JP2017214876A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】バルブのリフト特性を切り替える切替機構を備えた動弁機構の組み付け作業を容易にできる内燃機関の可変動弁装置を提供する。【解決手段】動弁装置20は、バルブリフタ24の内部に変位可能に設けられ、供給油圧に応じ、バルブステム32のエンド面39aに当接する第1位置とエンド面39aに当接しない第2位置との間を変位することでバルブ17のリフト特性を切り替える切替ピン53と、バルブステム32に固定され、第1バルブスプリング35を支持する第1スプリング支持部34と、バルブステム32における第1スプリング支持部34よりもエンド面39a側に摺動可能に設けられ、第2バルブスプリング43を支持する第2スプリング支持部42とを有し、バルブステム32が、第2スプリング支持部42を摺動させるステム小径部40に比べて拡径し、切替ピン53が第1位置にある時に第2スプリング支持部42に係合するステムエンド39を有する。【選択図】図4

Description

本発明は、シリンダヘッドに形成された吸気通路や排気通路の開閉弁のリフト特性を切り替えることができる内燃機関の可変動弁装置に関する。
内燃機関の吸排気弁のバルブ特性を変更し得る装置として、種々の機構が提案されている。本出願人は、バルブの作動を休止させることが可能なバルブ休止機構として、バルブ駆動カムとバルブとの間に設けられるバルブリフタに、油圧で駆動されるスライドピンを内蔵させたバルブ休止機構を提案している(特許文献1、2参照)。
このバルブ休止機構では、バルブリフタの内側にスライドピンホルダが摺動可能に嵌合され、スライドピンホルダの内部には、スライドピンホルダの内面との間に油圧室を形成するスライドピンが、スライドピンホルダの軸線と直交する方向に摺動可能に、且つリターンスプリングによって油圧室の容積を縮小する方向に付勢される状態で嵌合されており、油圧室に油圧が供給されることよってスライドピンの軸方向位置が変わる。スライドピンの軸方向中間部には、平坦な当接面が下部外側面に形成さると共に、バルブステムの先端部を収容可能にする収容孔が当接面に開口するように形成されている。油圧が供給されていない時には、バルブリフタが下降した際にバルブステムの先端部が当接面に当接するため、バルブが開弁作動する。一方、油圧が供給されている時には、バルブリフタが下降した際にバルブステムの先端部が収容孔に収容されるため、バルブは開弁作動しない。
特開2000−204917号公報 特開2011−185092号公報
しかしながら、上記のバルブ休止機構では、油圧が供給されない弁休止時にバルブが開弁作動しないようにするため、スライドピンの収容孔に進入するバルブのステムエンドがバルブのリフト量よりも長くされ、そのバルブヘッド側であるバルブステムの中間部分にリテーナがコッタを介して固定されている。そして、リテーナとシリンダヘッドとの間に設けられた比較的小径のコイル状の弁ばねによってバルブが閉弁方向に付勢され、バルブスプリングの周りに設けられた比較的大径のコイルばねによってスライドピンホルダがバルブリフタの閉塞端側(動弁カム側)に付勢されている。従って、バルブ休止機構を含む動弁機構を組み付ける際には、大径のコイルばねの付勢力に抗してバルブリフタを所定位置にセットしなければならず、動弁機構の組み付け作業が煩雑になる。また、ラッシュアジャスタのように油圧で駆動される部品が動弁機構に含まれる場合には、組み付け時に大径のコイルばねの付勢力が油圧駆動部品に負荷されないようにする必要がある。
本発明は、このような背景を鑑み、バルブのリフト特性を切り替える切替機構を備えた動弁機構の組み付け作業を容易にでき、且つ、動弁機構の組み付け時にラッシュアジャスタのような油圧駆動部品にコイルばねの付勢力が負荷されない内燃機関の可変動弁装置を提供することを課題とする。
このような課題を解決するために、本発明に係る内燃機関(1)の可変動弁装置(20)の一態様は、燃焼室(12)の吸気口(16I)又は排気口(16E)を開閉するバルブヘッド(31)及びシリンダヘッド(4)に摺動可能に設けられるバルブステム(32)を有し、カムシャフト(21)によって駆動されるバルブ(17)と、前記シリンダヘッドによって前記バルブの摺動方向に沿って摺動可能に支持され、前記カムシャフトのカム(21a)と前記バルブとの間に介装されるバルブリフタ(24)と、前記バルブリフタの内部に変位可能に設けられ、供給油圧に応じ、前記バルブリフタの摺動時に前記バルブステムのエンド面(39a)に当接する第1位置と前記バルブステムの前記エンド面に当接しない第2位置との間を変位することで前記バルブのリフト特性を切り替える切替部材(53)と、前記バルブステムに固定され、前記シリンダヘッドとの間に縮設される比較的小径の第1バルブスプリング(35)を支持する第1スプリング支持部(34)と、前記バルブステムにおける前記第1スプリング支持部よりも前記エンド面側に当該バルブステムに対して摺動可能に設けられ、前記シリンダヘッドとの間に縮設される比較的大径の第2バルブスプリング(43)を支持する第2スプリング支持部(42)とを有し、前記バルブステムが、前記第2スプリング支持部を摺動させる部分(40)に比べて拡径し、前記切替部材が前記第1位置にある時に前記第2スプリング支持部に係合するステムエンド(39)を有している。
この態様によれば、切替部材の位置に応じてバルブのリフト特性を切り替える内燃機関の動弁装置において、第2バルブスプリングのばね力が第2スプリング支持部を介してバルブに加わるため、閉弁状態にあるバルブによって第2バルブスプリングが圧縮状態に維持される。そのため、第2スプリング支持部の上にバルブリフタを置くだけで、即ちバルブリフタを第2バルブスプリングのばね力に抗して押し付けることなく動弁機構を組み付けることができ、動弁機構の組み付け作業が容易になる。また、ラッシュアジャスタのような油圧駆動部品にコイルばねの付勢力が負荷されることもない。
また、上記の態様において、前記第2スプリング支持部は、円環状のリテーナ(44)と、前記バルブステムと前記リテーナとの間に設けられ、複数の部材によって前記バルブステムを囲繞するように構成されたコッタ(45)とを有し、前記コッタが前記リテーナと前記バルブリフタとによって挟持されているとよい。
この態様によれば、バルブが拡径したステムエンドを有していても、第2スプリング支持部のバルブへの組み付けを容易にすることができる。また、コッタがリテーナとバルブリフタとによって挟持されるため、コッタが外れることを防止できる。
また、上記の態様において、前記コッタが、前記バルブステムを囲繞する筒部(45a)と、前記筒部の前記ステムエンド側の端部から径外方向に延出するフランジ(45b)とを有し、前記リテーナが、前記筒部が挿入される貫通孔(44a)と、前記貫通孔の周囲に形成されて前記フランジを受容する凹部(44b)とを有し、前記バルブリフタが、前記コッタのみに当接する環状凸部(69)を有するとよい。
この態様によれば、コッタがフランジを有し、バルブリフタがコッタのみに当接するため、リテーナに発生する応力が小さく、リテーナ及びコッタを薄型化することができる。
また、上記の態様において、前記バルブリフタが、前記シリンダヘッドに摺接する筒状の外周部(51)を有し、前記コッタ及び前記フランジが前記バルブリフタの前記外周部の内部に収容されているとよい。
この態様によれば、バルブ及び第2バルブスプリングを安定させた状態でシリンダヘッドに組み付けることができる。また、リテーナ及びコッタが薄型化可能であるため、バルブリフタの大型化を抑制できる。
また、上記の態様において、前記バルブステムの前記第2スプリング支持部を摺動させる部分(40)と前記ステムエンド(39)との接続部(40a)に隅Rが形成され、前記コッタ(45)の前記ステムエンド側の端面と内周面との角部が面取りされているとよい。
この態様によれば、切替部材が第1位置にある時のステムエンドの位置決め精度を向上させ、切替部材とコッタとにより挟まれたステムエンドのがたつきを抑制できる。更に、切替部材が第2位置にある時のコッタとステムエンドとの衝突による磨耗を抑制できる。
また、上記の態様において、前記カムシャフトと前記バルブリフタとの間に揺動可能に設けられたロッカアーム(22)を更に有し、前記バルブリフタが、前記切替部材の収容室(52)を画定する収容部(54)から前記ロッカアームに向けて突出し、前記ロッカアームの前記揺動端に摺接する凸部(55)と、前記収容室から前記ロッカアームに向けて前記凸部内に凹陥し、前記切替部材が前記第2位置にある時に前記ステムエンドを受容する受容孔(66)とを有するとよい。
この態様によれば、バルブリフタが凸部を有し、駆動部材であるロッカアームの揺動端に凸部を摺接させればよいため、バルブリフタを小型化することができる。また、バルブリフタが凸部内に受容孔を有するため、バルブリフタを小型化しながらも、切替部材がステムエンドのエンド面に当接しない時のバルブリフタの摺動可能距離を確保できる。これにより、弁が休止するようにバルブ特性を変化させることも容易である。
このように本発明によれば、バルブのリフト特性を切り替える切替機構を備えた動弁機構の組み付け作業を容易にでき、且つ、動弁機構の組み付け時にラッシュアジャスタのような油圧駆動部品にコイルばねの付勢力が負荷されない内燃機関の可変動弁装置を提供することができる。
実施形態に係る可変動弁装置が適用された内燃機関の正面図 図1に示されるリヤバンクのシリンダヘッド周りの断面図 図1に示されるフロントバンクのシリンダヘッド周りの断面図 図2中の要部拡大図 図4に示されるバルブリフタの斜視図 図4に示されるバルブリフタの上面図 可変動弁装置の作動説明図 可変動弁装置の作動説明図
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、本発明に係る可変動弁装置が適用されたエンジン1の正面図である。図1に示されるように、エンジン1は、DOHC式のV型6気筒ガソリンエンジンであり、図1の紙面の右側が車両の前方となるようにエンジンルームに横置きに配置される。以下、エンジン1が搭載された車両の進行方向を基準として前後及び左右の方向を定める。
エンジン1は、前後方向にV字形をなすフロントバンク2F及びリヤバンク2Rが形成されたシリンダブロック3と、フロントバンク2F及びリヤバンク2Rのそれぞれの上部に結合されたシリンダヘッド4と、各シリンダヘッド4の上部に結合されたヘッドカバー5とを備えている。エンジン1の吸気装置7は前後のバンク2の内側に配設され、排気系8は前後のバンク2の外側に配設されている。
フロントバンク2F及びリヤバンク2R内にはシリンダボア11が3つずつ形成され、各シリンダヘッド4の各シリンダボア11に対向する部分には燃焼室12が形成されている。シリンダボア11と燃焼室12とによって気筒が構成される。各シリンダボア11内には、コンロッド13を介してクランクシャフト14に連結されたピストン15が、摺動可能に配置されている。
燃焼室12には、シリンダヘッド4のバンク内側の側部に開口する吸気ポート16I及びバンク外側の側部に開口する排気ポート16Eのそれぞれの一端が連通している。各燃焼室12に対して、吸気ポート16I及び排気ポート16Eは2つずつ設けられている。シリンダヘッド4には、吸気ポート16I及び排気ポート16Eを燃焼室12との境界部で開閉するバルブ17(吸気バルブ17I及び排気バルブ17E)が摺動可能に設けられている。バルブ17は、動弁装置20によって開閉駆動され、燃焼室12の吸気口又は排気口を開閉する。
動弁装置20は、吸気側及び排気側のそれぞれに設けられ、カム21aが列設されたカムシャフト21(吸気カムシャフト21I及び排気カムシャフト21E)と、吸気側及び排気側のそれぞれに設けられ、対応するカム21aとバルブ17との間に介装されたロッカアーム22(吸気ロッカアーム22I及び排気ロッカアーム22E)と、各ロッカアーム22を揺動可能に支持するラッシュアジャスタ23と、各ロッカアーム22とバルブ17との間に介装されたバルブリフタ24とを備えている。吸気側及び排気側のカムシャフト21はクランクシャフト14の回転に同期して回転し、各バルブ17はロッカアーム22及びバルブリフタ24を介してカム21aにより駆動される。
図2は、図1に示されるリヤバンク2Rのシリンダヘッド4周りの断面図を、図3は、図1に示されるフロントバンク2Fのシリンダヘッド4周りの断面図を、それぞれシリンダ軸線を紙面の上下に沿わせて示している。リヤバンク2Rの動弁装置20及びフロントバンク2Fの動弁装置20は、後述するバルブ休止機構70を備えているか否かの点で相違し、バルブ休止機構70と関連のない部分は同様の構成とされている。そのため、まず、図2を参照しながらリヤバンク2Rの動弁装置20について説明し、その後、フロントバンク2Fの動弁装置20について図3を参照しながら相違点のみを説明する。
図2に示されるように、シリンダヘッド4は、燃焼室12の上方や排気ポート16Eの上方及び下方、吸気ポート16Iの下方に冷却水を流通させるウォータージャケット18を画定している。また、シリンダヘッド4は、燃料室の上方のウォータージャケット18を画定する部分の上方に、ラッシュアジャスタ23を支持すると共にバルブリフタ24を摺動可能に支持するための支持壁19を有する上下2段の構造とされている。
シリンダヘッド4の支持壁19には、バルブリフタ24をバルブ17の摺動方向に沿って摺動可能に支持する支持孔19aがバルブ17と同軸に形成されている。ラッシュアジャスタ23は、支持壁19の支持孔19aに対してシリンダ軸線側の位置に取り付けられている。ロッカアーム22はスイングアーム型であり、その基端部がラッシュアジャスタ23によって揺動可能に支持され、揺動端である先端部がバルブリフタ24を駆動する。ロッカアーム22は、基端部からシリンダ軸線と相反する側に向けて互いに平行に延出する2つの縦壁部26と、縦壁部26の延出端にこれら2つの縦壁部26を連結するように一体に形成され、バルブリフタ24に摺接する摺接部27と、縦壁部26の延出方向の中間部に設けられ、カム21aに転接させるローラを回転可能に支持するカムフォロア28とを有している。ロッカアーム22の摺接部27は、バルブリフタ24に摺接する下面27aが下方に向けて突出する向きに湾曲した板状とされている。
バルブ17は、燃焼室12の上面に設けられたバルブシート30に着座し、燃焼室12の吸気口又は排気口を開閉するバルブヘッド31と、バルブヘッド31から上方へ延出するバルブステム32とを有するポペットバルブである。バルブ17は、シリンダヘッド4に取り付けられた円筒状のバルブガイド33にバルブステム32が挿入されることにより、シリンダヘッド4によってバルブステム32を摺動可能に保持される。支持孔19a内を摺動するようにバルブ17とロッカアーム22との間に介装されたバルブリフタ24の内部には、バルブ休止機構70が組み込まれている。
詳細な構成については後述するが、バルブ休止機構70は油圧によって駆動され、カムシャフト21の回転に応じてバルブ17を開閉作動させる弁稼動状態と、カムシャフト21が回転していてもバルブ17の開閉作動を休止させる休弁状態とを選択的に切り替える。バルブ休止機構70は1つの気筒に設けられた4つ全てのバルブリフタ24に組み込まれており、全てのバルブ休止機構70が弁稼動状態と休弁状態とを同時に切り替えられることにより、気筒に駆動力を発生させる気筒稼動状態と、気筒に駆動力を発生させない気筒休止状態とを選択的に切り替える気筒休止機構71が構成される。リヤバンク2Rの動弁装置20に備えられた気筒休止機構71は、ある特定の運転状態の時にバルブ17の開閉作動を休止して燃焼サイクルを休止させる。
本実施形態では、気筒休止機構71によりリヤバンク2Rの全ての気筒を休止すると共に、フロントバンク2Fの全ての気筒を稼動する休筒運転と、フロントバンク2F及びリヤバンク2Rの全ての気筒を稼動する全筒運転とが可能となっている。全筒運転は自動車の発進時や加速時等の負荷が大きい場合に選択され、休筒運転は自動車の高速巡航時やアイドル時等の負荷が小さい場合に選択される。全筒運転と休筒運転とのいずれを選択するかは、図示しないECU(エンジンコントロールユニット)によって、アクセルペダルの踏み込み量やエンジン回転数等に基づいて決定される。
図4は、図2中の要部(吸気側のバルブリフタ24周り)の拡大断面図を示している。なお、図4では、バルブ休止機構70は弁稼動状態にあり、バルブ17は閉弁状態にある。動弁装置20は、吸気側及び排気側で概ね前後対称に設けられている。そのため、以下では、「吸気」及び「排気」の文言を用いず、「I」及び「E」の添字を省略した符号を使用して説明する。
図2及び図4に示されるように、閉弁状態においてシリンダヘッド4の上面(燃焼室12側の面)から離間したバルブステム32の中間位置には第1スプリング支持部34が固定されている。第1スプリング支持部34は、シリンダヘッド4の上面に設けられたスプリングシートとの間に介装される比較的小さな巻径の第1バルブスプリング35を支持する。第1バルブスプリング35は、第1スプリング支持部34とシリンダヘッド4との間に縮設された圧縮コイルばねであり、第1スプリング支持部34を介してバルブ17を閉弁方向に常時付勢する。
第1スプリング支持部34は、概ね逆円錐台形状の第1リテーナ36と、第1リテーナ36とバルブステム32との間に介装される第1コッタ37とを有している。第1リテーナ36は筒状を呈する一体物の金属部品であり、その内周面はバルブヘッド31側ほど小径になる逆円錐台形状(テーパ形状)とされている。第1コッタ37は、2つ割りの半筒状の金属部品であるコッタピースを組み合わせることによって第1リテーナ36の内周面と相補完形状の外周面をなす構成とされる。第1コッタ37の内周面には環状突起38が形成され、バルブステム32の外周面には環状突起38と相補完形状の環状凹部であるコッタ溝が形成されている。第1コッタ37が環状突起38をコッタ溝に嵌合させた状態で、第1バルブスプリング35のばね力を受けた第1リテーナ36がバルブヘッド31側から第1コッタ37の外周に装着されることにより、第1リテーナ36及び第1コッタ37がバルブステム32に固定される。
バルブステム32の第1スプリング支持部34が固定された位置と延出端部をなすステムエンド39との間には、これらに比べて小径とされた円柱ロッド状のステム小径部40が形成されている。言い換えれば、ステムエンド39は、ステム小径部40に比べて拡径している。ステム小径部40には第2スプリング支持部42が摺動可能に設けられている。ステム小径部40の軸方向長さは、第2スプリング支持部42の厚さにバルブ17のリフト量を加えた長さ(即ち、第2スプリング支持部42の移動範囲長さ)よりも若干長くされている。第2スプリング支持部42は、シリンダヘッド4の上面に設けられたスプリングシートとの間に介装される比較的大きな巻径の第2バルブスプリング43を支持する。第2バルブスプリング43は、第2スプリング支持部42とシリンダヘッド4との間に縮設された圧縮コイルばねであり、全筒運転時に第2スプリング支持部42を介してバルブ17を閉弁方向に付勢する。
第2スプリング支持部42は、円環状の第2リテーナ44と、第2リテーナ44とバルブステム32との間に介装される第2コッタ45とを有している。第2リテーナ44は一体物の概ね円盤状の金属部品であり、その中央にはステムエンド39よりも大径の貫通孔44aが形成されている。貫通孔44aの内周面は一定の径を有する円筒状(円柱形状)とされている。第2リテーナ44の上面には貫通孔44aの周囲に円環状の凹部44bが形成されている。第2コッタ45は、2つ割りの金属部品であるコッタピースを組み合わせることによって、ステム小径部40の外周面よりも若干大きい円筒状の内周面を形成してバルブステム32を囲繞する筒部45aと、筒部45aのステムエンド39側の端部から径外方向に延出する円環状のフランジ45bとを有する構成とされる。第2コッタ45の筒部45aの外周面は、第2リテーナ44の内周面と同一又は若干小さい大きさとされている。第2コッタ45がステム小径部40に摺動可能に外嵌した状態で、第2バルブスプリング43のばね力を受けた第2リテーナ44がバルブヘッド31側から第2コッタ45の筒部45aの外周に装着されることにより、第2リテーナ44及び第2コッタ45がバルブステム32に摺動可能に設けられる。この組み付け状態では、第2コッタ45の筒部45aは第2リテーナ44の貫通孔44aに挿入され、第2コッタ45のフランジ45bは第2リテーナ44の凹部44bに受容される。また、第2リテーナ44及び第2コッタ45がこのような構成とされたことにより、第2スプリング支持部42は第1スプリング支持部34よりも薄くなっており、その全体がバルブリフタ24の内部に配置されている。
ステム小径部40とこれよりもバルブヘッド31側の部分(第1スプリング支持部34の取付部)との間、及びステム小径部40とステムエンド39との間には、段差を形成する環状肩面40aが形成される。これらの環状肩面40aには、ステム小径部40との接続部である隅部に環状の隅Rが形成されている。隅Rは、例えば、バルブステム32を、一定の断面を有するロッドに形成した後に、旋盤を用いてステム小径部40を切削加工する際に形成される。一方、第2コッタ45のステムエンド39側の端面と内周面との接続部である角部は、隅Rと相補完形状をなすR面に面取りされている。これにより、第2コッタ45はステムエンド39側の環状肩面40aに面接触し、切替ピン53が第1位置にある時のステムエンド39の位置決め精度を向上させることができる。そして、後述する休弁状態での動作時に、バルブヘッド31側からステムエンド39側へステム小径部40を移動して当該環状肩面40aに衝突する際の応力が分散されると共に磨耗が抑制される。
図5はバルブリフタ24の斜視図であり、図6はバルブリフタ24の上面図である。図4〜図6に示されるように、バルブリフタ24は、支持孔19aの内周面に摺接する円筒状の外周部51と、外周部51の軸線を通って径方向に延びるように外周部51に一体に形成され、内部にピン収容室52を画定すると共にピン収容室52に切替ピン53をスライド可能に収容するピン収容部54と、ピン収容部54の上面から外周部51と同軸に上方に延出し、外周部51の上縁よりも上方に突出した凸部55とを備えている。バルブリフタ24は、外周部51、ピン収容部54及び凸部55を一体形成された金属製部品である。ピン収容部54は、軸方向の両端で外周部51に接続している一方、他の部分では外周部51に接続していない。即ち、上面視(図6)において、外周部51とピン収容部54との間は肉抜きされており、バルブリフタ24の軽量化が図られている。
図4に示されるように、ピン収容室52は、円形断面を有し、その軸線が外周部51の軸線に直交するように形成されている。ピン収容室52の一端(図中右)は外周部51を貫通して同一断面寸法の開口をもって外部に開通し、ピン収容室52の他端(図中左)は外周部51に形成された小径の連通路56を介して外部に開通している。なお、バルブリフタ24は支持孔19a内で軸線回りに回転しないようになっている。ピン収容室52は、切替ピン53によって他端側(連通路56側)の第1油圧室57と一端側(開口側)の第2油圧室58とに区画される。第1油圧室57には、切替ピン53を第2油圧室58側に常時付勢する圧縮コイルばね61が縮設されている。シリンダヘッド4には、支持孔19aの内方(シリンダヘッド4の内方であって図4の左方)に第1油圧室57に連通する第1油路59が形成され、外方(シリンダヘッド4の外方であって図4の右方)に第2油圧室58に連通する第2油路60が形成されている。第1油路59及び第2油路60には、ECUによって選択されたいずれかに油圧が常時供給される。
図4は、ロッカアーム22が駆動されておらず、バルブリフタ24が摺動範囲の上端に位置している状態を示している。バルブリフタ24に形成された連通路56はピン収容室52よりも小径であり、バルブリフタ24が上端に位置する時にも第1油路59が連通路56を介して第1油圧室57に連通するように、連通路56から下方に延びる連通溝がバルブリフタ24の外周面に形成されている。第1油圧室57と第1油路59とは、バルブリフタ24が摺動範囲の下端に位置する時にも連通路56を介して互いに連通する。一方、第2油圧室58側ではピン収容室52がそのままの大きさでバルブリフタ24の外周面に開口しているため、バルブリフタ24が摺動範囲内のどの位置にあっても第2油圧室58と第2油路60とは直接互いに連通する。
切替ピン53は、第1油路59から第1油圧室57に油圧が供給されることによって第2油圧室58側に移動し、第2油路60から第2油圧室58に油圧が供給されることによって第1油圧室57側に移動する。切替ピン53の第1油圧室57側への移動は外周部51への当接によって規制され、切替ピン53の第2油圧室58側への移動は、外周部51の軸線と平行にピン収容部54を貫通するように設けられたストッパピン62への当接によって規制される。即ち、切替ピン53は、圧縮コイルばね61による付勢と第1油圧室57への油圧供給とによってストッパピン62に当接した第1位置と、第2油圧室58への油圧供給によって圧縮コイルばね61の付勢力に抗して外周部51に当接した第2位置との間をスライド変位する。このように切替ピン53の第2位置への駆動に油圧が利用されるだけでなく、切替ピン53の第2位置への駆動にも、圧縮コイルばね61の付勢力に加えて油圧が利用されることで、切替ピン53の緻密な位置制御が可能になっている。
切替ピン53の下部における軸方向の中間部には、外周部51の軸線に直交する平坦な当接面63が形成されている。当接面63の第2油圧室58側には、ステムエンド39を挿通可能な大きさのピン貫通孔64が外周部51の軸方向と平行に形成されている。また、ピン収容部54の下壁における軸方向の中央にも、ステムエンド39を挿通可能な大きさの収容部貫通孔65が外周部51の軸線に沿って形成されている。ピン貫通孔64は、切替ピン53が外周部51に当接する第2位置にある時に、ステムエンド39に整合する位置、即ち収容部貫通孔65と同軸になる位置に形成されている。また、バルブリフタ24の凸部55には、ピン収容室52から外周部51の軸線に沿って上方に延出する有底の延長孔66が形成されている。
切替ピン53の第1油圧室57側の端部は端面が開口する筒状とされており、その上部には切替ピン53の軸線方向に延びるスリット67が形成されている。一方、ピン収容部54の第1油圧室57側の上部には、先端にピン状のガイド部が形成されたガイドビス68がガイド部をピン収容室52に突出させるように固定されている。スリット67とガイドビス68とは、ピン収容部54の周方向に整合する位置に配置されている。切替ピン53が第1油圧室57側に移動した際には、スリット67内にガイドビス68の先端が収容されることによって切替ピン53の回転が規制される。
切替ピン53がストッパピン62に当接する第1位置にある時には(図4の状態)、ステムエンド39のエンド面39a(端面)が、その中心を含む大部分の面をもって当接面63に当接する。これにより、ロッカアーム22によって駆動されるバルブリフタ24の摺動に合わせてバルブ17が開弁駆動される。バルブ17は第1スプリングによってバルブリフタ24に向けて常時付勢されており、ステムエンド39のエンド面39aが切替ピン53の当接面63に当接することによって切替ピン53の回転が規制される。また、ステムエンド39が第2コッタ45に係合すること、即ちバルブステム32のステムエンド39側の環状肩面40aが第2コッタ45のステムエンド39側の端面に当接することにより、第2バルブスプリング43のばね力がバルブ17に伝わる。
一方、切替ピン53が外周部51に当接する第2位置にある時には、ステムエンド39のエンド面39aが切替ピン53の当接面63に当接することはなく、ロッカアーム22によって駆動されたバルブリフタ24が下方に摺動しても、ステムエンド39がピン貫通孔64内を摺動するだけであってバルブ17は開弁しない。ステムエンド39がピン貫通孔64内を摺動する際には、第2スプリング支持部42はバルブリフタ24と一体に作動してステム小径部40を摺動する。ステム小径部40の軸方向長さが第2スプリング支持部42の移動範囲よりも長くされているため、バルブリフタ24が摺動範囲の下端に移動した時でも第2スプリング支持部42(より詳しくは、第2コッタ45の下端)がバルブヘッド31側の環状肩面40aに当接することはない。
上記のようにバルブリフタ24のピン収容部54は不要な肉を有さず、できるだけ小さく形成され、第2スプリング支持部42は比較的薄くされている。これにより、第2スプリング支持部42のバルブリフタ24の外周部51内への配置が可能になっている。そして第2スプリング支持部42がバルブリフタ24の外周部51の内部に収容されるため、バルブ17及び第2バルブスプリング43を安定させた状態でシリンダヘッド4に組み付けることが可能である。一方、ピン収容部54が小さく形成されると、バルブリフタ24の下降時にステムエンド39がピン収容部54の上壁に当接してバルブ17を開弁させ得るが、ピン収容室52から上方へ延出する延長孔66が凸部55の内部に形成されているため、バルブステム32は延長孔66に受容され、バルブ17が開弁することはない。
ピン収容部54の軸方向の中間部には、下方に向けて若干突出し、収容部貫通孔65の周囲に円環状の平坦面を形成する環状凸部69が形成されている。環状凸部69の平坦面の外径は、第2コッタ45のフランジ45bの外径よりも若干小さくなっている。従って、環状凸部69は第2コッタ45のみに当接し、第2リテーナ44には当接しない。上記のように第2スプリング支持部42は、切替ピン53が第2位置にある休弁状態の時にはステム小径部40を摺動するが、第2バルブスプリング43によって付勢されているため、第2コッタ45の上面を環状凸部69の平坦面に常時当接させている。即ち、第2スプリング支持部42は、弁稼動時にはステムエンド39にも係合するが、常時、バルブリフタ24の環状凸部69に支持されている。これにより、第2バルブスプリング43のばね力が常時加わる第2リテーナ44に発生する応力が小さく、第2スプリング支持部42の薄型化が可能になっている。また、上記構成によって環状凸部69が第2コッタ45のみに当接し、第2コッタ45の上面が環状凸部69の平坦面に常時当接することにより、第2コッタ45が第2リテーナ44とバルブリフタ24の環状凸部69とによって挟持される状態が常時維持される。従って、テーパ形状を有していなくても第2コッタ45が外れることがない。環状凸部69の高さ及びステムエンド39の長さは、第2コッタ45が環状凸部69に当接している状態で切替ピン53がピン収容室52内を摺動可能であり、且つ切替ピン53の当接面63とステムエンド39のエンド面39aとの隙間が殆どなくなるような値に設定されている。
以上のようにしてバルブ休止機構70が構成され、1つの気筒の全てのバルブ17に設けられた4つのバルブ休止機構70によって気筒休止機構71が構成される。
バルブ休止機構70を備えた動弁装置20のシリンダヘッド4への組み付け手順は以下の通りである。図2及び図4に示されるように、バルブステム32を燃焼室12側からバルブガイド33に挿入してバルブ17をシリンダヘッド4に摺動可能に取り付ける。その後、バルブガイド33から上方へ突出するバルブステム32の周囲に小径の第1バルブスプリング35を配置すると共にその上端に第1リテーナ36を配置して第1バルブスプリング35を圧縮させる。この状態で、2つ割りの第1コッタ37を環状突起38に係合させた上で第1バルブスプリング35を伸長させて第1リテーナ36を第1コッタ37に係合させる。これにより、バルブ17は第1バルブスプリング35によって第1スプリング支持部34を介して閉弁位置側に常時付勢される。
続いて、第1バルブスプリング35の周囲に大径の第2バルブスプリング43を配置すると共にその上端に第2リテーナ44を配置して第2バルブスプリング43を圧縮させる。この状態で、2つ割りの第2コッタ45をステム小径部40に摺動可能に装着した上で第2バルブスプリング43を伸長させて第2リテーナ44を第2コッタ45に係合させる。これにより、第2コッタ45がステムエンド39に係止され、バルブ17は第2バルブスプリング43によっても、第2スプリング支持部42を介して閉弁位置側に常時付勢される。
その後、バルブリフタ24をシリンダヘッド4の支持孔19aに挿入し、第2スプリング支持部42の上に載置する。この際、第1バルブスプリング35及び第2バルブスプリング43がバルブ17によって圧縮状態に維持されているため、バルブリフタ24は第2スプリング支持部42の上に載置するだけで所定位置に維持される。この状態で、支持壁19に装着したラッシュアジャスタ23とバルブリフタ24の凸部55とに架け渡すようにロッカアーム22を配置し、ロッカアーム22の上にカムシャフト21を配置することによって動弁装置20の組み付けが完了する。
次に、図7及び図8を参照して、バルブ休止機構70の作動について説明する。図7(A)は、バルブ休止機構70が弁稼動状態にあるロッカアーム非揺動時の動弁装置20を示し、図7(B)は、バルブ休止機構70が弁稼動状態にあるロッカアーム揺動時の動弁装置20を示している。図8は、バルブ休止機構70が休弁状態にあるロッカアーム非揺動時の動弁装置20を示し、図7(B)は、バルブ休止機構70が休弁状態にあるロッカアーム揺動時の動弁装置20を示している。なお、図7及び図8は、図4に示される吸気側のバルブ17ではなく、図2の左側の排気側のバルブ17を示しているので注意されたい。
バルブ休止機構70が弁稼動状態にある場合、図7(A)、(B)に示されるように、切替ピン53は、第1油路59から第1油圧室57への油圧供給によって図の左側に位置し、バルブステム32のエンド面39aの上方には切替ピン53の当接面63が位置している。カム21aの基礎円部分がカムフォロア28に転接し、ロッカアーム22が初期位置にある非揺動時には、図7(A)に示されるように、バルブ17は、第1スプリング支持部34を介して第1バルブスプリング35によって上方へ付勢されており、バルブヘッド31がバルブシート30に着座した閉弁状態にある。第2バルブスプリング43のばね力を受ける第2スプリング支持部42は、第2コッタ45をバルブリフタ24の環状凸部69に当接させており、第2コッタ45はステムエンド39に係合し得る状態ではあるが、第2バルブスプリング43のばね力はバルブリフタ24に伝わる。
ロッカアーム22がカム21aによって駆動されて揺動すると、図7(B)に示されるように、バルブリフタ24が支持孔19a内を下方へ摺動し、切替ピン53の当接面63がバルブステム32のエンド面39aに当接することから、バルブ17もバルブリフタ24と同量だけ下方へ摺動する。これにより、バルブ17はバルブヘッド31がバルブシート30から離れた開弁状態になる。バルブリフタ24の下降時は、第2スプリング支持部42は、第2コッタ45がバルブリフタ24の環状凸部69に当接するため、第2バルブスプリング43のばね力はバルブリフタ24に伝わる。一方、バルブリフタ24の上昇時には、第2コッタ45がステムエンド39に係合した時に、第2バルブスプリング43のばね力がバルブ17に伝わり、バルブ17を閉弁方向に付勢する。そのため、バルブ17に大きな慣性力が加わる高速回転時であっても第1バルブスプリング35のばね力に加えて第2バルブスプリング43のばね力がバルブ17に伝わり、バルブ17の動作が安定する。
一方、バルブ休止機構70が休弁状態にある場合、図8(A)、(B)に示されるように、切替ピン53は、第2油路60から第2油圧室58への油圧供給によって図の右側に位置し、ステムエンド39の上方にはピン貫通孔64が位置している。カム21aの基礎円部分がカムフォロア28に転接し、ロッカアーム22が初期位置にある非揺動時には、図8(A)に示されるように、バルブ17は、図7(A)と同様に第1スプリング支持部34を介して第1バルブスプリング35によって上方へ付勢されており、バルブヘッド31がバルブシート30に着座した閉弁状態にある。第2バルブスプリング43のばね力を受ける第2スプリング支持部42は、第2コッタ45をバルブリフタ24の環状凸部69に当接させており、第2コッタ45はステムエンド39に係合し得る状態ではあるが、第2バルブスプリング43のばね力はバルブリフタ24に伝わる。
ロッカアーム22がカム21aによって駆動されて揺動すると、図8(B)に示されるように、バルブリフタ24が支持孔19a内を下方へ摺動し、ステムエンド39がピン貫通孔64及び延長孔66内を相対的に上方へ摺動する。そのため、バルブ17は開弁作動しない。この時も、第1バルブスプリング35のばね力はバルブ17に伝わり、第2バルブスプリング43のばね力はバルブリフタ24に伝わる。
次に、図3に戻って、フロントバンク2Fの動弁装置20について、リヤバンク2Rの動弁装置20との相違点を中心に説明する。なお、フロントバンク2Fの動弁装置20においても、吸気側及び排気側で概ね前後対称に構成されている。そのため、「吸気」及び「排気」の文言を用いずに番号符号のみを使用して説明する。
図3に示されるように、フロントバンク2Fの動弁装置20では、バルブ17とロッカアーム22との間に介装されたバルブリフタ24の内部には、バルブ休止機構70は組み込まれていない。バルブ17は、バルブヘッド31とバルブステム32とを有するポペットバルブであり、バルブステム32は概ね同一断面寸法のロッド状に形成されている。バルブステム32のステムエンド39近傍には第3スプリング支持部81が固定されている。第3スプリング支持部81は、シリンダヘッド4の上面に設けられたスプリングシートとの間に介装され、第1バルブスプリング35(図2)と略同一の巻径を有し第1バルブスプリング35よりも太い線径を有する第3バルブスプリング82を支持する。第3バルブスプリング82は、第3スプリング支持部81とシリンダヘッド4との間に縮設された圧縮コイルばねであり、第3スプリング支持部81を介してバルブ17を閉弁方向に常時付勢する。第3スプリング支持部81の構成は第1スプリング支持部34と同様である。
バルブリフタ24は、リヤバンク2Rに設けられたものと同様の構成を有しているが、バルブ休止機構70が組み込まれないため、ピン収容部54の内部に切替ピン53は設けられていない。また、バルブリフタ24のピン収容部54の下壁には収容部貫通孔65が形成されておらず、ピン収容部54から下方に向けて円形凸部83が突出している。バルブ17はステムエンド39のエンド面39aを円形凸部83の先端面に常時当接させており、ロッカアーム22により駆動されるバルブリフタ24の摺動に合わせて開弁駆動される。
以上のように構成されたバルブ休止機構70を備えた動弁装置20によれば、以下のよう作用効果が得られる。
図4に示されるように、動弁装置20は、カムシャフト21によって駆動されるバルブ17と、シリンダヘッド4によってバルブ17の摺動方向に沿って摺動可能に支持され、カムシャフト21のカム21aとバルブ17との間に介装されるバルブリフタ24と、バルブリフタ24の内部に変位可能に設けられ、供給油圧に応じ、バルブリフタ24の摺動時にバルブステム32のエンド面39aに当接する第1位置とバルブステム32のエンド面39aに当接しない第2位置との間を変位することによってバルブ17のリフト特性を切り替える切替ピン53とを有している。そして、バルブステム32には、シリンダヘッド4との間に縮設される比較的小径の第1バルブスプリング35を支持する第1スプリング支持部34が固定されると共に、第1スプリング支持部34よりもエンド面39a側の位置に、シリンダヘッド4との間に縮設される比較的大径の第2バルブスプリング43を支持する第2スプリング支持部42が摺動可能に設けられ、バルブステム32が、第2スプリング支持部42を摺動させるステム小径部40に比べて拡径したステムエンド39を有している。そのため、図2及び図4に示されるように、動弁装置20をシリンダヘッド4に組み付ける際に、第2スプリング支持部42の上にバルブリフタ24を置くだけで、即ちバルブリフタ24を第2バルブスプリング43のばね力に抗して押し付けることなくバルブリフタ24を所定位置に維持でき、動弁装置20の組み付け作業が容易になる。また、動弁装置20の組み付け時に第2バルブスプリング43の付勢力が油圧で駆動されるラッシュアジャスタ23に負荷されることが防止される。
図4に示されるように、第2スプリング支持部42は、円環状の第2リテーナ44と、バルブステム32と第2リテーナ44との間に設けられ、複数の部材によってバルブステム32を囲繞するように構成された第2コッタ45とを有し、第2コッタ45が第2リテーナ44とバルブリフタ24とによって挟持されている。そのため、バルブ17が拡径したステムエンド39を有していても、第2スプリング支持部42のバルブ17への組み付けは容易である。また、第2コッタ45が第2リテーナ44とバルブリフタ24とによって挟持されるため、第2コッタ45が外れることが防止される。
また、第2コッタ45は、バルブステム32を囲繞する筒部45aと、筒部45aのステムエンド39側の端部から径外方向に延出するフランジ45bとを有し、第2リテーナ44が、筒部45aが挿入される貫通孔44aと、貫通孔44aの周囲に形成されてフランジ45bを受容する凹部44bとを有する。そして、バルブリフタ24が第2コッタ45のみに当接する環状凸部69を有している。そのため、第2リテーナ44に発生する応力が小さく済み、第2リテーナ44及び第2コッタ45の薄型化が可能になる。
バルブリフタ24が、シリンダヘッド4に摺接する筒状の外周部51を有し、第2コッタ45及びフランジ45bがバルブリフタ24の外周部51の内部に収容されている。そのため、バルブ17及び第2バルブスプリング43を安定させた状態でシリンダヘッド4に組み付けることができる。また、第2リテーナ44及び第2コッタ45が薄型化可能であるため、バルブリフタ24の大型化が抑制される。
バルブステム32の第2スプリング支持部42を摺動させるステム小径部40とステムエンド39との接続部である環状肩面40aに隅Rが形成され、第2コッタ45のステムエンド39側の端面と内周面との角部が面取りされている。そのため、切替ピン53が第1位置にある時のステムエンド39の位置決め精度が向上し、切替ピン53と第2コッタ45とにより挟まれたステムエンド39のがたつきが抑制される。更に、図8(A)、(B)に示されるように、切替ピン53が第2位置にある時の第2コッタ45とステムエンド39との衝突による磨耗が抑制される。
図2に示されるように、動弁装置20はカムシャフト21とバルブリフタ24との間に揺動可能に設けられたロッカアーム22を更に有する。図4に示されるように、バルブリフタ24は、切替ピン53のピン収容室52を画定するピン収容部54からロッカアーム22に向けて突出し、ロッカアーム22の揺動端に摺接する凸部55と、ピン収容室52からロッカアーム22に向けて凸部55内に凹陥し、切替ピン53が第2位置にある時にステムエンド39を受容する延長孔66とを有する。このように、バルブリフタ24が凸部55を有し、駆動部材であるロッカアーム22の揺動端に凸部55を摺接させればよいため、バルブリフタ24の小型化が可能になる。また、バルブリフタ24が凸部55内に延長孔66を有するため、バルブリフタ24を小型化しながらも、切替ピン53がステムエンド39のエンド面39aに当接しない時のバルブリフタ24の摺動可能距離を確保することができる。これにより、バルブ17が休止するようにバルブ特性を変化させることも容易である。
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、可変動弁装置を、バルブ17を開閉作動させる弁稼動状態と、開閉作動を休止させる休弁状態とを選択的に切り替えるバルブ休止機構70に適用したが、バルブ17のリフト量を変化させる機構や、バルブ17のリフトタイミングを変化させる機構に適用してもよい。また、DOHC式の動弁装置20ではなく、SOHC式やOHV式の動弁機構に本発明を適用してもよく、スイングアーム型ではなくシーソー型のロッカアーム22を用いた動弁機構や、ダイレクト型の動弁機構に本発明を適用してもよい。更に、直列エンジンに可変動弁装置を適用してもよい。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、素材、角度など、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各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。
1 エンジン
4 シリンダヘッド
12 燃焼室
16E 排気ポート(排気口)
16I 吸気ポート(吸気口)
17 バルブ
17E 排気バルブ
17I 吸気バルブ
20 動弁装置
21 カムシャフト
21E 排気カムシャフト
21I 吸気カムシャフト
21a カム
22 ロッカアーム
22E 排気ロッカアーム
22I 吸気ロッカアーム
24 バルブリフタ
31 バルブヘッド
32 バルブステム
34 第1スプリング支持部
35 第1バルブスプリング
39 ステムエンド
39a エンド面
40 ステム小径部
40a 環状肩面
42 第2スプリング支持部
43 第2バルブスプリング
44 第2リテーナ
44a 貫通孔
44b 凹部
45 第2コッタ
45a 筒部
45b フランジ
51 外周部
52 ピン収容室
53 切替ピン(切替部材)
54 ピン収容部
55 凸部
66 延長孔(受容孔)
69 環状凸部
70 バルブ休止機構

Claims (6)

  1. 燃焼室の吸気口又は排気口を開閉するバルブヘッド及びシリンダヘッドに摺動可能に設けられるバルブステムを有し、カムシャフトによって駆動されるバルブと、
    前記シリンダヘッドによって前記バルブの摺動方向に沿って摺動可能に支持され、前記カムシャフトのカムと前記バルブとの間に介装されるバルブリフタと、
    前記バルブリフタの内部に変位可能に設けられ、供給油圧に応じ、前記バルブリフタの摺動時に前記バルブステムのエンド面に当接する第1位置と前記バルブステムの前記エンド面に当接しない第2位置との間を変位することで前記バルブのリフト特性を切り替える切替部材と、
    前記バルブステムに固定され、前記シリンダヘッドとの間に縮設される比較的小径の第1バルブスプリングを支持する第1スプリング支持部と、
    前記バルブステムにおける前記第1スプリング支持部よりも前記エンド面側に当該バルブステムに対して摺動可能に設けられ、前記シリンダヘッドとの間に縮設される比較的大径の第2バルブスプリングを支持する第2スプリング支持部と
    を有し、
    前記バルブステムが、前記第2スプリング支持部を摺動させる部分に比べて拡径し、前記切替部材が前記第1位置にある時に前記第2スプリング支持部に係合するステムエンドを有することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
  2. 前記第2スプリング支持部は、円環状のリテーナと、前記バルブステムと前記リテーナとの間に設けられ、複数の部材によって前記バルブステムを囲繞するように構成されたコッタとを有し、
    前記コッタが前記リテーナと前記バルブリフタとによって挟持されてい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. 前記コッタが、前記バルブステムを囲繞する筒部と、前記筒部の前記ステムエンド側の端部から径外方向に延出するフランジとを有し、
    前記リテーナが、前記筒部が挿入される貫通孔と、前記貫通孔の周囲に形成されて前記フランジを受容する凹部とを有し、
    前記バルブリフタが、前記コッタのみに当接する環状凸部を有することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  4. 前記バルブリフタが、前記シリンダヘッドに摺接する筒状の外周部を有し、
    前記コッタ及び前記フランジが前記バルブリフタの前記外周部の内部に収容さ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可変動弁装置。
  5. 前記バルブステムの前記第2スプリング支持部を摺動させる部分と前記ステムエンドとの接続部に隅Rが形成され、
    前記コッタの前記ステムエンド側の端面と内周面との角部が面取りされていることを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
  6. 前記カムシャフトと前記バルブリフタとの間に揺動可能に設けられたロッカアームを更に有し、
    前記バルブリフタが、前記切替部材の収容室を画定する収容部から前記ロッカアームに向けて突出し、前記ロッカアームの揺動端に摺接する凸部と、前記収容室から前記ロッカアームに向けて前記凸部内に凹陥し、前記切替部材が前記第2位置にある時に前記ステムエンドを受容する受容孔とを有することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
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