JPH1047029A - 内燃機関の可変バルブリフト装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出力向上と燃費向上を図った内燃機関の可変
バルブリフト装置を得ること。 【解決手段】 内燃機関の可変バルブリフト装置を、カ
ムシャフト１３に設けた高リフト回転カム１５及び低リ
フト回転カム１７と、高リフト回転カム１５の回転によ
って長ストローク往復動される第１リフタ２１と、この
第１リフタ２１に第１連結・分離機構Ａを介して連結・
分離可能で分離時には低リフト回転カム１７の回転によ
って短ストローク往復動される第２リフタ２３と、この
第２リフタ２３に第２連結・分離機構Ｂを介して連結・
分離可能で分離時には不動のタペット２５と、このタペ
ット２５の往復動によってリフト作動するバルブ３１を
備えるとともに、当該内燃機関の運転状態に応じて、第
１連結・分離機構Ａと第２連結・分離機構Ｂの連結・分
離を制御する制御手段１００を備える構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関における
吸気または排気用のバルブを当該内燃機関の運転状態に
応じて開閉作動させる内燃機関の可変バルブリフト装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の装置には、カムとバルブ
との間にロッカーアームやスイングアームなどのアーム
を介在したアームタイプ（例えば、特開平７−５４６２
４号）と、カムの回転を直接バルブに伝達するダイレク
トタイプ（例えば、特開平８−７４５４４号、特開平８
−１８９３１６号）がある。特開平７−５４６２４号に
おいては、アームを介在させることによりカム、バルブ
の配置等の設計の自由度が大きく、バルブのリフト量を
機関の低速、中速、高速運転域に応じて微少・低・高の
３段階に切り換える技術が開示されている。

【０００３】一方、特開平８−７４５４４号において
は、燃費向上を目的としてバルブをリフト可能状態とリ
フト不能状態（バルブ停止状態）に切り換え可能とした
ものが提案されており、特開平８−１８９３１６号にお
いては、出力向上を目的としてバルブのリフト量を高・
低二段階に切り換え可能としたものが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関に
おいて現在要求されているものは出力向上及び燃費向上
の両面であり、ダイレクトタイプのバルブリフト装置に
おいても、バルブをリフト可能状態とリフト不能状態に
切り換えることが可能であるとともに、バルブのリフト
量を高・低二段階に切り換えることが可能な内燃機関の
可変バルブリフト装置の開発が要望されている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記要望に応
えるべくなされたものであり、ダイレクトタイプの内燃
機関の可変バルブリフト装置を、内燃機関のカムシャフ
トに同軸的かつ一体的に設けた高リフト回転カム及び低
リフト回転カムと、前記高リフト回転カムと常に係合し
前記高リフト回転カムの回転によって長ストローク往復
動される第１リフタと、この第１リフタに第１連結・分
離機構を介して連結・分離可能で連結時には前記第１リ
フタと一体的に往復動し分離時には前記低リフト回転カ
ムと係合し前記低リフト回転カムの回転によって短スト
ローク往復動されて前記第１リフタに対して相対移動す
る第２リフタと、この第２リフタに第２連結・分離機構
を介して連結・分離可能で連結時には前記第２リフタと
一体的に往復動し分離時には閉方向ストローク端にて不
動で前記第２リフタが相対移動するタペットと、閉方向
に付勢され前記タペットと一体的に往復動してリフト作
動する吸気または排気用のバルブとを備えるとともに、
当該内燃機関の運転状態に応じて、前記第１連結・分離
機構と前記第２連結・分離機構を共に連結状態とする、
または前記第１連結・分離機構を分離状態とし前記第２
連結・分離機構を連結状態とする、或いは少なくとも前
記第２連結・分離機構を分離状態とする制御手段を備え
る構成とした。

【０００６】

【発明の作用・効果】本発明による内燃機関の可変バル
ブリフト装置においては、当該内燃機関の運転状態に応
じて制御手段が第１連結・分離機構と第２連結・分離機
構を共に連結状態とすれば、高リフト回転カムと常に係
合して高リフト回転カムの回転により長ストローク往復
動される第１リフタに第２リフタとタペットが連結され
て、第１リフタの長ストローク往復動が第２リフタとタ
ペットを介してバルブに伝達され、バルブのリフト量が
高リフト量とされる。

【０００７】また、当該内燃機関の運転状態に応じて制
御手段が第１連結・分離機構を分離状態とし第２連結・
分離機構を連結状態とすれば、第２リフタが第１リフタ
から分離されて低リフト回転カムに係合し、第１リフタ
が高リフト回転カムによって長ストローク往復動される
とともに、第２リフタが低リフト回転カムによって短ス
トローク往復動され、また第２リフタにタペットが連結
されて、第２リフタの短ストローク往復動がタペットを
介してバルブに伝達され、バルブのリフト量が低リフト
量とされる。

【０００８】また、当該内燃機関の運転状態に応じて制
御手段が少なくとも第２連結・分離機構を分離状態とす
れば、タペットが第２リフタから分離されて、第２リフ
タからタペットに往復動が伝達されないようになり、タ
ペットが閉方向ストローク端にて不動となって、バルブ
が閉位置にてリフト不能状態、すなわち停止状態（閉止
状態）とされる。

【０００９】したがって、本発明においては、内燃機関
における吸気または排気用のバルブを当該内燃機関の運
転状態に応じて、高リフト量または低リフト量のリフト
可能状態、或いはリフト不能状態とすることができて、
出力向上を図ると同時に燃費向上を図ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施形態を図
面に基づいて説明する。図１〜図９に示した本発明の可
変バルブリフト装置は内燃機関における吸気または排気
用のバルブ３１をリフトさせるためのものであり、当該
内燃機関のクランクシャフト（図示省略）に同期して回
転するカムシャフト１３に同軸的かつ一体的に設けた一
対の高リフト回転カム１５及び一対の低リフト回転カム
１７と、高リフト回転カム１５と常に係合するアウター
リフタ（第１リフタ）２１と、低リフト回転カム１７と
係合可能なインナーリフタ（第２リフタ）２３と、この
インナーリフタ２３とバルブ３１間に介装したタペット
２５を備えている。

【００１１】高リフト回転カム１５は、カムシャフト１
３と同心円状のベース円部１５ａを有するとともに、ア
ウターリフタ２１を長ストローク（図１に示した高リフ
ト量Ｌ１に相当するストローク）にて往復動させるカム
部１５ｂを有していて（図５参照）、アウターリフタ２
１の環状頂面に摺動可能に係合している。低リフト回転
カム１７は、カムシャフト１３と同心円状のベース円部
１７ａを有するとともに、インナーリフタ２３を短スト
ローク（図３に示した低リフト量Ｌ２に相当するストロ
ーク）にて往復動させるカム部１７ｂを有していて（図
５参照）、インナーリフタ２３の環状頂面に摺動可能に
係合するようになっている。

【００１２】アウターリフタ２１は、シリンダヘッド２
７に設けた内孔２７ａに軸方向へ摺動可能に組付けられ
ていて、筒状部材２１ａとこの筒状部材２１ａ内に嵌合
した環状部材２１ｂによって構成されており、シリンダ
ヘッド２７の内孔２７ａ段部と環状部材２１ｂ間に介装
したスプリング２９によって高リフト回転カム１５に向
けて付勢されて高リフト回転カム１５に常に係合してい
る。

【００１３】インナーリフタ２３は、アウターリフタ２
１の軸心部に軸方向へ摺動可能に組付けられていて、ア
ウターリフタ２１に第１連結・分離機構Ａを介して連結
・分離可能となっており、アウターリフタ２１との連結
時には図１及び図２に示したようにアウターリフタ２１
と一体的に往復動するように、また分離時には図３及び
図４と図５〜図７にて示したようにアウターリフタ２１
との間に介装したスプリング２２に抗して上動して低リ
フト回転カム１７と係合し低リフト回転カム１７の回転
によって短ストロークにて往復動されてアウターリフタ
２１に対して相対移動するようになっている。

【００１４】タペット２５は、カップ状に形成されてい
て、底面にてバルブ３１のステム３１ａ上端に当接して
バルブ３１を下方へ押動可能となっている。また、タペ
ット２５は、インナーリフタ２３のバルブ側端部の軸心
部に軸方向へ摺動可能に組付けられていて、インナーリ
フタ２３に第２連結・分離機構Ｂを介して連結・分離可
能となっており、インナーリフタ２３との連結時には図
１，図３及び図５に示したようにインナーリフタ２３と
一体的に往復動するように、また分離時には図６及び図
７にて示したように閉方向ストローク端（上動端）にて
不動でインナーリフタ２３が相対移動するようになって
いる。

【００１５】バルブ３１は、タペット２５と一体的に往
復動してリフト作動するもので、そのステム３１ａにて
スリーブ３３を介してシリンダヘッド２７にステム軸方
向に往復動可能に組付けられている。また、ステム３１
ａには周知のようにコッタ３３を介してリテーナ３５が
固定されていて、このリテーナ３５とシリンダヘッド２
７の内孔２７ａ段部間にはバルブ３１をシリンダヘッド
２７に設けたバルブシート２７ｂに向けて閉方向に付勢
するスプリング３７が介装されている。

【００１６】第１連結・分離機構Ａは、インナーリフタ
２３の中間部外周に形成した環状溝２３ａと、アウター
リフタ２１にインナーリフタ２３の移動方向とは略直交
する方向（図示左右方向）へ移動可能に組付けられて前
記環状溝２３ａに係合・離脱するロックプレート４１
と、このロックプレート４１を離脱方向（図１の左方
向）に付勢するスプリング４３を備えている。

【００１７】ロックプレート４１は、図２及び図４に示
した形状（中央部にインナーリフタ２３が通過可能な貫
通孔４１ａを有するとともに左端に油室形成のためのコ
字状切欠４１ｂを有する形状）に形成されていて、アウ
ターリフタ２１間に油室４５を形成しており、この油室
４５に電磁切換弁４７を介して所定値以上の油圧が付与
されたとき図１及び図２に示したようにスプリング４３
に抗して移動してインナーリフタ２３の環状溝２３ａに
外周から係合してアウターリフタ２１とインナーリフタ
２３を一体的に連結するようになっている。油室４５
は、アウターリフタ２１に設けた径方向の油孔と、アウ
ターリフタ２１の外周に形成した筒状の油溝と、シリン
ダヘッド２７に形成した油孔を通して、電磁切換弁４７
に常時連通している。なお、図１及び図３に示したロッ
クプレート４１及び油室４５等の構成は、図３の５−５
線に沿った断面を示す図５とこれに相当する図６及び図
７には本来同様に示されないが、作図上便宜的に図５〜
図７にも図１及び図３と同様に示した。

【００１８】電磁切換弁４７は、当該内燃機関における
回転数，負荷等の運転状態が入力される制御装置１００
に電気的に接続されていて、制御装置１００により内燃
機関の運転状態に応じて図１の状態または図３の状態に
切り換えられるようになっており、図１の状態では油圧
ポンプ５１（当該内燃機関によって駆動されるようにな
っている）から吐出された圧油が油室４５に供給されて
油室４５内の油圧が所定値以上となるように、また図３
の状態では油室４５内の圧油がリザーバ５３に排出され
て油室４５内の油圧が所定値未満となるようになってい
る。なお、油圧ポンプ５１の吐出側には周知のリリーフ
バルブ（図示省略）が設けられていて、油圧ポンプ５１
の最高吐出圧が規定されている。

【００１９】第２連結・分離機構Ｂは、インナーリフタ
２３の下端部内周に形成した環状溝２３ｂと、図８に詳
細に示したようにタペット２５の上端部にリング６１と
ピン６２を用いて回動可能に組付けられて前記環状溝２
３ｂに係合・離脱する一対のロックプレート６３と、こ
れら両ロックプレート６３間に介装されて各ロックプレ
ート６３を離脱方向（図９の破線状態から実線状態にな
る方向）に付勢する一対のスプリング６４と、リング６
１（図１，図３，図５〜図７ではピン６２及びスプリン
グ６４と共に図示省略されている）とインナーリフタ２
３の段部間に介装されてリング６１，ロックプレート６
３等をタペット２５とともに下方へ付勢するスプリング
６５と、インナーリフタ２３の軸心に軸方向へ摺動可能
に組付けられてロックプレート６３と離脱可能に係合す
るスイッチシャフト６６と、このスイッチシャフト６６
とインナーリフタ２３の段部間に介装されてスイッチシ
ャフト６６を上方へ付勢するスプリング６７と、スイッ
チシャフト６６をスプリング６７に抗して押動可能な切
換制御棒６８（図５〜図７参照）を備えている。

【００２０】ロックプレート６３は、図８に示したよう
に、半月形状に形成されていて、ピン６２回りに回動可
能に組付けられており、スイッチシャフト６６がスプリ
ング６７によりインナーリフタ２３に対して図１，図３
及び図５に示した上動位置にあるとき、スプリング６４
に抗してピン６２回りに回動して図９の仮想線にて示し
たようになり、インナーリフタ２３の環状溝２３ｂに内
周から係合してインナーリフタ２３とタペット２５を一
体的に連結するように、またスイッチシャフト６６が切
換制御棒６８によりスプリング６７に抗して押動されて
インナーリフタ２３に対して図６及び図７に示した下動
位置にあるとき、スプリング６４によってピン６２回り
に回動されて図９の実線にて示したようになり、インナ
ーリフタ２３の環状溝２３ｂから離脱してインナーリフ
タ２３とタペット２５を分離するように構成されてい
る。

【００２１】スイッチシャフト６６は、上部にスプリン
グ６７を係止する環状のフランジ部６６ａを有するとと
もに、下端にロックプレート６３に設けた傾斜面６３ａ
（図８参照）に係合するテーパ部６６ｂを有していて、
インナーリフタ２３を貫通して突出する上端部６６ｃに
て切換制御棒６８に係合しており、切換制御棒６８が図
５に示した後退位置にあるときにはインナーリフタ２３
に対して上動位置となるように、また切換制御棒６８が
図６及び図７に示した前進位置にあるときには切換制御
棒６８よりスプリング６７に抗して押動されてインナー
リフタ２３に対して下動位置となるように構成されてい
る。

【００２２】切換制御棒６８は、図５に示したように駆
動装置Ｃによって図５の左右方向に移動されて低リフト
回転カム１７間に設けた溝１９内を進退するように構成
されていて、図５〜図７に示したように、溝１９の底壁
によって押動されてインナーリフタ２３と一体的に上下
動されるように構成されている。また、切換制御棒６８
の先端部には前進時にスイッチシャフト６６の上端部６
６ｃと係合してスイッチシャフト６６をスプリング６７
に抗して押動するガイド面６８ａが形成されている。な
お、切換制御棒６８の駆動装置Ｃによる前進または後退
の駆動は、図７に示した状態（アウターリフタ２１とイ
ンナーリフタ２３が各回転カム１５，１７のベース円部
１５ａ，１７ａと係合している状態）にて行われるよう
になっていて、駆動装置Ｃの負荷低減と円滑な駆動が図
られている。

【００２３】駆動装置Ｃは、ピストン７１ａがスプリン
グ７１ｂによって復帰するように構成した油圧シリンダ
７１と、この油圧シリンダ７１のピストン７１ａに球状
端部７２ａにて揺動可能に連結された連接棒７２によっ
て構成されていて、連接棒７２の先端にはピン７３を介
して切換制御棒６８がピン７３回りに回動可能に連結さ
れている。油圧シリンダ７１は、その油室７１ｃに電磁
切換弁７４を介して所定値以上の油圧が付与されたと
き、図６及び図７にて示したように、ピストン７１ａが
スプリング７１ｂに抗して移動して切換制御棒６８を押
動するように、また油室７１ｃから圧油が排出されると
きにはスプリング７１ｂによってピストン７１ａが図５
の位置まで戻されるように構成されている。

【００２４】電磁切換弁７４は、図１及び図３に示した
電磁切換弁４７に並列接続されていて、図５の図示左方
にて図１及び図３に示した油圧ポンプ５１に接続される
とともに図５の図示右方にて図１及び図３に示したリザ
ーバ５３に接続されている。また、電磁切換弁７４は、
上述した電磁切換弁４７と同様に制御装置１００に電気
的に接続されていて、制御装置１００により内燃機関の
運転状態に応じて図５の状態または図６及び図７の状態
に切り換えられるようになっており、図５の状態では油
室７１ｃ内の圧油がリザーバ５３に排出されて油室７１
ｃ内の油圧が設定値未満となるように、また図６及び図
７の状態では油圧ポンプ５１から吐出された圧油が油室
７１ｃに供給されて油室７１ｃ内の油圧が設定値以上と
なるように構成されている。

【００２５】制御装置１００は、当該内燃機関の運転状
態に応じて、電磁切換弁４７と７４をそれぞれ制御する
ことにより第１連結・分離機構Ａと第２連結・分離機構
Ｂの作動状態を制御するものであり、第１連結・分離機
構Ａと第２連結・分離機構Ｂを共に連結状態とする（図
１の状態参照）、または第１連結・分離機構Ａを分離状
態とし第２連結・分離機構Ｂを連結状態とする（図３及
び図５の状態参照）、或いは第１連結・分離機構Ａと第
２連結・分離機構Ｂを共に分離状態とする（図６及び図
７の状態参照）ことができるように構成されている。

【００２６】上記のように構成した本実施形態において
は、当該内燃機関の運転状態に応じて制御装置１００が
第１連結・分離機構Ａと第２連結・分離機構Ｂを共に連
結状態とすれば、図１及び図２に示したように、高リフ
ト回転カム１５と常に係合して高リフト回転カム１５の
回転により長ストロークにて往復動されるアウターリフ
タ２１にインナーリフタ２３とタペット２５が連結され
て、アウターリフタ２１の長ストローク往復動がインナ
ーリフタ２３とタペット２５を介してバルブ３１に伝達
され、バルブ３１のリフト量が高リフト量Ｌ１とされ
る。

【００２７】また、当該内燃機関の運転状態に応じて制
御装置１００が第１連結・分離機構Ａを分離状態とし第
２連結・分離機構Ｂを連結状態とすれば、図３，図４及
び図５に示したように、インナーリフタ２３がアウター
リフタ２１から分離されて低リフト回転カム１７に係合
し、アウターリフタ２１が高リフト回転カム１５によっ
て長ストロークにて往復動されるとともに、インナーリ
フタ２３が低リフト回転カム１７によって短ストローク
にて往復動され、またインナーリフタ２３にタペット２
５が連結されて、インナーリフタ２３の短ストローク往
復動がタペット２５を介してバルブ３１に伝達され、バ
ルブ３１のリフト量が低リフト量Ｌ２とされる。

【００２８】また、当該内燃機関の運転状態に応じて制
御装置１００が第１連結・分離機構Ａと第２連結・分離
機構Ｂを共に分離状態とすれば、図６及び図７に示した
ように、インナーリフタ２３がアウターリフタ２１から
分離されて低リフト回転カム１７に係合し、アウターリ
フタ２１が高リフト回転カム１５によって長ストローク
にて往復動されるとともに、インナーリフタ２３が低リ
フト回転カム１７によって短ストロークにて往復動さ
れ、またタペット２５がインナーリフタ２３から分離さ
れて、インナーリフタ２３からタペット２５に往復動が
伝達されないようになり、タペット２５が閉方向ストロ
ーク端にて不動となって、バルブ３１が閉位置にてリフ
ト不能状態、すなわち停止状態（閉止状態）とされる。

【００２９】したがって、本実施形態においては、内燃
機関における吸気または排気用のバルブ３１を当該内燃
機関の運転状態に応じて、高リフト量Ｌ１または低リフ
ト量Ｌ２のリフト可能状態、或いはリフト不能状態とす
ることができて、出力向上を図ると同時に燃費向上を図
ることができる。

【００３０】上記実施形態においては、図６及び図７に
示したように、第１連結・分離機構Ａと第２連結・分離
機構Ｂが共に分離状態とされてバルブ３１が閉位置にて
リフト不能状態とされるようにしたが、第２連結・分離
機構Ｂのみが分離状態とされてバルブ３１が閉位置にて
リフト不能状態とされるようにして本発明を実施するこ
とも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による内燃機関の可変バルブリフト装
置の一実施形態を示すもので第１連結・分離機構と第２
連結・分離機構が共に連結状態である場合の縦断面図で
ある。

【図２】 図１に示した第１連結・分離機構部位の横断
面図である。

【図３】 図１に示した実施形態で第１連結・分離機構
が分離状態であり第２連結・分離機構が連結状態である
場合の縦断面図である。

【図４】 図３に示した第１連結・分離機構部位の横断
面図である。

【図５】 図３の５−５線に沿った断面図である。

【図６】 図１に示した実施形態で第１連結・分離機構
と第２連結・分離機構が共に分離状態である場合の図５
相当の断面図である。

【図７】 図６においてカムシャフトが１８０度回転し
たときの断面図である。

【図８】 第２連結・分離機構部位の分解斜視図であ
る。

【図９】 図８に示したロックプレートの動作説明図で
ある。

【符号の説明】

１３…カムシャフト、１５…高リフト回転カム、１７…
低リフト回転カム、１９…溝、２１…アウターリフタ
（第１リフタ）、２２…スプリング、２３…インナーリ
フタ（第２リフタ）、２５…タペット、２７…シリンダ
ヘッド、２７ｂ…バルブシート、２９…スプリング、３
１…バルブ、３３…コッタ、３５…リテーナ、３７…ス
プリング、Ａ…第１連結・分離機構、４１…ロックプレ
ート、４３…スプリング、４５…油室、４７…電磁切換
弁、５１…油圧ポンプ、５３…リザーバ、Ｂ…第２連結
・分離機構、６１…リング、６２…ピン、６３…ロック
プレート、６４…スプリング、６５…スプリング、６６
…スイッチシャフト、６７…スプリング、６８…切換制
御棒、Ｃ…駆動装置、１００…制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のカムシャフトに同軸的かつ一
   体的に設けた高リフト回転カム及び低リフト回転カム
   と、前記高リフト回転カムと常に係合し前記高リフト回
   転カムの回転によって長ストローク往復動される第１リ
   フタと、この第１リフタに第１連結・分離機構を介して
   連結・分離可能で連結時には前記第１リフタと一体的に
   往復動し分離時には前記低リフト回転カムと係合し前記
   低リフト回転カムの回転によって短ストローク往復動さ
   れて前記第１リフタに対して相対移動する第２リフタ
   と、この第２リフタに第２連結・分離機構を介して連結
   ・分離可能で連結時には前記第２リフタと一体的に往復
   動し分離時には閉方向ストローク端にて不動で前記第２
   リフタが相対移動するタペットと、閉方向に付勢され前
   記タペットと一体的に往復動してリフト作動する吸気ま
   たは排気用のバルブとを備えるとともに、当該内燃機関
   の運転状態に応じて、前記第１連結・分離機構と前記第
   ２連結・分離機構を共に連結状態とする、または前記第
   １連結・分離機構を分離状態とし前記第２連結・分離機
   構を連結状態とする、或いは少なくとも前記第２連結・
   分離機構を分離状態とする制御手段を備えた内燃機関の
   可変バルブリフト装置。