JP2005146955A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 カム側から駆動力を受けたときの高速ロッカアームの倒れを防止して、ローラの偏荷重に起因する種々の不具合を回避した上で、ローラ幅の拡大を不要として高速ロッカアームの慣性質量を軽減できる内燃機関の可変動弁装置を提供する。
【解決手段】 低速モード時では、ローラ５ｃを介して低速カム３により低速ロッカアーム５を揺動して吸気弁７を開閉し、高速モードでは、ローラ６ｃを介して高速カム４により高速ロッカアーム６を揺動させると共に、高速ロッカアーム６のピストン１８により低速ロッカアーム５側の連動アーム部２１を押圧操作して低速ロッカアーム５を一体で揺動させて吸気弁７を開閉する。ピストン１８の軸心Ｃをロッカシャフト２の軸方向においてローラ幅Ｗの中央に位置させて、高速ロッカアーム６の倒れを防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は内燃機関（以下、エンジンという）の可変動弁装置に関するものである。

運転領域に応じた最適なエンジン出力特性を実現するために、吸排気弁の開弁期間やリフト量の切換等を行う可変動弁装置を備えた種々のエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載されたエンジンの可変動弁装置では、図５の平面図に示すように、ローラ１０２ａを介してカムシャフト１０１の低速カム１０１ａにより揺動する低速ロッカアーム１０２、及びローラ１０３ａを介して高速カム１０１ｂにより揺動する高速ロッカアーム１０３をロッカシャフト１０４に支承し、低速ロッカアーム１０２の揺動に連係して吸気弁１０５を開閉駆動している。低速ロッカアーム１０２には油圧により摺動するピストン１０６を設け、ピストン位置に応じて高速ロッカアーム１０３に設けられた連動アーム部１０７の先端をピストン１０６に対して連係・解除させている。

そして、ピストン１０６による連係の解除時には、高速ロッカアーム１０３を空振りさせながら低速ロッカアーム１０２により低速カム１０１ａの形状に倣って吸気弁１０５を開閉駆動し、ピストン１０６による連係時には、高速ロッカアーム１０３と一体で低速ロッカアーム１０２を揺動させて高速カム１０１ｂの形状に倣って吸気弁１０５を開閉駆動する。
特開２００１−１４０１７号公報

ピストン１０６による連係時の高速ロッカアーム１０３は、図５に太い矢印で示すように高速カム１０１ｂからの駆動力をローラ１０３ａに受けながら、揺動に伴って連動アーム部１０７で低速ロッカアーム１０２のピストン１０６を押圧操作している。ここで、ローラ１０３ａに対して連動アーム部１０７の先端がロッカシャフト１０４の軸方向にオフセットされているため、高速カム１０１ｂからローラ１０３ａに駆動力を受ける毎に高速ロッカアーム１０３には微小な倒れが生じ、結果として図６に示すように、高速カム１０１ｂとローラ１０３ａとの間にミスアライメントが発生してローラ１０３ａに偏荷重を作用させてしまう。

ローラ１０３ａの偏荷重はローラ１０３ａ及び高速カム１０１ｂの偏摩耗やローラ軸受部の耐久性低下等の要因になることから、その対策としてローラ幅を拡大する必要が生じ、高速ロッカアーム１０３の慣性質量の増大を引き起こして、特に高回転域での動弁系の開閉特性を悪化させてしまうという問題があった。
本発明の目的は、カム側から駆動力を受けたときの高速ロッカアームの倒れを防止して、ローラの偏荷重に起因する種々の不具合を回避した上で、ローラ幅の拡大を不要として高速ロッカアームの慣性質量を軽減でき、もって、正確な吸排気弁の開閉特性を実現することができる内燃機関の可変動弁装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ロッカシャフトに揺動自在に支承され、一端側に設けられたローラをカムシャフトの第１カム上に当接させると共に、他端側を吸気弁又は排気弁と連係させた第１のロッカアームと、第１のロッカアームに隣接してロッカシャフトに揺動自在に支承され、一端側に設けられたローラをカムシャフトの第１カムとはカム形状が異なる第２カム上に当接させた第２のロッカアームと、第２のロッカアームに設けられたシリンダ部に摺動自在に配置されたピストンと、第１のロッカアームから第２のロッカアーム側に延設されて、先端がピストン位置に応じて前記ピストンとの係合の有無を切換えられる係合突起とを備えたものである。

従って、内燃機関の運転中には、カムシャフトの回転に伴って第１及び第２のロッカアームが対応するカムによりローラを介して揺動操作される。ここで、第１のロッカアームの係合突起が第２のロッカアームのピストンに係合しないときには両ロッカアームの連係が解除され、第２のロッカアームを単独で空振りさせながら第１のロッカアームは第１カムの形状に倣って揺動して吸気弁又は排気弁を開閉駆動する。又、この状態から第１のロッカアームの係合突起が第２のロッカアームのピストンに係合すると両ロッカアームが連係されて、第１のロッカアームは第２のロッカアームと共に第２カムの形状に倣って揺動して吸気弁又は排気弁を開閉駆動する。

第１及び第２のロッカアームの連係時において、第２のロッカアームは第２カムからの駆動力をローラに受けながら揺動に伴ってピストンで第１ロッカアームの係合突起の先端を押圧操作する。そして、第２カムから駆動力を受けるローラと係合突起を押圧操作するピストンとが共に第２のロッカアームに設けられてロッカシャフトの軸方向で近接位置にあるため、第２のロッカアームは倒れを生じることなく揺動する。

従って、第２のロッカアームの倒れに伴う第２カムとローラとのミスアライメントが軽減され、ローラは第２カムに対して正規の当接状態に保持されて長手方向においてほぼ均一な荷重を受ける。結果としてローラ及び高速カムの偏摩耗やローラ軸受部の耐久性低下等を回避するための対策としてローラ幅を拡大する必要がなくなり、第２のロッカアームの慣性質量を軽減可能となる。

請求項２の発明は、請求項１において、第２のロッカアームのピストンの軸心が第２のロッカアームのローラ幅内に位置しているものである。
従って、ピストンの軸心がローラ幅内に位置するため、ローラが第２カムから駆動力を受ける箇所とピストンが係合突起を押圧操作する箇所とがロッカシャフトの軸方向でほぼ一致することになり、第２のロッカアームの倒れが一層確実に防止される。

以上説明したように請求項１の発明の内燃機関の可変動弁装置によれば、第２カム側から駆動力を受けたときの第２のロッカアームの倒れを防止して、ローラの偏荷重に起因する種々の不具合を回避した上で、ローラ幅の拡大を不要として第２のロッカアームの慣性質量を軽減でき、もって、正確な吸排気弁の開閉特性を実現することができる。
請求項２の発明の内燃機関の可変動弁装置によれば、請求項１に加えて、第２のロッカアームの倒れを一層確実に防止することができる。

以下、本発明を具体化したエンジンの可変動弁装置の一実施形態を説明する。
本実施形態のエンジンは気筒当たり２弁を有するＳＯＨＣ型の直列４気筒ガソリン機関として構成され、通常の回転域での出力特性に対応する低速モードと特に高回転域での出力特性に対応する高速モードとの間で運転モードを切換可能に構成されている。このため、各気筒の動弁装置の吸気側にはモード切換のための切換機構が備えられており、以下、特定気筒について動弁装置の構成を説明するが、他の気筒も全く同一の構成である。

図１は本実施形態のエンジンの可変動弁装置における吸気側の１気筒分を示す平面図である。ここで、図１において左方がエンジンの前側に相当し、右方がエンジンの後側に、上方がエンジンの右側に、下方がエンジンの左側に相当し、以下、エンジンを基準として説明する。尚、エンジン配置は、このような縦置きエンジンに限定されるものではなく、横置きエンジンであってもよい。

図示しないシリンダヘッド上にはエンジンの前後方向に延びるように１本のカムシャフト１が支承され、カムシャフト１は図示しないクランクシャフトにより同期して回転駆動される。カムシャフト１の右側には吸気ロッカシャフト２が配設され、吸気ロッカシャフト２はカムシャフト１に対して平行な姿勢で図示しないブラケットにより支持されている。カムシャフト１には前側の低速カム３（第１カム）及び後側の高速カム４（第２カム）が相互に隣接して形成され、これらの低速カム３及び高速カム４と対応するように、吸気ロッカシャフト２には低速ロッカアーム５（第１のロッカアーム）及び高速ロッカアーム６（第２のロッカアーム）のボス部５ａ，６ａが相互に隣接した状態でそれぞれ揺動自在に支承されている。

低速ロッカアーム５のボス部５ａからは一本のバルブアーム部５ｄが右方（他端側）に向けて延設され、バルブアーム部５ｄの先端はシリンダヘッド上の吸気弁７と連係され、低速ロッカアーム５の揺動に伴って吸気弁７が開閉駆動される。低速ロッカアーム５及び高速ロッカアーム６のボス部５ａ，６ａからは左方（一端側）に向けてそれぞれローラ支持部５ｂ，６ｂが突設され、各ローラ支持部５ｂ，６ｂにはローラ５ｃ，６ｃが支持されている。低速ロッカアーム５のローラ５ｃはカムシャフト１上の低速カム３と対応して、図示しない吸気弁７のバルブスプリングの付勢力を受けて常に低速カム３上に当接し、高速ロッカアーム６のローラ６ｃはカムシャフト１上の高速カム４と対応して、図示しないリターンスプリングの付勢力を受けて常に高速カム４上に当接している。

低速ロッカアーム５と高速ロッカアーム６との間には運転モードを切換えるための切換機構Ｍが設けられている。図２はロッカアームの連係解除時の切換機構Ｍを示す図１のＢ−Ｂ線に相当する断面図、図３は同じくロッカアームの連係時の切換機構Ｍを示す図１のＢ−Ｂ線に相当する断面図である。これらの図に示すように、高速ロッカアーム６のボス部６ａ上には円筒状のシリンダ部１６が一体的に形成され、シリンダ部１６内に形成されたシリンダ１７の上端は閉塞され、シリンダ１７の下端は吸気ロッカシャフト２の外周面に対して開口している。シリンダ１７内にはピストン１８が配設され、ピストン１８は図示しない規制ピンによりシリンダ１７の軸線を中心とした回転を規制された状態でシリンダ１７内を上下方向に摺動し得る。

シリンダ１７内の上壁及びピストン１８の上面には相対向するように凹部１７ａ，１８ａが形成され、凹部１７ａ，１８ａ間には圧縮スプリング１９が介装されている。圧縮スプリング１９の付勢力によりピストン１８は常に下方に付勢されて、その下面を吸気ロッカシャフト２の外周面に当接させた図２に示す下方位置に保持される一方、圧縮スプリング１９の付勢力に抗してシリンダ１７内でピストン１８が上方に摺動すると、ピストン１８は上面をシリンダ１７内の上壁に当接させた図３に示す上方位置に切換えられる。

シリンダ部１６の右側面には操作窓２０が形成され、図２に示すピストン１８の下方位置では、操作窓２０を介してシリンダ１７内が外方に向けて露出し、図３に示すピストン１８の上方位置では、操作窓２０を介してピストン１８の外周面が外方に向けて露出する。図１に示すように、低速ロッカアーム５上の一側からは連動アーム部２１（係合突起）が後方に延設され、連動アーム部２１の先端はＬ字状に屈曲して高速ロッカアーム６のシリンダ部１６の操作窓２０と対応している。低速及び高速カム３，４のベース円区間（低速及び高速ロッカアーム５，６のリフト量が共に０の区間）において、図２に２点鎖線で示すように、連動アーム部２１の先端が操作窓２０からシリンダ１７内に挿入される直前となるように、シリンダ部１６と連動アーム部２１との相互の位置関係が設定されている。

そして、図１に示す仮想線Ｌから明らかなように、高速ロッカアーム６のピストン１８と高速ロッカアーム６のローラ６ｃとは吸気ロッカシャフト２の軸方向において対応しており、ピストン１８の軸心Ｃがローラ幅Ｗの中央に位置している。
図２，３に示すように、吸気ロッカシャフト２には軸方向に沿ってオイル通路２２が形成され、オイル通路２２は各気筒の高速ロッカアーム６のシリンダ部１６の箇所において分配通路２３を介してシリンダ１７内と連通している。そして、図示はしないが吸気ロッカシャフト２のオイル通路２２はＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）に接続され、このＯＣＶの切換に応じてエンジンに備えられた潤滑用オイルポンプからオイル通路２２内に切換機構Ｍ用の作動オイルが供給される。

一方、排気側の動弁装置は切換機構Ｍを備えずに単一のロッカアームからなる一般的な構成であり、図示はしないが、排気ロッカシャフトに支承された排気ロッカアームがカムシャフト１の排気カムにより揺動されて排気弁を開閉駆動するようになっている。
次に、以上のように構成されたエンジンの可変動弁装置の作動状況を説明する。
ＯＣＶの切換制御は図示しないＥＣＵ（エンジン制御ユニット）により行われ、このＯＣＶの切換に応じてエンジンの運転モードが低速モードと高速モードとの間で切換えられる。

例えば、エンジン回転速度Ｎeが閾値Ｎe0未満でエンジンへの出力要求がそれほど高くない回転域では、ＥＣＵは低速モードを実行すべくＯＣＶを閉弁側に切換えてオイル通路２２へのオイル供給を中止する。その結果、吸気側の各気筒の高速ロッカアーム６では、図２に示すように圧縮スプリング１９の付勢力によりピストン１８が下方位置に保持され、操作窓２０を介してシリンダ１７内が外方に向けて露出する。

一方、エンジンの運転中には、カムシャフト１の回転に伴って吸気側の低速及び高速ロッカアーム５，６は対応するカム３，４上でローラ５ｃ，６ｃを転動させながらそれぞれのカム形状に倣って揺動している。ここで、低速カム３に対して高速カム４は作動角が広く且つリフト量が大きいため、低速ロッカアーム５に比較して高速ロッカアーム６が大きく揺動するが、上記のようにピストン１８が下方位置にあるため、高速ロッカアーム６は、操作窓２０を介してシリンダ１７内に低速ロッカアーム５の連動アーム部２１の先端を挿脱させながら単独で空振りする。つまり、このときには低速ロッカアーム５と高速ロッカアーム６との連係が解除され、低速ロッカアーム５は低速カム３の形状に倣って揺動して吸気弁７を開閉駆動する。

又、エンジン回転速度Ｎeが閾値Ｎe0以上で特にエンジンへの出力要求が高い回転域では、ＥＣＵは高速モードを実行すべくＯＣＶを開弁側に切換えてオイル通路２２への作動オイル供給を行う。その結果、吸気側の各気筒の高速ロッカアーム６では、図３に示すように圧縮スプリング１９の付勢力に抗して油圧によりピストン１８が上方位置に切換えられ、操作窓２０を介してピストン１８の外周面が露出する。高速ロッカアーム６の揺動に伴って操作窓２０を介してピストン１８の外周面により低速ロッカアーム５の連動アーム部２１の先端が押圧され、これにより低速ロッカアーム５は高速ロッカアーム６に対して連係されて高速ロッカアーム６と共に揺動し、高速カム４の形状に倣って吸気弁７を開閉駆動する。

そして、上記のように高速ロッカアーム６のピストン１８の軸心Ｃが吸気ロッカシャフト２の軸方向においてローラ幅Ｗの中央に位置しているため、ローラ６ｃが高速カム４から駆動力を受ける箇所とピストン１８が低速ロッカアーム５の連動アーム部２１を押圧操作する箇所とが吸気ロッカシャフト２の軸方向で一致し、高速ロッカアーム６は倒れを生じることなく揺動する。

従って、高速ロッカアーム６の倒れに伴う高速カム４とローラ６ｃとのミスアライメントが未然に防止され、図４に示すように、ローラ６ｃは高速カム４に対して正規の当接状態に保持されて長手方向においてほぼ均一な荷重を受ける。結果としてローラ６ｃ及び高速カム４の偏摩耗やローラ軸受部の耐久性低下等を回避するための対策としてローラ幅Ｗを拡大する必要がなくなり、高速ロッカアーム６の慣性質量を軽減できることから、高速ロッカアーム６の慣性質量の増大に伴うバルブジャンプやバウンドを回避して、高速カム４の形状に倣った正確な吸気弁７の開閉特性を実現することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、２弁式のＳＯＨＣ型エンジンに適用し、その吸気側に運転モードの切換機構Ｍを設けたが、これに限ることはなく、例えば吸排気２弁ずつの４弁式エンジンの可変動弁装置として具体化して、その一対の吸気弁を低速ロッカアーム５と連係させてもよい。又、切換機構Ｍを排気側に設けたり吸排気共に設けたりしてもよし、或いは、吸排気弁を個別にカムシャフトで駆動する所謂ＤＯＨＣ型エンジンに適用したりしてもよい。

又、上記実施形態では、高速ロッカアーム６のピストン１８の軸心Ｃをローラ幅Ｗの中央に位置させたが、これに限定されるものではなく、ローラ幅Ｗの中央でなくてもローラ幅Ｗ内にピストンの軸心Ｃを位置させれば、上記実施形態と遜色ない作用効果が得られる。更に必ずしもピストン１８の軸心Ｃをローラ幅Ｗ内に位置させる必要はなく、ピストン１８を高速ロッカアーム６側に設ければ、自ずとピストン１８とローラ６ｃとがロッカシャフト２の軸方向で近接して高速ロッカアーム６の倒れを抑制できることから、このように構成してもよい。

実施形態のエンジンの可変動弁装置における吸気側の１気筒分を示す平面図である。 ロッカアームの連係解除時の切換機構を示す図１のＢ−Ｂ線に相当する断面図である。 同じくロッカアームの連係時の切換機構を示す図１のＢ−Ｂ線に相当する断面図である。 実施形態の可変動弁装置の高速カムに対するローラの荷重分布を示す図である。 先行技術の可変動弁装置における吸気側の１気筒分を示す平面図である。 先行技術の可変動弁装置の高速カムに対するローラの荷重分布を示す図である。

符号の説明

１ カムシャフト
２ 吸気ロッカシャフト
３ 低速カム（第１カム）
４ 高速カム（第２カム）
５ 低速ロッカアーム（第１のロッカアーム）
６ 高速ロッカアーム（第２のロッカアーム）
５ｃ，６ｃ ローラ
７ 吸気弁
１６ シリンダ部
１８ ピストン
２１ 連動アーム部（係合突起）
Ｃ 軸心
Ｗ ローラ幅

Claims (2)

1. ロッカシャフトに揺動自在に支承され、一端側に設けられたローラをカムシャフトの第１カム上に当接させると共に、他端側を吸気弁又は排気弁と連係させた第１のロッカアームと、
   前記第１のロッカアームに隣接して前記ロッカシャフトに揺動自在に支承され、一端側に設けられたローラを前記カムシャフトの前記第１カムとはカム形状が異なる第２カム上に当接させた第２のロッカアームと、
   前記第２のロッカアームに設けられたシリンダ部に摺動自在に配置されたピストンと、
   前記第１のロッカアームから前記第２のロッカアーム側に延設されて、先端がピストン位置に応じて前記ピストンとの係合の有無を切換えられる係合突起と
   を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記第２のロッカアームのピストンの軸心が該第２のロッカアームのローラ幅内に位置していることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の可変動弁装置。

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