JP3357411B2

JP3357411B2 - エンジンの弁作動装置

Info

Publication number: JP3357411B2
Application number: JP00916193A
Authority: JP
Inventors: 誠之助原
Original assignee: 株式会社日立ユニシアオートモティブ
Priority date: 1993-01-22
Filing date: 1993-01-22
Publication date: 2002-12-16
Anticipated expiration: 2017-12-16
Also published as: JPH06212925A

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、特にエンジンの低回転時と高回転時とで弁リフト特
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６３−５７８０５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、アームの
連結作用がスムーズに行われなかったり、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たり、弁の開
閉特性が不安定となり燃焼条件が悪化し好ましくないか
らである。また、各ロッカアームの大型化が避けられ
ず、動弁系全体の慣性モーメントが増大するという問題
があった。

【０００６】さらに、連結時に複数の弁を同時に駆動す
るように構成しているものでは、それぞれの弁を個別に
駆動することができず制御の自由度が制限されるという
問題がある。

【０００７】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と共に
慣性モーメントを小さくすることができ、また、制御の
自由度を増大することができるエンジンの弁作動装置を
提供することにある。

【０００８】

【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支承され
ると共に先端が吸気弁あるいは排気弁の各々に対応して
当接され、第１カムで駆動されるそれぞれのロッカアー
ムと、該それぞれのロッカアームにおける前記第１カム
が当接する部位の一側に設けられ、第２カムによって揺
動される自由カムフォロアと、該自由カムフォロアに関
して設けられたロストモーション機構と、前記ロッカア
ームに支承され、前記ロストモーション機構の機能を発
揮させる第１位置と、前記ロストモーション機構の機能
を停止させる第２位置とに揺動可能な連係部材と、前記
連係部材の前記第１位置および第２位置への切換えを行
う連係切換え手段とを有し、前記ロッカアームにおける
前記自由カムフォロア側端の前記ロッカシャフトの軸線
との交点をＰ、該ロッカアームの吸気弁あるいは排気弁
との当接点をＱ、および該自由カムフォロアの第２カム
による荷重中心点をＣとするとき、該荷重中心点Ｃが前
記ＰおよびＱを結ぶ線分ＰＱより内側に位置することを
特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明によれば、先端が吸気弁あるいは排気弁
の各々に対応して連係されているロッカアームに支承さ
れた連係部材を連係切換え手段でロストモーションの機
能を発揮させる第１位置に移動させることによりロッカ
アームと自由カムフォロアとの連結が解除され，またロ
ストモーション機構の機能を停止させる第２位置に移動
させることによりロッカアームと自由カムフォロアとが
連結される。従って，従来のようなプランジャや嵌合孔
等が不要となり，各構成部品の高精度な加工が要求され
ず，また，各々の弁について個別に開閉特性が設定でき
る。さらに、ロッカアームにおける自由カムフォロア側
端のロッカシャフトの軸線との交点をＰ、ロッカアーム
の吸気弁あるいは排気弁との当接点をＱ、および自由カ
ムフォロアの第２カムによる荷重中心点をＣとすると
き、荷重中心点ＣがＰおよびＱを結ぶ線分ＰＱより内側
に位置するのでその直線の回りのモーメントが外力とし
てロッカアームの他方の端部にロッカアームを倒すよう
に作用しないこととなる。従って、ロッカアームの倒れ
が防止される。

【００１０】

【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。

【００１１】図１ないし図５は、本発明の実施例に関
し、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
た場合を示している。

【００１２】これについて説明すると、各気筒には２本
の吸気弁Ｖ，Ｖに対応した２個のロッカアーム１，１が
並列に面対称の関係で設けられている。すなわち、両ロ
ッカアーム１，１は、２本の吸気弁Ｖ，Ｖの中央に存在
する平面に対し鏡面対称の関係に構成されている。従っ
て、以下の説明では（後述のカムも含み）その一方側の
みを説明し、他方側については同一符号を付し説明を省
略する。ただし、左右のものについて区別する必要があ
るときには、それぞれ添字Ｌ，Ｒを付して説明する。

【００１３】ロッカアーム１の基端は、各気筒に対に配
置されたメインロッカシャフト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。

【００１４】ロッカアーム１は側面視においてほぼ二股
状に形成され、ロッカアーム１には、ほぼその中央上方
に、自由カムフォロア２が設けられている。そして、自
由カムフォロア２の一側には第１カムとしての低速用カ
ム２１が当接するローラ１１が設けられている。ローラ
１１はロッカアーム１に設けられた貫通孔１３に挿設さ
れたベアリングシャフト１２に、ニードルベアリング１
４を介して回動自在に支承されている。この自由カムフ
ォロア２の基端はサブロッカシャフト１６を介してロッ
カアーム１に揺動自在（相対回転可能）に支持されてい
る。サブロッカシャフト１６は自由カムフォロア２に形
成された穴１７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１８，１８の穴１９，１９に圧
入支持されている。

【００１５】自由カムフォロア２は吸気弁Ｖに当接する
部位を持たず、その先端には第２カムとしての高速用カ
ム２２に摺接するカムフォロア部２Ａが円弧状に突出し
て形成されている。

【００１６】ロッカアーム１において、自由カムフォロ
ア２の先端部周辺および後述のレバー部材７を収容する
空間１Ａはロッカシャフト３が露出するまで切削されて
形成されており、これによりロッカシャフト３と吸気弁
Ｖの弁軸との距離の短縮化、すなわちロッカアーム１の
コンパクト化を可能としている。また自由カムフォロア
２の下側には、ロストモーション機構２５を収容するた
めの円柱状の凹部２７が形成されている。コイル状のロ
ストモーションスプリング２６の基端は、凹部２７の底
面に支持され、その先端は凹部２７に摺動自在に嵌合さ
れた有底筒状のスプリングリテーナ２９を付勢してい
る。スプリングリテーナ２９はその頭部が上述の露出状
態にあるロッカシャフト３に当接している。

【００１７】さらに、前述の自由カムフォロア２には、
カムフォロア部２Ａの下側に、後述のレバー部材７が係
合する段部２Ｂと、これに連なる傾斜部２Ｃとが形成さ
れている。また、ロッカアーム１の下方側には、ロッカ
シャフト３の側方でピン６に揺動自在に支承された連係
部材としてのレバー部材７が設けられている。

【００１８】レバー部材７の上部側方には突起７Ａが一
体に形成され（図２参照）、ロッカアーム１に形成され
た円柱状の凹部８に収容されたリターンスプリング９お
よびスプリングリテーナ１０（図４参照）で、前述の自
由カムフォロア２との係合が解除される方向に付勢され
ている。

【００１９】一方、レバー部材７の下端部にはロッカア
ーム１に設けられた油圧駆動部３０の作動プランジャ３
１が当接している。すなわち、ロッカアーム１には前述
のメインロッカシャフト３の軸線と直交する方向に、上
述の作動プランジャ３１が摺動自在に嵌装される円柱状
の凹部３２が形成され、作動プランジャ３１と凹部３２
との間には油圧室３４が構成される。

【００２０】油圧室３４に作動油圧を導く油通路はロッ
カアーム１およびメインロッカシャフト３の内部を通し
て設けられる。ロッカアーム１には油圧室３４に一端が
開口するとともに、他端がメインロッカシャフト３に対
する軸受面を貫通する通孔４１が形成されている。メイ
ンロッカシャフト３の内部には一端の開口部が閉塞板体
４５で閉じられたオイルギャラリ４２が軸方向に形成さ
れ、このオイルギャラリ４２は通孔４３を介してロッカ
アーム１の通孔４１と連通すると共に、通孔４４を介し
て後述の切換弁が介在された通路４６と連通している。
ここで、油圧室３４に導かれる作動油圧および前述のリ
ターンスプリング９によって、レバー部材７の連係切換
え手段を構成する。

【００２１】オイルギャラリ４２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高速運転
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２１と高速用カム２２との切換えを円
滑に行うようになっている。

【００２２】低速用カム２１と高速用カム２２とは、そ
れぞれ共通のカムシャフト２０に一体形成され、エンジ
ンの低回転時と高回転時におい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２２
は低速用カム２１と比べ、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。

【００２３】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２１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、自由カムフォロア２は高速用カム２２
によって揺動されるものの、リターンスプリング９の付
勢力により、レバー部材７は図３に実線で示す位置にあ
り、ロストモーション機構２５が機能を発揮する第１位
置での連係状態にあるので、自由カムフォロア２から入
力があっても、ロストモーションスプリング２６が撓む
のみで、ロッカアーム１の動きが妨げられることはな
い。

【００２４】これに対して、エンジンの高速運転時に、
作動油圧がオイルギャラリ４２および油通路４１を介し
て油圧室３４に導かれると、作動プランジャ３１はレバ
ー部材７をリターンスプリング９に抗って揺動させ、図
３に破線で示す第２位置にもたらす。この状態では、レ
バー部材７の端部が、自由カムフォロア２の段部２Ｂに
係合することにより、ロッカアーム１および自由カムフ
ォロア２が連結され一体となって、メインロッカシャフ
ト３を中心として揺動することになる。

【００２５】ここに、高速用カム２２は低速用カム２１
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、自由カムフォロア２がロッカ
アーム１と一体化された揺動時はロッカアーム１のロー
ラ１１が低速用カム２１から浮き上がり、各吸気弁Ｖは
高速用カム２２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。

【００２６】一方、エンジンの高回転域から再び低回転
域に移ると、切換弁の作動により油圧室３４に導かれる
油圧が低下し、リターンスプリング９の弾性復元力によ
りレバー部材７および作動プランジャ３１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。

【００２７】これにより、低速用カム２１のプロフィー
ルに基づくトルク特性と高速用カム２２のプロフィール
に基づくトルク特性が合成され、低回転域から高回転域
に亘ってトルクを高められる。

【００２８】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、レバー部材７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、レバー部材７の端部は自由カムフォロア２の傾斜部
２Ｃを滑りつつ、レバー部材７が揺動するので、ローラ
１１と低速用カム２１との衝突を緩和することができ、
異音の発生が低減される。

【００２９】さらに、本実施例によれば、レバー部材７
の端部と自由カムフォロア２の段部２Ｂとの係合および
離脱により連係切換えを行うようにしたので、高い精度
を必要とせず、安定した作動を行わせることができる。
また、ローラ１１の上面と自由カムフォロア２の上面の
高さ方向精度は、レバー部材７を交換することで容易に
出すことができるので工数の低減が可能であり、低コス
ト化をはかることができる。

【００３０】さらに、自由カムフォロア２がコンパクト
で、これにロストモーション機構２５を収容する凹部２
７を形成したので軽量となり、ロストモーションスプリ
ング２６も弱いものでよいから、スプリングリテーナ２
９のストローク規制手段などを設けることなく、カム２
２と自由カムフォロア２とのフリクションを小さくする
ことができる。

【００３１】また、本実施例にあっては、ロッカアーム
１のアーム長さと、それのロッカシャフト３との嵌合部
長さとを延長部Ｅを設け（図１参照）適切に設定してい
るので、ロッカアーム１の倒れが防止され、従って、カ
ム２１，２２の偏摩耗も防止できる。すなわち、図１に
示すように、ロッカアーム１両端のロッカシャフト３の
軸線との交点をＰおよびＤ、ロッカアーム１の弁軸との
当接点をＱ、および自由カムフォロア２の高速カム２２
による荷重中心点をＣとするとき、該荷重中心点Ｃが上
記ＰおよびＱを結ぶ線分ＰＱより内側に位置するように
設定されているのである。仮りに、延長部Ｅを設けずに
ロッカアーム１の端部点がＰ′であったとすると、荷重
中心点Ｃが線分Ｐ′Ｑの外側に位置することになりＤ点
が浮上がる、いわゆるロッカアーム１の倒れが生ずる。

【００３２】さらに、本実施例においては、左側ロッカ
アーム１_L を含む左側弁作動機構Ｍ_L および右側ロッカ
アーム１_R を含む右側弁作動機構Ｍ_R への作動油圧供給
経路が独立であるから、オイルギャラリ４２_L ，４２_R
には独立に作動油圧が供給される。これによりエンジン
のトルク特性を３段階に切換えることが可能となる。

【００３３】すなわち、低回転域では油圧室３４_L ，３
４_R に作動油圧が供給されず吸気弁Ｖ_L ，Ｖ_R は低速用
カム２１_L ，２１_R で駆動されたトルク特性となる。ま
た、中回転域では、例えば左側油圧室３４_L はそのまま
で右側の油圧室３４_R にのみ作動油圧を供給することに
より、左側の吸気弁Ｖ_L は低速用カム２１_L で、右側の
吸気弁Ｖ_R は高速用カム２２_R で駆動されることにな
り、トルクが若干上昇する。さらに、高回転域では両油
圧室３４_L ，３４_R に作動油圧が供給され両吸気弁Ｖ
_L ，Ｖ_R は共に高速用カム２２_L ，２２_R で駆動され、
トルクがさらに上昇するのである。このように、トルク
特性を３段階に切換え可能とすることにより、２段階の
場合に比べトルクの落ち込みが少なくなり、スムーズか
つフラットなトルク特性を得ることができる。

【００３４】

【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、従来の嵌合孔にプランジャを挿入し連結する
ものに比べ，嵌合孔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。ま
た，自由カムフォロア，連係部材などをロッカシャフト
中心に近接させて配置することが可能であり，等価慣性
質量を低減することができると共に制御の自由度を増大
することができる。さらに、ロッカアームにおける自由
カムフォロア側端のロッカシャフトの軸線との交点を
Ｐ、ロッカアームの吸気弁あるいは排気弁との当接点を
Ｑ、および自由カムフォロアの第２カムによる荷重中心
点をＣとするとき、荷重中心点ＣがＰおよびＱを結ぶ線
分ＰＱより内側に位置することにより、その直線の回り
のモーメントが外力としてロッカアームの他方の端部に
ロッカアームを倒すように作用しないのでロッカアーム
の倒れを防止することができる。従って、第１カムおよ
び第２カムの偏摩耗を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の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る。

【図３】図２のIII −III 線に沿う横断面図であり、ロ
ッカアームと自由カムフォロアとの連結解除状態を示
す。

【図４】図２のIV−IV線に沿う一部横断面図であり、自
由カムフォロアを取除いた状態を示す。

【図５】この発明の実施例のメインロッカシャフト部を
示す断面図である。

【符号の説明】

１ロッカアーム２自由カムフォロア３メインロッカシャフト７レバー部材（連係部材）９リターンスプリング１０スプリングリテーナ２１低速用カム（第１カム）２２高速用カム（第２カム）２５ロストモーション機構２６ロストモーションスプリング２９スプリングリテーナ３０油圧駆動部３１作動プランジャ３４油圧室Ｖ吸気弁

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ロッカシャフトに揺動自在に支承される
と共に先端が吸気弁あるいは排気弁の各々に対応して当
接され、第１カムで駆動されるそれぞれのロッカアーム
と、該それぞれのロッカアームにおける前記第１カムが当接
する部位の一側に設けられ、第２カムによって揺動され
る自由カムフォロアと、該自由カムフォロアに関して設けられたロストモーショ
ン機構と、前記ロッカアームに支承され、前記ロストモーション機
構の機能を発揮させる第１位置と、前記ロストモーショ
ン機構の機能を停止させる第２位置とに揺動可能な連係
部材と、前記連係部材の前記第１位置および第２位置への切換え
を行う連係切換え手段とを有し、前記ロッカアームにおける前記自由カムフォロア側端の
前記ロッカシャフトの軸線との交点をＰ、該ロッカアー
ムの吸気弁あるいは排気弁との当接点をＱ、および該自
由カムフォロアの第２カムによる荷重中心点をＣとする
とき、該荷重中心点Ｃが前記ＰおよびＱを結ぶ線分ＰＱ
より内側に位置することを特徴とするエンジンの弁作動
装置。
【請求項２】前記吸気弁あるいは排気弁が１気筒当り
複数個備えられており、前記連係切換え手段はそれぞれ独立して制御されること
を特徴とする請求項１記載のエンジンの弁作動装置。