JP3659530B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミング、リフト量、休止等の各種切り替えが可能な可変動弁機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図９及び図１０に示すような可変動弁機構が知られている（実開平３−１２２２０８号公報）。この機構は、２つのロッカアーム５１を一体化したロッカアームユニット５２をロッカシャフト５３に揺動可能に支持し、両ロッカアーム５１間に渡したピン５４に油圧ピストン５５を移動可能に外挿し、低速用カム６１又は高速用カム６２が当接するローラ５６を油圧ピストン５５に回転可能に取付けたものである。
【０００３】
そして、内燃機関の高速回転時（以下、単に高速時という。）には、ロッカシャフト５３内の中空部５７及び一方のロッカアーム５１内の油圧シリンダ室５８を経て油圧ピストン５５に油圧を加え、該油圧ピストン５５を図１０に示す位置から右方向に往動させることにより、ローラ５６に当接するカムを低速用カム６１から高速用カム６２に切り替える。また、内燃機関の低速回転時（以下、単に低速時という。）には、前記油圧を解除し、リターンスプリング５９の復帰力で油圧ピストン５５を図１０に示す位置に復動させることにより、ローラ５６に当接するカムを高速用カム６２から低速用カム６１に切り替える。
【０００４】
ここで、例えば、リターンスプリング５９の荷重を１００とすると、該荷重に抗して油圧ピストン５５を往動させるための油圧は２００前後としなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、可変動弁機構は高回転型の内燃機関に用いられることが多く、該内燃機関では低速・高速を切り替える時の回転数が相当高いところに設定されるため、ローラ５６の移動時間、すなわち油圧ピストン５５の移動時間を短くする必要がある。そのためには、油圧ピストン５５の復動については、リターンスプリング５９の荷重を段落［０００４］での１００に対して例えば１５０に増加させる必要がある。また、油圧ピストン５５の往動については、段落［０００４］での２００に対して３００前後に増加させる必要がある。このように、油圧はリターンスプリング５９の荷重増加分を加味して増加させる必要があるため、これだけの高油圧を内燃機関の既存の油圧ポンプで補うのは困難であった。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決し、低油圧でもバルブモードをよりスムーズかつ高速に切り替えることができる可変動弁機構を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の可変動弁機構は、カムシャフトに二種類のカムを設け、ロッカシャフトにロッカアームを揺動可能に挿着し、該ロッカアームにローラを回転可能かつローラ軸方向に移動可能に取付け、該ローラをローラ軸方向に移動させて前記カムに選択的に当接させる油圧ピストンを前記ロッカシャフト内に形成した油圧シリンダ室に往動及び復動可能に収容し、該油圧シリンダ室に作動油を供給する油圧回路を設けた可変動弁機構であって、前記油圧シリンダ室における前記油圧ピストンの両端側にそれぞれ作動油を切替可能に供給できるように前記油圧回路を構成し、もって前記油圧ピストンの往動及び復動を共に油圧により行うようにし、前記油圧ピストンの一端側にリターンスプリングを設け、該リターンスプリングの荷重を、内燃機関停止時に該油圧ピストンを往動前の位置へ戻すのに必要最小限に設定したことを特徴とする。
【０００８】
ここで、「ロッカアーム」としては、次のものを例示できる。
（１）一端部がロッカシャフトに揺動可能に挿着され、他端部にバルブ押圧部を備え、中央部にローラを備えたロッカアーム（スイングアーム）。
（２）一端部にローラを備え、他端部にバルブ押圧部を備え、中間部がロッカシャフトに揺動可能に挿着されたロッカアーム。
【０００９】
また、二種類のカムの態様としては、次のものを例示できる。
（ａ）低速・高速の切替を行なう場合には、二種類のカムを低速用カムと高速用カムとし、低速と高速とで吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミング、リフト量等を切り替える。
（ｂ）作動・休止の切替を行なう場合には、二種類のカムを作動用カムと休止用カムとし、吸気バルブ又は排気バルブを作動させたり休止させたりする。
【００１１】
また、前記ロッカシャフトをサポートに挿通して支持し、該サポートから見て一方側及び他方側に、それぞれ前記カム、ロッカアーム、ローラ、油圧ピストン及び油圧シリンダ室をこれらの位置関係が一方側と他方側とで左右対称となるように配設し、前記一方側及び他方側の油圧シリンダ室に前記サポートを介して１本の油圧配管を連通させ、該油圧配管から供給される作動油によって前記一方側及び他方側の油圧ピストンを同時に駆動するようにすることができる。
【００１２】
本発明の可変動弁機構は、吸気バルブ又は排気バルブの何れか一方に適用することもできるが、両方に適用することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を１気筒当り吸気バルブ２本、排気バルブ２本のいわゆる４バルブ式の４気筒内燃機関において、吸気バルブ及び排気バルブのバルブモードを高速用駆動モードと低速用駆動モードとの間で変更する可変動弁機構に具体化した実施形態を図１〜図８に基づいて説明する。なお、吸気バルブでも排気バルブでも、切替装置の基本的な構成は同じなので、便宜上、吸気バルブ（以下、単にバルブという。）側のみを図示して説明する。
【００１４】
図１に示すように、可変動弁機構１は、シリンダヘッドの４つの各気筒を挟む位置に５つのサポート１０がボルトにより取り付けられ、これらのサポート１０にはロッカシャフト２が挿通され支持されている。各サポート１０の間のロッカシャフト２には、合計４つのロッカアームユニット３がその基端部において揺動可能に挿着されている。また、各サポート１０にはカムシャフト４が回転可能に挿通・支持され、該カムシャフト４には各ロッカアームユニット３を揺動させる高速用カム１１及び低速用カム１２が合計四対設けられている。高速用カム１１は、低速用カム１２と比較して作用角及びバルブリフト量が大きくなるように、低速用カム１２よりノーズが高くかつ広く形成されている。そして、高速用カム１１又は低速用カム１２の一方に、後述するローラ３４が選択的に当接し、もってロッカアームユニット３が揺動するように構成されている。
【００１５】
高速用カム１１及び低速用カム１２は両者の左右位置関係が隣り合う気筒において互い違いとなるように配設され、これに合わせて４つの油圧シリンダ等も交互に向きを変えて列設されている（この点はさらに後述する）。可変動弁機構１の各気筒についての構成は、この左右の位置関係を除いて同様であるため、図２〜図６に示す一つの気筒用を例にとって詳細に説明する。
【００１６】
ロッカアームユニット３は、スイングアームタイプの２つのロッカアーム３１ａ，３１ｂと、両ロッカアーム３１ａ，３１ｂの先端側及び後端側の下部同士を連結している２つの連結部３２とを備えている。先端側の連結部３２の下面には、二つのバルブ５の上端が当接している。両ロッカアーム３１ａ，３１ｂの中央部間にはカムシャフト４と平行方向に延びるピン３３が渡され、該ピン３３には高速用カム１１又は低速用カム１２に当接するローラ３４がベアリング３５を介して回転可能かつローラ軸方向に移動可能に外挿されている。
【００１７】
また、ロッカシャフト２及びピン３３には両者２，３３に跨るフォーク状のローラガイド３６が移動可能に挿着され、該ローラガイド３６はその両フォークがローラ３４の両側面を抱持した状態でローラ３４と共にローラ軸方向に移動可能となっている。一方、ロッカシャフト２内は中空の油圧シリンダ室２４となっており、該油圧シリンダ室２４には油圧ピストン２５が往動及び復動可能に収容されている。そして、ローラガイド３６のうちロッカシャフト２に挿着されている部位は両フォークを連結しており、該連結部の上部にはネジよりなる係合部材３９が螺着されている。この係合部材３９の下端が、ロッカシャフト２の長孔４０を挿通して、油圧ピストン２５の係合溝４１に嵌入することにより、ローラガイド３６及びローラ３４は油圧ピストン２５と共に移動するようになっている。
【００１８】
図２に示すように、ロッカシャフト２の左側の端部にはストッパ３７が係着され、該ストッパ３７と油圧ピストン２５との間にはリターンスプリング３８が装着されている。リターンスプリング３８の荷重は、油圧ピストン２５を往動前の位置へ戻すのに必要最小限に設定されている。
【００１９】
油圧ピストン２５ヘの油圧回路は次のように構成されている。ロッカシャフト２が各サポート１０に抱持されている部分には、油圧シリンダ室２４に連通する連通孔２６が形成されている。両端からそれぞれ２番目に位置する２つのサポート１０には、連通孔２６に連通する復動用油孔２７が形成され、該復動用油孔２７には復動用油圧配管２９が接続されている。また、両端及び中央の３つのサポート１０には、連通孔２６に連通する往動用油孔２８が形成され、該往動用油孔２８には往動用油圧配管３０が接続されている。２本の復動用油圧配管２９と３本の往動用油圧配管３０は、それぞれ図１に示すように１つにまとめられ、切替バルブ４２を介して油圧ポンプ４６に接続されている。
【００２０】
切替バルブ４２には電磁弁が使用され、非通電状態では、図７に示すように、油圧ポンプ４６が復動用油圧配管２９に接続され、復動用油孔２７及び連通孔２６を経由してリターンスプリング３８側から油圧ピストン２５の端面に油圧をかけ、油圧ピストン２５を復動させるようになっている。また、通電状態では、図８に示すように、油圧ポンプ４６が往動用油圧配管３０に接続され、往動用油孔２８及び連通孔２６を経由して反リターンスプリング側から油圧ピストン２５の端面に油圧をかけ、油圧ピストン２５を往動させるようになっている。
【００２１】
本実施形態では、両端を除く３つのサポート１０から見て一方側及び他方側に、それぞれ前記高速用カム１１、低速用カム１２、ロッカアーム３１ａ，３１ｂ、ローラ３４、油圧ピストン２５及び油圧シリンダ室２４がこれらの位置関係が一方側と他方側とで左右対称となるように配設されている。従って、この３つのサポート１０に１本ずつ接続された油圧配管２９，３０を、サポート１０の油孔２７，２８を介して一方側及び他方側の油圧シリンダ室２４に連通させ、該油圧配管２９，３０から供給される作動油によって前記一方側及び他方側の油圧ピストン２５を同時に駆動できる。つまり、１本の油圧配管２９，３０を一方側及び他方側の油圧ピストン２５の往動用又は復動用として共用できる。
【００２２】
上記のように構成された可変動弁機構１は、次のように作用する。まず、内燃機関の低速時には、切替バルブ４２が非通電状態なので、復動用油圧配管２９を経てリターンスプリング３８側から油圧ピストン２５の端面に油圧がかかる。すると、油圧ピストン２５は復動し、図７の状態となる。このとき、ローラ３４は低速用カム１２の下に位置するため、カムシャフト４が回転すると、低速用カム１２がローラ３４を押圧してロッカアーム３１ａ，３１ｂを揺動させ、バルブ５を低速用駆動モードで開閉駆動する。
【００２３】
次に、内燃機関の所定回転数以上の高速時には、切替バルブ４２が通電状態になるので、往動用油圧配管３０を経て反リターンスプリング側から油圧ピストン２５の端面に油圧がかかる。すると、油圧ピストン２５はリターンスプリング３８を圧縮しながら往動し、図７の状態から図８の状態に至る。その結果、ローラ３４は高速用カム１１の下に位置するため、カムシャフト４が回転すると、高速用カム１１がローラ３４を押圧してロッカアーム３１ａ，３１ｂを揺動させ、バルブ５を高速用駆動モードで開閉駆動する。
【００２４】
そして、内燃機関が停止すると、切替バルブ４２が非通電状態になり、油圧ピストン２５がリターンスプリング３８によって往動前の位置に戻るため、可変動弁機構１は図７の低速用駆動モードに戻って待機する。
【００２５】
この可変動弁機構１によれば、次のような効果が得られる。
▲１▼ 低速・高速の切替を双方向とも油圧により行なうようにしたため、従来のように一方向を油圧で切り替え、他方向をリターンスプリングで切り替える場合と比較して、低油圧でもスムーズかつ高速に切り替えることができる。すなわち、油圧ピストン２５の移動時間を短くするためには、油圧ピストン２５の復動用の油圧を、段落［０００４］でのリターンスプリング５９の荷重１００に対して例えば１５０に増加させればよい。そして、油圧ピストン２５の往動については、段落［０００４］での２００に対して１５０＋（リターンスプリング３８の荷重）とすればよい。この程度の油圧増加分は内燃機関の既存の油圧ポンプで十分に補うことができる。リターンスプリング３８は、次の▲２▼で述べるようにあくまで補助的なものであり、その荷重は従来の１００に対して大幅に小さく設定できるので、問題とならない。なお、リターンスプリング３８は省略することもできる。
【００２６】
▲２▼ リターンスプリング３８を設けたため、内燃機関停止時に可変動弁機構１を自動的に低速用駆動モードに戻すことができる。本実施形態では、リターンスプリング３８の荷重が、油圧ピストン２５を往動前の位置へ戻すのに必要最小限に設定されているので、前記▲１▼における往動用の油圧の増加分が最小限で済む。
【００２７】
▲３▼ カム１１，１２、ロッカアーム３１ａ，３１ｂ、ローラ３４、油圧ピストン２５等を上記のように対称に配設することで、例えば本実施形態のような４気筒内燃機関の場合、通常４本ずつ必要な復動用油圧配管２９及び往動用油圧配管３０をそれぞれ２本及び３本に減らすことができ、コストを低減することができる。
【００２８】
なお、本発明は前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば次のように、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）バルブモードを作動モードと休止モードとの間で変更する可変動弁機構に具体化すること。この場合、実施形態の高速用カム１１と低速用カム１２との組み合わせを、ベース円にノーズが加わった作動用カムとベース円のみからなる休止用カムとの組み合わせに変更すればよい。
（２）気筒数が４以外の内燃機関用の可変動弁機構として具体化すること。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１の発明に係る可変動弁機構によれば、低油圧でもバルブモードをよりスムーズかつ高速に切り替えることができ、内燃機関停止時にバルブモードを既定のモードに戻すことができる。
【００３０】
上記効果に加え、請求項２の発明に係る可変動弁機構によれば、油圧配管を減らすことができ、コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した実施形態の可変動弁機構を示す平面図である。
【図２】同可変動弁機構の部分平断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】同可変動弁機構を示す部分斜視図である。
【図５】内燃機関の低速時における同可変動弁機構の部分断面図である。
【図６】内燃機関の高速時における同可変動弁機構の部分断面図である。
【図７】内燃機関の低速時における同可変動弁機構の油圧回路図である。
【図８】内燃機関の高速時における同可変動弁機構の油圧回路図である。
【図９】従来例の可変動弁機構を示す側断面図である。
【図１０】同可変動弁機構の平断面図である。
【符号の説明】
１ 可変動弁機構
２ ロッカシャフト
３ ロッカアームユニット
４ カムシャフト
５ バルブ
１０ サポート
１１ 高速用カム
１２ 低速用カム
２４ 油圧シリンダ室
２５ 油圧ピストン
２６ 連通孔
２７ 復動用油孔
２８ 往動用油孔
２９ 復動用油圧配管
３０ 往動用油圧配管
３１ａ ロッカアーム
３１ｂ ロッカアーム
３４ ローラ
３８ リターンスプリング
４２ 切替バルブ
４６ 油圧ポンプ

Claims (2)

1. カムシャフトに二種類のカムを設け、ロッカシャフトにロッカアームを揺動可能に挿着し、該ロッカアームにローラを回転可能かつローラ軸方向に移動可能に取付け、該ローラをローラ軸方向に移動させて前記カムに選択的に当接させる油圧ピストンを前記ロッカシャフト内に形成した油圧シリンダ室に往動及び復動可能に収容し、該油圧シリンダ室に作動油を供給する油圧回路を設けた可変動弁機構であって、
   前記油圧シリンダ室における前記油圧ピストンの両端側にそれぞれ作動油を切替可能に供給できるように前記油圧回路を構成し、もって前記油圧ピストンの往動及び復動を共に油圧により行うようにし、
   前記油圧ピストンの一端側にリターンスプリングを設け、該リターンスプリングの荷重を、内燃機関停止時に該油圧ピストンを往動前の位置へ戻すのに必要最小限に設定したことを特徴とする可変動弁機構。
2. 前記ロッカシャフトをサポートに挿通して支持し、該サポートから見て一方側及び他方側に、それぞれ前記カム、ロッカアーム、ローラ、油圧ピストン及び油圧シリンダ室をこれらの位置関係が一方側と他方側とで左右対称となるように配設し、前記一方側及び他方側の油圧シリンダ室に前記サポートを介して１本の油圧配管を連通させ、該油圧配管から供給される作動油によって前記一方側及び他方側の油圧ピストンを同時に駆動するようにした請求項１記載の可変動弁機構。

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