JPH02221618A

JPH02221618A - 内燃機関の動弁機構

Info

Publication number: JPH02221618A
Application number: JP4227289A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Konno; 常雄今野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-02-22
Filing date: 1989-02-22
Publication date: 1990-09-04
Anticipated expiration: 2013-04-15
Also published as: JP2740669B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、内燃機関の回転に同期して吸気バルブまたは
排気バルブを開閉駆動する動弁機構に関し、特に機関の
回転速度に応じて弁の作動状態を切換可能な内燃機関の
動弁機構に関する。

〈従来の技術〉一般に、内燃機関は所定のサイクルで燃焼室へ混合気を
送給しかつ燃焼ガスを排出する吸気バルブ及び排気バル
ブが、圧縮コイルばねからなるバルブスプリングによっ
て常時閉弁方向に付勢されている。そして、両バルブは
、機関のクランク軸に連結駆動されるカム、軸に設けら
れたカムによってバルブスプリングの付勢力に抗して強
制的に押し開かれる。従って、周知のようにバルブスプ
リングの付勢力が過大であると特に中低速度域でフリク
ション損失が増大し、過小であると高速度域で動弁系の
慣性力によりカムフォロワの追従性が低下する。

一方、従来より例えば本願出願人による特開昭６１−１
９９１１号公報等に於て、機関の回転に同期して回転駆
動するカム軸に機関の低速運転及び高速運転にそれぞれ
対応した形状の２個の低速用カム及び単一の高速用カム
を一体化し、各カムに摺接する３個のロッカーアームを
隣接してロッカシャフトに軸支しかつ各ロッカアームを
相対角変位する状態と一体的に連結した状態とに切換可
能な連結手段を備え、広い運転範囲に亘って吸・排気効
率の最適化を図り得る内燃機関の動弁機構が種々提案さ
れている。この種の動弁機構では、各ロッカアームに連
結手段が内蔵されているので１バルブ当りのロッカアー
ム等価重量が通常より大きくなる。しかも、３個のロッ
カアームを連結した状態では等価重量が更に増大する。

このロッカアーム等価重量の増加分を吸収するためにバ
ルブスプリングのリフト荷重を大きく設定すれば、必然
的にバルブスプリングが大型化しかつそのセット長が長
くなり、シリンダヘッドが高くなってエンジン全高が増
加するという不都合を生じる。実公昭６０−３０４３７
号公報には、開弁付勢力を可変とするべく流体圧により
バルブスプリングを圧縮し、結果としてバルブスプリン
グの反力を増強する技術が開示されているが、これは排
気ブレーキのためのものであってばね定数まで変化させ
るものではなく、高速時に於ける動弁系の慣性質量を補
償する上には必ずしも好適とは云い難い。そこで、本願
出願人は特開昭６２−２４３９０４号公報に於て、補助
ばね手段を用いて弾発的に支持される動弁機構を提案し
ている。

〈発明が解決しようとする問題点〉本発明の主な目的は、上述した従来技術に改良を加えて
、バルブスプリングの負担を軽減して大型バルブスプリ
ングの使用を排除し、エンジン全高を低減し得るように
された弁作動状態の切換可能な内燃機関の動弁機構を提
供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉このような目的は、本発明によれば、ばね手段により常
時閉弁方向に付勢され、かつクランク軸と同期回転する
カムにより隣接配置された複数のカムフォロワを介して
開弁駆動される吸気バルブまたは排気バルブと、前記カ
ムフォロワを一体的に連結駆動される状態と連結解除し
て相対変位可能な状態とに選択的に切り換える連結切換
手段と、前記カムフォロワを前記閉弁方向に付勢する補
助ばね手段とを備える内燃機関の動弁機構であって、前
記補助ばね手段の有効ばね定数が機関の運転状態に応じ
て調節可能であることを特徴とする内燃機関の動弁機構
を提供することにより達成される。

〈作用〉このようにすれば、速度範囲等の機関の運転状況に応じ
て付勢力を調節された補助ばね手段がカムフォロワの等
価重量の増加分を補償することによって、バルブスプリ
ングの負担を有効に軽減することができる。

〈実施例〉以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。

第１図に示されるように、内燃機関本体に設けられた１
対の吸気弁ｌａ、ｌｂは、図示されないクランク軸の１
／２の速度で同期駆動されるカム軸２に一体的に設けら
れた１対の低速用カム３ａ。

３ｂ及び単一の高速用カム４と、これらカム３ａ、３ｂ
１４に係合して揺動するカムフォロワとしての第１〜第
３０ツカアーム５〜７とによって開閉動作を行なう。ま
た、本内燃機関には１対の排気弁（図示せず）が備えら
れており、上記した吸気弁１ａ、１ｂと同様に開閉駆動
される。

第１〜第３０ツカアーム５〜７は、カム軸２の下方に平
行に固設されたロッカシャフト８に互いに隣接して揺動
自在に軸支されている。第１及び第３０ツカアーム５．
７は基本的に同一形状をなし、その基部がロッカシャフ
ト８に軸支されかつ遊端部が両吸気弁１ａ、１ｂの」三
方に延出している。両口ツカアーム５．７の遊端部には
、各吸気弁１ａ、１ｂの上端に当接するタペットねじ９
ａ、９ｂがそれぞれロックナツト１０ａ、１．Ｏｂによ
り緩み止めして進退可能に螺着されている。また、第１
及び第３０ツカアーム５．７の上面には低速用カム３ａ
、３ｂにそれぞれ摺接するカムスリッパ５ａ、７ａが形
成されている。

更に、第１及び第３０ツカアーム５．７は、それぞれ吸
気弁１ａ、１ｂと反対方向に延出するサブアーム３１．
３２を備える。サブアーム３１．３２の遊端部３３．３
４上端には、それぞれ後述する荷重装置３５の下端が当
接している。

第２０ツカアーム６は、その基部が第１及び第３０ツカ
アーム５．７間でロッカシャフト８に軸支されている。

第２０ツカアーム６の遊端部は、ロッカシャフト８から
両吸気弁１ａ、１ｂの中間に向けて僅かに延出しており
、その上面には高速用カム４に摺接するカムスリッパ６
ａが形成され、かつ下面にはシリンダヘッド側に固定さ
れたりフタ（図示せず）の上端面が当接している。この
リフタは、内蔵するコイルばねによりロストモーション
スプリングとしてカムスリッパ６ａが高速用カム４に常
時摺接するように第２０ツカアーム６を上向きに付勢し
ている。

カム軸２は、機関本体の上方に回転自在に支持され、第
１、第３０ツカアーム５．７に対応する低速用カム３ａ
、３ｂと第２０ツカアーム６に対応する高速用カム４と
が一体的に連設されている。

第２図に良く示されるように、低速用カム３ａ、３ｂは
比較的小さな揚程を有し、機関の低速運転時に適合した
卵形断面のカムプロフィルに形成されている。高速用カ
ム４は、低速用カム３ａ１３ｂに比してより広角度にわ
たる大きな揚程を有し、高速運転時に適合した卵形断面
のカムプロフィルに形成されている。

第１〜第３０ツカアーム５〜７は、それらの中央部に内
蔵する連結装置１１によって一体的に揺動し得る状態と
相対変位し得る状態とに切換可能である。また、両吸気
弁１ａ、１ｂの」二部には、リテーナ１２ａ、１２ｂが
それぞれ設けられており、機関本体との間に両吸気弁１
ａ、１ｂのステム部を囲繞するように介装されたバルブ
スプリング１３ａ、１３ｂが両弁１ａ、１ｂを閉弁方向
即ち第２図で上向きに付勢している。

第２図に良く示されるように、荷重装置３５は、シリン
ダヘッド側に固定された円筒部３６に両吸気バルブ１ａ
、１ｂの摺動軸線と略平行にガイド孔３７が穿設され、
その内部にピストン３８が摺合している。ピストン３８
は圧縮コイルばね３９によって常時下向きに付勢され、
かつガイド孔３７下端の段部４０に係止される最下位置
でその下端が、カムスリッパ７ａがカム３ｂのベース円
に摺接する静止位置にあるサブアーム３２の遊端部３４
」一端に当接している。

コイルばね３９上端とガイド孔３７上面との間には切換
ピストン４１が挟装されている。切換ピストン４１は、
ガイド孔３７上部の拡径部３７ａ内に液密に摺合し、か
つガイド孔３７上面との間に油圧室４２を郭成している
。そして、図示され・ない油圧供給源から油路４３を介
して供給される油圧の作用によって、切換ピスモ°ン４
０が拡径部３７ａ内周面に沿って下方に段部４４まで変
位し得るようになっている。

第３図及び第４図に良く示されるように、第１０ツカア
ーム５には、第２０ツカアーム６側に向けて開放する第
１ガイド孔１４がロッカシャフト８と平行に穿設されて
いる。第２０ツカアーム６には、第１０ツカアーム５の
第１ガイド孔１４に連通ずる第２ガイド孔１７が貫設さ
れている。第３０ツカアーム７には、第２ガイド孔１７
に連通ずる第３ガイド孔１８が穿設されている。第３ガ
イド孔１８には、段部１９が形成されかつ底壁に小径の
貫通孔２０が第３ガイド孔１８と同心に穿設されている
。

これら第１〜第３ガイド孔１４．１７．１８の内部には
、第１及び第２０ツカアーム５．６を連結する位置及び
その連結を解除する位置間で移動し得る第１ピストン２
１と、第２及び第３０ツカアーム６．７を連結する位置
及びその連結を解除する位置間で移動可能な第２ピスト
ン２２と、両ピストン２１．２２の移動を規制するスト
ッパ２３とが摺合している。ストッパ２３には、両ピス
トン２１．２２を連結解除位置側に付勢するコイルばね
２４が装着されている。

第１ピストン２１は、その一端が第１ガイド孔１４内の
底部側に形成された段部１６に当接する位置で他端が第
１ガイド孔１４から突出しないような軸線方向寸法を有
する。第２ピストン２２は、第２ガイド孔１７の全長と
等しい軸線方向寸法を有する。ストッパ２３は、貫通孔
２０を挿通ずるガイド棒２３ａを備える。

第１ガイド孔１４内部には、その底面と第１ピストン２
１端面との間に油圧室２５が郭成されている。また、ロ
ッカシャフト８内には、図示されない油圧供給装置に連
通ずる作動油供給通路２６が穿設されている。そして、
第１０ツカアーム５に内設された油路２８とロッカシャ
フト８周壁に穿設された連通孔２９とを介して、第１０
ツカアーム５の揺動状態の如何に拘らず、作動油供給通
路２６から供給される作動油を常に油圧室２５内に導入
し得るようにされている。作動油供給通路２６には、例
えば機関のクランク軸に連結駆動されるオイルポンプか
ら圧送される潤滑油が、機関の回転速度に応じて例えば
電磁切換弁により切り換えて供給される。

次に、上述した本実施例の作動要領について説明する。

機関の中低速度域では、前記電磁弁が閉弁されて作動油
供給通路２６から連結装置１１の油圧室２５には油圧が
供給されず、各ピストン２１．２２がコイルばね２４の
付勢ノｊにより・第３図に示すように各ガイド孔１４．
２０内に整合する。従って、各ロッカアーム５〜７は互
いに相対角変位が可能であり、カム軸２が回転すると第
１及び第３０ツカアーム５．７が低速用カム３ａ、３ｂ
と摺接して揺動し、両吸気弁１ａ、１ｂを開閉駆動する
。この時、第２０ツカアーム６は高速用カム４と摺接し
て揺動するが、その動作は両吸気弁１ａ、１ｂの作動に
何ら影響を及ぼさない。

一方、荷重装置３５は油圧室４２に油圧が作用せず、切
換ピストン４１がコイルばね３９の付勢力でガイド孔３
７上面に当接している。このため、コイルばね３９の初
期撓み量が比較的小さいので、低速用カム３ａ、３ｂに
より第１及び第３０ツカアーム５．７が揺動し、サブア
ーム３１．３２がピストン３８を押し上げてコイルばね
３９の反力により閉弁方向に付勢されても、カム軸２に
対するフリクションは比較的小さい範囲に抑えられる。

機関の高速運転に際しては、前記電磁弁が開弁されて作
動油供給通路２６からロッカシャフト８の連通孔２９及
び油路２８を介して油圧室２５に作動油圧が供給される
。これにより第４図に示されるように、第１ピストン２
１がコイルばね２４の付勢力に抗して第２０ツカアーム
６側に移動し、第２ピストン２２が第１ピストン２１に
押されて第３０ツカアーム７側に移動する。この結果、
ストッパ２３が段部２０に当接するまで第１及び第２ピ
ストン２１．２２が共に移動し、第１ピストン２１によ
り第１及び第２０ツカアーム５．６が連結され、かつ第
２ピストン２２により第２６が連結され、かつ第２ピス
トン２２により第２及び第３０ツカアーム６．７が連結
される。

この第１〜第３０ツカアーム５〜７の連結状態では、高
速用カム４に摺接する第２０ツカアーム６の揺動量が最
も大きいことから、第１及び第３０ツカアーム５．７は
第２０ツカアーム６と共に揺動する。従って、両吸気弁
１ａ、１ｂが、共に高速用カム４のカムプロフィルに従
ってその閉弁時期を早くしかつ閉弁時期を遅くすると共
にリフト量を大きくして開閉駆動される。

低速度域では、バルブ及びロッカアームの運動速度も比
較的低く、閉弁付勢力も相対的に小さくて良い。しかし
ながら、エンジン回転速度の増大に従って第１〜第３０
ツカアーム５〜７を連結させると、バルブ及びロッカア
ームの運動速度も高速となる上に動弁系全体としての慣
性質量が増大する。その結果、高速度域に於ては、両吸
気バルブ１ａ、１ｂを閉弁させると同時に、第１〜第３
０ツカアーム５〜７を上方へ押上げるための作用力を増
大させる必要が生じる。

本実施例では、油路４３が、例えば速度信号により開閉
される電磁切換弁等によって成る設定速度以上に於て油
圧発生源と連通ずるようにされている。油圧室４２に油
圧が導入されると、切換ビス）・ン４０が段部４４に当
接するまで下方に押し下げられ、これに伴ないコイルば
ね３９が押し縮められてその有効ばね定数が大きくなる
ので、サブアーム３１．３２に対する下向きの付勢力が
増大する。

尚、上記実施例に於ては、予め設定されたエンジン回転
速度により油圧を切り換えて油路４３から油圧室４２に
供給することにしたが、エンジン回転速度に従って増大
する油圧を常時油圧室４２に作用させて切換ピストン４
１を移動させ、コイルばね３９の有効ばね定数を漸次大
きくしてサブアーム３１．３２に対する下向き付勢力を
増大させることができる。また、切換ピストン４１の駆
動源として油圧に代えて電磁手段等を用いることができ
る。更に、荷重装置３５及び連結装置１１の切換タイミ
ングは、エンジンの特性に応じて適当に決定される。

第５図には、本発明の別の実施例が示されている。この
第２実施例では、第１及び第３０ツカアーム５．７のサ
ブアーム３Ｌ、３２に閉弁方向の付勢力を与える荷重装
置５１が、ガイド孔５２内にその上面とコイルばね５３
により下向きに付勢されたピストン５４との間に郭成さ
れる油圧室５５を有する。油圧室５５はポート５６から
油路５７に連通し、かつ油路５７はアキュムレータ５８
及びチエツク弁５９を介してオイルポンプ６０に接続さ
れている。従って、油圧室５５には常時アキュムレータ
５８によって略一定に調整された所定の油圧が導入され
る。油路５７にはその圧力変化を常時検知するための油
圧センサ６１が配設されている。

また、第５図は上述した第２実施例を４気筒エンジンの
動弁機構に適用した場合を示しており、各気筒の荷重装
置５１の油圧室５５が油路５７に連通する１つの油圧回
路が構成されている。カム軸２の回転により第１及び第
３０ツカアーム５．７が揺動すると、荷重装置５１のビ
ス！・ン５４が押し上げられ、コイルばね５３に加えて
油圧室５５に供給される油圧の作用によりサブアーム３
１．３２に閉弁方向の付勢力を与える。

ピストン５４が押し上げられると、そのポンプ作用によ
って油路５７内の油圧Ｐが上昇する。各気筒の吸気バル
ブ１ａ、１ｂは所定のサイクルに従って順次開弁される
から、各荷重装置５１のピストン５４が順次押し上げら
れて、油路５７内の油圧Ｐは第６図に示すように連続す
る山形に変化する。

機関の低速運転時には、上述したように第１及び第３０
ツカアーム５．７が低速用カム３ａ１３ｂにより駆動さ
れてリフト量が比較的小さいので、ピストン５４のリフ
ト量も小さく油路５７内の油圧上昇幅は小さい。機関の
高速運転時には第１〜第３０ツカアーム５〜７が連結さ
れて高速用カム４により駆動されてリフト量が大きくな
るので、ピストン５４のリフト量も大きくなって油路５
７内の油圧上昇幅も大きくなる。

従って、油圧センサ６１により検知される低速運転時の
最大油圧Ｐ１と高速運転時の最大油圧Ｐ２との高低差か
ら高速または低速運転状態が判断される。そして、本実
施例のような４気筒エンジンの場合には、第６図のよう
に通常１サイクル中に連続して４個の山が形成されるの
で、冬山の最大値の高低から各気筒の連結装置１１の正
常な動作を確認できる。更にクランク角センサを併用す
れば、連結装置が作動不良を起している気筒を特定する
ことができる。また、油圧センサの場合には油温の上昇
により最大油圧が変化しても油圧の高低を容易に比較判
断することができる。

また、別の実施例では、油圧センサ６１に代えて、低速
運転時の最大油圧Ｐ１と高速運転時の最大油圧Ｐ２との
間で設定される適当な油圧ＰＯを閾値として作動する油
圧スイッチを使用することができる。この油圧スイッチ
は、油路５７内の油圧Ｐが閾値ＰＯを超える場合にオン
信号をＰＯより小さい場合にオフ信号を出力する。金気
筒の連結装置１１が正常に作動して低速運転から高速運
転に切り換えられると、１サイクル中に所定の間隔で４
個のオン信号が連続的に発生するようになる。従って、
これらオン信号を計数することによって各気筒の連結装
置１１の正常な動作を確認でき、かつ同様にクランク角
センサを併用すれば、連結装置が作動不良を起している
気筒を特定することができる。

〈発明の効果〉このように本発明によれば、バルブスプリングと別個に
低速用ロッカアームを閉弁方向に付勢する補助ばね手段
として油圧で有効ばね定数を調節可能な荷重装置を設け
ることによって、連結手段によるロッカアーム等価重積
の増加に伴なうバルブスプリングの負担を軽減し、それ
により大型バルブスプリングの使用を排除してエンジン
全高を低減することができると共に、荷重装置のばね力
がエンジン回転速度の増大に従って増大するように設定
することによって、中低速度域に於けるフリクションを
低減しかつ高速度域に於ける動弁系追従性の向上を達成
することができる。更に、荷重装置のばね力として作用
する油圧がロッカアームの揺動に伴なって変化するので
、その変化の程度から金気筒に亘って弁作動状態の切換
を比較的容易に判断できる等の利点がある。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明に基づく荷重装置を適用した動弁系回
りを一部切除して示す上面図である。第２図は、荷重装置の要部を破断して示す第１図に於け
る■矢視図である。第３図は、低速運転時に於ける第２図の■−■線に沿う
断面図である。第４図は、高速運転時に於ける第３図と同様な断面図で
ある。第５図は、本発明の第２実施例及びそれを用いた弁作動
状態検出構造を概略的に示す説明図である。第６図は、第２実施例に於て荷重装置に作用する油圧の
変化を示す線図である。ｌａ、ｌｂ・・・吸気弁　２・・・カム軸３ａ、３ｂ・
・・低速用カム４・・・高速用カム　　　５・・・第１０ツカアーム６
・・・第２０ツカアーム７・・・第３０ツカアーム５ａ
、６ａ、７ａ・・・カムスリッパ８・・・ロッカシャフト９ａ、９ｂ・・・タペットねじ１０ａ、１０ｂ・・・ロックナツト１１・・・連結装置　　　１２ａ、１２ｂ・・・リテー
ナ１３ａ、１３ｂ・・・バルブスプリング１４・・・第
１ガイド孔　１５・・・小径部１６・・・段部　　　　
　１７・・・第２ガイド孔１８・・・第３ガイド孔　１
つ・・・段部２０・・・貫通孔　　　　２１・・・第１
ビス！・ン２２・・・第２ピストン　２３・・・ストッ
パ２３ａ・・・ガイド棒　　２４・・・コイルばね２５
・・・油圧室　　　　２６・・・作動油供給通路２８・
・・油路　　　　　２９・・・連通孔３１．３２・・・
サブアーム

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ばね手段により常時閉弁方向に付勢され、かつク
ランク軸と同期回転するカムにより隣接配置された複数
のカムフォロワを介して開弁駆動される吸気バルブまた
は排気バルブと、前記カムフォロワを一体的に連結駆動
される状態と連結解除して相対変位可能な状態とに選択
的に切り換える連結切換手段と、前記カムフォロワを前
記閉弁方向に付勢する補助ばね手段とを備える内燃機関
の動弁機構であって、前記補助ばね手段の有効ばね定数が機関の運転状態に応
じて調節可能であることを特徴とする内燃機関の動弁機
構。
（２）前記補助ばね手段の有効ばね定数が、前記機関の
回転速度に応じてその付勢力が増大する向きに調節され
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の内燃
機関の動弁機構。
（３）ばね手段により常時閉弁方向に付勢され、かつク
ランク軸と同期回転するカムにより隣接配置された複数
のカムフォロワを介して開弁駆動される吸気バルブまた
は排気バルブと、前記カムフォロワを一体的に連結駆動
される状態と連結解除して相対変位可能な状態とに選択
的に切り換える連結切換手段と、前記カムフォロワを前
記閉弁方向に付勢する補助ばね手段とを備える内燃機関
の動弁機構であって、前記補助ばね手段が、前記カムフォロワを前記閉弁方向
に付勢するコイルばねと同方向に作用する流体ばねとの
組合せからなり、かつ、前記カムフォロワの変位によっ
て前記流体ばねに生じる流体圧力の変化を検知するセン
サ手段を備えることを特徴とする内燃機関の動弁機構。