JPH1077814A - 内燃エンジンの動弁機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 弁のリフト量と開閉タイミングを低速時と高
速時においてそれぞれ最適に保って高いエンジン性能を
確保することができる組付性の高い内燃エンジンの動弁
機構を提供すること。 【構成】 ２つの低速用カム１０ａの間に１つの高速用
カム１０ｂを一体に連設して成るカム軸１０と、該カム
軸１０の低速用カム１０ａ又は高速用カム１０ｂを選択
してこれのリフトを吸気弁（弁）３に伝達する切換手段
を含んで構成される内燃エンジンの動弁機構において、
単一のバルブリフタ５を上下２分割構造として前記高速
用カム１０ｂに当接せしめるとともに、その内部に前記
切換手段を組み込み、同バルブリフタ５に前記低速用カ
ム１０ａに当接するタペット１１を摺動自在に支持せし
め、該タペット１１に吸気弁３の軸端部を当接せしめ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２つの低速用カム
の間に１つの高速用カムを一体に連設して成るカム軸
と、該カム軸の低速用カム又は高速用カムを選択してこ
れのリフトを弁に伝達する切換手段を含んで構成される
内燃エンジンの動弁機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃エンジンにおいては、燃焼室に開口
する吸気ポートと排気ポートが吸気弁と排気弁によって
それぞれ適当なタイミングで開閉されて所要のガス交換
がなされるが、高速時において吸気又は排気の流れを促
進し、高い充填効率を確保して高出力を実現し、且つ、
低速時において高い燃焼効率を確保して高出力と低燃費
及び良好な排ガス性能を得るためには、吸気弁又は排気
弁のリフト量と開閉タイミングの何れか一方又は双方を
高速時と低速時において切り換える必要がある。このこ
とを実現した動弁機構が例えば特開平３−１７９１１４
号において既に提案されている。

【０００３】上記提案に係る動弁機構は、弁のリフト量
と開閉タイミングの低速適合と高速適合との切り換え
を、タペットとサブタペットの間に形成された空間に対
してスペーサ体を挿入又は離脱せしめることによって行
うものであり、スペーサ体の移動は、これと一体化され
たピストンを離脱方向に付勢するスプリングとピストン
に作用する油圧によって行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記提案に
係る動弁機構においては、タペット内部へのスペーサ体
の組付方法が不明確で現実的ではなく、又、ピストンに
作用する油圧のシールが確実でなく、漏れた圧油によっ
てサブタペットが持ち上がる所謂ポンプアップ現象が発
生する可能性がある。

【０００５】又、サブタペットをカムに当接させるスプ
リングを収納する空間の制約も大きく、高速用カムの空
打ち時にサブタペットの慣性によるタペットとの衝突の
可能性もある。

【０００６】従って、本発明の目的とする処は、弁のリ
フト量と開閉タイミングを低速時と高速時においてそれ
ぞれ最適に保って高いエンジン性能を確保することがで
きる組付性の高い内燃エンジンの動弁機構を提供するこ
とにある。

【０００７】更に、前記提案に係る動弁機構において
は、タペットの形状は楕円形であり、該タペットが低速
用カムに直接摺動するため、その摺動部に異常摩耗が発
生する可能性がある。

【０００８】従って、本発明の目的とする処は、摺動部
の異常摩耗を防ぐことができる内燃エンジンの動弁機構
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、２つの低速用カムの間に１
つの高速用カムを一体に連設して成るカム軸と、該カム
軸の低速用カム又は高速用カムを選択してこれのリフト
を弁に伝達する切換手段を含んで構成される内燃エンジ
ンの動弁機構において、単一のバルブリフタを上下２分
割構造として前記高速用カムに当接せしめるとともに、
その内部に前記切換手段を組み込み、同バルブリフタに
前記低速用カムに当接するタペットを摺動自在に支持せ
しめ、該タペットに弁の軸端部を当接せしめたことを特
徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記切換手段は、付勢手段によって前記バ
ルブリフタに当接されてバルブリフタと共に摺動すると
ともに、弁軸に直角な平面内で回動して前記タペットに
選択的に係合する係合部材を含んで構成されることを特
徴とする請求項１記載の内燃エンジンの動弁機構。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の発明において、前記係合部材は、切欠円状に成形さ
れ、その周囲に形成されたギヤ部に噛合するラック部を
有して該係合部材の軸直角方向に摺動するピストン部材
によってその軸心回りに回動せしめられ、前記タペット
に結着された円板状部材に選択的に係合するものとした
ことを特徴とする。

【００１２】請求項４記載の発明は、請求項１，２又は
３記載の発明において、前記タペットの前記低速用カム
への当接面形状を円形とするとともに、同タペットをそ
の軸心回りに回動可能に構成したことを特徴とする。

【００１３】請求項５記載の発明は、請求項１，２，３
又は４記載の発明において、前記バルブリフタの上側部
材と下側部材の少なくとも一方を軽合金材で構成したこ
とを特徴とする。

【００１４】従って、本発明によれば、弁は低速時には
低速用カムのプロフィールによってそのリフト量と開閉
タイミングが決定され、高速時には高速用カムのプロフ
ィールによってそのリフト量と開閉タイミングが決定さ
れるため、該弁のリフト量と開閉タイミングは低速時と
高速時でそれぞれ最適に保たれ、低速時と高速時におい
てそれぞれ最適なエンジン特性の両立が実現される。

【００１５】又、バルブリフタが上下２分割構造に構成
され、その内部に切換手段が組み込まれるため、当該動
弁機構の組付性が高められる。そして、バルブリフタの
上側部材と下側部材の少なくとも一方を軽合金材で構成
すれば、動弁機構の軽量化を図ることができる。

【００１６】更に、タペットの低速用カムへの当接面形
状を円形とするとともに、同タペットをその軸心回りに
回動可能に構成したため、該タペットの摺動部の異常摩
耗を防ぐことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。

【００１８】図１は本発明に係る動弁機構の低速時の作
用を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視図、図３は
図１のＢ−Ｂ線断面図、図４は図１のＣ−Ｃ線断面図、
図５は本発明に係る動弁機構の高速時の作用を示す断面
図、図６は図５のＤ−Ｄ線断面図、図７は図５のＥ−Ｅ
線断面図である。

【００１９】図１において、１は４サイクル内燃エンジ
ンのシリンダヘッドであり、該シリンダヘッド１には２
つの吸気ポート２が形成されており、これらの吸気ポー
ト２は吸気弁３によってそれぞれ適当なタイミングで開
閉される。尚、図示しないが、シリンダヘッド１には排
気ポートが形成されており、この排気ポートは排気弁に
よって適当なタイミングで開閉される。

【００２０】又、上記シリンダヘッド１の上面にはガイ
ドブロック４が被着されており、該ガイドブロック４に
は単一のバルブリフタ５が摺動自在に保持されている。

【００２１】ところで、前記吸気弁３はシリンダヘッド
１に圧入されたバルブガイド６に摺動自在に挿通してお
り、これらはリテーナ７とシリンダヘッド１との間に縮
装されたバルブスプリング８によって閉じ方向（吸気ポ
ート２の開口部周縁に圧入されたバルブシート９に着座
する方向）に付勢されている。

【００２２】一方、図１に示すように、前記ガイドブロ
ック４の上部にはカム軸１０が回転自在に支承されてお
り、該カム軸１０には２つの低速用カム１０ａと両低速
用カム１０ａ間に配される１つの高速用カム１０ｂが一
体に連設されている。

【００２３】ここで、前記バルブリフタ５は、図２に示
すように平面視長円形に成形されており、これは図１に
示すように上下２分割構造を有しており、上側部材５Ａ
と下側部材５Ｂで囲まれる空間内には、低速用カム１０
ａ又は高速用カム１０ｂを選択してこれのリフト及び作
用角を吸気弁３に伝達するための切換手段が組み込まれ
ている。尚、本実施の形態では、バルブリフタ５の上側
部材５Ａは鉄系材料で構成され、下側部材５ＢはＡｌ合
金等の軽量な軽合金材で構成されており、これらは位置
決め構造を有し、その外径部が組付研削された後、両者
が分解されてこれらの内部に部品が組み付けられる。

【００２４】又、図１に示すように、バルブリフタ５に
は２つのタペット１１が前記吸気弁３と同軸的に、且
つ、上下摺動自在に及びその軸心回りに回動自在に挿通
支持されており、各タペット１１は低速用カム１０ａの
ベース円と座１１ａとの隙間調整機能とスプリング１４
の座等を兼ねる特殊形状のシム１２によって各吸気弁３
の上端に連結されている。そして、バルブリフタ５は前
記シム１２とバルブリフタ５の下側部材５Ｂに圧着され
た円筒深皿状のスプリングシート１３間に縮装された小
線径のスプリング１４と後述するロッド１９の作用によ
って上方に付勢され、その上端の円板状の座１１ａはカ
ム軸１０の前記低速用カム１０ａの外周に当接されてい
る。そして、各タペット１１のバルブリフタ５内に臨む
中間部には円板１５が取り付けられている。

【００２５】更に、バルブリフタ５の上面の両タペット
１１の中間部には、円板状のシム１６が嵌着されてお
り、バルブリフタ５はこのシム１６を介して前記カム軸
１０の高速用カム１０ｂの外周に当接されている。

【００２６】そして、バルブリフタ５の内部中央（高速
用カム１０ｂの幅方向中心線上）には係合部材である制
御プレート１７が回動自在に収納されている。この制御
プレート１７は、その下端部外周部が円筒軸受を介して
バルブリフタ５の下側部材５Ｂに回動自在に支持されて
おり、その上端には図３に示すような切欠円状の係合部
１７ａが一体に形成されており、この係合部１７ａと下
側部材５Ｂの間には平ワッシャ１８が介設されている。
又、この制御プレート１７の中間部外周には、図４に示
すようにギヤ部１７ｂが刻設されている。

【００２７】而して、上記制御プレート１７の下方に
は、ロッド１９が制御プレート１７と同軸に配されてお
り、このロッド１９はシリンダヘッド１に保持された上
方が開口するシリンダ２０内に上下摺動自在に嵌装され
るとともに、リターンスプリング２１によって上方に付
勢されている。従って、このロッド１９はその上端面が
制御プレート１７の下端面に当接して該制御プレート１
７を上方へ押圧するため、制御プレート１７はその上端
面がバルブリフタ５に当接して該バルブリフタ５と共に
上下動する。

【００２８】他方、図４に示すように、バルブリフタ５
の下側部材５Ｂの前記制御プレート１７の左右両側には
円孔５ａ，５ｂがカム軸１０の軸方向に対して直角方向
に、且つ、互いに平行に貫設されており、各円孔５ａ，
５ｂ内にはピストン２２，２３が摺動自在に嵌装されて
いる。尚、各円孔５ａ，５ｂの両開口部内周にはスナッ
プリング２４が嵌着されており、円孔５ｂの一端開口部
内周にはバルブシート２５が固定されている。

【００２９】又、一方の円孔５ｂ内にはガイドブロック
４とピストン２３によって油室Ｓが画成されており、同
円孔５ｂ内に嵌装された前記ピストン２３は、これと前
記バルブシート２５間に縮装されたスプリング２６によ
って一方向（図４の上方）に付勢されている。そして、
ピストン２２，２３の相対向する各側部にはラック部２
２ａ，２３ａが刻設されており、各ラック部２２ａ，２
３ａは制御プレート１７の外周に形成された前記ギヤ部
１７ｂに噛合している。

【００３０】尚、以上の円板１５、制御プレート１７、
ピストン２２，２３等によって前記切換手段が構成され
ている。

【００３１】次に、本発明に係る動弁機構の作用を説明
する。

【００３２】エンジン回転数が低い低速回転時において
は、バルブリフタ５内に組み込まれた切換手段は非作動
状態にあって、油圧は油室Ｓに供給されず、図４に示す
ように、ピストン２３はスプリング２６によって付勢さ
れて図示位置に停止しており、他方のピストン２２は他
端側に当接されて図示位置（平面視で制御プレート１７
の軸心に対してピストン２３と軸対称を成す位置）に停
止している。そして、この状態では、制御プレート１７
の係合部１７ａは図３に示すように平面視で前記円板１
５にオーバーラップしておらず、従って、タペット１１
とバルブリフタ５はそれぞれ独立に摺動し得る状態にあ
る。

【００３３】而して、上記状態においてカム軸１０が所
定の速度（不図示のクランク軸の１／２の速度）で回転
駆動されると、図１に示すように、両低速用カム１０ａ
に当接するタペット１１を介して２つの吸気弁３が開閉
され、該吸気弁３には低速用カム１０ａのプロフィール
によってリフト量Ｌ₁ と開閉タイミングが与えられる。

【００３４】他方、カム軸１０の高速用カム１０ｂに当
接するバルブリフタ５は高速用カム１０ｂのプロフィー
ルによって与えられるリフト量のストロークで上下動
し、このバルブリフタ５の上下動は制御プレート１７及
びロッド１９を経てリターンスプリング２１に伝達され
るとともに、高速用カム１０ｂと低速用カム１０ａの各
リフト量の差によるスプリング１４の圧縮変形とリター
ンスプリング２１の圧縮変形によって吸収されるため、
高速用カム１０ｂのリフトは吸気弁３に伝達されない。

【００３５】次に、エンジン回転数が所定値を超える高
速時においては、ガイドブロック４に形成された不図示
の油圧供給通路を経て油圧が油室Ｓに供給されて切換手
段が作動せしめられる。

【００３６】即ち、高速時において上述のように油室Ｓ
に油圧が供給されると、図７に示すように、油圧によっ
てピストン２３がスプリング２６の付勢力に抗して円孔
５ｂ内を移動し、このピストン２３の移動によって、該
ピストン２３に形成されたラック部２３ａに噛合するギ
ヤ部１７ｂを有する制御プレート１７が図７において時
計方向に９０°回動し、これに連動して他方のピストン
２２が円孔５ａ内をピストン２３とは逆方向に移動して
スナップリング２４に当接して停止する。

【００３７】而して、上述のように制御プレート１７が
その軸心回りに９０°回動すると、図５に示すように制
御プレート１７の切欠円状の係合部１７ａが平面視で両
円板１５に部分的にオーバーラップするために両者が係
合し、高速用カム１０ｂによって駆動されるバルブリフ
タ５の運動が制御プレート１７、円板１５及びタペット
１１を経て両吸気弁３に伝達され、図５に示すように、
吸気弁３はカム軸１０の高速用カム１０ｂによって開閉
されることとなり、該吸気弁３には高速用カム１０ｂの
プロフィールによってリフト量Ｌ₂ （＞Ｌ₁ ）と開閉タ
イミングが与えられる。尚、高速時においては、低速用
カム１０ａはタペット１１に当接しない空打ち状態に保
たれ、該低速用カム１０ａのリフトは吸気弁３には伝達
されない。

【００３８】以上のように、本実施の形態においては、
吸気弁３のリフト量と開閉タイミングが低速時と高速時
でそれぞれ切り換えられ、低速時には低速用カム１０ａ
のプロフィールによってリフト量Ｌ₁ と開閉タイミング
が与えられ、高速時には高速用カム１０ｂのプロフィー
ルによってリフト量Ｌ₂ と開閉タイミングが与えられる
ため、該吸気弁３のリフト量と開閉タイミングは低速時
と高速時でそれぞれ最適に保たれ、低速時と高速時にお
いてそれぞれ最適なエンジン性能の両立が実現される。

【００３９】又、バルブリフタ５が上下２分割構造に構
成され、その内部に切換手段が組み込まれるため、当該
動弁機構の組付性が高められる。そして、本実施の形態
では、バルブリフタ５の下側部材５Ｂを軽量な軽合金材
で構成したため、動弁機構の軽量化を図ることができ
る。

【００４０】更に、本実施の形態では、タペット１１の
低速用カム１０ａへの当接面形状（座１１ａの形状）を
円形とするとともに、同タペット１１をその軸心回りに
回動可能に構成したため、該タペット１１の摺動部の異
常摩耗を防ぐことができる。

【００４１】尚、本実施の形態では、２つの低速用カム
１０ａのプロフィールを同一としたが、シリンダ内にス
ワールを発生させて燃焼効率を高めるために両低速用カ
ム１０ａのプロフィールを互いに異ならせても良い。

【００４２】又、以上は本発明を吸気弁を駆動する動弁
機構に適用した場合について述べたが、排気弁を駆動す
る動弁機構に対しても同様に適用可能であることは勿論
である。

【００４３】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、２つの低速用カムの間に１つの高速用カムを一
体に連設して成るカム軸と、該カム軸の低速用カム又は
高速用カムを選択してこれのリフトを弁に伝達する切換
手段を含んで構成される内燃エンジンの動弁機構におい
て、単一のバルブリフタを上下２分割構造として前記高
速用カムに当接せしめるとともに、その内部に前記切換
手段を組み込み、同バルブリフタに前記低速用カムに当
接するタペットを摺動自在に支持せしめ、該タペットに
弁の軸端部を当接せしめたたため、弁のリフト量と開閉
タイミングを低速時と高速時においてそれぞれ最適に保
って高いエンジン性能を確保することができるととも
に、動弁機構の組付性の向上と軽量化を図ることができ
るという効果が得られる。

【００４４】又、本発明は、タペットの低速用カムへの
当接面形状を円形とするとともに、同タペットをその軸
心回りに回動可能に構成したため、該タペットの摺動部
の異常摩耗を防ぐことができるという効果が得られる。

【００４５】更に、本発明によれば、バルブリフタの上
側部材と下側部材の少なくとも一方を軽量な軽合金材で
構成したため、動弁機構の軽量化を図ることができると
いう効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る動弁機構の低速時の作用を示す断
面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線矢視図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線断面図である。

【図４】図１のＣ−Ｃ線断面図である。

【図５】本発明に係る動弁機構の高速時の作用を示す断
面図である。

【図６】図５のＥ−Ｅ線断面図である。

【図７】図５のＥ−Ｅ線断面図である。

【符号の説明】

３ 吸気弁（弁） ５ バルブリフタ ５Ａ 上側部材 ５Ｂ 下側部材 １０ カム軸 １０ａ 低速用カム １０ｂ 高速用カム １１ タペット １５ 円板（円板状部材） １７ 制御プレート（係合部材） １７ａ 係合部 １７ｂ ギヤ部 ２２，２３ ピストン（ピストン部材） ２２ａ，２３ａ ラック部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの低速用カムの間に１つの高速用カ
   ムを一体に連設して成るカム軸と、該カム軸の低速用カ
   ム又は高速用カムを選択してこれのリフトを弁に伝達す
   る切換手段を含んで構成される内燃エンジンの動弁機構
   において、 単一のバルブリフタを上下２分割構造として前記高速用
   カムに当接せしめるとともに、その内部に前記切換手段
   を組み込み、同バルブリフタに前記低速用カムに当接す
   るタペットを摺動自在に支持せしめ、該タペットに弁の
   軸端部を当接せしめたことを特徴とする内燃エンジンの
   動弁機構。
2. 【請求項２】 前記切換手段は、付勢手段によって前記
   バルブリフタに当接されてバルブリフタと共に摺動する
   とともに、弁軸に直角な平面内で回動して前記タペット
   に選択的に係合する係合部材を含んで構成されることを
   特徴とする請求項１記載の内燃エンジンの動弁機構。
3. 【請求項３】 前記係合部材は、切欠円状に成形され、
   その周囲に形成されたギヤ部に噛合するラック部を有し
   て該係合部材の軸直角方向に摺動するピストン部材によ
   ってその軸心回りに回動せしめられ、前記タペットに結
   着された円板状部材に選択的に係合することを特徴とす
   る請求項１又は２記載の内燃エンジンの動弁機構。
4. 【請求項４】 前記タペットの前記低速用カムへの当接
   面形状を円形とするとともに、同タペットをその軸心回
   りに回動可能に構成したことを特徴とする請求項１，２
   又は３記載の内燃エンジンの動弁機構。
5. 【請求項５】 前記バルブリフタの上側部材と下側部材
   の少なくとも一方を軽合金材で構成したことを特徴とす
   る請求項１，２，３又は４記載の内燃エンジンの動弁機
   構。