JP3306248B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、吸気弁あるいは排気
弁の開閉時期およびその開度を機関の運転状態に応じて
制御可能な動弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の吸気あるいは排気を司る動弁
装置として、低中速回転時の燃費と高速回転時の出力ト
ルクの向上とを両立させるために、機関の運転状態に応
じて吸気弁または排気弁のリフト特性を異ならせ、これ
によって、吸・排気弁の開閉時期および開度を制御可能
な動弁装置が知られている。

【０００３】この種の動弁装置として、例えば特開昭６
３−１１７１０９号公報に改良された技術が提案されて
いる。これは、内燃機関のクランク軸によって回転駆動
されるカム軸と、該カム軸の外周に設けられて、吸・排
気弁を開動作させる高速用カムおよび低速用カムと、シ
リンダヘッドに形成したガイド孔内に摺動自在に設けら
れて、前記高速用カムおよび低速用カムのリフトを前記
吸・排気弁に伝達するバルブリフタとを備えている。前
記吸・排気弁は１気筒あたり２個備えられており、前記
バルブリフタは各吸・排気弁に対応して設けられてい
る。また、各吸・排気弁に対応する第１バルブリフタと
第２バルブリフタとの間には、高速用カムのリフトにし
たがって摺動する第３バルブリフタが設けられ、さら
に、これら第１乃至第３バルブリフタの各上端部にはこ
れら第１乃至第３バルブリフタを相互に連結可能な連結
手段が設けてある。

【０００４】そして、機関の低速回転時には、連結手段
による第１乃至第３バルブリフタの相互の連結を解除し
て、各吸・排気弁は第１バルブリフタおよび第２バルブ
リフタを介して、低速用カムのバルブリフト特性にした
がって開閉動作する。

【０００５】一方、低速回転から高速回転に移行する
と、連結手段によって第１乃至第３バルブリフタを一体
的に連結し、各吸・排気弁は第３バルブリフタと一体的
に連結された第１バルブリフタおよび第２バルブリフタ
を介して、高速用カムのバルブリフト特性にしたがって
開閉動作する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の動弁装置にあっては、低速用カムに接する第１およ
び第２バルブリフタの他に、高速用カムに接する第３バ
ルブリフタを備えた構成であるから、バルブリフタ全体
の大形化と重量の増加が余儀なくされる。したがって、
作動時の慣性力が大きくなり、特に高速回転時に円滑な
動作が得られなくなる虞がある。これを対策するために
バルブスプリングのセット荷重を増加させると、カムと
バルブリフタとの間の摺動抵抗が増加することになり、
好ましくない。

【０００７】本発明は斯かる従来の実情に鑑みて案出さ
れたもので、バルブリフタ全体の小小形化と軽量化を図
り、適性荷重のバルブスプリングを用いて摺動抵抗の低
減が可能な動弁装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、内燃機
関のクランク軸によって回転駆動されるカム軸と、該カ
ム軸の外周に設けられて、吸・排気弁を開動作させる高
速用カムおよび低速用カムと、シリンダヘッドに形成し
たガイド孔内に摺動自在に設けられて、前記高速用カム
および低速用カムのリフトを吸・排気弁に伝達するバル
ブリフタとを備えた内燃機関の動弁装置において、前記
バルブリフタの上端内部に形成した摺動用孔に収容さ
れ、カム軸の軸方向に摺動可能な伝達部材と、該伝達部
材の背面側に摺動用孔よりも小さい開口面積をもって形
成した貫通孔内に摺動可能に収容され、伝達部材に接す
る制御ピストンと、上面に低速用カムが摺接するバルブ
リフタの上壁部に開口し、前記高速用カムの外周カム面
を前記摺動用孔内に臨ませる開口窓と、前記制御ピスト
ンを機関の運転状態に応じて往復摺動させて、この制御
ピストンに接する前記伝達部材の上面を高速用カムのカ
ム面に対して当接または、非接触状態に接離させる駆動
機構と、を備えた構成にしてある。

【０００９】また、前記伝達部材を左右一対のスライダ
で形成すると共に、該両スライダを前記駆動機構により
相互に接近または離間させて、両スライダの各上面を高
速用カムのカム面に対して接離するように構成してあ
る。

【００１０】

【作用】機関の低速回転時には、駆動機構によって伝達
部材が所定位置に置かれ、この伝達部材の上面と高速用
カムのカム面との摺接は解除される。したがって、バル
ブリフタは上面に摺接する低速用カムのカムプロフィー
ルに応じて摺動し、これによって、吸・排気弁が低速用
カムによるバルブリフト特性にしたがって開閉動作す
る。

【００１１】このとき、高速用カムはその外周カム面が
開口窓内から摺動用穴内に臨み、何等他の部材と接触す
ることなく空転状態で回転している。

【００１２】一方、低速回転域から高速回転域に移行し
た場合は、駆動機構によって制御ピストンが移動制御さ
れて、伝達部材をカム軸の軸方向に移動させ、この伝達
部材の上面を高速用カムのカム面に摺接させるようにな
す。したがって、バルブリフタは伝達部材の上面に摺接
する高速用カムのカムプロフィールに応じて摺動し、こ
れによって、吸・排気弁が高速用カムによるバルブリフ
ト特性にしたがって開閉動作する。

【００１３】このとき、低速用カムはバルブリフタの上
面に対して非接触状態である。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
述する。

【００１５】図１は本発明に斯かる動弁装置を多気筒内
燃機関の吸気側に施用した実施例を示す要部平面図、図
２は図１のＡ−Ａ線断面図である。図において１はカム
軸、２はシリンダヘッドで、前記カム軸１はシリンダヘ
ッド２の上端部に図外のブラケットを介して軸受けさ
れ、図外のクランク軸によって回転駆動される。３はシ
リンダヘッド２内の吸気ポートを開閉する吸気弁で、１
気筒当たり１個設けてある。４は吸気弁３を常時閉弁方
向に付勢するバルブスプリングである。

【００１６】前記カム軸１には、吸気弁３のバルブステ
ム３ａの軸心方向に合致して配置された１つの高速用カ
ム６と、この高速用カム６の両側に対峙配設された一対
の低速用カム５，５がそれぞれ一体に形成してある。低
速用カム５，５は、カム面５ａ，５ａが図５のＸで示す
バルブリフト特性となるようなプロフィールにそれぞれ
設定してある。一方、高速用カム６は、外周のカム面６
ａが図５のＹで示すバルブリフト特性となるようなプロ
フィールに設定してある。また、高速用カム６の軸方向
幅寸法Ｗは低速用カム５の幅寸法ｗよりも大きく設定し
てある。

【００１７】７はバルブステム３ａの端部に固定したコ
ッタで、このコッタ７の外周にバルブスプリング４の一
端が接するスプリングリテーナ７ａが固定してある。

【００１８】８はバルブステム３ａの上端と各カム５，
５，６との間に設けられたバルブリフタで、このバルブ
リフタ８は金属材料からなり、図１に示すように断面が
長円状の長円筒形状で、シリンダヘッド２の上端部に形
成した断面が長円状のガイド孔９内に摺動可能に収容し
てある。詳しくは、このバルブリフタ８は、図２および
図３に示すように、上壁部１０と、この上壁部１０の外
周縁から垂下する周壁部１１と、この周壁部１１の内周
に固定したインナパッド１２と、このインナパッド１２
と上壁部１０との間に形成した摺動用孔１３と、この摺
動用孔１３内に摺動自在に収装した伝達部材たる左右一
対のスライダ１４，１４と、この伝達部材たる一対のス
ライダ１４，１４の背面側に摺動用孔１３よりも小さい
開口面積をもって形成した貫通孔１６，１６内に摺動可
能に収容した制御ピストン１７とを主要素として構成し
てある。

【００１９】前記上壁部１０の中央部には前記高速用カ
ム６の外周カム面６ａを摺動用孔１３内に臨ませる開口
窓１５が形成してある。この開口窓１５は図１に示すよ
うにカム軸１の軸直角方向に長い略矩形状である。ま
た、上壁部１０の上面１０ａには、前記低速用カム５の
カム面５ａが摺接している。

【００２０】前記周壁部１１は、図１に示すように、長
軸方向の対向する内面１１ａ，１１ａが略平坦状に形成
されていると共に、短軸方向の対向する壁の中央に、摺
動用孔１３よりも小さい開口面積をもつ貫通孔１６，１
６が形成してあり、この貫通孔１６，１６はシリンダヘ
ッド２内に形成したオイルギャラリ１８，１８に臨んで
開口している。

【００２１】前記インナパッド１２は、その外周部が周
壁部１１の内周面段差部１１ｂに液密的に嵌合され、上
壁部１０と共働して摺動用孔１３を形成している。ま
た、このインナパッド１２の上面中央にはストッパ１２
ａが突設してあり、下面中央には凸部１２ｂが形成して
ある。さらに、このインナパッド１２には摺動用孔１３
と連通する連通孔１２ｃが貫通形成してある。なお、凸
部１２ｂには、下面が吸気弁３のバルブステム３ａの上
端部に接する、断面が凹字状のシム１９が固定される。

【００２２】前記伝達部材たる一対のスライダ１４，１
４は、カム軸１の軸直角方向に長いブロック状で、摺動
用孔１３内に向かい合わせて収装され、この摺動用孔１
３内でカム軸１の軸方向に摺動可能である。各スライダ
１４，１４の摺動方向の厚さは、これらが最大に離間し
た際に形成される隙間Ｃの寸法Ｌ２よりも小さく設定し
てある。また、前端面１４ａ，１４ａの略中央には、後
述するコイルばねを収容する孔１４ｂ，１４ｂが形成し
てある。図２において左側のスライダ１４に形成した孔
１４ｂの底部には貫通孔１４ｄが形成され、同じく右側
のスライダ１４に形成した孔１４ｂの底部は、後述する
コイルばねの挿入を容易ならしめるために、好ましくは
貫通孔を有するプラグ２１によって閉止してある。さら
に、前端面１４ａ，１４ａの下端縁中央部には、前記イ
ンナパッド１２のストッパ１２ａに内端面が当接して各
スライダの最大接近位置を規制する係止用溝２０，２０
が形成してある。

【００２３】制御ピストン１７，１７は、前記伝達部材
たるスライダ１４，１４の背面側に形成した貫通孔１
６，１６内にそれぞれ摺動可能に収容され、各スライダ
１４，１４に接している。この制御ピストン１７は、薄
鋼板材料からなり、全体として有底円筒状で、底部１７
ａがオイルギャラリ１８側に面し、開口部に設けた鍔部
１７ｂがスライダ１４に接しており、この鍔部１７ｂは
制御ピストン１７の抜脱の防止と各スライダ１４，１４
の後退位置でのストッパとを兼ねている。なお、要すれ
ばこの制御ピストン１７には、スライダ１４の孔１４ｂ
の底部に形成した貫通孔１４ｃを介しての摺動用孔１３
内とインナパッド１２に形成した連通孔１２ｃとの連通
を容易ならしめるために、溝、孔、切欠等の連通手段を
設けることを可とする。

【００２４】前記制御ピストン１７を機関の運転状態に
応じて往復摺動させて、この制御ピストンに接するスラ
イダ１４，１４を相互に接近あるいは離間する方向へ摺
動させ、スライダ１４，１４の上面１４ｃを高速用カム
６のカム面６ａに対して接離させる駆動機構は、制御ピ
ストン１７，１７およびスライダ１４，１４を互いに離
間する方向に付勢するコイルばね２２と、このコイルば
ね２２のばね力に抗して制御ピストン１７，１７および
スライダ１４，１４を互いに接近する方向に移動させる
油圧回路２３とを備えている。

【００２５】コイルばね２２は、スライダ１４，１４に
形成した孔１４ｂ，１４ｂ内に、各端部が各孔１４ｂ，
１４ｂの底部に接した状態で収容してある。

【００２６】油圧回路２３は、オイルギャラリ１８にオ
イルパン２４から作動油を導く油通路２５と、この油通
路２５内に設けられたポンプ２６と、このポンプ２６よ
りも下流側でオイルギャラリ１８側の油通路２５をドレ
ン通路２７とポンプ２６側の油通路２５とに切り換える
電磁切換弁２８を備えている。

【００２７】前記電磁切換弁２８はコントローラ３０か
らのＯＮ−ＯＦＦ信号によって作動するようになってお
り、このコントローラ３０は、クランク角センサからの
信号、エアフローメータからの機関回転数および吸入空
気量信号、水温センサからの冷却水温信号等が入力さ
れ、機関の現在の運転状態を監視し、電磁切換弁２８に
ＯＮ−ＯＦＦ信号を出力する。

【００２８】次に、この実施例の作用について説明す
る。まず、機関の低速回転域では、コントローラ３０か
らＯＦＦ信号が電磁切換弁２８に入力され、電磁切換弁
２８はオイルギャラリ１８側の油通路２５をドレン通路
２８に連通する。これによって、オイルギャラリ１８に
は作動油が供給されず、各スライダ１４，１４はコイル
ばね２２のばね力によって相互に離間する方向に、背面
が制御ピストン１７の鍔部１７ｂに当接するまで後退す
る。

【００２９】したがって、高速用カム６は、カム面６ａ
が両スライダ１４，１４の上面１４ｃ，１４ｃに当接す
ることなく、両スライダ１４，１４間の隙間部Ｃ内を非
接触状態で回転することになる。

【００３０】これにより、低速用カム５，５は、カム面
５ａ，５ａがバルブリフタ８の上壁部１０の上面１０ａ
に当接し、このバルブリフタ８を低速用カム５，５のカ
ムプロフィルにしたがって上下動させる。このため、吸
気弁３は図５のＸに示すバルブリフト特性にしたがって
開閉動作する。

【００３１】この結果、図外の排気弁とのオーバラップ
が小さくなり、燃焼室内の残留ガスを少なくすることが
可能となるため、燃焼状態が改善されて燃費を向上させ
ることができる。

【００３２】一方、低速回転域から高速回転域に移行し
た場合は、コントローラ３０から電磁切換弁２８にＯＮ
信号が入力される。これにより、油通路２５とドレン通
路２７との連通が遮断されて、ポンプ２６からの圧油が
油通路２５に導かれ、オイルギャラリ１８に供給され
る。これにより、制御ピストン１７，１７が両スライダ
１４，１４をコイルばね２２のばね力に抗して相互に接
近する方向に移動させる。

【００３３】ここで、両スライダ１４，１４は、高速用
カム６によるリフト時、つまりカムリフト部が摺動用孔
１３内に位置するときは、各前端面１４ａ，１４ａが高
速用カム６の両側面に当接してそれ以上接近方向へは移
動しないが、カムベースサークル域ではカムリフト部が
摺動用孔１３内から後退するため、図６、および図７に
示すように係止用溝２０，２０の内端面がストッパ１７
の外周縁に当接するまで相互に接近する方向に移動す
る。これによって、隙間部Ｃが消失して高速用カム６は
カム面６ａが両スライダ１４，１４の上面１４ａ，１４
ａに跨がった状態で当接する。

【００３４】したがって、バルブリフタ８は、高速用カ
ム６の回転に伴い両スライダ１４，１４およびインナパ
ッド１２を介して高速用カム６のカムプロフィルにした
がって上下方向に摺動する（図６、図７参照）。このた
め、吸気弁３は、図５のＹに示すバルブリフト特性にし
たがって開閉動作する。この結果、吸気充填効率が向上
し、機関の高トルク出力が得られる。

【００３５】このとき、低速用カム５，５は図６および
図７に示すように高速用カム６のベースサークルがスラ
イダ１４，１４の上面１４ａ，１４ａに摺接するときに
のみ、カム面５ｂ，５ｂがバルブリフタ８に上面１０ａ
に摺接するだけで、高速用カム６のカムリフト時には上
面１０ａから離間した状態となる。

【００３６】このように、本実施例では、一対の低速用
カム５，５と高速用カム６とが昇降動作させるバルブリ
フタ８を共通化して単一化できるため、全体の小形化と
軽量化が図れる。このため、バルブリフタ８の上下動時
の慣性力を可及的に小さくすることができ、適性荷重の
バルブスプリングを用いて摺動抵抗を低減し、機関の高
回転化に有利に適用できる。

【００３７】しかも、機関の低速回転域では、高速用カ
ム６は、そのカム面６ａが各スライダ１４，１４と非接
触状態となって、空回転状態となるため、摺動摩擦抵抗
の大幅な低減が図れる。

【００３８】また、両スライダ１４，１４は摺動用孔１
３よりも小さい受圧面積の制御ピストン１７，１７によ
って相互に接近する方向に移動されるため、オイルギャ
ラリ１８にに導かれる少量の作動油で移動することが可
能である。したがって、コイルばね２２による復帰時間
の迅速化を含めて、作動の応答性の迅速化が成就でき
る。

【００３９】図８は本発明の別の実施例を示す図面で、
この実施例は制御ピストン１７Ａの抜脱を防止するため
に、前記実施例において形成した鍔部１７ｂに替えて、
制御ピストン１７ａの外周に周溝１７ｃを設け、この周
溝１７ｃ内にＣ型の止め輪３１を取付けた構成にしてあ
る。なお、他の構成は前記実施例と略同様であるから、
前記実施例と同一構成部分には同一符号を付しその重複
する説明を省略する。

【００４０】斯く構成することにより、前記実施例と同
様の作用効果が得られるのに加え、鍔部を廃止したこと
によって制御ピストン１７Ａの形状が簡略化でき、製造
が容易になる。

【００４１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、内燃機関のクランク軸によって回転駆動される
カム軸と、該カム軸の外周に設けられて，吸・排気弁を
開動作させる高速用カムおよび低速用カムと、シリンダ
ヘッドに形成したガイド孔内に摺動自在に設けられて、
前記高速用カムおよび低速用カムのリフトを前記吸・排
気弁に伝達するバルブリフタとを備えた内燃機関の動弁
装置において、前記バルブリフタの上端内部に形成した
摺動用孔に収容され、カム軸の軸方向に摺動可能な伝達
部材と、該伝達部材の背面側に摺動用孔よりも小さい開
口面積をもって形成した貫通孔内に摺動可能に収容さ
れ、伝達部材に接する制御ピストンと、上面に低速用カ
ムが摺接するバルブリフタの上壁部に開口し、前記高速
用カムの外周カム面を前記摺動用孔内に臨ませる開口窓
と、前記制御ピストンを機関の運転状態に応じて往復摺
動させて、この制御ピストンに接する前記伝達部材の上
面を高速用カムのカム面に対して当接または、非接触状
態に接離させる駆動機構と、を備えたことにより、一対
の低速用カムと高速用カムとが昇降動させるバルブリフ
タを共通化して単一化できるため、全体の小型化と軽量
化が図れる。このため、バルブリフタの上下動時の慣性
力を可及的に小さくすることができ、適正荷重のバルブ
スプリングを用いて摺動抵抗を低減し、機関の高速化に
有利に適用できる。

【００４２】また、機関の低速回転域では、高速用カム
は、そのカム面が各スライダと非接触状態となって、空
回転状態となるため、摺動摩擦抵抗の大幅な低減が図れ
る。

【００４３】さらに、両スライダは摺動用孔よりも小さ
い受圧面積の制御ピストンによって相互に接近する方向
に移動されるため、オイルギャラリに導かれる少量の作
動油で移動することが可能である。したがって、駆動機
構による作動の応答性の迅速化が成就できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す動弁装置の要部平面図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】図１のスライダの斜視図である。

【図５】本実施例のバルブリフト特性図である。

【図６】本実施例の作動状態を示す図２と同様な図面で
ある。

【図７】本実施例の作動状態を示す図２と同様な図面で
ある。

【図８】本発明の別の実施例を示す動弁装置の要部断面
図である。

【符号の説明】

１ カム軸 ３ シリンダヘッド ５ 低速用カム ６ 高速用カム ８ バルブリフタ ９ ガイド孔 １３ 摺動用孔 １４ スライダ（伝達部材） １５ 開口窓 １６ 貫通孔 １７ 制御ピストン ２２ コイルばね（駆動機構） ２３ 油圧回路（駆動機構）

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のクランク軸によって回転駆動
   されるカム軸と、該カム軸の外周に設けられて、吸・排
   気弁を開動作させる高速用カムおよび低速用カムと、シ
   リンダヘッドに形成したガイド孔内に摺動自在に設けら
   れて、前記高速用カムおよび低速用カムのリフトを前記
   吸・排気弁に伝達するバルブリフタとを備えた内燃機関
   の動弁装置において、 前記バルブリフタの上端内部に形成した摺動用孔に収容
   され、カム軸の軸方向に摺動可能な伝達部材と、 該伝達部材の背面側に摺動用孔よりも小さい開口面積を
   もって形成した貫通孔内に摺動可能に収容され、伝達部
   材に接する制御ピストンと、 上面に低速用カムが摺接するバルブリフタの上壁部に開
   口し、前記高速用カムの外周カム面を前記摺動用孔内に
   臨ませる開口窓と、 前記制御ピストンを機関の運転状態に応じて往復摺動さ
   せて、この制御ピストンに接する前記伝達部材の上面を
   高速用カムのカム面に対して当接または、非接触状態に
   接離させる駆動機構と、を備えたことを特徴とする内燃
   機関の動弁装置。
2. 【請求項２】 前記伝達部材を左右一対のスライダで形
   成すると共に、該両スライダを前記駆動機構により相互
   に接近または離間させて、両スライダの各上面を高速用
   カムのカム面に対して接離するようにしたことを特徴と
   する請求項１記載の内燃機関の動弁装置。