JP3378689B2 - 休止機構付き動弁機構のカム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の動弁機構に
関し、詳しくは直打式リフタにより作動される複数の吸
排気弁のうちの所望の吸排気弁を所定時に休止させる機
構に使用するカムシャフトに係るものである。 【０００２】 【従来の技術】休止機構付き動弁機構は、内燃機関の実
使用時における燃料消費量を低減するのに有効である。
本出願人は、特願平６−２２５９５５号明細書（本願出
願時において未公開）において、後出の図４及び図６を
援用して示すように、シリンダヘッド２０のリフタガイ
ド穴２１に摺動可能に挿入されてカム５０のカム作用を
吸排気弁２２に伝達する倒立カップ状のリフタ２５と、
リフタ２５の内部で吸排気弁２２の軸芯方向と略直交す
る方向に往復動するピストン２８とを備え、ピストン２
８に吸排気弁２２のステム端部２４が進入可能な第一進
入孔２９を設け、リフタ２５の端壁２６に第一進入孔２
９への進入を経たステム端部２４が続いて進入可能な第
二進入孔３０を設け、図１０に示すように、カム５０に
第二進入孔３０への進入を経たステム端部２４が続いて
進入可能な進入溝５１を設けた休止機構付き動弁機構を
提案している。 【０００３】この休止機構付き動弁機構によれば、図６
に示す休止時において、吸排気弁２２のステム端部２４
が進入孔２９，３０及び進入溝５１に進入して、バルブ
ストロークが吸収される。従って、ピストンに設けられ
たステム端部進入用の孔のみによってバルブストローク
を吸収し、吸排気弁を休止状態にしていた従来の休止機
構付き動弁機構（特開昭６３−１６１１２号公報等に開
示）と比べて、リフタの端壁の厚さ分と進入溝の深さ分
だけピストンの高さを低くでき、動弁機構を高さ方向に
コンパクトに形成できるという効果が得られた。また、
ピストンの高さを低くできる分だけ、ピストン、リフタ
等の重量を削減できるため、燃費において有利になり、
動弁機構の慣性重量が減少して、内燃機関の高速回転に
対する動弁機構の追従性も向上するという効果も得られ
た。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特願平
６−２２５９５５号明細書の休止機構付き動弁機構に
も、次のような問題が残っていた。まず、休止機構の無
い一般的な動弁機構においては、図９（ａ）の正面図及
び図９（ｂ）の側面図に示すように、カム６０に進入溝
など無いため、リフタ６１の端壁６２の上面においてカ
ム６０の回転に伴いノーズ部６３が接触する範囲Ｅは、
図９（ｃ）の斜線部分に示される。同接触範囲Ｅにおい
て、Ｅａは端壁６２の上面の中心位置、Ｅｂは中心位置
Ｅａからみて最も離れた最大オフセット位置を示してい
る。また、カムアングルと、リフタ６１の上面にかかる
面圧との関係は、図９（ｄ）のグラフに示される。同グ
ラフにおいて、カムアングルが１８０゜前後の時にノー
ズ部６３がリフタ６１を押圧して面圧が高まるが、その
途中でノーズ部６３の隆起途中部６３ｂが最大オフセッ
ト位置Ｅｂに接触して面圧を増加させ、ノーズ部６３の
最大隆起部６３ａが中心位置Ｅａに接触して面圧が最大
となる。 【０００５】一方、上記明細書の休止機構付き動弁機構
においては、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すよう
に、カム５０に第二進入孔３０より突出するステム端部
２４を逃すための進入溝５１が設けられている。従っ
て、リフタ２５の端壁２６の上面においてカム５０の回
転に伴いノーズ部５２が接触する範囲Ｅは、図１０
（ｃ）の斜線部分に示される。また、カムアングルと、
リフタ２５の上面にかかる面圧との関係は、図１０
（ｄ）のグラフに実線で示される。中心位置Ｅａ及び最
大オフセット位置Ｅｂとノーズ部５２の最大隆起部５２
ａ及び隆起途中部５２ｂとの関係は、図９の例と同じで
ある。 【０００６】ここで、図９（ａ）のカム６０のカム幅
も、図１０（ａ）のカム５０のカム幅も一定であり、こ
れをＡとする。そうすると、当然、図９（ｃ）に示す接
触範囲Ｅの接触幅もＡとなる。しかし、図１０（ａ）の
カム５０のノーズ部５２には、幅αの進入溝５１が形成
されているので、図１０（ｃ）の接触範囲Ｅの接触幅は
Ａ−αとなり、接触範囲Ｅの面積は減少する。図１０
（ｄ）に実線と併せて示した破線は図９（ｄ）のグラフ
であり、この実線と破線とを比較すれば分るように、リ
フタ２５の上面にかかるノーズ部５２の面圧は、リフタ
６１にかかるノーズ部６３の面圧より高くなり、それだ
け早くリフタ２５が摩耗することになる。 【０００７】そこで、リフタ２５の上面にかかる面圧を
低めるために、図１１（ａ）に示すように、カム幅をＡ
＋α（一定）に広げて幅αの進入溝５１を形成したカム
５５を使用し、図１１（ｃ）に示す接触範囲Ｅの接触幅
を、Ａ＋α−α、すなわち、図９（ｃ）と同じＡにする
ことも考えられる。しかし、そうすると、接触範囲Ｅの
最大オフセット位置Ｅｂにおいて、ノーズ部５６の隆起
途中部５６ｂが端壁２６の外側へはみ出してしまうた
め、端壁２６のエッジが偏摩耗するという問題が生じ
る。その対策として、リフタ２５の径を広げる方法も考
えられるが、動弁機構全体が重く大きくなるというデメ
リットにつながる。 【０００８】本発明の目的は、上記課題を解決し、カム
にステム端部を逃すための進入溝が設けられているにも
拘らず、リフタの上面において進入溝の無いカムを使用
した時とほぼ同面積のノーズ部の接触範囲を確保でき、
もってリフタの上面にかかる面圧を抑えてリフタの摩耗
を抑制することができ、さらに、リフタ径はコンパクト
なままで、リフタのエッジを偏摩耗させることもないカ
ムを提供することにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の休止機構付き動弁機構のカムは、吸排気弁
のステム端部を、倒立カップ状のリフタの上面に設けた
進入孔に進入させ、さらにリフタの上方へ突出させるこ
とにより、バルブストロークを吸収して吸排気弁を休止
状態にする休止機構付き動弁機構に使用され、円柱形状
のベース円部と、該ベース円部から外周側へ隆起してリ
フタの上面に接触するノーズ部とを備え、カムの少なく
ともノーズ部にはリフタの上方へ突出したステム端部が
続いて進入可能な進入溝を形成し、ベース円部から、リ
フタの上面の中心位置からみて最も離れた最大オフセッ
ト位置に接触するノーズ部の隆起途中部又はその直前ま
では、カム幅を一定にし、ノーズ部の隆起途中部から、
リフタの上面の中心位置に接触するノーズ部の最大隆起
部にかけては、カム幅を徐々に広くして該カム幅に最大
隆起部付近で進入溝の幅が加わるようにし、もってリフ
タの上面においてノーズ部が接触する範囲の全体に亘っ
て、進入溝の無いカムを使用した時と同じ接触幅を確保
することを特徴とするものである。 【００１０】ここで、「リフタの上面」とは、シムを装
着しない場合にはリフタの端壁の上面を意味し、リフタ
の端壁にシムを装着した場合にはシムの上面を意味す
る。また、カムの進入溝は、カムのノーズ部だけに設け
てもよいし、カムの全周に亘って設けてもよい。また、
「カム幅を徐々に広くした」とは、ノーズ部の隆起途中
部から最大隆起部にかかる全域でカム幅を直線的に広く
した場合のみならず、その全域のうちの一部（最大隆起
部に至る手前まで）で徐々に広くした場合も含む。 【００１１】 【作用】本発明に係る休止機構付き動弁機構のカムは、
ノーズ部の隆起途中部のカム幅がベース円部のカム幅に
等しく狭いので、該隆起途中部がリフタの上面の最大オ
フセット位置に接触する際に該上面の外側へはみ出すこ
とがなく、よってリフタのエッジが偏摩耗することはな
い。また、ノーズ部の隆起途中部から最大隆起部にかけ
てカム幅が徐々に広がっているので、リフタの上面にお
いて最大オフセット位置から中心位置にかけて広い面積
で接触することができ、よってリフタの上面にかかる面
圧を抑えてリフタの摩耗を抑制することができる。 【００１２】 【実施例】以下、本発明を具体化した休止機構付き動弁
機構のカムの実施例について、図面を参照して説明す
る。まず、このカムを使用する休止機構付き動弁機構に
ついて説明しておくと、図４及び図６は同動弁機構の全
体を示し、内燃機関のシリンダヘッド２０には上部から
順にリフタガイド穴２１、バルブスプリング室３１及び
流気路３２が穿設され、バルブスプリング室３１と流気
路３２との境壁にはパイプ状のバルブガイド３３が装着
されている。バルブガイド３３には吸排気弁２２のステ
ム部２３が摺動可能に嵌挿され、このステム部２３はリ
フタガイド穴２１内にまで延びている。ステム部２３の
上端のステム端部２４よりやや下部には、リテーナ３４
が取付けられており、このリテーナ３４とバルブスプリ
ング室３１の内底部との間には、吸排気弁２２を上方へ
付勢するためのバルブスプリング３５が介装されてい
る。 【００１３】シリンダヘッド２０には作動用油流路１０
１と休止用油流路２０１とが上下に並んで設けられ、リ
フタガイド穴２１の内周面には作動用油流路１０１が開
口する作動用環状路１０２と休止用油流路２０１が開口
する休止用環状路２０２とが上下に並んで凹設されてい
る。各油流路１０１，２０１は、コンピュータ４４で制
御される切換弁４５によって、ポンプ４７又はオイルパ
ン４９に選択的に接続される。 【００１４】リフタガイド穴２１内には、端壁２６と周
壁２７とからなる倒立カップ状のリフタ２５が摺動可能
に挿入されている。端壁２６の中央部には、吸排気弁２
２のステム端部２４が進入可能な円形の第二進入孔３０
が上下方向に貫設されており、この端壁２６の上面はカ
ムと摺接するようになっている。 【００１５】リフタ２５の周壁２７の図における左側上
部には、作動用環状路１０２に連通し得るよう周壁２７
の外周面を平らに凹削してなる作動用リフタ油溝１０３
と、その溝底を貫通させてなる二つの作動用リフタ連通
孔１０４とが設けられている。また、周壁２７の図にお
ける右側下部には、休止用環状路２０２に連通し得るよ
う周壁２７の外周面を平らに凹削してなる休止用リフタ
油溝２０３と、その溝底を貫通させてなる二つの休止用
リフタ連通孔２０４とが設けられている。作動用リフタ
油溝１０３及び休止用リフタ油溝２０３は、図４に示す
ようにカムのベース円部がリフタ２５に対応する時にの
み、各々作動用環状路１０２及び休止用環状路２０２に
連通する位置にあり、図６に示すようにカムのノーズ部
がリフタ２５を押圧する時には、その連通が遮断され
る。 【００１６】リフタ２５の内部には、略円板状の端壁３
７と周壁３８とからなるピストンガイド３６が、端壁２
６に接するように圧入・固定されている。ピストンガイ
ド３６の周壁３８の下端面にはロストモーションスプリ
ング３９が当接し、ピストンガイド３６を上方へ付勢し
ている。 【００１７】ピストンガイド３６の上面には、図５及び
図７に示すように、ステム部２３の軸芯方向と直交する
方向に延びる浅いシリンダ溝４０が凹設されるととも
に、このシリンダ溝４０の図における左端部の両側に
は、シリンダ溝４０より深い一対のリターンスプリング
取付溝４１が凹設されている。シリンダ溝４０は端壁３
７の下面と共にシリンダ穴を構成している。ピストンガ
イド３６の中央部にはステム端部２４が常に挿入する上
下方向のステム孔４２が貫設され、このステム孔４２は
シリンダ溝４０と交差している。 【００１８】シリンダ溝４０には、偏平形状のピストン
２８が左右方向に摺動可能に挿入されている。前記一対
のリターンスプリング取付溝４１には、ばね線材をコイ
ル状に巻くとともにその両端を平面から見て交差するよ
うにＶ字状に伸ばしてなる背の低いねじりコイルばねを
用いた一対のリターンスプリング４３が嵌着され、各々
のリターンスプリング４３の一端がピストン２８の左端
面に当接し、他端がリターンスプリング取付溝４１の図
における左端面に当接することにより、ピストン２８を
右方向へ軽く付勢している。 【００１９】ピストン２８の左端面とピストンガイド３
６の左端との間には作動用圧力室１０５が形成されるよ
うになっており、ピストン２８の右端面とピストンガイ
ド３６の右端との間には休止用圧力室２０５が形成され
るようになっている。ピストンガイド３６の図における
左側には、作動用リフタ連通孔１０４に連通し得るよう
周壁３８の外周面を平らに凹削してなる作動用ピストン
ガイド油溝１０６と、該油溝１０６を作動用圧力室１０
５に連通させる二つの作動用ピストンガイド連通孔１０
７とが設けられている。また、ピストンガイド３６の図
における右側には、休止用リフタ連通孔２０４に連通し
得るよう周壁３８の外周面を平らに凹削してなる休止用
ピストンガイド油溝２０６と、該油溝２０６を休止用圧
力室２０５に連通させる二つの休止用ピストンガイド連
通孔２０７とが設けられている。 【００２０】この休止機構付き動弁機構は、次のように
作用する。まず、内燃機関の高負荷時には、切換弁４５
は図４に示すように切換えられ、カムのベース円部がリ
フタ２５に対応する時にのみ、ポンプ４７→給油管４６
→切換弁４５→作動用油流路１０１→作動用環状路１０
２→作動用リフタ油溝１０３→作動用リフタ連通孔１０
４→作動用ピストンガイド油溝１０６→作動用ピストン
ガイド連通孔１０７→作動用圧力室１０５、の作動用油
圧回路を経てエンジンオイルが圧送・給油され、その油
圧によりピストン２８は右方向に高速で変位する。この
状態でカムが回転すると、リフタ２５、ピストンガイド
３６及びピストン２８を介し、このピストン２８の下面
に当接したステム端部２４が下方へ押されて、吸排気弁
２２が開かれたり、バルブスプリング３５の付勢力で、
吸排気弁２２が閉じられたりし、作動状態となる。な
お、このとき、休止用圧力室２０５にあったエンジンオ
イルは、次の休止用油圧回路を逆方向に経て排出され
る。 【００２１】次に、内燃機関の低負荷時には、切換弁４
５は図６に示すように切換えられ、カムのベース円部が
リフタ２５に対応する時にのみ、ポンプ４７→給油管４
６→切換弁４５→休止用油流路２０１→休止用環状路２
０２→休止用リフタ油溝２０３→休止用リフタ連通孔２
０４→休止用ピストンガイド油溝２０６→休止用ピスト
ンガイド連通孔２０７→休止用圧力室２０５、の休止用
油圧回路を経てエンジンオイルが圧送・給油され、ピス
トン２８がリターンスプリング４３の反発力に抗して左
方向に高速で変位する。すると、ステム端部２４は、ピ
ストン２８の下面から外れて第一進入孔２９へ進入し、
続いて第二進入孔３０へ進入し得るようになる。この状
態でカムが回転すると、リフタ２５、ピストンガイド３
６及びピストン２８は下方へ押されるが、ステム端部２
４は前記のように第一及び第二進入孔２９，３０に進入
し、続いてリフタ２５の外側ヘ突出する。このため、カ
ムのカム作用は吸排気弁２２に伝達されず、バルブスト
ロークは吸収され、吸排気弁２２は休止状態となる。な
お、このとき、作動用圧力室１０５にあったエンジンオ
イルは、前記作動用油圧回路を逆方向に経て排出され
る。 【００２２】そして、内燃機関が停止して油圧が切れた
ときには、図４及び図５に示すように、リターンスプリ
ング４３はピストン２８を右方向に戻し、次の内燃機関
の始動時に吸排気弁２２を作動可能な状態に準備する。 【００２３】上記構成及び作用を有する休止機構付き動
弁機構に、第一実施例のカムを使用する。本実施例のカ
ム１は、図１〜図３に示すように、円柱形状のベース円
部２と、ベース円部２から外周側へ隆起してリフタ２５
の端壁２６の上面に接触するノーズ部３とから構成され
る。ノーズ部３の中央部分には幅αの進入溝４が凹設さ
れ、リフタ２５の第二進入孔３０から突出したステム端
部２４が進入可能となっている。 【００２４】リフタ２５の端壁２６の上面においてカム
１の回転に伴いノーズ部３が接触する範囲Ｅは、図１
（ｃ）の斜線部分に示される。同接触範囲Ｅにおいて、
Ｅａは端壁２６の上面の中心位置、Ｅｂは中心位置Ｅａ
からみて最も離れた最大オフセット位置を示している。
また、カムアングルと、リフタ２５の上面にかかる面圧
との関係は、図１（ｄ）のグラフに示される。同グラフ
において、カムアングルが１８０゜前後の時にノーズ部
３がリフタ２５を押圧して面圧が高まるが、その途中で
ノーズ部３の隆起途中部３ｂが最大オフセット位置Ｅｂ
に接触して面圧を増加させ、ノーズ部３の最大隆起部３
ａが中心位置Ｅａに接触して面圧が最大となる。 【００２５】カム１のカム幅は、図３の展開図に示すよ
うに、ベース円部２の端縁からノーズ部３の隆起途中部
３ｂ又はその直前までがＡ（一定）であり、隆起途中部
３ｂから最大隆起部３ａにかけて徐々に広がり、最大隆
起部３ａ付近では、進入溝４の幅αを加えた、Ａ＋α
（一定）となっている。従って、図１（ｃ）に示す接触
範囲Ｅの接触幅は、最大オフセット位置ＥｂでＡとなる
ので、隆起途中部３ｂがリフタ２５の上面の外側へはみ
出すことがなく、よってリフタ２５のエッジが偏摩耗す
ることはない。また、中心位置Ｅａ付近でも、接触幅
は、Ａ＋α−α、すなわち、Ａとなる。このように、接
触範囲Ｅの接触幅は、範囲全体に亘って、図９に示す進
入溝の無いカム６０を使用した時と同じＡを確保できる
ので、図１（ｄ）と図９（ｄ）とを比較すれば分るよう
に、リフタ２５の上面にかかるノーズ部３の面圧は、カ
ム６０のノーズ部６３の面圧と同程度に抑えられ、リフ
タの摩耗が抑制される。 【００２６】図８は第二実施例を示し、進入溝５をカム
１の全周に亘って設けた点においてのみ、第一実施例と
相違するものである。従って、第一実施例と共通の部分
については、図８に第一実施例と同一符号を付して説明
を省略する。この実施例によれば、リフタ２５の端壁２
６の上面に実施例１とほぼ同等の接触範囲Ｅの面積を確
保できるが、図８（ｄ）のグラフに実線で示すように、
ベース円部２がリフタ２５に対応する時の面圧が高くな
る。しかし、ベース円部２の面圧はノーズ部３の面圧を
越えないため、特に問題は無い。なお、図８（ｄ）に併
せて示した破線は、比較のための図９（ｄ）のグラフで
ある。 【００２７】なお、本発明は前記実施例の構成に限定さ
れるものではなく、例えば次のように発明の趣旨から逸
脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。 （１）リフタ２５の上部にシムを取り付け、シム上面の
摩耗を進入溝の無いカムを使用した時と同程度に抑制す
ること。 （２）実施例とは構成部品及び／又は作用の異なる休止
機構付き動弁機構にカム１を適用すること。 【００２８】 【発明の効果】本発明の休止機構付き動弁機構のカム
は、上記の通り構成されているので、ステム端部を逃す
ための進入溝が設けられているにも拘らず、リフタの上
面において進入溝の無いカムを使用した時とほぼ同面積
のノーズ部の接触範囲を確保でき、もってリフタの上面
にかかる面圧を抑えてリフタの摩耗を抑制することがで
き、さらに、リフタ径はコンパクトなままで、リフタの
エッジを偏摩耗させることもないという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の第一実施例のカムを使用した休止機構
付き動弁機構を外部から示し、（ａ）は正面図、（ｂ）
は側面図、（ｃ）は要部平面図、（ｄ）はカムアングル
とリフタ上面にかかる面圧との関係を示すグラフであ
る。 【図２】同カムの斜視図である。 【図３】同カムの展開図である。 【図４】吸排気弁の作動時における同休止機構付き動弁
機構の内部構造を示す断面図である。 【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。 【図６】吸排気弁の休止時における同休止機構付き動弁
機構の内部構造を示す断面図である。 【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 【図８】本発明の第二実施例のカムを使用した休止機構
付き動弁機構を外部から示し、（ａ）は正面図、（ｂ）
は側面図、（ｃ）は要部平面図、（ｄ）はカムアングル
とリフタ上面にかかる面圧との関係を示すグラフであ
る。 【図９】従来の休止機構の無い動弁機構を外部から示
し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は要部平
面図、（ｄ）はカムアングルとリフタ上面にかかる面圧
との関係を示すグラフである。 【図１０】従来のカムを使用した休止機構付き動弁機構
を外部から示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は要部平面図、（ｄ）はカムアングルとリフタ上
面にかかる面圧との関係を示すグラフである。 【図１１】従来の別のカムを使用した休止機構付き動弁
機構を外部から示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面
図、（ｃ）は要部平面図である。 【符号の説明】 １ カム ２ ベース円部 ３ ノーズ部 ３ａ 最大隆起部 ３ｂ 隆起途中部 ４ 進入溝 ５ 進入溝 ２２ 吸排気弁 ２４ ステム端部 ２５ リフタ ２６ 端壁 ３０ 第二進入孔 Ｅ 接触範囲 Ｅａ 中心位置 Ｅｂ 最大オフセット位置 Ａ カム幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 13/00 302 F01L 1/08 F01L 1/14

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 吸排気弁のステム端部を、倒立カップ状
   のリフタの上面に設けた進入孔に進入させ、さらにリフ
   タの上方へ突出させることにより、バルブストロークを
   吸収して吸排気弁を休止状態にする休止機構付き動弁機
   構に使用されるカムであって、 前記カム（１）は、円柱形状のベース円部（２）と、該
   ベース円部から外周側へ隆起して前記リフタ（２５）の
   上面に接触するノーズ部（３）とを備え、 前記カム（１）の少なくともノーズ部（３）には前記リ
   フタ（２５）の上方へ突出した前記ステム端部（２４）
   が続いて進入可能な進入溝（４）を形成し、前記ベース円部（２）から、前記リフタ（２５）の上面
   の中心位置（Ｅａ）からみて最も離れた最大オフセット
   位置（Ｅｂ）に接触する前記ノーズ部（３）の隆起途中
   部（３ｂ）又はその直前までは、カム幅を一定にし、 前記ノーズ部（３）の隆起途中部（３ｂ）から、前記リ
   フタ（２５）の上面の中心位置（Ｅａ）に接触する前記
   ノーズ部の最大隆起部（３ａ）にかけては、カム幅を徐
   々に広くして該カム幅に最大隆起部（３ａ）付近で前記
   進入溝（４）の幅（α）が加わるようにし、 もって前記リフタ（２５）の上面においてノーズ部
   （３）が接触する範囲の全体に亘って、進入溝の無いカ
   ムを使用した時と同じ接触幅を確保する ことを特徴とす
   る休止機構付き動弁機構のカム。