JP3319857B2 - 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、特に内燃機関の低速回転時と高速回転時とで吸気
弁および／または排気弁の作動状態（作動特性）の切換
えが可能な内燃機関の動弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から内燃機関の吸気弁や排気弁のバ
ルブリフトやバルブタイミングなどの作動特性を運転状
態に応じて切換えるようにした動弁装置として、油圧切
換機構と油圧切換機構を介して供給される油圧により油
圧式連結切換機構を作動させ、弁のバルブリフトないし
バルブタイミングを変化させるようにしたものが知られ
ており、例えば、実開平２−２４０１２号公報に開示さ
れているものがある。本例は、油圧切換機構に設けられ
る油圧切換弁のハウジングとそのスプール弁体とを熱膨
張率の異なる材料の組合せ、つまり、ハウジングをスプ
ール弁体形成材料より小さい熱膨張率を有する材料で形
成することにより特に高温時にハウジングとスプール弁
体との間のクリアランスが小さく保たれ、連結切換機構
を作動させる作動油の洩れが生じて応答性が損われるの
を抑制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】上記従来例では、油圧
切換弁の高温時における作動油の洩れを抑制することに
より連結切換機構を介して行われるバルブタイミングの
切換え動作の応答性向上を図っているものの油圧切換弁
を構成する材料の選択組合せのみでは満足な応答性が期
待できないという問題がある。なぜなら、この種の動弁
装置では油圧切換機構保護のため一般的に切換え不良が
発生し易い５０℃〜６０℃といった低油温での切換え動
作を行わないようにしており、低油温領域で実際に切換
え動作を行わせているのは６０℃〜１００℃といった極
めて狭い温度範囲に限られている。

【０００４】すなわち、油圧切換機構においては高油温
領域よりは低油温領域で切換え不良が発生し易く切換え
動作の失敗率が高いという問題がある。さらにまた、高
回転／低回転時の加速時および高速から低速へのギア切
換え時（エンジンの回転数が高い時）に切換え動作が順
調に行われないという場合があり、かかる切換え動作の
不良が生じると、リフトの途中でカムとカムフォロアと
が衝突することによって異音が発生し、乗員に不快感を
もたらす惧れがある。そこで、このような切換不良の発
生頻度を低下させるためには、油圧供給源であるオイル
ポンプのポンプ容量を高めることによって切換え時の応
答性の向上を図ることが考えられるが、それにはオイル
ポンプの大型化、消費馬力の増大を伴うため好ましくな
い。

【０００５】本発明の目的は、上記従来の問題の解決を
図るべく、オイルポンプの大型化によらずに切換え時の
適切な応答性、特に減速時の切換え過程で適切な応答性
が得られ、高速から低速への移行時に発生する惧れのあ
る異音を抑制することのできる内燃機関の動弁装置を提
供することにある。

【０００６】

【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、吸気弁および／または排気弁の作動状
態を内燃機関の回転数に応じて切換可能な油圧式切換機
構を有する内燃機関の動弁装置において、前記油圧式切
換機構は、油圧切換弁と該油圧切換弁を介して動作する
機構とを備え、前記油圧式切換機構の切換応答速度を、
内燃機関の回転上昇時より回転下降時の方が速くなるよ
うに設定し、前記油圧切換弁を介して動作する機構の切
換動作完了時における内燃機関の回転数を、回転上昇時
より回転下降時の方が低くなるようにしたことを特徴と
するものである。

【０００７】

【作用】本発明によれば、運転速度に応じてバルブタイ
ミングおよび／またはバルブリフト等作動特性の切換え
が可能な油圧切換機構の油圧切換弁と油圧切換弁を介し
て動作する機構とに組込まれたばねのセット荷重を適切
に設定することで、高速状態から低速状態への切換応答
速度を低速状態から高速状態への切換応答速度より速く
保つことができ、これにより特に高速から低速への移行
時に発生し勝ちな切換え不良による異音発生を抑制する
ことができる。

【０００８】

【実施例】以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳
細かつ具体的に説明する。

【０００９】まず、図１〜〜図４に従って本発明の一実
施例による弁作動装置の構成について述べることとす
る。

【００１０】なお、本例はＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッ
ドカム）方式の直列４気筒内燃機関に対して本発明を適
用した場合の実施例を示している。すなわち、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。なお、図４で２Ｓは吸気弁体、２Ｅ
は排気弁体、２Ｂは弁ばね、２Ｃは弁軸２Ａに取付けら
れ、メインロッカアーム１の先端部１Ａに摺接するリテ
ーナである。

【００１１】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ほぼ腕部１Ｅ，１Ｅ中央には低速カ
ムフォロア４が設けられている。

【００１２】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１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にそれぞれの
カムプロフィールに従って駆動される。

【００１３】１１は、レバー部材であり、図１および図
３に示すようにメインロッカアーム１にレバー支持軸１
２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（図３参照）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３
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。

【００１４】なお、図３の（Ａ），（Ｂ）は低速作動状
態を示す。図３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１
Ｄに向けて偏倚させているばね、２３は第１プランジャ
２１の行程を規制しているストッパリングである。

【００１５】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をオ
イルの油圧により動作させることで、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。

【００１６】いま、図３の（Ａ），（Ｂ）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３の（Ｂ）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
２７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軸２Ａ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２Ａ（図４参照）がリフト動作す
る。

【００１７】また、高速時には不図示の制御部により、
油圧供給手段を介してオイル通路３Ａに油圧が送給され
る、その油圧によって第２プランジャ２６が図３の
（Ｃ）に示すように第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５
Ａに係合される。

【００１８】続いて、本発明にかかる動弁装置の油圧切
換機構を図５を参照しつつ説明する。

【００１９】図５において、３０は図２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
弁装置の油圧切換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
弁体、３５はシリンダヘッド１００側の送油路３６を介
して不図示の油圧供給源側から常時油圧が供給される第
１油圧室、３７はスプール弁体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３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３
７とは図５の（Ａ）に示すようにしゃ断されている。

【００２０】なお、スプール弁体３４は上記の受圧室３
４Ａ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、スプール弁体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。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】そこで、このように構成した動弁装置の油
圧切換機構では、エンジンが切換回転数Ｎ₁ 以下の低中
速領域にある場合、図３の（Ａ），（Ｂ）として示した
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
給されず、従って、図５の（Ａ）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、ハウジング３０の出力ポー
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２Ｓ，２Ｅはそれぞれ低リフトで開弁される。

【００２２】また、切換回転数Ｎ₁ 以上の高速領域にな
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プランシャ室１Ｂ（図
３参照）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
５の（Ｂ）に示す開弁状態となり送給路３６から入力ポ
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
出力ポート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５
に示した油圧切換機構にあって、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３に示した
メインロッカアーム１とサブロッカアーム５との結合・
非結合切換装置（連結切換機構）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２８とについ
て詳述する。

【００２４】これらの弁ばね３９および復帰ばね２８は
いずれも機能的には動弁装置の低速から高速への切換時
の動作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６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７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６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７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
復帰ばね２８のセット荷重である。

【００２７】特に低速から高速への切換応答速度は供給
される作動油圧と復帰ばね２８のばね力との相対的な関
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の設定の仕方に従って、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
については作動油圧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を選択するこ
とが望ましい。

【００２８】ところで、本例では、油圧切換機構におけ
る弁ばね３９のセット荷重Ｐ_s をＰ_m より高く設定し、
更に弁リフト切換のための結合・非結合切換装置（連結
切換機構）における復帰ばね２８のセット荷重Ｐ_Y をＰ
_a より高く設定することで、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得ることができる。

【００２９】すなわち、低速から高速への切換時には、
図６に示したように弁ばね３９のセット荷重Ｐ_s をＰ_m
より高く設定したことにより油圧切換機構のスプール弁
体３４による開弁応答速度を遅らせることができる。ま
た図３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Ｐ_T をＰ_a より高く設定し
ているため、図７に示すようにその非結合状態への切換
動作の応答速度を遅くすることができる。従って動弁機
構全体として後述するような応答性を得ることができ
る。

【００３０】なお、低速から高速への切換えのための開
弁時には、図６に示すようにその応答速度が鈍化する
が、結合・非結合切換装置の切換え回転数Ｎ₁ における
その切換えが可能な応答速度および油圧が確保されてい
る限り、動弁装置としての機能が損われることはない。

【００３１】そこで、車両における運転状態に着目する
と、内燃機関の回転数が上昇する場合、すなわち低速か
ら高速への移行時にはアクセルペダルの踏み込みに応じ
て内燃機関では回転が低速回転数から上述した油圧切換
回転数Ｎ₁ に向けて急速に上昇する（加速時）。また、
高速から低速への移行時のギアの切換え、すなわちシフ
トダウンが行われた場合にはやはり急激に回転数が上昇
する（減速時）。一方、回転数が降下する場合、すなわ
ち、同様でブレーキング等の場合はアクセルペダルの開
放によって高速回転から切換回転数Ｎ₁ に向けて急速に
下降する。また、シフトアップの場合もギア比が減少す
ることから急速に回転数が下降する。このように回転数
が切換回転数Ｎ₁ に到達する速さは回転数の上昇時にも
下降時にも同様に速くなり過ぎ、連結切換機構では切換
回転数Ｎ₁ で作動が開始されると、切換え動作が完了し
ないうちに図８に示すように回転数上昇時には例えば切
換回転数Ｎ₁ を超えた回転数Ｎ_U となり、また、回転数
下降時には例えば切換回転数Ｎ₁ より低い回転数Ｎ_D と
なってしまう。

【００３２】すなわち、本例によれば、低速状態から高
速状態への切換え時にはその応答速度が図６に示すよう
に遅くなることによって、切換え不良による異音発生頻
度は寧ろ増大する傾向となるが、その代り機関の方の高
回転に伴い騒音レベルが図８に示すように高まることに
よってその騒音に打消されてしまい乗員に余り不快感を
感じさせずに済む。一方、高速状態から低速状態への切
換え時にはその応答速度が速められるため、切換え不良
による異音発生頻度を大幅に低下させ、不快感や不安感
を大いに低減させることができる。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、油圧式切換機構による高速状態から低速状態への切
換応答速度を低速状態から高速状態への切換応答速度よ
り速くするようにしたので、特に高速回転領域から低速
回転領域への切換応答速度を従来より速めることによっ
て切換え不良による異音発生頻度を低下させることがで
き、油圧発生源であるオイルポンプの容量増大などによ
らず適切な切換応答速度を保ちつつ異音の発生を抑制す
ることのできる内燃機関の動弁装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる動弁装置の一例を示す構成図で
ある。

【図２】本発明にかかる動弁装置およびその油圧切換機
構の構成の一例を示す上面図である。

【図３】本発明にかかる連結切換機構の動作を低速時の
状態（Ａ）および（Ｂ）と高速時の状態（Ｃ）とによっ
て示す説明図である。

【図４】図２のＡ−Ａ線による矢視図である。

【図５】本発明による油圧切換機構の構成を油圧非供給
状態（Ａ）および油圧供給状態（Ｂ）によって示す断面
図である。

【図６】本発明にかかる油圧切換機構の弁ばねの特性曲
線図である。

【図７】本発明にかかる連結切換機構の復帰ばねの特性
曲線図である。

【図８】エンジンの回転数と騒音レベルとの関係を示す
特性曲線図である。

【符号の説明】

１ メインロッカアーム（第１ロッカアーム） １Ａ （アーム）先端部 １Ｂ 第２プランジャ収納孔 １Ｃ 第３プランジャ収納孔 １Ｄ 突き当て部 ２ （吸気）弁 ３ ロッカシャフト ３Ａ オイル通路 ４ 低速カムフォロア ５ サブロッカアーム（第２ロッカアーム） ５Ａ 係止部 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 １１Ａ 突起部 １１Ｂ 作動端 １２ レバー支持軸 １３ 係合端 ２１ 第１プランジャ ２８ 復帰ばね ２５ オイル通路 ３４ スプール弁 ３６ 送油路 ３９ 弁ばね ４５ オイルフィルタ ４６ プラグ兼用ボルト １００ シリンダヘッド ＯＰ 作動油圧 Ｐ，Ｐ_m ，Ｐ_T ，Ｐ_S セット荷重 Ｓ_V 油圧切換弁開閉時の応答速度 Ｓ_C 切換応答速度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−332112（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−272587（ＪＰ，Ａ) (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】 吸気弁および／または排気弁の作動状態
   を内燃機関の回転数に応じて切換可能な油圧式切換機構
   を有する内燃機関の動弁装置において、 前記油圧式切換機構は、油圧切換弁と該油圧切換弁を介
   して動作する機構とを備え、 前記油圧式切換機構の切換応答速度を、内燃機関の回転
   上昇時より回転下降時の方が速くなるように設定し、 前記油圧切換弁を介して動作する機構の切換動作完了時
   における内燃機関の回転数を、回転上昇時より回転下降
   時の方が低くなるようにした ことを特徴とする内燃機関
   の動弁装置。
2. 【請求項２】 前記内燃機関の回転上昇時の切換応答速
   度および前記内燃機関の回転下降時の切換応答速度が前
   記油圧式切換機構の油圧切換弁に組込まれる弁ばねおよ
   び／または該油圧切換弁を介して動作する連結切換機構
   に組込まれる復帰ばねのセット荷重によって可変である
   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. 【請求項３】 前記セット荷重は、前記油圧式切換機構
   による内燃機関の回転下降時の切換応答速度と内燃機関
   の回転上昇時の切換応答速度とが一致するセット荷重よ
   り高く設定され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。