JP4598323B2 - 切換機構を備えたロッカアーム及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、切換ピンによりバルブタイミングを変化させる切換機構を備えたロッカアーム及びその製造方法に関し、特に切換ピンが出入りする穴の部分の応力を低減し、強度を確保しつつ軽量化を図ることができる切換機構を備えたロッカアーム及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関の動弁機構におけるバルブの開閉タイミングを内燃機関の機関回転数に応じて変化させる可変バルブタイミング機構として、切換ピンを使用した切換機構が知られている。この切換機構は、特許第２６８４０８９号公報や実公平７−１７７６６号公報に見られるように、隣接する駆動ロッカアーム及び補助ロッカアームのそれぞれのロッカアームのガイド穴に切換ピンを油圧により出入りさせて、隣接するロッカアームの連結、非連結を切り換え、これらをそれぞれ独立に揺動させ、若しくは一体に揺動させることができる機構である。そして、隣接する複数のロッカアームのうち、バルブに当接する部分を有するロッカアームの力点側の一端を低速用のカムにより駆動させ、このロッカアームに隣接するロッカアームを高速用のカムにより駆動させ、さらに、所定の機関回転数より高い回転数において、この隣接するロッカアーム同士を切換ピンにより連結することにより、バルブを高速回転用のカムにより駆動するように切り換え、適切な吸・排気効率を図ろうとするものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記切換機構を備えたロッカアームでは、隣接するロッカアームの連結時に、バルブリターンスプリングの荷重及びバルブ系の慣性重量に抗し、切換ピンによりバルブを開く動作をさせる必要があるため、切換ピンが出入りするガイド穴に非常に大きな荷重がかかる。特に、ガイド穴の開口部付近は、切換ピンからかかる荷重が高く、十分な強度を持たせないと、磨耗、破損を引き起こすおそれがある。
【０００４】
このため、ガイド穴の開口部付近の強度を持たせるように、ガイド穴まわりの肉厚を厚くすると、ロッカアームを含むバルブ系の慣性重量が増加し、正確なバルブリフトが得られないという問題があった。また、重量が増加した分、製造コストが上がる原因ともなる。
【０００５】
同様の問題は、ロッカアームにアルミニウム合金を使用して軽量化を図ろうとする場合にも生じる。即ち、一般にロッカアームに使用されている鋼材に比べ、アルミニウム合金は、降伏応力、引張強さとも低く、耐磨耗性も低いことから、ガイド穴まわりの肉厚を厚くする等、何らかの対策をとる必要がある。
【０００６】
そこで、本願の発明者等はガイド穴をロッカアーム本体に比べて強度が高い部材で構成された別の案内筒で構成し、これをロッカアーム本体と一体にして切替機構を備えたロッカアームを構成することを検討するに及んだ。ここで、別部品で構成した案内筒をロッカアーム本体と一体に形成しようとする場合、案内筒を鋳込み成形により一体にする方法や、ロッカアーム本体に開けた圧入穴に案内筒を圧入により組み付ける方法が考えられる。
【０００７】
しかしながら、鋳込み成形によりロッカアーム本体と案内筒を一体に形成しようとする場合、案内筒の抜け止めとして案内筒の外周面に凹凸形状を設けると、ロッカアーム本体の案内筒を取り囲む周囲部分に複雑な凹凸形状ができ、特にこの周囲部分のうち、案内筒の両端付近は、形状の変化が大きいことから応力集中が起こってロッカアーム本体を破損する要因となる。
【０００８】
また、案内筒をロッカアーム本体に開けた圧入穴に圧入してロッカアーム本体と案内筒を一体に形成しようとする場合、前記したバルブを駆動する際に圧入穴の開口部の周縁にかかる応力に加えて、圧入による初期応力もかかるため、圧入穴の開口部の周縁の応力を極力小さく抑えることが望まれる。
【０００９】
そこで、本発明では、以上のような問題に鑑み、切換ピンによる切換機構を備えるロッカアームにおいて、切換ピンが出入りする穴の部分の応力を低減し、重量を増やすことなく強度を確保したロッカアーム及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するため、本発明の請求項１では、揺動することで内燃機関のバルブを押圧する駆動ロッカアームと、前記内燃機関の回転数に応じて前記駆動ロッカアームの揺動特性を変化させる補助ロッカアームとを含み、前記駆動ロッカアームと前記補助ロッカアームのそれぞれに設けられたガイド穴に摺動可能に設けられた切換ピンを移動させることにより選択的に連結、非連結の状態を切り換える切換機構を備えたロッカアームであって、前記駆動ロッカアーム及び前記補助ロッカアームのロッカアーム本体には、前記ガイド穴を有する案内筒がそれぞれ鋳込み成形により設けられ、前記案内筒の外周面には抜け止めの凹凸形状が形成されるとともに、前記案内筒において前記駆動ロッカアーム又は前記補助ロッカアームに隣接する側の端面から所定範囲にストレート部が形成され、前記所定範囲の、前記切換ピンの中心軸に平行な中心軸方向での長さは、前記凹凸形状において前記中心軸線方向で隣接する凹部同士又は凸部同士の、前記中心軸方向での最大の間隔よりも長いことを特徴とする。
【００１１】
このようなロッカアームによれば、案内筒の外周面の凹凸形状により、ロッカアームを補強する案内筒の抜けが防止されるとともに、案内筒の端面から所定範囲の外周面には、凹凸の無いストレート部が形成されているため、案内筒を取り囲むロッカアーム本体の前記端面付近の形状は単純化され、応力集中が防止されるため、ロッカアームの強度を確保することができる。また、応力集中が防止されて応力が低下する分、ロッカアーム本体の肉厚を薄くしたり、軽金属材料等を使用したりするようにすれば、ロッカアームの軽量化を図ることができる。
【００１２】
なお、凹凸形状は、案内筒の外周面に凹凸を有する形状であれば、溝、突起、凹部、切り込み等、種々の形状で構成することができる。また、ストレート部とは、前記凹凸形状が無く、断面の外形が一定となった部分をいうものとする。但し、案内筒の外周が微妙にテーパ形状となっていても構わない。なお、所定範囲とは、該所定範囲の、切換ピンの中心軸に平行な中心軸方向（以下、「中心軸方向」という。）での長さが前記凹凸形状において前記中心軸線方向で隣接する凹部同士又は凸部同士の、前記中心軸方向での最大の間隔よりも長いことを条件に、特に長さ等を限定するものではなく、案内筒の端面を始点としてストレート部を設ければ、その長さに関わり無く本発明の効果を得ることができるという意味である。ここで、前記したように凹凸形状が溝または切り込みで構成される場合、中心軸線方向で隣接する凹部同士の間隔は、溝同士、または切り込み同士の間隔であり、凹凸形状が突起で構成される場合、中心軸線方向で隣接する凸部同士の間隔は、突起同士の間隔である。さらに、案内筒の断面の外形は円に限らず、楕円、多角形、星型等でも構わない。
【００１７】
また、本発明の請求項２では、 請求項１記載の切換機構を備えたロッカアームの製造方法であって、金型のキャビティ内において前記案内筒を前記駆動ロッカアーム及び前記補助ロッカアームの揺動軸に対し一端側に配置し、溶湯を注入する湯口を前記揺動軸に対し他端側に設け、前記湯口に溶湯を注入して前記駆動ロッカアーム及び前記補助ロッカアームを鋳造することを特徴とする。
【００１８】
このように、請求項１記載の切換機構を備えたロッカアームを製造する際に、金型に溶湯を注入する湯口を金型のキャビティ内で案内筒が配置された一端側とは反対側の他端側に設けることで、湯口から注入された溶湯が案内筒に阻害されること無く流動し、良好な鋳込み成形を行うことができる。特に、金型のキャビティ内で案内筒から最も遠い位置に湯口を設けるようにすると、よりスムーズに溶湯が流動するので好ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は、内燃機関であるエンジンの動弁装置の構造を示す断面図である。
【００２０】
初めに、図１に示す内燃機関であるエンジン１０について説明する。
図１に示すように、エンジン１０の動弁装置１は、シリンダブロック１１の上部にシリンダヘッド１２が締結固定され、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２との間で形成された燃料混合気を燃焼させる燃焼室１３、燃焼室１３に燃料混合気を供給するための吸気弁Ｖ１，Ｖ２、燃焼後の排気ガスを排出するための排気弁Ｖ３，Ｖ４、また、吸気弁Ｖ１，Ｖ２及び排気弁Ｖ３，Ｖ４をそれぞれ駆動する吸気ロッカアーム３、排気ロッカアーム４、さらに、吸気ロッカアーム３、排気ロッカアーム４を揺動駆動させる１本のカムシャフト２等を含んで構成されている。
【００２１】
シリンダブロック１１は、シリンダ１１ａを有し、シリンダ１１ａにはピストン１１ｂがシリンダ１１ａに沿って摺動可能に内挿されている。一方、シリンダヘッド１２には、燃焼室１３に燃料混合気を供給するための吸気ポート１２ａと、燃焼後の燃焼ガスを燃焼室１３から排気するための排気ポート１２ｂとが形成されている。
【００２２】
吸気バルブＶ２は、吸気ポート１２ａと燃焼室１３の境界をなす吸気孔を開閉するための弁である。吸気バルブＶ２は、弁バネ１４により吸気孔１８を閉塞する方向に付勢されている。この状態において吸気バルブＶ２は、吸気孔１８に設けられたバルブシート１５に当接する。なお、図１には示さない吸気バルブＶ１は、吸気バルブＶ２と同様の構成を有し、吸気バルブＶ２と並列に配設されている。
【００２３】
また、排気バルブＶ４は、排気ポート１２ｂと燃焼室１３の境界をなす排気孔１９を開閉するための弁である。排気バルブＶ４は、弁バネ１６により排気孔１９を閉塞する方向に付勢されている。この状態において排気バルブＶ４は、排気孔に設けられたバルブシート１７に当接する。なお、図１には示さない排気バルブＶ３は、排気バルブＶ４と同様の構成を有し、排気バルブＶ４と平行に配設されている。
【００２４】
カムシャフト２は、図示しないクランクシャフトの回転に伴って回転する。カムシャフト２に設けられた低速カム２２，高速カム２３により吸気ロッカアーム３がリフトされて揺動することで、吸気ロッカアーム３の吸気バルブ側が吸気バルブＶ１，Ｖ２を開閉駆動する。同様に、カムシャフト２に設けられたカム２４，２５により排気ロッカアーム４がリフトされて揺動することで、排気ロッカアーム４の排気バルブ側が排気バルブＶ３，Ｖ４を開閉駆動する。なお、カムシャフト２はホルダ７に軸支され、ロッカシャフト５，６はホルダ７に固定されている。
【００２５】
次に、動弁装置１を構成する吸気ロッカアーム３について図１から図４を参照して詳細に説明する。なお、図２は、本実施形態に係る吸気ロッカアームの分解斜視図であり、図３は、中間駆動ロッカアームの一部断面拡大斜視図であり、図４は吸気ロッカアームの一部断面平面図であり、（ａ）は非連結の状態、（ｂ）は連結している状態を示す。
【００２６】
図２から図４（ａ）に示すように、吸気ロッカアーム３は、吸気バルブＶ１に対応して設けられている第一駆動ロッカアーム３１と、吸気バルブＶ２に対応して設けられている第二駆動ロッカアーム４１と、これらの中間に位置し、リフト量の大きいカム２３（図１参照）により駆動され、高速運転時に第一駆動ロッカアーム３１及び第二駆動ロッカアーム４１に連結される補助ロッカアームである中間駆動ロッカアーム５１とが、隣接してロッカシャフト５に軸支されて構成されている。
【００２７】
まず、第一駆動ロッカアーム３１について説明する。
図２及び図４（ａ）に示すように、第一駆動ロッカアーム３１は、ロッカアーム本体である細長形状の本体部３２がロッカシャフト５を挿通させる貫通穴３２ａを備え、本体部３２の一端側に、タペットねじ３３が進退自在に螺入されるバルブ当接部３４が形成され、他端側にカム２１と互いに転動するローラユニット３９が回転可能に固定されている。即ち、第一駆動ロッカアーム３１は、貫通穴３２ａの中心を揺動軸として揺動する。なお、本実施形態において本体部３２及びバルブ当接部３４は軽金属からなる合金で製造されている。
【００２８】
第一駆動ロッカアーム３１の本体部３２には、バルブ当接部３４が形成された一端側に、ガイド穴３６を備えた案内筒３７が鋳込み成形により固定されている。案内筒３７は、そのガイド穴３６が、貫通穴３２ａと平行になるように固定され、吸気バルブＶ１がリフトしていない状態で後記する中間駆動ロッカアーム５１のガイド穴５６と同じ軸の位置となるように固定されている。案内筒３７のガイド穴３６には高炭素鋼等の高強度の材料から製造された有底円筒状の規制ピン３８がその底部を中間駆動ロッカアーム５１に向けた方向で摺動可能に挿入され、規制ピン３８の内部には、リターンスプリング６１が内装されることで、規制ピン３８を中間駆動ロッカアーム５１の方向へ付勢している。
【００２９】
本体部３２に鋳込まれる案内筒３７は、外径が円形状の断面を有し、外径と同心に真円形状のガイド穴３６が形成されている。この案内筒３７は本体部３２に比べて充分に引張強さなどの強度や、硬さなどの耐磨耗性、及び、ヤング率の高い材料から製造されている。案内筒３７の外周は、その周に沿って数条の断面矩形の溝３７ａが形成されて凹凸形状となっていることで、案内筒３７は鋳込み成形後に本体部３２から抜けるのを防止されている。また、案内筒３７の外周のうち、中間駆動ロッカアーム５１に隣接する側面３２ｄ側の一端面から所定範囲には、前記溝３７ａが形成されず、外径一定のストレート部３７ｂが形成されている。図２，図３，図４に示されるように、前記所定範囲の、中心軸方向での長さは、凹凸形状において中心軸線方向で隣接する溝３７ａ同士の、中心軸方向での最大の間隔よりも長い。その結果、本体部３２に形成される挿入穴３５は円形の断面を有し、挿入穴３５の内周の一部が前記溝３７ａに入り込むことで、案内筒３７の抜け止めとして機能する。なお、挿入穴３５の中間駆動ロッカアーム５１に当接する側面３２ｄとは反対側の側面３２ｅ側は、開放孔３５ａを残して閉塞されている。
溝３７ａの数は、抜け止めとしての機能を果たせば、何条あっても良く、一方、ストレート部３７ｂも、挿入穴３５の開口部の周縁の応力集中を防ぐことができれば、どこまで形成されていても良い。また、第一駆動ロッカアーム３１の側面３２ｅ側に相当する案内筒３７の外周面の一端からもストレート部を形成させても構わない。
【００３０】
次に、第二駆動ロッカアーム４１について説明する。
図２及び図４（ａ）に示すように、第二駆動ロッカアーム４１は、ロッカアーム本体である細長形状の本体部４２がロッカシャフト５を挿通させる貫通穴４２ａを備え、本体部４２の一端側に、タペットねじ４３が進退自在に螺入されるバルブ当接部４４が形成され、他端側にカム２２と互いに転動するローラユニット４９が回転可能に固定されている。即ち、第二駆動ロッカアーム４１は、貫通穴４２ａの中心を揺動軸として揺動する。なお、本実施形態において、本体部４２及びバルブ当接部４４は軽金属からなる合金で製造されている。
【００３１】
第二駆動ロッカアーム４１の本体部４２には、バルブ当接部３４が形成された一端側に、ガイド穴４６を備えた案内筒４７が鋳込み成形により固定されている。案内筒４７は、そのガイド穴４６が、貫通穴４２ａと平行になるように固定され、吸気バルブＶ２がリフトしていない状態で後記する中間駆動ロッカアーム５１のガイド穴５６と同じ軸の位置となるように固定されている。案内筒４７のガイド穴４６には高炭素鋼等の高強度の材料から製造された円柱状の切換ピン４８が摺動可能に挿入されている。
【００３２】
本体部４２に鋳込まれる案内筒４７は、外径が円形状の断面を有し、外径と同心に真円形状のガイド穴４６が形成されている。この案内筒４７は本体部４２に比べて充分に強度、耐摩耗性、及び、ヤング率の高い材料から製造されている。案内筒４７の外周は、その周に沿って数条の断面矩形の溝４７ａが形成されて凹凸形状となっていることで、案内筒４７は鋳込み成形後に本体部４２から抜けるのを防止されている。また、案内筒４７の外周のうち、中間駆動ロッカアーム５１に面して該中間駆動ロッカアーム５１に隣接する側面４２ｅ側の一端面から所定範囲には、前記溝４７ａが形成されず、外径一定のストレート部４７ｂが形成されている。図２，図３，図４に示されるように、前記所定範囲の、中心軸方向での長さは、凹凸形状において中心軸線方向で隣接する溝４７ａ同士の、中心軸方向での最大の間隔よりも長い。その結果、本体部４２に形成される挿入穴４５は円形の断面を有し、挿入穴４５の内周の一部が前記溝４７ａに入り込むことで、案内筒４７の抜け止めとして機能する。溝４７ａの数は、抜け止めとしての機能を果たせば、何条あっても良く、一方、ストレート部４７ｂも、挿入穴３５の開口部の周縁の応力集中を防ぐことができれば、どこまで形成されていても良い。また、第二駆動ロッカアーム４１の側面４２ｄ側に相当する案内筒４７の外周面の一端からもストレート部を形成させても構わない。
【００３３】
また、図４（ａ）に示すように、挿入穴４５の中間駆動ロッカアーム４１に当接する側面４２ｅとは反対側の側面４２ｄ側は閉塞され、挿入穴４５に切換ピン４８が挿入された後に残る底の空間で油圧室６３を形成している。油圧室６３と貫通穴４２ａとは連通路６２で連通されており、油圧室６３には、ロッカシャフト５内の給油路５ａから油圧がかけられるようになっている。
【００３４】
次に、中間駆動ロッカアーム５１について説明する。
図２、図３及び図４（ａ）に示すように、中間駆動ロッカアーム５１は、ロッカアーム本体である細長形状の本体部５２がロッカシャフト５を挿通させる貫通穴５２ａを備え、本体部５２の一端側に、貫通したガイド穴５６を備えた案内筒５７が鋳込み成形により固定され、他端側にカム２３と互いに転動するローラユニット５９が回転可能に固定されている。即ち、中間駆動ロッカアーム５１は、貫通穴５２ａの中心を揺動軸として揺動する。なお、本実施形態において、本体部５２は軽金属からなる合金で製造されている。
【００３５】
案内筒５７は、そのガイド穴５６が、貫通穴５２ａと平行になるように固定され、吸気バルブＶ１，Ｖ２がリフトしていない状態で、第一駆動ロッカアーム３１のガイド穴３６及び第二駆動ロッカアーム４１のガイド穴４６と同じ軸の位置になるように固定されている。案内筒５７のガイド穴５６には高炭素鋼等の高強度の材料から製造された円柱状の切換ピン５８が摺動可能に挿入されている。
【００３６】
本体部５２に鋳込まれる案内筒５７は、外径が円形状の断面を有し、外径と同心に真円形状のガイド穴５６が第一駆動ロッカアーム３１側の側面５２ｅから第二駆動ロッカアーム４１側の側面５２ｄまで貫通するように形成されている。この案内筒５７は本体部５２に比べて充分に強度や耐摩耗性、ヤング率の高い材料から製造されている。案内筒５７の外周面は、その周に沿って数条の断面矩形の溝５７ａが形成されて凹凸形状となっていることで、案内筒５７は鋳込み成形後に本体部５２から抜けるのを防止されている。また、案内筒５７の外周のうち、第一駆動ロッカアーム３１に隣接する側面５２ｅ及び第二駆動ロッカアーム４１に隣接する側面５２ｄ側の両方の端面から所定範囲には、前記溝５７ａが形成されず、外形一定のストレート部５７ｂが形成されている。図２，図３，図４に示されるように、前記所定範囲の、中心軸方向での長さは、凹凸形状において中心軸線方向で隣接する溝５７ａ同士の、中心軸方向での最大の間隔よりも長い。その結果、本体部５２に形成される挿入穴５５は円形の断面を有し、挿入穴５５の内周の一部が前記溝５７ａに入り込むことで、案内筒５７の抜け止めとして機能する。
溝５７ａの範囲は、抜け止めとしての機能を果たせば、何条あっても良く、一方、ストレート部５７ｂも、挿入穴５５の開口部の周縁の応力集中を防ぐことができれば、どこまで形成されていても良い。
【００３７】
前記のような構成を有する第一駆動ロッカアーム３１、第二駆動ロッカアーム４１、及び、中間駆動ロッカアーム５１は、図４（ａ）に示すようにロッカシャフト５に互いが接触するように隣り合って組み付けられており、吸気バルブＶ１，Ｖ２を押し下げていない状態において、それぞれのガイド穴３６，４６，５６の開口中心が同一直線上に並んでいる。また、このときの切換ピン４８、切換ピン５８、及び、規制ピン３８は、長手方向の中心軸が同一直線上に配置されている。なお、切換ピン４８と切換ピン５８の外径、切換ピン５８と規制ピン３８の外径は、それぞれ同じである。
【００３８】
以上のようなロッカアーム３は、金型等の鋳造型のキャビティ内に予め案内筒３７，４７，５７を位置決めしてセットしておき、キャビティ内に軽合金の溶湯を注入することにより製造する。この際、貫通穴３２ａ，４２ａ，５２ａが形成される位置を基準として一端側に案内筒３７，４７，５７をインサートし、反対の他端側に溶湯を注入する湯口を設けるようにする。具体的には、第一駆動ロッカアーム３１、第二駆動ロッカアーム４１、及び、中間駆動ロッカアーム５１のそれぞれの他端側に湯口を設けるようにすると良い。特に、他端側の先端に湯口を設けるのが望ましい。このようにすることで、溶湯を注入した際に、案内筒３７，４７，５７に溶湯の流れを阻害されることが無く、良好な鋳込み成形を行うことができる。
【００３９】
次に、このような構成を有する動弁装置１の動作について吸気ロッカアーム３の動作を中心に図４（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。
まず、図１に示すエンジン１０が低速回転している場合は、第一駆動ロッカアーム３１、中間駆動ロッカアーム５１、第二駆動ロッカアーム４１は、それぞれ、低速カム２１、高速カム２３、低速カム２２にリフトされることにより、独立に揺動する。これにより、第二駆動ロッカアーム４１は、バルブ当接部４４に螺入されているタペットねじ４３でバルブＶ２を押圧する。また、図４（ａ）に示すように第一駆動ロッカアーム３１は、バルブ当接部３４に螺入されているタペットねじ３３でバルブＶ１を押圧する。なお、中間駆動ロッカアーム５１は、一端側が図示しないロストモーション機構により上方に付勢されながら揺動する。
【００４０】
このようにして低速回転しているエンジン１０の回転数が上がって、高速回転領域に移行する場合は、低速カム２１，２２及び高速カム２３が共に隆起していないベース円部分にローラユニット３９，４９，５９が当接している間に、図示しない油圧制御装置が駆動されて、ロッカシャフト５内の給油路５ａから連通路６２を経て第二駆動ロッカアーム４１の油圧室６３に油圧がかかる。すると、油圧室６３内に発生した圧力に押されるようにして切換ピン４８が、図４（ｂ）に示すように案内筒４７内を中間駆動ロッカアーム５１に向けて移動し、中間駆動ロッカアーム５１の切換ピン５８を押して、その一部が中間駆動ロッカアーム５１のガイド穴５６内に進入する。
切換ピン４８が中間駆動ロッカアーム５１内に進入することで、中間駆動ロッカアーム５１内に収容されていた切換ピン５８は、第一駆動ロッカアーム３１の規制ピン３８を押しながら、その一部がガイド穴３６内に進入する。
【００４１】
これにより、切換ピン４８が移動することで、第二駆動ロッカアーム４１と中間駆動ロッカアーム５１とが連結され、切換ピン５８が移動することで中間駆動ロッカアーム５１と第一駆動ロッカアーム３１とが連結される。そのため、第一駆動ロッカアーム３１、中間駆動ロッカアーム５１、第二駆動ロッカアーム４１は、一体となり、プロフィルが最も大きい高速カム２３により揺動させられる。なお、高速カム２３のプロフィルは、低速カム２１，２２よりも大きいため、吸気バルブＶ１，Ｖ２の開時間が長くなると共に、バルブリフト量も大きくなり、大量の燃料混合気が燃焼室に供給されることになる。
【００４２】
エンジン１０が高速回転から低速回転に切り替わる際には、低速カム２１，２２及び高速カム２３が隆起していないベース円部分にローラユニット３９，４９，５９が当接している間に油圧室６３にかけられていた油圧が除かれる。油圧が除かれることで、各ピン３８，４８，５８の長手方向にかけられていた力のバランスがくずれ、規制ピン３８がリターンスプリング６１に付勢されることにより、切換ピン５８及び切換ピン４８を初期位置まで押し戻す。これにより、第一駆動ロッカアーム３１、中間駆動ロッカアーム５１、第二駆動ロッカアーム４１が分離されて、吸気バルブＶ１，Ｖ２は、低速カム２１，２２による第一駆動ロッカアーム３１、及び、第二駆動ロッカアーム４１の揺動に伴って開閉する。
なお、動弁装置１は、カム２４，２５により排気ロッカアーム４も揺動して、燃焼室１３内で燃焼した燃焼ガスを排気孔、排気ポート１２ｂを通じて排出させている。
【００４３】
このようにして、動弁装置１が動作している中で、第一駆動ロッカアーム３１、中間駆動ロッカアーム５１、第二駆動ロッカアーム４１が連結されて一体になって揺動する際には、カム２３により中間駆動ロッカアーム５１がリフトされ、切換ピン４８を介して第二駆動ロッカアーム４１が駆動され、また、切換ピン５８を介して第一駆動ロッカアーム３１が駆動される。そのため、切換ピン４８，５８からの駆動力を受ける案内筒４７，３７は大きな力を受け、案内筒４７，３７をそれぞれ取り囲む挿入穴４５，３５にも大きな力を受ける。特に、案内筒４７，３７に切換ピン４８，５８が進入する側の部分にあたる挿入穴４５，３５の開口部の周縁には、形状の変化が大きいこともあって、応力集中し、高い応力が掛かる傾向がある。しかし、本実施形態の第一駆動ロッカアーム３１、第二駆動ロッカアーム４１では、案内筒３７，４７の端面から所定範囲の外周面にストレート部３７ｂ，４７ｂが形成されていることから、挿入穴４５，３５の開口部の周縁は、ストレート部３７ｂ，４７ｂが形成されていない場合に比較して単純な形状となり、応力集中が比較的小さくて済む。従って、案内筒３７，４７の抜けを防止しつつ挿入穴４５，３５近傍の応力を低減でき、強度を確保することができる。また、応力が低くなった分、挿入穴４５，３５周りの肉厚を薄くすればロッカアーム３の重量を低減することができる。
【００４４】
同様に、第一駆動ロッカアーム３１及び第二駆動ロッカアーム４１を駆動する反力として、中間駆動ロッカアーム５１の案内筒５７及び案内筒５７を取り囲む挿入穴５５にも大きな力が掛かる。しかし、中間駆動ロッカアーム５１も、案内筒５７の両端面から所定範囲だけストレート部５７ｂが形成されていることから、挿入穴５５の開口部の周縁は、ストレート部５７ｂが形成されていない場合に比較して単純な形状となり、応力集中が比較的小さくて済む。従って、案内筒５７の抜けを防止しつつ挿入穴５５近傍の応力を低減でき、強度を確保することができる。また、応力が低くなった分挿入穴５５周りの肉厚を薄くすればロッカアームの重量を低減することができる。
【００４５】
なお、本体部３２，４２，５２は軽量な材料から製造し、案内筒３７，４７，５７は高強度の材料から製造したものとして説明したが、両者を同一の材料から製造しても前記の効果を得ることが可能である。
【００４６】
次に、本発明の参考形態について説明する。
参照する図面において、図５は参考形態に係るロッカアームの分解斜視図であり、図６は参考形態に係る中間駆動ロッカアームの一部断面斜視図であり、図７は参考形態に係る吸気ロッカアームの一部断面平面図であり、（ａ）は非連結の状態、（ｂ）は連結している状態である。なお、本参考形態において、実施の形態と同様の部分については、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。参考形態に係る吸気ロッカアーム３’は、実施の形態に係る吸気ロッカアーム３に対して、案内筒をロッカアーム本体に圧入して一体にした点が異なる。
【００４７】
吸気ロッカアーム３’は、吸気ロッカアーム３と同様に、吸気バルブＶ１に対応して設けられている第一駆動ロッカアーム３１’と、吸気バルブＶ２に対応して設けられている第二駆動ロッカアーム４１’と、これらの中間に位置し、リフト量の大きい高速カム２３（図１参照）により駆動され、高速運転時に第一駆動ロッカアーム３１’及び第二駆動ロッカアーム４１’に連結される補助ロッカアームである中間駆動ロッカアーム５１’とが隣接してロッカシャフト５に軸支されて構成されている。
【００４８】
第一駆動ロッカアーム３１’は、ロッカアーム本体である細長形状の本体部３２’の一端側かつ、中間駆動ロッカアーム５１’と隣接する側面３２ｄ側から、予め案内筒３７’を圧入するための圧入穴３５’が形成され、この圧入穴３５’に案内筒３７’が圧入されて構成されている。圧入穴３５’は、側面３２ｄ側の開口部の内径が段状に拡径して座繰り形状３５ｂが形成されている。一方、案内筒３７’は、実施の形態の案内筒３７のような凹凸形状を有さず、外周面が平滑な円筒形状を成している。
【００４９】
第二駆動ロッカアーム４１’は、第一駆動ロッカアーム３１’と同様、ロッカアーム本体である細長形状の本体部４２’の一端側かつ、中間駆動ロッカアーム５１’と隣接する側面４２ｅ側から、予め案内筒４７’を圧入するための圧入穴４５’が形成され、この圧入穴４５’に案内筒４７’が圧入されて構成されている。圧入穴４５’は側面４２ｅ側の開口部の内径が段状に拡径して座繰り形状４５ｂが形成されている。一方案内筒４７’は、実施の形態の案内筒４７のような凹凸形状を有さず、外周面が平滑な円筒形状を成している。
【００５０】
中間駆動ロッカアーム５１’は、ロッカアーム本体である細長形状の本体部５２’の両方の側面５２ｄ，５２ｅに貫通して圧入穴５５’が形成され、この圧入穴５５’に案内筒５７’が圧入されて構成されている。圧入穴５５’の開口部の内径は、段状に拡径して座繰り形状５５ｂが形成されている。一方、案内筒５７’は実施の形態の案内筒５７のような凹凸形状を有さず、外周面が平滑な円筒形状を成している。
【００５１】
但し、案内筒３７’，４７’，５７’は、それぞれ圧入穴３５’，４５’，５５’に圧入できるのであれば、実施の形態の案内筒３７のように周に沿って溝３７ａが形成されていてもよいし、外周面に軸に沿って溝が形成される等、凹凸形状を有していても良い（図示せず）。
なお、第一駆動ロッカアーム３１’、第二駆動ロッカアーム４１’、中間駆動ロッカアーム５１’にそれぞれ形成された座繰り形状３５ｂ，４５ｂ，５５ｂは、機械加工で形成させても良いが、本体部３２’，４２’，５２’を鋳造、鍛造、粉末冶金法等により成形する際に同時に素材形状として形成させることもできる。特に、粉末冶金法では、一般的な面取りは形成させにくいが、本参考実施の形態のような座繰り形状であれば比較的成形が容易である。
【００５２】
以上のような、第一駆動ロッカアーム３１’、第二駆動ロッカアーム４１’、中間駆動ロッカアーム５１’からなる吸気ロッカアーム３’によれば、実施の形態同様に、エンジン１０が高回転になって吸気ロッカアーム３’が連結して駆動される際に各圧入穴３５’，４５’，５５’に大きな荷重が掛かる。特に本参考形態では、圧入による初期応力の上に各ロッカアームを駆動するのに必要な荷重が掛かるので非常に大きな応力が掛かる。ところが、本参考形態の吸気ロッカアーム３’では、各圧入穴３５’，４５’，５５’の開口部の周縁に座繰り形状３５ｂ，４５ｂ，５５ｂが形成されているため、形状の変化がなだらかであり、開口部の周縁における応力集中が比較的小さくなる。そのため、吸気ロッカアーム３’の強度を確保できるとともに、応力を低く出来た分圧入穴３５’，４５’，５５’周りの肉厚を薄くすることによって、吸気ロッカアーム３’を軽量化することも可能である。
したがって、本参考形態のロッカアームによれば、ロッカアーム本体の圧入穴の開口部が、ロッカアームの側面から圧入穴へ向けて徐々に形状変化するので、案内筒の圧入により、圧入穴に内圧がかかっても、前記開口部の周縁で応力集中することが無く、ロッカアーム本体の強度を確保することができる。また、応力集中がない分だけ、ロッカアーム本体の肉厚を薄くしたり、軽金属材料等を使用したりすれば、ロッカアームの軽量化を図ることができる。特に、ロッカアームを粉末冶金法で製造しようとする場合には、開口部の周縁に面取り形状や、フィレット形状を付けることが困難であることから、本参考形態のような形状にすることにより、応力集中の緩和を図ることができる。
なお、座繰り形状とは、圧入穴の開口部のまわりを開口部より大きな直径で圧入穴の端面から１段低く沈み込ませた形状であり、機械加工で座繰り形状を形成させた場合に限られず、鍛造、鋳造、粉末冶金法等の素材形状で形成させた場合も含むものとする。また、座繰り形状は、圧入穴の開口部周縁の一部において形成されていなくとも構わないが、一般には、全周にわたって形成させるのが望ましい。
さらに、座繰り形状は、圧入穴に対し、径方向に大きくした分よりも、ロッカアームの側面から深さ方向に沈み込ませた分の深さを大きくした形状とすることでより顕著な効果を得ることができる。
このように、切換ピンを出入りさせる案内筒をロッカアーム本体の圧入穴に圧入して一体にするに場合に、ロッカアーム本体の圧入穴の開口部周縁の応力を低減して、ロッカアームの強度を確保できるとともに、ロッカアームの軽量化を図ることができる。
【００５３】
以上本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態には限定されない。
例えば、本実施の形態では、ロッカシャフト５に対して一端側にバルブ当接部３４，４４を有し、他端側にローラユニット３９，４９を有する、通常ＳＯＨＣ（シングルオーバヘッドカム）型エンジンに使用される吸気ロッカアーム３について説明したが、図８に示すようにロッカアーム本体の中央付近にローラユニット３９，４９，５９をそれぞれ有し、一端側にバルブ当接部３４，４４を有し、他端側をロッカシャフト５で軸支されるような、ＤＯＨＣ（ダブルオーバヘッドカム）型エンジンに使用されるような吸気ロッカアーム１０１でも同様に適用することができる。また、吸気ロッカアームに限らず、排気ロッカアームに適用できることはもちろんである。
また、案内筒と切換ピン等からなる切換機構は、ロッカアームの一端部であろうと、他端部であろうと、中央部であろうとその位置は問わず、同様に本発明の効果を得ることができる。
さらに、案内筒を鋳込み成形によりロッカアーム本体と一体にする場合には、案内筒の抜け止めのための形状は前記した溝を複数条形成させるものにとどまらず、凹凸形状により抜け止めとしての機能を果たせば種々の形状を適用することができる。例えば、図９（ａ）のように周に沿って波状の条痕１０７ａを形成させても良いし、図９（ｂ）のように、クロスさせた細い溝でいわゆるローレット目１０７ｂを形成させても良いし、図９（ｃ）のように、とげ状若しくはいぼ状の突起を設けることもできる。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の請求項１によれば、鋳込み成形により、切換ピンを出入りさせる案内筒をロッカアーム本体と一体にした切換機構を有するロッカアームにおいて、案内筒周りの応力を低減し、ロッカアームの強度を確保できるとともに、ロッカアームの軽量化を図ることができる。
【００５６】
また、本発明の請求項２によれば、請求項１のロッカアームを鋳込み成形するに際し、溶湯の流動を好適にし、良好な鋳込み成形を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関であるエンジンの動弁装置の構造を示す断面図である。
【図２】 実施の形態に係る吸気ロッカアームの分解斜視図である。
【図３】 実施の形態に係る中間駆動ロッカ及びアームの一部断面拡大斜視図である。
【図４】 実施の形態に係る吸気ロッカアームの一部断面の平面図であり、（ａ）は非連結の状態、（ｂ）は連結している状態を示す。
【図５】 参考形態に係る吸気ロッカアームの分解斜視図である。
【図６】 参考形態に係る中間駆動ロッカ及びアームの一部断面拡大斜視図である。
【図７】 参考形態に係る吸気ロッカアームの一部断面の平面図であり、（ａ）は非連結の状態、（ｂ）は連結している状態を示す。
【図８】ロッカアームの他の例を示す一部断面の平面図である。
【図９】（ａ），（ｂ），（ｃ）ともに案内筒の他の例を示す一部断面図である。
【符号の説明】
３ 吸気ロッカアーム
３１ 第一駆動ロッカアーム
３５’ 圧入穴
３５ｂ 座繰り形状
３６ ガイド穴
３７ 案内筒
３７ａ 溝
３７ｂ ストレート部
３８ 規制ピン
４１ 第二駆動ロッカアーム
４５’ 圧入穴
４５ｂ 座繰り形状
４６ ガイド穴
４７ 案内筒
４８，５８ 切換ピン
５１ 中間駆動ロッカアーム
５５’ 圧入穴
５５ｂ 座繰り形状
５６ ガイド穴
５７ 案内筒
Ｖ１，Ｖ２ 吸気バルブ
Ｖ３，Ｖ４ 排気バルブ

Claims (2)

1. 揺動することで内燃機関のバルブを押圧する駆動ロッカアームと、前記内燃機関の回転数に応じて前記駆動ロッカアームの揺動特性を変化させる補助ロッカアームとを含み、前記駆動ロッカアームと前記補助ロッカアームのそれぞれに設けられたガイド穴に摺動可能に設けられた切換ピンを移動させることにより選択的に連結、非連結の状態を切り換える切換機構を備えたロッカアームであって、
   前記駆動ロッカアーム及び前記補助ロッカアームのロッカアーム本体には、前記ガイド穴を有する案内筒がそれぞれ鋳込み成形により設けられ、
   前記案内筒の外周面には、抜け止めの凹凸形状が形成されるとともに、前記案内筒において前記駆動ロッカアーム又は前記補助ロッカアームに隣接する側の端面から所定範囲にストレート部が形成され、
   前記所定範囲の、前記切換ピンの中心軸に平行な中心軸方向での長さは、前記凹凸形状において前記中心軸線方向で隣接する凹部同士又は凸部同士の、前記中心軸方向での最大の間隔よりも長いことを特徴とする切換機構を備えたロッカアーム。
2. 請求項１記載の切換機構を備えたロッカアームの製造方法であって、
   金型のキャビティ内において前記案内筒を前記駆動ロッカアーム及び前記補助ロッカアームの揺動軸に対し一端側に配置し、溶湯を注入する湯口を前記揺動軸に対し他端側に設け、前記湯口に溶湯を注入して前記駆動ロッカアーム及び前記補助ロッカアームを鋳造することを特徴とする切換機構を備えたロッカアームの製造方法。

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