JP3917075B6 - 内燃機関の吸気バルブ制御機構 - Google Patents
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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。
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。
Claims (3)
- 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。 - 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。 - 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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