JPH02221611A - 内燃機関の動弁機構 - 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、内燃機関の動弁機構に関し、特に回転速度に
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を備えた内燃機関の動弁
機構に関する。

〈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、かつ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連結手段を備える内燃機関の弁作
動状態切換装置が開示されている。

この連結手段は、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供給さ
れる油圧で移動させることによってロッカアームの連結
・解除を行なう。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。ま
た、ピストンの作動油圧を選択的に供給する切換弁が膠
着する等してピストンが正常に作動しない虞れがある。

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、弁
作動状態を変更する切換動作に異常が生じた場合に速か
に対処できるように、比較的簡単な構成により金気筒に
於ける弁の作動状態を容易に検出し得る内燃機関の動弁
機構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、ばね手段により閉弁付
勢され、かつクランク軸と同期回転するカムにより開弁
駆動される吸気弁または排気弁と、前記カムの揚程を前
記弁に伝達する弁開閉駆動部材と、機関の運転状態に応
じて弁作動状態を変更する弁作動状態切換装置とを備え
る内燃機関の動弁機構であって、前記カム、前記ばね手
段または前記弁開閉駆動部材に於ける負荷状態を検知す
る弁作動状態検出手段を備えることを特徴とする内燃機
関の動弁機構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、弁作動状態を変更することによって
弁を直接的または間接的に開閉駆動するカム、ばね手段
または弁開閉駆動部材に作用する負荷状態が変化するの
で、金気筒に亘って弁作動状態を容易に検出することが
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へラドカバー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、口ツカシャフト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。この種のトリガ手段は例えば
本願出願人による実願昭６３−７９３８５号明細書等に
開示されて周知である。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
底円筒状の押圧ピストン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３９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ピン４
４に係止されて所定の位置に保持されている。第４図の
ようにカムスリッパ１８がカム１２のベース円１２ａに
摺接する静止位置では、トリガプレート２５がスロット
２１内で押圧ピストン３０の第１溝３２に係合してその
移動を制限している。これに対し、第５図のように、低
速用ロッカアーム１５がカム１２のリフト１２ｂにより
押し下げられる揺動位置では、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。

この動弁機構は第１図に示されるように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」二面のスリッパ４
７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、かつ遊端部５１がバルブステム５２の上端に当接
している。バルブステム５２は、リテーナ５３とシリン
ダヘッド１上に配置されたスプリングシート５４との間
に介装されたバルブスプリング５５によって閉弁方向に
常時付勢されている。

スプリングシート５４とシリンダヘッド１上面との間に
は、周知の圧電素子を内蔵した原型の圧電センサ５６が
介装されている。圧電センサ５６は図示されない外部の
制御装置に接続されており、リテーナ５３を介してバル
ブステム５２を押し上げると同時にスプリングシート５
４をシリンダヘッド１上面に押圧するバルブスプリング
５５のばね荷重の変化を常時検出し、電気信号に変換し
て出力する。前記制御装置は、人力するエンジン回転数
、吸気負圧等からエンジンの運転状態を判断し、連絡装
置２２を適当に作動させるべく切換弁を作動させて油路
３６に作動油圧を切り換えて供給する。

エンジンの中低速運転時は、油圧室３４に作動油圧が供
給されないので各ピストン２９．３８がリターンスプリ
ング４１の付勢力により第３図のように各ガイド孔１７
．２０内に整合し、各ロッカアーム１５〜１７が別個に
揺動して相対角変位する。第４図示の静止位置では、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５５に押し上げられて最も高い位置に
くるので、スプリングンート５４に作用するバルブスプ
リング５５の反力が最小になる。この最小反力を初期荷
重としてその変化を圧電センサ５６により検出する。

カムシャフト１１の回転によって低速用ロッカアーム１
５．１６が低速用カム１２．１３と摺接して揺動すると
、両排気バルブ５はその閉弁時期を遅くしかつ閉弁時期
を早くすると共に、リフト量を小さくして開閉駆動され
る。第５図のように低速用ロッカアーム１５が開弁方向
に押し下げられると、バルブスプリング５５の反力が増
大し、前記初期荷重との差が圧電センサ５６から出力さ
れる。この出力は低速用カム１２．１３に対応したバル
ブ開閉タイミング及びリフトに基づいて変化し、カム１
２のノーズ部分でピーク値となる。

圧電センサ５６の出力のピーク値、またはピーク位置、
出力変化等から各バルブの低速運転状態を確認すること
ができる。尚、高速用ロッカアーム１７が高速用カム４
と摺接して揺動するが、その揺動動作は両排気バルブ５
の作動に何らの影響も及ぼさない。

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。しかし、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。低速用ロッカ
アーム１５を開弁駆動すると第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２８．３７の軸線が一致しないので、第
１連結ピストン２９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
端面に衝止される。この抑圧ピストン３０の僅かな移動
により第１溝３２がスロット２１の位置からずれるので
、）・リガプレート２５は、低速用ロッカアーム１５が
静止位置に戻る際に抑圧ピストン３０外周面に当接して
僅か（こ押し」二げられる。

この状態から両口ツカアーム１５．１７が第４図の静止
位置にくると第１ガイド孔２８と第２ガイド孔３７との
軸線が一致し、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を押圧しつつ第３ガ
イド孔３９に摺合する。トリガプレート２５は、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
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３３に
係合する。

ロッカアーム１５〜１７が連結されて高速運転に切り換
えられると、高速用カム１４に摺接する高速用ロッカア
ーム１７の揺動■が最も大きいので、低速用ロッカアー
ム１５．１６は高速用ロッカアーム１７と共に揺動する
。従って、両排気バルブ５が、共に高速用カム１４のカ
ムプロフィルに従ってその閉弁時期を早くしかつ閉弁時
期を遅くすると共に、リフト量を大きくして開閉駆動さ
れる。このため、圧電センサ５６の出力は、高速用カム
１４に対応したバルブ開閉タイミング及びリフトに基づ
いて変化し、ピーク値が低速運転時より高くなる。この
ピーク値から、またはピーク位置、出力変化等から低速
運転時と比較して各バルブの高速運転状態を確認するこ
とができる。

この場合に機関の一部の気筒について連結装置２２、作
動油圧供給回路等に於ける弁作動状態切換動作に異常が
生じて排気バルブ５が低速運転されていると、当該気筒
の圧電センサから出ツノされるピーク値が低いので、そ
の異常を容易に検出することができる。更に、クランク
角センサを併用すれば、各気筒のバルブが所定のサイク
ルで順次開閉されることから、異常作動の気筒を特定す
ることができる。

逆に、高速運転時に油圧室３４から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に係合して各ピストン２９．３８がすぐに移動でき
ない。高速用口・ンカアーム１７が開弁方向に揺動して
トリガプレート２５が第２溝３３から解除されると、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側へ移動し、抑圧ピストン３０外周面に
押し上げられていたトリガプレート２５がスロ・ソト２
１の位置に一致した第１溝３２に係合する。各連結ピス
トン３８．２９は各ガイド孔２８．３７．３つとの間の
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によりそれぞれ所定のガイド孔３
７．２８に復帰して低速運転に切り換えられる。この場
合にも、一部の気筒について排気バルブ５が高速運転さ
れていると、当該気筒の圧電センサから出力されるピー
ク値が高いので、切換動作の異常を容易に検出すること
ができる。

尚、給気側の動弁機構６に於ても、同様に吸気バルブ４
を閉弁方向に付勢するバルブスプリング５７を支持する
スプリングシート５８とシリンダヘッド１上面との間に
圧電センサ５９が介装されている。そして、圧電センサ
５９は前記制御装置に電気的に接続されており、スプリ
ングシート５８が受けるバルブスプリング５７のばね荷
重を常時検出し、かつ電気信号に変換して出力する。

第６図には、本発明の別の実施例が示されている。カム
ケース２と一体をなすシリンダヘッド１の内部には、給
気側及び排気側のカムシャフト１０．１１が回動自在に
保持され、かつ各カムシャフト１０．１１の一方の端部
に駆動プーリ６１．６２が一体的に取り付けられている
。各駆動プーリ６１．６２には、それぞれ本体部分をシ
リンダヘッド１側に固定した従来構造のトルクセンサ６
３．６４が、カムシャフト１０．１１と同心位置に取り
付けられている。各トルクセンサ６３．６４は外部の制
御装置７０に電気的に接続されている。制御装置７０に
は、第１実施例の圧電センサ５９を接続することができ
る。また、カムシャフト１０．１１の反対側の端部にト
ルクセンサ７１．７２を取り付けることもできる。これ
らのトルクセンサ７１．７２も同様に制御装置７０に接
続される。

カムシャフト１０．１１を両駆動プーリ６１．６２に巻
装されたタイミングベルト６５により回転駆動すると、
駆動プーリ６１．６２の外側端面に固定されたトルクセ
ンサ６３．６４の検出部が駆動プーリ６１．６２と共に
回動し、カムシャツ）１０，１１にかかるトルクが第７
図及び第８図に示すようにトルクセンサ６３．６４から
出力される。各バルブ４．５がリフトの小さい低速用カ
ム１２．１３に開閉駆動される第７図の場合には、カム
シャフト１０．１１にかかる最大トルクがＴ１と小さく
かつトルク変動が比較的凹凸の少ない緩かな波形を示す
。これに対して、高速用カム１４に開閉駆動される第８
図の場合には、最大トルクがＴ２と太き（なりかつトル
ク変動も比較的凹凸の大きい波形になる。

低速運転時にいずれかの気筒が高速運転されていると、
当該気筒のバルブが開弁駆動される際に波形が、第７図
の波形Ａのようにその部分だけ突出した形に変化する。

逆に、高速運転時に一部の気筒が高速運転されていると
、第８図の波形Ｂのようにその部分だけ落ち込んだ形に
変化する。従って、このような波形の変化から弁作動状
態の切換動作の異常を容易に検出することができる。更
に、クランク角センサ７３を併用すれば、作動不良の気
筒を特定することができる。

異常を検出すると、制御装置７０は点火時期（６１ｇ）
をずらしたり燃料供給をカットしたり、またはスロット
ルを強制的に戻す等してエンジン出力を制御することに
よりエンジンを許容回転数に維持して損傷を防止するこ
とができる。同時に、制御装置７０は警告灯７４を点灯
させて異常事態の発生を運転者に告知する。また、制御
装置７０は、エンジンの高速運転時であっても切換弁７
５を作動させて正常に作動している他の気筒の動弁機構
を強制的に低速運転状態に切り換え、かつその後は低速
運転状態を維持するように各連結装置２２の切換動作を
制限することができる。これにより、エンジンの低速走
行を確保し、かつ他の気筒の動弁機構について連鎖的に
異常作動が誘発されることを防止する。

尚、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、
様々な変形・変更を加えて実施することができる。例え
ば、第１実施例に於ける圧電センサの取付位置は、弁作
動状態の切換動作により負荷が変化するカムスリッパ、
リテーナ、バルブステム」二端を押圧するロッカアーム
遊端部等にすることができる。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または直
動式の動弁機構についても同様に適用することができる
。

［発明の効果］ 上述したように本発明によれば、ロッカアームを連結・
解除する切換動作に伴って、低速用カムまたは高速用カ
ムにより異なるカムプロフィルに対応して、バルブを開
閉駆動するカム、バルブスプリングまたはそれらが作用
する各部材の負荷状態が変化するので、これを常時検出
することによって気筒毎に弁作動状態を比較的簡単に把
握することができ、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上面図である。 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ＩＶ−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、本発明の別の実施例を概略的に示す斜視図で
ある。 第７図は、第６図示の実施例に於て低速運転時のトルク
変動を示す線図である。 第８図は、高速運転時のトルク変動を示す第７図と同様
の線図である。 １・・・シリンダヘッド　２・・・カムケース３・・・
シリンダへラドカバー 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・・・低速用カム　　１２ａ・・・ベース円１２ｂ
・・・リフト　　　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・・・トリガ部材２４・・・リン
グ部　　　２５・・・トリガプレート２６・・・フック
　　　　２７・・・小孔２８・・・第１ガイド孔　２９
・・・第１連結ピストン３０・・・押圧ピストン 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・
・・ストッパピン　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・・・バルブステム５３
・・・リテーナ　　　５４・・・スプリングシート５５
・・・バルブスプリング ５６・・・圧電センサ　　５７・・・バルブスプリング
５８・・・スプリングシート ５９・・・圧電センサ　　６１．６２・・・駆動プーリ
６３．６４・・・トルクセンサ ６５・・・タイミングベルト ７０・・・制御装置　　　７１．７２・・・トルクセン
サ７３・・・トルク角センサ７４・・・警告灯７５・・
・切換弁 特　許　出　願　人　　本田技研工業株式会社代　　　
理　　　人　　弁理士　大　島　陽　−第２図 第３図 ｔｌ Ｎ　　Ｎ 第７図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）ばね手段により閉弁付勢され、かつクランク軸と
   同期回転するカムにより開弁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弁開閉駆動
   部材と、機関の運転状態に応じて弁作動状態を変更する
   弁作動状態切換装置とを備える内燃機関の動弁機構であ
   って、 前記カム、前記ばね手段または前記弁開閉駆動部材に於
   ける弁作動状態に応じた負荷状態の変化を検出すること
   により、弁作動状態を監視する弁作動状態監視手段を備
   えることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
2. （２）前記監視手段が前記ばね手段に生じるばね荷重の
   変化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動弁機構。
3. （３）前記センサ手段が前記ばね荷重の変化を電気的信
   号に変換する圧電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動弁機構。
4. （４）前記監視手段が前記カムと一体回動するカムシャ
   フトにかかるトルクの変化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
   機関の動弁機構。