JPH0799084B2 - 内燃機関の開弁時期制御動弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の運転状態に応じて吸排気弁の開弁
時期を適正に調整し、特に吸排気弁の開弁時期と開弁機
関と弁揚程とを共に適正に調整することができる内燃機
関の開弁時期制御動弁装置に関するものである。

〔従来技術〕

この種の内燃機関の動弁装置には、従来、特開昭64−32
08号公報に示された動弁装置がある。

前記した従来の動弁装置では、吸排気弁の開弁時期を調
整するために、カムシャフトの軸端とこれに装架される
カムプーリとの間に軸方向の相対的移動量を相対的回転
角度量に変換する油圧サーボモータが介装され、該油圧
サーボモータのパイロットバルブをカムシャフトに遊嵌
された操作軸でもって軸方向へ移動させることにより、
カムプーリとカムシャフトとの相対的回転角度量を変え
るようになっていた。

〔解決しようとする課題〕

しかしながら、前記公報記載の動弁装置における油圧サ
ーボモータは構造が頗る複雑となって部品点数が増加
し、また内燃機関の回転速度を検出した電気信号でもっ
て前記操作軸の軸方向位置を制御するにはさらに操作軸
制御装置が必要となり、コスト高と重量増大が避けられ
なかった。

〔課題を解決するための手段および作用効果〕

本発明は、このような難点を克服した内燃機関の開弁時
期制御動弁装置の改良に係り、吸排気弁を開閉駆動させ
るカムシャフトと、該カムシャフトのカムに接触して揺
動し吸気弁および排気弁を開閉させるロッカーアーム
と、前記カムシャフトに対し軸方向に固定されたまま相
対的に回転可能に該カムシャフトに同心状に嵌合される
とともにクランク軸の回転に同期して回転駆動されるカ
ムシャフト駆動部材とを備えた内燃機関において、前記
カムシャフトおよびカムシャフト駆動部材間の環状空間
内に形成されたシリンダ室と、該シリンダ室に摺動自在
に嵌装された油圧ピストンと、前記環状空間に臨んだ前
記カムシャフトおよびカムシャフト駆動部材の周面に形
成されたヘリカルスプラインに螺合されて前記油圧ピス
トンと一体に結合された螺合部材と、前記カムシャフト
駆動部材に対する前記カムシャフトの相対的回転角度を
０とするように該カムシャフトを前記カムシャフト駆動
部材の回転方向に対して逆方向へ回転復動させるスプリ
ングと、内燃機関の回転速度の変化に対応してコイルに
印加される電圧のデューティ比を比例的に変化させるこ
とにより前記シリンダ室に印加される圧油の圧力を調整
する開弁時期調整圧力制御弁とで圧力応動型アクチュエ
ータが構成され、前記カムシャフト駆動部材に対する前
記カムシャフトの相対的回転角度が、前記開弁時期調整
圧力制御弁により調整されて前記アクチュエータに印加
される圧油に対応して連続的に制御されることを特徴と
するものである。

本発明は、前記したように構成されているため、内燃機
関の回転速度が低速から増加すると、前記、開弁時期調
整圧力制御弁から前記シリンダ室に導かれる圧油が前記
機関回転速度の変化に応じて増減し、該シリンダ室内の
圧油の増減に伴ない前記油圧ピストンが軸方向へ駆動さ
れて、前記カムシャフトが前記カムシャフト駆動部材の
回転方向に沿い回転駆動され、該カムシャフト駆動部材
に対するカムシャフトの進角でもって前記吸排気弁の開
弁時期が早められ、内燃機関の運転状態に適合した出力
特性を発揮させることができる。

また本発明においては、前記開弁時期調整圧力制御弁か
ら、内燃機関の回転速度の変化に対応してコイルに印加
される電圧のデューティ比を比例的に変化させることに
より前記シリンダ室に印加される圧油の圧力を開弁時期
調整圧力制御弁でもって調整するようにしたため、機械
的な出力変換機構を必要とせず、構造が大幅に簡略化さ
れて、コストダウンと軽量化とが容易に達成される。

さらに本発明では、前記特許請求の範囲第２項記載のよ
うに構成することにより、開弁時期の調整の外に、カム
形状の異なるカムでもって、機関回転速度範囲毎に、前
記吸排気の開弁時期と弁揚程と開弁期間をそれぞれ適切
に変更でき、低速域から高速域に亘る機関全回転速度範
囲において、機関運動状態に適した出力特性を発揮させ
ることができるとともに、開弁時期調整圧力制御弁は、
オイルポンプからカムシャフトまで設けられた油圧回路
の任意の位置に配置することができるので、開弁時期制
御装置のレイアウトが容易にかつ自由に設定される。

さらにまた本発明においては、前記特許請求の範囲第３
項記載のように構成することにより、前記カム形状の異
なる複数個のカムの切換動作機関回転速度において、該
カム形状の相異による開弁時期の相異をなくして、前記
吸排気弁の開弁時期を連続的に変化させることができ、
機関運転状態に対応してより一層適切な出力特性を得る
ことができる。

しかも本発明では、前記特許請求の範囲第４項記載のよ
うに構成することにより、１本の油圧通路でもって複数
個の油圧連結切換機構を機関回転速度の相異に対応して
順次動作させることができ、油圧回路を著しく簡略化す
ることができる。

〔実施例〕

以下第１図ないし第６図に図示された本発明の一実施例
について説明する。

エンジン１は点火式４サイクル多気筒内燃機関で、エン
ジン１のシリンダヘッド２に各気筒毎に少なくとも１本
の吸気ポート３が形成され、この吸気ポート３の吸気口
４に吸気バルブ５が開閉自在に設けられ、吸気バルブ５
の頂端に取付けられた鍔部６とシリンダヘッド２とにバ
ルブスプリング７が介装されており、バルブスプリング
７のバネ力によって吸気バルブ５が吸気口４に押付けら
れて、吸気口４は吸気バルブ５で常時閉塞されるように
なっている。

まずカム形状の異なる低速用カム10、中速用カム11およ
び高速用カム12により、吸気弁の開弁期間と弁揚程とを
調整する油圧連結切換機構について説明すると、吸気バ
ルブ５の頂端に一方の隣接し気筒配列方向に沿ってロッ
カーシャフト８が軸架され、この吸気バルブ５の頂端と
ロッカーシャフト８との中間上方にカムシャフト９が回
転自在に枢支され、このカムシャフト９には低速用カム
10とその両側に中速用カム11、高速用カム12が一体に形
成されている。なお、吸気弁についてのみ説明するが排
気弁も同様に構成されている。

さらにロッカーシャフト８には、低速用ロッカーアーム
13、中速用ロッカーアーム14、高速用ロッカーアーム15
が回転自在に嵌合され、この低速用ロッカーアーム13、
中速用ロッカーアーム14、高速用ロッカーアーム15はそ
れぞれ低速用カム10、中速用カム11、高速用カム12に接
触し、中央の低速用ロッカーアーム13の先端にタペット
ねじ16が螺着され、このタペットねじ16の下端に吸気バ
ルブ５の頂端が当接し、中速用ロッカーアーム14、高速
用ロッカーアーム15の先端下面に弾発付勢手段17のリフ
ター18が当接し、このリフター18とシリンダヘッド２の
有底孔19とに圧縮コイルスプリング20が介装されてお
り、バルブスプリング７および圧結コイルスプリング20
のバネ力でもって低速用ロッカーアーム13、中速用ロッ
カーアーム14、高速用ロッカーアーム15がそれぞれ低速
用カム10、中速用カム11、高速用カム12に圧接されるよ
うになっている。

さらにまた低速用ロッカーアーム13にはロッカーシャフ
ト８と平行な方向に指向して、その両側面に開口するシ
リンダ室21、シリンダ室22が形成され、これに連結ピン
23、連結ピン24が摺動自在に嵌装され、この低速用ロッ
カーアーム13のシリンダ室21、シリンダ室22に相対して
中速用ロッカーアーム14、高速用ロッカーアーム15にピ
ン孔25、26が形成され、このピン孔25、26にストッパー
27、28が摺動自在に嵌装され、このピン25、26内には戻
しスプリング29、30が介装されており、シリンダ室21、
22に圧力オイルが供給されていない状態では、ストッパ
ー27,28を介して連結ピン23,24はシリンダ室21、22内に
深く押込まれ、この連結ピン23、24とストッパー27、28
との接触面は、低速用ロッカーアーム13、中速用ロッカ
ーアーム14、高速用ロッカーアーム15相互の間隔の中間
に位置し、連結ピン23、24に対しストッパー27、28が相
対的に摺動しうるようになっている。

しかもロッカーシャフト８内にはオイル通路31が形成さ
れ、このオイル通路31はシリンダ室21、シリンダ室22に
連通されている。

次に特許請求の範囲第１項に対応した吸気系の開弁時期
を調整する機構について説明する。

カムシャフト９の一端に円筒状ハウジング32の内周面と
カムシャフト９の端部外周面とに相互に逆方向のヘリカ
ルスプライン33,34が形成され、このカムシャフト９と
ハウジング32との環状空間に油圧ピストン35が摺動かつ
回転自在に油密に嵌装されるとともに、油圧ピストン35
の基部35aに形成されたヘリカルスプライン36,37がヘリ
カルスプライン33,34に嵌合され、ハウジング32の外端
内面と油圧ピストン35の外端面とに圧縮コイルスプリン
グ38が嵌装されている。

またハウジング32の外周面にプーリ39が一体に形成さ
れ、プーリ39と図示されないクランクシャフトと一体の
ドライブプーリとにベルト40が架渡されており、クラン
クシャフトに対して半分の回転数でプーリ39が回転され
るようになている。

なおベルト駆動方式の代わりにギヤトレンでハウジング
32を回転駆動させるようにしてもよい。

さらにハウジング32の内端部の油圧ピストン35の内端部
とで区割されたシリンダ室41はカムシャフト９に設けら
れたオイル通路42とシリンダヘッド２のカムホルダー43
に設けられたオイル通路44とシリンダヘッド２の中のオ
イル通路45とを介してオイル溜め46に接続され、オイル
通路45にオイルポンプ47とその吐出側に開弁時期調整圧
力制御弁48が介装されており、該オイルポンプ47から吐
出された圧油が図示されない調圧弁によって一定油圧に
維持され、シリンダ室41に印加されるようになってい
る。

第６図に図示されるように開弁時期調整圧力制御弁48
は、バルブケーシング49とこれに摺動自在に嵌装された
スプール50と、スプール50を一方へ付勢する圧縮コイル
スプリング51と、圧縮コイルスプリング51の反対側に張
設されたダイヤフラム52を挟んでスプール50と、反対側
に摺動自在に嵌装されたプランジャ53とプランジャ53を
スプール50側に付勢するコイル54とよりなり、コイル54
に間欠的にパルス電圧を印加することによって供給圧ポ
ート55より制御圧ポート56に圧力オイルを供給し、残余
の圧力オイルはドレンポート57より排出しうるようにな
っている。

この開弁時期調整圧力制御弁48では、コイル54の印加パ
ルス電圧のデューティ比を比例的に変化させることで、
シリンダ室41に印加される圧力を調整するようになって
いる。

また開弁時期調整圧力制御弁48のコイル54には、各低速
域、中速域、高速域にて、回転数の増大に対応してシリ
ンダ室21内の連結ピン23がピン孔25に嵌合した時と、中
速域から高速域に達してシリンダ室22内の連結ピン24が
ピン孔26に嵌合した時に、パルス電圧のデューティ比が
０に切換えられるようになっている。

さらにロッカーシャフト８のオイル通路31と連通するオ
イル通路にも開弁時期調整圧力制御弁48と同様な構造の
弁開閉特性調整圧力制御弁58が介装されており、エンジ
ン１の回転数に比例した圧力の圧力オイルがオイル通路
31を介してシリンダ室21,22に供給されるようになって
いる。

第１図ないし第６図に図示の実施例は前記したように構
成されているので、エンジン１がアイドリング状態で運
転されている場合は、開弁時期調整圧力制御弁48、弁開
閉特性調整圧力制御弁58は遮断状態となって、シリンダ
室21,22およびシリンダ室41には圧力オイルは供給され
ない。

従って連結ピン23,24はシリンダ室21,22内に退入して、
低速用ロッカーアーム13,中速用ロッカーアーム14,高速
用ロッカーアーム15は相互に分離され、吸気バルブ５は
低速用ロッカーアーム13によって、低速域に適合した弁
揚程と開弁期間とで開閉駆動される。

またシリンダ室41が最も狭くなるように圧縮コイルスプ
リング38のバネ力によって油圧ピストン35は内方へ押さ
れ、吸気バルブ５の開弁時期も最も遅れた状態で吸気バ
ルブ５は開閉駆動される。

そしてエンジン１の回転数が一定回転数を越えて増大す
るにつれて、開弁時期調整圧力制御弁48で制御されたシ
リンダ室41内の圧力オイルの圧力でもって、圧縮コイル
スプリング38のバネ力に打勝って油圧ピストン35は外方
へ移動し、シリンダ室41内の圧力オイルの圧力と圧縮コ
イルスプリング38のバネ力とが均衡した所で油圧ピスト
ン35は停止し、その移動量は回転数の増加に対応して増
大し、吸気バルブ５の開弁時期が早められる。

さらにエンジン一の回転数が中速域に達した時には、弁
開閉特性調整圧力制御弁58で制御れたオイル通路31の圧
力が上昇し、シリンダ室21内の連結ピン23が戻しスプリ
ング29のバネ力に打勝って突出してピン孔25に嵌合し、
低速用ロッカーアーム13と中速用ロッカーアーム14とが
一体に結合され、吸気バルブ５は低速域よりも大きな弁
揚程と長い開弁期間で開閉駆動され、エンジン１は中速
域に適合した吸排気状態で運転しうる。またエンジン１
の回転数が低速域から中速域に達して、低速用ロッカー
アーム13から中速用ロッカーアーム14に切換えられた時
に、開弁時期調整圧力制御弁48のコイル54に印加される
パルス電圧のデューティ比は０となり、油圧ピストン35
は元の位置に複動し、中速域でエンジン１の回転数が増
大するにつれて開弁時期調整圧力制御弁48のコイル54へ
のパルス電圧のデューティ比は増大する。

さらにまたエンジン１の回転数が中速域から高速域に達
した時には、開弁時期調整圧力制御弁48のコイル54に印
加されるパルス電圧のデューティ比は再び０となると同
時に、弁開閉特性調整圧力制御弁58で制御されたオイル
通路31の圧力がさらに上昇し、シリンダ室22内の連結ピ
ン24が戻しスプリング30のバネ力に打勝って突出してピ
ン孔26に嵌合し、低速用ロッカーアーム13と高速用ロッ
カーアーム15とが一体に結合され、吸気バルブ５は中速
域よりも大きな弁揚程と長い開弁期間で開閉駆動され、
エンジン一は高速域に適合した吸排気状態で運転しう
る。

そして前記中速域および高速域を制御するシリンダ室2
1,22は１本のオイル通路31のみに接続されているため、
２系統の圧力オイル通路とならずに、１系統の圧力オイ
ル通路となり、オイル回路が簡単となり、コストが安く
なる。

また低速域、中速域および高速域にて、それぞれこれに
対応した弁揚程および開弁期間で吸排気弁が開閉され、
かつ各速度域で、エンジン１の回転数の増減に対応して
開弁時期が適切に調整されるので、エンジン１は低速域
から高速域に亘って適正な吸排気状態で運転することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る内燃機関の開弁時期制御動弁装置
の一実施例を図示した平面図、第２図および第３図は第
１図のII−II線、III−III線に沿って截断した横断側面
図、第４図は第２図のIV−IV線に沿って截断した横断平
面図、第５図は第１図の左側部縦断側面図、第６図は制
御弁の縦断側面図である。 １……エンジン、２……シリンダヘッド、３……吸気ポ
ート、４……吸気口、５……吸気バルブ、６……鍔部、
７……バルブスプリング、８……ロッカーシャフト、９
……カムシャフト、10……低速用カム、11……中速用カ
ム、12……高速用カム、13……低速用ロッカーアーム、
14……中速用ロッカーアーム、15……高速用ロッカーア
ーム、16……タペットねじ、17……弾発付勢手段、18…
…リフター、19……有底孔、20……圧結コイルスプリン
グ、21……シリンダ室、22……シリンダ室、23……連結
ピン、24……連結ピン、25……ピン孔、26……ピン孔、
27……ストッパー、28……ストッパー、29……戻しスプ
リング、30……戻しスプリング、31……オイル通路、31
……オイル通路、32……ハウジング、33,34……スプラ
イン、35……油圧ピストン、36,37……ヘリカルスプラ
イン、38……圧縮コイルスプリング、39……プーリ、40
……ベルト、41……シリンダ室、42……オイル通路、43
……カムホルダー、44,45……オイル通路、47……オイ
ルポンプ、48……開弁時期調整圧力制御弁、49……バル
ブケーシング、50……スプール、51……圧縮コイルスプ
リング、52……ダイヤフラム、53……プランジャ、54…
…コイル、55……供給圧ポート、56……制御圧ポート、
57……ドレンポート、58……弁開閉特性調整圧力制御
弁。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸排気弁を開閉駆動させるカムシャフト
   と、該カムシャフトのカムに接触して揺動し吸気弁およ
   び排気弁を開閉させるロッカーアームと、前記カムシャ
   フトに対し軸方向に固定されたまま相対的に回転可能に
   該カムシャフトに同心状に嵌合されるとともにクランク
   軸の回転に同期して回転駆動されるカムシャフト駆動部
   材とを備えた内燃機関において、 前記カムシャフトおよびカムシャフト駆動部材間の環状
   空間内に形成されたシリンダ室と、該シリンダ室に摺動
   自在に嵌装された油圧ピストンと、前記環状空間に臨ん
   だ前記カムシャフトおよびカムシャフト駆動部材の周面
   に形成されたヘリカルスプラインに螺合されて前記油圧
   ピストンと一体に結合された螺合部材と、前記カムシャ
   フト駆動部材に対する前記カムシャフトの相対的回転角
   度を０とするように該カムシャフトを前記カムシャフト
   駆動部材の回転方向に対して逆方向へ回転復動させるス
   プリングと、内燃機関の回転速度の変化に対応してコイ
   ルに印加される電圧のデューティ比を比例的に変化させ
   ることにより前記シリンダ室に印加される圧油の圧力を
   調整する開弁時期調整圧力制御弁とで圧力応動型アクチ
   ュエータが構成され、前記カムシャフト駆動部材に対す
   る前記カムシャフトの相対的回転角度が、前記開弁時期
   調整圧力制御弁により調整されて前記アクチュエータに
   印加される圧油に対応して連続的に制御されることを特
   徴とする内燃機関の開弁時期制御動弁装置。
2. 【請求項２】前記カムシャフトには、１個の吸気弁およ
   び排気弁につき、該吸排気弁のいずれか一方または両方
   に対してカム形状の異なる複数個のカムを備え、前記ロ
   ッカーアームも該カムの個数に対応した個数のロッカー
   アームよりなり、該複数個のロッカーアームを選択的に
   一体に連結し、または該連結を解除する油圧連結切換機
   構が設けられ、前記内燃機関の回転速度が所定回転速度
   に達した際に前記油圧連結切換機構のいずれかを動作さ
   せる弁開閉特性焼成圧力制御弁が設けられたことを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の開弁時期
   制御動弁装置。
3. 【請求項３】前記開弁時期調整圧力制御弁の印加圧力
   は、内燃機関の回転速度の増加に対応して比例的に増大
   するとともに、前記ロッカーアームの油圧連結切換機構
   が切換動作した状態にて０となり、該切換動作における
   機関回転速度よりさらに増大すると再び比例的に増大す
   るように、前記開弁時期調整圧力制御弁は動作すること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の内燃機関の開
   弁時期制御動弁装置。
4. 【請求項４】前記弁開閉特性調整圧力制御弁の印加圧力
   は、前記複数個の油圧連結切換機構の切換動作回転速度
   にて段階的に順次増大するとともに前記複数個の油圧連
   結切換機構は異なる油圧でもって動作することを特徴と
   する特許請求の範囲第３項記載の内燃機関の開弁時期制
   御装置。