JPH07332027A - 内燃機関の弁装置 - Google Patents

内燃機関の弁装置

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JPH07332027A
JPH07332027A JP6127569A JP12756994A JPH07332027A JP H07332027 A JPH07332027 A JP H07332027A JP 6127569 A JP6127569 A JP 6127569A JP 12756994 A JP12756994 A JP 12756994A JP H07332027 A JPH07332027 A JP H07332027A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２弁式エンジンにも採用可能でありながら排
気脈動音を低減する。 【構成】 クランクシャフトと同期的に回転するカムに
駆動される排気弁を備えた内燃機関の弁装置において、
前記排気弁の開弁側の正方向の加速度の最大値Ａ1を閉
弁側の正方向の加速度の最大値Ａ2の６０〜９０％の間
となるようなカムを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気弁を駆
動するカムの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】自動車用などの内燃機関において、排気
弁の駆動はクランクシャフトと同期的に回転するカムを
介して行われており、従来から採用されている排気弁の
リフトカーブとしては図１１に示すようなものが知られ
ている。
【０００３】図１１（Ａ）〜（Ｃ）は排気弁の開弁時を
クランクシャフトの回転角度（以下、クランク角とす
る）＝０として示したもので、閉弁していた排気弁は緩
衝部で正方向の加速度（リフト量が増大する方向、以下
同）を加えられて徐々に速度を増大しながら図示しない
バルブシートから離れた後、図示しないシリンダー内の
ガスを排出する揚程部に入ると開弁側の正方向の最大加
速度で速度を増大する一方、所定のクランク角以降は負
方向（排気弁のリフト量が減少する方向、以下同）の加
速度で速度を減少しながら最大リフト位置まで開弁す
る。
【０００４】最大リフト位置からは同様に負方向の加速
度によってリフト量を減少しながら負方向の速度を増大
させて閉弁方向に変位する一方、所定のクランク角以降
は開弁側の正方向の加速度の最大値にほぼ等しい閉弁側
の正方向の最大加速度によって負方向の速度を減少させ
てから閉弁側の緩衝部で緩やかに排気弁を着座させるも
のである。
【０００５】なお、図中揚程部は排気弁がバルブシート
から所定量離れた区間を示し、この揚程部において正方
向の加速度が加わわる区間を正加速度区間、負方向の加
速度が加わる区間を負加速度区間とする。
【０００６】このような従来の排気弁のカムでは、正加
速度区間における加速度の最大値を動弁機構などの運動
限界のみから設定している。
【０００７】このため、急激に開弁する排気弁から図示
しない排気ポートへ流入する排気ブローダウンが急激に
立ち上がって排気脈動音が増大してしまう。この、排気
ブローダウンの立ち上がりに着目して排気脈動音を低減
する弁装置としては特開平１−１５９４１７号公報が知
られている。
【０００８】これは、図１２に示すように、２つの排気
弁ｅ1、ｅ2の開弁時期及びリフト量をずらすことによ
り、排気ブローダウンの変化率を制御して排気脈動音を
低減するものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな上記後者のような弁装置にあっては、排気弁ｅ1、
ｅ2に応じてそれぞれカムを備える必要があるため、弁
装置の製造コストが増大し、さらに２弁式エンジンにお
いては採用できないという問題点があった。
【００１０】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたもので、２弁式エンジンにも採用可能でありなが
ら、簡便な構成で排気脈動音を低減可能な内燃機関の弁
装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、クランク
シャフトと同期的に回転するカムに駆動される排気弁を
備えた内燃機関の弁装置において、前記排気弁の開弁側
の正方向の加速度の最大値を閉弁側の正方向の加速度の
最大値より小さくなるようなカムを備える。
【００１２】また、第２の発明は、クランクシャフトと
同期的に回転するカムに駆動される排気弁を備えた内燃
機関の弁装置において、前記排気弁の開弁側の正方向の
加速度の最大値を排気弁の運動限界から定まる正方向の
加速度の最大値より小さくなるようなカムを備える。
【００１３】また、第３の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記カムが、前記排気弁の開弁側の正方向の加速
度の最大値を閉弁側の正方向の加速度の最大値の６０〜
９０％の間とする。
【００１４】また、第４の発明は、前記第２の発明にお
いて、前記カムが、前記排気弁の開弁側の正方向の加速
度の最大値を排気弁の運動限界から定まる正方向の加速
度の最大値の６０〜９０％の間とする。
【００１５】また、第５の発明は、前記第３または第４
の発明において、前記排気弁の開弁からクランクシャフ
トの下死点前約２０度までを所定の加速度以内で緩やか
に開弁する。
【００１６】
【作用】第１の発明は、排気弁の開弁側の正方向の加速
度の最大値を閉弁側の正方向の加速度の最大値より小さ
くなるようなカムを備えたため、排気ブローダウンの急
激な立ち上がりを緩和することによって排気脈動音を低
減することができる。
【００１７】また、第２の発明は、排気弁の開弁側の正
方向の加速度の最大値を排気弁の運動限界から定まる正
方向の加速度の最大値より小さくなるようなカムを備え
たため、排気ブローダウンの急激な立ち上がりを緩和す
ることによって排気脈動音を低減することができる。
【００１８】また、第３の発明は、排気弁の開弁側の正
方向の加速度の最大値を閉弁側の正方向の加速度の最大
値の６０〜９０％の間としたため、排気ブローダウンの
急激な立ち上がりを緩和することによって排気脈動音を
低減することができる。
【００１９】また、第４の発明は、排気弁の開弁側の正
方向の加速度の最大値を排気弁の運動限界から定まる正
方向の加速度の最大値の６０〜９０％の間としたため、
排気ブローダウンの急激な立ち上がりを緩和することに
よって排気脈動音を低減することができる。
【００２０】また、第５の発明は、前記第１の発明にお
いて、前記排気弁の開弁からクランクシャフトの下死点
前約２０度までを所定の加速度以内で緩やかに開弁する
ことで、排気ブローダウンの立ち上がりを円滑にして排
気脈動音の特に高次成分を低減することができる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明の第１の実施例を添付図面に基
づいて説明する。
【００２２】図１〜図２は本発明によるカムを適用した
場合の排気弁のリフトカーブを示し、図１（Ａ）〜
（Ｃ）は本実施例によるリフトカーブを破線で表示する
一方、前記図１１に示した従来例を実線で表示し、両者
を対比したものである。
【００２３】図１（Ａ）〜（Ｃ）において、閉弁状態の
排気弁は緩衝部で所定の正方向の加速度（リフト量が増
大する方向、以下同）によって徐々に速度を増大した後
に一定速度でリフトしながら図示しないバルブシートか
ら所定量だけ離れるとともに、所定のクランク角から揚
程部に入る。
【００２４】揚程部の正加速度区間では、まず、クラン
ク角の増大に比例して緩やかに正方向の加速度が増大さ
れ、開弁側の正方向の最大加速度Ａ1まで上昇し、排気
弁は正方向の速度を徐々に増大しながらリフト量を増大
する。
【００２５】開弁側の正方向の最大加速度Ａ1を所定の
クランク角だけ保持した後に正加速度区間を終了して、
負方向の加速度で排気弁の減速を行う負加速度区間に入
る。
【００２６】この負加速度区間では排気弁の最大リフト
位置まで徐々に正方向の速度を減少させて、最大リフト
位置で速度＝０となってから負方向の速度に転じて排気
弁を着座方向、すなわち、リフト量を減少する方向に駆
動する。
【００２７】最大リフト位置以降は前記図１１に示した
従来例と同様に構成され、負方向の加速度によって負方
向の速度を増大してから閉弁側の正加速度区間に入る。
【００２８】閉弁側の正加速度区間では正方向の最大加
速度Ａ2で負方向の速度を減速し、排気弁が図示しない
バルブシートに着座する際の衝撃を緩和可能な速度まで
この正方向の最大加速度Ａ2を保持して排気弁を減速し
た後、閉弁側の緩衝部で緩やかに排気弁を着座させるの
である。
【００２９】ここで、開弁側の正方向の加速度の最大値
Ａ1は、閉弁側の正方向の加速度の最大値Ａ2の６０〜９
０％の間に設定され、本実施例においては７０％に設定
された場合を示す。
【００３０】なお、本実施例においては、閉弁側の正方
向の最大加速度Ａ2を内燃機関の設定最高回転数におい
て、排気弁がバウンシングを起こさない運動限界の許容
限界値に設定される。
【００３１】また、従来例における閉弁側の正方向の加
速度の最大値Ｂ1は、排気弁の運動限界である設定最高
回転数運転時に排気弁がジャンピングを起こさない限界
値に設定してあるが、本実施例における開弁側の正方向
の最大加速度Ａ1はこの最大値Ｂ1の７５％に設定され
る。
【００３２】開弁側の正方向の最大加速度Ａ1を閉弁側
の正方向の最大加速度Ａ2の６０〜９０％としたため、
排気弁の開弁タイミングは前記従来例より所定のクラン
ク角だけ早めに設定することで、前記従来例と同等の時
間面積を確保することができる。
【００３３】そして、排気弁のタイミングは、図２に示
すように、開弁側の正加速度区間において最大加速度Ａ
1に到達する位置を下死点（図中ＢＤＣ）前の約２０度
となるように設定され、排気弁の開弁から下死点前２０
度までの開弁側の速度を抑制して緩やかに開弁するので
ある。
【００３４】以上のように構成され、次に作用について
説明する。
【００３５】開弁側の正方向の最大加速度Ａ1を閉弁側
の正方向の最大加速度Ａ2の６０〜９０％に設定し、開
弁側の最大加速度Ａ1に到達する位置を下死点前約２０
度とするとともに、この最大加速度Ａ1まで徐々に加速
度を増大するようにカムを設定したため、図１（Ｂ）に
示すように、排気弁の開弁側の速度は前記従来例に比し
て緩やかに増大する。
【００３６】排気ブローダウンの立ち上がりは図３
（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、３０００〜６０００の各
エンジン回転数において前記従来例（図中実線）に比し
て緩やかに変化することができ、排気脈動音は図４に示
すように、２０００回転近傍及び３５００回転以上で顕
著に低減することができ、特に排気脈動音の高次成分を
大きく低減することができるのである。
【００３７】一方、開弁側の正加速度区間において緩や
かに開弁するために、排気弁のタイミングを図１のよう
に前記従来例に比して早めたため、時間面積の減少を回
避し、エンジンの体積効率の低減及びポンピングロスの
増大をそれぞれ図５、図６に示すように抑制することが
でき、エンジンの効率を低下させることなく排気脈動音
の低減を行うことができるのである。
【００３８】ここで、開弁側の最大加速度Ａ1を閉弁側
の最大加速度Ａ2の６０〜９０％とした理由について詳
述する。
【００３９】開弁側の最大加速度Ａ1と閉弁側の最大加
速度Ａ2の比をＡ1／Ａ2として、これを最大加速度比と
すると、この最大加速度比と排気脈動音及び排気損失と
の関係は本願出願人の数値シミュレーションによれば図
７、図８に示すようになる。
【００４０】図７において、排気脈動音の低減は最大加
速度比が０．９以下となってから顕著になり、最大加速
度比の減少に応じて排気脈動音も減少する。
【００４１】しかしながら、図８に示すように、最大加
速度比が０．６未満になると時間面積を確保するために
開弁時期を早めなければならず、排気損失が急激に増大
してしまう。
【００４２】こうして、排気脈動音を低減するとともに
排気損失の増大を抑制可能な最大加速度比として０．６
〜０．９の値が設定されるのである。
【００４３】さらに、開弁側の最大加速度Ａ1に到達す
る位置を下死点前約２０度としてこの下死点前２０度ま
で緩やかに排気弁を開弁するのは、排気ブローダウンの
立ち上がりが排気弁の開弁時から流量のピークまでであ
り、本願出願人の実験によれば排気脈動音の増大する４
０００回転以上のエンジン回転数において、この流量の
ピークは下死点前約２０度となるためであり、排気ブロ
ーダウンの流量がピークになるまで緩やかに排気弁を開
くことで、排気ブローダウンの立ち上がりを緩和して排
気脈動音の低減、特に高次成分の低減をはかることが可
能となるのである。
【００４４】このように、開弁側の正方向の最大加速度
Ａ1を閉弁側の正方向の最大加速度Ａ2の６０〜９０％に
設定し、開弁側の最大加速度Ａ1に到達する位置を下死
点前約２０度とするとともに、この最大加速度Ａ1まで
徐々に加速度を増大するようなカムを備えたため、前記
後者の従来例のようにタイミングの異なる複数のカムを
必要とすることなく排気ブローダウンの立ち上がりを緩
和することで排気脈動音の低減が可能となり、エンジン
効率の低下を抑制しながら内燃機関の静粛性を向上させ
ることができるとともに、２弁式エンジンにおいても排
気脈動音の低減が可能となるのである。
【００４５】図９、図１０は第２の実施例を示し、図９
において、前記従来例の図１１に示したカムのタイミン
グを破線で示し、第２実施例によるカムのタイミングを
実線で示したもので、図中実線は排気弁の着座音を低減
するために閉弁側の正方向の加速度の最大値Ａ2'を排気
弁の運動限界に設定した破線の最大値Ｂ2'の８０％に設
定するとともに、開弁側の正方向の加速度の最大値Ａ1'
を同様にして破線の最大値Ｂ1'の８０％に設定したもの
で、その他は前記従来例と同様である。
【００４６】このように、正方向の加速度の最大値
Ａ1'、Ａ2'を運動限界に設定された最大値Ｂ1'、Ｂ2'よ
り小さく設定することにより、排気弁の運動限界内で排
気ブローダウンの急激な立ち上がりを緩和することがで
き、図１０に示すように、２０００回転近傍及び４００
０回転以上のエンジン回転数で排気脈動音を顕著に低減
することができ、内燃機関の静粛性を向上させることが
できるのである。
【００４７】
【発明の効果】以上説明したように第１の発明は、クラ
ンクシャフトと同期的に回転するカムに駆動される排気
弁を備えた内燃機関の弁装置において、前記排気弁の開
弁側の正方向の加速度の最大値を閉弁側の正方向の加速
度の最大値より小さくなるようなカムを備えたため、簡
便な構成でありながら排気ブローダウンの急激な立ち上
がりを緩和することによって排気脈動音を低減すること
ができ、前記後者の従来例のように複数のタイミングの
異なるカムを必要としないため２弁式エンジンにおいて
も排気脈動音の低減を行うことが可能となる。
【００４８】また、第２の発明は、クランクシャフトと
同期的に回転するカムに駆動される排気弁を備えた内燃
機関の弁装置において、排気弁の開弁側の正方向の加速
度の最大値を排気弁の運動限界から定まる正方向の加速
度の最大値より小さくなるようなカムを備えたため、簡
便な構成でありながら排気ブローダウンの急激な立ち上
がりを緩和することによって排気脈動音を低減すること
ができ、前記後者の従来例のように複数のタイミングの
異なるカムを必要としないため２弁式エンジンにおいて
も排気弁の運動限界内で排気脈動音の低減を行うことが
可能となる。
【００４９】また、第３の発明は、前記排気弁の開弁側
の正方向の加速度の最大値を閉弁側の正方向の加速度の
最大値の６０〜９０％の間となるようなカムを備え、前
記後者の従来例のようにタイミングの異なる複数のカム
を必要とすることなく排気ブローダウンの急激な立ち上
がりを緩和することが可能となり、製造コストの増大を
抑制しながら排気脈動音を低減することができるととも
に、２弁式エンジンにおいても排気脈動音の低減を行う
ことが可能となる。
【００５０】また、第４の発明は、前記第２の発明にお
いて、前記カムが、前記排気弁の開弁側の正方向の加速
度の最大値を排気弁の運動限界から定まる正方向の加速
度の最大値の６０〜９０％の間としたため、前記後者の
従来例のようにタイミングの異なる複数のカムを必要と
することなく排気ブローダウンの急激な立ち上がりを緩
和することが可能となり、製造コストの増大を抑制しな
がら排気脈動音を低減することができるとともに、２弁
式エンジンにおいても排気弁の運動限界内で排気脈動音
の低減を行うことが可能となる。
【００５１】また、第５の発明は、前記排気弁の開弁か
らクランクシャフトの下死点前約２０度までを所定の加
速度以内で緩やかに開弁するため、排気ブローダウンの
流量のピークに応じて立ち上がりを緩和することがで
き、排気脈動音の特に高次成分を低減することが可能と
なって内燃機関の静粛性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す排気バルブのリフトカー
ブを示す図で、（Ａ）はリフト量とクランクシャフトの
回転角の関係を、（Ｂ）はリフトの速度と同じく回転角
の関係を、（Ｃ）は加速度と同じく回転角の関係をそれ
ぞれ示し、図中破線が本実施例を示し、実線は従来例を
示す。
【図２】同じく排気バルブの加速度とクランク位置との
関係を示す図である。
【図３】各エンジン回転数における排気の速度とクラン
クシャフトの回転角との関係を示す図である。
【図４】排気脈動音とエンジン回転数との関係を示す図
である。
【図５】体積効率とエンジン回転数との関係を示す図で
ある。
【図６】ポンピングロスとエンジン回転数との関係を示
す図である。
【図７】最大加速度比と排気脈動音との関係を示す図で
ある。
【図８】最大加速度比と各エンジン回転数における最大
加速度比と排気損失との関係を示す図である。
【図９】第２の実施例を示す排気バルブのリフトカーブ
を示す図で、（Ａ）はリフト量をとクランクシャフトの
回転角の関係を、（Ｂ）はリフトの速度と同じく回転角
の関係を、（Ｃ）は加速度と同じく回転角の関係をそれ
ぞれ示し、図中実線が本実施例を示し、破線は従来例を
示す。
【図１０】第２実施例における排気脈動音とエンジン回
転数との関係を示す図である。
【図１１】従来の例における排気バルブのリフトカーブ
を示す図で、（Ａ）はリフト量をとクランクシャフトの
回転角の関係を、（Ｂ）はリフトの速度と同じく回転角
の関係を、（Ｃ）は加速度と同じく回転角の関係をそれ
ぞれ示す。
【図１２】他の従来の例における排気バルブのリフト量
とクランクシャフトの回転角との関係を示す図である。
【符号の説明】
Ａ1 開弁側正方向最大加速度 Ａ2 閉弁側正方向最大加速度

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 クランクシャフトと同期的に回転するカ
    ムに駆動される排気弁を備えた内燃機関の弁装置におい
    て、前記排気弁の開弁側の正方向の加速度の最大値を閉
    弁側の正方向の加速度の最大値より小さくなるようなカ
    ムを備えたことを特徴とする内燃機関の弁装置。
  2. 【請求項２】 クランクシャフトと同期的に回転するカ
    ムに駆動される排気弁を備えた内燃機関の弁装置におい
    て、前記排気弁の開弁側の正方向の加速度の最大値を排
    気弁の運動限界から定まる正方向の加速度の最大値より
    小さくなるようなカムを備えたことを特徴とする内燃機
    関の弁装置。
  3. 【請求項３】 前記カムが、前記排気弁の開弁側の正方
    向の加速度の最大値を閉弁側の正方向の加速度の最大値
    の６０〜９０％の間とすることを特徴とする請求項１に
    記載の内燃機関の弁装置。
  4. 【請求項４】 前記カムが、前記排気弁の開弁側の正方
    向の加速度の最大値を排気弁の運動限界から定まる正方
    向の加速度の最大値の６０〜９０％の間とすることを特
    徴とする請求項２に記載の内燃機関の弁装置。
  5. 【請求項５】 前記排気弁の開弁からクランクシャフト
    の下死点前約２０度までを所定の加速度以内で緩やかに
    開弁することを特徴とする請求項３または請求項４に記
    載の内燃機関の弁装置。
JP12756994A 1994-06-09 1994-06-09 内燃機関の弁装置 Expired - Fee Related JP3435612B2 (ja)

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