JP3830197B2 - 弁制御システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のための弁の制御システムに関し、より特定すれば、そのようなエンジンの種々の操作モードの期間において、そのエンジンの吸気弁または排気弁の操作特性を変えるシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の吸気弁及び／または排気弁が選択的に作動させられるかまたは選択されたリフトプロフィルで作動されられる、多弁エンジンのための可変弁制御システムが、この技術分野ではよく知られている。
【０００３】
一つの公知のシステムが、米国特許第 4,151,817号において示されていて、この特許は、第１のカムプロフィルに係合し得る第１のロッカーアーム要素と、第２のカムプロフィルに係合し得る第２のロッカーアーム要素と、第１と第２ののロッカーアームを相互結合つまりラッチする手段とを開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上述システムの、ラッチされ得るロッカーアームという概念を、場合に応じてエンジンの弁を選択的に作動させるかまたは作動させないように働き得るシステムの中に組み込むことにある。さらにある目的は、従来技術によるシステムよりも、製造がより安価にでき、応答性が改善され、所要の操作の力がより少なく、寿命がより長い、前記種類のシステムを提供することにある。
【０００５】
油圧式のラッシュ調整器を含んだ弁機構の中で操作される従来技術によるシステムにおいては、弁がそれの不作動のモードにあって弁ばねによって付与される反抗力が実質上存在しないときにラッシュ調整器が伸び過ぎるつまり“ポンプアップする”ことを防止する手段が設けられなければならないという特別な問題が存在する。従来技術によるシステムにおいては、カム軸上に形成された基本円カム部分との係合が維持されるような補助接触面をロッカーアーム構造上に設けることが必要であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、カムに接触するローラを有する内側のロッカーアームと、弁に係合する外側のロッカーアームとを含み、それら内側と外側のロッカーアームが互いにぴったり組み合った関係にあって静置のラッシュ調整器の出力プランジャとピボット運動するようにで接触しており、内側と外側のアーム（＝ロッカーアーム、以下同じ）が有効に一緒にラッチされて弁を作動させる働きをするという作動位置と、内側と外側のアームが互いに相対的に自由に動き得て弁は作動させられないという非作動位置の間を動き得る滑り式ラッチ部材を含む、ラッチ可能ロッカーアーム組立体を設けることにより、前記の目的に対処すると共に前記の問題を解決する。この組立体は、なお、内側と外側のアームの間において働いて、内側のアームをカム及び外側のアームと係合するように押圧し、外側のアームをラッシュ調整器のプランジャと係合するように押圧する押圧手段を含む。非ラッチモードにおいては、押圧手段は、外側のアームでプランジャに荷重をかけることにより、ラッシュ調整器のポンプアップを防止する。非ラッチモードにおいて、ラッシュ調整器のプランジャに当たる押圧手段の荷重に起因するラッシュ調整器のリークダウンを制限する、ポジティブなストッパが設けられている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【０００８】
先ず図２を参照すると、本発明による弁制御システム１２を組み込んだ、オーバーヘッドカムタイプの内燃機関のシリンダヘッド１０の部分が図示されている。図示されているように、その制御システム１２は、エンジンの弁を選択的に作動させるかまたは不作動にするために特に適したタイプのものであって、弁を開く働きをする活動モードと弁が開かれない不活動モードの間でシフトされ得るロッカーアーム組立体１４と、ロッカーアーム組立体をそれの活動モードと不活動モードの間でシフトさせる働きをするアクチュエータ組立体１６とを含む。
【０００９】
ロッカーアーム組立体１４は、エンジンの弁作動用のカム２０と係合し得る内側のアーム組立体１８と、常時はばね２５によって閉じ状態に維持されているポペット弁２４と係合し得る外側のアーム２２と、内側と外側のアームの間において働いて、内側アームをカム２０と係合するように押圧し、外側アームを静置のラッシュ調整器３２のプランジャ３０と係合するように押圧する押圧用ばね２６と、外側のアーム上に滑動可能に収容されていて、内側と外側のアームをラッチを効かせて一緒にすることによって制御システムの活動モードにするか、または、それらアーム間のラッチを外すことによって不活動のモードにする働きをするラッチ部材２８と、を含む。本発明の望ましい実施態様においては、外側のアーム２２はプランジャ３０の上にピボット的に取り付けられており、内側のアーム１８は外側のアーム２２の上にピボット的に取り付けられている。ラッシュ調整器３２の構造や機能については、よく知られているので、ここでは詳しく説明しない。
【００１０】
内側と外側のロッカーアームの間の関係をより良く理解できるように、これら構造部分の詳細を図３〜６に参考として示した。
【００１１】
図３と４を参照すれば、内側のアーム１８は、平面形が概してＵ字形の、打ち抜きで作られた構造、すなわち、互いに間隔を置いた両側壁部分３４と３６と、Ｕ字形のベースにある接触要素３８と、中央の背中部分４０とを有する構造であるのが望ましい。背中部分４０は、後述するように外側のアームに接触するソケット部分４２の形でのアームのピボット点と、ばね受け要素４４とを、自らの上に形成している。ニードル・ローラ組立体４８（図２参照）の心棒を収容するために、両側壁３４と３６の中に、揃った穴４６が形成されている。より詳しくは後述するように、接触要素３８は、外側のアーム２２やラッチ部材２８と係わり合うラッチ面を、自らの上に形成している。内側と外側のアームの間の相対運動を制限するために、外向きに延びた１対のストッパ５０，５１が、両側壁３４，３６上に形成されている。
【００１２】
図５と６を参照すると、外側のアーム２２は、互いに間隔を置いた両側壁５２，５４と、相互に近寄っている両端の端部壁部分５６，５８とを有し平面図で概して長方形の部材であって、端部壁部分５６はばね受け要素６０となっており、端部壁部分５８は弁接触パッド６２となっている。ウエブ要素６４が、両側壁５２と５４の間において形成されていて、両方のアームが組み立てられたときに内側のアームのソケット部分４２とラッシュ調整器のプランジャ３０の間に収容されるソケット部分６６を、自らの上に形成している。両側壁５２と５４は、ラッチ部材２８を受入れるために切込み６８と７０が付けられている。
【００１３】
再び図２を見ると、組み立てられたときには、内側と外側のアームは、内側のアーム１８の背中部分４０が外側のアーム２２のウエブ要素６４を覆って収容されるように、互いに組み合う。ニードル・ローラ組立体４８は、ローラの心棒が穴４６の中に滑り嵌めされるということで、内側のアームの両側壁３４，３６の間に収容される。内側のアームが外側のアームの両側壁５２，５４の間に収容されていれば、心棒７６は、運転の間、常に両側壁に接触するので、ニードル・ローラ組立体を止めるために、ピン打ち(staking)のようなポジティブな止め手段は必要でない。
【００１４】
組み立てられたロッカーアームがエンジンの中に設置されるときには、外側のアーム２２のソケット部分６６がラッシュ調整器３２のプランジャ３０の上に載って位置決めされ、それにより、内側のアーム１８のローラ組立体４８はカム２０と接触するように、そして外側のアーム２２の接触パッド６２は弁２４と接触するように、位置決めされる。ばね２６が、内側と外側のアームの間の両方のばね受け４４と６０にまたがって位置決めされたときには、内側のアーム１８はカム２０に係合（ローラ４８を経て）するように押圧され、外側のアーム２２は弁２４と係合するように押圧され、その際、ロッカーアーム組立体１４の、ラッシュ調整器の長さ方向軸線の回りでの角度位置は、弁２４のステム端が、外側のアーム２２の互いに近寄っている端部の両側壁の間に閉じ込められることによって維持される。
【００１５】
弁制御システム１２は、ラッチ部材２８によって、活動のモードと不活動のモードの間でシフトされる。図示の実施例においては、ラッチは、外側のアーム２２上に載せられたプレートの形をなしていて、内側のアームの接触要素３８と係合し得る。ラッチ部材２８は、外側のアームの上側面に沿って滑るプレート要素７８を含み、そのプレート要素７８は、内側のアームの接触要素３８と係合し得る中央領域８０と、内側のアームを跨いでいて外側のアームのスロット６８と７０の中に受入れられ得るような１対の軸方向に延びたフィンガー要素８２と８４を有している。このラッチ部材は、ラッチが掛かる位置へと押圧され、外側のアームの端部５８を部分的に包囲するタブ８６と８８によって、外側のアームの上での定位置に維持される。図１と２で図示されているように、ラッチ部材は、活動の位置、すなわち、中央領域８０が内側のアームによって係合される係合の位置にある。この位置においては、カム２０が図２の破線の位置を経て回転するときに、ローラ４８上でのカム２０の力が、ラッチ２８を経て外側のアーム２２へ、そして弁２４へと伝えられるので、弁はそれの開位置へと動かされる。
【００１６】
組立体の形態を、活動のモードから不活動のモードへとシフトさせるには、ラッチ部材２８が、アクチュエータ組立体１６によって、図２で右側へと動かされるので、ラッチ部材は滑って内側のアームとの係合から外される。ラッチが係合から外されたときには内側のアームに当たるカムの力が外側のアームに伝えられないので、弁はそれの閉位置に止まっている。
【００１７】
図示の実施態様においては、アクチュエータ組立体は幾分か概略図的に示されている。何故ならば、ラッチ部材２８をシフトさせるためには多種類のリニア型アクチュエータの構造が用いられ得るのであり、実際に用いられる構造は、そのシステムが設置される場合々々のエンジンに伴っているスペースや取り付け上の制限に依存することになるからである。ここで示されている限りでは、その組立体は、エンジンに適切に取り付けられたブラケット部材９０と、そのブラケットに取り付けられたソレノイド９２と、ブラケットに９６においてピボット的に取り付けられていて、ラッチ部材２８の中では滑動自由に収容されており、ソレノイドの出力部材９８によって係合されている作動用ロッド９４と、ソレノイド９２とロッド９４の間で働いてラッチ部材を常時係合する位置へと押圧する圧縮ばね９９と、を含む。弁の動きの便宜を図るために、ロッド９４は、ラッチ部材上に形成された球形ソケット要素に貫通収容されているので、ラッチ部材は、実線で示された弁閉の位置と破線で示された弁開の位置の間を動くについて、アクチュエータとラッチの間での不当なラッシュなしにロッドに沿って滑ることを許されている。
【００１８】
図７は、弁制御システム１２の概略図的表示であって、このシステムが、ラッチ外れのモードにおけるラッシュ調整器のポンプアップの問題を、基本円接触要素や類似のものを必要とせずに、どのようにして克服しているかを図示している。ラッシュ調整器のポンプアップは、この制御システムの適切な機能を維持するためには大きな関心事である。内側のアームがカム２０の基本円に係合しているときの過度なポンプアップは、ラッチ掛けとラッチ外しのどちらの機能にも影響を及ぼす。ラッチ掛かりのモードにおいては、ポンプアップは、内側のアームの接触要素３８がラッチ部材２８に荷重をかけるという結果を生むので、ラッチが係合から外れることが許されない。ラッチ外れのモードにおいては、ポンプアップは、接触要素３８がラッチより下になるという結果を生むので、ラッチが再び係合することが許されない。
【００１９】
ポンプアップの状態は、プランジャ３０からの上向きの力が、基本円にある内側のロッカーアームからの下向きの荷重を超えるときに起こる。ラッシュ調整器３２からの力は、プランジャのばね荷重と、高圧油の力、すなわち、ラッシュ調整器に供給された高圧油がプランジャの投影面積に作用してプランジャをボディから押し出そうとする高圧油の力の合計であって、それを大きく支配しているのは油圧である。この不平衡の状態は、プランジャと外側のアーム２２を上向きに押すので、その結果、外側のアームが、ある静的平衡に達するまで弁のチップの回りで回転することとなる。外側のアームとプランジャが軸方向上方へと動くと、内側のアーム１８も上向きに押される。カム２０が、ローラ４８が上向きに動くことを阻止するので、内側のアームは、プランジャが上向きに動くときにローラの軸線の回りで回転することを強制され、それによりばね２６が圧縮されて内側と外側のアーム間の荷重が増大し、結果としては、ある静的状態になるか、またはプランジャがそれの行程端に達するまで動くことになる。
【００２０】
ポンプアップ状態の反対はリークダウンである。これは、ばね２６からの荷重がラッシュ調整器からの荷重を超えるときに起こる。リークダウンは、外側のアームの両側壁５２と５４に係合するものであるストッパ５０と５１によって制御される。ばね２６がこれらストッパに荷重を及ぼしているときには、荷重が、ラッシュ調整器とそれらストッパの間で分担され、ある静的状態が再び達成されるに至る。下記の複数の式において、Ｆ1はラッシュ調整器のプランジャ３０によってロッカーアーム組立体に付与される力であり、Ｆ2は内側と外側のアームの間で働くばね２６の力であり、Ｆ3はローラ４８に当たるカム２０の力であり、Ｆ4は弁のチップに当たる反力であり、Ｆ5はストッパ５０と５１においての内側と外側のアームの間の力であり、Ｆ6はプランジャとの接触部においての内側と外側のアームの間で働く力である。
【００２１】
図から、システムに働いている複数の力が、外側のアームのソケット要素６６によって規定されるピボット点Ｐの回りで働くことが知られる。ばねの力Ｆ2は、点Ｐの回りで働いて、内側のアーム１８に力を付与し、その力は、カムがそれの基本円にあるときにはローラ４８をカム２０に接触した状態に保ち、カムがそれの活動の位置つまり弁開の位置へと回転するときにはカムの力Ｆ3に反抗する。力Ｆ2は、また、外側アーム２２に力を付与し、その力は、すべての運転モードにおいて、パッド６２を弁２４と接触した状態に保つ。
【００２２】
システムが、図に示されているように係合つまり活動のモードにあるときには、カム２０によってローラ４８に付与される力Ｆ3が、内側のアームの接触要素３８からラッチ部材２８を経て外側のアーム２２へ、そして弁２４へと伝わるので、弁は、弁ばねの力に反抗して開にされる。
【００２３】
システムを活動のモードから不活動のモードにシフトさせることは、ローラ４８がカムの基本円の部分と接触していてラッチ機構に働いている力が最小であるときに行われる。不活動のモードにおいては、ラッチ部材２８が、接触要素３８と外側のアームの間から除去されるので、内側と外側のアームは、ラッシュ調整器のところで相互に回転することを許され、そこでは、力Ｆ3は、弁を動かすには不足である。この状態においては、ばね力Ｆ2は、内側のアームのローラ４８をカム２０と接触した状態に、そして外側のアームを弁２４と接触した状態に保ち、その一方で、プランジャの力Ｆ1に反抗し、ラッシュ調整器がポンプアップすることを阻止するために十分な、プランジャに当たる力を維持するために、計算される。
【００２４】
図７を参照すれば、下記の複数の式が前記の各々の力を規定しており、そこでは、“Ｅ”は、ばね力の、ストッパ５０と５１に付与される分数と定義され、それは、カムが基本円上にあるときにラッシュ調整器がリークダウンすることを阻止しラッチ部材の界面でのラッシュを設定する。（理論的には、この力はゼロであってよい。）
【００２５】
【数１】

【００２６】
【数２】

【００２７】
【数３】

【００２８】
【数４】

【００２９】
【数５】

【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の弁制御システムの一実施形態例の部分的な平面図である。
【図２】図１の２−２矢視の断面図である。
【図３】本発明の第１のロッカーアームの平面図である。
【図４】図３の４−４矢視の断面図である。
【図５】本発明の第２のロッカーアームの平面図である。
【図６】図５の６−６矢視の断面図である。
【図７】そこに作用する力を図示した本発明の概略説明図である。
【符号の説明】
１０ シリンダヘッド
１２ 弁制御システム
１４ ロッカーアーム組立体
１６ アクチュエータ組立体
１８ 内側のアーム
２０ カム
２２ 外側のアーム
２４ ポペット弁
２５ 弁ばね
２６ ばね
２８ ラッチ部材
３０ プランジャ
３２ ラッシュ調整器
３４，３６ 側壁（部分）
３８ 接触要素
４０ 背中部分
４２ ソケット部分
４４ ばね受け要素、ばね収容面
４６ 穴
４８ ローラ（組立体）
５０，５１ ストッパ
５２，５４ 側壁（部分）
５６，５８ 端部壁（部分）
６０ ばね受け要素、ばね収容面
６２ 弁接触パッド
６４ ウエブ要素
６６ ソケット部分
６８，７０ 切込み、スロット
７６ 心棒
７８ プレート要素（２８の）
８０ 中央領域（７８の）
８２，８４ フィンガー要素（７８の）
８６，８８ タブ（７８の）
９０ ブラケット
９２ ソレノイド
９４ 作動用ロッド
９６ ピボット点
９８ 出力部材（９２の）
９９ ばね

Claims (8)

1. シリンダヘッド（１０）と、ホペット弁（２５）と、カムローブ（２０）が形成されているカム軸とを含む、内燃機関のための弁制御システム（１２）であって、
   前記シリンダヘッド上にあってピボット点を形成している手段（３０）と、
   前記ピボット点の回りで回転可能に取り付けられていて前記ポペット弁と係合し得る第１のロッカーアーム（２２）と、
   前記第１のロッカーアームに対して相対的に回転可能に取り付けられていて前記カムローブに係合し得る第２のロッカーアーム（１８）と、
   前記第１のロッカーアームを押圧して前記ポペット弁に係合させ、前記第２のロッカーアームを押圧して前記カムローブに係合させる手段（２６）と、
   前記カムローブによって前記第２のロッカーアームに加えられた力に応答して、前記第１と第２のロッカーアームを、前記ピボット点の回りで一緒に動くように選択的に相互に連結する手段（１６，２８）とを有し、
   前記第１のロッカーアームを押圧して前記ポペット弁に係合させ、前記第２のロッカーアームを押圧して、前記カムローブに係合させる前記手段が、前記第１と第２のロッカーアーム間で働くばね（２６）を含み、
   前記第１のロッカーアームは、一方の端部（５８）に形成された弁接触要素（６２）と、反対側の端部（５６）に形成された第１のばね受面（６０）と、前記弁接触要素と前記第１のばね受面の間に形成された第１のピボット支持要素（６６）とを有する細長い形状の第１のアーム部材を含み、かつ前記ピボット支持要素は第１の凹形の支持面と凸形の支持面を形成しており、
   前記第２のロッカーアームは、一方の端部に形成された接触面（３８）と、反対側の端部に形成された第２のばね受面（４４）と、前記接触面と前記第２のばね受面の間に形成され、第２の凹形の支持面を有する第２のピポット支持要素（４２）と、前記第２のピボット支持要素と前記接触面の間にあるカム接触要素（４８）とを有する細長い形状の第２のアーム部材を含み、
   前記第１のアーム部材は、前記ピボット点を形成している前記手段の上に、前記第１の凹形の支持面を前記ピボット点と接触させて支持されており、
   前記第２のアーム部材は、前記第１のアーム部材の上に、第２の凹形の支持面を前記の凸形の支持面と係合させて支持されており、
   前記第１と第２のロッカーアームの間で働く前記ばねは、前記第１と第２のばね受面の間に収容された圧縮ばねを含む、
   弁制御システム。
2. 前記第１と第２のロッカーアームを相互に連結する前記手段が、前記第１と第２のロッカーアームのうちの一方の上で滑動可能に取り付けられ、プレート部材（２８）が他方のロッカーアームと係合する第１の位置と、前記プレート部材（２８）が他方の前記ロッカーアームと係合しない第２の位置との間で動き得る前記プレート部材（２８）と、前記プレート部材を前記第１と第２の位置の間で動かす働きをする手段（１６）とを含む、請求項１記載の弁制御システム。
3. 前記カム接触要素が、前記第２のアーム部材上に回転可能に取り付けられたローラを含む、請求項１記載の弁制御システム。
4. 前記第１のアーム部材（２２）は、
   互いに間隔をおいた両側壁（５２，５４）と、互いに近寄っている両端部壁とを有し、前記端部壁のうちの一方は前記第１のばね受面を形成している概して長方形の構造と、
   互いに間隔をおいた前記両側壁の間に形成され、上に前記第１のピボット支持要素が形成されているウエブ要素（６４）と
   を有し、
   前記第２のアーム部材（１８）は、
   互いに間隔をおいた両側壁（３４，３６）と、前記接触面（３８）を形成している閉じた端部分とを有する概してＵ字形の部分を含む概して長方形の構造と、
   前記両側壁の間に形成された背骨要素（４０）と、
   前記第２のピボット支持要素を形成する、前記背骨要素の第１の部分と、
   前記第２のばね受面を形成する、前記背骨要素の第２の部分と
   を有し、
   前記第１と第２のアーム部材は、前記第２のアーム部材が前記第１のアーム部材の互いに間隔をおいた両側壁の内部に収容されるように互いに組み合わされており、
   前記両方のばね受面と前記ばねは、前記ばねの押圧力が前記第２のピポット支持面を前記第１のピポット支持面に係合させた状態にするように構成されている、
   請求項１記載の弁制御システム。
5. 前記ローラが、前記第２のアーム部材の互いに間隔をおいた両側壁部分に形成された貫通穴（４６）の中に収容された心棒（７６）の上に取り付けられていて、該心棒は前記第１のアーム部材の互いに間隔をおいた両側壁と接触することによって止められている、請求項４記載の弁制御システム。
6. 前記第２のアーム部材上に形成されていて、前記第１のアーム部材と係合することによって前記第１と第２のアーム部材の間の相対的運動を制限する一つまたは複数のストッパ（５０，５１）を含む、請求項４記載の弁制御システム。
7. 前記第２のアーム部材上の前記接触面が、前記第１のアーム部材の第１の相互に近寄っている端部壁部分に非常に近接して位置していて、前記端部壁部分はその上に平面が形成され、前記プレート部材（２８）は、前記の両方のアーム部材が互いに相対的にピボット運動するときには、前記平面に沿って、前記接触面に接触する位置まで滑ることができる、請求項４記載の弁制御システム。
8. 前記ピボット点（３０）が、前記シリンダヘッド上に取り付けられた油圧式ラッシュ調整器（３２）の出力部材で形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の弁制御システム。

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