JPS5946309A - エンジンのバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンのパルプタイミング制御袋ｊ［ｑに
関し、特に一つの気筒に対して一対の排気ポートをそれ
ぞれ所定のタイミングで開閉する一対の排気弁を（＋ｆ
＃えたエンジンにおいて上記一対の排気弁のうち少なく
とも一方の排気弁のバルブタイミングをｉｉ工変制御す
るようにしたものに関する。

従来より、例えば特開昭５６−４４４０４号公報等に開
示されているように、エンジンの一つの気筒に対して一
対の排気ポートを設けるとともに、該各排気ポートをそ
れぞれ所定のタイミングで開閉する一対の排気弁を設け
たものは知られている。

このものは、通常の、一つの気筒に対して単一の排気ポ
ートと該排気ポートを開閉する単一の排気弁上を備えた
ものと較べて、排気ポートの有効開口面積が増大できて
排気の掃気効率を高めることができ、ひいては吸気の充
填効率の向」二によりエンジン出力の向上を図る上で好
ましいものである。

ところで、一般に堤飄弁のバルブタイミングは、排気性
能の而からピストンの下死点付近で開き、ピストンの」
二死点付近で閉じるように設定されている。しかし、エ
ンジンの高回転時、特に高負荷高回転時には、閉時期を
遅れ側にずらしても、掃気の慣性作用が大きくて圧力の
落込みが小さいことから排気性能に支障を与えることが
なく、かえって同一開口面積の排気ポートに対する排気
弁の開弁期間が長（なって掃気効率を増大できるもので
ある。

そこて、本発明は斯かる点に鑑み、上記した一対の排気
ポートサ一対の排気弁さを備えたエンジンの特徴を活用
しながら、エンジンの高負荷高回転時に上記一対の排気
弁のうち少なくとも一方の排気弁のバルブクイミニ／グ
を尋れ側にずらすようにすることにより、排気ポートの
開口面＠を変えずにかつ排気性能に支障を与えることな
く、特に出力を要するエンジンの高負荷高回転時の掃気
効率を著しく向上させ、ひいては充填効率の一層の向１
−により出力性能の大巾な向上を図ることを目的とする
ものである。

この目的を達成するため、本発明の溝成は、一対の排気
ポートをそれぞれ所定のタイミングで開閉する一対の排
気弁を備えたエンジンにおいて、」二記一対の排気弁の
うち少なくとも一方の排気弁を開閉制御するりジノ弁系
に、エンジンの高負荷高回転時、−１−記少な（とも上
方の排気弁の・（ルブタイミングを遅れ側にずらすよう
に制御する可変機構を設けることを特徴とするものであ
る。そのことにより、エンジンの低回転時には一対の排
気ポートによる有効開口面積の増大により掃気効率を向
上させるとともに、エンジンの高負荷高回転時にはさら
に排気弁の開弁期間の増大によって掃気効率をより一層
向上させて高出力要求に見合うようにしたものである。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳細に説明
する。

第１図および第２図は一つの気筒に対し一対の吸気弁と
一対の排気弁とを備えたいわゆる４〕（ルブ方式の４気
筒エンジンに本発明を適用した実施例を示す。同図にお
いて、１はエンジン本体、２ａ〜２ｄＨ工ンジン本体１
の中心線ｅに沿って直列状に形成された第１〜第４気筒
であって、各気筒２ａ〜２ｄには各々、第１および第２
の一対の吸気ポート６ａ、３ｂ’と第１および第２の一
対の排気ポート４ａ　、４ｂ（！：が設けられている。

各気筒２ａ〜２ｄにおける第１および第２吸気ポート３
ａ、３ｂはエンジン本体１の一方側（吸気側）から気筒
２ａ〜２ｄのエンジン本体中心線ｌ方向（気筒列方向）
と略平行な方向に並列して開口しているとともに、各気
筒２ａ〜２ｄにおける第１および第２・排気ポート４ａ
、４ｂはエンジン本体１の他方側（排気側）から同じく
気筒２ａ〜２（１のエンジン本体中心線ｌ方向と略平行
に並列して開１」シており、両吸気ポート３ａ　、３ｂ
と両排気ポート４ａ　、４ｂとはエンジン本体中心線Ｉ
を挾んで対向するように配置されている。さらに、第１
気筒２ａと第２気筒２ｂとの第２吸気ボート６ｂ、３ｂ
同士および第２排気ポート４ｂ　、４ｂ同士、並びに第
３気筒２Ｃと第４気筒２ｄとの第２吸気ポート３ｂ　、
３ｂ同士および第２排気ポート４１）　、　４　ｂ同士
はそわぞれ互いに背中合せ状態に隣接して配置されてい
る。

さらに１．、ｌ−、ｔｒａ各気筒２ａ〜２ｄＫおける第
１および第２吸気ポート３ａ、３ｂＫは該各吸気ポート
３ａ、３ｂをそれぞれ所定のタイミングで開閉する第１
および第２の一対の吸気弁５ａ、５ｂがエンジン本体１
の吸気側に並んで配設されているとともに、」−記各気
筒２ａ〜２ｄＫおける第１および第２排気ポート４ａ、
４ｂＫは該各排気ポー）４ｇ　、４ｂ’を所定のタイミ
ングで開閉する第１および第２の一対の排気弁６ａ　、
６ｂがエンジン本体１の排気側に並んで配設されており
、よってエンジン本体１の吸気側においては第１気筒２
ａと第２気筒２ｂとの第２吸気弁５ｂ、５ｂ同士および
第３気筒２Ｃと第４気筒２ｄとの第２吸気弁５ｂ　、５
ｂ同士がそれぞれ互いに隣接し、またエンジン本体１の
排気側においては第１気筒２ａと第２気筒２ｂとの第２
排気弁６ｂ　、６ｂ同士および第３気筒２Ｃと第４気筒
２ｄとの第２排気弁６ｂ　、６ｂ同士がそれぞれ互いに
隣接している。

一方、７ｔ／ｉ工ンジン本体１の吸気側に配設され、各
気筒２ａ〜２ｄＫおける第１および第２吸気弁５ａ、５
ｂを開閉制御する第１ｖＪ弁機構であって、該第１動弁
機構７は、エンジン本体１の吸気側にエンジン本体中心
線ｌと平行に配設されエンジンのクランクシャフト（図
示せず）によって回転駆動される第１カムシヤフト８を
有し、該第１カムシヤフト８には各気筒２ａ〜２ｄの第
１、第２吸気弁５ａ、５ｂに対応するカム面８ａ　、８
ｂか同形状に形成されており、該第１カムシヤフト８の
回転により各気筒２ａ〜２ｄにおいて第１、第２吸気弁
５ａ、５ｂを同じ開弁期間でもって同時に開閉制御する
ように構成されている。また、９１．−Ｉ　　’エンジ
ン本体１の排気側に配設され、各気筒２ａ〜２ｄにおけ
る第１および第２排気弁６ａ　、６ｂを開閉制御する第
２ｕＪ弁機構であって、該第２卯Ｊ弁機溝９は、エンジ
ン本体１の排気側（てエンジン本体中心線ｌと平行に配
設され同じ（エンジンのクランクシャフト（図示せず）
Ｋより回転駆動される第２カムシヤフト１ｏを有し、該
第２カムシヤフト１０には各気筒２ａ〜２ｄの第１、第
２排気弁６ａ、６ｂに対応するカム面１０ａ、１０ｂが
同形状に形成されており、該第２カムシャフト１００回
転によυ各気筒２ａ〜２ｄにおいて第１、第２排気弁６
ａ、６ｂを同じ開弁期間でもって同時に開閉制御するよ
うに構成されている。

さらに、」―、８ｉ１２第８ｉ弁機構７には、第１気筒
２ａと第２気筒２ｂりの隣接する両第２吸気弁５ｂ。

５ｂおよび第３気筒２ｃと第４気筒２ｄとの隣接する両
第２吸気弁５ｂ　、５ｂのバルブタイミングをそれぞれ
可変制御する２つの第１可変機構１１゜１１が設けられ
ており、また、ｈ記第２動弁機構９には、第１気筒２ａ
と第２気筒２ｂとの隣接する両第２排気弁６ｂ　、６ｂ
および第３気筒２Ｃと第４気筒２ｄとの隣接する両第２
排気弁６ｂ、６ｂのパルプタイミングをそれぞれ可変制
御する２れ第３図に拡大詳示するように同じ構成によっ
てなる。すなわち、第１可変機措１１ば、一端（上端）
で第１カムシャフト８のカム面Ｂｂ　、Ｂｂと当接し、
他端−（下端）で第２吸気弁５ｂ、５ｂのパルプステム
と当接する２つの円筒状のタペット部材’１３．１３と
、該タペット部材１３．１３が上下方向に摺動自在に嵌
挿保持される２つの嵌挿孔１４ａ　、１４ａを有すると
ともに下面に」１記エンジン本体１に形成した円弧状の
ガイド面１ａに摺接案内される円弧状の摺接面１４ｂを
有し、−に記第１カムシャフト８に対して回動自在に支
承されて上記ガイド面１ａの案内補助のもとに第１カム
シャフト８周りを回！！！ＩＪするパケット状の回動部
拐１４と１．該回動部材１４をエンジンの運転状態に応
して」−記第１カムシャフト８の特定角度位置に対する
カムｔａｂ、８ｂとタペット部材１６゜１６０一端との
接触位置が変化するように回動させる操作装置１５とを
備えてなり、」−配回動部材１４ｄ、第１カムシャフト
８ＶＣ支承される部分で上下に分割されていてポル）１
６．１６で一体に結合されている。さらに、上記操作装
置１５は、エンジン本体中心線ｌに平行に配設され２つ
の第１ａｆｆ機ｆ７＆１１．ｆｌＫ跨ッテ両回ｉｒｅ部
材１４，１４の−１一端部を連結して該回ｉ［Ｑ部材１
４．１４を回ＪｕＪさせる揺％Ｊ軸１７と、エンジン本
体１の中心線Ｉ方向中央部において該中心線ｌと直交し
て配設され、」―記揺動軸１７に係合して該揺切軸１７
を揺＋１υ）させる往復動軸１８と、回転運動を往復動
運動に変換して該往復１ｌｖＪ軸１８を往復動させる駆
動モータ１９とを備え、該駆動モータ１９には、エンジ
ンの回転数を検出する回転数センサ２０およびエンジン
の負荷状態を検出する負荷センサ２１の各出力が入力さ
れており、エンジンの高負荷高回転時、駆動モータ１９
の作動により往復動軸１８を第２図右方向に移動させて
揺ｕＪ軸１７を第１カムシャフト８の回転方向Ｘと同方
向（第２図で時計方向）に回動させることにより、回動
部材１４．１４を第１カムシャフト８を中心にその回転
方向Ｘと同方向に回動させるものである。以上により、
エンジンの高負荷高回転時には操作装置１５により回ｊ
ｌｌＪ部材１４．１４が第１カムシャフト８０回転方向
Ｘと同方向に回動することにより、第１カムシャフト８
の特定角度位置に対するカム面８ｂ　、Ｂｂとタペット
部・材１３，１３の一端との接触位置が第１カムシャフ
ト８の回転方向Ｘに対して遅れ側に変化して、各第２吸
気弁５１）、　５ｂのバルブタイミングを遅れ側にすら
すよう制御するように構成されている。

また、」二記第２可変機構１２は、上記第１可変機構１
１と同じ構成部材（第１可変機構１１の構成部材の符号
「′（ダッシュ）」を付けて表わす）によってなるもの
で、一端で第２カムシヤフ）−１０のカム而１０ｂ、１
０ｂと当接し、他端で第２排気弁６ｂ　、６ｂのパルプ
ステム吉当接する２つのタペット部材１３’、１３’と
、該タペット部材１３’　、　１３’を嵌挿孔１４’ａ
、１４’ａに嵌挿保持せしめて第２カムシャフト１０周
りを回動する回動部材１４′と、該回動部材１４′をエ
ンジンの運転状態に応じて回動させる操作装置１５′と
を備えてなる。

該操作装置１５′は、２つの第２可変機構１２，１２の
両回動部材１４’、ｌ’をその上端部で連結する揺動１
ｍｌ　１７’と、該揺動軸１７′を揺動させる第１＝Ｊ
変機構１１（！：共用の往復動軸１８と、該往復動軸１
８を往復動させる同じ（第１可変機構１１と共用の駆動
モータ１９とを備えており、よってエンジンの高負荷高
回転時、駆動モータ１９の作動により往復動軸１８を介
して揺動軸１６′を第２カムシャフト１０の回転方向Ｘ
と同方向に回動させるこ吉により、両回動部組１４’、
１４’を第２カムシヤフト１Ｄを中心としてその回転方
向Ｘ（！：同方向に回１υＪさせて、第２カムシャフト
１０の特定角度位置に対するカム而１０ｂ、１０ｂとタ
ペット部材１３’　、　１３’の一端との接触位置を第
２カムシャフト１０の回転方向Ｘに対して遅れ側に変化
させ、各第２排気弁６ｂ　１６ｂのバルブタイミングを
遅れ側にずらすよう制御するものである。

加えて、上記タペット部材１６又は１６′の下端を第２
図の如（第２吸気弁５ｂ又は第２排気弁６ｂのバルブス
テムに直接当接させずに、第４図に示す如く油圧タペッ
ト装置Ａを介装することが好ましい。すなわち、該油圧
タペット装置Ａは、カムシャフト８（又は１０）のカム
而８　ｂ（，１０ｂ）と摺接する円形状の閉塞部２３ａ
および該閉塞部外周から直角に延び、回動部材１４（１
４’）に設けられたオイル通路２２七連通する第１連通
孔２３ｂを有し且つ該回動部材１４（１４’）の嵌挿孔
１４ａ（１４’ａ）内を摺動する側部２３Ｑを備えた円
筒状のタペット部材２６と、該タペット部材２６の内周
に嵌挿される側壁２４Ｂおよび０排気弁５ｂ（６ｂ）の
パルプステムに当接する底壁２４ｂを備え、」１記タペ
ット部材２６の向きと逆方向に配設された円筒状の第１
部材２４吉、上記タペット部材２６と第１部材２４との
間に外周が第１部材２４の内周に摺接するとともに先端
がタペット部材２６の閉塞部２３ａにスプリング２５に
より押圧当接するように配設され、一端側（−に部側）
はタペット部材２６の閉塞部２３ａとで該閉塞部２３ａ
に形成したり欠き溝２３ｄを介して」−兄弟１連通孔２
３ｂと連通する油溜Ｖ室２６を形成する一方、他端側（
下部側）は第１部材２４の底壁２４ｂとで油圧力室２７
を形成し、且つ中央に−に記曲溜り室２６と油圧力室２
７とを連通ずる第２連通孔２８ａを備えた断１ｍ略Ｈ字
状の第１部材２４と、上記油圧力室２７に内蔵され、油
圧力室２７の内圧がカムシャフト８（１０）のカム而８
ｂ（１０ｂ）の押圧力によって急激に圧力上昇したとき
は閉弁して上記第２連通孔２８ａを閉塞する一方、その
他のさきには開弁じて第２連通孔２８ａを開放するよう
に制御するチェック弁２９とからなり、−１−記油溜り
室２６と油圧力室２７との圧力差に応じて第２連通孔２
８ａを開閉して油圧力室２７内の油歇を変化させること
により、タペット部材２６の閉塞部２３ａをカム而８ｂ
（１０ｂ）Ｋ常に′摺接せしめるよう追従させて、エン
ジンの高回転時においてもバルブクリアランスを生じる
ことな（カム力をパルプステムに伝達するようにしたも
のである。

尚、第１図中、３０は第１および第２カムシャフト８．
１０を回転自在に支承する軸受部であって、該軸受部６
０は第１および第２可変機構１１゜１２０各回動部材１
４　、１４　、１４’、　１４’と干渉しないように且
つ第１および第２カムシヤフト８゜１０の撓みを可及的
に抑えるようにエンジン本体１の中心線１方向の両端部
および中央部に配設されている。また、第２図中、３１
は各吸、排気弁５ａ　１５ｂ　、６ａ　、６ｂを閉弁方
向に付勢するバルブスプリング、６２はバルブガイドで
ある。

次に、上記実施例の作用について述べるに、エンジンの
低回転時には、第１および第２可変機構１１．１２が非
作動状態にあシ、各気筒２ａ〜２ｄにおける第１、第２
吸気弁５ａ、５ｂおよび第１、第２排気弁６ａ、６ｂは
それぞれ第１および第２動弁機購７，９によって各々の
バルブタイミングが制御され、第５図実線て示ｒように
先ず第１および第２排気弁６ａ、６ｂか共にピストンの
□下死点（＝Ｊ近で開いたのぢ−１−死点付近で閉して
排気行程をｔｊい、続いて第１および第２吸気弁５ａ。

５ｂがＬ死点付近で開いたのち下死点付近で閉じて吸気
行程を行う。その際、各気筒２ａ〜２ｄＫおける排気は
第１および第２排気ポー１−４８　、４ｂ」：り排出さ
れるため、排気ポーＩ・の有効開口面積が単一の排気ポ
ートの場合表較べて増大して排気の掃気効率か向」−シ
、ひいては吸気の充填効率）向」二によりエンジンの出
力向上を図ることがてきる。

また、この場合、各気筒２ａ〜２ｄにおいて第１および
第２の一対の吸〜気ポート３ａ　、３ｂをそれぞれ一対
の吸気弁５ａ、５ｂて開閉するのて、吸気ポートの有効
量り面積も単一のものと較べて増大するので吸気の充填
効率を一層向」二させることかてきる。

一方、エンジンの高回転時であって高負荷時には、第１
および第２可変機構１１．１２が共に作動して、第５図
仮想線で示すように各気筒２ａ〜２ｄＫおける一対の排
気弁６ａ、６ｂのうちの第２排気弁６ｂのバルブタイミ
ングが第２可変機構１２によって遅れ側に、また一対の
吸気弁５ａ。

５ｂのうちの第２吸気弁５ｂのバルブタイミングが第１
可変機溝１１によって遅れ側にすれるように可変制御さ
れる。そのことにより、各気筒２ａ〜２ｄの排気行程に
おいて、排気ポートの開口面積を変えることなく」−兄
弟２排気弁６ｂのバルブタイミングの遅れ側のずれ分だ
け両排気弁６ａ。

６ｂの全体としての総開弁期間が長くなり、」１記排気
ポートの有効開口面積の増大と相俟って排気の掃気効率
を著しく向」二させることができる。特に、排気の慣性
作用の大きい遅れ側へのずれにより掃気効率の向−にを
効果的に行うことができる。

よって、との掃気効率の著しい向上に伴い吸気の充填効
率が著しく向上して、出力を要するエンジンの高負荷時
における出力性能を大巾に向−１ニさせることかできる
。尚、その際、第２排気弁６ｂのバルブタイミングか遅
れ側にずれても、エンジンの高回転時であるために排気
の慣性作用が大きくて圧力の落込みか小さいので、排気
性能に支障を与えることなく　１ｚｒｉｄ開弁期間の増
大化を図ることかできる。

さらに、この場合、各気筒２ａ〜２ｄの吸気行程におい
て、」−兄弟２吸気弁５ｂのバルブタイミングの遅れ側
のずれ分だけ、副吸気弁５：ａ、５ｂの全体としての総
開弁期間が長くなるので、吸気ポートの有効量［」面積
の増大と相俟って吸気の充填効率か著しく向上して、」
−記充填効率の向上をより一層図るこ吉ができる。尚、
その際、エンジンの高回転時は吸気量か多く、また吸気
の慣性速度か速いこと゛あ・ら、吸、排気弁５ａ、５ｂ
、６ａ。

６ｂの総オーバラップ期間が長（なっても、残留排気の
持込み量を可及的に減少させることがてきると吉もに吸
気の吹き返しが生じ難いので、燃焼性に支障を与えるこ
とはない。

また、上記第２吸気弁５ｂおよび第２排気弁６ｂのバル
ブタイミングを第１および第２　’ｒ＞Ｊ愛機構１１．
１２によって、エンジンの低回転から高回転に移行する
に従って漸次遅れ側にずらすように可変制御すれば、移
行時にトルクショックが生じることなくスムーズに可変
制御できるので有利である。

尚、本発明は」−記実施例に限定されるものではなく、
その他種々の変形例をも包含するものである。例えば、
第２吸気弁５ｂおよび第２排気弁６ｂのバルブタイミン
グを可変制御する可変悸構としては、上記実施例の如き
可変機構１１　、１”２の他に、エンジンの出力軸とカ
ムシャフトとの相対位置を変化させるもの、あるいは立
体カムシャフトをスライドさせるもの等、公知の各種手
段が採用可能であるが、上記実施例の如（タペット部材
１３（１３’）を嵌挿保持する回動部材１４（１４４）
ヲカムシャフト８（１０）周りに回動させて該カムシャ
ツＩ−８（１０）の特定角度位置に対するカム而８ｂ（
１０ｂ）とタペット部材１３（１３’）の一端との接触
位置を変化させるようにした可変機構１１（１２）ｕ、
バルブタイミングの可変制御か葡単な構造でもって応答
性良く確実に行うこ七ができ、また騒音の発生が少ない
などの点で有利である。

また、−Ｉ−記実施例では、各気筒２ａ〜２ｄ（／Ｃお
ける一対の吸気ボート３ａ　、３ｂおよび一対の吸気弁
５ａ、５ｂと、一対の排気ポート４ａ　、４ｂおよび一
対の排気弁６ａ、６ｂとをそれぞれエンジン本体１の吸
気側と排気側とに分けて中心線Ｐ方向に平行に配置し、
かつ第２吸気弁５ｂ、５ｂ同士および第２排気弁６ｂ、
６ｂ同士を隣接させて配置したが、その他の配置構成に
してもよいのは勿論である。しかし、上記実施例の如き
配置構成は、各カムシャツ）８．１０の軸受部６０，６
０・・の３点配置に支障を与えることなく、隣り合う気
筒（２ａと２ｂ１２Ｃと２ｄ）間の第２吸気弁５ｂ、５
ｂ同士および第２排気弁６ｂ　、６ｂ同士を一つの可変
機構１１．１２で兼用して制御できるので有利である。

さらにまた、本発明は上記実施の如き４バルブ方式の４
気筒エンジンのほかに、一対の排気ポートと一対の排気
弁と備えた単気筒又はその他の多気筒の各種型式エンジ
ンに対しても適用できるのは言うまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、一対の排気ポー
トと一対の排気弁とを備えたエンジンにおいて、エンジ
ンの高負荷高回転時、」二記一対の排気弁のうち少な（
とも一方の排気弁のバルブタイミングを遅れ側にずらし
て、排気ポートの開１コ而積を変えずに排気弁の総開弁
期間を長（するようにしたので、排気性能に支障を与え
ることなくエンジンの低回転時は勿論のこと、特に出力
を要するエンジンの高負荷高回転時の掃気効率を著しく
向上させることができ、ひいては吸気の充填効率の著し
い向上により出力性能を大巾に向上させることができ、
出力性能の優れたエンジンの提供を可能にするものであ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を例示し、第１図は４気筒エンジ
ンに適用した場合の平面図、第２図は第１図の縦断側面
図、第３図は可変機構部分の拡大斜視図、第４図は可変
機構のタペット部材部分の変形例を示す要部縦断側面図
、第５図は本発明による吸、排気弁のバルブタイミング
を示す説明図である。 ２８〜２ｄ　第１〜第４気筒、６ａ、６ｂ・吸気ポート
、４ａ、４ｂ・排気ポート、５ａ　、５ｂ・・吸気弁、
６ａ　、　６’ｂ・排気弁、７，９　動弁機構、８，１
０・・カムシャフト、１１　第１可変機５購、１２・・
第２町変機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の排気ポートをそれぞれ所定のタイミ・ング
   て開閉する一対の排気弁を備えたエンジンにおいて、」
   乙巳一対の排気弁のうち少な（とも−力の排気弁を開閉
   制御する動弁系に、エンジンの高負荷高回転時、」二記
   少なくとも一方の排気弁のバルブタイミングを遅れ側に
   ずらすように制御する可変機構を設けたことを特徴とす
   るエンジンのパルプタイミング制御装置。