JP4931758B2 - 可変動弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の運転状況に応じてバルブの駆動状態を変更する可変動弁機構に関する。

この種の可変動弁機構の中には、図５，図６に示す従来例の可変動弁機構８０のように、回転カム８１に回転可能に当接する入力ローラ８４を先端部に備えた入力部材８３（インナアーム）と、バルブ８に先端部が当接する出力部材８５（アウタアーム）とからなるロッカアーム８２を備え、入力ローラ８４を軸支した中空軸状のローラシャフト８４ｘの内部に取り付けられた第一連結ピン８７と、その延長線上に並べて取り付けられた第二連結ピン８８とを、入力部材８３と出力部材８５との相互間を跨ぐ位置と跨がない位置との間で変位させることによって、入力部材８３と出力部材８５とを相互に相対揺動不能に連結した連結状態とその連結を解除した非連結状態との間で切換を行い、該切換によりバルブ８の駆動状態を変更するものがある（特許文献１）。

また、その他、図６に示す従来例２の可変動弁機構９０のように、回転カム９１に回転可能に当接する入力ローラ９４を長さ方向中間部に備えた入力部材９３（インナアーム）と、バルブ８に先端部が当接する出力部材９５（アウタアーム）とからなるロッカアーム９２を備え、入力部材９３の基端部に取り付けられた第一及び第二連結ピン９７，９８を、入力部材９３と出力部材９５との相互間を跨ぐ位置と跨がない位置との間で変位させることによって、連結状態と非連結状態との間で切換を行い、バルブ８の駆動状態を変更するものもある（特許文献２）。
米国特許出願公開第２００５／１３２９９０号公報 米国特許出願公開第２００４／７４４５９号公報

上記従来例１においては、入力ローラ８４を軸支した中空軸状のローラシャフト８４ｘの内部に第一連結ピン８７が配される軸の二重構造となるため、部品点数が増え、可変動弁機構８０の構造が複雑になってしまう。

また、上記従来例２においても、入力ローラ９４が入力部材９３の長さ方向中間部に配され、第一及び第二連結ピン９７、９８が入力部材９３の基端部に配される関係上、該入力ローラ９４を軸支するローラシャフト９４ｘと該第一及び第二連結ピン９７，９８とが必然的に別になり、そのため、部品点数が増え、可変動弁機構９０の構造が複雑になってしまう。

そこで、入力ローラを軸支するローラシャフトを連結ピンとは別に設ける必要性をなくし、可変動弁機構の構造を簡単に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、シリンダヘッドに突設された立壁部に回転可能に支持されたカムシャフトに設けられた回転カムと、前記回転カムに回転可能に当接する入力ローラを備えた入力部材とバルブに当接する出力部材とを含むロッカアームと、前記ロッカアームを揺動可能に支持した油圧式のラッシュアジャスタと、前記入力部材と前記出力部材とを相互に相対変位不能に連結した連結状態とその連結を解除した非連結状態との間で切換を行う切換機構とを含み構成され、該切換により前記バルブの駆動状態を変更する可変動弁機構において、前記切換機構は、前記入力部材に、該入力部材と前記出力部材との相互間を跨ぐ位置と跨がない位置との間で変位可能に取り付けられた連結ピンと、該連結ピンを前記立壁部に設けられた油圧室の油圧で駆動する油圧機構とを含み構成され、前記入力ローラは、該入力ローラの軸心に貫設された軸穴に前記連結ピンが該軸穴の貫通方向へ相対変位可能に挿入されることによって、該連結ピンに、軸受を介して軸支されたことを特徴とする。

ここで、前記軸受は、滑り軸受であっても、転がり軸受であってもよく、滑り軸受である場合は、前記連結ピンの外周面に前記軸穴の内周面が摺接してなる軸受である場合が例として挙げられ、転がり軸受である場合は、前記連結ピンの外周面と前記軸穴の内周面との間にベアリングが介装されてなる軸受である場合が例として挙げられる。

また、前記連結ピンは、特に限定されないが、前記連結状態及び前記非連結状態のいずれの時においても、該連結ピンの両端が、前記軸穴の両側の開口から外方に突出するように構成されていることが好ましい。該連結ピンによる入力ローラの軸支がより安定するからである。

また、前記油圧室を設ける位置は、特に限定されないが、前記回転カムのカムシャフトを回転可能に支持したカムキャップに設けられていることが好ましい。

また、前記ロッカアームを支持する支持構造は、特に限定されないが、間隔をおいて設置された一対のラッシュアジャスタの各プランジャに貫通孔が設けられ、該貫通孔に一のロッカシャフトが挿入されることによって、前記一対のラッシュアジャスタのプランジャに該ロッカシャフトが支持され、該ロッカシャフトの前記一対のラッシュアジャスタのプランジャの相互間に位置する部分に前記ロッカアームが軸支されていることが好ましい。このような支持構造にすれば、ロッカアームが幅方向へ傾き難くなり、また、ばらけ難くなるからである。

前記ロッカアームは、特に限定されないが、次の（ア）（イ）のものが例として挙げられる。
（ア）後端部（基端部）が揺動可能に支持され、長さ方向中間部に入力ローラを備え、先端部がバルブに当接するもの
（イ）長さ方向中間部が揺動可能に支持され、後端部に入力ローラを備え、先端部がバルブに当接するもの

また、一の前記ロッカアームが当接する前記バルブの数は、特に限定されないが、次の（ウ）（エ）の場合が例として挙げられる。
（ウ）一のロッカアームは、一対のバルブに当接し該一対のバルブを駆動する場合
（エ）一のロッカアームは、一のバルブにのみ当接し該一のバルブを駆動する場合

また、前記ロッカアームの前記入力部材及び前記出力部材は、特に限定されないが、次の（オ）（カ）（キ）に示す場合が例として挙げられる。
（オ）前記入力部材と前記出力部材とが、左右に並べて設けられた左側アームと右側アームとのうちの一方及び他方である場合
（カ）前記入力部材は、一対の前記出力部材の相互間に設けられたインナアームであって、該一対の出力部材がアウタアームである場合
（キ）前記出力部材が、前記ロッカアームの本体部分であって、前記入力部材が、該出力部材に相対変位可能に取り付けられた変位部材である場合

上記（カ）の場合、前記切換機構は、特に限定されないが、前記連結ピンは、前記入力部材と一方の出力部材との相互間を跨ぐ位置と跨がない位置との間で変位可能に構成された第一連結ピンであって、他方の出力部材には、該他方の出力部材と前記入力部材との相互間を跨ぐ位置と跨がない位置との間で変位可能に構成された第二連結ピンが取り付けられ、前記油圧機構は、前記第一連結ピンと前記第二連結ピンとの双方を駆動するものであることが好ましい。

また、以上に示した本発明の可変動弁機構でいうバルブの駆動状態の変更は、特に限定されないが、次の（ク）（ケ）（コ）に示す場合が例として挙げられる。
（ク）連結状態の時には、回転カムの回転に従いバルブを駆動する駆動実行状態とし、非連結状態の時には、入力部材と出力部材との相対変位を完全に許容することによって、バルブの駆動を完全に停止する駆動停止状態とする場合
（ケ）連結状態の時には、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高リフト駆動状態とし、非連結状態の時には、入力部材と出力部材との相対変位を一部制限付きで許容することによって、回転カムの回転に従いバルブを比較的小さいリフト量で開閉する低リフト駆動状態とする場合
（コ）前記回転カムは、高速用回転カムであって、該高速用回転カムの隣には、出力部材に当接する低速用回転カムが設けられ、連結状態の時には、高速用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高リフト駆動状態とし、非連結状態の時には、低速用回転カムの回転に従いバルブを比較的小さいリフト量で開閉する低リフト駆動状態とする場合

本発明によれば、連結ピンで入力ローラを軸支することによって、該入力ローラを軸支するローラシャフトを該連結ピンとは別に設ける必要性をなくし、可変動弁機構の構造を簡単にすることができる。

本発明の可変動弁機構９は、回転カム１０に回転可能に当接する入力ローラ２３を備えた入力部材２１と一対のバルブ８にそれぞれ当接する一対の出力部材２６ａ，２６ｂとを含むロッカアーム２０と、入力部材２１と一対の出力部材２６ａ，２６ｂとを相互に相対変位不能に連結した連結状態とその連結を解除した非連結状態との間で切換を行う切換機構４０とを含み構成され、該切換によりバルブ８の駆動状態を変更する。

切換機構４０は、入力部材２１に、該入力部材２１と一方の出力部材２６ａとの相互間を跨ぐ位置と跨がない位置との間で変位可能に取り付けられた第一連結ピン４１と、他方の出力部材２６ｂに、該他方の出力部材２６ｂと入力部材２１との相互間を跨ぐ位置と跨がない位置との間で変位可能に取り付けられた第二連結ピン４２と、該第一及び第二連結ピン４１，４２をロッカアーム２０の外部に設けられた油圧室５２の油圧で駆動する油圧機構５１とを含み構成されている。そして、入力ローラ２３は、該入力ローラ２３の軸心に貫設された軸穴２３ｐに第一連結ピン４１が該軸穴の貫通方向へ相対変位可能に挿通されることによって、該第一連結ピン４１に、ベアリング２４を介して軸支されている。

本実施例の図１〜図４に示す可変動弁機構９は、内燃機関の運転状況に応じてバルブの駆動状態を段階的に変更する機構である。この可変動弁機構９は、本実施例では、複数あるシリンダ（図示略）のうちの半数のシリンダ５に対してのみ設けられており、各シリンダ５に対して２本ずつ設けられた吸気用のバルブ８を駆動する。各可変動弁機構９は、シリンダヘッド６に突設された一対の立壁部７（カムキャップ）の相互間に配されており、内燃機関の回転に従い回転する回転カム１０と、該回転カム１０とバルブ８との間に介装され、バルブ８を開く方向へ付勢するロッカアーム２０と、バルブ８を閉じる方向へ付勢するバルブスプリング６０と、ロッカアーム２０の状態を切り換える切換機構４０とを含み構成され、該ロッカアーム２０の状態を切り換えることにより、バルブ８を回転カム１０の回転に従い駆動する駆動実行状態と、その駆動を完全に停止する駆動停止状態との間で、バルブ８の駆動状態を変更する。

回転カム１０は、立壁部７に回転可能に支持され、内燃機関が回転するのに従い回転駆動されるカムシャフト１０ｘに設けられており、基本部分となる断面形状が真円のベース円１１と、該ベース円１１から突出したカムノーズ１２とを含み構成されている。そして、この回転カム１０の外周面には、ロッカアーム２０に当接するカム面が形成されている。

ロッカアーム２０は、２つのバルブ８を同時に駆動する２弁一体型のアームであって、回転カム１０に当接する入力部材２１と、一対のバルブ８に当接する一対の出力部材２６とからなり、一対のラッシュアジャスタ３０のプランジャ３１にロッカシャフト２０ｘを介して揺動可能に支持されている。

詳しくは、入力部材２１は、一対の出力部材２６の相互間に設けられたインナアームであって、基端部に、ロッカシャフト２０ｘに揺動可能に支持されるための貫通穴状の支点穴２２を備え、先端部に、回転カム１０に回転可能に当接する入力ローラ２３を備えている。また、この入力部材２１とシリンダヘッド６との間には、該入力部材２１を回転カム１０に付勢するロストモーションスプリング２５が取り付けられている。

また、一対の出力部材２６は、入力部材２１の両側に設けられた、該入力部材２１よりも先端側に長いアウタアームであって、各出力部材２６は、基端部に、ロッカシャフト２０ｘに揺動可能に支持されるための貫通穴状の支点穴２７を備え、先端部に、バルブ８のステムエンド８ｅに当接する曲面状の出力面２８を備えている。

また、一対のラッシュアジャスタ３０は、各プランジャ３１の上部に貫通穴状の支持穴３２を備えた上部リング型の油圧式のラッシュアジャスタであって、シリンダヘッド６に間隔をおいて設置されている。この一対のラッシュアジャスタ３０のプランジャ３１の相互間に入力部材２１と一対の出力部材２６とが配され、該一対のプランジャ３１の支持穴３２と該一対の出力部材２６の支点穴２７と該入力部材２１の支点穴２２とに、一本のロッカシャフト２０ｘが挿通されることによって、該一対のプランジャ３１に、該ロッカシャフト２０ｘが支持されるとともに、該ロッカシャフト２０ｘに、入力部材２１と一対の出力部材２６とが揺動可能に軸支されている。

切換機構４０は、入力部材２１と出力部材２６とを相互に相対揺動不能に連結した連結状態とその連結を解除した非連結状態との間で切換を行う機構である。この切換機構４０は、入力部材２１に、該入力部材２１と一方の出力部材２６ａとの相互間を跨ぐ位置と跨がない位置との間で変位可能に取り付けられた第一連結ピン４１と、他方の出力部材２６ｂに、該他方の出力部材２６ｂと入力部材２１との相互間を跨ぐ位置と跨がない位置との間で変位可能に取り付けられた第二連結ピン４２と、それら第一及び第二連結ピン４１，４２を油圧で他方の出力部材２６ｂ側へ付勢する油圧機構５１と、それら第一及び第二連結ピン４１，４２を復元力で一方の出力部材２６ａ側へ付勢するスプリング５９とを含み構成されている。この切換機構４０は、油圧機構５１の油圧で第一及び第二連結ピン４１，４２を他方の出力部材２６ｂ側へ駆動することによって、非連結状態とし、該油圧を緩めスプリング５９の復元力で第一及び第二連結ピン４１，４２を一方の出力部材２６ａ側へ駆動することによって、連結状態とする。

詳しくは、第一及び第二連結ピン４１，４２は、ロッカアーム２０に、入力部材２１及び一対の出力部材２６を跨いで設けられたピン穴４５に、その穴の長さ方向へ変位可能に並べて取り付けられている。そのピン穴４５は、一方の出力部材２６ａの長さ方向中間部に貫設された貫通穴状の第一穴４６と、入力部材２１の先端部に貫設された貫通穴状の第二穴４７と、他方の出力部材２６ｂの長さ方向中間部に開口を入力部材２１側に向けて凹設された有底穴状の第三穴４８とからなる。詳しくは、第二穴４７は、入力ローラ２３の軸線上に軸線方向に貫設されており、よって、該第二穴４７は、入力ローラ２３の軸心に貫設された軸穴２３ｐを構成要素として含んでいる。その第二穴４７に、第一連結ピン４１が、該第二穴４７と第一穴４６との相互間を跨ぐ位置と跨がない位置との間で変位可能に取り付けられている。よって、入力ローラ２３の軸穴２３ｐには、第一連結ピン４１が該軸穴２３ｐの貫通方向へ相対変位可能に挿通されている。その軸穴２３ｐの内周面と第一連結ピン４１の外周面との間に、ベアリング２４が介装されることによって、該ベアリング２４を介して、該入力ローラ２３が第一連結ピン４１に回転可能に軸支されている。そのベアリング２４は、入力ローラ２３に対する軸穴２３ｐの貫通方向への相対変位が規制されている一方、第一連結ピン４１に対しては該ベアリング２４に対する軸穴２３ｐの貫通方向への相対変位を許容している。その第一連結ピン４１は、連結状態及び非連結状態のいずれの時においても、該第一連結ピン４１の長さ方向側の両端が、軸穴２３ｐの両側の開口から外方に突出するように構成されている。また、第三穴４８には、第二連結ピン４２が、該第三穴４８と第二穴４７との相互間を跨ぐ位置と跨がない位置との間で変位可能に取り付けられている。その第三穴４８の底面には、圧抜孔４９が貫設されている。

また、油圧機構５１は、一対の立壁部７のうちの一方の出力部材２６ａに隣接する側の立壁部７に開口を該一方の出力部材２６ａ側に向けて凹設された有底穴状の油圧穴５３が、油圧ピン５４によって閉塞されてなる油圧室５２と、該油圧穴５３に油圧を供給する油路５５と、第一穴４６に油圧ピン５４側へ突出可能に取り付けられることによって該油圧ピン５４と第一連結ピン４１との間に介装され、油圧室５２からの駆動力を第一及び第二連結ピン４１，４２に伝える仲介ピン５６とを含み構成されている。

また、スプリング５９は、コイルバネであって、第三穴４８の底面と第二連結ピン４２の端面との間に介装されている。

以上に示した可変動弁機構９の様子を、（１）内燃機関の低速回転時 と（２）内燃機関の高速回転時 とに分けて以下に説明する。

（１）内燃機関の低速回転時
このとき、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、油圧室５２内の油圧が増加することによって、該油圧で油圧ピン５４及び仲介ピン５６を介して第一及び第二連結ピン４１，４２が他方の出力部材２６ｂ側にスプリング５９の復元力に抗して駆動される。このとき、第一連結ピン４１は第二穴４７内に収納され、第二連結ピン４２は、第三穴４８内に収納される。そのため、第一連結ピン４１及び第二連結ピン４２とも、各穴４６，４７，４８の相互間を跨ぐことはなく、よって、非連結状態となり、入力部材２１と一対の出力部材２６とが相対揺動可能となる。そのため、このとき、入力部材２１は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、回転カム１０の回転に従い、一対の出力部材２６から独立して揺動する。そのため、この非連結状態の時には、バルブ８は駆動停止状態となり、よって、該可変動弁機構９が設置されている半数のシリンダ５には、吸気が行われることはなく、残り半数のシリンダのみからの出力によって内燃機関が稼動する。

（２）内燃機関の高速回転時
このとき、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に示すように、油圧室５２内の油圧が減少することによって、第一及び第二連結ピン４１，４２がスプリング５９の復元力によって一方の出力部材２６ａ側に押し返される。このとき、第一連結ピン４１は、第一穴４６と第二穴４７との相互間を跨ぐ位置に配され、第二連結ピン４２は、第二穴４７と第三穴４８との相互間を跨ぐ位置に配され、これらによって、連結状態となる。そのため、このとき、入力部材２１と一対の出力部材２６とは、図４（ｃ）及び（ｄ）に示すように、回転カム１０の回転に従い一体的に揺動して、各出力部材２６の先端部の出力面２８でバルブ８を下方へ押圧し駆動する。そのため、この連結状態の時には、該可変動弁機構９が設置されているシリンダ５にも吸気が行われるようになり、全てのシリンダからの出力によって内燃機関が稼動する。

本実施例によれば、第一連結ピン４１で入力ローラ２３を軸支しているため、該入力ローラ２３を軸支するローラシャフトを該第一連結ピン４１とは別に設ける必要がなく、よって、入力部材２１の構造が簡単になっている。その第一連結ピン４１は、連結状態及び非連結状態のいずれの時においても、該第一連結ピン４１の長さ方向側の両端が、軸穴２３ｐの両側の開口から外方に突出するように構成されているため、該第一連結ピン４１による入力ローラ２３の軸支は安定している。

また、本実施例では、ロッカアーム２０は、一対の上部リング型のラッシュアジャスタ３０にロッカシャフト２０ｘを介して支持されているため、ロッカアームを上に載せるだけの上部半球型のラッシュアジャスタを使用した場合に比べて、ロッカアーム２０が、その幅方向に傾き難く、また、ばらけ難くなっている。

なお、本発明は前記実施例の構成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変更して具体化することもできる。

実施例の可変動弁機構を示す斜視図である。 同実施例において、（ａ）は入力部材と出力部材とが非連結状態の時の様子を示す平面断面図、（ｂ）は連結状態の時の様子を示す平面断面図である。 同実施例において、（ａ）は入力部材と出力部材とが非連結状態の時の様子を示す正面断面図、（ｂ）は連結状態の時の様子を示す正面断面図である。 同実施例において、（ａ）及び（ｂ）は入力部材と出力部材とが非連結状態の時の様子を示す側面断面図、（ｃ）及び（ｄ）は連結状態の時の様子を示す側面断面図である。 従来例１の可変動弁機構を示す斜視図である。 同従来例１の可変動弁機構を示す正面断面図である。 従来例２の可変動弁機構を示す斜視図である。

符号の説明

８ バルブ
９ 可変動弁機構
１０ 回転カム
２０ ロッカアーム
２１ 入力部材
２３ 入力ローラ
２３ｐ 軸穴
２４ ベアリング（軸受）
２６ 出力部材
４０ 切換機構
４１ 第一連結ピン（連結ピン）
５１ 油圧機構
５２ 油圧室

Claims (1)

1. シリンダヘッドに突設された立壁部に回転可能に支持されたカムシャフトに設けられた回転カムと、前記回転カムに回転可能に当接する入力ローラを備えた入力部材とバルブに当接する出力部材とを含むロッカアームと、前記ロッカアームを揺動可能に支持した油圧式のラッシュアジャスタと、前記入力部材と前記出力部材とを相互に相対変位不能に連結した連結状態とその連結を解除した非連結状態との間で切換を行う切換機構とを含み構成され、該切換により前記バルブの駆動状態を変更する可変動弁機構において、
   前記切換機構は、前記入力部材に、該入力部材と前記出力部材との相互間を跨ぐ位置と跨がない位置との間で変位可能に取り付けられた連結ピンと、該連結ピンを前記立壁部に設けられた油圧室の油圧で駆動する油圧機構とを含み構成され、
   前記入力ローラは、該入力ローラの軸心に貫設された軸穴に前記連結ピンが該軸穴の貫通方向へ相対変位可能に挿入されることによって、該連結ピンに、軸受を介して軸支されたことを特徴とする可変動弁機構。

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