JPH0355643B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンのバルブタイミング制御装
置に関し、特に１つの気筒に対して一対の吸気ポ
ートをそれぞれ所定のタイミングで開閉する一対
の吸気弁を備えたエンジンにおいて上記一対の吸
気弁のバルブタイミングを可変制御するようにし
たものに関する。

従来より、例えば特開昭56−44404号公報等に
開示されているように、エンジンの一つの気筒に
対して一対の吸気ポートを設けるとともに、該各
吸気ポートをそれぞれ所定のタイミングで開閉す
る一対の吸気弁を設けたものは知られている。こ
のものは、通常の、一つの気筒に対して単一の吸
気ポートと該吸気ポートを開閉する単一の吸気弁
とを備えたものと較べて、吸気ポートの有効開口
面積が増大できて吸気の充填効率を高めることが
できることから、エンジン出力の向上を図る上で
好ましいものである。

ところで、一般に吸気弁のバルブタイミング
は、エンジンの高回転時、特に出力を要する高負
荷高回転時には、同一開口面積の吸気ポートに対
して吸気弁の開弁期間を長くすることが、吸気の
充填効率が増して出力向上を図る上で望ましい。
また、その際には、吸気弁の開弁期間の増大によ
り吸、排気弁のオーバラツプ期間が長くなつて
も、吸気量が多いことから残留排気量の比率が小
さく、また吸気の慣性速度が速いことから吸気の
吹き返しが生じ難いので難燃性に支障を与えるこ
とはない。

一方、エンジンの低負荷時には、吸気弁の開弁
期間を長くすると、吸気量が少ないことから残留
排気量の比率が高まり難燃性が損われる。また、
高負荷でも低回転時には、吸気の慣性速度が遅い
ことから吸気の吹き返しが生じて、充填効率が低
下し出力向上が望めないという問題がある。

本発明はかかる点に鑑み、上記した一対の吸気
ポートと一対の吸気弁とを備えたエンジンの特徴
を活かしながら、エンジンの高負荷高回転時、吸
気ポートの開口面積を変えることなく吸気弁の開
弁期間を長くすることにより、エンジンの低回転
から高回転までの全運転領域に亘つて燃焼性を損
うことなく吸気の充填効率の向上を図り得るよう
にすることを目的とするものである。

この目的を達成するため、本発明の構成は、一
対の吸気ポートをそれぞれ所定のタイミングで開
閉する一対の吸気弁を備えたエンジンにおいて、
上記一対の吸気弁を開閉制御する動弁系に、エン
ジンの高負荷高回転時、一方の吸気弁のバルブタ
イミングを遅れ側に、他方の吸気弁のバルブタイ
ミングを進み側にずらすように制御する可変機構
を設けることにより、エンジンの低負荷時の燃焼
の安定性を図りつつエンジンの高負荷低回転時に
は一対の吸気ポートによる有効開口面積の増大に
よつて吹き返しを来たすことなく吸気の充填効率
を向上させるとともに、エンジンの高負荷高回転
時にはさらに吸気弁の開弁期間の増大によつて吸
気の充填効率をより一層向上させて高出力要求に
見合うようにしたものである。

以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて詳
細に説明する。

第１図および第２図は一つの気筒に対し一対の
吸気弁と一対の排気弁とを備えた４気筒エンジン
に本発明を適用した実施例を示す。同図におい
て、１はエンジン本体、２ａ〜２ｄはエンジン本
体１に該エンジン本体１の中心線ｌに沿つて直列
状に形成された第１〜第４気筒であつて、各気筒
２ａ〜２ｄには各々、第１および第２の一対の吸
気ポート３ａ，３ｂと第１および第２の一対の排
気ポート４ａ，４ｂとが設けられている。各気筒
２ａ〜２ｄにおける第１および第２吸気ポート３
ａ，３ｂはエンジン本体１の一方側（吸気側）か
ら気筒２ａ〜２ｂのエンジン本体中心線ｌ方向
（気筒列方向）と略直交する方向に対向して開口
しているとともに、第１気筒２ａの第１、第２吸
気ポート３ａ，３ｂと第２気筒２ｂの第１、第２
吸気ポート３ａ，３ｂ、および第３気筒２ｃの第
１、第２吸気ポート３ａ，３ｂと第４気筒２ｄの
第１、第２吸気ポート３ａ，３ｂはそれぞれ互い
に背中合せに隣接して配置されている。また、各
気筒２ａ〜２ｄにおける第１および第２排気ポー
ト４ａ，４ｂはエンジン本体１の他方側（排気
側）から同じく気筒２ａ〜２ｄのエンジン本体中
心線ｌ方向と略直交する方向に対向して開口して
いる。

さらに、上記各気筒２ａ〜２ｄにおける第１お
よび第２吸気ポート３ａ，３ｂには該吸気ポート
３ａ，３ｂをそれぞれ所定のタイミングで開閉す
る第１および第２の一対の吸気弁５ａ，５ｂがエ
ンジン本体中心線ｌを挟んでその吸気側と排気側
とに対向して配設されており、よつてエンジン本
体１の吸気側において第１気筒２ａと第２気筒２
ｂとの第１吸気弁５ａ，５ａおよび第３気筒２ｃ
と第４気筒２ｄとの第１吸気弁５ａ，５ａがそれ
ぞれ互いに隣接し、またエンジン本体１の排気側
において第１気筒２ａと第２気筒２ｂとの第２吸
気弁５ｂ，５ｂおよび第３気筒２ｃと第４気筒２
ｄとの第２吸気弁５ｂ，５ｂがそれぞれ互いに隣
接している。また、上記各気筒２ａ〜２ｄにおけ
る第１および第２排気ポート４ａ，４ｂには該各
排気ポート４ａ，４ｂをそれぞれ所定のタイミン
グで開閉する第１および第２の一対の排気弁６
ａ，６ｂが同じくエンジン本体中心線ｌを挟んで
対向して配設されている。

一方、７ａはエンジン本体１の吸気側に配設さ
れ、各気筒２ａ〜２ｄにおける第１吸気弁５ａお
よび第１排気弁６ａを開閉制御する第１動弁機
構、７ｂはエンジン本体１の排気側に配設され、
各気筒２ａ〜２ｄにおける第２吸気弁５ｂおよび
第２排気弁６ｂを開閉制御する第２動弁機構であ
つて、各動弁機構７ａ，７ｂはそれぞれエンジン
本体１の吸気側および排気側にエンジン本体中心
線ｌと平行に配設されエンジンのクランクシヤフ
ト（図示せず）により回転駆動される第１又は第
２のカムシヤフト８，９を有し、該カムシヤフト
８，９の回転により吸気弁５ａ，５ｂにあつては
吸気行程において開閉制御し、排気弁６ａ，６ｂ
にあつては排気行程において開閉制御するもので
ある。

さらに、上記第１動弁機構７ａには、第１気筒
２ａと第１気筒２ｂとの隣接する両第１吸気弁５
ａ，５ｂおよび第３気筒２ｃと第４気筒２ｄとの
隣接する両第１吸気弁５ａ，５ａのバルブタイミ
ングをそれぞれ可変制御する２つの第１可変機構
１０，１０が設けられており、また、上記第２動
弁機構７ｂには、第１気筒２ａと第２気筒２ｂと
の隣接する両第２吸気弁５ｂ，５ｂおよび第３気
筒２ｃと第４気筒２ｄとの隣接する両第２吸気弁
５ｂ，５ｂのバルブタイミングをそれぞれ可変制
御する２つの第２可変機構１１，１１が設けられ
ている。

上記第１可変機構１０は、第３図に詳示するよ
うに、一端（上端）で第１カムシヤフト８のカム
面８ａ，８ａと当接し、他端（下端）で第１吸気
弁５ａ，５ａのバルブステムと当接する円筒状の
２つのタペツト部材１２，１２と、該タペツト部
材１２，１２が上下に摺動自在に嵌挿保持される
２つの嵌挿孔１３ａ，１３ａを有するとともに下
面に上記にエンジン本体１に形成した円弧状のガ
イド面１ａに摺接案内される円弧状の摺接面１３
ｂを有し、上記第１カムシヤフト８に対して回動
自在に支承されて上記ガイド面１ａの案内補助の
もとに第１カムシヤフト８周りを回動するバケツ
ト状の回動部材１３と、該回動部材１３をエンジ
ンの運転状態に応じて上記第１カムシヤフト８の
特定角度位置に対するカム面８ａとタペツト部材
１２の一端との接触位置が変化するように回動さ
せる操作装置１４とを備えてなり、上記回動部材
１３は第１カムシヤフト８に支承される部分で上
下に分割され、ボルト１５，１５で一体に結合さ
れている。さらに、上記操作装置１４は、エンジ
ン本体中心線ｌに平行に配設され２つの第１可変
機構１０，１０に跨つて両回動部材１３，１３を
その上端部で連結して該回動部材１３，１３を回
動させる揺動軸１６と、エンジン本体中心線ｌ方
向中央部において該中心線ｌと直交して配設さ
れ、上記揺動軸１６に係合して該揺動軸１６を揺
動させる往復動軸１７と、回転運動を往復運動に
変換して該往復動軸１７を往復動させる駆動モー
タ１８とからなり、該駆動モータ１８には、エン
ジンの回転数を検出する回転数センサ１９および
エンジンの負荷状態を検出する負荷センサ２０の
各出力が入力されており、エンジンの高負荷高回
転時、駆動モータ１８の作動により往復動軸１７
を第２図右方向に移動させて揺動軸１６を第１カ
ムシヤフト８の回転方向Ｘと同方向（第２図で時
計方向）に回動させることにより、回動部材１
３，１３を第１カムシヤフト８を中心にその回転
方向Ｘと同方向（時計方向）に回動させるもので
ある。よつて、エンジンの高負荷高回転時には操
作装置１４により回動部材１３，１３が第１カム
シヤフト８の回転方向Ｘと同方向に回動すること
により、第１カムシヤフト８の特定角度位置い対
するカム面８ａとタペツト部材１２の一端との接
触位置が第１カムシヤフト８の回転方向に対して
遅れ側に変位して、各第１吸気弁５ａのバルブタ
イミングを遅れ側にずらすように構成されてい
る。

また、上記第２可変機構１１は、上記第１可変
機構１０と同じ構成部材（第１可変機構１０の構
成部材の符号に「′（ダツシユ）」を付けて表わ
す）からなり、エンジンの高負荷高回転時、操作
装置１４′の駆動モータ１８′の作動により往復動
軸１７′を介し揺動軸１６′を第２カムシヤフト９
の回転方向Ｘとは逆方向（第２図で反時計方向）
に回動させることにより、両回動部材１３′，１
３′を第２カムシヤフト９を中心としてその回転
方向Ｘとは逆方向に回動させて、第２カムシヤフ
ト９の特定角度位置に対するカム面９ａとタペツ
ト部材１２′の一端との接触位置を第２カムシヤ
フト９の回転方向Ｘに対して進み側に変位させ、
各第２吸気弁５ｂのバルブタイミングを進み側に
ずらすように構成されている。

加えて、上記タペツト部材１２又は１２′の下
端を第２図の如く第１又は第２吸気弁５ａ又は５
ｂのバルブステムに直接当接させずに、第４図に
示す如く油圧タペツト装置２１を介装することが
好ましい。すなわち、該油圧タペツト装置２１
は、カムシヤフト８（又は９）のカム面８ａ（９
ａ）と摺接する円形状の閉塞部２３ａおよび該閉
塞部外周から直角に延び、回動部材１３（１３′）
に設けられたオイル通路２２と連通する第１連通
孔２３ｂを有し且つ該回動部材１３（１３′）の
嵌挿孔１３ａ（１３′ａ）内を摺動する側部２３ｃ
を備えた円筒状のタペツト部材２３と、該タペツ
ト部材２３の内周に嵌挿される側壁２４ａおよび
吸気弁５ａ（５ｂ）のバルブステムに当接する底
壁２４ｂを備え、上記タペツト部材２３の向きと
逆方向に配設された円筒状の第１部材２４と、上
記タペツト部材２３と第１部材２４との間に外周
が第１部材２４の内周に摺接するとともに先端が
タペツト部材２３の閉塞部２３ａにスプリング２
５により押圧当接するように配設され、一端側
（上部側）はタペツト部材２３の閉塞部２３ａと
で該閉塞部２３ａに形成した切欠き溝２３ｄを介
して上記第１連通孔２３ｂと連通する油溜り室２
６を形成する一方、他端側（下部側）は第１部材
２４の底壁２４ｂとで油圧力室２７を形成し、且
つ中央に上記油溜り室２６と油圧力室２７とを連
通する第２連通孔２８ａを備えた断面略Ｈ字状の
第２部材２８と、上記油圧力室２７に内蔵され、
油圧力室２７の内圧がカムシヤフト８（９）のカ
ム面８ａ（９ａ）の押圧力によつて急激に圧力上
昇したときは閉弁して上記第２連通孔２８ａを閉
塞する一方、その他のときには開弁して第２連通
孔２８ａを開放するように制御するチエツク弁２
９とからなり、上記油溜り室２６と油圧力室２７
との圧力差に応じて第２連通孔２８ａを開閉して
油圧力室２７内の油量を変化させることにより、
タペツト部材２３の閉塞部２３ａをカム面８ａ
（９ａ）に常に摺接せしめるように追従させて、
エンジンの高回転時においてもバルブクリアラン
スを生じることなくカム力をバルブステムに伝達
するようにしたものである。

尚、第１図中、３０は第１および第２カムシヤ
フト８，９を回転自在に支承する軸受部であつ
て、該軸受部３０は第１および第２可変機構１
０，１１の各回動部材１３，１３，１３′１３′と
干渉しないように且つ第１および第２カムシヤフ
ト８，９の撓みを可及的に抑えるようにエンジン
本体１の中心線ｌ方向の両端部および中央部に配
設されている。また、第２図中、３１は第１およ
び第２吸気弁５ａ，５ｂを開弁方向に付勢するバ
ルブスプリング、３２はバルブガイドである。

次に、上記実施例の作用について述べるに、エ
ンジンの低負荷あるいは高負荷低回転時には、第
１および第２可変機構１０，１１は共に非作動状
態にあり、第１および第２吸気弁５ａ，５ｂのバ
ルブタイミングは第１および第２動弁機構７ａ，
７ｂにより第５図実線で示す如く、ピストンの上
死点付近で開き、下死点付近で閉じるように制御
される。そして、吸気は第１および第２の一対の
吸気ポート３ａ，３ｂから各気筒２ａ〜２ｄに吸
入されるため、この一対の吸気ポート３ａ，３ｂ
による有効開口面積が単一の吸気ポートのものと
較べて増大して、高負荷低回転時の吹き返しを生
じることなく吸気の充填効率が向上し、エンジン
の出力向上を図ることができる。その際、両吸気
弁５ａ，５ｂは第１および第２排気弁６ａ，６ｂ
とのオーバラツプ期間が短いため、残留排気量の
増大を招くことがなく、エンジンの低負荷時にお
ける燃焼性を良好に確保することができる。

一方、エンジンの高回転時で高負荷時には、第
１および第２可変機構１０，１１が共に作動し
て、第５図仮想線で示す如く、第１吸気弁５ａの
バルブタイミングは第１可変機構１０によつて遅
れ側に、第２吸気弁５ｂのバルブタイミングは第
２可変機構１１によつて進み側にずらすように制
御されることにより、各気筒２ａ〜２ｄにおける
吸気弁５ａ，５ｂの開弁期間がエンジンの低負荷
あるいは高負荷低回転時と較べて吸気ポート３
ａ，３ｂの開口面積を変えることなく前後に長く
なり、上記一対の吸気ポート３ａ，３ｂによる有
効開口面積の増大と相俟つて吸気の充填効率を著
しく向上させることができ、よつて出力を要する
エンジンの高負荷高回転時における出力向上を大
巾に図ることができる。また、その際、吸気弁５
ａ，５ｂの開弁期間の増大により排気弁６ａ，６
ｂとのオーバラツプ期間が長くなつても、エンジ
ンの高負荷高回転時には吸気量が多いことおよび
吸気の慣性速度が速いことにより、残留排気量の
比率を可及的に低減でき、また吸気の吹き返しが
生じ難いので、燃焼性に影響を与えることはな
い。

さらに、上記実施例では、各気筒２ａ〜２ｄに
おいて第１および第２の一対の排気ポート４ａ，
４ｂをそれぞれ一対の排気弁６ａ，６ｂで開閉す
るようにしたので、排気ポート４ａ，４ｂの有効
開口面積も単一の排気ポートのものと較べて増大
し、そのことにより排気の掃気効率が向上し、ひ
いては上記した低回転時ないし高回転時の吸気の
充填効率の向上を一層図ることができる。

また、上記吸気弁５ａ，５ｂのバルブタイミン
グの可変制御は、エンジンの低回転から高回転に
移行するに従つて一方の吸気弁５ａのバルブタイ
ミングを遅れ側へ、他方の吸気弁５ｂのバルブタ
イミングを進み側へ漸次ずらすようにすれば、ト
ルクシヨツクを生じることがなく可変制御できる
ので有利である。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、その他種々の変形例をも包含するものであ
る。例えば、上記第１および第２吸気弁５ａ，５
ｂのバルブタイミングを可変制御する可変機構と
しては、上記実施例の如き可変機構１０，１１の
他に、エジンの出力軸とカムシヤフトとの相対位
置を変化させるもの、あるいは立体カムシヤフト
をスライドさせるもの等、公知の各種手段が採用
可能であるが、上記実施例の如くタペツト部材１
２（１２′）を嵌挿保持する回動部材１３（１
３′）をカムシヤフト８（９）周りに回動させて
該カムシヤフト８（９）の特定角度位置に対する
カム面８ａ（９ａ）とタペツト部材１２（１２′）
の一端との接触位置を変化させるようにした可変
機構１０（１１）は、バルブタイミングの可変制
御が簡単な構造でもつて応答性良く確実に行うこ
とができ、また騒音の発生が少ないなどの点で有
利である。

また、上記実施例では、各気筒２ａ〜２ｄにお
ける一対の吸気ポート３ａ，３ｂおよび一対の吸
気弁５ａ，５ｂ並びに一対の排気ポート４ａ，４
ｂおよび一対の排気弁６ａ，６ｂを、エンジン本
体１の中心線ｌ方向と直交する方向にそれぞれ対
向して配置したが、エンジン本体中心線ｌに平行
に、その吸気側に一対の吸気ポートと一対の吸気
弁を、排気側に一対の排気ポートと一対の排気弁
を配置するようにしてもよい。しかし、上記実施
例の如き配置構成の方が、カムシヤフト８，９の
軸受部３０，３０……の配置に支障を与えること
なく、隣り合う気筒（２ａと２ｂ，２ｃと２ｄ）
間の第１吸気弁５ａ，５ａ同士および第２吸気弁
５ｂ，５ｂ同士を一つの可変機構１０，１１で兼
用して制御できるので有利である。

さらに、本発明は上記実施例の如き４気筒エン
ジンの他、単気筒又はその他の多気筒エンジンに
対しても適用できるのは言うまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、一対の
吸気ポートと一対の吸気弁とを備えたエンジンに
おいて、エンジンの高負荷高回転時、一方の吸気
弁のバルブタイミングを遅れ側に、他方の吸気弁
のバルブタイミングを進み側にずらして、吸気ポ
ートの開口面積を変えずに吸気弁の開弁期間を長
くするようにしたので、エンジンの低負荷時にお
いて良好な燃焼性を確保しながら、高負荷の低回
転から高回転にわたつて吸気の充填効率を向上さ
せるこことができ、よつて出力性能の優れたエン
ジンの提供を可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を例示し、第１図は４気
筒エンジンに適用した場合の平面図、第２図は第
１図の縦断側面図、第３図は可変機構部分の拡大
斜視図、第４図は可変機構のタペツト部材部分の
変形例を示す要部縦断側面図、第５図は本発明に
よる吸、排気弁のバルブタイミングを示す説明図
である。 ２ａ〜２ｄ……第１〜第４気筒、３ａ，３ｂ…
…吸気ポート、４ａ，４ｂ……排気ポート、５
ａ，５ｂ……吸気弁、６ａ，６ｂ……排気弁、７
ａ，７ｂ……動弁機構、８，９……カムシヤフ
ト、８ａ，９ａ……カム面、１０……第１可変機
構、１１……第２可変機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一対の吸気ポートをそれぞれ所定のタイミン
   グで開閉する一対の吸気弁を備えたエンジンにお
   いて、上記一対の吸気弁を開閉制御する動弁系
   に、エンジンの高負荷高回転時、一方の吸気弁の
   バルブタイミングを遅れ側に、他方の吸気弁のバ
   ルブタイミングを進み側にずらすように制御する
   可変機構を設けたことを特徴とするエンジンのバ
   ルブタイミング制御装置。