JP2020143638A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンバルブの開弁中にピンが抜けたときの損傷を抑制する。【解決手段】可変機構は、カムシャフトに固設された第１および第２カムと、第１および第２ロッカーアームと、ロッカーアームの連結状態を切り替えるピンおよびピン穴を有した連結機構とを備える。第１状態Ｊ１のときピンはピン穴から抜け第１カムに従う作動特性とされ、第２状態Ｊ３のときピンはピン穴に挿入され第２カムに従う作動特性とされる。第２状態のとき、最大バルブリフト量ＶＬｍａｘは第１状態のときと等しく、最大バルブリフト期間は第１状態のときより遅角側に延長される。第２状態のとき、バルブリフト量が一時的に最大バルブリフト量より大きくなる突出区間βが設けられる。突出区間のピーク位相位置は、第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置α２よりも進角側に設定されている。【選択図】図７

Description

本開示は内燃機関の可変動弁装置に係り、特に、内燃機関の吸気弁または排気弁（これらを総称してエンジンバルブという）の作動特性を可変にするための可変動弁装置に関する。

エンジンバルブの作動特性（例えばバルブタイミング、バルブリフト量、作用角の少なくとも一つ）を可変にするための可変動弁装置が公知である。かかる可変動弁装置において、エンジンバルブの作動特性を切り替えるために少なくとも第１状態と第２状態に切替可能な可変機構を備えたものがある。

特開２０１８−８０６６０号公報

可変機構において、二つのロッカーアームをピンで連結したり連結解除したりすることにより、第１状態と第２状態を切り替えるものがある。こうした可変機構では通常、切替時に一方のロッカーアームに内蔵されたピンを油圧により押し出し、他方のロッカーアームのピン穴に挿入し、二つのロッカーアームを連結する。

しかし、切替直後にピンがピン穴に完全に挿入されないまま、エンジンバルブが駆動されることがある。そしてこのとき、エンジンバルブの開弁中にピンがピン穴から抜け、エンジンバルブが急激に閉弁方向に動作し、バルブシート等に衝突して、エンジンバルブに損傷を与える虞がある。

そこで本開示は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、エンジンバルブの開弁中にピンがピン穴から抜けたときでもエンジンバルブの損傷を抑制することできる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

本開示の一の態様によれば、
エンジンバルブの作動特性を切り替えるために第１状態と第２状態に切替可能な可変機構を備え、
前記可変機構は、
カムシャフトと、
前記カムシャフトに固設されカムプロファイルの異なる第１カムおよび第２カムと、
前記第１カムおよび前記第２カムにそれぞれ対応して設けられた第１ロッカーアームおよび第２ロッカーアームと、
前記第１ロッカーアームおよび前記第２ロッカーアームの連結状態を切り替えるための連結機構であって、前記第１ロッカーアームおよび前記第２ロッカーアームの一方に出没可能に設けられたピンと、他方に設けられたピン穴とを有する連結機構と、
を備え、
前記第１状態のとき、前記ピンは前記ピン穴から抜け、前記エンジンバルブは、前記第１カムのカムプロファイルに従う作動特性とされ、
前記第２状態のとき、前記ピンは前記ピン穴に挿入され、前記エンジンバルブは、前記第２カムのカムプロファイルに従う作動特性とされ、
前記第１状態のときと前記第２状態のときとで最大バルブリフト量は等しく、
前記第２状態のときには前記第１状態のときよりも最大バルブリフト期間が遅角側に延長され、
前記第２状態のとき、バルブリフト量が一時的に最大バルブリフト量より大きくなる突出区間が設けられ、
前記突出区間でバルブリフト量がピークとなる位相位置は、前記第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置よりも進角側に設定されている
ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置が提供される。

好ましくは、前記突出区間の終了点の位相位置は、前記第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置と等しく設定されている。

好ましくは、前記突出区間の終了点の位相位置は、前記第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置より進角側または遅角側に設定されている。

本開示によれば、エンジンバルブの開弁中にピンがピン穴から抜けたときでもエンジンバルブの損傷を抑制することできる。

可変動弁装置の一部の構成を示す概略平面図である。 バルブタイミングの変化の様子を示すバルブリフト線図である。 可変機構の第１状態を示す図である。 可変機構の第３状態を示す図である。 可変機構の第２状態を示す図である。 制御マップを示す図である。 第１状態および第３状態のバルブリフトカーブを詳細に示すバルブリフト線図である。 突出区間を示す図７の拡大図である。 突出区間の変形例を示す拡大図である。 突出区間の他の変形例を示す拡大図である。

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。

図１には、本実施形態の可変動弁装置の一部の構成を示す。図１は、シリンダヘッドを上方から見たときの概略平面図である。

本実施形態の内燃機関（エンジン）は、トラック、バス等の大型車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジンであり、具体的には直列６気筒ディーゼルエンジンである。但し車両およびエンジンの用途、形式、種類等は限定されず任意である。

クランクシャフト（図示せず）からの回転駆動力が、ギヤ機構等からなる動力伝達機構（図示せず）を通じてカムシャフト１に伝達される。本実施形態のエンジンは、２本のカムシャフトで吸気弁および排気弁をそれぞれ駆動するＤＯＨＣ（Double OverHead Camshaft）エンジンであり、図示するカムシャフト１は、吸気弁３を開閉駆動するための吸気カムシャフトである。但し付加的または代替的に、本開示を、排気弁（図示せず）を駆動するための排気カムシャフトに適用してもよい。吸気弁および排気弁を総称してエンジンバルブという。

便宜上、カムシャフト１の中心軸Ｃ１の方向（軸方向）における一端側（図１の左側）を前、他端側（図１の右側）を後とする。これら前後方向は、エンジンおよび車両の前後方向と一致する（エンジンは縦置きされる）。但し必ずしも一致しなくてもよい。前方から順に＃１気筒〜＃６気筒が配置される。図１はそのうちの１気筒分の構成を示す。

可変動弁装置は、吸気弁３の作動特性を切り替えるために第１状態と第２状態に切替可能な可変機構５と、可変機構５を切り替えるために可変機構５に供給される流体圧を制御するための流体圧制御装置（後述）とを備える。本実施形態の場合、吸気弁３の作動特性とは基本的にバルブタイミングと作用角のことをいう。また流体圧は油圧であり、本実施形態では流体もしくは作動流体としてエンジン潤滑オイルが使用される。以下、流体圧制御装置を油圧制御装置と言い換えるものとする。

可変機構５に関し、カムシャフト１には、バルブスプリング２の付勢力に抗じて吸気弁３を開弁する三つのカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃが気筒毎に固設される。吸気弁３は１気筒当たりに二つ設けられ、これら二つの吸気弁３がバルブブリッジ８により同時に開閉されるようになっている。吸気弁３の開弁時には、三つのカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃの一部およびロッカーアーム９により、バルブブリッジ８が、バルブスプリング２の付勢力に抗じて下方（図１の紙面厚さ方向裏側に向かう方向）に押し下げられる。他方、吸気弁３の閉弁時には逆に、バルブスプリング２の付勢力によってバルブブリッジ８が上方（図１の紙面厚さ方向表側に向かう方向）に押し上げられる。

三つのカムすなわち第１カム４Ａ、第２カム４Ｂおよび第３カム４Ｃは、それぞれ異なるカムプロファイルを有し、吸気弁３のバルブタイミングおよび作用角の両方を三段階に切り替えるようになっている。すなわち本実施形態の可変機構５は、第１状態と第２状態と第３状態の三段階に切替可能である。

また可変機構５は、ロッカーアーム９を含み、ロッカーアーム９は、三つのカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃにそれぞれ対応した１気筒当たりに三つのロッカーアームすなわち第１ロッカーアーム９Ａ、第２ロッカーアーム９Ｂおよび第３ロッカーアーム９Ｃを含む。これらロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃは前後方向に互いに隣接され、共通のロッカーシャフト１８に回動可能に支持される。Ｃ２はロッカーシャフト１８の中心軸を示す。これらカムおよびロッカーアームの軸方向の配列順序は任意であるが、本実施形態では後方から順に第２、第１、第３とされる。

ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃにはロッカーローラ１９が回転可能に設けられ、ロッカーローラ１９はカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃに常時当接される。また、第１ロッカーアーム９Ａのみに、バルブブリッジ８の上面部に係合される延在部２０が設けられる。第１ロッカーアーム９Ａに対する第２および第３ロッカーアーム９Ｂ，９Ｃの連結状態を切り替えることにより、バルブタイミング等を三段階に切り替えるようになっている。

図３にも詳しく示すように、ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃの連結状態を切り替えるための連結機構が設けられる。ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃの内部にはピン穴２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃが設けられ、これらピン穴２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃには、ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃの連結状態を切り替えるための四つのピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂ，２１Ｃが軸方向移動可能かつ出没可能に設けられている。また第２ロッカーアーム９Ｂの内部には、四つのピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂ，２１Ｃを纏めて前方に付勢可能なバネ２２が設けられている。ピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂ，２１Ｃの位置は、第１および第３ロッカーアーム９Ａ，９Ｃの内部にそれぞれ設けられた第１および第３ロッカー通路２３Ａ，２３Ｃに油圧を給排することにより、制御される。

ロッカーシャフト１８の内部には、各気筒の第１ロッカー通路２３Ａに連通された第１シャフト通路１４Ａと、各気筒の第３ロッカー通路２３Ｃに連通された第３シャフト通路１４Ｃとが設けられる。これらシャフト通路１４Ａ，１４Ｃに供給される油圧が油圧制御装置により制御されることにより、各気筒の第１および第３ロッカー通路２３Ａ，２３Ｃの油圧が同時に制御され、ひいては各気筒のピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂ，２１Ｃの位置、さらには各気筒の第１〜第３ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃの連結状態が同時に切り替えられる。

可変機構５は、吸気弁３のバルブタイミングおよび作用角の両方を、図２に示すような三つの状態、すなわち第１状態Ｓ１、第２状態Ｓ２および第３状態Ｓ３の何れかに段階的に切り替えるように構成されている。ここでバルブタイミングには、エンジンバルブが開弁を開始する開タイミングと、エンジンバルブが閉弁を終了する閉タイミングとの両方が含まれる。また作用角とは、エンジンバルブが開弁している（すなわちバルブリフト量ＶＬがゼロより大きくなっている）クランク位相期間またはカム位相期間をいう。

本実施形態では基本的に、第１状態Ｓ１、第２状態Ｓ２および第３状態Ｓ３のときの最大バルブリフト量ＶＬｍａｘは等しい。また第１状態Ｓ１から第３状態Ｓ３に向かうにつれ、最大バルブリフト期間（バルブリフト量ＶＬが最大バルブリフト量ＶＬｍａｘとなっている期間）は遅角側に段階的に延長される。ここでは便宜上、開タイミングα１から、第１状態Ｓ１のバルブリフト量ＶＬが最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに最初に到達するタイミング（第１最大リフトタイミングという）α２までのバルブリフトカーブが、何れの状態でも同じであるとする。第１最大リフトタイミングα２以降、第１状態Ｓ１では即座に閉弁が開始され、第２状態Ｓ２では最大バルブリフト量ＶＬｍａｘが第２所定期間Δα２だけ維持された後に閉弁が開始され、第３状態Ｓ３では最大バルブリフト量ＶＬｍａｘがさらに長い第３所定期間Δα３だけ維持された後に閉弁が開始される。そして第１状態Ｓ１の閉タイミングはα３、第２状態Ｓ２の閉タイミングはα３より遅角側のα４、第３状態Ｓ３の閉タイミングはα４より遅角側のα５とされる。第１状態Ｓ１の作用角はα１〜α３までの期間、第２状態Ｓ２の作用角はより長いα１〜α４までの期間、第３状態Ｓ３の作用角はさらに長いα１〜α５までの期間である。従って本実施形態では、最大バルブリフト量ＶＬｍａｘが一定とされる一方で、閉タイミングと作用角が三段階に変化させられる。なお閉弁開始タイミングから閉弁終了タイミング（閉タイミング）までのバルブリフトカーブの形状は何れの状態でも同じである。

第１〜第３ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃの外形状は実質的に同一である。これに対し、第１〜第３カム４Ａ，４Ｂ，４Ｃのカムプロファイルは、それぞれ第１〜第３状態Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に対応した異なるカムプロファイルに設定されている。

バルブタイミングおよび作用角の第１〜第３状態Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に対応した可変機構５の各状態を第１〜第３状態Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３とする。可変機構５は、これら第１〜第３状態Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の何れかに切替可能である。

第１状態Ｓ１で吸気弁３を駆動する場合、図３に示すように、後述する油圧制御装置により第１ロッカー通路２３Ａに圧力流体としての圧油が供給され、第３ロッカー通路２３Ｃから圧油が排出される。すると、ピン２１Ａａ，２１Ａｂが互いに離反するように前後方向に移動され、ピン２１Ｂがバネ２２の付勢力に抗じて後方に押し付けられ、ピン２１Ｃが前方に押し付けられる。すると、ピン２１Ａａ，２１Ａｂはピン穴２４Ａ内に完全に挿入され、ピン穴２４Ａから突出しない状態となる。同様に、ピン２１Ｂはピン穴２４Ｂ内に完全に挿入されて突出せず、ピン２１Ｃはピン穴２４Ｃ内に完全に挿入されて突出しない状態となる。ピン２１Ａａの後端面とピン２１Ａｂの前端面とが、第１ロッカーアーム９Ａの後端面と前端面に面一に配置され、ピン２１Ｂの前端面が第２ロッカーアーム９Ｂの前端面に面一に配置され、ピン２１Ｃの後端面が第３ロッカーアーム９Ｃの後端面に面一に配置される。これにより第１ロッカーアーム９Ａは、第２ロッカーアーム９Ｂおよび第３ロッカーアーム９Ｃと非連結の状態となり、第１カム４Ａの動作のみが第１ロッカーアーム９Ａを通じて吸気弁３に伝達される。そして他の第２および第３ロッカーアーム９Ｂ，９Ｃは単に第２および第３カム４Ｂ，４Ｃの動作に追従して空振り動作（ロストモーション）するだけとなる。こうして吸気弁３は、第１カム４Ａのカムプロファイルに従う作動特性とされ、第１カム４Ａのカムプロファイルに従って第１状態Ｓ１で作動する。

次に、第３状態Ｓ３で吸気弁３を駆動する場合、図４に示すように、第３ロッカー通路２３Ｃに圧油が供給され、第１ロッカー通路２３Ａから圧油が排出される。すると、ピン２１Ｃが油圧により後方に押し出されて第３ロッカーアーム９Ｃから突出し、第１ロッカーアーム９Ａのピン穴２４Ａ内に挿入される。これにより第３ロッカーアーム９Ｃが第１ロッカーアーム９Ａに連結される。他方、残りのピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂは、バネ２２の付勢力に抗じてピン２１Ｃにより後方に押し出され、ピン２１Ａａとピン２１Ｂは第１状態Ｓ１のときと同じ位置に位置される。これにより、第１ロッカーアーム９Ａと第２ロッカーアーム９Ｂは非連結の状態となる。従って吸気弁３は、一体となった第１および第３ロッカーアーム９Ａ，９Ｃを介して、実質的に第３カム４Ｃによって開閉駆動される。吸気弁３は、第３カム４Ｃのカムプロファイルに従う作動特性とされ、第３カム４Ｃのカムプロファイルに従って第３状態Ｓ３で作動する。

次に、第２状態Ｓ２で吸気弁３を駆動する場合、図５に示すように、第１ロッカー通路２３Ａおよび第３ロッカー通路２３Ｃから圧油が排出される。すると、ピン２１Ｂがバネ２２により前方に押し出されて第２ロッカーアーム９Ｂから突出し、第１ロッカーアーム９Ａのピン穴２４Ａ内に挿入される。これにより第２ロッカーアーム９Ｂが第１ロッカーアーム９Ａに連結される（図１はこの状態を示す）。他方、残りのピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｃはピン２１Ｂにより前方に押し出され、ピン２１Ａｂとピン２１Ｃは第１状態Ｓ１のときと同じ位置に位置される。これにより、第１ロッカーアーム９Ａと第３ロッカーアーム９Ｃは非連結の状態となる。従って吸気弁３は、一体となった第１および第２ロッカーアーム９Ａ，９Ｂを介して、実質的に第２カム４Ｂによって開閉駆動される。吸気弁３は、第２カム４Ｂのカムプロファイルに従う作動特性とされ、第２カム４Ｂのカムプロファイルに従って第２状態Ｓ２で作動する。

次に、油圧制御装置の構成を説明する。図３に示すように、油圧制御装置は、オイルタンクをなすオイルパン１０と、オイルパン１０からオイルを吸引し圧油として吐出する油圧ポンプ１１と、油圧ポンプ１１からロッカーシャフト１８に向かうオイル供給方向において油圧ポンプ１１の下流側に設けられた供給バルブ（ＯＳＶという）１２と、オイル供給方向においてＯＳＶ１２の下流側かつロッカーシャフト１８の上流側に設けられた切替バルブ（ＯＣＶという）１３と、ＯＳＶ１２およびＯＣＶ１３を制御するように構成された制御ユニット、回路要素（circuitry）もしくはコントローラとしての電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）１００とを備える。

ＯＳＶ１２は、オイルの出入口をなす複数（具体的には三つ）のポート、すなわち第１供給ポートＰ１、第２供給ポートＰ２および第３供給ポートＰ３を有する。またＯＣＶ１３も、オイルの出入口をなす複数（具体的には四つ）のポート、すなわち第１切替ポートＱ１、第２切替ポートＱ２、第３切替ポートＱ３および第４切替ポートＱ４を有する。ＯＳＶ１２およびＯＣＶ１３はソレノイドバルブにより構成される。ＥＣＵ１００はエンジンの制御を司るもので、演算機能を有するＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶媒体であるＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポート、ならびにＲＯＭおよびＲＡＭ以外の記憶装置等を含む。

ＯＳＶ１２において、第１供給ポートＰ１は油圧ポンプ１１の出口に接続され、第２供給ポートＰ２はＯＣＶ１３の第１切替ポートＱ１に接続され、第３供給ポートＰ３はオイルパン１０に接続されている。なお第１供給ポートＰ１と油圧ポンプ１１の間に圧油溜めとしてのオイルギャラリを設けてもよい。

ＯＣＶ１３において、第２切替ポートＱ２は第１シャフト通路１４Ａに接続され、第３切替ポートＱ３は第３シャフト通路１４Ｃに接続され、第４切替ポートＱ４はオイルパン１０に接続されている。

図３に示すように、ＯＳＶ１２がオン（ＯＮ）のとき、第１供給ポートＰ１と第２供給ポートＰ２が連通状態になる。

図５に示すように、ＯＳＶ１２がオフ（ＯＦＦ）のとき、第２供給ポートＰ２と第３供給ポートＰ３が連通状態になる。

図４に示すように、ＯＣＶ１３がオンのとき、第２切替ポートＱ２と第４切替ポートＱ４が連通状態になると共に、第１切替ポートＱ１と第３切替ポートＱ３が連通状態になる。

図３に示すように、ＯＣＶ１３がオフのとき、第１切替ポートＱ１と第２切替ポートＱ２が連通状態になると共に、第３切替ポートＱ３と第４切替ポートＱ４が連通状態になる。

図３に示すように、ＥＣＵ１００には、エンジンの回転速度、具体的には単位時間当たりのエンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）を検出する回転速度センサ１５と、アクセル開度Ａｃを検出するアクセル開度センサ１６とが接続されている。ＥＣＵ１００は、回転数Ｎｅおよびアクセル開度Ａｃの検出値に基づいて所定のマップから目標燃料噴射量Ｆを算出する。さらにＥＣＵ１００は、回転数Ｎｅおよび目標燃料噴射量Ｆに基づき、図６に示すような制御マップに従って可変機構５を切り替える。このようにＥＣＵ１００は、エンジン運転状態に応じて可変機構５を切り替える。なおエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃおよび目標燃料噴射量Ｆはエンジン運転状態を表すパラメータである。目標燃料噴射量Ｆはエンジンの負荷に対応する。

回転数Ｎｅおよび目標燃料噴射量Ｆが制御マップ中の第１領域Ｒ１にあるとき、ＥＣＵ１００は可変機構５を第１状態Ｊ１に切り替える。以下同様に、ＥＣＵ１００は、回転数Ｎｅおよび目標燃料噴射量Ｆが制御マップ中の第２領域Ｒ２にあるとき、可変機構５を第２状態Ｊ２に切り替え、回転数Ｎｅおよび目標燃料噴射量Ｆが制御マップ中の第３領域Ｒ３にあるとき、可変機構５を第３状態Ｊ３に切り替える。

第１領域Ｒ１は低回転かつ低負荷側の領域、第３領域Ｒ３は高回転または高負荷側の領域、第２領域Ｒ２はそれらの間の中間領域である。第１領域Ｒ１から第３領域Ｒ３に向かうにつれ、エンジン回転数Ｎｅは高回転側となり、目標燃料噴射量Ｆは増大側、すなわちエンジン負荷は高負荷側となる。従って、エンジン回転数Ｎｅが高回転側またはエンジン負荷が高負荷側となるにつれ、可変機構５の状態は第１状態Ｊ１、第２状態Ｊ２、第３状態Ｊ３というように順次変化し、バルブタイミングおよび作用角は第１状態Ｓ１、第２状態Ｓ２、第３状態Ｓ３というように、閉タイミングが遅れる方向に順次変化する。

もっとも、制御マップの形は如何様にも設定でき、ここで述べた例に限られない。実機の要請に合わせて、各状態に対応するエンジン運転領域を任意に設定可能である。

可変機構５を第１状態Ｊ１に切り替える場合、図３に示すようにＥＣＵ１００は、ＯＳＶ１２をオン、ＯＣＶ１３をオフにする。すると、油圧ポンプ１１から吐出された圧油は第１供給ポートＰ１、第２供給ポートＰ２、第１切替ポートＱ１、第２切替ポートＱ２を順に経て第１シャフト通路１４Ａおよび第１ロッカー通路２３Ａに至る。他方、第３ロッカー通路２３Ｃおよび第３シャフト通路１４Ｃの圧油は、第３切替ポートＱ３、第４切替ポートＱ４を順に経てオイルパン１０に排出される。

次に、可変機構５を第３状態Ｊ３に切り替える場合、図４に示すようにＥＣＵ１００は、ＯＳＶ１２をオン、ＯＣＶ１３をオンにする。すると、油圧ポンプ１１から吐出された圧油は第１供給ポートＰ１、第２供給ポートＰ２、第１切替ポートＱ１、第３切替ポートＱ３を順に経て第３シャフト通路１４Ｃおよび第３ロッカー通路２３Ｃに至る。他方、第１ロッカー通路２３Ａおよび第１シャフト通路１４Ａの圧油は、第２切替ポートＱ２、第４切替ポートＱ４を順に経てオイルパン１０に排出される。

次に、可変機構５を第２状態Ｊ２に切り替える場合、図５に示すようにＥＣＵ１００は、ＯＳＶ１２をオフ、ＯＣＶ１３をオフにする。すると、第１供給ポートＰ１がどのポートにも接続されないので油圧ポンプ１１からの圧油供給は停止される。他方、第１ロッカー通路２３Ａおよび第１シャフト通路１４Ａの圧油は、第２切替ポートＱ２、第１切替ポートＱ１、第２供給ポートＰ２、第３供給ポートＰ３を順に経てオイルパン１０に排出される。また第３ロッカー通路２３Ｃおよび第３シャフト通路１４Ｃの圧油は、第３切替ポートＱ３、第４切替ポートＱ４を順に経てオイルパン１０に排出される。

さて、かかる可変機構５には次のような問題があることが判明した。以下、第１状態Ｊ１と第３状態Ｊ３の組み合わせを例に挙げて説明する。

図４に示す第３状態Ｊ３のとき、原則的にピン２１Ｃは、図示の如くピン穴２４Ａ内に完全に挿入されている。

しかし、第３状態Ｊ３への切替直後だと、ピン２１Ｃがピン穴２４Ａ内に完全に挿入されず、ピン穴２４Ａに中途半端に挿入され（この状態を不完全挿入という）、ピン穴２４Ａに引っ掛かった状態で吸気弁３の開弁が開始されることがある。

この場合、図２に示すような吸気弁３の開弁方向への動作期間（α１〜α２）と最大バルブリフト量維持期間（Δα３）とでは、ピン２１Ｃへの力の掛かり方（特に力の向き）がそれ程変化しないため、問題とならないことが多い。しかし、吸気弁３が閉弁を開始するタイミング、すなわち最大バルブリフト量維持期間（Δα３）を過ぎた直後のタイミングだと、それ以前と比べ、力の掛かり方が急変し、ピン２１Ｃへの荷重が一瞬抜ける（これを除荷という）。そのため、このタイミングでピン２１Ｃがピン穴２４Ａから抜け、吸気弁３が図２に矢印ａで示すように急激に大きく閉弁方向に動作することがある。

ピン２１Ｃがピン穴２４Ａから抜けると、可変機構５は図３に示した第１状態Ｊ１に突然変化する。そして吸気弁３は、第１カム４Ａのカムプロファイルに従った第１状態Ｓ１のバルブリフト量の位置ｂまで急激に閉弁動作する。その結果吸気弁３が、バルブブリッジ８と、シリンダヘッドに形成されたバルブシートとの少なくとも一方に衝突し、そのときの衝撃で損傷する虞がある。

図２の例は、ゼロより大きいバルブリフト量の位置ｂまで吸気弁３が閉弁動作し、吸気弁３の軸部上端がバルブブリッジ８に衝突する例である。しかし、この時点で既に第１状態Ｓ１のバルブリフト量がゼロとなっているものもあり、この場合には、吸気弁３の傘部がバルブシートに衝突するため、問題はより深刻である。

本実施形態では、第３状態Ｊ３のときに第１状態Ｊ１のときよりも吸気弁３の閉弁開始タイミングが大きく遅れる。このため、作用角の後半期間にある閉弁開始タイミングでピン２１Ｃが抜けてしまうと、その後の吸気弁３の閉弁方向の動作量が大きいため、必然的に衝突時の衝撃が大きくなり、吸気弁３に大きなダメージを与えてしまう。

なお、本実施形態のエンジンは直列６気筒エンジンであり、何れの気筒の吸気弁３も開弁していない無開弁期間が存在せず、常に何れかの気筒の吸気弁３が開弁している。そのため、ピンに負荷が掛からない無開弁期間に可変機構５の切り替えを行ってピンをできるだけ完全挿入するという制御上の解決策を採るのが困難である。

そこで本実施形態では、不完全挿入されたピンが抜けた場合であっても、吸気弁３の損傷を抑制できるよう、敢えて作用角の前半期間にピンが抜け易いようなタイミングを設定し、このタイミングで不完全挿入されたピンを意図的に抜くようにしている。以下、この点について説明する。

図７および図８に、本実施形態における第１状態Ｓ１（Ｊ１）および第３状態Ｓ３（Ｊ３）のときの吸気弁３のバルブリフトカーブを詳細に示す。第１最大リフトタイミングα２以降のバルブリフトカーブは図２に示したものと同様である。そのタイミングα２以前の両者のバルブリフトカーブの相違に、本実施形態の特徴点がある。なお便宜上、第２状態Ｓ２（Ｊ２）のときのバルブリフトカーブは図示省略する。

タイミングα２以前において、第３状態Ｓ３のときのバルブリフトカーブは、第１状態Ｓ１ときと同じ開始タイミングα１で上昇を開始し、同じ形状に沿って上昇する。しかしながら、上昇終わり付近のｃ点から乖離し始め、第１状態Ｓ１ときのバルブリフトカーブより大きなバルブリフト量ＶＬを取るようになる。

そして第３状態Ｓ３のときのバルブリフトカーブは、やがて最大バルブリフト量ＶＬｍａｘを超え、これより大きなピークリフト量ＶＬＸに到達し、その後減少して、最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに到達する。本実施形態の場合、第１最大リフトタイミングα２で最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに到達する。

このように本実施形態では、第３状態Ｓ３のとき、バルブリフト量ＶＬが最大バルブリフト量ＶＬｍａｘより一時的もしくは瞬間的に大きくなる突出区間βが設けられる。突出区間βは、バルブリフトカーブが最初に最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに到達する開始点ｄから、次に最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに到達する終了点ｅまでの区間である。

こうした突出区間βを設けた場合、文言通りに解せば、第３状態Ｓ３のときの最大バルブリフト量はＶＬｍａｘではなくＶＬＸである。しかしながら、ＶＬｍａｘはエンジン性能を決定するような重要な値であるのに対し、ＶＬＸは単にピン抜きを喚起するためにＶＬｍａｘより僅かに大きく設定された値である。よって本実施形態では、あくまでＶＬｍａｘを実質的な最大バルブリフト量とし、ＶＬＸはそれと区別する意味でピークリフト量という。なおここでいうピークとは最大ピークもしくは極大ピークのことである。

第３状態Ｓ３のときのバルブリフトカーブが開始点ｄに到達するカム位相をα１．１、ピークリフト量ＶＬＸに到達するカム位相をα１．２、終了点ｅに到達するカム位相をα１．３とする。ピークリフト量ＶＬＸに到達するカム位相（ピークタイミングという）α１．２は、第１最大リフトタイミングα２よりも進角側に設定されている。本実施形態の場合、終了点ｅのカム位相α１．３は第１最大リフトタイミングα２と等しく設定されている。

突出区間βのバルブリフトカーブは、図８に示すように、ピークタイミングα１．２の位置の縦軸方向の直線に対し線対称となるような形状とされる。

このような突出区間βを設けると、次の利点がもたらされる。前述したように第３状態Ｓ３（Ｊ３）のとき、最大バルブリフト量維持期間（Δα３）を過ぎた直後のタイミングで、不完全挿入されたピン２１Ｃが抜け易い。本実施形態では、これと同様の現象を利用し、突出区間βの位置でピン２１Ｃを意図的に抜くようにしている。

すなわち、第３状態Ｓ３（Ｊ３）においてピン２１Ｃがピン穴２４Ａに不完全挿入されている場合、図８に示すように、ピークタイミングα１．２を過ぎた直後のタイミングで、ピン２１Ｃをピン穴２４Ａから意図的に抜くことができる。

ピン２１Ｃがピン穴２４Ａから抜けると、矢印ｆで示すように吸気弁３は、第１カム４Ａのカムプロファイルに従った第１状態Ｓ１のバルブリフト量の位置ｇまで急激に閉弁動作する。しかし、このときの閉弁方向の動作量が小さく、位置ｇが最大バルブリフト量ＶＬｍａｘ付近の位置であるため、吸気弁３がバルブブリッジ８に衝突したとしても、衝突時の衝撃は小さくて済む。そのため、吸気弁３の損傷を抑制することが可能である。

なお、位置ｇのバルブリフト量はゼロよりも十分大きくなっている。従ってピン２１Ｃが抜けたとき、吸気弁３はバルブブリッジ８に衝突し、バルブシートに衝突することはない。また点ｃ以降、ピークタイミングα１．２までの期間において、同一タイミングにおける第３状態Ｓ３のバルブリフト量は、第１状態Ｓ１のバルブリフト量よりも常に大きい。このため、これらが同一である場合に比べ、ピン穴２４Ａに挿入されたピン２１Ｃ（不完全挿入の場合も含む）への荷重を増やすことができる。

本実施形態では図８に示すように、閉弁動作後の到達位置ｇが第１最大リフトタイミングα２よりも進角側の位置になるようにされている。

因みに図７および図８では省略したが、本実施形態の場合、第１最大リフトタイミングα２以前の第２状態Ｓ２（Ｊ２）のバルブリフトカーブは、第１状態Ｓ１（Ｊ１）のバルブリフトカーブと同一となっている。但し後述するように、これらを変えてもよい。

このように本実施形態では、第３状態Ｊ３のとき、バルブリフト量ＶＬが最大バルブリフト量ＶＬｍａｘより一時的に大きくなる突出区間βを設け、突出区間βのピークタイミングα１．２を第１最大リフトタイミングα２よりも進角側に設定した。このため、ピン穴２４Ａに不完全挿入されたピン２１Ｃをピークタイミングα１．２直後のタイミングで意図的に抜き、吸気弁３を少ない動作量で閉弁動作させることができる。それ故、吸気弁３の開弁中にピン２１Ｃがピン穴２４Ａから抜けたときでも吸気弁３の損傷を抑制することができる。

以上の説明から理解されるように、特許請求の範囲の「第１状態と第２状態」は本実施形態の「第１状態Ｊ１と第３状態Ｊ３」に相当する。特許請求の範囲の「第１カムおよび第２カム」は本実施形態の「第１カム４Ａおよび第３カム４Ｃ」に相当する。特許請求の範囲の「第１ロッカーアームおよび第２ロッカーアーム」は本実施形態の「第１ロッカーアーム９Ａおよび第３ロッカーアーム９Ｃ」に相当する。特許請求の範囲の「ピン」は本実施形態の「ピン２１Ｃ」に相当する。特許請求の範囲の「ピン穴」は本実施形態の「ピン穴２４Ａ」に相当する。

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態や変形例は他にも様々考えられる。

（１）突出区間βの終了点ｅのカム位相α１．３は、例えば図９に示すように第１最大リフトタイミングα２より進角側に設定してもよく、あるいは図１０に示すように第１最大リフトタイミングα２より遅角側に設定してもよい。こうしても、ピン２１Ｃが抜けたときの閉弁方向の動作量を十分小さくすることができる。

（２）第３状態Ｊ３のときのピンとピン穴の関係を逆にし、第１ロッカーアーム９Ａから突出したピンを第３ロッカーアーム９Ｃのピン穴に挿入してもよい。同様に、第２状態Ｊ２のときのピンとピン穴の関係を逆にしてもよい。

（３）上述の第１状態Ｊ１と第３状態Ｊ３の関係を、第１状態Ｊ１と第２状態Ｊ２の関係に適用してもよい。この場合、前者の関係に加えて後者の関係を採用し、第２状態Ｊ２のバルブリフトカーブに突出区間βを設けることができる。

あるいは、前者の関係に代えて後者の関係を採用することもできる。この場合、第２状態Ｊ２のバルブリフトカーブに突出区間βを設ける一方、第３状態Ｊ３のバルブリフトカーブからは突出区間βを省略し、第１最大リフトタイミングα２以前の第３状態Ｊ３のバルブリフトカーブを第１状態Ｊ１のバルブリフトカーブと同じにすることができる。

（４）上記実施形態では可変機構を三段階に切替可能なものとしたが、少なくとも二段階で切替可能であればよく、四段階以上で切替可能なものであってもよい。そしてそのうちの任意の二段階部分に本開示を適用できる。

（５）流体圧制御装置の作動流体は空気等の気体であってもよく、流体圧は空圧等の気体圧であってもよい。すなわち可変機構は、気体圧によって切替可能な構成であってもよい。

本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ カムシャフト
３ 吸気弁
４Ａ 第１カム
４Ｂ 第２カム
４Ｃ 第３カム
５ 可変機構
９Ａ 第１ロッカーアーム
９Ｂ 第２ロッカーアーム
９Ｃ 第３ロッカーアーム
２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂ，２１Ｃ ピン
２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｂ ピン穴
β 突出区間

Claims (3)

1. エンジンバルブの作動特性を切り替えるために第１状態と第２状態に切替可能な可変機構を備え、
   前記可変機構は、
   カムシャフトと、
   前記カムシャフトに固設されカムプロファイルの異なる第１カムおよび第２カムと、
   前記第１カムおよび前記第２カムにそれぞれ対応して設けられた第１ロッカーアームおよび第２ロッカーアームと、
   前記第１ロッカーアームおよび前記第２ロッカーアームの連結状態を切り替えるための連結機構であって、前記第１ロッカーアームおよび前記第２ロッカーアームの一方に出没可能に設けられたピンと、他方に設けられたピン穴とを有する連結機構と、
   を備え、
   前記第１状態のとき、前記ピンは前記ピン穴から抜け、前記エンジンバルブは、前記第１カムのカムプロファイルに従う作動特性とされ、
   前記第２状態のとき、前記ピンは前記ピン穴に挿入され、前記エンジンバルブは、前記第２カムのカムプロファイルに従う作動特性とされ、
   前記第１状態のときと前記第２状態のときとで最大バルブリフト量は等しく、
   前記第２状態のときには前記第１状態のときよりも最大バルブリフト期間が遅角側に延長され、
   前記第２状態のとき、バルブリフト量が一時的に最大バルブリフト量より大きくなる突出区間が設けられ、
   前記突出区間でバルブリフト量がピークとなる位相位置は、前記第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置よりも進角側に設定されている
   ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記突出区間の終了点の位相位置は、前記第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置と等しく設定されている
   請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記突出区間の終了点の位相位置は、前記第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置より進角側または遅角側に設定されている
   請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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