JPH04353204A - ４サイクルエンジンの動弁装置 - 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】

【０００１】〔発明の目的〕

【０００２】

【産業上の利用分野】この発明は、運転状況に応じて吸
・排気バルブのリフト量や開弁時期等を変化させること
ができる４サイクルエンジンの動弁装置に係り、特にロ
ッカアーム先端部同士の接触面の角度設定に関する。

【０００３】

【従来の技術】一般に、自動車および自動二輪車等の車
両に搭載される４サイクルエンジンでは、燃焼室上方に
吸・排気バルブが配設されており、これらのバルブは動
弁装置によって駆動される。すなわち、上記動弁装置は
、エンジンのクランクシャフトに連動するカムシャフト
を備え、このカムシャフトに形成されたカムによって上
記吸・排気バルブを所定のタイミングで上下動させてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記４サイ
クルエンジンは、低回転数域から中・高回転数域にかけ
ての広い回転数域内で高い出力が得られること、つまり
パワーバンドが広帯域であることが望ましい。

【０００５】しかし、従来の動弁装置では、バルブの開
閉タイミングおよびリフト量が固定されているため、特
定のエンジン回転数域でピーク値を有する出力特性しか
得られず、したがって低回転数域の出力特性に重点を置
くか、もしくは中・高回転数域の出力特性に重点を置く
かの選択を余儀なくされる。

【０００６】この発明は、上述の事情を考慮してなされ
たものであり、広い回転数域内で出力を向上させること
ができると共に、ロッカシャフト駆動源の大型化を防止
しつつ、第１カムと第２および第３カムとのカムプロフ
ィールの差を適切な値に確保して、それぞれのカムによ
り決定されるバルブリフトカーブをエンジン回転数に良
好に適合させたものとすることができる４サイクルエン
ジンの動弁装置を提供することを目的とする。 〔発明の構成〕

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、回動可能に
支持されるとともにエキセントリック大径部が形成され
たロッカシャフトと、このロッカシャフトに直接嵌挿さ
れて分岐先端部が形成された第１のロッカアームと、こ
の第１のロッカアームの両側に配置されて上記エキセン
トリック大径部に嵌挿された第２および第３のロッカア
ームと、上記第１、第２および第３のロッカアームをそ
れぞれ駆動する第１、第２および第３のカムと、を有し
、上記第２および第３のカムが同じカムプロフィールに
形成され、上記第１のカムのカムプロフィールが上記カ
ムプロフィールと異なって形成されるとともに、上記第
２および第３のロッカアームの先端部と上記第１のロッ
カアームの分岐先端部とが上下に重ね合され、このうち
下方に位置した上記端部が吸・排気バルブの頭部に当接
可能に設けられ、さらに、上記先端部と上記分岐先端部
との接触面が上記吸・排気バルブの軸線に対し（９０±
３０）°の角度に設定されたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】したがって、この発明に係る４サイクルエンジ
ンの動弁装置によれば、ロッカシャフトを所定角度回転
させてエキセントリック大径部を回転させることにより
、上記第２および第３ロッカアームのカムフロア面を第
１ロッカアームのカムフロア面に対し上下方向に相対的
に位置変化させる。第２および第３ロッカアームのカム
フロア面を第１ロッカアームのカムフロア面に対し下方
へ位置変化させたときには、第２および第３ロッカアー
ムと第２および第３カムとの当接が解除され、第１ロッ
カアームと第１カムとが当接して、４サイクルエンジン
のバルブはこの第１カムにより駆動する。

【０００９】また、第２および第３ロッカアームのカム
フロア面を第１ロッカアームのカムフロア面に対しほぼ
上方へまたは同一位置に位置変化させたときには、第１
ロッカアームと第１カムとの当接が解除され、第２およ
び第３ロッカアームと第２および第３カムとがそれぞれ
当接して、４サイクルエンジンのバルブはこの第２およ
び第３のカムにより作動する。このようにロッカシャフ
トを回動させることによるカムの選択によって、広い回
転数域に亘りエンジン出力を向上させることができる。

【００１０】さらに、第２および第３ロッカアームの先
端部と第１ロッカアームの分岐先端部との接触面が吸・
排気バルブの軸線に対し（９０±３０）°の角度に設定
されたので、第２および第３ロッカアームが第１ロッカ
アームに対して変位する相対変位量、並びにロッカシャ
フトの回動に要求されるロッカシャフト回動要求トルク
を共に適正化できる。このように、ロッカシャフト回動
要求トルクが適正化されたので、ロッカシャフト回動駆
動源の大型化を防止でき、また第２および第３ロッカア
ームの第１ロッカアームに対する相対変位量が適正化さ
れたので、第２および第３カムの第１カムに対するカム
プロフィールの差を適正な値に確保でき、それぞれのカ
ムにより決定されるバルブリフトカーブをエンジン回転
数に良好に適合させたものとすることができる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
説明する。

【００１２】図２は、この発明に係る４サイクルエンジ
ンの動弁装置の一実施例を示す斜視図である。

【００１３】この動弁装置は、エンジンの１つのシリン
ダにおける吸気側と排気側にそれぞれ配設される。した
がって、図２に示すバルブ１，２は吸気または排気を行
なうために配置されている。

【００１４】この一実施例は、第１カムとしての低速用
カム３、並びにこの低速用カム３の一側方および他側方
にそれぞれ配置された第２カムとしての中高速用カム４
および第３カムとしての同じく中高速用カム５を有した
カムシャフト６と、カム３，４および５のそれぞれの下
方に位置された第１ロッカアームとしての低速用ロッカ
アーム７、第２ロッカアームとしての中高速用ロッカア
ーム８および第３ロッカアームとしての同じく中高速用
ロッカアーム９と、これらのロッカアーム７，８および
９の支持部７ａ，８ａおよび９ａが嵌挿され、かつ図示
しないシリンダヘッドのロッカシャフト軸受部によって
回動自在に支承されたロッカシャフト１１と、を備えて
構成される。

【００１５】低速用ロッカアーム７の先端は２方に分岐
し、これらの両分岐先端部７ｂは、図示しないエンジン
の燃焼室を開閉する上記吸・排気バルブ１および２のス
テム頭部にそれぞれ当接可能に構成される。また、低速
用ロッカアーム７の支持部７ａは、ロッカシャフト１１
に直接嵌挿されて、回転可能に設けられる。

【００１６】中高速用ロッカアーム８の支持部８ａは、
ロッカシャフト１１よりも大径の偏心ブッシュ１２を介
して、ロッカシャフト１１に対し回転可能に嵌挿される
。この偏心ブッシュ１２は、図４および図１に示す如く
、軸心Ｐ，Ｑがロッカシャフト１１の中心Ｏから偏心し
ており、位置決め固定ピン１０によってロッカシャフト
１１に着脱自在に固定される。したがって、この偏心ブ
ッシュ１２は、ロッカシャフト１１におけるエキセント
リック大径部として機能する。

【００１７】図３に示す如く、中高速用ロッカシャフト
９の支持部９ａも、上記偏心ブッシュ１２と同一の形状
を有しかつ同一方向に偏心する偏心ブッシュ１３を介し
て、ロッカシャフト１１に対し回転可能に嵌挿される。 この偏心ブッシュ１３も位置決め固定ピン１０によりロ
ッカシャフト１１に着脱自在に固定され、エキセントリ
ック大径部として機能する。

【００１８】ここで、偏心ブッシュ１２および１３の軸
心Ｐは、厚肉頂部１２ａおよび１３ａが斜め内方へ位置
（図４）したエンジン低回転数域における軸心であり、
また、軸心Ｑは、厚肉頂部１２ａおよび１３ａが斜め外
方位置に位置（図１、図５）したエンジン中・高回転数
域における軸心である。

【００１９】また、中高速用ロッカアーム８および９の
各先端部８ｂおよび９ｂの下面は、低速用ロッカアーム
７の一方および他方の分岐先端部７ｂ上に、シム１４ａ
を介してそれぞれ当接される。これらの低速用ロッカア
ーム７の分岐先端部７ｂと中高速用ロッカアーム８およ
び９の先端部８ｂおよび９ｂとの接触部分は、吸・排気
バルブ１および２の略軸線ｍ上に設定される。

【００２０】したがって、図４に示すように、低速用カ
ム３が低速用ロッカアーム７のカムフロア面７ｃを押下
して、その各分岐先端部７ｂを下降させた場合（低速用
カム３の作動時）、ロッカアーム８および９の各先端部
８ｂおよび９ｂは、重力によりこの分岐先端部７ｂに追
従して下降する。一方、図１および図５に示すように、
中高速用カム４および５が中高速用ロッカアーム８およ
び９のカムフロア面８ｃおよび９ｃをそれぞれ押下した
場合（中高速用カム４および５の作動時）には、これら
のロッカアーム８および９の先端部８ｂおよび９ｂが低
速用ロッカアーム７の各分岐先端部７ｂを押下すること
から、この分岐先端部７ｂが強制的に下降される。

【００２１】なお、上記シム１４ａは、縦断面Ｔ字形状
のシムであり、低速用ロッカアーム７の両分岐先端部７
ｂに上方から嵌装される。また、吸・排気バルブ１およ
び２のバルブステム頭部に有蓋円筒形状のシム１４ｂが
被冠され、このシム１４ｂに、低速用ロッカアーム７の
分岐先端部７ｂ下面が当接する。これらのシム１４ａお
よび１４ｂはバルブのタペットクリアランス調整用に用
いられる。

【００２２】また、前記カム３，４および５のうち、中
高速用カム４および５は同一のカムプロフィールを有し
、また低速用カム３はこれらの中高速用カム４および５
のカムプロフィールとは異なるカムプロフィールを有す
る。つまり、低速用カム３は、エンジンが低回転数域で
運転されているときに適したバルブリフト量および開閉
弁時期が得られるようにそのカムプロフィールが設定さ
れる。また、中高速用カム４および５は、エンジンが中
・高回転数域で運転されているときに適したバルブリフ
ト量および開閉弁時期が得られるようにそのカムプロフ
ィールが設定される。

【００２３】上記バルブリフト量は、吸・排気バルブ１
および２のストローク長であり、カムプロフィールによ
って決定される。図６には、低速用カム３のカムプロフ
ィールにより決定されるバルブリフトカーブを実線Ａ（
バルブリフト量ｌａ）で示し、また中高速用カム４およ
び５のカムプロフィールにより決定されるバルブリフト
カーブを破線Ｂ（バルブリフト量ｌｂ）で示している。 この図６から明らかなように、中高速用カム４および５
は、低速用カム３よりも大きなバルブリフト量が得られ
るようにそのカムプロフィールが設定されている。 ここで、バルブリフト量の差ｈ（ｈ＝ｌｂ−ｌａ）は、
図１に示す低速用カム３と中高速用カム４および５との
カムプロフィールの差Ｈに対応する。

【００２４】ところで、図２に示すように、ロッカシャ
フト１１の回動は、エンジンからの油圧によって作動す
るロッカシャフト回動駆動源としての油圧シリンダ１５
によってなされる。この油圧シリンダ１５のピストン（
図示せず）にラック１６が連結され、このラック１６が
、ロッカシャフト１１の一端部に形成されたピニオン１
７に噛み合される。また、油圧シリンダ１５には、低速
用油圧ポート１８および高速用油圧ポート１９がそれぞ
れ設けられ、それぞれのポート１８，１９に選択的にエ
ンジンからの油圧が導かれる。

【００２５】エンジン回転数が低回転数域にあるときに
は、低速用油圧ポート１８へ油圧が供給され、ラック１
６は引き戻され、ピニオン１７は矢印Ｍ方向（図２）に
回転されて、偏心ブッシュ１２および１３は図４に示す
ように、その厚肉頂部１２ａおよび１３ａが斜め内方へ
位置するよう回動する。また、エンジン回転数が中・高
回転域にあるときには、中高速用油圧ポート１９へ油圧
が供給されて、ラック１６は押し出され、ピニオン１７
は矢印Ｎ方向（図２）へ回動されて、偏心ブッシュ１２
および１３は図１および図５に示すように、その厚肉頂
部１２ａおよび１３ａが斜め外方へ位置するよう回動す
る。このように、ロッカシャフト１１は、油圧シリンダ
１５、ラック１６およびピニオン１７の作動により、偏
心ブッシュ１２および１３の軸心Ｐ，Ｑが常時ロッカシ
ャフト１１の上半側を移動するよう構成される。

【００２６】さて、中高速用ロッカアーム８および９の
先端部８ｂおよび９ｂは低速用ロッカアーム７の分岐先
端部７ｂ上にシム１４ａを介し接触して載置されるが、
その接触面Ｓが吸・排気バルブ１，２の軸線ｍに対する
角度αは（９０±３０）°に設定される。

【００２７】一般に、低速用カム３により決定されるバ
ルブリフトカーブ（バルブリフト量、バルブタイミング
）Ａ（図６）と、中高速用カム４および５により決定さ
れるバルブリフトカーブＢ（図６）とは、それぞれのエ
ンジン回転数に最適となるよう決定するのが望ましい。 この場合には、それぞれのバルブリフトカーブＡ，Ｂの
バルブリフト量ｌａ，ｌｂの差ｈ（ｈ＝ｌａ−ｌｂ）が
大きくなってしまう。この差ｈは、低速用カム３と中高
速用カム４および５とのそれぞれのカムプロフィールの
差Ｈに対応するので、バルブリフト量の差ｈを大きく設
定するにはカムプロフィールの差Ｈを大きく設定する必
要がある。

【００２８】カムプロフィールの差Ｈを大きく設定する
には、中高速用ロッカアーム８および９が低速用ロッカ
アーム７に対して変位する相対変位量Ｋを大きくしなけ
ればならない。何故なら、カムプロフィールの差Ｈと中
高速用ロッカアーム８および９の相対変位量Ｋとの間に
はＫ＞Ｈなる制約があるからであり、その理由は次の通
りである。つまり、エンジン低速回転域においては、中
高速用ロッカアーム８および９が低速用ロッカアーム７
に対し相対的に下方へ変位し、低速用カム３が低速用ロ
ッカアーム７のカムフロア面７ｃに当接して低速用カム
３が作動するが、このとき中高速用カム４および５が中
高速用ロッカアーム８および９のカムフロア面８ｃおよ
び９ｃに当接してはならないから、上記制約Ｋ＞Ｈがあ
るのである。

【００２９】そこで、中高速用ロッカアーム８および９
の相対変位量Ｋを大きくする手段として、低速用ロッカ
アーム７の分岐先端部７ｂと中高速用ロッカアーム８お
よび９の先端部８ｂおよび９ｂとの接触面Ｓのバルブ軸
線ｍに対する角度αを変更させることが有効である。

【００３０】ところが、この角度αを（９０±３０）°
以上に設定すると、中高速用ロッカアーム８および９の
低速用ロッカアーム７に対する相対変位量Ｋが大きくな
るが、ロッカシャフト回動要求トルクが過大となってし
まい、油圧シリンダ１５の大型化を招く。しかし、この
油圧シリンダ１５は、シリンダヘッド（図示せず）内に
設置されるので、スペース上の制約があり、大型化は困
難である。また、角度αを（９０−３０）°以下に設定
すると、ロッカシャフト回動要求トルクは低減するが、
中高速用ロッカアーム８および９の相対変位量Ｋが過小
となり、カムプロフィールの差Ｈを小さく設定しなけれ
ばならない。このカムプロフィールの差Ｈが小さくなる
と、バルブリフト量の差ｈを適正に確保できず、低速用
カム３または中高速用カム４および５により決定される
それぞれのバルブリフトカーブを、特に低速用カム３に
より決定されるバルブリフトカーブをエンジン回転数に
良好に適合し得ないおそれがある。そこで、ロッカアー
ム先端部の接触面Ｓがバルブ軸線ｍに対する角度αを、
上述のように（９０±３０）°の範囲に設定している。

【００３１】次に、作用効果を説明する。

【００３２】エンジンが低回転数域にあるときに、油圧
シリンダ１５の作動によってロッカシャフト１１が図２
の矢印Ｍ方向に回動すると、偏心ブッシュ１２および１
３のそれぞれの厚肉頂部１２ａおよび１３ａが斜め内方
に位置する（図４）。これにより、中高速用ロッカアー
ム８および９のカムフロア面８ｃおよび９ｃが低速用ロ
ッカアーム７のカムフロア面７ｃに対し相対的に下方へ
移動する。したがって、中高速用カム４および５の周面
と中高速用ロッカアーム８および９のカムフロア面８ｃ
および９ｃとの間に隙間が形成されることになり、その
結果、中高速用カム４および５は空転する。

【００３３】また、このとき、低速用ロッカアーム７は
、バルブスプリング２０の付勢力によってロッカシャフ
ト１１の軸心Ｏを中心として常時上方へ押し上げられて
いるので、そのカムフロア面７ｃが低速用カム３の周面
と当接する。したがって、カムシャフト６が回転すると
、吸・排気バルブ１および２は図６に示した低速用カム
３のリフト特性Ａに基づいて上下動する。つまり、バル
ブ１および２は、低エンジン回転数域に適したバルブの
リフト量を確保しつつ、燃焼室を開閉する。

【００３４】一方、エンジンが中・高回転域にあるとき
に、油圧シリンダ１５の作動によってロッカシャフト１
１が図２の矢印Ｎ方向に回転すると、偏心ブッシュ１２
および１３のそれぞれ厚肉頂部１２ａおよび１３ａが斜
め外方に位置する（図１および図５）。これにより、中
高速用ロッカアーム８および９のカムフロア面８ｃおよ
び９ｃが低速用ロッカアーム７のカムフロア面７ｃに対
して相対的に略上方または同一位置まで移動し、このカ
ムフロア面８ｃおよび９ｃがそれぞれ中高速用カム４お
よび５の周面に当接する。

【００３５】ここで、図６に示したように、中高速用カ
ム４および５は低速用カム３よりもカムリフト量が大き
く形成されているので、図１および図５に示す状態下で
カムシャフト６が回転された場合、低速用カム３は空転
し、一方、中高速用カム４および５がそれぞれ中高速用
ロッカアーム８および９を介して、図６のリフト特性Ｂ
に基づき吸・排気バルブ１および２を駆動する。この結
果、吸・排気バルブ１および２は、エンジンの中・高回
転数域に適したバルブリフト量を確保しつつ、燃焼室を
開閉する。

【００３６】上記実施例によれば、低速用カム３にエン
ジンの低回転数域に適したカムプロフィールが形成され
、中高速用カム４および５にエンジンの中・高回転数域
に適したカムプロフィールが形成され、さらにロッカシ
ャフト１１の偏心ブッシュ１２および１３に中高速用ロ
ッカアーム８および９をそれぞれ回動自在に嵌挿し、ロ
ッカシャフト１１に直接低速用ロッカアーム７を嵌挿し
て、ロッカシャフト１１の回動により、低速用カム３と
低速用ロッカアーム７との当接、中高速用カム４および
５と中高速用ロッカアーム８および９とのそれぞれの当
接を選択できるので、バルブ１および２を低速用カム３
あるいは中高速用カム４，５にて選択的に駆動させるこ
とができる。したがって、エンジンの低回転数域から中
・高回転数域にかけての広い回転数域で、４サイクルエ
ンジンの出力を向上させることができる。

【００３７】また、低速用カム３、中高速用カム４およ
び５の選択を偏心ブッシュ１２および１３の回動によっ
て行なっているので、カム３，４，５の選択時に各部に
大きなストレスが生ずることがない。このため、カム３
，４，５をスムーズに選択することができる。

【００３８】さらに、低速用ロッカアーム７の分岐先端
部７ｂと中高速用ロッカアーム８および９の先端部８ｂ
および９ｂとの接触面Ｓが吸・排気バルブ１，２の軸線
ｍに対する角度αを（９０±３０）°に設定しているの
で、中高速用ロッカアーム８および９の低速用ロッカア
ーム７に対する相対変位量Ｋを適切な値にして、低速用
カム３と中高速用カム４および５とのカムプロフィール
の差Ｈを適正な値に確保でき、それぞれのカムにより決
定されるバルブリフトカーブをエンジン回転数に良好に
適合させたものとすることができる。しかも、ロッカシ
ャフト回動要求トルクが過大とならないので、油圧シリ
ンダ１５の大型化を招くこともない。

【００３９】なお、上記実施例では、中高速用カム４お
よび５のカムプロフィールが図６の破線Ｂに示すもので
ある場合につき述べたが、この中高速用カム４および５
のカムプロフィールを図７の破線Ｂ′に示すものとして
、エンジンの中・高回転時におけるバルブ１および２の
リフトを変更してもよい。

【００４０】また、上記実施例では、ロッカシャフト１
１の回転駆動源として油圧シリンダ１５を用いる場合に
つき説明したが、この回転駆動源としてモータを用い、
プーリおよびベルト等の動力伝達手段によってロッカシ
ャフト１１を回転駆動させるようにしてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る４サイク
ルエンジンの動弁装置によれば、回動可能に支持された
ロッカシャフトにエキセントリック大径部が形成され、
第２および第３ロッカアームがこのエキセントリック大
径部に嵌挿されると共に、第１ロッカアームが第２およ
び第３ロッカアームの間に配置されて直接ロッカシャフ
トに嵌挿されたことから、ロッカシャフトの回動による
上記カムの選択によって、広い回転数域に亘りエンジン
出力を向上させることができる。

【００４２】また、第２および第３のロッカアームの先
端部と第１のロッカアームの分岐先端部とが上下に重ね
合され、このうち下方に位置した上記端部が吸・排気バ
ルブの頭部に当接可能に設けられ、さらに上記先端部と
上記分岐先端部との接触面が上記吸・排気バルブの軸線
に対し（９０±３０）°に設定されたことから、ロッカ
シャフト回動要求トルクを適正化してロッカシャフト回
動駆動源の大型化を防止しつつ、第２および第３のカム
の第１のカムに対するカムプロフィールの差を適正化し
て、それぞれのカムにより決定されるバルブリフトカー
ブをエンジン回転数に良好に適合させたものとすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図５の動弁装置を拡大して示す側面図。

【図２】この発明に係る４サイクルエンジンの動弁装置
の一実施例を示す斜視図。

【図３】図２の動弁装置の平面図。

【図４】図２の動弁装置の低速用カム作動状態を示す動
作状態図。

【図５】図２の動弁装置の中高速用カムの作動状態を示
す動作状態図。

【図６】図１および図２等に示すカムのカムプロフィー
ルを示す図。

【図７】図６に示すカムプロフィールの変形例を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

１，２　　吸・排気バルブ ３　　低速用カム ４，５　　中高速用カム ７　　低速用ロッカアーム ７ｂ　　分岐先端部 ８，９　　中高速用ロッカアーム ８ｂ，９ｂ　　先端部 １１　　ロッカシャフト １２，１３　　偏心ブッシュ １５　　油圧シリンダ Ａ　　低速用カムのカムプロフィール Ｂ　　中高速用カムのカムプロフィールＳ　　低速用ロ
ッカアームの分岐先端部と中高速用ロッカアームの先端
部との接触面 ｍ　　吸・排気バルブの軸線 α　　接触面Ｓの軸線ｍに対する角度

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回動可能に支持されるとともにエキセ
   ントリック大径部が形成されたロッカシャフトと、この
   ロッカシャフトに直接嵌挿されて分岐先端部が形成され
   た第１のロッカアームと、この第１のロッカアームの両
   側に配置されて上記エキセントリック大径部に嵌挿され
   た第２および第３のロッカアームと、上記第１、第２お
   よび第３のロッカアームをそれぞれ駆動する第１、第２
   および第３のカムと、を有し、上記第２および第３のカ
   ムが同じカムプロフィールに形成され、上記第１のカム
   のカムプロフィールが上記カムプロフィールと異なって
   形成されるとともに、上記第２および第３のロッカアー
   ムの先端部と上記第１のロッカアームの分岐先端部とが
   上下に重ね合され、このうち下方に位置した上記端部が
   吸・排気バルブの頭部に当接可能に設けられ、さらに、
   上記先端部と上記分岐先端部との接触面が上記吸・排気
   バルブの軸線に対し（９０±３０）°の角度に設定され
   たことを特徴とする４サイクルエンジンの動弁装置。