JPH1136828A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】弁ばね座を安定させつつ、弁ばねのばね荷重の
調整効果を確保して弁ばね荷重を内燃機関の回転に応じ
たものにし、その燃費低下や出力低下を招くことなく円
滑に吸気バルブや排気バルブを開閉動作させる。 【解決手段】シリンダヘッド１５にはピストン４５が吸
気バルブ１９の開閉方向と直交する方向に摺動可能に収
容される。ピストン４５の摺動方向においてその前後に
は油圧室４６，４７が形成され、油圧室４６，４７はエ
ンジンによって駆動回転される循環ポンプからの圧油を
導入してピストン４５を移動させる。カムフォロワ４３
にはばね受金具５２が回動可能に設けられ、ピストン４
５にはばね受金具６０が回動可能に設けられる。両ばね
受金具５２，６０間に吸気バルブ１９を閉方向に付勢す
る弁ばね５０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、内燃機関の吸気バ
ルブや排気バルブを開閉駆動させるための動弁装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車載用エンジン等の内燃機関に
おいて、シリンダヘッドには、吸気通路と燃焼室とを連
通・遮断する吸気バルブと、排気通路と燃焼室とを連通
・遮断する排気バルブとが設けられている。通常、吸気
及び排気バルブの開動作は吸気及び排気カムの押圧力に
よって行われ、吸気及び排気バルブの閉動作は弁ばねの
付勢力によって行われる。従って、内燃機関の高回転時
に吸気及び排気バルブが確実に閉動作を行うようにする
には、上記弁ばねのばね荷重を高くするのが好ましい。

【０００３】しかし、上記弁ばねのばね荷重を過度に高
くすると、吸気及び排気カムが吸気及び排気バルブを押
圧するとき、その吸気及び排気カムと吸気及び排気バル
ブとの間に大きな摩擦力が働くようになる。そして、こ
の摩擦力は、それらバルブを駆動する際の抵抗になり、
内燃機関の燃費低下や出力低下を招くこととなる。

【０００４】上記の動弁装置における問題点を解決する
ため、特開昭５７−１３２０７号公報に示される弁ばね
装置が提案されている。この弁ばね装置は、シリンダ内
に弁ばね座としてのピストンを摺動自在に嵌挿し、吸・
排気弁を常閉方向に付勢する弁ばねの一端をピストンに
て支持する。そして、ピストンの背部に形成した油圧室
に、機関によって駆動回転される循環ポンプからの油圧
を導入してピストンを吸・排気弁の開閉方向に移動させ
ることにより弁ばねのばね荷重を調節するようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の弁ば
ね装置においては、弁ばね座がフローティング状態のピ
ストンであるため、弁ばね座が安定しないばかりでな
く、弁ばね荷重が油圧室に直接作用するため、油圧が大
きくなる。また、油圧室は弁ばねに直列に接続されたば
ねとして作用するため、油圧室及び弁ばねのばね定数が
小さくなり、弁ばねのばね荷重の調整効果が小さい。

【０００６】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、弁ばね座を安定させつつ、
弁ばねのばね荷重の調整効果を確保して弁ばね荷重を内
燃機関の回転に応じたものにし、その燃費低下や出力低
下を招くことなく円滑に吸気バルブや排気バルブを開閉
動作させることができる内燃機関の動弁装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【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に記載の発明は、内燃機関のシリンダヘッ
ドに対してバルブを摺動可能に設け、該バルブの外端部
とシリンダヘッドに設けた弁ばね座との間に弁ばねを介
装し、該弁ばねによってバルブを常閉方向に付勢するよ
うにした内燃機関の動弁装置において、弁ばねとバルブ
の外端部とを回動可能に連結し、弁ばね座をバルブの開
閉方向と交差する平面内において移動させることにより
弁ばね長を変更するようにしたことをその要旨とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、内燃機関のシリ
ンダヘッドに対してバルブを摺動可能に設け、該バルブ
の外端部とシリンダヘッドに設けた弁ばね座との間に弁
ばねを介装し、該弁ばねによってバルブを常閉方向に付
勢するようにした内燃機関の動弁装置において、弁ばね
とバルブの外端部とを回動可能に連結することと、弁ば
ね座をバルブの開閉方向と交差する平面内において移動
させることにより弁ばね長を変更するための変更機構を
設けたことをその要旨とする。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の内燃機関の動弁装置において、変更機構は、弁ばね座
を回動可能に連結したピストンと、該ピストンはバルブ
の開閉方向と交差する平面内においてシリンダヘッドに
摺動可能に設けられていることと、ピストンの前後に設
けられ、かつ、内燃機関の回転状態に応じた圧油が導入
されてピストンを移動させるための第１油圧室及び第２
油圧室とを備えることをその要旨とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を直列４気筒のＤＯ
ＨＣ（ダブルオーバーヘッドカムシャフト）構造の自動
車用エンジンに適用した一実施形態を図面に従って説明
する。

【００１１】図１に示すように、エンジン１１のシリン
ダブロック１１ａには四つのピストン１２（図１には一
つのみ図示）が往復移動可能に設けられ、ピストン１２
はコンロッド１３を介してエンジンの出力軸であるクラ
ンクシャフト１４に連結されている。ピストン１２の往
復移動は、このコンロッド１３によりクランクシャフト
１４の回転へと変換されるようになっている。

【００１２】また、シリンダブロック１１ａの上端には
シリンダヘッド１５が設けられ、シリンダヘッド１５と
ピストン１２との間には燃焼室１６が設けられている。
燃焼室１６にはシリンダヘッド１５に設けられた吸気ポ
ート１７及び排気ポート１８が接続されている。シリン
ダヘッド１５には吸気ポート１７及び排気ポート１８を
開閉するための吸気バルブ１９及び排気バルブ２０がそ
れぞれ設けられている。そして、吸気ポート１７と燃焼
室１６とは吸気バルブ２０の開閉により連通・遮断さ
れ、排気ポート１８と燃焼室１６とは排気バルブ２０の
開閉により連通・遮断される。

【００１３】また、シリンダヘッド１５には、吸気バル
ブ１９及び排気バルブ２０を開閉駆動するための吸気側
駆動軸２１及び排気側駆動軸２２が回転可能に支持され
ている。これら吸気側及び排気側駆動軸２１，２２はタ
イミングベルト２６を介してクランクシャフト１４に連
結され（クランクシャフト１４との連結態様は図示
略）、同ベルト２６によりクランクシャフト１４の回転
が吸気側及び排気側駆動軸２１，２２へ伝達される。

【００１４】上記吸気ポート１７及び排気ポート１８に
は、それぞれ吸気管３０及び排気管３１が接続されてい
る。この吸気管３０内及び吸気ポート１７内は吸気通路
３２となっており、排気管３１内及び排気ポート１８内
は排気通路３３となっている。その吸気管３０内の上流
端にはスロットルバルブ３５が設けられ、同バルブ３５
の開度は自動車のアクセル操作に基づき調節される。そ
して、こうしたスロットルバルブ３５の開度調節によ
り、燃焼室１６内へ吸入される空気の量が調節されるよ
うになっている。

【００１５】また、吸気管３０における燃焼室１６側の
端部（下流端）には、燃焼室１６内へ向かって燃料を噴
射するための燃料噴射弁３８が設けられている。この燃
料噴射弁３８は、空気が吸気通路３２を通って燃焼室１
６へ吸入されるとき、燃焼室１６へ向けて燃料を噴射
し、燃料及び空気からなる混合ガスを形成する。

【００１６】一方、シリンダヘッド１５には、点火プラ
グ３９が設けられている。そして、その点火プラグ３９
により燃焼室１６内に充填された混合ガスに対して点火
が行われると、その混合ガスの爆発によりエンジン１１
の動力が得られるとともに、燃焼後の混合ガスは排気ガ
スとして上記排気通路３３へ送り出されるようになる。

【００１７】次に、上記吸気及び排気バルブ１９，２０
を開閉駆動するための動弁装置について、図２〜図５に
基づき詳しく説明する。なお、吸気バルブ１９を開閉駆
動する機構と排気バルブ２０を開閉駆動する機構とはほ
ぼ同一構造であるため、以下吸気バルブ１９を開閉駆動
する機構について主に説明し、排気バルブ２０を開閉駆
動する機構については詳細な説明を省略する。

【００１８】図２，４に示されるように、シリンダヘッ
ド１５には前記吸気側駆動軸２１に設けられた吸気カム
４１に対応する位置において吸気バルブ１９が設けられ
ている。すなわち、シリンダヘッド１５にはガイドスリ
ーブ４４が貫通固定され、同ガイドスリーブ４４内に吸
気バルブ１９のステム４２が摺動可能に設けられてい
る。吸気バルブ１９の外端部には吸気カム４１に当接す
るカムフォロワ４３が設けられている。吸気側駆動軸２
１の回転に伴って吸気カム４１の凸部がカムフォロワ４
３に当接することにより、吸気バルブ１９が開方向に押
圧される。

【００１９】シリンダヘッド１５には前記ガイドスリー
ブ４４が貫通する位置において、ピストン４５が吸気バ
ルブ１９の開閉方向と直交する方向に摺動可能に収容さ
れている。ピストン４５の摺動方向においてその前後に
は第１及び第２油圧室４６，４７がそれぞれ形成されて
いる。両油圧室４６，４７はエンジン１１によって駆動
回転される循環ポンプからの圧油を導入してピストン４
５を吸気バルブ１９の開閉方向と直交する方向に移動さ
せるようになっている。本実施形態において、エンジン
１１の高回転時には、第１油圧室４６の油圧が第２油圧
室４７の油圧よりも高くなり、エンジン１１の低回転時
には、第２油圧室４７の油圧が第１油圧室４６の油圧よ
りも高くなる。従って、エンジン１１の高回転時には、
ピストン４５は図６に示すように右方向に移動され、エ
ンジン１１の低回転時には、ピストン４５は図７に示す
ように左方に移動される。

【００２０】ピストン４５には前記ガイドスリーブ４４
を摺動可能に挿通する長孔４８が形成され、同長孔４８
はピストン４５とガイドスリーブ４４との相対移動を許
容するようになっている。また、ピストン４５にはその
摺動方向と直交する両側面に一対の軸受け部４９が設け
られている。

【００２１】カムフォロワ４３とピストン４５との間に
は吸気バルブ１９を閉方向に付勢するためのコイルスプ
リングよりなる弁ばね５０が、ステム４２に遊嵌した状
態で介装されている。

【００２２】弁ばね５０の上下両端部には、弁ばね５０
を押圧した状態で保持するためのばね受金具５２，６０
が設けられている。両ばね受金具５２，６０は弁ばね５
０の各端部を係合して保持するためのフランジ５３，６
１を備えている。

【００２３】図４に示すように、ばね受金具５２の背面
（図において上面）側には、前記吸気バルブ１９のカム
フォロワ４３を挟むように対向する一対のアーム部５４
が設けられている。両アーム部５４及びカムフォロワ４
３はピン５９にて連結されており、これによってばね受
金具５２は吸気バルブ１９に対して相対回動可能になっ
ている。

【００２４】また、ばね受金具５２には前記ピストン４
５の摺動方向に延びる長孔５５が形成されている。同長
孔５５は前記ガイドスリーブ４４を摺動可能に挿通し、
ばね受金具５２とガイドスリーブ４４との相対移動を許
容するようになっている。

【００２５】一方、ばね受金具６０の背面（図において
下面）側には、対向する一対のアーム部６２が設けられ
ている。両アーム部６２には対向する面にピン６３がそ
れぞれ設けられ、両ピン６３は前記ピストン４５の軸受
け部４９に嵌合されている。これにより、ばね受金具６
０は前記ピストン４５の移動に伴って移動するととも
に、ピストン４５に対して相対回動可能になっている。

【００２６】また、ばね受金具６０にも前記ピストン４
５の摺動方向に延びる長孔６４が形成されている。同長
孔６４は前記ガイドスリーブ４４を摺動可能に挿通し、
ばね受金具６０とガイドスリーブ４４との相対移動を許
容するようになっている。

【００２７】次に、上記のように構成された動弁装置の
作用を、図６，７に基づいて説明する。なお、吸気バル
ブ１９の開閉動作と排気バルブ２０の開閉動作とは同一
であってタイミングが異なるのみであるため、吸気バル
ブ１９の開閉動作について説明し、排気バルブ２０の開
閉動作については詳細な説明を省略する。

【００２８】エンジン１１のクランクシャフト１４が回
転すると、その回転はタイミングベルト２６を介して吸
気側駆動軸２１に伝達される。図６（ａ）に示すよう
に、吸気側駆動軸２１が回転すると、吸気カム４１は所
定周期毎に吸気バルブ１９を弁ばね５０の付勢力に抗し
て押圧する。この押圧状態にあっては、吸気バルブ１９
は開放されて吸気通路３２（図１参照）と燃焼室１６
（図１参照）とが連通される。

【００２９】その後、吸気側駆動軸２１が回転して吸気
バルブ１９に吸気カム４１の押圧力が働かなくなると、
同吸気バルブ１９は弁ばね５０の付勢力によって閉鎖さ
れ、吸気通路３２と燃焼室１６とが遮断される。

【００３０】このとき、エンジン１１の低回転時には、
第２油圧室４７の油圧が第１油圧室４６の油圧よりも高
くなり、図７（ａ），（ｂ）に示すようにピストン４５
は左方に移動される。図７（ａ）はエンジン１１の低回
転時における吸気バルブ１９の閉鎖状態を示し、図７
（ｂ）は同じく低回転時における吸気バルブ１９の開放
状態を示す。

【００３１】ピストン４５の左方への移動に伴い、ばね
受金具５２、弁ばね５０及びばね受金具６０は弁ばね５
０のばね荷重によって吸気バルブ１９に対して一体的に
回動し、弁ばね５０の軸線と吸気バルブ１９の軸線とが
斜状に交差する。この結果、弁ばね５０の弁ばね長が図
６（ａ），（ｂ）に示す弁ばね長よりも長くなり、弁ば
ね５０の自然長に近づく。そのため、カムフォロワ４３
を介して吸気カム４１に作用するばね荷重は、弁ばね５
０が伸びた分だけ小さくなる。

【００３２】また、エンジン１１の高回転時には、第１
油圧室４６の油圧が第２油圧室４７の油圧よりも高くな
り、図６（ａ），（ｂ）に示すようにピストン４５は右
方に移動される。図６（ａ）はエンジン１１の高回転時
における吸気バルブ１９の閉鎖状態を示し、図６（ｂ）
は同じく高回転時における吸気バルブ１９の開放状態を
示す。

【００３３】ピストン４５の右方への移動に伴い、ばね
受金具５２、弁ばね５０及びばね受金具６０は弁ばね５
０のばね荷重によって吸気バルブ１９に対して一体的に
回動し、弁ばね５０の軸線と吸気バルブ１９の軸線とが
一致する。この結果、弁ばね５０が縮み、弁ばね５０の
弁ばね長が図７（ａ），（ｂ）に示す弁ばね長よりも短
くなる。そのため、カムフォロワ４３を介して吸気カム
４１に作用するばね荷重は、弁ばね５０が縮んだ分だけ
大きくなる。

【００３４】ちなみに、本実施形態において、高回転時
のバルブ閉鎖時の弁ばね５０のばね長をｈ、吸気バルブ
１９のリフト量をｘとし、ピストン４５の摺動量をｙと
した場合の吸気バルブ１９の軸線方向のばね荷重、すな
わち、カム荷重についてみてみる。高回転時におけるバ
ルブ閉鎖時のカム荷重をＦ１、バルブ開放時のカム荷重
をＦ２とし、低回転時におけるバルブ閉鎖時のカム荷重
をＦ３、バルブ開放時のカム荷重をＦ４とする。なお、
ばね定数をｋ、ばね自然長をｌとする。

【００３５】

【数１】 Ｆ１＝ｋ（ｌ−ｈ） …（１） Ｆ２＝ｋ（ｌ−ｈ＋ｘ） …（２） Ｆ３＝ｋ｛ｌ−（ｈ² ＋ｙ² ）^1/2 ｝×ｈ／（ｈ² ＋ｙ² ）^1/2 …（３） Ｆ４＝ｋ［ｌ−｛（ｈ−ｘ）² ＋ｙ² ｝^1/2 ］ ×ｈ／｛（ｈ−ｘ）² ＋ｙ² ｝^1/2 …（４） 式（１）と式（３）とから分かるように、カム荷重Ｆ３
はカム荷重Ｆ１よりも小さくなる。また、式（２）と式
（４）とから分かるように、カム荷重Ｆ４はカム荷重Ｆ
２よりも小さくなる。

【００３６】以上詳述した本実施形態によれば、下記に
示す効果が得られるようになる。 ・シリンダヘッド１５にピストン４５を設け、同ピスト
ン４５をその前後に設けた第１及び第２油圧室４６，４
７に導く油圧によって、吸気バルブ１９の開閉方向とほ
ぼ直交する方向に移動するようにし、弁ばね５０のばね
受金具６０をピストン４５に対して相対回動可能に設け
た。そのため、カムからバルブに作用する押圧力は第１
及び第２油圧室４６，４７に対してほとんど影響を及ぼ
さない。従って、小さな油圧にてピストン４５を移動さ
せて弁ばね５０のばね荷重を調節することができるとと
もに、ピストン４５を安定させることができる。また、
バルブの開閉方向において、第１及び第２油圧室４６，
４７を設けていないため、弁ばね５０のばね荷重の調整
効果を確保することができる。

【００３７】・エンジン１１の回転に応じた圧油を第１
及び第２油圧室４６，４７に導入してピストン４５を移
動させ、これによりばね受金具６０の位置を調節して弁
ばね５０の作用方向をバルブの軸に対して角度をもた
せ、弁ばね長を変更するようにしている。そのため、カ
ムに加わる荷重をエンジン１１の回転に応じたものに
し、その燃費低下や出力低下を招くことなく円滑にバル
ブを開閉動作させることができる。

【００３８】なお、上記実施形態に代えて、以下のよう
に変更することもできる。 ・上記実施形態では、吸気バルブ１９の動弁装置と排気
バルブ２０の動弁装置との両方に本発明を適用したが、
いずれか一方のバルブの動弁装置のみに適用してもよ
い。

【００３９】・上記実施形態では、直接駆動式のＯＨＣ
構造のエンジン１１に具体化したが、その他のＯＨＣ構
造（ロッカアーム式またはスイングアーム式）のエンジ
ンに具体化したり、ＯＨＶ（オーバーヘッドバルブ）構
造のエンジンに具体化したりすることも可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
弁ばね座を安定させつつ、弁ばねのばね荷重の調整効果
を確保して弁ばね荷重を内燃機関の回転に応じたものに
し、その燃費低下や出力低下を招くことなく円滑に吸気
バルブや排気バルブを開閉動作させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の動弁装置が適用されたエンジンの
構成を示す断面図

【図２】吸気バルブを開閉駆動する動弁装置を示す正断
面図

【図３】図２の１−１線断面図

【図４】吸気バルブを開閉駆動する動弁装置を示す側断
面図

【図５】図２の２−２線断面図

【図６】エンジンの高回転時の吸気バルブの開閉動作を
示す正断面図

【図７】エンジンの低回転時の吸気バルブの開閉動作を
示す正断面図

【符号の説明】

１１…エンジン、１５…シリンダヘッド、１９…吸気バ
ルブ、２０…排気バルブ、４５…変更機構を構成するピ
ストン、４６，４７…変更機構を構成する第１及び第２
油圧室、５０…弁ばね、６０…弁ばね座としてのばね受
金具。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のシリンダヘッドに対してバル
   ブを摺動可能に設け、該バルブの外端部と前記シリンダ
   ヘッドに設けた弁ばね座との間に弁ばねを介装し、該弁
   ばねによってバルブを常閉方向に付勢するようにした内
   燃機関の動弁装置において、 前記弁ばねと前記バルブの外端部とを回動可能に連結
   し、前記弁ばね座を前記バルブの開閉方向と交差する平
   面内において移動させることにより弁ばね長を変更する
   ようにした内燃機関の動弁装置。
2. 【請求項２】 内燃機関のシリンダヘッドに対してバル
   ブを摺動可能に設け、該バルブの外端部と前記シリンダ
   ヘッドに設けた弁ばね座との間に弁ばねを介装し、該弁
   ばねによってバルブを常閉方向に付勢するようにした内
   燃機関の動弁装置において、 前記弁ばねと前記バルブの外端部とを回動可能に連結す
   ることと、 前記弁ばね座を前記バルブの開閉方向と交差する平面内
   において移動させることにより弁ばね長を変更するため
   の変更機構を設けた内燃機関の動弁装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の内燃機関の動弁装置に
   おいて、 前記変更機構は、前記弁ばね座を回動可能に連結したピ
   ストンと、該ピストンは前記バルブの開閉方向と交差す
   る平面内において前記シリンダヘッドに摺動可能に設け
   られていることと、 前記ピストンの前後に設けられ、かつ、内燃機関の回転
   状態に応じた圧油が導入されて前記ピストンを移動させ
   るための第１油圧室及び第２油圧室とを備える内燃機関
   の動弁装置。