WO2020179860A1 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

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WO2020179860A1
WO2020179860A1 PCT/JP2020/009365 JP2020009365W WO2020179860A1 WO 2020179860 A1 WO2020179860 A1 WO 2020179860A1 JP 2020009365 W JP2020009365 W JP 2020009365W WO 2020179860 A1 WO2020179860 A1 WO 2020179860A1
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WO
WIPO (PCT)
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state
valve
cam
pin
valve lift
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/009365
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
一也 岡▲崎▼
徳丸　武志
淳一郎 新田
大雅 日比
Original Assignee
いすゞ自動車株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/08—Shape of cams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L13/00—Modifications of valve-gear to facilitate reversing, braking, starting, changing compression ratio, or other specific operations

Definitions

  • the present disclosure relates to a variable valve operating device for an internal combustion engine, and more particularly to a variable valve operating device for changing the operating characteristics of an intake valve or an exhaust valve of the internal combustion engine (these are collectively referred to as an engine valve).
  • variable valve gear for making the operating characteristics of an engine valve (for example, at least one of valve timing, valve lift amount, and working angle) variable is known.
  • variable valve operating devices include a variable mechanism capable of switching between at least a first state and a second state in order to switch the operating characteristics of the engine valve.
  • variable mechanisms switch between the first and second states by connecting and disconnecting two rocker arms with a pin.
  • a pin built in one rocker arm is hydraulically pushed out, inserted into a pin hole of the other rocker arm, and two rocker arms are connected.
  • the engine valve may be driven without the pin being completely inserted into the pin hole.
  • the pin may come out of the pin hole during the opening of the engine valve, the engine valve may suddenly move in the valve closing direction, collide with the valve seat or the like, and damage the engine valve.
  • the present disclosure was devised in view of the above circumstances, and the purpose of the present disclosure is to provide a variable valve device for an internal combustion engine that can suppress damage to the engine valve even when a pin comes out of the pin hole while the engine valve is open. To provide.
  • variable mechanism that can switch between the first state and the second state to switch the operating characteristics of the engine valve.
  • the variable mechanism is Camshaft, The first cam and the second cam, which are fixed to the camshaft and have different cam profiles, A first rocker arm and a second rocker arm provided corresponding to the first cam and the second cam, respectively; A coupling mechanism for switching the coupling state of the first rocker arm and the second rocker arm, the pin being provided on one of the first rocker arm and the second rocker arm so as to be retractable, and the other.
  • a connecting mechanism having a pin hole Equipped with In the first state, the pin comes out of the pin hole, and the engine valve has an operating characteristic according to the cam profile of the first cam, In the second state, the pin is inserted into the pin hole, and the engine valve has operating characteristics according to the cam profile of the second cam.
  • the maximum valve lift amount is the same in the first state and the second state.
  • the maximum valve lift period is extended to the retard side as compared with the first state
  • a protrusion section in which the valve lift amount is temporarily larger than the maximum valve lift amount is provided
  • An internal combustion engine characterized in that the phase position where the valve lift amount peaks in the protruding section is set to the advance angle side with respect to the phase position where the maximum valve lift amount is first reached in the first state.
  • a variable valve operating device is provided.
  • the phase position of the end point of the protruding section is set to be equal to the phase position at which the maximum valve lift amount is first reached in the first state.
  • the phase position of the end point of the protruding section is set to the advance angle side or the retard angle side from the phase position where the maximum valve lift amount is first reached in the first state.
  • damage to the engine valve can be suppressed even when the pin comes out of the pin hole while the engine valve is open.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a partial configuration of a variable valve gear.
  • FIG. 2 is a valve lift diagram showing how the valve timing changes.
  • FIG. 3 is a diagram showing a first state of the variable mechanism.
  • FIG. 4 is a diagram showing a third state of the variable mechanism.
  • FIG. 5 is a diagram showing a second state of the variable mechanism.
  • FIG. 6 is a diagram showing a control map.
  • FIG. 7 is a valve lift diagram showing the valve lift curves in the first state and the third state in detail.
  • FIG. 8 is an enlarged view of FIG. 7 showing the protruding section.
  • FIG. 9 is an enlarged view showing a modified example of the protruding section.
  • FIG. 10 is an enlarged view showing another modification of the protruding section.
  • FIG. 1 shows a partial configuration of the variable valve gear of the present embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of the cylinder head when viewed from above.
  • the internal combustion engine (engine) of the present embodiment is a multi-cylinder diesel engine mounted on a large vehicle such as a truck or a bus, and specifically, an in-line 6-cylinder diesel engine.
  • a large vehicle such as a truck or a bus
  • an in-line 6-cylinder diesel engine an in-line 6-cylinder diesel engine.
  • the use, type, type, etc. of the vehicle and engine are not limited and are arbitrary.
  • Rotational driving force from a crankshaft (not shown) is transmitted to the camshaft 1 through a power transmission mechanism (not shown) such as a gear mechanism.
  • the engine of the present embodiment is a DOHC (Double OverHead Camshaft) engine that drives an intake valve and an exhaust valve with two camshafts, respectively.
  • the camshaft 1 shown in the figure is an intake cam for opening and closing the intake valve 3. It is a shaft.
  • the present disclosure may be applied to an exhaust camshaft for driving an exhaust valve (not shown). Intake valves and exhaust valves are collectively called engine valves.
  • FIG. 1 shows the configuration for one cylinder.
  • the variable valve gear controls the variable mechanism 5 that can switch between the first state and the second state to switch the operating characteristics of the intake valve 3, and the fluid pressure supplied to the variable mechanism 5 to switch the variable mechanism 5.
  • a fluid pressure control device (described later) for controlling.
  • the operating characteristics of the intake valve 3 basically refer to the valve timing and the working angle.
  • the fluid pressure is hydraulic pressure, and engine lubricating oil is used as the fluid or working fluid in this embodiment.
  • the fluid pressure control device will be referred to as a hydraulic control device.
  • three cams 4A, 4B, and 4C that open the intake valve 3 against the biasing force of the valve spring 2 are fixedly mounted on the camshaft 1 for each cylinder.
  • Two intake valves 3 are provided for each cylinder, and these two intake valves 3 are simultaneously opened and closed by a valve bridge 8.
  • a part of the three cams 4A, 4B, 4C and a rocker arm 9 cause the valve bridge 8 to move downward against the urging force of the valve spring 2 (the back side in the paper thickness direction in FIG. 1).
  • Direction is pushed down.
  • the valve bridge 8 is pushed upward (in the direction toward the front side in the paper thickness direction in FIG. 1) by the urging force of the valve spring 2.
  • the three cams that is, the first cam 4A, the second cam 4B, and the third cam 4C each have a different cam profile, and both the valve timing and the working angle of the intake valve 3 are switched in three stages. That is, the variable mechanism 5 of the present embodiment can be switched between three stages of a first state, a second state, and a third state.
  • variable mechanism 5 includes a rocker arm 9, and the rocker arm 9 has three rocker arms per cylinder corresponding to the three cams 4A, 4B, 4C, that is, the first rocker arm 9A, the second rocker arm 9B, and the like.
  • a third rocker arm 9C is included.
  • These rocker arms 9A, 9B, 9C are adjacent to each other in the front-rear direction, and are rotatably supported by a common rocker shaft 18.
  • C2 indicates the central axis of the rocker shaft 18.
  • the order of arrangement of the cams and rocker arms in the axial direction is arbitrary, but in the present embodiment, they are second, first, and third in order from the rear.
  • a rocker roller 19 is rotatably provided on the rocker arms 9A, 9B, 9C, and the rocker roller 19 is constantly in contact with the cams 4A, 4B, 4C. Further, only the first rocker arm 9A is provided with the extending portion 20 that is engaged with the upper surface portion of the valve bridge 8.
  • a connecting mechanism for switching the connecting state of the rocker arms 9A, 9B, 9C is provided.
  • Pin holes 24A, 24B, 24C are provided inside the rocker arms 9A, 9B, 9C, and these pin holes 24A, 24B, 24C have four pins for switching the connection state of the rocker arms 9A, 9B, 9C.
  • 21Aa, 21Ab, 21B, and 21C are provided so as to be movable in the axial direction and appear and disappear.
  • a spring 22 that can collectively urge the four pins 21Aa, 21Ab, 21B, and 21C to the front is provided inside the second rocker arm 9B.
  • the positions of the pins 21Aa, 21Ab, 21B and 21C are controlled by supplying and discharging hydraulic pressure to the first and third rocker passages 23A and 23C provided inside the first and third rocker arms 9A and 9C, respectively.
  • a first shaft passage 14A communicated with the first rocker passage 23A of each cylinder and a third shaft passage 14C communicated with the third rocker passage 23C of each cylinder are provided inside the rocker shaft 18.
  • the hydraulic pressures of the first and third rocker passages 23A and 23C of each cylinder are simultaneously controlled, and by extension, the pins 21Aa and 21Ab of each cylinder. , 21B, 21C, and the connection states of the first to third rocker arms 9A, 9B, 9C of each cylinder are switched at the same time.
  • the variable mechanism 5 steps the valve timing and working angle of the intake valve 3 into one of three states as shown in FIG. 2, that is, the first state S1, the second state S2, and the third state S3. It is configured to switch.
  • the valve timing includes both the opening timing at which the engine valve starts valve opening and the closing timing at which the engine valve ends the valve closing.
  • the working angle refers to a crank phase period or a cam phase period in which the engine valve is open (that is, the valve lift amount VL is larger than zero).
  • the maximum valve lift amount VLmax in the first state S1, the second state S2, and the third state S3 is basically the same. Further, the maximum valve lift period (the period during which the valve lift amount VL is the maximum valve lift amount VLmax) is gradually extended toward the retard side as the first state S1 moves toward the third state S3.
  • the valve lift curve from the open timing ⁇ 1 to the timing (referred to as the first maximum lift timing) ⁇ 2 when the valve lift amount VL in the first state S1 first reaches the maximum valve lift amount VLmax can be in any state. Suppose they are the same.
  • the valve closing is started immediately in the first state S1, and in the second state S2, the valve closing is started after the maximum valve lift amount VLmax is maintained for the second predetermined period ⁇ 2, and the third In the state S3, the valve closing is started after the maximum valve lift amount VLmax is maintained for a longer third predetermined period ⁇ 3.
  • the closing timing of the first state S1 is ⁇ 3, the closing timing of the second state S2 is ⁇ 4 on the retard side of ⁇ 3, and the closing timing of the third state S3 is ⁇ 5 on the retard side of ⁇ 4.
  • the working angle of the first state S1 is the period from ⁇ 1 to ⁇ 3, the working angle of the second state S2 is the longer period of ⁇ 1 to ⁇ 4, and the working angle of the third state S3 is the longer period of ⁇ 1 to ⁇ 5. .. Therefore, in the present embodiment, the maximum valve lift amount VLmax is kept constant, while the closing timing and the working angle are changed in three stages.
  • the shape of the valve lift curve from the valve closing start timing to the valve closing end timing (closing timing) is the same in any state.
  • the outer shapes of the first to third rocker arms 9A, 9B, and 9C are substantially the same.
  • the cam profiles of the first to third cams 4A, 4B, and 4C are set to different cam profiles corresponding to the first to third states S1, S2, and S3, respectively.
  • Each state of the variable mechanism 5 corresponding to the first to third states S1, S2, S3 of the valve timing and the working angle is defined as the first to third states J1, J2, J3.
  • the variable mechanism 5 can be switched to any of these first to third states J1, J2, and J3.
  • the pin 21B is completely inserted into the pin hole 24B and does not protrude
  • the pin 21C is completely inserted into the pin hole 24C and does not protrude.
  • the rear end surface of the pin 21Aa and the front end surface of the pin 21Ab are arranged flush with the rear end surface and the front end surface of the first rocker arm 9A
  • the front end surface of the pin 21B is flush with the front end surface of the second rocker arm 9B
  • the rear end surface of the pin 21C is arranged flush with the rear end surface of the third rocker arm 9C.
  • the first rocker arm 9A is not connected to the second rocker arm 9B and the third rocker arm 9C, and only the operation of the first cam 4A is transmitted to the intake valve 3 through the first rocker arm 9A.
  • the other second and third rocker arms 9B and 9C simply follow the movements of the second and third cams 4B and 4C and make an idling motion (lost motion).
  • the intake valve 3 has an operating characteristic according to the cam profile of the first cam 4A, and operates in the first state S1 according to the cam profile of the first cam 4A.
  • the intake valve 3 is substantially opened/closed by the third cam 4C via the integrated first and third rocker arms 9A and 9C.
  • the intake valve 3 has an operating characteristic according to the cam profile of the third cam 4C, and operates in the third state S3 according to the cam profile of the third cam 4C.
  • the intake valve 3 is substantially opened and closed by the second cam 4B via the integrated first and second rocker arms 9A and 9B.
  • the intake valve 3 has an operating characteristic according to the cam profile of the second cam 4B, and operates in the second state S2 according to the cam profile of the second cam 4B.
  • the hydraulic control device includes an oil pan 10 forming an oil tank, a hydraulic pump 11 that sucks oil from the oil pan 10 and discharges it as pressure oil, and oil supply from the hydraulic pump 11 to a rocker shaft 18.
  • a supply valve (called OSV) 12 provided on the downstream side of the hydraulic pump 11 in the direction
  • a switching valve (called OCV) 13 provided on the downstream side of the OSV 12 and on the upstream side of the rocker shaft 18 in the oil supply direction
  • the OSV 12 A control unit configured to control the OCV 13, a circuit element (circuitry), or an electronic control unit (referred to as an ECU (Electronic Control Unit)) 100 as a controller is provided.
  • a circuit element circuitry
  • ECU Electronic Control Unit
  • the OSV 12 has a plurality of (specifically, three) ports serving as oil inlets and outlets, that is, a first supply port P1, a second supply port P2, and a third supply port P3.
  • the OCV 13 also has a plurality of (specifically, four) ports that form an inlet / outlet for oil, that is, a first switching port Q1, a second switching port Q2, a third switching port Q3, and a fourth switching port Q4.
  • OSV12 and OCV13 are composed of solenoid valves.
  • the ECU 100 controls the engine, and has a CPU (Central Processing Unit) having a calculation function, ROM (Read Only Memory) and RAM (Random Access Memory) which are storage media, an input / output port, and storage other than ROM and RAM. Including equipment and the like.
  • CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Random Access Memory
  • the first supply port P1 is connected to the outlet of the hydraulic pump 11
  • the second supply port P2 is connected to the first switching port Q1 of the OCV13
  • the third supply port P3 is connected to the oil pan 10.
  • An oil gallery as a pressure oil reservoir may be provided between the first supply port P1 and the hydraulic pump 11.
  • the second switching port Q2 is connected to the first shaft passage 14A
  • the third switching port Q3 is connected to the third shaft passage 14C
  • the fourth switching port Q4 is connected to the oil pan 10.
  • the second supply port P2 and the third supply port P3 are in communication with each other.
  • the ECU 100 includes a rotation speed sensor 15 for detecting the rotation speed of the engine, specifically, the engine rotation speed Ne (rpm) per unit time, and an accelerator opening degree for detecting the accelerator opening degree Ac.
  • the sensor 16 is connected.
  • the ECU 100 calculates the target fuel injection amount F from a predetermined map based on the detected values of the rotation speed Ne and the accelerator opening degree Ac. Further, the ECU 100 switches the variable mechanism 5 according to the control map as shown in FIG. 6 based on the rotation speed Ne and the target fuel injection amount F. In this way, the ECU 100 switches the variable mechanism 5 according to the engine operating state.
  • the engine speed Ne, the accelerator opening degree Ac, and the target fuel injection amount F are parameters representing the engine operating state.
  • the target fuel injection amount F corresponds to the engine load.
  • the ECU 100 switches the variable mechanism 5 to the first state J1. Similarly, the ECU 100 switches the variable mechanism 5 to the second state J2 when the rotation speed Ne and the target fuel injection amount F are in the second region R2 in the control map, and the rotation speed Ne and the target fuel injection amount F are changed. When in the third region R3 in the control map, the variable mechanism 5 is switched to the third state J3.
  • the first region R1 is a region on the low rotation and low load side
  • the third region R3 is a region on the high rotation or high load side
  • the second region R2 is an intermediate region between them. From the first region R1 toward the third region R3, the engine speed Ne becomes higher, and the target fuel injection amount F increases, that is, the engine load becomes higher. Therefore, as the engine speed Ne becomes the high speed side or the engine load becomes the high load side, the state of the variable mechanism 5 changes sequentially as the first state J1, the second state J2, the third state J3, and the valve timing. The operating angle sequentially changes in the direction in which the closing timing is delayed, such as the first state S1, the second state S2, and the third state S3.
  • control map can be set in any way, and it is not limited to the example described here.
  • the engine operating area corresponding to each state can be arbitrarily set according to the request of the actual machine.
  • the ECU 100 When switching the variable mechanism 5 to the first state J1, the ECU 100 turns on the OSV 12 and turns off the OCV 13 as shown in FIG. Then, the pressure oil discharged from the hydraulic pump 11 passes through the first supply port P1, the second supply port P2, the first switching port Q1, and the second switching port Q2 in this order to the first shaft passage 14A and the first rocker passage 23A. To reach. On the other hand, the pressure oil in the third rocker passage 23C and the third shaft passage 14C is discharged to the oil pan 10 through the third switching port Q3 and the fourth switching port Q4 in this order.
  • the ECU 100 turns on the OSV 12 and turns on the OCV 13 as shown in FIG.
  • the pressure oil discharged from the hydraulic pump 11 passes through the first supply port P1, the second supply port P2, the first switching port Q1, and the third switching port Q3 in this order to the third shaft passage 14C and the third rocker passage 23C.
  • the pressure oil in the first rocker passage 23A and the first shaft passage 14A is discharged to the oil pan 10 through the second switching port Q2 and the fourth switching port Q4 in this order.
  • the ECU 100 turns off the OSV 12 and the OCV 13 as shown in FIG. Then, since the first supply port P1 is not connected to any port, the pressure oil supply from the hydraulic pump 11 is stopped. On the other hand, the pressure oil in the first rocker passage 23A and the first shaft passage 14A is discharged to the oil pan 10 through the second switching port Q2, the first switching port Q1, the second supply port P2, and the third supply port P3 in this order. It Further, the pressure oil in the third rocker passage 23C and the third shaft passage 14C is discharged to the oil pan 10 through the third switching port Q3 and the fourth switching port Q4 in this order.
  • variable mechanism 5 has the following problems.
  • the combination of the first state J1 and the third state J3 will be described as an example.
  • the pin 21C is not completely inserted into the pin hole 24A, but is inserted halfway into the pin hole 24A (this state is called incomplete insertion) and into the pin hole 24A.
  • the opening of the intake valve 3 may be started in the trapped state.
  • the variable mechanism 5 suddenly changes to the first state J1 shown in FIG. Then, the intake valve 3 abruptly closes to the position b of the valve lift amount in the first state S1 according to the cam profile of the first cam 4A. As a result, the intake valve 3 may collide with at least one of the valve bridge 8 and the valve seat formed on the cylinder head, and may be damaged by the impact at that time.
  • FIG. 2 is an example in which the intake valve 3 closes the valve up to the position b of the valve lift amount larger than zero, and the upper end of the shaft portion of the intake valve 3 collides with the valve bridge 8.
  • the valve lift amount in the first state S1 is already zero, and in this case, the umbrella portion of the intake valve 3 collides with the valve seat, so that the problem is more serious.
  • the valve closing start timing of the intake valve 3 is greatly delayed as compared with the first state J1. Therefore, if the pin 21C is pulled out at the valve closing start timing in the latter half of the working angle, the amount of operation of the intake valve 3 in the valve closing direction after that is large, so that the impact at the time of collision is inevitably large. The intake valve 3 is seriously damaged.
  • the engine of the present embodiment is an in-line 6-cylinder engine, and there is no valve-opening period in which the intake valve 3 of any cylinder is not opened, and the intake valve 3 of any cylinder is always opened. ing. Therefore, it is difficult to take a control solution in which the variable mechanism 5 is switched and the pin is inserted as completely as possible during the non-opening period when the pin is not loaded.
  • the timing is set so that the pin can be easily pulled out in the first half of the working angle so that the damage to the intake valve 3 can be suppressed. I try to intentionally pull out a pin that was imperfectly inserted at the timing. This point will be described below.
  • valve lift curves of the intake valve 3 in the first state S1 (J1) and the third state S3 (J3) in the present embodiment show in detail the valve lift curve of the intake valve 3 in the first state S1 (J1) and the third state S3 (J3) in the present embodiment.
  • the valve lift curve after the first maximum lift timing ⁇ 2 is the same as that shown in FIG.
  • the difference between the two valve lift curves before the timing ⁇ 2 is a feature of this embodiment.
  • the valve lift curve in the second state S2 (J2) is not shown.
  • the valve lift curve in the third state S3 starts ascending at the same start timing ⁇ 1 as in the first state S1 and rises along the same shape. However, it starts to deviate from the point c near the end of the ascent, and takes a valve lift amount VL larger than the valve lift curve in the first state S1.
  • the valve lift curve in the third state S3 eventually exceeds the maximum valve lift amount VLmax, reaches a peak lift amount VLX larger than this, and then decreases to reach the maximum valve lift amount VLmax.
  • the maximum valve lift amount VLmax is reached at the first maximum lift timing ⁇ 2.
  • the protruding section ⁇ in which the valve lift amount VL is temporarily or momentarily larger than the maximum valve lift amount VLmax is provided.
  • the protruding section ⁇ is a section from the start point d at which the valve lift curve first reaches the maximum valve lift amount VLmax to the end point e at which the valve lift curve first reaches the maximum valve lift amount VLmax.
  • the maximum valve lift amount in the third state S3 is not VLmax but VLX, if it is understood literally.
  • VLmax is an important value that determines engine performance
  • VLX is a value that is set slightly larger than VLmax simply to arouse pin removal. Therefore, in the present embodiment, VLmax is referred to as a substantially maximum valve lift amount, and VLX is referred to as a peak lift amount in order to distinguish it.
  • the peak here means the maximum peak or the maximum peak.
  • the cam phase at which the valve lift curve reaches the start point d in the third state S3 is ⁇ 1.1
  • the cam phase at which the peak lift amount VLX is reached is ⁇ 1.2
  • the cam phase at which the end point e is reached is ⁇ 1.3.
  • the cam phase (referred to as peak timing) ⁇ 1.2 that reaches the peak lift amount VLX is set on the advance angle side of the first maximum lift timing ⁇ 2.
  • the cam phase ⁇ 1.3 at the end point e is set to be equal to the first maximum lift timing ⁇ 2.
  • valve lift curve of the protruding section ⁇ has a shape that is line-symmetric with respect to the straight line in the vertical axis direction at the position of the peak timing ⁇ 1.2.
  • the pin 21C is incompletely inserted into the pin hole 24A in the third state S3 (J3), as shown in FIG. 8, the pin 21C is inserted into the pin hole immediately after the peak timing ⁇ 1.2 has passed. It can be intentionally removed from 24A.
  • valve lift amount at position g is sufficiently larger than zero. Therefore, when the pin 21C is pulled out, the intake valve 3 collides with the valve bridge 8 and does not collide with the valve seat. Further, in the period from the point c to the peak timing ⁇ 1.2, the valve lift amount in the third state S3 at the same timing is always larger than the valve lift amount in the first state S1. Therefore, the load on the pin 21C (including the case of incomplete insertion) inserted in the pin hole 24A can be increased as compared with the case where these are the same.
  • the arrival position g after the valve closing operation is set to a position on the advance angle side of the first maximum lift timing ⁇ 2.
  • valve lift curve of the second state S2 (J2) before the first maximum lift timing ⁇ 2 is the valve lift curve of the first state S1 (J1). It is the same. However, these may be changed as described later.
  • the protruding section ⁇ in which the valve lift amount VL temporarily becomes larger than the maximum valve lift amount VLmax is provided, and the peak timing ⁇ 1.2 of the protruding section ⁇ is set to the first maximum. It was set to the advance side from the lift timing ⁇ 2. Therefore, the pin 21C incompletely inserted into the pin hole 24A can be intentionally pulled out at the timing immediately after the peak timing ⁇ 1.2, and the intake valve 3 can be closed with a small amount of operation. Therefore, even when the pin 21C comes out of the pin hole 24A during the opening of the intake valve 3, damage to the intake valve 3 can be suppressed.
  • first state and the second state of the claims correspond to the “first state J1 and the third state J3" of the present embodiment.
  • the “first cam and the second cam” in the claims correspond to the “first cam 4A and the third cam 4C” in the present embodiment.
  • the “first rocker arm and the second rocker arm” in the claims correspond to the “first rocker arm 9A and the third rocker arm 9C” of the present embodiment.
  • the “pin” in the claims corresponds to the “pin 21C” in this embodiment.
  • the “pin hole” in the claims corresponds to the "pin hole 24A" in this embodiment.
  • the cam phase ⁇ 1.3 at the end point e of the protruding section ⁇ may be set to the advance angle side from the first maximum lift timing ⁇ 2 as shown in FIG. 9, or as shown in FIG. It may be set to the retard side from the maximum lift timing ⁇ 2. Even in this way, the amount of operation in the valve closing direction when the pin 21C is pulled out can be sufficiently reduced.
  • the above-mentioned relationship between the first state J1 and the third state J3 may be applied to the relationship between the first state J1 and the second state J2.
  • the latter relationship can be adopted in addition to the former relationship, and the protruding section ⁇ can be provided in the valve lift curve of the second state J2.
  • the latter relationship can be adopted instead of the former relationship.
  • the protruding section ⁇ is provided in the valve lift curve of the second state J2, while the protruding section ⁇ is omitted from the valve lift curve of the third state J3, and the valve of the third state J3 before the first maximum lift timing ⁇ 2.
  • the lift curve can be the same as the valve lift curve in the first state J1.
  • variable mechanism is switchable in three stages, but it may be switchable in at least two stages, and may be switchable in four or more stages.
  • the disclosure can then be applied to any two-step portion of it.
  • the working fluid of the fluid pressure control device may be gas such as air, and the fluid pressure may be gas pressure such as air pressure. That is, the variable mechanism may be configured to be switchable by gas pressure.
  • variable valve gear for an internal combustion engine that can suppress damage to the engine valve even when a pin comes out of the pin hole during valve opening of the engine valve.

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Abstract

可変機構は、カムシャフトに固設された第１および第２カムと、第１および第２ロッカーアームと、ロッカーアームの連結状態を切り替えるピンおよびピン穴を有した連結機構とを備える。第１状態Ｊ１のときピンはピン穴から抜け第１カムに従う作動特性とされ、第２状態Ｊ３のときピンはピン穴に挿入され第２カムに従う作動特性とされる。第２状態のとき、最大バルブリフト量ＶＬｍａｘは第１状態のときと等しく、最大バルブリフト期間は第１状態のときより遅角側に延長される。第２状態のとき、バルブリフト量が一時的に最大バルブリフト量より大きくなる突出区間βが設けられる。突出区間のピーク位相位置は、第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置α２よりも進角側に設定されている。

Description

内燃機関の可変動弁装置
　本開示は内燃機関の可変動弁装置に係り、特に、内燃機関の吸気弁または排気弁（これらを総称してエンジンバルブという）の作動特性を可変にするための可変動弁装置に関する。
　エンジンバルブの作動特性（例えばバルブタイミング、バルブリフト量、作用角の少なくとも一つ）を可変にするための可変動弁装置が公知である。かかる可変動弁装置において、エンジンバルブの作動特性を切り替えるために少なくとも第１状態と第２状態に切替可能な可変機構を備えたものがある。
日本国特開２０１８－８０６６０号公報
　可変機構において、二つのロッカーアームをピンで連結したり連結解除したりすることにより、第１状態と第２状態を切り替えるものがある。こうした可変機構では通常、切替時に一方のロッカーアームに内蔵されたピンを油圧により押し出し、他方のロッカーアームのピン穴に挿入し、二つのロッカーアームを連結する。
　しかし、切替直後にピンがピン穴に完全に挿入されないまま、エンジンバルブが駆動されることがある。そしてこのとき、エンジンバルブの開弁中にピンがピン穴から抜け、エンジンバルブが急激に閉弁方向に動作し、バルブシート等に衝突して、エンジンバルブに損傷を与える虞がある。
　そこで本開示は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、エンジンバルブの開弁中にピンがピン穴から抜けたときでもエンジンバルブの損傷を抑制することできる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。
　本開示の一の態様によれば、
　エンジンバルブの作動特性を切り替えるために第１状態と第２状態に切替可能な可変機構を備え、
　前記可変機構は、
　カムシャフトと、
　前記カムシャフトに固設されカムプロファイルの異なる第１カムおよび第２カムと、
　前記第１カムおよび前記第２カムにそれぞれ対応して設けられた第１ロッカーアームおよび第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ロッカーアームの連結状態を切り替えるための連結機構であって、前記第１ロッカーアームおよび前記第２ロッカーアームの一方に出没可能に設けられたピンと、他方に設けられたピン穴とを有する連結機構と、
　を備え、
　前記第１状態のとき、前記ピンは前記ピン穴から抜け、前記エンジンバルブは、前記第１カムのカムプロファイルに従う作動特性とされ、
　前記第２状態のとき、前記ピンは前記ピン穴に挿入され、前記エンジンバルブは、前記第２カムのカムプロファイルに従う作動特性とされ、
　前記第１状態のときと前記第２状態のときとで最大バルブリフト量は等しく、
　前記第２状態のときには前記第１状態のときよりも最大バルブリフト期間が遅角側に延長され、
　前記第２状態のとき、バルブリフト量が一時的に最大バルブリフト量より大きくなる突出区間が設けられ、
　前記突出区間でバルブリフト量がピークとなる位相位置は、前記第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置よりも進角側に設定されている
　ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置が提供される。
　好ましくは、前記突出区間の終了点の位相位置は、前記第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置と等しく設定されている。
　好ましくは、前記突出区間の終了点の位相位置は、前記第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置より進角側または遅角側に設定されている。
　本開示によれば、エンジンバルブの開弁中にピンがピン穴から抜けたときでもエンジンバルブの損傷を抑制することできる。
図１は、可変動弁装置の一部の構成を示す概略平面図である。 図２は、バルブタイミングの変化の様子を示すバルブリフト線図である。 図３は、可変機構の第１状態を示す図である。 図４は、可変機構の第３状態を示す図である。 図５は、可変機構の第２状態を示す図である。 図６は、制御マップを示す図である。 図７は、第１状態および第３状態のバルブリフトカーブを詳細に示すバルブリフト線図である。 図８は、突出区間を示す図７の拡大図である。 図９は、突出区間の変形例を示す拡大図である。 図１０は、突出区間の他の変形例を示す拡大図である。
　以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。
　図１には、本実施形態の可変動弁装置の一部の構成を示す。図１は、シリンダヘッドを上方から見たときの概略平面図である。
　本実施形態の内燃機関（エンジン）は、トラック、バス等の大型車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジンであり、具体的には直列６気筒ディーゼルエンジンである。但し車両およびエンジンの用途、形式、種類等は限定されず任意である。
　クランクシャフト（図示せず）からの回転駆動力が、ギヤ機構等からなる動力伝達機構（図示せず）を通じてカムシャフト１に伝達される。本実施形態のエンジンは、２本のカムシャフトで吸気弁および排気弁をそれぞれ駆動するＤＯＨＣ（Double OverHead Camshaft）エンジンであり、図示するカムシャフト１は、吸気弁３を開閉駆動するための吸気カムシャフトである。但し付加的または代替的に、本開示を、排気弁（図示せず）を駆動するための排気カムシャフトに適用してもよい。吸気弁および排気弁を総称してエンジンバルブという。
　便宜上、カムシャフト１の中心軸Ｃ１の方向（軸方向）における一端側（図１の左側）を前、他端側（図１の右側）を後とする。これら前後方向は、エンジンおよび車両の前後方向と一致する（エンジンは縦置きされる）。但し必ずしも一致しなくてもよい。前方から順に＃１気筒～＃６気筒が配置される。図１はそのうちの１気筒分の構成を示す。
　可変動弁装置は、吸気弁３の作動特性を切り替えるために第１状態と第２状態に切替可能な可変機構５と、可変機構５を切り替えるために可変機構５に供給される流体圧を制御するための流体圧制御装置（後述）とを備える。本実施形態の場合、吸気弁３の作動特性とは基本的にバルブタイミングと作用角のことをいう。また流体圧は油圧であり、本実施形態では流体もしくは作動流体としてエンジン潤滑オイルが使用される。以下、流体圧制御装置を油圧制御装置と言い換えるものとする。
　可変機構５に関し、カムシャフト１には、バルブスプリング２の付勢力に抗じて吸気弁３を開弁する三つのカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃが気筒毎に固設される。吸気弁３は１気筒当たりに二つ設けられ、これら二つの吸気弁３がバルブブリッジ８により同時に開閉されるようになっている。吸気弁３の開弁時には、三つのカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃの一部およびロッカーアーム９により、バルブブリッジ８が、バルブスプリング２の付勢力に抗じて下方（図１の紙面厚さ方向裏側に向かう方向）に押し下げられる。他方、吸気弁３の閉弁時には逆に、バルブスプリング２の付勢力によってバルブブリッジ８が上方（図１の紙面厚さ方向表側に向かう方向）に押し上げられる。
　三つのカムすなわち第１カム４Ａ、第２カム４Ｂおよび第３カム４Ｃは、それぞれ異なるカムプロファイルを有し、吸気弁３のバルブタイミングおよび作用角の両方を三段階に切り替えるようになっている。すなわち本実施形態の可変機構５は、第１状態と第２状態と第３状態の三段階に切替可能である。
　また可変機構５は、ロッカーアーム９を含み、ロッカーアーム９は、三つのカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃにそれぞれ対応した１気筒当たりに三つのロッカーアームすなわち第１ロッカーアーム９Ａ、第２ロッカーアーム９Ｂおよび第３ロッカーアーム９Ｃを含む。これらロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃは前後方向に互いに隣接され、共通のロッカーシャフト１８に回動可能に支持される。Ｃ２はロッカーシャフト１８の中心軸を示す。これらカムおよびロッカーアームの軸方向の配列順序は任意であるが、本実施形態では後方から順に第２、第１、第３とされる。
　ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃにはロッカーローラ１９が回転可能に設けられ、ロッカーローラ１９はカム４Ａ，４Ｂ，４Ｃに常時当接される。また、第１ロッカーアーム９Ａのみに、バルブブリッジ８の上面部に係合される延在部２０が設けられる。第１ロッカーアーム９Ａに対する第２および第３ロッカーアーム９Ｂ，９Ｃの連結状態を切り替えることにより、バルブタイミング等を三段階に切り替えるようになっている。
　図３にも詳しく示すように、ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃの連結状態を切り替えるための連結機構が設けられる。ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃの内部にはピン穴２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃが設けられ、これらピン穴２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃには、ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃの連結状態を切り替えるための四つのピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂ，２１Ｃが軸方向移動可能かつ出没可能に設けられている。また第２ロッカーアーム９Ｂの内部には、四つのピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂ，２１Ｃを纏めて前方に付勢可能なバネ２２が設けられている。ピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂ，２１Ｃの位置は、第１および第３ロッカーアーム９Ａ，９Ｃの内部にそれぞれ設けられた第１および第３ロッカー通路２３Ａ，２３Ｃに油圧を給排することにより、制御される。
　ロッカーシャフト１８の内部には、各気筒の第１ロッカー通路２３Ａに連通された第１シャフト通路１４Ａと、各気筒の第３ロッカー通路２３Ｃに連通された第３シャフト通路１４Ｃとが設けられる。これらシャフト通路１４Ａ，１４Ｃに供給される油圧が油圧制御装置により制御されることにより、各気筒の第１および第３ロッカー通路２３Ａ，２３Ｃの油圧が同時に制御され、ひいては各気筒のピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂ，２１Ｃの位置、さらには各気筒の第１～第３ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃの連結状態が同時に切り替えられる。
　可変機構５は、吸気弁３のバルブタイミングおよび作用角の両方を、図２に示すような三つの状態、すなわち第１状態Ｓ１、第２状態Ｓ２および第３状態Ｓ３の何れかに段階的に切り替えるように構成されている。ここでバルブタイミングには、エンジンバルブが開弁を開始する開タイミングと、エンジンバルブが閉弁を終了する閉タイミングとの両方が含まれる。また作用角とは、エンジンバルブが開弁している（すなわちバルブリフト量ＶＬがゼロより大きくなっている）クランク位相期間またはカム位相期間をいう。
　本実施形態では基本的に、第１状態Ｓ１、第２状態Ｓ２および第３状態Ｓ３のときの最大バルブリフト量ＶＬｍａｘは等しい。また第１状態Ｓ１から第３状態Ｓ３に向かうにつれ、最大バルブリフト期間（バルブリフト量ＶＬが最大バルブリフト量ＶＬｍａｘとなっている期間）は遅角側に段階的に延長される。ここでは便宜上、開タイミングα１から、第１状態Ｓ１のバルブリフト量ＶＬが最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに最初に到達するタイミング（第１最大リフトタイミングという）α２までのバルブリフトカーブが、何れの状態でも同じであるとする。第１最大リフトタイミングα２以降、第１状態Ｓ１では即座に閉弁が開始され、第２状態Ｓ２では最大バルブリフト量ＶＬｍａｘが第２所定期間Δα２だけ維持された後に閉弁が開始され、第３状態Ｓ３では最大バルブリフト量ＶＬｍａｘがさらに長い第３所定期間Δα３だけ維持された後に閉弁が開始される。そして第１状態Ｓ１の閉タイミングはα３、第２状態Ｓ２の閉タイミングはα３より遅角側のα４、第３状態Ｓ３の閉タイミングはα４より遅角側のα５とされる。第１状態Ｓ１の作用角はα１～α３までの期間、第２状態Ｓ２の作用角はより長いα１～α４までの期間、第３状態Ｓ３の作用角はさらに長いα１～α５までの期間である。従って本実施形態では、最大バルブリフト量ＶＬｍａｘが一定とされる一方で、閉タイミングと作用角が三段階に変化させられる。なお閉弁開始タイミングから閉弁終了タイミング（閉タイミング）までのバルブリフトカーブの形状は何れの状態でも同じである。
　第１～第３ロッカーアーム９Ａ，９Ｂ，９Ｃの外形状は実質的に同一である。これに対し、第１～第３カム４Ａ，４Ｂ，４Ｃのカムプロファイルは、それぞれ第１～第３状態Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に対応した異なるカムプロファイルに設定されている。
　バルブタイミングおよび作用角の第１～第３状態Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に対応した可変機構５の各状態を第１～第３状態Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３とする。可変機構５は、これら第１～第３状態Ｊ１，Ｊ２，Ｊ３の何れかに切替可能である。
　第１状態Ｓ１で吸気弁３を駆動する場合、図３に示すように、後述する油圧制御装置により第１ロッカー通路２３Ａに圧力流体としての圧油が供給され、第３ロッカー通路２３Ｃから圧油が排出される。すると、ピン２１Ａａ，２１Ａｂが互いに離反するように前後方向に移動され、ピン２１Ｂがバネ２２の付勢力に抗じて後方に押し付けられ、ピン２１Ｃが前方に押し付けられる。すると、ピン２１Ａａ，２１Ａｂはピン穴２４Ａ内に完全に挿入され、ピン穴２４Ａから突出しない状態となる。同様に、ピン２１Ｂはピン穴２４Ｂ内に完全に挿入されて突出せず、ピン２１Ｃはピン穴２４Ｃ内に完全に挿入されて突出しない状態となる。ピン２１Ａａの後端面とピン２１Ａｂの前端面とが、第１ロッカーアーム９Ａの後端面と前端面に面一に配置され、ピン２１Ｂの前端面が第２ロッカーアーム９Ｂの前端面に面一に配置され、ピン２１Ｃの後端面が第３ロッカーアーム９Ｃの後端面に面一に配置される。これにより第１ロッカーアーム９Ａは、第２ロッカーアーム９Ｂおよび第３ロッカーアーム９Ｃと非連結の状態となり、第１カム４Ａの動作のみが第１ロッカーアーム９Ａを通じて吸気弁３に伝達される。そして他の第２および第３ロッカーアーム９Ｂ，９Ｃは単に第２および第３カム４Ｂ，４Ｃの動作に追従して空振り動作（ロストモーション）するだけとなる。こうして吸気弁３は、第１カム４Ａのカムプロファイルに従う作動特性とされ、第１カム４Ａのカムプロファイルに従って第１状態Ｓ１で作動する。
　次に、第３状態Ｓ３で吸気弁３を駆動する場合、図４に示すように、第３ロッカー通路２３Ｃに圧油が供給され、第１ロッカー通路２３Ａから圧油が排出される。すると、ピン２１Ｃが油圧により後方に押し出されて第３ロッカーアーム９Ｃから突出し、第１ロッカーアーム９Ａのピン穴２４Ａ内に挿入される。これにより第３ロッカーアーム９Ｃが第１ロッカーアーム９Ａに連結される。他方、残りのピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂは、バネ２２の付勢力に抗じてピン２１Ｃにより後方に押し出され、ピン２１Ａａとピン２１Ｂは第１状態Ｓ１のときと同じ位置に位置される。これにより、第１ロッカーアーム９Ａと第２ロッカーアーム９Ｂは非連結の状態となる。従って吸気弁３は、一体となった第１および第３ロッカーアーム９Ａ，９Ｃを介して、実質的に第３カム４Ｃによって開閉駆動される。吸気弁３は、第３カム４Ｃのカムプロファイルに従う作動特性とされ、第３カム４Ｃのカムプロファイルに従って第３状態Ｓ３で作動する。
　次に、第２状態Ｓ２で吸気弁３を駆動する場合、図５に示すように、第１ロッカー通路２３Ａおよび第３ロッカー通路２３Ｃから圧油が排出される。すると、ピン２１Ｂがバネ２２により前方に押し出されて第２ロッカーアーム９Ｂから突出し、第１ロッカーアーム９Ａのピン穴２４Ａ内に挿入される。これにより第２ロッカーアーム９Ｂが第１ロッカーアーム９Ａに連結される（図１はこの状態を示す）。他方、残りのピン２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｃはピン２１Ｂにより前方に押し出され、ピン２１Ａｂとピン２１Ｃは第１状態Ｓ１のときと同じ位置に位置される。これにより、第１ロッカーアーム９Ａと第３ロッカーアーム９Ｃは非連結の状態となる。従って吸気弁３は、一体となった第１および第２ロッカーアーム９Ａ，９Ｂを介して、実質的に第２カム４Ｂによって開閉駆動される。吸気弁３は、第２カム４Ｂのカムプロファイルに従う作動特性とされ、第２カム４Ｂのカムプロファイルに従って第２状態Ｓ２で作動する。
　次に、油圧制御装置の構成を説明する。図３に示すように、油圧制御装置は、オイルタンクをなすオイルパン１０と、オイルパン１０からオイルを吸引し圧油として吐出する油圧ポンプ１１と、油圧ポンプ１１からロッカーシャフト１８に向かうオイル供給方向において油圧ポンプ１１の下流側に設けられた供給バルブ（ＯＳＶという）１２と、オイル供給方向においてＯＳＶ１２の下流側かつロッカーシャフト１８の上流側に設けられた切替バルブ（ＯＣＶという）１３と、ＯＳＶ１２およびＯＣＶ１３を制御するように構成された制御ユニット、回路要素（circuitry）もしくはコントローラとしての電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit）という）１００とを備える。
　ＯＳＶ１２は、オイルの出入口をなす複数（具体的には三つ）のポート、すなわち第１供給ポートＰ１、第２供給ポートＰ２および第３供給ポートＰ３を有する。またＯＣＶ１３も、オイルの出入口をなす複数（具体的には四つ）のポート、すなわち第１切替ポートＱ１、第２切替ポートＱ２、第３切替ポートＱ３および第４切替ポートＱ４を有する。ＯＳＶ１２およびＯＣＶ１３はソレノイドバルブにより構成される。ＥＣＵ１００はエンジンの制御を司るもので、演算機能を有するＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶媒体であるＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポート、ならびにＲＯＭおよびＲＡＭ以外の記憶装置等を含む。
　ＯＳＶ１２において、第１供給ポートＰ１は油圧ポンプ１１の出口に接続され、第２供給ポートＰ２はＯＣＶ１３の第１切替ポートＱ１に接続され、第３供給ポートＰ３はオイルパン１０に接続されている。なお第１供給ポートＰ１と油圧ポンプ１１の間に圧油溜めとしてのオイルギャラリを設けてもよい。
　ＯＣＶ１３において、第２切替ポートＱ２は第１シャフト通路１４Ａに接続され、第３切替ポートＱ３は第３シャフト通路１４Ｃに接続され、第４切替ポートＱ４はオイルパン１０に接続されている。
　図３に示すように、ＯＳＶ１２がオン（ＯＮ）のとき、第１供給ポートＰ１と第２供給ポートＰ２が連通状態になる。
　図５に示すように、ＯＳＶ１２がオフ（ＯＦＦ）のとき、第２供給ポートＰ２と第３供給ポートＰ３が連通状態になる。
　図４に示すように、ＯＣＶ１３がオンのとき、第２切替ポートＱ２と第４切替ポートＱ４が連通状態になると共に、第１切替ポートＱ１と第３切替ポートＱ３が連通状態になる。
　図３に示すように、ＯＣＶ１３がオフのとき、第１切替ポートＱ１と第２切替ポートＱ２が連通状態になると共に、第３切替ポートＱ３と第４切替ポートＱ４が連通状態になる。
　図３に示すように、ＥＣＵ１００には、エンジンの回転速度、具体的には単位時間当たりのエンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）を検出する回転速度センサ１５と、アクセル開度Ａｃを検出するアクセル開度センサ１６とが接続されている。ＥＣＵ１００は、回転数Ｎｅおよびアクセル開度Ａｃの検出値に基づいて所定のマップから目標燃料噴射量Ｆを算出する。さらにＥＣＵ１００は、回転数Ｎｅおよび目標燃料噴射量Ｆに基づき、図６に示すような制御マップに従って可変機構５を切り替える。このようにＥＣＵ１００は、エンジン運転状態に応じて可変機構５を切り替える。なおエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃおよび目標燃料噴射量Ｆはエンジン運転状態を表すパラメータである。目標燃料噴射量Ｆはエンジンの負荷に対応する。
　回転数Ｎｅおよび目標燃料噴射量Ｆが制御マップ中の第１領域Ｒ１にあるとき、ＥＣＵ１００は可変機構５を第１状態Ｊ１に切り替える。以下同様に、ＥＣＵ１００は、回転数Ｎｅおよび目標燃料噴射量Ｆが制御マップ中の第２領域Ｒ２にあるとき、可変機構５を第２状態Ｊ２に切り替え、回転数Ｎｅおよび目標燃料噴射量Ｆが制御マップ中の第３領域Ｒ３にあるとき、可変機構５を第３状態Ｊ３に切り替える。
　第１領域Ｒ１は低回転かつ低負荷側の領域、第３領域Ｒ３は高回転または高負荷側の領域、第２領域Ｒ２はそれらの間の中間領域である。第１領域Ｒ１から第３領域Ｒ３に向かうにつれ、エンジン回転数Ｎｅは高回転側となり、目標燃料噴射量Ｆは増大側、すなわちエンジン負荷は高負荷側となる。従って、エンジン回転数Ｎｅが高回転側またはエンジン負荷が高負荷側となるにつれ、可変機構５の状態は第１状態Ｊ１、第２状態Ｊ２、第３状態Ｊ３というように順次変化し、バルブタイミングおよび作用角は第１状態Ｓ１、第２状態Ｓ２、第３状態Ｓ３というように、閉タイミングが遅れる方向に順次変化する。
　もっとも、制御マップの形は如何様にも設定でき、ここで述べた例に限られない。実機の要請に合わせて、各状態に対応するエンジン運転領域を任意に設定可能である。
　可変機構５を第１状態Ｊ１に切り替える場合、図３に示すようにＥＣＵ１００は、ＯＳＶ１２をオン、ＯＣＶ１３をオフにする。すると、油圧ポンプ１１から吐出された圧油は第１供給ポートＰ１、第２供給ポートＰ２、第１切替ポートＱ１、第２切替ポートＱ２を順に経て第１シャフト通路１４Ａおよび第１ロッカー通路２３Ａに至る。他方、第３ロッカー通路２３Ｃおよび第３シャフト通路１４Ｃの圧油は、第３切替ポートＱ３、第４切替ポートＱ４を順に経てオイルパン１０に排出される。
　次に、可変機構５を第３状態Ｊ３に切り替える場合、図４に示すようにＥＣＵ１００は、ＯＳＶ１２をオン、ＯＣＶ１３をオンにする。すると、油圧ポンプ１１から吐出された圧油は第１供給ポートＰ１、第２供給ポートＰ２、第１切替ポートＱ１、第３切替ポートＱ３を順に経て第３シャフト通路１４Ｃおよび第３ロッカー通路２３Ｃに至る。他方、第１ロッカー通路２３Ａおよび第１シャフト通路１４Ａの圧油は、第２切替ポートＱ２、第４切替ポートＱ４を順に経てオイルパン１０に排出される。
　次に、可変機構５を第２状態Ｊ２に切り替える場合、図５に示すようにＥＣＵ１００は、ＯＳＶ１２をオフ、ＯＣＶ１３をオフにする。すると、第１供給ポートＰ１がどのポートにも接続されないので油圧ポンプ１１からの圧油供給は停止される。他方、第１ロッカー通路２３Ａおよび第１シャフト通路１４Ａの圧油は、第２切替ポートＱ２、第１切替ポートＱ１、第２供給ポートＰ２、第３供給ポートＰ３を順に経てオイルパン１０に排出される。また第３ロッカー通路２３Ｃおよび第３シャフト通路１４Ｃの圧油は、第３切替ポートＱ３、第４切替ポートＱ４を順に経てオイルパン１０に排出される。
　さて、かかる可変機構５には次のような問題があることが判明した。以下、第１状態Ｊ１と第３状態Ｊ３の組み合わせを例に挙げて説明する。
　図４に示す第３状態Ｊ３のとき、原則的にピン２１Ｃは、図示の如くピン穴２４Ａ内に完全に挿入されている。
　しかし、第３状態Ｊ３への切替直後だと、ピン２１Ｃがピン穴２４Ａ内に完全に挿入されず、ピン穴２４Ａに中途半端に挿入され（この状態を不完全挿入という）、ピン穴２４Ａに引っ掛かった状態で吸気弁３の開弁が開始されることがある。
　この場合、図２に示すような吸気弁３の開弁方向への動作期間（α１～α２）と最大バルブリフト量維持期間（Δα３）とでは、ピン２１Ｃへの力の掛かり方（特に力の向き）がそれ程変化しないため、問題とならないことが多い。しかし、吸気弁３が閉弁を開始するタイミング、すなわち最大バルブリフト量維持期間（Δα３）を過ぎた直後のタイミングだと、それ以前と比べ、力の掛かり方が急変し、ピン２１Ｃへの荷重が一瞬抜ける（これを除荷という）。そのため、このタイミングでピン２１Ｃがピン穴２４Ａから抜け、吸気弁３が図２に矢印ａで示すように急激に大きく閉弁方向に動作することがある。
　ピン２１Ｃがピン穴２４Ａから抜けると、可変機構５は図３に示した第１状態Ｊ１に突然変化する。そして吸気弁３は、第１カム４Ａのカムプロファイルに従った第１状態Ｓ１のバルブリフト量の位置ｂまで急激に閉弁動作する。その結果吸気弁３が、バルブブリッジ８と、シリンダヘッドに形成されたバルブシートとの少なくとも一方に衝突し、そのときの衝撃で損傷する虞がある。
　図２の例は、ゼロより大きいバルブリフト量の位置ｂまで吸気弁３が閉弁動作し、吸気弁３の軸部上端がバルブブリッジ８に衝突する例である。しかし、この時点で既に第１状態Ｓ１のバルブリフト量がゼロとなっているものもあり、この場合には、吸気弁３の傘部がバルブシートに衝突するため、問題はより深刻である。
　本実施形態では、第３状態Ｊ３のときに第１状態Ｊ１のときよりも吸気弁３の閉弁開始タイミングが大きく遅れる。このため、作用角の後半期間にある閉弁開始タイミングでピン２１Ｃが抜けてしまうと、その後の吸気弁３の閉弁方向の動作量が大きいため、必然的に衝突時の衝撃が大きくなり、吸気弁３に大きなダメージを与えてしまう。
　なお、本実施形態のエンジンは直列６気筒エンジンであり、何れの気筒の吸気弁３も開弁していない無開弁期間が存在せず、常に何れかの気筒の吸気弁３が開弁している。そのため、ピンに負荷が掛からない無開弁期間に可変機構５の切り替えを行ってピンをできるだけ完全挿入するという制御上の解決策を採るのが困難である。
　そこで本実施形態では、不完全挿入されたピンが抜けた場合であっても、吸気弁３の損傷を抑制できるよう、敢えて作用角の前半期間にピンが抜け易いようなタイミングを設定し、このタイミングで不完全挿入されたピンを意図的に抜くようにしている。以下、この点について説明する。
　図７および図８に、本実施形態における第１状態Ｓ１（Ｊ１）および第３状態Ｓ３（Ｊ３）のときの吸気弁３のバルブリフトカーブを詳細に示す。第１最大リフトタイミングα２以降のバルブリフトカーブは図２に示したものと同様である。そのタイミングα２以前の両者のバルブリフトカーブの相違に、本実施形態の特徴点がある。なお便宜上、第２状態Ｓ２（Ｊ２）のときのバルブリフトカーブは図示省略する。
　タイミングα２以前において、第３状態Ｓ３のときのバルブリフトカーブは、第１状態Ｓ１ときと同じ開始タイミングα１で上昇を開始し、同じ形状に沿って上昇する。しかしながら、上昇終わり付近のｃ点から乖離し始め、第１状態Ｓ１ときのバルブリフトカーブより大きなバルブリフト量ＶＬを取るようになる。
　そして第３状態Ｓ３のときのバルブリフトカーブは、やがて最大バルブリフト量ＶＬｍａｘを超え、これより大きなピークリフト量ＶＬＸに到達し、その後減少して、最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに到達する。本実施形態の場合、第１最大リフトタイミングα２で最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに到達する。
　このように本実施形態では、第３状態Ｓ３のとき、バルブリフト量ＶＬが最大バルブリフト量ＶＬｍａｘより一時的もしくは瞬間的に大きくなる突出区間βが設けられる。突出区間βは、バルブリフトカーブが最初に最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに到達する開始点ｄから、次に最大バルブリフト量ＶＬｍａｘに到達する終了点ｅまでの区間である。
　こうした突出区間βを設けた場合、文言通りに解せば、第３状態Ｓ３のときの最大バルブリフト量はＶＬｍａｘではなくＶＬＸである。しかしながら、ＶＬｍａｘはエンジン性能を決定するような重要な値であるのに対し、ＶＬＸは単にピン抜きを喚起するためにＶＬｍａｘより僅かに大きく設定された値である。よって本実施形態では、あくまでＶＬｍａｘを実質的な最大バルブリフト量とし、ＶＬＸはそれと区別する意味でピークリフト量という。なおここでいうピークとは最大ピークもしくは極大ピークのことである。
　第３状態Ｓ３のときのバルブリフトカーブが開始点ｄに到達するカム位相をα１．１、ピークリフト量ＶＬＸに到達するカム位相をα１．２、終了点ｅに到達するカム位相をα１．３とする。ピークリフト量ＶＬＸに到達するカム位相（ピークタイミングという）α１．２は、第１最大リフトタイミングα２よりも進角側に設定されている。本実施形態の場合、終了点ｅのカム位相α１．３は第１最大リフトタイミングα２と等しく設定されている。
　突出区間βのバルブリフトカーブは、図８に示すように、ピークタイミングα１．２の位置の縦軸方向の直線に対し線対称となるような形状とされる。
　このような突出区間βを設けると、次の利点がもたらされる。前述したように第３状態Ｓ３（Ｊ３）のとき、最大バルブリフト量維持期間（Δα３）を過ぎた直後のタイミングで、不完全挿入されたピン２１Ｃが抜け易い。本実施形態では、これと同様の現象を利用し、突出区間βの位置でピン２１Ｃを意図的に抜くようにしている。
　すなわち、第３状態Ｓ３（Ｊ３）においてピン２１Ｃがピン穴２４Ａに不完全挿入されている場合、図８に示すように、ピークタイミングα１．２を過ぎた直後のタイミングで、ピン２１Ｃをピン穴２４Ａから意図的に抜くことができる。
　ピン２１Ｃがピン穴２４Ａから抜けると、矢印ｆで示すように吸気弁３は、第１カム４Ａのカムプロファイルに従った第１状態Ｓ１のバルブリフト量の位置ｇまで急激に閉弁動作する。しかし、このときの閉弁方向の動作量が小さく、位置ｇが最大バルブリフト量ＶＬｍａｘ付近の位置であるため、吸気弁３がバルブブリッジ８に衝突したとしても、衝突時の衝撃は小さくて済む。そのため、吸気弁３の損傷を抑制することが可能である。
　なお、位置ｇのバルブリフト量はゼロよりも十分大きくなっている。従ってピン２１Ｃが抜けたとき、吸気弁３はバルブブリッジ８に衝突し、バルブシートに衝突することはない。また点ｃ以降、ピークタイミングα１．２までの期間において、同一タイミングにおける第３状態Ｓ３のバルブリフト量は、第１状態Ｓ１のバルブリフト量よりも常に大きい。このため、これらが同一である場合に比べ、ピン穴２４Ａに挿入されたピン２１Ｃ（不完全挿入の場合も含む）への荷重を増やすことができる。
　本実施形態では図８に示すように、閉弁動作後の到達位置ｇが第１最大リフトタイミングα２よりも進角側の位置になるようにされている。
　因みに図７および図８では省略したが、本実施形態の場合、第１最大リフトタイミングα２以前の第２状態Ｓ２（Ｊ２）のバルブリフトカーブは、第１状態Ｓ１（Ｊ１）のバルブリフトカーブと同一となっている。但し後述するように、これらを変えてもよい。
　このように本実施形態では、第３状態Ｊ３のとき、バルブリフト量ＶＬが最大バルブリフト量ＶＬｍａｘより一時的に大きくなる突出区間βを設け、突出区間βのピークタイミングα１．２を第１最大リフトタイミングα２よりも進角側に設定した。このため、ピン穴２４Ａに不完全挿入されたピン２１Ｃをピークタイミングα１．２直後のタイミングで意図的に抜き、吸気弁３を少ない動作量で閉弁動作させることができる。それ故、吸気弁３の開弁中にピン２１Ｃがピン穴２４Ａから抜けたときでも吸気弁３の損傷を抑制することができる。
　以上の説明から理解されるように、特許請求の範囲の「第１状態と第２状態」は本実施形態の「第１状態Ｊ１と第３状態Ｊ３」に相当する。特許請求の範囲の「第１カムおよび第２カム」は本実施形態の「第１カム４Ａおよび第３カム４Ｃ」に相当する。特許請求の範囲の「第１ロッカーアームおよび第２ロッカーアーム」は本実施形態の「第１ロッカーアーム９Ａおよび第３ロッカーアーム９Ｃ」に相当する。特許請求の範囲の「ピン」は本実施形態の「ピン２１Ｃ」に相当する。特許請求の範囲の「ピン穴」は本実施形態の「ピン穴２４Ａ」に相当する。
　以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態や変形例は他にも様々考えられる。
　（１）突出区間βの終了点ｅのカム位相α１．３は、例えば図９に示すように第１最大リフトタイミングα２より進角側に設定してもよく、あるいは図１０に示すように第１最大リフトタイミングα２より遅角側に設定してもよい。こうしても、ピン２１Ｃが抜けたときの閉弁方向の動作量を十分小さくすることができる。
　（２）第３状態Ｊ３のときのピンとピン穴の関係を逆にし、第１ロッカーアーム９Ａから突出したピンを第３ロッカーアーム９Ｃのピン穴に挿入してもよい。同様に、第２状態Ｊ２のときのピンとピン穴の関係を逆にしてもよい。
　（３）上述の第１状態Ｊ１と第３状態Ｊ３の関係を、第１状態Ｊ１と第２状態Ｊ２の関係に適用してもよい。この場合、前者の関係に加えて後者の関係を採用し、第２状態Ｊ２のバルブリフトカーブに突出区間βを設けることができる。
　あるいは、前者の関係に代えて後者の関係を採用することもできる。この場合、第２状態Ｊ２のバルブリフトカーブに突出区間βを設ける一方、第３状態Ｊ３のバルブリフトカーブからは突出区間βを省略し、第１最大リフトタイミングα２以前の第３状態Ｊ３のバルブリフトカーブを第１状態Ｊ１のバルブリフトカーブと同じにすることができる。
　（４）上記実施形態では可変機構を三段階に切替可能なものとしたが、少なくとも二段階で切替可能であればよく、四段階以上で切替可能なものであってもよい。そしてそのうちの任意の二段階部分に本開示を適用できる。
　（５）流体圧制御装置の作動流体は空気等の気体であってもよく、流体圧は空圧等の気体圧であってもよい。すなわち可変機構は、気体圧によって切替可能な構成であってもよい。
　本開示の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
　本出願は、2019年3月7日付で出願された日本国特許出願（特願2019-41621）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本開示によれば、エンジンバルブの開弁中にピンがピン穴から抜けたときでもエンジンバルブの損傷を抑制できる内燃機関の可変動弁装置を提供する点において有用である。
１　カムシャフト
３　吸気弁
４Ａ　第１カム
４Ｂ　第２カム
４Ｃ　第３カム
５　可変機構
９Ａ　第１ロッカーアーム
９Ｂ　第２ロッカーアーム
９Ｃ　第３ロッカーアーム
２１Ａａ，２１Ａｂ，２１Ｂ，２１Ｃ　ピン
２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｂ　ピン穴
β　突出区間

Claims (3)

  1. 　エンジンバルブの作動特性を切り替えるために第１状態と第２状態に切替可能な可変機構を備え、
    　前記可変機構は、
    　カムシャフトと、
    　前記カムシャフトに固設されカムプロファイルの異なる第１カムおよび第２カムと、
    　前記第１カムおよび前記第２カムにそれぞれ対応して設けられた第１ロッカーアームおよび第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ロッカーアームの連結状態を切り替えるための連結機構であって、前記第１ロッカーアームおよび前記第２ロッカーアームの一方に出没可能に設けられたピンと、他方に設けられたピン穴とを有する連結機構と、
    　を備え、
    　前記第１状態のとき、前記ピンは前記ピン穴から抜け、前記エンジンバルブは、前記第１カムのカムプロファイルに従う作動特性とされ、
    　前記第２状態のとき、前記ピンは前記ピン穴に挿入され、前記エンジンバルブは、前記第２カムのカムプロファイルに従う作動特性とされ、
    　前記第１状態のときと前記第２状態のときとで最大バルブリフト量は等しく、
    　前記第２状態のときには前記第１状態のときよりも最大バルブリフト期間が遅角側に延長され、
    　前記第２状態のとき、バルブリフト量が一時的に最大バルブリフト量より大きくなる突出区間が設けられ、
    　前記突出区間でバルブリフト量がピークとなる位相位置は、前記第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置よりも進角側に設定されている
    　ことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
  2. 　前記突出区間の終了点の位相位置は、前記第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置と等しく設定されている
    　請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
  3. 　前記突出区間の終了点の位相位置は、前記第１状態のときに最大バルブリフト量に最初に到達する位相位置より進角側または遅角側に設定されている
    　請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
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