JP2015206283A - エンジンの動弁構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】シャフト部材に対するカムローブの軸方向への移動を規制する。
【解決手段】複数のバルブ部材5のバルブステム5bの他端にそれぞれ設けられるタペット7と、タペット7の端壁部7aの外面7dにそれぞれ摺接するカムローブ11を一体の部材で形成したカム部材12と、カム部材12をそのカム部材12とは別部材からなるシャフト部材10に固定したカムシャフトSとを備え、タペット7の端壁部7aの外面7dは中央部が外周部よりも凸に、カムローブ11のカム面11aは軸方向中央部が両端部よりも凸に形成され、カム部材12が備える二つのカムローブ11におけるカム面11aの頂部を通る各カム面中心線c,cを、対応する各タペット7の端壁部7aの外面7dの頂部を通る端壁部外面中心線b,b同士の間に配置したエンジンの動弁構造とした。また、バルブステム5bの軸心aは、対応するタペット7の端壁部外面中心線bに対して、カムローブ11が偏心する側と逆側に配置した。
【選択図】図1

Description

この発明は、吸排気弁を開閉動作させるエンジンの動弁構造に関する。
従来から、エンジンの吸排気弁を開閉動作させる動弁構造として、カムシャフトとタペットを用いた構造がある。
通常、吸排気弁の弁体としては、それぞれ軸状のバルブステムの一端に弁体部である傘部が設けられたバルブ(以下、「バルブ部材」と称する。)が用いられる。バルブ部材は、バルブスプリングによって、傘部が弁孔を閉じる方向に付勢されている。傘部が弁孔に接離することによって、吸排気弁は開閉する。
タペットは、バルブステムの他端、すなわち、傘部を設けた側の反対側の端部(以下、「ステムエンド」と称する。)に配置される。その形状は、平面視円形の端壁部と、その端壁部の周縁からバルブ部材側に立ち上がる円筒状の周壁部とを有するカップ状である。
タペットの端壁部の外面に、エンジンのクランク軸の回転とともに回転するカムシャフトに設けられたカムローブが当接する。カムローブのカム面が、タペットを介してバルブステムの他端をバルブスプリングの付勢力に抗して押圧すれば、吸気弁や排気弁を開弁する。また、カム面による押圧が弱まれば、バルブ部材はバルブスプリングの付勢力によって移動し、吸気弁や排気弁を閉弁する。
ところで、カムシャフトの構造として、軸部材からなるシャフト部材に、そのシャフト部材とは別部材からなるカムローブを固定して一体化した組立式のカムシャフトがある。
組立式のカムシャフトは、シャフト部材とは別部材からなるカムローブを、焼き嵌め等によってシャフト部材の軸方向一端から順次挿入していき、キーを用いて各カムローブをシャフト部材の所定の軸方向位置、所定の軸周り方位に固定している(例えば、特許文献1,2参照)。
特開2005−90345号公報 特開2011−149319号公報(第5頁、明細書段落0021)
上記組立式のカムシャフトによれば、カムローブに対する回転方向への繰返し荷重に伴って、カムローブをシャフト部材に保持しているキーにフレッチング摩耗が発生する場合がある。キーに摩耗が発生すると、カムローブがカムシャフトの軸方向に対して移動してしまう懸念がある。カムローブが軸方向に移動することは、タペット及びバルブへの適正な押圧力の付与を阻害する恐れがあるので好ましくない。また、カムローブが移動して隣接するカムジャーナルキャップ等に接触すると、部材の摩耗の原因となるので好ましくない。
そこで、この発明の課題は、シャフト部材に対するカムローブの軸方向への移動を規制することである。
上記の課題を解決するために、この発明は、軸状のバルブステムの一端にバルブの弁孔に接離する傘部が設けられる複数のバルブ部材と、前記バルブステムの他端にそれぞれ設けられ前記他端が当接する端壁部とその端壁部の周縁から前記傘部側へ立ち上がる周壁部とからなるタペットと、前記複数のバルブ部材の前記タペットの端壁部外面にそれぞれ摺接するカムローブを一体の部材で形成したカム部材と、前記カム部材をそのカム部材とは別部材からなるシャフト部材に固定したカムシャフトとを備え、前記タペットの端壁部外面はそれぞれ中央部が外周部よりも凸に形成されており、前記カム部材が備える二つの前記カムローブにおける前記カムシャフトの軸方向に対する各カムローブ中心線を、対応する前記各タペットの前記端壁部外面の頂部を通る端壁部外面中心線同士の間、又は、前記端壁部外面中心線同士の間よりも外側に配置したことを特徴とするエンジンの動弁構造を採用した。
また、この構成において、前記カムローブのカム面は前記カムシャフトの軸方向における中央部が両端部よりも凸に形成されており、前記カム部材が備える二つの前記カムローブにおける前記カム面の頂部を通る各カム面中心線を、対応する前記各タペットの前記端壁部外面中心線同士の間、又は、前記端壁部外面中心線同士の間よりも外側に配置したことを特徴とするエンジンの動弁構造を採用した。
上記の各構成において、前記カム部材は、そのカム部材が備える前記カムローブから選択される二つのカムローブが、そのカム部材が備える軸方向両端の前記カムローブ間の中点を挟んで、軸方向へ対称に配置した構成を採用することができる。
さらに、上記の各構成において、前記バルブステムの軸心を、対応する前記タペットの前記端壁部中心線に対して、そのタペットに摺接するカムローブが偏心する側と逆側に配置した構成を採用することができる。
この発明は、一体の部材で形成された二つのカムローブにおける各カムローブ中心線を、中央部が両端部より凸に形成された各タペットの端壁部外面の頂部を通る端壁部外面中心線同士の間に、又は、端壁部外面中心線同士の間よりも外側に配置したので、シャフト部材に対するカムローブの軸方向への移動を規制することができる。
あるいは、一体の部材で形成された二つのカムローブの中央部が両端部よりも凸に形成されたカム面の頂部を通る各カム面中心線を、各タペットの端壁部外面の頂部を通る端壁部外面中心線同士の間、又は、前記端壁部外面中心線同士の間よりも外側に配置したので、シャフト部材に対するカムローブの軸方向への移動を規制することができる。
また、カムローブのカム面に、タペット同様の凸面形成加工を施すことにより、カムローブの軸方向への移動規制効果と併せて、タペット表面への傷、摩耗低減効果も期待できる。
この発明の一実施形態のエンジンの動弁構造を表す正面断面図である。 他の実施形態を示す要部拡大図である。 さらに他の実施形態を示す正面断面図である。 カムシャフトとバルブとの配置を示す断面図である。
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図面では、この発明に直接関係する部材、手段のみを示し、他の部材等については図示省略している。また、エンジンは、複数の吸気バルブ又は複数の排気バルブを並列して備える限りにおいて、単気筒であってもよいし、複数のシリンダ1を備えた多気筒であってもよい。
カムシャフトSは、図1に示すように、軸部材からなるシャフト部材10と、そのシャフト部材10に固定されるカム部材12とを備える。
カム部材12は、複数のカムローブ11を一体の部材で形成した金属製の部材である。この実施形態では、軸方向に隣接する二つのカムローブ11を一体の部材で形成している。また、シャフト部材10は、カム部材12とは別部材からなる金属製の部材である。カム部材12は、カムローブ11の数が、エンジンのバルブの数と同数になるように、適宜の数配置される。
シャフト部材10は、軸方向全長に亘って断面円形の一様な断面形状を有している。このシャフト部材10の軸方向一端には大径部21が形成されており、この大径部21にスプロケットやプーリ等が固定される。
この実施形態では、図1に示すように、軸方向に隣り合うカムローブ11は、カムジャーナル14を介して接続され、カムジャーナル14の外周にはカムジャーナルキャップ20が配置されている。カムジャーナルキャップ20は、シャフト部材10の軸方向に沿って複数配置される。
カムシャフトSは、これらのカムジャーナルキャップ20及びカムジャーナル14を介して、シリンダヘッドに回転可能に支持されている。
カム部材12は、シャフト部材10上に設けたキー溝13aと、カム部材12のシャフト挿通孔内面に設けたキー溝13bとに、1本のキー13を挿通することにより、シャフト部材10と一体化されている。この一体化により、カム部材12はシャフト部材10に対して相対回転不能、軸方向相対移動不能である。
このカムシャフトSが配置されるエンジンの例を、図4に示す。エンジンのシリンダ1には、燃焼室2に通じるポート3と、このポート3の弁孔4を開閉するバルブ部材5が設けられている。ポート3は吸気ポートと排気ポートとがある。吸気ポート内には、その吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射装置(図示せず)が設けられ、吸気ポート内の吸入空気に燃料を噴射し混合気を形成する。
吸気ポート及び排気ポートを開閉するバルブ構造は、バルブ部材5と、そのバルブ部材5を弁孔4の閉弁方向に付勢するバルブスプリング6とを備える。バルブ部材5は、軸状のバルブステム5bと、そのバルブステム5bの一端にバルブの弁孔4に接離する傘部5aとを備える。バルブステム5bは、シリンダ1に形成されたバルブ挿通孔に挿通され、シリンダ1に対して軸方向へ進退自在である。
バルブスプリング6は、その下端、すなわち、燃焼室2に近い側の端部がバルブスプリングシートを介してシリンダ1に支持され、その上端、すなわち、シリンダヘッド側の端部は、リテーナ8及びコッタ9を介してバルブステム5bに固定されている。
バルブステム5bの他端側には、そのバルブステム5bの他端(ステムエンド)の端面が当接するタペット7が配置される。タペット7は、平面視円形の端壁部7aと、その端壁部7aの周縁からバルブ部材5側に立ち上がる円筒状の周壁部7bとを有するカップ状の部材である。
タペット7は、シリンダヘッド内に形成されたガイド孔に嵌り、そのガイド孔の内面に摺動する。ステムエンドは、タペット7の端壁部7aの内面に設けた凸部7cに当接し、また、その端壁部7aの外面7dに、エンジンのクランク軸の回転とともに回転するカムローブ11が当接する。
カムローブ11が回転すると、そのカムローブ11の外周のカム面11aは、対応するタペット7の端壁部7aの外面7dにそれぞれ摺接する。カムの作用により、タペット7を介してバルブステム5bがバルブスプリング6の付勢力に抗して押圧されれば、バルブ部材5が下降して弁孔4を開放させる。カムの作用による押圧力が弱まれば、バルブ部材5は、バルブスプリング6の弾性力によって上昇し、弁孔4を閉鎖する。このように、カムローブ11の回転によって、バルブ部材5は、所定のタイミングでポート3を開閉する。
カムローブ11を備えたカムシャフトSへの動力の伝達は、カムシャフトSの大径部21に設けたスプロケットやプーリ等と、クランクシャフト側に設けたスプロケットやプーリ等との間をタイミングチェーンやベルト等で連結することにより行われている。
タペット7の端壁部7aの外面7dには、それぞれクラウニング(凸状面)が形成されている。すなわち、タペット7の端壁部7aの外面7dは、それぞれ中央部が外周部よりも凸に形成されている。このクラウニングは、図1に示すように、タペット7の中心線(平面視における端壁部7aの中心を通り、バルブステム5bの軸心方向に伸びる線)上に頂部を備え、その頂部から端壁部7aと周壁部7bとの稜線に向かって、全周に亘って徐々に傘部5a側へ傾斜している。その傾斜面は、正面視の断面において、頂部から稜線に向かって円弧形状である。タペット7の端壁部7aの外面7dに設けられるクラウニングの中心線である端壁部外面中心線(端壁部7aの外面7dのクラウニングの頂部を通り、バルブステム5bの軸心方向に伸びる線で、以下、クラウニング中心線bと称する。)は、このタペット7の中心線に一致している。
また、カムローブ11のカム面11aにもクラウニングが形成されている。すなわち、カムローブ11のカム面11aは、カムシャフトSの軸方向における中央部が両端部よりも凸に形成されている。このクラウニングは、カム面11aのカムシャフトSの軸方向に対する中心線上に頂部を備え、その頂部からカム面11aの軸方向端部に向かって、軸周り全周に亘って徐々にカムシャフトSの軸心側へ傾斜している。その傾斜面は、正面視の断面において、頂部からカム面11aの軸方向端部に向かって円弧形状であり、カムローブ11の断面は全体として樽型を成している。カムローブ11のカム面11aに設けられるクラウニングの中心線であるカム面中心線c(カムローブ11におけるクラウニングの頂部を通り、バルブステム5bの軸心方向に伸びる線で、以下、カム側クラウニング中心線cと称する。)は、カム面11aのカムシャフトSの軸方向に対する中心線(以下、カムローブ中心線と称する。)に一致している。
ここで、一つのカム部材12が備える二つのカムローブ11におけるカム側クラウニング中心線c,cは、対応する各タペット7のクラウニング中心線b,b同士の間に配置されている。
このように、タペット7側のクラウニング中心線bと、カムローブ11側のカム側クラウニング中心線cとをオフセットすることにより、二つのカムローブ11は、いずれも両側のタペット7のクラウニングの頂部間に挟まれた配置となる。このため、カムローブ11は、タペット7のクラウニングの頂部を乗り越えることができず、カム部材12が、スラスト方向へ移動することが規制される。すなわち、カムローブ11が、カムシャフトSの軸方向へ移動することを防止することができる。
また、この実施形態では、図1に示すように、バルブステム5bの軸心aを、対応するタペット7のクラウニング中心線bに対して、そのタペット7に摺接するカムローブ11が偏心する側と逆側に偏心させて配置している。
図1において、図中左側のバルブステム5bの軸心aは、対応する左側のタペット7のクラウニング中心線bに対して、カムローブ11のカム側クラウニング中心線cの位置する側の反対側に配置されている。また、図中右側のバルブステム5bの軸心aは、対応する右側のタペット7のクラウニング中心線bに対して、カムローブ11のカム側クラウニング中心線cが位置する側の反対側に配置されている。
このように、バルブステム5bの軸心aを、タペット7のクラウニング中心線bに対して、すなわち、タペット7の中心線に対して、カムローブ11と逆方向にオフセットさせたので、タペット7の回転性が向上し、タペット摩耗低減に寄与することができる。タペット7に対してカムローブ11をオフセットさせたことに伴い、このようにバルブステム5bをオフセットすることが、タペット7の回転を円滑にする上で有効である。
なお、タペット7の回転性が確保できるならば、図2に示す実施形態のように、バルブステム5bの軸心aを、タペット7のクラウニング中心線bに対して、すなわち、タペット7の中心線に対して一致させてもよい。
他の実施形態を図3に示す。
この実施形態は、一つのカム部材12が備える二つのカムローブ11における各クラウニングの頂部を通るカム側クラウニング中心線c,cを、それぞれ、対応する各タペット7のクラウニングの頂部を通るクラウニング中心線b,b同士の間よりも外側に配置したものである。二つのカムローブ11のカム側クラウニング中心線c,cの間に、タペット7のクラウニング中心線b,bが挟まれた配置である。
このように、タペット7側のクラウニング中心線bと、カムローブ11側のカム側クラウニング中心線cとをオフセットすることにより、二つのカムローブ11は、いずれも二つのタペット7のクラウニングの頂部間の外側への配置となる。このため、カムローブ11は、タペット7のクラウニングの頂部を乗り越えることができず、カム部材12が、スラスト方向へ移動することが規制される。すなわち、カムローブ11が、カムシャフトSの軸方向へ移動することを防止することができる。
図3では、バルブステム5bの軸心aを、対応するタペット7のクラウニング中心線bに対して、そのタペット7に摺接するカムローブ11が偏心する側と逆側に偏心させて配置しているが、バルブステム5bの軸心aを、タペット7のクラウニング中心線bに一致させてもよい点は同様である。
この実施形態では、カムローブ11のカム側クラウニング中心線cを、カム面11aのカムシャフトSの軸方向に対する中心線であるカムローブ中心線に一致させていたが、カムローブ11のカム側クラウニング中心線cが、カム面11aのカムローブ中心線に一致していない態様も考えられる。
さらに、カムローブ11のカム面11aに、クラウニングを設けない態様を採用することもできる。
この場合、タペット7の端壁部7aの外面7dには、それぞれクラウニングが形成されているので、カム部材12が備える二つのカムローブ11のカム面11aにおけるカムシャフトSの軸方向に対する中心線である各カムローブ中心線を、対応する各タペット7のクラウニングの頂部を通るクラウニング中心線b,b同士の間に配置するとよい。二つのカムローブ11のカムローブ中心線が、いずれも両側のタペット7のクラウニングの頂部間に挟まれた配置となる。
あるいは、カム部材12が備える二つのカムローブ11のカム面11aにおけるカムシャフトSの軸方向に対する各カムローブ中心線を、対応する各タペット7のクラウニング中心線b,b同士の間よりも外側に配置するとよい。二つのカムローブ11のカムローブ中心線の間に、タペット7のクラウニング中心線b,bが挟まれた配置である。
このように、カム面11aにクラウニングを設けない構成においても、カム部材12が、スラスト方向へ移動することを規制することができる。
なお、カム部材12が、例えば、三つ以上のカムローブ11を一体の部材として備える場合、それらのカムローブ11から選択される二つのカムローブ11が、上記各実施形態のようなタペット7との位置関係に配置されていることが望ましい。その選択される二つのカムローブ11は、カム部材12が備える軸方向両端のカムローブ11,11のカムローブ中心線間の中点を挟んで、軸方向へ対称に配置されているものであることが望ましく、また、その場合、他のカムローブ11は、タペット7に対して偏心していないことが望ましい。特に、選択される二つのカムローブ11は、軸方向両端のカムローブ11,11とすることが望ましい。
カムシャフトSを組立てる際には、まず、二つのカムローブ11を備えたカム部材12の軸方向孔に、軸部材からなるシャフト部材10を挿通する。カム部材12の軸方向孔へのシャフト部材10の挿通は、焼き嵌め等によって行ってよい。カム部材12が所定の軸方向位置、軸周り方位に配置されたら、キー溝13a,13b内にキー13を圧入することにより、シャフト部材10にカム部材12を固定する。その後、次なるカム部材12の取り付けを行う。軸方向に隣接するカム部材12,12間にスペーサや一体型カムジャーナル等を配置する場合は、そのスペーサや一体型カムジャーナル等を配置した後、次のカム部材12の取り付けを行う。
カム部材12のカムローブ11,11間のカムジャーナル外周にカムジャーナルキャップ20を配置する場合は、カムローブ11が比較的大径であるので、分割型カムジャーナルキャップを用いる。シャフト部材10にカム部材12を固定した後、カムローブ11,11間のカムジャーナル14にカムジャーナルキャップ20を宛がい、カムシャフトSをシリンダヘッド内の予め定められた箇所にボルト等を用いて固定する。
1 シリンダ
2 燃焼室
3 ポート
4 弁孔
5 バルブ部材(バルブ)
5a 傘部
5b バルブステム
5c ステムエンド
7 タペット
7a 端壁部
7b 周壁部
7d 外面
10 シャフト部材
11 カムローブ
11a カム面
12 カム部材
13 キー
14 カムジャーナル
20 カムジャーナルキャップ
S カムシャフト

Claims (4)

  1. 軸状のバルブステムの一端にバルブの弁孔に接離する傘部が設けられる複数のバルブ部材と、
    前記バルブステムの他端にそれぞれ設けられ前記他端が当接する端壁部とその端壁部の周縁から前記傘部側へ立ち上がる周壁部とからなるタペットと、
    前記複数のバルブ部材の前記タペットの端壁部外面にそれぞれ摺接する複数のカムローブを一体の部材で形成したカム部材と、
    前記カム部材をそのカム部材とは別部材からなるシャフト部材に固定したカムシャフトとを備え、
    前記タペットの端壁部外面はそれぞれ中央部が外周部よりも凸に形成されており、
    前記カム部材が備える少なくとも二つの前記カムローブにおける前記カムシャフトの軸方向に対する各カムローブ中心線を、対応する前記各タペットの前記端壁部外面の頂部を通る端壁部外面中心線同士の間、又は、前記端壁部外面中心線同士の間よりも外側に配置したことを特徴とするエンジンの動弁構造。
  2. 前記カムローブのカム面は前記カムシャフトの軸方向における中央部が両端部よりも凸に形成されており、
    前記カム部材が備える少なくとも二つの前記カムローブにおける前記カム面の頂部を通る各カム面中心線を、対応する前記各タペットの前記端壁部外面中心線同士の間、又は、前記端壁部外面中心線同士の間よりも外側に配置したことを特徴とする請求項1に記載のエンジンの動弁構造。
  3. 前記カム部材は、そのカム部材が備える前記カムローブから選択される二つのカムローブが、そのカム部材が備える軸方向両端の前記カムローブ間の中点を挟んで、軸方向へ対称に配置したことを特徴とする請求項1又は2に記載のエンジンの動弁構造。
  4. 前記バルブステムの軸心を、対応する前記タペットの前記端壁部外面中心線に対して、そのタペットに摺接するカムローブが偏心する側と逆側に配置したことを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載のエンジンの動弁構造。
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