JP3476882B2 - エンジンの可変動弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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可変動弁装置の改
良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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、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。

【０００３】この種の可変動弁装置として、例えば特開
平２−４２１０７号公報に開示されたものがある。

【０００４】これについて説明すると、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
アームの片側に隣接して弁との当接部位を持たない高速
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カムが、高速用
ロッカアームには低速カムよりも開弁角度またはバルブ
リフト（弁の最大リフト量）が大きくなるプロフィール
を有する高速カムがそれぞれ摺接される。

【０００５】さらに、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
には、作動油圧に応動する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。

【０００６】高速カムが弁の開閉に携わる高速運転時に
低速用ロッカアームは高速用ロッカアームと一体となっ
て揺動し、低速カムは低速用ロッカアームから浮き上が
って空転するため、低速カムに低速用ロッカアームが追
従する限界回転数は高速カムに高速用ロッカアームが追
従する限界回転数より低く設定されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラン
ジャに作用する油圧を制御するバルブ等の作動不良によ
り、高速運転時に低速カムが弁の開閉に携わる可能性が
あり、この場合、低速カムのプロフィールに対して低速
用ロッカアームが追従しなくなり、動弁系の耐久性を低
下させる原因になったり、低速用ロッカアームと低速カ
ムの間で打音が生じるという問題点が考えられる。

【０００８】本発明は上記の問題点に着目し、エンジン
の可変動弁装置において、カムの切換え作動不良時にお
けるフェイルセーフ機能を持たせることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、所定のフュー
エルカット回転数に達すると燃料の供給が停止されてエ
ンジンの最高回転数が前記フューエルカット回転数に規
制されるエンジンに適用され、吸気弁または排気弁を作
動させる低速カムと、前記吸気弁または排気弁を作動さ
せる高速カムと、弁の開閉作動に携わるカムを運転条件
に応じて切換えるカム切換機構と、を気筒毎に備えた多
気筒エンジンの可変動弁装置において、低速カム作動時
のバルブ側等価慣性質量とバルブスプリングが弁に付与
するバネ荷重と低速カムに追従する弁の最大負加速度と
で定まる低速カム作動時の限界回転数および高速カム作
動時のバルブ側等価慣性質量とバルブスプリングが弁に
付与するバネ荷重と高速カムに追従する弁の最大負加速
度とで定まる高速カム作動時の限界回転数を共に前記フ
ューエルカット回転数以上に設定する。第２の発明は、
第１の発明において、前記低速カム作動時の限界回転数
は、前記高速カム作動時の限界回転数より高く設定す
る。

【００１０】

【作用】例えば低速運転時に弁の開閉に携わる低速カム
に対してロッカアーム等で構成されるカム切換機構が追
従する限界回転数Ｎ₁を、高速運転時に弁の開閉に携わ
る高速カムに対してカム切換機構が追従する限界回転数
Ｎ₂と共にエンジンの常用域における最高回転数以上に
設定することにより、万一制御系等に作動不良が起き
て、高速運転時まで低速カムが弁の開閉に携わる場合、
高速運転時まで低速カムのカム面に対してメインロッカ
アームを追従させ、ロッカアーム等と低速カムの間で打
音が生じることを防止するとともに、二次故障を招くこ
とを回避できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００１２】図１、図２、図３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)を備えた多気筒
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。

【００１３】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の基端は各気筒に共通
な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、メインロッカアーム１の先端には吸
気弁９のステム頂部を当接させるアジャストスクリュ１
０がナット１１を介して締結される。

【００１４】メインロッカアーム１にはシャフト１３に
ニードルベアリング１２を介してローラ１４が回転自在
に連結され、このローラ１４に低速カム２１を転接させ
るようになっている。

【００１５】メインロッカアーム１は平面図上ほぼ矩形
に形成され、メインロッカアーム１にはローラ１４と並
んで単一のサブロッカアーム２が設けられる。このサブ
ロッカアーム２の基端はサブロッカシャフト１６を介し
てメインロッカアーム１に相対的な回転可能に連結され
る。サブロッカシャフト１６はサブロッカアーム２に形
成された穴１７に摺動可能に嵌合する一方、各メインロ
ッカアーム１に形成された穴１８に圧入されている。

【００１６】サブロッカアーム２は吸気弁９に当接する
部位を持たず、その先端には高速カム２２に摺接するカ
ムフォロア部２３が円弧状に突出して形成され、その下
側にはこのカムフォロア部２３を高速カム２２に押し付
けるロストモーションスプリング２５が介装される。

【００１７】メインロッカアーム１にはサブロッカアー
ム２の直下に位置してロストモーションスプリング２５
を介装する円柱状の凹部２６が一体形成される。コイル
状のロストモーションスプリング２５の下端は凹部２６
の底面２６aに着座し、その上端は凹部２６に摺動自在
に嵌合するリテーナ２７を介してサブロッカアーム２に
一体形成されたフォロア部２８に当接する。

【００１８】図４に示すように、両ロッカアーム１,２
の相対回転を係止するため、サブロッカアーム２にはプ
ランジャ３１を摺動自在に嵌合させる穴３２が形成さ
れ、メインロッカアーム１にはプランジャ３３,３４を
摺動自在に嵌合させる穴３５,３６がそれぞれ形成さ
れ、プランジャ３３の背後に油室３７が画成される一
方、プランジャ３４の背後にリターンスプリング３８が
介装される。

【００１９】プランジャ３４の嵌合する穴３６の一端に
は栓体３９が圧入され、栓体３９には空気抜き孔４０が
開口する。

【００２０】油室３７に作動油圧を導く油通路４１はメ
インロッカアーム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。メインロッカアーム１には油室
３７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４２を貫通する通孔４３が形成
され、通孔４３の一端には栓体４５が圧入される。ロッ
カシャフト３の内部にはオイルギャラリ４４が軸方向に
形成され、このオイルギャラリ４４から通孔４６および
環状溝４７を介してメインロッカアーム１の通孔４３と
連通している。

【００２１】オイルギャラリ４４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
低速カム２１と高速カム２２の切換えを円滑に行うよう
になっている。

【００２２】低速カム２１とこれに隣接する高速カム２
２はそれぞれ共通のカムシャフトに一体形成され、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、高速カム２２は
低速カム２１と比べ、バルブリフトもしくは開弁角度
（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、バルブリフト、開弁角度を
共に大きくしてある。

【００２３】エンジンの低速運転時、メインロッカアー
ム１は低速カム２１のプロフィールに従って揺動し、各
吸気弁９を開閉駆動する。このとき、サブロッカアーム
２は高速カム２２によって揺動されるものの、図４のａ
図に示すように、リターンスプリング３８の付勢力によ
り各プランジャ３３,３１,３４が各穴３５,３２,３６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。

【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４４および油通路４１を介して
油室３７に導かれると、図４のｂ図に示すように、各プ
ランジャ３３,３１,３４はリターンスプリング３８に抗
して移動し、プランジャ３３が各穴３５,３２に渡って
嵌合するとともに、プランジャ３４が各穴３２,３６に
渡って嵌合することにより、２つのロッカーアーム１,
２が一体となって揺動する。ここに、高速カムは低速カ
ムに比較して、弁の開き角度およびリフト量が共に大と
なるように形成されているから、サブロッカアーム２と
一体化した揺動時はメインロッカーアーム１のローラ１
４が低速カム２１から浮き上がり、各吸気弁９は高速カ
ム２２のプロフィールに従って開閉駆動され、弁の開き
角度およびリフト量が共に大きくなる。 一方、エンジンが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室３７に導かれる油圧が低下し、
リターンスプリング３８の弾性復元力により各プランジ
ャ３３,３１,３４が元の位置に移動して、メインロッカ
ーアーム１の拘束が解除される。

【００２５】そして本発明の要旨とするところである
が、低速カム２１と高速カム２２に対してメインロッカ
アーム１とサブロッカアーム２がそれぞれ追従する限界
回転数Ｎ₁，Ｎ₂が共にエンジンの常用域における最高回
転数以上となるように、略等しく設定する。

【００２６】このエンジンでは、所定のフューエルカッ
ト回転数Ｎ₄に達すると燃料の供給が停止され、それ以
上の回転上昇を規制しているが、この実施例では上記エ
ンジンの常用域における最高回転数をフューエルカット
回転数Ｎ₄と定め、上記各限界回転数Ｎ₁，Ｎ₂を共にフ
ューエルカット回転数Ｎ₄以上に設定する。

【００２７】メインロッカアーム１がサブロッカアーム
２と一体となって揺動する高速カム作動時において、高
速カム２２のカム面に対してサブロッカアーム２が離れ
ずに摺接する限界回転数Ｎ₂は次式により略算すること
ができる。

【００２８】

【数１】

【００２９】ただし、ｍ₂は高速カム作動時のバルブ側
等価慣性質量（ｋｇ）であり、次式で算出される。

【００３０】 ｍ₂＝ｍｖ＋ｍｒ＋ｍｓ／３＋Ｉｒ₂／ｂ² … ｍｖは吸気弁９の質量（ｋｇ）、ｍｒは吸気弁９に取付
けられるリテーナ７およびコッタ（図示せず）の質量
（ｋｇ）、ｍｓはバルブスプリング８の質量（ｋｇ）で
ある。

【００３１】Ｉｒ₂は、サブロッカアーム２が一体とな
ったロッカアーム１のメインロッカシャフト３に対する
慣性モーメント（ｋｇ・ｍｍ²）である。

【００３２】ｂはメインロッカシャフト３の中心と吸気
弁９の中心線との距離（ｍｍ）である。

【００３３】Ｆ₂は、バルブスプリング８が吸気弁９に
付与するバネ荷重（Ｎ）である。

【００３４】ｙ″_2maxは、図５に示すように、高速カム
２２に追従する吸気弁９の最大負加速度（ｍｍ／ｒａｄ
²）である。

【００３５】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カム作動時において、低速カ
ム２１のカム面に対してメインロッカアーム１が離れず
に摺接する限界回転数Ｎ₁は次式により略算することが
できる。

【００３６】

【数２】

【００３７】ただし、ｍ₁は低速カム作動時のバルブ側
等価慣性質量であり、次式で算出される。

【００３８】 ｍ₁＝ｍｖ＋ｍｒ＋ｍｓ／３＋Ｉｒ₁／ｂ² … Ｉｒ₁は、サブロッカアーム２が独立して揺動するロッ
カアーム１のメインロッカシャフト３に対する慣性モー
メント（ｋｇ・ｍｍ²）である。すなわち、サブロッカ
アーム２とロストモーションスプリング２５およびリフ
タ２６を除いた慣性モーメント（ｋｇ・ｍｍ²）に等し
い。

【００３９】ｃはメインロッカシャフト３の中心とリフ
タ２６の中心線との距離（ｍｍ）である。

【００４０】ｆは、ロストモーションスプリング２５が
サブロッカアーム２に付与するバネ荷重（Ｎ）である。

【００４１】ｙ″_1maxは、低速カム２１に追従する吸気
弁９の最大負加速度（ｍｍ／ｒａｄ²）である。

【００４２】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カム作動時において、高速カ
ム２２のカム面に対してサブロッカアーム２が離れずに
摺接する限界回転数Ｎ₁′は次式により略算することが
できる。

【００４３】

【数３】

【００４４】ただし、ｍ₃はサブロッカアーム２の可動
部質量とリフタ２６の質量とロストモーションスプリン
グ２５の質量に１／３を乗じたものの和（ｋｇ）と略等
しい。

【００４５】ｙ″_3maxは、高速カム２２のカムリフト曲
線の最大負加速度（ｍｍ／ｒａｄ²）である。

【００４６】したがって、低速カム２１と高速カム２２
に対してメインロッカアーム１とサブロッカアーム２が
それぞれ追従する限界回転数を略等しくするために、Ｎ
₂≒Ｎ₁≒Ｎ₁′の関係に設定する。

【００４７】ところが、従来は図６に実線で示すよう
に、低速カム２１は高速カム２２に比べて開弁角度が大
幅に小さく設定されているため、最大負加速度｜ｙ″
_1max｜は｜ｙ″_2max｜より大きい値となり、限界回転数
Ｎ₁がＮ₂より小さい値となっていた。また、限界回転数
Ｎ₁′もＮ₁よりおおきくするだけの格別の意味がなく、
Ｎ₂より小さい値になっていた。具体的には、図７の表
に示すように、高速カム２２は開弁角度が２８０°、バ
ルブリフトが１１ｍｍに設定され、吸気弁９が高速カム
２２に追従する限界回転数Ｎ₂が９０００ｒｐｍとなっ
ているのに対して、従来装置における低速カムは開弁角
度が２２０°、バルブリフトが８ｍｍに設定され、吸気
弁９が低速カムに追従する限界回転数Ｎ₁が７０００ｒ
ｐｍとなっている。

【００４８】これに対処する一つの手段として、図６に
破線で示すように、低速カム２１の開弁角度を比較的大
きく設定する。

【００４９】これに対処する他の手段として、図６に１
点鎖線で示すように、低速カム２１のバルブリフトを比
較的小さく設定する。

【００５０】なお、図６には排気弁を開閉する低速カム
と高速カムのリフト特性も示している。

【００５１】具体的には、図７の表に示すように、第一
実施例として、低速カム２１の開弁角度を２５０°、バ
ルブリフトを８ｍｍに設定し、吸気弁９が低速カム２１
に追従する限界回転数Ｎ₁が９４００ｒｐｍとする。

【００５２】第二実施例として、低速カム２１の開弁角
度を２２０°、バルブリフトを６ｍｍに設定し、吸気弁
９が低速カム２１に追従する限界回転数Ｎ₁が９２００
ｒｐｍとする。

【００５３】このようにして、低速カム２１に対してメ
インロッカアーム１が追従する限界回転数Ｎ₁を、高速
カム２２に対してサブロッカアーム２が追従する限界回
転数Ｎ₂と同等に設定することにより、万一油圧を制御
する切換弁等の作動不良が起きて、一部の気筒で高速運
転時まで低速カム２１が吸気弁９の開閉に携わる場合、
低速カム２１のカム面に対してメインロッカアーム１を
追従させ、メインロッカアーム１と低速カム２１の間で
打音が生じることを防止するとともに、この動弁系に二
次故障を招くことを回避できる。

【００５４】また、高速カム２２に対してサブロッカア
ーム２がロストモーションスプリング２５を介して追従
する限界回転数Ｎ₁′を、高速カム２２に対してサブロ
ッカアーム２が追従する限界回転数Ｎ₂と同等に設定す
ることにより、万一油圧を制御する切換弁等の作動不良
が起きて、高速運転時に低速カム２１が吸気弁９の開閉
に携わる場合、高速カム２２のカム面に対してサブロッ
カアーム２を追従させ、サブロッカアーム２と高速カム
２２の間で打音が生じることを防止できる。

【００５５】図８は、エンジンの出力特性を示している
が、第一実施例の場合、低速カム２１の開弁角度を比較
的大きく設定することにより、低速運転時の発生出力は
若干低下するものの、中速運転時の発生出力は上昇し、
低速カム２１から高速カム２２に切換える回転数域にお
いて発生出力が落ち込むことを抑えられる。第二実施例
の場合は、低速カム２１のバルブリフトを比較的小さく
設定することにより、逆に低速運転時の発生出力が上昇
する。

【００５６】なお、弁の開閉作動に携わるカムを切換え
るカム切換機構は、前記実施例のように円柱状のプラン
ジャ３３，３４を備える構造に限定されるものではな
い。

【００５７】以上説明したように本発明は、所定のフュ
ーエルカット回転数に達すると燃料の供給が停止されて
エンジンの最高回転数が前記フューエルカット回転数に
規制されるエンジンに適用され、吸気弁または排気弁を
作動させる低速カムと、前記吸気弁または排気弁を作動
させる高速カムと、弁の開閉作動に携わるカムを運転条
件に応じて切換えるカム切換機構と、を気筒毎に備えた
多気筒エンジンの可変動弁装置において、低速カム作動
時のバルブ側等価慣性質量とバルブスプリングが弁に付
与するバネ荷重と低速カムに追従する弁の最大負加速度
とで定まる低速カム作動時の限界回転数および高速カム
作動時のバルブ側等価慣性質量とバルブスプリングが弁
に付与するバネ荷重と高速カムに追従する弁の最大負加
速度とで定まる高速カム作動時の限界回転数を共に前記
フューエルカット回転数以上に設定したため、万一制御
系等に作動不良が起きて、高速運転時まで本来低速運転
時に用いられる低速カムが弁の開閉に携わる場合に、高
速運転時まで低速カムのカム面に対してメインロッカア
ームを追従させ、ロッカアーム等と低速カムの間で打音
が生じることを防止するとともに、動弁系に二次故障を
招くことを回避できる。また、低速カム作動時の限界回
転数は、高速カム作動時の限界回転数より高く設定す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す動弁系の平面図。

【図２】同じく図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図。

【図３】同じく図１のＹ−Ｙ線に沿う断面図。

【図４】同じく図１のＺ−Ｚ線に沿う断面図。

【図５】同じくバルブリフトおよび加速度等を示す線
図。

【図６】同じくバルブリフトを示す線図。

【図７】同じく開弁角度、バルブリフト、限定回転数の
設定例を示す表。

【図８】同じくエンジンの出力特性を示す線図。

【符号の説明】

１ メインロッカアーム ２ サブロッカアーム ９ 吸気弁 ２１ 低速カム ２２ 高速カム ２５ ロストモーションスプリング ３３ プランジャ ３４ プランジャ ４１ 油通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹村 信一 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 (72)発明者 後藤 徹朗 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62−45960（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−42105（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−19131（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−76711（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−203404（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−1727（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 13/00 301

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定のフューエルカット回転数に達すると
   燃料の供給が停止されてエンジンの最高回転数が前記フ
   ューエルカット回転数に規制されるエンジンに適用さ
   れ、吸気弁または排気弁を作動させる低速カムと、前記
   吸気弁または排気弁を作動させる高速カムと、弁の開閉
   作動に携わるカムを運転条件に応じて切換えるカム切換
   機構と、を気筒毎に備えた多気筒エンジンの可変動弁装
   置において、 低速カム作動時のバルブ側等価慣性質量とバルブスプリ
   ングが弁に付与するバネ荷重と低速カムに追従する弁の
   最大負加速度とで定まる低速カム作動時の限界回転数お
   よび高速カム作動時のバルブ側等価慣性質量とバルブス
   プリングが弁に付与するバネ荷重と高速カムに追従する
   弁の最大負加速度とで定まる高速カム作動時の限界回転
   数を共に前記フューエルカット回転数以上に設定したこ
   とを特徴とする多気筒エンジンの可変動弁装置。
2. 【請求項２】低速カム作動時の限界回転数は、高速カム
   作動時の限界回転数より高く設定したことを特徴とする
   請求項１に記載の多気筒エンジンの可変動弁装置。