JP3917075B2 - 内燃機関の吸気バルブ制御機構 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気バルブに関するものであり、特に、内燃機関の吸気バルブを制御するための機構に関するものである。

従来の内燃機関の吸気バルブ制御機構を、図１０および図１１に示す。前記制御機構は主に、カム２００、ロッカー３００、ストッパー４００、およびバネ５００を備えている。前記ロッカー３００の一端部は前記カム２００と係合し、他端部は前記ストッパー４００を押圧する。前記バネ５００の一端部は、シリンダ壁６００を基準にして一定の位置に固定されている支持部材７００を押圧し、他端部は、前記ストッパー４００の端部に取り付けられたフランジ８００に当接している。前記カム２００が図１０に示す位置から時計回りに回転を始めると、前記ロッカー３００の左端部が、前記カム２００によって上方に押し上げられる。前記ロッカー３００は回動し、その右端部によって前記ストッパー４００が下方に押し下げられる。これにより、前記ストッパー４００は前記バネ５００の抵抗力を克服して下方に移動し、前記吸気バルブが開かれて吸気または排気が行われる。前記カムが図１１に示す位置まで回転すると、前記ロッカー２００の左端部が下がって右端部が上がり、前記バネ５００の作用によって前記ストッパー４００もまた上昇し、前記吸気バルブが閉じられて吸気または排気が終了する。前記カムが回転し続けると、上述の過程が繰り返される。

上述した従来の設計においては、バネの力が非常に大きいことが必要である。そうでなければ、回転速度が速い場合に、前記バネは、そのバネ定数が小さいために前記吸気バルブを適時に閉じることができない。しかしながら、前記バネ定数が大きければ、前記カムが前記ロッカーを押したときに、前記ロッカーはそれだけ大きな抵抗力を受けることになる。このより大きな抵抗力を克服するために、前記内燃機関はより多くのエネルギーを消費する。

上述の問題に対し、本発明の目的は、内燃機関の吸気バルブ制御機構であって、エネルギー、すなわちオイルの消費量を低減できる制御機構を提供することである。独特の設計のカムおよびロッカー、ならびに前記ロッカーとストッパーとを連結する連結機構により、この制御機構は、前記吸気バルブを開く際にバネによる抵抗力を受けることがなく、よって、前記内燃機関自体によってさらにエネルギーが消費されることがない。このため、オイルにかかるコストを削減し、出力を増大させるという目的を達成することができる。

発明の要旨

本発明の内燃機関の吸気バルブ制御機構は、カム、ロッカー、および前記ロッカーとストッパーとを連結する連結機構を備えている。前記制御機構において、前記カムはクランクシャフト上に形成され、その形状は略楕円形である。前記ロッカーは、その中心を通っている軸を中心として揺動することができる。前記ロッカーの一方の側には「Ｖ」の字型を形成するように延びる２本のアームが設けられており、前記２本のアームは前記カムと係合する。前記ロッカーのもう一方の側にはアームが１本だけ設けられており、この１本のアームの端部に、第１連係部と、第２連係部と、第３連係部とが形成されている。前記連結機構は、底部から頂部にかけて、底板と、螺旋バネと、下部連係ユニットと、第１接続部材と、上部連係ユニットと、第２接続部材とを有している。前記螺旋バネは、前記下部連係ユニットと前記底板との間で押圧されており、そのバネ定数は比較的小さい。前記ストッパーの上端部は、前記底板の中心に設けられた開口部と、前記螺旋バネの内部穴とを貫通して前記下部連係ユニットに取り付けられている。前記下部連係ユニットと前記上部連係ユニットとは、前記第１接続部材によって一体に組み立てられている。前記上部連係ユニットは、前記第１接続部材に対して摺動可能である。さらに、前記上部連係ユニットと前記底板とは、前記第２接続部材によって一体に組み立てられている。各サイクルの初期位置において、前記カムは前記ロッカーにおける前記２本のアームの一方と係合し、前記ロッカーの前記第１連係部は前記上部連係ユニットと係合し、前記ロッカーの前記第２連係部は前記下部連係ユニットと係合する。前記カムの回転に伴い、前記ロッカーが揺動し、前記第２連係部が前記下部連係ユニットを下方に押圧し、これにより前記ストッパーが押されて前記吸気バルブが開かれる。さらに、前記第３連係部が移動して前記上部連係ユニットと係合する。前記カムの回転の継続に伴い、前記２本のアームのうちの他方のアームが前記カムと係合して前記ロッカーが逆方向に揺動し、前記第３連係部が前記上部連係ユニットを上方に押し上げ、これにより前記吸気バルブが閉じられる。最後に、前記第１連係部が元の位置に戻って前記上部連係ユニットと係合する。

以下、好ましい実施形態を用い、添付図面を参照しながら本発明についてさらに説明する。

図示しているように、本発明に係る内燃機関の吸気バルブ制御機構は主に、カム１０、ダブルアーム式ロッカー２０、および前記ダブルアーム式ロッカーとストッパーとを連結する連結機構１００を備えている。前記制御機構において、前記カム１０はクランクシャフト上に形成され、その形状は略楕円形である。前記ロッカー２０はシャフト２６に取り付けられている。前記ロッカー２０の一端部には、２本のアーム２１および２２が形成されている。２本のアームの端部は丸みを帯びており、前記カムと係合する。前記ロッカー２０の他端部は、独特の形状に成形されて、第１連係部２３、第２連係部２４、および第３連係部２５を形成している。また、前記連結機構１００の構造は、骨組みの形態を取っている。前記連結機構１００は、底部から頂部にかけて、底板９０と、螺旋バネ４０と、下部連係ユニット１１０と、第１接続部材９５，９５と、上部連係ユニット１２０と、第２接続部材９８，９８とを有している。一実施形態において、前記下部連係ユニット１１０は、中間支持部材５０と、下部ローラ台座６０と、下部ローラ６５とを有し、前記上部連係ユニット１２０は、上部ローラ台座７０と、上部ローラ７５と、天板８０とを有している。前記第１接続部材は、縦断面が台形状である２本のピン９５，９５である。また、前記第２接続部材は、２本のボルト９８，９８である。ここで、前記底板９０は、鋼板等の金属薄板でできており、実質的に円形である。前記底板９０の中心部には開口部９７が形成され、さらに、前記底板９０の周縁部からは、２つのフランジ９９，９９が、１つの直径に沿った方向に、互いに対称に突出している。また、ボルトを挿入するための２つの穴が、前記フランジ９９に形成されている。前記中間支持部材５０の本体は円筒形であり、前記本体の下面からは、円筒形の突出部５１が、中心軸を取り囲むように突出している。この突出部５１は、前記バネ４０の前記内部穴に挿入される。前記中間支持部材５０の本体の、前記カム１０に近い側における一部分が切り取られており、これにより傾斜５６が形成されて前記ロッカー２０の移動を容易にしている。さらに、前記中間支持部材５０には、その中心軸を取り囲むように段付き穴５２が形成されている。前記中間支持部材５０の上面には、直方体状の下部ローラ台座６０が形成されている。前記下部ローラ台座６０の下面の中心部からは、突出部６１が下方に向かって突出している。前記突出部６１の２つの長手方向側は、前記中間支持部材５０の前記段付き穴５２の上部に位置する大きい方の穴の形状に嵌合する周形状を有している。また、前記突出部６１の下面は、前記ストッパーの上端部を押圧している。さらに、前記下部ローラ台座６０の上面には、前記下部ローラ６５を収容するための直方体状の凹部６２が形成されている。前記凹部６２の底部には、鋼製のパッド６４が配置されている。前記上部ローラ台座７０もまた直方体状であり、さらに、その上面には、前記上部ローラ７５を収容するための直方体状の凹部７２が形成されている。前記上部ローラ台座７０の下部においては、スロット７３が切り抜きによって形成され、これにより、前記上部ローラが、前記ロッカーと連係できるように露出されている。また、前記中間支持部材５０の外周近傍においては、２つの段付き穴５３，５４が、互いに対称に、かつそれらの中心軸が前記中間支持部材の中心軸と平行になるように設けられている。前記下部ローラ台座６０の長手方向の端部には、前記貫通穴５３，５４と同心の２つの貫通穴６３，６６が設けられている。さらに、前記上部ローラ台座７０の長手方向の端部には、前記貫通穴５３，５４と同心の２つの貫通穴７６，７７が設けられている。前記下部ローラ台座６０に設けられた前記貫通穴６３，６４の直径は、前記中間支持部材に設けられた前記段付き穴５３，５４における小さい方の穴の直径と同じである。また、前記上部ローラ台座７０に設けられた前記貫通穴７６，７７の直径は、前記下部ローラ台座６０に設けられた前記貫通穴６３，６６の直径よりも小さい。前記中間支持部材５０、前記下部ローラ台座６０、および前記上部ローラ台座７０は、縦断面が台形状であるピン９５，９５によって一体に組み立てられている。組み立て後、前記ピンの上端部は突出する。前記天板８０もまた鋼板等の金属薄板でできており、実質的に長方形である。前記天板は、前記天板に設けられた２つの穴８１，８２によって、前記上部ローラ台座７０の上面を覆うように取り付けられており、前記２つの穴８１，８２は、前記天板の上面における一方の対角線の２つの端部にそれぞれ位置している。また、他方の対角線の２つの端部には、２つのボルト穴８３，８４が設けられている。前記天板８０と前記底板９０とは、これらを貫通している２本のボルト９８，９８によって接続されている。さらに、前記ボルトの中央部分は、前記中間支持部材の側壁に設けられた円形の凹部に嵌合し、前記中間支持部材を固定する。前記ストッパー３０の上端部は、前記底板９０に設けられた前記開口部９７と、前記螺旋バネ４０の前記内部穴とを貫通し、そして、同じ大きさの２つの部材に分離される、円錐状の側面を有する接合部材３１によって、前記中間支持部材５０に設けられた前記段付き穴５２の小さい方の穴にはめ込まれる。

組み立てられた本発明の内燃機関の吸気バルブ制御機構が前記内燃機関に取り付けられた後、前記底板９０は、前記内燃機関の前記シリンダ壁１５０に対して移動自在であることを述べておく必要がある。すなわち、前記底板９０を、何ら制限されることなく、前記シリンダ壁１５０に対して相対的に移動させることが可能である。このことは、前記支持部材７００がシリンダ壁６００を基準とした一定の位置に取り付けられている従来技術に対する大きな相違点である。

次に、本発明に係る吸気バルブ制御機構の動作過程について述べる。図３に示す初期位置においては、前記ロッカーの前記第１連係部２３が前記上部ローラ７５と係合し、前記第２連係部２４が前記下部ローラ６５と係合している。前記カム１０が図４に示す位置に向かって時計回りに回転すると、前記ロッカー２０の前記アーム２１が上方に押し上げられ、これにより、前記ロッカーの他端部が降下すると同時に右側に向かって移動する。前記ロッカー２０の前記第２連係部２４は、前記下部ローラ６５を下方に押圧し、これにより、前記ストッパー３０が下方に押圧されて前記吸気バルブが開かれる。同時に、前記ロッカー２０の右側への移動により、図４に示すように、前記ロッカーの前記第１連係部２３が右側に移動して前記上部ローラ７５を通過し、前記第３連係部２５が前記上部ローラ７５と係合する。前記カムが図５に示す位置まで回転すると、前記吸気バルブの開きが最大となる。先にも述べたように、前記底板９０は前記シリンダ壁１５０に対して移動自在であり、よって、前記ストッパーを開ける際に、バネによる抵抗力を受けることがない。このため、前記内燃機関自体によって消費されるエネルギーを低減することができる、すなわち、オイルを節約することができる。次に、前記カムがさらに図６に示す位置まで回転すると、前記カムが前記ロッカーの前記アーム２２を下方に押圧し、これにより前記ロッカーの他端部が上がると同時に左側に向かって移動し、前記ロッカーの前記第３連係部２５が上向きに持ち上げる力を加え、この力が前記天板８０、前記ボルト９８、前記底板９０、前記螺旋バネ４０、および前記中間支持部材５０を介して伝達されて前記ストッパー３０を持ち上げ、この結果、前記ストッパーが前記吸気バルブを閉じる方向に移動する。前記吸気バルブが前記ストッパーによって閉じられた後も、前記カムは回転し続け、前記ロッカー２０の前記第３連係部２５は前記バネ４０を圧縮し、前記ストッパー３０にさらに大きな力を加えて前記吸気バルブを確実に閉鎖する。同時に、前記ロッカー２０が図７に示すように左側に移動するため、前記上部ローラ７５が前記ロッカーの前記第１連係部２３へと滑り込み、前記ストッパーを確実に閉鎖位置につかせる。前記カムが回転し続けると、上述の過程が繰り返される。

本発明に係る内燃機関の吸気バルブ制御機構には、オイルが節約できるという利点に加えて、以下のような利点がある。大きな力が加わることがないため、前記カムおよび前記ロッカーを非常に小さくすることができ、これらの大きさおよび重量を低減できる。さらに、抵抗力が小さいため、従来の設計に比べて吸気バルブをより大きく開くことができ、このため、高速での動作時に、より多くの空気を導入することが可能になる。

さらに、本発明のカムおよびロッカーの独特の設計により、クランクシャフトの回転角度０°〜４０°の範囲内において吸気バルブを迅速に開くことができ、クランクシャフトの回転角度４０°〜１４０°の範囲内において吸気バルブが完全に開いた状態を維持することができ、クランクシャフトの回転角度１４０°〜１８０°の範囲内において吸気バルブを迅速に完全に閉じることができる。このため、前記吸気バルブが開いている時間が長くなり、この結果、より多くの吸気がより迅速に行われ、高速で運転される内燃機関の出力が増加し、トルクが増大し、効率が向上する。

また、図８に示すように、前記ロッカーの２本のアームの端部にローラ２９，２９をさらに設け、前記カムと前記ロッカーの係合をより円滑にしてもよい。

先の記載は、添付図面を参照して説明した本発明の好ましい一実施形態にすぎず、当業者であれば、添付の特許請求の範囲から逸脱しない範囲において、本発明の概念および思想に基づき、多数の変形や変更を為し得る。

図１は、本発明に係る内燃機関の吸気バルブ制御機構の連結機構を示す概略平面図である。 図２は、本発明に係る内燃機関の吸気バルブ制御機構の連結機構を示す概略底面図である。 図３は、本発明に係る内燃機関の吸気バルブ制御機構により、吸気バルブが開かれようとしている状態を示す図１のＡ−Ａ線での概略断面図である。 図４は、本発明に係る内燃機関の吸気バルブ制御機構により、吸気バルブがわずかに開かれたばかりの状態を示す図１のＡ−Ａ線での概略断面図である。 図５は、本発明に係る内燃機関の吸気バルブ制御機構により、吸気バルブが完全に開かれた状態を示す図１のＡ−Ａ線での概略断面図である。 図６は、本発明に係る内燃機関の吸気バルブ制御機構により、吸気バルブが閉じられようとしている状態を示す図１のＡ−Ａ線での概略断面図である。 図７は、本発明に係る内燃機関の吸気バルブ制御機構により、吸気バルブが完全に閉じられた状態を示す図１のＡ−Ａ線での概略断面図である。 図８は、ダブルアーム式ロッカーの別の実施形態を示している。 図９は、ロッカーおよびカムの図示を省略した、本発明に係る内燃機関の吸気バルブ制御機構の図１のＢ−Ｂ線での概略断面図である。 図１０は、吸気バルブが閉じられた状態の従来の内燃機関の吸気バルブ制御機構を示している。 図１１は、吸気バルブが開かれた状態の従来の内燃機関の吸気バルブ制御機構を示している。

Claims (3)

1. カム（１０）、ロッカー（２０）、および前記ロッカー（２０）とストッパー（３０）とを連結する連結機構（１００）を備えた内燃機関の吸気バルブ制御機構であって、
   前記カム（１０）はクランクシャフト上に形成され、その形状は略楕円形であり、
   前記ロッカー（２０）は、その中心を通っている軸を中心として揺動することができ、前記ロッカーの一方の側には「Ｖ」の字型を形成するように延びる２本のアーム（２１，２２）が設けられており、前記２本のアームは前記カム（１０）と係合し、前記ロッカーのもう一方の側にはアーム（２８）が１本だけ設けられており、この１本のアームの端部に、第１連係部（２３）と、第２連係部（２４）と、第３連係部（２５）とが形成されており、
   前記連結機構（１００）は、底部から頂部にかけて、底板（９０）と、螺旋バネ（４０）と、下部連係ユニット（１１０）と、第１接続部材（９５，９５）と、上部連係ユニット（１２０）と、第２接続部材（９８，９８）とを有し、前記底板（９０）はシリンダ壁（１５０）に対して移動自在であり、前記螺旋バネ（４０）は、前記下部連係ユニット（１１０）と前記底板（９０）との間で押圧されており、そのバネ定数は比較的小さく、前記ストッパー（３０）の上端部は、前記底板の中心に設けられた開口部（９７）と、前記螺旋バネ（４０）の内部穴とを貫通して前記下部連係ユニット（１１０）に取り付けられており、前記下部連係ユニット（１１０）と前記上部連係ユニット（１２０）とは、前記第１接続部材（９５，９５）によって一体に組み立てられており、前記上部連係ユニット（１２０）は、前記第１接続部材（９５，９５）に対して摺動可能であり、さらに、前記上部連係ユニット（１２０）と前記底板（９０）とは、前記第２接続部材（９８，９８）によって一体に組み立てられており、
   各サイクルの初期位置において、前記カム（１０）は前記ロッカー（２０）における前記２本のアームのうちの一方のアーム（２１）と係合し、前記ロッカーの前記第１連係部（２３）は前記上部連係ユニット（１２０）と係合し、前記ロッカーの前記第２連係部（２４）は前記下部連係ユニット（１１０）と係合し、
   前記カム（１０）の回転に伴い、前記ロッカー（２０）が揺動し、前記第２連係部（２４）が前記下部連係ユニット（１１０）を下方に押圧して前記連結機構（１００）全体を下方に移動させ、これにより前記ストッパーが押されて前記吸気バルブが開かれ、さらに、前記第３連係部（２５）が移動して前記上部連係ユニット（１２０）と係合し、
   前記カムの回転の継続に伴い、前記２本のアームのうちの他方のアーム（２２）が前記カムと係合して前記ロッカーが逆方向に揺動し、前記第３連係部（２５）が前記上部連係ユニット（１２０）を上方に押し上げ、これにより前記吸気バルブが閉じられ、さらに、
   前記第１連係部（２３）が元の位置に戻って前記上部連係ユニット（１２０）と係合する制御機構。
2. 前記下部連係ユニット（１１０）が、中間支持部材（５０）と、下部ローラ台座（６０）と、下部ローラ（６５）とを有し、
   前記中間支持部材（５０）には、その中心軸を取り囲むように、前記ストッパーの端部を取り付けるための穴（５２）が形成され、
   前記下部ローラ台座（６０）が前記中間支持部材（５０）の上面に形成され、
   前記下部ローラ（６５）が前記下部ローラ台座（６０）に設けられ、
   前記ロッカーの前記第２連係部（２４）が前記下部ローラ（６５）と係合し、
   前記上部連係ユニット（１２０）が、上部ローラ台座（７０）と、上部ローラ（７５）と、天板（８０）とを有し、
   上部ローラ（７５）が前記上部ローラ台座（７０）に設けられ、
   前記上部ローラ（７５）が、前記ロッカーの前記第１連係部（２３）または第３連係部（２５）と連係できるように、前記上部ローラ台座（７０）の底部から露出されており、
   前記天板（８０）が前記上部ローラ台座（７０）を覆っており、
   前記第１接続部材は、縦断面が台形状である２本のピン（９５，９５）であり、
   前記第１接続部材は、前記中間支持部材（５０）と、前記下部ローラ台座（６０）と、前記上部ローラ台座（７０）と、前記天板（８０）とにそれぞれ設けられた穴を貫通してこれらを接続し、
   前記第２接続部材は、前記天板（８０）と前記底板（９０）とにそれぞれ設けられたボルト穴を貫通してこれらを接続する２本のボルト（９８，９８）である請求項１に記載の内燃機関の吸気バルブ制御機構。
3. 前記ロッカー（２０）の２本のアーム（２１，２２）の端部にローラ（２９，２９）を設けることができる請求項１または２に記載の内燃機関の吸気バルブ制御機構。

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