JP2009264199A - 可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 可変動弁機構の一対のロッカーアームを連結ピンで連結する際に、その連結ピンの引っ掛かりを防止してスムーズな連結を可能にする。
【解決手段】 相互に隣接するように配置されて機関弁１６を開弁方向に駆動する一対のロッカーアーム３３，３４にそれぞれピン孔４４ａ，４５ａを形成し、これらのピン孔４４ａ，４５ａに切換機構４１の連結ピン４７を摺動自在に嵌合させることで、一対のロッカーアーム３３，３４を連結および分離して機関弁１６のバルブリフトやバルブタイミングを変更することができる。このとき、一対のロッカーアーム３３，３４の少なくとも一方に当接するカム４２の周面に複数の凸部４２ｃを形成したので、一対のロッカーアーム３３，３４のピン孔４４ａ，４５ａの軸線が完全に一致していなくても、ロッカーアーム３３が前記凸部４２ｃに当接して振動することで連結ピン４７をピン孔４４ａに確実に嵌合させることができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室を開閉する機関弁と、相互に隣接するように配置されて前記機関弁を開弁方向に駆動する一対のロッカーアームと、前記一対のロッカーアームにそれぞれ当接する複数のカムが形成されたカムシャフトと、前記一対のロッカーアームに形成されたピン孔に連結ピンを摺動自在に嵌合させることで、該一対のロッカーアームを連結および分離する切換機構とを備えた可変動弁装置に関する。

かかる可変動弁装置は、例えば下記特許文献１により公知である。

この可変動弁装置は、並置された一対のロッカーアームをカムシャフトの低速用吸気カムおよび高速用吸気カムにそれぞれ当接させるとともに、前記一対のロッカーアームの連結および分離を、該ロッカーアームの内部に形成したピン孔に摺動自在に嵌合する連結ピンにより達成するようになっている。
特開２００７−９２７２６号公報

ところで、連結ピンによる一対のロッカーアームの連結は、一方のロッカーアームのピン孔に収納された連結ピンを油圧あるいはスプリングで移動させ、他方のロッカーアームのピン孔に嵌合させることで行われるが、その際に連結ピンの先端が前記他方のロッカーアームのピン孔の開口部に引っ掛かってしまい、一対のロッカーアームの連結がスムーズに行われない場合があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、可変動弁装置の一対のロッカーアームを連結ピンで連結する際に、その連結ピンの引っ掛かりを防止してスムーズな連結を可能にすることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、内燃機関の燃焼室を開閉する機関弁と、相互に隣接するように配置されて前記機関弁を開弁方向に駆動する一対のロッカーアームと、前記一対のロッカーアームにそれぞれ当接する複数のカムが形成されたカムシャフトと、前記一対のロッカーアームに形成されたピン孔に連結ピンを摺動自在に嵌合させることで、該一対のロッカーアームを連結および分離する切換機構とを備えた可変動弁装置において、前記一対のロッカーアームの少なくとも一方に当接する前記カムの周面に凸部あるいは凹部が形成されることを特徴とする可変動弁装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記凸部あるいは前記凹部は、前記カムのベース円部の周面に形成されることを特徴とする可変動弁装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記凸部あるいは前記凹部は、前記カムのベース円部および前記ロッカーアーム間に挿入されるタペットクリアランス測定用の隙間ゲージと干渉しないように形成されることを特徴とする可変動弁装置が提案される。

尚、実施の形態の吸気弁１６は本発明の機関弁に対応し、実施の形態の吸気カムシャフト２４は本発明のカムシャフトに対応し、実施の形態の低速用吸気ロッカーアーム３３および高速用吸気ロッカーアーム３４は本発明のロッカーアームに対応し、実施の形態の低速用吸気カム４２および高速用吸気カム４３は本発明のカムに対応し、実施の形態の第１、第２連結ピン４６，４７は本発明の連結ピンに対応する。

請求項１の構成によれば、相互に隣接するように配置されて機関弁を開弁方向に駆動する一対のロッカーアームにそれぞれピン孔を形成し、これらのピン孔に切換機構の連結ピンを摺動自在に嵌合させることで、一対のロッカーアームを連結および分離して機関弁のバルブリフトやバルブタイミングを変更することができる。このとき、一対のロッカーアームの少なくとも一方に当接するカムの周面に凸部あるいは凹部を形成したので、一対のロッカーアームのピン孔の軸線が完全に一致していなくても、ロッカーアームが前記凸部あるいは凹部に当接して振動することで連結ピンをピン孔に確実に嵌合させることができる。

また請求項２の構成によれば、カムの凸部あるいは凹部をカムのベース円部の周面に形成したので、一対のロッカーアームの位相が揃い易い位置で凸部あるいは凹部の機能を有効に発揮させ、連結ピンのピン孔への嵌合を一層スムーズに行うことができる。

また請求項３の構成によれば、カムのベース円部の周面に形成される凸部あるいは凹部が、その周面およびロッカーアーム間に挿入されるタペットクリアランス測定用の隙間ゲージと干渉しないように形成されるので、隙間ゲージが前記凸部あるいは前記凹部と干渉してタペットクリアランスの測定が不能になる事態を回避することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図９は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１はエンジンのシリンダヘッド部の縦断面図、図２は図１の２−２線矢視図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図２の４−４線断面図、図５は図１の５−５線断面図、図６は図１の６−６線断面図、図７は図６に対応する作用説明図、図８はバルブリフトの切換時の作用説明図、図９はタペットクリアランスの測定時の作用説明図である。

図１および図２に示すように、内燃機関のシリンダブロック１１の頂面にシリンダヘッド１２が結合されており、シリンダブロック１１に設けたシリンダ１３にピストン１４が摺動自在に嵌合する。ピストン１４の頂面に臨むようにシリンダヘッド１２の下面に形成された燃焼室１５に各２個の吸気弁孔１２ａ，１２ａおよび排気弁孔１２ｂ，１２ｂが開口しており、吸気弁孔１２ａ，１２ａに連なる吸気ポート１２ｃおよび排気弁孔１２ｂ，１２ｂに連なる排気ポート１２ｄがシリンダヘッド１２の内部に形成される。

吸気弁孔１２ａ，１２ａを開閉する一対の吸気弁１６，１６がシリンダヘッド１２に設けたバルブガイド１７，１７に摺動自在に支持され、吸気弁スプリング１８，１８で閉弁方向に付勢される。また排気弁孔１２ｂ，１２ｂを開閉する一対の排気弁１９，１９がシリンダヘッド１２に設けたバルブガイド２０，２０に摺動自在に支持され、排気弁スプリング２１，２１で閉弁方向に付勢される。

シリンダヘッド１２の頂面に結合されたカムシャフトホルダ２２およびカムシャフトキャップ２３間に、吸気カムシャフト２４および排気カムシャフト２５が回転自在に支持される。吸気カムシャフト２４の軸端に設けた吸気スプロケット２６と、排気カムシャフト２５の軸端に設けた排気スプロケット２７と、クランクシャフトの軸端に設けたクランクスプロケット（図示せず）とにタイミングチェーン２８が巻き掛けられており、吸気カムシャフト２４および排気カムシャフト２５はクランクシャフトの２分の１の回転数で同方向に回転する。

カムシャフトホルダ２２に吸気ロッカーシャフト３０および排気ロッカーシャフト３１が固定される。吸気カムシャフト２４の下方に位置する吸気ロッカーシャフト３０には、吸気弁１６，１６のステムエンドに当接するアジャストスクリュー３２，３２を先端に有する低速用吸気ロッカーアーム３３と、その低速用ロッカーアーム３３に隣接する高速用吸気高速ロッカーアーム３４とが揺動自在に支持される。

また排気カムシャフト２５の下方に位置する排気ロッカーシャフト３１には、排気弁１９，１９のステムエンドに当接するアジャストスクリュー３５，３５を有する排気ロッカーアーム３６が揺動自在に支持されており、排気カムシャフト２５に設けた排気カム３７が排気ロッカーアーム３６に設けたスリッパ面３６ａに当接することで、排気弁１９，１９は同一のバルブリフトおよびバルブタイミングで開閉駆動される。

次に、図３〜図６に基づいて、吸気弁１６，１６のバルブリフトおよびバルブタイミングを変更する切換機構４１の構造を説明する。

吸気カムシャフト２４には、ベース円部４２ａから突出するリフト部４２ｂの高さが低い低速用吸気カム４２と、ベース円部４３ａから突出するリフト部４３ｂの高さが高い高速用吸気カム４３とが設けられており、低速用吸気カム４２は低速用吸気ロッカーアーム３３のスリッパ面３３ａに当接するとともに、高速用吸気カム４３は高速用吸気ロッカーアーム３４のスリッパ面３４ａに当接する。低速用吸気ロッカーアーム３３の先端は二股に分岐しており、そこに一対の吸気弁１６，１６のステムエンドに当接する前記一対のアジャストスクリュー３２，３２が設けられる。

低速用吸気ロッカーアーム３３および高速用吸気ロッカーアーム３４にはそれぞれカラー４４，４５が圧入されており、それらの内部に同軸かつ同径に整列可能なピン孔４４ａ，４５ａが形成される。低速用吸気ロッカーアーム３３側のピン孔４４ａにはカップ状の第１連結ピン４６が摺動自在に嵌合するとともに、高速用吸気ロッカーアーム３４側のピン孔４５ａには中実の第２連結ピン４７が摺動自在に嵌合する。低速用吸気ロッカーアーム３３のピン孔４４ａの底壁３３ｂと第１連結ピン４６とに間にコイルスプリング４８が縮設されており、このコイルスプリング４８の弾発力で第１連結ピン４６を介して付勢された第２連結ピン４７は、高速用吸気ロッカーアーム３４の底壁３４ｂに当接する。

低速用吸気ロッカーアーム３３の底壁３３ｂにはエア抜き孔３３ｃが形成され、また高速用吸気ロッカーアーム３４の底壁３４ｂ側に油室４９が形成される。吸気ロッカーシャフト３０の内部に形成された油路３０ａおよび油孔３０ｂが高速用吸気ロッカーアーム３４の内部に形成された油溝３４ｃおよび油孔３４ｄを介して前記油室４９に連通する。

高速用吸気ロッカーアーム３４の下面に設けたばね座３４ｅがシリンダヘッド１２に設けたロストモーションスプリング５０によって上向きに付勢されており、このロストモーションスプリング５０の弾発力で高速用吸気ロッカーアーム３４のスリッパ面３４ａが高速用吸気カム４３に押し付けられる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

図５および図６に示すように、高速用吸気ロッカーアーム３４の油室４９に油圧が作用していないとき、低速用吸気ロッカーアーム３３に設けたコイルスプリング４８の弾発力で第１連結ピン４６が高速用吸気ロッカーアーム３４側に押圧され、第２連結ピン４７は低速用吸気ロッカーアーム３３のピン孔４４ａから離脱して高速用吸気ロッカーアーム３４のピン孔４５ａ内に退没するため、低速用吸気ロッカーアーム３３および高速用吸気ロッカーアーム３４の連結が解除される。

この状態で吸気カムシャフト２４が回転すると、その低速用吸気カム４２にスリッパ面３３ａを押圧された低速用吸気ロッカーアーム３３が吸気ロッカーシャフト３０を中心に揺動し、その先端に設けた一対のアジャストスクリュー３２，３２で一対の吸気弁１６，１６のステムエンドを押圧することで、一対の吸気弁１６，１６は低速用吸気カム４２のリフト部４２ｂに高さに応じた低リフト量で開閉駆動される。

このとき、吸気カムシャフト２４の高速用吸気カム４３にスリッパ面３４ａを押圧された高速用吸気ロッカーアーム３４は、ロストモーションスプリング５０を伸縮させながら吸気ロッカーシャフト３０を中心に揺動するが、高速用吸気ロッカーアーム３４は低速用吸気ロッカーアーム３３から切り離されているため、高速用吸気ロッカーアーム３４の揺動が吸気弁１６，１６の開閉に影響を与えることはない。

吸気ロッカーシャフト３０の油路３０ａおよび油孔３０ｂから、高速用吸気ロッカーアーム３４の油溝３４ｃおよび油孔３４ｄを介して油室４９に油圧を供給すると、コイルスプリング４８を圧縮しながら第１、第２連結ピン４６，４７が低速用吸気ロッカーアーム３３側に摺動し、図７に示すように、二つのピン孔４４ａ，４５ａに跨がる第２連結ピン４７によって、低速用吸気ロッカーアーム３３および高速用吸気ロッカーアーム３４が一体に結合される。

この状態では、リフト部４２ｂの高さが高い高速用吸気カム４３にスリッパ面３４ａを押圧された高速用吸気ロッカーアーム３４の揺動が、前記第２連結ピン４７を介して低速用吸気ロッカーアーム３３に伝達されるため、低速用吸気ロッカーアーム３３に接続された一対の吸気弁１６，１６が高速用吸気カム４３のリフト部４３ｂに高さに応じた高リフト量で開閉駆動される。このとき、低速用吸気カム４２の高さの低いリフト部４２ｂは、低速用吸気ロッカーアーム３３のスリッパ面３３ａから離間して空動する。

さて、低速用吸気カム４２のベース円部４２ａが低速用吸気ロッカーアーム３３のスリッパ面３３ａに当接し、かつ高速用吸気カム４３のベース円部４３ａが高速用吸気ロッカーアーム３４のスリッパ面３４ａに当接しているとき、低速用吸気ロッカーアーム３３のピン孔４４ａと高速用吸気ロッカーアーム３４のピン孔４５ａとは同軸に整列するため、油室４９に油圧を供給して第２連結ピン４７を低速用吸気ロッカーアーム３３側に付勢することで、その第２連結ピン４７の先端を高速用吸気ロッカーアーム３４のピン孔４５ａから低速用吸気ロッカーアーム３３のピン孔４４ａに嵌合させることができる。

しかしながら、実際には、低速用吸気カム４２のベース円部４２ａおよび高速用吸気カム４３のベース円部４３ａの寸法誤差や、低速用吸気ロッカーアーム３３、高速用吸気ロッカーアーム３４およびそれらのピン孔４４ａ，４５ａの寸法誤差等の影響により、第２連結ピン４７の先端が低速用吸気ロッカーアーム３３のピン孔４４ａの開口端に引っ掛かってしまい、低速用吸気ロッカーアーム３３および高速用吸気ロッカーアーム３４をスムーズに結合できない場合がある。

この問題を解決すべく、本実施の形態では低速用吸気カム４２のベース円部４２ａに複数の凸部４２ｃ…（図３参照）を形成したので、低速用吸気カム４２のベース円部４２ａにスリッパ面３３ａを当接させた低速用吸気ロッカーアーム３３が前記凸部４２ｃ…との接触により振動を与えられ、引っ掛かった第２連結ピン４７の先端を低速用吸気ロッカーアーム３３のピン孔４４ａの開口端に確実に嵌合させ、低速用吸気ロッカーアーム３３および高速用吸気ロッカーアーム３４を遅滞なく結合することができる。

尚、アジャストスクリュー３２，３２を用いた場合のタペットクリアランスは、一般に１０μｍ〜２００μｍ程度に設定されるが、低速用吸気カム４２の凸部４２ｃ…の高さを前記タペットクリアランスよりも小さく設定することで、前記凸部４２ｃ…により吸気弁１６，１６が不要なリフトをするのを防止することができる。

図８は、吸気弁１６，１６を低リフト量の状態から高リフト量の状態へと切り換える場合の作用を示している。Ａの領域では、連結位置に向けて移動しようとする第２連結ピン４７がａ位置で引っ掛かってしまい、非連結位置に押し戻されて連結が失敗に終わっている。続くＢの領域では、第２連結ピン４７がｂ位置で一旦引っ掛かかるが、凸部４２ｃ…による低速用吸気ロッカーアーム３３の振動によりｃ位置で結合に成功している。このように、本実施の形態によれば、第２連結ピン４７が継続的に引っ掛かった状態に維持されるのを確実に防止し、低リフト量の状態から高リフト量の状態への切り換えを遅滞なく行うことができる。

図９は、タペットクリアランスの調整時の作用を説明するものである。

タペットクリアランスの調整を行うには、低速用吸気カム４２のベース円部４２ａが低速用吸気ロッカーアーム３３のスリッパ面３３ａに対向する状態で、前記ベース円部４２ａおよび前記スリッパ面３３ａ間に所定厚さの隙間ゲージＧを挿入する。続いて、前記ベース円部４２ａおよび前記スリッパ面３３ａ間に隙間ゲージＧが挟持される位置まで、吸気弁１６，１６をリフトさせないようにアジャストスクリュー３２，３２を締め込んで固定する。このとき、隙間ゲージＧに低速用吸気カム４２の凸部４２ｃが当接するとタペットクリアランスの調整が不能になるため、隣接する二つの凸部４２ｃ，４２ｃの間隔をある程度広く設定し、二つの凸部４２ｃ，４２ｃの間のベース円部４２ａだけを隙間ゲージＧに当接させる必要がある。

次に、図１０に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態は低速用吸気カム４２が凸部４２ｃ…を備えているが、第２の実施の形態は低速用吸気カム４２が凹部４２ｄ…を備えている。凹部４２ｄ…の機能は凸部４２ｃ…の機能と同じであり、低速用吸気ロッカーアーム３３に振動を与えて第２連結ピン４７のスムーズな嵌合を可能にするものである。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では低速用吸気カム４２に凸部４２ｃ…あるいは凹部４２ｄ…を設けているが、凸部４２ｃ…および凹部４２ｄ…の両方を設けても良い。

また実施の形態では３個の凸部４２ｃ…あるいは３個の凹部４２ｄ…を設けているが、凸部４２ｃ…および凹部４２ｄ…の数は１個を含む任意の数を選択することができる。ただし、凸部４２ｃ…あるいは凹部４２ｄ…の数は、複数個である方が確実な効果を得ることができる。

また実施の形態では低速用吸気カム４２のベース円部４２ａに凸部４２ｃ…あるいは凹部４２ｄ…を設けているが、リフト部４２ｂに凸部４２ｃ…あるいは凹部４２ｄ…を設けても良い。

また切換機構４１の構造は実施の形態に限定されず、従って凸部４２ｃ…あるいは凹部４２ｄ…を設けるカムは低速用吸気カム４２に限定されるものではなく、高速用吸気カム４３や、両方の吸気カム４２，４３に凸部４２ｃ…あるいは凹部４２ｄ…を設けることができる。

また実施の形態では油圧で第２連結ピン４７をピン孔４４ａに嵌合させているが、油圧に代えてスプリングの弾発力で嵌合させるものであっても良い。

また実施の形態のアジャストスクリュー３２，３２に代えて、油圧タペットを備えるものであっても良い。

また実施の形態では吸気弁１６，１６の切換機構４１を例示したが、本発明は排気弁１９，１９の切換機構に対しても適用することができる。

エンジンのシリンダヘッド部の縦断面図 図１の２−２線矢視図 図２の３−３線断面図 図２の４−４線断面図 図１の５−５線断面図 図１の６−６線断面図 図６に対応する作用説明図 バルブリフトの切換時の作用説明図 タペットクリアランスの測定時の作用説明図 第２の実施の形態に係る、前記図３に対応する図

符号の説明

１５ 燃焼室
１６ 吸気弁（機関弁）
２４ 吸気カムシャフト（カムシャフト）
３３ 低速用吸気ロッカーアーム（ロッカーアーム）
３４ 高速用吸気ロッカーアーム（ロッカーアーム）
４１ 切換機構
４２ 低速用吸気カム（カム）
４２ａ ベース円部
４２ｃ 凸部
４２ｄ 凹部
４３ 高速用吸気カム（カム）
４４ａ ピン孔
４５ａ ピン孔
４６ 第１連結ピン（連結ピン）
４７ 第２連結ピン（連結ピン）
Ｇ 隙間ゲージ

Claims (3)

1. 内燃機関の燃焼室（１５）を開閉する機関弁（１６）と、
   相互に隣接するように配置されて前記機関弁（１６）を開弁方向に駆動する一対のロッカーアーム（３３，３４）と、
   前記一対のロッカーアーム（３３，３４）にそれぞれ当接する複数のカム（４２，４３）が形成されたカムシャフト（２４）と、
   前記一対のロッカーアーム（３３，３４）に形成されたピン孔（４４ａ，４５ａ）に連結ピン（４６，４７）を摺動自在に嵌合させることで、該一対のロッカーアーム（３３，３４）を連結および分離する切換機構（４１）と、
   を備えた可変動弁装置において、
   前記一対のロッカーアーム（３３，３４）の少なくとも一方に当接する前記カム（４２）の周面に凸部（４２ｃ）あるいは凹部（４２ｄ）が形成されることを特徴とする可変動弁装置。
2. 前記凸部（４２ｃ）あるいは前記凹部（４２ｄ）は、前記カム（４２）のベース円部（４２ａ）の周面に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の可変動弁装置。
3. 前記凸部（４２ｃ）あるいは前記凹部（４２ｄ）は、前記カム（４２）のベース円部（４２ａ）および前記ロッカーアーム（３３）間に挿入されるタペットクリアランス測定用の隙間ゲージ（Ｇ）と干渉しないように形成されることを特徴とする、請求項２に記載の可変動弁装置。

Images