JP4542535B2 - 可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、連結ピンの連結位置と非連結位置との間の移動を油圧によって行うことにより、伝達部材（分割型ロッカアーム等）の連結／非連結を切り換える連結切換手段を備えた可変動弁装置に関する。

リフトの異なる複数のカムが並設されたカムシャフトと、カムに対応して配置された複数のロッカアームとを備え、かつ、隣接するロッカアームを油圧駆動の連結ピンでそれぞれ連結するように構成された可変動弁機構が知られている（特許文献１参照）。

この可変動弁機構に用いる連結切換装置は、その一端に作用するコイルばねの弾発力でホームポジションを維持している連結ピンの他端に油圧を作用させることにより、コイルばねの弾発力に抗して連結ピンを移動させるように構成されている。これによると、連結ピンをホームポジションから移動させるためには、コイルばねを押し縮めることが可能な高い油圧を作用させなければならないため、油圧ポンプの能力を高めに設定しなければならない。

低油圧でも連結ピンが作動し得るようにするには、コイルばねのばね定数を低めに設定しなければならないが、そのようにすると、ホームポジションへの戻り応答性の低下を招く。そこで連結ピンの軸方向両端に加える油圧を切り換えるようにする、つまり、連結ピンを双方向とも油圧駆動することが考えられる（特許文献２参照）。
特許第３２９９３６６号公報 特開平１１−１４１３２２号公報

しかるに、双方向とも油圧駆動可能なように連結ピンを構成するためには、１組の連結切換装置について２本の油圧供給路が必要となり、例えばロッカアームシャフトに内設する１本の油路の断面積を小さくしなければならない。油路の断面積を小さくすると、作動油の流動抵抗が高まるため、却って応答性が低下するという不都合が生ずる。この影響は、駆動ステージが多くなるほど油路が多くなるために顕著となる。油路の断面積を確保するためにロッカアームシャフトの直径寸法を大きくすることは、動弁装置全体の大型化を招く上、ロッカアームの回転部の周速の増大をも招くので、現実的とは言い難い。

一方、３段以上の駆動ステージを有する可変動弁機構では、例えば、１組の連結切換装置の油圧を開放すると同時に、他の１組の連結切換装置に一時的に油圧を供給することで、瞬時に駆動ステージを切り換える場合があるが、その際に意図しない駆動ステージが一時的に確立される虞があった。すなわち、油圧が開放された連結切換装置ではコイルばねの弾発力によって連結ピンがホームポジションに復帰するが、その復帰速度は、油圧の開放にある程度の遅れが避けられないことから、油圧が供給された連結切換装置での連結ピンの移動速度より遅くなることが一般的である。その結果、両方の連結切換装置がそれぞれにロッカアームを連結する状態が生じ、望ましくない駆動ステージの下での運転が一時的に行われるのである。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、駆動ステージの切換時に意図しない駆動ステージが確立されることを防止するとともに、駆動ステージの切換応答性に優れた可変動弁機構を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、リフトの異なる３つ以上のカムが並設されたカムシャフトと、
前記カムのリフトをバルブに伝達すべく、当該カムに対応して配置された３つ以上の伝達部材と、油圧によって作動する複数本の連結ピンを有し、当該複数の連結ピンが連結位置と非連結位置との間で移動することにより、互いに隣接する伝達部材の連結／非連結を切り換える複数組の連結切換手段と、前記複数組の連結切換手段に対する油圧を制御する油圧制御手段と、前記複数組の連結切換手段に油圧を供給する複数の油圧供給路とを備えた可変動弁装置であって、前記複数組の連結切換手段は、連結ピンが一端側に移動することで連結状態となり他端側に移動することで非連結状態となる第１の連結切換手段と、連結ピンが一端側に移動することで非連結状態となり他端側に移動することで連結状態となる第２の連結切換手段とを含み、前記複数の油圧供給路は、第１の油圧供給路と第２の油圧供給路とを含み、前記第１の連結切換手段では、連結ピンの前記一端側に前記第１の油圧供給路が連通するとともに、当該連結ピンの前記他端側に前記第２の油圧供給路が連通し、前記第２の連結切換手段では、連結ピンの前記一端側に前記第１の油圧供給路が連通し、前記第１の連結切換手段には、連結ピンを前記他端側に弾発付勢する圧縮コイルばねが設けられ、前記第２の連結切換手段には、連結ピンを前記一端側に弾発付勢する圧縮コイルばねが設けられ、前記油圧制御手段は、前記伝達部材の連結／非連結の切り換えにあたって前記第１の連結切換手段を非連結側に作動させる場合、前記第２の油圧供給路の油圧を開放した後、所定の時間差をもって前記第１の油圧供給路に油圧を供給することを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の可変動弁装置において、前記連結切換手段の少なくとも１つでは、油圧を受ける２本の連結ピンの間で受圧面積を異ならせるとともに、少なくとも２組の連結切換手段の間で、一方の連結ピンへの油圧供給路を共通にしたことを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２に記載の可変動弁装置において、受圧面積が大きい連結ピンへの油圧供給路の断面積を、受圧面積が小さい連結ピンへの油圧供給路の断面積よりも大きくしたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、駆動ステージの切換時において、例えば、第１の連結切換手段の連結ピンの一側の油圧が完全に開放された後あるいは開放の途中において、その連結ピンの他側や第２の連結切換手段の連結ピンに油圧を供給することで、第１の連結切換手段の作動を第２の連結切換手段の作動と同時（あるいは、早く）することができ、意図しない駆動ステージが確立されることを防止できる。
また、請求項２の発明によれば、連結切換装置の両端に同一の油圧を加えても一方へ駆動することができるので、例えば２組の連結切換装置を３本の油圧供給路で個々に制御することが可能となる。これにより、油圧供給路の本数を少なくして各油圧供給路の断面積を大きくすることが可能となり、応答性の低下を抑制できる。
また、請求項３の発明によれば、受圧面積が大きく、より多量な作動油が必要な側への油圧供給路の断面積を大きくすることにより、油路のレイアウト効率を損なわずに応答性を高めることができる。

以下、図面を参照して、本発明をＤＯＨＣ４バルブ型ガソリンエンジンの排気側可変動弁機構に適用した一実施形態を詳細に説明する。
図１は実施形態に係る可変動弁機構の斜視図であり、図２は実施形態に係る可変動弁機構の側面図であり、図３は実施形態に係る可変動弁機構の第１駆動ステージでの概略構成図（図２中のIII−III線に沿う切断面）である。

≪実施形態の構成≫
＜可変動弁機構＞
図１，図２に示すように、エンジンのシリンダヘッド１（図１には図示せず）には、各シリンダについて一対の排気バルブ２ａ，２ｂが設けられている。これら排気バルブ２ａ，２ｂは、クランクシャフトの１／２の回転速度で回転するカムシャフト３に一体形成された５つのカム４ａ〜４ｅと、カムシャフト３の下方にカムシャフト３と平行に延設されたロッカシャフト５に揺動可能かつ相対角変位可能に枢支された５つのロッカアーム６ａ〜６ｅとの働きにより、個々に開閉駆動される。

図３に示すように、カムシャフト３には、作動角およびリフト量が相対的に大きい１つの高リフトカム４ａと、作動角およびリフト量が相対的に小さい２つの低リフトカム４ｄ，４ｅと、高リフトカム４ａと第１，第２低リフトカム４ｄ，４ｅとの中間的な作動角およびリフト量を与えられた１つの中リフトカム４ｂと、各カムのベース円部分の直径に等しい１つの休止カム４ｃとが一体に形成されている。そして、ロッカシャフト５上に互いに隣接して列設された５つのロッカアーム６ａ〜６ｅの各遊端に、各カム４ａ〜４ｅがそれぞれ対応している。なお、本実施例においては、休止カム４ｃが対応する第３ロッカアーム６ｃはスリッパ式カムフォロワとし、それ以外にはローラ式カムフォロワを設けるものとしたが、この構成に限定されないことは言うまでもない。

高リフトカム４ａが対応する第１ロッカアーム６ａは、シリンダヘッド１と一体をなす部分との間に設けられたコイルばね７の弾発力により、高リフトカム４ａとの摺接状態を常時維持するようにされている。

中リフトカム４ｂが対応する第２ロッカアーム６ｂは、閉弁方向へ常時ばね付勢された一方の排気バルブ２ａのステム端がその最遊端に当接している。

休止カム４ｃが対応する第３ロッカアーム６ｃは、閉弁方向へ常時ばね付勢された他方の排気バルブ２ｂのステム端がその最遊端に当接している。

第１低リフトカム４ｄが対応する第４ロッカアーム６ｄは、第１ロッカアーム６ａと同様に、シリンダヘッド１と一体をなす部分との間に設けられたコイルばね（図示せず）の弾発力により、第１低リフトカム４ｄとの摺接状態を常時維持するようにされている。そして第２低リフトカム４ｅが対応する第５ロッカアーム６ｅも、これと同様にして第２低リフトカム４ｅとの摺接状態を常時維持するようにされている。

互いに隣接した第１〜第５ロッカアーム６ａ〜６ｅの内部には、これらを相対角変位し得る状態と、一体的に揺動し得る状態とに切換えるために、連結切換装置が設けられている。この連結切換装置は、図３における右端から２番目の第４ロッカアーム６ｄと中央の第３ロッカアーム６ｃとの連結／非連結を切り換えるべく、ローラ式カムフォロワ８の中心と同一の軸線上に設けられた第１連結切換装置９ａと、図３における右端の第５ロッカアーム６ｅとその左隣の第４ロッカアーム６ｄとの連結／非連結を切り換えるべく、ロッカシャフト５の下方に設けられた第２連結切換装置９ｂと、中央の第３ロッカアーム６ｃとその左隣の第２ロッカアーム６ｂと左端に位置する第１ロッカアーム６ａとの連結／非連結を切り換えるべく、第２連結切換装置９ｂと同一の軸線上に設けられた第３連結切換装置９ｃとの３つの部分からなっている。

ロッカシャフト５には、断面積が比較的大きな１本の第２油圧供給路１０ｂと、断面積が比較的小さな２本の第１，第３油圧供給路１０ａ，１０ｃとが内設されている。図２に示すように、第１〜第３油圧供給路１０ａ〜１０ｃに対しては、エンジンＥＣＵ２１からの駆動指令に応じて、電磁スプール弁（油圧制御手段）２２によって油圧（エンジン油圧）が個々に供給制御される。

＜連結切換装置＞
以下、各連結切換装置について詳しく説明する。

図３における右から２番目の第４ロッカアーム６ｄには、中央の第３ロッカアーム６ｃ側へ開口する有底の第１ガイド孔１１ａが形成されている。この第１ガイド孔１１ａ内には、第１ガイド孔１１ａの底面との間に装着された圧縮コイルばね１２ａによって開口側へ向けて弾発付勢された第１連結ピン１３ａが摺合している。第１ガイド孔１１ａの直径は、底側が第１連結ピン１３ａを摺合させる寸法とされ、開口側が底側より幾分か拡径した寸法とされている。

中央の第３ロッカアーム６ｃには、第４ロッカアーム６ｄのローラ式カムフォロワ８ｄに第１低リフトカム４ｄのベース円部分が摺接する休止位置における第１ガイド孔１１ａと同心をなし、かつ、第４ロッカアーム６ｄ側へ開口する有底の第２ガイド孔１１ｂが形成されている。この第２ガイド孔１１ｂの直径は、第１ガイド孔１１ａの開口側と等しい寸法とされており、その内部には、第２連結ピン１３ｂが摺合している。

第２ガイド孔１１ｂと第２連結ピン１３ｂとは、その軸方向寸法が実質的に等しくされており、第２連結ピン１３ｂが第２ガイド孔１１ｂ内に完全に嵌入した状態で、第２連結ピン１３ｂの端面が第３ロッカアーム６ｃの右側面と略同一面となるように設定されている。また第１ガイド孔１１ａと第１連結ピン１３ａとの軸方向寸法の関係は、第１ガイド孔１１ａの底部に第１連結ピン１３ａが完全に嵌入した状態で、第２連結ピン１３ｂの軸方向寸法の半分程度が第１ガイド孔１１ａの開口側に嵌入し得るように設定されている。

第１ガイド孔１１ａの底部には、ロッカシャフト５に内設された小面積の第１油圧供給路１０ａに連通する油路１４ａが接続されている。そして第２ガイド孔１１ｂの底部には、同じくロッカシャフト５に内設された小面積の第３油圧供給路１０ｃに連通する油路１４ｂが接続されている。

これらにより、第３ロッカアーム６ｃと第４ロッカアーム６ｄとの間の連結／非連結を切り換えるための第１連結切換装置９ａが構成されている。

図３における右端の第５ロッカアーム６ｅには、その左隣の第４ロッカアーム６ｄ側へ開口する有底の第３ガイド孔１１ｃが形成されている。この第３ガイド孔１１ｃ内には、第３連結ピン１３ｃが摺合している。

第４ロッカアーム６ｄには、第４，第５ロッカアーム６ｄ，６ｅのローラ式カムフォロワ８ｄ，８ｅに第１，第２低リフトカム４ｄ，４ｅのベース円部分が摺接する休止位置において第３ガイド孔１１ｃと同心をなし、かつ、第５ロッカアーム６ｅ側へ開口する有底の第４ガイド孔１１ｄが形成されている。この第４ガイド孔１１ｄ内には、第４ガイド孔１１ｄの底面との間に装着された圧縮コイルばね１２ｂによって開口側へ向けて弾発付勢された第４連結ピン１３ｄが摺合している。第４ガイド孔１１ｄの直径は、開口側が第３ガイド孔１１ｃと等しくされ、底側が開口側より幾分か縮径した寸法とされている。

第３ガイド孔１１ｃと第３連結ピン１３ｃとは、その軸方向寸法が実質的に等しくされており、第３連結ピン１３ｃが第３ガイド孔１１ｃ内に完全に嵌入した状態で、第３連結ピン１３ｃの端面が第５ロッカアーム６ｅの左側面と略同一面となるように設定されている。また第４ガイド孔１１ｄと第４連結ピン１３ｄとの軸方向寸法の関係は、第４ガイド孔１１ｄの底部に第４連結ピン１３ｄが完全に嵌入した状態で、第３連結ピン１３ｃの軸方向寸法の半分程度が第４ガイド孔１１ｄの開口側に嵌入し得るように設定されている。

第３ガイド孔１１ｃの底部には、ロッカシャフトに内設された小面積の第１油圧供給路１０ａに連通する油路１４ｃが接続されている。そして第４ガイド孔１１ｄの底部には、第４ロッカアーム６ｄの外方へ連通するエア抜き孔１５ｄが形成されている。

これらにより、第４ロッカアーム６ｄと第５ロッカアーム６ｅとの連結／非連結を切り換えるための第２連結切換装置９ｂが構成されている。

図３における中央の第３ロッカアーム６ｃには、その左隣の第２ロッカアーム６ｂ側へ開口する有底の第５ガイド孔１１ｅが形成されている。この第５ガイド孔１１ｅは、上述の第２，第３ガイド孔１１ｂ，１１ｃよりも大径とされ、その内部には、第５連結ピン１３ｅが摺合している。

第２ロッカアーム６ｂには、第２ロッカアーム６ｂのローラ式カムフォロワ８ｂに中リフトカム４ｂのベース円部分が摺接する休止位置において第５ガイド孔１１ｅと同心をなし、かつ、両端が開口する第６ガイド孔１１ｆが形成されている。この第６ガイド孔１１ｆの直径寸法は、第３ロッカアーム６ｃ側が第５ガイド孔１１ｅと同一とされ、第１ロッカアーム６ａ側がそれよりも幾分か縮径されている。この第６ガイド孔１１ｆ内には、第６ガイド孔１１ｆに合わせて両端を異径とされた第６連結ピン１３ｆが摺合している。

第１ロッカアーム６ａには、第１，第２ロッカアーム６ａ，６ｂのローラ式カムフォロワ８ａ，８ｂに高，中リフトカム４ａ，４ｂのベース円部分が摺接する休止位置において第６ガイド孔１１ｆと同心をなし、かつ、第２ロッカアーム６ｂ側へ開口する有底の第７ガイド孔１１ｇが形されている。この第７ガイド孔１１ｇの直径は、第６ガイド孔１１ｆの縮径側と同一寸法とされ、その内部には、第７ガイド孔１１ｇの底面との間に装着された圧縮コイルばね１２ｃによって第２ロッカアーム６ｂ側へ向けて弾発付勢された第７連結ピン１３ｇが摺合している。

第７ガイド孔１１ｇと第７連結ピン１３ｇとは、その軸方向寸法が実質的に等しくされており、第７連結ピン１３ｇが第７ガイド孔１１ｇ内に完全に嵌入した状態で、第７連結ピン１３ｇの端面が第１ロッカアーム６ａの右側面と略同一面となるように設定されている。

第６ガイド孔１１ｆと第６連結ピン１３ｆとの軸方向寸法の関係は、両者の全長が互いに等しく、第６ガイド孔１１ｆに第６連結ピン１３ｆが完全に嵌入した状態で、第６連結ピン１３ｆの両端面が第２ロッカアーム６ｂの両側面と略同一面となるように設定されている。そして第５連結ピン１３ｅの軸方向寸法は、第５連結ピン１３ｅが第５ガイド孔１１ｅ内に完全に嵌入した状態で、第６連結ピン１３ｆの半分程度が第５ガイド孔１１ｅ内に嵌入し、同時に第７連結ピン１３ｇの半分程度が第６ガイド孔１１ｆ内に嵌入するように設定されている。

第５ガイド孔１１ｅの底部には、ロッカシャフト５に内設された大面積の第２油圧供給路１０ｂに連通する油路１４ｅが接続されている。そして第７ガイド孔１１ｇの底部には、同じくロッカシャフト５に内設された小面積の第３油圧供給路１０ｃに連通する油路１４ｇが接続されている。また第６ガイド孔１１ｆの径違いの部分には、第２ロッカアーム６ｂの外方へ連通するエア抜き孔１５ｆが形成されている。

これらにより、第１〜第３ロッカアーム６ａ〜６ｃの連結／非連結を切り換えるための第３連結切換装置９ｃが構成されている。

≪実施形態の作用≫
［駆動ステージ］
上述の各連結切換装置９ａ〜９ｃは、エンジンＥＣＵ２１からの駆動指令に基づき、電磁スプール弁２２が３本の油圧供給路１０ａ〜１０ｃから各ガイド孔１１ａ〜１１ｇ内の各連結ピン１３ａ〜１３ｇの端面に対して油圧を供給または開放させることによって作動し、バルブリフトの異なる４つの駆動ステージを確立する。以下、各油路１４ａ〜１４ｇに対する油圧の作用情況の違いに対応した各連結切換装置９ａ〜９ｃの作動による２つの排気バルブ２ａ，２ｂの各駆動ステージについて説明する。

＜第１駆動ステージ＞
第１〜第３油圧供給路１０ａ〜１０ｃの油圧を開放すると、第１〜第３連結切換装置９ａ〜９ｃには、それぞれ圧縮コイルばね１２ａ〜１２ｃのばね力のみが作用する。

この場合、図３に示すように、第１連結切換装置９ａの第１連結ピン１３ａに作用する圧縮コイルばね１２ａのばね力により、第３ロッカアーム６ｃの第２ガイド孔１１ｂ底に第２連結ピン１３ｂが押し当てられるので、第３ロッカアーム６ｃと第４ロッカアーム６ｄとの連結が断たれて両ロッカアーム６ｃ，６ｄは互いに独立して揺動可能となる。また、第２連結切換装置９ｂの第４連結ピン１３ｄに作用する圧縮コイルばね１２ｂのばね力により、第５ロッカアーム６ｅの第３ガイド孔１１ｃ底に第３連結ピン１３ｃが押し当てられるので、第４ロッカアーム６ｄと第５ロッカアーム６ｅとの連結が断たれて両ロッカアーム６ｄ，６ｅは互いに独立して揺動可能となる。そして、第３連結切換装置９ｃは、第７連結ピン１３ｇに作用する圧縮コイルばね１２ｃのばね力により、第３ロッカアーム６ｃの第５ガイド孔１１ｅ底に第５連結ピン１３ｅが押し当てられ、第６連結ピン１３ｆの半分が第５ガイド孔１１ｅ内に嵌入して第２ロッカアーム６ｂと第３ロッカアーム６ｃ間に跨り、第７連結ピン１３ｇの半分が第６ガイド孔１１ｆ内に嵌入して第１ロッカアーム６ａと第２ロッカアーム６ｂ間に跨り、これらによって第１〜第３ロッカアーム６ａ〜６ｃが互いに一体的に結合される。

この状態にあっては、第１ロッカアーム６ａに作用する高リフトカム４ａのカムプロフィールにより、第２，第３ロッカアーム６ｂ，６ｃに連結された２つの排気バルブ２ａ，２ｂが同時に開弁駆動される。この時、第４ロッカアーム６ｄは第１低リフトカム４ｄに駆動され、第５ロッカアーム６ｅは第２低リフトカム４ｅに駆動されるが、第３〜第５ロッカアーム６ｃ〜６ｅが互いに独立して揺動するので、これらの運動は両排気バルブ２ａ，２ｂの運動に影響を及ぼさない。

＜第２駆動ステージ＞
第１，第３油圧供給路１０ａ，１０ｃの油圧を開放し、第２油圧供給路１０ｂへのみ油圧を供給すると、第１，第２連結切換装置９ａ，９ｂには、それぞれ圧縮コイルばね１２ａ，１２ｂのばね力が作用し、第３連結切換装置９ｃの第５連結ピン１３ｅにのみ油圧が作用する。

この場合、図４に示すように、第１連結切換装置９ａの第１連結ピン１３ａに作用する圧縮コイルばね１２ａのばね力により、第３ロッカアーム６ｃの第２ガイド孔１１ｂ底に第２連結ピン１３ｂが押し当てられるので、第３ロッカアーム６ｃと第４ロッカアーム６ｄとの連結が断たれて両ロッカアーム６ｃ，６ｄは互いに独立して揺動可能となる。また、第２連結切換装置９ｂの第４連結ピン１３ｄに作用する圧縮コイルばね１２ｂのばね力により、第５ロッカアーム６ｅの第３ガイド孔１１ｃ底に第３連結ピン１３ｃが押し当てられるので、第４ロッカアーム６ｄと第５ロッカアーム６ｅとの連結が断たれて両ロッカアーム６ｄ，６ｅは互いに独立して揺動可能となる。そして第３連結切換装置９ｃには、大径の第５連結ピン１３ｅにのみ第２油圧供給路１０ｂの油圧が作用するので、第７連結ピン１３ｇに作用する圧縮コイルばね１２ｃのばね力に抗して第１ロッカアーム６ａの第７ガイド孔１１ｇ内に第７連結ピン１３ｇを第５連結ピン１３ｅが押し込む。これにより、第１ロッカアーム６ａと第２ロッカアーム６ｂ間の連結と、第２ロッカアーム６ｂと第３ロッカアーム６ｃ間の連結とが断たれ、第１〜第３ロッカアーム６ａ〜６ｃは互いに独立して揺動可能となる。つまり全てのロッカアームが互いに独立して揺動可能となる。

この状態にあっては、第１ロッカアーム６ａに作用する高リフトカム４ａのカムプロフィール、第４ロッカアーム６ｄに作用する第１低リフトカム４ｄのカムプロフィール、および第５ロッカアーム６ｅに作用する第２低リフトカム４ｅのカムプロフィールは他のロッカアームに影響を及ぼさず、また第３ロッカアーム６ｃに連結された他方の排気バルブ２ｂは、第３ロッカアーム６ｃに休止カム４ｃが摺接しているので閉弁状態を維持し、第２ロッカアーム６ｂに連結された一方の排気バルブ２ａが中リフトカム４ｂのカムプロフィールによって開弁駆動される。つまり、一方の排気バルブ２ａのみが中リフトカム４ｂのカムプロフィールによって開弁駆動され、他方の排気バルブ２ｂは休止状態となる。

例えば、火花点火と予混合圧縮点火とを併用したエンジンにおいて、火花点火から予混合圧縮点火への切換は、予混合圧縮点火が火花点火に比して燃焼が不安定なため、迅速かつ確実に行える必要がある。そこで上記実施例に示したように、第３連結切換装置９ｃを分離側へ移動させる第５連結ピン１３ｅの受圧面の面積をより大きく設定するとともに、第５連結ピン１３ｅに油圧を供給する第２油圧供給路１０ｂの断面積をより大きく設定するものとすれば、第３連結切換装置９ｃの分離動作をより一層確実化することができる。

＜第３駆動ステージ＞
第１油圧供給路１０ａの油圧を開放し、第２，第３油圧供給路１０ｂ，１０ｃへ油圧を供給すると、第１連結切換装置９ａには、第２連結ピン１３ｂに油圧が作用し、第２連結切換装置９ｂには、圧縮コイルばね１２ｂのばね力が作用し、第３連結切換装置９ｃには、第５連結ピン１３ｅと第７連結ピン１３ｇの両方に油圧が作用する。

この場合、図５に示すように、第１連結切換装置９ａは、第１連結ピン１３ａに作用する圧縮コイルばね１２ａのばね力に抗して、第４ロッカアーム６ｄの第１ガイド孔１１ａ内に第１連結ピン１３ａを第２連結ピン１３ｂが押し込む。これにより、第２連結ピン１３ｂの半分が第１ガイド孔１１ａ内に嵌入して第３ロッカアーム６ｃと第４ロッカアーム６ｄ間に跨り、第３，第４ロッカアーム６ｃ，６ｄが互いに一体的に結合される。また、第２連結切換装置９ｂは、第４連結ピン１３ｄに作用する圧縮コイルばね１２ｂのばね力により、第５ロッカアーム６ｅの第３ガイド孔１１ｃ内に第３連結ピン１３ｃを第４連結ピン１３ｄが押し込む。これにより、第４ロッカアーム６ｄと第５ロッカアーム６ｅとの連結が断たれ、第４ロッカアーム６ｄと第５ロッカアーム６ｅとは互いに独立して揺動可能となる。そして第３連結切換装置９ｃは、第５連結ピン１３ｅの受圧面積がより大きいので、第７連結ピン１３ｇに作用する圧縮コイルばね１２ｃのばね力と油圧との合力に抗して第１ロッカアーム６ａの第７ガイド孔１１ｇ内に第７連結ピン１３ｇを第５連結ピン１３ｅが押し込む。これにより、第１ロッカアーム６ａと第２ロッカアーム６ｂ間の連結と、第２ロッカアーム６ｂと第３ロッカアーム６ｃ間の連結とが断たれ、第１〜第３ロッカアーム６ａ〜６ｃは互いに独立して揺動可能となる。

この状態にあっては、第１ロッカアーム６ａに作用する高リフトカム４ａのカムプロフィール、および第５ロッカアーム６ｅに作用する第２低リフトカム４ｅのカムプロフィールは他のロッカアームに何の影響も及ぼさず、第２ロッカアーム６ｂに連結された一方の排気バルブ２ａが中リフトカム４ｂのカムプロフィールによって開弁駆動され、第３，第４ロッカアーム６ｃ，６ｄが第１連結切換装置９ａで一体的に連結されているので、第３ロッカアーム６ｃに連結された他方の排気バルブ２ｂが、第１低リフトカム４ｄのカムプロフィールによって開弁駆動される。つまり２つの排気バルブ２ａ，２ｂが互いに異なる特性で駆動される。

なお、図４に示した状態において、第４ロッカアーム６ｄに片持ち支持されていたローラ式カムフォロワ８ｄは、図５に示す状態においては、第３，第４ロッカアーム６ｃ，６ｄによって両持ち支持される。このように、第１低リフトカム４ｄのカムプロフィールが他方の排気バルブ２ｂに伝達されない状態、即ち、ローラ式カムフォロワ８ｄに作用する応力が小さい場合にはこれを片持ち支持とすることにより、第４ロッカアーム６ｄのロッカシャフト５の軸線方向寸法を従来のローラ式カムフォロワを両持ち支持する構造に比して小さくすることができる。そして第１低リフトカム４ｄによって他方の排気バルブ２ｂがリフトされる状態では、第３，第４両ロッカアーム６ｃ，６ｄによってローラ式カムフォロワ８ｄを両持ち支持させるものとすることにより、ローラ式カムフォロワ８ｄの支持剛性を確保することができる。

＜第４駆動ステージ＞
第１〜第３の全ての油圧供給路１０ａ〜１０ｃへ油圧を等しく供給すると、第１連結切換装置９ａには、第１連結ピン１３ａおよび第２連結ピン１３ｂに油圧が作用し、第２連結切換装置９ｂには、第３連結ピン１３ｃに油圧が作用し、第３連結切換装置９ｃには、第５連結ピン１３ｅと第７連結ピン１３ｇの両方に油圧が作用する。

この場合、第１連結切換装置９ａの第１連結ピン１３ａの受圧面積より第２連結ピン１３ｂの受圧面積の方が大きいので、図６に示すように、第１連結ピン１３ａに作用する圧縮コイルばね１２ａのばね力と油圧との合力に抗して第２連結ピン１３ｂが第１連結ピン１３ａを第４ロッカアーム６ｄの第１ガイド孔１１ａ内に押し込んだ状態、つまり第３，第４ロッカアーム６ｃ，６ｄが互いに一体的に結合された状態に維持される。また、第３連結切換装置９ｃも上述の状態、つまり第１〜第３ロッカアーム６ａ〜６ｃが互いに独立して揺動可能な状態に維持される。そして第２連結切換装置９ｂは、第３連結ピン１３ｃに作用する油圧により、圧縮コイルばね１２ｂのばね力に抗して第３連結ピン１３ｃが第４連結ピン１３ｄを第４ロッカアーム６ｄの第４ガイド孔１１ｄ内に押し込む。これにより、第３連結ピン１３ｃの半分が第４ガイド孔１１ｄ内に嵌入して第４ロッカアーム６ｄと第５ロッカアーム６ｅ間に跨り、第４，第５ロッカアーム６ｄ，６ｅが互いに一体的に結合される。

この状態にあっては、第１ロッカアーム６ａに作用する高リフトカム４ａのカムプロフィールは他のロッカアームに何の影響も及ぼさず、第２ロッカアーム６ｂに連結された一方の排気バルブ２ａが中リフトカム４ｂのカムプロフィールによって開弁駆動される。また、第３〜第５ロッカアーム６ｃ〜６ｅが第１，第２連結切換装置９ａ，９ｂで一体的に連結され、第３ロッカアーム６ｃに連結された他方の排気バルブ２ｂが、第１，第２低リフトカム４ｄ，４ｅのカムプロフィールによって開弁駆動される。つまり２つの排気バルブ２ａ，２ｂが互いに異なる特性で駆動される。ここで、２つの低リフトカム４ｄ，４ｅは、その位相角が互いに異なっており、特に第２低リフトカム４ｅは、吸気行程で開弁するようにそのタイミングが設定されている。これにより、吸気行程で他気筒からの高温の排気を導入し、着火性の向上を図ることができる。

本実施形態の連結切換装置においては、第１連結切換装置９ａの第２連結ピン１３ｂならびに第３連結切換装置９ｃの第７連結ピン１３ｇには、共通の第３油圧供給路１０ｃから油圧が供給され、第１連結切換装置９ａの第１連結ピン１３ａには第１油圧供給路１０ａから油圧が供給され、第３連結切換装置９ｃの第５連結ピン１３ｅには第２油圧供給路１０ｂから油圧が供給される。そして両連結切換装置９ａ，９ｃの両受圧面の面積は、互いに異なるものとされている（第２連結ピン１３ｂ＞第１連結ピン１３ａ，第５連結ピン１３ｅ＞第７連結ピン１３ｇ）。従って、３つの油圧供給路１０ａ〜１０ｃに対して油圧を適宜給排することにより、第１，第３連結切換装置９ａ，９ｃを同時にあるいは片方ずつ自由に双方向へ駆動することが可能である。以下にその作動要領について説明する。

両連結切換装置９ａ，９ｃをともに連結状態にしたい時（第１：接，第３：接）には、第３油圧供給路１０ｃのみに油圧を供給する（第１：ＯＦＦ，第２：ＯＦＦ，第３：ＯＮ）。
両連結切換装置９ａ，９ｃをともに分離状態にしたい時（第１：断，第３：断）には、第１，第２油圧供給路１０ａ，１０ｂに油圧を供給する（第１：ＯＮ，第２：ＯＮ，第３：ＯＦＦ）。ただし、第１連結切換装置９ａには圧縮コイルばね１２ａが存在するため、第１油圧供給路１０ａに油圧を供給しない場合もある。
第１連結切換装置９ａを分離し、第３連結切換装置９ｃを連結したい時（第１：断，第３：接）には、第１油圧供給路１０ａに油圧を供給する（第１：ＯＮ，第２：ＯＦＦ，第３：ＯＦＦ）。ただし、第１連結切換装置９ａには圧縮コイルばね１２ａが存在するため、第１油圧供給路１０ａに油圧を供給しない場合もある。
第１連結切換装置９ａを連結し、第３連結切換装置９ｃを分離したい時（第１：接，第３：断）には、第２，第３油圧供給路１０ｂ，１０ｃに油圧を供給する（第１：ＯＦＦ，第２：ＯＮ，第３：ＯＮ）。

以上の作動特性をエンジンの運転状態に応じて適切に切り換えることにより、例えば、火花点火と予混合圧縮点火とを併用した上で、広い運転範囲に渡る出力特性の向上を実現することができる。勿論、本発明は、火花点火と予混合圧縮点火とを切り換えるエンジンのみならず、作動特性を多段に切り換える可変動弁装置に等しく適用可能である。

なお、上記実施例における第１連結切換装置９ａの圧縮コイルばね１２ａおよび第３連結切換装置９ｃの圧縮コイルばね１２ｃは、油圧がどちらの方向にもかかっていない状態での各連結ピンの偏りを防止するためのものであり、応答性は特に要求されないので、連結ピンをリターン駆動するための第２連結切換装置９ｂの圧縮コイルばね１２ｂに比してばね定数は低くても良い。

［駆動ステージの切換］
前述した駆動ステージはエンジンの運転状態によって適時切り換えられるが、その切り換えは、連結ピンやロッカアームの摩耗や変形等を抑制すべく、瞬間的に行われることが望ましい。そのため、本実施形態では、１つの油圧供給路から油圧を開放すると同時に、他の油圧供給路に一時的に油圧を供給することで、瞬時に駆動ステージを切り換えるようにしている。以下、駆動ステージの切換制御の手順を、２つの場合を例にして説明する。

＜第３駆動ステージから第２駆動ステージへ＞
エンジンＥＣＵ２１は、可変動弁機構を第３駆動ステージ（図５）から第２駆動ステージ（図４）に切り換える場合、第３油圧供給路１０ｃの油圧を開放することになるが、この際、第１連結切換装置９ａの第１ガイド孔１１ａ内に第１連結ピン１３ａを瞬間的に押し込むべく、第１油圧供給路１０ａに油圧を一時的に供給する。しかしながら、第３油圧供給路１０ｃの油圧の開放と第１油圧供給路１０ａへの油圧の供給とを同時に行った場合、第２ガイド孔１１ｂに印可されていた油圧の開放に遅れが生じ、第１連結ピン１３ａの円滑な進入が抑制される。そのため、第１連結ピン１３ａが第２連結ピン１３ｂを第２ガイド孔８ｂ内に完全に押し込む（すなわち、第１連結切換装置９ａが分離状態となる）前に、第２連結切換装置９ｂの第３連結ピン１３ｃの端部が第４ガイド孔１１ｄ内に進入して、ごく短時間ではあるが第４駆動ステージが確立されてしまうことになる。

そこで、本実施形態では、図７のタイムチャートに示すように、第３油圧供給路１０ｃの油圧を開放した後、所定の時間差ｔ１をもって第１油圧供給路１０ａへの油圧の供給を行う。すると、第３油圧供給路１０ｃの油圧（すなわち、第２ガイド孔１１ｂに印可されていた油圧）が開放された時点で、図８（ａ）に示すように、圧縮コイルばね１２ａの弾発力によって第１連結ピン１３ａが第１ガイド孔１１ａ内に若干進入し始める。次に、第１油圧供給路１０ａへ油圧が供給された時点で、図８（ｂ）に示すように、第１連結ピン１３ａが第１ガイド孔１１ａ内に押し込まれる一方、第２連結ピン１３ｂの端部が第２ガイド孔１１ｂ内に進入し始める。

本実施形態では、第１連結ピン１３ａが圧縮コイルばね１２ａの弾発力によって進入方向に付勢されるのに対し、第２連結ピン１３ｂは圧縮コイルばね１２ｂの弾発力に抗して進入するため、第１連結ピン１３ａの移動速度が第２連結ピン１３ｂの移動速度より有意に高くなる。その結果、第１連結ピン１３ａは、第３連結ピン１３ｃの端部が第４ガイド孔１１ｄ内に進入し始めると同時に（あるいは、進入する前に）、第１ガイド孔１１ａ内に完全に押し込まれ、意図しない第４駆動ステージが確立されることがなくなる。なお、第２駆動ステージが確立された後に第１油圧供給路１０ａの油圧が開放されると、図４に示すように、第３連結ピン１３ｃは、圧縮コイルばね１２ｂの弾発力によって元位置に復帰する。

＜第２駆動ステージから第１駆動ステージへ＞
エンジンＥＣＵ２１は、可変動弁機構を第２駆動ステージ（図４）から第１駆動ステージ（図３）に切り換える場合、第２油圧供給路１０ｂの油圧を開放することになるが、この際、第３連結切換装置９ｃの第６，第７連結ピン１３ｆ，１３ｇを第５，第６ガイド孔１１ｅ，１１ｆに瞬間的に押し込むべく、第３油圧供給路１０ｃに油圧を一時的に供給する。しかしながら、第２油圧供給路１０ｂの油圧の開放と第３油圧供給路１０ｃへの油圧の供給とを同時に行った場合、第５ガイド孔１１ｅに印可されていた油圧の開放に遅れが生じ、第６，第７連結ピン１３ｆ，１３ｇの円滑な進入が抑制される。そのため、第６，第７連結ピン１３ｆ，１３ｇが第５，第６ガイド孔１１ｅ，１１ｆ内に進入する（すなわち、第３連結切換装置９ｃが連結状態となる）前に、第１連結切換装置９ａの第２連結ピン１３ｂの端部が第１ガイド孔１１ａ内に進入して、ごく短時間ではあるが第３駆動ステージが確立されてしまうことになる。

そこで、本実施形態では、図９のタイムチャートに示すように、第２油圧供給路１０ｂの油圧を開放した後、所定の時間差ｔ２をもって第３油圧供給路１０ｃへの油圧の供給を行う。すると、第２油圧供給路１０ｂの油圧（すなわち、第５ガイド孔１１ｅに印可されていた油圧）が開放された時点で、図１０（ａ）に示すように、圧縮コイルばね１２ｃの弾発力によって第６，第７連結ピン１３ｆ，１３ｇが第５，第６ガイド孔１１ｅ，１１ｆ側に若干進入し始める。次に、第３油圧供給路１０ｃへ油圧が供給された時点で、図１０（ｂ）に示すように、第６，第７連結ピン１３ｆ，１３ｇが第５，第６ガイド孔１１ｅ，１１ｆ側に更に押し込まれる一方、第１連結ピン１３ａの端部が第２ガイド孔１１ｂから第１ガイド孔１１ａ側に進入し始める。

本実施形態では、第６，第７連結ピン１３ｆ，１３ｇが圧縮コイルばね１２ｃの弾発力によって進入方向に付勢されるのに対し、第１連結ピン１３ａは圧縮コイルばね１２ａの弾発力に抗して進入するため、第６，第７連結ピン１３ｆ，１３ｇの移動速度が第１連結ピン１３ａの移動速度より有意に高くなる。その結果、第６，第７連結ピン１３ｆ，１３ｇは、第２連結ピン１３ｂの端部が第１ガイド孔１１ａ側に進入し始めると同時に（あるいは、進入する前に）、第５，第６ガイド孔１１ｅ，１１ｆ内に完全に押し込まれる。また、第６，第７連結ピン１３ｆ，１３ｇが第５，第６ガイド孔１１ｅ，１１ｆ側に少しでも押し込まれると、第１〜第３ロッカアーム６ａ〜６ｃが互いに一体的に結合されて第１駆動ステージが確立されるため、第２連結ピン１３ｂの端部が第１ガイド孔１１ａ側に進入しても第３駆動ステージが確立されることがなくなる。なお、第１駆動ステージが確立された後に第３油圧供給路１０ｃの油圧が開放されると、図３に示すように、第１連結ピン１３ａは、圧縮コイルばね１２ａの弾発力によって元位置に復帰する。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態は本発明を４つの駆動ステージを有するガソリンエンジンの排気側可変動弁機構に適用したものであるが、３つあるいは５つ以上の駆動ステージを有する可変動弁機構に適用してもよいし、ディーゼルエンジンの吸気側可変動弁機構等に適用してもよい。また、駆動ステージの切換については、上述した２つの場合（第３駆動ステージから第２駆動ステージ、第２駆動ステージから第１駆動ステージ）に限るものではないし、その際における油圧の供給／開放タイミングは各連結切換手段の構成や設置形態等に応じて設定する必要がある。その他、可変動弁機構の具体的構成等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

可変動弁機構の斜視図である。 可変動弁機構の側面図である。 可変動弁機構の第１駆動ステージでの概略構成図である。 可変動弁機構の第２駆動ステージでの概略構成図である。 可変動弁機構の第３駆動ステージでの概略構成図である。 可変動弁機構の第４駆動ステージでの概略構成図である。 駆動ステージ切換時における油圧制御の手順を示すタイムチャートである。 駆動ステージ切換時における可変動弁機構の作動手順を示す説明図である。 駆動ステージ切換時における油圧制御の手順を示すタイムチャートである。 駆動ステージ切換時における可変動弁機構の作動手順を示す説明図である。

符号の説明

２ａ 排気バルブ（バルブ）
２ｂ 排気バルブ（バルブ）
３ カムシャフト
４ａ 高リフトカム（カム）
４ｂ 中リフトカム（カム）
４ｃ 休止カム（カム）
４ｄ 第１低リフトカム（カム）
４ｅ 第２低リフトカム（カム）
５ ロッカシャフト
６ａ 第１ロッカアーム（伝達部材）
６ｂ 第２ロッカアーム（伝達部材）
６ｃ 第３ロッカアーム（伝達部材）
６ｄ 第４ロッカアーム（伝達部材）
６ｅ 第５ロッカアーム（伝達部材）
９ａ 第１連結切換装置（連結切換手段）
９ｂ 第２連結切換装置（連結切換手段）
９ｃ 第３連結切換装置（連結切換手段）
１０ａ 第１油圧供給路
１０ｂ 第２油圧供給路
１０ｃ 第３油圧供給路
１３ａ 第１連結ピン
１３ｂ 第２連結ピン
１３ｃ 第３連結ピン
１３ｄ 第４連結ピン
１３ｅ 第５連結ピン
１３ｆ 第６連結ピン
１３ｇ 第７連結ピン
２２ 電磁スプール弁（油圧制御手段）
２１ エンジンＥＣＵ

Claims (3)

1. リフトの異なる３つ以上のカムが並設されたカムシャフトと、
   前記カムのリフトをバルブに伝達すべく、当該カムに対応して配置された３つ以上の伝達部材と、
   油圧によって作動する複数本の連結ピンを有し、当該複数の連結ピンが連結位置と非連結位置との間で移動することにより、互いに隣接する伝達部材の連結／非連結を切り換える複数組の連結切換手段と、
   前記複数組の連結切換手段に対する油圧を制御する油圧制御手段と、
   前記複数組の連結切換手段に油圧を供給する複数の油圧供給路と
   を備えた可変動弁装置であって、
   前記複数組の連結切換手段は、連結ピンが一端側に移動することで連結状態となり他端側に移動することで非連結状態となる第１の連結切換手段と、連結ピンが一端側に移動することで非連結状態となり他端側に移動することで連結状態となる第２の連結切換手段とを含み、
   前記複数の油圧供給路は、第１の油圧供給路と第２の油圧供給路とを含み、
   前記第１の連結切換手段では、連結ピンの前記一端側に前記第１の油圧供給路が連通するとともに、当該連結ピンの前記他端側に前記第２の油圧供給路が連通し、
   前記第２の連結切換手段では、連結ピンの前記一端側に前記第１の油圧供給路が連通し、
   前記第１の連結切換手段には、連結ピンを前記他端側に弾発付勢する圧縮コイルばねが設けられ、
   前記第２の連結切換手段には、連結ピンを前記一端側に弾発付勢する圧縮コイルばねが設けられ、
   前記油圧制御手段は、前記伝達部材の連結／非連結の切り換えにあたって前記第１の連結切換手段を非連結側に作動させる場合、前記第２の油圧供給路の油圧を開放した後、所定の時間差をもって前記第１の油圧供給路に油圧を供給することを特徴とする可変動弁装置。
2. 前記連結切換手段の少なくとも１つでは、油圧を受ける２本の連結ピンの間で受圧面積を異ならせるとともに、
   少なくとも２組の連結切換手段の間で、一方の連結ピンへの油圧供給路を共通にしたことを特徴とする、請求項１に記載された可変動弁装置。
3. 受圧面積が大きい連結ピンへの油圧供給路の断面積を、受圧面積が小さい連結ピンへの油圧供給路の断面積よりも大きくしたことを特徴とする、請求項２に記載された可変動弁装置。

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