JP2007040284A

JP2007040284A - ４サイクル内燃機関の動弁機構

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Publication number: JP2007040284A
Application number: JP2005244966A
Authority: JP
Inventors: Zenji Ishikawa; 善司石川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2007-02-15

Abstract

【課題】機関の運転状態に応じて弁のリフト量を連続的に可変とする動弁機構の提供。
【解決手段】ロッカーアーム軸を２本近接して平行に設け、該軸に２個のロッカーアームを揺動自在に軸支し、該２個のロッカーアームの互いに向き合う側の間にプッシュロッドを保持するプッシュロッド回転軸を、前記ロッカーアーム軸と平行に回動自在に設ける。該プッシュロッド回転軸に面するそれぞれのロッカーアーム面には、該プッシュロッド回転軸を中心とする半径を持つ円周面を設けて、プッシュロッド押接面とする。前記プッシュロッド回転軸には直径方向に溝を設け、該溝にプッシュロッドを摺動可能に挿入し、ロッカーアームのプッシュロッド押接面に当接させる。前記ひとつのロッカーアームの背面にはローラカムフォロアーあるいはカムスリッパ面を設けカムのベース円を摺接させる。
【選択図】図１

Description

本発明は４サイクル内燃機関の動弁機構に属するものである。

ガソリン機関を代表とする予混合機関においては、出力の制御において吸気量の調節をすることが必要である。

そのために、従来機関では吸気絞り弁すなはち、スロットルバルブを用いていた。

しかし、スロットルバルブによって吸気量を絞ると、特に低負荷時に大きなポンピング損失が発生する。

日常、私たちが利用する自動車においては、そのほとんどの運転状態は低負荷あるいは中負荷くらいであって、上記ポンピング損失により機関の効率を下げ燃費を悪くしていた。

本発明は上記ポンピング損失を低減するためにスロットルバルブを廃し、かわって吸気量の調節を吸気弁のリフト量を連続的に可変とすることにより可能とする４サイクル内燃機関の動弁機構を提供することにある。

シリンダヘッド部材２１に取り付けられた第一ロッカーアーム軸９により、その一端を軸支され揺動自在とし、その揺動する他端部分により弁２２を押し下げ可能とした第一ロッカーアーム１０を設ける。

該第一ロッカーアーム軸９と平行に近隣して第二ロッカーアーム軸７をシリンダヘッド部材２１にもうける。

該第二ロッカーアーム軸７に、その一端を軸支され揺動自在とした第二ロッカーアーム６をもうける。

該第一ロッカーアーム１０と第二ロッカーアーム６とはロッカーアーム軸９および７をその揺動支軸として、いわば一対の牛の角のように、互いに向き合うように配し、その間にはプッシュロッド回転軸１３を前記第一ロッカーアーム軸９と平行に配し、シリンダヘッド部材２１に回転自在に設ける。

第一ロッカーアーム１０にはプッシュロッド回転軸１３と対面する側の面に、該プッシュロッド回転軸１３の軸心を中心とする半径を持つ円周内面を設け第一プッシュロッド押接面１１とする。

第二ロッカーアーム６にもプッシュロッド回転軸１３と対面する側の面に、該プッシュロッド回転軸１３の軸心を中心とする半径を持つ円周内面を設け第二プッシュロッド押接面５とする。

前記プッシュロッド回転軸１３には、該回転軸１３の直径方向に溝２４を設け、該溝２４にプッシュロッド１２を摺動可能に挿入する。

該プッシュロッド１２は、プッシュロッド回転軸１３の軸心より第一プッシュロッド押接面１１までの半径と、同じく回転軸１３の軸心より第二プッシュロッド押接面５までの半径とを合計した長さをもつものである。

該プッシュロッド１２の一端は第一ロッカーアーム１０の第一プッシュロッド押接面１１に当接させ、他端は第二ロッカーアーム２の第二プッシュロッド押接面５に当接させる。

第二ロッカーアーム６のプッシュロッド押接面５の反対面すなわち裏側面にはローラカムフォロアー３をローラーフォロアー軸４により回転自在に軸支する。該ローラーカムフォロアー３はその軸心はカム軸１、ロッカーアーム軸７，９の軸心と平行である。
該ローラーカムフォロアー３には、カム軸１のベース円２を摺接させる。

以上のような構成のもと、カム山１−１の作動を第二ロッカーアーム６に伝達し、第二プッシュロッド押接面５を介してプッシュロッド１２に伝達し、さらに第一プッシュロッド押接面１１を介して前記カム山１−１の作動を第一ロッカーアーム１０に伝達して弁２２を押し下げることを可能とする。

上記作動中に、プッシュロッド回転軸１３を回転させ、第一プッシュロッド押接面１１と第二プッシュロッド押接面５に押接するプッシュロッド１２の押接点を変化させる。

それによってカム山１−１の作用する第二ロッカーアーム６と、弁２２を押し下げる第一ロッカーアーム１０との間のてこ比を可変とすることにより、弁２２を押し下げる量すなはちリフト量を連続的に可変可能とする４サイクル内燃機関の動弁機構。

本発明の効果

本発明を４サイクル予混合機関の吸気弁に用いれば、吸気量を吸気弁の開閉のみで調節可能となるために、従来用いられているスロットルバルブを不要にすることができる。

したがって、中、低速の実用運転域で多く発生したスロットルバルブによるポンピング損失を減少させることが出来るため、機関の効率が向上し燃費の節約さらに二酸化炭素の発生量の減少を可能とするものである。

また、圧縮着火機関のＥＧＲを増加するために、吸気量を制限し排気弁の閉じる位相を遅くし、排気弁より直接シリンダー内に排気ガスを再吸入する場合において、吸気弁のリフト量を連続的に可変として新気の吸気量を制御できるものである。

さらに、本発明の機構とすることにより、動弁系の往復運動にかかる質量が大きくならず、慣性質量を小さく出来るため高速運転時の弁の追従性がすぐれるものである。

以下本発明を実施するための最良の形態を実施例について説明する。

以下実施例について述べれば、図１は本発明の主要な部分を示す図で、カム山１−１が作動していない位置で弁２２が閉じている状態である。

第一ロッカーアーム軸９によりその一端を軸支され揺動自在とし、その他端部において油圧アジャスター２５を介して弁２２を押し下げ可能とした第一ロッカーアーム１０を設ける。

該第一ロッカーアーム軸９と平行にその隣に第二ロッカーアーム軸７をそれぞれシリンダヘッド部材２１に設ける。

そして、該第二ロッカーアーム軸７に第二ロッカーアーム６の一端を軸支し、揺動自在とする。

いわば、シリンダヘッドを牛の頭にたとえれば軸９と軸７によって一対の牛の角のように、ロッカーアーム１０、およびロッカーアーム６を設ける。

前記第一ロッカーアーム１０のアームと、該第二ロッカーアーム６のアーム部分の間には、それぞれのアームによりだきこまれるようにプッシュロッド回転軸１３を、前記第一ロッカーアーム軸９と平行に、そして回転自在にシリンダヘッド部材２１に設ける。

第一ロッカーアーム１０には該プッシュロッド回転軸１３を中心とする半径を有する第一プッシュロッド押接面１１をプッシュロッド回転軸１３に面するロッカーアーム面に設ける。

第二ロッカーアーム６にも、同様に該プッシュロッド回転軸１３を中心とする半径を有する第二プッシュロッド押接面５を、プッシュロッド回転軸１３に面するロッカーアーム面に設ける。

上記プッシュロッド回転軸１３を中心とする第二プッシュロッド押接面５までの半径と、第一プッシュロッド押接面１１までの半径は本実施例では同じであるが、同心円であれば異なってもよい。
また、第一ロッカーアーム軸９と第二ロッカーアーム軸７の間の距離は上記同心円の直径と同じ程度かその前後１．３倍から０．８倍程度の間が望ましく、本実施例は同じ程度で行っている。
上記の範囲を大きく外れると機関が作動してカム軸が回転した場合、それぞれの押接面５、１１とプッシュロッド１２との接触点でのこじれが大きくなり摩擦が増大して不利である。

前記プッシュロッド回転軸１３には、該回転軸１３の直径方向に溝２４を設け、該溝２４にプッシュロッド１２を摺動可能に挿入して設ける。
該プッシュロッド１２は図７に示されるように、長方形断面を有し回転軸１３に設けられた溝２４に挿入され、滑らかに摺動可能とする。
該プッシュロッド１２の端部はＲ部を設け、プッシュロッド押接面を押接する面圧を低くするために、当たりを柔らかにするために接触面を広くしてある。

該プッシュロッド１２の一端は第一ロッカーアーム１０の第一プッシュロッド押接面１１に当接させ、他端は第二ロッカーアーム６のプッシュロッド押接面５に当接させる。
なを、第二ロッカーアーム６の先端部の押接面５とプッシュロッド回転軸１３の外周面とは図１のＴに示すように、カム山１−１の高さよりも大きくとるようにして、図２に示すようにカム山１−１が作動した時にある程度の隙間Ｔ−１を有するようにして、押接面５と回転軸１３の外周面とがぶつからないようにしている。

第二ロッカーアーム６の第二プッシュロッド押接面５の反対側、すなわち裏側にはローラーカムフォロアー３をローラーフォロアー軸４により回転自在に軸支する。
該ローラーカムフォロアー３の軸心はカム軸１、第一、第二ロッカーアーム軸及びプッシュロッド回転軸１３の軸心と平行にする。
そして、該ローラーカムフォロアー３にはカム軸１のベース円２を摺接させる。

次にプッシュロッド回転軸１３にアーム１４を固定して設ける。

該アーム１４の端部には作動ロッド１６を軸１５により取付け、該軸１５を中心に回動自在とする。

該ロッド１６はアクチエータ１７により伸縮駆動可能とする。

該アクチエーターｌ７は図５に示されるように制御回路２６に連絡し、アクセルペダル２７の操作によりアクチエーター１７を駆動制御し、ロッド１６を伸縮させアーム１４を介してプッシュロッド回転軸１３をＸ方向もしくはＹ方向に回動自在とする。

また、第二ロッカーアーム６のボス部に突起７−１を設け、バネ８の一端を該突起７−１にかけ、他端をシリンダヘッド部材２１に掛け止め、該バネ８の反力により第二ロッカーアームを押しつけ、ローラーカムフォロアー３がカム山１−１及びカムベース円の面よりおどり出して離れないようにしている。

以上のような構成のもと、カム山１−１の作動量がローラーカムフォロアー３を介して第二ロッカーアーム６に伝達し、さらに第二プッシュロッド押接面５を介して、プッシュロッド１２の一端に伝達する。

該プッシュロッド１２はプッシュロッド回転軸１３の中に設けられた溝２４の中を摺動して移動、他端を介して第一プッシュロッド押接面１１を押す。

そして、第一ロッカーアーム１０は第一ロッカーアーム軸９を中心として揺動し、油圧アジャスター２５を介して弁２２を押し下げる。

上記のような作動において、プッシュロッド回転軸１３を図５に示すようにＦ方向に回動し、図１に示すような位置で停止させれば、図２に示すようにカム山１−１の作動量を第二ロッカーアーム６に伝達する、それによってプッシュロッド４の移動量が定まる。

該プッシュロッド１２の移動量は第一ロッカーアーム１０に伝達し、図２のＡで示されるような低リフト量となる。

第二ロッカーアーム６のボス部外周近くのＤ位置に、該プッシュロッド１２の一端が位置するようにもってくれば、該プッシュロッド４の一端はボス部外周を摺動するのみで、プッシュロッド１２の移動量がゼロに近くなるので弁２２の押し下げ量はゼロにすることが出来る。
その際、わずかでもプッシュロッド１２を押し出すことのないように、図１の第一ロッカーアーム１０のＳ部分において図８に示すように逃げ量Ｆを設けて、第一ロッカーアーム１０を押さないようにする。

図１のＢ−１に示される線の位置にプッシュロッド１２を回動させれば、前記図２に示されるリフト量よりもさらに大きくなり図４のＢに示される中程度のリフト量となる。

図３に示される状態は、図１に示されるようにさらにＹ方向に回動した位置で停止させたもので、プッシュロッド１２の移動量が最大となり、弁２２の押し下げ量は図４のＣに示されるように最大リフト量となる。

以上のように図５に示されるように、Ｙ方向にプッシュロッド回転軸１３を回動させれば、カム山１−１の作動量が大きく伝達するようにてこ比が変化し、Ｘ方向に回動させれば、カム山１−１の作動量が小さく伝達するようにてこ比が変化する。

したがって、機関の運転中にＸ方向あるいはＹ方向に任意にプッシュロッド回転軸１３を回動させれば、連続的に弁２２のリフト量の増減が可能となる。

産業上の量可能性

４サイクル内燃機関の動弁機構に利用される。

本発明の実施例で弁のリフト量がＡの状態でカム軸の軸方向から見た側面図。図１の状態で、カムが作動し弁のリフト量Ａを示している、カム軸の軸方向から見た側面図。図１にかかる実施例で弁のリフト量がＣの状態でカム軸の軸方向から見た側面図。図３の状態で、カムが作動し弁のリフト量Ｃを示している、カム軸の軸方向から見た側面図。図１にかかる実施例で、本発明の主要部を示す立体図。本発明にかかる弁のリフト量の変化を表すグラフ図。プッシュロッド１２とプッシュロッド回転軸１３との構成を示す立体図。図１のＳの部分を拡大した図である。

符号の説明

１カム軸１−１カム山２カムベース円３ローラーカムフォロアー４ローラーフォロアー軸５第二プッシュロッド押接面６第二ロッカーアーム７第二ロッカーアーム軸８バネ９第一ロッカーアーム軸１０第一ロッカーアーム１１第一プッシュロッド押接面１２プッシュロッド１３プッシュロッド回転軸１４アーム１５軸１６作動ロッド１７アクチエーター１８軸１９バルブスプリング２０バルブステム２１シリンダヘッド部材２２弁２３ポート２４溝２５油圧アジャスター２６制御回路２７アクセルペダルＡ低リフト時のリフト量Ｂ中リフト時のリフト量Ｃ高リフト時のリフト量Ｂ−１Ｂのリフト時のプッシュロッド位置Ｄ極低リフト時のプッシュロッド位置Ｅ極低リフト時のリフト量Ｆ逃げ量Ｐプッシュロッド回転軸中心ＲＰ点より第一プッシュロッド押接面までの半径Ｓ第一ロッカーアームの先端部Ｔカム山１−１が作動していない時の隙間Ｔ−１カム山１−１が作動した時の隙間Ｘプッシュロッド回転軸１３の回動方向Ｙプッシュロッド回転軸１３の回動方向

Claims

一端を第一ロッカーアーム軸により軸支して揺動自在とし、その他端部により弁を押し下げ可能とした第一ロッカーアームと、該第一ロッカーアーム軸と平行に近隣して第二ロッカーアーム軸をシリンダヘッド部材に設け、該第二ロッカーアーム軸に、その一端を軸支し揺動自在とした第二ロッカーアームを設ける。
該第一ロッカーアームと第二ロッカーアームとは互いに向き合うように配し、その間にはプッシュロッド回転軸を、前記第一ロッカーアーム軸と平行に、そして回転自在にシリンダヘッド部材に設ける。
第一ロッカーアームにはプッシュロッド回転軸と対面する側の面に、該プッシュロッド回転軸の軸心を中心とする半径を持つ円周内面として第一プッシュロッド押接面を設ける。
第二ロッカーアームにもプッシュロッド回転軸と対面する側の面に、該プッシュロッド回転軸の軸心を中心とする半径を持つ円周内面として第二プッシュロッド押接面をもうける。
該プッシュロッド回転軸には、該回転軸の直径方向に溝を設け、該溝にプッシュロッドを摺動可能に挿入し、該プッシュロッドの一端は第一ロッカーアームの第一プッシュロッド押接面に当接させ、他端は第二ロッカーアームの第二プッシュロッド押接面に当接させる。
第二ロッカーアームのプッシュロッド押接面と反対側の面にはローラーカムフォロアーを設け、カム軸のベース円を摺接させる。
以上の構成のもと、カムの作動を弁に伝達するに、第一、第二ロッカーアームとその間を連接する、回転軸により支承されたプッシュロッドを回動することによって、第一、第二ロッカーアーム間のプッシュロッドの押接位置を変化させることにより、リフト量を可変とする４サイクル内燃機関の動弁機構。