JP2008051048A - Valve mechanism of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関のバルブを駆動する動弁機構に関する。 The present invention relates to a valve operating mechanism for driving a valve of an internal combustion engine.
動弁機構の中には、図6(a)に示す従来例1の動弁機構80のように、バルブ8のステムエンドに取り付けられたバルブリフタ82を備え、回転カム81が該バルブリフタ82を直接押圧することによってバルブ8を開閉する直打式のもの(特許文献1)や、図6(c)に示す従来例2の可変動弁機構90のように、回転カム91とバルブ8との間に同一軸線上に並べて揺動可能に介装された揺動部材としての入力部92及び出力部94と、入力部92と出力部94とを両者間の相対回動位相差Gを変動調節可能に係合した回動位相差可変機構95と、入力部92を回転カム91に付勢するロストモーション機構96とを備え、回転カム91が回転すると入力部92及び出力部94が一体的に揺動して出力部94にてバルブ8を開閉する非直打式のもの(特許文献2)等がある。
上記2つの従来例においては、バルブリフタ82及びロストモーションリフタ97の中心部にそれぞれ回転カム81及び入力部92のアーム93を当節させることが一般的であるが、その際には、図6(b)及び図6(d)に示すように、摩耗f1,f2がそれぞれバルブリフタ82及びロストモーションリフタ97の中心部の同じ位置に集中してしまう。
In the above two conventional examples, the
そのため、従来例1の動弁機構80においては、図7(a)に示すように、回転カム81の位置をバルブリフタ82の中心部から幅w1だけオフセットさせることによって、回転カム81がバルブリフタ82を押圧する際に該バルブリフタ82に回転力を与えられるようにしたものも知られている。
Therefore, in the
上記方法によれば、該回転力を与えてバルブリフタ82を徐々に回転させていくことによって、図7(b)に示すように、摩耗f3が生じる部分をバルブリフタ82の上面全体に広げ、摩耗が狭い範囲に集中するのを防ぐことができるが、これと同様の方法を従来例2の可変動弁機構90に採用することはできない。なぜなら、該可変動弁機構90のロストモーションリフタ97は、揺動する揺動部材としての入力部92のアーム93を付勢するものであるため、たとえ、図7(c)に示すように、ロストモーションリフタ97の位置をアーム93の中心部に対して幅w2だけオフセットさせたとしても、該ロストモーションリフタ97に一方向への方向性をもった回転力を与えることはできず、該ロストモーションリフタ97は微小範囲内でその周方向へ揺動するだけとなり、図7(d)に示すように、結局、摩耗f4は狭い範囲に集中してしまうからである。
According to the above method, by applying the rotational force and gradually rotating the
そこで、揺動部材を付勢するロストモーションリフタの摩耗が狭い範囲に集中しないようにすることを目的とする。 Therefore, an object is to prevent the wear of the lost motion lifter that biases the swing member from being concentrated in a narrow range.
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の動弁機構は、回転カムとバルブとの間に揺動可能に介装された揺動部材と、該揺動部材を前記回転カムに付勢するロストモーション機構とを備え、前記回転カムが回転すると前記揺動部材が揺動して前記バルブを開閉する内燃機関の動弁機構において、
前記ロストモーション機構は、前記揺動部材に当接するロストモーションリフタと、前記ロストモーションリフタを前記揺動部材に押圧するコイルバネと、前記コイルバネの弾性的圧縮時に生じる周方向捩れ及び弾性的伸長時に生じる前記周方向捩れの戻りによる両周方向への回転力のうちの一方を取り出して、前記ロストモーションリフタを一方向へ回転させるラチェット機構とを含み構成されたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a valve operating mechanism for an internal combustion engine according to the present invention includes a swinging member that is swingably interposed between a rotating cam and a valve, and biases the swinging member to the rotating cam. A valve mechanism of an internal combustion engine that opens and closes the valve by swinging the swinging member when the rotating cam rotates.
The lost motion mechanism is generated when a lost motion lifter that comes into contact with the swing member, a coil spring that presses the lost motion lifter against the swing member, and a circumferential twist and elastic extension that occur when the coil spring is elastically compressed. It includes a ratchet mechanism that takes out one of the rotational forces in both circumferential directions due to the return of the circumferential twist and rotates the lost motion lifter in one direction.
前記動弁機構は、特に限定されないが、前記バルブの開閉量を変更可能な可変動弁機構に採用することが好ましい。回転カムとバルブとの間に揺動部材を介装する必要性は、このような可変動弁機構に対してこそ高いからである。 The valve mechanism is not particularly limited, but it is preferably employed in a variable valve mechanism that can change the opening / closing amount of the valve. This is because the necessity of interposing a swing member between the rotating cam and the valve is high for such a variable valve mechanism.
また、このとき、前記可変動弁機構は、特に限定されないが、同一軸線上に並べて設けられた前記揺動部材としての入力部及び出力部と、前記入力部と前記出力部とを両者間の相対回動位相差を変動調節可能に係合した回動位相差可変機構とを備え、前記回転カムが回転すると前記入力部及び前記出力部が一体的に揺動して前記出力部にて前記バルブを開閉するものであることが好ましい。 Further, at this time, the variable valve mechanism is not particularly limited, but the input part and the output part as the swinging member provided side by side on the same axis, and the input part and the output part between them. A rotation phase difference variable mechanism engaged so that the relative rotation phase difference can be variably adjusted, and when the rotating cam rotates, the input unit and the output unit are integrally swung and the output unit It is preferable to open and close the valve.
本発明によれば、ラチェット機構を設けてロストモーションリフタを一方向へ回転させることによって、ロストモーションリフタの摩耗が狭い範囲に集中しないようにすることができる。 According to the present invention, by providing a ratchet mechanism and rotating the lost motion lifter in one direction, the wear of the lost motion lifter can be prevented from being concentrated in a narrow range.
本発明の内燃機関の可変動弁機構9は、回転カム10とバルブ8との間に同一軸線上に並べて揺動可能に介装された揺動部材としての入力部21及び出力部26と、入力部21と出力部26とを両者間の相対回動位相差Gを変動調節可能に係合した回動位相差可変機構31と、入力部21を回転カム10に付勢するロストモーション機構41とを備え、回転カム10が回転すると入力部21及び出力部26が一体的に揺動して出力部26にてバルブ8を開閉する仕組みとなっている。
The
ロストモーション機構41は、入力部21に当接するロストモーションリフタ42と、ロストモーションリフタ42を入力部21に押圧するコイルバネ43と、該コイルバネ43の弾性的圧縮時に生じる周方向捩れ及び弾性的伸長時に生じる該周方向捩れの戻りによる両周方向P,Qへの回転力のうちの一方を取り出して、ロストモーションリフタ42を一方向へ回転させるラチェット機構46とを含み構成されている。
The lost
本実施例1の図1及び図2に示す可変動弁機構9は、内燃機関の運転状況に応じてバルブの開閉量を連続的に変化させる機構であって、ここでは、内燃機関5の吸気用のバルブ8に対して取り付けられている。詳しくは、該可変動弁機構9は、各シリンダ6毎に1つずつ存在し、各可変動弁機構9は、シリンダヘッド7に各シリンダ6毎に2ずつ設置された前述の吸気用のバルブ8を2つ同時に押圧している。
The
可変動弁機構9は、内燃機関5が稼動するのに従って回転駆動される回転カム10と、動力が伝えられると揺動してバルブ8を開閉するロッカアーム15と、回転カム10とロッカアーム15との間に介在して、回転カム10からの動力をロッカアーム15へ伝達量可変に伝えることによって、バルブ8の開閉量を調節する仲介駆動機構20とを含み構成されている。
The
回転カム10は、シリンダヘッド7の上方に回転可能に設置されたカムシャフト10xに形成されており、基本部分となるベース円部11と、該ベース円部11から突出したカムノーズ12とを含み構成されている。そして、該回転カム10の外周面には、仲介駆動機構20を押圧するカム面10sが形成されている。
The rotating
ロッカアーム15は、各可変動弁機構9毎に2つずつ存在しており、各バルブ8に対して1つずつ設置されている。各ロッカアーム15は、基端部15aがラッシュアジャスタ17に揺動可能に支持されており、先端部15bがバルブ8のステムエンド8eに当接している。また、該ロッカアーム15の中間部には、仲介駆動機構20に押圧されるローラ16が軸着されている。
There are two
仲介駆動機構20は、回転カム10とロッカアーム15との間において、同一の支持パイプ20xに並べて揺動可能に支持された揺動部材としての入力部21及び出力部26と、入力部21と出力部26とを両者間の相対回動位相差Gを変動調節可能に係合した回動位相差可変機構31と、入力部21を回転カム10に付勢するロストモーション機構41とを含み構成されている。この仲介駆動機構20は、回転カム10が回転すると入力部21及び出力部26が一体的に揺動して該出力部26にてバルブ8を開閉する仕組みとなっており、また、このとき、回動位相差可変機構31によって入力部21と出力部26との相対回動位相差Gを変動させれば、バルブ8の開閉量を変動させることもできるようになっている。なお、以下においては、支持パイプ20xの長さ方向のうちの一方を前方F、他方を後方Rとし、支持バイプ20xの周方向のうち、出力部26がロッカアーム15を駆動してバルブ8を開く側の方向を開方向Oとし、その反対側の方向を閉方向Cとする。
The
支持パイプ20xは、複数の可変動弁機構9が共有する一本のパイプであって、シリンダヘッド7の上部に前後方向F,Rへ間隔を置いて並設された複数の立壁部7vに回動不能に固定されている。そして、該複数の立壁部7vのうちの2つの相互間に、一の可変動弁機構9の入力部21と出力部26とが互いに端面を合わせた状態で並べて支持されている。そして、これら入力部21と出力部26とは、それらの並びの両端が両側の立壁部7vに当接することによって、前後方向F,Rへの移動が抑止されている。
The
入力部21は、立壁部7vの相互間における略中央に配設されている。該入力部21は、基本部分となる円筒状のベース円部22と、回転カム10に当接する入力ローラ24を支持した入力アーム23と、ロストモーション機構41に押圧されるリターンアーム25とを含み構成され、ベース円部22の中心部には、支持パイプ20x及び回動位相差可変機構31を挿通させるための軸穴が形成されている。入力アーム23は、ベース円部22の外周面に2本平行に突出形成されており、両入力アーム23の先端における相互間には、シャフト24xを介して前述の入力ローラ24が軸着されている。また、リターンアーム25は、両入力アーム23に対する入力部21の径方向の略反対側に形成されており、該リターンアーム25がロストモーション機構41によって閉方向Cへ付勢されることによって、入力ローラ24が回転カム10のカム面10sに常に当接する仕組みとなっている。
The
出力部26は、入力部21の前後方向F,R両側に1づずつ配設されている。各出力部26は、基本部分となるベース円部27と、ロッカアーム15を押圧するための出力カム面29sを備えた出力ノーズ29とを含み構成され、ベース円部27の中心部には、支持パイプ20x及び回動位相差可変機構31を挿通させるための軸穴が形成されている。また、各出力部26の入力部21側とは反対側のそれぞれの端面には、支持パイプ20xを挿通させるための中心孔を備えた軸受部28が設けられている。各出力部26の出力ノーズ29は、ベース円部27の外周面に突出形成されており、該出力ノーズ29の頂部よりも開方向O側の外周面には、凹状に湾曲した前述の出力カム面29sが形成されている。
The
回動位相差可変機構31は、入力部21及び出力部26との間でそれぞれ互いに角度の異なるヘリカルスプラインの噛み合いをしたスライダギア32と、支持パイプ20x内を前後方向F,Rへスライドするコントロールシャフト33と、スライダギア32をコントロールシャフト33に前後方向F,Rへは拘束し且つ開閉方向O,Cへはスライド可能に連結した連結機構34とを含み構成されている。
The rotation phase
ロストモーション機構41は、入力部21に当接するロストモーションリフタ42と、先端部43bにてロストモーションリフタ42を入力部21に押圧するコイルバネ43と、コイルバネ43の基端部43aを支持した支持部44と、該支持部44を前後方向F,R両側の立壁部7vに連結して固定した連結フレーム45とを含み構成されている。また、ロストモーションリフタ42とコイルバネ43の先端部43bとの間には、コイルバネ43の弾性的圧縮時に生じる周方向捩れ及び弾性的伸長時に生じる該周方向捩れの戻りによる両周方向P,Qへの回転力のうちの一方を取り出して、ロストモーションリフタ42を一方向へ回転させるラチェット機構46が設けられている。
The lost
ロストモーションリフタ42は、有底筒状の部材であって、その筒穴内にはコイルバネ43の先端側が挿入されており、そのバネの先端部43bに該筒穴の内底面42nが押圧されることによって、該内底面42nの裏側の端面42eが入力部21のリターンアーム25に押圧されている。
The lost
コイルバネ43は、螺旋状に旋回したコイル状のバネであって、基端部43aは支持部44によって回動不能に支持され、先端部43bはロストモーションリフタ42の内底面42nに当節している。先端部43bは座加工されておらず、バネの巻き方向に対して略垂直に切り立った端面43eを備えている。このコイルバネ43は、長さ方向V,Wへ押し縮められる弾性的圧縮時には周方向P,Qへの周方向捩れが発生して、先端部43bが一方の周方向Pへ微小回動することとなり、再び長さ方向V,Wへ伸びる弾性的伸張時には該周方向捩れが戻り、先端部43bが他方の周方向Qへ微小回動することとなる。なお、以下においては、上記一方の周方向Pを捩れ方向Pとし、上記他方の周方向Qを戻り方向Qとする。
The
支持部44は、先端部43bにてロストモーションリフタ42を押圧する上記コイルバネ43の基端部43aを支持し、且つ該ロストモーションリフタ42を側方から包み込むことによって、ロストモーションリフタ42を、コイルバネ43の長さ方向V,Wへはそのバネの伸縮に伴い変位可能、且つ該長さ方向V,Wに直交する方向へは変位不能に支持した筒状の部材である。詳しくは、該支持部44は、内底面44nにコイルバネ43の基端部43aを支持した有底筒状の部材であって、前後方向F,Rへ延びる前述の連結フレーム45に一体形成されており、該連結フレーム45の前後方向F,R側の両端が両側の立壁部7vに支持されることによって、該支持部44は、シリンダヘッド7に対して相対移動不能に支持されている。
The
ラチェット機構46は、コイルバネ43の先端部43bが捩れ方向Pへ微小回動する際には、該先端部43bにロストモーションリフタ42を相対移動不能に係合する一方、該先端部43bが戻り方向Qへ微小回動する際には、該先端部43bのロストモーションリフタ42に対する該戻り方向Qへの相対移動を許容することによって、コイルバネ43が伸縮するのに伴いロフトモーションリフタ42を捩れ方向Pへ回転させていく機構である。
The
詳しくは、このラチェット機構46は、ロストモーションリフタ42の内底面42nの外周部に沿って円周状に並設された複数のラチェット歯47を含み構成され、該複数のラチェット歯47は、コイルバネ43が入力部21に押圧され圧縮される際にそのバネの先端部43bが微小回動するストロークと略等しいかそれよりもやや小さい長さ範囲毎に1つずつ設けられている。そして、各ラチェット歯47は、戻り方向Q側には、コイルバネ43の先端部43bを捩れ方向Pへ相対移動不能に係止する、該捩れ方向Pに対して比較的険しい角度で切り立った係止面48を、捩れ方向P側には、該先端部43bが戻り方向Qへ相対移動するのを許容する、該戻り方向Qに対して比較的緩やかな角度で傾斜した傾斜面49をそれぞれ備えている。
Specifically, the
以上に示した可変動弁機構9がバルブ8を開閉する際にロストモーションリフタ42を回転させていく際の様子を、入力ローラ24に回転カム10のベース円部11が当節する(1)入力部21の静止時、入力ローラ24にカムノーズ12が当節し始めてからその頂上部が当節するまでの(2)入力部21の開方向Oへの回動時、及び入力ローラ24に該頂上部が当接してから再びベース円部11が当節するまでの(3)入力部21の閉方向Cへの回動時に分けて以下に説明する。
When the
(1)入力部21の静止時
入力部21が開閉方向O,Cへ動くことがないため、図3(a)に示すように、ロストモーションリフタ42及びコイルバネ43とも動くことなく静止する。なお、このとき、コイルバネ43の先端部43bは、一のラチェット歯47iとそれよりも1つ戻り方向Q側の隣のラチェット歯47jとの間に位置する。
(1) When the
(2)入力部21の開方向Oへの回動時
入力部21が開方向Oへ回動することによって、図3(b)に示すように、リターンアーム25によってロストモーションリフタ42が押圧され、コイルバネ43がその長さ方向V,Wへ圧縮される。このとき、コイルバネ43の先端部43bは、捩れ方向Pへ微小回動し、それに伴い該先端部43bの端面43eにて上記一のラチェット歯47iの係止面48を該捩れ方向Pへ押圧していくことによって、ロストモーションリフタ42を捩れ方向Pへラチェット歯47一個分又はそれよりもやや大きいストローク分だけ微小回動させる。
(2) When the
(3)入力部21の閉方向Cへの回動時
入力部21が閉方向Cへ回動することによって、図3(c)に示すように、リターンアーム25によって押圧され圧縮されていたロストモーションリフタ42が再び伸張する。このとき、コイルバネ43の先端部43bは、先ほど(2)で押圧したラチェット歯47iの戻り方向Q側の隣に位置するラチェット歯47jの傾斜面49に沿ってスライドしていくことによってロストモーションリフタ42とは別に独立して戻り方向Qへ微小回動していき、最終的には、図3(d)に示すように、該ラチェット歯47jを乗り越えそのラチェット歯47jとそれよりも1つ戻り方向Q側の隣のラチェット歯47kとの間に移動する。
(3) When the
以上の、(1)(2)(3)の動作を繰り返すことによって、コイルバネ43が縮む度毎に、ロストモーションリフタ42を徐々に捩れ方向Pへ回転させていく。
By repeating the operations (1), (2), and (3), the lost
本実施例によれば、ラチェット機構46を設けてロストモーションリフタ42を図4(a)に示すように捩れ方向Pへ回転させることによって、該回転がなければ、図4(b)に示すように、ロストモーションリフタ42の端面42eの摩耗f0が狭い範囲に集中していたところを、図4(c)に示すように、該端面42eの摩耗fを回転方向へ分散して、該摩耗fが狭い範囲に集中しないようにすることができる。また、それと同時に、ロストモーションリフタ42の側面42sにおいても、該回転がなけれが、図4(b)に示すように、リターンアーム25からの摺動摩擦によって支持部44の内周面に押圧される該側面42sのリターンアーム25の突出方向側にのみ摩耗g0が集中していたところを、図4(c)に示すように、該摩耗gを該側面42sに沿って回転方向へ分散して、該摩耗gが狭い範囲に集中しないようにすることができる。
According to this embodiment, the
また、このようなラチェット機構46による回転方法を用いれば、従来例のようにリフタの位置をオフセットさせる必要性もなく、よって、リターンアーム25から加えられる荷重の中心に、ロストモーションリフタ42の中心を合わせることもできる。
Further, if such a rotation method using the
本実施例2の図5に示す可変動弁機構は、実施例1のものと略同様であるが、ラチェット機構56が、捩れ方向Pへではなく、戻り方向Qへロストモーションリフタ42を回転させていくものとなっている点、及びそれに伴いコイルバネ43の先端部43bにロストモーションリフタ42を戻り方向Qへ押圧するための返し部43rが設けられている点で相違している。
The variable valve mechanism shown in FIG. 5 of the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, but the
ラチェット機構56は、コイルバネ43の先端部43bが捩れ方向Pへ微小回動する際には、該先端部43bのロストモーションリフタ42に対する該捩れ方向Pへの相対移動を許容する一方、該先端部43bが戻り方向Qへ微小回動する際には、該先端部43bにロストモーションリフタ42を相対移動不能に係合することによって、コイルバネ43が伸縮するのに伴いロフトモーションリフタ42を戻り方向Qへ回転させていく機構である。
The
詳しくは、このラチェット機構56は、実施例1と同様に複数のラチェット歯57を含み構成されているが、各ラチェット歯57は、戻り方向Q側には、コイルバネ43の先端部43bが捩れ方向Pへ相対移動するのを許容する、該捩れ方向Pに対して比較的緩やかな角度で傾斜した傾斜面59を、捩れ方向P側には、該先端部43bを戻り方向Qへ相対移動不能に係止する、該戻り方向Qに対して比較的険しい角度で切り立った係止面58をそれぞれ備えている点で実施例1とは相違している。
Specifically, the
以上に示した可変動弁機構が、揺動してバルブ8を開閉する際の様子を、実施例1の場合と同じく(1)入力部21の静止時、(2)入力部21の開方向Oへの回動時、(3)入力部21の閉方向Cへの回動時に分けて以下に説明する。
When the variable valve mechanism described above swings and opens and closes the
(1)入力部21の静止時
入力部21が開閉方向O,Cへ動くことがないため、図5(a)に示すように、ロストモーションリフタ42及びコイルバネ43とも動くことなく静止する。なお、このとき、コイルバネ43の先端部43bは、一のラチェット歯57iとそれよりも1つ捩れ方向P側の隣のラチェット歯57jとの間に位置する。
(1) When the
(2)入力部21の開方向Oへの回動時
入力部21が開方向Oへ回動することによって、図5(b)に示すように、リターンアーム25によってロストモーションリフタ42が押圧され、コイルバネ43がその長さ方向V,Wへ圧縮される。このとき、コイルバネ43の先端部43bは、捩れ方向P側のラチェット歯57jの傾斜面59上をスライドしていくことによってロストモーションリフタ42とは別に独立して捩れ方向Pへ微小回動していき、最終的には、図5(c)に示すように、該ラチェット歯57jを乗り越えそのラチェット歯57jとそれよりも1つ捩れ方向P側の隣のラチェット歯57kとの間に移動する。
(2) When the
(3)入力部21の閉方向Cへの回動時
入力部21が閉方向Cへ回動することによって、図5(d)に示すように、リターンアーム25によって押圧され圧縮されていたロストモーションリフタ42が再び伸張する。このとき、コイルバネ43の先端部43bは、戻り方向Qへ微小回動し、それに伴い先ほど(2)で乗り越えたラチェット歯57jの係止面58を返し部43rにて該戻り方向Qへ押圧していくことによって、ロストモーションリフタ42を該戻り方向Qへラチェット歯57一個分だけ微小回動させる。
(3) When the
以上の、(1)(2)(3)の動作を繰り返すことによって、コイルバネ43が伸びる度毎に、ロストモーションリフタ42を徐々に戻り方向Qへ回転させていく。
By repeating the operations (1), (2) and (3), the lost
本実施例2によれば、実施例1とは反対の戻り方向Qへロストモーションリフタ42を回転させることができ、このように反対方向へ回転させることによっても、実施例1と同様の効果を得ることができる。
According to the second embodiment, the lost
なお、本発明は前記実施例1,2の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で変更して具体化することもできる。 In addition, this invention is not limited to the structure of the said Example 1, 2, It can also be changed and embodied in the range which does not deviate from the meaning of invention.
5 内燃機関
8 バルブ
9 可変動弁機構(動弁機構)
10 回転カム
21 入力部(揺動部材)
26 出力部(揺動部材)
41 ロストモーション機構
42 ロストモーションリフタ
43 コイルバネ
46 ラチェット機構
56 ラチェット機構
5
10
26 Output section (oscillating member)
41
Claims (1)
前記ロストモーション機構は、前記揺動部材に当接するロストモーションリフタと、前記ロストモーションリフタを前記揺動部材に押圧するコイルバネと、前記コイルバネの弾性的圧縮時に生じる周方向捩れ及び弾性的伸長時に生じる前記周方向捩れの戻りによる両周方向への回転力のうちの一方を取り出して、前記ロストモーションリフタを一方向へ回転させるラチェット機構とを含み構成されたことを特徴とする内燃機関の動弁機構。 A swinging member interposed between a rotating cam and a valve so as to be swingable, and a lost motion mechanism that biases the swinging member to the rotating cam, and the swinging member rotates when the rotating cam rotates. In the valve operating mechanism of the internal combustion engine that swings and opens and closes the valve,
The lost motion mechanism is generated when a lost motion lifter that comes into contact with the swing member, a coil spring that presses the lost motion lifter against the swing member, and a circumferential twist and elastic extension that occur when the coil spring is elastically compressed. A valve operating system for an internal combustion engine, comprising: a ratchet mechanism that takes out one of rotational forces in both circumferential directions due to the return of the circumferential twist and rotates the lost motion lifter in one direction. mechanism.
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Citations (8)
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