JP2004251167A - Variable valve system for ohv type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弁駆動用のカムをシリンダ側方に配設したOHV型内燃機関において、運転状況に応じて排気弁や吸気弁の開閉時期及び弁リフト量を変更できる内燃機関の可変動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関に備えられた吸気弁及び排気弁は、通常、吸気カム及び排気カムによって開閉駆動されるようになっており、各弁の開閉時期、開放期間及び弁リフト量は、カム形状及びカムの回転位相によって決定される。
【0003】
カムをシリンダ側方に配置したOHV型内燃機関又はカムをシリンダヘッド上に配置したOHC型内燃機関のいずれにも適用できる可変動弁装置としては、従来、カム駆動軸とカムの間に揺動プレート(又は偏心円形プレート)を介在させてなる揺動プレート式可変動弁装置がある。この揺動プレート式可変動弁装置は、揺動プレートによってカム駆動軸とカムとの間に回転位相差を生じさせることにより、弁の開閉時期及び開放期間を変更できるようになっている(たとえば特許文献1参照)。しかし、この可変動弁装置はカムの回転角速度を増減させることにより、弁の開閉時期及び開放期間を変更することは可能であるが、カム形状自体(カムプロフィール)は変化しないので弁リフト量を変更することはできない。
【0004】
弁開閉時期及び弁開放期間と共に、弁リフト量も変更できる可変動弁装置としては、同一の弁に対して、異なるカム形状を有する二つのカム部を備え、各カム部を、切換機構を介してそれぞれ弁に連動連結し、切換機構により各カム部と弁との間の動力伝達経路を切り換える可変動弁装置がある(たとえば特許文献2等参照)。
【0005】
また、弁リフト量も変更可能な別の可変動弁装置として、弁腕の回動支点を偏心可能とした可変動弁装置もあり、弁腕の回動支点を変更することにより弁腕のレバー比を変更し、それにより弁リフト量を変更できるようになっている。
【0006】
【特許文献1】
米国特許3,633,555号明細書。
【特許文献2】
特開2002−276315号公報。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
弁開閉時期等と共に弁リフト量も変更可能とする場合に、上記弁腕の回動支点を変更する方式では、シリンダヘッド上の弁腕及び弁腕軸の構造並びに支点変更操作機構が複雑化すると共に、弁腕室にそれらを収納しなければならず、弁腕室が大型化すると共に機関高さが高くなる。
【0008】
同一の弁に対してカム形状の異なる2つのカム部を備え、切換機構により切換える可変動弁装置の場合でも、OHC型内燃機関では弁腕室に切換機構を収納しなければならず、上記弁腕の改良構造と同様に、弁腕室が大型化すると共に機関高さが高くなる。
【0009】
また、シリンダー側方にカムを配置したOHV型では、機関高さを抑えることはできるが、各カム部にそれぞれプッシュロッドを係合し、各プッシュロッドを、切換機構を介して弁腕に切換可能に連結する方式であるので、弁駆動用伝達経路並びに切換機構が複雑化し、弁駆動力の伝達ロスが増加する。
【0010】
さらに、2つの異なるカム形状のカム部を切換えて利用する従来の可変動弁装置では、一方のカムリフト部に切り換えて運転する場合には、他方のカムリフト部は完全に無効状態となる構造であり、したがって、各カム部は、カムの全回転角範囲において、所望のリフト特性にそれぞれ完全に対応するカム形状としなければならず、各カム形状が複雑化し、カムの製造に手間がかかる。
【0011】
【発明の目的】
本発明の目的は、異なるカム形状を有する2つのカム部を利用して弁開閉時期及び開放期間並びに弁リフト量を変更可能とする可変動弁装置であって、機関高さを抑えつつ、コンパクトで簡単な構造の切換機構(連結機構)により切り換えることができるOHV型内燃機関の可変動弁装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願請求項1記載の発明は、弁駆動用のカムをシリンダ側方に配設したOHV型内燃機関の可変動弁装置において、排気弁又は吸気弁の一方の弁を駆動するカムに、カム形状の異なる第1カム部と第2カム部を同軸心上に並設し、上記第1、第2カム部のカム面にそれぞれスイングアーム式の第1、第2カムフォロワーを当接し、両カムフォロワーは、切断可能な連結機構により、両カムフォロワーが一体的に揺動する連結状態と各カムフォロワーが独立に揺動する切断状態とに切換自在となっている。
【0013】
これにより、シリンダヘッド上の弁腕部分に可変動弁装置を備える構造に比べて、機関高さを低く抑えることができると共に、可変動弁装置及びその操作機構を簡単な構造でコンパクトに製作し、機関に組み付けることができる。
【0014】
請求項2記載の発明は、請求項1記載のOHV型内燃機関の可変動弁装置において、スイングアーム式の第1カムフォロワーには、シリンダヘッド側の弁腕に連結するプッシュロッドが係合し、第2カムフォロワーには、該第2カムフォロワーを第2カム部に押し付ける付勢手段を設けてあることを特徴としている。
【0015】
これにより、カムから弁腕までの弁駆動力伝達経路を簡素化できると共に、両カムフォロワー間を切断した状態でも、無効状態の第2カム部を、がたつかずに安定した状態に維持でき、騒音の発生を防ぐことができる。
【0016】
請求項3記載の発明は、請求項1記載のOHV型内燃機関の可変動弁装置において、第1カム部と第2カム部の各カム形状は、両カムが一体回転時に、いずれのカム部もそれぞれ単独で作用し得る区間を有するように形成していることを特徴としている。
【0017】
これにより両カムフォロワーの一体回転時において、弁リフト特性は両カム部のカム形状の組み合せとなり、各カム部それぞれを複雑なカム形状に形成することなく、多種の複雑な弁リフト特性を得ることができる。
【0018】
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれかに記載のOHV型内燃機関の可変動弁装置において、クランク軸により回転駆動されるカム駆動軸と同一軸上にカムを配置し、カムとカム駆動軸との軸芯方向間に、カム軸心から偏心する揺動プレートを配置し、揺動プレートによりカム駆動軸とカムとの間に回転位相差を生じさせるようにしてあることを特徴としている。
【0019】
このように、一対のカム部及びスイングアーム式カムフォロワーを利用した可変動弁装置に、揺動プレートを利用した可変機構、すなわちカム駆動軸とカムとの間に生じる回転位相差を利用した可変機構を付加していると、弁リフト特性の可変範囲を、より広くかつ運転状況に応じて多種に設定することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
[吸排気弁及び弁駆動用カム機構]
図1〜図7は、OHV型ツインバルブ式内燃機関に本発明の可変動弁装置を適用した例である。図1は内燃機関を吸気弁部分で切断して示す縦断面略図であり、シリンダ1内に嵌合するピストン2はコンロッド3を介してクランク軸4のクランクピン5に連結している。一対の吸気弁8はシリンダヘッド(仮想線)7に装着され、シリンダヘッド7の上側には吸気弁腕10が配置され、吸気弁腕10の先端部は両吸気弁8の上端部にT字形の弁押え11を介して当接している。弁駆動用のカム機構はシリンダ側方のカム室13内に配置されており、同一のカム軸心O0上に吸気カム21と排気カム22とカム駆動軸20を並列に配置してある。吸気カム21にはスイングアーム式の吸気用カムフォロワー23の先端ローラ24が当接し、吸気用カムフォロワー23の先端部の上面は、吸気用プッシュロッド27を介して吸気弁腕10の他端に連結している。吸気用カムフォロワー23の基端部は水平な支軸15に回動可能に支持されている。
【0021】
カム駆動軸20にはカムギヤ29が結合されており、該カムギヤ29は中間伝達ギヤ30を介してクランク軸4のカム駆動ギヤ31に連動連結している。クランク軸4の回転は中間伝達ギヤ30等により1/2の回転角速度に減速されてカム駆動軸20に伝達される。
【0022】
図2は図1と同じ内燃機関を、排気弁部分で切断して示す縦断面略図であり、一対の排気弁9は前記吸気弁同様にシリンダヘッド7に装着されており、シリンダヘッド7の上側には排気弁腕14が配置され、排気弁腕14の先端部は両排気弁9の上端部にT字形の弁押え12を介して当接している。排気弁腕14の他端部は排気用プッシュロッド28の上端部に連結し、排気用プッシュロッド28は下方に延び、後述する排気用第1カムフォロワー37の先端部上面に連結している。第1カムフォロワー37の先端に設けられた排気用第1ローラ25は、後述する排気カム22の第1カム部32のカム面に当接している。
【0023】
[2つのカム部を利用した排気弁用可変動弁装置]
図4は可変動弁装置を備えたカム機構の平面略図であり、カム駆動軸20は、一端部がクランクケースカバー等のカバー部材34に軸受を介して回転可能に支持され、他端部はカム室13に突出し、軸受ハウジング16により回転可能に支持されている。カム駆動軸20側から順に吸気カム21と排気カム22が軸方向に並んで配置され、両カム21,22は、それぞれ軸受ハウジング17,17によりカム駆動軸20と同一軸心O0上に回転可能に支持されている。
【0024】
排気カム22はカム形状の異なる排気用第1、第2カム部32,33を一体に備えており、両排気用カム部32,33は軸心方向に並んで配設されている。各カム部32,33には排気用第1、第2カムフォロワー37,38の先端部がそれぞれ排気用第1、第2ローラ25,26を介して当接している。各排気用カムフォロワー37,38はスイングアーム式となっており、基端部が前記吸気用カムフォロワー23と同様に支軸15に揺動可能に支持されている。排気用第1カムフォロワー37の先端部の上面には前述のように排気用プッシュロッド28の下端部が連結し、排気用第2カムフォロワー38の先端部の上面には、付勢ばね85が当接し、該付勢ばね85により、排気用第2カムフォロワー38の先端ローラ26を第2カム部33のカム面に押し付けている。
【0025】
排気用第1カムフォロワー37と第2カムフォロワー38は軸心方向に隣接配置されており、摺動可能な連結ピン78を利用した連結機構により、両排気用カムフォロワー37,38が一体に揺動する連結状態と、両カムフォロワー37,38が個々独立に揺動する切断状態とに、切換自在となっている。
【0026】
排気用第1カムフォロワー37内にはカム軸心O0と平行なピン支持孔(作動油室)77が形成されており、該ピン支持孔77は第2カムフォロワー38側の端面が開口すると共に前記連結ピン78が軸心方向摺動可能に嵌合し、該連結ピン78はピン支持孔77から第2カムフォロワー38側へ突出可能となっている。ピン支持孔(作動油室)77は第1カムフォロワー37内の油路82及び支軸15内の油路83を介して油圧切換弁等を有する油圧装置86に連通しており、油圧制御操作により、ピン支持孔77内へ作動油を圧入する作用と、ピン支持孔77内から作動油を排出する作用とを、切換自在に行なえるようになっている。
【0027】
図6は排気用第1、第2カムフォロワー37,38の図2のVI−VI断面拡大図であり、第2カムフォロワー38には、第1カムフォロワー37の連結ピン78に対応する位置に段付きのピン受孔79が形成されており、該ピン受孔79内に前記連結ピン78が嵌入可能となっている。
【0028】
ピン受孔79内には、つば付有底筒形(ハット形)のピン受81がカム軸心方向と平行移動可能に嵌合すると共に、ばね80により第1カムフォロワー37側に付勢されており、ピン受81のつば部81aがピン受孔79の環状段部に当接することにより、停止している。ピン受孔79の第1カムフォロワー37側とは反対側の端部には閉塞蓋84が螺着され、該閉塞蓋84とピン受81の間に上記ばね80が縮設されている。
【0029】
すなわち、ピン支持孔77に作動油を圧入して連結ピン78を第2カムフォロワー38側へ突出させることにより、図6のように連結ピン78をピン受孔79内に嵌入し、これにより両カムフォロワー37,38を一体揺動可能に連結する。反対に、図7のようにピン支持孔77から作動油を排出することにより、連結ピン78をピン受孔79から抜き、両カムフォロワー37,38間を切断して、個々に揺動可能な状態とする。
【0030】
図2は排気用第1カム部32のカム形状の具体化例に示しており、通常運転時に使用するために、排気行程に対応する位置に、ノーマルな排気弁開用のカム山32aを形成し、残りはベースサークルとしてある。
【0031】
図3は排気用第2カム部33のカム形状の具体化例を示しており、吸気行程初期に対応する位置に、排気弁再啓開用の小さなカム山33aを形成し、残りはベースサークルとしてある。
【0032】
[揺動プレートを利用した吸排気弁用可変動弁機構]
前述のように2つの排気用カム部32,33を用いた可変動弁装置に加え、該実施の形態では、図5のように2枚の揺動プレート35,36を利用した吸排気弁用可変動弁機構を備えている。
【0033】
カム駆動軸20と吸気カム21の軸心方向間には、吸気用不等速継手機構を構成する部材として吸気用揺動プレート35が偏心位置変更可能に配置され、吸気カム21と排気カム22の軸心方向間には、排気用不等速継手機構を構成する部材として上記吸気用揺動プレート35とは別に、排気用揺動プレート36が偏心位置変更可能に配置されている。
【0034】
吸気用揺動プレート35の偏心方向及び偏心量を任意にかつ独立に変更可能とするために、カム駆動軸20内には、吸気用外側偏心軸40と、該吸気用外側偏心軸40の内側に嵌合する吸気用内側偏心軸41とを備えている。
【0035】
カム駆動軸20にはカム軸心O0と同軸心の嵌合孔43が形成されており、該嵌合孔43内に上記吸気用外側偏心軸40が回動可能に嵌合している。吸気用外側偏心軸40は、偏心部として、カム軸心O0に対して一定量だけ偏心する偏心孔44を有しており、該偏心孔(偏心部)44内に吸気用内側偏心軸41が回動可能に嵌合している。吸気用内側偏心軸41の先端には、円柱状のプレート支持部45が一体に形成されており、該プレート支持部45は、吸気用揺動プレート35を支持すると共に、吸気用内側偏心軸41の軸心(偏心孔44の中心)Oa1に対して一定量だけ偏心している。
【0036】
排気用揺動プレート36の偏心方向及び偏心量を任意にかつ独立に変更可能とするために、排気カム22内には、排気用外側偏心軸50と、該排気用外側偏心軸50の内側に嵌合する吸気用内側偏心軸51とを備えている。
【0037】
両排気用偏心軸50,51は、基本的には吸気用の偏心軸40、41と同様の構造となっている。すなわち、排気カム22にはカム軸心O0と同軸心の嵌合孔53が形成されており、該嵌合孔53内に排気用外側偏心軸50が回動可能に嵌合している。排気用外側偏心軸50は、偏心部としてカム軸心O0に対して一定量だけ偏心した偏心孔54を有しており、該偏心孔(偏心部)54内に排気用内側偏心軸51が回動可能に嵌合している。排気用内側偏心軸51の先端には、プレート支持部55が形成されており、該プレート支持部55は排気用揺動プレート36を支持すると共に排気用内側偏心軸51の軸心(偏心孔54の中心)Ob1に対して一定量だけ偏心している。
【0038】
吸気用揺動プレート35は円盤状に形成されると共に、中央部に前記プレート支持部45に嵌合する中央孔35aが形成されており、外周端部には吸気用揺動プレート35の中心Oa2に対して対称な位置に一対の駆動ピン60,61が固着されている。各駆動ピン60,61は互いに軸心方向の反対方向に突出し、各突出部分に長方体形状のスライダー62,63がそれぞれ駆動ピン回り回動可能に嵌合している。すなわち、吸気用の両スライダー62,63は、吸気用揺動プレート35の表裏両面に、揺動プレート中心Oa2に対して対称位置に配置されている。
【0039】
排気用揺動プレート36も基本的には前記吸気用揺動プレート35と同様な構造となっており、表裏両面に一対の駆動ピン70,71とそれらに嵌合するスライダー72,73をそれぞれプレート中心に対して対称に備え、中央部には排気用内側偏心軸51のプレート支持部55に嵌合する中央孔36aが形成されている。
【0040】
カム駆動軸20と吸気カム21の間に配置される吸気用揺動プレート35に対して、カム駆動軸20の端面には径方向に延びる駆動溝64が形成され、該駆動溝64には吸気用揺動プレート35の一方のスライダー62が径方向スライド可能に係合し、吸気カム22の端面には上記カム駆動軸20の駆動溝64と対称な位置に、径方向に延びる駆動溝65が形成され、該駆動溝65には吸気用揺動プレート35の他方のスライダー63が径方向スライド可能に係合する。
【0041】
吸気カム21と排気カム22の間に配置される排気用揺動プレート36に対して、吸気カム21の端面には径方向に延びる駆動溝74が形成され、該駆動溝74に排気用揺動プレート36の一方のスライダー72が径方向スライド可能に係合している。排気カム22の端面には上記吸気カム21の駆動溝74とカム軸心O0に対して対称な位置に、径方向に延びる駆動溝75が形成され、該駆動溝75には排気用揺動プレート36の他方のスライダー73が径方向スライド可能に係合する。
【0042】
上記吸気カム21の軸方向両端面に形成された両駆動溝65,74は、カム軸心O0に対して対称な位置に形成されている。
【0043】
吸気用外側偏心軸40及び吸気用内側偏心軸41の吸気用揺動プレート35側とは反対側の端部には、それぞれフランジ部40a,41aが一体に形成されており、各フランジ部40a,41aはそれぞれ電動ステップモータ等の駆動装置あるいは手動式駆動装置に連動連結しており、両吸気用偏心軸40,41をそれぞれ独立して所定の回転角度だけ回動させることができるようになっている。
【0044】
また、排気用外側偏心軸50及び排気用内側偏心軸51の排気用揺動プレート36側とは反対側の端部には、それぞれフランジ部50a,51aが一体に形成されており、各フランジ部50a,51aはそれぞれ電動ステップモータ等の駆動装置あるいは手動式駆動装置に連動連結しており、両排気用偏心軸50,51をそれぞれ独立して所定の回転角度だけ回動させることができるようになっている。
【0045】
吸気用内側偏心軸41の軸心Oa1に対して、吸気用プレート支持部45の軸心Oa2の偏心量は、吸気用外側偏心軸40におけるカム軸心O0に対する偏心孔44の中心Oa1の偏心量と同じ値に設定されている。これにより、カム軸心O0に対して外側偏心軸40の偏心孔44の中心Oa1を溝64の長さ方向の一方側に偏心させ、上記偏心孔44の中心Oa1に対してプレート支持部45の軸心Oa2を上記一方側とは反対側に偏心させることにより、上記プレート支持部45の軸心(吸気用揺動プレート35の中心)Oa2をカム軸心O0に一致させることができ、これにより揺動プレート35の偏心量を0とすることができる。
【0046】
また、カム軸心O0に対して外側偏心軸40の偏心孔44の中心Oa1を溝64の長さ方向の一方側に偏心させ、上記偏心孔44の中心Oa1に対してプレート支持ピン45の軸心Oa2を上記一方側と同じ側に偏心させると、吸気用揺動プレート35の偏心量を最大に設定することができる。
【0047】
【作用】
[クランク軸回転力の伝達経路]
図1において、クランク軸4の回転力は、カム軸駆動用ギヤ31、中間伝達ギヤ30及びカムギヤ29を介し、回転角速度を1/2に減速してカム駆動軸20に伝達される。
【0048】
カム駆動軸20から各カム21,22への伝達経路は、図5において、カム駆動軸20→駆動溝64→スライダー62→駆動ピン60→吸気用揺動プレート35→駆動ピン61→スライダー63→駆動溝65→吸気カム21→駆動溝74→スライダー72→駆動ピン70→排気用揺動プレート36→駆動ピン71→スライダー73→駆動溝75→排気カム22となっている。すなわち、カム駆動軸20から、吸気用揺動プレート35及びその駆動ピン60,61及びスライダー62,63を介してまず吸気カム21へ伝達され、そして吸気カム21から排気用揺動プレート36及びその駆動ピン70,71及びスライダー72,73を介して排気カム22に伝達される。
【0049】
[2つのカム部による排気弁のリフト特性の変更]
通常運転を行なう場合には、図7のように連結ピン78をピン支持孔77内に後退させ、両排気用カムフォロワー37,38間の連結を切り離し、それぞれ独立に揺動できる状態とする。これにより、常時、図2に示す第1カム部32による弁駆動力のみが、排気用プッシュロッド28を介して排気弁腕14に伝達され、排気弁9を開閉する。このように第1カム部32の弁駆動力のみが作用する場合には、排気弁9のリフト特性は、カム回転角の全範囲に亘って、図8に実線で示す曲線X1のようになり、排気行程の所定期間においてのみ排気弁9を開く。
【0050】
有効圧縮比を小さくして運転する場合には、図6のようにピン支持孔77内に作動油を圧入し、連結ピン78を第2カムフォロワー38側へ突出させてピン受孔79に嵌入させ、両排気用カムフォロワー37,38を一体化させる。両排気用カムフォロワー37,38は一体に揺動し、両カム部32,33による弁駆動力が排気用プッシュロッド28を介して排気弁腕14に伝達され、両カム部32,33のカム形状の組み合せによる弁リフト特性で排気弁9を開閉する。
【0051】
両排気用カムフォロワー37,38が一体に連結された状態での排気弁9のリフト特性は、図8に実線で示す曲線X1と二点鎖線で示す曲線X2を組み合せた形状となり、排気行程では、第1カム部32によるカム駆動力が作用して排気弁9を開き、吸気行程初期では、第2カム部33によるカム駆動力が作用して排気弁9を再啓開する。
【0052】
なお、図7において、運転中に上記連結ピン78を突出させた場合には、両カムフォロワー37,38が共に各カム部32,33のベースサークル面上に当接する期間に、連結ピン78がピン受孔79に嵌入し、図6の状態になる。
【0053】
[揺動プレートによる吸排気弁のリフト特性の変更]
(1)吸気用揺動プレートによる吸気弁開閉時期等の変更
図5の吸気用外側偏心軸40の回動位置と吸気用内側偏心軸41の回動位置との組み合せにより、吸気用揺動プレート35の中心Oa2をカム軸心O0に一致させ、吸気用揺動プレート35の偏心量を0とした場合には、カム駆動軸20の回転は等速で吸気カム21に伝達される。したがって、カム駆動軸20と吸気カム21の間で回転位相差は生じず、等速で同期回転する。
【0054】
吸気用外側偏心軸40の回動位置と吸気用内側偏心軸41の回動位置との組み合せにより、カム軸心O0に対する吸気用揺動プレート35の中心Oa2を、所望の偏心方向に、所望の偏心量だけ偏心させた場合には、カム駆動軸20が1回転する間に、たとえば一方の吸気用スライダー62が中心Oa2に近づくと同時に他方のスライダー63が離れ、続いて一方のスライダー62が中心Oa2から離れると同時に他方のスライダー63が中心Oa2に近づく動作を行ない、カム駆動軸20の回転は不等速で吸気カム21に伝達され、カム駆動軸20に対する吸気カム21の回転角速度が増減し、カム駆動軸20と吸気カム21の間で回転位相差が生じる。この回転位相差により、吸気弁開閉時期が所望の値に変更される。
【0055】
上記のように吸気揺動プレート35の偏心方向及び偏心量を、吸気用外側偏心軸40の回動調節と、吸気用内側偏心軸41の回動調節を組み合せて変更することにより、広い範囲に亘り吸気弁の開時期、閉時期及び開放期間を変更調節できる。
【0056】
(2)排気揺動プレートによる排気弁の開閉時期等の変更。
図5の吸気カム21に対する排気カム22の基本的な回転位相差の調節は、カム駆動軸20に対する吸気カム21の回転位相差の調節と同様である。排気用揺動プレート36の中心Ob2とカム軸心O0を一致させた場合には、排気カム22は吸気カム21と等速で同期回転する。この場合、吸気カム21がカム駆動軸20と等速で回転している時には、当然排気カム22はカム駆動軸20とも等速で同期回転する。しかし、吸気用揺動プレート35が任意の方向及び量だけ偏心していることにより、吸気カム21とカム駆動軸20との間に回転位相差が生じている時には、排気カム22はカム駆動軸20に対して吸気カム21と同じ位相差で回転することになる。
【0057】
また、吸気用揺動プレート35が最大量まで偏心し、吸気カム21がカム駆動軸20に対して不等速で回転している場合において、排気カム22をカム駆動軸20に対して等速で同期回転させたい時には、排気用揺動プレート36を吸気用揺動プレート35の偏心方向と反対方向に、かつ、同じ偏心量だけ偏心させる。この場合、吸気カム21の軸方向両端に形成された吸気用の駆動溝64と排気用の駆動溝74が、カム軸心O0に対して対称位置に形成してあることにより、排気用揺動プレート36を、カム軸心O0に対して簡単に吸気用揺動プレート35と対称な位置に変更調節することができる。
【0058】
排気用揺動プレート36は、カム駆動軸20から吸気用揺動プレート36及び吸気カム21を経て回転力が伝達されるので、カム駆動軸20に対する排気カム22の回転位相差は、吸気用揺動プレート35による回転位相差と、吸気カム21に対する排気カム22の回転位相差を加えた位相差になる。したがって、排気用揺動プレート36の偏心位置を調節する場合には、前記吸気用揺動プレート35の偏心方向及び偏心量を加味して、排気用揺動プレート36の偏心方向及び偏心量を設定することになる。
【0059】
【発明の別の実施の形態】
(1)第1カム部と第2カム部とのカム形状の組み合せは、前述の実施の形態では、図3及び図8に示すように、排気用第1カム部には通常の排気行程に対応するカム山を形成し、排気用第2カム部には吸気行程初期に排気弁を再啓開させるためのカム山を形成しているが、このような組み合せの他に、たとえば図9の排気弁リフト特性に示すように、排気用第2カム部の形状(二点鎖線の曲線X2)を、排気行程において第1カム部(実線の曲線X1)より大きなリフト量及び排気弁開放期間となるように形成し、両カムフォロワーが一体揺動する連結状態の場合に、第2カム部の弁駆動力のみが作用する構成とすることも可能である。
【0060】
(2)2つのカム部よりなる排気弁の可変動弁装置を吸気弁に適用することも可能である。たとえば、図4の排気用可変動弁装置と同様に、吸気カムとして、カム形状(カムプロフィル)の異なる二つの吸気用第1、第2カム部を配置し、各吸気用カム部には互いに隣接配置されたスイングアーム式の吸気用第1,第2カムフォロワーをそれぞれ当接し、連結ピンを利用した連結切離し可能な連結切換機構により、両吸気用第1、第2カムフォロワーを一体揺動する状態と、独立に揺動する状態とに切換自在とする。
【0061】
図10は吸気弁のリフト特性を変更する場合の一例を示しており、たとえば吸気用第1カム部による吸気弁リフト特性(破線の曲線Y1)に対して、吸気用第2カム部による吸気弁リフト特性(一点鎖線の曲線Y2)をカム回転角方向に一定量ずらしてある。
【0062】
かかる構成によると、両吸気用カムフォロワーを切り離して吸気用第1カム部のみが作用している時には、破線の曲線Y1のように吸気弁が作動し、一方、両吸気用カムフォロワーを一体化している時には、吸気用第1カム部と吸気用第2カム部との組み合せとなり、吸気行程前半においては、第2カム部による弁駆動力が作用し、吸気行程後半においては吸気用第1カム部による弁駆動力が作用し、総合的には、吸気弁開時期を早めると共に吸気弁開放期間を長くしている。
【0063】
(3)上記図8〜図10で説明した組み合せの他に、第1カム部のカム形状と第2カム部のカム形状に組み合せは、各種エンジンの要求に応じて多種多様に設計できる。
【0064】
(4)両カムフォロワー間の連結機構として、図6及び図7のように油圧で作動する連結ピンと、該連結ピンが嵌入するピン受孔よりなる機構を採用すると、簡単かつコンパクトで、連結状態も安定する。しかし,本発明はこのような連結ピン式の機構には限定はされず、たとえばロック用ボールと、該ロック用ボールを付勢するばねと、ロック用ボールが嵌合する係合孔との組み合せ構造等、各種連結切換機構を採用することが可能である。
【0065】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、(1)シリンダ側方に配設した弁駆動用のカム22に、カム形状の異なる第1カム部32と第2カム部33を同軸心上に並設し、これら第1、第2カム部32,33にそれぞれ当接するスイングアーム式の第1、第2カムフォロワー37,38を、両者37,38が一体的に揺動する連結状態と個々独立に揺動する切断状態とに切換自在としているので、シリンダヘッド上の弁腕部分に可変動弁装置を備える構造に比べて、機関高さを低く抑えることができると共に、可変動弁装置及びその連結機構等を簡単な構造でコンパクトに製作し、機関に組み付けることができる。
【0066】
(2)両カムフォロワー37,38を切断可能に連結する構造において、第1カムフォロワー37にプッシュロッド28を係合し、第2カムフォロワー38に該第2カムフォロワー38を第2カム部33に押し付けるばね85等の付勢手段を設けてあると、カム22から弁腕14までの弁駆動力伝達経路を簡素化できると共に、両カムフォロワー37,38間を切断した状態でも、第2カム部33を、がたつかずに安定した状態に維持でき、騒音の発生を防ぐことができる。
【0067】
(3)第1カム部32と第2カム部33の各カム形状を、両カムフォロワー37,38が一体回転する場合に、いずれのカム部32,33もそれぞれ作用し得る区間を有するように形成していると、一体回転時における弁リフト特性は、両カム部32,33のカム形状の組み合せとなる。したがって、各カム部32,33それぞれを複雑なカム形状に形成することなく、両カム部の組み合せにより多種の複雑な弁リフト特性を得ることができる。
【0068】
(4)上記一対のカム部32,33及びスイングアーム式カムフォロワー37,38を利用した可変動弁装置に、揺動プレートを利用した可変機構、すなわひカム駆動軸とカムとの間に生じる回転位相差によるを利用した可変機構を加えていると、弁リフト特性の可変範囲を、より広くかつ運転状況に応じて多種に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による可変動弁装置を備えた内燃機関であって、吸気弁及び吸気カム部分を通る縦断面略図である。
【図2】本発明による可変動弁装置を備えた内燃機関であって、排気弁及び排気弁の第1カム部分を通る縦断面略図である。
【図3】本発明による可変動弁装置を備えた内燃機関であって、排気カムの第2カム部を通る縦断面略図である。
【図4】カム機構及び可変動弁装置の平面図である。
【図5】図4のカム機構及び可変動弁装置の縦断面分解斜視図である。
【図6】連結状態のカムフォロワーの図2のVI−VI断面図である。
【図7】切断状態のカムフォロワーの図2のVI−VI断面図である。
【図8】本発明を適用した場合の弁リフト特性の一例を示す図である。
【図9】本発明を適用した場合の弁リフト特性の一例を示す図である。
【図10】本発明を適用した場合の弁リフト特性の一例を示す図である。
【符号の説明】
15 カムフォロワー用の支軸
20 カム駆動軸
21 吸気カム
22 排気カム
28 排気用プッシュロッド
32 排気用第1カム部
33 排気用第2カム部
35 吸気用揺動プレート
36 排気用揺動プレート
37 スイングアーム式排気用第1カムフォロワー
38 スイングアーム式排気用第2カムフォロワー
78、79 連結ピン、ピン受孔(連結切断機構)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an OHV type internal combustion engine in which a valve driving cam is disposed on a side of a cylinder, and a variable valve actuation device for the internal combustion engine capable of changing the opening / closing timing and valve lift of an exhaust valve or an intake valve according to an operating condition. About.
[0002]
[Prior art]
An intake valve and an exhaust valve provided in an internal combustion engine are normally opened and closed by an intake cam and an exhaust cam, and the opening / closing timing, opening period and valve lift of each valve are determined by the cam shape and cam lift. It is determined by the rotation phase.
[0003]
Conventionally, a variable valve apparatus applicable to either an OHV type internal combustion engine in which a cam is disposed on a side of a cylinder or an OHC type internal combustion engine in which a cam is disposed on a cylinder head is a conventional type of a variable valve apparatus which swings between a cam drive shaft and a cam. There is an oscillating plate type variable valve operating device in which a plate (or an eccentric circular plate) is interposed. This oscillating plate type variable valve device can change the opening / closing timing and opening period of the valve by causing a rotational phase difference between the cam drive shaft and the cam by the oscillating plate (for example, Patent Document 1). However, this variable valve apparatus can change the opening / closing timing and the opening period of the valve by increasing or decreasing the rotational angular velocity of the cam. However, since the cam shape itself (cam profile) does not change, the valve lift amount is reduced. It cannot be changed.
[0004]
As a variable valve operating device capable of changing the valve lift amount together with the valve opening / closing timing and the valve opening period, the same valve is provided with two cam portions having different cam shapes, and each cam portion is connected via a switching mechanism. There is a variable valve operating device that is interlocked with each valve and switches a power transmission path between each cam portion and the valve by a switching mechanism (for example, see Patent Document 2).
[0005]
Further, as another variable valve operating device that can also change the valve lift amount, there is a variable valve operating device that allows the rotation fulcrum of the valve arm to be eccentric, and the lever of the valve arm is changed by changing the rotation fulcrum of the valve arm. The ratio can be changed, thereby changing the valve lift.
[0006]
[Patent Document 1]
U.S. Pat. No. 3,633,555.
[Patent Document 2]
JP-A-2002-276315.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the case where the valve lift amount can be changed together with the valve opening / closing timing, the method of changing the rotation fulcrum of the valve arm complicates the structure of the valve arm and the valve arm shaft on the cylinder head and the fulcrum changing operation mechanism. At the same time, they must be stored in the valve arm chamber, which increases the size of the valve arm chamber and the height of the engine.
[0008]
Even in the case of a variable valve apparatus that is provided with two cam portions having different cam shapes for the same valve and that is switched by a switching mechanism, the switching mechanism must be housed in the valve arm chamber in the OHC type internal combustion engine. As with the improved arm structure, the valve arm chamber becomes larger and the engine height becomes higher.
[0009]
In the OHV type with a cam arranged on the side of the cylinder, the height of the engine can be suppressed. However, each cam is engaged with a push rod, and each push rod is switched to a valve arm via a switching mechanism. Since the connection is made possible, the valve drive transmission path and the switching mechanism become complicated, and the transmission loss of the valve drive force increases.
[0010]
Further, in a conventional variable valve apparatus that switches and uses two different cam shapes, when switching to one cam lift and operating the other, the other cam lift is completely disabled. Therefore, each cam portion must have a cam shape completely corresponding to a desired lift characteristic in the entire rotation angle range of the cam, and each cam shape becomes complicated, and it takes time to manufacture the cam.
[0011]
[Object of the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a variable valve operating device capable of changing a valve opening / closing timing, an opening period, and a valve lift amount by using two cam portions having different cam shapes. To provide a variable valve train for an OHV internal combustion engine that can be switched by a switching mechanism (connection mechanism) having a simple structure.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 of the present application is directed to a variable valve apparatus for an OHV internal combustion engine in which a valve driving cam is disposed on a side of a cylinder, wherein one of an exhaust valve and an intake valve is used. A first cam portion and a second cam portion having different cam shapes are coaxially juxtaposed on a driving cam, and the first and second cams of a swing arm type are respectively provided on the cam surfaces of the first and second cam portions. By contacting the followers, the two cam followers can be switched between a connected state in which the two cam followers swing together and a disconnected state in which the respective cam followers swing independently by a disconnectable connecting mechanism.
[0013]
As a result, the height of the engine can be kept low as compared with a structure in which the valve arm portion on the cylinder head is provided with a variable valve operating device, and the variable valve operating device and its operating mechanism are made compact with a simple structure. , Can be assembled to the institution.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the variable valve train of the OHV type internal combustion engine according to the first aspect, a push rod connected to a valve arm on a cylinder head side is engaged with the first cam follower of the swing arm type. The second cam follower is provided with a biasing means for pressing the second cam follower against the second cam portion.
[0015]
Thus, the valve driving force transmission path from the cam to the valve arm can be simplified, and even in a state where both cam followers are disconnected, the invalid second cam portion can be maintained in a stable state without play. Generation of noise can be prevented.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, in the variable valve apparatus of the OHV type internal combustion engine according to the first aspect, each of the first and second cam portions has a different cam shape when both cams rotate integrally. Are formed so as to have sections that can act independently.
[0017]
As a result, when the two cam followers rotate integrally, the valve lift characteristics are a combination of the cam shapes of the two cam portions, so that various complicated valve lift characteristics can be obtained without forming each cam portion in a complicated cam shape. Can be.
[0018]
According to a fourth aspect of the present invention, in the variable valve apparatus for an OHV type internal combustion engine according to any one of the first to third aspects, a cam is arranged on the same axis as a cam drive shaft that is rotationally driven by a crankshaft. An oscillating plate that is eccentric from the cam shaft center is arranged between the cam and the cam drive shaft in the axial direction, and a rotational phase difference is generated between the cam drive shaft and the cam by the oscillating plate. It is characterized by.
[0019]
As described above, a variable mechanism using a swing plate, that is, a variable mechanism using a rotation phase difference generated between a cam drive shaft and a cam, is used for a variable valve apparatus using a pair of cam portions and a swing arm type cam follower. When the mechanism is added, the variable range of the valve lift characteristic can be set wider and various types according to the operating conditions.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[Intake / exhaust valve and valve drive cam mechanism]
1 to 7 show an example in which the variable valve train of the present invention is applied to an OHV twin-valve internal combustion engine. FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing the internal combustion engine cut at an intake valve portion. A
[0021]
A
[0022]
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view showing the same internal combustion engine as that of FIG. 1 at an exhaust valve portion. A pair of
[0023]
[Variable valve gear for exhaust valve using two cams]
FIG. 4 is a schematic plan view of a cam mechanism provided with a variable valve operating device. The
[0024]
The
[0025]
The first
[0026]
A pin support hole (hydraulic oil chamber) 77 parallel to the cam axis O0 is formed in the first
[0027]
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of the first and second
[0028]
In the
[0029]
In other words, the operating oil is press-fitted into the
[0030]
FIG. 2 shows a specific example of the cam shape of the first
[0031]
FIG. 3 shows a concrete example of the cam shape of the second
[0032]
[Variable valve mechanism for intake and exhaust valves using swing plate]
As described above, in addition to the variable valve operating device using the two
[0033]
Between the
[0034]
In order to be able to arbitrarily and independently change the eccentric direction and the amount of eccentricity of the swinging
[0035]
The
[0036]
In order to be able to arbitrarily and independently change the eccentric direction and the amount of eccentricity of the
[0037]
The exhaust
[0038]
The
[0039]
The
[0040]
A
[0041]
A
[0042]
Both drive
[0043]
[0044]
Further, flange portions 50a and 51a are integrally formed at the ends of the exhaust outer
[0045]
The amount of eccentricity of the axis Oa2 of the
[0046]
Further, the center Oa1 of the
[0047]
[Action]
[Transmission path of crankshaft torque]
In FIG. 1, the rotational force of the
[0048]
The transmission path from the
[0049]
[Change of lift characteristics of exhaust valve by two cams]
When the normal operation is performed, as shown in FIG. 7, the connecting
[0050]
When operating with a small effective compression ratio, as shown in FIG. 6, hydraulic oil is press-fitted into the
[0051]
The lift characteristic of the
[0052]
In FIG. 7, when the connecting
[0053]
[Change in lift characteristics of intake and exhaust valves by swing plate]
(1) Change of intake valve opening / closing timing etc. by the intake swing plate
The center Oa2 of the
[0054]
By the combination of the rotational position of the intake outer
[0055]
As described above, the eccentric direction and the amount of eccentricity of the
[0056]
(2) Changing the opening / closing timing of the exhaust valve by the exhaust swing plate.
The basic adjustment of the rotational phase difference of the
[0057]
Further, when the
[0058]
Since rotational force is transmitted from the
[0059]
Another Embodiment of the Invention
(1) In the above-described embodiment, the combination of the cam shapes of the first cam portion and the second cam portion is such that the first cam portion for exhaust has a normal exhaust stroke as shown in FIGS. Corresponding cam ridges are formed, and a cam ridge for reopening the exhaust valve at the beginning of the intake stroke is formed in the second exhaust cam portion. In addition to such a combination, for example, FIG. As shown in the exhaust valve lift characteristics, the shape of the second exhaust cam portion (the dashed double-dotted line curve X2) is set to a larger lift amount and the exhaust valve open period than the first cam portion (solid line curve X1) in the exhaust stroke. It is also possible to adopt a configuration in which only the valve driving force of the second cam portion acts in a connection state in which both cam followers swing together.
[0060]
(2) It is also possible to apply an exhaust valve variable valve device including two cam portions to an intake valve. For example, similarly to the exhaust variable valve device of FIG. 4, two intake first and second cam portions having different cam shapes (cam profiles) are arranged as intake cams, and each intake cam portion has The first and second cam followers for intake are swinging together by a connection switching mechanism that abuts the adjacently arranged swing arm type intake first and second cam followers and that can be disconnected using a connection pin. And a state in which it swings independently.
[0061]
FIG. 10 shows an example in which the lift characteristic of the intake valve is changed. For example, the intake valve lift characteristic (broken line Y1) of the intake first cam portion is changed by the intake valve of the intake second cam portion. The lift characteristic (dashed-dotted line curve Y2) is shifted by a certain amount in the cam rotation angle direction.
[0062]
According to such a configuration, when only the first intake cam portion is acting while the two intake cam followers are separated, the intake valve operates as shown by a dashed curve Y1, while the two intake cam followers are integrated. In this case, the first cam portion for intake and the second cam portion for intake are combined. In the first half of the intake stroke, the valve driving force by the second cam portion acts. The valve driving force by the section acts, and overall, the opening timing of the intake valve is advanced and the opening period of the intake valve is extended.
[0063]
(3) In addition to the combinations described with reference to FIGS. 8 to 10, various combinations of the cam shapes of the first cam portion and the cam shape of the second cam portion can be designed according to the requirements of various engines.
[0064]
(4) As a connecting mechanism between the two cam followers, a mechanism comprising a hydraulically operated connecting pin and a pin receiving hole into which the connecting pin is fitted as shown in FIGS. Is also stable. However, the present invention is not limited to such a connecting pin type mechanism. For example, a combination of a locking ball, a spring for urging the locking ball, and an engaging hole into which the locking ball fits. Various connection switching mechanisms, such as a structure, can be adopted.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, (1) the
[0066]
(2) In the structure in which the two
[0067]
(3) Each cam shape of the
[0068]
(4) A variable valve operating device using the pair of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of an internal combustion engine provided with a variable valve operating device according to the present invention, which passes through an intake valve and an intake cam portion.
FIG. 2 is a schematic longitudinal sectional view of an internal combustion engine provided with the variable valve operating device according to the present invention, which passes through an exhaust valve and a first cam portion of the exhaust valve.
FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view of an internal combustion engine provided with a variable valve operating device according to the present invention, which passes through a second cam portion of an exhaust cam.
FIG. 4 is a plan view of a cam mechanism and a variable valve operating device.
5 is an exploded perspective view in vertical section of the cam mechanism and the variable valve apparatus of FIG. 4;
FIG. 6 is a sectional view of the cam follower taken along the line VI-VI in FIG. 2 in a connected state;
7 is a sectional view of the cam follower taken along the line VI-VI in FIG. 2 in a cut state;
FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a valve lift characteristic when the present invention is applied.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a valve lift characteristic when the present invention is applied.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a valve lift characteristic when the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
15 Support shaft for cam follower
20 cam drive shaft
21 intake cam
22 Exhaust cam
28 Exhaust push rod
32 Exhaust first cam
33 Second exhaust cam section
35 Swing plate for intake
36 Swing plate for exhaust
37 Swing arm type first cam follower for exhaust
38 Swing arm type second cam follower for exhaust
78, 79 Connecting pin, pin receiving hole (connection cutting mechanism)
Claims (4)
排気弁又は吸気弁の一方の弁を駆動するカムに、カム形状の異なる第1カム部と第2カム部を同軸心上に並設し、
上記第1、第2カム部のカム面にそれぞれスイングアーム式の第1、第2カムフォロワーを当接し、
両カムフォロワーは、切断可能な連結機構により、両カムフォロワーが一体的に揺動する連結状態と各カムフォロワーが独立に揺動する切断状態とに切換自在となっていることを特徴とするOHV型内燃機関の可変動弁装置。In a variable valve train of an OHV internal combustion engine in which a cam for driving a valve is arranged on a side of a cylinder,
A first cam portion and a second cam portion having different cam shapes are coaxially arranged side by side on a cam for driving one of the exhaust valve and the intake valve,
Swing arm type first and second cam followers abut against the cam surfaces of the first and second cam portions, respectively.
The OHV is characterized in that both cam followers can be switched between a connected state in which both cam followers swing together and a cut state in which each cam follower swings independently by a disconnectable connecting mechanism. Variable valve train for internal combustion engines.
クランク軸により回転駆動されるカム駆動軸と同一軸上にカムを配置し、カムとカム駆動軸との軸芯方向間に、カム軸心から偏心する揺動プレートを配置し、揺動プレートによりカム駆動軸とカムとの間に回転位相差を生じさせるようにしてあることを特徴とするOHV型内燃機関の可変動弁装置。The variable valve gear of an OHV type internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
A cam is arranged on the same axis as a cam drive shaft that is rotationally driven by a crankshaft. A variable valve train for an OHV internal combustion engine, wherein a rotational phase difference is generated between a cam drive shaft and a cam.
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