JP5169743B2 - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジン（内燃機関）の動弁装置の改良に関する。

シリンダヘッドの上方に、互いに平行に気筒列方向へ延びる吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸が配設されたエンジンの動弁装置において、前記吸気弁駆動軸に揺動可能に配設され吸気弁を直接的に押し下げる揺動カムと、この揺動カムと前記吸気弁駆動軸とを機械的に連係するリンク機構と、前記排気弁駆動軸と一体的に回転し排気弁を押し下げる固定カムとを有し、前記吸気弁駆動軸の中心軸線を、前記吸気弁のバルブ軸線に対し、前記揺動カムのカムノーズの指向する向きと逆向きにオフセットするものがある（特許文献１参照）。
特許第３８０７２７４号公報

ところで、吸気弁駆動軸中心軸線の吸気弁バルブ軸線からのオフセット量を拡大したいという要求がある。これは、吸気弁駆動軸中心軸線の吸気弁バルブ軸線からのオフセット量を拡大すると、トラベル範囲をバルブリフタの半径よりも大きく設定することが可能となり、吸気弁の最大バルブリフト量（作動角）を拡大し、出力向上を図ることができるためである。

この場合に、排気弁側を、揺動カムでなく、排気弁駆動軸と一体的に回転し排気弁を押し下げる固定カムとする場合に、固定カムの形状が非対称形状とされ、当該固定カムによればリフト量が減少するカム下り区間でのリフト最大速度がリフト量が増加するカム上がり区間でのリフト最大速度より相対的に大きくなることがある。このとき、排気弁とピストンとの間の最小距離が短くなるため、これに対処するにはピストン冠面に穿設する排気弁用のバルブリセスをさらに深くすることである。

しかしながら、バルブリセスを深くしたのでは燃焼室形状の凹凸が大きくなることによる表面積の増大を招き、熱損失が増大し、燃費が悪化してしまう。

そこで本発明は、排気弁用のバルブリセスを深くすることなく吸気弁駆動軸中心軸線の吸気弁バルブ軸線からのオフセット量を拡大し得る装置を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものでない。

本発明は、シリンダヘッドの上方に、互いに平行に気筒列方向へ延びる吸気弁駆動軸（２Ａ）及び排気弁駆動軸（２１Ａ）が配設されたエンジンの動弁装置において、前記吸気弁駆動軸（２Ａ）に揺動可能に配設され吸気弁を直接的に押し下げる揺動カム（１３Ａ）と、この揺動カム（１３Ａ）と前記吸気弁駆動軸（２Ａ）とを機械的に連係するリンク機構と、前記排気弁駆動軸（２１Ａ）と一体的に回転し排気弁を押し下げる固定カム（２３Ａ）とを有し、前記吸気弁駆動軸の中心軸線（３１Ａ）を、前記吸気弁のバルブ軸線（３２Ａ）に対し、前記揺動カム（１３Ａ）のカムノーズ（１３Ａａ）の指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、前記排気弁駆動軸の中心軸線（３３Ａ）を、前記排気弁のバルブ軸線（３４Ａ）に対し、前記排気弁開弁時の固定カム（２３Ａ）のカムノーズ（２３Ａａ）の指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、前記２つのオフセットの方向を一致させる。

本発明によれば、シリンダヘッドの上方に、互いに平行に気筒列方向へ延びる吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸が配設されたエンジンの動弁装置において、前記吸気弁駆動軸に揺動可能に配設され吸気弁を直接的に押し下げる揺動カムと、この揺動カムと前記吸気弁駆動軸とを機械的に連係するリンク機構と、前記排気弁駆動軸と一体的に回転し排気弁を押し下げる固定カムとを有し、前記吸気弁駆動軸の中心軸線を、前記吸気弁のバルブ軸線に対し、前記揺動カムのカムノーズの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、前記排気弁駆動軸の中心軸線を、前記排気弁のバルブ軸線に対し、前記排気弁開弁時の固定カムのカムノーズの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、前記２つのオフセットの方向を一致させるので、吸気弁駆動軸中心軸線の吸気弁バルブ軸線からのオフセット量を従来装置（第２の参考例の場合）より拡大することとしても、排気弁用のバルブリセスを浅く保つことが可能となり、吸気弁駆動軸中心軸線の吸気弁バルブ軸線からのオフセット量を拡大したいという要求に応えつつ、燃焼室の表面積を縮小し、熱損失低減による燃費向上を図ることができる。

また、固定カムについてリフト量が増加するカム上がり区間でのリフト最大速度をリフト量が減少するカム下り区間でのリフト最大速度より相対的に大きくすることが可能となることから、吸排気弁のバルブオーバーラップを維持し、掃気によるトルク効果、内部ＥＧＲによる燃費効果を維持することができる。

さらに、前記２つのオフセットの方向を一致させているので、ベースエンジンに用いている吸排気の各スプロケット（または各プーリ、各ギア）やタイミングチェーン（またはタイミングベルト、タイミングギア）を流用することが可能になる。

以下、この発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。

本発明のエンジンの動弁装置をＶ型エンジンに適用した実施形態を図６〜図８により説明するが、これら図６〜図８においては、簡略化のため、吸気弁側について揺動カム１３とバルブリフタ１４のみを、排気弁側について固定カム２３とバルブリフタ２４のみを示している。従って、エンジンの動弁装置全体としての動きは図６〜図８を参照するだけでは必ずしも分かり易いものでない。そこで、本発明の実施形態を説明する前にまず、図１〜図４の参考例を参照してエンジンの動弁装置全体としての動きを先に概説することとする。

図１及び図２は、第１の参考例のエンジンの動弁装置を示している（特許公報第３８０７２７４号公報参照）。シリンダヘッドの上方には、互いに平行に気筒列方向へ延びる吸気弁駆動軸２及び排気弁駆動軸２１が回転可能に支持されている。吸気弁駆動軸２の一端には吸気スプロケット１が設けられている。この吸気スプロケット１は、例えば吸気弁駆動軸２の一端に固定されており、あるいは図示せぬ位相可変機構を介して吸気弁駆動軸２の外周に同軸上に配置されている。また、排気弁駆動軸２１の一端には、排気スプロケット２２が固定的に配設されている。

これらの吸気スプロケット１及び排気スプロケット２２は、互いに同径，同歯数で隣設配置されており、図示せぬタイミングチェーンが巻き掛けられている。このタイミングチェーンは、クランクシャフトのクランクスプロケットにも巻き掛けられている。従って、このタイミングチェーンを介してクランクシャフトから吸気弁駆動軸２及び排気弁駆動軸２１へ回転動力が伝達される。なお、４サイクルエンジンでは、クランクスプロケットと吸・排気スプロケット１，２２との減速比が１／２に設定され、典型的には吸・排気スプロケット１，２２の直径がクランクスプロケットの直径の約２倍となっている。

なお、吸気弁駆動軸２及び排気弁駆動軸２１の駆動方法はこれに限られるものでなく、吸気弁駆動軸２及び排気弁駆動軸２１の一端にそれぞれプーリを設け、これらのプーリにタイミングベルトを巻き掛けることによって吸気弁駆動軸２及び排気弁駆動軸２１を駆動するものでもかまわない。同様に、吸気弁駆動軸２及び排気弁駆動軸２１の一端にギアを設け、タイミングギアにより駆動するものでもかまわない。

吸気弁駆動軸２には、吸気弁のバルブリフタ１４に当接してこれを押し下げる揺動カム１３が各気筒毎に相対回転可能に外嵌されており、各揺動カム１３と吸気弁駆動軸２とが、リフト・作動角可変機構としてのリンク機構により機械的に連係されている。つまり、吸気弁駆動軸２には、各気筒毎に偏心カム３が偏心して固定されており、この偏心カム３の外周には、リング状のリンクアーム（第１リンク）４が相対回転可能に外嵌している。このリンクアーム４の先端部は、ピン５を介してロッカアーム６の一端部に連係されている。

また、吸気弁駆動軸２の斜め上方には、この吸気弁駆動軸２と平行に気筒列方向へ延びる制御軸７が、ブラケット９を介してシリンダヘッドに対して回転可能に支持されている。この制御軸７には各気筒毎に偏心カム部（制御カム）８が偏心して固定されており、各偏心カム部８の外周には、上記のロッカアーム６の中央部が揺動可能に外嵌している。つまり、ロッカアーム６は、偏心カム部８に揺動可能に支持されている。このロッカアーム６の他端は、ピン１０を介してロッド状のリンク部材（第２リンク）１１の一端と連係している。このリンク部材１１の他端は、ピン１２を介して揺動カム１３の先端部と連係している。この揺動カム１３は、吸気弁駆動軸２の外周に回転可能に外嵌している。

従って、クランクシャフトの回転に連動して吸気弁駆動軸２が回転すると、偏心カム３を介してリンクアーム４がほぼ並進方向（図のほぼ上下方向）に作動し、このリンクアーム４の並進運動がロッカアーム６の揺動運動に変換されて、リンク部材１１を介して揺動カム１３が吸気弁駆動軸２の中心軸線３１を中心として揺動する。この揺動する揺動カム１３が吸気弁のバルブリフタ１４に当接してこれを押圧することにより、吸気弁１５が図外のバルブスプリングの反力に抗して押し下げられ、この吸気弁１５が開閉駆動される。

また、エンジン運転状態に応じて制御軸７を図示せぬリフト・作動角制御用アクチュエータで回転駆動すると、ロッカアーム６の揺動中心となる偏心カム部８の中心位置がシリンダヘッドに対して変化して、このロッカアーム６及びリンクアーム４，リンク部材１１の姿勢が変化し、揺動カム１３の揺動特性が変化する。これにより、吸気弁１５の作動角及びバルブリフト量が連続的に変更される。

このような構成のリフト・作動角可変機構は、吸気弁１５のバルブリフタ１４を押し下げる揺動カム１３が吸気弁駆動軸２と同軸上に配置されているため、揺動カム１３と吸気弁駆動軸２との軸ズレ等を生じるおそれがなく、制御精度に優れていると共に、ロッカアーム６やリンクアーム４，リンク部材１１を吸気弁駆動軸２の周囲に集約させて、機構のコンパクト化を図ることができる。また、偏心カム３とリンクアーム４との軸受部や、偏心カム部８とロッカアーム６との軸受部のように、部材間の連結部の多くが面接触となっているため、潤滑が行いやすく、耐久性，信頼性にも優れている。

一方、排気弁側にはリフト・作動角可変機構が適用されておらず、カムシャフトとしての排気弁駆動軸２１には、この排気弁駆動軸２１と一体的に回転する固定カム２３が各気筒毎に固定して又は一体に形成されており、各固定カム２３が排気弁２５のバルブリフタ２４に当接してこれを押し下げることにより、排気弁２５が開閉作動する。

これに対し、揺動カム１３を備えた吸気弁側では、吸気弁駆動軸２の中心軸線３１を、吸気弁１５のバルブ軸線３２に対してシリンダヘッドのヘッド外側（図１，２の右側、排気弁駆動軸２１と反対側）へオフセットさせている。言い換えると、吸気弁１５のバルブ軸線３２を、吸気弁駆動軸２の中心軸線３１に対してヘッド内側（図１，２の左側、排気弁駆動軸２１側、シリンダ中央側）へオフセットさせている。また、吸気弁１５の閉弁時に、揺動カム１３のカムノーズ１３ａがヘッド内側を指向するように設定されている。言い換えると、吸気弁１５の閉弁行程では、揺動カム１３のカムノーズ１３ａがヘッド内側へ向けて（図１，２の時計回り方向へ）回転するように設定されている。

従って、排気弁２５のバルブ軸線３４と吸気弁１５のバルブ軸線３２とのなすバルブ挟み角αを、仮に吸気弁１５のバルブ軸線３２’が吸気弁駆動軸２の中心軸線３１上を通る場合に比して、Δαだけ小さくすることができる。この結果、燃焼室のコンパクト化及びそれに伴う燃費の向上を図ることができる。つまり、隣設配置される吸気スプロケット１と排気スプロケット２２とによって、吸気弁駆動軸２と排気弁駆動軸２１との軸間距離ΔＤが所定値以上に規定されるが、このような軸間距離ΔＤにかかわらずバルブ挟み角αを十分に小さくすることができる。

また、上述したように、閉弁行程における揺動カム１３のカムノーズ１３ａの回転方向をヘッド内側とし、かつ、吸気弁駆動軸２の中心軸線３１を吸気弁１５のバルブ軸線３２に対してヘッド外側へオフセットさせている関係で、図２に示すように、揺動カム１３とバルブリフタ１４の上面とが接触するトラベル範囲（接触移動距離）は、吸気弁駆動軸２の中心軸線３１を通って吸気弁１５のバルブ軸線３２と平行に延びる補助線Ｌ１よりもヘッド内側、つまり吸気弁１５の閉弁時に吸気弁駆動軸２のカムノーズ１３ａが指向する側（図２の左側）に大きく延在することとなる。つまり、吸気弁１５のバルブ軸線３２’が吸気弁駆動軸２の中心軸線３１上を通る場合に比して、吸気弁１５のバルブ軸線３２に対する吸気弁駆動軸２の中心軸線３１のオフセット分、トラベル範囲を拡大することができる。

すなわち、仮に吸気弁１５のバルブ軸線３２’が吸気弁駆動軸２の中心軸線３１を通る設定では、最大トラベル範囲がバルブリフタ１４の半径以下に制約される。しかしながら、第１の参考例のように、吸気弁１５のバルブ軸線３２を、吸気弁駆動軸２の中心軸線３１に対し、吸気弁１５の閉弁時に吸気弁駆動軸２のカムノーズ１３ａが指向するヘッド内側にオフセットさせていると、トラベル範囲をバルブリフタ１４の半径よりも大きく設定することが可能となる。この結果、動弁装置の大型化や動弁装置の搭載性の悪化を招くことなく、最大トラベル範囲を十分に大きく確保して、最大バルブリフト量（作動角）を拡大し、出力向上を図ることができる。

図３は、図１で示したエンジンの動弁装置をＶ型エンジンに適用した第２の参考例で、Ｖ型エンジンを正面からみた要部概略図である。なお、図３では簡略化のため、吸気弁側には揺動カム１３と吸気弁のバルブリフタ１４のみを、排気弁側には固定カム２３と排気弁のバルブリフタ２４のみを示しており、残りの部位は示していないが、基本的構成は図１と同じである。また、Ｖ型エンジンでは右バンクと左バンクとで同じ部材が出現するので、両者を区別するため右バンクの部材には番号の後に「Ａ」を、左バンクの部材には番号の後に「Ｂ」を付加している。

図３において左側に位置する右バンクでは、右側に吸気弁、左側に排気弁が配置されている。揺動カム１３Ａを備えた吸気弁側では、吸気弁駆動軸２Ａの中心軸線３１Ａを、吸気弁のバルブ軸線３２Ａに対して右バンクシリンダヘッドのヘッド外側（図３の右側、排気弁駆動軸２１Ａと反対側）へオフセットさせている。また、吸気弁の閉弁時に、揺動カム１３Ａのカムノーズ１３Ａａがヘッド内側を指向するように設定されている。一方、図３において右側に位置する左バンクでは左側に吸気側が、右側に排気弁が配置されている。揺動カム１３Ｂを備えた吸気弁側では、吸気弁駆動軸２Ｂの中心軸線３１Ｂを、吸気弁のバルブ軸線３２Ｂに対して左バンクシリンダヘッドのヘッド内側（図３の右側、排気弁駆動軸２１Ｂのある側）へオフセットさせている。また、吸気弁の閉弁時に、揺動カム１３Ｂのカムノーズ１３Ｂａがヘッド外側を指向するように設定されている。すなわち、吸気弁側について、左右バンクとも吸気弁駆動軸中心軸線３１Ａ、３１Ｂの吸気弁バルブ軸線３２Ａ、３２Ｂからのオフセットの向きは右方向（矢印参照）かつ吸気弁閉弁時の揺動カムのカムノーズ１３Ａａ、１３Ｂａの指向する向きは左方向となっている。このように左右バンクで吸気弁駆動軸中心軸線３１Ａ、３１Ｂの吸気弁バルブ軸線３２Ａ、３２Ｂからのオフセットの向き及び吸気弁閉弁時の揺動カムのカムノーズ１３Ａａ、１３Ｂａの指向する向きを同じにしているのは、吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂと揺動カム１３Ａ、１３Ｂとを連係するリフト・作動角可変機構が図１で前述したように非対称な構成であるためである。

次に、右バンクの排気弁側では、図１と相違して、固定カム２３Ａが設けられる排気弁駆動軸２１Ａの中心軸線３３Ａを排気弁のバルブ軸線３４Ａに対して右バンクシリンダヘッドのヘッド内側へオフセットさせている。これは、次の理由による。すなわち、吸気弁駆動軸２Ａと排気弁駆動軸２１Ａとの軸間距離ΔＤがベースエンジンの仕様であるとすると、この軸間距離ΔＤを変更することなく、図３に示したように、吸気弁駆動軸２Ａの中心軸線３１Ａを、吸気弁のバルブ軸線３２Ａに対して右バンクシリンダヘッドのヘッド外側（図３の右側、排気弁駆動軸２１Ａと反対側）へオフセットさせることができれば、ベースエンジンに用いている吸排気の各スプロケットやタイミングチェーンをそのまま流用することが可能になる。そこで、吸気弁駆動軸２Ａの中心軸線３１Ａを吸気弁のバルブ軸線３２Ａに対して右バンクシリンダヘッドのヘッド外側へオフセットさせる前の吸気弁駆動軸２Ａと排気弁駆動軸２１Ａとの軸間距離（つまりベースエンジンについての吸気弁駆動軸２Ａと排気弁駆動軸２１Ａとの軸間距離）ΔＤを、吸気弁駆動軸２Ａの中心軸線３１Ａを吸気弁のバルブ軸線３２Ａに対して右バンクシリンダヘッドのヘッド外側へオフセットさせた後も同じにするため、排気弁駆動軸２１Ａの中心軸線３３Ａを排気弁のバルブ軸線３４Ａに対して右バンクシリンダヘッドのヘッド内側へオフセットさせたものである。ここで、ベースエンジンとは吸排気弁とも固定カムで駆動するものであり、吸排気弁各駆動軸の中心軸線を、吸排気弁のバルブ軸線に対してオフセットさせていないエンジンをいう。

一方、左バンクの排気弁側では、固定カム２３Ｂが設けられる排気弁駆動軸２１Ｂの中心軸線３３Ｂを排気弁のバルブ軸線３４Ｂに対して左バンクシリンダヘッドのヘッド外側へオフセットさせている。このように左バンクの排気弁側で排気弁駆動軸２１Ｂの中心軸線３３Ｂを排気弁のバルブ軸線３４Ｂに対して左バンクシリンダヘッドのヘッド外側へオフセットさせる理由は、右バンクと左バンクとで吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂと排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂとの軸間距離ΔＤを同じにするためである。

また、第２の参考例のＶ型エンジンでは、排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの回転方向は図３に示したように時計方向であり、これに対して吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂの回転方向はこれとは逆の反時計方向である。

図４は、図３に示した排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂ及び固定カム２１Ａａ、２１Ｂａのカム角度に対するバルブリフト量（下段）及びリフト変化速度（上段）を示している。なお、図４では最大バルブリフト時にカム角度が１８０°となるように設定されている。

第２の参考例では、固定カム２１Ａａ、２１Ｂａの形状を非対称形状としている。より具体的には、図４に示したようにカム上がり区間で相対的にカムの最大リフト変化速度ｃを小さくするとともに、カム開弁角度ａを相対的に大きくする。一方、カム下り区間で相対的にカムのリフト速度ｄを大きくするとともに、カム開弁角度ｂを相対的に小さくする。これにより、排気弁側の時間当たりの開口面積（時間面積）を大きくできる。

このように第２の参考例では、吸気弁に比して作動流体の温度が高く、弁作動時に比較的時間面積に影響を受けない排気弁のバルブ軸線３４Ａ、３４Ｂと排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの中心軸線３３Ａ、３３Ｂとをオフセットさせるとともに、リフト量が増加するカム上がり区間でリフト最大速度を相対的に小さくし（ｃ＜ｄ）、かつ、作動角を相対的に大きくすることにより（ａ＞ｂ）、所望の排気弁の時間面積を確保しつつ、バルブリフタとの接触移動距離を制限（低減）できる。リフト量が減少するカム下り区間では、長い接触可能距離を活かし、リフト最大速度を相対的に大きくし、作動角を相対的に小さくすることにより、所望の排気弁の時間面積を拡大する。このように、排気弁側の固定カム２３Ａ、２３Ｂとバルブリフタ２４Ａ、２４Ｂと接触範囲のうち、リフト量増大側つまりカム上がり区間の接触可能距離が短い場合であっても、排気弁の時間当たりの開口面積（時間面積）を十分に大きく設定できる。

この場合に、ピストンの動きを重ねて描いてみると、図５下段に示したようになり、第２の参考例ではピストンと排気弁との間の最小距離が小さなものとなっている。最小距離が小さいと困るのは、ピストンと排気弁とが干渉する可能性が高まることである。その対策としては、ピストン冠面に穿設する排気弁用のバルブリセスを深くすることである。

これでエンジンの動弁装置全体としての動きの概説を終了する。

さて、吸気弁駆動軸中心軸線３１Ａ、３１Ｂの吸気弁バルブ軸線３２Ａ、３２Ｂからのオフセット量を図３に示した第２の参考例よりも拡大したいという要求がある。これは、吸気弁駆動軸中心軸線３１Ａ、３１Ｂの吸気弁バルブ軸線３２Ａ、３２Ｂからのオフセット量を拡大することで、上記のようにトラベル範囲をバルブリフタ１４Ａ、１４Ｂの半径よりも大きく設定することが可能となり、吸気弁の最大バルブリフト量（作動角）が拡大し、出力向上を図ることができるためである。吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂと排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂとの軸間距離ΔＤをベースエンジンと同じにしつつこの要求に応えるためには、排気弁駆動軸中心軸線３３Ａ、３３Ｂの排気弁バルブ軸線３４Ａ、３４Ｂからのオフセット量を、吸気弁駆動軸中心軸線３１Ａ、３１Ｂの吸気弁バルブ軸線３２Ａ、３２Ｂからのオフセット量と同じだけ拡大しなければならず、そうなると、固定カム２３Ａ、２３Ｂの非対称性をさらに顕著にする必要がある。すなわち、図５下段においてカム下り区間での曲線を上方へと上昇させる必要があり、このとき排気弁とピストンとの間の最小距離が一段と短くなる。これに対処するには、上記のようにピストン冠面に穿設する排気弁用のバルブリセスをさらに深くすることであるが、バルブリセスを深くしたのでは燃焼室形状の凹凸が大きくなることによる表面積の増大を招き、熱損失が増大し、燃費が悪化してしまう。第２の参考例による構成では、吸気弁駆動軸中心軸線３１Ａ、３１Ｂの吸気弁バルブ軸線３２Ａ、３２Ｂからのオフセット量をさらに拡大したいという要求に応えることはできないのである。

そこで本発明は、図６、図７に示したように吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂの中心軸線３１Ａ、３１Ｂを、吸気弁のバルブ軸線３２Ａ、３２Ｂに対し、揺動カム１３Ａ、１３Ｂのカムノーズ１３Ａａ、１３Ｂａの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの中心軸線３３Ａ、３３Ｂを、排気弁のバルブ軸線３４Ａ、３４Ｂに対し、排気弁開弁時の固定カム２３Ａ、２３Ｂのカムノーズ２３Ａａ、２３Ｂａの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、前記２つのオフセットの方向を一致させる。

これに対して、第２の参考例は、吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂの中心軸線３１Ａ、３１Ｂを、吸気弁のバルブ軸線３２Ａ、３２Ｂに対し、揺動カム１３Ａ、１３Ｂのカムノーズ１３Ａａ、１３Ｂａの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの中心軸線３３Ａ、３３Ｂを、排気弁のバルブ軸線３４Ａ、３４Ｂに対し、排気弁閉弁時の固定カム２３Ａ、２３Ｂのカムノーズ２３Ａａ、２３Ｂａの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、前記２つのオフセットの方向を一致させているものであり、固定カム２３Ａ、２３Ｂのカムノーズ２３Ａａ、２３Ｂａの指向する向きを、第２の参考例では「排気弁閉弁時の」としているのに対して、本発明では「排気弁開弁時の」としている点で大きく相違する。

具体的に説明すると、まず図６は本発明の第１実施形態のエンジンの動弁装置をＶ型エンジンに適用した場合における、Ｖ型エンジンを正面からみた要部概略図である。図３と同一部分には同一の番号を付している。

第１実施形態は、第２の参考例との関係では、第２の参考例のＶ型エンジンの構成のまま、排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの回転方向だけを第２の参考例のＶ型エンジンの排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの回転方向とは逆、つまり図６に示したように反時計方向とするものである。

一方、吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂの回転方向については、第２の参考例のＶ型エンジンと同じとする。もしも、排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの回転方向を第２の参考例のＶ型エンジンの排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの回転方向と逆とすることによって、第１実施形態の吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂの回転方向が、第２の参考例のＶ型エンジンの吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂの回転方向と逆になってしまう場合には、ギア等を用いることで、第１実施形態の吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂの回転方向を、第２の参考例のＶ型エンジンの吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂの回転方向と同じにする。要は揺動カム１３Ａ、１３Ｂのカムノーズ１３Ａａ、１３Ｂａの指向する向きと、前記排気弁開弁時の固定カム２３Ａ、２３Ｂのカムノーズ２３Ａａ、２３Ｂａの指向する向きとが一致するように吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂと排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの各回転方向を定めるのである。

このように、排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの回転方向を第２の参考例のＶ型エンジンの排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの回転方向とは逆、つまり図６に示したように反時計方向とした場合に、排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂ及び固定カム２３Ａ、２３Ｂのカム角度に対するバルブリフト量（下段）及びリフト変化速度（上段）がどうなるかを、図５に重ねて示すと、破線のようになる。すなわち、図５下段において破線の特性は１８０°のカム角度を通る縦線を対称軸として実線の曲線を反転させたものとなるのであり、この破線の特性によれば排気弁とピストンとの間の距離が第２の参考例の場合より拡大している。このことは、排気弁用のバルブリセスを深くする必要がないことを意味し、これによって燃焼室の表面積が拡大されず燃費が向上する。

第１実施形態は、本発明のエンジンの動弁装置をＶ型エンジンに適用したものであるが、本発明を適用するエンジンはＶ型エンジンに限られるものでない。例えば、本発明のエンジンの動弁装置は直列エンジンにも適用できる。

ここで、Ｖ型エンジンに限定されない本実施形態の作用効果を先に説明する。この場合には、図６において左バンクあるいは右バンク単独で考えればよいこととなる。ここでは右バンクで考えることとする。

本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、シリンダヘッドの上方に、互いに平行に気筒列方向へ延びる吸気弁駆動軸２Ａ及び排気弁駆動軸２１Ａが配設され、これら吸気弁駆動軸２Ａ及び排気弁駆動軸２１Ａのそれぞれに、タイミングチェーンが巻き掛けられるスプロケット１、２２が設けられたエンジンの動弁装置において、吸気弁駆動軸２Ａに揺動可能に配設され吸気弁を直接的に押し下げる揺動カム１３Ａと、この揺動カム１３Ａと吸気弁駆動軸２Ａとを機械的に連係するリンク機構と、排気弁駆動軸２１Ａと一体的に回転し排気弁を押し下げる固定カム２３Ａとを有し、吸気弁駆動軸の中心軸線３１Ａを、吸気弁のバルブ軸線３２Ａに対し、揺動カム１３Ａのカムノーズ１３Ａａの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、排気弁駆動軸の中心軸線３３Ａを、排気弁のバルブ軸線３４Ａに対し、排気弁開弁時の固定カム２３Ａのカムノーズ２３Ａａの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、前記２つのオフセットの方向を一致させるので、吸気弁駆動軸中心軸線３１Ａの吸気弁バルブ軸線３２Ａからのオフセット量を第２の参考例の場合より拡大することとしても、排気弁用のバルブリセスを浅く保つことが可能となり、吸気弁駆動軸中心軸線３３Ａの吸気弁バルブ軸線３２Ａからのオフセット量を拡大したいという要求に応えつつ、燃焼室の表面積を縮小し、熱損失低減による燃費向上を図ることができる。

また、固定カム２３Ａについてリフト量が増加するカム上がり区間でのリフト最大速度をリフト量が減少するカム下り区間でのリフト最大速度より相対的に大きくすることが可能となることから（図５上段の破線参照）、吸排気弁のバルブオーバーラップを維持し、掃気によるトルク効果、内部ＥＧＲによる燃費効果を維持することができる。

さらに、前記２つのオフセット（吸気弁駆動軸中心軸線３１Ａの吸気弁バルブ軸線３２Ａからのオフセット及び排気弁駆動軸中心軸線３３Ａの吸気弁バルブ軸線３４Ａからのオフセット）の方向を一致させているので、ベースエンジンに用いている吸排気の各スプロケット（１、２２）やタイミングチェーンを流用することが可能になる。

次に、本発明のエンジンの動弁装置をＶ型エンジンに適用した場合の作用効果を説明する。

図６に示したように、複数のバンク（気筒列）からなるＶ型エンジンにおいて、揺動カム１３Ａ、１３Ｂのカムノーズ１３Ａａ、１３Ｂａの指向する向きが左右のバンクで同一方向の場合には、どちらのバンクにおいても吸気弁駆動軸中心軸線３１Ａ、３１Ｂの吸気弁バルブ軸線３２Ａ、３２Ｂからのオフセット方向を同一方向とすることで最大バルブリフト量（作動角）を増大させることが可能である。固定カム２３Ａ、２３Ｂも、カムの回転方向が左右のバンクで同一であれば、排気弁駆動軸中心軸線３３Ａ、３３Ｂの排気弁バルブ軸線３４Ａ、３４Ｂからのオフセット方向を左右のバンク共に同一方向とすることで、左右のバンクで共に固定カム２３Ａ、２３Ｂについてリフト量が増加するカム上がり区間でのリフト最大速度をリフト量が減少するカム下り区間でのリフト最大速度より相対的に大きくすることが可能である（図５上段の破線参照）。

このように、本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、左右のバンクを備え（気筒列を複数備え）、各バンク毎に吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂに揺動可能に配設され吸気弁を直接的に押し下げる揺動カム１３Ａ、１３Ｂと、揺動カム１３Ａ、１３Ｂと吸気弁駆動軸２Ａ、２Ｂとを機械的に連係するリンク機構と、排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂと一体的に回転し排気弁を押し下げる固定カム２３Ａ、２３Ｂとを有し、各バンクでは吸気弁駆動軸の中心軸線３１Ａ、３１Ｂを、吸気弁のバルブ軸線３２Ａ、３２Ｂに対し、揺動カム１３Ａ、１３Ｂのカムノーズ１３Ａａ、１３Ｂａの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、排気弁駆動軸の中心軸線３３Ａ、３３Ｂを、排気弁のバルブ軸線３４Ａ、３４Ｂに対し、排気弁開弁時の固定カム２３Ａ、２３Ｂのカムノーズ２３Ａａ、２３Ｂａの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、前記２つのオフセットの方向を一致させると共に、さらに揺動カム１３Ａ、１３Ｂのカムノーズ１３Ａａ、１３Ｂａの指向する向きを左右バンクで同一方向とするので、左右のバンクとも吸気弁駆動軸中心軸線３１Ａ、３１Ｂの吸気弁バルブ軸線３２Ａ、３２Ｂからのオフセット量を第２の参考例の場合より拡大することとしても、排気弁用のバルブリセスを浅く保つことが可能となり、左右いずれのバンクにおいても、吸気弁駆動軸中心軸線の吸気弁バルブ軸線からのオフセット量を拡大したいという要求に応えつつ、燃焼室の表面積を縮小し、熱損失低減による燃費向上を図ることができる。

また、左右のバンクとも固定カム２３Ａ、２３Ｂについてリフト量が増加するカム上がり区間でのリフト最大速度をリフト量が減少するカム下り区間でのリフト最大速度より相対的に大きくすることが可能となることから（図５上段の破線参照）、左右いずれのバンクにおいても、吸排気弁のバルブオーバーラップを維持し、掃気によるトルク効果、内部ＥＧＲによる燃費効果を維持することができる。

さらに、左右のバンクとも前記２つのオフセット（吸気弁駆動軸中心軸線３１Ａ、３１Ｂの吸気弁バルブ軸線３２Ａ、３２Ｂからのオフセット及び排気弁駆動軸中心軸線３３Ａ、３３Ｂの吸気弁バルブ軸線３４Ａ、３４Ｂからのオフセット）の方向を一致させているので、左右いずれのバンクにおいても、ベースエンジンに用いている吸排気の各スプロケットやタイミングチェーンを流用することが可能になる。

次に、図７は本発明の第２実施形態のエンジンの動弁装置をＶ型エンジンに適用した場合における、Ｖ型エンジンを正面からみた要部概略図である。第２実施形態の図６と同一部分には同一の番号を付している。

第２実施形態は、図６に示した左バンクの構成とミラー対称となる構成を右バンクとして構成し、図６に示した右バンクの構成とミラー対称となる構成を左バンクとして構成するものである。言い替えると、第１実施形態との比較では、吸気弁駆動軸中心軸線３１Ａ、３１Ｂの吸気弁バルブ軸線３２Ａ、３２Ｂからのオフセット方向及び揺動カム１３Ａ、１３Ｂのカムノーズ１３Ａａ、１３Ｂａが指向する方向を第１実施形態とは逆向きとし、かつ排気弁駆動軸中心軸線３３Ａ、３３Ｂの排気弁バルブ軸線３４Ａ、３４Ｂからのオフセット方向及び排気弁閉弁時の固定カム２３Ａ、２３Ｂのカムノーズ２３Ａａ、２３Ｂａが指向する方向を第１実施形態とは逆向きとしたものである。

このように第２実施形態を構成したとき、排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの回転方向は、図３に示した第２の参考例の排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの回転方向と同じ（時計方向）となる。すなわち、第２実施形態では、排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの回転方向を第２の参考例と同じにしたまま、第１実施形態と同様の作用効果が得られることとなる。

次に、図８は本発明の第３実施形態のエンジンの動弁装置をＶ型エンジンに適用した場合における、Ｖ型エンジンを正面からみた要部概略図である。第１実施形態の図６と同一部分には同一の番号を付している。

第３実施形態は、第１実施形態に対し、吸気弁のバルブリフタ１４Ａ、１４Ｂの上面１４Ａａ、１４Ｂａ及び排気弁のバルブリフタ２４Ａ、２４Ｂの上面２４Ａａ、２４Ｂａをさらに球面状としたものである。固定カム２３Ａ、２３Ｂのプロフィルはベースサークル区間とリフト区間とに分けられ、リフト区間はさらにカム上がり区間とカム下がり区間とに分けられる。この場合に、ベースサークル区間とカム上がり区間との接続部に曲線からなるへこんだ部分が設けられることがある。このようなへこんだ部分を有する固定カム２３Ａ、２３Ｂが、上面が球面状のバルブリフタ２４Ａ、２４Ｂと当接するときにはこのへこんだ部分の曲率半径を大きくすることが可能となり、曲率半径を大きくできると固定カム２３Ａ、２３Ｂを含んだ排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの生産性を向上することができる。すなわち、第３実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、排気弁のバルブリフタ２４Ａ、２４Ｂの上面を球面状とすることで、固定カム２３Ａ、２３Ｂを含んだ排気弁駆動軸２１Ａ、２１Ｂの生産性を高めることができる。

第１の参考例のエンジンの動弁装置の概略断面図。 図１の要部概略断面図。 第１の参考例のエンジンの動弁装置をＶ型エンジンに適用した場合における、第２の参考例のＶ型エンジンを正面からみた要部概略図。 第２の参考例の排気弁駆動軸及び固定カムのカム角度に対するバルブリフト量及びリフト変化速度の特性図。 第１実施形態の排気弁駆動軸及び固定カムのカム角度に対するバルブリフト量及びリフト変化速度の特性図。 第１実施形態のエンジンの動弁装置をＶ型エンジンに適用した場合における、Ｖ型エンジンを正面からみた要部概略図。 第２実施形態のエンジンの動弁装置をＶ型エンジンに適用した場合における、Ｖ型エンジンを正面からみた要部概略図。 第３実施形態のエンジンの動弁装置をＶ型エンジンに適用した場合における、Ｖ型エンジンを正面からみた要部概略図。

符号の説明

１ 吸気スプロケット
２Ａ、２Ｂ 吸気弁駆動軸
１３Ａ、１３Ｂ 揺動カム
２１Ａ、２１Ｂ 排気弁駆動軸
２２ 排気スプロケット
３１Ａ、３１Ｂ 吸気弁駆動軸の中心軸線
３２Ａ、３２Ｂ 吸気弁のバルブ軸線
３３Ａ、３３Ｂ 排気弁駆動軸の中心軸線
３４Ａ、３４Ｂ 排気弁のバルブ軸線

Claims (4)

1. シリンダヘッドの上方に、互いに平行に気筒列方向へ延びる吸気弁駆動軸及び排気弁駆動軸が配設されたエンジンの動弁装置において、
   前記吸気弁駆動軸に揺動可能に配設され吸気弁を直接的に押し下げる揺動カムと、
   この揺動カムと前記吸気弁駆動軸とを機械的に連係するリンク機構と、
   前記排気弁駆動軸と一体的に回転し排気弁を押し下げる固定カムと
   を有し、
   前記吸気弁駆動軸の中心軸線を、前記吸気弁のバルブ軸線に対し、前記揺動カムのカムノーズの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、
   前記排気弁駆動軸の中心軸線を、前記排気弁のバルブ軸線に対し、前記排気弁開弁時の固定カムのカムノーズの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、
   前記２つのオフセットの方向を一致させることを特徴とするエンジンの動弁装置。
2. 前記揺動カムのカムノーズの指向する向きと、前記排気弁開弁時の固定カムのカムノーズの指向する向きとが一致するように前記吸気弁駆動軸と前記排気弁駆動軸の各回転方向を定めることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動弁装置。
3. 前記気筒列を複数備え、
   各気筒列毎に前記揺動カムと、前記リンク機構と、前記固定カムとを有し、
   各気筒列では前記吸気弁駆動軸の中心軸線を、前記吸気弁のバルブ軸線に対し、前記揺動カムのカムノーズの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、前記排気弁駆動軸の中心軸線を、前記排気弁のバルブ軸線に対し、前記排気弁開弁時の固定カムのカムノーズの指向する向きと逆向きにオフセットし、かつ、前記２つのオフセットの方向を一致させると共に、
   さらに前記揺動カムのカムノーズの指向する向きを前記複数の気筒列で同一方向とすることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動弁装置。
4. 前記固定カムと前記排気弁の間にバルブリフタを有し、
   このバルブリフタの上面は球面状であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの動弁装置。

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