JPH068604B2 - 内燃機関の弁作動状態切換装置 - Google Patents

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あるいは
排気弁の作動状態を段階的に変化させるための切換装置
に関する。

〈従来の技術〉 燃焼室への混合気の送給、及び燃焼ガスの排出を所定の
タイミングに応じて行なわせるために、４サイクル内燃
機関の燃焼室は吸気弁と排気弁とを備えており、これら
両弁は、バルブステムを囲繞するように設けられたバル
ブスプリングにより常時閉弁方向に付勢されている。更
にこれら両弁は、機関のクランク軸からベルト・プーリ
などを用いて連結駆動されるカム軸に一体的に設けられ
たカムにより、上記したバルブスプリングの付勢力に抗
して強制的に押開けられるようにされている。

一方、広い回転速度範囲にわたる燃焼室への混合気の充
填効率向上を計るために、弁の作動状態を機関の回転速
度に応じて変化させる技術が種々提案されている。

このような弁作動状態切換装置として、例えば本出願人
による特開昭６３−１６１１１号公報に於て、一対の吸
気弁あるいは排気弁にそれぞれ対応しかつ機関の低速回
転域に対応した形状を有する一対の低速用カム及び機関
の高速回転域に対応した形状を有する単一の高速用カム
を機関の回転に同期して回転駆動されるカム軸に一体的
に形成すると同時に、低速用カムに摺接すると共に吸気
弁あるいは排気弁に直接運動・連結される一対の直動ロ
ッカアーム及び高速用カムに摺接する遊動ロッカアーム
を相互に隣接して相対角度変位可能なようにロッカシャ
フトに軸支し、これら各ロッカアームを一体的に連結す
る状態と、直動・遊動ロッカアーム間の相対角度変位を
許容する状態との切換を可能にした連結手段を各ロッカ
アームに内設するようにした内燃機関の弁作動状態切換
装置が提案されている。そしてこの連結手段として、各
ロッカアーム間を連通するように内設されたガイド孔内
にピストンを摺合させ、このピストンを油圧駆動にて互
いに隣接するロッカアーム同士間に跨がせることによ
り、各ロッカアーム同士を連結し得るようにした構造が
同明細書に開示されている。

上記した構造によると、それぞれ対応するカムのベース
円に両ロッカアームのカムスリッパが摺接している時
に、両ロッカアーム間に跨がる位置にピストンを変位さ
せることにより、両ロッカアームが互いに連結される。
従って、ピストンの円滑な作動を確保するうえには、両
ロッカアームのガイド孔の同軸精度を極めて高くする必
要があり、品質管理の面を煩雑化するという問題があっ
た。

そこで本出願人は、特願昭６２−３３６５９６号明細書
に於て、各ロッカアームに内設されたガイド孔間の同軸
精度を極度に高めなくとも円滑な切換動作を可能なもの
とするために、直動ロッカアームのガイド孔に比して遊
動ロッカアームのそれを幾分か大きく設定する構造を提
案した。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかるに、同構造によると、ガイド孔とピストンとの間
のクリアランスにより直動ロッカアームと遊動ロッカア
ームとの間の誤差を吸収しようとするものであることか
ら、場合によっては、がたを大きくする可能性がある。
そのため、高速回転域に於けるカムの実質的な有効揚程
の減少や、あるいは打音の発生を誘発する虞れがある。

本発明は、このような従来技術の不都合を改善すべくな
されたものであり、その主な目的は、ピストンとガイド
孔との間の公差を過大にすることなく円滑な連結装置の
作動が得られるように改良された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〉 このような目的は、本発明によれば、機関の回転速度範
囲に対応して異なるカムプロフィルを与えられた高速用
カム及び低速用カムと、燃焼室の吸気ポートあるいは排
気ポートに設置さればね手段により常時閉弁付勢された
弁と、前記低速用カムの揚程を前記弁に付与する直動伝
達部材と、前記高速用カムの揚程を遊動付勢手段に伝達
する遊動伝達部材と、これら両伝達部材の互に隣接する
部分が所定の位置関係にある時に両伝達部材を選択的に
連結し得る連結手段とを有する内燃機関の弁作動状態切
換装置であって、前記高速用カムのベース円径が前記低
速用カムのベース円径に比してより小さくされているこ
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、遊動伝達部材の自由に揺動可能とな
る角度が高速・低速両カムのベース円径の寸法差だけカ
ム軸の中心側に向けて拡大される。従って、直動伝達部
材と遊動伝達部材とが所定の位置関係から僅かに相対変
位している際にも、遊動伝達部材の位置を遊動付勢手段
に抗して容易に矯正することができる。

〈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図に示されるように、図示されない内燃機関本体に
は、一対の吸気弁１ａ・１ｂが設けられている。これら
両吸気弁１ａ・１ｂは、クランク軸（図示せず）の１／
２の速度で同期駆動されるカム軸２に一体的に設けられ
た所定のプロフィルを有する一対の低速用カム３ａ・３
ｂ及び単一の高速用カム４と、各低速用カム３ａ・３ｂ
にそれぞれ係合して揺動運動を行なう伝達部材としての
一対の直動ロッカアーム５・７及び高速用カム４に係合
して揺動運動を行なう遊動ロッカアーム６との働きによ
り開閉動作を行なうようにされている。また、本内燃機
関には、一対の排気弁（図示せず）が備えられており、
上記した吸気弁１ａ・１ｂと同様に開閉駆動される。

各ロッカアーム５〜７は、カム軸２の下方に該カム軸２
に平行に固設されたロッカシャフト８に揺動自在なよう
に互いに隣接して枢支されている。これらのうちの両直
動ロッカアーム５・７は、基本的に同一形状とされ、そ
の基部がロッカシャフト８にそれぞれ枢支され、その遊
端部が各吸気弁１ａ・１ｂの上方にそれぞれ延出されて
いる。また、これら両直動ロッカアーム５・７の遊端部
には、各吸気弁１ａ・１ｂの上端に当接するタペットね
じ９ａ・９ｂが進退可能なようにそれぞれ螺着されてお
り、該タペットねじ９ａ・９ｂは、ロックナット１０ａ
・１０ｂによりそれぞれ緩み止めされている。

遊動ロッカアーム６は、両直動ロッカアーム５・７間で
ロッカシャフト８に枢支されている。この遊動ロッカア
ーム６は、ロッカシャフト８から両吸気弁１ａ・１ｂの
中間に向けて僅かに延出されており、第２図に良く示さ
れているように、高速用カム４に摺接するカムスリッパ
６ａがその遊端部上面に形成され、シリンダヘッド１１
に穿設されたガイド孔１１ａに摺合する遊動付勢手段と
してのリフタ１２の上端面がその下面に当接している。

リフタ１２は、有底円筒状をなしており、その底壁側が
縮径され、これに伴い段部１２ａが内側に形成されてい
る。このリフタ１２の内側には、ばね定数の比較的小さ
い小径ばね１３ａ及びばね定数の比較的大きい大径ばね
１３ｂが、これら両ばね１３ａ・１３ｂ間にリテーナ１
２ｂを挾持したうえで縮設されている。これにより遊動
ロッカアーム６は、そのカムスリッパ６ａが高速用カム
４に常時摺接するように弾発付勢されている。

前記したようにカム軸２は、機関本体の上方に回転自在
なように枢支されており、低速用カム３ａ・３ｂと高速
用カム４とが一体的に連設されている。そして第３図に
良く示されているように、低速用カム３ａ・３ｂは、基
本的に真円をなすベース円部分B1及び比較的小さな揚程
を有する高位部L1からなる機関の低速回転域に適合した
カムプロフィルに形成されており、各直動ロッカアーム
５・７の上面に形成されたカムスリッパ５ａ・７ａに、
その外周面をそれぞれ摺接し得るようにされている。ま
た高速用カム４は、同じく基本的に真円をなすベース円
部分B2及び低速用カム３ａ・３ｂに比してより広角度に
わたる大きな揚程を有する高位部L2からなる機関の高速
回転域を適合したカムプロフィルに形成されており、前
記したように、遊動ロッカアーム６のカムスリッパ６ａ
にその外周面を摺接している。尚、第３図に於てリフタ
１２は図示省略されている。

これら各ロッカアーム５〜７は、各ロッカアーム５〜７
の中央部を貫通してロッカシャフト８と平行に穿設され
た係合部としての孔内に装着された後記する連結装置１
４により、一体的に揺動し得る状態と、相対変位し得る
状態とを切換可能なようにされている。

一方、各吸気弁１ａ・１ｂの上部には、リテーナ１５ａ
・１５ｂがそれぞれ設けられている。と同時に、これら
リテーナ１５ａ・１５ｂと機関本体との間には、各吸気
弁１ａ・１ｂのステム部を囲繞するバルブスプリング１
６ａ・１６ｂがそれぞれ介装されており、これをもって
各吸気弁１ａ・１ｂを常時閉弁方向、即ち第３図に於け
る上方に向けて弾発付勢している。

第４・５図に良く示されるように、一方の第１直動ロッ
カアーム５には、遊動ロッカアーム６側に向けて開放す
る第１ガイド孔１７が、ロッカシャフト８に平行して穿
設されている。この第１ガイド孔１７の底部側には、縮
径された小径部１８が形成され、これに伴い段部１９が
形成されている。

遊動ロッカアーム６には、第１直動ロッカアーム５の第
１ガイド孔１７に連通する第２ガイド孔２０が、その両
側面間を貫通して穿設されている。

他方の第２直動ロッカアーム７には、第２ガイド孔２０
に連通する第３ガイド孔２１が穿設されている。この第
３ガイド孔２１の底部側は、第１ガイド孔１７と同様に
段部２２と小径部２３とが形成されており、更にその底
壁には、貫通孔２４が穿設されている。

これら第１〜第３ガイド孔１７・２０・２１の内部に
は、第１直動ロッカアーム５と遊動ロッカアーム６とを
連結する位置及びその連結を解除する位置間で移動し得
る第１ピストン２５と、遊動ロッカアーム６と第２直動
ロッカアーム７とを連結する位置及びその連結を解除す
る位置間で移動可能な第２ピストン２６と、両ピストン
２５・２６の移動距離を規定するストッパ２７と、両ピ
ストン２５・２６を常時連結解除位置側に弾発付勢する
コイルばね２８とが装着されている。

第１ピストン２５は、第１ガイド孔１７と第２ガイド孔
２０に摺合し、これにより第１ガイド孔１７の底面と第
１ピストン２５の端面との間に油圧室２９が郭成されて
いる。また、ロッカシャフト８内には、図示されていな
い油圧供給装置に連通する一対の通路３０・３１が穿設
されている。

そして、第１直動ロッカアーム５の油圧室２９に連通す
るように穿設された油路３２と、ロッカシャフト８の周
壁に穿設された連通孔３３とを介して、第１直動ロッカ
アーム５の揺動状態の如何に拘らず、一方の作動油供給
通路３０から供給される作動油を、常に油圧室２９内に
導入し得るようにされている。そして他方の潤滑油供給
通路３１から供給される潤滑油により、各ロッカアーム
５〜７の枢支部の潤滑が行なわれるようにされている。

第１ピストン２５の軸線方向寸法は、その一端が第１ガ
イド孔１７内の段部１９に当接した際に、その他端が第
１直動ロッカアーム５の遊動ロッカアーム６を臨む側面
から突出しないように設定されている。

第２ピストン２６は、その軸線方向寸法を第２ガイド孔
２０の全長に等しくされており、第２ガイド孔２０と第
３ガイド孔２１とに摺合し得るようにされている。

ストッパ２７は、一端に第３ガイド孔２１に摺合する円
板部２７ａが形成され、他端に貫通孔２４に挿通する案
内棒２７ｂが形成されている。更にストッパ２７の円板
部２７ａと第３ガイド孔２１の小径部２３の底部との間
には、案内棒２７ｂを外囲して前記したコイルばね２８
が縮設されている。このコイルばね２８は、油圧室２９
に作用する油圧がある所定値以に達すると撓むようにさ
れている。

次に以上説明した本装置の作動要領について説明する。

機関の中低速度域にあっては、別途図示されていない制
御弁を閉弁することにより、作動油供給通路３０への油
圧を断っておく。すると、各ピストン２５・２６はコイ
ルばね２８の付勢力により、第４図に示すようにそれぞ
れ各ガイド孔１７・２０内に整合し、従って各ロッカア
ーム５〜７は互いに相対角変位が可能である。

このような連結装置１４の連結解除状態にあっては、カ
ム軸２の回転動作により、第１・第２各直動ロッカアー
ム５・７は各低速用カム３ａ・３ｂとの摺接に応じて揺
動し、各吸気弁１ａ・１ｂがその開弁時期を遅くすると
共に閉弁時期を早く、しかもリフト量を小さくしてそれ
ぞれ開閉駆動される。この時、遊動ロッカアーム６は高
速用カム４との摺接により揺動するが、その揺動動作は
両吸気弁１ａ・１ｂの作動に何の影響も及ぼさない。

一方、流体通路３１には常時潤滑油が圧送されており、
図示されない油孔を介してロッカシャフト８と各ロッカ
アーム５〜７間が潤滑される。

機関の高速運転に際しては、制御弁を開弁することによ
り、作動油供給通路３０、ロッカシャフト８の連通孔３
３、及び油路３２を介して連結装置１４の油圧室２９に
油圧が供給される。これにより、第５図に示されるよう
に、第１ピストン２５はコイルばね２８の押圧力に抗し
て遊動ロッカアーム６側に移動し、第２ピストン２６は
第１ピストン２５に押されて第２直動ロッカアーム７側
に移動する。この結果、ストッパ２７の一端が段部１９
に当接するまで第１及び第２ピストン２５・２６が共に
移動し、第１ピストン２５により第１直動ロッカアーム
と遊動ロッカアーム６とが連結され、第２ピストン２６
により遊動ロッカアーム６と第２直動ロッカアーム７と
が連結される。

以上のようにして、各ロッカアーム５〜７が連結装置１
４により相互に連結された状態にあっては、高速用カム
４に摺接した遊動ロッカアーム６の揺動量が最も大きく
なことから、第１及び第２直動ロッカアーム５・７は遊
動ロッカアーム６と共に揺動する。従って、両吸気弁１
ａ・１ｂが、高速用カム４のカムプロフィルに従ってそ
の開弁時期を早くすると共に閉弁時期をも遅くし、しか
もリフト量も大きくして共に開閉駆動される。

さて、上記した説明にてわかるように、上記実施例に於
ける動弁装置は、互いに隣接するロッカアームのガイド
孔間に跨がってピストンが移動することをもって両ロッ
カアームが連結される。従って、互いに隣接するガイド
孔同士が正確に同軸上にないと、ピストンが移動し得な
いこととなる。

一方、各吸気弁１ａ・１ｂのバルブステム端に直接当接
している各直動ロッカアーム５・７について、タペット
クリアランスが０である状態を想定して見ると、この場
合、各直動ロッカアーム５・７の運動は各低速用カム３
ａ・３ｂのプロフィル及び各バルブスプリング１６ａ・
１６ｂにそれぞれ支配され、がたの生ずる要素は殆ど無
いものと言える。

他方、遊動ロッカアーム６が高速用カム４のベース円部
分B₂に摺接している時には、リフタ１２に於ける大径ば
ね１３ｂは自由長の状態にあり、リフタ１２内の段部１
２ｂとリテーナ１２ａとの間には間隙がある。従って、
この状態に於ては、ばね定数を比較的小さく設定された
小径ばね１３ａのみを収縮しながら遊動ロッカアーム６
を僅かに揺動させることが可能である。

このような点に着目し、本発明に於ては、第６図に示す
ように、両低速用カム３ａ・３ｂのベース円径D1に比し
て高速用カム４のベース円径D2をd1だけ小さくすること
により、両直動ロッカアーム５・７のガイド孔中心C1に
対して遊動ロッカアーム６のガイド孔中心C2が必ずカム
軸２側に偏心するように定めている。

と同時に、かかる連結装置１４に於て、その連結作動時
に第１ピストン２５の第２ガイド孔２０への嵌入を円
滑、かつ確実に行わせるために、第６図に示すように、
遊動ロッカアーム６側を臨む第１ピストン２５の端部周
縁に部分球面状面取部３４ａが全周にわたり形成される
と共に、第１直動ロッカアーム５側を臨む遊動ロッカア
ーム６の開口端周縁にテーパ状面取部３５ａが全周にわ
たり形成されている。そしてこれと同様に、第２直動ロ
ッカアーム７側を臨む第２ピストン２６の端部周縁に部
分球面状面取部３４ｂが全周にわたり形成されると共
に、遊動ロッカアーム６側を臨む第２直動ロッカアーム
７の開口端周縁にテーパ状面取り部３５ｂが全周にわた
り形成されている。

さて、各ロッカアーム５〜７のカムスリッパ５ａ〜７ａ
が各カム３ａ・３ｂ・４のベース円部分B1・B2にある時
に、低速用カム３ａ・３ｂのベース円径D1と高速用カム
４のベース円径D2との間にはd1の偏差があることから、
両直動ロッカアーム５・７のガイド孔中心C1に対して遊
動ロッカアーム６のガイド孔中心C2が、カム軸２側にd2
だけ必ず偏心する。この状態より、油圧室２９の圧力Ｐ
により第１ピストン２５が第２ピストン２６を押し出さ
んとすることを想定すると、直動ロッカアーム５・７は
バルブスプリング１６ａ・１６ｂの押圧力F1にて変位し
得ないが、遊動ロッカアーム６には比較的小さい小径ば
ね１３ａの押圧力F2のみが作用しているため、第１ピス
トン２５の突入力により遊動ロッカアーム６が下向きに
変位し得ることがわかる。

このようにして、両ピストン２５・２６の突入力をもっ
て遊動ロッカアーム６を変位させ、第２ガイド孔２６の
偏心を矯正することにより、連結動作を助けることがで
きる。そして高速用カム４の高位部L2がカムスリッパ６
ａに摺接する時には、小径ばね１３ａが収縮してリフタ
１２の段部１２ａにリテーナ１２ｂが当接し、大径ばね
１３ｂの付勢力がリフタ１２に作用する。これにより、
比較的大きな荷重にて遊動ロッカアーム６が高速用カム
４に押し当てられる。

尚、上記実施例に於ては、３分割ロッカアームにて２弁
共に作動時期を切換えるものについて説明したが、本発
明は、２分割以上のロッカアームにて、その一部が速度
範囲に応じて遊動するように構成された弁作動時期状態
装置のカムにも等しく応用可能である。

［発明の効果］ このように本発明によれば、切換装置に関連する寸法誤
差が累積した場合にも、ガイド孔の偏心をピストンの移
動が可能となる方向となるようにすることができる。従
って、管理公差を幾分か緩和して品質管理を簡略化する
ことが可能となり、製造コストを削減する上に効果的で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づき構成された弁作動状態切換装置
を有する動弁機構の上面図である。 第２図は第１図に於けるII〜II線に沿う断面図である。 第３図は第１図に於けるIII矢視図である。 第４図は低速運転時を示す第３図に於けるIV−IV線に沿
う断面図である。 第５図は高速運転時を示す第４図と同様な断面図であ
る。 第６図は各部の関連を説明するための第３図のVI〜VI線
に沿う部分的な断面図である。 １ａ・１ｂ…吸気弁、２…カム軸 ３ａ・３ｂ…低速用カム ４…高速用カム、５…第１直動ロッカアーム ６…遊動２ロッカアーム ７…第２直動ロッカアーム ５ａ・６ａ・７ａ…カムスリッパ ８…ロッカシャフト ９ａ・９ｂ…タペットねじ １０ａ・１０ｂ…ロックナット １１…シリンダヘッド、１１ａ…ガイド孔 １２…リフタ、１２ａ…段部 １２ｂ…リテーナ、１３ａ…小径ばね １３ｂ…大径ばね、１４…連結装置 １５ａ・１５ｂ…リテーナ １６ａ・１６ｂ…バルブスプリング １７…第１ガイド孔、１８…小径部 １９…段部、２０…第２ガイド孔 ２１…第３ガイド孔、２２…段部 ２３…小径部、２４…貫通孔 ２５…第１ピストン、２６…第２ピストン ２７…ストッパ、２８…コイルばね ２９…油圧室、３０…作動油供給通路 ３１…潤滑油供給通路、３２…油路 ３３…連通孔 ３４ａ・３４ｂ…部分球面状面取部 ３５ａ・３５ｂ…テーパ状面取部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関の回転速度範囲に対応して異なるカム
   プロフィルを与えられた高速用カム及び低速用カムと、
   燃焼室の吸気ポートあるいは排気ポートに設置さればね
   手段により常時閉弁付勢された弁と、前記低速用カムの
   揚程を前記弁に付与する直動伝達部材と、前記高速用カ
   ムの揚程を遊動付勢手段に伝達する遊動伝達部材と、こ
   れら両伝達部材の互に隣接する部分が所定の位置関係に
   ある時に両伝達部材を選択的に連結し得る連結手段とを
   有する内燃機関の弁作動状態切換装置であって、 前記高速用カムのベース円径が前記低速用カムのベース
   円径に比してより小さくされていることを特徴とする内
   燃機関の弁作動状態切換装置。
2. 【請求項２】前記連結手段が、前記両伝達部材に跨がる
   同一軸線上に形成された係合部と、該係合部に嵌合し得
   る連結部材からなり、前記係合部の入口開口と前記連結
   部材の突入端との少なくともいずれか一方にテーパ状面
   取りが形成されていることを特徴とする第１請求項に記
   載の内燃機関の弁作動状態切換装置。