JP5944748B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸線方向に並設された複数のロッカアームと、前記複数のロッカアームにそれぞれ形成された複数の切換ピン孔に摺動自在に嵌合する複数の切換ピンと、軸線方向一端側に位置する前記切換ピン孔に収納されて前記複数の切換ピンを軸線方向他端側に付勢する付勢手段と、前記軸線方向一端側に位置する前記切換ピン孔の底部に配置されて前記付勢手段の軸線方向一端部を支持する受け部材とを備える内燃機関の動弁装置に関する。

複数のロッカアームを切換ピンで相互に連結したり、連結を解除したりすることで、バルブリフトやバルブタイミングを切り換える内燃機関の動弁装置において、ロッカアームの切換ピン孔の内部に配置されて切換ピンを一方向に付勢する戻しばねの端部を支持するばね受け部材を、サークリップでローラ軸に係止された平板状のワッシャで構成したものが、下記特許文献１により公知である。

特許第４３１００１６号公報

ところで、上記特許文献１に記載されたものは、戻しばねの端部を支持するばね受け部材が平板状のワッシャで構成されているため、ロッカアームの揺動に伴ってばね受け部材がロッカアームの切換ピン孔の内部で振動すると、ばね受け部材を安価なステンレス材等で構成した場合には、そのエッジが接触する切換ピン孔の内周面が摩耗してしまう可能性があった。これを防止するためには、表面をアルマイト加工したアルミニウム材等でばね受け部材を構成することが必要となり、コストアップの要因となる問題がある
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、特殊な材料の受け部材を必要とせずに、ロッカアームの切換ピン孔の内周面の摩耗を防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、軸線方向に並設された複数のロッカアームと、前記複数のロッカアームにそれぞれ形成された複数の切換ピン孔に摺動自在に嵌合する複数の切換ピンと、軸線方向一端側に位置する前記切換ピン孔に収納されて前記複数の切換ピンを軸線方向他端側に付勢する付勢手段と、前記軸線方向一端側に位置する前記切換ピン孔の底部に配置されて前記付勢手段の軸線方向一端部を支持する受け部材とを備え、前記受け部材の外周面および前記切換ピン孔の内周面間には隙間が形成され、前記複数の切換ピンを前記複数の切換ピン孔の内部で軸線方向に移動させることで、前記複数のロッカアームの連結状態を切り換える内燃機関の動弁装置において、前記受け部材は、前記付勢手段の軸線方向一端部が当接する板状の本体部と、前記本体部の外周縁を軸線方向に折り曲げたフランジ部とを備えて皿状に形成されることを特徴とする内燃機関の動弁装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記フランジ部は、前記本体部の外周縁から軸線方向他端側に折り曲げられることを特徴とする内燃機関の動弁装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、軸線方向一端側に位置する前記ロッカアームは、前記受け部材の軸線方向一端側に作動油を供給する作動油供給通路を備え、前記受け部材は作動油が通過可能な貫通孔を備えることを特徴とする内燃機関の動弁装置が提案される。

尚、実施の形態の第１、第２低速用ロッカアーム３４Ａ，３４Ｂおよび高速用ロッカアーム３４Ｃは本発明のロッカアームに対応し、実施の形態の低速用油路３４ｇは本発明の作動油供給通路に対応し、実施の形態のばね受け部材４３は本発明の受け部材に対応し、実施の形態の戻しばね４４は本発明の付勢手段に対応する。

請求項１の構成によれば、内燃機関の動弁装置のロッカアームに形成した切換ピン孔の底部に配置された受け部材は、切換ピン孔に収納されて切換ピンを付勢する付勢手段の軸線方向一端部が当接する板状の本体部と、本体部の外周縁を軸線方向に折り曲げたフランジ部とを備えて皿状に形成される。受け部材の外周面および切換ピン孔の内周面間には隙間が形成されており、この隙間により切換ピン孔の内部で受け部材が径方向に移動した場合でも、受け部材はフランジ部の広い面積で切換ピン孔の内周面に当接するため、受け部材を特別な材料で構成せずに一般的な安価な材料で構成しても、切換ピン孔の内周面の摩耗を防止することができる。

また請求項２の構成によれば、受け部材のフランジ部を本体部の外周縁から軸線方向他端側に折り曲げたので、フランジ部の先端が切換ピン孔の底部に接触して摩耗が発生するのを防止することができる。

また請求項３の構成によれば、既存のロッカアームにフランジ部を有する受け部材を装着した場合、その作動油供給通路が受け部材のフランジ部により塞がれてしまい、作動油が切換ピン孔の底部と受け部材との間に流入する可能性があるが、受け部材に作動油が通過可能な貫通孔を形成したことで、切換ピン孔の底部と受け部材との間に閉じ込められた作動油を切換ピン側に供給することができる。

多気筒内燃機関の横断面図。 図１の２方向矢視図。 図１の３−３線矢視図。 図１の４−４線断面図。 図３の５−５線断面図。 図３の６−６線断面図。 図４の７部拡大図。 ばね受け部材の形状を示す図。

以下、図１〜図８に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１および図２に示すように、直列多気筒内燃機関Ｅはシリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上面に結合されたシリンダヘッド１２と、シリンダヘッド１２の上面に結合されたヘッドカバー１３とを備える。シリンダブロック１１に形成したシリンダボア１４にピストン１５が摺動自在に嵌合しており、ピストン１５の上面に対向する燃焼室１６がシリンダヘッド１２の下面に凹設される。

シリンダヘッド１２には吸気ポート１２ａおよび排気ポート１２ｂが形成されており、吸気ポート１２ａが燃焼室１６に連通する一対の吸気バルブ孔１２ｃ，１２ｃがそれぞれ吸気バルブ１７，１７の傘部１７ａ，１７ａで開閉され、排気ポート１２ｂが燃焼室１６に連通する一対の排気バルブ孔１２ｄ，１２ｄがそれぞれ排気バルブ１８，１８の傘部１８ａ，１８ａで開閉される。シリンダヘッド１２にバルブガイド１９，１９を介して摺動自在に支持された吸気バルブ１７，１７のステム１７ｂ，１７ｂの先端にリテーナ２０，２０が設けられており、吸気バルブ１７，１７はシリンダヘッド１２とリテーナ２０，２０との間に配置されたバルブスプリング２１，２１で閉弁方向に付勢される。同様に、シリンダヘッド１２にバルブガイド２２，２２を介して摺動自在に支持された排気バルブ１８，１８のステム１８ｂ，１８ｂの先端にリテーナ２３，２３が設けられており、排気バルブ１８，１８はシリンダヘッド１２とリテーナ２３，２３との間に配置されたバルブスプリング２４，２４で閉弁方向に付勢される。

シリンダヘッド１２の上面に設けたホルダ壁２５と、その上面に締結されたカムシャフトホルダ２６との間に吸気カムシャフト２７および排気カムシャフト２８が回転自在に支持されており、吸気カムシャフト２７には、各シリンダ毎に第１、第２低速用吸気カム２９Ａ，２９Ｂおよび高速用吸気カム２９Ｃが設けられるとともに、排気カムシャフト２８には、各シリンダ毎に第１、第２低速用排気カム３０Ａ，３０Ｂおよび高速用排気カム３０Ｃが設けられる。

吸気カムシャフト２７と吸気バルブ１７，１７との間には、吸気バルブ１７，１７を開閉駆動する吸気側可変動弁機構３１が設けられ、排気カムシャフト２８と排気バルブ１８，１８との間には、排気バルブ１８，１８を開閉駆動する排気側可変動弁機構３２が設けられる。吸気側可変動弁機構３１および排気側可変動弁機構３２は実質的に同一の構造であるため、以下、代表として吸気側可変動弁機構３１について説明する。

図３〜図６に示すように、吸気側可変動弁機構３１はシリンダヘッド１２のホルダ壁２５に固定されたロッカシャフト３３を備えており、ロッカシャフト３３には、第１、第２低速用ロッカアーム３４Ａ，３４Ｂの一端部と、それらの間に挟まれた高速用ロッカアーム３４Ｃの一端部とが揺動自在に枢支される。第１、第２低速用ロッカアーム３４Ａ，３４Ｂの他端には、吸気バルブ１７，１７のステム１７ｂ，１７ｂの上端に当接するタペットねじ３５，３５が設けられる。シリンダヘッド１２の上面に形成された凹部１２ｅにロストモーションばね３６の下端が支持されており、ロストモーションばね３６の上端に設けたリフタ３７が高速用ロッカアーム３４Ｃの下面に設けた受け部３８に当接する。

第１、第２低速用ロッカアーム３４Ａ，３４Ｂには、有底円筒状の切換ピン孔３４ａ，３４ｂがクランクシャフトと平行な軸線Ｌ（図４参照）方向に形成されるとともに、高速用ロッカアーム３４Ｃには、両端が開放する切換ピン孔３４ｃが軸線Ｌ方向に形成される。３個の切換ピン孔３４ａ〜３４ｃは同一直径であり、第１、第２低速用ロッカアーム３４Ａ，３４Ｂおよび高速用ロッカアーム３４Ｃが所定の位置にあるときに軸線Ｌ上に一直線に整列する。

３個の切換ピン孔３４ａ〜３４ｃにはそれぞれ筒状のローラ軸３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃが圧入されており、それらのローラ軸３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃの外周にそれぞれローラ４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃがニードルベアリング４１…を介して支持される。２個のローラ４０Ａ，４０Ｂはバルブスプリング２１，２１の弾発力でそれぞれ第１、第２低速用吸気カム２９Ａ，２９Ｂに圧接され、ローラ４０Ｃはロストモーションばね３６の弾発力で高速用吸気カム２９Ｃに圧接される。

３個のローラ軸３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃの内部にはそれぞれ切換ピン４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃが摺動自在に嵌合する。切換ピン４２Ａの端部が臨む第１低速用ロッカアーム３４Ａの切換ピン孔３４ａの底部側には高速用油室３４ｄが形成されており、高速用油室３４ｄは高速用油路３４ｅを介してロッカシャフト３３の内部に形成された高速用油路３３ａに連通する。また切換ピン４２Ｂの端部が臨む第２低速用ロッカアーム３４Ｂの切換ピン孔３４ｂの底部側には低速用油室３４ｆが形成されており、低速用油室３４ｆは低速用油路３４ｇを介してロッカシャフト３３の内部に形成された低速用油路３３ｂに連通する。

第２低速用ロッカアーム３４Ｂの切換ピン４２Ｂには低速用油室３４ｆ側に開口する凹部４２ａが形成されるとともに、低速用油室３４ｆには皿状のばね受け部材４３が装着され、切換ピン４２Ｂの凹部４２ａとばね受け部材４３との間に戻しばね４４が縮設される。戻しばね４４の弾発力で第１〜第３切換ピン４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃは軸線Ｌ方向の一端側から他端側に向けて付勢されており、切換ピン４２Ａが高速用油室３４ｄの底壁に突き当たったとき、切換ピン４２Ａ，４２Ｃの当接面は相互に対向する二つのローラ軸３９Ａ，３９Ｃ間の隙間に内に位置し、切換ピン４２Ｃ，４２Ｂの当接面は相互に対向する二つのローラ軸３９Ｃ，３９Ｂ間の隙間に内に位置している。この状態では、第１、第２低速用ロッカアーム３４Ａ，３４Ｂおよび高速用ロッカアーム３４Ｃは相互に切り離されて独立して揺動することができる。

図４、図７および図８に示すように、ばね受け部材４３はステンレスの板材をプレス加工したもので、円板状の本体部４３ａと、本体部４３ａの外周縁を軸線Ｌ方向に折り曲げたフランジ部４３ｂとを備えて皿状に形成されており、本体部４３ａおよびフランジ部４３ｂの境界に沿うように４個の貫通孔４３ｃ…が円周方向に９０°間隔で形成され、また本体部４３ａの中心には円形の貫通孔４３ｄが形成される。フランジ部４３ｂの外周面は本体部４３ａに対して直交しており、軸線Ｌに対して平行である。

ばね受け部材４３が装着される第２低速用ロッカアーム３４Ｂの切換ピン孔３４ｂの底壁側の部分、つまり低速用油室３４ｆの周壁となる部分は、その内径が僅かに増加した拡径部３４ｈ（図７参照）を構成する。低速用油室３４ｆに収納されるばね受け部材４３は、本体部４３ａが軸線Ｌ方向一端側に位置し、フランジ部４３ｂが軸線Ｌ方向他端側に位置するように配置される。このとき、フランジ部４３ｂの外周面および拡径部３４ｈの内周面間には僅かな隙間α（図７参照）があり、従って低速用油室３４ｆに収納されるばね受け部材４３は前記隙間αの範囲で径方向に僅かに移動可能である。また戻しばね４４の弾発力で本体部４３ａが低速用油室３４ｆの底壁に押し付けられた状態で、ばね受け部材４３のフランジ部４３ｂの端部と切換ピン４２Ｂの端部との間には僅かな隙間β（図７参照）が形成される。

第２低速用ロッカアーム３４Ｂを径方向に貫通して低速用油室３４ｆの拡径部３４ｈに連通する低速用油路３４ｇは、ばね受け部材４３のフランジ部４３ｂの端部と切換ピン４２Ｂの端部とに跨がるように開口する。このとき、低速用油路３４ｇの出口開口がローラ軸３９Ｂによって塞がれる可能性があるが、切換ピン孔３４ｂに形成した拡径部３４ｈに低速用油路３４ｇの出口開口を臨ませることで、充分な量の作動油を低速用油室３４ｆに供給することができる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

内燃機関Ｅの低速運転時には、図示せぬ油圧制御装置からロッカシャフト３３の低速用油路３３ｂに高圧の作動油が供給され、その作動油は第２低速用ロッカアーム３４Ｂの低速用油路３４ｇから低速用油室３４ｆに供給される。一方、ロッカシャフト３３の高速用油路３３ａに低圧の作動油が供給され、その作動油は第１低速用ロッカアーム３４Ａの高速用油路３４ｅから高速用油室３４ｄに供給される。その結果、低速用油室３４ｆの高圧と高速用油室３４ｄの低圧との差圧により、図４に示すように、切換ピン４２Ａ〜４２Ｃは軸線Ｌ方向他端側に移動する。

このようにして切換ピン４２Ａ〜４２Ｃによる第１、第２低速用ロッカアーム３４Ａ，３４Ｂおよび高速用ロッカアーム３４Ｃの連結が解除されると、第１低速用ロッカアーム３４Ａは第１低速用吸気カム２９Ａによりローラ４０Ａを介して駆動され、第２低速用ロッカアーム３４Ｂは第２低速用吸気カム２９Ｂによりローラ４０Ｂを介して駆動され、吸気バルブ１７，１７は低リフトで開閉駆動される。このとき、高速用吸気カム２９Ｃによりローラ４０Ｃを介して駆動される高速用ロッカアーム３４Ｃは、ロストモーションばね３６を伸縮させながら、第１、第２低速用ロッカアーム３４Ａ，３４Ｂとは別個に空動する。

逆に、内燃機関Ｅの高速運転時には、ロッカシャフト３３の低速用油路３３ｂに低圧の作動油が供給され、その作動油は第２低速用ロッカアーム３４Ｂの低速用油路３４ｇから低速用油室３４ｆに供給される。一方、ロッカシャフト３３の高速用油路３３ａに高圧の作動油が供給され、その作動油は第１低速用ロッカアーム３４Ａの高速用油路３４ｅから高速用油室３４ｄに供給される。その結果、低速用油室３４ｆの低圧と高速用油室３４ｄの高圧との差圧により、切換ピン４２Ａ〜４２Ｃは軸線Ｌ方向一端側に移動する。

このようにして切換ピン４２Ａ〜４２Ｃによって第１、第２低速用ロッカアーム３４Ａ，３４Ｂおよび高速用ロッカアーム３４Ｃが一体に連結されると、高速用吸気カム２９Ｃによりローラ４０Ｃを介して大きな揺動角で駆動される高速用ロッカアーム３４Ｃの動きが第１、第２低速用ロッカアーム３４Ａ，３４Ｂに伝達されることで、吸気バルブ１７，１７は高リフトで開閉駆動される。このとき、第１、第２低速用吸気カム２９Ａ，２９Ｂと第１、第２低速用ロッカアーム３４Ａ，３４Ｂのローラ４０Ａ，４０Ｂとは一時的に離間する。

油圧制御装置が失陥して油圧の供給が途絶えた場合、戻しばね４４の弾発力で切換ピン４２Ａ〜４２Ｃが図４に示す低速運転時の位置に強制的に押し戻されるため、内燃機関Ｅが大出力の運転状態に固定されるのを防止することができる。

ところで、第２低速用ロッカアーム３４Ｂの低速用油室３４ｆに収納されたステンレス製のばね受け部材４３が、第２低速用ロッカアーム３４Ｂの揺動に伴って低速用油室３４ｆ内で径方向に振動すると、ばね受け部材４３がアルミニウム合金製の第１低速用ロッカアーム３４Ｂの切換ピン孔３４ｃの拡径部３４ｈの内周面に繰り返し接触し、拡径部３４ｈの内周面が摩耗する可能性がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、ばね受け部材４３は本体部４３ａの外周部に連なるフランジ部４３ｂを備えるため、比較的に大面積のフランジ部４３ｂの外周面が拡径部３４ｈの内周面に接触することで、アルミニウム合金製の拡径部３４ｈの内周面が摩耗するのを防止することができる。特に、フランジ部４３ｂの外周面は拡径部３４ｈの内周面と平行であって広い面積で接触するため、拡径部３４ｈの内周面の摩耗が一層効果的に防止される。外周部にエッジを有する従来の単純な円板状のばね受け部材を採用した場合には、そのばね受け部材をアルマイト加工したアルミニウム合金製として摩耗を防止する必要があったが、本実施の形態によれば、安価なステンレス製のばね受け部材４３を用いてコストダウンを図ることができる。

また第２低速用ロッカアーム３４Ｂの低速用油路３４ｇから低速用油室３４ｆに作動油が流入するとき、ばね受け部材４３のフランジ部４３ｂが低速用油路３４ｇの出口開口の一部を塞ぐため、一部の作動油は隙間βを通過して低速用油室３４ｆに直接流入するものの、他の大部分の作動油は隙間αを通過してばね受け部材４３の背面側（軸線Ｌ方向一端側）に回り込んでしまい、低速用油室３４ｆにスムーズに流入できなくなる可能性がある。

しかしながら、本実施の形態によれば、ばね受け部材４３の背面側に回り込んだ作動油は、ばね受け部材４３の本体部４３ａおよびフランジ部４３ｂの境界に形成した４個の貫通孔４３ｃ…を通過して低速用油室３４ｆに流入することができる。またばね受け部材４３が低速用油室３４ｆの底壁から浮き上がった場合には、作動油はばね受け部材４３の本体部４３ａの中央に形成した貫通孔４３ｄを通過して低速用油室３４ｆに流入することができる。

また、仮にばね受け部材４３のフランジ部４３ｂが本体部４３ａから軸線Ｌ方向一端側に延びていると、フランジ部４３ｂの先端が拡径部３４ｈの隅に接触して摩耗させる虞があるが、本実施の形態では、ばね受け部材４３のフランジ部４３ｂが本体部４３ａから軸線Ｌ方向他端側に延びているため、フランジ部４３ｂの先端による摩耗の発生を防止することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態ではばね受け部材４３のフランジ部４３ｂが本体部４３ａから軸線Ｌ方向他端側に延びているが、その位置関係を逆にし、フランジ部４３ｂが本体部４３ａから軸線Ｌ方向一端側に延びていても良い。

また本発明のばね受け部材４３の材質はステンレスに限定されるものではなく、本発明の第１、第２低速用ロッカアーム３４Ａ，３４Ｂおよび高速用ロッカアーム３４Ｃの材質はアルムニウム合金に限定されるものではない。

また実施の形態ではばね受け部材４３のフランジ部４３ｂの外周面を拡径部３４ｈの内周面と平行に形成しているが、フランジ部４３ｂの外径を本体部４３ａから遠ざかるに従って僅かに増加させても良い。このようにすれば、拡径部３４ｈの内周面に当接したフランジ部４３ｂの先端が径方向内向きに撓んで接触面圧を低下させることで、拡径部３４ｈの内周面の摩耗を一層効果的に防止することができる。

また本発明の動弁装置は吸気側可変動弁機構３１に限定されず、排気側可変動弁機構３２であっても良い。

３４Ａ 第１低速用ロッカアーム（ロッカアーム）
３４Ｂ 第２低速用ロッカアーム（ロッカアーム）
３４Ｃ 高速用ロッカアーム（ロッカアーム）
３４ａ 切換ピン孔
３４ｂ 切換ピン孔
３４ｃ 切換ピン孔
３４ｇ 低速用油路（作動油供給通路）
４２Ａ 切換ピン
４２Ｂ 切換ピン
４２Ｃ 切換ピン
４３ ばね受け部材（受け部材）
４３ａ 本体部
４３ｂ フランジ部
４３ｃ 貫通孔
４３ｄ 貫通孔
４４ 戻しばね（付勢手段）
Ｌ 軸線
α 隙間

Claims (3)

1. 軸線（Ｌ）方向に並設された複数のロッカアーム（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ）と、前記複数のロッカアーム（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ）にそれぞれ形成された複数の切換ピン孔（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ）に摺動自在に嵌合する複数の切換ピン（４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ）と、軸線（Ｌ）方向一端側に位置する前記切換ピン孔（３４ｂ）に収納されて前記複数の切換ピン（４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ）を軸線（Ｌ）方向他端側に付勢する付勢手段（４４）と、前記軸線（Ｌ）方向一端側に位置する前記切換ピン孔（３４ｂ）の底部に配置されて前記付勢手段（４４）の軸線（Ｌ）方向一端部を支持する受け部材（４３）とを備え、前記受け部材（４３）の外周面および前記切換ピン孔（３４ｂ）の内周面間には隙間（α）が形成され、前記複数の切換ピン（４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ）を前記複数の切換ピン孔（３４ａ，３４ｂ，３４ｃ）の内部で軸線（Ｌ）方向に移動させることで、前記複数のロッカアーム（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ）の連結状態を切り換える内燃機関の動弁装置において、
   前記受け部材（４３）は、前記付勢手段（４４）の軸線（Ｌ）方向一端部が当接する板状の本体部（４３ａ）と、前記本体部（４３ａ）の外周縁を軸線（Ｌ）方向に折り曲げたフランジ部（４３ｂ）とを備えて皿状に形成されることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. 前記フランジ部（４３ｂ）は、前記本体部（４３ａ）の外周縁から軸線（Ｌ）方向他端側に折り曲げられることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
3. 軸線（Ｌ）方向一端側に位置する前記ロッカアーム（３４Ｂ）は、前記受け部材の軸線（Ｌ）方向一端側に作動油を供給する作動油供給通路（３４ｇ）を備え、前記受け部材（４３）は作動油が通過可能な貫通孔（４３ｃ，４３ｄ）を備えることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の動弁装置。
   

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