JP2808745B2 - 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、サージング等を
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。

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、弁に当接する部位を持ち、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に摺接する
押し側カムフォロア部が形成されたメインロッカアーム
と、弁に当接する部位を持たず、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摺接する押し側カ
ムフォロア部と弁を閉方向に駆動する所定のプロフィー
ルを持つ閉弁用カムに摺接する戻し側カムフォロア部と
が形成されたサブロッカアームと、メインロッカアーム
とサブロッカアームとを揺動可能に支持するロッカシャ
フトと、エンジンが低速運転条件のときに両ロッカアー
ムの相対運動を許容し、高速運転条件のときに両ロッカ
アームの相対回転を係止する結合手段と、エンジンが低
速運転条件のときの動弁系の慣性力に対応した付勢力で
弁を閉じ方向に付勢するバルブスプリングとを設けた。

（作用） エンジンの低速運転条件では、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ることが
なく、低速運転条件に合わせて設定されたバルブスプリ
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、サブロッカアームは別の開弁用カムとそれ
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開弁用
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。

エンジンの高速運転条件では、結合手段を介してメイ
ンロッカアームをサブロッカアームと一体となって揺動
させ、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、サブロックアー
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ー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、低速運転条件に合わせて設定さ
れたバルブスプリングはメインロッカアームを開弁用に
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。

（実施例） 第１図，第２図，第３図，第４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２つのメインロッカアーム１が設けられる。
各メインロッカアーム１はそれぞれの基端に各気筒に共
通なロッカシャフト３に揺動自在に嵌合するボス部10が
一体形成され、それぞれの先端に吸気弁９に係合するバ
ルブフォロワ部11が一体形成される。

吸気弁９のバルブ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、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1
2,13が環状に突出する。吸気弁９のバルブステムにはロ
ックナット６が螺合してリテーナ７を締付け固定する。
これにより、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
のバルブフォロワ部11はリテーナ７を前後方向から挾む
凹部11aを有する円盤状に形成する。

メインロッカアーム１にはロッカシャフト３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20にはこのカムフォロワ部14に摺接する
開弁用小カム21が形成される。開弁用小カム21のプロフ
ィールは比較的に小さな作動角とリフト量に設定され
る。

２つのメインロッカアーム１の間には１つのサブロッ
カアーム２が共通のロッカシャフト３を介して揺動自在
に設けられる。

サブロッカアーム２はロッカシャフト３に嵌合する円
筒状のボス部17と、このボス部17から突出する押し側カ
ムフォロワ部15と、戻し側カムフォロワ部16とがそれぞ
れ形成される。両カムフォロワ部15,16はその間にカム
シャフト20を挾む所定角度で突出する。

押し側カムフォロワ部15は一方の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20には押し側カムフォロワ部15に摺接する開弁用
大カム22が形成される。開弁用大カム22のプロフィール
は比較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20には戻し側カムフォロワ部16
に摺接する閉弁用カム23が形成される。この閉弁用カム
23は開弁用大カム22がカムフォロワ部14を押し下げる揚
程時に対応して窪み、開弁用大カム22がシリンダヘッド
から離れようとする閉弁作動時に吸気弁９を引き上げる
プロフィールを持ち、サブロッカアーム２を強制的に揺
動させる。なお、戻し側カムフォロワ部16も閉弁用カム
23に摺接する部分が円弧状に湾曲している。

各メインロッカアーム１とサブロッカアーム２との相
対回転を係止する係合部材として、両者の間にはピン31
とピストン33がそれぞれ設けられる。

サブロッカアーム２にはピン31を摺動自在に嵌挿させ
る孔32が形成され、一方のメインロッカアーム１にはピ
ストン33を摺動自在に嵌挿させる孔35が、他方のメイン
ロッカアーム１にはスプリングキャップ34を摺動自在に
嵌挿させる孔36がそれぞれ形成される。

各孔35,32,36はそれぞれロッカシャフト３と平行方向
に形成され、各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（各閉弁用カム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。

ピン31およびピストン33を摺動させる油圧駆動手段と
して、ピストン33の背後に油室37が画成される一方、孔
36に収装されるスプリングキャップ34の背後にリターン
スプリング38が介装される。図のようにリターンスプリ
ング38の付勢力によりピストン33が孔35の一端に当接し
た状態では、各ピン31とピストン33およびスプリングキ
ャップ34が各孔32,35,36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、油室37に導かれる制御油圧によりリターンスプ
リング38に抗してピストン33が孔35,32に、ピン31が孔3
2,36に渡ってそれぞれ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るようになっている。

なお、スプリングキャップ34が嵌挿される孔36には空
気抜き孔41が開口している。

各油室37に制御油圧を導く油通路39がそれぞれメイン
ロッカアーム１およびロッカシャフト３の内部を通して
設けられる。油通路39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、過給機による吸気の過給圧力信
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21,22の切換え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、各メインロッカアーム
１はそれぞれのフォロワ部14に各開弁用小カム21に摺接
させて揺動し、各吸気弁９を比較的に小さな開弁角度と
リフト量で開閉駆動する。このとき、サブロッカアーム
２は各カム22,23に摺接して揺動するが、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。

エンジンの高速運転条件では、制御油圧によりリター
ンスプリング38に抗してピストン33およびピン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。これによりサブ
ロッカアーム２による可動質量の増加にも拘わらずにエ
ンジンの高速化に対応してサージングを確実に防止でき
る。バルブスプリング８は戻し側カムフォロワ部16が閉
弁用カム23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
密封性が確保される。

このとき、メインロッカアーム１のフォロワ部14は比
較的にプロフィールの小さい開弁用小カム21から浮き上
がることにより、サブロッカアーム２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小
カム21と開弁用大カム22がそれぞれ切換えられるので、
各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有効にトルクを高められる。

各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は各
メインロッカアーム１を開弁用小カム21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の質量が各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21
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。

次に、第５図，第６図に示す他の実施例は、サブロッ
カアーム２を２つの部材42,43に分割して形成するもの
である。

一方の部材42はカムシャフト３に嵌合するボス部44
と、開弁用大カムに摺接する押し側カムフォロワ部15と
を有し、他方の部材43はカムシャフト３に嵌合するボス
部45と、開弁用小カムに摺接する押し側カムフォロワ部
16とを有する。

各部材42,43のボス部44,45の側面には互いに接合する
段部46,47がそれぞれ形成され、両者の相対回転を係止
するようになっている。これにより、各部材42,43の形
状を単純化してそれぞれの加工を容易にし、各カムフォ
ロワ部15,16の位置精度を高めることができる。

次に、第７図〜第13図に示す他の実施例について説明
すると、サブロッカアーム２を２つの部材51,52に分割
して形成するとともに、両部材51,52の間にアジャスト
スクリュ53を介装して、開弁用カム23に対する戻し側カ
ムフォロワ部16のクリアランスを適正に調整できるよう
になっている。

一方の部材51のボス部54から突出するアーム部55にア
ジャストスクリュ53を螺合させるネジ孔56が形成され、
他方の部材52のボス部57から突出するストッパ部58にア
ジャストスクリュ53の先端を当接させ、アジャストスク
リュ53の螺合位置を変えることにより戻し側カムフォロ
ワ部16と開弁用カム23の間のクリアランスを調整する。
通常アジャストスクリュ53はロックナット60を介して締
付け固定されている。アーム部55とストッパ部58の間に
スプリング59が介装され、戻し側カムフォロワ部16を常
に開弁用カム23に押し付けて打音の発生を防止するよう
になっている。なお、図中23,22は開弁用カムおよび閉
弁用大カムのベースサークルをそれぞれ示している。

ロッカシャフト３には制御油圧を導く油通路39と動弁
系に潤滑油を供給する油通路61を形成し、各部材51,52
およびメインロッカアーム１にこの潤滑油を通す通孔6
2,63,64がそれぞれ形成され、各カムとの摺接部を潤滑
するようになっている。

次に、第14図に示す他の実施例は、押し側カムフォロ
部15を有する部材65と、戻し側カムフォロワ部を有する
部材66の間に油圧リフタ67を介装するものである。

部材65にはリフタ67を摺動自在に嵌挿させるシリンダ
68が形成され、リフタ67がスプリング69の付勢力により
シリンダ68から突出するのに伴って通孔70からチェック
弁71を介して作動油が流入し、戻し側カムフォロワ部と
開弁用カム間のクリアランスを自動的に調整するように
なっている。

次に、第15図に示す他の実施例について説明すると、
気筒毎に単一の吸気弁９を備えるエンジンにおいて、こ
の吸気弁９に当接する単一のメインロッカアーム72を設
ける。

この場合、メインロッカアーム72に開弁用小カムに摺
接する押し側カムフォロワ部14が形成される一方、メイ
ンロッカアーム72に隣接して設けられるサブロッカアー
ム73には開弁用大カムに摺接する押し側カムフォロワ部
15と閉弁用カムに摺接する戻し側カムフォロワ部16が形
成される。

サブロッカアーム73にはピストン75を摺動自在に嵌挿
させる孔76が形成され、メインロッカアーム72にはスプ
リング78を介してスプリングキャップ77を摺動自在に嵌
挿させる孔79が形成され、油通路80を介して導かれる制
御油圧によりピストン75を孔76と79に渡って嵌挿させる
ことにより両ロッカアーム72,73を一体として揺動させ
るようになっている。

第16図に示す他の実施例は、気筒毎に２つの吸気弁９
を備えるエンジンにおいて、単一のメインロッカアーム
81にＹ字状に分岐するバルブフォロワ部82を設けて、装
置のコンパクト化をはかっている。

第17図に示す他の実施例は、サブロッカアーム73を２
つの部材83,84に分割し、一方の部材83に開弁用大カム
に摺接する押し側カムフォロワ部15が形成され、他方の
部材84に閉弁用カムに摺接する戻し側カムフォロワ部16
が形成され、加工性等を高めている。

この場合、部材83にメインロッカアーム81に摺接する
アーム部85を突出させ、このアーム部85内にピストン75
を摺動自在に嵌挿させる孔76が形成されている。メイン
ロッカアーム81にはスプリング78を介してスプリングキ
ャップ77を摺動自在に嵌挿させる孔79が形成され、油通
路80を介して導かれる制御打圧によりピストン75を孔76
と79に渡って嵌挿させることにより両ロッカアーム81,7
3を一体として揺動させるようになっている。

（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、弁
に当接する部位を持ち、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に摺接する押し側カムフォロ
ア部が形成されたメインロッカアームと、弁に当接する
部位を持たず、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摺接する押し側カムフォロア部と弁
を閉方向に駆動する所定のプロフィールを持つ閉弁用カ
ムに摺接する戻し側カムフォロア部とが形成されたサブ
ロッカアームと、メインロッカアームとサブロッカアー
ムとを揺動可能に支持するロッカシャフトと、エンジン
が低速運転条件のときに両ロッカアームの相対運動を許
容し、高速運転条件のときに両ロッカアームの相対回転
を係止する結合手段と、エンジンが低速運転条件のとき
の動弁系の慣性力に対応した付勢力で弁を閉じ方向に付
勢するバルブスプリングとを有するため、動弁系の可動
質量が増える高速運転時のサージングを確実に防止し、
バルブスプリングの付勢力を比較的に小さくしてメイン
ロッカアームのフリクションを低減することができ、ま
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、サブロッカ
アームのフリクションを低減できるので、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図はメインロッカアームの斜
視図、第４図はサブロッカアームの斜視図である。第５
図は他の実施例を示す弁作動装置の平面図、第６図は同
じくサブロッカアームの分解斜視図である。第７図はさ
らに他の実施例を示す弁作動装置の正面図、第８図はメ
インロッカアームの平面図、第９図は同じく正面図、第
10図はサブロッカアームの平面図、第11図は同じく正面
図、第12図はメインロッカアームの平面図、第13図は同
じく正面図、第14図はさらに他の実施例を示す断面図、
第15図，第16図，第17図はそれぞれさらに他の実施例を
示す弁作動装置の平面図である。 １……メインロッカアーム、２……サブロッカアーム、
３……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、21……開弁用小カム、22…
…開弁用大カム、23……閉弁用カム、31……ピン、32…
…孔、33……ピストン、35,36……孔、37……油室、39
……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59−229008（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−202710（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01L 13/00 301 F01L 13/00 302 F01L 1/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】弁に当接する部位を持ち、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に摺接する押
   し側カムフォロア部が形成されたメインロッカアーム
   と、弁に当接する部位を持たず、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摺接する押し側カ
   ムフォロア部と弁を閉方向に駆動する所定のプロフィー
   ルを持つ閉弁用カムに摺接する戻し側カムフォロア部と
   が形成されたサブロッカアームと、メインロッカアーム
   とサブロッカアームとを揺動可能に支持するロッカシャ
   フトと、エンジンが低速運転条件のときに両ロッカアー
   ムの相対運動を許容し、高速運転条件のときに両ロッカ
   アームの相対回転を係止する結合手段と、エンジンが低
   速運転条件のときの動弁系の慣性力に対応した付勢力で
   弁を閉じ方向に付勢するバルブスプリングとを有するこ
   とを特徴とする弁作動装置。