JP2601326B2 - 内燃機関の動弁機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の動弁機構に関し、詳しくは、カ
ムの揚程曲線に於ける緩衝部の設定に関する。

〈従来の技術〉 ４サイクル内燃機関は、燃焼室に対する混合気の供給
及び燃焼ガスの排出を制御するために、クランク軸と同
期回転するカムにより開閉駆動される弁装置を備えてい
る。

この弁装置のカムと弁との間には、熱膨脹による弁の
突き上げを防止するために、タペットクリアランスと呼
ばれる隙間が設けられている。このタペットクリアラン
スは、より高熱となる排気側がより大きく設定されるこ
とが通例である。

一方、ロッカアーム端とバルブステム端との衝当音
や、閉弁着座音を抑制するために、第６図に示すよう
に、カム揚程曲線の始端及び終端の部分には、カム回転
角度に対する揚程の変化率を小さくした緩衝部Ｓが、所
定のカム角度A1に亘って設けられており、これにより、
開弁開始部分及び閉弁終了部分に於ける弁の動作速度を
制限するようにしている。また、この緩衝部Ｓの揚程Ｌ
は、設定タペットクリアランスCLに対する実際のタペッ
トクリアランスの調整誤差、あるいは経時変化を許容し
得るように、ある許容範囲ALをもって設定されることが
通例である。

他方、広い回転速度範囲にわたる燃焼室への混合気の
充填効率向上を計るために、弁の作動時期を機関の回転
速度に応じて変化させる技術が種々提案されている。こ
のような弁作動時期切換装置として、本出願人による特
開昭63−16111号公報に於いて、機関の低速回転速度範
囲に対応した形状を有する低速用カムと、機関の高速回
転速度範囲に対応した形状を有する高速用カムとを、機
関の回転に同期して回転駆動されるカム軸に一体的に形
成すると同時に、低速用カムに摺接すると共に一方の吸
気弁或いは排気弁に当接し得る第１ロッカアーム及び他
方の吸気弁或いは排気弁に当接し得る第２ロッカアーム
と、高速用カムに摺接する第３ロッカアームとを相互に
隣接して相対角度変位可能なようにロッカシャフトに軸
支し、これらの第１〜第３の各ロッカアームを一体的に
連結する状態と、各ロッカアーム間の相対角度変位を許
容する状態との切換を可能にした連結手段を、これら第
１〜第３ロッカアームに内設するようにした内燃機関の
弁作動時期切換装置が提案されている。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記した弁作動時期切換装置に於いては、高速用カム
に常時摺接しかつ低速時にはは遊動する第３ロッカアー
ムと、各バルブステム端に常時当接し得る第１・第２ロ
ッカアームとの間が、高速運転時にはピン様の連結部材
を介して一体化される。従って、ロッカアームとバルブ
ステムとの間のタペットクリアランスに、高速時には連
結装置に設けられている嵌合上のがたが付加されること
となり、即ち、高速時にタペットクリアランスが増大し
たと同様な状態になる。このタペットクラアランスの増
大に対処するには、前記した緩衝部揚程Ｌを拡大せねば
ならないが、この緩衝部揚程Ｌを拡大すると、許容範囲
ALも相対的に拡大することとなり、実際のタペットクリ
アランスの状態によっては、実質的な弁作動角度A2に及
ぼす影響も幾分か大きくなるという不都合がある。特に
高速運転領域に於いては、弁作動角度A2を大きくとりた
い要望があり、タペットクリアランス誤差により、排気
弁の閉じるタイミングと吸気弁の開くタイミングとの間
のオーバーラップ角度が過度に変動することがあると、
出力ロスに繋がり好ましくない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであ
り、その主な目的は、上記の如き弁作動時期切換装置を
備えた動弁機構に於いて、排気側のタペットクリアラン
スを大きくとらざるを得ない場合にも、吸・排気弁間の
実質的なバルブタイミングへの影響を比較的少なくでき
るような改善された内燃機関の動弁機構を提供すること
にある。

［発明の構成］ 〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、燃焼室に形成さ
れた吸気ポート及び排気ポートにそれぞれ設けられた吸
気弁及び排気弁と、少なくとも１つの吸気弁に対応する
高速用カム及び低速用カムと、少なくとも１つの排気弁
に対応する排気用カムと、これらのカムが設けられてク
ランク軸と同期回転するカム軸と、前記高速用カムに連
接する高速ロッカアーム及び前記低速用カムに連接する
低速ロッカアームと、前記高速・低速両ロッカアーム間
の連結・非連結を選択する連結装置とを備え、少なくと
も前記吸気弁を機関の回転速度範囲に応じて揚程が定め
られた前記高速用カム及び前記低速用カムのいずれか一
方で開閉駆動するようにしてなる内燃機関の動弁機構で
あって、前記高速用カムの開き側部分の揚程曲線に於け
る緩衝部分の回転角度に対する揚程の変化率が、前記高
速用カムの閉じ側、前記排気用カムの開き側及び閉じ側
の各緩衝部分に比してより大きく設定されていることを
特徴とする内燃機関の動弁機構を提供することにより達
成される。

〈作用〉 このようにすれば、タペットクリアランスの許容範囲
を吸気弁と排気弁とで同一とした場合、これに対応する
カム上の角度は、高速用カムの吸気弁開側が最も小さく
なる。換言すると、比較的タペットクリアランスが小さ
くてすむ高速用カムの吸気側の開弁方向の緩衝部分のカ
ム角度が相対的に小さくなる。従って、特に大きなタペ
ットクリアランスを要する排気弁のタペットクリアラン
スの誤差が大きくなった場合にも、排気弁閉と吸気弁開
とのオーバーラップ角度に及ぼす影響が小さくなる。

〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳し
く説明する。

第１〜４図に示されるように、図示されない内燃機関
本体には、一対の吸気弁1a・1bが設けられている。これ
ら両吸気弁1a・1bは、クランク軸（図示せず）の1/2の
速度で同期駆動されるカム軸２に一体的に設けられた概
ね鶏卵形断面をなす一対の低速用カム3a・3b及び単一の
高速用カム４と、これらカム3a・3b・４に係合して揺動
運動を行なう伝達部材としての第１〜第３ロッカアーム
５〜７との働きにより、その開閉動作を行なうようにさ
れている。また、本内燃機関には、一対の排気弁（図示
せず）が備えられており、上記した吸気弁1a・1bと略同
様な構成にて開閉駆動されるが、以下、吸気弁側につい
てのみ説明する。

第１〜第３ロッカアーム５〜７は、カム軸２の下方に
該カム軸２に平行に固設されたロッカシャフト８に揺動
自在なように互いに隣接して軸支されている。これらの
うちの第１及び第３ロッカアーム５・７は、基本的に同
一形状とされ、その基部がロッカシャフトに軸支され、
それぞれの遊端部が両吸気弁1a・1bの上方に延出されて
いる。また、これら両ロッカアーム５・７の遊端部に
は、各吸気弁1a・1bの上端に当接するタペットねじ9a・
9bがそれぞれ進退可能なように螺着されており、該タペ
ットねじ9a・9bは、ロックナット10a・10bにより緩み止
めされている。

第２ロッカアーム６は、第１及び第３ロッカアーム５
・７間でロッカシャフト８に軸支されている。この第２
ロッカアーム６は、ロッカシャフト８から両吸気弁1a・
1bの中間に向けて僅かに延出されており、第４図に良く
示されているように、その上面には高速用カム４に摺接
するカムスリッパ6aが形成され、その端部下面には、シ
リンダヘッド11に穿設されたガイド孔11aに摺合するリ
フタ12の上端面が当接している。

リフタ12は、有底円筒状をなしており、その底壁側が
縮径され、これに伴い段部12aが内側に形成されてい
る。このリフタ12の内側には、ばね定数の比較的小さい
小径ばね13a及びばね定数の比較的大きい大径ばね13b
が、これら両ばね13a・13b間にリテーナ12bを挾持した
うえで縮設されている。これにより第２ロッカアーム６
は、そのカムスリッパ6aが高速用カム４に常時摺接する
ように弾発付勢されている。

前記したようにカム軸２は、機関本体の上方に回転自
在なように支持されており、低速用カム3a・3bと高速用
カム４が一体的に連設されている。そして第２・４図に
良く示されているように、低速用カム3a・3bは、基本的
に真円をなすベース円部分B1及び比較的小さな揚程を有
する高位部L1からなる機関の低速回転域に適合したカム
プロフィルに形成されており、第１・第３ロッカアーム
５・７の上面に形成されたカムスリッパ5a・7aに、その
外周面をそれぞれ摺接し得るようにされている。また高
速用カム４は、同じく基本的に真円をなすベース円部分
B2及び低速用カム3a・3bに比してより広角度にわたる大
きな揚程を有する高位部L2からなる機関の高速回転域に
適合したカムプロフィルに形成されており、前記したよ
うに、第２ロッカアーム６のカムスリッパ6aにその外周
面を摺接している。尚、第１〜３図に於てリフタ12は図
示省略されている。

これら各ロッカアーム５〜７は、各ロッカアーム５〜
７の中央部を貫通してロッカシャフト８と平行に穿設さ
れた孔内に装着された後記する連結装置14により、一体
的に揺動し得る状態と、相対変位し得る状態とを選択的
に切換可能なようにされている。

一方、各吸気弁1a・1bの上部には、リテーナ15a・15b
がそれぞれ設けられている。と同時に、これらリテーナ
15a・15bと機関本体との間には、各吸気弁1a・1bのステ
ム部を囲繞するバルブスプリング16a・16bがそれぞれ介
装されており、これをもって各吸気弁1a・1bを常時閉弁
方向、即ち、第２図に於ける上方へ向けて弾発付勢して
いる。

第１・３図に良く示されるように、第１ロッカアーム
５には、第２ロッカアーム６側に向けて開放する第１ガ
イド孔17が、ロッカシャフト８に平行して穿設されてい
る。この第１ガイド孔17の底部側には、縮径された小径
部18が形成され、これに伴い段部19が形成されており、
更にその底壁には、貫通孔20が穿設されている 第２ロッカアーム６には、第１ロッカアーム５の第１
ガイド孔17に連通する第２ガイド孔21が、その両側面間
を貫通して穿設されている。

第３ロッカアーム７には、第２ガイド孔21に連通する
第３ガイド孔22が穿設されている。この第３ガイド孔22
の底部側は、第１ガイド孔17と同様に、段部23と小径部
24とが形成されている。

これら第１〜第３ガイド孔17・21・22の内部には、第
３ロッカアーム７と第２ロッカアーム６とを連結する位
置及びその連結を解除する位置間で移動し得る第１ピス
トン25と、第２ロッカアーム６と第１ロッカアーム５と
を連結する位置及びその連結を解除する位置間で移動可
能な第２ピストン26と、両ピストン25・26の移動距離を
規定するストッパ27と、両ピストン25・26を常時連結解
除位置側に弾発付勢するコイルばね28とが装着されてい
る。

第１ピストン25は、第３ガイド孔22と第２ガイド孔21
とに摺合し、これにより第３ガイド孔22の底面と第１ピ
ストン25の端面との間に油圧室29が郭成されている。ま
たロッカシャフト８内に、図示されていない油圧供給装
置に連通する潤滑油通路30が穿設されている。そして、
第３ロッカアーム７の油圧室29に連通するように穿設さ
れた油路31と、ロッカシャフト８の周壁に穿設された連
通孔32とを介して、第３ロッカアーム７の揺動状態の如
何に拘らず、潤滑油通路30から供給される潤滑油を、常
に油圧室29内に導入し得るようにされている。

第１ピストン25の軸線方向寸法は、その一端が第３ガ
イド孔22内の段部23に当接した際に、その他端が第３ロ
ッカアーム７の第２ロッカアーム６を臨む側面から突出
しないように設定されている。

第２ピストン26は、その軸線方向寸法を第２ガイド孔
21の全長に等しくされており、第２ガイド孔21と第１ガ
イド孔17とに摺合し得るようにされている。

ストッパ27は、一端に第１ガイド孔17に摺合する円板
部27aが形成され、他端に貫通孔20に挿通する案内棒27b
が形成されている。更にストッパ27の円板部27aと第１
ガイド孔17の小径部18の底部との間には、案内棒27bを
外囲して前記したコイルばね28が縮設されている。この
コイルばね28は、油圧室29に作用する油圧がある所定値
以上に達すると撓むようにされている。

次に以上説明した本装置の作動要領について説明す
る。

機関の中低速度域にあっては、別途図示されていない
制御弁を閉弁することにより、潤滑油通路30の油圧を低
圧に保っておく。すると、各ピストン25・26は、コイル
ばね28の付勢力により、第３図に示すようにそれぞれ各
ガイド孔21・22内に整合し、従って各ロッカアーム５〜
７は互いに相対角変位が可能である。

このような連結装置14が連結解除状態にあっては、カ
ム軸２の回転動作により、第１・第３各ロッカアーム５
・７は各低速用カム3a・3bとの摺接に応じて揺動し、各
吸気弁1a・1bがその開弁時期を遅くすると共に閉弁時期
を早くし、しかもリフト量も小さくしてそれぞれ開閉駆
動される。この時、第２ロッカアーム６は高速用カム４
との摺接により揺動するが、その揺動動作は両吸気弁1a
・1bの作動に何の影響も及ぼさない。

機関の高速運転に際しては、制御弁を開弁することに
より、潤滑油通路30、ロッカシャフト８の連通孔32、及
び第３ロッカアーム７の油路31を介して連結装置14の油
圧室29に高圧の油圧が供給される。これにより、第１図
に示されるように、第１ピストン25は、コイルばね28の
押圧力に抗して第28ロッカアーム６側に移動し、第２ピ
ストン26は、第１ピストン25に押されて第１ロッカアー
ム５側に移動する。この結果、ストッパ27の円板部27a
が段部19に当接するまで第１及び第２ピストン25・26が
共に移動し、第１ピストン25により第３ロッカアーム７
と第２ロッカアーム６とが連結され、第２ピストン26に
より第２ロッカアーム６と第１ロッカアーム５とが連結
される。

以上のようにして、各ロッカアーム５〜７が連結装置
14により相互に連結された状態にあっては、高速用カム
４に摺接した第２ロッカアーム６の揺動量が最も大きく
なることから、第１及び第３ロッカアーム５・７は第２
ロッカアーム６と共に揺動する。従って、両吸気弁1a・
1bが、高速用カム４のカムプロフィルに従ってその開弁
時期を早くすると共に閉弁時期をも遅くし、しかもリフ
ト量も大きくして共に開閉駆動される。

さて、上記した弁作動時期切換装置を備えた動弁機構
に於いては、互いに隣接するロッカアームのガイド孔間
に跨がってピストンが移動することをもって両ロッカア
ームが連結される。従って、連結装置14のピストンとガ
イド孔間のがたにより、高速回転域に於けるタペットク
リアランスCLが低速回転域に於けるそれよりも増大する
傾向にある。そのため、高速用カム４の揚程曲線に於け
る緩衝部Ｓを、揚程Ｌ・カム角度A1共に大きく設定する
必要がある。

ところが、前記したように、緩衝部揚程Ｌの増大は、
タペットクリアランスの許容範囲ALの増大を意味し、場
合によっては、弁作動角度A2の変動も幾分か大きくな
り、特に、熱膨脹の大きな排気側に顕著な影響の及ぶこ
とが考えられる。このことは、排気弁の閉じるタイミン
グと吸気弁の開くタイミングとのオーバーラップ角度の
変動に繋がり、出力低下の一因となり得る。

そこで本発明に於いては、高速用カム４の緩衝部Ｓ
を、第５図に示すように設定している。これによると、
排気弁の閉側の緩衝部S1の傾斜に比して、吸気弁の開側
の緩衝部S2を傾斜が急峻となっている。このようにする
ことにより、タペットクリアランスの許容範囲AL′を同
一とした場合に、これに対応するカム上の角度が排気弁
のそれA3に比して吸気弁のそれA4が小さくなり、よしん
ばタペットクリアランスの誤差が大きくなった場合に
も、相対的なオーバーラップ角度に及ぼす影響を小さく
することができる。

また、吸気弁の閉側及び排気弁の開側については、弁
作動角度の変動による影響が比較的小さいことから、騒
音の抑制を重視して、できるだけ緩慢に設定している
が、排気弁の閉側S1と同等に設定すれば良い。

［発明の効果］ このように本発明によれば、高速用カムの開き側緩衝
部分の揚程変化率を最も大きく設定することにより、タ
ペットクリアランスが比較的大きい排気弁の動作速度を
適正に設定したうえで、排気弁閉とのオーバーラップ角
度に殆ど影響を及ぼさずに連結装置のがたに起因するタ
ペットクリアランスの増加を吸収し得るので、出力低下
の要因を効果的に排除することができる。しかも吸気弁
の閉側及び排気弁の開・閉両側の各緩衝部分について
は、弁作動角度の変動による影響が比較的小さいので、
騒音の抑制を重視した比較的緩慢な揚程変化率に設定す
ることにより、運転騒音の抑制も併せて達成することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づき構成された弁作動状態切換装置
を有する動弁機構の高速運転時を一部切除して示す上面
図である。 第２図は同じく一部切除して示す側面図である。 第３図は低速運転時を示す第２図に於けるIII−III線に
沿う断面図である。 第４図は第３図に於けるIV−IV線に沿う断面図である。 第５図は本発明による緩衝部の設定の一例である。 第６図は緩衝部を拡大して示す説明図である。 1a・1b……吸気弁、２……カム軸 3a・3b……低速用カム ４……高速用カム、５……第１ロッカアーム ６……第２ロッカアーム、７……第３ロッカアーム 5a・6a・7a……カムスリッパ ８……ロッカシャフト、9a・9b……タペットねじ 10a・10b……ロックナット 11……シリンダヘッド、11a……ガイド孔 12……リフタ、12a……段部 12b……リテーナ、13a……小径ばね 13b……大径ばね、14……連結装置 15a・15b……リテーナ 16a・16b……バルブスプリング 17……第１ガイド孔、18……小径部 19……段部、20……貫通孔 21……第２ガイド孔、22……第３ガイド孔 23……段部、24……小径部 25……第１ピストン、26……第２ピストン 27……ストッパ、28……コイルばね 29……油圧室、30……潤滑油通路 31……油路、32……連通孔

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室に形成された吸気ポート及び排気ポ
   ートにそれぞれ設けられた吸気弁及び排気弁と、少なく
   とも１つの吸気弁に対応する高速用カム及び低速用カム
   と、少なくとも１つの排気弁に対応する排気用カムと、
   これらのカムが設けられてクランク軸と同期回転するカ
   ム軸と、前記高速用カムに連接する高速ロッカアーム及
   び前記低速用カムに連接する低速ロッカアームと、前記
   高速・低速両ロッカアーム間の連結・非連結を選択する
   連結装置とを備え、少なくとも前記吸気弁を、機関の回
   転速度範囲に応じて互いに異なる揚程に定められた前記
   高速用カム及び前記低速用カムのいずれか一方で開閉駆
   動するようにしてなる内燃機関の動弁機構であって、 前記高速用カムの開き側部分の揚程曲線に於ける緩衝部
   分の回転角度に対する揚程の変化率が、前記高速用カム
   の閉じ側、前記排気用カムの開き側及び閉じ側の各緩衝
   部分に比してより大きく設定されていることを特徴とす
   る内燃機関の動弁機構。