カムシャフト４の軸線方向の他方（図中右方）に向けて拡径するテーパカム面１８ｃを有するように形成されている。また、第３吸気ローラ９ｃは、排気カムシャフト４の軸線方向の一方、すなわち対応する排気カム５ｃの小径側に向けて拡径するテーパ面１９ｃを有する円錐台形状とされている。そして、第３吸気ローラ９ｃのテーパ面１９ｃのテーパ角は、第３排気カム５ｃのテーパカム面１８ｃのテーパ角と同一とされている。したがって、第３排気カム５ｃのテーパカム面１８ｃは、第３吸気ローラ９ｃのテーパ面１９ｃと線接触する。なお、図２では、排気カム５および吸気ローラ９のテーパ角を誇張して示している。

そして、動弁装置１の組付け後の状態において、第２排気ロッカアーム７ａおよび第３排気ロッカアーム７ｃとこれに隣接するカムホルダ２ａとの間には隙間が形成されており、３つの排気ロッカアーム７ａ、７ｂ、７ｃは、排気ロッカシャフト６に対して軸線方向に移動可能とされている。

さらに、第２排気ロッカアーム７ｂの左側（第１および第２排気カム５ａ、５ｂの小径側）および第３排気ロッカアーム７ｃの右側（第３排気カム５ｃの小径側）には、第１および第２排気ロッカアーム７ａ、７ｂ並びに第３排気ロッカアーム７ｃを、対応する排気カム５の大径側へ付勢するとともに、対応する排気カム５の小径側への移動を防止するノーバック機能を備えた２つのノーバック付勢装置２０が設置されている。つまり、２つのノーバック付勢装置２０は、カムホルダ２ａとの隙間を小さくする向きに排気ロッカアーム７を付勢する。

図３を参照してノーバック付勢装置２０について説明する。なお、両ノーバック付勢装置２０は同一の構成を有するため、図３には、図２中の右方に配置されたノーバック付勢装置２０を図示し、以下ではこのノーバック付勢装置２０に基づいて説明する。

ノーバック付勢装置２０は、雌ねじ２１が形成されたねじ孔２２を有するボディ２３と、雌ねじ２１に螺合する雄ねじ２４を有するスクリュロッド２５と、スクリュロッド２５をねじ孔２２から突出する方向に付勢するリターンスプリング２６と、リターンスプリング２６のスクリュロッド２５側の端部を保持するスプリングリテーナ２７とから構成され、排気ロッカシャフト６を囲繞するように設けられている。

排気ロッカシャフト６にはノーバック付勢装置２０の軸方向外側に環状溝６ａが形成されており、これらの環状溝６ａに係止されたＣクリップ２８により、両ノーバック付勢装置２０の軸方向の移動が規制されるようになっている。

ボディ２３は、排気ロッカシャフト６を挿通させる貫通孔２３ａを有する有底筒形状を呈しており、その底壁をＣクリップ２８に当接させている。スクリュロッド２５は、排気ロッカシャフト６を挿通させる貫通孔２５ａを有する有底筒形状を呈しており、その底壁をボディ２３の開口から突出させて第３排気ロッカアーム７ｃに当接させている。リターンスプリング２６は、圧縮コイルスプリングからなり、排気ロッカシャフト６を囲繞するようにボディ２３の底壁とスクリュロッド２５の底壁との間に介装され、両者を互いに離間する向きに付勢する。

雄ねじ２４および雌ねじ２１のねじ山は、スクリュロッド２５が押込み方向に押圧された際に荷重を受ける圧力側フランク２４ａ、２１ａのフランク角が遊び側フランク２４ｂ、２１ｂのクランク角よりも大きい鋸歯状とされている。そして、雄ねじ２４および雌ねじ２１のフランク角や、フランク表面の摩擦係数、リード角、リターンスプリング２６の押圧力などの設定により、スクリュロッド２５が押込み方向の荷重を受けている場合には、雄ねじ２４の圧力側フランク２４ａが雌ねじ２１の圧力側フランク２１ａに楔係合し、その楔効果によって圧力側フランク２４ａ、２１ａ同士に滑りが生じないためにスクリュロッド２５が押込まれない一方、スクリュロッド２５が押込み方向の荷重を受けていない場合には、リターンスプリング２６によってスクリュロッド２５が押し出され、第３排気ロッカアーム７ｃが排気ロッカシャフト６に対して軸方向に移動する。

これにより、図２の第２排気バルブ３ｂのステムエンドが磨耗してバルブクリアランスが大きくなると、ノーバック付勢装置２０がＣクリップ２８に反力をとって第３排気ロッカアーム７ｃを第３排気カム５ｃの大径側に移動させ、第３排気ロッカアーム７ｃの遊端と第２排気バルブ３ｂとの隙間を０に維持するラッシュアジャスト機能が発揮される。

一方、第３排気カム５ｃによって第２排気バルブ３ｂを開弁させる向きに第３排気ロッカアーム７ｃが揺動駆動される際には、第３排気カム５ｃおよび第３排気ローラ９ｃがテーパ形状とされているためにノーバック付勢装置２０側へ付勢する分力が第３排気ロッカアーム７ｃに作用するが、上記したようにノーバック付勢装置２０が、スクリュロッド２５の押込み方向の移動を防止するノーバック機能を備えているため、第３排気ロッカアーム７ｃの軸方向（ノーバック付勢装置２０側）への移動は阻止される。そのため、第２排気バルブ３ｂは、第３排気カム３ｃのカムプロフィールにしたがったリフト量をもって安定的に開閉する。

他方、図２中左方に設置されたノーバック付勢装置２０は、第１排気バルブ３ａのステムエンドが磨耗してバルブクリアランスが大きくなると、第１および第２排気ロッカアーム７ａ、７ｂを第１および第２排気カム５ａ、５ｂの大径側に同様に移動させることで、第１排気ロッカアーム７ａの遊端と第１排気バルブ３ａとの隙間を０に維持するラッシュアジャスト機能を発揮させる。そして、第１排気カム５ａによって第１排気バルブ３ａを開弁させる向きに第１排気ロッカアーム７ａが揺動駆動される際には、ノーバック付勢装置２０が両排気ロッカアーム７ａ、７ｂの軸方向（ノーバック付勢装置２０側）への移動を阻止するため、第１排気バルブ３ａも第１排気カム３ａのカムプロフィールにしたがったリフト量をもって安定的に開閉する。

なお、雄ねじ２４と雌ねじ２１との間には適宜なバックラッシδ（図３参照）が設定されており、これにより、エンジンが冷却した状態でノーバック付勢装置２０が伸長してバルブクリアランスが０になり、エンジンの運転によって排気バルブ３ａ、３ｂが熱膨張した場合であっても、排気バルブ３に突き上げが生じて圧縮漏れが生じないようになっている。

このように、図２中左方に設置されたノーバック付勢装置２０は、第１および第２排気ロッカアーム７ａ、７ｂを互いに同様に付勢し、第１および第２排気ロッカアーム７ａ、７ｂを同一角度だけ揺動させる。これにより、第１排気ローラ９ａが第１排気カム５ａのベース円に当接している状態において、第１および第２排気ロッカアーム７ａ、７ｂの相対角が一定に維持される。したがって、長期にわたる使用によってステムエンドの磨耗などが生じたとしても、第２連結ピン１２ｂが第１ガイド孔１１ａに進入し難くなることはない。

また、ノーバック付勢装置２０が、雌ねじ２１が形成されたボディ２３と、雄ねじ２４を有するスクリュロッド２５と、スクリュロッド２５を付勢するリターンスプリング２６とを主要素に備えた簡易な構成とされているため、比較的低コストでラッシュアジャスト機構を実現できるうえ、この機構が強制給油を必要としないメカニカルラッシュアジャスタ式であるため、オイルポンプに要求される吐出量の増大も抑制でき、従来の油圧式ラッシュアジャスタ式で必要であったシリンダヘッド側のオイル供給油路と保持スリーブとを必要としなくなる。

本実施形態では、排気ロッカシャフト６が軸線方向に不動に設けられ、ノーバック付勢装置２０が排気ロッカアーム７に対して作用するように設けられているため、排気ロッカシャフト６に対してその軸線方向に移動可能に排気ロッカアーム７を設ければよい。そのため、排気ロッカアーム７の軸線方向の移動を規制する必要がなく、構成を簡単にすることこができる。

そして、ノーバック付勢装置２０が排気ロッカシャフト６を囲繞するように設けられているため、排気ロッカアーム７が排気ロッカアーム７周りにおいて均一に付勢され、偏荷重によるこじりが防止されるため、排気ロッカアーム７と排気ロッカシャフト６との摺動抵抗が低減する。

また、本実施形態では、各排気ローラ９が、対応する排気カム５のテーパカム面１８と同一かつ逆向きのテーパ角のテーパ面１９を有し、排気ロッカシャフト６の軸線に平行な軸線周りに回転自在に支持されているため、排気ロッカシャフト６の加工が容易である。さらに、係合機構１０が排気ローラ９の内部に設けられているため、動弁装置１の小型化および軽量化が可能である。

≪変形例≫
次に、図５および図６を参照して、第１実施形態の変形例について説明する。なお、第１実施形態と同様の部材などには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。以下で述べる他の実施形態においても同様とする。

図５に示すように、本変形例では、排気ロッカシャフト６がカムホルダ２ａで分割され、各シリンダＣについて２本、すなわち第１および第２排気ロッカアーム７ａ、７ｂを支持する第１排気ロッカシャフト６Ａと、第３排気ロッカアーム７ｃを支持する第２排気ロッカシャフト６Ｂとが設けられている。そして、各排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂは、それぞれ第１ボルト４１ａおよび第２ボルト４１ｂによってシリンダＣの中心を通るように設けられたカムホルダ２ａによって片持ち支持されている。支持構造の詳細については後述する。

さらに、本変形例では、第１および第２排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂが軸線方向に変位可能にカムホルダ２ａにより支持され、排気ロッカシャフト６ごとに設けられたノーバック付勢装置２０が、各排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂにおける各カム５ａ〜５ｃの小径側の一端と各ボルト４１の頭部との間に介装されている。つまり、各ノーバック付勢装置２０が、対応する排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂに対して作用するように設けられている。一方、第１〜第３排気ロッカアーム７ａ〜７ｃは、対応する排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂに対して対応する排気カム５ａ〜５ｃの小径側への移動が規制されるように設けられる。

まずノーバック付勢装置２０の構成について図６を参照しながら詳細に説明する。ここでも、図３に示した図２中の右方のノーバック付勢装置２０に基づいて説明する。ノーバック付勢装置２０は、第１実施形態と同様に、ボディ２３とスクリュロッド２５とリターンスプリング２６とスプリングリテーナ２７とから構成され、第２排気ロッカシャフト６Ｂの内部に組み込まれている。排気ロッカシャフト６の内面には環状溝６ａが形成され、この環状溝６ａに係合するＣクリップ２８を介して、ノーバック付勢装置２０の付勢力が排気ロッカシャフト６に伝達される。

また、第２排気ロッカシャフト６Ｂには、ノーバック付勢装置２０が組み込まれた側の端部外周面にも環状溝６ａが形成され、この環状溝６ａに係合するＣクリップ２８を介して、排気ロッカシャフト６に伝達されたノーバック付勢装置２０の付勢力が第３排気ロッカアーム７ｃに伝達される。

ノーバック付勢装置２０のボディ２３、スクリュロッド２５およびスプリングリテーナ２７には、その軸線に沿ってそれぞれ貫通孔２３ａ、２５ａ、２７ａが形成されており、これら貫通孔２３ａ、２５ａ、２７ａに第２ボルト４１ｂの軸部が挿入される。スクリュロッド２５の突出側の端面は第２ボルト４１ｂの頭部に当接しており、ノーバック付勢装置２０の反力が第２ボルト４１ｂの頭部に加わることにより、第２ボルト４１ｂの頭部とスクリュロッド２５との間からオイルが漏れないようになっている。

図５に戻り、排気ロッカシャフト６の支持構造について説明する。カムホルダ２ａには、これを貫通するねじ孔４２が形成されている。ねじ孔にはカムホルダ２ａ内に穿設された油路４３が連通している。ねじ孔４２の両開口の周囲には、第１および第２ロッカシャフト６ａ、６ｂの一端を軸方向に摺動可能に収容する環状壁４４ａ、４４ｂが設けられている。ノーバック装置２０の貫通孔２３ａ、２５ａ、２７ａに挿入されたボルト４１ａ、４１ｂがねじ孔４２に締結されることにより、排気ロッカシャフト６Ａ、Ｂが軸方向に摺動可能かつ片持ち状態でカムホルダ２ａにより支持される。なお、両ボルト４１ａ、４１ｂは、先端のみにねじが形成されたショルダーボルトであって締結時にボルトフランジまでの長さが規制されており、ねじ孔４２に締結した状態で、かつノーバック付勢装置２０が縮んでいる状態で、ロッカシャフト６Ａ、６Ｂ端面とカムホルダ２ａとの間に隙間が形成される長さとされている。

各ボルト４１ａ、４１ｂの軸部の内部には、軸端に開口し、軸線に沿って延在する油路４５ａ、４５ｂがそれぞれ形成されている。この油路４５ａ、４５ｂは、軸部の側面に開口すべく適所にて径方向に穿設された貫通孔によって排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂの内部の油路１５と連通している。各ボルト４１ａ、４１ｂの軸部に形成された油路４５ａ、４５ｂから供給されるオイルは、排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂに形成された図示しない油路を介して排気ロッカアーム７ａ〜７ｃの潤滑に利用されるほか、第２排気ロッカアーム７ｂの油路１４を介して係合装置１０に供給される。

各排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂの内部には、ボルト４１ａ、４１ｂの軸部よりも若干大きな内径を有する円筒状のスペーサ４６が複数圧入されている。これらのスペーサ４６は、ボルト４１ａ、４１ｂの軸部に対して摺動可能であり、排気ロッカシャフト７ａ〜７ｃが軸方向に移動しても油路４５ａ、４５ｂを塞がない位置に配置される。

このように構成された動弁装置１によっても、排気バルブ３のステムエンドの磨耗などによりバルブクリアランスが大きくなると、各ノーバック付勢装置２０が、排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂと共に第１および第２排気ロッカアーム７ａ、７ｂまたは第３排気ロッカアーム７ｃを、対応する排気カム５の大径側に移動させる。これにより、両排気ロッカアーム７ａ、７ｂの遊端と排気バルブ３ａ、３ｂとの隙間を０に維持するラッシュアジャスト機能が発揮されるとともに、第１および第２ローラ９ａ、９ｂが対応するカム５ａ、５ｂのベース円に当接している状態で第２連結ピン１２ｂが第１ガイド孔１１ａに進入し難くなることはない。

本変形例では、排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂが軸線方向に変位可能に設けられ、ノーバック付勢装置２０が排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂに対して作用するように設けられているため、排気ロッカアーム７ａ〜７ｃを排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂに対して軸線方向に不動にした構成で、排気ロッカアーム７ａ〜７ｃを排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂの軸線方向に移動可能に設けることができる。

そして、ノーバック付勢装置２０を予め排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂに組付けてアセンブリとしておくことにより、動弁装置１の組付けを容易にすることができる。なお、ノーバック付勢装置２０は、荷重が加わっていない状態ではスクリュロッド２５が回転してボディ２３から突出してしまうため、ピンなどを用いてスクリュロッド２５の回転を防止しておき、排気カムシャフト４を含む動弁装置１のシリンダヘッド２への組付け後にピンを外すようにするとよい。

本変形例では、ノーバック付勢装置２０が排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂを付勢する際の反力をボルト４１ａ、４１ｂからとるようにしているが、例えばシリンダＣ間にロッカシャフトホルダを形成し、ロッカシャフトホルダから反力をとるようにしてもよい。また、本変形例では、ノーバック付勢装置２０が排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂをカムホルダ２ａ側へ付勢しているが、カム５およびローラ９のテーパの向きを逆にして、排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂをカムホルダ２ａから離反する側へ付勢するようにしてもよい。この場合、排気ロッカシャフト６Ａ、６Ｂにおける環状壁４４ａ、４４ｂの内部に収容される側の端部にノーバック付勢装置２０を設ければよい。

≪第２実施形態≫
次に、図７〜図９を参照して、本発明に係る動弁装置１の第２実施形態について説明する。図７に示すように、本実施形態では、各シリンダＣについて、一対の第１排気バルブ３ａおよび第２排気バルブ３ｂと、一対の第１吸気バルブ３３ａおよび第２吸気バルブ３３ｂとが設けられており、各バルブ３ａ、３ｂ、３３ａ、３３ｂに対して、ステムエンドに係合する第１、第３排気ロッカアーム７ａ、７ｃおよび第１、第３吸気ロッカアーム３７ａ、３７ｃと、これらに隣接配置された第２、第４排気ロッカアーム７ｂ、７ｄおよび第２、第４吸気ロッカアーム３７ｂ、３７ｄとが、それぞれ一対をなすように設けられている。

各一対の排気ロッカアーム７ａ・７ｂ、７ｃ・７ｄおよび各一対の吸気ロッカアーム３７ａ・３７ｂ、３７ｃ・３７ｄには、これらを相対角変位し得る状態と、一体的に揺動し得る状態とに切換えるための係合機構１０が設けられている。係合機構１０は、第１実施形態と同様の原理を用いた公知の構成のものを用いることができる。

このように構成された動弁装置１では、例えば、第１、第３排気ロッカアーム７ａ、７ｃおよび第１、第３吸気ロッカアーム３７ａ、３７ｃに対応する第１、第３排気カム５ａ、５ｃおよび第１、第３吸気カム３５ａ、３５ｃのリフト量を０とし（すなわち、カム形状をローラと同様に突出部のない円錐台形とする）、第２、第４排気ロッカアーム７ｂ、７ｄおよび第２、第４吸気ロッカアーム３７ｂ、３７ｄのリフト量を通常のプロフィールに設定することができる。

排気カム５および吸気カム３５のプロフィールをこのように設定した場合、動弁装置１は次のように作動することができる。すなわち、各一対のロッカアーム７ａ・７ｂ、７ｃ・７ｄ、３７ａ・３７ｂ、３７ｃ・３７ｄを係合機構１０によって連結状態とすることにより、図８に実線で示すように排気バルブ３および吸気バルブ３３をそれぞれ排気行程および吸気行程において開弁させ、シリンダＣで通常の燃焼を行う一方、非連結状態とすることにより、図８に破線で示すようにエンジン運転中に排気バルブ３および吸気バルブ３３を常時閉弁状態に保ち、シリンダＣで燃焼を行わない気筒休止とすることができる。

或いは、第１、第３排気カム５ａ、５ｃおよび第１、第３吸気カム３５ａ、３５ｃのリフト量を、作動角及びリフト量が相対的に小さい低リフトプロフィールとし、第２、第４排気ロッカアーム７ｂ、７ｄおよび第２、第４吸気ロッカアーム３７ｂ、３７ｄのリフト量を、作動角及びリフト量が相対的に大きい高リフトプロフィールとすることもできる。

排気カム５および吸気カム３５のプロフィールをこのように設定した場合、動弁装置１は次のように作動することができる。すなわち、各一対のロッカアーム７ａ・７ｂ、７ｃ・７ｄ、３７ａ・３７ｂ、３７ｃ・３７ｄを係合機構１０によって非連結状態とすることにより、図９に破線で示すように排気バルブ３および吸気バルブ３３を相対的に小さく且つ短時間にわたって開弁させ、バルブリフト量を下げて動弁駆動ロスを低減し、かつ吸排気バルブオーバーラップ量を少なくさせた低回転域の省燃費運転を行う一方、連結状態とすることにより、図９に実線で示すように排気バルブ３および吸気バルブ３３を相対的に大きく且つ長時間にわたって開弁させ、高回転域の高出力運転に対応させた動弁駆動を行うことができる。

そして、本実施形態においては、各バルブ３、３３に対して本発明に係る動弁装置１が適用されている。つまり、各排気カム５および各吸気カム３５がテーパカム面１８を有し、各排気ローラ９および各吸気ローラ３９がテーパ面１９を有し、一対の排気ロッカアーム７または吸気ロッカアーム３７をそれぞれ付勢するように４つのノーバック付勢装置２０が設けられる。

≪第３実施形態≫
最後に、図１０および図１１を参照して、本発明に係る動弁装置１の第３実施形態について説明する。図１０に示すように、本実施形態では、各シリンダＣについて一対に設けられた第１および第２排気バルブ３ａ、３ｂに対し、各３つの排気ロッカアーム７が設けられている。第１排気バルブ３ａのステムエンドに係合する第１排気ロッカアーム７ａに対し、第２、第３排気ロッカアーム７ｂ、７ｄが隣接配置され、第２排気バルブ３ｂのステムエンドに係合する第４排気ロッカアーム７ｄに対し、第５、第６排気ロッカアーム７ｅ、７ｆが隣接配置される。

排気ロッカアーム７には、隣接する２つの排気ロッカアーム７ごとに、これらを相対角変位し得る状態と、一体的に揺動し得る状態とに切換えるために、計４つの係合機構１０が設けられている。なお、各係合機構１０へ油圧を供給する油圧供給路１５（図１参照）は、排気ロッカシャフト６内に複数に分割形成すればよい。

排気カムシャフト４には、第１〜第６排気ロッカアーム７ａ〜７ｆに対応する位置に第１〜第６排気カム５ａ〜６ｆが一体形成されている。第１および第４排気ロッカアーム７ａ、７ｄに対応する第１および第４排気カム５ａ、５ｄは、作動角及びリフト量が相対的に小さい低リフトプロフィールとされており、第３および第６排気ロッカアーム７ｃ、７ｆに対応する第３および第６排気カム５ｃ、５ｆは、作動角及びリフト量が相対的に大きい高リフトプロフィールとされており、第２および第５排気ロッカアーム７ｂ、７ｅに対応する第２および第５排気カム５ｂ、５ｅは、低リフトプロフィールと高リフトプロフィールとの中間的な作動角及びリフト量を与えられている。

このように構成された動弁装置１は次のように作動する。すなわち、第１および第４排気ロッカアーム７ａ、７ｄがそれぞれ第２および第５排気ロッカアーム７ｂ、７ｅと非連結状態とされることにより、両排気バルブ３は、図１１に実線で示すように相対的に小さく且つ短く開弁する。第１および第４排気ロッカアーム７ａ、７ｄがそれぞれ第２および第５排気ロッカアーム７ｂ、７ｅと連結状態とされ、且つ第２および第５排気ロッカアーム７ｂ、７ｅがそれぞれ第３および第６排気ロッカアーム７ｃ、７ｆと非連結状態とされることにより、両排気バルブ３は、図１１に破線で示すように中程度のリフト量および開弁時間をもって開弁する。第１および第４排気ロッカアーム７ａ、７ｄがそれぞれ第２および第５排気ロッカアーム７ｂ、７ｅと連結状態とされ、且つ第２および第５排気ロッカアーム７ｂ、７ｅもそれぞれ第３および第６排気ロッカアーム７ｃ、７ｆと連結状態とされることにより、両排気バルブ３は、図１１に二点鎖線で示すように相対的に大きく且つ長く開弁する。

そして、本実施形態においては、各排気バルブ３に対して本発明に係る動弁装置１が適用されている。つまり、各排気カム５がテーパカム面１８ａを有し、各排気ローラ９がテーパ面１９ａを有し、３つの排気ロッカアーム７で一群をなす各アーム群をそれぞれ付勢するように２つのノーバック付勢装置２０が設けられる。前述の第２実施形態と同様に吸気バルブ３３側へも同様の機構を適用することで、運転状態に合わせたより多段化した最適なバルブリフトおよびバルブタイミングの切替が可能となる。

これにより、各ノーバック付勢装置２０が各群の排気ロッカアーム７ａ・７ｂ・７ｃ、７ｄ・７ｅ・７ｆをそれぞれ同様に付勢し、群ごとに排気ロッカアーム７が同一角度だけ揺動することにより、第１および第４排気ローラ９ａ、９ｄがそれぞれ対応する排気カム５ａ、５ｄのベース円に当接している状態において隣接する排気ロッカアーム７ｂ・７ｃ、７ｅ・７ｆの相対角が一定に維持される。したがって、長期にわたる使用によってステムエンドの磨耗などが生じたとしても、４つの係合機構１０が連結状態に移行し難くなることはない。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、本発明に係る動弁装置１を自動車用ディーゼルエンジンに適用しているが、自動車用以外の内燃機関やガソリンエンジンに適用することも可能である。また、ノーバック付勢装置２０の構成は上記例に限られるものではない。この他、各部材や部位の具体的構成や配置など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した本発明に係る動弁装置１の各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜取捨選択することが可能である。

１ 動弁装置
２ シリンダヘッド（機関本体）
３ 排気バルブ
４ 排気カムシャフト
５ 排気カム
６ 排気ロッカシャフト
７ 排気ロッカアーム
９ 排気ローラ
１０ 係合機構
１８ テーパカム面
１９ テーパ面
２０ ノーバック付勢装置
２１ 雌ねじ
２２ ねじ孔
２３ ボディ
２５ スクリュロッド
２６ リターンスプリング
３３ 吸気バルブ
３４ 吸気カムシャフト
３５ 吸気カム
３６ 吸気ロッカシャフト
３７ 吸気ロッカアーム
３９ 吸気ローラ

Claims (7)

1. 機関本体により回転自在に支持され、軸線方向の一方に向けて拡径するテーパカム面を有する第１のカムを備えたカムシャフトと、
   前記機関本体に支持されるロッカシャフトと、
   前記ロッカシャフトにより揺動自在に支持されて機関弁に係合する第１のロッカアームと、
   前記第１のロッカアームにより回転自在に支持されて、前記テーパカム面に当接する第１のローラとを有し、
   前記第１のロッカアームが前記ロッカシャフトの軸線方向に移動可能に設けられ、
   前記第１のロッカアームを前記第１のカムの大径側へ付勢するとともに、前記第１のロッカアームの前記第１のカムの小径側への移動を防止するノーバック機能を備えたノーバック付勢装置を更に有することを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. 前記ロッカシャフトが前記カムシャフトと平行に配置され、
   当該動弁装置が更に、
   前記カムシャフトに設けられ、前記第１のカムとは異なるプロフィールをなし且つ前記第１のカムと同様のテーパ角をなすテーパカム面を有する第２のカムと、
   前記第１のロッカアームに隣接して前記ロッカシャフトにより揺動自在に支持された第２のロッカアームと、
   前記第２のロッカアームにより回転自在に支持されて前記第２のカムの前記テーパカム面に当接する第２のローラと、
   前記第２のロッカアームを前記第１のロッカアームと一体的に揺動させる係合位置及び前記第２のロッカアームを前記第１のロッカアームから離脱させる離脱位置を選択的に実現する係合機構とを有し、
   前記ノーバック付勢装置が、前記両ロッカアームを互いに同様に付勢するようにしたことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
3. 前記ロッカシャフトが軸線方向に不動に設けられ、前記ノーバック付勢装置が、前記ロッカアームに対して作用するように設けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の動弁装置。
4. 前記ノーバック付勢装置が前記ロッカシャフトを囲繞するように設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の動弁装置。
5. 前記ロッカシャフトが軸線方向に変位可能に設けられ、前記ノーバック付勢装置が、前記ロッカシャフトに対して作用するように設けられていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の動弁装置。
6. 前記第１のローラが、前記ロッカシャフトの軸線に平行な軸線周りに回転自在に前記第１のロッカアームにより支持されると共に、前記第１のカムの前記テーパカム面と同一かつ逆向きのテーパ角のテーパ面をもって前記第１のカムに当接することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の動弁装置。
7. 前記ノーバック付勢装置が、雌ねじが形成されたねじ孔を有するボディと、前記雌ねじに螺合する雄ねじを有するスクリュロッドと、前記スクリュロッドを前記ねじ孔から突出する方向に付勢するリターンスプリングとを備えることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の動弁装置。

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