JPH10141027A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変動弁機構によりバルブリフト量が２段階
に切り換えられるものにおいて、高速域でのバルブ追従
性を高めるとともに、フリクションロスを低減する。 【解決手段】 バルブスプリングのバネ定数が、その
変位に伴って３段階に変化し、２つの屈曲点（ｃ点，ｂ
点）を有している。低速型カムの最大リフト量に対応す
るｂ点よりも変位が小さな範囲でのバネ定数は、これよ
り大きなリフト量でのバネ定数よりも低い。高速型カム
での最大リフト量に対応するａ点のスプリング荷重を高
く設定しても、ｂ点でのスプリング荷重は低くでき、フ
リクションロスが低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の吸気
弁もしくは排気弁（両者を総称して吸排気弁と記す）を
開閉駆動する動弁装置に関し、特にバルブリフト量を複
数段階に可変制御可能な可変動弁機構を備えてなる動弁
装置におけるバルブスプリングの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の動弁装置は、一般に、カムリ
フトを揺動可能なロッカアーム等を介して吸排気弁に伝
達し、バルブスプリングにて閉方向に付勢されている吸
排気弁を押し開く構成となっている。吸排気弁を閉方向
に付勢するバルブスプリングは、通常、一重もしくは多
重に配設したコイルスプリングからなり、バルブステム
端部のバルブスプリングリテーナとシリンダヘッドとの
間に圧縮状態で装着されている。そして、このバルブス
プリングのバネ定数は、例えば実開昭５８−１３０００
８号公報の第２図等に示されているように、バルブリフ
トの全範囲に亙って一定のものとなっている。

【０００３】また内燃機関における吸排気弁のバルブリ
フト量を機関運転条件に応じて可変制御する可変動弁機
構は、従来から種々の形式のものが提供されている。例
えば特開昭６３−１６７０１６号公報等に記載のよう
に、プロフィールの異なる低速型カムと高速型カムとを
並設しておき、それぞれに従動する主ロッカアームおよ
び副ロッカアームを必要に応じて連結状態もしくは離脱
状態に切り換えることで、バルブリフト量を高低２段階
に切り換えるようにした構成のものが知られている。

【０００４】図１０は、このような可変動弁機構を備え
た動弁装置に用いられる従来のバルブスプリングの特性
を示しているが、図示するように、バルブリフトの全範
囲つまりバルブリフト量の大きな高速型カムによるバル
ブリフトの全範囲に亙ってバネ定数は一定となってい
る。尚、この図１０の例では、バルブリフト量が０とな
る変位（取付状態における変位）を屈曲点としてバネ定
数が２段階に変化するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように段階的に
バルブリフト量が変化する可変動弁機構を備えた動弁装
置の場合、機関高速域での吸排気弁の追従性を重視する
と、高速型カムによる最大リフト量となるａ点でのスプ
リング荷重を優先的に所定値に設定する必要がある。

【０００６】しかしながら、このように高速型カムに対
応したａ点のスプリング荷重を優先的に設定すると、低
速型カムによる最大リフト量に対応したｂ点でのスプリ
ング荷重が、一般に、不必要に高くなり過ぎる場合が多
い。このように低速型カムのリフト量に対応したｂ点付
近でのスプリング荷重が過度に高いと、動弁装置により
発生するフリクションロスが大きくなり、かつ吸排気弁
とバルブシートとの当接面の摩耗が増大するという不具
合がある。

【０００７】また逆に、機関低速域での吸排気弁の追従
性を重視すると、低速型カムによる最大リフト量に対応
したｂ点でのスプリング荷重を高く設定する必要がある
が、このようにｂ点でのスプリング荷重を優先的に、か
つ比較的高く設定したとすると、バルブリフト量がさら
に大きくなるａ点においては、バルブスプリングに許容
される最大応力を越えてしまうことがある。従って、バ
ルブスプリングに十分な耐久性を確保できない、という
不具合が生じる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、吸排気弁の
バルブリフト量を複数段階に可変制御可能な可変動弁機
構を備えてなる内燃機関の動弁装置において、吸排気弁
を閉方向へ付勢するバルブスプリングのバネ定数を、そ
の変位に伴って段階的に変化するようにし、かつバネ定
数の屈曲点を、上記可変動弁機構により得られるそれぞ
れのバルブリフト量に対応させて設定したことを特徴と
している。

【０００９】バルブスプリングの線間ピッチを適宜に調
整することにより、バルブスプリングのバネ定数が、そ
の変位に伴って段階的に変化するようになる。そして、
そのバネ定数が変化する屈曲点を、可変動弁機構により
段階的に得られるそれぞれのバルブリフト量に対応させ
て設定すれば、それぞれのバルブリフト量に対して最適
なスプリング荷重が得られる。

【００１０】また、可変動弁機構によりバルブリフト量
が最大に制御されているときに、バルブリフトの中間点
にバネ定数の屈曲点が存在することから、バルブスプリ
ングのサージングが抑制される。

【００１１】また請求項２の発明においては、吸排気弁
のバルブリフト量を、機関高速域では高リフト量に、低
速域では低リフト量に、２段階に可変制御する可変動弁
機構を備えてなる内燃機関の動弁装置において、吸排気
弁を閉方向へ付勢するバルブスプリングのバネ定数を、
その変位に伴って、上記低リフト量の範囲と、これより
大きなリフト量の範囲とで、段階的に変化するように
し、両者間にバネ定数の屈曲点を設けたことを特徴とし
ている。

【００１２】そして、請求項３においては、上記低リフ
ト量の範囲におけるバネ定数が、これより大きなリフト
量の範囲におけるバネ定数よりも低く設定されている。

【００１３】このバネ定数の特性においては、機関高速
域における吸排気弁の追従性を重視して高リフト量での
スプリング荷重を高く確保すると同時に、低リフト量で
のスプリング荷重が低くなる。

【００１４】また請求項４においては、逆に、上記低リ
フト量の範囲におけるバネ定数が、これより大きなリフ
ト量の範囲におけるバネ定数よりも高く設定されてい
る。

【００１５】この特性においては、機関低速域における
吸排気弁の追従性を向上させるように低リフト量での範
囲におけるスプリング荷重を高く設定したとしても、こ
れよりも大きなリフト量の範囲におけるスプリング荷重
の増大を抑制でき、バルブスプリングの最大応力が低く
なる。

【００１６】

【発明の効果】この発明に係る内燃機関の動弁装置によ
れば、可変動弁機構により得られる複数のバルブリフト
量に対しそれぞれ適正なスプリング荷重を付与すること
ができ、吸排気弁の追従性の向上や最大応力の低減等が
図れる。

【００１７】特に、請求項３の構成によれば、機関高速
域における吸排気弁の追従性を向上させると同時に、動
弁装置で生じるフリクションロスを低減することがで
き、内燃機関の高速化と燃費低減とを両立させることが
できる。

【００１８】また請求項４の構成によれば、バルブスプ
リングの最大応力を許容範囲内に保ちつつ機関低速域で
の追従性を高めることができ、サージングを抑制でき
る。

【００１９】また、バルブリフトの中間点に屈曲点を設
けることにより、バルブスプリングのサージングが生じ
にくくなる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００２１】図３は、この発明をカム切り換え型の可変
動弁機構に適用した一実施例を示しており、シリンダヘ
ッド３に吸気ポート２を開閉する吸気弁１が設けられて
いる。この実施例では、各気筒毎に一対の吸気弁１が設
けられており、主，副ロッカアーム６，７からなる一つ
の可変動弁機構が一対の吸気弁１を同時に駆動してい
る。上記吸気弁１は、バルブステム端部にバルブスプリ
ングリテーナ４が固定されており、このバルブスプリン
グリテーナ４とシリンダヘッド３側の座部との間に圧縮
状態で配設されたバルブスプリング５によって常時閉方
向に付勢されている。

【００２２】始めに、主，副ロッカアーム６，７からな
る可変動弁機構について説明すると、主ロッカアーム６
は、図５に示すように、先端側が二股状に分岐した略Ｙ
字形をなし、その基端部の略円筒状をなすロッカシャフ
ト嵌合部８がロッカシャフト９に揺動可能に嵌合してい
る。そして、二股状に分岐した部分の背面に、硬質金属
からなる第１カムフォロア１０がそれぞれ固着されてい
る。この主ロッカアーム６の二股状に部分したそれぞれ
の先端部６ａが、図４に示すように下方へ向かって折曲
されており、それぞれ吸気弁１のバルブステム端部にシ
ム１１を介して当接している。

【００２３】また、上記の一対の第１カムフォロア１０
に挟まれた形となる主ロッカアーム６の中央部は下方へ
くぼんでおり、ここに副ロッカアーム７が設けられてい
る。つまり、一対の第１カムフォロア１０の間に副ロッ
カアーム７が配置されている。この副ロッカアーム７
は、主ロッカアーム６の基端部上面に設けられた副ロッ
カシャフト１２に揺動可能に支持されている。副ロッカ
アーム７は、主ロッカアーム６に比較して短く形成さ
れ、その先端部背面には、硬質金属からなる第２カムフ
ォロア１３が設けられている。図５に示すように、この
第２カムフォロア１３は、上記第１カムフォロア１０と
並んだ位置にある。また、この副ロッカアーム７は、吸
気弁１に直接には当接していない。

【００２４】ロッカシャフト９の上方に配置されるカム
シャフト１４には、主ロッカアーム６の第１カムフォロ
ア１０に摺接するバルブリフト量の小さな低速型カム１
５と、副ロッカアーム７の第２カムフォロア１３に摺接
するバルブリフト量の大きな高速型カム１６とが並んで
形成されている。上記低速型カム１５は、一対の第１カ
ムフォロア１０に対応して一対設けられており、この一
対の低速型カム１５の間に、高速型カム１６が配置され
ている。

【００２５】尚、副ロッカアーム７は、図６に示すよう
に、リテーナ１８を介して主ロッカアーム６凹部上面に
圧接するロストモーションスプリング１９によって上方
へ回動付勢されており、主ロッカアーム６から離脱した
状態であっても高速型カム１６との摺接状態が保たれる
ようになっている。

【００２６】また、上記主，副ロッカアーム６，７を選
択的に連結させる連結機構として、副ロッカアーム７の
下方に連結レバー２０が設けられている。この連結レバ
ー２０は、主ロッカアーム６底部に設けたピン２１によ
って回動可能に支持されており、その上端部２０ａが副
ロッカアーム７下面の係合段部２２に係合可能となって
いる（図６，図８参照）。そして、この連結レバー２０
は、突起部２０ｃ（図４参照）にリテーナ２３を介して
圧接するリターンスプリング２４により係合解除方向へ
常時付勢されているとともに、その下端部２０ｂに対向
して、油圧プランジャ２５が配置されており、該プラン
ジャ２５が突出すると、係合方向へ回動するようになっ
ている（図８参照）。上記プランジャ２５が摺動可能に
嵌合する油圧シリンダ２６には、主ロッカアーム６内の
油孔２７およびロッカシャフト９の油孔２８を介して、
ロッカシャフト９内の油圧供給通路２９から油圧が供給
可能となっている。

【００２７】従って、上記構成では油圧供給通路２９を
通して油圧シリンダ２６へ所定の油圧を供給すると、連
結レバー２０が図８のように係合方向へ回動し、副ロッ
カアーム７の係合段部２２に係合する。これにより、副
ロッカアーム７が高速型カム１６により下方へ押圧され
た際に、主ロッカアーム６が一体に作動するようにな
り、吸気弁１が高速型カム１６のプロフィルに沿って開
閉するようになる。また油圧を解放すると、連結レバー
２０がリターンスプリング２４によって図６のように係
合解除方向へ回動し、上端部２０ａが係合段部２２から
離れる。そのため、副ロッカアーム７が主ロッカアーム
６から切り離された状態となり、吸気弁１等は主ロッカ
アーム６を介して低速型カム１５のプロフィールに沿っ
て開閉するようになる。つまり、図９に示すように、バ
ルブリフト量の小さな低速型カム１５によるバルブリフ
ト特性と、バルブリフト量の大きな高速型カム１６によ
るバルブリフト特性とに切り換えることができる。この
バルブリフト特性の切換は、機関の運転条件、主に機関
回転数と機関負荷とに基づいて制御され、機関低速域で
は低速型カム１５が、機関高速域では高速型カム１６が
選択される。

【００２８】尚、図９の特性例では、排気弁についても
同様の可変動弁機構が設けられており、そのバルブリフ
ト特性も２段階に変化するようになっている。

【００２９】図１は、上記バルブスプリング５のリフト
−荷重特性の第１実施例を示している。この第１実施例
に係るバルブスプリング５においては、図示するよう
に、バネ定数が変位に伴って３段階に変化するものとな
っており、二つの屈曲点（ｃ点，ｂ点）を有している。
そして、第１の屈曲点（ｃ点）は、バルブリフト量が０
となる変位に対応しており、また第２の屈曲点（ｂ点）
は、低速型カム１５による最大リフト量に対応してい
る。バネ定数は、ｃ点よりも変位が小さい範囲で最も小
さく、ｃ点とｂ点との間ではこれよりも高い。さらに、
ｂ点よりも変位が大きな範囲では、バネ定数が最も高く
なっている。

【００３０】このバルブスプリング５の特性は、機関高
速時における吸気弁１の追従性を重視したものであり、
まず、高速型カム１６により得られる最大リフト量に対
応したａ点が、所定のスプリング荷重となるように設定
される。具体的には、内燃機関の最高回転速度において
吸気弁１の不整運動が生じないように、十分な大きさの
スプリング荷重となるようにａ点が設定される。仮に、
このａ点に対し、バルブリフト量の全範囲に亙って従来
のように一定のバネ定数とすると、低速型カム１５の最
大リフト量に対するスプリング荷重は、ｂ´点のように
高くなる。図１に示したスプリング特性によれば、低速
型カム１５の最大リフト量に対応するｂ点のスプリング
荷重を、従来のｂ´点よりも低く保つことができる。従
って、それだけバルブスプリング５の反力が低下し、動
弁装置によるフリクションロスが低減する。また、吸気
弁１とバルブシート３０との間の摩耗も抑制される。

【００３１】また上記のようにバネ定数の第２の屈曲点
（ｂ点）が高速型カム１６によるバルブリフトの中間に
存在するので、この高速型カム１６によって吸気弁１が
開閉駆動されている際に、バルブスプリング５のサージ
ングが抑制される。尚、この図１のようなリフト−荷重
特性は、バルブスプリング５の線間ピッチを適宜に設定
することにより得られる。

【００３２】次に、図２は、バルブスプリング５のリフ
ト−荷重特性の第２実施例を示している。この実施例に
おいても、バルブスプリング５のバネ定数は、３段階に
変化しており、バルブリフト量が０となる変位に対応す
る第１の屈曲点（ｃ点）と、低速型カム１５の最大リフ
ト量に対応する第２の屈曲点（ｂ点）とを有している。
そして、この第２実施例では、ｃ点とｂ点との間のバネ
定数が最も高くなっており、ｂ点より大きな変位におけ
るバネ定数は、これよりも低く設定されている。

【００３３】この第２実施例のスプリング特性は、前述
した第１実施例と異なり、低速型カム１５による運転中
の吸気弁１の追従性を重視したものであり、ｂ点におけ
るスプリング荷重が十分に高いものとなるように設定さ
れる。そして、このｂ点よりも変位が大きな範囲でのバ
ネ定数を低くすることにより、高速型カム１６の最大リ
フト量に対応するａ点でのスプリング荷重が、最大許容
応力範囲内に設定されている。

【００３４】すなわち、低速型カム１５による最大リフ
ト量におけるスプリング荷重を、従来の特性により得ら
れるｂ´点よりも高くしてｂ点に設定すると、仮に、バ
ネ定数が一定であった場合には、高速型カム１６による
最大バルブリフト量においてａ´点のように過度にスプ
リング荷重が高くなり、バルブスプリング５の最大応力
が過大となる。これに対し、図２に示す第２実施例の特
性によれば、ａ点での最大応力を増加させることなく、
ｂ点でのスプリング荷重を高めることができ、吸気弁１
の運動追従性を向上させることができる。

【００３５】尚、この図２に示す特性においても、高速
型カム１６により吸気弁１が駆動されているときに、中
間に屈曲点（ｂ点）が存在することから、バルブスプリ
ング５の共振点が各部で異なるものとなり、そのサージ
ングが生じにくくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るバルブスプリングのリフト−荷
重特性の第１実施例を示す特性図。

【図２】この発明に係るバルブスプリングのリフト−荷
重特性の第２実施例を示す特性図。

【図３】この発明に係る動弁装置全体の構成を示す断面
図。

【図４】この動弁装置の要部の正面図。

【図５】この動弁装置の要部を示す平面図。

【図６】図５のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図７】図５のＢ−Ｂ線に沿った断面図。

【図８】連結レバーの係合状態を示す図６と同様の断面
図。

【図９】この動弁装置によるバルブリフト特性を示す特
性図。

【図１０】従来のバルブスプリングにおけるリフト−荷
重特性の一例を示す特性図。

【符号の説明】

１…吸気弁 ５…バルブスプリング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸排気弁のバルブリフト量を複数段階に
   可変制御可能な可変動弁機構を備えてなる内燃機関の動
   弁装置において、吸排気弁を閉方向へ付勢するバルブス
   プリングのバネ定数を、その変位に伴って段階的に変化
   するようにし、かつバネ定数の屈曲点を、上記可変動弁
   機構により得られるそれぞれのバルブリフト量に対応さ
   せて設定したことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
2. 【請求項２】 吸排気弁のバルブリフト量を、機関高速
   域では高リフト量に、低速域では低リフト量に、２段階
   に可変制御する可変動弁機構を備えてなる内燃機関の動
   弁装置において、吸排気弁を閉方向へ付勢するバルブス
   プリングのバネ定数を、その変位に伴って、上記低リフ
   ト量の範囲と、これより大きなリフト量の範囲とで、段
   階的に変化するようにし、両者間にバネ定数の屈曲点を
   設けたことを特徴とする内燃機関の動弁装置。
3. 【請求項３】 上記低リフト量の範囲におけるバネ定数
   が、これより大きなリフト量の範囲におけるバネ定数よ
   りも低く設定されていることを特徴とする請求項２記載
   の内燃機関の動弁装置。
4. 【請求項４】 上記低リフト量の範囲におけるバネ定数
   が、これより大きなリフト量の範囲におけるバネ定数よ
   りも高く設定されていることを特徴とする請求項２記載
   の内燃機関の動弁装置。