JPH03164510A

JPH03164510A - 可変バルブタイミング式動弁装置

Info

Publication number: JPH03164510A
Application number: JP30607789A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Watanabe; 謙三渡辺
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1989-11-22
Filing date: 1989-11-22
Publication date: 1991-07-16

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、車両用エンジンにおいて吸、排気バルブの開
閉時期、即ちバルブタイミングを各運転条件により可変
に制御する可変バルブタイミング式動弁装置に関し、詳
しくは、低速用と高速用の２組のカム、ロッカアームを
有して分離または結合して動作する方式に関する。

〔従来の技術〕

車両用エンジンの自然吸気では、吸、吸気バルブのバル
ブタイミングが体積効率、低速安定性。

高速性能等に大きく影響を及ぼす。即ち、上死点付近で
吸、排気バルブが共に開いている期間のオーバラップが
大きいと、高速時に吸排気慣性等を利用して吸気が促進
され、体積効率と共に性能が向上する。一方、低速時に
は吹返しゃ吹抜けを招いて安定性を損うことになり、こ
のため低速時にはオーバラップを小さくする方がよい。

そこで、エンジンの広い運転領域で常に安定性と高い性
能を発揮するには、低速と高速でそれに適したバルブタ
イミングに可変制御することが要求される。

そこで、かかる可変バルブタイミングの制御手段として
既に種々の方式が提案されている。その１つとして、低
速用と高速用のカムを有し、それぞれのカムに摺接する
低速用と高速用のロッカアームを設けてその一方をバル
ブに連結する。そして低速と高速時に、２組のロッカア
ームを分離または一体的に結合してバルブを開閉動作し
、低速カムによる狭開角、高速カムによる広開角のバル
ブタイミングに制御するものがある。

そこで従来、上記機械的分離、結合の可変バルブタイミ
ング式動弁装置に関しては、例えば特開昭６２−３２２
０６号公報の先行技術がある。ここで、ロッカシャフト
により支持される２つのロッカアームの一方をバルブ側
に連結し、両口ツカアームの中間のスリッパに低速用と
高速用のカムを摺接スる。また、２つのロッカアームの
中間でそれと直角な方向に両者゛にまたがって連結切換
手段を内蔵し、この切換手段は油圧によるピストン。

スプリングが付勢されたストッパを同軸上に配置して、
分離または結合することが示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記先行技術のものにあっては、低速用と高
速用のカムが共にロッカアームに対しスリッパで摺接し
て駆動するため、第８図の特性から明らかなように、特
に低速時にはスリッパにオイルの油膜が形成し難くなり
、駆動トルクが大幅に増大して燃費等の悪化を招く。連
結切換手段はロッカアーム同士の間に内蔵される構成で
あるため、構造が複雑化し、結合時にはピストンに剪断
力が作用して耐久性等の点で不利である。

ここで、低速用カムとロッカアームとの間にフリクショ
ンの小さいローラフォロアを介設すると、カムの高さの
増大を招く。そこで、ローラフォロアの大部分をロッカ
アームに埋設すると、分離。

結合の切換手段の構造、配置が問題になる。このことか
ら低速用としてローラフォロアを設けた場合は、切換手
段を工夫し、カム高さの増大等が生じないように考慮す
る必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、低速用と高速用のロッカアームの機械
的分離、結合方式において、低速用ロッカアームにロー
ラフォロアを用いて駆動トルクを低減し、カム高さの増
大を防ぎ、切換手段をコンパクトに配置することが可能
な可変バルブタイミング式動弁装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の可変バルブタイミン
グ式動弁装置は、低速用と高速用の２組のカム、ロッカ
アームを有し、上記低速用ロッカアームをバルブ側に連
結し、切換手段によりロッカアーム側を相互に分離また
は結合してバルブタイミングを可変にする動弁系におい
て、上記低速用ロッカアームにはローラフォロアを一部
露出するように埋設して、上記ローラフォロアに大径の
ベースサークルに狭開角低リフトで形成される低速カム
を接し、上記高速用ロッカアームにはスリッパを設けて
、小径のベースサークルに広開角高リフトで形成される
高速カムを接し、上記切換手段は上記高速用ロッカアー
ムにのみ内蔵して、ピストンを上記高速用ロッカアーム
と低速用ロッカアームのローラフォロアとの隙間に出入
りして分離または結合するように設け、上記切換手段へ
の油圧回路には切換弁を設け、制御ユニットで各運転条
件に応じて低速と高速の各領域を判断し、上記切換弁に
より上記切換手段に給排油するものである。

〔作　　　用〕上記構成に基づき、制御ユニットでは各運転条件により
低速または高速の領域が判断されており、例えば低速時
には切換弁により切換手段をドレンする。そこで、低速
用ロッカアームと高速用ロッカアームとが分離され、低
速カムにのみ追従してローラフォロアを介して低速用ロ
ッカアームが揺動し、狭開角でバルブを開閉する。一方
、高速時には切換弁により切換手段に油圧を導入するた
め、ベースサークルでピストンが高速用ロッカアームと
ローラフォロアのシャフトとの間に差込まれて２組のロ
ッカアームを一体結合し、高速カムに追従してスリッパ
を介し揺動して、広開角でバルブを開閉するようになる
。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図ないし第３図において、符号ｌはシリンダヘッド
、２は二叉状の吸気ボートであり、この吸気ボート２に
２個の吸気バルブ３．３′が設けられる。吸気バルブ３
は、バルブガイド４により支持され、ヘッド３ａがバル
ブシート５に接して閉じるようになっており、ステムエ
ンド３ｂのりテーカ６にバルブスプリング７が閉じる方
向に付勢されている。他方の吸気バルブ３′　も全く同
一に取付けられ、これらの吸気バルブ３．３′に可変バ
ルブタイミング式動弁装置１０が設けられる。

可変バルブタイミング式動弁装置１０は、２個の吸気バ
ルブ３，３′の配列と平行にカムシャフト１１とロッカ
シャフト１２とが配置され、カムシャフト１１はエンジ
ン回転数に対し１７２回転で同期回転する。そしてカム
シャフト１１において吸気バルブ３．３′　と対応する
位置に低速カム１３．１３’が形成され、両低速カム１
３．１３’の間に１つの高速カム１４が形成されている
。低速カム１３．１３’　の直下には、ローラ付のサイ
ドロッカアーム（低速用ロッカアーム）　１５．１５’
が一端をロッカシャフト１２に嵌合支持して傾いて設置
され、その他端の調整ねじｔｅ、　ｔｅ’が吸気バルブ
３．３′のステムエンド３ｂ側に連結している。高速カ
ム１４の直下には、センターロッカアーム（高速用ロッ
カアーム）１７が一端をロッカシャフト１２に嵌合支持
し、サイドロッカアーム１５．１５’　と略同様に傾い
て設置され、このセンターロッカアーム１７の他端側に
スプリング手段１８が付勢され、切換手段３０が内蔵さ
れている。

こうして２個の吸気バルブ３，３′に対し、低速用は２
組の独立した低速カム１３．１３’　と低速用ロッカア
ーム１５．１５’を有し、高速用は１組の高速カム１４
と高速用ロッカアーム１７を有する。

低速カム１３と高速カム１４のベースサークルは、後述
する切換機構３０の構造との関係で異なっており、低速
カム１３は、大径のベースサークルでリフト部１３ａが
狭開角低リフトに形成される。高速カムＩ４は、小径の
ベースサークルでリフト部１４ａが広開角高リフトに形
成されている。

低速用ロッカアーム１５は、側面視への字状であり、中
間の上部に深い溝１９が形成され、この溝１９にローラ
フォロア２０がシャフト２１で支持して一部を上方に露
出するように取付けられ、ローラフォロア２０に低速用
カム１３が接するようになっている。

他方の低速用ロッカアーム１５′にも同様にローラフォ
ロア２０′が取付けられるが、上述のシャフト２１が両
低速用ロッカアーム１５．１５’の間に装架されてこの
ローラフォロア２０′　も支持している。

高速用ロッカアーム１７は、ローラフォロア用シャフト
２１と干渉しないように側面視上下に二叉状を成し、上
部自由端Ｌ７ａにスリッパ１７ｂが形成されて高速カム
１４に接している。また、下部自由端Ｌ７ｃにはスプリ
ング手段１８が、常に高速用ロッカアーム１７を高速カ
ム１４に摺接保持するように付勢されている。ここで高
速カム■４のベースサークルクの場合は、高速用ロッカ
アーム１７が上方に揺動位置し、上部自由端１７ａとシ
ャフト２１との間に比較的大きい隙間が生じる。そこで
高速用ロッカアーム１７の内部で、上部自由端１７ａと
シャフト２■との隙間に向けて２組の切換手段３０が平
行に内蔵されている。

切換手段３０は、第４図に示すように高速用ロッカアー
ム■７の上部においてシャフト２１と対応する部分に開
口した孔３１が貫通して設けられ、この孔３１の中間の
仕切り３２からシャフト２１側に油圧室３３を介してピ
ストン３４が挿入され、ピストン３４のロッド３４ａが
反対側に延び、抜止めを兼ねてリテーナ３５を介してス
プリング３６が付勢されている。またシャフト２１のピ
ストン３４と対応する部分には円弧状の係合溝３７が形
成され、油圧室３３は通路３８を介してロッカシャフト
１２のオイルギヤラリ３９に連通している。

ここで高速カム１４のベースサークルの場合に、孔３１
とシャフト２１との係合溝３７による円形の隙間が最大
になり、このとき油圧室３３に油圧が導入すると、ピス
トン３４が上部自由端１７ａとシャフト２１との間に差
込まれて一体結合する。また上記一体結合した状態では
、ベースサークル以外は低速カム１３のリフト部１３ａ
を、ローラフォロア２０から浮上させて非接触するよう
になっている。

第５図（ａ）において、切換手段３０の切換制御系につ
いて述べる。

先ず、オイルパン４０と連通するオイルポンプ４１の油
圧がリリーフ弁４２で調圧され、この潤滑油が油路４３
により各潤滑部に供給される。また、油路４３から分岐
する油路４４は、電磁式の切換弁４５．ロッカシャフト
１２のオイルギヤラリ３９１通路３８を介して切換手段
３０の油圧室３３に連通して回路構成される。

一方、制御ユニット５０は、クランク角センサ４６のエ
ンジン回転数Ｎｅ、スロットル開度センサ４７のスロッ
トル開度θが人力する低高速判定手段５１を有する。こ
こで、第５図（ｂ）に示す低速カムのトルク特性ＴＬと
高速カムのトルク特性ＴＨとの交点から設定エンジン回
転数Ｎ！を定め、この設定エンジン回転数Ｎ【を基準に
低速と高速の各領域を設定し、更に例えばスロットル開
度θで低負荷時は高速域を、高負荷時は低速域を拡大す
るように補正する。そして各領域の判定信号が出力手段
５２を介して切換弁４５に入力し、低速域では切換手段
３０をドレンし、高速域では切換手段３０に油圧を導く
ように切換動作する。また、水温センサ４８の水温Ｔｗ
が入力する補正手段５３を有し、冷態時には低速域に保
持するように構成される。

次いで、かかる構成の動弁装置の作用を、第６図と第７
図のバルブリフトカーブを用いて説明する。

先ず、エンジン運転時に制御ユニット５０の低高速判定
手段５１で各運転条件のエンジン回転数Ｎｅ。

スロットル開度θにより低、高速領域が判断され、Ｎｅ
＜Ｎｌの低速領域ではその判定信号が切換弁４５に入力
して、切換手段３０の油圧室３３をドレンする。このた
め、第６図（ａ）のようにスプリング３６によりピスト
ン３４は引込んで高速用ロッカアーム１７に収容される
。これにより低速用ロッカアーム１５、１５’　と高速
用ロッカアーム１７とは分離されて各別に作動すること
が可能になり、ここで吸気バルブ３，３′　には低速用
ロッカアーム１５．１５’のみが連結することで、低速
カム１３．１３’　によるローラフォロア２０．２０’
　の転勤により小さいフリクションで低速用ロッカアー
ム１５．１５’が揺動する。

そしてこの低速用ロッカアーム１５．１５’　により、
吸気バルブ３，３′がストロークしながら弁開閉動作す
ることになり、このためこの場合は、低速カム１３．１
３のリフト部１３ａ等で第７図の曲線！、、のように狭
開角のバルブタイミングになり、良好な低速の燃焼安定
性、出力性能を発揮する。

一方、このとき高速用ロッカアーム１７は、スプリング
手段１８により常に高速カム１４に摺接して空の状態で
揺動している。そして高速カム１４がベースサークルの
場合は、低速カム１３．１３’　　もベースサークルに
なり、低速用ロッカアーム１５．１５’　と高速用ロッ
カアーム１７とが共に上方に揺動位置して、ピストン８
４の突出が可能になる。

そこで、制御ユニット５０の低高速判定手段５１でＮｅ
≧Ｎ「の高速領域が判断されると、この判定信号が切換
弁４５に人力して、切換手段３０の油圧室３３に油圧を
導入するように切換える。すると、上述のような高速カ
ム１４と低速カム１３．１３’　のベースサークルにお
いてピストン３４が突出し、第６図（ｂ）のように高速
用ロッカアーム１７の上部自由端１７ａとシャフト２１
との間に差込まれる。そこで高速用ロヅカアーム１７が
、ピストン３４．シャフト２１を介して低速用ロッカア
ーム１５．１５’に揺動方向に対し一体結合する。そし
て低速カム１３．１３’のリフト部１３ａ等はローラフ
ォロア２０．２０’から浮上することで、低速用ロッカ
アーム１５．１５’　、高速用ロッカアーム１７の全体
が高速カム１４に追従して揺動し、吸気バルブ３，３′
　を弁開閉動作する。

この場合は、高速カム１４が高速用ロッカアーム１７の
スリツバ１７ｂに摺接するが、高速で接することで油膜
により小さなフリクションロスとなり、第７図の曲線Ｉ
Ｈのように高開角のバルブタイミングで、高速性能を発
揮するようになる。

一方、上述の低速、高速の切換タイミングは、スロット
ル開度θによって修正され、燃費、加速性等を向上する
。また、水温Ｔｖにより冷態時は低速域に保持されるこ
とで、安定性、暖機を促進することになる。

以上、本発明の実施例について述べたが、低速。

高速の切換制御系において更に他のパラメータも加味し
得る。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、可変バルブタ
イミング式動弁装置として低速用。

高速用の２組のカム、ロッカアームを用い、機械的に分
離、結合する方式において、低速用にローラフォロアを
介して作動するので、駆動トルクを低減して燃費等を向
上し得る。

さらに、高速時にはスリッパ式の採用で設計時の最大ロ
ーラ荷重が低く抑えられ、動弁系を小型。

軽量化し得る。

また、ローラフォロアはロッカアームに大部分埋設され
るので、カムの高さの増大を防止し得る。

さらにまた、切換手段はローラフォロアのシャフトを利
用し、このシャフトとロッカアームとの隙間にピストン
を差込む構成であるから、構造が簡素化し、ローラフォ
ロアの存在に対しそれと関係無くコンパクトに組付けら
れる。

またさらに、結合時に切換手段のピストンを介して２組
のロッカアームが揺動方向に一体化するので、結合力が
強く、耐久性の点でも有利である。

そして、低速用と高速用のカムのベースサークルが異な
ることで、カムフォロアの設計自由度が増し、特に低速
用のベースサークルは大径のためランプ領域を充分設定
してバルブ着座音を低減し得る。

また、切換制御系では各運転条件に応じ低速または高速
の領域を判断し、切換弁で切換手段に給排油するので、
切換えを最適に行い得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の可変バルブタイミング式動弁装置の実
施例を一部断面した側面図、第２図は同平面図、第３図は一部断面した正面図、第４図は切換手段の拡大断面図、第５図（ａ）は切換手段の制御系を示す図、（ｂ）はエ
ンジントルク特性を示す図、第６図（ａ）　、　（ｂ）は低速、高速の作動状態を示
す図、第７図はバルブリフトカーブを示す図、第８図はフリク
ション・ロスの状態を示す図である。３．３′・・・吸気バルブ、ｌＯ・・・動弁装置、１３
．１３’低速カム、１４．１４’・・・高速カム、１５
．１５’　・・・低速用ロッカアーム、１７・・・高速
用ロッカアーム、１７ｂ・・・スリッパ、２０．２０’
・・・ローラフォロア、２１・・・シャフト、３０．３
０゜′・・・切換手段、３４・・・ピストン、４５・・
・切換弁、５０・・・制御ユニット第 λ 図第３図

Claims

【特許請求の範囲】低速用と高速用の２組のカム、ロッカアームを有し、上
記低速用ロッカアームをバルブ側に連結し、切換手段に
よりロッカアーム側を相互に分離または結合してバルブ
タイミングを可変にする動弁系において、上記低速用ロッカアームにはローラフォロアを一部露出
するように埋設して、上記ローラフォロアに大径のベー
スサークルに狭開角低リフトで形成される低速カムを接
し、上記高速用ロッカアームにはスリッパを設けて、小径の
ベースサークルに広開角高リフトで形成される高速カム
を接し、上記切換手段は上記高速用ロッカアームにのみ内蔵して
、ピストンを上記高速用ロッカアームと低速用ロッカア
ームのローラフォロアとの隙間に出入りして分離または
結合するように設け、上記切換手段への油圧回路には切
換弁を設け、制御ユニットで各運転条件に応じて低速と
高速の各領域を判断し、上記切換弁により上記切換手段
に給排油することを特徴とする可変バルブタイミング式
動弁装置。