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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