JPH0654085B2 - 内燃機関の動弁制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ．発明の目的 (1) 産業上の利用分野 本発明は、機関本体に開閉可能に支持される動弁カムに
よる開閉弁方向の力を機関弁に伝達すべく動弁カムおよ
び機関弁間に介装される弁駆動手段とを備える内燃機関
の動弁制御装置に関する。

(2) 従来の技術 従来、機関弁としての吸気弁あるいは排気弁を、動弁カ
ムと弁ばねとの共働作用により開閉制御するほかに、機
関の運転状態に応じて電磁アクチュエータの作動によっ
ても開閉制御し得るようにしたものは、既に知られてい
る（実開昭５９−５２１１１号公報参照）。

(3) 発明が解決しようとする課題 ところで本出願人は、前記機関弁の開閉制御装置におい
て、電磁アクチュエータの吸引力を最大限に利用して機
関の性能向上を図るようにしたものを提案（特願昭６２
−１２３６４７号）したが、このものでは機関弁を電磁
アクチュエータの励磁により開弁し、またその消磁によ
りばね力で一気に閉弁するようにしているので、閉弁時
期は制御できるが慣性過給を有効に活用可能な開弁時期
の可変制御ができないという問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、簡
単な構成で上記問題点を解決し得るようにした内燃機関
の動弁制御装置を提供することを目的とする。

Ｂ．発明の構成 (1) 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によれば、弁駆動手段
は、動弁カムに連なる弁側駆動部材と、機関弁に連なる
弁側駆動部材と、動弁カムからカム側駆動部材へ作用す
る開弁方向の力を弁側駆動部材へ伝達し得るように両駆
動部材間に介装された、弁ばねよりもばね力が大きい開
弁用弾性部材とを備え、機関弁と動弁カムとの間には、
動弁カムによる開弁力を開弁用弾性部材に蓄圧しながら
機関弁を閉弁位置に保持し得る保持手段が介設され、該
保持手段は、機関の運転状態に応じて機関弁の開弁時期
を制御すべく保持状態および保持解除状態を切換可能に
構成される。

(2) 作 用 上記構成によれば、保持手段により機関弁を閉弁位置に
強制的に保持した状態では、動弁カムからカム側駆動部
材へ作用する開弁方向の力で開弁用弾性部材を弾性変形
させることにより同弾性部材に開弁力を十分に蓄圧する
ことができ、この蓄圧状態では保持手段の保持状態を単
に解除するだけで機関弁を急速に開弁動作させることが
できるから、その保持状態解除時期を制御することによ
り機関の運転状態に応じた最適な開弁時期を設定できる
ようになる。

(3) 実施例 以下、図面により本発明の実施例について説明すると、
先ず本発明の第１実施例を示す第１図において、機関本
体Ｅのシリンダヘッド１には、燃焼室２と、この燃焼室
２連通する吸気ポート３とが形成され、該吸気ポート３
は、燃料供給装置４を含む吸気系に連通されている。ま
たシリンダヘッド１には前記吸気ポート３の燃焼室２側
開口端を開閉し得る機関弁としての吸気弁５が設けられ
る。この吸気弁５は弁軸部５ａと弁体部５ｂとより構成
され、前記弁軸部５ａはシリンダヘッド１に固着した弁
ガイド６に摺動自在に嵌合され、また前記弁体部５ｂは
吸気ポート３の燃焼室２側開口端の弁座７に、燃焼室２
側から着座し得る。弁軸部５ａの上端にはコッタ８を介
してばねリテーナ９が装着される。このばねリテーナ９
とこれに対面してシリンダヘッド１に形成されるばね座
１０との間には圧縮コイルばねよりなる弁ばね１１，１
２が縮設され、これらの弁ばね１１，１２の弾発力は前
記吸気弁５を閉弁方向に付勢する。而して前記ばねリテ
ーナ９は磁性体により構成されており、後述する電磁石
体１３とともに保持手段としての電磁アクチュエータＡ
を構成するものである。

シリンダヘッド１上に設けられたカムホルダ（図示せ
ず）には、図示しないクランク軸に連動、連結される動
弁カム軸１４が回転自在に支承される。動弁カム軸１４
に一体に設けられる動弁カムとしての吸気カム１５と、
吸気弁５との間には動弁カム１５による開弁方向の力を
吸気弁５に伝達するための弁駆動手段１６が介装され
る。

この弁駆動手段１６は、前記動弁カム軸１４および吸気
弁５間における動弁カム軸１４の上方で平行に固定配置
されるロッカシャフト１７と、吸気カム１５に摺接して
揺動すべくロッカシャフト１７に支承されるカム側駆動
部材（第１揺動部材）としての第１ロッカアーム１８
と、吸気弁５の上端に当接しながら揺動すべくロッカシ
ャフト１７に支承される弁側駆動部材（第２揺動部材）
としての第２ロッカアーム１９と、吸気カム１５から第
１ロッカアーム１８へ作用する吸気弁開弁方向の力を第
２ロッカアーム１９へ伝達し得るように両ロッカアーム
１８，１９間に介装される開弁用弾性部材としてのねじ
りばね２０，２０とを備える。

第２図において、ロッカシャフト１７には、円筒状の摺
動メタル２１を介してカラー２２が装着される。このカ
ラー２２は基本的に円筒状に形成されており、その両端
に当接する止め輪２３，２３が摺動メタル２１に嵌着さ
れる。カラー２２の軸方向両端部にはねじりばね２０，
２０を巻装するためのドラム部２２ａ，２２ａが設けら
れており、カラー２２の軸方向中央部寄りの部分すなわ
ち両ドラム部２２ａ，２２ａ間に第１および第２ロッカ
アーム１８，１９の基端が回動自在に支承される。

第１ロッカアーム１８はロッカシャフト１７から吸気カ
ム１６側に延設されるものであり、この第１ロッカアー
ム１８の先端部下面に吸気カム１６のカム面が摺接され
る。また第２ロッカアーム１９は、その基部を第１ロッ
カアーム１８の基部に摺接させながらロッカシャフト１
７から吸気弁５側に延設される。この第２ロッカアーム
１９の先端には、吸気弁５における弁軸部５ａの上端に
当接するタペットねじが進退可能に螺合される。しかも
該タペットねじ２４には、調整された進退位置を保持す
べく第２ロッカアーム１９の先端部上面に当接する止め
ナット２５が螺合される。

第１および第２ロッカアーム１８，１９には、ロッカシ
ャフト１７と平行な係止ピン２６，２７が両側方に突出
するようにして固着されており、カラー２２のドラム部
２２ａ，２２ａにそれぞれ巻装されているねじりばね２
０，２０の一端は第１ロッカアーム１８の係止ピン２６
にそれぞれ係合され、他端は第２ロッカアーム１９の係
止ピン２７にそれぞれ係合される。これにより第１およ
び第２ロッカアーム１８，１９は、第１ロッカアーム１
８を吸気カム１５側に、また第２ロッカアーム１９を吸
気弁５側に回動する方向に付勢される。しかも両ねじり
ばね２０，２０の弾発力は前記弁ばね１１，１２のそれ
よりも強く設定されている。したがって動弁カム軸１４
が回転すると、その吸気カム１５は弁駆動手段１６を介
して吸気弁５を下方に押圧し、これを開弁方向、すなわ
ち下方向に摺動し得る。

第３図を併せて参照して、シリンダヘッド１には、ばね
リテーナ９の上面に対向するとともに吸気弁５の弁軸部
５ａを囲繞する環状の電磁石体１３が固着され、この電
磁石体１３は前記ばねリテーナを兼ねる磁性体９ととも
に電磁アクチュエータＡを構成する。また電磁石体１３
には、吸気弁５の弁軸部５ａに摺接する小径孔２８と、
該小径孔２８よりも大径の大径孔２９とが下方から順に
連なっている成る貫通孔３０が穿設されており、吸気弁
５の弁軸部５ａは軸方向移動自在にして該貫通孔３０に
挿通される。電磁石体１３におけるソレノイドの励磁に
よりその電磁石体１３に磁性体９が吸着される。この電
磁アクチュエータＡの吸着力および弁ばね１１，１２の
ばね力は、前記弁駆動手段１６におけるねじりばね２
０，２０の弾発力よりも強く設定される。したがって電
磁石体１３の励磁時には動弁カム軸１４の回転に関係な
く吸気弁５はその閉弁位置を保持され、そのときの吸気
カム１５による開弁力はねじりばね２０，２９に蓄圧さ
れることになる。

電磁石体１３の貫通孔３０における大径孔２９の中間部
内面には環状凹部３１が設けられる。また貫通孔３０に
挿通される弁軸部５ａの上端には、貫通孔３０の大径孔
２９に摺動可能に嵌合するキャップ状バルブピース３２
が嵌着される。しかも該バルブピース３２は、吸気弁５
が閉弁位置にある状態でパルブピース３２の上部が貫通
孔３０の上端から上方に突出するようにして前記弁軸部
５ａに嵌着され、タペットねじ２４は該バルブピース３
２に当接する。さらに電磁石体１３には、貫通孔３０の
環状凹部３１に通じる給油孔３３が穿設されており、こ
の給油孔３３は図示しない給油源に接続される。

電磁石体１３のソレノイドには機関の運転状態を検知し
て作動する制御回路Ｃが接続されており、該制御回路Ｃ
からの信号により電磁石体１３への通電および通電遮断
が切換制御される。また制御回路Ｃには、機関の運転状
態を検知する信号として機関回転数、温度、スロットル
開度および吸入空気量等の検出信号が入力される。

次にこの第１実施例の作用について、第４図、第５図お
よび第６図を参照しながら説明すると、機関の運転によ
り動弁カム軸１４が回転駆動されると、吸気カム１５と
弁ばね１１，１２との共働作用により吸気弁５は所定の
タイミングで開閉駆動される。而して動弁カム軸１４の
回転角に対する吸気弁５の開弁リフト量は第４図に一点
鎖線で示すようなリフト曲線を描く。

ところで機関が特定の運転状態、たとえば低負荷運転状
態にあるとき、第１図に示すように吸気カム１５のベー
ス円部が第１ロッカアーム１８に摺接している間、すな
わち吸気弁５がリフト状態になる以前に制御回路Ｃの制
御により電磁石体１３に通電して磁性体９を電磁石体１
３に吸着させる。

次いで吸気カム１５の回転によりその吸気カム１５の高
位部が第１ロッカアーム１８に摺接するようになると、
第１ロッカアーム１８は第１図で時計まわりに回動さ
れ、その回動力がねじりばね２０，２０を介して伝達さ
れて第２ロッカアーム１９にも第１図で時計方向への押
圧力が作用するが、前述のように電磁アクチュエータＡ
の吸着力および弁ばね１１，１２のばね力の総和はねじ
りばね２０，２０の弾発力よりも強いので、第２ロッカ
アーム１９の回動は阻止されており、第５図で示すよう
に、ねじりばね２０，２０をねじりながら第１ロッカア
ーム１８が回動するのみである。これにより吸気弁５
は、その閉弁位置を保持されており、吸気カム１５によ
る開弁力はねじりばね２０，２０に蓄圧される。

動弁カム軸１４がその回転を継続し、回転角がたとえば
第４図のＰ点近傍、すなわち吸気カム１５によるリフト
量が最大となる直前に達したときに、制御回路Ｃの制御
により電磁石体１３への通電を遮断すると、磁性体９を
吸着する力が解放される。これにより、ねじりばね２
０，２０に蓄圧されていた開弁力が急激に解放され、第
６図で示すようにねじりばね２０，２０の弾発力により
吸気弁５が急激に開弁し、開弁リフト量は第４図の太実
線で示すように直線的に増大する。これにより吸気系を
流れる混合気は一気に燃焼室２内へと流入する。

ところで、内燃機関はピストンの下降する吸気工程にあ
って第５図で示すように吸気弁５が閉弁状態にあれば、
燃焼室２内はピストンの下降により従来のものに比べて
はるかに高い負圧となっており、この状態で第６図で示
すように吸気弁５が瞬時に開弁すると、吸気弁から燃焼
室２へと流れる吸気は、高い慣性効果のもとに過給状態
となって増量吸気が燃焼室２へと供給され、低負荷運転
状態での過給効果が達成されて出力向上が図られる。

しかも電磁アクチュエータＡによる保持状態解除時に
は、吸気弁５の弁軸部５ａの装着したバルブピース３２
は、電磁石体１３の貫通孔３０内を下方に摺動するが、
該バルブピース３２が大径孔２９の下部に嵌合すると、
バルブピース３２の下方面と、小径孔２８および大径孔
２９間の段部間に油圧が閉じ込められているのでバルブ
ピース３２の下方への移動速度すなわち吸気弁５の開弁
速度が緩和され、閉じ込められた油圧がバルブピース３
２および小径孔２８間から徐々に洩れるのに応じて吸気
弁５が緩やかに開弁し、急激な開弁速度の緩衝が達成さ
れる。

吸気弁５はそのリフト量が最大になって後は、吸気カム
１５と弁ばね１１，１２との共働作用により通常のリフ
ト曲線を描いて閉弁される。

しかも弁駆動手段１６において、ねじりばね２０，２０
をロッカシャフト１７のまわりに配置することにより慣
性重量を低減することが可能である。また動弁カム軸１
４が吸気弁５の直上に配置されておらず、吸気弁５の上
方位置に動弁カム軸１４が配置されることによる全体高
さの増大を回避することができる。

なお電磁アクチュータＡによる閉弁保持作用は、機関の
運転状態を問わず第４図の細実線で示すように任意のタ
イミングで行なうことが可能である。すなわちカムリフ
ト開始直後から最大リフトまで、ならびに最大リフトか
らカムリフト終了直前までの間の開弁タイミングを任意
に変更することが可能である。また電磁アクチュエータ
Ａの通電を常時遮断すれば、ほぼカムプロフィルに沿っ
た開閉タイミングが得られ、さらに両ロッカアーム１
８，１９の相対回動を阻止するようにすれば、カムプロ
フィルにより確実に沿った開閉タイミングが得られる。
しかも電磁アクチュエータＡの通電をカムリフト中継続
すれば弁休止状態を得ることができる。

第７図、第８図、第９図、第１０図および第１１図は本
発明の第２実施例を示すものであり、上記第１実施例に
対応する部分には同一の参照符号を付す。

吸気弁５と吸気カム１５との間には、弁駆動手段３５が
介装され、この弁駆動手段３５は、吸気カム１５に摺接
しながらロッカシャフト１７に回動自在に支承されるカ
ム側駆動部材（揺動部材）としてのロッカアーム３６
と、吸気弁５における弁軸部５ａの上端に当接しながら
摺動自在にしてロッカアーム３６に支承される弁側駆動
部材（摺動部材）としてのスライディングピストン３７
と、ロッカアーム３６およびスライディングピストン３
７間に介装される開弁用弾性部材としてのねじりばね３
８，３８とを備える。

ロッカアーム３６はカラー３９を介してロッカシャフト
１７に支承される。またスライディングピストン３７に
は、該スライディングピストン３７のロッカアーム３６
に対する最下限位置を規定すべくロッカアーム３６に摺
動可能に嵌合する基本的に円筒状のストッパ４０が、ス
ライデイングピストン３６に対する軸方向相対位置を可
変にして螺合されるとともに、そのストッパ４０の位置
を固定するための止めナット４１が螺合される。すなわ
ちロッカアーム３６には、大径孔４２と小径孔４３とが
上方から順に同軸に連なる孔が穿設されており、ストッ
パ４０には、大径孔４２に摺動可能に嵌合する大径部４
０ａと小径孔４３に摺動可能に嵌合する小径部４０ｂと
が設けられる。而して大径部４０ａおよび小径部４０ｂ
間の段部が大径孔４２および小径孔４３間の段部に当接
することにより、ストッパ４０すなわちスライディング
ピストン３７のロッカアーム３６に対する最下限位置が
規定される。しかもロッカアーム３６およびストッパ４
０間に画成される環状室４４に油圧を供給することによ
りスライディングピストン３７の下方への摺動時の緩衝
作用が果たされる。

スライディングピストン３７の下部には、コッタ４５を
介してアーム部材４６が固定される。すなわちアーム部
材４６は、円板部４６ａと、該円板部４６ａにその一直
径線に沿って突設されるピン状係止部４６ｂ，４６ｂと
から成り、上方に向かうにつれて小径となるようにして
円板部４６ａの中央部に設けられた楔孔４７にコッタ４
５を圧入することにより、アーム部材４６がスライディ
ングピストン３７に固定される。

ねじりばね３８，３８の一端は、ロッカシャフト１７と
平行にして両側方に突出するようにロッカアーム３６に
固定された係止ピン４８にそれぞれ係合され、他端はア
ーム部材４６の両係止部４６ｂ，４６ｂに係合される。
このねじりばね３８，３８はロッカアーム３６を吸気カ
ム１５に摺接させる方向、またスライディングピストン
３７を吸気弁５に当接させる方向の弾発力を発揮する。

その他の構成については第１実施例と同様であり、電磁
アクチュエータＡの吸着力および弁ばね１１，１２のば
ね力は、ねじりばね３８，３８の弾発力よりも大きく設
定される。

この第２実施例によれば、電磁アクチュエータＡの電磁
石体１３に通電することにより、第１０図で示すように
ロッカアーム３６が吸気カム１５の高位部に摺接した状
態でもスライディングピストン３７をロッカアーム３６
に対して上方に相対移動させることにより吸気弁５を開
弁位置に保持することができ、このときねじりばね３
８，３８に蓄圧された開弁力を、電磁アクチュエータＡ
による保持状態解除に応じて、第１１図で示すように吸
気弁５に急激に作用させて、吸気弁５を瞬時に開弁する
ことができる。

この第２実施例によっても、上記第１実施例と同様の効
果を奏することができる。しかもスライディングピスト
ン３７のロッカアーム３６に対する相対変位を阻止する
機構を設けることも可能である。

またこの第２実施例では、上記第１実施例のように揺動
部材を２分割していないので、ロッカシャフト１７に対
する面圧を確保すべく、ロッカシャフト１７に対するロ
ッカアーム３６の指示長さを比較的長くすることができ
る。さらに構造が単純となり、穿孔加工等の加工性およ
び精度確保の面で有利となる。

第１２図は本発明の第３実施例を示すものであり、上記
各実施例に対応する部分には同一の参照符号を付す。

この第３実施例は上記第２実施例に類似するものである
が、注目すべきは、ロッカーアーム３６′が吸気弁５の
弁軸部５ａに当接し、吸気カム１５に当接するスライデ
ィングピストン３７′がロッカアーム３６′に摺動自在
に支承されることである。

この第３実施例によっても上記第２実施例と同様の効果
を奏することができる。

上記各実施例では、本発明装置を内燃機関の吸気弁開閉
機構に適用した場合について説明したが、これを排気弁
の開閉機構に適用することも可能であり、その場合、排
気行程での排気弁の急激な開弁により加圧排気が一気に
排気系と流れ、排気慣性を高めて排気効率を向上させ、
これによって出力向上を図ることができる。

Ｃ．発明の効果 以上のように本発明によれば、弁駆動手段は、動弁カム
に連なる弁側駆動部材と、動弁カムからカム側駆動部材
へ作用する開弁方向の力を弁側駆動部材へ伝達し得るよ
うに両駆動部材間に介装された、弁ばねよりもばね力が
大きい開弁用弾性部材とを備え、機関弁と動弁カムとの
間には、動弁カムによる開弁力を開弁用弾性部材に蓄圧
しながら機関弁を閉弁位置に保持し得る保持手段が介設
され、該保持手段は、機関の運転状態に応じて機関弁の
開弁時期を制御すべく保持状態および保持解除状態を切
換可能に構成されるので、その保持手段により機関弁を
閉弁位置に強制的に保持した状態では、動弁カムからカ
ム側駆動部材へ作用する開弁方向の力で開弁用弾性部材
を弾性変形させることにより同弾性部材に開弁力を十分
に蓄圧することができ、従ってこの蓄圧状態で保持手段
の保持状態を単に解除するだけで機関弁を急速に開弁動
作させることができるため、その保持状態解除時期を制
御することにより機関の運転状態に応じた最適な開弁時
期を設定できるようになり、その結果、吸、排気慣性効
果を高めてその吸気効率あるいは排気効率を高めること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の第１実施例を示すもので
あり、第１図は縦断側面図、第２図は第１図のII−II線
断面図、第３図は第１図のIII部拡大図、第４図は開弁
リフト量と動弁カムの回転角との関係を示す線図、第５
図は保持手段による閉弁位置保持状態を示す第１図に対
応した縦断側面図、第６図は保持手段による保持解除状
態を示す第１図に対応した縦断側面図、第７図ないし第
１１図は本発明の第２実施例を示すものであり、第７図
は縦断側面図、第８図は第７図のVIII−VIII線視図、第
９図は第８図のIX−IX線拡大断面図、第１０図は保持手
段による閉弁位置保持状態を示す第７図に対応した縦断
側面図、第１１図は保持手段による保持解除状態を示す
第７図に対応した縦断側面図、第１２図は本発明の第３
実施例を示すための第１図に対応した縦断側面図であ
る。 ５……機関弁としての吸気弁、１１，１２……弁ばね、
１５……動弁カムとしての吸気カム、１６，３５……弁
駆動手段、１８……カム側駆動部材（第１揺動部材）と
しての第１ロッカアーム、１９……弁側駆動部材（第２
揺動部材）としての第２ロッカアーム、２０，３８……
開弁用弾性部材としてのねじりばね、３６，３６′……
カム側駆動部材（揺動部材）としてのロッカアーム、３
７，３７′……弁側駆動部材（摺動部材）としてのスラ
イディングピストン、４５……コッタ、４６……アーム
部材、４６ｂ……係止部、Ａ……保持手段としての電磁
アクチュエータ、Ｅ……機関本体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機関本体（Ｅ）に開閉可能に支持される機
   関弁（５）と、該機関弁（５）を閉弁方向に付勢する弁
   ばね（１１，１２）と、動弁カム（１５）による開弁方
   向の力の機関弁（５）に伝達すべく動弁カム（１５）お
   よび機関弁（５）間に介装される弁駆動手段（１６，３
   ５）とを備える内燃機関の動弁制御装置において、弁駆
   動手段（１６，３５）は、動弁カム（１５）に連なるカ
   ム側駆動部材（１８，３６，３６′）と、機関弁（５）
   に連なる弁側駆動部材（１９，３７，３７′）と、動弁
   カム（１５）からカム側駆動部材（１８，３６，３
   ６′）へ作用する開弁方向の力を弁側駆動部材（１９，
   ３７，３７′）へ伝達し得るように両駆動部材（１８，
   ３６，３６′；１９，３７，３７′）間に介装された、
   弁ばね（１１，１２）よりもばね力が大きい開弁用弾性
   部材（２０，３８）とを備え、機関弁（５）と動弁カム
   （１５）との間には、動弁カム（１５）による開弁力を
   開弁用弾性部材（２０，３８）に蓄圧しながら機関弁
   （５）を閉弁位置に保持し得る保持手段（Ａ）が介設さ
   れ、該保持手段（Ａ）は、機関の運転状態に応じて機関
   弁（５）の開弁時期を制御すべく保持状態および保持解
   除状態を切換可能に構成されることを特徴とする、内燃
   機関の動弁制御装置。
2. 【請求項２】保持手段は、電磁アクチュエータ（Ａ）か
   ら成ることを特徴とする第項記載の内燃機関の動弁制
   御装置。
3. 【請求項３】カム側駆動部材が、動弁カム（１５）に当
   接駆動される第１揺動部材（１８）であり、また弁側駆
   動部材が、第１揺動部材（１８）と共通の軸線まわりに
   揺動可能に構成されて機関弁（５）に当接される第２揺
   動部材（１９）であることを特徴とする第項または第
   項記載の内燃機関の動弁制御装置。
4. 【請求項４】カム側駆動部材及び弁側駆動部材のいずれ
   か一方が揺動部材（３６，３６′）であり、またその他
   方が、揺動部材（３６，３６′）に摺動可能に支承され
   る摺動部材（３７，３７′）であることを特徴とする第
   項または第項記載の内燃機関の動弁制御装置。
5. 【請求項５】摺動部材（３７，３７′）には、アーム部
   材（４６）がコッター（４５）を介して固定され、該ア
   ーム部材（４６）には開弁用弾性部材（３８）の係止部
   （４６ｂ）が設けられることを特徴とする第項記載の
   内燃機関の動弁制御装置。