JP4150333B2 - Valve mechanism of internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の動弁機構に関するものである。 The present invention relates to a valve mechanism for an internal combustion engine.
従来、4サイクル内燃機関の動弁機構として、シリンダヘッドに揺動可能に支持されたロッカアームでキノコ形の吸気弁あるいは排気弁を開弁駆動するものが知られている。これらの吸気弁あるいは排気弁は、シリンダヘッドに形成されたスプリングシートと、バルブステムにコッタを介して固定されたスプリングリテーナとの間に縮設されたバルブスプリングによって常時閉弁付勢されている。また、エンジン本体にロッカアームを揺動自在に設け、回転するカムでロッカアームを揺動させることにより、そのロッカアームを介して吸気弁あるいは排気弁を開弁するようにしたものがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, as a valve operating mechanism for a four-cycle internal combustion engine, a mechanism that opens a mushroom-type intake valve or exhaust valve with a rocker arm that is swingably supported by a cylinder head is known. These intake valves or exhaust valves are normally urged to be closed by a valve spring that is contracted between a spring seat formed on the cylinder head and a spring retainer fixed to the valve stem via a cotter. . In addition, there is a rocker arm that is swingably provided in an engine body, and an intake valve or an exhaust valve is opened via the rocker arm by rocking the rocker arm with a rotating cam.
ロッカアームを設けたものでは、そのロッカアームにおけるバルブステム側の揺動端部にバルブステムに当接するタペット部材を設けており、そのタペット調整をする必要がある。タペット調整構造にあっては、ロッカアームの支点での調整機構を持つもの以外では、タペット部材にねじ部を形成し、そのタペット部材をロッカアームの揺動端部にねじ込むと共にねじ込み量を調整してロックナットで固定するものがある。 In the case where the rocker arm is provided, a tappet member that comes into contact with the valve stem is provided at the swing end of the rocker arm on the valve stem side, and it is necessary to adjust the tappet. In the tappet adjustment structure, except for the one having an adjustment mechanism at the fulcrum of the rocker arm, a threaded portion is formed on the tappet member, and the tappet member is screwed into the rocking end of the rocker arm and the screwing amount is adjusted and locked. Some are fixed with nuts.
上記従来のタペット調整構造にあっては、調整後にはタペット部材を固定(不動)することを前提としており、通常は可動する部材は無い。なお、油圧タペットを用いた構造のものにあっては、可動部分が存在するが、タペット調整のためであり、バルブリフト時には積極的に可動状態にならないように設定されている。 The conventional tappet adjustment structure is based on the premise that the tappet member is fixed (immobilized) after the adjustment, and usually there is no movable member. In the structure using a hydraulic tappet, there is a movable part, but it is for tappet adjustment, and is set so as not to be actively moved during valve lift.
また、通常の動弁系では、作動時の騒音を低減するために、図8に示されるようにバルブ(カム)リフトカーブにおける開き始めと終わりとにバルブリフト変化率が小さい緩衝部分a・bを設け、弁隙間が図のcだけ存在するとすると、バルブ(カム)リフトカーブと弁隙間cとの交点dがバルブリフト始めとなり、同様に交点eがバルブリフト終わりとなり、それらのタイミングが緩衝部分a・bで起きるようにしている。 Further, in a normal valve system, in order to reduce noise during operation, as shown in FIG. 8, buffer portions a and b having a small valve lift change rate at the beginning and end of the valve (cam) lift curve as shown in FIG. If the valve clearance is only c in the figure, the intersection d between the valve (cam) lift curve and the valve clearance c is the start of the valve lift, and the intersection e is the end of the valve lift. I try to get up in a and b.
一方、本出願人は、吸気弁あるいは排気弁の開度を連続的且つ無段階に変化させるバルブリフト可変装置を備えた内燃機関用動弁機構を特許文献1において既に提案している。 On the other hand, the present applicant has already proposed a valve operating mechanism for an internal combustion engine provided with a variable valve lift that continuously and continuously changes the opening degree of an intake valve or an exhaust valve.
上記高〜低バルブリフト特性を有する連続可変リフト動弁系にあっては、低バルブリフト特性時におけるバルブリフト始め及びバルブリフト終わりが図8に示されるように緩衝部分a・bを外れてバルブリフト部分fになるため、バルブ速度が大きくなる場合があり、そのような場合には騒音を発生する虞がある。騒音対策としては、バルブ(カム)リフトカーブをなだらかにしたり、動弁系の重量を減らしたりすることが考えられるが、前者は出力性能が犠牲になり、後者は高価な材料の採用により製品のコスト上昇を招くなどの問題がある。 In the continuously variable lift valve system having the above-described high to low valve lift characteristics, the valve lift start and valve lift end at the time of the low valve lift characteristics are removed from the buffer portions a and b as shown in FIG. Since it becomes the lift portion f, the valve speed may increase, and in such a case, noise may be generated. As noise countermeasures, it may be possible to smooth the valve (cam) lift curve or reduce the weight of the valve system, but the former sacrifices output performance and the latter uses expensive materials. There are problems such as increasing costs.
このような課題を解決して、内燃機関の動弁機構における作動音を低減できると共に出力が低下せずかつ安価にするために、本発明に於いては、カム(2)とそのカムリフトをバルブステム(3a)に伝達するロッカアーム(4)とを有する内燃機関の動弁機構であって、前記ロッカアーム(4)における前記バルブステム(3a)に近接離反する揺動端部に設けられたアジャストスクリュー(31)と、前記アジャストスクリュー(31)に同軸的に変位自在に支持されたタペット部材(17)と、前記タペット部材(17)を前記バルブステム(3a)側に付勢する第2のスプリング(32)と、前記タペット部材(17)の前記バルブステム(3a)側とは相反する側への変位を止めるべく前記タペット部材(17)と前記アジャストスクリュー(31)との両者間に設けられたストッパ(31b)とを有し、前記アジャストスクリュー(31)に前記バルブステム(3a)側に開口する孔(31a)が形成され、前記タペット部材(17)は、前記孔(31a)の内径と略同一の円筒状に形成され、前記アジャストスクリュー(31)により軸線方向に変位自在に前記孔(31a)内に受容され、かつ前記バルブステム(3a)側に閉塞端部を有し、前記第2のスプリング(32)が、前記閉塞端部と前記孔(31a)の底面との間に介装されているものとした。 In order to solve such a problem and reduce the operation noise in the valve mechanism of the internal combustion engine and reduce the output without reducing the output, in the present invention, the cam (2) and its cam lift are provided with a valve. An adjustment valve provided at a rocking end portion of the rocker arm (4), which is close to and away from the valve stem (3a), having a rocker arm (4) for transmitting to the stem (3a) and (31), wherein the adjustment screw (31) and coaxially displaceable freely supported tappet member (17), said tappet member (17) a pre-Symbol valve stem (3a) second for urging the side of the The tappet member (17) and the adjustment to stop displacement of the spring (32) and the tappet member (17) to the side opposite to the valve stem (3a) side. It possesses the both stopper provided between (31b) of the clew (31), said valve stem (3a) open to the side hole (31a) is formed in the adjustment screw (31), said tappet member ( 17) is formed in a cylindrical shape substantially the same as the inner diameter of the hole (31a), is received in the hole (31a) so as to be axially displaceable by the adjusting screw (31), and the valve stem (3a ) has a closed end on the side, the second spring (32) has been assumed to be interposed between the bottom of the said closed end hole (31a).
特に、前記カム(2)と前記ロッカアーム(4)との間にバルブリフト可変装置(1)が設けられているものに好適である。 Particularly, it is suitable for a device in which a variable valve lift (1) is provided between the cam (2) and the rocker arm (4).
このように本発明によれば、アジャストスクリューに取り付けるタペット部材を、アジャストスクリューにより変位自在に支持すると共に第2のスプリングによりバルブステム側に弾発付勢し、かつバルブステム側とは相反する側への変位を止めるようにしたことから、ロッカアームが揺動し始めてから実際にバルブリフトが始まるまでの間に、第2のスプリングを撓ませるタペット部材の変位を行わせることができるため、その第2のスプリングの撓みによりタペット部材とバルブステムとの間の衝撃を緩和させることができる。これにより、バルブ(カム)リフトカーブをなだらかにして出力性能が犠牲になることがないと共に、動弁系の重量を減らしたりする必要がないため高価な材料の採用により製品のコスト上昇を招くという問題が生じることがない。
As described above, according to the present invention, the tappet member attached to the adjustment screw is movably supported by the adjustment screw, and is elastically biased toward the valve stem side by the second spring, and the side opposite to the valve stem side. The displacement of the tappet member that bends the second spring can be performed between the time when the rocker arm starts to swing and the time when the valve lift actually starts. The impact between the tappet member and the valve stem can be mitigated by the bending of the
特に、高〜低バルブリフト特性を有する連続可変リフト動弁系を設けたバルブリフト可変装置にあっては、低負荷に対応させた低リフト特性時にはバルブリフトカーブが扁平になるため、従来例における緩衝部分ではなくバルブリフト部分で弁が開き始める場合でも、タペット部材がアジャストスクリュー内を摺動する構造とすることにより、その摺動抵抗によりショックを吸収可能となり、耐久性が向上し得る。 In particular, in a variable valve lift device provided with a continuously variable lift valve system having high to low valve lift characteristics, the valve lift curve becomes flat when the low lift characteristics corresponding to low loads are used. Even when the valve starts to open at the valve lift portion instead of the buffer portion, the structure in which the tappet member slides inside the adjustment screw can absorb shock by the sliding resistance, and the durability can be improved.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1並びに図2は、本発明が適用される内燃機関のバルブリフト可変装置の基本構成を示している。このバルブリフト可変装置1は、吸気弁あるいは排気弁の開度を連続的且つ無段階に変化させるものである。図示例では、吸気カム2のリフトを吸気弁3に伝達するロッカアーム4と、ロッカアーム4の上部にローラフォロワ5と共にアッパピン6をもってその二股部が連結されたアッパリンク部材7と、ロッカアーム4の下部にその一端がロワピン8をもって連結されたロワリンク部材9とが設けられている。
1 and 2 show a basic configuration of a variable valve lift device for an internal combustion engine to which the present invention is applied. The variable
アッパリンク部材7の他端は、シリンダヘッド(図示せず)上に固定されたロッカアーム支持軸10に枢着され、ロワリンク部材9の他端は、クランク部材11のクランクピン部12に枢着されている。
The other end of the upper link member 7 is pivotally attached to a rocker
クランク部材11のクランクピン部12にクランクウェブ部13a・13bを介して接続されたクランク軸部14の両端は、例えばヘッドカバーHC等のシリンダヘッドと実質的に一体をなす部材に形成された支持孔15に枢着されている。このクランク軸部14の中間部は、直列する各気筒上のバルブリフト可変装置1におけるロッカアーム4の下部とロワリンク部材9との連結部を挟む一対のクランクウェブ部13a・13b同士間を相互に連結して気筒列方向に延在している。なお、図2においては、ロッカアーム4の下部とロワリンク部材9との連結部を明示するために、クランクピン部12を分断して一方のクランクウェブ部13aを右方へ偏倚させている。
Both ends of the
吸気カム2が内燃機関のクランク軸と同期回転するカム軸16に一体形成され、ロッカアーム4の遊端がタペット部材17を介して2つの吸気弁3の各バルブステム3aの上端に当接し、カム軸16の回転で吸気カム2がロッカアーム4に枢着されたローラフォロワ5を押圧し、これによって2つの吸気弁3を同時に開弁駆動する点については、周知の内燃機関の動弁機構と何等変わるところはない。なお、吸気弁3はバルブスプリングによって常時閉弁付勢されているが、これらの構造に関しては後に詳述する。
The
支持孔15から突出したクランク軸部14の端末には、コントロールアーム18の上端が固定されている。そしてコントロールアーム18の下端には、図3に示すように、ねじ軸20に螺合したナット部材21にその一端をピン結合した連結リンク22の他端がピン結合されている。このねじ軸20は、例えばシリンダヘッドのクランク軸方向端面などに取り付けられた電動機(図示せず)によって駆動される。
The upper end of the
クランク部材11のクランク軸部14は、吸気カム2のベース円部分がローラフォロワ5に摺接してロッカアーム4が上昇位置にあるとき(図1の状態)、つまり吸気弁3が閉弁状態にあるときは、ロッカアーム4の下部に枢着されたロワピン8と同軸上に位置している。
The
この状態から電動機を駆動すると、ねじ軸20の回転によってナット部材21が直線移動し、ナット部材21に連結リンク22を介して接続されたコントロールアーム18が回動する。これにより、クランク部材11がクランク軸部14を中心に回動し、クランクピン部12がクランク軸部14を中心とする円弧A上を移動することとなり、クランクピン部12に上下方向への変位が与えられる。
When the electric motor is driven from this state, the
次に、本装置の作動要領について説明する。 Next, the operating procedure of this apparatus will be described.
電動機を駆動してナット部材21を図3に示した前進位置から後退させ、コントロールアーム18を図3における反時計方向へ回動させると、コントロールアーム18に連結されたクランク部材11が反時計方向に回動し、図4に示すようにクランク部材11のクランクピン部12が上向きに変位する。これにより、ロッカアーム支持軸10、アッパピン6、ロワピン8及びクランクピン部12を結ぶ四節リンクの形状が、ロッカアーム支持軸10側に頂点を置いた略三角形になる。この状態で吸気カム2がローラフォロワ5を押圧すると、四節リンクが変形してロッカアーム4が想像線で示す位置から実線で示す位置へと大きく揺動し、タペット部材17が吸気弁3のバルブステム3aの上端を押圧して、吸気弁3を高バルブリフトHLで開弁させる。
When the motor is driven to retract the
電動機を駆動してナット部材21を図3に示した前進位置に戻すと、コントロールアーム18に連結されたクランク部材11が時計方向へ回動し、図5に示すようにクランク部材11のクランクピン部12が下向きに変位する。これにより、ロッカアーム支持軸10、アッパピン6、ロワピン8及びクランクピン部12を結ぶ四節リンクの形状が、タペット部材17側に頂点を置いた略三角形になる。この状態で吸気カム2がローラフォロワ5を押圧すると、四節リンクが変形してロッカアーム4が想像線に示す位置から実線で示す位置へと僅かに揺動し、タペット部材17が吸気弁3のバルブステム3aの端を押圧して、吸気弁3を低バルブリフトLLで開弁させる。
When the motor is driven to return the
このようにして、本発明に係るバルブリフト可変装置1によれば、ロワリンク部材9の他端(クランクピン部12)の位置を無段階且つ連続的に移動させることにより、図6に示すように、高リフト時(図4に対応)のリフト量と、低リフト時(図5に対応)のリフト量との間で、バルブタイミングは一定のままでリフト量だけを無段階且つ連続的に変化させることができる。
In this way, according to the variable
次にロッカアーム4と吸気弁3との連動部の構造について説明する。
Next, the structure of the interlocking portion between the rocker arm 4 and the
カムリフトをバルブリフトに変換するロッカアーム4の揺動端部(ロッカアーム支持軸10及びクランクピン部12とは相反する側の端部)には、例えば六角穴付きねじからなるアジャストスクリュー31が螺着されており、吸気弁3のバルブステム3aの上端(バルブステムエンド)に直接当接するタペット部材17が、上下に所定範囲(s)を移動可能となるようにアジャストスクリュー31内に摺合している。
An adjusting
アジャストスクリュー31にはそのバルブステム3a側に開口する孔31aが形成されている。タペット部材17は2段の階段形の円筒状に形成されていると共にその小径部分を突出方向に向けて大径部分が孔31a内に受容され、その大径部分の外径と孔31aの内径とが略同一にされている。このようにしてタペット部材17がアジャストスクリュー31によりその軸線方向に変位自在に支持されている。
The
上記したように、タペット部材17の小径部分がバルブステム3aに対向しており、その小径部分の突出端部が閉じられており、その閉塞突出端部と孔31aの底面31bとの間に所定のばね定数(Ka)の第2のスプリング32が介装されている。これにより、タペット部材17に対して下向き(バルブステム3a側に付勢する向き)の弾性力が常時作用するようになっている。
As described above, the small-diameter portion of the
孔31aの開口近傍には、タペット部材17の大径部の肩部が係合することによりタペット部材17を抜け止めするための例えばスナップリングが組み付けられている。このスナップリングに大径部の肩部が当接した状態で、タペット部材17の没入端と底面31bとの間が上記所定範囲sとなる。
In the vicinity of the opening of the
なお、バルブステム3aの上端部には、コッタ34を介してスプリングリテーナ33が係合している。このスプリングリテーナ33と、シリンダヘッドに固定されたスプリングシート38との間には、所定のばね定数(Kb)のバルブスプリング39が組み込まれており、吸気弁3が閉弁方向へ常時弾発付勢されている。
A
ここで両スプリング32・39のばね定数の関係を例えばKa<Kbに設定すると良い。第2のスプリング32が撓んでアジャストスクリュー31内でタペット部材17がバルブステム3a側とは相反する側へ所定範囲sを移動すると、図6に示されるようにストッパとしてのアジャストスクリュー31の底面31bにタペット部材17の没入端(大径部の開口端)が当接する。
Here, the relationship between the spring constants of both
吸気カム3がロッカアーム4を押し下げると、先ず、ばね定数の低い第2のスプリング32が撓み、孔31aの底面31bにタペット部材17の没入端が当接する。その当接状態では、アジャストスクリュー31とタペット部材17とがバルブステム3aを押し下げる向きに対しては一体化されるため剛体と同じになる。さらに、吸気カム3によりロッカアーム4が押し下げられると、その変位がバルブステム3aにそのまま伝達されて吸気弁3が開かれる(バルブリフト)。
When the
なお、両ばね定数と各撓み量との関係により、タペット部材17が底面31bに当接する前にバルブスプリング39が撓み始めて、吸気弁3が開き始めるようにすることもでき、そのようにしても良い。また、吸気弁3が全開した状態から閉じる場合には、上記と逆の動作を行うことになる。
Depending on the relationship between both spring constants and the amount of bending, the
図7に、ロッカアーム4の揺動端(アジャストスクリュー31)のリフトカーブ(破線)及び吸気弁3(バルブステム3a)のリフトカーブ(実線)を示す。図には、従来例で示したバルブリフトの緩衝部分a・b及びバルブリフト部分fに相当する範囲を示している。ロッカアーム4の揺動端の変位し始めでは上記したようにロッカアーム4の変位がそのまま吸気弁3には伝達されない。その後バルブリフト量が上昇し、図に示されるようになる。緩衝部分aからバルブリフト部分fに移る時点が、上記したアジャストスクリュー31の孔31aの底面31bにタペット部材17の没入端が当接する時である。
FIG. 7 shows a lift curve (broken line) of the rocking end (adjustment screw 31) of the rocker arm 4 and a lift curve (solid line) of the intake valve 3 (
なお、ロッカアーム4と吸気弁3とが緩衝部分a・bで両スプリング32・39が撓みつつ運動する場合には、ロッカアーム4の揺動端部のバルブリフト方向速度をV1とし、吸気弁3のバルブリフト方向速度をV2とすると、吸気弁3のバルブリフト速度V2は、V2={Ka/(Ka+Kb)}V1、となる。したがって、各ばね定数を適宜設計変更することにより、速度V2を自由に設定できるため、作動音の減少を容易に実現し得る。なお、閉じ側でも同様である。
When the rocker arm 4 and the
その後は、ロッカアーム4の揺動角度に応じて吸気弁3が開かれる。すなわち、ロッカアーム4の揺動端部のリフト(カムリフト)カーブと同じ曲率のバルブリフトカーブで吸気弁3が開弁動作する。その時には、アジャストスクリュー31とタペット部材17とが一体化した状態であるため、V2=V1となる。なお、図7のカーブは、高〜低リフトの任意のリフトにおける場合を示したものであるが、他のリフト時にはバルブリフト量が変わるだけで、両リフトカーブの相対的関係は変わらない。
Thereafter, the
これにより、ロッカアームの揺動端部にリジッド状態で設けたタペット部材によりバルブステムをリフト運動させる従来形式の動弁機構において設けていた緩衝部分に対応する部分を、タペット部材17に対する変位可能な支持構造と第2のスプリング32による弾発付勢力とにより実現できるため、従来形式におけるカムの複雑な形状による緩衝部分の確保を必要としない。そのため、カム形状を単純な形状にすることができ、簡単な構造により動弁系の衝撃を緩和することができる。また、緩衝部分を考慮する必要がないため、バルブリフトカーブのみに注目して自由なカム形状にすることができる。
Accordingly, the portion corresponding to the buffer portion provided in the conventional valve operating mechanism in which the valve stem is lifted by the tappet member provided in a rigid state at the rocking end portion of the rocker arm can be displaceably supported with respect to the
なお、本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。 Note that the present invention can also be applied to a marine vessel propulsion engine such as an outboard motor having a vertical crankshaft.
1 バルブリフト可変装置
2 カム
3a バルブステム
4 ロッカアーム
17 タペット部材
31 アジャストスクリュー
31b 孔31aの底面(ストッパ)
1 Valve
Claims (6)
前記ロッカアームにおける前記バルブステムに近接離反する揺動端部に設けられたアジャストスクリューと、前記アジャストスクリューに同軸的に変位自在に支持されたタペット部材と、前記タペット部材を前記バルブステム側に付勢する第2のスプリングと、前記タペット部材の前記バルブステム側とは相反する側への変位を止めるべく前記タペット部材と前記アジャストスクリューとの両者間に設けられたストッパとを有し、
前記アジャストスクリューに前記バルブステム側に開口する孔が形成され、
前記タペット部材は、前記孔の内径と略同一の円筒状に形成され、前記アジャストスクリューにより軸線方向に変位自在に前記孔内に受容され、かつ前記バルブステム側に閉塞端部を有し、
前記第2のスプリングが、前記閉塞端部と前記孔の底面との間に介装されていることを特徴とする内燃機関の動弁機構。 A valve operating mechanism for an internal combustion engine having a cam and a rocker arm that transmits the cam lift to a valve stem,
And the adjustment screw provided on the oscillating end portion proximate away to the valve stem in the rocker arm, with a tappet member which is coaxially supported displaceably in the adjustment screw, the tappet member before Symbol valve stem side possess a second spring for energizing, and said stopper provided between both and said tappet member to stop the displacement of the opposite side the adjusting screw and the valve stem side of the tappet member,
A hole that opens to the valve stem side is formed in the adjustment screw,
The tappet member is formed in a cylindrical shape substantially the same as the inner diameter of the hole, is received in the hole so as to be displaceable in the axial direction by the adjusting screw, and has a closed end on the valve stem side,
The valve operating mechanism for an internal combustion engine, wherein the second spring is interposed between the closed end and the bottom surface of the hole .
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