JP2595737B2 - アーム中継式往復動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、往復動装置に関し、特に自動車用エンジン
の吸排バルブに往復動を行なわせる弁駆動装置等に用い
て好適のアーム中継式往復動装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、自動車用OHC（オーバーヘッドカムシャフト）
式エンジン等の吸排気用バルブを開閉すべく設けられた
ロッカアーム式カム装置において、ロッカアームを相互
に連結したり、連結を解除したりすることにより、運転
状態に対応した吸排バルブの開閉タイミングを得ること
が行なわれている。

すなわち、このようなエンジンでは、高速用カムと低
速用カムとがカムシャフトに装備されており、高速用カ
ムは、高速運転に対応した開閉タイミングをえることの
できるカムプロフィルをそなえ、低速用カムは、低速運
転に対応した開閉タイミングを得ることのできるカムプ
ロフィルをそなえている。そして、これらの高速用カム
と低速用カムとのうちのいずれかを選択して使用するこ
とで、運転状態に対応した吸排バルブの開閉タイミング
を得られるようになっている。

このような高速用カムと低速用カムとの選択機構とし
て、ロッカアームを相互に連結又は連結解除を行なう機
構が開発されている。

例えば、第11〜13図はかかる高速用カムと低速用カム
との選択機構を示すものである。

第11図に示すように、この機構では、カム102,103,10
2′と被駆動体としてのバルブ101,101との間に、アーム
部材としてのロッカアーム104,105,104′が介装されて
いる。

ここでは、カム102,102′は低速用カムとして、カム1
03は高速用カムとしてそれぞれ形成され、ロッカアーム
104,104′がカム102,102′により駆動される低速用ロッ
カアームとして、ロッカアーム105がカム103により駆動
される高速用ロッカアームとしてそれぞれ構成されてい
る。

ロッカアーム104,105,104′は、ロッカシャフト106に
枢支されており、カム102,103,102′のカムリフトによ
りロッカシャフト106を中心とする揺動を行なうように
なっている。

そして、低速用ロッカアーム104,104′と高速用ロッ
カアーム105とが、ピストン107,108及びストッパー109
により、相互に連結されるか又は連結を解除されるよう
に構成されている。

つまり、第12,13図に示すように、ピストン107,108及
びストッパー109は、この順に直列に接触しながらロッ
カアーム104,105,104′に同軸上に位置するように形成
されたシリンダ104a,105a,104′ａ内に収納されるよう
になっており、ロッカシャフト106及びロッカアーム10
4′内に形成された油通路106a,104′ｂからシリンダ104
a′内の端部の空間に油を供給することにより、ピスト
ン107,108及びストッパー109を前進駆動して、低速用ロ
ッカアーム104,104′と高速用ロッカアーム105とを結合
し、油を排出することによりリターンスプリング110の
作用でピストン107,108及びストッパー109を後退させて
低速用ロッカアーム104,104′と高速用ロッカアーム105
との結合を解除するようになっている。

なお、符号111はロッカアーム105を上方に付勢するリ
ターンスプリングである。

このような構成により、低速運転時には、第12図に示
すように、シリンダ104a′内の端部の空間から油を排出
することで、ピストン107,108及びストッパー109がリタ
ーンスプリング110により図中右方へ駆動され、ピスト
ン107がロッカアーム104′内に、ピストン108がロッカ
アーム103内に、スロッパー109がロッカアーム104内に
それぞれ移動した状態になって、高速用ロッカアーム10
5と低速用ロッカアーム104,104′とが相互に切り離され
る。

これにより、低速用カム102のカムプロフィルが有効
になる。

一方、高速運転時には、第13図に示すように、シリン
ダ104a′内の端部の空間に油が供給され、ピストン107,
108及びストッパー109が油圧により図中左方へ駆動され
る。

これによりピストン107、108が低速用ロッカアーム10
4、104′と高速用ロッカアーム105とをそれぞれ連結し
た状態になる。

そして、高速用カム103のカムリフトは低速用速用カ
ム102,102′のカムリフトより大きいため（第10図参
照）、低速用カム102,102′は空振り状態になって、高
速用カム103による運転が行なわれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このような従来の構造では、次のよう
な不具合がある。

すなわち、ロッカアーム104,104′,105の連結時に
は、ピストン107がピストン108を押し、ピストン108が
ストッパー109を押すという２段階の作動が必要であ
る。この際、ピストン107の先端の周縁部がロッカアー
ム105に衝突したり、はじき返されたり、ピストン108の
先端周縁部がロッカアーム104に衝突したりはじき返さ
れたりする。

また、ピストン108がはじき返されると、その反動で
ピストン107も戻され、もう一度トライすることにな
る。

これは、被駆動体に往復動を行なわせるアーム部材を
相互に連結するため発生する不具合であり、ロッカアー
ム104,104′,105の連結がスムーズに行なえず、さら
に、ピストン107,108の先端等は摩耗しやすい。

加えて、上述の連結機構は、揺動端側に装備されてい
るため、動弁系、重量が大きくなるとともに、ローラベ
アリングの採用も不可能である。

ところで、特開昭64−80712号公報には、エンドピボ
ット式の動弁機構において、２つの低速用ロッカアーム
をロッカシャフトで連結し、ロッカシャフトに支持され
た高速用ロッカアームと低速用ロッカアームをアーム部
に設けた連結機構で連結するものが開示されている。し
かし、この技術でも、アーム部材を相互に連結するもの
であるため、連結をスムーズに行なえないという上述の
課題を解決しうるものではない。

また、特開昭64−19104号公報には、ロッカシャフト
内に設けられたピン部材により２つのロッカアームを連
結する機構が開示されている。しかし、この技術も、上
述の技術と同様に、アーム部材を相互に連結するもので
あるため、上述の課題を解決しうるものではない。

本発明はこのような課題に鑑みて提案されたもので、
アームシャフトを介して被駆動体を駆動しうるようにし
て、被駆動体に異なる往復動をスムーズに行なわせうる
ようにした、アーム中継式往復動装置を提供することを
目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

このため、本発明のアーム中継式往復動装置は、往復
動を行なうべく設けられた被駆動体と、第１のアーム部
材及び第２のアーム部材とを備え、上記の第１のアーム
部材又は第２のアーム部材が該被駆動体に係合してその
揺動によって該被駆動体に往復動を与えうるように構成
されるとともに、内燃機関本体に揺動自在に支持され該
第１のアーム部材が固定され且つ該第１のアーム部材と
並列で回転可能に該第２のアーム部材が装着されたアー
ムシャフトと、該アームシャフトの該第２のアーム部材
が装着された部分に突没可能に配置されたピン部材と、
該第２のアーム部材の該アームシャフト装着部の内側に
設けられ該ピン部材が嵌合する係合孔とを有し、該ピン
部材が突出した状態で該第２のアーム部材と該アームシ
ャフトとが固定され該アームシャフトを通じて該第１の
アーム部材と該第２のアーム部材とが一体的に結合され
ることを特徴としている。

〔作 用〕

上述の本発明のアーム中継式往復動装置では、ピン部
材が没入した状態では、アームシャフトから第２のアー
ム部材に駆動力が伝達されなくなり、被駆動体は、第２
のアーム部材の動きに従い、例えば第２のアーム部材が
独自の駆動手段によって揺動すれば被駆動体はこれに従
って往復動し、第２のアーム部材が停止していれば被駆
動体も停止する。一方、ピン部材が突出した状態では、
アームシャフトから第２のアーム部材に駆動力が伝達さ
れるようになり、アームシャフトを通じて第１のアーム
部材と第２のアーム部材とが、一体的に揺動するように
なる。この結果、被駆動体は、第１のアーム部材，アー
ムシャフト及び第２のアーム部材を通じて駆動力を受け
て、往復動を行なう。

〔実 施 例〕

以下、図面により本発明の一実施例としてのアーム中
継式往復動装置について説明すると、第１図はその要部
を模式的に示す縦断面図（第２図のＩ−Ｉ矢視断面
図）、第２図は第１図のII−II矢視断面図、第３図は第
２図のIII−III矢視断面図、第４図（ａ）はそのピン部
材が没入した状態を示す要部縦断面図、第４図（ｂ）は
第４図（ａ）のVI b−VI b矢視断面図、第５図（ａ）は
そのピン部材が突出した状態を示す要部縦断面図、第５
図（ｂ）は第５図（ａ）のV b−V b矢視断面図であり、
第６〜９図はいずれもその変形例を一部破断して示す模
式的平面図、第10図はそのカムプロフィルを示すグラフ
である。

本実施例のアーム中継式往復動装置は、自動車用OHC
（オーバーヘッドカムシャフト）式エンジン等の吸排気
用バルブを開閉すべく設けられたロッカアーム式カム装
置に関するもので、エンジンのクランクシャフトに連動
して回転するカムシャフト（図示省略）には、第１〜３
図に示すように、低速運転用のカムプロフィルをそなえ
た低速カム3aと、高速運転用のカムプロフィルをそなえ
た高速カム3bとが並列に配設されている。

なお、低速運転用及び高速運転用の各カムプロフィル
の特性は、第10図に曲線3a,3bで示すようになってい
る。

一方、カムシャフトと並行に配設されたロッカシャフ
ト（アームシャフト）９には、低速カム3aに駆動される
第２のアーム部材としてのロッカアーム４と高速カム3b
に駆動される第１のアーム部材としてのロッカアーム13
とが並列に配設されている。

ロッカアーム（第２のアーム部材）４は、アームシャ
フト９に対して自由に回転しうるように枢着されている
が、ロック機構Ｒによってアームシャフト９と一体回転
しうるようにもなっている。

また、ロッカアーム（第２のアーム部材）４のアーム
部分には、ローラベアリング５を装着されたシャフト６
がそなえられており、このローラベアリング５の上部が
低速カム3aに係合している。つまり、ロッカアーム（第
２のアーム部材）４は、ローラベアリング５及びシャフ
ト６を介して低速カム3aから駆動力を受けるようになっ
ている。

ロッカアーム（第２のアーム部材）４の先端部には、
適当に位置調整されてナット８により固定されたアジャ
ストスクリュー７が装着されており、このアジャストス
クリュー７の下端面には、被駆動体としてのバルブ１の
バルブステム上端1aが係合している。このバルブステム
上端1aはバルブスプリング２により第１図中斜上方へ付
勢されている。

したがって、低速カム3aの回転によってロッカアーム
（第２のアーム部材）４の先端部が第１図中の上下方向
に揺動され、アジャストスクリュー７を通じてバルブ１
が上下に駆動されるようになっている。

一方、ロッカアーム（第１のアーム部材）13のアーム
部分には、ローラベアリング15を装着されたシャフト14
がそなえられており、このローラベアリング15の上部が
高速カム3bに係合している。つまり、ロッカアーム（第
１のアーム部材）13は、ローラベアリング15及びシャフ
ト14を介して高速カム3bから駆動力を受けるようになっ
ている。

このロッカアーム（第１のアーム部材）13もロッカシ
ャフト９に枢支されているが、両者間に介装された半月
型キー12によって、ロッカアーム（第１のアーム部材）
13がロッカシャフト９と常に一体回転するように固定さ
れている。

また、ロッカアーム（第１のアーム部材）13の揺動端
側下端部（つまり、ローラベアリング15）は、支持ばね
16a付きのピストン16を介しシリンダヘッド17に支承さ
れており、支持ばね16aの付勢力がロッカアーム（第１
のアーム部材）13の揺動時の復帰力として作用するよう
になっている。

したがって、高速カム3bが回転すると、ロッカアーム
（第１のアーム部材）13の揺動と同時に常にロッカシャ
フト９が反復回転するようになっている。

ところで、前述のロック機構Ｒは次のように構成され
ている。

つまり、第４図（ａ），（ｂ）及び第５図（ａ），
（ｂ）に示すように、ロッカシャフト９のロッカアーム
（第２のアーム部材）４の枢支部に、シャフト９の半径
方向に延在するピン孔9bが形成されており、このピン孔
9bにピン部材としてのロックピン10が遊挿されている。

ロックピン10は、ピン駆動機構Ｐによりロッカシャフ
ト９から外方へ突出可能になっており、ロッカアーム
（第２のアーム部材）４のロッカシャフト９への枢支部
内周には、ロックピン10が突出時にこのロックピン10が
嵌合しうる係合孔としてのピンロック孔4aが形成されて
いる。

ところで、ロックピン10のピン駆動機構Ｐは次のよう
に構成される。すなわち、ロッカシャフト９の中央部に
その軸心線に沿い延在する油圧通路9aが設けられるとと
もに、ロックピン10の中央部外周には油溝10aが形成さ
れ、油溝10aからロックピン10の後端へ連通する油圧供
給孔10bがロックピン10の外周面から軸心部に設けられ
ており、油圧通路9aの油圧が、油溝10a,油圧供給孔10b
を介してロックピン10の後端側へ供給されるようになっ
ている。

また、ロックピン10の後端部外周には大径部10cが形
成され、ピン孔9bには大径部10cが摺動する大径孔部9
b′とロックピン10上部が摺動する小径孔部9b″とが形
成されている。

そして、ピン孔9bの小径孔部9b″から大径孔部9b′へ
至る段部とロックピン10の大径部10cの段部との間に
は、スプリング11が介装されており、ロックピン10を後
端側へ付勢している。

これにより、油圧通路9aから油圧が供給されないとき
は、ロックピン10は第４図（ａ），（ｂ）に示すように
その後端側へ駆動され、その後端の曲面状端面がロッカ
アーム（第２のアーム部材）４のロッカシャフト挿通孔
4b内周面に係合するか又は極めて接近する状態となり、
ロックピン10はその先端がロッカシャフト９の外周面か
ら内方へ引っ込んだ状態となって、ロッカアーム（第２
のアーム部材）４がロッカシャフト９に固定されない状
態になる。

一方、油圧通路9aから油圧が供給されると、油圧はロ
ックピン10の後端側へ供給され、ロックピン10における
大径部10cの先端部と後端側との受圧面積の差による差
圧に起因してロックピン10の駆動力が作用し、この駆動
力がスプリング11の付勢力を超えるようになって、ロッ
クピン10はロッカアーム（第２のアーム部材）４のピン
ロック孔4aへ進入する。

これにより、第５図（ａ），（ｂ）に示すようにロッ
クピン10とピンロック孔4aとが嵌合し、ロッカアーム
（第２のアーム部材）４とロッカシャフト９とが固定さ
れ、ロッカアーム（第２のアーム部材）４はロッカシャ
フト９と一体的に揺動する。

なお、ロッカアーム（第２のアーム部材）４のロッカ
シャフト９の軸方向位置は、スナップリング19及びスラ
ストスプリング18により保持される。

本発明のアーム中継式往復動装置は、上述のように構
成されているので、エンジンが低速域において運転され
ている場合には、ロッカシャフト９における油圧通路9a
に油圧が供給されず、第４図（ａ），（ｂ）に示すよう
にロックピン10はロッカシャフト９から突出しない状態
とされる。

このため、ロッカアーム（第２のアーム部材）４はロ
ッカシャフト９に対してフリーの状態となって、ロッカ
シャフト９の動きがロッカアーム（第２のアーム部材）
４には伝えられなくなり、低速カム3aのカムリフトがロ
ーラベアリング５及びシャフト６を介しロッカアーム
（第２のアーム部材）４に伝達されて、ロッカアーム
（第２のアーム部材）４が低速カム3aのカムプロフィル
に対応した揺動を行なう。

このロッカアーム（第２のアーム部材）４の揺動によ
り、バルブ１が駆動されるため、バルブ１は第10図に示
すような低速カム3aのカムプロフィルに対応した往復動
を行なう。

一方、エンジンが高速域において運転されるときは、
ロッカシャフト９における油圧通路9aに油圧が供給さ
れ、第５図（ａ），（ｂ）に示すように、ロックピン10
がロッカシャフト９の外周から突出し、ロッカアーム
（第２のアーム部材）４のピンロック孔4aに進入し嵌合
される。

これにより、ロッカシャフト９とロッカアーム（第２
のアーム部材）４とが一体回転するように固定される
が、ロッカシャフト９は、ロッカアーム（第１のアーム
部材）13を通じて高速カム3bからの駆動力（カムリフ
ト）を受けてこの駆動力で駆動されるので、ロッカアー
ム（第２のアーム部材）４も、高速カム3bのカムリフト
によって駆動されるようになる。

つまり、高速カム3bによりロッカアーム（第１のアー
ム部材）13が揺動され、この揺動がロッカシャフト９の
回転揺動を介し、ロッカアーム（第２のアーム部材）４
の揺動として伝達されるのである。

これは、第10図に示すように、高速カム3bのカムリフ
トは低速カム3aのカムリフトより大きいためであり、高
速カム3bによるロッカアーム（第２のアーム部材）４の
揺動が低速カム3aによる揺動に優先され、低速カム3aは
空回りしながら、ロッカアーム（第２のアーム部材）４
は高速カム3bに対応した揺動を行ない、バルブ１は高速
運転に対応したタイミングで開閉が行なわれる。

ところで、上述の機構において低速カム3aを設けない
場合には、ロッカシャフト９とロッカアーム（第２のア
ーム部材）４との固定時にのみバルブ１の開閉往復動が
行なわれ、非固定時にはバルブ１の作動を停止させるこ
ともできる。

そして、第６〜９図は本実施例の構造の変形例を示し
ているが、第６図に示す変形例は、ロッカアーム（第２
のアーム部材）４′を二股形状にすることにより、２個
の吸気バルブ１を同時に開閉できるようにしたものであ
る。

また、第７図に示す変形例では、第６図に示す構造に
ついてロック機構Ｒをロッカシャフト駆動機構Ａにおけ
るロッカアーム（第２のアーム部材）213のロッカシャ
フト９への枢支部に設けるように変更したものであり、
ロック機構Ｒの解除時には、ロッカアーム（第２のアー
ム部材）213の動きがロッカアーム（第１のアーム部
材）204′には伝えられず、ロッカアーム（第１のアー
ム部材）204′が低速カム3aに応じて作動し、ロック機
構Ｒの固定時にはロッカシャフト９は、ロッカアーム
（第２のアーム部材）213の動きがロッカアーム（第１
のアーム部材）204′に伝えられて、ロッカアーム（第
１のアーム部材）204′が高速カム3bに応じて作動す
る。

これにより、第６図に示す構造とほぼ同様に作動す
る。

そして、第８図に示す構造では、２個の吸気用バルブ
１のそれぞれにロッカアームを設け、いずれもロッカシ
ャフト９に固定し、第７図に示すものと同様にロッカア
ーム（第２のアーム部材）213とロッカシャフト９との
間にロック機構Ｒを設けたものであり、第７図に示すも
のと同様にロッカアーム（第１のアーム部材）204が作
動し、２個の吸気用バルブ１が同時に開閉される。

さらに、第９図に示す構造では、２個の吸気用バルブ
１のそれぞれロッカアーム（第２のアーム部材）４を設
け、そのそれぞれにロック機構Ｒを設けたもので、ロッ
カアーム（第２のアーム部材）４ごとに作動タイミング
を設定することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明のアーム中継式往復動装
置によれば、往復動を行なうべく設けられた被駆動体
と、第１のアーム部材及び第２のアーム部材とを備え、
上記の第１のアーム部材又は第２のアーム部材が該被駆
動体に係合してその揺動によって該被駆動体に往復動を
与えうるように構成されるとともに、内燃機関本体に揺
動自在に支持され該第１のアーム部材が固定され且つ該
第１のアーム部材と並列で回転可能に該第２のアーム部
材が装着されたアームシャフトと、該アームシャフトの
該第２のアーム部材が装着された部分に突没可能に配置
されたピン部材と、該第２のアーム部材の該アームシャ
フト装着部の内側に設けられ該ピン部材が嵌合する係合
孔とを有し、該ピン部材が突出した状態で該第２のアー
ム部材と該アームシャフトとが固定され該アームシャフ
トを通じて該第１のアーム部材と該第２のアーム部材と
が一体的に結合されるという簡素な構成で、次のような
効果ないし利点が得られる。

互いに枢支関係にあるアーム部材とアームシャフトと
の相互間をピン部材により固定する機構になっているた
め、アームシャフトに枢支されてそれぞれ揺動を行なう
複数のアーム部材を固定する機構に比べコンパクトであ
るとともに、固定を失敗することがなく、ピン部材がは
じき返されることがない。つまり、ピン部材の作動精度
を向上させることができるため、正確な揺動を行なわせ
ることができる。

アーム部材の揺動端側にピン部材を配置する必要がな
く、ピン部材は、アームシャフトの第２のアーム部材が
装着された部分に配置することができるので、被駆動体
としてエンジン等の動弁系にこの機構を採用した場合に
は、動弁系の重量を増加させることがなく、鋭敏な反応
性を保持できる。つまり、ピン部材を含めた連結機構を
アーム部材の揺動支点に近い位置に配置することがで
き、アーム部材の慣性モーメントを最小限にして高速化
に対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１〜10図は本発明の一実施例としてのアーム中継式往
復動装置を示すもので、第１図はその要部を模式的に示
す縦断面図（第２図のＩ−Ｉ矢視断面図）、第２図は第
１図のII−II矢視断面図、第３図は第２図のIII−III矢
視断面図、第４図（ａ）はそのピン部材が没入した状態
を示す要部縦断面図、第４図（ｂ）は第４図（ａ）のVI
b−VI b矢視断面図、第５図（ａ）はそのピン部材が突
出した状態を示す要部縦断面図、第５図（ｂ）は第５図
のV b−V b矢視断面図、第６〜９図はいずれもその変形
例を一部破断して示す模式的平面図、第10図はそのカム
プロフィルを示すグラフであり、第11〜13図は従来のエ
ンジンにおける動弁装置を示すもので、第11図はその概
略構成を示す模式的斜視図、第12,13図はいずれもその
作動を示す模式図である。 １……被駆動体としてのバルブ、1a……バルブステム上
端、２……バルブスプリング、3a……低速カム、3b……
高速カム、4,4′……第２のアーム部材としてのロッカ
アーム、4a……係合孔としてのピンロック孔、4b……ロ
ッカシャフト挿通孔、５……ローラベアリング、６……
シャフト、７……アジャストスクリュー、８……ナッ
ト、９……アームシャフトとしてのロッカシャフト、9a
……油圧通路、9b……ピン孔、9b′……大径孔部、9b″
……小径孔部、10……ピン部材としてのロックピン、10
a……油溝、10b……油圧供給孔、10c……大径部、11…
…スプリング、12……半月型キー、13……第１のアーム
部材としてのロッカアーム、14……シャフト、15……ロ
ーラベアリング、16……支持ばね付きのピストン、16a
……支持ばね、17……シリンダヘッド、18……スラスト
スプリング、19……スナップリング、Ｐ……ピン駆動機
構、Ｒ……ロック機構、204,204′……第１のアーム部
材としてのロッカアーム、213……第２のアーム部材と
してのロッカアーム。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】往復動を行なうべく設けられた被駆動体
   と、 第１のアーム部材及び第２のアーム部材とを備え、 上記の第１のアーム部材又は第２のアーム部材が該被駆
   動体に係合してその揺動によって該被駆動体に往復動を
   与えうるように構成されるとともに、 内燃機関本体に揺動自在に支持され該第１のアーム部材
   が固定され且つ該第１のアーム部材と並列で回転可能に
   該第２のアーム部材が装着されたアームシャフトと、 該アームシャフトの該第２のアーム部材が装着された部
   分に突没可能に配置されたピン部材と、 該第２のアーム部材の該アームシャフト装着部の内側に
   設けられ該ピン部材が嵌合する係合孔とを有し、 該ピン部材が突出した状態で該第２のアーム部材と該ア
   ームシャフトとが固定され該アームシャフトを通じて該
   第１のアーム部材と該第２のアーム部材とが一体的に結
   合されることを特徴とする、アーム中継式往復動装置。