JP3666533B2 - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プロフィルの異なるカムを選択的に利用することによってバルブリフト特性を切り換え得るようにした内燃機関の可変動弁装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のバルブ駆動装置は、一般にカムリフトをロッカアームやスイングアームを介して吸気弁や排気弁に伝達し、バルブスプリングにて閉方向に付勢されている吸気弁，排気弁を押し開く構成となっているが、例えば機関の低速域と高速域あるいは低負荷域と高負荷域ではそれぞれ好ましいバルブリフト特性が異なるので、運転条件によりバルブリフト特性を切り換え得るようにしたバルブ駆動装置が種々提案されている。
【０００３】
その一例として、例えば米国特許第４１５１８１７号等において、プロフィルの異なる２種のカムを並設しておき、それぞれに従動する主ロッカアームおよび副ロッカアームを必要に応じて連結状態もしくは離脱状態に切り換えるようにした構成のものが知られている。
【０００４】
この装置では、互いにプロフィルの異なる低速型カムと高速型カムとがカムシャフトに並んで形成されており、カムシャフトと平行に設けられるロッカシャフトには、上記低速型カムに従動して揺動する主ロッカアームと、上記高速型カムに従動して揺動する副ロッカアームとが、互いに隣接した状態で揺動自在に配設されている。吸気弁あるいは排気弁は、上記主ロッカアームの先端部によって開閉駆動されるようになっている。そして、上記副ロッカアームと主ロッカアームとを選択的に連結状態もしくは離脱状態とする連結機構が両ロッカアーム間に設けられている。上記特許の装置では、上記連結機構は、リンク機構により回動動作する連結レバーからなり、主ロッカアームに回動可能に支持された連結レバーの先端が副ロッカアーム下面の所定の係合面に係合すると、該副ロッカアームが下方から支承されるため、両者が一体に揺動するようになっている。つまり、このように両ロッカアームが連結した状態では、高速型カムに従動する副ロッカアームの揺動が主ロッカアームを介して吸排気弁に伝達され、その結果、吸排気弁が高速型カムのカムリフトに沿って開閉する。また連結レバーが所定の係合面から外れて両ロッカアームが離脱した状態では、副ロッカアームの揺動は吸排気弁に伝達されず、その結果、吸排気弁は、低速型カムに従動する主ロッカアームの揺動によって開閉することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように主ロッカアームと副ロッカアームとの連結機構として連結レバーを用いたものでは、該連結レバーの切換動作、特に係合状態への切換時に、連結レバーが所定の位置に正しく位置決めされた状態で係合しないと、バルブリフトの途中で連結レバーがはじかれてしまったり、逆に、連結レバーが過度に大きく回動してしまう現象が生じる。そのため、切換動作の信頼性が低い。
【０００６】
なお、連結レバーの先端部から側方に延びた腕部を形成し、該腕部をストッパとして主ロッカアームの一部に当接させることで、連結レバーの係合状態への切換時に、該連結レバーが所定位置に正しく位置決めされるようにした試みもなされているが、バルブリフトの途中で連結レバーが過度に大きく回動しようとしたときに、この腕部の先端が主ロッカアームに強く圧接したとすると、腕部に大きなモーメントが作用し、破損に至る虞れがある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、この発明は、プロフィルの異なる第１カムと第２カムが並んで形成されたカムシャフトと、ロッカシャフトに基端部が揺動可能に嵌合し、かつ上記第１カムに押圧される第１カムフォロアを有するとともに、先端部が吸気弁もしくは排気弁を押圧する主ロッカアームと、この主ロッカアームに対し相対的に揺動可能に設けられ、かつ上記第２カムに押圧される第２カムフォロアを有する副ロッカアームと、この副ロッカアームを上記第２カムに向けて付勢するロストモーションスプリングと、主ロッカアーム下部に設けたピンに回動可能に支持され、かつ外部から供給される油圧により回動して、上記副ロッカアーム下面の係合段部に係合する連結レバーと、この連結レバーの先端部から軸方向に延び、かつ該連結レバーが係合位置まで回動したときに主ロッカアームの一部に当接して該連結レバーを位置決めする腕部と、この腕部に先端がプランジャを介して圧接し、該連結レバーを係合離脱方向に付勢するリターンスプリングと、を備えてなる内燃機関の可変動弁装置において、上記腕部の基部に、主ロッカアームに当接するストッパ面を形成するとともに、上記プランジャが当接するプランジャ当接面を、腕部の先端側に形成し、かつ両者間に段差を設けて上記プランジャ当接面が主ロッカアームに圧接しないように構成したことを特徴としている。
【０００８】
また請求項２の発明は、一対の第１カムの間にプロフィルの異なる第２カムが並んで形成されたカムシャフトと、ロッカシャフトに基端部が揺動可能に嵌合し、かつ上記第１カムに押圧される一対の第１カムフォロアを有するとともに、先端部が吸気弁もしくは排気弁を押圧する主ロッカアームと、上記の一対の第１カムフォロアの間に配置されるとともに、上記ロッカシャフトもしくはこれと平行な主ロッカアーム上の軸に揺動可能に支持され、かつ上記第２カムに押圧される第２カムフォロアを有する副ロッカアームと、この副ロッカアームを上記第２カムに向けて付勢するロストモーションスプリングと、主ロッカアーム下部に設けたピンに回動可能に支持され、かつ外部から供給される油圧により回動して、上記副ロッカアーム下面の係合段部に係合する連結レバーと、この連結レバーの先端部から軸方向に延び、かつ該連結レバーが係合位置まで回動したときに主ロッカアームの一部に当接して該連結レバーを位置決めする腕部と、この腕部に先端がプランジャを介して圧接し、該連結レバーを係合離脱方向に付勢するリターンスプリングと、を備えてなる内燃機関の可変動弁装置において、上記腕部の基部に、主ロッカアームに当接するストッパ面を形成するとともに、上記プランジャが当接するプランジャ当接面を、腕部の先端側に形成し、かつ両者間に段差を設けて上記プランジャ当接面が主ロッカアームに圧接しないように構成したことを特徴としている。
【０００９】
外部から油圧が供給されていない状態では、連結レバーはリターンスプリングの付勢力によって離脱位置に保たれる。このように連結レバー先端が副ロッカアームの係合段部から離れた離脱状態では、副ロッカアームの揺動は主ロッカアームに伝達されない。従って、主ロッカアームは第１カムに従動し、該第１カムのカムリフトが吸排気弁に伝達される。尚、副ロッカアームは、ロストモーションスプリングによって第２カムに向けて押しつけられる。
【００１０】
外部から油圧が供給されると、連結レバーはリターンスプリングの付勢力に抗して回動し、連結レバー先端が副ロッカアームの係合段部に係合する。この係合状態では、副ロッカアームと主ロッカアームとが連結され、両ロッカアームが一体に揺動するので、第２カムのカムリフトが副ロッカアームを介して吸排気弁に伝達される。
【００１１】
このように係合位置に切換動作する際に、連結レバーの腕部が主ロッカアームの一部に当接し、該連結レバーを所定位置つまり係合段部に正しく係合した位置に位置決めする。このとき、上記腕部は、その基部にあるストッパ面が主ロッカアームに当接し、先端側のプランジャ当接面は主ロッカアームには実質的に当接しない。そのため、仮にバルブスプリング反力によって腕部が主ロッカアームに強く圧接したとしても、腕部に作用するモーメントは小さい。
【００１２】
請求項１および請求項２の発明を一層具体化した請求項３の発明では、上記リターンスプリングおよびプランジャが、主ロッカアームに形成されたスプリング収納孔に嵌合しており、上記腕部の上記ストッパ面が上記スプリング収納孔の開口周縁に当接するようになっている。すなわち、腕部先端側のプランジャ当接面がプランジャに圧接し、かつこれに隣接した開口周縁に腕部基部のストッパ面が当接する。
【００１３】
また請求項４の発明では、上記ストッパ面と上記プランジャ当接面とが、互いにねじれた２つの平面から構成されている。特に、請求項５では、上記プランジャ当接面は、プランジャが突出した連結レバーの離脱位置においてプランジャ軸線に直交している。
【００１４】
すなわち、腕部のストッパ面は主ロッカアームに広く面接触となるように、その角度が設定されている。このストッパ面が主ロッカアームに当接するときには、リターンスプリングは押し縮められており、プランジャは後退している。また、連結レバーが離脱状態から係合位置に向かって回動しようとする瞬間には、プランジャは突出した位置にある。プランジャ当接面は、この突出したプランジャの先端に直交した姿勢で当接するため、プランジャはその軸線に沿って真っ直ぐに押圧される。つまり、プランジャの後退の初期に、該プランジャに斜めに力が作用することがない。
【００１５】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関の可変動弁装置によれば、リターンスプリングを支持する腕部によって連結レバーが係合位置に正しく位置決めされるので、油圧供給により連結レバーが係合位置側に切換動作した際に、確実な係合状態が得られ、その信頼性が向上する。そして、この腕部は、基部にあるストッパ面が主ロッカアームに当接し、先端側のプランジャ当接面は主ロッカアームには実質的に当接しないため、バルブスプリング反力によって腕部が主ロッカアームに強く圧接したとしても、腕部に作用するモーメントが小さくなり、その破損を確実に回避できる。
【００１６】
また請求項４および請求項５の構成によれば、リターンスプリング先端のプランジャが連結レバーに押されて後退し始めるときに、プランジャが該プランジャの軸線に沿って押圧されるので、その作動が円滑となり、切換時の応答性を高めることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１〜図４は、この発明に係る内燃機関の可変動弁装置の一実施例を示している。この実施例では、各気筒毎に一対の吸気弁１もしくは排気弁が設けられており、主，副ロッカアーム２，５からなる一つの可変動弁機構が一対の吸気弁１もしくは排気弁を同時に駆動している。
【００１９】
主ロッカアーム２は、図１に示すように、先端側が二股状に分岐した略Ｙ字形をなし、その基端部の略円筒状をなすロッカシャフト嵌合部４がロッカシャフト３に揺動可能に嵌合している。そして、二股状に分岐した部分の上面に、硬質金属からなる第１カムフォロア７がそれぞれ固着されている。なお、第１カムフォロア７としてカムフォロアローラを用いることもできる。この主ロッカアーム２の一対の揺動端２ａがそれぞれ吸気弁１（あるいは排気弁）のステムエンドを押圧するようになっている。
【００２０】
また、上記の一対の第１カムフォロア７に挟まれた形となる主ロッカアーム２の中央部は下方へ窪んでおり、ここに副ロッカアーム５が設けられている。つまり、一対の第１カムフォロア７の間に、副ロッカアーム５が配置されている。この副ロッカアーム５は、主ロッカアーム２の基端部上面に設けられた副ロッカシャフト６に揺動可能に支持されている。副ロッカアーム５は、主ロッカアーム２に比較して短く形成され、その先端部上面には、硬質金属からなる第２カムフォロア８が設けられている。図１に示すように、この第２カムフォロア８は、上記第１カムフォロア７と並んだ位置にある。また、上記副ロッカアーム５は、吸気弁１に直接には当接していない。
【００２１】
ロッカシャフト３の上方に配置されるカムシャフト９には、主ロッカアーム２の第１カムフォロア７に当接するバルブリフト量の小さな低速型カム１０と、副ロッカアーム５の第２カムフォロア８に当接するバルブリフト量の大きな高速型カム１１とが並んで形成されている。上記低速型カム１０は、当然のことながら、一対の第１カムフォロア７に対応して一対設けられており、この一対の低速型カム１０の間に、高速型カム１１が設けられている。
【００２２】
尚、副ロッカアーム５は、図３に示すように、リテーナ１２Ａを介して主ロッカアーム２凹部上面に圧接するロストモーションスプリング１２によって上方へ回動付勢されており、主ロッカアーム２から離脱した状態であっても高速型カム１１との摺接状態が保たれるようになっている。
【００２３】
また、上記主，副ロッカアーム２，５を選択的に連結させる連結機構として、副ロッカアーム５の下方に連結レバー１３が設けられている。この連結レバー１３は、主ロッカアーム２底部に設けたピン１４によって回動可能に支持されており、その上端部１３ａが副ロッカアーム５下面の係合段部１５に係合可能となっている。そして、この連結レバー１３は、その先端部から側方つまりロッカシャフト３の軸方向に延びた腕部１３ｃ（図２参照）にプランジャ２２を介して圧接するリターンスプリング１６により係合解除方向へ常時付勢されているとともに、その下端部１３ｂに対向して、油圧プランジャ１７が配置されており、該油圧プランジャ１７が突出すると、係合方向へ回動するようになっている。図３に示すように、上記油圧プランジャ１７が摺動可能に嵌合する油圧シリンダ１８には、主ロッカアーム２内の油孔１９およびロッカシャフト３の油孔２０を介して、ロッカシャフト３内の油圧供給通路２１から油圧が供給可能となっている。
【００２４】
上記リターンスプリング１６および先端のプランジャ２２は、図４に示すように、主ロッカアーム２に形成されたスプリング収納孔２３内に摺動可能に配設されており、リターンスプリング１６の付勢力によってプランジャ２２が該収納孔２３から突出するようになっている。上記スプリング収納孔２３は、主ロッカアーム２の一方の側部に、ロッカシャフト３の半径方向に沿うように形成され、かつ先端が主ロッカアーム２の支持面２ｂに開口している。尚、このスプリング収納孔２３が開口する上記支持面２ｂは、該収納孔２３の軸線に直交する平面をなしている。
【００２５】
そして、上記腕部１３ｃは、連結レバー１３の上端部１３ａが上記係合段部１５に係合しているときに、上記支持面２ｂに当接するようになっている。換言すれば、腕部１３ｃが上記支持面２ｂに当接することによって、連結レバー１３が所定の係合位置に正しく位置決めされるのである。図５〜図７は、上記腕部１３ｃを備えた連結レバー１３の詳細を示すものであって、これらの図に明らかなように、上記腕部１３ｃは、断面略半円形の棒状に突出しており、かつ、その基部側に、上記支持面２ｂに当接する平坦なストッパ面２５が形成されているとともに、先端側に、上記プランジャ２２が当接する平坦なプランジャ当接面２６が形成されている。これらのストッパ面２５およびプランジャ当接面２６は、互いに平行な平面をなし、かつ両者間には、プランジャ当接面２６側が後退した形に、僅かな段差２７が設けられている。
【００２６】
上記構成では油圧供給通路２１を通して油圧シリンダ１８へ油圧を供給すると、連結レバー１３が係合方向へ回動し、副ロッカアーム５の係合段部１５に係合する。これにより、副ロッカアーム５が高速型カム１１により下方へ押圧された際に、主ロッカアーム２が一体に作動するようになり、吸気弁１（もしくは排気弁）が高速型カム１１のプロフィルに沿って開閉するようになる。また油圧を解放すると、連結レバー１３がリターンスプリング１６によって係合解除方向へ回動し、上端部１３ａが係合段部１５から離れる。そのため、副ロッカアーム５が主ロッカアーム２から切り離された状態となり、吸気弁１等は主ロッカアーム２を介して低速型カム１０のプロフィルに沿って開閉するようになる。
【００２７】
ここで、上記連結レバー１３は、係合方向に回動した際に、そのストッパ面２５が主ロッカアーム２のスプリング収納孔２３周縁の支持面２ｂに当接して、所定の位置に位置決めされる。従って、上端部１３ａと係合段部１５との係合状態が安定的に得られる。そして、この状態において、図８に示すように、腕部１３ｃ先端側のプランジャ当接面２６と支持面２ｂとの間に、上記の段差２７に相当する僅かな間隙Δが確保されており、バルブスプリング反力を受けて腕部１３ｃが支持面２ｂ側に強く押圧されたとしても、腕部１３ｃ先端側のプランジャ当接面２６は支持面２ｂに圧接しない。従って、腕部１３ｃに作用するモーメントは小さく、その破損が確実に防止される。
【００２８】
次に、図９および図１０は、この発明の異なる実施例を示している。この実施例においては、上記腕部１３ｃの基部側におけるストッパ面２５に対し、先端側のプランジャ当接面２６が平行ではなく、相対的にねじれた２つの平面をなしている。具体的には、ストッパ面２５は、図９に示すように、連結レバー１３が係合位置にあるときに支持面２ｂに広く面接触するように、その角度が設定されている。そして、プランジャ当接面２６は、図１０に示すように、プランジャ２２が突出した連結レバー１３の離脱位置において、プランジャ２２の軸線に直交するように、その角度が設定されている。
【００２９】
従って、連結レバー１３が図１０に示す離脱位置から係合位置へ回動しようとした際に、矢印Ｆに示すように、プランジャ２２が該プランジャ２２の軸線に沿って真っ直ぐに押圧されることになる。そのため、スプリング収納孔２３内周面との摺接による摩擦抵抗が軽減され、プランジャ２２の後退動作ひいては連結レバー１３の回動が円滑なものとなり、切換時の応答性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る可変動弁装置の要部を示す平面図。
【図２】同じく正面図。
【図３】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図４】図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図。
【図５】連結レバーのみを示す平面図。
【図６】同じく連結レバーを図５の矢印Ｃ方向から見た側面図。
【図７】同じく連結レバーを図５の矢印Ｄ方向から見た上面図。
【図８】図４のＥ−Ｅ線に沿った要部の断面図。
【図９】この発明の異なる実施例を連結レバーの係合位置において示す図４と同様の断面図。
【図１０】連結レバーが離脱位置にある状態を示す断面図。
【符号の説明】
２…主ロッカアーム
３…ロッカシャフト
５…副ロッカアーム
１０…低速型カム
１１…高速型カム
１２…ロストモーションスプリング
１３…連結レバー
１３ｃ…腕部
１６…リターンスプリング
２２…プランジャ
２５…ストッパ面
２６…プランジャ当接面

Claims (5)

1. プロフィルの異なる第１カムと第２カムが並んで形成されたカムシャフトと、ロッカシャフトに基端部が揺動可能に嵌合し、かつ上記第１カムに押圧される第１カムフォロアを有するとともに、先端部が吸気弁もしくは排気弁を押圧する主ロッカアームと、この主ロッカアームに対し相対的に揺動可能に設けられ、かつ上記第２カムに押圧される第２カムフォロアを有する副ロッカアームと、この副ロッカアームを上記第２カムに向けて付勢するロストモーションスプリングと、主ロッカアーム下部に設けたピンに回動可能に支持され、かつ外部から供給される油圧により回動して、上記副ロッカアーム下面の係合段部に係合する連結レバーと、この連結レバーの先端部から軸方向に延び、かつ該連結レバーが係合位置まで回動したときに主ロッカアームの一部に当接して該連結レバーを位置決めする腕部と、この腕部に先端がプランジャを介して圧接し、該連結レバーを係合離脱方向に付勢するリターンスプリングと、を備えてなる内燃機関の可変動弁装置において、上記腕部の基部に、主ロッカアームに当接するストッパ面を形成するとともに、上記プランジャが当接するプランジャ当接面を、腕部の先端側に形成し、かつ両者間に段差を設けて上記プランジャ当接面が主ロッカアームに圧接しないように構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 一対の第１カムの間にプロフィルの異なる第２カムが並んで形成されたカムシャフトと、ロッカシャフトに基端部が揺動可能に嵌合し、かつ上記第１カムに押圧される一対の第１カムフォロアを有するとともに、先端部が吸気弁もしくは排気弁を押圧する主ロッカアームと、上記の一対の第１カムフォロアの間に配置されるとともに、上記ロッカシャフトもしくはこれと平行な主ロッカアーム上の軸に揺動可能に支持され、かつ上記第２カムに押圧される第２カムフォロアを有する副ロッカアームと、この副ロッカアームを上記第２カムに向けて付勢するロストモーションスプリングと、主ロッカアーム下部に設けたピンに回動可能に支持され、かつ外部から供給される油圧により回動して、上記副ロッカアーム下面の係合段部に係合する連結レバーと、この連結レバーの先端部から軸方向に延び、かつ該連結レバーが係合位置まで回動したときに主ロッカアームの一部に当接して該連結レバーを位置決めする腕部と、この腕部に先端がプランジャを介して圧接し、該連結レバーを係合離脱方向に付勢するリターンスプリングと、を備えてなる内燃機関の可変動弁装置において、上記腕部の基部に、主ロッカアームに当接するストッパ面を形成するとともに、上記プランジャが当接するプランジャ当接面を、腕部の先端側に形成し、かつ両者間に段差を設けて上記プランジャ当接面が主ロッカアームに圧接しないように構成したことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
3. 上記リターンスプリングおよびプランジャは、主ロッカアームに形成されたスプリング収納孔に嵌合しており、上記腕部の上記ストッパ面が上記スプリング収納孔の開口周縁に当接することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
4. 上記ストッパ面と上記プランジャ当接面とが、互いにねじれた２つの平面からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の可変動弁装置。
5. 上記プランジャ当接面は、プランジャが突出した連結レバーの離脱位置においてプランジャ軸線に直交することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の可変動弁装置。

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