JPH07293216A

JPH07293216A - 内燃エンジンの動弁装置

Info

Publication number: JPH07293216A
Application number: JP8845594A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Murata; 真一村田; Hirobumi Azuma; 博文東; Takaaki Hirano; 孝明平野; Hideaki Okamoto; 秀明岡本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 1995-11-07

Abstract

(57)【要約】【目的】エンジンの動弁装置において、バルブリフト
量調節機構と、同一リフト量において少なくとも二種類
のバルブタイミングが達成される可変バルブタイミング
機構との両機能を、複雑でなくかつコンパクトに兼ね具
え、より高いエンジン性能を得る。【構成】エンジンの回転に伴って駆動される駆動カム
(41)に摺接し作動されるカムフォロア(33)は、正または
逆回転可能にエンジン本体に軸支された偏心軸(31)に相
対回動可能に支持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃エンジンの動弁装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等に使用される内燃エンジンにお
いて、高速走行性能や燃費特性等のエンジンの性能を充
分に発揮させるため、エンジン運転状態、例えばエンジ
ン回転数に応じて、開閉弁タイミングやバルブリフト量
（弁開度）を変化させることが可能な動弁装置が、例え
ば実開平２−３９５０５号公報等により知られている。

【０００３】上記公報の動弁装置では、エンジン回転に
よって駆動される駆動カムと、吸気弁または排気弁に当
接する従動カムとの間にロッカアームが介装され、この
ロッカアームの支持部を、エンジン回転数に応じて変位
させ、これにより吸気弁または排気弁のリフト量および
開閉弁タイミングを調節するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の動弁
装置は、ロッカアーム支持部の変位方向が一軸方向のみ
であるために、ロッカアーム支持部の変位位置が決まる
と、バルブリフトカーブは、図７に示すように、一義的
に決定されてしまうことになる。このような図７に示す
バルブリフトカーブでは、バルブリフト量を最大バルブ
リフトカーブの最大リフト点ａ’側に変化させると、開
弁開始タイミングは早まるが、逆に閉弁完了タイミング
は遅くなり、またバルブリフト量を最小バルブリフトカ
ーブの最小リフト点ｂ’側に変化させると、開弁開始タ
イミングは遅くなるが、閉弁完了タイミングは早くなる
という一種類の調節しか行うことができない。従って、
バルブリフト量を一定に保ったまま開弁開始タイミング
と閉弁完了タイミングとを同時に同方向にシフトさせ、
共に早めたり遅くしたりしたい場合には対応が困難であ
る。

【０００５】本発明は、上述した事情に基づいてなされ
たもので、その目的とするところは、バルブリフト量調
節機構と自由度の高い可変バルブタイミング機構との両
機能を、複雑でなくかつコンパクトに兼ね具え、より高
いエンジン性能が得られる内燃エンジンの動弁装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明のエンジンの動弁装置では、内燃エンジンに
より駆動される駆動カムと、該駆動カムと吸気弁または
排気弁との間に介装され、前記駆動カムの駆動力によっ
て前記吸気弁または排気弁を開閉弁するカムフォロアと
を具えた内燃エンジンの動弁装置において、前記カムフ
ォロアは、エンジン本体に軸支された偏心軸に相対回動
可能に支持されていることを特徴とする。

【０００７】このとき、偏心軸は、正回転および逆回転
が可能なようにエンジン本体に軸支されることが望まし
い。また、カムフォロアは、偏心軸に相対回動可能に支
持されたロッカアームと、エンジン本体に回動可能に支
持され、ロッカアームによって回動駆動されて吸気弁ま
たは排気弁を開閉弁する従動カムとを具えて構成しても
よい。

【０００８】また、駆動カムと摺接するロッカアームの
摺接面にローラを介装することが望ましい。さらに、カ
ムフォロアは、従動カムによって駆動され、一端がハイ
ドロラッシュアジャスタに支持され、他端が吸気弁また
は排気弁に当接する第２ロッカアームを具えて構成して
もよく、該第２ロッカアームの摺接面にはローラを介装
することが望ましい。

【０００９】

【作用】エンジンの回転に伴って駆動される駆動カムに
摺接して作動されるカムフォロアは、エンジン本体に軸
支された偏心軸に相対回動可能に支持されているため、
該偏心軸を回転させることにより、カムフォロアが揺動
し、該カムフォロアと駆動カムならびに該カムフォロア
と吸気弁あるいは排気弁との当接部位が移動する。これ
により、吸気弁あるいは排気弁は、バルブリフト量が変
化させられるとともに、同一バルブリフト量において、
バルブの開弁タイミングと閉弁タイミングとが共に早め
られる場合と、共に遅らせられる場合の二種類の開閉弁
タイミングモードが得られる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図７に基
づき説明する。図１は、本発明の一実施例が適用され
る、ダブルオーバヘッドカム４バルブエンジンの動弁装
置の吸気弁側の断面図を示している。排気弁側について
は、一点鎖線６０に対し線対称となるよう配設されてい
るが、構成が吸気弁側と略同一であるため、ここでは図
示しない。

【００１１】動弁装置は、２本の吸気バルブ（吸気弁）
５、スイングアーム（第２ロッカアーム）１０、スイン
グカム（従動カム）２０、ロッカアーム３３および駆動
カム４１等から構成され、エンジンの燃焼室８の上部に
位置し、シリンダヘッドロア２、シリンダヘッドアッパ
３およびカムキャップ４から成るシリンダヘッド部（エ
ンジン本体）１の内部に配設されている。ここに、スイ
ングアーム（第２ロッカアーム）１０、スイングカム
（従動カム）２０、ロッカアーム３３等は、駆動カム４
１によって駆動され、吸気バルブ５を開閉弁するカムフ
ォロアを構成している。

【００１２】混合ガスの吸入を行う吸気通路９と燃焼室
８との連通あるいは遮断を行う各吸気バルブ５は、バル
ブスプリング６およびリテーナ７を介してシリンダヘッ
ドロア２に取付けられ、各吸気バルブ５のそれぞれに
は、スイングアーム１０がスイングアーム先端部１１に
おいて当接している。各スイングアーム１０の基端は、
ハイドロラッシュアジャスタ（ＨＬＡ）１５のピボット
部１６に枢支されており、各スイングアーム１０のほぼ
中央部には、スイングカム２０の各カム部２３、２４と
摺接し、摺動時の摩擦抵抗を軽減するローラ１２が介装
されている。ハイドロラッシュアジャスタ（ＨＬＡ）１
５は、スイングアーム１０と吸気バルブ５、あるいはロ
ーラ１２とスイングカム２０との間に隙間が生じると、
該隙間を無くすように作動する調整装置であり、スイン
グアーム１０作動時に騒音が発生することを防止してい
る。

【００１３】ローラ１２に摺接する左右のカム部２３、
２４は、図２に示されているとおり、摺接部２１を介し
て一体に形成され、各カム部２３、２４の側面から外方
に水平に延びるカム軸２０ａ，２０ａは、シリンダヘッ
ドロア２とシリンダヘッドアッパ３との当接面に中心点
２２を回動中心として軸支されている。各カム部２３、
２４間に設けられた摺接部２１は、ロッカアーム３３と
摺接するようになっている。

【００１４】ロッカアーム３３は、その基端部３３ａが
ロッカシャフト３０に回動可能に支持されており、先端
部３３ｂが、前述したとおりスイングカム２０の摺接部
２１と摺接している。ロッカアーム３３の中央部には、
上面視四角形の穴が貫通して形成されており、この穴に
駆動カム４０と摺接し、摩擦抵抗を軽減するローラ３５
が介装されている。

【００１５】ロッカシャフト３０には、円板状の偏心部
（偏心軸）３１がその中心点３４をその中心軸の中心点
３２より偏倚させて一体に形成されている。このロッカ
シャフト３０の偏心部３１は、ロッカアーム３３の基端
部３３ａに穿設した穴３３ｃに嵌合され、ロッカシャフ
ト３０の両端は、シリンダヘッドアッパ３とカムキャッ
プ４との当接面に中心点３２を回転中心として軸支され
ている。

【００１６】中心点３２と中心点３４との偏倚により、
ロッカシャフト３０が回転すると、中心点３４は中心点
３２の周りを移動する。これに伴い、中心点３４を中心
として回動するロッカアーム３３は、ロッカシャフト３
０の回転に応じて揺動することになる。また、ロッカシ
ャフト３０には、スイングカム２０をロッカアーム３３
側に常に隙間なく押し当てておくための捩じりコイルバ
ネ３７が装着されており、その一端はシリンダヘッドア
ッパ３に設けられたストッパ部３８に当接している。こ
の捩じりコイルバネ３７は、駆動カム４１とローラ３５
との間に隙間が生じた場合にも、該隙間を無くすように
作用する。

【００１７】駆動カム４１は、シリンダヘッドアッパ３
とカムキャップ４との当接面に中心点４２を回転中心と
して軸支されたカムシャフト４０と一体に形成されてお
り、該カムシャフト４０は、エンジンのクランクシャフ
ト（図示せず）にスプロケット（図示せず）およびチェ
ーンまたはベルト（図示せず）を介して回転可能に接続
されている。これにより、駆動カム４１はクランクシャ
フトの回転（クランク角）に同期して回転し、ロッカア
ーム３３を揺動させられるようになっている。そして、
ロッカアーム３３を介して作動させられるスイングカム
２０は、スイングアーム１０を介して同時に２本の吸気
バルブ５を開閉させるようになっている。

【００１８】このようなスイングカム２０は、一つの燃
焼室８に対して複数の吸気バルブ５を並べて配設するよ
うな場合に有効であり、各吸気バルブ毎に駆動カム４１
およびスイングカム２０を設ける必要がないため、部品
点数が減少し、動弁装置を複雑にすることなくコンパク
トに構成することができる。図３は、カムシャフト４
０、ロッカシャフト３０およびスイングカム２０のシリ
ンダヘッド部（エンジン本体）１への取付け状態を示す
概略図である。上述のように、カムシャフト４０、ロッ
カシャフト３０はそれぞれの中心点４２、３２がシリン
ダヘッドアッパ３とカムキャップ４との当接面位置に一
致するように軸支され、スイングカム２０はその中心点
２２がシリンダヘッドロア２とシリンダヘッドアッパ３
との当接面位置に一致するように軸支されている。

【００１９】このように、軸支部が、シリンダヘッドロ
ア２とシリンダヘッドアッパ３およびカムキャップ４の
当接面に設けられていることにより、構造が簡単でメン
テナンス性の良い安価な動弁装置となる。また、カムシ
ャフト４０とロッカシャフト３０とをシリンダヘッドア
ッパ３の当接面上に並列に配置したことにより、多様な
車種に適用可能なようにエンジン高さを低く抑えるられ
るとともに、シリンダヘッドロア２とシリンダヘッドア
ッパ３とを結合するボルト６０、６１やシリンダヘッド
アッパ３とカムキャップ４とを結合するボルト６２が、
カムシャフト４０等に干渉しない位置に容易に配設可能
となり、エンジンの高速回転にも耐えられる充分なシリ
ンダヘッド部強度を得ることができる。

【００２０】図４は、上述の動弁装置を３次元的に示し
た分解斜視図であり、これによりロッカシャフト３０の
駆動装置、ならびに動弁装置のバルブリフト量調節機構
および可変バルブタイミング機構としての作動をより詳
しく説明する。ロッカシャフト３０は、例えば、エンジ
ンに内設あるいは外設された駆動モータ５０によって回
転駆動される。ロッカシャフト３０の一端は、所定の減
速比を持つ一対のスパーギヤ５４、５５を介してシャフ
ト５３に接続されており、該シャフト５３は、所定の高
減速比を持つ一対のウォームギヤ５１、５２を介して駆
動モータ５０に接続されている。ロッカシャフト３０は
シャフト５３に取付けられたポジションセンサ５５によ
ってその回転位置が検出されるようになっており、各種
の制御を実施する電子コントロールユニット（図示せ
ず）は、ロッカシャフト３０が所定位置または所定角度
まで回転したことを検出したら、駆動モータ５０の作動
を停止させることになる。

【００２１】このように、ロッカシャフト３０が回転
し、偏心部３１を嵌合させたロッカアーム３３が揺動す
ると、ロッカアーム３３と駆動カム４１およびスイング
カム２０との摺接位置が移動し、駆動カム４１によるロ
ッカアーム３３の、あるいはロッカアーム３３によるス
イングカム２０の作動開始時期や、作動量が変化する。
これにより、ハイドロラッシュアジャスタ（ＨＬＡ）１
５に支持されたスイングアーム１０を介して作動する吸
気バルブ５の開閉弁タイミングやバルブリフト量が変化
させられることになり、混合ガスの吸気タイミングと吸
気量が調節可能となっている。

【００２２】図５は、ロッカシャフト３０の回転に応じ
て設定される偏心部３１の回転角９０°毎の設定位置
(1) 〜(4) を示した図であり、ロッカシャフト３０はい
ずれの設定位置においても正転あるいは逆転が可能であ
ることを示している。また、図６は、図５に示す偏心部
３１の設定位置(1) 〜(4) に応じて変化する吸気バルブ
５のバルブリフト量と開閉弁タイミング（クランク角）
の関係を示したグラフである。

【００２３】この図６に示す(1) 〜(4) の曲線は、図５
に示す設定位置(1) 〜(4) に対応しており、ロッカシャ
フト３０の偏心部３１が、例えば、図５の実線で示す設
定位置(1) のときには、吸気バルブ５の開弁が開始され
ると、バルブリフト量は同じく実線で示す最大バルブリ
フトカーブ(1) を描くように変化する。従って、吸気が
吸気バルブ５の動きに追従困難となるような、エンジン
が高速回転にある場合には、偏心部３１の設定位置を
(1) として最大バルブリフトを達成することにより、充
分な吸気量が実現できる。

【００２４】一方、偏心部３１が、例えば、一点鎖線で
示す設定位置(4) のときには、バルブリフト量は同じく
一点鎖線で示す最小バルブリフトカーブ(4) を描くよう
に変化する。この最小バルブリフトカーブ(4) は、最大
バルブリフトカーブ(1) に対しバルブリフト量が全体的
に少なく、また同時に開弁期間が短いものとなってい
る。従って、吸気が吸気バルブ５の動きにある程度レス
ポンスよく追従可能な、エンジンが低速回転である場合
には、偏心部３１の設定位置を(4) とすることにより、
排気側の閉弁タイミングとのオーバラップを小さくして
吸気ロスを少なくすることができる。

【００２５】ここで、最大バルブリフトカーブ(1) が示
す最大リフト点ａと最小バルブリフトカーブ(4) が示す
最大リフト点ｂとは略同時期に達成されるようになって
いるため、最小バルブリフトカーブ(4) の開弁開始タイ
ミングは最大バルブリフトカーブ(1) のときのそれに比
べて遅れるのに対し、閉弁タイミングは逆に早まるよう
になっており、これらのタイミングの変化量は開始タイ
ミング側と閉弁タイミング側とでほぼ等しいものとなっ
ている。

【００２６】ロッカシャフト３０の偏心部３１が、破線
で示す設定位置(2) または二点鎖線で示す設定位置(3)
の場合においては、それぞれ破線で示す中間バルブリフ
トカーブ(2) または二点鎖線で示す中間バルブリフトカ
ーブ(3) のように最大リフト点（点ｃまたは点ｄ）での
バルブリフト量が同じでありながら、達成時期を異にし
た二種類のカーブを描くことになる。

【００２７】偏心部３１が設定位置(2) の場合には、最
大リフト点ｃの達成される時期は設定位置が(1) あるい
は(4) の最大リフト点ａ、ｂ達成時期よりも遅くなり、
一方、設定位置(3) の場合には、最大リフト点ｄの達成
される時期は最大リフト点ａ、ｂ達成時期よりも早くな
る。この場合、駆動カム４１のカム形状は変化しないこ
とから、カーブ(2) とカーブ(3) との形状やバルブ開弁
期間はほぼ同一とみなすことができるため、カーブ(2)
の最大リフト点ｃとカーブ(3) の最大リフト点ｄの達成
時期の差が、設定位置(2) と(3) 間のバルブ開弁開始タ
イミング差あるいは閉弁タイミング差となる。

【００２８】従って、図７に示すように、最大リフト点
ｃ’の達成時期が、最大バルブリフトカーブの最大リフ
ト点ａ’あるいは最小バルブリフトカーブの最大リフト
点ｂ’の時期とほぼ同じであるような従来の動弁装置の
中間バルブリフトカーブと比較すると、カーブ(2) にあ
っては最大リフト点ｃとｃ’の達成時期の差分、カーブ
(3) にあっては最大リフト点ｄとｃ’の達成時期の差分
だけ開閉弁タイミングが前あるいは後にシフトした状態
のものとなる。

【００２９】このように、中間バルブリフト状態におい
ては、ロッカシャフト３０の偏心部３１を設定位置(2)
または(3) に設定することによって、吸気バルブ５の開
閉弁タイミングを二種類とすることができる。例えば、
エンジン回転数が比較的高い中速回転域では、偏心部３
１を設定位置(2) として吸気タイミングを多少遅らせる
ことにより、排気タイミングとのオーバラップ量を増や
すことなく、ピストン（図示せず）が下死点に達してか
らも混合ガスの吸入をさらに実行し、充填効率の向上を
図ることができる。一方、エンジン回転数が比較的低く
高負荷を要求される中速回転域では、偏心部３１を設定
位置(3) とし、吸気タイミングを多少早めることによ
り、混合ガスの吸入量を減らすことなく、圧縮行程にお
ける混合ガスの吸気通路９への逆流を少なくし、充分な
混合ガスの圧縮を実現することができる。

【００３０】ところで、ロッカシャフト３０の偏心部３
１の所定位置は、上述の図５に示すような回転角が９０
°毎の設定位置(1) 〜(4) の場合だけでなく、エンジン
回転数等のパラメータに基づいて自由に設定可能であ
り、電子コントロールユニットによりエンジンの出力等
を監視することで、エンジンの特性に適合させた最適制
御を行うようにもできる以上、吸気側の動弁装置を主体
として説明したが、排気側についても構成が同一である
ことから、燃焼ガスの排気量、排気タイミングに関して
同様の作用および効果が得られることになり、ここでは
説明を省略する。

【００３１】尚、本実施例においては、スイングカム２
０は、シリンダヘッド部１に軸支されるように構成した
が、これに限られることなく、ロッカアーム３３と一体
に形成してもよい。また、スイングアーム１０、スイン
グカム２０およびスイングカム２０等のカムフォロアの
構成要素全てを合体させて、同一作用をする一体式のカ
ムフォロアとしてもよいし、スイングカム２０をスイン
グアーム１０と一体に形成するようにしてもよい。

【００３２】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、内燃エ
ンジンにより駆動される駆動カムと、該駆動カムと吸気
弁または排気弁との間に介装され、駆動カムの駆動力に
よって吸気弁または排気弁を開閉弁するカムフォロアと
を具えた内燃エンジンの動弁装置において、カムフォロ
アは、エンジン本体に軸支された偏心軸に相対回動可能
に支持されるようにしたので、該偏心軸を回転させるこ
とにより、カムフォロアを揺動させ、該カムフォロアと
駆動カムあるいは該カムフォロアと吸気弁または排気弁
とが当接する部位を変位させることができ、これによ
り、バルブリフト量調節機構と自由度の高い可変バルブ
タイミング機構との両機能を複雑でなくかつコンパクト
に兼ね具え、より高いエンジン性能を得ることが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る、エンジンのシリンダヘッド部お
よび動弁装置の一実施例を示す断面図である。

【図２】図１の矢視Ａを示す図である。

【図３】エンジンのシリンダヘッド部における、カムシ
ャフト、ロッカシャフトおよびスイングカムの軸支位置
を示す図である。

【図４】図１の動弁装置を示す分解斜視図である。

【図５】ロッカシャフトの回転に応じた偏心部の設定位
置を示す図である。

【図６】ロッカシャフトの偏心部の設定位置に応じたバ
ルブリフト量および開閉弁タイミングの変化を示すグラ
フである。

【図７】従来の動弁装置のバルブリフト量および開閉弁
タイミングの変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１シリンダヘッド部（エンジン本体）２シリンダヘッドロア３シリンダヘッドアッパ４カムキャップ５吸気バルブ（吸気弁）１０スイングアーム（第２ロッカアーム）１２ローラ２０スイングカム（従動カム）３０ロッカシャフト３１偏心部（偏心軸）３３ロッカアーム３５ローラ４０カムシャフト４１駆動カム５０駆動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平野孝明京都府京都市右京区太秦巽町１番地三菱自動車エンジニアリング株式会社京都事業所内 (72)発明者岡本秀明京都府京都市右京区太秦巽町１番地三菱自動車エンジニアリング株式会社京都事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃エンジンにより駆動される駆動カム
と、該駆動カムと吸気弁または排気弁との間に介装さ
れ、前記駆動カムの駆動力によって前記吸気弁または排
気弁を開閉弁するカムフォロアとを具えた内燃エンジン
の動弁装置において、前記カムフォロアは、エンジン本体に軸支された偏心軸
に相対回動可能に支持されていることを特徴とする内燃
エンジンの動弁装置。
【請求項２】前記カムフォロアは、前記偏心軸に相対
回動可能に支持されたロッカアームと、前記エンジン本
体に回動可能に支持され、前記ロッカアームによって回
動駆動されて前記吸気弁または排気弁を開閉弁する従動
カムとを具えたことを特徴とする請求項１記載の内燃エ
ンジンの動弁装置。
【請求項３】前記駆動カムと摺接する前記ロッカアー
ムの摺接面にローラを介装したことを特徴とする請求項
２記載の内燃エンジンの動弁装置。
【請求項４】前記カムフォロアは、さらに、前記従動
カムによって駆動され、一端がハイドロラッシュアジャ
スタに支持され、他端が前記吸気弁または排気弁に当接
する第２ロッカアームを具えたことを特徴とする請求項
２または３記載の内燃エンジンの動弁装置。
【請求項５】前記従動カムと摺接する前記第２ロッカ
アームの摺接面にローラを介装したことを特徴とする請
求項４記載の内燃エンジンの動弁装置。
【請求項６】複数の吸気弁または排気弁を有する内燃
エンジンに適用され、前記従動カムは、前記ロッカアー
ムと摺接する摺動部と、前記複数の吸気弁または排気弁
のそれぞれに配設された前記第２ロッカアームに当接す
る複数のカム部とを具えたことを特徴とする請求項４ま
たは５記載の内燃エンジンの動弁装置。
【請求項７】前記摺動部は、前記複数のカム部間に配
設されることを特徴とする請求項６記載の内燃エンジン
の動弁装置。
【請求項８】前記偏心軸は、正回転および逆回転が可
能なように前記エンジン本体に軸支されることを特徴と
する請求項１乃至７のいずれか記載の内燃エンジンの動
弁装置。
【請求項９】前記従動カムを前記ロッカアーム側へ付
勢するバネ部材を具えたことを特徴とする請求項２記載
の内燃エンジンの動弁装置。
【請求項１０】前記エンジン本体は、シリンダヘッド
ロアと、該シリンダヘッドロアの上面に載置固定される
シリンダヘッドアッパと、該シリンダヘッドアッパの上
面に載置固定されるカムキャップとを具え、前記駆動カムおよび前記偏心軸とをシリンダヘッドアッ
パとカムキャップとの当接面で軸支させ、前記従動カム
をシリンダヘッドアッパとシリンダヘッドロアとの当接
面で軸支させたことを特徴とする請求項２記載の内燃エ
ンジンの動弁装置。