JPH07127403A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 遅閉じ方式の動弁装置の、燃焼ガスの効率的
な排出と、排気行程後半の排気ガス還流によるポンピン
グロスの低減を、安価に信頼性良く実現する。 【構成】 遅閉じ方式の動弁装置の排気行程のバルブリ
フト特性を非対称に設定し、排気行程前半側で排気弁の
揚程量が最大となるように、排気弁用カム８のプロフィ
ールを、第１のベース円81上から第１の緩衝部8aを経て
排気弁６の揚程量最大点Ｐに向かう第１のプロフィール
Ａと、揚程量最大点Ｐから、第１のベース円81と同心か
つ直径の大きな第２のベース円82に第２の緩衝部8bを経
て到達する第２のプロフィールＢと、少なくともこの第
２のベース円82上の点である、第２のベース円82に沿っ
た第３のプロフィールＣと、この第２のベース円82上の
点から第１のベース円81に向かい、第３の緩衝部8dを経
て第１のベース円81上の点に到達する第４のプロフィー
ルＤとから構成する。

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関
し、特に、ピストンが上死点を過ぎて所定高さだけ下降
した途中に排気弁を閉じる方式の動弁装置において、燃
焼室内への排気逆流を抑制しつつ、ポンピングロスを防
止することができる４サイクル内燃機関の動弁装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、４サイクル内燃機関では、吸気
弁と排気弁を開閉するバルブ・タイミングをどのように
設定するかは燃焼のしかたに密接な関係があり、機関の
出力にも影響があるので非常に重要である。通常の４サ
イクル・ガソリン機関では、吸入、圧縮、燃焼、排気行
程において、吸気弁と排気弁は図６(a) に示すように動
作する。すなわち、吸入行程では吸気弁はピストンの上
死点の少し手前から開き始め、ピストンが下死点を過ぎ
てから閉じる。圧縮、燃焼行程では吸気弁も排気弁も開
かず、排気弁は燃焼行程が終了してピストンが下死点に
到達する前から開き始め、排気行程においてはピストン
が上死点を過ぎても暫くの間は開いている。この排気行
程において排気弁が上死点を過ぎて開いている角度（排
気弁の閉じ遅れ角度）は一般に、上死点後１０〜３０°
に設定されている。図７にこの排気弁のリフト特性を破
線で示す。このように排気弁の閉じ遅れ角度を設ける理
由は、排気行程ではピストンが上死点に達しても、排気
抵抗のために燃焼室内の気圧は大気圧よりも高いので、
排気弁に閉じ遅れ角度を与えて排気を完全にするためで
ある。

【０００３】ところが、以上のように動作する従来の４
サイクル・ガソリン機関の動弁装置では、スロットル弁
による吸気絞りによって新気が燃焼室に入りにくいの
で、排気弁が閉じた後にピストンが下降する際にポンピ
ングロスが生じ、特に、機関が軽負荷運転域で運転され
ている時に燃費が悪化する不具合があった。このポンピ
ングロスを低減させる手段の１つとして、排気弁を閉じ
るタイミングを前述の上死点後１０〜３０°から更に遅
らせ、吸気弁が開き、ピストンが下降している時に新気
と共に排気ガスを燃焼室内に還流させる、いわゆる、遅
閉じ方式の動弁装置が提案されている（実開昭５５−１
８０９０６号公報、特開昭５５−１１２８１４号公報参
照）。

【０００４】この遅閉じ方式の動弁装置では、図６(b)
に示すように、排気弁の開くタイミングは通常のものと
変わらないが、排気弁の閉じるタイミングが図６(a) に
示した通常の閉じタイミングに比べてかなり遅くなって
いる。この遅閉じ方式における排気弁のリフト特性を図
７に実線で示す。この図７から分かるように、遅閉じ方
式の排気弁のリフト特性の中心点Ｃ１は、通常の排気弁
のリフト特性の中心点Ｃ０に比べて上死点側にある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単に排
気弁の閉弁タイミングを遅くしただけでは、吸気行程中
に排気ガスが燃焼室内に多量に逆流することになり、燃
焼が悪化してしまう恐れがあった。そこで、機関の負荷
や回転速度に応じて、遅く閉じさせる排気弁の閉弁タイ
ミングを可変にする技術が提案されている。例えば、排
気弁を開弁させるカムのプロフィールは変えずに位相角
を変えるものや、プロフィールの異なる複数のカムを用
意してカムプロフィールを入れ換えるもの等が提案され
ている。

【０００６】ところが、このような可変技術には、動弁
系の機構が複雑になるため、コスト的に高くなる、信頼
性が低くなる、制御が困難である、等の問題があった。
そこで、本発明は、排気行程の前半では燃焼ガスが効率
的に燃焼室から排出されると共に、排気行程の後半では
吸気行程と重なる部分において排気ガスが燃焼室内に多
量に逆流することがなく、適度に排気還流が行えてポン
ピングロスが低減できる上に、構成が簡単でコストアッ
プせず、信頼性の高い遅閉じ方式の動弁装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明の内燃機関の動弁装置は、排気弁の閉じ遅れ角度をそ
の一般的角度である１０〜３０°を越えて、吸気行程側
に大きく設定した内燃機関の動弁装置において、この排
気弁が開いてから閉じるまでの排気行程におけるバルブ
リフト特性を非対称に設定し、排気行程前半側で前記排
気弁のリフト量が最大となるように、前記排気弁を駆動
するカムのプロフィールを構成したことを特徴としてい
る。

【０００８】そして、前記排気弁を駆動するカムのプロ
フィールは、第１のベース円上から緩衝部を経て、前記
排気弁のリフト量を最大にするリフト量最大点に向かう
第１のプロフィールと、このリフト量最大点から、前記
第１のベース円と同心でかつ直径の大きな第２のベース
円に向かい、緩衝部を経てこの第２のベース円上の点に
到達する第２のプロフィールと、少なくともこの第２の
ベース円上の点である、前記第２のベース円に沿った第
３のプロフィールと、この第２のベース円上の点から前
記第１のベース円に向かい、緩衝部を経てこの第１のベ
ース円上の点に到達する第４のプロフィールとから構成
すれば良い。

【０００９】

【作用】本発明の内燃機関の動弁装置によれば、排気弁
を駆動するカムのプロフィールにより、排気弁が排気行
程前半で最大リフトとなり、最大リフトに達した後は、
所定のリフト位置が排気弁の閉弁位置であるかのように
一旦リフト量が低下し、この後は、この所定リフト位置
が最大リフト位置であるかのように閉弁位置までリフト
量が低下する。この結果、排気弁が完全に閉弁する位置
は遅閉じ方式の動弁装置と変わらず、かつ、ピストンの
上死点近傍における排気弁のリフト量は低く抑えられる
ので、ピストンのポンピングロスを低減させると共に、
多量の排気還流が防止される。

【００１０】

【実施例】以下添付図面を用いて本発明の実施例を詳細
に説明する。図１はＤＯＨＣ型の４サイクル・ガソリン
機関における本発明の一実施例の動弁装置１０の構成を
示すシリンダヘッドの一部分の断面図である。図におい
て１はシリンダヘッド、２は吸気ポート、３は吸気ポー
ト２に設けられた吸気弁、４は燃焼室、５は排気ポー
ト、６は排気ポート５に設けられた排気弁、７は吸気弁
３を開閉駆動するカム、８は排気弁６を開閉駆動するカ
ム、１１、１２はリフタである。

【００１１】この実施例の動弁装置１０では、吸気弁３
を開閉駆動するカム７には、カム軸の中心を通る線に対
して左右対称なプロフィールを有する通常のポリノミア
ルタイプ等が使用され、吸気弁３のリフト特性はその最
大リフト点を中心としてほぼ左右対称になっている。一
方、排気弁８を駆動するカム８のプロフィールは、排気
弁６の閉じ遅れ角度がその一般的角度である１０〜３０
°を越えるように、カム軸の中心を通る線に対して左右
対称にはなっていない。すなわち、カム８のプロフィー
ルは、排気弁６が開いてから閉じるまでの排気行程にお
けるバルブリフト特性を非対称に設定し、排気行程前半
側で排気弁６のリフト量が最大となるようになってい
る。

【００１２】このようなカム８のプロフィールと、この
カム８による排気弁６のリフト特性を、次に図２と、図
３を用いて説明する。図２は図１の排気弁６を駆動する
カム８のプロフィールを説明するものであり、カム８は
時計回りに回転するものとする。各カム８はカム軸上に
異なる位相角で複数個設けられており、このカム軸に同
心の部分で、排気弁のリフトには関係のない部分をこの
実施例では第１のベース円８１と称することにする。

【００１３】この実施例のカム８のプロフィールを、こ
の第１のベース円８１から反時計回り方向に説明する
と、カム８のプロフィールには、第１のベース円８１上
から排気弁６のリフト量を最大にするリフト量最大点に
向かう第１のプロフィール部Ａと、このリフト量最大点
から、第１のベース円８１と同心でかつ直径の大きな第
２のベース円８２に向かう第２のプロフィール部Ｂと、
第２のベース円８２の外周そのものである第３のプロフ
ィール部Ｃと、この第２のベース円８２上の点から第１
のベース円８１に向かう第４のプロフィール部Ｄとがあ
る。

【００１４】第１のプロフィール部Ａは、第１の緩衝部
８ａと、第１の揚程部８Ａとから構成される。第１の緩
衝部８ａは第１のベース円８１から立ち上がり、第１の
揚程部Ｂに導かれている。第１の揚程部８Ａは排気弁６
を閉弁位置からリフト量最大点までリフトさせるもので
あり、この排気弁６のリフト量最大点Ｐは、図３に示す
ように、排気弁６の作用角の中心点よりも前半側（開き
側）にある。また、ピストンの下死点ＢＤＣは、この第
１の揚程部８Ａの途中にある。

【００１５】第２のプロフィール部Ｂは、第２の揚程部
８Ｂと、第１の緩衝部８ｂとから構成される。第２の揚
程部８Ｂは、排気弁６が前述のリフト量最大点Ｐから図
２に示す第１のベース円８１と同心でかつ直径の大きな
第２のベース円８２に向かって閉じるように形成されて
おり、第２の緩衝部８ｂを経てこの第２のベース円８２
上に到達する。この第２の緩衝部８ｂは、従来のカムの
閉じ側のプロフィールの後に設けられる緩衝部と同じ形
状に形成される。

【００１６】第３のプロフィール部Ｃは、第２のベース
円８２の円周そのものであり、その長さは内燃機関の特
性によって適宜決定されるが、排気弁６の開度を一定に
保持する部分である。この第３のプロフィール部Ｃは、
最小の場合、第２のベース円８２上の１点であっても良
い。この実施例では、図３に示すように、第３のプロフ
ィールＣの開始点がほぼピストンの上死点ＴＤＣとなっ
ている。

【００１７】第４のプロフィール部Ｄは、第３の揚程部
８Ｄと、第３の緩衝部８ｄとから構成構成される。第３
の揚程部８Ｄは、排気弁６が一定開度を保持していた第
２のベース円８２上の点から、第１のベース円８１に向
かって次第に閉じるように形成されており、第３の緩衝
部８ｄに到達した時点で排気弁６は閉弁する。この排気
弁６が閉じるタイミングは、クランク角にして、上死点
ＴＤＣ後の７０°から９０°に設定することが好まし
い。これは、ピストンの下降速度が上死点ＴＤＣ後の９
０°前後では速く、ポンピングロスが最も大きくなる付
近まで、排気弁６を開いておくことがポンピングロスの
低減効果が大きいからである。更に、上死点ＴＤＣ後の
９０°以降も排気弁６を開いておくことは、燃焼面、高
負荷運転時に得策ではないからである。第３の緩衝部８
ｄはこの第３の揚程部８Ｄと第１のベース円８１上とを
連絡する部分である。

【００１８】図２のように構成されたこの実施例のカム
８のプロフィールによれば、排気弁６は図３に示すよう
にリフトし、そのリフト量最大点Ｐは、破線で示す従来
の遅閉じ型の排気弁のリフト特性の中心Ｃ１よりも前半
側（排気弁の開き側）に位置している。このように、バ
ルブリフト特性におけるリフト量最大点Ｐが、排気行程
の前半部分にあると、排気弁６の開口面積が早い時期に
大きくなるので、ブローダウンによる排気作用を効果的
に利用することができる。

【００１９】また、以上のように構成された動弁装置１
０では、図４に示すように、吸気弁３が開いた吸気行程
の前半部分において排気弁６が僅かに開弁しているの
で、上死点後のピストン下降時に、排気ポート５内の排
気ガスが燃焼室４内に還流し、この時に、排気弁６のバ
ルブフェース部６ａで燃焼室４内に流入する排気ガスに
乱れを生じさせ、この乱れによって吸気弁３側から流入
する新気のスワールが良くなり、次回の燃焼行程におけ
る燃焼改善を引き起こすことができる。

【００２０】なお、従来の遅閉じ方式の動弁装置のよう
に、排気弁６のリフト特性が図３に示す破線のようであ
ると、ピストンが上死点を過ぎて下降した時の排気弁の
リフト量が大きすぎる。即ち、図３に実線で示す本実施
例の排気弁６のリフト特性に比べて、ハッチング部分の
リフト量が大きい。この結果、排気ポート５からの排気
ガスに乱れが生じず、また、排気ガスの還流量が過多に
なって逆に燃焼効率を低下させてしまうことになる。

【００２１】図５は本発明の別の実施例の内燃機関の動
弁装置２０の構成、及びその排気行程と吸気行程とのオ
ーバラップ部分における動作を説明する図である。この
実施例の動弁装置２０が図１の動弁装置１０と異なる点
は、排気ポート５に排気ガスの還流速度を増大させる突
起９が設けられている点のみである。前述のように、図
１の動弁装置１０では、図４に示すように、吸気弁３が
開いた吸気行程の前半部分において排気弁６が僅かに開
弁しているので、上死点後のピストン下降時に、排気ポ
ート５内の排気ガスが燃焼室４内に還流し、この時に、
排気弁６のバルブフェース部６ａで燃焼室４内に流入す
る排気ガスに乱れを生じさせ、この乱れによって吸気弁
３側から流入する新気のスワールが良くなり、次回の燃
焼行程における燃焼改善を引き起こすことができた。そ
こで、この実施例では、この排気還流による排気ガスの
燃焼室４内の乱れを助長するために、排気ポート５内に
突起９を設け、排気ポート５の内径を小さくして排気還
流の流速を増大させている。なお、排気ガスが燃焼室４
内から流出する際の効率は、排気弁６のバルブ周長によ
って決まるので、この突起９を設けることによる排気ガ
スの排出流れに影響はない。

【００２２】更に、本発明の内燃機関の動弁装置におけ
るカムのプロフィールは、第１〜第４のプロフィールの
全てが、従来からあるカムプロフィールの組み合わせか
ら構成されているので、従来のカムを製造加工する技術
を応用すれば作ることができ、製造に当たっては新たな
カムの製造法則を使用する必要がない。以上説明した実
施例では、内燃機関として直打式のＤＯＨＣ型の４サイ
クル・ガソリン機関で説明を行ったが、ロッカーアーム
形式の内燃機関にも本願の動弁装置は適用可能である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の内燃機関
の動弁装置によれば、排気行程の前半では排気弁のリフ
ト量が最大となり、ブローダウンによって燃焼ガスが効
率的に燃焼室から排出されると共に、排気行程の後半で
は排気弁のリフト量の減少が所定の位置で一旦保持さ
れ、そこから再度減少するので、排気弁が開弁状態で吸
気行程と重なる部分においては排気弁のリフト量が小さ
く抑えられ、排気ガスが燃焼室内に多量に逆流すること
がなく、適度に排気還流が行えてポンピングロスが低減
できるという効果がある。また、このように動作をする
遅閉じ方式の動弁装置を、構成が簡単なのでコストアッ
プせず、また、信頼性も高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＤＯＨＣ型４サイクルガソリン機関における本
発明の一実施例の動弁装置の構成を示す断面図である。

【図２】図１の動弁装置に使用する排気弁を駆動するた
めのカムのプロフィールの一実施例を説明する図であ
る。

【図３】図２のカムのプロフィールによる排気弁のリフ
ト量特性を、従来の遅閉じ方式の排気弁の動弁装置にお
けるリフト量特性と比較して示す図である。

【図４】図１の動弁装置の排気行程と吸気行程とのオー
バラップ部分における動作を説明する図である。

【図５】本発明の別の実施例の内燃機関の動弁装置の、
排気行程と吸気行程とのオーバラップ部分における動作
を説明する図である。

【図６】(a) は従来の４サイクルガソリン機関における
吸気弁と排気弁との開閉を４つの行程と共に説明するバ
ルプタイミング図、(b) は従来の遅閉じ方式の４サイク
ルガソリン機関における吸気弁と排気弁との開閉を説明
するバルプタイミング図である。

【図７】従来の４サイクルガソリン機関における遅閉じ
方式の動弁装置の排気弁のリフト特性を、従来の通常の
動弁装置の排気弁のリフト特性と比較して説明するリフ
ト特性図である。

【符号の説明】

１…シリンダヘッド ２…吸気ポート ３…吸気弁 ４…燃焼室 ５…排気ポート ６…排気弁 ７…吸気弁開閉用のカム ８…排気弁開閉用のカム ８ａ…第１の緩衝部 ８Ａ…第１の揚程部 ８ｂ…第２の緩衝部 ８Ｂ…第２の揚程部 ８ｄ…第３の緩衝部 ８Ｄ…第３の揚程部 ９…排気還流速度増大用の突起 １０…本発明の一実施例の内燃機関の動弁装置 １１，１２…リフタ ２０…本発明の別の実施例の内燃機関の動弁装置 ８１…第１のベース円 ８２…第２のベース円 Ａ…第１のプロフィール部 Ｂ…第２のプロフィール部 Ｃ…第３のプロフィール部 Ｄ…第４のプロフィール部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気弁の閉じ遅れ角度をその一般的角度
   である１０〜３０°を越えて、吸気行程側に大きく設定
   した内燃機関の動弁装置において、 この排気弁が開いてから閉じるまでの排気行程における
   バルブリフト特性を非対称に設定し、排気行程前半側で
   前記排気弁のリフト量が最大となるように、前記排気弁
   を駆動するカムのプロフィールを構成したことを特徴と
   する内燃機関の動弁装置。
2. 【請求項２】 前記排気弁を駆動するカムのプロフィー
   ルが、 第１のベース円上から緩衝部を経て、前記排気弁のリフ
   ト量を最大にするリフト量最大点に向かう第１のプロフ
   ィールと、 このリフト量最大点から、前記第１のベース円と同心で
   かつ直径の大きな第２のベース円に向かい、緩衝部を経
   てこの第２のベース円上の点に到達する第２のプロフィ
   ールと、 少なくともこの第２のベース円上の点である、前記第２
   のベース円に沿った第３のプロフィールと、 この第２のベース円上の点から前記第１のベース円に向
   かい、緩衝部を経てこの第１のベース円上の点に到達す
   る第４のプロフィールとから構成されることを特徴とす
   る請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。