JP3365136B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プロフィルの異なる
カムを選択的に利用することによってバルブリフト特性
を切り換え得るようにした内燃機関の可変動弁装置の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関のバルブ駆動装置は、一般にカ
ムリフトをロッカアームやスイングアームを介して吸気
弁や排気弁に伝達し、バルブスプリングにて閉方向に付
勢されている吸気弁，排気弁を押し開く構成となってい
るが、例えば機関の低速域と高速域あるいは低負荷域と
高負荷域ではそれぞれ好ましいバルブリフト特性が異な
るので、運転条件によりバルブリフト特性を切り換え得
るようにしたバルブ駆動装置が種々提案されている。

【０００３】その一例として、例えば特開昭６３−１６
７０１６号公報や特開昭６３−５７８０５号公報等にお
いて、プロフィルの異なる２種のカムを並設しておき、
それぞれに従動する主ロッカアームおよび副ロッカアー
ムを必要に応じて連結状態もしくは離脱状態に切り換え
るようにした構成のものが知られている。

【０００４】この装置では、互いにプロフィルの異なる
低速型カムと高速型カムとがカムシャフトに並んで形成
されており、カムシャフトと平行に設けられるロッカシ
ャフトには、上記低速型カムに従動して揺動する主ロッ
カアームと、上記高速型カムに従動して揺動する副ロッ
カアームとが、互いに隣接した状態で揺動自在に配設さ
れている。吸気弁あるいは排気弁は、上記主ロッカアー
ムの先端部によって開閉駆動されるようになっている。
そして、外部から供給される油圧により作動して上記副
ロッカアームと主ロッカアームとを選択的に連結状態も
しくは離脱状態とする連結機構が両ロッカアーム間に設
けられている。上記公報の装置では、上記連結機構は、
油圧によりロッカシャフトと平行に摺動する係合ピンか
らなり、該係合ピンが主ロッカアームの側面から突出し
て副ロッカアーム側面の係合孔に嵌合すると、両者が一
体に揺動するようになっている。つまり、このように両
ロッカアームが連結した状態では、高速型カムに従動す
る副ロッカアームの揺動が主ロッカアームを介して吸排
気弁に伝達され、その結果、吸排気弁が高速型カムのカ
ムリフトに沿って開閉する。また係合ピンが後退して両
ロッカアームが離脱した状態では、副ロッカアームの揺
動は吸排気弁に伝達されず、その結果、吸排気弁は、低
速型カムに従動する主ロッカアームの揺動によって開閉
することになる。

【０００５】この種の可変動弁装置においては、係合ピ
ン等からなる連結機構は油圧により切換制御されるよう
になっており、一般に、機関潤滑油圧を油圧源として電
磁弁により該油圧の供給，解除を選択的に切り換えるこ
とによって、運転条件に応じたバルブリフト特性を得る
ようにしている。つまり、係合ピン等からなる連結機構
は、リターンスプリングを具備しており、潤滑油圧を供
給すると、リターンスプリングに抗して係合ピン等が移
動して連結状態となり、また油圧供給を停止すると、リ
ターンスプリングのばね力により係合ピン等が初期状態
に戻り、両ロッカアームが離脱状態となる。また、上記
電磁弁は通常シリンダヘッドに設けられ、ロッカシャフ
ト内に形成した油圧供給通路を介して主ロッカアーム側
へ油圧が供給される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように油圧の切換制御をシリンダヘッド側で行い、これ
をロッカシャフト内の油圧供給通路を介して伝達する従
来の構成では、油圧の切換を行う点から実際の油圧アク
チュエータとなる連結機構までの距離が長くなるので、
切り換え時の応答性が低くなる虞れがる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、ロ
ッカアーム側の連結機構の近傍で油圧の切換を行い得る
ようにした。すなわち、この発明に係る内燃機関の可変
動弁装置は、互いにプロフィルの異なる低速型カムと高
速型カムとが並んで形成されたカムシャフトと、ロッカ
シャフトに揺動可能に支持され、かつ上記低速型カムに
従動して揺動し、弁を開閉駆動する主ロッカアームと、
この主ロッカアームに隣接して配置されるとともに、上
記ロッカシャフトもしくはこれと平行な他の軸に揺動可
能に支持され、かつ高速型カムに従動して揺動する副ロ
ッカアームと、リターンスプリングの付勢力に対抗して
外部から供給される油圧により作動し、副ロッカアーム
と主ロッカアームとを連結状態もしくは離脱状態に、選
択的に切り換える連結機構と、上記連結機構へ油圧を供
給するために、主ロッカアームの軸受内周面およびロッ
カシャフト外周面にそれぞれ開口形成された第１の油孔
および第２の油孔と、コントロールユニットからの制御
信号に基づいてこれらの油孔の連通，遮断を切り換える
ように上記ロッカシャフトの回転位置を制御するアクチ
ュエータと、を備えていることを特徴としている。

【０００８】また請求項２の発明は、油圧供給位置とな
るロッカシャフトの第１の回転位置から油圧遮断位置と
なるロッカシャフトの第２の回転位置へ切り換えるとき
のロッカシャフトの回転角を１８０°以下にするととも
に、その回転方向を、主ロッカアームの開弁方向への揺
動方向と同一に設定した。

【０００９】また請求項３の発明は、上記ロッカシャフ
トの回転方向を、常に主ロッカアームの閉弁方向への揺
動方向と同一にし、かつ上記第１の回転位置から第２の
回転位置への切換時にロッカシャフトが略１回転するよ
うに構成するとともに、その回転の途中で上記第１の油
孔に連通する油排出溝をロッカシャフト外周面に形成し
た。

【００１０】

【作用】連結機構によって、主，副ロッカアームが連結
状態となると、高速型カムに従動して主，副ロッカアー
ムが揺動し、吸排気弁は高速型カムのカムリフトに沿っ
て開閉する。連結機構の切換によって両者が離脱状態と
なると、副ロッカアームは自由状態となるので、低速型
カムに従動する主ロッカアームによって吸排気弁が駆動
され、低速型カムのカムリフトに沿ったバルブリフト特
性となる。

【００１１】連結機構への油圧の供給，遮断は、ロッカ
シャフトの回転によって切換制御される。アクチュエー
タによりロッカシャフトが第１の回転位置となると、主
ロッカアーム側の第１の油孔とロッカシャフト側の第２
の油孔とが連通し、油圧が供給される。またロッカシャ
フトが第２の回転位置となると、主ロッカアーム側の第
１の油孔とロッカシャフト側の第２の油孔とが互いにず
れた位置となり、油圧が遮断される。なお、第１の油孔
を具備する主ロッカアームは、カムの動作に伴って揺動
するので、上記の第１の回転位置にあっても瞬間的には
遮断されることもあり、同様に、上記の第２の回転位置
にあっても瞬間的には連通する場合もある。

【００１２】また請求項２の構成では、ロッカシャフト
が第２の回転位置へ回転して油孔同士が遮断状態となっ
た後も、主ロッカアーム側の第１の油孔側に若干油圧が
残り、次に第２の回転位置から第１の回転位置へ回転し
た際の連結機構側の油圧の立ち上がりが速くなる。

【００１３】また請求項３の構成では、ロッカシャフト
が第１の回転位置から第２の回転位置へ回転する際に、
第１の油孔と油排出溝が連通し、速やかに油が排出され
る。つまり、連通機構の油圧の低下が速くなる。

【００１４】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１５】図１は、この発明に係る内燃機関の可変動
弁装置の構成を示すもので、この実施例では、各気筒毎
に一対の吸気弁１と一対の排気弁２とが設けられてお
り、その吸気側，排気側のそれぞれに可変動弁機構が設
けられている。

【００１６】図２〜図５は、一例として吸気側の可変動
弁機構を示しているが、排気側についても基本的に同様
に構成されている。図２〜図５に示すように、ロッカシ
ャフト３に一対の主ロッカアーム４が一端部で揺動可能
に支持されているとともに、この一対の主ロッカアーム
４に挟まれるように副ロッカアーム５が設けられてい
る。この副ロッカアーム５は、一対の主ロッカアーム４
の間に設けられた副ロッカシャフト６に揺動可能に支持
されている。上記主ロッカアーム４は、その上面にカム
フォロアローラ７を有するとともに、揺動端４ａがそれ
ぞれ吸気弁１（あるいは排気弁２）のステムエンドを押
圧するようになっている。尚、この一対の主ロッカアー
ム４は、図４，図５に示すように、その下部において、
互いに一体となっている。また、副ロッカアーム５は、
主ロッカアーム４に比較して短く形成され、その先端部
上面にカムフォロア部８が設けられている。

【００１７】ロッカシャフト３の上方に配置されるカム
シャフト９には、主ロッカアーム４のカムフォロアロー
ラ７に当接するバルブリフト量の小さな一対の低速型カ
ム１０と、副ロッカアーム５のカムフォロア部８に摺接
するバルブリフト量の大きな高速型カム１１とが並んで
形成されている。尚、副ロッカアーム５は、図４に示す
ように、ロストモーションスプリング１２によって上方
へ回動付勢されており、主ロッカアーム４から離脱した
状態であっても高速型カム１１との摺接状態が保たれる
ようになっている。

【００１８】また、上記主，副ロッカアーム４，５を選
択的に連結させる連結機構として、副ロッカアーム５の
下方に連結レバー１３が設けられている。この連結レバ
ー１３は、主ロッカアーム４に設けたピン１４によって
回動可能に支持されており、その上端部１３ａが副ロッ
カアーム５下面の係合段部１５に係合可能となってい
る。そして、この連結レバー１３は、突起部１３ｃ（図
３参照）にスプリングシート１６Ａを介して圧接するリ
ターンスプリング１６により係合解除方向へ常時付勢さ
れているとともに、その下端部１３ｂに対向して、油圧
プランジャ１７が配置されており、該プランジャ１７が
突出すると、係合方向へ回動するようになっている。上
記プランジャ１７が摺動可能に嵌合する油圧シリンダ１
８には、主ロッカアーム４の軸受内周面に開口する第１
油孔１９およびロッカシャフト３外周面に開口する第２
油孔２０を介して、ロッカシャフト３内の油圧供給通路
２１（図４参照）から油圧が供給可能となっている。上
記油圧供給通路２１は、シリンダヘッド２２内部の図示
せぬオイルギャラリに常に連通しており、機関潤滑油圧
が導かれている。

【００１９】ここで、上記ロッカシャフト３は、シリン
ダヘッド２２において回転可能に支持されている。そし
て、シリンダヘッド２２端部に設けたアクチュエータ２
３によって、図示せぬコントロールユニットからの制御
信号に基づいて回転位置が制御され、後述するように、
油圧シリンダ１８への油圧の供給，遮断の切換を行うよ
うになっている。上記アクチュエータ２３としては、揺
動型の油圧モータ、電磁ソレノイド、あるいはステップ
モータ等が用いられる。なお、図１の例では、単一のア
クチュエータ２３によって吸気側ロッカシャフト３と排
気側ロッカシャフトの双方の回転位置が制御される。

【００２０】上記構成では、第１油孔１９と第２油孔２
０とが連通して油圧供給通路２１を介して油圧シリンダ
１８へ油圧が供給されると、連結レバー１３が係合方向
へ回動し、副ロッカアーム５の係合段部１５に係合す
る。これにより、副ロッカアーム５が高速型カム１１に
より下方へ押圧された際に、主ロッカアーム４が一体に
作動するようになり、吸排気弁１，２が高速型カム１１
のプロフィルに沿って開閉するようになる。また第１油
孔１９と第２油孔２０とが非連通状態となって油圧が解
放されると、連結レバー１３がリターンスプリング１６
によって係合解除方向へ回動し、上端部１３ａが係合段
部１５から離れる。そのため、副ロッカアーム５が主ロ
ッカアーム４から切り離された状態となり、吸排気弁
１，２は主ロッカアーム４を介して低速型カム１０のプ
ロフィルに沿って開閉するようになる。

【００２１】このように、上記構成では、油圧シリンダ
１８へ導入される油圧が、その直前の油孔１９，２０に
よって切り換えられるので、基本的に応答性に優れたも
のとなる。

【００２２】以下、ロッカシャフト３による具体的な油
圧切換動作について説明する。

【００２３】図６は、油圧切換動作の第１の実施例を示
したもので、（Ａ）は、ロッカシャフト３の回転位置
が、第１，第２油孔１９，２０が互いに連通状態となる
第１回転位置にある状態を示し、（Ｂ）は、ロッカシャ
フト３の回転位置が、第１，第２油孔１９，２０が互い
に非連通状態となる第２回転位置にある状態を示してい
る。この例では、ロッカシャフト３の第２回転位置にお
いては、（Ｂ）のように、第２油孔２０が第１油孔１９
に対し相対的に上方にずれるようになっている。そし
て、第１回転位置から第２回転位置へ切り換えられる際
には、ロッカシャフト３は図の反時計回り方向（矢印α
方向）へ、また第２回転位置から第１回転位置へ切り換
えられる際には、ロッカシャフト３は図の時計回り方向
（矢印β方向）へ、それぞれ回転する構成となってい
る。

【００２４】なお、ロッカシャフト３が第１回転位置か
ら第２回転位置へ切り換えられた場合には、油圧シリン
ダ１８内の油は、油圧プランジャ１７の嵌合隙間やロッ
カシャフト３外周面との軸受隙間から徐々に排出され
る。

【００２５】また、（Ａ）に示す第１回転位置において
は、主ロッカアーム４の揺動に伴って第１，第２油孔１
９，２０が瞬間的に遮断される可能性があるが、これに
よる影響がないように、各部の寸法等が設定されてい
る。

【００２６】この実施例においては、ロッカシャフト３
を第１回転位置と第２回転位置との間で単に揺動させれ
ばよいので、アクチュエータ２３として、揺動型の油圧
モータや電磁ソレノイドを用いることができる。

【００２７】次に、図７は、油圧切換動作の第２の実施
例を示したもので、（Ａ）は、ロッカシャフト３の回転
位置が、第１，第２油孔１９，２０が互いに連通状態と
なる第１回転位置にある状態を示し、（Ｂ）は、ロッカ
シャフト３の回転位置が、第１，第２油孔１９，２０が
互いに非連通状態となる第２回転位置にある状態を示し
ている。この例では、ロッカシャフト３の第２回転位置
においては、（Ｂ）のように、第２油孔２０が第１油孔
１９に対し相対的に下方にずれるようになっている。そ
して、第１回転位置から第２回転位置へ切り換えられる
際には、ロッカシャフト３は図の時計回り方向（矢印β
方向）へ、また第２回転位置から第１回転位置へ切り換
えられる際には、ロッカシャフト３は図の反時計回り方
向（矢印α方向）へ、それぞれ回転する構成となってい
る。この実施例の場合も、アクチュエータ２３として、
揺動型の油圧モータや電磁ソレノイドを用いることがで
きる。

【００２８】この実施例においては、ロッカシャフト３
が第１回転位置から第２回転位置へ切り換わった後も、
油圧プランジャ１７直前の第１油孔１９に若干の油圧が
残るようになり、次にロッカシャフト３が第１回転位置
へ戻った際に、油圧シリンダ１８における油圧の立ち上
がりが速くなる。そのため、連結レバー１３が瞬時に確
実に係合することになり、不完全な係合による係合レバ
ー１３のはじかれ現象を防止できる。

【００２９】図９および図１０は、ロッカシャフト３が
第２回転位置から第１回転位置へ切り換わる際の油圧等
の変化を、この第２実施例と前述した第１実施例とで比
較して示したもので、（ａ）はロッカシャフト３内の油
圧、（ｂ）はロッカシャフト３の回転角、（ｃ）は油圧
プランジャ１７へ作用する油圧、（ｄ）は油圧プランジ
ャ１７直前の第１油孔１９の油圧、（ｅ）はバルブリフ
ト特性を示している。また、図１０は、前述した第１実
施例の場合の変化を示しており、符号Ｈで示す箇所にお
いて、連結レバー１３が不完全な係合状態からはじかれ
てしまった様子を示している。これに対し、上記第２実
施例の構成によれば、図９に示すように、ロッカシャフ
ト３の回転に伴う油圧の立ち上がりが速くなり、確実な
係合が得られる。特に、ロッカシャフト３の回転速度を
小さくすると、はじかれ現象が一層起こりやすくなる
が、上記第２実施例の構成では、このはじかれ現象を抑
制できる結果、ロッカシャフト３の回転速度を小さくす
ることが可能となり、内燃機関のオイルポンプに対する
負担も軽減される。

【００３０】次に、図８は、油圧切換動作の第３の実施
例を示したもので、（Ａ）は、ロッカシャフト３の回転
位置が、第１，第２油孔１９，２０が互いに連通状態と
なる第１回転位置にある状態を示し、（Ｂ）は、ロッカ
シャフト３の回転位置が、第１，第２油孔１９，２０が
互いに非連通状態となる第２回転位置にある状態を示し
ている。この例では、ロッカシャフト３の第２回転位置
においては、（Ｂ）のように、第２油孔２０が第１油孔
１９に対し相対的に下方にずれるようになっている。そ
して、この実施例では、ロッカシャフト３は、常に図の
反時計回り方向（矢印α方向）へ回転する構成となって
いる。つまり、第１回転位置から第２回転位置へ切り換
えられる際には、ロッカシャフト３が矢印α方向へ、略
１回転する構成となっている。そして、この切換時の油
圧シリンダ１８からの油排出を促進するために、ロッカ
シャフト３外周面に、第２油孔２０に隣接して、油排出
溝２５が形成されている。この油排出溝２５は、主ロッ
カアーム４の軸受面よりも側方へ伸びており、シリンダ
ヘッド内の空間に連通している。

【００３１】従って、この実施例では、（Ａ）に示す第
１回転位置から（Ｂ）に示す第２回転位置へロッカシャ
フト３が回転する途中で、主ロッカアーム４側の第１油
孔１９が上記油排出溝２５に連通し、この溝２５を通し
て速やかに油が排出される。そのため、油圧シリンダ１
８の油圧低下が一層速やかなものとなる。また、この実
施例の場合は、アクチュエータ２３として、ステップモ
ータ等を用いることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の可変動弁装置によれば、主ロッカアー
ムの連結機構に近い位置で油圧の切換を行うことができ
るので、応答性の点で優れたものとなる。また、ロッカ
シャフトに配列した多数の可変動弁機構を、同時に切り
換えることができる。

【００３３】また請求項２の構成によれば、ロッカシャ
フトを油圧遮断位置から油圧供給位置へ切り換えた際
に、連結機構の油圧の立ち上がりが速くなる。

【００３４】また請求項３の構成によれば、ロッカシャ
フトを油圧供給位置から油圧遮断位置へ切り換えた際
に、連結機構の油圧の低下が速くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る可変動弁装置を備えたシリンダ
ヘッドの平面図。

【図２】吸気側の可変動弁機構の要部を示す平面図。

【図３】ロッカアームの一部を切り欠いて示す断面図。

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図５】主ロッカアームのみを示す図３のＡ−Ａ線に沿
った断面図。

【図６】ロッカシャフトによる油圧切換動作の第１実施
例を示す説明図。

【図７】ロッカシャフトによる油圧切換動作の第２実施
例を示す説明図。

【図８】ロッカシャフトによる油圧切換動作の第３実施
例を示す説明図。

【図９】第２実施例における切換時の油圧等の変化を示
す特性図。

【図１０】第１実施例における切換時の油圧等の変化を
示す特性図。

【符号の説明】

３…ロッカシャフト ４…主ロッカアーム ５…副ロッカアーム １０…低速型カム １１…高速型カム １３…連結レバー １６…リターンスプリング １７…油圧プランジャ １９…第１油孔 ２０…第２油孔 ２３…アクチュエータ ２５…油排出溝

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いにプロフィルの異なる低速型カムと
   高速型カムとが並んで形成されたカムシャフトと、ロッ
   カシャフトに揺動可能に支持され、かつ上記低速型カム
   に従動して揺動し、弁を開閉駆動する主ロッカアーム
   と、この主ロッカアームに隣接して配置されるととも
   に、上記ロッカシャフトもしくはこれと平行な他の軸に
   揺動可能に支持され、かつ高速型カムに従動して揺動す
   る副ロッカアームと、リターンスプリングの付勢力に対
   抗して外部から供給される油圧により作動し、副ロッカ
   アームと主ロッカアームとを連結状態もしくは離脱状態
   に、選択的に切り換える連結機構と、上記連結機構へ油
   圧を供給するために、主ロッカアームの軸受内周面およ
   びロッカシャフト外周面にそれぞれ開口形成された第１
   の油孔および第２の油孔と、コントロールユニットから
   の制御信号に基づいてこれらの油孔の連通，遮断を切り
   換えるように上記ロッカシャフトの回転位置を制御する
   アクチュエータと、を備えていることを特徴とする内燃
   機関の可変動弁装置。
2. 【請求項２】 油圧供給位置となるロッカシャフトの第
   １の回転位置から油圧遮断位置となるロッカシャフトの
   第２の回転位置へ切り換えるときのロッカシャフトの回
   転角を１８０°以下にするとともに、その回転方向を、
   主ロッカアームの開弁方向への揺動方向と同一に設定し
   たことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁
   装置。
3. 【請求項３】 上記ロッカシャフトの回転方向を、常に
   主ロッカアームの閉弁方向への揺動方向と同一にし、か
   つ上記第１の回転位置から第２の回転位置への切換時に
   ロッカシャフトが略１回転するように構成するととも
   に、その回転の途中で上記第１の油孔に連通する油排出
   溝をロッカシャフト外周面に形成したことを特徴とする
   請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置。