JP2002054411A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直打式バルブリフタを用いながらも十分な低
フリクション化を実現して低燃費化を図ることができ、
かつ全回転域での内燃機関の性能向上を図ることができ
る可変動弁機構を提供する。 【解決手段】 低速域では低速用カム１，２により低速
用バルブリフタ１０，２０が押圧されることに基づいて
バルブ７，８が開き、高速域では高速用カム３により高
速用バルブリフタ３０が押圧されることに基づいてバル
ブ７，８が開くように、低速用バルブリフタ１０，２０
と高速用バルブリフタ３０との連結及び切り離しを行う
切替機構（１６，２６，３６等）を設ける。低速用バル
ブリフタ１０，２０又は高速用バルブリフタ３０の少な
くとも一方に低速用カム１，２又は高速用カム３が摺接
するローラ１５，２５，３５を回転可能に軸着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直打式バルブリフ
タを用いた内燃機関の可変動弁機構に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図６は従来の一般的な直打式バルブリフ
タを用いた動弁機構を示している。このバルブリフタ５
０は、円筒状の側壁部５１とその上端を閉鎖する円板状
の端壁部５２とが鋼材の鍛造加工等により一体成形され
てなり、倒立カップ状をなしている。端壁部５２の上面
とカム６０との間にバルブクリアランス調整用のアウタ
シム５４を介装し、該アウタシム５４の上面をカム６０
が摺接するカム摺接面とする一方、端壁部５２の下面を
バルブ６１を押し付けるバルブ押圧面とする。アウタシ
ム５４に代えて、端壁部５２の下面とバルブ６１のステ
ム端面との間にインナシムを介装する場合もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、内燃機関の低燃
費化のニーズが高まってきたため、バルブリフタについ
ても低フリクション化を狙い、前記端壁部５２やアウタ
シム５４を表面処理したり表面粗度を向上させたりする
改善を加えてきた。この改善によりある程度の低フリク
ション化は得られたが、限界があり、図７に示すよう
に、改善後のバルブリフタでもローラ付きロッカアーム
には遠く及ばなかった。

【０００４】また、前記動弁機構は、１種類のカム６０
でバルブリフタ５０を介してバルブ６１を開閉するが、
１種類のカム６０では、内燃機関の低速域から高速域ま
で同一の作用角及びリフト量でしか開閉することができ
ないため、低速域又は高速域の何れか一方で内燃機関の
性能（出力、トルク、燃費等）が下がってしまうという
問題があった。

【０００５】本発明の目的は、上記課題を解決し、直打
式バルブリフタを用いながらも十分な低フリクション化
を実現して低燃費化を図ることができ、かつ全回転域で
の内燃機関の性能向上を図ることができる可変動弁機構
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る可変動弁機
構は、直打式の低速用バルブリフタと高速用バルブリフ
タとを並設するとともに、低速用カムと高速用カムとを
並設し、低速域では低速用カムにより低速用バルブリフ
タが押圧されることに基づいてバルブが開き、高速域で
は高速用カムにより高速用バルブリフタが押圧されるこ
とに基づいてバルブが開くように、低速用バルブリフタ
と高速用バルブリフタとの連結及び切り離しを行う切替
機構を設け、低速用バルブリフタ又は高速用バルブリフ
タの少なくとも一方に低速用カム又は高速用カムが摺接
するローラを回転可能に軸着してなる。

【０００７】ここで、低速用バルブリフタと高速用バル
ブリフタは、相対的に速度の高低がある回転域に用いる
バルブリフタという意味であり、それぞれ特定値の回転
域に働かせるものに限定されず、また速度の切替段数は
２段に限定されない。例えば、低速域・中速域・高速域
の３段切替の場合は、低速用バルブリフタと高速用バル
ブリフタを、それぞれ低速域と中速域に当てる場合も、
それぞれ中速域と高速域に当てる場合も、これらを組み
合わせる場合も含む。

【０００８】切替機構としては、低速域では低速用バル
ブリフタと高速用バルブリフタとを切り離し、高速域で
は低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを連結す
るよう構成された態様を例示できる。

【０００９】切替機構が低速用バルブリフタと高速用バ
ルブリフタとを連結する切替ピンを含み、該切替ピンが
ローラを回転可能に軸着する支軸を兼ねるものが好まし
い。

【００１０】低速用バルブリフタと高速用バルブリフタ
とがいずれも円形部材の一部円弧を直線状に切り落とし
た形状に形成され、低速用バルブリフタの切り落とし側
と高速用バルブリフタの切り落とし側とが摺動可能に合
わせられた態様を例示できる。

【００１１】この態様において、低速用バルブリフタと
高速用バルブリフタとが合わせられた状態で、これらの
全体平面形状と同一の断面形状に形成されたガイド穴に
上下摺動可能に挿入されることにより、各バルブリフタ
の回り止めが図られる。

【００１２】なお、ローラの外周面下部をバルブ押圧面
とすることもできるし、ローラのすぐ下方に壁を形成
し、該壁の下面をバルブ押圧面とすることもできる。

【００１３】また、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。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態の可変動弁機構について、図１〜図５を参照して説明
する。カムシャフト４には、作用角及びリフト量の最も
小さいノーズを備えた第一低速用カム１と、作用角及び
リフト量の小さいノーズを備えた第二低速用カム２と、
作用角及びリフト量の大きいノーズを備えた高速用カム
３とが、前２者の間に後者を配する配置で並べられて形
成されている。

【００１５】カムシャフト４の下方において、シリンダ
ヘッド５に形成されたガイド穴６内には、第一低速用カ
ム１に対応する直打式の第一低速用バルブリフタ１０
と、第二低速用カム２に対応する直打式の第二低速用バ
ルブリフタ２０と、高速用カム３に対応する直打式の高
速用バルブリフタ３０とが、前２者の間に後者を配する
配置で並設されてそれぞれ上下摺動可能に挿入されてい
る。

【００１６】第一低速用バルブリフタ１０は、厚手円板
の一箇所の一部円弧を直線状に切り落とした形状の端壁
部１２に、円筒の一箇所の一部円弧を直線状に切り落と
した形状の側壁部１３が一体形成されてなるリフタ本体
１１と、端壁部１２の前記切り落とし側に凹設された凹
所１４に配置されるとともに後述する第一切替ピン１７
によりカムシャフト４と平行な軸線（本例では端壁部１
２を横に貫く位置にある）の周りに回動可能に軸着され
たローラ１５とからなる。ローラ１５の外周面上部は、
端壁部１２の上面を越えて上方に突出し、第一低速用カ
ム１が摺接するカム摺接面となっている。ローラ１５の
外周面下部は、端壁部１２の下面を越えて下方に突出
し、第一バルブ７を押し付けるバルブ押圧面となってい
る。ローラ１５と第一バルブ７のステム端面との間には
バルブクリアランス調整用のインナシム９が介装され
る。

【００１７】端壁部１２及びローラ１５の中心には両者
に連続する第一低速側ピン孔１６が形成され、該第一低
速側ピン孔１６には第一切替ピン１７が摺動可能に挿入
されている。前記の通り、第一切替ピン１７はローラ１
５を回動可能に軸着する支軸としての機能を兼ねてい
る。

【００１８】第二低速用バルブリフタ２０は、厚手円板
の一箇所の一部円弧を直線状に切り落とした形状の端壁
部２２に、円筒の一箇所の一部円弧を直線状に切り落と
した形状の側壁部２３が一体形成されてなるリフタ本体
２１と、端壁部２２の前記切り落とし側に凹設された凹
所２４に配置されるとともに後述する支持ピン２７によ
りカムシャフト４と平行な軸線（本例では端壁部２２を
横に貫く位置にある）の周りに回動可能に軸着されたロ
ーラ２５とからなる。ローラ２５の外周面上部は、端壁
部２２の上面を越えて上方に突出し、第二低速用カム２
が摺接するカム摺接面となっている。ローラ２５の外周
面下部は、端壁部２２の下面を越えて下方に突出し、第
二バルブ８を押し付けるバルブ押圧面となっている。ロ
ーラ２５と第二バルブ８のステム端面との間にはバルブ
クリアランス調整用のインナシム９が介装される。

【００１９】端壁部２２及びローラ２５の中心には両者
に連続する（前記第一低速側ピン孔１６と内径の等し
い）第二低速側ピン孔２６が形成され、該第二低速側ピ
ン孔２６には支持ピン２７がＣリングにより固定されて
いる。また、第二低速側ピン孔２６には支持ピン２７に
支えられたリターンスプリング２８により後述する第二
切替ピン側へ付勢される押圧ピン２９が設けられてい
る。前記の通り、支持ピン２７はローラ２５を回動可能
に軸着する支軸としての機能を兼ねている。

【００２０】高速用バルブリフタ３０は、厚手円板の１
８０度離れた二箇所の一部円弧を直線状に切り落とした
形状の端壁部３２に、円筒の１８０度離れた二箇所の一
部円弧を直線状に切り落とした形状の側壁部３３が一体
形成されてなるリフタ本体３１と、端壁部３２に上面か
ら凹設された凹所３４に配されるとともに後述する第二
切替ピン３７及びローラ軸支ピン３７ａによりカムシャ
フト４と平行な軸線（本実施形態では端壁部３２を横に
貫く位置にある）の周りに回動可能に軸着されたローラ
３５とからなる。側壁部３３は２箇所に離れるため、結
合壁３３ａにより結合されて補強が図られている。結合
壁３３ａにはロストモーションスプリング３８を受ける
バネ受け座３９が凹設されている。

【００２１】端壁部３２及びローラ３５の中心には両者
に連続する（前記低速側ピン孔１６，２６より内径の大
きい）高速側ピン孔３６が形成され、該高速側ピン孔３
６には円筒状のローラ軸支ピン３７ａが挿入され、該ロ
ーラ軸支ピン３７ａの内周面には（前記第一切替ピン１
７と外径の等しい）第二切替ピン３７が挿入されてい
る。ローラ軸支ピン３７ａの外周面はローラ３５の摺回
動面であり、内周面は第二切替ピン３７の摺動面であ
る。従って、前記の通り、第二切替ピン３７はローラ軸
支ピン３７ａとともにローラ３５を回動可能に軸着する
支軸としての機能を兼ねている。

【００２２】これらのバルブリフタ１０，２０，３０
は、第一低速用バルブリフタ１０の切り落とし側と高速
用バルブリフタ３０の一方の切り落とし側とが上下摺動
可能に合わせられるとともに、第二低速用バルブリフタ
２０の切り落とし側と高速用バルブリフタ３０の他方の
切り落とし側とが上下摺動可能に合わされた状態で、こ
れらバルブリフタ１０，２０，３０の全体平面形状（波
打つ長円形状）と同一の断面形状に形成されたガイド穴
６に上下摺動可能に挿入されており、これらの形状によ
り各バルブリフタ１０，２０，３０の回り止めが図られ
ている。

【００２３】そして、図１（ａ）に示すように、各バル
ブリフタ１０，２０，３０のローラ１５，２５，３５に
それぞれカム１，２，３のベース円が当接したときに、
各孔１６，２６，３６は同一軸線上に連続するようにな
っている。第一低速側ピン孔１６のうちガイド穴６に面
する側は作動油が供給される高圧室１８となっており、
該高圧室１８には、作動油がオイルポンプ（図示略）→
切替弁（図示略）→シリンダヘッド５に形成された油道
４１→ガイド穴６の内周面に形成された油溝４２という
油路を経て、切替弁が開いたときにのみ送られるように
なっている。第一低速用バルブリフタ１０の上下摺動に
拘わらず、油溝４２は常に第一低速側ピン孔１６に連通
する。

【００２４】前記ピン孔１６，２６，３６、着替ピン１
７，３７、高圧室１８、油道４１、リターンスプリング
２８、押圧ピン２９等により、低速用バルブリフタ１
０，２０と高速用バルブリフタ３０との連結及び切り離
しを行う切替機構が構成されている。

【００２５】上記の通り構成された本実施例の可変動弁
機構は、次のように作用する。まず、内燃機関の低速域
では、切替弁（図示略）が閉じて作動油が高圧室１８に
送られないため、図１（ａ）に示すように、第一切替ピ
ン１７及び第二切替ピン３７がリターンスプリング２８
及び押圧ピン２９により左側へ押圧され、それぞれ第一
低速側ピン孔１６及び高速側ピン孔３６に収まるため、
第一低速用バルブリフタ１０と高速用バルブリフタ３０
とが切り離されるとともに、第二低速用バルブリフタ２
０と高速用バルブリフタ３０とが切り離される。

【００２６】従って、図１（ｂ）に示すように、第一低
速用カム１のノーズがローラ１５を押圧し、第一低速用
バルブリフタ１０が摺動して第一バルブ７を最も小さい
作用角及びリフト量で開く。また、第二低速用カム２の
ノーズがローラ２５を押圧し、第二低速用バルブリフタ
２０が摺動して第二バルブ８を小さい作用角及びリフト
量で開く。なお、高速用カム３のノーズがローラ３５を
押圧し、高速用バルブリフタ３０は空摺動するが、この
高速用バルブリフタ３０の空摺動をロストモーションス
プリング３８が押し戻す。

【００２７】次に、内燃機関の高速域では、切替弁（図
示略）が開いて作動油が高圧室１８に送られるため、図
５（ａ）に示すように、第一切替ピン１７及び第二切替
ピン３７が高圧室１８の油圧により右側へ押圧され、そ
れぞれ第一低速側ピン孔１６と高速側ピン孔３６とに跨
る位置及び高速側ピン孔３６と第二低速側ピン孔２６と
に跨る位置に変位するため、第一低速用バルブリフタ１
０と高速用バルブリフタ３０とが連結されるとともに、
第二低速用バルブリフタ２０と高速用バルブリフタ３０
とが連結される。

【００２８】従って、図５（ｂ）に示すように、高速用
カム３のノーズがローラ３５を押圧し、高速用バルブリ
フタ３０とともに第一低速用バルブリフタ１０及び第二
低速用バルブリフタ２０が摺動して第一バルブ７及び第
二バルブ８を大きい作用角及びリフト量で開く。

【００２９】本実施形態の可変動弁機構によれば、次の
効果が得られる。 各バルブリフタ１０，２０，３０に各カム１，２，
３が摺接するローラ１５，２５，３５を回転可能に軸着
したので、内燃機関の全回転域においてローラ付きロッ
カアームに匹敵する低フリクション化を実現して低燃費
化を図ることができるとともに、直打式バルブリフタ特
有の高い剛性を併せ持つ動弁機構を構成することができ
る。 内燃機関の低速域と高速域とで、バルブ７，８の作
用角及びリフト量を変化させることができ、もって全回
転域で最適な性能（出力、トルク、燃費等）を得ること
ができる。 ２種類の低速用カム１，２を設けるとともに、それ
らに対応した２つの低速用バルブリフタ１０，２０を設
け、２つのバルブ７，８を異なる作用角及びリフト量で
開くようにしたので、例えば燃料空気混合気のスワール
効果を高めることができる。各低速用カム１，２の作用
角及びリフト量は適宜設定可能である。 切替機構が低速用バルブリフタ１０，２０と高速用
バルブリフタ３０とを連結する切替ピン１７，３７を含
み、該切替ピン１７，３７がローラ１５，３５を回転可
能に軸着する支軸を兼ねているので、シンプル化、コン
パクト化及び部品点数の低減が可能である。

【００３０】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸
脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。 （１）ローラ１５，２５，３５をころがり軸受で軸支し
てもよい。すなわち、ピン１７，２７，３７とローラ１
５，２５，３５との間にインナレース及びニードルピン
を設ける。 （２）ローラ１５，２５，３５のいずれか１つ又は２つ
を省略し、そのバルブリフタの端壁部の上面にカムが摺
接するようにしてもよい。その場合でも、ローラのある
バルブリフタの回転域において、上記効果が得られ
る。 （３）ローラ１５，２５の外周面下部をバルブ押圧面と
するのではなく、ローラ１５，２５のすぐ下方に側壁部
１３，２３から延びる壁を形成し、該壁の下面をバルブ
押圧面としてもよい。 （４）低速用カム１，２の作用角及びリフト量を同一に
して、２つのバルブ７，８を同一の作用角及びリフト量
で開くようにしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明に係る可変動
弁機構によれば、直打式バルブリフタを用いながらも十
分な低フリクション化を実現して低燃費化を図ることが
でき、かつ全回転域での内燃機関の性能向上を図ること
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】本発明の実施形態に係る可変動弁機構の低速域
の状態を示し、（ａ）はカムのベース円が各バルブリフ
タに当接したときの断面図、（ｂ）はカムのノーズがバ
ルブリフタに当接したときの断面図である。

【図２】同可変動弁機構を示し、（ａ）は平面図、
（ｂ）は底面図である。

【図３】同可変動弁機構の図２（ａ）における断面を示
し、（ａ）はIIIa−IIIa線断面図、（ｂ）はIIIb−IIIb
線断面図、（ｃ）はIIIc−IIIc線断面図である。

【図４】同可変動弁機構の各バルブリフタの斜視図であ
る。

【図５】同可変動弁機構の低速域の状態を示し、（ａ）
はカムのベース円が各バルブリフタに当接したときの断
面図、（ｂ）はカムのノーズがバルブリフタに当接した
ときの断面図である。

【図６】従来例のバルブリフタ及び動弁機構の断面図で
ある。

【図７】従来例のバルブリフタとローラ付きロッカアー
ムとのフリクションを比較して示すグラフである。

【符号の説明】

１ 第一低速用カム ２ 第二低速用カム ３ 高速用カム ６ ガイド穴 ７ 第一バルブ ８ 第二バルブ １０ 第一低速用バルブリフタ １１ リフタ本体 １２ 端壁部 １３ 側壁部 １５ ローラ １６ 第一低速側ピン孔 １７ 第一切替ピン １８ 高圧室 ２０ 第二低速用バルブリフタ ２１ リフタ本体 ２２ 端壁部 ２３ 側壁部 ２５ ローラ ２６ 第二低速側ピン孔 ２７ 支持ピン ２８ リターンスプリング ２９ 押圧ピン ３０ 高速用バルブリフタ ３１ リフタ本体 ３２ 端壁部 ３３ 側壁部 ３５ ローラ ３６ 高速側ピン孔 ３７ 第二切替ピン ４１ 油道 ４２ 油溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 守広 愛知県西尾市中畑町浜田下10番地 株式会 社オティックス内 Ｆターム(参考） 3G016 AA08 AA19 BA03 BA06 BA19 BB03 BB04 BB06 CA02 CA04 CA22 CA29 DA06 DA09 DA22 3G018 AB07 BA07 BA24 BA36 DA05 DA17 DA18 FA03 GA02 GA06 GA07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直打式の低速用バルブリフタと高速用バ
   ルブリフタとを並設するとともに、低速用カムと高速用
   カムとを並設し、低速域では低速用カムにより低速用バ
   ルブリフタが押圧されることに基づいてバルブが開き、
   高速域では高速用カムにより高速用バルブリフタが押圧
   されることに基づいてバルブが開くように、低速用バル
   ブリフタと高速用バルブリフタとの連結及び切り離しを
   行う切替機構を設け、低速用バルブリフタ又は高速用バ
   ルブリフタの少なくとも一方に低速用カム又は高速用カ
   ムが摺接するローラを回転可能に軸着してなる可変動弁
   機構。
2. 【請求項２】 切替機構が、低速域では低速用バルブリ
   フタと高速用バルブリフタとを切り離し、高速域では低
   速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを連結するよ
   う構成された請求項１記載の可変動弁機構。
3. 【請求項３】 切替機構が低速用バルブリフタと高速用
   バルブリフタとを連結する切替ピンを含み、該切替ピン
   がローラを回転可能に軸着する支軸を兼ねる請求項１又
   は２記載の可変動弁機構。
4. 【請求項４】 低速用バルブリフタと高速用バルブリフ
   タとがいずれも円形部材の一部円弧を直線状に切り落と
   した形状に形成され、低速用バルブリフタの切り落とし
   側と高速用バルブリフタの切り落とし側とが摺動可能に
   合わせられた請求項１、２又は３記載の可変動弁機構。
5. 【請求項５】 低速用バルブリフタと高速用バルブリフ
   タとが合わせられた状態で、これらの全体平面形状と同
   一の断面形状に形成されたガイド穴に上下摺動可能に挿
   入された請求項４記載の可変動弁機構。
6. 【請求項６】 ローラの外周面下部をバルブ押圧面とし
   た請求項１、２、３、４又は５記載の可変動弁機構。