JP5883311B2

JP5883311B2 - ロッカアーム

Info

Publication number: JP5883311B2
Application number: JP2012034014A
Authority: JP
Inventors: 杉浦　憲; 憲杉浦; 喜久也市石; 小松　明; 明小松
Original assignee: Isuzu Motors Ltd; Otics Corp
Current assignee: Isuzu Motors Ltd; Otics Corp
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2032-02-20
Also published as: JP2013170488A

Description

本発明は、後端部を駆動カムにより押圧されると、長さ方向中間部を軸（揺動中心）に揺動して、先端部でバルブを駆動するシーソ式のロッカアーム（シーソアーム）に関する。

この種のシーソ式のロッカアームの中には、図８及に示す従来例１の切換式のロッカアーム９０ａや図９に示す従来例２の切換式のロッカアーム９０ｂのように、ロッカシャフト２０に揺動可能に軸支されるとともに後端部に駆動カム１０に回転可能に当接する入力ローラ９２を備えた入力アーム９１と、該入力アーム９１の隣でロッカシャフト２０に揺動可能に軸支されるとともに入力アーム９１に連結ピン９５で連結される連結時には該入力アーム９１と共に揺動して先端部の出力面９４でバルブ７を駆動する出力アーム９３とからなるものがある。

そして、そのような切換式のロッカアーム９０ａ，９０ｂ（シーソアーム）においては、連結ピン９５は、図８に示す従来例１のロッカアーム９０ａように、揺動中心よりも後端側（入力ローラ９２側）に設けられる場合や、図９に示す従来例２のロッカアーム９０ｂのように揺動中心よりも先端側（出力面９４側）に設けられる場合がある。

特開２００６−１３２３７８号公報特開２００３−４９６２２号公報

図８に示す従来例１の切換式のロッカアーム９０ａでは、入力アーム９１においては、図８（ｂ）に示すように、入力ローラ９２と連結ピン９５とが共に揺動中心よりも後端側に設けられている関係上、駆動カム１０が入力ローラ９２を介して入力アーム９１に加える入力側駆動力Ｆａと、出力アーム９３が連結ピン９５を介して入力アーム９１に加えるピン反力Ｆｃとは、同じ後端側にて向かい合い打ち消し合う。そのため、それらの合力に対する反力としてのロッカシャフト２０が該入力アーム９１に加える入力側シャフト反力Ｆｏ（すなわち、ロッカシャフト２０を中心に入力アーム９１に加わる曲げモーメント）は比較的小さくなる。

しかし、出力アーム９３においては、図８（ｃ）に示すように、出力面９４が揺動中心よりも先端側に設けられ連結ピン９５が揺動中心よりも後端側に設けられている関係上、入力アーム９１が連結ピン９５を介して該出力アーム９３に加える出力側駆動力ｆｃと、バルブ７（バルブスプリング８）が該出力アーム９３に加えるバルブ反力ｆｂとが、揺動中心を挟む先端側と後端側とで同じ方向を向いて強め合ってしまう。そのため、それらの合力に対する反力としてのロッカシャフト２０が該出力アーム９３に加える出力側シャフト反力ｆｏ（すなわち、ロッカシャフト２０を中心に出力アーム９３に加わる曲げモーメント）は比較的大きくなってしまう。

そのため、高出力のエンジンの場合等には、出力アーム９３の曲げモーメントに対する強度に不安があり、また、出力アーム９３の曲げモーメントに対する剛性が不足した場合には、リフトロスや異常運動等によるエンジン性能の低下につながるおそれがある。

その一方、図９に示す従来例２の切換式のロッカアーム９０ｂでは、出力アーム９３においては、図９（ｃ）に示すように、出力面９４と連結ピン９５とが共に揺動中心よりも先端側に設けられている関係上、入力アーム９１が連結ピン９５を介して該出力アーム９３に加える出力側駆動力ｆｃと、バルブ７（バルブスプリング８）が該出力アーム９３に加えるバルブ反力ｆｂとは、同じ先端側にて向かい合い打ち消し合う。そのため、それらの合力に対する反力としてのロッカシャフト２０が該出力アーム９３に加える出力側シャフト反力ｆｏ（すなわち、ロッカシャフト２０を中心に出力アーム９３に加わる曲げモーメント）は比較的小さくなる。

しかし、入力アーム９１においては、図９（ｂ）に示すように、入力ローラ９２が揺動中心よりも後端側に設けられ連結ピン９５が揺動中心よりも先端側に設けられている関係上、駆動カム１０が該入力アーム９１に加える入力側駆動力Ｆａと、出力アーム９３が連結ピン９５を介して該入力アーム９１に加えるピン反力Ｆｃとが、揺動中心を挟む後端側と先端側とで同じ方向を向いて強め合ってしまう。そのため、それらの合力に対する反力としてのロッカシャフト２０が該入力アーム９１に加える入力側シャフト反力Ｆｏ（すなわち、ロッカシャフト２０を中心に出力アーム９３に加わる曲げモーメント）が比較的大きくなってしまう。

そのため、高出力のエンジンの場合等には、入力アーム９１の曲げモーメントに対する強度に不安があり、また、入力アーム９１の曲げモーメントに対する剛性が不足した場合には、リフトロスや異常運動等によるエンジン性能の低下につながるおそれがある。

そこで、入力アームに対しても、出力アームに対しても、ロッカシャフトから過大なシャフト反力（すなわち、ロッカシャフトを中心とした過大な曲げモーメント）が加わらないようにすることを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明のロッカアームは、ロッカシャフトに揺動可能に軸支されるとともに駆動カムに回転可能に当接する入力ローラを備えた入力アームと、該入力アームの隣で前記ロッカシャフトに揺動可能に軸支されるとともに該入力アームに連結ピンで連結される連結時には該入力アームと共に揺動して出力面でバルブを駆動する出力アームとからなり、側面視で前記入力ローラの回転中心と前記ロッカシャフトの中心とを結ぶ入力線と、側面視で前記出力面の中央と前記ロッカシャフトの中心とを結ぶ出力線との間の劣角側の角度である入出角が前記連結時に１２０度以上となるロッカアームにおいて、側面視で前記連結ピンの中心と前記ロッカシャフトの中心とを結ぶ連結線が、前記連結時には前記入出角を２等分した２等分線から前記ロッカシャフトの中心角で±２５度の範囲内に位置するように前記連結ピンを配置したことを特徴とする。

ここで、前記入出角は、１３０度以上であることがより好ましく、１４０度以上であることが更に好ましい。該角度が大きい程、駆動カム（カムシャフト）をバルブから離れた位置に配置することができるからである。

また、前記連結線の位置は、前記２等分線から前記ロッカシャフトの中心角で±２０度の範囲内であることがより好ましく、±１５度の範囲内であることが更に好ましく、±１０度の範囲内であることが最も好ましい。より２等分線に近い程、より高い効果を期待できるからである。

また、前記連結線の長さは、特に限定されないが、前記入力線の長さの０．５〜１．２倍であり、かつ、前記出力線の長さの０．５〜１．２倍であることが好ましい。該長さは、モーメントのつり合いの関係上、長い程連結ピンに加わる力の大きさを小さく抑えることができる一方、長過ぎると入力アームおよび出力アームが大型化したり、形が歪になってしまうからである。

本発明によれば、入力線と出力線との間の入出角を２等分した２等分線付近（ロッカシャフトの中心角で±２５度の範囲内）に連結線が位置するように連結ピンを配置しているため、連結線が入力線よりに位置する場合（従来例１の場合）のように、ロッカシャフトが出力アームに加える出力側シャフト反力（すなわち、ロッカアームを中心に出力アームに加わる曲げモーメント）が過度に大きくなることや、連結線が出力線よりに位置する場合（従来例２の場合）のように、ロッカシャフトが入力アームに加える入力側シャフト反力（すなわち、ロッカアームを中心に入力アームに加わる曲げモーメント）が過度に大きくなることがない。よって、入力アームに対しても、出力アームに対しても、ロッカシャフトから過大なシャフト反力が加わることがない。

実施例の可変動弁機構を示す側面図である。実施例の可変動弁機構を示す斜視図である。実施例の可変動弁機構を示す分解斜視図である。（ａ）は、実施例の可変動弁機構の連結時を示す正面断面図であり、（ｂ）は、実施例の可変動弁機構の非連結時を示す正面断面図である。（ａ）は、実施例の可変動弁機構の連結時を示す側面図であり、（ｂ）は、実施例の可変動弁機構の非連結時を示す側面図である。実施例のロッカアームに加わる力の釣り合いを示す側面図である。（ａ）は、実施例の入力アームに加わる力の釣り合いを示す側面断面図であり、（ｂ）は、実施例の出力アームに加わる力の釣り合いを示す側面断面図である。（ａ）は、従来例１のロッカアームに加わる力の釣り合いを示す側面図であり、（ｂ）は、従来例１の入力アームに加わる力の釣り合いを示す側面断面図であり、（ｃ）は、従来例１の出力アームに加わる力の釣り合いを示す側面断面図である。（ａ）は、従来例２のロッカアームに加わる力の釣り合いを示す側面図であり、（ｂ）は、従来例２の入力アームに加わる力の釣り合いを示す側面断面図であり、（ｃ）は、従来例２の出力アームに加わる力の釣り合いを示す側面断面図である。

図１〜図７に示す本実施例の可変動弁機構９は、シリンダヘッド（図示略）に取り付けられた１本のバルブ７をバルブスプリング８の復元力に抗して押圧して該バルブ７を駆動する機構である。この可変動弁機構９は、次に示す、駆動カム１０と、ロッカシャフト２０と、入力アーム３０と、出力アーム４０と、連結機構５０と、油圧機構６０と、ロストモーション機構７０とを含み構成されている。そして、入力アーム３０と出力アーム４０と連結機構５０とが切換式のロッカアームを構成している。なお、以下ではロッカシャフト２０の軸線方向の一方を右といい、他方を左というが、右と左とが反対であってもよい。

［駆動カム１０］
駆動カム１０は、バルブ７を駆動するための部材であって、内燃機関の回転とともに回転するカムシャフト１５に一体的に形成されている。この駆動カム１０は、断面形状が真円形のベース円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。

［ロッカシャフト２０］
ロッカシャフト２０は、入力アーム３０と出力アーム４０とを揺動可能に支持するための左右方向に延びるパイプ状のシャフトであって、そのパイプの内側はシャフト油路２１となっている。そして、該ロッカシャフト２０の入力アーム３０を支持する部分の外周面には、シャフト油路２１にまで連通した油圧孔２３が貫設されており、出力アーム４０を支持する部分の外周面には、シャフト油路２１にまで連通した潤滑孔２４が貫設されている。

［入力アーム３０］
入力アーム３０は、左右方向に間隔をおいて並設された左右一対のアウタアーム部３１，３１と、その左右一対のアウタアーム部３１，３１の後端部どうしを繋いだローラ軸３３と、上端部どうしを繋いだ上側連結部３５と、下端部どうしを繋いだ下側連結部３７とを含み構成されている。そして、左右一対のアウタアーム部３１，３１の先端部には、ロッカシャフト２０を挿通させるための揺動中心孔３２，３２がそれぞれ左右方向に貫設されている。また、後端部のローラ軸３３には、駆動カム１０に当接する入力ローラ３４が回転可能に軸支されている。また、上側連結部３５には、ロストモーション機構７０に当接するロストモーション当接突起３６が突設されている。そして、入力アーム３０は、このように左右一対のアウタアーム部３１，３１が一体化されてなることによって、片持ちによる偏荷重が改善されている。

［出力アーム４０］
出力アーム４０は、左右一対のアウタアーム部３１，３１の相互間に設けられたインナアームであって、その後端部にはロッカシャフト２０を挿通させるための揺動中心孔４２が左右方向に貫設され、先端部にはバルブ７に当接する出力部４３が設けられている。その出力部４３は、出力アーム４０の先端部に上下方向に貫設された取付孔４５に取り付けられて下方に突出した出力軸４４と、該出力軸４４の側面視で円形の下端部にその円周方向に回動可能に取り付けられた出力リフタ４６とからなり、出力リフタ４６の下面に出力面４７が形成されている。また、該出力アーム４０の内部には、ロッカシャフト２０の潤滑孔２４から出力部４３にまでオイルを送るための潤滑油路４８が設けられている。

［連結機構５０］
連結機構５０は、入力アーム３０と出力アーム４０とを連結解除可能に連結するための機構である。この連結機構５０は、右側のアウタアーム部３１と出力アーム４０との間を跨ぐ左側の連結位置と跨がない右側の非連結位置との間で変位可能に設けられた第一連結ピン５１と、出力アーム４０と左側のアウタアーム部３１との間を跨ぐ左側の連結位置と跨がない右側の非連結位置との間で変位可能に設けられた第二連結ピン５２と、それら第一連結ピン５１及び第二連結ピン５２を左側の連結位置側に押圧するリターンスプリング５６とを含み構成されている。

詳しくは、第一連結ピン５１は、入力アーム３０の右側のアウタアーム部３１に貫設された第一連結穴５３に挿入されている。そして、該第一連結穴５３と出力アーム４０に貫設された第二連結穴５４との間を跨ぐ左側の連結位置と跨がない右側の非連結位置との間で変位可能となっている。また、第二連結ピン５２は、前述の第二連結穴５４に挿入されており、該第二連結穴５４と左側のアウタアーム部３１に凹設された第三連結穴５５との間を跨ぐ左側の連結位置と跨がない右側の非連結位置との間で変位可能となっている。また、第一連結穴５３の右側（出力アーム４０側とは反対側）の開口部にはリテーナ５７が取り付けられており、リターンスプリング５６は、該リテーナ５７と第一連結ピン５１の右側の端面との間に取り付けられている。

ここで、上記の入力アーム３０と出力アーム４０と連結機構５０とからなる切換式のロッカアームの寸法および形状について説明すると、側面視で入力ローラ３４の回転中心とロッカシャフト２０の中心とを結ぶ入力線Ａ（線分）の長さは、３５〜４０ｍｍ程度となっており、側面視で出力面４７の中央とロッカシャフト２０の中心とを結ぶ出力線Ｂの長さは、４５〜５０ｍｍ程となっている。そして、それらの入力線Ａと出力線Ｂとの間の劣角（１８０度以下）側の角度である入出角θは、入力アーム３０と出力アーム４０とが連結される連結時において１４０〜１６０度程となっている。また、側面視で連結ピン５１，５２の中心とロッカシャフト２０の中心とを結ぶ連結線Ｃの長さは、２５〜３０ｍｍ程度となっており、その連結線Ｃは、連結時には入出角θを２等分した２等分線Ｍ付近（２等分線Ｍからロッカシャフト２０の中心角で±１０度の範囲内）に位置するようになっている。よって、連結線Ｃは、連結時には必ず、図１に示す通り、２等分線Ｍからロッカシャフト２０の中心角で±２５度の範囲Ｒ内に位置する。そして、連結時における入力線Ａと連結線Ｃとの間の角度αは、７０〜８０度程度となっており、また、連結時における出力線Ｂと連結線Ｃとの間の角度βは、７０〜８０度程度となっている。

［油圧機構６０］
油圧機構６０は、第一連結ピン５１および第二連結ピン５２をそれぞれの左側の連結位置と右側の非連結位置との間で駆動するための機構である。この油圧機構６０は、第三連結穴５５の右側の開口が油圧ピン６２によって閉塞されてなる油圧室６１と、ロッカシャフト２０の油圧孔２３から該油圧室６１にまで油圧を送るための左側のアウタアーム部３１の内部に設けられた油圧路６３とを含み構成されている。

［ロストモーション機構７０］
ロストモーション機構７０は、入力アーム３０と出力アーム４０との連結が解除される非連結時にも入力アーム３０が駆動カム１０に追従して揺動するようにするための機構である。このロストモーション機構７０は、シリンダヘッド（図示略）に取付部７２を介して固着された筒状のボディ７１と、該ボディ７１の上端部に取り付けられたリテーナ７３と、該リテーナ７３によって上端部が保持されたロストモーションスプリング７５と、該ロストモーションスプリング７５の下端部に取り付けらて入力アーム３０のロストモーション当接突起３６に当接するロストモーションリフタ７６とを含み構成されている。

以上に示した可変動弁機構９の機能を、｛１｝入力アーム３０と出力アーム４０とを連結してバルブ７を駆動する駆動状態の時（連結時）と、｛２｝その連結を解除してバルブ７の駆動を休止する休止状態の時（非連結時）とに分けて以下に説明する。

｛１｝駆動状態の時（連結時）
バルブ７を駆動する駆動状態の時には、図４（ａ）に示すように、油圧室６１の油圧が下がることによってリターンスプリング５６の復元力で第一連結ピン５１および第二連結ピン５２がそれぞれの左側の連結位置に駆動される。これにより、入力アーム３０と出力アーム４０とが連結されて、図５（ａ）に示すように、出力アーム４０が入力アーム３０と共に揺動してバルブ７を開閉する。

｛２｝休止状態の時（非連結時）
バルブ７の駆動を休止する休止状態の時には、図４（ｂ）に示すように、油圧室６１の油圧が上がることによってその油圧で第一連結ピン５１および第二連結ピン５２がリターンスプリング５６の復元力に抗してそれぞれの右側の非連結位置に駆動される。これにより、入力アーム３０と出力アーム４０との連結が解除されて、図５（ｂ）に示すように、出力アーム４０は静止し、入力アーム３０のみが駆動カム１０およびロストモーション機構７０に押圧されて空振りする。

本実施例によれば、連結時における入力線Ａと連結線Ｃとの間の角度αは７０〜８０度程度であるため、入力アーム３０においては、駆動カム１０が該入力アーム３０に加える入力側駆動力Ｆａと、出力アーム４０が連結ピン５１，５２を介して該入力アーム３０に加えるピン反力Ｆｃとが、ある程度は向かい合い打ち消し合う。そのため、それらの合力（Ｆａ＋Ｆｃ）に対する反力としてのロッカシャフト２０が該入力アーム３０に加える入力側シャフト反力Ｆｏ（すなわち、ロッカシャフト２０を中心に入力アーム３０に加わる曲げモーメント）が過度に大きくなることはない。そのため、入力線Ａと連結線Ｃとの間の角度αが７０〜８０度程度よりも大きい場合（従来例２の場合）に比べて入力側シャフト反力Ｆｏ（入力アーム３０に加わる曲げモーメント）を低減することができ、それによって、入力アーム３０の耐久性を向上させるとともに、入力アーム３０の剛性不足により発生するリフトロスの発生を低減してエンジン性能を安定化させることができる。

また、連結時における入出力線Ｂと連結線Ｃとの間の角度βは７０〜８０度程度であるため、出力アーム４０においては、入力アーム３０が連結ピン５１，５２を介して該出力アーム４０に加える出力側駆動力ｆｃと、バルブ７が該出力アーム４０に加えるバルブ反力ｆｂとが、ある程度は向かい合い打ち消し合う。そのため、それらの合力（ｆｃ＋ｆｂ）に対する反力としてのロッカシャフト２０が該出力アーム４０に加える出力側シャフト反力ｆｏ（すなわち、ロッカシャフト２０を中心に出力アーム４０に加わる曲げモーメント）が過度に大きくなることはない。そのため、出力線Ｂと連結線Ｃとの間の角度βが７０〜８０度程度よりも大きい場合（従来例１の場合）に比べて出力側シャフト反力ｆｏ（出力アーム４０に加わる曲げモーメント）を低減することができ、それによって、出力アーム４０の耐久性を向上させるとともに、出力アーム４０の剛性不足により発生するリフトロスの発生を低減してエンジン性能を安定化させることができる。

よって、入力アーム３０に対しても、出力アーム４０に対しても、ロッカシャフト２０から過大なシャフト反力Ｆｏ，ｆｏが加わることがなく、そのため、高負荷エンジンにも対応可能となる。

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。

７バルブ
１０駆動カム
２０ロッカアーム
３０入力アーム
３４入力ローラ
４０出力アーム
４７出力面
５１第一連結ピン
５２第二連結ピン
Ａ入力線
Ｂ出力線
Ｃ連結線
θ 入出角
Ｍ２等分線
Ｒ２等分線から±２５度範囲

Claims

ロッカシャフト（２０）に揺動可能に軸支されるとともに駆動カム（１０）に回転可能に当接する入力ローラ（３４）を備えた入力アーム（３０）と、該入力アーム（３０）の隣で前記ロッカシャフト（２０）に揺動可能に軸支されるとともに該入力アーム（３０）に連結ピン（５１，５２）で連結される連結時には該入力アーム（３０）と共に揺動して出力面（４７）でバルブ（７）を駆動する出力アーム（４０）とからなり、
側面視で前記入力ローラ（３４）の回転中心と前記ロッカシャフト（２０）の中心とを結ぶ入力線（Ａ）と、側面視で前記出力面（４７）の中央と前記ロッカシャフト（２０）の中心とを結ぶ出力線（Ｂ）との間の劣角側の角度である入出角（θ）が前記連結時に１２０度以上となるロッカアームにおいて、
側面視で前記連結ピン（５１，５２）の中心と前記ロッカシャフト（２０）の中心とを結ぶ連結線（Ｃ）が、前記連結時には前記入出角（θ）を２等分した２等分線（Ｍ）から前記ロッカシャフト（２０）の中心角で±２５度の範囲（Ｒ）内に位置するように前記連結ピン（５１，５２）を配置したことを特徴とするロッカアーム。
前記連結線（Ｃ）の長さは、前記入力線（Ａ）の長さの０．５〜１．２倍であり、かつ、前記出力線（Ｂ）の長さの０．５〜１．２倍である請求項１記載のロッカアーム。