JPS6316111A - 内燃機関の動弁機構 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は内燃別間の回転に同期して吸気ボート、或いは
排気ボートの開閉を行なう動弁機構に関し、特に回転速
度範囲に応じてその作動時期を可変とするように弁体止
Ｉｌｌ或いはバルブタイミング切換機構により制御され
るバルブに対する閉弁方向付勢力の可変装置を具備して
なる内燃機関の動弁機構に関する。

〈従来の技術〉 燃焼室への混合気の送給、及び燃焼ガスの排出を所定の
サイクルに応じて行なわせるために、４サイクルエンジ
ンの燃焼室は吸気バルブと排気バルブとを備えており、
これら両バルブは、バルブスデムを囲繞するように設け
られたバルブスプリングにより常時閉弁方向に付勢され
ている。更にこれら両バルブは、エンジンのクランクシ
ャフトからベルト・プーリなどを用いて連結駆動される
カムシャフトに一イ水的に設けられたカムにより、上記
したバルブスプリングの付勢力に抗して強制的に押開け
られるようにされている。

一方、気筒毎に複数の吸気バルブ或いは排気バルブを設
け、低速運転時には一方の吸気バルブ、或いは排気バル
ブを作動させ、高速運転時にはすべてのバルブを作動さ
せ、同時にこれらバルブの作動タイミングをエンジンの
回転速度に応じて変化させることにより、広い運転範囲
に亘って燃焼室への混合気の充填効率を向上させる技術
が、本出願人による特開昭６１−１９９１１号公報など
に提案されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかるに、上記したような弁作動時期切換装置を備えた
動弁機構の場合、動弁機構の運動を規制するバルブスプ
リングの付勢力の設定が曝めて厄介になる。即ち、高速
回転域に適合させてバルブスプリングの付勢力を設定す
ると、低速回転作動時の動弁系フリクションが不必要に
増大すると共に、カムやロッカアームの１と動向に加わ
る血圧が増大し、摩耗や燃費悪化をきたす不都合が生じ
、作動フリクションを低減すべくばね定数を低く設定す
ると、高速回転作動時にカムの回転に対してバルブが追
従できず、所謂バルブジャンプ現象を引起す。また、バ
ルブタイミングを変化させると同時にバルブリフト量を
増大させると、カムに対する血圧が増大することから、
カム摺動面の幅を大きくとらねばならず、軽量化を阻害
する一因ともなっていた。

このような従来技術の問題点に鑑み、本発明の主な目的
は、開弁作動時期の可変装置を有する動弁機構に於て、
広い運転範囲に回る良好な動弁系の追従性を確保すると
同時に、カム面圧を好適に抑制することの可能な内燃機
関の動弁機構を提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、燃焼室の吸気ポー
ト或いは排気ボートに設置され、ばね手段により常時閉
弁付勢されると共に、クランク軸と同期回転するカムに
より開弁駆動され、かつ回転速度に応じてその開弁作動
時期を可変し得るようにしてなる内燃機関の動弁機構で
あって、前記ばね手段に直接的、或いは間接的に作用す
ることにより、前記ばね手段のばね反力を変化させるた
めの流体加圧装置を備え、少なくとも低速作動域に於け
るばね反力よりも、高速作動域に於けるばね反力の方が
大きいことを特徴とする内燃機関の動弁機構を提供する
ことにより達成されφ。

特に、前記開弁作動時期を変化させる第１のエンジン回
転速度よりも、前記ばね反力を変化させる第２のエンジ
ン回転速度の方を高くすると良い。

〈作用〉 このようにすれば、慣性力が比較的低い低速運転域に於
ける閉弁付勢力を小ざく設定し得るため、カム面圧と同
時に、フリクションをも低減することができる。

慣性力が増大する高速運転域は、流体加圧装置により閉
弁付勢力を増大させ、これにより高速運転域に於ける動
弁系の追従性をにり一層向上し得る。

〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。

第１図に示されるように、図示されないエンジン本体に
は、一対の吸気バルブ１ａ、１ｂが設けられており、こ
れら両吸気バルブ１ａ、”１ｂは、クランクシャフト（
図示せず）の１／２の速度で同期駆動されるカムシャフ
ト２に一体的に設けられた卵形断面をなす一対の低速用
カム３ａ、３ｂ及び単一の高速用カム４と、これらカム
３ａ１３ｂ、４に係合して揺動運動を行なうカムフォロ
ワとしての第１〜第３０ツカアーム５〜７との働きによ
り開閉動作を行なうようにされている。また、本エンジ
ンには、一対の排気バルブ（図示せず）が備えられてお
り、上記した吸気バルブ１ａ、１ｂと同様に開閉駆動さ
れる。

第１〜第３０ツカアーム５〜７は、カムシャフト２の下
方に該カムシャフト２に平行に固設されたロッカシャフ
ト８に揺動自在なように互いに隣接して枢支されている
が、第１及び第３０ツカアーム５．７は基本的に同一形
状とされ、その基部がロッカシャフト８に枢支され、そ
れぞれの遊喘部が両吸気バルブ１ａ、１ｂの上方に延出
されている。これら両口ツカアーム５．７のＴｌｉ部に
は、各吸気バルブ１ａ、１ｂの上端に当接するタペット
ねじ９ａ、９ｂがそれぞれ進退可能なように螺着されて
おり、該タペットねじはロックナツト１Ｑａ、１０ｂに
より緩み止めされている。

第２０ツカアーム６は、第１及び第３０ツカアーム５．
７間でロッカシャフト７に枢支されている。この第２０
ツカアーム６は、ロッカシャフト８から両吸気バルブ１
ａ、１ｂの中間に向けて僅かに延出されており、第２図
に良く示されているように、その上面には高速用カム４
に１習接するカムスリッパ６ａが形成され、その端部下
面には、後記する荷重装置１１のリフタ１２の上端面が
当接している。

前記したようにカムシャツ１へ２は、エンジン本体の上
方に回転自在なように枢支されており、第１、第３０ツ
カアーム５．７に対応する低速用カム３ａ、３ｂと、第
２０ツカアーム６に対応する高速用カム４とが一体的に
連設されている。そして第３図に良く示されているよう
に、低速用カム３ａ、３ｂは比較的小さな揚程を有し、
エンジンの低速運転時に適合したカムプロフィルに形成
されており、第１、第３０ツカアーム５．７の上面に形
成されたカムスリッパ５ａ、７ａにその外周面を摺接し
得るようにされている。高速用カム４は、低速用カム３
ａ、３ｂに比して、より広角度に回る大ぎな揚程を有し
た高速運転時に適合したカムプロフィルに形成されてお
り、前記した第２０ツカアーム６のカムスリッパ６ａに
その外周面を１習接し１ｑるようにされている。尚、第
３図に於て荷重装置１１は図示省略されている。

これら第１〜第３０ツカアーム５〜７は、第４図及び第
５図に示すように、各日ツカアーム５〜７の中央部を貫
通してロッカシャフト８と平行に穿通された孔内に装着
された後記する連結装置１３により、一体的に揺動し得
る状態と、相対変位し１ｑる状態とを切換可能なように
されている。

第２図に良く示すように、荷重装置１１は、シリンダヘ
ッド１４内に両吸気バルブ１ａ、１ｂ（第２図に於ては
図示省略）の！習動軸線に対して略平行に穿設されたガ
イド孔１５と、ガイド孔１５に摺合したりフタ１２と、
リフタ１２を常時上向きに付勢するコイルばね１６と、
該コイルばね１６の下端と、ガイド孔１５下部の拡径部
１５ａの底壁面との間に挟設されたピストン１７とから
なっている。

ピストン１７は、ガイド孔の拡径部１５ａに液密に摺合
しており、ガイド孔１５の底壁に開口した油圧ポート１
８から、油路１９を介して図示されない油圧発生源から
供給される圧油の作用により、拡径部１５ａの内周面に
沿って上方に変位し得るようにされている。

一方、両吸気バルブ１ａ、１ｂの上部には、リテーナ２
５ａ、２５ｂがそれぞれム堪フられており、これらリテ
ーナ２５ａ、２５ｂとエンジン本体との間に、両吸気バ
ルブ１ａ、１ｂのステム部を囲繞するバルブスプリング
２６ａ、２６ｂが介装ざれており、両バルブ１ａ、１ｂ
を閉弁方向、即ち第３図に於ける上方に向けて付勢して
いる。

第４図及び第５図に良く示されるように、第１０ツカア
ーム５には、第２０ツカアーム６側に向けて開放する第
１ガイド孔２７が、ロッカシャフト８に平行して穿設さ
れている。この第１ガイド孔２７の底部側は、縮径され
た小径部２８が形成され、これに伴い段部２９が形成さ
れている。

第２０ツカアーム６には、第１０ツカアーム５の第１ガ
イド孔２７に連通する第２カイト孔３０が両側面間を貫
通して穿設されている。

第３０ツカアーム７には、第２ガイド孔３０に連通ずる
第３ガイド孔３１が穿設されている。この第３ガイド孔
３］の底部側（よ、第１ガイド孔２７と同様に段部３２
と小径部３３とが形成され、更に第３ガイド孔３１の底
壁を貫通する小径の挿通孔３４が、第３ガイド孔３１と
同心にて穿設されている。

これら第１〜第３ガイド孔２７．３０．３１の内部には
、第１及び第２０ツカアーム５．６を連結する位置及び
その連結を解除する位置間で移動し得る第１ピストン３
５と、第２及び第３０ツカアーム６．７を連結する位置
及びその連結を解除する位置間で移動可能な第２ピスト
ン３６と、両ピストン３５．３６の移動を規制するスト
ッパ３７と、両ピストン３５．３６を連結位置側に付勢
する第１コイルばね３８と、第１コイルはね３８よりも
強い付勢力をもって両ピストン３５．３６を連結解除位
置側に付勢する第２コイルばね３９とが装着されている
。

第１ピストン３５は第１ガイド孔２７と第２ガイド孔３
０に摺合し、これにより第１ガイド孔２７の底面と第１
ビス１〜ン３５の端面との間に油圧室４０が郭成されて
いる。また、ロッカシャフト８内には、図示されない油
圧供給装置に連通する油路４１が穿設されており、第１
０ツカアーム５に油圧室４０に連通ずるように穿設され
た油路４２と、ロッカシャフト８の周壁に穿設された連
通孔４３とを介して、第１０ツカアーム５の揺動状態の
如何に拘らず、常に作動油を油圧室４０内に供給し１ｑ
るようにされている。

第１ピストン３５の軸線方向寸法は、その一端が第１ガ
イド孔２７内の段部２９に当接した際に、その他端が第
１０ツカアーム５の第２０ツカアーム６に臨む側面から
突出しないように設定されている。

第２ピストン３６は、その軸線方向寸法を第２ガイド孔
３０の全長に等しくされてあり、第２ガイド孔３０と第
３ガイド孔３１とに摺合し得るようにされている。

ストッパ３７は、一端に第３ガイド孔３１に１習合する
円板部３７ａが形成され、他端に小径孔３４に挿通する
案内棒４４が形成されている。更にストッパ３７の円板
部３７ａと第３ガイド孔３１の小径部３３の底部との間
には、案内棒４４を外囲して前記した第２コイルはね３
つが介装されている。

次に以上説明した本装置の作動の要領について説明づ−
る。

先ず、第４．５図を参照して、エンジンの中低速度域に
あっては、連結装置１３の油圧室４０には油圧が供給さ
れず、各ピストン３５．３６は第２コイルばね３９の付
勢力により第４図に示すように各ガイド孔２７．３０内
に整合し、従って各ロッカアーム５〜７は互いに相対角
変位が可能である。

このような連結装置１３の連結解除状態におっては、カ
ムシャフト２の回転動作により、第１、第３０ツカアー
ム５．７は低速用カム３ａ、３ｂとの摺接に応じて揺動
し、両吸気バルブ１ａ、１ｂがその開弁時期を遅くする
と共に閉弁時期を早くし、しかもリフト罪も小さくして
開閉駆動される。この時、第２０ツカアーム６は高速用
カム４との摺接により揺動するが、その揺動動作は両吸
気バルブ１ａ、１ｂの作動に何の影響も及ぼさない。

一方、荷重装置１１のピストン１７に対して油圧は作用
せず、ガイド孔１５内に縮設された圧縮コイルばね１６
の初期撓み量も比較的小さくされていることから、第２
０ツカアーム６が高速用力ム４に向けて常時付勢されて
いるものの、カムシャフト２に対するフリクショ〉・と
じては極めて小さい範囲に抑えられている（第２図）。

エンジンの高速運転に際しては、連結装置１３の油圧室
４０に作動油圧が供給される。これにより、第５図に示
されるように、第１ピストン３５は、第２コイルばね３
９の付勢力に抗して第２０ツカアーム６側に移動し、第
２ピストン３６は、第１ピストン３５に押されて第３０
ツカアーム７側に移動する。この結果、ストッパ３７の
円板部３７ａが段部３２に当接するまで第１及び第２ピ
ストン３５．３６が共に移動し、第１ピストン３５によ
り第１及び第２０ツカアーム５．６が連結され、第２ピ
ストン３６により第２及び第３０ツカアーム６．７が連
結される。

以上のようにして、第１〜第３０ツカアーム５〜７が連
結装置１３により相互に連結された状態にあっては、高
速用カム４に１占接した第２０ツカアーム６の揺動量が
最も大ぎくなることから、第１及び第３０ツカアーム５
．７は第２０ツカアーム６と共にｊ駆動する。従って、
両吸気弁１ａ、１ｂが、高速用カム４のカムプロフィル
に従ってその閉弁時期を〒くすると共に閉弁時期をも遅
くし、しかもリフト量も大きくして共に開閉駆動される
。

低速度域に於ては、バルブ及びロッカアームの運動速度
も比較的低く、閉弁付勢力についても相対的に小さくて
良い。しかしなから、エンジン速度の増大に従い、第１
〜第３０ツカアーム５〜７を連結させると、バルブ及び
ロッカアームの運動速度も高速となる上、これら動弁系
全体としての慣性質量が増大する。その結果、高速度域
に於ては、両吸気バルブ１ａ、１ｂを閉弁させると同時
に、第１〜第３０ツカアーム５〜７を上方へ押上げるた
めの作用力を増大させる必要が牛する。

そこで本発明によれば、例えば速度信号により開閉駆動
される方向切換電磁弁などにより、成る設定速度以上に
於て油路１９を油圧発生源と連通するようにしている。

そして油圧ポート１８より圧油を導入すると、ピストン
１７が、ガイド孔１５ａを拡径することにより形成され
た段部１５ｂに当接するまで上方に押上げられ、それに
伴いコイルばね１６が押縮められる結果、第２０ツカア
ーム６に対する上向きの付勢力が増大するようにされて
いる。

第６図は上記実施例の制御のタイミングと、カムとカム
スリッパ間の面圧の変化とを示している。

両バルブスプリング２６ａ、２６ｂを全速度域に対応さ
せたばね定数に設定し、バルブタイミングのみを所定回
転数Ｎ１にて切換えるようにした場合、第６図に破線に
て示したように、低速域に於ける血圧が比較的高くなる
と同時に、フリクションの増大をも招くことが解る。

カム面圧は速度の増大に従い減少するが、バルブタイミ
ングの切換によりバルブリフミル量が増大すると、カム
面圧も急激に増大する。この時の最大面圧Ｐ１が高速カ
ム４と第２０ツカアーム６とに作用することから、この
場合、カムとカムスリッパとの接触面積を相対的に大き
くとる必要が生ずる。

第６図に実線にて本実施例による血圧の変化を示してい
る。

先ず、両バルブスプリング１ａ、１ｂのばね定数を中低
速度域にのみ対応させて比較的低く設定することにより
、低速度域に於けるカム面圧も低く抑えられている。従
って、第１のエンジン回転速度Ｎ１にてバルブタイミン
グを切換えた時の最大面圧Ｐ２も相対的に低く抑えられ
る。

次に第２のエンジン回転速度Ｎ２にて荷重装置１１によ
り第２０ツカアーム６に対する付勢力を付加すると、再
びカム面圧が増大するが、バルブタイミングの切換時点
（Ｎ１）に比して血圧の増大を低いレベルに抑えること
ができる。

第７図は第２の実施例として、上記した第１の実施例に
対する変形実施例を示している。以下用１の実施例に対
応する部分には同一の符号を付し、詳１１１１な説明を
省略する。

本実施例に於ては、第１の実施例に於てピストン１７に
付与した油圧力に代えて、リック１２に対してガイド孔
１５の低壁から、通路２０を介して空気圧を付与するよ
うにしている。

本実施例の場合、空気圧がばねとして作用することから
、空気の圧縮圧力を変化させることにより、ばね定数を
適宜に変化させることができる。

第８図は本発明に基づく第３の実施例を示している。本
実施例は、シリンダヘッド１４のバルブスプリング保持
部にシリンダ部５０を形成し、バルブステム５１を囲繞
して設けられたバルブスプリング２６ａ　（２６ｂ）の
下端とシリンダ部５０の底壁との間に、シリンダ部５０
に液密に摺合するスプリングシート５２をバルブステム
５１の軸線に沿って１需動自在なように設け、スプリン
グシート５２の下面にシリンダヘッド１４内に形成され
た油路１９を介して油圧を作用させることにより、バル
ブスプリング２６ａ　（２６ｂ）の初期撓み量が変化す
るようにされたものである。

本実施例に於ても、第１の実施例に示した荷重装置１１
と同様にして制御され、吸気バルブ１ａ（１ｂ）の閉弁
付勢力が変化する。

第９図は第４の実施例であり、上側のバルブスプリング
リテーナ５３を、ピストン状に形成した上でシリンダヘ
ッド１４に形成した内筒面５４に摺合させ、シリンダヘ
ッド１４内に穿設された通路２０を介してバルブスプリ
ングリテーナ５３の内面に空気圧を作用させ、第２の実
施例と同様にして圧縮空気の反発力を、コイルばねから
なるバルブスプリング２６ａ　（２６ｂ）に対して付加
するようにされている。

第１０図は、第５の実施例であり、リフタガイド５６の
下部に穿設された通路２０を介してピストン式ダイレク
トリフタ５５の内側に空気圧を作用させることにより、
カムシャフト２によるダイレクト駆動に対応可能にした
ものでおる。本実施例も、上記した第４の実施例と同様
な効果か得られる。

尚、本発明は第１の実施例で説明した気筒当り複数の吸
気バルブを有する形式のものについてのみならず、単一
のバルブでおっても同様に実施することが可能であり、
また可変バルブタイミングのみならず、弁体化機構と組
合せて実施することもできる。即ち、常時作動側のバル
ブスプリングの付勢力を一方のバルブが休止している時
には弱く設定し、両バルブが共に作動する領域では強く
設定することにより、上記と同様な効果を得ることが可
能である。

また、バルブタイミングの切換回転速度、及びバルブス
プリング荷重の切換回転速度は、エンジンの運転特性に
応じて適宜に定めれば良い。

〈発明の効果〉 このように、本発明によれば、エンジンの運転速度に応
じてバルブタイミングの切換と、バルブスプリング付勢
力の切換とを適宜前なうものとすることにより、カム面
圧を低いレベルに抑えることが可能であることから、カ
ム幅を削減することが可能である。しかも、低速域に於
けるフリクションの削減と高速域に於ける動弁系の追従
性の向上とを達成することができ、より広範囲に亘るエ
ンジンの運転特性の向上を図る上で大ぎな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく荷重装置が適用された動弁系回
りを一部切除して示す上面図である。 第２図は第１図に於けるＩＩ−Ｉ線に沿う断面図である
。 第３図は第１図に於ける■矢視図である。 第４図は低速運転時を示す第３図に於けるＩＶ−ＩＶ線
に沿う断面図である。 第５図は高速運転時を示す第４図と同様な断面図である
。 第６図はカム面圧の変化を示すグラフである。 第７図は第２の実施例を示す第２図と同じ位置から見た
部分的な断面図でおる。 第８図〜第１０図はそれぞれ別の実施例を承り要部断面
図である。 １ａ、１ｂ・・・吸気バルブ ２・・・カムシャフト　　２ａ・・・隆起部３・・・低
速用カム　　　４・・・高速用カム５・・・第１０ツカ
アーム６・・・第２０ツカアーム５ａ、５ａ、カムスリ
ッパ ７・・・第３０ツカアーム７ａ・・・当接面８・・・ロ
ツカシャフト ９ａ、９ｂ・・・タペットねじ １０ａ、１０ｂ・・・ロックナツト １１・・・荷重装置　　　１２・・・アーム１３・・・
連結装置　　　１４・・・シリンダヘッド１５・・・ガ
イド孔　　　１５ａ・・・拡径部１５ｂ・・・段部　　
　　１６・・・コイルばね１７・・・ピストン　　　１
８・・・油圧ポーｌ〜１９・・・油路　　　　　２０・
・・通路２５ａ、２５ｂ・・・リテーナ ２６ａ、２６ｂ・・・バルブスプリング２７・・・第１
ガイド孔　２８・・・小径部２９・・・段部　　　　　
３０・・・第２ガイド孔３１・・・第３ガイド孔　３２
・・・段部３３・・・小径部　　　　３４・・・挿通孔
３５・・・第１ピストン　３６・・・第２ピストン３７
・・・ストッパ　　　３７ａ・・・円板部３８・・・第
１コイルばね３９・・・第２コイルばね４０・・・油圧
至　　　　４１．４２・・・油路４３・・・連通孔　　
　　４４・・・案内棒５０・・・シリンダ部　　５１・
・・バルブステム５２・・・スプリングシート ５３・・・ピストン式バルブスプリングリテーナ５４・
・・内筒面　　　　５５・・・ダイレクトリフタ５６−
・・リフタガイド 特　許　出　願　人　　本田技研工業株式会社代　　　
理　　　人　　弁理士　大　島　陽　−第１図 第２図 第４図 １イ 第６図 エンジン回転速度　−ｍ− 第７図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃焼室の吸気ポート或いは排気ポートに設置され
   、ばね手段により常時閉弁付勢されると共に、クランク
   軸と同期回転するカムにより開弁駆動され、かつ回転速
   度に応じてその開弁作動時期を可変し得るようにしてな
   る内燃機関の動弁機構であつて、 前記ばね手段に直接的、或いは間接的に作用することに
   より、前記ばね手段のばね反力を変化させるための流体
   加圧装置を備え、 少なくとも低速作動域に於けるばね反力よりも、高速作
   動域に於けるばね反力の方が大きいことを特徴とする内
   燃機関の動弁機構。
2. （２）前記開弁作動時期と前記ばね反力とが段階的に変
   化し得ると共に、前記開弁作動時期を変化させる第１の
   エンジン回転速度よりも、前記ばね反力を変化させる第
   ２のエンジン回転速度の方が高くされていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の内燃機関の動弁機
   構。
3. （３）前記動弁機構が、前記吸気ポート或いは排気ポー
   トを開閉可能なバルブと、該バルブに直接設けられた第
   １のばねと、該第１のばねとは別個に設けられた第２の
   ばねとを有し、前記第２のばねに前記流体加圧装置の流
   体圧を作用させるようにしてなることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項若しくは第２項に記載の内燃機関の動
   弁機構。
4. （４）前記動弁機構が、ヘッド部とステム部とを有する
   バルブと、前記ステム部を外囲する圧縮コイルばねとを
   備え、前記コイルばねのいずれか一方の端部に前記流体
   加圧装置の流体圧を作用させるようにしてなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項若しくは第２項に記載の
   内燃機関の動弁機構。
5. （５）前記流体圧が油圧であることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の内燃機関
   の動弁機構。
6. （６）前記流体圧が空気圧であること特徴とする特許請
   求の範囲第１項乃至第４項のいずれかに記載の内燃機関
   の動弁機構。