JP2003138915A - 内燃機関のバルブタイミング可変装置 - Google Patents

内燃機関のバルブタイミング可変装置

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JP2003138915A
JP2003138915A JP2001367886A JP2001367886A JP2003138915A JP 2003138915 A JP2003138915 A JP 2003138915A JP 2001367886 A JP2001367886 A JP 2001367886A JP 2001367886 A JP2001367886 A JP 2001367886A JP 2003138915 A JP2003138915 A JP 2003138915A
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intake
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Osamu Yuzawa
理 湯沢
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】低速域から高速域、あるいは加減速時でのスム
ーズな運転特性と吸排気効率の最適化により燃費、出力
を向上させる。 【解決手段】吸気バルブ又は排気バルブの少なくともい
ずれか一方の一対のバルブ1a,1bに、2本のカムシ
ャフト2a,2bを配設し、各バルブ1a,1bごとに
カム3a,3bと、ロッカーアーム5a,5aとを配設
し、カムシャフト2a,2bには2つのカム位相角可変
手段を備えたバルブタイミング可変装置。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の動弁系に
おいて、吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングを
運転状況に応じて変化させることにより、出力及びトル
クを向上させ内燃機関の燃費及び効率を改善するための
技術に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、吸気あるいは排気バルブの開閉時
期を可変させる装置としては、例えば特開平3−268
15号公報においてカムシャフトの端部にヘリカルギア
を設けたスリーブを内蔵し、スリーブがカムシャフト方
向に前後に移動することによりヘリカルギアの偏角作用
により、カムの位相角を変化させて行なうものが知られ
ている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】内燃機関の運転状況に
応じた最適な出力特性と燃焼効率を得るためには、負荷
や回転数に応じたバルブタイミングの可変、最適化が要
求されている。その機構として従来はカムの位相角を進
角あるいは遅角させる装置が知られていた。しかし、こ
れらの方法はカムの位相角を例えば一対のバルブに対し
て、進角か遅角のいずれか一方に限定して作用すること
しかできないため、運転状況に応じた最適なバルブタイ
ミングを可変制御することは困難であった。 【0004】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載のバルブタイミング可変装置は一対の
吸気あるいは排気バルブの少なくともいずれか一方に2
本のカムシャフトを平行に配設し、該カムシャフトには
各バルブごとに対応するようにカムが配設され、ロッカ
ーアームを介してバルブを駆動している。 【0005】又、該カムシャフトのいずれか一方のカム
シャフトの端部に外周にスプラインギアを設けたインナ
ーシャフトを固着し、その外周には内周にスプラインギ
ア、外周にヘリカルギアを設けたスリーブを噛み合わ
せ、スリーブがカムシャフト方向に前後に移動すること
が可能な第1カム位相角可変手段が構成されている。 【0006】又、2本の該カムシャフトを連結する該カ
ムギアの外周にヘリカルギアを設けて互いに噛み合わ
せ、該カムギアのいずれか一方にシリンダーを設けて、
関係する該カムシャフトの端部にピストンを装着し、該
シリンダーと摺動可能となるように構成し、ヘリカルギ
アの偏角作用によりもう一方の相対するカムギアの位相
角を可変することが可能な第2カム位相角可変手段とで
構成されている。 【0007】 【発明の実施の形態】以下、ここでは吸気バルブを例に
図面を基に説明すると図1は内燃機関本体の動弁駆動部
分には一対の吸気バルブ1a,1bが配設されており、
それらの吸気バルブ1a,1bは機関の回転に同期して
1/2の回転比で駆動されるカムシャフト2a,2bに
設けられた吸気カム3a,3bと、ロッカーシャフト4
a,4bに枢支されたロッカーアーム5a,5bの連係
作用により開閉駆動される。ロッカーアーム5a,5b
は吸気バルブ1a,1bの上方に延設されており、その
先端部には、吸気バルブ1a,1bの上端に当接し得る
タペットねじ7a,7bが進退可能に累着され緩み防止
用にロックナット8a,8bで固縛されている。 【0008】カムシャフト2a,2bは機関本体の上方
で回転自在に配設されており吸気カム3a,3bはそれ
ぞれ吸気バルブ1a,1bに対応している。 【0009】吸気バルブ1a,1bの上部には、鍔部9
a,9bが設けられており、この鍔部9a,9bと機関
部本体との間には吸気バルブ1a,1bを閉弁方向に付
勢したバルブスプリング10a,10bが介装される。 【0010】図2において、ロッカーシャフト4a,4
bには吸気カム2a,2bに対応するロッカーアーム5
a,5bが枢支され、該ロッカーアームの上面には該カ
ムに摺接するスリッパ6a,6bがそれぞれ設けられて
いる。 【0011】図3において、カムプーリー11内に設け
られた第1カム位相角可変手段12の実施例を説明する
と、まず、吸気カムシャフト2aの端部にインナーシャ
フト13を固着し、その外周にスプラインギア14を設
け、その外側には内周にスプラインギア15、外周にヘ
リカルギア16を設けたスリーブ17を差し込み、その
外側には内周にヘリカルギア18を設けたカムプーリー
11がスリーブ17のヘリカルギア18と噛み合うよう
に装着される。スリーブ17はカムシャフト方向に前後
に移動が可能であり、スプリング19によってカムシャ
フト2aの外側方向へ付勢されている。 【0012】又、インナーシャフト13は連結ボルト2
0でカムシャフト2aの端部に固定されロックピン21
でずれを防止している。連結ボルト20の中心軸には油
路22が設けられ、カムシャフト2aの油路23と連通
している。この油路23は図示していないシリンダヘッ
ドの油路を介して機関のオイルポンプに連通している。 【0013】このように上記第1カム位相角可変手段1
2は、図示しないオイルポンプの油圧によりスリーブ1
7がスプリング19に抗してカムシャフト2aの内側方
向に移動させることにより、吸気カムシャフト2aをカ
ムプーリー11と相対して進角させバルブタイミングを
早める。 【0014】又、図4の第2カム位相角可変手段24
は、ここではカムシャフト2aに装着したものとして説
明すると、該カムシャフト端部外周にスプラインギア3
3を設け、その外周には内周にスプラインギア34、外
周にヘリカルギア30を設けたカムギア25aを差し込
みヘリカルギア31を外周に設けたカムギア25と噛み
合わせる。カムギア25aの内部においてピストン26
を該カムシャフト2aに装着し、ピストン26と摺動可
能にシリンダ27を設けて該カムギア25aがカムシャ
フト方向に前後に移動可能でありシリンダ27とピスト
ン26の内側との間にはスプリング28を設け、該カム
ギア25aを該カムシャフトの内側方向(前方)に押し
出している。又、ピストン26とシリンダ27の間には
油圧室29が形成され該カムシャフトの中心軸の油路3
2を経て図示しないオイルポンプと連通している。 【0015】このように、第2カム位相角可変手段24
を内蔵したカムギア25aは通常は2本のカムシャフト
2a,2bが同位相角となるようにカムギア25bと噛
み合っているが、作動時は、図示しないオイルポンプの
油圧によりピストン26とシリンダ27の間の油圧室2
9に油圧が加えられ、スプリング28に抗してカムギア
25aが該カムシャフトの外側方向(後方)へ移動し、
あるいは、油圧を減ずれば逆の作用となってヘリカルギ
ア30,31の偏角作用により連係するもう一方のカム
シャフト2bの位相角を変化させ、バルブタイミングを
可変させることができる。 【0016】第1及び第2カム位相角可変手段に供給さ
れる油圧とカム位相角の進角θの関係をさらにくわしく
説明すると、図5は第1カム位相角可変手段の油圧−進
角関係線図で、図示しないオイルポンプの油圧をp1と
した場合進角はθ1となり、p2ではθ2、p3ではθ
3となる。図6は第2カム位相角可変手段の油圧−遅角
関係線図で、図示しないオイルポンプの油圧をp4とし
た場合遅角は−θ3となる。但し、第1及び第2カム位
相角可変手段ともオイルポンプの油圧を連続的に変化さ
せれば、位相角も連続的変化となる。 【0017】 【作 用】次に、この実施例の作用を吸気バルブを例
に説明すると、機関のアイドル運転時は第1カム位相角
可変手段12及び第2カム位相角可変手段24の進角を
θ0とする。つまり、図示しないオイルポンプの油圧を
0とするとカム位相角の進角も0となるように設定して
おけば、上死点で吸気バルブ1a,1bが開き始める。
すると、図示しない排気バルブとのオーバーラップ角が
僅かとなり低回転でも燃焼が安定し、アイドル運転に適
したバルブタイミングをとることができる。これを図1
0に示す。 【0018】機関の低速運転時は第1カムシャフト2a
は第1カム位相角可変手段12により少しだけ進角させ
バルブ開時期をθ1とする。つまり、図示しないオイル
ポンプの油圧を0からやや上昇させp1とする。する
と、バルブ開時期はθ1となり連動して第2カムシャフ
ト2bの開時期もθ1となり、図示しない排気バルブと
のオーバーラップ角はわずかとなり低速運転に適したバ
ルブタイミングとなる。これを図11に示す。 【0019】機関の中速運転時は第1カムシャフト2a
の第1カム位相角可変手段12により、バルブ開時期を
第1カムシャフト2aでは更に進角させてθ2とし、連
動して第2カムシャフト2bも同じくθ2となる。つま
り、図示しないオイルポンプの油圧をp1から更に上昇
させp2とし、よってカム位相角は更に進角してバルブ
開時期はθ2となり中速運転に適したバルブタイミング
となる。これを図12に示す。この時排気バルブとのオ
ーバーラップにより内部EGR効果が期待できる。 【0020】機関の高速運転時は第1カム位相角可変手
段12により第1カムシャフト2aは最大進角θ3と
し、第2カムシャフト2bでは第2カム位相角可変手段
24により最大遅角−θ3とする。つまり、第1カムシ
ャフト2aでは第1カム位相角可変手段12に供給され
るオイルポンプの油圧を最大値p3とするとカム位相角
は最大進角しバルブ開時期はθ3となり、第2カムシャ
フト2bでは第2カム位相角可変手段24に供給される
オイルポンプの油圧を最大値p4として、カム位相角が
最大遅角となりバルブ開時期は−θ3となり、したがっ
て、第1吸気バルブ1aは図示しない排気バルブとのオ
ーバーラップ角が最大となり掃気効果により燃焼室内の
残留排ガス量は減小、又第2吸気バルブ1bは遅く閉じ
ることにより吸気慣性効果によって充填効率が上昇し、
正味吸入混合気量が増大し出力が上昇する。これを図1
3に示す。 【0021】以上の実施例では、吸気バルブに関連した
動弁装置について述べたが、本発明を排気バルブに関連
して実施することも可能である。 【0022】又、第1カム位相角可変手段12内のイン
ナーシャフトの外周をヘリカルギアとし、かつ、スリー
ブの内周もヘリカルギアとすることによりスリーブの移
動による変位角速度を増大させ、カムの位相角変位動作
を速くすることもできる。 【0023】又、第1及び第2カム位相角可変手段をヘ
リカルギアによる方法のほかに、ベーンタイプによる方
法及び電磁アクチュエーターによる方法に置き換えても
可能である。これを図8、図9に示す。 【0024】さらには、ロッカーアームの揺動支点をロ
ッカーシャフトの他にリフターによる方法に置き換えて
も可能である。これを図7に示す。 【0025】 【発明の効果】以上請求項1のように構成したので、吸
気あるいは排気バルブの開閉タイミングを負荷や回転数
に応じて3つ以上細分化して動弁制御を行うことができ
る。よって、内燃機関のアイドリング及び低速から高速
までのスムーズな運転及び出力が上昇し、燃焼効率の向
上により燃費が低減できる。
【図面の簡単な説明】 【図1】バルブ駆動装置の正面断面図 【図2】バルブ駆動装置の平面図 【図3】カムプーリー内の側面断面図 【図4】カムギア内の側面断面図 【図5】第1カム位相角可変手段の油圧−カム位相角関
係線図 【図6】第2カム位相角可変手段の油圧−カム位相角関
係線図 【図7】リフターの断面図 【図8】ベーン式カム位相角可変手段 【図9】電磁アクチュエーター式カム位相角可変手段 【図10】アイドル時の吸気バルブ特性グラフ 【図11】低速域の吸気バルブ特性グラフ 【図12】中速域の吸気バルブ特性グラフ 【図13】高速域の吸気バルブ特性グラフ 【符号の説明】 1a,1b・・・・吸気バルブ 2a,2b・・
・・カムシャフト 3a,3b・・・・吸気カム 4a,4b・・
・・ロッカーシャフト 5a,5b・・・・ロッカーアーム 6a,6b・・
・・スリッパ 7a,7b・・・・タペットねじ 8a,8b・・
・・ロックナット 9a,9b・・・・鍔部 10a,10b
・・バルブスプリング 11・・・・・・・カムプーリー 12・・・・第
1カム位相角可変手段 13・・・・・・・インナーシャフト 14・・・・・
・・スプラインギア 15・・・・・・・スプラインギア 16・・・・・
・・ヘリカルギア 17・・・・・・・スリーブ 18・・・・・
・・ヘリカルギア 19・・・・・・・スプリング 20・・・・・
・・取り付けボルト 21・・・・・・・ロックピン 22・・・・・
・・油路 23・・・・・・・油路 24・・・・第
2カム位相角可変手段 25a,25b・・カムギア 26・・・・・
・・ピストン 27・・・・・・・シリンダー 28・・・・・
・・スプリング 29・・・・・・・油圧室 30・・・・・
・・ヘリカルギア 31・・・・・・・ヘリカルギア 32・・・・・
・・油路 33・・・・・・・スプラインギア 34・・・・・
・・スプラインギア 35・・・・・・・取り付けボルト 36・・・・・
・・○リング 37・・・・・・・スナップリング 38・・・・・
・・キー 39・・・・・・・取り付けボルト 40・・・・・
・・リフター 41・・・・・・・ベーン 42・・・・・
・・フランジ 43・・・・・・・プッシュロッド 44・・・・・
・・電磁コイル

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】吸気バルブ又は排気バルブの少なくともい
    ずれか一方の一対のバルブ(1a)及び(1b)に、機
    関の回転に同期して回転される2本のカムシャフト(2
    a)(2b)を配設し、該バルブごとに対応するカム
    (3a)(3b)と該カムに従動して揺動するロッカー
    アーム(5a)(5b)をそれぞれに備えたバルブ駆動
    装置で、上記2本のカムシャフト(2a)(2b)の少
    なくともいずれか一方に第1カム位相角可変手段(1
    2)を設け、該カムシャフト(2a)(2b)のカム位
    相角を連動して可変制御することを可能とした装置であ
    って該カムシャフト(2a)(2b)に装着したカムギ
    ア(25a)(25b)の内、少なくともいずれか一方
    に第2カム位相角可変手段(24)を設けて該カムシャ
    フト(2a)(2b)がそれぞれ独立して位相角を可変
    制御できることを特徴としたバルブタイミング可変装
    置。
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