JP3885519B2 - 気筒制御式エンジンの弁休止装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒エンジンの一部の気筒を休止可能な気筒制御式エンジンの弁休止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両や船舶等に用いられる頭上カム式等の多気筒エンジンでは、動弁系のメカニズム上、全ての運転領域において負荷に応じ全気筒に均等に燃料や空気を供給し、燃焼させて運転するようにしている。
【０００３】
しかし、アイドリング時や低回転・低負荷時には燃焼効率が悪く、ポンプ損失が大きいため、熱効率が低いという問題がある。
【０００４】
そこで、多気筒のうち任意の一部の気筒を休止し、他の運転気筒の負荷を増大してポンプ損失の減少及び熱効率の改善を図る気筒制御式エンジンが知られている。本出願人も以前これに関する提案を行っており（特開２０００−１４５４２３号公報参照）、これは休止を望む気筒のロッカーアームを二分割し、これらを互いに係合・非係合（連結・非連結）可能とすると共に、非係合時にカムのリフトをバルブに伝えないようにしてその気筒を休止するものである。係合・非係合は電磁石とスプリングとにより可動子をロッカシャフトの軸方向にスライドさせることで切換える。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる先願のものでは、電磁石とスプリングとがロッカアーム及びロッカシャフトの外部に存在したため、装置全体が大きくなり、狭い動弁室に収容できなくなる虞があった。
【０００６】
そこで、以上の問題に鑑みて本発明は創案され、その目的は小型、コンパクトな気筒制御式エンジンの弁休止装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る気筒制御式エンジンの弁休止装置は、ロッカアームをカム当接側とバルブ駆動側とに二分割し、これら分割アームをロッカシャフトに互いに軸方向に隣接させて揺動自在に支持させ、これら分割アーム同士を互いに選択的に係合するため、一方の分割アームと上記ロッカシャフトとの間に軸方向スライド可能な係合スリーブを介在させて設け、係合スリーブは、その外周部が一方の分割アームの内周部にスプライン嵌合すると共に、他方の分割アーム側となる先端部に他方の分割アームの係合爪と係合可能な係合爪を有し、上記係合スリーブに、上記ロッカシャフト内部の穴内に延出する駆動板を設け、上記穴内には、電圧印加時に上記駆動板を押して上記係合スリーブを係合側に移動する圧電素子と、圧電素子への印加電圧が断たれたとき上記係合スリーブを非係合側に復帰移動させるためのリターンバネとを設け、上記圧電素子への印加電圧の供給をエンジン運転状態に応じて制御する電子制御ユニットを設けたものである。
【００１３】
これによれば、装置全体の大きさを小型化できると共に、弁休止装置のないロッカアーム機構とほぼ同じ大きさにすることができ、既存の構造を改変することなく適用でき、汎用性が高まる。
【００１４】
ここで、上記分割アーム同士の軸方向の隣接部に、上記係合スリーブを非係合側に常時付勢する戻りバネを設けるのが好ましい。これにより装置外寸を拡大することなく係合スリーブを非係合側に駆動できる。
【００１５】
また、本発明に係る気筒制御式エンジンは、上記いずれかの気筒制御式エンジンの弁休止装置を一又はそれ以上の気筒に具備するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図３に本実施形態に係るエンジン動弁系を示す。本実施形態のエンジンは頭上カム式４気筒エンジンで、そのうち＃１，＃４気筒が休止可能な気筒制御式エンジンとなっている。図３はその休止可能気筒の一方を示すものである。図示するように、吸気弁又は排気弁をなすバルブ１が、バルブスプリング２により閉側に付勢されると共に、バルブ軸端部１ａがロッカアーム３により押されることで開弁即ち図の下方にリフトするようになっている。ロッカアーム３は、その基端部にカムシャフト４に当接するローラ５を有すると共に、先端部にバルブ軸端部１ａに当接するアジャストスクリュ６を有する。アジャストスクリュ６はロックナット７によりロッカアーム３に対する相対位置が固定される。カムシャフト４は気筒列方向に延出され、全気筒に共通のものである。
【００１８】
ロッカアーム３は、その長手方向の中間部がロッカシャフト８に揺動自在に支持される。ロッカシャフト８がロッカアーム３の揺動支点部をなす。そしてロッカアーム部に当該気筒を選択的に休止するため弁休止装置が設けられる。
【００１９】
即ち、図１に示すように、ロッカアーム３はロッカシャフト８の位置でカム当接側とバルブ駆動側とに二分割され、それぞれロッカシャフト８の位置から反対方向に延出するカム側分割アーム９とバルブ側分割アーム１０とで構成されている。これら分割アーム９，１０にロッカシャフト８が挿通され、分割アーム９，１０はロッカシャフト８を中心に回動ないし揺動可能である。分割アーム９，１０の揺動支持部はロッカシャフト軸方向に沿った厚さがロッカアーム全体の厚さの約１／２ずつとされ、且つ互いに軸方向に隣接されている。これにより分割前のロッカアームとほぼ同一の厚さが保たれる。カム側分割アーム９の揺動支持部には、ロッカシャフト８の外周面に摺接するメタル軸受１１が固着される。
【００２０】
バルブ側分割アーム１０の揺動支持部には、ロッカシャフト８が挿通されロッカシャフト８より大径のスリーブ係合穴１２が設けられ、スリーブ係合穴１２の内周面には複数のスプライン歯１３が周方向等間隔で凸設されている。そしてこのスリーブ係合穴１２とロッカシャフト８との間に図２に示すような係合スリーブ１４が介在挿入されている。
【００２１】
係合スリーブ１４は、カム側分割アーム９とバルブ側分割アーム１０とを選択的に係合ないし連結するためのもので、いわば爪クラッチともいえるものである。係合スリーブ１４は、その内周面がロッカシャフト８の外周面に摺接される。また係合スリーブ１４は、その外周部に上記スプライン歯１３に係合ないし噛合される複数のスプライン溝１５を有する。この係合スリーブ１４とバルブ側分割アーム１０とのスプライン嵌合により、係合スリーブ１４はバルブ側分割アーム１０に対し相対回転不可となり、且つ軸方向にスライド可能となる。スプライン溝１５の間のスプライン歯１６において、カム側分割アーム１０側の軸方向先端部が、基準の先端面１７に対し同一断面で突出されて係合爪１８をなしており、これに対応してカム側分割アーム１０にもメタル軸受１１の外周側に複数の係合爪１９が等間隔で設けられる。係合スリーブ１４が図示する非係合位置から下方の係合位置に移動すると、複数の係合爪１８、１９同士が互いに係合し、分割アーム９，１０同士が係合され一体となってロッカシャフト８の回りを揺動可能となる。係合爪１８の内周側の狭い環状スペースには戻りバネ２０が設けられる。戻りバネ２０は、先端面１７を押して係合スリーブ１４を非係合側に付勢するためのもので、ここでは皿バネからなる。
【００２２】
係合スリーブ１４の基端面には駆動部材としての駆動板２１が固定して取り付けられる。駆動板２１は周方向の一ヶ所に一枚取り付けられるが、図２に仮想線で示すように対向位置に２枚取り付けても良い。駆動板２１の取り付けにはピン２２が用いられるが、取付方法はこれに限定されない。ロッカシャフト８の内部に同軸の中心穴２３が設けられ、中心穴２３の側方が駆動板挿入穴２４により一部開口されている。駆動板２１は、係合スリーブ１４から軸方向内側に延出し、駆動板挿入穴２４を通過して先端部が中心穴２３内に位置される。ロッカシャフト８に対する係合スリーブ１４の軸方向のスライド移動により、駆動板２１も所定ストローク軸方向に移動するが、駆動板挿入穴２４はその駆動板２１の軸方向移動を許容するよう、十分な軸方向長さを有している。
【００２３】
中心穴２３は、ロッカシャフト８の軸端８ａから同軸に機械加工（ドリル加工等）されることにより形成され、軸端８ａの開口端から中間深さまでが大径穴２５、大径穴２５の先端側が小径穴２６とされる。大径穴２５の略中間に駆動板挿入穴２４が位置される。かかる中心穴２３には、係合スリーブ１４をスライド駆動する駆動手段が設けられる。駆動手段は、係合スリーブ１４を係合側に駆動する係合側駆動手段と、係合スリーブ１４を非係合側に駆動する非係合側駆動手段とからなる。係合側駆動手段としては、係合スリーブ１４を選択的に押圧駆動する圧電素子２７が設けられ、非係合側駆動手段としては、係合スリーブ１４を非係合側に常時付勢するリターンバネ２８が設けられる。リターンバネ２８はここではコイルスプリングからなっている。圧電素子２７が中心穴２３に挿入された後、中心穴２３の開口端にはスナップリング２９が取り付けられ、圧電素子２７の駆動反力が受け止められると同時に圧電素子２７の抜け止めが達成される。
【００２４】
圧電素子２７のリード線３６，３６が中心穴２３の開口端から外部に取り出され、電子制御ユニット３０に接続される。そして圧電素子２７は、電子制御ユニット３０からの印加電圧の供給・停止に応じて軸方向に伸縮される。圧電素子２７の基端側が大径穴２５に摺接されると共に圧電素子２７の先端側が小径穴２６に摺接され、圧電素子２７の伸縮が案内される。圧電素子２７の大径部と小径部との繋ぎ目に位置する肩部３１が、駆動板２１の図示上側に位置する係合側駆動面に当接ないし係合される。リターンバネ２８は、これを半収容するバネ受けキャップ３２を介して、駆動板２１の図示下側に位置する非係合側駆動面を非係合側に押圧する。
【００２５】
図１は係合スリーブ１４がバルブ側分割アーム１０に係合されてない非係合状態を示す。このとき圧電素子２７には印加電圧が供給されておらず、OFFの状態であり、圧電素子２７は収縮状態にある。すると駆動板２１がリターンバネ２８で図示上方に押され、先端面１７が戻りバネ２０で図示上方に押されることから、係合スリーブ１４が図示上方の非係合位置に位置され、係合スリーブ１４とバルブ側分割アーム１０との係合爪１８，１９同士が外れて非係合状態となる。これによってカム側分割アーム９とバルブ側分割アーム１０とが互いに独立してロッカシャフト回りを揺動可能となる。
【００２６】
一方、この状態から圧電素子２７に印加電圧が供給されONの状態となると、圧電素子２７が伸長し、肩部３１により駆動板２１が図示下方に押される。すると係合スリーブ１４が、リターンバネ２８及び戻りバネ２０の付勢力に抗じて図示下方の係合位置にスライド移動され、係合スリーブ１４とバルブ側分割アーム１０との係合爪１８，１９同士が互いに係合して係合状態となる。これによってカム側分割アーム９とバルブ側分割アーム１０とが互いに係合され、一体となってロッカシャフト回りを揺動可能となる。なおこのとき圧電素子２７の押圧反力はスナップリング２９で受け止められる。
【００２７】
次に、かかる弁制御装置を用いた気筒制御方法を図３乃至図５を用いて説明する。図３はローラ５がカムシャフト４のベースサークル上に乗っているバルブリフト無しの場合、図４及び図５はローラ５がカムシャフト４の最大リフト位相位置に乗っている場合を示し、カムシャフト４は概念的に描かれている。
【００２８】
通常のエンジン運転状態においては、圧電素子２７がONとされ、カム側分割アーム９とバルブ側分割アーム１０とが一体となっており、図３，図４の如く通常通りカムプロフィールに従ったバルブ１の開閉が行われる。
【００２９】
一方、アイドリング時や低回転・低負荷時のように当該気筒を休止したいときは、圧電素子２７をOFFする。するとカム側分割アーム９とバルブ側分割アーム１０とが互いに非係合となり独立して揺動可能となり、図５に示すようにバルブ開のタイミングとなってカム側分割アーム９がカムシャフト４により押し上げられても、そのリフト力がバルブ側分割アーム１０に伝わらなくなり、バルブリフトが実行されない。つまりこのときはカム側分割アーム９が空振り状態となり、バルブ側分割アーム１０は静止している。よってこれと共に当該気筒の燃料噴射や点火（ガソリンエンジンの場合）等を中止してやれば、当該気筒を休止することができる。そしてエンジン全体として駆動損失やポンプ損失を低減することができると共に、熱効率を向上できる。
【００３０】
ここで図５を参照して、カム側分割アーム９とバルブ側分割アーム１０とには、これらを引張り状態で連結するスプリングワイヤ３３と、位相合わせのためのストッパ面３４、３５とが設けられる。即ち、気筒休止を解除するときは圧電素子をOFFからONにし、両アームを非係合状態から係合状態にするが、これを行うタイミングは図３に示すバルブリフトが行われないときである。このときはカム側分割アーム９がカムシャフト４により押し上げられておらず、両アームがスプリングワイヤ３３で引っ張られてストッパ面３４、３５において当接する。これにより両アームの位相合わせが完了し、あとは圧電素子をONしてやれば、係合スリーブ１４の係合爪１８をバルブ側分割アーム１０の係合爪１９にスムーズに係合させてやることができる。
【００３１】
上記のように、本実施形態においては、係合スリーブ１４をスライド駆動する圧電素子２７とリターンバネ２８とをロッカシャフト内部即ち中心穴２３内に設けている。このため、これらが外部に露出せず、装置全体として小型化、コンパクト化が達成される。また、係合スリーブ１４を非係合側にスライド駆動する部材として戻りバネ２０を設けているが、これもカム側分割アーム９とバルブ側分割アーム１０との隣接部に設けているため外部に露出せず、全体として小型化が図られる。戻りバネ２０を皿バネとしたことで隣接部の狭いスペースに挿入可能となり有利である。係合スリーブ１４を係合側に駆動する手段として、細長い圧電素子２７を用いたので、ロッカシャフト８内に容易に挿入可能となり有利である。以上の構成の結果、ロッカアーム部全体として、弁休止装置の無い通常のものとほぼ同様の外寸となり、周辺構造に大きな変更を加えることなく容易に適用可能となる。圧電素子は応答速度が速く、従来の油圧機構等を用いたものに比べ制御上有利である。係合スリーブ１４において、スプライン歯１６を単に延出させて係合爪１８としたので、係合スリーブ１４の構造や形状が簡単となり、機械加工や製造も容易、低コストとなる。
【００３２】
もっとも、本発明は他の実施形態を採ることも当然可能である。例えば本実施形態と逆の関係、即ち、圧電素子を非係合側駆動手段、リターンバネを係合側駆動手段としたり、係合スリーブをバルブ駆動側分割アームに常時係合させ、カム当接側分割アームに選択的に係合させるようにしても良い。係合スリーブはスプライン嵌合以外の方法で一方の分割アームに常時係合させてもよく、例えばセレーションやキー等を用いても構わない。圧電素子は電磁石等を用いた他の駆動手段に置換することもできる。圧電素子又はリターンバネの一方のみをロッカシャフトに内蔵し、他方は外部に設けてもよい。これでも本出願人の先願よりは有利である。また、エンジンは頭上カム式４気筒に限定されず、ガソリン、ディーゼル等の種別を問わない。
【００３３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、装置全体を小型化、コンパクト化できるという優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る弁休止装置を示す平面図である。
【図２】係合スリーブと駆動板とを示す斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る動弁系の正面図で、バルブ閉弁時の様子を示す。
【図４】同正面図で、通常のバルブ開弁時の様子を示す。
【図５】同正面図で、気筒休止時の様子を示す。
【符号の説明】
３ ロッカアーム
８ ロッカシャフト
９ カム側分割アーム
１０ バルブ側分割アーム
１３ スプライン歯
１４ 係合スリーブ
１５ スプライン溝
１６ スプライン歯
１８，１９ 係合爪
２０ 戻りバネ
２１ 駆動板
２３ 中心穴
２７ 圧電素子
２８ リターンバネ
３０ 電子制御ユニット

Claims (3)

1. ロッカアームをカム当接側とバルブ駆動側とに二分割し、これら分割アームをロッカシャフトに互いに軸方向に隣接させて揺動自在に支持させ、これら分割アーム同士を互いに選択的に係合するため、一方の分割アームと上記ロッカシャフトとの間に軸方向スライド可能な係合スリーブを介在させて設け、該係合スリーブは、その外周部が一方の分割アームの内周部にスプライン嵌合すると共に、他方の分割アーム側となる先端部に他方の分割アームの係合爪と係合可能な係合爪を有し、上記係合スリーブに、上記ロッカシャフト内部の穴内に延出する駆動板を設け、上記穴内には、電圧印加時に上記駆動板を押して上記係合スリーブを係合側に移動する圧電素子と、該圧電素子への印加電圧が断たれたとき上記係合スリーブを非係合側に復帰移動させるためのリターンバネとを設け、上記圧電素子への印加電圧の供給をエンジン運転状態に応じて制御する電子制御ユニットを設けたことを特徴とする気筒制御式エンジンの弁休止装置。
2. 上記分割アーム同士の軸方向の隣接部に、上記係合スリーブを非係合側に常時付勢する戻りバネを設けた請求項１記載の気筒制御式エンジンの弁休止装置。
3. 請求項１又は２に記載の気筒制御式エンジンの弁休止装置を一又はそれ以上の気筒に具備したことを特徴とする気筒制御式エンジン。

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