(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直打式の低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを並設するとともに、低速用カムと高速用カムとを並設し、低速域では低速用カムにより低速用バルブリフタが押圧されることに基づいてバルブが開き、高速域では高速用カムにより高速用バルブリフタが押圧されることに基づいてバルブが開くように、低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとの連結及び切り離しを行う切替機構を設け、低速用バルブリフタ又は高速用バルブリフタの少なくとも一方に低速用カム又は高速用カムが摺接するローラを回転可能に軸着し、切替機構が低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを連結する切替ピンを含み、該切替ピンがローラを回転可能に軸着する支軸を兼ねる可変動弁機構。
【請求項２】
直打式の低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを並設するとともに、低速用カムと高速用カムとを並設し、低速域では低速用カムにより低速用バルブリフタが押圧されることに基づいてバルブが開き、高速域では高速用カムにより高速用バルブリフタが押圧されることに基づいてバルブが開くように、低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとの連結及び切り離しを行う切替機構を設け、低速用バルブリフタ又は高速用バルブリフタの少なくとも一方に低速用カム又は高速用カムが摺接するローラを回転可能に軸着し、ローラの外周面下部をバルブ押圧面とした可変動弁機構。
【請求項３】
直打式の低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを並設するとともに、低速用カムと高速用カムとを並設し、低速域では低速用カムにより低速用バルブリフタが押圧されることに基づいてバルブが開き、高速域では高速用カムにより高速用バルブリフタが押圧されることに基づいてバルブが開くように、低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとの連結及び切り離しを行う切替機構を設け、低速用バルブリフタ又は高速用バルブリフタの少なくとも一方に低速用カム又は高速用カムが摺接するローラを回転可能に軸着し、切替機構が低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを連結する切替ピンを含み、該切替ピンがローラを回転可能に軸着する支軸を兼ね、ローラの外周面下部をバルブ押圧面とした可変動弁機構。
【請求項４】
切替機構が、低速域では低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを切り離し、高速域では低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを連結するよう構成された請求項１、２又は３記載の可変動弁機構。
【請求項５】
低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとがいずれも円形部材の一部円弧を直線状に切り落とした形状に形成され、低速用バルブリフタの切り落とし側と高速用バルブリフタの切り落とし側とが摺動可能に合わせられた請求項１、２、３又は４記載の可変動弁機構。
【請求項６】
低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとが合わせられた状態で、これらの全体平面形状と同一の断面形状に形成されたガイド穴に上下摺動可能に挿入された請求項５記載の可変動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直打式バルブリフタを用いた内燃機関の可変動弁機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は従来の一般的な直打式バルブリフタを用いた動弁機構を示している。このバルブリフタ５０は、円筒状の側壁部５１とその上端を閉鎖する円板状の端壁部５２とが鋼材の鍛造加工等により一体成形されてなり、倒立カップ状をなしている。端壁部５２の上面とカム６０との間にバルブクリアランス調整用のアウタシム５４を介装し、該アウタシム５４の上面をカム６０が摺接するカム摺接面とする一方、端壁部５２の下面をバルブ６１を押し付けるバルブ押圧面とする。アウタシム５４に代えて、端壁部５２の下面とバルブ６１のステム端面との間にインナシムを介装する場合もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、内燃機関の低燃費化のニーズが高まってきたため、バルブリフタについても低フリクション化を狙い、前記端壁部５２やアウタシム５４を表面処理したり表面粗度を向上させたりする改善を加えてきた。この改善によりある程度の低フリクション化は得られたが、限界があり、図７に示すように、改善後のバルブリフタでもローラ付きロッカアームには遠く及ばなかった。
【０００４】
また、前記動弁機構は、１種類のカム６０でバルブリフタ５０を介してバルブ６１を開閉するが、１種類のカム６０では、内燃機関の低速域から高速域まで同一の作用角及びリフト量でしか開閉することができないため、低速域又は高速域の何れか一方で内燃機関の性能（出力、トルク、燃費等）が下がってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記課題を解決し、直打式バルブリフタを用いながらも十分な低フリクション化を実現して低燃費化を図ることができ、かつ全回転域での内燃機関の性能向上を図ることができる可変動弁機構を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る可変動弁機構は、直打式の低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを並設するとともに、低速用カムと高速用カムとを並設し、低速域では低速用カムにより低速用バルブリフタが押圧されることに基づいてバルブが開き、高速域では高速用カムにより高速用バルブリフタが押圧されることに基づいてバルブが開くように、低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとの連結及び切り離しを行う切替機構を設け、低速用バルブリフタ又は高速用バルブリフタの少なくとも一方に低速用カム又は高速用カムが摺接するローラを回転可能に軸着し、さらに次の（１）、（２）又は（３）の構成を含む。
（１）切替機構が低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを連結する切替ピンを含み、該切替ピンがローラを回転可能に軸着する支軸を兼ねる。
（２）ローラの外周面下部をバルブ押圧面とした。
（３）切替機構が低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを連結する切替ピンを含み、該切替ピンがローラを回転可能に軸着する支軸を兼ね、ローラの外周面下部をバルブ押圧面とした。
【０００７】
ここで、低速用バルブリフタと高速用バルブリフタは、相対的に速度の高低がある回転域に用いるバルブリフタという意味であり、それぞれ特定値の回転域に働かせるものに限定されず、また速度の切替段数は２段に限定されない。例えば、低速域・中速域・高速域の３段切替の場合は、低速用バルブリフタと高速用バルブリフタを、それぞれ低速域と中速域に当てる場合も、それぞれ中速域と高速域に当てる場合も、これらを組み合わせる場合も含む。
【０００８】
切替機構としては、低速域では低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを切り離し、高速域では低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとを連結するよう構成された態様を例示できる。
【００１０】
低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとがいずれも円形部材の一部円弧を直線状に切り落とした形状に形成され、低速用バルブリフタの切り落とし側と高速用バルブリフタの切り落とし側とが摺動可能に合わせられた態様を例示できる。
【００１１】
この態様において、低速用バルブリフタと高速用バルブリフタとが合わせられた状態で、これらの全体平面形状と同一の断面形状に形成されたガイド穴に上下摺動可能に挿入されることにより、各バルブリフタの回り止めが図られる。
【００１２】
なお、ローラのすぐ下方に壁を形成し、該壁の下面をバルブ押圧面とすることもできる。
【００１３】
また、本発明の可変動弁機構は、吸気バルブ又は排気バルブの何れか一方に適用することもできるが、両方に適用することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態の可変動弁機構について、図１〜図５を参照して説明する。カムシャフト４には、作用角及びリフト量の最も小さいノーズを備えた第一低速用カム１と、作用角及びリフト量の小さいノーズを備えた第二低速用カム２と、作用角及びリフト量の大きいノーズを備えた高速用カム３とが、前２者の間に後者を配する配置で並べられて形成されている。
【００１５】
カムシャフト４の下方において、シリンダヘッド５に形成されたガイド穴６内には、第一低速用カム１に対応する直打式の第一低速用バルブリフタ１０と、第二低速用カム２に対応する直打式の第二低速用バルブリフタ２０と、高速用カム３に対応する直打式の高速用バルブリフタ３０とが、前２者の間に後者を配する配置で並設されてそれぞれ上下摺動可能に挿入されている。
【００１６】
第一低速用バルブリフタ１０は、厚手円板の一箇所の一部円弧を直線状に切り落とした形状の端壁部１２に、円筒の一箇所の一部円弧を直線状に切り落とした形状の側壁部１３が一体形成されてなるリフタ本体１１と、端壁部１２の前記切り落とし側に凹設された凹所１４に配置されるとともに後述する第一切替ピン１７によりカムシャフト４と平行な軸線（本例では端壁部１２を横に貫く位置にある）の周りに回動可能に軸着されたローラ１５とからなる。ローラ１５の外周面上部は、端壁部１２の上面を越えて上方に突出し、第一低速用カム１が摺接するカム摺接面となっている。ローラ１５の外周面下部は、端壁部１２の下面を越えて下方に突出し、第一バルブ７を押し付けるバルブ押圧面となっている。ローラ１５と第一バルブ７のステム端面との間にはバルブクリアランス調整用のインナシム９が介装される。
【００１７】
端壁部１２及びローラ１５の中心には両者に連続する第一低速側ピン孔１６が形成され、該第一低速側ピン孔１６には第一切替ピン１７が摺動可能に挿入されている。前記の通り、第一切替ピン１７はローラ１５を回動可能に軸着する支軸としての機能を兼ねている。
【００１８】
第二低速用バルブリフタ２０は、厚手円板の一箇所の一部円弧を直線状に切り落とした形状の端壁部２２に、円筒の一箇所の一部円弧を直線状に切り落とした形状の側壁部２３が一体形成されてなるリフタ本体２１と、端壁部２２の前記切り落とし側に凹設された凹所２４に配置されるとともに後述する支持ピン２７によりカムシャフト４と平行な軸線（本例では端壁部２２を横に貫く位置にある）の周りに回動可能に軸着されたローラ２５とからなる。ローラ２５の外周面上部は、端壁部２２の上面を越えて上方に突出し、第二低速用カム２が摺接するカム摺接面となっている。ローラ２５の外周面下部は、端壁部２２の下面を越えて下方に突出し、第二バルブ８を押し付けるバルブ押圧面となっている。ローラ２５と第二バルブ８のステム端面との間にはバルブクリアランス調整用のインナシム９が介装される。
【００１９】
端壁部２２及びローラ２５の中心には両者に連続する（前記第一低速側ピン孔１６と内径の等しい）第二低速側ピン孔２６が形成され、該第二低速側ピン孔２６には支持ピン２７がＣリングにより固定されている。また、第二低速側ピン孔２６には支持ピン２７に支えられたリターンスプリング２８により後述する第二切替ピン側へ付勢される押圧ピン２９が設けられている。前記の通り、支持ピン２７はローラ２５を回動可能に軸着する支軸としての機能を兼ねている。
【００２０】
高速用バルブリフタ３０は、厚手円板の１８０度離れた二箇所の一部円弧を直線状に切り落とした形状の端壁部３２に、円筒の１８０度離れた二箇所の一部円弧を直線状に切り落とした形状の側壁部３３が一体形成されてなるリフタ本体３１と、端壁部３２に上面から凹設された凹所３４に配されるとともに後述する第二切替ピン３７及びローラ軸支ピン３７ａによりカムシャフト４と平行な軸線（本実施形態では端壁部３２を横に貫く位置にある）の周りに回動可能に軸着されたローラ３５とからなる。側壁部３３は２箇所に離れるため、結合壁３３ａにより結合されて補強が図られている。結合壁３３ａにはロストモーションスプリング３８を受けるバネ受け座３９が凹設されている。
【００２１】
端壁部３２及びローラ３５の中心には両者に連続する（前記低速側ピン孔１６，２６より内径の大きい）高速側ピン孔３６が形成され、該高速側ピン孔３６には円筒状のローラ軸支ピン３７ａが挿入され、該ローラ軸支ピン３７ａの内周面には（前記第一切替ピン１７と外径の等しい）第二切替ピン３７が挿入されている。ローラ軸支ピン３７ａの外周面はローラ３５の摺回動面であり、内周面は第二切替ピン３７の摺動面である。従って、前記の通り、第二切替ピン３７はローラ軸支ピン３７ａとともにローラ３５を回動可能に軸着する支軸としての機能を兼ねている。
【００２２】
これらのバルブリフタ１０，２０，３０は、第一低速用バルブリフタ１０の切り落とし側と高速用バルブリフタ３０の一方の切り落とし側とが上下摺動可能に合わせられるとともに、第二低速用バルブリフタ２０の切り落とし側と高速用バルブリフタ３０の他方の切り落とし側とが上下摺動可能に合わされた状態で、これらバルブリフタ１０，２０，３０の全体平面形状（波打つ長円形状）と同一の断面形状に形成されたガイド穴６に上下摺動可能に挿入されており、これらの形状により各バルブリフタ１０，２０，３０の回り止めが図られている。
【００２３】
そして、図１（ａ）に示すように、各バルブリフタ１０，２０，３０のローラ１５，２５，３５にそれぞれカム１，２，３のベース円が当接したときに、各孔１６，２６，３６は同一軸線上に連続するようになっている。第一低速側ピン孔１６のうちガイド穴６に面する側は作動油が供給される高圧室１８となっており、該高圧室１８には、作動油がオイルポンプ（図示略）→切替弁（図示略）→シリンダヘッド５に形成された油道４１→ガイド穴６の内周面に形成された油溝４２という油路を経て、切替弁が開いたときにのみ送られるようになっている。第一低速用バルブリフタ１０の上下摺動に拘わらず、油溝４２は常に第一低速側ピン孔１６に連通する。
【００２４】
前記ピン孔１６，２６，３６、着替ピン１７，３７、高圧室１８、油道４１、リターンスプリング２８、押圧ピン２９等により、低速用バルブリフタ１０，２０と高速用バルブリフタ３０との連結及び切り離しを行う切替機構が構成されている。
【００２５】
上記の通り構成された本実施例の可変動弁機構は、次のように作用する。
まず、内燃機関の低速域では、切替弁（図示略）が閉じて作動油が高圧室１８に送られないため、図１（ａ）に示すように、第一切替ピン１７及び第二切替ピン３７がリターンスプリング２８及び押圧ピン２９により左側へ押圧され、それぞれ第一低速側ピン孔１６及び高速側ピン孔３６に収まるため、第一低速用バルブリフタ１０と高速用バルブリフタ３０とが切り離されるとともに、第二低速用バルブリフタ２０と高速用バルブリフタ３０とが切り離される。
【００２６】
従って、図１（ｂ）に示すように、第一低速用カム１のノーズがローラ１５を押圧し、第一低速用バルブリフタ１０が摺動して第一バルブ７を最も小さい作用角及びリフト量で開く。また、第二低速用カム２のノーズがローラ２５を押圧し、第二低速用バルブリフタ２０が摺動して第二バルブ８を小さい作用角及びリフト量で開く。なお、高速用カム３のノーズがローラ３５を押圧し、高速用バルブリフタ３０は空摺動するが、この高速用バルブリフタ３０の空摺動をロストモーションスプリング３８が押し戻す。
【００２７】
次に、内燃機関の高速域では、切替弁（図示略）が開いて作動油が高圧室１８に送られるため、図５（ａ）に示すように、第一切替ピン１７及び第二切替ピン３７が高圧室１８の油圧により右側へ押圧され、それぞれ第一低速側ピン孔１６と高速側ピン孔３６とに跨る位置及び高速側ピン孔３６と第二低速側ピン孔２６とに跨る位置に変位するため、第一低速用バルブリフタ１０と高速用バルブリフタ３０とが連結されるとともに、第二低速用バルブリフタ２０と高速用バルブリフタ３０とが連結される。
【００２８】
従って、図５（ｂ）に示すように、高速用カム３のノーズがローラ３５を押圧し、高速用バルブリフタ３０とともに第一低速用バルブリフタ１０及び第二低速用バルブリフタ２０が摺動して第一バルブ７及び第二バルブ８を大きい作用角及びリフト量で開く。
【００２９】
本実施形態の可変動弁機構によれば、次の効果が得られる。
▲１▼  各バルブリフタ１０，２０，３０に各カム１，２，３が摺接するローラ１５，２５，３５を回転可能に軸着したので、内燃機関の全回転域においてローラ付きロッカアームに匹敵する低フリクション化を実現して低燃費化を図ることができるとともに、直打式バルブリフタ特有の高い剛性を併せ持つ動弁機構を構成することができる。
▲２▼  内燃機関の低速域と高速域とで、バルブ７，８の作用角及びリフト量を変化させることができ、もって全回転域で最適な性能（出力、トルク、燃費等）を得ることができる。
▲３▼  ２種類の低速用カム１，２を設けるとともに、それらに対応した２つの低速用バルブリフタ１０，２０を設け、２つのバルブ７，８を異なる作用角及びリフト量で開くようにしたので、例えば燃料空気混合気のスワール効果を高めることができる。各低速用カム１，２の作用角及びリフト量は適宜設定可能である。
▲４▼  切替機構が低速用バルブリフタ１０，２０と高速用バルブリフタ３０とを連結する切替ピン１７，３７を含み、該切替ピン１７，３７がローラ１５，３５を回転可能に軸着する支軸を兼ねているので、シンプル化、コンパクト化及び部品点数の低減が可能である。
【００３０】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
（１）ローラ１５，２５，３５をころがり軸受で軸支してもよい。すなわち、ピン１７，２７，３７とローラ１５，２５，３５との間にインナレース及びニードルピンを設ける。
（２）ローラ１５，２５，３５のいずれか１つ又は２つを省略し、そのバルブリフタの端壁部の上面にカムが摺接するようにしてもよい。その場合でも、ローラのあるバルブリフタの回転域において、上記効果▲１▼が得られる。
（３）ローラ１５，２５の外周面下部をバルブ押圧面とするのではなく、ローラ１５，２５のすぐ下方に側壁部１３，２３から延びる壁を形成し、該壁の下面をバルブ押圧面としてもよい。
（４）低速用カム１，２の作用角及びリフト量を同一にして、２つのバルブ７，８を同一の作用角及びリフト量で開くようにしてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明に係る可変動弁機構によれば、直打式バルブリフタを用いながらも十分な低フリクション化を実現して低燃費化を図ることができ、かつ全回転域での内燃機関の性能向上を図ることができるとともに、シンプル化、コンパクト化及び部品点数の低減が可能であるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る可変動弁機構の低速域の状態を示し、（ａ）はカムのベース円が各バルブリフタに当接したときの断面図、（ｂ）はカムのノーズがバルブリフタに当接したときの断面図である。
【図２】同可変動弁機構を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は底面図である。
【図３】同可変動弁機構の図２（ａ）における断面を示し、（ａ）はIIIa−IIIa線断面図、（ｂ）はIIIb−IIIb線断面図、（ｃ）はIIIc−IIIc線断面図である。
【図４】同可変動弁機構の各バルブリフタの斜視図である。
【図５】同可変動弁機構の低速域の状態を示し、（ａ）はカムのベース円が各バルブリフタに当接したときの断面図、（ｂ）はカムのノーズがバルブリフタに当接したときの断面図である。
【図６】従来例のバルブリフタ及び動弁機構の断面図である。
【図７】従来例のバルブリフタとローラ付きロッカアームとのフリクションを比較して示すグラフである。
【符号の説明】
１    第一低速用カム
２    第二低速用カム
３    高速用カム
６    ガイド穴
７    第一バルブ
８    第二バルブ
１０    第一低速用バルブリフタ
１１    リフタ本体
１２    端壁部
１３    側壁部
１５    ローラ
１６    第一低速側ピン孔
１７    第一切替ピン
１８    高圧室
２０    第二低速用バルブリフタ
２１    リフタ本体
２２    端壁部
２３    側壁部
２５    ローラ
２６    第二低速側ピン孔
２７    支持ピン
２８    リターンスプリング
２９    押圧ピン
３０    高速用バルブリフタ
３１    リフタ本体
３２    端壁部
３３    側壁部
３５    ローラ
３６    高速側ピン孔
３７    第二切替ピン
４１    油道
４２    油溝
【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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