JP4150919B2 - 内燃機関の休筒機構付き動弁装置 - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関(以下、エンジンという)の休筒機構付き動弁装置に係り、詳しくは吸気側及び排気側ロッカアームを閉弁状態で休止させるためにカムシャフト上に休止カムを設けた休筒機構付き動弁装置に関するものである。
運転領域に応じて特定気筒を休筒させるようにした休筒機構付き動弁装置が提案されている。この種の休筒機構付き動弁装置では、休筒気筒の吸排気弁を閉弁保持する必要があることから、例えば単一のカムシャフトで吸排気弁を開閉駆動するSOHC型エンジンでは、カムシャフト上に真円状の休止カムを設けて、休筒時には休止カム上に吸排気のロッカアームを当接させることにより吸排気弁を閉弁保持している。このようなエンジンでは、ロッカアームに対応する数の休止カムをカムシャフト上に形成する必要があることから、カムシャフトの全長が長くなったりカムシャフトの加工工数が増加したりする等の不具合が生じ、このための対策が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載されたエンジンは、一対の吸気弁及び排気弁に対応して吸気側及び排気側ロッカシャフトに駆動ロッカアームを一対ずつ支承し、これらの駆動ロッカアームをカムシャフトの吸気カム、実質休止カム、排気カムによりそれぞれ揺動される自由ロッカアームに対して切換ピンの摺動に応じて連結・解除することにより、吸排気弁を任意に開閉駆動している。ロッカシャフトの軸方向において吸気側及び排気側の駆動ロッカアームの位置は片側ずつ略対応し、対応する吸排気の駆動ロッカアーム間に位置するようにカムシャフト上に一対の休止カムを形成しており、休筒時においては、対応する吸排気の駆動ロッカアームを共通の休止カム上に当接させて吸排気弁を閉弁保持している。
特開2002−201921号公報(図2)
上記のように特許文献1に記載されたエンジンでは、吸排気の駆動ロッカアームに対して休止カムを共通化することで休止カムの数を半減させているものの、その休筒機構のレイアウト上の制約から1気筒当たりに一対の休止カムが必要不可欠であった。
即ち、特許文献1の図2に示すように、吸気側の一対の駆動ロッカアーム間には吸気カムにより揺動する自由ロッカアームが配置され、排気側の一対の駆動ロッカアーム間には排気カムにより揺動する自由ロッカアームが配置されている。このため一対の休止カムを単一の休止カムで代替する、換言すれば吸排気の全ての駆動ロッカアームを単一の休止カム上に当接させることは、これらの自由ロッカアームや吸排気カムが邪魔になるため不可能となる。
よって、特許文献1に記載されたエンジンでは、カムシャフト上に1気筒当たりに一対の休止カムを形成する必要があり、カムシャフトの全長の短縮化や加工工数の減少を十分に達成することができなかった。
本発明の目的は、1気筒当たり単一の休止カムにより吸排気のロッカアームを共に休止でき、もって、カムシャフトの全長の短縮化や加工工数の減少を実現することができる内燃機関の休筒機構付き動弁装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項1の発明は、先端が一対の吸気弁又は排気弁の一方に連係され、第1ロッカシャフトに揺動自在に支承される第1のロッカアームと、第1のロッカアームの一側に隣接して第1ロッカシャフトに揺動自在に支承され、カムシャフトに形成された第1のカムにより駆動される第2のロッカアームと、第1のロッカアームの他側に隣接して第1ロッカシャフトに揺動自在に支承され、カムシャフトの第1のカムと軸方向で離間した位置に形成された第2のカムにより駆動される第3のロッカアームと、先端が一対の吸気弁又は排気弁の他方に連係され、第1ロッカシャフトと平行に配置された第2ロッカシャフトに揺動自在に支承される第4のロッカアームと、第4のロッカアームに隣接して第2ロッカシャフトに揺動自在に支承され、カムシャフトの第1のカムと第2のカムとの間で第1のカム又は第2のカムの一方に隣接して形成された第3の力ムにより駆動される第5のロッカアームと、第1のロッカアームと第2のロッカアーム又は第3のロッカアームとの連係有無を切り換える第1切換機構と、第4のロッカアームと第5のロッカアームとの連係有無を切り換える第2切換機構とを備え、カムシャフトにおける第1のカム又は第2のカムの他方と第3のカムとの間で、且つ、両吸気弁の中間位置及び両排気弁の中間位置よりも第1のカム又は第2のカムの他方寄りにオフセットした位置に第4のカムを形成し、第1のロッカアーム及び第4のロッカアームを第4のカムの周面に当接するよう付勢するようにしたものである。
従って、第1のロッカアームは第2のロッカアーム又は第3ロッカアームに対する連係有無を第1切換機構により切換えられ、第2のロッカアームと連係したときには第1のカムの形状に倣って吸気弁又は排気弁の一方を開閉駆動し、第3のロッカアームと連係したときには第2のカムの形状に倣って吸気弁又は排気弁の一方を開閉駆動し、第2及び第3の何れのロッカアームとも連係しないときには第4のカムの周面に当接した状態で休止して吸気弁又は排気弁の一方を閉弁保持する。又、第4のロッカアームは第5のロッカアームに対する連係有無を第2切換機構により切換えられ、第5のロッカアームと連係したときには第3のカムの形状に倣って吸気弁又は排気弁の他方を開閉駆動し、第5のロッカアームと連係しないときには第4のカムの周面に当接した状態で休止して吸気弁又は排気弁の他方を閉弁保持する。
よって、内燃機関は吸排気弁を開閉駆動しているカム形状に応じた出力特性で運転されると共に、吸排気弁の閉弁保持時には休筒運転を行う。
そして、第1のロッカアームの両側に第2及び第3のロッカアームが配置される一方、第4のロッカアームに隣接して第5のロッカアームが配置され、第2及び第3のロッカアームを駆動するための第1のカム及び第2のカムの間に、第5のロッカアームを駆動するための第3のカム及び休筒のための第4のカムが設けられる。カムシャフトの軸方向において第3のカムは第5のロッカアームと略対応して位置することから、カムシャフト上の第4のロッカアームと対応する位置にはデッドスペースが形成され、このデッドスペースに第4のカムが位置する。
以上のレイアウトの結果、吸気弁又は排気弁の一方は第2又は第3のロッカアームにより第1のロッカアームを介して開閉駆動され、吸気弁又は排気弁の他方は第5のロッカアームにより第4のロッカアームを介して開閉駆動されると共に、第2又は第3のロッカアーム或いは第5のロッカアームとの非連係状態において、これらの第1及び第4のロッカアームを共通の第4のカムの周面に当接可能となる。よって、カムシャフト上には1気筒当たり単一の第4のカムを設けるだけでよく、カムシャフトの全長が短縮化されると共にカムシャフトの加工工数が減少される。しかも、カムシャフト上のカムのみならず各ロッカアームも無駄なく効率よく配置されるため、動弁装置全体のコンパクト化が達成される。
請求項2の発明は、請求項1において、第1のロッカアームの第1ロッカシャフトに対する第1支持部と、第4のロッカアームの第2ロッカシャフトに対する第2支持部とが第4の力ムを挟んで一部が互いに重合するように配置され、第1支持部が、第4のカム上で且つ第1支持部から第2支持部側に延設された第1当接部を有し、更に、第2支持部が、第4のカム上で且つ第1当接部と干渉しないように第2支持部から第1支持部側に延設された第2当接部を有するものである。
従って、第1のロッカアームの第1支持部と第4のロッカアームの第2支持部とが第4のカムを挟んで略対向することになり、第1支持部から延設された第1当接部と第2支持部から延設された第2当接部とはほぼ最短距離で第4のカムの周面に当接する。結果として第1及び第4のロッカアームは無駄のない形状に形成されて、十分な強度を確保した上で重量が軽減される。
請求項3の発明は、請求項1において、第1切換機構が、第1のロッカアームに形成された第1シリンダに摺動自在に装着された第1ピストン、第1のロッカアームに第1シリンダと隣接して形成された第2シリンダに摺動自在に装着された第2ピストン、第2のロッカアームから延設されて第1ピストンに係合可能に設けられた第1係合突起、及び、第3のロッカアームから延設されて第2ピストンに係合可能に設けられた第2係合突起を有し、第2切換機構が、第4のロッカアームに形成された第3シリンダに摺動自在に装着された第3ピストン、及び、第5のロッカアームから延設されて第3ピストンに係合可能に設けられた第3係合突起を有し、第1、第2及び第3係合突起が、第2、第3及び第5のロッカアームからそれぞれカムシャフトの軸線方向に延び、更に軸線方向から第1、第2及び第3ピストン側に曲折して延設するL字状に形成されているものである。
従って、第1シリンダ内での第1ピストンの摺動位置に応じて第1係合突起が第1ピストンに対して係合又は係合解除し、それに伴って第1のロッカアームに対する第2のロッカアームの連係有無が切換えられると共に、第2シリンダ内での第2ピストンの摺動位置に応じて第2係合突起が第2ピストンに対して係合又は係合解除し、それに伴って第1のロッカアームに対する第3のロッカアームの連係有無が切換えられ、一方、第3シリンダ内での第3ピストンの摺動位置に応じて第3係合突起が第3ピストンに対して係合又は係合解除し、それに伴って第4のロッカアームに対する第5のロッカアームの連係有無が切換えられる。
そして、第1、第2及び第3係合突起は第2、第3及び第5のロッカアームからカムシャフトの軸線方向に延び、更に第1、第2及び第3ピストン側に曲折して延設されるため、各係合突起は対応するロッカアームからほぼ最短距離で対応するピストンに対して係合する。結果として第2、第3及び第5のロッカアームは無駄のない形状に形成されて、十分な強度を確保した上で重量が軽減される。
請求項4の発明は、講求項1において、第1切換機構が、第1のロッカアームに形成された第1シリンダに摺動自在に装着された第1ピストン、第1のロッカアームに第1シリンダと隣接して形成された第2シリンダに摺動自在に装着された第2ピストン、第2のロッカアームから延設されて第1ピストンに係合可能に設けられた第1係合突起、及び、第3のロッカアームから延設されて第2ピストンに係合自在に設けられた第2係合突起を有し、第2切換機構が、第4のロッカアームに形成された第3シリンダに摺動自在に装着された第3ピストン、及び、第5のロッカアームから延設されて第3ピストンに係合可能に設けられた第3係合突起を有し、第1切換機構により第1及び第2ピストンを第1及び第2係合突起と非係合位置とし、且つ第2切換機構により第3ピストンを第3係合突起と非係合位置とした際に、第1及び第4のロッカアームを第4力ムの周面に当接させて休止保持するものである。
よって、カムシャフト上には1気筒当たり単一の第4のカムを設けるだけでよく、カムシャフトの全長が短縮化されると共にカムシャフトの加工工数が減少される。しかも、カムシャフト上のカムのみならず各ロッカアームも無駄なく効率よく配置されるため、動弁装置全体のコンパクト化が達成される。
以上説明したように請求項1の発明の内燃機関の休筒機構付き動弁装置によれば、1気筒当たり単一の休止カムにより第1及び第4のロッカアームを共に休止でき、もって、カムシャフトの全長を短縮化できると共にカムシャフトの加工工数を減少でき、しかも、各ロッカアームを効率よく配置して動弁装置全体のコンパクト化を達成することができる。
請求項2の発明の内燃機関の休筒機構付き動弁装置によれば、請求項1に加えて、第1及び第4のロッカアームを無駄のない形状に形成して十分な強度を確保した上で重量軽減でき、ひいては動弁装置全体の慣性重量の低減を達成することができる。
請求項3の発明の内燃機関の休筒機構付き動弁装置によれば、請求項1に加えて、第2、第3及び第5のロッカアームを無駄のない形状に形成して十分な強度を確保した上で重量軽減でき、ひいては動弁装置全体の慣性重量の低減を達成することができる。
請求項4の発明の内燃機関の休筒機構付き動弁装置によれば、請求項1に加えて、1サイクル中に亘って、第1のロッカァ-ムと第2又は第3のロッカア-ムとが非連係状態で、且つ第4のロッカアームと第5のロッカアームとが非連係状態である内燃機関の休筒時において、第1及び第4のロッカアームを第4カム上の非作動時の位置に確実に保持することができる。
以下、本発明を具体化したエンジンの休筒機構付き動弁装置の一実施形態を説明する。
本実施形態のエンジンは気筒当たり4弁を有するV型6気筒ガソリン機関として構成され、特に高いエンジン出力を実現する高速モード、通常のエンジン出力に対応する低速モード、片側バンクの気筒を休筒させる休筒モードの間で切換可能に構成されている。このため、両バンクの動弁装置はそれぞれ低速モードと高速モードとの切換機構を備え、加えて片側のバンクは休筒機構を備えている。そこで、まず、休筒機構を備えるバンク(以下、休筒バンクといい、反対側を非休筒バンクという)の構成を説明する。
《休筒バンク》
図1〜8は休筒バンクのシリンダヘッドを示しており、図1はシリンダヘッドを示す平面図、図2は1気筒分の動弁装置の詳細を示す部分拡大平面図、図3は図2のA−A線に相当する低速カム及び排気カムの作動時を示す断面図、図4は図2のA−A線に相当する低速カム及び排気カムの休止時を示す断面図、図5は図2のB−B線に相当する高速カムの休止時を示す断面図、図6は図2のB−B線に相当する高速カムの作動時を示す断面図、図7はカムに対する駆動ロッカアーム及び被動ロッカアームの位置関係を示す部分拡大平面図、図8は図7のC−C線断面図である。ここで、図1の上下がエンジンの前後方向であり、シリンダヘッドの右側が吸気側、左側が排気側に相当し、当該シリンダヘッドの右方に非休筒バンクのシリンダヘッドが配置されるものとする。
図2,3,7に示すように、シリンダヘッド1上の左右略中央には動弁装置の1本のカムシャフト2が前後方向に延びるように配置されており、カムシャフト2は図示しないシリンダヘッドジャーナル部により各ジャーナル部2aを支承されてクランク軸により同期して回転駆動される。カムシャフト2の上方右側には吸気ロッカシャフト3(第1ロッカシャフト)が配設され、カムシャフト2の上方左側には排気ロッカシャフト4(第2ロッカシャフト)が配設され、これらのロッカシャフト3,4はカムシャフト2と平行な姿勢でボルト5により適宜シリンダヘッド1上に固定されている。
各気筒はカムシャフト2に沿って前後方向に列設されており、以下、その内の1気筒の動弁装置について述べるが、他の気筒も全く同一構成である。図7に示すように、カムシャフト2の隣合う一対のジャーナル部2aの間には、前側より低速側吸気カム6(第1のカムであり、以下、低速カムと略す)、排気カム7(第3のカム)、休止カム8(第4のカム)、高速側吸気カム9(第2のカムであり、以下、高速カムと略す)の順に1気筒分のカムが形成されている。以下、これらのカム6〜9により駆動される吸気側及び排気側動弁装置の構成、及び動弁装置を切換えるためのオイル通路の構成を順次説明する。
〈吸気側動弁装置〉
図2,3に示すように、吸気ロッカシャフト3には吸気被動ロッカアーム11(第1のロッカアーム)のボス部12(第1支持部)に形成された軸受孔12aが嵌め込まれ、吸気ロッカシャフト3を中心として吸気被動ロッカアーム11全体が揺動し得る。ボス部12からは二股状をなす2本のバルブ側アーム部13が右方に向けて延設され、各バルブ側アーム部13の先端にはバルブクリアランス調整用のアジャストボルト14が設けられて、それぞれシリンダヘッド1上の図示しない吸気弁と対応している。
図7,8に示すように、ボス部12からは左方に向けて1本のカム側アーム部15(第1当接部)が延設され、カム側アーム部15の先端に形成された摺接部15aは上記休止カム8上に当接している。この休止カム8上にカム側アーム部15の摺接部15aを当接させた状態から吸気被動ロッカアーム11が時計回りに揺動すると、バルブ側アーム部13のアジャストボルト14を介して吸気弁がバルブスプリングに抗して開弁される。以下、この吸気被動ロッカアーム11や後述する低速駆動ロッカアーム32及び高速駆動ロッカアーム38等の吸気側の動弁装置を構成する部材の揺動方向を、時計回りを開弁方向、反時計回りを閉弁方向と定義する。
図2,3,5に示すように、吸気被動ロッカアーム11のボス部12上には円筒状の低速シリンダ部16及び高速シリンダ部17が一体的に併設されている。低速シリンダ部16には断面円形状をなす小径の下部シリンダ16a(第1及び第3シリンダ)及び大径の上部シリンダ16b(第1及び第3シリンダ)が上下方向に連続して形成され、下部シリンダ16aの下端は上記ボス部12の軸受孔12aの内周面に開口し、上部シリンダ16bの上端は上方に開口している。
下部シリンダ16a内には下部ピストン18a(第1及び第3ピストン)が配設され、下部ピストン18aは図示しない規制ピンにより下部シリンダ16aの軸線を中心とした回転を規制された状態で、下部シリンダ16a内を上下方向に摺動し得る。又、上部シリンダ16b内には上部ピストン18b(第1及び第3ピストン)が配設され、上部シリンダ16b内を上下方向に摺動し得る。上部ピストン18bは下部ピストン18aに比較して剛性の高い素材で製作されている。
上部シリンダ16bの開口部には蓋体19が圧入されてスナップリング20により抜け止めされ、上部シリンダ16b内において蓋体19と上部ピストン18bとの間には圧縮ばね21が介装されている。図3に示すように、下部ピストン18a及び上部ピストン18bは圧縮ばね21により常に下方に付勢されており、下部ピストン18aの下面を上記吸気ロッカシャフト3の外周面に当接させた下方位置に保持されている。又、図4に示すように、この下方位置から圧縮ばね21に抗してシリンダ16a,16b内で下部ピストン18a及び上部ピストン18bが上方に摺動すると、上部ピストン18bの上部が蓋体19の下部に当接して上方位置に切換えられる。
上記低速シリンダ部16の左側面、つまりカムシャフト2に面した側には操作窓22が形成される一方、上記下部ピストン18aの左側面には逃げ部23が凹設されている。そして、図4に示すピストン18a,18bの上方位置では、操作窓22を介して下部ピストン18aの逃げ部23が左方に向けて露出し、図3に示す下方位置では、操作窓22を介して上部ピストン18bの外周面が左方に向けて露出する。
一方、図5に示すように、上記高速シリンダ部17には断面円形状をなすシリンダ17a(第2シリンダ)が上下方向に形成され、シリンダ17aの下端は上記ボス部12の軸受孔12aの内周面に開口し、シリンダ17aの上端は上方に開口している。シリンダ17a内にはピストン25(第2ピストン)が配設され、ピストン25は図示しない規制ピンによりシリンダ17aの軸線を中心とした回転を規制された状態で、シリンダ17a内を上下方向に摺動し得る。ピストン25には低速シリンダ部17の上部ピストン18bと同一の素材が適用されて、同等の剛性が確保されている。
そして、低速シリンダ部16と同様に、シリンダ17aの開口部にはスナップリング26により蓋体27が固定されて、蓋体27とピストン25との間には圧縮ばね28が介装されている。図5に示すように、ピストン25は圧縮ばね28により常に下方に付勢されており、下面を吸気ロッカシャフト3の外周面に当接させた下方位置に保持されている。又、図6に示すように、この下方位置から圧縮ばね28に抗してシリンダ17a内でピストン25が上方に摺動すると、ピストン25の上部が蓋体27の下部に当接して上方位置に切換えられる。
高速シリンダ部17の左側面には操作窓29が形成される一方、ピストン25の左側面には逃げ部30が凹設されており、図5に示すピストン25の下方位置では、操作窓29を介してピストン25の逃げ部30が左方に向けて露出し、図6に示す上方位置では、操作窓29を介してピストン25の外周面が露出する。高速シリンダ部17の圧縮ばね28は、上記低速側シリンダ16の圧縮ばね21に比較して小径である代わりに全長が長く設定されて所定のピストン25への付勢力を確保しており、高速シリンダ部17の軸心に対してオフセットして配置されると共に、圧縮に伴う屈曲を防止するためにピストン25上に形成されたばね孔25a内に保持されている。
一方、図2,3に示すように、吸気ロッカシャフト3上の吸気被動ロッカアーム11の前側には低速駆動ロッカアーム32(第2のロッカアーム)のボス部33が揺動可能に支承されている。ボス部33の右側には下方に向けて付勢部33aが突設され、この付勢部33aに連結された図示しない付勢ばねにより低速駆動ロッカアーム32全体が閉弁方向に付勢されて、図7に示すように左側に設けられたローラ35を上記低速カム6上に当接させている。
低速駆動ロッカアーム32のローラ35の上側位置からは操作アーム部36(第1及び第3係合突起)がカムシャフト2の軸線に沿って後方に延設され、操作アーム部36の先端は右方側に位置する上記吸気被動ロッカアーム11に向けてL字状に曲折されて、低速シリンダ部16の操作窓22と対応している。低速駆動ロッカアーム32は回転中の低速カム6上でローラ35を転動させながら低速カム6の形状に倣って揺動し、低速カム6のベース円区間(リフト量0の区間)では、図4に実線で示すように閉弁方向に揺動して操作アーム部36の先端を操作窓22から左方に離脱させ、低速カム6のリフト区間では、図4に2点鎖線で示すように開弁方向に揺動して操作アーム部36の先端を操作窓22内に挿入する。
又、吸気ロッカシャフト3上の吸気被動ロッカアーム11の後側には高速駆動ロッカアーム38(第3のロッカアーム)のボス部39が揺動可能に支承され、上記低速駆動ロッカアーム32と同様に、高速駆動ロッカアーム38は付勢部39aを介して図示しない付勢ばねにより閉弁方向に付勢されて、図7に示すように左側に設けられたローラ40を上記高速カム9上に当接させている。
高速駆動ロッカアーム38のローラ40の上側位置からは操作アーム部41(第2係合突起)がカムシャフト2の軸線に沿って前方に延設され、操作アーム部41の先端は右方側に位置する上記吸気被動ロッカアーム11に向けてL字状に曲折されて、高速シリンダ部17の操作窓29と対応している。上記低速駆動ロッカアーム32と同じく高速駆動ロッカアーム38は高速カム9上でローラ40を転動させながら高速カム9の形状に倣って揺動し、高速カム9のベース円区間では、図5に実線で示すように閉弁方向に揺動して操作アーム部41の先端を操作窓29から左方に離脱させ、高速カム9のリフト区間では、図5に2点鎖線で示すように開弁方向に揺動して操作アーム部41の先端を操作窓29内に挿入する。
ここで、本実施形態では上記低速シリンダ部16の下部及び下部シリンダ16a,16b、下部及び下部ピストン18a,18b、高速シリンダ部17のシリンダ17a、ピストン25、低速駆動ロッカアーム32の操作アーム部36、高速駆動ロッカアーム38の操作アーム部41により第1切換機構M1が構成されている。
〈排気側動弁装置〉
一方、排気側の動弁装置は吸気側の動弁装置に対して、吸気被動ロッカアーム11の高速シリンダ部17及びこれと対応する高速駆動ロッカアーム38を省略しており、以下に構成を説明する。
図2,3に示すように、上記排気ロッカシャフト4には排気被動ロッカアーム43(第4のロッカアーム)のボス部44(第2支持部)の軸受孔44aが嵌め込まれ、排気ロッカシャフト4を中心として排気被動ロッカアーム43全体が揺動し得る。ボス部44からは二股状をなす2本のバルブ側アーム部45が左方に向けて延設され、各バルブ側アーム部45の先端に設けられたアジャストボルト46は、それぞれシリンダヘッド1上の図示しない排気弁と対応している。
図7に示すように、吸気被動ロッカアーム11のボス部12と排気被動ロッカアーム43のボス部44とはカムシャフト2を挟んで左右両側に配置されると共に、カムシャフト2の軸方向において両ボス部12,44の一部は互いに重合している。図7,8に示すように、ボス部44からは右方に向けて1本のカム側アーム部47(第2当接部)が延設され、カム側アーム部47の先端に形成された摺接部47aは、吸気被動ロッカアーム11側の摺接部15aとの干渉を避けた状態で上記休止カム8上に当接している。
そして、この状態から排気被動ロッカアーム43が反時計回りに揺動すると、バルブ側アーム部45のアジャストボルト46を介して排気弁がバルブスプリングに抗して開弁される。以下、この排気被動ロッカアーム43や後述する排気駆動ロッカアーム49等の排気側の動弁装置を構成する部材の揺動方向を、反時計回りを開弁方向、時計回りを閉弁方向と定義する。
図2,3に示すように、排気被動ロッカアーム43のボス部44上には円筒状のシリンダ部48が一体的に設けられ、図3に示すように、当該シリンダ部48は吸気被動ロッカアーム11側の低速シリンダ部16に対して左右対称の同一構成となっている。
よって、低速シリンダ部16と同一の部材番号を付してシリンダ部48の概略を述べると、シリンダ部48の下部シリンダ16a内には下部ピストン18aが、上部シリンダ16b内には上部ピストン18bがそれぞれ上下方向に摺動自在に配設されている。これらのピストン18a,18bは圧縮ばね21により下方に付勢され、図3に示す下方位置では、下部ピストン18aの下面が排気ロッカシャフト4の外周面に当接すると共に、シリンダ部48の操作窓22から上部ピストン18bの外周面が右方に向けて露出し、図4に示す上方位置では、操作窓22から上部ピストン18aの逃げ部23が右方に向けて露出する。
そして、これらの排気側のシリンダ部48に内装される下部ピストン18a、上部ピストン18b、蓋体19、圧縮ばね21等の各部材は、吸気側の低速シリンダ部16に内装される各部材と共用化されている。
一方、図2,3に示すように、排気ロッカシャフト4上の排気被動ロッカアーム43の前側には排気駆動ロッカアーム49(第5のロッカアーム)が揺動可能に支承され、当該排気駆動ロッカアーム49は吸気側の低速駆動ロッカアーム32に対して左右対称の同一構成となっている。
よって、低速駆動ロッカアーム32と同一の部材番号を付して排気駆動ロッカアーム49の概略を述べると、排気駆動ロッカアーム49は付勢部33aを介して図示しない付勢ばねにより閉弁方向に付勢されて、右側に設けられたローラ35を上記排気カム7上に当接させている。排気駆動ロッカアーム49からは後方に操作アーム部36が延設され、操作アーム部36の先端は左方側に向けてL字状に曲折されて排気被動ロッカアーム43のシリンダ部48の操作窓22と対応している。排気駆動ロッカアーム49はローラ35を転動させながら排気カム7の形状に倣って揺動し、排気カム7のベース円区間では、図4に実線で示すように閉弁方向に揺動して操作アーム部36の先端を操作窓22から右方に離脱させ、排気カム7のリフト区間では、図4に2点鎖線で示すように開弁方向に揺動して操作アーム部36の先端を操作窓22内に挿入する。
ここで、本実施形態では上記シリンダ部48の下部及び下部シリンダ16a,16b、下部及び下部ピストン18a,18b、排気駆動ロッカアーム49の操作アーム部36により第2切換機構M2が構成されている。
以上で休筒バンクの1気筒の動弁装置についての説明を終えるが、上記のように他の気筒も全く同一構成となっている。
〈オイル通路〉
図1,2に示すように、吸気ロッカシャフト3には軸方向に沿って休筒モード用オイル通路51及び高速モード用オイル通路52が形成され、両オイル通路51,52の前後両端は吸気ロッカシャフト3の前端面及び後端面に開口している。休筒モード用オイル通路51の前端はプラグ53により閉塞され、後端にはL字状の金属パイプ54の一端が圧入固定されている。又、高速モード用オイル通路52の前端はシリンダヘッド1に形成された図示しないオイル供給路を介して高速モード用オイルコントロールバルブ55(以下、OCVという)に接続されており、後端はプラグ56により閉塞されている。
又、排気ロッカシャフト4には軸方向に沿って休筒モード用オイル通路57が形成され、このオイル通路57の前後両端は排気ロッカシャフト4の前端面及び後端面に開口している。休筒モード用オイル通路57の前端はシリンダヘッド1に形成された図示しないオイル供給路を介して休筒モード用OCV58に接続され、後端にはL字状の金属パイプ59の一端が圧入固定されている。吸気側及び排気側の金属パイプ54、59の他端は所定間隔をおいて相対向し、ゴム製のホース60の両端が嵌め込まれて相互に接続されている。
高速モード用及び休筒モード用OCV55,58は、エンジンに備えられた図示しない潤滑用オイルポンプからオイル供給を受ける一方、車両に搭載されたECU61(エンジン制御ユニット)により切換制御されて、高速モード用オイル通路52や休筒モード用オイル通路57に適宜オイルを供給する。
図2,3に示すように、吸気ロッカシャフト3には各気筒の吸気被動ロッカアーム11の低速シリンダ部16と対応するように3箇所(図では1箇所を示す)に連通路63が形成され、各連通路63の下端は休筒モード用オイル通路51と連通し、各連通路63の上端は吸気ロッカシャフト3の外周面に開口して各低速シリンダ部16の下部シリンダ16a内と連通している。
図2,5に示すように、吸気ロッカシャフト3には各気筒の吸気被動ロッカアーム11と高速シリンダ部17と対応するように3箇所(図では1箇所を示す)に連通路64が形成され、各連通路64の下端は高速モード用オイル通路52と連通し、各連通路64の上端は吸気ロッカシャフト3の外周面に開口して各高速シリンダ部17のシリンダ17a内と連通している。
又、図2,3に示すように、排気ロッカシャフト4には各気筒の排気被動ロッカアーム43のシリンダ部48と対応するように3箇所(図では1箇所を示す)に連通路65が形成され、各連通路65の下端は休筒モード用オイル通路57と連通し、各連通路65の上端は排気ロッカシャフト4の外周面に開口して各シリンダ部48の下部シリンダ16a内と連通している。
《非休筒バンク》
一方、非休筒バンクの動弁装置は休筒機構を備えずに、低速モードと高速モードとの切換機構のみを備えている。具体的な構成を述べると、吸気側では、吸気被動ロッカアーム11の低速シリンダ部16及び低速駆動ロッカアーム32が省略され(高速シリンダ部17及び高速駆動ロッカアーム38は残されている)、吸気被動ロッカアーム11は低速駆動ロッカアーム32を介することなく直接的に低速カム6により揺動して常時吸気弁を開閉駆動している。
又、排気側では、排気被動ロッカアーム43のシリンダ部48及び排気駆動ロッカアーム49が省略され、排気被動ロッカアーム43は排気駆動ロッカアーム49を介することなく直接的に排気カム7により揺動して常時排気弁を開閉駆動している。尚、このように吸排気の被動ロッカアーム11,43が常時揺動することから、カムシャフト2の休止カム8も省かれている。又、休筒機構の省略に伴って吸気ロッカシャフト3及び排気ロッカシャフト4の休筒モード用オイル通路51,57も省かれている。
次に、以上のように構成されたエンジンの休筒機構付き動弁装置の作動状況を説明する。
ECU61によるOCV55,58の切換制御はエンジン回転速度Neに基づいて行われ、例えばエンジン回転速度Neが第1の閾値Ne1未満でエンジンへの出力要求が十分に低い回転域では休筒モードを実行し、第1の閾値Ne1から第2の閾値Ne2(>Ne1)の間で通常のエンジン出力が要求される回転域では低速モードを実行し、第2の閾値Ne2以上で特に高いエンジン出力が要求される回転域では高速モードを実行する。そこで、各モード毎に動弁装置の作動状況を順次説明する。
〈低速モード〉
休筒バンクにおいて、ECU61は高速モード用OCV55及び休筒モード用OCV58を切換制御して、休筒モード用オイル通路51及び高速モード用オイル通路52へのオイル供給をそれぞれ中止する。
その結果、図3に示すように吸気被動ロッカアーム11の低速シリンダ部16及び排気被動ロッカアーム43のシリンダ部48では、それぞれ圧縮ばね21の付勢力により下部ピストン18a及び上部ピストン18bが下方位置に保持されて、上部ピストン18bの外周面が操作窓22を介して露出する。又、図5に示すように、吸気被動ロッカアーム11の高速シリンダ部17では、圧縮ばね28の付勢力によりピストン25が下方位置に保持されて、その逃げ部30が操作窓29を介して露出する。
一方、エンジンの運転中は常に低速駆動ロッカアーム32、高速駆動ロッカアーム38、排気駆動ロッカアーム49が対応するカム6,7,9の形状に倣って揺動し、揺動に伴って各操作アーム部36,41の先端を被動ロッカアーム11,43の操作窓22,29内に対して挿脱させている。
そして、高速駆動ロッカアーム38は、高速シリンダ部17の操作窓29から露出した逃げ部30に先端を挿脱させながら単独で空振りし、以下に述べる低速駆動ロッカアーム32や排気駆動ロッカアーム49のように被動ロッカアーム11,43を揺動操作することはない。
又、低速駆動ロッカアーム32及び排気駆動ロッカアーム49は、開弁方向への揺動時に低速シリンダ部16及びシリンダ部48の操作窓22から露出した上部ピストン18bの外周面を押圧することで、対応する被動ロッカアーム11,43を開弁方向に揺動させて吸気弁及び排気弁を開弁させる。又、低速駆動ロッカアーム32及び排気駆動ロッカアーム49の閉弁方向への揺動時には、吸排気弁の閉弁に伴うバルブスプリングの付勢力を受けて対応する被動ロッカアーム11,43が閉弁方向に揺動する。
結果として吸気被動ロッカアーム11は低速駆動ロッカアーム32と共に揺動して、低速カムの形状に倣って吸気弁を開閉駆動し、排気被動ロッカアーム43は排気駆動ロッカアーム49と共に揺動して、排気カムの形状に倣って排気弁を開閉駆動する。
一方、非休筒バンクにおいて、ECU61は高速モード用OCV55により高速モード用オイル通路52へのオイル供給を中止するため、休筒バンクと同じく高速駆動ロッカアーム38が空振りし、低速カム6の形状に倣って吸気弁が開閉駆動され、排気カム7の形状に倣って排気弁が開閉駆動される。よって、この低速モードでは、低速カム6及び排気カム7を用いて通常の回転域で要求されるエンジン出力が実現される。
〈休筒モード〉
休筒バンク及び非休筒バンクにおいて、ECU61は上記高速モード用オイル通路52へのオイル供給を中止したまま、休筒バンクにおいて、休筒モード用OCV58によりオイルを供給する。
休筒モード用OCV58からのオイルは排気ロッカシャフト4の休筒モード用オイル通路57内を前側から後側へと流通して、各連通路65を経て排気被動ロッカアーム43の下部シリンダ16a内に供給され、更に金属パイプ54,59及びホース60を通過した後に吸気ロッカシャフト3の休筒モード用オイル通路51内を後側から前側へと流通して、各連通路63を経て吸気被動ロッカアーム11の下部シリンダ16a内に供給される。
吸気被動ロッカアーム11及び排気被動ロッカアーム43の下部シリンダ16a及び上部シリンダ16b内では、供給されたオイルの油圧を受けて下部ピストン18a及び上部ピストン18bが圧縮ばね21に抗しながら上方に摺動して上方位置に切換えられ、下部ピストン18aの逃げ部23が操作窓22を介して露出する。従って、低速駆動ロッカアーム32及び排気駆動ロッカアーム49は、対応する被動ロッカアーム11,43の操作窓22から露出した逃げ部23に先端を挿脱させながら単独で空振りし、各被動ロッカアーム11,43に対する揺動操作を中止する。
上記のように高速駆動ロッカアーム38も空振りしているため、結果として休筒バンクの各気筒では、バルブスプリングの付勢力により吸排気弁が閉弁保持され、吸気被動ロッカアーム11及び排気被動ロッカアーム43はカム側アーム15,47の摺接部15a,47aを休止カム8上に当接させた状態で閉弁側の位置に保持される。
一方、非休筒バンクでは、上記低速モードと同様に各気筒の作動が継続されており、当該バンクで発生するトルクにより車両の運転が継続されると共に、休筒バンクでの各気筒の休筒により燃費節減が実現される。
〈高速モード〉
休筒バンクにおいて、ECU61は休筒モード用OCV58により休筒モード用オイル通路51へのオイル供給を中止すると共に、高速モード用OCV55により高速モード用オイル通路52にオイルを供給する。
その結果、上記低速モードと同じく、吸気被動ロッカアーム11の低速シリンダ部16及び排気被動ロッカアーム43のシリンダ部48において上部ピストン18bの外周面が操作窓22を介して露出する。
一方、高速モード用オイル通路52のオイルは連通路64を経て各気筒の吸気被動ロッカアーム11における高速シリンダ部17のシリンダ17a内に供給される。シリンダ17a内では供給されたオイルの油圧を受けてピストン25が圧縮ばね28に抗しながら上方に摺動して上方位置に切換えられ、ピストン25の外周面が操作窓29を介して露出する。
その結果、排気側では低速モードと同じく、排気カム7の形状に倣って排気駆動ロッカアーム49と共に排気被動ロッカアーム43が揺動し、排気弁が排気カム7の形状に倣って開閉駆動される。
又、吸気側では、低速シリンダ部16及び高速シリンダ部17のピストン18b,25が共に露出して対応する駆動ロッカアーム32,38により押圧操作可能な状態にあるが、低速カム6に比較して高速カム9の方がリフト区間(つまり、作動角)が広く、且つリフト量が大きいため、実際に押圧操作するのは高速駆動ロッカアーム38側となり、低速駆動ロッカアーム32は空振りする。つまり、この高速モードでは、吸気弁は高速カム9の形状に倣って開閉駆動される。
一方、休筒バンクと同じく、非休筒バンクでも高速モード用オイル通路52にオイルが供給されて、吸気弁が高速カム9の形状に倣って開閉駆動される。よって、この高速モードでは、低速モードに比較して吸気弁の開弁期間やリフト量を増加させることで、高回転域で要求される高いエンジン出力が実現される。
本実施形態のエンジンの休筒機構付き動弁装置は以上のように作動する。そして、本実施形態では、上記のように休筒モードにおいて、吸気被動ロッカアーム11及び排気被動ロッカアーム43のカム側アーム部15,47の摺接部15a,47aを共通の休止カム8上に当接させており、以下、当該構成を達成できた要因、及び当該構成による作用効果を詳述する。
図2,7から明らかなように、吸気被動ロッカアーム11の前後両側に低速及び高速駆動ロッカアーム32,38が配置される一方、排気被動ロッカアーム43の前側に排気駆動ロッカアーム49が配置され、低速及び高速駆動ロッカアーム32,38を駆動するための低速カム6及び高速カム9の間に、排気駆動ロッカアーム49を駆動するための排気カム7及び休筒モード用の休止カム8が設けられている。
そして、カムシャフト2の軸方向において排気カム7は排気駆動ロッカアーム49と略対応して位置することから、カムシャフト2上の排気被動ロッカアーム43と対応する位置にはデッドスペースが形成され、このデッドスペースに休止カム8が位置している。
以上のレイアウトを採用した結果、吸排気弁をそれぞれ単一の被動ロッカアーム11,43によりモード切換に応じて開閉駆動できると共に、これらの吸排気の被動ロッカアーム11,43から延設したカム側アーム部15,47の摺接部15a,47aを共通の休止カム8上に当接可能となる。よって、カムシャフト2上には1気筒当たり単一の休止カム8を設けるだけでよく、1気筒当たり一対の休止カムを要する特許文献1のエンジン等に比較して、カムシャフト2の全長を短縮化できると共に、カムシャフト2の加工工数を減少して製造コストを低減することができる。
ここで、被動ロッカアーム11,43を揺動規制するだけの休止カム8は機能面では幅狭で十分であるが、カム加工上の制限により休止カム8は隣接するカムに対してある程度離間させる必要がある。具体的には、カム研磨時において隣接するカムへの砥石の干渉を防止するために、或いは研磨後のカムのバリ除去作業を行い易くするために、休止カム8と隣接するカムとの間には間隔が必要となることから、個々の休止カム8はカムシャフト2の軸方向にかなりの占有スペースを要し、しかも、占有スペースは気筒数倍となる。よって、1気筒当たり一対の休止カムを要する特許文献1に比較して単一の休止カム8で機能する本実施形態の動弁装置では、カムシャフト2の全長を大幅に短縮化することができる。
しかも、カムシャフト2上のカム6〜9のみならず吸排気の被動ロッカアーム11,43及び駆動ロッカアーム32,38,49も無駄なく効率よく配置できるため、動弁装置全体のコンパクト化、ひいてはエンジンのコンパクト化を達成することができる。
加えて、上記動弁装置のレイアウトでは、図7に示すように吸気被動ロッカアーム11のボス部12と排気被動ロッカアーム43のボス部44とが休止カム8を挟んで一部を互いに重合させている。つまり、吸排気の被動ロッカアーム11,43が休止カム8を挟んで略対向しているため、双方のボス部12,44から延設されたカム側アーム部15,47はほぼ最短距離で摺接部15a,47aを休止カム8上に当接させる。結果として吸排気の被動ロッカアーム11,43を無駄のない形状に形成して十分な強度を確保した上で重量軽減でき、ひいては動弁装置全体の慣性重量の低減を達成することができる。
一方、低速駆動ロッカアーム32、高速駆動ロッカアーム38、排気駆動ロッカアーム49のそれぞれの操作アーム部36,41はカムシャフト2の軸線方向に沿って延設され、各操作アーム部36,41の先端は対応するシリンダ部16,17,48に向けてL字状に曲折されて操作窓22,29と対応している。従って、上記被動ロッカアーム11,43のカム側アーム部15,47と同様に、各駆動ロッカアーム32,38,49の操作アーム部36,41もほぼ最短距離で先端をシリンダ部16,17,48の操作窓22,29と対応させることになり、各駆動ロッカアーム32,38,49を無駄のない形状に形成して十分な強度を確保した上で重量軽減でき、この点も動弁装置全体の慣性重量の低減に貢献する。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、気筒当たり4弁を有するV型6気筒ガソリンエンジンに適用したが、休筒機構付き動弁装置を備えたエンジンであればその種別や形式はこれに限らず、例えばディーゼルエンジンに適用したり、気筒当たり2弁の直列4気筒エンジンに適用したりしてもよい。
又、上記実施形態では、排気被動ロッカアーム43の前側に排気駆動ロッカアーム49を支承し、これらのロッカアーム43,49に対応してカムシャフト2上に排気カム7及び休止カム8を設けたが、両ロッカアーム43,49の前後及び両カム7,8の前後を逆転させてもよく、この場合でも上記実施形態で述べた動弁装置のレイアウトと全く同様の作用効果を得ることができる。
更に、上記実施形態では、吸排気の被動ロッカアーム11,43に設けたピストン18a,18b,25を駆動ロッカアーム32,38,49の操作アーム部36,41により押圧操作若しくは空振りさせることで、モード切換に応じて被動ロッカアーム11,43を揺動させたが、第1及び第2切換機構の構成はこれに限定されるものではなく、例えば特許文献1に記載されたエンジンのように、カムシャフト2の軸方向に摺動する切換ピンにより駆動ロッカアーム32,38,49と被動ロッカアーム11,43とを連結・解除するように構成してもよい。
実施形態のエンジンの休筒機構付き動弁装置が備えられたシリンダヘッドを示す平面図である。 1気筒分の動弁装置の詳細を示す部分拡大平面図である。 図2のA−A線に相当する低速カム及び排気カムの作動時を示す断面図である。 図2のA−A線に相当する低速カム及び排気カムの休止時を示す断面図である。 図2のB−B線に相当する高速カムの休止時を示す断面図である。 図2のB−B線に相当する高速カムの作動時を示す断面図である。 カムに対する駆動ロッカアーム及び被動ロッカアームの位置関係を示す部分拡大平面図である。 図7のC−C線断面図である。
符号の説明
2 カムシャフト
3 吸気ロッカシャフト(第1ロッカシャフト)
4 排気ロッカシャフト(第2ロッカシャフト)
6 低速カム(第1のカム)
7 排気カム(第3のカム)
8 休止カム(第4のカム)
9 高速カム(第2のカム)
11 吸気被動ロッカアーム(第1のロッカアーム)
12 ボス部(第1支持部)
15 カム側アーム(第1当接部)
16a 下部シリンダ(第1及び第3シリンダ)
16b 上部シリンダ(第1及び第3シリンダ)
17a シリンダ(第2シリンダ)
18a 下部ピストン(第1及び第3ピストン)
18b 上部ピストン(第1及び第3ピストン)
25 ピストン(第2ピストン)
32 低速駆動ロッカアーム(第2のロッカアーム)
36 操作アーム部(第1及び第3係合突起)
38 高速駆動ロッカアーム(第3のロッカアーム)
41 操作アーム部(第2係合突起)
43 排気被動ロッカアーム(第4のロッカアーム)
44 ボス部(第2支持部)
47 カム側アーム(第2当接部)
49 排気駆動ロッカアーム(第5のロッカアーム)
M1 第1切換機構
M2 第2切換機構

Claims (4)

  1. 先端が一対の吸気弁又は排気弁の一方に連係され、第1ロッカシャフトに揺動自在に支承される第1のロッカアームと、
    前記第1のロッカアームの一側に隣接して前記第1ロッカシャフトに揺動自在に支承され、カムシャフトに形成された第1のカムにより駆動される第2のロッカアームと、
    前記第1のロッカアームの他側に隣接して前記第1ロッカシャフトに揺動自在に支承され、前記カムシャフトの前記第1のカムと軸方向で離間した位置に形成された第2のカムにより駆動される第3のロッカアームと、
    先端が一対の吸気弁又は排気弁の他方に連係され、前記第1ロッカシャフトと平行に配置された第2ロッカシャフトに揺動自在に支承される第4のロッカアームと、
    前記第4のロッカアームに隣接して前記第2ロッカシャフトに揺動自在に支承され、前記カムシャフトの前記第1のカムと前記第2のカムとの間で該第1のカム又は第2のカムの一方に隣接して形成された第3の力ムにより駆動される第5のロッカアームと、
    前記第1のロッカアームと前記第2のロッカアーム又は第3のロッカアームとの連係有無を切り換える第1切換機構と、
    前記第4のロッカアームと前記第5のロッカアームとの連係有無を切り換える第2切換機構とを備え、
    前記カムシャフトにおける前記第1のカム又は第2のカムの他方と前記第3のカムとの間で、且つ、前記両吸気弁の中間位置及び前記両排気弁の中間位置よりも前記第1のカム又は第2のカムの他方寄りにオフセットした位置に第4のカムを形成し、前記第1のロッカアーム及び第4のロッカアームを前記第4のカムの周面に当接するよう付勢することを特徴とする内燃機関の休筒機構付き動弁装置。
  2. 前記第1のロッカアームの前記第1ロッカシャフトに対する第1支持部と、前記第4のロッカアームの前記第2ロッカシャフトに対する第2支持部とが前記第4の力ムを挟んで一部が互いに重合するように配置され、
    前記第1支持部は、前記第4のカム上で且つ前記第1支持部から第2支持部側に延設された第1当接部を有し、更に、前記第2支持部は、前記第4のカム上で且つ前記第1当接部と干渉しないように前記第2支持部から第1支持部側に延設された第2当接部を有することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の休筒機構付き動弁装置。
  3. 前記第1切換機構は、前記第1のロッカアームに形成された第1シリンダに摺動自在に装着された第1ピストン、前記第1のロッカアームに前記第1シリンダと隣接して形成された第2シリンダに摺動自在に装着された第2ピストン、前記第2のロッカアームから延設されて前記第1ピストンに係合可能に設けられた第1係合突起、及び、前記第3のロッカアームから延設されて前記第2ピストンに係合可能に設けられた第2係合突起を有し、
    前記第2切換機構は、前記第4のロッカアームに形成された第3シリンダに摺動自在に装着された第3ピストン、及び、前記第5のロッカアームから延設されて前記第3ピストンに係合可能に設けられた第3係合突起を有し、
    前記第1、第2及び第3係合突起は、前記第2、第3及び第5のロッカアームからそれぞれ前記カムシャフトの軸線方向に延び、更に該軸線方向から前記第1、第2及び第3ピストン側に曲折して延設するL字状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の休筒機構付き動弁装置。
  4. 前記第1切換機構は、前記第1のロッカアームに形成された第1シリンダに摺動自在に装着された第1ピストン、前記第1のロッカアームに前記第1シリンダと隣接して形成された第2シリンダに摺動自在に装着された第2ピストン、前記第2のロッカアームから延設されて前記第1ピストンに係合可能に設けられた第1係合突起、及び、前記第3のロッカアームから延設されて前記第2ピストンに係合自在に設けられた第2係合突起を有し、
    前記第2切換機構は、前記第4のロッカアームに形成された第3シリンダに摺動自在に装着された第3ピストン、及び、前記第5のロッカアームから延設されて前記第3ピストンに係合可能に設けられた第3係合突起を有し、
    前記第1切換機構により前記第1及び第2ピストンを前記第1及び第2係合突起と非係合位置とし、且つ前記第2切換機構により前記第3ピストンを前記第3係合突起と非係合位置とした際に、前記第1及び第4のロッカアームを前記第4力ムの周面に当接させて休止保持することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の休筒機構付き動弁装置。
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