JPH0452366B2 - - Google Patents

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JPH0452366B2
JPH0452366B2 JP57134079A JP13407982A JPH0452366B2 JP H0452366 B2 JPH0452366 B2 JP H0452366B2 JP 57134079 A JP57134079 A JP 57134079A JP 13407982 A JP13407982 A JP 13407982A JP H0452366 B2 JPH0452366 B2 JP H0452366B2
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JP
Japan
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valve
cam
follower
intake
follower surface
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JP57134079A
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JPS5925007A (ja
Inventor
Tadashi Nagai
Giichi Shioyama
Hidekazu Oonishi
Yutaka Matayoshi
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Priority to JP13407982A priority Critical patent/JPS5925007A/ja
Publication of JPS5925007A publication Critical patent/JPS5925007A/ja
Publication of JPH0452366B2 publication Critical patent/JPH0452366B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/12Transmitting gear between valve drive and valve

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は内燃機関の吸排気弁駆動装置、詳し
くはバルブリフトタイミングを可変制御する内燃
機関の吸排気弁駆動装置に関する。
一般に内燃機関の吸排気弁駆動装置としては第
1図に示すようなものが知られている。このもの
はいわゆるOHC型の吸排気弁駆動装置の例であ
る。第1図において、カムシヤフト1はシリンダ
ヘツド2に配設されており、該シヤフト1はクラ
ンク軸3にベルト4を介して連結されている。5
はロツカシヤフト6に揺動自在に支持されたロツ
カアームであり、このロツカアーム5は一端がカ
ム7に他端がバルブ8のステムエンド8aに当接
している。したがつて、該装置にあつては、クラ
ンク軸3によりカム7が回転すると、この回転は
ロツカアーム5を介してバルブ8に伝達される結
果、バルブ8は往復動してポート10を開閉する
ことになる。
しかしながら、この吸排気弁駆動装置にあつて
は、バルブ(吸排気バルブ)のリフト量およびそ
の開閉時期(タイミング)は固定されていたた
め、吸排気弁のオーバラツプ量は機関の運転条件
の変化に拘らず一定値に常時保持されている。そ
の結果、機関の最大出力を確保するためにオーバ
ラツプ量を大きく設定すれば、アイドリング時な
どの吸入負圧の高い低負荷域ではオーバラツプ量
が過大となり、排気のシリンダ内への吹き戻しな
どによる残留ガスの割合が増大して燃焼安定性を
悪化させるという欠点が生じていた。
この欠点を解消するため、近年バルブのリフト
量あるいはその開閉時期を機関の運転条件に応じ
て可変制御するものが各種提案されている。
このような例としては、例えば特開昭54−
142414号公報、特開昭55−25561号公報等に開示
されているように油圧式バルブリフト装置を用い
てバルブリフト量とバルブタイミングの双方を機
関の運転条件に応じて制御するもの、あるいは、
実開昭55−121909号公報に開示されているように
ロツカシヤフト(ロツカアームの支点)を移動さ
せることによりバルブリフト量とバルブタイミン
グとを機関の運転条件に応じて制御するもの、が
ある。
しかしながら、このようにバルブリフト量とバ
ルブタイミングとを可変制御する装置にあつて
は、上述した欠点は解消できるものの以下の問題
点を有していた。すなわち、前者にあつては油圧
式バルブリフト装置が複雑で大型化し重量が増大
して燃費が悪化する要因となること、および、油
温変化、油の種類等による油粘度変化の結果該装
置によるバルブリフト制御が影響を受けるという
問題点があつた。また一方、後者にあつてはバル
ブクリアランスを増加することによりバルブタイ
ミングを制御する構成であるため、バルブの着座
時期がバルブリフト曲線におけるリフト曲線部
(緩衝曲線部から外れる)上に位置する場合が生
じ、その結果、着座時の過大衝撃により騒音発
生、弁座等の摩耗、損傷の発生という問題点があ
つた。
この発明はこのような従来の問題点に着目して
なされたものであり、ロツカアームを介してバル
ブを開閉駆動する内燃機関の吸排気弁駆動装置に
おいて、ロツカアームの一端に、該ロツカアーム
に回動自在に支持されるとともに、該ロツカアー
ムに対応して1つ設けられ、その回動中心を中心
とする円周形状を有する第1フオロワ面および該
第1フオロワ面に接続されて第1フオロワ面と異
なる外周形状を有し、カムのカム面と所定角度を
なして該カム面に当接する少なくとも1つ以上の
第2フオロワ面から構成されたカムフオロワを枢
着し、該角度を機関の運転条件に応じて可変制御
することにより、上記問題点を解決することを目
的としている。
以下、この発明を図面に基づいて説明する。
第2〜4図はこの発明の一実施例を示す図であ
る。まず、構成を説明する。第2,3図におい
て、21はシリンダヘツドを示し、このシリンダ
ヘツド21とピストン22との間にはシリンダ
(燃焼室)23が画成されている。該シリンダ2
3には吸気ポート24と排気ポート25とが開口
しており、これらのポート24,25はそれぞれ
吸気バルブ26および排気バルブ27によつて開
閉されるようになされている。これらの吸気バル
ブ26および排気バルブ27はシリンダヘツド2
1に固着されたバルブガイド28,29にその軸
部26a,27aがそれぞれ摺動自在に支持され
ており、また、その軸端部(バルブステムエン
ド)26b,27bはシリンダヘツド21より突
出している。なお、これらの吸気バルブ26およ
び排気バルブ27はそのバルブステムエンド26
b,27bに固着されたリテーナ30,31とシ
リンダヘツド21の係止面との間に縮設されたバ
ルブスプリング32,33により、それぞれ前記
吸気ポート24および排気ポート25を閉止する
方向に付勢されている。
34はシリンダ23の略上方位置に配設され、
シリンダヘツド21に回転自在に支持されたカム
シヤフトであり、このカムシヤフト34には上記
吸気バルブ26および排気バルブ27を開閉駆動
するバルブ駆動カム35が固着されている。ま
た、このバルブ駆動カム35の回転を吸気バルブ
26および排気バルブ27に伝達するロツカアー
ム36,37は、上記カムシヤフト34と平行な
ロツカシヤフト38,39によつてその長手方向
略中央部で回動自在(揺動自在)に支持されてい
る。以下吸気バルブ26の駆動系について説明す
るが、これと対称に配設された排気バルブ27の
それも同様に構成している。ロツカアーム36の
一端部にはカムフオロワ40がピン41を介して
回転自在に取着されており、このカムフオロワ4
0は、ロツカアーム36に対応して1つ設けられ
ている。また、このフオロワ40の下端面には、
ピン41、すなわち、回動中心を中心とする円周
形状を有する第1フオロワ面40aと、該第1フ
オロワ面40aの一方側に接続されて第1フオロ
ワ面40aと異なる外周形状を有し、カム35の
カム面35aと所定角度をなして該カム面35a
に当接する第2フオロワ面40bと、第1フオロ
ワ面40aの他方側に接続されて第1フオロワ面
40aと異なる外周形状を有する第3フオロワ面
40cと、から構成されている。なお、第2、3
フオロワ面40b,40cは図2,3において左
右対称になるように傾斜して形成されている。同
図中α1,α2は第2フオロワ面40bとカム面35
aとがなす角度を示している。ロツカアーム36
の他端部にはアジヤストスクリユ43が螺着され
ており、このアジヤストスクリユ43の先端は前
記吸気バルブ26のステムエンド26bに当接し
ている。
ここで、この実施例にあつては、前記カムフオ
ロワ40の第2フオロワ面40bとカム面35a
とがなす角度α1,α2を機関の運転条件に応じて可
変制御する制御手段44が設けられ、この制御手
段44はピン41を中心にカムフオロワ40を回
動させるようになつている。そして、この手段4
4としては図外のコントロールユニツトにより制
御される負圧アクチユエータ50を用いている。
すなわち、カムフオロワ40には上下方向に延在
するガイド軸51が固着されており、このガイド
軸51の上端部はガイド軸受52の上下方向に延
在するガイド孔52aに挿入されて摺動自在に支
持されている。ガイド軸受52は上記ロツカアー
ム36,37の上方に配置された水平方向に延在
するコントロールアーム53に回動自在に保持さ
れており、該コントロールアーム53はその軸方
向に(水平方向に)摺動自在にカムブラケツト5
4に支持されている。コントロールアーム53の
一端は該カムブラケツト54上に設置された負圧
アクチユエータ50のダイヤフラム60に連結さ
れており、また、該アーム53の他端部は上記カ
ムブラケツト54上に配設されたブラケツト55
の水平孔55aに摺動自在に挿入されている。な
お、57,58は該コントロールアーム53の他
端部に固着された位置決め用のストツパフランジ
である。負圧アクチユエータ50は上記ダイヤフ
ラム60によつてハウジング61内が大気開放の
大気室62と吸気マニホルドに接続され吸気管負
圧が導入される負圧室63とに2分されており、
この負圧室63内にはダイヤフラム60を大気室
62側に付勢するスプリング64が配設されてい
る。
次に作用について説明する。
以上の構成を有する内燃機関の吸排気弁駆動装
置にあつては、機関の運転中はクランク軸に同期
してバルブ駆動カム35が回転しカムフオロワ4
0を介してロツカアーム36,37を揺動させ、
吸、排気バルブ26,27を開閉駆動(往復動)
する。
今、機関の高負荷運転域では、制御手段44の
負圧アクチユエータ50は作動せず、第3図に示
すように、第2フオロワ面40bとカム面35a
とは所定角度α2をなして当接している。すなわ
ち、負圧室63に吸気管負圧が導入されないため
(小さいため)、コントロールアーム53はスプリ
ング64に付勢されて、ストツパフランジ58が
ブラケツト55に当接するまで同図中左方に移動
している。その結果、第4図aに示すように吸、
排気バルブ26,27はリフトすることになり、
両バルブ26,27のオーバラツプ量は比較的大
きく設定されることになる。ここで、オーバラツ
プとは、ピストン22が排気行程または吸入行程
に移行するとき吸気バルブ26、排気バルブ27
が共にそれぞれのポート24,25を開いている
時期のことである。オーバラツプ量は該オーバラ
ツプ期間とその時のリフト量との積分値であり、
第4図中斜線で示している。
次いで、機関の低負荷運転域では、図外のコン
トロールユニツトが該運転状態を検出して大きな
吸気管負圧を負圧室63に導入する結果、ダイヤ
フラム60が吸引されてコントロールアーム53
が図中右方へ摺動する。その結果、ガイド軸51
を介してカムフオロワ40がピン41を中心とし
て第2,3図中時計回りに回動し、第2フオロワ
面40bとカム面35aとは、第2図中α1で示す
ように、大きな角度で(α1>α2)当接する。した
がつて、前記カム35がカムフオロワ40を押し
上げる時期が高負荷運転時のそれに比べて、第4
図bに示すように、遅れることになり、吸気バル
ブ26の開弁時期(リフトの立上がり時期)が遅
れて、オーバラツプ量は縮小される。
なお、上記実施例は制御手段44により吸気バ
ルブ26の開弁時期を可変制御してオーバラツプ
量を変更したが、全く同様の構成で排気バルブ2
7の閉弁時期を可変制御し、あるいは、これらの
双方26,27を同時に制御することによりオー
バラツプ量を適宜変更できる。特に、後者のよう
に、吸気バルブ26の開弁時期と排気バルブ27
の閉弁時期とを同時に変更すれば、該制御量が前
者の1/2でよく、吸気バルブ26にあつてはその
開き始めおよび排気バルブ27にあつてはその閉
じ終わりにおける変化量(制御量)が少なくなる
ため、この変化量による影響、例えば吸気バルブ
26の閉じ時期の遅れが有効圧縮比を変化させる
こと、また、排気バルブ27の開き始め時期の進
みが有効膨張行程を変化させることなどを小さく
することができる。このように本実施例では、ロ
ツカアーム36の一端に、カムフオロワ40を回
動自在に設け、該フオロワ40を、その回動中心
を中心とする円周形状を有する第1フオロワ面4
0aおよび該フオロワ面40aに接続されて第1
フオロワ面40aと異なる外周形状を有し、カム
35のカム面35aと所定角度をなして該カム面
35aに当接する第2フオロワ面40bから構成
しているため、第1フオロワ面40aの回動中心
と円周形状中心を一致させることができ、カム3
5に対してカムフオロワ40を1つ設けるだけ
で、バルブタイミングとしてオーバラツプ量のみ
を可変制御することができる。この結果、装置の
構成を簡易にすることができ、装置の小型化を達
成することができる。
具体的には、第1フオロワ面40aの回動中心
と円周形状中心を一致させているため、カムフオ
ロワ40が回動する際にカム35とロツカアーム
36との距離が変化するのを防止することがで
き、吸気バルブ26が着座している間に該バルブ
26が開弁するのを防止することができる。この
ため、第3フオロワ面40cから第1フオロワ面
40aを介して第2フオロワ面40bにカムフオ
ロワ40を回動させることができる。したがつ
て、カムフオロワ40を回動させてもバルブクリ
アランスが変化するのを防止することができ、カ
ム35に対してカムフオロワ40を1つ設けるだ
けで、バルブタイミングとしてオーバラツプ量の
みを可変制御することができる。
第5図a,bおよび第6図はこの発明の他の実
施例を示している。この実施例にあつては、カム
フオロワ70のフオロワ面70aの形状をカム3
5の回転によつて(図中矢印は回転方向を示す。)
バルブリフトが漸増する側と漸減する側とで非対
称となるように形成している。すなわち、フオロ
ワ面70aのカム面35aの乗り上げ側を平面か
らなる第2フオロワ面70bから構成する一方、
降り下げ側をカムフオロワ70の回動中心を中心
とする所定曲率半径Rの円弧面からなる第1フオ
ロワ面70cから構成している。この結果、吸気
バルブの開弁時期を制御手段によつて遅らせた場
合でも該バルブの閉弁時期は変化しない。したが
つて、機関の高負荷運転域(第5図a参照)で吸
気バルブの開き始めを早くした場合と、低負荷運
転域(同b参照)で開き始めを遅くした場合と
は、同a−2,b−2に示すように、該バルブの
閉じ終り時期は同一になる。なお、第6図は第5
図中a−1,b−1の場合の拡大参照図である。
第6図中実線はa−1を、仮想線はb−1をそれ
ぞれ示している。この実施例にあつても、カムフ
オロワ70の第1フオロワ面70cの回動中心と
所定曲率半径Rの円弧面の中心を一致させている
ため、第1実施例と同様の効果を得ることができ
る。これに加えて、吸気バルブの開弁時期遅れに
伴う閉弁時期遅れがないため、吸入行程で吸入し
た混合気が圧縮行程において吸気管に逆流するこ
とを防止できるとともに、有効圧縮比の低下に起
因する燃焼の悪化をも防止できる。
第7図〜第13図はこの発明の他の実施例を示
すものである。この実施例は過給器(ターボチヤ
ージヤ)付内燃機関にこの発明を適用したもので
ある。まず、構成を説明する。第7図において、
71はターボチヤージヤであり、このターボチヤ
ージヤ71は吸気路(吸気管)72に介装される
コンプレツサホイール73と排気路74に介装さ
れるタービンホイール75とを備えている。な
お、これらの両ホイール73,75はロータシヤ
フト76で一体に結合されている。一方、第8
図、第9図に詳示するように、吸気弁77および
排気弁78の開閉時期を可変制御する弁開閉時期
制御手段80は以下の構成を有している。すなわ
ち、カムフオロア81と一体のガイド軸82は、
水平方向に延在する制御アーム83に回動自在に
支持された軸受部材84にその軸方向に移動可能
に支持されている。また、制御アーム83はシリ
ンダヘツド85の上部でその軸方向に(水平方向
に)移動可能に設けられ、該アーム83の一端部
はアクチユエータ86のダイヤフラム87に連結
され、その他端部はブラケツト88に支持されて
いる。アクチユエータ86はダイヤフラム87に
よつて2分された大気室89と圧力室90とを有
しており、該圧力室90には吸気管圧力(上記タ
ーボチヤージヤ71による過給圧)が導入され
る。大気室89内にはスプリング91が配設さ
れ、該スプリング91によりダイヤフラム87は
圧力室90側に常時付勢されている。なお、9
2,93は制御アーム83の移動を規制するスト
ツパフランジである。本実施例にあつても、第1
実施例と同様にカムフオロワ81の下端面のフオ
ロワ面81aは、回動中心を中心とする円周形状
を有する第1フオロワ面と、該第1フオロワ面に
接続されて1フオロワ面と異なる外周形状を有
し、カム35のカム面35aと所定角度をなして
該カム面35aに当接する第2フオロワと、第1
フオロワ面に接続されて1フオロワ面と異なる外
周形状を有する第3フオロワ面と、から構成され
ている。その他の構成は前述の実施例と同様であ
り省略する。
次に作用について説明する。
今、市街地走行状態等機関の低負荷運転時は、
吸気管72内圧力が低いため、アクチユエータ8
6のダイヤフラム87はスプリング91によつ
て、第8図に示すように、圧力室90側に位置し
ている。その結果、制御アーム83は同図中左方
へ移動し、カムフオロワ81を回動するため、フ
オロワ面81aとカム面31aとのなす角度は小
さく設定される。したがつて、吸気弁77の開・
閉弁時期は早くなる(第10図中a参照)。なお、
同図中a1は開弁時期、a2は閉弁時期を示してい
る。
次に、機関の高負荷運転時にあつては、機関か
ら排出される排気量が増大するため、ターボチヤ
ージヤ71の回転速度が高まり(タービンホイー
ル75とロータシヤフト76で結合されているコ
ンプレツサホイール73の回転速度が高くな
る。)、吸気を過給する。この結果、吸気管72内
圧力が高くなり、第9図に示すように、制御アー
ム83の位置が切換えられる。これにより、カム
フオロワ81は図中時計回りの方向に回動してフ
オロワ面81aとカム面35aとのなす角度は大
きくなる。したがつて、吸気弁77の開・閉弁時
期は遅くなる(第10図b参照)。なお同図中b1
は開弁時期、b2は閉弁時期をそれぞれ示してい
る。
ここで、第11図を参照して(同図aは低負荷
運転時、bは高負荷運転時を示す)内燃機関にお
ける圧縮比について説明すると、有効圧縮比は
(1+Vs/Vc)で表され(ここで、Vsは吸気弁77 の閉弁後から上死点までの行程容積であり、Vc
はピストン上死点での燃焼室空間容積である。)、
低負荷運転時の有効圧縮比(1+Vs1/Vc)は、
高負荷運転時のそれ(1+Vs2/Vc)と比較して
高く(大きく)なる。ここに、Vs1は低負荷時の
吸気弁77閉弁から上死点までの行程容積、Vs2
は高負荷時のそれであり、上述のようにカムフオ
ロワ81を制御する結果これらは(Vs1>Vs2
の関係にある。また、第12図および第13図に
示すように、過給器71付の内燃機関における圧
縮比(ε;ε=1+Vs/Vc)は、過給圧0、す
なわち過給器を有しない内燃機関にて設定可能な
圧縮比よりも低く設定する必要があり、これは過
給圧を高める程その傾向が顕著となる(山海堂(株)
発行「ターボ車の知識と特性」p.104参照)。その
理由は、吸入混合気が圧縮される程高温となるた
め、燃焼室95内で火花点火による正常燃焼に至
る前に一部の混合気(エンドガス)が自発火する
という現象(ノツキング)の発生を防止するため
である。換言すれば、従来の過給器付機関にあつ
ては、高負荷時のノツキング防止から低負荷時の
圧縮比を低く設定していたため、低負荷時の熱効
率を犠牲としていたのに対し、この発明にあつて
は、上述のようにバルブタイミングを制御するこ
とにより、有効圧縮比を低負荷時に高く、高負荷
時に低く設定できるため、低負荷時の熱効率の向
上が図れるとともに、高負荷時のノツキング防止
をも達成できる。したがつて、前述した弁開閉時
期制御手段80は、この実施例では、圧縮比制御
手段をも兼用することになる。なお、第12図は
過給圧(縦軸)と圧縮比(横軸)との関係におい
て、高オクタン価の燃料によるノツキング限界x
および低オクタン価の燃料によるノツキング限界
yを示している。
以上説明してきたように、この発明によれば、
機関回転に同期して回転するバルブ駆動カムと、
該バルブ駆動カムの回転に応動してバルブを往復
動させるロツカアームと、該ロツカアームに回動
自在に支持されるとともに、該ロツカアームに対
応して1つ設けられ、その回動中心を中心とする
円周形状を有する第1フオロワ面および該第1フ
オロワ面に接続されて第1フオロワ面と異なる外
周形状を有し、カムのカム面と所定角度をなして
該カム面に当接する少なくとも1つ以上の第2フ
オロワ面から構成されたカムフオロワと、機関の
運転条件に応じて該カムフオロワを回動中心を中
心に回動して前記第2フオロワ面とカム面とがな
す角度を可変制御する制御手段と、を備えた内燃
機関の吸排気弁駆動装置としたため、バルブタイ
ミングとしてオーバラツプ量のみを(バルブリフ
ト量を変更せずに)可変制御でき、オーバラツプ
量減少時バルブリフト曲線の緩衝曲線部から外れ
てバルブが着座することなく該着座時の衝撃等に
よる不具合を未然に防止できる。また、第1フオ
ロワ面の回動中心と円周形状中心を一致させるこ
とができるので、カムに対してカムフオロワを1
つ設けることができ、装置の構成を簡易にするこ
とができ、装置の小型化を達成することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は公知の弁駆動装置を示す正面図であ
る。第2〜4図はこの発明に係る内燃機関の吸排
気弁駆動装置の一実施例を示すものであり、第2
図、第3図はそれぞれ低負荷運転時、高負荷運転
時の該装置の状態を示す概略正面断面図、第4図
a,bは当該運転時のバルブリフト特性を示す図
である。第5図、第6図はこの発明の他の実施例
を示す図であり、第5図a,bは運転状態に対応
して該装置の要部を示す正面図、第6図は第5図
の部分拡大作用説明図である。第7〜13図はこ
の発明の他の実施例を示すものであり、第7図は
機関の概略全体図、第8図、第9図はそれぞれ該
機関の低負荷、高負荷運転時の作動状態を示す要
部正面断面図、第10図は該装置のバルブタイミ
ングを示す図、第11図は該機関の圧縮比を説明
するためのピストン模式図、第12図は該装置に
おける過給圧と圧縮比との関係を示す図、第13
図は該装置の作用説明のためのピストンの模式図
である。 26,27……吸気バルブ、排気バルブ、35
……バルブ駆動カム、35a……カム面、36,
37……ロツカアーム、40,70……カムフオ
ロワ、40a,70c……第1フオロワ面、40
b,70b……第2フオロワ面、40c……第3
フオロワ面、44……制御手段。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 機関回転に同期して回転するバルブ駆動カム
    と、該バルブ駆動カムの回転に応動してバルブを
    往復動させるロツカアームと、該ロツカアームに
    回動自在に支持されるとともに、該ロツカアーム
    に対応して1つ設けられ、その回動中心を中心と
    する円周形状を有する第1フオロワ面および該第
    1フオロワ面に接続されて第1フオロワ面と異な
    る外周形状を有し、カムのカム面と所定角度をな
    して該カム面に当接する少なくとも1つ以上の第
    2フオロワ面から構成されたカムフオロワと、機
    関の運転条件に応じて該カムフオロワを回動して
    前記第2フオロワ面とカム面とがなす角度を可変
    制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする
    内燃機関の吸排気弁駆動装置。
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