(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムによりリフターを駆動して排気バルブと吸気バルブとを動弁する内燃機関の動弁駆動装置であって、
摩耗する前において、前記カムのベース円からの緩衝帯部を含む排気バルブの作動開始点は前記内燃機関のピストン上死点後、クランク角で７０度以降にあり、吸気バルブの作動終了点はカムのベース円から０．１mmのリフト点で前記内燃機関のピストン下死点後、クランク角で９０度以降にあり、且つ前記カムのベース円から０．１mmのリフト点以上での作動域で前記排気バルブと前記吸気バルブの作動オーバーラップ角度がクランク角で１５０度以上あるようにカムプロフィールを設定した内燃機関の動弁駆動装置。
【請求項２】
カムによりリフターを駆動して排気バルブと吸気バルブとを動弁する内燃機関の動弁駆動装置であって、
前記カムのベース円からの緩衝帯部を含む排気バルブの作動開始点は前記内燃機関のピストン上死点後、クランク角で７０度以降にあり、吸気バルブの作動終了点はカムのベース円から０．１mmのリフト点で前記内燃機関のピストン下死点後、クランク角で９０度以降にあり、且つ前記カムのベース円から０．１mmのリフト点以上での作動域で前記排気バルブと前記吸気バルブの作動オーバーラップ角度がクランク角で１５０度以上あるようにカムプロフィールを設定するとともに、
内燃機関の始動時間を計測する手段と、前記始動時間が所定時間を超えた場合に警報を発する警報手段とを備えた内燃機関の動弁駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気バルブと吸気バルブとを動弁する内燃機関の動弁駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、カムにより排気バルブと吸気バルブとを動弁する内燃機関の動弁駆動装置の例として、図５に示すように構成されたものがある。
図５に示した内燃機関の動弁駆動装置５０は、カムシャフト５１が回転されると、カムシャフト５１に形成されたカム５２がロッカーアーム５３を回動させ、バネ５４により閉じる方向に付勢されたバルブ（吸気バルブ、排気バルブ）５５を動弁するものである。
尚、ロッカーアーム５３の端部に螺合された調整ネジ５６は後述のバルブクリアランスを調整するものである。
【０００３】
以上のように構成された動弁駆動装置５０は、内燃機関の吸気過程で吸気バルブを開弁し、混合気を吸入した状態で閉弁したうえ、圧縮、爆発させたあと排気バルブを開弁して排気するという一連の行程を繰り返す。この一連の行程において内燃機関のクランクが回転され、クランクの２回転によりカムシャフト５１が１回転される。尚、排気行程から次の吸気行程に移行する場合の移行行程を効率的に行うため、排気バルブと吸気バルブの作動域にはオーバーラップ域を設けている。また、カム５２がバルブ５５を確実に開閉させるためにバルブ５５の作動しない領域ではカム５２のベース円に対してバルブクリアランスを設け、カム５２が作動領域に入っても、このバルブクリアランス分の作動域ではロッカーアーム５３のみが動き、バルブ５５は作動しない。そして、そのあとにロッカーアーム５３がバルブ５５を作動開始させる。ロッカーアーム５３がバルブ５５を作動開始させる場合、ロッカーアーム５３がバルブ５５に接触する瞬間の両者の相対速度が大きくなると、接触の際の衝撃音が大きくなるため、この接触する区間は接触の際の力積が等しくなるような等速度で作動する区間、即ち、緩衝帯を設けている。
尚、図６はカム５２の作動域及び上記緩衝帯を示した特性図であり、図７はカム５２が上記排気バルブ、吸気バルブを上記のように作動させるカムプロフィール特性図である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関において吸気−圧縮−爆発−排気の行程が繰り返されると、バルブ５５は内燃機関の燃焼室からの熱や、バルブシート５７に着座した場合の衝突などでバルブ５５やバルブシート５７が摩耗する。また、ロッカーアーム５３とカム５２の摺動により、あるいはロッカーアーム５３とバルブ５５との衝突により当該接触部が摩耗すると前述のバルブクリアランスが変化する。
内燃機関のピストン上死点後、少なくともクランク角が７０度まで燃焼が続くため、バルブクリアランスの変化に伴って排気バルブの実際の閉まる時期が変化し、内燃機関の燃焼中に排気バルブが閉まり切らないようになると、高温の燃焼ガスが隙間から漏れるために排気バルブが焼損するという問題が発生する。そのため、ある一定期間運転後に動弁駆動系の定期点検を行い、バルブクリアランスを調整することによって排気バルブの焼損を防止している。
【０００５】
カムシャフトとロッカーアームの摺動部では、カムシャフトの接触点の移動距離に対して、ロッカーアーム部の接触点の移動距離が小さい。つまり、同じ点で摺動していることになるため、ロッカーアーム側の摩耗が大きくなる。一方、バルブシート，バルブ部，バルブロッカーアーム部は燃焼室からの高温の熱により摩耗が進む。動弁駆動装置５０の場合、図８に示すようにバルブシート５７が摩耗すると、前述のバルブクリアランスが小さくなる方向に変化し、ロッカーアーム５３とカム５２、ロッカーアーム５３とバルブ５５の各接触部が摩耗すると、前述のバルブクリアランスが大きくなる方向に変化する。また、図９はロッカーアーム５３とカム５２の摩耗により両者の接触開始点がＡ点からＢ点にずれることを示したものである。
【０００６】
このように動弁駆動装置５０の上記各接触部の摩耗に伴なうバルブクリアランスの変化形態は複雑である。例え、摩耗のバランスがとれていてバルブクリアランスが一定であったとしても、ロッカーアーム５３とカム５２の各接触部が摩耗すると、ロッカーアーム５３及びカム５２が円運動する関係であるため、クランク角に対する作動領域がずれてくる。前述のように内燃機関の燃焼はピストン上死点後、クランク角が７０度まで続くため、例え、バルブクリアランスが一定であったとしても、排気バルブの作動領域がずれて排気バルブのリフト開始点が内燃機関のピストン上死点後、クランク角の７０度より前に来ると、高温の燃焼ガスが隙間から漏れて排気バルブが焼損するという問題が発生する。
そこで、上記バルブクリアランスの変化に対応するため、従来、耐摩耗性を高める材料を用いた上に表面処理の追加処理等をしているが、高価であるとともに、摩耗を完全に防止することはできない。そのため、前述の調整ネジ５６部などに油圧ラッシュアジャスタなどを用いる手段が提案されているが、構造が複雑で高価になるという問題がある。
【０００７】
そこで本発明では、定期点検をしなくても排気バルブが焼損する前に動弁駆動系の点検時期を認識することが可能な内燃機関の動弁駆動装置を提供することを解決すべき課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、特許請求の範囲の欄に記載した内燃機関の動弁駆動装置により解決することができる。
【０００９】
請求項１記載の内燃機関の動弁駆動装置によれば、バルブクリアランスの変化と、バルブのリフト開始点の変化は一意的に定まることから、動弁駆動系の摩耗が進行してバルブクリアランスがある値より小さくなると、排気バルブの作動開始点が早くなり、吸気バルブの作動終了点が遅くなるため、内燃機関のピストンの上昇により燃焼室内の混合気が吸気バルブから戻されることから圧縮圧力が低下し、始動時間が長くなる。これにより、動弁駆動系の摩耗が進行してバルブクリアランスがある値より小さくなると、内燃機関の始動を出来なくすることができるため、この時点でバルブクリアランスを点検し、調整すれば、排気バルブの焼損を防止することができる。
また、カムのベース円から０．１mmのリフト点以上での作動域で排気バルブと吸気バルブの作動オーバーラップ角度がクランク角で１５０度以上あるように拡大設定することにより、始動時に着火しなかった未燃混合気が排気行程中に排気バルブを通して排出され、上死点後、作動オーバーラップしている排気バルブより燃焼室に導くことができる。これにより、温度の上昇した未燃混合気は燃焼室内へ再度導入することにより始動性を高めるため、動弁駆動系の摩耗による前述の吸気バルブの作動終了点の遅れに伴なう内燃機関の始動性の急激な悪化を緩和することができる。
【００１０】
請求項２記載の内燃機関の動弁駆動装置によれば、内燃機関の始動時間を計測する手段と、前記始動時間が所定時間を超えた場合に警報を発する警報手段とを備えているため、動弁駆動系の摩耗によるバルブクリアランスの点検時期を警報手段による警報で認識することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、内燃機関の直動式の動弁駆動装置１の構成を略体的に示した構成説明図である。
動弁駆動装置１は、図１に示すようにバルブ（排気バルブ、吸気バルブ）２の軸２ａ上にカムシャフト３が配設されており、カムシャフト３の回転によりカムシャフト３に形成されたカム４がリフター５を押し下げると、バルブ２が開弁するように構成されている。尚、カム４のベース円に対して設けられたバルブクリアランスの領域ではカム４が作動領域に入ってもリフター５が押し下げられず、バルブ２はバルブシート６と接触した閉弁状態である。また、バルブ２はバネ７により閉じる方向に付勢されている。尚、シム８はバルブクリアランスを調整するものである。
【００１２】
図２は動弁駆動装置１のカムプロフィールを示したものである。
図２に示した動弁駆動装置１のカムプロフィールによれば、カム４のベース円からの緩衝帯部を含む排気バルブの作動開始点が、図示していない内燃機関のピストンの上死点後、クランク角で７０度以降になるような点に設定されている。また、吸気バルブの作動終了点は、カム４のベース円から０．１mmのリフト点で内燃機関のピストンの下死点後、クランク角で９０度以降になるような点に設定されている。更に、カム４のベース円から０．１mmのリフト点で排気バルブと吸気バルブの作動オーバーラップ角度がクランク角で１５０度以上あるように設定されている。
【００１３】
次に、動弁駆動装置１の作用について説明する。
カム４とリフター５との摺動等による摩耗により、カム４のベース円に対して設けられたバルブクリアランスが小さくなっていくと、排気バルブの作動開始点が早くなり、吸気バルブの作動終了点が遅くなるため、内燃機関のピストンの上昇により燃焼室内の混合気が吸気バルブから戻されることから圧縮圧力が低下し、始動時間が長くなる。また、カムシャフトの回転中心がバルブ軸の延長上同一線上にあるため、バルブシート−バルブ間の摩耗、バルブ−リフター間の摩耗とバルブクリアランスの変化は一意的に定まり、カムとシム間の摩耗も両者の接触点の移動距離が充分大きいことから、摩耗は前者に比べ小さくなる。
【００１４】
図３は、動弁駆動装置１のバルブクリアランスの変化に対する内燃機関の始動時間の変化を実験により計測した結果を示した特性図である。
カム４とリフター５との摺動等による摩耗により、動弁駆動装置１のバルブクリアランスが小さくなり、０．３mmより小さくなったところから始動時間が長くなり、０．１mm以下になると始動時間が極端に長くなる。この理由は、バルブクリアランスがある値より小さくなると、前述のように排気バルブの作動開始点が早くなり、吸気バルブの作動終了点が遅くなるため、内燃機関のピストンの上昇により燃焼室内の混合気が吸気バルブから戻されることから圧縮圧力が低下し、始動時間が長くなるためである。このように、始動時間が長くなり、０．１mm以下になると、事実上、始動ができなくなる。この時点で、排気バルブの作動開始点がピストンの上死点後、クランク角で７０度より後であれば、混合気の燃焼が終了しているため、排気バルブの焼損を防止することができる。そして、この時点で動弁駆動系のバルブクリアランスを調整すれば良い。
【００１５】
また、カム４のベース円から０．１mmのリフト点以上での作動域で排気バルブと吸気バルブの作動オーバーラップ角度がクランク角で１５０度以上あるように拡大設定されているため、始動時に着火しなかった未燃混合気が排気行程中に排気バルブを通して排出され、上死点後、作動オーバーラップしている排気バルブより燃焼室に導くことができる。これにより、温度の上昇した未燃混合気は内燃機関の始動性を高めるため、前述の内燃機関の始動時間の急激な変化、即ち始動性の急激な悪化を緩和することができる。
【００１６】
図４は、動弁駆動装置１のバルブクリアランスが小さくなって内燃機関の始動時間が設定時間を超えた場合に警報を発する警報システム１０の構成を示したものである。
警報システム１０のコントロールユニット１１は、スタータ１２に出力された印加電圧をトリガーとして、クランク軸あるいはカムシャフトなどに取り付けられた回転検出用センサ１３からの信号に基づく回転数がクランキング回転数の２倍以上となるまでの時間を計測し、その時間が例えば５秒以上となった場合に警報装置１４に警報信号を出力し、警報装置１４から警報を出させる。尚、回転検出用センサ１３を用いる代わりに点火装置の点火信号により回転数を検出しても良い。
【００１７】
このように、警報システム１０を装備すれば、動弁駆動系の摩耗によるバルブクリアランスの点検時期を警報で知ることができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、定期点検をしなくても排気バルブが焼損する前に動弁駆動系の点検時期を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】動弁駆動装置の構成を略体的に示した構成説明図である。
【図２】動弁駆動装置のカムプロフィールを示した作用説明図である。
【図３】バルブクリアランスの変化に対する内燃機関の始動時間の変化を示した特性図である。
【図４】警報システムの構成を示した系統図である。
【図５】従来の動弁駆動装置の構成説明図である。
【図６】カムの作動域説明図である。
【図７】従来の動弁駆動装置のカムプロフィール説明図である。
【図８】動弁駆動装置のバルブクリアランスの変化説明図である。
【図９】動弁駆動系の摩耗によるカムの接触点の移動説明図である。
【符号の説明】
１  動弁駆動装置
２  バルブ
３  カムシャフト
４  カム
５  リフター
６  バルブシート
７  バネ
１０  警報システム
１１  コントロールユニット
１２  スタータ
１３  回転検出用センサ
１４  警報装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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