JP2599698B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、機関の回転に同期して
回転駆動されるカムシャフトに一体化されるカムと、該
カムの回転動作に応じて機関弁を開閉作動させるための
ロッカアームとを備える内燃機関の動弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】かかる動弁装置において、機関の運転状
態に応じて機関弁の作動態様を変更することができれ
ば、機関出力の向上、燃費の低減およびアイドル特性等
の向上を図ることができるものであり、複数の機関弁の
一部の作動態様を機関の運転状態に応じて変更するよう
にしたものが、特開昭５９−３７２２３号公報により開
示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
ものは、機関弁に連動、連結されたロッカアームと、カ
ムに摺接するロッカアームとを隣接配置し、それらのロ
ッカアームを連結した状態ではカムにより機関弁を開閉
作動せしめ、該連結を解除した状態では機関弁の作動を
休止させるようにしている。しかるに前記複数の機関弁
の残余のものは、機関の運転状態にかかわらず一定の作
動態様で開閉作動せしめられるものであり、機関の低速
運転状態で作動休止しない機関弁についても、機関の低
速運転状態では機関低速運転に対応した態様で開閉作動
させ、機関の高速運転時には機関弁を高速運転に対応し
た態様で開閉作動させることができれば、機関出力をよ
り向上させることができるであろう。また吸気弁あるい
は排気弁が１気筒当たり１つずつ配設される場合には、
低速運転時でも作動休止させることはできず、このよう
な場合にも、機関弁を低速運転に対応する態様と高速運
転に対応する態様とで開閉作動せしめることができれ
ば、機関出力の向上を図ることができる。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、機関弁をその作動態様を機関の運転状態に応じ
て変化させながら常時開閉作動させて機関出力の向上を
図ることができるようにし、しかもその弁作動態様の切
換制御を簡単な構成で的確に行い得るようにした、量産
性に優れた内燃機関の動弁装置を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明によれば、機関弁に対して他のロッカアームを
介さずに連動、連結される駆動ロッカアームと、機関弁
に対して自由となり得る自由ロッカアームとが互いに摺
動自在に隣接配置され、カムシャフトには前記駆動ロッ
カアームおよび自由ロッカアームを個別に駆動するカム
がそれらの形状を異にして一体化され、ロッカアーム相
互間には、それらロッカアームにそれぞれ形成されたガ
イド穴と、それらガイド穴に摺動自在に嵌合されてロッ
カアーム相互を一体的に連結する位置とロッカアーム相
互の相対変位を許容する連結解除位置との間を移動可能
な連結ピストンと、その連結ピストンに作動油圧を直接
作用させるための油圧室とを備えた連結手段が、各ロッ
カアームのカムとの摺動部に近接して配設される。

【０００６】

【作 用】上記構成によれば、駆動ロッカアームの作動
態様は、隣接する自由ロッカアームとの連結および連結
解除を連結ピストンにより切換えることによって変化
し、これにより、該駆動ロッカアームに連結された機関
弁がその開閉作動態様を機関の運転状態に応じて変化さ
せながら常時開閉作動せしめられる。

【０００７】また特に油圧で直接駆動される連結ピスト
ンは、それ自体の構造が単純で、隣接する油圧室と共に
ロッカアームへの組込みが容易であると共に切換位置の
移動制御も行い易い利点がある。その上、斯かる連結ピ
ストンを、互いに摺接するロッカアームのガイド穴相互
間で移動させることでロッカアーム相互の連結及び連結
解除が切換えられるようにしたため、該連結ピストン自
体がロッカアーム相互の連結部材と、これを直接油圧駆
動するアクチュエータとをそのまま兼ねることとなっ
て、全体として連結手段の大幅な構造簡素化が図られ、
しかも前記切換えに際してはロッカアーム相互をカムシ
ャフト軸線に沿って直接相対駆動したり或いは外部のア
クチュエータで伝達リンク等を介して機械的且つ遠隔的
に連結ピストンを駆動したりする必要はない、またロッ
カアームとカムとの摺接面がカムシャフト軸線に沿う方
向に移動しないために同摺接面の偏摩耗防止に効果的で
ある。更にロッカアーム相互が摺動自在に隣接していて
その相対位置を精度よく規定できるため、連結ピストン
をロッカアームに内蔵したことで該ピストンに対する外
乱の影響を極力回避し得る効果とも相俟って、ロッカア
ームのガイド穴相互間に亘る連結ピストンの切換作動を
常に的確に行わせることができる。

【０００８】更に上記連結手段が、各ロッカアームのカ
ムとの摺動部に近接して配設される関係で、ロッカアー
ム相互の連結時には、カムから一方のロッカアームに加
わる駆動力を前記摺動部に近い連結ピストンを介して効
率よく最短で伝達可能であり、それだけその駆動力伝達
に伴うロッカアームの荷重負担が軽減される。

【０００９】

【実施例】以下、図面により本発明の一実施例について
説明すると、先ず第１図および第２図において、機関本
体Ｅに設けられた一対の機関弁としての吸気弁１ａ，１
ｂは、機関の回転に同期して1/2 の回転比で駆動される
カムシャフト２に一体的に設けられた低速用カム３およ
び高速用カム５と、カムシャフト２と平行なロッカシャ
フト６に枢支される第１，第２駆動ロッカアーム７，８
および自由ロッカアーム９との働きによって開閉作動さ
れる。また、前記機関本体Ｅには、一対の機関弁として
の排気弁（図示せず）が備えられており、これらの排気
弁も前述の吸気弁１ａ，１ｂと同様に開閉作動される。

【００１０】カムシャフト２は機関本体Ｅの上方で回転
自在に配設されており、低速用カム３は一方の吸気弁１
ａに対応する位置でカムシャフト２に一体的に設けられ
る。また高速用カム５は両吸気弁１ａ，１ｂ間に対応す
る位置でカムシャフト２に一体的に設けられる。しか
も、高速用カム５は、機関の高速運転に対応した形状を
有するものであり、高位部５ａがベース円部５ｂからカ
ムシャフト２の半径方向外方に突出した形状を有する。
また低速用カム３は、機関の低速運転に対応した形状を
有するものであり、カムシャフト２の半径方向外方への
高位部３ａのベース円部３ｂからの突出量および中心角
範囲を高速用カム５の高位部５ａよりも小として形成さ
れる。しかも低速用カム３は、図２からも明らかな如く
カムシャフト２の軸線に沿う高速用カム５の投影面内に
含まれるように形成される。さらに、他方の吸気弁１ｂ
に対応する位置で、カムシャフト２には前記ベース円部
３ｂ，５ｂに対応する真円状の隆起部４が一体的に設け
られており、この隆起部４は低速運転時に吸気弁１ｂを
閉弁状態に保つ働きをする。

【００１１】ロッカシャフト６は、カムシャフト２より
も下方で固定配置される。このロッカシャフト６には第
１駆動ロッカアーム７、第２駆動ロッカアーム８および
自由ロッカアーム９がそれぞれ枢支されるが、第１およ
び第２駆動ロッカアーム７，８は基本的に同一形状に形
成される。すなわち、第１および第２駆動ロッカアーム
７，８は、吸気弁１ａ，１ｂに対応する位置で、その基
部がロッカシャフト６に揺動可能に枢支され、各吸気弁
１ａ，１ｂの上方位置まで延設される。また第１駆動ロ
ッカアーム７の上部には低速用カム３に摺接するカムス
リッパ１０が設けられ、第２駆動ロッカアーム８の上部
には隆起部４に当接し得る当接部１１が設けられる。第
１および第２駆動ロッカアーム７，８において、各吸気
弁１ａ，１ｂの上方に位置する端部には、各吸気弁１
ａ，１ｂの上端に当接し得るタペットねじ１２，１３が
進退可能に螺着される。而してこの実施例では、第１駆
動ロッカアーム７が、他のロッカアームを介さずに機関
弁（吸気弁１ａ）に連動、連結される本発明の駆動ロッ
カアームを構成する。

【００１２】一方、両吸気弁１ａ，１ｂの上部には鍔部
１４，１５が設けられている。これらの鍔部１４，１５
と機関本体Ｅとの間には吸気弁１ａ，１ｂを囲繞する弁
ばね１６，１７が介装されており、弁ばね１６，１７に
より、各吸気弁１ａ，１ｂは閉弁方向すなわち上方に向
けて付勢されている。

【００１３】第３図を併せて参照して、自由ロッカアー
ム９は、第１および第２駆動ロッカアーム７，８間でロ
ッカシャフト６に枢支される。この自由ロッカアーム９
は、ロッカシャフト６から両吸気弁１ａ，１ｂ側にわず
かに延出され、その上部には高速用カム５に摺接するカ
ムスリッパ１８が設けられる。また自由ロッカアーム９
の端部下面には、有底円筒状のリフタ１９が当接されて
おり、このリフタ１９は機関本体Ｅとの間に介装したリ
フタばね２０により上方に付勢される。これにより、自
由ロッカアーム９のカムスリッパ１８は高速用カム５に
常時摺接される。

【００１４】第４図において第１駆動ロッカアーム７、
第２駆動ロッカアーム８および自由ロッカアーム９は、
相互に摺接されており、それらの相対角変位を可能とす
る状態と、各ロッカアーム７〜９を一体的に連結する状
態とを切換可能な連結手段２１がロッカアーム７〜９相
互間に設けられ、しかも該連結手段２１は、各ロッカア
ーム７，９，８のカム３，５又は隆起部４との摺動部
（即ちカムスリッパ１０，１８、当接部１１）に近接し
てその直下に配設される。

【００１５】連結手段２１は、第１駆動ロッカアーム７
および自由ロッカアーム９を連結する位置ならびにその
連結を解除する位置間で移動可能な第１ピストン２２
と、自由ロッカアーム９および第２駆動ロッカアーム８
を連結する位置ならびにその連結を解除する位置間で移
動可能な第２ピストン２３と、第１および第２ピストン
２２，２３の移動を規制するストッパ２４と、第１およ
び第２ピストン２２，２３を連結解除位置側に移動させ
るべくストッパ２４を付勢するばね２５とを備える。

【００１６】第１駆動ロッカアーム７には、自由ロッカ
アーム９側に向けて開放するとともにロッカシャフト６
と平行な有底の第１ガイド穴２６が穿設されており、こ
の第１ガイド穴２６の閉塞端側には段部２７を介して小
径部２８が設けられる。第１ガイド穴２６には第１ピス
トン２２が摺合され、これにより第１ピストン２２と第
１ガイド穴２６の閉塞端との間に油圧室２９が画成され
る。第１駆動ロッカアーム７には油圧室２９に連通する
油路３０が穿設され、またロッカシャフト６内には、油
圧供給源（図示せず）に通じる給油路３１が穿設され
る。さらに両油路３０，３１はロッカシャフト６の側壁
に穿設された連通孔３２を介して、第１駆動ロッカアー
ム７の揺動状態の如何に拘らず常に連通する。

【００１７】第１ピストン２２の軸方向長さは、その一
端が段部２７に当接したときに、その他端が第１駆動ロ
ッカアーム７の自由ロッカアーム９側に臨む側面から自
由ロッカアーム９側に突出しないように設定される。ま
た第１ガイド穴２６の閉塞端と第１ピストン２２との間
には、前記ばね２５よりもばね力の小さなばね３３が介
装される。

【００１８】自由ロッカアーム９には、第１駆動ロッカ
アーム７の第１ガイド穴２６に対応する中間ガイド穴３
４が、両側面間に亘って穿設されており、このガイド穴
３４には、該ガイド穴３４の全長に対応する長さを有す
る第２ピストン２３が摺合される。しかもこの第２ピス
トン２３の外径は、第１ピストン２２と同一に設定され
る。

【００１９】第２駆動ロッカアーム８には、中間ガイド
穴３４に対応して、自由ロッカアーム９側に向けて開放
した有底の第２ガイド穴３５が穿設され、この第２ガイ
ド穴３５に円板状のストッパ２４が摺合される。第２ガ
イド穴３５の閉塞端側には規制段部３６を介して小径部
３７が設けられる。また第２駆動ロッカアーム８には、
第２ガイド穴３５の閉塞端を貫通する挿通孔３８が第２
ガイド穴３５と同心にかつ小径にして穿設されており、
ストッパ２４に一体的かつ同心に設けられた小径の案内
棒３９が挿通孔３８に挿通される。さらにストッパ２４
と第２ガイド穴３５の閉塞端との間には、案内棒３９を
囲繞するコイル状のばね２５が介装される。

【００２０】次にこの実施例の作用について説明する
と、機関の低速運転時には、連結手段２１の油圧室２９
に油圧が供給されず、ストッパ２４はばね２５によって
自由ロッカアーム９側に押圧され、このため第１ピスト
ン２２は第２ピストン２３を介して段部２７に当接する
まで移動している。この状態で、第１および第２ピスト
ン２２，２３の当接面は、第１駆動ロッカアーム７およ
び自由ロッカアーム９の摺接面に対応する位置にあり、
第２ピストン２３およびストッパ２４の当接面は自由ロ
ッカアーム９および第２駆動ロッカアーム８の摺接面に
対応する位置にある。したがって、各ロッカアーム７，
８，９は、相互に摺接するとともに、第１および第２ピ
ストン２２，２３ならびに第２ピストン２３およびスト
ッパ２４をそれぞれ摺接させて、相対角変位可能であ
る。

【００２１】このような連結手段２１の連結解除状態に
あって、カムシャフト２の回転動作により、第１駆動ロ
ッカアーム７は低速用カム３との摺接に応じて揺動し、
一方の吸気弁１ａが、その開弁時期を遅くするとともに
閉弁時期を早くし、しかもリフト量も小さくして開閉作
動される。一方、第２駆動ロッカアーム８は、隆起部４
が真円状であるので揺動せず、他方の吸気弁１ｂは閉弁
したままである。このとき、自由ロッカアーム９は高速
用カム５との摺接により揺動するが、その揺動動作は両
吸気弁１ａ，１ｂの作動に何の影響も及ぼさない。

【００２２】このようにして、機関の低速運転時には、
一方の吸気弁１ａのみが開閉作動され、燃費の低減およ
びアイドル特性の向上を図ることができる。

【００２３】機関の高速運転に際しては、連結手段２１
の油圧室２９に作動油圧が供給されて第１ピストン２２
に直接作用する。これにより、第５図で示すように、第
１ピストン２２はばね２５のばね力に抗して自由ロッカ
アーム９側に移動し、第２ピストン２３は第１ピストン
２２に押されて第２駆動ロッカアーム８側に移動する。
この結果、ストッパ２４が規制段部３６に当接するま
で、第１および第２ピストン２２，２３が移動し、第１
ピストン２２により第１駆動ロッカアーム７および自由
ロッカアーム９が連結され、第２ピストン２３により自
由ロッカアーム９および第２駆動ロッカアーム８が連結
される。

【００２４】このようにして、各ロッカアーム７，８，
９が連結手段２１によって相互に連結された状態では、
高速用カム５により揺動駆動される自由ロッカアーム９
と共に第１及び第２駆動ロッカアーム７，８が揺動す
る。この際、高速用カム５における高位部５ａの中心角
範囲ならびにカムシャフト２の半径方向に沿う外方への
突出量は、低速用カム３の高位部３ａに比べて大である
ので、両吸気弁１ａ，１ｂは、低速運転時における一方
の吸気弁１ａの開閉作動態様に比べて、開弁時期を早く
すると共に閉弁時期を遅くし、しかもリフト量も大にし
た作動態様で開閉作動されることになる。

【００２５】かくして、第１駆動ロッカアーム７に連
動、連結される吸気弁１ａは、機関作動時に常時開閉作
動されるとともに連結手段２１の切換作動に応じて開閉
作動態様を変化させ、それにより機関運転状態に応じた
精密な開閉作動態様を可能として機関出力をより向上さ
せることができる。

【００２６】ところで、連結手段２１の連結解除状態か
ら連結状態への切換に際して、第１および第２連結ピス
トン２２，２３が連結作動し得るのは、第１ガイド穴２
６，中間ガイド穴３４および第２ガイド穴３５が同軸に
なるとき、すなわち低速用カム３が高速用カム５の投影
面内に含まれるように形成されているので、自由ロッカ
アーム９が高速用カム５のベース円部５ｂに摺接すると
ともに第１駆動ロッカアーム７が低速用カム３のベース
円部３ｂに摺接して両吸気弁１ａ，１ｂが静止している
ときである。したがって各ガイド穴２６，３４，３５、
各カム３，５、ならびに各カムスリッパ１０，１８の加
工精度を比較的粗くしても連結手段２１の円滑な切換作
動が確保される。これに対して、カムシャフト２の軸方
向に沿う高速用カム５および低速用カムの投影が、ベー
ス円部３ｂ，５ｂ以外の部分すなわち高位部３ａ，５ａ
で交差する場合には、吸気弁１ａ，１ｂの開閉作動中に
第１ガイド穴２６，中間ガイド穴３４および第２ガイド
穴３５が同軸となって第１および第２連結ピストン２
２，２３の移動が可能となる。このため、第１および第
２連結ピストン２２，２３の自由ロッカアーム９及び第
２駆動ロッカアーム８による叩かれが生じたり、吸気弁
１ａ，１ｂの開弁作動途中で第１および第２連結ピスト
ン２２，２３の中間ガイド穴３４および第２ガイド穴３
５からの離脱が開始されたりして、円滑な切換作動が困
難となるものである。

【００２７】上述のような連結手段２１の働きによる機
関の出力向上効果を図示すると第６図の曲線Ａで示すよ
うになる。これに対し、機関の低速運転時に機関弁の作
動を休止させることがない従来の内燃機関のものを示す
と曲線Ｂで示すようになり、さらに機関の低速運転時に
機関弁を休止させるようにした従来のもの（特開昭５９
−３７２２３号公報等）を示すと曲線Ｃで示すようにな
り、この実施例の構成によれば低速域から高速域の広い
範囲にわたって出力が向上することが明らかである。

【００２８】以上の説明では、吸気弁１ａ，１ｂに関連
する部分について述べたが、一対の排気弁についても吸
気弁と同様に作動されるものである。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本考案によれば、機関弁に
対して他のロッカアームを介さずに連動、連結される駆
動ロッカアームと、機関弁に対して自由となり得る自由
ロッカアームとが互いに摺動自在に隣接配置され、カム
シャフトには前記駆動ロッカアームおよび自由ロッカア
ームを個別に駆動するカムがそれらの形状を異にして一
体化され、ロッカアーム相互間には、それらロッカアー
ムにそれぞれ形成されたガイド穴と、それらガイド穴に
摺動自在に嵌合されてロッカアーム相互を一体的に連結
する位置とロッカアーム相互の相対変位を許容する連結
解除位置との間を移動可能な連結ピストンと、その連結
ピストンに作動油圧を直接作用させるための油圧室とを
備えた連結手段が設けられるので、その連結手段の連結
ピストンを上記連結位置と連結解除位置間で切換移動さ
せることで、駆動ロッカアームに連結した機関弁を常時
開閉作動せしめながらその開閉作動態様を機関運転状態
に応じて変化させることができ、より精密な開閉作動態
様制御を可能として機関出力向上を図ることができる。

【００３０】また特に油圧で直接駆動される連結ピスト
ンは、それ自体の構造が単純で、隣接する油圧室と共に
ロッカアームへの組込みが容易であると共に切換位置の
移動制御も行い易く量産性に優れている。その上、斯か
る連結ピストンを、互いに摺接するロッカアームのガイ
ド穴相互間で移動させることでロッカアーム相互の連結
及び連結解除が切換えられるようにしたから、該連結ピ
ストン自体がロッカアーム相互の連結部材と、これを直
接油圧駆動するアクチュエータとをそのまま兼ねること
となって、全体として連結手段の構造簡素化、延いては
コスト節減に大いに寄与することができ、しかも前記切
換えに際してはロッカアーム相互をカムシャフト軸線に
沿って直接相対駆動したり或いは外部のアクチュエータ
で伝達リ ンク等を介して機械的且つ遠隔的に連結ピスト
ンを駆動したりする必要はなく、その切換えに要する連
結手段の切換駆動力の軽減が図られるばかりか、ロッカ
アームの移動占有空間の小型化が図られ、またロッカア
ームとカムとの摺接面がカムシャフト軸線に沿う方向に
移動しないために同摺接面の偏摩耗防止に効果的であ
る。更にロッカアーム相互が摺動自在に隣接していてそ
の相対位置を精度よく規定できるため、連結ピストンを
ロッカアームに内蔵したことで該ピストンに対する外乱
の影響を極力回避し得る効果とも相俟って、ロッカアー
ムのガイド穴相互間に亘る連結ピストンの切換作動を常
に的確に行わせることができる。

【００３１】更に上記連結手段が、各ロッカアームのカ
ムとの摺動部に近接して配設されるので、該連結手段に
よるロッカアーム相互の連結状態では、カムから一方の
ロッカアームに加わる駆動力を前記摺動部に近い連結ピ
ストンを介して効率よく最短で伝達することができ、そ
れだけその駆動力伝達に伴うロッカアームの荷重負担が
軽減され、各ロッカアームの小型軽量化に寄与すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す平面図

【図２】図１の２−２線断面図

【図３】図３は図１の３−３線断面図

【図４】図２の４−４線断面図

【図５】高速運転時の図４に対応した断面図

【図６】機関の出力特性を示す図

【符号の説明】

１ａ・・・・・・・機関弁としての吸気弁 ２・・・・・・・・カムシャフト ３・・・・・・・・カムとしての低速用カム ５・・・・・・・・カムとしての高速用カム ７・・・・・・・・駆動ロッカアームとしての第１駆動
ロッカアーム ９・・・・・・・・自由ロッカアーム１０・・・・・・・摺動部としてのカムスリッパ １８・・・・・・・摺動部としてのカムスリッパ ２１・・・・・・・連結手段 ２２・・・・・・・連結ピストンとしての第１連結ピス
トン ２６・・・・・・・ガイド穴としての第１ガイド穴 ２９・・・・・・・油圧室 ３４・・・・・・・ガイド穴としての中間ガイド穴

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関の回転に同期して回転駆動されるカ
   ムシャフト（２）に一体化されるカム（３，５）と、該
   カム（３，５）の回転動作に応じて機関弁（１ａ）を開
   閉作動させるためのロッカアーム（７，９）とを備え
   る、内燃機関の動弁装置において、 機関弁（１ａ）に対して他のロッカアームを介さずに連
   動、連結される駆動ロッカアーム（７）と、機関弁（１
   ａ）に対して自由となり得る自由ロッカアーム（９）と
   が互いに摺動自在に隣接配置され、 カムシャフト（２）には前記駆動ロッカアーム（７）及
   び自由ロッカアーム（９）を個別に駆動するカム（３，
   ５）がそれらの形状を異にして一体化され、 ロッカアーム（７，９）相互間には、それらロッカアー
   ム（７，９）にそれぞれ形成されたガイド穴（２６，３
   ４）と、それらガイド穴（２６，３４）に摺動自在に嵌
   合されてロッカアーム（７，９）相互を一体的に連結す
   る位置とロッカアーム（７，９）相互の相対変位を許容
   する連結解除位置との間を移動可能な連結ピストン（２
   ２）と、その連結ピストン（２２）に作動油圧を直接作
   用させるための油圧室（２９）とを備えた連結手段（２
   １）が、各ロッカアーム（７，９）のカム（３，５）と
   の摺動部（１０，１８）に近接して配設されることを特
   徴とする、内燃機関の動弁装置。