JP2002054410A - エンジンの可変開角動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンのバルブの開角を任意に制御するこ
とが可能な可変開角動弁装置を提供する。 【解決手段】 固定吸気カム４１を備えた第１カムシャ
フト８ｏと、第１カムシャフト８ｏの外周に相対回転自
在に支持された可動吸気カム４３がピン４４で連結され
た第２カムシャフト８ｉとを同軸に嵌合させ、位相変更
手段で第１カムシャフト８ｏに対する第２カムシャフト
８ｉの位相を変更する。図５（Ａ）に示すように、エン
ジンのアイドル時や発進時には固定吸気カム４１および
可動吸気カム４３を相互に重なる位置とし、吸気バルブ
の開角を狭くする。また図５（Ｂ）に示すように、エン
ジンの部分負荷運転時には、固定吸気カム４１および可
動吸気カム４３を相対回転させて高位部４１ａ，４３ａ
の全長を増加させることにより、吸気バルブのリフトラ
インの下がり部を遅れ側にずらして開角を増加させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カムシャフトに設
けたカムによりバルブ駆動部材を介して開閉駆動される
バルブの開角を変更するエンジンの可変開角動弁装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】カムシャフトを半径方向外側の第１カム
シャフトおよび半径方向内側の第２カムシャフトの二重
構造とし、位相変更手段で第１カムシャフトに対する第
２カムシャフトの位相を変更することにより、第１カム
シャフトに設けた排気カムに対する第２カムシャフトに
設けた吸気カムの位相をずらし、吸気バルブのバルブタ
イミングを進み側および遅れ側に変化させるものが、特
開平７−２２４６１７号公報により公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記従来のも
のは、吸気バルブの開弁時期および閉弁時期を並行して
進み側および遅れ側に変化させることは可能であるが、
吸気バルブの開角、つまり開弁時期から閉弁時期までの
期間を変更することができないため、エンジンの広範な
運転領域において吸気バルブの作動を適切に制御するこ
とが困難であった。

【０００４】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、エンジンのバルブの開角を任意に制御することが可
能な可変開角動弁装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載された発明によれば、カムシャフト
に設けたカムによりバルブ駆動部材を介して開閉駆動さ
れるバルブの開角を変更するエンジンの可変開角動弁装
置であって、第１カムシャフトと、第１カムシャフトの
外周に固定されてバルブ駆動部材を作動させる固定カム
と、第１カムシャフトの外周に相対回転可能に支持され
て前記バルブ駆動部材を作動させる可動カムと、第１カ
ムシャフトの内部に同軸かつ相対回転可能に嵌合して可
動カムと一体に回転する第２カムシャフトと、第１カム
シャフトに対する第２カムシャフトの位相を変更する位
相変更手段とを備え、固定カムおよび可動カムは第１、
第２カムシャフトの軸線を中心とする同一半径の円弧よ
り構成されて相互に滑らかに連続する高位部をそれぞれ
有しており、位相変更手段による第１カムシャフトに対
する第２カムシャフトの位相の変更により、固定カムの
高位部および可動カムの高位部が円周方向に連続する長
さを変化させることを特徴とするエンジンの可変開角動
弁装置が提案される。

【０００６】上記構成によれば、同軸に嵌合する第１カ
ムシャフトおよび第２カムシャフトの相対的な位相を位
相変更手段で変更すると、第１カムシャフトの外周に固
定された固定カムと、第１カムシャフトの外周に支持さ
れて第２カムシャフトと一体に回転する可動カムとが相
対回転し、同一半径の円弧より構成されて相互に滑らか
に連続する固定カムおよび可動カムの高位部が円周方向
に連続する長さが変化する。これにより、固定カムおよ
び可動カムによりバルブ駆動部材を介して開閉駆動され
るバルブの開角を変更することができ、エンジンの出力
の向上や燃費の改善に寄与することができる。

【０００７】また請求項２に記載された発明によれば、
請求項１の構成に加えて、バルブ駆動部材は固定カムに
当接する第１ローラおよび可動カムに当接する第２ロー
ラを相互に隣接して備えたロッカーアームであり、前記
第１、第２ローラの外周面にクラウニングが施されたこ
とを特徴とするエンジンの可変開角動弁装置が提案され
る。

【０００８】上記構成によれば、ロッカーアームに設け
た第１ローラおよび第２ローラの外周にクラウニングを
施したので、第１ローラと固定カムとの接触状態および
第２ローラと可動カムとの接触状態の均一化が可能とな
る。更にローラ幅よりもカム幅が大きい場合でも、第
１、第２ローラのエッジと、それに当接する固定カムお
よび可動カムのエッジとが干渉してスムーズな作動が妨
げられるのを防止することができる。

【０００９】また請求項３に記載された発明によれば、
請求項１または請求項２の構成に加えて、可動カムの両
側に隣接して一対の固定カムを配置したことを特徴とす
るエンジンの可変開角動弁装置。

【００１０】上記構成によれば、可動カムの両側に隣接
して一対の固定カムを配置したので、可動カムおよび固
定カムからロッカーアームに偏荷重が伝達されないよう
にして該ロッカーアームの傾きを防止することができ
る。

【００１１】また請求項４に記載された発明によれば、
請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、第１
カムシャフトに円周方向に形成した長孔を通して第２カ
ムシャフトと可動カムとをピンで結合したことを特徴と
するエンジンの可変開角動弁装置。

【００１２】上記構成によれば、第１カムシャフトに円
周方向に形成した長孔を通して第２カムシャフトと可動
カムとをピンで結合したので、半径方向外側の第１カム
シャフトに支持した可動カムを、半径方向内側の第２カ
ムシャフトで支障なく駆動することができる。特に、可
動カムの両側に隣接して一対の固定カムを配置した場合
には、ピンおよび長孔の数を各１個に抑えて部品点数お
よび加工工数を削減することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

【００１４】図１〜図６は本発明の第１実施例を示すも
ので、図１はエンジンの部分縦断面図、図２は図１の２
−２線断面図、図３は図２の３方向矢視図、図４は図１
の要部拡大図、図５は図４の５−５線断面図、図６はバ
ルブリフトおよびバルブ開角の特性図である。

【００１５】図１に示すように、多気筒のＳＯＨＣ型エ
ンジンＥは、クランクシャフト１を回転自在に支持する
シリンダブロック２を備えており、このシリンダブロッ
ク２に設けたシリンダ３…に摺動自在に嵌合するピスト
ン４…がコネクティングロッド５…を介して前記クラン
クシャフト１に連接される。シリンダブロック２のデッ
キ面に結合されたシリンダヘッド６の上部に動弁カム室
７が区画されており、その動弁カム室７に回転自在に支
持されたカムシャフト８の上方がヘッドカバー９により
覆われる。

【００１６】シリンダヘッド６から左側に突出するカム
シャフト８の軸端部に位相変更手段Ｖが設けられる。位
相変更手段Ｖの外周部に歯付きの従動プーリ１０が設け
られており、クランクシャフト１の軸端部に設けた歯付
きの駆動プーリ１１と前記従動プーリ１０とがタイミン
グベルト１２によって接続される。前記位相変更手段
Ｖ、駆動プーリ１１およびタイミングベルト１２が、シ
リンダブロック２、シリンダヘッド６およびヘッドカバ
ー９の左側面に取り付けた第１、第２タイミングベルト
カバー１３，１４により覆われる。

【００１７】図２および図３を併せて参照すると明らか
なように、シリンダヘッド６には燃焼室２１に連なる吸
気ポート２２，２２および排気ポート２３，２３が形成
されており、吸気ポート２２，２２はバルブスプリング
２４，２４で閉弁方向に付勢された吸気バルブ２５，２
５で開閉され、排気ポート２３，２３はバルブスプリン
グ２６，２６で閉弁方向に付勢された排気バルブ２７，
２７で開閉される。シリンダヘッド６の上面にカムシャ
フトホルダ２８…およびロッカーシャフトホルダ２９…
が重ね合わされてボルト３０…で締結されており、シリ
ンダヘッド６およびカムシャフトホルダ２８…間にカム
シャフト８が回転自在に支持されるとともに、カムシャ
フトホルダ２８…およびロッカーシャフトホルダ２９…
間に吸気ロッカーシャフト３１および排気ロッカーシャ
フト３２が固定される。

【００１８】吸気ロッカーシャフト３１に吸気ロッカー
アーム３３の中間部が揺動自在に支持されており、その
二股になった先端に設けた一対のタペットねじ３４，３
４が吸気バルブ２５，２５のステムエンド２５ａ，２５
ａに当接するとともに、他端に設けたローラ軸３３ａに
２個の第１ローラ３５，３５および１個の第２ローラ３
６が回転自在に支持される。またカムシャフト８と直交
する平面上で第１、第２ローラ３５，３５；３６を支持
する壁とバルブ当接部とが連結されているので、吸気ロ
ッカーアーム３３の剛性が増加する。吸気ロッカーアー
ム３３を挟むように、排気ロッカーシャフト３２に一対
の排気ロッカーアーム３７，３７の中間部が揺動自在に
支持されており、その先端に設けたタペットねじ３８，
３８が排気バルブ２７，２７のステムエンド２７ａ，２
７ａに当接するとともに、他端に設けたローラ軸３７
ａ，３７ａにローラ４０，４０が回転自在に支持され
る。

【００１９】図３〜図５から明らかなように、カムシャ
フト８は半径方向外側の第１カムシャフト８ｏと、その
半径方向内側に同軸に嵌合する第２カムシャフト８ｉと
から構成される。第１カムシャフト８ｏには一対の固定
吸気カム４１，４１と一対の排気カム４２，４２とが固
定され、かつ一対の固定吸気カム４１，４１間に僅かな
隙間α，αを存して可動吸気カム４３が相対回転自在に
支持される。第１カムシャフト８ｏには円周方向に延び
る長孔８ａが形成されており、この長孔８ａを貫通する
ピン４４によって第２カムシャフト８ｉと可動吸気カム
４３とが結合される。従って、第１カムシャフト８ｏお
よび第２カムシャフト８ｉが相対回転すると、固定吸気
カム４１，４１に対して可動吸気カム４３が相対回転す
る。

【００２０】固定吸気カム４１および可動吸気カム４３
のプロフィールは同一であり、高位部４１ａ，４３ａと
ベース円部４１ｂ，４３ｂとが滑らかに連なっている。
高位部４１ａ，４３ａは第１、第２カムシャフト８ｏ，
８ｉの軸線Ｏを中心とする円弧から構成される。図５
（Ａ）に示すように、ピン４４が長孔８ａの一端にある
とき、固定吸気カム４１および可動吸気カム４３は重な
っており、両高位部４１ａ，４３ａのトータルの長さは
Ｌ１となる。また図５（Ｂ）に示すように、ピン４４が
長孔８ａの他端にあるとき、固定吸気カム４１および可
動吸気カム４３は相対回転して両高位部４１ａ，４３ａ
は滑らかに連続し、そのトータルの長さは前記Ｌ１より
も長いＬ２となる。尚、排気カム４２，４２のプロフィ
ールには通常の卵形のものが採用される。

【００２１】位相変更手段Ｖの構造は公知のものであ
り、従動プーリ１０と一体に結合された第１カムシャフ
ト８ｏと、その内部に同軸に嵌合する第２カムシャフト
８ｉとを連続的に相対回転させる機能を有する。その駆
動源として油圧を用いたものは、例えば特開平７−２２
４６１７号公報により公知であり、その駆動源としてカ
ムシャフトの回転に伴う遠心力を用いたものは、例えば
特開平１１−２２９８３１号公報により公知である。

【００２２】次に、本実施例の作用について説明する。

【００２３】図６には、低速回転域でのトルクおよび燃
費に重点を置いた排気バルブ２７，２７および吸気バル
ブ２５，２５のバルブリフトおよびバルブ開角の特性図
が示される。

【００２４】エンジンＥのアイドル時から発進時までの
領域（低速回転状態）では、位相変更手段Ｖによって固
定吸気カム４１，４１および可動吸気カム４３を図５
（Ａ）の状態に重ね合わせ、両高位部４１ａ，４３ａの
トータルの長さを最小値のＬ１にする。その結果、吸気
バルブ２５，２５のリフトカーブは図６にＡで示すもの
となって開角が最も小さくなり、体積効率ηｖを確保し
てアイドル時の燃費改善およびエミッションの改善を図
るとともに、発進時のトルクを増加させることができ
る。この状態では、吸気ロッカーアーム３３のローラ３
５，３５は固定吸気カム４１，４１の全周に接触し、ロ
ーラ３６は可動吸気カム４３の全周に接触する。

【００２５】エンジンＥの部分負荷領域（クルージング
状態）では、位相変更手段Ｖによって固定吸気カム４
１，４１および可動吸気カム４３を図５（Ｂ）の状態に
相対回転させ、両高位部４１ａ，４３ａのトータルの長
さを最大値のＬ２にする。その結果、吸気バルブ２５，
２５のリフトカーブは図６にＣで示すものとなり、その
開角を最も大きくすることにより、体積効率ηｖを意図
的に下げてクルージング状態における極低燃費を実現す
る。この状態では、リフトカーブの上り部分（バルブリ
フト増加部分）は吸気ロッカーアーム３３のローラ３
５，３５と固定吸気カム４１，４１との当接により規制
され、リフトカーブの下り部分（バルブリフト減少部
分）は吸気ロッカーアーム３３のローラ３６と可動吸気
カム４３との当接により規制される。

【００２６】エンジンＥの高回転・高負荷領域では、位
相変更手段Ｖによって固定吸気カム４１，４１および可
動吸気カム４３を、図５（Ａ）および図５（Ｂ）の中間
の状態とする。これにより、吸気バルブ２５，２５のリ
フトカーブは図６にＢで示すものとなって開角の大きさ
が中程度となる。これにより、体積効率ηｖを最適値に
制御して高回転・高負荷の出力向上と燃費の改善とを両
立させることができる。このとき、前記エンジンＥの部
分負荷領域（クルージング状態）と同様に、リフトカー
ブの上り部分（バルブリフト増加部分）は吸気ロッカー
アーム３３のローラ３５，３５と固定吸気カム４１，４
１との当接により規制され、リフトカーブの下り部分
（バルブリフト減少部分）は吸気ロッカーアーム３３の
ローラ３６と可動吸気カム４３との当接により規制され
る。但し、固定吸気カム４１，４１および可動吸気カム
４３の高位部４１ａ，４３ａのトータルの長さは、最小
値のＬ１と最大値Ｌ２との中間の値となる。

【００２７】図６から明らかなように、卵形の排気カム
４２，４２により作動する排気バルブ２７，２７のリフ
トカーブの頂部は滑らかな曲線になるのに対し、カムシ
ャフト８の軸線Ｏを中心とする円弧よりなる高位部４１
ａ，４３ａを有する固定吸気カム４１，４１および可動
吸気カム４３により作動する吸気バルブ２５，２５のリ
フトカーブの頂部は直線になる。そして吸気バルブ２
５，２５の開角は前記直線の長さ、つまり両高位部４１
ａ，４３ａのトータルの長さに応じて変化する。そし
て、吸気バルブ２５，２５の開角が変化しても、固定吸
気カム４１，４１によって規制されるリフトカーブの上
り部分（バルブリフト増加部分）は変化しないのでエン
ジンＥの高出力が得やすくなる。

【００２８】また固定吸気カム４１，４１および可動吸
気カム４３が相対回転した状態（図５（Ｂ）参照）で
は、固定吸気カム４１，４１および可動吸気カム４３の
エッジが吸気ロッカーアーム３３のローラ３５，３５，
３６のエッジと干渉してスムーズな作動が妨げられる可
能性があるが、ローラ３５，３５，３６にクラウニング
を施すことにより、エッジどうしの干渉を確実に回避し
てスムーズな作動を確保することができる。しかも可動
吸気カム４３の両側に隣接して一対の固定吸気カム４
１，４１を対称形状に配置したので、可動吸気カム４３
および固定吸気カム４１，４１の位相がずれた場合で
も、可動吸気カム４３あるいは固定吸気カム４１，４１
から吸気ロッカーアーム３３に偏荷重が加わらないよう
にし、該吸気ロッカーアーム３３の傾きを防止してスム
ーズな作動および耐久性の向上を図ることができる。

【００２９】更に、第１カムシャフト８ｏに円周方向に
形成した長孔８ａを通して第２カムシャフト８ｉと可動
吸気カム４３とをピン４４で結合したので、半径方向外
側の第１カムシャフト８ｏに支持した可動吸気カム４３
を、半径方向内側の第２カムシャフト８ｉで駆動するこ
とができる。また可動吸気カム４３の両側に隣接して一
対の固定吸気カム４１，４１を配置したので、ピン４４
および長孔８ａの数を最小限に抑えて部品点数および加
工工数を削減することができる。

【００３０】次に、図７に基づいて本発明の第２実施例
を説明する。

【００３１】上述した第１実施例では吸気ロッカーアー
ム３３が３個のローラ３５，３５，３６を備えている
が、本第２実施例では３個のローラ３５，３５，３６に
代えて固定吸気カム４１，４１および可動吸気カム４３
に当接可能な単一のスリッパ４５を備えている。また一
対の排気ロッカーアーム３７，３７も、ローラ４０，４
０に代えてそれぞれスリッパ４６，４６を備えている。

【００３２】本実施例のその他の構成は前記第１実施例
と同じであり、第１実施例と同様の作用効果を達成する
ことができる。

【００３３】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。

【００３４】例えば、実施例ではＳＯＨＣ型エンジンＥ
を例示したが、本発明はＤＯＨＣ型エンジンに対しても
適用することができ、この場合、吸気バルブの開角およ
び排気バルブの開角の何れか一方、あるいは両方の開角
を制御することができる。

【００３５】また実施例ではバルブのリフトカーブの下
り部分（バルブリフト減少部分）を変更しているが、リ
フトカーブの上り部分、あるいは下り部分および上り部
分の両方を変更することができる。また実施例では固定
吸気カム４１，４１と可動吸気カム４３とが同じプロフ
ィールを有しているが、高位部４１ａ，４３ａの半径さ
え一致していれば、同じプロフィールである必要はな
い。

【００３６】

【発明の効果】以上のように請求項１に記載された発明
によれば、同軸に嵌合する第１カムシャフトおよび第２
カムシャフトの相対的な位相を位相変更手段で変更する
と、第１カムシャフトの外周に固定された固定カムと、
第１カムシャフトの外周に支持されて第２カムシャフト
と一体に回転する可動カムとが相対回転し、同一半径の
円弧より構成されて相互に滑らかに連続する固定カムお
よび可動カムの高位部が円周方向に連続する長さが変化
する。これにより、固定カムおよび可動カムによりバル
ブ駆動部材を介して開閉駆動されるバルブの開角を変更
することができ、エンジンの出力の向上や燃費の改善に
寄与することができる。

【００３７】また請求項２に記載された発明によれば、
ロッカーアームに設けた第１ローラおよび第２ローラの
外周にクラウニングを施したので、第１ローラと固定カ
ムとの接触状態および第２ローラと可動カムとの接触状
態の均一化が可能となる。更にローラ幅よりもカム幅が
大きい場合でも、第１、第２ローラのエッジと、それに
当接する固定カムおよび可動カムのエッジとが干渉して
スムーズな作動が妨げられるのを防止することができ
る。

【００３８】また請求項３に記載された発明によれば、
可動カムの両側に隣接して一対の固定カムを配置したの
で、可動カムおよび固定カムからロッカーアームに偏荷
重が伝達されないようにして該ロッカーアームの傾きを
防止することができる。

【００３９】また請求項４に記載された発明によれば、
第１カムシャフトに円周方向に形成した長孔を通して第
２カムシャフトと可動カムとをピンで結合したので、半
径方向外側の第１カムシャフトに支持した可動カムを、
半径方向内側の第２カムシャフトで支障なく駆動するこ
とができる。特に、可動カムの両側に隣接して一対の固
定カムを配置した場合には、ピンおよび長孔の数を各１
個に抑えて部品点数および加工工数を削減することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジンの部分縦断面図

【図２】図１の２−２線断面図

【図３】図２の３方向矢視図

【図４】図１の要部拡大図

【図５】図４の５−５線断面図

【図６】バルブリフトおよびバルブ開角の特性図

【図７】本発明の第２実施例に係る、前記図２に対応す
る図

【符号の説明】

８ｏ 第１カムシャフト ８ｉ 第２カムシャフト ８ａ 長孔 ２５ 吸気バルブ（バルブ） ３３ 吸気ロッカーアーム（ロッカーアーム、バ
ルブ駆動部材） ３５ 第１ローラ ３６ 第２ローラ ４１ 固定吸気カム（固定カム） ４１ａ 高位部 ４３ 可動吸気カム（可動カム） ４３ａ 高位部 ４４ ピン Ｌ１ 長さ Ｌ２ 長さ Ｏ 軸線 Ｖ 位相変更手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G016 AA07 AA15 AA19 BA18 BA22 BA28 BA34 BA38 BA40 BB11 BB18 BB22 CA12 CA21 DA06 DA13 DA22 3G018 AB05 AB17 BA07 BA32 BA36 CA19 DA05 DA74 EA04 EA13 EA14 EA31 FA01 FA07 GA02 GA06 GA07 GA14

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カムシャフト（８ｏ，８ｉ）に設けたカ
   ム（４１，４３）によりバルブ駆動部材を介して開閉駆
   動されるバルブ（２５）の開角を変更するエンジンの可
   変開角動弁装置であって、 第１カムシャフト（８ｏ）と、 第１カムシャフト（８ｏ）の外周に固定されてバルブ駆
   動部材を作動させる固定カム（４１）と、 第１カムシャフト（８ｏ）の外周に相対回転可能に支持
   されて前記バルブ駆動部材を作動させる可動カム（４
   ３）と、 第１カムシャフト（８ｏ）の内部に同軸かつ相対回転可
   能に嵌合して可動カム（４３）と一体に回転する第２カ
   ムシャフト（８ｉ）と、 第１カムシャフト（８ｏ）に対する第２カムシャフト
   （８ｉ）の位相を変更する位相変更手段（Ｖ）と、を備
   え、 固定カム（４１）および可動カム（４３）は第１、第２
   カムシャフト（８ｏ，８ｉ）の軸線（Ｏ）を中心とする
   同一半径の円弧より構成されて相互に滑らかに連続する
   高位部（４１ａ，４３ａ）をそれぞれ有しており、位相
   変更手段（Ｖ）による第１カムシャフト（８ｏ）に対す
   る第２カムシャフト（８ｉ）の位相の変更により、固定
   カム（４１）の高位部（４１ａ）および可動カム（４
   ３）の高位部（４３ａ）が円周方向に連続する長さ（Ｌ
   １，Ｌ２）を変化させることを特徴とするエンジンの可
   変開角動弁装置。
2. 【請求項２】バルブ駆動部材は固定カム（４１）に当接
   する第１ローラ（３５）および可動カム（４３）に当接
   する第２ローラ（３６）を相互に隣接して備えたロッカ
   ーアーム（３３）であり、前記第１、第２ローラ（３
   ５，３６）の外周面にクラウニングが施されたことを特
   徴とする、請求項１に記載のエンジンの可変開角動弁装
   置。
3. 【請求項３】可動カム（４３）の両側に隣接して一対の
   固定カム（４１）を配置したことを特徴とする、請求項
   １または請求項２に記載のエンジンの可変開角動弁装
   置。
4. 【請求項４】第１カムシャフト（８ｏ）に円周方向に形
   成した長孔（８ａ）を通して第２カムシャフト（８ｉ）
   と可動カム（４３）とをピン（４４）で結合したことを
   特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の
   エンジンの可変開角動弁装置。