JPH0737763B2 - 可変バルブタイミング式動弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、車両用エンジンにおいて吸，排気バルブの開
閉時期，即ちバルブタイミングを各運転条件により可変
に制御する可変バルブタイミング式動弁装置に関し、詳
しくは、低速用と高束用の２組のカム，ロッカアームを
有して分離または結合して動作する方式に関する。

〔従来の技術〕

車両用エンジンの自然吸気では、吸排気バルブのバルブ
タイミングが体積効率，低速安定性，高速性能等に大き
く影響を及ぼす。即ち、上死点付近で吸，排気バルブが
共に開いている期間のオーバラップが大きいと、高速時
に吸排気慣性等を利用して吸気が促進され、体積効率と
共に性能が向上する。一方、低速時には吹返しや吹抜け
を招いて安定性を損うことにより、このため低速時には
オーバラップを小さくする方がよい。そこで、エンジン
の広い運転領域で常に安定性と高い性能を発揮するに
は、低速と高速でそれに適したバルブタイミングに可変
制御することが要求される。

そこで、かかる可変バルブタイミングの制御手段として
既に種々の方式が提案されている。その１つとして、低
速用の高速用のカムを有し、それぞれのカムに摺接する
低速用と高速用のロッカアームを設けてその一方をバル
ブに連結する。そして低速と高速時に、２組のロッカア
ームを分離または一体的に結合してバルブを開閉動作
し、低速カムによる狭開角，高速カムによる広開角のバ
ルブタイミングに制御するものがある。

そこで従来、上記機械的分離，係合の可変バルブタイミ
ング式動弁装置に関しては、例えば特開昭62−32206号
公報の先行技術がある。ここで、ロッカシャフトにより
支持される２つのロッカアームの一方をバルブ側に連結
し、両ロッカアームの中間のスリッパに低速用と高速用
のカムを摺接する。また、２つのロッカアームの中間で
それと直角な方向に両者にまたがって連結切換手段を内
蔵し、この切換手段は油圧によるピストン，スプリング
が付勢されたストッパを同軸上に配置して、分離または
結合することが示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記先行技術のものにあっては、低速用と高
速用のカムが共にロッカアームに対しスリッパで摺接し
て駆動するため、第８図の特性から明らかなように、特
に低速時にはスリッパにオイルの油膜が形成し難くな
り、駆動トルクが大幅に増大して燃費等の悪化を招く。
連結切換手段はロッカアーム同士の間に内蔵される構成
であるため、構造が複雑化し、結合時にはピストンに剪
断力が作用して耐久性等の点で不利である。

ここで、低速用カムとロッカアームとの間にフリクショ
ンの小さいローラフォロアを介設すると、カムの高さの
増大を招く。そこで、ローラフォロアの大部分をロッカ
アームに埋設すると、分離，結合の切換手段の構造，配
置が問題になる。このことから低速用としてローラフォ
ロアを設けた場合は、切換手段を工夫し、カム高さの増
大等が生じないように考慮する必要がある。

そこで本発明は、燃費の向上と動弁系の小型軽量化とを
両立できる可変バルブタイミング式動弁装置を提供する
ことを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成するため、本発明による可変バルブタイ
ミング式動弁装置は、エンジンの低速回転領域に対応し
た狭開角低リフトの輪郭を有する低速カム及びエンジン
の高速回転領域に対応した広開角高リフトの輪郭を有す
る高速カムをカムシャフトに備え、ロッカシャフトには
上記低速カムに対応した低速用ロッカアーム及び上記高
速カムに対応した高速用ロッカアームを相互に係合，分
離可能に備えると共に、エンジンの低速回転領域では低
速用ロッカアームと高速用ロッカアームとを分離するこ
とで上記低速カムにのみ低速用ロッカアームを当接させ
てバルブを狭開角低リフトで開閉させ、エンジンの高速
回転領域では低速用ロッカアームと高速用ロッカアーム
とを係合することで上記高速カムにのみ高速用ロッカア
ームを当接させてバルブを広開角高リフトで開閉させる
切換手段を備えた可変バルブタイミング式動弁装置にお
いて、上記低速用ロッカアームには、外周一部が露出す
る埋設状態で上記低速カムに当接可能なローラフォロア
を設けると共に、上記高速用ロッカアームには、上記高
速カムに当接可能なスリッパを設けたことを特徴とす
る。

〔作用〕

このような手段を採用した本発明の可変バルブタイミン
グ式動弁装置によれば、エンジンの低速回転領域では、
切換手段が低速用ロッカアームと高速用ロッカアームと
を分離することで、低速用ロッカアームがローラフォロ
アを介して低速カムに当接し、この低速カムの回転によ
り低速用ロッカアームを介してバルブが狭開角低リフト
で開閉される。またエンジンの高速回転領域では、切換
手段が低速用ロッカアームと高速用ロッカアームとを係
合することで、高速用ロッカアームがスリッパを介して
高速カムに当接し、この高速カムの回転により高速用ロ
ッカアームから低速用ロッカアームを介してバルブが広
開角高リフトで開閉される。

〔実 施 例〕

以下、本発明の実施例の図面に基づいて説明する。

第１図ないし第３図において、符号１はシリンダヘッ
ド、２は二叉状の吸気ポートであり、この吸気ポート２
に２個の吸気バルブ3,3′が設けられる。吸気バルブ３
は、バルブガイド４により支持され、バルブヘッド3aが
バルブシート５に接して閉じるようになっており、ステ
ムエンド3bのリテーナ６にバルブスプリング７が吸気バ
ルブ３を閉じる方向に付勢されている。他方の吸気バル
ブ３′も全く同一に取付けられ、これらの吸気バルブ3,
3′に可変バルブタイミング式動弁装置10が設けられ
る。

可変バルブタイミング式動弁装置10は、２個の吸気バル
ブ3,3′の配列と平行にカムシャフト11とロッカシャフ
ト12とが配置され、カムシャフト11はエンジン回転数に
対し1/2の回転で同期回転する。そしてカムシャフト11
において吸気バルブ3,3′と対応する位置に低速カム13,
13′が形成され、両低速カム13,13′の間に１つの高速
カム14が形成されている。低速カム13,13′の直下に
は、ローラ付のサイドロッカアーム（低速用ロッカアー
ム）15,15′が一端をロッカシャフト12に嵌合支持して
傾いて設置され、その他端の調整ねじ16,16′が吸気バ
ルブ3,3′のスラムエンド3b側に連結している。高速カ
ム14の直下には、センターロッカアーム（高速用ロッカ
アーム）17が一端をロッカシャフト12に嵌合支持し、サ
イドロッカアーム15,15′と略同様に傾いて設置され、
このセンターロッカアーム17の他端側にスプリング手段
18が付勢され、切換手段30が内蔵されている。

こうして２個の吸気バルブ3,3′に対し、低速用は２組
の独立した低速カム13,13′と低速用ロッカアーム15,1
5′を有し、高速用は１組の高速カム14と高速用ロッカ
アーム17を有する。

低速カム13と高速カム14のベースサークルは、後述する
切換機構30の構造との関係で異なっており、低速カム13
は、大径のベースサークルでリフト部13aが狭開角低リ
フトに形成される。高速カム14は、小径のベースサーク
ルでリフト部14aが広開角高リフトに形成されている。

低速用ロッカアーム15は、側面視への字状であり、中間
の上部に深い溝19が形成され、この溝19にローラフォロ
ア20がシャフト21で支持して一部を上方に露出するよう
に取付けられ、ローラフォロア20に低速用カム13が接す
るようになっている。他方の低速用ロッカアーム15′に
も同様にローラフォロア20′が取付けられるが、上述の
シャフト21が両低速用ロッカアーム15,15′の間に装架
されてこのローラフォロア20′も支持している。

高速用ロッカアーム17は、ローラフォロア用シャフト21
と干渉しないように側面視上下に二叉状を成し、上部自
由端17aにスリッパ17bが形成されて高速カム14に接して
いる。また、下部自由端17cにはスプリング手段18が、
常に高速用ロッカアーム17を高速カム14に摺接保持する
ように付勢されている。ここで高速カム14のベースサー
クルクの場合は、高速用ロッカアーム17が上方に揺動位
置し、上部自由端17aとシャフト21との間に比較的大き
い隙間が生じる。そこで高速用ロッカアーム17の内部
で、上部自由端17aとシャフト21との隙間に向けて２組
の切換手段30が平行に内蔵されている。

切換手段30は、第４図に示すように高速用ロッカアーム
17の上部においてシャフト21と対応する部分に開口した
孔31が貫通して設けられ、この孔31の中間の仕切り32か
らシャフト21側に油圧室33を介してピストン34を挿入さ
れ、ピストン34のロッド34aが反対側に延び、抜止めを
兼ねてリテーナ35を介してスプリング36が付勢されてい
る。またシャフト21のピストン34と対応する部分には円
弧状の係合溝37が形成され、油圧室33は通路38を介して
ロッカシャフト12のオイルギャラリ39に連通している。

ここで高速カム14のベースサークルの場合に、孔31とシ
ャフト21との係合溝37による円形の隙間が最大になり、
このとき油圧室33に油圧が導入すると、ピストン34が上
部自由端17aとシャフト21との間に差込まれて一体結合
する。また上記一体結合した状態では、ベースサークル
以外は低速カム13のリフト部13aを、ローラフォロア20
から浮上させるようになっている。

次いで、かかる構成の動弁装置の作用を、第５図と第６
図のバルブリフトカーブを用いて説明する。

先ず、例えば所定のエンジン回転数以下の低速時には、
切換手段30の油圧室33をドレンし、第５図（ａ）のよう
にスプリング36によりピストン34を引込めて高速用ロッ
カアーム17に収容する。これにより、低速用ロッカアー
ム15,15′と高速用ロッカアーム17とは分離されて各別
に作動することが可能になり、ここで吸気バルブ3,3′
には低速用ロッカアーム15,15′のみが連結すること
で、低速カム13,13′によるローラフォロア20,20′の転
動により小さいフリクションで低速用ロッカアーム15,1
5′が揺動する。そしてこの低速用ロッカアーム15,15′
により、吸気バルブ3,3′がストロークしながら弁開閉
動作することになり、このためこの場合は、低速カム1
3,13′のリフト部13a等で第６図の曲線l_Lのように狭開
角のバルブタイミングになり、良好な低速の安定性，出
力性能を発揮する。

一方、このとき高速用ロッカアーム17は、スプリング手
段18により常に高速カム14に摺接して空の状態で揺動し
ている。そして高速カム14がベースサークルの場合は、
低速カム13,13′もベースサークルになり、低速用ロッ
カアーム15,15′と高速用ロッカアーム17とが共に上方
に揺動位置して、ピストン34の突出が可能になる。

そこで所定のエンジン回転数以上の高速時には、切換手
段30の油圧室33に油圧を導入する。すると、上述のよう
な高速カム14と低速カム13,13′のベースサークルにお
いてピストン34が突出し、第５図（ｂ）のように高速用
ロッカアーム17の上部自由端17aとシャフト21との間に
差込まれる。そこで高速用ロッカアーム17が、ピストン
34,シャフト21を介して低速用ロッカアーム15,15′に揺
動方向に対し一体結合する。そして低速カム13,13′の
リフト部13a等はローラフォロア20,20′から浮上するこ
とで、低速用ロッカアーム15,15′，高速用ロッカアー
ム17の全体が高速カム14に追従して揺動し、吸気バルブ
3,3′を弁開閉動作する。この場合は、高速カム14が高
速用ロッカアーム17のスリッパ17bに摺接するが、高速
で接することで油膜により小さいフリクションとなり、
第６図の曲線l_Hのように高開角のバルブタイミングで、
高速性能を発揮するようになる。

第７図において、本発明の他の実施例について述べる。

この実施例では、吸気バルブ3,3′に高速用ロッカアー
ム17が二叉状を成し、調整ねじ16,16′を介して連結し
て、高速用ロッカアーム17にローラフォロア20がシャフ
ト21の両端を左右に突出して設けられ、高速用ロッカア
ーム17の左右に低速用ロッカアーム15,15′が配置され
ている。カムシャフト11では、中央に低速カム13が、そ
の左右に高速カム14,14′が形成され、低速カム13がロ
ーラフォロア20に接し、左右の高速カム14,14′が低速
用ロッカアーム15,15′のスリッパ部に接する。そして
低速用15,15′に切換手段30,30′が、それぞれ低速用ロ
ッカアーム15,15′とシャフト21の突出部21a,21bに係合
して高速用ロッカアーム17と一体結合するように内蔵さ
れている。

こうして、この実施例の場合も低速時は、高速用ロッカ
アーム17と低速用ロッカアーム15,15′とが分離され、
低速カム13に対しローラフォロア20を介して高速用ロッ
カアーム17が追従して揺動する。また、高速時は、切換
手段30,30′により高速用ロッカアーム17と低速用ロッ
カアーム15,15′とが一体結合し、高速カム14,14′に追
従して揺動し、上述と同様に作用する。

以上、本発明の実施例について述べたが、排気バルブ側
に用いることもでき、１対の吸，排気バルブに適用する
ことも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明した通り本発明によれば、エンジンの低速回転
領域では、切換手段が低速用ロッカアームと高速用ロッ
カアームとを分離することで、低速用ロッカアームが低
速カムに当接し、この低速カムの回転により低速用ロッ
カアームを介してバルブを狭開角低リフトで開閉するこ
とができる。またエンジンの高速回転領域では、切換手
段が低速用ロッカアームと高速用ロッカアームとを係合
することで、高速用ロッカアームが高速カムに当接し、
この高速カムの回転により高速用ロッカアームから低速
用ロッカアームを介してバルブを広開角高リフトで開閉
することができる。

ここで、エンジンの低速回転領域では低速カムがフリク
ションの小さいローラフォロアを介して低速用ロッカア
ームに当接するので、低速カムの回転駆動トルクを低減
でき、燃費を向上することができる。一方、エンジンの
高速回転領域では高速カムが油膜形成の良好なスリッパ
を介して高速用ロッカアームに当接するので、高速カム
の回転駆動トルクが大幅に増大することがなく、燃費の
悪化を招くことがない。従って、エンジンの回転領域全
体としてみても燃費を向上することができる。

また、前記ローラフォロアは低速カムの回転に対応でき
ればよく、高速カムの回転に対応する必要がないので、
ローラ荷重の小さい小型のものとすることができ、しか
もこのローラフォロアは、低速用ロッカアームに対して
外周一部が露出する埋設状態で設けられるので、低速カ
ムの高さ位置を低くできるから、動弁系を小型軽量化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の可変バルブタイミング式動弁装置の実
施例を一部段面した側面図、 第２図は同平面図、 第３図は一部断面した正面図、 第４図は切換手段の拡大断面図、 第５図（ａ），（ｂ）は低速，高速の作動状態を示す
図、 第６図はバルブリフトカーブを示す図、 第７図は他の実施例を示す平面図、 第８図はフリクションの状態を示す図である。 3,3′……吸気バルブ、10……動弁装置、13,13′……低
速カム、14,14′……高速カム、15,15′……低速用ロッ
カアーム、17……高速用ロッカアーム、17b……スリッ
パ、20,20′……ローラフォロア、21……シャフト、30,
30′……切換手段、34……ピストン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの低速回転領域に対応した狭開角
   低リフトの輪郭を有する低速カム及びエンジンの高速回
   転領域に対応した広開角高リフトの輪郭を有する高速カ
   ムをカムシャフトに備え、ロッカシャフトには上記低速
   カムに対応した低速用ロッカアーム及び上記高速カムに
   対応した高速用ロッカアームを相互に係合，分離可能に
   備えると共に、エンジンの低速回転領域では低速用ロッ
   カアームと高速用ロッカアームとを分離することで上記
   低速カムにのみ低速用ロッカアームを当接させてバルブ
   を狭開角低リフトで開閉させ、エンジンの高速回転領域
   では低速用ロッカアームと高速用ロッカアームとを係合
   することで上記高速カムにのみ高速用ロッカアームを当
   接させてバルブを広開角高リフトで開閉させる切換手段
   を備えた可変バルブタイミング式動弁装置において、 上記低速用ロッカアームには、外周一部が露出する埋設
   状態で上記低速カムに当接可能なローラフォロアを設け
   ると共に、上記高速用ロッカアームには、上記高速カム
   に当接可能なスリッパを設けたことを特徴とする可変バ
   ルブタイミング式動弁装置。