JP2759507B2 - 内燃機関の可変バルブタイミング動弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、４サイクル内燃機関の運転状態に応じて吸
排気弁の開弁時期を適正に調整し、特に吸排気弁の開弁
時期と開弁期間とを共に適正に調整することができる内
燃機関の動弁装置に関するものである。

従来技術 ４サイクルエンジンにおいては、高速域でバルブの開
放開始時期を早めかつバルブの閉塞時期を遅らせること
によりバルブオーバラップ期間（吸、排気バルブが同時
に開放されている期間）を長期化し、吸、排気の慣性効
果を利用し、吸、排気効率を高めて機関の高出力化を図
り、また低速域にてには、バルブの開放時期を遅らせる
とともにバルブの閉塞時期を早めることにより、バルブ
オーバラップ機関を短縮化し、排気再循環、吸気の吹き
抜けを防止して、機関出力低下を避けるために、従来で
は、種々の可変バルブタイミング動弁装置が提供されて
きた。

本出願人は、偏心シャフトを用いて吸排気弁の開弁時
期を適正に調整することができる可変バルブタイミング
動弁装置を出願した（特開昭63−1707号公報参照）。

前記本出願人に係る第１図ないし第２図に図示された
可変バルブタイミング動弁装置では、４サイクルエンジ
ン01のシリンダヘッドにはバルブ02が上下に開閉自在に
設けられ、その上方にカムドライブシャフト03が回転自
在に軸支されている。

さらに、カムドライブシャフト03の外周面にバルブ開
閉用カム04が回転自在に嵌合されるとともに、カムドラ
イブシャフト03内に偏心シャフト07が回転自在に嵌挿さ
れ、カムドライブシャフト03に形成されたローラ保持窓
03aにローラ05が回転自在にかつ偏心シャフト07の偏心
軸部07aで支持されて嵌入され、このローラ05の外周に
偏心カラー06が嵌合され、この偏心カラー06はバルブ開
閉用カム04の係合突起04bに係合されるとともに、カム
ドライブシャフト03とピン09により一体的に回転される
駆動カラー08の係合突起08aとも係合されている。

そして、カムドライブシャフト03は適宜の機構により
クランクシャフトの２分の１の回転速度で回転駆動され
るとともに、エンジンの回転速度に基づいてコントロー
ルギア010が駆動されて偏心シャフト07が回転され、偏
心シャフト07の偏心軸部07aの周方向位置が調整される
ようになっている。

そこで、例えばエンジンの高速域では、偏心軸部07a
の偏心中心がバルブ02寄りとなるように偏心シャフト07
が回転調整される。クランクシャフトに同期して回転さ
れるカムドライブシャフト03と一体的に駆動カラー08が
回転し、その係合突起08aを介して偏心カラー06が回転
駆動されるが、偏心カラー06は、前記偏心軸部に沿って
回転されているローラ05により支持されるために、バル
ブ02寄りに偏心して回転されることとなる。そして、こ
の偏心カラー06により係合突起04bを介してバルブ開閉
用カム04が回転駆動されると、特開昭63−1707号公報に
詳記するようにバルブ開閉用カム04の角速度が変化し、
カム山04aによるバルブの開放開始時期が早められ、か
つバルブの閉塞時期が遅延される。

解決しようとする課題 ところが、前記した動弁装置では、中空カムドライブ
シャフト03の細い部分の外周面にバルブ開閉用カム04が
相対的に回転可能に嵌合されるとともに、該中空カムド
ライブシャフト03はジャヤーナル011を介してシリンダ
ヘッドに回転自在に枢支され、前記バルブ開閉用カム04
は半径方向に指向したバルブ02のスプリング反力を受け
るため、中空カムドライブシャフト03は前記バルブスプ
リング反力による曲げモーメントでもって比較的大きな
曲げ変形を起こし易い。

また前記バルブ開閉用カム04は半径方向に指向したス
プリング反力を受けながら、中空カムドライブシャフト
03より偏心カラー06を介して回転駆動されるため、中空
カムドライブシャフト03とバルブ開閉用カム04とに大き
な摩擦力が働き、前記偏心機構による中空カムドライブ
シャフト03に対するバルブ開閉用カム04の周期的な相対
的回転角加速運動および減速運動が円滑に遂行できない
惧れがある。

課題を解決するための手段および作用 本発明はこのような難点を克服した内燃機関の可変バ
ルブタイミング動弁装置の改良に係り、吸気弁および排
気弁のいずれか一方または両方に対しカムを一体に形成
したカムシャフトと、該カムに接触して開閉駆動する弁
駆動部材とを備えた４サイクル内燃機関において、前記
カムシャフトはその両端外周部がカムホルダーに回転自
在に枢支され、前記カムシャフトの一端凹部の円周面に
中空カム駆動シャフトの少なくとも一端外周部が相対的
に回転自在に嵌合され、クランクシャフトの半分が回転
速度で回転駆動されるカム駆動部材が前記中空カム駆動
シャフトに一体に嵌着され、前記カムシャフトの回転中
心と同一回転中心に位置して前記中空カム駆動シャフト
の中心孔に偏心シャフトが遊嵌され、該中空カム駆動シ
ャフトに周方向に亘り設けられた複数個の窓に遊嵌され
る減摩回転体を介して前記偏心シャフトに偏心カラーが
回転自在に嵌合され、該偏心カラーは前記カムシャフト
と前記中空カム駆動シャフトに係合されたことを特徴と
するものである。

本発明は前記したように構成されているため、前記偏
心シャフトを回転させて偏心中心をバルブより離すこと
により、バルブ開放開始時期を遅らせるとともにバルブ
閉塞時期を早め、バルブオーバラップ期間を短縮して低
速域での運転性能を高め、また前記偏心シャフトを回転
させて偏心中心をバルブ側に接近させることにより、バ
ルブ開放開始時期を遅らせ、バルブオーバラップ期間を
延長して高速域での運転性能を高めることができる。

また本発明においては、吸排気弁のバルブスプリング
反力を受けるカムシャフトはその両端外周部にてカムホ
ルダーに回転自在に枢支されるため、該カムシャフトの
曲げ剛性が比較的大きくなり、前記バルブスプリング反
力による曲げ変形は小さい。

さらに本発明では、カムとカムシャフトとが一体に形
成され、かつカムシャフトの両端外周部がカムホルダー
に回転自在に枢支されているため、吸排気弁のバルブス
プリング反力を前記カムが受けても、前記カムおよびカ
ムシャフトは前記カム駆動部材に対し相対的に円滑に回
転でき、その結果、前記偏心シャフトおよび偏心カラー
よりなる偏心機構による中空カム駆動シャフトに対する
カムシャフトの相対的回転加減速運動が円滑に行われう
る。

実 施 例 以下、第３図ないし第６図に図示された本発明の一実
施例について説明する。

４サイクルエンジン１のシリンダヘッド２にはバルブ
３が上下に開閉自在に設けられ、このバルブ３の頂端に
設けられた弁駆動部材たるスリッパー４とシリンダヘッ
ド２とに圧縮コイルスプリング５が介装されており、バ
ルブ３は圧縮コイルスプリング５のセット荷重により常
時閉塞されるように付勢されている。

また左右一対のカムホルダー６の内方から外方に向か
って中空カムシャフト７がそれぞれ挿入されて、カムホ
ルダー６に中空カムシャフト７が回転自在に枢支され、
中空カムシャフト７はバルブ３の上方に位置し、中空カ
ムシャフト７と一体のカム８がスリッパー４に接触しう
るようになっている。

さらにカムドライブシャフト11の中央部にカム駆動部
材たるカムギヤー13が一体に嵌着され、このカムギヤー
13にはバックラッシュ除去機能を有する副ギヤ14が嵌合
され、この副ギヤ14に座金16が当てがわれて偏心軸部19
がカムギヤー13の溝に係合されている。

さらにまたカムドライブシャフト11のローラ保持窓12
に偏心シャフト18の偏心軸部19が位置するようにカムド
ライブシャフト11の中心軸孔に偏心シャフト18の内端部
が回転自在に嵌合され、カムドライブシャフト11のロー
ラ保持窓12にローラ20が装入され、カムギヤー13の係合
突起15に偏心カラー21の一方の挟持片22が係合するよう
にローラ20の包絡外周面に偏心カラー21が回転自在に嵌
合され、カムドライブシャフト11より突出した偏心シャ
フト18が一方の中空カムシャフト７の中心軸孔に回転自
在に嵌合されるとともに、偏心カラー21の挟持片23に一
方の中空カムシャフト７の係合突起９が係合するよう
に、カムドライブシャフト11の一端が一方の中空カムシ
ャフト７の内側大径筒状部10に回転自在に嵌合され、他
方の中空カムシャフト７の係合突起９が偏心カラー21の
挟持片23に係合するように他方の中空カムシャフト７の
内側大径筒状部10にカムドライブシャフト11の他端が回
転自在に嵌合されている。

そしてバルブ３に対する偏心シャフト18の偏心軸部19
の位置関係によりカム８がカムドライブシャフト11およ
びカムギヤー13に対し周期的に相対的角度関係が変化す
るメカニズムは特開昭63−1707号公報記載のものと同一
である。

なお他方の中空カムシャフト７の中心軸孔に中空軸24
が嵌合され、この中空軸24はプラグ25で中空カムシャフ
ト７内に密封されている。

しかもシリンダヘッド２の略中央に位置したカムギヤ
ー13はギャトレン26を介して図示されないクランクシャ
フトに連結されており、カムギヤー13およびカムドライ
ブシャフト11はクランクシャフトの1/2の回転速度で回
転駆動されるように成っている。

また偏心シャフト18の外端部にコントロールドリブン
ギヤ27が一体に嵌着され、このコントロールドリブンギ
ヤ27に噛み合うようにシリンダヘッド２にコントロール
ドライブギヤ28が回転自在に枢着され、このコントロー
ルドライブギヤ28に一体に結合されたドリブンプーリ29
とドライブプーリ30とにケーブル31が装渡され、ドライ
ブプーリ30はサーボモータ32の回転軸（図示されず）に
一体に嵌着され、このサーボモータ32はコントロールユ
ニット33によって制御されるようになっている。

さらにコントロールユニット33はエンジン１の回転数
Ne、スロットル開度θth、吸気負圧PBの入力を受けて、
燃料噴射量を調整し、エンジン１の運転状態を制御する
とともに、低速回転状態では偏心シャフト18の偏心軸部
19の中心がバルブ３より離れた個所に位置し、高速回転
状態では偏心軸部19の中心がバルブ３に接近した個所に
位置するように、サーボモータ32を動作させて、ドライ
ブプーリ30、ケーブル31、ドリブンプーリ29、コントロ
ールドライブギヤ28、コントロールドリブンギヤ27を介
し偏心シャフト18を回転させるようになっている。

第３図ないし第６図に図示の実施例は前記したように
構成されているため、エンジン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33からの制
御信号によって、偏心シャフト18の偏心軸部19がバルブ
３より最も速く離れた個所に回転保持され、特開昭63−
1707号公報に記載された動弁装置の原理と同様な原理に
より、バルブ３の開放開始時期が遅れるとともに、バル
ブ３の閉塞時期が早められ、バルブオーバラップ期間が
短縮される。

そして、エンジン１の回転速度が増速して最高速回転
状態になると、コントロールユニット33からの制御信号
によって、偏心シャフト18の偏心軸部19がバルブ３に最
も接近した個所に回転保持され、前記したと同様な原理
により、バルブ３の開放開始時期が早められるととも
に、バルブ３の閉塞時期が遅れ、バルブオーバラップ期
間が延長され、高速性能に適した状態となる。

また圧縮コイルスプリング５のスプリング反力を受け
るカム８は中空カムシャフト７と一体化され、かつ中空
カムシャフト７の両端がカムホルダー６に回転自在に枢
支されるため、中空カムシャフト７は曲げ変形を起こし
にくい。

さらに圧縮コイルスプリング５のスプリング反力を受
けるカム８と一体の中空カムシャフト７は、その両端部
にてカムホルダー６に回転自在に枢支され、中空カムシ
ャフト７とカムドライブシャフト11との間には前記スプ
リング反力による大きな摩擦力が生じないため、前記偏
心機構によるカムドライブシャフト11に対する中空カム
シャフト７およびカム８の相対的回転加減速運動が円滑
に遂行されうる。

発明の効果 このように本発明においては、偏心シャフトの中心を
バルブ側より離しまたは接近させることにより、吸排気
弁のバルブタイミングを低速運転または高速運転にそれ
ぞれ適した状態に変え、エンジンの低速性能および高速
性能を向上させ、全運転域に亘って高い運転性能を発揮
させることができる。

また本発明においては、カムシャフトは曲げ変形を起
こしにくく、カムシャフトで中空カム駆動シャフトとの
間に大きな摩擦力が生じないため、中空カム駆動シャフ
トに対してカムシャフトを相対的に円滑に回転加減速さ
せることができ、その結果、吸排気弁のバルブタイミン
グを適正にかつ微妙に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本出願前に出願された本出願人に係る動弁装置
の要部縦断側面図、第２図はその要部分解斜視図、第３
図は本発明に係る内燃機関の可変バルブタイミング動弁
装置の一実施例を図示した要部縦断側面図、第４図はそ
の縦断平面図、第５図は第３図のＶ−Ｖ線に沿って裁断
した横断面図、第６図はその分解斜視図である。 １……エンジン、２……シリンダヘッド、３……バル
ブ、４……スリッパー、５……圧縮コイルスプリング、
６……カムホルダー、７……中空カムシャフト、８……
カム、９……係合突起、10……内側大径筒状部、11……
カムドライブシャフト、12……ローラ保持窓、13……カ
ムギヤー、14……副ギヤ、15……係合突起、16……座
金、17……サークリップ、18……偏心シャフト、19……
偏心軸部、20……ローラ、21……偏心カラー、22……挟
持片、23……挟持片、24……中空軸、25……プラグ、26
……ギャトレン、27……コントロールドリブンギヤ、28
……コントロールドライブギヤ、29……ドリブンプー
リ、30……ドライブプーリ、31……ケーブル、32……サ
ーボモータ、33……コントロールユニット、

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気弁および排気弁のいずれか一方または
   両方に対しカムを一体に形成したカムシャフトと、該カ
   ムに接触して開閉駆動する弁駆動部材とを備えた４サイ
   クル内燃機関において、前記カムシャフトはその両端外
   周部がカムホルダーに回転自在に枢支され、前記カムシ
   ャフトの一端凹部の円周面に中空カム駆動シャフトの少
   なくとも一端外周部が相対的に回転自在に嵌合され、ク
   ランクシャフトの半分の回転速度で回転駆動されるカム
   駆動部材が前記中空カム駆動シャフトに一体に嵌着さ
   れ、前記カムシャフトの回転中心と同一回転中心に位置
   して前記中空カム駆動シャフトの中心孔に偏心シャフト
   が遊嵌され、該中空カム駆動シャフトに周方向に亘り設
   けられた複数個の窓に遊嵌される減摩回転体を介して前
   記偏心シャフトに偏心カラーが回転自在に嵌合され、該
   偏心カラーは前記カムシャフトと前記中空カム駆動シャ
   フトに係合されたことを特徴とする内燃機関の可変バル
   ブタイミング動弁装置。