JP2738941B2 - ４サイクルエンジンのバルブタイミング制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、吸気カム軸と排気カム軸を各別に備えた４
サイクルエンジンにおいて、その吸気バルブの開閉タイ
ミングを変化させるための制御装置に関する。

［従来技術］ この種の４サイクルエンジンにおいて、吸入効率を高
めるためにはエンジン回転数に対する吸気バルブの開閉
タイミングを最適なものとする必要がある。このため、
高回転、高出力形のエンジンでは吸気バルブが閉じるタ
イミングを遅くする、つまり第７図に示すように上死点
後吸気バルブが最大に開くまでのイベントアングル（E.
A）を大きく設定するとともに、低中速域の性能を重視
したエンジンでは、逆にイベントアングルを小さくし
て、吸気バルブが閉じるタイミングを早めることが行な
われている。

ところが、吸気バルブのイベントアングルを大きくす
ると、第８図中破線で示すように高速回転域でのトルク
は増大するものの、逆に低中速回転域では吸入効率が低
下して、トルク不足となってしまう。また、イベントア
ングルを小さくした場合には、第８図中実線で示すよう
に低中速回転域でのトルクは増大するが、高速回転域に
おいてトルクが急激に低下するという問題があり、低中
速回転域か高速回転域のいずれかの性能が犠牲となって
いた。

このことから、最近、吸気カム軸に連結された吸気側
カムプーリに対して上記吸気カム軸を一定角度相対的に
回動させ、吸気カムに位相差を生じさせることにより、
高速回転域においては吸気バルブが閉じるタイミングを
遅くし、低中回転域においては吸気バルブが閉じるタイ
ミングを早めるようにした制御装置が開発されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、この従来の制御装置は、吸気カム軸と
カムプーリとを連結するヘリカルギヤを油圧によって軸
方向に移動させるとともに、この油圧をエンジン回転数
やエンジン負荷に応じてマイクロコンピュータで電子制
御しているために、格別な油圧装置やマイクロコンピュ
ータは勿論のこと、エンジンの運転状況を検知する各種
のセンサ類を必要としている。したがって、装置全体が
複雑かつ大掛りなものとなり、コスト的な面で問題があ
った。

本発明はこのような事情にもとづいてなされたもの
で、簡単な構成で吸気バルブの開閉タイミングを変える
ことができ、しかも、この開閉タイミングを変える際に
歯付き車の回動を円滑に行なえるとともに、この歯付き
車を吸気カム軸上の所望の位置に精度良く取り付けるこ
とができる４サイクルエンジンのバルブタイミング制御
装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、 吸気バルブを開閉する吸気カム軸と、排気バルブを開
閉する排気カム軸とを備え、これらカム軸とクランク軸
との間に、クランク軸の回転を各カム軸に伝える伝動手
段を介在させた４サイクルエンジンを前提としている。

上記伝動手段は、上記吸気カム軸上に上記クランク軸
からの動力伝達により回転駆動される歯付き車を有し、 また、上記吸気カム軸は、このカム軸の径方向に張り
出すとともに、このカム軸と一体に回転するフランジ部
を有し、この吸気カム軸上に上記フランジ部と協動して
上記歯付き車を挟み込んで保持する支持プレートを取り
付けるとともに、上記歯付き車は上記フランジ部を含む
吸気カム軸に対し一定の角度範囲に亘って相対的に回動
可能に保持され、 この歯付き車とフランジ部との間に、上記クランク軸
の回転数が予め設定された値に達するまでの期間中に上
記歯付き車に加わる駆動力よりも大きな付勢力を有する
複数の圧縮コイルばねを上記歯付き車の周方向に間隔を
存して配置し、これら圧縮コイルばねは、吸気カム軸を
挟んで上記歯付き車の径方向に互いに向かい合う位置に
配置されて、上記吸気カム軸に対する歯付き車の軸回り
方向への位置決めをなしていることを特徴としている。

［作用］ このような構成によると、歯付き車を付勢する複数の
圧縮コイルばねは、クランク軸の回転数、つまりエンジ
ン回転数が予め設定された値に達するまでは、この歯付
き車に加わる駆動力に打ち勝つような付勢力を有するの
で、吸気カム軸と歯付き車との相対的な回動が阻止さ
れ、歯付き車が吸気カム軸と一体に回動する。

エンジン回転数の上昇に伴い、このエンジン回転数が
上記設定値を上回ると、歯付き車に加わるクランク軸の
駆動力が圧縮コイルばねの付勢力に打ち勝ち、圧縮コイ
ルばねが次第に圧縮されていく。このため、吸気カム軸
に対し歯付き車が軸回り方向に回動を始め、これら吸気
カム軸と歯付き車との間に位相差が生じるので、エンジ
ン回転数が所望の値に達した時に歯付き車が回動を開始
するように圧縮コイルばねの付勢力を設定すれば、吸気
バルブが閉じるタイミングをエンジン回転数に応じて自
由に変えることができる。

したがって、歯付き車を圧縮コイルばねを用いて付勢
するだけの簡単な構成で吸気バルブが閉じるタイミング
を変えることができ、従来の如き格別な油圧装置やマイ
クロコンピュータ、さらにはエンジンの運転状況を検知
するための各種のセンサ類が不要となる。

しかも、上記構成によると、複数の圧縮コイルばね
は、歯付き車の回動中心を挟んで互いに向かい合う位置
に配置されているので、これら圧縮コイルばねの付勢力
が歯付き車の周方向に間隔を存した複数箇所に均等に作
用することになる。そのため、歯付き車の回動が円滑と
なり、この歯付き車をエンジン回転数に応じた所望の角
度に精度良く回動させることができる。

また、歯付き車は、吸気カム軸上においてフランジ部
と支持プレートとによって挟み込まれているので、この
歯付き車の取り付け位置をフランジ部を基準として定め
ることができる。それとともに、歯付き車が吸気カム軸
の軸方向にずれ動くこともなく、歯付き車を吸気カム軸
上の所望の位置に確実に位置決めすることができる。

［実施例］ 以下本発明の第１実施例を、第１図ないし第４図にも
とづいて説明する。

第３図は例えば自動二輪車用の４サイクル並列４気筒
エンジンを示し、図中符号１はシリンダブロック、２は
シリンダヘッド、３はヘッドカバーである。シリンダヘ
ッド２には各気筒４に対応して吸気バルブ５と排気バル
ブ（図示せず）が二個づつ設けられている。このシリン
ダヘッド２とヘッドカバー３との間の動弁室６には、吸
気バルブ５を開閉する吸気カム軸７と排気バルブを開閉
する排気カム軸８が夫々設けられている。吸気カム軸７
の外周には吸気バルブ５に対応して円弧状の吸気カム９
が形成されており、これら吸気カム９はバルブリフタ10
を介して吸気バルブ５のバルブステム5aに接している。

吸気カム軸７および排気カム軸８の外周には、夫々歯
付き車としてのカムスプロケット11,12が取付けられて
いる。これらカムスプロケット11,12とクランク軸13上
に設けたクランクスプロケット14との間には、タイミン
グチェーン15が架け渡されており、本実施例の場合は、
これらカムスプロケット11,12、クランクスプロケット1
4およびタイミングチェーン15がクランク軸13の回転を
カム軸7,8に伝える伝動手段を構成している。

なお、カムスプロケット11,12は各カム軸7,8の中間
部、つまり二番気筒４と三番気筒４との間に設けられて
いるが、これら各カム軸7,8の一端部に設けても良い。

ところで、吸気カム軸７上のカムスプロケット11は、
吸気カム軸７に対しエンジン回転数に応じて一定角度相
対的に回転し得るように取付けられている。この取付け
構造について第１図および第２図を参照して説明する
と、上記カムスプロケット11は吸気カム軸７の外周に対
し同軸的かつ軸回り方向に回転自在に取り付けられてい
る。吸気カム軸７には、その外周面から径方向外側に張
り出す円板状のフランジ部20が一体に形成されており、
このフランジ部20にカムスプロケット11の一側面が重ね
合わされている。また、吸気カム軸７の外周には、カム
スプロケット11の他側面に接する支持プレート21が同軸
的に取り付けられている。この支持プレート21は、皿ば
ね22によってフランジ部20の方向に付勢されている。こ
のため、支持プレート21は、上記フランジ部20と協働し
てカムスプロケット11を摺動可能に挟み込んで保持して
いる。

カムスプロケット11とフランジ部20との摺接面には、
夫々開口部23,24が設けられている。これら開口部23,24
はカムスプロケット11の周方向に沿う四箇所に位置する
とともに、このカムスプロケット11の回転方向に沿う長
方形状をなしている。そして、開口部23,24は互いに連
通するように重なり合っており、これら開口部23,24
は、第２図から明らかなように、吸気カム軸７を挟んで
上記カムスプロケット11の径方向に互いに向かい合うよ
うな位置に連通されている。

互いに連通された開口部23,24内には、夫々圧縮コイ
ルばね26が収容されている。圧縮コイルばね26の両端部
は、開口部23,24における上記カムスプロケット11の回
転方向に沿う両端部に接しており、カムスプロケット11
とフランジ部20とを相対的に軸回り方向に回動可能に付
勢している。この圧縮コイルばね26の付勢力は、クラン
ク軸13の回転数が予め設定された値に達するまでの期間
中に、このクランク軸13からタイミングチェーン15を介
してカムスプロケット11に加わる駆動力よりも大きく定
められている。そして、圧縮コイルばね26は、カムスプ
ロケット11の回動中心となる吸気カム軸７を挟んで上記
カムスプロケット11の径方向に互いに向かい合う位置に
配置されている。

また、フランジ部20は、その開口部24の回転方向後方
側の開口縁部からフランジ部20の回転方向に沿って突出
するストッパピン25を備えている。ストッパピン25の一
部は、カムスプロケット11の開口部23に入り込んでお
り、その全長が開口部23,24の長さよりも短く定められ
ている。ストッパピン25の基端は、上記圧縮コイルばね
26の付勢力を受けて開口部23の回転方向後方側の開口縁
部に当接されており、この当接によりカムスプロケット
11と吸気カム軸７との軸回り方向への位置決めがなされ
ている。

ストッパピン25の突出先端部と開口部23,24の回転方
向前方側の開口縁部との間には、カムスプロケット11と
吸気カム軸７との軸回り方向への相対的な回動を許容す
る隙間ｌが形成されている。このため、カムスプロケッ
ト11は、クランク軸13の回転数が上記設定値に達するま
では、吸気カム軸７と同期して一体に回転される。

また、第１図に示すように、カムスプロケット11の開
口部23には、このカムスプロケット11の他側面にも開放
されており、この開口部23から圧縮コイルばね26の周面
の一部が突出されている。そして、カムスプロケット11
の他側面に重なり合う支持プレート21の側面には、圧縮
コイルばね26を逃げる凹部21aが形成されている。

なお、第４図中符号27はチェーンガイド、28はチェー
ンテンショナーを夫々示す。

次に、上記構成の作用について説明する。

カムスプロケット11に積み込まれた複数の圧縮コイル
ばね26は、クランク軸13の回転数、つまりエンジン回転
数が予め設定された値に達するまでは、カムスプロケッ
ト11に加わるクランク軸13の駆動力よりも大きな付勢力
でカムスプロケット11とフランジ部20とを相対的に回動
可能に付勢しており、ストッパピン25が開口部23の回転
方向後方側の開口縁部に当接されている。このため、ク
ランク軸13の回転に伴ってカムスプロケット11に駆動力
が加わっても、カムスプロケット11が吸気カム軸７に対
して相対的に回転することはなく、このカムスプロケッ
ト11と吸気カム軸７とは同期して一体に回転される。

ところで、カムスプロケット11に加わる駆動力は、ク
ランク軸13の回転数が増大する程大きくなるため、エン
ジン回転数が上記設定数を上回ると、カムスプロケット
11に加わる駆動力が圧縮コイルばね26の付勢力に打ち勝
つことになる。このため、圧縮コイルばね26が次第に圧
縮され、第２図に示すようにカムスプロケット11がフラ
ンジ部20に対してストッパピン25と開口部23,24との間
の隙間ｌに相当する角度α分だけ相対的に回動する。し
たがって、吸気カム９に位相差が生じ、上記エンジン回
転数が設定値を上回った時点で、吸気カム９のイベント
アングルを上記角度α分大きくすることができる。

したがって、圧縮コイルばね26の付勢力を適宜設定す
れば、吸気バルブ５のイベントアングル、すなわち、吸
気バルブ５が閉じるタイミングをエンジン回転数に応じ
て自由に変えることができ、全回転域において良好な吸
入効率を確保することができる。

そして、上記構成においては、吸気カム軸７のフラン
ジ部20に対し、一定角度相対的に回転自在なカムスプロ
ケット11を、圧縮コイルばね25で位置決めするのみで、
エンジン回転数に応じて吸気バルブ５の開閉タイミング
を変えることができるので、従来の如き各別な油圧装置
やこの油圧装置を制御するマイクロコンピュータを始め
として、エンジンの運転状況を検知するための各種のセ
ンサ類が一切不要となる。このため、構造や制御を大幅
に簡略化することができ、その分、安価に提供できる利
点がある。

また、上記構成によれば、複数の圧縮コイルばね26
は、カムスプロケット11の回転中心となる吸気カム軸７
を挟んで互いに向かい合う位置に配置されているので、
これら圧縮コイルばね26の付勢力がカムスプロケット11
の周方向に間隔を存した複数箇所に均等に作用すること
になる。そのため、吸気カム９に位相差を生じさせるた
めのカムスプロケット11の回動が円滑となり、このカム
スプロケット11をエンジン回転数に応じた所望の角度に
精度良く回動させることができる。

さらに、カムスプロケット11は、支持プレート21を介
して吸気カム軸７の外周のフランジ部20に押し付けら
れ、これら支持プレート21とフランジ部20とによって挟
み込まれているので、このカムスプロケット11の取り付
け位置をフランジ部20を基準として定めることができ
る。それとともに、カムスプロケット11が吸気カム軸７
の軸方向にずれ動くこともなく、カムスプロケット11を
吸気カム軸７上の所望の位置に確実に位置決めすること
ができる。

加えて、カムスプロケット11に重なり合う支持プレー
ト21の側面には、圧縮コイルばね26を逃げる凹部21aが
形成されているので、圧縮コイルばね26と支持プレート
21との干渉を防止するために、カムスプロケット11の肉
厚を増したり、このカムスプロケット11の側面に圧縮コ
イルばね26の張り出し量に応じた凸部を形成する必要は
ない。このため、カムスプロケット11の取り付け部を薄
くコンパクトに形成することができる。

また、上記凹部21aの存在により、圧縮コイルばね26
の周面の一部が開口部23の側方に張り出していても、こ
の圧縮コイルばね26と支持プレート21との干渉を防止で
きるので、圧縮コイルばね26の外径の制約が緩和され、
これら圧縮コイルばね26の付勢力を設定する場合の自由
度が増大する。

なお、上述した第１実施例では、ストッパピンと圧縮
コイルばねを同一の開口部内に組み込んだが、本発明は
これに制約されるものではなく、第５図および第６図に
本発明の第２実施例を示す。

すなわち、カムスプロケット11には開口部23の間に位
置して貫通孔31が開口されており、この貫通孔31はカム
スプロケット11の回転方向に沿う長円形状をなしてい
る。そして、この貫通孔31内には円板状のストッパ駒32
が収容されている。ストッパ駒32はフランジ部20と支持
プレート21との間に架設した枢支ピン33上に支持されて
おり、このストッパ駒32は圧縮コイルばね26の付勢力を
受けて貫通孔31の回転方向後方側の開口縁部に当接され
ている。したがって、ストッパ駒32と貫通孔31の回転方
向前方側の開口縁部との間には、カムスプロケット11と
フランジ部20との相対的な回動を許容するための隙間ｌ
が形成されている。

このような構成の第２実施例においても、エンジン回
転数がある設定値に達すると、圧縮コイルばね26が圧縮
されて、隙間ｌの分だけカムスプロケット11とフランジ
部20とが相対的に回動し、吸気カム９に位相差を生じさ
せることができる。

また、上記各実施例においては、クランク軸の回転を
タイミングチェーンを介してカム軸に伝えるようにした
が、このタイミングチェーンの代わりに歯付きベルトあ
るいは互いに噛み合うギヤを用いても良く、このため、
歯付き車もスプロケットに限らず、歯付きプーリあるい
はギヤであっても良い。

［発明の効果］ 以上詳述した本発明によれば、歯付き車を複数の圧縮
コイルばねで付勢するだけの簡単な構成で、吸気バルブ
が閉じるタイミングを変えることができ、従来のような
格別な油圧装置やマイクロコンピュータさらにはエンジ
ンの運転状況を検知するための各種のセンサ類が一切不
要となる。このため、構造や制御を簡略化することがで
き、その分、安価に提供することができる。

しかも、圧縮コイルばねの付勢力が歯付き車の周方向
に間隔を存した複数箇所に均等に作用するので、吸気カ
ム軸に位相差を生じさせるための歯付き車の回動が円滑
となり、この歯付き車をエンジン回転数に応じた所望の
角度に精度良く回動させることができる。

さらに、歯付き車は、吸気カム軸上において支持プレ
ートとフランジ部とによって挟み込まれているので、こ
の歯付き車の取り付け位置をフランジ部を基準として定
めることができるとともに、歯付き車が吸気カム軸の軸
方向にずれ動くこともなく、歯付き車を吸気カム軸上の
所望の位置に確実に位置決めすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の第１実施例を示し、第１
図はカムスプロケットの取付け部分の断面図、第２図は
第１図中II−II線に沿う断面図、第３図はエンジンを一
部断面した正面図、第４図はカム軸の駆動経路を示す断
面図、第５図および第６図は本発明の第２実施例を示
し、第５図はカムスプロケットの取付け部分の断面図、
第６図は第５図中VI−VI線に沿う断面図、第７図および
第８図は従来技術を示し、第７図は吸気バルブおよび排
気バルブの開閉タイミングを示す特性図、第８図はエン
ジン回転数に対するトルクの堆移を示す特性図である。 ５…吸気バルブ、７…吸気カム軸、８…排気カム軸、11
…歯付き車（カムスプロケット）、14,15…伝動手段
（クランクスプロケッット、タイミングチェーン）、20
…フランジ部、21…支持プレート、26…圧縮コイルば
ね。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気バルブを開閉する吸気カム軸と、排気
   バルブを開閉する排気カム軸とを備え、これらカム軸と
   クランク軸との間に、クランク軸の回転を各カム軸に伝
   える伝動手段を介在させた４サイクルエンジンにおい
   て、 上記伝動手段は、上記吸気カム軸上に上記クランク軸か
   らの動力伝達により回転駆動される歯付き車を有し、 また、上記吸気カム軸は、このカム軸の径方向に張り出
   すとともに、このカム軸と一体に回転するフランジ部を
   有し、この吸気カム軸上に上記フランジ部と協働して上
   記歯付き車を挟み込んで保持する支持プレートを取り付
   けるとともに、上記歯付き車は上記フランジ部を含む吸
   気カム軸に対し一定の角度範囲に亘って相対的に回動可
   能に保持され、 この歯付き車とフランジ部との間に、上記クランク軸の
   回転数が予め設定された値に達するまでの期間中に上記
   歯付き車に加わる駆動力よりも大きな付勢力を有する複
   数の圧縮コイルばねを上記歯付き車の周方向に間隔を存
   して配置し、これら圧縮コイルばねは、吸気カム軸を挟
   んで上記歯付き車の径方向に互いに向かい合う位置に配
   置されて、上記吸気カム軸に対する歯付き車の軸回り方
   向への位置決めをなしていることを特徴とする４サイク
   ルエンジンのバルブタイミング制御装置。