JPS5925010A

JPS5925010A - 内燃機関の弁作動切換装置

Info

Publication number: JPS5925010A
Application number: JP57134678A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Aoyama; 俊一青山; Manabu Kato; 学加藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-08-03
Filing date: 1982-08-03
Publication date: 1984-02-08

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、高出力を得るのがよいが、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５１−１０４．１１６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、圧縮行程で閉じ、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２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
ピスト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（＃２．　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、口νカブラケソト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１０との間にスプリング１１゜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１０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＃ｌ、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、これら両袖圧室と油圧供給通路及び油圧戻し通
路とを方向切換弁を介して接続し、更にこの方向切換弁
の切換動作を規制するストッパと、機関運転条件の変化
によりカムシャフトの回転に同期したタイミングでスト
ッパを解除するストッパ解除装置とを設けると共に、ス
トッパ解除後に方向切換弁を次回の切換方向に付勢する
ように構成し、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１１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。また、第１０図は第９図の要部拡大図
、第１１図は第１０図の側面図である。

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はロッカカバーである。

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２１　ａ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妬に回動可能で且
つ軸方向に移動可能に取付けられている。

２７はスペーサリングである。

そして、一方のロッカアーム％とロッカブラケット２５
との端面間及び他方のロッカアーム詔とロッカブラケッ
トδとの端面間にそれぞれカラー舘により囲まれる油圧
室２９．３０が形成され、両袖圧室２９．３０の油圧に
応じロッカアーム詔、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
いずれがが選択されるようになっている。３１は０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
うロッカアーム詔、２４をカム２１ａ、２２ａ側に付勢
しである。

尚、カム２１ａ、２２ａはロッカアーム詔、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ぃ′て
説明する。

３３ハカムシヤフト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
５２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４ボ一ト２位置の方向切
換弁４０の供給側ボー１−Ｐに接続されている。

方向切換弁４０はその両側の室ａ、ｂに後述するパイロ
ット弁４６から信号油圧が導かれ、この信号油圧によっ
て切換えられて、供給側ボートＰが出力側ボートＡ又は
Ｂのいずれかに接続されるようになっている。ここで、
出力側ボートＡは油圧室２９に接続され、出力側ボート
Ｂは油圧室３ｏに接続されており、各油圧室２９．３０
へぼロッカブラケット２５に形成した通孔４】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
。

また、方向切換弁４０には戻り側ボートＲが形成されて
いて、供給側ボー１−　Ｐが出力側ポートＡ又はＢのい
ずれか一方と連通したとき、他方が戻り側ボートＲと連
通ずるようになっている。この戻り側ボートＲ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
オイルタンク４５に接続されている。

パイロット弁４６は方向切換弁４０の出力側ポートＡと
油圧室２９と間の油圧Ａ１と、出力側ボー）Ｂと油圧室
３０との間の油圧Ｂ１とをそれぞれ絞り４７ａ。

４７ｂを介して受け、これらの大小に応じて切換えられ
て、方向切換弁４０の両側の室ａ又はｂのいずれか一方
に油圧供給源すなわちアキュムレータ３８の油圧を作用
させ、他方を戻り側すなわちオイルタンク４８と接続す
るようになっている。そして、この切換特性は、方向切
換弁４０が切換えられることにより変化した油圧Ａ＋、
Ｂ＋によりパイロット弁４６が方向切換弁４０を元の切
換装置に戻すよう切換えられるようになっている。

一方、方向切換弁４０は、第１０図及び第１１図に明瞭
に示されるように軸方向に２つの溝４９８，４９ｂを有
し、これらの溝４９ａ、４９ｂのいずれかにストッパ５
０が係合している状態では、いずれかの切換位置にロッ
クされるようになっている。ストッパ５０はスプリング
５１により係合方向に付勢されている。

そして、このロック状態はタイミングリフタ５２のピス
トン５３に連結された出力ロソド５４によりアーム５５
を介してストッパ５０を前記付勢方向と反対方向に回動
することにより解除されるようになっているが、アーム
５５に連結された電磁アクチュエータ５６が吸引作動し
ているときのみ、タイミングリフタ５２の出力ロソド５
４がアーム５５と係１合するようになっている。

タイミングリフタ５２はオイルポンプ３３の吐出側圧力
を直接ピストン５３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５４を往復動させるようになっている。

電磁アクチュエータ５６は、アクセルペダル５７の踏込
量を検出するアクセルセンサ５Ｂからの信号を受ける制
御回路５９により、高負荷条件から低負荷条件に移った
とき、あるいは低負荷条件から高負荷条件に移ったとき
に一定の時間通電さ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、方向切換弁４０が図示の如
く切換ねっていて、油圧室２９の側に油圧が導入されて
、ロッカアーム２３．２４が図示の如く稼動時用カム２
１ａ、２２ａにより駆動されているものとすると、パイ
ロット弁４６に作用する油圧はＡ１の方が大きいので、
パイロット弁４６は図示の状態とは反対の状態へ切換え
られ、これに伴ない方向切換弁４０の室ａへ油圧を作用
させるため、方向切換弁４０は図示状態とは反対の状態
へ切換わろうとするが、これはストッパ５０により阻止
されている。

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５８の出力変化から制御回路５９が検出す
ると、制御回路５９により電磁アクチュエータ５６が一
定時間作動して、アーム５５を第１０図で左方に移動さ
せるから、タイミングリフタ５２の出力ロソド５４とア
ーム５５とが係合可能な状態になる。

一方、タイミングリフタ５２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１２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、出力ロソド５４が
突出し、アーム５５を介してストッパ５０を回動するこ
とにより、ストッパ５０を解除する。

ストッパ５０が解除されると、パイロット弁４６からの
信号油圧により方向切換弁４０が第９図で右方に切換え
られ、切換ねった状態で再びストッパ５０がかかってロ
ックされる。なぜなら、タイミングリフタ５２はアキュ
ムレータ３８に再び油圧が満たされるまではリフトして
こないし、また電磁アクチ１エータ５６はその間に再び
オフとなるからである。

そして、方向切換弁４０が切換わった状態では、アキュ
ムレータ３８からの油圧が油圧室３０に供給され、油圧
室２９の油圧は排出される。ここにおいて、第１２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
２１ａ、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２３．２４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タイミ
ングリフタ５２が作動する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。

また、方向切換弁４０が切換わるとパイロット弁４６に
作動する油圧が逆転するので、パイロット弁４６が切換
ねり、パイロット弁４６からの信号油圧が方向切換弁４
０を再び元の状態に戻すように作用する。但し、方向切
換弁４０はストッパ５０によりロックされているので、
実際には切換わらず、次の切換に備えることになる。

このように予め信号油圧を切換えておくことにより、切
換に際しストッパ５０が解除されたときに方向切換弁４
０が一気に切換わるので、応答性を高めることができる
。即ち、パイロット弁４６に電磁弁を用いた場合、その
応答性は速いものでも、１０ｍ５ｅｃであり、高速運転
時に切換える場合に通常はネックとなるが、上述のよう
に予め切換えておくならば応答速度は小さくても良く、
設計が容易となる。

第１３図には第２実施例を示す。

この実施例は、パイロット弁を省いて、方向切換弁４０
の両側の室ａ、ｂ側へ前記油圧Ａ＋、Ｂ１を直接切換用
圧力として導くようにしたものである。

これによれば、構成は簡単となるが、切換途中で油圧供
給源からの油圧の導入方向が逆転するためにそのままで
は自励振動を起す恐れがある。しかし、これは図示の如
くアキュムレータ６０を設けることによって解決できる
。すなわち、例えば油圧Ａ＋が高くて方向切換弁４０が
図中右方に付勢されてストッパ５０で動きを抑えられて
いる間に、了キュムレータロ０には左側の室に油圧が貯
っていく。

そして、ストッパ５０が外れて切換が開始されると、こ
のアキュムレータ６０内のピストンが図で左方に移動し
て方向切換弁４０の室ａに油圧を供給し続けるため、切
換はスムーズに進行し、完了する。この間、絞り４７ａ
があるため、油圧はほとんど洩れない。また、方向切換
弁４００室すに作用する油圧はアキュムレータ６０の右
側の室に吸収される。

第１４図には第３実施例を示す。

この実施例は、電磁切換式のパイロ７）弁６１を用いた
もので、制御回路５９からの信号で電磁アクチュエータ
５６を作動させタイミングリフタ５２によりタイミング
をとってストッパ５０を解除することにより方向切換弁
４０を切換えた後（前記信号から所定の時間後）、制御
回路５９からの別の信号でパイロット弁６１を切換えて
、次回の切換に備えるようにすればよい。

以上説明したように本発明によれば、口・ツカアームの
両側に油圧室を形成し、これら両油圧室と油圧供給通路
及び油圧戻し通路とを方向切換弁を介して接続し、更に
この方向切換弁の切換動作を規制するストッパと、機関
運転条件の変化によりカムシャフトの回転に同期したタ
イミングでストッパを解除するストッパ解除装置とを設
けると共に、ストッパ解除後に方向切換弁を次回の切換
方向に付勢するように構成し、ロ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るようにしたため、ロ
ッカアームが例えばバルブリフトの直前に移動してロッ
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に信頼性を著しく向
上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３図は同上の特性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図は第９図の要部拡大図、第１１図は
第１Ｏ図の側面図、第１２図は同上のロッカアーム移動
タイミングの説明図、第１３図は第２実施例を示すシス
テム全体図、第１４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　　２０・・・カム
シャツ）　　　２１ａ、２２ａ・−稼動時用カム　　２
１ｂ、２２ｂ・・・休止時用カム　　２３．２４・・・
ロッカアーム　　５・・・ロッカブラケット　　２Ｇ川
ロツカシヤフト２９．３０・・・油圧室　　３３・・・
オイルポンプ　　３４・・・オイルポンプ駆動カム　　
３８川アキユムレータ４０・・・方向切換弁　　４６．
６１・・・パイロット弁　　５０・・・ストッパ　　５
２・・・タイミングリフタ　　５５・・・アーム　　５
６・・・電磁アクチュエータ　　５９・・・制御回路　
　６０・・・アキュムレータ特許出願人　　日産自動車株式会社代理人　　弁理士　笹　島゛　富二雄第１）１図

Claims

【特許請求の範囲】

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、これら両油圧室と油圧供給通路及び油圧
戻し通路とを方向切換弁を介して接続し、更にこの方向
切換弁の切換動作を規制するストッパと、機関運転条件
の変化によりカムシャフトの回転に同期したタイミング
でストッパを解除するストッパ解除装置とを設けると共
に、ストッパの解除後に方向切換弁を次回の切換方向に
付勢するようにしたことを特徴とする内燃機関の弁作動
切換装置。