JP4185824B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁機構において、複数のロッカアームを連結及び切り離しすることにより、内燃機関の回転速度や負荷に応じてバルブのリフト量又は開閉タイミングを切り替える可変動弁機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の可変動弁機構としては、バルブを押圧する低速用ロッカアームとバルブを直接には押圧しない高速用ロッカアームとを油圧により駆動される切替ピンにより連結及び切り離しするものが多い。内燃機関の低速時には両ロッカアームが切り離され、低速用カムにより揺動する低速用ロッカアームがバルブを開閉する。また、内燃機関の高速時には両アームが連結され、高速用カムにより揺動する高速用ロッカアームと一体で低速用ロッカアームが揺動してバルブを開閉する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の可変動弁機構においては、切替ピンを駆動して動作を切り替えるための油圧が必要であり、また、ロッカアームとロッカシャフトとの間の潤滑を図るための油圧が必要である。従来、これら二つの油圧を供給するための油圧経路として次の二種類があったが、それぞれ問題があった。
（１）油圧経路併用タイプ
特許文献１に記載された可変動弁機構では、管状ロッカシャフトの管内を、切替用の油圧経路及び潤滑用の油圧経路として併用している。このタイプでは、潤滑でのリークが多く、オイルポンプの吐出能力の高い高速回転でしか切替必要油圧が確保できないという問題がある。すなわち、油圧源であるオイルポンプは内燃機関の回転により駆動され、回転速度が高いほど吐出能力が高くなるという特性を持っている。そして、その吐出された油の一部が併用の油圧経路から潤滑のためにリークすると、切替のために使える油圧が低下するから、吐出能力の高い高速回転でしか切替必要油圧が確保できなくなるのである。また、潤滑に間欠給油式を採用している場合、間欠給油による油圧脈動の影響を受け、切替応答性が悪化したり、切替保持が困難になったりする場合がある。
（２）ロッカシャフト内油圧経路分離独立タイプ
特許文献２に記載された可変動弁機構は、特許文献１の油圧脈動の影響を対策した事例であり、ロッカシャフト内に切替用給油穴と潤滑用給油穴とを分離独立形成している。しかし、切替用給油穴が細くなり、切替応答性悪化が懸念される。また、ロッカシャフト内の工法が複雑になり、コストアップしてしまう。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−７８７１８号公報
【特許文献２】
特公平７−１１６９２５号公報
【０００５】
そこで、本発明の目的は、切替用の油圧経路と潤滑用の油圧経路とを安価に分離独立化することができ、もって切替用油圧経路を適正な断面径として安定した切替用の油圧供給ができ、また、オイルポンプの吐出能力の低い低速回転でも切替必要油圧を確保することができ、切替応答性も損なわない可変動弁機構を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の可変動弁機構は、サポート間にロッカシャフトを挿通して支持し、第一ロッカアームと第二ロッカアームとを並べてロッカシャフトに揺動可能に挿着し、第一ロッカアームと第二ロッカアームとを切替ピンにより連結及び切り離しすることにより動作を切り替える可変動弁機構において、管状のロッカシャフトの管内を、ロッカアームとロッカシャフトとの間の潤滑を図るための潤滑用油圧経路とし、サポート間にロッカシャフトとは別の油供給管を取り付け、該油供給管を、切替ピンを駆動して動作を切り替えるための切替用油圧経路とし、もって潤滑用油圧経路と切替用油圧経路とを分離独立させたことを特徴とする。
【０００７】
そして、ロッカシャフト上に取り付ける部品であってロッカシャフト回りの回り止めが必要な部品（例えばロストモーション機構の部品）を、ロッカシャフトと油供給管に外挿する（同部品にロッカシャフトと油供給管とを通す）ことにより、回り止めを可能にしている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した可変動弁機構の一実施形態を、図１〜図８に基づいて説明する。なお、本例では２気筒分のしかも吸気バルブ側のみの二連の可変動弁機構を図示して説明するが、この連数は内燃機関の気筒数及び気筒配列に応じて適宜変更でき、また、この可変動弁機構は排気バルブ（図１のみに９０の符号で示す）側にも実施できる。
【０００９】
図１〜図４に示すように、二つの各気筒１を挟むシリンダヘッド２の三位置に、右サポート３、中央サポート４及び左サポート５がそれぞれボルト６により取り付けられている。右サポート３及び左サポート５の各対向面には横向きで有底の取付穴７が、中央サポート４には横に貫通する取付穴７がそれぞれ設けられている。これらの取付穴７に管状のロッカシャフト１０が通され、さらにロッカシャフト１０に軸直交方向に貫設された穴に前記ボルト６が通されることによって、ロッカシャフト１０が支持されている。各気筒に対応したロッカシャフト１０のうち右サポート３・中央サポート４間の第一領域と中央サポート４・左サポート５間の第二領域とには、それぞれ無可変ロッカアーム１１、第一ロッカアームとしての低速用ロッカアーム１２及び第二ロッカアームとしての高速用ロッカアーム１３が配されるとともに、高速用ロッカアーム１３のロストモーション機構７０が配されている。各アーム１１，１２，１３は、それぞれの長さ方向略中央の挿通穴１４に該ロッカシャフト１０が挿通されることにより揺動可能に軸着されている。
【００１０】
これらのロッカアームを詳述すると、第一領域については、無可変ロッカアーム１１は右サポート３の直ぐ左側に略接して配され、低速用ロッカアーム１２は中央サポート４の右側に略接して配され、また、高速用ロッカアーム１３は低速用ロッカアーム１２の右側に略接して配されており、高速用ロッカアーム１３と無可変ロッカアーム１１との間の残り領域にロストモーション機構７０が配されている。第二領域についても、右サポート３を中央サポート４と読み替え、中央サポート４を左サポート５と読み替えれば、同様に各ロッカアーム１１，１２，１３及びロストモーション機構７０が配されている。
【００１１】
各ロッカアーム１１，１２，１３の後端部には後述するカムに当接するローラ１５が回転可能に軸着されている。具体的には、図５（ａ）（ｂ）に示すように、各ロッカアーム１１，１２，１３の後端部に加工された両側フォーク２０にローラ１５が挟まれるとともに、両側フォーク２０にかしめ止めされた軸２１にローラ１５が軸着されている（公知の軸着構造）。その他、新規な軸着構造として、図５（ｃ）に示すように、各ロッカアーム１１，１２，１３（入力負荷の低い低速用ロッカアーム１２に特に適する）の後端部に加工された片側フォーク２２とこれにかしめ止めされた軸２３のフランジ２３ａとにローラ１５が挟まれるようにして、該軸２３にローラ１５が軸着されたものでもよい。また、図５（ｄ）に示すように、片側フォーク２２とこれにあてがわれて内軸２４によりかしめ止めされた外軸２５のフランジ２５ａとにローラ１５が挟まれるようにして、該外軸２５にローラ１５が軸着されたものでもよい。これらの片側フォーク２２への軸着構造によれば、省スペース化を図ることができる。無可変ロッカアーム１１及び低速用ロッカアーム１２の先端部にはバルブ９の上端を押圧する押圧体２６がネジ機構により突出量調節可能に設けられている。高速用ロッカアーム１３はバルブ９を直接には押圧しないものなので先端側へ延びておらず、押圧体も設けられていないが、後述するトーションコイルバネ７１の一端７２に押圧される止め部１６が右側面に突設されている。
【００１２】
図４〜図６に示すように、ロッカシャフト１０から気筒寄りにやや離れた位置にはカムシャフト６０が設けられ、回転駆動されるようになっている。カムシャフト６０における第一領域及び第二領域の各ロッカアーム１１，１２，１３に対応する位置には、任意の作用角及びリフト量のカムノーズをもつ無可変カム６１と、作用角及びリフト量の小さいカムノーズをもつ低速用カム６２と、作用角及びリフト量の大きいカムノーズをもつ及び高速用カム６３とが形成されている。無可変カム６１は無可変ロッカアーム１１のローラ１５に、低速用カム６２は低速用ロッカアーム１２のローラ１５に、高速用カム６３は高速用ロッカアーム１３のローラ１５にそれぞれ当接する。
【００１３】
低速用ロッカアーム１２と高速用ロッカアーム１３とを連結して一体的に揺動可能とし、また、切り離して別々に揺動可能とするための切替機構は次のように構成されている。各サポート３，４，５の後側（ロッカアームの基端側に対応する）にはそれぞれ突部８が一体的に突設されている。図７等に示すように、中央サポート４及び左サポート５の各突部８の右側面途中部にはシリンダ孔３０が凹設され、シリンダ孔３０にはピストンピン３１が摺動可能に収容されている。第一領域及び第二領域の低速用ロッカアーム１２の基端側に設けられた突部１７にはピン孔３２が貫設され、ピン孔３２には切替ピン３３が摺動可能に収容されている。高速用ロッカアーム１３の基端側に設けられた突部１８にはその左側面からピン孔３４が凹設され、ピン孔３４にはカップ状のプッシャピン３５が摺動可能に収容されるるともにコイルバネ３６が収容され、コイルバネ３６がプッシャピン３５を切替ピン３３側へ付勢している。シリンダ孔３０、ピン孔３２及びピン孔３４は、内燃機関の高速時に両ロッカアーム１２，１３を連結すべきタイミングの時に互いの軸線が一致するように設けられており、切替ピン３３が両ピン孔３２，３４に跨ったときに両ロッカアーム１２，１３が連結されるようになっている。
【００１４】
この切替機構用の油圧経路を説明すると、右サポート３には、シリンダヘッド２への取付面に給油口４０が形成されるとともに、給油口４０から突部８に向かう油路４１が形成されており、突部８の左側面先端部には油路４１に連通する取付穴４９が形成されている。給油口４０は、シリンダヘッド内の油路を経て、さらに切替弁を介し油圧ポンプにつながっている。中央サポート４には該中央サポート４を貫くとともに前記シリンダ孔３０に連通する油路４３が形成されているとともに、突部８の右側面先端部及び左側面先端部には油路４３に連通する取付穴４９が形成されている。左サポート５には前記シリンダ孔３０に連通する油路４５が形成されているとともに、突部８の右側面先端部には油路４５に連通する取付穴４９が形成されている。そして、右サポート３と中央サポート４との間には第一油供給管４２がその両端を両サポート３，４の取付穴４９に差し込んで取り付けられており、中央サポート４と左サポート５との間には第二油供給管４４がその両端を両サポート４，５の取付穴４９に差し込むことで取り付けられている。従って、給油口４０→油路４１→第一油供給管４２→油路４３→第二油供給管４４→油路４５の油圧経路が形成されており、油路４３から中央サポート４のシリンダ孔３０へ、また、油路４５から左サポート５のシリンダ孔３０へ切替用の油が供給されるようになっている。各油供給管４２，４４とロッカシャフト１０とは平行に配置されている。
【００１５】
一方、ロッカシャフト１０と各ロッカアーム１１，１２，１３の挿通穴１４との間の潤滑用の油圧経路を説明すると、図３〜図６に示すように、中央サポート４にはシリンダヘッド２への取付面に給油口５０が形成され、この給油口５０は取付穴７に開口している。この取付穴７内のロッカシャフト１０の管壁には入油孔５１が、各ロッカアーム１１，１２，１３の挿通穴１４内のロッカシャフト１０の管壁には出油孔５２がそれぞれから貫設されている。従って、給油口５０→入油孔５１→ロッカシャフト１０の管内→出油孔５２の油圧経路が形成されており、出油孔５２からロッカシャフト１０と挿通穴１４との間に潤滑用の油が供給されるようになっている。この潤滑用の油圧経路は、前記切替用の油圧経路とは分離独立している。
【００１６】
次に、高速用ロッカアーム１３を高速用カム６３に追従させるロストモーション機構７０は、前記のとおりロッカシャフト１０の第一領域及び第二領域のうち高速用ロッカアーム１３と無可変ロッカアーム１１との間の残りの領域に配されており、次のように構成されている。この残りの領域のうち、高速用ロッカアーム１３の隣りである左側にはコイル状のトーションコイルバネ７１が該トーションコイルバネ７１を掴持するバネ枠７４と共に同心状に外挿されて回動可能になっており、無可変ロッカアーム１１の隣りである右側にはトーションコイルバネ７１の他端を止めるとともにバネ荷重を調節する調節式止め部材７８が回動可能に外挿されて回動調節後に締着されている。
【００１７】
トーションコイルバネ７１は線材がコイル状に複数回巻かれてなり、その一端７２と他端７３とが放射状に突出している。線材は丸線材でもよいが、図８（ｃ）に示すように、本例では巻き線同志の隣接面が略平らな面をなす異形線材が用いられており、具体的な断面寸法としては３．１ｍｍ（巻き半径側）×１．９ｍｍ（バネ長側）である。この線材を用いることで、応力を低減でき、省スペースになり、バネ作動時の倒れを防止できる等の効果が得られる。バネ枠７４は、トーションコイルバネ７１の両端面を覆う一対のリング枠部７５と、両リング枠部７５を連結する連結部７６とからなり、一方のリング枠部７５の突出部には次に述べる止め部を差し込む穴７７が形成されている。そして、バネ枠７４にトーションコイルバネ７１が収められてバネ長方向の伸びが規制され、トーションコイルバネ７１及びリング枠部７５がロッカシャフト１０に外挿されている。そして、トーションコイルバネ７１の一端７２が高速用ロッカアーム１３の止め部１６に、トーションコイルバネ７１のねじり方向の伸長が規制されるように当接することで、止められている。
【００１８】
調節式止め部材７８は、リングの一箇所に切れ目を入れてなる止め部材本体７９と、該切れ目の両側を接近させて止め部材本体７９を締め付けられるように止め部材本体７９に螺合された締付ネジ８０と、止め部材本体７９の左側面に突設された突起状の止め部８１とからなる。止め部材本体７９がロッカシャフト１０に外挿され、止め部８１が前記穴７７に差し込まれ、トーションコイルバネ７１の他端７３が止め部８１に対しトーションコイルバネ７１のねじり方向の伸びが規制されるように当接した状態で、図８（ａ）（ｂ）に示すように、止め部材本体７９が手動で回動調節されると、止め部８１による他端７３の止め位置がロッカシャフト１０回りの回動方向に位置調節され、トーションコイルバネ７１がねじり方向に圧縮される。この回動調節による圧縮加減により、トーションコイルバネ７１のバネ荷重（一端７２が高速用ロッカアーム１３の止め部１６を押圧する荷重）が調節され、回動調節後は止め部材本体７９が締付ネジ８０でロッカシャフト１０に回動不能に締着される。こうしてバネ荷重が調節されたトーションコイルバネ７１の一端７２が高速用ロッカアーム１３の止め部１６を押圧して、ローラ１５を高速用カム６３に押し付けるため、後述する低速回転時の空振り時にも高速用ロッカアーム１３を高速用カム６３に追従させることができる。
【００１９】
上記のとおり構成された可変動弁機構は、次のように作用する。給油口５０には常に給油が行われ、給油口５０→入油孔５１→ロッカシャフト１０→出油孔５２の油圧経路を経て、出油孔５２からロッカシャフト１０と各ロッカアーム１１，１２，１３の挿通穴１４との間に潤滑用の油が供給される。この潤滑用給油は連続給油式でも間欠給油式でもよく、たとえ間欠給油式であってもその際の油圧脈動が後述する切替用の油圧経路に影響を及ぼす心配はない。切替用の油圧経路と潤滑用の油圧経路とは独立しているからである。無可変ロッカアーム１１は、次に述べる内燃機関の回転速度に拘わらず、常に無可変カム６１により揺動され、無可変ロッカアーム１１に押圧されるバルブ９は無可変カム６１のカム形状に従って任意の無可変用のタイミング及びリフト量で開閉される。
【００２０】
さて、内燃機関の低速回転時には、給油口４０への給油が止められ、図７（ａ）に示すように、ピストンピン３１が消勢される。このため、コイルバネ３６がプッシャピン３５を介して切替ピン３３及びピストンピン３１を押すため、切替ピン３３は低速用ロッカアーム１２と高速用ロッカアーム１３とに跨らない位置で止まり、両ロッカアーム１２，１３の連結は切り離される。従って、低速用ロッカアーム１２が低速用カム６２により単独で揺動され、バルブ９が低速用カム６２のカム形状に従って低速用のタイミング及びリフト量で開閉される。このとき、高速用ロッカアーム１３は高速用カム６３により空振りするが、ロストモーション機構７０が高速用ロッカアーム１３のローラ１５を高速用カム６３に押し付けて追従させるため、高速用ロッカアーム１３のぱたつきが防止されるとともに、後述する高速回転への移行時にスムーズな切り替えを行うことができる。
【００２１】
本実施形態では、ロストモーション機構７０としてロッカシャフト１０に外挿したトーションコイルバネ７１を用いているので、ロストモーション機構７０を含めた可変動弁機構のモジュール化が可能になる。また、シリンダヘッド２をロストモーション機構のために専用設計したり改造したりする必要がなくなり、現在量産化されている内燃機関を大幅にレイアウト変更することなく可変動弁化することもできる。また、ロストモーション機構による高速用ロッカアーム１３の慣性質量増加への影響が小さいので、ロストモーション機構７０におけるバネ設計に充分な安全率を見込むことができるとともに設計自由度が高くなる。しかも、トーションコイルバネ７１のバネ荷重を調節できるので、最適な荷重付与が可能となり、必要以上の荷重でローラ１５を高速用カム６３に押し付けた場合のフリクション増の問題を解決することができる。また、調節を行うということで、バネ等の構成部品個々の寸法精度要求を抑えることも可能となる。
【００２２】
次に、内燃機関の切替回転速度以上の高速時には、給油口４０への給油が行われ、給油口４０→油路４１→第一油供給管４２→油路４３→第二油供給管４４→油路４５の油圧経路を経て、油路４３から中央サポート４のシリンダ孔３０へ、また、油路４５から左サポート５のシリンダ孔３０へ切替用の油が供給される。前記のとおり、この切替用の油圧経路は潤滑用の油圧経路から分離独立しており、従来の油圧経路併用タイプのように潤滑でのリークや油圧脈動の影響を受けることがないため、切替応答性に優れ、切替保持も容易である。また、必要以上に吐出能力の高いオイルポンプを使わなくても済み、オイルポンプの吐出能力がさほど高くない低回転域でも切替必要油圧を確保できる利点がある。また、サポート間に架設した油供給管４２，４４を用いた油圧経路で切替用給油を行うので、従来のロッカシャフト内油圧経路分離独立タイプのように切替用給油穴が細くなって切替応答性が悪化する懸念がなく、また製作が容易である。こうしてシリンダ孔３０へ切替用の油が給油されると、図７（ｂ）に示すように、ピストンピン３１が付勢され、コイルバネ３６の付勢力に抗して切替ピン３３及びプッシャピン３５を押すため、切替ピン３３は低速用ロッカアーム１２と高速用ロッカアーム１３とに跨がり、両ロッカアーム１２，１３は連結される。従って、高速用ロッカアーム１３が高速用カム６３により揺動され、高速用ロッカアーム１３と一体に低速用ロッカアーム１２も揺動し、バルブ９が高速用カム６３のカム形状に従って高速用のタイミング及びリフト量で開閉される。このとき、低速用カム６２は低速用ロッカアーム１２の揺動に影響を与えることなく空回転する。
【００２３】
次に、図９〜図１１はロストモーション機構７０の変更例を示している。本変更例では、調節式止め部材８３が、ロッカシャフト１０と別のシャフトとしての第一油供給管４２（又は第二油供給管４４）との２本に外挿されることによりロッカシャフト１０に回動しないように取り付けられた止め部材本体８４と、トーションコイルバネ７１の他端７３を当接させて止める止め部８５と、止め部材本体８４に対して止め部８５をロッカシャフト１０回りの回動方向に変位調節可能にする調節ネジ８６とからなる。止め部材本体８４にはロッカシャフト１０を通す穴から連続して延びて調節ネジ８６に交差するスリット８７が形成されており、調節ネジ８６によってスリット８７が狭められることにより、止め部材本体８４がロッカシャフト１０にある程度締着されるようになっている。止め部材本体８４とバネ枠７４の一方のリング枠部７５の突出部とには、止め部８５の前記変位をガイドするガイド間隙８８が形成されている。
【００２４】
本変更例によれば、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、止め部材本体８４を回動しなくても、調節ネジ８６を螺合調節するだけで、止め部８５による他端７３の止め位置をロッカシャフト１０回りの回動方向に変位調節でき、トーションコイルバネ７１がねじり方向に圧縮される。この変位調節による圧縮加減により、トーションコイルバネ７１の付勢力が調節されるので、調節作業が容易である。
【００２５】
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、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。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る可変動弁機構によれば、切替用の油圧経路と潤滑用の油圧経路とを安価に分離独立化することができ、もって切替用油圧経路を適正な断面径として安定した切替用の油圧供給ができ、また、オイルポンプの吐出能力の低い低速回転でも切替必要油圧を確保することができ、切替応答性も損なわない、という優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態の可変動弁機構の斜視図である。
【図２】同可変動弁機構の平面図である。
【図３】同可変動弁機構の底面図である。
【図４】同可変動弁機構の分解斜視図である。
【図５】（ａ）は図２のＶ−Ｖ線断面図、（ｂ）（ｃ）（ｄ）はローラの軸着構造を示す断面図である。
【図６】図２のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】同可変動弁機構の切替機構を示し、（ａ）は低速時における断面図、（ｂ）は高速時における断面図である。
【図８】同可変動弁機構のロストモーション機構の断面図である。
【図９】ロストモーション機構の変更例の斜視図である。
【図１０】同変更例の要部分解斜視図である。
【図１１】同変更例の断面図である。
【符号の説明】
３ 右サポート
４ 中央サポート
５ 左サポート
１０ ロッカシャフト
１１ 無可変ロッカアーム
１２ 第一ロッカアームとしての低速用ロッカアーム
１３ 第二ロッカアームとしての高速用ロッカアーム
３３ 切替ピン
４２ 第一油供給管
４４ 第二油供給管
７０ ロストモーション機構
７１ トーションコイルバネ
７２ 一端
７３ 他端
７８ 調節式止め部材
７９ 止め部材本体
８０ 締付ネジ

Claims (1)

1. サポート間にロッカシャフトを挿通して支持し、第一ロッカアームと第二ロッカアームとを並べてロッカシャフトに揺動可能に挿着し、第一ロッカアームと第二ロッカアームとを切替ピンにより連結及び切り離しすることにより動作を切り替える可変動弁機構において、
   管状のロッカシャフトの管内を、ロッカアームとロッカシャフトとの間の潤滑を図るための潤滑用油圧経路とし、サポート間にロッカシャフトとは別の油供給管を取り付け、該油供給管を、切替ピンを駆動して動作を切り替えるための切替用油圧経路とし、もって潤滑用油圧経路と切替用油圧経路とを分離独立させ、
   ロッカシャフト上に取り付ける部品であってロッカシャフト回りの回り止めが必要な部品を、ロッカシャフトと油供給管とに外挿することにより、回り止めを可能にしたことを特徴とする可変動弁機構。

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