JP4957565B2 - 内燃機関の動弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のバルブを開閉駆動させる動弁機構に関する。

内燃機関のバルブを開閉駆動させる動弁機構は、ロッカシャフトやロッカアーム、カム等を備えている。ロッカアームには、その基端部がロッカシャフトに揺動可能に取付けられており、先端部側にバルブの上端部に当接する当接部が設けられている構成のものがある。このようなロッカアームは、一般にエンドピボットタイプと呼ばれている。エンドピボットタイプのロッカアームは、その基端部と先端部との間に、カムと摺接する摺接部が設けられている。この摺接部において、カムと滑り接触するチップが形成されているものはスリッパ方式と呼ばれ、カムと転がり接触するローラが取付けられているものはローラ方式と呼ばれている。

さらに、ロッカアームには、その先端部にハイドロリックラッシュアジャスタ（ＨＬＡ）が設けられているものがある。ＨＬＡは、機関の油圧を利用して自動的にカムとバルブの上端部とのクリアランス（バルブクリアランス）を調整するものである。このＨＬＡには、ロッカシャフト内に形成された流路内の油が、ロッカアーム本体に形成された油路を介して供給される。あるいは、ＨＬＡを有しない動弁機構であっても、ロッカアームとバルブの上端部との接触部分の摩擦を低減する目的で、ロッカシャフト内の油を接触部分に導くための油路をロッカアーム本体に形成しているものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−１３７９５２号公報

ところで、エンドピボットタイプのロッカアーム本体に上述したような油路を形成する場合、例えば以下（１）、（２）に述べるような不都合がある。
（１）エンドピボットタイプのロッカアームは、基端部と先端部との間にチップ又はローラが取り付けられるため、チップ又はローラを避けて油路を形成しなければならず、設計自由度が低い。特にローラ方式のロッカアームは、基端部と先端部との間のローラの存在により、ロッカアーム本体において基端部と先端部との間を貫通するように油路を形成することは実質的に不可能な場合がほとんどである。
（２）油路の設計自由度を向上するため、ロッカアーム本体を大型化して、チップ又はローラの取り付け部位以外に油路の形成部位を確保することが考えられる。しかし、ロッカアームを大型化すると、ロッカアームの自重が増加するため、ロッカアームの先端部側の慣性質量が増加してしまい、ロッカアームの動特性が低下する。

そこで、本発明は、前述した問題に鑑み提案されたもので、ロッカアームの動特性の低下を抑制しつつ、簡易な構造にてロッカアームの基端部側からその先端部側へ油を送給できる内燃機関の動弁機構を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明に係る内燃機関の動弁機構は、基端部側がロッカシャフトに取り付けられ、先端部側にバルブの上端に当接する当接部が設けられると共に、基端部側と先端部側との間でカムに摺接する摺接部が設けられたロッカアームと、ロッカシャフト内に形成された油路と、ロッカアームの先端部側との間を繋ぐようロッカアームの外側に取り付けられた油輸送パイプと、ロッカアームの先端部側に設けられ、バルブクリアランスを調整するクリアランス調整手段とを備え、油輸送パイプが、ロッカシャフトの油路内の潤滑油をクリアランス調整手段へ供給するものであり、油輸送パイプとロッカアームとの間隔が、ロッカアームの基端部側から先端部側に向けて徐々に小さくなることを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明に係る内燃機関の動弁機構は、第１の発明に係る内燃機関の動弁機構であって、ロッカアームの摺接部に、カムに転がり接触するローラが取り付けられていることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の動弁機構によれば、ロッカアームの外側に油輸送パイプを取り付けた構成であってロッカアームを大型化する必要が無いため、ロッカアームの内部に油路を設けるためにロッカアームを大型化した場合と比べて、ロッカアームの動特性の低下を抑制できる。ロッカアームの外側に油輸送パイプを取り付ける構造であるため、ロッカアームの基端部側と先端部側との間の摺接部を避けるようにロッカアームの内部に油路を設ける場合と比べてその構造が簡易である。

本発明に係る内燃機関の動弁機構を実施するための最良の形態について、図面に基づき具体的に説明する。

本発明に係る内燃機関の動弁機構を、気筒がエンジン本体前後方向に沿って複数直列に配置されたエンジンに適用した場合の第１の実施例につき図１，２を参照して具体的に説明する。
図１は、動弁機構を備えた内燃機関のシリンダヘッドにおける複数の気筒のうちの一つ気筒の吸気側に対応して設けられたロッカアームを示す平面図であり、図２は図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。

図１および図２に示すように、本実施例に係る内燃機関の動弁機構は、ロッカシャフト２やカムシャフト３、ロッカアーム（第１ロッカアーム４及び第２ロッカアーム５）等を備える。

ロッカシャフト２は、シリンダヘッド１の吸気側の側壁１a近傍において、シリンダヘッド１の前後方向（図１の上下方向）に沿うように取り付けられている。ロッカシャフト２には、一対の第１ロッカアーム４と、これら第１ロッカアーム４の間の第２ロッカアーム５が取り付けられている。これら第１ロッカアーム４と第２ロッカアーム５の組は、エンジンの各気筒に対応して取り付けられている。ロッカシャフト２の軸心部には主油路１９が形成されている。図２に示すように、この主油路１９内には仕切り壁２０が設けられている。この仕切り壁２０により、油圧供給機構（図示せず）から第１の主油路１９ａと、パイプ２４へ供給される第２の主油路１９ｂとが構成されている。

カムシャフト３は、ロッカシャフト２よりもシリンダヘッド１の幅方向中央側（図１及び図２の左側）に位置し、かつ、ロッカシャフト２よりもシリンダヘッド１の高さ方向上側（図２の上側）に配置されている。カムシャフト３は、シリンダヘッド１の吸排気両側に配置されているが、図１及び図２では吸気側のみを図示している。カムシャフト３は、シリンダヘッド１に回転可能に支持されている。カムシャフト３には、第１カム１１及び第２カム１２が形成されている。第１カム１１は第１ロッカアーム４に当接し、第２カム１２は第２ロッカアーム５に当接する。第２カム１２は、第１カム１１よりリフト量が大きく、第１カム１１を包含するカムプロフィルを有している。

第１ロッカアーム４は、基端部４１と、先端部４２と、これら間の中央部４３を有している。基端部４１は、ロッカシャフト２に取り付けられており、この基端部４１から中央部４３が延びており、この中央部４３の先端に先端部４２が形成されている。側面視（図２参照）において、第１ロッカアーム４の全体形状は、上方に向けて開放したほぼコ字状となっている。中央部４３には、ロッカシャフト３の第１カム１１に転がり接触する第１ローラ１３が回転可能に取り付けられている。この第１ローラ１３は、カムシャフト３の第１カム１１に下側から摺接する。

基端部４１は、ロッカシャフト２が挿通される孔４１aを備えている。この孔４１aの上側には、連結機構６の収容部４１ｂが形成されている。この収容部４１ｂは、内部に円筒状のスペースを有し、その上端が蓋部材３２で閉塞されている。なお、連結機構６は、詳しくは後述するが、両第１ロッカアーム４と第２ロッカアーム５とを連結状態又は連結解除状態に切り換える役割を果たすものである。

先端部４２は、下方に開口した凹部４２aを備えている。この凹部４２a内には、バルブクリアランスを調整するためのハイドロリック・ラッシュ・アジャスタ（バルブクリアランス自動調整機構、以下ＨＬＡと称す）２２が取り付けられている。このＨＬＡ２２の下方において、先端部４２は吸気弁７に連係されている。

吸気弁７は、バルブヘッド７ａ及びバルブステム７ｂを有する。吸気弁７は、バルブステム７ｂがシリンダヘッド１の孔１ｂ内を上下に摺動して、バルブヘッド７aが吸気ポート８を開閉するように取り付けられている。バルブステム７ｂの上端部７１には、バルブキャップ２３が取り付けられている。このバルブキャップ２３を介して、バルブステム７ｂと第１ロッカアーム４の凹部４３a（ＨＬＡ２２の下端）とが連係している。バルブステム７ｂの外周において、バルブシート部材９a、９ｂ間には、圧縮した状態のスプリング１０が配置されている。このスプリング１０により、吸気弁７は、常時は上方へ向けて付勢されて吸気ポート８を閉塞しており、第１ロッカアーム４の揺動によりバルブステム７ｂが押し下げられると、吸気ポート８が開放される。

第１ロッカアーム４の外側下方には、基端部４１と先端部４２とを繋ぐように、油輸送パイプ２４が取り付けられている。この油輸送パイプ２４は、一例でアルミニウム製であって、鉄製のものに比べて軽量化が図られている。油輸送パイプ２４は、鉤状に曲がった一端部２４a及び他端部２４ｂを有している。

油輸送パイプ２４の一端部２４aは、第１ロッカアーム４の基端部４１のボス部４１ｃに固定されている。この一端部２４aは、基端部４１の油通路２５と連通している。この油通路２５は、ロッカシャフト２に形成された油通路２６を介して、第１の主油路１９ａ及び第２の主油路１９ｂに連通する。したがって、油輸送パイプ２４の一端部２４aは、ロッカシャフト２の第１の主油路１９a及び第２の主油路１９ｂに連通する。

油輸送パイプ２４の他端部２４ｂは、第１ロッカアーム４の先端部４２のボス部４２ｃに固定されている。この他端部２４ｂは、先端部４２内の油通路２７、２８と連通している。油通路２７は、先端部４２内を上下方向に延びるように形成されており、油通路２８は、油通路２７と凹部４２a（ＨＬＡ２２）との間に形成されている。したがって、油輸送パイプ２４の他端部２４ｂは、油通路２７、２８を介してＨＬＡ２２（凹部４２a）に連通する。

ロッカシャフト２内の圧油は、油通路２６から油通路２５を通って、油輸送パイプ２４内に供給される。そして、油輸送パイプ２４内の圧油は、油通路２７、２８を通ってＨＬＡ２２へと供給される。このように、油輸送パイプ２４を介してロッカシャフト２内の圧油をＨＬＡ２２へと供給できるので、ＨＬＡ２２の円滑な動作が維持される。

図２に示すように、第１ロッカアーム４の下端と油輸送パイプ２４との間には、空隙ｄが確保されている。この隙間ｄは、第１ロッカアーム４の基端部４１側（油輸送パイプ２４の一端部２４a）では比較的大きく、第１ロッカアーム４の先端部４２側（油輸送パイプ２４の他端部２４ｂ）に向けて徐々に小さくなっている。換言すると、油輸送パイプ２４は、他端部２４ｂ側の方が一端部２４a側よりも第１ロッカアーム４に近接するように延びている。そのため、第１ロッカアーム４全体としては、基端部４１よりも先端部４２の方の慣性質量が小さく、その結果、第１ロッカアーム４の動特性が損なわれないようになっている。

第２ロッカアーム５は、一対の第１ロッカアーム４間に配置される第２アーム本体５２と、第１ロッカアーム４の基端部４１側に配置されるＴ字部５１を有する。第２アーム本体５２には、ロッカシャフト３の第２カム１２と転がり接触する第２ローラ３１が取り付けられている。この第２ローラ３１は、カムシャフト３の第２カム１２に下側から摺接する。Ｔ字部５１の両端部５ａは、上述した一対の第１ロッカアーム４にそれぞれ設けられた連結機構６を介して、第１ロッカアーム４の基端部４１に連結及び連結解除可能になっている。

ここで、連結機構６について説明する。
図２にわかり易く示すように、連結機構６は、第１ロッカアーム４の基端部４１の収容部４１ｂに摺動可能に配置されたピストン１５を備えている。収容部４１ｂの背面側（カムシャフト３とは反対側）には、切欠き部１６が形成されている。この切欠き部１６は、収容部４１ｂの背面側の一部を角形に切り欠いてなる。この切欠き部１６には、第２ロッカアーム５のＴ字部５１の端部５ａが臨む。

ピストン１５は、収容部４１ｂの内壁に摺接する円柱状部材であって、上端の一部に係止段部１７を備えている。このピストン１５には、リターンスプリング１８を収容する孔１５aが形成されている。リターンスプリング１８は、蓋部材３２とピストン１５の孔１５ａとの間に圧縮した状態で配置されている。このリターンスプリング１８により、ピストン１５は下方（ロッカシャフト２に近づく側）に付勢され、常時は切欠き部１６を開放する状態になっている（図２の状態）。このピストン１５は、ロッカシャフト２に形成された油通路２１から供給される圧油により、リターンスプリング１８の付勢力に抗して上昇するようになっている。

エンジンが低回転数域で運転したとする。このとき、上述したように、リターンスプリング１８によりピストン１５が下方に付勢されて切欠き部１６が開放されている状態（圧油が供給されていない状態）となっている。この状態においては、第２ロッカアーム５のＴ字部５１の端部５aは、第１ロッカアーム４の収容部４１ｂの切欠き部１６には係止されず、第２ロッカアーム５と第１ロッカアーム４とは連結されない。そのため、第２ロッカアーム５の変位は、第１ロッカアーム４には伝達されず、吸気弁７には第１ロッカアーム４の動作が伝達される。

他方、エンジンが高回転数域で運転したとする。このとき、ロッカシャフト２の第１の主油路１９ａ内の圧油は、油通路２１から収容部４１ｂ内に供給される。すると、ピストン１５がリターンスプリング１８の付勢力に抗して上昇し、このピストン１５の上昇により、係止段部１７も上方に変位して切欠き部１６のスペースが小さくなる。この状態においては、第２ロッカアーム５のＴ字部５１の端部５aは、第１ロッカアーム４の収容部４１ｂの切欠き部１６においてピストン１５により下方から押され、第２ロッカアーム５が第１ロッカアーム４に連結される。そのため、第２ロッカアーム５が揺動すると、これに連動して第１ロッカアーム４も揺動する。その結果、第２カム１２のカムプロフィルにならい、第１ロッカアーム４の先端部４２側が揺動する。第１ロッカアーム４へ伝達された第２カム１２の変位は、バルブステム７ｂの上端部７１へ伝達し、吸気弁７を押し下げる。よって、吸気弁７には、第２のロッカアーム５および第１のロッカアーム４を介して第２カム１２のカムプロフィルが伝達される。

なお、上述したような動弁機構においては、シリンダヘッド１に吸気弁７が支持され、吸気弁７により第１ロッカアーム４のシリンダヘッド前後方向（ロッカシャフト２軸方向）への移動が阻止され、一対の第１ロッカアーム４により第２ロッカアーム５の同方向への移動が阻止される。

このような第１、第２ロッカアーム４、５の動作中に、ＨＬＡ２２には、油輸送パイプ２４を介してロッカシャフト２内の圧油が適宜供給される。そのため、ＨＬＡ２２によりバルブクリアランスが適切に調整される。そして、上述したように、油輸送パイプ２４は第１ロッカアーム４の外側に取り付けられる構造であるため、第１ロッカアーム４自体を大型化する必要が無く、しかも油輸送パイプ２４により軽量化が図られているので、第１ロッカアーム４の重量増加が抑えられる。そのため、第１ロッカアーム４から吸気弁７にかかる荷重の増加も抑えることができ、したがって、ロッカアーム内に油輸送路を形成する必要上、ロッカアーム自体を大型化するものに比べ、動弁系の動特性の低下を抑えることができる。つまり、目標とするバルブの動作がカムシャフト３からロッカアーム４、５を介し、バウンスやジャンプ現象を起こさず、正確に伝達される。

さらに、第１ロッカアーム４の外側に油輸送パイプ２４を取り付ける構造であるため、第１ロッカアームの内部に油輸送路を設ける場合と比べてその構造が簡易である。すなわち、本実施の形態で述べたエンドピボットタイプの第１ロッカアーム４は、その基端部４１と先端部４２との間に第１ローラ１３が存在している。そのため、第１ロッカアーム４の内部において、基端部４１から先端部４２へと貫くように油輸送路を形成することは、実質的に不可能であるか、可能であったとしてもその加工は極めて困難である。これに対して、第１ロッカアーム４の外側に油輸送パイプ２４を取り付ける構造であると、第１ローラ１３を避けるように第１ロッカアーム４の内部に油輸送路を形成する必要がなく、加工上極めて有利である。

なお、本実施の形態では、一対の第１ロッカアーム４と第２ロッカアーム５との組を有する動弁機構の例を説明したが、吸気弁を駆動する、一対または一つの第１ロッカアームのみを有する動弁機構であって、この第１ロッカアームに上述の油輸送パイプ２４を適用することも可能である。さらに、第１、第２ロッカアーム４、５について、ローラの代わりにチップを用いているものに適用することも可能である。

本発明に係る内燃機関の動弁機構は、ロッカアームの動特性の低下を抑制しつつ、簡易な構造にてロッカアームの基端部側からその先端部側へ潤滑油を送給できるので、自動車産業等において、極めて有効に利用することができる。

本発明の第１の実施例に係る内燃機関の動弁機構を備えた内燃機関のシリンダヘッドにおける複数の気筒のうちの一つ気筒の吸気側に対応して設けられたロッカアームを示す平面図である。 図１中のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。

符号の説明

２ ロッカシャフト
４ 第１ロッカアーム
５ 第２ロッカアーム
７ バルブ（吸気弁）
１１ 第１カム
１３ 第１ローラ
１９ 主油路
２２ ハイドロリック・ラッシャ・アジャスタ（ＨＬＡ）
２４ 油輸送パイプ
４１ 基端部
４２ 先端部
４３ 中央部

Claims (2)

1. 基端部側がロッカシャフトに取り付けられ、先端部側にバルブの上端に当接する当接部が設けられると共に、当該基端部側と当該先端部側との間でカムに摺接する摺接部が設けられたロッカアームと、
   前記ロッカシャフト内に形成された油路と、前記ロッカアームの先端部側との間を繋ぐよう当該ロッカアームの外側に取り付けられた油輸送パイプと、
   前記ロッカアームの前記先端部側に設けられ、バルブクリアランスを調整するクリアランス調整手段とを備え、
   前記油輸送パイプは、前記ロッカシャフトの油路内の潤滑油を前記クリアランス調整手段へ供給するものであり、
   前記油輸送パイプと前記ロッカアームとの間隔は、当該ロッカアームの基端部側から先端部側に向けて徐々に小さくなる
   ことを特徴とする内燃機関の動弁機構。
2. 請求項１に記載された内燃機関の動弁機構であって、
   前記ロッカアームの摺接部に、前記カムに転がり接触するローラが取り付けられている
   ことを特徴とする内燃機関の動弁機構。

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