JP4014702B2 - 内燃エンジンの動弁機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の吸気弁又は排気弁の各々を２つのカムの何れかを選択して駆動するようにした内燃エンジンの動弁機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃エンジンにおいては、燃焼室に開口する吸気ポートと排気ポートが吸気弁と排気弁によってそれぞれ適当なタイミングで開閉されて所要のガス交換がなされるが、内燃エンジンにおいては、高速時において吸気又は排気の流れを促進し、高い充填効率を確保して高出力を実現し、且つ、低速時において高い燃焼効率を確保して高出力と低燃費及び良好な排ガス特性を得るためには、吸気弁又は排気弁のリフト量と開閉タイミングの何れか一方又は双方を高速時と低速時において変更する必要がある。
【０００３】
そこで、吸・排気弁を駆動する動弁機構として、高速用カムの両側に第１低速用カムと第２低速用カムを設け、各カムに摺接するロッカアームの相互に隣接するもの同士を連結又は連結解除する連結切換手段を２つ設け、各連結切換手段を各々独立に作動せしめるようにしたものが提案されている（特公平２−５０２８２号公報参照）。
【０００４】
上記動弁機構によれば、両連結切換手段を非作動としてロッカーアームを連結解除状態に保つことによって２つの吸気弁又は排気弁を第１及び第２低速用カムで駆動し、何れか一方の連結切換手段を作動せしめて一方の低速用ロッカアームと高速用ロッカアームとを連結することによって一方の吸気弁又は排気弁を高速用カムで駆動し、他方の吸気弁又は排気弁を第１又は第２低速用カムで駆動し、両連結切換手段を作動せしめて両低速用ロッカアームと高速用ロッカアームを連結することによって２つの吸気弁又は排気弁を共に高速用カムで駆動することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記提案に係る従来の動弁機構においては、一方の連結切換手段が作動して一方の吸気弁が高速用カムによって駆動される場合には、吸気の慣性・脈動効果が高速用バルブタイミングに合致するため、中速域において十分なエンジン性能を確保することが困難であるという問題がある。
【０００６】
従って、本発明の目的とする処は、中速域において十分なエンジン性能を確保しつつ、低速・低負荷域における混合気の安定燃焼を可能とする内燃エンジンの動弁機構を提供することにある。
【０００７】
又、吸・排気弁を駆動する動弁機構として、低速用カム、高速用カムにそれぞれ当接する２つのロッカアームを連結又は連結解除する連結切換手段を有し、低速時には両ロッカアームを連結解除して２つの吸気弁又は排気弁を低速用カムと高速用カムでそれぞれ独立に駆動し、高速時には両ロッカアームを連結して２つの吸気弁又は排気弁を共に高速用カムで駆動するようにしたものが提案されている（特公平２−４３００３号公報参照）。
【０００８】
しかしながら、上記提案に係る従来の動弁機構においては、高速時には１種類の高速用カムによって２つの吸気弁又は排気弁が駆動され、低速時には２つの吸気弁又は排気弁の一方が低速用カムによって駆動され、他方が高速用カムによって駆動されるため、低・中速時に十分なエンジン性能を確保することができないという問題がある。
【０００９】
従って、本発明の目的とする処は、低・中速域においては混合気のシリンダ内での乱れを促進して燃焼効率と充填効率の向上を図るとともに、高速時においては十分な混合気をシリンダ内に供給して高出力を得ることができるようにした内燃エンジンの動弁機構を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための内燃エンジンの動弁機構は、２つのカムＡ，Ｂにそれぞれ当接する第１及び第２ロッカアームを有し、第１ロッカアームをロストモーション機構に、第２ロッカアームを弁にそれぞれ当接せしめるとともに、両ロッカアームを連結又は連結解除してカムＡ，Ｂの一方を選択してそのリフトを弁に伝達する切換手段を設けて構成される動弁ユニットを有することを特徴とする。
【００１１】
上記内燃エンジンの動弁機構において、前記カムＡ，Ｂの少なくとも一方を低リフトカム、低速用カム又は中速用カムとし、他方をそれよりも高リフトのカムとしてもよい。
【００１２】
また、上記内燃エンジンの動弁機構において、前記動弁ユニットを２つ設け、各動弁ユニットの第２ロッカアームを各気筒の中央に隣接して配置し、その両外側に各動弁ユニットの第１ロッカアームを配置してもよい。
【００１３】
また、上記内燃エンジンの動弁機構において、前記動弁ユニットを２つ設け、各動弁ユニットの第１ロッカアームを各気筒の中央に隣接して配置し、その両外側に各動弁ユニットの第２ロッカアームを配置してもよい。
【００１４】
また、動弁ユニットを２つ有する上記内燃エンジンの動弁機構において、一方の動弁ユニットのカムＡを高速用カム、カムＢを第１中速用カムとし、他方の動弁ユニットのカムＡを第２中速カム、カムＢを低リフトカムとしてもよい。
【００１５】
また、動弁ユニットを２つ有する上記内燃エンジンの動弁機構において、一方の動弁ユニットのカムＡを第１高速用カム、カムＢを低速用カムとし、他方の動弁ユニットのカムＡを第２高速カム、カムＢを低リフトカムとしてもよい。
【００１６】
また、上記内燃エンジンの動弁機構において、各動弁ユニットに含まれる前記切換手段を前記第２ロッカアームに設けてもよい。
【００１７】
また、上記内燃エンジンの動弁機構において、３つのカムＡ，Ｂ，Ｃを連設して成るカム軸と、該カム軸のカムＡ，Ｂ，Ｃにそれぞれ当接する第１、第２及び第３ロッカアームを有し、第１ロッカアームをロストモーション機構に、第２ロッカアームを第１弁に、第３ロッカアームを第２弁にそれぞれ当接せしめるとともに、第１ロッカアームと第２ロッカアームを連結又は連結解除して前記カムＡ又はカムＢを選択してそのリフトを第１弁に伝達する切換手段を設けてもよい。
【００１８】
また、３つのカムが設けられた上記内燃エンジンの動弁機構において、前記カムＡを高速用カム、カムＢを低リフトカム、カムＣを中速用カムとしてもよい。
【００１９】
また、３つのカムが設けられた上記内燃エンジンの動弁機構において、前記カムＡ，Ｃを高速用カム、カムＢを低リフトカムとしてもよい。
【００２０】
また、３つのカムが設けられた上記内燃エンジンの動弁機構において、前記カムＡ，Ｃを高速用カム、カムＢを低速用カムとしてもよい。
【００２１】
また、第１弁及び第２弁を有する上記内燃エンジンの動弁機構において、前記第１及び第２弁を吸気弁で構成するとともに、第２弁連通する吸気通路に吸気制御弁を設けてもよい。
【００２２】
また、３つのカムが設けられた上記内燃エンジンの動弁機構において、前記切換手段を前記第２ロッカアームに設けてもよい。
【００２３】
また、上記内燃エンジンの動弁機構において、前記第１ロッカアームと第２ロッカアームとをシムを介して当接させてもよい。
【００２４】
従って、上記内燃エンジンの動弁機構によれば、例えば複数の弁が吸気弁であって、動弁ユニットが２つ設けられ、一方の動弁ユニットのカムＡを高速用カム、カムＢを第１中速用カムとし、他方の動弁ユニットのカムＡを第２中速カム、カムＢを低リフトカムとした場合、低速・低負荷域において、両切換手段を共に非作動として両動弁ユニットの第１及び第２ロッカアームを連結解除（非連結）状態に保てば、一方の吸気弁は第１中速用カムによって駆動され、他方の吸気弁は低リフトカムによって駆動されるため、混合気が主に一方の吸気弁からシリンダ内に流入する片側吸気となって混合気のシリンダ内での乱れが促進され、混合気の希薄安定燃焼が実現して燃費と排ガス特性が改善される。
【００２５】
又、中速域においては、一方の動弁ユニットの切換手段を作動せしめて当該動弁ユニットの第１及び第２ロッカアームを連結すれば、吸気弁は第１及び第２中速用カムによって駆動されるため、高い充填効率が得られ、高出力を得ることができる。
【００２６】
そして、高速域においては、両動弁ユニットの切換手段を共に作動せしめて各動弁ユニットの第１及び第２ロッカアームを連結すれば、一方の吸気弁は高速用カムによって駆動され、他方の吸気弁は第２中速用カムによって駆動されるが、特に一方の吸気弁が高速用カムによって駆動されるために該高速域に合致した慣性・脈動効果が得られ、エンジン出力の向上を図ることができる。
【００２７】
また、３つのカムを有する上記内燃エンジンの動弁機構によれば、２つのカムＡ，Ｂのうちの一方を選択して一方の第１弁を駆動することができるため、例えば第１及び第２弁が吸気弁である場合、カムＡを高速用カム、カムＢを低リフト、カムＣを中速用カムに設定すれば、低・中速域においては第１弁を低リフトカムで駆動し、第２弁を中速用カムで駆動して混合気のシリンダ内での乱れを促進して燃焼効率と充填効率の向上を図ることができる。又、高速域においては第１弁を高速用カムで駆動し、第２弁を中速用カムで駆動することができ、十分な量の混合気をシリンダ内に供給して高出力を得ることができる。
【００２８】
第１ロッカアームと第２ロッカアームとをシムを介して当接させる上記内燃エンジンの動弁機構によれば、カムＡ，Ｂを第１ロッカアームの第２ロッカアームへの当接部に平面視でオーバーラップして軸方向に詰めて配置することができ、カムＡ，Ｂの幅を広げてその面圧を下げ、或は軸方向寸法を詰めてエンジンのコンパクト化を図ることができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３０】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る動弁機構を示すエンジンの部分平面図、図２は同動弁機構の構成を示す分解平面図、図３は切換手段が非作動状態にあるときの図１のＥ−Ｅ線断面図、図４は切換手段が非作動状態にあるときの図１のＦ−Ｆ線断面図、図５は図１のＧ−Ｇ線断面図、図６は非作動状態にある切換機構の状態を示す断面図、図７は図６のＨ−Ｈ線断面図、図８は切換手段が作動状態にあるときの図１のＥ−Ｅ断面図、図９は作動状態にある切換機構の状態を示す断面図、図１０は図９のＪ−Ｊ線断面図である。
【００３１】
図３及び図４において、１は４サイクル内燃エンジンのシリンダヘッドであり、該シリンダヘッド１には各気筒について２つの吸気ポート２が形成されており、これらの吸気ポート２は第１吸気弁３−１（図３参照）と第２吸気弁３−２（図４参照）によって適当なタイミングで開閉され、各吸気弁３−１，３−２は本発明に係る動弁機構によって駆動される。ここで、第１及び第２吸気弁３−１，３−２は、シリンダヘッド１に圧入されたバルブガイド４に摺動自在に挿通保持されるとともに、シリンダヘッド１とリテーナ５との間に縮装されたバルブスプリング６によって閉じ側に付勢されている。
【００３２】
尚、図示しないが、シリンダヘッド１には排気ポートが形成されており、この排気ポートは排気弁によって適当なタイミングで開閉される。
【００３３】
而して、本実施の形態においては、図１及び図２に示すように、動弁機構は第１動弁ユニットＩと第２動弁ユニットIIによって構成されており、前記第１吸気弁３−１は第１動弁ユニットＩによって駆動され、第２吸気弁３−２は第２動弁ユニットIIによって駆動される。
【００３４】
ところで、シリンダヘッド１の上方にはカム軸７が図３乃至図５の紙面垂直方向に長く配されており、図２に示すように、該カム軸７には各気筒について４つのカムＡ，Ｂ，Ａ’，Ｂ’が一体に連設されている。そして、前記第１動弁ユニットＩは、カムＡ，ＢとこれらのカムＡ，Ｂにそれぞれ当接する第１及び第２ロッカアーム９−１，９−２及び第２ロッカアーム９−２に組み込まれた切換手段２０（図３参照）を含んで構成され、第２動弁ユニットIIも同様にカムＡ’，Ｂ’とこれらのカムＡ’，Ｂ’にそれぞれ当接する第１及び第２ロッカアーム９−１’，９−２’及び第２ロッカアーム９−２’に組み込まれた切換手段２０’（図４参照）を含んで構成されている。
【００３５】
上記各ロッカアーム９−１，９−２，９−１’，９−２’はカム軸７の下方に該カム軸７と平行に配された中空状のロッカシャフト８に回動自在に軸支されており、各動弁ユニットＩ，IIの第１ロッカアーム９−１，９−１’の各中間部にはタペットねじ１１，１１’が、第２ロッカアーム９−２，９−２’各一端部にはタペットねじ１０，１０’がそれぞれ進退可能に螺着されている。そして、第１ロッカアーム９−１のタペットねじ１１が設けられる側とは反対側の端部は、図５に示すように、ホルダー１６を介してシリンダヘッド１側に支持されたロストモーション機構１２に当接している。
【００３６】
ここで、上記ロストモーション機構１２は、ホルダー１６に保持された下方が開口するシリンダ１３内にピストン１４を摺動自在に嵌装するとともに、該ピストン１４をロストモーションスプリング１５によって下方に付勢して構成されており、ピストン１４の下端には第１ロッカアーム９−１の端部が当接している。従って、第１ロッカアーム９−１はロストモーションスプリング１５によってロッカシャフト８を中心として図５の時計方向に付勢されており、その端部のカムスリッパ部９ａが図示のように前記カムＡに当接されている。尚、図５には第１動弁ユニットＩ側のロストモーション機構１２のみを示すが、第２動弁ユニットII側のロストモーション機構も同様に構成されており、該第２動弁ユニットIIの第１ロッカアーム９−１’もその端部のカムスリッパ部９ａ’（図１及び図２参照）が前記カムＡ’に当接されている。
【００３７】
又、第１及び第２動弁ユニットＩ，IIの各第２ロッカアーム９−２，９−２’の端部に螺着された前記タペットねじ１０，１０’は第１吸気弁３−１、第２吸気弁３−２の各弁軸の頂部にそれぞれ当接するとともに、そのカムスリッパ部９ｂ，９ｂ’がカムＢ，Ｂ’にそれぞれ当接されている。
【００３８】
ところで、第１動弁ユニットＩの第２ロッカアーム９−２に組み込まれた切換手段２０は、第１ロッカアーム９−１と第２ロッカアーム９−２を連結又は連結解除してカムＡ又はカムＢを選択してそのリフトを第１吸気弁３−１に伝達するものであり、第２動弁ユニットIIの第２ロッカアーム９−２’に組み込まれた切換手段２０’は、第１ロッカアーム９−１’と第２ロッカアーム９−２’を連結又は連結解除してカムＡ’又はカムＢ’を選択してそのリフトを第２吸気弁３−２に伝達するものである。尚、本実施の形態においては、第１動弁ユニットＩのカムＡは高速用カム、カムＢは第１中速用カムで構成され、又、第２動弁ユニットIIのカムＡ’は第２中速用カム、カムＢ’は低リフトカムで構成されており、第１中速用カムＢと第２中速用カムＡ’の各プロフィールは互いに異なっている。
【００３９】
ここで、第１動弁ユニットＩ側の切換手段２０の構成の詳細を図６及び図７に基づいて説明する。尚、第２動弁ユニットII側の切換手段２０’も同様であるため、これについての説明は省略する。
【００４０】
図６に示すように、第２ロッカアーム９−２には大小異径の円孔２１，２２が互いに直交する方向に形成されており、一方の円孔２１内にはピストン２３が摺動自在に嵌装されている。そして、このピストン２３は、これとキャップ２４との間に縮装されたスプリング２５によって斜め上方に付勢されて第１ロッカアーム９−１に螺着された前記タペットねじ１１の下端に当接している。
【００４１】
又、上記ピストン２３の前記円孔２２が開口する側の外周面には所定深さのガイド溝２３ａが該ピストン２３の摺動方向に沿って形成されており、同ピストン２３にはこれの摺動方向に直交する方向に円孔２３ｂが貫設されている。そして、この円孔２３ｂ内にはリテーナ２６が嵌着されるとともに、スライダ２７が摺動自在に嵌合保持されており、該スライダ２７は、これとリテーナ２７との間に縮装されたスプリング２８によって外側方（円孔２２の方向）に付勢されている。
【００４２】
他方、前記円孔２２内にはストッパ２９が嵌着されるとともに、ピン３０が摺動自在に嵌装されており、同円孔２２内にはストッパ２９とピン３０によって区画される油室Ｓが形成されている。そして、この油室Ｓには、第２ロッカアーム９−２とロッカシャフト８に形成された油孔３１を介してロッカシャフト８内の油路８ａが連通している。尚、ピストン２３に貫設された前記円孔２３ｂと第２ロッカアーム９−２に形成された円孔２２及びスライダ２７とピン３０とはそれぞれ同径に形成され、且つ、同軸に配されている。
【００４３】
次に、本発明に係る動弁機構の作用を説明する。
【００４４】
エンジン回転数及び負荷が低い低速・低負荷時においては、両動弁ユニットＩ，IIの各第２ロッカーアーム９−２，９−２’に設けられた切換手段２０，２０’は非作動状態にあって、油圧は油室Ｓに供給されず、例えば切換手段２０においては、図６及び図７に示すように、ピン３０はスプリング２８によって付勢されたスライダ２７によって押圧されてストッパ２９に当接しており、その一部はピストン２３に形成された前記ガイド溝２３ａに係合している。この状態では、ピストン２３は円孔２１内を自由に摺動し得ることとなり、第１動弁ユニットＩの第１ロッカアーム９−１と第２ロッカアーム９−２とは連結解除（非連結）状態にある。同様に、第２動弁ユニットIIの第１ロッカアーム９−１’と第２ロッカアーム９−２’も連結解除（非連結）状態にある。
【００４５】
而して、上記状態においてカム軸７が所定の速度（不図示のクランク軸の１／２の速度）で回転駆動されると、該カム軸７に連設されたカムＡ，Ｂ，Ａ’，Ｂ’に当接する第１動弁ユニットＩの第１ロッカアーム９−１と第２ロッカアーム９−２及び第２動弁ユニットIIの第１ロッカアーム９−１’と第２ロッカアーム９−２’はそれぞれカムＡ，Ｂ，Ａ’，Ｂ’のプロフィールに応じてロッカシャフト８を中心として揺動するが、この低速域においては、前述のように第１動弁ユニットＩの第１ロッカアーム９−１と第２ロッカアーム９−２及び第２動弁ユニットIIの第１ロッカアーム９−１’と第２ロッカアーム９−２’は連結解除（非連結）状態にあるため、これらの第１ロッカアーム９−１，９−１’と第２ロッカアーム９−２，９−２’はそれぞれ独立に揺動し、第１吸気弁３−１は第１動弁ユニットＩの第２ロッカアーム９−２を介して第１中速用カムＢによって駆動され、第２吸気弁３−２は第２動弁ユニットIIの第２ロッカアーム９−２’を介して低リフトカムＢ’によって駆動される。
【００４６】
従って、低速・低負荷域においては、吸気の大部分は相対的にリフト量の大きな第１中速用カムＢによって駆動される第１吸気弁３−１を通ってシリンダ内に流入するため、吸気のシリンダ内への非対称流れが促進されるとともに、絞りによって吸気の流速が高められて該吸気のシリンダ内での乱れが促進され、燃焼効率と充填効率が高められる。又、吸・排気弁オーバーラップ時の既燃ガスの吸気への逆流による内部ＥＧＲ量を低減せしめて安定した燃焼状態と良好な排ガス特性を得ることができる。特に、安定した燃焼が実現することによって燃料の薄い希薄燃焼領域を拡大することができ、これによって燃費の改善を図ることができる。
【００４７】
尚、この低速・低負荷域においては、第１ロッカアーム９−１，９−１’の揺動は各切換手段２０，２０’のピストン２３の摺動によって吸収され、第２ロッカアーム９−２，９−２’へは伝達されない。
【００４８】
次に、エンジン回転数が増大してエンジンの運転状態が中速域に達すると、第２動弁ユニットIIの切換手段２０’が作動して該第２動弁ユニットIIの第１ロッカアーム９−１’と第２ロッカアーム９−２’が連結される。
【００４９】
従って、この状態では第１ロッカアーム９−１’と第２ロッカアーム９−２’が連結され、第２ロッカアーム９−２’は第１ロッカアーム９−１’に押されて該第１ロッカアーム９−１’と共に揺動し、第２中速用カムＡ’のリフトは第１ロッカアーム９−１’及び第２ロッカアーム９−２’を経て第２吸気弁３−２に伝達され、第２吸気弁３−２は第２中速用カムＡ’によって駆動される。
【００５０】
一方、第１動弁ユニットＩにおいては切換手段２０は非作動状態を維持するため、低速時と同様に第１吸気弁３−１は第１中速用カムＢによって駆動される。
【００５１】
以上のように、中速域においては、第１吸気弁３−１は第１中速用カムＢによって駆動され、第２吸気弁３−２は第２中速用カムＡ’によって駆動されるため、第１及び第２吸気弁３−１，３−２のリフト量及び開閉タイミングは中速域に最適な値に設定され、シリンダへの吸気の充填効率が高められて高出力が得られる。
【００５２】
そして、エンジン回転数が所定値を超える高速域においては、第１動弁ユニットＩの切換手段２０も作動して該第１動弁ユニットＩの第１ロッカアーム９−１と第２ロッカアーム９−２が連結される。即ち、ロッカシャフト８内の油路８ａから油孔３１を経て第１動弁ユニットＩの切換手段２０の油室Ｓ内に油圧が供給されると、図８乃至図１０に示すように、ピン３０が油圧によって摺動し、該ピン３０がピストン２３の円孔２３ｂに嵌入してスライダ２７をスプリング２８の付勢力に抗して移動させるため、ピストン２３の摺動がピン３０によってロックされる。
【００５３】
従って、第２ロッカアーム９−２は第１ロッカアーム９−１に押されて該第１ロッカアーム９−１と共に揺動し、高速用カムＡのリフトは第１ロッカアーム９−１及び第２ロッカアーム９−２を経て第１吸気弁３−１に伝達され、第１吸気弁３−１は高速用カムＡによって駆動される。
【００５４】
従って、高速域においては、第１吸気弁３−１は高速用カムＡによって駆動され、第２吸気弁３−２は第２中速用カムＡ’によって駆動されるが、特に一方の第１吸気弁３−１が高速用カムＡによって駆動されるために該高速域に合致した慣性・脈動効果が得られ、エンジン出力の向上が図られる。
【００５５】
又、本実施の形態においては、低・中速時に揺動量の小さな第２ロッカアーム９−２，９−２’に切換手段２０，２０’を設けたため、第１ロッカアーム９−１，９−１’に設けた場合に比して、この領域（低・中速域）におけるロッカアーム９−１，９−１’，９−２，９−２’全体に作用する慣性力（慣性力の総和）を小さく抑えることができる。
【００５６】
尚、以上は特に吸気弁を開閉駆動する動弁機構について述べたが、本発明は排気弁を開閉駆動する動弁機構に対しても同様に適用可能であることは勿論である。
【００５７】
ところで、以上説明した実施の形態では、第１及び第２動弁ユニットＩ，IIの第２ロッカアーム９−２，９−２’を各気筒の中央に隣接して配置し、その両外側に各動弁ユニットＩ，IIの第１ロッカアーム９−１，９−１’を配置したが、図１１及び図１２に示すように、第１及び第２動弁ユニットＩ，IIの第１ロッカアーム９−１，９−１’を各気筒の中央に隣接して配置し、その両外側に各動弁ユニットＩ，IIの第２ロッカアーム９−２，９−２’を配置しても良い。
【００５８】
又、以上の実施の形態では、図５に示すようにロストモーション機構１２をホルダー１６に保持せしめたが、図１３に示すようにロストモーション機構１２をシリンダヘッド１に直接設けても良い。
【００５９】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図１４及び図１５に基づいて説明する。尚、図１４は本実施の形態に係る動弁機構を示すエンジンの部分平面図、図１５は図１４のＫ−Ｋ線断面図であり、これらの図においては図１乃至図３において示したと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての説明は省略する。
【００６０】
前記実施の形態１では、第１ロッカアーム９−１，９−１’の第２ロッカアーム９−２，９−２’への当たりの調整はタペットねじ１１，１１’によってなされているが、このような構成を採用すると、図１及び図２に示すように、第１ロッカアーム９−１（９−１’）のカムスリッパ部９ａ（９ａ’）と第２ロッカアーム９−２（９−２’）のカムスリッパ部９ｂ（９ｂ’）及びカムＡ（Ａ’）とカムＢ（Ｂ’）をタペットねじ１１（１１’）を避けて軸方向に罹患させて形成する必要があり、これらの幅が狭くなってその面圧が高くなる他、エンジンの全長が長くなってしまう。
【００６１】
そこで、本実施の形態では、各動弁ユニットＩ，II（図１５では一方の動弁ユニットＩのみ示す）の第１ロッカアーム９−１の第２ロッカアーム９−２への当接をタペットねじに代えて厚さ調整が可能なシム４０を介して行う構成を採用した。
【００６２】
而して、上述の構成を採用することによってカムＡ（Ａ’）とカムＢ（Ｂ’）を第１ロッカアーム９−１（９−１’）の第２ロッカアーム９−２（９−２’）への当接部に平面視でオーバーラップして軸方向に詰めて配置することができ、これらのカムＡ（Ａ’），Ｂ（Ｂ’）の幅を広げてその面圧を下げ、或は軸方向寸法を詰めてエンジンのコンパクト化を図ることができる。
【００６３】
＜実施の形態３＞
次に、本発明の実施の形態３を図１６乃至図２４に基づいて説明する。
【００６４】
図１６は本発明の実施の形態３に係る動弁機構を示すエンジンの部分平面図、図１７は同動弁機構の構成を示す分解平面図、図１８は切換手段が非作動状態にあるとき（低・中速時）の図１６のＬ−Ｌ線断面図、図１９は非作動状態にある切換手段の状態を示す断面図、図２０は図１９のＭ−Ｍ線断面図、図２１は図１６のＰ−Ｐ線断面図、図２２は切換手段が作動状態にあるとき（高速時）の図１６のＬ−Ｌ線断面図、図２３は作動状態にある切換手段の状態を示す断面図、図２４は図２３のＱ−Ｑ線断面図である。
【００６５】
図１８において、１は４サイクル内燃エンジンのシリンダヘッドであり、該シリンダヘッド１には各気筒について２つの吸気ポート２が形成されており、これらの吸気ポート２は第１吸気弁３−１と第２吸気弁３−２（不図示）によって適当なタイミングで開閉される。ここで、第１及び第２吸気弁３−１，３−２は、シリンダヘッド１に圧入されたバルブガイド４に摺動自在に挿通保持されるとともに、シリンダヘッド１とリテーナ５との間に縮装されたバルブスプリング６によって閉じ側に付勢されている。
【００６６】
尚、図示しないが、シリンダヘッド１には排気ポートが形成されており、この排気ポートは排気弁によって適当なタイミングに開閉される。
【００６７】
又、シリンダヘッド１の上方にはカム軸７が図３の紙面垂直方向に長く配されており、図１７に示すように、該カム軸７には各気筒について３つのカムＡ，Ｂ，Ｃが一体に連設されている。尚、本実施の形態では、カムＡは高速用カム、カムＢは低リフトカム、カムＣは中速用カムにそれぞれ設定されている。
【００６８】
そして、上記カム軸７の下方には、中空状のロッカシャフト８がカム軸７と平行に配置されており、該ロッカシャフト８には、カム軸７の前記カムＡ，Ｂ，Ｃにそれぞれ当接する第１、第２及び第３ロッカアーム９−１，９−２，９−３が回動自在に軸支されている。
【００６９】
而して、上記第１ロッカアーム９−１の中間部には進退自在なタペットねじ１１が螺着され、第２及び第３ロッカアーム９−２，９−３の各一端部には進退自在なタペットねじ１０，１０’がそれぞれ螺着されている。そして、第１ロッカアーム９−１のタペットねじ１１が設けられる側とは反対側の端部は、図２１に示すように、ホルダー１６に設けられたロストモーション機構１２に当接している。
【００７０】
ここで、上記ロストモーション機構１２は、ホルダー１６に保持された下方が開口するシリンダ１３内にピストン１４を摺動自在に嵌装するともに、該ピストン１４をロストモーションスプリング１５によって下方に付勢して構成されており、ピストン１４の下端には第１ロッカアーム９−１の端部が当接している。従って、第１ロッカアーム９−１はロストモーションスプリング１５によってロッカシャフト８を中心として図６の時計方向に付勢されており、その端部のカムスリッパ部９ａが図示のように前記カムＡに当接せしめられている。
【００７１】
又、前記第２及び第３ロッカアーム９−２，９−３の各端部に螺着されたタペットねじ１０，１０’は第１及び第２吸気弁３−１，３−２の各弁軸の頂部に当接するとともに、その各カムスリッパ部９ｂ，９ｃがカムＢ，Ｃにそれぞれ当接せしめられている。
【００７２】
ところで、第２ロッカアーム９−２内には、第１ロッカアーム９−１と該第２ロッカアーム９−２を連結又は連結解除してカムＡ又はカムＢを選択してそのリフトを第１吸気弁３−１に伝達するための切換手段２０が設けられている。ここで、この切換手段２０の構成の詳細を図１９及び図２０に基づいて説明する。
【００７３】
図１９に示すように、第２ロッカアーム９−２には大小異径の円孔２１，２２が互いに直交する方向に形成されており、一方の円孔２１内にはピストン２３が摺動自在に嵌装されている。そして、このピストン２３は、これとキャップ２４との間に縮装されたスプリング２５によって斜め上方に付勢されて前記第１ロッカアーム９−１に螺着されたタペットねじ１１の下端に当接している。
【００７４】
又、上記ピストン２３の前記円孔２２が開口する側の外周面には所定深さのガイド溝２３ａが該ピストン２３の摺動方向に沿って形成されており、同ピストン２３にはこれの摺動方向と直交する方向に円孔２３ｂが貫設されている。そして、この円孔２３ｂ内にはリテーナ２６が嵌着されるとともに、スライダ２７が摺動自在に嵌合保持されており、該スライダ２７は、これとリテーナ２６との間に縮装されたスプリング２８によって外側方（円孔２２の方向）に付勢されている。
【００７５】
他方、前記円孔２２内にはストッパ２９が嵌着されるとともに、ピン３０が摺動自在に嵌装されており、同円孔２２内にはストッパ２９とピン３０によって区画される油室Ｓが形成されている。そして、この油室Ｓには、第２ロッカアーム９−２とロッカシャフト８に形成された油孔３１を介してロッカシャフト８内の油路８ａが連通している。尚、ピストン２３に貫設された前記円孔２３ｂと第２ロッカアーム９−２に形成された円孔２２及びスライダ２７とピン３０とはそれぞれ同径に形成され、且つ、同軸に配されている。
【００７６】
次に、本発明に係る動弁機構の作用を説明する。
【００７７】
エンジン回転数が比較的低い低・中速域においては、第２ロッカアーム９−２に設けられた切換手段２０は非作動状態にあって、油圧は油室Ｓに供給されず、図１８乃至図２０に示すように、ピン３０はスプリング２８によって付勢されたスライダ２７によって押圧されてストッパ２９に当接しており、その一部はピストン２３に形成された前記ガイド溝２３ａに係合している。この状態では、ピストン２３は円孔２１内を自由に摺動し得ることとなり、第１ロッカアーム９−１と第２ロッカアーム９−２は連結解除（非連結）状態にある。
【００７８】
而して、上記状態においてカム軸７が所定の速度（不図示のクランク軸の１／２の速度）で回転駆動されると、該カム軸７に連設されたカムＡ，Ｂ，Ｃにそれぞれ当接する第１、第２及び第３ロッカアーム９−１，９−２，９−３はカムＡ，Ｂ，Ｃのプロフィールに応じてロッカシャフト８を中心として揺動するが、この低・中速域においては、前述のように第１ロッカアーム９−１と第２ロッカアーム９−２は連結解除（非連結）状態にあるため、両者９−１，９−２及び第３ロッカアーム９−３はそれぞれ独立に揺動し、第１吸気弁３−１は第２ロッカアーム９−２を介して低リフトカムＢで駆動され、第２吸気弁３−２は第３ロッカアーム９−３を介して中速用カムＣで駆動される。尚、第２吸気弁３−２はエンジン回転数に拘らず、常に中速用カムＣによって駆動される。
【００７９】
従って、低・中速域においては、吸気の大部分は相対的にリフト量の大きな第２吸気弁３−２を通ってシリンダ内に流入するため、吸気のシリンダ内への非対称流れが促進されるとともに、絞りによって吸気の流速が高められて該吸気のシリンダ内での乱れが促進され、燃焼効率と充填効率が高められる。又、吸・排気弁オーバーラップ時の既燃ガスの吸気への逆流による内部ＥＧＲ量を低減させて安定した燃焼状態と良好な排ガス特性を得ることができる。特に、安定した燃焼が実現することによって燃料の薄い希薄燃焼領域を拡大させることができ、これによって燃費の改善を図ることができる。
【００８０】
尚、この低・中速域においては、第１ロッカアーム９−１の揺動は切換手段２０のピストン２３の摺動によって吸収され、第２ロッカアーム９−２へは伝達されない。
【００８１】
次に、エンジン回転数が所定値を超える高速域においては、ロッカシャフト８内の油路８ａから油孔３１を経て切換手段２０の油室Ｓ内に油圧が供給される。すると、切換手段２０が作動し、図２２乃至図２４に示すように、ピン３０が油圧によって摺動し、該ピン３０がピストン２３の円孔２３ｂに嵌入してスライダ２７をスプリング２８の付勢力に抗して移動させるため、ピストン２３の摺動がピン３０によってロックされる。従って、この状態では第１ロッカアーム９−１と第２ロッカアーム９−２が連結され、第２ロッカアーム９−２は第１ロッカアーム９−１によって押されて該第１ロッカアーム９−１と共に揺動し、高速用カムＡのリフトは第１ロッカアーム９−１及び第２ロッカアーム９−２を経て第１吸気弁３−１に伝達され、この結果、高速域においては、第１吸気弁３−１は高速用カムＡによって駆動され、第２吸気弁３−２は低・中速域と同様に中速用カムＣによって駆動される。ここで、油室Ｓをロッカシャフト８内の油路８ａよりも下方に設けたため、該油室Ｓに気泡が滞留することがなく、切換手段２０が確実に作動せしめられる。
【００８２】
而して、高速域においては、上述のように第１吸気弁３−１は高速用カムＡによって駆動され、第２吸気弁３−２は中速用カムＣによって駆動されるため、第１及び第２吸気弁３−１，３−２には十分なリフト量が確保され、十分な量の吸気をシリンダ内に供給して高出力を得ることができる。
【００８３】
又、本実施の形態においては、低・中速時において揺動量が小さな第２ロッカアーム９−２に切換手段２０を設けたため、切換手段２０を第１ロッカアーム９−１に設けた場合に比して、低・中速域におけるロッカアーム９−１〜９−３全体に作用する慣性力（慣性力の総和）を小さく抑えることができる。
【００８４】
尚、以上は吸気弁のリフト量と開閉タイミングを低・中速時と高速時において切り換える場合について述べたが、排気弁のリフト量と開閉タイミングも同様の機構によって切り換えることができる。
【００８５】
＜実施の形態４＞
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
【００８６】
本実施の形態は、前記実施の形態１におけるカムＣをカムＡと同じプロフィールを有する高速用カムで構成したものであって、他の構成は実施の形態１の構成と全く同様である。従って、以下の説明においては実施の形態１と同様の要素は図１６乃至図２４に示したと同一の符号を用いる。
【００８７】
而して、本実施の形態によれば、低・中速域においては、第１吸気弁３−１は低リフトカムＢによって駆動され、第２吸気弁３−２は高速用カムＣによって駆動される。従って、実施の形態１と同様に吸気の大部分は相対的にリフト量の大きな第２吸気弁３−２を通ってシリンダ内に流入するため、吸気のシリンダ内での乱れが促進されて燃焼効率と充填効率が高められるとともに、安定した燃焼状態と良好な排ガス特性を得ることができる。
【００８８】
又、高速域においては、第１吸気弁３−１は高速用カムＡによって駆動され、第２吸気弁３−２は高速用カムＡと同じプロフィールを有する高速用カムＣによって駆動されるため、第１及び第２吸気弁３−１，３−２には十分なリフト量が確保され、十分な量の吸気をシリンダ内に供給して高出力を得ることができる。
【００８９】
＜実施の形態５＞
次に、本発明の実施の形態５について説明する。
【００９０】
本実施の形態では、前記実施の形態２においてカムＢを低速用カムで構成するとともに、図２５に模式的に示すように、第２吸気弁３−２に連通する吸気通路２−２に吸気制御弁３２を設けている。尚、図２５において、２−１は第１吸気弁３−１に連通する吸気通路、３３はサージタンク、３４はスロットル弁、３４は吸気制御弁３２を駆動するアクチュエータ、３６はスロットル弁３４の開度αとエンジン回転数Ｎをパラメータとしてアクチュエータ３５の駆動（つまり、吸気制御弁３２の開度）を制御するＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）である。
【００９１】
而して、本実施の形態によれば、低・中速域においては、第１吸気弁３−１は低速用カムＢによって駆動され、第２吸気弁３−２は高速用カムＣによって駆動されるが、吸気制御弁３２は閉じられる。
【００９２】
従って、低・中速域においては、吸気は低速用カムＢによって駆動される第１吸気弁３−１を通ってシリンダ内に流入するため、吸気のシリンダ内での乱れが促進されて燃焼効率と充填効率が高められるとともに、安定した燃焼状態と良好な排ガス特性を得ることができる。尚、第２吸気弁３−２と吸気制御弁３２との間の吸気通路２−２内への既燃ガスの進入を防ぐために吸気制御弁３２を僅かに開き、第２吸気弁３−２からシリンダへの吸気の微小流れを形成しても良い。
【００９３】
そして、この低・中速域においては、エンジン回転数の増大と共に吸気制御弁３２を開いてシリンダ内での吸気の流動を徐々に抑制するとともに、第２吸気弁３−２からシリンダへの吸気量を増大させて所謂中速域におけるノッキング（異常燃焼）の発生を抑え、十分な量の吸気をシリンダに供給することによって中速域におけるトルク特性を改善する。
【００９４】
又、高速域においては、第１吸気弁３−１は高速用カムＡによって駆動され、第２吸気弁３−２は高速用カムＣによって駆動され、吸気制御弁３２は全開とされる。従って、この高速域においては実施の形態２と同様に第１及び第２吸気弁３−１，３−２には十分なリフト量が確保され、吸気抵抗が低く抑えられて十分な量の吸気がシリンダ内に供給されるため、高い充填効率が確保されて高出力が得られる。
【００９５】
尚、一対の排気弁を吸気弁と同様の切換態様で開閉駆動すれば、低速域での既燃ガスの吸気通路への吹き返しを更に抑制するとともに、高速域での充填効率を更に高めることができる。
【００９６】
又、コスト抑制の観点から吸気制御弁３２の開閉制御を所謂ＯＮ−ＯＦＦ制御とし、吸気制御弁３２を低・中速域において全閉とし、高速域において全開とするようにしても良い。
【００９７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、上記内燃エンジンの動弁機構によれば、２つのカムＡ，Ｂにそれぞれ当接する第１及び第２ロッカアームを有し、第１ロッカアームをロストモーション機構に、第２ロッカアームを弁にそれぞれ当接せしめるとともに、両ロッカアームを連結又は連結解除してカムＡ，Ｂの一方を選択してそのリフトを弁に伝達する切換手段を設けて構成される動弁ユニットを複数設けるとともに、各動弁ユニットに含まれる前記カムＡ，Ｂの少なくとも一方を低リフトカム、低速用カム又は中速用カムとし、他方をそれよりも高リフトのカムとしたため、中速域において十分なエンジン性能を確保しつつ、低速・低負荷域における混合気の安定燃焼を実現することができるという効果が得られる。
【００９８】
又、３つのカムが設けられた上記内燃エンジンの動弁機構によれば、一対の第１及び第２弁を開閉する内燃エンジンの動弁機構を、３つのカムＡ，Ｂ，Ｃを連設して成るカム軸と、該カム軸のカムＡ，Ｂ，Ｃにそれぞれ当接する第１、第２及び第３ロッカアームを有し、第１ロッカアームをロストモーション機構に、第２ロッカアームを第１弁に、第３ロッカアームを第２弁にそれぞれ当接せしめるとともに、第１ロッカアームと第２ロッカアームを連結又は連結解除して前記カムＡ又はカムＢを選択してそのリフトを第１弁に伝達する切換手段を設けたものとしたため、低・中速域においては混合気のシリンダ内での乱れを促進して燃焼効率と充填効率の向上を図ることができるとともに、高速時においては十分な混合気をシリンダ内に供給して高出力を得ることができるという効果が得られる。
【００９９】
更に、第１ロッカアームと第２ロッカアームとをシムを介して当接させる上記内燃エンジンの動弁機構によれば、カムＡ，Ｂを第１ロッカアームの第２ロッカアームへの当接部に平面視でオーバーラップして軸方向に詰めて配置することができ、カムＡ，Ｂの幅を広げてその面圧を下げ、或は軸方向寸法を詰めてエンジンのコンパクト化を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る動弁機構を示すエンジンの部分平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る動弁機構の構成を示す分解平面図である。
【図３】切換手段が非作動状態にあるときの図１のＥ−Ｅ線断面図である。
【図４】切換手段が非作動状態にあるときの図１のＦ−Ｆ線断面図である。
【図５】図１のＧ−Ｇ線断面図である。
【図６】非作動状態にある切換機構の状態を示す断面図である。
【図７】図６のＨ−Ｈ線断面図である。
【図８】切換手段が作動状態にあるときの図１のＥ−Ｅ断面図である。
【図９】作動状態にある切換機構の状態を示す断面図である。
【図１０】図９のＪ−Ｊ線断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態１に係る動弁機構の別配置例を示すエンジンの部分平面図である。
【図１２】本発明の実施の形態１に係る動弁機構の別配置例を示す分解平面図である。
【図１３】ロストモーション機構の別配置例を示す断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る動弁機構を示すエンジンの部分平面図である。
【図１５】図１４のＫ−Ｋ線断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態３に係る動弁機構を示すエンジンの部分平面図である。
【図１７】本発明の実施の形態３に係る動弁機構の構成を示す分解平面図である。
【図１８】切換手段が非作動状態にあるとき（低・中速時）の図１６のＬ−Ｌ線断面図である。
【図１９】非作動状態にある切換手段の状態を示す平面図である。
【図２０】図１９のＭ−Ｍ線断面図である。
【図２１】図１４のＰ−Ｐ線断面図である。
【図２２】切換手段が作動状態にあるとき（高速時）の図１６のＬ−Ｌ線断面図である。
【図２３】作動状態にある切換手段の状態を示す断面図である。
【図２４】図２３のＱ−Ｑ線断面図である。
【図２５】本発明の実施の形態５に係る動弁機構を示すエンジンの吸気系の模式図である。
【符号の説明】
Ｉ 第１動弁ユニット
II 第２動弁ユニット
Ａ，Ｂ，Ａ’，Ｂ’ カム
２，２−１，２−２ 吸気通路
３−１ 第１吸気弁（弁）
３−２ 第２吸気弁（弁）
７ カム軸
９−１，９−１’ 第１ロッカアーム
９−２，９−２’ 第２ロッカアーム
９−３ 第３ロッカアーム
１２ ロストモーション機構
２０，２０’ 切換手段
３２ 吸気制御弁
４０ シム

Claims (10)

1. カムＡに当接する第１ロッカアームと、前記カムＡより低リフトのカムＢに当接する第２ロッカアームとを有し、前記第１ロッカアームをロストモーション機構に、前記第２ロッカアームを弁にそれぞれ当接せしめるとともに、前記弁の作動状態を切り換える切換手段を前記第２ロッカアームに設けて構成される動弁ユニットを有する内燃エンジンの動弁機構であって、
   前記切換手段は、揺動している前記第１ロッカアームの下面の動きを前記弁に伝達する第１の状態と、揺動している前記第１ロッカアームの下面の動きを前記弁に非伝達とする第２の状態とを切り換え可能に設けられ、
   前記第１ロッカアームは、その下面で前記第１の状態にある前記切換手段を押圧することで、当該第１ロッカアームに当接する前記カムＡのリフトを前記弁に伝達し、
   前記切換手段は、
   前記第２ロッカアームに形成された孔に沿って往復動可能に設けられるとともに、その先端面が前記第１ロッカアームの下面に当接し、揺動する前記第１ロッカアームの下面に前記先端面が押圧されることによって前記第２ロッカアームに対して相対的に後退可能なピストンと、
   前記ピストンの往復動の軌道上に進入して当該ピストンに干渉し、当該ピストンの後退を規制する第１の位置と、前記ピストンの前記軌道上から退いて、当該ピストンの後退を許容する第２の位置との間を油圧によって移動する、前記ピストンとは別体のピンとを含む、
   ことを特徴とする内燃エンジンの動弁機構。
2. 前記動弁ユニットを２つ有し、各動弁ユニットの前記第２ロッカアームを各気筒の中央に隣接して配置し、その両外側に各動弁ユニットの前記第１ロッカアームを配置したことを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジンの動弁機構。
3. 前記動弁ユニットを２つ有し、各動弁ユニットの前記第１ロッカアームを各気筒の中央に隣接して配置し、その両外側に各動弁ユニットの前記第２ロッカアームを配置したことを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジンの動弁機構。
4. 一方の前記動弁ユニットの前記カムＡを高速用カム、前記カムＢを第１中速用カムとし、他方の前記動弁ユニットの前記カムＡを第２中速カム、前記カムＢを低リフトカムとしたことを特徴とする請求項２又は３記載の内燃エンジンの動弁機構。
5. 一対の第１及び第２弁を開閉する機構であって、前記カムＡ、前記カムＢ、及びカムＣを連設して成るカム軸と、該カム軸の前記カムＡに当接する前記第１ロッカアームと、前記カムＢに当接する前記第２ロッカアームと、前記カムＣに当接する第３ロッカアームとを有し、前記第１ロッカアームを前記ロストモーション機構に、前記第２ロッカアームを前記第１弁に、前記第３ロッカアームを前記第２弁にそれぞれ当接せしめるとともに、前記第１ロッカアームと前記第２ロッカアームとの間にのみ前記第１弁の作動状態を切り換える前記切換手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジンの動弁機構。
6. 前記カムＡを高速用カム、前記カムＢを低リフトカム、前記カムＣを中速用カムとしたことを特徴とする請求項５記載の内燃エンジンの動弁機構。
7. 前記カムＡ，Ｃを高速用カム、前記カムＢを低リフトカムとしたことを特徴とする請求項５記載の内燃エンジンの動弁機構。
8. 前記カムＡ，Ｃを高速用カム、前記カムＢを低速用カムとしたことを特徴とする請求項５記載の内燃エンジンの動弁機構。
9. 前記第１及び第２弁を吸気弁で構成するとともに、前記第２弁に連通する吸気通路に吸気制御弁を設けたことを特徴とする請求項７又は８記載の内燃エンジンの動弁機構。
10. 前記第１ロッカアームと第２ロッカアームとをシムを介して当接させたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の内燃エンジンの動弁機構。

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