JPH03105007A - 弁の開閉間隙を無段階に変化できる動弁装置 - Google Patents

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】 イ．発明の目的 産業上の利用分野 車両、船舶．航空機などの回転動力源に用いられるレシ
ブロ式、またはロータリー式内燃機関では、燃料の混合
ガスの吸気と排気をそれぞれ燃焼室の弁の開閉によって
おこなっており、この弁の開閉は、動力主軸の回転と連
動するカム軸のカムにより直接動作する。カムの偏芯量
は一定であり、従って弁の開閉量（間隙）も一定となる
。

動力主軸の回転数が速くなると、カム軸の回転も速くな
り、弁の開いている時間が短くなり、燃料の混合ガスの
吸気と燃焼後の排気が充分におこなわれぬまま弁が閉じ
る状態となる。これら内燃機の特性として高速域では、
ある回転数を境に出力が低下するのはこの理由によるも
のである。

本発明は、高回転になるに従って弁が開く時間の減少を
弁が開く距離を大きくして補おうとするもので、自然吸
気の内燃機関でも高回転における出力の頭打ち現象を改
善できるものであり５回転の全域にわたって出力レベル
が均一に得られる。特に交通、運輸用の動力源としての
内燃機に最適であり、従来の内燃機と比較し同じ排気量
なら、より高出力が、同じ出力ならばより少ない排気量
でよいという効果が期待でき多くの技術的利用分野があ
る。

従来の技術 従来、高回転域で６内燃機の出力が低下しないように技
術的対策がとられているが主なものとして次の方法が挙
げられる：１、　過給機により燃料ガスを圧送する。

２． シリンダの面積を大きくすることに より、弁の開口面積を大きくし、吸 気、排気を容易にする。

３． 弁の数を可能な限り多くする。

４． カム軸に、低速用カムと高速用カム を付けて回転数に応じて切り換えて 弁の開きを変える（有段変換）。

発明が解決しようとする課題 吸気弁と排気弁は、互いに一方が開いている時、他方は
閉じねばならない。

現実にもっとも数多く使われている４行程の内燃機関を
例にとると、出力軸■回転中の弁の作動は下記のように
なる。

設定すると高回転域で開閉に充分な時 間が確保できなくなる。

２． 高回転域で両者の開閉に充分な時間を 設定すると、低回転域での開閉に干渉 （オーバーラップ現象）が起こり吸気 の際，排気弁が完全に閉じず吸気が排 気側に逃げたり、排気が吸気側に逆流 したりする。

このような不都合が起こること．である。

吸気弁と排気弁開閉のタイミング設定の困難な点は １、低回転域で両者の開閉に最適な時間を偏芯量が一定
のカムにより、低速から高速までの弁の作動をおこなえ
ば弁の開閉間隙は、一定でも開閉時間が短くなるのであ
る。前ページの表で明らかなように偏芯作動，即ち弁の
開閉はカム軸が１回転中に真回転に相当する間おこなう
こととなる。いま仮に、出力軸が　１０００　ｒｐｍで
回転するとカム軸は５００ｒｐｍで回転することになり
カム軸１回転（３６０°） に必要な時間は 吸気ができず、出力の低下の原因となる。

偏芯作動角度は９０゜であるから作動時間は次に同じ条
件で出力軸が６０００　ｒｐｍで回転するとカム軸は　
３０００　ｒｐｍで回転する。

カム軸１回転の時間は ｔｎ 偏芯作動角度は９０゜であるから作動時間は口，発明の
構成 課題を解決するための手段 第１図は、本案において使用されるカムの形状を示し、
第２図は、従来一般的に使用されているカムの形状を示
している。

第ｌ図、第２図において Ｄ　　　は基礎円 ｃｈ，ｃｈｉはカムの高さ（偏芯量） 氾　　　はカムの有効長 Ｓ　　　はカム軸部分 である。

このように回転数の増加により、弁の開閉時間は極端に
短くなり、燃焼ガスの充分なこれらの図から明らかなよ
うに，通常、弁の開閉をおこなう偏芯カムは、カム全長
にわたり同一の断面形状であるのに対し、本案のカムは
、両端面における偏芯量が異なっており、両端面の間を
連続した外周面で形成している。即ちこのカムは偏芯量
が最小〜最大の間で任意の偏芯量が得られるのである。

従って、このカムで弁を作動させれば弁は最適な開閉間
隙を選択できる。

第３図、第４図、第５図は本発明によ る弁開閉機構の基本的構成と動作の状態を示すものであ
る。

第３図，第４図、第５図において（Ａ）は正面図，（Ｂ
）は側面図である。

さらに： ｌ　カム ２　カム軸 ３　カム軸位置決め用アクチュエータ ４　ロツカアーム ５　口ツカアームビポット ６　カムフォロワー ７　弁（バルブ） ８　弁座（バルブシ一ト） ９　弁閉じ用スプリング支え １０　　弁閉じ用スプリング １ｌ　　吸排気用多岐管（マニホルド）ｃｈ２　　カム
偏芯ゼロの状態 ＣｈＬ　　カム偏芯最大の状態 ｃｈｓ　　カム偏芯最小の状態 ＶＣ，　　弁の間隙ゼロの状態（弁が閉じ）ｖｃＬ　　
弁の間隙最大の状態 Ｖｃｇ　　弁の間隙最小の状態 である。

なお各部分の呼称のための番号（１〜１１）の引き出し
を第４図、第５図では省略している。これは第３図と重
複し、かつ図面が繁雑になるためである。

第３図はＶＣＬ（弁の間隙最大）、ｃｈＬ（カム偏芯鼠
最大）になるよう「１カムＪが位置決めされた状態を示
し、第４図はＶｃ＊（弁の間隙最小）　．　Ｃｈ．（カ
ム偏芯量最小）になるように「１カム」が位置決めされ
た状態を示している。

また第５図はＶＣＬ（弁の間隙ゼロ＝閉じ）、ＣｈＬ（
カム高さゼロ＝基礎円）になるようｒ１カム」の基礎円
に沿って作動している状態を示している。

第６図、第７図はカムフォロワーの構成と作動を示して
いる。図において １、　カム ２．　カムフォロワー ３．　ロッカーアーム を表わしている。また（Ａ）は正面を、（Ｂ）は（Ａ）
の断面Ａ−Ａ’の矢視である。

第６図において、カムとカムフォロワ は基礎円部分で接触している。　従って、カムの高さは
ゼロＣｈ．である。この場合カムとカムフォロワーは，
線接触している。

第７図は第６図の状態からカムが１８０°回転し、カム
高さ最大ＣｈＬでカムフォロワーと接触した状態である
。この場合カムフォロワーは、カム外周面のテーバー角
度αに対し、線接触するようロッカーアームに設けられ
た半円型の滑り案内溝ＲＳ．にそって角度βでトレース
するよう揺動する。

第８図、第９図は、第７図で述べられた揺動可能なカム
フォロワーの機能の必要性について説明するものである
。

第８図はカムとフォロワーカムが基礎円部分で接触して
いる状態で、カムの基礎円部分の外周面はカムの軸中心
にたいし平行であり、従ってしおり線接触が保てるので
カムフォロワーは固定で良い。

第９図は第８図の状態からカムが１８０°回転しカム高
さ最大ＣｈＬでカムフォロワーと接触した状態である。

この場合、カムフォロワーが揺動機構を持たないと、こ
の図のようにカム外周面のテーパー角度αに対し、線接
触せずに点接触Ｐの状態となり応力の集中、高速回転に
よる局部的摩擦を誘起する。

作　　　　用 適切な弁間隙を得るためには、第３図、第４図に示され
るように「２カム軸」全体を長手方向に移動させ、最適
なカム偏芯量の位置でカムを回転させればよい。

具体的な装置のシーケンスを次の頁に ブロック図で掲げる。

回転数に対応し弁の開閉間隙を常時無段階に変化させる
ようにカムの長手方向の位置をアクチュエー夕により追
従させる。

実施例 本発明による動弁機構は、従来のカム、カム軸による弁
の開閉機構をもつ内燃機関即ち通常の頭上弁（ＯＨＶ）
方式をはじめとし単軸または複軸直動弁駆動（ＳＯＨ（
：またはＤＯＨＣｌ方式のもの等、またｌシリンダ当た
り複数の弁（１シリンダ／４バルブ等）を持つものであ
っても、容易に適用できるもできる。

のである。

ハ．発明の効果 カムの偏芯量（カム高さ＝弁の開閉＠）を単純に変化さ
せるだけでなく、カムプロファイルを連続的に変化させ
ることも可能なので弁の開き始め、閉じ終りのタイミン
グをそれぞれの回転数に応じて僅かずつ変化を与えるこ
ともできる。

常に最適な弁開閉量が得られるので、必要以上に弁の径
を大きくしたり（径を大きくすると重量が重くなり、運
動慣性が増加するので、高速時の過渡特性が悪くなる）
弁の数を増やしたりする必要がなくなる。

また、過給機を使用しないで済むか、あるいは過給圧を
下げることも可能になる等の効果がある。その結果、部
品点数や補機類を減らせるのでコスト面での優位性も期
待

【図面の簡単な説明】

第１図は、本案において使用されるカムの形状を第２図
は、従来一般的に使用されているカムの形状をしている
。 第３図、第４図、第５図は、本発明による弁開閉機構の
基本的構成と動作の状態を示す。 （Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、ｌはカム７は弁、Ｖ
ＣＬは弁間隙最大、Ｖｃ．は弁間隙最小’Ｖｃｚは、弁
間隙ゼロである。 第６図、第７図はカムフ才ロワーの構成と作動を示して
いる。 （Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、ｌはカム２は揺動力
ムフォロワー、３はロッカーアームを示している。 第８図、第９図は揺動可能なカムフォロワーを持たない
場合に発生する機械的な不具合につついて説明するもの
でり、本発明においてこの機構は不可欠な機能である。 （Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、ｌはカム、２はカム
フォロワー、３はロッカーアームを示している。 第１ 図 二一・イー．システム株式会社 代表者　横　山　　宏 第 ３ 図 第 ５ 図 （Ｂ） （Ａ） 第 ４ 図 （Ｂ） （Ａ） 第 ６ 図 第 ７ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ４サイクル内燃機関においては、通常シリンダ燃焼室内
   に２種の弁、すなわち燃料混合ガスの吸気をおこなう吸
   気弁と爆発後の排気をおこなう排気弁を備えている。こ
   れらの弁は、シリンダ内のピストンの運動と関連して開
   閉するため、ピストンの直線運動を回転運動に変換する
   クランク軸と関連して回転する偏芯カム軸によって開閉
   動作が与えられている。 本発明は、これらの弁の開閉時間を無段階に変えるため
   に、偏芯量が連続的に変化する偏芯カムと、偏芯カムの
   運動を円滑に伝達するカムフォロワーの構造ならびに適
   切な偏芯量を設定する位置決め機構により構成されるこ
   とを特長とする動弁装置である。 １、基礎円を形成する径が共通で、偏芯量が異なる偏芯
   カムを両端面に配し、両端面のカムを結ぶ外周面で形成
   された弁作動用偏芯カムの形状。 ２、回転中の弁作動用偏芯カムの外周面をトレースし、
   常時線接触を維持できるよう揺動機能を有するカムフォ
   ロワーの構造。 ３、最適な弁の開閉間隙を得るための偏芯カムの偏芯量
   をカム軸、またはクランク軸の回転数に応じて決定し、
   弁作動用偏芯カム軸の位置決めをおこなう機構。