特許第6248715号(P6248715)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6248715
(24)【登録日】2017年12月1日
(45)【発行日】2017年12月20日
(54)【発明の名称】カム切替装置
(51)【国際特許分類】
   F01L 13/00 20060101AFI20171211BHJP
【FI】
   F01L13/00 301U
【請求項の数】4
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2014-48699(P2014-48699)
(22)【出願日】2014年3月12日
(65)【公開番号】特開2015-172354(P2015-172354A)
(43)【公開日】2015年10月1日
【審査請求日】2017年2月22日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000170
【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100068021
【弁理士】
【氏名又は名称】絹谷 信雄
(72)【発明者】
【氏名】角田 宏
【審査官】 首藤 崇聡
(56)【参考文献】
【文献】 特開2002−4823(JP,A)
【文献】 特開2010−168980(JP,A)
【文献】 国際公開第2011/043301(WO,A1)
【文献】 特開昭59−115410(JP,A)
【文献】 特開2001−82117(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F01L 13/00
F01L 1/04
F01L 1/255
F02D 13/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンの吸排気バルブに対応して設けられたカムプロフィールの異なる一対のカムを選択的に切り替えることで前記吸排気バルブのバルブ特性を可変とするカム切替装置であって、
前記エンジンのクランク軸と連動して回転する第1カム軸と、
前記第1カム軸の外周にスプライン嵌合すると共に前記一対のカムが一体回転可能に設けられた第2カム軸と、
前記第2カム軸を軸方向にスライド移動させて前記一対のカムを選択的に切り替えるカム軸移動手段と、
前記吸排気バルブの開閉動作を停止させて気筒を休止可能な気筒休止手段と、を備え、
前記一対のカムを選択的に切り替える際は、前記気筒休止手段によって気筒を休止させると共に、前記カム軸移動手段によって前記第2カム軸を軸方向にスライド移動させる
ことを特徴とするカム切替装置。
【請求項2】
前記カム軸移動手段が前記第2カム軸の両端にそれぞれ設けられた一対の油圧室を含み、前記第2カム軸を軸方向にスライド移動させる際は、一方の油圧室に油圧を供給すると共に、他方の油圧室から油圧を排出させる
請求項1に記載のカム切替装置。
【請求項3】
軸方向にスライド移動する前記第2カム軸をカム選択位置で停止させるロック手段をさらに備え、該ロック手段が、前記第2カム軸の外周に凹設された凹穴と、油圧により付勢されて前記凹穴と係合可能なボールとを含む
請求項1又は2に記載のカム切替装置。
【請求項4】
前記エンジンが複数気筒を直列に配置した直列気筒エンジンであり、
前記一対のカムが前記複数気筒の各吸排気バルブにそれぞれ対応して設けられ、
前記一対のカムを選択的に切り替える際は、前記気筒休止手段によって前記複数気筒を休止させると共に、前記カム軸移動手段によって前記第2カム軸を軸方向にスライド移動させる
請求項1から3の何れか一項に記載のカム切替装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カム切替装置に関し、特に、エンジンの吸排気バルブに対応して設けられたカムプロフィールの異なる一対のカムを選択的に切り替えることで吸排気バルブのバルブ特性を可変とするカム切替装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、カムシャフトにカムプロフィールの異なる2種類のカムを設け、カムシャフトを油圧アクチェータで軸方向にスライド移動させてカムを選択的に切り替えることで、吸排気バルブのバルブ特性を可変とするカム切替装置が知られている(例えば、特許文献1,2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2002−4823号公報
【特許文献2】特開2001−123811号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、吸排気バルブは、バルブスプリングによって常時閉弁方向に付勢されており、カムによって揺動するロッカーアームがバルブスプリングの付勢力に抗して吸排気バルブを押圧することで開弁される。すなわち、吸排気バルブが開閉動作する気筒稼働時は、カムとロッカーアームとの間に常時圧接力が作用することになる。
【0005】
このため、気筒稼働時にカムシャフトをスライド移動させるカムの切り替えを行う場合は、カムとロッカーアームとの間の圧接力が負荷となり、油圧アクチュエータに大きな油圧を供給する必要がある。特に、複数気筒を直列に配置した複数気筒エンジンでは、各気筒のカムを同時に切り替えようとする場合は、十分な油圧を確保できる大型の油圧アクチェータを用いる必要がある。
【0006】
また、一般的に、油圧アクチュエータに油圧を供給するポンプはエンジンの動力で駆動するため、アイドル運転時等、エンジン低負荷運転時は油圧が低下する。このため、アイドル運転時等にカムの切り替えを行う場合は、低油圧でもカムシャフトをスライド移動できるよう、ピストンを大型化する必要がある。
【0007】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目的は、装置の大型化を招くことなくカムの切り替えを行うことができるカム切替装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために本発明は、エンジンの吸排気バルブに対応して設けられたカムプロフィールの異なる一対のカムを選択的に切り替えることで前記吸排気バルブのバルブ特性を可変とするカム切替装置であって、前記エンジンのクランク軸と連動して回転する第1カム軸と、前記第1カム軸の外周にスプライン嵌合すると共に前記一対のカムが一体回転可能に設けられた第2カム軸と、前記第2カム軸を軸方向にスライド移動させて前記一対のカムを選択的に切り替えるカム軸移動手段と、前記吸排気バルブの開閉動作を停止させて気筒を休止可能な気筒休止手段とを備え、前記一対のカムを選択的に切り替える際は、前記気筒休止手段によって気筒を休止させると共に、前記カム軸移動手段によって前記第2カム軸を軸方向にスライド移動させることを特徴とする。
【0009】
また、前記カム軸移動手段が前記第2カム軸の両端にそれぞれ設けられた一対の油圧室を含み、前記第2カム軸を軸方向にスライド移動させる際は、一方の油圧室に油圧を供給すると共に、他方の油圧室から油圧を排出させるものでもよい。
【0010】
また、軸方向にスライド移動する前記第2カム軸をカム選択位置で停止させるロック手段をさらに備え、該ロック手段が、前記第2カム軸の外周に凹設された凹穴と、油圧により付勢されて前記凹穴と係合可能なボールとを含むものでもよい。
【0011】
また、前記エンジンが複数気筒を直列に配置した直列気筒エンジンであり、前記一対のカムが前記複数気筒の各吸排気バルブにそれぞれ対応して設けられ、前記一対のカムを選択的に切り替える際は、前記気筒休止手段によって前記複数気筒を休止させると共に、前記カム軸移動手段によって前記第2カム軸を軸方向にスライド移動させるものでもよい。
【発明の効果】
【0012】
本発明のカム切替機構によれば、装置の大型化を招くことなくカムの切り替えを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本実施形態に係るカム切替機構を示す模式的な部分断面図である。
図2】本実施形態に係るカム切替機構によるカムの切り替え動作(前半)を説明する模式的な部分断面図である。
図3】本実施形態に係るカム切替機構によるカムの切り替え動作(後半)を説明する模式的な部分断面図である。
図4】本実施形態に係る気筒休止機構の休止状態を示す模式的な側面図である。
図5図4のA―A線断面図である。
図6】本実施形態に係る気筒休止機構の作動状態を示す模式的な側面図である。
図7】本実施形態に係る気筒休止機構の要部を示す模式的な断面図である。
図8】本実施形態に係るカム切替機構によるカムの切り替え動作を説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るカム切替装置について説明する。
【0015】
図1に示すように、本実施形態のエンジンEは、例えば直列4気筒エンジンであって、エンジンEの運転状態に応じて一対のカム12,13を選択的に切り替えるカム切替装置10を備えている。また、エンジンEの各気筒#1〜4には気筒休止機構40がそれぞれ設けられている。なお、説明の便宜上、気筒#2,3については図示を省略している。
【0016】
カム切替装置10は、二重カム軸11と、カムプロフィールの異なる二種類のカム12,13と、二重カム軸11の両端に設けられた一対の油圧駆動機構20とを備えている。油圧駆動機構20は、本発明のカム軸移動手段の一例として好ましい。
【0017】
二重カム軸11は、エンジンEの図示しないクランク軸と連動して回転する内側カム軸11Aと、内側カム軸11Aの外周とスプライン嵌合する外側カム軸11Bとを備えている。内側カム軸11Aは本発明の第1カム軸に相当し、外側カム軸11Bは本発明の第2カム軸に相当する。
【0018】
外側カム軸11Bには、各気筒#1〜4の吸排気バルブVにそれぞれ対応して設けられた標準カム12及び燃費カム13が一体回転可能に圧入固定されている。標準カム12は、通常の吸排気工程で吸排気バルブVを開閉作動させるカムプロフィールを有する。燃費カム13は、エンジンEの燃料消費量を低減させる吸排気工程で吸排気バルブVを開閉作動させるカムプロフィールを有する。
【0019】
油圧駆動機構20は、外側カム軸11Bの一端側をスライド移動可能に収容するシリンダを有するハウジング部22と、外側カム軸11Bのスライド移動を規制するロック機構30とを備えている。
【0020】
ハウジング部22には、シリンダ内周面と外側カム軸11Bの端面とにより区画形成される第1油圧室23及び、上端を外側カム軸11Bの外周面に臨んで開口させた第2油圧室24が設けられている。これら第1油圧室23及び第2油圧室24には、図示しない油圧回路から油圧を供給又は排出するための油通路23A,24Aがそれぞれ接続されている。
【0021】
ロック機構30は、外側カム軸11Bの外周面に形成された左右一対の凹穴31,32と、第2油圧室24内の油圧により外側カム軸11Bの外周面に向けて押し上げられて凹穴31,32と選択的に係合可能なロックボール33と、第2油圧室24に収容されてロックボール33を上方に向けて付勢するリターンスプリング34とを備えている。
【0022】
ロックボール33は、標準カム12を選択する際に図中左側の凹穴31と係合し、燃費カム13を選択する際は図中右側の凹穴32と係合する。リターンスプリング34は、第2油圧室24から油圧が排出された際に、ロックボール33を外側カム軸11Bの外周面に当接させる。
【0023】
次に、図2,3に基づいて、標準カム12から燃費カム13への切り替え動作を説明する。
【0024】
図2(a)は、標準カム12が選択(ロッカーアーム41が標準カム12によって揺動)されている状態を示している。この状態において、左右の第1及び第2油圧室23,24には油圧がそれぞれ供給されているため、外側カム軸11Bに作用する左右の油圧は釣り合っている。また、左右のロックボール33がそれぞれ凹穴31と係合しているため、外側カム軸11Bのスライド移動は規制されている。
【0025】
図2(a)の状態から、図2(b)に示すように、左側の第1及び第2油圧室23,24、右側の第2油圧室24から油圧を排出すると、外側カム軸11Bの右端面に作用する油圧が大きくなり、さらに左右のロック機構30による規制が解除される。すると、外側カム軸11Bは図中左方向に向かってスライド移動を開始する。
【0026】
外側カム軸11Bがスライド移動を開始すると、図3(a)に示すように、左右の第2油圧室24への油圧の供給を再開する。すなわち、左右のロックボール33は、油圧によって上方に押し上げられてスライド移動する外側カム軸11Bの外周面と摺接する。
【0027】
その後、図3(a)の状態から外側カム軸11Bがさらにスライド移動すると、図3(b)に示すように、左右のロックボール33はそれぞれ凹穴32と係合する。この状態で、左側の第1油圧室23への油圧の供給を再開することで、外側カム軸11Bに作用する左右両端の油圧が釣り合い、標準カム12から燃費カム13への切り替えが完了する。なお、燃費カム13から標準カム12への切り替えについては、第1及び第2油圧室23,24への油圧の給排を逆の順序で行えばよいため、詳細な説明は省略する。
【0028】
次に、図4〜7に基づいて、本実施形態の気筒休止機構40の詳細構成を説明する。気筒休止機構40は、吸排気バルブVを閉弁状態にするもので、カム12,13によって揺動されて吸排気バルブVを開弁方向に動作させるロッカーアーム41と、ロッカーアーム41にロッカーシャフト軸42でピン連結されてロッカーアーム41の揺動で上下動するロッカーシャフトブラケット50と、ロッカーアーム41の一端と吸排気バルブVの上端とが常時接触するようにロッカーアーム41の他端(ロッカーシャフトブラケット50)を油圧力で保持するラッシュアジャスター60と、固定系に設けられた電磁ソレノイド70と、プランジャ74(図7参照)に設けられてロッカーシャフトブラケット50に形成された貫通孔54(図7参照)を通して延びると共にラッシュアジャスター60の逆止弁68(図7参照)を開放するニードル80(図7参照)とを備えている。
【0029】
ロッカーシャフトブラケット50は、ロッカーアーム41にロッカーシャフト軸42でピン連結されたブラケット本体51と、磁性体で形成されてブラケット本体51の上部に設けられたベースマウント52とを備えている。ブラケット本体51には、図5に示すように、一対のロッカーアーム41がロッカーシャフト軸42を介してピン連結されている。図7に示すように、ロッカーシャフトブラケット50には、貫通孔55が形成されている。この貫通孔55には、ニードル80が挿通される。なお、図7中の符号53は、給油経路を示している。
【0030】
ラッシュアジャスター60は、図7に示すように、ブラケット本体51に嵌入されて油圧室62のアジャスタ側圧力室62aを形成するアジャスタ本体61と、アジャスタ本体61に上下摺動自在に設けられてロッカーアーム41(ロッカーシャフトブラケット50)を油圧で上方に移動させるピストン64と、ピストン64に設けられた逆止弁68とを備えている。アジャスタ本体61は、少なくともその一部がシリンダヘッドにボルトで固定された板状部材に、ブラケット本体51に嵌入される円筒状の部材が接合されている。
【0031】
ピストン64は、円筒状に形成されており、その上部はロッカーシャフトブラケット50の下部と接触すると共に、その下部には作動油を流通させる逆止弁68の弁座となる油孔65が設けられている。このピストン64は、ラッシュアジャスター60との間に介在するピストンスプリング69によって、ブラケット側圧力室62bに向けて付勢されている。
【0032】
逆止弁68は、油圧室62を上側のブラケット側圧力室62bと下側のアジャスタ側圧力室62aとに区画する。また、逆止弁68は、ニードル80によって下方に押され開弁し、ブラケット側圧力室62bとアジャスタ側圧力室62aとを連通させる。これによりアジャスタ側圧力室62aの油圧が低下し、ロッカーシャフトブラケット50の上下移動が許容され吸排気バルブVを閉弁状態にする(図4参照)。
【0033】
一方、逆止弁68は、チェックボールスプリング63によって付勢されるチェックボール68bにより油孔65を塞ぐことで閉弁し、ブラケット側圧力室62bと下側のアジャスタ側圧力室62aとを遮断する。これにより、アジャスタ側圧力室62aの油圧が上がり、ロッカーシャフトブラケット50の移動が規制され、吸排気バルブVが開閉動作するようにロッカーシャフト軸42を保持する(図6参照)。
【0034】
電磁ソレノイド70は、固定系に設けられた電磁コイル78と、電磁コイル78で作動される磁性体で形成されたプランジャ74と、電磁コイル78の磁界の影響を遮断してプランジャ74とその下方のベースマウント52の上部を収納するステンレス等の非磁性材料からなるホルダ73と、電磁コイル78を収納するモールド77と、電磁コイル78に電流を供給する電源配線部79とを備えている。プランジャ74及びベースマウント52は、電磁コイル78で発生する磁界により磁化されると、図7に示すように下方に作動される。
【0035】
プランジャ74は、下側筒部74aと、上側筒部74bとを有する。下側筒部74aの筒内には、プランジャ74をホルダ73側に向けて付勢するプランジャスプリング75が介装されている。上側筒部74bの筒内には、ニードル位置調整ネジ76が螺合されている。このニードル位置調整ネジ76の下端には、逆止弁68を開弁するためのニードル80が設けられている。
【0036】
ホルダ73は、円筒状に形成されており、その下端側の筒内にはベースマウント52が嵌合されている。また、ホルダ73のベースマウント52よりも上方の筒内にはプランジャ74が上下移動可能に収納されている。
【0037】
ニードル80は、プランジャ74にニードル位置調整ネジ76で取り付けられ、電磁ソレノイド70が非作動のとき、その先端が逆止弁68のチェックボール68bから離れた位置に保持される。一方、電磁ソレノイド70が作動したき、その先端で逆止弁68のチェックボール68bを押し下げて開弁させる。
【0038】
モールド77は、ホルダ73を上下移動可能に収納している。また、モールド77には、ホルダ73を囲むように電磁コイル78が設けられている。この電磁コイル78には、電源配線部79が接続されている。
【0039】
本実施形態の気筒休止機構40では、図6に示すように、吸排気バルブVを開閉動作させるときは、ラッシュアジャスター60の油圧力によりロッカーシャフトブラケット50を上方に押し上げると共に、ロッカーアーム41の一端部を吸排気バルブVの上端に接した状態で保持させる。この状態でカム12,13の作動によりロッカーアーム41がロッカーシャフト軸42を支点に揺動されて吸排気バルブVを開閉動作させる。
【0040】
一方、吸排気バルブVを閉弁状態に維持する気筒休止時は、電磁ソレノイド70の電源配線部79から電磁コイル78へ電流を供給して励磁することで、ニードル80により逆止弁68を開弁させてアジャスタ側圧力室62a側の油圧を開放する。この状態で、ロッカーアーム41はカム12,13の作動領域から外れ、バルブスプリングVSにより吸排気バルブVが閉弁状態に維持されるようになっている。
【0041】
次に、図8に示すフローに基づいて、本実施形態のカム切替機構10によるカム切り替え動作を説明する。なお、図8に示す例は、標準カム12から燃費カム13への切り替え動作である。
【0042】
ステップS1では、気筒休止機構40によって、各気筒#1〜4の吸排気バルブVを閉弁状態(気筒休止状態)にする。すなわち、気筒休止状態にすることで、標準カム12がロッカーアーム41を介してラッシュアジャスター60から受ける力を無くした状態にする。この際、左右の第1及び第2油圧室23,24には、油圧がそれぞれ供給された状態にしておく(図2(a)参照)。
【0043】
ステップS2では、左側の第1及び第2油圧室23,24、右側の第2油圧室24から油圧を排出させる(図2(b)参照)。これにより、外側カム軸11Bに作用する右側の油圧が大きくなり、且つ、ロック機構30による規制が解除されて、外側カム軸11Bはスライド移動を開始する。なお、ステップS1及びS2は、同時に行ってもよい。
【0044】
ステップS3では、左右の第2油圧室24への油圧供給を再開させる(図3(a)参照)。すなわち、ロックボール33は、油圧により押し上げられて外側カム軸11Bの外周面と摺接状態となる。これにより、燃費カム13がロッカーアーム41を揺動させる選択位置まで移動した際に、ロックボール33と凹穴32とが素早く係合され、外側カム軸11Bを所望の位置で確実にロックすることができる。
【0045】
ステップS4では、左側の第1油圧室23への油圧の供給を再開させる(図3(b)参照)。これにより、外側カム軸11Bの両端に作用する油圧が釣り合い、標準カム12から燃費カム13へのカム切り替えが終了する。
【0046】
次に、本実施形態に係るカム切替装置10による作用効果を説明する。
【0047】
本実施形態では、カム12,13の切り替えを行う場合は、まず、気筒休止機構40によって吸排気バルブVの開閉動作を停止状態(気筒休止状態)にし、カム12,13がロッカーアーム41を介してラッシュアジャスター60から受ける力を無くした状態にする。そして、左右何れか一方の第1油圧室23から油圧を排出し、外側カム軸11Bをスライド移動させるようになっている。すなわち、外側カム軸11Bをスライド移動させる際に、カム12,13とロッカーアーム41とが圧接されていないため、大きな油圧力を確保することなく、カム12,13の切り替えが実現できるように構成されている。
【0048】
したがって、本実施形態のカム切替装置10によれば、低油圧でもカム12,13の切り替えを確実に行うことが可能となり、装置の大型化やコストの上昇を効果的に抑制することができる。特に、複数気筒を備えるエンジンにおいては、大きな油圧を確保することなく、各気筒のカム12,13を同時に切り替えることができる。また、エンジン低負荷運転時等、油圧が低下する状態においても、カム12,13の切り替えを確実に行うことができる。
【0049】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【0050】
例えば、左右何れか一方の第1油圧室23をスプリング等で構成してもよい。また、エンジンEは、直列4気筒エンジンに限定されず、単気筒や4気筒以外の複数気筒エンジンであってもよい。また、気筒休止機構40は、図示例に限定されず、各気筒#1〜4を休止できるものであれば、他の公知の構造を適用することもできる。これら何れの場合も上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【0051】
10 カム切替装置
11A 内側カム軸
11B 外側カム軸
12 標準カム
13 燃費カム
20 油圧駆動機構
22 ハウジング部
23 第1油圧室
24 第2油圧室
30 ロック機構
31,32 凹穴
33 ロックボール
40 気筒休止機構
41 ロッカーアーム
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8