JPH0755285Y2 - ４サイクルエンジンの動弁装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の目的〕 （産業上の利用分野） この考案は、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、特にシリンダヘッドに形成さ
れてロッカシャフトを支持するロッカシャフト軸受部の
摩耗を防止できる４サイクルエンジンの動弁装置に関す
る。

（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ロッカシャフトに
支持されたロッカアームを介して上記吸・排気バルブを
所定のタイミングで上下動させている。

（考案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
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。

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。

一方、ロッカアームを支持するロッカシャフトは、ロッ
カアームの激しい上下動によって揺動し、ロッカシャフ
トの軸受部の摩耗を促進する虞がある。

この考案は、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、シリンダヘッドに形成されてロッカシャフトを支
持するロッカシャフト軸受部の摩耗を防止できる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。

〔考案の構成〕

（課題を解決するための手段） この考案は、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のロッカアームを駆動する第１のカム
と、上記第２および第３のロッカアームをそれぞれ駆動
し、上記第１のカムのカムプロフィールと異なる形状の
カムプロフィールを有する第２および第３のカムと、上
記ロッカシャフトを回動する駆動機構とを備え、この駆
動機構は、上記ロッカシャフトの一端部に連結される一
方、上記ロッカシャフトの他端部にはロッカシャフト回
動位置決めストッパ機構が設置され、このストッパ機構
は、上記ロッカシャフトの回動角度の範囲に亘ってこの
ロッカシャフトの周方向に沿って形成されたストッパ溝
と、このストッパ溝に係合するストッパスクリューとか
ら構成されたものである。

（作用） したがって、この考案に係る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、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１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。

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。

さらに、ロッカシャフトを回動する駆動機構とロッカシ
ャフト回動位置決めストッパ機構とがロッカシャフトの
両端部にそれぞれ配置されたことから、エンジン作動中
に、ロッカシャフトの全長に亘って常にトーションが作
用した状態となる。このため、ロッカシャフトはロッカ
アームの激しい上下動によっても揺動せず、この結果、
ロッカシャフト軸受部の摩耗を防止できる。

（実施例） 以下、この考案の一実施例を図面に基づいて説明する。

第５図は、この考案に係る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、第２図は第５図に示す動弁
装置が適用されたシリンダヘッドの部分平面図、第１図
および第３図は第２図のＩ−Ｉ線およびIII−III線にそ
れぞれ沿う断面図、第６図は第５図の動弁装置の平面
図、第７図および第８図は第５図の動弁装置の作用を示
す動作状態図である。

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、第５
図〜第８図および第３図に示すバルブ1,2は吸気または
排気を行なうために配置されている。

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（第１図、第３図、第７図）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、かつ後
述のロッカシャフト軸受部30（第１図および第３図）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。

第５図に示すように、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、エンジンの燃
焼室27（第３図）を開閉する上記バルブ１および２のス
テム頭部にそれぞれ当接している。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、回動自在に設けられる。

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に対し回動可能に嵌挿される。この偏心ブッシュ12
は、第７図に示す如く、軸心がロッカシャフト11の中心
から偏心しており、抜止めピン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。

第６図に示す如く、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に対し回動可能に嵌挿される。この偏心ブッシュ13
も抜止めピン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。

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
触点は、バルブ１および２の略軸線上に設定される。

したがって、第７図および第３図に示すように、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
げて、その各先端部7bを下降させた場合、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
岐部7bに追従して下降する。一方、第８図に示すように
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をそれぞれ押下げた場合
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の各先端部7bを押下げるこ
とから、この先端部7bが強制的に下降される。

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7bに上方から嵌装
される。また、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。

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弁開閉時期が得られ
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弁開
閉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。

上記バルブリフト量は、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り決定される。第９図
には、低速用カム３によ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によ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。この第９図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。

なお、第９図の二点鎖線Ｃは、ロッカシャフト11を回動
して偏心ブッシュ12および13のブッシュ厚肉部12aおよ
び13aを斜め前方へ位置させたとき（第３図および第７
図）の中高速用カム４および５によるバルブリフトカー
ブを示す。

ところで、第１図、第２図および第５図に示すように、
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17に噛み合される。これら油圧シリンダ
15、ラック16およびピニオン17が駆動機構を構成する。
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。

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16は引き戻され、
ピニオン17は矢印Ｏ方向（第５図）に回転されて、偏心
ブッシュ12および13は第３図および第７図に示すよう
に、そのブッシュ厚肉部12aおよび13aが斜め前方へ位置
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Ｐ方
向（第５図）へ回動されて、偏心ブッシュ12および13は
第８図に示すように、そのブッシュ厚肉部12aおよび13a
が斜め後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、油圧シリンダ等15,1
6,17の作動により、偏心ブッシュ12および13のブッシュ
厚肉部12aおよび13aが常時ロッカシャフト11の上半側で
斜め前方から斜め後方の範囲を回動するように構成され
る。

上述のようなロッカシャフト11および油圧シリンダ15等
は、第１図〜第３図に示すシリンダヘッド21に配置され
る。ロッカシャフト11は、シリンダヘッド21の車両前後
および左右に１本ずつ計４本配置され、車両左右方向に
延びて配設される。各ロッカシャフト11は、ロッカシャ
フト軸受部30によって回動可能に支持される。これらの
ロッカシャフト11の上方に、カムシャフト６を支持する
下半軸受孔22が形成される。

また、この下半軸受孔22付近にはバルブガイド23（第２
図および第３図）が配置され、スタッドボルト挿通孔24
が形成される。さらに、シリンダヘッド21の上部には、
ヘッドカバーとの合せ面25が形成され、また、シリンダ
ヘッド21の車両左右方向中央位置にカムチェーン室26が
形成される。このカムチェーン室26内に、油圧シリンダ
15およびラック16が配置される。

また、シリンダヘッド21の下部には、第３図に示すよう
に燃焼室27が形成され、この燃焼室27に連通して吸気ポ
ート28および排気ポート29が形成される。バルブ１およ
び２のバルブフェースは、燃焼室27と吸気ポート28およ
び排気ポート29との境界に配置される。バルブスプリン
グ20並びに低速用ロッカアーム７、中高速用ロッカアー
ム８および９の作用により、吸気ポート28および排気ポ
ート29が開閉される。

これらの低速用ロッカアーム７、中高速用ロッカアーム
８および９は、第２図に示すように１本のロッカシャフ
ト11に２組設置される。各組の低速用ロッカアーム７お
よび中高速用ロッカアーム８および９は、ロッカシャフ
ト11に介在された位置決めスプリング31によって、ロッ
カシャフト11とともにその位置が規制される。つまり、
低速用ロッカアーム７、中高速用ロッカアーム８および
９並びにロッカシャフト11は、位置決めスプリング31の
付勢力によってシリンダヘッド21の中央方向へ押し付け
られる。

また、一端部にピニオン17が形成されたロッカシャフト
11の他端部外周には、第１図および第４図に示すように
ストッパ溝32が刻設される。このストッパ溝32は、ロッ
カシャフト11の回動角度の範囲に亘ってロッカシャフト
11の周方向に沿って形成される。

このストッパ溝32には、ガイド部32aと、このガイド部3
2aの一端部または両端部からロッカシャフト11の軸方向
に延びるスライド部32bと、ガイド部32aの両端部に位置
するストッパ部32cとを備えて構成される。第４図で
は、スライド部32bがガイド部32aの一端部から延びた場
合を示す。

一方、シリンダヘッド21には、上記ストッパ溝32に対応
する位置にスクリュー孔33が形成され、このスクリュー
孔33にストッパスクリュー34が螺装される。これらのス
トッパ溝32およびストッパスクリュー34がロッカシャフ
ト回動位置決めストッパ機構である。つまり、油圧シリ
ンダ15の作動によるロッカシャフト11の回転時に、スト
ッパスクリュー34の先端がストッパ溝32のガイド部32a
に案内されてストッパ溝32両端部のストッパ部32cに当
接することにより、ロッカシャフト11の回動が規制され
る。なお、符号40で示す矢印はロッカシャフト11の回動
ストロークである。

また、ストッパ溝32のスライド部32bは、バルブ1,2のス
テム頭部に設置されたシム14a,14bを交換してタペット
クリアランスを調整する際に機能する。つまり、シム14
a,14bを交換する際には、位置決めスプリング31の付勢
力に抗してロッカシャフト11をシリンダヘッド21の外側
へスライドさせ、低速用ロッカアーム７、中高速用ロッ
カアーム８および９を同方向に移動させる必要がある
が、このときストッパスクリュー34の先端がスライド部
32b内を移動する。

なお、第１図中符号35は、カムシャフト６用の軸受ハウ
ジングであり、また符号36はヘッドカバーである。

次に、作用効果を説明する。

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が第５図の矢印Ｏ方向に
回動すると、偏心ブッシュ12および13のそれぞれのブッ
シュ厚肉部12aおよび13aが斜め前方に位置する（第３図
および第７図）。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。

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、バルブ１および２は
第９図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、燃料
室を開閉する。

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11が第５図の矢印
Ｐ方向に回転すると、偏心ブッシュ12および13のそれぞ
れブッシュ厚肉部12aおよび13aが斜め後方に位置する
（第８図）。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。

ここで、第９図に示したように、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、第８図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、第９図のリフト特性Ｂに基づきバルブ１
および２を駆動する。この結果、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。

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。

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。

ところで、油圧シリンダ15、ラック16およびピニオン17
の作用でロッカシャフト11が回動されたときには、スト
ッパスクリュー34の先端がストッパ溝32のガイド部32a
に案内されてストッパ溝32両端部のストッパ部32cに当
接することによって、ロッカシャフト11は上述の偏心ブ
ッシュ12および13のブッシュ厚肉部12aおよび13aが斜め
前方にある位置（第７図）、あるいはこのブッシュ厚肉
部12aおよび13aが斜め後方にある位置（第８図）の各回
動位置に停止する。このとき、ロッカシャフト11のピニ
オン17側端部には油圧シリンダ15から回転力が作用し、
一方ロッカシャフト11のストッパ溝32のストッパ部32c
には、ストッパスクリュー34によって上記回転力の反力
が作用する。これらの回転力および反力により、ロッカ
シャフト11は軸方向ほぼ全長に亘り、トーションが作用
した状態となる。

このように、ストッパ溝32が、ロッカシャフト11におい
てピニオン17側端部と反対側の端部に形成されたことか
ら、エンジン作動時にロッカシャフト11の軸方向略全長
に亘りトーションが作用し、安定な状態となる。したが
って、低速用ロッカアーム７、中高速用ロッカアーム８
および９がロッカシャフト11を中心として激しく上下動
しても、ロッカシャフト11はこれらの上下動に連れて揺
動することがなく、この結果、ロッカシャフト軸受部30
の摩耗を防止できる。

なお、上記実施例では、中高速用カム４および５による
バルブリフトカーブが第９図の破線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によ
るバルブリフトカーブを第10図の破線Ｂ′あるいは第11
図の破線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。

また、上記実施例では、ロッカシャフト11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。

〔考案の効果〕

以上のように、この考案に係る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。

また、ロッカシャフトを回動する駆動機構がこのロッカ
シャフトの一端部に連結され、このロッカシャフトの他
端部にロッカシャフト回動位置決めストッパ機構が設置
されたことから、エンジン作動中にロッカシャフトの略
全長に亘って常にトーションが作用した安定な状態にな
るので、ロッカアームの激しい上下動によってもロッカ
シャフト11が揺動せず、この結果、ロッカシャフト軸受
部の摩耗を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２図のＩ−Ｉ線に沿う断面図、第２図は第５
図の動弁装置が適用されたシリンダヘッドの部分平面
図、第３図は第２図のIII−III線に沿う断面図、第４図
は第１図のロッカシャフトの他端部を示す斜視図、第５
図はこの考案に係る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、第６図は第５図の動弁装置の平面
図、第７図および第８図は第５図の動弁装置の作用を示
す動作状態図、第９図は第１図および第５図のカムによ
るバルブリフトカーブを示す図、第10図および第11図は
第９図に示すバルブリフトカーブのそれぞれの変形例を
示す図である。 1,2……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、8,9……中高速用ロッ
カアーム、11……ロッカシャフト、12,13……偏心ブッ
シュ、21……シリンダヘッド、15……油圧シリンダ、16
……ラック、17……ピニオン、30……ロッカシャフト軸
受部、31……位置決めスプリング、32……ストッパ溝、
32c……ストッパ部、33……スクリュー孔、34……スト
ッパスクリュー、Ａ……低速用カムによるバルブリフト
カーブ、Ｂ……中高速用カムによるバルブリフトカー
ブ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
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11と、このロ
   ッカシャフト11に直接嵌挿された第１のロッカアーム７
   と、この第１のロッカアーム７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8,9と、上記第１のロッカアーム７を駆動
   する第１のカム３と、上記第２および第３のロッカアー
   ム8,9をそれぞれ駆動し、上記第１のカム３のカムプロ
   フィールと異なる形状のカムプロフィールを有する第２
   および第３のカム4,5と、上記ロッカシャフト11を回動
   する駆動機構15,16とを備え、この駆動機構15,16は、上
   記ロッカシャフト11の一端部に連結される一方、上記ロ
   ッカシャフト11の他端部にはロッカシャフト回動位置決
   めストッパ機構32,34が設置され、このストッパ機構32,
   34は、上記ロッカシャフト11の回動角度の範囲に亘って
   このロッカシャフト11の周方向に沿って形成されたスト
   ッパ溝32と、このストッパ溝32に係合するストッパスク
   リューと34から構成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。