JP5923978B2 - 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。

従来、内燃機関の可変動弁装置としては、バルブに対する揺動カムの位相を変更してリフト量を変化させる所謂ロストモーション機構を使用するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような可変動弁装置では、吸気バルブの大リフト量の状態から小リフト量の状態に移行するに従いカム山の先端付近がバルブ駆動する領域となっていく。このカム山の先端領域は作用角に対するリフト量が小さいので、バルブリフト量と作用角の比の値（バルブリフト量／作用角）が小さくなってしまう。このため、吸入工程でのピストン位置の変化に対するバルブリフト量が小さく、スロットルを全開にしても吸気バルブの開弁領域（面積）が十分に確保できず、ポンプ損失の低減効果が減少する。

一方、カムなどで圧縮流体チャンバを駆動し油圧によりバルブをリフトする可変動弁機構を備えた内燃機関が知られている（例えば、特許文献２参照）。この可変動弁機構では、上述のロストモーション機構の場合より、バルブリフト量と作用角の比の値（バルブリフト量／作用角）を大きくとることが可能である。

特開２００１−２６３０１５号公報 特開２００５−２０１２５９号公報

しかしながら、特許文献２に開示された可変動弁機構では、粘性流体であるエンジンオイル等を油圧通路によって油圧ピストンに供給し、油圧ピストンのストロークによりバルブを作動させるため、バルブのリフト（開弁方向）時に油圧通路の抵抗による圧力損失が発生し、駆動損失が増えるという問題がある。また、特許文献２に開示された可変動弁機構では、カムと吸気バルブとの間に、ロッカアームと、ポンピングピストンと、ブッシングと、コイルスプリングと、ピストンと、が介在されているため、カムによって駆動される部品の重量が大きい。このため、特許文献２に開示された可変動弁機構では、エンジンの駆動損失が大きくなるという課題がある。このように、カムによって駆動される部品の重量が大きくなると、バルブリターンスプリング荷重の増加もしくはカム加速度を減ずる措置が必要となる。これにより、カム駆動系のフリクションの増加（燃費悪化）や、開弁面積（リフト量）の減少による性能低下の一因となるという課題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、揺動運動する部品の軽量化を図って、内燃機関の駆動損失を低減するとともに性能を向上させた、内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、支持軸に揺動自在に軸支され、揺動動作に伴って吸気バルブを開閉可能とするロッカアームと、ロッカアームの近傍に配置されたカム軸に固定され、カム軸の回転に伴ってロッカアームを揺動可能とするカムと、油圧室を有する油圧アクチュエータと、を備え、吸気バルブがリフトしている間に、油圧室の油圧を低下させることにより吸気バルブが閉じるタイミングを変更可能とする内燃機関の可変動弁装置において、ロッカアームは、吸気バルブに当接して開閉動作させるバルブ駆動部を一体に備え、油圧アクチュエータは、油圧によって軸方向に移動して突出した突出位置と油圧室側へ後退した後退位置とに変位する出没部を有し、ロッカアームの長手方向で支持軸とバルブ駆動部との間に、揺動アームの一端部が回転軸で回動自在に軸支されるとともに、揺動アームに回転軸からの距離が異なる第１接触部と第２接触部とが長手方向に沿って設けられ、第１接触部がカムと接触し、第２接触部が出没部と接触し、ロッカアームは、出没部が突出位置に配置された状態で、カムの回動に伴って揺動アームを介して駆動されてバルブ駆動部で吸気バルブを押し下げ可能であり、出没部が後退位置に配置された状態で、吸気バルブを押し下げ不能に設定されていることを特徴とする。

上記態様としては、第１接触部は、回転軸と第２接触部との間に配置され、支持軸の中心と回転軸の中心とを結ぶ直線を第１直線とし、回転軸の中心と第２接触部の中心との間を結ぶ直線を第２直線とした場合、第１直線と第２直線とがなす角度が鋭角に設定され、第２直線に対して前記支持軸と同じ側にて出没部を第２接触部と接触させ、かつ出没部を後退位置に配置させた場合、第１直線と第２直線のなす角度が減少するように出没部が配置され、第１接触部を第２直線の近傍に配置し、この第１接触部の中心を通り第１直線と平行な直線を第３直線とした場合、第３直線に対してロッカアームが配置される側とは反対側にて第１接触部が前記カムのベース円部と接触することを特徴とする。

上記態様としては、出没部は、第２接触部と接触する接触面が前記カム側を向くように配置され、出没部とカムとに挟まれる空間に第１接触部と第２接触部とが配置されていることを特徴とする。

上記態様としては、第１接触部は第１ローラ軸で軸支された第１入力ローラであり、第２接触部は第２ローラ軸で軸支された第２入力ローラであり、第１ローラ軸および第２ローラ軸は支持軸と平行をなし、第１入力ローラと第２入力ローラとが、互いに軸方向へ沿って互いに離れかつ半径方向に沿って互いに重なり合うように配置されていることが好ましい。

本発明に係る内燃機関の可変動弁装置によれば、揺動運動する部品の軽量化が図れ、内燃機関の駆動損失を低減でき、内燃機関の性能を向上することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置の正面図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置の要部分解斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置の斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置における油圧アクチュエータの断面図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置におけるオイルリザーブタンクの断面図である。 図６は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、カムのベース円部が第１入力ローラ（第１接触部）に接触している場合の非リフト時の状態を示す正面図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、最大リフト量が選択された場合であり、リフト量が最大となった状態を示す正面図である。 図８は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、最小リフト量が選択された場合であり、リフト量が最小となった状態を示す正面図である。 図９は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、最小リフト量が選択された場合であり、吸気バルブが早閉じした状態を示す正面図である。 図１０は、（１）最小リフト量が選択された場合のバルブリフト特性、（２）最大リフト量が選択された場合の早閉じ制御を示すバルブリフト特性、（３）最大リフト量が選択された場合でありバルブリフト特性（フルリフトカーブ）、（４）従来のロストモーション機構を用いて最小リフト量が選択された場合のバルブリフト特性、を示すバルブリフト特性図と、（１）〜（３）のオイルリリーフ通路の開閉状態とソレノイドバルブのオン・オフ状態のタイミングと、を示す図である。 図１１は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、油圧アクチュエータのタペット（出没部）が突出状態を保持していることを示す断面図である。 図１２は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、油圧アクチュエータのタペット（出没部）が没する状態を示す断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、油圧アクチュエータのタペット（出没部）が没する途中でオイルリリーフ通路を閉じた状態を示す断面図である。 図１４は、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置において、吸気バルブが閉じた後に再度タペット（出没部）を突出させた状態を示す断面図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る内燃機関の可変動弁装置の詳細を図面に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、説明の便宜のため、吸気バルブ４が例えば右側に配置され、カム軸１が例えば前後方向に沿って延びるように配置されるものと定義し、その方向を図中矢印で示す。

〈可変動弁装置の構成〉
図１〜９を用いて本発明の実施の形態に係る可変動弁装置１００の構成について説明する。図１に示すように、本実施の形態に係る可変動弁装置１００は、カム軸１と、このカム軸１に固定されたカム２と、カム軸１の側方（左斜め下方）にカム軸１と平行に配置された支持軸３と、揺動動作に伴って吸気バルブ４を開閉させるロッカアーム５と、揺動アーム６と、油圧アクチュエータ２０と、アキュムレータとしてのオイルリザーブタンク３０と、ソレノイドバルブ４０と、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５０と、を備えて概略構成されている。

［吸気バルブ］
吸気バルブ４は、図示しないシリンダヘッド側のバルブガイドで軸方向に進退可能に設けられ、上端がバルブリテーナ１７で支持されたバルブスプリング１１により引き上げる方向（吸気ポートと燃焼室とを閉じる方向）に付勢されている。図６に示すように、吸気バルブ４は、閉弁時にシリンダヘッド側に設けられたバルブシート（弁座）１８に接触している。

［カム］
図１〜３に示すように、カム軸１は、図示しないシリンダヘッド側の軸受け部に回転自在に支持され、図示しないチェーンやベルト等により図示しないクランクシャフトと連動して回転するようになっている。カム軸１の回転数は、例えばクランクシャフトの回転数の１／２となるように設定されている。

図２および図３に示すように、本実施の形態では、一対の同形状のカム２が互いに同じ向きとなるようにカム軸１に一体に固定されている。したがって、カム２は、一対で１つのカムとしての機能を果たすようになっている。カム２は、基礎となる円周面でなるベース円部２Ａと、ベース円部２Ａより外側へ膨出するように形成されたノーズ部２Ｂと、を有する。カム２は、ベース円部２Ａの中心にカム軸１が圧入、嵌合されて一体に設けられている。したがって、カム２のカム軸１に対する配置状態により、図示しないクランクシャフトの動作に伴って動作する吸気バルブ４のリフト開始のタイミングが規定されている。一対のカム２は、後述する一対の第１入力ローラ１５にそれぞれ当接するように配置されている。

［ロッカアーム］
図１〜３に示すように、ロッカアーム５は、一端部が支持軸３に揺動自在に軸支されている。ロッカアーム５の他端側のアーム先端部５Ａには、吸気バルブ４の上端に当接するバルブ駆動部としてのアジャストスクリュー９が下方に突出するようにロックナット１０で締結されている。後で詳しく説明するが、このアジャストスクリュー９がアーム先端部５Ａより下方に突出する長さを調整することにより、カム２に対するロッカアーム５の相対的な姿勢が変わり、バルブタイミングを調整することができる。

ロッカアーム５における支持軸３とアジャストスクリュー９との間には、揺動アーム６が揺動可能に軸支されている。また、図１に示すように、ロッカアーム５の一端側には、シリンダヘッド側部材６０に設けられたギャップセンサ７と対向するように被検出部５Ｂが設けられている。

［揺動アーム］
図２および図３に示すように、本実施の形態における揺動アーム６は、ロッカアーム５を挟んで互いに対向するように組み付けられた一対のアームプレート１２で構成されている。一対のアームプレート１２は、一端部（下端部）が、ロッカアーム５を挟んだ状態で、ロッカアーム５を貫通する回転軸８により、ロッカアーム５に対して揺動自在に軸支されている。

一対のアームプレート１２の他方の端部同士は、第２接触部としての円筒状の第２入力ローラ１３が介在されている。この第２入力ローラ１３は、第２ローラ軸としての第２ローラピン１４で回転自在に軸支されている。一対のアームプレート１２における回転軸８と第２入力ローラ１３との間には、第１接触部としての一対の第１入力ローラ１５が第１ローラ軸としての第１ローラピン１６で回転自在に軸支されている。

これら一対の第１入力ローラ１５は、上記の一対のカム２のカム面が常時接触するように設定されている。また、上記の第２入力ローラ１３は、後述する油圧アクチュエータ２０の出没部としてのタペット２３に常時接触するように設定されている。なお、このタペット２３は、その先端面がカム２側を向くように配置されている。第１入力ローラ１５と第２入力ローラ１３は、タペット２３とカム２とで挟まれた空間に配置されている。

図１に示すように、本実施の形態においては、第１入力ローラ１５を軸支する第１ローラピン１６の中心は、回転軸８と第２ローラピン１４の中心同士を結ぶ線の近傍（カム２に近い位置）に配置されている。なお、本実施の形態では、支持軸３の中心と回転軸８の中心とを結ぶ直線を第１直線Ｌ１とし、回転軸８の中心と第２ローラピン１４の回転中心とを結ぶ直線を第２直線Ｌ２とした場合、第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とがなす角度θ１が鋭角に設定されている。

また、図１に示すように、第２直線Ｌ２に対して支持軸３と同じ側にてタペット２３と第２入力ローラ１３とを接触させ、かつタペット２３を後退位置に配置させた場合、第１直線Ｌ１と第２直線ｌ２のなす角度が減少するように設定されている。また、このように第１入力ローラ１５を第２直線Ｌ２の近傍に配置し、この第１入力ローラ１５の第１ローラピン１６の中心を通り第１直線Ｌ１と平行な直線を第３直線Ｌ３とした場合、この第３直線Ｌ３に対してロッカアーム５が配置される側とは反対側にて第１入力ローラ１５とカム２のベース円部２Ａとが接触するように設定されている。

［油圧アクチュエータ］
図４に示すように、本実施の形態で用いる油圧アクチュエータ２０は、内部に第１油圧室構成管２１Ａを同軸的に備えるガイド筒２１と、第１油圧室構成管２１Ａにスライド自在に嵌合する第２油圧室構成管２２Ａを備えたピストン２２と、ピストン２２を収納した状態でガイド筒２１にスライド自在に嵌合する円筒容器状のタペット（出没部）２３と、ガイド筒２１とピストン２２との間に介在されピストン２２およびタペット２３をガイド筒２１から突出する方向に付勢するリターンスプリング２４と、ガイド筒２１の上部に設けられ第１油圧室構成管２１Ａに連通するオイル通路ケース２５と、オイル通路ケース２５に設けられたチェックバルブ２６と、チェックバルブ２６を介してオイル通路ケース２５に連通するオイル供給通路２７と、オイル供給通路２７に接続されたオイルポンプ２８と、を備えて構成されている。

第１油圧室構成管２１Ａと第２油圧室構成管２２Ａとで形成される内部空間は、油圧室２９を構成している。オイル通路ケース２５の上部には、オイル供給通路２７に連通する入口部２５Ａが形成されている。また、オイル通路ケース２５の側部には、出口部２５Ｂが形成されている。この出口部２５Ｂには、作動油の流通が可能なオイルリリーフ通路３１が連通している。

チェックバルブ２６は、チェックボール２６Ａと、チェックボール２６Ａを保持する中央に流通孔が形成されたすり鉢状の保持板２６Ｂと、チェックボール２６Ａの下流側に配置されたチェックボールリテーナ２６Ｃと、チェックボールリテーナ２６Ｃとガイド筒２１との間に介在されてチェックボールリテーナ２６Ｃを押し上げるように付勢されているチェックボール用リターンスプリング２６Ｄと、備えている。

ここで、タペット２３に作用する荷重Ｆは、オイルポンプ２８側からの油圧による荷重Ｆ１と、タペット２３の内側に設けられたリターンスプリング２４の荷重Ｆ２を合わせたものである。本実施の形態では、荷重Ｆ（Ｆ１＋Ｆ２）に対して、バルブスプリング１１のセット荷重は十分に大きく設定されている。すなわち、荷重Ｆでは吸気バルブ４が開弁しないようになっている。なお、カム２によるバルブリフト時においては、タペット２３内にオイルが充填されており、非圧縮性流体のオイルはリークが非常に少ない状態では荷重Ｆより大きな荷重が作用してもカム２が作用する時間が短いため、タペット２３は突出した位置（突出位置）を保持できる。このようなタペット２３における荷重設定により、ロッカアーム５に設けたバルブ駆動部としてのアジャストスクリュー９の突出量を調整すると、吸気バルブ４は開弁しないでバルブの開弁タイミングのみの微調整を行うことができる。

［オイルリザーブタンクおよびソレノイドバルブ］
図５に示すように、オイルリザーブタンク３０は、下部にオイルリリーフ通路３１が連通するシリンダ３２と、このシリンダ３２内に収納されたピストン３３と、シリンダ３２の上部内壁とピストン３３との間に介在されピストン３３をシリンダ３２の下部内壁へ向けて付勢するスプリング３４と、備えて構成されている。シリンダ３２の上部には、エア抜き孔３２Ａが形成されている。また、シリンダ３２の側壁３２Ｂの所定の高さ位置には、オイルリリーフ孔３２Ｃが形成されている。

オイルリリーフ通路３１は、ソレノイドバルブ４０のプランジャ４１が出没することにより、通路が開閉されるようになっている。図１に示すように、ソレノイドバルブ４０は、ＥＣＵ５０に格納された制御プログラムおよびロッカアーム５に設けられた被検出部５Ｂとの距離を検出したギャップセンサ７の出力信号に基づいてＥＣＵ５０により制御されるようになっている。

［可変動弁装置の動作］
次に、本実施の形態に係る可変動弁装置１００の動作について説明する。
（最大リフト量が選択された場合）
図６は、エンジンの負荷および回転数が所定の運転領域のときに吸気バルブ４の最大リフト量Ｌ_ＭＡＸの設定が選択された場合の吸気バルブ４の非作動時（バルブリフトが発生していないとき）の状態を示す正面図である。図７は、吸気バルブ４の最大リフト量の設定が選択された場合において、吸気バルブ４が作動してリフト量が最大となった状態を示している。

最大リフト量の設定が選択された場合は、油圧アクチュエータ２０の油圧室２９（図４参照）内の容積は最大状態となっている。また、図６に示すように、ソレノイドバルブ４０は、オイルリリーフ通路３１を閉じた状態であり、かつ作動油はチェックバルブ２６（図４参照）で逆流が阻止された状態となっている。したがって、図４に示すように、この状態では、油圧アクチュエータ２０のピストン２２と共に動作するタペット２３が突出した状態で保持されている。

図６に示すように、吸気バルブ４の非作動時の状態では、カム２のベース円部２Ａと接触する第１入力ローラ１５は、カム２が矢印ａ方向（図中、時計回り方向）に回転しても第１入力ローラ１５は転動するだけでカム２側から押圧力を受けない状態にある。

次に、図７に示すように、カム２の矢印ａ方向への回転が進むと、第１入力ローラ１５にカム２のノーズ部２Ｂが当接して第１入力ローラ１５が押圧されて押し下げられる。第１入力ローラ１５が押し下げられると、揺動アーム６は第２入力ローラ１３がタペット２３の先端面を矢印ｃの方向へ移動する。このとき、揺動アーム６は回転軸８を中心に図中反時計回り方向に回転して第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角度θ２は、図１に示した第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角度θ１よりも狭くなる。揺動アーム６の先端の第２入力ローラ１３は、タペット２３の先端面で、左方向への移動が阻止されるため、揺動アーム６は第２入力ローラ１３を中心として図中時計回り方向に回転する荷重をカム２側から付与される。したがって、ロッカアーム５は、揺動アーム６から荷重を受けて、矢印ｂの方向に（支持軸３を支点として図中時計回り方向に）回動する。すると、ロッカアーム５のアーム先端部５Ａに設けられたアジャストスクリュー９が吸気バルブ４の上端を押圧して、吸気バルブ４はバルブスプリング１１の反発力に抗して最大リフト量Ｌ_ＭＡＸとなるまで軸方向（矢印ｈ方向）に沿って押し下げられる。

さらに、図７に示す状態から、カム２が矢印ａ方向にさらに回転してノーズ部２Ｂが第１入力ローラ１５を通過して再度ベース円部２Ａが第１入力ローラ１５に接触すると、ロッカアーム５のアーム先端部５Ａは上昇して吸気バルブ４がバルブスプリング１１の付勢力により上昇して閉じた状態になる。すなわち、揺動アーム６は図６に示した状態（位置）に戻る。図１０の（３）は、このように最大リフトが選択された場合のリフト量とクランク角との関係（バルブリフト特性）を示している。

（最小リフト量が選択された場合）
次に、エンジンの負荷および回転数が所定の運転領域のときに吸気バルブ４の最小リフト量（Ｌ_ＭＩＮ）の設定が選択された場合、吸気バルブ４の非作動時（バルブリフトが発生していないとき）の状態は、図６に示した状態と同様である。図８は、吸気バルブ４の最小リフト量の設定が選択された場合において、吸気バルブ４が作動して最小リフト量となったときのバルブリフト状態を示している。図９は、吸気バルブ４の最小リフト量の設定が選択された場合において、油圧アクチュエータ２０、オイルリザーブタンク３０、およびソレノイドバルブ４０の作動に基づいて吸気バルブ４を閉じた状態を示している。

図６に示すように、吸気バルブ４の非作動時の状態（カム２のベース円部２Ａが第２入力ローラ１５に接触している状態）では、カム２が矢印ａ方向に回転しても第１入力ローラ１５は転動するだけでカム２側から押圧力を受けない状態にある。このとき、図１１に示すように、油圧室２９内の容積は最大状態となっており、ソレノイドバルブ４０のプランジャ４１がオイルリリーフ通路３１を閉じた状態であり、かつ作動油はチェックバルブ２６で逆流が阻止された状態となっている。したがって、油圧アクチュエータ２０のピストン２２と共に動作するタペット２３が突出した状態で保持されている。

次に、図８に示すように、タペット２３が突出した状態で、カム２の矢印ａ方向への回転が進むと第１入力ローラ１５にカム２のノーズ部２Ｂの基部が当接して第１入力ローラ１５を徐々に押圧し始める。したがって、揺動アーム６は第２入力ローラ１３がタペット２３の先端面を矢印ｃ（下方）に向けて移動する。このとき、揺動アーム６は回転軸８を中心に図中反時計回り方向に回転して第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角度θ３は、図１に示した第１直線Ｌ１と第２直線Ｌ２とのなす角度θ１よりも僅かに狭くなる。揺動アーム６の先端の第２入力ローラ１３は、タペット２３の先端面で、左方向への移動が阻止されるため、揺動アーム６は第２入力ローラ１３を中心として図中時計回り方向に回転する荷重をカム２側から付与される。したがって、ロッカアーム５は、揺動アーム６から荷重を受け、矢印ｂの方向に（支持軸３を支点として図中時計回り方向に）回動する。すると、アーム先端部５Ａに設けられたアジャストスクリュー９が吸気バルブ４の上端を押圧し、吸気バルブ４をバルブスプリング１１の反発力に抗して押し下げる。

そして、カム２のノーズ部２Ｂの頂部に至る途中の所定位置が第１入力ローラ１５に当接するときに、吸気バルブ４は予め設定された最小リフト量Ｌ_ＭＩＮとなる（図８参照）。最小リフト量が選択されている状態で、ＥＣＵ５０に格納された制御プログラムおよびギャップセンサ７による出力値に基づいて、ＥＣＵ５０は、オイルリリーフ通路３１を解放させる制御信号をソレノイドバルブ４０に出力してソレノイドバルブ４０をオンにするように設定されている。すると、図９に示すように、ソレノイドバルブ４０のプランジャ４１は没してオイルリリーフ通路３１を開通させる。

図１２は、吸気バルブ４が最小リフト量となったときにソレノイドバルブ４０がオン状態となり、オイルリリーフ通路３１が開通した状態を示している。このようにオイルリリーフ通路３１が開くと、油圧室２９内の作動油がオイルリリーフ通路３１を介してオイルリザーブタンク３０へ矢印ｆで示す方向に移動可能となる。

このとき、図９に示すように、バルブスプリング１１の付勢力により、ロッカアーム５が支持軸３を支点として図中反時計回り方向（矢印ｅで示す方向）に押圧される。これに伴い揺動アーム６は、回転軸８を支点にして反時計回り方向に回動する。このとき揺動アーム６の他端の第２入力ローラ１３はタペット２３を後退させる方向（矢印ｄで示す方向）へ押圧する。タペット２３の後退に伴い、タペット２３内のピストン２２の第２油圧室構成管２２Ａが、ガイド筒２１側の第１油圧室構成管２１Ａに嵌合した状態で移動して油圧室２９の容積を縮める。

ここで、オイル通路ケース２５の入口部２５Ａでは、チェックバルブ２６で逆流が阻止されているため、作動油がオイル通路ケース２５の出口部２５Ｂからオイルリリーフ通路３１へ送り出される。そして、オイルリリーフ通路３１に作動油が送り出されることにより、オイルリザーブタンク３０ではスプリング３４の付勢力に抗してピストン３３を押し上げてピストン３３の下のシリンダ３２との間の空間に作動油を貯める。なお、オイルリザーブタンク３０において、ピストン３３の上昇に伴い、シリンダ３２内の空気はエア抜き孔３２Ａから排出される。逆に、ピストン３３が下降するときにはエア抜き孔３２Ａから空間がシリンダ３２内へ流入するようになっている。

なお、オイルリザーブタンク３０においては、ピストン３３がオイルリリーフ孔３２Ｃよりも上昇すると作動油がオイルリリーフ孔３２Ｃから排出され図示しないオイルパンに回収されるようになっている。このようにオイルリリーフ通路３１を開くことにより、油圧アクチュエータ２０のタペット２３を急に後退させることができる。したがって、図１０の（１）の線で示すように、吸気バルブ４を速やかに閉じることが可能となり、ポンプ損失の低減効果を高めることができる。

なお、このように吸気バルブ４が速やかに上昇してバルブシート１８に速い速度で衝突することを防止するため、図１０の（１）のタイミングチャートにおいて一点鎖線の楕円で示すような制御を行っている。すなわち、図９に示す矢印ｄ方向に、タペット２３が後退するに伴い揺動アーム６の第１入力ローラ１５が回転軸８を支点として反時計回り方向に回転すると、ロッカアーム５が支持軸３を支点として図中反時計回り方向に回動する。そして、ロッカアーム５の被検出部５Ｂがギャップセンサ７に対して所定距離まで近づくと、ギャップセンサ７はＥＣＵ５０へ検出信号を出力する。なお、図１０の（１）にはギャップセンサ７の出力値として、ギャップセンサ７と被検出部５Ｂとの距離に基づきバルブリフト位置を算出して示している。

このとき、ＥＣＵ５０では、ギャップセンサ７からの出力信号に基づいてソレノイドバルブ４０をオフにする制御信号を出力する。この結果、図１３に示すように、ソレノイドバルブ４０のプランジャ４１が突出してオイルリリーフ通路３１を閉じる。このようにオイルリリーフ通路３１を閉じると、油圧室２９とこれに連通するオイルリリーフ通路３１内に封止された作動油がピストン２２の後退を抑えるように作用する。すなわち、第２入力ローラ１３の速やかな矢印ｄ方向への移動が抑制される。これに伴い、図９に示すようなロッカアーム５の反時計回り方向（矢印ｅ方向）への揺動の速度が抑制され、延いては吸気バルブ４の速やかな上昇が緩和される。したがって、吸気バルブ４がバルブシート１８へ急激に衝突することを防止できる。なお、本実施の形態では、作動油の温度、油圧、エンジン回転数等の条件に応じてソレノイドバルブ４０をオフにするタイミングの設定値を補正することが可能である。

図１０の（１）の一点鎖線の楕円で示すように、吸気バルブ４のバルブシート１８への着座時には、ＥＣＵ５０から制御信号が出力され、ソレノイドバルブ４０をオン状態に切り換えプランジャ４１が没した状態となり、オイルリリーフ通路３１が開いた状態となる。図９に示すように、カム２が矢印ａ方向の回転が進んで第１入力ローラ１５をノーズ部２Ｂが通過する際に第１入力ローラ１５が押し下げられる。これに伴い、揺動アーム６は回転軸８を支点にして図中反時計回り方向に押圧される。

このとき、ロッカアーム５は、揺動アーム６から押圧されて、回転軸８を支点として図中時計回り方向に回動するように押圧される。しかし、バルブスプリング１１の荷重が、リターンスプリング２４とスプリング３４とを合わせた荷重よりも大きく設定されているため、ロッカアーム５は図中時計回り方向に回動することはなく、図９に示すように、揺動アーム６が回転軸８を支点として図中反時計回り方向（矢印ｅ方向）に回動し、第２入力ローラ１３がタペット２３を後退させる動作を行う。したがって、第１入力ローラ１５をカム２のノーズ部２Ｂが通過しても、吸気バルブ４がリフトされることはない。

そして、図１０に示すように、（１）の最小リフト量のリフト動作終了後であって、最大リフト量（３）のリフト動作が終了するクランク角に相当する角度までカム２が回転した後は、図１４に示すように、油圧アクチュエータ２０のリターンスプリング２４がタペット２３を矢印ｉ方向へ突出させる。この際、油圧室２９が拡張し、オイルリザーブタンク３０内の作動油がオイルリリーフ通路３１を通して油圧室２９に流入する。その後、オイルリリーフ通路３１を閉じて、オイルポンプ２８からチェックバルブ２６を介して油圧室２９内に作動油を供給してタペット２３が最大に突出した突出位置にして保持しておく。次のバルブリフト工程の前にタペット２３を突出させておくことにより、再度吸気バルブ４を任意のリフト量で作動させることが可能になる。

図１０における（２）は、本実施の形態に係る可変動弁装置１００を用いたバルブリフトの変形例を示すものであり、最大リフト量のリフト後バルブを早閉じさせた場合のバルブリフト特性を示している。また、図１０における（４）の線は比較例であり、ロストモーション機構を用いた可変動弁装置のバルブリフト特性を示している。

上述の本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、油圧アクチュエータ２０のタペット２３で第２入力ローラ１５を押して揺動アーム６の揺動を規制しつつ、カム２の駆動力を第１入力ローラ１５と揺動アーム６とを経てロッカアーム５に伝達する構成であるため、駆動損失を低減しつつロッカアーム５により吸気バルブ４の開閉を行うことが可能となる。そして、タペット２３を油圧室２９が狭くなる方向へ後退させることで、吸気バルブ４を任意のタイミングで閉じてバルブ作動特性を変更することが可能となる。

また、本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、第１入力ローラ１５を第２直線Ｌ２の近傍に配置したため、ロッカアーム５とともに揺動運動する揺動アーム６を小型化および軽量化することが可能となる。このため、吸気バルブ４の開閉時に揺動アーム６に作用する慣性力を減少させ、バルブスプリング１１の荷重を小さく設定できるとともに、各部品の摺動部で発生する摩擦損失を低減でき、可変動弁装置１００の駆動損失を低減できる。

さらに、本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、吸気バルブ４のリフト量を減少させて揺動アーム６に作用する慣性力を所定値以下に減少させる必要が無いため、内燃機関の性能向上が図れる。

本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、吸気バルブ４のバルブリフト量とバルブ作用角を小さくする際に、バルブリフト量とバルブ作用角を最大とした場合と同じ時期に吸気バルブ４を開くとともに、吸気バルブ４が閉じる時期だけを早めることができる。このため、吸気バルブ４のバルブリフト量とバルブ作用角を小さくする際に、従来のロストモーション機構を用いた可変動弁装置よりも同一吸入空気量において吸気バルブ４を大きく開くとともに早く閉じることができ、内燃機関のポンプ損失を低減できる。

本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、吸気バルブ４をリフトさせるときに、油圧通路による油圧駆動系を用いないため、油圧駆動に伴う圧力損失が発生せず、可変動弁装置１００全体の駆動損失を低減できる。

本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、第１入力ローラ１５および第２入力ローラ１３が、互いに軸方向へ離れかつ半径方向に互いに重なり合うように、揺動アーム６に配置されているため、揺動アーム６の長さおよび幅を縮小して軽量化が図れ、吸気バルブ４の開閉時に揺動アーム６に作用する慣性力を減少させて可変動弁装置１００の駆動損失を低減できる。

本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、吸気バルブ４をリフトさせる前に、オイルポンプ２８から供給される作動油で油圧室２９を拡張させるともに、吸気バルブ４をリフトさせる際に油圧室２９の圧力上昇でチェックバルブ２６を閉じ、吸気バルブ４を最大リフトさせたときと同じバルブリフト特性でリフトさせることができる。

本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、ソレノイドバルブ４０によりオイルリリーフ通路３１を任意のタイミングで解放（開通）させることで、吸気バルブ４を即座に閉じることが可能となる。

本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、カム２の回転によりノーズ部２Ｂが第１入力ローラ１５を最大に反時計回り方向に回動させた後、リターンスプリング２４によって油圧室２９を拡張させ、ピストン２２で第２入力ローラ１３を押して揺動アーム６を揺動させ、第１入力ローラ１５をカム２のカム面に常時押し付けることができる。したがって、本実施の形態の係る可変動弁装置１００によれば、揺動アーム６のがたつきや不安定な動作が発生することを防止できる。また、リターンスプリング２４によって油圧室２９の容積が拡大する場合に、オイルリザーブタンク３０に貯えた作動油を油圧室２９に供給することができ、作動油を効率よく使うことができ、オイルポンプの負担を低減することもできる。

本実施の形態に係る可変動弁装置１００では、油圧室２９内に所定量の作動油を溜める構成であるため、作動油が緩衝材として機能して吸気バルブ４がバルブシート１８に着座する際の衝撃を緩和することができる。

［その他の実施の形態］
以上、実施の形態について説明したが、この実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記実施の形態では、揺動アーム６の第１入力ローラ１５にカム２が当接して、第２入力ローラ１３に油圧アクチュエータ２０のタペット２３の先端面が当接するように設定したが、逆に、第１入力ローラ１５に油圧アクチュエータ２０のタペット２３の先端面が当接し、第２入力ローラ１３にカム２が当接する構成としてもよい。

また、上記実施の形態では、揺動アーム６を一対のアームプレート１２で構成したが、単体のアーム体で構成しても勿論よい。

１００ 可変動弁装置
１ カム軸
２ カム
２Ａ ベース円部
２Ｂ ノーズ部
３ 支持軸
４ 吸気バルブ
５ ロッカアーム
５Ａ アーム先端部
５Ｂ 被検出部
６ 揺動アーム
７ ギャップセンサ
８ 回転軸
９ アジャストスクリュー（バルブ駆動部）
１１ バルブスプリング
１３ 第２入力ローラ（第２接触部）
１４ 第２ローラピン
１５ 第１入力ローラ（第１接触部）
１６ 第１ローラピン
１８ バルブシート
２０ 油圧アクチュエータ
２１ ガイド筒
２１Ａ 第１油圧室構成管
２２ ピストン
２２Ａ 第２油圧室構成管
２３ タペット（出没部）
２４ リターンスプリング
２５ オイル通路ケース
２６ チェックバルブ
２７ オイル供給通路
２８ オイルポンプ
２９ 油圧室
３０ オイルリザーブタンク（アキュムレータ）
３１ オイルリリーフ通路
３２ シリンダ
３２Ｃ オイルリリーフ孔
３３ ピストン
３４ スプリング
４０ ソレノイドバルブ
４１ プランジャ
５０ ＥＣＵ
６０ シリンダヘッド側部材

Claims (4)

1. 支持軸に揺動自在に軸支され、揺動動作に伴って吸気バルブを開閉可能とするロッカアームと、該ロッカアームの近傍に配置されたカム軸に固定され、該カム軸の回転に伴って前記ロッカアームを揺動可能とするカムと、油圧室を有する油圧アクチュエータと、を備え、前記吸気バルブがリフトしている間に、前記油圧室の油圧を低下させることにより前記吸気バルブが閉じるタイミングを変更可能とする内燃機関の可変動弁装置において、
   前記ロッカアームは、前記吸気バルブに当接して開閉動作させるバルブ駆動部を一体に備え、
   前記油圧アクチュエータは、油圧によって軸方向に移動して突出した突出位置と前記油圧室側へ後退した後退位置とに変位する出没部を有し、
   前記ロッカアームの長手方向で前記支持軸と前記バルブ駆動部との間に、揺動アームの一端部が回転軸で回動自在に軸支されるとともに、該揺動アームに前記回転軸からの距離が異なる第１接触部と第２接触部とが前記揺動アームの長手方向に沿って設けられ、
   前記第１接触部が前記カムと接触し、前記第２接触部が前記出没部と接触し、
   前記ロッカアームは、前記出没部が突出位置に配置された状態で、前記カムの回動に伴って前記揺動アームを介して駆動されて前記バルブ駆動部で前記吸気バルブを押し下げ可能であり、前記出没部が前記後退位置に配置された状態で、前記吸気バルブを押し下げ不能に設定されていることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記第１接触部は、前記回転軸と前記第２接触部との間に配置され、
   前記支持軸の中心と前記回転軸の中心とを結ぶ直線を第１直線とし、前記回転軸の中心と前記第２接触部の中心との間を結ぶ直線を第２直線とした場合、前記第１直線と前記第２直線とがなす角度が鋭角に設定され、
   前記第２直線に対して前記支持軸と同じ側にて前記出没部を前記第２接触部と接触させ、かつ前記出没部を前記後退位置に配置させた場合、前記第１直線と前記第２直線のなす角度が減少するように当該出没部が配置され、
   前記第１接触部を前記第２直線の近傍に配置し、前記第１接触部の中心を通り前記第１直線と平行な直線を第３直線とした場合、該第３直線に対して前記ロッカアームが配置される側とは反対側にて前記第１接触部が前記カムのベース円部と接触することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記出没部は、前記第２接触部と接触する接触面が前記カム側を向くように配置され、前記出没部と前記カムとに挟まれる空間に前記第１接触部と前記第２接触部とが配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 前記第１接触部は第１ローラ軸で軸支された第１入力ローラであり、前記第２接触部は第２ローラ軸で軸支された第２入力ローラであり、前記第１ローラ軸および前記第２ローラ軸は前記支持軸と平行をなし、前記第１入力ローラと前記第２入力ローラとが、互いに軸方向へ沿って互いに離れかつ半径方向に沿って互いに重なり合うように配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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