JP4541471B2

JP4541471B2 - 燃焼エンジンのバルブリフトと相対的なタイミングとを同時制御するロッカアーム装置

Info

Publication number: JP4541471B2
Application number: JP29850899A
Authority: JP
Inventors: チエクールマヨ
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: EP0995885A3; IT1302701B1; ITMI982244A1; ITMI982244A0; DE69923139D1; EP0995885A2; BR9906075A; DE69923139T2; EP0995885B1; JP2000130132A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの負荷と回転数に基づいてシリンダーのバルブの開閉とタイミングを制御することによって内燃機関の機能を最適化するのに適したロッカアーム装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この目的のために、マヨ・シークレ（ＭａｊｏＣｅｃｕｒｅ）の出願人名で１９９７年９月１１日に提出されたイタリア特許出願第ＭＩ９７Ａ００２０６７号に記載の２要素から成る複合ロッカアームの使用法が既に知られており、その内容を文献引用によって本明細書中の記載に代えるものとする。第１の要素は、一端がラッシュアジャスタに枢着され他端がシューによってバルブステムを制御する、三次レバーとして作用する揺動体から成っている。
【０００３】
第２の要素は、一端が、分配シャフト（カムシャフト）のカムの推力を受けるローラに枢支され、他端が、穴部で終端し前記穴部に形成された枢支座部内で回転可能なピンにヒンジ結合されているレバーを含んでいる。このピンは偏心支持シャフトに捻れて連結されているので、シャフトの回転により、ローラを支持するレバーの自由端を長手方向にずらすことができ、そのため、第１の要素の本体のアーム長に影響を及ぼし、したがって、バルブリフトと部分的にバルブリフトのタイミングとに影響を及ぼすことによってレバー端部の接続位置を変化させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そのような構成は、ＶＲＲＳ（可変率ロッカシステム）と呼ばれている。
【０００５】
しかしながら、この公知の装置では、タイミングの変更は、カムについて選択される特定幾何形状の結果として行なわれるに過ぎない。
【０００６】
本発明の目的は、バルブリフトの調整とともに、後続のタイミングを別個に変更できるように公知装置の性能を向上させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による装置では、一対のロッカアームは一方が他方の内部に配置されており、一緒にまたは別々に揺動して、エンジンポペット弁に組合わされたシューの移動距離に制御可能に影響を及ぼし、したがってバルブリフトを制御することが可能である。
【０００８】
２つのロッカアームの一方の端部は、ポペット弁の頭部に接するシューとして作用する共通の横ピンによって互いに連結され、他方の端部は、一方の状態で２つのロッカーアームを一緒に同軸方向に同時に揺動させることができ、他方の状態でロッカアームを別々に揺動させることができる２位置間をロッカアームと交差して移動できる、油圧または電気アクチュエータによって制御される複合ピンによって横方向に移動させられる。
【０００９】
分配シャフト（カムシャフト）には、各ロッカアームごとに、中央カムと一対の同一カムから構成されるカム装置が設けられており、具体的に述べると、内側ロッカアームに作用する中央カムの偏心度は、中央カムの両側に取り付けられ、より大きなバルブ開度とより長い進行を達成するように外側ロッカアームの頬部、すなわち側面プレートに作用する一対の同一カムの偏心度よりも小さい。
【００１０】
中央カムの推力は、偏心回転ピンによってロッカアームの軸に対して支点を長手方向にずらすことができるＬ形レバーの端部に取り付けられているニードルローラに伝達される。このピンは、一対のロッカアームの揺動軸の座部を一端に収容している補助アームの他端に対して相対的に回転する。
【００１１】
タペットに接している前述の補助アームにより、内側ロッカアームの、分配シャフトのローラ、Ｌ形レバー、および中央カムとの接触を保証することができ、また、外側ロッカアームと２つの外側カムとの接触は、Ｌ形レバーとシューとの間に組み合わされている補助弾性要素によってなされる。
【００１２】
【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。
【００１３】
ここで、本発明を限定するためのものでない図面を参照すると、図１は、内燃機関のエンジンポペット弁を制御するために使用され、本発明によって製作されたバルブ制御システムを示している。バルブ制御システムは一般に、内側ロッカアーム３、外側ロッカアーム２、Ｌ形レバー４、および補助要素５を含んでいる。このシステムはさらに、二股要素７、複合ピン８、アクチュエータ９、弾性要素１０、およびコネクタピン３７も含んでいる。前述した構成要素のそれぞれを以下に詳細に説明する。
【００１４】
内側ロッカアーム３（図３参照）は、中央底部片３４によって接合されている２つの平行な側壁３５，３５’によって形成されており、壁３５，３５’の上側輪郭３６は凹状を成している。内側ロッカアーム３は、その一方の端部に横コネクタピン３７用の座部（ボア）３１を有し、該ピン３７はバルブステムＶとの接触面を備えている。内側ロッカアーム３の他端には、複合ピン８の各部品が内側で容易に摺動できるボア３８を画定するブシング３３を収容する開口３２があり、その機能については後で説明する。
【００１５】
外側ロッカアーム２は、それぞれの外側が内側ロッカアーム３の側壁３５，３５’に当たるように配置されている（図１４（Ａ）参照）２つの頬部、すなわちプレート２’，２"（図２参照）によって形成されている。プレート２’，２"は、凸面を成す上面２６を有し、外側ロッカアーム２の２つのプレート２’，２"は、一方の端部に、２つのロッカアームのコネクタピン３７用の座部（ボア）２１を備え、他方の端部に、複合ピン８用の座部（ボア）２２を備えている。
【００１６】
参照符号４で示されているＬ形レバー（図４参照）は、記載目的のためにブラケット４６および座部４７が穴あけ加工によって形成されている上プレート４５によって接合されている２つの壁４０，４０’を備えている逆Ｕ形の断面を有している。Ｌ形レバー４は、Ｌ字の長い方のブランチ４８の一端にローラ（カム係合部材）Ｒのアクスル４３用の座部（ボア）４２を有し、短いほうのブランチの端部に揺動ピン４４用の座部（ボア）４１を有している。ブランチ４８は、内側ロッカアーム３の凹面３６に当てて支持される下側円筒端部４９を有している。
【００１７】
補助要素５は、内側ロッカアーム３（図１４（Ａ）参照）の長手方向中心線と軸心を合わせて取り付けられており、前述のイタリア特許出願を参照することによって良くわかるピン５２（図１のみ参照）を支持する円形の穴５１を一端に有している。ピン５２は、内側を前述のＬ形レバー４の揺動ピン４４が案内される偏心切欠き５４を有している。補助要素５は、２つのロッカアームの複合揺動ピン８のブシング３３を保持する、外側ショルダ５７と境を接する半円形の座部５５を備える反対端部で終端している。補助要素５は、座部５５に対して、タペット（油圧ラッシュアジャスタ）Ｐに押し当てられる支持面５６を底部に有している。内側ロッカアーム３のボア３２内にブシング３３を配置できるように、半円形の座部５５の直径はブシング３３の直径と等しい。
【００１８】
弾性要素１０（図５（Ａ），５（Ｂ）参照）は、平面図で見るとほぼ矩形の形状を有し、組み立てられるロッカアーム（図１４（Ａ））の幅Ｌよりも広い幅Ｌ’を有している単一バネ鋼ワイヤ１１から形成されている。その結果、要素１０は、頬部２’，２”（図２（Ａ））に固定されたボルト２５（図９）に対して穴部１５によって接合される頬部２’，２”の外側をくさび状にくわえることができる。弾性要素１０は、一端に連続部１２を有し、他端に、ロッカアームのコネクタピン３７の上部に押し当てるように内側方向に曲げられる２つのスリーブランチ１４，１４’を有している。弾性要素１０は、かぎ状に曲げられた端部１７により弾性要素１０の連続部１２に連結できるＵクリップ１６（図６参照）によって弾性保持され、クリップ１６の交差部片１８はＬ形レバー４の座部４７に挿入できる。要素１０とクリップ１６とは、外側ロッカアーム２の頬部２’，２"と一対のカムＢ（図１３参照）とを接触状態に保つために含まれている。
【００１９】
複合ピン８（図８参照）は、最も短いパーツ８１が、外側ロッカアーム２のプレート２”の横方向厚さ（図１４（Ｂ）参照）と等しい長さを有している略円筒状の３つの部品８１，８２，８３を有している。部品８２の長さは、内側ロッカアーム３の幅およびブシング３３（再び図１４（Ｂ）参照）の幅と等しく、部品８３の長さは、最も短い部品８１の長さよりも約５０％長い。内側ロッカアーム３の座部３２内に取り付けることができるピンの部品８１，８２，８３の直径は、頬部２’と２”の座部の直径よりもわずかに小さく、また、ブシング３３のボア３８の内径よりもわずかに小さい。
【００２０】
コネクタピン３７（図１０参照）は、内側ロッカアーム３の整列した開口３１と、内側ロッカアーム３の壁３５，３５’に押し当てて配置されている頬部２’と２”の開口２１とに固定されている。本発明の重要な特徴により、ピン３７は、エンジンポペット弁Ｖに接するこれらアームの共通動作（「掛止状態」）または個別動作（「非掛止状態」）の一方に合わせて２つのロッカアーム２および３に連結される。コネクタピン３７は、扁平中央部３８Ｖが常にポペット弁Ｖの頭部に当接しているように、整列した穴３１および２１内で向きを変えることができる。
二股要素７（図１１と１２参照）は、内側間隔７２が、複合ピン８の互いに隣り合う３つの円筒部品８１，８２，８３の全長よりも僅かに大きい２つの曲がりブランチ７１，７１’を有している。ブランチ７１，７１’は、互いに接近する壁７１ａ，７１ａ’を形成するとともに、壁７１ａ，７１ａ’とともにＵ形の本体７４を形成する下側連結ブリッジ７３によって接合されており、また、壁７１ａと７１ａ’は、アクチュエータ９のシャフト９２を挿入するための対応穴７５を有している。
【００２１】
アクチュエータ９（図１４（Ａ）参照）は、油−動的（油圧）ピストン９１によって、またはいずれか適切な手段の電気的手段によって作動させれるが、アクチュエータ９の特定の構造は、本発明の本質的な特徴を構成するものではない。ピストン９は、ごく短距離の移動（ピストン行程）の可能性に合わせて設計されるのが好ましいシリンダ９５内に配置されているピストン９１によって案内されるシャフト（出力）９２を有している。二股要素７は、二股要素７のブランチ７１ａ’に対して作用するとともにシャフト９２に対して固定されているワッシャ９６に着座している付勢用バネ９４の力の結果として、シャフト９２上のロッキングワッシャ９３と通常当接する位置に配置されている。
【００２２】
アクチュエータ９およびその構成部品の取付けに関する上記説明を補足として、本発明による装置の機能に関わる分配シャフトＡおよび別個カムＢとＣの配置を図１３に示す。中央カムＣは、Ｌ形レバー４の端部に配置されているローラＲに作用する。カムＣの推進力は、ローラのアクスル４３と、内側ロッカアーム３の凹面３６にその円筒端部４９が当接しているレバー４の本体とに伝達される。
【００２３】
したがって、カムＣは内側ロッカアーム３（「小リフト量」）に作用し、一方、頬部２’，２”を有する外側ロッカアームは、頬部自体の凸面２６に直接に当たる外側カムＢによって作動させられる。より大きな偏心度を有するカムＢが、コネクタピン３７によって内側ロッカアーム３に連結されている外側ロッカアーム２を押圧すると、それによってカムＣが作用しなくなる。
【００２４】
したがって、より大きな偏心度を備えたカムＢの作用により、エンジンポペット弁Ｖのより大きなバルブリフト量（「大リフト量」）、より早い開放、およびより遅い閉鎖がもたらされ、これは、より高いエンジン回転数に応答する。内側ロッカアーム３がカムＣによって小リフト量を達成するように制御されるとき、特定のリフト量は、速度などの車両またはエンジンのパラメータの関数として変更されうる。リフト量をさらに変更することは、以下に説明されるようにアクチュエータ９によって制御される。
【００２５】
図１４（Ａ）と１４（Ｂ）はアクチュエータ９の動作を示している。比較的に高いエンジン回転数のとき、図１４（Ａ）に示されているように、二股要素７はピストン９２によって矢印Ｆ１の方向に変位され、ブランチ７１’は外側ロッカアーム２の頬部２’に当接している。頬部２’を固定しているピン８の部品８３がブシング３３に入り、ブシング３３を介してピン８の中央パーツ８２を軸Ａ２に沿って押し、同の部品８１は、両方のロッカアームが接合されるように（「掛止状態」）頬部２を固定する。このように２つのロッカアームから成る集合体は外側カムＢのみによって制御され（「大リフト量」）、カムＣは無効である。比較的に低いエンジン回転数のとき、ピストン９１は、二股要素７を図１４（Ａ）のように矢印Ｆ２の方向に引っ張りながらその軸Ａ３（図１４（Ｂ）参照）に沿って後退し、そのため、外側ロッカアームの頬部２’，２”が複合ピン８に対して無負荷であるので、内側ロッカアーム３だけが作動する。このように、内側ロッカアーム３は非掛止状態であり、補助要素５の半円形の座部５５と図１４（Ａ）にその外側ショルダが示されている先端部５７とに常に支持されているブシング３３を中心として揺動することができる。
【００２６】
本発明の重要な態様により、本明細書に図示および説明されているバルブ制御システムは、掛止状態（図１４（Ａ））または非掛止状態（図１４（Ｂ））のいずれかであるロッカアームに応答する二重リフト機能と、偏心ピン５２の回転に応答するＶＲＲＳ機能との両方を提供する。本発明の単なる一実施例として更に具体的に述べると、システムが図１４（Ｂ）の小リフト量モードで作動しているときは必ず、ピン５２は最初は図１に示されている位置にある。ピン５２の前述の位置は、ポペット弁Ｖの最小リフト量を表す図１のローラＲの移動範囲の最左端にローラＲが配置されている最低回転数状態に対応している。エンジン回転数が次第に増加するにつれて、ピン５２が図１記載の位置から時計回りに回転し、それゆえにＬ形レバー４を図１に右側に移動させるとともに、ローラＲを右側に移動させる。ローラＲが図１の右側に移動すると、小リフト用のカムＣと内側ロッカアーム３との有効接点が右に移動し、小リフト量モードのときであってもリフト量を次第に増加させる。エンジン回転数がある所定レベルに達すると、アクチュエータ９は図１４（Ａ）の掛止状態に移動し、その後、システムはリフト量を一定のままの大リフト量モードで作動するが、このとき、レバー４およびローラＲの位置はリフト量とは無関係である。
【００２７】
本発明は、場合によっては互いに結合されたり、シリンダーヘッドと一体に形成されたり、総部品数を減らすように別の方法で再設計されたりすることが恐らく可能な一連の部品を含むものとして図面に記載されていることに注意すべきである。しかしながら、本明細書に記載されている本発明の仕様を示すことの目的は、一部には、バルブ制御アセンブリ全体の種々の部品によって実施されることが望ましい種々の機能を示すことであり、当業者は、本発明が記載の個々の特定部品に限定されないことが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】装置を側面から見た全体図である。
【図２】外側ロッカアームを有している２つの頬部、すなわち側面プレートの立面図と上面図である。
【図３】内側ロッカアームのの立面図と上面図である。
【図４】ローラを支持するＬ形レバーの立面図と上面図である。
【図５】外側ロッカアームとカムとを接触状態に維持する補助バネのの立面図と上面図である。
【図６】図５の補助バネの留め金の図である。
【図７】一端でロッカアームを揺動し他端で図４のＬ形レバーの枢支ピンの偏心座部を形成しているピンを案内するアームの側面図と上面図である。
【図８】ロッカアームの掛止状態を制御する複合ピンを示す図である。
【図９】外側ロッカアームの頬部と接する、図５記載の補助バネ用のロックピンを示す図である。
【図１０】装置のシューを形成するロッカアームの共通シャフトを示す図である。
【図１１】タイミングを変更するようにアクチュエータを移動させる二股部の縦方向中央断面図である。
【図１２】タイミングを変更するようにアクチュエータをドリフトさせる二股部の平面図である。
【図１３】線VIII−VIIIについて切った図１の装置の断面図である。
【図１４】内側ロッカアームと外側ロッカアームの相互連結時のアクチュエータの位置を示すために本発明の装置の特徴を幾分か概略的に示す上面図と、外側ロッカアームから内側ロッカアームを分離するためのアクチュエータの位置を幾分か概略的に示す図である。
【符号の説明】
２外側ロッカアーム
３内側ロッカアーム
４Ｌ形レバー
５補助要素
７二股要素
８複合ピン
９アクチュエータ
１０弾性要素
２１，２２座部
２６上面
３１座部
３２開口
３３ブシンク
３４中央底部片
３５，３５’ 側面
３６上側輪部
３７コネクタピン
３８ボア
４０，４０’ 壁
４１座部
４４揺動ピン
４５上ベルト
４８ブランチ
４９両側円筒端部
Ａバルブ作動カムシャフト
Ｂ大リフト量カム
Ｃ小リフト量カム
Ｖエンジンポペット弁

Claims

シリンダーヘッドと、エンジンポペット弁（Ｖ）と、第１のカム（Ｂ）および第２のカム（Ｃ）を有するカム軸（Ａ１）を画定するバルブ作動カムシャフト（Ａ）とを有しているタイプの内燃機関用バルブ制御システムであって、前記第１のカム（Ｂ）と動作可能に係合するように配置されている第１のロッカアーム（２）と、前記第２のカム（Ｃ）と動作可能に係合するように配置されている第２のロッカアーム（３）と、前記第１のカム（Ｂ）によって前記第１のロッカアーム（２）に加えられる力に応答して一緒にピボット運動する第１の状態（図１４（Ａ））を有するように前記第１および第２のロッカアーム（２，３）を選択的に相互連結する手段とを有し、選択的に相互連結する前記手段は、前記第１および第２のロッカアーム（２，３）が互いに対してピボット運動する第２の状態（図１４（Ｂ））を有しているバルブ制御システムにおいて、
前記第１および第２のロッカアーム（２，３）のそれぞれは、前記エンジンポペット弁（Ｖ）に隣接して配置されているバルブ端部（２１，３１）を有し、
コネクタ（３７）が動作可能に前記ロッカアーム（２，３）の前記バルブ端部（２１，３１）と組合わされ、それによって前記第１および第２のロッカアーム（２，３）の間で許される唯一の相対移動は、前記コネクタ（３７）を中心とする前記相対的ピボット運動であり、
レバー（４）が前記第２のロッカアーム（３）上に支持された端部（４８，４９）を有し、
カム係合部材（Ｒ）は前記端部（４８，４９）のボア（４２）内に配置されるアクスル（４３）を有し、かつ前記第２のカム（Ｃ）および前記第２のロッカアーム（３）と動作可能に係合し、
選択的に相互連結する前記手段が前記第２の状態のときに、前記レバー（４）と前記カム係合部材（Ｒ）の位置を変更させるように動作可能な手段（４，４４，５２）が、前記レバー（４）と前記カム係合部材（Ｒ）の位置を変更する結果としてバルブリフト量を変更すること、
を特徴とするバルブ制御システム。
前記第１のロッカアーム（２）および第２のロッカアーム（３）のそれぞれが、前記バルブ端部（２１，３１）とは反対側の端部に配置された掛止端部（２２，３２）を有しており、前記ロッカアーム（２，３）を選択的に相互連結する前記手段が、前記ロッカアーム（２，３）の前記掛止端部（２２，３２）に動作可能に組合わされている、請求項１に記載のバルブ制御システム。
前記第１のロッカアーム（２）の前記掛止端部は第１の掛止ボア（２２）を画定し、前記第２のロッカアーム（３）の前記掛止端部は第２の掛止ボア（３８）を画定し、前記掛止ボア（２２，３８）は、前記ロッカアーム（２，３）を選択的に相互連結する前記手段が前記第１の状態（図１４（Ａ））のときに互いに同軸であり、前記掛止ボア（２２，３８）は、前記カム軸（Ａ１）と実質的に平行な軸（Ａ２）を画定する、請求項２に記載のバルブ制御システム。
前記ロッカアーム（２，３）を選択的に相互連結する前記手段はラッチ部材（８２）を有しており、前記ラッチ部材（８２）は、前記ラッチ部材（８２）が前記掛止ボア（２２，３８）の両方の内部に配置されている前記第１の状態（図１４（Ａ））と、前記ラッチ部材（８２）が前記第２の掛止ボア（３８）の内部にのみ配置されている前記第２の状態（図１４（Ｂ））との間を前記第１および第２掛止ボア（２２，３８）内で軸方向に移動可能である、請求項３に記載のバルブ制御システム。
前記ロッカアーム（２，３）を選択的に相互連結する前記手段は、前記カム軸（Ａ１）と実質的に平行な軸（Ａ３）を画定するアクチュエータアセンブリ（９）を含んでおり、前記アクチュエータアセンブリ（９）は、前記ラッチ部材（８２）を前記第１の状態（図１４（Ａ））と前記第２の状態（図１４（Ｂ））との間でそれぞれ移動させるように前記第１の状態（図１４（Ａ））と前記第２の状態（図１４（Ｂ））の間を前記軸（Ａ３）に沿って軸方向に移動可能な出力部材（９２）を含んでいる、請求項４に記載のバルブ制御システム。
前記ラッチ部材（８２）が前記第１の状態（図１４（Ａ））と前記第２の状態（図１４（Ｂ））の間を移動するとき、前記ラッチ部材（８２）の全体が前記掛止ボア（２２，３８）内に配置されており、それによって前記ラッチ部材（８２）が前記ロッカアーム（２，３）の外側に露出しない、請求項４に記載のバルブ制御システム。
前記レバー（４）と前記カム係合部材の位置を変更させるように動作可能な前記手段は、エンジン速度が高くなると大きなバルブリフト量となるようにエンジン速度の増加に応答する、請求項１に記載のバルブ制御システム。
前記レバー（４）と前記カム係合部材の位置を変更させるように動作可能な前記手段は、最小速度の状態に対応する第１の位置を有するピン（５２）を含み、エンジン速度が増加するにつれて前記ピンは回転し、前記カム係合部材（Ｒ）とレバー（４）を移動させて、バルブリフト量を増加させる、請求項１に記載のバルブ制御システム。
前記第１および第２のロッカアーム（２，３）の前記相対的ピボット運動は、前記ロッカアーム（２，３）を選択的に相互連結する前記手段が前記第２の状態（図１４（Ｂ））のときに生じる、請求項１に記載のバルブ制御システム。