JP2008208755A - 可変バルブタイミング機構 - Google Patents

Abstract

【課題】カムシャフトに動弁カム部材を周方向摺動可能に嵌装し、該カムシャフトに固定された駆動カラーと、上記動弁カム部材との間に、偏心シャフトで偏心する偏心カラーを介在させ、上記偏心カラーの一方の挟持部に係合する上記駆動カラーの駆動突起と、上記偏心カラーの他方の挟持部に係合する上記動弁カム部材の従動突起とからなる連結機構を介して、上記偏心カラーの偏心により、上記カムシャフトに対する上記動弁カム部材の回転位相を周期的に変化させて弁開閉時期を調整する可変バルブタイミング機構において、偏心シャフトの制御駆動部と動弁カム部の一方に大きい力が加わった場合においてもその大きい力が他方に伝わることを阻止し、上記他方の部材の破損等が生じないようにする。
【解決手段】上記偏心シャフトの制御用動力の入力部と偏心部との間に、異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部を設けた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、４サイクル内燃機関のバルブの開閉タイミングを変える可変バルブタイミング機構に関するものである。

可変バルブタイミング機構は、カムシャフトの回転とは独立の偏心シャフトをカムシャフトの内部に挿入し、中心をはさむ両側に挟持部を備えた偏心カラーを上記偏心シャフトの偏心部の外周で間隔維持部材としてのローラを介して偏心回転可能に支持させ、上記偏心カラーの一方の挟持部に係合する駆動突起を備えた駆動カラーをカムシャフトの外周に一体的に装着し、上記偏心カラーの他方の挟持部に係合する従動突起を備えた動弁カム部材をカムシャフトの外周に周方向摺動可能に装着し、カムシャフトと一体回転する駆動カラーの駆動突起の駆動力を偏心カラーの一対の挟持部を介して動弁カム部材の従動突起に伝達し、動弁カム部材の回転位相を周期的に変化させて駆動するものである。偏心シャフトは、その偏心部を介して偏心カラーの中心位置を調節設定するためのものである（例えば、特許文献１参照。）。

従来の偏心シャフトは、軸部と、この軸部より小径かつ軸心を偏心させた偏心部とからなる。偏心シャフトの制御駆動部と動弁カム部の一方に大きい力が加わった場合に、その大きい力が他方に伝わるので、お互いの部材の強度を高める必要があり、重量の増加を招いていた。

特開昭６３−１７０７号公報（第４図、第６図）。

本発明は、偏心シャフトの制御駆動部（ギヤ列とサーボモータ）と動弁カム部の一方に大きい力が加わった場合においても、その大きい力が他方に伝わることを阻止することによって、お互いの部材の強度を適切に設定することによって、重量の低減を図ることができるようにしたものである。

本発明は上記課題を解決したものであって、請求項１に記載の発明は、４サイクル内燃機関のクランクシャフトに同期して回転駆動されるカムシャフトの中心孔に偏心部を備えた偏心シャフトを相対回転可能に挿入し、かつ上記カムシャフトの外周に動弁カム部材を周方向摺動可能に嵌装し、該カムシャフトに固定された駆動カラーと、上記動弁カム部材との間に、上記偏心部の中心位置に応じて偏心する偏心カラーを介在させ、該偏心カラーと、上記駆動カラーに設けられ、上記偏心カラーの一方の挟持部に係合する駆動突起と、上記動弁カム部材に設けられ、上記偏心カラーの他方の挟持部に係合する従動突起とからなる連結機構を介して、上記駆動カラーの回転駆動力を上記動弁カム部材に伝達し、上記偏心カラーの偏心により、上記カムシャフトに対する上記動弁カム部材の回転位相を周期的に変化させて弁開閉時期を調整する可変バルブタイミング機構において、上記偏心シャフトの制御用動力入力部と偏心部との間に、異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部が設けてあることを特徴とする可変バルブタイミング機構に関するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の可変バルブタイミング機構において、カム等の各部品を潤滑する油を供給する油路が、偏心シャフトの内部に軸方向に形成され、上記異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部は上記油路が存在する範囲の外側に設けられることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の可変バルブタイミング機構において、上記異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部は偏心シャフトの軸部の一部を切り欠いた少なくとも２つの平行面を有する形状を備え、カムシャフトの外方に露出して設けてあることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の可変バルブタイミング機構において、上記異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部は多角形の断面を備えていることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の可変バルブタイミング機構において、上記異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部は、偏心シャフトの軸端に設けられることを特徴とするものである。

請求項１の発明において、運転中に、偏心シャフトの、制御駆動部と動弁カム部との一方に特に大きい力が加わった場合に、異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部で破断し、お互いの部品を保護するので、お互いの強度を低く抑えることができ、重量増加を抑止できる。また、大きい力が加わった場合に破断する上記破断可能部を、カムシャフトではなく、偏心シャフトに設けたので、上記破断可能部が破断しても、カムシャフト及びカムの運転は破断前と同じく続行される。それは、「可変バルブタイミング機構」の「可変」の機能が消失し、単なる「バルブタイミング機構」となったものであり、内燃機関の運転は継続される。

請求項２の発明において、油路の範囲外に異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部を設けてあるので、上記破断可能部が破断した場合に、油路に影響を与えるのを防ぐことができる。

請求項３の発明において、偏心シャフトの一部を切り欠いて形成された面は、偏心シャフトの初期設定の際の目安になると共に、組み付けの際にこの面を利用して工具を使うことができる。

請求項４の発明において、肉が落ちた分だけ一層の軽量化を図ることができる。

請求項５の発明において、異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部を利用することによって、制御用動力が入力される歯車の、偏心シャフトへの組み付けが容易になる。特に平行２面を有する上記破断可能部の場合は寸法精度の管理も容易であり、歯車と偏心シャフトとのガタも少ないので、制度の良い制御が可能となる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る４サイクル２気筒内燃機関１のシリンダヘッド２を、カムシャフト３、４の中心を通る面で切断した平面図である。シリンダヘッド２の上面には、吸気系カムシャフト３と排気系カムシャフト４とが互いに平行に配設されている。各気筒にはそれぞれ２個の吸気バルブと２個の排気バルブが設けてある。吸気系カムシャフト３には各気筒の吸気バルブを開閉する２個の同形の動弁カム部材５、５が、カムシャフト３に沿って配列されている。上記２個の動弁カム部材５、５にはそれぞれ２個ずつのカム山５ａ、５ｂが形成されている。排気系カムシャフト４にも各気筒の排気バルブを開閉する上記と同形の２個の動弁カム部材５、５が同様に装着されている。各カム部材５、５にはそれぞれ２個ずつのカム山５ａ、５ｂが形成されている。

カムシャフト３、４の軸端には、それぞれ２個のフランジ６、７が形成されている。外側フランジ６はカムシャフト３、４と一体に製作されている。内側フランジ７はカムシャフト３、４とは別体に製作され、カムシャフトに圧入されて一体化されている。各カムシャフト３、４は、それぞれのシャフトに嵌装された２箇所の動弁カム部材５、５のそれぞれに２個ずつ形成されているカム山５ａ、５ｂの間に設けられた軸受８、９、及び上記２個のフランジ６、７の間に設けられた軸受10で回転可能に支持されている。

上記各カムシャフト３、４の軸端に設けてある外側フランジ６にはそれぞれ従動スプロケット11、11が取り付けられている。図示していないクランクシャフトに設けられた駆動スプロケットと上記従動スプロケット11、11とに掛けまわされたタイミングベルトを介して、カムシャフト３、４はクランクシャフトの半分の回転速度でクランクシャフトによって回転駆動される。

カムシャフト３、４は中空円筒状のもので、その中心孔には、それぞれ偏心シャフト12、12がカムシャフト３、４に対して相対回転可能に嵌装されている。偏心シャフト12、12はそれぞれ２箇所の同形の偏心部12ａ、12ａを備えている。両偏心シャフト12、12の端部にそれぞれ同形の制御用従動ギヤ13、13が一体に嵌着されている。この制御用従動ギヤ13、13は、図示しないギヤ列とサーボモータを介してコントロールユニットによって回動制御され、各偏心シャフト12の各偏心部12ａの中心位置を、目的に合致した位置へ回動させる。定常運転の際には偏心シャフトは静止し、カムシャフトは偏心シャフトの回りを回転する。

図２は吸気系カムシャフト３の縦断面図である。吸気系カムシャフト３と排気系カムシャフト４とは実質的に同じ構成を有しているので、吸気系カムシャフト３を代表としてカムシャフトの構成について詳細に説明する。以下の説明では、「吸気系カムシャフト」を、単に「カムシャフト」と呼ぶ。また「吸気バルブ」を単に「バルブ」と呼ぶ。

偏心シャフト12の上記２箇所の偏心部12ａ、12ａの外側に位置するカムシャフト３のそれぞれの対応部に、それぞれ周方向に５箇所の長方形の保持窓16が設けてある。各保持窓16には、上記偏心部12ａの外周に当接するようローラ17が挿入され保持されている。上記ローラ群の外側に偏心カラー18、18がそれぞれ装着され、個々のローラ17は偏心カラー18、18の中心孔の内面に周方向相対移動可能に当接している。

図３は偏心カラー18の縦断面図である。偏心カラー18は、円筒部18ａと、同円筒部18ａの中心を挟む一対の駆動突起挟持部18ｂと従動突起挟持部18ｃとからなっている。

図２において、２個の偏心カラー18、18のうちの、内側フランジ７から遠い方の偏心カラー18に隣接して、カムシャフト３の外周に駆動カラー19が嵌装され、キー20を介してカムシャフト３と一体回転するよう固定されている。上記駆動カラー19の円筒部19ａの端部外周から偏心カラー18の方へ向けて駆動突起19ｂが一体に突出形成されている。他方の偏心カラー18は内側フランジ７に隣接しており、内側フランジ７には、その外周部から偏心カラー18の方へ向けて駆動突起７ａが一体に突出形成されている。

図２において、偏心カラー18、18に隣接して、それぞれ動弁カム部材５、５が設けてあり、その偏心カラー18、18に隣接する方のカム山５ｂ、５ｂの端面から、偏心カラー18の方へ向けて従動突起５ｃ、５ｃが一体に突出形成されている。なお、図にはカム山５ａ、５ｂに当接するバルブ頂部21が４個示してある。

図４は図２のＩＶ−ＩＶ断面図であり、偏心カラー18の中央部の横断面を示している。これは、低速運転状態の図である。カムシャフト３の中心はＯである。偏心シャフト12の偏心部12ａの中心はＥである。偏心カラー18の円筒部18ａの内面は、複数のローラ17を介して偏心部12ａの外周から等距離の位置に支持されているので、偏心カラー18の中心は偏心部12ａの中心Ｅと一致している。上記ローラ17は、偏心部12ａの外面と偏心カラー18の円筒部18ａの内面との間隔を一定に維持するための間隔維持部材として機能している。偏心カラー18には、その中心を挟んで対称の位置に駆動突起挟持部18ｂと従動突起挟持部18ｃが一体に形成され、これらの挟持部の挟持溝18ｄ、18ｅには、それぞれ駆動突起19ｂと従動突起５ｃが挟持されている。内側フランジ７に近い方の偏心カラー18の場合は、駆動カラー19の駆動突起19ｂの代わりに内側フランジ７から突出する駆動突起７ａが挟持溝18ｄに係合する。

上記実施形態は上述のように構成されているので、内燃機関１が低速回転状態で運転されている場合には、コントロールユニットからの制御信号によって、図４に示されるように、偏心シャフト12の偏心部12ａがバルブ頂部21から最も遠く離れた箇所に回動保持され、特開昭６３−１７０７号公報に記載された原理と同様な原理によってバルブの開放開始時期が遅れるとともに、バルブの閉塞時期が早められるので、吸気バルブの開放開始時期を遅くし、排気バルブの閉塞時期を早めることによってバルブオーバーラップ期間を短縮することができる。

図５は図４と同じ位置の断面図である。これは、高速運転状態の図である。内燃機関１の回転速度が増して、最高速回転状態になると、コントロールユニットからの制御信号によって、図５に示されるように、偏心シャフト12の偏心部12ａがバルブ頂部21に最も接近した位置に回動保持され、前記と同様な原理によってバルブの開放開始時期が早められるとともに、バルブの閉塞時期が遅れるので、吸気バルブの開放開始時期を早め、排気バルブの閉塞時期を遅らせることによってバルブオーバーラップ期間を延長することができ、高速性能に適した状態となる。

図２において、偏心シャフト12にはその軸心部に、カムの各部や軸受等を潤滑するためのオイルを供給する油路12ｂが形成されている。偏心シャフト12の端部の近くに偏心部12ａより直径の小さい異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部12ｃが形成してある。これは、偏心シャフトの制御用動力が入力される制御用従動ギヤ13の位置と偏心部12ａとの間に設けられているもので、この範囲内では断面積が最小であるため、上記の範囲で最も捩じり力に対して弱い部分である。上記破断可能部12ｃは油路12ｂが形成されている範囲の外側に形成されている。これは、カムシャフト３から突出して外部に露出した偏心シャフト12の軸部に形成されている。

図６は図２のＶＩ−ＶＩ断面拡大図であり、小径の、異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部12ｃの断面を示している。このように偏心シャフトに上記破断可能部が形成されているので、偏心シャフトの制御駆動部と動弁カム部の一方に大きい力が加わった場合に、その大きい力が他方に伝わる前に、上記破断可能部が破断するので、お互いの部品を保護することができ、お互いの部材の強度を低く抑え、重量増加を抑止することができる。これは電気器具におけるヒューズの役割と同じである。また、上記破断可能部12ｃは油路12ｂが形成されている範囲の外側に形成されているので、上記破断可能部が破断してもオイルが漏出しないので各部への給油に影響を及ぼすことはない。上記破断可能部が破断しても、カムシャフトおよびカムの運転は、破断前と同じく続行される。それは、「可変バルブタイミング機構」の「可変」の機能が消失し、単なる「バルブタイミング機構」となったものであり、内燃機関の運転は継続される。

図７は異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部の他の断面形状の例であり、図６と同じ位置における断面を示している。これは偏心シャフト12の両方の側面を切り欠いて、二つの平行面を有する破断可能部12ｄとした例である。このように、偏心シャフト12の一部を切り欠いて形成された面は、カムシャフトの軸端から外方に露出した偏心シャフト12の軸部に設けてあるので、偏心シャフトの初期設定の際の目安になると共に、組み付けの際にこの面を利用して工具を使うことができる。

図８は異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部の他の断面形状の例であり、図６と同じ位置における他の断面を示している。これは多角形断面の一例としての六角形断面の破断可能部12ｅの例である。肉が落ちた分だけ一層の軽量化を図ることができる。

図９は偏心シャフトの端部に二つの平行面を有する破断可能部12ｆを設け、この破断可能部を利用して制御用動力が入力される制御用従動歯車13を組付け、ナット14で固定した例の縦断面図である。図１０は、図９のＸ−Ｘ断面図である。異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部を利用しているので、偏心シャフトへの制御用従動ギヤ13の組み付けは容易である。特に平行２面を有する上記破断可能部の場合は寸法精度の管理も容易であり、歯車と偏心シャフトとのガタも少ないので、制度の良い制御が可能となる。

上記各実施形態は上記のように構成されているので、次のような効果がもたらされる。
（１）偏心シャフトの制御用動力入力部（制御用従動ギヤ13の位置）と偏心部12ａとの間に、偏心部より小径の異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部が設けてあるので、運転中に、偏心シャフトの制御駆動部（ギヤ列とサーボモータ）と動弁カム部との一方に特に大きい力が加わった場合に、上記破断可能部で破断し、お互いの部品を保護するので、お互いの強度を低く抑えることができ、重量増加を抑止できる。
（２）カム等の各部品を潤滑する油を供給する油路が、偏心シャフトの内部に軸方向に形成され、異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部が上記油路が存在する範囲の外側に設けてあるので、上記破断可能部が破断した場合に、油路に影響をあたえるのを防ぐことができる。
（３）異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部が偏心シャフトの軸部の一部を切り欠いた少なくとも２つの平行面を有する形状を備え、カムシャフトの外方に露出して設けてある場合は、切り欠いて形成された面は、偏心シャフトの初期設定の際の目安になると共に、組み付けの際にこの面を利用して工具を使うことができる。
（４）異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部が多角形の断面を備えている場合は、肉が落ちた分だけ一層の軽量化を図ることができる。
（５）異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部が偏心シャフトの軸端に設けられる場合は、上記破断可能部を利用することによって、制御用従動ギヤの、偏心シャフトへの組み付けを容易に行うことができる。特に上記破断可能部が平行２面を有する場合は寸法精度の管理も容易であり、歯車と偏心シャフトとのガタも少ないので、制度の良い制御が可能となる。

４サイクル２気筒内燃機関のシリンダヘッドをカムシャフトの中心を通る面で切断した平面図である。 カムシャフトの縦断面図である。 偏心カラーの縦断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図であり、偏心カラーの中央部の断面図である。低速運転状態の図である。 図４と同じ位置の断面図であり、高速運転状態の図である。 図２のＶＩ−ＶＩ断面図であり、円形断面の、異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部の例である。 図６と同じ位置の断面図であり、平行二面の断面を有する破断可能部の例である。 図６と同じ位置の断面図であり、多角形断面の破断可能部の例である。 偏心シャフトの端部の異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部を利用して、制御用動力が入力される歯車を組付けた例の縦断面図である。 図９のＸ−Ｘ断面図である。

符号の説明

３…カムシャフト、５…動弁カム部材、11…従動スプロケット、12…偏心シャフト、12ａ…偏心部、12ｂ…油路、12ｃ〜12ｆ…異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部、13…制御用従動ギヤ、18…偏心カラー、18ａ…円筒部、18ｂ…駆動突起挟持部、18ｃ…従動突起挟持部、19…駆動カラー、19ａ…円筒部、19ｂ…駆動突起

Claims (5)

1. ４サイクル内燃機関のクランクシャフトに同期して回転駆動されるカムシャフトの中心孔に偏心部を備えた偏心シャフトを相対回転可能に挿入し、かつ上記カムシャフトの外周に動弁カム部材を周方向摺動可能に嵌装し、該カムシャフトに固定された駆動カラーと、上記動弁カム部材との間に、上記偏心部の中心位置に応じて偏心する偏心カラーを介在させ、該偏心カラーと、上記駆動カラーに設けられ、上記偏心カラーの一方の挟持部に係合する駆動突起と、上記動弁カム部材に設けられ、上記偏心カラーの他方の挟持部に係合する従動突起とからなる連結機構を介して、上記駆動カラーの回転駆動力を上記動弁カム部材に伝達し、上記偏心カラーの偏心により、上記カムシャフトに対する上記動弁カム部材の回転位相を周期的に変化させて弁開閉時期を調整する可変バルブタイミング機構において、上記偏心シャフトの制御用動力入力部と偏心部との間に、異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部が設けてあることを特徴とする可変バルブタイミング機構。
2. カム等の各部品を潤滑する油を供給する油路が、偏心シャフトの内部に軸方向に形成され、上記異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部は上記油路が存在する範囲の外側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング機構。
3. 上記異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部は偏心シャフトの軸部の一部を切り欠いた少なくとも２つの平行面を有する形状を備え、カムシャフトの外方に露出して設けてあることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング機構。
4. 上記異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部は多角形の断面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング機構。
5. 上記異常過大入力が発生した場合に破断することのできる破断可能部は、偏心シャフトの軸端に設けられることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング機構。

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