JP4993034B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の可変動弁装置に関する。

日本特開平１１−２８７１３９号公報には、吸気弁あるいは排気弁の開弁特性を可変とする可変動弁装置であって、リフトが異なる複数のカムによって駆動される複数のロッカーアームと、ピン（連結ピストン）を介してこれらのロッカーアームを連結する状態と、その連結を解除する状態とを切り換える切換機構とを備えた装置が開示されている。

また、日本実開昭６１−４８９０５号公報には、ロッカーアームに油圧式ラッシュアジャスタを設置し、この油圧式ラッシュアジャスタがバルブステムと当接している動弁機構が開示されている。この動弁機構では、油圧式ラッシュアジャスタにオイルを供給するための給油路がロッカーアームの内部に形成されている。そして、ロッカーアームを支持するロッカーシャフトの内部に形成された油路内のオイルが、上記給油路を介して、油圧式ラッシュアジャスタに供給される。

日本特開平１１−２８７１３９号公報 日本実開昭６１−４８９０５号公報 日本特開２００６−５７５３５号公報

日本特開平１１−２８７１３９号公報に開示された可変動弁装置では、ロッカーアームの中央部に、カムとの摩擦抵抗を低減するためのローラーや、上記切換機構のピンが設置されている。このようなロッカーアームに油圧式ラッシュアジャスタを設置する場合を想定すると、油圧式ラッシュアジャスタ自体の設置スペースや油圧供給のための給油路の設置スペースを確保するために、ロッカーアームを長くする必要が生じたり、カムシャフトの位置を高くする必要が生じたりする。その結果、動弁系全体が大型化するだけでなく、ロッカーアームの慣性モーメントが大きくなるので、動弁系の等価慣性質量が増大し、バルブスプリング荷重を大きくする必要が生じ、フリクションが増大する。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、ロッカーアームに油圧式ラッシュアジャスタを設置した可変動弁装置において、ロッカーアームの小型化およびフリクションの低減が図れる可能な内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の可変動弁装置であって、
回転するカムシャフトに設けられたカムと、
前記カムに接触し、前記カムが回転することにより揺動する第１ロッカーアームと、
前記カムと同軸上に配置され、前記カムよりリフトが小さいか、またはリフトがゼロであり、ベース円の半径が前記カムのベース円の半径より小さい低リフトカムと、
前記第１ロッカーアームの隣に配置され、前記低リフトカムに接触可能な第２ロッカーアームと、
前記第１ロッカーアームおよび前記第２ロッカーアームに形成されたピン挿入孔と、前記ピン挿入孔に挿入されるピンとを有し、前記ピンを介して前記第１ロッカーアームと前記第２ロッカーアームとを相互に連結する連結状態と、その連結を解除した非連結状態とに切り換え可能な切換機構と、
前記第２ロッカーアームの、揺動中心と反対側の端部に設置された油圧式ラッシュアジャスタと、
前記油圧式ラッシュアジャスタを介して前記第２ロッカーアームに押圧されることによって開くバルブと、
前記第２ロッカーアームの内部に形成され、前記油圧式ラッシュアジャスタにオイルを供給する給油路と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記切換機構は、前記ピンを前記連結状態の位置と前記非連結状態の位置とに変位させるピン移動機構を有し、
前記ピン移動機構は、油圧以外の力によって前記ピンを変位させることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記第１ロッカーアームは、前記カムと接触する部位にローラーを有しており、
前記第２ロッカーアームは、ローラーを介さずに前記低リフトカムと接触することを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記ピンは、前記第１ロッカーアームが備えるローラーと同心的に設けられていることを特徴とする。

また、第５の発明は、第３または第４の発明において、
前記給油路は、前記低リフトカムに対する前記第２ロッカーアームの接触面と、前記第２ロッカーアームに形成されたピン挿入孔との間を通っていることを特徴とする。

また、第６の発明は、第３乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記第２ロッカーアームは、前記給油路内のオイルを前記第２ロッカーアームと前記低リフトカムとの接触部分に供給する潤滑用給油路と、前記第２ロッカーアームが揺動するときに前記潤滑用給油路を封鎖する給油停止弁とを有していることを特徴とする。

また、第７の発明は、第３乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記低リフトカムに対する前記第２ロッカーアームの接触面は、前記低リフトカムのベース円の半径より曲率半径の大きい凹曲面になっていることを特徴とする。

また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記低リフトカムは、リフトがゼロであり、前記カムシャフトに対し、転がり軸受を介して設置されていることを特徴とする。

また、第９の発明は、第１乃至第８の発明の何れかにおいて、
前記カムの両隣に配置された一対の前記低リフトカムと、
前記第１ロッカーアームの両隣に配置された一対の前記第２ロッカーアームと、
を備えることを特徴とする。

また、第１０の発明は、第１乃至第９の発明の何れかにおいて、
前記第２ロッカーアームの内部に形成された給油路は、一直線状に形成されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、第２ロッカーアームに油圧式ラッシュアジャスタを設置したことにより、バルブクリアランスをバルブ毎に独立に吸収することができる。また、第２ロッカーアームと接触する低リフトカムのベース円半径を、第１ロッカーアームと接触するカムのベース円半径よりも小さくしたことにより、油圧式ラッシュアジャスタの搭載位置を揺動中心に近づけることができる。このため、第２ロッカーアームの慣性モーメントの増大を抑制することができるので、動弁系の等価慣性質量の増大が抑制され、フリクションを低減することができる。更に、上記低リフトカムのベース円半径を上記カムのベース円半径より小さくしたことにより、必然的に、第２ロッカーアームのピンと低リフトカムのベース円との間の距離が大きくなる。従って、第２ロッカーアームのピンと低リフトカムのベース円との間に、給油路（油圧式ラッシュアジャスタへの給油路）を形成するスペースを大きく確保することができる。このため、上記給油路を容易に形成することができる。

第２の発明によれば、切換機構のピン移動機構は油圧以外の力によってピンを変位させるので、ピン移動機構に油圧を供給する必要はない。これに対し、油圧によってピンを移動させる構成の場合には、ピンを移動可能な高い油圧を第２ロッカーアームに供給することが必要となる。そのような高い油圧が、油圧式ラッシュアジャスタに供給されると、油圧式ラッシュアジャスタが必要以上に伸長してバルブの閉じが不完全となるポンプアップが生じ易くなる。これに対し、第２の発明によれば、ピン移動機構が油圧を必要としないので、第２ロッカーアームに供給する油圧の大きさを油圧式ラッシュアジャスタに好適な大きさにすることができる。このため、ポンプアップの発生を確実に防止することができる。

第３の発明によれば、第２ロッカーアームのローラーを省略したことにより、第２ロッカーアーム内に十分なスペースを確保することができる。このため、給油路を特に容易に形成することができる。

第４の発明によれば、切換機構のピンを、第１ロッカーアームが備えるローラーと同心的に設けたことにより、スペースを有効に利用することができ、第１ロッカーアームの小型化が図れる。

第５の発明によれば、低リフトカムに対する第２ロッカーアームの接触面と、第２ロッカーアームに形成されたピン挿入孔との間に給油路を通したことにより、給油路の設置スペースを十分に確保することができる。このため、給油路を特に容易に形成することができる。

第６の発明によれば、第２ロッカーアームと低リフトカムとの接触部分に直接にオイルを供給することができるので、摺動抵抗を確実に低減することができる。また、第２ロッカーアームが揺動するときにオイルの供給を自動的に停止する給油停止弁を設けたことにより、オイル流量を低減することができる。

第７の発明によれば、低リフトカムと第２ロッカーアームの接触面との間に、くさび形の隙間が形成される。この隙間に入るオイルによって、低リフトカムと第２ロッカーアームの接触面との間の潤滑を良好に行うことができる。

第８の発明によれば、リフトがゼロの低リフトカム（ゼロリフトカム）をカムシャフトに対して転がり軸受を介して設置したことにより、第２ロッカーアームがゼロリフトカムに接触しているとき（バルブが閉じているとき）には、ゼロリフトカムの回転が停止し、カムシャフトがゼロリフトカムに対して空回りする。すなわち、ゼロリフトカムが第２ロッカーアームに対して摺動しないので、フリクションを十分に低減することができる。

第９の発明によれば、１気筒当たり２個の吸気バルブまたは排気バルブを駆動する可変動弁装置に好ましく適用することができる。

第１０の発明によれば、第２ロッカーアームの内部の給油路を一直線状に形成するので、極めて容易に製造することができる。

本発明の実施の形態１の内燃機関の可変動弁装置を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１の可変動弁装置を第１ロッカーアームの位置で切断した断面図である。 本発明の実施の形態１の可変動弁装置を第２ロッカーアームの位置で切断した断面図である。 切換機構が備えるピンの中心を含む平面で第１ロッカーアームおよび第２ロッカーアームを切断した断面図である。 本発明の実施の形態１の可変動弁装置を第２ロッカーアームの位置で切断した断面側面図である。 本発明の実施の形態１の可変動弁装置をロッカーシャフトの中心を含む平面で切断した断面図である。 本発明の実施の形態１の可変動弁装置と、比較例の可変動弁装置とを模式的に示した図である。 本発明の実施の形態２の可変動弁装置の第２ロッカーアームとゼロリフトカムとの接触部付近を拡大して示す断面図である。 本発明の実施の形態３の可変動弁装置のカムシャフトを示す斜視図である。

符号の説明

１ 可変動弁装置
２ バルブ
３ 第１ロッカーアーム
４，５ 第２ロッカーアーム
７ 切換機構
８ カムシャフト
９ カム
１０ 側板
１１ 底板
１２，２１，２６ スリーブ
１３ ローラー
１４ ロッカーシャフト
１７ ゼロリフトカム
１８ 油圧式ラッシュアジャスタ
１９ パッド
２０，２２，２５ ピン
２３，２４ 給油路
２７ ピン押圧部材
２９ アーム
３０ ガイドレール
３２ コイルスプリング
３３ 係合突起
３４ 電磁ソレノイド
３５ ステイ
３９，４０ ステイピン
４１，４２ 給油路
５０ 第２ロッカーアーム
５１ 接触面
５３ 潤滑用給油路
５４ 給油停止弁
５５ ボール
５６，５７ 斜面
６０ ゼロリフトカム
６１ ニードルローラー
６４ 孔
９０ 可変動弁装置
９１ 第２ロッカーアーム
９２ ローラー
９３ 油圧式ラッシュアジャスタ

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１の内燃機関の可変動弁装置を示す斜視図である。この図１では、後述するカムシャフト８の図示が省略されている。

図１に示す内燃機関の可変動弁装置（以下、単に「可変動弁装置」と称する）１は、二つのバルブ２を備えている。これらのバルブ２は、内燃機関（図示省略）の一つの気筒が備える二つの吸気バルブまたは排気バルブである。以下の説明では、一つの気筒に対応する部分の構成について説明するが、本発明が多気筒内燃機関にも適用可能であることは言うまでもない。

可変動弁装置１は、第１ロッカーアーム３と、一対の第２ロッカーアーム４，５とを備えている。一対の第２ロッカーアーム４，５は、第１ロッカーアーム３を挟んで両側に配置されている。第１ロッカーアーム３と、第２ロッカーアーム４，５とは、カムシャフト８に平行な共通の直線を中心として、それぞれ揺動可能になっている。

第２ロッカーアーム４，５は、二つのバルブ２に対応した位置に設けられている。バルブ２は、バルブスプリング６によって、閉じる方向（図１中で上方向）に付勢されている。第２ロッカーアーム４，５が図１中で下方向に揺動して、各バルブ２のステムの端部を押圧すると、各バルブ２が開く。

可変動弁装置１は、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５とを連結した状態と、その連結を解除した状態とを切り換えるための切換機構７を備えている。この切換機構７の詳細は後述する。

図２は、可変動弁装置１を第１ロッカーアーム３の位置で切断した断面図である。図２に示すように、可変動弁装置１は、カムシャフト８を有している。カムシャフト８は、タイミングチェーン等を介して、内燃機関のクランクシャフト（図示省略）と連結されており、クランクシャフトの２分の１の速度で回転する。カムシャフト８は、カム９を有している。カム９は、カムシャフト８と一体の部材に形成されていてもよいし、別部材をカムシャフト８に固定することによって形成されたものでもよい。図２中のＲ１は、カム９のベース円の半径を表している。

第１ロッカーアーム３は、側面を構成する一対の側板１０と、それらを連結する底板１１と、円筒状のスリーブ１２と、カム９と接触するローラー１３とを有している。一対の側板１０には、孔が形成されており、それらの孔にロッカーシャフト１４が挿通している。第１ロッカーアーム３は、このロッカーシャフト１４を中心として、揺動可能になっている。後述するように、第２ロッカーアーム４，５も、同一のロッカーシャフト１４によって、揺動可能に支持されている。

スリーブ１２は、カムシャフト８やロッカーシャフト１４と平行な向きで設けられている。スリーブ１２の両端は、一対の側板１０にそれぞれ固定されている。このスリーブ１２の中空部によって、第１ロッカーアーム３をロッカーシャフト１４と平行な方向に貫通する孔（ピン挿入孔）が形成されている。

ローラー１３は、スリーブ１２の外周側に同心的に設けられている。スリーブ１２の外周面と、ローラー１３の内周面との間には、ニードルローラー１５が設けられている。これにより、ローラー１３は円滑に回転可能になっている。

一対の側板１０の間には、ねじりコイルスプリング１６が配置されている。ロッカーシャフト１４は、このねじりコイルスプリング１６の中空部を挿通している。第１ロッカーアーム３は、ねじりコイルスプリング１６により、図２中で時計回りに付勢されている。これにより、ローラー１３は、カム９に押し当てられている。従って、カム９が回転すると、ローラー１３がカム９に従動することにより、第１ロッカーアーム３が揺動する。

スリーブ１２の中空部には、切換機構７が備える円柱状のピン２０が挿入されている。すなわち、ローラー１３とピン２０とは、同心的に配置されている。ピン２０は、軸方向に移動可能になっている。

図３は、可変動弁装置１を第２ロッカーアーム４の位置で切断した断面図である。なお、第２ロッカーアーム４と第２ロッカーアーム５とは、ほぼ同様の構造であるので、以下では、両者に共通する要素には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

図３中で、カムシャフト８のカム９の手前側には、第２ロッカーアーム４と接触可能なゼロリフトカム１７が設けられている。ゼロリフトカム１７は、円筒形をなしており、厳密にはカムではないが、リフトがゼロのカムと考えることもできるので、本実施形態ではゼロリフトカムという名称で呼ぶ。

ゼロリフトカム１７は、カムシャフト８と一体の部材に形成されていてもよいし、別部材をカムシャフト８に固定することによって形成されたものでもよい。図３中のＲ２は、ゼロリフトカム１７のベース円の半径を表している。上述したように、ゼロリフトカム１７はリフトがゼロであるので、ゼロリフトカム１７の外形はベース円そのものである。

なお、図３では表れていないが、図３中でカム９の奥側には、もう一方の第２ロッカーアーム５と接触可能な、同様のゼロリフトカム１７が設けられている。

第２ロッカーアーム４の図３中で右側の端部には、孔が形成されており、この孔にロッカーシャフト１４が挿通している。これにより、第２ロッカーアーム４は、ロッカーシャフト１４を中心として揺動可能になっている。

第２ロッカーアーム４の、揺動中心（ロッカーシャフト１４）と反対側の端部には、油圧式ラッシュアジャスタ１８が設置されている。油圧式ラッシュアジャスタ１８は、バルブ２のステムの端部に当接している。

可変動弁装置１では、上記油圧式ラッシュアジャスタ１８を設けたことにより、バルブクリアランスをゼロに保つことができる。すなわち、バルブ２が閉じているときに、ゼロリフトカム１７と第２ロッカーアーム４との間、あるいはバルブ２のステムと第２ロッカーアーム４（油圧式ラッシュアジャスタ１８）との間に隙間が生じようとした場合には、油圧式ラッシュアジャスタ１８が伸長することにより、この隙間がゼロに保たれる。このようにして、バルブ２が閉じているときには、ゼロリフトカム１７と第２ロッカーアーム４とが常に接触する。この場合、ゼロリフトカム１７は回転しているので、ゼロリフトカム１７の外周面が第２ロッカーアーム４に対し摺動する。

このような第２ロッカーアーム４の本体の材質は、アルミ合金等であるのが好ましい。本実施形態の第２ロッカーアーム４は、ゼロリフトカム１７と接触する位置に、耐摩耗性に優れた別材質のパッド１９を有している。ただし、本発明では、このような構成に限定されず、第２ロッカーアーム４の本体自体に、ゼロリフトカム１７との接触面（摺動面）が形成されていてもよい。

第２ロッカーアーム４は、カムシャフト８やロッカーシャフト１４と平行な向きで設けられた円筒状のスリーブ２１を有している。図示の構成では、第２ロッカーアーム４の本体に形成された孔にスリーブ２１が挿入されて固定されている。スリーブ２１の中空部には、切換機構７が備える円柱状のピン２２が挿入されている。このピン２２は、軸方向に移動可能になっている。

ロッカーシャフト１４の内部には、給油路２３が形成されている。また、第２ロッカーアーム４の内部には、ロッカーシャフト１４内の給油路２３と油圧式ラッシュアジャスタ１８とを結ぶ給油路２４が形成されている。この給油路２４を通って、給油路２３内のオイルが、油圧式ラッシュアジャスタ１８へ送られる。給油路２４は、パッド１９とスリーブ２１との間を通って形成されている。

次に、切換機構７について説明する。図４は、切換機構７が備えるピン２０，２２および２５の中心を含む平面で第１ロッカーアーム３および第２ロッカーアーム４，５を切断した断面図である。なお、この図４は、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５との間の連結を解除した状態（以下、「非連結状態」と称する）を表している。

図４に示すように、第２ロッカーアーム５には、円筒状のスリーブ２６が設けられている。このスリーブ２６の中空部によって、第２ロッカーアーム５をカムシャフト８やロッカーシャフト１４と平行な方向に貫通する孔（ピン挿入孔）が形成されている。スリーブ２６の中空部には、円柱状のピン２５が挿入されている。このピン２５は、軸方向に移動可能になっている。ピン２５は、第１ロッカーアーム３と反対側の方向（図４中で右方向）に突出している。この突出したピン２５の端部は、円柱状をなすピン押圧部材２７の端部に当接している。ピン押圧部材２７は、支持部２８に形成された孔に挿入されており、この孔内で回転可能であり、且つ、カムシャフト８に平行な方向に移動可能になっている。

ピン押圧部材２７の、もう一方の端部からは、アーム２９が、ピン押圧部材２７に対し垂直な方向に突出している。アーム２９は、ピン押圧部材２７を中心に回動可能になっている。このアーム２９と対向する部分のカムシャフト８には、螺旋状のガイドレール３０が形成されている。

第２ロッカーアーム４に設けられたスリーブ２１の、第１ロッカーアーム３側と反対側の端部には、底部３１が形成されている。スリーブ２１に挿入されたピン２２は、底部３１に面する側の端面に凹部を有している。この凹部内には、コイルスプリング３２が配置されている。このコイルスプリング３２は、底部３１に当接している。このコイルスプリング３２により、ピン２２は、図４中で右方向へ付勢されている。この付勢力により、ピン２２はピン２０に当接し、ピン２０はピン２５に当接し、ピン２５はピン押圧部材２７に当接している。

図４に示す状態では、ピン２０とピン２２とは、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４との隙間において当接しており、ピン２０とピン２５とは、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム５との隙間において当接している。この状態では、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５とは連結されていない。よって、カム９によって駆動される第１ロッカーアーム３の揺動は、第２ロッカーアーム４，５へは伝達されない。従って、カム９（カムシャフト８）が回転しても、第２ロッカーアーム４，５は、ゼロリフトカム１７と接触した状態を維持するので、バルブ２は開かない。このように、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５とが非連結状態であるときには、バルブ２は閉じた状態で停止することになる。

ピン２０，２２および２５の外径は、相互に等しく、また、ロッカーシャフト１４からピン２０，２２および２５までの距離も相互に等しい。そして、非連結状態において、カム９のベース円部分がローラー１３に接触しているときには、ピン２０，２２および２５の中心が一致する。ピン押圧部材２７によるピン２５への押圧が解除されると、ピン２０，２２および２５の中心が一致した際に、コイルスプリング３２の付勢力により、ピン２０，２２および２５が一体となって図４中で右方向に移動する。そうすると、ピン２０の一部が第２ロッカーアーム５のスリーブ２６に挿入し、ピン２２の一部が第１ロッカーアーム３のスリーブ１２に挿入する。これにより、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム５とがピン２０を介して連結され、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４とがピン２２を介して連結される。以下、この状態を「連結状態」と称する。第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５とが連結状態であるときには、第２ロッカーアーム４，５は、第１ロッカーアーム３と一体となって揺動する。従って、第２ロッカーアーム４，５が各バルブ２を押圧して開かせるので、両バルブ２が開閉動作を行う。

ピン押圧部材２７は、アーム２９を介して、カムシャフト８によって駆動される。図１に示すように、アーム２９には、カムシャフト８に形成されたガイドレール３０に係合可能な係合突起３３が形成されている。アーム２９は、係合突起３３がカムシャフト８から離れるように回転する方向に、図示しないスプリングによって付勢されている。電磁ソレノイド３４は、アーム２９の先端をカムシャフト８へ向けて押圧可能な位置に設置されている。

上述したような第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５との連結状態を非連結状態に切り換える際には、電磁ソレノイド３４を作動状態とする。電磁ソレノイド３４が作動してアーム２９を押圧すると、係合突起３３がカムシャフト８に押し当てられる。係合突起３３の位置がガイドレール３０の始端に一致すると、係合突起３３がガイドレール３０に係合する。この状態でカムシャフト８が回転し、係合突起３３がガイドレール３０に沿って移動することにより、アーム２９が第２ロッカーアーム５に近づく方向へ移動する。その結果、ピン押圧部材２７がピン２５を押圧するので、コイルスプリング３２が縮んで、ピン２０，２２および２５が図４に示す位置へ移動する。これにより、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５との連結が解除され、非連結状態となる。

一方、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５との非連結状態を連結状態に切り換える際には、電磁ソレノイド３４を非作動状態とする。電磁ソレノイド３４が非作動となり、アーム２９への押圧が解除されると、アーム２９は、図示しないスプリングの付勢力によって、カムシャフト８から離れる方向に回動する。その結果、係合突起３３は、カムシャフト８から離れる。これにより、ピン押圧部材２７によるピン２５への押圧が解除される。すると、前述したように、ピン２０，２２および２５は、コイルスプリング３２の付勢力により、図４中で右方向に移動する。その結果、ピン２０の一部が第２ロッカーアーム５のスリーブ２６に挿入し、ピン２２の一部が第１ロッカーアーム３のスリーブ１２に挿入することにより、第１ロッカーアーム３と、第２ロッカーアーム４，５とが連結される。

可変動弁装置１では、以上説明したような切換機構７によって、第１ロッカーアーム３と第２ロッカーアーム４，５との連結状態と非連結状態とを切り換えることにより、バルブ２を開閉動作させる通常の状態と、バルブ２の開閉動作を停止させる弁停止状態とを切り換えることができる。

次に、油圧式ラッシュアジャスタ１８への油圧供給経路について更に説明する。図５は、可変動弁装置１を第２ロッカーアーム５の位置で切断した断面側面図であり、図６は、可変動弁装置１をロッカーシャフト１４の中心を含む平面で切断した断面図である。図６に示すように、ロッカーシャフト１４は、ステイ３５によって支持されている。ステイ３５は、底部３６と、この底部３６の両端にそれぞれ立設された支持部３７，３８とを有している。支持部３７，３８には、ロッカーシャフト１４の端部が挿入する孔がそれぞれ形成されている。それらの孔にロッカーシャフト１４の両端部が挿入した状態で、ロッカーシャフト１４がステイ３５に固定されている。

ステイ３５は、ステイピン３９，４０を介して、内燃機関のシリンダヘッド（図示省略）に固定されている。一方のステイピン４０の内部には、給油路４１が形成されている。図５に示すように、シリンダヘッド内の給油路から、まず、ステイピン４０内の給油路４１にオイルが送り込まれる。図６に示すように、このオイルは、ステイピン４０内の給油路４１から、ステイ３５の支持部３８の内部に形成された給油路４２を通って、ロッカーシャフト１４内の給油路２３に供給される。第２ロッカーアーム４，５の内側に隠れている部分のロッカーシャフト１４には、第２ロッカーアーム４，５に形成された給油路２４に向かって開口する孔４３が形成されている。図５に示すように、ロッカーシャフト１４内の給油路２３のオイルは、この孔４３を通って、第２ロッカーアーム４，５内の給油路２４に流入する。そして、このオイルは、給油路２４を通って、油圧式ラッシュアジャスタ１８に供給される。

本実施形態では、図５に示すように、給油路２４は一直線状に形成されている。第２ロッカーアーム５の後端には、給油路２４の延長線上に孔６４が形成されている。第２ロッカーアーム５の製造時には、この孔６４からドリルを挿入することにより、給油路２４を容易に形成することができる。

以上説明したように、本発明の可変動弁装置１では、第２ロッカーアーム４，５に油圧式ラッシュアジャスタ１８をそれぞれ設置し、第２ロッカーアーム４，５が油圧式ラッシュアジャスタ１８を介してバルブ２を押圧するように構成している。また、ロッカーシャフト１４は、油圧式ラッシュアジャスタを介さずにシリンダヘッドに固定されている。

一方、本発明と異なる構成として、第２ロッカーアームに油圧式ラッシュアジャスタを設置せず、ロッカーシャフトの両端部をそれぞれ油圧式ラッシュアジャスタを介して支持する構成も考えられる。しかしながら、そのような構成にした場合には、次のような不都合がある。そのような構成では、二つの油圧式ラッシュアジャスタがロッカーシャフトを介して連結されるので、二つの油圧式ラッシュアジャスタの伸び量が等しくならざるを得ない。すなわち、二つのバルブのうちバルブクリアランスが小さい方によって油圧式ラッシュアジャスタの伸びが規制されてしまうので、他方のバルブではバルブクリアランスを吸収し切れず、バルブクリアランスが発生してしまう。このため、バルブクリアランスが発生した方のバルブが第２ロッカーアームに押圧されて開くときに、音や衝撃が発生するという問題がある。また、その音や衝撃を緩和するためにカムにランプ部を設けることが必要となるが、バルブクリアランスが小さい方のバルブは、他方のバルブが開き始めるよりも前に、上記ランプ部によって開き始めることとなる。このため、二つのバルブの実作用角が同じでなくなってしまい、内燃機関の出力性能、燃費性能、エミッションなどに悪影響を及ぼすおそれがある。

これに対し、本実施形態の可変動弁装置１では、第２ロッカーアーム４，５の各々に油圧式ラッシュアジャスタ１８を設置したことにより、二つのバルブ２のバルブクリアランスを独立に吸収することができる。このため、上記のような不都合が生ずることを確実に防止することができる。

しかしながら、第２ロッカーアーム４，５に油圧式ラッシュアジャスタ１８を設けるようにすると、第２ロッカーアーム４，５が大型化したり、動弁系の等価慣性質量が増大したりし易い。その結果、可変動弁装置１全体が大型化したり、バルブスプリング６等のばね荷重の増大が必要となったり、フリクションが増大したりするなどの弊害が生じ易い。

これに対し、本実施形態の可変動弁装置１では、ゼロリフトカム１７のベース円半径Ｒ２をカム９のベース円半径Ｒ１よりも小さくしたことにより、上記のような弊害を十分に抑制することができる。この利点について、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態の可変動弁装置１と、比較例の可変動弁装置とを模式的に示した図である。図７中では、カムシャフト８、ロッカーシャフト１４およびピン２２，２５の各中心の位置が本実施形態の可変動弁装置１と比較例の可変動弁装置とで共通であるものとして、両者を重ねて描いている。実線で示したものが本実施形態の可変動弁装置１であり、破線で示したものが比較例の可変動弁装置である。

図７に示す比較例の可変動弁装置では、ゼロリフトカム９０のベース円半径が、カム９のベース円半径Ｒ１に等しくされている。比較例の第２ロッカーアーム９１には、ピン２２，２５と同心的に配置されたローラー９２と、油圧式ラッシュアジャスタ９３とが設けられている。バルブ２が閉じているときには、ローラー９２がゼロリフトカム９０に接触する。図７から分かるように、このような比較例の可変動弁装置では、第２ロッカーアーム９１とゼロリフトカム９０との干渉を避けるため、第２ロッカーアーム９１の高さ方向の寸法を、本実施形態の第２ロッカーアーム４，５の高さ方向の寸法よりも小さくする必要がある。このため、第２ロッカーアーム９１の上面９４と、ピン２２，２５との間の距離が狭くなるので、この部分に、油圧式ラッシュアジャスタ９３にオイルを供給する給油路２４を設けることが困難となる。

また、第２ロッカーアーム９１の高さ方向の寸法が小さいこと、および、ローラー９２との干渉を避けることのために、油圧式ラッシュアジャスタ９３の設置箇所は、本実施形態の油圧式ラッシュアジャスタ１８と比べて、ロッカーシャフト１４からの距離が遠くなるとともに、下方にずらすことが必要となる。

上述したような比較例の可変動弁装置と比べ、本実施形態の可変動弁装置１では、ゼロリフトカム１７のベース円半径Ｒ２をカムのベース円半径Ｒ１より小さくしたことにより、油圧式ラッシュアジャスタ１８を、ゼロリフトカム１７と干渉することなく、ロッカーシャフト１４に近づけることができる。よって、第２ロッカーアーム４，５の長さ（ロッカーシャフト１４の中心から油圧式ラッシュアジャスタ１８までの距離）を短くすることができる。慣性モーメントは、回転中心からの距離の２乗に比例する。このため、第２ロッカーアームの長さが長くなると、慣性モーメントが急激に増大する。本実施形態の可変動弁装置１では、比較例と比べて、第２ロッカーアーム４，５の長さを短くすることができるので、小型化が図れるのみならず、慣性モーメントを小さくすることもできる。このため、動弁系の等価慣性質量を小さくすることができ、バルブスプリング６等に要求されるばね荷重の増大や、フリクションの増大を確実に抑制することができる。

また、本実施形態の可変動弁装置１では、比較例と比べて、第２ロッカーアーム４，５の高さ方向の寸法を大きくすることができる。これにより、油圧式ラッシュアジャスタ１８の位置を上方へ移動することができる。このため、バルブ２の長さを同じとした場合には、カムシャフト８の位置を低くすることができる。よって、可変動弁装置１の高さを低くすることができる。また、シリンダヘッドやカムキャリアの小型化が図れ、それらの重量を軽減することができる。

更に、本実施形態の可変動弁装置１では、第２ロッカーアーム４，５の高さ方向の寸法を大きくすることができるので、第２ロッカーアーム４，５の上面（ゼロリフトカム１７に対する接触面）と、ピン２２，２５との間の距離を十分に長くすることができる。よって、この部分に、油圧式ラッシュアジャスタ１８にオイルを供給する給油路２４を容易に設けることができる。特に、本実施形態では、第２ロッカーアーム４，５がローラーを介さずにゼロリフトカム１７に接触するようにしたことにより、給油路２４が通る部分にローラーが存在しないので、給油路２４を極めて容易に設けることができる。

本発明の上記の利点に関して、図４を参照して更に説明する。図４において、仮に、ゼロリフトカム１７のベース円半径Ｒ２がカム９のベース円半径Ｒ１と同じであったとすると、第２ロッカーアーム４，５では、図４中のＷ１で示す幅の中に給油路２４とパッド１９とを設けることになる。しかしながら、このような狭い幅Ｗ１の中に、その両者を設けることはスペース的に無理である。また、パッド１９を省略して給油路２４のみを設けたとしても、壁の厚さが薄くなり過ぎて強度が不足し、成立困難である。

これに対し、本実施形態によれば、ゼロリフトカム１７のベース円半径Ｒ２をカム９のベース円半径Ｒ１より小さくしたことにより、給油路２４やパッド１９を配置するスペースを、図４中のＷ２で示す幅へと拡大することができる。このため、給油路２４やパッド１９を余裕を持って設けることができる。

また、本実施形態では、切換機構７は、油圧を利用せず、電磁ソレノイドと、カムシャフト８の回転力とによってピンを変位させるように構成されている。これに対し、切換機構７のピンを油圧によって変位させる構成としてもよい。ただし、その場合には、次のような課題がある。切換機構７のピンに油圧を供給する場合に、油圧式ラッシュアジャスタ１８へ供給する油圧と別個の油圧とすることは困難であるので、通常、両者は同じ油圧となる。しかしながら、切換機構７のピンに対して好適な油圧の大きさと、油圧式ラッシュアジャスタ１８に対して好適な油圧の大きさとは異なる。すなわち、切換機構７のピンをコイルスプリング３２の付勢力に抗して変位させるには、ある程度高い油圧が必要である。これに対し、油圧式ラッシュアジャスタ１８に供給される油圧が高すぎると、油圧式ラッシュアジャスタ１８が伸長し過ぎてバルブ２の閉じが不完全となるポンプアップが生じ易くなる。これに対し、本実施形態では、油圧を利用しない切換機構７を用いたことにより、油圧式ラッシュアジャスタ１８に好適な大きさの油圧を供給することができるので、ポンプアップの発生を確実に防止することができる。

以上説明した実施の形態では、第２ロッカーアーム４，５と接触可能なカムがゼロリフトカム１７である場合について説明したが、本発明では、第２ロッカーアーム４，５と接触可能なカムが、カム９よりもリフトの小さいカム（低リフトカム）である場合にも適用可能である。

また、上述した実施の形態においては、ゼロリフトカム１７が前記第１の発明における「低リフトカム」に、スリーブ１２，２１および２６の中空部が前記第１の発明における「ピン挿入孔」に、ピン押圧部材２７、アーム２９、ガイドレール３０、コイルスプリング３２、係合突起３３および電磁ソレノイド３４が前記第２の発明における「ピン移動機構」に、それぞれ相当している。

実施の形態２．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。図８は、本発明の実施の形態２の可変動弁装置の第２ロッカーアーム５０とゼロリフトカム１７との接触部付近を拡大して示す断面図である。

本実施形態では、実施の形態１のパッド１９に相当する部材が省略されており、ゼロリフトカム１７に対する接触面５１が、第２ロッカーアーム５０の本体に直接に形成されている。この接触面５１は、凹曲面形状（凹Ｒ形状）をなしている。そして、接触面５１の曲率半径は、ゼロリフトカム１７のベース円半径Ｒ２より大きくされている。これにより、ゼロリフトカム１７と接触面５１との間に、くさび形の隙間５２が形成される。この隙間５２に入るオイルによって、ゼロリフトカム１７と接触面５１との間の潤滑を良好に行うことができる。このような効果をくさび油膜効果という。このくさび油膜効果により、ゼロリフトカム１７と接触面５１との間の摺動抵抗を確実に低減することができる。

また、本実施形態の第２ロッカーアーム５０には、給油路２４内のオイルを接触面５１に供給する潤滑用給油路５３を備えている。潤滑用給油路５３は、接触面５１に開口しているとともに、給油路２４に連通している。本実施形態では、ゼロリフトカム１７と接触面５１との間に、潤滑用給油路５３からオイルを供給することができるので、くさび油膜効果をより確実に発揮させることができる。

ところで、第２ロッカーアーム５０が揺動しているときには、接触面５１はゼロリフトカム１７から離れるので、接触面５１にオイルを供給する必要はない。そこで、本実施形態では、第２ロッカーアーム５０が揺動しているときに潤滑用給油路５３を自動的に封鎖する給油停止弁５４を設けている。

給油停止弁５４は、ボール５５を有している。このボール５５が入っている部屋のオイル流入口の周囲には、すり鉢状（凹円錐面状）の斜面５６が形成されている。同様に、ボール５５が入っている部屋のオイル流出口の周囲には、すり鉢状（凹円錐面状）の斜面５７が形成されている。第２ロッカーアーム５０が揺動していない状態、つまりバルブ２が停止している状態では、給油路２４からの油圧によってボール５５が持ち上げられ、ボール５５が斜面５６から離れる。これにより、オイルは、給油停止弁５４を通過して、接触面５１に供給される。

これに対し、第２ロッカーアーム５０が図８中の下から上に向かって揺動しているときには、ボール５５が慣性力によって斜面５６に押し付けられる。このため、流路が封鎖され、接触面５１へのオイルの供給が停止する。また、第２ロッカーアーム５０が図８中の上から下に向かって揺動しているときには、ボール５５が慣性力によって斜面５７に押し付けられる。このため、流路が封鎖され、接触面５１へのオイルの供給が停止する。このようにして、給油停止弁５４によれば、第２ロッカーアーム５０が揺動しており、接触面５１へのオイルの供給が不要であるときには、オイルの供給を自動的に停止することができる。このため、オイル流量を低減することができる。

実施の形態３．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。図９は、本発明の実施の形態３の可変動弁装置のカムシャフトを示す斜視図である。

本実施形態の可変動弁装置の特徴は、ゼロリフトカム６０が、転がり軸受を介してカムシャフト８に設置され、カムシャフト８に対し相対的に回転可能になっている点にある。すなわち、ゼロリフトカム６０は、カムシャフト８に対し、ニードルローラー６１を介して、円滑に回転可能に設置されている。

このような本実施形態の可変動弁装置によれば、バルブ２の動作が停止しているとき、すなわち、第２ロッカーアーム４，５がゼロリフトカム６０に接触しているときには、ゼロリフトカム６０の回転が停止し、カムシャフト８はゼロリフトカム６０に対しては空回りする。すなわち、ゼロリフトカム６０が第２ロッカーアーム４，５に対して摺動しないので、フリクションを十分に低減することができる。

Claims (8)

1. 回転するカムシャフトに設けられたカムと、
   前記カムに接触し、前記カムが回転することにより揺動する第１ロッカーアームと、
   前記カムと同軸上に配置され、前記カムよりリフトが小さいか、またはリフトがゼロであり、ベース円の半径が前記カムのベース円の半径より小さい低リフトカムと、
   前記第１ロッカーアームの隣に配置され、前記低リフトカムに接触可能な第２ロッカーアームと、
   前記第１ロッカーアームおよび前記第２ロッカーアームに形成されたピン挿入孔と、前記ピン挿入孔に挿入されるピンとを有し、前記ピンを介して前記第１ロッカーアームと前記第２ロッカーアームとを相互に連結する連結状態と、その連結を解除した非連結状態とに切り換え可能な切換機構と、
   前記第２ロッカーアームの、揺動中心と反対側の端部に設置された油圧式ラッシュアジャスタと、
   前記油圧式ラッシュアジャスタを介して前記第２ロッカーアームに押圧されることによって開くバルブと、
   前記第２ロッカーアームの内部に形成され、前記油圧式ラッシュアジャスタにオイルを供給する給油路と、
   を備え、
   前記第１ロッカーアームは、前記カムと接触する部位にローラーを有しており、
   前記第２ロッカーアームは、ローラーを介さずに前記低リフトカムと接触し、
   前記給油路は、前記低リフトカムに対する前記第２ロッカーアームの接触面と、前記第２ロッカーアームに形成されたピン挿入孔との間を通っていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記切換機構は、前記ピンを前記連結状態の位置と前記非連結状態の位置とに変位させるピン移動機構を有し、
   前記ピン移動機構は、油圧以外の力によって前記ピンを変位させる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. 前記ピンは、前記第１ロッカーアームが備えるローラーと同心的に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記第２ロッカーアームは、前記給油路内のオイルを前記第２ロッカーアームと前記低リフトカムとの接触部分に供給する潤滑用給油路と、前記第２ロッカーアームが揺動するときに前記潤滑用給油路を封鎖する給油停止弁とを有していることを特徴とする請求項１、２、及び４の何れか１項記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 前記低リフトカムに対する前記第２ロッカーアームの接触面は、前記低リフトカムのベース円の半径より曲率半径の大きい凹曲面になっていることを特徴とする請求項１、２、４及び６の何れか１項記載の内燃機関の可変動弁装置。
6. 前記低リフトカムは、リフトがゼロであり、前記カムシャフトに対し、転がり軸受を介して設置されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の可変動弁装置。
7. 前記カムの両隣に配置された一対の前記低リフトカムと、
   前記第１ロッカーアームの両隣に配置された一対の前記第２ロッカーアームと、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の内燃機関の可変動弁装置。
8. 前記第２ロッカーアームの内部に形成された給油路は、一直線状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項記載の内燃機関の可変動弁装置。

Images