JPH0312208B2 - - Google Patents

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ポー
ト、或いは排気ポートの開閉を行なう動弁機構に
関し、特に回転速度範囲に応じてその作動時期を
可変とするように弁休止機構により制御されるバ
ルブに対する閉弁方向付勢力の可変装置を具備し
てなる内燃機関の動弁機構に関する。

〈従来の技術〉 燃焼室への混合気の送給、及び燃焼ガスの排出
を所定のサイクルに応じて行なわせるために、４
サイクルエンジンの燃焼室は吸気バルブと排気バ
ルブとを備えており、これら両バルブは、バルブ
ステムを囲繞するように設けられたバルブスプリ
ングにより常時閉弁方向に付勢されている。更に
これら両バルブは、エンジンのクランクシヤフト
からベルト・プーリなどを用いて連結駆動される
カムシヤフトに一体的に設けられたカムにより、
上記したバルブスプリングの付勢力に抗して強制
的に押開けられるようにされている。

一方、気筒毎に複数の吸気バルブ或いは排気バ
ルブを設け、低速運転時には一方の吸気バルブ、
或いは排気バルブを作動させ、高速運転時にはす
べてのバルブを作動させ、同時にこれらバルブの
作動タイミングをエンジンの回転速度に応じて変
化させることにより、広い運転範囲に亘つて燃焼
室への混合気の充填効率を向上させる技術が、本
出願人による特開昭61−19911号公報などに提案
されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかるに、上記したような弁作動時期切換装置
を備えた動弁機構の場合、動弁機構の運動を規制
するバルブスプリングの付勢力の設定が極めて厄
介になる。即ち、高速回転域に適合させてバルブ
スプリングの付勢力を設定すると、低速回転作動
時の動弁系フリクシヨンが不必要に増大すると共
に、カムやロツカアームの摺動面に加わる面圧が
増大し、摩耗や燃費悪化をきたす不都合が生じ、
作動フリクシヨンを低減すべくばね定数を低く設
定すると、高速回転作動時にカムの回転に対して
バルブが追従できず、所謂バルブジヤンプ現象を
引起す。また、バルブタイミングを変化させると
同時にバルブリフト量を増大させると、バルブス
プリングの撓み量の増大に伴つてばね荷重が増大
し、カムに対する面圧が増大することから、カム
摺動面の幅を大きくとらねばならず、軽量化を阻
害する一因ともなつていた。

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の
主な目的は、開弁作動特性の可変装置を有する動
弁機構に於て、広い運転範囲に亘る良好な動弁系
の追従性を確保すると同時に、カム面圧を好適に
抑制することの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、燃焼室の
吸気ポート或いは排気ポートに設置され、所定の
ばね定数を有するばね手段により常時閉弁付勢さ
れると共に、クランク軸と同期回転するカムによ
り開弁駆動され、かつ回転速度に応じてその開弁
作動特性を可変し得るようにしてなる内燃機関の
動弁機構であつて、前記ばね手段に対して直接
的、或いは間接的に流体圧を作用させることによ
り、所定弁リフト時における前記ばね手段のばね
荷重を変化させるための流体加圧装置を備え、少
なくとも低速作動域におけるばね荷重よりも、高
速作動域におけるばね荷重の方を大きくすべく、
前記ばね手段に作用する流体加圧装置の流体圧
が、高速作動域においてより大きくされることを
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。

特に、前記開弁作動特性を変化させる第１のエ
ンジン回転速度よりも、前記ばね反力を変化させ
る第２のエンジン回転速度の方を高くすると良
い。

〈作用〉 このようにすれば、慣性力が比較的低い低速運
転域に於ける閉弁付勢力を小さく設定し得るた
め、カム面圧と同時に、フリクシヨンをも低減す
ることができる。

慣性力が増大する高速運転域は、流体加圧装置
により閉弁付勢力を増大させ、これにより高速運
転域に於ける動弁系の追従性をより一層向上し得
る。また、バルブリフト量の最大状態を基準にし
てばね手段の基本ばね荷重を設定しておき、バル
ブスプリングの撓み量が少なくなるバルブリフト
量の最小状態下に於いては、流体圧にてばね荷重
を補正するようにすることができる。

〈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、図示されないエンジ
ン本体には、一対の吸気バルブ１ａ，１ｂが設け
られており、これら両吸気バルブ１ａ，１ｂは、
クランクシヤフト（図示せず）の1/2の速度で同
期駆動されるカムシヤフト２に一体的に設けられ
た卵形断面をなす一対の低速用カム３ａ，３ｂ及
び単一の高速用カム４と、これらカム３ａ，３
ｂ，４に係合して揺動運転を行なうカムフオロワ
としての第１〜第３ロツカアーム５〜７との働き
により開閉動作を行なうようにされている。ま
た、本エンジンには、一対の排気バルブ（図示せ
ず）が備えられており、上記した吸気バルブ１
ａ，１ｂと同様に開閉駆動される。

第１〜第３ロツカアーム５〜７は、カムシヤフ
ト２の下方に該カムシヤフト２に平行に固設され
たロツカシヤフト８に揺動自在なように互いに隣
接して枢支されているが、第１及び第３ロツカア
ーム５，７は基本的に同一形状とされ、その基部
がロツカシヤフト８に枢支され、それぞれの遊端
部が両吸気バルブ１ａ，１ｂの上方に延出されて
いる。これら両ロツカアーム５，７の遊端部に
は、各吸気バルブ１ａ，１ｂの上端に当接するタ
ペツトねじ９ａ，９ｂがそれぞれ進退可能なよう
に螺着されており、該タペツトねじはロツクナツ
ト１０ａ，１０ｂにより緩み止めされている。

第２ロツカアーム６は、第１及び第３ロツカア
ーム５，７間でロツカシヤフト７に枢支されれて
いる。この第２ロツカアーム６は、ロツカシヤフ
ト８から両吸気バルブ１ａ，１ｂの中間に向けて
僅かに延出されており、第２図に良く示されてい
るように、その上面には高速用カム４に摺接する
カムスリツパ６ａが形成され、その端部下面に
は、後記する荷重装置１１のリフタ１２の上端面
が当接している。

前記したようにカムシヤフト２は、エンジン本
体の上方に回転自在なように枢支されており、第
１、第３ロツカアーム５，７に対応する低速用カ
ム３ａ，３ｂと、第２ロツカアーム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。そし
て第３図に良く示されているように、低速用カム
３ａ，３ｂは比較的小さな揚程を有し、エンジン
の低速運転時に適合したカムプロフイルに形成さ
れており、第１、第３ロツカアーム５，７の上面
に形成されたカムスリツパ５ａ，７ａにその外周
面を摺接し得るようにされている。高速用カム４
は、低速用カム３ａ，３ｂに比して、より広角度
に亘る大きな揚程を有した高速運転時に適合した
カムプロフイルに形成されており、前記した第２
ロツカアーム６のカムスリツパ６ａにその外周面
を摺接し得るようにされている。尚、第３図に於
て荷重装置１１は図示省略されている。

これら第１〜第３ロツカアーム５〜７は、第４
図及び第５図に示すように、各ロツカアーム５〜
７の中央部を貫通してロツカシヤフト８と平行に
穿通された孔内に装着された後記する連結装置１
３により、一体的に揺動し得る状態と、相対変位
し得る状態とを切換可能なようにされている。

第２図に良く示すように、流体加圧装置として
の荷重装置１１は、シリンダヘツド１４内に両吸
気バルブ１ａ，１ｂ（第２図に於ては図示省略）
の摺動軸線に対して略平行に穿設されたガイド孔
１５と、ガイド孔１５に摺合したリフタ１２と、
リフタ１２を常時上向きに付勢するコイルばね１
６と、該コイルばね１６の下端と、ガイド孔１５
下部の拡径部１５ａの底壁面との間に挾設された
ピストン１７とからなつている。

ピストン１７は、ガイド孔の拡径部１５ａに液
密に摺合しており、ガイド孔１５の底壁に開口し
た油圧ポート１８から、油路１９を介して図示さ
れない油圧発生源から供給される圧油の作用によ
り、拡径部１５ａの内周面に沿つて上方に変位し
得るようにされている。

一方、両吸気バルブ１ａ，１ｂの上部には、リ
テーナ２５ａ，２５ｂがそれぞれ設られており、
これらリテーナ２５ａ，２５ｂとエンジン本体と
の間に、両吸気バルブ１ａ，１ｂのステム部を囲
繞するバルブスプリング２６ａ，２６ｂが介装さ
れており、両バルブ１ａ，１ｂを閉弁方向、即ち
第３図に於ける上方に向けて付勢している。

第４図及び第５図に良く示されているように、
第１ロツカアーム５には、第２ロツカアーム６側
に向けて開放する第１ガイド孔２７が、ロツカシ
ヤフト８に平行して穿設されている。この第１ガ
イド孔２７の底部側は、縮径された小径部２８が
形成され、これに伴い段部２９が形成されてい
る。

第２ロツカアーム６には、第１ロツカアーム５
の第１ガイド孔２７に連通する第２ガイド孔３０
が両側面間を貫通して穿設されている。

第３ロツカアーム７には、第２ガイド孔３０に
連通する第３ガイド孔３１が穿設されている。こ
の第３ガイド孔３１の底部側は、第１ガイド孔２
７と同様に段部３２と小径部３３とが形成され、
更に第３ガイド孔３１の底壁を貫通する小径の挿
通孔３４が、第３ガイド孔３１と同心にて穿設さ
れている。

これら第１〜第３ガイド孔２７，３０，３１の
内部には、第１及び第２ロツカアーム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３５と、第２及び第３ロツカ
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３６と、両
ピストン３５，３６の移動を規制するストツパ３
７と、両ピストン３５，３６を連結位置側に付勢
する第１コイルばね３８と、第１コイルばね３８
よりも強い付勢力をもつて両ピストン３５，３６
を連結解除位置側に付勢する第２コイルばね３９
とが装着されている。

第１ピストン３５は第１ガイド孔２７と第２ガ
イド孔３０に摺合し、これにより第１ガイド孔２
７の底面と第１ピストン３５の端面との間に油圧
室４０が郭成されている。また、ロツカシヤフト
８内には、図示されない油圧供給装置に連通する
油路４１が穿設されており、第１ロツカアーム５
に油圧室４０に連通するように穿設された油路４
２と、ロツカシヤフト８の周壁に穿設された連通
孔４３とを介して、第１ロツカアーム５の揺動状
態の如何に拘らず、常に作動油を油圧室４０内に
供給し得るようにされている。

第１ピストン３５の軸線方向寸法は、その一端
が第１ガイド孔２７内の段部２９に当接した際
に、その他端が第１ロツカアーム５の第２ロツカ
アーム６に臨む側面から突出しないように設定さ
れている。

第２ピストン３６は、その軸線方向寸法を第２
ガイド孔３０の全長に等しくされており、第２ガ
イド孔３０と第３ガイド孔３１とに摺合し得るよ
うにされている。

ストツパ３７は、一端に第３ガイド孔３１に摺
合する円板部３７ａが形成され、他端に小径孔３
４に挿通する案内棒４４が形成されている。更に
ストツパ３７の円板部３７ａと第３ガイド孔３１
の小径部３３の底部との間には、案内棒４４を外
囲して前記した第２コイルばね３９が介装されて
いる。

次に以上説明した本装置の作動の要領について
説明する。

先ず、第４，５図を参照して、エンジンの中低
速度域にあつては、連結装置１３の油圧室４０に
は油圧が供給されず、各ピストン３５，３６は第
２コイルばね３９の付勢力により第４図に示すよ
うに各ガイド孔２７，３０内に整合し、従つて各
ロツカアーム５〜７は互いに相対角変位が可能で
ある。

このような連結装置１３の連結解除状態にあつ
ては、カムシヤフト２の回転動作により、第１、
第３ロツカアーム５，７は低速用カム３ａ，３ｂ
との摺接に応じて揺動し、両吸気バルブ１ａ，１
ｂがその開弁時期を遅くすると共に閉弁時期を早
くし、しかもリフト量も小さくして開閉駆動され
る。この時、第２ロツカアーム６は高速用カム４
との摺接により揺動するが、その揺動動作は両吸
気バルブ１ａ，１ｂの作動に何の影響も及ぼさな
い。

一方、荷重装置１１のピストン１７に対して油
圧は作用せず、ガイド孔１５内に縮設された圧縮
コイルばね１６の初期撓み量も比較的小さくされ
ていることから、第２ロツカアーム６が高速用カ
ム４に向けて常時付勢されているものの、ロツカ
シヤフト２に対するフリクシヨンとしては極めて
小さい範囲に抑えられている（第２図）。

エンジンの高速運転に際しては、連結装置１３
の油圧室４０に作動油圧が供給される。これによ
り、第５図に示されるように、第１ピストン３５
は、第２コイルばね３９の付勢力に抗して第２ロ
ツカアーム６側に移動し、第２ピストン３６は、
第１ピストン３５に押されて第３ロツカアーム７
側に移動する。この結果、ストツパ３７の円板部
３７ａが段部３２に当接するまで第１及び第２ピ
ストン３５，３６が共に移動し、第１ピストン３
５により第１及び第２ロツカアーム５，６が連結
され、第２ピストン３６により第２及び第３ロツ
カアーム６，７が連結される。

以上のようにして、第１〜第３ロツカアーム５
〜７が連結装置１３により相互に連結された状態
にあつては、高速用カム４に摺接した第２ロツカ
アーム６の揺動量が最も大きくなることから、第
１及び第３ロツカアーム５，７は第２ロツカアー
ム６と共に揺動する。従つて、両吸気弁１ａ，１
ｂが、高速用カム４のカムプロフイルに従つてそ
の開弁時期を早くすると共に閉弁時期をも遅く
し、しかもリフト量も大きくして共に開閉駆動さ
れる。

低速度域に於ては、バルブ及びロツカアームの
運動速度も比較的低く、閉弁付勢力についても相
対的に小さくて良い。しかしながら、エンジン速
度の増大に従い、第１〜第３ロツカアーム５〜７
を連結させると、バルブ及びロツカアームの運動
速度も高速となる上、これら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ロツカアーム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ずる。

そこで本発明によれば、例えば速度信号により
開閉駆動される方向切換電磁弁などにより、或る
設定速度以上に於て油路１９を油圧発生源と連通
するようにしている。そして油圧ポート１８より
圧油を導入すると、ピストン１７が、ガイド孔１
５ａを拡径することにより形成された段部１５ｂ
に当接するまで上方に押上げられ、それに伴いコ
イルばね１６が押縮められる結果、第２ロツカア
ーム６に対する上向きの付勢力が増大するように
されている。

第６図は上記実施例の制御のタイミングと、カ
ムとカムスリツパ間の面圧の変化とを示してい
る。

両バルブスプリング２６ａ，２６ｂを全速度域
に対応させたばね定数に設定し、バルブタイミン
グのみを所定回転数N1にて切換えるようにした
場合、第６図に破線にて示したように、低速域に
於ける面圧が比較的高くなると同時に、フリクシ
ヨンの増大をも招くことが解る。

カム面圧は速度の増大に従い減少するが、バル
ブタイミングの切換によりバルブリフト量が増大
すると、カム面圧も急激に増大する。この時の最
大面圧P1が高速カム４と第２ロツカアーム６と
に作用することから、この場合、カムとカムスリ
ツパとの接触面積を相対的に大きくとる必要が生
ずる。

第６図に実線にて本実施例による面圧の変化を
示している。

先ず、両バルブスプリング１ａ，１ｂのばね定
数を中低速度域にのみ対応させて比較的低く設定
することにより、低速度域に於けるカム面圧も低
く抑えられている。従つて、第１のエンジン回転
速度N1にてバルブタイミングを切換えた時の最
大面圧P2も相対的に低く抑えられる。

次に第２のエンジン回転速度N2にて荷重装置
１１により第２ロツカアーム６に対する付勢力を
付加すると、再びカム面圧が増大するが、バルブ
タイミングの切換時点（N1）に比して面圧の増
大を低いレベルに抑えることができる。

第７図は第２の実施例として、上記した第１の
実施例に対する変形実施例を示している。以下第
１の実施例に対応する部分には同一の符号を付
し、詳細な説明を省略する。

本実施例に於ては、第１の実施例に於てピスト
ン１７に付与した油圧力に代えて、リフタ１２に
対してガイド孔１５の低壁から、通路２０を介し
て空気圧を付与するようにしている。

本実施例の場合、空気圧がばねとして作用する
ことから、空気の圧縮圧力を変化させることによ
り、ばね定数を適宜に変化させることができる。

第８図は本発明に基づく第３の実施例を示して
いる。本実施例は、シリンダヘツド１４のバルブ
スプリング保持部にシリンダ部５０を形成し、バ
ルブステム５１を囲繞して設けられたバルブスプ
リング２６ａ，２６ｂの下端とシリンダ部５０の
底壁との間に、シリンダ部５０に液密に摺合する
スプリングシート５２をバルブステム５１の軸線
に沿つて摺動自在なように設け、スプリングシー
ト５２の下面にシリンダヘツド１４内に形成され
た油路１９を介して油圧を作用させることによ
り、バルブスプリング２６ａ，２６ｂの初期撓み
量が変化するようにされたものである。

本実施例に於ても、第１の実施例に示した荷重
装置１１と同様にして制御され、吸気バルブ１
ａ，１ｂの閉弁付勢力が変化する。

第９図は第４の実施例であり、上側のバルブス
プリングリテーナ５３を、ピストン状に形成した
上でシリンダヘツド１４に形成した内筒面５４に
摺合させ、シリンダヘツド１４内に穿設された通
路２０を介してバルブスプリングリテーナ５３の
内面に空気圧を作用させ、第２の実施例と同様に
して圧縮空気の反発力を、コイルばねからなるバ
ルブスプリング２６ａ，２６ｂに対して付加する
ようにされている。

第１０図は、第５の実施例であり、リフタガイ
ド５６の下部に穿設された通路２０を介してピス
トン式ダイレクトリフタ５５の内側に空気圧を作
用させることにより、カムシヤフト２によるダイ
レクト駆動に対応可能にしたものである。本実施
例も、上記した第４の実施例と同様な効果が得ら
れる。

尚、本発明は第１の実施例で説明した気筒当り
複数の吸気バルブを有する形式のものについての
みならず、単一のバルブであつても同様に実施す
ることが可能であり、また可変バルブタイミング
のみならず、弁休止機構と組合せて実施すること
もできる。即ち、常時作動側のバルブスプリング
の付勢力を一方のバルブが休止している時には弱
く設定し、両バルブが共に作動する領域では強く
設定することにより、上記と同様な効果を得るこ
とが可能である。

また、バルブタイミングの切換回転速度、及び
バルブスプリング荷重の切換回転速度は、エンジ
ンの運転特性に応じて適宜に定めれば良い。

〈発明の効果〉 このように、本発明によれば、エンジンの運転
速度に応じてバルブタイミングの切換と、バルブ
スプリング付勢力の切換とを適宜行なうものとす
ることにより、カム面圧を低いレベルに抑えるこ
とが可能であることから、カム幅を削減すること
が可能である。しかも、低速域に於けるフリクシ
ヨンの削減と高速域に於ける動弁系の追従性の向
上とを達成することができ、より広範囲に亘るエ
ンジンの運転特性の向上を図る上で大きな効果が
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が適用された
動弁系回りを一部切除して示す上面図である。第
２図は第１図に於ける−線に沿う断面図であ
る。第３図は第１図に於ける矢視図である。第
４図は低速運転時を示す第３図に於ける−線
に沿う断面図である。第５図は高速運転時を示す
第４図と同様な断面図である。第６図はカム面圧
の変化を示すグラフである。第７図は第２の実施
例を示す第２図と同じ位置から見た部分的な断面
図である。第８図〜第１０図はそれぞれ別の実施
例を示す要部断面図である。 １ａ，１ｂ……吸気バルブ、２……カムシヤフ
ト、２ａ……隆起部、３……低速用カム、４……
高速用カム、５……第１ロツカアーム、６……第
２ロツカアーム、５ａ，６ａ……カムスリツパ、
７……第３ロツカアーム、７ａ……当接面、８…
…ロツカシヤフト、９ａ，９ｂ……タペツトね
じ、１０ａ，１０ｂ……ロツクナツト、１１……
荷重装置、１２……アーム、１３……連結装置、
１４……シリンダヘツド、１５……ガイド孔、１
５ａ……拡径部、１５ｂ……段部、１６……コイ
ルばね、１７……ピストン、１８……油圧ポー
ト、１９……油路、２０……通路、２５ａ，２５
ｂ……リテーナ、２６ａ，２６ｂ……バルブスプ
リング、２７……第１ガイド孔、２８……小径
部、２９……段部、３０……第２ガイド孔、３１
……第３ガイド孔、３２……段部、３３……小径
部、３４……挿通孔、３５……第１ピストン、３
６……第２ピストン、３７……ストツパ、３７ａ
……円板部、３８……第１コイルばね、３９……
第２コイルばね、４０……油圧室、４１，４２…
…油路、４３……連通孔、４４……案内棒、５０
……シリンダ部、５１……バルブステム、５２…
…スプリングシート、５３……ピストン式バルブ
スプリングリテーナ、５４……内筒面、５５……
ダイレクトリフタ、５６……リフタガイド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 燃焼室の吸気ポート或いは排気ポートに設置
   され、所定のばね定数を有するばね手段により常
   時閉弁付勢されると共に、クランク軸と同期回転
   するカムにより開弁駆動され、かつ回転速度に応
   じてその開弁作動特性を可変し得るようにしてな
   る内燃機関の動弁機構であつて、 前記ばね手段に対して直接的、或いは間接的に
   流体圧を作用させることにより、所定弁リフト時
   における前記ばね手段のばね荷重を変化させるた
   めの流体加圧装置を備え、 少なくとも低速作動域におけるばね荷重より
   も、高速作動域におけるばね荷重の方を大きくす
   べく、前記ばね手段に作用する流体加圧装置の流
   体圧が、高速作動域においてより大きくされるこ
   とを特徴とする内燃機関の動弁機構。 ２ 前記開弁作動特性と前記ばね荷重とが段階的
   に変化し得ると共に、前記開弁作動特性を変化さ
   せる第１のエンジン回転速度よりも、前記ばね荷
   重を変化させる第２のエンジン回転速度の方が高
   くされてい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 前記動弁機構が、前記吸気ポート或いは排気
   ポートを開閉可能なバルブと、該バルブに直接設
   けられた第１のばねと、該第１のばねとは別個に
   設けられた第２のばねとを有し、前記第２のばね
   に前記流体加圧装置の流体圧を作用させてばね荷
   重を変化させることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項若しくは第２項に記載の内燃機関の動弁機
   構。 ４ 前記動弁機構が、ヘツド部とステム部とを有
   するバルブと、前記ステム部を外囲する圧縮コイ
   ルばねとを備え、前記コイルばねのいずれか一方
   のばね座の端部に前記流体加圧装置の流体圧を作
   用させるようにしてなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項若しくは第２項に記載の内燃機関
   の動弁機構。 ５ 前記流体圧が油圧であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載
   の内燃機関の動弁機構。 ６ 前記流体圧が空気圧であること特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載
   の内燃機関の動弁機構。