JP2693553B2

JP2693553B2 - 内燃機関の動弁機構

Info

Publication number: JP2693553B2
Application number: JP4393189A
Authority: JP
Inventors: 泰弘浦田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1997-12-24
Anticipated expiration: 2012-12-24
Also published as: JPH02221608A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、内燃機関の回転に同期して吸気バルブまた
は排気バルブを開閉駆動する動弁機構に関する。

〈従来の技術〉一般に、内燃機関は所定のサイクルで燃焼室へ混合気
を送給しかつ燃焼ガスを排出する吸気バルブ及び排気バ
ルブが、圧縮コイルばねからなるバルブスプリングによ
って常時閉弁方向に付勢されている。そして、両バルブ
は、機関のクランク軸に連結駆動されるカム軸に設けら
れたカムによってバルブスプリングの付勢力に抗して強
制的に押し開かれる。

バルブスプリングのリフト荷重は、通常機関の最高使
用回転数に基づいて設定される。従って、周知のよう
に、バルブスプリングの付勢力が過大であると中低速度
域でフリクション損失が不必要に増大し、かつこれに伴
ないカム面圧が増大してカムスリッパの異常摩耗や燃費
悪化を招く虞れがある。他方、作動フリクションを低減
するべくバルブスプリングのばね定数を低く設定すれ
ば、高速度域で動弁系の慣性力によってバルブの追従性
が低下するという問題がある。そこで、本願出願人によ
る特開昭63−16111号公報等に於てバルブのリフト荷重
を可変にした内燃機関の動弁機構が提案されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉本発明の目的は、低速度域でのフリクション損失を低
減しかつ高速度域でのバルブ追従性の向上を図るべく、
機関の回転速度に応じてバルブのリフト荷重を最適に制
御し得る内燃機関の動弁機構を提供することにある。

〈問題点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、クランク軸と同
期回転するカムにより開弁駆動される吸気バルブまたは
排気バルブを常時閉弁方向に付勢するばね手段と、前記
バルブを閉弁または開弁方向に付勢する補助ばね手段と
を備える内燃機関の動弁機構であって、前記補助ばね手
段が、前記ばね手段の一端側に設けられた第１の磁石
と、前記ばね手段の他端側に設けられた第２の磁石とを
有す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、第１の電磁石と第２の電磁石との
間に作用する磁力をばね手段の付勢力に付加することに
よって、バルブのリフト荷重を増減させることができ
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図に示されるように、内燃機関本体に設けられた
１対の吸気バルブ1a、1bは、図示されないクランク軸の
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１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に係合して揺動するカムフォ
ロワとしての第１〜第３ロッカアーム５〜７とによって
開閉動作を行なう。また、本内燃機関には１対の排気バ
ルブ（図示せず）が備えられており、上記した吸気バル
ブ1a、1bと同様に開閉駆動される。

第１〜第３ロッカアーム５〜７は、カム軸２の下方に
平行に固設されたロッカシャフト８に互いに隣接して揺
動自在に軸支されている。後述するように、第１〜第３
ロッカアーム５〜７は、それらの中央部に内蔵する連結
装置11によって一体的に揺動し得る状態と相対変位し得
る状態とに切換可能である。

第１及び第３ロッカアーム５、７は基本的に同一形状
をなし、その基部がロッカシャフト８に軸支されかつ遊
端部が両吸気バルブ1a、1bの上方に延出している。両ロ
ッカアーム５、７の遊端部には、各吸気バルブ1a、1bの
上端に当接するタペットねじ9a、9bがそれぞれロックナ
ット10a、10bにより緩み止めして進退可能に螺着されて
いる。また、第１及び第３ロッカアーム５、７の上面に
は低速用カム3a、3bにそれぞれ摺接するカムスリッパ5
a、7aが形成されている。

第２ロッカアーム６は、その基部が第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。第２ロッカアーム６の遊端部は、ロッカシャフト８
から両吸気バルブ1a、1bの中間に向けて僅かに延出して
おり、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、かつ下面にはシリンダヘッド側に固定
されたリフタ（図示せず）の上端面が当接している。こ
のリフタは、内蔵するコイルばねによりロストモーショ
ンスプリングとしてカムスリッパ6aが高速用カム４に常
時摺接するように第２ロッカアーム６を上向きに付勢し
ている。

カム軸２は、機関本体の上方に回転自在に支持され、
第１、第３ロッカアーム５、７に対応する低速用カム3
a、3bと第２ロッカアーム６に対応する高速用カム４と
が一体的に連設されている。第２図に示されるように、
低速用カム3a、3bは機関の低速運転時に適合した比較的
小さな揚程を有する卵形断面のカムプロフィルに形成さ
れている。高速用カム４は、高速運転時に適合した低速
用カム3a、3bに比してより広角度にわたる大きな揚程を
有する卵形断面のカムプロフィルに形成されている。

両吸気バルブ1a、1bの上部には、リテーナ12がそれぞ
れ設けられており、シリンダヘッド31の上面に配置され
たスプリングシート32との間に、各バルブ1a、1bのバル
ブステム33を囲繞するようにバルブスプリング13が介装
されて、両バルブ1a、1bを常時閉弁方向即ち図中で上向
きに付勢している。リテーナ12の下部には、バルブステ
ム33に嵌挿させてリング状の永久磁石34が一体的に固定
されている。また、バルブスプリング13を支持するスプ
リングシート32の上部には、電磁石35が一体的に固定さ
れている。

第３図及び第４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14がロッカシャフト８と平行に穿設されて
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14に連通する第２ガイド孔17が貫設されて
いる。第３ロッカアーム７には、第２ガイド孔17に連通
する第３ガイド孔18が穿設されている。第３ガイド孔18
には、段部19が形成されかつ底壁に小径の貫通孔20が第
３ガイド孔１と同心に穿設されている。

これら第１〜第３ガイド孔14、17、18の内部には、第
１及び第２ロッカアーム５、６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21と、
第２及び第３ロッカアーム６、７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22
と、両ピストン21、22の移動を規制するストッパ23とが
摺合している。ストッパ23には、両ピストン21、22を連
結解除位置側に付勢するコイルばね24が装着されてい
る。

第１ピストン21は、その一端が第１ガイド孔14内の底
部側に形成された段部16に当接する位置で他端が第１ガ
イド孔14から突出しないような軸線方向寸法を有する。
第２ピストン22は、第２ガイド孔17の全長と等しい軸線
方向寸法を有する。ストッパ23は、貫通孔20を挿通する
ガイド棒23aを備える。

第１ガイド孔14内部には、その底面と第１ピストン21
端面との間に油圧室25が郭成されている。また、ロッカ
シャフト８内には、図示されない油圧供給装置に連通す
る作動油供給通路26が穿設されている。そして、第１ロ
ッカアーム５に内設された油路28とロッカシャフト８周
壁に穿設された連通孔29とを介して、第１ロッカアーム
５の揺動状態の如何に拘らず、作動油供給通路26から供
給される作動油を常に油圧室25内に導入し得るようにさ
れている。作動油供給通路26には、例えば機関のクラン
ク軸に連結駆動されるオイルポンプから圧送される潤滑
油が、機関の回転速度に応じて例えば電磁切換弁により
切り換えて供給される。

次に、上述した本実施例の作動要領について説明す
る。

第５図及び第６図に示されるように、本実施例では永
久磁石34が上向きにＮ極及び下向きにＳ極を有するよう
に配置する。電磁石35は、図示されない電源及び制御装
置と電気的に接続されており、通電方向及び電流値を制
御することによって永久磁石34との間に発生する磁力を
適当に変化させることができる。

一般に、機関の低速度域ではロッカアームの運動速度
も比較的低く、閉弁付勢力も相対的に小さくて良い。従
って、第５図のように、電磁石35が上向きにＮ極及び下
向きにＳ極を有するように、即ち永久磁石34と異極をな
すように給電される。これにより、バルブスプリング13
の付勢力と逆方向に両磁石34、35間の吸引力が作用して
バルブ1a、1bのリフト荷重が低減されるので、カム軸２
に対するフリクションが比較的小さい範囲に抑えられ
る。

他方、エンジン回転速度の増大に従ってバルブ及びロ
ッカアームの運動速度が高速になると、動弁系全体とし
ての慣性質量が増大する。その結果、機関の高速度域に
於ては、バルブ1a、1bを閉弁させると同時に、ロッカア
ームを上方へ押し上げるための作用力を増大させる必要
が生じる。そこで、第６図のように、電磁石35が上向き
にＳ極及び下向きにＮ極を有するように、即ち永久磁石
34と同極をなすように給電される。これにより、バルブ
スプリング13の付勢力と同方向に両磁石34、35間の反発
力が作用してバルブ1a、1bのリフト荷重が増大する。

即ち、第７図に示すようにバルブリフト量が或る範囲
を超えると、リフト荷重はバルブスプリング13による付
勢力だけの場合Ａを基準として高速度域では実線Ｂの如
く上向きに上昇し、かつ低速度域では破線Ｃの如く下向
きに低下するように変化する。前記制御装置を操作して
通電方向及び電流値を制御することによって、実線Ｂと
破線Ｃ間の斜線範囲内でリフト荷重を制御することがで
きる。このリフト荷重の制御範囲は、エンジンの特性に
応じて両磁石34、35を適当に選択することによって決定
される。

これを、第８図のようにエンジン回転数Neに関して説
明する。エンジン回転数がNe1以下の低速度域では上向
きにＮ極を有し、かつNe2以上の高速度域ではＳ極を有
するように電磁石35を制御する。従って、エンジン回転
数Ne1以下の範囲では両磁石34、35間の吸引力によりバ
ルブスプリング13の付勢力に対して負の磁力が生じてリ
フト荷重が減少する。Ne1＜Ne＜Ne2の範囲では電磁石35
を給電しないことにより、バルブスプリング13の付勢力
のみが作用する。そして、Ne2以上の範囲では、両磁石3
4、35間の反発力によりバルブスプリング13の付勢力に
対して正の磁力が生じてリフト荷重が増大する。また、
破線で示すようにエンジン回転数Neに比例して磁力が増
加するように電磁石35を制御することもできる。

本実施例に於て、エンジン回転数がNe0（Ne1＜Ne0＜N
e2）以上の中低速度域では前記電磁弁が閉弁されている
ので、作動油供給通路26から連結装置11の油圧室25に油
圧が供給されず、各ピストン21、22がコイルばね24の付
勢力により第３図に示すように各ガイド孔14、20内に整
合する。従って、各ロッカアーム５〜７は互いに相対角
変位が可能であり、カム軸２が回転すると第１及び第３
ロッカアーム５、７が低速用カム3a、3bと摺接して揺動
し、吸気バルブ1a、1bを開閉駆動する。

この中低速度域では、第９図のようにリフトが小さ
く、バルブ及びロッカアームの運動速度も比較的低く、
閉弁付勢力も相対的に小さくて良い。従って、エンジン
回転数がNe1以下では両磁石34、35間に吸引力を作用さ
せてばね荷重を減少させる。尚、この時、第２ロッカア
ーム６は高速用カム４と摺接して揺動するが、その動作
は両吸気バルブ1a、1bの作動に何ら影響を及ぼさない。

エンジン回転数がNe0以上の高速運転に際しては、前
記電磁弁が開弁されて作動油供給通路26からロッカシャ
フト８の連通孔29及び油路28を介して油圧室25に作動油
圧が供給される。これにより第４図に示されるように、
第１ピストン21がコイルばね24の付勢力に抗して第２ロ
ッカアーム６側に移動し、第２ピストン22が第１ピスト
ン21に押されて第３ロッカアーム７側に移動する。この
結果、ストッパ23が段部20に当接するまで第１及び第２
ピストン21、22が共に移動し、第１ピストン21により第
１及び第２ロッカアーム５、６が連結され、かつ第２ピ
ストン22により第２及び第３ロッカアーム６、７が連結
される。

この第１〜第３ロッカアーム５〜７の連結状態では、
高速用カム４に摺接する第２ロッカアーム６の揺動量が
最も大きいことから、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
バルブ1a、1bが、共に高速用カム４のカムプロフィルに
従ってその開弁時期を早くしかつ閉弁時期を遅くすると
共にリフト量を大きくして開閉駆動される。このため、
バルブ及びロッカアームの運動速度が高速となる上に動
弁系全体としての慣性質量が増大する。このため、エン
ジン回転数がNe2以上では、両磁石34、35間に反発力を
作用させてばね荷重を増加し、第１〜第３ロッカアーム
５〜７を上方へ押上げるための作用力を増大させる。

また、別の実施例では、両磁石34、35を永久磁石にす
ることができる。この場合には両磁石間の磁力及び作用
方向が一定であるため、第10図に示すように、バルブの
作動タイミングを切り換えるエンジン回転数Ne0に於
て、バルブリフトの変化と共にそれに対応してばね荷重
が増減することになる。

尚、上述の実施例ではロッカアームを介してバルブを
駆動する型式の動弁機構について説明したが、本発明は
直動式の動弁機構にも同様に適用できる。この場合に
は、リフタとシリンダヘッド側とにそれぞれ磁石が配置
されることになる。

〈発明の効果〉このように本発明によれば、バルブスプリングの両端
を支持するリテーナとスプリングシートとにそれぞれ永
久磁石と電磁石とを配設し、かつ該電磁石への通電方向
及び電流値を制御することにより両磁石間に発生する吸
引・反発力を利用することによって、バルブスプリング
の付勢力を基準としてバルブのリフト荷重をエンジン回
転速度に応じて最適に制御することができ、中低速度域
に於けるフリクションの低減及び高速度域に於ける動弁
系追従性の向上を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく動弁機構を示す上面図であ
る。第２図は、第１図に於けるII矢視図である。第３図は、低速運転時に於ける第２図のIII−III線に沿
う断面図である。第４図は、高速運転時に於ける第３図と同様な断面図で
ある。第５図及び第６図は、それぞれ本発明の作動要領を示す
説明図である。第７図は、バルブリフト量に関するリフト荷重の変化を
示す線図である。第８図は、エンジン回転数に関するリフト荷重及び磁力
の変化を示す線図である。第９図は、エンジン回転数に関するリフト及びばね荷重
の変化を示す線図である。第10図は、別の実施例に於けるエンジン回転数に関する
リフト及びばね荷重の変化を示す線図である。 1a、1b……吸気バルブ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……連結装置、12……リテーナ 13……バルブスプリング 14……第１ガイド孔、15……小径部 16……段部、17……第２ガイド孔 18……第３ガイド孔、19……段部 20……貫通孔、21……第１ピストン 22……第２ピストン、23……ストッパ 23a……ガイド棒、24……コイルばね 25……油圧室、26……作動油供給通路 28……油路、29……連通孔 31……シリンダヘッド、32……スプリングシート 33……バルブステム、34……永久磁石 35……電磁石

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】クランク軸と同期回転するカムにより開弁
駆動される吸気バルブまたは排気バルブを常時閉弁方向
に付勢するばね手段と、前記バルブを閉弁または開弁方
向に付勢する補助ばね手段とを備える内燃機関の動弁機
構であって、前記補助ばね手段が、前記ばね手段の一端側に設けられ
た第１の磁石と、前記ばね手段の他端側に設けられた第
２の磁石とを有することを特徴とする内燃機関の動弁機
構。
【請求項２】前記第１の磁石が永久磁石であり、かつ前
記第２の磁石が電磁石であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の内燃機関の動弁機構。
【請求項３】前記電磁石が、前記機関の低速回転域では
前記永久磁石と吸引し合う向きに通電され、かつ高速回
転域では前記永久磁石と反発し合う向きに通電されるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の内燃機関
の動弁機構。
【請求項４】クランク軸と同期回転し、かつ互いに異な
るリフトを有する低速用カムと高速用カムと、機関の回
転数に対応して選択的に前記低速用カムまたは高速用カ
ムにより開弁駆動される吸気バルブまたは排気バルブ
と、前記バルブを常時閉弁方向に付勢するばね手段と、
前記バルブを開弁または閉弁方向に付勢する補助ばね手
段とを備える内燃機関の動弁機構であって、前記補助ばね手段が、前記ばね手段の一端側に設けられ
た第１の磁石と、前記ばね手段の他端側に設けられた第
２の磁石とを有することを特徴とする内燃機関の動弁機
構。