JP2003262106A - 単一カムで駆動する３つのバルブを備えたエンジンのオーバーヘッドバルブ列機構 - Google Patents

単一カムで駆動する３つのバルブを備えたエンジンのオーバーヘッドバルブ列機構

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JP2003262106A
JP2003262106A JP2003025638A JP2003025638A JP2003262106A JP 2003262106 A JP2003262106 A JP 2003262106A JP 2003025638 A JP2003025638 A JP 2003025638A JP 2003025638 A JP2003025638 A JP 2003025638A JP 2003262106 A JP2003262106 A JP 2003262106A
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discharge
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Alan William Hayman
アラン・ウィリアム・ヘイマン
Iii James Joseph Mazzola
ジェームス・ジョセフ・マッツォーラ，ザ・サード
Frederick J Rozario
フレデリック・ジェイ・ロッツァリオ
Terry Wayne Black
テリー・ウェイン・ブラック
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    • F01L1/24—Adjusting or compensating clearance automatically, e.g. mechanically by fluid means, e.g. hydraulically
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸込みポートの流れを改善する。 【解決手段】 オーバーヘッドバルブエンジン１０用の
バルブ列機構は、２つの吸込みバルブ４０と単一の排出
バルブ６２とを作動させる単一のカムシャフト２２を使
用する。２つの吸込みバルブ４０は、外方側部に排出バ
ルブ６２を備えたシリンダーの内方側部で整列される。
吸込みバルブ４０は、カム従動部２８と、２つのアーム
３６及び別々のガタ調整器３８が吸込みバルブ４０を作
動する状態でロッカーアーム３２を駆動する単一のプッ
シュロッド３０とにより作動される。カム従動部５０に
よりプッシュロッド５２を介して作動されるスレーブロ
ッカーアーム５４は、２次プッシュロッド５６を駆動
し、該プッシュロッドは、排出ロッカーアーム５８を枢
動して排出バルブ６２を作動させる。スレーブロッカー
アーム５４は、吸引ロッカーアーム３２と共通の軸線３
４上で枢動し又は傾斜枢動軸上で枢動する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、オーバーヘッドバ
ルブエンジンのためのバルブ列機構に係り、特に、シリ
ンダー毎に３つのバルブを有するエンジンのための効率
的なバルブ列機構に関する。
【０００２】
【従来技術】内燃エンジンは、幾つかの型式、一般的に
は、２、３若しくは４個のバルブ構成を備えて設けられ
ている。これらのバルブは、所望のガス流れ、圧縮及び
燃焼結果を得るように構成され、特定のエンジン構成の
ため可能となる範囲にバルブ列機構の簡素化を図ってい
る。最も簡単なバルブ構成は、一般に、単一の吸引バル
ブと、オーバーヘッドバルブ列機構により作動される単
一の排出バルブとを含んでいる。このオーバーヘッドバ
ルブ列機構は、カム従動部を備えた単一のカムシャフト
と、オーバーヘッドバルブ列機構のロッカーアームを作
動させるプッシュロッドと、を備えている。より高いエ
ンジン出力を得るために、シリンダー毎に４つのバルブ
を備えるバルブ構成は、通常は内方の該シリンダーの一
方の側部に２つの吸引バルブを利用し、該シリンダーの
外方の他方の側部には２つの排出バルブを利用すること
が一般的となってきている。そのようなバルブ構成は、
バルブを直接駆動する多重のオーバーヘッドカムシャフ
トにより、又は、バルブのうち幾つかを直接駆動し他の
ものを指形従動部若しくは他の揺れ軸機構を介して駆動
する、シリンダー毎の単一のオーバーヘッドカムシャフ
トにより、作動されることがより一般的である。
【０００３】代替のバルブ構成は、シリンダー毎に設け
られた３つのバルブを利用する。この３つのバルブは、
該シリンダーの内方側部に沿って配置された２つの吸引
バルブと、該シリンダーの外方側部に向かって配置され
た単一の排出バルブと、を一般に備えている。この種の
バルブは、オーバーヘッドカムシャフトにより作動され
得る。その代わりに、エンジン毎の単一のカムシャフト
は、カム従動部、及び、様々なバルブを作動させるロッ
カーアームを備えたプッシュロッドを介して接続するこ
とができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記シリンダーのため
のバルブ列機構は、バルブ構成それ自体及び例えばスパ
ークプラグ等の点火装置及び使用するならばシリンダー
用の燃料インジェクタの相対的配置が変動するとき、複
雑さ及び効率において様々にばらつく。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダーブ
ロック中で単一のカムシャフトを使用するオーバーヘッ
ドバルブ（ＯＨＶ）のためのバルブ列機構のレイアウト
を提供する。燃焼チャンバーは、２つの吸込みバルブ
と、単一の排出バルブと、を利用するシリンダーの各々
に対して設けられる。２つの吸込みバルブは、所望に応
じて、等しいか又は異なる直径を持つことができる。そ
れらは、シリンダーの内方側部（又は燃焼チャンバー）
に長さ方向に整列されており、シリンダー軸を通り且つ
エンジンクランクシャフト及びカムシャフトの軸線に垂
直に延在する側方向平面の両側に対称的に配置されてい
る。
【０００６】単一の排出バルブを、燃焼システムの要求
に応じて、側方向平面のいずれかの側に、即ち当該平面
の一方の側に非対称に配置することもできる。好ましく
は、排出バルブは、側方向平面の一方の側にシリンダー
の外方側部に沿って配置され、該シリンダーヘッドの下
側面及びこれと連係するエンジンシリンダーブロックの
取り付けデッキに対して複合角度で斜めに傾けられてい
る。
【０００７】吸込みバルブは、カム従動部と、２つの吸
込みバルブを作動させるため別々のガタ調整器を搭載し
た２つのアームを備えたロッカーアームを駆動する単一
のプッシュロッドと、により動作されるのが好ましい。
排出バルブは、単一のプッシュロッドをガタ調整器と共
に駆動するカム従動部により作動されるのが好ましい。
このプッシュロッドは、主要即ちスレーブのロッカーア
ームを作動させ、該ロッカーアームは、２次プッシュロ
ッドを駆動し、該２次プッシュロッドは排出ロッカーア
ームを作動し、排出バルブを開放する。従来のスプリン
グは、これらのバルブを閉じ、カム従動部をそれらのカ
ムと接触した状態に維持する。
【０００８】一実施形態では、排出バルブのための主要
又はスレーブのロッカーアームは、吸引ロッカーアーム
と共通の軸上で枢動可能である。代替の実施形態では、
主要又はスレーブのロッカーアームは、傾斜枢動軸上で
枢動可能となる。各々の場合では、２次プッシュロッド
は、バルブ軸に共通な平面上で枢動する間に、排出バル
ブと係合するため傾斜軸上で枢動可能な排出ロッカーア
ームを駆動する。いずれの実施形態においても、所望の
場合に、バルブのタイミングを変動させるためカムシャ
フトをカム位相器により制御することができる。
【０００９】オーバーヘッドバルブエンジンのための両
方の実施形態は、より良好な、特定のパワー出力及び２
つの吸込みバルブの使用によるダイナミックレンジのた
め、改善された吸込みポートの流れを提供する。改善さ
れた排出ポートの流れは、排出バルブの複合角度に起因
して得られる。２つ以上の排出バルブを備えたシステム
と比較して熱損失が少ないことに起因して、より良好な
触媒コンバーターの性能が得られる。排出バルブの複合
角度は、与えられたシリンダーボアサイズに対して、よ
り大きな排出バルブを可能にする。エンジンの上側部分
により占められた空間は、オーバーヘッドカムシャフト
を備えた多重バルブエンジンを超えてかなり減少され
る。
【００１０】所望ならば、機械的ガタ調整器を使用する
ことができるが、エンジンレイアウトの３つのバルブ全
てに対して、液圧ガタ調整器を設けることができる。カ
ムシャフトの位相器を用いて、吸込み及び排出のタイミ
ングを、より良好な性能を発揮するため調整することが
できる。炭化水素の放出が減少する可能性は、４バルブ
エンジンの２つの排出バルブとは対照的に、単一の排出
バルブと連係した減少した隙間体積に起因して実現可能
となる。本発明は、より長く、より望ましくないロッカ
ーアームの構成を有する共通のロッカーシャフトを使用
すること無しに、実質的に異なる軸線上で、吸込み及び
排出バルブを駆動するバルブ列機構を提供する。最終的
に、改善されたシリンダーヘッドの水ジャケットの形状
及びより良好なシリンダーヘッドの冷却性能を可能とす
る、多重バルブエンジンシリンダーのコンセプトのため
の単一のカム駆動が提供される。
【００１１】本発明の上記及び他の特徴並びに利点は、
添付図面を参照した本発明の幾つかの特定の実施形態に
関する次の説明からより完全に理解されよう。
【００１２】
【発明の実施の形態】先ず、図面のうち図１乃至図３を
詳細に参照すると、参照番号１０は、全体として、複数
のシリンダー１２を有する内燃エンジンを指し示してお
り、これらの図では、これらのシリンダーのうち一つだ
けが示されている。シリンダー１２は、従来通りに、該
シリンダーの上側端部がシリンダーヘッド１６により閉
じられた状態でシリンダーバンク１４内に配列されてい
る。
【００１３】エンジンは、図示しないクランクシャフト
軸に平行に延在する長さ方向軸２４を有するカムシャフ
ト２２を駆動する図示しないクランクシャフトを支持し
ている、シリンダーブロック１８を備えている。図示し
ないＶ型式のエンジンでは、カムシャフト２２は、シリ
ンダーバンク１４の間にあるＶの字の底部に配置され
る。図１乃至図３は、エンジンの一方の側にある単一シ
リンダーバンク内のバルブ列機構構成を示している。図
２は、エンジンの反対側のシリンダーバンク１４上のシ
リンダー用バルブ列機構の一部分を追加として示してい
る。
【００１４】バルブ列機構の構成部品は、複数の吸込み
カム２６を有するカムシャフト２２を備えている。各々
のカム２６は、回転時には、プッシュロッド３０と接続
された少なくとも１つの吸込みカム従動部２８を往復さ
せる。該プッシュロッドは、吸込みロッカーアーム３２
を作動させ、カムシャフト軸２４に平行となる枢動軸３
４上で揺動させる。ロッカーアーム３２は、一対の作動
アーム３６を備えており、該作動アームの各々は、液圧
ガタ調整器３８を搭載しているのが好ましい。該ガタ調
整器は、一対の吸込みバルブ４０と係合しており、各々
の吸込みバルブは、夫々のバルブを閉じて吸込みカム２
６に対抗してカム従動部２８を保持するためのバルブス
プリング４２を有する。吸込みバルブ４０は、シリンダ
ー及びそれと連係した燃焼チャンバー４４の内方側部に
長さ方向に整列されており、中央側平面４６の両側に対
称的に配置されている。中央側平面４６は、クランクシ
ャフト軸及びカムシャフト軸に垂直に延び、シリンダー
の図示しない中心軸を通過する。
【００１５】カムシャフト２２は、複数の排出カム４８
も搭載しており、そのうちの一つだけが示されている。
各々の排出カムは、主要ロッカーアーム即ちスレーブロ
ッカーアーム５４を作動させるため排出プッシュロッド
５２と接続された少なくとも１つのカム従動部５０を作
動させる。このスレーブロッカーアームは、本実施形態
では、吸込みロッカーアーム３２と同じ枢動軸３４上で
枢動可能である。図示されたロッカーアーム５４のため
の、カム従動部及びプッシュロッドは、図面中に隠され
ているが、反対側のシリンダーバンク中の排出バルブを
作動させるための、図示のカム従動部５０及びプッシュ
ロッド５２と実質的に同一である。排出カム従動部５０
は、従動部により駆動される排出バルブ列機構中のガタ
を調整するため内部液圧ガタ調整器を備えるのが好まし
い。
【００１６】スレーブロッカーアーム５４は、傾斜軸６
０上で枢動可能な２次ロッカーアーム５８と係合するよ
うに僅かに長さ方向内側に寄る角度で側面方向に延在す
る２次プッシュロッド５６と係合している。ロッカーア
ーム５８の作動アームは、その夫々のシリンダー用の単
一の排出バルブ６２と直接に係合する。その排出バルブ
６２は、バルブを閉じるため吸込みバルブスプリングが
機能するのと同様に機能するバルブ戻りスプリング６４
を備えている。
【００１７】排出バルブは、シリンダーの外方側部に所
望の通りに配置されてもよいが、図示されたように、シ
リンダーの一方の側にオフセットされて長さ方向非対称
に配置されるのが望ましい。即ち、中央側平面４６の一
方の側に寄っている状態である。排出バルブ６２は、シ
リンダー内部に最小の隙間体積を形成するようにシリン
ダーの軸線に向かう方向にその軸が向けられた複合角度
で角度をなしている。好ましくは、排出バルブ６２と接
触する２次ロッカーアーム５８の揺動平面は、該排出バ
ルブの軸線と共通の平面内にある。
【００１８】排出バルブ位置からシリンダーの外側の他
方の端部で長さ方向に間隔を隔てているものは、スパー
クプラグ６６又は類似装置の形態の点火装置である。燃
料インジェクタ６８は、エンジンが直接的にシリンダー
注入されるとき、スパークプラグの内方に隣接した位置
で配置されてもよい。しかし、直接的なシリンダー注入
の無い、同様のシリンダー構成も、燃料のマニホルド注
入を有するエンジンのために利用することができる。
【００１９】運転時には、エンジン作動中のカムシャフ
ト２４の回転は、所定のバルブリフト設計に従って、時
間管理された関係で吸引バルブ及び排出バルブを作動さ
せる。吸込みカム従動部２８の作動は、プッシュロッド
３０を持ち上げ、ロッカーアーム３２を枢動させ、両方
の吸込みバルブ４０を同時に開放させ、最大量の吸引空
気流れを提供する。ロッカーアームの作動アーム３６の
両端部における別個のガタ調整器は、単一のカム従動部
及びプッシュロッドにより駆動されるとき、２つの個々
のバルブのガタを別々に調整することが要求される。所
望の場合には、吸引バルブは、異なるサイズを持ってい
てもよく、シリンダー内部の空気流れの所望のパターン
を得るために、別々の吸込みカムから個々のプッシュロ
ッド及びカム従動部により作動される別々のロッカーア
ームにより駆動されてもよい。シリンダーの内方側部上
で多少とも対称的である吸込みバルブの概略的な位置
は、同じままとすることができる。
【００２０】カムシャフト２４の回転は、排出カム従動
部５０を該従動部と一体形成されたガタ調整器と共に作
動させ、プッシュロッド５２を持ち上げ、主要ロッカー
アーム５４、２次プッシュロッド５６、及び、２次ロッ
カーアーム５８を作動させ、排出バルブ６２を開放させ
る。更に回転すると、排出バルブ６２は、バルブスプリ
ング６２により閉じられる。吸引バルブを通って入るこ
とを許された充填空気の圧縮の後に、従来通りに燃料注
入及びスパークプラグ６２による点火が生じ、引き続い
て燃焼燃料充填空気の燃焼及び排出が従来の態様で起こ
る。
【００２１】図４及び図５は、図１乃至３の実施形態に
類似しているが修正された代替の実施形態を示してい
る。これらの図では、同様の参照番号は同様の構成要素
を示している。かくして、図４及び図５のエンジン７０
は、カムシャフト２２と、説明された第１の実施形態の
それに類似した吸引バルブ列機構レインと、を備える。
この代替の実施形態は、スレーブロッカー又は主要排出
ロッカーアーム７２が、２次ロッカーアーム５８の傾斜
軸６０に事実上平行に配置された傾斜軸７４上に配置さ
れているという点で前述の実施形態と異なっている。こ
れら２つのロッカーアームは、事実上前述したように、
２次プッシュロッド７６により接続されている。主要ロ
ッカーアーム７２の再配置の結果として、排出主要プッ
シュロッド５２及びそれと接続された従動部５０は、従
動部の排出カム４８との係合から該プッシュロッドの主
要ロッカーアーム７２との係合まで僅かに傾斜されてい
る。排出バルブ６２及びそのバルブスプリング６４の構
成と、スパークプラグ６６及び燃料インジェクタ６８の
位置とは、もし使用されるならば、説明された第１の実
施形態の場合と事実上同じとなる。かくして、図４及び
図５に示された第２の実施形態の主要な利点は、排出従
動部及びプッシュロッドの僅かな傾斜、並びに、主要ロ
ッカーアームのための傾斜されたロッカーアームの枢動
を設けたことに起因して、主要及び２次のロッカーアー
ムの間に力をより直接的に印加するということである。
【００２２】本発明は、幾つかの好ましい実施形態を参
照して説明されたが、多数の変更が、説明された本発明
の概念の精神及び範囲内でなし得るということが理解さ
れるべきである。従って、本発明は、開示された実施形
態に限定されるものではなく、請求の範囲の言語により
可能となる全ての範囲を網羅している。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るバルブ列機構の第１の実
施形態を示す、エンジンの単一シリンダーバンクの平面
図である。
【図２】図２は、バルブ列機構の実施形態を更に示す、
図１の一部分の横断面図である。
【図３】図３は、内燃チャンバー構成及びバルブ位置を
示す、図１のシリンダーヘッドの底面図である。
【図４】図４は、本発明に係るバルブ列機構の代替実施
形態を示す、図２と類似した図である。
【図５】図５は、図４の代替実施形態を示す、図１と類
似した図である。
【符号の説明】
１０ 内燃エンジン １２ シリンダー １４ シリンダーバンク １６ シリンダーヘッド １８ シリンダーブロック ２２ カムシャフト ２４ 長さ方向軸 ２６ 吸込みカム ２８ 吸込みカム従動部 ３０ プッシュロッド ３２ 吸込みロッカーアーム ３４ 枢動軸 ３６ 作動アーム ３８ 液圧ガタ調整器 ４０ 吸込みバルブ ４２ バルブスプリング ４４ 燃焼チャンバー ４６ 中央側平面 ４８ 排出カム ５０ カム従動部 ５２ 排出プッシュロッド ５４ スレーブロッカーアーム ５６ ２次プッシュロッド ５８ ２次ロッカーアーム ６０ 傾斜軸 ６２ 排出バルブ ６４ バルブ戻りスプリング ６６ スパークプラグ ６８ 燃料インジェクタ ７０ エンジン ７２ 主要ロッカーアーム ７４ 傾斜軸 ７６ ２次プッシュロッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アラン・ウィリアム・ヘイマン アメリカ合衆国ミシガン州48065，ロメオ, ウエスト・ゲイツ 11110 (72)発明者 ジェームス・ジョセフ・マッツォーラ, ザ・サード アメリカ合衆国ミシガン州48428，ドライ デン，セリコ 5845 (72)発明者 フレデリック・ジェイ・ロッツァリオ アメリカ合衆国ミシガン州48430，フェン トン，イースト・サウス・ホーリ・ロード 972 (72)発明者 テリー・ウェイン・ブラック アメリカ合衆国ミシガン州48346，クラー クストン，フォスター・ロード 8671 Ｆターム(参考） 3G016 AA05 AA19 BA03 BB08 BB09 CA45 GA00 3G019 KA13 KA15 3G066 AA02 AD12 CC32 CD04

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 シリンダー毎に３つのバルブを備えたエ
    ンジンのためのバルブ列機構であって、 前記エンジンのシリンダーバンクに沿って長さ方向に延
    在する単一のカムシャフトであって、各エンジンシリン
    ダーに対して少なくとも１つの吸込みカム及び排出カム
    を備える、前記カムシャフトと、 前記吸込みカムの各々と係合する少なくとも１つの吸込
    みカム従動部と、前記排出カムの各々と係合する排出カ
    ム従動部と、 前記吸込みカム従動部の各々と吸込みロッカーアームと
    を接続する、吸込みプッシュロッドと、 前記排出カム従動部の各々と第１の排出ロッカーアーム
    とを接続する、第１の排出プッシュロッドと、 前記第１の排出ロッカーアームと第２の排出ロッカーア
    ームとを接続する、第２の排出プッシュロッドと、を含
    み、 前記吸込みロッカーアームの各々は前記吸込みバルブを
    作動させるため少なくとも１つの吸込みバルブと作動的
    に係合し、前記第２の排出ロッカーアームの各々は前記
    排出バルブを作動させるため少なくとも１つの排出バル
    ブと作動的に係合する、バルブ列機構。
  2. 【請求項２】 各々のシリンダーは、２つの吸込みバル
    ブと、単一の排出バルブと、を有する、請求項１に記載
    のバルブ列機構。
  3. 【請求項３】 前記吸込みバルブは、前記シリンダーの
    内方側部に隣接して長さ方向に整列され、前記単一の排
    出バルブは、該シリンダーの外方側部に隣接して配置さ
    れている、請求項２に記載のバルブ列機構。
  4. 【請求項４】 前記２つの吸込みバルブは、単一の吸込
    みロッカーアームにより作動される、請求項３に記載の
    バルブ列機構。
  5. 【請求項５】 前記第２の排出プッシュロッドは、前記
    単一の排出バルブを作動させるため前記第１及び第２の
    排出ロッカーアームの間に前記シリンダーに亘って略側
    面方向に延在する、請求項４に記載のバルブ列機構。
  6. 【請求項６】 前記排出バルブは、前記シリンダーの一
    方側に向かって長さ方向にオフセットされ、点火装置
    が、該排出バルブから該シリンダーの他方側へと長さ方
    向に配置されている、請求項５に記載のバルブ列機構。
  7. 【請求項７】 燃料インジェクタが、前記シリンダーの
    他方側で点火装置に隣接して配置されている、請求項６
    に記載のバルブ列機構。
  8. 【請求項８】 前記吸込みロッカーアーム及び前記第１
    の排出ロッカーアームは、共通の軸上で枢動可能であ
    る、請求項５に記載のバルブ列機構。
  9. 【請求項９】 前記吸込みロッカーアーム及び前記第１
    の排出ロッカーアームは、互いに非平行な軸上で枢動可
    能である、請求項５に記載のバルブ列機構。
JP2003025638A 2002-02-01 2003-02-03 単一カムで駆動する３つのバルブを備えたエンジンのオーバーヘッドバルブ列機構 Pending JP2003262106A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/061684 2002-02-01
US10/061,684 US6505589B1 (en) 2002-02-01 2002-02-01 Single cam three-valve engine overhead valve train

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