JPH10196332A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 立体カムと直打式バルブリフタとを用いた可
変動弁機構において、立体カムが当たる追従接触部のカ
ム当たり面長さを最大限に取れるようにする。 【解決手段】 立体カム２を備えたカムシャフト１と、
その変位装置３と、立体カム２により往復動してバルブ
４を開閉する直打式バルブリフタ１０とを備え、直打式
バルブリフタ１０は、倒立カップ状のリフタ本体１４
と、該リフタ本体１４とは別体に形成されて半円筒内面
座１９が設けられた座部材４１と、該座１９に揺動可能
に嵌合されて立体カム２に追従しながら接触する追従接
触部２１とを含む。リフタ本体１４と座部材４１とは、
端壁部１１と座部材４１の各中心部に相対的に設けられ
た係合凹部と係合凸部とが回転可能に係合することによ
り、座部材４１の外周面が現われた状態で相対回転可能
に結合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の低回転時か
ら高回転時まで、バルブタイミング及びリフト量を連続
的に又は段階的に変化させる可変動弁機構に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】特公平７−４５８０３号公報には、図１
１に示すように、カムプロフィールが軸方向に変化する
立体カム１００を備えたカムシャフト１０１と、立体カ
ム１００によって往復動することにより一つずつのバル
ブ１０２を開閉する直打式バルブリフタ１０３とを備え
た可変動弁機構が開示されている。直打式バルブリフタ
１０３は、各バルブ１０２の上端部に被さるカップ１０
４と、カップ１０４の上面に立設された周壁１０９に囲
まれるようにして該上面に置かれたサドル１０５と、該
サドル１０５に揺動可能に装着されて立体カム１００の
回転に伴う接触線角度の変化に追従しながら立体カム１
００に接触するシュー１０６とを備えている。

【０００３】また、特公平６−８４７２２号公報には、
同じく立体カム１００を備えたカムシャフト１０１と、
図１１に二点鎖線で示すように、内燃機関の回転数に応
じてカムシャフト１０１を軸方向へ変位させる油圧アク
チュエータ１０７と、一つずつのバルブ１０２を開閉す
る直打式バルブリフタ１０３とを備えた可変動弁機構が
開示されている。

【０００４】これらの可変動弁機構によれば、内燃機関
の低回転時から高回転時まで、バルブタイミング及びリ
フト量を連続的に変化させて、内燃機関の運転状況に応
じた精密な制御を行なうことができるという利点があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記バルブ１０２のリ
フト量は立体カム１００のノーズ部高さで決まり、立体
カム１００のノーズ部高さはシュー１０６のカム当たり
面長さ（シュー１０６の上面の長手方向長さ）により制
限を受ける。従って、シュー１０６のカム当たり面長さ
を長く取るほど、立体カム１００のノーズ部高さを高く
でき、バルブ１０２のリフト量を大きく取れる。しか
し、シュー１０６のカム当たり面長さは、その長手方向
両端面に両規制壁１０８（シュー１０６の長手方向の移
動を規制するためのもの）と周壁１０９とがある分だ
け、直打式バルブリフタ１０３の外径より小さくせざる
を得ないため、バルブ１０２のリフト量を最大限に取る
ことができなかった。

【０００６】本発明の課題は、立体カムにより、内燃機
関の低回転時から高回転時まで、バルブタイミング及び
リフト量を連続的に又は段階的に変化させて、内燃機関
の運転状況に応じた精密な制御を行なうことができ、も
ってトルク、出力、燃費、排気ガスのクリーン性等の諸
特性を全回転域にわたって最大限に向上させることがで
きるだけでなく、立体カムが当たる追従接触部のカム当
たり面長さを最大限に取ることができ、もってバルブの
リフト量を大きく取ることができる可変動弁機構を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の可変動弁機構は、低回転用カムプロフィー
ルから高回転用カムプロフィールまでカムプロフィール
を軸方向に連続的に変化させた立体カムを備えたカムシ
ャフトと、内燃機関の回転数等の運転状況に応じてカム
シャフトを軸方向へ連続的に又は段階的に変位させる変
位装置と、立体カムのカムプロフィールに基づいて往復
動することによりバルブを開閉する直打式バルブリフタ
とを備えた可変動弁機構であって、直打式バルブリフタ
は、円板状の端壁部と円筒状の側壁部とからなる倒立カ
ップ状のリフタ本体と、該リフタ本体とは別体に形成さ
れて半円筒内面座が設けられた座部材と、該半円筒内面
座にロール運動可能に嵌合されて立体カムの回転に伴う
接触線角度の変化に追従しながら立体カムに接触する追
従接触部とを含み、リフタ本体と座部材とは、端壁部の
中心部と座部材の中心部とに相対的に設けられた係合凹
部と係合凸部とが回転可能に係合することにより、座部
材の外周面が現われた状態で相対回転可能に結合され、
立体カムに対して追従接触部が座部材とともに回転する
のを阻止する回転阻止構造が座部材とシリンダヘッドと
の間に設けられたことを特徴としている。「相対的に」
とは、端壁部と座部材とのいずれか一方に係合凹部が設
けられ、その他方に係合凸部が設けられればよいことを
意味する。

【０００８】ここで、低回転用カムプロフィールにおけ
るバルブタイミングの位相、開弁作用角及びリフト量
と、高回転用カムプロフィールにおけるバルブタイミン
グの位相、開弁作用角及びリフト量は、個々の内燃機関
における要求事項に応じて適宜設定することができる。
もっとも、多くの場合、低回転用カムプロフィールは開
弁作用角及びリフト量が小さく、高回転用カムプロフィ
ールは開弁作用角及びリフト量が大きい。

【０００９】変位装置によりカムシャフトを段階的に変
位させる場合、二段階に変化させてもよいが、その場合
は二段階の変位を調節できるようにすることが好まし
い。さらに好ましくは、カムシャフトを少なくとも三段
階に変位させることである。最も好ましくは、カムシャ
フトを連続的に変位させることである。変位装置は特定
の構造に限定されず、油圧、電磁力等を利用したものを
例示できる。

【００１０】バルブクリアランス調整を可能とするため
に、例えば次のような構造（Ａ）（Ｂ）を備えることが
好ましい。 （Ａ）直打式バルブリフタとバルブの端部との間にバル
ブクリアランス調整用のシムが装着された構造。 （Ｂ）追従接触部がバルブクリアランス調整用の取替部
品とされること。

【００１１】なお、本発明の可変動弁機構は、吸気バル
ブ又は排気バルブの何れか一方に適用することもできる
が、両方に適用することが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を吸気バルブ及び排
気バルブの両方に適用した可変動弁機構の実施形態につ
いて、図面を参照して説明する。よって、実施形態にお
いて単にバルブというときは、吸気バルブと排気バルブ
の両方を指す。

【００１３】まず、図１〜図７は第一実施形態の可変動
弁機構を示している。カムシャフト１には、図１におい
て右側の低回転用カムプロフィールから左側の高回転用
カムプロフィールまで、カムプロフィールを軸方向に連
続的に変化させた立体カム２が形成されている。立体カ
ム２はベース円部２ａとノーズ部２ｂとからなり、ベー
ス円部２ａは、低回転用カムプロフィールにおいても高
回転用カムプロフィールにおいても同一半径であるた
め、傾斜の無い円柱面である。しかし、ノーズ部２ｂ
は、低回転用カムプロフィールにおいては開弁作用角及
びリフト量が小さく、高回転用カムプロフィールにおい
ては開弁作用角及びリフト量が大きいため、円錐面のよ
うに傾斜している。

【００１４】カムシャフト１の端部には、内燃機関の回
転数等の運転状況に応じてカムシャフト１を軸方向へ連
続的に変位させる変位装置３が設けられている。変位装
置３は、例えば、スプラインを用いたカムシャフト１の
ガイド部と、油圧を用いたカムシャフト１の駆動部とか
らなり（いずれも図示略）、内燃機関の回転センサやア
クセル開度センサ等に基づいて作動するマイクロコンピ
ュータ等の制御装置（図示略）により制御されるように
なっている。

【００１５】カムシャフト１の下方には、立体カム２の
カムプロフィールに基づいて上下方向に往復動すること
によりバルブ４を開閉する直打式バルブリフタ４０が配
されている。バルブ４のステム部４ａは、シリンダヘッ
ド７に固定されたバルブガイド２５に挿通されてガイド
されている。

【００１６】直打式バルブリフタ４０は、円板状の端壁
部１１と該端壁部１１から下方へ延びる円筒状の側壁部
１３とからなる倒立カップ状のリフタ本体１４と、リフ
タ本体１４とは別体に形成されて半円筒内面座１９が設
けられた略円板状の座部材４１と、該半円筒内面座１９
にロール運動可能に嵌合された後述する追従接触部２１
とを含んでいる。側壁部１３はシリンダヘッド７に形成
されたリフタガイド穴８に上下摺動可能にガイドされて
いる。シリンダヘッド７のリフタガイド穴８の周囲部位
には、立体カム２の回転軌跡を逃がすための逃がし凹部
１５が形成されている。端壁部１１の下面中心部がバル
ブ４の端部を押圧するための押圧部１２となっており、
押圧部１２とバルブ４の端部との間にはバルブクリアラ
ンス調整用のシム９が介装されている。バルブ４の上端
近傍に取り付けられたバルブリテーナ５には、バルブ４
をリフタ４０側へ付勢するためのバルブスプリング６の
上端が当接している。また、リフタガイド穴８の真下の
シリンダヘッド７にはバルブスプリング６の下端を抱持
するためのスプリング用凹部２６が凹設されている。

【００１７】座部材４１には次のように構成された追従
接触機構１７が設けられている。座部材４１の上面中央
部には立体カム２の軸線とは直角方向に長い隆起部４２
が一体的に形成され、隆起部４２には同方向に延びる半
円筒内面座１９が凹設されている。半円筒内面座１９の
両端は突き抜けるように開放されており、図１１の従来
例の規制壁１０８のような邪魔物が無いため、半円筒内
面座１９の精密加工を容易にかつ精度良く行うことがで
きる。また、半円筒内面座１９の長手方向略中央部には
係合凹部２０が設けられている。係合凹部２０の内底面
は平ら又は緩い湾曲凹面であるため、係合凹部２０の加
工を容易に行うことができるとともに、係合凹部２０の
両内側面の研磨加工を容易にかつ精度良く行うことがで
きる。半円筒内面座１９には、該半円筒内面座１９に揺
動（ロール運動）可能に接触する半円柱面２２と、立体
カム２に接触する平らな接触面２３とを含む、半割り円
柱状の追従接触部２１が揺動可能に嵌合されている。半
円柱面２２の長手方向略中央部には扇形の係合凸部２４
が一体的に設けられ、該係合凸部２４が係合凹部２０に
係合して揺動可能に挟まれている。この係合構造が、追
従接触部２１の長手方向両端面が現れた状態で追従接触
部２１の長手方向の移動を規制する追従接触部規制構造
を構成している。

【００１８】そして、追従接触部２１は、小角度の揺動
によって、立体カム２の回転に伴う接触線角度の変化に
追従しながら、接触面２３において立体カム２に接触す
るようになっている。このとき、立体カム２は追従接触
部２１の接触面２３をその長手方向に摺接していくが、
前記の通り追従接触部２１の長手方向の移動を規制して
いるので、追従接触部２１が半円筒内面座１９から外れ
ることはない。また、追従接触部２１の長手方向両端面
が現れた状態で、追従接触部２１の長手方向の移動を規
制していることにより、該長手方向両端面に図１１の従
来例のような規制壁１０８を設ける必要が無い。このた
め、追従接触部２１のカム当たり面長さ（接触面２３の
長手方向長さ）を直打式バルブリフタ４０の外径と略等
しい長さまで最大限にとることができ、もって立体カム
２のノーズ部２ｂ高さを高くして、バルブ４のリフト量
を最大限に取ることができる。

【００１９】リフタ本体１４と座部材４１とは、端壁部
１１の上面中心部に設けられた係合凹部４３と座部材４
１の下面中心部に設けられた係合凸部４４とが回転可能
に係合することにより、座部材４１の外周面が現われた
状態で相対回転可能に結合されている。このように、座
部材４１の外周面が現われた状態で結合されていること
により、追従接触部２１の長手方向両端面に図１１の従
来例のような周壁１０９が位置しない。このため、追従
接触部２１のカム当たり面長さを最大限にとることがで
き、もって立体カム２のノーズ部２ｂ高さを高くして、
バルブ１０２のリフト量を最大限に取ることができる。

【００２０】上記のようにリフタ本体１４と座部材４１
とを相対回転可能に結合したのは、リフタ本体１４をリ
フタガイド穴８の中で受動的に回転できるようにして、
バルブ４の上端部と押圧部１２との間の摩耗を軽減する
一方、立体カム２に対して追従接触部２１が座部材４１
とともに回転するのを阻止するためである。その回転阻
止構造として、次のような構造が座部材４１とシリンダ
ヘッド７との間に設けられている。

【００２１】座部材４１の一箇所には隆起部４２の一端
が延長する形でリフタ本体１４より外周側へはみ出す延
出部４５が一体的に形成されており、延出部４５は下方
へ折曲してリフタ本体１４の端壁部１１及び側壁部１３
の外周側に位置するようになっている。また、シリンダ
ヘッド７のリフタガイド穴８の一部には穴長方向に延び
るキー溝状のガイド溝４６が形成され、延出部４５がガ
イド溝４６に摺接可能に挿入されることにより、直打式
バルブリフタ４０の往復動を許容しかつ追従接触部２１
及び座部材４１の回転を阻止している。

【００２２】なお、半円筒内面座１９は延出部４５の上
面にも連続して形成されており、もって半円筒内面座１
９の両端は突き抜けるように開放されているため、前記
の通り、半円筒内面座１９の精密加工を容易にかつ精度
良く行うことができる。ただし、追従接触部２１は、直
打式バルブリフタ４０の外径と略等しい長さに収められ
ており、延出部４５の上面にはかからないようになって
いる。

【００２３】本実施形態の可変動弁機構は、次のように
作用する。まず、内燃機関の低回転時には、カムシャフ
ト１が変位装置３により左方向へ変位し、立体カム２の
うちの右側の低回転用カムプロフィールが追従接触部２
１に対応する。

【００２４】そして、ベース円部２ａが追従接触部２１
の接触面２３に接触するとき、その接触線角度は立体カ
ム２の軸線に対し平行であるから、接触面２３は端壁部
１１に対し傾かないで、ベース円部２ａに接触する。し
かし、ノーズ部２ｂが追従接触部２１の接触面２３に接
触するとき、その接触線角度は立体カム２の軸線に対し
例えば数度〜１０数度程度傾くから、追従接触部２１は
同角度分だけ揺動して、接触面２３がノーズ部２ｂにう
まく接触する。

【００２５】このように、追従接触部２１は立体カム２
の１回転毎に小角度揺動して、接触線角度の変化に追従
しながら立体カム２に接触し、ノーズ部２ｂに押圧され
る。従って、直打式バルブリフタ４０は低回転用カムプ
ロフィールに基づいて上下に往復動し、図６の曲線Ｌに
示すように、排気側及び吸気側のバルブ４を小さい開弁
作用角及びリフト量で開閉させ、低速トルクを高めると
ともに、燃費を向上させる。

【００２６】また、内燃機関の高回転時には、カムシャ
フト１が変位装置３により右方向へ変位し、立体カム２
のうちの左側の高回転用カムプロフィールが追従接触部
２１に対応する。

【００２７】そして、追従接触部２１は、立体カム２の
１回転毎に１回揺動して、接触線角度の変化に追従しな
がら立体カム２に接触し、ノーズ部２ｂに押圧される。
従って、直打式バルブリフタ４０は高回転用カムプロフ
ィールに基づいて上下に往復動し、図６の曲線Ｈに示す
ように、排気側及び吸気側のバルブ４を大きい開弁作用
角及びリフト量で開閉させ、吸気量を増やし、高速出力
を高める。

【００２８】そして、上記の低回転時から高回転時に至
る途中においても、回転数、アクセル開度等の運転状況
に応じて、カムシャフト１が変位装置３により連続的に
変位し、立体カム２のうちの中間部位のカムプロフィー
ルが追従接触部２１に対応する。従って、直打式バルブ
リフタ４０はそのカムプロフィールに基づいて上下に往
復動し、図６の曲線Ｍに示すように、バルブ４を中間的
な開弁作用角及びリフト量で開閉させ、運転状況に応じ
たトルク及び出力を発生させる。

【００２９】以上のように、本実施形態の可変動弁機構
によれば、内燃機関の低回転時から高回転時まで、バル
ブタイミング及びリフト量を連続的に変化させて、内燃
機関の運転状況に応じた精密な制御を行なうことがで
き、もってトルク、出力、燃費、排気ガスのクリーン性
等の諸特性を全回転域にわたって最大限に向上させるこ
とができる。また、カムシャフト１の変位によって、前
記変化をスムーズかつ静かに行なわせることができる。

【００３０】図７には、本実施形態により得られる内燃
機関のトルク特性を実線で示したが、破線で示したよう
な従来の可変タイプではない一般的な動弁機構や、一点
鎖線で示したような低・高回転で二段階に変化させるタ
イプの可変動弁機構に対し、全回転域にわたってトルク
が増加しており、谷も生じていない。また、設定にもよ
るが、燃費は、二段階変化タイプに対し、最大で１５〜
２０％程度向上すると考えられる。

【００３１】次に、図８は第二実施形態の可変動弁機構
の主要部を示している。本実施形態は、座部材４１のう
ち隆起部４２の無い部分の外縁部４７を切除して軽量化
を図った点においてのみ第一実施形態と相違するもので
あり、その他は第一実施形態と同様である。

【００３２】次に、図９及び図１０は第三実施形態の可
変動弁機構の主要部を示している。本実施形態は、端壁
部１１の上面中心部に設けられた係合凸部４４と座部材
４１の下面中心部に設けられた係合凹部４３（本例では
穴）とが回転可能に係合している点においてのみ第一実
施形態と相違するものであり、その他は第一実施形態と
同様である。

【００３３】なお、本発明は前記実施形態の構成に限定
されるものではなく、例えば次のように、発明の趣旨か
ら逸脱しない範囲で変更して具体化することもできる。 （１）カムシャフト１を段階的に変位させるようにする
こと。 （２）変位装置３の構成や制御の仕方を適宜変更するこ
と。 （３）前記各実施形態においては、押圧部１２とバルブ
４の端部との間にバルブクリアランス調整用のシム９が
介装されているが、このシム９を省略すること。この場
合、追従接触部２１として厚さの少しずつ異なるものを
用意し、これを適宜選択して取替えることにより、バル
ブクリアランス調整をすることが好ましい。

【００３４】

【発明の効果】本発明の可変動弁機構は、上記の通り構
成されているので、立体カムにより、内燃機関の低回転
時から高回転時まで、バルブタイミング及びリフト量を
連続的に又は段階的に変化させて、内燃機関の運転状況
に応じた精密な制御を行なうことができ、もってトル
ク、出力、燃費、排気ガスのクリーン性等の諸特性を全
回転域にわたって最大限に向上させることができるだけ
でなく、立体カムが当たる追従接触部のカム当たり面長
さを最大限に取ることができ、もってバルブのリフト量
を大きく取ることができる、という優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した第一実施形態の可変動弁機
構を示す斜視図である。

【図２】同可変動弁機構の主要部材の分解斜視図であ
る。

【図３】同可変動弁機構の平面図である。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】同可変動弁機構によるバルブタイミング及びリ
フト量を示すグラフである。

【図７】同可変動弁機構により得られる内燃機関のトル
ク特性を従来例と比較して示すグラフである。

【図８】第二実施形態の可変動弁機構の主要部材を示す
斜視図である。

【図９】第三実施形態の可変動弁機構の主要部材を示す
断面図である。

【図１０】同可変動弁機構を別の位置で切断した断面図
である。

【図１１】従来例の可変動弁機構を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ カムシャフト ２ 立体カム ３ 変位装置 ４ バルブ ６ バルブスプリング ７ シリンダヘッド ８ リフタガイド穴 ９ シム １１ 端壁部 １２ 押圧部 １３ 側壁部 １４ リフタ本体 １７ 追従接触機構 １９ 半円筒内面座 ２０ 係合凹部 ２１ 追従接触部 ２２ 半円柱面 ２３ 接触面 ２４ 係合凸部 ４０ 直打式バルブリフタ ４１ 座部材 ４２ 隆起部 ４３ 係合凹部 ４４ 係合凸部 ４５ 延出部 ４６ ガイド溝 ４７ 外縁部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低回転用カムプロフィールから高回転用
   カムプロフィールまでカムプロフィールを軸方向に連続
   的に変化させた立体カムを備えたカムシャフトと、 内燃機関の回転数等の運転状況に応じて前記カムシャフ
   トを軸方向へ連続的に又は段階的に変位させる変位装置
   と、 前記立体カムのカムプロフィールに基づいて往復動する
   ことによりバルブを開閉する直打式バルブリフタとを備
   えた可変動弁機構であって、 前記直打式バルブリフタは、円板状の端壁部と円筒状の
   側壁部とからなる倒立カップ状のリフタ本体と、該リフ
   タ本体とは別体に形成されて半円筒内面座が設けられた
   座部材と、該半円筒内面座にロール運動可能に嵌合され
   て前記立体カムの回転に伴う接触線角度の変化に追従し
   ながら前記立体カムに接触する追従接触部とを含み、 前記リフタ本体と前記座部材とは、前記端壁部の中心部
   と前記座部材の中心部とに相対的に設けられた係合凹部
   と係合凸部とが回転可能に係合することにより、前記座
   部材の外周面が現われた状態で相対回転可能に結合さ
   れ、 立体カムに対して前記追従接触部が前記座部材とともに
   回転するのを阻止する回転阻止構造が前記座部材とシリ
   ンダヘッドとの間に設けられたことを特徴とする可変動
   弁機構。
2. 【請求項２】 前記直打式バルブリフタと前記バルブの
   端部との間にバルブクリアランス調整用のシムが装着さ
   れた請求項１記載の可変動弁機構。
3. 【請求項３】 前記追従接触部がバルブクリアランス調
   整用の取替部品とされた請求項１記載の可変動弁機構。