JP2013096344A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】２つのバルブを駆動する２弁一体型のロッカアームを含み構成された可変動弁機構において、一方のバルブの駆動量を変更することなく他方のバルブの駆動量のみを変更できるようにする。
【解決手段】ロッカアーム３０を、ロッカアーム本体３１と、該ロッカアーム本体３１に相対揺動不能に係合したスライドアーム４１とに分離形成する。そして、ロッカアーム本体３１に、一方のバルブを駆動する一方側カム面３６を設ける。また、スライドアーム４１に、他方のバルブを駆動する互いにカムプロフィールが異なる他方側第一カム面４６と他方側第二カム面４７とを揺動軸線方向Ｌ，Ｒに並べて設ける。そのスライドアーム４１を揺動軸線方向Ｌ，Ｒに変位させることにより、他方のバルブを駆動するカム面を、他方側第一カム面４６と他方側第二カム面４７との間で切り換えて他方のバルブの駆動量を変更する。
【選択図】図６

Description

本発明は、カムに駆動されると揺動して２つのバルブを駆動する２弁一体型のロッカアームを含み構成された可変動弁機構に関する。

２弁一体型のロッカアームを含み構成された可変動弁機構としては、本出願人が先に出願した特許文献１の可変動弁機構や、特許文献２（未公開）の可変動弁機構等がある。

特開２００８−１９０３９３号公報 特願２０１０−２１２２６８号

これら特許文献１，２の可変動弁機構では、連結ピンを駆動して、両方のバルブを駆動する駆動状態と両方のバルブの駆動を休止する休止状態との間で切換を行うことにより、低燃費を実現することができるが、ロッカアームが２弁一体型であるため、一方のバルブの駆動量を変更することなく他方のバルブの駆動量のみを変更することはできず、よって、それによる高出力を実現することはできない。

そこで、２弁一体型のロッカアームを含み構成された可変動弁機構において、一方のバルブの駆動量を変更することなく他方のバルブの駆動量のみを変更できるようにすることを第一の目的とし、それに加えて、２つのバルブの駆動自体も休止できるようにすることを第二の目的とする。

上記の第一の目的を達成するため、本発明の可変動弁機構は、カムに駆動されると揺動して２つのバルブを駆動するロッカアームを含み構成された可変動弁機構において、前記ロッカアームは、前記カムに駆動されて揺動するとともに、一方のバルブを駆動する一方側カム面を備えたロッカアーム本体と、該ロッカアーム本体にその揺動方向には相対変位不能かつ揺動軸線方向には相対変位可能に係合するとともに、他方のバルブを駆動する互いにカムプロフィールが異なる他方側第一カム面と他方側第二カム面とを揺動軸線方向に並べて備えたスライドアームとに分割して形成され、前記スライドアームを揺動軸線方向に変位させる変位機構を備え、該変位機構で該スライドアームを揺動軸線方向に変位させることにより、前記他方のバルブを駆動するカム面を、前記他方側第一カム面と前記他方側第二カム面との間で切り換えて前記他方のバルブの駆動量を変更することを特徴とする。

前記変位機構は、特に限定されないが、前記ロッカアームの揺動力を揺動軸線方向の一方への変位力に変えて前記スライドアームに伝えることにより、該スライドアームを揺動軸線方向の一方に変位させ、前記ロッカアームの揺動力を揺動軸線方向の他方への変位力に変えて前記スライドアームに伝えることにより、該スライドアームを揺動軸線方向の他方に変位させることが好ましい。

上記の第二の目的を達成するため、前記ロッカアーム本体は、前記カムに駆動されて揺動する入力アームと、前記一方側カム面を備えるとともに前記スライドアームと係合した出力アームとに分割して形成され、前記可変動弁機構は、前記入力アームと前記出力アームとを揺動方向に相対変位不能に連結した連結状態とその連結を解除した非連結状態との間で切換を行う切換機構を備え、該切換機構で連結状態と非連結状態との間で切換を行うことにより、前記２つのバルブを駆動する駆動状態とその駆動を休止する休止状態との間で切換を行うことが好ましい。変位機構で他方のバルブの駆動量を必要に応じて変更するのに加えて、不必要時には切換機構で２つのバルブの駆動自体を休止することによって、高出力と低燃費とを両立できるからである。

前記可変動弁機構は、特に限定されないが、次の｛１｝｛２｝のいずれかの態様であることが好ましい。シャフト数を減らしてコンパクトに纏めることができるからである。
｛１｝前記２つのバルブは２つの吸気バルブであって、該２つの吸気バルブを駆動する前記ロッカアームは、排気バルブを駆動する排気カムのカムシャフトに揺動可能に軸支された態様。
｛２｝前記２つのバルブは２つの排気バルブであって、該２つの排気バルブを駆動する前記ロッカアームは、吸気バルブを駆動する吸気カムのカムシャフトに揺動可能に軸支された態様。

本発明によれば、２つのバルブを駆動する２弁一体型のロッカアームを含み構成された可変動弁機構において、一方のバルブの駆動量を変更することなく他方のバルブの駆動量のみを変更できるようにすることができる。

実施例１の吸排気用の可変動弁機構を示す斜視図である。 実施例１の吸気用の可変動弁機構を示す斜視図である。 実施例１の吸気用の可変動弁機構のロッカアームを斜め上から見た分解斜視図である。 実施例１の吸気用の可変動弁機構のロッカアームを斜め下から見た分解斜視図である。 （ａ）は、実施例１の吸気用の可変動弁機構の非連結状態を示す断面図、（ｂ）は、連結状態を示す断面図である。 （ａ）は、実施例１の吸気用の可変動弁機構の高速回転時を示す斜視図、（ｂ）は、低速回転時を示す斜視図である。 （ａ）は、実施例１の吸排気用の可変動弁機構の高速回転時のバルブ駆動量を示すグラフ、（ｂ）は、低速回転時のバルブ駆動量を示すグラフである。 実施例２の吸排気用の可変動弁機構を示す斜視図である。 （ａ）は、実施例２の吸排気用の可変動弁機構の高速回転時のバルブ駆動量を示すグラフ、（ｂ）は、低速回転時のバルブ駆動量を示すグラフである。

図１〜図７に示す本実施例１の吸排気用の可変動弁機構９は、２つの吸気バルブを駆動する吸気用の可変動弁機構９Ｉと、２つの排気バルブを駆動する排気用の可変動弁機構９Ｅとからなる。

吸気用の可変動弁機構９Ｉと排気用の可変動弁機構９Ｅとは、構造的に略同様であるため、以下では吸気用の可変動弁機構９Ｉの構造および機能についてのみ説明するが、排気用の可変動弁機構９Ｅの構造および機能についての説明は、以下に示す吸気用の可変動弁機構９Ｉの構造および機能についての説明（段落００１４〜００２８）と、「吸気」と「排気」と互いに反対に読み替えるとともに、「Ｉ」と「Ｅ」とを互いに反対に、かつ、「ｉ」と「ｅ」とを互いに反対に読み替えて同様である。

吸気用の可変動弁機構９Ｉは、次に示す、カム１０と、リンク２０と、ロッカアーム３０と、切換機構５０と、変位機構６０とを含み構成されている。なお、以下では、便宜上、図に合わせて、ロッカアーム３０の揺動軸線方向の一方を左方Ｌとし、揺動軸線方向の他方を右方Ｒとする。

［カム１０］
カム１０（吸気カム１０ｉ）は、排気バルブの直上に設けられた左右方向Ｌ，Ｒに延びるカムシャフト１１（吸気カムシャフト１１ｉ）に一体形成された断面形状が真円形のカムであって、その中心はカムシャフト１１の軸心から偏心している。そのカムシャフト１１は内燃機関が２回転する毎に１回転する。

［リンク２０］
リンク２０は、カム１０の回転力を揺動力に変えてロッカアーム３０に伝達する直線状に延びる棒状の部材であって、後端部はカム１０に相対回動可能に外嵌されている。

［ロッカアーム３０］
ロッカアーム３０は、吸気バルブの直上に設けられた左右方向Ｌ，Ｒに延びる排気カムシャフト１１ｅに揺動可能に外嵌されている。そして、カム１０（吸気カム１０ｉ）にリンク２０を介して駆動されると揺動して２つの吸気バルブを２つの介在アーム３，４を介して駆動する。このロッカアーム３０は、次に示す、左側のロッカアーム本体３１と右側のスライドアーム４１とに分割して形成されている。

ロッカアーム本体３１は、次に示す、左側の入力アーム３１ａと、右側の出力アーム３１ｂとに分割して形成されている。入力アーム３１ａは、カム１０にリンク２０を介して駆動されて揺動するアームであって、その長さ方向中間部が排気カムシャフト１１ｅに揺動可能に外嵌されている。そして、後端部はリンク２０の先端部に連結軸２２を介して相対回動可能に軸着されており、先端部には、切換機構５０の一部が設けられている。出力アーム３１ｂは、入力アーム３１ａに切換機構５０を介して相対揺動不能に連結されるアームであって、排気カムシャフト１１ｅに揺動可能に外嵌された円筒状の円筒部３２と、該円筒部３２の右端部から右方Ｒ（スライドアーム４１側）に突出したリブ３３と、円筒部３２から径方向に突出したカムノーズ３５とを含み構成されている。そして、リブ３３の外周面には、左右方向Ｌ，Ｒに真っ直ぐ延びる複数本の溝状の外周側ストレートスプライン３４が設けられている。また、円筒部３２の下面からカムノーズ３５の下面に架けての部位には、一方のバルブを一方の介在アーム３を介して駆動する一方側カム面３６が形成されている。

スライドアーム４１は、出力アーム３１ｂにストレートスプライン３４，４４の噛み合いで係合したアームであって、排気カムシャフト１１ｅに揺動可能に外嵌された円筒状の円筒部４２と、該円筒部４２の左部（出力アーム３１ｂ側の部位）の内周側に凹設されたロッカアーム本体３１のリブ３３を収納するための収納部４３と、円筒部４２から径方向に突出したカムノーズ４５とを含み構成されている。そして、収納部４３の内周面には、出力アーム３１ｂの外周側ストレートスプライン３４と噛み合う内周側ストレートスプライン４４が設けられている。そして、それらの両ストレートスプライン３４，４４の噛み合いでスライドアーム４１が出力アーム３１ｂに揺動方向には相対変位不能かつ左右方向Ｌ，Ｒには相対変位可能に係合している。また、円筒部４２の下面からカムノーズ４５の下面に架けての部位には、他方のバルブを他方の介在アーム４を介して駆動する、駆動量が比較的小さい（一方側カム面３６の駆動量と等しい）左側の他方側第一カム面４６と、駆動量が比較的大きい右側の他方側第二カム面４７とが形成されている。

［切換機構５０］
切換機構５０は、ロッカアーム本体３１の左側の入力アーム３１ａと右側の出力アーム３１ｂとを連結した連結状態とその連結を解除した非連結状態との間で切換を行うことにより、２つの吸気バルブ（２つの介在アーム３，４）を駆動する駆動状態とその駆動を休止する休止状態との間で切換を行う機構であって、次に示す、連結ピン５１と、連結スプリング５２と、油圧機構５３とを含み構成されている。連結ピン５１は、左側の入力アーム３１ａの先端部に右方Ｒに突出可能に取り付けられており、左側の入力アーム３１ａの先端部と右側の出力アーム３１ｂのカムノーズ３５との間を跨ぐ連結位置と跨がない非連結位置との間で変位する。連結スプリング５２は、連結ピン５１を復元力で右方Ｒ（連結位置側）に押圧するためのスプリングであって、左側の入力アーム３１ａの先端部の内部に設けられている。油圧機構５３は、連結ピン５１を油圧で左方Ｌ（非連結位置側）に押圧するための機構であって、右側の出力アーム３１ｂの内部に設けられている。その油圧機構５３は、右側の出力アーム３１ｂのカムノーズ３５の左側面に凹設された油圧室５４と、該油圧室５４に挿入されて該油圧室５４を閉塞するとともに左端面が連結ピン５１の右端面に当接した油圧ピン５５と、油圧室５４に油圧を供給する油圧路５６とを含み構成されている。その油圧路５６は、排気カムシャフト１１ｅの内部及び出力アーム３１ｂの内部を経由して設けられている。そして、油圧室５４の油圧を上げることによって、図５（ａ）に示すように、連結ピン５１を連結スプリング５２の復元力に抗して左方Ｌの非連結位置に変位させる。また、油圧室５４の油圧を下げることによって、図５（ｂ）に示すように、連結ピン５１を連結スプリング５２の復元力で右方Ｒの連結位置に変位させる。

［変位機構６０］
変位機構６０は、ロッカアーム３０の揺動力を左方Ｌへの変位力に変えてスライドアーム４１に伝えることにより、該スライドアーム４１を左方Ｌに変位させ、ロッカアーム３０の揺動力を右方Ｒへの変位力に変えてスライドアーム４１に伝えることにより、該スライドアーム４１を右方Ｒに変位させる機構である。この変位機構６０は、次に示すＶ字アーム６１と、被係入部７１とを含み構成されている。

Ｖ字アーム６１は、左右方向Ｌ，Ｒに延びる支持軸６８に回動可能に外嵌された円筒状の円筒部６２を備えるとともに、該円筒部６２から突出してスライドアーム４１を間に挟む第一アーム６３と第二アーム６５とをＶ字状に備えている。そして、第一アーム６３の先端部内側（スライドアーム４１側）には第一係入部６４が形成され、第二アーム６５の先端部内側（スライドアーム４１側）には第二係入部６６が形成されている。また、第一アーム６３には、該第一アーム６３をスライドアーム４１側及びその反対側に付勢することにより、Ｖ字アーム６１を支持軸６８の周方向の両側に回動させるアクチュエータのロッド６９が接続されている。そのアクチュエータは、油圧制御で動く油圧アクチュエータであってもよいし、ソレノイド制御で動く電磁アクチュエータであってもよい。

被係入部７１は、スライドアーム４１の外周面に凹設された複数本の溝からなり、スライドアーム４１を右方Ｒに変位させるための第一切換溝７４と、スライドアーム４１を右方Ｒに変位させた位置で左右方向Ｌ，Ｒに変位不能に拘束するための第一拘束溝７３と、スライドアーム４１を左方Ｌに変位させるための第二切換溝７６と、スライドアーム４１を左方Ｌに変位させた位置で左右方向Ｌ，Ｒに変位不能に拘束するための第二拘束溝７５とを含み構成されている。第一切換溝７４及び第一拘束溝７３は、Ｖ字アーム６１の第一係入部６４を係入するための溝であって、第一拘束溝７３は左右方向Ｌ，Ｒにずれることなくスライドアーム４１の周方向に真っ直ぐ円弧状に延びている。また、第一切換溝７４は、第一拘束溝７３の右方Ｒに設けられており、所定の位置でスライドアーム４１の周方向に進むに従い左方Ｌにずれて第一拘束溝７３に合流している。第二切換溝７６及び第二拘束溝７５は、Ｖ字アーム６１の第二係入部６６を係入するための溝であって、第二拘束溝７５は左右方向Ｌ，Ｒにずれることなくスライドアーム４１の周方向に真っ直ぐ円弧状に延びている。また、第二切換溝７６は、第二拘束溝７５の左方Ｌに設けられており、所定の位置でスライドアーム４１の周方向に進むに従い右方Ｒにずれて第二拘束溝７５に合流している。

以上に示した吸気用の可変動弁機構９Ｉで２つの吸気バルブを２つの介在アーム３，４を介して駆動する際の様子を［ａ］内燃機関の高速回転時と［ｂ］内燃機関の低速回転時とに分けて以下に説明する。

［ａ］内燃機関の高速回転時
内燃機関の高速回転時は、図６（ａ）に示すように、アクチュエータのロッド６９でＶ字アーム６１を周方向の一方へ回動させることによって、第一係入部６４を第一拘束溝７３から退出させるとともに、第二係入部６６を第二切換溝７６に係入させる。その状態で、スライドアーム４１がロッカアーム本体３１と共に揺動することにより、第二切換溝７６の左内側面が第二係入部６６の左外側面によって左方Ｌに押圧される。それによって、スライドアーム４１が左方Ｌに変位して、他方の介在アーム４を駆動するカム面が左側の他方側第一カム面４６から右側の他方側第二カム面４７に切り換わる。そのため、一方のバルブ（介在アーム３）は、ロッカアーム本体３１の一方側カム面３６によって駆動され、他方のバルブ（介在アーム４）は、スライドアーム４１の他方側第二カム面４７（駆動量：大）によって駆動される。

なお、このとき、第二切換溝７６は、他方の介在アーム４が円筒部４２（ベース円）に接する間に右方Ｒにずれて、他方の介在アーム４がカムノーズ４５に接する前に第二拘束溝７５に合流するように設計されているので、いずれのタイミングでＶ字アーム６１を周方向の一方に回動させても、最小負荷となるベース円当接時にスライドアーム４１が左方Ｌに駆動される。

［ｂ］内燃機関の低速回転時
内燃機関の低速回転時は、図６（ｂ）に示すように、アクチュエータのロッド６９でＶ字アーム６１を周方向の他方へ回動させることによって、第一係入部６４を第一切換溝７４に係入させるとともに、第二係入部６６を第二拘束溝７５から退出させる。その状態で、スライドアーム４１がロッカアーム本体３１と共に揺動することにより、第一切換溝７４の右内側面が第一係入部６４の右外側面によって右方Ｒに押圧される。それによって、スライドアーム４１が右方Ｒに変位して、他方の介在アーム４を駆動するカム面が右側の他方側第二カム面４７から左側の他方側第一カム面４６に切り換わる。そのため、一方のバルブ（介在アーム３）は、ロッカアーム本体３１の一方側カム面３６によって駆動され、他方のバルブ（介在アーム４）は、スライドアーム４１の他方側第一カム面４６（駆動量：小）によって駆動される。

なお、このとき、第一切換溝７４は、他方の介在アーム４が円筒部４２（ベース円）に接する間に左方Ｌにずれて、他方の介在アーム４がカムノーズ４５に接する前に第一拘束溝７３に合流するように設計されているので、いずれのタイミングでＶ字アーム６１を周方向の他方に回動させても、最小負荷となるベース円当接時にスライドアーム４１が右方Ｒに駆動される。

本実施例１によれば、吸気及び排気の両側にスライドアーム４１と変位機構６０とを備えているので、内燃機関の高速回転時には、図７（ａ）に示すように、吸気及び排気の両側で一方のバルブの駆動量を一定に保ったまま他方のバルブの駆動量のみを大きくすることができ、内燃機関の低速回転時には、図７（ｂ）に示すように、吸気及び排気の両側で一方のバルブの駆動量を一定に保ったまま他方のバルブの駆動量のみを小さくすることができる。また、それに加えて、吸気及び排気の両側にそれぞれ切換機構５０を備えているので、バルブの駆動が不必要な際には、吸気及び排気の両側で２つのバルブを駆動自体を休止することができる。そのため、バルブ駆動量の変更による高出力の実現と、バルブ駆動の休止による低燃費の実現とを両立できる。

また、吸気用の可変動弁機構９Ｉのロッカアーム３０は、排気カムシャフト１１ｅに軸支され、排気用の可変動弁機構９Ｅのロッカアーム３０は、吸気カムシャフト１１ｉに軸支されているため、シャフト数を減らして可変動弁機構をコンパクトに纏めることができる。また、本出願人が先に出願した特許文献２の状態からシリンダヘッドのハウジング等を設計変更することなくロッカアーム３０等の構造を変えるだけで他方のバルブの駆動量を変更可能にすることができるので、安価に可変動弁機構の機能を向上させることができる。

図８、図９に示す本実施例２の吸排気用の可変動弁機構９は、実施例１の吸排気用の可変動弁機構９と略同様であるが、排気用の可変動弁機構９Ｅのロッカアーム３０がロッカアーム本体３１とスライドアーム４１とに分割されておらず、ロッカアーム本体３１の出力アーム３１ｂに実施例１のスライドアーム４１に相当する部分が一体形成されている点、該出力アーム３１ｂが他方側第二カム面４７を備えず他方側第一カム面４６しか備えていない点及び該排気用の可変動弁機構９Ｅが変位機構６０を備えていない点で実施例１と相違し、その他の点においては実施例１と同様である。

本実施例２によれば、実施例１よりも少ない部品点数で吸排気用の可変動弁機構９を構成することができる。しかし、内燃機関の高速回転時には、図９（ａ）に示すように、吸気及び排気のうち吸気のみでしか他方のバルブの駆動量を大きくすることができず、また、内燃機関の低速回転時にも、図９（ｂ）に示すように、吸気のみでしか他方のバルブの駆動量を小さくすることができない点では実施例１よりも不利である。

なお、本発明は前記実施例１，２の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で変更して具体化することもできる。

９ 吸排気用の可変動弁機構
９Ｉ 吸気用の可変動弁機構
９Ｅ 排気用の可変動弁機構
１０ カム
１０ｉ 吸気カム
１０ｅ 排気カム
１１ カムシャフト
１１ｉ 吸気カムシャフト
１１ｅ 排気カムシャフト
３０ ロッカアーム
３１ ロッカアーム本体
３１ａ 入力アーム
３１ｂ 出力アーム
３６ 一方側カム面
４１ スライドアーム
４６ 他方側第一カム面
４７ 他方側第二カム面
５０ 切換機構
６０ 変位機構

Claims (5)

1. カム（１０）に駆動されると揺動して２つのバルブを駆動するロッカアーム（３０）を含み構成された可変動弁機構において、
   前記ロッカアーム（３０）は、前記カム（１０）に駆動されて揺動するとともに、一方のバルブを駆動する一方側カム面（３６）を備えたロッカアーム本体（３１）と、該ロッカアーム本体（３１）にその揺動方向には相対変位不能かつ揺動軸線方向（Ｌ，Ｒ）には相対変位可能に係合するとともに、他方のバルブを駆動する互いにカムプロフィールが異なる他方側第一カム面（４６）と他方側第二カム面（４７）とを揺動軸線方向（Ｌ，Ｒ）に並べて備えたスライドアーム（４１）とに分割して形成され、
   前記スライドアーム（４１）を揺動軸線方向（Ｌ，Ｒ）に変位させる変位機構（６０）を備え、該変位機構（６０）で該スライドアーム（４１）を揺動軸線方向（Ｌ，Ｒ）に変位させることにより、前記他方のバルブを駆動するカム面を、前記他方側第一カム面（４６）と前記他方側第二カム面（４７）との間で切り換えて前記他方のバルブの駆動量を変更することを特徴とする可変動弁機構。
2. 前記変位機構（６０）は、前記ロッカアーム（３０）の揺動力を揺動軸線方向の一方（Ｌ）への変位力に変えて前記スライドアーム（４１）に伝えることにより、該スライドアーム（４１）を揺動軸線方向の一方（Ｌ）に変位させ、前記ロッカアーム（３０）の揺動力を揺動軸線方向の他方（Ｒ）への変位力に変えて前記スライドアーム（４１）に伝えることにより、該スライドアーム（４１）を揺動軸線方向の他方（Ｒ）に変位させる請求項１記載の可変動弁機構。
3. 前記ロッカアーム本体（３１）は、前記カム（１０）に駆動されて揺動する入力アーム（３１ａ）と、前記一方側カム面（３６）を備えるとともに前記スライドアーム（４１）と係合した出力アーム（３１ｂ）とに分割して形成され、
   前記入力アーム（３１ａ）と前記出力アーム（３１ｂ）とを揺動方向に相対変位不能に連結した連結状態とその連結を解除した非連結状態との間で切換を行う切換機構（５０）を備え、該切換機構（５０）で連結状態と非連結状態との間で切換を行うことにより、前記２つのバルブを駆動する駆動状態とその駆動を休止する休止状態との間で切換を行う請求項１又は２記載の可変動弁機構。
4. 前記２つのバルブは２つの吸気バルブであって、該２つの吸気バルブを駆動する前記ロッカアーム（３０）は、排気バルブを駆動する排気カム（１０ｅ）のカムシャフト（１１ｅ）に揺動可能に軸支された請求項１，２又は３記載の可変動弁機構。
5. 前記２つのバルブは２つの排気バルブであって、該２つの排気バルブを駆動する前記ロッカアーム（３０）は、吸気バルブを駆動する吸気カム（１０ｉ）のカムシャフト（１１ｉ）に揺動可能に軸支された請求項１，２又は３記載の可変動弁機構。

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