JPH02221614A - 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、内燃機部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し、特に機関の
回転速度に応じて弁の作動状態を切換可能な内燃機関の
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。

一方、従来より例えば本願出願人による特開昭６１−１
９９１１号公報等に於て、広い運転範囲に亘って吸・排
気効率の最適化を図るべく、機関の回転に同期して回転
駆動するカム軸に機関の低速運転及び高速運転にそれぞ
れ対応した形状の低速用カム及び高速用カムを一体化し
、各カムに摺接する複数のロッカーアームを隣接してロ
ッカシャフトに軸支し、かつ各ロッカアームを相対角変
位する状態と一体的に連結した状態とに切換可能な連結
手段を備えた内燃機関の動弁機構が種々提案されている
。この種の動弁機構では、低速用カムと高速用カムとで
カムプロフィル及びリフトが異なるため、高速運転時に
バルブタイミングの変化と共にバルブリフト量が増大す
るので、バルブスプリングのばね定数を最適に設定する
ことが困難である。

例えば、実公昭６０−３０４３７号公報には、開弁付勢
力を可変とするべく流体圧によりバルブスプリングを圧
縮し、バルブスプリングの反力を増強する技術が開示さ
れているが、これは排気ブレーキのためのものであって
ばね定数まで変化させるものではなく、高速時に於ける
動弁系の慣性質量を補償する上には必ずしも好適とは云
い難い。

そこで、本願出願人は特開昭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
機構を提案している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 本発明の目的は、弁作動状態の切換可能な内燃機関の動
弁機構に於て、比較的簡単な構成により機関の回転速度
に応じてバルブのリフト荷重を可変にし、低速度域での
作動フリクションを低減しかつ高速度域でのバルブ追従
性の向上を図ることにある。

〈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、ばね手段により閉
弁方向に付勢され、かつ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備
えると共に、機関の回転速度に応じて前記バルブの作動
状態を可変にした内燃機関の動弁機構であって、前記ば
ね手段が、前記バルブを常時閉弁方向に付勢する第１ば
ねと、前記バルブのリフトが一定以上になると前記バル
ブを閉弁方向に付勢する第２ばね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。

〈作用〉 このようにすれば、リフトの小さい範囲ではバルブを第
１ばねのみで閉弁付勢し、かつリフトの大きい範囲では
第１ばね及び第２ばねの双方で閉弁付勢することにより
、リフト荷重を機関の回転速度に応じて大小の２段階に
切り換えることができる。

〈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１ａ、１ｂ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３ａ、３ｂ、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１ａ、１ｂ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」三方に延出している。

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
ぞれロックナツト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、ロッカンヤフト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ｌａ、ｌｂ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との間には、吸気バルブ
１ａ、１ｂのバルブステム３３を囲繞するように第１バ
ルブスプリング１３が介装され、両バルブ１ａ、１ｂを
常時閉弁方向即ち図中で」二向きに付勢している。バル
ブステム３３の上部には、下端にフランジ３４ａを有す
るストッパ３４がリテーナ１２との間の縮径部３５に嵌
合させて一体的に固定されている。

ストッパ３４の下方には、第２バルブスプリング３６が
第１バルブスプリング１３の内側でバルブステム３３を
囲繞するように装着されている。

第２バルブスプリング３６は、第１バルブスプリング１
３と同様に下端がスプリングシート３２上に支持され、
かつ上端にはバルブステム３３に遊嵌させて可動リテー
ナ３７が載置されている。第２バルブスプリング３６の
自由長は、各カム３ａ、３ｂ１４のベース円がカムスリ
ッパ５　ａ　ｓ　６　ａ　％７ａに摺接する第２図示の
静止位置に於て、可動リテーナ３７とストッパ３４下端
との間に離隔距離１１が維持されるように決定される。

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。

機関の中低速度域では、前記電磁弁が閉弁されて作動油
供給通路２６から連結装置１１の油圧室２５には油圧が
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１ａ、１ｂを開閉駆動する。

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ｌａ、ｌｂの作動
に何ら影響を及ぼさない。この中低速度域ではバルブ及
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。

第５図に示すように、バルブステム３３が低速用カム：
３ａ、３ｂのカムプロフィルに従って第１または第３０
ツカアーム５．７により第１バルブスプリング１３の付
勢力に抗して押し下げられ、フランジ３４ａが下方へ移
動する。しかし、低速用カム３ａ、３ｂの最大リフト量
が第７図のように！１であるため、フランジ３４ａはそ
の最下位置で可動リテーナ３７上面に当接するが、第２
バルブスプリング３６を押し下げることはない。このた
め、吸気バルブｌａ、ｌｂが第１バルブスプリング１３
の付勢ノｊのみによって閉弁駆動される。

従って、リフト荷重が第８図に示すように従来の高速状
態を基準として設定した場合より緩かに」二昇し、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。

機関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２
１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２２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２６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運動速度が高速となる上に
動弁系全体としての慣性質蛍が増大する。その結果、吸
気バルブｌａ、ｌｂを閉弁させると同時に、第１〜第３
０ツカアーム５〜７を上方へ押上げるための作用力を増
大させる必要が生じる。

高速用カム４の最大リフト量１２は、第７図のようにス
トッパ３４のフランジ３４ａと可動リテーナ３７との離
隔距離１１より大きい。バルブステム３３が高速用カム
４に従って押し下げられると、当初バルブリフト量が１
１より小さい範囲では第５図のようにフランジ３４ａと
可動リテーナ３７とが離隔しているので、吸気バルブ１
ａ１１ｂには第１バルブスプリング１３の付勢力のみが
作用する。

バルブステム３３が更に押し下げられてバルブリフト量
が２１を超えると、第６図のようにフランジ３４ａが可
動リテーナ３７に当接して第２バルブスプリング３６を
押し下げる。このため、吸気バルブｌａ、ｌｂには、１
２と、ｉｔとの差ｄの範囲で第１バルブスプリング１３
に加えて第２バルブスプリング３６の付勢力が作用する
。従って、第８図のようにバルブリフト量が１１を超え
た時点でリフト荷重が急激に増大するので、高速運転に
適したバルブ追従性が得られる。そして、本実施例では
、両バルブスプリングのばね特性が最大リフト１２に於
て従来のバルブスプリングと同じリフト荷重が得られる
ように設定されている。

〈発明の効果〉 このように本発明によれば、バルブを常時閉弁付勢する
バルブスプリングに加えて、カムリフトが一定以上にな
ると作用する補助のバルブスプリングをバルブステムに
装着することによって、リフトの異なる低速用カムと高
速用カムとを備えた内燃機関の動弁機構に於て、弁作動
状態の切換に対応してリフト荷重を２段階に切り換える
ことができるので、エンジン回転速度に応じて中低速度
域に於けるフリクションを低減しかつ高速度域に於ける
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、バルブスプリングの動作を概略的
に示す説明図である。 第７図は、カム回転速度に関するカムのリフトを示す線
図である。 第８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。 １ａ、１ｂ・・・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、９ｂ・・・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・・
・第１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　１９・・・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・・・スプリングシート３３・
・・バルブステム　３４・・・ストッパ３４ａ・・・フ
ランジ　　３５・・・縮径部３６・・・第２バルブスプ
リング ３７・・・可動リテーナ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ばね手段により閉弁方向に付勢され、かつクラン
   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備えると共に、機関の回転速度に
   応じて前記バルブの作動状態を可変にした内燃機関の動
   弁機構であって、 前記ばね手段が、前記バルブを常時閉弁方向に付勢する
   第１ばねと、前記バルブのリフトが一定以上になると前
   記バルブを閉弁方向に付勢する第２ばねとを有すること
   を特徴とする内燃機関の動弁機構。
2. （２）前記バルブがその作動状態の切換に対応して、低
   速回転域では前記第１ばねのみによって閉弁付勢され、
   かつ高速回転域では前記バルブのリフトに応じて前記第
   １ばねと前記第２ばねとによって閉弁付勢されることを
   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。