JP2844131B2 - ４サイクル内燃機関の弁作動機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は１つのシリンダに複数の
吸気弁および排気弁を備えた４サイクル内燃機関の弁作
動機構に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、１個のシリンダの一側に少くとも２
個の吸気弁と他側に少くとも２個の排気弁を並設し、該
２個の吸気弁の一方と、該２個の排気弁の一方とを内燃
機関の運転状況に応じて休止自在とした４サイクル内燃
機関が知られており、例えば特開昭58-82034号公報に示
されている。

【０００３】この機関においては、各弁のロッカアーム
がそれぞれ別個のカムにより制御され、高速運転域では
すべての弁が作動するが、低速運転域あるいは低負荷運
転域では前記一方の吸気弁（サブ吸気弁）および排気弁
（サブ排気弁）のロッカアームが不作動状態となり、こ
れらの弁が休止するようになされている。

【０００４】

【解決しようとする課題】このような内燃機関において
は、回転数対トルク特性線図上において、１弁作動のト
ルク曲線と２弁作動のトルク曲線とが交叉する点の近傍
で弁作動態様の切換えが行われるが、該交叉点近傍にお
ける両トルク曲線の勾配が相違するので、この部分にト
ルクの谷ができてしまう。

【０００５】従って本発明は、このトルクの谷を解消し
て低速域から中速域を経て高速域へスムーズに移行でき
る弁作動機構を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段および作用】このため、本
発明においては、１つのシリンダにそれぞれ少くとも２
個の吸気弁および排気弁を設けた４サイクル内燃機関
の、前記２個の吸気弁もしくは排気弁を作動させる弁作
動機構において、カム軸に、総開角が広くリフトが高い
高速用カムと、該カムより総開角が狭くリフトが低い２
個の低速用カムとを設け、ロッカアーム軸に、前記２個
の弁のうち一方の弁を作動させる第１のロッカアーム
と、他方の弁を作動させる第２のロッカアームと、第１
の補助ロッカアームと、第２の補助ロッカアームとを並
列させてそれぞれ枢動自在に装着し、前記高速用カムを
前記第１の補助ロッカアームに、前記２個の低速用カム
の一方を前記第１のロッカアームに、他方の低速用カム
を前記第２の補助ロッカアームにそれぞれ接触係合さ
せ、前記４個のロッカアームをこれらがそれぞれ分離さ
れた状態、前記第２の補助ロッカアームと第２のロッカ
アームとが一体に連結された状態および前記４個のロッ
カアーム全部が一体に連結された状態に選択的に切替え
得るロッカアーム連結手段を設ける。

【０００７】この弁作動機構は次のように作用する。先
ず、機関の低回転数域（低速域）においては、４個のロ
ッカアームがそれぞれ分離された状態すなわち４個のロ
ッカアームがそれぞれ単独で揺動できる状態にする。こ
の状態では一方の弁は、一方の低速用カムが接触係合し
ている第１のロッカアームによって作動されるが、他方
の弁を作動させる第２のロッカアームはいずれのカムと
も接触係合していないので揺動せず、該弁は休止する。

【０００８】次いで、機関回転数が中速域に入ると、ロ
ッカアーム連結手段により、第２の補助ロッカアームと
第２のロッカアームとが一体に連結された状態にする。
この状態では他の低速用カムによる第２の補助ロッカア
ームの揺動運転が第２のロッカアームに伝えられるので
他方の弁も作動し、かくして２個の弁が作動するように
なる。ただしこの場合、他方の弁の総開角およびリフト
量は一方の弁と同様に比較的小さい値におさえられてい
る。

【０００９】さらに、機関回転数が高速域に入ると、ロ
ッカアーム連結手段により、４個のロッカアーム全部が
一体に連結された状態にする。この状態では全部のロッ
カアームが一様に揺動するが、高速用カムの総開角およ
びリフト量が低速用カムの総開角およびリフト量より大
きいので、低速用カムによってロッカアームに与えられ
る筈の揺動運動は、高速用カムによって与えられるさら
に大きな揺動運動によって打ち勝たれ、結局２個の弁が
ともに高速用カムに相当する大きな総開角およびリフト
量で作動して、機関出力を一段と高める。

【００１０】かくして機関のトルクは低速域から中速域
を経て高速域へなめらかにつながって行き、弁作動様式
の切換え点近傍においてトルクの谷を生ずることがな
く、また中速域においては加速に十分な余裕出力が得ら
れる。

【００１１】

【実 施 例】図１は本発明による弁作動機構を備えた
４サイクル内燃機関のシリンダ頭部を示す概略平面図、
図２は図１のII-II 線にほぼ沿う断面図である。

【００１２】１はシリンダ、２はピストン、３は燃焼室
で、燃焼室３の頂壁に小径吸気ポート４と大径吸気ポー
ト５の２つの吸気ポートおよび小径排気ポート６と大径
排気ポート７の２つの排気ポートが開口しており、各開
口部（弁口）がそれぞれ小径吸気弁８、大径吸気弁９、
小径排気弁10および大径排気弁11によって開閉される。
12は点火栓である。

【００１３】吸気弁８，９および排気弁10，11の上方に
それぞれロッカアーム軸13、ロッカアーム14、カム軸1
5、高速用カム16および低速用カム17から成る弁作動機
構18Ａ，18Ｂが設けられている。これらの弁作動機構18
Ａ，18Ｂの構成は同じであるので、以下弁作動機構18Ａ
について詳細に説明する。

【００１４】例えば図３に弁作動機構18Ａの構成が説明
的に示されているが、該図および図２から分るように、
吸気弁８，９の上方外側を連てロッカアーム軸13が配設
され、このロッカアーム軸13に、小径吸気弁８の頭部に
当接してこれを作動させる第１のロッカアーム14ａと、
大径吸気弁９の当部に当接してこれを作動させる第２の
ロッカアーム14ｂとが枢着され、さらにロッカアーム14
ａ，14ｂの間に第１および第２の補助ロッカアーム14
ｃ，14ｄが配設され、同様にロッカアーム軸13に枢着さ
れている。これらのロッカアームの上方を横切って延び
るカム軸15には１個の高速用カム16と２個の低速用カム
17ａ，17ｂとが、高速用カム16を真中に挟んで設けられ
ており、低速用カム17ａはロッカアーム14ａに、高速用
カム16はロッカアーム14ｃに、低速用カム17ｂはロッカ
アーム14ｄにそれぞれ接触係合している。

【００１５】図６は、高速用カム16のリフト曲線ａと低
速用カム17ａ，17ｂのリフト曲線ｂとを重ねて示した線
図であるが、同図から分かるように、低速用カム17ａ，
17ｂの総開角Ｔｂは高速用カム16の総開角Ｔａより小さ
く、また低速用カム17ａ，17ｂのリフト量Ｌｂも高速用
カム16のリフト量Ｌａより小さく、従って低速用カム17
ａ，17ｂのリフト曲線ｂは高速用カム16のリフト曲線ａ
の中に完全に入り込んでいる。本実施例においては、低
速用カム17ａと低速用カム17ｂとは同一のリフト曲線を
有している。

【００１６】ロッカアーム14ａ，14ｃ，14ｄ，14ｂに
は、これらを横方向に貫くピン孔19が設けられている。
ただしロッカアーム14ａとロッカアーム14ｂのピン孔部
分19ａ，19ｂはいずれも有底円筒状に形成されている。
ピン孔19にはロッカアーム14ｂ側から順に切替えピン20
ｂ，20ｄ，20ｃおよびストッパ部片21が摺動自在に嵌装
されている。切替えピン20ｂ，20ｄ，20ｃの長さはそれ
ぞれ対応するロッカアーム14ｂ，14ｄ、14ｃのピン孔部
分19ｂ，19ｄ，19ｃ長さにほぼ等しい。そしてストッパ
部片21はスプリング22によって切替えピン20ｃ側へ押圧
されており、かつその小径の軸部分はピン孔部分19ａか
らロッカアーム14ａの側方へ突出できるようになってい
る。

【００１７】さらに、ロッカアーム軸13に関してピン孔
19と反対側に、ロッカアーム14ｂとロッカアーム14ｄと
にまたがって同様なピン孔23が設けられており、ロッカ
アーム14ｂ側のピン孔部分23ｂに切替えピン24が嵌装さ
れ、ロッカアーム14ｄ側のピン孔部分23ｄにストッパ部
片25がスプリング26により付勢されて嵌装されている。

【００１８】ロッカアーム軸13は中空軸で、内部は油通
路27となっている。そしてこの油通路27内にスプール弁
28が摺動可能に嵌装されており、その上方（図３におい
て上方、以下同じ）からスプール弁28内に圧油が供給さ
れるようになっている。スプール弁28のピン孔19側に
は、上方の給油側に連通する給油ポート29ａと、下方の
排油側に連通する排油ポート30ａとが設けられており、
ピン孔23側にも同様に給油ポート29ｂと排油ポート30ｂ
とが前記ポート29ａ，30ａとは高さを違えて設けられて
いる。一方、ロッカアーム14ｄには、前記ピン孔部分19
ｂの底部を油通路27に連通させる連通路31ａと、前記ピ
ン孔部分23ｂの底部を油通路27に連通させる連通路31ｂ
とが設けられている。

【００１９】図３においては、スプール弁28が油通路27
内において上方位置を占め、ピン孔部分19ｂおよび23ｂ
内の圧油が連通路31ａ、排油ポート30ａおよび連通路31
ｂ、排油ポート30ｂを通じて油通路27に排出されてい
る。従って切替えピン20ｂ，20ｄ，20ｃはストッパ部片
21を介してスプリング22により押し上げられ、それぞれ
ロッカアーム14ｂ，14ｄ，14ｃ内に納まっている。同様
に切替えピン24はストッパ部片25を介してスプリング26
により押し上げられ、ロッカアーム14ｂ内に納まってい
る。この状態では、ロッカアーム14ａ，14ｃ，14ｄはそ
れぞれ低速用カム17ａ、高速用カム16、低速用カム17ｂ
によって独立に揺動し、ロッカアーム14ｂはいずれのカ
ムによっても作動されない。すなわち大径吸気弁９は休
止し、小径吸気弁８は低速用カム17ａによって作動され
小さいリフトで開閉する。この弁作動様式は低速低負荷
時に用いられ、混合気は小径吸気ポート４および小さい
リフトで開かれた小径吸気弁８を通じて比較的大きな流
速で燃焼室３に吸引され、燃焼室３内に強いスワールを
生成させて燃焼を良好にする。

【００２０】機関の中速域においては、スプール弁28を
図４に示すように中間位置に摺動させる。この位置で
は、ピン孔部分19ｂは依然として排油ポート30ａを介し
て油通路27の排油側に連通しているので、ピン孔19内の
各切替えピン20の位置は変わらないが、ピン孔部分23ｂ
には給油ポート29ｂを通じて圧油が供給され、切替えピ
ン24は油圧により押し下げられてロッカアーム14ｂとロ
ッカアーム14ｄとにまたがる位置を占めて、ロッカアー
ム14ｂとロッカアーム14ｄとを一体的に揺動するように
連結する。従って低速用カム17ｂによるロッカアーム14
ｄの揺動運動がロッカアーム14ｂに伝えられるので大径
吸気弁９が作動する。かくして小径吸気弁８と大径吸気
弁９の両方が作動するが、この時の両弁の総開角および
リフト量は低速用カム17ａ，17ｂに応じた比較的小さい
値におさえられている。

【００２１】機関回転数がさらに高速域に入ると、スプ
ール弁28を図５に示すように最下方位置に摺動させる。
この位置においてはピン孔部分19ｂも給油ポート29ａを
通じて油通路27の給油側へ連通するので、各切替えピン
20ｂ，20ｄ，20ｃが隣接するロッカアーム間にまたがる
位置を占め、４個のロッカアーム全部が一体に連結され
た状態になる。この状態では全部のロッカアームが一様
に揺動するが、高速用カム16の総開角およびリフト量が
低速用カム17ａ，17ｂの総開角およびリフト量より大き
いので、低速用カム17ａ，17ｂによってロッカアームに
与えられる揺動運動は、高速用カム16によって与えられ
るさらに大きな揺動運動によって打ち勝たれ、結局２個
の弁８，９がともに高速用カム16に相当する大きな総開
角およびリフト量で作動して、機関出力を一段と高め
る。

【００２２】図８は上記低速域、中速域および高速域に
おける小径弁と大径弁の作動状態をリフト曲線により示
して表にまとめたものであり、高速用カム16に対応する
リフト量の大きな曲線ａと、低速用カム17に対応するリ
フト量の小さな曲線ｂとを、図６と同様に重ね合わせて
示してあるが、各弁は実線で示した方の曲線に従って作
動する。

【００２３】図10は横軸に回転数Ｎe をとり、縦軸にト
ルクＴをとって機関のトルク特性を示したグラフで、点
線Ａは、図８に低速域として示したように、小径弁だけ
を低速用カム17により作動させた時のトルク曲線であ
り、波線Ｂは、図８に中速域として示したように、小径
弁および大径弁をいずれも低速用カム17により作動させ
た時のトルク曲線であり、実線Ｃは、図８に高速域とし
て示したように、小径弁および大径弁をいずれも高速用
カム16により作動させた時のトルク曲線である。図10か
ら分かるように、回転数の上昇に応じて、低速域の曲線
Ａから中速域の曲線Ｂを経て高速域の曲線Ｃに移行する
ことにより、曲線Ａから直接曲線Ｃに移る場合に生ずる
トルクの谷が解消し、機関のトルクは低速域から中速域
を経て高速域へなめらかにつながって行き、また中速域
においては加速に十分な余裕出力が得られる。

【００２４】上記実施例においては２つの低速用カム17
ａ，17ｂを同一形状のものにしたが、図７に示すよう
に、低速用カム17ｂの代りに、総開角およびリフト量を
高速用カム16と低速用カム17ａとの中間の大きさとした
中速用カム32を設けてもよい。図９はこのような中速用
カム32を設けた時の各弁のリフト曲線を示す図８と同様
な図であり、ｃが中速用カム32に対応するリフト曲線で
ある。この場合には機関のトルクは図10において曲線Ａ
から曲線Ｄを経て曲線Ｃに移り、機関の諸元、仕様によ
ってはより滑かな出力特性が得られる。

【００２５】弁作動様式の切替えは上記のように回転数
Ｎe をパラメータとして切替えるようにしてもよいが、
あるいはスロットル開度または吸気管負圧によってあら
わされる負荷をパラメータとして負荷によって切替える
ようにしてもよい。

【００２６】

【発明の効果】本発明の弁作動機構によれば、１つのシ
リンダにそれぞれ少くとも２個の吸気弁および排気弁を
設けた４サイクル内燃機関の、前記２個の吸気弁もしく
は排気弁を、１方の弁を休止させることと、２個の弁の
開角、リフトの組合わせを変えることとによって、３段
階の様式に切替えて作動させることができるので、機関
のトルクを低速域から中速域を経て高速域へなめらかに
つなげて行くことができ、弁作動様式の切替え点近傍に
おいてトルクの谷を生ずることがなく、また中速域にお
いては加速に十分な余裕出力が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による弁作動機構を備えた４サイクル内
燃機関のシリンダ頭部を示す概略平面図である。

【図２】図１のII-II 線にほぼ沿う断面図である。

【図３】弁作動機構の低速域における状態を示す平断面
図である。

【図４】弁作動機構の中速域における状態を示す平断面
図である。

【図５】弁作動機構の高速域における状態を示す平断面
図である。

【図６】高速用カムと低速用カムのリフト曲線を示す線
図である。

【図７】本発明の他の実施例におけるカム軸を示す図面
である。

【図８】図２ないし図６に示した弁作動機構により作動
される２つの弁の作動状態をリフト曲線により示して表
示した図面である。

【図９】図７に示したカム軸を採用した時の各弁の作動
状態を示す図８と同様な図面である。

【図10】本発明による機関のトルク特性を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１…シリンダ、２…ピストン、３…燃焼室、４…小径吸
気ポート、５…大径吸気ポート、６…小径排気ポート、
７…大径排気ポート、８…小径吸気弁、９…大径吸気
弁、10…小径排気弁、11…大径排気弁、12…点火栓、13
…ロッカアーム軸、14…ロッカアーム、15…カム軸、16
…高速用カム、17…低速用カム、18…弁作動機構、19…
ピン孔、20…切替えピン、21…ストッパ部片、22…スプ
リング、23…ピン孔、24…切替えピン、25…ストッパ部
片、26…スプリング、27…油通路、28…スプール弁、29
…給油ポート、30…排油ポート、31…連通路、32…中速
用カム。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01L 13/00 302 F01L 13/00 301 F01L 1/26 F02D 13/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １つのシリンダにそれぞれ少くとも２個
   の吸気弁および排気弁を設けた４サイクル内燃機関の、
   前記２個の吸気弁もしくは排気弁を作動させる弁作動機
   構において、カム軸に、総開角が広くリフトが高い高速
   用カムと、該カムより総開角が狭くリフトが低い２個の
   低速用カムとを設け、ロッカアーム軸に、前記２個の弁
   のうち一方の弁を作動させる第１のロッカアームと、他
   方の弁を作動させる第２のロッカアームと、第１の補助
   ロッカアームと、第２の補助ロッカアームとを並列させ
   てそれぞれ枢動自在に装着し、前記高速用カムを前記第
   １の補助ロッカアームに、前記２個の低速用カムの一方
   を前記第１のロッカアームに、他方の低速用カムを前記
   第２の補助ロッカアームにそれぞれ接触係合させ、前記
   ４個のロッカアームを、これらがそれぞれ分離された状
   態、前記第２の補助ロッカアームと第２のロッカアーム
   とが一体に連結された状態および前記４個のロッカアー
   ム全部が一体に連結された状態に選択的に切替え得るロ
   ッカアーム連結手段を設けたことを特徴とする４サイク
   ル内燃機関の弁作動機構。
2. 【請求項２】 前記他方の低速用カムの総開角およびリ
   フトを前記一方の低速用カムの総開角およびリフトより
   大きくしたことを特徴とする請求項１記載の弁作動機
   構。