JPS58220910A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、内燃機関の動弁装置で特に１弁スプリング
のバネ荷重を機関の運転状態に応じて可変にしてカムシ
ャフト部におけるフリクシ目ンロスを低減する技術に関
する。

一般に、自動車用内燃機関においては、吸、排気弁を開
く動力はクランク軸からギヤかチェーンを介してカムシ
ャ７）Ｋ伝へられ、仁のカムシャフトの回転運動をロッ
カアーム等を介して往復運動に変換することによって吸
、排気弁が開閉されるようＫなっている。

従来、この動弁装置として例えば第１図に示すようなも
のがある（長尾不二夫著゛「内燃機関講義」上巻筒４１
５頁養賢堂１９８０年発行参照）。

これは、まずシリンダヘッドｌには、弁ガイ「２を介し
て吸、排気弁３が摺動自由に保持される。

この吸、排気弁３の弁端部近傍にはコレット４を介して
弁スプリングリテーナ５が組み付けられ、　゛この弁ス
プリングリテーナ５とシリンダヘッド１上面の台座部６
との間に、吸、排気弁３を常に閉弁方向に付勢するイン
ナスプリング７とアウタスプリング８が介装される。

また、上記吸、排気弁３の弁端部には、ロッカシャフト
９によりその中央部において揺動（回転）自由に支持さ
れたロッカアーム１０の一端が弁アジャストスクリュー
１を介して当接し、このロッカアームｌＯの他端がカム
シャフト１２に当接している。

従って、図外のクランク軸に同期してカムシャフト１２
が回転すると、カムシャフト１２のリフトｔに応じてロ
ッカアーム１０が図中上、下方向に揺動し、これ罠よっ
て吸、排気弁３が機関の回転に同期して開閉作動される
ことになる。

ところで、今上述した弁スプリング７．８のノ々ネカが
ロッカアーム１０を介、七て常時作用する力１［１ ムシャ７ト１２の回転負荷荷重を考えると、第２図に示
すように低速時（例えば３０００ｒｐｍ）では弁リフト
量に応じて圧縮される弁スプリング７゜８のバネ力（バ
ネ荷重）に略等しく、最大リフト時に最も大きくなる。

そして、カムシャフト１２の回転数が高くなる荷重にな
り、リフト開始近辺ではバネ力に慣性力を加えたものに
なって著しく大きくなシ、最大リフト近辺ではバネ力か
ら慣性力をマイナスしたものになって小さくなる。

そこで、従来例における弁スプリング７．８のバネ力及
びバネ定数の設計方法としては、まず弁閉時に吸入負圧
の作用やススのかみ込みＫよって吸、排気弁３にクリア
ランスが生じないように取付荷重が設定される。更に機
関最高回転時にカムシャツ）１２に加わる荷重が上述し
た慣性力によってゼロにならないように（即ち、ゼロに
なるとカムシャフト１２の動きに吸、排気弁３が追従し
なくなる）、リ−ｙ　”’　）時のバネ荷重が設定され
る。

このようにして、最大９７ト近辺のバネ力が最高回転時
の慣性力から決定されるので、低速時における最大１ｙ
フト近辺のバネ力が過大になってしまう。

一方、カムシャフト１２とロッカアーム１０との当接部
のフリクションを考えると、該当接部の潤滑状態は滑り
速度、面圧、接触面形状などから境界潤滑領域と流体潤
滑領域が混じった混合潤滑状態であると考えられる。２
７、 つまり、面圧が高く滑り速度の小さい領域和、摺動面同
士の固体接触が生じやすく境界潤滑状態となり、逆に血
圧が低く滑シ速度が大きい領域和、摺動面間圧油膜が形
成され流体潤滑領域と々るのである。

従って、カムシャツ）１２の回転数が低い場合は、滑シ
速度が小さく、しかも上述したように慣性力が小さいた
めに最大リフト近辺では荷重が高くかつこの時のカムシ
ャツ）１２の曲率半径も小さいことがら面圧も高いので
、境界Ｙ閏滑状態が支配的になる。一方、カムシャツ）
１２の回転数が高い集合は、滑り速度が大きく、シかも
上述したように今度は慣性力が大きいために最大リフト
近辺では荷重が低いことから面圧も低い（尚、高回転時
におけるリフト開始位置近辺では上述したように荷重は
直いが、この時のカムシャフト１２の曲率半径は大きい
ため面圧はそれ程高くならない）ので、流体潤滑領域が
支配、的になる。

そして、上記境界潤滑と流体−滑では、摩擦係数は桁違
いに境界潤滑の方が大きい。

このようにして、従来の動弁装置、におっては、弁スプ
リング７．８のバネ力が上述した取付荷重及び最高回転
時の慣性力などによって決定され、しかもこのバネ力は
低速域から高速域まで常に一定と々っていたため、低速
域においてはバネ力が過大となってしまい、カムとヤフ
□ト１２．部の潤滑状態が滑ル速度の低下に加えて著し
い面圧の上昇によシ境界潤滑となる。

この結果、第３図にも示したように低速域では摩擦トル
クが著しく犬きくな、す、これが燃費を悪化させる重要
な要因圧なっていた。

この発明は、このような従来の問題点に着目してなされ
たもので、上述した弁スプリングのパネ荷重を機関の運
転状態に応じて可変にし、＠に低速域では上記バネ荷重
を高速域よシも減少させることＫよってカムシャフト部
の潤滑状態を改善し、機関の７リクシヨンロスを低減し
て燃費の向上をはかる仁とを目的とする。

そのために、この発明ではカムシャフトの動きを吸、排
気弁に伝達するための弁スプリングを備えた内燃機関の
動弁装置において、吸、排気弁の弁端部に固設した第１
の弁スプリングリテーナとシリンダヘッドの台座部の中
間に、弁軸方向に移動可能な第２の弁スプリングリテー
ナを介設して、上記弁スプリングを弁軸方向に二段に亘
って介装すると共に、第２の弁スプリングリテーナを機
関の運転状態に応じて弁軸方向の所定位置に弁開時のみ
固定する手段を設けるように構成される。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する〜。

＠４図に示すように、吸、排気弁３の弁端部に固設され
た第１の弁スプリングリテーナ５と、シリンダヘラＰ１
の上面に形成された台座部６との中間に位商゛シて第２
の弁スプリングリテーナ１３が介設され、仁の第２の弁
スプリングリテーナ１３の上、下面に、弁軸方向に二段
に亘って介装された第１のインチ及びアウタスプリング
７Ａ、８Ａと第２のインナ及びアウタスプリング７Ｂ、
８Ｂの各々の一端部が担持される。

上記第２の弁スプリングリテーナ１３は、第６図にも示
したようにリング状に形成され、その内周孔部１４にお
いて弁ガイド２上を弁軸方向に移動可能に設けられると
共に、その外周部に、後述する回転式ストッパ１６と係
合できるように第４図中水平方向（半径方向）Ｋ突出し
た突起部１５が円周方向に所定の間隔をおいて複数形成
される。

一方、上記第２の弁スプリングリテーナ１３を機関の運
転状態に応じて弁軸方向の所定位置に弁開時のみ固定す
る手段として、所定径の筒状の回転式ストッパ１６が、
その下端部においてシリンダヘッド１の上面゛に１弁ガ
イド２と同心円状に形成されたガイＰ溝１７１Ｃ案内さ
れて、弁軸回りに回転（可逆転）可能に設けられる。

そして、上記回転式ストッパ１６の上端面Ｋ。

上述した第２の弁スプリングリテーナ１３の突起部１５
とその数及び周間隔が対応するようにして、凹、凸部１
８Ａ、１８Ｂが円周方向に交互に形成される。　　・ 従って、上記ストッパ１６の回転位相が、第７図（４）
に示したように上記リテーナ１３の突起部１５がストッ
パ１６の凹部１８Ａと弁軸方向に一致するような位置に
ある時は、上記リテーナ１３の弁軸方向の移動は弁開時
及び弁閉時を問わず（言い換えれば上、下動自由Ｋ）許
容される一方、上記突起部１５が第７図０３）に示した
ようにストツノ臂１１３の凸部１８Ｂと弁軸方向に一致
するような位置にある時は、上記リテーナ１３の弁軸方
向の移動は弁閉時（上方向移動）は許容されるが、弁開
時（下方向移動）は突起部１５と凸部１８Ｂの当接によ
シ阻止されるとと圧なる。

鷹た。第５図にも示したように上記回転式ストツノ４１
６の外周部の一部にビニ□オンギヤ１９が一体的に取シ
付けられ、このビニオンヤヤ１９と噛合するラックギヤ
２０のシャフト部がガイド２１を介してダイヤフラム式
の負圧アクチュエータ２２に連結される。

この負圧アクチュエータ２２の圧力室２２Ａには、圧力
通路２３の途中に介装され九′三方電磁弁２４を介して
機関の吸入負圧と大気とが選択的に導入される。

そして、上記三方電磁弁２４は１機関の設定回転数を境
にして０Ｎ−ＯＦＦする回転スイッチ２５に応動し、機
関回転数が設定値よル低く回転スイッチ２５がＯＮの時
は、上記圧力室２２Ａに吸入負圧が作用するように上記
通路２３を切換へ、これによってラックギヤ２０のシャ
フト部が第５図中上方に移動して、上述した回転式スト
ッパ１６をその凹部１８Ａが第２の弁スプリングリテー
ナ１３の突起部１５と弁軸方向に一致する位ｔ［まで回
転させる。一方、機関回転数が設定値以上で回転スイッ
チ２５がＯＦＦされると、上記圧力室２２Ａが今度は大
気に開放されるよう罠上記通路２３を切換へ、これによ
ってラックギヤ２０のシヤ７ト部が第５図中下方に移動
して、上述した回転式ストッパ１６を今度は逆にその凸
部１８Ｂが第２の弁スプリングリテーナ１３の突起部１
５と弁軸方向に一致する位置まで逆方向に回転させるよ
う罠なっている。

その他の構成は第１図と同様なので、第１図を参照して
ここでは詳しい説明は省略する。

このような構成のため、今機関の低速域（回転スイッチ
２５による設定回転数に達しない領域）では、上述した
ように三方電磁弁２４の切換作動によシ負圧アクチュエ
ータ２２の圧力室２２ＡＫ吸入負圧が作用されて回転式
ストツノ母１６の凹部１８Ａが第２の弁スプリングリテ
ーナ１３の突起部１５と弁軸方向に一致される（第７図
囚の状態）。

これＫよ郵、弁全閉時ＫＦｉ４本の弁スプリング７Ａ、
７Ｂ、８Ａ、８Ｂで取付荷重を受は本っことになる（上
記リテーナ１３の上方向移動がフリーであるため）。尚
、上記取持荷重は、弁全閉時の吸入負圧郷による開きを
防止する喪めのものであり、従来例と同等の取付荷重が
得られるように予め、４本の弁スプリング７Ａ、７Ｂ、
８Ａ、８Ｂの合計のバネ定数（伸張時の）が設定されて
いる。

一方、吸、排気弁３が開き始めフルリフ）Ｋなっても、
上記リテーナ１３はその突起部１５が回転式ストン／４
１６の凹部１８Ａの９姉挿入されて下方向移動可能であ
るため、結局４本の弁スプリング７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８
Ｂ全部が圧縮される。

この時の４本の合計のバネ定数（圧縮時の）は第８図の
バネ荷重特性で示すように予め従来例より小さく設定さ
れている。

この結果、当該運転域では特に最大リフト近辺でカムシ
ャツ）　１２Ｋかかる荷重が上記バネ力の低下により大
巾に低減され、これによって面圧も低下されるので、カ
ムシャフト１２部において流体潤滑状態が維持でき機関
の７リクシヨンロスが著しく低減される（第３図参照）
。

次に１機関の高速域（回転スイッチ２５による設定回転
数を越えた領域）では、今度は逆九三方電磁弁２４によ
って上述した圧力室２２Ａが大気に開放されて回転式ス
トッパ１６の凸部１８Ｂが第２の弁スプリングリテーナ
１３の突起部１５と弁軸方向に一致される（第７図（Ｂ
）の状態）。

これＫよシ、弁全閉時には、上述した低速域と同様に４
本の弁スプリング７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂで取付荷重を
受けもつことＫな夛（上記リテーナ１３の上方向移動が
依然としてフリーであるためχ従来例と同等の取付荷重
が得られる。

一方、吸、排気弁３が開き始めると、上記リテーナ１３
はその突起部１５が回転式ストン／４１６の凸部１ｓＢ
Ｋ尚接して下方向移動が阻止される（弁軸方向処固定さ
れる）ので、更に吸、排気弁３が開くと第１のインチ及
びアウタスプリング７Ａ。

８Ａのみが圧縮され、結局この２本の合計のバネ定数が
弁全開時のバネ荷重を決定する。この時の上記バネ定数
は第８図のバネ荷重特性で示すように予め最大リフト近
辺で従来例と同等のバネ荷重が得られるように設定され
ている。

この結果、尚該運転域では前述したように慣性力の増大
によシカムシャフト１２に加わるバネ荷重がゼロとなる
ことはなく、吸、排気弁３はカムシャフト１２の動きに
確実に追従する。

尚、上配笑施例＃−ｉこの発明を弁スプリングにインナ
スプリングとアウタスプリングの〆プルスプリングを用
いるものに適用したが、どちらか一方だけを用いるもの
にも適用できることは営う迄もない。

以上説明したようにこの発明によれば、弁スプリングの
バネ荷重を機関の運転状態に応じて可変にし、特に低速
域では上記バネ荷重を高速域よシも減少さぜるように構
成したので、動弁機能を損なうことなくカムシャフト部
の潤滑状態を改善でき、機関の７リクシヨンロスを低減
して燃費の向上がはかれるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の要部断面図、第２図はその荷重特性図
、第３図は摩擦トルクの比較特性図、第４図はこの発明
の要部断面図、第５図はその制御部の概略構成図、第６
図は同じく第２の弁スプリングリテーナの要部平面図、
第７図（４）、Ｑ３）は同じくその作用状態を示す各々
の要部正面図、第８図は同じ【この発明のバネ荷重特性
図である。 １２・・・カムシャフト、３・・・吸、排気弁、７Ａ及
び７Ｂ・・・第１及び第２のインナスプリング、８Ａ及
び８Ｂ・・・第１及び第２のアウタスプリング、５・・
・第１の弁スプリングリテーナ、１・・・シリンダヘッ
ド、６・・・台座部、１３・・・第２の弁スプリングリ
テーナ、１５・・・突起部、１６・・・回軒式ストツ１
４．１８Ａ及び１８Ｂ・・・凹部及び凸部、２２・・・
負圧アクチュエータ、２４・・・三方電磁弁、２５・・
・回転スイッチ。 特許出願人　　日産自動車株式会社 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　カムシャフトの動きに追随して吸、排気弁を閉弁方
   向に付勢する弁スプリングを備えた内燃機関の動弁装置
   において、吸、排気弁の弁端部に固設した第１の弁スプ
   リングリテーナとシリンダヘッドの台座部の中間に一弁
   軸方向に移動可能な第２の弁スプリングリテーナを介設
   して、上記弁スゲリングを弁軸方向に二段に亘って介装
   すると共に、第２の弁スプリングリテーナを機関の運転
   状態忙応じて弁軸方向の所定位置に弁開時のみ固定する
   手段を設けたことを特徴とする内燃機関の動弁装置。 λ　上記第一の弁スプリングリテーナは、その外聞部に
   形成した複数の突起部が、シリンダヘッド上にアクチュ
   エータを介して弁軸口Ｊ）Ｋ回転可能に設けられると共
   にその上端面に複数の凹凸部を有した筒状の回転式スト
   ッパの凸部Ｋ”ｈ接すること罠より、弁軸方向に固定さ
   れる特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の動弁装置。