JP4711977B2 - 可変動弁機構及びこれに用いられるラッシュアジャスタ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の運転状態に応じてバルブ特性を制御する可変動弁機構及びこの機構に用いられるラッシュアジャスタに関するものである。

内燃機関には、機関の運転状態に応じてバルブのリフト量、作用角及び開閉タイミングを制御する可変動弁機構が用いられることがある。このような可変動弁機構の中には、１）ロッカアームの基端部をラッシュアジャスタに支持され、このラッシュアジャスタを通して供給される油圧を用いて、上記のバルブの可変を行う切替機構をロッカアーム内に有するもの（特許文献１）及び、２）ロッカアームの基端部が軸に支持され、この軸より供給される複数系統の油圧を用いて上記のバルブの可変を多段的に行う切替機構をロッカアーム内に有するもの（特許文献２）が知られている。
米国特許出願公開第２００５／ １３２９９０号明細書 特開昭６２−１２１８０９号公報

しかし、上記１）記載の可変動弁機構は、ロッカアーム内の切替機構へ一系統の油圧しか供給することができないため、内燃機関の運転状態に合わせてバルブを細分化して制御する多段可変には対応することができなかった。また、上記２）記載の可変動弁機構は、ロッカアーム内の切替機構へ複数系統の油圧を供給するため、ロッカアームの基端が、円筒状の軸によって支持され、ラッシュアジャスタで支持されていないことから、バルブクリアランスを自動調整し、メンテナンスフリーとすることができなかった。

そこで、本発明は、ロッカアームをラッシュアジャスタで支持することで、バルブクリアランスが自動調整され、メンテナンスフリーとしながら、複数系統の油圧を用いてバルブの開閉量の変更を多段的に行える切替機構をロッカアーム内に有する可変動弁機構と、ロッカアーム内の切替機構に複数系統の油圧を供給するための複数の油路を有するラッシュアジャスタとを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の可変動弁機構は、回転カムと、回転カムの回転に従い揺動してバルブを開閉するロッカアームと、ロッカアームによるバルブの開閉量を変更する切替機構とを含み構成された可変動弁機構において、ロッカアームが、ラッシュアジャスタによって揺動可能に支持され、切替機構が、ロッカアームに設けられ、切替機構を制御する複数系統の油圧をラッシュアジャスタに設けた複数の油路を通じて切替機構に供給することを特徴とする。

ここで、バルブの開閉量の変更とは、特に限定はされないが、回転カムの回転に従いバルブを駆動する状態とこの駆動を完全に停止する状態との間で切り替える場合や、回転カムの回転に従いバルブを比較的大きいリフト量で開閉する状態と比較的小さいリフト量で開閉する状態との間で切り替える場合等が例示できる。

ロッカアームとしては、特に限定はされないが、回転カムに当接する部材とバルブを駆動する部材と切替機構とを有するもので、回転カムに当接する部材とバルブを駆動する部材とは、一体であってもよいし、別体であってもよい。

回転カムに当接する部材とバルブを駆動する部材とが別体である場合に、回転カムに当接する部材の形態としては、特に限定はされないが、アーム状やリフタ状等が例示できる。また、両部材が係合する位置は、特に限定はされないが、ロッカアームの先端部、基端部、長さ方向の中間部又は後端部でもよい。

バルブを駆動する部材の数量は、特に限定はされないが、単数でもよいし、複数でもよい。

ロッカアームが揺動可能に支持される位置は、特に限定はされないが、基端部でもよいし、ロッカアームの長さ方向の中間部でもよい。

回転カムがロッカアームに当接する位置については、特に限定はされないが、ロッカアームが支持される位置が基端部の場合には、ロッカアームの先端部や長さ方向中間部が、支持される位置が長さ方向の中間部の場合には、ロッカアームの後端部等が例示できる。

切替機構としては、特に限定はされないが、バルブを駆動するロッカアームの複数のアウタアームを回転カムに当接するローラを備えたロッカアームのインナアームに対し、複数の連結ピンを駆動して相対変動不能に連結したり該連結を解除したりすることにより、ロッカアームによるバルブの開閉量を変更するものが挙げられる。

連結ピンの態様としては、特に限定はされないが、連結ピンの数量は、単数でもよいし、複数でもよい。また、連結ピンが設けられる位置については、ロッカアームの先端部、基端部、長さ方向の中間部又は後端部でもよい。

上記目的を達成するため、本発明のラッシュアジャスタは、バルブの開閉量を複数系統の油圧により変更する切替機構を有するロッカアームを先端部で揺動可能に支持するラッシュアジャスタであって、ラッシュアジャスタのプランジャの周部からプランジャの先端部へと連通する複数の内部油路をプランジャに設けたことを特徴とする。

プランジャの形状としては、特に限定はされないが、プランジャの回転を防止するため、先端部にプランジャの回り止め機構を有することが好ましく、具体的には、水平方向の貫通孔を有するリング形状や外周の一部が切欠された形状等が例示できる。また、内部油路に低圧油室への送油機能を付加するために、複数の内部油路のうちの一つが低圧油室へと繋がることが好ましい。さらに、プランジャは、一の部材から作られたものであってもよいし、複数の部材を接合して作られたものであってもよい。

ボディの態様としては、特に限定はされないが、本ラッシュアジャスタが設けられるシリンダヘッドと一体であってもよいし、別体であってもよい。ボディがシリンダヘッドと別体である場合には、ボディの外部に設けられプランジャに油を送る複数の送油管と各送油管に連通する内部油路とが常に連通し、かつ、各送油管同士が連通しないよう送油管と内部油路とを繋ぐ複数の外部連通孔をボディの周部に開口することが好ましい。

本発明の可変動弁機構によれば、ロッカアームをラッシュアジャスタで支持することで、バルブクリアランスが自動調整され、メンテナンスフリーとしながら、ロッカアーム内の切替機構に複数系統の油圧を供給することで、バルブの開閉量の変更を多段的に行える。
また、本発明のラッシュアジャスタによれば、ラッシュアジャスタが複数の内部油路を有することで、ロッカアーム内の切替機構に複数系統の油圧を供給することができる。

回転カムと、回転カムの回転に従い揺動してバルブを開閉するロッカアームと、ロッカアームによるバルブの開閉量を断続的に変更する切替機構とを含み構成された可変動弁機構において、
ロッカアームが、ラッシュアジャスタによって揺動可能に支持され、切替機構が、ロッカアームに設けられ、切替機構を制御する複数系統の油圧をラッシュアジャスタのプランジャに設けられたプランジャの周部から先端部へと連通する複数の内部油路を通じて切替機構に供給する。

図１〜図７は、本発明の実施例１の可変動弁機構１０を示している。
本可変動弁機構１０は、エンジンのクランク軸（図示略）により回転させられるカムシャフト１１に設けられている回転カム１２と、シリンダ内部への吸気又はシリンダ内部からの排気のための二つの通気路１３のそれぞれの通気口１４を開閉するために往復動可能に装着されている二つのバルブ１５と、回転カム１２の回転に従い揺動してバルブ１５を開閉しているロッカアーム２０と、ロッカアーム２０によるバルブ１５の開閉量を断続的に変更している切替機構４０と、ロッカアーム２０の基端を揺動可能に支持しているラッシュアジャスタ５０とを有する。

ロッカアーム２０は、回転カム１２の回転に従い揺動できるよう回転カム１２に当接しているインナアーム２１と、インナアーム２１の長さ方向の両側方にあって、バルブ１５を駆動できるようバルブ１５の上端に当接している二つのアウタアーム３０と、インナアーム２１と二つのアウタアーム３０とがそれぞれ揺動できるよう各アーム２１、３０の基端部を軸支している係合軸３５と、ロッカアーム２０の先端部の内部にあって、インナアーム２１と二つのアウタアーム３０とをそれぞれ相対変動不能に連結したり、その連結を解除したりを二つの連結ピン４１を駆動することにより行う切替機構４０とを有する。

インナアーム２１の回転カム１２との当接部位は、インナアーム２１の長さ方向の中間部であって、ローラ２２が回転可能に軸支されている。

アウタアーム３０は、切替機構４０に油圧を供給するためのアーム油路３１を内部に有している。アーム油路３１は、アウタアーム３０の基端部から先端部まで延びている。

係合軸３５は、アーム油路３１とラッシュアジャスタ５０の内部油路６１、６２とを繋ぐための軸油路３６を内部に有している。また、係合軸３５の長さ方向の中間部には、軸油路３６へと繋がる開口が二箇所設けられ、係合軸３５の両端部にも、軸油路３６へと繋がる開口が設けられている。軸油路３６は、係合軸３５の長さ方向中間部から両端にまで延びている二本であって、両軸油路３６は、係合軸３５の長さ方向中央部で隔離されており、互いに繋がっていない。なお、係合軸３５に軸油路３６を穿設するため係合軸３５の両端面にある開口には、油の流出を防止するためにそれぞれ鋼球３７が圧入されている。

切替機構４０は、アウタアーム３０の先端部であって、インナアーム２１と向き合う面に凹設され、アーム油路３１と連通している有底穴状のピン穴３２と、インナアーム２１の先端部にて設けられている貫通孔状の貫通孔２３と、それらの内周面に摺接する一対の連結ピン４１と、連結ピンに両端が当接し、連結ピン４１を貫通孔２３から抜出する方向に付勢しているピンバネ４２と、貫通孔２３の内面の貫通方向中央に周方向に延び凹設されたリング溝４３に嵌合しているＣリング４４とを有する。

連結ピン４１は、共に円柱状の内側ピン４５と外側ピン４６とからなり、内側ピン４５の一方の端面には、凹陥部があり、そこにピンバネ４２が当接している。内側ピン４５の他方の端面は、外側ピン４６の端面と密着している。

ラッシュアジャスタ５０は、プランジャ５１とプランジャ５１の基端部をプランジャ５１の長さ方向に摺動可能に支持しているボディ７０とを有し、シリンダヘッド８０に設けられた設置穴８２に挿入されている。

プランジャ５１の先端部５３は、水平方向に貫通する軸孔５２を有するリング形状をしており、軸孔５２の内周面には二つの噴出孔５４が開口している。このリング形状の先端部５３より基端側は、円柱状であり、長さ方向の中央付近より基端側はボディの内面と摺接するために拡径して拡径部５５となっている。なお、拡径部５５においては、ボディ７０の回り止めを形成するため、プランジャ５１の軸線を挟んで対向する位置の外周が切欠され長さ方向に基端まで延びる切欠部５６が形成されている。両切欠部５６の長さ方向中間には、切欠溝５７が設けられ、両切欠溝５７には、それぞれ内部連通孔５８が開口している。プランジャ５１の底面の中心には低圧油室６０へと繋がる弁孔５９が開口している。また、軸孔５２には、二つの内部油路６１、６２と軸油路３６とが連通しするように係合軸３５が嵌合している。

プランジャ５１の内部については、次のようである。内部連通孔５８か開口している位置よりも基端側であるプランジャ５１の内部には油を溜めておく低圧油室６０が形成されている。内部連通孔５８が開口している位置から先端側には内部連通孔５８と噴出孔５４とを連通させる二つの内部油路６１、６２が形成されている。また、一方の内部油路６１は、内部連通孔５８が開口している位置よりも基端側に延伸して低圧油室６０に繋がっている。

プランジャ５１の底面とボディ７０の内面とによて囲まれた空間は、高圧油室６３となっている。高圧油室６３内には、弁孔５９と密接するよう弁バネ６４によって付勢されている球体６５があり、この球体６５と弁孔５９とを含んで逆止弁６６が構成されている。

ボディ７０は、有底筒状をしており、長さ方向の中間部には内部連通孔５８と送油管８１とを連通させるため、二つの外部連通孔７１が穿孔されている。また、ボディ７０の側壁には、内側面がプランジャ５１に設けられている切欠部５６と摺接できるよう肉厚となっている肉厚部７２がある。

シリンダヘッド８０には、オイルポンプ（図示略）より作動油Ｐが送られる二本の送油管８１が形成されている。二本の送油管８１は、共にラッシュアジャスタ５０が挿入される設置穴８２の側部を連絡するように横方向に一条に延び、一部が設置穴８２の側部と交わって設置穴８２への開口を形成している。この開口から、ラッシュアジャスタ５０に作動油Ｐが供給されている。

二本の送油管８１から送られる作動油Ｐは、それぞれ内部油路６１、６２、軸油路３６及びアーム油路３１を経て、ピン穴３２へと達しており、送油管８１中の作動油Ｐに圧力が加えられるとその圧力が油圧としてピン穴３２まで伝達される。また、各送油管８１中の作動油Ｐは、互いに連通しないようピン穴３２までの伝達経路が異なっている。

送油管８１中の作動油Ｐに圧力が加えられる場合には、貫通孔２３から抜出する方向にピンバネ４２によって付勢されている連結ピン４１を、その付勢力に抗して、貫通孔２３に挿入される方向に摺動させる。ただし、貫通孔２３の貫通方向中央にはＣリング４４が嵌着されているため、連結ピン４１は、Ｃリング４４に当接する位置までしか摺動できない。

また逆に、送油管８１中の作動油Ｐに加えられている圧力が取り除かれる場合には、ピンバネ４２の付勢力によて、連結ピン４１は、貫通孔２３から抜出する方向に摺動する。以上より送油管８１中の作動油Ｐへの圧力を加除することによって、連結ピン４１は移動する。

図３に示すように、連結ピン４１がＣリング４４に当接する位置まで移動すると、連結ピン４１を構成している内側ピン４５は、ピン穴３２から抜出し、外側ピン４６は、貫通孔２３には挿入されていない。即ち、内側ピン４５と外側ピン４６の境界がインナアーム２１とアウタアーム３０との間隙に達すると、インナアーム２１とアウタアーム３０とは、互いに相対変動可能となっている。一方、連結ピン４１がＣリング４４に当接する位置にない場合には、内側ピン４５の一部がピン穴３２に挿入されていることから、内側ピン４５は、貫通孔２３とピン穴３２とに挿入されており、インナアーム２１とアウタアーム３０とは、互いに相対変動不能となっている。

図７に示すように、回転カム１２が回転するとその回転に従ってインナアーム２１は、係合軸３５を揺動中心として揺動する。
連結ピン４１によりインナアーム２１と相対変動不能になっているアウタアーム３０は、インナアーム２１の揺動に同期し係合軸３５を揺動中心として揺動する。そして、アウタアーム３０がインナアーム２１の揺動に同期して揺動することで、このアウタアーム３０に当接しているバルブ１５が回転カム１２にの回転に従って開閉する。

また、各送油管８１中の作動油Ｐは、互いに連通していないことから、各送油管８１毎に作動油Ｐへの圧力を加除することで、各アウタアーム３０毎にインナアーム２１との相対変動の可不可の制御が行える。
従って、図７（ｂ）、（ｆ）に示すように、両アウタアーム３０がインナアーム２１と相対変動不能である場合には、回転カム１２の回転に従って両アウタアーム３０に当接している二本のバルブ１５が開閉する。
また、図７（ｃ）、（ｇ）に示すように、一方のアウタアーム３０のみがインナアーム２１と相対変動不能であって、他方のアウタアーム３０がインナアーム２１と相対変動可能である場合には、インナアーム２１と相対変動不能となっているアウタアーム３０に当接している一本のバルブ１５のみが開閉する。
さらに、図７（ｄ）、（ｈ）に示すように、両アウタアーム３０がインナアーム２１と相対変動可能である場合には、回転カム１２の回転に従って両アウタアーム３０に当接している二本のバルブ１５は開閉しない。

本実施例によれば、次の（ａ）〜（ｇ）の効果が得られる。
（ａ）二系統の油圧によって切替機構４０を制御することで、三段階のバルブ１５の開閉量の変更ができる。
（ｂ）三段階のバルブ１５の開閉量の変更ができることで、本実施例を用いた内燃機関の更なる燃費の向上が図れる。
（ｃ）切替機構４０をロッカアーム２０の先端であるバルブ１５の直上に設けることで、ロッカアーム２０の回転カム１２との当接部位であるローラ２２を大きくする必要がなく、カムシャフト１１とシリンダヘッド８０との間隔が大きくなるのを防止できる。
（ｄ）カムシャフト１１とシリンダヘッド８０との間隔が大きくなるのを防止できることで、本実施例を用いた内燃機関の全高が高くなるのを防止できる。
（ｅ）ロッカアーム２０の基端をラッシュアジャスタ５０によって支持することで、バルブクリアランスが自動調整され、メンテナンスフリーとなる。
（ｆ）ラッシュアジャスタ５０の先端をリング形状にし、軸孔５２に係合軸３５を嵌合することで、ラッシュアジャスタ５０とロッカアーム２０とが離れるのを防止できる。
（ｇ）また、ラッシュアジャスタ５０の先端をリング形状にし、軸孔５２に係合軸３５を嵌合することで、ロッカアーム２０が一方のアウタアーム３０側に傾く、いわゆる左右傾きを防止できる。

図８〜図１０に示す本発明の実施例２は、実施例１とラッシュアジャスタ９０が異なる。
具体的には、プランジャ９１にボディ９４の回り止めのための切欠部がないのとボディ９４の側壁に肉厚部がなく内周が略真円であり、かつ外部連通孔９５が四箇所穿孔されている。なお、他の部位については、実施例１と同じであることから、以下、実施例１と異なる部位について説明する。

プランジャ９１は、長さ方向の中央付近より基端側はボディ９４の内面と摺接するため実施例１と同じように拡径して拡径部９２となっている。ただし、ボディ９４の回り止めのための切欠部は設けられていない。拡径部９２の長さ方向の中間部には、プランジャ９１の軸線を挟んで対向する位置に切欠溝９３が設けられ、両切欠溝９３には、それぞれ内部連通孔９８が開口している。

ボディ９４は、長さ方向の中間部に内部連通孔９８と送油管９９とを連通させるため、４つの外部連通孔９５が穿孔されている。外部連通孔９５が穿孔されている外側面には、周方向に延びる外周溝９６が凹設されている。ただし、各外部連通孔９５同士が外周溝９６で繋がらないようにするため、周方向に隣り合う外部連通孔９５の間の外周溝９６には凸起部９７が設けられている。また、ボディ９４の内面は、実施例１と異なり、略真円で、肉厚部は、設けられていない。

図１０に示すように、ボディ９４はプランジャ９１によって回り止めがなされないことから、回転をする。しかし、ボディ９４に設けられている四つの外部連通孔９５と外周溝９６により、送油管９９と内部油路８８、８９とは、絶えず連通している。

本実施例によれば、実施例１で得られる効果の他に、次の（ｈ）の効果も得られる。
（ｈ）ボディ９４は、プランジャ９１によって、設置穴８７内での回転が抑制されないことから、ボディの外側面と設置穴８７の内側面との間の摩擦が低減できる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で実施することができる。

本発明の実施例１の可変動弁機構の側面図である。 同可変動弁機構のロッカアームの斜視図である。 同ロッカアームの断面図である。 同可変動弁機構のラッシュアジャスタの垂直方向の断面図である。 同ラッシュアジャスタの垂直方向の断面図である。 同ラッシュアジャスタの水平方向の断面図である。 同可変動弁機構のロッカアームの揺動状態の模式図である。 本発明の実施例２の可変動弁機構のラッシュアジャスタの垂直方向の断面図である。 同ラッシュアジャスタの水平方向の断面図である。 同ラッシュアジャスタのボディの回転状態の模式図である。

符号の説明

１０ 可変動弁機構
１２ 回転カム
１５ バルブ
２０ ロッカアーム
２１ インナアーム
２２ ローラ
３０ アウタアーム
４０ 切替機構
４１ 連結ピン
５０ ラッシュアジャスタ
５１ プランジャ
５３ 先端部（プランジャ）
６０ 低圧油室
６１ 内部油路
６２ 内部油路
６３ 高圧油室
６６ 逆止弁
７０ ボディ
７１ 外部連通孔
８１ 送油管
８８ 内部油路
８９ 内部油路
９０ ラッシュアジャスタ
９１ プランジャ
９５ 外部連通孔
９９ 送油管

Claims (6)

1. 回転カムと、該回転カムの回転に従い揺動してバルブを開閉するロッカアームと、前記ロッカアームによる前記バルブの開閉量を変更する切替機構とを含み構成された可変動弁機構において、
   前記ロッカアームが、ラッシュアジャスタによって揺動可能に支持され、前記切替機構が、前記ロッカアームに設けられ、前記切替機構を制御する複数系統の油圧を前記ラッシュアジャスタに設けた複数の油路を通じて該切替機構に供給することを特徴とする可変動弁機構。
2. 前記切替機構が、前記バルブを駆動する前記ロッカアームの複数のアウタアームを前記回転カムに当接するローラを備えた該ロッカアームのインナアームに対し、複数の連結ピンを駆動して相対変動不能に連結したり該連結を解除したりすることにより、前記ロッカアームによる前記バルブの開閉量を変更する請求項１記載の可変動弁機構。
3. バルブの開閉量を複数系統の油圧により変更する切替機構を有するロッカアームを先端部で揺動可能に支持するラッシュアジャスタであって、
   前記ラッシュアジャスタのプランジャの周部から該プランジャの先端部へと連通する複数の内部油路を該プランジャに設けたことを特徴とするラッシュアジャスタ。
4. 前記先端部に前記プランジャの回り止め機構を有する請求項３記載のラッシュアジャスタ。
5. 複数の前記内部油路のうちの一が前記プランジャの内部に設けられた低圧油室へと繋がる請求項３又は４に記載のラッシュアジャスタ。
6. 前記プランジャの基端部を該プランジャの長さ方向に摺動可能に支持するボディの外部に設けられ前記プランジャに油を送る複数の送油管と各前記送油管に連通する前記内部油路とが常に連通し、かつ、各前記送油管同士が連通しないよう前記送油管と前記内部油路とを繋ぐ複数の外部連通孔を前記ボディの周部に開口する請求項３〜５のいずれか一項に記載のラッシュアジャスタ。

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