JPH04132811A - ダンパーによるバルブタイミング調節機構 - 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吸気バルブの開閉時期に係るバルブ
タイミング調節機構に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来の
内燃機関のバルブ開閉時期（バルブタイミング）、弁揚
程（バルブリフト）はカムプロフィルにより決定され回
転速度に関係なく一定となっているために、エンジンの
最大トルク発生点は通常ある回転数範囲内に限定され、
それ以下又はそれ以上の回転数範囲内ではトルクが低下
し、最良の運転状態とはなっていない。このために、エ
ンジンの各回転数に応じた最良の運転状態を得るには、
それぞれに応じたバルブ開閉時期と弁揚程を設定する必
要があり、そのために第５図に示すようにカムの形状は
そのままで低速時りと高速時Ｈとでカムの角度をずらせ
てバルブタイミングのみを変更したり、第６図に示すよ
うにバルブ開閉時期はそのままで、弁揚程のみを低速時
りよりも高速時Ｈに大きくする等の方法が多く試みられ
ているが、これでは理想的なバルブ開閉度曲線に近づけ
るには自由度が小さ過ぎ、またこのために、複雑な機構
を必要とする等の問題点が多い。

特開昭６０−１１１００９号公報においては、前記第５
図、第６図の特性を併有するものとして、動弁系統にオ
イルクツション装置を設け、クツション作用に基づく弁
揚程の減殺分の一部をカム形状の改良により補償する可
変バルブタイミング機構が提案されている。本装置によ
れば、エンジンの高速になるにつれて吸排気弁の弁揚程
が増大し、エンジンの許容する最高回転数において弁揚
程が最大に設定されている。しかし、最大の弁揚程はピ
ストンとバルブとの干渉により制限されるために限度が
あり、したがって、高速時にのみ最大とすると通常使用
される回転域においては、弁揚程はこれよりも小さくな
り、このためにかえって通常の使用域では通常のエンジ
ンよりも出力が出ない結果になっている。またバルブ開
閉時期については、高速になる程吸排気弁の開き始めは
早く、閉じ終りは遅くすることが可能であると提案され
ているが、その開閉時期の遅速の程度の差はクランク角
度にして僅かのもので、高速性能の改善に大きく寄与す
るものではない。

上記の問題点に鑑み、本発明においては、内燃機関の吸
気バルブに関して、高速時におけるバルブの開閉時期の
改善を図り、特にその吸気効率を向上させることを目的
とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために本発明においては、内燃機
関の吸気バルブのバルブリフタをバルブリフタケースに
より取り囲み、両者の間に円筒形状の油室を形成し、前
記バルブリフタの外周に前記油室内に突出した突起部を
設け、前記油室内にはコイルばねと円筒形状のオリフィ
ス部材を配設し、前記バルブリフタの突起部は、前記吸
気バルブの開閉運動に応じて前記油室内で前記オリフィ
ス部材と共働して前記油室内に油の絞り通路を形成し、
前記バルブリフタの上下運動を制御する構成としたこと
を特徴とする内燃機関のバルブタイミング調節機構を提
供する。

〔作　用〕

油圧室内に突出したバルブリフタ突起部は、バルブリフ
タの上下運動に伴い油室内で油圧ピストンとしての作動
を行うと共に、油室内のオリフィス部材と共働して、油
室内に油の絞り通路すなわちオリフィスを形成し、バル
ブリフタ作動中は該絞り通路を境界として上下の油室内
に生ずる油圧差と、該絞り通路を流れる油の流れの抵抗
とにより、バルブリフタに対してバルブリフトの位置に
応じたダンピング効果が発生し、これにより、吸気バル
ブの閉鎖時に吸気バルブの移動速度、あるいは加速度が
制限され、エンジンの高速時における吸気バルブの閉鎖
時期が遅くなり、吸気効率が上昇する。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１図に本
発明を適用したオーバヘッドカム（ＯＨＣ）直接駆動式
バルブのバルブタイミング調節機構の要部断面図を示す
。１は吸気バルブ、２はバルブスプリング、３はバルブ
リフタ（バルブタペット）で、吸気バルブｌはバルブリ
フタ３を介してカム４により駆動される。５は第１リフ
タケース、６は第２リフタケースでバルブリフタ３はこ
の両リフタケースに取り囲まれ、このリフタケース５゜
６とバルブリフタ３の間に形成された円筒形状の空間に
油が満たされて油室７となっている。バルブリフタ３に
はこの油室７内で油圧ピストンとして作用するための突
起部３ａがその外周に設けられている。第２図（ａＬ　
（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）、　（ｅ）は第１図のＡ部
拡大図で、第２図（ａ）は吸気バルブ１が閉じ、バルブ
リフタ３が最上位に位置している状態を示す。油室７内
にはコイルばね８と円筒形状のオリフィス部材９が配設
され、コイルばね８は、油室７内の上部に位置してその
下縁はオリフィス部材９の上縁部９ａに接触し、オリフ
ィス部材９を常に下方に押圧している。オリフィス部材
９は前記コイルばね８の付勢力と油室７内に満たされた
油の油圧により油室７内で摺動可能に配設されている。

オリフィス部材９には上部突起部９ｃ、中央凹部９ｄ、
下部突起部９ｅが形成され、第２図（ａ）の状態ではパ
ルプリフタ突起部３ａとオリフィス部材上部突起部９ｃ
とが狭い間隙を保って相対峙している。オリフィス部材
９の上部突起部９ｃとオリフィス部材上縁部９ａとの境
界は径方向内方に突出した隅角突起部９ｂが形成され、
バルブリフタ３が上昇した時にその突起部３ａはこれに
当接して止められ、これ以上上方へ突出してオリフィス
部材９から外れない様にその上方の限界が規制されてい
る。オリフィス部材上部突起部９ｃと下部突起部９ｅと
はバルブリフタ突起部３ａと相対した時には、両者の間
にオリフィスが形成されて所定の狭い間隙が油の絞り通
路として保たれ、この間隙の細いオリフィスにより、バ
ルブリフタ３の上下運動中にバルブリフタ突起部３ａの
位置を境として油室７が油室上部７ａと油室下部７ｂと
の２つの室に分けられ、この画室間の油圧の差と油の絞
り通路（オリフィス）を通る油の移動時の抵抗とにより
バルブリフタ３の上下運動を減速調節するダンピング効
果が得られる。これは、特に吸気バルブの閉止時にその
速度、或は加速度を制限するダンパーとしての役目をな
し、後述するように、吸気バルブの閉止時期を大巾に遅
らせる効果が発生する。

上記の構成によるバルブタイミングの調節機構の作用を
次に説明する。

ｉ）バルブ開放時の作動： 吸気バルブ１が閉じ、バルブリフタ３が最上位にありカ
ム４と接している状態のときには、第２図（ａ）に示す
ような状態でバルブリフタ突起部３ａはオリフィス部材
９の隅角突起部９ｂに接触し停止している。このとき、
コイルばね８は最大に伸張した状態でオリフィス部材９
を下方に押し下げ、オリフィス部材９の下縁部９ｆは油
室７の底部に当接している。

カム４が回転し、カム山によりバルブリフタ３が押圧さ
れて下降をはじめるとバルブリフタ突起部３ａはオリフ
ィス部材上部突起部９ｃに沿って下降し、第２図（ｂ）
に示す状態となる。このとき油室上部７ａの油圧は低下
し、油室下部７ｂの油圧は上昇する。この差圧により、
オリフィス部材９は上向きの力を受け、コイルばね８の
付勢力に打ち勝って上昇し、コイルばね８は圧縮される
。

バルブリフタ３が更にカム４により押されて下降すると
第２図（ｄ）に示す状態となりバルブリフタ突起部３ａ
はオリフィス部材中央凹部９ｄに相対する位置に下がる
。このときには、油室７は油室上部７ａと油室下部７ｂ
とは幅の広い油路でつながるために上下の両油室の圧力
差は少くなり、コイルばね８を圧縮する油圧も少くなる
ために、コイルばね８とオリフィス部材９は初期の状態
（第２図（ａ））に戻る。

バルブリフタ３が更に下降し、バルブ１の下降速度がほ
ぼ零となる頃、すなわち吸気バルブ１がほぼ全開となっ
た頃にはバルブリフタ突起部３ａは第２図（ｅ）に示す
ようにオリフィス部材下部突起部９ｅと相対した位置に
ある。

ｉｉ）バルブ閉鎖時の作動： 前記第２図（ｅ）の状態から更にカム４が回転し、バル
ブリフタ３が上昇を始めると、油室下部７ｂの油圧は低
下し、油室上部７ａの油圧は上昇するが、オリフィス部
材９の下部突起部９ｅとバルブリフタ３の突起部３ａに
より挟まれて、形成される狭い油の絞り通路を通って油
が移動せざるを得ないために、この差圧は、直ぐには解
消されず、しばらく保持されて、バルブリフタ３の突起
部３ａの上下面に働き、これは突起部３ａの上昇を阻止
する方向の力となって働き、このためにバルブリフタ３
の戻り（上昇）速度が制限される。

したがって吸気バルブ１の閉鎖時においてはバルブリフ
タ３の戻り速度が遅くなるために吸気バルブ１の閉弁速
度も遅くなり、そのため、カム４の回転角度に対応した
バルブリフタ３の戻り（上昇）が出来ず、バルブリフタ
３とカム４との間に隙間が生ずる。

バルブリフタ突起部３ａが更に上昇して第２図（ｄ）の
状態まで戻ると油室７内の差圧は少くなり、バルブリフ
タ３ａの突起部とオリフィス部材９との間も広くなるの
でバルブリフタ３の上昇速度は早くなり、吸気バルブ１
の閉弁速度も早くなる。

更にバルブリフタ３が上昇すると第２図（Ｃ）に示す状
態となり、これよりまたオリフィス部材上部突起部９Ｃ
とバルブリフタ突起部３ａが相対する状態となり、両者
間の狭い絞り通路を通って油が移動し、突起部３ａによ
り上下に分けられた油室７の上部７ａ内の油圧が上昇し
、下部７ｂ内の油圧が下降し、バルブリフタ突起部３ａ
はこの差圧を受けるために、バルブリフタ３の上昇速度
は再び遅くなる。この作用により、吸気バルブは緩かに
閉じることが出来、閉弁の途中の過程でカム４とバルブ
リフタ３との間に空隙が出来たことによる閉弁時の衝撃
は緩和される。

閉弁時には、油室上部７ａと下部７ｂとの間の差圧の方
向が開弁時とは逆になるので、第２図（ｂ）の過程を経
過することなく、第２図（ｃ）の状態から最初の第２図
（ａ）の状態に戻り、これをもってカム４の１回転に応
じた吸気バルブ１の開閉の１サイクルを完了する。

上記の構成作用による吸気バルブ１の開閉に関し、カム
軸の回転角と吸気パルプ１の弁揚程（バルブリフト）と
の関係を示す線図を第３図（ａ）（ｂ）に示す。図（ａ
）はエンジン回転数が低速の場合の線図し、図（ｂ）は
高速の場合の線図Ｈについて示す。低速の場合しには、
バルブリフタ突起部３ａの油圧ピストンとしての速度も
遅く、油の絞り通路によりオイルダンパーとして作用す
るダンピング効果が大きくないために、吸気パルプ１の
開弁期と閉弁期との弁揚程線図は第３図（ａ）に示すよ
うにほぼ左右対称となり、従来の普通の型のバルブリフ
タを有する。弁の揚程線図と大差は無い。しかし高速時
Ｈにおいてはは第３図（ｂ）に示すように、吸気バルブ
の開弁期の弁揚程線図は（ａ）と大差無いが閉弁期は前
述の通り、バルブリフタ３の戻り（上昇）が遅れてカム
４との間に間隙が生ずることにより、吸気パルプの閉弁
時期が図示の通り大巾に遅くなる。図において、ハツチ
を画いた■の領域は、この間隙が生じたことによる閉弁
時期の遅延効果を示し、線図の０〜０間は第２図（ｅ）
付近での弁揚程の変化の状態を示し、■〜■間はその後
第２図（ｄ）を経て（Ｃ）に至るまでの状態、■〜■間
は第２図（ｃ）より（ａ）に至るまでの状態の一例を示
す。この線図の形状は、前記のオリフィス部材９の形状
を適切に選ぶことにより、バルブの開度とエンジンの運
転状態に応じて適当な弁揚程曲線を比較的自由に設定す
ることができる。

エンジンの吸気バルブの開弁時間は、カム軸回転角が同
一の場合は、高速時には当然、低速時よりも開弁時間が
短くなるために吸気量が低減し、吸気効率が下がる。し
たがって高速時の性能を上げるためには、低速時よりも
高速時における開弁時間を長くしなければならない。理
想的には、吸気弁の弁揚程−カム軸回転角線図は、第４
図（ａ）に示すようにバルブの開閉は瞬時に行い、その
後最高の弁揚程を維持し、高速時Ｈは低速時りよりもバ
ルブを遅く閉じて吸入効率を上げることが望ましい、し
かし実際にはカムプロフィルに従ってバルブの開閉が行
われるので第４図（ｂ）に示す山形の形状となるが、そ
の時でも、バルブの閉じる時期は該（ｂ）図に示すよう
に低速時りよりも高速時Ｈの方を遅くして吸気量を上げ
ることが必要である。本実施例によれば、この第４図（
ｂ）に示すような低速時し、高速時Ｈの線図に近い性能
を得ることができることは前記第３図に示した通りで、
これにより、高速時におけるエンジンの吸気効率が向上
し、エンジンの回転数に応じた良好な動力性能が得られ
る。

また、このための構造も前述の通り比較的簡単で、重量
、コスト、メインテナンス性、耐久性の面でも有利であ
る。

以上、本発明の特定の実施例について説明したが、本発
明はこの実施例に限定されるものではなく、例えばオリ
フィス部材やバルブリフタ突起部の形状、配置等はこの
外の各種のものの組合せが考えられ、それらが包含され
るものである。

〔発明の効果〕

本発明により、エンジンの回転数に応じて吸気弁の閉弁
時期が設定され、特に高速時における閉弁時期が遅くな
ることにより、吸気効率が向上し、エンジンの動力性能
が改善される。また、その構造が簡単で重量、コスト、
耐久性の面でも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明による実施例を示し、第１図は吸気
バルブタイミング調節機構の要部断面図、第２図（ａ）
、　（ｂ）、　（ｃ）、　（ｄ）、　（ｅ　）は第１図
Ａ部拡大図を示し、油室内の構成要素のバルブリフタの
上下運動に応じた作動態様を示し、（ａ）はバルブリフ
タが最上位置、（ｅ）は最下位置、（ｂ）、　（ｃ）、
　（ｄ）はそれぞれその中間位置にあるときの状態を示
す。第３図はカム軸回転角−弁揚程線図を示し、（ａ）
は低速時、（ｂ）高速時の状態を示す。第４図は吸気バ
ルブの望ましいカム軸回転角−弁揚程線図を示し、（ａ
）は理想型、（ｂ）は実際型を示す。第５〜６図は従来
技術の高速時のバルブ開閉時期改善案によるカム軸回転
角−弁揚程線図を示し、第５図はバルブ開閉時期を変換
したもの、第６図は弁揚程を変換したものである。 １・・・吸気バルブ、　　　　３・・・バルブリフタ、
３ａ・・・バルブリフタ突起部、 ５．６・・・リフタケース、７・・・油室、８・・・コ
イルばね、　　　　９・・・オリフィス部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、内燃機関の吸気バルブのバルブリフタをバルブリフ
   タケースにより取り囲み、両者の間に円筒形状の油室を
   形成し、前記バルブリフタの外周に前記油室内に突出し
   た突起部を設け、前記油室内にはコイルばねと円筒形状
   のオリフィス部材を配設し、前記バルブリフタの突起部
   は、前記吸気バルブの開閉運動に応じて前記油室内で前
   記オリフィス部材と共働して前記油室内に油の絞り通路
   を形成し、前記バルブリフタの上下運動を制御する構成
   としたことを特徴とする内燃機関のバルブタイミング調
   節機構。