JPH0617630A - 可変バルブタイミング・リフト機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロッカアームを使用しない直打式動弁機構に
おいて、コンパクトかつ簡単な構造で、バルブの開閉タ
イミング又はリフト量を変化させる。 【構成】 端壁と側壁とからなる直打式バルブリフタ１
０を、該端壁の周縁部及び側壁を構成し高速用カム２に
より往復動するアウターリフタ１１と、該端壁の中心部
を構成し低速用カム３により往復動してバルブ３３を開
閉するインナーリフタ１２とに分割形成し、両者１１，
１２を互いに相対摺動可能に配設する。内燃機関の低速
回転域ではアウターリフタ１１をインナーリフタ１２か
ら切り離し、高速回転域では連結する切替機構を設け
る。切替機構は、アウターリフタ１１及びインナーリフ
タ１２に形成された第一、第二、第三シリンダ穴１５，
１６，１７や、これらに収容可能かつ摺動可能に挿入さ
れた第一、第二、第三ピン１８，１９，２０等で構成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の低速回転域
と高速回転域とで、吸気バルブ若しくは排気バルブの開
閉タイミング又はリフト量を変化させる機構に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の出力性能はカム形状によって
左右される。例えば、カム形状を、内燃機関の低速回転
域で高トルクを出力できるように選定すると、高速回転
域でのトルクが犠牲となり、逆に内燃機関の高速回転域
で高トルクを出力できるように選定すると、低速回転域
でのトルクが犠牲となる。従って、現状では全回転域に
おいて最適な出力性能が得られていない。

【０００３】そこで、これまでも、内燃機関の低速回転
域と高速回転域とで、吸気バルブ若しくは排気バルブの
開閉タイミング又はリフト量を変化させる機構が種々考
えられてきた。その代表的なものは、カムシャフトに低
速用カムと高速用カムとを形成し、低速用カムにより揺
動する低速用ロッカアームと、高速用カムにより揺動す
る高速用ロッカアームとを設け、内燃機関の低速回転域
と高速回転域とで、高速用ロッカアームと低速用ロッカ
アームとを切り離したり連結したりするようにした機構
である（例えば、特開平３−４３６１２号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記可変バ
ルブタイミング・リフト機構は、多数のロッカアームが
必要であり、構造が複雑になるとともに、ロッカアーム
を使用しない直打式動弁機構においては実施ができない
という問題があった。特に、最近は内燃機関の高出力化
の時流に伴い、高速回転域において有利な直打式動弁機
構の需要が高まっているため、直打式動弁機構において
コンパクトかつ簡単な構造でバルブの開閉タイミング又
はリフト量を変化させられる機構の開発が要請されてい
た。本発明の目的は、このような要請に応えられる可変
バルブタイミング・リフト機構を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の可変バルブタイミング・リフト機構におい
ては、端壁と側壁とからなる直打式バルブリフタを、該
端壁の周縁部及び側壁を構成し、作用角又はリフト量の
大きい高速用カムにより往復動するアウターリフタと、
該端壁の中心部を構成し、作用角又はリフト量の小さい
低速用カムにより往復動してバルブを開閉するインナー
リフタとに分割形成し、該アウターリフタとインナーリ
フタとを相対摺動可能に配設するとともに、内燃機関の
低速回転域ではアウターリフタをインナーリフタから切
り離し、内燃機関の高速回転域ではアウターリフタをイ
ンナーリフタに連結する切替機構を設けるという手段を
とった（請求項１）。

【０００６】ここで、前記「切替機構」としては、アウ
ターリフタの端壁のうち１８０度離れた二箇所の内部に
形成された第一シリンダ穴及び第三シリンダ穴と、イン
ナーリフタの内部に形成され、該第一シリンダ穴及び第
三シリンダ穴と同一軸上に連続し得る第二シリンダ穴
と、該第一シリンダ穴、第二シリンダ穴及び第三シリン
ダ穴にそれぞれ収容可能かつ摺動可能に挿入された第一
ピン、第二ピン及び第三ピンと、該第三ピンを常に第二
ピン側へ付勢するリターンスプリングと、前記第一シリ
ンダ穴の高圧室に作動油を供給する油路と、内燃機関の
低速回転域では第一シリンダ穴の高圧室を大気に連通さ
せ、内燃機関の高速回転域では第一シリンダ穴の高圧室
に油路を連通させるように切り替わる切替弁と、前記ア
ウターリフタとインナーリフタとの相対回転を止める回
り止め機構とから構成されるものを例示できる（請求項
２）。

【０００７】また、前記「回り止め機構」としては、ア
ウターリフタの境界穴の内周面又はインナーリフタの外
周面に設けられた上下方向に延びる切欠と、該切欠に上
下摺動可能に嵌入された第一ピン、第二ピン又は第三ピ
ンの端面とから構成されるものを例示できる（請求項
３）。

【０００８】なお、本発明の可変バルブタイミング・リ
フト機構は、バルブの開閉タイミング又はリフト量のい
ずれか一方又は両方を切り替えるように構成でき、従っ
て前記「低速用カム」と「高速用カム」は、作用角又は
リフト量のいずれか一方又は両方が異なるものであれば
よい。また、前記「バルブ」は吸気バルブでも排気バル
ブでもよい。

【０００９】

【作用】本発明の可変バルブタイミング・リフト機構に
よれば、まず、内燃機関の低速回転域では、切替機構が
アウターリフタをインナーリフタから切り離す（例え
ば、請求項２記載の構成では、切替弁が高圧室を大気に
連通させるように切り替わり、第一〜第三ピンはリター
ンスプリングの付勢力により摺動して、それぞれ第一〜
第三シリンダ穴に収容される。）ため、アウターリフタ
に作用角又はリフト量の大きい高速用カムのノーズが、
インナーリフタに作用角及びリフト量の小さい低速用カ
ムのノーズが、それぞれ当接したとき、アウターリフタ
は大きく下降するが、インナーリフタは小さく下降す
る。よって、インナーリフタにより押圧されるバルブ
は、低速用カムの形状に基づいて開閉する。

【００１０】また、内燃機関の高速回転域では、切替機
構がアウターリフタをインナーリフタに連結する（例え
ば、請求項２記載の構成では、切替弁が第一シリンダ穴
の高圧室に油路を連通させるように切り替わり、該高圧
室に作動油が供給されるため、第一〜第三ピンはリター
ンスプリングの付勢力に抗して摺動し、第一ピンは第一
シリンダ穴と第二シリンダ穴とに股がり、第二ピンは第
二シリンダ穴と第三シリンダ穴とに股がる。）ため、ア
ウターリフタ及びインナーリフタにそれぞれのカムのノ
ーズが当接したとき、アウターリフタは大きく下降し、
これと共にインナーリフタも大きく下降する。よって、
バルブは高速用カムの形状に基づいて開閉する。

【００１１】前記請求項２記載の構成において、回り止
め機構は、第一〜第三シリンダ穴を同一軸上に連続さ
せ、また第一〜第三ピンを同軸上に連続させるために不
可欠である。この回り止め機構として請求項３記載の構
成を採用すれば、切欠の深さを適宜決定することによ
り、各ピンの製造誤差による長さのばらつきを吸収でき
ることもできる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を直打式動弁機構における可変
バルブタイミング・リフト機構に具体化した一実施例に
ついて、図１〜図７を参照して説明する。バルブ駆動用
のカムシャフト１には、ベース円２ａと作用角及びリフ
ト量の大きいノーズ２ｂとを備えた２つの高速用カム２
と、両高速用カム２の間に配設され、ベース円３ａと作
用角及びリフト量の小さいノーズ３ｂとを備えた１つの
低速用カム３とが、各気筒毎に対応して形成されてい
る。

【００１３】カムシャフト１の下方において、シリンダ
ヘッド４に形成されたガイド穴５内には、円板状の端壁
と円筒状の側壁とからなる倒立カップ形状の直打式バル
ブリフタ１０が上下方向に滑動可能に挿入されている。
この直打式バルブリフタ１０は、端壁の周縁部及び側壁
を構成し、前記高速用カム２により往復動するアウター
リフタ１１と、端壁の中心部を構成し、前記低速用カム
３により往復動してバルブ６を開閉するインナーリフタ
１２とに分割形成されている。そして、インナーリフタ
１２は、アウターリフタ１１の端壁の中心部に形成され
た境界穴１３内に相対的に上下摺動可能に配設されてい
る。

【００１４】端壁におけるアウターリフタ１１及びイン
ナーリフタ１２は分厚く形成され、それらの内部には、
内燃機関の低速回転域ではアウターリフタ１１をインナ
ーリフタ１２から切り離し、内燃機関の高速回転域では
アウターリフタ１１をインナーリフタ１２に連結する切
替機構が設けられている。切替機構の構造は、次の通り
である。

【００１５】アウターリフタ１１の端壁のうち１８０度
離れた二箇所の内部には、半径方向に延び、内端が境界
穴１３内に開口し、外端が閉鎖した第一シリンダ穴１５
と、内端が境界穴１３内に開口し、外端も開口した第三
シリンダ穴１７とが形成されている。また、インナーリ
フタ１２の内部には、直径方向に延び、両端が開口した
第二シリンダ穴１６が形成されている。これらのシリン
ダ穴１５，１６，１７は同一内径である。そして、図１
に示すように、アウターリフタ１１及びインナーリフタ
１２にそれぞれ高速用カム２のベース円２ａ及び低速用
カム３のベース円３ａが当接し、アウターリフタ１１の
上面とインナーリフタ１２の上面とが面一になったとき
に、第一〜第三シリンダ穴１５，１６，１７は同一軸上
に連続するようになっている。

【００１６】第一シリンダ穴１５及び第二シリンダ穴１
６には、それぞれのシリンダ穴と同一長の第一ピン１８
及び第二ピン１９が収容可能かつ左右摺動可能に挿入さ
れている。第三シリンダ穴１７には該シリンダ穴より短
い第三ピン２０が収容可能かつ左右摺動可能に挿入さ
れ、第三シリンダ穴１７の外端付近に止着されたストッ
パ２１と第三ピン２０との間には、該第三ピン２０を常
に第二ピン１９側へ付勢するリターンスプリング２２が
装着されている。第二ピン１９及び第三ピン２０は、軽
量化のため有底筒状に形成されている。これらのピン１
８，１９，２０は同一外径であり、図１に示すように、
アウターリフタ１１の上面とインナーリフタ１２の上面
とが面一になったときに、端面同志が当接して同一軸上
に連続し、左右摺動が可能な状態となる。

【００１７】このように第一〜第三シリンダ穴１５，１
６，１７を同一軸上に連続させ、また第一〜第三ピン１
８，１９，２０を同軸上に連続させるには、アウターリ
フタ１１とインナーリフタ１２との相対回転を止める必
要があるため、次の回り止め機構が設けられている。す
なわち、第二ピン１９の両端面は垂直面であるが、イン
ナーリフタ１２の外周面は円筒面であり、また、第二ピ
ン１９と第二シリンダ穴１６とは同一長であるため、第
二ピン１９の両端面の前後縁は図６に示すようにインナ
ーリフタ１２の外周面よりはみ出ることになる。そこ
で、アウターリフタ１１の境界穴１３の内周面の二箇所
には、第二ピン１９の外径と略同一の幅をもって上下方
向に延びる切欠２３が設けられ、該切欠２３に第二ピン
１９の両端面のはみ出し部分が上下摺動可能に嵌入され
ている。

【００１８】この嵌入によって、アウターリフタ１１と
インナーリフタ１２との相対回転が止められている。但
し、直打式バルブリフタ１０の全体はガイド穴５内にお
いて回転できるようになっている。また、切欠２３は、
第二ピン１９の両端面の前後縁のはみ出し長（設計値）
より若干（例えば０．５ｍｍ）深く形成され、各ピン１
８，１９，２０の製造誤差による長さのばらつきを吸収
できるようになっている。

【００１９】前記第一シリンダ穴１５の閉鎖端は作動油
が供給される高圧室２４となっており、該高圧室２４に
はオイルパン２５の作動油がオイルポンプ２６から、切
替弁２７→シリンダヘッド４に形成された油道２８→ガ
イド穴５の内周面に形成された環状溝２９→アウターリ
フタ１１の側壁の外周面に形成された油導入凹部３０→
該側壁に貫通形成された油孔３１、という油路を通って
送られるようになっている。バルブリフタ１０全体が回
転しても、油道２８と油導入凹部３０とは環状溝２９を
介して常に連通する。切替弁２７は、図示しない制御装
置により、内燃機関の低速回転域では高圧室２４を大気
に連通させ、内燃機関の高速回転域では高圧室２４にオ
イルポンプ２６を連通させるように切り替えられる。

【００２０】前記インナーリフタ１２の下面中央部に
は、バルブクリアランス調整用のインナーシム３２を介
してバルブ３３が当接するように配置され、該バルブ３
３はインナーリフタ１２の上下動によって開閉される。
バルブ３３にコッタ３４を介して取着されたリテーナ３
５とシリンダヘッド４のばね受け部６との間にはバルブ
スプリング３６が設けられ、常にバルブ３３を上方へ付
勢している。また、アウターリフタ１１の端壁の下面と
ばね受け部６との間にはロストモーションスプリング３
７が設けられ、常にアウターリフタ１１を上方へ付勢し
て高速用カム２に押し付けている。

【００２１】上記の通り構成された本実施例の可変バル
ブタイミング・リフト機構は、次のように作用する。ま
ず、内燃機関の低速回転域では、図１に示すように、切
替弁２７が高圧室２４を大気に連通させるように切り替
わり、第一〜第三ピン１８，１９，２０はリターンスプ
リング２２の付勢力により左側へ摺動して、それぞれ第
一〜第三シリンダ穴１５，１６，１７に収容されるた
め、アウターリフタ１１はインナーリフタ１２から切り
離される。

【００２２】従って、図２に示すように、アウターリフ
タ１１に作用角及びリフト量の大きい高速用カム２のノ
ーズ２ｂが、インナーリフタ１２に作用角及びリフト量
の小さい低速用カム３のノーズ３ｂが、それぞれ当接し
たとき、アウターリフタ１１は大きく下降するが、イン
ナーリフタ１２は小さく下降する。よって、インナーリ
フタ１２により押圧されるバルブ３３は、低速用カム３
の形状に基づいて開閉し、図７に鎖線で示すような開閉
タイミング及びリフト量を示す。

【００２３】また、内燃機関の高速回転域では、図３に
示すように、切替弁２７が高圧室２４にオイルポンプ２
６を連通させるように切り替わり、前記油路を通って高
圧室２４に作動油が供給されるため、第一〜第三ピン１
８，１９，２０はリターンスプリング２２の付勢力に抗
して右側へ摺動し、第一ピン１８は第一シリンダ穴１５
と第二シリンダ穴１６とに股がり、第二ピン１９は第二
シリンダ穴１６と第三シリンダ穴１７とに股がるため、
アウターリフタ１１はインナーリフタ１２に連結され
る。但し、各ピン１８，１９，２０が摺動できるのは、
アウターリフタ１１及びインナーリフタ１２にカム２，
３のベース円２ａ，３ａが当接したときのみである。

【００２４】そして、図３に示すように、アウターリフ
タ１１及びインナーリフタ１２にカム２，３のノーズ２
ｂ，３ｂが当接したとき、アウターリフタ１１は大きく
下降し、これと共にインナーリフタ１２も大きく下降す
る。よって、バルブ３３は高速用カム２の形状に基づい
て開閉し、図７に実線で示すような開閉タイミング及び
リフト量を示す。

【００２５】以上の通り、本実施例の可変バルブタイミ
ング・リフト機構は、その主要部が直打式バルブリフタ
１０の内部に収められており、非常にコンパクトで簡単
な構造でありながら、内燃機関の低速回転域と高速回転
域とで、バルブの開閉タイミング及びリフト量を変化さ
せることができ、もって全回転域で最適な出力性能を得
ることができる。

【００２６】なお、本発明は前記実施例の構成に限定さ
れるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨か
ら逸脱しない範囲で変更して具体化することもできる。 （１）アウターリフタ１１とインナーリフタ１２の回り
止め機構を適宜変更すること。例えば、図８に示すよう
に、インナーリフタ１２の外周面の二箇所に前記切欠２
３を設け、該切欠２３に第一ピン１８及び第三ピン２０
の端面を上下摺動可能に嵌入させるようにする。 （２）切替機構の構造を適宜変更すること。

【００２７】

【発明の効果】本発明の可変バルブタイミング・リフト
機構は、以上の通り構成されているので、次のような優
れた効果を奏する。まず、請求項１記載の発明によれ
ば、ロッカアームを使用しない直打式動弁機構におい
て、コンパクトな構造でありながら、内燃機関の低速回
転域と高速回転域とで、バルブの開閉タイミング又はリ
フト量を変化させることができ、もって全回転域で最適
な出力性能を得ることができる。さらに、請求項２記載
の発明によれば、上記の効果を簡単な構造で実現でき、
請求項３記載の発明によれば、部品の製造誤差による寸
法のばらつきを吸収できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した可変バルブタイミング・リ
フト機構の実施例の断面図である。

【図２】同実施例の低速回転域における部分断面図であ
る。

【図３】同実施例の高速回転域における部分断面図であ
る。

【図４】同実施例の分解斜視図である。

【図５】同実施例のバルブリフタの左側面図である。

【図６】同実施例の横断面図である。

【図７】同実施例のバルブ開閉特性を示すグラフであ
る。

【図８】同実施例の変更例の分解斜視図である。

【符号の説明】

２ 高速用カム ３ 低速用カム １０ 直打式バルブリフタ １１ アウター
リフタ １２ インナーリフタ １３ 境界穴 １５ 第一シリンダ穴 １６ 第二シリ
ンダ穴 １７ 第三シリンダ穴 １８ 第一ピン １９ 第二ピン ２０ 第三ピン ２２ リターンスプリング ２３ 切欠 ２４ 高圧室 ２７ 切替弁 ２８ 油道 ２９ 環状溝 ３０ 油導入凹部 ３１ 油孔 ３３ バルブ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 端壁と側壁とからなる直打式バルブリフ
   タを、該端壁の周縁部及び側壁を構成し、作用角又はリ
   フト量の大きい高速用カムにより往復動するアウターリ
   フタと、該端壁の中心部を構成し、作用角又はリフト量
   の小さい低速用カムにより往復動してバルブを開閉する
   インナーリフタとに分割形成し、該アウターリフタとイ
   ンナーリフタとを互いに相対摺動可能に配設するととも
   に、内燃機関の低速回転域ではアウターリフタをインナ
   ーリフタから切り離し、内燃機関の高速回転域ではアウ
   ターリフタをインナーリフタに連結する切替機構を設け
   たことを特徴とする可変バルブタイミング・リフト機
   構。
2. 【請求項２】 切替機構は、アウターリフタの端壁のう
   ち１８０度離れた二箇所の内部に形成された第一シリン
   ダ穴及び第三シリンダ穴と、インナーリフタの内部に形
   成され、該第一シリンダ穴及び第三シリンダ穴と同一軸
   上に連続し得る第二シリンダ穴と、該第一シリンダ穴、
   第二シリンダ穴及び第三シリンダ穴にそれぞれ収容可能
   かつ摺動可能に挿入された第一ピン、第二ピン及び第三
   ピンと、該第三ピンを常に第二ピン側へ付勢するリター
   ンスプリングと、前記第一シリンダ穴の高圧室に作動油
   を供給する油路と、内燃機関の低速回転域では第一シリ
   ンダ穴の高圧室を大気に連通させ、内燃機関の高速回転
   域では第一シリンダ穴の高圧室に油路を連通させるよう
   に切り替わる切替弁と、前記アウターリフタとインナー
   リフタとの相対回転を止める回り止め機構とから構成さ
   れる請求項１記載の可変バルブタイミング・リフト機
   構。
3. 【請求項３】 回り止め機構は、アウターリフタの境界
   穴の内周面又はインナーリフタの外周面に設けられた上
   下方向に延びる切欠と、該切欠に上下摺動可能に嵌入さ
   れた第一ピン、第二ピン又は第三ピンの端面とから構成
   される請求項２記載の可変バルブタイミング・リフト機
   構。