JP2999606B2 - エンジンの弁作動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、エンジンの弁作動装
置、特にエンジンの回転数の変化に応じて弁リフト特性
を切換えるようにしたエンジンの弁作動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、低中速運転時の高トルク特性
と高速運転時の出力向上とを両立させる目的で、運転状
態に応じて吸気弁または排気弁のリフト特性を異なら
せ、これによって、吸排気のタイミングあるいは吸排気
量を制御することが知られている（例えば、特開昭６３
−１６７０１６号公報、特開昭６３−５７８０６号公報
等参照）。

【０００３】これらは、その揺動先端が弁に当接する低
速用ロッカアームと、この低速用ロッカアーム間に設け
られ弁との当接部位を持たない自由カムフォロアである
高速用ロッカアームとが、共通のロッカシャフトに揺動
可能に支持され、低速用ロッカアームには低速用カム
が、高速用ロッカアームには低速用カムよりも開弁角度
または弁リフト量が大きくなるプロフィールを有する高
速用カムが、それぞれ摺接されている。

【０００４】そして、高速用ロッカアームと低速用ロッ
カアームとには、ロッカシャフトから所定の距離だけ離
れた揺動部位において、ロッカシャフトと平行な方向
に、それぞれ、嵌合穴が形成されると共に、この嵌合穴
内にプランジャが嵌装されており、作動油圧に応動して
プランジャが嵌合穴に嵌まり、あるいは嵌合穴から抜け
ることで、２つのロッカアームが連結されたり、その連
結が解かれたりする連結切換機構が設けられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来のものにあっては、それぞれの嵌合穴に嵌装された
複数のプランジャが、嵌合穴が同軸上に整列したとき
に、油圧を受けたプランジャが相手プランジャを押しな
がら相手の嵌合穴に嵌まりこむように構成されているの
で、プランジャと高速用ロッカアームおよび低速用ロッ
カアームの嵌合穴との加工精度は極めて高いものが要求
され、コスト上昇の一因となっている。というのも、加
工精度を下げ両者のクリアランスを大きく許容すると、
まず、作動油圧の保持が保証されず、さらに、嵌合穴と
プランジャとの片当りによる摩耗や音が発生し好ましく
ないからである。また、従来のものにあっては低速用と
高速用との２段の切換であるから、中速域におけるエン
ジン性能を充分に引出すことができず、きめ細かいエン
ジン制御が困難であった。

【０００６】本発明の目的は、かかる従来の問題を解消
し、高精度の加工を必要とせずコストを低減することが
できると共にきめ細かいエンジン制御を可能とするエン
ジンの弁作動装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、ロッカシャフトに揺動自在に設けら
れ、一端が吸気弁あるいは排気弁に連係されるとともに
第１カムで駆動されるロッカアームと、第２カムで駆動
される第１自由カムフォロアと、第３カムで駆動される
第２自由カムフォロアと、前記ロッカアームに設けら
れ、前記第１自由カムフォロアを前記第２カムに押圧
し、且つ前記第２カムの駆動力を前記ロッカアームに伝
達しない第１ロストモーション機構と、前記ロッカアー
ムに設けられ、前記第２自由カムフォロアを前記第３カ
ムに押圧し、且つ前記第３カムの駆動力を前記ロッカア
ームに伝達しない第２ロストモーション機構と、前記第
１自由カムフォロアに設けられ、前記第１ロストモーシ
ョン機構に連係する第１位置と、前記ロッカアームに連
結する第２位置とに前記ロッカシャフトと平行な軸線方
向に移動可能な第１連係部材と、前記第２自由カムフォ
ロアに設けられ、前記第２ロストモーション機構に連係
する第１位置と、前記ロッカアームに連結する第２位置
とに前記軸線上を移動可能な第２連係部材と、前記第１
の連係部材の前記ロッカアームと前記第１ロストモーシ
ョン機構とへの連係を切換え可能な第１連係切換え手段
と、前記第２の連係部材の前記ロッカアームと前記第２
ロストモーション機構とへの連係を切換え可能な第２連
係切換え手段と、前記第１連係部材と前記第２連係部材
と間に配置され、両者を戻り方向に付勢する共通一個の
弾性部材と、を有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、例えば第１自由カムフォロア
に設けられた第１連係部材を、連係切換え手段でもっ
て、第１ロストモーション機構に連係する第１位置に移
動させることにより、ロッカアームと第１自由カムフォ
ロアとの連結が解除され、ロッカアームは低速用の第１
カムで駆動され、またロッカアームに連係する第２位置
に移動させることによりロッカアームと第１自由カムフ
ォロアとが連結され、ロッカアームは高速用の第２カム
で駆動される。さらに、第２自由カムフォロアとロッカ
アームとを第２連係部材で連結すれば、ロッカアーム
は、例えば中速用の第３カムで駆動される。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１０】図１ないし図４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。

【００１１】これについて説明すると、各気筒には２本
の吸気弁Ｖに対応した単一のロッカアーム１が設けられ
る。ロッカアーム１の基端は、各気筒に共通なロッカシ
ャフト３を介してシリンダヘッドに揺動自在に支持さ
れ、ロッカアーム１の先端は吸気弁Ｖのステム頂部に当
接する。

【００１２】ロッカアーム１は平面視においてほぼ矩形
に形成され、ほぼその中央上面に、第１の自由カムフォ
ロアとしての高速用自由カムフォロア５が設けられてい
る。そして、図１において、高速用自由カムフォロア５
の左側には第１カムとしての低速用カム３０Ｌが当接す
るローラ７が設けられ、右側には、第２自由カムフォロ
アとしての中速用自由カムフォロア９が設けられてい
る。これら高速用自由カムフォロア５および中速用自由
カムフォロア９の基端はサブロッカシャフト１１を介し
てロッカアーム１に相対回転可能に支持されている。サ
ブロッカシャフト１１は高速用自由カムフォロア５およ
び中速用自由カムフォロア９にそれぞれ形成された穴５
Ａおよび９Ａに摺動可能に嵌合する一方、ロッカアーム
１に形成された支持壁１Ａ，１Ｂ，１Ｃの穴に圧入支持
されている。

【００１３】高速用自由カムフォロア５および中速用自
由カムフォロア９は吸気弁Ｖに当接する部位を持たず、
その先端にはそれぞれ第２カムとしての高速用カム３０
Ｈおよび第３カムとしての中速用カム３０Ｍに摺接する
摺接部５Ｂおよび９Ｂがそれぞれ円弧状に突出して形成
されている。

【００１４】ローラ７はロッカアーム１に形成された中
抜き空間１Ｄの両側の支持壁１Ｅ，１Ｆの穴に圧入支持
された支持軸１３に、ニードルベアリング１５を介して
回転自在に支持されている。なお、支持軸１３の一端面
は後述する作動油室の一側面を画成する。

【００１５】ロッカアーム１において自由カムフォロア
５および９の先端部周辺には中抜き空間１Ｇが設けら
れ、また高速用自由カムフォロア５および中速用自由カ
ムフォロア９のそれぞれの直下から互いに近ずく方向に
若干偏倚した位置で、第１および第２のロストモーショ
ン機構１７および１９を収容するための円柱状の段付凹
部１７Ａおよび１９Ａを有するシリンダ部１Ｈが形成さ
れている。コイル状の第１および第２のロストモーショ
ンスプリング１７Ｂおよび１９Ｂの下端は、凹部１７Ａ
および１９Ａの開口端にそれぞれ係止された第１および
第２の下部スプリングリテーナ１７Ｃおよび１９Ｃにそ
れぞれ支持され、その上端は凹部１７Ａおよび１９Ａに
摺動自在に嵌合する有底筒状の第１および第２の上部ス
プリングリテーナ１７Ｄおよび１９Ｄをそれぞれ付勢し
ている。

【００１６】さらに、第１および第２の上部スプリング
リテーナ１７Ｄおよび１９Ｄはその端縁にフランジがそ
れぞれ形成され、これらフランジが凹部１７Ａおよび１
９Ａに形成した段部１７Ｅおよび１９Ｅに係合すること
によりストッパが構成され、第１および第２の上部スプ
リングリテーナ１７Ｄおよび１９Ｄの凹部１７Ａおよび
１９Ａからの突出量が規制されている。かくて、第１お
よび第２の上部スプリングリテーナ１７Ｄおよび１９Ｄ
の上面とロッカアーム１のシリンダ部１Ｈの周縁との高
さが等しく維持されることになる。

【００１７】一方、前述の高速用自由カムフォロア５お
よび中速用自由カムフォロア９はそれぞれ摺接部５Ｂお
よび９Ｂの下側に、サブロッカシャフト１１の軸線と平
行な鍵穴状の空洞５Ｃおよび９Ｃをそれぞれを設けた形
態とされ、空洞５Ｃ内に第１連係部材としての高速用プ
ロップ２１が、空洞９Ｃ内に第２連係部材としての中速
用プロップ２３がそれぞれ軸方向に移動自在に設けられ
ている。高速用プロップ２１は基本的に有底円筒形状を
なし、外周部に径方向に突出した第１脚部２１Ａおよび
第２脚部２１Ｂが設けられている。そして、高速用プロ
ップ４の内孔２１Ｃには、一端が中速用プロップ２３に
当接されたガイド筒２５が摺動自在に嵌合され、このガ
イド筒２５の頭部と内孔２１Ｃの底部との間には、高速
用プロップ２１および中速用プロップ２３をそれぞれ離
間する方向に付勢するリターンスプリング２７が縮設さ
れている。

【００１８】また、中速用プロップ２３は基本的に円柱
形状をなし、外周部に径方向に突出した第１脚部２３Ａ
および第２脚部２３Ｂが設けられている。

【００１９】一方、高速用プロップ２１の底部にはロッ
カアーム１に設けられた高速用の第１油圧駆動部３１の
作動プランジャ３１Ａの一端が当接している。すなわ
ち、ロッカアーム１には前述の支持壁１Ｆに前述の支持
軸１３の延長軸線上に、空間１Ｇに開口する小径貫通孔
３１Ｂが穿設され、該小径貫通孔３１Ｂに作動プランジ
ャ３１Ａが摺動自在に嵌装されている。作動プランジャ
３１Ａの他端は前述の支持軸１３に当接可能とされてお
り、両者の間には第１油圧室３１Ｃが構成される。

【００２０】他方、中速用プロップ２３の端部にはロッ
カアーム１に設けられた第２油圧駆動部３３の作動プラ
ンジャ３３Ａが当接している。すなわち、ロッカアーム
１には前述のロッカシャフト３の軸線と平行で支持軸１
３の延長軸線上に、同じく空間１Ｇに開口する段付貫通
孔３３Ｂが穿設され、その小径側に上述の作動プランジ
ャ３３Ａが摺動自在に嵌装され、大径側には中心部に突
起が形成された栓体３３Ｃが嵌着されている。そして、
作動プランジャ３３Ａと栓体３３Ｃとの間には第２油圧
室３３Ｄが構成される。

【００２１】第１および第２の油圧室３１Ｃおよび３３
Ｄに作動油圧を導く油通路はロッカアーム１およびロッ
カシャフト３の内部を通して設けられる。ロッカアーム
１には第１油圧室３１Ｃおよび第２油圧室３３Ｄにそれ
ぞれ一端が開口するとともに、他端がロッカシャフト３
に対する軸受面を貫通する通孔３１Ｄおよび３３Ｅが形
成されている。ロッカシャフト３の内部には２系統のオ
イルギャラリが軸方向に形成され、この２系統のオイル
ギャラリは通孔および環状溝を介してロッカアーム１の
通孔３１Ｄおよび３３Ｅとそれぞれ別個に連通してい
る。

【００２２】オイルギャラリには、図示しない切換弁を
介して、オイルポンプの吐出油圧が所定の運転時に導か
れる。切換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、後述する低
速用カム３０Ｌと中速用カム３０Ｍと高速用カム３０Ｈ
との切換えを円滑に行うようになっている。

【００２３】低速用カム３０Ｌとこれに隣接する高速用
カム３０Ｈおよび中速用カム３０Ｍとは、それぞれ共通
のカムシャフト３０に一体形成され、エンジンの回転数
に対応して要求される弁リフト特性を満足するように異
なる形状（大きさが異なる相似形も含む）に形成されて
いる。つまり、高速用カム３０Ｈは中速用カム３０Ｍと
比べ、中速用カム３０Ｍは低速用カム３０Ｌと比べ、そ
れぞれ弁リフト量もしくは開弁期間の少なくとも一方を
大きくするプロフィールを有している。ここでは、弁リ
フト量，開弁期間を共に大きくしてある。

【００２４】なお、本実施例にあっては、高速用プロッ
プ２１の第２脚部２１Ｂの図２における右端と第１上側
スプリングリテーナ１７Ｄの端縁、すなわち、ロッカア
ーム１の第１凹部１７Ａの周縁との距離が、第１脚部２
１Ａの右端とロッカアーム１のシリンダ部１Ｈの外縁と
の距離よりも大きくなるように寸法関係が定められてい
る。換言すると、第１脚部２１Ａの方が、第２脚部２１
Ｂよりも早くロッカアーム１との連結関係が達成される
ように設定されている。

【００２５】同様に、中速用プロップ２３においても、
その第２脚部２３Ｂの左端と第２上側スプリングリテー
ナ１９Ｄの端縁、すなわち、ロッカアーム１の第２凹部
１９Ａの周縁との距離が、第１脚部２３Ａの左端とロッ
カアーム１のシリンダ部１Ｈの外縁との距離よりも大き
くなるように寸法関係が定められている。換言すると、
第１脚部２３Ａの方が第２脚部２３Ｂよりも早くロッカ
アームとの連結関係が達成される。

【００２６】さらに、中速用自由カムフォロア９には、
その揺動基端側にアジャスタブルストッパ３５が設けら
れている。すなわち、中速用自由カムフォロア９に形成
されたねじ孔にストッパねじ３５Ａが螺合されその先端
がロッカアーム１に当接可能とされている。なお、３５
Ｂはストッパねじ３５Ａの突出位置決めのためのロック
ナットである。

【００２７】上記構成になる本実施例にあっては、エン
ジンの低速運転時、ロッカアーム１は低速用カム３０Ｌ
のプロフィールに従って揺動し、各吸気弁Ｖの開閉駆動
を行う。このとき、高速用自由カムフォロア５および中
速用自由カムフォロア９は高速用カム３０Ｈおよび中速
用カム３０Ｍによってそれぞれ揺動されるものの、リタ
ーンスプリング２７の付勢力により、高速用および中速
用のプロップは図２に示す位置にあり、それぞれの第２
脚部２１Ｂおよび２３Ｂのみが、第１および第２のロス
トモーション機構１７および１９の第１および第２の上
側スプリングリテーナ１７Ｄおよび１９Ｄに当接した、
第１位置での連係状態にある。従って、第２脚部２１Ｂ
および２３Ｂから第１および第２の上側スプリングリテ
ーナ１７Ｄおよび１９Ｄに入力されても、第１および第
２のロストモーションスプリング１７Ｂおよび１９Ｂが
それぞれ撓むのみで、ロッカアーム１の動きが妨げられ
ることはない。

【００２８】これに対して、エンジンの中速運転時にお
いて、作動油圧がオイルギャラリおよび第２油通路３３
Ｅを介して第２油圧室３３Ｄに導かれると、作動プラン
ジャ３３Ａは中速用プロップ２３をリターンスプリング
２７に抗って移動させ、図５に示す第２位置にもたら
す。この状態では中速用プロップ２３の第１および第２
の脚部２３Ａおよび２３Ｂが、ロッカアーム１の第２凹
部１９Ａの周縁部に係合することにより、ロッカアーム
１と中速用自由カムフォロア２３とが連結され一体とな
って中速用カム３０Ｍのプロフィルに従いロッカシャフ
ト３を中心として揺動する。

【００２９】さらに、エンジンの高速運転時には第２油
圧室３３Ｄの油圧が消滅され、作動油圧がオイルギャラ
リおよび第１油通路３１Ｄを介して第１油圧室３１Ｃに
導かれる。すると、作動プランジャ３１Ａは高速用プロ
ップ２１をリターンスプリング２７に抗って移動させ、
図６に示す第２位置にもたらす。この状態では、高速用
プロップ２１の第１脚部２１Ａおよび第２脚部２１Ｂ
が、それぞれロッカアーム１の第１凹部１７Ａの周縁部
に係合することにより、ロッカアーム１および高速用自
由カムフォロア２１が連結され一体となって、ロッカシ
ャフト３を中心として揺動することになる。

【００３０】ここに、高速用カム３０Ｈは中速用カム３
０Ｍや低速用カム３０Ｌに比較して、弁開度および弁リ
フト量が共に大となるように形成されているから、高速
用自由カムフォロア５とロッカアーム１とが一体化され
た揺動時は、ロッカアーム１のローラ７が低速用カム３
０Ｌから、および中速用自由カムフォロア９が中速用カ
ム３０Ｍからそれぞれ浮き上がり、各吸気弁Ｖは高速用
カム３０Ｈのプロフィールに従って開閉駆動され、弁開
度および弁リフト量が共に大きくなる。このとき、中速
用自由カムフォロア９は第２ロストモーションスプリン
グ１９Ｂにより中速用カム３０Ｍに当接する方向に付勢
されているが、その基端側に設けられたアジャスタブル
ストッパ３５によって、ロッカアーム１との相対角度が
増大する方向の回動が所定量に規制されているので、中
速用カム３０Ｍと衝接することが防止されている。

【００３１】一方、エンジンの高回転域や中回転域から
再び低回転域に移ると、切換弁の作動により第１あるい
は第２油圧室３１Ｃ，３３Ｄに導かれる油圧が低下し、
リターンスプリング２７の弾性復元力により高速用プロ
ップ２１あるいは中速用プロップ２３が元の位置に移動
して、ロッカアーム１の拘束が解除される。

【００３２】これにより、低速用カム３０Ｌのプロフィ
ールに基づくトルク特性と中速用カム３０Ｍおよび高速
用カム３０Ｈのプロフィールに基づくトルク特性とが合
成され、低回転域から高回転域に亘ってトルクを高めら
れる。

【００３３】ところで、前述した本実施例においては、
作動油圧の発生が十分でなく、プロップ２１，２３の第
１位置から第２位置への移動が不十分であった場合であ
っても、第１脚部２１Ａ，２３Ａの方が優先的にロッカ
アーム１に連結されるので、両自由カムフォロア５およ
び９の傾きが発生しづらくなる。けだし、第１脚部２１
Ａ，２３Ａのロッカアーム１との連結部は第２脚部２１
Ｂおよび２３Ｂの連結部に比べ、両自由カムフォロア５
および９のそれぞれ中央寄りに存するからである。この
結果、両自由カムフォロア２１および２３への片当りが
防止され、異音の発生が低減される。

【００３４】また、本実施例においては中速用プロップ
２３および高速用プロップ２１を一つのリターンスプリ
ング２７で付勢するようにしたので、部品点数が削減で
きる。

【００３５】さらに、中速用自由カムフォロア９にロッ
カアーム１との相対角度が増大する方向の回動を所定量
に規制するアジャスタブルストッパ３５を設けるように
したので、高速用自由カムフォロア５とロッカアーム１
との連結時における中速用自由カムフォロア９の自由運
動を防止し、衝接による騒音の発生を抑えることができ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、従来の嵌合穴にプランジャを挿入し連結する
ものに比べ、嵌合穴を穿設する必要がなくその加工精度
が低くてよいから、コストを低減することができる。

【００３７】また、低，中および高速の全回転域に亘り
適正な弁角度および弁リフト量を得、きめ細かなエンジ
ン制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す動弁系の平面図であ
る。

【図２】図１のII−II線に沿う縦断面図であり、ロッカ
アームと中速用自由カムフォロアおよび高速用自由カム
フォロアとの連結解除状態を示す。

【図３】図１のIII −III 線に沿う横断面図である。

【図４】図１のIV−IV線に沿う横断面図である。

【図５】図１のII−II線に沿う縦断面図であり、ロッカ
アームと中速用自由カムフォロアとの連結状態を示す。

【図６】図１のII−II線に沿う縦断面図であり、ロッカ
アームと高速用自由カムフォロアとの連結状態を示す。

【符号の説明】

Ｖ 吸気弁 １ ロッカアーム ３ ロッカシャフト ５ 高速用自由カムフォロア（第１自由カムフォロア） ７ ローラ ９ 中速用自由カムフォロア（第２自由カムフォロア） １１ サブロッカシャフト １７ 第１ロストモーション機構 １９ 第２ロストモーション機構 ２１ 高速用プロップ（第１連係部材） ２３ 中速用プロップ（第２連係部材） ２７ リターンスプリング ３０ カムシャフト ３０Ｌ 低速用カム（第１カム） ３０Ｍ 中速用カム（第３カム） ３０Ｈ 高速用カム（第２カム） ３１ 第１油圧駆動部 ３３ 第２油圧駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 13/00 301

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロッカシャフトに揺動自在に設けられ、
   一端が吸気弁あるいは排気弁に連係されるとともに第１
   カムで駆動されるロッカアームと、 第２カムで駆動される第１自由カムフォロアと、 第３カムで駆動される第２自由カムフォロアと、 前記ロッカアームに設けられ、前記第１自由カムフォロ
   アを前記第２カムに押圧し、且つ前記第２カムの駆動力
   を前記ロッカアームに伝達しない第１ロストモーション
   機構と、 前記ロッカアームに設けられ、前記第２自由カムフォロ
   アを前記第３カムに押圧し、且つ前記第３カムの駆動力
   を前記ロッカアームに伝達しない第２ロストモーション
   機構と、 前記第１自由カムフォロアに設けられ、前記第１ロスト
   モーション機構に連係する第１位置と、前記ロッカアー
   ムに連結する第２位置とに前記ロッカシャフトと平行な
   軸線方向に移動可能な第１連係部材と、 前記第２自由カムフォロアに設けられ、前記第２ロスト
   モーション機構に連係する第１位置と、前記ロッカアー
   ムに連結する第２位置とに前記軸線上を移動可能な第２
   連係部材と、 前記第１の連係部材の前記ロッカアームと前記第１ロス
   トモーション機構とへの連係を切換え可能な第１連係切
   換え手段と、前記第２の連係部材の前記ロッカアームと前記第２ロス
   トモーション機構とへの連係を切換え可能な第２連係切
   換え手段と、 前記第１連係部材と前記第２連係部材と間に配置され、
   両者を戻り方向に付勢する共通一個の弾性部材と、 を有することを特徴とするエンジンの弁作動装置。
2. 【請求項２】 前記第１および第２の連係部材の一方が
   前記第２位置に移動するとき、他方は前記第１位置に位
   置することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの弁
   作動装置。
3. 【請求項３】 前記第１カムが低速用カム、第２カムが
   高速用カムおよび第３カムが中速用カムであり、前記第
   １または第２自由カムフォロアには前記ロッカアームと
   の相対角度が増大する方向の回動を所定量に規制するス
   トッパ部材が設けられていることを特徴とする請求項１
   または２に記載のエンジンの弁作動装置。