(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
形状が互いに異なる少なくとも第１のカムと第２のカムを備え、リフターに切換ピンを出没自在に設けて第１のカムをリフターに当接せしめ、切換手段によって前記切換ピンを出没させて第２のカムをロッカアーム及び切換ピンを介してリフターに選択的に当接させることによってバルブのリフト量を可変としたことを特徴とする内燃エンジンの可変動弁機構。
【請求項２】
前記ロッカアームを揺動自在に支持するロッカ軸を吸・排気バルブに対して共通化して１本とするとともに、該ロッカ軸をシリンダヘッドのプラグタワー付近に配置したことを特徴とする請求項１記載の内燃エンジンの可変動弁機構。
【請求項３】
前記第１及び第２のカムとロッカアーム及び切換ピンを各バルブに対して各々独立に設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃エンジンの可変動弁機構。
【請求項４】
前記切換ピンがリフターの段部から水平方向に出没するよう構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃エンジンの可変動弁機構。
【請求項５】
前記ロッカアームの前記切換ピンが当接する下面を曲面としたことを特徴とする請求項１記載の内燃エンジンの可変動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方のリフト量を可変とする内燃エンジンの可変動弁機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃エンジンにおいては、燃焼室に開口する吸気ポートと排気ポートが吸気バルブと排気バルブによってそれぞれ適当なタイミングで開閉されて所要のガス交換がなされるが、高速時において吸気又は排気の流れを促進し、高い充填効率を確保して高出力を実現し、且つ、低速時において高い燃焼効率を確保して高出力と低燃費及び良好な排ガス特性を得るためには、吸気バルブ又は排気バルブのリフト量と開閉タイミングの何れか一方又は双方を高速時と低速時において切り換える必要がある。このため、バルブのリフト量をエンジン回転数に応じて可変させる可変動弁機構が従来より種々提案されている。
【０００３】
ところで、１本のカム軸で可変動弁機構を構成する場合、ロッカアーム又はリフターの何れか一方を切り換える方式が採用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ロッカアームを切り換える方式では、リフターの構成が単純化するために機構の軽量化が図られる反面、剛性の低下を免れないという問題がある。
【０００５】
又、リフターを切り換える方式では、機構に高い剛性を確保することができる反面、リフターの構造が複雑化して高重量化するという問題がある。
【０００６】
従って、本発明の目的とする処は、軽量化と高剛性化を両立させることができる内燃エンジンの可変動弁機構を提供することにある。
【０００７】
ところで、ロッカアームを切り換える方式では、吸・排気バルブを駆動するためのロッカアームをそれぞれ揺動自在に支持するためのロッカ軸が２本必要であったため、ロッカ軸のシリンダヘッドへのレイアウトがスペース的に困難であるという問題があった。
【０００８】
従って、本発明の目的とする処は、ロッカ軸を１本化してシリンダヘッドのコンパクト化を図ることができる内燃エンジンの可変動弁機構を提供することにある。
【０００９】
又、従来の可変動弁機構においては、各気筒について複数設けられたバルブを１組の共通の高・低速用カムとロッカアームで駆動するようにしていたため、各バルブについてリフト量を独立に変えることができず、最適なエンジン性能と排ガス特性を得ることができないという問題があった。
【００１０】
従って、本発明の目的とする処は、各バルブについてリフト量を変えることによって最適なエンジン性能及び排ガス特性を得ることができる内燃エンジンの可変動弁機構を提供することにある。
【００１１】
【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記載の発明は、形状が互いに異なる少なくとも第１のカムと第２のカムを備え、リフターに切換ピンを出没自在に設けて第１のカムをリフターに当接せしめ、切換手段によって前記切換ピンを出没させて第２のカムをロッカアーム及び切換ピンを介してリフターに選択的に当接させることによってバルブのリフト量を可変としたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ロッカアームを揺動自在に支持するロッカ軸を吸・排気バルブに対して共通化して１本とするとともに、該ロッカ軸をシリンダヘッドのプラグタワー付近に配置したことを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記第１及び第２のカムとロッカアーム及び切換ピンを各バルブに対して各々独立に設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記切換ピンがリフターの段部から水平方向に出没するよう構成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ロッカアームの前記切換ピンが当接する下面を曲面としたことを特徴とする。
【００１６】
従って、請求項１記載の発明によれば、ロッカアーム切換方式とリフター切換方式を併用するため、双方の利点である軽量化と高剛性化を両立させることができる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、ロッカ軸を吸・排気バルブに対して共通化して１本としてこれをシリンダヘッドのプラグタワー付近に配置したため、該ロッカ軸のシリンダヘッドへのレイアウトが容易化するとともに、シリンダヘッドのコンパクト化が図られる。
【００１８】
請求項３記載の発明によれば、可変動弁機構を各バルブに対して独立にそれぞれ設けたため、各気筒について複数設けられた各バルブのリフト量を変えることができ、最適なエンジン性能及び排ガス特性を得ることができる。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、切換ピンがリフターの段部から水平方向に出没するよう構成したため、カムの押圧力を切換ピンを介してリフターで受けることができ、切換ピンを出没させるための油圧等の駆動力が小さくて済むとともに、切換ピンをロックするためのロック手段が不要となって構造の単純化が図られる。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、ロッカアームの切換ピンが当接する下面を曲面としたため、該ロッカアームの切換ピンへの当接面が常に切換ピンの最上面となり、切換ピンに横方向の力が作用せず、該切換ピンの作動性が高められる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は本発明に係る可変動弁機構を備える内燃エンジン要部の縦断面図、図２は同平面図、図３は本発明に係る可変動弁機構の高速時の状態を示す斜視図、図４は同側面図、図５は同正面図である。
【００２３】
本実施の形態に係る内燃エンジン１は、４バルブ式の水冷４サイクル多気筒エンジンであって、図１に示すように、シリンダヘッド２には各気筒について２つの吸気通路３と２つの排気通路４（図１には１つのみ図示）がそれぞれ形成されている。そして、これらの吸気通路３と排気通路４が燃焼室Ｓに開口する吸気ポート３ａと排気ポート４ａは、本発明に係る可変動弁機構によって駆動される吸気バルブ５と排気バルブ６によってそれぞれ適当なタイミングで開閉され、それらのリフト量は高速時と低速時で切り換えられる。尚、図示しないが、本実施の形態に係る内燃エンジン１においては、前記シリンダヘッド２はシリンダブロックの上部に被着されており、シリンダブロックには各気筒毎にシリンダが形成され、各シリンダにはピストンが摺動自在に嵌挿されている。そして、各ピストンはコンロッドを介してクランク軸に連結されており、各ピストンのシリンダ内での往復直線運動はコンロッドを介してクランク軸の回転運動に変換される。
【００２４】
ところで、図１に示すように、前記各吸気バルブ５と排気バルブ６はシリンダヘッド２に圧入されたバルブガイド７，８にそれぞれ摺動自在に挿通支持されており、これらはシリンダヘッド２とリテーナ９，１０との間に縮装された大小異径のバルブスプリング１１，１２及び１３，１４によってそれぞれ閉じ側に付勢されている。
【００２５】
そして、各吸気バルブ５と排気バルブ６の上部にはリフター１５，１６がそれぞれ被冠されており、各リフター１５，１６はシリンダヘッド２に摺動自在に嵌合保持されている。ここで、各リフター１５，１６はその上面に平面視半円状の段凹部１５ａ，１６ａがそれぞれ形成されており、内部には出没自在な切換ピン１７，１８がそれぞれ摺動自在に嵌挿されている（図３〜図５参照）。
【００２６】
一方、図２に示すように、シリンダヘッド２の幅方向中央には、各気筒について１つのプラグタワー１９がそれぞれ形成されており、各プラグタワー１９に形成された円孔状のプラグ孔１９ａからは図１に示す点火プラグ２０が挿入されてシリンダヘッド２に取り付けられている。尚、点火プラグ２０の電極部２０ａは各燃焼室Ｓの頂部に臨んでいる。
【００２７】
又、シリンダヘッド２の吸・排気側上部には、吸気カム軸２１と排気カム軸２２が図１の紙面垂直方向に長く配されており、図２に示すように、吸気カム軸２１には各気筒について高速用カム２１ａと低速用カム２１ｂが一体に形成され、同様に排気カム軸２２にも各気筒について高速用カム２２ａと低速用カム２２ｂが一体に形成されている。尚、図１において、鎖線にて示す円Ｃ１，Ｃ２は吸気カム軸２１の高速用カム２１ａと低速用カム２１ｂのベース円であり、同様に鎖線にて示す円Ｃ３，Ｃ４は排気カム軸２２の高速用カム２２ａと低速用カム２２ｂのベース円である。
【００２８】
そして、吸気カム軸２１の低速用カム２１ｂと排気カム軸２２の低速用カム２２ｂは前記リフター１５，１６の上面（高い方の面）に常時当接している。
【００２９】
他方、図２に示すように、シリンダヘッドの幅方向中央であって、前記プラグタワー１９の付近にはロッカ軸２３がカム軸方向（図２の上下方向）に一直線状に配されており、このロッカ軸２３には吸気側と排気側のロッカアーム２４，２５の各一端が上下揺動自在に枢着されている。各ロッカアーム２４，２５は各吸気バルブ５と排気バルブ６に対してそれぞれ１つずつ設けられており、後述のように、その他端（先端部）は高速時（つまり、切換ピン１７，１８がリフター１５，１６の段凹部１５ａ，１６ａに突出した状態）には切換ピン１７，１８に当接してリフター１５，１６及び吸・排気バルブ５，６を押し下げて吸・排気バルブ５，６を適当なタイミングで開く。尚、図２に示すように、隣接する気筒のロッカアーム２５は、ロッカ軸２３の外周に縮装されたスプリング２６によって付勢されて位置決めされている。又、各ロッカアーム２４，２５の切換ピン１７，１８に当接する下面は曲面に成形されている（図４参照）。
【００３０】
又、各ロッカアーム２４，２５の中間下面には突起２４ａ，２５ａが一体に突設されており、各突起２４ａ，２５ａは図１に示すロストモーション機構を構成するリフター２７，２８に当接している。ここで、各ロストモーション機構は、前記リフター２７，２８とこれを上方に付勢するスプリング２９，３０を含んで構成されており、スプリング２９，３０の付勢力によって各ロッカアーム２４，２５はその先端部の上面が高速用カム２１ａ，２２ａに押圧されて当接している。
【００３１】
ところで、吸気バルブ５と排気バルブ６の各リフター１５，１６に摺動自在に嵌挿された前記切換ピン１７，１８は、図２に示すように、リターンスプリング３１，３２によって一方向（リフター１５，１６内に没する方向）に付勢されており、その端面側に形成された油圧室３３はシリンダヘッド２に形成された油路３４を介して不図示の油圧ポンプに接続されている。尚、油圧室３３への油圧の供給は不図示のＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）によってなされる。
【００３２】
而して、以上説明した吸気カム軸２１に形成された高速用カム２１ａと低速用カム２１ｂ、ロッカアーム２４、切換ピン１７等によって本発明に係る吸気側の可変動弁機構が構成され、排気カム軸２２に形成された高速用カム２２ａと低速用カム２２ｂ、ロッカアーム２５、切換ピン１８等によって本発明に係る排気側の可変動弁機構が構成されるが、各可変動弁機構においては、各切換ピン１７，１８が出没することによって吸・排気カム軸２１，２２の駆動力の各リフター１５，１６への伝達が高速用カム２１ａ，２２ａ又は低速用カム２１ｂ，２２ｂを介して伝達され、これによって吸・排気バルブ５，６のリフト量が高速時と低速時でそれぞれ切り換えられる。
【００３３】
即ち、不図示の回転センサによって検出されたエンジン回転数が設定値以下である低速域においては、各リフター１５，１６に形成された前記油圧室３３への油圧の供給がなされず、各リフター１５，１６に設けられた切換ピン１７，１８はリターンスプリング３１，３２によって付勢されて図２に実線にて示すようにリフター１５，１６内に収容されている。このため、各ロッカアーム２４，２５はリフター１５，１６に当接せず、これらは吸気カム軸２１と排気カム軸２２の各高速用カム２１ａ，２２ａのプロフィールに沿ってロッカ軸２３を中心として揺動するのみであって、このときの揺動は各ロストモーション機構によってスプリング２９，３０の伸縮動によって吸収される。
【００３４】
従って、低速域においては、吸気カム軸２１と排気カム軸２２からの駆動力は各低速用カム２１ｂ，２２ｂを経てリフター１５，１６に伝達され、各リフター１５，１６が吸気カム軸２１と排気カム軸２２の各低速用カム２１ｂ，２２ｂによって駆動されるため、吸気バルブ５及び排気バルブ６がスプリング１１〜１４の付勢力に抗して所定のリフト量だけ押し下げられて開かれる。
【００３５】
そして、エンジン回転数が設定値を超える高速域に達すると、ＥＣＵは各リフター１５，１６に形成された前記油圧室３３に油圧を供給する。すると、図２に鎖線に示すように切換ピン１７，１８が油圧によって各リフター１５，１６の段凹部１５ａ，１６ａに押し出されるため、各ロッカアーム２４，２５の先端部は図示のように切換ピン１７，１８にそれぞれ当接する。
【００３６】
従って、高速域においては、高速用カム２１ａ，２２ａのプロフィールに沿ってロッカ軸２３を中心として上下に揺動する各ロッカアーム２４，２５は切換ピン１７，１８を介して各リフター１５，１６を押圧するため、吸気バルブ５と排気バルブ６はスプリング１１〜１４の付勢力に抗して低速時よりも大きなリフト量で押し下げられて開かれる。尚、高速域では吸気カム軸２１と排気カム軸２２の各低速用カム２１ｂ，２２ｂはリフター１５，１６から離間するため、これらの低速用カム２１ｂ，２２ｂは吸・排気バルブ５，６の開閉に寄与せず、吸・排気バルブ５，６は各高速用カム２１ａ，２２ａのプロフィールに沿って開閉される。
【００３７】
以上のように、本発明に係る可変動弁機構においては、エンジン回転数に応じて各切換ピン１７，１８が出没することによって吸・排気カム軸２１，２２の駆動力の各リフター１５，１６への伝達が高速用カム２１ａ，２２ａ又は低速用カム２１ｂ，２２ｂを介して伝達され、これによって吸・排気バルブ５，６のリフト量が高速時と低速時でそれぞれ切り換えられるため、低速時において高い燃焼効率を確保して高出力と低燃費及び良好な排ガス特性を得ることができ、高速時において吸・排気の流れを促進することによって高出力を実現することができる。
【００３８】
而して、本実施の形態においては、可変動弁機構にロッカアーム切換方式とリフター切換方式を併用するため、双方の利点である軽量化と高剛性化を両立させることができる。
【００３９】
又、ロッカ軸２３を吸・排気バルブ５，６に対して共通化して１本としてこれをシリンダヘッド２のプラグタワー１９付近に配置したため、該ロッカ軸２３のシリンダヘッド２へのレイアウトが容易化するとともに、シリンダヘッド２のコンパクト化が図られる。
【００４０】
更に、４バルブエンジン１において、可変動弁機構を吸・排気バルブ５，６に対して独立にそれぞれ設けたため、吸・排気カム軸２１，２２の高速用カム２１ａ，２２ａと低速用カム２１ｂ，２２ｂのプロフィールを同一気筒内で互いに変えれば、各気筒について２つずつ設けられた吸・排気バルブ５，６のリフト量をそれぞれ独立に変えることができ、これによって最適なエンジン性能及び排ガス特性を得ることができる。
【００４１】
又、本実施の形態においては、切換ピン１７，１８がリフター１５，１６の段部から水平方向に出没するよう構成したため、高速用カム２１ａ，２２ａの押圧力を切換ピン１７，１８を介してリフター１５，１６で受けることができ、切換ピン１７，１８を出没させるための油圧が小さくて済むとともに、切換ピン１７，１８をロックするためのロック手段が不要となって構造の単純化が図られる。
【００４２】
更に、前述のようにロッカアーム２４，２５の切換ピン１７，１８が当接する下面を曲面としたため、ロッカアーム２４，２５の切換ピン１７，１８への当接面が常に切換ピン１７，１８の最上面となり、切換ピン１７，１８に横方向の力が作用せず、該切換ピン１７，１８の作動性が高められる。
【００４３】
尚、本発明に係る可変動弁機構は吸気バルブと排気バルブの何れか一方に設けても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１記載の発明によれば、ロッカアーム切換方式とリフター切換方式を併用するため、双方の利点である軽量化と高剛性化を両立させることができる。
【００４５】
請求項２記載の発明によれば、ロッカ軸を吸・排気バルブに対して共通化して１本としてこれをシリンダヘッドのプラグタワー付近に配置したため、該ロッカ軸のシリンダヘッドへのレイアウトが容易化するとともに、シリンダヘッドのコンパクト化が図られる。
【００４６】
請求項３記載の発明によれば、可変動弁機構を各バルブに対して独立にそれぞれ設けたため、各気筒について複数設けられた各バルブのリフト量を変えることができ、最適なエンジン性能及び排ガス特性を得ることができる。
【００４７】
請求項４記載の発明によれば、切換ピンがリフターの段部から水平方向に出没するよう構成したため、カムの押圧力を切換ピンを介してリフターで受けることができ、切換ピンを出没させるための油圧等の駆動力が小さくて済むとともに、切換ピンをロックするためのロック手段が不要となって構造の単純化が図られる。
【００４８】
請求項５記載の発明によれば、リフターの切換ピンが当接する下面を曲面としたため、リフターの切換ピンへの当接面が常に切換ピンの最上面となり、切換ピンに横方向の力が作用せず、該切換ピンの作動性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る可変動弁機構を備える内燃エンジン要部の縦断面図である。
【図２】本発明に係る可変動弁機構を備える内燃エンジン要部の平面図である。
【図３】発明に係る可変動弁機構の高速時の状態を示す斜視図である。
【図４】発明に係る可変動弁機構の高速時の状態を示す側面図である。
【図５】発明に係る可変動弁機構の高速時の状態を示す正面図である。
【符号の説明】
１          内燃エンジン
２          シリンダヘッド
５          吸気バルブ
６          排気バルブ
１５，１６  リフター
１７，１８  切換ピン
１９        プラグタワー
２１        吸気カム軸
２１ａ      高速用カム（第２のカム）
２１ｂ      低速用カム（第１のカム）
２２        排気カム軸
２２ａ      高速用カム（第２のカム）
２２ｂ      低速用カム（第１のカム）
２３        ロッカ軸
２４，２５  ロッカアーム
【図１】
0004271380.tif 000002
【図２】
0004271380.tif 000003
【図３】
0004271380.tif 000004
【図４】
0004271380.tif 000005
【図５】
0004271380.tif 000006