JP2002213218A - 内燃エンジンの可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化と軽量化及び高剛性化を図ることがで
きる内燃エンジンの可変動弁機構を提供すること。 【構成】 ロッカアーム１２に摺動可能に保持されたロ
ーラ１５を切換手段によってカム軸方向に移動させ、該
ローラ１５を高速用カム８ａ又は低速用カム８ｂに選択
的に当接させて排気バルブ（バルブ）４のリフト量を可
変とする内燃エンジン１の可変動弁機構において、前記
ローラ１５を前記ロッカアーム１２に形成された溝１２
ａに摺動自在に嵌合保持せしめる。本発明によれば、従
来のローラシャフトを廃してローラ１５をロッカアーム
１２に直接支持せしめるようにしたため、ローラ１５の
幅を縮小して機構の小型化と軽量化及び高剛性化を図る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸気バルブ又は排
気バルブの少なくとも一方のリフト量を可変とする内燃
エンジンの可変動弁機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃エンジンにおいては、燃焼室に開口
する吸気ポートと排気ポートが吸気バルブと排気バルブ
によってそれぞれ適当なタイミングで開閉されて所要の
ガス交換がなされるが、高速時において吸気又は排気の
流れを促進し、高い充填効率を確保して高出力を実現
し、且つ、低速時において高い燃焼効率を確保して高出
力と低燃費及び良好な排ガス特性を得るためには、吸気
バルブ又は排気バルブのリフト量と開閉タイミングの何
れか一方又は双方を高速時と低速時において切り換える
必要がある。

【０００３】そこで、ロッカアームに摺動可能に保持さ
れたローラを切換手段によってカム軸方向に移動させ、
該ローラを高速用カム又は低速用カムに選択的に当接さ
せて吸気バルブ又は排気バルブの一方又は双方のリフト
量を可変とする内燃エンジンの可変動弁機構が提案され
ている（例えば、実開平３−１２２２０８号、特開平４
−０５８００６号、特開平５−１６３９７０号、特開平
６−１８５３２２号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記提
案に係る従来の可変動弁機構においては、ローラはロー
ラシャフトを介してロッカアームに支持され、ローラは
ベアリングを介してローラシャフトに回転及び摺動自在
に支承されていたため、ベアリングの耐荷重要件からロ
ーラ幅を縮小することができず、機構が大型化及び高重
量化するという問題があった。

【０００５】又、バルブの駆動力がローラからローラシ
ャフトを介してロッカアームに伝達される構成が採用さ
れているため、ローラシャフトの撓み変形等に起因して
機構に高い剛性を確保することが困難であるという問題
があった。

【０００６】従って、本発明の目的とする処は、小型化
と軽量化及び高剛性化を図ることができる内燃エンジン
の可変動弁機構を提供することにある。

【０００７】又、従来の可変動弁機構においては、各気
筒について複数設けられたバルブを１組の共通の高・低
速用カムとロッカアームで駆動するようにしていたた
め、各バルブについてリフト量を変えることができず、
最適なエンジン性能及び排ガス特性を得ることができな
いばかりか、ローラの受ける荷重が過大となるためにロ
ーラ幅が拡大して機構の大型化と高重量化を招くという
問題があった。

【０００８】従って、本発明の目的とする処は、各バル
ブについてリフト量を変えることによって最適なエンジ
ン性能及び排ガス特性を得ることができるとともに、ロ
ーラ荷重を軽減してコンパクト化を図ることができる内
燃エンジンの可変動弁機構を提供することにある。

【０００９】又、従来の可変動弁機構においては、切換
手段を構成する油圧ピストンが可動側のロッカアームに
内蔵されていたため、ロッカアームが大型化及び高重量
化してエンジンの高回転化と低ロス馬力化を妨げる要因
となっていた。

【００１０】従って、本発明の目的とする処は、ロッカ
アームの軽量化を実現してエンジンの高回転化と低ロス
馬力化を図ることができる内燃エンジンの可変動弁機構
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、ロッカアームに摺動可能に
保持されたローラを切換手段によってカム軸方向に移動
させ、該ローラを形状の異なる複数のカムに選択的に当
接させてバルブのリフト量を可変とする内燃エンジンの
可変動弁機構において、前記ローラを前記ロッカアーム
に形成された溝に摺動自在に嵌合保持せしめたことを特
徴とする。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記複数のカムとロッカアーム及びローラ
を各１つのバルブに対して各々設けたことを特徴とす
る。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記切換手段を構成する油圧ピスト
ンをシリンダヘッドに内蔵したことを特徴とする。

【００１４】従って、請求項１記載の発明によれば、従
来のローラシャフトを廃してローラをロッカアームに直
接支持せしめるようにしたため、ローラ幅を縮小して機
構の小型化と軽量化及び高剛性化を図ることができる。

【００１５】請求項２記載の発明によれば、各気筒につ
いて複数設けられた各バルブのリフト量を変えることが
でき、最適なエンジン性能及び排ガス特性を得ることが
できるとともに、ローラ荷重を軽減して機構のコンパク
ト化を図ることができる。

【００１６】請求項３記載の発明によれば、切換手段を
構成する油圧ピストンをシリンダヘッドに内蔵したた
め、ロッカアームの小型化が実現し、エンジンの高回転
化と低ロス馬力化を図ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１８】図１は本発明に係る可変動弁機構を備える
内燃エンジンの低速時の状態を示す部分断面図、図２は
同部分破断平面図、図３は同内燃エンジンの高速時の状
態を示す部分断面図、図４は同部分破断平面図、図５は
本発明に係る可変動弁機構要部の斜視図である。

【００１９】本実施の形態に係る内燃エンジン１は、４
バルブ式の水冷４サイクル多気筒エンジンであって、図
１及び図３に示すように、シリンダヘッド２には各気筒
について２つの吸気通路（不図示）と２つの排気通路
（１つのみ図示）３がそれぞれ形成されている。そし
て、これらの吸気通路と排気通路３が燃焼室Ｓに開口す
る吸気ポート（不図示）と排気ポート３ａは、本発明に
係るロッカアーム式の可変動弁機構によって駆動される
吸気バルブ（不図示）と排気バルブ４によってそれぞれ
適当なタイミングで開閉され、それらのリフト量は高速
時と低速時で切り換えられる。尚、以下は排気バルブ４
を駆動する可変動弁機構についてのみ説明するが、吸気
バルブを駆動する可変動弁機構の構成及び作用は排気側
のそれと同様であるため、これについての図示及び説明
は省略する。

【００２０】図１及び図３に示すように、前記各排気バ
ルブ４はシリンダヘッド２に圧入されたバルブガイド５
に摺動自在に挿通支持されており、これはシリンダヘッ
ド２とリテーナ６との間に縮装されたバルブスプリング
７によって閉じ側に付勢されている。

【００２１】又、シリンダヘッド２の排気側上部には、
排気カム軸８が図１及び図３の紙面垂直方向に長く配さ
れており、図２及び図４に示すように、該排気カム軸８
には各気筒について高速用カム８ａと低速用カム８ｂが
一体に形成されている。尚、高速用カム８ａの最高高さ
（リフト量）は低速カム８ｂのそれよりも大きく設定さ
れている。又、排気カム軸８の上半部は、シリンダヘッ
ド２の上面にボルト９によって取り付けられたベアリン
グキャップ１０によって回転自在に支承されている。

【００２２】そして、上記排気カム軸８の下方には、中
空状のロッカシャフト１１がシリンダヘッド２に排気カ
ム軸８と平行に取り付けられており、該ロッカシャフト
１１には各排気バルブ４毎に設けられたロッカアーム１
２の一端が上下に揺動自在に支持されており、各ロッカ
アーム１２の他端は各排気バルブ４の弁軸４ａの頂部に
当接している。尚、図２、図４及び図５に示すように、
各ロッカアーム１２は前記ロッカシャフト１１に外嵌さ
れたスリーブ１３によって位置決めされるとともに、隣
接するロッカアーム１２間にはスプリング１４が縮装さ
れている。

【００２３】而して、本実施の形態では、図２、図４及
び図５に示すように、各ロッカアーム１２には半円柱状
の溝１２ａが形成されており、この溝１２ａの内部には
円柱状のローラ１５がカム軸方向（図２及び図４の上下
方向）に摺動自在に嵌合保持されている。

【００２４】ところで、一方（図２及び図４において下
方）のローラ１５の両端面から一体に延出するロッド１
６，１７はロッカアーム１２に摺動自在に挿通支持さ
れ、又、他方（図２及び図４において上方）のローラ１
５の一端面から一体に延出するロッド１８はロッカアー
ム１２に摺動自在に挿通保持されている。尚、各ローラ
１５がロッカアーム１２に組み込まれた後、ロッカアー
ム１２の一側に形成された円孔（ローラ１５の外径と略
同径の円孔）は蓋部材２５によってそれぞれ塞がれる。

【００２５】ここで、ロッド１８の端部にはワッシャ等
のストッパ部材２６が圧入によって結着されており、ロ
ッド１８とローラ１５はリターンスプリング１９によっ
て一方向（図２及び図４の下方）に付勢され、ストッパ
部材２６は前記ロッド１７の端面に当接している。従っ
て、ストッパ部材２６に当接するロッド１７も同方向に
付勢され、該ロッド１７によってローラ１５及びロッド
１６も同方向に付勢されている。尚、ストッパ部材２６
をＣリング等によって構成し、これをロッド１８の外周
に形成された溝に嵌着する構成を採用しても良い。

【００２６】一方、図２及び図４に示すように、シリン
ダヘッド２には切替手段を構成する油圧ピストン２０が
カム軸方向（図２及び図４の上下方向）に摺動自在に内
蔵されており、この油圧ピストン２０は前記ロッド１６
の一端に当接している。即ち、シリンダヘッド２に形成
されたシリンダ２ａ内に前記油圧シリンダ２０が摺動自
在に嵌挿されており、シリンダ２ａの開放端はキャップ
２１によって閉じられ、シリンダ２ａの内部には油圧室
２２が形成されている。

【００２７】そして、上記油圧室２２はシリンダヘッド
２に形成された油路２３及びロッカシャフト１１に形成
された油路２４を介して不図示の油圧ポンプに連通して
おり、油圧室２２への油圧の供給は不図示のＥＣＵ（エ
ンジンコントロールユニット）によってなされる。尚、
油圧室２２を油圧ポンプに連通する油路をカム軸に形成
しても良い。

【００２８】尚、図示しないが、本実施の形態に係る内
燃エンジン１においては、前記シリンダヘッド２はシリ
ンダブロックの上部に被着されており、シリンダブロッ
クには各気筒毎にシリンダが形成され、各シリンダには
ピストンが摺動自在に嵌挿されている。そして、各ピス
トンはコンロッドを介してクランク軸に連結されてお
り、各ピストンのシリンダ内での往復直線運動はコンロ
ッドを介してクランク軸の回転運動に変換される。

【００２９】而して、以上説明した排気カム軸８に形成
された高速用カム８ａと低速用カム８ｂ、ロッカアーム
１２、ローラ１５、油圧ピストン２０等によって本発明
に係る可変動弁機構が構成されるが、該可変動弁機構に
おいては、各ロッカアーム１２に保持されたローラ１５
が溝１２ａ内を摺動することによって該ローラ１５が排
気カム軸８の高速用カム８ａ又は低速用カム８ｂに選択
的に当接し、これによって排気バルブ４のリフト量が高
速と低速で切り換えられる。

【００３０】即ち、不図示の回転センサによって検出さ
れたエンジン回転数が設定値以下である低速域において
は、シリンダヘッド２に形成された前記油圧室２２への
油圧の供給がなされず、図１及び図２に示すように、ロ
ッカアーム１２に嵌合保持されたローラ１５はリターン
スプリング１９によって付勢されて図示位置にあり、こ
れらは図示のように低速用カム８ｂに当接している。

【００３１】従って、低速域においては、排気バルブ４
の駆動力は低速用カム８ｂからローラ１５を経てロッカ
アーム１２に伝達され、各ロッカアーム１２が低速用カ
ム８ｂのプロフィールに沿ってロッカシャフト１１を中
心として揺動して排気バルブ４をバルブスプリング７の
付勢力に抗してリフト量Ｌ１だけ押し下げてこれを開
く。

【００３２】そして、エンジン回転数が設定値を超える
高速域に達すると、ＥＣＵはシリンダヘッド２に形成さ
れた前記油圧室２２に油圧を供給する。すると、油圧ピ
ストン２０が油圧によってシリンダ２ａ内を摺動してロ
ッド１６を押圧し、該ロッド１６をリターンスプリング
１９の付勢力に抗して摺動させるため、これに連なるロ
ーラ１５が各ロッカアーム１２の溝１２ａ内で図２及び
図４に示す位置に移動して高速用カム８ａに当接する。

【００３３】従って、高速域においては、排気バルブ４
の駆動力は高速用カム８ａからローラ１５を経てロッカ
アーム１２に伝達され、各ロッカアーム１２が高速用カ
ム８ａのプロフィールに沿ってロッカシャフト１１を中
心として揺動して排気バルブ４をバルブスプリング７の
付勢力に抗してリフト量Ｌ２（＞Ｌ１）だけ押し下げて
これを開く。

【００３４】以上のように、本発明に係る可変動弁機構
においては、エンジン回転数に応じて各ロッカアーム１
２に保持されたローラ１５を摺動させることによって低
速用カム８ｂと高速用カム８ａに切り換えて排気バルブ
４を駆動し、該排気バルブ４のリフト量を低速時には小
さな値Ｌ１に設定し、高速時には大きな値Ｌ２に設定す
るようにしたため、低速時において高い燃焼効率を確保
して高出力と低燃費及び良好な排ガス特性を得ることが
でき、高速時において排気の流れを促進することによっ
て高出力を実現することができる。

【００３５】而して、本実施の形態においては、従来の
ローラシャフトを廃してローラ１５をロッカアーム１２
に直接支持せしめるようにしたため、ローラ１５をロー
ラシャフトに回転自在に支承せしめるためのベアリング
が不要となり、ベアリングの耐荷重要件等を考慮するこ
となく、ローラ１５の幅を縮小することができ、ロッカ
アーム１２を含む可変動弁機構の小型化及び軽量化を図
ることができる。そして、ローラシャフトの撓み変形等
の問題が発生せず、可変動弁機構の高剛性化を図ること
ができる。

【００３６】又、本実施の形態では、高・低速用カム８
ａ，８ｂとロッカアーム１２及びローラ１５を１組とし
て各１つの排気バルブに対して各々設けたため、各気筒
について２つずつ設けられた排気バルブ４のリフト量を
互いに変えることができ、最適なエンジン性能及び排ガ
ス特性を得ることができるとともに、ローラ１５に作用
する荷重を軽減することができ、これによっても可変動
弁機構の小型・コンパクト化を図ることができる。

【００３７】更に、切換手段を構成する油圧ピストン２
０をシリンダヘッド２に内蔵したため、ロッカアーム１
２の更なる小型・軽量化が実現し、該ロッカアーム１２
に作用する慣性力を小さく抑えてエンジンの高回転化と
低ロス馬力化を図ることができる。

【００３８】尚、本発明に係る可変動弁機構は吸気バル
ブと排気バルブの双方或は何れか一方に設けることがで
きる。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、請求項１
記載の発明によれば、従来のローラシャフトを廃してロ
ーラをロッカアームに直接支持せしめるようにしたた
め、ローラ幅を縮小して機構の小型化と軽量化及び高剛
性化を図ることができるという効果が得られる。

【００４０】請求項２記載の発明によれば、各気筒につ
いて複数設けられた各バルブのリフト量を変えることが
でき、最適なエンジン性能及び排ガス特性を得ることが
できるとともに、ローラ荷重を軽減して機構のコンパク
ト化を図ることができるという効果が得られる。

【００４１】請求項３記載の発明によれば、切換手段を
構成する油圧ピストンをシリンダヘッドに内蔵したた
め、ロッカアームの小型化が実現し、エンジンの高回転
化と低ロス馬力化を図ることができるという効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る可変動弁機構を備える内燃エンジ
ンの低速時の状態を示す部分断面図である。

【図２】本発明に係る可変動弁機構を備える内燃エンジ
ンの低速時の状態を示す部分破断平面図である。

【図３】本発明に係る可変動弁機構を備える内燃エンジ
ンの高速時の状態を示す部分断面図である。

【図４】本発明に係る可変動弁機構を備える内燃エンジ
ンの高速時の状態を示す部分破断平面図である。

【図５】本発明に係る可変動弁機構要部の斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 内燃エンジン ２ シリンダヘッド ４ 排気バルブ（バルブ） ８ 排気カム軸（カム軸） ８ａ 高速用カム ８ｂ 低速用カム １２ ロッカアーム １２ａ 溝 １５ ローラ １６〜１８ ロッド １９ リターンスプリング ２０ 油圧ピストン（切換手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロッカアームに摺動可能に保持されたロ
   ーラを切換手段によってカム軸方向に移動させ、該ロー
   ラを形状の異なる複数のカムに選択的に当接させてバル
   ブのリフト量を可変とする内燃エンジンの可変動弁機構
   において、 前記ローラを前記ロッカアームに形成された溝に摺動自
   在に嵌合保持せしめたことを特徴とする内燃エンジンの
   可変動弁機構。
2. 【請求項２】 前記複数のカムとロッカアーム及びロー
   ラを各１つのバルブに対して各々設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の内燃エンジンの可変動弁機構。
3. 【請求項３】 前記切換手段を構成する油圧ピストンを
   シリンダヘッドに内蔵したことを特徴とする請求項１又
   は２記載の内燃エンジンの可変動弁機構。