JPH0544410A - 可変バルブタイミングリフト機構用ロツカアーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロッカアーム本体の小型、軽量化を図るとと
もに、カムに対してころがり接触とすることにより、エ
ンジンの許容回転数及び出力性能を向上させる。 【構成】 ロッカアーム本体(１)により支持した軸(13)
回りに回転する１個のローラ(18)を、ローラの両側に設
けた切換手段(22)により単に軸線方向に押動させるのみ
で、プロフィルの異なる回転カム(20)(21)のいずれかと
摺接し、その回転カム(20)(21)に応じたリフト及びバル
ブタイミングでエンジンバルブ(９)を作動させうる。従
って、ロッカアーム本体(１)を複数に分割する必要がな
く、ロッカアーム本体(１)の強度、剛性が高まることか
ら、その小型、軽量化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の動弁機構に
組込まれ、かつ高速用と低速用のバルブタイミングとリ
フトを有する可変バルブタイミングリフト機構用のロッ
カアームに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にエンジンの出力性能は、吸入効率
(体積効率)に大きく左右され、吸入効率が高いほど混合
気の吸入量が大となって出力は高まる。しかし、自動車
用のエンジンは、運転領域が広いため、全運転領域に亘
って吸入効率を高めることは難しく、高速性能を重視す
ると、反対に低速性能が犠牲となり、また低速性能を重
視すると高速性能が低下する。

【０００３】この問題を解決し、全運転領域でエンジン
性能を向上するためには、高速時には吸排気弁のリフト
量を大として吸排気効率を高めるとともに、オーバーラ
ップ領域の大きい高速重視型のバルブタイミングとして
充填(体積)効率を高め、また燃焼状態が不安定となり易
い低速時には、リフト量を小としてシリンダ内に吸入さ
れる混合気の流速を早め、強いスワール流が形成される
ようにし、かつ低速重視型のバルブタイミングとして、
シリンダ内における残留ガスの占める割合を少なくする
ことが望ましい。

【０００４】図５は、このような要求を満たし、低速性
能と高速性能とを両立させるべく実用化されているロッ
カアーム、すなわち高速用と低速用の２つのバルブタイ
ミングとリフトを有する可変バルブタイミングリフト機
構に用いられる従来のロッカアームを示すもので、ロッ
カアーム本体(Ｒ)は、中央の高速用ロッカアーム(01)
と、その両側の２個の低速用ロッカアーム(02)(02)とに
より構成され、それら３個のロッカアーム(01)(02)の基
端部は、ロッカシャフト(03)により揺動自在に枢支され
ている。

【０００５】(04)は、ロッカアーム本体(Ａ)の上方にロ
ッカシャフト(03)と平行をなして設けられたカムシャフ
トで、両側の低速カム(05)(05)と、これよりもカムプロ
フィルの大きい中央の高速カム(06)とを備え、両低速カ
ム(05)は、両低速用ロッカアーム(02)の中間部上面に形
成された平坦状をなすパッド部(02a)に、また高速カム
(06)は、高速用ロッカアーム(01)の中間部上面に形成さ
れた平坦状をなすパッド部(01a)にそれぞれ摺接してい
る。両低速用ロッカアーム(02)の先端は、アジャスティ
ングスクリュウ(07)を介してエンジンバルブ(08)のステ
ム端と当接している。

【０００６】上記高速及び低速用の３個のロッカアーム
(01)(02)内には、それら同士を互いに連結したり分離さ
せたりする３本の油圧ピストン(図示略)が収容されてお
り、低速時は、３個のロッカアーム(01)(02)は分離さ
れ、両側の２個の低速用ロッカアーム(02)が、低速カム
(05)(05)により駆動されることにより、エンジンバルブ
(08)は、所定のバルブタイミング及びリフトをもって同
時に開閉させられる。

【０００７】また高速時は、各ロッカアーム(01)(02)
が、これらに収容されたピストンが油圧により強制移動
されることにより互いに連結され、エンジンバルブ(08)
は、中央の高速用ロッカアーム(01)が、中央の高速カム
(06)により駆動されることにより開閉させられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】エンジンをより高出力
化するには、許容回転数を高めるとともに、排気損失、
冷却損失、機械損失等の各種損失を低減して、機械効率
を向上させることが重要である。

【０００９】動弁系にあっては、構成部品の小型軽量化
を図って慣性質量を小さくして、許容回転数を高めるう
えでの障害をなくすことが重要であり、また弁の開閉等
に要する機械損失をできるだけ低減する必要がある。

【００１０】しかし、上述した従来のロッカアームは、
ロッカアーム本体(Ｒ)が３個のロッカアーム(01)(02)に
より構成されているため、個々のロッカアームの強度、
剛性を維持する必要性から小型、軽量化には限度があ
り、許容回転数も自ずと制限される。

【００１１】また、各ロッカアーム(01)(02)とカム(05)
(06)とは、すべり接触となっているため、フリクション
による機械損失も比較的大きく、燃費や出力等の面で不
利である。

【００１２】上記前者の問題を解決するためには、各ロ
ッカアーム(01)(02)を軽量材料により成形して、軽量化
を図ることも考えられるが、このようにすると、個々の
ロッカアームの強度、剛性が低下する恐れがある。

【００１３】また、後者の問題を解決するためには、各
ロッカアーム(01)(02)におけるカム(05)(06)との摺接部
に、回転自在なローラを設けてころがり接触とし、フリ
クションロスを低減することが考えられる。しかしこの
ようにすると、３個のローラが必要となるため、ロッカ
アーム本体(Ｒ)の全体重量が増加し、慣性質量が大とな
って、許容回転数が低下するという新たな問題が発生す
る。

【００１４】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、その目的とするところは、ロッカアーム
本体の小型、軽量化を図るとともに、カムに対してころ
がり接触とすることにより、エンジンの許容回転数及び
出力性能を向上しうるようにした、可変バルブタイミン
グリフト機構用ロッカアームを提供することを目的とし
ている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、ロッカアーム本体の適所に、該ロッカア
ーム本体により支持された軸回りに回転するローラを、
ロッカアーム本体の上方に設けたプロフィルの大小異な
る複数の回転カムと摺接しうるように、かつ軸線方向に
移動可能として設けるとともに、前記ローラの側方に、
ローラを前記複数の回転カムのいずれかと摺接させるべ
く側方に押動する切換手段を設けたことを特徴としてい
る。

【００１６】

【作用】ロッカアーム本体により支持した軸回りに回転
する１個のローラを、切換手段により単に軸線方向に押
動させるのみで、プロフィルの異なる複数の回転カムの
いずれかに摺接し、その回転カムに応じたリフト及びバ
ルブタイミングでエンジンバルブを作動させうる。従っ
て、ロッカアーム本体を従来のように複数に分割する必
要がなく、ロッカアーム本体の強度、剛性が高まること
から、その小型、軽量化が可能となる。

【００１７】また、カムに対してころがり接触となるの
で、フリクションロスを小さくすることができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１〜図４は、DOHCエンジンにおける動弁機構
の吸気側又は排気側のいずれかに適用されるローラロッ
カアームを示し、(１)は、アルミニウム合金、マグネシ
ウム合金、チタン合金等の軽量材料により鋳造成形され
たロッカアーム本体で、そのほぼ中央部には、概ね正方
形状の嵌合孔(２)が上下に貫通して形成されている。

【００１９】ロッカアーム本体(１)の基端部(図１にお
いて下方)は、左右方向(以下方向は図面についていう)
を向く中空状のロッカシャフト(３)に回動自在に嵌合さ
れている。ロッカアーム本体(１)の先端部に形成された
２又状の押圧部(1a)(1a)には、ロックナット(４)により
回り止されたアジャスティングスクリュウ(５)が、上下
方向を向いてそれぞれ螺挿され、各アジャスティングス
クリュウ(５)の下端は、図４に詳細を示すように、１対
のコッタ(６)(６)、スプリングリテーナ(７)、及びバル
ブスプリング(８)等の各部材によりシリンダヘッド(図
示略)に組付けられた１気筒に対し２個ずつの給気又は
排気バルブ(９)のステム端と当接している。

【００２０】ロッカアーム本体(１)の左右両側部には、
図２に示すように、嵌合孔(２)と連通する大径の軸孔(1
0a)(10b)が、左右方向を向いて穿設され、これら軸孔(1
0a)(10b)の中心には、ロッカアーム本体(１)の左右長と
等長の基軸(11)に、外径の等しい３個のブッシュ(12a)
(12b)(12c)を回転不能に外嵌して構成された支軸(13)
が、中央のブッシュ(12b)を嵌合孔(２)内に位置させ
て、かつ両側のブッシュ(12a)及び(12c)の回りに所要大
きさの空室(14)(15)が形成されるようにして遊挿されて
いる。

【００２１】支軸(13)の両端部は、左右のブッシュ(12
a)(12c)の端部外周面とロッカアーム本体(１)との間に
圧入した閉塞部材(16)(17)により支持されている。左方
の閉塞部材(16)には、外部と空室(14)とを連通させる複
数の気抜孔(16a)が穿設されている。嵌合孔(２)内に
は、中央のブッシュ(12b)に回転自在に嵌合されたロー
ラ(18)が、ブッシュ(12b)上を左右方向に移動しうるよ
うにして収容されている。

【００２２】なお、ローラ(18)の材質としては、アルミ
ニウム合金等の軽量材料とし、その内外側面を、モリブ
デン等の耐摩耗性材料により被覆するのがよい。ローラ
(18)上端面は、ロッカアーム本体(１)の上方に設けられ
た左右方向を向くカムシャフト(19)における、位相がほ
ぼ同一でプロフィルのみを大小異ならせた高速カム(20)
又は低速カム(21)のいずれか一方と常時摺接している。

【００２３】左方の空室(14)内には、概ね円筒形をなす
第１のピストン(22)が、左端側に形成された外向の係止
鍔部(22a)の外周面を、軸孔(10a)の内周面に摺接させる
とともに、右端側に形成された内向の押圧部(22b)の内
周面を、中央のブッシュ(12b)の外周面に摺接するよう
にして、かつブッシュ(12a)(12b)との間に所要の間隙が
形成されるようにして収容されている。

【００２４】第１のピストン(22)は、押圧部(22b)の内
端面と閉塞部材(16)との間に縮設した圧縮コイルばね(2
3)により常時ローラ(18)側に向かって付勢され、ローラ
(18)の左側面を押動して嵌合孔(２)内に突出する作動位
置と、空室(14)内に収容される収納位置との間を、支軸
(13)上を左右方向に移動しうるようになっている。

【００２５】第１のピストン(22)は、係止鍔部(22a)
が、軸孔(10a)における嵌合孔(２)側の開口部に形成し
た内向のストッパ部(24)と当接することにより、作動位
置に保持され、このときローラ(18)は、低速カム(21)と
摺接するようになっている。一方、右方の空室(15)内に
おけるブッシュ(12c)には、油圧により作動させられる
円筒形の第２のピストン(25)が、その右端部に形成され
た外向の鍔部(25a)の外周面を、軸孔(10b)の内周面に密
接させた状態で密に外嵌されている。

【００２６】この第２のピストン(25)は、鍔部(25a)と
閉塞部材(17)との間に形成された油室(26)内に、ロッカ
アーム本体(１)に形成された油路(27)を通して圧油が供
給された際、図３に示すように、ローラ(18)の右側面を
左方に押動しながら嵌合孔(２)内まで移動し、鍔部(25
a)が軸孔(10b)の嵌合孔(２)側に形成した内向のストッ
パ部(28)と当接することにより、最大突出位置(作動位
置)に保持される。

【００２７】このときローラ(18)は、第１のピストン(2
2)を左方に強制移動させながら高速カム(20)側に切換っ
て、これと摺接するようになる。また、油室(26)への圧
油の供給が停止されると、第２のピストン(25)が第１の
ピストン(22)、すなわち圧縮コイルばね(23)の弾発力に
より押し戻されて空室(15)内に収容されることから、ロ
ーラ(18)は、ブッシュ(12b)上を右方にスライドして、
低速カム(21)側に自動的に切換わるようになる。

【００２８】なお、油室(26)は、油路(27)と図示しない
油路を介して、ロッカシャフト(３)の中空孔(3a)と連通
しており、中空孔(3a)内を循環するエンジンの潤滑油
(圧油)が導入されるようになっている。

【００２９】また、油室(26)への圧油の供給と停止は、
例えば潤滑油の潤環系路に設けたソレノイドバルブやス
プールバルブ等(図示略)を、エンジンの回転数や車速等
に応じてON、OFF制御することにより行なわれる。

【００３０】すなわち、エンジンの回転数又は車速が一
定値以下の低速時においては、ソレノイドバルブ等がOF
Fとなって、油室(26)への圧油の供給が停止されること
から、第２のピストン(25)の動きはなく、ローラ(18)
は、図２に示すように、第１のピストン(22)により押動
されて右方に位置し、低速カム(21)と摺接するようにな
る。

【００３１】これにより、ロッカアーム本体(１)は、ロ
ーラ(18)を介して低速カム(21)により駆動され、吸気又
は排気バルブ(９)(９)を、低速性能を向上させるべく予
め設定された低速用のリフトとバルブタイミングにより
同時に開閉する。一方、エンジンの回転数又は車速が一
定値を越え、高速域に達すると、ソレノイドバルブ等が
自動的にONして、油室(26)に圧油が供給されることか
ら、第２のピストン(25)が左方に突出させられ、図３に
示すように、ローラ(18)は、第１のピストン(22)を押動
しつつ左方にスライドして、高速カム(20)と摺接するよ
うになる。

【００３２】その結果、ロッカアーム本体(１)は、高速
カム(20)により駆動され、吸気又は排気バルブ(９)(９)
は、高リフトかつオーバーラップ領域の大きい高速用の
リフトとバルブタイミングにより同時に開閉させられ
る。

【００３３】高速領域から低速領域に移った際は、ソレ
ノイドバルブ等がOFFとなって、油室(26)への圧油の供
給が遮断されるため、ローラ(18)は、圧縮コイルばね(2
3)の荷重が作用している第１のピストン(22)により押し
戻され、低速カム(21)と自動的に摺接する。なお、ロー
ラ(18)のスライドが、常に両カム(20)(21)のベースサー
クル上において行なわれるように、ソレノイドバルブ等
をON、OFF制御するのが好ましい。

【００３４】以上説明したように上記実施例のロッカア
ームにおいては、ロッカアーム本体(１)が、１個の単体
により成形されているため、強度、剛性が高く、従って
ロッカアーム本体(１)の小型、軽量化が可能となり、し
かもアルミニウム合金等の軽量材料による成形が可能と
なるので、ロッカアーム本体(１)の一層の軽量化が図
れ、作動時の慣性質量が低減してエンジンの許容回転数
を高めることができる。

【００３５】また、１個のローラ(18)を単にスライドさ
せて、高速カム(20)と低速カム(21)とにそれぞれころが
り接触させているため、フリクションロスによる機械損
失が低減するばかりでなく、従来のように、３個の個々
のロッカアームにローラを付加しようとする際に比べて
大幅な軽量化となり、しかも部品点数が削減してコスト
低減が可能となる。

【００３６】さらに、ロッカアーム本体(１)を鋳造成形
からするに際し、その金型が１個で済み、かつ鋳造後の
機械加工等に要する工数も少なくて済むなどの製造上の
メリットもある。カムが、高速用と低速用の２個で済む
ことから、カムシャフト(19)の小型、軽量化が図れる。

【００３７】本発明は、上記実施例に限定されるもので
はなく、種々の態様をとり得る。例えば、上記実施例で
は、２個のバルブ(９)を同時に作動させる例について説
明したが、ロッカアーム本体(１)の先端部の形状を変更
すれば、１個又は２個以上のバルブ(９)を作動させるこ
とができる。また、１個のバルブを作動させる場合に
は、ロッカアーム本体(１)の基端部を、上記ロッカシャ
フト(３)に代えて、ピボットにより枢支してもよい。

【００３８】ローラ(18)を支持している支軸(13)を、上
述した３個のブッシュ(12a)(12b)(12c)を廃止して１本
の単体としてもよいのは勿論である。第２のピストン(2
5)を作動させる手段は、上記油圧の代わりに圧縮空気で
もよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を奏す
る。 (a) ロッカアーム本体が一体成形されているので、強
度、剛性が高く、その分小型、軽量化が図れる。 (b) １個のローラをスライドさせて、異なるプロフィル
のカムところがり接触させるようにしているので、フリ
クションが低減するとともに、ロッカアーム全体の軽量
化が可能となる。 (c) 上記(ａ)(ｂ)の効果により、作動時の慣性質量が低
減し、エンジンの許容回転数並びに出力性能を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の平面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線に沿う拡大縦断正面図で
ある。

【図３】同じくローラが高速カム側に切換った状態の拡
大縦断正面図である。

【図４】図１における拡大左側面図である。

【図５】従来のロッカアームの平面図である。

【符号の説明】

(１)ロッカアーム (1a)押圧部 (２)嵌合孔 (３)ロッカシ
ャフト (3a)中空孔 (４)ロックナ
ット (５)アジャスティングスクリュウ (６)コッタ (７)スプリングリテーナ (８)バルブス
プリング (９)吸、排気バルブ (10a)(10b)軸
孔 (11)基軸 (12a)(12b)(1
2c)ブッシュ (13)支軸 (14)(15)空室 (16)(17)閉塞部材 (16a)気抜孔 (18)ローラ (19)カムシャ
フト (20)高速カム (21)低速カム (22)第１のピストン(切換手段) (22a)係止鍔
部 (22b)押圧部 (23)圧縮コイ
ルばね (24)ストッパ部 (25)第２のピ
ストン(切換手段) (25a)鍔部 (26)油室 (27)油路 (28)ストッパ
部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロッカアーム本体の適所に、該ロッカア
   ーム本体により支持された軸回りに回転するローラを、
   ロッカアーム本体の上方に設けたプロフィルの大小異な
   る複数の回転カムと摺接しうるように、かつ軸線方向に
   移動可能として設けるとともに、前記ローラの側方に、
   ローラを前記複数の回転カムのいずれかと摺接させるべ
   く側方に押動する切換手段を設けたことを特徴とする可
   変バルブタイミングリフト機構用ロッカアーム。
2. 【請求項２】 切換手段が、ローラの一側方の支軸に嵌
   合され、かつ付勢手段により常時ローラを他側方に向け
   て押動する第１のピストンと、ローラの他側方の支軸に
   嵌合され、かつ前記付勢手段の付勢力よりも大きい流体
   圧により作動して、ローラを第１のピストン側に押動す
   る第２のピストンとからなるものである請求項１記載の
   可変バルブタイミングリフト機構用ロッカアーム。
3. 【請求項３】 ロッカアーム本体が、複数のエンジンバ
   ルブを同時に作動させる複数の押圧部を備えている請求
   項１又は２記載の可変バルブタイミングリフト機構用ロ
   ッカアーム。
4. 【請求項４】 ロッカアーム本体が、アルミニウム合
   金、マグネシウム合金、チタン合金のいずれかにより成
   形されている請求項１乃至３のいずれかに記載の可変バ
   ルブタイミングリフト機構用ロッカアーム。