JP2808744B2 - エンジンの弁作動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、運転条件に応じてカムの切換えが行われ
るエンジンの弁作動装置に関する。

（従来の技術およびその課題） 従来から低中速運転時のトルクと高速運転時の出力向
上を両立する目的で、エンジン運転条件に応じて互いに
プロフィールの異なる複数のカムの切換えが行われ、こ
れによって吸排気のタイミングあるいは吸排気量を制御
する弁作動装置が知られている。

特開昭63−167016号公報、特開昭63−57805号公報に
それぞれ開示された弁作動装置は、その揺動先端が弁に
当接するメインロッカアームと、このメインロッカアー
ムの片側に隣接して弁との当接部位を持たないサブロッ
カアームとが共通のロッカシャフトに揺動可能に支持さ
れ、エンジンの低速運転時はメインロッカアームに直接
当たるカムによって弁を開閉駆動し、高速運転時は両メ
インロッカアームがピンを介して拘束されて、サブロッ
カアームに当たる開弁角度およびリフト量の比較的に大
きなカムによって弁を開閉駆動するようになっている。

ところが、メインロッカアームは弁を介してバルブス
プリングの付勢力によりカムに押し付けられるのに対し
て、サブロッカアームは弁に直接当接する部位を持たな
いため、サブロッカアームをカムに押し付けるロストモ
ーションスプリングを設けなければならず、この部分の
フリクションが増えるという問題点があった。

また、高速運転時はメインロッカアームとサブロッカ
アームが一体となって揺動するため、慣性質量がの増加
によりエンジンの高速運転時にカムに対するサブロッカ
アームの追従性を確保することが難しく、サージングを
起こす心配がある。この対策としてロストモーションス
プリングの付勢力をそれぞれ強化しなければならないた
め、さらにフリクションの増大を招いた。

さらに、２つのメインロッカアームの間に単一のサブ
ロッカアームを備える構造のため、３つ以上のカムを切
換えることができないという制約があった。

この発明はこのような従来の問題点を解決することを
目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、カムシャフトにプロフィールの大小異な
る３つの開弁用カムと、弁を閉弁方向に駆動する所定の
プロフィールを持つ２つの閉弁用カムとを形成し、弁に
当接する部位を持つ単一のメインロッカアームを挾ん
で、弁に当接する部位を持たない２つのサブロッカアー
ムを共通のロッカシャフトに揺動可能に支持し、メイン
ロッカアームに比較的に小さな作動角またはリフト量を
有する開弁用カムの一つに摺接する押し側カムフォロワ
部を形成するとともに、弁を閉じ方向に付勢するバルブ
スプリングを介装し、２つのサブロッカアームに各開弁
用カムに摺接する押し側カムフォロワ部と、各開弁用カ
ムに摺接する戻し側カムフォロワ部とをそれぞれ形成
し、エンジンの高速運転条件でメインロッカアームに対
する各サブロッカアームの相対回転を選択的に係止して
３つの開弁用カムを切換える結合手段を設けた。

（作用） メインロッカアームは結合手段を介してサブロッカア
ームに拘束されない運転条件では、バルブスプリングに
抗して弁を直接的に開閉駆動し、プロフィールの比較的
に小さい開弁用カムに従う。

このとき、２つのサブロッカアームはそれぞれ別の開
弁用カムと閉弁用カムのそれぞれに従動してメインロッ
カアームと独立して揺動するので、従来装置に必要だっ
たサブロッカアームをカムに追従させるロストモーショ
ンスプリングを廃止することが可能となり、フリクショ
ンを低減できる。

結合手段を介してメインロッカアームを２つのサブロ
ッカアームのいずれか一方と結合して揺動させる高速運
転条件では、サブロッカアームに形成された押し側カム
フォロワ部を介して比較的に大きな作動角またはリフト
量を有する開弁用カムに従動して開弁駆動し、サブロッ
カアームに形成された戻し側カムフォロワ部を介して閉
弁用カムに従動して強制的に閉弁駆動する。これにより
サブロッカアームによる可動質量の増加とエンジンの高
速化にも拘わらずにサージングを確実に防止できる。

このとき、メインロッカアームの押し側カムフォロワ
部は比較的にプロフィールの小さい開弁用カムから浮き
上がることにより、サブロッカアームの動きを妨げるこ
とはない。バルブスプリングは戻し側カムフォロワ部が
閉弁用カムのベースサイクルに摺接する全閉位置で弁を
バルブシートに押し付ける機能を果たす。

メインロッカアームがサブロッカアームと独立して揺
動する低速運転条件に、バルブスプリングはメインロッ
カアームを開弁用カムに追従させる付勢力が必要である
が、この低速運転条件はサブロッカアームの質量がメイ
ンロッカアームに付加されることがなく可動質量が小さ
くなるとともに、カムの回転速度が小さく、バルブスプ
リングに働く動弁系の慣性力が比較的に小さくなるの
で、バルブスプリングに要求される付勢力は小さくて済
み、高速運転時に対応してバルブスプリングの付勢力を
大きくする必要がなく、フリクションの低減がはかれ
る。

単一のメインロッカアームを挾んで２つのサブロッカ
アームを配設したことにより、メインロッカアームに対
する各サブロッカアームの相対回転を選択的に係止する
結合手段を設けることが可能となり、３つの開弁用カム
を切換えて弁開閉時期の制御をよりきめ細かに行うこと
ができる。

（実施例） 第１図，第２図は、１つの気筒について同一の機能を
有する２つの弁（吸気弁、排気弁のいずれでも良く、図
示のものは吸気弁とする）を備えたエンジンに対して本
発明を適用した場合の実施例を示している。

これについて説明すると、各気筒には２本の吸気弁９
に対応して単一のメインロッカアーム１が設けられる。
メインロッカアーム１はその基端に各気筒に共通なロッ
カシャフト４に揺動自在に嵌合するボス部10が一体形成
され、Ｙ字状に分岐する２つの先端に吸気弁９に係合す
るバルブフォロワ部11がそれぞれ一体形成される。

吸気弁９のバルブシステムにはバルブスプリング８を
受けるリテーナ７が螺合し、ロックナット６を介して締
付け固定される。リテーナ７にはメインロッカアーム１
のバルブフォロワ部11を挾む上下フォロワ部12,13が環
状に突出する。リテーナ７の螺合位置を微調整して弁隙
間を零にすることができる。なお、メインロッカアーム
１の各バルブフォロワ部11はリテーナ７を前後方向から
挾むように二股に分岐させ、リテーナ７の上下フォロワ
部12,13に接する部位を円盤状に形成する。

メインロッカアーム１にはロッカシャフト４と吸気弁
９の間に位置して押し側カムフォロワ部14が円弧状に突
出形成される。

カムシャフト19にはこのカムフォロワ部14に摺接する
開弁用小カム20が形成される。

単一のメインロッカアーム１を挾むようにして２つの
サブロッカアーム2,3が共通のロッカシャフト４を介し
て揺動自在に設けられる。

第３図にも示すように、各サブロッカアーム2,3はロ
ッカシャフト４に嵌合する円筒状のボス部17,27と、各
ボス部17,27から突出する押し側カムフォロワ部15,25
と、戻し側カムフォロワ部16,26とがそれぞれ形成され
る。

各押し側カムフォロワ部15,25はメインロッカアーム
１のカムフォロワ部14と並んで円弧状に突出し、カムシ
ャフト19には押し側カムフォロワ15に摺接する開弁用中
カム21と開弁用大カム22が互いに異なるプロフィールで
形成される。各カム21,22のプロフィールはそれぞれ開
弁用小カム20に比較して段階的に大きな作動角とリフト
量に設定される。

さらに、カムシャフト19には各戻し側カムフォロワ部
16,26に摺接する閉弁用カム23,24がそれぞれ形成され
る。この各閉弁用カム23,24は各開弁用カム21,22が各カ
ムフォロワ部14,24を押し下げる揚程時に対応して窪
み、各開弁用カム21,22がシリンダヘッドから離れよう
とする閉弁作動時に各吸気弁９を引き上げるプロフィー
ルを持ち、各サブロッカアーム2,3を強制的に揺動させ
る。なお、各戻し側カムフォロワ部16,26も各閉弁用カ
ム23,24に摺接する部分が円弧状に湾曲している。

メインロッカアーム１に対する各サブロッカアーム2,
3の相対回転を選択的に係止する結合部材として、三者
の間にはピストン31,41がそれぞれ設けられる。

メインロッカアーム１には各ピストン31,41を摺動自
在に嵌挿させる孔32,42がそれぞれ形成され、各サブロ
ッカアーム2,3には各ピストン31,41を摺動自在に嵌挿さ
せる孔33,43が形成され、この各孔33,43に各スプリング
キャップ33,44を摺動自在に嵌挿させる孔36がそれぞれ
形成され、各スプリングキャップ34,44の背後に各リタ
ーンスプリング35,45がそれぞれ介装される。

各孔32と33、各孔42と43はそれぞれロッカシャフト４
と平行方向に形成され、メインロッカアーム１とサブロ
ッカアーム２の位相差が零になる状態（各開弁用カム2
0,21,22のベースサークルに摺接する状態）で互いに同
軸上に連続する。

各ピストン31,41をそれぞれ摺動させる油圧駆動手段
として、ピストン31,41の背後に油通路37,47がメインロ
ッカアーム１とロッカシャフト４を通して形成される。

図のように各リターンスプリング35,45の付勢力によ
り各ピストン31,41が各孔32,42の一端にそれぞれ当接し
た状態では、各ピストン31,41が各孔32,42にそれぞれ収
まって、メインロッカアーム１の揺動を拘束しない非拘
束位置に保持される一方、油通路37に導かれる制御油圧
によりリターンスプリング35に抗してピストン31が各孔
32,33に嵌挿することによりメインロッカアーム１とサ
ブロッカアーム２が一体となって揺動する拘束位置に保
持され、油通路47に導かれる制御油圧によりリターンス
プリング45に抗してピストン41が各孔42,43に嵌挿する
ことによりメインロッカアーム１とサブロッカアーム３
が一体となって揺動する拘束位置に保持される。

なお、各スプリングキャップ34,44が嵌挿される孔33,
43には各空気抜き孔36,46がそれぞれ開口している。

各ピストン31,41に制御油圧を導く各油通路37,47は図
示しない電磁弁を介してオイルポンプに接続し、この電
磁弁の作動を電子制御するコントロールユニットはエン
ジン回転信号、冷却水温度信号、潤滑油の温度信号、過
給機による吸気過給圧力信号、スロットルバルブの開度
信号等を入力して、これらの検出値に基づいてエンジン
トルクの急激な変動を抑えつつ、各カム20,21,22の切換
えを円滑に行うようになっている。

エンジンの低速運転条件では、メインロッカアーム１
がそのカムフォロワ部14を開弁用小カム20に摺接させて
揺動し、各吸気弁９を比較的に小さな開弁開度とリフト
量で開閉駆動する。このとき、一方のサブロッカアーム
２は各カム21,23に摺接して揺動し、他方のサブロッカ
アーム３は各カム22,24に摺接して揺動するが、それぞ
れメインロッカアーム１に対して相対回転して、メイン
ロッカアーム１の動きを妨げることはない。

エンジンの中速運転条件では、制御油圧によりリター
ンスプリング35に抗してピストン31は拘束位置に移動
し、サブロッカアーム２はメインロッカアーム１と一体
となって揺動し、サブロッカアーム２に形成された押し
側カムフォロワ部15を介して中間的な作動角またはリフ
ト量を有する開弁用中カム21に従動して各吸気弁９を開
弁駆動し、同じくサブロッカアーム２に形成された戻し
側カムフォロワ部16を介して閉弁用カム23に従動して強
制的に閉弁駆動する。

エンジンの高速運転条件では、制御油圧によりリター
ンスプリング45に抗してピストン41は拘束位置に移動
し、サブロッカアーム３はメインロッカアーム１と一体
となって揺動し、サブロッカアーム３に形成された押し
側カムフォロワ部25を介して比較的に大きな作動角また
はリフト量を有する開弁用大カム22に従動して各吸気弁
９を開弁駆動し、同じくサブロッカアーム３に形成され
た戻し側カムフォロワ部26を介して閉弁用カム23に従動
して強制的に閉弁駆動する。

これによりサブロッカアーム2,3による可動質量の増
加にも拘わらずにエンジンの中高速運転条件でサージン
グを確実に防止できる。また、バルブスプリング８は各
戻し側カムフォロワ部16,26が各閉弁用カム23,24のベー
スサークルに摺接する全閉位置で吸気弁９をバルブシー
トに押し付けることにより、燃焼室の密封室が確保され
る。

なお、メインロッカアーム１のカムフォロワ部14は比
較的にプロフィールの小さい開弁用小カム20から浮き上
がることにより、サブロッカアーム2,3の動きを妨げる
ことはない。

このように、エンジン回転数と負荷に応じて開弁用カ
ム20と開弁用中カム21および開弁用大カム22がそれぞれ
切換えられるので、３つのカムプロフィールに基づくト
ルク特性が合成され、低回転域から高回転域に渡ってト
ルクの落ち込みを有効に抑制するとともに、燃費を低減
することができる。

メインロッカアーム１がサブロッカアーム２と独立し
て揺動する低速運転条件に、バルブスプリング８はメイ
ンロッカアーム１を開弁用小カム20に追従させる付勢力
が必要であるが、この低速運転条件はサブロッカアーム
2,3の質量がメインロッカアーム１の揺動に付加される
ことがなく可動質量が小さくなるとともに、カム20の回
転速度が小さく、バルブスプリング８に働く動弁系の慣
性力は比較的に小さいので、バルブスプリング８に要求
される付勢力は比較的に小さくて済み、高速運転時に対
応してバルブスプリング８の付勢力を大きくする必要が
なく、フリクションの低減がはかれる。

（発明の効果） 以上のとおり本発明によれば、エンジン運転条件に応
じて複数のカムの切換えを行う弁作動装置において、カ
ムシャフトにプロフィールの大小異なる３つの開弁用カ
ムと、弁を閉弁方向に駆動する所定のプロフィールを持
つ２つの閉弁用カムとを形成し、弁に当接する部位を持
つ単一のメインロッカアームを挾んで、弁に当接する部
位を持たない２つのサブロッカアームを共通のロッカシ
ャフトに揺動可能に支持し、メインロッカアームに比較
的に小さな作動角またはリフト量を有する開弁用カムの
一つに摺接する押し側カムフォロワ部を形成するととも
に、弁を閉じ方向に付勢するバルブスプリングを介装す
る一方、２つのサブロックアームに各開弁用カムに摺接
する押し側カムフォロワ部と、各閉弁用カムに摺接する
戻し側カムフォロワ部とをそれぞれ形成し、エンジンの
高速運転条件でメインロッカアームに対する各サブロッ
カアームの相対回転を選択的に係止して３つの開弁用カ
ムを切換える結合手段を設けたため、サブロッカアーム
の付加により動弁系の可動質量が増える中高速運転時の
サージングを確実に防止するとともに、バルブスプリン
グの付勢力を比較的に小さくしてフリクションを低減す
ることができ、さらに３つの開弁用カムを切換えてエン
ジン運転条件に応じてきめ細かな弁の開閉時期を制御す
ることができるので、エンジンの燃費および出力の向上
がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の弁作動装置を示す平面図、第
２図は同じく正面図、第３図はサブロッカアームの斜視
図である。 １……メインロッカアーム、2,3……サブロッカアー
ム、４……ロッカシャフト、７……リテーナ、８……バ
ルブスプリング、９……吸気弁、20……開弁用小カム、
21……開弁用中カム、22……開弁用大カム、23,24……
閉弁用カム、31,41……ピストン、37,47……油通路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾嵜 和紀 神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地 日 産自動車株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−121809（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−229008（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01L 13/00 301 F01L 1/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】カムシャフトにプロフィールの大小異なる
   ３つの開弁用カムと、弁を閉弁方向に駆動する所定のプ
   ロフィールを持つ２つの閉弁用カムとを形成し、弁に当
   接する部位を持つ単一のメインロッカアームを挾んで、
   弁に当接する部位を持たない２つのサブロッカアームを
   共通のロッカシャフトに揺動可能に支持し、メインロッ
   カアームに比較的に小さな作動角またはリフト量を有す
   る開弁用カムの一つに摺接する押し側カムフォロワ部を
   形成するとともに、弁を閉じ方向に付勢するバルブスプ
   リングを介装する一方、２つのサブロッカアームに各開
   弁用カムに摺接する押し側カムフォロワ部と、各閉弁用
   カムに摺接する戻し側カムフォロワ部とをそれぞれ形成
   し、エンジンの高速運転条件でメインロッカアームに対
   する各サブロッカアームの相対回転を選択的に係止して
   ３つの開弁用カムを切換える結合手段を設けたことを特
   徴とするエンジンの弁作動装置。