JPH0533618A - エンジンの弁作動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子出願以前の出願であるので 要約・選択図及び出願人の識別番号は存在しない。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はエンジンの弁作動装置、特にエンジ ンの運転条件に応じて弁リフト特性を切換えるも のに関する。

（従来の技術） 従来からの低中速運転時のトルクと高速運転時の 出力向上を両立するため、運転状態に応じて吸気 弁または排気弁のリフト特性を異ならせ、これに よって吸排気のタイミングあるいは吸排気量を制 御することが知られている（例えば特開昭６３− １６７０１６号公報、特開昭６３−５７８０５号 公報等参照）。

これについて説明すると、その揺動先端が弁に 当接するメインロッカアームと、このメインロッ カアームの片側に隣接して弁との当接部位を持た ないサブロッカアームとが共通のロッカシャフト に揺動可能に支持され、メインロッカアームには 低速用カムが、サブロッカアームには低速用カム よりも開弁角度または弁リフト量が大きくなるプ ロフィールを有する高速用カムがそれぞれ摺接さ れる。

ロッカシャフトから所定の距離だけ離れた揺動 部位においてロッカシャフトと平行な方向には、 作動油圧に応動する結合ピンが嵌合孔に嵌まりあ るいは嵌合孔から抜けることで、二つのロッカア ームが結合されたりあるいはその結合が解かれた りする。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような従来装置では、一つの弁 に対して三つ以上のカムの切換えを行う場合、三 つのロッカアームに対して二つの結合ピンと、各 結合ピンを駆動する手段として二つ以上の作動油 圧通路が必要となり、構造の複雑化と共にロッカ アームの大型化を招き、三つ以上のカムの切換え を難しくしていた。

この発明はこのような従来の問題点に着目し、 各ロッカアーム間の連結構造の簡素化をはかり、 三つ以上のカムの切換えを可能とする弁作動装置 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） この発明は、吸気弁または排気弁を開閉駆動す るメインロッカアームに対して相対変位可能に設 けれる複数のサブロッカアームを設け、メインロッ カアームと各サブロッカアームに渡って嵌合可能 に摺動する複数のピンを同軸方向に直列に介装し、 各ピンをメインロッカアームに対する各サブロッ カアームの相対変位が可能となる所定の摺動位置 （非拘束位置）に保持する複数のリターンスプリン グを設け、各リターンスプリングの初期バネ荷重 を段階的に高めるとともに、各リターンスプリン グを圧縮しながら各ピンを軸方向に摺動させてメ インロッカアームに対する各サブロッカアームの 相対変位を順に係止する駆動手段を設ける一方、 メインロッカアームおよび各サブロッカアームを 従動させる複数のカムを設け、メインロッカアー ム側のカムよりリフト量もしくは開弁角度が大き いサブロッカアーム側の各カムのリフト量もしく は開弁角度を前記リターンスプリングの初期バネ 荷重に対応させて段階的に大きく形成した。

（作用） 上記構成に基づき、各リターンスプリングの付 勢力により各ピンが共に非拘束位置に保持された 状態では、各カムに従動する各サブロッカアーム はメインロッカアームに対して相対変位してメイ ンロッカアームの動きを妨げることがなく、メイ ンロッカアームは直接的に従動するカムのプロフィ ールに従って弁を開閉駆動する。

駆動手段により一つのピンが初期バネ荷重の比 較的に小さなリターンスプリングを圧縮しながら 一つのサブロッカアームを拘束する摺動位置に保 持されるとともに、他のピンが初期バネ荷重の比 較的に大きなリターンスプリングの付勢力により 非拘束位置に保持される状態では、メインロッカ アームは一つのサブロッカアームと一体となって 揺動し、このサブロッカアームが従動するカムの プロフィールに従って弁を開閉駆動し、弁のリフ ト量または開弁期間が大きくなる。このとき、他 のサブロッカアームはメインロッカアームに対し て相対変位してメインロッカアームの動きを妨げ ることがなく、またメインロッカアームはプロフィ ールの比較的に小さいカムから浮き上がる。

駆動手段による各ピンに対する駆動力が高めら れ、二つのピンが二つのリターンスプリングを圧 縮しながら所定のストロークだけ摺動して、二つ のサブロッカアームの相対変位を係止する状態で は、メインロッカアームは二つのサブロッカアー ムと一体となって揺動し、後から結合したサブロッ カアームが従動するカムのプロフィールに従って 弁を開閉駆動し、弁のリフト量または開弁期間が さらに大きくなる。このとき、メインロッカアー ムおよび先に結合したサブロッカアームはそれぞ れプロフィールの比較的に小さい各カムから浮き 上がる。

このようにメインロッカアームに対して各サブ ロッカアームを結合する複数のピンを共通の駆動 手段により摺動されるため、三つ以上のカムを切 り換える弁作動装置の場合もメインロッカアーム には駆動手段として例えば一つの作動油圧回路ま たは一つの電磁アクチュエータ等を設ければ良く、 メインロッカアームの構造を大幅に簡素化するこ とが可能となる。

（実施例） 第１図、第２図、第３図、第４図は、１つの気 筒について同一の機能を有する二つの弁（吸気弁、 排気弁のいずれでも良く、図示のものは吸気弁と する）を備えたエンジンに対して本発明を適用し た場合の実施例を示している。

これについて説明すると、各気筒には２本の吸 気弁９に対応して単一のメインロッカアーム１が 設けられる。メインロッカアーム１の基端は各気 筒に共通なメインロッカシャフト１２を介してシ リンダヘッド１５に揺動自在に支持され、メイン ロッカアーム１の先端には各吸気弁９のステム頂 部にシム１０を介して当接する一対のバルブフォ ロワ部１Ｂが一体形成される。各吸気弁９はメイ ンロッカアーム１によってバルブスプリング１８ を圧縮しながら押し下げられて各吸気ポート１９ を開く。

メインロッカアーム１にはシャフト１３にニー ドルベアリング１４を介してローラフォロワ４が 回転自在に連結され、このローラフォロワ４にパ ーシャル用カム２１を転接させる。

メインロッカアーム１は平面図上ほぼ矩形に形 成され、メインロッカアーム１にはローラフォロ ワ４と並んで２つのサブロッカアーム２，３が設 けられる。各サブロッカアーム２，３の基端はサ ブロッカシャフト１６を介してメインロッカアー ム１に相対回転可能に連結される。

各サブロッカアーム２，３は吸気弁９に当接す る部位を持たず、それぞれの先端には低速用カム ２２と高速用カム２３に摺接するカムフォロワ部 ２Ａ，３Ａが断面円弧状に突出して形成され、そ の下側にはこのカムフォロア部２Ａ，３Ａを各カ ム２２，２３に押し付けるロストモーションスプ リング７がそれぞれ介装される。なお、各ロスト モーションスプリング７と各サブロッカアーム２， ３の間にはメインロッカアーム１に摺動可能に嵌 合する筒状リフタ８が介装される。各リテーナ５ ２は２本のボルト５３を介してメインロッカアー ム１に締結される。

第５図にも示すように、メインロッカアーム１ に対する各ロッカアーム２，３の相対変位を係止 可能とするため、メインロッカアーム１および各 サブロッカアーム２，３には、メインロッカシャ フト１２から所定の距離だけ離れた揺動部位にお いて、メインロッカシャフト１２と平行な方向に 六つのピン３１〜３６が摺動自在に設けられる。

各サブロッカアーム２，３には各嵌合孔４２，４ ３が形成される一方、メインロッカアーム１には 両嵌合孔４２，４３を挾むようにして、三つの嵌 合孔４４，４５，４６がそれぞれ同一径で形成され る。ローラフォロワ４および各サブロッカアーム ２，３が各カム２１，２２，２３のベースサークル 部に接する回転角度範囲で、各嵌合孔４２〜４６ は互いに同一軸上に並ぶように配置される。

ピン３１はメインロッカアーム１の嵌合孔４４ とサブロッカアーム２の嵌合孔４２に渡って摺動 可能に嵌挿される。このピン３１の一端に当接す るピン３２はサブロッカアーム２の嵌合孔４２と メインロッカアーム１の嵌合孔４５に渡って摺動 可能に嵌挿される。

ピン３２の一端に当接するピン３３はメインロッ カアーム１の嵌合孔４５に摺動可能に嵌挿され、 このピン３３の一端にはリターンスプリング３７ が着座し、このリターンスプリング３７の付勢力 によりピン３１は栓体４７に当接してメインロッ カアーム１の嵌合孔４４に収まるとともに、ピン ３２がサブロッカアーム２の嵌合孔４２に収まる 位置（非拘束位置）に保持される。

リターンスプリング３７の他端に着座するピン ３４はメインロッカアーム１の嵌合孔４５とサブ ロッカアーム３の嵌合孔４３に渡って摺動可能に 嵌挿される。このピン３４の一端に当接するピン ３５はサブロッカアーム３の嵌合孔４３とメイン ロッカアーム１の嵌合孔４６の間に渡って摺動可 能に嵌挿される。このピン３５の一端に当接する ピン３６はメインロッカアーム１の嵌合孔４６に 摺動可能に嵌合する。このピン３６の一端にリタ ーンスプリング３８が着座し、このリターンスプ リング３８の付勢力によりピン３６がストッパー ピン４０に当接した状態で、リターンスプリング ３７の付勢力によりピン３５はサブロッカアーム ３の嵌合孔４３に収まり、同じくピン３４はメイ ンロッカアーム１の嵌合孔４５に収まる位置（非 拘束位置）に保持される。

リターンスプリング３８の初期バネ荷重はリタ ーンスプリング３７の初期バネ荷重より高められ る。上記各ピン３１〜３６の非拘束位置で各リタ ーンスプリング３７，３８を挾むピン３３と３４ の間、ピン３６と端面４１の間にそれぞれ所定の 間隙が設けられ、リターンスプリング３７の最収 縮時のバネ荷重は、リターンスプリング３８の最 伸張時のバネ荷重より小さく設定される。なおリ ターンスプリング３８の一端が着座する端面４１ には空気抜き孔５５が開口する。

各ピン３１〜３６を各リターンスプリング３７， ３８に抗して摺動させる駆動手段として、ピン３ １の一端に作動油圧Ｐを導く作動油圧通路３９が 設けられる。

作動油圧通路３９は、メインロッカアーム１に おいてピン３１の端面とメインロッカシャフト１ ２に対する軸受面とを連通する通孔４８と、メイ ンロッカシャフト１２の外周に形成される環状溝 ４９と、この環状溝４９に開口してメインロッカ シャフト１２の内部を通るオイルギャラリ５０等 により構成される。オイルギャラリ５０にはオイ ルポンプの吐出油圧を図示しない制御弁を介して 減圧した作動油圧Ｐが導かれる。なお、メインロッ カシャフト１２の内部には潤滑用オイル７を導く オイルギャラリ５１が並列に設けられている。

作動油圧Ｐは、リターンスプリング３７の初期 バネ荷重より小さい最小値、リターンスプリング ３７の初期バネ荷重より大きくリターンスプリン グ３８の初期バネ荷重より小さい中間値と、リタ ーンスプリング３８の初期バネ荷重より大きい最 大値との３段階に切り換えられ、後述するように 各リターンスプリング３７，３８を順に圧縮しな がら各ピン３１〜３６の摺動位置を変えて、各カ ム２１，２２，２３の切り換えが行われる。

油圧制御弁の作動を電子制御するコントロール ユニットはエンジン回転信号、冷却水温信号、作 動油の温度信号、過給機による吸気の過給圧力信 号、スロットバルブの開度信号等を入力して、 これらの検出値に基づいてエンジントルクの急激 な変動を抑えつつ、各カム２１，２２，２３の切換 えを円滑に行う。

各カム２１，２２，２３はそれぞれ共通のカムシャ フト１１に一体形成され、エンジンのパーシャル 時と高負荷低回転時および高回転時において要求 される弁リフト特性を満足するように異なるプロ フィール（大きさが異なる相似形も含む）に形成さ れている。ここでは、パーシャル用のカム２１、低 速用カム２２、高速用カム２３の順で弁リフト量、 開弁期間を共に大きくしてある。これにより、最 も小リフト量、小開弁期間のカム２１を用いて部 分負荷、アイドル運転時に用いて燃費の向上をは かる一方、高負荷低速運転時に中リフト量、中間 弁期間の低速用カム２２を用い、高負荷高速運転 時に大リフト量、大開弁期間の高速用カム２３に 切り換えて高出力化と両立させる。

次に作用について説明する。

エンジンのパーシャル運転時に、作動油圧Ｐは 最小値に保たれ、第５図に示すように、各リター ンスプリング３７，３８は伸張して、各ピン３１ 〜３６が各サブロッカアーム２，３の非拘束位置 に収まり、メインロッカアーム１の動きを妨げな い。これにより、メインロッカアーム１はパーシャ ル用カム２１のプロフィールに従って揺動し、各 吸気弁９を開閉駆動する。

エンジンの低速高負荷運転時に、作動油圧Ｐは 中間値に高められ、第６図に示すように、一方の リターンスプリング３７を圧縮しながら各ピン３ １，３２，３３が移動して、サブロッカアーム２と メインロッカアーム１の間に渡って嵌合する拘束 位置に保持される。これに対して他方のリターン スプリング３８は伸張して各ピン３４，３５，３６ はサブロッカアーム３の非拘束位置に収まって、 メインロッカアーム１の動きを妨げない。これに より、メインロッカアーム１はサブロッカアーム ２と一体となって揺動し、サブロッカアーム２を 介して低速用カム２２のプロフィールに従って揺 動し、各吸気弁９を開閉駆動する。このとき、ロ ーラフォロワ４は低速用カム２１から浮き上がっ ている。

エンジンの高速高負荷運転時に、作動油圧Ｐは 最大値に高められ、第７図に示すように、両方の リターンスプリング３７，３８を圧縮しながら各 ピン３１〜３６が移動して、各サブロッカアーム ２，３をメインロッカアーム１と一体となって揺 動させる拘束位置に保持される。メインロッカア ーム１はサブロッカアーム３を介して高速用カム ２３のプロフィールに従って揺動し、各吸気弁９ を開閉駆動する。このとき、ローラフォロワ４お よびサブロッカアーム２は各カム２１，２２から 浮き上がっている。

逆に作動油圧Ｐが最大値から中間値または最小 値に低下されることにより、各ピン３１〜３６が 上記動作と逆方向に動き、メインロッカアーム１ に対する各サブロッカアーム２，３の拘束が解除 され、各カム２１，２２，２３の切換えが順次行わ れる。

このようにして、各リターンスプリング３７， ３８の初期バネ荷重を段階的に高めるとともに、 各カム２１，２２，２３のプロフィールを順次大き くすることにより、単一の作動油圧通路３９によ り三つのカム２１，２２，２３を切り換えることが 可能となり、メインロッカアーム１の構造の簡素 化がはかれる。

また、ピン３１を軸方向に摺動させる駆動手段 として、メインロッカアーム１に電磁力を用いる アクチュエータを介装することも考えられる。

次に、第８図に示す他の実施例について説明す ると、各サブロッカアーム２，３が互いに隣接し て設けられる。

メインロッカアーム１および各サブロッカアー ム２，３には、五つのピン６１〜６５が摺動自在 に設けられ、各ピン６１〜６５を所定位置に付勢 するリターンスプリング６６，６７が介装され、 各ピン６１〜６５を摺動させる作用油圧通路６８ が設けられる。

なお、メインロッカアーム１にはバルブクリア ランスを自動的に零に調整する油圧ラッシュアジャ スタ７５とその作動油圧通路７６が設けられてい る。

ローラフォロワ４および各サブロッカアーム２， ３が各カムのベースサークル部に接する回転角度 範囲で、各嵌合孔７１〜７４は互いに同一軸上に 並ぶように配置される。

油圧通路６８からの作動油圧を直接的に受ける ピン６１はメインロッカアーム１の嵌合孔７１と サブロッカアーム２の嵌合孔７２に渡って摺動可 能に嵌挿される。このピン６１の一端に当接する ピン６２はサブロッカアーム２の嵌合孔７２に摺 動可能に嵌挿される。

ピン７２の一端にリターンスプリング６６が着 座し、このリターンスプリング６６の付勢力によ りピン６１は嵌合孔７１の端面に当接して嵌合孔 ７１に収まり、ピン６２がサブロッカアーム２の 嵌合孔７２に収まる非拘束位置に保持される。

リターンスプリング６６の他端を着座させるピ ン６３はサブロッカアーム２の嵌合孔７２とサブ ロッカアーム３の嵌合孔７３に渡って摺動可能に 嵌挿され、このピン６３の一端に当接するピン６ ４はサブロッカアーム３の嵌合孔７３とメインロッ カアーム１の嵌合孔７４の間に渡って摺動可能に 嵌挿され、ピン６４の一端に当接するピン６５は ローラフォロワ４のシャフト７０に形成された嵌 合孔７４に摺動可能に嵌合し、このピン６５の一 端にリターンスプリング６７が着座し、このリタ ーンスプリング６７の付勢力によりピン６５がス トッパ部６９に当接した状態で、リターンスプリ ング６６の付勢力によりピン６５に当接するピン ６４はサブロッカアーム３の嵌合孔７３に収まり、 同じくリターンスプリング６６の付勢力によりピ ン６４に当接するピン６３はサブロッカアーム２ の嵌合孔６２に収まる非拘束位置に保持される。

リターンスプリング６７の初期バネ荷重はリタ ーンスプリング６６の初期バネ荷重より高められ る。上記各ピン６１〜６５の非拘束位置で各リタ ーンスプリング６６，６７を挾むピン６２と６３ の間、ピン６５と端面７６の間に所定の間隙δ_１， δ_２がそれぞれ設けられる。リターンスプリング ６６の最収縮時のバネ荷重は、リターンスプリン グ６７の最伸張時のバネ荷重より小さく設定され る。

エンジンのパーシャル運転時、ピン６１に付与 される作動油圧が各リターンスプリング６６，６ ７の初期バネ荷重より低い最小値に調節され、図 示するようにピン６１は嵌合孔７１の端面に当接 し、またピン６５はストッパー部６９に当接して、 各ピン６１〜６５が各嵌合孔７１〜７４に収まる 非拘束位置に保持される。

これに対してエンジンの高負荷運転時は、ピン ６１に付与される作動油圧が各リターンスプリン グ６６，６７に抗して段階的に高められ、各ピン ６１〜６５を順次拘束位置に摺動させて、３つの カムが順次切換えられる。

この実施例では、各サブロッカアーム２，３を 互いに隣接させることにより、メインロッカアー ム１をさらに小型化することができる。

（発明の効果） この発明は、メインロッカアームと各サブロッ カアームの間に渡って嵌合可能に摺動する複数の ピンを同軸方向に直列に介装し、各ピンを非拘束 位置に付勢する複数のリターンスプリングを設け、 各リターンスプリングの初期バネ荷重を段階的に 高めるとともに、各リターンスプリングを圧縮し ながら各ピンを軸方向に摺動させて、メインロッ カアームに対する各サブロッカアームの相対変位 を順に係止する駆動手段を設ける一方、各ロッカ アームが従動する各カムのプロフィールをメイン ロッカアームに対する相対変位が係止される順に 大きく設定したため、駆動手段として設けられる 作動油圧回路または電磁アクチュエータ等の構造 の簡素化をはかることにより、可動質量を低減し てエンジンの高速化に対応できるとともに、限ら れたエンジンのスペースで多段階に弁のリフト特 性を切り換える弁作動装置を実用化することに貢 献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す動弁系の平面 図、第２図は同図Ａ方向からの矢視図、第３図は 同図Ｂ−Ｂ線に沿う横断面図、第４図は第３図の Ｃ−Ｃ線に沿う横断面図、第５図は第１図のＤ− Ｄ線に沿う縦断面図、第６図，第７図は同じく作 用を示す縦断面図である。第８図は他の実施例を 示す平面図である。 １…メインロッカアーム、２，３…サブロッカ アーム、７…ロストモーションスプリング、９… 吸気弁、１２…メインロッカシャフト、１６…サ ブロッカシャフト、３１〜３６…ピン、３７，３ ８…リターンスプリング、３９…作動油圧回路、 ４０…ストツパーピン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 吸気弁または排気弁を開閉駆動するメイ
   ンロッ カアームに対して相対変位可能に設けれる複数の サブロッカアームを設け、メインロッカアームと 各サブロッカアームに渡って嵌合可能に摺動する 複数のピンを同軸方向に直列に介装し、各ピンを メインロッカアームに対する各サブロッカアーム の相対変位が可能となる所定の摺動位置に保持す る複数のリターンスプリングを設け、各リターン スプリングの初期バネ荷重を段階的に高めるとと もに、各リターンスプリングを圧縮しながら各ピ ンを軸方向に摺動させてメインロッカアームに対 する各サブロッカアームの相対変位を順に係止す る駆動手段を設ける一方、メインロッカアームお よび各サブロッカアームを従動させる複数のカム を設け、メインロッカアーム側のカムよりリフト 量もしくは開弁角度が大きいサブロッカアーム側 の各カムのリフト量もしくは開弁角度を前記リタ ーンスプリングの初期バネ荷重に対応させて段階 的に大きく形成したことを特徴とするエンジンの 弁作動装置。