JP2018084197A - 内燃機関の可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ロッカアームを幅方向にコンパクトにする。【解決手段】可変動弁機構１は、間隙ｇをおいて対峙する２つのアーム側壁部４４を備えて揺動時に内燃機関のバルブ７７を駆動するロッカアーム４０と、前記間隙ｇに設けられたカムフォロア本体３３とカム１０が摺接するスリッパ３１とを備えたカムフォロア３０と、カム１０の回転に従いロッカアーム４０とカムフォロア３０とが一体的に揺動する連結状態とカム１０の回転に従いロッカアーム４０に対してカムフォロア３０が相対往復変位する非連結状態とに切り替える切替装置５０とを備えている。前記間隙ｇの幅及びカムフォロア本体３３の幅は、スリッパ３１の幅よりも小さい。スリッパ３１は、非連結状態の時にアーム側壁部４４よりもカム１０側でアーム側壁部４４と干渉しないように前記相対往復変位をする。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のバルブを駆動すると共に、内燃機関の運転状況に応じてバルブの駆動状態を変更する可変動弁機構に関する。

図７に示す従来例（特許文献１）の可変動弁機構９０は、ロッカアーム９４とカムフォロア９３と切替装置９５とを含み構成されている。ロッカアーム９４は、間隙ｇをおいて対峙する２つのアーム側壁部９４ａを備えて揺動時に内燃機関のバルブを駆動する。カムフォロア９３は、前記間隙ｇに設けられており、上面にカムが摺接する。切替装置９５は、ロッカアーム９４とカムフォロア９３とが一体的に揺動する連結状態（図示略）と、ロッカアーム９４に対してカムフォロア９３が相対往復変位する非連結状態（図７に示す状態）とに切り替えることで、バルブの駆動状態を変更する。

米国特許出願公開第２００３／２００９４７号明細書

ロッカアーム９４は、エンジン搭載上、幅が狭くコンパクトな方が好ましい。しかしながら、従来例では、間隙ｇにカムフォロア９３が設けられるため、間隙ｇの幅ｗ２はカムフォロア９３の幅ｗ１よりも大きくしなければならない。そのため、ロッカアーム９４が、幅方向に大きくなってしまう。

そこで、ロッカアームを幅方向にコンパクトにすることを、本発明の目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の可変動弁機構は、間隙をおいて対峙する２つのアーム側壁部を備えて揺動時に内燃機関のバルブを駆動するロッカアームと、前記間隙に設けられたカムフォロア本体とカムが摺接するスリッパとを備えたカムフォロアと、カムの回転に従いロッカアームとカムフォロアとが一体的に揺動する連結状態とカムの回転に従いロッカアームに対してカムフォロアが相対往復変位する非連結状態とに切り替える切替装置とを備えた内燃機関の可変動弁機構において、前記間隙の幅及びカムフォロア本体の幅は、スリッパの幅よりも小さくされ、スリッパは、非連結状態の時に、アーム側壁部よりもカム側でアーム側壁部と干渉しないように前記相対往復変位をするように構成されたことを特徴とする。

本発明によれば、前記間隙の幅がスリッパの幅（カムフォロアの幅）よりも小さいため、ロッカアームが幅方向にコンパクトになる。

実施例の可変動弁機構を示す斜視図である。 同可変動弁機構において、(ａ)はIIａ−IIａ断面を示す平面図、(ｂ)はIIｂ−IIｂ断面を示す側面図、(ｃ)はIIｃ−IIｃ断面を示す側面図である。 (ａ)は切替ピンを連結位置に変位させたときを示す側面図、(ｂ)は切替ピンを非連結位置に変位させたときを示す側面図である。 同可変動弁機構において、(ａ)は連結状態を示す側面図、(ｂ)はその時のバルブのリフト曲線を示すグラフである。 同可変動弁機構において、(ａ)は非連結状態を示す側面図、(ｂ)はその時のバルブのリフト曲線を示すグラフである。 (ａ)は同可変動弁機構を切断して見た斜視図、(ｂ)はその断面を示す背面図、(ｃ)はその状態からロッカアームに対してカムフォロアが相対変位をしたときを示す背面図である。 (ａ)は従来例の可変動弁機構を示す平面図、(ｂ)はVIIｂ−VIIｂ断面を示す側面図、(ｃ)はその状態からカムフォロアが押し下げられたときを示す側面図である。

ロッカアームは、非連結状態の時にはバルブの駆動を完全に休止するものであってもよいが、ロッカアームは、非連結状態の時に第二カムによって、内燃機関のいずれの回転角度においてもバルブのリフト量が連結状態でのバルブのリフト量以下になるように駆動されることが好ましい。このようにすれば、完全に休止する場合に比べて前記相対往復変位が小さくなるため、スリッパがアーム側壁部と干渉しないようにし易くなるからである。

このとき、ロッカアームは第二カムに摺接してもよいが、摩擦が低減される点で次のように構成されていることが好ましい。すなわち、ロッカアームは２つのアーム側壁部を幅方向に貫通するローラシャフトを備えている。ローラシャフトの両端部に第二カムが当接するローラが軸支されている。カムフォロア本体は、カムとローラシャフトとの間に設置される共に、非連結状態の時にローラシャフトと干渉しないように前記相対往復変位をするように構成されている。

切替装置の態様として、次の態様を例示する。但し、ロッカアームが幅方向にコンパクトにまとまる点で、[１]の態様であることが好ましい。
［１］ロッカアームは、アーム側壁部どうしを繋ぐ繋ぎ部を備えている。切替装置は、繋ぎ部とカムフォロアとの間を跨ぐ連結位置と跨がない非連結位置とに変位可能に設置された切替ピンと、切替ピンを連結位置に変位させることで連結状態に切り替え、非連結位置に変位させることで非連結状態に切り替える変位装置とを含み構成されている。
［２］切替装置は、アーム側壁部とカムフォロアとの間を跨ぐ連結位置と跨がない非連結位置とに変位可能に設置された切替ピンと、切替ピンを連結位置に変位させることで連結状態に切り替え、非連結位置に変位させることで非連結状態に切り替える変位装置とを含み構成されている。

変位装置の態様は、特に限定されないが、次の態様を例示する。但し、油圧装置が一つで済む点で、[１]の態様であることが好ましい。
［１］変位装置は、切替ピンを連結位置側及び非連結位置側のうちの一方に付勢するスプリングと、切替ピンを油圧で連結位置側及び非連結位置側のうちの他方に押圧する油圧装置とを備え、該油圧を変更することで連結状態と非連結状態とに切り替えるように構成されている。
［２］変位装置は、切替ピンを連結位置側に押圧する連結用油圧装置と、切替ピンを非連結位置側に押圧する非連結用油圧装置とを備え、両油圧装置の油圧を変更することで連結状態と非連結状態とに切り替えるように構成されている。

カムフォロアの態様は、特に限定されないが、次の態様を例示する。但し、構造がシンプルになる点で、[１]の態様であることが好ましい。
［１］カムフォロアは、ロッカアームに相対揺動可能に軸着されたアームである。前記相対往復変位は、相対揺動である。
［２］カムフォロアは、ロッカアームに直線方向に相対変位可能に取り付けられた可動部材である。前記相対往復変位は、該直線方向への相対往復変位である。

本発明の可変動弁機構は、吸気バルブ又は排気バルブのうちのいずれか一方にのみ採用してもよいし、両方に採用してもよい。

次に、本発明の実施例を示す。但し、本発明は実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の構成や形状を任意に変更して実施することもできる。

図１に示すように、本実施例の可変動弁機構１は、内燃機関のバルブ７７に対して取り付けられている。バルブ７７は、吸気用のバルブであってもよいし、排気用のバルブであってもよい。バルブ７７に対しては、該バルブ７７を閉じる方向に付勢するバルブスプリング（図示略）が取り付けられている。可変動弁機構１は、バルブ７７を周期的に押圧することで、バルブスプリングとの協働でバルブ７７を開閉する。可変動弁機構１は、第一カム１０と第二カム２０とカムフォロア３０とロッカアーム４０と切替装置５０とピボット６０とを備えている。

第一カム１０及び第二カム２０は、内燃機関が２回転する毎に１回転するカムシャフト９に突設されている。第一カム１０は、断面形状が円形の第一ベース円１１と、第一ベース円１１から突出した第一ノーズ１３とからなる。第二カム２０は、断面形状が円形の第二ベース円２２と、第二ベース円２２から突出した第二ノーズ２４とからなる。第二ノーズ２４は、第一ノーズ１３よりも突出高さが低い。

図２(ａ)に示すように、ロッカアーム４０は、２つのアーム側壁部４４と、アーム後部４５と、アーム先部４７と、ローラシャフト４１と、２つのローラ４２とを備えている。２つのアーム側壁部４４は、幅方向に間隙ｇをおいて対峙している。アーム後部４５は、アーム側壁部４４の後部どうしを繋いでいる。アーム先部４７は、アーム側壁部４４の先部どうしを繋いでいる。ローラシャフト４１は、２つのアーム側壁部４４を幅方向に貫通している。ローラ４２は、ローラシャフト４１の両端部に軸支されている。ローラ４２に第二カム２０が当接している。ローラシャフト４１の一端部４１ａは、一方のローラ４２を保持するために、傘状に広がっている。ローラシャフト４１の他端部は、他の部分よりも細くなっており、その細くなった部分に、他方のローラ４２を保持するためのリング部材４１ｂが外嵌されている。

カムフォロア３０は、カムフォロア本体３３とスリッパ３１とを含み構成されている。カムフォロア本体３３の幅ｗ３は、スリッパ３１の幅ｗ１よりも小さい。そのため、スリッパ３１の両側の側端部は、カムフォロア本体３３から幅方向外方に突出している。前記間隙ｇの幅ｗ２は、スリッパ３１の幅ｗ１よりも小さい。そのため、２つのアーム側壁部４４の内側縁は、スリッパ３１の外側縁よりも幅方向内側に内側に入り込んでいる。

図２(ｂ)に示すように、ピボット６０の上端部にある半球部６４の上に、アーム後部４５の下面に凹設された半球状凹部４５ａが載置されることで、ピボット６０にロッカアーム４０が揺動可能に支持されている。ピボット６０は、バルブクリアランスを自動で埋めるラッシュアジャスタであってもよいし、そのような機能は備えない通常のピボットであってもよい。アーム先部４７は、バルブ７７のステムエンドに当接している。

カムフォロア本体３３は、間隙ｇにおけるカム１０とローラシャフト４１との間に設置されている。カムフォロア本体３３は、連結シャフト３４によってロッカアーム４０に相対揺動可能に軸着されている。カムフォロア本体３３と、ロッカアーム４０に設けられたスプリング保持部４３との間には、非連結状態の時にカムフォロア３０を第一カム１０に追従させるためのロストモーションスプリング３９が設置されている。カムフォロア本体３３の後部は下方に突出しており、その後部の下端部には先側に突出する返し部３６が設けられている。ロッカアーム４０には、返し部３６に上方から当接することでカムフォロア３０が繰出し過ぎるのを防止するためのストッパ４６が設けられている。

図２(ｃ)に示すように、スリッパ３１は、カムフォロア本体３３の上端部に設けられている。スリッパ３１に第一カム１０が摺接している。ローラ４２とローラシャフト４１との間には、ベアリングｂが介装されている。

図３に示すように、切替装置５０は、切替ピン５１と変位装置５５とを含み構成されている。切替ピンは、先側の大径部５１ａと、大径部５１ａよりも径が小さい、後側の小径部５１ｂとからなる。切替ピン５１は、アーム後部４５に設けられたピン穴４５ｂに挿入されており、図３(ａ)に示す連結位置Ｐ１と、図３(ｂ)に示す非連結位置Ｐ２とに変位可能になっている。連結位置Ｐ１は、大径部５１ａの先部がピン穴４５ｂからカムフォロア３０の下方に突出することで、大径部５１ａがアーム後部４５とカムフォロア３０との間を跨ぐことになる位置である。非連結位置Ｐ２は、大径部５１ａの先部がピン穴４５ｂに退入することで、大径部５１ａがアーム後部４５とカムフォロア３０との間を跨がなくなる位置である。小径部５１ｂはアーム後部４５の後方に突出している。

変位装置５５は、スプリング５６と油圧装置５７とを含み構成されている。スプリング５６は、小径部５１ｂに外嵌されており、リテーナ５２を介して切替ピン５１を非連結位置Ｐ２側（後側）に付勢している。油圧装置５７は、油路５７ａと油圧室５７ｂとを含み構成されている。油路５７ａは、油圧室５７ｂに油圧を供給するためのものであり、シリンダヘッド内、ピボット６０内及びアーム後部４５内を通って油圧室５７ｂにまで延びている。油圧室５７ｂは、アーム後部４５内に設けられており、その室内の油圧で大径部５１ａを連結位置Ｐ１側（先側）に押圧する。油圧装置５７は、油圧室５７ｂ内の油圧を相対的に高くする（油圧ＯＮにする）ことで、切替ピン５１をスプリング５６の付勢力に抗して連結位置Ｐ１に変位させて連結状態に切り替える。また、変位装置５５は、該油圧を相対的に低くする（油圧ＯＦＦにする）ことで、切替ピン５１をスプリング５６の付勢力で非連結位置Ｐ２に変位させて非連結状態に切り替える。

図４(ａ)に示すように、連結状態になると、第一カム１０がカムフォロア３０及びロッカアーム４０を介してバルブ７７を駆動する高リフト状態になる。具体的には、ロッカアーム４０が、第一カム１０の回転に従いカムフォロア３０と一体的に揺動してバルブ７７を駆動する。図４(ｂ)には、連結状態での、内燃機関の回転角度に対するバルブ７７のリフト量を示すリフト曲線を示している。

図５(ａ)に示すように、非連結状態になると、第一カム１０がカムフォロア３０を空振りさせると共に、第二カム２０がロッカアーム４０を介してバルブ７７を駆動する低リフト状態になる。具体的には、ロッカアーム４０が、第二カム２０の回転に従い揺動してバルブ７７を駆動する。図５(ｂ)には、非連結状態でのリフト曲線を示している。非連結状態でのバルブ７７のリフト量は、内燃機関のいずれの回転角度においても、連結状態でのバルブ７７のリフト量以下になる。

図６に示すように、非連結状態では、第一カム１０及び第二カム２０の回転に従い、ロッカアーム４０に対してカムフォロア３０が相対揺動する。このとき、スリッパ３１は、アーム側壁部４４と干渉しないように、すなわち、アーム側壁部４４と接触してアーム側壁部４４を押し下げることがないように、アーム側壁部４４よりも上方（カム１０側）で前記相対揺動をする。また、カムフォロア本体３３は、ローラシャフト４１と干渉しないように、すなわち、ローラシャフト４１と接触してローラシャフト４１を押し下げることがないように、ローラシャフト４１よりも上方（カム１０側）で前記相対揺動をする。

本実施例によれば、次の効果が得られる。
［Ａ］図２(ａ)に示すように、前記間隙ｇの幅ｗ２がスリッパ３１の幅ｗ１（カムフォロア３０の幅）よりも小さいため、ロッカアーム４０がコンパクトになる。具体的には、ロッカアーム４０の幅ｗ５は、スリッパ３１の幅ｗ１にローラ４２の幅ｗ４を２つ分足し合わせたものよりも若干大きい程度にすることができる。
［Ｂ］図６に示すように、非連結状態の時には、ロッカアーム４０は第二カム２０により駆動されるので、ロッカアーム４０に対するカムフォロア３０の相対揺動が小さい。そのため、非連結状態の時にスリッパ３１がアーム側壁部４４と干渉しないようにし易い。

１ 可変動弁機構
１０ 第一カム（カム）
２０ 第二カム
３０ カムフォロア
３１ スリッパ
３３ カムフォロア本体
４０ ロッカアーム
４１ ローラシャフト
４２ ローラ
４４ アーム側壁部
４５ アーム後部（繋ぎ部）
５０ 切替装置
５１ 切替ピン
５５ 変位装置
５６ スプリング
５７ 油圧装置
７７ バルブ
Ｐ１ 連結位置
Ｐ２ 非連結位置
ｇ 間隙
ｗ１ スリッパの幅
ｗ２ 間隙の幅
ｗ３ カムフォロア本体の幅

Claims (6)

1. 間隙（ｇ）をおいて対峙する２つのアーム側壁部（４４）を備えて揺動時に内燃機関のバルブ（７７）を駆動するロッカアーム（４０）と、
   前記間隙（ｇ）に設けられたカムフォロア本体（３３）とカム（１０）が摺接するスリッパ（３１）とを備えたカムフォロア（３０）と、
   カム（１０）の回転に従いロッカアーム（４０）とカムフォロア（３０）とが一体的に揺動する連結状態とカム（１０）の回転に従いロッカアーム（４０）に対してカムフォロア（３０）が相対往復変位する非連結状態とに切り替える切替装置（５０）とを備えた内燃機関の可変動弁機構において、
   前記間隙（ｇ）の幅（ｗ２）及びカムフォロア本体（３３）の幅（ｗ３）は、スリッパ（３１）の幅（ｗ１）よりも小さくされ、
   スリッパ（３１）は、非連結状態の時にアーム側壁部（４４）よりもカム（１０）側でアーム側壁部（４４）と干渉しないように前記相対往復変位をするように構成されたことを特徴とする内燃機関の可変動弁機構。
2. ロッカアーム（４０）は、非連結状態の時に第二カム（２０）によって、内燃機関のいずれの回転角度においてもバルブ（７７）のリフト量が連結状態でのバルブ（７７）のリフト量以下になるように駆動される請求項１記載の内燃機関の可変動弁機構。
3. ロッカアーム（４０）は２つのアーム側壁部（４４）を幅方向に貫通するローラシャフト（４１）を備え、ローラシャフト（４１）の両端部に第二カム（２０）が当接するローラ（４２）が軸支され、
   カムフォロア本体（３３）は、カム（１０）とローラシャフト（４１）との間に設置されると共に、非連結状態の時にローラシャフト（４１）と干渉しないように前記相対往復変位をするように構成された請求項２記載の内燃機関の可変動弁機構。
4. ロッカアーム（４０）は、アーム側壁部（４４）どうしを繋ぐ繋ぎ部（４５）を備え、
   切替装置（５０）は、繋ぎ部（４５）とカムフォロア（３０）との間を跨ぐ連結位置（Ｐ１）と跨がない非連結位置（Ｐ２）とに変位可能に設置された切替ピン（５１）と、切替ピン（５１）を連結位置（Ｐ１）に変位させることで連結状態に切り替え、非連結位置（Ｐ２）に変位させることで非連結状態に切り替える変位装置（５５）とを含み構成された請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構。
5. 変位装置（５５）は、切替ピン（５１）を連結位置（Ｐ１）側及び非連結位置（Ｐ２）側のうちの一方（Ｐ１）に付勢するスプリング（５６）と、切替ピン（５１）を油圧で連結位置（Ｐ１）側及び非連結位置（Ｐ２）側のうちの他方（Ｐ２）に押圧する油圧装置（５７）とを備え、該油圧を変更することで連結状態と非連結状態とに切り替えるように構成された請求項４記載の内燃機関の可変動弁機構。
6. カムフォロア（３０）は、ロッカアーム（４０）に相対揺動可能に軸着されたアームであり、前記相対往復変位は、相対揺動である請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の可変動弁機構。

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