JP3319846B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の動弁装置に
関し、特に、内燃機関の吸気弁および／または排気弁の
バルブタイミングおよびバルブリフト等作動態様を運転
状態に応じて切換可能な動弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の動弁装置として、例えば
実開平２−２７１２５号公報に開示されているものがあ
る。本例は、エンジン吸排気の動弁装置において油圧制
御弁により油圧作動機構に供給される油圧が制御される
と共に、その作動油の粘性を検出する粘性検出手段を有
し、その粘性検出手段から出力された低粘度検出信号に
より油圧制御弁が制御され、油圧作動機構への油圧供給
を停止するようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、動弁装置にかかわる油圧作動機構が高温にな
った作動油の粘性低下にともなう油圧低下により作動不
良となるのを防止するために粘性検出手段を設けている
が、その制御回路も必要であり、コストの上昇を招く。
また、ユーザが最初から低粘度の作動油を使用したよう
な場合には作動の停止が発生することにより動弁装置が
機能しない虞がある。結局、以上のような問題に対処す
るためには油圧供給源であるオイルポンプの容量を高め
るしかなく、エンジンの消費馬力の増大を伴う。

【０００４】本発明の目的は、上述したような従来の問
題に着目し、オイルの温度上昇等による油圧低下があっ
ても、油圧作動機構の動作に支障を来すようなことがな
く、安定し、かつ迅速な応答性が保証される内燃機関の
動弁装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、吸気弁及び／または排気弁の作動態様
を、内燃機関の回転数に応じて指示される切換指令によ
って切換えられる油圧式切換手段を有する内燃機関の動
弁装置において、前記油圧式切換手段は、前記内燃機関
の回転数を低速回転領域から高速回転領域へと切換える
切換指令に応じて所定の油圧経路内における油圧送給状
態を所定のばねのセット荷重に抗して低速回転用油圧送
給状態から高速回転用油圧送給状態へと切換える一方、
前記内燃機関の回転数を高速回転領域から低速回転領域
へと切換える切換指令に応じて前記油圧経路内における
油圧送給状態を高速回転用油圧送給状態から低速回転用
油圧送給状態へと切換える油圧送給切換機構と、前記低
速回転用油圧送給状態から高速回転用油圧送給状態への
切換えに応じて前記弁の作動態様を低速回転領域での作
動に適した低速作動態様から高速回転領域での作動に適
した高速作動態様へと切換える一方、前記高速回転用油
圧送給状態から低速回転用油圧送給状態への切換えに応
じて前記弁の作動態様を前記高速作動態様から前記低速
作動態様へと切換える高低速切換機構と、を備え、前記
切換指令に応じて前記弁の作動態様が低速作動態様から
高速作動態様へと切換わる際の第１の切換応答速度が、
高速作動状態から低速作動状態へと切換わる際の第２の
切換え応答速度より高まるように、前記油圧送給切換機
構に設けた前記ばねのセット荷重を設定することによっ
て前記油圧送給切換機構による低速回転用油圧送給状態
から高速回転用油圧送給状態への切換応答速度を設定し
たことを特徴とするものである。また、上記発明におい
て、前記油圧送給切換機構は、油圧送給経路における油
圧送給状態を切換える油圧切換弁を付勢する弁ばねを前
記所定のばねとして備えるものとし、前記高低速切換機
構は、前記弁を作動させるロッカーアームを付勢する復
帰ばねを備えるものとすることができ、前記弁ばねは、
低速回転用油圧送給状態から高速回転用油圧送給状態へ
と切換わる切換え動作に抗して作用し、前記復帰ばね
は、低速作動態様から高速作動態様へと切換わる切換え
動作に抗して作用するようにすることが考えられる。ま
た、前記復帰ばねと弁ばねのうち、少なくとも弁ばねの
セット荷重を前記第１切換応答速度と前記第２切換応答
速度とがほぼ一致するときのセット荷重より低く設定す
ることが望ましい。

【０００６】

【作用】本発明によれば、内燃機関が低速回転領域から
高速回転領域へと切換わるときの応答速度が、油圧送給
状態切換機構の応答速度が高まることによって向上す
る。このため、高温時において油圧経路内の油の粘性抵
抗が低下することによる油圧低下が発生しても、内燃機
関の運転状態に支障を来たすことがなくなる。

【０００７】

【実施例】以下に、図面に基づいて本発明の実施例を具
体的に説明する。

【０００８】まず、図１〜図３に従って本発明の一実施
例による動弁装置の構成について述べることとする。

【０００９】なお、本例はＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッ
ドカム）方式の直列４気筒内燃機関に適用した場合の例
を示す。すなわち、図１に示すように各気筒には２つの
弁２に対応した単一のメインロッカアーム１が設けられ
ていて、メインロッカアーム１の基端は、各気筒に共通
な中空のメインロッカシャフト３を介して、シリンダヘ
ッド１００に揺動自在に支持されており、メインロッカ
アーム１の二股の各先端部１Ａは吸気弁２のステム頂部
に当接する。

【００１０】メインロッカアーム１は平面視においてほ
ぼ二股状に形成され、メインロッカアーム１の二股に形
成されたそれぞれの腕部１Ｅ，１Ｅほぼ中央には低速の
ローラベアリングフォロア（単に低速カムフォロアとい
う）４が設けられている。

【００１１】５は、メインロッカアーム１の二股に形成
された股部上方に支持軸６によって揺動自在に支持され
るサブロッカアームであり、７はサブロッカアーム５の
端部に設けた高速カムフォロアである。なお、高速カム
フォロア７と２つの低速カムフォロア４とは図２の
（Ａ）に示すようにカム軸８の方向に配列されている。
９および１０はカム軸８と一体に形成された高速カムお
よび低速カムであり、上述の高速カムフォロア７および
低速カムフォロア４は、高速カム９および低速カム１０
にそれぞれ接することで、駆動される。

【００１２】１１は、レバー部材であり、図２の
（Ａ），（Ｂ）に示すようにメインロッカアーム１にレ
バー支持軸１２に回動自在に支持される。１３はレバー
部材１１の一方の端部に設けた係合端であり、後述する
ようにレバー部材１１を回動させることにより、その係
合端１３をサブロッカアーム５の係止部５Ａに係合させ
ることでサブロッカアーム５とメインロッカアーム１と
を結合状態に保ち、高速カムフォロア７を介して高速カ
ム９のカムプロフィールを吸気弁２に伝達させることが
できる。（高速カムフォロア７の能動状態） ついで、図２に従い、本発明にかかる高低速切換え機構
について説明しておく。

【００１３】なお、図２の（Ａ）は低速作動状態を示
す。図２において、５Ｂはサブロッカアーム５に穿設し
た第１プランジャ収納孔、１Ｂはメインロッカアーム１
に穿設した第２プランジャ収納孔、また、１Ｃは同じく
メインロッカアーム１に穿設した第３プランジャ収納孔
である。２１は第１プランジャ収納孔５Ｂに摺動自在に
嵌合された第１プランジャ、２２は第１プランジャ２１
の先端部をメインロッカアーム１の突き当て部１Ｄに向
けて偏倚させているばねである。

【００１４】一方、第２プランジャ収納孔１Ｂには、ロ
ッカシャフト３の中心部に設けたオイル通路３Ａからオ
イルを導くためのオイル通路２５が連通されていて、収
納孔１Ｂに摺動自在に保たれる第２プランジャ２６を油
圧により動作させることで、図２の（Ｂ）に示すように
レバー部材１１の係合端１３をサブロッカアーム５の係
止部５Ａに係合させることができる。２７は第３プラン
ジャ収納孔１Ｃに摺動自在に保たれる第３プランジャ、
２８は第３プランジャ２７をレバー部材１１に向けて偏
倚させている復帰ばねである。

【００１５】いま、図２の（Ａ）に示すような低速時の
状態にあるときは、ロッカシャフト３のオイル通路３Ａ
を介して第２プランジャ２６に油圧が供給されることは
なく、レバー部材１１は、図２の（Ａ）に示すように復
帰ばね２８によって偏倚される第３プランジャにより時
計回りの方向に回動された位置に保たれる。かくして、
サブロッカアーム５はその揺動が許容される状態にあ
り、高速カム９が高速カムフォロア７に摺接しても第１
プランジャ２１およびばね２２が高速カム９のカムプロ
フィールを吸収するだけで弁２には、高速カム９のリフ
トが伝達されず、低速カム１０が、低速カムフォロア４
に摺接することで、低速カム１０によるリフト分だけ弁
２の弁軸がリフト動作する。

【００１６】また、高速時には、不図示の制御部により
制御される油圧送給切換機構（図１，図３参照）を介し
てオイル通路３Ａに油圧が送給され、その図２の（Ｂ）
に示すように油圧によって第２プランジャ２６が第２プ
ランジャ収納室１Ｂから突出し、レバー部材１１の作動
端１１Ｂに作用することで、レバー部材１１を反時計周
りの方向に回動させる。この場合、レバー部材１１は第
３プランジャ２７を復帰ばね２８のばね力に抗して第３
プランジャ収納孔１Ｃ内に押し戻すように動作しつつサ
ブロッカアーム５の係止端５Ａに係合される。なお、前
記高低速切換機構と、油圧送給切換機構（油圧送給切換
手段）とにより、本発明の動弁装置における油圧切換手
段が構成されている。

【００１７】続いて、本発明にかかる動弁装置の油圧送
給切換手段を図３を参照しつつ説明する。

【００１８】図３において、３０は図１に示すようにシ
リンダヘッド１００の側部に取付けられ、その内部に動
弁装置の油圧制御用弁室および油路が形成されるハウジ
ング、３１はハウジング３０の更に外部に固定された電
磁弁、３２は電磁弁３１に不図示の制御回路からオン・
オフ信号（切換指令）が供給される信号線である。３４
はハウジング３０内に穿設された円筒状の弁室内を摺動
するスプール弁（油圧切換弁）、３５はシリンダヘッド
１００の送油路３６を介して油圧供給源６０側から常時
油圧が供給される第１油圧室、３７はスプール弁３４の
端部受圧室３４Ａに油圧を導くための油圧通路であり、
先に図２の説明のところで述べたようにメインロッカア
ーム１とサブロッカアーム５とを結合して高速カム９に
よる弁作動をアクティブとしないようなエンジンの中低
速領域では、電磁弁３１の弁体３１Ａにより第１油圧室
３５と、油圧通路３７とは図１に示すようにしゃ断され
ている。

【００１９】なお、スプール弁３４は上記の受圧室３４
Ａが形成されている第１弁体部３４Ｂと、切欠３４Ｃを
有する第２弁体部３４Ｄと、第１弁体部３４Ｂおよび第
２弁体部３４Ｄより細径に形成され、その周囲部が第１
油圧室に連通する結合部３４Ｅと、スプール弁３４の駆
動時にプラグ部材３８に当接するストッパ部３４Ｆとを
有している。

【００２０】３９は弁ばね、４０は弁ばね３９が収容さ
れているばね室内のオイルをシリンダヘッド１００内の
不図示のオイル溜りに戻すためのドレン通路、４１は第
２油圧室、４２は第２油圧室４１を介してオイルをシリ
ンダヘッド１００側のロッカシャフト３内に設けたオイ
ル通路３Ａに導くための出力ポート、また、４３は先に
述べたように第１油圧室３５にオイルを導くための入力
ポートである。

【００２１】このように構成した動弁装置の油圧送給切
換手段では、エンジンが低中速領域にある場合、図２の
（Ａ）に示したように低速用のロッカアーム１によって
吸排気弁２を駆動させるために、第２プランジャ収納室
１Ｂに油圧が供給されることはなく、従って、図３に示
す電磁弁３１により第１油圧室３５と油圧通路３７とは
しゃ断されたままの状態に保たれる。よって、図１に示
すようにハウジング３０の出口ポート４２からシリンダ
ヘッド１００のロッカシャフト３内に設けたオイル通路
３Ａには油圧が供給されず、吸排気弁はそれぞれ低リフ
トで開弁される。

【００２２】また、高速領域になると、高速用ロッカア
ーム５と低速用のメインロッカアーム１とを結合するた
めに、第２プランジャ室１Ｂ（図２参照）にオイル通路
３Ａから油圧を供給する必要がある。そこで、この時に
は、電磁弁３１が駆動されて、図３に示す開弁状態とな
り、送油路３６から入口ポート４３を介して第１油圧室
３５に導かれた油圧が更に油圧通路３７を介してスプー
ル弁体３４の受圧部３４Ａに作用する。従って、スプー
ル弁体３４は弁ばね３９に抗してスプール弁体３４のス
トッパ部３４Ｆがプラグ３８に当接する位置まで移動
し、スプール弁体３４に形成された第２弁体３４Ｄが出
力ポート４２を開口する。かくして、送油路３６から導
かれてきたオイルの油圧を出口ポート４２からロッカシ
ャフト３のオイル通路３Ａに導き、ここから各気筒ごと
のメインロッカアーム１に設けた第２プランジャ収納室
１Ｂに油圧が供給される。

【００２３】ついで、以上に述べてきた動弁装置の図３
に示した油圧送給切換手段にあっては、そのスプール弁
３４による油圧切換動作にかかわる弁ばね３９と図２に
示したロッカアームの結合・非結合切換装置にあって、
その油圧による弁リフト切換動作にかかわる復帰ばね２
８とについて詳述する。

【００２４】これらのばね３９および２８はいずれも機
能的には復帰のために作用するものである。例えば弁ば
ね３９の場合、その設定されるセット荷重Ｐと応答速度
Ｓ_Vとの間には図４に示すような関係があり、セット荷
重Ｐが大きい程（設定ばね定数が大きい程）開弁時には
ばね力に抗してスプール弁３４が動作するためその応答
速度が遅くなり、閉弁時には逆に速くなる。

【００２５】なお、このような関係は復帰ばね２８につ
いてもいえるもので、図５にこのような特性を示す。す
なわち復帰ばね２８の場合、セット荷重Ｐが大きい程低
速から高速への切換時の応答速度Ｓ_C は遅くなり、高速
から低速への切換時には逆に速くなる。

【００２６】図４において、Ｐ_m は開弁と閉弁との応答
速度が一致するようなばね定数を選択したときの弁ばね
３９のセット荷重を示す。また、図５において、Ｐ_a は
低速から高速への切換時と高速から低速への切換時とに
おいて、その切換応答速度が一致するように設定された
セット荷重である。図６は作動油圧ＯＰと切換応答速度
Ｓ_C との関係を示す。この図に示すように、低速から高
速への切換時においては、作動油圧ＯＰが高ければ高い
ほど図２に示す第２プランジャ２６の突出動作が速くな
るため切換応答速度Ｓ_C が速くなる。

【００２７】しかし、高速から低速への切換時には、第
２プランジャ２６の後退動作が図３に示すスプール弁３
４の右方向への移動動作、つまり、その移動に伴うオイ
ルの排出速度によって左右されるため、余り作動油圧Ｏ
Ｐの高低には影響されず、むしろ作動油の粘度によって
左右される。このことは、粘度が低いほど粘性抵抗の低
下によって切換応答速度が速められることを意味する。
なお、作動油圧ＯＰと切換応答速度Ｓｃおよびセット荷
重Ｐとの関係が図６に示されている。この図に示すよう
に、セット荷重Ｐを上述のＰａ以下に設定した場合、低
速から高速への切換応答速度（第１の切換応答速度）Ｓ
ｃは、同じ作動油圧の元では実線で示すように高めら
れ、高速から低速への切換応答速度（第２の切換応答速
度）は同じく実線で示すように低められる。

【００２８】特に低速から高速への切換応答速度は供給
される作動油圧ＯＰと復帰ばね２８との相対的な関係か
ら決まるものであるから、まず復帰ばね２８のセット荷
重Ｐの設定仕方に従って、作動油圧の方を設定すること
が望ましい。逆に高速から低速への切換応答速度につい
ては先にも述べたように作動油圧Ｐに大きく左右されな
いので、切換応答速度としては高速と低速との切換回転
数Ｎ１で切換可能な限りにおいて、できるだけ低い速度
Ｓ_C1を図６に示すように選択することが望ましい。

【００２９】そこで、本例では、油圧送給切換手段にお
ける弁ばね３９のセット荷重Ｐ_m より低く設定し、更に
弁リフト切換のための結合・非結合切換装置における復
帰ばね２８のセット荷重をＰ_a より低く設定した上、例
えば油圧および切換応答速度が図６に示すようななＯＰ
_T およびＳ_C1に設定されることで、以下に述べるように
動弁装置の各切換機構における応答性を高めることがで
きる。

【００３０】すなわち、低速から高速への切換時には、
弁ばね３９のセット荷重がＰ_m より低く設定されている
ことにより図４および図６に示すようにその応答速度Ｓ
_C を速めることができ、かくして図２に示すロッカシャ
フトの結合・非結合切換装置では復帰ばね２８のセット
荷重がＰ_a より低く設定されているため、図５に示すよ
うにその非結合状態への切換動作の応答速度を速めるこ
とができて、動弁機構全体の応答性を高めることができ
る。

【００３１】また、高速から低速への切換時には、図４
および図５に示すようにその応答速度が鈍化するが、切
換え回転数Ｎ１にあってもその切換えが可能な応答速度
Ｓ_C1および油圧ＯＰ_T が確保されている限り、図６に示
したように動弁装置としての機能が損われることはな
く、むしろ、結合・非結合切換装置ではその切換応答速
度が高められる傾向に作用する。

【００３２】なお、以上に述べてきた実施例では、ダブ
ルオーバヘッドカム方式の直列４気筒内燃機関に適用し
た場合についてであったが、本発明の適用はこのような
内燃機関に限られるものではなく、吸気弁および／また
は排気弁のバルブタイミング等の作動態様を運転状態の
低速高速に応じて切換可能とする内燃機関の動弁装置に
広く適用できるものであることはいうまでもない。

【００３３】また、以上に述べた実施例では油圧切換弁
の弁ばねとロッカアーム機構の復帰ばねの双方について
そのセット荷重の設定を規制したが、少なくとも上記油
圧切換弁の弁ばねのセット荷重を規制するだけでもそれ
なりの効果が得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、吸気弁
及び／または排気弁の作動態様を、内燃機関を高速回転
させるか低域回転させるかを指示する切換指令に応じて
切換える油圧式切換手段を有する内燃機関の動弁装置に
おいて、前記油圧切換手段を、前記切換指令に応じて前
記弁の作動態様が低速作動態様から高速作動態様へと切
換わるまでの第１の切換応答速度が、高速作動状態から
低速作動状態へと切換わるまでの第２の切換え応答速度
より高まるように、油圧送給切換機構に設けたばねのセ
ット荷重を設定することによって油圧送給切換機構によ
る低速回転用油圧送給状態から高速回転用油圧送給状態
への切換応答速度を設定したため、特に、低速回転領域
から高速回転領域への切換応答速度を高めることがで
き、応答性の向上に貢献できる上、高速時におけるおい
るの粘性低下に伴う油圧低下時にあっても切換機構の機
能低下によって作動を停止させるようなことがなくてす
む。また、オイルの粘度を検出しなくて済み、それだけ
廉価な構成とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明動弁装置の一実施例の構成を示す上面図
である。

【図２】本発明にかかる弁リフト切換手段の構成を低速
時の非結合状態（Ａ）および高速時の結合状態（Ｂ）に
よって示す説明図である。

【図３】本発明にかかる油圧送給切換手段の構成を開弁
時の状態で示す断面図である。

【図４】本発明にかかる油圧送給切換手段の弁ばねの特
性曲線図である。

【図５】本発明にかかる弁リフト切換手段の復帰ばねの
特性曲線図である。

【図６】本発明による行動油圧と切換応答速度との関係
を示す特性曲線図である。

【符号の説明】

１ メインロッカアーム ２ 弁 ３ メインロッカシャフト ３Ａ 先端部 ４ ローラベアリングフォロア（低速カムフォロア） ５ サブロッカアーム ６ 支持軸 ７ 高速カムフォロア ８ カム軸 ９ 高速カム １０ 低速カム １１ レバー部材 １２ レバー支持軸 １３ 係合端 ２１ 第１プランジャ ２２ ばね ２６ 第２プランジャ ２７ 第３プランジャ ２８ 復帰ばね ３１ 電磁弁 ３１Ａ 弁体 ３４ スプール弁 ３５ 第１油圧室 ３９ 弁ばね ４０ ドレン通路 ４１ 第２油圧室 ４２ 出力ポート ４３ 入力ポート １００ シリンダヘッド ＯＰ 作動油圧 Ｐ，Ｐ_m セット荷重 Ｓ_c 切換応答速度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 13/00 301 F01L 1/34

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気弁及び／または排気弁の作動態様
   を、内燃機関の回転数に応じて指示される切換指令によ
   って切換えられる油圧式切換手段を有する内燃機関の動
   弁装置において、 前記油圧式切換手段は、 前記内燃機関の回転数を低速回転領域から高速回転領域
   へと切換える切換指令に応じて所定の油圧経路内におけ
   る油圧送給状態を所定のばねのセット荷重に抗して低速
   回転用油圧送給状態から高速回転用油圧送給状態へと切
   換える一方、前記内燃機関の回転数を高速回転領域から
   低速回転領域へと切換える切換指令に応じて前記油圧経
   路内における油圧送給状態を高速回転用油圧送給状態か
   ら低速回転用油圧送給状態へと切換える油圧送給切換機
   構と、 前記低速回転用油圧送給状態から高速回転用油圧送給状
   態への切換えに応じて前記弁の作動態様を低速回転領域
   での作動に適した低速作動態様から高速回転領域での作
   動に適した高速作動態様へと切り換える一方、前記高速
   回転用油圧送給状態から低速回転用油圧送給状態への切
   換えに応じて前記弁の作動態様を前記高速作動態様から
   前記低速作動態様へと切り換える高低速切換機構と、を
   備え、 前記切換指令に応じて前記弁の作動態様が低速作動態様
   から高速作動態様へと切換わる際の第１の切換応答速度
   が、高速作動状態から低速作動状態へと切換わる際の第
   ２の切換え応答速度より高まるように、前記油圧送給切
   換機構に設けた前記ばねのセット荷重を設定することに
   よって前記油圧送給切換機構による低速回転用油圧送給
   状態から高速回転用油圧送給状態への切換応答速度を設
   定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. 【請求項２】 前記油圧送給切換機構は、油圧送給経路
   における油圧送給状態を切換える油圧切換弁を付勢する
   弁ばねを前記所定のばねとして備え、 前記高低速切換機構は、前記弁を作動させるロッカーア
   ームを付勢する復帰ばねを備え、 前記弁ばねは、低速回転用油圧送給状態から高速回転用
   油圧送給状態へと切換わる切換え動作に抗して作用し、 前記復帰ばねは、低速作動態様から高速作動態様へと切
   換わる切換え動作に抗して作用することを特徴とする請
   求項１記載の内燃機関の動弁装置。
3. 【請求項３】 前記復帰ばねと弁ばねのうち少なくとも
   弁ばねのセット荷重が前記第１切換応答速度と前記第２
   切換応答速度とがほぼ一致するときの荷重より低く設定
   されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関
   の動弁装置。