JPS6062614A - 可変弁機構 - 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】 技術分野 本発明は、吸排気弁を開閉駆動するだめのカムをエンジ
ンの運転条件に応じて切換える可変弁機構に関するもの
である。

従来技術 周知のように内燃機関は、運転状態に応じて吸排気弁の
開閉時期およびリフト量を切換えることによシ、燃費を
低減させ、また運転性能を大巾に向上させることができ
る。この開閉時期およびリフト量を切換える手段として
、吸排気弁を開閉制御するカムを、例えば高速用と低速
用の２種類有するものが知られている。

さて従来、このカムの切換えを油圧を利用して行なうも
のがある。すなわち、シリンダの中に摺動自在にピスト
ンを嵌合するとともにこのピストンをカムピースに接続
し、ピストンの両側の圧力室に油圧を導入してこのピス
トンを駆動することによシ、カムピースを切換駆動する
ものである。

ところがこの油圧による駆動は、通常エンジンの潤滑油
を供給するだめのポンプを共用しているため、その吐出
流量の制限からピストンの応答速度が遅い。したがって
カム移動速度を高めるべくばねを設け、カムピースの移
動開始までの間ピストンの動きをこのばね力に蓄えるた
めのラチェット機構を設け、カム移動速度を高めている
。

一方、カム移動速度を高めるため、加圧空気を用いたも
のが提案されているが、この方式では、上述の油圧方式
に比しカム移動速度が非常に速くなシ、カム切換え時に
各部材の衝突にょシ非常に大きな衝撃音を発し問題とな
っている。

発明の目的 本発明は以上の点に鑑み、カムの切換え時に、各部材の
衝突によって衝撃音が発生するのを防止することのでき
る、可変弁機構を提供することを目的としてなされたも
のである。

発明の構成 本発明装置は、内燃機関の吸排気弁に当接する開閉部材
と、開閉部材に係合して吸排気弁を開閉させる第１およ
び第２カムと、これらのカムまだは開閉部材の近傍に設
けられた固定部材と、この固定部材に往復動自在に支持
されるとともにカムまたは開閉部材に連結されたプラン
ジャとを備える。本発明装置はまた、弾性部材から成る
緩衝部材と、カムまたは開閉部材を移動させてカムおよ
び開閉部材の保合関係を切換えるべくプランジャを付勢
する付勢機構が設けられる。シランジャは、第１および
第２カムのいずれかが開閉部材に係合する位置に固定可
能であ）、移動して該位置に到達するとき、緩衝部材を
介して衝革を緩和される。

実施例 以下図示実施例によシ本発明を説明する。

第１図及び第２図において、カムシャフト１に一体形成
された軸受部２にはカムピース３が嵌合される。この嵌
合格成は、第２図に示されるように、軸受部２の外周に
静１Ｌｉ１隔の山部２ａが複数個形成され、またカムピ
ース３の内周に等間隔の隆起部３ａが複数個形成され、
軸受部２の各山部２ａが、カムピース３の各隆起部３ａ
間に位置するようにし、さらにこれら山部２ａと隆起部
３ａの各側部間に鍔球４を挿入したものとする。しだが
ってカムピース３は、カムシャフト１に対して軸心方向
には移動可能であるが、カムシャフト１と共に軸心周シ
に回転する。カムピース３は、低速回転用の第１カム５
と高速回転用の第２のカム６と、後述するタイミング機
構２ｏに常時係合するり状部材８とを有する。第１及び
第２カム５゜６は、そのいずれか一方がロッカーアーム
９に形成されたカムフロア１ｏに係合してバルブ１１を
開閉制御する。ロッカーアーム９はロッカーシャフト１
２に回転自在に支持され、その揺動部にはロックナツト
１３を介してバルブ隙間調整がルト１４が取付けられる
。このデルト１４のロッカーアーム９からの突出端１４
＆は、バルブ１１の頭部に当接している。バルブ１１は
頭部に嵌着されたりテーナ１５とシリンダプロ、り（図
示しない）との間に設けられたバルブスプリング１６に
ょシ、吸、排気管を閉塞するよう常時上方へ付勢される
。

図示の状態では第１カム５がバルブ１１の開閉制御を行
なってお広カムシャフト１が矢印Ａの方向（第２図）に
回転して第１カム５の突出部がカムフォロア１０に係合
すると、ロッカーアーム９はバルブスプリング１６に抗
してバルブ１１を押し下げ、このバルブ１１を開放させ
る。

カムシャフトｌの近傍には、上記カムピース３を定位置
に固定させることのできるタイミング機構２０が設けら
れる。タイミング機構２０はカムシャフト１に略平行な
筒状の固定部材２１を有する。固定部材２１は保持部材
２２．２３を介してカムケース２４．２５に実質的に気
密を保って固定されておシ、外周には上記カムピース３
をカムシャフト１の軸心方向に沿って゛変位させる駆動
部材２６が摺動自在に嵌合される。保持部材２２゜２３
の固定部材２１内に臨む部分には、後述するプランジャ
２７が衝突したときにそのショックを緩和すΣため、弾
性材料、すなわち耐熱耐油性ゴムから成る緩衝部材２８
．２９が、それぞれ取付けられる。

プランジャ２７は固定部材２１の内部に実質的に気密を
保って摺動自在に嵌合され、固定部材２１内を左室３０
と右室３１とに区画する。プランジャ２７の両端部は、
他の部分よりも若干小径に成形される。固定部材２１の
側部下方には、左室３０および右室３１をそれぞれ大気
に連通可能であシ、またプランジャ２７によシ閉塞され
る第１および第２逃し穴３２．３３が穿設される。第１
カム５が口、カーアーム９に係合する第１図の位置にお
いては、第１逃し穴３２を介して左室３０が大気に連通
し、第２カム６がロッカーアーム９に係合する位置にお
い°ては、第２逃し穴３３を介して右室３１が大気に連
通ずる。

プランジャ２７の中央部に形成された径方向穴３４には
、駆動部材２６に螺合されたピン３５が入シこみ、これ
によシブランジャ２７と駆動部材２６とが一体的に結合
される。ピン３５は固定部材２１の軸心方向に平行に形
成された長大３６を挿通し、この長大３６に規制されて
移動可能である。すなわち、プランジャ２７および駆動
部材２６は、固定部材２１に対して回転するのを阻止さ
れ、この固定部材２１に沿って移動可能である。

駆動部材２６のピン３５とは反対側には円筒部３７が形
成され、この円筒部３７内にはタイミングプランジャ３
８が摺動自在に収容される。上記径方向穴３４のピン３
５の端面側部分には、ばね３９および球形の係止部材４
０が収容される。係上部材４０は径方向穴３４内に摺動
自在に支持され、ばね３９に付勢されてタイミングプラ
ンジャ３８に常時当接し、一方タイミングプランジャ３
８は、円筒部３７に形成されたスリット４１に嵌入する
上記鍔状部材８に常時係合する。

固定部材２１の上記長大３６とは反対側の部分には、第
１および第２係止穴４２．４３が穿設され、これらの係
止穴４２，４３は細穴４４によシ連結される。係止穴４
２．４３は長穴３６の両端に対応した位置にあり、それ
ぞれ係止部材４０が深く嵌入することが可能である。一
方細穴４４の幅は係止部材４０の径よシも小さく、この
細穴４４内にはタイミングプランジャ３８のみが挿通可
能である。

カムピース３の鍔状部材８は、第２図に示されるように
、大径部８ａと小径部８ｂとを有する。

しかして、小径部８ｂがタイミングプランジャ３８に係
合する時、係止部材４０はタイミングプランジャ３８を
押上げて係止穴４２あるいは４３に深く嵌入し、駆動部
材２６およびプランジャ２７を固定部材２１に強固に固
定する。これに対し、大径部８ａがタイミングプランジ
ャ３８に係合する時、係止部材４０はタイミングプラン
ジャ３８に押下けられて係止穴４２あるいは４３に対１
−Ｆ″代／樅ス＋ムｒへ１７ちＬ　１鼎１蔗好９らもｒ
びプランツヤ２７の固定部材２１に対する係止力を弱め
る。大径部８ａはカム５，６がロッカーアーム９の駆動
を終えると同時にタイミングプランジャ３８を押下げる
ようになっている。

上記長穴３６と係止穴４２，４３とは、第３図（ａ）　
、　（ｂ）に示されるような位置関係を有する。すなわ
ち、係止部材４０が係止穴４２，４３に嵌合した時、ピ
ン３５と長穴３６の端部との間にそれぞれ距離ｌたけク
リアランスが生じるようになっている。この状態におい
て、プランジャ２７は緩衝部材２８．２９に当接するが
、シランジャ２７がさらに端の方へ変位できるようにす
るため、径方向穴３４の上縁部は係止部材４０の嵌入を
容易ならしめるべくテーノ９状に成形される。したがっ
て、プランジャ２７が緩衝部材２８．２９に衝突すると
、この緩衝部材２８．２９を撓ませつつさらに変位し、
つま夛ピン３５が長穴３６の端部に接触するまで変位可
能である。この変位を考慮して、第１および第２カム５
，６の間隙Ｓおよび、これらのカム５，６０幅とカムフ
ォロア１０の幅との関係が定められ、カムフォロア１０
とカム５，６とが常に適当に係合するようになって込る
。

上記プランジャ２７は、係止部材４０の固定部材２１へ
の係止力が弱い時に、左室３０あるいは右室３１に作用
する空気圧によシ図の左右方向へ移動する。第１および
第２電磁制御弁５０．５１は、それぞれ左室３０、右室
３１へ圧縮空気を供給するものである。第１電磁制御弁
５０は通路５２を介して左室３０に連通し、通路５３を
介して蓄圧器７０に連通する。第２電磁制御弁５１は通
路５４を介して右室３１に連通し、通路乃５を介して蓄
圧器７０に連通する。第２電磁制御弁５１は、通路５４
．５５が接続されるハウジング５６内に収容された弁体
５７を、ソレノイド５８およびばね５９によシ付勢して
通路５４．５５を開閉する構成を有し、従来公知の２ポ
ート電磁弁である。すなわち、ソレノイド５８が通電さ
れ女い時、弁体５７はばね５９に付勢されて通路５４゜
５５を遮断し、ソレノイド５８が通電される時、弁体５
７はばね５９を圧縮しつつソレノイド５８に吸引されて
通路５４．５５を連通させ、右室３１に蓄圧器７０内の
圧縮空気を導入する。なお第１電磁制御弁５０も第２電
磁制御弁５１と同様な構成を有するのでその説明を省略
する。

゛蓄圧器７０は、従来公知のベーンタイプのエアポンプ
７１の吸込ロア２は図示しない導管およびエアフィルタ
を介して大気に連通してお９、エアボンデ７１はこの吸
込ロア２から吸込んだ空気を加圧して吐出ロア３から吐
出し、チェックバルブ７４および導管７５を介して蓄圧
器７０へ供給する。チェックバルブ７４はが一ル弁７６
とばね７７から成る。？−ル弁７６は導管７５を閉塞す
るようにばね７７によシ付勢され、エアポンプ７１か所
定圧以上の空気を吐出した間のみ開放して高圧空気を蓄
圧器７０へ導く。

上記第１および第２電磁制御弁５０，５１、エアポンプ
７１はコンピュータ８０によシ駆動される。コンピュー
タ８０は、蓄圧器７０に設けられた圧力検出器８１と導
線８２を介して接続されておシ、その他、エンジン回転
数の信号Ｓ１、水温もしくは油温の信号Ｓ２、およびエ
ンジン負荷の信号Ｓ３が入力される。しかして、コンピ
ュータ８０は圧力検出器８１の信号に基づいてエアポン
プ７１を駆動し、蓄圧器７０内の圧力を略一定値に制御
する。またコンピータ８０は信号Ｓ１＋８２　１’ｓ３
に基づいて次のような処理を行ない、カムの切換えが必
要であれば、導線８３．８４を介して電磁制御弁５０．
５１のいずれかを駆動する。すなわち、油温が所定値以
下の場合、低速用の第１カム５を使用することとし、所
定値以上の場合、エンジン回転数およびエンジン負荷の
少なくとも一方が所定値を越えると高速用の第２カム６
を使用することとする。この時、例えばエンジン回転数
について言えば、第１カム５から第２カム６へ切換える
ときの回転数Ｎ１は逆の場合の回転数Ｎ２よシも高く、
ヒステリシスを設けてあシ、エンジン負荷についても同
様にヒステリシスを設けである。

本実施例装置は以上の構成を有するものであるから次の
ように作動してカム５．６の切換えを行なう。

第１図および第２図の状態において、ロッカーアーム９
には低速用の第１カム５が係合してお９、電磁制御弁５
０．５１は双方ともに通路５２゜５３および５４．５５
をそれぞれ遮断している。

一方タイミング機構２０の係止部材４０は、係止穴４３
に深く、すなわち係止部材４０の球形状の直径の約１／
２だけ嵌入している。したがって駆動部材２６は固定部
材２１に固定され、固定部材２１の軸心方向に変位する
ことはない。しかしてカムピース３はカムシャフト１に
沿って移動せず、第１カム５はカムシャフト１とともに
回転してロッカーアーム９を駆動し、バルブ１１を開閉
させる。

このカムシャフト１の回転において、カムピース３の鍔
状部材８は、大径部８ａと小径部８ｂとが交互にタイミ
ングプランジャ３８に係合してこれを押下げる。小径部
８ｂがタイミングプランジャ３８に係合する時、係止部
材４０は上述のように係止穴４３に深く嵌入するが、大
径部８ａがりイミングプランジャ３８に係合する時、係
止部材４０は第４図に示されるようにタイミングプラン
ジャ３８に押下げられて、係止穴４３に対する嵌入深さ
が浅くなる。ところが、上述のように電磁制御弁５０．
５１が閉塞しており、左室３ｏおよび右室３１に圧縮空
気が供給されず、プランジャ２７が付勢されないので、
駆動部材２６が変位することはない。またこの時、エン
ジンの振動等によシ駆動部材２６が移動することもない
。

さて、例えばエンジン回転数が上昇して高速用の第２カ
ム６への切換えが必要となった場合、コンピュータ８０
は電磁制御弁５１を駆動すべくソレノイド５８に通電し
、弁体５７を変位させて通路５４．５５を連通させる。

蓄圧器７ｏにはエアポンプ７１を介して常時一定圧の空
気が蓄えられチオｊ）、通路５４．５５が連通したこと
にょシ、この空気が右室３１に供給される。この結果、
プランジャ２９は第１図の左方向へ付勢される。ここで
タイミング機構２ｏの係止部材４ｏが第２図に示される
ように係止穴４３に深く嵌入している場合には、プラン
ジャ２７は移動することができず、したがってカムピー
ス３も固定される。この場合はカム５が吸排気弁を開放
する時を含む一定期間であシ、この時カムピース３を移
動させないようになっている。

しかしてカムシャフト１がさらに回転してカム５が吸排
気弁を閉塞し、カムの切換えを行なえる状態になると、
鍔状部材８０大径部８ａがタイミングプランジャ３８に
係合するようになる。すると係止部材４０はタイミング
プランジャ３８に押下げられて第５図に示されるように
係止穴４３に対する嵌入深さを浅くシ、プランジャ２７
は右室３１に作用する空気圧によシ左行して係止部材４
０が係止穴４２に嵌入する位置に達する。ここでプラン
ジャ２７の左端面が緩衝部材２８に衝突し、プランジャ
２７は緩衝部材２８を圧縮させつつ若干変位して停止す
る。次いで緩衝部材２８の弾発力によシブランジャ２７
は右方向へ若干後退し、係止部材４０が係止穴４２に深
く嵌入した位置で停止する。しかして第２カム６がロッ
カーアーム９に係合するようにな夛、カムの切操えが終
了する。

このプランジャ２７の移動の間、係上部材４０は径方向
穴３４内に入シ込み、タイミングプランジャ３８は第６
図および第７図に示されるように細大′４４に係合し、
またビン３５は第８図に示されるように長大３６に案内
される。したがって駆動部材２６およびプランジャ２７
は、固定部材２１に沿ってスムーズに変位する。またビ
ン３５が長穴３６の端部に到達する時に、上述のように
プランジャ２７の端部が緩衝部材２８に当接するため、
カム切換え時に衝突音が発生するのを防止できるととも
に、ビン３５等に衝撃が作用するのを防止してこれらの
耐久性を向上させることができる。さらに、この切換え
動作の終了時に右室３１内は逃し穴３３を介して大気に
連通ずるため、右室３１内は迅速に大気圧に戻シ、第２
カム６から第１カム５への切換えもスムーズに行なわれ
る。

また本実施例によれば、タイミング機構２ｏの係止状態
はばね３９の弾発力のみに依存するのではなく、係止部
材４０と係止穴４２，４３との嵌合状態に関係する。し
たがってばね３９は、カム５．６のいずれかがロッカー
アーム９に係合する定位置において、タイミングプラン
ジャ３８と係止部材４０と鍔状部材８とが常時接触する
ように設計されていればよく、高精度にばね常数を定め
る必要がない。一方、係止部材４０は球形を有するため
、係止穴４２．４３との接触面積が少なく、したがって
鍔状部材８０大径部８ａに押圧された時、スムーズに後
退し、タイミング機構２０の応答性を高めている。

なお第２カム６から第１カム５への切換えも上述したの
と全く同様に行なわれ、この場合、第１電磁制御弁５０
を駆動すればよい。

第９図は第２実施例を示すものである。この実施例にお
いては、緩衝部材９０．９１はコイルばねから成シ、そ
の他の構成および作用は上記第１実施例と同様である。

第１０図は第３実施例を示し、上記第１および第２実施
例において緩衝部材が保持部材２２゜２３に固定される
のに対し、第３実施例においてはゴム製の緩衝部材２８
．２９がプランジャ２７の左右の端面に取付けられてい
る。また保持部材２２．２３の端部が、固定部材２１の
内径よシも若干小径に成形されている。

第１１図は係止穴４２．４３の他の実施例を示すもので
ある。この実施例において係止穴４２゜４３は、長さが
係止部材４０よシも若干長く、すなわち、カム５，６が
ロッカーアーム９に係合する定位置において、係止部材
４０と係止穴４２゜４３の端部との間に、ビン３５と長
穴３６の間と同様に、距離ｌたけクリアランスが生じる
ようになっている。したがって、カム５，６の切換え時
にプランジャ２７が緩衝部材２８，２９，９０゜９１を
圧縮させつつ変位する場合、係止部材４０は係止穴４２
．４３に対する深い嵌入状態を維持することとなる。

なお、緩衝部材は必ずしもプランジャ２７と保持部材２
２．２３の当接部分に設ける必要はなく、ビン３５と長
穴３６の端部との間に設けてもよい。

ｔたカムピース３を固定し、ロッカーアーム９を移動さ
せるよう構成してもよく、この場合、タイミング機構２
０はロッカーアーム９に連結すればよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、カムの切換え時における
各部材の衝突音を著しく低減させることができるという
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の第１実施例を示す断面図、第２図は第
１図の■−■線に沿う断面図、第３図（ａ）。 （ｂ）はそれぞれ係止穴および長大を示す平面図、第４
図は第２図と同様な断面を示し、係止部材が係止穴に浅
く嵌入する状態を示す断面図、第５図は第４図に示す状
態と同じ状態を示し、固定部材の軸心を通る面によシ切
断した断面図、第６図は係止部材が径方向穴内に完全に
嵌入し、プランジャが移動中である状態を示す断面図、
第７図は係止穴および細大を示す平面図、第８図は長大
を示す平面図、第９図は第２実施例を示す断面図、第１
０図は第３実施例を示す断面図、第１１図は係止穴の他
の実施例を示す平面図である。 １・・・カムシャフト、５・・・第１カム、６・・・第
２カム、９・・・ロッカーアーム（開閉部材）、２１・
・・固定部材、２７・・・プランジャ、２８ｊ２９，９
０゜９１・・・緩衝部材、３５・・・ビン、３６・・・
長穴、５０゜５１・・・付勢機構。 特許出願人 株式会社　日本自動車部品総合研究所 トヨタ自動車株式会社 特許出願代理人 弁理士　青　木　朗 弁理士西舘和之 弁理士　中　山　恭　介 弁理士　山　口　昭　之 弁理士　西　山　雅　也 第１　図　１５ 第３図　３５ つ４図 １５　１６ 第５図　第６図 ＠７　図　格８凹 第１頁の続き ■発明者吉村　国政 ［相］発明者成岡　孝夫 ０発　明　者　日　吉　力

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の吸排気弁に当接する開閉部材（９）と、
   この開閉部材（９）に係合して上記吸排気弁を開閉させ
   る第１および第２カム（５，６）と、これらのカム（５
   ，６）または開閉部材（９）の近傍に設けられた固定部
   材（２１）と、この固定部材（２１）に往復動自在に支
   持されるとともに上記カム（５，６）または開閉部材（
   ９）に連結されたプランジャ（２７）と、上記カム（５
   ，６）または開閉部材（９）を移動させてカム（５，６
   ）および開閉部材（９）の保合関係を切換えるべく上記
   プランジャ（２７）を付勢する付勢機構（５０゜５１）
   と、弾性材料から成形された緩衝部材（２８゜２９．９
   ０．９１）とを備え、上記プランジャ（２７）は、上記
   カム（５，６）のいずれかが上記開閉部材（９）に係合
   する位置において上記固定部材（２１）に対して固定可
   能であシ、移動して該位置に到達するとき、上記緩衝部
   材（２８゜２９．９０．９１）を介して衝撃を緩和され
   ることを特徴とする可変弁機構。 ２、上記プランジャ（２７）は、上記固定部材（２１）
   に穿設された長穴（３６）に挿通するビン（３５）によ
   シ固定部材（２１）に案内され、該長大（３６）の長さ
   は、上記プランジャ（２７）の往復動の移動距離よシも
   大きいことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の可
   変弁機構。