JP2522207Y2 - エンジンの可変動弁装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案はエンジンの可変動弁装
置、特に特性の異なる複数のカムを選択的に切換可能な
ものに関する。

【０００２】

【従来の技術】特開昭６３−１６７０１６号公報にある
ように、カム特性（カムプロフィル）の異なる複数のカ
ムを備えておき、運転条件によってカムの切換を行うこ
とにより、それぞれにおいて最適なバルブタイミングで
運転することを可能とした可変動弁装置が提案されてい
る。

【０００３】これを図１０〜図１２で説明すると、低回
転域用のカム６，７と高回転域用のカム８とが同一のカ
ムシャフト５に設けられ、１気筒当たり２種類のカム６
〜８が２種類のロッカーアーム２〜４を駆動する。

【０００４】このうち両サイドに位置する一方のロッカ
ーアーム２，３によって２本の吸気弁（または排気弁）
９，１０が駆動される。中央に位置する他方のロッカー
アーム４には吸気弁を開閉するためのアームがなく、図
で下方よりロッカーアーム４を高速用カム８に押し付け
るロストモーションスプリング１１が設けられている。

【０００５】バルブタイミングおよびリフト量の切換
は、両サイドのロッカーアーム２，３と中央のロッカー
アーム４との２種類のロッカーアームを係合させるかど
うかで行われる。

【０００６】高回転域で油圧ピストン１２に油圧が供給
されると、２つのピストン１２,１３がともにリターン
スプリング１５を押し縮める方向（図１１で右）に押し
出され、図１２のように両サイドと中央のロッカーアー
ムが係合状態となる。この状態ではバルブ作動角および
リフト量とも高速用カムの動きに支配される。

【０００７】低回転時は、油圧ピストン１２にかかる油
圧がカットされる。その結果、油圧ピストン１２，１３
が図１１のようにリターンスプリング１５により左に押
し戻される。このとき、油圧ピストン１２，１３の寸法
は、２種類のロッカーアームの関係をフリーにする長さ
に設定されている。したがって、両サイドと中央のロッ
カーアームとの係合が解かれ、バルブタイミングおよび
リフト量は低速用カムにしたがう。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】ところで、特性の異な
る２種類のカムはそれぞれ低回転域と高回転域に合わせ
て設定しているのであるから、運転条件が急激に低回転
域から高回転域、あるいはこの逆へと変化するときも、
各運転域にうつってすぐにその運転域に応じたカムで運
転されるようにすることが要求される。つまり、過渡時
には２種類のロッカーアームを係合させるため、油圧ピ
ストンを応答よく押し出し、またその係合を解くため応
答よく油圧ピストンを押し戻さなければならないのであ
る。

【０００９】この場合、油圧ピストンの押し出し速度を
定めるのは供給油圧であり、高い油圧を供給すると、リ
ターンスプリングに打ち勝つ力が強くなって、２種類の
ロッカーアームを応答よく係合させることができる。

【００１０】しかしながら、作動油の供給を停止したと
きは、低下していく油圧により油圧ピストンを押す力を
リターンスプリングの力がうわまった時点からピストン
が押し戻されるので、作動油を逃す直前の油圧が高いほ
ど、かえって係合を解くのが遅れるのである。

【００１１】こうして係合を解くのに時間がかかると、
気筒間でカム切換タイミングがバラツク。

【００１２】そこでこの考案は、高い油圧によってロッ
カーアームを係合した後は、係合状態が保持される最低
の油圧にまで下げておくことにより、係合を解きやすく
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この考案は、図１で示す
ように、出力特性の異なるカムプロフィルをもつ複数の
カム８１と、油圧の供給を受けると２種類のロッカーア
ームが係合して１のカムから他のカムに、また油圧が供
給されないとロッカーアームの係合が解かれてこの逆に
カムを切換えるとともに、カムの運動を吸排気弁の少な
くとも一方に伝達するカム切換機構８２と、このカム切
換機構８２への油圧通路８３に設けられ作動油の供給と
作動油の逃しとを切換える弁８４と、運転条件より前記
１つのカムから他のカムへの切換が判定されたとき作動
油が供給されるように、またこの逆へのカム切換が判定
されたとき作動油が逃されるように前記油圧切換弁８４
を開閉制御する手段８５とを備えるエンジンの可変動弁
装置において、前記油圧切換弁下流の油圧通路８３から
分岐されオイルタンクに戻るリターン通路８６と、この
リターン通路８６を開閉する開閉弁８７と、前記油圧通
路８３に供給された作動油の油圧が前記ロッカーアーム
の係合状態を保持できる最低の油圧にまで低下するよう
にリターン流量を規制するオリフィス８８と、前記油圧
切換弁８４の作動に連動し、油圧切換弁８４が開かれる
とその一定時間後に開かれ、その後に油圧切換弁８４が
閉じられても開かれたままで保持されるように前記開閉
弁８７を制御する手段８９とを設けた。

【００１４】

【作用】複数あるカムのうち他のカムを働かせるため油
圧切換弁８４を開くと、オイルポンプからの高圧の作動
油がカム切換機構８２に供給され、２種類のロッカーア
ームが係合して１のカムから他のカムに切換えられる。

【００１５】この係合直後に開閉弁８７が開かれると、
油圧通路８３の作動油がリターン通路８６に逃され、ロ
ッカーアームの係合状態を保持できる最低の油圧にまで
油圧が低下する。

【００１６】その後運転条件が変化して、１のカムへの
切換要求があると油圧切換弁８４が閉じられる。

【００１７】このとき、油圧通路８３には係合状態を保
持できる最低の油圧になっているので、応答よく係合状
態が解かれる。

【００１８】他気筒エンジンでは、係合を解くのに時間
がかかると気筒間でカム切換タイミングがバラツクので
あるが、係合を解く時間が短くなると、カム切換にバラ
ツキがなくなってカム切換が連続的に行われる。

【００１９】

【実施例】まず、図２，図３に実施例の可変動弁装置の
具体的な構成を示すが、これ自体は本出願人により、特
願平２−１１７２６１号として、既に提案されている。

【００２０】２１は燃費重視型のカムプロフィルに設定
され、カムリフトおよびリフト区間のともに小さい第１
カム（燃費カム）、２２は低回転域で高トルクを発生す
るカムプロフィルに設定され、前記第１カム２１よりも
カムリフトが相対的に大きい第２カム（低速型出力カ
ム）、２３は高回転域で高トルクを発生するカムプロフ
ィルに設定され、第２カム２２よりもカムリフト、リフ
ト区間の大きい第３カム（高速型出力カム）で、これら
は同一のカムシャフトに並列的に設けられる。

【００２１】２４は吸・排気弁（吸気弁または排気
弁）、２５はローラ２６を介して前記第１カム２１と常
時接触するメインロッカーアームで、ロッカーシャフト
２７を支点に揺動して、吸・排気弁２４を開閉する。

【００２２】メインロッカーアーム２５にはシャフト３
０を支点にして揺動する２つのサブロッカーアーム２
８,２９が前記ローラ２６と並列的に支持され、一方の
サブロッカーアーム２８は前記第２カム２２と、他方の
サブロッカーアーム２９は前記第３カム２３と接触す
る。

【００２３】これらサブロッカーアーム２８，２９はメ
インロッカーアーム２５と係合していないときは、ロス
トモーションスプリング３１により常時第２，第３カム
２２，２３に接触するように付勢され、メインロッカー
アーム２５からは独立して運動（揺動）する。

【００２４】これらサブロッカーアーム２８，２９をメ
インロッカーアーム２５に対して選択的に係合するた
め、まず一方のサブロッカーアーム２８の揺動部位には
円柱形のピン３２が、またメインロッカーアーム２５に
もこのピン３２と同軸上にピン３４が、それぞれカムシ
ャフト方向に摺動自在に配設され、かつこれらピン３
２，３４は常時はリターンスプリング３６に付勢されて
図２の状態に保持され、メインロッカーアーム２５との
係合を解かれているが、ピン３４の収装された油圧室３
８に通路４０を介して圧油が導かれると、ピン３２と３
４が所定量だけ押し出されて、サブロッカーアーム２８
がメインロッカーアーム２５と係合するようになってい
る。

【００２５】サブロッカーアーム２８がメインロッカー
アーム２５と一体になるのは、第１カム２１および第２
カム２２がベースサークルにあるときで、一体後は第１
カム２１よりもリフトの大きい第２カム２２にしたがっ
たバルブタイミングに切換わる。

【００２６】つまり、第１カム２１による燃費重視の特
性から、第２カム２２による低回転域での出力重視特性
に切換えられるのである。

【００２７】他方のサブロッカーアーム２９について
も、これと同様に構成され、油圧室３９に通路４１を介
して圧油が導かれると、ピン３５と３３がリターンスプ
リング３７に抗して押し出され、サブロッカーアーム２
９がメインロッカーアーム２５に係合することにより、
バルブタイミングは前記と同じく第１カム２１よりもリ
フト量、リフト区間のともに大きい第３カム２３に依存
するように切換えられ、高回転域での出力重視の特性が
得られるのである。

【００２８】なお、図４に第１カム２１から第３カム２
３までのバルブリフト特性を示す。そして、各カムを用
いたときの全開出力特性は、図５のようになり、第１カ
ムによれば、発生トルクは低いものの燃費がよく、第２
カムでは低回転域での最大トルクが最も高く、第３カム
２３は低回転域での発生トルクは第２カム２２よりも小
さいものの、高回転域での最大トルクは最も大きくな
る。

【００２９】ところで、第１カム２１から第２、第３カ
ム２２，２３への切換や、その反対に第２、第３カム２
２，２３から第１カム２１への切換を制御するために図
６に示すようなコントロールユニット５１が備えられ、
運転状態によって最適なカムが選択される。

【００３０】コントロールユニット５１におけるこのカ
ムの選択は図５の特性にもとづいて、要求するトルクと
回転数がたとえば燃費カムである第１カム２１の領域に
あるときはこの燃費カムを使い、この状態からアクセル
開度が増加して要求トルクが燃費カムの領域を外れてた
とえば低速型出力カムである第２カム２２の領域に移行
すると、燃費カムから低速型出力カムに切換えられ、ま
た、回転数が低回転域から高回転域に上昇してくると、
高速型出力カムである第３カム２３に切換えられるので
ある。

【００３１】このため、コントロールユニット５１には
エンジン回転数、クランク角度位置を検出するクランク
角度センサ５２、アクセルペダルの操作量（踏み込み
量）を検出するアクセル操作量センサ５３、油温センサ
５４からの信号が入力し、これらに基づいて上記のよう
にカムの切換が判定されたら、前記２つの油圧室３８，
３９への作動油の供給、逃しの切換を行う電磁弁（油圧
切換弁）４５と４６の作動を制御するのである。

【００３２】つまり、一方の電磁弁４５が開かれると低
速型出力カムを働かせるために油圧室３８Ａ，３８Ｂに
オイルポンプからの圧油が導かれ、他方の電磁弁４６を
開くことにより今度は高速型出力カムを働かせるため油
圧室３９Ａ，３９Ｂに高圧の作動油が導かれるのであ
る。

【００３３】なお、この実施例では吸気弁と排気弁の両
方に上記の３つのカムを用いるため、電磁弁４５，４６
の各下流で油圧通路を２つに分岐し、吸気弁用の油圧室
３８Ａ，３９Ａには油圧通路６１，６３を介して、また
排気弁用の油圧室３８Ｂ，３９Ｂには油圧通路６２，６
４を介して作動油を導いている。

【００３４】さらに、吸気弁用の油圧室３８Ａに向かう
油圧通路６１からは、オイルタンクに戻るリターン通路
が分岐され、このリターン通路６５を開閉するための電
磁弁６６を設けている。

【００３５】この電磁弁６６は電磁弁４５の作動に連動
してコントロールユニット５１により制御され、電磁弁
４５が開かれると、その一定時間後に開かれ、その後に
電磁弁４５が閉じられても、開かれたままに保たれる。

【００３６】上記の一定時間は図７で示したように、ｔ
２＋ｔ３の時間に余裕をもたせた時間である。電磁弁
（ソレノイドバルブ）４５が開かれたからといって即座
にカム切換が終了することはなく、メインとサブの両ロ
ッカーアームの係合（ピン結合）が終了するまでには、
電磁弁４５の作動遅れ時間、油圧が上昇する時間、ピン
３２，３３が押し出される時間などが経過しなければな
らないので、これらの時間の経過後に電磁弁６６を開か
せるのである。

【００３７】電磁弁６６が開かれると、オイル（作動
油）がリターン通路６５に逃れるので油圧が低下する。
この低下をある程度にとどめるように電磁弁６６の下流
にリターン流量を規制するオリフィス６７を設けてい
る。オリフィス前後の差圧はオリフィス６７を流れるオ
イル流量により定まるので、両ロッカーアームの係合状
態を保持できる最低の油圧が保たれるように、オリフィ
ス断面積を定めるのである。

【００３８】ここで、この例の作用を説明する。

【００３９】低速型出力カムを働かせるため電磁弁４５
を開くと、オイルポンプからの高圧の作動油が供給さ
れ、ピン３２，３３が押し出されて吸気弁、排気弁とも
メインとサブの両ロッカーアームが係合する。

【００４０】この係合直後（電磁弁４５が開制御されて
から一定時間後）に電磁弁６６が開かれると、油圧通路
６１，６２の作動油がリターン通路６５に逃され、両ロ
ッカーアームの係合状態を保持できる最低の油圧にまで
油圧が低下する。しかしながら係合が解かれるわけでな
い。

【００４１】その後運転条件が変化して、燃費カムへあ
るいは高速型出力カムへの切換要求があると電磁弁４５
が閉じられる。

【００４２】このとき、油圧室３８Ａ，３８Ｂは係合状
態を保持できる最低の油圧になっているので、スプリン
グ３６によりピン３２，３３がすばやく押し戻されて応
答よく係合状態が解かれる。

【００４３】つまり、メインとサブの両ロッカーアーム
の係合を解く力はスプリング３６の押し戻す力とこれと
は逆向きに作用する油圧の力の差であるから、油圧をあ
らかじめ下げておくほど係合を解く力が相対的に増すの
であり、これによって、油圧を下げないでそのままにし
ているときより係合を解く時間を短くできるのである。
また、油圧の低下によりオイルポンプへの負担も軽くな
る。

【００４４】カムの切換は、カムのベースサークルでし
か行わせることができないこともあって、高回転域にな
るとカムの切換に要求される時間が短くなるので、係合
を解くのに時間がかかると、係合が解かれる前にベース
サークルでなくなって、次のベースサークルまで係合を
解くのが遅れてしまう気筒が生じるなど、気筒間でカム
切換タイミングがバラツクことになる。

【００４５】これに対して、この実施例では係合を解く
時間の短縮により、カム切換にバラツキをなくして連続
的に行うことができるのである。

【００４６】なお、電磁弁４５を閉じた後に油圧通路６
１，６２に残留するオイルは、少しはオリフィス６７を
通して戻されるけれども、大部分は電磁弁４５自体に設
けられ、電磁弁４５の開時に開口するドレン穴（図示せ
ず）を通して戻すようにしているので、オリフィス６７
を設けたことによってかえって係合の解除が遅れること
はない。また、両ロッカーアームを係合させる段階から
作動油の油圧を低くしたのでは、係合を解くのはよくて
も、係合させるときに時間がかかる。結局、係合のとき
は高い油圧が、これに対して係合解除のときは低い油圧
がカム切換時間の短縮のため要求されるのである。

【００４７】ところで、低速型から高速型の出力カムへ
の切換は、同一の出力となる回転数を境に切換えればよ
いが、燃費カムへの場合はスロットル開度が同一で出力
トルクが一致することがないため、切換時に大きなトル
ク段差が発生する。このような切換前後で発生するトル
ク段差を吸収するため、この実施例では図６のようにス
ロットルバルブ５６をアクセルペダルとは切り離して独
立して開度を制御できるようにしており、切換時のスロ
ットル開度や回転数等から判定したトルク段差を吸収す
るのに必要なだけ、自動的にスロットル開度や点火装置
５７の点火時期を補正して、出力を一致させている。

【００４８】こうした低速型出力カムから燃費カムへの
切換時に、両ロッカーアームの係合を解くのが遅れたこ
とにより実際のカム切換と出力補正のタイミングがずれ
たのでは、トルク段差を吸収できなくなる。

【００４９】しかしながら、この実施例のように係合を
解除する時間が短いと、カム切換のタイミングが安定
し、両者のタイミングがずれにくくなるので、トルク段
差を確実に吸収することができるのである。

【００５０】次に、図８は他の実施例で、吸気弁用の他
の油圧室３９Ａに向かう油圧通路６３からもオイルタン
クに戻るリターン通路６８を分岐し、この通路６８に通
路を開閉するための電磁弁６９と、リターン流量を規制
するオリフィス７０を設けたものである。電磁弁６９に
ついても、電磁弁４６が開かれると、その一定時間後に
開き、その後に電磁弁４６が閉じられても、開かれたま
まに保つ。

【００５１】この例によれば、高速型出力カムからの切
換時にカム切換時間を短くすることができる。

【００５２】図９は別の他の実施例である。上記２つの
実施例ではそれぞれリターン通路６５，６８に設けた電
磁弁６６，６９とオリフィス６７，７０で、電磁弁４
５，４６の下流の油圧を２段階に変化させているのであ
るから、同じ働きをアキシャルピストンポンプなどの可
変オイルポンプ７５に行わせることもできる。つまり、
電磁弁４５，４６を開くときは可変オイルポンプ７５に
より高い油圧を供給しておき、一定時間経過したあと、
係合状態を保持できる最低の油圧にまで油圧を低下させ
るのである。ただし、応答性については上記の実施例の
ほうが優れている。

【００５３】

【考案の効果】この考案では、油圧切換弁を開くと作動
油が供給されて、２種類のロッカーアームが係合し１の
カムから他のカムに、また油圧切換弁を閉じるとロッカ
ーアームの係合が解かれてこの逆にカムが切換えられる
ものにおいて、油圧切換弁下流の油圧通路を分岐してオ
イルタンクに戻るリターン通路にこのリターン通路を開
閉する開閉弁と、油圧通路に供給された作動油の油圧が
ロッカーアームの係合状態を保持できる最低の油圧にま
で低下するオリフィスとを設け、油圧切換弁の作動に連
動して、油圧切換弁が開かれるとその一定時間後に開閉
弁を開き、その後に油圧切換弁が閉じられても開かれた
ままで保持するため、オイルポンプへの負担を軽くでき
るほか、前記他のカムから１のカムへのカム切換時間が
短くなり、特に多気筒エンジンで気筒間でカム切換のバ
ラツキをなくして連続的に応答よくカム切換行わせるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案のクレーム対応図である。

【図２】一実施例の可変動弁装置の平面図である。

【図３】図２のＸ−Ｘ線断面図である。

【図４】前記装置のバルブリフトの特性図である。

【図５】前記装置の全開トルクの特性図である。

【図６】前記実施例の制御系統の構成図である。

【図７】カム切換の応答遅れを示す説明図である。

【図８】他の実施例の制御系統の構成図である。

【図９】別の他の実施例の制御系統の構成図である。

【図１０】従来例の可変動弁装置の斜視図である。

【図１１】従来例の低回転時の作動状態を示す一部断面
平面図である。

【図１２】従来例の高回転時の作動状態を示す一部断面
平面図である。

【符号の説明】

２１ 第１カム（燃費カム） ２２ 第２カム（低速型出力カム） ２３ 第３カム（高速型出力カム） ２４ 吸・排気弁 ２５ メインロッカーアーム ２８，２９ サブロッカーアーム ３２〜３５ ピン ３８Ａ，３８Ｂ 油圧室 ３９Ａ，３９Ｂ 油圧室 ４５，４６ 電磁弁（油圧切換弁） ５１ コントロールユニット ５２ クランク角度センサ(エンジン回転数センサ) ５３ アクセル操作量センサ ６１〜６４ 油圧通路 ６５ リターン通路 ６６ 電磁弁（開閉弁） ６７ オリフィス ６８ リターン通路 ６９ 電磁弁（開閉弁） ７０ オリフィス ７５ 可変オイルポンプ ８１ カム ８２ カム切換機構 ８３ 油圧通路 ８４ 油圧切換弁 ８５ 制御手段 ８６ リターン通路 ８７ 開閉弁 ８８ オリフィス ８９ 開閉制御手段

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 出力特性の異なるカムプロフィルをもつ
   複数のカムと、油圧の供給を受けると２種類のロッカー
   アームが係合して１のカムから他のカムに、また油圧が
   供給されないとロッカーアームの係合が解かれてこの逆
   にカムを切換えるとともに、カムの運動を吸排気弁の少
   なくとも一方に伝達するカム切換機構と、このカム切換
   機構への油圧通路に設けられ作動油の供給と作動油の逃
   しとを切換える弁と、運転条件より前記１つのカムから
   他のカムへの切換が判定されたとき作動油が供給される
   ように、またこの逆へのカム切換が判定されたとき作動
   油が逃されるように前記油圧切換弁を開閉制御する手段
   とを備えるエンジンの可変動弁装置において、前記油圧
   切換弁下流の油圧通路から分岐されオイルタンクに戻る
   リターン通路と、このリターン通路を開閉する開閉弁
   と、前記油圧通路に供給された作動油の油圧が前記ロッ
   カーアームの係合状態を保持できる最低の油圧にまで低
   下するようにリターン流量を規制するオリフィスと、前
   記油圧切換弁の作動に連動し、油圧切換弁が開かれると
   その一定時間後に開かれ、その後に油圧切換弁が閉じら
   れても開かれたままで保持されるように前記開閉弁を制
   御する手段とを設けたことを特徴とするエンジンの可変
   動弁装置。