JPS6062613A - 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り、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
トンを駆動スるコトによシ、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
を供給するた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る必要があｐ、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υ、カムピースの迅速な切換移動が得
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上記カムまたは開閉部材に連結
されたプランジャと、このプランジャに支持され、上記
固定部材に形成された係止穴に嵌入可能な係止部材と、
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
材の保合関係を切換えるべく上記プランジャを付勢する
付勢機構とを備える。上記係止部材は係止穴に対する嵌
入深さを変更可能であシ、上記カムの一つが吸排気弁を
開放している時、該嵌入深さを深くして上記カムまたは
開閉部材の移動を阻止する。

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
の内周に行間隔の***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***部３ａ間に位
置するようにし、さらにこれら山部２ａと***部３ａの
各側部間に鍔球４を挿入したものとする。したがってカ
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７オロア１０に係合してパルプ１１を開閉
制御する。ロッカーアーム９はロッカー７ヤフト１２に
回転自在に支持され、その揺動部にはロックナツト１３
を介してパルプ隙間調整？ルト１４が取付けられる。こ
のがルト１４のロッカーアーム９からの突出端１４ａは
、バルブ１１の頭部に当接している。バルブ１１は頭部
に嵌着されたりテーカ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がパルプ１１の開閉制御を行
っておシ、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−１９はパルプスプリング１６に抗
してバルブ１１を押し下げ、このパルプ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２
７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９２フ０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
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に螺合されたビン３５が入シこみ、これ
によジシランジャ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
成された長大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、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および球形の係上部材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シラ
ンジャ３８に常時轟接し、一方タイミングゾランジャ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シ、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、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およびグランジャ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に押下げられて係止穴４２あるいは本３に対して
浅く嵌入するようになシ、駆動部材２６およびプランジ
ャ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５
４．５５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
．１？−）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５７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７
０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。エアポ
ンシフ１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シ、エアポンプ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。チェックパルプ７４はゴール弁
７６とばね７７から成る。ポール弁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、エアポング
ア１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シ、その他、エンジン回転
数の信号Ｓ！、水温もしくは油温の信号Ｓ’、およびエ
ンジン負荷の信号Ｓｓ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Ｓｌ　。

Ｓ、、８＝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
か所定値以下の場合、低速用の第１カム５′ｆ：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Ｎｌは逆の場合の回転数Ｎ
２よシも高く、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４ｏは、係止穴４３
に深く、すなわち係止部材４ｏ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
沿って移動セス、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、パルプ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とカ交互にタイミ
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がタイミングシランジャ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シン
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、ノランジャ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
気が蓄えられておシ、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２０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２９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８の大径部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
シランジャ３８に押下げられて第４図に示されるように
、２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シ
、カムの切換えが終了する。

このプランジャ２７の移動の間、係止部材４゜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５
図および第６図に示されるように細穴４４に係合し、ま
たビン３５は第７図に示されるように長穴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、プランジャ２７
の端部が緩衝材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２０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、しだがって
鍔状部材８の大径部８ａに押圧された時、スムーズに後
退し、タイミング機構２ｏ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５
０を駆動すればよい。

第８図は第２実施例を示すものである。係止部材４０は
、上記第１実施例のものと異なり、側面が凸状の曲面、
上下面が平面をなし、全体としてたる形状を呈する。こ
の第２実施例によれば係止部材４０は、側面が曲面形状
を有するので係止穴４２．４３との接触面積が小さく、
シたがって摩擦抵抗が小さいので係止穴４２．４３から
迅速に解放されることができる。他の構成は第１実施例
と同様でアシ、その詳細な説明は省略する。

第９図は第３実施例を示し、側面かたる形状に形成され
たことに加え、係止部材４０の上端面、すなわちタイミ
ングプランジャ３８と当接する面が、生球状に成形され
ている。また第１０図に示された第４実施例においては
、係止部材４０は、側面かたる形状、ばね３９に接触す
る下端面が生球状に成形されている。いずれも上記第１
実施例と同様な効果を奏する。

なおりムピース３を固定し、ロッカーアーム９を移動さ
せるように構成してもよく、この場合、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。

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４図は第３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多切断した断面図、第５
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６図は係止穴およ
び細穴を示す平面図、第７図は長穴を示す平面図、第８
図は第２実施例を示す断面図、第９図は第３実施例を示
す断面図、第１０図は第４実施例を示す断面図である。 ５・・・第１カム、６・・・第２カム、８・・・鍔状部
材、８ａ・・・大径部、８ｂ・・・小径部、９・・・ロ
ッカーアーム（開閉部材）、２１・・・固定部材、２７
・・・プランジャ、４０・・・へよ部材、４２．４３・
・・係止穴、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 箒２図 ６ 第３図 ＠４図　塗５０ ＠６図　第７０ 第１頁の続き ■発明者吉村　国政 ０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（５１６）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、このプランジ
   ャ（２７）に支持され、上記固定部材（２１）に形成さ
   れた係止穴（４２，４３）に嵌入可能な係止部材（４０
   ）と、上記カム（５，６）または開閉部材（９）を移動
   させてカム（５１６）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）とを備え、上記係止部材（４０）は
   係止穴（４２，４３）に対する嵌入深さを変更可能であ
   シ、上記カム（５１６）の一つが吸排気弁を開放してい
   る時、該嵌入深さを深くして上記カム（５゜６）または
   開閉部材（９）の移動を阻止することを特徴とする可変
   弁機構。 ２、大径部（８ａ）と小径部（８ｂ）を有する鍔状部材
   （８）が上記カム（５，６）または開閉部材（９）に一
   体的に連設され、上記係止部材（４０）は常時この鍔状
   部材（８）に当接し、小径部（８ｂ）に係合する時上記
   係止穴（４２，４３）に対する嵌入深さを深くシ、大径
   部（８ａ）に係合する時上記係止穴（４２，４３）に対
   する嵌入深さｔ浅くす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、上記係止部材（４０ンの係止穴（４２，４３）との
   接触部位は、曲面を有することを特徴とする特許請求の
   範囲第１項ま５たは第２項に記載の可変弁機構。 ４、上記係止部材（４０）は球形状を有することを特徴
   とする特許請求の範囲第３項記載の可変弁機構。