JPH08177431A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 何らかの原因で油圧が低下した場合に、ピス
トン冷却用オイルジェット機構の停止に先立って機関の
出力を抑制し、ピストンの温度上昇を回避する。 【構成】 低速型カム１０に従動する主ロッカアーム４
と高速型カム１１に従動する副ロッカアーム５とが互い
に隣接して配置されており、主ロッカアーム４先端部が
吸気弁１を開閉する。主ロッカアーム４には、両ロッカ
アーム４，５を選択的に連結状態とするために連結レバ
ー１３が設けられている。連結レバー１３は、リターン
スプリングでもって係合解除方向へ常時付勢され、かつ
油圧プランジャ１７によって係合位置へ押圧される。オ
イルジェット機構は、チェック弁を具備する。連結レバ
ー１３の切換作動開始油圧Ｐ１がチェック弁の開弁開始
油圧Ｐ３よりも相対的に高くなるように、それぞれの油
圧が設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、プロフィルの異なる
カムを選択的に利用することによってバルブリフト特性
を切り換え得るようにした内燃機関の可変動弁装置の改
良に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関のバルブ駆動装置は、一般にカ
ムリフトをロッカアームやスイングアームを介して吸気
弁や排気弁に伝達し、バルブスプリングにて閉方向に付
勢されている吸気弁，排気弁を押し開く構成となってい
るが、例えば機関の低速域と高速域あるいは低負荷域と
高負荷域ではそれぞれ好ましいバルブリフト特性が異な
るので、運転条件によりバルブリフト特性を切り換え得
るようにしたバルブ駆動装置が種々提案されている。

【０００３】その一例として、例えば特開昭６３−１０
６３０９号公報や特開昭６３−１６７０１６号公報等に
おいて、プロフィルの異なる２種のカムを並設してお
き、それぞれに従動する主ロッカアームおよび副ロッカ
アームを必要に応じて連結状態もしくは離脱状態に切り
換えるようにした構成のものが知られている。

【０００４】この装置では、互いにプロフィルの異なる
低速型カムと高速型カムとがカムシャフトに並んで形成
されており、カムシャフトと平行に設けられるロッカシ
ャフトには、上記低速型カムに従動して揺動する主ロッ
カアームと、上記高速型カムに従動して揺動する副ロッ
カアームとが、互いに隣接した状態で揺動自在に配設さ
れている。吸気弁あるいは排気弁は、上記主ロッカアー
ムの先端部によって開閉駆動されるようになっている。
そして、外部から供給される油圧により作動して上記副
ロッカアームと主ロッカアームとを選択的に連結状態も
しくは離脱状態とする連結機構が両ロッカアーム間に設
けられている。上記公報の装置では、上記連結機構は、
油圧によりロッカシャフトと平行に摺動する係合ピンか
らなり、該係合ピンが主ロッカアームの側面から突出し
て副ロッカアーム側面の係合孔に嵌合すると、両者が一
体に揺動するようになっている。つまり、このように両
ロッカアームが連結した状態では、高速型カムに従動す
る副ロッカアームの揺動が主ロッカアームを介して吸排
気弁に伝達され、その結果、吸排気弁が高速型カムのカ
ムリフトに沿って開閉する。また係合ピンが後退して両
ロッカアームが離脱した状態では、副ロッカアームの揺
動は吸排気弁に伝達されず、その結果、吸排気弁は、低
速型カムに従動する主ロッカアームの揺動によって開閉
することになる。

【０００５】この種の可変動弁装置においては、係合ピ
ン等からなる連結機構は油圧により切換制御されるよう
になっており、一般に、機関潤滑油圧を油圧源として電
磁弁により該油圧の供給，解除を選択的に切り換えるこ
とによって、運転条件に応じたバルブリフト特性を得る
ようにしている。つまり、係合ピン等からなる連結機構
は、リターンスプリングを具備しており、潤滑油圧を供
給すると、リターンスプリングに抗して係合ピン等が移
動して連結状態となり、また油圧供給を停止すると、リ
ターンスプリングのばね力により係合ピン等が初期状態
に戻り、両ロッカアームが離脱状態となる。

【０００６】また、高出力型の内燃機関においては、ピ
ストンを潤滑油で強制的に冷却するために、シリンダ下
部からピストン裏面へ向けて潤滑油を吹き付けるように
したオイルジェット機構が従来から用いられている。こ
のオイルジェット機構は、所定油圧で開弁するチェック
弁を具備し、低油圧時には、油圧低下を抑制するため
に、潤滑油の噴出が停止する構成となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように潤滑油圧
でもって低速型カムと高速型カムとの切り換えを行うも
のにおいては、連結機構に油圧が供給されている状態で
の走行中に、何らかの原因で、例えば油温の過度の上昇
により、油圧が低下したとすると、運転者の意志に無関
係に、カムの切り換えが生じる。そして、このカムの切
換に伴って、内燃機関の出力は自然に低下する。

【０００８】また一方、ピストン冷却用オイルジェット
機構では、油温の上昇に伴って油圧が低下すると、チェ
ック弁の開弁圧以下となった段階で、潤滑油の噴出が停
止する。

【０００９】しかしながら、従来は、このような油圧低
下に伴うカムの切換とオイルジェットの停止とのそれぞ
れの設定油圧の関係に格別な考慮がなされていない。

【００１０】従って、油圧低下時に、カムが切り換わる
前に、オイルジェットが停止してしまうことがある。こ
のようにオイルジェットが先に停止すると、高出力状態
のままピストンの冷却がなされないことになり、耐久性
等の点で好ましくない。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、油
温上昇等による潤滑油圧の低下が生じた際に、オイルジ
ェットが停止する前に、カムの切換が行われるようにし
た。すなわち、この発明は、互いにプロフィルの異なる
低速型カムと高速型カムとが並んで形成されたカムシャ
フトと、ロッカシャフトに揺動可能に支持され、かつ上
記低速型カムに従動して揺動する主ロッカアームと、こ
の主ロッカアームに隣接して配置されるとともに、上記
ロッカシャフトもしくはこれと平行な他の軸に揺動可能
に支持され、かつ高速型カムに従動して揺動する副ロッ
カアームと、上記主ロッカアームによって開閉駆動され
る吸気弁もしくは排気弁と、リターンスプリングの付勢
力に対抗して外部から供給される油圧により作動し、油
圧供給時に副ロッカアームと主ロッカアームとを連結状
態に、かつ油圧解除時に離脱状態に、それぞれ切り換え
る連結機構と、制御信号に応じて上記連結機構へ潤滑油
圧を供給する油圧制御機構と、所定油圧で開弁するチェ
ック弁を具備し、内燃機関のピストンへ向けて潤滑油を
噴出するピストン冷却用オイルジェット機構と、を備え
てなる内燃機関の可変動弁装置において、上記連結機構
が連結側へ切換作動を開始する切換作動開始油圧が、上
記オイルジェット機構のチェック弁の開弁開始油圧より
も高く設定されていることを特徴としている。

【００１２】また請求項２の発明では、上記連結機構の
切換作動開始油圧が、さらに、上記オイルジェット機構
のチェック弁の開弁完了油圧よりも高く設定されてい
る。

【００１３】

【作用】油圧制御機構により連結機構に潤滑油圧が供給
されると、主，副ロッカアームが連結状態となり、また
油圧供給が停止すると、両者が離脱状態となる。両者が
連結状態となると、高速型カムに従動して主，副ロッカ
アームが揺動し、吸排気弁は高速型カムのカムリフトに
沿って開閉する。両者が離脱状態となると、副ロッカア
ームは自由状態となるので、低速型カムに従動する主ロ
ッカアームによって吸排気弁が駆動され、低速型カムの
カムリフトに沿ったバルブリフト特性となる。

【００１４】また、十分な油圧が発生している状態で
は、オイルジェット機構のチェック弁が押し開かれ、ピ
ストンへ向けて潤滑油が噴出する。この潤滑油によって
ピストンは冷却される。

【００１５】連結機構に油圧が供給されている状態で、
何らかの原因により油圧が徐々に低下していくと、運転
状態に拘わらず、連結状態から離脱状態へ切換作動して
しまう。詳しくは、連結機構の切換作動開始油圧にまで
油圧が低下した段階で、連結機構が完全に初期状態に戻
り、両ロッカアームの離脱が完了する。この段階では、
まだオイルジェット機構による冷却用潤滑油の噴出がな
されている。そして、さらに油圧が低下して、オイルジ
ェット機構のチェック弁の開弁開始油圧にまで低下する
と、該チェック弁が完全に閉じ、潤滑油の噴出が停止す
る。このように冷却用潤滑油の供給が停止する段階で
は、カムが運転条件に適さない低速型カムに切り換わっ
ているので、内燃機関の出力が低下し、ピストンの熱負
荷は低い。

【００１６】請求項２の構成では、連結機構の切換作動
開始油圧がチェック弁の開弁完了油圧よりも相対的に高
いので、油圧低下時には、チェック弁がまだ完全に開弁
している間に、連結機構が離脱状態に切り換わる。

【００１７】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【００１８】図１は、この発明に係る内燃機関の可変動
弁装置の構成を示すもので、この実施例では、各気筒毎
に一対の吸気弁１と一対の排気弁２とが設けられてお
り、その吸気側，排気側のそれぞれに可変動弁機構が設
けられている。

【００１９】図２〜図５は、一例として吸気側の可変動
弁機構を示しているが、排気側についても基本的に同様
に構成されている。図２〜図５に示すように、ロッカシ
ャフト３に一対の主ロッカアーム４が一端部で揺動可能
に支持されているとともに、この一対の主ロッカアーム
４に挟まれるように副ロッカアーム５が設けられてい
る。この副ロッカアーム５は、一対の主ロッカアーム４
の間に設けられた副ロッカシャフト６に揺動可能に支持
されている。上記主ロッカアーム４は、その上面にカム
フォロアローラ７を有するとともに、揺動端４ａがそれ
ぞれ吸気弁１（あるいは排気弁２）のステムエンドを押
圧するようになっている。尚、この一対の主ロッカアー
ム４は、図４，図５に示すように、その下部において、
互いに一体となっている。また、副ロッカアーム５は、
主ロッカアーム４に比較して短く形成され、その先端部
上面にカムフォロア部８が設けられている。

【００２０】ロッカシャフト３の上方に配置されるカム
シャフト９には、主ロッカアーム４のカムフォロアロー
ラ７に当接するバルブリフト量の小さな一対の低速型カ
ム１０と、副ロッカアーム５のカムフォロア部８に摺接
するバルブリフト量の大きな高速型カム１１とが並んで
形成されている。尚、副ロッカアーム５は、図４に示す
ように、ロストモーションスプリング１２によって上方
へ回動付勢されており、主ロッカアーム４から離脱した
状態であっても高速型カム１１との摺接状態が保たれる
ようになっている。

【００２１】また、上記主，副ロッカアーム４，５を選
択的に連結させる連結機構として、副ロッカアーム５の
下方に連結レバー１３が設けられている。この連結レバ
ー１３は、主ロッカアーム４に設けたピン１４によって
回動可能に支持されており、その上端部１３ａが副ロッ
カアーム５下面の係合段部１５に係合可能となってい
る。そして、この連結レバー１３は、突起部１３ｃ（図
３参照）にスプリングシート１６Ａを介して圧接するリ
ターンスプリング１６により係合解除方向へ常時付勢さ
れているとともに、その下端部１３ｂに対向して、油圧
プランジャ１７が配置されており、該プランジャ１７が
突出すると、係合方向へ回動するようになっている。上
記プランジャ１７が摺動可能に嵌合する油圧シリンダ１
８には、主ロッカアーム４内の油孔１９およびロッカシ
ャフト３内の油圧供給通路２０（図４参照）を介して油
圧が供給可能となっている。

【００２２】従って、上記構成では油圧供給通路２０を
介して油圧シリンダ１８へ油圧を供給すると、連結レバ
ー１３が係合方向へ回動し、副ロッカアーム５の係合段
部１５に係合する。これにより、副ロッカアーム５が高
速型カム１１により下方へ押圧された際に、主ロッカア
ーム４が一体に作動するようになり、吸排気弁１，２が
高速型カム１１のプロフィルに沿って開閉するようにな
る。また油圧を解放すると、連結レバー１３がリターン
スプリング１６によって係合解除方向へ回動し、上端部
１３ａが係合段部１５から離れる。そのため、副ロッカ
アーム５が主ロッカアーム４から切り離された状態とな
り、吸排気弁１，２は主ロッカアーム４を介して低速型
カム１０のプロフィルに沿って開閉するようになる。

【００２３】ここで、上記のように連結レバー１３の係
合状態あるいは離脱状態への切換は、ある油圧値で瞬間
的に行われるものではなく、ある範囲の遷移領域を有す
るものとなる。すなわち、油圧を徐々に高めていくと、
所定の切換作動開始油圧Ｐ１において連結レバー１３が
リターンスプリング１６の付勢力に抗して動き始め、か
つ所定の切換作動完了油圧Ｐ２でもって連結レバー１３
が完全に係合状態となる。従って、逆に油圧が徐々に低
下する際には、上記切換作動完了油圧Ｐ２でもって連結
レバー１３が係合解除方向へ動き始め、かつ上記切換作
動開始油圧Ｐ１でもって完全に初期位置に復帰する。

【００２４】尚、上記の連結レバー１３に代えて、連結
機構として公知の摺動型連結ピンを用いることも可能で
ある。

【００２５】また、上記連結機構を制御する油圧制御機
構は、吸気弁１側と排気弁２側とで共通の構成となって
いる。つまり、図１に示すように、吸気側および排気側
のロッカシャフト３内の各油圧供給通路２０へ、電磁弁
２３を介してオイルポンプ２２から同時に機関潤滑油圧
が供給される構成となっている。上記の電磁弁２３は、
内燃機関の回転数を検出する回転数センサ２５および内
燃機関の負荷に相当する吸入空気量を検出するエアフロ
メータ２６の検出信号に基づき、マイクロコンピュータ
システムを用いたコントロールユニット２４によってＯ
Ｎ−ＯＦＦ制御される。

【００２６】また、この内燃機関においては、潤滑油を
ピストン下面に吹きかけて冷却するオイルジェット機構
を具備している。図６は、シリンダブロック３１のシリ
ンダボア下部に配置されるオイルジェット機構３２を示
すもので、シリンダブロック３１のオイルギャラリ３３
からチェック弁３４を介して導入された潤滑油が、ノズ
ル３５から図示せぬピストンへ向けて噴出するようにな
っている。上記チェック弁３４は、コイルスプリング３
６によって開弁圧が設定されており、その開弁圧以下の
ときには、潤滑油の噴出が停止する。なお、上記オイル
ギャラリ３３は、前述したオイルポンプ２２の吐出側に
常時連通している。

【００２７】ここで、上記チェック弁３４の開弁動作
は、やはり、ある油圧値で瞬間的に行われるものではな
く、ある範囲の遷移領域を有するものとなる。すなわ
ち、油圧を徐々に高めていくと、所定の開弁開始油圧Ｐ
３においてチェック弁３４が開き始め、かつ所定の開弁
完了油圧Ｐ４でもって完全に開弁状態となる。従って、
逆に油圧が徐々に低下する際には、上記開弁完了油圧Ｐ
４でもってチェック弁３４が閉じ始め、かつ上記開弁開
始油圧Ｐ３でもって完全に閉じた状態に復帰する。

【００２８】そして、図７に示すように、上記連結レバ
ー１３の切換作動開始油圧Ｐ１が上記チェック弁３４の
開弁開始油圧Ｐ３よりも相対的に高くなるように、それ
ぞれの油圧が設定されている。

【００２９】この油圧の設定は、例えば、連結レバー１
３を付勢するリターンスプリング１６のばね力や油圧プ
ランジャ１７の受圧面積、コイルスプリング３６のばね
力などを適宜に設定することによりなされている。

【００３０】次に上記実施例の作用を説明する。

【００３１】先ず、機関が低速域にある場合には、電磁
弁２３が油圧解放側に制御される。これにより、油圧供
給通路２０内の油圧は低圧状態となり、連結レバー１３
は係合解除位置となるので、上述したように、吸排気弁
１，２が低速型カム１０のプロフィルに沿って開閉す
る。また機関が高速域にある場合には、電磁弁２３が油
圧供給側に制御される。これにより、油圧供給通路２０
内の油圧は高圧状態となり、連結レバー１３が係合位置
となるので、上述したように、吸排気弁１，２が高速型
カム１１のプロフィルに沿って開閉する。なお、機関回
転数単独ではなく、機関回転数と負荷とから各カム１
０，１１に適した運転条件を定めるようにしてもよい。
また潤滑油圧が十分にあれば、上記オイルジェット機構
３２から潤滑油が噴出し、ピストンの冷却が行われる。

【００３２】機関が高速域にあって連結レバー１３が係
合位置に制御されている状態において、油圧供給通路２
０内の油圧が油温の上昇等により徐々に低下したとする
と、所定の切換作動完了油圧Ｐ２まで低下した段階で、
連結レバー１３が係合位置から動き始め、かつ所定の切
換作動開始油圧Ｐ１まで低下した段階で完全に係合が解
除される。従って、運転条件と無関係に、高速型カム１
１から低速型カム１０へ切り換わる。このように低速型
カム１０に切り換わることにより、内燃機関の出力は低
下し、ピストンの熱負荷も抑制される。一方、オイルジ
ェット機構３２は、この段階ではチェック弁３４が開弁
しており、潤滑油による冷却が継続している。

【００３３】そして、油圧がさらに低下してチェック弁
３４の開弁開始油圧Ｐ３まで低下すると、チェック弁３
４が完全に閉じ、潤滑油の噴出が停止する。このオイル
ジェットの停止により、潤滑油圧の低下が抑制される。

【００３４】従って、高速型カム１１で運転中に何らか
の原因で油圧が徐々に低下したとすると、始めに低速型
カム１０に切り換わり、次に、チェック弁３４が閉じて
オイルジェット機構３２の潤滑油噴出が停止する。その
ため、熱負荷の高い高出力状態のままピストンの冷却が
停止することがない。

【００３５】次に、図８は、上記連結レバー１３の切換
作動開始油圧Ｐ１が、上記チェック弁３４の開弁完了油
圧Ｐ４よりも相対的に高くなるように、それぞれの油圧
を設定した実施例を示している。この実施例によれば、
油温の上昇により油圧が低下した場合に、複数気筒のカ
ム切換のタイミングのばらつきを小さくできる作用効果
がある。すなわち、連結レバー１３を付勢するリターン
スプリング１６のばね力のばらつき等によって、多気筒
内燃機関においては、油圧低下に伴う高速型カム１１か
ら低速型カム１０への切換のタイミングがばらつく可能
性があり、運転が不安定化する虞れがる。

【００３６】図９は、油温と油圧との関係を図示したも
のであり、Ｐ３が上述したチェック弁３４の開弁開始油
圧、Ｐ４が開弁完了油圧である。従って、図中のＡがオ
イルジェット機構３２の作動領域、Ｃが停止領域、Ｂが
作動〜停止の遷移領域である。そして、油温の上昇に対
する油圧低下の割合は、作動領域Ａで高く、低下領域Ｃ
で低くなる。これは、オイルジェット機構３２が潤滑油
系統の中の比較的大きな漏れ隙間となり、油圧低下を促
進するためである。なお、図１０に、オイルジェット機
構３２の開状態および閉状態における油圧低下量（但
し、機関回転速度は一定である）を対比して示す。

【００３７】図９において、例えば連結レバー１３の切
換作動開始油圧Ｐ１を停止領域Ｃ内に設定したとする
と、複数気筒でのそのばらつきの幅αに対応する油温の
ばらつきの幅は、γとして示すように、比較的大きな幅
となる。これに対し、本実施例のように、切換作動開始
油圧Ｐ１を作動領域Ａ内に設定すれば、複数気筒でのそ
のばらつきの幅αに対応する油温のばらつきの幅は、β
として示すように、比較的小さな幅となる。従って、油
温上昇に伴ってカムの切換が自然になされる場合に、各
気筒での切換のタイミングのばらつきが最小限に抑制さ
れる。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の可変動弁装置によれば、例えば油温の
上昇などにより油圧が低下した場合に、オイルジェット
機構によるピストンの冷却が停止する前に、先に低速型
カムへの切換が実行され、内燃機関の出力が抑制される
ので、ピストンの過度の温度上昇を回避できる。

【００３９】また請求項２の構成によれば、油温上昇に
伴う油圧低下に際して、複数気筒のカム切換のタイミン
グのばらつきを小さくすることができ、運転性の悪化を
防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る可変動弁装置の構成を示す構成
説明図。

【図２】吸気側の可変動弁機構の要部を示す平面図。

【図３】ロッカアームの一部を切り欠いて示す断面図。

【図４】図３のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図５】主ロッカアームのみを示す図３のＡ−Ａ線に沿
った断面図。

【図６】オイルジェット機構の構成を示す断面図。

【図７】チェック弁の開弁圧と可変動弁装置の切換作動
油圧との関係を示す特性図。

【図８】第２の実施例におけるチェック弁の開弁圧と可
変動弁装置の切換作動油圧との関係を示す特性図。

【図９】この第２の実施例における作用効果を説明する
ための油温−油圧特性図。

【図１０】油温に対する油圧低下量を示す特性図。

【符号の説明】

１…吸気弁 ２…排気弁 ４…主ロッカアーム ５…副ロッカアーム １０…低速型カム １１…高速型カム １３…連結レバー １６…リターンスプリング １７…油圧プランジャ ２３…電磁弁 ３２…オイルジェット機構 ３４…チェック弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹村 信一 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日産 自動車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いにプロフィルの異なる低速型カムと
   高速型カムとが並んで形成されたカムシャフトと、ロッ
   カシャフトに揺動可能に支持され、かつ上記低速型カム
   に従動して揺動する主ロッカアームと、この主ロッカア
   ームに隣接して配置されるとともに、上記ロッカシャフ
   トもしくはこれと平行な他の軸に揺動可能に支持され、
   かつ高速型カムに従動して揺動する副ロッカアームと、
   上記主ロッカアームによって開閉駆動される吸気弁もし
   くは排気弁と、リターンスプリングの付勢力に対抗して
   外部から供給される油圧により作動し、油圧供給時に副
   ロッカアームと主ロッカアームとを連結状態に、かつ油
   圧解除時に離脱状態に、それぞれ切り換える連結機構
   と、制御信号に応じて上記連結機構へ潤滑油圧を供給す
   る油圧制御機構と、所定油圧で開弁するチェック弁を具
   備し、内燃機関のピストンへ向けて潤滑油を噴出するピ
   ストン冷却用オイルジェット機構と、を備えてなる内燃
   機関の可変動弁装置において、上記連結機構が連結側へ
   切換作動を開始する切換作動開始油圧が、上記オイルジ
   ェット機構のチェック弁の開弁開始油圧よりも高く設定
   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. 【請求項２】 上記連結機構の切換作動開始油圧が、さ
   らに、上記オイルジェット機構のチェック弁の開弁完了
   油圧よりも高く設定されてい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。