JP3917747B2 - Valve operating device for internal combustion engine - Google Patents

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JP3917747B2
JP3917747B2 JP06752798A JP6752798A JP3917747B2 JP 3917747 B2 JP3917747 B2 JP 3917747B2 JP 06752798 A JP06752798 A JP 06752798A JP 6752798 A JP6752798 A JP 6752798A JP 3917747 B2 JP3917747 B2 JP 3917747B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の動弁装置、とりわけ機関弁を揺動カムによって開閉作動させる動弁装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の従来の内燃機関の動弁装置としては、SAE970338(General,Motors Corp)に記載されたものが知られている。
【0003】
図12に基づいて概略を説明すれば、機関のシリンダヘッド上に前後方向に沿って配置されて、機関のクランク軸によって回転駆動される駆動軸1と、該駆動軸1に揺動自在に支持されて、例えば吸気弁2のバルブリフター3の上面3aに摺接して該吸気弁2を図外のバルブスプリングのばね力に抗して開作動させる揺動カム4と、駆動軸1と揺動カム4との間に設けられて、駆動軸1の回転力をリフト力に変換して揺動カム4に伝達する伝達機構5とを備えている。この伝達機構5は、駆動軸1の外周に固定された第1平歯車6と、該第1平歯車6の上方位置に配置されたクランクシャフト7と、該クランクシャフト7に固定されて第1平歯車6に噛合する第2平歯車8と、クランクシャフト7と揺動カム4とを連結ピン9を介して連係する連結リンク10とから構成されている。
【0004】
そして、駆動軸1及び第1平歯車6の一方向(矢印)の回転に伴い第2平歯車8及びクランクシャフト7が回転して連結リンク10により揺動カム4を矢印方向へ揺動させる。これによって、揺動カム4は、下面のカム面4aがバルブリフター3の上面3aに摺接しながら吸気弁2をバルブスプリングのばね力に抗して押圧あるいは押圧を解除して開閉作動させるようになっている。したがって、バルブリフト特性は、図14Aに示すような比較的大きなリフト特性が得られる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の揺動装置にあっては、駆動軸1の回転方向(矢印)と揺動カム4のカム面4aにおけるベース領域4bから最大リフト点4cまでの揺動方向、すなわちリフトアップ側への揺動方向(図12及び図13Aの破線矢印)が同一になっている。このため、最大リフト点4cに到達する直前から最大リフト点4cに到達した直後のリフト特性が図14Bに示すように不安定となり易くなる。
【0006】
すなわち、最大リフト点4cの直前位置では、揺動カム4は、図13Aに示すように連結ピン9によって図中時計方向へ押し下げられており、この時、バルブスプリングのばね力Fによって揺動カムのバルブリフターとの接触面に図中右方向の摩擦力μFが発生する。次に、揺動カム4が図13Bに示すように最大リフト点4cを通過して連結ピン9の移動方向が反転した直後では、今度はバルブスプリングのばね力Fが揺動カム4を反時計方向へ持ち上げようとする。ところが、バルブリフター3との摩擦力μFの方向が反転するので、このμFによって揺動カムが反時計方向に戻るのを阻止しようとする。しかも、この時のμは、揺動カムの揺動速度がきわめて小さいので、比較的大きな値となっている。
【0007】
さらに、駆動軸1の回転方向と揺動カム4のリフト方向が同一であるため、該両者1,4間の摩擦力μfが作用して揺動カム4を同じく時計方向へ回動させようとする、いわゆる連れ回る方向の力も生じている。
【0008】
このため、揺動カム4は、最大リフト位置からこの直後の反時計方向へのスムーズな回動が規制され、この結果、前述のように最大リフト付近のリフト特性が図14Bに示すように部分的に不安定になり易く、リフトの精度が悪化するおそれがある。
【0009】
特に、揺動カム4と連結ピン9との間のクリアランスが大きい場合は、揺動カム4が連結ピン9に対して動き得る範囲(ガタ)が拡大するので、前記リフト特性の不安定化が顕著になる可能性がある。
【0010】
尚、揺動カム4の最大リフト点4c直後以降は、該揺動カム4とバルブリフター3間の摩擦力μFは、両者の相対速度が大きくなるにつれて小さくなるためリフト特性の悪化が解消される。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記従来の動弁装置の技術的な課題に鑑みて案出されたもので、請求項1記載の発明は、機関のクランク軸によって回転駆動され、外周に偏心駆動カムが固定された駆動軸と、所定角度範囲を揺動自在に設けられ、前記駆動カムから伝達機構を介して伝達される揺動力によって機関弁を開閉作動させる揺動カムとを備えた内燃機関の動弁装置において、前記揺動カムを前記駆動に揺動自在に支持させると共に、前記駆動軸の回転方向と揺動カムの機関弁に対する最大リフト位置からリフトダウン側への揺動方向を同一に設定したことを特徴としている。
【0012】
本発明によれば、駆動軸の回転方向と揺動カムの最大リフト位置からリフトダウン側への揺動方向が同一であるため、該両者間の摩擦力μfによるモーメントによって揺動カムを最大リフト位置から反転方向へ速やかに揺動させることができる。
【0013】
請求項2記載の発明は、伝達機構が一端部が前記駆動カムに連係しかつ他端部が前記揺動カムに連係して、駆動カムの回転駆動力を揺動カムに伝達するロッカアームを備えたことを特徴としている。
【0014】
請求項3記載の発明は、伝達機構がロッカアームの一端部と駆動カムとを連係するリンクアームを備えたことを特徴としている。
【0015】
請求項4記載の発明は、伝達機構がロッカアームの他端と揺動カムとを連係するリンクロッドとを備えたことを特徴としている。
【0016】
請求項5記載の発明は、ロッカアームの揺動支点位置を変化させて前記揺動カムのカムリフト量を可変にする可変機構を備えたことを特徴としている。
【0017】
請求項6記載の発明は、揺動カムと機関弁との間に、揺動カムが摺接して機関弁にリフトを伝達するフォロワを介装したことを特徴としている。
【0018】
請求項7記載の発明は、フォロワをローラフォロワとしたことを特徴としている。
【0019】
請求項8記載の発明は、揺動カムの少なくとも最大リフトを含むリフト域における揺動カムとフォロワとの間に、油供給通路を介して潤滑油を供給したことを特徴としている。
【0020】
請求項9記載の発明は、油供給通路を、駆動軸の内部軸方向に形成された油通路と、駆動軸の周壁に径方向に沿って形成された油孔と、揺動カムの内部に形成されて、一端が前記油孔に、他端がカム面に開口した油通路孔とから構成したことを特徴としている。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の動弁装置の第1の実施形態を図1〜図3に基づいて詳述する。この実施形態の動弁装置は、1気筒あたり2つの吸気弁を備えかつ該吸気弁のバルブリフトを機関運転状態に応じて可変にする可変機構を備えたものを示している。
【0022】
すなわち、この動弁装置は、シリンダヘッド11に図外のバルブガイドを介して摺動自在に設けられた一対の吸気弁12,12と、シリンダヘッド11上部の軸受14に回転自在に支持された中空状の駆動軸13と、該駆動軸13に、圧入等により固設された偏心回転カムである2つの駆動カム15,15と、駆動軸13に揺動自在に支持されて、各吸気弁12,12の上端部に配設されたフォロワであるバルブリフター16,16の上面16a,16aに摺接して各吸気弁12,12を開作動させる揺動カム17,17と、駆動カム15と揺動カム17,17との間に連係されて、駆動カム15の回転力を揺動カム17,17の揺動力として伝達する伝達機構18と、該伝達機構18の作動位置を可変にする可変機構19とを備えている。
【0023】
前記駆動軸13は、機関前後方向に沿って配置されていると共に、一端部に設けられた図外の従動スプロケットや該従動スプロケットに巻装されたタイミングチェーン等を介して機関のクランク軸から回転力が伝達されており、この回転方向は図1中反時計方向に設定されている。
【0024】
前記軸受14は、シリンダヘッド11の上端部に設けられて駆動軸13の上部を支持するメインブラケット14aと、該メインブラケット14aの上端部に設けられて後述する制御軸32を回転自在に支持するサブブラケット14bとを有し、両ブラケット14a,14bが一対のボルト14c,14cによって上方から共締め固定されている。
【0025】
前記両駆動カム15は、図4にも示すように、ほぼリング状を呈し、小径なカム本体15aと、該カム本体15aの外端面に一体に設けられたフランジ部15bとからなり、内部軸方向に駆動軸挿通孔15cが貫通形成されていると共に、カム本体15aの軸心Xが駆動軸13の軸心Yから径方向へ所定量だけオフセットしている。また、この各駆動カム15は、駆動軸13に対し前記両バルブリフター16,16に干渉しない両外側に駆動軸挿通孔15cを介して圧入固定されていると共に、両方のカム本体15a,15aの外周面15d,15dが同一のカムプロフィールに形成されている。
【0026】
前記揺動カム17は、図1及び図6,図7に示すようにほぼ横U字形状を呈し、ほぼ円環状の基端部20に駆動軸13が嵌挿されて回転自在に支持される支持孔20aが貫通形成されていると共に、一端部のカムノーズ部21にピン孔21aが貫通形成されている。また、揺動カム17の下面には、カム面22が形成され、基端部20側の基円面22aと該基円面22aからカムノーズ部21側に円弧状に延びるランプ面22bと該ランプ面22bからカムノーズ部21の先端側に有する最大リフトの頂面22cに連なるリフト面22dとが形成されており、該基円面22aとランプ面22b頂面22c及びリフト面22dが、揺動カム17の揺動位置に応じて各バルブリフター16の上面16a所定位置に当接するようになっている。すなわち、図5に示すバルブリフト特性からみると、図1に示すように基円面22aの所定角度範囲θ1がベースサークル区間になり、ランプ面22bの前記ベースサークル区間θ1から所定角度範囲θ2がいわゆるランプ区間となり、さらにランプ面22bのランプ区間θ2から頂面22cまでの所定角度範囲θ3がリフト区間になるように設定されている。そして、この揺動カム17は、最大リフト位置(頂面)からリフトダウンして基円面22aに揺動する方向が前記駆動軸13の回転方向と同一に設定されている。
【0027】
前記伝達機構18は、駆動軸13の上方に配置されたロッカアーム23と、該ロッカアーム23の一端部23aと駆動カム15とを連係するリンクアーム24と、ロッカアーム23の他端部23bと揺動カム17とを連係するリンクロッド25とを備えている。
【0028】
前記各ロッカアーム23は、図3に示すように平面からみてほぼクランク状に折曲形成され、中央に有する筒状基部23cが後述する制御カム33に回転自在に支持されている。また、各基部23cの各外端部に突設された前記一端部23aには、ピン26が嵌入するピン孔23dが貫通形成されている一方、各基部23cの各内端部に夫々突設された前記他端部23bには、各リンクロッド25の一端部25aと連結するピン27が嵌入するピン孔23eが形成されている。
【0029】
また、前記リンクアーム24は、比較的大径な円環状の基部24aと、該基部24aの外周面所定位置に突設された突出端24bとを備え、基部24aの中央位置には、前記駆動カム15のカム本体15aの外周面に回転自在に嵌合する嵌合孔24cが形成されている一方、突出端24bには、前記ピン26が回転自在に挿通するピン孔24dが貫通形成されている。
【0030】
さらに、前記リンクロッド25は、図1にも示すように所定長さの直線状に形成され、円形状の両端部25a,25bには前記ロッカアーム23の他端部23bと揺動カム17の端部21の各ピン孔23e,21aに圧入した各ピン27,28の端部が回転自在に挿通するピン挿通孔25c,25dが貫通形成されている。
【0031】
尚、各ピン26,27,28の一端部には、リンクアーム24やリンクロッド25の軸方向の移動を規制するスナップリング29,30,31,が設けられている。
【0032】
前記可変機構19は、駆動軸13の上方位置に同じ軸受14に回転自在に支持された制御軸32と、該制御軸32の外周に固定されてロッカアーム23の揺動支点となる制御カム33とを備えている。
【0033】
前記各制御カム33は、夫々円筒状を呈し、図1に示すように軸心P1位置が制御軸32の軸心P2からα分だけ偏倚している。
【0034】
前記制御軸32は、駆動軸13と並行に延設されて、一端部に設けられた図外の電磁アクチュエータによって所定回転角度範囲内で回転するように制御されており、前記電磁アクチュエータは、機関の運転状態を検出する図外のコントローラからの制御信号によって駆動するようになっている。コントローラは、クランク角センサやエアーフローメータ,水温センサ等の各種のセンサからの検出信号に基づいて現在の機関運転状態を演算等により検出して、前記電磁アクチュエータに制御信号を出力している。
【0035】
以下、本実施態様の作用を説明すれば、まず、機関低速低負荷時には、コントローラからの制御信号によって電磁アクチュエータが一方に回転駆動される。このため、制御カム33は、軸心P1が図6A,Bに示すように制御軸32の軸心P2から左上方の回動位置に保持され、厚肉部33aが駆動軸13から上方向に離間移動する。このため、ロッカアーム23は、全体が駆動軸13に対して上方向へ移動し、このため、各揺動カム17は、リンクロッド25を介して端部23が強制的に若干引き上げられて全体が左方向へ回動する。
【0036】
したがって、図6A,Bに示すように駆動カム15が回転してリンクアーム24を介してロッカアーム23の一端部23aを押し上げると、そのリフト量がリンクロッド25を介して揺動カム17及びバルブリフター16に伝達されるが、そのリフト量L1は図6Bに示すように比較的小さくなる。
【0037】
よって、かかる低速低負荷域では、図8Aの破線で示すようにバルブリフト量が小さくなると共に、各吸気弁12の開時期が遅くなり、排気弁とのバルブオーバラップが小さくなる。このため、燃費の向上と機関の安定した回転が得られる。
【0038】
一方、機関高速高負荷時に移行した場合は、コントローラからの制御信号によって電磁アクチュエータが反対方向に回転駆動される。したがって、図7A,Bに示すように制御軸32が、制御カム33を図6に示す位置から時計方向に回転させ、軸心P1(厚肉部33a)を下方向へ移動させる。このため、ロッカアーム23は、今度は全体が駆動軸13方向(下方向)に移動して他端部23bが揺動カム17のカムノーズ部21をリンクロッド25を介して下方へ押圧して該揺動カム17全体を所定量だけ時計方向へ回動させる。
【0039】
したがって、揺動カム17のバルブリフター16上面16aに対するカム面22の当接位置が図7A,Bに示すように右方向位置に移動する。このため、図7に示すように駆動カム15が回転してロッカアーム23の一端部23aをリンクアーム24を介して押し上げると、バルブリフター16に対するそのリフト量L2は図7Bに示すように大きくなる。
【0040】
よって、かかる高速高負荷域では、カムリフト特性が低速低負荷域に比較して大きくなり、図8Aに実線で示すようにバルブリフト量も大きくなると共に、各吸気弁12の開時期が早くなると共に、閉時期が遅くなる。この結果、吸気充填効率が向上し、十分な出力が確保できる。
【0041】
このように、本実施形態では、各吸気弁12の開閉時期やバルブリフト量を可変にできることは勿論のこと、駆動軸13と揺動カム17の最大リフト位置からリフトダウン方向の揺動方向が同一に設定されているため、以下のような作用効果が得られる。
【0042】
すなわち、まず、最大リフトの直前では図9に示すようにリンクロッド25により揺動カム17を図中時計方向へ押し下げており、カム面22とバルブリフター上面16aとの間に図中右方向の摩擦力μFが発生している。最大リフト直後では、バルブスプリングのばね力Fが揺動カム17を反時計回りに押し戻そうとする。それに対し、反転した摩擦力μFがそれを阻止しようとする。しかし、駆動軸13と揺動カム17との間の摩擦力μfが、リフトダウン方向(反時計回り)に作用する。このため、揺動カム17は、リンクロッド25の引き上げ作用に伴って図中反時計方向へ速やかに反転する。
【0043】
したがって、バルブリフト特性は、図8Bに示すように、設計値(破線)よりは若干誤差が生じる(大きくなる)ものの従来のようには大きく変形することなく、ほぼ設計値に近い円滑な特性となる。
【0044】
この結果、リンクロッド25とピン28のクリアランスの大きさにばらつきが発生してガタが大きくなった場合でも、常時安定したバルブリフト特性が得られる。
【0045】
さらに、前述のような摩擦力μfによるモーメントによって揺動カム17を介してリンクロッド25等の伝達機構を速やかに押し上げるため、リンクロッド25とピン28のガタだけでなく、リンクロッド25とロッカアーム23の他端部23bとの連結個所のガタや、リンクアーム24と駆動カム15との連結個所のガタ及びリンクアーム24とロッカアーム23一端部23aとの連結個所のガタ付きなどによるバルブリフト特性の変形を防止することができる。
【0046】
図11は、本発明の第2の実施形態を示し、この実施例では、揺動カム17と吸気弁12との間にバルブリフターであるすべりフォロアではなく、ローラフォロワ40及びロッカアーム41を介装したものである。すなわち、ロッカアーム41は、一端部41aがピボット42に支持されていると共に、他端部41bが吸気弁12のバルブステム上端部12aに当接している。一方、ローラフォロワ40は、円環状を呈し、ロッカアーム41の中央に形成された切欠孔41c内に支軸43を介して回転自在に支持され、該支軸43との間に設けられたニードルベアリング44によってスムーズな回転を得ていると共に、外周面40aに揺動カム17のカム面22が上方から当接して、揺動カム17の揺動によってローラフォロワ40を介してロッカアーム41を揺動させるようになっている。
【0047】
また、揺動カム17は、最大リフト位置からリフトダウン側の揺動方向が駆動軸13の回転方向と同一に設定されていることは勿論のこと、駆動軸13の内部軸方向に形成された油通路44及び駆動軸13の周壁に径方向に沿って形成された油孔45と連通する油通路孔46が形成されている。この油通路孔46は、支持孔20aの内面からカム面22のほぼ中央に貫通して形成されて、油通路44内の潤滑油を該カム面22とローラフォロワ40の外周面40aとの間に供給するようになっている。つまり、この油通路孔46の開口端46aは最大リフト時における揺動カム17とローラフォロワ40との間の摺接面に指向している。
【0048】
したがって、この実施形態によれば、ニードルベアリング44によるローラフォロワ40のスムーズな回転と供給された潤滑油によってカム面22とローラフォロワ40の外周面との間の摩擦力μFが第1の実施形態のものに比較して十分に小さくなるため、前述のような最大リフト経過直後に揺動カム17を最大リフト方向(図中時計方向)に回動させようとするモーメントが減少する。したがって、最大リフト位置からその後のリフトダウン側でのさらに円滑なバルブリフト特性を得ることができる。
【0049】
しかも、カム面22とローラフォロワ40との間に潤滑油を供給するようにしたため、最大リフト時における両者間の摩擦係数が小さくなる。すなわち、最大リフト時は揺動カム17の揺動速度が極めて小さく、したがって揺動カム17とローラフォロワ40との摺接面の摩擦係数が大きくなり、揺動カム17のリフト減少速度が低下するおそれがあるが、前述のように両者22,40間の潤滑油によって摩擦係数を小さくすることができるため、最大リフト直後のリフト減少を速やかに行うことができ、この結果、リフト変形を低減できる。
【0050】
以上本発明第2の実施形態にて示された潤滑油の供給方法はローラフォロアを用いた動弁機構に限らず、バルブリフターなどのすべりフォロアを用いた動弁機構にも適用することができる。
【0051】
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、バルブタイミング等を可変にできない一般的な動弁装置や、第1あるいは第2実施形態の変形例にも適用することが可能である。また、吸気弁の他に排気弁側にも適用できることはいうまでもない。
【0052】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係る動弁装置によれば、駆動軸の回転方向と揺動カムのリフトダウン側の揺動方向を同一としたため、最大リフト直後のリフト特性を円滑にし、かつ安定化させることができる。
【0053】
また、本発明の効果は、請求項2〜4に記載の発明のように、リンクアームやリンクロッドあるいはロッカアーム等の連結個所(ガタ要素)の多い多リンク機構に対して特に有効に発揮できる。
【0054】
さらに、請求項7の発明によれば、揺動カムとローラフォロワとの間の摩擦力が一層低減されるため、バルブリフト特性をさらに円滑かつ安定に制御することができる。
【0055】
請求項8及び9の発明によれば、揺動カムとフォロワとの摺接面、とりわけ揺動カムの最大リフト時の摺接面に潤滑油を供給したため、最大リフト直後のリフトダウン中の摩擦係数が小さくなる。この結果、かかるリフトダウン時のリフト変形を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施態様を示す図2のA−A線断面図。
【図2】本実施態様を一部断面して示す側面図。
【図3】同実施態様の平面図。
【図4】同実施形態に供される駆動カムを示す斜視図。
【図5】揺動カムの基端面とカム面に対応したバルブリフト特性図。
【図6】A,Bは低速低負荷時の作用を示す図2のB−B線断面図。
【図7】A,Bは高速高負荷時の作用を示す図2のB−B線断面図。
【図8】Aは、本実施態様のバルブタイミングとバルブリフトの特性図、BはAのY部の拡大図。
【図9】本発明の作用を示す説明図。
【図10】同作用を示す説明図。
【図11】本発明の第2の実施形態を示す側面図。
【図12】従来の動弁装置を示す概略図。
【図13】A,Bは同従来の動弁装置の作用を示す部分拡大図。
【図14】Aは同従来の動弁装置のバルブリフト特性図、BはAのX部拡大図。
【符号の説明】
11…シリンダヘッド
12…吸気弁
13…駆動軸
15…駆動カム
16…バルブリフター(フォロワ)
17…揺動カム
18…伝達機構
19…可変機構
20…基部
21…一端部
22…カム面
23…ロッカアーム
23a,23b…端部
24…リンクアーム
25…リンクロッド
40…ローラフォロワ
44…油通路
45…油孔
46…油通路孔
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a valve operating apparatus for an internal combustion engine, and more particularly to a valve operating apparatus that opens and closes an engine valve by a swing cam.
[0002]
[Prior art]
As this type of conventional valve operating device for an internal combustion engine, one described in SAE 970338 (General, Motors Corp) is known.
[0003]
The outline will be described with reference to FIG. 12. The drive shaft 1 is disposed along the front-rear direction on the cylinder head of the engine, and is driven to rotate by the crankshaft of the engine. The drive shaft 1 is swingably supported by the drive shaft 1. For example, the swing cam 4 that slides against the upper surface 3a of the valve lifter 3 of the intake valve 2 to open the intake valve 2 against the spring force of a valve spring (not shown), and the drive shaft 1 swing. A transmission mechanism 5 is provided between the cam 4 and the cam 5 to convert the rotational force of the drive shaft 1 into a lift force and transmit the lift force to the swing cam 4. The transmission mechanism 5 includes a first spur gear 6 fixed to the outer periphery of the drive shaft 1, a crankshaft 7 disposed above the first spur gear 6, and a first spur gear fixed to the crankshaft 7. The second spur gear 8 meshes with the spur gear 6, and a connecting link 10 that links the crankshaft 7 and the swing cam 4 via a connecting pin 9.
[0004]
Then, as the drive shaft 1 and the first spur gear 6 rotate in one direction (arrow), the second spur gear 8 and the crankshaft 7 rotate to cause the connecting cam 10 to swing the swing cam 4 in the arrow direction. Thus, the swing cam 4 is opened and closed by pressing or releasing the pressure against the spring force of the valve spring while the lower cam surface 4a is in sliding contact with the upper surface 3a of the valve lifter 3. It has become. Therefore, the valve lift characteristic can be obtained as a relatively large lift characteristic as shown in FIG. 14A.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the conventional rocking device, the rotation direction (arrow) of the drive shaft 1 and the rocking direction from the base region 4b to the maximum lift point 4c on the cam surface 4a of the rocking cam 4, that is, on the lift-up side. Oscillating in the same direction (broken arrows in FIGS. 12 and 13A). For this reason, the lift characteristic immediately after reaching the maximum lift point 4c from immediately before reaching the maximum lift point 4c tends to become unstable as shown in FIG. 14B.
[0006]
That is, at the position immediately before the maximum lift point 4c, the swing cam 4 is pushed down in the clockwise direction in the drawing by the connecting pin 9 as shown in FIG. 13A. At this time, the swing cam 4 is moved by the spring force F of the valve spring. The frictional force μF in the right direction in the figure is generated on the contact surface with the valve lifter. Next, immediately after the swing cam 4 passes the maximum lift point 4c and the moving direction of the connecting pin 9 is reversed as shown in FIG. 13B, the spring force F of the valve spring counteracts the swing cam 4 counterclockwise. Try to lift in the direction. However, since the direction of the frictional force μF with the valve lifter 3 is reversed, the μF tries to prevent the swing cam from returning counterclockwise. Moreover, μ at this time is a relatively large value because the rocking speed of the rocking cam is extremely small.
[0007]
Further, since the rotation direction of the drive shaft 1 and the lift direction of the swing cam 4 are the same, the frictional force μf between the both 1 and 4 acts to rotate the swing cam 4 in the same clockwise direction. There is also a force in the direction of so-called rotation.
[0008]
For this reason, the swing cam 4 is restricted from smoothly rotating in the counterclockwise direction immediately after the maximum lift position, and as a result, the lift characteristics near the maximum lift are partially as shown in FIG. 14B as described above. This tends to be unstable, and the accuracy of the lift may deteriorate.
[0009]
In particular, when the clearance between the swing cam 4 and the connecting pin 9 is large, the range (backlash) in which the swing cam 4 can move with respect to the connecting pin 9 is expanded. May become noticeable.
[0010]
Immediately after the maximum lift point 4c of the oscillating cam 4, the frictional force μF between the oscillating cam 4 and the valve lifter 3 decreases as the relative speed between the two increases, so that the deterioration of the lift characteristics is eliminated. .
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been devised in view of the technical problem of the conventional valve gear, and the invention according to claim 1 is driven to rotate by a crankshaft of an engine, and an eccentric drive cam is fixed to the outer periphery. A valve operating apparatus for an internal combustion engine, comprising: a drive shaft; and a swing cam that is swingably provided in a predetermined angle range and that opens and closes an engine valve by a swing force transmitted from the drive cam via a transmission mechanism The swing cam is supported on the drive shaft in a swingable manner, and the rotation direction of the drive shaft and the swing direction from the maximum lift position of the swing cam with respect to the engine valve to the lift-down side are set to be the same. It is characterized by that.
[0012]
According to the present invention, since the rotation direction of the drive shaft and the swing direction of the swing cam from the maximum lift position to the lift-down side are the same, the swing cam is lifted by the moment due to the frictional force μf between the two. It can be quickly swung in the reverse direction from the position.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, the transmission mechanism includes a rocker arm having one end linked to the drive cam and the other end linked to the swing cam to transmit the rotational driving force of the drive cam to the swing cam. It is characterized by that.
[0014]
According to a third aspect of the present invention, the transmission mechanism includes a link arm that links the one end of the rocker arm and the drive cam.
[0015]
The invention according to claim 4 is characterized in that the transmission mechanism includes a link rod that links the other end of the rocker arm and the swing cam.
[0016]
The invention described in claim 5 is characterized in that a variable mechanism is provided for changing the cam lift amount of the rocking cam by changing the rocking fulcrum position of the rocker arm.
[0017]
The invention described in claim 6 is characterized in that a follower is disposed between the swing cam and the engine valve so that the swing cam is in sliding contact with the engine valve to transmit lift.
[0018]
The invention described in claim 7 is characterized in that the follower is a roller follower.
[0019]
The invention according to claim 8 is characterized in that lubricating oil is supplied via an oil supply passage between the swing cam and the follower in the lift region including at least the maximum lift of the swing cam.
[0020]
According to the ninth aspect of the present invention, the oil supply passage is formed in the oil passage formed in the direction of the internal axis of the drive shaft, the oil hole formed in the peripheral wall of the drive shaft along the radial direction, and the swing cam. It is formed, and one end is constituted by the oil hole and the other end is constituted by an oil passage hole opened in the cam surface.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a first embodiment of the valve gear of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. The valve operating apparatus according to this embodiment is provided with a variable mechanism that includes two intake valves per cylinder and makes the valve lift of the intake valves variable according to the engine operating state.
[0022]
That is, this valve operating device is rotatably supported by a pair of intake valves 12 and 12 slidably provided on a cylinder head 11 via a valve guide (not shown) and a bearing 14 above the cylinder head 11. A hollow drive shaft 13, two drive cams 15 and 15, which are eccentric rotary cams fixed to the drive shaft 13 by press-fitting or the like, and swingably supported by the drive shaft 13, each intake valve Oscillating cams 17 and 17 for slidably contacting the upper surfaces 16a and 16a of the valve lifters 16 and 16 which are followers disposed at the upper ends of the 12 and 12 to open the intake valves 12 and 12; Linked between the swing cams 17 and 17, a transmission mechanism 18 that transmits the rotational force of the drive cam 15 as the swing force of the swing cams 17 and 17, and a variable that makes the operating position of the transmission mechanism 18 variable. And a mechanism 19.
[0023]
The drive shaft 13 is arranged along the longitudinal direction of the engine and is rotated from the crankshaft of the engine via a driven sprocket (not shown) provided at one end, a timing chain wound around the driven sprocket, and the like. The force is transmitted, and the rotation direction is set in the counterclockwise direction in FIG.
[0024]
The bearing 14 is provided at the upper end portion of the cylinder head 11 to support the upper portion of the drive shaft 13, and the bearing 14 is provided at the upper end portion of the main bracket 14a to rotatably support a control shaft 32 described later. The brackets 14a and 14b are fastened together from above by a pair of bolts 14c and 14c.
[0025]
As shown in FIG. 4, both the drive cams 15 are substantially ring-shaped, and are composed of a small-diameter cam main body 15a and a flange portion 15b integrally provided on the outer end surface of the cam main body 15a. A drive shaft insertion hole 15c is formed penetrating in the direction, and the axis X of the cam body 15a is offset from the axis Y of the drive shaft 13 by a predetermined amount in the radial direction. Each drive cam 15 is press-fitted and fixed to both sides of the drive shaft 13 through the drive shaft insertion hole 15c so as not to interfere with the valve lifters 16 and 16, and both the cam main bodies 15a and 15a are fixed. The outer peripheral surfaces 15d and 15d are formed in the same cam profile.
[0026]
As shown in FIGS. 1, 6, and 7, the swing cam 17 has a substantially U shape, and is rotatably supported with a drive shaft 13 fitted into a substantially annular base end portion 20. A support hole 20a is formed through, and a pin hole 21a is formed through the cam nose 21 at one end. Further, a cam surface 22 is formed on the lower surface of the swing cam 17, and a base circle surface 22a on the base end portion 20 side, a ramp surface 22b extending from the base circle surface 22a to the cam nose portion 21 side in an arc shape, and the lamp A lift surface 22d is formed from the surface 22b to the top surface 22c of the maximum lift on the distal end side of the cam nose portion 21, and the base circle surface 22a, the ramp surface 22b , the top surface 22c, and the lift surface 22d are swung. The upper surface 16a of each valve lifter 16 is brought into contact with a predetermined position according to the swing position of the cam 17. That is, when viewed from the valve lift characteristics shown in FIG. 5, as shown in FIG. 1, the predetermined angle range θ1 of the base circle surface 22a becomes the base circle section, and the predetermined angle range θ2 from the base circle section θ1 of the ramp surface 22b changes. A so-called ramp section is set, and a predetermined angle range θ3 from the ramp section θ2 of the ramp surface 22b to the top surface 22c is set to be a lift section. The swing cam 17 is set in the same direction as the rotation direction of the drive shaft 13 in the direction in which the swing cam 17 is lifted down from the maximum lift position (top surface) and swings to the base circle surface 22a.
[0027]
The transmission mechanism 18 includes a rocker arm 23 disposed above the drive shaft 13, a link arm 24 that links the one end 23 a of the rocker arm 23 and the drive cam 15, the other end 23 b of the rocker arm 23, and a swing cam. 17 is provided.
[0028]
As shown in FIG. 3, each of the rocker arms 23 is bent in a substantially crank shape as viewed from above, and a cylindrical base portion 23c at the center is rotatably supported by a control cam 33 described later. Further, the one end portion 23a protruding from each outer end portion of each base portion 23c is formed with a pin hole 23d through which the pin 26 is fitted, while protruding from each inner end portion of each base portion 23c. The other end 23b is formed with a pin hole 23e into which a pin 27 connected to one end 25a of each link rod 25 is fitted.
[0029]
The link arm 24 includes an annular base 24a having a relatively large diameter and a projecting end 24b projecting at a predetermined position on the outer peripheral surface of the base 24a. A fitting hole 24c is formed in the outer peripheral surface of the cam main body 15a of the cam 15 so as to be rotatably fitted. On the protruding end 24b, a pin hole 24d through which the pin 26 is rotatably inserted is formed. Yes.
[0030]
Further, the link rod 25 is formed in a straight line having a predetermined length as shown in FIG. 1, and the other ends 23b of the rocker arm 23 and the ends of the swing cam 17 are provided at the circular ends 25a, 25b. Pin insertion holes 25c and 25d through which end portions of the pins 27 and 28 press-fitted into the pin holes 23e and 21a of the portion 21 are rotatably inserted are formed.
[0031]
In addition, snap rings 29, 30, 31 for restricting the axial movement of the link arm 24 and the link rod 25 are provided at one end of each pin 26, 27, 28.
[0032]
The variable mechanism 19 includes a control shaft 32 that is rotatably supported by the same bearing 14 above the drive shaft 13, and a control cam 33 that is fixed to the outer periphery of the control shaft 32 and serves as a swing fulcrum of the rocker arm 23. It has.
[0033]
Each of the control cams 33 has a cylindrical shape, and the position of the axis P1 is deviated from the axis P2 of the control shaft 32 by α as shown in FIG.
[0034]
The control shaft 32 extends in parallel with the drive shaft 13 and is controlled to rotate within a predetermined rotation angle range by an electromagnetic actuator (not shown) provided at one end, and the electromagnetic actuator is an engine It is driven by a control signal from a controller (not shown) that detects the operating state of the motor. The controller detects the current engine operating state based on detection signals from various sensors such as a crank angle sensor, an air flow meter, and a water temperature sensor, and outputs a control signal to the electromagnetic actuator.
[0035]
The operation of this embodiment will be described below. First, at the time of engine low speed and low load, the electromagnetic actuator is rotationally driven in one direction by a control signal from the controller. For this reason, the control cam 33 is held at the rotational position at the upper left of the axis P2 of the control shaft 32 as shown in FIGS. 6A and 6B, and the thick portion 33a is directed upward from the drive shaft 13. Move away. For this reason, the entire rocker arm 23 moves upward with respect to the drive shaft 13. For this reason, the end portions 23 of each rocking cam 17 are forcibly pulled up slightly via the link rod 25. Rotate left.
[0036]
6A and 6B, when the drive cam 15 rotates and pushes up the one end 23a of the rocker arm 23 via the link arm 24, the lift amount of the rocker cam 17 and the valve lifter is increased via the link rod 25. The lift amount L1 is relatively small as shown in FIG. 6B.
[0037]
Therefore, in such a low-speed and low-load region, as shown by the broken line in FIG. 8A, the valve lift amount becomes small, the opening timing of each intake valve 12 becomes late, and the valve overlap with the exhaust valve becomes small. For this reason, improvement in fuel consumption and stable rotation of the engine can be obtained.
[0038]
On the other hand, when the engine is shifted at high speed and high load, the electromagnetic actuator is rotationally driven in the opposite direction by a control signal from the controller. Therefore, as shown in FIGS. 7A and 7B, the control shaft 32 rotates the control cam 33 clockwise from the position shown in FIG. 6 to move the shaft center P1 (thick portion 33a) downward. For this reason, the entire rocker arm 23 is moved in the direction of the drive shaft 13 (downward), and the other end portion 23b presses the cam nose portion 21 of the swing cam 17 downward via the link rod 25. The entire moving cam 17 is rotated clockwise by a predetermined amount.
[0039]
Therefore, the contact position of the cam surface 22 with respect to the upper surface 16a of the valve lifter 16 of the swing cam 17 moves to the right position as shown in FIGS. For this reason, when the drive cam 15 rotates as shown in FIG. 7 and pushes up the one end 23a of the rocker arm 23 via the link arm 24, the lift amount L2 with respect to the valve lifter 16 increases as shown in FIG. 7B.
[0040]
Therefore, in such a high-speed and high-load region, the cam lift characteristic becomes larger than that in the low-speed and low-load region, the valve lift amount increases as shown by the solid line in FIG. 8A, and the opening timing of each intake valve 12 becomes earlier. The closing time is delayed. As a result, the intake charging efficiency is improved and a sufficient output can be secured.
[0041]
Thus, in the present embodiment, the opening / closing timing and valve lift amount of each intake valve 12 can be made variable, and the swing direction in the lift-down direction from the maximum lift position of the drive shaft 13 and the swing cam 17 can be changed. Since they are set to be the same, the following effects can be obtained.
[0042]
That is, first, immediately before the maximum lift, as shown in FIG. 9, the rocking cam 17 is pushed downward by the link rod 25 in the clockwise direction in the figure, and the rightward direction in the figure is interposed between the cam surface 22 and the valve lifter upper surface 16a. A frictional force μF is generated. Immediately after the maximum lift, the spring force F of the valve spring attempts to push the swing cam 17 back counterclockwise. On the other hand, the inverted frictional force μF tries to prevent it. However, the frictional force μf between the drive shaft 13 and the swing cam 17 acts in the lift-down direction (counterclockwise). For this reason, the swing cam 17 is quickly reversed in the counterclockwise direction in the drawing as the link rod 25 is pulled up.
[0043]
Therefore, as shown in FIG. 8B, the valve lift characteristics are slightly different from the design values (broken lines), but are not greatly deformed as in the conventional case, and are smooth characteristics substantially close to the design values. Become.
[0044]
As a result, even when the clearance between the link rod 25 and the pin 28 varies and the play becomes large, a stable valve lift characteristic can be obtained at all times.
[0045]
Further, in order to quickly push up the transmission mechanism such as the link rod 25 via the swing cam 17 by the moment caused by the frictional force μf as described above, not only the play of the link rod 25 and the pin 28 but also the link rod 25 and the rocker arm 23. Deformation of valve lift characteristics due to backlash at the connection point with the other end 23b of the head, backlash at the connection point between the link arm 24 and the drive cam 15, and backlash at the connection point between the link arm 24 and the rocker arm 23 one end 23a. Can be prevented.
[0046]
FIG. 11 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a roller follower 40 and a rocker arm 41 are interposed between the swing cam 17 and the intake valve 12 instead of a sliding follower as a valve lifter. It is a thing. That is, the rocker arm 41 has one end 41 a supported by the pivot 42 and the other end 41 b abutting against the valve stem upper end 12 a of the intake valve 12. On the other hand, the roller follower 40 has an annular shape, is rotatably supported through a support shaft 43 in a notch hole 41 c formed in the center of the rocker arm 41, and is a needle bearing provided between the support shaft 43. The cam surface 22 of the oscillating cam 17 abuts on the outer peripheral surface 40 a from above, and the rocker arm 41 is oscillated via the roller follower 40 by oscillating the oscillating cam 17. It is like that.
[0047]
The swing cam 17 is formed in the direction of the internal shaft of the drive shaft 13 as well as the swing direction of the lift-down side from the maximum lift position is set to be the same as the rotation direction of the drive shaft 13. An oil passage hole 46 communicating with an oil hole 45 formed along the radial direction is formed in the peripheral wall of the oil passage 44 and the drive shaft 13. The oil passage hole 46 is formed so as to penetrate from the inner surface of the support hole 20 a to substantially the center of the cam surface 22, and allows the lubricating oil in the oil passage 44 to pass between the cam surface 22 and the outer peripheral surface 40 a of the roller follower 40. To supply. That is, the opening end 46a of the oil passage hole 46 is directed to the sliding contact surface between the swing cam 17 and the roller follower 40 at the maximum lift.
[0048]
Therefore, according to this embodiment, the frictional force μF between the cam surface 22 and the outer peripheral surface of the roller follower 40 is caused by the smooth rotation of the roller follower 40 by the needle bearing 44 and the supplied lubricating oil. Therefore, the moment to rotate the swing cam 17 in the maximum lift direction (clockwise in the figure) immediately after the maximum lift as described above is reduced. Therefore, smoother valve lift characteristics can be obtained from the maximum lift position on the subsequent lift-down side.
[0049]
Moreover, since the lubricating oil is supplied between the cam surface 22 and the roller follower 40, the friction coefficient between the two at the time of the maximum lift becomes small. That is, the maximum lift oscillation speed of the oscillating cam 17 is extremely small, thus the friction coefficient of the sliding surface of the swing cam 17 and the roller follower 40 is increased, the lift decreasing speed of the swing cam 17 is lowered Although there is a possibility, the friction coefficient can be reduced by the lubricating oil between the two and 40 as described above, so that the lift reduction immediately after the maximum lift can be performed quickly, and as a result, the lift deformation can be reduced. .
[0050]
Or the method of supplying lubricating oil are generated in the present invention a second embodiment is not limited to the valve mechanism using a roller follower, it is applied to the valve mechanism using the sliding follower such as a valve lifter it can.
[0051]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to a general valve operating apparatus in which the valve timing or the like cannot be made variable, or to a modification of the first or second embodiment. is there. Needless to say, the present invention can be applied to the exhaust valve side in addition to the intake valve.
[0052]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the valve gear according to the present invention, the rotation direction of the drive shaft and the swinging direction of the swing cam on the lift-down side are the same, so that the lift characteristics immediately after the maximum lift are smooth. And can be stabilized.
[0053]
In addition, the effects of the present invention can be exhibited particularly effectively for a multi-link mechanism having many connection points (backlash elements) such as a link arm, a link rod, or a rocker arm, as in the inventions of claims 2 to 4.
[0054]
Furthermore, according to the invention of claim 7, since the frictional force between the swing cam and the roller follower is further reduced, the valve lift characteristic can be controlled more smoothly and stably.
[0055]
According to the eighth and ninth aspects of the present invention, the lubricating oil is supplied to the sliding contact surface between the swing cam and the follower, particularly the sliding contact surface at the maximum lift of the swing cam. The coefficient becomes smaller. As a result, the lift deformation at the time of the lift-down can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2 showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing a part of the embodiment.
FIG. 3 is a plan view of the embodiment.
FIG. 4 is a perspective view showing a drive cam used in the embodiment.
FIG. 5 is a valve lift characteristic diagram corresponding to a base end surface and a cam surface of a swing cam.
6A and 6B are cross-sectional views taken along the line BB in FIG.
FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views taken along line B-B in FIG.
FIG. 8A is a characteristic diagram of valve timing and valve lift of this embodiment, and B is an enlarged view of a Y portion of A.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the operation of the present invention.
FIG. 10 is an explanatory view showing the same operation.
FIG. 11 is a side view showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic view showing a conventional valve gear.
FIGS. 13A and 13B are partially enlarged views showing the operation of the conventional valve gear.
14A is a valve lift characteristic diagram of the conventional valve gear, and FIG. 14B is an enlarged view of an X part of A. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Cylinder head 12 ... Intake valve 13 ... Drive shaft 15 ... Drive cam 16 ... Valve lifter (follower)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... Swing cam 18 ... Transmission mechanism 19 ... Variable mechanism 20 ... Base part 21 ... One end part 22 ... Cam surface 23 ... Rocker arm 23a, 23b ... End part 24 ... Link arm 25 ... Link rod 40 ... Roller follower 44 ... Oil passage 45 ... Oil hole 46 ... Oil passage hole

Claims (9)

機関のクランク軸によって回転駆動され、外周に偏心駆動カムが固定された駆動軸と、所定範囲内を揺動自在に設けられ、前記駆動カムから伝達機構を介して伝達される揺動力によって機関弁を開閉作動させる揺動カムとを備えた内燃機関の動弁装置において、
前記揺動カムを前記駆動に揺動自在に支持させると共に、前記駆動軸の回転方向と揺動カムの機関弁に対する最大リフト位置からリフトダウン側への揺動方向を同一に設定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
An engine valve is driven by a drive shaft that is rotationally driven by the crankshaft of the engine and has an eccentric drive cam fixed on the outer periphery, and a swinging force that is swingable within a predetermined range and transmitted from the drive cam via a transmission mechanism. In a valve operating apparatus for an internal combustion engine provided with a swing cam that opens and closes
It causes pivotably supported the rocking cam to the drive shaft, to the setting of the swinging direction of the lift-down side in the same from the maximum lift position relative to the engine valve in the rotational direction and oscillating cam of the drive shaft A valve operating apparatus for an internal combustion engine characterized by the above.
前記伝達機構は、一端部が前記駆動カムに連係しかつ他端部が前記揺動カムに連係して、駆動カムの回転駆動力を揺動カムに伝達するロッカアームを備え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。The transmission mechanism includes a rocker arm that has one end linked to the drive cam and the other end linked to the swing cam to transmit the rotational driving force of the drive cam to the swing cam. 2. A valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 1. 前記伝達機構は、ロッカアームの一端部と駆動カムとを連係するリンクアームを備えたことを特徴とする請求項2記載の内燃機関の動弁装置。3. The valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the transmission mechanism includes a link arm that links one end of the rocker arm and a drive cam. 前記伝達機構は、ロッカアームの他端と揺動カムとを連係するリンクロッドとを備えたことを特徴とする請求項2または3記載の内燃機関の動弁装置。4. The valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the transmission mechanism includes a link rod that links the other end of the rocker arm and a swing cam. 前記ロッカアームの揺動支点位置を変化させて前記揺動カムのカムリフト量を可変にする可変機構を備えたことを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。The valve operating apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 2 to 4, further comprising a variable mechanism that changes a cam lift amount of the rocking cam by changing a rocking fulcrum position of the rocker arm. 前記揺動カムと機関弁との間に、揺動カムが摺接して機関弁にリフトを伝達するフォロワを介装したことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機関の動弁装置。The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein a follower is provided between the swing cam and the engine valve so that the swing cam is in sliding contact with the engine valve to transmit lift to the engine valve. Valve operating device. 前記フォロワをローラフォロワとしたことを特徴とする請求項6記載の内燃機関の動弁装置。7. The valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 6, wherein the follower is a roller follower. 前記揺動カムの少なくとも最大リフトを含むリフト域における揺動カムとフォロワとの間に、油供給通路を介して潤滑油を供給したことを特徴とする請求項6または7記載の内燃機関の動弁装置。8. The operation of the internal combustion engine according to claim 6, wherein lubricating oil is supplied through an oil supply passage between the swing cam and the follower in a lift region including at least the maximum lift of the swing cam. Valve device. 前記油供給通路を、駆動軸の内部軸方向に形成された油通路と、駆動軸の周壁に径方向に沿って形成された油孔と、揺動カムの内部に形成されて、一端が前記油孔に、他端がカム面に開口した油通路孔とから構成したことを特徴とする請求項8記載の内燃機関の動弁装置。The oil supply passage is formed in an oil passage formed in an inner axial direction of the drive shaft, an oil hole formed in a peripheral wall of the drive shaft along a radial direction, and an oscillation cam, and one end of the oil supply passage 9. The valve operating apparatus for an internal combustion engine according to claim 8, wherein the oil hole comprises an oil passage hole having the other end opened to the cam surface.
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