JPH02221608A - 内燃機関の動弁機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、内燃機関の回転に同期して吸気バルブまたは
排気バルブを開閉駆動する動弁機構に関する。

〈従来の技術〉 一般に、内燃機関は所定のサイクルで燃焼室へ混合気を
送給しかつ燃焼ガスを排出する吸気バルブ及び排気バル
ブが、圧縮コイルばねからなるバルブスプリングによっ
て常時閉弁方向に付勢されている。そして、両バルブは
、機関のクランク軸に連結駆動されるカム軸に設けられ
たカムによってバルブスプリングの付勢力に抗して強制
的に押し開かれる。

バルブスプリングのリフト荷重は、通常機関の最高使用
回転数に基づいて設定される。従って、周知のように、
バルブスプリングの付勢力が過大であると中低速度域で
フリクション損失が不必要に増大し、かつこれに伴ない
カム面圧が増大してカムスリッパの異常摩耗や燃費悪化
を招く虞れがある。他方、作動フリクションを低減する
べくバルブスプリングのばね定数を低く設定すれば、高
速度域で動弁系の慣性力によってバルブの追従性が低下
するという問題がある。そこで、本願出願人による特開
昭６３−１６１１１号公報等に於てバルブのリフト荷重
を可変にした内燃機関の動弁機構が提案されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明の目的は、低速度域でのフリクション損失を低減
しかつ高速度域でのバルブ追従性の向上を図るべく、機
関の回転速度に応じてバルブのリフト荷重を最適に制御
し得る内燃機関の動弁機構を提供することにある。

〈問題点を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、クランク軸と同期
回転するカムにより開弁駆動される吸気バルブまたは排
気バルブを常時閉弁方向に付勢するばね手段と、前記バ
ルブを閉弁または開弁方向に付勢する補助ばね手段とを
備える内燃機関の動弁機構であって、前記補助ばね手段
が、前記ばね手段の付勢方向に沿って前記バルブの一端
に取り付けられた第１の磁石と、前記ばね手段の付勢方
向に沿ってその他端に取り付けられた第２の磁石とを有
することを特徴とする内燃機関の動弁機構を提供するこ
とにより達成される。

く作用〉 このようにすれば、第１の電磁石と第２の磁石との間に
作用する磁力をばね手段の付勢力に付加することによっ
て、バルブのリフト荷重を増減させることができる。

〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。

第１図に示されるように、内燃機関本体に設けられた１
対の吸気バルブｌａ、ｌｂは、図示されないクランク軸
の１／２の速度で同期駆動されるカム軸２に一体的に設
けられた１対の低速用カム３ａ、３ｂ及び単一の高速用
カム４と、これらカム３ａ１３ｂｓ　４に係合して揺動
するカムフォロワとしての第１〜第３０ツカアーム５〜
７とによって開閉動作を行なう。また、本内燃機関には
１対の排気バルブ（図示せず）が備えられており、上記
した吸気バルブｌａ、ｌｂと同様に開閉駆動される。

第１〜第３０ツカアーム５〜７は、カム軸２の下方に平
行に固設されたロッカシャフト８に互いに隣接して揺動
自在に軸支されている。後述するように、第１〜第３０
ツカアーム５〜７は、それらの中央部に内蔵する連結装
置１１によって一体的に揺動し得る状態と相対変位し得
る状態とに切換可能である。

第１及び第３０ツカアーム５．７は基本的に同一形状を
なし、その基部がロッカシャフト８に軸支されかつ遊端
部が両吸気バルブ１ａ、１ｂの上方に延出している。両
口ツカアーム５．７の遊端部には、各吸気バルブｌａ、
ｌｂの上端に当接するタペットねじ９ａ、９ｂがそれぞ
れロツタナット１０ａ、１０ｂにより緩み止めして進退
可能に螺着されている。また、第１及び第３０ツカアー
ム５．７の上面には低速用、カム３ａ、３ｂにそれぞれ
摺接するカムスリッパ５ａ、７ａが形成されている。

第２０ツカアーム６は、その基部が第１及び第３０ツカ
アーム５．７間でロッカシャフト８に軸支されている。

第２０ツカアーム６の遊端部は、ロッカシャフト８から
両吸気バルブ１ａ、１ｂの中間に向けて僅かに延出して
おり、その上面には高速用カム４に摺接するカムスリッ
パ６ａが形成され、かつ下面にはシリンダヘッド側に固
定されたりフタ（図示せず）の上端面が当接している。

このリフタは、内蔵するコイルばねによりロストモーシ
ョンスプリングとしてカムスリッパ６ａが高速用カム４
に常時摺接するように第２０ツカアーム６を上向きに付
勢している。

カム軸２は、機関本体の上方に回転自在に支持され、第
１、第３０ツカアーム５．７に対応する低速用カム３ａ
、３ｂと第２０ツカアーム６に対応する高速用カム４と
が一体的に連設されている。

第２図に示されるように、低速用カム３ａ、３ｂは機関
の低速運転時に適合した比較的小さな揚程を有する卵形
断面のカムプロフィルに形成されている。高速用カム４
は、高速運転時に適合した低速用カム３ａ、３ｂに比し
てより広角度にわたる大きな揚程を有する卵形断面のカ
ムプロフィルに形成されている。

両吸気バルブ１ａ、１ｂの上部には、リテーナ１２がそ
れぞれ設けられており、シリンダヘッド３１の上面に配
置されたスプリングシート３２との間に、各バルブｌａ
、ｌｂのバルブステム３３を囲繞するようにバルブスプ
リング１３が介装されて、両バルブｌａ、ｌｂを常時閉
弁方向即ち図中で上向きに付勢している。リテーナ１２
の下部には、バルブステム３３に嵌挿させてリング状の
永久磁石３４が一体的に固定されている。また、バルブ
スプリング１３を支持するスプリングシート３２の上部
には、電磁石３５が一体的に固定されている。

第３図及び第４図に良く示されるように、第１０ツカア
ーム５には、第２０ツカアーム６側に向けて開放する第
１ガイド孔１４がロッカシャフト８と平行に穿設されて
いる。第２０ツカアーム６には、第１０ツカアーム５の
第１ガイド孔１４に連通ずる第２ガイド孔１７が貫設さ
れている。第３０ツカアーム７には、第２ガイド孔１７
に連通ずる第３ガイド孔１８が穿設されている。第３ガ
イド孔１８には、段部１９が形成されかつ底壁に小径の
貫通孔２０が第３ガイド孔１８と同心に穿設されている
。

これら第１〜第３ガイド孔１４．１７．１８の内部には
、第１及び第２０ツカアーム５．６を連結する位置及び
その連結を解除する位置間で移動し得る第１ピストン２
１と、第２及び第３０ツカアーム６．７を連結する位置
及びその連結を解除する位置間で移動可能な第２ピスト
ン２２と、両ピストン２１．２２の移動を規制するスト
ッパ２３とが摺合している。ストッパ２３には、両ピス
トン２１．２２を連結解除位置側に付勢するコイルばね
２４が装着されている。

第１ピストン２１は、その一端が第１ガイド孔１４内の
底部側に形成された段部１６に当接する位置で他端が第
１ガイド孔１４から突出しないような軸線方向寸法を有
する。第２ピストン２２は、第２ガイド孔１７の全長と
等しい軸線方向寸法を有する。ストッパ２３は、貫通孔
２０を挿通ずるガイド棒２３ａを備える。

第１ガイド孔１４内部には、その底面と第１ピストン２
１端面との間に油圧室２５が郭成されている。また、ロ
ッカシャフト８内には、図示されない油圧供給装置に連
通ずる作動油供給通路２６が穿設されている。そして、
第１０ツカアーム５に内設された油路２８とロッカシャ
フト８周壁に穿設された連通孔２９とを介して、第１０
ツカアーム５の揺動状態の如何に拘らず、作動油供給通
路２６から供給される作動油を常に油圧室２５内に導入
し得るようにされている。作動油供給通路２６には、例
えば機関のクランク軸に連結駆動されるオイルポンプか
ら圧送される潤滑油が、機関の回転速度に応じて例えば
電磁切換弁により切り換えて供給される。

次に、上述した本実施例の作動要領について説明する。

第５図及び第６図に示されるように、本実施例では永久
磁石３４が上向きにＮ極及び下向きにＳ極を有するよう
に配置する。電磁石３５は、図示されない電源及び制御
装置と電気的に接続されてお・す、通電方向及び電流値
を制御することによって永久磁石３４との間に発生する
磁力を適当に変化させることができる。

一般に、機関の低速度域ではロッカアームの運動速度も
比較的低く、閉弁付勢力も相対的に小さくて良い。従っ
て、第５図のように、電磁石３５が上向きにＮ極及び下
向きにＳ極を有するように、即ち永久磁石３４と異極を
なすように給電される。

これにより、バルブスプリング１３の付勢力と逆方向に
両磁石３４．３５間の吸引力が作用してバルブｌａ、ｌ
ｂのリフト荷重が低減されるので、カム軸２に対するフ
リクションが比較的小さい範囲に抑えられる。

他方、エンジン回転速度の増大に従ってバルブ及びロッ
カアームの運動速度が高速になると、動弁系全体として
の慣性質量が増大する。その結果、機関の高速度域に於
ては、バルブ１ａ、１ｂを閉弁させると同時に、ロッカ
アームを上方へ押し上げるための作用力を増大させる必
要が生じる。そこで、第６図のように、電磁石３５が上
向きにＳ極及び下向きにＮ極を有するように、即ち永久
磁石３４と同極をなすように給電される。これにより、
バルブスプリング１３の付勢力と同方向に両磁石３４．
３５間の反発力が作用してバルブ１ａ、１ｂのリフト荷
重が増大する。

即ち、第７図に示すようにバルブリフト量が成る範囲を
超えると、リフト荷重はバルブスプリング１３による付
勢力だけの場合Ａを基準として高速度域では実線Ｂの如
く上向きに上昇し、かつ低速度域では破線Ｃの如く下向
きに低下するように変化する。前記制御装置を操作して
通電方向及び電流値を制御することによって、実線Ｂと
破線Ｃ間の斜線範囲内でリフト荷重を制御することがで
きる。このリフト荷重の制御範囲は、エンジンの特性に
応じて両磁石３４．３５を適当に選択することによって
決定される。

これを、第８図のようにエンジン回転数Ｎｅに関して説
明する。エンジン回転数がＮｅｌ以下の低速度域では上
向きにＮ極を有し、かつＮｅ２以上の高速度域ではＳ極
を有するように電磁石３５を制御する。従って、エンジ
ン回転数Ｎｅｌ以下の範囲では両磁石３４．３５間の吸
引力によりバルブスプリング１３の付勢力に対して負の
磁力が生じてリフト荷重が減少する。Ｎｅｔ＜　Ｎｅ　
＜　Ｎｅ２の範囲では電磁石３５を給電しないことによ
り、バルブスプリング１３の付勢力のみが作用する。そ
して、Ｎｅ２以上の範囲では、両磁石３４．３５間の反
発力によりバルブスプリング１３の付勢力に対して正の
磁力が生じてリフト荷重が増大する。また、破線で示す
ようにエンジン回転数Ｎｅに比例して磁力が増加するよ
うに電磁石３５を制御することもできる。

本実施例に於て、エンジン回転数がＮｅｔ（Ｎｅｔ＜　
Ｎｅｔ＜　Ｎｅ２）以上の中低速度域では前記電磁弁が
閉弁されているので、作動油供給通路２６から連結装置
１１の油圧室２５に油圧が供給されず、各ピストン２１
．２２がコイルばね２４の付勢力により第３図に示すよ
うに各ガイド孔１４．２０内に整合する。従って、各ロ
ッカアーム５〜７は互いに相対角変位が可能であり、カ
ム軸２が回転すると第１及び第３０ツカアーム５．７が
低速用カム３ａ、３ｂと摺接して揺動し、吸気バルブ１
ａ、１ｂを開閉駆動する。

この中低速度域では、第９図のようにリフトが小さく、
バルブ及びロッカアームの運動速度も比較的低く、閉弁
付勢力も相対的に小さくて良い。

従って、エンジン回転数がＮｅｌ以下では両磁石３４．
３５間に吸引力を作用させてばね荷重を減少させる。尚
、この時、第２０ツカアーム６は高速用カム４と摺接し
て揺動するが、その動作は両吸気バルブ１ａ、１ｂの作
動に何ら影響を及ぼさない。

エンジン回転数がＮｅ０以上の高速運転に際しては、前
記電磁弁が開弁されて作動油供給通路２６からロッカシ
ャフト８の連通孔２９及び油路２８を介して油圧室２５
に作動油圧が供給される。これにより第４図に示される
ように、第１ピストン２１がコイルばね２４の付勢力に
抗して第２０ツカアーム６側に移動し、第２ピストン２
２が第１ピストン２１に押されて第３０ツカアーム７側
に移動する。この結果、ストッパ２３が段部２０に当接
するまで第１及び第２ピストン２１．２２が共に移動し
、第１ピストン２１により第１及び第２０ツカアーム５
．６が連結され、かつ第２ピストン２２により第２及び
第３０ツカアーム６．７が連結される。

この第１〜第３０ツカアーム５〜７の連結状態では、高
速用カム４に摺接する第２０ツカアーム６の揺動量が最
も大きいことから、第１及び第３０ツカアーム５．７は
第２０ツカアーム６と共に揺動する。従って、両吸気バ
ルブ１ａ、１ｂが、共に高速用カム４のカムプロフィル
に従ってその閉弁時期を早くしかつ閉弁時期を遅くする
と共にリフト量を大きくして開閉駆動される。このため
、バルブ及びロッカアームの連動速度が高速となる上に
動弁系全体としての慣性質量が増大する。このため、エ
ンジン回転数がＮｅ２以上では、両磁石３４．３５間に
反発力を作用させてばね荷重を増加し、第１〜第３０ツ
カアーム５〜７を」三方へ押上げるための作用力を増大
させる。

また、別の実施例では、両磁石３４．３５を永久磁石に
することができる。この場合には両磁石間の磁力及び作
用方向が一定であるため、第１０図に示すように、バル
ブの作動タイミングを切り換えるエンジン回転数Ｎｅｏ
に於て、バルブリフトの変化と共にそれに対応してばね
荷重が増減することになる。

尚、上述の実施例ではロッカアームを介してバルブを駆
動する型式の動弁機構について説明したが、本発明は直
動式の動弁機構にも同様に適用できる。この場合には、
リフタとシリンダヘッド側とにそれぞれ磁石が配置され
ることになる。

〈発明の効果〉 このように本発明によれば、バルブスプリングの両端を
支持するリテーナとスプリングシートとにそれぞれ永久
磁石と電磁石とを配設し、かつ該電磁石への通電方向及
び電流値を制御することにより両磁石間に発生する吸引
・反発力を利用することによって、バルブスプリングの
付勢力を基準としてバルブのリフト荷重をエンジン回転
速度に応じて最適に制御することができ、中低速度域に
於けるフリクションの低減及び高速度域に於ける動弁系
追従性の向上を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に基づく動弁機構を示す上面図である
。 第２図は、第１図に於ける■矢視図である。 第３図は、低速運転時に於ける第２図の■−■線に沿う
断面図である。 第４図は、高速運転時に於ける第３図と同様な断面図で
ある。 第５図及び第６図は、それぞれ本発明の作動要領を示す
説明図である。 第７図は、バルブリフト量に関するリフト荷重の変化を
示す線図である。 第８図は、エンジン回転数に関するリフト荷重及び磁力
の変化を示す線図である。 第９図は、エンジン回転数に関するリフト及びばね荷重
の変化を示す線図である。 第１０図は、別の実施例に於けるエンジン回転数に関す
るリフト及びばね荷重の変化を示す線図である。 ｌａ、ｌｂ・・・吸気バルブ ２・・・カム軸　　　　　３ａ、３ｂ・・・低速用カム
４・・・高速用カム　　　５・・・第１０ツカアーム６
・・・第２０ツカアーム７・・・第３０ツカアーム５ａ
、６ａ、７ａ・・・カムスリッパ ８・・・ロッカシャフト　９ａ、９．ｂ・・・タペット
ねじ１０ａ、１０ｂ・・・ロックナツト １１・・・連結装置　　　１２・・・リテーナ１３・・
・バルブスプリング １４・・・第１ガイド孔　１５・・・小径部１６・・・
段部　　　　　１７・・・第２ガイド孔１８・・・第３
ガイド孔　１つ・・・段部２０・・・貫通孔　　　　２
１・・・第１ピストン２２・・・第２ピストン　２３・
・・ストッパ２３ａ・・・ガイド棒　　２４・・・コイ
ルばね２５・・・油圧室　　　　２６・・・作動油供給
通路２８・・・油路　　　　　２９・・・連通孔３１・
・・シリンダヘッド３２・・・スプリングシ一ト３３・
・・バルブステム ３４・・・永久磁石 ３５・・・電磁石 特 許 出 願 人 本田技研工業株式会社 代 理 人

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）クランク軸と同期回転するカムにより開弁駆動さ
   れる吸気バルブまたは排気バルブを常時閉弁方向に付勢
   するばね手段と、前記バルブを閉弁または開弁方向に付
   勢する補助ばね手段とを備える内燃機関の動弁機構であ
   って、 前記補助ばね手段が、前記ばね手段の付勢方向に沿って
   前記バルブの一端に取り付けられた第１の磁石と、前記
   ばね手段の付勢方向に沿ってその他端に取り付けられた
   第２の磁石とを有することを特徴とする内燃機関の動弁
   機構。
2. （２）前記第１の磁石が永久磁石であり、かつ前記第２
   の磁石が電磁石であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の内燃機関の動弁機構
3. （３）前記電磁石が、前記機関の低速回転域では前記永
   久磁石と互いに吸引する向きに通電され、かつ高速回転
   域では前記永久磁石と互いに離反する向きに通電される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の内燃機
   関の動弁機構。
4. （４）クランク軸と同期回転し、かつ互いに異なるリフ
   トを有する低速用カムと高速用カムと、機関の回転数に
   対応して選択的に前記低速用カムまたは高速用カムによ
   り開弁駆動される吸気バルブまたは排気バルブと、前記
   バルブを常時閉弁方向に付勢するばね手段と、前記バル
   ブを開弁または閉弁方向に付勢する補助ばね手段とを備
   える内燃機関の動弁機構であって、前記補助ばね手段が
   、前記ばね手段の付勢方向に沿って前記バルブの一端に
   取り付けられた第１の磁石と、前記ばね手段の付勢方向
   に沿ってその他端に取り付けられた第２の磁石とを有す
   ることを特徴とする内燃機関の動弁機構。