JP4338200B2 - 内燃機関におけるバルブリフト可変式動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は，内燃機関における吸気弁及び排気弁のうち一方又は両方を，クランク軸の回転に同期して開閉作動するようにした動弁装置において，前記吸気弁及び排気弁のうち一方又は両方を開き作動するときにおけるバルブリフトを，内燃機関の運転中において任意に変更できるようにした動弁装置に関するものである。

一般に内燃機関の動弁装置においては，その燃費及び出力の向上等を図るために，その吸気弁及び排気弁のうち一方又は両方を開くときにおけるバルブリフトを，例えば，内燃機関における低負荷域では小さく，高負荷域では大きくするというように，内燃機関の運転中において任意に変更できるように構成することが好ましい。

先行技術としての特許文献１には，その図５〜図８に，以下に述べる構成にしたバルブリフト可変式の動弁装置が提案されている。

すなわち，この先行技術におけるバルブリフト可変式動弁装置は，ポペット型吸気弁の上部に，揺動部材を上下に延びるように配設し，この揺動部材のうち上端側面に，リフト可変用操作部材を接当する一方，前記揺動部材のうち長手方向の中程部における側面に，クランク軸に同期して回転する開閉用カムを接当することにより，前記揺動部材が前記開閉用カムの回転によってその上端側面における前記リフト可変用操作部材への接当部を中心にして左右方向に揺動回動するようにし，この揺動部材の下端に設けたカム面を，前記吸気弁に対するロッカアームに接当することによって，当該揺動部材における左右方向への揺動回動により前記吸気弁をそのばねに抗して開くようにし，更に，前記リフト可変用操作部材における前記揺動部材の上端側面に対する接当点を，当該リフト可変用操作部材の回転によって左右方向に変位することによって，前記吸気弁におけるバルブリフトを変更するという構成である。
特開平７−６３０２３号公報

しかし，この先行技術の動弁装置は，前記揺動部材の下端におけるカム面を，吸気弁に対する作用点にし，前記揺動部材における中程部の側面を，開閉用カムが接当する力点にする一方，前記揺動部材を，その上端側面におけるリフト可変用操作部材への接当部を揺動回動の支点として，前記開閉用カムの回転にて揺動回動することによって，吸気弁をそのばねに抗して開き作動するものであることにより，前記揺動部材のうち，前記リフト可変用操作部材に接当する支点から吸気弁に対する作用点までの作用長さが，その上端側面における支点から開閉用カムに接当する力点までの力点長さよりも大幅に長いという構成になっている。

つまり，支点から作用点までの作用長さが，支点から力点までの力点長さよりも大幅に長いという構成であることにより，前記吸気弁をそのばねに抗して開き作動するためには，前記力点に対して，前記吸気弁を閉に保持しているばね力よりも，前記作用長さに対する力点長さの比率に応じて遥かに大きい作用力を開閉用カムにて加えるようにしなければならず，前記開閉用カムを回転することに大きな動力を必要とするから，動力損失が大幅に大きいばかりか，耐久性が低いという問題があった。

しかも，前記先行技術の動弁装置においては，クランク軸の方向から見て，前記吸気弁におけるバルブ軸線を，シリンダの軸線に対して外向きに傾斜しているものの，前記開閉用カムを，前記吸気弁におけるバルブ軸線上の部位に位置し，前記揺動部材及びリフト可変用操作部材を，前記吸気弁におけるバルブ軸線よりも外側の部位に，前記開閉用カムを，前記吸気弁におけるバルブ軸線よりも内側の部位に各々位置することに加えて，前記リフト可変用操作部材を，前記開閉用カムよりも高い部位に位置するという配列であることにより，動弁装置における全体の高さ寸法が，前記リフト可変用操作部材が前記開閉用カムよりも高い部位に位置する分だけ増大するばかりか，全体の横幅寸法も，前記揺動部材及び前記リフト可変用操作部材の両方が、前記吸気弁におけるバルブ軸線よりも外側の部位に位置する分だけ増大することになり，動弁装置の大型化，ひいては，内燃機関の大型化及び重量のアップを招来するという問題もあった。

また，前記先行技術の動弁装置においては，前記リフト可変用操作部材のうち前記揺動部材に対する接当部を，滑り移動するように構成していることにより，その滑り移動に際しての摩擦抵抗が大きいから，バルブリフトの変更に大きな操作力を必要とするばかりか，耐久性が低いのであった。

本発明は，これらの問題を解消したバルブリフト可変式動弁装置を提供することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は，
「吸気弁又は排気弁におけるバルブ軸線の上部に，揺動部材を前記バルブ軸線の方向に延びるように配設して，この揺動部材の下端に，当該揺動部材の揺動回動にて前記吸気弁又は排気弁を開き作動するようにしたカム面を設ける一方，前記揺動部材のうち長手方向の中程部の側面にリフト可変用操作部材を接当して，この接当点を，前記揺動部材の長手方向に移動するように構成し，前記揺動部材における上端を，クランク軸に同期して回転する開閉用カムに，当該開閉用カムの回転によって前記揺動部材が前記リフト可変用操作部材への接当点を支点として揺動回動するように接当し，更に，クランク軸の方向から見て，前記バルブ軸線を挟んで外側の部位に前記開閉用カムを，内側の部位に前記リフト可変用操作部材を，前記開閉用カムと前記リフト可変用操作部材との間の部位に前記揺動部材を各々配設し，且つ，前記リフト可変用操作部材を，前記開閉用カムと略同じ高さの部位かこの開閉用カムよりも低い部位に配設する一方，前記リフト可変用操作部材を，回転自在に軸支した操作軸と，前記揺動部材に対して接当するローラとで構成して，前記操作軸に前記ローラを，その軸線を操作軸の軸線と平行にし，且つ，当該ローラにおける一部が操作軸に設けた凹部に嵌まるように回転自在に取付ける。」
ことを特徴としている。

前記した構成において，揺動部材が，その上端に接当する開閉用カムの回転により，リフト可変用操作部材における接当点を回転中心の支点として揺動回動することにより，この揺動部材の下端におけるカム面にて，吸気弁又は排気弁が，そのばねに抗して開き作動する。

前記揺動部材における揺動回動中心の支点であるところのリフト可変用操作部材における接当点を，前記揺動部材における上端側に移動することにより，前記揺動部材における揺動角度が大きくなるから，前記吸気弁又は排気弁が開くときにおけるバルブリフトが大きくなる。

また，前記リフト可変用操作部材における揺動部材に対する接当点を，前記揺動部材の下端側に移動することにより，前記揺動部材における揺動角度が小さくなるから，前記吸気弁又は排気弁が開くときにおけるバルブリフトが小さくなるというように，前記リフト可変用操作部材による接点移動によって，前記バルブリフトを，内燃機関の運転中において制御することができる。

そして，前記揺動部材は，その上端における開閉用カムへの接当部が力点で，その下端におけるカム面が吸気弁又は排気弁に対する作用点で，これらの力点と作用点との間においてリフト可変用操作部材が接当する部分が当該揺動部材における揺動回転中心の支点であり，力点から支点までの力点長さを，作用点から支点までの作用長さに近づけることができることにより，前記先行技術のように，力点長さが作用長さよりも大幅に長くなることを回避できる。

これにより，前記開閉用カムによる作動力，ひいては，前記開閉用カムを回転することに要する動力を確実に低減できるから，動力損失を少なくできるとともに，耐久性を大幅に向上できる。

この場合において，請求項１は，前記したように，クランク軸の方向から見て，前記バルブ軸線を挟んで外側の部位に前記開閉用カムを，内側の部位に前記リフト可変用操作部材を，前記開閉用カムと前記リフト可変用操作部材との間の部位に前記揺動部材を各々配設し，且つ，前記リフト可変用操作部材を，前記開閉用カムと略同じ高さの部位かこの開閉用カムよりも低い部位に配設するという構成であることにより，動弁装置における全体の高さ寸法を，前記リフト可変用操作部材を，前記開閉用カムと略同じ高さの部位かこれよりも低い部位に配設する分だけ，前記先行技術の場合よりも低くすることができる一方，動弁装置における全体の横幅寸法を，バルブ軸線の外側に開閉用カムのみを配設する分だけ，前記先行技術の場合よりも縮小することができるから，動弁装置の小型化，ひいては，内燃機関の小型・軽量化を図ることができる。

これに加えて，前記リフト可変用操作部材を，回転自在に軸支した操作軸と，前記揺動部材に対して接当するローラとで構成して，前記操作軸に前記ローラを，その軸線を操作軸の軸線と平行にし，且つ，当該ローラにおける一部が操作軸に設けた凹部に嵌まるように回転自在に取付ける構成にしたことにより，バルブリフトの可変を，リフト可変用の操作軸の回転にて行うに際し，この回転操作に要する操作力を，ローラの転がりによって大幅に低減できるとともに耐久性を向上でき，しかも，前記操作軸に，前記ローラを埋設した構成であることにより，このリフト可変用操作部材をコンパクトにできるとともに、リフト可変用操作部材をより低い部位に位置できるから，動弁装置の更なる小型・軽量化を達成できる。

以下，本発明の実施の形態を，吸気弁に対して適用した場合を示す図面について説明する。

図１において，符号１は，シリンダ２を備えたシリンダブロックを，符号３は，前記シリンダブロック１の上面に前記シリンダ２の頂部を塞ぐように締結したシリンダヘッドを各々示し，前記シリンダヘッド３には，前記シリンダ２内への吸気ポート４が設けられ，この吸気ポート４の前記シリンダ２内への開口部には，ばね５にて常時閉に保持されたポペット型の吸気弁６が設けられている。

この場合，前記吸気弁６におけるバルブ軸線６ａは，図示しないクランク軸の方向から見た図１において，前記シリンダ２における軸線２ａに対して，外向きに適宜角度θだけ傾斜している。

また，前記シリンダヘッド３には，前記吸気弁６を開閉作動するカム７を備えたカム軸８が，内燃機関におけるクランク軸（図示せず）に連動・同期して回転するように軸支されており，このカム軸８は，クランク軸の方向から見た図１において，前記吸気弁６におけるバルブ軸線６ａより外側の部位に配設されている。

前記吸気弁６の上端には，基端を前記シリンダヘッド３のうち前記バルブ軸線６ａより内側の部分にロッカ軸９を介して回転自在に枢着したロッカアーム１０の先端が接当している。

符号１１は，前記吸気弁６の上部に配設した揺動部材を示し，この揺動部材１１は，前記バルブ軸線６ａ上，又は，これに近接した部位に上端１１ａを有し，この上端１１ａから下方に向かって内向きに延びるように湾曲する構成にされ，その上端１１ａには，ピン軸１２が回転自在に軸支され，このピン軸１２には，前記カム７に接当するカム接当部であるところのコロ体１３が設けられ，更に，前記ピン軸１２の両端は，前記シリンダヘッド１と一体のブラケット体１４に前記バルブ軸線６ａを横切るように設けたガイド溝１５内に摺動自在に嵌っている。

更にまた，前記シリンダヘッド３には，リフト可変用操作部材としての操作軸１６が，クランク軸の方向から見た図１において，前記吸気弁６におけるバルブ軸線６ａより内側の部位で，且つ，前記カム軸８と略同じ高さの部位か，或いは、このカム軸８よりも低い部位に回転自在に軸支されており，この操作軸１６には，軸線を当該操作軸１６の軸線と平行にしたローラ１７が，当該ローラ１７における外周面の一部のみが操作軸１６の外周面から突出するように，換言すると，当該ローラ１７における一部が操作軸１６に設けた凹所１６ａ内に嵌まり込むようにして回転自在に軸支され，このローラ１７が，前記揺動部材１１のうち長手方向の中程部における側面１１ｂに対して，当該揺動部材１１の長手方向に移動し得るように接当しており，且つ，前記ローラ１７における前記揺動部材１１の側面１１ｂに対する接当点を、前記操作軸１６の回転操作によって，揺動部材１１の長手方向に移動するように構成している。

一方，前記揺動部材１１の上端におけるコロ体１３を，当該揺動部材１１とシリンダヘッド３との間に設けた復帰用ばね１８にて前記カム７に対して押圧付勢することにより，前記カム７の回転により，前記揺動部材１１を，前記操作軸１６におけるローラ１７が接当する箇所を回転中心の支点として左右方向に揺動回動するように構成している。

前記揺動部材１１の下端に，前記ロッカアーム１０に回転自在に設けたコロ１９に接当するカム面２０を設けることにより，前記揺動部材１１における左右方向への揺動回動によって，前記ロッカアーム１０を介して前記吸気弁６を，そのばね５に抗して開き作動するように構成している。

なお，前記揺動部材１１のうち前記操作軸１６におけるローラ１７が接当する側面１１ｂは，前記操作軸１６の中心とする半径の円弧面に形成され，前記ローラ１７を揺動部材１１における上端側に移動した状態と，前記ローラ１７を揺動部材１１における下端側に移動した状態とで，前記揺動部材１１が横方向にずれ変位することが少ないように構成している。

この構成において，揺動部材１１が，その上端におけるコロ体１３が接当するカム７の回転により，リフト可変用操作軸１６におけるローラ１７が接当する箇所を揺動回動中心の支点として，当該揺動部材１１の上端１１ａにおけるピン１２がブラケット体１４におけるガイド溝１５内を往復動するようにガイドされた状態で左右方向に揺動回動することにより，この揺動部材１１の下端部におけるカム面２０にて，ロッカアーム１０を介して吸気弁６をそのばね５に抗して下向きに押し下げて，開き作動する。

そして，前記リフト可変用操作軸１６におけるローラ１７を，操作軸１６の回転操作にて，図１に示すように，前記揺動部材１１における下端側に移動することにより，前記揺動部材１１のうちその側面１１ｂに前記ローラ１７が接当する支点から上端の前記コロ体１３がカム７に対して接当する力点までの力点長さが長くなることで，前記揺動部材１１における揺動角度が小さくなるから，前記吸気弁６が開くときにおけるバルブリフトが小さくなる。

また，前記操作軸１６におけるローラ１７を，操作軸１６の回転操作にて，前記揺動部材１１における上端側に移動することにより，力点長さが短くなることで，前記揺動部材１１における揺動角度が大きくなるから，前記吸気弁６が開くときにおけるバルブリフトが大きくなるというように，前記リフト可変用操作軸１６における回転操作によって，前記吸気弁６におけるバルブリフトを，内燃機関の運転中において任意に変更することができる。

そこで，前記リフト可変用操作軸１６を，内燃機関における負荷に関連するアクチェータ（図示せず）により，内燃機関における負荷が増大すると，そのローラ１７が前記揺動部材１１における上端側に移動し，負荷が低下すると，そのローラ１７が前記揺動部材１１における下端側に移動するように構成することにより，吸気弁６を開き作動するときにおけるバルブリフトを，内燃機関の負荷に応じて，高負荷のときに大きく，低負荷のときに小さくするように自動的に制御することができる。

この場合において，前記揺動部材１１のうち上端の前記コロ体１３がカム７に対して接当する力点から前記リフト可変用操作軸１６におけるローラ１７が接当する支点までの力点長さは，当該揺動部材１１の下端におけるカム面２０がロッカアーム１０に接当する作用点から前記支点までの作用長さに近づくことになり，前記先行技術のように，力点長さが作用長さよりも大幅に長くなることを回避できるから，前記カム７を回転することに要する動力を確実に低減できる。

また，前記吸気弁６におけるバルブ軸線６ａが外向きに傾斜していることに加えて，前記リフト可変用操作軸１６が、前記カム軸８と略同じ高さの部位に位置しているか、このカム軸８よりも低い部位に位置していることにより，全体の高さ寸法を，前記先行技術のように構成した場合よりも低くすることができる。

更にまた，前記バルブ軸線６ａを挟んで外側の部位に前記開閉用カム軸８を，内側の部位に前記リフト可変用操作軸１６を，前記開閉用カム軸８と前記リフト可変用操作軸１６との間の部位に前記揺動部材１１を各々配設したことにより，全体の幅寸法を，前記先行技術のように構成した場合よりも短縮できる。

なお，前記実施の形態は，吸気弁６に対して適用した場合であったが，本発明は，吸気弁に限らず，吸気弁に代えて排気弁に適用したり，或いは，吸気弁と排気弁との両方に適用したりすることができることはいうまでもない。

これに加えて、前記揺動部材１１における上端１１ａを，ガイド溝１５にて左右方向に往復動するようにガイドすることに代えて，その他のガイド手段にて左右方向に往復動するようにガイドする構成にしても良いのである。

本発明における実施の形態を示す図である。 図１のII−II視拡大断面図である。 図１のIII −III 視拡大断面図である。

符号の説明

１ シリンダブロック
２ シリンダ
２ａ シリンダの軸線
３ シリンダヘッド
６ 吸気弁
７ カム
８ 開閉用カム軸
１０ ロッカアーム
１１ 揺動部材
１５ ガイド溝
１６ リフト可変用操作軸
１７ ローラ
１９ コロ
２０ カム面

Claims (1)

1. 吸気弁又は排気弁におけるバルブ軸線の上部に，揺動部材を前記バルブ軸線の方向に延びるように配設して，この揺動部材の下端に，当該揺動部材の揺動回動にて前記吸気弁又は排気弁を開き作動するようにしたカム面を設ける一方，前記揺動部材のうち長手方向の中程部の側面にリフト可変用操作部材を接当して，この接当点を，前記揺動部材の長手方向に移動するように構成し，前記揺動部材における上端を，クランク軸に同期して回転する開閉用カムに，当該開閉用カムの回転によって前記揺動部材が前記リフト可変用操作部材への接当点を支点として揺動回動するように接当し，更に，クランク軸の方向から見て，前記バルブ軸線を挟んで外側の部位に前記開閉用カムを，内側の部位に前記リフト可変用操作部材を，前記開閉用カムと前記リフト可変用操作部材との間の部位に前記揺動部材を各々配設し，且つ，前記リフト可変用操作部材を，前記開閉用カムと略同じ高さの部位かこの開閉用カムよりも低い部位に配設する一方，前記リフト可変用操作部材を，回転自在に軸支した操作軸と，前記揺動部材に対して接当するローラとで構成して，前記操作軸に前記ローラを，その軸線を操作軸の軸線と平行にし，且つ，当該ローラにおける一部が操作軸に設けた凹部に嵌まるように回転自在に取付けることを特徴とする内燃機関におけるバルブリフト可変式動弁装置。

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