JPH0586820A - 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、フリクションロスを小さくしてエンジンの出力性
能を向上する。 【構成】 ロッカアーム本体(１)に、回転自在なローラ
(23)と上下移動可能な駆動板(26)とを設け、それらをそ
れぞれ低速カム(25)と、高速カム(30)とに摺接させ、か
つ駆動板(26)と高速カム(30)との連係を、油圧により作
動するピストン(15)等よりなる切換手段により断続させ
るようにしてあるため、ロッカアーム本体(１)を複数に
分割しなくても、吸、排気バルブを低速又は高速カム(2
5)(30)に応じたバルブリフト及びバルブタイミングで開
閉することができる。従って、ロッカアーム本体(１)の
強度、剛性が高く、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、内燃機関に用いられる
ロッカアーム、特に、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、かつ低速重視型のオーバーラップ領域の小さ
い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(01)を示すもので、
ロッカアーム(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)により摺動自在に枢支され
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、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(Ｒ)の全体重量が増加し、慣性質量が大となって
エンジンの出力性能が低下するという新たな問題が発生
する。

【００１３】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、ロッカアーム本体の小型、軽量化を図る
とともに、フリクションロスを小さくしてエンジンの出
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。

【００１４】

【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、先端部が弁の軸端と当接しうるようにし
て基端部を枢支したロッカアーム本体のほぼ中間部に、
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配設したカムシャ
フトにおける低速カムと常時摺接するように設けるとと
もに、前記ローラの側方に、前記カムシャフトにおける
低速カムよりもプロフィルの大きい高速カムと摺接する
駆動板を、上下移動可能かつ上向に付勢して設け、かつ
ロッカアーム本体内に、前記高速カムと駆動板との連係
を断続する切換手段を設けたことを特徴としている。

【００１５】

【作用】一体成形されたロッカアーム本体に、回転自在
なローラと上下移動可能な駆動板とを設け、それらをそ
れぞれ低速カムと、それよりプロフィルの大きい高速カ
ムとに摺接させ、かつ駆動板と高速カムとの連係を、例
えばエンジンの回転数と連動して自動的に作動する切換
手段により断続させるようにしてあるため、ロッカアー
ム本体を従来のように複数に分割しなくても、吸、排気
バルブを低速又は高速カムに応じたバルブリフト及びバ
ルブタイミングで開閉することができる。

【００１６】従って、ロッカアーム本体の強度、剛性が
従来の分割式に比べて高く、その小型、軽量化が可能と
なる。また、常用回転で使用されることの多い低速側を
ローラとしてころがり接触としてあるので、フリクショ
ンロスを小さくしうる。

【００１７】

【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
機構の吸気又は排気側のいずれかに適用されるロッカア
ームを示し、(１)は、例えばアルミニウム合金、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、その基端部(図１において下
側)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(２)に回動自在に嵌合されてい
る。

【００１８】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(３)によ
り回り止めされたアジャスティングスクリュウ(４)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(４)の下端は、図４に詳細を示すように、
１対のコッタ(５)(５)、スプリングリテーナ(６)、及び
バルブスプリング(７)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気筒当たり２個ずつの給気
又は排気バルブ(８)のステム端と当接している。

【００１９】ロッカアーム本体(１)のほぼ中央部には、
上下に貫通する長方形状をなす嵌合孔(９)と、細長長方
形状の凹陥部(10)とが、ロッカシャフト(２)と直交する
方向を向くようにして並設されている。

【００２０】ロッカアーム本体(１)における厚さ方向の
中心よりも若干上方の左右両側部には、図２に示すよう
に、上記嵌合孔(９)と連通する大径の軸孔(11)と、凹陥
部(10)と連通する小径の軸孔(12)とが、左右方向を向い
て、かつ互いの中心軸線を整合させて穿設されている。
大径の軸孔(11)には、中心に上記小径の軸孔(12)と等径
の貫通孔(13)を有する円筒形の支軸(14)が、その左端面
と凹陥部(10)の右側面とが同一面をなす位置まで圧入さ
れている。

【００２１】支軸(14)の貫通孔(13)内には、ピストン(1
5)が左右方向に摺動自在に収容され、通常時(低速時)に
おいては、その右端が貫通孔(13)の内周面に穿設した環
状のストッパ(16)と当接する非作動位置に待機してい
る。

【００２２】貫通孔(13)の右端は、閉塞片(17)により密
閉されており、閉塞片(17)とピストン(15)との間の空隙
は、油室(18)となっている。油室(18)は、図１に示すよ
うに、支軸(14)に穿設した油孔(19)、及びロッカアーム
本体(１)に穿設した油路(20)を介して、ロッカシャフト
(２)の中空孔(2a)と連通しており、油室(18)には、中空
孔(2a)内を流通する圧油(潤滑油)が供給されるようにな
っている。

【００２３】なお、油室(18)への圧油の供給と停止は、
例えば潤滑油の循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。

【００２４】上記嵌合孔(９)内を貫通している支軸(14)
には、その外周面に摺接させた多数の針状コロ(21)と、
それを内包するように外嵌された外輪(22)とからなるニ
ードルベアリング式のローラ(23)が、嵌合孔(９)内にお
いて回転自在に支持されている。

【００２５】ローラ(23)の上端面は、ロッカアーム本体
(１)の上方に配設された、ローラ(23)の軸線と平行をな
すカムシャフト(24)におけるプロフィルの小さい低速カ
ム(25)と常時摺接している。

【００２６】凹陥部(10)には、下向片(26a)と、その上
端に左方を向いて連設された側片(26b)とからなる概ね
逆Ｌ字形をなす駆動板(26)の下向片(26a)が遊嵌され、
下向片(26a)におけるロッカシャフト(２)側の基端部
を、左右方向を向くピン(27)をもってロッカアーム本体
(１)に枢支することにより、駆動板(26)全体はピン(27)
を中心として上下に回動することができる(図１、図３
参照)。

【００２７】下向片(26a)の下方寄りに穿設された通孔
(28)には、ピストン(15)の外径と等寸で、かつ長さが凹
陥部(10)の左右幅とほぼ同等か若干短寸の押圧ピストン
(29)が、摺動自在に嵌合されている。

【００２８】駆動板(26)の側片(26b)の円弧状に湾曲す
る上端面は、カムシャフト(24)における前記低速カム(2
5)の側方に並設された、低速カム(25)と同位相で、かつ
それよりも大きなプロフィルを有する高速カム(30)と摺
接している。

【００２９】(31)は、側片(26b)とロッカアーム本体
(１)の上面との間に縮設された圧縮コイルばねで、駆動
板(26)全体を常時上向に付勢している。なお、上記側片
(26b)が高速カム(30)のベースサークルに摺接している
ときにおいて、ピストン(15)と押圧ピストン(29)との中
心軸線同士が互いに整合するようになっている。

【００３０】(32)は、軸孔(12)の左端部に圧入したばね
受け(33)と押圧ピストン(29)との間の軸孔(12)内に収容
された圧縮コイルばね(リターンスプリング)で、これが
最大に伸長したとき、押圧ピストン(29)は、その右端面
がピストン(15)の左端面と当接して、凹陥部(10)内に位
置するようになっている。従って、押圧ピストン(29)が
凹陥部(10)内に位置しているときには、高速カム(30)が
回転しても、押圧ピストン(29)と駆動板(26)とが単に凹
陥部(10)内を一体となって上下に移動するだけで、高速
カム(30)の駆動力がロッカアーム本体(１)に伝達される
ことはない。

【００３１】次に、上記実施例の作用について説明す
る。エンジンの回転数又は車速が一定値以下の低速域に
おいては、潤滑油の循環系路に設けたソレノイドバルブ
等がOFFとなって、油室(18)への圧油の供給が行なわれ
ないことから、ピストン(15)の動きはない。従ってロッ
カアーム本体(１)は、図２に示すように、ローラ(23)が
低速カム(25)により駆動されることにより、上下に揺動
し、吸気又は排気バルブ(８)(８)を、低速性能を向上さ
せるべく予め設定し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。

【００３２】このとき、駆動板(26)も高速カム(30)によ
り駆動されるが、前述したように、押圧ピストン(29)が
凹陥部(10)内に位置し、かつピストン(15)も支軸(14)内
に収容されていることから、駆動板(26)は、低速カム(2
5)と高速カム(30)とのプロフィル(リフト)の差だけ上下
に空回動し、高速カム(30)の駆動力がロッカアーム本体
(１)に伝達されるのが防止される。

【００３３】エンジンの回転数又は車速が一定値を越え
て高速域に達すると、ソレノイドバルブ等が自動的にON
して、油室(18)に圧油が供給されることにより、ピスト
ン(15)は、図３に示すように、圧縮コイルばね(32)に抗
して押圧ピストン(29)を押動しつつ左方に摺動し、駆動
板(26)の通孔(28)を貫通して左端部が軸孔(12)内に突入
する作動位置まで強制移動させられる。

【００３４】これにより、駆動板(26)はロックされ、ロ
ッカアーム本体(１)が高速カム(30)により駆動されるこ
とにより、吸気又は排気バルブ(８)(８)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。

【００３５】このとき低速カム(25)は、ローラ(23)に対
し高速カム(30)とのプロフィル(リフト)の差分の間隙を
隔てて非接触回転するため、ローラ(23)は休止状態とな
る。

【００３６】高速領域から低速領域に移った際には、ソ
レノイドバルブ等がOFFとなって、油室(18)への圧油の
供給が停止されるため、ピストン(15)は、圧縮コイルば
ね(32)の弾発力により押圧ピストン(29)を介して原位置
(図２の位置)まで押し戻される。

【００３７】従って、ロッカアーム本体(１)は、駆動板
(26)が空回動することから、低速カム(25)により駆動さ
れる。なお、油室(18)に圧油を供給してピストン(15)を
スライドさせるタイミングは、ピストン(15)と駆動板(2
6)の通孔(28)との中心軸線が互いにほぼ整合したとき、
すなわち、駆動板(26)が高速カム(30)のベースサークル
と摺接しているとき行なうようにするのがよい。

【００３８】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
アルミニウム合金等の軽量材料による成形が可能とな
り、ロッカアーム本体(１)の軽量化が図れて作動時の慣
性質量が低減し、出力性能を向上させることができる。

【００３９】また、常用回転で使用される頻度の多い低
速カム(25)側を、ころがり接触としてあるため、フリク
ションによる機械損失が低減するだけでなく、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、かつ部品点数も
削減する。

【００４０】さらに、ロッカアーム本体(１)を鋳造成形
するに際し、その金型が１個で済み、かつ鋳造成形後の
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
利点がある。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(８)を同時に作動させるＤＯＨＣエンジ
ンのロッカアームに適用する例について説明したが、２
個以上のバルブを同時に作動させるロッカアームや、１
個のバルブを作動させるＳＯＨＣエンジンのロッカアー
ムにも適用しうる。

【００４１】また、ローラ(23)は、針状コロ(21)のな
い、単にローラを支軸(14)に回転自在に嵌合したのみの
ものであってもよい。ピストン(15)を作動させる流体圧
は、圧縮空気でもよい。

【００４２】実施例では、押圧ピストン(29)を介してピ
ストン(15)を右方に作動させるようにしているが、この
ような押圧ピストン(29)を用いないで、圧縮コイルばね
(32)を直接ピストン(15)の左端面に当接させてもよい。
この場合、駆動板(26)の上下動の妨げとならない程度
に、圧縮コイルばね(32)のコイル径を小とするのが望ま
しい。

【００４３】

【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、従ってアルミニウム合金等の軽量材料
を使用しても強度上問題となることはなく、ロッカアー
ム本体の小型、軽量化が図れる。 (b) 使用頻度の多い低速側をローラとし、低速カムに対
しころがり接触させているため、フリクションによる機
械損失が低減して、出力及び燃費性能を向上させること
ができる。 (c) ロッカアーム全体が軽量化される結果、作動時の慣
性質量が低減し、エンジンの許容回転数が向上して最高
出力を高めうる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の一部切欠平面図である。

【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Ｂ−Ｂ線に沿う縦断側面図である。

【図４】ピストンが作動位置に移動したときの図２と同
様の拡大縦断正面図である。

【図５】従来のロッカアームの平面図である。

【符号の説明】

(１)ロッカアーム本体 (1a)押圧部 (２)ロッカシャフト (2a)中空孔 (３)ロックナット (４)アジャ
スティングスクリュウ (５)コッタ (６)スプリ
ングリテーナ (７)バルブスプリング (８)吸、排
気バルブ (９)嵌合孔 (10)凹陥部 (11)(12)軸孔 (13)貫通孔 (14)支軸 (15)ピスト
ン (16)ストッパ (17)閉塞片 (18)油室 (19)油孔 (20)油路 (21)針状コ
ロ (22)外輪 (23)ローラ (24)カムシャフト (25)低速カ
ム (26)駆動板 (26a)下向
片 (26b)側片 (27)ピン (28)通孔 (29)押圧ピ
ストン (30)高速カム (31)(32)圧
縮コイルばね (33)ばね受け

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先端部が弁の軸端と当接しうるようにし
   て基端部を枢支したロッカアーム本体のほぼ中間部に、
   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配設したカムシャ
   フトにおける低速カムと常時摺接するように設けるとと
   もに、前記ローラの側方に、前記カムシャフトにおける
   低速カムよりもプロフィルの大きい高速カムと摺接する
   駆動板を、上下移動可能かつ上向に付勢して設け、かつ
   ロッカアーム本体内に、前記高速カムと駆動板との連係
   を断続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、ローラの円筒形をなす支軸
   内に摺動自在に嵌合され、かつ駆動板に穿設した通孔内
   に突入して該駆動板の上下動をロックする作動位置か
   ら、通孔より抜け出て支軸内に収容される非作動位置ま
   での間を、適宜の流体圧により軸線方向に移動しうるピ
   ストンと、ピストンを常時非作動位置に向けて付勢する
   付勢手段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。