JPH0747924B2 - 内燃機関の弁作動状態切換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の回転速度に応じて吸気弁または排
気弁の作動状態を段階的に変化させるための弁作動状態
切換装置に関し、特に隣接する複数のカムフォロワを選
択的に連結または連結解除して一体的にまたは別個に作
動させる連結切換手段を備えた内燃機関の弁作動状態切
換装置に関する。

〈従来の技術〉 従来より、例えば本出願人による特開昭61−19911号公
報等に於て、機関の回転に同期して回転駆動されるカム
軸に１対の低速用カムと単一の高速用カムとを一体的に
隣接配置し、低速用カムに摺接しかつ１対の吸気弁また
は排気弁に係合する１対の直動ロッカアームと高速用カ
ムに摺接する遊動ロッカアームとを相対角変位可能にロ
ッカシャフトに枢支し、かつ各ロッカアームをエンジン
回転速度に応じて一体的にまたは別個に駆動するように
した弁動機構が種々提案されている。

各ロッカアームは、それらに内設されたガイド孔に摺合
するピストンをエンジン回転速度に応じて隣接するロッ
カアームのガイド孔に跨って係合するように往復駆動さ
せる連結切換手段によって一体的に連結され、または連
結解除される。ピストンは、ばね手段によって常時ロッ
カアームを相対変位させる非連結位置に向けて付勢され
ており、機関の回転速度が或る設定値まで増大すると作
動油圧が供給されてばね手段の付勢力に抗して連結位置
に駆動される。この作動油圧は、通常機関の回転によっ
て駆動される潤滑油ポンプからエンジン回転速度に応じ
て開閉する切換弁を介して供給される。

一方、カムとロッカアームのカムスリッパとの間の面圧
は第５図に示すようにエンジン回転速度の増大と共に減
少する傾向にあるが、弁作動状態が低速運転対応から高
速運転対応に切り換わり、上記した複数のロッカアーム
同士が互いに連結された後は、１個の高速用カムで２個
の弁を駆動することになるので、カム面圧がP1からP2へ
と急激に上昇した後、エンジン回転速度の増大と共に再
び減少することとなる。この逆に、エンジン回転速度が
減少するとカム面圧が増大するが、弁作動状態が低速運
転対応に切り換わるところでは、カム面圧がP2からP1へ
と急激に降下する。

ところが、切換弁の作動不良等何らかの事情により機関
の低速回転域でもロッカアームが連結されていると、カ
ム面圧がエンジン回転速度の減少と共に増大し続け、過
大となって摩耗によるカムの損傷や燃費悪化等の不都合
を生じる虞れがある。

〈発明が解決しようとする課題〉 そこで、本発明の目的は、機関の低速回転域では、連結
切換手段に作動流体圧が供給されている場合でも自動的
にロッカアームの連結状態を解除してカム面圧が過大に
なることを防止し得る所謂フェールセイフ機関を備えた
内燃機関の弁作動状態切換装置を提供することにある。

［発明の構成］ 〈課題を解決するための手段〉 上述の目的は、本発明によれば、互いに異なるプロフィ
ルが与えられた低速用カム及び高速用カムを一体的に連
設してなり機関の回転に同期して回転駆動されるカム軸
と、燃焼室の吸気ポート或いは排気ポートに設けられ、
常時閉弁方向へばね付勢されると共に前記カムにより開
弁駆動される弁と、前記カムの揚程を前記弁に伝達する
べく互いに相対角変位可能に隣接配置される複数の伝達
部材と、前記複数の伝達部材間を一体的に連結する高速
モード状態および前記複数の伝達部材間を切離す低速モ
ード状態を機関の回転速度に応じて選択的に切変えるた
めの連結切変手段と、該連結切換手段を前記低速モード
状態側へ常時付勢するためのばね手段と、該ばね手段の
付勢力に抗して前記連結切換手段を前記高速モード状態
側へ駆動する油圧を発生する油圧発生手段とを有する内
燃機関の弁作動状態切換装置であって、前記油圧発生手
段を、機関の回転速度の増大に応じて吐出圧が増大する
ものとし、前記ばね手段の付勢力と前記油圧発生手段の
吐出圧との関係を、機関の回転速度が低速モード領域か
ら高速モード領域へ移行する点に於ける前記油圧発生手
段の吐出圧が前記ばね手段の付勢力を上回り、かつ前記
移行点よりも低い所定の回転速度に於ける前記油圧発生
手段の吐出圧が前記ばね手段の付勢力を下回るように設
定すると共に、前記伝達部材が連結状態の時に前記所定
の回転速度に於て発生するカム面圧が、前記伝達部材が
非連結状態の時に機関のアイドル回転速度で発生するカ
ム面圧と略等しいかあるいはより小さくなるように設定
することを特徴とする内燃機関の弁作動状態切換装置を
提供することにより達成される。

〈作用〉 このようにすれば、油圧発生手段から吐出される作動流
体圧が連結切換手段に作用していても、機関の回転速度
が所定の回転速度まで低下すると、その時点に於て油圧
発生手段の吐出圧がばね手段の付勢力よりも小さくなっ
ているので、各ロッカアーム間の連結が解除される低速
モード状態側に連結切換手段が自動的に復帰することと
なる。これに加えて、伝達部材が連結状態の時に所定の
回転速度に於て発生するカム面圧を、伝達部材が非連結
状態の時に機関のアイドル回転速度で発生するカム面圧
と略等しいかあるいは小さくなるように設定することに
より、カム面圧の最大値を適切に規定することができ
る。

〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。

第１図に示されるように内燃機関本体に設けられた１対
の吸気弁1a、1bは、図示されないクランク軸の1/2の速
度で同期駆動されるカム軸２に設けられた一対の低速用
カム3a、3b及び単一の高速用カム４と、これら各カムに
それぞれ摺接して揺動する伝達部材としての第１〜第３
ロッカアーム５〜７とによって開閉動作を行なう。ま
た、前記機関は、上記した吸気弁1a、1bと同様に開閉駆
動される１対の排気弁（図示せず）を備える。

第１〜第３ロッカアーム５〜７は、カム軸２と平行にか
つその下方に架設されたロッカシャフト８に互いに隣接
して揺動自在に軸支されている。第１及び第３ロッカア
ーム５、７は基本的に同一形状をなし、その基部がロッ
カシャフト８に軸支され、かつ遊端部が吸気弁1a、1bの
上方へ延出している。両ロッカアーム５、７の遊端部に
は、各吸気弁1a、1bの上端に当接するタペットねじ9a、
9bがそれぞれロックナット10a、10bにより読み止めして
進退可能に螺着されている。また、両ロッカアーム５、
７の中央部上面には、低速用カム3a、3bにそれぞれ摺接
するカムスリッパ5a、7aが形成されている。

第２ロッカアーム６は、その基部が第１及び第３ロッカ
アーム５、７間でロッカシャフト８に軸支されている。
第２ロッカアーム６の遊端部は、ロッカシャフト８から
両吸気弁1a、1bの中間に向けて僅かに延出しており、そ
の上面に高速用カムに摺接するカムスリッパ6aが形成さ
れ、かつ下面にはシリンダヘッド側に固定されたリフタ
（図示せず）の上端面が当接している。このリフタは、
ロストモーションスプリングとして第２ロッカアーム６
を常時上向きに付勢してカムスリッパ6aが高速用カム４
に常時摺接するようにしている。

機関本体の上方に回転自在に枢支されたカム軸２には、
第１及び第３ロッカアーム５、７に対応する低速用カム
3a、3bと第２ロッカアーム６に対応する高速用カム４と
が一体的に連設されている。第２図に良く示されるよう
に、低速用カム3a、3bは比較的小さな揚程を有し、かつ
機関の低速運転時に適合した卵形断面のカムプロフィル
に形成されており、それぞれ第１及び第３ロッカアーム
５、７のカムスリッパ5a、7bに摺接する。高速用カム
は、低速用カム3a、3bに比してより広角度に亘る大きな
揚程を有し、かつ高速運転時に適合した卵形断面のカム
プロフィルに形成されており、第２ロッカアーム６のカ
ムスリッパ6aに摺接する。

第１〜第３ロッカアーム５〜７は、それらの中央部に内
蔵された連結切換手段としての連結装置11によって一体
的に揺動し得るような状態と相対変位し得る状態とに切
換可能である。また、両吸気弁1a、1bの上部にはリテー
ナ12a、12bがそれぞれ設けられ、かつ両吸気弁1a、1bの
ステム部を囲繞するように機関本体との間に介装された
バルブスプリング13a、13bが両弁1a、1bを閉弁方向即ち
第２図に於て上向きに付勢している。

第３図に良く示されるように、第１ロッカアーム５に
は、第２ロッカアーム６側に向けて開放する第１ガイド
孔14がロッカシャフト８と平行に穿設されている。第１
ガイド孔14の底部側には、小径部15とこれに伴う段部16
とが形成されている。第２ロッカアーム６には、第１ロ
ッカアーム５の第１ガイド孔14に連通する第２ガイド孔
17が貫設されている。第３ロッカアーム７には、第２ガ
イド孔17に連通する第３ガイド孔18が穿設されている。
第３ガイド孔18には段部20が形成され、かつ底部には小
径の貫通孔19が第３ガイド孔18と同心に穿設されてい
る。

第１〜第３ガイド孔14、17、18には、それぞれ第１ピス
トン21と第２ピストン22とストッパ23とが摺合してい
る。ストッパ23は、ばね手段としての圧縮コイルばねか
らなるリターンスプリング24により第１及び第２ロッカ
アーム５、６側に付勢されてピストン21、22の移動を規
制している。第１ピストン21は、その一端が第１ガイド
孔14の段部16に当接する位置で他端が第１ガイド孔14か
ら突出しないような軸線方向長さを有する。第２ピスト
ン22は第２ガイド孔17と等しい軸線方向長さを有する。
ストッパ23は第３ガイド孔18底部の貫通孔19に挿通され
たガイド棒23aを有する。

第１ガイド孔14の底部には、第１ピストン21の端面との
間に油圧室25が郭定されている。ロッカシャフト８内に
は作動油供給通路26が穿設されており、ロッカシャフト
８の周壁に穿設された連通孔27と第１ロッカアーム５に
内設された連通路28とを介して油圧室25に連通してい
る。この作動油供給通路26から第１ロッカアーム５の揺
動状態の如何に拘らず常に作動油を油圧室25に導入する
ことができる。

作動油供給通路26は、電磁弁31を介して油圧発生手段と
しての潤滑油ポンプ32に接続されている。オイルパン33
に貯留される潤滑油は潤滑油ポンプ32によって圧送さ
れ、電磁弁31を介して作動油供給通路26に供給される。
潤滑油ポンプ32は機関のクランク軸に連結駆動されるの
で、供給される油圧は第６図に示すようにエンジン回転
速度の増大に従って増大する。

機関の中低速域では、電磁弁31が開弁されるので、連結
装置11の油圧室25には油圧が供給されない。従って、各
ピストン21、22がリターンスプリング24の付勢力によっ
て第３図のように各ガイド孔14、17内に位置するので、
各ロッカアーム５〜７は互いに相対角変位することがで
きる。このような連結装置11の非連結状態（低速モード
状態）では、カム軸２の回転動作により第１及び第３ロ
ッカアーム５、７がそれぞれ低速用カム3a、3bと摺接し
て揺動し、両吸気弁1a、1bを開閉駆動する。この場合
に、第２ロッカアーム６は高速用カム６と摺接して揺動
するが、両吸気弁1a、1bの作動には何ら影響を及ぼさな
い。

機関の高速運転時には、電磁弁31が開弁されることによ
って作動油供給通路26から連通孔27及び連通路28を介し
て油圧室25に作動油圧が供給される。これにより、第４
図に示されるように、ストッパ23が第３ガイド孔18の段
部20に当接するまで第１ピストン21がリターンスプリン
グ24の付勢力に抗して第２ロッカアーム６側へ移行し、
かつ第２ピストン22が第１ピストン21に押されて第３ロ
ッカアーム７側へ移動する。このようにして第１及び第
２ロッカアーム５、６が第１ピストン21により、第２及
び第３ロッカアーム６、７が第２ピストンによりそれぞ
れ連結される。この連結状態（高速モード状態）では、
高速用カム４に摺接する第２ロッカアーム６の揺動量が
最も大きいので、第１及び第３ロッカアーム５、７は第
２ロッカアーム６と共に揺動し、両吸気弁1a、1bを高速
用カム４のカムプロフィルに従って開閉駆動する。

第５図には、エンジン回転速度に対する各カム3a、3b、
４とカムスリッパ5a〜7a間の面圧の変化が示されてい
る。このカム面圧は、最も厳しい面圧を受けるカムのノ
ーズ部分に着目したものである。

カム面圧Ｐは、機関のアイドル回転速度N1に於ける最大
面圧Pmaxからエンジン回転速度の増大に従って減少す
る。所定のエンジン回転速度N2に於て弁作動状態を低速
運転から高速運転に切り換えると、カム面圧はP1からP2
へと急激に上昇し、更にエンジン回転速度が最大速度Nm
axまで増大する間、同様に減少する。

逆に、エンジン回転速度が減少するとカム面圧は増大す
るが、通常上記したエンジン回転速度N2で弁作動状態が
高速運転から低速運転に切り換えられるとP2からP1へと
急激に減少する。しかし、機関の低速回転域でも、電磁
弁31が作動不良等によって開いている場合には、作動油
供給通路26から油圧室25に油圧が供給され続けるので、
エンジン回転速度がN2以下であってもロッカアームの連
結状態が解除されず、カム面圧が破線Ａで示すようにエ
ンジン回転速度の減少に従って増大する。

他方、第６図に示されるように、潤滑油ポンプ32から供
給される油圧ｐは、エンジン回転速度の増大に従って増
大し、弁作動状態を切り換えるエンジン回転速度N2で
は、リターンスプリング24の付勢力に抗して充分にピス
トンを連結位置に駆動し得る油圧p0が油圧室25に供給さ
れる。そして、油圧ｐはエンジン回転速度の最大速度Nm
ax付近で最大油圧ｐmaxとなる。

本実施例では、高速用カム４の面圧がアイドル回転速度
N1に於ける低速用カム3a、3bの最大面圧Pmaxと等しくな
るエンジン回転速度N3（N1〈N3〈N2）に於て、潤滑油ポ
ンプ32から供給される油圧p1（p1〈p0）と略等しくなる
ように、第３ガイド孔18内のリターンスプリング24の付
勢力が設定されている。従って、機関の低速運転時に各
ロッカアームが連結されている場合には、エンジン回転
速度がN3以下に減少すると、リターンスプリング24の付
勢力が油圧室25に作用する油圧を上回るので、それによ
り各ピストンを自動的に非連結位置に復帰させることが
できる。また、油圧p1はp0より充分に小さく設定されて
いるので、弁作動状態の低速運転から高速運転への切換
時にリターンスプリング24の付勢力が連結装置11の円滑
なピストンの動作を妨げることはない。

尚、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、
様々な変形・変更を加えて実施することができる。例え
ば、油圧供給源としては潤滑油ポンプ以外の他の周知手
段を用いることができ、またピストンの作動圧力として
圧縮空気を使用することができる。リターンスプリング
24の特性を決定する油圧p1は、ピストンを駆動する油圧
p0との差を充分に考慮しつつ、高速用カム４が許容し得
る面圧の範囲内で適当に設定することができる。

〈発明の効果〉 上述したように本発明によれば、潤滑油ポンプから供給
されるピストンの作動油圧がエンジン回転速度に従って
増大しており、機関の低速回転域では弁の作動状態を切
り換えるエンジン回転速度とアイドル回転速度との間の
或るエンジン回転速度で作動油圧を上回るようにリター
ンスプリングの付勢力を設定することによって、ピスト
ンを連結位置から自動的に非連結位置に復帰させること
ができるので、モード切換え回転速度よりも低い所定の
回転速度に於て各ロッカアーム間が連結状態の時に発生
するカム面圧を、各ロッカーアーム間が非連結状態の時
に機関のアイドル回転速度で発生するカム面圧と略等し
いかあるいは小さくなるように設定することと相俟っ
て、カム面圧の過大によるカム等の損傷や燃費悪化を有
効に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用した弁作動状態切換装置を有す
る動弁機構の上面図である。 第２図は、第１図の矢印IIから見た矢視図である。 第３図は、低速運転状態に於ける第２図のIII−III線に
沿う断面図である。 第４図は、高速運転状態に於ける第３図と同様の断面図
である。 第５図は、エンジン回転速度に関するカムの面圧を示す
線図である。 第６図は、エンジン回転速度に関する作動油圧の変化を
示す線図である。 1a、1b……吸気弁、２……カム軸 3a、3b……低速用カム ４……高速用カム、５……第１ロッカアーム ６……第２ロッカアーム、７……第３ロッカアーム 5a〜7a……カムスリッパ ８……ロッカシャフト、9a、9b……タペットねじ 10a、10b……ロックナット 11……連結装置、12a、12b……リテーナ 13a、13b……バルブスプリング 14……第１ガイド孔、15……小径部 16……段部、17……第２ガイド孔 18……第３ガイド孔、19……貫通孔 20……段部、21……第１ピストン 22……第２ピストン、23……ストッパ 23a……ガイド棒、24……リターンスプリング 25……油圧室、26……作動油供給通路 27……連通孔、28……連通路 31……電磁弁、32……油圧ホンプ 33……オイルパン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに異なるプロフィルが与えられた低速
   用カム（3a、3b）及び高速用カム（４）を一体的に連設
   してなり機関の回転に同期して回転駆動されるカム軸
   （２）と、燃焼室の吸気ポート或いは排気ポートに設け
   られ、常時閉弁方向へばね付勢されると共に前記カムに
   より開弁駆動される弁（1a、1b）と、前記カムの揚程を
   前記弁に伝達するべく互いに相対角変位可能に隣接配置
   される複数の伝達部材（５〜７）と、前記複数の伝達部
   材間を一体的に連結する高速モード状態および前記複数
   の伝達部材間を切離す低速モード状態を機関の回転速度
   に応じて選択的に切変えるための連結切変手段（11）
   と、該連結切変手段を前記低速モード状態側へ常時付勢
   するためのばね手段（24）と、該ばね手段の付勢力に抗
   して前記連結切換手段を前記高速モード状態側へ駆動す
   る油圧を発生する油圧発生手段（32）とを有する内燃機
   関の弁作動状態切換装置であって、 前記油圧発生手段を、機関の回転速度の増大に応じて吐
   出圧が増大するものとし、 前記ばね手段の付勢力と前記油圧発生手段の吐出圧との
   関係を、機関の回転速度が低速モード領域から高速モー
   ド領域へ移行する点（N2）に於ける前記油圧発生手段の
   吐出圧が前記ばね手段の付勢力を上回り、かつ前記移行
   点よりも低い所定の回転速度（N3）に於ける前記油圧発
   生手段の吐出圧が前記ばね手段の付勢力を下回るように
   設定すると共に、 前記伝達部材が連結状態の時に前記所定の回転速度に於
   て発生するカム面圧が、前記伝達部材が非連結状態の時
   に機関のアイドル回転速度（N1）で発生するカム面圧と
   略等しいかあるいはより小さくなるように設定すること
   を特徴とする内燃機関の弁作動状態切換装置。