JPS5925008A - 内燃機関の弁作動切換装置 - 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】 本発明は多気筒内燃機関の一部の気筒の燃焼を機関運転
条件により休止させる気筒数制御に際して稼動、休止の
切換が行なわれる気筒の吸気弁及び排気弁の弁作動を切
換える弁作動切換装置に関する。

自動車等の車両が加速時、登板時のように高出力の要求
される状態で走行する場合は、機関の全ての気筒に混合
気を充填し、高出方を得るのがよいが、低負荷時でもそ
のまま全ての気筒を稼動させていると、各気筒の新気の
充填率が低下する結果、燃焼が悪化すると共にポンピン
グロスが増大する。そこで、低負荷時に一部の気筒の稼
動を停止することにより、混合気を残りの気筒に集中さ
せて燃焼を改善し、ポンピングロスを減少させて燃費を
向上させようとする気筒数制御の概念が既に存在し、公
知である（特開昭５１−１０４１１６号参照）。

また、４気筒機関での気筒数制御の場合は、２つの気筒
の休止によって燃焼の間隔がクランク角で３６０°と長
くなり、これに伴ってトルク変動が増大するが、これは
休止気筒に新気を調圧用として補充する方式によって大
幅に改善できることが本出願人により既に確認されてい
る。

かかるトルク変動抑制方式について簡単に述べると、気
筒数制御に際して稼動、休止の切換が行なわれる２つの
気筒に、第１図に示すように、その稼動時は吸入行程で
吸気弁１が開き、圧縮行程で閉し、膨張行程の末期から
排気行程にわたって排気弁２が開弁するといった通常の
４サイクルと同様の吸・排気弁の開弁特性を与えるが、
休止時は排気弁？が常時閉となり、吸気弁１がピストン
下死点付近（吸入下死点、膨張下死点のいずれでもよく
、両者でもよい）においてわずかに開となる特性を与え
る。即ち、第２図に示すような弁リフト特性にする。

これによれば、圧縮が開始される時点での休止気筒の筒
内圧力は稼動気筒の吸入負圧に常に等しくなり、以後は
ビス１−ンの昇降により単純圧縮・膨張が繰り返され、
気筒数制御時の各気筒の筒内圧力は第３図のような変化
特性となる。休止気筒（９２，３）の圧力変化はピーク
値においては稼動気筒（＃１．　４）の半分程度である
が、クランク角３６０°毎に２つの休止気筒が同期して
圧力変化するため、機関のトルク変化としては見掛は上
、この２つの休止気筒から発生するトルク変化が合成さ
れ、２倍の効果となるので、稼動気筒のピーク圧レベル
に対向できるようになる。このため、機関のトルク変化
としては稼動気筒も含めてクランク角１８０°毎に燃焼
圧力のピーク値によるものに近いものが得られ、回転の
円滑さは著しく向上する。

そして、稼動、休止の切換の際に、このように吸・排気
弁の弁作動を切換えるには、プロフィルの異なる一対の
カムを選択的に用いるのが合理的であることから、従来
の弁作動切換装置としては、例えば第４図〜第６図に示
すようなものがあった。

これについて説明すると、カムシャフト４にプロフィル
の異なるカム５ａ、　５ｂ　（カム５ａは稼動時用、カ
ム５ｂは休止時用）が隣合わせに固定されている。

ロッカアーム６はロッカシャフト７に軸方向にも移動可
能に取付けられ、ロッカブラケット８と、電磁アクチュ
エータ９によりロッカシャフト７上を移動する切換リン
グ】Ｏとの間にスプリング】１゜１２を介して位置決め
されており、切換リング１０の移動により軸方向に移動
制御されて、カム５ａ、　５ｂのいずれか一方と選択的
に係合する。

例えば稼動から休止への切換は、電磁アクチュエータ９
により切換リング１０がＡ方向に移動することによって
行なわれる。但し、カム５ａがロッカアーム６に当接し
、これを駆動している時はバルブスプリング１３の荷重
が加わり、摩擦力が極めて大となるため、ロッカアーム
６の軸方向への移動は困難であり、この状態では切換リ
ングＩＯがＡ方向に移動しても、スプリング１２が圧縮
されるに止まる。そして、カム５ａのカム山部分が終っ
てロッカアーム６との接触面にクリアランスが生じると
、バルブスプリング１３の荷重が作用しなくなるので、
圧縮されているスプリング１２の作用力でロッカアーム
６がＡ方向に移動し、これによりカム５ｂとロッカアー
ム６とが相対するようになる。

したがって、４気筒機関で＃２，３気筒を休止させる場
合、これら気筒の吸気弁及び排気弁についてそれぞれ弁
作動を切換えるが、単一のアクチュエータ９により各切
換リング１０を同時に移動させても、各ロッカアーム６
が移動するのは、それぞれ別々で、各ロッカアーム６と
各カム５ａとの接触面にクリアランスを生じたときに次
々と移動することになる。

これとは逆に、休止から稼動に切換えられる場合、すな
わち電磁アクチュエータ９により切換リング１０がＢ方
向に戻った場合は、圧縮されているスプリング１１の作
用力で、カム５ｂとロッカアーム６との接触面にクリア
ランスが生じたときに゛、ロッカアーム６の移動が行な
われる。

尚、図示しない＃１，４気筒は常時稼動となるため、動
弁系は通常の構成（カム５ａのみで切換機構なし）でよ
い。

しかしながら、このような従来の弁作動切換装置にあっ
ては、スプリングの付勢力によってロッカアームの移動
を行なっていたが、取付スペース等の制約もあり、スプ
リングの付勢力を十分にとることは困難であることから
、移動速度が小さく、高速運転時の切換が難しかった。

また、アクチュエータもスプリング力に抗して機能する
ためには相当大きなものとなる他、アクチュエータの作
動するタイミングによってはロッカアームが完全に移動
を終了しないうちにカムによるリフトが開始され、ロッ
カアームのカムとの接触部の面圧が過大となって破損す
る現象も生じ、信頼性、耐久性を確保する上での大きな
障害となっているという問題点があった。

本発明はこのような従来の問題点を解決することを目的
としてなされたもので、ロッカアームの両側に油圧室を
形成し、これら両部圧室と油圧供給通路及び油圧戻し通
路とを機関運転条件に応じ切換えられる方向切換弁を介
して接続し、更に油圧戻し通路にカムシャフトの回転に
同期して開閉するストッパ機構を設けて、ロッカアーム
の移動手段を構成し、ロッカアームの移動を適切な時期
に迅速に行ない得るようにしたものである。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第７図〜第９図は本発明の第１実施例を示し、第７図及
び第８図は動弁機構の構造図、第９図は弁作動切換シス
テムの全体図である。但し、第９図においてはわかり易
くするため第７図及び第８図と位置関係を必ずしも一致
させていない。

図中１は吸気弁、２は排気弁、１３はこれらの弁１．２
を閉弁方向に付勢するバルブスプリング、１４はシリン
ダヘッド、１５はロソカカハーである。

２０はカムシャフト、２１は稼動時用のプロフィルをも
つカム２１ａと休止時用のプロフィルをもつカム２１　
ｂとからなる吸気弁１用のカム、２２は稼動時用のプロ
フィルをもつカム２２ａと休止時用のプロフィルをもつ
カム２２ｂとからなる排気弁２用のカムである。２３は
吸気弁１用のロッカアーム、２４は排気弁２用のロッカ
アームである。

これらのロッカアーム２３．２４は、ロッカブラケット
２５により支持されるロッカシャフト２６に回動可能で
且つ軸方向に移動可能に取付けられている。

２７はスペーザリングである。

そして、一方のロッカアーム２４とロッカブラケット２
５との端面間及び他方のロッカアーム２３とロッカブラ
ケット２５との端面間にそれぞれカラー２８により囲ま
れる油圧室２Ｑ、３０が形成され、両部圧室２９．３０
の油圧に応じロッカアーム２３．２４が軸方向に移動し
て稼動時用カム２１ａ、２２ａ又は休止時用カム２１ｂ
、２２ｂのいずれかが選択されるようになっている。３
１はＯリングである。また、一方のカラー２８とロッカ
アーム２４との間にスプリング３２が介装されており、
機関始動時に油圧が上昇しない状態では通常の全気筒稼
動となるようロッカアーム２３．２４をカム２１ａ、２
２ａ側に付勢しである。

尚、カム２１ａ、２２ａはロッカアーム２３．２４の移
動量を少なくするため２つに分割されている。

次に、前記油圧室２９．３０への油圧の回路について説
明する。

３３はカムシャフト２０に取付けられたオイルポンプ駆
動カム３４と、該カム３４により駆動されるピストン３
５とからなるオイルポンプであって、図示しないオイル
ギヤラリからチェック弁３６を介して吸入した油を圧送
する。

オイルポンプ３３の吐出側は後述するタイミングリフタ
５０に接続されると共に、チェック弁３７を介してアキ
ュムレータ３８に接続され、更にこのアキュムレータ３
８からチェック弁３９を介して電磁式の４ボ一１〜２位
置の方向切換弁４０の第１ポー　ト（供給側ポー１）Ｐ
ｌに接続されている。

そして、方序、切換弁４０の反対側の第３ボートＰ３は
油圧室２９に接続され、第３ポー）Ｐａに対し並列に設
けられる第４ボー）Ｐａは油圧室３０に接続されている
。ここで、各油圧室２９．３０へはロソカブラケソｌ−
２５４ご形成した通孔４１とロッカシャフト２６に形成
した溝４２とを介して連通している。

そしてまた、方向切換弁４０の第１ポー１−Ｐ　＋に対
し並列に設＆Ｊられる第２ボート（戻り側ボート）Ｐ２
ばストッパバルブ４３の人口側に接続され、ストッパバ
ルブ４りの出口側はオイルギヤラリ側に接続されると共
にリリーフ弁４４を介してオイルポン″′接続さ」、て
いる。また、第２ボートＰ２と第１ル、ヤラリ側とはオ
イルギヤラリ側から第２ボー）Ｐ２へ向かう流れを許容
するチェック弁４６を介しても接続されている。

ストッパバルブ４３は戻り側圧力により弁体４７が図で
下動し、これにより開弁するようになっているのが、ス
プリング４８の作用力で図で反時計方向に付勢されてい
るストッパ４９を有し、前記付勢によりストッパ４９が
弁体４７の溝４７ａ又は４７ｂに係合している状態でば
閉弁又は開弁状態にロックされるようになっている。そ
して、このストッパバルブ４３のストッパ４９に対し、
タイミングリフタ５０のピストン５１に連結された出力
ロソド５２が相対している。

タイミングリフタ５０はオイルポンプ３３の吐出側圧力
を直接ピストン５１に受け、オイルポンプ３３のピスト
ン３５のリフト、つまりはカムリフトと同期して出力ロ
ソド５２を往復動させるようになっている。そしてタイ
ミングリフタ５０とストッパバルブ４３はストッパ機構
を構成する。

尚、前記電磁式の方向切換弁４０は、アクセルペダル５
３の踏込量を検出するアクセルセンサ５４からの信号を
受ける制御回路５５により、高負荷条件で１位置、低負
荷条件で■位置（図は■位置に切換わっている状態を示
している。）に切換えられるようになっている。

次に作用を説明する。

今、全気筒稼動状態にあり、ロッカアーム２３゜２４が
図示の如く稼動時用カム２１ａ、２２ａ側に移動してい
てこれらのカム２１ａ、２２ａにより駆動されているも
のとし、この状態から運転条件の変化、すなわち負荷の
減少をアクセルセンサ５４の出力変化から制御回路５５
が検出すると、制御回路５５により方向切換弁４０が図
示の如く■位置に切換ねる。

このとき、第１ボートＰ１と第４ボー）Ｐ４とが連通し
、第２ボートＰ２と第３ボートＰ３とが連通ずる。

すると、オイルポンプ３３からチェック弁３７．アキュ
ムレータ３８及びチェック弁３９を介して方向切換弁４
０の第１ボー）Ｐ＋に導かれている油圧が油圧室３０に
作用する。

一方、タイミングリフタ５０は前述の如くカムリフトに
同期して往復動するが、オイルポンプ駆動カム３４の位
相の設定により、第１０図を参照し、稼動、休止の切換
が行なわれる＃２気筒の吸気弁１の通常のリフトが終了
するタイミング（又は＃３気筒の吸気弁１の通常のリフ
トが終了するタイミング）において、出力ロット５２が
突出し、ストッパバルブ４３のストッパ４９を解ｋする
。

したがって、方向切換弁４０が■位置に切換えられ、油
圧室３０に油圧が作用しても、図示の如く油圧室２９か
らの油圧戻し通路がストッパバルブ４３により閉止され
ている状態では、油圧室２９の油は流出せず、ロッカア
ーム詔、２４の移動は始まらない。

この状態から＃２気筒の吸気弁１の通常のリフトが終了
するタイミングになると、このタイミングにおいてタイ
ミングリフタ５０の出力ロット５２が突出して、ストッ
パバルブ４３のストッパ４９を図で時針方向に回動し、
ストッパ４９と弁体４７との係合が外れる。すると、ス
トッパバルブ４３は戻り側圧力に押されて開き、油圧室
２９の油が流出する。ここにおいて、第１０図を参照し
、＃２気筒では吸気弁１の通常リフトが終って吸気弁１
及び排気弁２共、ロッカアーム２３．２４とカムＺｌａ
、、２２ａとの接触面にクリアランスがあるため、油圧
室３０に供給されている油圧によりロッカアーム２３．
２４が休止時用カム２１ｂ、２２ｂ側に一気に移動し、
これによりこれらのカム２１ｂ、２２ｂとロッカアーム
詔、２４とが相対するようになる。また、＃３気筒では
排気弁２の通常のリフトが開始されていて、引続く吸気
弁１のリフトが終るまでは吸気弁１及び排気弁２の少な
くとも一方についてカム２１ａ、２２ａがロッカアーム
２３．２４を駆動しており、バルブスプリング１３の荷
重による摩擦力が大きいためロッカアーム２３．２４が
軸方向へ移動することはないが、吸気弁１の通常のリフ
トが終了した時点でクリアランスを生じることにより、
同様に一気に移動し、これにより切換が終了する。

このように、稼動、休止の切換が行なわれる気筒のいず
れかの吸気弁１が通常のリフトを終了する時点でストッ
パバルブ４３が開くよう定めておくのが望ましく、これ
により次に排気弁２のリフトが始まるまでの時間の余裕
を最長にすることができる。

これとは逆に、休止から稼動に切換えられる場合は、先
ず、方向切換弁４０が図とは逆に■位置に切換えられ、
オイルポンプ３３からアキュムレータ３８を経て導かれ
る油圧が油圧室２９に作用する。５そして、カムリフト
と同期した所定のタイミングでタイミングリフタ５０よ
りストッパバルブ４３のストッパ４９が解除されると、
反対側の油圧室３０の油がストッパバルブ４３を押開き
つつ流出することによって、油圧室２９に供給されてい
る油圧により各気筒それぞれ吸気弁１の通常のリフトが
終了する時点でロッカアーム２３．２４が稼動時用カム
２１ａ。

２２ａ側に一気に移動し、これによりこれらのカム２１
ａ、２２ａとロッカアーム２３．２４とが相対するよ。

うになり、切換が終了する。

第１１図には第２実施例を示す。

この実施例の方向切換弁４０゛はパイロ・ノド式で、パ
イロット弁６０の操作によって切換えられるようになっ
ており、この方式では電磁コイルを小型化することが可
能である。

また、ストッパバルブ４３′はその弁体４７　’に戻り
側圧力が直接作用しない構造で、且つタイミングリフタ
５０の出力ロソド５２で直接弁体４７　’が押上げられ
て開かれるようになっており、開かれた場合に、油の流
出による圧力が作用してロッカアーム２３．２４の移動
中は油の流出が止むまで開の状態を維持する。

第１２図は第３実施例を示す。

この実施例のストッパバルブ４３〃はその弁体４７／ｌ
に閉弁方向に作用する油圧室６１を有しており、この油
圧室６１とオイルタンク６２とを連絡する通路をタイミ
ングリフタ５０　’の出力ロソド５２　’に形成した開
閉弁部６３によって開閉するようにしたもので、開閉弁
部６３が閉じた状態でストッパバルブ４３〃をロックし
、開いた状態でロックを解除するようにしたものである
。

以上説明したように本発明によれば、ロッカアームの両
側に油圧室を形成し、これら両部圧室と油圧供給通路及
び油圧戻し通路とを機関運転条件に応じ切換えられる方
向切換弁を介して接続し、更に油圧戻し通路にカムシャ
フトの回転に同期して開閉するストッパ機構を設け、一
方の油圧室に油圧を作用させた後、所定のタイミングで
スト・ツババルブが開いたときに他方の油圧室から油圧
力く流出してロッカアームが移動し得る状態となるよう
にしたため、ロッカアームの移動を適切な時期に迅速に
行なうことができ、口・ノカアームカ鷺例えばバルブリ
フトの直前に移動して口・ツカアームが移動が終らない
うちにバルブリフトが開始してカムとロッカアームが一
部分で接触して面圧が過大となり破損するといった現象
を防止することが可能となるので、弁作動切換装置の耐
久性並び番こ信頼性を著しく向上させることができると
（、ｓう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は気筒数制御に際し稼動、休止の切換が行なわれ
る気筒の吸・排気弁に気筒数制御を効果的に行なうため
に与える弁作動の概略図、第２図は同上の弁リフトの特
性図、第３Ｉま同上の特キ生を付与したときに得られる
気筒数制御時の各気筒の筒内圧力の変化特性図、第４図
は弁作動切換装置の従来例を示す平面図、第５図は第４
図の要部拡大図、第６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ断面図、
第７図は本発明による弁作動切換装置の第１実施例を示
す平面図、第８図は同上の側面図、第９図は同上のシス
テム全体図、第１０図は同上のロッカアーム移動タイミ
ングの説明図、第１１図は第２実施例を示すシステム全
体図、第１２図は第３実施例を示すシステム全体図であ
る。 １・・・吸気弁　　２・・・排気弁　　加・・・カムシ
ャツ）　　　２１ａ、２２ａ・・・稼動時用カム　　２
１ｂ、２２ｂ・・・休止時用カム　　詔、２４・・・ロ
ッカアーム　　怒・・・ロッカブラケット　　邪・・・
ロッカシャフト２９、３０・・・油圧室　　３３・・・
オイルポンプ　　３４・・・オイルポンプ駆動カム　　
３８・・・アキュムレータ４０．４０１・・方向切換弁
　　４３．４３　’　、　４３〃・・・ストッパバルブ
（ストッパ機構）４９・・・ストッパ（ストッパ機構）
　　　５０．５０’・・・タイミングリフタ（ストッパ
機構） 特許出願人　　日産自動車株式会社 代理人　　弁理士　笹　島　富二雄 第１ 傳）漿）　　　（排Ｌ） 第４図 第７図 第８図 ｃ１１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 機関運転条件に応じロッカアームをロッカシャフトの軸
   方向に移動させて、カムシャフトの軸方向に並設したプ
   ロフィルの異なる一対のカムのいずれか一方と選択的に
   係合させることにより、このロッカアームを介して駆動
   される吸・排気弁の弁作動を切換えるようにした内燃機
   関の弁作動切換装置において、ロッカアームの両側に油
   圧室を形成し、これら両部圧室と油圧供給通路及び油圧
   戻し通路とを機関運転条件に応じ切換えられる方向切換
   弁を介して接続し、更に油圧戻し通路にカムシャフトの
   回転に同期して開閉するストッパ機構を設けて、ロッカ
   アームの移動手段を構成したことを特徴とする内燃機関
   の弁作動切換装置。