JPS6062615A - 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ためのカムをエンジ
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
である〇 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り、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
を供給するためのポンプを共用して込るため、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る必要があシ、従来の可変弁
機構は構造が複雑になっていた。またポンプ流量を増加
させても油が非圧縮性を有するためピストン応答速度に
は一定の限界があ）、カムピースの迅速な切換移シｔが
得られ難いという問題があった。

発明の目的 本発明は以上の点に鑑み、カムの切換えを迅速に行ない
、かつ構造が簡単な可変弁機構を得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、この開閉部材に係合して上記吸排気弁を開閉させる
第１および第２カムと、これらのカムまたは開閉部材の
近傍に設けられた筒状の固定部材と、この固定部材内に
往復動自在に収容されるとともにこの固定部材内を左室
および右室に区画し、上記カムまたは開閉部材に通詰さ
れたプランジャと、上記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係合関゛係を切換えるぺく、上
記左室または右室に圧縮空気を供給して上記プランジャ
を付勢する付勢機構とを備える。圧縮空気を供給される
側の室内の圧力は、上記プランジャが、カムのいずれか
が開閉部材に係合する位置に到達する時、波圧される。

実施例 以下図示実施例により本発明を説明する。

第１図及び第２図χ゛ト′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
の嵌合構成は、第２図に示されるように、軸受部２の外
周に等間隔の山部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２＆と隆起部３
ｍの各側部間に鍔球４を挿入したものとする。したかっ
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と共に軸心周りに
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
２０に常時係合する鍔状部材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１０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１２
に回転自在に支持され、その揺動部にはロックナツト１
３を介してバルブ隙間調整ボルト１４が取付けられる。

このボルト１４のロッカーアーム９からの突出端１４ａ
は、バルブ１１の頭部に当接して込る。バルブ１１は頭
部に嵌着されたリテーナ１５とシリンダブロック（図示
しない）との間に設けられたバルブスプリング１６によ
り、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
っておシ、カムシャツ）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１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２ｏ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に固定されて
おり、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＊４２６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７０ランジヤ２７が衝突したとき
にそのショックを緩和するための緩衝部材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、
他の部分よシ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３Ｊをそれぞれ大
気に連通可能であり、またプランジャ２７により閉塞さ
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がロッカーアーム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
おりては、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に螺合されたぎン３５が入シこみ、これ
によりプランツヤ２７と駆動部材２６とが一体的に結合
される。ビン３５は固定部材２１の軸心方向に平行に形
成された長穴３６を挿通し、この長穴３６に規制されて
移動可能である。すなわち、シランジャ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のビン３５とは反対側には円筒部３７が形
成され、この円筒部３７内にはタイミングシランジャ３
８が摺動自在に収容される。上記径方向穴３４のビン３
５の端面側部分には、ばね３９卦よび鋼球の係止部材４
０が収容される。係止部材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
上記鍔状部利８に常時係合する。

固定部材２１の上記長穴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
方細大４４０幅は係止部材４０の径よシも小さく、との
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８＆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シャ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がタイミングシランジャ
３８に係合する時、係止部材４０はタイミングプランジ
ャ３８に押下げられて係止穴４２あるいは４３に対して
浅く嵌入するようになシ、駆動部制２６ｉ−よびプラン
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シランジャ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、係止部側４０が係止穴４２．４３に嵌合した時、ビ
ン３５と長穴３６の端部との間にそれぞれ距ｐａｔだけ
クリアランスが生じるように力っている。この状態にお
いて、プランツヤ２７ｉ、ｉ：緩Ｉ！部材２８．２９に
当接するが、プランジャ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４
０の嵌入を容易ならしめるべくテーパ状に成形される。

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（（撓ませつつさら
に変位し、つまりビン３５が長穴３０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１００幅との関係が定められ、カムフ
ォロア］０とカム５，６とが常に適当に係合するように
なっている。

上記シランジャ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
する空気圧により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５５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により付勢して
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
れない時、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７
１から圧縮空気を供給されてこの空気を蓄える。エアボ
ンデ７１の吸込ロア２は図示しなｈ導管およびエアフィ
ルタを介して大気に連通してお９、エアチンシフ１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′ｌｉ：
介して蓄圧器７０へ供給する。チェックバルブ７４はゾ
ール弁７６とばね７７から成る。？−ル弁７６は導管７
５を閉塞するようにばね７７によυ付勢され、エアポン
プ７１か所定圧以上の空気を吐出した時のみ開放して高
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により駆動される。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り、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ｓａ　ｌ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。またコンピュータ８０は信号８１　ｒＳ２＋
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８３．８４ｔ−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ｉ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Ｎ、は逆の場合の回転数Ｎ２よりも
高く、ヒステリシスを設けてあり、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が係合しておシ、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）枢動部材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−。しかしてカムピース３はカムシャ７）
１に沿って移動せず、第１カム５はカムシャフトｌとと
もに回転して口ツカ−アーム９を駆動し、パルプ１１を
開閉させ゛る。

このカムシャフト１０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がタイミングシランジャ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がタイミングプランジャ３８に係合する時、係
止部材４０は第５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が閉塞しておシ、左室３０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、
１駆動部材２６が変位することはない。またこの時、エ
ンジンの撮動等により３９（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′ｆｔ連通させ
る。蓄圧器７０にはエアポンプ７１を介して常時一定圧
の空気が蓄えられておシ、通路５４．５５が連通したこ
とにより、この空気が右室３１に供給される。この結果
、プランジャ２７は第１図の左方向へ付勢される。ここ
でタイミング機構２０の係止部材４０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り、この時カムピース３を
移動させ女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８−の大径部８ａがタイミングシランジャ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し、シランジャ２
７は右室３１に作用する空気圧によシ左行くて係止部材
４０が係止穴４２に嵌入する位置で停止する。この結果
第２カム６がロッカーアーム９に係合するようになり、
カムの切換えが終了する。なお、電磁制御弁５１への通
電時間、すなわち圧縮空気の供給時間は、エンジン１回
転に必要な時間より少し長く、例えば０．２秒とする。

このプランジャ２７の移動の間、係止部材４０１は径方
向穴３４内に入り込み、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穴４４に係合し、
またビン３５は第８図に示されるように長穴３６に案内
される。したカニって駆動部材２６およびプランジャ２
７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、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３
５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を介して大気圧連通するた
め、右室３１内は迅速に大気圧に戻９、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。

一方、シランジャ２７の移動中、このブランクヤ２７に
より逃し穴３２が閉塞されるため、左室３０、通路５２
内の空気圧が上昇するが、多気筒エンジンの場合、シラ
ンジャ２７の移動容積に比べて通路５２の容積が大きい
ためプランジャ２７の移動に影響はない。また左室３０
内の空気は、各部の隙間から大気に開放されるため、左
室３０内の圧力は速やかに減少する。

また上述のようにカムの切換え終了とともに電磁制御弁
５１への通電を中止し、右室３１への加圧空気の供給を
やめるため、プランジャ２７に過大な力が作用せず、か
つ加圧空気の消費が少なくてすむ。

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Ｏ さて、第１図に示す状態、すなわち第１カム５とロッカ
ーアーム９とが係合した状態で一定時間以上経過し、か
つカムの切換え制御が行なわれるエンジン運転状態よシ
ある程度ずれたエンジン運転状態において、電磁制御弁
５０が一定時間駆動され、左室３０に圧縮空気が供給さ
れる。この結果、左室３０内に外部からエンジンオイル
が流入して込たとしても、このオイルは第１逃し穴３２
を介して排出される。右室３１についても同様にオイル
の排出が行なわれ、したがって、左室３０および右室３
１内にオイルが貯ることか防止され、ｆう７）ヤ２７の
スムーズな移動が確保される。

なお、上記、逃し穴３２．３３に代え、プランジャ２７
と固定部材２１の摺接部分に隙間を形成したシ、あるい
は、固定部材２１と保持部材２２゜２３′またけカムケ
ース２４．２５との間に隙間を設けても、同様な効果が
得られる。

また、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、こめ場合、タイミング機構
２０はロッカーアーム９に連結すればよい。

さらに係止部材４０は必ずしも球形である必要はなく、
例えばたる形状のものであってもよい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、カムを迅速に切換えるこ
とができ、しかも構造が簡単な可変弁機構を得ることが
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）は係止穴および長穴を示す平面図、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金示す断面図、第７図は
係止穴および細火を示す平面図、第８図は長大を示す平
面図である。 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、３０・・・左室、３１・・・右室、
３２・・・第１逃し穴、３３・・・第２逃し穴５０．５
１・・・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 ｊｂ 嬶３図 第１頁の続き ［相］発明者吉村　国政 ＠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）ｔたは開閉部材（９）の近傍に設けられた筒状の
   固定部材（２１）と、この固定部材（２１）内に往復動
   自在に収容されるとともにこの固定部材（２１）内を左
   室（３０）および右室（３１）に区画し、上記カム（５
   ，６）または開閉部材（９）に連結されたシランジャ（
   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）の係
   合関係を切換えるべく、上記左室（３０）または右室（
   ３１）に圧縮空気を供給して上記グランジャ（２７）を
   付勢する付勢機構（５０，５１）とを備え、圧縮空気を
   供給される側の室（３０，３１）内の圧力は、上記プラ
   ンジャ（２７）が、カム（５，６）のいずれかが開閉部
   材（９）に係合する位置に到達する時、減圧されること
   を特徴とする可変弁機構。 ２、上記固定部材（２１）の側部には、上記左室（３０
   ）および右室（３１）ｅそれぞれ大気に連通可能な第１
   および第２逃し穴（３２，３３）が穿設され、圧縮空気
   を供給される側の室（３０゜３１）の逃し穴（３２，３
   ３）は、上記プランジャ（２７）の移動時閉塞され、上
   記プランジャ（２７）がカム（５、６）のｈずれかが開
   閉部材（９）に係合する位置に到達する時大気に開放さ
   れる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。 ３、上記伺勢機構（５０，５１）は、上記プランジャ（
   ２７）が位置しているのとは反対側の室（３０，３１）
   内に一定時間圧縮空気を供給し、貧家（３０，３１）内
   のオイルを逃し穴（３２゜３３）から排出させることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の可変弁機構。