JP2007523291A - 弁作動停止装置 - Google Patents

Abstract

カムアーム及び弁アームを有するローカーアーム組立体用の弁作動停止装置。戻しばねが、ロックピンを作動位置に向かって付勢してカムアーム及び弁シームを一緒に回転させることができるようになっている。ロックピンを戻しばねの付勢力に抗して並進させると、カムアーム及び弁アームを相対回転可能に切り離すことができる。

Description

本発明は一般に、内燃エンジン用のバルブトレーンに関する。特に、本発明は、バルブトレーンに用いられる弁作動停止装置に関する。

関連出願の参照
本願は、２００４年２月１８日に出願された米国仮特許出願第６０／５４５，７３９号及び２００４年２月２０日に出願された米国仮特許出願第６０／５４６，６９２号の権益主張出願であり、これら米国仮特許出願を参照により引用し、これらの開示内容全体を本明細書の一部とする。

多シリンダ（多気筒）内燃エンジンは、各燃焼シリンダの上方でシリンダヘッド内に設けられた吸気弁及び排気弁を含むバルブトレーン（動弁装置）を有している。吸気弁及び排気弁は、吸気ポート及び排気ポートを各燃焼シリンダに連結している。吸気弁及び排気弁は、全体としてマッシュルームの形をしたヘッド及びこの弁ヘッドから延びる細長い円筒形のステムを有する弁体としてポペット型の弁である。ばねが、完全閉鎖位置において弁ヘッドをシリンダヘッドに設けられた弁座に押し付ける。歴史的には、エンジン弁は、アンダーヘッドカムシャフト、プッシュロッド及びロッカーアーム組立体により完全閉鎖位置から完全開放位置に作動されていた。ピストンを作動させて弁を往復動させるために加圧作動流体を利用する油圧リフタ（持ち上げ装置）が、ロッカーアームと弁ステムの運動相互間のバッファとして且つバルブラッシ（弁すきま）を調整する手段として追加された。最近の開発において、オーバーヘッドカムシャフトにより、プッシュロッドが不要になり、場合によっては、弁のより直接的な作動のためのロッカーアームが不要になった。

特に乗用車に関し、燃料消費量の減少及びエミッションの改善が、内燃エンジンの設計関して重要な検討事項になっている。燃料消費量を減少させると共にエミッションを向上させるエンジン設計の変化の１つは、エンジン作動中、特に、部分負荷中における個々のシリンダの作動停止である。シリンダの作動停止により、吸気マニホルド圧力が増大し、それにより残りのシリンダは、増大した平均圧力で動作することができ、かくして、比消費量の減少を達成できる。シリンダの作動停止のためには、燃料供給の中断を行うだけでなく、さらに、１つ又は２つ以上の弁、特にそれぞれのシリンダの吸気弁を作動停止させることによりそれぞれのシリンダを通る供給流れを中断するのが得策である。

エンジンの作動中に弁を望ましいように作動停止させるために弁作動停止装置が用いられている。弁を作動停止させると、バルブトレーン中の摩擦損失が減少する。大抵の先行技術の弁作動停止装置は、望ましくないことには、弁作動停止装置を製造して組み立てるのにコスト高にする多くのコンポーネントを有している。他の先行技術の装置は、ロッカーアームを再結合して再作動させるために必ずしも再整列するとは限らないロッカーアームのコンポーネントを切り離すことにより動作する。ロッカーアーム組立体が先行技術の組立てよりも少ない可動部品を用いて作動停止を行うことができるようにする弁作動停止装置が要望されている。

本発明は、バルブトレーン用の弁作動停止装置を有するロッカーアーム組立体に関する。バルブトレーンの各ロッカーアーム組立体は、作動状態と作動停止状態との間で切り換え可能であるのがよい。一実施形態では、ロッカーアーム組立体は、弁アームと、弁アームに回転自在に結合されたカムアームとを有する。弁作動停止装置が、カムアームに結合されている。弁作動停止装置は、弁アームの表面と選択的に協働するロックピンを有する。ロックピンは、作動停止位置と作動位置との間で動くことができ、作動位置は、作動状態に対応し、作動停止位置は、作動停止状態に対応している。

本発明の別の実施形態では、ロッカーアーム組立体が、弁アーム、カムアーム及び弁作動停止装置を有する。カムアームは、弁アームに回転自在に結合されている。弁アーム及びカムアームは、全体として共通軸線回りに回転可能である。共通軸線は、ロッカーシャフトにより定められる。弁アームの少なくとも一部とカムアームの少なくとも一部は、共通軸線回りに同心状に位置決めされている。弁作動停止装置は、ロッカーアーム組立体を作動状態と作動停止状態との間で切り換えるようロッカーアーム組立体に結合されている。

別の実施形態では、ロッカーアーム組立体用の弁作動停止装置が、ロッカーアーム組立体に結合された油圧作動式ロックピン及びロックピンを作動位置に付勢する戻しばねを有する。ロックピンは、ロッカーアーム組立体を作動状態に切り換えるようロッカーアーム組立体の表面に選択的に係合する。ロックピンは、作動停止位置と作動位置との間で動くことができ、作動位置は、作動状態に対応し、作動停止位置は、作動停止状態に対応している。

図１を参照すると、バルブトレーン組立体２０が示されている。バルブトレーン組立体２０は、軸線Ａ−Ａを有し、取り付けボルト２４が間に挿通して設けられた１対のロッカーシャフト２２と、ロッカーシャフト２２の軸方向長さに沿ってロッカーシャフトに回転自在に結合された複数個のロッカーアーム組立体３０とを有している。取り付けボルト２４は、ロッカーシャフト２２をヘッド組立体（図示せず）に固定する。

次に図２〜図４を参照すると、ロッカーアーム組立体３０は、弁アーム３４を支承したカムアーム３２と、カムアーム保持クリップ３６と、ばね保持クリップ３８と、アームばね４０とを有している。カムアームは、全体として管状のカム本体部分５０を有し、このカム本体部分は、アーム部分５２（図２）及びこれから延びる作動停止装置又は作動停止部分５４を有する。アーム部分５２は、これから延びるカムばねピン５６及びローラピン６２（図２）によりローラ６０（図２）が回転自在に結合された二叉端部５８（図２）を有している。ローラピン６２は、二叉端部５８とローラ６０の両方を貫通して設けられている。

弁アーム３４は、全体として管状の弁本体部分６４を有し、この弁本体部分からアーム部分６６が延びている。アーム部分６６は、弁本体部分６４に取り付けられた近位端部６８及び弁接触部分７２が取り付けられた遠位端部７０を有している。アーム部分６６は、これから延びる弁ばねピン７４と、アーム部分に形成されたロックピン孔７６（図５及び図６）と、ロックピン摺動面７８（図３）とを更に有している。カム本体部分７０は、中空の細長いシリンダ又は筒体であり、このシリンダは、第１の環状端部８０と、第２の環状端部８２と、全体として円筒形のカムアーム内面８４（図３）と、全体として円筒形のカムアーム外面８６とを有している。

特に図５及び図６を参照すると、作動停止部分５４は、全体として管状の本体８８を有し、この管状本体は、一実施形態では、カム本体部分５０に取り付けられた端部９０を有する中空の細長いシリンダ又は筒体である。一実施形態では、ロックピン９２が、少なくとも部分的に本体８８内に収納されると共に戻しばね９４と係合状態になるように位置決めされている。作動停止部分５４は、戻しばね９４と、端部９０に固定されたキャップ９６とを更に有するのがよい。キャップ９６は、本体８８を閉鎖し、戻しばね９４が作用する表面を提供している。変形例として、端部９０は、戻しばね９４が作用する取り付けカバーを備えていてもよく、それによりキャップ９６が不要になる。

再び図２〜図４を参照すると、弁本体部分６４は、中空の細長いシリンダ又は筒体であり、このシリンダは、第１の環状端部１００（図３）と、第２の環状端部１０２（図２）と、全体として円筒形の弁アーム内面１０４と、全体として円筒形の弁アーム外面１０６とを有している。弁本体部分６４は、第１の環状端部１００及び第２の環状端部１０２にそれぞれ隣接して弁アーム外面１０６に形成された１対の環状保持溝１０８を更に有している。

弁接触部分７２は、がた調整装置１１４を保持するハウジング１１０を有している。がた調整装置１１４は、弁（図示せず）を動作させるために弁のステムに接触する。アームばね４０は、弁本体部分６４の第２の環状端部１０２に取り付けられている。一実施形態では、アームばね４０は、弧状区分を構成する湾曲本体１１８を有している。湾曲本体１１８は、弁ピン側端部１２２及びカムピン側端部１２４を備えた開放区分１２０を有している。ロックピン９２は、図５及び図６では、遠位端部１３２及び全体として円筒形のピストン部分１３６に一体に結合された近位端部１３４を備えた全体として円筒形のプランジャ部分１３０を有するように示されている。ロックピン孔７６は、アーム部分６６の内部に形成された円筒形ピン表面１４０を有している。管状本体８８は、ピン部分１３６に摺動自在に係合する全体として円筒形のピストン表面１４６と、全体として円筒形のピン出口表面１４８と、油ポート１５２を備えたピストン表面１４６と交差する油入口チャネル（図示せず）とを有している。プランジャ部分１３０、ピストン表面１４６及びピストン部分１３６はひとまとまりで、以下に説明する油圧キャビティ１６０を形成する。円筒形ピストン表面１４６と円筒形ピストン部分１３６との間の隙間及び円筒形プランジャ部分１３０とピン出口表面１４８との間の隙間は、加圧油が油ポート１５２を通って油圧キャビティ１６０に供給されると、圧力が油圧キャビティ１６０内で増大することができるのに十分小さい。

図２及び図３に最もよく示されているように、弁アーム３４の弁本体部分６４は、カムアーム３２のカム本体部分５０を貫通して設けられ、第１の環状端部１００及び第２の環状端部１０２が、このカム本体部分から突き出ている。かくして、カムアーム３２及び弁アーム３４は、結合されると、軸線Ａ−Ａ回りのこれらの相対回転が可能であるように支承されている。アームばね４０は、第２の環状端部１０２に沿ってぐるりと重なって設けられている。アームばね４０の弁ピン側端部１２２は、弁ばねピン７４に結合され、カムピン側端部１２４は、カムばねピン５６に結合されている。アームばね４０は、カムばねピン５６を弁ばねピン７４から選択的に押し離す。好ましくは、アームばね４０は、少なくとも一部が軸線Ａ−Ａ回りに湾曲した部分コイルばねである。また好ましくは、アームばね４０は、軸線Ａ−Ａ回りに３６°未満にわたって延びている。カムアーム保持クリップ３６は、弁アーム３４とカムアーム３２との間の相対軸方向運動を制限するよう保持溝１０８内に挿入されている。ばね保持クリップ３８は、アームばね４０を弁本体部分６４上に保持するよう保持溝１０８内に挿入されている。

再び図５及び図６を参照すると、ロックピン９２は、ロックピン孔７６と整列した状態で管状本体８８内に位置決めされている。ロックピン９２は、作動位置（図５）と作動停止位置（図６）との間で動くことができる。図５では、少なくともロックピン９２の遠位端部１３２は、ロックピン孔７６の円筒形ピン表面１４０によって包囲されている。図６では、戻しばね９４は、以下に説明するように油圧キャビティ１６０内に入っている油の圧力により及ぼされる力によってロックピン９２とキャップ９６との間で圧縮される。

動作原理を説明すると、ロックピン９２は、図５の作動位置にあり、それにより弁アーム３４とカムアーム３２を相対回転可能に解除自在に結合している。カムアーム保持クリップ３６は、軸線Ａ−Ａに沿う弁アーム３４とカムアーム３２の相対並進運動を阻止する。カムシャフト（図示せず）が回転してローラ６０を押圧し、それによりロッカーアーム組立体３０を軸線Ａ−Ａ回りに回転させると、弁アーム３４は、カムアーム３２と一緒に回転して弁（図示せず）を作動させる。

ロッカーアーム組立体３０を作動状態から作動停止させるためには、加圧油を油圧キャビティ１６０内に導入し、それによりロックピン９２を戻しばね９４の付勢力に抗してキャップ９６に向かって押圧する。ロックピン９２がロックピン孔７６との係合状態から離脱すると、弁アーム３４は、カムアーム３２に対して自由に回転することができ、それによりロッカーアーム組立体３０を作動停止状態にする。カムシャフトが更に回転してローラ６０を押圧すると、カムアーム３２は、軸線Ａ−Ａ回りに回転するが、弁アーム３４は回転しない。弁アーム３４が回転しないので、弁は開かれず、効果的に作動停止される。カムアーム３２及び弁アーム３４の相対回転の場合、アームばね４０が撓み、それによりエネルギーを蓄え、弁アーム３４とカムアーム３２の相対捩じりを引き起こす。この捩じりにより、ローラ６０が押圧されて全体としてカムシャフトと接触状態のままになる。

ロッカーアーム組立体３０を作動停止状態から作動させるためには、加圧油を油圧キャビティ１６０から抜き、それにより戻しばね９４がロックピン９２を弁アーム３４に向かって押圧する。弁アーム３４とカムアーム３２の相対角度位置に応じて、ロックピン９２の遠位端部１３２は、ロックピン孔７６かロックピン摺動面７８かのいずれかに接触する。ロックピン９２がロックピン摺動面７２に接触すると、弁アーム３４が回転せず、アームばね４０がカムアーム３２を押圧してカムシャフトの回転につれて回転させる。カムアーム３２が回転するが弁アーム３４は回転しないので、ロックピン摺動面７８と接触状態にあるロックピン９２は、軸線Ａ−Ａ回りにほぼ円弧を辿る。カムシャフトが更に回転すると、ロックピン９２は、ロックピン孔７６と整列してこれに嵌まり、それによりロッカーアーム組立体３０を作動状態にする。かくして、ロックピン９２は、カムアーム３２と弁アーム３４の相対回転により、選択的に案内されてロックピン孔７６の上述の円筒形ピン表面１４０に係合する。

好ましくは、油圧キャビティ１６０内への油の流れは、電子ソレノイド弁（図示せず）により制御される。ただし、他の従来手段を利用してもよい。また、好ましくは、油は、ソレノイド弁を通り、次にヘッドに設けられたチャネル（図示せず）を通ってロッカーシャフト２２内へ流れ、弁アーム３４を通ってカムアーム３２内へ流れ、油入口チャネルを通り、油ポート１５２を通り過ぎて油圧キャビティ１６０内に流入する。

ロックピン９２及びロックピン孔７６は、遠位端部１３２の直径が近位端部１３４の直径よりも小さくなるように協働的にテーパしたものであるのがよい。かかるテーパが設けられていると、ロックピン９２とロックピン孔７６は、よりぴったりとした嵌合配置状態で互いに結合し、それによりカムアーム３２と弁アーム３４の僅かな相対回転を減少させる。作動停止部分５４を弁アーム３４に取り付けられるものとして説明したが、作動停止装置をバルブトレーン組立体２０のカムアーム３２又は他の部分に取り付けても同じ目的を達成できることは理解されよう。バルブトレーン組立体の多くのコンポーネントを管状又は円筒形のものとして説明したが、これらコンポーネントのうちの少なくとも幾つか及びこれらの相補形状のコンポーネントは、少なくとも実質的に同じ機能を果たす上で円形以外の形状に形成してもよいことはいうまでもない。

上述の説明は、例示であって本発明を限定するものではないことが理解されるべきである。上述の説明を読むと、当業者には多くの実施形態が明らかになろう。したがって、本発明の範囲は、上述の説明を参照するのではなく、これとは異なり、特許請求の範囲を参照して定められるべきであり、かかる特許請求の範囲が受けるべき全均等範囲を含む。

バルブとレーン組立体の斜視図である。 本発明の弁作動停止装置を有するロッカーアーム組立体の斜視図である。 図２のロッカーアーム組立体の後ろから見た斜視図である。 図２の弁作動停止装置の斜視図であり、幾つかの部分を想像線で示す図である。 図２の５−５線矢視断面図である。 図５と類似した断面図であり、本発明の弁作動停止装置を作動停止状態で示す図である。

Claims (22)

1. 弁作動停止装置を有するロッカーアーム組立体であって、該ロッカーアーム組立体は、作動状態と作動停止状態との間で選択的に切り換え可能であり、前記ロッカーアーム組立体は、
   弁アームと、
   前記弁アームに回転自在に結合されたカムアームと、
   前記カムアームに結合された弁作動停止装置とを有し、該弁作動停止装置は、前記弁アームの表面と選択的に協働するロックピンを有し、該ロックピンは、作動停止位置と作動位置との間で動くことができ、前記作動位置は、前記作動状態に対応し、前記作動停止位置は、前記作動停止状態に対応している、ロッカーアーム組立体。
2. 前記弁アーム及び前記カムアームに選択的に結合されたアームばねを更に有し、該アームばねは、前記弁アームと前記カムアームを互いに逆に付勢し、それにより前記弁アームと前記カムアームの相対捩じりを引き起こす、請求項１記載のロッカーアーム組立体。
3. 前記アームばねは、弧状区分を有し、該弧状区分はこの弧状区分の軸線回りに３６０°未満にわたって延びる、請求項２記載のロッカーアーム組立体。
4. 前記弁アームの一部は、前記カムアームの少なくとも一部の中に配置されている、請求項１記載のロッカーアーム組立体。
5. 前記ロックピンを前記作動位置に付勢する戻しばねを更に有する、請求項１記載のロッカーアーム組立体。
6. 前記弁アーム及び前記カムアームは、全体として共通軸線回りに回転可能であり、前記共通軸線は、ロッカーシャフトにより定められる、請求項１記載のロッカーアーム組立体。
7. 前記弁アームの少なくとも一部と前記カムアームの少なくとも一部は、共通軸線回りに同心状に位置決めされている、請求項１記載のロッカーアーム組立体。
8. 前記ロックピンの軸線は、前記共通軸線回りにほぼ円弧を選択的に辿る、請求項７記載のロッカーアーム組立体。
9. 前記カムアームは、ローラフォロアを有する、請求項１記載のロッカーアーム組立体。
10. 前記ロックピンは、前記カムアームと前記弁アームの相対回転により選択的に案内されて前記弁アームの前記表面に係合する、請求項１記載のロッカーアーム組立体。
11. 前記弁アームに結合されたがた調整装置を更に有する、請求項１記載のロッカーアーム組立体。
12. 弁作動停止装置を有するロッカーアーム組立体であって、該ロッカーアーム組立体は、作動状態と作動停止状態との間で選択的に切り換え可能であり、前記ロッカーアーム組立体は、
    弁アームを有し、
    前記弁アームに回転自在に結合されたカムアームを有し、前記弁アーム及び前記カムアームは、全体として共通軸線回りに回転可能であり、前記共通軸線は、ロッカーシャフトにより定められ、前記弁アームの少なくとも一部と前記カムアームの少なくとも一部は、共通軸線回りに同心状に位置決めされ、
    前記ロッカーアーム組立体に結合された弁作動停止装置を有する、ロッカーアーム組立体。
13. 前記弁アーム及び前記カムアームに選択的に結合されたアームばねを更に有し、該アームばねは、前記弁アームと前記カムアームを互いに逆回転可能に付勢する、請求項１２記載のロッカーアーム組立体。
14. 前記アームばねは、弧状区分を有し、該弧状区分はこの弧状区分の軸線回りに３６０°未満にわたって延びる、請求項１３記載のロッカーアーム組立体。
15. 前記カムアームは、ローラフォロアを有する、請求項１２記載のロッカーアーム組立体。
16. がた調整装置を更に有する、請求項１２記載のロッカーアーム組立体。
17. 前記弁作動停止装置は、油圧作動式である、請求項１２記載のロッカーアーム組立体。
18. 前記弁作動停止装置は、電子制御式である、請求項１７記載のロッカーアーム組立体。
19. 作動状態と作動停止状態との間で選択的に切り換え可能なロッカーアーム組立体用の弁作動停止装置であって、
    ロッカーアーム組立体に結合された油圧作動式ロックピンを有し、該ロックピンは、前記ロッカーアーム組立体を前記作動状態に切り換えるよう前記ロッカーアーム組立体の表面に選択的に係合し、前記ロックピンは、作動停止位置と作動位置との間で動くことができ、前記作動位置は、前記作動状態に対応し、前記作動停止位置は、前記作動停止状態に対応しており、
    前記ロックピンを前記作動停止位置及び前記作動位置のうちの一方に付勢する戻しばねを有する、弁作動停止装置。
20. 前記弁作動停止装置は、電子制御式である、請求項１９記載の弁作動停止装置。
21. 油圧キャビティを更に有し、該油圧キャビティに供給された加圧流体が、前記ロックピンを前記作動停止及び前記作動位置のうちの一方に向かって押圧する、請求項１９記載の弁作動停止装置。
22. 前記ロックピンは、少なくとも一部が前記油圧キャビティ内に位置決めされている、請求項２１記載の弁作動停止装置。

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