JPH02207108A - 内燃機関の弁作動状態切換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の回転速度に応じて吸気弁または排
気弁の作動状態を段階的に変化させるための弁作動状態
切換装置に関する。

〈従来の技術〉 従来より、広い運転範囲に亘って吸・排気効率の最低化
を図るべく気筒毎に複数の吸気弁または排気弁を設け、
かつ機関の回転速度に応じて作動バルブ数を切り換えた
り弁の作動タイミングを変化させるようにした内燃機関
の動弁機構が種々提案されている。例えば本願出願人に
よる特開昭６１−１９９１１号公報には、機関の運転状
態にそれぞれ対応した形状の低速用カム及び高速用カム
をカム軸に一体化し、各カムに摺接する複数のロッカア
ームを互いに相対角変位する状態と一体的に連結した状
態とに切換可能な内燃機関の弁作動状態切換装置が開示
されている。

ロッカアームの連結・解除は、各ロッカアームに内設さ
れたガイド孔に摺合するピストンをエンジン回転速度に
応じて油圧で移動させることによって行なわれる。ピス
トンの円滑な移動には、隣接するロッカアーム同士が共
にカムのベース円に摺接する静止位置にあることが必要
であり、コイルばねを内蔵する伸縮可能なピストンと係
合・解除するタイミング板を用いてピストンの作動時期
を制御するトリガ手段が、例えば本願出願人による特開
昭６１−６１６１４号公報または実願昭６３−７９３８
５号明細書等に開示されている。

ところが、ロッカアームのカムスリッパ面に異常磨耗が
生じた場合等には、該ロッカアームの揺動角度が変化す
るためにガイド孔同士が偏心してピストンの正常な動作
に支障をきたすことが考えられる。そこで、本願出願人
は、特開昭６３−１４７９０９号公報に開示されるよう
にピストンの作動不良を検出する手段を備えた内燃機関
の弁作動状態切換装置を提案している。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の目的は、上述した従来技術に改良を加えて、連
結切換手段のピストン動作に異常が生じた場合に速かに
対処できるように、比較的簡単な構造により全気筒に於
けるピストンの作動状態を容易に検出し得る内燃機関の
弁作動状態切換装置を提供することにある。

［発明の構成］ 〈課題を解決するための手段〉 上述の目的は、本発明によれば、クランク軸と同期回転
するカムにより開閉駆動される吸気弁または排気弁と、
前記カムの揚程を前記弁に伝達するべく互いに相対変位
可能に隣接配置された複数のカムフォロワと、前記カム
フォロワを選択的に連結または連結解除するべく移動可
能な複数のピストンと該ピストンを係合または係合解除
してその移動を制御するトリガ手段とを有する連結切換
手段とを備える内燃機関の弁作動状態切換装置であって
、前記ピストンを係合・解除する前記トリガ手段の動作
を検知する検出手段を備えることを特徴とする内燃機関
の弁作動状態切換装置を提供することにより達成される
。

〈作用〉 このようにすれば、カムフォロワを連結また連結解除す
る際にトリガ手段の作動によってピストンが移動するの
で、トリガ手段の動作を常時検知することによって容易
にピストンの作動状態を把握することができる。

〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。

第１図には、本発明に基づく弁作動状態切換装置を備え
た直列４気筒エンジンの動弁機構が断面図に示されてい
る。図示されないシリンダブロックの上端に固着される
シリンダヘッド１の上端にはカムケース２が固着され、
更にその上にシリンダヘッドカバー３が固着されている
。シリンダヘッド１には、シリンダ毎にそれぞれ２個の
吸気バルブ４と排気バルブ５とが設けられている。

カムケース２内部には、同様の構成を有する吸気側及び
排気側の動弁機構６．７が平行にかつ対称的に配置され
ている。各動弁機構６．７は、後述するようにシリンダ
毎に３個のロッカアームがそれぞれ各ロッカシャフト８
．９に隣接して揺動自在にかつ互い相対角変位可能に枢
支され、かつその上方にカムシャフト１０．１１が回転
自在に支持されている。

第２図を用いて排気側の動弁機構７について説明すると
、カムシャフト１１には、リフトの小さい卵形断面のカ
ムプロフィルを有する低速用カム１２．１３とリフトの
大きい卵形断面のカムプロフィルを有する高速用カム１
４とが一体的に形成されている。ロッカシャフト９は、
低速用カム１２．１３に対応する２個の低速用ロッカア
ーム１５．１６と、それらの間に挟装された高速用カム
１４に対応する１個の高速用ロッカアーム１７とを備え
る。各ロッカアーム１５〜１７の上面には、それぞれ対
応するカム１２〜１４に摺接するカムスリッパ１８〜２
０が形成されている。一方の低速用ロッカアーム１５の
カムスリッパ１８は、ロッカシャフト９の軸線方向と直
交する向きの深いスロット２１によって２個の面１８ａ
、１８ｂに分割されている。

隣接するロッカアーム１５〜１７には第３図に示される
連結装置２２が内蔵されている。各ロッカアーム１５〜
１７は、エンジンの中低速運転時には別個に揺動するが
、高速運転時には連結装置２２により一体的に連結され
て両排気バルブ５を開弁駆動する。連結装置２２は、そ
の作動タイミングを制御するためにトリガ部材２３から
なるトリガ手段を備える。トリガ部材２３は、低速用ロ
ッカアーム１５の外周に相対回動可能に嵌装されるリン
グ部２４から外向きに延出し、かつクランク状に折曲し
て先細に形成されたトリガプレート２５と、該トリガプ
レートの反対側に形成されたフック２６とを備える。

第３図によく示されるように、連結装置２２は、一方の
低速用ロッカアーム１５に内設された第１ガイド孔２８
に摺合するピストンを有する。このピストンは、高速用
ロッカアーム１７に係合する第１連結ピストン２９と有
底円筒状の抑圧ピストン３０とからなり、タイミングス
プリング３１によって互いに伸長方向に伸縮可能に付勢
されている。抑圧ピストン３０の外周面には、トリガプ
レート２５先端を係合させるための第１溝３２と第２溝
３３とが軸線方向に離隔して周設されている。

第１ガイド孔２８にはスロット２１が開口し、かつその
底部には油圧室３４が郭成され、通路３５を介してロッ
カシャフト９内に設けられた油路３６に連通している。

油路３６には、エンジンの回転速度に対応してオイルポ
ンプから連結装置２２の作動油圧が供給される。

高速用ロッカアーム１７には、カム１４のベース円に摺
接する静止位置で第１ガイド孔２８と同心かつ同径の第
２ガイド孔３７が貫設され、その中に他方の低速用ロッ
カアーム１６に係合する第２連結ピストン３８が摺動自
在に配置されている。

低速用ロッカアーム１６には同様に第３ガイド孔３つが
穿設され、その中にストッパピストン４０がリターンス
プリング４１により高速用ロッカアーム１７側に付勢さ
れつつ摺動可能に配置されている。第３図の非連結状態
では、第２連結ピストン３８の両端面にそれぞればね付
勢された第１連結ピストン２つ及びストッパピストン４
０の端面が摺接しつつ、各ロッカアーム１５〜１７が相
対角変位する。

第４図に併せてよく示されるように、トリガ部材２３は
、カムケース２に固設されたピン４２とフック２６の小
孔２７とに両端を係着したスプリング４３によって図中
時計方向に即ちロッカアーム側に向けて付勢され、かつ
フック２６がカムケース２に固設されたストッパビン４
４に係止されて所定の位置に保持されている。フック２
６の直ぐ下側には、周知の電磁式近接センサ４５がその
検出端をフック２６下端に向けかつ所定の間隙をもって
離隔させてシリンダヘッド１内部の所定位置に固定され
ている。近接センサ４５は外部の図示されない制御装置
と電気的に接続されており、フック２６がストッパビン
４４に係止される離隔位置ではオフ信号を、トリガ部材
２３が回動されてフック２６下端が接近するとオン信号
を出力する。

尚、この動弁機構は図示されるように２段式ロッカアー
ム構造であり、低速用ロッカアーム１５の下側にサブロ
ッカアーム４６が配置され、その上面のスリッパ４７に
ロッカアーム１５下面のスリッパ４８が当接している。

サブロッカアーム４６は、その基端部４９がシリンダヘ
ッド１に固定されたラッシュアジャスタ５０に支持され
、かっ遊端部５１がリテーナ５２とシリンダヘッド１と
の間に介装されたバルブスプリング５３により閉弁方向
に付勢されるバルブステム５４の上端に当接している。

第３図の非連結状態に於て、カムスリッパ１８がカム１
２のベース円１２ａに摺接する静止位置では、低速用ロ
ッカアーム１５がサブロッカアーム４６を介してバルブ
スプリング５３により押し上げられて最も高い位置にあ
る。トリガプレート２５は、第４図のようにスロット２
１内で抑圧ピストン３０の第１溝３２に係合してその移
動を制限している。第５図に示されるように、低速用ロ
ッカアーム１５がカム１２のリフト１２ｂによって開弁
方向に押し下げられると、トリガ部材２３はフック２６
がストッパピン４４に係止されて同じ位置に保持される
ので、トリガプレート２５と第１溝３２との係合が解除
されて抑圧ピストン３０が移動可能になる。

エンジンの中低速運転時は油圧室３４に作動油圧が供給
されないので、各ロッカアーム１５〜１７が連結されず
に相対角変位する。エンジンの高速運転時には油路３６
から油圧室３４に作動油圧が供給される。

第６図を用いてロッカアームの高速運転状態または低速
運転状態への作動モードの切換について説明する。時刻
ｔｉに作動油圧を供給すると、第４図の静止位置ではト
リガプレート２５が第１溝３２に係合しているので、抑
圧ピストン３０はすぐに移動できない。僅な時間遅れの
後時刻ｔ２に低速用ロッカアーム１５が開弁方向に駆動
されると、第１溝３２からトリガプレート２５が解除さ
れるが、低速用ロッカアーム１５と高速用ロッカアーム
１７とが互いに相対角変位して第１及び第２ガイド孔２
８．３７の軸線が一致しないので、第１連結ピストン２
９は抑圧ピストン３０に押し出されて僅かに移動するだ
けで、高速用ロッカアーム１７の隣接端面に当接して一
旦停止する。

一方、トリガプレート２５は、抑圧ピストン３０が僅か
に移動した際に第１溝３２がスロット２１の位置からず
れるので、低速用ロッカアーム１５が静止位置に戻る際
に押圧ピストン３０外周面に当接して僅かに押し上げら
れる。このため、フック２６が反時計方向に図中想像線
５５で示す位置まで下向きに回動され、近接センサ４５
との間隙が狭くなる。このトリガプレート２５のリフト
によるフック２６の接近を感知すると、近接センサ４５
はオン信号を出力する。

この状態から両口ツカアーム１５．１７が第４図の静止
位置に入ると、第１ガイド孔２８と第２ガイド匙３７と
の軸線が一致するので、第１連結ピストン２９が第２連
結ピストン３８を押圧しつつ第２ガイド孔３７に摺合す
る。同時に、第１連結ピストン２９に押し出された第２
連結ピストン３８が、ストッパピストン４０を抑圧しつ
つ第３ガイド孔３９に摺合する。

この間、トリガプレート２５は抑圧ピストン３０外周面
にリフトされているが、第１連結ピストン２９及び抑圧
ピストン３０が完全に移動して時刻ｔ３に第２溝３３が
スロット２１の位置にくると、スプリング４３の付勢力
により時計方向に回動されて第２溝２６に係合する。こ
れにより、フック２６が元の離隔位置に戻るので、近接
センサ４５の出力はオンからオフに切り換わる。このよ
うにして、各ロッカアーム１５〜１７が連結されて高速
運転に切り換えられ、高速用カム１４により一体となっ
て揺動して吸気バルブ及び排気バルブを開弁駆動する。

逆に高速運転状態から低速運転に切り換えるべ（時刻ｔ
４に油圧室３４への作動油圧を開放すると、第４図の静
止位置ではトリガプレート２５が第２溝３３に係合して
いるので、各ピストン２９３０．３８はすぐに移動でき
ない。高速用ロッカアーム１７が開弁方向に揺動すると
トリガプレート２５が第２溝３３から解除され、先ず抑
圧ピストン３０がタイミングスプリング３１の付勢力で
油圧室３４側へ移動する。しかし、各連結ピストン３８
．２９は各ガイド孔２８．３７．３９との間に生じる摩
擦力によって抑圧ピストン３０と同時に移動できず、各
ロッカアーム１５〜１７が静止位置に戻った時点でリタ
ーンスプリング４１によりそれぞれ第２ガイド孔３７及
び第１ガイド孔２８に復帰する。

抑圧ピストン３０が移動して第１溝３２がスロット２１
の位置に一致するまでの間に各ロッカアーム１５〜１７
が静止位置にくると、時刻ｔ５にトリガプレート２５が
押圧ピストン３０外周面に押し上げられてフック２６が
下向きに回動され、高速運転への切換時と同様に近接セ
ンサ４５からオン信号が発生する。そして、時刻ｔ６に
トリガプレート２５が第１溝２５に係合すると、近接セ
ンサの出力は再びオンからオフに切り換えられ、かつ各
ロッカアーム１５〜１７は第３図に示される相対角変位
可能な低速運転状態に戻る。

このように、トリガ部材１４のフック２６がパルス状に
リフトする接離動作に対応して近接センサ４５がオン・
オフ信号を発生することによってピストンの切換状態を
把握することができる。尚、給気側の動弁機構６に於て
も、同様にトリガ部材５６のフック５７の直ぐ下側に電
磁式近接センサ５８がその検出端をフック５７下端に向
けかつ所定の間隙をもって離隔したシリンダヘッド１内
の所定位置に固定されている。また、本実施例の電磁式
近接センサに代えて他の非接触式位置センサまたはリミ
ットスイッチ等の機械式位置センサ等を使用することが
できる。更に、上述の実施例は２段式のロッカアームの
動弁機構に関するものであるが、本考案は通常の単段式
ロッカアームの動弁機構についても同様に適用すること
ができる。

第７図には、本発明の別の実施例が示されている。この
実施例では、ロッカシャフト９と同心に配置された排気
側動弁機構７の４個のトリガ部材２３ａ〜２３ｄについ
て、超弾性材料からなるワイヤ７１が各フック２６ａ〜
２６ｄのすぐ下側をロッカシャフト９と平行に張設され
ている。ワイヤ７１は、通常トリガ部材２３ａ〜２３ｄ
がストッパピン４４ａ〜４４ｄに係止される静止位置で
各フック２６ａ〜２６ｄ下端に接するように一定の張力
をかけて両端部がカムケース２内部に固定されている。

ワイヤ７１の一方の端部には、例えば周知のロードセル
である力センサ７２が取り付けられている。力センサ７
２は外部の図示されない制御位置に電気的に接続されて
いる。ピストンの切換作動時にいずれかのトリガ部材２
３が回動すると、ワイヤ７１がフック２６により押し下
げられてその長さが伸長する。力センサ７２は、ワイヤ
７１の長さに生じた歪を検出し、電気的信号に変換して
前記制御装置に出力する。

第８図に示されるように、非連結状態に於て時刻ｔ７に
作動油圧が各シリンダの連結装置２２の油圧室３４に供
給されると、僅かな時間遅れの後にクランク軸の回転に
対応して順次各連結装置２２が作動してピストンが移動
するので、これに伴う各トリガ部材２３ａ〜２３ｄの回
動により力センサ７２から４個の歪信号が概ね一定間隔
で発生する。前記制御装置は所定の閾値より大きいレベ
ルの歪信号を計数してピストンの正常な作動状態を確認
する。逆に、連結状態に於て時刻上８に各油圧室３４か
ら作動油圧が開放されると、僅かな時間遅れの後に各連
結装置２２が順次作動し、各トリガ部材２３の回動によ
り力センサ７２から同様に概ね一定間隔で４個の歪信号
が出力される。

この場合に、出力された信号の数が４個より少ないと、
いずれかの連結装置に於てピストンの作動に異常が発生
したことが判断される。更に、クランク角センサを併用
すれば、クランク軸の回転角を常時検出して力センサ７
２から出力される信号と整合させることによって、欠落
している歪信号の順番からピストンの作動異常を生じて
いるシリンダを判別することができる。

［発明の効果］ 上述したように本発明によれば、隣接するロッカアーム
を連結しまたは連結解除するピストンの作動を制御する
訃すガ手段の変位を検出することによって、ピストンの
作動状態を比較的簡単に把握することができるので、内
燃機関の弁作動状態切換装置の使用性、信頼性が改善さ
れる等効果が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を適用した動弁機構を示す縦断面図で
ある。 第２図は、排気側の動弁機構を示す−Ｌ面図である。 第３図は、低速運転状態に於ける第２図の弁切換制御装
置を下側から見た縦断面図である。 第４図は、第３図のＴＶ−ＩＶ線に於ける矢視図である
。 第５図は、ロッカアーム揺動時に於ける第４図と同様の
矢視図である。 第６図は、作動油圧の切換によるトリガ部材の変位及び
ロッカアームの作動モードを示す線図である。 第７図は、本発明による別の実施例を概略的に示す斜視
図である。 第８図は、第７図示の実施例に於てワイヤの歪により発
生する信号を示す線図である。 １・・・シリンダヘッド　２・・・カムケース３・・・
シリンダヘッドカバー ４・・・吸気バルブ　　　５・・・排気バルブ６．７・
・・動弁機構　　８．９・・・ロッカシャフト１０．１
１・・・カムシャフト １２．１３・・・低速用カム １４・・・高速用カム １５．１６・・・低速用ロッカアーム １７・・・高速用ロッカアーム １８〜２０・・・カムスリッパ １８ａ、１８ｂ・・・面　２１・・・スロット２２・・
・連結装置 ２３．２３ａ〜２３ｄ・・・トリガ部材２４・・・リン
グ部　　　２５・・・トリガプレート２６．２６ａ　〜
２６ｄ・・・フック ２７・・・小孔　　　　　２８・・・第１ガイド孔２９
・・・第１連結ピストン ３０・・・抑圧ピストン ３１・・・タイミングスプリング ３２・・・第１溝　　　　３３・・・第２溝３４・・・
油圧室　　　　３５・・・通路３６・・・油路　　　　
　３７・・・第２ガイド孔３８・・・第２連結ピストン ３９・・・第３ガイド孔　４０・・・ストッパピストン
４１・・・リターンスプリング ４２・・・ピン　　　　　４３・・・スプリング４４．
４４ａ〜４４ｄ・・・ストッパピン４５・・・近接セン
サ　　４６・・・サブロッカアーム４７．４８・・・ス
リッパ４９・・・基端部５０・・・ラッシュアジャスタ ５１・・・遊端部　　　　５２・・・リテーナ５３・・
・バルブスプリング ５４・・・バルブステム　５５・・・想像線５６・・・
トリガ部材　　５７・・・フック５８・・・近接センサ
　　７１・・・ワイヤ７２・・・力センサ 第　２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）クランク軸と同期回転するカムにより開閉駆動さ
   れる吸気弁または排気弁と、前記カムの揚程を前記弁に
   伝達するべく互いに相対変位可能に隣接配置された複数
   のカムフォロワと、前記カムフォロワを選択的に連結ま
   たは連結解除するべく移動可能な複数のピストンと該ピ
   ストンを係合または係合解除してその移動を制御するト
   リガ手段とを有する連結切換手段とを備える内燃機関の
   弁作動状態切換装置であって、 前記ピストンを係合・解除する前記トリガ手段の動作を
   検知する検出手段を備えることを特徴とする内燃機関の
   弁作動状態切換装置。
2. （２）前記検出手段が前記トリガ手段の変位を検知する
   センサ手段を備えることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の内燃機関の弁作動状態切換装置。
3. （３）前記センサ手段が、前記トリガ手段の変位に応じ
   て電気的信号を発生する位置センサであることを特徴と
   する特許請求の範囲第２項に記載の内燃機関の弁作動状
   態切換装置。
4. （４）前記センサ手段が、前記トリガ手段の変位により
   弾性変形する部材の端部に配置された力センサであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の内燃機関
   の弁作動状態切換装置。