JP2004218535A

JP2004218535A - 内燃機関の動弁装置

Info

Publication number: JP2004218535A
Application number: JP2003006928A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Ito; 芳彦伊藤
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2003-01-15
Filing date: 2003-01-15
Publication date: 2004-08-05

Abstract

【目的】この発明の目的は、バルブスプリングの荷重特性を適正化することができ、摩擦損失を低減することにある。
【構成】このため、この発明は、内燃機関の動弁装置において、バルブのステム端部のアッパリテーナとロアリテーナに移動可能に保持したスプリングシートとの間にアッパスプリングを装着して設け、ロアリテーナとスプリングシートとの間にロアスプリングを装着して設け、アッパスプリングは第１変更点でばね定数が変化するとともにこの第１変更点より小さい取付荷重で初期設定され、ロアスプリングは第１変更点よりも大きい第２変更点で初期設定され、カムがバルブを押し下げる場合に、第１変更点まではアッパスプリングを作動させ、第２変更点からはアッパスプリングとロアスプリングとを作動させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の動弁装置に係り、特に、バルブスプリングの荷重特性を適正化することができ、摩擦損失を低減することができる内燃機関の動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載される内燃機関は、シリンダヘッドに燃焼室に連通するポートを開閉するバルブを軸線方向に移動可能に支持して設け、このバルブをスプリングの付勢力とカムの駆動力とにより開閉駆動する動弁装置を設けている。内燃機関の動弁装置としては、図９に示すものがある。図９において、２０２は内燃機関、２０４はシリンダブロック、２０６はシリンダヘッド、２０８はシリンダヘッドカバー、２１０はシリンダ、２１２はピストン、２１４は燃焼室、２１６は吸気ポート、２１８は排気ポート、２２０は動弁装置である。
【０００３】
内燃機関２０２の動弁装置２２０は、吸気ポート２１６及び排気ポート２１８を開閉する吸気バルブ２２２及び排気バルブ２２４の吸気ステム２２６及び排気ステム２２８を、シリンダヘッド２０６の吸気ステム支持部２３０及び排気ステム支持部２３２に吸気ステムガイド２３４及び排気ステムガイド２３６により軸線方向に移動可能に支持して設けている。
【０００４】
吸気バルブ２２２及び排気バルブ２２４は、吸気ステム端部２３８及び排気ステム端部２４０に吸気コッタ２４２及び排気コッタ２４４により取付けた吸気リテーナ２４６及び排気リテーナ２４８と、シリンダヘッド２０６の吸気ステム支持部２３０及び排気ステム支持部２３２に取付けた吸気スプリングシート２５０及び排気スプリングシート２５２との間に、吸気スプリング２５４及び排気スプリング２５６を装着して設けている。
【０００５】
吸気バルブ２２２及び排気バルブ２２４には、吸気ステム端部２３８及び排気ステム端部２４０に吸気タペット２５８及び排気タペット２６０を装着して設けている。吸気タペット２５８及び排気タペット２６０の吸気シム２６２及び排気シム２６４には、シリンダヘッド２０６の上面に吸気カム軸キャップ２６６及び排気カム軸キャップ２６８により軸支した吸気カム軸２７０及び排気カム軸２７２の吸気カム２７４及び排気カム２７６が摺接される。
【０００６】
この内燃機関２０２の動弁装置２２０は、シリンダヘッド２０６に軸線方向に移動可能に支持した吸気バルブ２２２及び排気バルブ２２４を、吸気スプリング２５４及び排気スプリング２５６の付勢力と吸気カム２７４及び排気カム２７６の駆動力とにより開閉駆動する。
【０００７】
従来の内燃機関の動弁装置には、エンジンのシリンダに備えられる弁を閉鎖方向に付勢する弁ばね機構と、上記弁ばね機構の付勢力に対向して上記弁を開閉駆動する駆動手段とからなるエンジンの動弁装置において、上記弁ばね機構が空気ばねを有して構成されるとともに、上記エンジンの運転状態に応じて上記空気ばねの圧力室内の圧力を可変とする圧力調整手段が備えられているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
また、従来の内燃機関の動弁装置には、シリンダヘッド部材と排気弁のバルブリテーナとの間に設けたコイルスプリングを上下２分割に形成し、かつ、それらを直列に配設せしめると共に、それら上下のコイルスプリングの２分割部に介装されながら上下動可能な筒状部材を設け、更に排気弁リフト中の所定リフト時において該筒状部材の下端部がシリンダヘッド部材に接当するように該筒状部材を形成せしめてなるものがある（例えば、特許文献２参照。）。
さらに、従来の内燃機関の動弁装置には、シリンダヘッドの弁案内筒挿通孔の周辺にシリンダ状部材を固設し、このシリンダ状部材に嵌装したピストン状下弁ばね受けの下側に圧力室を形成し、この圧力室を潤滑油圧回路に連通させ、弁のステム端部に装着した上記ばね受けと前記ピストン状下弁ばね受けとの間に弁ばね受けを介装せしめ、エンジン回転の変化に伴う潤滑油圧によって弁ばねの取付荷重を可変とするようにしたものがある（例えば、特許文献３参照。）。
さらにまた、従来の内燃機関の動弁装置には、弁頭間隙を排除するための油圧タペットを備えた、内燃機関の動弁装置において、弁を閉じ方向に付勢する弁ばねのばね定数を、前記弁の部分開度に対応する該弁ばねの圧縮中間点を境として圧縮前半で小さく、圧縮後半で大きく設定したものがある（例えば、特許文献４参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
実開平１−１１５８０８号公報（実用新案登録請求の範囲、図１）
【特許文献２】
実開昭５６−９７５０３号公報（実用新案登録請求の範囲、第１図）
【特許文献３】
実開昭５７−６１１０３号公報（実用新案登録請求の範囲、第１図）
【特許文献２】
特開昭６２−１３７０７号公報（特許請求の範囲、第１図、第２図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記図９に示す従来の内燃機関２０２の動弁装置２２０は、吸気バルブ２２２及び排気バルブ２２４を、吸気タペット２５８及び排気タペット２６０を介して吸気カム２７４及び排気カム２７６のプロフィールに従い軸線方向に移動させる。このとき、吸気バルブ２２２及び排気バルブ２２４は、吸気カム２７４及び排気カム２７６の機械的な力により開放方向へ移動され、吸気スプリング２５４及び排気スプリング２５６の付勢力により閉鎖方向へ移動するように負荷され、動きを制御される。
【００１０】
このような動弁装置のバルブを閉鎖方向に付勢するスプリングは、一般的な荷重特性として、図１０に示すような荷重特性を有している。このスプリングは、バルブの共振現象であるサージングを防止するために、ピッチの広い部分と狭い部分とを有する２段不等ピッチコイルスプリングとし、変更点を挟んでばね定数１及びばね定数２の２段のばね定数を持つように設定している。
【００１１】
また、動弁装置のバルブは、一般的に図１１に示す如き加速度で作動される。加速度は、加速度＝力であるため、図１１に示す加速度線図を、バルブに所定の作動を行わせるために必要な荷重と置き換えることができる。
【００１２】
ところが、図１１に示す加速度線図よれば、バルブのリフトが小さい低リフト部分においては、バルブを作動させるために要求される必要荷重が比較的低いにもかかわらず、バルブに必要以上にスプリング荷重が加わっているため、動弁装置の摩擦損失を大きくしている問題がある。
【００１３】
このような問題に対処するために、図１２に示す如く、ばね定数の変更点Ａをスプリング取り付け高さから最大リフト高さに近づくように設定すると、図１３に示す如く、低リフト部分の摩擦損失を低減することができる（荷重低減部）一方で、最大リフト高さ近傍のスプリング荷重が大きくなる（荷重増大部）ため、動弁装置の摩擦損失を増加させる不都合がある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで、上述の不都合を除去するために、この発明は、内燃機関のシリンダヘッドに燃焼室に連通するポートを開閉するバルブを軸線方向に移動可能に支持して設け、このバルブをスプリングの付勢力とカムの駆動力とにより開閉駆動する内燃機関の動弁装置において、前記バルブのバルブステムのステム端部にアッパリテーナを取付けて設け、前記バルブのバルブステムを支持するシリンダヘッドのステム支持部にロアリテーナを取付けて設け、このロアリテーナにスプリングシートをバルブの軸線方向に移動可能に保持して設け、前記アッパリテーナと前記スプリングシートとの間にアッパスプリングを装着して設け、前記ロアリテーナと前記スプリングシートとの間にロアスプリングを装着して設け、前記アッパスプリングは第１変更点でばね定数が変化するとともにこの第１変更点より小さい取付荷重で初期設定され、前記ロアスプリングは前記第１変更点よりも大きい第２変更点で初期設定され、前記カムが前記バルブを押し下げる場合に、第１変更点までは前記アッパスプリングを作動させるとともに第２変更点からは該アッパスプリングと前記ロアスプリングとを作動させることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の内燃機関の動弁装置は、アッパスプリングはばね定数が変化する第１変更点より小さい取付荷重で初期設定され、単一のスプリングを作動させる場合に比べて、第１変更点が最大リフト高さに近づくように設定されるので、低リフト時に必要とされる荷重を少なく設定することができるとともに、ロアスプリングは第１変更点よりも大きい第２変更点で初期設定され、第２変更点からはアッパスプリングとロアスプリングとを作動させるので、ロアスプリングの初期荷重点に達すると、ロアスプリングがアッパスプリングの一部として作動し始め、ばね定数が低下するため、最大リフト高さ近傍で必要とされる荷重も小さくすることができる。
【００１６】
【実施例】
以下図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。図１〜図４は、この発明の第１実施例を示すものである。図１において、２は内燃機関、４はシリンダブロック、６はシリンダヘッド、８はシリンダヘッドカバー、１０はシリンダ、１２はピストン、１４はヘッド側窪部、１６は燃焼室である。内燃機関２は、シリンダブロック４のシリンダ１０とこのシリンダ１０に摺動可能に内蔵したピストン１２とシリンダヘッド６のヘッド側窪部１４とにより燃焼室１６を形成して設けている。シリンダヘッド６には、燃焼室１６に臨む吸気口１８及び排気口２０に連通する吸気ポート２２及び排気ポート２４を形成して設けている。
【００１７】
この内燃機関２の動弁装置２６は、吸気ポート２２及び排気ポート２４を開閉する吸気バルブ２８及び排気バルブ３０を設けている。吸気バルブ２８及び排気バルブ３０は、吸気口１８及び排気口２０に接離される吸気バルブヘッド３２及び排気バルブヘッド３４を設け、吸気ステム３６及び排気ステム３８をシリンダヘッド６の吸気ステム支持部４０及び排気ステム支持部４２に吸気ステムガイド４４及び排気ステムガイド４６により軸線方向に移動可能に支持して設けている。吸気ステムガイド４４及び排気ステムガイド４６には、吸気ステムシール４８及び排気ステムシール５０を取付けている。
【００１８】
吸気バルブ２８及び排気バルブ３０には、吸気ステム端部５２及び排気ステム端部５４に吸気コッタ５６及び排気コッタ５８により円環形状の吸気アッパリテーナ６０及び排気アッパリテーナ６２を取付けて設けている。
【００１９】
シリンダヘッド６には、吸気ステムガイド４４及び排気ステムガイド４６周囲の吸気ステム支持部４０及び排気ステム支持部４２に円環形状の吸気ロアリテーナ６４及び排気ロアリテーナ６６を取付けて設けている。吸気ロアリテーナ６４及び排気ロアリテーナ６６には、外周縁から吸気アッパリテーナ６０及び排気アッパリテーナ６２側に向かって延長される筒形状の吸気延長部６８及び排気延長部７０を設け、この吸気延長部６８及び排気延長部７０の延長方向先端の内周縁から径中心側に向かって突出される円環形状の吸気係止部７２及び排気係止部７４を設けている。
【００２０】
吸気ロアリテーナ６４及び排気ロアリテーナ６６には、筒形状の吸気延長部６８及び排気延長部７０の内側に、円環形状の吸気スプリングシート７６及び排気スプリングシート７８を、吸気ロアリテーナ６４及び排気ロアリテーナ６６と吸気係止部７２及び排気係止部７４との間で軸線方向に移動可能に装着している。これにより、吸気ロアリテーナ６４及び排気ロアリテーナ６６には、吸気スプリングシート７６及び排気スプリングシート７８を吸気バルブ２８及び排気バルブ３０の軸線方向に移動可能に保持している。
【００２１】
吸気アッパリテーナ６０及び排気アッパリテーナ６２と吸気スプリングシート７６及び排気スプリングシート７８との間には、後述する有蓋無底筒形状の吸気タペット８８及び排気タペット９０に内装されるように、吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２を装着している。吸気ロアリテーナ６４及び排気ロアリテーナ６６と吸気スプリングシート７６及び排気スプリングシート７８との間には、筒形状の吸気延長部６８及び排気延長部７０に内装されるように、吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６を装着している。
【００２２】
前記吸気バルブ２８及び排気バルブ３０には、吸気ステム端部５２及び排気ステム端部５４に有蓋無底筒形状の吸気タペット８８及び排気タペット９０を装着して設けている。吸気タペット８８及び排気タペット９０は、シリンダヘッド６の筒形状の吸気タペット支持部９２及び排気タペット支持部９４に軸線方向に摺動可能に支持して設け、吸気凹部９６及び排気凹部９８に吸気シム１００及び排気シム１０２を装着して設けている。
【００２３】
吸気タペット８８及び排気タペット９０の吸気シム１００及び排気シム１０２には、シリンダヘッド６に軸支した吸気カム軸１０４及び排気カム軸１０６の吸気カム１０８及び排気カム１１０が摺接される。吸気カム軸１０４及び排気カム軸１０６は、シリンダヘッド６の上面に吸気カム軸キャップ１１２及び排気カム軸キャップ１１４により軸支して設けている。吸気カム軸キャップ１１２及び排気カム軸キャップ１１４は、吸気キャップ取付ボルト１１６及び排気キャップ取付ボルト１１８によりシリンダヘッド６に取付けて設けている。
【００２４】
動弁装置２６は、シリンダヘッド６に軸線方向に移動可能に支持した吸気バルブ２８及び排気バルブ３０を、吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２と吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６との付勢力と、吸気カム１０８及び排気カム１１０の駆動力とにより開閉駆動する。
【００２５】
この動弁装置２６は、吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２と吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６との荷重を、図２に示す如く設定している。吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２は、ピッチの広い部分と狭い部分とを有する２段不等ピッチコイルスプリングであり、第１の変更点Ａを挟んで２段のばね定数を持つように設定され、第１変更点Ａでばね定数が変化するとともに、この第１変更点Ａより小さい取付荷重で初期設定される。吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６は、前記第１変更点Ａよりも大きい第２変更点Ｂで初期設定される。
【００２６】
前記第２変更点Ｂは、図３に示す如く、吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２の初期設定点Ｄからバルブスプリング必要荷重曲線Ｅへの接線Ｆ上に設定されている。また、前記第１変更点Ａは、第２変更点Ｂからバルブスプリング必要荷重曲線Ｅへの接線Ｇと、荷重ゼロ点Ｈと初期設定点Ｄとを結ぶ線Ｉとの交点に設定されている。
【００２７】
この動弁装置２６のばね定数は、荷重ゼロ点Ｈから第１変更点Ａまでのばね定数をＬ１、第１変更点Ａから第２変更点Ｂまでのばね定数をＬ２、第２変更点Ｂから最大リフト高さまでのばね定数をＬ３とすると、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２という関係が成立するように設定している。これにより、この動弁装置２６は、吸気カム１０８及び排気カム１１０が吸気タペット８８及び排気タペット９０を介して吸気バルブ２８及び排気バルブ３０を押し下げる場合に、第１変更点Ａまでは吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２を作動させるとともに、第２変更点Ｂからは吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２と吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６とを作動させる。
【００２８】
次に作用を説明する。
【００２９】
内燃機関２の動弁装置２６は、図１に示す如く、吸気ロアリテーナ６４及び排気ロアリテーナ６６に吸気スプリングシート７６及び排気スプリングシート７８を軸線方向に移動可能に保持させ、吸気アッパリテーナ６０及び排気アッパリテーナ６２と吸気ロアリテーナ６４及び排気ロアリテーナ６６との間に、吸気スプリングシート７６及び排気スプリングシート７８を介して、吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２と吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６とを装着している。
【００３０】
吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２は、図２に示す如く、ばね定数が変化する第１変更点Ａを、吸気アッパリテーナ６０及び排気アッパリテーナ６２と吸気スプリングシート７６及び排気スプリングシート７８との間でのスプリング取り付け高さによる初期設定点Ｄよりも最大リフト高さ側に設定している。これにより、吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２は、スプリング取り付け高さによる初期設定点Ｄよりも大きい第１変更点Ａでバネ定数が変化し、この第１変更点Ａより小さい初期設定点Ｄの取付荷重で初期設定される。第１変更点Ａは、図３に示す如く、第２変更点Ｂからバルブスプリング必要荷重曲線Ｅへの接線Ｇと、荷重ゼロ点Ｈと初期設定点Ｄとを結ぶ線Ｉとの交点に設定されている。
【００３１】
また、吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６は、図２に示す如く、吸気ロアリテーナ６４及び排気ロアリテーナ６６と吸気スプリングシート７６及び排気スプリングシート７８との間に装着されることにより負荷される初期加重を、前記第１変更点Ａよりも最大リフト高さ側の第２変更点Ｂに設定している。これにより、吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６は、設定の際に一定の荷重が付加されることにより、第１変更点Ａよりも大きい第２変更点Ｂで初期設定される。この第２変更点Ｂは、図３に示す如く、吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２の初期設定点Ｄからバルブスプリング必要荷重曲線Ｅへの接線Ｆ上に設定されている。
【００３２】
動弁装置２６は、吸気カム１０８及び排気カム１１０が吸気タペット８８及び排気タペット９０を介して吸気バルブ２８及び排気バルブ３０を押し下げて、各スプリング８０〜８６に荷重が作用すると、吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６の初期荷重（第２変更点Ｂ）までは吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２のみが作動する。吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２のみを作動させるために要求される必要荷重は、比較的低いため、初期設定点Ｄから第１変更点Ａまでのばね定数を荷重ゼロ点Ｈと初期設定点Ｄとを結ぶ線Ｉの延長上に設定し、従来よりも低い荷重特性に設定する。
【００３３】
動弁装置２６は、各スプリング８０〜８６に作用する荷重が、初期設定点Ｄから第１変更点Ａを越えて吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６の初期荷重（第２変更点Ｂ）に達すると、吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６が吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２の一部として作動し始めるためスプリング巻き数が増加することになり、ばね定数が低下するため、図２のＣで示すような荷重特性になる。
【００３４】
この動弁装置２６は、このような荷重特性により図４に示すような必要最小限のスプリング荷重設定が可能となり、摩擦低減が可能となる。
【００３５】
このように、この内燃機関２の動弁装置２６は、吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２はばね定数が変化する第１変更点Ａより小さい取付荷重で初期設定（初期設定点Ｄ）され、第１変更点Ａが最大リフト高さに近づくように設定されるので、低リフト時に必要とされる荷重を少なく設定することができる。
【００３６】
また、この動弁装置２６は、吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６は第１変更点Ａよりも大きい第２変更点Ｂで初期設定され、第２変更点Ｂからは吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２と吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６とを作動させるので、吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６の初期荷重点に達すると、吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６が吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２の一部として作動し始め、ばね定数が低下するため、最大リフト高さ近傍で必要とされる荷重を小さくすることができる。この動弁装置２６のばね定数は、第１変更点Ａまでのばね定数をＬ１、第２変更点Ｂまでのばね定数をＬ２、第２変更点Ｂからのばね定数をＬ３とすると、Ｌ１＜Ｌ３＜Ｌ２という関係が成立するように設定していることにより、最大リフト高さ位置付近で必要とされる荷重をあまり大きくすることなく、リフト開始直後の荷重を小さくすることができる。
【００３７】
このため、この内燃機関２の動弁装置２６は、バルブスプリングの荷重特性を適正化することができ、摩擦損失を低減することができる。
【００３８】
また、この動弁装置２６は、図３に示す如く、第２変更点Ｂを、吸気アッパスプリング８０及び排気アッパスプリング８２の初期設定点Ｄからバルブスプリング必要荷重曲線Ｅへの接線Ｆ上に設定していることにより、リフト開始点での摩擦損失を小さくすることができるとともにも最大リフト高さでの摩擦損失を最小限にすることができ、また、この第２変更点Ｂを、取り付け高さと最大リフト高さとのほぼ中央に設定することにより、吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６の初期負荷荷重を大きくさせすぎず、摩擦損失を低減することができる。
【００３９】
さらに、この動弁装置２６は、図３に示す如く、第１変更点Ａを、第２変更点Ｂからバルブスプリング必要荷重曲線Ｅへの接線Ｇと、荷重ゼロ点Ｈと初期設定点Ｄとを結ぶ線Ｉとの交点に設定していることにより、リフト開始点での摩擦損失を最小限にすることができるとともにも最大リフト高さでの摩擦損失も最小限にすることができる。
【００４０】
図５は、第２実施例を示すものである。第２実施例においては、第１実施例と同一機能を果たす箇所には同一符号を付して説明する。
【００４１】
第２実施例の動弁装置２６は、シリンダヘッド６の吸気ステムガイド４４及び排気ステムガイド４６周囲の吸気ステム支持部４０及び排気ステム支持部４２に円環形状の吸気ロアリテーナ１２０及び排気ロアリテーナ１２２を取付けて設け、この吸気ロアリテーナ１２０及び排気ロアリテーナ１２２の内周縁から吸気アッパリテーナ６０及び排気アッパリテーナ６２側に向かって延長される筒形状の吸気延長部１２４及び排気延長部１２６を設け、この吸気延長部１２４及び排気延長部１２６の延長方向先端の外周縁から径外側に向かって突出される円環形状の吸気係止部１２８及び排気係止部１３０を設けている。
【００４２】
吸気ロアリテーナ１２０及び排気ロアリテーナ１２２には、筒形状の吸気延長部１２４及び排気延長部１２６の外側に、円環形状の吸気スプリングシート１３２及び排気スプリングシート１３４を、吸気ロアリテーナ１２０及び排気ロアリテーナ１２２と吸気係止部１２８及び排気係止部１３０との間で軸線方向に移動可能に装着している。これにより、吸気ロアリテーナ１２０及び排気ロアリテーナ１２２には、吸気スプリングシート１３２及び排気スプリングシート１３４を吸気バルブ２８及び排気バルブ３０の軸線方向に移動可能に保持している。吸気ロアリテーナ１２０及び排気ロアリテーナ１２２と吸気スプリングシート１３２及び排気スプリングシート１３４との間には、筒形状の吸気延長部１２４及び排気延長部１２６に外装されるように吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６を装着している。
【００４３】
このように、第２実施例の動弁装置２６は、第１実施例の吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６が筒形状の吸気延長部６８及び排気延長部７０に内装されていることに対して、小径の吸気延長部１２４及び排気延長部１２６に外装されていることにより、吸気カム１０８及び排気カム１１０を潤滑して流れ落ちるオイルによって吸気ロアスプリング８４及び排気ロアスプリング８６を潤滑することができ、摩耗を防止して作動の確実性を確保することができる。
【００４４】
図６・図７は、第３実施例を示すものである。第３実施例においては、第１実施例と同一機能を果たす箇所には同一符号を付して説明する。なお、吸気バルブ２８及び排気バルブ３２は、同様に構成されるので、吸気バルブ２８のみを例示して説明し、排気バルブ３２の説明は省略する。
【００４５】
第３実施例の動弁装置２６は、図６に示す如く、シリンダヘッド６の吸気ステムガイド４４周囲の吸気ステム支持部４０に円環形状の吸気ロアリテーナ１３６を取付けて設けている。吸気ロアリテーナ１３６には、外周縁から吸気アッパリテーナ６０側に向かって延長される筒形状の吸気延長部１３８を設け、この延長方向先端の内周縁から径中心側に向かって突出される円環形状の吸気第１係止部１４０を設けるとともに、吸気延長部１３８の延長方向中間の内周縁から径中心側に向かって突出される円環形状の吸気第２係止部１４２を設けている。
【００４６】
吸気ロアリテーナ１３６には、筒形状の吸気延長部１３８の内側に、円環形状の吸気第１スプリングシート１４４を吸気第１係止部１４０と吸気第２係止部１４２との間で軸線方向に移動可能に装着するとともに、円環形状の吸気第２スプリングシート１４６を吸気第２係止部１４２と吸気ロアリテーナ１３６との間で軸線方向に移動可能に装着している。これにより、吸気ロアリテーナ１３６には、複数の吸気第１・第２スプリングシート１４４・１４６を吸気バルブ２８の軸線方向に移動可能に保持している。
【００４７】
吸気アッパリテーナ６０と複数の吸気第１・第２スプリングシート１４４・１４６の１つである吸気第１スプリングシート１４４との間には、有蓋無底筒形状の吸気タペット８８に内装されるように、吸気アッパスプリング１４８を装着している。複数の吸気第１スプリングシート１４４と吸気第２スプリングシート１４６との間には、筒形状の吸気延長部１３８に内装されるように、吸気第１ロアスプリング１５０を装着している。吸気ロアリテーナ１３６と複数の吸気第１・第２スプリングシート１４４・１４６の他の１つである吸気第２スプリングシート１４６との間には、筒形状の吸気延長部１３８に内装されるように、吸気第２ロアスプリング１５２を装着している。
【００４８】
動弁装置２６は、吸気アッパスプリング１４８と吸気第１・第２ロアスプリング１５０・１５２との荷重を、図７に示す如く設定している。吸気アッパスプリング１４８は、ピッチの広い部分と狭い部分とを有する２段不等ピッチコイルスプリングであり、第１の変更点Ａを挟んで２段のばね定数を持つように設定され、第１変更点Ａでばね定数が変化するとともに、この第１変更点Ａより小さい取付荷重で初期設定される。複数の吸気第１・第２スプリングシート１４４・１４６は、前記第１変更点Ａよりも大きい第２変更点Ｂで初期設定されるとともに、この第２変更点Ｂよりも順次に大きくなる各変更点で各々初期設定される。即ち、吸気第１ロアスプリング１５０は、前記第１変更点Ａよりも大きい第２変更点Ｂで初期設定される。吸気第２ロアスプリング１５２は、前記第２変更点Ａよりも大きい第３変更点Ｊで初期設定される。
【００４９】
前記第２変更点Ｂは、吸気アッパスプリング１４８の初期設定点Ｄからバルブスプリング必要荷重曲線Ｅへの接線Ｆ上に設定されている。また、前記第１変更点Ａは、第２変更点Ｂからバルブスプリング必要荷重曲線Ｅへの接線Ｇと、荷重ゼロ点Ｈと初期設定点Ｄとを結ぶ線Ｉとの交点に設定されている。さらに、前記第３変更点Ｊは、前記接線Ｆとバルブスプリング必要荷重曲線Ｅの最大リフト高さにおける接線Ｋとの交点に設定されている。
【００５０】
この動弁装置２６のばね定数は、第１変更点Ａまでのばね定数をＬ１、第２変更点Ｂまでのばね定数をＬ２、第３変更点Ｊまでのばね定数をＬ３、第３変更点Ｊからのばね定数をＬ４とすると、Ｌ１＜Ｌ４＜Ｌ３＜Ｌ２という関係が成立するように設定している。これにより、動弁装置２６は、吸気カム１０８が吸気タペット８８を介して吸気バルブ２８を押し下げる場合に、第１変更点Ａまでは吸気アッパスプリング１４８を作動させるとともに、第２変更点Ｂからは吸気アッパスプリング１４８に吸気第１・第２ロアスプリング１５０・１５２を順次に追加して作動させる。即ち、第２変更点Ｂからは吸気アッパスプリング１４８と吸気第１ロアスプリング１５０とを作動させ、第３変更点Ｊからは吸気アッパスプリング１４８と吸気第１ロアスプリング１５０と吸気第２ロアスプリング１５２とを作動させる。
【００５１】
動弁装置２６は、吸気カム１０８が吸気タペット８８を介して吸気バルブ２８を押し下げて、各スプリング１４８〜１５２に荷重が作用すると、先ず吸気第１ロアスプリング１５０の初期荷重（第２変更点Ｂ）までは吸気アッパスプリング１４８のみが作動する。
【００５２】
動弁装置２６は、各スプリング１４８〜１５２に作用する荷重が、初期設定点Ｄから第１変更点Ａを越えて吸気第１ロアスプリング１５０の初期荷重（第２変更点Ｂ）に達すると、吸気第１ロアスプリング１５０が吸気アッパスプリング１４８の一部として作動し始めるため、スプリング巻き数の増加によりばね定数が低下して、図７のＦで示すような荷重特性になる。
【００５３】
動弁装置２６は、各スプリング１４８〜１５２に作用する荷重が、第２変更点Ｂを越えて吸気第２ロアスプリング１５２の初期荷重（第３変更点Ｊ）に達すると、吸気第２ロアスプリング１５２が吸気第１ロアスプリング１５２とともに吸気アッパスプリング１４８の一部として作動し始めるため、スプリング巻き数の増加によりばね定数がさらに低下して、図７のＫで示すような荷重特性になる。
【００５４】
このように、第３実施例の動弁装置２６は、第１変更点Ａまでのばね定数をＬ１、第２変更点Ｂまでのばね定数をＬ２、第３変更点Ｊまでのばね定数をＬ３、第３変更点Ｊからのばね定数をＬ４とすると、Ｌ１＜Ｌ４＜Ｌ３＜Ｌ２という関係が成立するように設定している。第３実施例の動弁装置２６は、このような荷重特性により図４に示すような必要最小限のスプリング荷重設定が可能となり、摩擦低減が可能となるとともに、第２・第３変更点Ｂ・Ｊにおいて夫々吸気第１・第２ロアスプリング１５０・１５２が順次に吸気アッパスプリング１４８の一部として作動し始め、ばね定数が段階的に低下するため、最大リフト高さ近傍で必要とされる荷重をさらに小さくすることができ、最大リフト高さ位置付近で必要とされる荷重をあまり大きくすることなく、リフト開始直後の荷重を小さくすることができる。
【００５５】
このため、この内燃機関２の動弁装置２６は、バルブスプリング必要荷重曲線Ｅにより近似した荷重特性を設定することができ、バルブスプリングの荷重特性をさらに適正化することができ、摩擦損失を低減することができる。
【００５６】
図８は、第４実施例を示すものである。第４実施例においては、第１実施例と同一機能を果たす箇所には同一符号を付して説明する。なお、吸気バルブ２８及び排気バルブ３２は、同様に構成されるので、吸気バルブ２８のみを例示して説明し、排気バルブ３２の説明は省略する。
【００５７】
第４実施例の動弁装置２６は、シリンダヘッド６の吸気ステムガイド４４周囲の吸気ステム支持部４０に円環形状の吸気ロアリテーナ６４を取付けて設け、吸気ロアリテーナ６４の外周縁から吸気アッパリテーナ６０側に向かって延長される筒形状の吸気延長部６８を設け、この吸気延長部６８の延長方向先端の内周縁から径中心側に向かって突出される円環形状の吸気係止部７２を設けている。
【００５８】
吸気アッパリテーナ６０と吸気ロアリテーナ６４との間には、吸気アッパスプリング１５４と吸気ロアスプリング１５６とを、互いに離反する一端側を夫々吸気アッパリテーナ６０と吸気ロアリテーナ６４とに当接させるとともに互いに対向する他端側を夫々当接させて装着し、吸気ロアスプリング１５６の他端側に吸気延長部６８の吸気係止部７２に係止される円環形状の吸気突部１５８を設けている。
【００５９】
吸気アッパスプリング１５４は、吸気アッパリテーナ６０と吸気延長部６８の吸気係止部７２に係止される吸気ロアスプリング１５６の他端側との間に装着され、第１変更点Ａでばね定数が変化するとともに、この第１変更点Ａよりも小さい取付荷重で初期設定される。吸気ロアスプリング１５６は、吸気突部１５８が係止する吸気延長部６８の吸気係止部７２と吸気ロアリテーナ６４との間に装着され、前記第１変更点Ａよりも大きい第２変更点Ｂで初期設定される。
【００６０】
このように、第４実施例の動弁装置２６は、吸気ロアスプリング１５６に吸気延長部６８の吸気係止部７２に係止される吸気突部１５８を設け、吸気延長部６８の吸気係止部７２と吸気ロアリテーナ６４との間に装着して初期設定していることにより、前述各実施例に記載される吸気スプリングシート７６・１３２・１４４・１４６を不要にすることができ、部品点数や組付工数を削減することができ、コストを削減することができる。
【００６１】
なお、上述実施例においては、アッパリテーナとロアリテーナとの間に２本あるいは３本のスプリングを装着したが、アッパリテーナとロアリテーナとの間にアッパリテーナ側からロアリテーナ側に向かって断面形状を順次に変化させて段階的に異なる複数のばね特性を有せしめた１本のスプリングを装着し、この１本のスプリングのアッパリテーナ側のばね特性に対して異なるばね特性となるロアリテーナ側の部分がロアリテーナとの間で伸縮可能になるように、ばね特性の変化する部分をロアリテーナに係止することにより、１本のスプリングで荷重に対してばね特性を変化させることができる。
【００６２】
【発明の効果】
このように、この発明の内燃機関の動弁装置は、低リフト時に必要とされる荷重を少なく設定することができるとともに、最大リフト高さ近傍で必要とされる荷重を小さくすることができる。
このため、この発明の内燃機関の動弁装置は、バルブスプリングの荷重特性を適正化することができ、摩擦損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例を示す動弁装置を備えた内燃機関の断面図である。
【図２】スプリングの荷重特性を示す図である。
【図３】バルブスプリング必要荷重曲線に対する変更点の設定を示す図である。
【図４】バルブ加速度とスプリング荷重との関係を示す図である。
【図５】第２実施例を示す動弁装置を備えた内燃機関の断面図である。
【図６】第３実施例を示す動弁装置の吸気バルブの拡大断面図である。
【図７】バルブスプリング必要荷重曲線に対する変更点の設定を示す図である。
【図８】第４実施例を示す動弁装置の吸気バルブの拡大断面図である。
【図９】従来例を示す動弁装置を備えた内燃機関の断面図である。
【図１０】スプリングの一般的な荷重特性を示す図である。
【図１１】図１０に示す荷重特性のスプリングを使用した動弁装置のバルブ加速度とスプリング荷重との関係を示す図である。
【図１２】変更点を最大リフト高さ側に設定したスプリングの荷重特性を示す図である。
【図１３】図１２に示す荷重特性のスプリングを使用した動弁装置のバルブ加速度とスプリング荷重との関係を示す図である。
【符号の説明】
２内燃機関
６シリンダヘッド
１６燃焼室
２２吸気ポート
２４排気ポート
２６動弁装置
２８吸気バルブ
３０排気バルブ
３６吸気ステム
３８排気ステム
４０吸気ステム支持部
４２排気ステム支持部
４４吸気ステムガイド
４６排気ステムガイド
５２吸気ステム端部
５４排気ステム端部
６０吸気アッパリテーナ
６２排気アッパリテーナ
６４吸気ロアリテーナ
６６排気ロアリテーナ
７６吸気スプリングシート
７８排気スプリングシート
８０吸気アッパスプリング
８２排気アッパスプリング
８４吸気ロアスプリング
８６排気ロアスプリング
８８吸気タペット
９０排気タペット
１０４吸気カム軸
１０６排気カム軸
１０８吸気カム
１１０排気カム

Claims

内燃機関のシリンダヘッドに燃焼室に連通するポートを開閉するバルブを軸線方向に移動可能に支持して設け、このバルブをスプリングの付勢力とカムの駆動力とにより開閉駆動する内燃機関の動弁装置において、前記バルブのバルブステムのステム端部にアッパリテーナを取付けて設け、前記バルブのバルブステムを支持するシリンダヘッドのステム支持部にロアリテーナを取付けて設け、このロアリテーナにスプリングシートをバルブの軸線方向に移動可能に保持して設け、前記アッパリテーナと前記スプリングシートとの間にアッパスプリングを装着して設け、前記ロアリテーナと前記スプリングシートとの間にロアスプリングを装着して設け、前記アッパスプリングは第１変更点でばね定数が変化するとともにこの第１変更点より小さい取付荷重で初期設定され、前記ロアスプリングは前記第１変更点よりも大きい第２変更点で初期設定され、前記カムが前記バルブを押し下げる場合に、第１変更点までは前記アッパスプリングを作動させるとともに第２変更点からは該アッパスプリングと前記ロアスプリングとを作動させることを特徴とする内燃機関の動弁装置。
前記第２変更点は、前記アッパスプリングの初期設定点からバルブスプリング必要荷重曲線への接線上に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁装置。
前記第１変更点は、前記第２変更点からバルブスプリング必要荷重曲線への接線と、荷重ゼロ点と初期設定点とを結ぶ線との交点に設定されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の動弁装置。
内燃機関のシリンダヘッドに燃焼室に連通するポートを開閉するバルブを軸線方向に移動可能に支持して設け、このバルブをスプリングの付勢力とカムの駆動力とにより開閉駆動する内燃機関の動弁装置において、前記バルブのバルブステムのステム端部にアッパリテーナを取付けて設け、前記バルブのバルブステムを支持するシリンダヘッドのステム支持部にロアリテーナを取付けて設け、このロアリテーナに複数のスプリングシートをバルブの軸線方向に移動可能に保持して設け、前記アッパリテーナと前記複数のスプリングシートの１つとの間にアッパスプリングを装着して設け、前記複数のスプリングシートの間及び前記ロアリテーナと前記複数のスプリングシートの他の１つとの間に夫々ロアスプリングを装着して設け、前記アッパスプリングは第１変更点でばね定数が変化するとともにこの第１変更点より小さい取付荷重で初期設定され、前記複数のロアスプリングは前記第１変更点よりも大きい第２変更点で初期設定されるとともにこの第２変更点よりも順次に大きくなる各変更点で各々初期設定され、前記カムが前記バルブを押し下げる場合に、第１変更点までは前記アッパスプリングを作動させるとともに第２変更点からは該アッパスプリングに前記複数のロアスプリングを順次に追加して作動させることを特徴とする内燃機関の動弁装置。