JPH11303614A - 可変動弁システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低リフト状態と高リフト状態のリフト切り換
えを行うリフタ機構を備えたものにおいて、適切なタイ
ミングで高リフト状態と低リフト状態の切り換えが行え
るようにする。 【解決手段】 カムシャフト１２の動きに同期して、吸
排気を行う弁２４を低リフト状態と高リフト状態に切り
換えるリフト機構２０をシリンダヘッド内に備える可変
動弁システム１において、シリンダヘッド１１でオイル
が流れる流路１１ａ，１１ｂとシリンダブロック２でオ
イルが流れる流路２ａを完全に独立させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カムシャフトのカ
ムと吸排気を行う弁の弁軸との間に配設されたリフタに
よって弁のリフト量を変化させるリフト機構を備えた可
変動弁システムに関するものであり、特に、可変動弁シ
ステムに供給するオイルが流れる流路構成に係わるもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両における可変動弁機構をもつ
装置は、例えば、特開平８−１８９３１６号公報に記載
されているように、エンジンのシリンダヘッドに形成さ
れた孔内を摺動するリフタがアウターボデーとインナー
ボデーから成り、アウターボデーの上端面が高速カムと
当接し、インナーボデーの上端面が低速用カムに当接さ
れている。そして、弁軸と直交する方向に摺動可能でア
ウターボデーとインナーボデーの相対移動を規制するプ
レート（規制部材）がアウターボデーに支承され、イン
ナーボデーはその外周溝と外周溝の場所に摺動可能な状
態で配設されるプレートとが係合離脱可能となってお
り、アウターボデーとの弁軸方向の相対移動が規制され
る。プレートの弁軸と直交する方向の摺動を制御する圧
力源が設けられ、この圧力源はプレートを外周溝に係合
する位置に移動させて弁を高リフト状態で開閉させるモ
ードと、プレートを外周溝から離脱する位置に摺動させ
て弁を低リフト状態で開閉させるモードと選択的に切り
換えが可能となっている。

【０００３】また、車両においてはエンジン内に潤滑用
のオイルが流れる流路は、図９に示めされるように１系
統の流路を備えもっている。

【０００４】つまり、車両においてエンジン下方に配設
されるオイルパンに溜められたオイルは、ストレーナを
介してオイルポンプにより吸い上げられた後、オイルフ
ィルタを通り、シリンダブロックとシリンダヘッドに供
給される。シリンダブロック内ではクランクシャフト内
のクランクジャーナルを介してクランクシャフトに供給
されると共にコンロッドを介してピストンに供給され
る。また、シリンダヘッド内ではカムシャフトや吸排気
を行う弁を上下に動作させるリフタに供給され、エンジ
ンの各部に供給されたオイルは、その後、自重によりオ
イルパンに溜まるようになっている。

【０００５】このような１系統のオイルの潤滑経路は、
例えば、ソアラ新型車解説書（１９９１年５月 トヨタ
自動車発行）の２−１６頁に開示されている。

【０００６】

【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
に示すような１系統のオイル潤滑経路内に可変動弁装置
を設けた場合、特に、ディーゼルエンジンにおいては軽
油を用いているため、ガソリンに比べてエンジン燃焼時
にスラッジが発生し易くなる。このため、スラッジを含
むオイルがオイルパンに溜り、そのオイルを可変動弁機
構まで送り循環させると、スラッジを含むオイルが劣化
に伴い高粘度化し、リフト切り換えの作動時間を適切に
行うことができなくなる。

【０００７】よって、本発明は上記の問題点に鑑みてな
されたものであり、低リフト状態と高リフト状態のリフ
ト切り換えを行うリフタ機構を備えもつものにおいて、
適切なタイミングで高リフト状態と低リフト状態の切り
換えが行えるようにすることを技術的課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに講じた手段は、カムシャフトの動きに同期して、吸
排気を行う弁を低リフト状態と高リフト状態に切り換え
るリフト機構をシリンダヘッド内に備える可変動弁シス
テムにおいて、シリンダヘッドとシリンダブロック間で
オイルが流れる流路を独立させたことである。

【０００９】上記の構成により、シリンダヘッドとシリ
ンダブロック間でオイルが流れる流路を独立させたの
で、従来の１系統のオイル流路より、シリンダヘッドの
オイルは汚れにくくなり高粘度化しにくい。このため、
オイル粘度に影響されず、適切なタイミングで高リフト
状態と低リフト状態の切り換えを行うことが可能にな
る。

【００１０】この場合、シリンダヘッド内では少なくと
も前記リフタ機構にオイルを供給し、前記シリンダブロ
ック内では少なくともクランクシャフトとピストンに供
給を行うようにすれば、リフタ機構では従来よりも汚れ
の少ないオイルでリフトの切り換えが行えるため、リフ
ト切り換えにおいて作動時間が遅れることが防止され
る。

【００１１】また、シリンダヘッド内のオイルで弁を低
リフト状態と高リフト状態に切り換えるようにすれば、
スラッジの少ないオイルを潤滑させ、汚れの少ないオイ
ルで切り換えがスムーズに行える。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、以下
に説明する。本発明の可変動弁システム１は図８に示す
ように、流体（オイル）が流れる流路がシリンダブロッ
ク２とシリンダヘッド１１とで完全に分離されているこ
とを特徴としており、シリンダヘッド１１では主にカム
シャフト１２および可変動弁装置１０のリフタ２０にオ
イルが供給されるようになっている。

【００１３】そこで、まず最初にこの可変動弁装置１０
について、図面を参照して説明する。図１においてカム
シャフト１２は、車両エンジンのシリンダヘッド１１に
回転可能に支持され、カムシャフト１２には一つの低速
用カム１３とその両側に高速用カム１４，１５が配設さ
れている。

【００１４】この低速用カム１３および高速用カム１
４，１５と、吸排気弁の弁軸２４との間に介装されるリ
フタ２０はシリンダヘッド１１に形成された孔２１内に
弁軸方向に摺動可能に配設された上底筒状のアウターボ
デー２２と、アウタボデー２２内に弁軸方向に摺動可能
なインナーボデー２３とから構成され、アウターボデー
２２は高速用カム１４，１５によって駆動され、インナ
ーボデー２３は低速用カム１３によって駆動される。弁
軸２４のステム端面２４ａ（弁軸端面）は、シム２５を
介してインナーボデー２３の下面に当接され、この部分
で低速用カム１３の駆動力を受ける。

【００１５】インナーボデー２３は圧縮バネ２７によっ
て弁軸上部の溝部に嵌め込まれたコッタを介して固定さ
れたリテーナ５２により、圧縮バネ２７の付勢力を受
け、低速用カム１３側に付勢され、アウターボデー２２
はアウターボデー２２の下側に配設されたリテーナ５１
により、圧縮バネ２８の付勢力を受け、高速用カム１
４，１５側に付勢されている。

【００１６】アウターボデー２２とインナーボデー２３
との間に形成される環状の空間には１つまたは複数の部
材（ここでは、部材３７ａ，３７ｂ）により構成される
中間ボデー３７が挿入されている。この中間ボデー３７
は３７ａ，３７ｂにより形成されたガイド空間において
弁軸２４と垂直方向に摺動可能な略矩形状のプレート
（規制部材）２６が３７ａ，３７ｂに挟まれ弁軸２４と
垂直方向に形成される対のガイド面３７ｃａにガイドさ
れた状態で配設されている。また、中間ボデー３７に
は、図７に示されるよう軸方向に連通孔３７ａａ，３７
ｂａが形成されており、連通孔３７ａａ，３７ｂａはプ
レート２６がガイド面３７ｃａに沿って摺動した場合で
あっても、開放する位置に設けられている（図３参
照）。このプレート２６によってプレート２６の摺動す
る方向に圧力を受ける室（圧力室）３０と圧力を通常で
は受けない非圧力室３１が区画されている。

【００１７】圧力室３０にはシリンダブロック１１に設
けられた流体路（流路）１１ａよりアウターボデー２２
の側孔２２ａを介してオイルが導入されるようになって
いる。一方、室３１にはプレート２６を図１に示す左方
向に付勢する圧縮バネ３２がプレート２６の側壁に設け
られた段部に挟まれた状態で、プレート２６とアウター
ボデー２２の内壁の間に配設されている。

【００１８】中間ボデー３７の下方には弁軸２４を支持
しインナーボデー２３を上方へ付勢する圧縮バネ２７の
付勢力を受けるリテーナ５２と、リテーナ５１の外周面
を支持しアウターボデー２２を上方へ付勢する圧縮バネ
２８の付勢力を受けるリテーナ５１が設けられている。
このリテーナ５１，５２と中間ボデー３７の間には、リ
フタ２０のタイミング制御を行うタイミング部材３６が
慣性力を受けた場合に移動する移動空間２９に溜まった
流体が中間ボデー３７に設けられた連通孔３７ａａ，３
７ｂａを介して排出される室５３が形成されている。こ
の室５３はリテーナ５１の側部に設けられた孔を介して
リフタ外部へ圧力を開放する圧力開放室となる。

【００１９】流体路１１ａにはオイルポンプ４０から吐
出されるオイルが流体給排弁（ＯＳＶ）４１を介して供
給されるようになっており、流体給排弁４１は、例え
ば、図示しないコントローラによりエンジン回転数に応
じて、ポンプ４０からの吐出オイルを流路１１ａに供給
し、オイルパン４２とポンプ４０及び流路１１ａとの間
を遮断する第１位置と、ポンプ４０からの吐出オイルの
流路１１ａへの供給を遮断し、流路１１ａとオイルパン
４２とを連通させる第２位置とに切換制御される。

【００２０】プレート２６は、図２および図３に示され
るように、圧力室３０のオイル圧と室３１の圧縮バネ３
２の反発力によって弁軸２４と直交する方向に摺動可能
に構成されている。図２はプレート２６の中央孔２６Ｃ
の中心がインナーボデー２３の軸部２３Ｃの軸心より左
方向にずれた状態を示し、図３はプレート２６の中央孔
２６Ｃの中心がインナーボデー２３の軸心と一致した状
態を示している。

【００２１】インナーボデー２３は図１に示すように、
低速用カム１３と当接する円盤状の上端部２３Ａ、シム
２５に当接する円盤状の下端部２３Ｂ、これらを連接し
た軸部２３Ｃを備えたものであり、下端部２３Ｂは上端
部２３Ａより外径が小さく、軸部２３Ｃは下端部２３Ｂ
より更に外径が小さい。

【００２２】プレート２６の中央孔２６Ｃは、インナー
ボデー２３の下端部２３Ｂより内径が大きく、図３のよ
うに中央孔２６Ｃの中心がインナーボデー２３の軸心と
一致した状態では、インナーボデー２３の下端部２３Ｂ
がプレート２６の中央孔２６Ｃに入り込むことができる
ようになっている。このプレート２６は軸部２３Ｃにお
いてインナーボデー２３の動きをアウターボデー２２に
対して規制する規制部材となる。

【００２３】プレート２６には、プレート２６の摺動量
だけずれた範囲を直径とする中央孔２６Ｃが弁軸方向に
設けられている。中央孔２６Ｃの中心は弁軸２４と同軸
となっており、図２および図３に示されるように軸対称
の位置関係で、外側に第１円周溝２６Ａと内側に第２円
周溝２６Ｂとが形成されている。この第１円周溝２６Ａ
および第２円周溝２６Ｂはインナーボデー２３の軸部２
３Ｃ上に保持されたタイミング部材３６の突起３６ａが
選択的に係合する溝となっている。また、タイミング部
材３６は第１円周溝２６Ａ、第２円周溝２６Ｂに係合可
能な突起３６ａを下側にもつ環状のものであり、プレー
ト２６とインナーボデー２３の上端部２３Ａの内側に形
成された空間２９の間を軸方向に移動できるようになっ
ている。この場合、タイミング部材３６のもつ突起３６
ａは、第１円周溝２６Ａおよび第２円周溝２６Ｂにそれ
ぞれ嵌合可能な形状であれば良い。

【００２４】次に、可変動弁装置１０の動作を説明する
と、この可変動弁装置１０は、図４に示すように高速用
カム１４，１５、低速用カム１３のノーズ領域でアウタ
ーボデー２２とインナーボデー２３が相対移動可能な低
リフト状態とアウターボデー２２とインナーボデー２３
が相対移動不能な高リフト状態を相互に切り換える。切
り換え前の高リフト状態では、図１に示されるように、
インナーボデー２３の下端部２３Ｂが常にプレート２６
より低い位置にあり、インナーボデー２３とアウターボ
デー２２とはその各上端面が一致し、互いに相対移動し
ないリフトを行う。この状態においてはタイミング部材
３６の突起３６ａはプレート２６の第１円周溝２６Ａと
嵌合している。

【００２５】高リフト状態より低リフト状態に切り換え
る場合、流体給排弁４１を第１位置に切り換え、オイル
ポンプ４０の吐出オイルを流路１１ａに供給する。ここ
で、図５の符号４５で示される曲線は高リフト状態時の
弁リフト状態を示している。この図においてＳ１とＳ２
はそれぞれ弁が閉じきった状態のベース円状態であり、
Ｓ３は弁が開ききった状態の最大リフト状態である。高
リフト状態から低リフト状態に切り換えでは、最大リフ
ト状態のときは高速用カム１４，１５はそれぞれのカム
のノーズ領域（カム径が大きくなっている部分）の先端
でアウターボデー２２と当接している。

【００２６】符号４６で示される曲線はカム加速度を示
しており、カム加速度はリフタ２０の加速度と一致す
る。即ち、弁の閉じ初めと閉じる直前に上向きの加速度
を発生し、最大リフト状態の近傍では下向きの加速度を
発生する。

【００２７】リフタ２０がベース円領域から最大リフト
状態に移動するときの上向きの加速度では、タイミング
部材３６の突起３６ａはタイミング部材３６に働く慣性
力により第１円周溝２６Ａから離れるが、プレート２６
はカムによるアウターボデー２２の押圧により中間ボデ
ー３７を介して下向きに押圧されるため、弁軸２４と垂
直の摺動方向には動かない。この場合、リフタ２０がベ
ース円領域から最大リフト状態に移行するときの上向き
の加速度では、タイミング部材３６はプレート２６から
慣性力により一旦は離れる。

【００２８】一方、リフタ２０の最大リフト状態からの
ベース円への移行においても、タイミング部材３６はプ
レート２６から離脱し、軸方向に形成された移動空間２
９内で軸方向に慣性力により移動する。その後、高速用
カム１４，１５のベース円領域に達すると、インナーボ
デー２３とアウターボデー２２の各上端面が一致して、
プレート２６にはアウターボデー２２の駆動力が作用し
なくなることで、タイミング部材３６がプレート２６か
ら離脱し、プレート２６は図１に示す右側に摺動可能と
なる。このとき、圧力室３０には吐出によるオイル圧が
作用しているので、プレート２６はインナーボデー２３
の下端部２３Ｂに干渉することなく、右側に摺動する。
プレート２６が摺動後にタイミング部材３６はプレート
上に自重により落ち、カムがベース円領域になったとこ
ろでタイミング部材３６の突起３６ａとプレート２６の
溝２６Ｂは係合する。

【００２９】つまり、プレート２６が右側に摺動した状
態（図６参照）では、インナーボデー２３はアウターボ
デー２２より軸方向においてプレート２６との係合が外
れることから、アウターボデー２２の上端面より上位置
に移動可能となり、高速用カム１４，１５および低速用
カム１３の回転により、インナーボデー２３とアウター
ボデー２２とは相対位置が一致した状態と相対位置がず
れた状態を繰り返す低リフト状態となる。このようにタ
イミング部材３６は、吐出流体圧のかかるタイミングと
は関係なく、確実に高リフト状態から低リフト状態への
切り換えを完了することができる。

【００３０】次に、低リフト状態から高リフト状態に切
り換える場合、先ず吐出オイル圧の供給を停止する。圧
力室３０に吐出によるオイル圧がかからなくなると、非
圧力室３１の圧縮バネ３２の力がプレート２６を左方向
に押圧するものとなる。低リフト状態では高速用カム１
４，１５および低速用カム１３のノーズ領域がリフタ２
０に当接するとき、インナーボデー２３とアウターボデ
ー２２との相対位置がずれる。上方向の加速度が作用し
た状態では慣性力によりタイミング部材３６がプレート
２６から軸方向に跳ね上がり、プレート２６との係合が
外れる。リフタ２０に高速用カム１４，１５及び低速用
カム１３のベース円領域が当接すると、インナーボデー
２３はアウターボデー２２と一致したリフト位置とな
り、インナーボデー２３の下端部２３Ｂがプレート２６
の中央孔２６Ｃから離脱してプレート２６は左方向に摺
動可能となる。この時、圧縮バネ３２によってプレート
２６は左方向に摺動され、プレート２６が左位置に摺動
後、タイミング部材３６が自重によりプレート上に落
ち、ベース円領域になったときにタイミング部材３６の
突起３６ａはプレート２６の溝２６Ａと係合する。つま
り、図１に示す状態となって、インナーボデー２３とア
ウターボデー２２の相対移動が阻止された高リフト状態
に切り換わる。

【００３１】上記に可変動弁装置１０の構成と動作を説
明したが、この可変動弁装置１０には、図８に示す構成
の流路１１ａ，１１ｂが形成されている。具体的には、
シリンダヘッド１１内または外部に配設されるオイルパ
ン４２からストレーナ６１を介してポンプ４０によりオ
イルを吸い上げ、フィルタ６２を通ったオイルは流路１
１ｂを介してカムシャフト１２の各カムジャーナル１２
ａに潤滑用のオイルを供給する。また、これと同時に、
フィルタ６２を通ったオイルは、流体給排弁（ＯＳＶ）
４１にも供給されており、流体給排弁４１の通電により
流体吸排気弁４１から供給されるオイルによって、低速
用および高速用カム１３，１４，１５により弁２４を駆
動させる各リフタ２０に対して、オイルが供給されるよ
うになっている。

【００３２】カムシャフト１２およびリフタ２０の各場
所に供給されたオイルは自重によりシリンダヘッド１１
とシリンダブロック２との間に配設されるシール部材６
３上に落ち、自重により落ちたオイルは底部をテーパ状
にすることによりオイルパン４２に導かれ、オイルパン
４２に溜まるようになっている。シール部材６３の構造
は、シリンダブロック２とシリンダヘッド１１間に形成
されたオイルが通過する孔と冷却水が通過する孔を有す
る車両に用いられる一般的なシール部材において、オイ
ルが通過する孔のみを塞ぐ形状で構成にすれば、簡単に
シリンダブロック２とシリンダヘッド１１間のオイルの
連通を遮断することができる。

【００３３】上記に示す構成にすれば、シリンダヘッド
１１では燃焼時に発生するスラッジが抑えられ、汚れの
少ないオイルでオイルをシリンダヘッド内に循環させる
ことができるので、可変動弁装置１０のリフタ２０の切
り換えが、オイルの汚れにより影響を受けることが防止
される。

【００３４】一方、シリンダブロック２において、シリ
ンダブロック２の下方に配設されるオイルパン４に溜め
られたオイルは、ストレーナ５を介してオイルポンプ６
により吸い上げられる。オイルポンプ６により吸い上げ
られたオイルはオイルフィルタ７を通り、汚れ（スラッ
ジ等）が除去される。フィルタ７を通過したオイルはク
ランクシャフト８のクランクジャーナル８ａ内およびク
ランクピン８ｂ内、およびクランクジャーナル８ａとク
ランクピン８ｂを結ぶ経路内に設けられた流路を介して
クランクシャフト８の周面に供給されると共に、クラン
クピン８ｂに対して回転可能に支持されるコネクティン
グロッド９内部の流路を介してピストン３を支持する軸
に供給されるようになっている。シリンダブロック２の
各部に供給されたオイルは、同じように自重により落
ち、オイルパン４へと導かれ、オイルパン内に溜まるよ
うになっている。しかしながら、シリンダブロック内に
は燃焼ガスが吹き抜けてくるため、オイルの劣化は避け
られない。

【００３５】このように、シリンダヘッド１１でオイル
が流れる流路１１ａ，１１ｂとシリンダブロック２でオ
イルが流れる流路２ａとを独立させたことにより、従来
の１系統のオイル流路より、シリンダヘッド１１のオイ
ルは汚れにくくなり高粘度化しにくくなる。このため、
オイル粘度に影響されず、適切なタイミングで高リフト
状態と低リフト状態の切り換えを行うことができる。

【００３６】

【効果】本発明によれば、カムシャフトの動きに同期し
て吸排気を行う弁を低リフト状態と高リフト状態に切り
換えるリフト機構をシリンダヘッド内に備える可変動弁
システムにおいて、シリンダヘッドとシリンダブロック
間でオイルが流れる流路を独立させたことにより、従来
の１系統のオイル流路より、シリンダヘッドのオイルは
汚れにくくなり高粘度化しにくい。このため、オイル粘
度に影響されず、適切なタイミングで高リフト状態と低
リフト状態の切り換えを行うことができる。

【００３７】この場合、シリンダヘッド内では少なくと
も前記リフタ機構にオイルを供給し、前記シリンダブロ
ック内では少なくともクランクシャフトとピストンに供
給を行うようにすれば、リフタ機構では従来よりも汚れ
の少ないオイルでリフトの切り換えが行えるため、リフ
ト切り換えにおいて作動時間が遅れることが防止でき
る。

【００３８】また、シリンダヘッド内のオイルで弁を低
リフト状態と高リフト状態に切り換えるようにすれば、
スラッジの少ないオイルを潤滑させ、汚れの少ないオイ
ルで切り換えがスムーズにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態における可変動弁システ
ムの可変動弁装置を示す断面図である。

【図２】 図１に示すリフタのＡ−Ａ断面図である。

【図３】 図２に示すタイミング部材が圧力を受けて移
動した場合のリフタの断面図である。

【図４】 本発明の一実施形態における可変動弁システ
ムの可変動弁装置の切り換え時期とカムの軌道との関係
を示す図である。

【図５】 本発明の一実施形態における可変動弁システ
ムの可変動弁装置のリフト量と時間の関係およびカム加
速度と時間の関係を示す図である。

【図６】 図１に示す弁がリフトにより開いた状態を示
す断面図である。

【図７】 本発明の一実施形態における可変動弁装置の
タイミング部材移動空間からの流体の排出経路を示した
図である。

【図８】 本発明の一実施形態における２系統のオイル
流路を備えた可変動弁システムの構成を示した概略図で
ある。

【図９】 従来の１系統のオイル流路を備えたシステム
構成を示した図である。

【符号の説明】

１ 可変動弁システム ２ シリンダブロック ３ ピストン ８ クランクシャフト １０ 可変動弁装置 １１ シリンダヘッド １２ カムシャフト ２０ リフタ（リフト機構） ２４ 弁軸（弁）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カムシャフトの動きに同期して、吸排気
   を行う弁を低リフト状態と高リフト状態に切り換えるリ
   フト機構をシリンダヘッド内に備える可変動弁システム
   において、 シリンダヘッドとシリンダブロック間でオイルが流れる
   流路を独立させたことを特徴とする可変動弁システム。
2. 【請求項２】 前記シリンダヘッド内では少なくとも前
   記リフタ機構にオイルを供給し、前記シリンダブロック
   内では少なくともクランクシャフトとピストンに供給を
   行う請求項１に記載の可変動弁システム。
3. 【請求項３】 前記シリンダヘッド内のオイルで前記弁
   を低リフト状態と高リフト状態に切り換える請求項１に
   記載の可変動弁システム。