(57)【要約】【課題】作動油に係るトラブルがあっても機関バルブの動作が可能な内燃機関のバルブ駆動装置を提供する。【解決手段】内燃機関（１００）のバルブ駆動装置（２０）は、排気バルブ（１６）を支持するシリンダヘッド（１２）とバルブスプリング（２５）との間に設けられた第１油圧室（２６）と、カム（２１）またはカム（２１）の駆動力を排気バルブ（１６）へ伝達するロッカーアーム（２２）と、バルブステム（１６２）との間に設けられた第２油圧室（２７）と、第１油圧室（２６）内と第２油圧室（２７）内とを連通する連通路（２８）と、連通路（２８）の開閉を切替える切替弁（２９）と、を備える。さらに、排気バルブ（１６）のリフト期間中に切替弁（２９）が連通路（２８）を開くことにより、排気バルブ（１６）のリフト量が変化する。【選択図】図２
2014025424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関バルブを支持する支持部材とバルブスプリングとの間に設けられた第１油圧室と、
カムまたはカムの駆動力を前記機関バルブへ伝達する伝達部材と、バルブステムとの間に設けられた第２油圧室と、
前記第１油圧室内と前記第２油圧室内とを連通する連通路と、
前記連通路の開閉を切替える切替手段と、
を備え、前記機関バルブのリフト期間中に前記切替手段が前記連通路を開くことを特徴とする内燃機関のバルブ駆動装置。
【請求項２】
前記切替手段は、前記バルブのリフト期間中に、開いている前記連通路を閉じ、前記カムにより前記バルブがリフトしている期間の終了後に、再び前記連通路を開くことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のバルブ装置。
【請求項３】
前記切替手段は、さらに、前記第１油圧室内と大気開放した通路との連通と遮断とを切替えることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関のバルブ装置。
【請求項４】
前記切替手段は、さらに、前記第２油圧室内と大気開放した通路との連通と遮断とを切替えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関のバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のバルブ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の機関バルブ（吸気バルブまたは排気バルブ）の基端側に、機関バルブと連動するピストンを内蔵する油圧室（油圧シリンダ）を設け、油圧室内の油圧を制御することにより機関弁を駆動する動弁装置が知られている。例えば、特許文献１では、燃焼室圧力に応じて油圧ポンプの目標圧力を可変にする油圧式弁駆動装置が開示されている。また、特許文献２では、カムとバルブとの間に油圧室を設け、油圧室内の油圧をコントロールしてバルブのリフト量を調節する内燃機関の可変動弁装置が開示されている。
【０００３】
この他本発明に関連のある技術として、例えば、特許文献３では、機関弁の上端に作用するピストンを加圧チャンバ（油圧室）の中に設け、加圧チャンバの加圧、減圧により機関弁を駆動する可変作動用油圧システムが開示されている。また、特許文献４では、機関弁の閉弁調整可能なクランク角度範囲において、機関弁を自在に閉弁できる内燃機関の油圧動弁装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２０２７１４号公報
【特許文献２】特開平７−３４８３３号公報
【特許文献３】特開２０１０−１１２３７１号公報
【特許文献４】特開平７−３３２０４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の動弁装置は、カムを備えておらず、油圧の制御だけで機関バルブを駆動する。また、特許文献２から４の動弁装置はカムを備えているが、カムの動力は作動油を介して機関バルブへ伝達される。このため、これら従来の動弁装置では、油圧室で用いられる作動油の漏れや油路の閉塞などのトラブルが発生すると、機関バルブが正常に動作することができなくなる。また、このような動弁装置において、電磁弁の故障などにより機関弁のリフト量が制御できない場合に機関弁のリフト量と作用角とが最大となるものでは、内燃機関の始動性が悪化してしまう問題も生じる。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、作動油に係るトラブルがあっても機関バルブの動作が可能な内燃機関のバルブ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決する本発明の内燃機関のバルブ駆動装置は、機関バルブを支持する支持部材とバルブスプリングとの間に設けられた第１油圧室と、カムまたはカムの駆動力を前記機関バルブへ伝達する伝達部材と、バルブステムとの間に設けられた第２油圧室と、前記第１油圧室内と前記第２油圧室内とを連通する連通路と、前記連通路の開閉を切替える切替手段と、を備え、前記機関バルブのリフト期間中に前記切替手段が前記連通路を開くことを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関のバルブ駆動装置は、連通路の開閉を切替えることにより、第１油圧室と第２油圧室の油圧を制御し、機関バルブのリフト量を変更する。また、カムの駆動力が機関バルブへ直接伝達可能なので、作動油のトラブルがある場合でも機関バルブの動作が可能である。
【０００９】
上記の内燃機関のバルブ装置において、前記切替手段は、前記バルブのリフト期間中に、開いている前記連通路を閉じ、前記カムにより前記バルブがリフトしている期間の終了後に、再び前記連通路を開くこととしてもよい。
【００１０】
上記の内燃機関のバルブ装置において、前記切替手段は、さらに、前記第１油圧室内と大気開放した通路との連通と遮断とを切替えることとしてもよい。前記切替手段は、さらに、前記第２油圧室内と大気開放した通路との連通と遮断とを切替えることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の内燃機関のバルブ装置は、作動油に係るトラブルがあっても機関バルブの動作が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１のバルブ駆動装置を備える内燃機関の断面図である。
【図２】実施例１のバルブ駆動装置の模式図である。
【図３】実施例１において低リフト動作をする排気バルブの最大リフト時のバルブ駆動装置を示した図である。
【図４】実施例１において高リフト動作をする排気バルブの最大リフト時のバルブ駆動装置を示した図である。
【図５】（ａ）は低リフト動作時の第１油圧室の拡大図であり、（ｂ）は高リフト動作時の第１油圧室の拡大図である。
【図６】（ａ）は低リフト動作時の第２油圧室の拡大図であり、（ｂ）は高リフト動作時の第２油圧室の拡大図である。
【図７】実施例１において、連通路の開閉状態と排気バルブのリフト量とを示した図である。
【図８】実施例２において、連通路の開閉状態と排気バルブのリフト量とを示した図である。
【図９】実施例３のバルブ駆動装置の模式図である。
【図１０】実施例３の切替弁の内部構造を示した図であって、（ａ）はリフト小モードの状態を示し、（ｂ）はリフト増幅モードの状態を示し、（ｃ）はリフト維持モードの状態を示し、（ｄ）はフリクション低減モードの状態を示している。
【図１１】実施例３における、切替弁がリフト小モードのときの排気バルブのリフトの様子を示したバルブ駆動装置の図である。
【図１２】実施例３における、切替弁がリフト増幅モードのときの排気バルブのリフトの様子を示したバルブ駆動装置の図である
【図１３】実施例３における、切替弁がフリクション低減モードのときのバルブ駆動装置の図である。
【図１４】実施例３における、低リフト動作時の排気バルブのリフト量と切替弁の状態とをカムの回転位相について示した図である。
【図１５】実施例３における、高リフト動作時の排気バルブのリフト量と切替弁の状態とをカムの回転位相について示した図である。
【図１６】実施例３における、作用角拡大動作時の排気バルブのリフト量と切替弁の状態とをカムの回転位相について示した図である。
【図１７】実施例３における他の切替弁の形態の図であって、（ａ）はリフト小モードのときの切替弁を示し、（ｂ）はリフト増幅モードのときの切替弁を示し、（ｃ）はリフト維持モードのときの切替弁を示している。
【図１８】実施例３における他の切替弁の形態の図であって、（ａ）はリフト小モードのときの切替弁を示し、（ｂ）はリフト増幅モードのときの切替弁を示し、（ｃ）はリフト維持モードのときの切替弁を示している。
【図１９】本発明の他の形態のバルブ駆動装置を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
本実施例１にかかる内燃機関１００のバルブ駆動装置（以下、単に「バルブ駆動装置」という。）２０について、図１から図７を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は内燃機関１００の断面図である。内燃機関１００は、シリンダ１０内をピストン１１が摺動するレシプロエンジンである。内燃機関１００はシリンダヘッド１２を備えており、シリンダヘッド１２には、吸気ポート１３と排気ポート１５が形成されている。吸気ポート１３には吸気バルブ１４が設けられ、吸気バルブ１４がリフトすることにより吸気ポート１３が開通する。排気ポート１５には排気バルブ１６が設けられ、排気バルブ１６がリフトすることにより排気ポート１５が開通する。
【００１６】
図２はバルブ駆動装置２０の模式図である。図２では、排気バルブ１６が着座した（閉じた）状態のバルブ駆動装置２０が示されている。バルブ駆動装置２０は、排気バルブ１６を駆動する装置である。バルブ駆動装置２０はカム２１、ロッカーアーム２２、ＨＬＡ（Hydraulic Lash Adjuster）２３、アッパーリテーナ２４、バルブスプリング２５、第１油圧室２６、第２油圧室２７、連通路２８、切替弁２９、供給路３０、オイルポンプ３１、逆止弁３２を備えている。バルブ駆動装置２０は、第１油圧室２６の内部の油圧と第２油圧室２７との内部の油圧を制御することにより、排気バルブ１６のリフト量を変更することが可能である。
【００１７】
カム２１はカムシャフト２１１に設けられ、カムシャフト２１１と一体に回転する。カム２１はベース円２１２とベース円２１２よりも突出したカムノーズ２１３を備えている。カムシャフト２１１は、例えばタイミングベルト（図示していない）を介してクランクシャフト（図示していない）に駆動連結されており、クランクシャフトの回転が伝達されて回転する。
【００１８】
ロッカーアーム２２は、カム２１の駆動力を排気バルブ１６へ伝達するローラ・フィンガーフォロアタイプのロッカーアームである。ロッカーアーム２２はローラ２２１を備えている。ローラ２２１はカム２１と当接している。カム２１が回転してカムノーズ２１３がローラ２２１を押すと、ローラ２２１は軸２２２の周りを回転しながら、カムシャフト２１１から離れる方向へ移動する。ロッカーアーム２２の一方の端部の接触部２２３には第２油圧室２７が当接し、その反対側の端部の接触面２２４にはＨＬＡ２３が当接している。ＨＬＡ２３はバルブクリアランスを低減する部品である。ＨＬＡ２３はプランジャ２３１を備えている。
【００１９】
排気バルブ１６は傘部１６１とステム１６２とを有するポペットバルブである。排気バルブ１６はシリンダヘッド１２に支持されている。より詳しく説明すると、シリンダヘッド１２にはバルブガイド１２１が固定支持されており、排気バルブ１６のステム１６２がバルブガイド１２１に対して摺動自在に組み込まれている。なお、バルブガイド１２１とシリンダヘッド１２の間にロアリテーナを組み込んでもよい。
【００２０】
排気バルブ１６のステム１６２にはアッパーリテーナ２４が固定されている。アッパーリテーナ２４はステムエンド１６３側に配置され、組付け時に、傘部１６１とアッパーリテーナ２４とがバルブガイド１２１を挟むように位置する。
【００２１】
第１油圧室２６はバルブガイド１２１の外周であって、シリンダヘッド１２とバルブスプリング２５との間に設けられている。第１油圧室２６は、第１油圧シリンダ２６１と第１ピストン２６２とを備えている。第１油圧シリンダ２６１はシリンダヘッド１２に固定されており、バルブスプリング２５側に開放されたシリンダ構造をしている。第１ピストン２６２は、第１油圧シリンダ２６１内を摺動可能に設けられている。第１油圧シリンダ２６１と第１ピストン２６２とが区画する空間ａには作動油が注入される。第１ピストン２６２の空間ａの反対側の面にはバルブスプリング２５が当接している。第１ピストン２６２はバルブスプリングシートとしての役割も担う。なお、第１ピストン２６２とは別途バルブスプリングシートを設けることにしてもよい。この場合、第１ピストン２６２とバルブスプリング２５との間にバルブスプリングシートが組み込まれる。また、ロアリテーナを備える場合には、第１油圧シリンダ２６１をロアリテーナに固定することにしてもよい。
【００２２】
第２油圧室２７はロッカーアーム２２とステム１６２の端部であるステムエンド１６３の間に設けられている。第２油圧室２７は、第２油圧シリンダ２７１と第２ピストン２７２とを備えている。第２油圧シリンダ２７１はロッカーアーム２２の接触部２２３に接触して配置されている。第２油圧シリンダ２７１は、ステム１６２側に開放されたシリンダ構造をしている。また、第２油圧シリンダ２７１は、排気バルブ１６の軸方向に移動可能に設けられている。第２ピストン２７２は、第２油圧シリンダ２７１内を摺動可能に設けられている。第２油圧シリンダ２７１と第２ピストン２７２とが区画する空間ｂには作動油が注入される。第２ピストン２７２は、排気バルブ１６のステム１６２のステムエンド１６３に組み合う形状に形成されており、排気バルブ１６と一体になって動作する。また、排気バルブ１６は、空間ｂが縮小した状態で着座するように構成されている。
【００２３】
連通路２８は、第１油圧室２６内の空間ａと第２油圧室２７内の空間ｂとを連通する作動油の通路である。切替弁２９は連通路２８に設けられており、連通路２８の開閉を切替える電磁弁である。切替弁２９は、内燃機関１００を制御するために設けられた制御部３３により、内燃機関１００の負荷や回転数に応じて通電されて連通路２８の開閉を切替える。連通路２８内の作動油が流れる方向は、第１油圧室２６内の空間ａと第２油圧室２７内の空間ｂとの圧力差で決定される。すなわち、連通路２８内の作動油は、空間ａから空間ｂへと流れる場合と、空間ｂから空間ａへと流れる場合とがある。
【００２４】
供給路３０は、第１油圧室２６内の空間ａへ作動油を供給する通路である。オイルポンプ３１は作動油を第１油圧室２６へ供給するポンプである。逆止弁３２は作動油の逆流を防ぐ弁である。作動油はバルブ駆動装置２０専用に設けたタンク（図示していない）から供給してもよいし、内燃機関１００が通常備えているオイルパン（図示していない）から供給してもよい。
（排気バルブの動作）
【００２５】
次に、バルブ駆動装置２０による排気バルブ１６のリフト動作と排気バルブ１６のリフト量を変化させる動作について説明する。
【００２６】
初めに、図２のように、カムのベース円２１２がロッカーアーム２２のローラ２２１に接触している状態でのバルブ駆動装置２０における作動油の油圧の制御について説明する。このとき、切替弁２９は連通路２８を閉じた状態としている。カムのベース円２１２がロッカーアーム２２のローラ２２１に接触している状態において、バルブ駆動装置２０は、オイルポンプ３１から第１油圧室２６へ所定の油圧で作動油を供給し、空間ａに作動油を充填する。作動油が充填されると、第１ピストン２６２がバルブスプリング２５側へ移動し、空間ａが拡大する。このとき、連通路２８が閉じているので、第２油圧室２７に作動油が運ばれず、第２油圧室２７の空間ｂは縮小している。このため、排気バルブ１６は着座する方向に力を受け確実に着座する。
【００２７】
次に、排気バルブ１６の開弁時の様子について説明する。図３、図４は、排気バルブ１６の最大リフト時のバルブ駆動装置２０を示した図である。図３は低リフト時を示し、図４は高リフト時を示している。図５には第１油圧室２６の拡大図が示されており、図５（ａ）は図３の場合、図５（ｂ）は図４の場合を示している。図６には第２油圧室２７の拡大図が示されており、図６（ａ）は図３の場合、図６（ｂ）は図４の場合を示している。
【００２８】
（低リフト時の動作）
排気バルブ１６を低リフトで作動する場合、切替弁２９は連通路２８を閉じたままとする。連通路２８が閉じた状態であるため、第１油圧室２６と第２油圧室２７との間で作動油の往来が生じない。このため、第１油圧室２６の第１ピストン２６２の位置が変化しないので、バルブスプリング２５のシート位置は変化しない。したがって、排気バルブ１６はカムリフトとロッカーアーム比で決まるプロフィールでリフトする。なお、図３中の破線は、排気バルブ１６のシート時の傘部１６１を示している。
【００２９】
（高リフト時の動作）
排気バルブ１６を高リフトで作動する場合、切替弁２９は連通路２８を開き、第１油圧室２６と第２油圧室２７との間で作動油の往来を可能にする。連通路２８が開いた状態でカムノーズ２１３がロッカーアーム２２を押し、排気バルブ１６がリフトを開始すると、図４に示すように、アッパーリテーナ２４と第１油圧室２６間の距離が縮まり、バルブスプリング２５の荷重が増加する。バルブスプリング２５の荷重が増加することにより、スプリングシート部材に相当する第１ピストン２６２が移動し、空間ａを縮小する。空間ａの縮小により、第１油圧室２６内の油圧が上昇し、油圧の上昇は、連通路２８を介して第２油圧室２７内へ伝達される。この結果、第２油圧室２７の空間ｂが拡大し、第２ピストン２７２が排気バルブ１６のリフト方向（図４中の下方向）に押されて移動する。第２ピストン２７２は排気バルブ１６と一体なので、第２ピストン２７２の移動とともに、排気バルブ１６もリフト方向に移動する。すなわち、高リフト時の排気バルブ１６のリフトは、カムリフトとロッカーアーム比で決まるプロフィールのリフトと、第１油圧室２６と第２油圧室２７との油圧を制御することによるリフトとを合わせたものとなる。この結果、高リフト時の排気バルブ１６のリフト量は、上記で説明した低リフト時のリフト量よりも大きくなる。なお、図４中の破線は排気バルブ１６のシート時の傘部１６１を示し、点線は低リフトで動作した場合の排気バルブ１６の傘部１６１を示している。
【００３０】
高リフト動作時における排気バルブ１６が閉じる期間には、第２油圧室２７から第１油圧室２６へと作動油の油圧が伝播されて、空間ｂが縮小し、空間ａが拡大する。これにより、排気バルブ１６は着座する方向に移動する。油圧の制御によるリフト量と、カム２１によるリフト量がともに０となると、排気バルブ１６が着座する。
【００３１】
次に、高リフト動作時における、連通路２８の開閉の切替タイミングを説明する。図７は、連通路２８の開閉状態と排気バルブ１６のリフト量とを示した図である。図７中の実線は高リフト動作時について示し、破線は比較のための低リフト動作時について示している。
【００３２】
図７に示すように、高リフト動作時では、バルブ駆動装置２０は、排気バルブ１６がリフトする（開く）タイミングで連通路２８を開く。そして、排気バルブ１６が着座する（閉じる）タイミングで連通路２８を閉じる。連通路２８が開いている期間では、図からもわかるように排気バルブ１６のリフト量が大きくなる。なお、上記の排気バルブ１６がリフトするタイミング、着座するタイミングとは、排気バルブ１６がリフトする瞬間や着座する瞬間でなくてもよい。例えば、切替弁２９による連通路２８の開閉状態の切替は、連通路２８を伝播する油圧の応答性を考慮して、リフト量を変更する目標のタイミングよりも早めに切替をしてもよい。また、リフト量の大小を調整することを考慮して連通路２８の切替タイミングを調整してもよい。
【００３３】
上記の記載の通り、本実施例１のバルブ駆動装置２０は、排気バルブ１６を支持するシリンダヘッド１２とバルブスプリング２５との間に設けられた第１油圧室２６と、カム２１の駆動力を排気バルブ１６へ伝達するロッカーアーム２２とバルブステム１６２との間に設けられた第２油圧室２７と、第１油圧室２６内と第２油圧室２７内とを連通する連通路２８と、連通路２８の開閉を切替える切替弁２９を備え、排気バルブ１６のリフト期間中に切替弁２９が連通路２８を開くことにより、排気バルブ１６のリフト量を変更することができる。
【００３４】
また、本実施例１のバルブ駆動装置２０では、第１油圧室２６、第２油圧室２７、連通路２８、供給路３０からの作動油の漏洩や、切替弁２９、オイルポンプ３１等の故障があった場合、第１油圧室２６、第２油圧室２７内の作動油が低下するだけで、排気バルブ１６はカム２１のリフトにより動作可能である。このように、バルブ駆動装置２０は、作動油の漏洩、作動油の制御系の故障などの作動油に係るトラブルがある場合でも、排気バルブ１６を動作することが可能である。また、連通路２８や第１油圧室２６、第２油圧室２７において、作動油が漏れる場合には、切替弁２９の切替、及びオイルポンプ３１の運転を制御して、第１油圧室２６の空間ａを拡大し、第２油圧室２７の空間ｂを縮小する。これにより、排気バルブ１６が低リフトで動作するため、内燃機関１００の始動悪化を防止する。
【実施例２】
【００３５】
次に、本発明の実施例２について図８を参照して説明する。本実施例２のバルブ駆動装置は、実施例１のバルブ駆動装置２０と同様の構成をしている。ただし、本実施例２は、切替弁２９による連通路２８の切替タイミングが異なる点で実施例１と相違している。本実施例２のバルブ駆動装置の構成は実施例１と同一であるため、同一の参照番号を用いて説明する。本実施例２では、排気バルブ１６を高リフトにする動作とともに排気バルブ１６の作用角を拡張する動作を実施する。
【００３６】
（作用角拡張動作）
図８は連通路２８の開閉状態と排気バルブ１６のリフト量とを示した図である。図８中の実線は本実施例２の作用角拡張動作時について示し、破線は比較のための基本動作時について示している。なお、基本動作とは、連通路２８を閉じた状態での排気バルブ１６のリフト動作、すなわち、上記実施例１における低リフト動作のことである。
【００３７】
次に、図８を参照して、作用角拡張動作時における、連通路２８の開閉の切替タイミングを説明する。図８に示すように、高リフト動作時には、排気バルブ１６がリフトを開始するタイミングで、切替弁２９は連通路２８を開き、作動油を流通可能にする。そして、切替弁２９は、排気バルブ１６のリフト中において、リフト量の最大値、あるいは最大値の近傍で一旦連通路２８を閉じる。ここで、排気バルブ１６のリフト開始から一旦連通路２８を閉じるまでの期間を「第１期間」とする。
【００３８】
その後、切替弁２９は、カム２１により排気バルブ１６がリフトしている期間が終了した後、連通路２８を開く。排気バルブ１６がリフトしてから連通路２８を閉じている期間を「第２期間」とする。その後、切替弁２９は、排気バルブ１６が着座をしたら連通路２８を閉じる。カム２１により排気バルブ１６がリフトしている期間の終了後に連通路２８を開いている期間を「第３期間」とする。なお、カム２１により排気バルブ１６がリフトしている期間とは、基本動作時のリフト期間である。
【００３９】
次に、上記、第１期間から第３期間における排気バルブ１６のリフトについて説明する。第１期間では、排気バルブ１６がリフトをする最中であり、排気バルブ１６がカム２１の作用によりリフト方向に向かって力を受けている状態で、連通路２８が開いている。この状態では、第１油圧室２６から第２油圧室２７へ作動油の油圧が伝播されるので、第１油圧室２６の空間ａが縮小し、第２油圧室２７の空間ｂが拡大するため、排気バルブ１６がリフト方向へ移動する。この結果、第１期間では、基本動作時の場合よりもリフト量が大きくなる。
【００４０】
その後の第２期間では、排気バルブ１６がリフト方向に移動した状態のまま、連通路２８が閉じられる。連通路２８が閉じられると、第１油圧室２６の空間ａと第２油圧室２７の空間ｂとの間で油圧の伝播が行われないため、油圧の制御によるリフトが維持される。このため、基本動作時の場合に比べ、排気バルブ１６が相対的にリフト方向に移動した状態で維持される。この結果、排気バルブ１６のリフト量が基本動作時よりも高い状態が維持される。また、リフト量が高い状態で維持されているため、基本動作時に排気バルブ１６が着座するタイミングｔになってもリフトした状態で維持される。この結果、基本動作時よりも作用角が長くなる。
【００４１】
第３期間において、再度、連通路２８を開くことにより、第２油圧室２７から第１油圧室２６へ油圧が伝播するので、第２油圧室２７の空間ｂが縮小し、第１油圧室２６の空間ａが拡大する。これにより、排気バルブ１６がリフト方向と反対の方向に移動し、基本動作時の位置へと戻り着座する。第３期間の始まりとなる連通路２８を開くタイミングは、排気バルブ１６を着座したい（閉弁したい）タイミングに基づき定められる。
【００４２】
以上のように、本実施例２のバルブ駆動装置２０は、排気バルブ１６のリフト期間中に開いている連通路２８を閉じ、カム２１により排気バルブ１６がリフトしている期間の終了後に再び連通路２８を開く。この動作により、本実施例２のバルブ駆動装置２０は、排気バルブ１６の作用角を変更することが可能である。排気バルブ１６のリフト期間に連通路２８を開くのは、基本動作時よりリフト量を増加するためである。そして、再び連通路２８を開くタイミングをカム２１により排気バルブ１６がリフトしている期間の終了後とするのは、基本動作時に着座するタイミングにおいて、排気バルブ１６がリフトしている状態を維持するためであり、この結果、排気バルブ１６の作用角が拡大できる。なお、本実施例２で説明した切替弁２９の連通路２８を開閉するタイミングは、作動油の応答性を考慮して、早めてもよいし遅らせてもよい。また、バルブ駆動装置２０は、切替弁２９により連通路２８の開閉タイミングを調整し、排気バルブ１６のリフト量の変更、および排気バルブ１６の作用角の変更が可能である。
【実施例３】
【００４３】
次に、本発明の実施例３について、図９から図１８を参照しつつ説明する。図９は本実施例３のバルブ駆動装置５０の模式図である。本実施例３のバルブ駆動装置５０は、切替弁５１の構成が相違する点と、新たに分岐通路５２、開放通路５３を備えている点を除き、実施例１のバルブ駆動装置２０と同様の構成をしている。切替弁５１の構成と新たな通路５２，５３を備えている点以外は実施例１のバルブ駆動装置２０と同一なので、同一の構成については同一の番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
切替弁５１は連通路２８に設けられたロータリー４方弁である。ここで、連通路２８のうち、切替弁５１と第１油圧室２６とを接続する部分を第１通路２８ａ、切替弁５１と第２油圧室２７とを接続する部分を第２通路２８ｂと呼ぶことにする。分岐通路５２は、第１通路２８ａから分岐し、切替弁５１に接続する作動油の通路である。開放通路５３は、切替弁５１に接続し、作動油を専用のタンクあるいはオイルパンへ戻す通路である。開放通路５３の出口は大気開放されており、作動油が大気圧で放出する。
【００４５】
次に、切替弁５１の構成を詳細に説明する。図１０は、切替弁５１の内部構造を示した図である。図１０の（ａ）〜（ｄ）は、連通する通路を切替えたときの切替弁５１を示した図である。
【００４６】
切替弁５１はケース部５１１とロータ部５１２とを備えている。ケース部５１１には、４つのポート５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄが設けられており、ポート５１ａには第１通路２８ａが接続している。さらに、ポート５１ｂには第２通路２８ｂが接続し、ポート５１ｃには分岐通路５２が接続し、ポート５１ｄには開放通路５３が接続している。ロータ部５１２はケース部５１１の内部に回転可能に設けられた部材であり、内部を貫通するように作動油が通る通路が設けられている。ロータ部５１２に設けられた通路は、ポート５１ａ〜５１ｄの隣り合う２つのポートを連通することが可能であり、さらにロータ部５１２が回転することにより通路が連通する２つのポートが切替わる。
【００４７】
図１０（ａ）から（ｄ）を参照すると、切替弁５１は、図１０（ａ）の状態で第２通路２８ｂと開放通路５３とを連通する。切替弁５１は、図１０（ｂ）の状態で第２通路２８ｂと分岐通路５２とを連通し、図１０（ｃ）の状態で第１通路２８ａと分岐通路５２とを連通し、図１０（ｄ）の状態で第１通路２８ａと開放通路５３とを連通する。以下、図１０（ａ）の状態をリフト小モード、図１０（ｂ）の状態をリフト増幅モード、図１０（ｃ）の状態をリフト維持モード、図１０（ｄ）の状態をフリクション低減モードと呼ぶ。
【００４８】
次に、切替弁５１の状態とバルブ駆動装置５０の動作の関係を説明する。図１１は切替弁５１がリフト小モードのときの排気バルブ１６のリフトの様子を示した図である。図１２は切替弁５１がリフト増幅モードのときの排気バルブ１６のリフトの様子を示した図である。図１３は切替弁５１がフリクション低減モードのときのバルブ駆動装置５０の図である。なお、図１１中の破線は排気バルブ１６のシート時の傘部１６１を示している。図１２中の破線は排気バルブ１６のシート時の傘部１６１を示し、点線は低リフトで動作した場合の排気バルブ１６の傘部１６１を示している。
【００４９】
（リフト小モード）
初めに、リフト小モードについて説明する。切替弁５１がリフト小モードのとき、第２通路２８ｂと開放通路５３とが連通されるので、第２油圧室２７内の作動油が大気開放されて排出される。これにより、第２油圧室２７の空間ｂが縮小し、図９のように排気バルブ１６が着座方向に位置することになる。このため、排気バルブ１６が確実に着座して閉弁する。また、排気バルブ１６は、図１１のように、リフト時にカムリフトとロッカーアーム比により定まるプロフィールでリフトすることになる。したがって、バルブ駆動装置５０が排気バルブ１６を低リフトで動作する場合に、切替弁５１がリフト小モードに切替わり、第２通路２８ｂと開放通路５３とを連通する。
【００５０】
図１４は低リフト動作時の排気バルブ１６のリフト量と切替弁５１の状態とをカムの回転位相について示した図である。図１４に示すように、低リフト動作時で、切替弁５１は、常時リフト小モードとなっている。
【００５１】
（リフト増幅モード）
次に、リフト増幅モードについて説明する。切替弁５１がリフト増幅モードのとき、第２通路２８ｂと分岐通路５２とが連通されるので、第１油圧室２６内の空間ａと第２油圧室２７内の空間ｂとが連通される。これにより、空間ａと空間ｂとの間で作動油が往来可能となり、オイルポンプ３１で加圧されて油圧の高い空間ａから油圧の低い空間ｂへ油圧が伝播する。この結果、空間ａが縮小し、空間ｂが拡大する。このため、第２ピストン２７２と一体に排気バルブ１６がリフト方向に移動する。カム２１から作用を受けて排気バルブ１６がリフトする期間で、切替弁５１がリフト増幅モードとなると、図１２のように排気バルブ１６のリフト量が高リフトとなる。したがって、バルブ駆動装置５０が排気バルブ１６を高リフトで動作する場合に、切替弁５１がリフト増幅モードに切替わり、第２通路２８ｂと分岐通路５２とを連通する。
【００５２】
図１５は高リフト動作時の排気バルブ１６のリフト量と切替弁５１の状態とをカムの回転位相について示した図である。図１５中において、実線は高リフト動作時の排気バルブ１６のリフト量を示し、破線は低リフト動作（基本動作）時の排気バルブ１６のリフト量を示している。高リフト動作時でも、切替弁５１は、リフト開始のタイミングまではリフト小モードとしている。切替弁５１は、リフト開始のタイミングにあわせてリフト増幅モードへ切替わり、リフト終了のタイミングにあわせてリフト小モードに戻る。言い換えると、切替弁５１は、カムノーズ２１３がロッカーアーム２２のローラ２２１に接触する期間にリフト増幅モードに切替わる。上記の通り、切替弁５１がリフト増幅モードへ切替わることにより、排気バルブ１６のリフト量が増加する。
【００５３】
リフト終了後に切替弁５１がリフト増幅モードであると、第１油圧室２６内の油圧と第２油圧室２７内の油圧の差がほとんどないため、排気バルブ１６が着座するのが遅れることが考えられる。リフト終了時に切替弁５１がリフト小モードに切替わると、第２油圧室２７内の作動油が大気開放されて排出される。これにより、排気バルブ１６がリフト量を増加する前の元の位置に戻り、確実に着座することができる。なお、切替弁５１の切替えるタイミングは油圧が伝播するまでの応答時間を考慮して、リフト開始、リフト終了よりも早いタイミングで実行してもよい。
【００５４】
（リフト維持モード）
次に、リフト維持モードについて説明する。切替弁５１がリフト維持モードのとき、第１通路２８ａと分岐通路５２とが連通されるので、第１油圧室２６内の空間ａ、第２油圧室２７内の空間ｂのそれぞれが外部から隔離されて油圧が維持される。このため、リフト増幅モードの直後にリフト維持モードへ切替えた場合、排気バルブ１６をリフト方向に移動させた状態を維持できる。この状態を維持していれば、カム２１によるリフトが行われていない状態（カム２１のベース円がロッカーアーム２２のローラ２２１に接触している状態）でも排気バルブ１６をリフト（開弁）することができる。したがって、カム２１の回転位相に対して適切なタイミングで、切替弁５１がリフト増幅モード、リフト維持モードの順に切替わることにより、排気バルブ１６の作用角を拡大することができる。したがって、バルブ駆動装置５０が排気バルブ１６の作用角を拡大する場合に、切替弁５１はリフト増幅モード、リフト維持モードの順に切替わる。具体的なタイミングの一例は図１６に示す。
【００５５】
図１６は作用角拡大動作時の排気バルブ１６のリフト量と切替弁５１の状態とをカムの回転位相について示した図である。図１６中において、実線は作用角拡大動作時の排気バルブ１６のリフト量を示し、破線は低リフト動作（基本動作）時の排気バルブ１６のリフト量を示している。作用角拡大動作は、一部、高リフト動作と重複する。切替弁５１は、排気バルブ１６のリフト開始のタイミングまではリフト小モードとしている。切替弁５１は、リフト開始のタイミングにあわせてリフト増幅モードへ切替える。そして、切替弁５１は排気バルブ１６のリフトが最大となるタイミングにあわせて、リフト維持モードへ切替わる。そして、切替弁５１はカム２１によるリフトが終了するタイミングｔ以降にリフト小モードに切替わる。リフト維持モード期間中は、油圧の制御により排気バルブ１６がリフト（開弁）した状態となるが、切替弁５１がリフト小モードに切替わると、第２油圧室２７内の作動油が大気開放されて排出されるので、排気バルブ１６がリフト量を増加する前の元の位置に戻り、確実に着座することができる。なお、リフト増幅モードからリフト維持モードへと切替えるタイミングは、排気バルブ１６のリフトが最大となるタイミングでなくてもよい。
【００５６】
（フリクション低減モード）
次に、フリクション低減モードについて説明する。切替弁５１は、フリクション低減モードへ切替わる前にリフト小モードへ切替わり、第２油圧室２７内の作動油を排出しておく。切替弁５１がフリクション低減モードのとき、第１通路２８ａと開放通路５３とが連通されるので、第１油圧室２６内の作動油が大気開放されて排出される。この結果、図１３のようにアッパーリテーナ２４と、バルブスプリングシートに相当する第１ピストン２６２との間隔が広がる。このため、バルブスプリング２５の変位量が減少する。この結果、バルブスプリング２５の復元力が低下するため、カム２１やロッカーアーム２２に与えるフリクションが低減する。特に、バルブスプリング２５のばね荷重が、高回転時のジャンプやバウンスなどのバルブ運動性に適用して設定されていると、バルブスプリング２５のばね荷重は低回転運転時に過大となり、フリクションの増加を引き起こす。したがって、内燃機関１００の低回転運転時に切替弁５１がフリクション低減モードに切替わることにより、バルブスプリング２５のばね荷重を低下させてフリクションを低減することができる。なお、切替弁５１がフリクション低減モードに切替えている間は、オイルポンプ３１を停止することにしてもよい。また、供給路３０に開閉弁を設けて切替弁５１のフリクション低減モード時に供給路３０を閉じることにしてもよい。
（切替弁の他の構成）
【００５７】
上記、バルブ駆動装置５０は、ロータリー４方弁である切替弁５１を備えているが、ロータリー４方弁の切替弁５１に代えてロータリー３方弁の切替弁６１、または、直動型の切替弁７１としてもよい。
【００５８】
まず、ロータリー３方弁の切替弁６１について説明する。図１７は切替弁６１の図である。図１７（ａ）はリフト小モードのときの切替弁６１を示し、図１７（ｂ）はリフト増幅モードのときの切替弁６１を示し、図１７（ｃ）はリフト維持モードのときの切替弁６１を示している。なお、バルブ駆動装置５０が切替弁５１に代えて切替弁６１を備えるとき、分岐通路５２を設けない。
【００５９】
切替弁６１は３つのポート６１ａ，６１ｂ，６１ｃを備えたケース部６１１と、通路が設けられたロータ部６１２を備えている。ポート６１ａには、第１通路２８ａが接続し、ポート６１ｂには第２通路２８ｂが接続し、ポート６１ｃには開放通路５３が接続している。ロータ部６１２の通路は、３つのポート６１ａ，６１ｂ，６１ｃのうちのいずれか２つを連通する。通路が連通する２つのポートはロータ部６１２が回転することにより切替わる。
【００６０】
図１７（ａ）のリフト小モードでは、切替弁６１は、第２通路２８ｂと開放通路５３とを接続して、排気バルブ１６を閉弁（リフト量を小さく）する。図１７（ｂ）のリフト増幅モードでは、切替弁６１は、第１通路２８ａと第２通路２８ｂとを接続して、排気バルブ１６を開弁（リフト量を大きく）する。図１７（ｃ）のリフト維持モードでは、切替弁６１は、第１通路２８ａと開放通路５３とを接続し、第２通路２８ｂを閉塞する。図１７（ｃ）のリフト維持モードでは、リフト増幅モードの後にリフト維持モードに切替えると、第２油圧室２７の空間ｂを高油圧に維持することができ、排気バルブ１６のリフトを維持し、排気バルブ１６の作用角を拡大することができる。反対に、リフト小モードの後にリフト維持モードに切替えると、第２油圧室２７の空間ｂの油圧が低い状態で、第１油圧室２６の空間ａの油圧も開放できるので、バルブスプリング２５のばね荷重を低下させてフリクションを低減することができる。
【００６１】
次に、直動型の切替弁７１について説明する。図１８は直動型の切替弁７１の図である。図１８（ａ）はリフト小モードのときの切替弁７１を示し、図１８（ｂ）はリフト増幅モードのときの切替弁７１を示し、図１８（ｃ）はリフト維持モードのときの切替弁７１を示している。なお、バルブ駆動装置５０が切替弁５１に代えて切替弁７１を備えるとき、分岐通路５２を設けない。
【００６２】
切替弁７１は、シリンダ７１１が形成されたケース部７１２と、シリンダ７１１内を摺動可能なピストン７１３とを備えている。ケース部７１２には４つのポート７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄが設けられていて、ポート７１ａには、第１通路２８ａが接続し、ポート７１ｂには第２通路２８ｂが接続し、ポート７１ｃには開放通路５３が接続している。ポート７１ｄはメンテナンス時以外は閉塞された状態となっている。また、ケース部７１２内にはシリンダ７１１内の作動油の移動を可能にする通路７１４が設けられている。ピストン７１３には、シリンダ７１１の内壁と摺動する大径部７１５が幾つか（本実施例では５つ）設けられており、シリンダ７１１と大径部７１５により区画されて幾つか（本実施例では６つ）の部屋が形成されている。また、ピストン７１３の両端には、コイルと磁石とを備えるソレノイド部７１７，７１８が設けられており、ソレノイド部７１７，７１８のコイルへの通電を切替えることにより、ピストン７１３を移動する。ピストン７１３が移動すると、ピストン７１３の位置によっては、シリンダ７１１と大径部７１５により区画される部屋がポート間を連通するようになる。
【００６３】
両端のソレノイド部７１７，７１８への通電をＯＦＦにすると、内部のスプリングや作動油の粘性などにより、ポート７１ｂとポート７１ｃとが連通する位置にピストン７１３が移動する（図１８（ａ）のリフト小モード）。ソレノイド部７１７のみに通電すると、ピストン７１３が移動し、ポート７１ａとポート７１ｂとを連通する位置に移動する（図１８（ｂ）のリフト増幅モード）。反対にソレノイド部７１８のみに通電すると、ピストン７１３が移動し、通路７１４を介して、ポート７１ａとポート７１ｃとが連通するようになる（図１８（ｃ）のリフト維持モード）。
【００６４】
なお、この直動型の切替弁７１の場合も、リフト増幅モードからリフト維持モードへ切替えた場合、第２油圧室２７の空間ｂを高油圧に維持するので、排気バルブ１６の作用角が拡大する。反対に、リフト小モードからリフト維持モードへ切替えた場合、第１油圧室２６の空間ａおよび第２油圧室２７の空間ｂの油圧がともに下げるため、バルブスプリング２５のばね荷重が低下しフリクションが低減する。
【００６５】
上記の実施例１から３では、ロッカーアーム２２を介して排気バルブ１６を駆動するロッカーアーム式のバルブ駆動装置を説明したが、本発明のバルブ駆動装置は、例えば、図１９に示すように、ロッカーアーム２２を介さない直動式のバルブ駆動装置８０であってもよい。この場合、第２油圧室２７は、カム２１とバルブステム１６２（ステムエンド１６３）との間に設けられる。また、バルブ駆動装置２０，５０，８０は、吸気バルブ１４を駆動することにしてもよい。
【００６６】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００６７】
１２  シリンダヘッド
１６  排気バルブ
２０，５０，８０  バルブ駆動装置
２１  カム
２２  ロッカーアーム
２５  バルブスプリング
２６  第１油圧室
２７  第２油圧室
２８  連通路
２９，５１，６１，７１  切替弁
５２  分岐通路
５３  開放通路
１００  内燃機関
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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