(57)【要約】【課題】内燃機関の吸気バルブ排気バルブの少なくとも一方の開閉を制御するバルブ制御機構において、制御応答性を向上させると共に、作動音を低減することができるバルブ制御機構を提供すること。【解決手段】本発明のバルブ制御機構は、異なるカムプロフィールを有する一対の第一カム及び第二カムを有するカムシャフトと、第一カムによって駆動される第一ロッカーアーム２と、第二カムによって駆動される第二ロッカーアーム３と、第一ロッカーアーム２及び第二ロッカーアーム３を連結させる連結ピン５と、連結ピン５を移動させるコントロールロッド７とを備えている。コントロールロッド７は、スライド部材７１と一対のストッパ７０ａ，７０ｂと弾性部材７２とを各シリンダ毎に備えている。そして、スライド部材７１及び一対のストッパ７０ａ，７０ｂが合成樹脂によって形成されている。【選択図】　　　図３
2004108252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開閉を制御するバルブ制御機構において、
異なるカムプロフィールを有する一対の第一カム及び第二カムを各シリンダに対応させて有するカムシャフトと、前記第一カムによって駆動され、かつ、制御するバルブを直接駆動する第一ロッカーアームと、前記第二カムによって駆動される第二ロッカーアームと、前記第一ロッカーアーム及び前記第二ロッカーアームを連結させる連結ピンと、前記連結ピンを移動させるコントロールロッドとを備えており、
前記コントロールロッドが、各シリンダ毎に、該コントロールロッドに対してスライド可能なスライド部材と、前記スライド部材の両側に配設され、該コントロールロッドに固定された一対のストッパと、一方の前記ストッパ及び前記スライド部材との間に配設され、前記連結ピンを前記第一ロッカーアーム及び前記第二ロッカーアームを連結させる方向に付勢する弾性部材とを備えており、
前記スライド部材及び一対のストッパが合成樹脂によって形成されていることを特徴とするバルブ制御機構。
【請求項２】
前記弾性部材が、前記スライド部材と一方の前記ストッパと一体的に結合された樹脂バネであることを特徴とする請求項１に記載のバルブ制御機構。
【請求項３】
他方の前記ストッパが、前記コントロールロッド取付時には前記スライド部材と一体的に形成されており、前記コントロールロッド取付後に前記スライド部材と分離されたものであることを特徴とする請求項２に記載のバルブ制御機構。
【請求項４】
前記スライド部材の前記連結ピンとの摺動部分に金属板がインサートされていることを特徴とする請求項３に記載のバルブ制御機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開閉を制御するバルブ制御機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸排気バルブは、カムシャフトを用いたバルブ制御機構によって制御されるのが一般的である。近年になって、吸排気バルブの開閉タイミングやリフト量を可変制御する機構も実用化されている。開閉タイミングの可変制御は、タイミングチェーン（ベルト）とカムシャフト端部のギヤとの噛み合い位置に設けたアクチュエータでカムシャフトの回転位相を変えることで行うことが多い。負圧を利用してバルブタイミングを切り替えるものも知られている（特許文献１参照）。リフト量の制御は、カムによって駆動されるロッカーアームを切り替えたりして可変制御されている。
【０００３】
【特許文献１】
実公昭５８−１８３９０４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、バルブタイミング及びリフト量を可変制御する新規な機構を提供するものである。発明者らは、この新規なバルブ制御機構を開発する経過において、応答性の良い確実なバルブ制御を可能にすると共に、可変制御時における動作音の低減をも可能とする機構を発明した。従って、本発明の目的は、バルブタイミング及びリフト量を確実に可変制御し得ると共に、応答性が良く、制御時の作動音を有効に低減することのできるバルブ制御機構を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のバルブ制御機構は、内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開閉を制御するもので、異なるカムプロフィールを有する一対の第一カム及び第二カムを各シリンダに対応させて有するカムシャフトと、第一カムによって駆動され、かつ、制御するバルブを直接駆動する第一ロッカーアームと、第二カムによって駆動される第二ロッカーアームと、第一ロッカーアーム及び第二ロッカーアームを連結させる連結ピンと、連結ピンを移動させるコントロールロッドとを備えている。このコントロールロッドは、各シリンダ毎に、該コントロールロッドに対してスライド可能なスライド部材と、スライド部材の両側に配設され、該コントロールロッドに固定された一対のストッパと、一方のストッパ及びスライド部材との間に配設され、連結ピンを第一ロッカーアーム及び第二ロッカーアームを連結させる方向に付勢する弾性部材とを備えている。そして、スライド部材及び一対のストッパが合成樹脂によって形成されていることを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のバルブ制御機構において、弾性部材が、スライド部材と一方のストッパと一体的に結合された樹脂バネであることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のバルブ制御機構において、他方のストッパが、コントロールロッド取付時にはスライド部材と一体的に形成されており、コントロールロッド取付後にスライド部材と分離されたものであることを特徴としている。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のバルブ制御機構において、スライド部材の連結ピンとの摺動部分に金属板がインサートされていることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のバルブ制御機構の実施形態について、図面を参照しつつ以下に説明する。まず、本発明のバルブ制御機構の基本となったバルブ駆動機構について説明する。この基本となるバルブ制御機構を図１及び図２に示す。本発明者らは、図１及び図２に示すバルブ制御機構を新規に発明し、これに対して更なる改良を施して本発明を完成した。本発明のバルブ制御機構を、図３に示す。また、図３に示す本発明のバルブ制御機構に用いられる部品を図４及び図５に示す。
【００１０】
図１には、吸気バルブと、この吸気バルブのタイミング・リフト量を変える機構部分のみを示してある。なお、バルブタイミングに関しては、他のタイミング可変機構を併用することも可能である。ここでは、異なるカムプロフィールを有するカムを二種類用意し、どちらを有効とするかを切り替えることで、バルブリフト量（及び開閉タイミング）が切り替えられる。本実施形態のバルブ制御機構が組み込まれるエンジンは直列４気筒エンジンである。そして、各シリンダ毎に一対の吸気バルブ１が配される。本実施形態では、第一ロッカーアーム２と一対の吸気バルブ１とは互いに当接されている。各第一ロッカーアーム２に隣接して、第二ロッカーアーム３がそれぞれ配設されている。この部分を、図２を参照して詳しく説明する。
【００１１】
図２に示されるように、第一ロッカーアーム２及び第二ロッカーアーム３は隣り合わせて配設されている。図２では、図を見やすくするために、二つのロッカーアームの間の距離を多少広くして示してある。実際の第一ロッカーアーム２と第二ロッカーアーム３との距離は、図２中上方に示されているカムシャフト４の第一カム４０と第二カム４１との距離に等しい。第二カム４１の方が、第一カム４０よりも大きくされている。第一ロッカーアーム２及び第二ロッカーアーム３は、揺動支点となるシャフト（図示せず）が挿通される挿通孔２０，３０をそれぞれ有している。
【００１２】
また、第一ロッカーアーム２及び第二ロッカーアーム３は、上述した第一カム４０及び第二カム４１とそれぞれ接触するローラベアリング２１，３１を有している。また、第一ロッカーアーム２は、ローラベアリング２１を中心として挿通孔２０とは反対側の端部が二股に形成されており、それぞれの先端に吸気バルブ１を押し下げるアームエンド部２２を有している。第一ロッカーアーム２は、バルブスプリングによって上方に付勢される。第二ロッカーアーム３は、特別に設けられたスプリングによって上方に付勢されている。
【００１３】
第一ロッカーアーム２は、上述した挿通孔２０の上方側にピン挿通孔２３を有している。また、第二ロッカーアーム３も、同様の位置、即ち、上述した挿通孔３０の上方側にピン挿通部３３を有している。ピン挿通孔２３は、第一ロッカーアーム２の揺動平面に対して垂直に形成されており。そして、ピン挿通孔２３には、連結ピン５が挿通されている。連結ピン５は、通常時はスプリング６によってその先端がピン挿通孔２３の内部に位置するようにされている。この状態であると、第一ロッカーアーム２は第一カム４０によって駆動され、これによって吸気バルブ１が駆動される。このとき、第二ロッカーアーム３は第二カム４１によって駆動されるが、単にそれ自身だけで揺動しており、吸気バルブ１の駆動とは無縁となっている。
【００１４】
しかし、図２中点線によって示されているように、後述する機構によって連結ピン５が第二ロッカーアーム３側に突出されると、ピン挿通孔２３とピン挿通部３３とが一直線上に並んだときに連結ピン５の先端はピン挿通部３３の内部に挿入される。この結果、第一ロッカーアーム２と第二ロッカーアーム３とが一体化された状態となる。この状態となると、第二カム４１の方が第一カム４０よりも一回り大きく（リフト量が大きくなるように）形成されているので、吸気バルブ１は第二カム４１によって駆動されることとなる。
【００１５】
次に、連結ピン５のスライドについて、図１に基づいて説明する。連結ピン５をスライドさせるために、コントロールロッド７を用いる。コントロールロッド７は、シリンダの配列方向に配されている。即ち、カムシャフト４と平行に配されている。各シリンダ毎に連結ピン５をスライドさせる機構が構築されるが、この機構は各シリンダ毎で同じであるため、図１中最も左方の部分を例に説明する。コントロールロッド７には、一対の鍔状のストッパ７０ａ，７０ｂが固定されている。この一対のストッパ７０ａ，７０ｂの間には、スライド可能なスライド部材７１が配設されている。スライド部材７１は、この基本的機構においてはスプリング７２ａによって、図１中左方に付勢されている。
【００１６】
また、この基本的機構においては、これらのストッパ７０ａ，７０ｂ及びスライド部材７１は金属によって形成されている。スライド部材７１からは、アーム部７１ａが延設されている。アーム部７１ａの先端は、スプリング６によって図１中右方に付勢されている連結ピン５の基端側と当接している。連結ピン５は、コントロールロッド７と平行に位置している。コントロールロッド７全体は、その全長の複数箇所でシリンダヘッド側に形成された保持部８において保持されている。
【００１７】
さらに、コントロールロッド７の端部には、中間部材７７を介して負圧アクチュエータ７８のロッドが結合されている。負圧アクチュエータ７８によって、中間部材７７を介して、コントロールロッド７を図１中左方に引っ張るとコントロールロッド７全体を移動させることができる。なお、中間部材７７を介さずに、負圧アクチュエータ７８をコントロールロッド７と直接結合させても良い（ここでは、周辺部材の配置スペースの関係から中間部材７７を利用した）。負圧アクチュエータ７８の左側隔室はバキュームポンプに接続されており、左側隔室の圧力を下げることでコントロールロッド７を左方にスライドさせることができる。
【００１８】
このようにして、コントロールロッド７全体が図１中左方に移動されると、各スプリング７２ａによって、スライド部材７１も図１中左方に付勢される。各連結ピン５は、第一ロッカーアーム２の上下動（揺動）と共に移動しつつ、その基端部がスライド部材７１のアーム部７１ａの先端で押されることになる。そして、第一ロッカーアーム２のピン挿通孔２３と第二ロッカーアーム３のピン挿通部３３とが一直線となったものから、順次連結ピン５が挿通されて第一ロッカーアーム２と第二ロッカーアーム３とが連結される。各シリンダ毎に、ロッカーアーム２，３の上下動のタイミングは異なるが、このようにスプリング６及びスプリング７２ａを用いることで、順次連結ピン５を挿通させることができる。
【００１９】
負圧アクチュエータ７８の左側隔室に大気圧を導入すれば、コントロールロッド７は負圧アクチュエータ７８内部のスプリングによって図１中右方に移動される。この結果、連結ピン５による第一ロッカーアーム２と第二ロッカーアーム３との連結が解除される。このように、有効なカムとロッカーアームとを切り替えることで、可変バルブ制御を行うことが可能となる。
【００２０】
ここで、上述したように、一対のストッパ７０ａ，７０ｂ及びスライド部材７１が金属によって形成されていると、ロッカーアーム２，３の切替時にストッパ７０ｂとスライド部材７１との衝突音が大きく、ロッカーアーム２，３の切替時の作動音が大きいという問題が生じた。また、ロッカーアーム２，３の切替は瞬時に行われる必要があるが、一対のストッパ７０ａ，７０ｂ及びスライド部材７１が金属によって形成されていると慣性質量が大きいので、レスポンス向上のため更なる軽量化が要望された。さらに、コントロールロッド７への各部品（ストッパ７０ａ，７０ｂ、スライド部材７１，スプリング７２ａ）の組み付け作業が煩雑であり、この点も改善したいとの要望も生まれた。
【００２１】
本発明はこのような各種要望を一括して解決するものである。上述したように本発明を採用したバルブ制御機構の一実施形態を図３に示す。図３に示す実施形態は、上述した図１の基本的機構に準じるものであるため、同一同等の構成部分には同一の符号を付するここととする。そして、以下には、上述した図１の基本的機構と異なる部分についてのみ詳しく説明する。
【００２２】
本実施形態では、一対のストッパ７０ａ，７０ｂ、スライド部材７１及び（上述した図１におけるスプリング７２ａに相当する）弾性部材７２が、上述した図１の基本的機構と異なる。本発明では、一対のストッパ７０ａ，７０ｂ及びスライド部材７１が合成樹脂によって形成されている。このため、ストッパ７０ａ，７０ｂとスライド部材７１との衝突音が低減し、ロッカーアーム２，３の切替時の作動音を低減することが可能となった。衝突音が低減するのは、ストッパ７０ａ，７０ｂ及びスライド部材７１の質量が減ることで衝突時のエネルギーが低減することや、樹脂の組成が衝突音を減衰させるためなどと考えられる。
【００２３】
また、一対のストッパ７０ａ，７０ｂ及びスライド部材７１が（さらに弾性部材７２も）金属ではなく合成樹脂によって形成されることで、コントロールロッド７全体の慣性質量が低減される。このため、コントロールロッド７を素早くスライドさせることでき、ロッカーアーム２，３の切替レスポンスを向上させることができる。
【００２４】
なお、本実施形態では、弾性部材７２が一方のストッパ７０ａとスライド部材７１と一体的に結合された樹脂バネとして形成されている。これは、コントロールロッド７への一方のストッパ７０ａ、スライド部材７１及び弾性部材７２の組み付け性を向上させるためである。さらに、本実施形態では、組み付け時には他方のストッパ７０ｂとスライド部材７１とも一体的に結合されている。ストッパ７０ａ，７０ｂ、スライド部材７１及び弾性部材７２のコントロールロッド７への組み付けについて、図４及び図５に基づいて説明する。
【００２５】
図４は、コントロールロッド７に組み付けられる前の樹脂部品（ストッパ７０ａ，７０ｂ、スライド部材７１、弾性部材７２）である。スライド部材７１となる円筒部分には、コントロールロッド７の外径とほぼ等しい貫通孔７１ｂが形成されている。スライド部材７１の円筒部分には、外方に延設されたアーム部７１ａが一体的に結合されているのは上述したとおりである。
【００２６】
スライド部材７１からは、弾性部材７２及び一方のストッパ７０ａを形成させる片部が延設されている（図４右方）。この片部はスライド部材７１と一体的に成形されており、少なくとも弾性部材７２として機能する部分は弾性変形可能である。一方のストッパ７０ａを構成する部分には、図４（ｃ）に示されるように、コントロールロッド７への取付のためにひょうたん型の取付孔７０ｃが形成されている。取付孔７０ｃは、コントロールロッド７の外径とほぼ等しい内径の孔とこれよりも小さい内径を有する孔とを組み合わせたものである。なお、図４（ｄ）に示されるように、取付孔７０ｄを内径の小さな孔とスリットのような形態としても良い。
【００２７】
一方、スライド部材７１と他方のストッパ７０ｂとは、コントロールロッド７への取付後に除去されるブリッジ部７３を介して一体的に結合されている。他方のストッパ７０ｂにも、一方のストッパ７０ａと同様に、ひょうたん型の取付孔７０ｅが形成されている。この取付孔７０ｅも、上述した取付孔７０ｃと同様に、コントロールロッド７の外径とほぼ等しい内径の孔とこれよりも小さい内径を有する孔とを組み合わせたものである。内径の小さい孔部分がストッパ７０ｂの中心に位置している。
【００２８】
ブリッジ部７３の両端には、このブリッジ部７３をストッパ７０ｂ及びスライド部材７１から引きちぎって除去するためのノッチが形成されている。このノッチは、ストッパ７０ｂとスライド部材７１との各当接面よりも交代した位置に配されている。このような位置にノッチを形成させておくことで、ブリッジ部７３の除去後にストッパ７０ｂとスライド部材７１とに残される切除跡部分が、ストッパ７０ｂとスライド部材７１との当接を阻害することがなくなる。
【００２９】
上述した部品が取り付けられるコントロールロッド７の該当部分を図５（ａ）に示す。コントロールロッド７は金属製である。そして、一方のストッパ７０ａの取付部分には一部外径が小さくされた縮径部７４が形成されている。同様に、他方のストッパ７０ｂの取付部分には一部外径が小さくされた縮径部７５が形成されている。各縮径部７４，７５の幅は、それぞれ一方のストッパ７０ａ及び他方のストッパ７０ｂの厚さに等しくされている。また、縮径部７４，７５の外径は、取付孔７０ｃ，７０ｅの小孔部の内径にほぼ等しい。
【００３０】
まず、取付孔７０ｃの大径部、貫通孔７１ｂ及び取付孔７０ｅをスライド部材に貫通させる。そして、一方のストッパ７０ａを縮径部７４に係止させる。このとき、一方のストッパ７０ａを下方に引き下げることで、縮径部７４と取付孔７０ｃの小径部とが嵌合する。同様に、他方のストッパ７０ｂを縮径部７５に係止させる。このとき、他方のストッパ７０ｂを下方に引き下げることで、縮径部７５と取付孔７０ｅの小径部とが嵌合する。その後、（ストッパ７０ｂの係止前でも良い）ブリッジ部７３を引きちぎって除去する。スライド部材７１は、弾性部材７２の弾性復元力によって付勢され、他方のストッパ７０ｂの当接される（図５（ｂ）の状態）。
【００３１】
このように、弾性部材７２をスライド部材７１及び一方のストッパ７０ａと一体的に結合された樹脂バネとすることで、軽量化に寄与するのみならず、部品点数を削減して組み付け性を向上させることができる。特に、弾性部材７２・スライド部材７１・一方のストッパ７０ａが一部品となってまとめて取り扱えるので、組み付け性を向上効果は部品点数削減以上の効果がある。さらに、ここでは、組み付け前においてスライド部材７１と他方のストッパ７０ｂとも一体的に形成され、コントロールロッド７への取付後に分離される。これによって、弾性部材７２・スライド部材７１・一方のストッパ７０ａに加えて、他方のストッパ７０ｂも含めて一部品としてまとめて取り扱えるので、組み付け性向上効果をより一層向上させることができる。
【００３２】
なお、本実施形態におけるアーム部７１ａには、連結ピン５と摺接する部分に金属板７１ｃがインサートされている。金属板７１ｃは、図４の樹脂部品を成形する際にインサート成形によって一体化されている。このようにすることで、連結ピン５との摺動による摩耗を抑止し、長期にわたって確実に機能するバルブ機構を実現することができる。
【００３３】
本発明のバルブ制御機構は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、直列エンジンに適用した場合を例にして説明したが、他の形態のエンジンに対しても適用し得る。例えば、Ｖ型エンジンであれば、各バンク毎に適用することができる。また、上述した実施形態では、吸気バルブの制御機構に組み込んだ場合を例にして説明したが、排気バルブに対して適用しても良いし、吸排気バルブの双方に対して同時に適用しても良い。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関の吸気バルブ排気バルブの少なくとも一方の開閉を制御するバルブ制御機構において、制御応答性を向上させると共に、作動音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバルブ制御機構の基本となる機構を説明する構成図である。
【図２】図１のロッカーアーム部分を拡大して示す分解斜視図である。
【図３】本発明のバルブ制御機構の第一実施形態を示す構成図である。
【図４】図３におけるスライド部材などを形成する部品を示しており、（ａ）が正面図、（ｂ）が左側面図、（ｃ）が底面図、（ｄ）が変形例の一部底面図である。
【図５】コントロールロッドの側面図を示しており、（ａ）は図４の部品の取付前、（ｂ）が取付後である。
【符号の説明】
１…吸気バルブ、２…第一ロッカーアーム、３…第二ロッカーアーム、４…カムシャフト、５…連結ピン、６…スプリング、７…コントロールロッド、８…保持部、２０…挿通孔、２１，３１…ローラベアリング、２２…アームエンド部、２３…ピン挿通孔、３０…挿通孔、３３…ピン挿通部、４０…第一カム、４１…第二カム、７０ａ…（一方の）ストッパ、７０ｂ…（他方の）ストッパ、７０ｃ，７０ｄ，７０ｅ…取付孔、７１…スライド部材、７１ａ…アーム部、７１ｂ…貫通孔、７１ｃ…金属板、７２…弾性部材、７３…ブリッジ部、７４，７５…縮径部、７６…拡径部、７７…中間部材、７８…負圧アクチュエータ。
【図１】
2004108252.tif 000003
【図２】
2004108252.tif 000004
【図３】
2004108252.tif 000005
【図４】
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【図５】
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