JP2737396B2 - エンジンの可変動弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明はエンジンの運転条件に応じてカムを切換え
るエンジンの可変動弁装置に関する。

（従来の技術） この種の可変動弁装置として、本出願人によって、特
願平2-235049号等にて、１つの弁に対して３つのカムを
備えており、運転条件に応じてカムの切換えが行われる
装置が提案されていた。

これについて説明すると、その揺動先端が弁に当接す
るメインロッカアームに対して、弁との当接部位を持た
ない２つのサブロッカアームがサブロッカシャフトを介
してそれぞれ揺動可能に支持されている。サブロッカシ
ャフトから所定の距離だけ離れた揺動部位においてサブ
ロッカシャフトと平行な方向には、作動油圧に応動する
ピンが嵌合孔に嵌まりあるいは嵌合孔から抜けること
で、メインロッカアームに対して２つのサブロッカアー
ムが選択的に結合されたりあるいはその結合が解かれた
りして、３つのカムが運転条件に応じて切換えられる。

この場合、第５図に示すように、部分負荷時の燃費向
上をはかるカムリフトの小さい第一カム21と、低中速域
の出力向上をはかる中カムリフトの第二カム22と、例え
ば6000rpm以上の高速域の出力向上をはかるカムリフト
の大きい第三カム23とがそれぞれ設けられている。これ
ら３つのカム21,22,23が第４図に示すマップに基づいて
エンジン回転数とトルクに応じて切換えられるようにな
っている。

（発明が解決しようとする課題） ところで、このような従来装置では、シリンダヘッド
上に限られたスペースによる制約から、メインロッカア
ームには第一カム21に転接するローラ式カムフォロワが
設けられる一方、各サブロッカアームにはカム22,23に
摺接する滑り式カムフォロワが設けられている。

しかしながら、第７図に示すように、ローラ式カムフ
ォロワを介して作動する第一カム21の使用時は動弁系の
駆動トルクを小さくできるが、自動車用エンジンでは低
速低負荷域で使用される第一カム21の使用頻度は比較的
に少ないため、ローラ式カムフォロワが動弁系の駆動損
失を低減する効果は小さい。これに対して、使用頻度の
大きい第二カム22からカムフォロワに懸かる荷重はカム
リフトに比例して大きくなるために、滑り式カムフォロ
ワに対するフリクションが増大して燃費または出力の悪
化を来すという問題点があった。

この発明はこのような従来の問題点に着目し、エンジ
ン運転条件に応じて複数のカムを切換える可変動弁装置
のフリクションを有効に低減することを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明は、吸気弁または排気弁をリフトさせるため
の互いに異なるプロフィールを有する複数のカムと、前
記複数のカムのうちプロフィールの比較的に小さい第一
カムに従動する第一ロッカアームと、同じくプロフィー
ルの比較的に大きい第二カムに従動する第二ロッカアー
ムと、第二ロッカアームを第二カムに押し付けるロスト
モーションスプリングと、エンジン運転条件に応じて第
一ロッカアームに対する第二ロッカアームの相対変位を
係止可能とする連結駆動手段を備えるエンジンの可変動
弁装置において、前記第一カムに摺接する滑り式カムフ
ォロワを前記第一ロッカアームに固定的に結合する一
方、前記第二カムに転接するローラ式カムフォロワを前
記第二ロッカアームに回転自在に結合した。

（作用） 上記構成に基づき、第一ロッカアームと第二ロッカア
ームが互いに結合されたりあるいはその結合が解かれる
ことにより、第一カムと第二カムの切換えが行われる。

第二ロッカアームが従動する第二カムはカムリフトが
比較的に大きく、開弁作動時にカムから受ける荷重が大
きくなるが、ローラ式カムフォロワはカムから受ける荷
重に対するフリクションの増加率が小さいため、動弁系
の駆動損失を大幅に低減することができる。

一方、第一ロッカアームに滑り式カムフォロワを設け
たことにより、ローラ式カムフォロワを設けた場合に比
べてフリクションは増大するものの、これに摺接する第
一カムのカムリフトは比較的に小さく、開弁作動時にカ
ムから受ける荷重が小さいために、このフリクションの
増大は小さいものとなる。

また、このように第一ロッカアームのカムフォロワを
滑り式とし、比較的寸法が大きくなるローラ式カムフォ
ロワを第二ロッカアームにのみ設けた構成により、ロッ
カアーム全体の寸法が増大するのを抑制しつつ、動弁系
の狭隘なスペース内での効果的なフリクション低減を実
現できる。

（実施例） 第１図，第２図，第３図は、一つの気筒について同一
の機能を有する２つの弁（吸気弁、排気弁のいずれでも
良く、図示のものは吸気弁とする）を備えたエンジンに
対して本発明を適用した場合の実施例を示している。

これについて説明すると、各気筒には２本の吸気弁９
に対応して第一ロッカアームにあたる単一のメインロッ
カアーム１が設けられる。メインロッカアーム１の基端
は各気筒に共通なロッカシャフト12を介してシリンダヘ
ッドに揺動自在に支持され、メインロッカアーム１の先
端には各吸気弁９のステム頂部に当接する一対のバルブ
フォロワ10が設けられる。

メインロッカアーム１の前端には滑り式カムフォロワ
５が固着される。このカムフォロワ５は第一カム21に対
向して断面円弧状に突出して形成され、第一カム21に摺
接してメインロッカアーム１を揺動させる。メインロッ
カアーム１の揺動により２本の吸気弁９がバルブスプリ
ング18を圧縮しながら押し下げられて各吸気ポートを開
くようになっている。

メインロッカアーム１は平面図上ほぼ矩形に形成さ
れ、カムフォロワ５と並んで第二ロッカアームにあたる
２つのサブロッカアーム2,3が設けられる。各サブロッ
カアーム2,3の基端はサブロッカシャフト16を介してメ
インロッカアーム１に相対回転可能に連結される。

サブロッカアーム２は吸気弁９に当接する部位を持た
ず、その先端には第二カム22に転接するローラ式カムフ
ォロワ４が設けられる。

サブロッカアーム２にはこのカムフォロワ４を収装す
る凹部2Aが形成され、ローラフォロワ軸13がこの凹部2A
を貫通して圧入され、このローラフォロワ軸13にニード
ルベアリング14を介してカムフォロワ４が回転自在に連
結される。凹部2Aの底部には潤滑油をオイルパンに戻す
ための穴2Bが開口される。

サブロッカアーム２はその下側にカムフォロワ４を各
カム22に押し付けるロストモーションスプリング７が介
装され、この付勢力によりローラ式カムフォロワ４をカ
ム22に押し付けて揺動するようになっている。

サブロッカアーム３も吸気弁９に当接する部位を持た
ず、その先端には高速用カム23に摺接するカムフォロア
部3Aが断面円弧状に突出して一体形成され、その下側に
はこのカムフォロア部3Aをカム23に押し付けるロストモ
ーションスプリング７が介装される。

各ロストモーションスプリング７と各サブロッカアー
ム2,3の間にはメインロッカアーム１に揺動可能に嵌合
する筒状リフタ８がそれぞれ介装される。

エンジン運転条件に応じてメインロッカアーム１に対
する各メインロッカアーム2,3の相対変位を係止する連
結駆動手段として、メインロッカアーム１およびサブロ
ッカアーム２の間にはピン31,32,33が、メインロッカア
ーム１とサブロッカアーム３の間にはピン34,35,36がそ
れぞれサブロッカシャフト16から所定の距離だけ離れた
揺動部位においてサブロッカシャフト16と平行な方向に
揺動自在に設けられる。

ピン33の一端にはリターンスプリング37が介装され、
この付勢力により各ピン31,32がサブロッカアーム２を
拘束しない摺動位置に保持される。ロッカシャフト12お
よびメインロッカアーム１の内部を通して油圧通路39が
形成され、この油圧通路39から導かれる油圧力により各
ピン31,32,33はリターンスプリング37に抗してサブロッ
カアーム２を拘束する位置に摺動する。

ピン36の一端にはリターンスプリング38が介装され、
この付勢力により各ピン34,35がサブロッカアーム３を
拘束しない摺動位置に保持される。ロッカシャフト12お
よびメインロッカアーム１の内部を通して油圧通路40が
形成され、この油圧通路40から導かれる油圧力により各
ピン34,35,36はリターンスプリング38に抗してサブロッ
カアーム３を拘束する位置に摺動する。

各油圧通路39,40には図示しないオイルポンプの吐出
油圧が制御弁を介して導かれる。この油圧制御弁の作動
を電子制御するコントロールユニットはエンジン回転信
号、スロットルバルブの開度信号等を入力し、基本的に
第４図に示すマップに基づいて各カム21,22,23の切換え
が行われる。

各カム21,22,23はそれぞれ共通のカムシャフトに一体
形成される。第５図に示すように、第一カム21はカムリ
フトおよびリフト区間の共に小さい、低速低負荷時にお
ける燃費を重視するリフト特性に設定される。第二カム
22は第一カム21よりもカムリフトおよびリフト区間の相
対的に大きい、低中速域の広い範囲で高トルクを発生す
るリフト特性に設定される。第三カム23はカムリフトお
よびリフト区間の大きい高速時の発生トルクを重視する
リフト特性に設定される。

次に作用について説明する。

エンジンの低速低負荷運転時に、各油圧通路39,40の
作動油圧は最小値に保たれ、各リターンスプリング37,3
8は伸張して、各ピン31〜36が各サブロッカアーム2,3の
非拘束位置に収まり、メインロッカアーム１の動きを妨
げない。カムフォロワ５がカム21に摺接することによ
り、メインロッカアーム１は滑り式カムフォロワ５を介
して第一カム21のプロフィールに従って揺動し、各吸気
弁９を開閉駆動する。

エンジンの回転速度または負荷がある程度以上に増加
する運転時に、油圧通路39から導かれる作動油圧が高め
られ、リターンスプリング37を圧縮しながら各ピン31,3
2,33が摺動して、サブロッカアーム２とメインロッカア
ーム１の間に渡って嵌合する拘束位置に保持される。こ
れに対して他方のサブロッカアーム３に設けられる各ピ
ン34,35,36はリターンスプリング38の付勢力により非拘
束位置に収まって、メインロッカアーム１の動きを妨げ
ない。これにより、メインロッカアーム１はサブロッカ
アーム２と一体となって揺動し、ローラ式カムフォロワ
４を介して第二カム22のプロフィールに従って揺動し、
各吸気弁９を開閉駆動する。このとき、カムフォロワ５
は低速用カム21から浮き上がっている。

エンジンの高速高負荷運転時に、油圧通路40に導かれ
る作動油圧が高められ、リターンスプリング38を圧縮し
ながら各ピン34,35,36が摺動して、サブロッカアーム３
をメインロッカアーム１と一体となって揺動させる拘束
位置に保持される。メインロッカアーム１はサブロッカ
アーム３を介して第三カム23のプロフィールに従って揺
動し、各吸気弁９を開閉駆動する。このとき、メインロ
ッカアーム１のカムフォロワ５およびサブロッカアーム
２のカムフォロワ４は各カム21,22から浮き上がってい
る。

逆に各油圧通路40,39に導かれる作動油圧が順次低下
されることにより、各ピン31〜36が上記動作と逆方向に
動き、メインロッカアーム１に対する各サブロッカアー
ム2,3の拘束が解除され、各カム21,22,23の切換えが行
われる。

サブロッカアーム２が従動する第二カム22は第一カム
21に比べてカムリフトが大きいことから、開弁作動時に
カムからカムフォロワに受ける荷重が大きくなるが、ロ
ーラ式カムフォロワ４はニードルベアリング14を介して
転がり支持される構造上、カムから受ける荷重に対する
フリクションの増加率が小さく、第二カム22の使用時の
フリクションを大幅に低減できる。第６図は各カム21,2
2,23を使用した運転状態で動弁系の駆動トルクを測定し
た実験結果を示しているが、第二カム22を使用した運転
時の駆動トルクは前記第７図の滑り式カムフォロワを介
して伝達される従来装置に比べて大幅に削減されてい
る。

一方、メインロッカアーム１に滑り式カムフォロワ５
を設けたことにより、第一カム21を使用した運転時の駆
動トルクを前記第７図に示すローラ式カムフォロワを介
して伝達される従来装置に比べて若干増大するものの、
第一カム21のカムリフトは比較的に小さく、開弁作動時
に第一カム21から受ける荷重が小さいために、このフリ
クションの増大量は小さいものとなる。また、自動車用
エンジンでは、第一カム21の使用頻度が第二カム22に比
べて少ないため、このフリクションの増加が動弁系の駆
動損失に与える影響は小さい。

サブロッカアーム３に滑り式カムフォロワを設けたこ
とにより、第三カム23を使用した運転時の駆動トルクは
低減されていないが、例えば6000rpm以上の高回転数域
で使用される第三カム23の使用頻度は第二カム22に比べ
て少ないため、このフリクションの増加が動弁系の駆動
損失に与える影響は小さい。

なお、一方のサブロッカアーム２にローラ式カムフォ
ロワ４を設ける場合、滑り式カムフォロワを設ける場合
に比べて、サブロッカアーム２が揺動軸方向に大型化す
ることは避けられない。このため、限られたシリンダヘ
ッド上のスペースによる制約から、メインロッカアーム
１とサブロッカアーム2,3のそれぞれにローラ式カムフ
ォロワを取付けることが困難となっている。

（発明の効果） この発明は、第一ロッカアームに対してエンジン運転
条件に応じて結合される第二ロッカアームを備えて、複
数のカムが切換えられる可変動弁装置において、カムリ
フトの比較的に小さいカムに摺接する滑り式カムフォロ
ワを第一ロッカアームに設けるとともに、カムリフトの
比較的に大きいカムに転接するローラ式カムフォロワを
第二ロッカアームに設けるようにしたため、限られたシ
リンダヘッド上のスペースという制約にかかわらず、動
弁系の駆動損失を有効に低減し、エンジンの燃費および
出力の改善を達成できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す動弁系の平面図、第２
図は同図Ａ−Ａ線に沿う横断面図、第３図は同図Ｂ−Ｂ
線に沿う横断面図である。第４図はカムの切換え特性を
示す図、第５図はカムのリフト特性図、第６図はカムを
切換えた場合の駆動トルクを測定した結果を示す線図で
ある。第７図は従来例においてカムを切換えた場合の駆
動トルクを測定した結果を示す線図である。 １……メインロッカアーム、2,3……サブロッカアー
ム、４……ローラ式カムフォロワ、５……滑り式カムフ
ォロワ、７……ロストモーションスプリング、９……吸
気弁、12……ロッカシャフト、13……ローラフォロワ
軸、16……サブロッカシャフト、21,22,23……カム、31
〜36……ピン、37,38……リターンスプリング、39,40…
…作動油圧通路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気弁または排気弁をリフトさせるための
   互いに異なるプロフィールを有する複数のカムと、前記
   複数のカムのうちプロフィールの比較的に小さい第一カ
   ムに従動する第一ロッカアームと、同じくプロフィール
   の比較的に大きい第二カムに従動する第二ロッカアーム
   と、第二ロッカアームを第二カムに押し付けるロストモ
   ーションスプリングと、エンジン運転条件に応じて第一
   ロッカアームに対する第二ロッカアームの相対変位を係
   止可能とする連結駆動手段を備えるエンジンの可変動弁
   装置において、前記第一カムに摺接する滑り式カムフォ
   ロワを前記第一ロッカアームに固定的に結合する一方、
   前記第二カムに転接するローラ式カムフォロワを前記第
   二ロッカアームに回転自在に結合したことを特徴とする
   エンジンの可変動弁装置。