JPH0749010A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 内燃機関の油圧を利用したリフト可変動弁装
置に関し、スリーブ（油圧開放弁）の円滑な回動を図
る。 【構成】 カム２２と、カム側ピストン２７と、同ピス
トンに油圧を介して連動するバルブ側ピストン５０と、
吸気又は排気バルブ２１とを備え、ハウジング２３とカ
ム側ピストンの外周にスリーブ３０を回動自由に嵌装
し、カム側ピストンに設けた油穴３３がスリーブの窓３
５に連通することで、リフト中に油圧を開放可能にする
と共に、スリーブの回動位置によって油圧の開放時期を
可変とした装置において、スリーブに、スリーブの窓に
連通する位置に第１の円周溝３７を溝のカム側縁部を窓
のカム側端部に合わせて形成すると共に、カム側ピスト
ンに、カム側ピストンの上死点位置にて第１の円周溝に
同じくスリーブ３０の窓に連通しカム側縁部を窓のカム
側端部に合わせた第２の円周溝３８を形成する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、吸気バルブまたは排
気バルブのバルブリフト量を油圧を介して制御する内燃
機関の可変動弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の可変動弁装置として、従来例え
ば特開平１ー１３４０１３号公報にも見られるように、
機関と同期して回転駆動されるカムと、カムに追従して
往復運動するカム側ピストンと、カム側ピストンに油圧
を介して連動するバルブ側ピストンとを備え、バルブ側
ピストンを介して吸気バルブまたは排気バルブを開閉動
作するものがある。

【０００３】これは、バルブの開閉動作中に油圧開放弁
を開放してカム側ピストンからバルブ側ピストンに作用
する油圧を逃がすことにより、バルブが閉弁され、油圧
開放弁の開放時期を制御することによって、バルブリフ
ト量が調節される。

【０００４】この油圧開放弁に、図８、図９のような回
転スリーブ弁を用いたものがある。カム側ピストン１の
外側を被う回転スリーブ２に窓３が設けられ、窓３に逆
止弁４を介して図示しない油圧ポンプ側および逆止弁５
を介してカム側ピストン１の内側の油圧室６に接続する
油通路７が連通される。

【０００５】カム８の動作によりロッカアーム９を介し
てカム側ピストン１が押し下げられると、油圧室６の油
圧が上昇しながら図示しないバルブ側ピストンに伝えら
れ、バルブが開弁されるが、このカム側ピストン１の動
作中に、カム側ピストン１に設けられた油穴１０が回転
スリーブ２の窓３と連通され、これにより油圧室６から
バルブ側ピストンへの油圧が開放されて、バルブが閉弁
される。

【０００６】回転スリーブ２の窓３は、三角形状に形成
されており、ラックバー１１の駆動によって回転スリー
ブ２を回動させることで、カム側ピストン１の油穴１０
と回転スリーブ２の窓３との連通時期が変えられ、バル
ブリフト量が調節されるようになっている。

【０００７】なお、ロッカアーム９とカム側ピストン１
との間に、カム側ピストン１の回り止め機構１２が設け
られている。１３はアキュームレータである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな回転スリーブ弁を有する従来の可変動弁装置にあっ
ては、油圧ポンプから供給される油圧が高い場合に、回
転スリーブ２が動かなくなり、バルブリフトの調節がで
きなくなるという問題があった。

【０００９】即ち、カム側ピストン１の１カ所に油穴１
０を、回転スリーブ２の１カ所に窓３を設けているた
め、カム側ピストン１、回転スリーブ２の表面（円周
部）各部の圧力分布が異なって、半径方向に受ける力が
非平衡の状態となっており、このため油圧が高い場合、
回転スリーブ２等が片側に押し付けられて、カム側ピス
トン１と回転スリーブ２とハウジング１４との間に摩擦
抵抗が生じると考えられる。

【００１０】図１０、図１１にカム側ピストン１、回転
スリーブ２の表面圧力分布を示す。これらは図９のよう
にカム側ピストン１が上死点にあり、油穴１０が回転ス
リーブ２の窓３に連通してないときの状態を示したもの
である。

【００１１】油圧室６および油通路７には逆止弁４，５
を介して油圧ポンプから供給される油圧と同等の油圧が
かかっており、油圧室６および油通路７の油がカム側ピ
ストン１、回転スリーブ２、ハウジング１４の摺動部か
ら漏れることにより、油圧は回転スリーブ２と蓋１５の
間つまりカム側外部の大気開放に向かって供給圧から直
線的に降下するが、この降下の始点が油穴１０、窓３の
存在によって変わることで、圧力分布が異なる。

【００１２】カム側ピストン１の圧力分布は、図１０の
（ａ）のカム側ピストン油穴１０と回転スリーブ窓３を
通る断面部分にあって、油穴１０側ならびに窓３側が大
きく、反対側が小さい。（ｂ）のカム側ピストン油穴１
０を通らず回転スリーブ窓３を通る断面部分にあって、
アンバランスはほぼ窓３による。（ｃ）はこれ以外の断
面部分を示す。

【００１３】回転スリーブ２の圧力分布は、図１１の
（ａ）のカム側ピストン油穴１０と回転スリーブ窓３を
通る断面部分にあって、窓３側ならびに油穴１０側が大
きく、反対側が小さい。このアンバランスは、（ｂ）の
カム側ピストン油穴１０を通らず回転スリーブ窓３を通
る断面部分にあるように、ほぼ窓３による。（ｃ）はこ
れ以外の断面部分を示す。

【００１４】このような非平衡の力により、カム側ピス
トン１、回転スリーブ２が片方に押されて摩擦抵抗が増
大し、回転スリーブ２の回動を妨げている。

【００１５】この発明は、カム側ピストン、回転スリー
ブの圧力分布をバランスさせることで、このような問題
点を解決することを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明は、機関に同期
して回転駆動されるカムと、カムに追従して往復運動す
るカム側ピストンと、カム側ピストンに油圧を介して連
動するバルブ側ピストンと、バルブ側ピストンに追従し
て開閉動作する吸気バルブまたは排気バルブとを備え、
ハウジングとカム側ピストンとの間にスリーブを回動自
由に嵌装し、このスリーブに所定形状の窓を設け、カム
のリフトに伴いカム側ピストンに設けた油穴がスリーブ
の窓に連通することで、リフト中にバルブ側ピストンへ
の油圧を開放可能にすると共に、スリーブの回動位置に
よって油圧の開放時期を可変とした内燃機関の可変動弁
装置において、前記スリーブとハウジングの間に、スリ
ーブの窓に連通する位置に第１の円周溝を溝のカム側縁
部を窓のカム側端部に合わせて形成すると共に、前記カ
ム側ピストンに、カム側ピストンの上死点位置にて第１
の円周溝に同じくスリーブの窓に連通かつ溝のカム側縁
部を窓のカム側端部に合わせた第２の円周溝を形成す
る。

【００１７】また、カム側ピストンの往復運動方向の中
心軸に対して、カム側ピストンの油穴と対称な位置に第
２の油穴を形成する。

【００１８】

【作用】スリーブとハウジングの間の第１の円周溝にス
リーブの窓から油圧が回り込むと共に、この円周溝のカ
ム側縁部をスリーブの窓のカム側端部に合わせる、つま
り第１の円周溝をスリーブの窓のカムに最も近い部分に
形成することで、この円周溝から外部（カム側）に向か
っての圧力降下が均等になり、またカム側ピストンの第
２の円周溝にスリーブの窓から油圧が回り込むと共に、
この円周溝のカム側縁部がカム側ピストンが上死点にあ
るときにスリーブの窓のカム側端部に合うように、第２
の円周溝をスリーブの窓のカムに最も近い部分に形成す
ることで、この円周溝から外部（カム側）に向かっての
圧力降下がほぼ均等になる。これにより、スリーブ、カ
ム側ピストンのほぼ偏りのない表面圧力分布が得られ
る。

【００１９】したがって、アンバランスな力によってス
リーブならびにカム側ピストンが片側に押し付けられる
ことはなく、回転スリーブの円滑な回動が得られる。

【００２０】また、カム側ピストンの往復運動方向の中
心軸に対して、カム側ピストンの油穴と対称な位置に第
２の油穴を形成すれば、油穴による影響も除かれ、より
良い圧力分布が得られる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２２】図１〜図３に示すように、２０は機関のシ
リンダヘッド、２１は吸気バルブまたは排気バルブ、２
２は機関に同期して回転駆動されるカム、２３はシリン
ダヘッド２０上に設けられたハウジングである。

【００２３】カム２２は、基端をピボットエンド２４に
支持されたロッカアーム２５のローラフォロワ２６に当
接され、ロッカアーム２５の先端がカム側ピストン２７
に当接される。

【００２４】ロッカアーム２５を介してカム２２のリフ
トがカム側ピストン２７に伝えられるが、ロッカアーム
２５とカム側ピストン２７との間には、溝２８とこれに
係合する突起２９とからなるカム側ピストン２７の回り
止め機構が設けられる。

【００２５】カム側ピストン２７は、ハウジング２３に
収装されたスリーブ３０に摺動自由に嵌挿され、ハウジ
ング２３の油圧室３１側が円筒部に形成され、油圧室３
１内にカム側ピストン２７をロッカアーム２５側に付勢
するカムスプリング３２が介装される。

【００２６】このカム側ピストン２７の円筒部の所定の
位置に油穴３３が設けられる。

【００２７】スリーブ３０は、ハウジング２３に回動自
由に収装され、円周面の所定の位置に三角形状の窓３５
が開設される。ハウジング２３にはスリーブ３０が軸方
向に動かないように蓋３６が取付けられる。

【００２８】スリーブ３０とハウジング２３の間に、ス
リーブ３０の窓３５に連通する第１の円周溝３７が形成
される。第１の円周溝３７は、窓３５のカム２２に最も
近い部位に、その溝３７のカム２２側縁部を窓３５のカ
ム２２側端部に合わせて形成される。図中、第１の円周
溝３７はスリーブ３０の外周に形成しているが、ハウジ
ング２３の内周に形成しても良い。

【００２９】第１の円周溝３７の内側にてカム側ピスト
ン２７の外周に、スリーブ３０の窓３５に連通する第２
の円周溝３８が形成される。第２の円周溝３８は、カム
側ピストン２７が上死点（図示位置）にあるときに窓３
５のカム２２に最も近い部位に、その溝３８のカム２２
側縁部を窓３５のカム２２側端部に合わせて形成され
る。

【００３０】カム側ピストン２７の円筒部には、カム側
ピストン２７の中心軸に対して前記油穴３３と対称な位
置に第２の油穴３９が設けられる。

【００３１】スリーブ３０の円周面端部にはピニオン４
０が形成され、ピニオン４０にはハウジング２３に挿通
されたラックバー４１がかみ合う。ラックバー４１は図
示しないアクチュエータに連結され、アクチュエータに
よってラックバー４１が駆動されると、スリーブ３０が
回動され、窓３５の位置が変えられる。

【００３２】スリーブ３０の窓３５に開口される油通路
４２には、逆止弁４３を介して図示しない油圧ポンプか
ら所定の作動油が供給される。油通路４２は途中にアキ
ュームレータ４４が設けられ、前記油圧室３１に逆止弁
４５を介して接続される。

【００３３】油圧室３１の直下方には、逆止弁４６とオ
リフィス油路４７とを介して接続される第２油圧室４８
が形成され、第２油圧室４８にバルブ２１のステム４９
端部に当接するバルブ側ピストン５０が摺動自由に収装
される。

【００３４】油圧室３１と第２油圧室４８との間に油導
路５１が形成され、その第２油圧室４８側の開口部はバ
ルブ側ピストン５０の小ストローク域にバルブ側ピスト
ン５０にスカート部によって閉じられる位置に設けられ
る。

【００３５】バルブ２１はバルブスプリング５２によっ
て閉弁方向に付勢されている。

【００３６】このような構成により、カム２２の非リフ
ト域でカム側ピストン２７が上死点位置にあるときは、
油圧室３１が油通路４２と遮断している。

【００３７】この状態から、カム２２のリフトに伴いカ
ム側ピストン２７が押し下げられると、油圧室３１の油
圧が上昇して逆止弁４６が開かれ、油圧が第２油圧室４
８に流入してバルブ側ピストン５０が押し下げられ、バ
ルブ２１が開き始める。

【００３８】この際、油圧室３１の作動油はオリフィス
油路４７、およびバルブ側ピストン５０が小ストローク
すると、油導路５１からも第２油圧室４８に入り、バル
ブ２１が開かれる。

【００３９】そして、さらにカム側ピストン２７が押し
下げられると、カム側ピストン２７の油穴３３がスリー
ブ３０の窓３５に連通され、油圧室３１の油圧ならびに
バルブ側ピストン５０に作用していた第２油圧室４８の
油圧が開放され、バルブ２１がスプリング５２によって
閉じられる。

【００４０】油穴３３の連通位置はスリーブ３０の回動
位置によって変えられ、スリーブ３０が図２の右方向に
回動されると、油穴３３が遅い時期に連通されて、バル
ブ２１の閉弁が遅くなり、スリーブ３０が図２の左方向
に回動されると、油穴３３が早い時期に連通されて、バ
ルブ２１の閉弁が早くなる。

【００４１】この際、第２油圧室４８の作動油は、まず
油導路５１から戻され、バルブ２１が閉じる直前では油
導路５１が閉じられて、オリフィス油路４７から戻され
る。このため、バルブ２１は滑らかに閉弁される。

【００４２】そして、カム側ピストン２７が戻され、油
穴３３が遮断されると、アキュームレータ４４内の油圧
が逆止弁４５を介して油圧室３１に戻され、開閉動作が
終了される。

【００４３】このようにバルブ２１が開閉され、その閉
弁時期が遅いときは小さなバルブリフトが得られ、閉弁
時期が早いときは大きなバルブリフトが得られる。

【００４４】カム側ピストン２７の動作によって油穴３
３をスリーブ３０の窓３５に連通させて油圧の開放を行
わせるメカニカルな構造のため、例えば電磁弁等を用い
て油圧の開放を行わせるものと比べて、機関回転数が高
いときでも、電磁弁のように応答遅れを生じることはな
く、高い信頼性が確保される。

【００４５】一方、スリーブ３０とハウジング２３の間
に第１の円周溝３７を、カム側ピストン２７に第２の円
周溝３８を、カム側ピストン２７の油穴３３と対称に第
２の油穴３９を形成することで、スリーブ３０ならびに
カム側ピストン２７が受ける半径方向の力をバランスさ
せることができる。

【００４６】第１の円周溝３７には油圧が回り込むた
め、溝内は全周同圧になると共に、この円周溝３７を溝
のカム側縁部をスリーブ３０の窓３５のカム側端部に合
わせて、窓３５のカム２２に最も近い部分に形成したた
め、この円周溝３７からスリーブ３０と蓋３６の間つま
りカム側外部に向かっての圧力降下は、スリーブ３０の
窓３５にかかわらず均等になる。

【００４７】第２の円周溝３８には油圧が回り込むた
め、溝３８内は全周同圧になると共に、この場合円周溝
３８のカム側縁部がカム側ピストン２７の上死点位置に
てスリーブ３０の窓３５のカム側端部に合うように、窓
３５のカム２２に最も近い部分に形成したため、この円
周溝３８からスリーブ３０と蓋３６の間つまりカム側外
部に向かっての圧力降下は、カム側ピストン２７の上死
点にて均等になる。

【００４８】また、カム側ピストン２７に油穴３３と対
称位置に第２の油穴３９を形成したため、油穴３３、３
９の周囲の圧力分布がバランスする。

【００４９】図４、図５にカム側ピストン２７、スリー
ブ３０の表面圧力分布を示す。これらは図１のようにカ
ム側ピストン２７が上死点にあり、油穴３３がスリーブ
３０の窓３５に連通してないときの状態を示したもので
ある。

【００５０】油通路４２および油圧路３１には逆止弁４
３，４５を介して油圧ポンプから供給される油圧と同等
の油圧がかかっており、その油圧はスリーブ３０の窓３
５等から第１、第２の円周溝３７，３８に入る。

【００５１】カム側ピストン２７の圧力分布は、図４の
（ａ）のカム側ピストン油穴３３，３９、スリーブ窓３
５を通る断面部分にあって、第２の円周溝３８および対
称な油穴３３，３９により平衡な分布となる。（ｂ）の
カム側ピストン油穴３３，３９を通らずスリーブ窓３５
を通る断面部分に示すように、窓３５による影響を第２
の円周溝３８が除き、（ｃ）のこれ以外の断面部分に同
じの平衡な圧力分布を得ている。

【００５２】スリーブ３０の圧力分布は、図５の（ａ）
のカム側ピストン油穴３３，３９、スリーブ窓３５を通
る断面部分にあって、第１の円周溝３７と第２の円周溝
３８により窓３５の存在にかかわらず、また油穴３３，
３９により、その影響は小さいが、平衡な分布となる。
（ｂ）のカム側ピストン油穴３３，３９を通らずスリー
ブ窓３５を通る断面部分は、第１、第２の円周溝３７，
３８により同様に、（ｃ）のこれ以外の断面部分に同じ
の平衡な圧力分布を得ている。

【００５３】このように、カム側ピストン２７、スリー
ブ３０の表面圧力がバランスするため、その半径方向の
力によってこれらが片方に押されて、スリーブ３０の回
動を妨げることはなく、これにより油圧ポンプからの供
給油圧が高い場合にも、スリーブ３０の円滑な回動を保
つことができる。

【００５４】したがって、スリーブ３０の駆動力を低減
でき、バルブの閉弁時期、バルブリフトを的確に精度良
く制御でき、高い信頼性を確保できる。

【００５５】なお、第１、第２の円周溝３７，３８のカ
ム側縁部をスリーブ３０の窓３５のカム側端部よりも下
方（バルブ２１側）にして溝３７，３８を形成した場
合、表面圧力分布は図６、図７のようになる。

【００５６】カム側ピストン２７では、図６の（ｂ）の
カム側ピストン油穴３３，３９を通らずスリーブ窓３５
を通る断面部分に示すように、窓３５の上方部分によっ
て窓３５側がいくらか圧力が大きくなる。（ａ）はカム
側ピストン油穴３３，３９、スリーブ窓３５を通る断面
部分、（ｃ）はこれ以外の断面部分を示す。

【００５７】スリーブ３０では、図７の（ａ）のカム側
ピストン油穴３３，３９、スリーブ窓３５を通る断面部
分、（ｂ）のカム側ピストン油穴３３，３９を通らずス
リーブ窓３５を通る断面部分に示すように、窓３５の上
方部分によって窓３５側がいくらか圧力が大きくなる。
（ｃ）はこれ以外の断面部分を示す。

【００５８】このため、第１、第２の円周溝３７，３８
のカム側縁部をスリーブ３０の窓３５のカム側端部に合
わせるのが最良である。

【００５９】

【発明の効果】以上のようにこの発明は、機関に同期し
て回転駆動されるカムと、カムに追従して往復運動する
カム側ピストンと、カム側ピストンに油圧を介して連動
するバルブ側ピストンと、バルブ側ピストンに追従して
開閉動作する吸気バルブまたは排気バルブとを備え、ハ
ウジングとカム側ピストンとの間にスリーブを回動自由
に嵌装し、このスリーブに所定形状の窓を設け、カムの
リフトに伴いカム側ピストンに設けた油穴がスリーブの
窓に連通することで、リフト中にバルブ側ピストンへの
油圧を開放可能にすると共に、スリーブの回動位置によ
って油圧の開放時期を可変とした内燃機関の可変動弁装
置において、前記スリーブとハウジングの間に、スリー
ブの窓に連通する位置に第１の円周溝を溝のカム側縁部
を窓のカム側端部に合わせて形成すると共に、前記カム
側ピストンに、カム側ピストンの上死点位置にて第１の
円周溝に同じくスリーブの窓に連通かつ溝のカム側縁部
を窓のカム側端部に合わせた第２の円周溝を形成したの
で、カム側ピストン表面、スリーブ表面の圧力分布がバ
ランスして、スリーブの円滑な回動を得ることができ、
スリーブの駆動力を低減できると共に、良好な制御性な
らびに高い信頼性を確保することができる。

【００６０】また、カム側ピストンの往復運動方向の中
心軸に対して、カム側ピストンの油穴と対称な位置に第
２の油穴を形成することで、より均等な圧力分布を確保
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の断面図である。

【図２】部分斜視図である。

【図３】部分断面図である。

【図４】カム側ピストンの表面圧力分布を示す特性図で
ある。

【図５】スリーブの表面圧力分布を示す特性図である。

【図６】カム側ピストンの表面圧力分布の比較特性図で
ある。

【図７】スリーブの表面圧力分布の比較特性図である。

【図８】従来例の部分斜視図である。

【図９】従来例の部分断面図である。

【図１０】従来例のカム側ピストンの表面圧力分布の特
性図である。

【図１１】従来例のスリーブの表面圧力分布の特性図で
ある。

【符号の説明】

２１ バルブ ２２ カム ２３ ハウジング ２５ ロッカアーム ２７ カム側ピストン ３０ スリーブ ３１ 油圧室 ３２ カムスプリング ３３ 油穴 ３５ 窓 ３７ 第１の円周溝 ３８ 第２の円周溝 ３９ 第２の油穴 ４１ ラックバー ４２ 油通路 ４３ 逆止弁 ４４ アキュームレータ ４５ 逆止弁 ４６ 逆止弁 ４７ オリフィス油路 ４８ 第２油圧室 ５０ バルブ側ピストン ５１ 油導路 ５２ バルブスプリング

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関に同期して回転駆動されるカムと、
   カムに追従して往復運動するカム側ピストンと、カム側
   ピストンに油圧を介して連動するバルブ側ピストンと、
   バルブ側ピストンに追従して開閉動作する吸気バルブま
   たは排気バルブとを備え、ハウジングとカム側ピストン
   との間にスリーブを回動自由に嵌装し、このスリーブに
   所定形状の窓を設け、カムのリフトに伴いカム側ピスト
   ンに設けた油穴がスリーブの窓に連通することで、リフ
   ト中にバルブ側ピストンへの油圧を開放可能にすると共
   に、スリーブの回動位置によって油圧の開放時期を可変
   とした内燃機関の可変動弁装置において、前記スリーブ
   とハウジングの間に、スリーブの窓に連通する位置に第
   １の円周溝を溝のカム側縁部を窓のカム側端部に合わせ
   て形成すると共に、前記カム側ピストンに、カム側ピス
   トンの上死点位置にて第１の円周溝に同じくスリーブの
   窓に連通かつ溝のカム側縁部を窓のカム側端部に合わせ
   た第２の円周溝を形成したことを特徴とする内燃機関の
   可変動弁装置。
2. 【請求項２】 前記カム側ピストンの往復運動方向の中
   心軸に対して、カム側ピストンの油穴と対称な位置に第
   ２の油穴を形成した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。