(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁及び排気弁を所定のリフトカーブに沿って開閉する弁開閉機構を備えたエンジンの動弁装置において、上記弁開閉機構を、弁軸に装着されたリフタをカム揚程部で押圧するように構成された直動式のものとし、上記排気カム揚程部の形状を、開側部分の曲率１／Ｒｏが閉側部分の曲率１／Ｒｃより概ね小さくなり、かつ開側部分のカム角度θexo が閉側部分のカム角度θexc より小さくなるよう設定することにより、排気弁の平均開弁速度を平均閉弁速度より大きくするとともに排気弁用リフトカーブを、最大リフト位置が進角側に偏った非対称形とし、上記排気弁用カム揚程部の開側部分と上記排気弁用リフタとの摺接長が閉側部分と排気弁用リフタとの摺接長より大きくなるよう開側部分と排気弁用リフタとが接触する側に該リフタが偏位するよう該リフタと排気弁用カム軸とをオフセット配置したことを特徴とするエンジンの動弁装置。
【請求項２】
吸気弁及び排気弁を所定のリフトカーブに沿って開閉する弁開閉機構を備えたエンジンの動弁装置において、上記弁開閉機構を、弁軸に装着されたリフタをカム揚程部で押圧するように構成された直動式のものとし、吸気カム揚程部の形状を、閉側部分の曲率１／Ｒｃが開側部分の曲率１／Ｒｏより概ね小さくなり、かつ閉側部分のカム角度θinc が開側部分のカム角度θino より小さくなるように設定することにより吸気弁の平均閉弁速度を平均開弁速度より大きくするとともに吸気弁用リフトカーブを、最大リフト位置が遅角側に偏った非対称形とし、上記吸気弁用カム揚程部の閉側部分と上記吸気弁用リフタとの摺接長が開側部分と吸気弁用リフタとの摺接長より大きくなるよう上記閉側部分と上記吸気弁用リフタとが接触する側に該リフタが偏位するよう該リフタと吸気弁用カム軸とをオフセット配置したことを特徴とするエンジンの動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの動弁装置は、吸気弁，排気弁を所定のリフトカーブに沿って開閉するためのものである。このリフトカーブは、吸気弁，排気弁のリフト量とクランク軸回転角度（カム軸回転角度）との関係を示すものであり、従来、例えば図６に破線で示すものが一般的である。図中、横軸はカム軸回転角度を、縦軸は吸気弁，排気弁のリフト量又は弁速度を表している。従来の排気弁用リフトカーブＥＸ′，及び吸気弁用リフトカーブＩＮ′は共にその最大リフトカム角度θｍ′を中心とする対称形をなしており、排気弁用開側カム角度θEXO ′＝閉側カム角度θEXC ′、吸気弁用開側カム角度θINO ′＝閉側カム角度θINC ′となっている。このリフトカーブＥＸ′，ＩＮ′から、従来の動弁装置では、吸気，排気弁は何れも開弁期間の中心において最大開度となることが判る。また、開き側，閉じ側平均弁速度は何れも同じに設定されていることが判る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでエンジン出力の向上を図るためには充填効率を向上する必要があるが、そのためには吸気弁開口面積，あるいはリフト量を増大することが有効である。しかしながら吸気弁開口面積を大きくするにもシリンダボア径によって決まる弁開口形成スペース上の制約から限度がある。従って例えば吸気弁開口を大きくすると排気弁開口を小さくせざるを得なくなり、排気効率が低下する問題が懸念される。またリフト量を大きくすると上記オーバーラップ時に吸気弁，排気弁の弁頭がピストンに干渉するのを回避するためにピストンの頂部に逃げを大きく形成する必要が生じ、圧縮比確保上の制約となる問題がある。
【０００４】
そこで本願出願人は、弁開口，リフト量を大きくすることなく吸気効率，排気効率を改善できる動弁装置として、最大リフト位置が進角側又は遅角側に偏る非対称形のリフトカーブを有するものを開発している。例えば排気リフトカーブの場合は最大リフト位置を進角させるようにしており、これにより高いブローダウン圧力が得られ、排気弁開口を小さくしながら排気効率を向上できるので、その分吸気弁開口を大きくでき、充填効率を向上できる。
【０００５】
上記排気リフトカーブにおいて、最大リフト位置を進角させ、かつ従来と同等のリフト量を確保するには、排気弁の開側速度を高める必要があり、これに起因して排気カム揚程部の開き側部分とリフタとの接触点の移動距離が大きくなり、そのままでは排気リフタが大径となることが懸念される。この問題を解消するには、排気リフタをカム軸に対して上記開き側部分が接触する側に偏位するようにオフセット配置することが有効である。
【０００６】
しかしながらリフタをカム軸に対してオフセット配置すると、リフタに対して曲げモーメント，剪断力が作用することとなり、リフタの強度確保上不利となり、例えばリフタの軽量化上支障が生じる。
【０００７】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、上記弁開口，リフト量を大きくすることなく、吸気効率，排気効率を向上でき、またリフタに作用する曲げモーメント，剪断力を軽減できるようにしたエンジンの動弁装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、吸気弁及び排気弁を所定のリフトカーブに沿って開閉する弁開閉機構を備えたエンジンの動弁装置において、上記弁開閉機構を、弁軸に装着されたリフタをカム揚程部で押圧するように構成された直動式のものとし、上記排気カム揚程部の形状を、開側部分の曲率１／Ｒｏが閉側部分の曲率１／Ｒｃより概ね小さくなり、かつ開側部分のカム角度θexo が閉側部分のカム角度θexc より小さくなるよう設定することにより、排気弁の平均開弁速度を平均閉弁速度より大きくするとともに排気弁用リフトカーブを、最大リフト位置が進角側に偏った非対称形とし、上記排気弁用カム揚程部の開側部分と上記排気弁用リフタとの摺接長が閉側部分と排気弁用リフタとの摺接長より大きくなるよう開側部分と排気弁用リフタとが接触する側に該リフタが偏位するよう該リフタと排気弁用カム軸とをオフセット配置したことを特徴としている。
【０００９】
また請求項２の発明は、吸気弁及び排気弁を所定のリフトカーブに沿って開閉する弁開閉機構を備えたエンジンの動弁装置において、上記弁開閉機構を、弁軸に装着されたリフタをカム揚程部で押圧するように構成された直動式のものとし、吸気カム揚程部の形状を、閉側部分の曲率１／Ｒｃが開側部分の曲率１／Ｒｏより概ね小さくなり、かつ閉側部分のカム角度θinc が開側部分のカム角度θino より小さくなるように設定することにより吸気弁の平均閉弁速度を平均開弁速度より大きくするとともに吸気弁用リフトカーブを、最大リフト位置が遅角側に偏った非対称形とし、上記吸気弁用カム揚程部の閉側部分と上記吸気弁用リフタとの摺接長が開側部分と吸気弁用リフタとの摺接長より大きくなるよう上記閉側部分と上記吸気弁用リフタとが接触する側に該リフタが偏位するよう該リフタと吸気弁用カム軸とをオフセット配置したことを特徴としている。
【００１０】
ここで上記各発明において、開側部分の曲率を閉側部分より概ね小さくするとは、以下の意味である。即ち、本発明におけるカム揚程部は、ベース円に続くカムローブと最大リフト部を構成するカムノーズとからなるものであるが、特にカムローブにおける曲率は一定ではなく連続的に変化しているのであり、従って全体的に見れば開側部分の曲率を小さくするものの、局所的に見ると開側部分の曲率が大きい場合もあり得るとの意味である。なお、閉側部分の曲率を開側部分より概ね小さくするとの意味も同様である。
【００１１】
【作用】
請求項１の発明に係るエンジンの動弁装置によれば、排気弁用リフトカーブ又は吸気弁用リフトカーブを、最大リフト位置が進角側又は遅角側に偏った非対称形としたので、この非対称形の形状を適宜選択することにより、排気弁開口を小さくしながら排気効率の低下を抑制し、充填効率を向上できる。
【００１２】
そして上記リフトカーブを非対称形とするに当たって、上記カム揚程部の上記平均弁速度の大きい部分と上記リフタとが接触する側に該リフタが偏位するよう該リフタと上記カム軸とをオフセット配置したので、リフタ径を大きくすることなくカム揚程部とリフタとの接触点の移動範囲を広くとることが可能となり、これにより弁リフト速度を速くして必要なリフト量を確保できる。
【００１３】
またリフタをカム軸に対してオフセット配置するに当たって、上記吸気弁又は排気弁をオフセット配置されたリフタと同じ方向にオフセット配置したので、カム揚程部の平均弁速度の大きい部分とリフタとの接触点を支持するように弁軸が位置することとなり、リフタに作用する曲げモーメントを抑制又は無くすることができ、リフタの強度上の不利を回避できる。
【００１４】
さらに排気弁用リフトカーブを、最大リフト位置が進角側に偏った非対称形としたので、爆発行程において燃焼ガス圧力が高い時点で排気弁が最大開度に開くことから高いブローダウン圧力が得られることとなり、燃焼ガスを確実に排出でき、排気効率を向上できる。
【００１５】
そして請求項１の発明では、排気弁用カム揚程部の開側部分と上記排気弁用リフタとが接触する側に該リフタが偏位するよう該リフタと排気弁用カム軸とをオフセット配置したので、また請求項２の発明では、吸気リフタを閉側に偏位させたので、リフタの径を大きくすることなくカム揚程部とリフタとの接触点の移動範囲を大きくして弁リフト速度を高めることができる。さらに請求項１の発明では、排気弁を排気弁用リフタと同じ側にオフセット配置したので、リフタに作用する曲げモーメント，剪断力を抑制又は無くすることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。図１ないし図６は請求項１〜７の発明の一実施例（第１実施例）によるエンジンの動弁装置を説明するための図であり、図１は本実施例エンジンの正面図、図２は動弁装置の断面正面図、図３は排気弁部分の断面側面図、図４は弁開口を示す断面平面図、図５は排気カム揚程部を示す模式図、図６はリフトカーブを示す図である。
【００１７】
図において、１は水冷式４サイクル４気筒５バルブエンジンであり、このエンジン１は、シリンダブロック２のスカート部２ａの下側合面にクランクケース３，オイルパン４を積層固定し、上側合面にシリンダヘッド５をヘッドボルトで締結し、該シリンダヘッド５の上側合面にヘッドカバー６を装着した構造を有している。
【００１８】
上記シリンダブロック２に並列に配置形成された各シリンダボア２ｂ内にはピストン７が摺動自在に挿入されており、該各ピストン７はコンロッド８を介してクランク軸９のクランクピン９ｂに連結されている。このクランク軸９は上記シリンダボア２ｂの配列方向に延びている。
【００１９】
上記シリンダヘッド５のシリンダブロック側合面には燃焼室を構成する燃焼凹部５ａが凹設されており、該燃焼凹部５ａには、図３に示すように、上記シリンダボア２ｂの軸線Ｘ及びクランク軸９の軸線と直角をなす直線上に位置する１つのセンタ吸気弁開口１０ａ，及びこれの左，右側方に位置する２つのサイド吸気弁開口１０ｂ，１０ｂからなる３つの吸気弁開口と、上記サイド吸気弁開口１０ｂ，１０ｂに隣接するように配置された２つの排気弁開口１０ｃ，１０ｃとが形成されている。
【００２０】
ここで上記センタ吸気弁開口１０ａ，サイド吸気弁開口１０ｂ，排気弁開口１０ｃは上記シリンダボア２ｂの内周面に沿う略円周上に位置している。そして上記各弁開口１０ａ，１０ｂ，１０ｃの直径ｄ１，ｄ２，ｄ３はｄ２＞ｄ３＞ｄ１の関係に設定されている。
【００２１】
上記各弁開口１０ａ〜１０ｃの直径を上記の関係に設定したのは以下の理由による。即ち、できるだけ多量の空気をシリンダボア内に、カム軸方向に見てシリンダボア軸線Ｘ寄り部分からボア軸線Ｘ方向に導入することを目標とし、そのためにまずカム軸方向に見てシリンダボア軸線Ｘ寄りに位置するサイド吸気弁開口１０ｂをできるだけ大径とし、次にセンタ吸気弁開口１０ｂについてもできるだけボア軸線Ｘ寄りに配置するために直径を比較的小さく設定した。また上記大径化したサイド吸気弁開口１０ｂとの干渉を回避するために排気弁開口１０ｃはサイド吸気弁開口１０ｂより小径とした。この排気弁開口１０ｃの小径化による排気効率の低下は、以下詳述するように、本発明の特徴であるリフトカーブの非対称形化によって抑制することとした。
【００２２】
上記センタ，サイド吸気弁開口１０ａ，１０ｂはそれぞれセンタ吸気ポート１１ａ，サイド吸気ポート１１ｂにより外方に導出され、これらポート１１ａ，１１ｂの合流吸気ポート１１はシリンダヘッド５の一側壁に開口している。また上記排気弁開口１０ｃは排気ポート１２ａにより外方に導出され、これらポート１２ａの合流排気ポート１２はシリンダヘッド５の他側壁に開口している。
【００２３】
上記センタ，サイド吸気弁開口１０ａ，１０ｂはセンタ，サイド吸気弁１３，１３の弁頭１３ａ，１３ａ´により開閉自在となっており、排気弁開口１０ｃは排気弁１４の弁頭１４ａより開閉自在となっている。これらの吸気弁１３の弁軸１３ｂ及び排気弁１４の弁軸１４ｂは所定の挟み角でもって外方に拡がるように上方に斜めに延びている。
【００２４】
上記各吸気弁１３の上端部、及び各排気弁１４の上端部にはそれぞれリテーナ１５が着脱可能に取り付けられている。該各リテーナ１５とシリンダヘッド５に形成されたばね座５ｂとの間には弁ばね１６が圧縮状態で配設されており、これにより上記各弁１３，１４は上記各弁開口１０ａ〜１０ｃを閉じるように付勢されている。
【００２５】
また上記吸気弁１３の上端部には上記リテーナ１５及び弁ばね１６の上部を囲むように吸気リフタ１７が装着されており、また上記排気弁１４の上端部には上記リテーナ１５，及び弁ばね１６の上部を囲むように排気リフタ１８が装着されている。上記吸気，排気リフタ１７，１８はシリンダヘッド５に形成されたガイド穴５ｃにより摺動自在に案内支持されている。これらの吸気，排気リフタ１７，１８は上端部が閉塞された円筒状のもので、この閉塞壁の内面に配置固定されたシム１７ａ，１８ａが上記各弁軸１３ｂ，１４ｂの上端に当接している。
【００２６】
そして上記吸気リフタ１７，排気リフタ１８の上側に吸気カム軸１９，排気カム軸２０が上記クランク軸９と平行に配置されており、シリンダヘッド５の上側合面に形成された軸受部及びこれに装着されたカムキャップにより回転自在に支持されている。なお、図示していないが、上記吸気カム軸１９と排気カム軸２０とはそれぞれの端部に取り付けられた歯車同士を噛合させることにより互いに連結されており、また何れか一方のカム軸が上記クランク軸９に歯車又はチェン等で連結されている。上記歯車結合したことにより、吸気カム軸１９は図２反時計回りに、排気カム軸２０は図２順時計回りに回転し、互いに逆回転する。
【００２７】
ここで本実施例は、上記吸気，排気弁１３，１４，吸気，排気リフタ１７，１８及び吸気，排気カム軸１９，２０の配置関係、及び吸気，排気カム揚程部２１，２２の形状（カムプロフィール）に特徴があるので、この点を詳述する。
【００２８】
吸気リフタ１７はカム軸方向に見ると、図２に示すように、その軸線ｃが吸気弁軸線ｂと平行となるように配置され、かつ吸気カム軸１９に対して吸気弁１３と直角方向にＡだけシリンダボア軸線Ｘ寄り側に偏位するように配置されている。また吸気カム軸１９とセンタ，サイド吸気弁１３，１３とは、カム軸軸線ａと吸気弁軸線ｂとが交差するように配置されている。
【００２９】
排気リフタ１８はカム軸方向に見ると、図２に示すように、その軸線ｆが排気弁軸線ｅと平行となるように配置され、かつ排気カム軸２０に対して排気弁１４と直角方向にＢだけ反シリンダボア軸線Ｘ側に偏位するように配置されている。
【００３０】
一方、排気弁１４は排気カム軸２０に対して排気リフタ１８と直角方向にＣだけシリンダボア軸線Ｘと反対側に偏位するように配置されており、この偏位量Ｃは上記リフタ１８の偏位量Ｂより大きく設定されている。
【００３１】
さらにまた、カム軸直角方向に見ると、図３に示すように、排気カム揚程部２２と排気弁１４とは偏位していないが、排気リフタ１８は外方にＤだけ偏位している。これによりリフタガイド穴５ｃ同士の間の肉厚を確保するとともに、排気リフタ１８がその軸まわりに回転するようにしている。
【００３２】
ここで排気弁１４，排気カム軸２０，排気リフタ１８をオフセット配置するに当たっては、理想的な燃焼室形状を確保する観点から、まず排気弁１４の傾斜角度，位置を設定し、この排気弁１４を基準として上記排気リフタ１８，排気カム軸２０の位置を上記偏位量に応じて設定するのが望ましい。これは吸気弁１３についても同様である。一方排気弁１４の位置を基準とすると、カム軸同士の間隔が伝達用歯車径等から決定される間隔に合致しない場合も生じるので、カム軸の位置を基準にして排気弁１４，排気リフタ１８を決定することも可能である。このようにした場合は排気リフタ１８が排気ポート側に近接し、熱負荷上支障が生じることが考えられる。この場合には、排気リフタ１８の外側に水冷ジャケット５ｄを配置し、熱負荷を軽減することが有効である。
【００３３】
また、上記吸気カム軸１９のカム揚程部２１の頂面Ｔは、そのベース円１９ａから最大リフト量に応じた高さに突出形成されており、その回転方向前側に位置する開弁用揚程部２１ａと、その回転方向後側に位置する閉弁用揚程部２１ｂとから構成されており、この両揚程部２１ａ，２１ｂのカムプロフィールは非対称形をなしている。即ち、閉弁用揚程部２１ｂの曲率半径Ｒｃは開弁用揚程部２１ａの曲率半径Ｒｏより大きく設定されており、また閉弁用揚程部２１ｂのカム角度θINC は開弁用揚程部２１ａのカム角度θINO より小さく設定されている。これにより、吸気弁１３は、吸気カム軸１９の大カム角度θINO の回転により従来の対称形揚程部に比べてより低い平均開速度で最大開度となり、小角度θINC の回転により従来より高い平均閉速度で全閉となる。
【００３４】
一方、上記排気カム軸２０のカム揚程部２２の頂面Ｔは、そのベース円２０ａから最大リフト量に応じた高さに突出形成されており、その回転方向前側に位置する開弁用揚程部２２ａと、その回転方向後側に位置する閉弁用揚程部２２ｂとから構成されており、この両揚程部２２ａ，２２ｂのカムプロフィールは非対称形をなしている。即ち、開弁用揚程部２２ａの曲率半径Ｒｏは閉弁用揚程部２２ｂの曲率半径Ｒｃより大きく設定されており、また開弁用揚程部２２ａのカム角度θEXO は閉弁用揚程部２２ｂのカム角度θEXC より小さく設定されている。これにより、排気弁１４は、排気カム軸２０の小カム角度θEXO の回転により従来の対称形揚程部に比べてより高い平均速度で最大開度となり、大カム角度θEXC の回転により従来より低い平均速度で全閉となる。
【００３５】
ここで上記開弁用揚程部２１ａ，２２ａ及び閉弁用揚程部２１ｂ，２２ｂは、それぞれベース円１９ａ，２０ａに続くカムローブ部分と、上記頂面Ｔ付近のカムノーズ部分とで構成されており、特にカムローブ部分の曲率半径は一定ではなく略連続的に変化している。従って上記曲率半径Ｒc ，Ｒo は局所的に見た場合の曲率半径ではなく、全体として平均化した場合の曲率半径である。また上記曲率半径Ｒo は通常正の値をとるが、負の値をとる場合も含まれる。なお、曲率半径が正から負に変化する場合を考えると、正の無限大から負の無限大となり、一見したところ連続性がないようにも見えるので、本願の特許請求項の範囲では、曲率半径に代えて曲率を用いることにした。従って曲率半径が大きいという場合は曲率が小さいということを意味する。
【００３６】
次に本実施例の作用効果について説明する。まず排気弁１４の動作について説明する。クランク軸９の回転に伴って排気カム軸２０は図２で時計回りに回転する。ピストン７が膨張下死点近くまで下降すると、排気カム揚程部２２の開弁用揚程部２２ａが排気リフタ１８の上面に摺接点Ｃ１で摺接開始し（図５参照）、排気弁１４が開き始める（図６のリフトカーブＥＸ参照）。続いてピストン７が上昇開始して排気行程に入り、排気カム軸２０が上記開弁用揚程部２２ａの摺接開始位置から角度θEXO 回転すると、排気カム揚程部２２の頂面Ｔがリフタ上面の摺接点Ｃｏに摺接し、排気弁１４は最大開度となる。排気カム軸２０がさらに回転すると排気カム揚程部２２の閉弁用揚程部２２ｂがリフタ上面に摺接開始し、排気弁１４は閉じ始める。そして排気カム軸２０が上記閉弁用揚程部２２ｂの摺接開始位置（Ｃo ）から角度θEXC 回転するとベース円２０ａが摺接開始し、排気弁１４は全閉となり、ピストン７は排気上死点を経て下降開始し、吸気行程に入る。この場合、排気カム揚程部２２の開弁用揚程部２２ａのリフタ１８との摺接点はＣ１からＣｏまでのＤ１だけ変化するのに対し、閉弁用揚程部２２ｂのリフタ１８との摺接点はＣｏからＣ２までのＤ２だけ変化し、Ｄ１＞Ｄ２となっている。
【００３７】
このような排気弁１４の開閉動作において、本実施例では上記排気カム揚程部２２の開弁用揚程部２２ａの曲率半径Ｒｏが大きく、つまり曲率が小さく設定され、そのカム角度θEXO が狭く設定されているので、排気リフトカーブＥＸは最大リフト角度θｍが進角側に偏位した非対称形をなしている。ちなみに従来の排気リフトカーブＥＸ′は最大リフト角度θｍ′を中心とする対称形をなしている。そのため本実施例の排気弁１４の最大リフト角度θｍは従来の最大リフト角度θｍ′より進角しており、従来より早期に最大開度となる。そしてこの場合、上記カム揚程部２２の開弁用揚程部２２ａのカム角度θEXO が狭くなるほど大きく進角し、より早期に最大開度となる。
【００３８】
ここで図６において、一点鎖線で示す曲線ＶEXは本実施例における排気弁１４の速度の変化を示し、二点鎖線で示す曲線ＶEX′は従来の排気弁の速度の変化を示す。同図から明らかなように、従来の対称形をなしている排気リフトカーブＥＸ′の場合には、開弁時の弁速度と閉弁時の弁速度は、その最大速度, 平均速度の何れも同じであり、従って速度カーブも対称形をなしている。一方、本実施例の場合、開弁時の弁速度が閉弁時の弁速度より、その最大速度, 平均速度の何れも大きくなっている。これにより、最大リフト角度を進角させながら従来と同等の最大リフト量を確保している。
【００３９】
次に吸気弁１３の動作について説明する。クランク軸９の回転に伴って吸気カム軸１９は図２で反時計回りに回転する。ピストン７が排気上死点近くまで上昇すると、吸気カム軸１９のカム揚程部２１の開弁用揚程部２１ａが吸気リフタ１７の上面に摺接開始して吸気弁１３は開き始める（図６のリフトカーブＩＮ参照）。続いてピストン７が下降開始して吸入行程に入り、吸気カム軸１９が上記開弁用揚程部２１ａのリフタ１７との摺接開始位置からθINO 回転すると、カム揚程部２１の頂面Ｔがリフタ上面に摺接し、吸気弁１３は最大開度となる。吸気カム軸１９がさらに回転するとカム揚程部２１の閉弁用揚程部２１ｂがリフタ上面に摺接開始し、吸気弁１３は閉じ始める。そして吸気カム軸１９が上記閉弁用揚程部の摺接開始位置からθINC 回転するとベース円１９ａが摺接開始し、吸気弁１３は全閉となり、ピストン７は吸入下死点を経て上昇開始し、圧縮行程に入る。なお、上記ベース円２０ａ，１９ａはリフタとの間に若干のクリアランスが生じるよう径が設定されており、厳密に言えば両者は摺接するものではないが、説明の便宜上摺接すると表現した。
【００４０】
このような吸気弁１３の開閉動作において、本実施例では上記吸気カム揚程部２１の開弁用揚程部２１ａの曲率半径が小さく、つまり曲率が大きく設定され、そのカム角度θINO が広く設定されているので、吸気リフトカーブＩＮは最大リフト角度θｍが遅角側に偏位した非対称形をなしている。ちなみに従来の吸気リフトカーブＩＮ′は最大リフト角度θｍ′を中心とする対称形をなしている。そのため本実施例の吸気弁１３の最大リフト角度θｍは従来の最大角度θｍ′より遅角しており、従来より遅く最大開度となる。そしてこの場合、上記カム揚程部２１の開弁用揚程部２１ａのカム角度θINO が広くなるほど大きく遅角し、従ってより遅く最大開度となる。
【００４１】
本実施例では、排気弁開口１０ｃを比較的小径に設定したことから吸気弁開口総面積をより大きく確保することができ、この吸気弁開口総面積の増加に伴って空気導入量を増大できる。そして上記吸気弁開口総面積を増加するに当たって、２つのサイド吸気弁開口１０ｂを１つのセンタ吸気弁開口１０ａより大きく設定したので、上記増大した空気のより多くの部分がカム軸方向に見てシリンダボア軸線Ｘ寄りに位置するサイド吸気弁開口１０ｂから導入されることとなり、従ってより多量の空気がシリンダボア中心付近からシリンダボア軸線Ｘ方向に導入され、いわゆる順方向のタンブル（縦渦）が発生し易くなる。
【００４２】
ここでセンタ吸気弁開口１０ａはカム軸方向に見てシリンダボア外側寄りに位置していることから、該センタ吸気弁開口１０ａから導入された空気は上記サイド吸気弁開口１０ｂから導入された空気を打ち消すいわゆる逆方向のタンブルを発生する傾向がある。本実施例ではセンタ吸気弁開口１０ａをサイド吸気弁開口１０ｂよりも小径に設定したので、このセンタ吸気弁開口１０ａからの空気量が比較的少ないこととなり、上記逆方向タンブルが抑制される。またセンタ吸気弁開口１０ｂを小径に設定したので、このセンタ吸気弁開口１０ａをシリンダボア軸線Ｘ側に寄せて配置することができ、そのため該センタ吸気弁開口１０ａからの空気流もサイド吸気弁開口１０ｂからの吸気流と同様な流れとなる傾向があり、この点からも上記逆方向タンブルを抑制できる。
【００４３】
一方、吸気弁開口総面積を大きく確保するために相対的に排気弁開口１０ｃをを小さく設定したので、排気効率が低下する懸念がある。これに対して、本実施例では、排気リフトカーブＥＸにおける最大リフト角度θｍを進角側に偏位させたので、爆発行程において燃焼ガス圧力が高い時点で排気弁１４が最大開度に開くこととなり、その結果高いブローダウン圧力が得られる。従って本実施例のようにサイド吸気弁開口１０ｂの直径ｄ２を大きく設定し、該サイド吸気弁開口１０ｂとの干渉を回避するために排気弁開口１０ｃの直径ｄ３を比較的を小さく設定した場合にも燃焼ガスを確実に排出でき、排気効率を確保できる。またブローダウン圧力が高いのでオーバーラップ時の掃気効率が向上し、それだけ充填効率が向上する。
【００４４】
また本実施例では上述のように排気効率が高いので、排気リフトカーブＥＸを従来の対称形のリフトカーブＥＸ′の場合に比較して全体的に遅角側に移動させることにより排気弁１４の開き始めのタイミングを膨張下死点近くまで遅らせることが可能であり（図６のリフトカーブＥＸｏ参照）、このようにした場合には、膨張比を大きくして燃焼圧力を充分にピストンに作用させることができ、排出ガス温度が低下した後排出される分だけ排気損失を少なくすることが可能である。
【００４５】
また本実施例では、吸気リフトカーブＩＮの最大リフト角度θｍを遅角側に偏位させたので、吸気行程の下死点近くまでピストン７が下降してシリンダボア内負圧が大きくなった時点で吸気弁１３の開度が最大となる。そのため吸気流速が向上して慣性効果が高められ、吸入空気量が増大する。
【００４６】
また本実施例では、上述のように吸気効率が高いので、吸気リフトカーブＩＮを従来の対称形のリフトカーブＩＮ′に比較して全体的に進角側に移動させることにより吸気弁１３の閉タイミングを吸入下死点付近まで早めることが可能であり（図６のリフトカーブＩＮｏ参照）、このようにした場合には、低速回転域での吹き返しを防止できる。
【００４７】
また本実施例では、排気リフトカーブＥＸの最大リフト角度θｍを進角側に移動させ、かつ吸気リフトカーブＩＮの最大リフト角度θｍを遅角側に移動させたので、排気上死点でのオーバーラップ時における排気弁１４，及び吸気弁１３のリフト量Ｌ１が従来のリフト量Ｌ２より小さくなり、従ってピストン７の頂部に形成される排気弁１４，吸気弁１３との干渉を回避するための逃げを小さく、あるいは無くすることができ、その結果圧縮比を高めることが可能となる。
【００４８】
さらにまた本実施例では、図６に示すように、排気弁１４の最大開弁速度及び平均開弁速度を最大閉弁速度及び平均閉弁速度より大きくしたので、排気リフトカーブＥＸを非対称形としながら従来の対称形のリフトカーブＥＸ′の場合と同等のリフト量を確保できる。なお、吸気弁１３の開弁速度，閉弁速度は、図示するように、排気上死点を対称軸として排気弁速度と線対称でかつ正，負を逆としたものとなっており、排気弁の場合と同様にして従来の対称形のリフトカーブの場合と同等のリフト量を確保できる。
【００４９】
ここで本実施例のように排気カム揚程部２２の開弁用揚程部２２ａの曲率半径Ｒｏを閉弁用揚程部２２ｂの曲率半径Ｒｃより大きく設定すると、図５に示すように、開弁用揚程部２２ａのリフタ上面との接触点はＣ１からＣｏまで大きく変化することとなり、従来のようにカム軸軸線とリフタ軸線とを交差させた場合はリフタ径が大きくなる懸念がある。そこで本実施例では、リフタの軸線ｆを排気カム軸２０の軸線ｄから上記開弁用揚程部２２ａが回転して来る側、つまり排気カム軸２０の回転方向上流側（図２，図５右側）に距離Ｂだけ偏位させたので、リフタ径は図５から明らかなようにＤ１＋Ｄ２より若干大きく設定する程度でよい。このようにリフタを大径にすることなく、カムとリフタとの接触点の移動許容範囲を広くとることが可能となり、弁リフト速度を速くすることができ、必要なリフト量を確保できる。ちなみに、リフタ位置を偏位させずに同等のリフトカーブを得る場合は、リフタ径は２×Ｄ１より若干大きくする必要がある。
【００５０】
なお、上記排気弁１４におけるカム揚程部・リフタの接触点の移動距離等に関する点は吸気弁１３の場合も同様であり、吸気リフタ１７を吸気カム軸１９からＡだけ偏位させたので、吸気リフタ１７を大径にすることなく、カム揚程部２１とリフタ１７との接触点の移動許容範囲を広くとることが可能となり、弁リフト速度を早くすることができ、必要なリフト量を確保できる。
【００５１】
また、本実施例のように排気リフトカーブＥＸの最大リフト位置を進角させ、開弁速度の立ち上がりを早くし、さらに排気カム軸２０と排気リフタ１８とを偏位させた場合、開弁初期の弁加速度が大きくなる時点における排気カム揚程部２２の排気リフタ１８との接触点が排気リフタ１８の軸線ｆより外側（反シリンダボア軸線側，図５右側）に移動することとなり、その結果排気リフタ１８に曲げモーメント，剪断力が作用し、リフタの強度確保上不利となる。
【００５２】
そこで本実施例では、排気弁１４をその軸線ｅが排気リフタ１８の軸線ｆよりさらに外側に偏位するよう配置した。そのため、上記排気カム揚程部２２が排気リフタ１８に該排気リフタ１８の軸線ｆより外側にて接触している時点で、該接触点と対向するように排気弁１４が位置することとなり、従って上記の曲げモーメント，剪断力の発生を抑制でき、排気リフタ１８の強度確保上の不利を回避できる。
【００５３】
図７は、上記曲げモーメント，剪断力の発生をより確実に回避できるようにした変形例であり、図２と同一符号は同一又は相当部分を示す。この変形例では、排気弁１４を排気カム軸２０から寸法Ｃだけ偏位させるとともに、該排気弁１４の弁軸１４ｂの半径を略上記寸法Ｃに設定している。これにより排気カム揚程部２２のリフタ接触点の移動範囲の大部分を排気弁軸１４ｂが下方から支持することとなり、排気リフタ１８に発生する曲げモーメント，剪断力をより確実に回避できる。
【００５４】
なお、上記実施例では、吸気弁１３については吸気カム軸１９と軸線が交差するように配置したが、曲げモーメントの発生を抑制するために吸気弁１３，吸気カム軸１９，吸気リフタ１７についても偏位配置することができる。この場合、図２において、吸気弁１３をこれの軸線ｂが吸気リフタ１７の軸線ｃよりさらにシリンダボア軸線Ｘ側に位置するように配置することが有効であり、これにより吸気リフタ１７に曲げモーメントが発生するのを抑制，又は回避できる。
【００５５】
また上記実施例における非対称形のリフトカーブをその形状を保持したままエンジンの運転状態に応じて進角又は遅角させることにより、開弁開始時期，及び閉弁終了時期を変化させることもできる。図８は、吸気リフトカーブをエンジン運転状態に応じて進角させるようにした例であり、図中、図６と同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００５６】
図８の例では、吸気リフトカーブＩＮｏをエンジン回転速度が所定速度以上となるとリフトカーブＩＮまでθMOD だけ進角するようにしている。なお、リフトカーブを進角又は遅角させるためのバルブタイミング可変機構として、従来各種のものが提案されており、例えばカム軸とタイミングギヤとの相対角度を変化させる従来公知の機構が採用可能である。
【００５７】
上記例では、吸気リフトカーブＩＮｏを、その最大リトフ角度θｍを従来のリフトカーブＩＮ′における最大リフト角度θｍ′より遅角させてなる非対称形とているので、エンジンの運転状態に応じて進角させるべき角度θMOD が従来の対称形リフトカーブＩＮｏ′の場合の進角させるべき角度θSTD より小さくて済む。従って、上述のタイミング可変機構の負担が小さくて済む。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１の発明に係るエンジンの動弁装置によれば、排気弁用リフトカーブ又は吸気弁用リフトカーブを、最大リフト位置が進角側又は遅角側に偏った非対称形としたので、この非対称形の形状を適宜選択することにより、排気弁開口を小さくしながら排気効率の低下を抑制しつつ充填効率を向上できる効果がある。
【００５９】
そして上記リフトカーブを非対称形とするに当たって、上記カム揚程部の上記平均弁速度の大きい部分と上記リフタとが接触する側に該リフタが偏位するよう該リフタと上記カム軸とをオフセット配置したので、リフタ径を大きくすることなくカム揚程部とリフタとの接触点の移動範囲を広くとることが可能となり、これにより弁リフト速度を速くして必要なリフト量を確保できる効果がある。
【００６０】
またリフタをカム軸に対してオフセット配置するに当たって、上記吸気弁又は排気弁をオフセット配置されたリフタと同じ方向にオフセット配置したので、カム揚程部の平均弁速度の大きい部分とリフタとの接触点を支持するように弁軸が位置することとなり、リフタに作用する曲げモーメント，剪断力を抑制又は無くすることができ、リフタの強度上の不利を回避できる効果がある。
【００６１】
さらに排気弁用リフトカーブを、最大リフト位置が進角側に偏った非対称形としたので、爆発行程において燃焼ガス圧力が高い時点で排気弁が最大開度に開くことから高いブローダウン圧力が得られることとなり、燃焼ガスを確実に排出でき、排気効率を向上できる効果がある。
【００６２】
そして請求項１の発明では、排気弁用カム揚程部の開側部分と上記排気弁用リフタとが接触する側に該リフタが偏位するよう該リフタと排気弁用カム軸とをオフセット配置したので、また請求項２の発明では、吸気リフタを閉側に偏位させたので、リフタの径を大きくすることなくカム揚程部とリフタとの接触点の移動範囲を大きくして弁リフト速度を高めることができる効果がある。また請求項１の発明では、排気弁を排気弁用リフタと同じ側にオフセット配置したので、リフタに作用する曲げモーメント，剪断力を抑制又は無くすることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例装置を備えたエンジンの正面図である。
【図２】  上記実施例装置の断面正面図である。
【図３】  上記実施例装置の排気弁部分の断面側面図である。
【図４】  上記実施例装置の弁開口を示す断面平面図である。
【図５】  上記実施例装置の排気カム揚程部の模式図である。
【図６】  上記実施例装置のリフトカーブを示す図である。
【図７】  上記実施例装置の排気弁部分の変形例を示す断面正面図である。
【図８】  上記実施例装置にバルブタイミング可変装置を付加した場合のリフトカーブを示す図である。
【符号の説明】
１      エンジン
１３    吸気弁
１３ｂ  吸気弁軸
１４    排気弁
１４ｂ  排気弁軸
１７    吸気リフタ
１８    排気リフタ
２１    吸気カム揚程部
２１ａ  開弁用揚程部（吸気カム揚程部の開側部分）
２１ｂ  閉弁用揚程部（吸気カム揚程部の閉側部分）
２２    排気カム揚程部
２２ａ  開弁用揚程部（排気カム揚程部の開側部分）
２２ｂ  閉弁用揚程部（排気カム揚程部の閉側部分）
ＥＸ    排気リフトカーブ
ＩＮ    吸気リフトカーブ
Ｒｏ    開側部分の曲率半径
Ｒｃ    閉側部分の曲率半径
【図１】
0003638632.tif 000002
【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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