JP2700101B2 - 内燃機関用弁のリフト調節装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関における吸排気弁を開閉作動させ
る動弁機構に係り、特に、吸気弁のリフト量を、エンジ
ンの回転速度に応じて調節しうるようにした装置に関す
る。

〔従来の技術〕

一般に、吸排気弁の開閉時期及びリフト量は、カムの
外形やロッカーアームの腕の長さ等により決められる。

第６図は、従来の動弁機構における吸排気弁用カムの
リフト曲線を示し、吸気弁（ａ）と排気弁（ｂ）におけ
る開閉時期及びリフト量は、エンジンの回転速度とは無
関係に常に一定であり、またオーバーラップ領域（ｄ）
も一定値に定められている。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に、エンジンの性能（出力）は、吸入効率に大き
く左右され、吸入効率が高いほど、多くの混合気が吸入
されて燃焼効率は向上する。しかし、自動車用のエンジ
ンは、運転領域が広いため、全運転領域に亘って吸入効
率を高め、エンジン性能をよくすることは難しい。

すなわち、一般的には、吸気ポートの断面積を大きく
したり、吸気弁のリフト量及びオーバーラップ領域を大
きくすると、吸入効率が向上して、高速域での性能は大
幅に高められるが、反面、低速域においては、混合気の
流速が遅くなって、シリンダ内に強いスワール流が形成
されなくなり、かつ残留ガスが多くなって充填効率が低
下するため、燃焼状態が不安定となって低速性能は低下
する。

従って、全回転領域でのエンジン性能を満足させるに
は、高速回転時においては、吸気弁のリフト量及びオー
バーラップ領域を大きくして吸入効率を高め、また燃焼
状態が不安定となる低速回転時には、リフト量を小さく
して、シリンダに吸入される混合気の流速を早め、強い
スワール流が形成されるようにし、かつオーバーラップ
領域を小として、急排気を確実に行わせ、シリンダ内に
おける残留ガスの量を少なくすることが望ましい。

しかしながら、上記した従来の動弁機構においては、
エンジンの回転速度に応じて、弁の開閉時期やリフト量
を調整することはできない。

そのため、カム等を設計する際、エンジンの常用回転
速度の領域においてある程度の性能が得られるように、
カムのプロフィール等を定めるのが一般的である。

従って、低速から高速までの全運転領域におけるエン
ジンの性能は、必ずしも最適とはいえず、なお一層の改
善が望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、弁のリ
フト量及び開閉時期を、エンジンの回転速度に応じて調
整しうるようにし、もって、低速から高速域までのエン
ジン性能を、最適な状態まで高めうるようにした、内燃
機関用弁のリフト調節装置を提供することを目的として
いる。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明のリフト調節装置
は、前端部が弁の軸端と当接しうるようにして、中間部
をロッカーシャフトに枢支したロッカーアームの前端部
とロッカーシャフトとの間の上方、及びロッカーアーム
の後端部の下方に、互いに同期して回転する第１のカム
シャフトと第２のカムシャフトとを設けるとともに、そ
れらのいずれか一方に前記ロッカーアームと当接する低
速用のカムを、かつ他方に、カムのプロフィールが低速
用のカムより若干大きい高速用のカムを設け、かつ該高
速用のカムとロッカーアームとの間に、高速用のカムと
ロッカーアームとの連係を断続するべく、一端がロッカ
ーアームに枢着された揺動アームと、ロッカーアーム内
に設けられ、適宜の油圧源と接続されるとともに、伸縮
に伴って前記揺動アームと係脱しうるようにしたピスト
ンロッドを備える油圧シリンダとからなる切換手段を設
けたことを特徴としている。

〔作用〕

例えば、切換手段が低速側に切換わり、ロッカーアー
ムと高速用のカムとの連係が断たれると、高速用のカム
は空回転し、ロッカーアームは低速用のカムにより駆動
される。

従って、この場合における弁のリフト量は小となる。

一方、切換手段が高速側に切換わって、高速用のカム
とロッカーアームとが連係され、ロッカーアームが高速
用のカムにより駆動されると、低速用のカムとロッカー
アームとの間には、高速用のカムとのプロフィールの差
分の間隙が形成される。

従って、低速用のカムとロッカーアームとの連係が断
たれ、ロッカーアームは、高速用のカムのみにより駆動
されるため、弁のリフト量を大としうる。

〔実 施 例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、ロッカーアーム式のリフト調節装置を示
す。

（１）は吸気弁で、シリンダヘッド（２）に斜上下方
向を向いて圧入されたバルブガイド（３）に軸部（1a）
を案内されることにより、斜上下方向に摺動自在となっ
ている。

（４）は、軸部（1a）の上端部にコッタ（図示略）を
介して止着されたリテーナで、その下面とシリンダヘッ
ド（２）との間には、バルブスプリング（５）が縮設さ
れている。

これにより吸気弁（１）は、常時上向きに付勢され、
吸気ポート（６）の開口端は、傘部（1b）により閉塞さ
れる。

（７）は、前端部がリテーナ（４）の上方に位置する
ようにして、後部寄りを前記軸部（1a）と直交する中空
のロッカーシャフト（８）に枢嵌したロッカーアーム
で、その前端部に螺挿された上下方向のアジャスターボ
ルト（９）の下端面が、軸部（1a）の上端を押すことに
より、吸気弁（１）は開かれる。

ロッカーアーム（７）の前側の長寸の前部アーム（7
a）には、長手方向を向く油圧シリンダ（10）と、その
前側において上面から凹入する凹入孔（12）とが設けら
れている。

上面に弧状の圧接面（11a）を有する揺動アーム（1
1）の前端を、凹入孔（12）の前端部に、ロッカーシャ
フト（８）と水平をなすピン（13）をもって枢支すると
ともに、揺動アーム（11）の後端部を、凹入孔（12）の
後側において、前部アーム（7a）の上側に位置させ、か
つ揺動アーム（11）の後端部と前部アーム（7a）の上面
との間に、揺動アーム（11）を常時上向きに付勢する圧
縮コイルばね（14）を縮設することにより、切換手段
（15）が形成されている。

ロッカーシャフト（８）の中空孔（8a）内には、高速
時において、図示しない切換弁が作動したときに圧力油
（16）が供給され、この圧力油（16）は、ロッカーシャ
フト（８）に穿設した通孔（8b）、及びロッカーアーム
（７）内に設けた油路（17）を通って、油圧シリンダ
（10）における油室（10a）内に圧送される。

これにより、油圧シリンダ（10）の前面へ突出するピ
ストンロッド（10b）は、後方へ付勢する圧縮コイルば
ねからなるリターンスプリング（18）に抗して伸び出
し、その前端のテーパ部が揺動アーム（11）の下面と当
接することにより、揺動アーム（11）の下向き回動が阻
止される。

（19）は、前部アーム（7a）の上方において、ロッカ
ーシャフト（８）と平行をなす第１のカムシャフト（2
0）に設けた高速用のカムで、その外周面は、揺動アー
ム（11）の前記圧接面（11a）に当接している。

（21）は、ロッカーアーム（７）における後部アーム
（7b）の下端湾曲面と当接しうるようにして、第２のカ
ムシャフト（22）に設けられた低速用のカムで、上記高
速用のカム（19）に対し、位相を180゜ずらすととも
に、プロフィールを若干小さくすることにより、第２図
示のようなリフト曲線を描くようにしてある。

すなわち、高速用のカム（19）のリフト曲線（Ｂ）
を、低速用のカム（21）のリフト曲線（Ａ）よりも大と
することにより、高速用のカム（19）のリフトの最大値
Ｈが、低速用のカム（21）のそれよりも若干大となるよ
うにしてある。

このようにすると、低速用のカム（21）の作動角度
（開弁中の角度）α_１は、高速用のカム（19）の作動角
度α_２よりも小さくなり、かつ作動始めのタイミング
は、高速用のカム（19）の方が早くなる。

第１、第２のカムシャフト（20）（22）は、それらに
軸着したタイミングギヤ、タイミングチェン（又はベル
ト）等を介して、クランクシャフト（いずれも図示略）
に連係され、クランクシャフトが回転すると、両カム
（19）（21）は、第１図の矢印方向に、互いに同期して
回転させられる。従って、双方のカム（19）（21）の回
転周期は等しくなる。

次に、上記実施例の作用について説明する。

第３図は、低速域、例えばエンジンの回転速度が3000
r.p.m未満のときの弁の作動状態を示し、この場合、油
圧シリンダ（10）に圧力油を供給するための切換弁は、
低速側に自動的に切換えられる。

切換弁が低速側に切換わると、油圧シリンダ（10）へ
の圧力油の供給が自動的に停止するため、ピストンロッ
ド（10b）は、圧縮コイルばね（18）により後方へ引込
められ、その前端のテーパ部と揺動アーム（11）の下面
との係合が外れる。

すると、揺動アーム（11）は上下方向に自由に回動し
うるようになるため、高速用のカム（19）が回転してい
ても、その力がロッカーアーム（７）に伝達されること
はない。

その結果、ロッカーアーム（７）は、低速用のカム
（21）により駆動されて、吸気弁（１）を、カム（21）
のリフト曲線（Ａ）と対応して開閉し、リフト量は小と
なる。

エンジンの回転速度が3000r.p.mを越えて、中高速域
に達すると、切換弁は高速側に切換えられ、圧力油は油
圧シリンダ（10）内に流入する。すると、第４図に示す
ように、ピストンロッド（10b）は、圧縮コイルばね（1
8）に抗して伸び出し、その前端のテーパ部が揺動アー
ム（11）の下面と当接して、揺動アーム（11）の下向き
回動は阻止される。

従って、ロッカーアーム（７）は、高速用のカム（1
9）により駆動されるようになり、吸気弁（１）は、カ
ム（19）のリフト曲線（Ｂ）に沿う大きなリフト量をも
って開閉させられる。

この場合、低速用のカム（21）とロッカーアーム
（７）の下面との間には、双方のカム（19）（21）にお
けるリフト差分の間隙が形成される。従って、低速用の
カム（21）は、空回転するのみとなる。

このように、高速用のカム（19）と低速用のカム（2
1）を選択して使用し、吸気弁（１）のリフト量を変化
させると、第５図に示すように、双方のカム（19）（2
1）のリフト曲線（Ａ）（Ｂ）が異なるため、排気弁の
カムのリフト曲線を（Ｃ）とすると、オーバーラップの
領域も変化するようになる。

すなわち、低速用のカム（21）が作動する低速時にお
いては、吸気弁（１）のバルブタイミング（開弁時期）
が遅くなるため、オーバーラップ領域D₁は小となり、ま
た、高速用のカム（19）の作動する中高速時において
は、バルブタイミングが早まるため、オーバーラップ領
域D₂は大となる。

以上説明したように、上記実施例のリフト調節装置に
おいては、低速時には、低リフト、小オーバーラップと
して強いスワール流を発生させるとともに、シリンダ内
の残留ガスを少なくして、燃焼効率を高めることがで
き、また、中高速時には、高リフト、大オーバーラップ
として、吸入効率を高めることができるため、低速域か
ら高速域までの全運転領域に亘って、エンジン性能を最
適な状態に改善しうる。

また、カム（19）又は（21）の位相を一定の範囲内で
ずらすことにより、オーバーラップ領域の大きさを適宜
に定めることができ、例えば、高速重視型のエンジンと
したい場合には、高速用のカム（19）の位相のみを回転
方向に若干ずらせばよい。このようにすると、オーバー
ラップ領域がより大きくなって吸入効率が高まり、低速
性能を犠牲にすることなく高速性能を向上させうる。

本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、種
々の改変並びに態様をとりうる。

この場合、それらを必ずしもロッカーアーム（７）内
に設ける必要はない。

上記実施例とは反対に、低速用のカム（21）を、ロッ
カーアーム（７）の長寸の前部アーム（7a）の上方に設
け、かつ高速用のカム（19）と切換手段（15）とを、ロ
ッカーアーム（７）の後部下方に設けて実施することも
ある。

リフト量及びオーバーラップの調節を、低速時と中高
速時の２段階だけでなく、３段階以上に調節しうるよう
に、油圧シリンダ等を制御することも可能である。

本発明のリフト調節装置は、スイングアーム式やプッ
シュロッドを使用した、いわゆるOHV方式等の動弁機構
にも適用しうるのは勿論のこと、排気弁と吸気弁の両
方、又は排気弁のみのリフト量等の調節に適用すること
もできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、弁のリフト量及び開閉時期を、エン
ジンの回転速度に応じて調節しうるので、低速から高速
までのほぼ全運転領域に亘って、エンジンの性能を最適
な状態まで高めることができる。

また、２本のカムシャフトを設けたことにより、低速
用又は高速用のカムの位相調節が簡単であり、かつオー
バーラップ領域の大きさを任意に設定しうるので、例え
ば低速性能重視型エンジン、又は高速性能重視型エンジ
ンなど、使用目的に応じたエンジン性能が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の一実施例を示す正面図、 第２図は、低速用のカム及び高速用のカムのリフト曲線
図、 第３図は、ロッカーアームが低速用のカムにより駆動さ
れている状態を示す要部の正面図、 第４図は、同じく高速用のカムにより駆動されている状
態を示す要部の正面図、 第５図は、排気弁用のカムのリフト曲線と、本発明にお
ける吸気弁用のカムのリフト曲線との関係を示す説明
図、 第６図は、従来の吸排気弁用のカムのリフト曲線図であ
る。 （１）吸気弁 （1a）軸部 （２）シリンダヘッド （４）リテーナ （５）バルブスプリング （６）吸気ポート （７）ロッカーアーム （7a）前部アーム （7b）後部アーム （８）ロッカーシャフト （９）アジャスターボルト （10）油圧シリンダ （10b）ピストンロッド （11）揺動アーム （12）凹入孔 （13）ピン （14）圧縮コイルばね （15）切換手段 （16）圧力油 （17）油路 （18）リターンスプリング （19）高速用のカム （20）第１のカムシャフト （21）低速用のカム （22）第２のカムシャフト

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】前端部が弁の軸端と当接しうるようにし
   て、中間部をロッカーシャフトに枢支したロッカーアー
   ムの前端部とロッカーシャフトとの間の上方、及びロッ
   カーアームの後端部の下方に、互いに同期して回転する
   第１のカムシャフトと第２のカムシャフトとを設けると
   ともに、それらのいずれか一方に前記ロッカーアームと
   当接する低速用のカムを、かつ他方に、カムのプロフィ
   ールが低速用のカムより若干大きい高速用のカムを設
   け、かつ該高速用のカムとロッカーアームとの間に、高
   速用のカムとロッカーアームとの連係を断続するべく、
   一端がロッカーアームに枢着された揺動アームと、ロッ
   カーアーム内に設けられ、適宜の油圧源と接続されると
   ともに、伸縮に伴って前記揺動アームと係脱しうるよう
   にしたピストンロッドを備える油圧シリンダとからなる
   切換手段を設けたことを特徴とする内燃機関用弁のリフ
   ト調節装置。