JPH06117209A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速回転時のフリクションロスが小さく、か
つ余分なエネルギーを不要にして、エンジンの回転速度
に対応したバルブスプリングのバネ定数を小さな力で安
定して得ることが可能な内燃機関の動弁装置を提供する
ことを目的とする。 【構成】 バルブスプリング１５をバルブステム５ａに
沿って往復移動可能に設けられた中間スプリングシート
１７を介して、バネ定数の大きい方の第１スプリング１
５ａをバルブヘッド５ｂと反対側のバルブステム５ａの
端末側に、バネ定数の小さい方の第２スプリング１５ｂ
をバルブヘッド５ｂ側となるように直列に配置して構成
し、中間スプリングシート１７の側方に、内燃機関の回
転数が所定の回転数になった際に中間スプリングシート
１７のバルブヘッド５ｂ側への移動を規制する規制手段
２０を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の動弁装置に係
わり、更に詳しくは、エンジンの回転速度に応じたバル
ブスプリングのバネ定数を得ることが可能な内燃機関の
動弁装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、内燃機関の動弁装置としては、例
えば実開昭５７ー６１１０３号公報に記載されているも
のが一般に知られている。この動弁装置は、吸排気用の
バルブが閉鎖される方向にバルブステムを常時付勢する
バルブスプリングの弾性力をエンジンの回転速度に応じ
て可変にしたものであり、エンジンの回転数の変化に伴
う潤滑油圧によって下弁ばね受けを上下動させる構成を
成している。

【０００３】また特開昭６０ー２０９６１３号公報に
は、バルブスプリングを受ける下側のスプリングシート
をカムによってバルブ幅方向に移動可能に構成して、バ
ルブスプリングの弾性力を可変にした動弁装置が開示さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら上述し
た内燃機関の動弁装置にあっては、いずれもバルブスプ
リングの下端を持ち上げることによりバルブスプリング
の弾性力を可変にしているため、バルブスプリングの荷
重を下から支える際に非常に大きな力が必要であると言
う問題があった。

【０００５】また、バネ定数が一定のバルブスプリング
の下端を持ち上げることによってバルブを閉鎖するのに
必要なセット荷重が大きくなるため、高速回転時のフリ
クションロスが大きくなると共に、セット荷重が大きく
なった分だけ、バルブステムを下方向に作動してバルブ
を開にするのに余分なエネルギーが必要になると言う問
題かあった。

【０００６】また更に、前者の実開昭５７ー６１１０３
号公報記載の内燃機関の動弁装置は、回転数が低速から
高速に移る間に部分的に油圧力とバルブスプリング力と
がつり合った非常に不安定な状態になると言う問題があ
った。本発明はかかる従来の課題に着目して案出された
もので、高速回転時のフリクションロスが小さく、かつ
余分なエネルギーを不要にして、エンジンの回転速度に
対応したバルブスプリングのバネ定数を小さな力で安定
して得ることが可能な内燃機関の動弁装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００７】

【発明を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、燃焼室側にバルブヘッドを有する吸排気用の
バルブをカムによって開閉すると共に、該バルブがバル
ブスプリングにより閉鎖される方向に常時付勢されてな
る内燃機関の動弁装置において、前記バルブスプリング
を前記バルブのステムに沿って往復移動可能に設けられ
た中間スプリングシートを介して、バネ定数の大きい方
の第１スプリングをバルブヘッドと反対側のバルブステ
ムの端末側に、バネ定数の小さい方の第２スプリングを
バルブヘッド側となるように直列に配置して構成し、前
記中間スプリングシートの側方に、内燃機関の回転数が
所定の回転数になった際に中間スプリングシートのバル
ブヘッド側への移動を規制する規制手段を設けたことを
要旨とするものである。

【０００８】

【作 用】本発明は上記のように構成され、エンジンの
回転数が所定の回転数より低い場合は、中間スプリング
シートの往復移動が規制手段により規制されず、バルブ
スプリングはバネ定数の異なる２個のスプリングの構成
となる。エンジンの回転数が所定の回転数に達すると、
中間スプリングシートはバルブヘッド側への移動を規制
手段により規制され、バネ定数の小さい方の第２スプリ
ングは作用せず、バルブスプリングはバネ定数の大きい
方の第１スプリングのみが作用する構成となる。従っ
て、エンジンの回転速度に応じたバルブスプリングのバ
ネ定数を容易に得ることが出来、また高速回転時におい
ても初期セット荷重が低速回転時と同じであるため、高
速回転時にバルブステムを下方向に作動してバルブを開
にするのに要するエネルギー消費が低くなると共に、フ
リクションロスが減少する。

【０００９】また、規制手段により中間スプリングシー
トのバルブヘッド側への移動を規制してバルブスプリン
グのバネ定数を変更するため、セット荷重が大きくなら
ず、小さな作動力で中間スプリングシートの規制を行う
ことが可能となる。また更に、バルブスプリングのバネ
定数を２段階に変更するため、回転数が低速から高速に
移る間に部分的に油圧力とバルブスプリング力とがつり
合った不安定な状態を生じることがない。

【００１０】

【実 施 例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施
例を説明する。図１は本発明に係る内燃機関の動弁装置
の要部断面説明図を示し、エンジンのシリンダヘッド１
にはカム２により吸気（或いは排気）用のポート３を開
閉するためのバルブ５が設けられている。バルブ５は、
シリンダヘッド１に設けられた段状の貫通孔７に挿通さ
れ、かつこの段状の貫通孔７の小径部７ａにバルブガイ
ド９を介してその軸方向に沿って摺動自在に配設された
バルブステム５ａと、このバルブステム５ａの一端側
（燃焼室側）に設けられてポート３の出口３ａ（或いは
入口）を開閉するバルブヘッド５ｂとから構成されてい
る。

【００１１】バルブステム５ａの他端側にはコッタ１１
を介してアッパスプリングシート１３が固定され、この
アッパスプリングシート１３と前記段状の貫通孔７の大
径部７ｂの底部７ｃに設けられたロアースプリングシー
ト１４との間には、前記バルブ５を常時他端側（燃焼室
と反対側）に付勢してバルブヘッド５ｂを閉鎖状態にす
るためのバルブスプリング１５が取付けられている。

【００１２】このバルブスプリング１５は、バネ定数の
大きい方の第１スプリング１５ａとバネ定数の小さい方
の第２スプリング１５ｂとを備えている。第１スプリン
グ１５ａと第２スプリング１５ｂとは、バルブステム５
ａに沿って形成された貫通孔７の大径部７ｂに沿って摺
動自在な中間スプリングシート１７を介して直列に配置
され、かつバネ定数の大きい方の第１スプリング１５ａ
がバルブヘッド５ｂと反対側のバルブステム５ａの端末
側に、バネ定数の小さい方の第２スプリング１５ｂがバ
ルブヘッド５ｂ側になるように設けられている。

【００１３】そして中間スプリングシート１７の側方に
は、内燃機関の回転数が所定の回転数になった際に中間
スプリングシート１７のバルブヘッド５ｂ側への移動を
規制する規制手段２０が設けられている。この規制手段
２０は、貫通孔７の大径部７ｂの側部に位置するシリン
ダヘッド１に形成された室部２１を備え、この室部２１
には貫通孔７に近接離反する方向に移動可能なピストン
２２が内装されている。このピストン２２は室部２１の
貫通孔７側に設けられたスプリング２３により、常時貫
通孔７と離反する方向に付勢されている。

【００１４】また室部２１の貫通孔７側には、室部２１
から貫通孔７の大径部７ｂに達する孔部２４が形成さ
れ、ピストン２２の貫通孔７側に固定されて中間スプリ
ングシート１７のバルブヘッド５ｂ側への移動を規制可
能なストッパ２５が前記孔部２３から大径部７ｂ内に出
没可能に配設されている。室部２１の貫通孔７側と反対
の側は、油圧ポンプＰを有する油圧回路２６に連通して
いる。

【００１５】従って、エンジンが低回転で油圧回路２６
の油圧が低い場合は、ピストン２２はスプリング２３に
より図１の右方向に押圧されてストッパ２５は貫通孔７
の大径部７ｂから引っ込んだ状態で、中間スプリングシ
ート１７はカム２の作動に合わせて貫通孔７の大径部７
ｂに沿って自由に移動することが出来る。エンジンが高
回転となり油圧回路２６の油圧が高くなった場合は、ピ
ストン２２はその油圧力により図１の左方向に押圧され
て、ストッパ２５が貫通孔７の大径部７ｂに出て中間ス
プリングシート１７のバルブヘッド５ｂ側への移動を規
制することが出来る。なお、１９はバルブステム５ａの
他端に固設され、カム２が当接するバルブリフターであ
る。

【００１６】次に、上述した本発明の実施例の作用につ
いて説明する。エンジンが低回転数で回転して油圧回路
２６の油圧が低い時は、ピストン２２はスプリング２３
により図１の右方向に押圧されている。ストッパ２５は
貫通孔７の大径部７ｂから引っ込んだ状態となり、中間
スプリングシート１７はカム２の作動に合わせて貫通孔
７の大径部７ｂに沿って自由に移動する。従ってこの
時、バルブスプリング１５の第１スプリング１５ａのバ
ネ定数をＫａ、第２スプリング１５ｂのバネ定数をＫｂ
とすると、バルブスプリング１５のバネ定数はＫａ・Ｋ
ｂ／（Ｋａ＋Ｋｂ）となる。

【００１７】エンジンが所定の回転数よりも高回転とな
り、油圧回路２６の油圧が高くなってスプリング２３の
力よりも油圧が高くなると、ピストン２２はその油圧力
により図１の左方向に押圧されて移動する。カム２がリ
フトしていない状態（図１の状態）の時に、ストッパ２
５の先端部が貫通孔７の大径部７ｂに出て、中間スプリ
ングシート１７がストッパ２５の位置よりもバルブヘッ
ド５ｂ側へ移動するのを規制する。従って、バルブ５の
カム２方向への付勢は第１スプリング１５ａのみにより
成され、バルブスプリング１５のバネ定数は第１スプリ
ング１５ａのバネ定数Ｋａとなる。

【００１８】再びエンジンの回転数が所定の値よりも低
くなると、油圧回路２６の油圧も低下して、ピストン２
２はスプリング２３により図１の右方向に押圧されて移
動する。ストッパ２５は貫通孔７の大径部７ｂから再び
引っ込んだ状態となり、中間スプリングシート１７はカ
ム２の作動に合わせて貫通孔７の大径部７ｂに沿って自
由に移動し、バルブスプリング１５のバネ定数がＫａ・
Ｋｂ／（Ｋａ＋Ｋｂ）となる。

【００１９】従って、本発明はカム２のリフト量をｘと
すると、低速回転時のカム２にかかる荷重Ｆ１＝Ｋａ・
Ｋｂ・ｘ／（Ｋａ＋Ｋｂ）＋Ｆｓ、高速回転時のカム２
にかかる荷重Ｆ２＝Ｋａ・ｘ＋Ｆｓとなり、図２の
（ａ）に示すような直線のグラフとなる。但しＦｓはカ
ム２の初期セット荷重（バルブ５を閉鎖するのに必要な
荷重）であり、グラフ中のＦ_max は高速回転時でもバル
ブジャンプ、サージング等を避けることの出来るバルブ
荷重、ｘ_max はカム２の最大リフト量である。これに対
して従来の場合は、バネ定数が一定でセット荷重のみを
変更するため、低速回転時のカムにかかる荷重Ｆ１´及
び高速回転時のカムにかかる荷重Ｆ２´は、図２の
（ｂ）に示すような直線のグラフとなる。但しＦｓ´は
高速回転時のカムの初期セット荷重である。低速回転時
のバネ定数、即ちセット荷重Ｆｓが本発明と従来と同一
の場合は、図３の（ｃ）に示すように、高速回転時にお
いて斜線部分だけ本発明の仕事量が減少する。従って、
高速回転時のフリクションロスも小さくなる。

【００２０】またバルブスプリング１５のバネ定数を変
更するのに、ピストン２２を介してストッパ２５を中間
スプリングシート１７の下側に押し出せばよいため、バ
ルブスプリング１５の荷重を下から支える大きな力を必
要せず、小さな作動力でバルブスプリング１５のバネ定
数の変更を行うことが出来る。また更に、バルブスプリ
ング１５のバネ定数を２段階に変更するため、回転数が
低速から高速に移る間に部分的に油圧力とバルブスプリ
ング力とがつり合った不安定な状態を生じることがな
く、安定してバルブスプリング１５のバネ定数を変更す
ることが出来る。

【００２１】図３は本発明の他の実施例を示し、中間ス
プリングシート１７のバルブヘッド５ｂ側への移動を規
制する規制手段２０を、中間スプリングシート１７の側
方の相互に対向する２箇所に設置したものである。この
ように規制手段２０を２箇所に設けることにより、より
安定して中間スプリングシート１７を規制することが出
来る。

【００２２】図４は本発明の規制手段２０に用いられる
油圧回路２６の他の例を示し、ピストン２２の作動をク
ランク角センサやカムアングルセンサ等のセンサからの
回転信号により電磁弁を制御して行うものである。３１
は油を室部２１に供給する側の第１電磁弁、３２は油を
室部２１から排出する側の第２電磁弁、３３，３４はそ
れぞれ逆止弁、３５は油の通路である。また３６は図示
せぬクランク角センサやカムアングルセンサ等のセンサ
からの回転信号により電磁弁の開閉を制御するための制
御装置である。

【００２３】エンジンの回転数が低速の場合は、制御装
置３６からの信号により第１電磁弁３１が閉鎖され、第
２電磁弁３２が開の状態となっている。従って、ピスト
ン２２はスプリング２３により図４の右方向に押圧さ
れ、ストッパ２５は貫通孔７の大径部７ｂから引っ込ん
だ状態となり、中間スプリングシート１７はカム２の作
動に合わせて貫通孔７の大径部７ｂに沿って自由に移動
する。

【００２４】エンジンの回転数が所定の回転数よりも高
速になると、制御装置３６からの信号により第２電磁弁
３２が閉鎖され、第１電磁弁３１が開の状態になる。従
って、ピストン２２は油圧ポンプＰから送られる油の油
圧力により図４の左方向に押圧されて移動し、ストッパ
２５の先端部が貫通孔７の大径部７ｂに出て、中間スプ
リングシート１７のバルブヘッド５ｂ側へ移動が規制さ
れる。

【００２５】再びエンジンの回転数が所定の設定値より
も低くなると、制御装置３６からの信号により第１電磁
弁３１が閉鎖され、第２電磁弁３２が開の状態となり、
圧油が室部２１から排出されて、ピストン２２がスプリ
ング２３により図４の右方向に押圧され、ストッパ２５
が貫通孔７の大径部７ｂから引っ込み、中間スプリング
シート１７はカム２の作動に合わせて貫通孔７の大径部
７ｂに沿って自由に移動する。

【００２６】図５に上述した第１電磁弁３１及び第２電
磁弁３２の開閉状態を表すタイムチャートを示す。Ｎは
エンジンの回転数（ｒｐｍ）、Ｔは時間（秒）である。
なお、ピストン２２が作動してストッパ２５が中間スプ
リングシート１７を規制する時期の設定は、スプリング
２３により行われる。スプリング２３の弾性力を調整す
ることにより、ピストン２２の作動時期を調整すること
が可能である。

【００２７】また本発明は上述した実施例に限定される
ことなく、例えば規制手段２０のピストン２２を圧縮空
気により作動させることも可能であり、更に電気的装置
により作動させてもよく、他の態様であっても本発明を
実施しうるものである。

【００２８】

【発明の効果】本発明は上記のように構成され、エンジ
ンの回転数が所定の回転数より低い場合は、中間スプリ
ングシートの往復移動が規制手段により規制されず、バ
ルブスプリングはバネ定数の異なる２個のスプリングの
構成となり、エンジンの回転数が所定の回転数に達して
高回転時になると、中間スプリングシートはバルブヘッ
ド側への移動を規制手段により規制され、バネ定数の小
さい方の第２スプリングは作用せず、バルブスプリング
はバネ定数の大きい方の第１スプリングのみが作用する
構成となり、エンジンの回転速度に応じたバルブスプリ
ングのバネ定数を容易に得ることが出来る。また高速回
転時においても初期セット荷重が低速回転時と同じであ
るので、高速回転時にバルブステムを下方向に作動して
バルブを開にするのに要するエネルギー消費を低くする
ことが出来ると共に、フリクションロスの減少を図るこ
とが出来る。

【００２９】また、規制手段により中間スプリングシー
トのバルブヘッド側への移動を規制してバルブスプリン
グのバネ定数を変更するため、セット荷重が大きくなら
ず、小さな作動力で中間スプリングシートの規制を行う
ことが出来る。また更に、バルブスプリングのバネ定数
を２段階に変更するため、回転数が低速から高速に移る
間に部分的に油圧力とバルブスプリング力とがつり合っ
た不安定な状態を生じることがなく、安定してバルブス
プリングのバネ定数を変更することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の動弁装置における要部断面
説明図である。

【図２】（ａ）は本発明の低回転時と高回転時とにおけ
るカムの荷重を示すグラフである。（ｂ）は従来例の低
回転時と高回転時とにおけるカムの荷重を示すグラフで
ある。（ｃ）は高回転時における本発明と従来例との比
較を示すグラフである。

【図３】本発明の他の実施例を示す要部断面説明図であ
る。

【図４】図１の実施例における規制手段の他の例を示す
要部断面説明図である。

【図５】図４の実施例の規制手段のタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

１ シリンダヘッド ２ カム ５ バルブ ５ａ バルブステ
ム ５ｂ バルブヘッド １５ バルブスプ
リング １５ａ 第１スプリング １５ｂ 第２スプ
リング １７ 中間スプリングシート ２０ 規制手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室側にバルブヘッドを有する吸排気
   用のバルブをカムによって開閉すると共に、該バルブが
   バルブスプリングにより閉鎖される方向に常時付勢され
   てなる内燃機関の動弁装置において、前記バルブスプリ
   ングを前記バルブのステムに沿って往復移動可能に設け
   られた中間スプリングシートを介して、バネ定数の大き
   い方の第１スプリングをバルブヘッドと反対側のバルブ
   ステムの端末側に、バネ定数の小さい方の第２スプリン
   グをバルブヘッド側となるように直列に配置して構成
   し、前記中間スプリングシートの側方に、内燃機関の回
   転数が所定の回転数になった際に中間スプリングシート
   のバルブヘッド側への移動を規制する規制手段を設けた
   ことを特徴とする内燃機関の動弁装置。