(57)【要約】【課題】単一の弁駆動経路により弁体のリフト量を複数段に切り換えるようにする。【解決手段】燃焼室８に開口してシリンダヘッド３に形成された吸気ポート９は吸気弁１２により開閉される。ロッカアーム１８は、動弁カムにより駆動されるプッシュロッド１５が当接する作動部２６と、吸気弁１２を駆動する弁駆動部２７とを有し、シリンダヘッド３に回動自在に装着された駆動軸３１に取り付けられた支点変更カム３３により揺動自在に取り付けられている。この支点変更カム３３は複数の揺動中心を有し、支点変更カム３３を駆動軸３１により回動させると、ロッカアーム１８の揺動中心の位置が変化し、吸気弁１２のバルブリフトが変化する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に開口してシリンダヘッドに形成されたポートを開閉する弁体を動弁カムによって駆動するエンジンの動弁装置であって、
前記シリンダヘッドに揺動自在に装着され、前記動弁カムの駆動力が加わる作動部および前記弁体を駆動する弁駆動部を有するロッカアームと、
前記シリンダヘッドに回動自在に装着された駆動軸に取り付けられ、前記ロッカアームを揺動自在に支持するとともに、複数の揺動中心を有する支点変更カムと、
前記駆動軸に連結され、前記支点変更カムによる前記ロッカアームの揺動中心位置を変化させる駆動手段とを有することを特徴とするエンジンの動弁装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの動弁装置において、前記動弁カムと前記ロッカアームの作動部との間にプッシュロッドを設けたことを特徴とするエンジンの動弁装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のエンジンの動弁装置において、前記ロッカアームに形成された低速用摺動面に当接する低速用円弧部と、前記ロッカアームに形成された高速用摺動面に当接するとともに前記低速用円弧部の曲率中心に対して前記作動部側にずれた曲率中心を有する高速用円弧部とを前記支点変更カムに形成したことを特徴とするエンジンの動弁装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの動弁装置において、クランク軸の回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記クランク軸の回転数に基づいて前記駆動手段に制御信号を送る制御手段とを有し、エンジン回転数に応じて前記ロッカアームの揺動中心位置を変化させる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】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンのクランク軸の回転に同期して吸排気弁を駆動するエンジンの動弁装置に関し、特に、弁のリフト量を変化させるようにした動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの燃焼室に連通してシリンダヘッドには吸気ポートと排気ポートとが形成され、シリンダヘッドには吸気ポートを開閉する吸気弁と排気ポートを開閉する排気弁とが設けられており、これらの吸排気弁はクランク軸の回転に同期して駆動される。このようにシリンダヘッドに吸排気弁が設けられたタイプの動弁装置は頭上弁式と言われ、吸排気弁はシリンダヘッドに揺動自在に装着されたロッカアームを介して動弁カムにより駆動されるようになっている。
【０００３】
ロッカアームはシリンダヘッドに揺動自在に支持されて揺動中心の支点となる支持部と、動弁カムの駆動力が作用する作動部と、弁軸を駆動する弁駆動部とを有している。ＯＨＶ式の動弁装置にあっては、動弁カムを備えたカム軸がクランクケース内に配置され、動弁カムとロッカアームの作動部との間にはプッシュロッドが配置され、動弁カムの駆動力はプッシュロッドを介して作動部に作用するようになっている。一方、ＯＨＣ式の動弁装置にあっては、カム軸がシリンダヘッドに配置され、動弁カムがロッカアームの作動部に直接駆動力を伝達するようになっている。動弁装置は自動車用のエンジンのみならず、発電機や動力噴霧機などの動力源として使用される汎用エンジンにおいても同様となっている。
【０００４】
吸気弁や排気弁のリフト量や開閉タイミングをエンジン回転数に応じて変化させるために、吸排気弁として可変バルブを使用することがある。たとえば特許文献１に記載される動弁装置にあっては、カム軸に低速用と高速用のカムが取り付けられ、それぞれのカムに接触する低速用と高速用のロッカアームがロッカシャフトに取り付けられている。また、特許文献２に記載される動弁装置にあっては、カム軸に低速用と高速用のカムが取り付けられ、それぞれのカムに接触する低速用と高速用のロッカアームが相互に連結されている。さらに、特許文献３に記載される動弁装置にあっては、動弁カムのカム面に低速用と中高速用の複数のロッカアームを接触させるようにしている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−１０１４３３号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平５−３３２１１０号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平９−６８０１８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の可変バルブ式の動弁装置のように、弁体のリフト量をエンジン回転数に応じて変化させるために、低速用と高速用の複数の動弁カムをカム軸に取り付けたり、複数のロッカアームをカムシャフトに取り付けて高速回転時と低速回転時とで独立した弁駆動経路を形成するようにした場合には、動弁駆動経路を切り換える機構が必要となり、動弁装置の部品点数が多くなるだけでなく、構造が複雑になってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、単一の弁駆動経路により弁体のリフト量を複数段に切り換えるようにすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンジンの動弁装置は、燃焼室に開口してシリンダヘッドに形成されたポートを開閉する弁体を動弁カムによって駆動するエンジンの動弁装置であって、前記シリンダヘッドに揺動自在に装着され、前記動弁カムの駆動力が加わる作動部および前記弁体を駆動する弁駆動部を有するロッカアームと、前記シリンダヘッドに回動自在に装着された駆動軸に取り付けられ、前記ロッカアームを揺動自在に支持するとともに、複数の揺動中心を有する支点変更カムと、前記駆動軸に連結され、前記支点変更カムによる前記ロッカアームの揺動中心位置を変化させる駆動手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
本発明のエンジンの動弁装置は、前記動弁カムと前記ロッカアームの作動部との間にプッシュロッドを設けたことを特徴とする。また、前記ロッカアームに形成された低速用摺動面に当接する低速用円弧部と、前記ロッカアームに形成された高速用摺動面に当接するとともに前記低速用円弧部の曲率中心に対して前記作動部側にずれた曲率中心を有する高速用円弧部とを前記支点変更カムに形成したことを特徴とする。
【００１２】
本発明のエンジンの動弁装置は、クランク軸の回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、前記クランク軸の回転数に基づいて前記駆動手段に制御信号を送る制御手段とを有し、エンジン回転数に応じて前記ロッカアームの揺動中心位置を変化させることを特徴とする。
【００１３】
本発明にあっては、ロッカアームを駆動軸に取り付けられた支点変更カムを介して揺動自在に支持し、駆動軸により支点変更カムを回動させることによって、ロッカアームの支点位置を変化させるようにしたので、同一の弁駆動経路によって弁体のリフト量を変化させることができる。これにより、少ない部品点数によりリフト量を変化させることができ、動弁装置の組立工数が低減できるとともに製造コストを低減することができる。特に、汎用エンジンに適用する場合にはその製造コストを高めることなく、エンジン回転数に応じてバルブリフトを変化させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は汎用エンジンの一例を示す断面図であり、この汎用エンジンはクランクケース１に設けられたシリンダ２とこのシリンダ２に取り付けられるシリンダヘッド３を備えたエンジン本体４を有し、クランクケース１にはクランク軸５が回転自在に装着されている。シリンダ２に往復動自在に組み込まれたピストン６はコネクティングロッド７によりクランク軸５に連結されている。シリンダヘッド３とシリンダ２とにより区画される燃焼室８に燃焼用の外気を供給するために、シリンダヘッド３には吸気ポート９が燃焼室８に開口して形成されており、燃料タンク１０内の燃料とエアフィルタ１１を通過した外気とが吸気ポート９を介して燃焼室８内に供給される。燃焼済みの排気ガスを排出するためにシリンダヘッド３には吸気ポート９に隣接させて図示しない排気ポートが形成されている。
【００１５】
吸気ポート９を開閉するためにシリンダヘッド３には吸気弁１２が装着されており、排気ポートを開閉するためにシリンダヘッド３には図示しない排気弁が装着されている。クランクケース１内に回転自在に組み込まれたカム軸１３には動弁カム１４が取り付けられており、この動弁カム１４に接触するプッシュロッド１５がシリンダ２に軸方向に往復動自在に装着され、このプッシュロッド１５を介して吸気弁１２が開閉駆動される。同様に、図示しないプッシュロッドにより排気弁が開閉駆動されるようになっている。
【００１６】
カム軸１３に固定された歯車１６はクランク軸５に固定された歯車１７に噛合っており、カム軸１３はクランク軸５により回転駆動される。動弁カム１４により往復動するプッシュロッド１５を吸気弁１２の開閉に伝達するために、シリンダヘッド３にはロッカアーム１８が揺動自在に装着されている。
【００１７】
図２および図３は図１に示された動弁装置の一部を拡大して示す断面図であり、図４は図２におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。吸気ポート９を開閉する吸気弁１２は弁軸１２ａとこれの先端に設けられ吸気弁座１９に接触する弁体１２ｂとを有しており、シリンダヘッド３に取り付けられたバルブガイド２１に弁軸１２ａが摺動自在に嵌合されている。弁体１２ｂに対して吸気ポート９を閉じる方向のばね力を加えるために、弁軸１２ａの端部にはスプリングリテーナ２２が固定され、このスプリングリテーナ２２に当接するバルブスプリング２３がシリンダヘッド３に形成された収容溝２４に組み込まれている。図示しない排気ポートを開閉する排気弁も吸気弁と同様に弁軸と弁体とを有し、バルブスプリングにより排気ポートを閉じる方向のばね力が加えられている。
【００１８】
ロッカアーム１８は板材をプレス加工することにより形成され、図４に示されるように横断面形状がほぼＵ字形状となっており、シリンダヘッド３に設けられた支持部２５に中央部で揺動自在に装着されている。ロッカアーム１８の一端部にはプッシュロッド１５の端部が当接する作動部２６が設けられ、この作動部２６はプッシュロッド１５の端部に形成された球面が入り込む凹面を有しており、作動部２６にはプッシュロッド１５を介して動弁カム１４の駆動力が加わるようになっている。一方、ロッカアーム１８の他端部には弁軸１２ａの端部が当接する弁駆動部２７が設けられており、この弁駆動部２７は弁軸１２ａの端面に当接する凸面を有している。
【００１９】
シリンダヘッド３の支持部２５には駆動軸３１が回動自在に装着されており、この駆動軸３１はロッカアーム１８に駆動軸３１の外径よりも弁軸１２ａに沿う方向の内径が大きく形成された長孔３２を貫通し、駆動軸３１にはロッカアーム１８を揺動自在に支持する支点変更カム３３がロッカアーム１８の内部に取り付けられている。この支点変更カム３３には駆動軸３１の回動中心Ｏ１を曲率半径の中心つまり曲率中心とする低速用円弧部３４ａが形成され、ロッカアーム１８にはこの低速用円弧部３４ａの曲率半径と同様の曲率半径を有し低速用円弧部３４ａに接触する低速用摺動面３５ａが形成されている。
【００２０】
さらに、支点変更カム３３には、曲率中心Ｏ１に対して作動部２６側に所定距離ずれた位置を曲率中心Ｏ２とする高速用円弧部３４ｂが形成され、ロッカアーム１８にはこの高速用円弧部３４ｂの曲率半径と同様の曲率半径を有し、高速用円弧部３４ｂに接触する高速用摺動面３５ｂが形成されている。高速用円弧部３４ｂの曲率半径は低速用円弧部３４ａの曲率半径よりも大きく設定されており、図２に示すように、低速用円弧部３４ａが低速用摺動面３５ａに接触している状態では高速用円弧部３４ｂは高速用摺動面３５ｂに接触せず、この状態から、図３に示すように、高速用円弧部３４ｂが高速用摺動面３５ｂに接触する位置まで支点変更カム３３を回動させると、低速用円弧部３４ａは低速用摺動面３５ａから離れることになる。このときには、ロッカアーム１８は駆動軸３１が長孔３２を貫通しているので、図３に示すように、弁軸１２ａに沿う方向に変位し、その位置でロッカアーム１８は円滑に揺動することになる。
【００２１】
作動部２６と弁駆動部２７との間の距離をＳとすると、図２に示すように、低速用円弧部３４ａが低速用摺動面３５ａに接触しているときには、ロッカアーム１８の揺動中心の支点位置となる曲率中心Ｏ１と作動部２６との間の距離はＬ１となり、動弁カム１４の駆動による弁体１２ｂのバルブリフトはＨ１となる。一方、図３に示すように、高速用円弧部３４ｂが高速用摺動面３５ｂに接触しているときには、ロッカアーム１８の揺動中心となる曲率中心Ｏ２と作動部２６との間の距離はＬ２となり、そのときの動弁カム１４の駆動による弁体１２ｂのバルブリフトはＨ２となる。曲率中心Ｏ２は曲率中心Ｏ１よりも作動部２６側にずれているので、Ｌ１＞Ｌ２となっており、弁体１２ｂのバルブリフトは高速用円弧部３４ｂが高速用摺動面３５ｂに接触してロッカアーム１８が高速用円弧部３４ｂの曲率中心Ｏ２を支点として揺動するときの方が大きくなり、吸気ポート９の開度が大きくなってここから流入する空気の量が増加することになる。
【００２２】
なお、図示するロッカアーム１８は板金製であるが、ロッカアーム１８の内部に支点変更カム３３を組み込む形状であれば、鋳造や鍛造によってロッカアーム１８を製造するようにしても良い。
【００２３】
駆動軸３１を回動するために、図４に示すように、シリンダヘッド３にはロータリーアクチュエータ３６が駆動手段として設けられており、この中に組み込まれたコイルに対する通電を制御すると、駆動軸３１により支点変更カム３３は図２に示す低速位置と図３に示す高速位置とに切り換えられる。ロータリアクチュエータ３６は制御手段としての制御ユニット３７からの信号により作動するようになっており、制御ユニット３７にはクランク軸５の回転数を検出するエンジン回転数検出手段としてのエンジン回転数センサ３８から検出信号が送られるようになっている。
【００２４】
図５はエンジン動弁装置の動作処理を示すフローチャートであり、制御ユニット３７において所定周期毎に実行される。先ず、エンジン回転数センサ３８からの検出信号を所定周期毎に読み出してエンジン回転数ＮＥが所定の切換回転数ＮＳＥＴよりも高くなったか否かをステップＳ１で判定する。この切換回転数ＮＳＥＴとしては、たとえば、３０００ｒｐｍに設定することができる。
【００２５】
エンジン回転数が切換回転数ＮＳＥＴよりも低い回転数のときには、ステップＳ２が実行されて支点変更カム３３は図２に示す低速位置に設定される。これに対して、エンジン回転数が切換回転数ＮＳＥＴ以上よりも高い回転のときには、ステップＳ３が実行されて支点変更カム３３は図３に示す高速位置に設定される。このようにして、エンジン回転数が所定の判定しきい値を超えたか否かに基づいて、吸気弁１２のバルブリフトが切り換えられるようになっている。
【００２６】
図１には吸気弁１２のみが示されており、排気弁は図示省略されているが、排気弁を駆動するためのロッカアームについても同様の構造となっている。ただし、本発明の動弁装置は吸気弁と排気弁の双方または一方のみを駆動するために適用することができる。
【００２７】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。たとえば、図１に示す動弁装置は汎用エンジンに適用されているが、自動車用のエンジンに本発明の動弁装置を適用するようにしても良い。また、図１に示す動弁装置はＯＨＶ式であるが、ロッカアームを備えている動弁装置であれば、ＯＨＣ式の動弁装置に本発明を適用することもできる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、ロッカアームの揺動中心となる支点の位置を変化させることにより、動弁カムとロッカアームとにより形成される単一の弁駆動経路によって弁体のリフト量を変化させることができる。これにより、弁駆動経路の切換を行うための部品が不要となり、部品点数の削減が図れるとともに、組立工数の削減を図ることができ、エンジンの製造コスト削減を達成することができる。特に、汎用エンジンに適用する場合にはその製造コストを高めることなく、バルブリフトを変化させることができる。動弁装置の部品点数が削減されるので、装置の軽量化が図られるとともに、動弁装置における摩擦損失が低減する。
【００２９】
エンジン回転数が低速回転のときと高速回転のときとで、同一の弁駆動経路となるので、それぞれ独立した弁駆動経路を用いる場合のように切換操作時の慣性質量の変化が生じることなく、エンジンの回転限界を向上させることができる。しかも、ロッカアームはプッシュロッドや弁に常に当接しているので、バルブリフトを変更する際に異音の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】汎用エンジンの一例を示す断面図である。
【図２】エンジン低速回転時に吸気ポートが全開した状態における図１の動弁装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図３】エンジン高速回転時に吸気ポートが全開した状態における図１の動弁装置の一部を拡大して示す断面図である。
【図４】図２におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】エンジン動弁装置の動作処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１      クランクケース
２      シリンダ
３      シリンダヘッド
５      クランク軸
８      燃焼室
９      吸気ポート
１２    吸気弁
１３    カム軸
１４    動弁カム
１５    プッシュロッド
１８    ロッカアーム
３１    駆動軸
３３    支点変更カム
３４ａ  低速用円弧部
３４ｂ  高速用円弧部
３５ａ  低速用摺動面
３５ｂ  高速用摺動面
【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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