JP4251359B2

JP4251359B2 - ４サイクル内燃機関の動弁機構

Info

Publication number: JP4251359B2
Application number: JP2004063135A
Authority: JP
Inventors: 善司石川
Original assignee: 善司石川
Priority date: 2004-02-04
Filing date: 2004-02-04
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2024-02-04
Also published as: JP2005220896A

Description

発明の詳細な説明

本発明は４サイクル内燃機関の動弁機構に属するものである。

発明が解決しょうとする課題

ガソリン機関を代表とする予混合機関においては、出力の制御において吸気量の調節をすることが必要である。

そのために、従来機関では吸気絞り弁すなはち、スロットルバルブを用いていた。

しかし、スロットルバルブによって吸気量を絞ると、特に低負荷時に大きなポンピング損失が発生する。

日常、私たちが利用する自動車においては、そのほとんどの運転状態は低負荷あるいは中負荷くらいであって、上記ポンピング損失により機関の効率を下げ燃費を悪くしていた。

本発明は上記ポンピング損失を低減するためにスロットルバルブを廃し、かわって吸気量の調節を吸気弁のリフト量を連続的に可変とすることにより可能とする４サイクル内燃機関の動弁機構を提供することにある。

課題を解決するための手段

シリンダヘッド部材９に取り付けられた第一ロッカーアーム軸６により、その一端を軸支され揺動自在とし、その揺動する他端部分により弁１１を押し下げ可能とした第一ロッカーアーム７を設ける。

該第一ロッカーアーム軸６と平行に近隣して第二ロッカーアーム軸５をシリンダヘッド部材９にもうける。

該第二ロッカーアーム軸５に、その一端を軸支され揺動自在とした第二ロッカーアーム２をもうける。

該第一ロッカーアーム７と第二ロッカーアーム２とはロッカーアーム軸６および５をその揺動支軸として、いわば一対の牛の角のように、互いに向き合うように配し、その間にはプッシュロッド回転軸１９を前記第一ロッカーアーム軸６と平行に配し、シリンダヘッド部材９に回転自在に設ける。

第一ロッカーアーム７にはプッシュロッド回転軸１９と対面する側の面に、該プッシュロッド回転軸１９の軸心を中心とする半径を持つ円周内面を設け第一プッシュロッド押接面１３とする。

第二ロッカーアーム２にもプッシュロッド回転軸１９と対面する側の面に、該プッシュロッド回転軸１９の軸心を中心とする半径を持つ円周内面を設け第二プッシュロッド押接面３とする。

前記プッシュロッド回転軸１９には、該回転軸１９の直径方向に孔４−１を設け、該孔４−１にプッシュロッド４を摺動可能に挿入する。

該プッシュロッド４は、プッシュロッド回転軸１９の軸心より第一プッシュロッド押接面１３までの半径と、同じく回転軸１９の軸心より第二プッシュロッド押接面３までの半径とを合計した長さをもつものである。

該プッシュロッド４の一端は第一ロッカーアーム７の第一プッシュロッド押接面１３に当接させ、他端は第二ロッカーアーム２の第二プッシュロッド押接面３に当接させる。

第二ロッカーアーム２のプッシュロッド押接面３の反対面すなわち裏側面にはカムスリッパ面２０を設け、カム軸１のベース円を摺接させる。

以上のような構成のもと、カム２１の作動を第二ロッカーアーム２に伝達し、第二プッシュロッド押接面３を介してプッシュロッド４に伝達し、さらに第一プッシュロッド押接面１３を介して前記カム２１の作動を第一ロッカーアーム７に伝達して弁１１を押し下げることを可能とする。

上記作動中に、プッシュロッド回転軸１９を回転させ、第一プッシュロッド押接面１３と第二プッシュロッド押接面３に押接するプッシュロッド４の押接点を変化させる。

それによってカム２１の作用する第二ロッカーアーム２と、弁１１を押し下げる第一ロッカーアーム７との間のてこ比を可変とすることにより、弁１１を押し下げる量すなはちリフト量を連続的に可変可能とする４サイクル内燃機関の動弁機構。

以下実施例について述べれば、図１は本発明の主要な部分を示す図で、カム２１が作動していない位置で弁１１が閉じている状態である。

第一ロッカーアーム軸６によりその一端を軸支され揺動自在とし、その他端部において油圧アジャスター１２を介して弁１１を押し下げ可能とした第一ロッカーアーム７を設ける。

該第一ロッカーアーム軸６と平行にその隣に第二ロッカーアーム軸５をそれぞれシリンダヘッド部材９に設ける。

そして、該第二ロッカーアーム軸５に第二ロッカーアーム２の一端を軸支し、揺動自在とする。

いわば、シリンダヘッドを牛の頭にたとえれば軸６と軸５によって一対の牛の角のように、ロッカーアーム７、およびロッカーアーム２を設ける。

前記第一ロッカーアーム７のアームと、該第二ロッカーアーム２のアーム部分の間には、それぞれのアームによりだきこまれるようにプッシュロッド回転軸１９を、前記第一ロッカーアーム軸６と平行に、そして回転自在にシリンダヘッド部材９に設ける。

第一ロッカーアーム７には該プッシュロッド回転軸１９を中心とする半径を有する第一プッシュロッド押接面１３をプッシュロッド回転軸１９に面するロッカーアーム面に設ける。

第二ロッカーアーム２にも、同様に該プッシュロッド回転軸１９を中心とする半径を有する第二プッシュロッド押接面３を、プッシュロッド回転軸１９に面するロッカーアーム面に設ける。

上記プッシュロッド回転軸１９を中心とする第二プッシュロッド押接面３までの半径と、第一プッシュロッド押接面１３までの半径は本実施例では同じであるが、同心円であれば異なってもよい。

該プッシュロッド４の一端は第一ロッカーアーム７の第一プッシュロッド押接面１３に当接させ、他端は第二ロッカーアーム２のプッシュロッド押接面３に当接させる。

第二ロッカーアーム２の第二プッシュロッド押接面３の反対側、すなわち裏側にはカムスリッパ面２０を設け、前期第一、第二ロッカーアーム軸及びプッシュロッド回転軸１９と平行にカム軸１を設け、該カム軸１のベース円をカムスリッパ面２０に摺接させる。

次にプッシュロッド回転軸１９にアーム１８を固定して設ける。

該アーム１８の端部には雌ねじ１６−２を軸１７により取付け、該軸１７を中心に回動自在とする。

該雌ねじ１６−２には雄ねじ１６−１を有するロッド１６を挿入する。

該ロッド１６は制御モーター１４により回転駆動可能とする。

該制御モーター１４は図７に示されるように制御回路２２に連絡し、アクセルペダル２３の操作により制御モーター１４を駆動制御し、ロッド１６を回転させアーム１８を介してプッシュロッド回転軸１９をＥ方向もしくはＦ方向に回動自在とする。

また、第二ロッカーアーム２のボス部に突起５−１を設け、ヘアピンバネ５−２の一端を該突起５−１にかけ、他端をシリンダヘッド部材９に掛け止め、該バネ５−２の反力により第二ロッカーアームを押しつけ、カムスリッパ２０面がカム２１の面よりおどり出して離れないようにしている。

以上のような構成のもと、カム２１の作動量がカムスリッパ２０の面を介して第二ロッカーアーム２に伝達し、さらに第二プッシュロッド押接面３を介して、プッシュロッド４の一端に伝達する。

該プッシュロッド４はプッシュロッド回転軸１９の中に設けられた孔４−１の中を摺動して移動、他端を介して第一プッシュロッド押接面１３を押す。

そして、第一ロッカーアーム７は第一ロッカーアーム軸６を中心として揺動し、油圧アジャスター１２を介して弁１１を押し下げる。

上記のような作動において、プッシュロッド回転軸１９を図７に示すようにＦ方向に回動し、図１に示すような位置で停止させれば、図２に示すようにカム２１の作動量を第二ロッカーアーム２に伝達するてこ長さＭと、プッシュロッド４に伝達するてこ長さＮが定まり、それによってプッシュロッド４の移動量が定まる。

該プッシュロッド４の移動量は第一ロッカーアーム７に伝達し、そのてこ長さＯと弁１１を押し下げるてこ長さＰの比（Ｐ／Ｏ）により弁１１を押し下げる量が以下の式で大まかに表される、
弁１１の押し下げ量＝（Ｐ／Ｏ）掛ける（Ｎ／Ｍ）掛ける（カム２１の作動量）、図２に示される場合は、Ｎが小さくＯが大きいので押し下げ量は小さくＡに示されるようになる。

第二ロッカーアーム２のボス部外周に該プッシュロッド４の一端が位置するように図１のＦ−１の線の位置にプッシュロッド４をもってくれば、該プッシュロッド４の一端はボス部外周を摺動するのみで、プッシュロッド４の孔４−１方向の移動量がゼロに近くなるので弁１１の押し下げ量はほとんどゼロに近くすることが出来る。

図３に示される状態は図７に示すようにＥ方向に回動し、図３に示す位置で停止させればＮがＮ２にＯがＯ２にそれぞれ移動し、Ｎ＜Ｎ２、Ｏ＜Ｏ２となりプッシュロッド４の移動量が図２に示される状態より大きくなり、弁１１の押し下げ量は図４のＢに示されるようになる。

図５に示される状態は、図７に示されるようにさらにＥ方向に回動した位置で停止させたもので、Ｎ２がＮ３にＯ２がＯ３にそれぞれ移動しＮ２＜Ｎ３、Ｏ２＜Ｏ３となりプッシュロッド４の移動量が図３及び図４に示されるものより大きくなり、弁１１の押し下げ量は図６のＣに示されるようになる。

以上のように図７に示されるように、Ｅ方向にプッシュロッド回転軸１９を回動させれば、カム２１の作動量が大きく伝達するようにてこ比が変化し、Ｆ方向に回動させれば、カム２１の作動量が小さく伝達するようにてこ比が変化する。

したがって、機関の運転中にＥ方向あるいはＦ方向に任意にプッシュロッド回転軸１９を回動させれば、連続的に弁１１のリフト量の増減が可能となる。

本発明の効果

本発明を４サイクル予混合機関の吸気弁に用いれば、吸気量を吸気弁の開閉のみで調節可能となるために、従来用いられているスロットルバルブを不要にすることができる。

したがって、中、低速の実用運転域で多く発生したスロットルバルブによるポンピング損失を減少させることが出来るため、機関の効率が向上し燃費の節約さらに二酸化炭素の発生量の減少を可能とするものである。

また、圧縮着火機関のＥＧＲを増加するために、吸気量を制限し排気弁の閉じる位相を遅くし、排気弁より直接シリンダー内に排気ガスを再吸入する場合において、吸気弁のリフト量を連続的に可変として新気の吸気量を制御できるものである。

【００５１】
さらに、本発明の機構とすることにより、動弁系の往復運動にかかる質量が大きくならず、慣性質量を小さく出来るため高速運転時の弁の追従性がすぐれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例で弁のリフト量がＡの状態でカム軸の軸方向から見た側面図。
【図２】図１の状態で、カムが作動し弁のリフト量Ａを示している、カム軸の軸方向から見た側面図。
【図３】図１にかかる実施例で弁のリフト量がＢの状態でカム軸の軸方向から見た側面図。
【図４】図３の状態で、カムが作動し弁のリフト量Ｂを示している、カム軸の軸方向から見た側面図。
【図５】図１にかかる実施例で、弁のリフト量がＣの状態でカム軸の軸方向から見た側面図。
【図６】図５の状態で、カムが作動し弁のリフト量Ｃを示しているカム軸の軸方向から見た側面図。
【図７】図１にかかる実施例で、本発明の主要部を示す立体図。
【図８】本発明にかかる弁のリフト量の変化を表すグラフ図。
【図９】プッシュロッド４とプッシュロッド回転軸１９との構成を示す立体図。
【符号の説明】
１カム軸２第二ロッカーアーム
３第二プッシュロッド押接面４プッシュロッド４−１孔
５第二ロッカーアーム軸５−１突起５−２ヘアピンバネ
６第一ロッカーアーム軸７第一ロッカーアーム８弁バネ
９シリンダヘッド部材１１弁１２油圧アジャスター
１３第一プッシュロッド押接面１４制御モーター１５軸
１６ロッド１６−１雄ねじ１６−２雌ねじ１７軸
１８アーム１９プッシュロッド回転軸２０カムスリッパ
２１カム２２制御回路２３アクセル
Ｍカム２１と第二ロッカーアームとのてこ長さＮ低負荷時のプッシュロッド４と第二ロッカーアーム２とのてこ長さＯ低負荷時のプッシュロッド４と第一ロッカーアーム７とのてこ長さＰ第一ロッカーアームと弁１１とのてこ長さＡ低負荷時の弁リフト量Ｎ２中負荷時のプッシュロッド４と第二ロッカーアーム２とのてこ長さＯ２中負荷時のプッシュロッド４と第一ロッカーアーム７とのてこ長さＢ中負荷時の弁リフト量Ｎ３高負荷時のプッシュロッド４と第二ロッカーアーム２とのてこ長さＯ３高負荷時のプッシュロッド４と第一ロッカーアーム７とのてこ長さＣ高負荷時の弁リフト量Ｄプッシュロッド４の摺動方向Ｅプッシュロッド回転軸１９の回転方向Ｆプッシュロッド回転軸１９の回転方向

本発明の実施例で弁のリフト量がＡの状態でカム軸の軸方向から見た側面図。図１の状態で、カムが作動し弁のリフト量Ａを示している、カム軸の軸方向から見た側面図。図１にかかる実施例で弁のリフト量がＢの状態でカム軸の軸方向から見た側面図。図３の状態で、カムが作動し弁のリフト量Ｂを示している、カム軸の軸方向から見た側面図。図１にかかる実施例で、弁のリフト量がＣの状態でカム軸の軸方向から見た側面図。図５の状態で、カムが作動し弁のリフト量Ｃを示しているカム軸の軸方向から見た側面図。図１にかかる実施例で、本発明の主要部を示す立体図。本発明にかかる弁のリフト量の変化を表すグラフ図。プッシュロッド４とプッシュロッド回転軸１９との構成を示す立体図。

符号の説明

１カム軸２第二ロッカーアーム３第二プッシュロッド押接面４プッシュロッド４−１溝５第二ロッカーアーム軸５−１突起５−２ヘアピンバネ６第一ロッカーアーム軸７第一ロッカーアーム８弁バネ９シリンダヘッド部材１１弁１２油圧アジャスター１３第一プッシュロッド押接面１４制御モーター１５軸１６ロッド１６−１雄ねじ１６−２雌ねじ１７軸１８アーム１９プッシュロッド回転軸２０カムスリッパ２１カム２２制御回路２３アクセル
Ｍカム２１と第二ロッカーアームとのてこ長さＮ低負荷時のプッシュロッド４と第二ロッカーアーム２とのてこ長さＯ低負荷時のプッシュロッド４と第一ロッカーアーム７とのてこ長さＰ第一ロッカーアームと弁１１とのてこ長さＡ低負荷時の弁リフト量Ｎ２中負荷時のプッシュロッド４と第二ロッカーアーム２とのてこ長さＯ２中負荷時のプッシュロッド４と第二ロッカーアーム７とのてこ長さＢ中負荷時の弁リフト量Ｎ３高負荷時のプッシュロンド４と第二ロッカーアーム２とのてこ長さＯ３高負荷時のプッシュロッド４と第二ロッカーアーム７とのてこ長さＣ高負荷時の弁リフト量Ｄプッシュロッド４の摺動方向Ｅプッシュロッド回転軸１９の回転方向Ｆプッシュロッド回転軸１９の回転方向

Claims

一端を第一ロッカーアーム軸により軸支して揺動自在とし、その他端部により弁を押し下げ可能とした第一ロッカーアームと、該第一ロッカーアーム軸と平行に近隣して第二ロッカーアーム軸をシリンダヘッド部材に設け、該第二ロッカーアーム軸に、その一端を軸支し揺動自在とした第二ロッカーアームを設け、
該第一ロッカーアームと第二ロッカーアームとは互いに向き合うように配し、その間にはプッシュロッド回転軸を、前記第一ロッカーアーム軸と平行に、そして回転自在にシリンダヘッド部材に設け、
第一ロッカーアームにはプッシュロッド回転軸と対面する側の面に、該プッシュロッド回転軸の軸心を中心とする半径を持つ円周内面として第一プッシュロッド押接面を設け、
第二ロッカーアームにもプッシュロッド回転軸と対面する側の面に、該プッシュロッド回転軸の軸心を中心とする半径を持つ円周内面として第二プッシュロッド押接面を設け、
該プッシュロッド回転軸には、該回転軸の直径方向に孔を設け、該孔にプッシュロッドを摺動可能に挿入し、該プッシュロッドの一端は第一ロッカーアームの第一プッシュロッド押接面に当接させ、他端は第二ロッカーアームの第二プッシュロッド押接面に当接させ、第二ロッカーアームのプッシュロッド押接面と反対側の面にはカムスリッパ面を設け、カム軸のベース円を摺接させることを特徴とする４サイクル内燃機関の動弁機構。