JPH1113438A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 可変動弁機構により、トルク、出力、燃費、
排気ガスのクリーン性等の諸特性を内燃機関の全回転域
にわたって最大限に向上させるとともに、立体カムに対
する座部材及び追従接触部の回転を簡単な構成で阻止す
る。 【解決手段】 カムプロフィールを変化させた立体カム
２と、立体カム２を軸方向へ変位させる変位装置３と、
往復動してバルブ４を開閉する直打式バルブリフタ１０
とを備える。直打式バルブリフタ１０は、楕円筒状又は
長円筒状の側壁部１３と、側壁部１３の端部に設けられ
た端壁部１１と、端壁部１１に設けられた半円筒内面座
１９と、半円筒内面座１９に揺動可能に嵌合されて立体
カム２に接触する追従接触部２１とを含み、シリンダヘ
ッドには側壁部１３を摺動可能にガイドする楕円穴状又
は長円穴状のリフタガイド穴が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の低回転
時から高回転時まで、バルブタイミング及びリフト量を
連続的に又は段階的に変化させる可変動弁機構に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】特公平７−４５８０３号公報には、図８
に示すように、カムプロフィールが軸方向に変化する立
体カム１００を備えたカムシャフト１０１と、立体カム
１００によって往復動することにより一つずつのバルブ
１０２を開閉する直打式バルブリフタ１０３とを備えた
可変動弁機構が開示されている。直打式バルブリフタ１
０３は、各バルブ１０２の上端部に被さるカップ１０４
と、カップ１０４の上面に立設された周壁１０９に囲ま
れるようにして該上面に置かれたサドル１０５と、該サ
ドル１０５に揺動可能に装着されて立体カム１００の回
転に伴う接触線角度の変化に追従しながら立体カム１０
０に接触するシュー１０６とを備えている。

【０００３】また、特公平６−８４７２２号公報には、
同じく立体カム１００を備えたカムシャフト１０１と、
図８に二点鎖線で示すように、内燃機関の回転数に応じ
てカムシャフト１０１を軸方向へ変位させる油圧アクチ
ュエータ１０７と、一つずつのバルブ１０２を開閉する
直打式バルブリフタ１０３とを備えた可変動弁機構が開
示されている。

【０００４】これらの可変動弁機構によれば、内燃機関
の低回転時から高回転時まで、バルブタイミング及びリ
フト量を連続的に変化させて、内燃機関の運転状況に応
じた精密な制御を行なうことができるという利点があ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の可変動弁機構に
おいては、立体カム１００に対してシュー１０６が回転
しないようにする必要があるため、次のような回転阻止
構造が設けられている。サドル１０５の長手方向両端部
に設けられた規制壁１０８（シュー１０６の長手方向の
移動を規制するためのもの）には、外周側へ延長部１１
０が突設されている。一方、シリンダヘッドのリフタガ
イド穴（図示略）の一部には雌ねじ穴（図示略）が切り
欠いて形成され、該雌ねじ穴には、スリット状のノッチ
１１２が縦方向に形成されたねじ１１１がねじ込まれて
いる。そして、延長部１１０がノッチ１１２に滑動可能
に挿入されることにより、立体カム１００に対するサド
ル１０５及びシュー１０６の回転を阻止している。しか
し、この回転阻止構造は、構造が複雑であった。また、
延長部１１０とノッチ１１２との間が局部面圧の増加に
より異常摩耗を起こしたり異音を発生させたりするおそ
れもあった。

【０００６】また、上記シュー１０６のカム当たり面長
さ（長手方向長さ）はカップ１０４の外径によって決ま
り、カップ１０４の外径はシリンダボア径によって決ま
る。従って、シリンダボア径の小さい、例えば排気量
１．５リットル以下の４気筒内燃機関では、カップ１０
４の外径が３１ｍｍ以下と小さくなるが、これではシュ
ー１０６のカム当たり面長さがさらに短くなって、高回
転・高出力に必要な吸入空気量を得るためのリフト量を
十分に得ることができなかった。現状のカムプロフィー
ル設計から、同内燃機関において高回転・高出力に必要
なリフト量を得るためには、カップ３３の外径を３３ｍ
ｍ以上にする必要がある。

【０００７】本発明の課題は、立体カムにより、内燃機
関の低回転時から高回転時まで、バルブタイミング及び
リフト量を連続的に又は段階的に変化させて、内燃機関
の運転状況に応じた精密な制御を行なうことができ、も
ってトルク、出力、燃費、排気ガスのクリーン性等の諸
特性を全回転域にわたって最大限に向上させることがで
きるだけでなく、立体カムに対する座部材及び追従接触
部の回転を簡単な構成で阻止できる可変動弁機構を提供
することにある。さらに、シリンダボア径が小さくて
も、高回転・高出力に必要なリフト量を得ることができ
る可変動弁機構を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の可変動弁機構は、低回転用カムプロフィー
ルから高回転用カムプロフィールまでカムプロフィール
を軸方向に連続的に変化させた立体カムと、立体カムを
軸方向へ連続的に又は段階的に変位させる変位装置と、
立体カムのカムプロフィールに基づいて往復動すること
によりバルブを開閉する直打式バルブリフタとを備えた
可変動弁機構であって、直打式バルブリフタは、楕円筒
状又は長円筒状の側壁部と、該側壁部の端部に設けられ
た端壁部と、該端壁部に設けられた凹溝状座と、該凹溝
状座に揺動可能に嵌合されて前記立体カムの回転に伴う
接触線角度の変化に追従しながら前記立体カムに接触す
る追従接触部とを含み、シリンダヘッドに側壁部を摺動
可能にガイドする楕円穴状又は長円穴状のリフタガイド
穴が設けられたことを特徴とする。

【０００９】ここで、低回転用カムプロフィールにおけ
るバルブタイミングの位相、開弁作用角及びリフト量
と、高回転用カムプロフィールにおけるバルブタイミン
グの位相、開弁作用角及びリフト量は、個々の内燃機関
における要求事項に応じて適宜設定することができる。
もっとも、多くの場合、低回転用カムプロフィールは開
弁作用角及びリフト量が小さく、高回転用カムプロフィ
ールは開弁作用角及びリフト量が大きい。

【００１０】変位装置により立体カムを段階的に変位さ
せる場合、二段階に変化させてもよいが、その場合は二
段階の変位を調節できるようにすることが好ましい。さ
らに好ましくは、立体カムを少なくとも三段階に変位さ
せることである。最も好ましくは、立体カムを連続的に
変位させることである。変位装置は特定の構造に限定さ
れず、油圧、電磁力等を利用したものを例示できる。

【００１１】「凹溝状座」としては、半円筒内面（又は
類似の内面）座、Ｖ字座等を例示できる。

【００１２】また、凹溝状座及び追従接触部の長手方向
を側壁部の長径方向又は長円方向とすることが好まし
い。追従接触部のカム当たり面長さを大きくとることが
できるため、たとえシリンダボア径が小さくても、高回
転・高出力に必要なリフト量を得ることができるからで
ある。

【００１３】なお、本発明の可変動弁機構は、吸気バル
ブ又は排気バルブの何れか一方に適用することもできる
が、両方に適用することが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を吸気バルブ及び排
気バルブの両方に適用した可変動弁機構の実施形態につ
いて、図１〜図６を参照して説明する。よって、実施形
態において単にバルブというときは、吸気バルブと排気
バルブの両方を指す。

【００１５】カムシャフト１には、図１及び図５におい
て右側の低回転用カムプロフィールから左側の高回転用
カムプロフィールまで、カムプロフィールを軸方向に連
続的に変化させた立体カム２が形成されている。立体カ
ム２はベース円部２ａとノーズ部２ｂとからなり、ベー
ス円部２ａは、低回転用カムプロフィールにおいても高
回転用カムプロフィールにおいても同一半径であるた
め、傾斜の無い円柱面である。しかし、ノーズ部２ｂ
は、低回転用カムプロフィールにおいては開弁作用角及
びリフト量が小さく、高回転用カムプロフィールにおい
ては開弁作用角及びリフト量が大きいため、円錐面のよ
うに傾斜している。

【００１６】カムシャフト１の端部には、内燃機関の回
転数等の運転状況に応じてカムシャフト１及び立体カム
２を軸方向へ連続的に変位させる変位装置３が設けられ
ている。変位装置３は、例えば、スプラインを用いたカ
ムシャフト１のガイド部と、油圧を用いたカムシャフト
１の駆動部とからなり（いずれも図示略）、内燃機関の
回転センサやアクセル開度センサ等に基づいて作動する
マイクロコンピュータ等の制御装置（図示略）により制
御されるようになっている。

【００１７】カムシャフト１の下方には、立体カム２の
カムプロフィールに基づいて上下方向に往復動すること
によりバルブ４を開閉する直打式バルブリフタ１０が配
されている。バルブ４のステム部４ａは、シリンダヘッ
ド７に固定されたバルブガイド２５に挿通されてガイド
されている。

【００１８】直打式バルブリフタ１０は、楕円筒状の側
壁部１３と、該側壁部１３の上端部に設けられた楕円板
状の端壁部１１と、端壁部１１の上面に設けられた凹溝
状座としての半円筒内面座１９と、該半円筒内面座１９
に揺動（ロール運動）可能に嵌合された追従接触部２１
とを含んでいる。シリンダヘッド７には楕円穴状のリフ
タガイド穴８が形成され、前記側壁部１３はリフタガイ
ド穴８に上下摺動可能かつ回転不能にガイドされてい
る。シリンダヘッド７のリフタガイド穴８の周囲部位に
は、立体カム２の回転軌跡を逃がすための逃がし凹部１
５が形成されている。

【００１９】端壁部１１の下面中心部がバルブ４の端部
を押圧するための押圧部１２となっており、押圧部１２
とバルブ４の端部との間にはバルブクリアランス調整用
のシム９が介装されている。バルブ４の上端近傍に取り
付けられたバルブリテーナ５には、バルブ４をリフタ１
０側へ付勢するためのバルブスプリング６の上端が当接
している。また、リフタガイド穴８の真下のシリンダヘ
ッド７にはバルブスプリング６の下端を抱持するための
スプリング用凹部２６が凹設され、スプリングシート２
７が当てられている。

【００２０】追従接触機構１７を構成する前記半円筒内
面座１９及び追従接触部２１について詳述すると、端壁
部１１の上面中央部には立体カム２の軸線とは直角方向
に長い隆起部１８が一体的に形成され、隆起部１８には
同方向に延びる半円筒内面座１９が凹設されている。半
円筒内面座１９の両端は突き抜けるように開放されてお
り、邪魔物が無いため、半円筒内面座１９の精密加工を
容易にかつ精度良く行うことができる。また、半円筒内
面座１９の長手方向略中央部には係合凹部２０が設けら
れている。係合凹部２０の内底面は平ら又は緩い湾曲凹
面であるため、係合凹部２０の加工を容易に行うことが
できるとともに、係合凹部２０の両内側面の研磨加工を
容易にかつ精度良く行うことができる。

【００２１】追従接触部２１は、半円筒内面座１９に揺
動可能に接触する半円柱面２２と、立体カム２に接触す
る平らな接触面２３とを含む、半割り円柱状のものであ
る。半円柱面２２の長手方向中央部には扇形の係合凸部
２４が一体的に設けられ、該係合凸部２４が係合凹部２
０に係合して揺動可能に挟まれている。この係合によ
り、追従接触部２１の長手方向の端面が現れた状態で、
追従接触部２１の長手方向の移動が規制されている。

【００２２】追従接触部２１は、小角度の揺動によっ
て、立体カム２の回転に伴う接触線角度の変化に追従し
ながら、接触面２３が立体カム２に接触するようになっ
ている。このとき、立体カム２は追従接触部２１の接触
面２３をその長手方向に摺接していくが、前記の通り追
従接触部２１の長手方向の移動を規制しているので、追
従接触部２１が半円筒内面座１９から外れることはな
い。

【００２３】また、本実施形態では、半円筒内面座１９
及び追従接触部２１の長手方向を端壁部１１及び側壁部
１３の長径方向としているので、追従接触部２１のカム
当たり面長さ（接触面２３の長手方向長さ）を長くでき
る。しかも、追従接触部２１の長手方向の端面が現れた
状態で、追従接触部２１の長手方向の移動を規制してい
るので、該端面に規制壁を設ける必要が無く、追従接触
部２１のカム当たり面長さを最大限にとることができ
る。例えば排気量１．５リットルの４気筒内燃機関にお
いては、端壁部１１及び側壁部１３を短径３１ｍｍ・長
径３４ｍｍ程度の楕円とすることにより、追従接触部２
１のカム当たり面長さを約３４ｍｍとることができる。
従って、シリンダボア径の小さい内燃機関であっても、
立体カム２のノーズ部２ｂ高さを高くして、高回転・高
出力に必要なバルブ４のリフト量を得ることができる。

【００２４】また、楕円筒状の側壁部１３が楕円穴状の
リフタガイド穴８に上下摺動可能かつ回転不能にガイド
されるという簡単な構成により、立体カム２に対する半
円筒内面座１９及び追従接触部２１の回転を阻止でき
る。

【００２５】本実施形態の可変動弁機構は、次のように
作用する。まず、内燃機関の低回転時には、カムシャフ
ト１が変位装置３により図１において左方向へ変位し、
立体カム２のうちの右側の低回転用カムプロフィールが
追従接触部２１に対応する。

【００２６】そして、ベース円部２ａが追従接触部２１
の接触面２３に接触するとき、その接触線角度は立体カ
ム２の軸線に対し平行であるから、接触面２３は端壁部
１１に対し傾かないで、ベース円部２ａに接触する。し
かし、ノーズ部２ｂが追従接触部２１の接触面２３に接
触するとき、その接触線角度は立体カム２の軸線に対し
例えば数度〜１０数度程度傾くから、追従接触部２１は
同角度分だけ揺動して、接触面２３がノーズ部２ｂにう
まく接触する。

【００２７】このように、追従接触部２１は立体カム２
の１回転毎に小角度揺動して、接触線角度の変化に追従
しながら立体カム２に接触し、ノーズ部２ｂに押圧され
る。従って、直打式バルブリフタ１０は低回転用カムプ
ロフィールに基づいて上下に往復動し、図６の曲線Ｌに
示すように、排気側及び吸気側のバルブ４を小さい開弁
作用角及びリフト量で開閉させ、低速トルクを高めると
ともに、燃費を向上させる。

【００２８】また、内燃機関の高回転時には、図５に示
すように、カムシャフト１が変位装置３により右方向へ
変位し、立体カム２のうちの左側の高回転用カムプロフ
ィールが追従接触部２１に対応する。

【００２９】そして、追従接触部２１は、立体カム２の
１回転毎に１回揺動して、接触線角度の変化に追従しな
がら立体カム２に接触し、ノーズ部２ｂに押圧される。
従って、直打式バルブリフタ１０は高回転用カムプロフ
ィールに基づいて上下に往復動し、図６の曲線Ｈに示す
ように、排気側及び吸気側のバルブ４を大きい開弁作用
角及びリフト量で開閉させ、吸気量を増やし、高速出力
を高める。

【００３０】そして、上記の低回転時から高回転時に至
る途中においても、回転数、アクセル開度等の運転状況
に応じて、カムシャフト１が変位装置３により連続的に
変位し、立体カム２のうちの中間部位のカムプロフィー
ルが追従接触部２１に対応する。従って、直打式バルブ
リフタ１０はそのカムプロフィールに基づいて上下に往
復動し、図６の曲線Ｍに示すように、バルブ４を中間的
な開弁作用角及びリフト量で開閉させ、運転状況に応じ
たトルク及び出力を発生させる。

【００３１】以上のように、本実施形態の可変動弁機構
によれば、内燃機関の低回転時から高回転時まで、バル
ブタイミング及びリフト量を連続的に変化させて、内燃
機関の運転状況に応じた精密な制御を行なうことがで
き、もってトルク、出力、燃費、排気ガスのクリーン性
等の諸特性を全回転域にわたって最大限に向上させるこ
とができる。また、カムシャフト１の変位によって、前
記変化をスムーズかつ静かに行なわせることができる。

【００３２】なお、本発明は前記実施形態の構成に限定
されるものではなく、例えば次のように、発明の趣旨か
ら逸脱しない範囲で変更して具体化することもできる。 （１）図７に示すように、前記側壁部１３を長円筒状と
し、前記端壁部１１を長円板状とし、前記リフタガイド
穴８を長円穴状とすること。

【００３３】（２）前記実施形態においては、押圧部１
２とバルブ４の端部との間にバルブクリアランス調整用
のシム９が介装されているが、このシム９を省略するこ
と。この場合、追従接触部２１として厚さが少しずつ異
なるもの（半円柱面２２の半径が少しずつ異なることに
よって厚さが異なる第一の態様と、半円柱面２２の半径
は一定でも接触面２３の高さが少しずつ異なることによ
って厚さが異なる第二の態様とがある。）を用意し、こ
れを適宜選択して取替えることにより、バルブクリアラ
ンス調整をすることが好ましい。さらに、第一の態様の
場合、半円柱面２２の半径が少しずつ異なることに対応
できるよう、半円筒内面座を、円筒中心の左右で円筒の
軸線が交わるような形状に変更したり、Ｖ字座に変更し
たりすることが好ましい。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述した通り、請求項１の発明に係
る可変動弁機構によれば、立体カムにより、内燃機関の
低回転時から高回転時まで、バルブタイミング及びリフ
ト量を連続的に又は段階的に変化させて、内燃機関の運
転状況に応じた精密な制御を行なうことができ、もって
トルク、出力、燃費、排気ガスのクリーン性等の諸特性
を全回転域にわたって最大限に向上させることができる
だけでなく、立体カムに対する座部材及び追従接触部の
回転を簡単な構成で阻止できる、という優れた効果を奏
する。

【００３５】上記効果に加え、請求項２の発明に係る可
変動弁機構によれば、シリンダボア径が小さくても、高
回転・高出力に必要なリフト量を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る可変動弁機構を示す斜
視図である。

【図２】同可変動弁機構の主要部材の分解斜視図であ
る。

【図３】同可変動弁機構の平面図である。

【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】同可変動弁機構によるバルブタイミング及びリ
フト量を示すグラフである。

【図７】実施形態の変更例を示す断面図である。

【図８】従来例の可変動弁機構を示す斜視図である。

【符号の説明】

２ 立体カム ３ 変位装置 ４ バルブ ７ シリンダヘッド ８ リフタガイド穴 １０ 直打式バルブリフタ １１ 端壁部 １３ 側壁部 １８ 隆起部 １９ 半円筒内面座 ２０ 係合凹部 ２１ 追従接触部 ２２ 半円柱面 ２３ 接触面 ２４ 係合凸部 ２５ バルブガイド ２６ スプリング用凹部 ２７ スプリングシート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低回転用カムプロフィールから高回転用
   カムプロフィールまでカムプロフィールを軸方向に連続
   的に変化させた立体カムと、 前記立体カムを軸方向へ連続的に又は段階的に変位させ
   る変位装置と、 前記立体カムのカムプロフィールに基づいて往復動する
   ことによりバルブを開閉する直打式バルブリフタとを備
   えた可変動弁機構であって、 前記直打式バルブリフタは、楕円筒状又は長円筒状の側
   壁部と、該側壁部の端部に設けられた端壁部と、該端壁
   部に設けられた凹溝状座と、該凹溝状座に揺動可能に嵌
   合されて前記立体カムの回転に伴う接触線角度の変化に
   追従しながら前記立体カムに接触する追従接触部とを含
   み、 シリンダヘッドに前記側壁部を摺動可能にガイドする楕
   円穴状又は長円穴状のリフタガイド穴が設けられたこと
   を特徴とする可変動弁機構。
2. 【請求項２】 前記凹溝状座及び追従接触部の長手方向
   を前記側壁部の長径方向又は長円方向とした請求項１記
   載の可変動弁機構。