JPH05214913A - エンジンのバルブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】クロス・フロータイプの吸排気系において不可
変バルブのシリンダボアセンタからの離間距離を大と
し、低負荷、低回転域において確実にスワールを生成
し、エンジンの同運転領域における燃焼安定性を確保す
る。 【構成】吸気ポート６，７，８を開閉する吸気弁と、排
気ポート９，１０を開閉する排気弁と、上記吸排気弁を
駆動する吸気用および排気用の各カムシャフトとを備え
たエンジンのバルブ装置であって、上記吸気弁を３弁構
造にすると共に、吸気３弁のうちの一方側端部に配設さ
れる吸気弁を、バルブタイミングおよびバルブリフト量
の少なくとも何れか一方がエンジン運転状態に対して一
定の不可変バルブに設定し、吸気３弁のうちの他方側端
部に配設される吸気弁を、バルブ可変機構により駆動さ
れる可変バルブに設定したことを特徴する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば吸気３弁、排
気２弁の５弁エンジンのように、吸気カムシャフトに設
けられた吸気カムによりスイングアームを介して駆動さ
れる複数の吸気弁と、排気カムシャフトに設けられた排
気カムによりスイングアームを介して駆動される複数の
排気弁とを備えたようなエンジンのバルブ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、４サイクルレシプロエンジンにお
いて、吸排気効率向上、高速運転時の追従性向上および
許容最高回転数向上を図る目的で、例えば実開昭６２−
１５４２１０号公報に記載の如く、吸気３弁、排気２弁
の５弁エンジンに構成する手段が既に知られている。

【０００３】一方、特開昭６３−１１７１０９号公報に
記載の如く、エンジンの運転状態に対応して例えば吸気
弁のバルブ開閉タイミングおよびバルブリフト量を変更
すべく構成したバルブ可変機構も既に知られている。

【０００４】上述のバルブ可変機構は吸気カムシャフト
に高速用カムと低速用カムとを形成し、これらのカムと
バルブステム上端との間に介設されるリフタの内部に油
圧駆動式の連結装置としてのピストンを配設し、ピスト
ン作動時（高速時）には高速用カムのカムプロフィルに
沿って吸気弁を駆動し、吸気弁の開弁時期を早く、閉弁
時期を遅くすると共に、バルブリフト量を大とし、ピス
トン非作動時（低速時）には低速用カムのカムプロフィ
ルに沿って吸気弁を駆動し、吸気弁の開弁時期を遅く、
閉弁時期を早くすると共に、バルブリフト量を小とし、
エンジンの運転状態に対応して燃焼室への混合気の充填
効率を可変すべく構成した機構である。

【０００５】ところで、近年エンジン性能向上の目的
で、上述の各手段をつまり多弁化手段とバルブ可変手段
とを併用する傾向にあり、これら両手段を併用した際、
吸気３弁側においては低負荷、低回転域において燃焼速
度を向上させ、燃焼安定性を確保するために、良好なス
ワールを生成することが要請される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明の請求項１記
載の発明は、吸気３弁側の一方側端部に配設される吸気
弁を不可変バルブに設定し、吸気３弁側の他方側端部に
配設される吸気弁を可変バルブに設定することで、クロ
ス・フロータイプの吸排気系において上述の不可変バル
ブのシリンダボアセンタからの離間距離を大とし、低負
荷、低回転域において確実にスワールを生成し、エンジ
ンの同運転領域における燃焼安定性を確保することがで
きるエンジンのバルブ装置の提供を目的とする。

【０００７】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の目的と併せて、吸気３弁、排気２弁
の５弁構造とすることで、吸排気弁を５弁化した場合の
汎用性の向上を図ると共に、上述の不可変バルブのシリ
ンダボアセンタからの離間距離を充分に確保して、より
一層良好にスワールを生成することができるエンジンの
バルブ装置の提供を目的とする。

【０００８】この発明の請求項３記載の発明は、上記請
求項２記載の発明の目的と併せて、吸気側の不可変バル
ブを排気側のロッカシャフトに配設されたスイングアー
ムで駆動することで、吸排気弁が多弁化された時、上述
の吸気側の不可変バルブをレイアウト的に有利な側から
駆動することができ、レイアウトの自由度の向上を図る
と共に、動弁室の小型コンパクト化を図ることができる
エンジンのバルブ装置の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１記載
の発明は、吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポート
を開閉する排気弁と、上記吸排気弁を駆動する吸気用お
よび排気用の各カムシャフトとを備えたエンジンのバル
ブ装置であって、上記吸気弁を３弁構造にすると共に、
吸気３弁のうちの一方側端部に配設される吸気弁を、バ
ルブタイミングおよびバルブリフト量の少なくとも何れ
か一方がエンジン運転状態に対して一定の不可変バルブ
に設定し、吸気３弁のうちの他方側端部に配設される吸
気弁を、バルブ可変機構により駆動される可変バルブに
設定したエンジンのバルブ装置であることを特徴とす
る。

【００１０】この発明の請求項２記載の発明は、上記請
求項１記載の発明の構成と併せて、上記吸気弁を３弁構
造とし、上記排気弁を２弁構造としたエンジンのバルブ
装置であることを特徴とする。

【００１１】この発明の請求項３記載の発明は、上記請
求項２記載の発明の構成と併せて、上記不可変バルブは
排気側ロッカシャフトに配設されたスイングアームで駆
動されるエンジンのバルブ装置であることを特徴とす
る。

【００１２】

【発明の効果】この発明の請求項１記載の発明によれ
ば、吸気３弁側のうちの一方端部に配設される吸気弁を
不可変バルブに設定し、吸気３弁側のうちの他方側端部
に配設される吸気弁を可変バルブに設定したので、低速
域から高速域にかけて一定の所定バルブリフト量で開閉
される上述の不可変バルブは、シリンダボアセンタから
の離間距離が大きい位置に配置され、この結果、低負
荷、低回転域において確実にスワールを生成することが
でき、したがって、同運転領域における燃焼速度が向上
し、燃焼安定性を確保することができる効果がある。

【００１３】この発明の請求項２記載の発明によれば、
上記請求項１記載の発明の効果と併せて、吸気３弁、排
気２弁の５弁構造に形成したので、吸排気弁を５弁化し
た場合の汎用性の向上を図ることができると共に、吸気
２弁、排気２弁の従来の４弁タイプのエンジンと比較し
て、上述の不可変バルブのシリンダボアセンタからの離
間距離を充分に確保することができ、この不可変バルブ
によるスワールをより一層良好に生成することができる
効果がある。

【００１４】この発明の請求項３記載の発明によれば、
上記請求項２記載の発明の効果と併せて、吸気３弁のう
ちの一方側端部に配設した上述の不可変バルブを、吸気
側とは反対の排気側のロッカシャフトに配設されたスイ
ングアームで駆動すべく構成したので、吸排気弁が多弁
化された時、上述の吸気側の不可変バルブをレイアウト
的に有利な側から駆動することができ、この結果、レイ
アウトの自由度の向上を図ると共に、動弁室の小型コン
パクト化を図ることができる効果がある。つまり、吸気
側を３弁構造、排気側を２弁構造に形成した場合、必然
的に吸気側がレイアウト的に密となり、排気側がレイア
ウト的に粗となるので、上述の不可変バルブをレイアウ
ト的に有利な排気側から駆動することで、上述の効果を
達成することができる。

【００１５】

【実施例】この発明の一実施例を以下図面に基づいて詳
述する。図面はエンジンのバルブ装置を示し、図１、図
２において、シリンダボア１を有するシリンダブロック
２上に１気筒当り４本のヘッドボルト３…を用いてシリ
ンダヘッド４を取付け、このシリンダヘッド４には燃焼
室５に適宜連通する３つの吸気ポート６，７，８と、２
つの排気ポート９，１０とを形成している。

【００１６】そして、上述の吸気ポート６を開閉する吸
気弁１１と、上述の吸気ポート７を開閉する吸気弁１２
と、上述の吸気ポート８を開閉する吸気弁１３（図１に
おいてはレイアウト上、吸気弁１１とラップする）と、
上述の排気ポート９を開閉する排気弁１４と、上述の排
気ポート１０を開閉する排気弁１５（図１においてはレ
イアウト上、排気弁１４とラップする）とを設けて、吸
気３弁、排気２弁の５弁構造と成している。

【００１７】これらの各弁１１〜１５はシリンダヘッド
４に配設したバルブガイド１６内にそのバルブステム１
７を連通し、バルブステム１７上端に分割コレット１８
を介してスプリングリテーナ１９を嵌合する一方、シリ
ンダヘッド４の所定部に配設した下側のスプリングリテ
ーナ２０と、上述の上側のスプリングリテーナ１９との
間にバルブスプリング２１を張架している。

【００１８】一方、気筒列方向に延びる吸気カムシャフ
ト２２および排気カムシャフト２３を設け、吸気カムシ
ャフト２２を複数のカムシャフト軸受２４，２５で軸支
すると共に、排気カムシャフト２３を複数のカムシャフ
ト軸受２６，２７で軸支している。ここで排気側の一方
のカムシャフト軸受２６は対応する吸気側のカムシャフ
ト軸受２４よりもシリンダボアセンタ側に寄せている。
また排気側の他方のカムシャフト軸受２７は対応する吸
気側のカムシャフト軸受２５よりもシリンダボアセンタ
から離反する側に取付けている。

【００１９】上述の吸気カムシャフト２２には、吸気弁
１１に対応する低速用カム２８および高速用カム２９
と、吸気弁１２に対応する低速用カム３０および高速用
カム３１とを形成し、上述の排気カムシャフト２３に
は、排気弁１４，１５に対応する低速用カム３２および
高速用カム３３と、吸気弁１３に対応するカム３４とを
形成し、吸気３弁、排気２弁の５弁構造において吸気側
３弁１１，１２，１３のうちの端部に配設された１弁１
３を吸気側とは反対側の排気カムシャフト２３から駆動
すべく構成している。すなわち吸気３弁、排気２弁の５
弁構造に構成した場合、必然的に吸気３弁側に取付けら
れる部品が多くなり、レイアウト上密となるので、レイ
アウト上粗となる排気側から上述の１弁１３を駆動する
ように構成している。

【００２０】上述の吸気カムシャフト２２の下方には該
吸気カムシャフト２２と平行にロッカシャフト３５を配
設し、このロッカシャフト３５には図３に示す如く上述
のカム２８，２９，３０，３１により揺動されるスイン
グアーム３６，３７，３８，３９を配設すると共に、上
述の排気カムシャフト２３の斜め下方には該排気カムシ
ャフト２３と平行にロッカシャフト４０を配設し、この
ロッカシャフト４０には同図に示す如く上述のカム３
２，３３，３４により揺動されるスイングアーム４１，
４２，４３を配設している。

【００２１】そして、これらの各スイングアームの揺動
端と各弁１１〜１５におけるバルブステム１７上端との
間には、バルブクリアランスを自動調整するＨＬＡ（ハ
イドロリック・ラッシュ・アジャスタ）４４…を介設し
ている。

【００２２】上述のＨＬＡ４４は図４に示す如く、ボデ
ィ４５と、このボディ４５内に装設したプランジャ４６
と、オイルリザーバ室４７（図１参照）に油路４８およ
びチェック弁４９を介して適宜連通する高圧室５０と、
上述のチェック弁４９を構成するチェックボール５１
と、プランジャスプリング５２とを備え、吸排気弁の開
弁時にスイングアームでＨＬＡ４４のボディ４５を押す
とバルブステム１７からの反力により、プランジャ４６
も押圧され、高圧室５０内に圧力が生じて、チェックボ
ール５１が油路４８を閉じ、この油路４８が閉じられた
高圧室５０内は高圧になり、オイルの体積変化がなくな
るので、ボディ４５とプランジャ４６とが一体となって
吸排気弁を押し下げる。

【００２３】また吸排気弁の閉弁行程に移行すると、ス
イングアームがＨＬＡ４４のボディ４５を押す力が弱ま
り、高圧室５０の圧力が低下するため、オイルリザーバ
室４７からの油圧流入によりチェックボール５１が押下
げられ、高圧室５０にオイルが流入する。この油圧とプ
ランジャスプリング５２の力とにより、ボディ４５はス
イングアームに押付けられる一方、プランジャ４６はバ
ルブステム１７に押付けられ、バルブクリアランスが常
に零になるように自動調整する。なお、上述のオイルリ
ザーバ室４７へのオイルは、図１に示すようにロッカシ
ャフト３５，４０の軸芯に沿って形成された油路５３お
よびスイングアーム内の油路５４を介して供給される。

【００２４】ところで、上述の吸気３弁側のうちの２弁
１１，１２は、エンジン運転状態に対応してバルブタイ
ミングおよびバルブリフト量が可変する可変バルブによ
り構成され、これら２弁１１，１２はそれぞれ別々のバ
ルブ可変機構により駆動される。

【００２５】また上述の吸気３弁側のうちの残りの１弁
１３はバルブタイミングおよびバルブリフト量がエンジ
ン運転状態に対して一定の不可変バルブにより構成さ
れ、この１弁１３は吸気側とは反対側のカムシャフト２
３により駆動される。

【００２６】さらに上述の排気２弁側の２弁１４，１５
は共通の単一のバルブ可変機構により駆動される。な
お、上述の各バルブ可変機構の構造はそれぞれ同一であ
るから、ここでは１つのバルブ可変機構５５の構造につ
いてのみ説明する。

【００２７】すなわち、図５に示すように、スイングア
ーム３６，３７におけるロッカシャフト３５配設部位よ
りも下側に、これらの各スイングアーム３６，３７と一
体的に突出部３６ａ，３７ａを形成し、これらの各突出
部３６ａ，３７ａ内には一直線上に並ぶピストン室５
６，５７を形成している。

【００２８】また一方のピストン室５６には第１ピスト
ン５８とスプリング５９とを配設し、他方のピストン室
５７には第２ピストン６０を配設すると共に、このピス
トン室５７を油路を介して上述の油路５３に連通してい
る。

【００２９】そして、ピストン室５７に作動油圧を供給
しない場合には、各ピストン５８，６０は図５に示した
状態を保ち、吸気弁１１は低速用スイングアーム３６で
駆動され、ピストン室５７に作動油圧を供給した場合に
は、第２ピストン６０が左動して各スイングアーム３
６，３７を連結するので、吸気弁１１は結果的に高速用
スイングアーム３７で駆動される。

【００３０】つまり、ピストン室５７に対する作動油圧
の非供給時には吸気カムシャフト２２の低速用カム２８
が選択されて図６に示すように吸排気オーバラップ期間
が短くなり、またピストン室５７に対する作動油圧の供
給時には吸気カムシャフト２２の高速用カム２９が選択
されて図６に示すように吸排気オーバラップ期間が長く
なるように構成している。

【００３１】上述のバルブ可変機構５５は図７にハッチ
ングを施して示す高回転、高負荷領域で作動（高速用カ
ムを選択）させる。このため、ピストン室５７に作動油
圧を供給する油路５３に図８に示すソレノイド弁６１を
介設し、このソレノイド弁６１をＣＰＵ制御する。

【００３２】すなわち、ＣＰＵ７０はエンジン回転数Ｎ
ｅおよびエンジン負荷ＣＥの各信号入力に基づいて、Ｒ
ＯＭ６２に格納したプログラムに従って、上述のソレノ
イド弁６１を介してバルブ可変機構５５を駆動制御し、
またＲＡＭ６３は必要なデータを記憶する。

【００３３】ところで、吸気３弁側における上述の残り
の１弁１３はシリンダボアセンタＰ（図９参照）からの
離間距離Ｌが大となるように３弁側の端部に配設し、か
つ該吸気弁１３を不可変バルブにより構成することで、
図９に示すようにスワールＳを確実に生成すべく構成
し、低負荷、低回転域において燃焼速度の向上を図り、
燃焼安定性を確保する。

【００３４】ここで、上述の不可変バルブにより構成さ
れた吸気３弁側の一方側端部の吸気弁１３のカム３４に
よるバルブリフト量は、吸気３弁側の他の２つの吸気弁
１１，１２の低速用カム２８，３０によるバルブリフト
量よりも、大となるようにそれぞれのカムプロフィール
を設定している。

【００３５】また上述の残り１弁１３（不可変バルブ）
のバルブステム上端は吸気３弁側のうちの２弁１１，１
２のバルブステム上端に対して最も排気２弁側に近接さ
せている。なお、この実施例では吸気弁１１のバルブス
テム上端と、吸気弁１３のバルブステム上端とが同様に
排気２弁側に近接されているが、排気カムシャフト２３
側から駆動される１弁１３（不可変バルブ）は、吸気３
弁１１，１２，１３のうち最も排気２弁側に近接させた
ものを選択する。

【００３６】さらに吸気３弁側のうちの２弁１１，１２
のバルブステム１７は図１に示すようにそれぞれ傾き角
を異に設定している。この実施例ではシリンダボアセン
タＰを通る上下方向の仮想軸芯線（シリンダ軸線）に対
して吸気弁１１のバルブステム１７の傾き角を０度に設
定し、吸気弁１２のバルブステム１７の傾き角を約１
９．５度に設定する一方、排気弁１４，１５のバルブス
テム１７の傾き角は約２３度に設定し、上述の吸気３弁
側のうちの２弁１１，１２のバルブステム上部間のスペ
ースを有効利用して、バルブ可変機構５５を配設してい
る。なお、図中６４は点火プラグを配設するためのプラ
グホールである。

【００３７】このように、吸気３弁側のうちの一方側端
部に配設される吸気弁１３を不可変バルブに設定し、吸
気３弁側のうちの他方側端部に配設される吸気弁１１を
可変バルブに設定したので、低速域から高速域にかけて
一定の所定バルブリフト量で開閉される上述の不可変バ
ルブ１３は、図９に示すようにシリンダボアセンタＰか
らの離間距離Ｌが大きい位置に配設され、この結果、低
負荷、低回転域において確実にスワールＳを生成するこ
とができ、したがって、同運転領域における燃焼速度が
向上し、燃焼安定性を確保することができる効果があ
る。

【００３８】加えて、吸気３弁、排気２弁の５弁構造に
形成したので、吸排気弁を５弁化した場合の汎用性の向
上を図ることができると共に、従来の吸気２弁、排気２
弁の４弁タイプのエンジンと比較して、上述の不可変バ
ルブ１３のシリンダボアセンタＰからの離間距離Ｌを充
分に確保することができ、この不可変バルブ１３による
スワールＳをより一層良好に生成することができる効果
がある。

【００３９】さらに、吸気３弁のうちの一方側端部に配
設した上述の不可変バルブ１３を、吸気側とは反対の排
気側ロッカシャフト４０に配設されたスイングアーム４
３で駆動すべく構成したので、吸排気弁が多弁化された
時、上述の吸気側の不可変バルブ１３をレイアウト的に
有利な側から駆動することができ、この結果、レイアウ
トの自由度の向上を図ることができると共に、動弁室の
小型コンパクト化を図ることができる効果がある。

【００４０】つまり、吸気側を３弁構造、排気側を２弁
構造に形成した場合、必然的に吸気側がレイアウト的に
密となり、排気側がレイアウト的に粗となるので、上述
の不可変バルブ１３をレイアウト的に有利な排気側から
駆動することで、上述の効果を達成することができる。

【００４１】以上の実施例においては吸気３弁側の一方
側端部に配設された吸気弁１３を不可変バルブに設定
し、吸気３弁側の他の２つの吸気弁１１，１２を可変バ
ルブに設定したが、図１０に示す他の実施例では吸気３
弁側の他方側端部に配設された吸気弁１１のみを可変バ
ルブに設定し、吸気３弁側の他の２つの吸気弁１２，１
３を共に不可変バルブに設定している。

【００４２】つまり図１０において前図と異なる点は図
３における一側のスイングアーム３９およびバルブ可変
機構５５を用いない構成とし、かつ図２における高速用
カム３１を省略すると共に、図２における低速用カム３
０を不可変バルブの所定バルブリフト量を得るカムプロ
フィールに変更した点である。

【００４３】このように構成すると、低負荷、低回転域
におけるスワールは先の実施例に対して若干弱まるもの
の、２つの不可変バルブ１２，１３により燃焼室５に連
通される吸気側の面積が先の実施例に対して約２倍とな
るため、高速時において充分な吸気空気量の確保が図れ
る効果がある。なお、その他の点については先の実施例
とほぼ同様の作用、効果を奏するので、図１０において
前図と同一の部分には同一番号を付して、その詳しい説
明を省略する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエンジンのバルブ装置を示す縦断面
図。

【図２】図１の平面図。

【図３】カムシャフトを取り除いた状態で示す図１の平
面図。

【図４】ＨＬＡの断面図。

【図５】バルブ可変機構の説明図。

【図６】バルブ可変機構によるバルブタイミングおよび
バルブリフト量の変化の一例を示す特性図。

【図７】バルブ可変機構作動領域を示す説明図。

【図８】制御回路ブロック図。

【図９】シリンダボアに対する各吸排気ポートのレイア
ウトとスワール生成状態とを示す説明図。

【図１０】本発明のエンジンのバルブ装置の他の実施例
を示す要部平面図。

【符号の説明】

６，７，８…吸気ポート ９，１０…排気ポート １１…吸気弁（可変バルブ） １３…吸気弁（不可変バルブ） １４，１５…排気弁 ２２…吸気カムシャフト ２３…排気カムシャフト ４０…排気側ロッカシャフト ４３…スイングアーム ５５…バルブ可変機構

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポー
   トを開閉する排気弁と、上記吸排気弁を駆動する吸気用
   および排気用の各カムシャフトとを備えたエンジンのバ
   ルブ装置であって、上記吸気弁を３弁構造にすると共
   に、吸気３弁のうちの一方側端部に配設される吸気弁
   を、バルブタイミングおよびバルブリフト量の少なくと
   も何れか一方がエンジン運転状態に対して一定の不可変
   バルブに設定し、吸気３弁のうちの他方側端部に配設さ
   れる吸気弁を、バルブ可変機構により駆動される可変バ
   ルブに設定したエンジンのバルブ装置。
2. 【請求項２】上記吸気弁を３弁構造とし、上記排気弁を
   ２弁構造とした請求項１記載のエンジンのバルブ装置。
3. 【請求項３】上記不可変バルブは排気側ロッカシャフト
   に配設されたスイングアームで駆動される請求項２記載
   のエンジンのバルブ装置。