JP4474451B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の動弁装置に関し、特に、機関弁の開弁リフト量を無段階に変化させ得るようにした内燃機関の動弁装置の改良に関する。

機関弁の開弁リフト量を無段階に変化させ得るようにした内燃機関の動弁装置は、たとえば下記特許文献１等で既に知られており、このものでは、機関弁に当接する弁当接部を一端側に有するロッカアームの他端部にプッシュロッドの一端が嵌合されており、このプッシュロッドの他端および動弁カム間にリンク機構が設けられている。
特開平８−７４５３４号公報

ところが上記従来のような動弁装置では、リンク機構およびプッシュロッドを配置するための比較的大きなスペースを動弁カムおよびロッカアーム間に確保する必要があり、動弁装置が大型化する。しかも動弁カムからの駆動力がリンク機構およびプッシュロッドを介してロッカアームに伝達されるので、動弁カムに対するロッカアームの追従性すなわち機関弁の開閉作動追従性が優れているとは言い難い。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、コンパクト化を図るとともに、動弁カムに対する優れた追従性を確保しつつ、機関弁の開弁リフト量を無段階に変化させ得るようにした内燃機関の動弁装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、機関弁に当接する弁当接部を一端部に、また動弁カムに接触するカム当接部を他端部にそれぞれ有するロッカアームと、前記動弁カムの回転軸線と平行な軸線まわりの揺動を可能として各々の一端部が機関本体に支承される第１，第２リンクアームとを備え、その第１，第２リンクアームの各他端部は、前記回転軸線と平行な軸線まわりの相対回動を可能として前記ロッカアームの、カム当接部を有する前記他端部に互いに並列してそれぞれ直接連結され、前記第１，第２リンクアームの少なくとも一方の前記一端部が、前記動弁カムの回転軸線に直交する平面内での無段階の移動を可能として前記機関本体に揺動可能に支承される内燃機関の動弁装置であって、前記ロッカアームは、動弁カムの回転軸線と直交する投影面において、弁当接部を有する前記一端部から、カム当接部を有する前記他端部に近づくにつれて徐々に幅広となり、且つ該カム当接部で最も幅広となるように形成され、前記第１，第２リンクアーム及び前記動弁カムは、該第１，第２リンクアームの前記他端部及び前記ロッカアームの前記他端部の相互の相対回動中心である前記第１，第２軸線と、該動弁カムの回転軸線とが前記機関弁の閉弁時において前記投影面で見て互いに一直線上に並ぶように配置されることを特徴とする。

本発明によれば、両リンクアームの少なくとも一方の機関本体への揺動支持点を無段階に変化させることで、機関弁の開弁リフト量を無段階に変化させることができる。しかも一対のリンクアームはロッカアームに直接連結されるものであり、両リンクアームを配置するためのスペースを少なくして動弁装置のコンパクト化を図ることができ、動弁カムからの動力はロッカアームに直接伝達されるので、動弁カムに対する優れた追従性を確保することができる。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の第１実施例を示すものであり、図１は開弁リフト量を大とした状態での閉弁作動時の動弁装置を示す内燃機関の一部縦断面図、図２は開弁リフト量を小とした状態での閉弁作動時の動弁装置を示す内燃機関の一部縦断面図、図３は開弁リフト量を大とした状態での開弁作動時の図２に対応した断面図、図４は開弁リフト量を小とした状態での開弁作動時の図２に対応した断面図である。

先ず図１において、この内燃機関の機関本体１の一部を構成するシリンダヘッド２には、燃焼室３に通じ得る吸気ポート４および排気ポート５が設けられるとともに、吸気ポート４から燃焼室３への混合気流入量を制御する機関弁としての吸気弁６と、燃焼室３から排気ポート５への燃焼排ガスの排出量を制御する排気弁７が開閉自在に配設される。

シリンダヘッド２には、吸気弁６の開閉作動をガイドするガイド筒８と、排気弁７の開閉作動をガイドするガイド筒９とが設けられる。ガイド筒８から突出した吸気弁６の上部にはリテーナ１０が固定され、該リテーナ１０およびシリンダヘッド２間に設けられる弁ばね１２により吸気弁６は閉弁方向に付勢される。またガイド筒９から突出した排気弁７の上部にはリテーナ１１が固定され、該リテーナ１１およびシリンダヘッド２間に設けられる弁ばね１３により排気弁７は閉弁方向に付勢される。

吸気弁６を開閉駆動する動弁装置は、シリンダヘッド２ならびにシリンダヘッド２に結合されるホルダ（図示せず）で回転可能に支承されて吸気弁６の上方に配置されるカムシャフト１４と、吸気弁６の上端に当接する弁当接部としてのタペットねじ１５を一端部に有するとともに前記カムシャフト１４に設けられた動弁カム１６に接触するカム当接部としてのローラ１７を他端部に有してカムシャフト１４の上方に配置されるロッカアーム１８Ａと、該ロッカアーム１８Ａに連結される第１および第２リンクアーム１９Ａ，２０Ａとを備える。そして、ロッカアーム１８Ａは、図面からも明らかなように動弁カム１６の回転軸線と直交する投影面において、該ロッカアーム１８Ａの、弁当接部を有する前記一端部から、カム当接部を有する前記他端部に近づくにつれて徐々に幅広となり、且つカム当接部で最も幅広となるように形成される。

タペットねじ１５は、その進退位置を調節可能としてロッカアーム１８Ａの一端部に螺合されており、動弁カム１６に転がり接触するローラ１７は、動弁カム１６の回転軸線すなわちカムシャフト１４の軸線と平行な軸線を有してロッカアーム１８Ａの他端部に設けられた円筒状の支持筒２１で、回転可能に支承される。

第１および第２リンクアーム１９Ａ，２０Ａの一端部には、前記カムシャフト１４と平行な軸線を有する支軸２２Ａ，２３Ａがそれぞれ設けられており、両支軸２２Ａ，２３Ａは、機関本体１におけるシリンダヘッド２に回動可能に連結される。すなわち第１および第２リンクアーム１９Ａ，２０Ａの一端部は動弁カム１６の回転軸線と平行な軸線まわりに揺動することを可能としてシリンダヘッド２に支承される。

また第１リンクアーム１９Ａの他端部は動弁カム１６の回転軸線と平行な第１軸線まわりの相対回動を可能としてロッカアーム１８Ａの他端部に直接連結され、第１リンクアーム１９Ａの上方に配置された第２リンクアーム２０Ａの他端部は、第１リンクアーム１９Ａの他端部に上方で並列するようにしてロッカアーム１８Ａの他端部に動弁カム１６の回転軸線と平行な第２軸線まわりの相対回動を可能として直接連結される。すなわち第１リンクアーム１９Ａの他端部は前記支持筒２１に連結され、第２リンクアーム２０Ａの他端部は、ローラ１７と平行な連結軸２４を介して前記ローラ１７よりも上方でロッカアーム１８Ａの他端部に連結される。また図２に示されるように第１，第２リンクアーム１９Ａ，２０Ａ及び動弁カム１６は、該第１，第２リンクアーム１９Ａ，２０Ａの他端部及びロッカアーム１８Ａの他端部の相互の相対回動中心である前記第１，第２軸線と、該動弁カム１６の回転軸線とが、吸気弁６の閉弁時において前記投影面で見て互いに一直線上に並ぶように配置される。

ところで、第１および第２リンクアーム１９Ａ，２０Ａのうち動弁カム１６に近い側である第１リンクアーム１９Ａの一端部に設けられる支軸２２Ａが固定位置でシリンダヘッド２に揺動可能に支承されるのに対し、第１および第２リンクアーム１９Ａ，２０Ａのうち動弁カム１６から遠い側である第２リンクアーム２０Ａの一端部に設けられる支軸２３Ａは、動弁カム１６の回転軸線すなわちカムシャフト１４の軸線に直交する平面内での無段階の移動を可能としてシリンダヘッド２に揺動可能に支承されるものであり、電動モータ、電磁アクチュエータおよび油圧機構等により駆動される。

しかも第１および第２リンクアーム１９Ａ，２０Ａの一端部は、それらのリンクアーム１９Ａ，２０Ａの他端部に関して吸気弁６とは反対側に配置されるものであり、そのような配置とすることで、第１および第２リンクアーム１９Ａ，２０Ａの一端部の回動支持構造および第２リンクアーム２０Ａの一端部の駆動構造が、吸気弁６に関連するリテーナ１０や弁ばね１２等の部材と干渉することを回避することができる。

またローラ１７を動弁カム１６に常時摺接させるために、たとえば第１リンクアーム１９Ａの一端部に設けられる支軸２２Ａを囲繞する捩じりばね２５が、第１リンクアーム１９Ａおよびシリンダヘッド２間に設けられる。

このような動弁装置において、吸気弁６のリフト量を最大とするときには、第２リンクアーム２０Ａの支軸２３Ａを図１で示す位置に配置するのに対し、たとえば最大リフト量の２０％程度に吸気弁６のリフト量を小さくするとときには、第２リンクアーム２０Ａの支軸２３Ａを図２で示すように図１の位置（鎖線で示す位置）から下方に移動せしめる。

而してロッカアーム１８Ａの瞬間中心Ｃは、支軸２２Ａおよび支持筒２１の軸線を結ぶ直線ならびに支軸２３Ａおよび連結軸２４の軸線を結ぶ直線の交点であり、支軸２３Ａが図１で示す位置にあるときのロッカアーム１８Ａの瞬間中心Ｃに対して、支軸２３Ａが図２で示す位置に移動したときのロッカアーム１８Ａの瞬間中心Ｃは吸気弁６に近接した位置に変位することになる。これにより、タペットねじ１５の吸気弁６への接触点および瞬間中心Ｃ間の距離Ａと、ローラ１７の動弁カム１６への接触点および瞬間中心Ｃ間の距離Ｂとの比であるレバー比（＝Ａ／Ｂ）が変化することになり、図２の状態でのレバー比は図１の状態でのレバー比よりも小さくなる。

このようなレバー比の変化により、支軸２３Ａが図１で示す位置にあるときに、ローラ１７すなわちロッカアーム１８Ａの他端部が動弁カム１６で押し上げられると、図３で示すように、吸気弁６の開弁リフト量Ｌ１が最大となるのに対し、支軸２３Ａが図２で示す位置にあるときに、ローラ１７すなわちロッカアーム１８Ａの他端部が動弁カム１６で押し上げられると、図４で示すように、吸気弁６の開弁リフト量Ｌ２が最大リフト量Ｌ１のたとえば２０％程度となる。

しかも支軸２３Ａの位置は無段階に変更可能であり、その支軸２３Ａの無段階の変化によってレバー比を無段階に変化させることができ、それにより吸気弁６の開弁リフト量を無段階に変化させることができる。

また排気弁７を開閉駆動する動弁装置は、排気弁７の上端に当接する弁当接部としてのタペットねじ１５を一端部に有するロッカアーム１８を備えて、吸気弁６を開閉駆動する上記動弁装置と同様に構成される。

次にこの第１実施例の作用について説明すると、動弁カム１６の回転軸線と平行な軸線まわりの揺動を可能として一端部がシリンダヘッド２に支承される第１および第２リンクアーム１９Ａ，２０Ａの他端部が、前記回転軸線と平行な軸線まわりの相対回動を可能としてロッカアーム１８Ａに直接連結され、第２リンクアーム２０Ａの前記一端部が、動弁カム１６の回転軸線に直交する平面内での無段階の移動を可能としてシリンダヘッド２に揺動可能に支承されている。

したがって第２リンクアーム２０Ａのシリンダヘッド２への揺動支持点を無段階に変化させることでロッカアーム１８Ａの瞬間中心Ｃが変化することになり、レバー比を無段階に変化させることができ、それにより吸気弁６の開弁リフト量を無段階に変化させることができる。

しかも第１および第２リンクアーム１９Ａ，２０Ａはロッカアーム１８Ａに直接連結されるものであり、両リンクアーム１９Ａ，２０Ａを配置するためのスペースを少なくして動弁装置のコンパクト化を図ることができ、動弁カム１６からの動力はロッカアーム１８Ａに直接伝達されるので、動弁カム１６に対する優れた追従性を確保することができる。

また第１および第２リンクアーム１９Ａ，２０Ａの他端部は、タペットねじ１５が一端部に設けられるロッカアーム１８Ａの他端部に、並列して相対回動可能に連結されるものであり、両リンクアーム１９Ａ，２０Ａをよりコンパクトに配置することで、動弁装置のより一層のコンパクト化が可能となる。

さらに両リンクアーム１９Ａ，２０Ａのうち動弁カム１６に近い側である第１リンクアーム１９Ａの一端部は固定位置でシリンダヘッド２に揺動可能に支承され、両リンクアーム１９Ａ，２０Ａのうち動弁カム１６から遠い側である第２リンクアーム２０Ａの一端部が、移動可能としてシリンダヘッド２に揺動可能に支承されるので、一端部を移動可能とした第２リンクアーム２０Ａの移動距離を、動弁カム１６との干渉を回避しつつ容易に確保することができる。

図５〜図８は本発明の第２実施例を示すものであり、図５は開弁リフト量を大とした状態での閉弁作動時の動弁装置を示す内燃機関の一部縦断面図、図６は開弁リフト量を小とした状態での閉弁作動時の図５に対応した断面図、図７は開弁リフト量を大とした状態での開弁作動時の図５に対応した断面図、図８は開弁リフト量を小とした状態での開弁作動時の図５に対応した断面図である。

図５において、吸気弁６を開閉駆動する動弁装置は、シリンダヘッド２ならびにシリンダヘッド２に結合されるホルダ（図示せず）で回転可能に支承されて吸気弁６の上方に配置されるカムシャフト１４と、吸気弁６の上端に当接する弁当接部としてのタペットねじ１５を有するとともに前記カムシャフト１４に設けられた動弁カム１６に接触するカム当接部としてのローラ１７を有してカムシャフト１４の下方に配置されるロッカアーム１８Ｂと、該ロッカアーム１８Ｂに連結される第１および第２リンクアーム１９Ｂ，２０Ｂとを備える。

動弁カム１６に転がり接触するローラ１７は、カムシャフト１４の軸線と平行な軸線を有してロッカアーム１８Ｂの他端側上部に設けられた円筒状の支持筒２１で、回転可能に支承される。

第１および第２リンクアーム１９Ｂ，２０Ｂの一端部には、前記カムシャフト１４と平行な軸線を有する支軸２２Ｂ，２３Ｂがそれぞれ設けられており、両支軸２２Ｂ，２３Ｂはシリンダヘッド２に回動可能に連結される。すなわち第１および第２リンクアーム１９Ｂ，２０Ｂの一端部は動弁カム１６の回転軸線と平行な軸線まわりに揺動することを可能としてシリンダヘッド２に支承される。

第１リンクアーム１９Ｂの他端部は前記支持筒２１に連結される。すなわち第１リンクアーム１９Ｂの他端部は動弁カム１６の回転軸線と平行な軸線まわりの相対回動を可能としてロッカアーム１８Ｂの他端部に直接連結される。また第２リンクアーム２０Ｂは第１リンクアーム１９Ｂの下方に配置されており、第２リンクアーム２０Ｂの他端部は、ローラ１７と平行な連結軸２４を介して前記ローラ１７よりも下方でロッカアーム１８Ｂの他端部に連結される。すなわち第２リンクアーム２０Ｂの他端部は、第１リンクアーム１９Ｂの他端部に下方で並列するようにして、ロッカアーム１８Ｂの他端部に動弁カム１６の回転軸線と平行な軸線まわりの相対回動を可能として直接連結される。

しかも第１および第２リンクアーム１９Ｂ，２０Ｂのうち動弁カム１６に近い側である第１リンクアーム１９Ｂの一端部に設けられる支軸２２Ｂが固定位置でシリンダヘッド２に揺動可能に支承されるのに対し、第１および第２リンクアーム１９Ｂ，２０Ｂのうち動弁カム１６から遠い側である第２リンクアーム２０Ｂの一端部に設けられる支軸２３Ｂは、動弁カム１６の回転軸線すなわちカムシャフト１４の軸線に直交する平面内での無段階の移動を可能としてシリンダヘッド２に揺動可能に支承される。

またローラ１７を動弁カム１６に常時摺接させるために、たとえば第１リンクアーム１９Ｂの他端部に設けられる支持筒２１を囲繞する捩じりばね２５が、第１リンクアーム１９Ｂおよびロッカアーム１８Ｂ間に設けられる。

このような動弁装置において、吸気弁６のリフト量を最大とするときには、第２リンクアーム２０Ｂの支軸２３Ｂを図５で示す位置に配置するのに対し、たとえばリフト量を「０」とするように吸気弁６のリフト量を小さくするとときには、第２リンクアーム２０Ｂの支軸２３Ｂを図６で示すように図５の位置（鎖線で示す位置）から下方に移動せしめる。

而して支軸２３Ｂが図５で示す位置にあるときに、ローラ１７すなわちロッカアーム１８Ｂの他端部が動弁カム１６で押し下げられると、図７で示すように、吸気弁６の開弁リフト量が最大となるのに対し、支軸２３Ｂが図６で示す位置にあるときに、ローラ１７すなわちロッカアーム１８Ｂの他端部が動弁カム１６で押し下げられると、図８で示すように、吸気弁６は閉弁休止したままとなる。

しかも支軸２３Ｂの位置は無段階に変更可能であり、その支軸２３Ｂの無段階の変化によって吸気弁６の開弁リフト量を無段階に変化させることができる。

この第２実施例によっても、第２リンクアーム２０Ｂのシリンダヘッド２への揺動支持点を無段階に変化させることで、吸気弁６の開弁リフト量を無段階に変化させることができる。

しかも第１および第２リンクアーム１９Ｂ，２０Ｂはロッカアーム１８Ｂに直接連結されるものであり、両リンクアーム１９Ｂ，２０Ｂを配置するためのスペースを少なくして動弁装置のコンパクト化を図ることができ、動弁カム１６からの動力はロッカアーム１８Ｂに直接伝達されるので、動弁カム１６に対する優れた追従性を確保することができる。

また第１および第２リンクアーム１９Ｂ，２０Ｂの他端部は、タペットねじ１５が一端部に設けられるロッカアーム１８Ｂの他端部に、並列して相対回動可能に連結されるものであり、両リンクアーム１９Ｂ，２０Ｂをよりコンパクトに配置することで、動弁装置のより一層のコンパクト化が可能となる。

さらに両リンクアーム１９Ｂ，２０Ｂのうち動弁カム１６に近い側である第１リンクアーム１９Ｂの一端部は固定位置でシリンダヘッド２に揺動可能に支承され、両リンクアーム１９Ｂ，２０Ｂのうち動弁カム１６から遠い側である第２リンクアーム２０Ｂの一端部が、移動可能としてシリンダヘッド２に揺動可能に支承されるので、一端部を移動可能とした第２リンクアーム２０Ｂの移動距離を、動弁カム１６との干渉を回避しつつ容易に確保することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

たとえば上記実施例では、一対のリンクアーム１９Ａ，２０Ａ；１９Ｂ，２０Ｂの一方の一端部を移動可能としたが、両リンクアーム１９Ａ，２０Ａ；１９Ｂ，２０Ｂの一端部をともに移動可能とすることもできる。

また本発明は、車両用内燃機関の動弁装置だけでなく、クランク軸線を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用内燃機関の動弁装置にも適用可能である。

第１実施例を示すものであって、開弁リフト量を大とした状態での閉弁作動時の動弁装置を示す内燃機関の一部縦断面図 開弁リフト量を小とした状態での閉弁作動時の動弁装置を示す内燃機関の一部縦断面図 開弁リフト量を大とした状態での開弁作動時の図２に対応した断面図 開弁リフト量を小とした状態での開弁作動時の図２に対応した断面図 第２実施例を示すものであって開弁リフト量を大とした状態での閉弁作動時の動弁装置を示す内燃機関の一部縦断面図 開弁リフト量を小とした状態での閉弁作動時の図５に対応した断面図 開弁リフト量を大とした状態での開弁作動時の図５に対応した断面図 開弁リフト量を小とした状態での開弁作動時の図５に対応した断面図

１・・・・機関本体
６・・・・機関弁としての吸気弁
１５・・・弁当接部としてのタペットねじ
１６・・・動弁カム
１７・・・カム当接部としてのローラ
１８Ａ，１８Ｂ・・ロッカアーム
１９Ａ，１９Ｂ・・第１リンクアーム
２０Ａ，２０Ｂ・・第２リンクアーム

Claims (1)

1. 機関弁（６）に当接する弁当接部（１５）を一端部に、また動弁カム（１６）に接触するカム当接部（１７）を他端部にそれぞれ有するロッカアーム（１８Ａ，１８Ｂ）と、
   前記動弁カム（１６）の回転軸線と平行な軸線まわりの揺動を可能として各々の一端部が機関本体（１）に支承される第１，第２リンクアーム（１９Ａ，２０Ａ；１９Ｂ，２０Ｂ）とを備え、
   その第１，第２リンクアーム（１９Ａ，２０Ａ；１９Ｂ，２０Ｂ）の各他端部は、前記回転軸線と平行な第１，第２軸線まわりの相対回動を可能として前記ロッカアーム（１８Ａ，１８Ｂ）の、カム当接部（１７）を有する前記他端部に互いに並列してそれぞれ直接連結され、
   前記第１，第２リンクアーム（１９Ａ，２０Ａ；１９Ｂ，２０Ｂ）の少なくとも一方の前記一端部が、前記動弁カム（１６）の回転軸線に直交する平面内での無段階の移動を可能として前記機関本体（１）に揺動可能に支承される内燃機関の動弁装置であって、
   前記ロッカアーム（１８Ａ，１８Ｂ）は、動弁カム（１６）の回転軸線と直交する投影面において、弁当接部（１５）を有する前記一端部から、カム当接部（１７）を有する前記他端部に近づくにつれて徐々に幅広となり、且つ該カム当接部（１７）で最も幅広となるように形成され、
   前記第１，第２リンクアーム（１９Ａ，２０Ａ；１９Ｂ，２０Ｂ）及び前記動弁カム（１６）は、該第１，第２リンクアーム（１９Ａ，２０Ａ；１９Ｂ，２０Ｂ）の前記他端部及び前記ロッカアーム（１８Ａ，１８Ｂ）の前記他端部の相互の相対回動中心である前記第１，第２軸線と、該動弁カム（１６）の回転軸線とが前記機関弁（６）の閉弁時において前記投影面で見て互いに一直線上に並ぶように配置されることを特徴とする、内燃機関の動弁装置。

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