JP2018197511A - ロッカーアーム及びこれを備えた可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】可変動弁機構において、インナーアームとアウターアームとの係合・非係合を切り換える切換機構の動作不良を、簡素な構造で防止する。【解決手段】ロッカーアーム２０は、一対のサイドアーム部２２ａを有するアウターアーム２２と、一対のサイドアーム部２２ａの間に配されたインナーアーム２１と、インナーアーム２１とアウターアーム２２とを相対回転可能に連結する回転軸２３と、インナーアーム２１とアウターアーム２２とを回転方向で係合させた状態と係合を解除した状態とを切り換える切換機構とを備える。切換機構は、インナーアーム２１の内部に設けられた一対の係止部材２４ａ，２４ｂと、一対の係止部材２４ａ，２４ｂを互いに離反させてインナーアーム２１から突出させ、アウターアーム２２のサイドアーム部２２ａと係合させる突出手段（油圧供給手段Ｐ）と、一対の係止部材２４ａ，２４ｂを互いに接近させて、アウターアーム２２のサイドアーム部２２ａと係合しない位置まで後退させる退避手段（バネ２４ｃ）とを備える。【選択図】図７

Description

本発明は、ロッカーアーム及びこれを備えた可変動弁機構に関する。

自動車のエンジン等の内燃機関の動弁機構では、回転駆動されるカムシャフトでロッカーアームを押し込んで揺動させ、このロッカーアームでバルブステムの端部を押し込むことによりバルブの開閉が行われる。

通常、上記のような動弁機構では、バルブの開き量（すなわち、バルブのストローク）は一定とされる。このため、高回転時に合わせてバルブ開き量を設定すると、低回転時に吸気量が過多となって燃費増大やノッキング等を招き、低回転時に合わせてバルブ開き量を設定すると、高回転時に吸気量が過少となって所望の出力が得られなくなる、というジレンマが生じる。

そこで、バルブの開き量をエンジンの回転数に応じて調整する、いわゆる可変動弁機構が知られている。可変動弁機構には、例えば下記の特許文献１に示されているようなロッカーアームが用いられる。このロッカーアームは、互いに回転可能に連結されたインナーアーム及びアウターアームを有する。このロッカーアームには、インナーアームとアウターアームとを回転方向で係合させた状態と係合解除した状態とを切り替える切換機構が設けられる。具体的には、切換機構として、アウターアームに、インナーアーム側に突出可能なピンが設けられる。このピンをアウターアームから突出・後退させることで、ピンとアウターアームとの係合・非係合状態を切り換え、これにより、インナーアーム及びアウターアームを一体的に揺動させる状態と、これらを別個に揺動可能な状態とを切り換えることができる。

独国特許出願公開第１０２００４０４８２８９号明細書

上記のロッカーアームは、アウターアームとインナーアームとを一本のピンを介して係合させている。この場合、１本のピンに荷重が集中するため、ピンを大きくして耐荷重を高める必要がある。また、万が一、異物の噛み込み等の原因によりピンが動作しない場合は、アウターアームとインナーアームとの係合・非係合状態を切り換えることができず、可変動弁機構が機能しなくなる。

例えば、アウターアームに２本のピンを設ければ、荷重が２本のピンに分散されるため、ピンの小型化してロッカーアームの軽量化を図ることができる。また、一方のピンが動作しない場合でも、他方のピンによりインナーアームとアウターアームとを係合させることができる。しかし、この場合、２本のピンを動作させる機構（例えば油圧経路）を設ける必要があるため、ロッカーアームの構造が複雑になる。

本発明は、可変動弁機構において、ロッカーアームの軽量化を図ると共に、インナーアームとアウターアームとの係合・非係合を切り換える切換機構の動作不良を、簡素な構造で防止することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、一対のサイドアーム部を有するアウターアームと、前記一対のサイドアーム部の間に配されたインナーアームと、前記インナーアームと前記アウターアームとを相対回転可能に連結する回転軸と、前記インナーアームと前記アウターアームとを回転方向で係合させた状態と係合を解除した状態とを切り換える切換機構とを備えたロッカーアームであって、前記切換機構が、前記インナーアームの内部に設けられた一対の係止部材と、前記一対の係止部材を互いに離反させて前記インナーアームから突出させ、前記アウターアームと係合させる突出手段と、前記一対の係止部材を互いに接近させて、前記アウターアームと係合しない位置まで後退させる退避手段とを備えたロッカーアームを提供する。

このように、本発明では、一対の係止部材を設けることで、荷重が分散するため係止部材の小型化が図られ、もってロッカーアームの軽量化を図ることができる。また、何らかの原因により一方の係止部材が動作しない場合でも、他方の係止部材が動作することで、インナーアームとアウターアームとの係合状態と非係合状態を切り替えることができる。このとき、一対の係止部材が、アウターアームではなくインナーアームに設けられているため、一対の係止部材を互いに離反させることにより、一対の係止部材をインナーアームから突出させてアウターアームと係合させることができる。同様に、一対の係止部材を互いに接近させることにより、一対の係止部材をインナーアームの内部側に後退させてアウターアームとの係合を解除することができる。このように、上記のロッカーアームでは、一対の係止部材を接近・離反させる動作機構（突出手段及び退避手段）を設ければ足り、各係止部材にそれぞれ動作機構を設ける必要が無いため、切換機構の構造、ひいてはロッカーアームの構造を簡素化できる。

突出手段は、例えば、一対の係止部材の間に油圧を供給することにより、一対の係止部材を互いに離反させる油圧供給手段で構成することができる。特に、油圧供給手段を、ラッシュアジャスタの油圧を利用したものとすれば、別途の油圧供給源を設ける必要が無くなるため好ましい。

上記のロッカーアームは、可変動弁機構に組み込まれる。具体的には、上記のロッカーアームと、ロッカーアームを押し込んで揺動させるカムシャフトと、ロッカーアームで押し込まれるバルブとを備えた可変動弁機構が構成される。カムシャフトは、ロッカーアームのインナーアームに当接可能なインナカムと、ロッカーアームのアウターアームに当接可能なアウタカムとを備える。切換手段によりインナーアームとアウターアームとを回転方向で係合させた状態で、カムシャフトを回転させることにより、インナカムでインナーアーム及びアウターアームを一体的に押し込む。一方、切換手段によりインナーアームとアウターアームとの係合を解除した状態で、カムシャフトを回転させることにより、インナカムでインナーアームを押し込むと共に、アウタカムでアウターアームを押し込む。

上記のように、本発明によれば、ロッカーアームの軽量化が図られると共に、インナーアームとアウターアームとの係合・非係合を切り換える切換機構の動作不良を、簡素な構造で防止することができる。

可変動弁機構の斜視図である。 ロッカーアームの斜視図である。 （Ａ）はロッカーアームの平面図、（Ｂ）は同側面図である。 インナーアームの斜視図である。 アウターアームの斜視図である。 図３（Ａ）のロッカーアームのＸ−Ｘ断面図である。 図３（Ｂ）のロッカーアームのＺ−Ｚ断面図である。 （Ａ）は一対の係止部材の分解斜視図、（Ｂ）は一対の係止部材の組立途中の斜視図、（Ｃ）は組み立てられた一対の係止部材の斜視図である。 一対の係止部材を退避位置に配した状態で、インナーアーム及びアウターアームをそれぞれカムシャフトのハイカム及びローカムで押し下げた状態を示す断面図である。 一対の係止部材を係合位置に配した状態で、インナーアーム及びアウターアームを一体的にカムシャフトのハイカムで押し下げた状態を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、可変動弁機構１は、カムシャフト１０と、ロッカーアーム２０と、ラッシュアジャスタ３０と、バルブ４０とを備える。

カムシャフト１０は、インナカムとしてのハイカム１１と、その回転軸方向両側に設けられた一対のアウタカムとしてのローカム１２とを一体に有する。ロッカーアーム２０は、カムシャフト１０のハイカム１１若しくはローカム１２で押し下げられることにより、カムシャフト１０の回転中心と平行な回転軸を中心に揺動可能とされる。ラッシュアジャスタ３０は、図示しない配管を介して油圧が供給され、この油圧により、ロッカーアーム２０の一方の端部を上向きに付勢している。これにより、ロッカーアーム２０の他方の端部を下向きに付勢し、バルブ４０の上端に常に当接させている（すなわち、ロッカーアーム２０とバルブ４０との隙間を０にしている）。

以下、ロッカーアーム２０の構成を詳しく説明する。ロッカーアーム２０は、図２及び図３に示すように、インナーアーム２１及びアウターアーム２２を有する。インナーアーム２１とアウターアーム２２は、ロッカーアーム２０の揺動回転中心と平行（すなわち、カムシャフト１０の回転中心と平行）な回転軸２３により、互いに回転可能に連結される。以下、ロッカーアーム２０の説明においては、回転軸２３の軸心方向｛図３（Ａ）の上下方向｝を「幅方向」と言う。また、ロッカーアーム２０の長手方向において、バルブ４０側（図３の左側）を「先端側」、ラッシュアジャスタ３０側（図３の右側）を「基端側」と言う。

インナーアーム２１は、図４に示すように、アーム本体２１ａと、ローラ２１ｂとを有する。アーム本体２１ａの基端には、回転軸２３を介してアウターアーム２２に取り付けられるピン穴２１ａ１が設けられる（図７参照）。ローラ２１ｂは、アーム本体２１ａの先端に、幅方向の回転軸２１ｄを介して自由回転可能に取り付けられる。

アウターアーム２２は、図３及び図５に示すように、インナーアーム２１の幅方向両側に設けられた一対のサイドアーム部２２ａを備える。サイドアーム部２２ａは、サイドアーム本体２２ａ１と、ローラ２２ａ２とを有する。アウターアーム２２は、一対のサイドアーム本体２２ａ１の先端同士を連結する第一連結部２２ｂと、一対のサイドアーム本体２２ａ１の基端同士を連結する第二連結部２２ｃとを有する。本実施形態では、一対のサイドアーム本体２２ａ１、第一連結部２２ｂ、及び第二連結部２２ｃが、金属（例えば焼結金属）により一体に形成される。ローラ２２ａ２は、サイドアーム本体２２ａ１に、幅方向の回転軸２２ａ２０を介して自由回転可能に取り付けられる。

図６に示すように、アウターアーム２２の第一連結部２２ｂの下面には、バルブ４０の上端を押さえる押さえ面２２ｂ１が設けられる。アウターアーム２２の第二連結部２２ｃの下面には、ラッシュアジャスタ３０の先端が当接する球面状の受け面２２ｃ１が設けられる。第二連結部２２ｃのうち、インナーアーム２１側の側面には、円筒面状の受け面２２ｃ２が設けられる。図７に示すように、一対のサイドアーム本体２２ａ１の基端付近に、回転軸２３を介してインナーアーム２１のアーム本体２１ａが取り付けられる。インナーアーム２１の基端に設けられた円筒面２１ａ３（図４参照）と、アウターアーム２２の第二連結部２２ｃの円筒面状の受け面２２ｃ２とが摺動しながら、両者が回転軸２３を中心に互いに揺動する。

アウターアーム２２のサイドアーム本体２２ａ１には、後述する係止部材２４ａ，２４ｂを下方から係止可能な係止面２２ａ３が設けられる（図５及び図７参照）。係止面２２ａ３は、例えば円筒面状とされる。係止面２２ａ３の幅方向外側の端部には、幅方向と直交するストッパ面２２ａ４が設けられる。

上記のロッカーアーム２０には、インナーアーム２１とアウターアーム２２とを回転方向で係合させた状態と、両者の係合解除した状態とを切り換える切換機構が設けられる。本実施形態では、切換機構として、インナーアーム２１の内部に設けられた一対の係止部材２４ａ，２４ｂ（図６及び図７参照）と、一対の係止部材２４ａ，２４ｂを互いに離反させてインナーアーム２１から突出させる突出手段と、一対の係止部材２４ａ，２４ｂを接近させる退避手段とを備える。

一対の係止部材２４ａ，２４ｂは、インナーアーム２１のアーム本体２１ａを幅方向に貫通した貫通孔２１ａ２の内部に配される。図８（Ａ）に示すように、一対の係止部材２４ａ，２４ｂはバネ２４ｃにより連結される。具体的には、まず、図８（Ｂ）に示すように、バネ２４ｃの一端をピン２４ｄを介して一方の係止部材２４ａに取り付ける。その後、バネ２４ｃの他端に取り付けたピン２４ｅを、他方の係止部材２４ｂに形成された溝２４ｂ１に挿入し、溝２４ｂ１の端部に設けられた屈曲部２４ｂ２に引っ掛けることにより、一対の係止部材２４ａ，２４ｂがバネ２４ｃにより連結される｛図８（Ｃ）参照｝。このとき、バネ２４ｃは引張状態とされ、両係止部材２４ａ，２４ｂが互いに押し付け合う方向に付勢される。すなわち、バネ２４ｃが、両係止部材２４ａ，２４ｂを互いに接近する方向に付勢する退避手段として機能する。

突出手段は、例えば、油圧により一対の係止部材２４ａ，２４ｂを互いに離反させる油圧供給手段Ｐ（図６参照）で構成される。油圧供給手段Ｐは、一対の係止部材２４ａ，２４ｂの間に油圧を供給する油圧経路（散点で示す）と、油圧経路に油圧を供給する油圧供給部（図示省略）とで構成される。図示例では、油圧経路が、インナーアーム２１のアーム本体２１ａに設けられた油路２５ａと、アウターアーム２２の第二連結部２２ｃに設けられた油路２５ｂとを有する。図６に示すように、インナーアーム２１の油路２５ａの一端は、アーム本体２１ａの貫通孔２１ａ２に開口する。インナーアーム２１の油路２５ａの他端は、アーム本体２１ａの基端の円筒面２１ａ３に開口する。尚、油路２５ａがアーム本体２１ａの幅方向中央を通るため、アーム本体２１ａを回転支持する回転軸２３は二つに分割され、それぞれすべり軸受（図示省略）により回転可能に支持される（図５参照）。図６に示すように、アウターアーム２２の油路２５ｂの一端は、第二連結部２２ｃの側面に設けられた円筒面状の受け面２２ｃ２に開口する。アウターアーム２２の油路２５ｂの他端は、第二連結部２２ｃの下面に設けられた球面状の受け面２２ｃ１に開口し、ラッシュアジャスタ３０の上端に開口した油路３１と連通する。これにより、ラッシュアジャスタ３０に供給される油圧を、油路２５ａ，２５ｂを介して、一対の係止部材２４ａ，２４ｂの間に供給することができる。

油圧供給手段Ｐにより一対の係止部材２４ａ，２４ｂの間に油圧を積極的に供給しない状態では、図７に実線で示すように、一対の係止部材２４ａ，２４ｂが、バネ２４ｃの引張力により互いに当接した状態とされる。この状態で、一対の係止部材２４ａ，２４ｂは、アウターアーム２２のサイドアーム本体２２ａ１の幅方向内側の側面よりも幅方向内側に配され、係止面２２ａ３と回転方向で係合しない状態とされる（退避位置）。図示例では、退避位置に配された一対の係止部材２４ａ，２４ｂの端部（幅方向外側の端面）が、インナーアーム２１のアーム本体２１ａの幅方向外側の側面と略同一面上に配される。尚、一対の係止部材２４ａ，２４ｂの端部の位置は上記に限らず、例えば、退避位置に配した状態で、一対の係止部材２４ａ，２４ｂの端部を、アウターアーム２２のサイドアーム部２２ａの幅方向内側の側面とインナーアーム２１の幅方向外側の側面との間の隙間Ｇに配してもよい。

油圧供給手段Ｐにより一対の係止部材２４ａ，２４ｂの間の油圧を高めると、図７に点線で示すように、一対の係止部材２４ａ，２４ｂが、バネ２４ｃの付勢力に抗して互いに離反し、インナーアーム２１のアーム本体２１ａの幅方向両側の側面から突出する。これにより、一対の係止部材２４ａ，２４ｂが、アウターアーム２２のサイドアーム本体２２ａ１に設けられた係止面２２ａ３と回転方向で係合可能な位置（係合位置）に配される。図示例では、一対の係止部材２４ａ，２４ｂが、それぞれアウターアーム２２のサイドアーム本体２２ａ１のストッパ面２２ａ４に当接するまで突出する。係合位置に配された一対の係止部材２４ａ，２４ｂとアウターアーム２２の係止面２２ａ３とが回転方向で係合することにより、インナーアーム２１のアウターアーム２２に対する降下が規制される。

上記のロッカーアーム２０には、一対の係止部材２４ａ，２４ｂをインナーアーム２１のアーム本体２１ａに対して幅方向で位置決めする位置決め手段を設けることが好ましい。位置決め手段としては、例えば、アーム本体２１ａの貫通孔２１ａ２の幅方向中央から内径向きに突出したピンを用いることができる（図示省略）。このピンと両係止部材２４ａ，２４ｂとを幅方向で係合させることにより、退避位置に配された両係止部材２４ａ，２４ｂの当接部（境界）を、貫通孔２１ａ２の幅方向中央に配することができる。

以下、可変動弁機構１の動作を説明する。

まず、エンジンの低回転時には、ロッカーアーム２０の一対の係止部材２４ａ，２４ｂ間に油圧を積極的に供給せず、図７に実線で示すように、一対の係止部材２４ａ，２４ｂを幅方向内側に後退させた状態（退避位置）とする。具体的には、ラッシュアジャスタ３０に供給される油圧を所定値未満とし、一対の係止部材２４ａ，２４ｂがバネ２４ｃの引張力で互いに当接した状態で維持する。これにより、ロッカーアーム２０のインナーアーム２１とアウターアーム２２とが回転方向で係合せず、それぞれ別個に揺動可能な状態とされる。この状態で、カムシャフト１０を回転させることで、図９に示すように、カムシャフト１０のハイカム１１がインナーアーム２１のローラ２１ｂを押し下げると共に、ローカム１２がアウターアーム２２のローラ２２ａ２を押し下げる。このとき、インナーアーム２１はバルブ４０の押し下げに寄与することなく空振りし、ローカム１２で押し下げられたアウターアーム２２の第一連結部２２ｂの押さえ面２２ｂ１でバルブ４０が押し下げられる。以上により、低回転時には、バルブ４０がローカム１２により小さく開かれた状態となる。

一方、エンジンの高回転時には、ラッシュアジャスタ３０の油路３１（図６参照）から、ロッカーアーム２０の油圧経路（油路２５ａ，２５ｂ）を介して、一対の係止部材２４ａ，２４ｂ間に油圧が積極的に供給される。具体的には、ラッシュアジャスタ３０に供給される油圧を所定値以上とし、一対の係止部材２４ａ，２４ｂの間の空間の油圧を高めて、両係止部材２４ａ，２４ｂをバネ２４ｃの弾性力に抗して離反させる。これにより、図７に点線で示すように、一対の係止部材２４ａ，２４ｂが、インナーアーム２１のアーム本体２１ａから幅方向外側に突出する（係合位置）。

こうして、一対の係止部材２４ａ，２４ｂを係合位置に配した状態でカムシャフト１０を回転させることで、図１０に示すように、カムシャフト１０のハイカム１１がロッカーアーム２０のインナーアーム２１のローラ２１ｂを押し下げる。このとき、インナーアーム２１から幅方向外側に突出した係止部材２４ａ，２４ｂが、アウターアーム２２のサイドアーム本体２２ａ１に設けられた係止面２２ａ３に上方から係合することで（図７の点線参照）、インナーアーム２１と共にアウターアーム２２が押し下げられる。すなわち、カムシャフト１０のハイカム１１により、ロッカーアーム２０のインナーアーム２１及びアウターアーム２２が係止部材２４ａ，２４ｂを介して一体的に押し下げられ、このアウターアーム２２の押さえ面２２ｂ１でバルブ４０が押し下げられる。このとき、カムシャフト１０のローカム１２は、アウターアーム２２のローラ２２ａ２には当接しない。以上により、高回転時には、バルブ４０がハイカム１１により大きく開かれた状態となる。

上記のロッカーアーム２０では、２個の係止部材２４ａ，２４ｂを設けているため、インナーアーム２１及びアウターアーム２２を係合させたときの荷重を、２個の係止部材２４ａ，２４ｂに分散させることができる。これにより、各係止部材２４ａ，２４ｂを小型化することができるため、ロッカーアーム２０の軽量化を図ることができる。また、一対の係止部材２４ａ，２４ｂの一方が異物の噛み込み等の原因により作動しなくなった場合でも、係止部材２４ａ，２４ｂの他方により可変動弁機構を稼働することができる。

また、インナーアーム２１に係止部材２４ａ，２４ｂを設けているため、これらを離反・接近させる動作機構（突出手段及び退避手段）により、インナーアーム２１とアウターアーム２２との係合・非係合を切り換えることができる。これにより、一対の係止部材２４ａ，２４ｂのそれぞれに動作機構を設ける必要が無いため、ロッカーアーム２０の構造を簡素化できる。具体的には、上記のように、一対の係止部材２４ａ，２４ｂの間に油圧を供給する油圧供給手段Ｐ（油路２５ａ，２５ｂ等）により、突出手段を構成することができる。特に、ラッシュアジャスタ３０の油圧を利用することで、油圧供給手段Ｐの構造がさらに簡素化できる。

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、ロッカーアーム２０のアウターアーム２２の一対のサイドアーム本体２２ａ１が連結部２２ｂ，２２ｃにより連結されているが、これらの連結部２２ｂ，２２ｃの一方又は双方を省略してもよい。連結部２２ｂ，２２ｃの双方を省略した場合、一対のサイドアーム部２２ａがそれぞれ独立して揺動可能とされる。

また、カムシャフト１０に設けられるインナカム及びアウタカムの組合せは上記に限らず、インナカムをローカム、アウタカムをハイカムとしてもよい。また、ロッカーアームの一対のサイドアーム部を独立して揺動可能とした場合、３つのアーム（インナアーム及び一対のサイドアーム部）をそれぞれ異なる大きさのカムで駆動してもよい。

１ 可変動弁機構
１０ カムシャフト
１１ ハイカム
１２ ローカム
２０ ロッカーアーム
２１ インナーアーム
２２ アウターアーム
２２ａ サイドアーム部
２４ａ，２４ｂ 係止部材
２４ｃ バネ（退避手段）
３０ ラッシュアジャスタ
４０ バルブ
Ｐ 油圧供給手段（突出手段）

Claims (4)

1. 一対のサイドアーム部を有するアウターアームと、前記一対のサイドアーム部の間に配されたインナーアームと、前記インナーアームと前記アウターアームとを相対回転可能に連結する回転軸と、前記インナーアームと前記アウターアームとを回転方向で係合させた状態と係合を解除した状態とを切り換える切換機構とを備えたロッカーアームであって、
   前記切換機構が、前記インナーアームの内部に設けられた一対の係止部材と、前記一対の係止部材を互いに離反させて前記インナーアームから突出させ、前記アウターアームと係合させる突出手段と、前記一対の係止部材を互いに接近させて、前記アウターアームと係合しない位置まで後退させる退避手段とを備えたロッカーアーム。
2. 前記突出手段が、前記一対の係止部材の間に油圧を供給することにより、前記一対の係止部材を互いに離反させる油圧供給手段で構成された請求項１に記載のロッカーアーム。
3. 前記油圧供給手段が、ラッシュアジャスタの油圧を利用したものである請求項２に記載のロッカーアーム。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のロッカーアームと、前記ロッカーアームを押し込んで揺動させるカムシャフトと、前記ロッカーアームで押し込まれるバルブとを備えた可変動弁機構であって、
   前記カムシャフトが、前記ロッカーアームのインナーアームに当接可能なインナカムと、前記ロッカーアームのアウターアームに当接可能なアウタカムとを備え、
   前記切換手段により前記インナーアームと前記アウターアームとを回転方向で係合させた状態で、前記カムシャフトを回転させることにより、前記インナカムで前記インナーアーム及び前記アウターアームを一体的に押し込み、
   前記切換手段により前記インナーアームと前記アウターアームとの係合を解除した状態で、前記カムシャフトを回転させることにより、前記インナカムで前記インナーアームを押し込むと共に、前記アウタカムで前記アウターアームを押し込む可変動弁機構。
   

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