JPH08165912A - 可変バルブタイミング、リフト機構付タペット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直動型タペット自体により、バルブタイミン
グとリフトを切換可能とすることにより、動弁系の小
型、軽量化を図る。 【構成】 タペットボディ１内の内筒５ａに摺動可能と
して嵌合されたアウタプランジャ６内に、インナプラン
ジャ７を摺動可能として嵌合し、かつインナプランジャ
７内に形成された、チェック弁(ボール)１４を介して高
圧油室(第２油室)１１と連通する低圧油室(第１油室)１
３内に、チェック弁１４を押圧しうる押圧杆２６ａを有
するピストン２６を摺動自在に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンバルブの開閉
タイミングとリフトを、エンジンの回転速度に応じて変
化させるようにした可変バルブタイミング、リフト機構
付タペットに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にガソリンエンジンの出力性能は、
吸入効率に大きく左右され、他の条件が一定であれば、
吸入効率が高いほど、混合ガスの吸入量が大となって出
力は高まる。

【０００３】しかし、自動車用のエンジンは、運転領域
が広いため、全運転領域に亘って吸入効率を高めること
は難しく、高速性能を重視すると低速性能が犠牲とな
り、またその反対に、低速性能を重視すると高速性能が
犠牲となる。

【０００４】上記低速と高速性能を両立させるために
は、低速時にはエンジンバルブ(吸気バルブ)のリフト量
を小として、シリンダ内に吸入される混合ガスの流速を
速め、強いスワールが形成されるようにし、かつオーバ
ラップ領域の小さいバルブタイミングとして、シリンダ
内に占める残留排気ガスの割合を小さくするとともに、
吸気管への吹き返しを抑えるようにし、また高速時に
は、バルブのリフト量を大として吸入効率を高め、かつ
オーバラップ領域の大きいバルブタイミングとして、充
填効率を高めるようにするのが望ましい。

【０００５】このような要求を満たすものとして、低速
用と高速用の２つのバルブタイミングとリフトを備える
ロッカアーム型の動弁機構が既に実用化されている。

【０００６】回転カムの駆動力をタペットを介してエン
ジンバルブに伝える直動型の動弁機構においては、エン
ジンの回転数に応じてカムの位相を制御し、バルブタイ
ミングを切換えるようにしたものはあるが、タペット自
身によりバルブタイミング及びリフトを可変とした例は
見られない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】エンジンをより高出力
化するには、許容回転数を高めることが有効であり、そ
のためには、動弁系の構成部品の小型軽量化を図って慣
性重量を小さくする必要がある。

【０００８】上述のような２つのバルブタイミングとリ
フトを備えるロッカアーム型の動弁機構では、バルブタ
イミングやリフトを可変とする各構成部品が比較的大き
く、かつそれらがロッカアーム内に組み込まれているた
め、ロッカアーム本体の小型化および軽量化には限度が
あり、許容回転数を高めるうえでの障害となる。

【０００９】また、カムシャフトに低速用と高速用の２
つのカムを形成する必要があるため、カムシャフトの製
造コストが高くなる。

【００１０】一方、カムの位相を制御するようにしたも
のでは、制御装置が複雑で高価であるだけでなく、リフ
トが一定であるため、カムの位相を変えると、バルブの
開閉のタイミングがずれ、エンジン性能を全回転領域に
亘って向上することは難しい。

【００１１】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたもので、直動型動弁機構に用いられるタペットそ
れ自体により、バルブタイミングおよびリフトを切換可
能とすることにより、動弁系の小型、軽量化を図り、エ
ンジン性能を大幅に向上しうるようにした、可変バルブ
タイミング、リフト機構付タペットを提供することを目
的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題は、次のようにして解決される。 (１) 上面が回転カムと接触しうる頂壁をもって閉塞さ
れた円筒形をなすタペットボディと、タペットボディ内
にそれと同心かつ一体的に形成された内筒と、内筒内に
摺動可能として嵌合され、かつ下面がエンジンバルブの
軸端と当接しうる有底円筒状のアウタプランジャと、ア
ウタプランジャ内に摺動可能として嵌合され、かつ内部
に、外部の貯油室と連通する第１油室が形成されたイン
ナプランジャと、前記アウタプランジャとインナプラン
ジャとの間に形成され、かつ前記第１油室とチェック弁
を介して連通する第２油室と、第２油室内に収容された
戻しばねと、前記第１油室内に摺動可能に設けられ、か
つエンジンの回転数が所定の領域のときに下降させられ
て、前記チェック弁を開放させるようになっているピス
トンとを設ける。 (２) 上記(１)項において、ピストンを下降させる手段
を、ピストン頭部に作用する高圧油又はピストン頭部と
タペットボディの頂壁との間に設けた弾性部材とする。 (３) 上記(１)又は(２)項において、アウタプランジャ
の上端とタペットボディの頂壁との間に、弾性緩衝部材
を設ける。 (４) 上記(３)項において、弾性緩衝部材を皿ばねとす
る。

【００１３】

【作用】エンジンの回転数の高い高速領域では、チェッ
ク弁が閉じられているため、第２油室内のオイルは剛体
として作用し、エンジンバルブは回転カムのプロフィー
ル通りのバルブタイミングおよびリフトをもって開閉さ
せられる。

【００１４】エンジンの回転数が所定以下の低速領域と
なり、インナプランジャ内に設けたピストンがチェック
弁を開放すると、第２油室と第１油室とが連通して、第
２油室内の圧力が低下するため、アウタプランジャは、
インナプランジャに対して上方に所定寸法だけ変位する
こととなる。これによりエンジンバルブは、上記高速領
域よりも作動角の小さいバルブタイミング及び低リフト
をもって開閉させられる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説
明する。なお、本発明のタペットは、公知の直動型のバ
ルブラッシュアジャスタと基本的構成は同じであり、そ
れを改変したものである。

【００１６】図１は、本発明の第１実施例を示すもの
で、(１)は、シリンダヘッド(２)に上下に摺動自在に嵌
合されたタペットボディであり、冷間鍛造により上面が
閉塞された円筒形に成形されている。

【００１７】タペットボディ(１)の頂壁(1a)の上面に
は、耐摩耗性材料よりなるカム受板(３)がろう付等によ
り固着され、その上面には回転カム(４)が接触してい
る。

【００１８】タペットボディ(１)の外筒(1b)の内周面に
おける中間部よりやや下方には、中央に上向きの内筒(5
a)が連設された円板状の仕切板(５)の外周の下向フラン
ジ(5b)が、ろう付等により固着されている。

【００１９】内筒(5a)内には、有底筒状のアウタプラン
ジャ(６)が摺動自在に嵌合され、アウタプランジャ(６)
内には、有底筒状のインナプランジャ(７)が、摺動自在
に嵌合されている。インナプランジャ(７)の上端は、頂
壁(1a)の下面と当接するとともに、頂壁(1a)の下面に突
設した下向き環状片(８)内に嵌合されている。

【００２０】(９)は、アウタプランジャ(６)の脱落を防
止するとともに、アウタプランジャ(６)の下端面を所定
位置に保持するために、アウタプランジャ(６)の外面要
所に嵌合係着されたストッパリングである。

【００２１】アウタプランジャ(６)の下面は、エンジン
バルブ(例えば吸気バルブ)(10)の軸端と当接するように
なっている。

【００２２】アウタプランジャ(６)の底面とインナプラ
ンジャ(７)の下面との間は、高圧油室(第２油室)(11)と
なっており、高圧油室(11)は、インナプランジャ(７)の
底壁に穿設した通孔(12)を介して、インナプランジャ
(７)内の低圧油室(第１油室)(13)と連通している。

【００２３】高圧油室(11)内には、通孔(12)の開口下端
に当接して、これを開閉しうるチェックボール(14)、上
端の外向フランジ部をインナプランジャ(７)の下面に当
接させた、適所に通油孔(図示略)を有するリテーナ(1
5)、及びチェックボール(14)とリテーナ(15)の底面との
間に縮設した圧縮コイルばね(16)よりなる逆止弁機構
と、アウタプランジャ(６)の底面とリテーナ(15)の外向
フランジとの間に縮設した戻しばね(圧縮コイルばね)(1
7)とが収容されている。

【００２４】タペットボディ(１)における外筒(1b)の外
周面のほぼ中央部に形成された内向の環状凹溝(18)の適
所には、油孔(19)が穿設され、この油孔(19)は、シリン
ダヘッド(２)に形成されたヘッドオイルギャラリ(20)と
連通している。

【００２５】ヘッドオイルギャラリ(20)を循環するエン
ジンオイルは、油孔(19)を介して、タペットボディ(１)
内における仕切板(５)の上方に形成された貯油室(21)に
供給される。貯油室(21)内のオイルは、アウタプランジ
ャ(６)の上端に形成された適数の凹溝(22)、及びこの凹
溝(22)と連通するようにインナプランジャ(７)に穿設し
た適数の油孔(23)を通して、低圧油室(13)内に供給され
るようになっている。

【００２６】タペットボディ(１)における頂壁(1a)の下
面に連設された下向環状片(24)には、内方側が下傾する
皿ばね(25)の外周端の上向フランジ(26a)が係止され、
皿ばね(25)の内周端下面は、アウタプランジャ(６)の上
端面と当接させてある。

【００２７】低圧油室(13)内には、有頂筒状をなす短寸
のピストン(26)が摺動自在に収容され、その内底面中央
に下向きに連設した押圧杆(26a)の下端が、通孔(12)内
に突入して、チェックボール(14)を押圧しうるようにな
っている。

【００２８】ピストン(26)は、その内底面とインナプラ
ンジャ(７)の底面との間に縮設した戻しばね(圧縮コイ
ルばね)(27)により常時上向きに付勢され、通常時にお
いて頂壁(1a)の下面と密接している。

【００２９】ピストン(26)の筒壁には、油孔(28)が穿設
され、油孔(28)は、後述するように、ピストン(26)が下
限位置まで押圧させられた際、インナプランジャ(７)の
油孔(23)と連通するようになっている。

【００３０】タペットボディ(１)の頂壁(1a)及び外筒(1
b)上端の厚肉部には、頂壁(1a)の下面中央と、外筒(1b)
の上端部外周面に形成された環状凹溝(29)とに開口する
油路(30)が形成され、この油路(30)は、シリンダヘッド
(２)の導油孔(31)と連通している。

【００３１】導油孔(31)には、エンジンの回転数の低い
低速領域において、高圧油源、例えばオイルポンプ又は
油圧シリンダ等より圧送されてくる高圧油が供給され、
この高圧油が油路(30)を介してピストン(26)の頭部に作
用することにより、ピストン(26)は押圧される。

【００３２】次に、上記実施例の作用を、図２〜図４を
参照して説明する。エンジンの回転数の高い高速領域に
おいて、回転カム(４)の回転によりタペットボディ(１)
が押し下げられ、エンジンバルブ(10)を開弁しようとす
ると、アウタプランジャ(６)とインナプランジャ(７)と
が、互いに接近する方向に相対的に移動しようとする。

【００３３】なお、高速領域においては、導油孔(31)に
高圧油源からの高圧油が供給されないので、ピストン(2
6)は上限に位置している。

【００３４】両プランジャ(６)(７)の相対移動により、
高圧油室(11)内のオイルの圧力が高まり、チェックボー
ル(14)が通孔(12)を閉じる。これにより、高圧油室(11)
内のオイルは、剛体のように作用し、アウタプランジャ
(６)とインナプランジャ(７)との相対移動が阻止され、
図２に示すように、タペットボディ(１)全体が、回転カ
ム(４)のノーズ部(4a)の突出寸法と対応する寸法(Ｈ)だ
け押し下げられて、エンジンバルブ(10)は、図４に実線
で示すように、予め定められた回転カム(４)のプロフィ
ール通りの高速用のリフト曲線(Ａ)、すなわち作動角
(クランク角)の大きいバルブタイミング及び高リフト(L
₁)をもって開閉させられる。これにより、排気バルブ
(図示略)とのオーバラップ領域を容易に大とすることが
可能となり、高速性能は向上する。

【００３５】エンジンが低速領域に達すると、図示しな
い制御装置が作動して、オイルポンプ又は油圧シリンダ
(いずれも図示略)が駆動され、導油孔(31)及び油路(30)
を介して、ヘッドオイルギャラリ(20)を循環するオイル
の圧力よりも高い圧油が、ピストン(26)の頭部に導入さ
れる。

【００３６】これによりピストン(26)は、図３に示すよ
うに、戻しばね(27)を圧縮して下方に押圧され、押圧杆
(26a)の下端が通孔(12)内に突入することにより、チェ
ックボール(14)は押し下げられる。すると、高圧油室(1
1)内のオイルが通孔(12)を通って低圧油室(13)内に流出
し、ピストン(26)とインナプランジャ(７)の各油孔(28)
(23)、及びアウタプランジャ(６)の凹溝(22)を介して貯
油室(21)内に排出されることにより、高圧油室(11)内の
圧力は解放される。

【００３７】この状態で回転カム(４)が回転し、タペッ
トボディ(１)が押圧され始めると、高圧油室(11)と低圧
油室(13)とは連通状態にあるので、アウタプランジャ
(６)は、エンジンバルブ(10)を押し下げることなく、皿
ばね(25)を上向に撓ませながら、皿ばね(25)の内周端上
面が下向環状片(８)と当接する上限位置まで上方に移動
する。このときのアウタプランジャ(６)の移動寸法(ｈ)
が、後記する最大リフトの減少分となる。

【００３８】皿ばね(25)が下向環状片(８)と当接した状
態で、回転カムがさらに回転すると、エンジンバルブ(1
0)にアウタプランジャ(６)よりの駆動力が作用し、エン
ジンバルブ(10)は、図４に破線で示すように、予め定め
られたリフト曲線(Ｂ)、すなわち、上記高速領域よりも
作動角の小さいバルブタイミング及び低リフト(L₂)をも
って開閉させられる。

【００３９】その結果、排気バルブとのオーバラップ領
域を小として、シリンダ内における残留排気ガスの占め
る割合を少なくするとともに、スワール効果を発揮させ
て、低速性能を向上させることができる。

【００４０】なお、上記低速領域では、弁リフトはＬ₁
−L₂だけ正規のリフトよりも小さくなるため、回転カム
(４)とエンジンバルブ(10)の軸端間に大きな隙間が形成
され、衝撃力が発生するようになるが、戻しばね(17)及
び皿ばね(25)の弾発力の作用により、アウタプランジャ
(６)及びタペットボディ(１)は、それぞれエンジンバル
ブ(10)と回転カム(４)の動きに追従して上下動するた
め、隙間による衝撃力は緩衝される。

【００４１】図５及び図６は、本発明の第２実施例を示
す。第２実施例は、上述した第１実施例とは、ピストン
とその作動機構及び油圧系が異なるのみであるので、共
通する部材には同じ符号を付すにとどめて、その詳細な
説明を省略する。

【００４２】図５において、インナプランジャ(７)の低
圧油室(13)内には、上面中央に球面状の凹部(32a)を備
え、かつ下面中央に、上記と同様の押圧杆(32b)を下向
に連設したピストン(32)が、摺動自在として収容されて
いる。

【００４３】凹部(32a)内には、上端中央がタペットボ
ディ(１)の頂壁(1a)の下面と圧接することにより、ピス
トン(32)を常時下向きに付勢するキャップ状のばね板(3
3)が収容されている。

【００４４】(34)は、凹部(32a)と外部とを連通させる
ように、頂壁(1a)とカム受板(３)に貫設されたエア抜孔
である。

【００４５】ばね板(33)のばね荷重は、ヘッドオイルギ
ャラリ(20)より低圧油室(13)内に供給されるエンジンオ
イルの圧力に対応して設定されている。

【００４６】すなわち、ヘッドオイルギャラリ(20)内を
循環するオイルの圧力が低い低速領域には、低圧油室(1
3)内においてピストン(32)に作用する油圧よりもばね板
(33)の押圧荷重の方が大となるようにし、また、ヘッド
オイルギャラリ(20)内の油圧が高くなる高速領域におい
ては、ピストン(32)に作用する低圧油室(13)内の油圧の
方が、ばね板(33)の押圧荷重よりも大となるように、ば
ね板(33)のばね荷重を定めてある。

【００４７】エンジンが高速領域になると、図５に示す
ように、ピストン(32)はばね板(33)を圧縮して上限に位
置するため、押圧杆(32b)はチェックボール(14)より離
間している。その結果、アウタプランジャ(６)は、第１
実施例における図１及び図２と同じ状態に保持され、エ
ンジンバルブ(10)は、高速用のバルブタイミング及びリ
フトをもって開閉させられる。

【００４８】エンジンが低速領域に達すると、図６に示
すように、ピストン(32)は、ばね板(33)の弾発力により
押圧されて下方に移動し、押圧杆(32b)がチェックボー
ル(14)を押し下げるため、第１実施例における図３と同
様、アウタプランジャ(６)はインナプランジャ(７)に対
し上方へ若干変位する。その結果、エンジンバルブ(10)
は、低速用のバルブタイミング及びリフトにより開閉さ
れる。

【００４９】第２実施例では、ばね板(33)の荷重により
ピストン(32)を下降させてチェックボール(14)を押圧す
るようにしているため、第１実施例のような高圧油源や
その制御装置、及び油圧系路等が不要となり、構成が簡
単となるとともにコスト低減が図れる。

【００５０】また、通常、ヘッドオイルギャラリ(20)を
循環するエンジンオイルの圧力は、エンジンの回転数が
高いほど大となるため、特別な制御手段を用いることな
く、低速用と高速用のバルブタイミング及びリフトの切
換を、容易かつ自動的に行いうる利点がある。勿論、シ
リンダブロックに形成されたメインオイルギャラリ内の
油圧を制御することにより、任意の条件で高速用と低速
用に切換えることも可能である。

【００５１】以上説明したように、本発明においては、
公知の直動型バルブラッシュアジャスタを若干改変する
のみで、高速用と低速用の２つのバルブタイミング及び
リフトに簡単に切換えうるため、従来のロッカアームに
切換機構を備えるものに比して、動弁系の小型、軽量化
が図れ、エンジン性能を大幅に向上しうる。

【００５２】また、回転カムは、１つのタペットに対し
て１個で足りるので、カムシャフトの製造コストを増大
させることもない。

【００５３】上記両実施例において、高圧油室(11)内に
収容した戻しばね(17)のばね定数を適宜に設定して、低
速領域での緩衝作用を持たせ、皿ばね(25)を省略するこ
ともある。

【００５４】第１実施例において、ピストン頭部への高
圧油の供給は次のようにしてもよい。すなわち、通常、
エンジンのオイルポンプより吐出されたオイルは、主と
してクランク軸の軸受にオイルを供給するためのメイン
オイルギャラリへ送られ、ついでシリンダヘッド内の各
部を潤滑するためのヘッドオイルギャラリへ送られる。
ヘッド内各部は比較的潤滑負荷が低く、従って油圧は低
くてもよいので、メインオイルギャラリとヘッドオイル
ギャラリの中間には、ヘッドオイルギャラリ内の圧力を
低くするための絞り(オリフィス)を設けてある。従っ
て、このオリフィスをバイパスさせて、導油孔(31)へオ
イルを送ることにより、ピストン頭部に高油圧を供給す
る方法もある。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を得る
ことができる。 (ａ) 通常の直動型のタペットボディ内に、バルブタイ
ミングとリフトとを可変とする機構を組込んだことによ
り、従来のロッカアーム式に比して、動弁系の小型、軽
量化が図れる。 (ｂ) その結果、エンジンの許容回転数を高めて、最高
出力を向上することができる。 (ｃ) 請求項３の発明によれば、低速領域において弁リ
フトが小さくなったときに生じる衝撃力が、弾性緩衝部
材により効果的に吸収される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す中央縦断正面図であ
る。

【図２】同じく高速領域のときの回転カムによる駆動状
態を示す中央縦断正面図である。

【図３】同じく低速領域のときの回転カムによる駆動状
態を示す中央縦断正面図である。

【図４】低速領域と高速領域時の回転カムのリフト曲線
である。

【図５】本発明の第２実施例を示す高速領域時の中央縦
断正面図である。

【図６】同じく低速領域時の中央縦断正面図である。

【符号の説明】

(１)タペットボディ (1a)頂壁 (1b)外筒 (２)シリンダヘッド (３)カム受板 (４)回転カム (4a)ノーズ部 (５)仕切板 (5a)内筒 (5b)下向フランジ (６)アウタプランジャ (７)インナプランジャ (８)下向環状片 (９)ストッパリング (10)エンジンバルブ (11)高圧油室(第２油室) (12)通孔 (13)低圧油室(第１油室) (14)チェックボール (15)リテーナ (16)圧縮コイルばね (17)戻しばね (18)環状凹溝 (19)油孔 (20)ヘッドオイルギャラリ (21)貯油室 (22)凹溝 (23)油孔 (24)下向環状片 (25)皿ばね (25a)上向フランジ (26)ピストン (26a)押圧杆 (27)戻しばね (28)油孔 (29)環状凹溝 (30)油路 (31)導油孔 (32)ピストン (32a)凹部 (32b)押圧杆 (33)ばね板(弾性緩衝部材) (34)エア抜孔 (Ａ)(Ｂ)リフト曲線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面が回転カムと接触しうる頂壁をもっ
   て閉塞された円筒形をなすタペットボディと、 タペットボディ内にそれと同心かつ一体的に形成された
   内筒と、 内筒内に摺動可能として嵌合され、かつ下面がエンジン
   バルブの軸端と当接しうる有底円筒状のアウタプランジ
   ャと、 アウタプランジャ内に摺動可能として嵌合され、かつ内
   部に、外部の貯油室と連通する第１油室が形成されたイ
   ンナプランジャと、 前記アウタプランジャとインナプランジャとの間に形成
   され、かつ前記第１油室とチェック弁を介して連通する
   第２油室と、 第２油室内に収容された戻しばねと、 前記第１油室内に摺動可能に設けられ、かつエンジンの
   回転数が所定の領域のときに下降させられて、前記チェ
   ック弁を開放させるようになっているピストンとを備え
   ることを特徴とする可変バルブタイミング、リフト機構
   付タペット。
2. 【請求項２】 ピストンを下降させる手段が、ピストン
   頭部に作用する高圧油又はピストン頭部とタペットボデ
   ィの頂壁との間に設けた弾性部材であることを特徴とす
   る請求項１記載の可変バルブタイミング、リフト機構付
   タペット。
3. 【請求項３】 アウタプランジャの上端とタペットボデ
   ィの頂壁との間に、弾性緩衝部材を設けたことを特徴と
   する請求項１又は２記載の可変バルブタイミング、リフ
   ト機構付タペット。
4. 【請求項４】 弾性緩衝部材を皿ばねとしたことを特徴
   とする請求項３記載の可変バルブタイミング、リフト機
   構付タペット。