JP4513598B2 - 内燃機関の動弁機構 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の動弁機構に関する。

内燃機関の動弁機構としては、吸気弁のステムと弁傘部が別体で形成され、それらステムと弁傘部が互いに可動自在に連結されたものが知られている（たとえば、特許文献１を参照）。
実開昭６３−４８９２１号公報 特開平１１−２２４２８号公報 特公昭６３−６７２１号公報 特開平３−２３７２１５号公報 特開平１１−１８２２５５号公報 特開平５−３９７０６号公報

ところで、上記した従来の技術は、吸気弁の開閉動作時にステムに対して弁傘部を傾斜させることにより燃焼室内にスワール流を発生させようとするものであるが、弁傘部の傾斜は周囲の気流や吸気弁の開閉運動に依存した成り行き任せであるため、弁傘部の傾斜角度が所望の角度とならない場合がある。そのような場合には、燃焼室内に好適なスワール流を生成することが困難となる可能性がある。

本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の動弁機構において、燃焼室内にスワール流やタンブル流等の所望の気流を好適に且つ安定して生成可能な技術を提供することにある。

本発明は、上記した課題を解決するために、内燃機関の動弁機構において、吸気弁の開閉動作を回転運動により実現させるようにした。すなわち、従来の動弁機構に用いられるポペットバルブは直線的な往復運動により開閉動作を行うのに対し、本発明の動弁機構に用いられる弁体は支点を中心にした回転運動により開閉動作を行うようにした。

詳細には、本発明にかかる内燃機関の動弁機構は、内燃機関に支持された支点を中心に回動自在なアームと、アームに連結された弁体と、アームを回転駆動することにより前記弁体を開閉させる駆動機構と、を備えるようにした。

このように構成された内燃機関の動弁機構では、弁体がバルブシートに着座した状態（閉弁状態）の時は、弁体とバルブシート面が平行となる。駆動機構がアームを回転駆動させると、弁体はアームが描く曲線軌道上を変位する。弁体が曲線軌道上を変位すると、該弁体がバルブシート面に対して傾斜しながら開弁する。その際、アームの先端が描く軌道が一定となるため、弁体の傾斜角度も周囲の気流等の影響を受けることなく一定の角度となる。

本発明にかかる内燃機関の動弁機構が吸気弁に適用される場合には、支点の位置やアームの寸法（厳密には支点と弁体の距離）を最適化することにより、適当な吸気流を生成することが可能となる。

例えば、シリンダの横断面方向において弁体の傾斜方向が気流の指向方向と同方向となるように支点が配置されれば、指向性の高い気流を生成することができる。また、シリンダの縦断面方向において開弁時の弁体表面が気流の指向方向と略平行になるように弁体の傾斜角度が設定されれば、指向性の高い気流を生成することができる。尚、弁体の傾斜角度は支点と弁体との距離に反比例して大きくなるため、上記の条件を満たすように支点と弁体との距離を定めるようにすればよい。

本発明の内燃機関の動弁機構は、アーム又は弁体に可動自在に連結されたプッシュロッドを更に備え、駆動機構がプッシュロッドを進退駆動させることによってアームを回動させるようにしてもよい。

このような構成によれば、従来のポペットバルブの駆動機構を利用してプッシュロッドを進退駆動させることができるため、設計変更に伴う工数やコストを低減することができる。

ところで、弁体が開閉動作する際にアーム及び弁体は曲線軌道を描くのに対しプッシュロッドは直線軌道を描くため、双方の軌道が異なるようになる。この現象は、弁体の開度量（リフト量）や傾斜角度が大きくなるほど顕著となる。アーム及び弁体の軌道とプッシュロッドの軌道との差が大きくなると、それらの部材の撓みや偏摩耗を生じることが懸念される。

そこで、本発明にかかる内燃機関の動弁機構は、弁体の開度量や傾斜角度が大きく設定される場合には、アーム又は弁体とプッシュロッドとの連結部に遊びを設け、若しくは、少なくとも２本のリンクを可動自在に連結してアームを構成するようにしてもよい。

駆動機構がプッシュロッドを介してアームを回動させる構成において、アームの支点が吸気ポート又は排気ポートの外部に配置されるとともに、アームとプッシュロッドが吸気ポート又は排気ポートの外部で連結されるようにしてもよい。

このような構成によれば、吸気ポート内又は排気ポート内にアームの支点やプッシュロッドが露出しないため、吸気抵抗の増加を抑制することができる。

アームの支点が吸気ポート又は排気ポートの外部に配置されるとともに、アームとプッシュロッドが吸気ポート又は排気ポートの外部で連結される場合には、アームの支点を収容する空間とプッシュロッドを収容する孔を連通させるようにしてもよい。

この場合、プッシュロッドを潤滑した後の潤滑油がアームの支点も潤滑することが可能となるため、潤滑経路の簡素化を図ることができ、以て製造コストを低減することが可能となる。

本発明にかかる内燃機関の動弁機構において、駆動機構は、内燃機関が低回転運転状態にある時は高回転運転状態にある時よりアームの回動量を少なくするようにしてもよい。すなわち、駆動機構は、内燃機関が低回転運転状態にある時は高回転運転状態にある時より弁体の開度量（リフト量）を少なくするようにしてもよい。

この場合、低回転運転時に指向性の高い気流を生成することが可能になるとともに、高回転運転時に吸気の充填効率を高めることが可能となる。

次に、本発明にかかる内燃機関の動弁機構は、アームの支点の位置を変更する可変機構を更に備えるようにしてもよい。可変機構により支点の位置が変更されると、アーム及び
弁体の描く軌道が変化するため、開弁時における弁体の傾斜角度を変更することが可能となる。従って、内燃機関の運転状態に応じて支点の位置が変更されれば、気流の指向性と吸排気効率を最適化することも可能となる。

但し、支点の位置が変更されると弁体の着座姿勢も変化するため、アームが少なくとも２本のリンクを可動自在に連結して構成される場合に限りに可変機構が設けられるものとする。

アームが２本のリンクを可動自在に連結して構成される場合は、可変機構は、閉弁時の前記リンクの連結点を中心とする円軌道上で支点の位置を変更させるようにしてもよい。

このような構成によれば、弁体の閉弁時及び開弁動作時の何れの場合においても弁体の着座姿勢を乱すことなく支点を変位させることが可能になる。

本発明にかかる内燃機関の動弁機構において、駆動手段は、アームに当接するカムを回転駆動することによりアームを回動させ、アームと一体で回動するレバーに当接するカムを回転駆動することによりアームを回動させ、或いは、アームと一体で回動するアーマチャを電磁コイルによって吸引することによりアームを回動させるようにしてもよい。

これらの構成によれば、プッシュロッドを介してアームを回動させる構成に比べ、運動部材が少なくなるため、慣性質量を低減することができる。その結果、高回転運転時の追従性が向上するとともにフリクション損失の低減を図ることが可能となる。

本発明にかかる内燃機関の動弁機構において、弁体の表面のうち気流の指向方向の先端に位置する部位が隆起するようにしてもよい。弁体が閉弁状態から最大開度へ開弁動作する過程では、開度量が多くなるにつれて弁体の傾斜角度が大きくなる。このように弁体の傾斜角度が変化すると、それに伴って気流の方向も変化する。

これに対し、弁体の表面に上記したような隆起部が設けられると、弁体表面に沿って流れる気体が隆起部によって跳ね上げられるようになるため、弁体の開度が大きくなった時（弁体の傾斜角度が大きくなった時）であっても弁体の開度が小さい時と略同方向の気流を生成することができる。

本発明にかかる内燃機関の動弁機構において、弁体の表面に気流の指向方向（又は、弁体の傾斜方向）と平行な溝が設けられるようにしてもよい。この場合、弁体表面の気流が前記した溝を流れるようになり、指向方向から分散し難くなる。その結果、気流の指向性が一層高められるようになる。

本発明にかかる内燃機関の動弁機構において、弁体の平面形状が楕円形状とされてもよい。その際、楕円の長軸が気流の指向方向と同方向になるように弁体、アーム、及び支点が配置されれば、弁体の平面形状が気流の指向方向に長くなるため、気流の指向性を高めることが可能となる。

本発明にかかる内燃機関の動弁機構において、弁体の平面形状が真円である場合には、弁体においてバルブシートと接触する部位が周方向に回転自在に構成されるようにしてもよい。このような構成によれば、弁体においてバルブシートと接触する部位が適当に回転するため、弁体とバルブシートとの接触圧力分布が均等とならない場合においても弁体及びシートの偏摩耗を抑制することが可能となる。

本発明にかかる内燃機関の動弁機構によれば、開閉動作時における弁体の傾斜角度が周囲の気流等に依らず所望の角度とすることができるため、燃焼室内に所望の気流を安定して生成することが可能となる。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。

先ず、本発明の第１の実施例について図１〜図１２に基づいて説明する。図１は、本実施例における内燃機関の動弁機構の概略構成を示す断面図である。

図１及び図２において、内燃機関のシリンダヘッド１には、吸気ポート２が形成されている。吸気ポート２近傍のシリンダヘッド１には、支軸収納孔１００が設けられている。吸気ポート２と支軸収納孔１００は連通孔１１０を介して連通している。

支軸収納孔１００には支軸３が固定されている。支軸３には、ロッカーアーム４が回転自在に取り付けられている。ロッカーアーム４は、支軸３の外径と略同径の内径を有する筒状のロッカーボディ４０と、ロッカーボディ４０に突設されたアーム４１とを備えている。

アーム４１は、連通孔１１０を通って吸気ポート２内へ延びている。アーム４１の先端には、吸気ポート２を開閉するための吸気弁本体５（以下、弁体５と記す）が形成されている。尚、アーム４１及び弁体５の表面において、支軸３と反対側に位置する部分２００の縦断面形状は、凹曲面を描き且つその曲率が極力大きくなるように形成されることが好ましい。また、アーム４１は、弁体５の中心より支軸３側にオフセットした位置に連結されるようにしてもよい。

ロッカーボディ４０の外周におけるアーム４１の両側に環状のオイルシール１２０が設けられ、支軸３の外周面とロッカーボディ４０の内周面との回転摺動を潤滑するためのオイルが連通孔１１０を介して吸気ポート２へ進入しないようになっている。

シリンダヘッド１には筒状のガイド７が埋設され、該ガイド７の一端が吸気ポート２内に露出している。前記ガイド７には、プッシュロッド６が摺動自在に保持されている。

プッシュロッド６の先端は、弁体５（又はアーム４１）と相互に可動自在に連結されている。具体的には、プッシュロッド６の先端と弁体５は、前記支軸３と平行な軸８を介して互いに回動自在に連結されている。その際、プッシュロッド６側の軸受け６０は、該プッシュロッド６の軸線と直交する方向へ長孔加工されている。また、前記軸受け６０と軸８には、２硫化モリブデン膜や硬質炭素膜などのコーティングを施すことが好ましい。

プッシュロッド６の基端にはバルブリフタ９が取り付けられ、バルブリフタ９はカムシャフト１０のカム１１と当接している。プッシュロッド６は、バルブスプリング１２により閉弁方向（図１中の上方）へ付勢されている。

上記したバルブリフタ９、カムシャフト１０、カム１１、及びバルブスプリング１２は、従来のポペットバルブ式動弁機構の部品を利用することができる。

尚、アーム４１の形状は、図１に示すようにバルブリフタ９がカム１１のベース円部と当接している時（言い換えれば、プッシュロッド６が最も退行している時）に、弁体５が吸気ポート２の開口端に設けられたバルブシート１３に着座するように設計されている。

このように構成された動弁機構では、カムシャフト１０が回転してカム１１のノーズ部がバルブリフタ９を押圧すると、それに伴ってプッシュロッド６が下降する。プッシュロッド６が下降すると、ロッカーアーム４が支軸３を中心として下方へ回動する。

ここで、プッシュロッド６の先端が直線運動するのに対し弁体５が円運動するため、プッシュロッド６の先端が描く軌道と弁体５が描く軌道との間にずれが生じるが、プッシュロッド６の軸受け６０が長孔加工されているため、プッシュロッド６やロッカーアーム４に撓みや偏摩耗が生じることを抑制することが可能となっている。

ロッカーアーム４が支軸３を中心に回動すると、アーム４１の先端が描く円軌道上を弁体５が移動する。その結果、弁体５は、図３に示すように、バルブシート面に対して傾斜しながら開弁することになる。

弁体５が傾斜しながら開弁した場合には、吸気ポート２から流出する吸気の大部分は、弁体５の表面に沿って傾斜方向へ流れるようになる。その際、アーム４１及び弁体５の表面において支軸３と反対側に位置する部分２００の縦断面形状が滑らかな凹曲面となっているため、気流の速度低下を抑制しつつ気流を傾斜方向へ指向させることができる。更に、吸気が勢いよく弁体５の表面に衝突することがなくなるため、弁体５に作用する応力（吸気が弁体５の表面に衝突することによって発生する応力）が小さくなる。弁体５に作用する応力が小さくなると、アーム４１及び弁体５の軽量化を図ることが可能となるため、高回転運転時における動弁機構の追従性を高めることもできる。

次に、本実施例にかかる動弁機構を利用して燃焼室内にスワール流を生起させる方法について述べる。燃焼室内にスワール流を生起させる場合には、図４に示すように、スワール流の指向方向（シリンダ１４の接線方向）に対して支軸３の軸線が直交するように支軸３を配置する。弁体５の傾斜角度αは、図５に示すように、最大開度（最大リフト）時における弁体５の表面が略水平（シリンダ１４の軸線と直交する方向）或いは水平より若干下方（シリンダ１４の軸方向における下死点方向）に向くように設定される。

このように支軸３の配置や傾斜角度αが決定されると、シリンダ１４の軸線周りを勢いよく旋回するスワール流が生起されるようになる。すなわち、スワール比の高いスワール流を生起させることが可能となる。

尚、前述した図４に示した例では、２つの吸気弁が本発明の動弁機構で構成されているが、一方の吸気弁のみを本発明の動弁機構で構成し、他方の吸気弁は従来のポペット式バルブで構成されるようにしてもよい。但し、燃焼室内にスワール流を生起させる場合には、ポペット式のバルブを休止させ、或いはポペット式バルブが配置される吸気ポートの流れを遮断することが好ましい。

燃焼室内にタンブル流を生成させる場合には、先ず、図６に示すように、支軸３がシリンダ１４の接線と平行になるように配置されるようにする。弁体５の傾斜角度αは、図７に示すように、最大開度時における弁体５の表面が水平より上方を向くように設定されればよい。

このように支軸３の配置や傾斜角度αが決定されると、シリンダ１４の軸方向へ勢いよく旋回するタンブル流が生起されるようになる。すなわち、タンブル比の高いタンブル流を生起させることが可能となる。

尚、弁体５の傾斜角度αは、支軸３と軸８との距離ｒ（図１参照）に応じて変化する。
すなわち、前記した距離ｒが長くなるほど傾斜角度αが小さくなり、前記した距離ｒが短くなるほど傾斜角度αが大きくなる。従って、弁体５の最大開度時における傾斜角度αが適当な角度となるように支軸３と軸８との距離を設定すれば、所望のスワール比を実現することが可能となる。

ところで、スペース等の制約により前記した距離ｒが所望の距離より短くなることが想定される。そのような場合には、傾斜角度αが所望の傾斜角度より大きくなるため、吸気ポート２から流入する気流がシリンダ１４の下方へ向くようになる。その結果、気流の指向方向を所望の方向にすることができず、スワール比やタンブル比が目標値を下回ってしまう可能性がある。

これに対し、図８に示すように、弁体５の表面において傾斜方向の先端部５０を隆起させることにより、気流の指向方向を上方（シリンダ１４の軸方向における上死点方向）へ修正するようにしてもよい。

以上述べた実施例によれば、指向性の高い気流を燃焼室内に形成することが可能となる。更に、本実施例の動弁機構では、弁体５の傾斜角度αが周囲の気流等の影響を受けることなく一定となるため、所望の指向性を持った気流を安定して生成させることができる。

尚、弁体５の表面には、図９に示すように、傾斜方向と平行な溝５１を設けるようにしてもよい。尚、図９において、（ａ）は弁体５の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図を示している。このように溝５１が設けられると、吸気ポート２から流出する吸気の大部分が溝５１内を流れるようになるため、弁体５の径方向へ気流が拡散することが抑制されるとともに、傾斜方向へ気流が集約されるようになる。すなわち、弁体５に溝５１が設けられていない場合には図１０（ａ）に示すように気流が弁体５の径方向へ拡散してしまうが、弁体５に溝５１が設けられている場合には図１０（ｂ）に示すように気流が傾斜方向へ集約されるようになる。この結果、気流の指向性を一層高めることが可能となる。

また、本実施例における弁体５は従来のポペット弁のように周方向に回転しないため、弁体５の平面形状は真円に限られない。例えば、図１１に示すように、傾斜方向に長い楕円形状としてもよい。

このように弁体５の平面形状が楕円形状にされると、それに応じて吸気ポート２の開口端面も楕円形状となるため、弁体５の平面形状が真円形状となる場合に比べて吸気の充填効率やスワール比を高めることができる。

吸気ポート２の開口端面が真円形状である場合は、図１２の（ａ）に示すように、吸気ポート２が開口端の直前で下方に曲げられつつ真円形に絞り込まれるため、吸気の流速が低下する。吸気の流速が低下すると、充填効率の低下やスワール比の低下が誘発される。

これに対し、吸気ポート２の開口端面が楕円形状にされると、図１２の（ｂ）に示すように、吸気ポート２の断面形状を開口端に至るまで略同形状とすることができるため、吸気の流速低下を抑制することができる。その結果、吸気の充填効率低下やスワール比の低下を抑制することができる。

次に、本発明の第２の実施例について図１３〜図１６に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と第１の実施例との差違は、第１の実施例ではプッシュロッド６が吸気ポート２の内部でロッカーアーム４と連結されるのに対し、本実施例ではプッシュロッド６が支軸収納孔１００の内部でロッカーアーム４と連結される点にある。

本実施例のロッカーボディ４０には、図１３及び図１４に示すように、アーム４１に加えて、ロッド連結アーム１５が突設されている。

ロッド連結アーム１５の先端部には、支軸３と平行な軸１６が取り付けられ、この軸１６とプッシュロッド６の先端部に設けられた軸受け６０が回転自在に連結されている。その際、プッシュロッド６の軸受け６０は、前述した第１の実施例と同様に長孔加工されるものとする。また、プッシュロッド６を進退駆動させるための機構は、前述した第１の実施例と同様である。

このように構成された動弁機構によれば、プッシュロッド６が吸気ポート２内に露出しないため、吸気ポート２内を流れる吸気の抵抗を少なくすることができる。更に、プッシュロッド６とガイド７との摺動を潤滑した後のオイルを利用して、プッシュロッド６の軸受け６０と軸１６との間、及び支軸３とロッカーボディ４０との間の潤滑を行うことができるため、潤滑経路の簡略化を図ることが可能となる。

また、本実施例のように、プッシュロッド６とロッカーアーム４が支軸収納孔１００の内部で連結される構成を利用すれば、一本のプッシュロッド６で複数の弁体５を開閉駆動することも可能となる。

例えば、１気筒当たり２つの吸気弁を備える内燃機関において燃焼室内にタンブル流を生起させる場合（言い換えれば、２つの吸気弁により生起させる気流の指向方向が平行となる場合）には、図１５に示すように、単一のロッカーボディ４０に２本のアーム４１と一本のロッド連結アーム１５を突設することにより、一本のプッシュロッド６で２つの弁体５を開閉駆動することが可能となる。

この場合、動弁機構の構成部品数が少なくなるため、動弁機構の構成を簡略化することができるとともに慣性質量を低減される。その結果、製造コストを低減することが可能になるとともに高回転運転時における動弁機構の追従性を向上させることができる。更に、構成部品数の減少に伴って可動部品数も減少するため、フリクションロスを低減することも可能となる。

尚、前述した第１の実施例で述べた図８、図９、図１１、図１２の構成は、本実施例の動弁機構にも適用することができる。

次に、本発明の第３の実施例について図１６〜図２２に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と第１の実施例との差違は、前述した第１の実施例ではプッシュロッド６の軸受け６０を長孔加工することにより弁体５の軌道とプッシュロッド６の軌道とのずれを吸収するのに対し、本実施例ではアーム４１をリンク構造とすることにより弁体５の軌道とプッシュロッド６の軌道とのずれを吸収する点にある。

本実施例のアーム４１は、図１６に示すように、２本のリンク４１ａ、４１ｂを１自由
度の回り対偶で連結して構成されている（以下、リンク４１ａを第１リンク４１ａと称し、リンク４１ｂを第２リンク４１ｂと称する）。

第１リンク４１ａの基端は、ロッカーボディ４０に固定されている。第１リンク４１ａの先端には、支軸３と平行な軸４１ｃが取り付けられている。第２リンク４１ｂの基端は、前記軸４１ｃに回転自在に支持されている。第２リンク４１ｂの先端には、弁体５が形成されている。弁体５には、前述した第１の実施例と同様にプッシュロッド６の先端が回転自在に連結されている。プッシュロッド６の軸受け６０は、軸８の外径と略同径な真円に形成されている。

尚、吸気ポート２内の抵抗増加を抑制するため、前記した支軸３、ロッカーボディ４０、及び第１リンク４１ａは支軸収納孔１００内に配置されることが好ましい。

このように構成された動弁機構によれば、プッシュロッド６が開弁方向へ進出すると、第２リンク４１ｂが軸４１ｃを中心として回動するため、弁体５が傾斜しながら開弁する。その際、軸４１ｃの位置が固定されていれば弁体５とプッシュロッド６の先端が異なる軌道を描くことになるが、第１リンク４１ａが支軸３回りに回転して軸４１ｃの位置を変位させるため、弁体５がプッシュロッド６の軌道に沿って変位するようになる。

この結果、前述した第１の実施例と同様に、所望の指向性を持った気流を安定して生成させることが可能となる。更に、本実施例の動弁機構によれば、前述した第１の実施例に比べ、開弁動作中における傾斜角度αの変化量が少なくなるため、気流の指向方向が安定し易い。

また、本実施例の動弁機構では、弁体５の開度量（リフト量）が大きくなった場合であっても弁体５がプッシュロッド６の軸線上に位置するため、吸気ポート２から流出した吸気が弁体５の表面に当たり易い。その結果、弁体５の最大開度が大きく設定された場合であっても、高い指向性を確保することができる。

尚、本実施例のようにアーム４１がリンク構造とされた場合には、支軸３の位置を変更させることにより、弁体５の傾斜角度αを可変とすることも可能である。支軸３を変位させる方法としては、図１８に示すように、支軸３にシャフト１７を連結するとともに、シャフト１７を軸方向へ進退駆動させるアクチュエータ１８を設ける方法を例示することができる。

アクチュエータ１８は、弁体５が閉弁状態にある時は、支軸３が所定の基準位置に保持するようにシャフト１７の進出量を調整する。前記した基準位置は、弁体５がバルブシート１３に均一に着座することができる位置である。

弁体５の開弁時における傾斜角度αが大きくされる場合には、アクチュエータ１８は、弁体５の開弁動作中（弁体５が開弁動作を開始した時点から最大開度に到達するまでの期間中）にシャフト１７を進出させることにより、支軸３の位置を弁体５に近づけるようにする。この場合、図１９に示すように、支軸３と弁体５との距離が短くなるため、弁体５の傾斜角度αが増加する。弁体５が開弁動作から閉弁動作（弁体５が最大開度に到達してからバルブシート１３に着座するまで動作）へ移行した後は、アクチュエータ１８は支軸３の位置を基準位置に復帰させるべくシャフト１７を退行させる。

一方、弁体５の開弁時における傾斜角度αが小さくされる場合には、アクチュエータ１８は、弁体５の開弁動作中にシャフト１７を退行させることにより、支軸３の位置を弁体５から遠ざけるようにする。この場合、図２０に示すように、支軸３と弁体５との距離が
長くなるため、弁体５の傾斜角度αが減少する。弁体５が開弁動作から閉弁動作へ移行した後は、アクチュエータ１８は支軸３の位置を基準位置に復帰させるべくシャフト１７を進出させる。

このように弁体５の傾斜角度αが可変とされると、気流の指向方向を任意に変更することが可能となるため、スワール比やタンブル比を可変にすることができる。従って、アクチュエータ１８がシャフト１７を進退駆動することによって、本発明にかかる可変機構を実現することが可能となる。

支軸３の位置を可変とする他の方法としては、閉弁時の軸４１ｃの位置を中心とする円軌道上で支軸３を変位させる方法を例示することができる。この場合、図２１、図２２に示すように、アーム４１の近傍には、支軸３及び軸４１ｃと平行な軸１９が配置される。軸１９は、該軸１９の軸芯が閉弁時における軸４１ｃの軸芯と同一線上に位置するように配置されるものとする。

前記した軸１９には、ホイールギヤ１９０が回転自在に支持されている。ホイールギヤ１９０の側面には、支軸３の一端が固定されている。また、ホイールギヤ１９０の外周面に形成されたギヤは、ステップモータ２０のシャフト２１に取り付けられたピニオンギヤ２２と噛み合っている。

このように構成された動弁機構では、ステップモータ２０がシャフト２１を回転させると、該シャフト２１の回転力がピニオンギヤ２２を介してホイールギヤ１９０へ伝達される。このようにしてホイールギヤ１９０が回転すると、支軸３の位置が閉弁時の軸４１ｃの位置を中心とする円軌道上で変位することになる。

支軸３の位置が閉弁時の軸４１ｃの位置を中心とする円軌道上で変位されると、弁体５の着座姿勢が乱れないため、弁体５が開弁状態（弁体５が開弁動作している状態、及び弁体５が閉弁動作している状態を含む）にある時に加え、弁体５が閉弁状態にある時にも支軸３の位置を変更することが可能となる。その結果、内燃機関が高回転運転状態にある時等に、追従遅れによる着座不良を生じることなく支軸３の位置を変更することが可能となる。

尚、前述した第１の実施例で述べた図８、図９、図１１、図１２の構成は、本実施例の動弁機構にも適用することができる。

次に、本発明の第４の実施例について図２３〜図２４に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と第１の実施例との差違は、第１の実施例ではプッシュロッド６の進退駆動によりロッカーアーム４を回動させるのに対し、本実施例ではカムの回転駆動によりロッカーアーム４を回動させる点にある。

本実施例の動弁機構は、図２３に示すように、支軸収納孔１００内に支軸３と平行にカムシャフト２３を配置する。カムシャフト２３にカム２４が設けられ、該カム２４がアーム４１の表面に当接している。

ロッカーボディ４０には、弁体５側と逆方向へ延在するスプリングプレート２５が突設されている。スプリングプレート２５の表面と支軸収納孔１００の内壁面との間にはバル
ブスプリング２６が介設され、ロッカーアーム４が弁体５の閉弁方向へ付勢されている。

尚、カムシャフト２３の回転駆動力は、従来の動弁系と同様にクランクシャフトの回転力を利用してもよく、或いはモータ等によって電気的に発生させるようにしてもよい。

このように構成された動弁機構では、カム２４のベース円部がロッカーアーム４に当接している場合は、図２３に示すように、ロッカーアーム４がバルブスプリング２６によって閉弁方向へ付勢されるため、弁体５がバルブシート１３に着座した状態（閉弁状態）を維持する。

カムシャフト２３が回転してカム２４のノーズ部がロッカーアーム４に当接すると、図２４に示すように、アーム４１が支軸３を中心に回転し、それに伴って弁体５が傾斜しながら開弁する。

従って、本実施例の内燃機関の動弁機構によれば、前述した第１の実施例と同様に、所望の指向性を持った気流を安定して生成させることが可能となる。また、本実施例の内燃機関の動弁機構によれば、吸気ポート内に露出するバルブステムやリンクなどの空力的障害物を省略することができるため、吸気抵抗が低減して吸入効率が向上する。更に、本実施例の内燃機関の動弁機構によれば、前述した第１の実施例に比べ、構成部品数が少なくなるため、慣性質量が低減する。その結果、フリクションロスが低減されるとともに、高回転運転時における動弁機構の追従性が向上する。

尚、前述した第１の実施例で述べた図８、図９、図１１、図１２の構成は、本実施例の動弁機構にも適用することができる。

次に、本発明の第５の実施例について図２５〜図２７に基づいて説明する。ここでは、前述した第４の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と第４の実施例との差違は、第４の実施例ではカム２４がアーム４１を直に回転駆動するのに対し、本実施例ではカム２４がアーム４１と一体で回転するスライダアーム２７を介してアーム４１を回転駆動する点にある。

本実施例のロッカーボディ４０には、図２５及び図２６に示すように、アーム４１に加えて、スライダアーム２７が突設されている。更に、ロッカーボディ４０においてスライダアーム２７の突設部位と同周円上には、スプリングプレート２５も突設されている。

また、ロッカーボディ４０の外周におけるアーム４１の両側に環状のオイルシール１２０が設けられ、それら２つのオイルシール１２０の一方はアーム４１とスライダアーム２７との間に配置されている。

このように構成された動弁機構によれば、カム２４とスライダアーム２７の接触部位は、オイルシール１２０によって吸気ポート２と遮断される。このため、カム２４とスライダアーム２７との当接部位へオイルを供給することができ、依ってカム２４とスライダアーム２７の耐摩耗性を向上させることができるとともに、フリクションロスを低減することも可能となる。

更に、カム２４とスライダアーム２７との当接部位を潤滑した後のオイルを利用して支軸３とロッカーボディ４０との間の潤滑を行うことも可能となるため、潤滑経路の簡略化
を図ることが可能となる。

尚、本実施例のようにカム２４がスライダアーム２７を介してアーム４１を回転駆動する構成を活用すれば、図２７に示すように１つのカム２４によって複数の弁体５を開閉駆動することも可能となる。

次に、本発明の第６の実施例について図２８〜図２９に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と第１の実施例との差違は、第１の実施例ではプッシュロッド６の進退駆動によりロッカーアーム４を回動させるのに対し、本実施例では電磁力を利用してロッカーアーム４を回動させる点にある。

本実施例の内燃機関の動弁機構では、図２８に示すように、２本の板状のアーマチャ２８ａ、２８ｂ（以下、アーマチャ２８ａを第１アーマチャ２８ａと称し、アーマチャ２８ｂを第２アーマチャ２８ｂと称する）を備えたアーマチャボディ２８がロッカーアーム４に取り付けられている。支軸収納孔１００には、２つの電磁コイル２９ａ、２９ｂ（以下、電磁コイル２９ａを第１電磁コイル２９ａと称し、電磁コイル２９ｂを第２電磁コイル２９ｂと称する）を備えた電磁アクチュエータ２９が固定されている。

このように構成された内燃機関の動弁機構では、電磁アクチュエータ２９の第１電磁コイル２９ａに励磁電流が印加されると、第１電磁コイル２９ａが第１アーマチャ２８ａを吸引する。これにより、アーマチャボディ２８が弁体５の閉弁方向に回動し、それに伴ってロッカーアーム４も閉弁方向に回動する。その結果、弁体５が閉弁状態となる。

続いて、第１電磁コイル２９ａに対する励磁電流の印加が停止されて第２電磁コイル２９ｂへ励磁電流が印加されるようになると、第２電磁コイル２９ｂが第２アーマチャ２８ｂを吸引する。これにより、アーマチャボディ２８が弁体５の開弁方向へ回動し、それに伴ってロッカーアーム４も開弁方向へ回動する。その結果、図２９に示すように、弁体５が傾斜しながら開弁する。

従って、本実施例の内燃機関の動弁機構によれば、前述した第１の実施例と同様の効果を得ることができる上、構成部品数の大幅な削減を図ることができるため、慣性質量の低減と製造コストの低減を図ることが可能となる。更に、前述した第１〜第５の実施例で述べた構成に比べて、摺動箇所が少ないため、耐久性の向上やフリクションロスの低減を図ることも可能となる。

次に、本発明にかかる内燃機関の動弁機構の第７の実施例について図３０に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と第１の実施例との差違は、第１の実施例では弁体５とアーム４１とが一体的に形成されているのに対し、本実施例では、弁体５とアーム４１が別体で構成され、且つ弁体５が周方向に回転自在にアーム４１に取り付けられる点にある。

図３０は、アーム４１先端部及び弁体５の構成を示す縦断面図である。図３０に示すように、弁体５とアーム４１の先端部は別体で構成され、リング状のローラ３０を介して連
結されている。尚、本実施例における弁体５の平面形状は真円形状とする。

このような構成によれば、弁体５がアーム４１とは独立して周方向へ回転自在となる。弁体５が周方向に回転自在になると、弁体５とバルブシート１３の相互の接触位置が適当に変化するため、弁体５とバルブシート１３の偏当たりや接触圧力分布の不均一等に起因したシール性の低下や偏摩耗を抑制することが可能となる。

本実施例の構成は、弁体５の平面形状が真円形状である限り、前述した第１〜第６の実施例の構成と組み合わせることができることは勿論である。

次に、本発明にかかる内燃機関の動弁機構の第８の実施例について図３１に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

本実施例と第１の実施例との差違は、第１の実施例では弁体５の開度量（リフト量）が一定であったのに対し、本実施例では弁体５のリフト量を可変とする点にある。

弁体５のリフト量を可変とする機構としては、図３１に示すように、高リフトカムと低リフトカムとを切り換える機構を利用することができる。高リフトカムと低リフトカムとを切り換える機構としては、特開２０００−１３０１３０号公報に記載されているような機構をプッシュロッド６の駆動機構として利用すればよい。

上記したようなリフト量可変機構が組み合わされる場合には、低リフトカム使用時における弁体５の傾斜角度αがスワール流又はタンブル流の生成に最適な角度（例えば、スワール流を生成する場合には最大開度時における弁体５の表面が略水平となる角度であり、タンブル流を生成する場合には最大開度時における弁体５の表面が水平より上方を向く角度である）となるように支軸３と弁体５との距離を設定する。

このように構成された内燃機関の動弁機構では、内燃機関が低回転運転状態にある時は、低リフトカムが利用される。この場合、弁体５の開度量（リフト量）が少なくなるため、吸気ポート２から燃焼室内へ流入する吸気の流速が高くなる。更に、低リフトカム使用時における弁体５の傾斜角度αがスワール流又はタンブル流の生成に好適な角度とされているため、指向性が高く且つ流速の高い気流を生成することが可能となる。その結果、燃焼室内には、スワール比又はタンブル比の高い気流が生成されるようになる。

一方、内燃機関が高回転運転状態にある時は、高リフトカムが利用される。この場合、弁体５の傾斜角度がスワール流又はタンブル流を好適に生成し得る角度より大きくなるためスワール比又はタンブル比が低下するが、弁体５の開度量（リフト量）が大きくなるため吸気の充填効率を高めることが可能となる。

従って、本実施例の内燃機関の動弁機構によれば、図３２に示すように、低回転運転領域において高いスワール比又はタンブル比を実現することができる。

実施例１における内燃機関の動弁機構の構成を示す縦断面図である。 実施例１における内燃機関の動弁機構の構成を示す横断面図である。 実施例１における吸気弁の開弁動作を示す図である。 スワール流を生起させる場合の動弁機構の配置を示す図である。 スワール流を生起させる場合の傾斜角度の設定方法を説明する図である。 タンブル流を生起させる場合の動弁機構の配置を示す図である。 タンブル流を生起させる場合の傾斜角度の設定方法を説明する図である。 隆起部が設けられた弁体の構成を示す図である。 （ａ）は溝が設けられた弁体の構成を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。 （ａ）は弁体に溝が設けられていない場合の吸気の流れを示す図であり、（ｂ）は弁体に溝が設けられている場合の吸気の流れを示す図である。 平面形状が楕円形状とされた弁体の構成を示す平面図 （ａ）は弁体の平面形状を真円とした場合の吸気ポートの形状を示す図であり、（ｂ）は弁体の平面形状を楕円とした場合の吸気ポートの形状を示す図である。 実施例２における内燃機関の動弁機構の構成を示す縦断面図である。 実施例２における内燃機関の動弁機構の構成を示す横断面図である。 実施例２において単一のプッシュロッドで複数の吸気弁を開閉駆動する場合の動弁機構の構成を示す横断面図である。 実施例３における内燃機関の動弁機構の構成を示す縦断面図である。 実施例３における吸気弁の開弁動作を示す図である。 実施例３において支軸の位置を可変にする場合の動弁機構の構成を示す図である。 弁体の傾斜角度を大きくする場合のアクチュエータの動作を示す図である。 弁体の傾斜角度を小さくする場合のアクチュエータの動作を示す図である。 実施例３において支軸の位置を可変とする場合の動弁機構の他の構成例を示す縦断面図である。 実施例３において支軸の位置を可変とする場合の動弁機構の他の構成例を示す横断面図である。 実施例４における内燃機関の動弁機構の構成を示す縦断面図である。 実施例４における吸気弁の開弁動作を示す図である。 実施例５における内燃機関の動弁機構の構成を示す縦断面図である。 実施例５における内燃機関の動弁機構の構成を示す横断面図である。 実施例５において単一のカムで複数の吸気弁を開閉駆動する場合の動弁機構の構成を示す横断面図である。 実施例６における内燃機関の動弁機構の構成を示す縦断面図である。 実施例６における吸気弁の動作を示す図である。 実施例７における弁体の構成を示す縦断面図である。 実施例８における内燃機関の動弁機構に適用するリフト量可変機構の特性を示す図である。 リフト量可変機構を利用して実現されるスワール比又はタンブル比を示す図である。

符号の説明

１・・・・・シリンダヘッド
２・・・・・吸気ポート
３・・・・・支軸（支点）
４・・・・・ロッカーアーム
５・・・・・弁体
６・・・・・プッシュロッド
８・・・・・軸
１０・・・・カムシャフト
１１・・・・カム（駆動機構）
１５・・・・ロッド連結アーム
１８・・・・アクチュエータ（可変機構）
１９・・・・軸（可変機構）
２０・・・・ステップモータ（可変機構）
２２・・・・ピニオンギヤ（可変機構）
２３・・・・カムシャフト
２４・・・・カム（駆動機構）
２５・・・・スプリングプレート
２６・・・・バルブスプリング
２７・・・・スライダアーム
２８・・・・アーマチャボディ（駆動機構）
２８ａ・・・第１アーマチャ
２８ｂ・・・第２アーマチャ
２９・・・・電磁アクチュエータ（駆動機構）
４０・・・・ロッカーボディ
４１・・・・アーム
４１ａ・・・第１リンク
４１ｂ・・・第２リンク
４１ｃ・・・軸
５０・・・・先端部（隆起部）
５１・・・・溝
１９０・・・ギヤホイール（可変機構）

Claims (15)

1. 内燃機関の吸気ポートを開閉する動弁機構であって、
   前記吸気ポート外部の収納孔内に配置された支軸に回転自在に支持され、前記収納孔内から前記吸気ポート内へ延びるアームと、
   前記吸気ポートを開閉するための弁体であって、前記アームの先端部に一定の角度で連結された弁体と、
   前記アームを前記支軸周りに回動させることにより、前記弁体をバルブシート面に対して傾斜させながら開弁動作させる駆動機構と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
2. 請求項１において、前記アーム又は前記弁体に可動自在に連結されたプッシュロッドを更に備え、
   前記駆動機構は、前記プッシュロッドを進退駆動させることにより前記アームを回動させることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
3. 請求項２において、前記アームと前記プッシュロッドが吸気ポート又は排気ポートの外部で連結されることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
4. 請求項３において、前記収納孔と前記プッシュロッドを収容する孔を連通させることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
5. 請求項１〜４の何れか一において、前記駆動機構は、内燃機関が低回転運転状態にある時は高回転運転状態にある時より前記アームの回動量を少なくすることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
6. 請求項１〜５の何れか一において、前記アームは、少なくとも２本のリンクを可動自在に連結して構成されることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
7. 請求項６において、前記支軸の位置を変更させることにより前記アーム及び前記弁体の回動角度を変更する可変機構を更に備えることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
8. 請求項７において、前記可変機構は、前記弁体が閉弁状態にある時の前記リンクの連結点を中心とする円軌道上で前記支軸の位置を変更させることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
9. 請求項１において、前記駆動機構は、前記アームに当接するカムを回転駆動することにより前記アームを回動させることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
10. 請求項１において、前記アームと一体で回動するレバーと、前記レバーに当接するカムとを更に備え、
    前記駆動機構は、前記カムを回転駆動することにより前記レバーとともに前記アームを回動させることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
11. 請求項１において、前記アームと一体で回動するアーマチャと、電磁コイルとを更に備え、
    前記駆動機構は、前記電磁コイルを励磁させることにより前記アーマチャとともに前記アームを回動させることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
12. 請求項１〜１１の何れか一において、前記弁体の表面のうち気流の指向方向の先端に位置する部位が隆起していることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
13. 請求項１〜１１の何れか一において、前記弁体の表面に気流の指向方向と平行な溝が設けられることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
14. 請求項１〜１３の何れか一において、前記弁体の平面形状が楕円形状であることを特徴とする内燃機関の動弁機構。
15. 請求項１〜１３の何れか一において、前記弁体においてバルブシートと接触する部位が周方向に回転自在に構成されることを特徴とする内燃機関の動弁機構。

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