JPH07166829A

JPH07166829A - 弁装置

Info

Publication number: JPH07166829A
Application number: JP5341714A
Authority: JP
Inventors: Fumihide Sato; 文秀佐藤
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1993-12-10
Filing date: 1993-12-10
Publication date: 1995-06-27

Abstract

(57)【要約】【目的】簡易な構造で弁のリフト量を変えることがで
きるようにする。【構成】ロッカアーム１０を枢着したロッカシャフト
１２は、固定軸４０と回動軸４２とから構成してあり、
回動軸４２が固定軸４０とロッカアーム１０とに対して
回転できるようになっている。回動軸４２に配置した結
合ピストン４６は、ばね４９によって固定軸４０側に付
勢されている。そして、固定軸４０の中心部には、結合
ピストン４６の先端が進入するピストン室５０と連通し
たオイル通路５４が設けてあり、オイル通路５４を介し
てピストン室５０に導いた圧油によって結合ピストン４
６を軸方向に移動させ、固定軸４０と回動軸４２または
回動軸４２とロッカアーム１０とを結合できるようにし
てある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、弁の開弁量（リフト
量）を変えることができる弁装置に係り、特に内燃機関
の燃焼室と吸排気通路とを連通、遮断する吸排気弁装置
のリフト量を変えるのに好適な弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、内燃機関であるディーゼルエン
ジンの吸排気弁装置を示したものである。図８におい
て、揺動アームであるロッカアーム１０は、支持軸とな
るロッカシャフト１２に枢着してあり、ロッカシャフト
１２を中心に揺動するようになっている。そして、ロッ
カアーム１０は、一端が駆動源となるプッシュロッド１
４の上端部に連結してあり、他端が吸気弁または排気弁
１６の上端部とクロスヘッド２０を介して連結してい
る。

【０００３】プッシュロッド１４は、下端部にタペット
２２が設けてあり、このタペット２２がエンジンによっ
て回転させられるカムシャフト２４に取り付けたカム２
６に当接していて、カム２４が回転することによりプッ
シュロッド１４が上下動し、ロッカアーム１０を揺動さ
せる。そして、吸気弁１６は、図示しないピストンが下
降する吸入工程においてロッカアーム１０の半時計方向
への揺動により、２点鎖線に示したように押し下げら
れ、燃焼室２８と吸気管３０とを連通し、燃焼室２８に
空気を導くようになっている。また、排気弁は、ピスト
ンが上昇する排気工程において図示されていない別のロ
ッカアームの時計方向の揺動により押し下げられ、燃焼
室２８と排気管とを連通し、燃焼室２８内の燃焼ガスを
外部に排出する。

【０００４】ところで、上記の吸気弁１６または排気弁
を開閉する場合、エンジンの回転速度に応じて吸排気弁
のリフト量を変え、エンジンの出力特性の向上を図るこ
とが行われている。そして、実公昭６０−８０８４号公
報には、プッシュロッド１４のタペット２２に、油圧に
よって軸方向に進退するプランジャを設け、実質的にプ
ッシュロッド１４の長さを変化させて吸排気弁のリフト
量を変える装置が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、実公昭６０−
８０８４号公報に記載のものは、タペットに第１油圧室
と第２油圧室とを形成するとともに、両油圧室を仕切る
チェック弁を設ける必要があるなど、構造が極めて複雑
で、高コストとなる。

【０００６】本発明は、前記従来技術の欠点を解消する
ためになされたもので、簡易な構造で弁のリフト量を変
えることができる弁装置を提供することを目的としてい
る。また、本発明は、サイクル効率の向上およびミラー
サイクルの実現を図るために開閉タイミングを変えるこ
とができるようにすることを目的としている。

【０００７】

【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、本発明は、支持軸に枢着され、一端側が弁と結合
し、他端側が駆動源と結合している揺動アームを有する
弁装置において、前記支持軸を、固定軸と、この固定軸
に偏心して外嵌され、前記固定軸と前記揺動アームとに
対して相対回転可能な回動軸とから構成するとともに、
前記回動軸と前記固定軸とを結合、または前記回動軸と
前記揺動アームとを結合する結合手段を設けたことを特
徴としている。

【０００８】結合手段は、回動軸に配置され、回動軸の
半径方向に移動可能なピストンと、回動軸に設けられ、
ピストンを固定軸側に付勢しているばねと、固定軸と揺
動アームとに形成され、ピストンの端部が進入するピス
トン室と、固定軸に形成され、ピストンに形成したピス
トン室に作動流体を導く流体通路とを有する構造とする
ことができる。ピストンは、回動軸の厚さより長く形成
するとよい。また、ピストンの両端部は、テーパが設け
ることが望ましい。

【０００９】弁は、内燃機関の吸気弁または排気弁であ
る場合、結合手段には、内燃機関の回転速度または負荷
に応じて流体通路への作動流体の供給、停止を制御する
コントローラを設ける。そして、弁は、弁体が着座する
弁座の着座部が、弁体と密接するシール面と、軸方向に
移動する前記弁体の周面が摺接する摺接面とを有する構
成にしてある。

【００１０】

【作用】上記の如く構成した本発明は、支持軸が固定軸
と回動軸との二重構造となっており、しかも固定軸と回
動軸とが偏心させてあるので、揺動アームが回動軸に対
して揺動する場合と、揺動アームが回動軸とともに固定
軸に対して揺動する場合とで揺動支点が異なる。従っ
て、揺動アームが固定軸の軸心を中心に揺動したとき
と、回動軸の軸心を中心として揺動したときとで先端部
の変位量が異なり、弁のリフト量を簡易な構造によって
容易に変えることができる。

【００１１】固定軸と回動軸との連結、または揺動アー
ムと回動軸との連結を、油や気体等の作動流体によって
回動軸の半径方向に移動するピストンによって行えば、
結合手段が極めて簡素となる。そして、ピストンの両端
部にテーパを形成すると、ピストンの揺動アームまたは
固定軸のピストン室への進入を容易にすることができ
る。また、弁が内燃機関の吸排気を制御する吸排気弁で
ある場合、コントローラによってピストンを作動する作
動流体の供給、停止を制御できるようにすると、内燃機
関の回転速度または負荷に応じた吸排気弁のリフト量
（開弁量）を制御でき、内燃機関の出力特性および排ガ
ス特性を向上できる。しかも、弁座に弁体の周面が摺接
する摺接面を形成することにより、弁体のリフト量が変
化したときに、弁体が摺接面を通過する時間が変化する
ため、リフト量とともに開弁、閉弁のタイミングを変え
ることができる。

【００１２】

【実施例】本発明に係る弁装置の好ましい実施例を、添
付図面に従って詳説する。なお、前記従来技術において
説明した部分に相当する部分については、同一の符号を
付し、その説明を省略する。

【００１３】図１（Ａ）は、本発明の実施例に係る弁装
置の要部を示したもので、内燃機関の吸排気弁を作動す
るロッカアーム部の一部切欠き断面図である。図１
（Ａ）において、揺動アームであるロッカアーム１０
は、支持軸であるロッカシャフト１２に枢着してある。
このロッカシャフト１２は、固定軸４０と回動軸４２と
からなっている。固定軸４０は、シリンダヘッドに固定
して取り付けてある。一方、回動軸４２は、固定軸４０
より大径に形成してあるとともに、距離Ｌだけ偏心させ
た偏心孔４４が設けてあり、この偏心孔４４に固定軸４
０が嵌入してある。そして、回動軸４２は、固定軸４０
に対して回転可能となっているとともに、ロッカアーム
１０を枢支しており、ロッカアーム１０が回動軸４２に
対して揺動可能となっている。また、回動軸４２には、
結合ピストン４６が配置してある。

【００１４】すなわち、回動軸４２の肉厚部には、回動
軸４２の外部と偏心孔４４とを連通するようにシリンダ
室４８が半径方向に形成してあり、このシリンダ室４８
に結合ピストン４６が配置してある。この結合ピストン
４６は、回動軸４２の肉厚より長く形成してあり、偏心
孔４４（固定軸４０）側が大径部、反対側のロッカアー
ム１０側が小径部となっている。そして、結合ピストン
４６の大径部と小径部との境界の段部は、ばね受けとな
っており、シリンダ室４８のロッカアーム１０側端部に
配設したばね受けとの間に圧縮介在させたばね４９が結
合ピストン４６を固定軸４０側に付勢している。

【００１５】一方、固定軸４０とロッカアーム１０とに
は、結合ピストン４６の端部が進入するシリンダ室５
０、５２がシリンダ室４８に対応して設けてある。ま
た、固定軸４０の中心部には、シリンダ室５０に連通さ
せたオイル通路５４が軸線に沿って設けてあり、結合ピ
ストン４６をばね４９に抗して軸方向に移動させる作動
流体としての圧油をピストン室５０に導くことができる
ようになっている。そして、結合ピストン４６は、オイ
ル通路５４を介してシリンダ室５０に導かれた圧油の圧
力状態によって、詳細を後述するように固定軸４０と回
動軸４２とを結合し、または回動軸４２とロッカアーム
１０とを結合する。

【００１６】固定軸４０には、図２に示したように、同
じ気筒の吸気弁用のロッカアーム１０ａと排気弁用のロ
ッカアーム１０ｂとを枢着した回動軸４２ａ、４２ｂが
嵌合してあり、両端部に軸線に沿ったオイル通路５４
ａ、５４ｂが設けてある。これらのオイル通路５４ａ、
５４ｂは、電磁弁５６ａ、５６ｂに接続してあり、電磁
弁５６ａ、５６ｂを介してオイルドレン５８またはエン
ジンのオイルギャラリに接続されるようになっている。
そして、各電磁弁５６ａ、５６ｂは、コントローラ６０
に接続されており、コントローラ６０がエンジンの回転
速度を検出する回転センサ６２の値とエンジン負荷に対
応する燃料噴射量に相当する値とを読み込み、電磁弁５
６ａ、５４ｂの切り換えを制御するようになっている。

【００１７】上記の如く構成した回転による制御をじっ
した例においては、コントローラ６０が所定の周期、例
えば１ｍｓごとに回転センサ６２からエンジンの回転速
度Ｎを読み込む（図３ステップ７０）。そして、コント
ローラ６０は、読み込んだ回転速度Ｎが予め定めた値Ｎ
₁より小さいか否かを判断する（ステップ７１）。この
予め定めた値Ｎ₁は、図４に示したようにエンジン回転
速度が比較的小さい値（例えばエンジン回転速度が１０
００ｒｐｍ）のブローダウンを低減させる領域である。

【００１８】ステップ７１においてＮ＜Ｎ₁である場
合、コントローラ６０は、吸気弁側の電磁弁５６ａをオ
ンするとともに、排気弁側の電磁弁５６ｂをオフする。
これにより、吸気弁側のオイル通路５４ａはオイルギャ
ラリに接続され、排気弁側のオイル通路５４ｂがオイル
ドレン５８に接続される。従って、オイル通路５４ａに
連通している固定軸４０のピストン室５０に高圧のオイ
ルが導かれ、結合ピストン４６がばね４９の力に抗して
図１（Ａ）の左方向に移動する。この結果、結合ピスト
ン４６は、大径部の先端が固定軸４０のピストン室５０
の外部に後退するとともに、小径部の端部がロッカアー
ム１０ａのピストン室５２に進入し、図１（Ａ）の状態
となって回動軸４２ａと固定軸４０との結合が解除され
るとともに、回動軸４２ａとロッカアーム１０ａとが結
合ピストン４６を介して結合される。

【００１９】これにより、吸気弁側のロッカアーム１０
ａと回動軸４２ａとは、プッシュロッド１４の上下動に
伴って固定軸４０を中心に一体に揺動する。従って、吸
気弁のリフト量は、ロッカアーム１０ａが回動軸４２ａ
を中心として揺動する場合より大きなｈ_Aとなる。この
リフト量ｈ_Aは、プッシュロッド１４のリフト量がｈ₀
であるとすると、図１（Ｂ）に示したように、

【数１】ｈ_A＝（Ａ₁／Ａ₂）×ｈ₀ と求められる。

【００２０】一方、排気弁側のオイル通路５４ｂは低圧
のオイルドレン５８に連通するため、固定軸４０のピス
トン室５０が低圧となり、結合ピストン４６がばね４９
の力によって図１（Ａ）の右方向に移動し、大径部が固
定軸４０のピストン室５０に進入するとともに、小径部
がロッカアーム１０ｂのピストン室５２の外部に後退す
る。これにより、回動軸４２とロッカアーム１０ｂとの
結合が解除され、固定軸４０と回動軸４２ｂとが結合ピ
ストン４６を介して結合される。従って、回動軸４２ｂ
は固定軸４０に固定され、ロッカアーム１０ｂがプッシ
ュロッド１４の上下動に伴って、回動軸４２ｂの軸心を
中心に回動する。このため、排気弁のリフト量は、プッ
シュロッド１４のリフト量がｈ₀と不変であったとして
も、吸気弁のリフト量ｈ_Aより小さなｈ_Bとなる。この
リフト量ｈ_Bは、

【数２】ｈ_B＝（Ｂ₁／Ｂ₂）×ｈ₀ として求められる。

【００２１】このようにして、コントローラ６０は、エ
ンジンの回転速度が小さい領域において排気弁のリフト
量を吸気弁のリフト量より小さくし、ブローダウンを低
減させる。そして、コントローラ６０は、回転センサ６
２の検出した回転速度ＮがＮ ₁より小さい間は、吸気弁
側の電磁弁５６ａをオンし、排気弁側の電磁弁５６ｂを
オフする。

【００２２】Ｎ≧Ｎ₁となると、コントローラ６０は、
図３のステップ７１からステップ７３に進み、エンジン
回転速度が予め定めた第２の所定値Ｎ₂に達したか否か
を判断する。この所定値Ｎ₂は、エンジン回転速度が高
速回転領域に入り、燃焼室の圧力が増大するため、最大
圧力を抑えることが必要となる値であって、例えば３０
００ｒｐｍである。

【００２３】コントローラ６０は、ステップ７３におい
てＮ＜Ｎ₂である場合、すなわち、

【数３】Ｎ₁≦Ｎ＜Ｎ₂ である場合、ステップ７４のように吸気弁側の電磁弁５
６ａと排気弁側の電磁弁５６ｂとをオンし、ロッカアー
ム１０ａと回動軸４２ａおよびロッカアーム１０ｂと回
動軸４２ｂとを結合する。これにより、各ロッカアーム
１０ａ、１０ｂは、固定軸４０の軸心を中心に揺動し、
吸気弁と排気弁とのリフト量がいずれもｈ_Aと大きくな
る。そして、コントローラ６０は、上記の〔数３〕式が
満たされている間、この電磁弁５６ａ、５６ｂをオンの
状態に維持する。

【００２４】一方、ステップ７３において、Ｎ≧Ｎ₂と
なった場合、コントローラ６０は、ステップ７５のよう
に吸気弁側の電磁弁５６ａをオフし、排気弁側の電磁弁
５６ｂをオンする。これにより、吸気弁のリフト量がｈ
_Bと排気弁のリフト量ｈ_Aより小さくなる。従って、吸
気弁が早く閉じるミラーサイクルとなって、圧縮肯定終
了時の筒内圧が下がり、燃焼時の最大圧力を抑えること
ができる。なお、負荷による制御として、エンジンの燃
料が希薄（リーン）のときに、吸気弁リフトを大きくし
て閉時期をもとに戻すと、実圧縮比が増加し、白煙の発
生を抑制することができる。また、固定軸４０と回動軸
４２との間、または回動軸４２とロッカアーム１０との
間には、オイル通路５４を介してピストン室５０に供給
されたオイルが浸潤し、これらの間の潤滑が図られる。

【００２５】図５は、実施例に係る吸排気弁の弁座の構
造を示したものである。図５において、吸気弁１６また
は排気弁１８の弁体７８は、シート面８０がテーパ状に
形成してある。一方、弁座８２は、弁体７８の着座する
着座部がシート面８０の密接するシール面８４と、この
シール面８４の下方に形成され、弁体７８の側面８６が
摺接する摺接面８８とからなっていて、摺接面８８が弁
座８２の流路９０より大径に形成してある。この摺接面
８８の幅Ｂは、弁の開閉タイミングを変化させるための
もので、実験等により適宜に定める。

【００２６】このように構成した弁座８２においては、
ロッカアーム１０と回動軸４２とが結合し、ロッカアー
ム１０が固定軸４０を中心に揺動する場合、弁体７８の
リフト量は、図６の曲線Ｐに示したように変化する。す
なわち、弁体７８の側面８６が摺接面８８と接触してい
る間、つまり弁体７８のリフト量がＢを超えるまでは、
実質的に弁が開かれない状態が維持される。そして、ロ
ッカアーム１０が揺動を開始してから時間ｔ₁を経過し
てリフト量がＢより大きくなると、開弁が開始させれ、
時間ｔ₄において実質的に閉弁状態となり、時間ｔ₅に
おいてシート面８０がシール面８４に密接し、閉弁が完
了する。

【００２７】これに対して、回動軸４２が固定軸４０と
結合し、ロッカアーム１０が回動軸４２の軸心を中心に
揺動して弁体７８のリフト量が小さくなると、リフト量
は図６の曲線Ｑのように変化する。すなわち、リフト量
が小さい場合、実質的な開弁の開始時期が、リフト量の
大きいときのｔ₁よりΔｔだけ遅いｔ₂となる。また、
実質的な閉弁時期は、リフト量が大きいときのｔ₄より
Δｔだけ早いｔ₃となり、ｔ₅において完全に着座す
る。

【００２８】このように、実施例の弁座８２は、弁体７
８の側面８６が摺接する摺接面８８を有しているため、
弁体７８のリフト量を変化させることにより、実質的な
開弁時期、閉弁時期を変えることができる。なお、弁体
７８側に弁座８２の流路９０面と摺接する段部を形成し
ても、同様の効果を得ることができる。

【００２９】図７は、他の実施例を示したもので、固定
軸４０に設けた吸気弁側のオイル通路５４ａと排気弁側
のオイル通路５４ｂとを連通させて１つのオイル通路５
４にし、吸気弁側と排気弁側とで共用できるようにして
ある。このようにすると、１つの電磁弁５６によって吸
気弁と排気弁とのリフト量を変えることがでる。しか
も、各気筒の固定軸４０を一体化することができ、構造
が極めて簡素となる。

【００３０】なお、前記実施例においては、結合ピスト
ン４６を圧油によって移動させる場合について説明した
が、圧縮空気等によって移動させるようにしてもよい。
また、結合ピストン４６は、円柱状に限定されない。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、支持軸が固定軸と回動軸との二重構造となってお
り、しかも固定軸と回動軸とが偏心させてあるので、揺
動アームが回動軸に対して揺動する場合と、揺動アーム
が回動軸とともに固定軸に対して揺動する場合とで揺動
支点が異なり、揺動アームの端部の変位量が変わるた
め、弁のリフト量を簡易な構造によって容易に変えるこ
とができる。

【００３２】固定軸と回動軸との連結、または揺動アー
ムと回動軸との連結を、作動流体によって回動軸の半径
方向に移動するピストンによって行えば、結合手段が極
めて簡素にすることができる。そして、ピストンの両端
部にテーパを形成すると、ピストンが揺動アームまたは
固定軸への進入を容易にすることができる。また、弁が
内燃機関の吸排を制御する吸排気弁である場合、コント
ローラによってピストンを作動する作動流体の供給停止
を制御できるようにすると、内燃機関の回転速度および
負荷に応じた吸排気弁のリフト量（開弁量）を制御し、
弁座に弁体の周面が摺接する摺接面を形成することによ
り、リフト量を変えたときに、弁体が摺接面を通過する
時間が変化し、リフト量とともに開弁、閉弁のタイミン
グを変えることができることにより、内燃機関の特性を
向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る弁装置の要部を示す一部
切欠き断面図と作用の説明図である。

【図２】前記実施例のピストンを作動する油圧回路図で
ある。

【図３】前記実施例のコントローラの作用を説明するフ
ローチャートである。

【図４】エンジン回転速度と出力トルクとの関係を示す
模式図である。

【図５】実施例に係る弁座の説明図である。

【図６】図６に示した弁座による弁の開閉時期の変化を
説明する図である。

【図７】他の実施例の説明図である。

【図８】従来の内燃機関の吸排気弁装置の説明図であ
る。

【符号の説明】

１０……揺動アーム（ロッカアーム）、１２……支持軸
（ロッカシャフト）、１４……プッシュロッド、１６…
…吸気弁、４０……固定軸、４２……回動軸４６……結合ピストン、４８、５０、５２……ピストン
室、６０……コントローラ、７８……弁体、８２……弁
座、８４……シール面、８８……摺接面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】支持軸に枢着され、一端側が弁に連結
し、他端側が駆動源に連結してある揺動アームを有する
弁装置において、前記支持軸を、固定軸と、この固定軸
に偏心して外嵌され、前記固定軸と前記揺動アームとに
対して相対回転可能な回動軸とから構成するとともに、
前記回動軸と前記固定軸とを結合、または前記回動軸と
前記揺動アームとを結合する結合手段を設けたことを特
徴とする弁装置。
【請求項２】前記結合手段は、前記回動軸に配置さ
れ、回動軸の半径方向に移動可能なピストンと、前記回
動軸に設けられ、前記ピストンを前記固定軸側に付勢し
ているばねと、前記固定軸と前記揺動アームとに形成さ
れ、前記ピストンの端部が進入するピストン室と、前記
固定軸に形成され、前記ピストンに形成したピストン室
に作動流体を導く流体通路とを有していることを特徴と
する請求項１に記載の弁装置。
【請求項３】前記ピストンは、前記回動軸の厚さより
長く形成してあることを特徴とする請求項２に記載の弁
装置。
【請求項４】前記ピストンは、両端部にテーパが設け
てあることを特徴とする請求項２または３に記載の弁装
置。
【請求項５】前記弁は、内燃機関の吸気弁または排気
弁であり、前記結合手段は、前記内燃機関の回転速度の
応じて前記流体通路への前記作動流体の供給、停止を制
御するコントローラを有していることを特徴とする請求
項２ないし４のいずれか１に記載の弁装置。
【請求項６】前記弁は、弁体が着座する弁座の着座部
が、弁体と密接するシール面と、軸方向に移動する前記
弁体の周面が摺接する摺接面とを有していることを特徴
とする請求項１ないし５のいずれか１に記載の弁装置。