JP4044750B2 - 内燃機関の可変バルブタイミング機構及び給排気バルブの配置構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，主に４サイクル内燃機関のバルブ開閉タイミングを，低速域と高速域とで変化させる機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に，４サイクル内燃機関においては，高速域では，吸排気バルブの開放開始時期を早め，閉塞時期を遅らせて，燃焼室に対する吸排気を円滑にし，一方で，低速域では，吸排気バルブの開放開始時期を遅らせ，閉塞時期を早めることにより，排気の戻りなどを無くすことが行われている。このような可変バルブタイミング機構として，従来より，カム駆動軸に高速用と低速用のカムを取り付けて，回転数に応じてカムを切り換える機構や，スプロケットなどを利用して，カムの取付角度を作動状態に応じて変化させる機構が公知になっている。また，特開平５-７１３１７号の如き可変バルブタイミング機構も公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来の可変バルブタイミング機構は，いずれも構造が簡単ではない。特に，カムを切り換える機構は，バルブタイミングを２種類にしか変化させることができない。また，カムの取付角度を変化させる機構は，バルブの開放時間を変化させることができない。このため，従来は，内燃機関の作動状態に応じてバルブタイミングを理想的に変化させることが可能な，簡単な構造の可変バルブタイミング機構を得ることが困難であった。
【０００４】
本発明の目的は，比較的簡単な構造でありながら，低速域と高速域とでバルブタイミングを容易に変化させることが可能な可変バルブタイミング機構を提供し，併せて，この可変バルブタイミング機構に最適な給排気バルブの配置構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために，本発明にあっては，内燃機関のクランクシャフトからカム駆動軸に回転を伝達させ，カム駆動軸に取り付けたカムで吸排気バルブを開閉させるバルブタイミング機構であって，クランクシャフトとカム駆動軸の間に，同一軸線上に配置された一対の軸と，それら一対の軸の間でフック継ぎ手を介して回転を伝達させる複数の継ぎ手軸を介在させ，フック継ぎ手の位置を一対の軸を中心に回動させることにより，フック継ぎ手の交差角度を一定に保ちつつ，フック継ぎ手の接続位置を変更することにより，バルブタイミングを変更するように構成されていることを特徴としている。
【０００６】
なお，内燃機関のクランクシャフトからカム駆動軸に回転を伝達させ，カム駆動軸に取り付けたカムで吸排気バルブを開閉させる可変バルブタイミング機構であって，クランクシャフトとカム駆動軸の間に，両端にフック継ぎ手を備える継ぎ手軸を複数介在させ，かつ，各フック継ぎ手は，直線でない状態でそれぞれ一定の交差角度を保って回転を伝達させるように構成され，少なくとも継ぎ手軸同士を接続しているフック継ぎ手は，一定の交差角度を保ちつつ，その接続位置を変更可能に構成されていても良い。このように両端にフック継ぎ手を備える継ぎ手軸を複数介在させる場合，継ぎ手軸の両端に形成されている二股部が直交する関係であるのが良い。また，継ぎ手軸同士を接続しているフック継ぎ手の接続位置は，例えばアームの旋回により変更させるように構成する。
【０００７】
回転を伝える側の原動軸と回転を伝えられる側の従動軸をフック継ぎ手で接続し，これら原動軸と従動軸とを互いに直線でない状態にさせ，原動軸と従動軸との間で一定の交差角度を保ちながら，原動軸から従動軸にフック継ぎ手を介して回転を伝達させると，原動軸が一定の角速度で回転しても，従動軸の角速度は一定にはならず，１回転中に２回遅速を生ずる。そして，フック継ぎ手によって接続されている原動軸と従動軸の交差角度を一定に保ちつつ，フック継ぎ手の接続位置を変更すると，原動軸の回転に対して従動軸に角速度の遅速が生ずる位置が変化する。
【０００８】
これを，図１０，７を参照にして具体的に説明するとつぎのようになる。即ち，図１０において，原動軸１００と従動軸１０１がフック継ぎ手１０２によって接続されている。フック継ぎ手１０２は，原動軸１００の端部に取り付けられた二股部１０５と，従動軸１０１の端部に取り付けられた二股部１０６と，これら二股部１０５と二股部１０６を係合させる十字軸１０７からなる。十字軸１０７は，互いに直交する第１の軸１１０と第２の軸１１１で構成されており，第１の軸１１０の両端は，原動軸１００に取り付けられた二股部１０５に回転自在に支持され，第２の軸１１１の両端は，従動軸１０１に取り付けられた二股部１０６に回転自在に支持されている。そして，フック継ぎ手１０２によって接続された原動軸１００の中心軸１００ａと従動軸１０１の中心軸１０１ａの交点Ｏが，十字軸１０７を構成する第１の軸１１０と第２の軸１１１の交点Ｏと一致する位置関係になっている。このように構成されたフック継ぎ手１０２によれば，図１０に示すように，原動軸１００と従動軸１０１が互いに直線でなく，交点Ｏにおける交差角度αがある状態でも，原動軸１００から従動軸１０１に回転を伝達させることが可能である。
【０００９】
かかるフック継ぎ手１０２にあっては，原動軸１００の中心軸と従動軸１０１を互いに直線でない状態にし，交点Ｏにおける交差角度αを一定に保ちながら，原動軸１００から従動軸１０１に回転を伝達させると，原動軸１００が一定の角速度で回転しても，従動軸１０１の角速度は一定にはならず，原動軸１００の１回転中に，原動軸１００の回転角度に対し，従動軸１０１の回転角度に２回ずつ遅れと進みが生ずる。即ち，原動軸１００の中心軸１００ａと従動軸１０１の中心軸１０１ａとの交差角度αを一定に保ちながら，原動軸１００を回転させて従動軸１０１に回転を伝達させた場合，原動軸１００の回転角度θと従動軸１０１の回転角度φは，次式（１）のような関係になる。
−９０（２７０）＜θ≦９０の時，φ ＝ Ｔａｎ−１（Ｔａｎα・Ｃｏｓθ）９０＜θ≦２７０（−９０）の時，φ ＝ Ｔａｎ−１（Ｔａｎα・Ｃｏｓθ）＋１８０ ・・・（１）
【００１０】
この式（１）から，原動軸１００の回転角度θと従動軸１０１の回転角度φの差は，原動軸１００の回転角度θが４５°と２２５°の位置で最大（原動軸１００の回転角度θに対して従動軸１０１の回転角度φが最も進んだ状態）と，原動軸１００の回転角度θが１３５°と３１５°の位置で最小（原動軸１００の回転角度θに対して従動軸１０１の回転角度φが最も遅れた状態）となる。
【００１１】
一方，このようにフック継ぎ手１０２によって接続されている原動軸１００と従動軸１０１の接続角度αを一定に保ちつつ，フック継ぎ手１０２の接続位置を変更すると，原動軸１００の回転角度θに対して従動軸１０１に回転角度φに遅進を生ずる位置が変化する。即ち，例えば図１１に示すように，交点Ｏにおいて原動軸１００の中心軸１００ａと従動軸１０１の中心軸１０１ａとが交差角度αで交差している状態から，交点Ｏ’において原動軸１００の中心軸１００ａと従動軸１０１の中心軸１０１ａとが交差角度αで交差している状態になるように，フック継ぎ手１０２の位置を９０°移動させた場合（交点Ｏにおいて交差する中心軸１００ａと中心軸１０１ａを含む平面と，交点Ｏ’において交差する中心軸１００ａと中心軸１０１ａを含む平面とが直交する関係となるように，フック継ぎ手１０２の位置を移動させた場合），原動軸１００の回転角度θと従動軸１０１の回転角度φの差は，原動軸１００の回転角度θが４５°と２２５°の位置で最小（原動軸１００の回転角度θに対して従動軸１０１の回転角度φが最も遅れた状態）となり，原動軸１００の回転角度θが１３５°と３１５°の位置で最大（原動軸１００の回転角度θに対して従動軸１０１の回転角度φが最も進んだ状態）となる。このように，フック継ぎ手１０２によって接続されている原動軸１００と従動軸１０１の接続角度αを一定に保ちつつ，フック継ぎ手１０２の接続位置を９０°移動させ，中心軸１００ａと中心軸１０１ａの交点Ｏを交点Ｏ’に変更すると，原動軸１００の回転角度θに対して従動軸１０１に回転角度φに遅進を生ずる位置が，それぞれ９０°ずつ変化することになる。
【００１２】
この発明の可変バルブタイミング機構にあっては，クランクシャフトとカム駆動軸の間にフック継ぎ手を介在させ，その交差角度を一定に保ちつつ，フック継ぎ手の接続位置を変更することにより，クランクシャフトの回転角度に対してカム駆動軸の回転角度に遅進を生じる位置を変化させる。そして，この回転角度の遅進を生じる位置の変化を利用して，バルブタイミングを変更する。かような本発明の可変バルブタイミング機構は，主に４サイクル内燃機関に好適であり，特にＤＯＨＣエンジンの給排気バルブの開閉のタイミングを，回転数に応じて変化させる機構として最適である。
【００１３】
また，内燃機関のクランクシャフトからカム駆動軸に回転を伝達させ，カム駆動軸に取り付けたカムで吸排気バルブを開閉させるバルブタイミング機構であって，クランクシャフトとカム駆動軸の間に，フック継ぎ手を介在させ，その交差角度を変更することにより，バルブタイミングを変更するように構成されていても良い。
【００１４】
また，内燃機関のクランクシャフトからカム駆動軸に回転を伝達させ，カム駆動軸に取り付けたカムで吸排気バルブを開閉させるバルブタイミング機構であって，クランクシャフトとカム駆動軸の間に，両端にフック継ぎ手を備える継ぎ手軸を複数介在させ，少なくとも継ぎ手軸同士を接続しているフック継ぎ手は，交差角度を変更可能に構成されていても良い。このように両端にフック継ぎ手を備える継ぎ手軸を複数介在させる場合，継ぎ手軸の両端に形成されている二股部が直交する関係であるのが良い。
【００１５】
この発明の可変バルブタイミング機構にあっては，クランクシャフトとカム駆動軸の間にフック継ぎ手を介在させ，その交差角度を変更することにより，クランクシャフトの回転角度に対してカム駆動軸の回転角度に遅進を生じさせる。そして，この回転角度の遅進を利用して，バルブタイミングを変更する。かような本発明の可変バルブタイミング機構は，主に４サイクル内燃機関に好適であり，特にＤＯＨＣエンジンの給排気バルブの開閉のタイミングを，回転数に応じて変化させる機構として最適である。
【００１６】
また，多気筒内燃機関の吸排気バルブの配置構造であって，直列に配置された偶数の気筒において，半分の気筒に設けられた吸気バルブと排気バルブの位置関係と，残りの半分の気筒に設けられた吸気バルブと排気バルブの位置関係が，逆の関係になっていても良い。この場合，４の倍数の個数の気筒が直列に配置されていることが好ましい。
【００１７】
この配置構造は，特にシリンダの頭上に２本のカム駆動軸を備えたＤＯＨＣエンジンの給排気バルブに最適であり，例えば一方のカム駆動軸で，半分の気筒に設けられた吸気バルブと，残りの半分の気筒に設けられた排気バルブを駆動させ，他方のカム駆動軸で，半分の気筒に設けられた排気バルブと，残りの半分の気筒に設けられた吸気バルブを駆動させる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態を図面を参照にして説明する。図1は，本発明の実施の形態にかかる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関Ｅの説明図である。この内燃機関Ｅは，いわゆる直列４気筒ＤＯＨＣエンジンであって，直列に配置された４つの気筒（シリンダ）１，２，３，４を有し，それら気筒１，２，３，４の頭上には，各吸排気弁１０〜１７を駆動するための一対のカム駆動軸２０，２１が平行に配置されている。各カム駆動軸２０，２１には，内燃機関Ｅのクランクシャフト２５で出力される回転が，縦軸２６及び２つの伝達部２７，２８を介して伝達されている。
【００１９】
内燃機関Ｅの出力軸であるクランクシャフト２５の前端にはベベルギヤ３０が取り付けてある。縦軸２６は垂直に配置され，縦軸２６の下端には，ベベルギヤ３０と同じ歯数のベベルギヤ３１が取り付けてあり，縦軸２６の上端にはギヤ３２が取り付けてある。そして，ベベルギヤ３０とベベルギヤ３１との噛み合いにより，クランクシャフト２５から縦軸２６に回転が伝達され，ギヤ３２は，クランクシャフト２５と同じ回転数で回転するようになっている。
【００２０】
伝達部２７，２８はいずれも同様の構成を有しており，図２に示すように，垂直な同一軸線上に配置された下の縦軸３５と上の縦軸３６の間に，３つの継ぎ手軸３７，３８，３９を配置して，回転を伝達させるようになっている。下の縦軸３５は垂直に配置され，この縦軸３５の下端には，ギヤ３２の２倍の歯数のギヤ４０が取り付けてある。下の縦軸３５の上端と継ぎ手軸３７の下端，継ぎ手軸３７の上端と継ぎ手軸３８の下端，継ぎ手軸３８の上端と継ぎ手軸３９の下端，及び，継ぎ手軸３９の上端と上の縦軸３６の下端は，フック継ぎ手４５，４６，４７，４８によってそれぞれ接続されており，これにより，下の縦軸３５から上の縦軸３６まで回転を伝達できるようになっている。上の縦軸３６の上端には，ベベルギヤ５０が取り付けてある。そして，縦軸２６上端のギヤ３２と縦軸３５下端のギヤ４０との噛み合いにより，クランクシャフト２５の半分の回転数の回転が縦軸３５に伝達され，更に下の縦軸３５から継ぎ手軸３７，３８，３９を介して上の縦軸３６まで回転が伝達されることにより，上の縦軸３６上端のベベルギヤ５０は，クランクシャフト２５の半分の回転数で回転するようになっている。
【００２１】
フック継ぎ手４５，４６，４７，４８は，先に図１０で説明したものと同様に，一対の二股部同士を十字軸で係合させた構成を有している。ここで，図３に示すように，各継ぎ手軸３７，３８，３９の両端に形成された二股部５５，５６は，いずれも互いに直交する関係になっている。
【００２２】
下の縦軸３５と継ぎ手軸３７同士，継ぎ手軸３７と継ぎ手軸３８同士，継ぎ手軸３８と継ぎ手軸３９同士，及び，継ぎ手軸３９と上の縦軸３６同士は，いずれも直線でない状態で一定の交差角度で，フック継ぎ手４５，４６，４７，４８を介して接続されている。図４に模式的に示したように，この実施の形態では，下の縦軸３５と継ぎ手軸３７の交差角度，継ぎ手軸３７と継ぎ手軸３８の交差角度，継ぎ手軸３８と継ぎ手軸３９の交差角度，及び，継ぎ手軸３９と上の縦軸３６の交差角度は，いずれも等しい交差角度αに設定されており，フック継ぎ手４５，４６，４７，４８は，この等しい交差角度αを常に保った状態で，下の縦軸３５から上の縦軸３６まで回転を伝達させるようになっている。
【００２３】
このように各交差角度αを等しく保ちながら，下の縦軸３５から上の縦軸３６まで回転を伝達させることにより，下の縦軸３５及び上の縦軸３６が１回転する間に，下の縦軸３５の回転角度に対して，上の縦軸３６の回転角度に遅進が２回ずつ生じる構成になっている。
【００２４】
また，図２に示すように，中段に配置された継ぎ手軸３８は，軸受け６０で回転自在に支持されることにより，垂直な姿勢を保つようになっている。このように継ぎ手軸３８を支持する軸受け６０は，下の縦軸３５及び上の縦軸３６と同一軸線上に配置された軸６１を中心に回動するアーム６２の先端に取り付けられている。アーム６２は，例えばサーボモータのごとき適当なアクチュエータ（図示せず）により，９０°旋回するようになっている。そして，このように図示しないアクチュエータによってアーム６２を旋回させることにより，図４に示すように，継ぎ手軸３８の上下端に設けられたフック継ぎ手４６，４７の接続位置を，軸６１を中心に９０°の範囲で旋回させ，それぞれ３８’，４６’，４７’で示される位置に変更できるように構成されている。
【００２５】
ここで，図示の形態において，前述の各交差角度αがいずれも３０°に設定されていたとすると，アーム６２を９０°旋回させて継ぎ手軸３８及びフック継ぎ手４６，４７の接続位置を変更することにより，アーム６２の旋回前においては，次の表１に示すごとき回転角度の変化が，下の縦軸３５と上の縦軸３６との間で生じ，一方，アーム６２の旋回後においては，次の表２に示すごとき回転角度の変化が，下の縦軸３５と上の縦軸３６との間で生じることとなる。
【００２６】
【表１】
【００２７】
【表２】
【００２８】
即ち，これら表１，２に示したように，各交差角度αをそれぞれ３０°に等しく保ちながらアーム６２を９０°旋回させて継ぎ手軸３８及びフック継ぎ手４６，４７の接続位置を変更した場合，アーム６２を旋回させる前においては，下の縦軸３５の回転角度が４５°と２２５°のときに上の縦軸３６は最も進んだ状態（下の縦軸３５の回転角度に比べて上の縦軸３６が約１６°進んだ状態）となり，下の縦軸３５の回転角度が１３５°と３１５°のときに上の縦軸３６は最も遅れた状態（下の縦軸３５の回転角度に比べて上の縦軸３６が約１６°遅れた状態）となる。また一方，アーム６２の旋回後においては，下の縦軸３５の回転角度が１３５°と３１５°のときに上の縦軸３６は最も進んだ状態（下の縦軸３５の回転角度に比べて上の縦軸３６が約１６°進んだ状態）となり，下の縦軸３５の回転角度が４５°と２２５°のときに上の縦軸３６は最も遅れた状態（下の縦軸３５の回転角度に比べて上の縦軸３６が約１６°遅れた状態）となる。
【００２９】
図１に示すように，カム駆動軸２０の前端には，伝達部２７における上の縦軸３６の上端に取り付けられたベベルギヤ５０と同じ歯数のベベルギヤ６５が取り付けてある。そして，これらベベルギヤ３６とベベルギヤ６５との噛み合いにより，カム駆動軸２０には伝達部２７から回転が伝達され，カム駆動軸２０は，クランクシャフト２５の半分の回転数で回転するようになっている。同様に，カム駆動軸２１の前端にも，伝達部２８における上の縦軸３６の上端に取り付けられたベベルギヤ５０と同じ歯数のベベルギヤ６６が取り付けてある。そして，これらベベルギヤ３６とベベルギヤ６６との噛み合いにより，カム駆動軸２１には伝達部２８から回転が伝達され，カム駆動軸２１も，クランクシャフト２５の半分の回転数で回転するようになっている。
【００３０】
カム駆動軸２０には，各気筒１，２，３，４に対応するカム７１，７２，７３，７４が取り付けてあり，カム駆動軸２１にも，各気筒１，２，３，４に対応するカム７６，７７，７８，７９が取り付けてある。
【００３１】
図５に示すように，この内燃機関Ｅにおいて直列に配置された４つの気筒１，２，３，４の上面には，排気ポート８１及び吸気ポート８２，吸気ポート８３及び排気ポート８４，吸気ポート８５及び排気ポート８６，排気ポート８７及び吸気ポート８８がそれぞれ設けてある。これら各吸気ポート８２，８３，８５，８８及び各排気ポート８１，８４，８６，８７のうち，半分の吸気ポート及び排気ポートと，残りの半分の吸気ポート及び排気ポートとの位置関係が，互いに逆の関係になるように配置されている。即ち，図示の例では，気筒１の排気ポート８１と気筒２の吸気ポート８３と気筒３の吸気ポート８５と気筒４の排気ポート８７は同一直線上に配置され，これら排気ポート８１，吸気ポート８３，吸気ポート８５，排気ポート８７のほぼ真上に，前述のカム駆動軸２０が配置されている。また一方，気筒１の吸気ポート８２と気筒２の排気ポート８４と気筒３の排気ポート８６と気筒４の吸気ポート８８は同一直線上に配置され，これら吸気ポート８２，排気ポート８４，排気ポート８６，吸気ポート８８のほぼ真上に，前述のカム駆動軸２１が配置されている。
【００３２】
図１に示すように，気筒１の上面には排気ポート８１を開閉させる排気バルブ１０と吸気ポート８２を開閉させる吸気バルブ１１が装着してあり，気筒２の上面には吸気ポート８３を開閉させる吸気バルブ１２と排気ポート８４を開閉させる排気バルブ１３が装着してあり，気筒３の上面には吸気ポート８５を開閉させる吸気バルブ１４と排気ポート８６を開閉させる排気バルブ１５が装着してあり，気筒４の上面には排気ポート８７を開閉させる排気バルブ１６と吸気ポート８８を開閉させる吸気バルブ１７が装着してある。そして，カム駆動軸２０に取り付けたカム７１により排気バルブ１０を開閉作動させ，カム７２により吸気バルブ１２を開閉作動させ，カム７３により吸気バルブ１４を開閉作動させ，カム７４により排気バルブ１６を開閉作動させるようになっている。また一方，カム駆動軸２１に取り付けたカム７６により吸気バルブ１１を開閉作動させ，カム７７により排気バルブ１３を開閉作動させ，カム７８により排気バルブ１５を開閉作動させ，カム７９により吸気バルブ１７を開閉作動させるようになっている。
【００３３】
図示の形態では，前述のようにカム駆動軸２０及びカム駆動軸２１が，クランクシャフト２５の半分の回転数で回転することにより，クランクシャフト２５が２回転（７２０°回転）する間に，カム駆動軸２０及びカム駆動軸２１が１回転（３６０°回転）するようになっている。
【００３４】
さて，以上のように構成された内燃機関Ｅにあっては，アーム６２を旋回させる前において，クランクシャフト２５の回転角度とカム駆動軸２０及びカム駆動軸２１の回転角度と各カム７１，７２，７３，７４及び各カム７６，７７，７８，７９の作用角との関係が，例えば図６の関係となるように設定する。そして，この図６のように各回転角度と各作用角が設定されていることにより，アーム６２を旋回させる前においては，カム駆動軸２０がほぼ２８０°から３６０（０）°の間にカム７１が作用して，気筒１の排気ポート８１を開き，カム駆動軸２０がほぼ２７０°から３６０（０）°の間にカム７２が作用して，気筒２の吸気ポート８３を開き，カム駆動軸２０がほぼ９０°から１８０°の間にカム７３が作用して，気筒３の吸気ポート８５を開き，カム駆動軸２０がほぼ１００°から１８０°の間にカム７４が作用し，気筒４の排気ポート８７を開くようになる。また同様に，アーム６２を旋回させる前においては，カム駆動軸２１がほぼ０（３６０）°から９０°の間にカム７５が作用して，気筒１の吸気ポート８２を開き，カム駆動軸２１がほぼ１９０°から２７０°の間にカム７６が作用して，気筒２の排気ポート８４を開き，カム駆動軸２１がほぼ１０°から９０°の間にカム７７が作用して，気筒３の排気ポート８６を開き，カム駆動軸２１がほぼ１８０°から２７０°の間にカム７８が作用し，気筒４の吸気ポート８８を開くようになる。
【００３５】
そして，低速域においては，アーム６２を旋回させる前の状態にしておき，吸排気バルブ１０〜１７の開放開始時期をいずれも遅らせ，閉塞時期をいずれも早めることにより，排気の戻りなどの無い状態で内燃機関Ｅを稼動させる。このように，低速域ではオーバーラップを少なくすることにより，混合気が排気となって吹き抜けることを防ぎ，ＨＣ等の有害なガスの排出を減少させることができる。
【００３６】
一方，高速域では，アーム６２を９０°旋回させた状態にする。これにより，クランクシャフト２５の回転角度とカム駆動軸２０及びカム駆動軸２１の回転角度と各カム７１，７２，７３，７４及び各カム７６，７７，７８，７９の作用角との関係は，例えば図７の関係に変化する。こうして，アーム６２を旋回させた後においては，カム駆動軸２０が２８０°よりも数度程度小さい時から３６０（０）°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７１が作用して，気筒１の排気ポート８１を開き，カム駆動軸２０が２７０°よりも数度程度小さい時から３６０（０）°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７２が作用して，気筒２の吸気ポート８３を開き，カム駆動軸２０が９０°よりも数度程度小さい時から１８０°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７３が作用して，気筒３の吸気ポート８５を開き，カム駆動軸２０が１００°よりも数度程度小さい時から１８０°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７４が作用し，気筒４の排気ポート８７を開くようになる。また同様に，アーム６２を旋回させた後においては，カム駆動軸２１が０（３６０）°よりも数度程度小さい時から９０°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７６が作用して，気筒１の吸気ポート８２を開き，カム駆動軸２１が１９０°よりも数度程度小さい時から２７０°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７７が作用して，気筒２の排気ポート８４を開き，カム駆動軸２１が１０°よりも数度程度小さい時から９０°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７８が作用して，気筒３の排気ポート８６を開き，カム駆動軸２１が１８０°よりも数度程度小さい時から２７０°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７９が作用し，気筒４の吸気ポート８８を開くようになる。
【００３７】
こうして，高速域では，アーム６２を９０°旋回させることにより，吸排気バルブ１０〜１７の開放開始時期をいずれも早め，閉塞時期をいずれも遅らせることにより，各気筒１〜４に対する吸排気を円滑にする。このように，高速域ではオーバーラップを大きくし，吸入排出効率を高めることができる。
【００３８】
以上のように構成された内燃機関Ｅにあっては，全速度域で有効に慣性過給効果を行うことができ，低速時，高速時共にトルク及び出力を向上させることができる。その結果，この内燃機関Ｅによれば，比較的簡単な構造でありながら，内燃機関の作動状態に応じて，フック継ぎ手の接続位置を変更するだけで，バルブタイミングを理想的に変化させることが可能となる。
【００３９】
以上，本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが，本発明はここに例示した形態に限定されない。例えば先に説明した伝達部２７，２８に代えて，図８，９に示す如き伝達部２００を構成しても良い。この図８，９に示す伝達部２００では，垂直な同一軸線上に配置された下の縦軸２０１と上の縦軸２０２の間に，３つの継ぎ手軸２０３，２０４，２０５を配置して，回転を伝達させるようになっている。下の縦軸２０１の下端には，ギヤ２０９が取り付けてあり，先に説明した伝達部２７，２８と同様，このギヤ２０９とギヤ３２が噛合し，内燃機関Ｅの出力軸であるクランクシャフト２５の回転が，半分の回転数となって縦軸２０１に伝達されている。下の縦軸２０１の上端と継ぎ手軸２０３の下端，継ぎ手軸２０３の上端と継ぎ手軸２０４の下端，継ぎ手軸２０４の上端と継ぎ手軸２０５の下端，及び，継ぎ手軸２０５の上端と上の縦軸２０２の下端は，フック継ぎ手２１０，２１１，２１２，２１３によってそれぞれ接続されており，これにより，下の縦軸２０１から上の縦軸２０１まで回転を伝達できるようになっている。上の縦軸２０１の上端には，ベベルギヤ２１５が取り付けてある。先に説明した伝達部２７，２８と同様，このベベルギヤ２１５とベベルギヤ６５，６６との噛み合いにより，クランクシャフト２５の半分の回転数の回転が伝達されて，カム駆動軸２０，２１が，それぞれクランクシャフト２５の半分の回転数で回転するようになっている。
【００４０】
フック継ぎ手２１０，２１１，２１２，２１３は，先に図１０で説明したものと同様に，一対の二股部同士を十字軸で係合させた構成を有している。ここで，先に図３で説明した場合と同様，各継ぎ手軸２０３，２０４，２０５の両端に形成された二股部は，いずれも互いに直交する関係になっている。
【００４１】
中段に配置される継ぎ手軸２０４は，軸受け２２０で回転自在に支持されることにより，常に垂直な姿勢を保つようになっている。このように継ぎ手軸２０４を支持する軸受け２２０は，シリンダー２２１のピストンロッド２２２の先端に取り付けられている。そして，シリンダー２２１の稼動によってピストンロッド２２２が伸縮することにより，図８に示すように，継ぎ手軸２０４を下の縦軸２０１及び上の縦軸２０２と同一軸線上に配置させた状態と，図９に示すように，継ぎ手軸２０４を下の縦軸２０１及び上の縦軸２０２を通る軸線上からずれた位置に配置させた状態とに，適宜切り替えることができるようになっている。
【００４２】
これにより，図８に示す状態では，各継ぎ手軸２０３，２０４，２０５と下の縦軸２０１及び上の縦軸２０２がいずれも垂直で同一軸線上に配置させられ，下の縦軸２０１と継ぎ手軸２０３同士，継ぎ手軸２０３と継ぎ手軸２０４同士，継ぎ手軸２０４と継ぎ手軸２０５同士，及び，継ぎ手軸２０５と上の縦軸２０２同士は，いずれも交差角度のない状態（交差角度が０°の状態）となる。一方，図９に示す状態では，下の縦軸２０１と継ぎ手軸２０３同士，継ぎ手軸２０３と継ぎ手軸２０４同士，継ぎ手軸２０４と継ぎ手軸２０５同士，及び，継ぎ手軸２０５と上の縦軸２０２同士は，いずれも等しい交差角度αで，フック継ぎ手２１０，２１１，２１２，２１３を介して接続された状態となる。そして，この等しい交差角度αを常に保った状態で，下の縦軸２０１から上の縦軸２０２まで回転を伝達させるようになっている。なお，この図８，９に示す伝達部２００においては，このような中段の継ぎ手軸２０４の移動を可能にするために，下の縦軸２０１と上の縦軸２０２が伸縮する構成になっている。
【００４３】
この図８，９に示す伝達部２００によれば，図８に示す状態では，下の縦軸２０１から上の縦軸２０２に，遅進を生じることなく回転を伝達させることができる。一方，図９に示すように各交差角度αを等しく保ちながら，下の縦軸２０１から上の縦軸２０２まで回転を伝達させると，下の縦軸２０１及び上の縦軸２０２が１回転する間に，下の縦軸２０１の回転角度に対して，上の縦軸２０２の回転角度に遅進が２回ずつ生じることとなる。
【００４４】
そして，低速域においては，シリンダー２２１の稼動でピストンロッド２２２を短縮させることにより，図８に示すように，各継ぎ手軸２０３，２０４，２０５と下の縦軸２０１及び上の縦軸２０２をいずれも垂直で同一軸線上に配置させ（交差角度が０°の状態にし），吸排気バルブ１０〜１７の開放開始時期をいずれも相対的に遅らせ，閉塞時期をいずれも相対的に早めることにより，排気の戻りなどの無い状態で内燃機関Ｅを稼動させる。このように，低速域ではオーバーラップを少なくすることにより，混合気が排気となって吹き抜けることを防ぎ，ＨＣ等の有害なガスの排出を減少させることができる。
【００４５】
一方，高速域では，シリンダー２２１の稼動でピストンロッド２２２を伸張させることにより，図９に示すように，下の縦軸２０１と継ぎ手軸２０３同士，継ぎ手軸２０３と継ぎ手軸２０４同士，継ぎ手軸２０４と継ぎ手軸２０５同士，及び，継ぎ手軸２０５と上の縦軸２０２同士を，いずれも等しい交差角度αでフック継ぎ手２１０，２１１，２１２，２１３を介して接続させた状態にする。これにより，高速域では，吸排気バルブ１０〜１７の開放開始時期をいずれも相対的に早め，閉塞時期をいずれも相対的に遅らせることにより，各気筒１〜４に対する吸排気を円滑にする。このように，高速域ではオーバーラップを大きくし，吸入排出効率を高めることができる。
【００４６】
本発明は，例えば直列４気筒ＤＯＨＣエンジンに限らず，Ｖ型８気筒ＤＯＨＣエンジンや単気筒ＤＯＨＣエンジンなどにも本発明は好適に適用される。なお，図２，４等で説明したアーム６２の旋回や図８，９で説明したシリンダー２２１の伸縮稼動は，回転数に応じて適当な制御手段により制御し，エンジンの作動状態に応じた最適なバルブタイミングが得られるようにすればよい。アーム６２を旋回させるアクチュエータには，サーボモータの他，ステッピングモータ，油圧システム等を用いてよい。また，制御手段による電子制御に代え，遠心ガバナや油圧を利用した機械的な制御を行なってもよい。また，クランクシャフト２５からカム駆動軸２０，２１に回転を伝達させる際に，ギヤ機構の他，ベルトやチェーン等を利用しても良い。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば，比較的簡単な構造でありながら，内燃機関の作動状態に応じてバルブタイミングを理想的に変化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関の説明図である。
【図２】クランクシャフトからカム駆動軸に回転を伝達する伝達部の説明図である。
【図３】継ぎ手軸の斜視図である。
【図４】図２に示した伝達部の概念的な説明図である。
【図５】直列に配置された気筒の平面図である。
【図６】アームを旋回させる前における，クランクシャフトの回転角度と各カム駆動軸の回転角度と各カムの作用角との関係を示すカム線図である。
【図７】アームを旋回させた後における，クランクシャフトの回転角度と各カム駆動軸の回転角度と各カムの作用角との関係を示すカム線図である。
【図８】クランクシャフトとカム駆動軸の間に介在させたフック継ぎ手の交差角度を変更してバルブタイミングを変更するように構成された可変バルブタイミング機構の説明図であり，各継ぎ手軸と上下の縦軸がいずれも垂直で同一軸線上に配置させられた状態（交差角度が０°の状態）を示している。
【図９】クランクシャフトとカム駆動軸の間に介在させたフック継ぎ手の交差角度を変更してバルブタイミングを変更するように構成された可変バルブタイミング機構の説明図であり，各継ぎ手軸と上下の縦軸がいずれも等しい交差角度でフック継ぎ手を介して接続された状態（交差角度がいずれもαの状態）を示している。
【図１０】フック継ぎ手の説明図である。
【図１１】図１０に示したフック継ぎ手の概念的な説明図である。
【符号の説明】
Ｅ 内燃機関
１，２，３，４ 気筒
１０，１３，１５，１６ 排気バルブ
１１，１２，１４，１７ 吸気バルブ
２０，２１ カム駆動軸
２５ クランクシャフト
２７ ，２８ 伝達部
３５，３６ 縦軸
３７，３８，３９ 継ぎ手軸
４５，４６，４７，４８ フック継ぎ手
６２ アーム
７１，７２，７３，７４，７６，７７，７８，７９ カム
８１，８４，８６，８７ 排気ポート
８２，８３，８５，８８ 吸気ポート
【発明の属する技術分野】
本発明は，主に４サイクル内燃機関のバルブ開閉タイミングを，低速域と高速域とで変化させる機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に，４サイクル内燃機関においては，高速域では，吸排気バルブの開放開始時期を早め，閉塞時期を遅らせて，燃焼室に対する吸排気を円滑にし，一方で，低速域では，吸排気バルブの開放開始時期を遅らせ，閉塞時期を早めることにより，排気の戻りなどを無くすことが行われている。このような可変バルブタイミング機構として，従来より，カム駆動軸に高速用と低速用のカムを取り付けて，回転数に応じてカムを切り換える機構や，スプロケットなどを利用して，カムの取付角度を作動状態に応じて変化させる機構が公知になっている。また，特開平５-７１３１７号の如き可変バルブタイミング機構も公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来の可変バルブタイミング機構は，いずれも構造が簡単ではない。特に，カムを切り換える機構は，バルブタイミングを２種類にしか変化させることができない。また，カムの取付角度を変化させる機構は，バルブの開放時間を変化させることができない。このため，従来は，内燃機関の作動状態に応じてバルブタイミングを理想的に変化させることが可能な，簡単な構造の可変バルブタイミング機構を得ることが困難であった。
【０００４】
本発明の目的は，比較的簡単な構造でありながら，低速域と高速域とでバルブタイミングを容易に変化させることが可能な可変バルブタイミング機構を提供し，併せて，この可変バルブタイミング機構に最適な給排気バルブの配置構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために，本発明にあっては，内燃機関のクランクシャフトからカム駆動軸に回転を伝達させ，カム駆動軸に取り付けたカムで吸排気バルブを開閉させるバルブタイミング機構であって，クランクシャフトとカム駆動軸の間に，同一軸線上に配置された一対の軸と，それら一対の軸の間でフック継ぎ手を介して回転を伝達させる複数の継ぎ手軸を介在させ，フック継ぎ手の位置を一対の軸を中心に回動させることにより，フック継ぎ手の交差角度を一定に保ちつつ，フック継ぎ手の接続位置を変更することにより，バルブタイミングを変更するように構成されていることを特徴としている。
【０００６】
なお，内燃機関のクランクシャフトからカム駆動軸に回転を伝達させ，カム駆動軸に取り付けたカムで吸排気バルブを開閉させる可変バルブタイミング機構であって，クランクシャフトとカム駆動軸の間に，両端にフック継ぎ手を備える継ぎ手軸を複数介在させ，かつ，各フック継ぎ手は，直線でない状態でそれぞれ一定の交差角度を保って回転を伝達させるように構成され，少なくとも継ぎ手軸同士を接続しているフック継ぎ手は，一定の交差角度を保ちつつ，その接続位置を変更可能に構成されていても良い。このように両端にフック継ぎ手を備える継ぎ手軸を複数介在させる場合，継ぎ手軸の両端に形成されている二股部が直交する関係であるのが良い。また，継ぎ手軸同士を接続しているフック継ぎ手の接続位置は，例えばアームの旋回により変更させるように構成する。
【０００７】
回転を伝える側の原動軸と回転を伝えられる側の従動軸をフック継ぎ手で接続し，これら原動軸と従動軸とを互いに直線でない状態にさせ，原動軸と従動軸との間で一定の交差角度を保ちながら，原動軸から従動軸にフック継ぎ手を介して回転を伝達させると，原動軸が一定の角速度で回転しても，従動軸の角速度は一定にはならず，１回転中に２回遅速を生ずる。そして，フック継ぎ手によって接続されている原動軸と従動軸の交差角度を一定に保ちつつ，フック継ぎ手の接続位置を変更すると，原動軸の回転に対して従動軸に角速度の遅速が生ずる位置が変化する。
【０００８】
これを，図１０，７を参照にして具体的に説明するとつぎのようになる。即ち，図１０において，原動軸１００と従動軸１０１がフック継ぎ手１０２によって接続されている。フック継ぎ手１０２は，原動軸１００の端部に取り付けられた二股部１０５と，従動軸１０１の端部に取り付けられた二股部１０６と，これら二股部１０５と二股部１０６を係合させる十字軸１０７からなる。十字軸１０７は，互いに直交する第１の軸１１０と第２の軸１１１で構成されており，第１の軸１１０の両端は，原動軸１００に取り付けられた二股部１０５に回転自在に支持され，第２の軸１１１の両端は，従動軸１０１に取り付けられた二股部１０６に回転自在に支持されている。そして，フック継ぎ手１０２によって接続された原動軸１００の中心軸１００ａと従動軸１０１の中心軸１０１ａの交点Ｏが，十字軸１０７を構成する第１の軸１１０と第２の軸１１１の交点Ｏと一致する位置関係になっている。このように構成されたフック継ぎ手１０２によれば，図１０に示すように，原動軸１００と従動軸１０１が互いに直線でなく，交点Ｏにおける交差角度αがある状態でも，原動軸１００から従動軸１０１に回転を伝達させることが可能である。
【０００９】
かかるフック継ぎ手１０２にあっては，原動軸１００の中心軸と従動軸１０１を互いに直線でない状態にし，交点Ｏにおける交差角度αを一定に保ちながら，原動軸１００から従動軸１０１に回転を伝達させると，原動軸１００が一定の角速度で回転しても，従動軸１０１の角速度は一定にはならず，原動軸１００の１回転中に，原動軸１００の回転角度に対し，従動軸１０１の回転角度に２回ずつ遅れと進みが生ずる。即ち，原動軸１００の中心軸１００ａと従動軸１０１の中心軸１０１ａとの交差角度αを一定に保ちながら，原動軸１００を回転させて従動軸１０１に回転を伝達させた場合，原動軸１００の回転角度θと従動軸１０１の回転角度φは，次式（１）のような関係になる。
−９０（２７０）＜θ≦９０の時，φ ＝ Ｔａｎ−１（Ｔａｎα・Ｃｏｓθ）９０＜θ≦２７０（−９０）の時，φ ＝ Ｔａｎ−１（Ｔａｎα・Ｃｏｓθ）＋１８０ ・・・（１）
【００１０】
この式（１）から，原動軸１００の回転角度θと従動軸１０１の回転角度φの差は，原動軸１００の回転角度θが４５°と２２５°の位置で最大（原動軸１００の回転角度θに対して従動軸１０１の回転角度φが最も進んだ状態）と，原動軸１００の回転角度θが１３５°と３１５°の位置で最小（原動軸１００の回転角度θに対して従動軸１０１の回転角度φが最も遅れた状態）となる。
【００１１】
一方，このようにフック継ぎ手１０２によって接続されている原動軸１００と従動軸１０１の接続角度αを一定に保ちつつ，フック継ぎ手１０２の接続位置を変更すると，原動軸１００の回転角度θに対して従動軸１０１に回転角度φに遅進を生ずる位置が変化する。即ち，例えば図１１に示すように，交点Ｏにおいて原動軸１００の中心軸１００ａと従動軸１０１の中心軸１０１ａとが交差角度αで交差している状態から，交点Ｏ’において原動軸１００の中心軸１００ａと従動軸１０１の中心軸１０１ａとが交差角度αで交差している状態になるように，フック継ぎ手１０２の位置を９０°移動させた場合（交点Ｏにおいて交差する中心軸１００ａと中心軸１０１ａを含む平面と，交点Ｏ’において交差する中心軸１００ａと中心軸１０１ａを含む平面とが直交する関係となるように，フック継ぎ手１０２の位置を移動させた場合），原動軸１００の回転角度θと従動軸１０１の回転角度φの差は，原動軸１００の回転角度θが４５°と２２５°の位置で最小（原動軸１００の回転角度θに対して従動軸１０１の回転角度φが最も遅れた状態）となり，原動軸１００の回転角度θが１３５°と３１５°の位置で最大（原動軸１００の回転角度θに対して従動軸１０１の回転角度φが最も進んだ状態）となる。このように，フック継ぎ手１０２によって接続されている原動軸１００と従動軸１０１の接続角度αを一定に保ちつつ，フック継ぎ手１０２の接続位置を９０°移動させ，中心軸１００ａと中心軸１０１ａの交点Ｏを交点Ｏ’に変更すると，原動軸１００の回転角度θに対して従動軸１０１に回転角度φに遅進を生ずる位置が，それぞれ９０°ずつ変化することになる。
【００１２】
この発明の可変バルブタイミング機構にあっては，クランクシャフトとカム駆動軸の間にフック継ぎ手を介在させ，その交差角度を一定に保ちつつ，フック継ぎ手の接続位置を変更することにより，クランクシャフトの回転角度に対してカム駆動軸の回転角度に遅進を生じる位置を変化させる。そして，この回転角度の遅進を生じる位置の変化を利用して，バルブタイミングを変更する。かような本発明の可変バルブタイミング機構は，主に４サイクル内燃機関に好適であり，特にＤＯＨＣエンジンの給排気バルブの開閉のタイミングを，回転数に応じて変化させる機構として最適である。
【００１３】
また，内燃機関のクランクシャフトからカム駆動軸に回転を伝達させ，カム駆動軸に取り付けたカムで吸排気バルブを開閉させるバルブタイミング機構であって，クランクシャフトとカム駆動軸の間に，フック継ぎ手を介在させ，その交差角度を変更することにより，バルブタイミングを変更するように構成されていても良い。
【００１４】
また，内燃機関のクランクシャフトからカム駆動軸に回転を伝達させ，カム駆動軸に取り付けたカムで吸排気バルブを開閉させるバルブタイミング機構であって，クランクシャフトとカム駆動軸の間に，両端にフック継ぎ手を備える継ぎ手軸を複数介在させ，少なくとも継ぎ手軸同士を接続しているフック継ぎ手は，交差角度を変更可能に構成されていても良い。このように両端にフック継ぎ手を備える継ぎ手軸を複数介在させる場合，継ぎ手軸の両端に形成されている二股部が直交する関係であるのが良い。
【００１５】
この発明の可変バルブタイミング機構にあっては，クランクシャフトとカム駆動軸の間にフック継ぎ手を介在させ，その交差角度を変更することにより，クランクシャフトの回転角度に対してカム駆動軸の回転角度に遅進を生じさせる。そして，この回転角度の遅進を利用して，バルブタイミングを変更する。かような本発明の可変バルブタイミング機構は，主に４サイクル内燃機関に好適であり，特にＤＯＨＣエンジンの給排気バルブの開閉のタイミングを，回転数に応じて変化させる機構として最適である。
【００１６】
また，多気筒内燃機関の吸排気バルブの配置構造であって，直列に配置された偶数の気筒において，半分の気筒に設けられた吸気バルブと排気バルブの位置関係と，残りの半分の気筒に設けられた吸気バルブと排気バルブの位置関係が，逆の関係になっていても良い。この場合，４の倍数の個数の気筒が直列に配置されていることが好ましい。
【００１７】
この配置構造は，特にシリンダの頭上に２本のカム駆動軸を備えたＤＯＨＣエンジンの給排気バルブに最適であり，例えば一方のカム駆動軸で，半分の気筒に設けられた吸気バルブと，残りの半分の気筒に設けられた排気バルブを駆動させ，他方のカム駆動軸で，半分の気筒に設けられた排気バルブと，残りの半分の気筒に設けられた吸気バルブを駆動させる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態を図面を参照にして説明する。図1は，本発明の実施の形態にかかる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関Ｅの説明図である。この内燃機関Ｅは，いわゆる直列４気筒ＤＯＨＣエンジンであって，直列に配置された４つの気筒（シリンダ）１，２，３，４を有し，それら気筒１，２，３，４の頭上には，各吸排気弁１０〜１７を駆動するための一対のカム駆動軸２０，２１が平行に配置されている。各カム駆動軸２０，２１には，内燃機関Ｅのクランクシャフト２５で出力される回転が，縦軸２６及び２つの伝達部２７，２８を介して伝達されている。
【００１９】
内燃機関Ｅの出力軸であるクランクシャフト２５の前端にはベベルギヤ３０が取り付けてある。縦軸２６は垂直に配置され，縦軸２６の下端には，ベベルギヤ３０と同じ歯数のベベルギヤ３１が取り付けてあり，縦軸２６の上端にはギヤ３２が取り付けてある。そして，ベベルギヤ３０とベベルギヤ３１との噛み合いにより，クランクシャフト２５から縦軸２６に回転が伝達され，ギヤ３２は，クランクシャフト２５と同じ回転数で回転するようになっている。
【００２０】
伝達部２７，２８はいずれも同様の構成を有しており，図２に示すように，垂直な同一軸線上に配置された下の縦軸３５と上の縦軸３６の間に，３つの継ぎ手軸３７，３８，３９を配置して，回転を伝達させるようになっている。下の縦軸３５は垂直に配置され，この縦軸３５の下端には，ギヤ３２の２倍の歯数のギヤ４０が取り付けてある。下の縦軸３５の上端と継ぎ手軸３７の下端，継ぎ手軸３７の上端と継ぎ手軸３８の下端，継ぎ手軸３８の上端と継ぎ手軸３９の下端，及び，継ぎ手軸３９の上端と上の縦軸３６の下端は，フック継ぎ手４５，４６，４７，４８によってそれぞれ接続されており，これにより，下の縦軸３５から上の縦軸３６まで回転を伝達できるようになっている。上の縦軸３６の上端には，ベベルギヤ５０が取り付けてある。そして，縦軸２６上端のギヤ３２と縦軸３５下端のギヤ４０との噛み合いにより，クランクシャフト２５の半分の回転数の回転が縦軸３５に伝達され，更に下の縦軸３５から継ぎ手軸３７，３８，３９を介して上の縦軸３６まで回転が伝達されることにより，上の縦軸３６上端のベベルギヤ５０は，クランクシャフト２５の半分の回転数で回転するようになっている。
【００２１】
フック継ぎ手４５，４６，４７，４８は，先に図１０で説明したものと同様に，一対の二股部同士を十字軸で係合させた構成を有している。ここで，図３に示すように，各継ぎ手軸３７，３８，３９の両端に形成された二股部５５，５６は，いずれも互いに直交する関係になっている。
【００２２】
下の縦軸３５と継ぎ手軸３７同士，継ぎ手軸３７と継ぎ手軸３８同士，継ぎ手軸３８と継ぎ手軸３９同士，及び，継ぎ手軸３９と上の縦軸３６同士は，いずれも直線でない状態で一定の交差角度で，フック継ぎ手４５，４６，４７，４８を介して接続されている。図４に模式的に示したように，この実施の形態では，下の縦軸３５と継ぎ手軸３７の交差角度，継ぎ手軸３７と継ぎ手軸３８の交差角度，継ぎ手軸３８と継ぎ手軸３９の交差角度，及び，継ぎ手軸３９と上の縦軸３６の交差角度は，いずれも等しい交差角度αに設定されており，フック継ぎ手４５，４６，４７，４８は，この等しい交差角度αを常に保った状態で，下の縦軸３５から上の縦軸３６まで回転を伝達させるようになっている。
【００２３】
このように各交差角度αを等しく保ちながら，下の縦軸３５から上の縦軸３６まで回転を伝達させることにより，下の縦軸３５及び上の縦軸３６が１回転する間に，下の縦軸３５の回転角度に対して，上の縦軸３６の回転角度に遅進が２回ずつ生じる構成になっている。
【００２４】
また，図２に示すように，中段に配置された継ぎ手軸３８は，軸受け６０で回転自在に支持されることにより，垂直な姿勢を保つようになっている。このように継ぎ手軸３８を支持する軸受け６０は，下の縦軸３５及び上の縦軸３６と同一軸線上に配置された軸６１を中心に回動するアーム６２の先端に取り付けられている。アーム６２は，例えばサーボモータのごとき適当なアクチュエータ（図示せず）により，９０°旋回するようになっている。そして，このように図示しないアクチュエータによってアーム６２を旋回させることにより，図４に示すように，継ぎ手軸３８の上下端に設けられたフック継ぎ手４６，４７の接続位置を，軸６１を中心に９０°の範囲で旋回させ，それぞれ３８’，４６’，４７’で示される位置に変更できるように構成されている。
【００２５】
ここで，図示の形態において，前述の各交差角度αがいずれも３０°に設定されていたとすると，アーム６２を９０°旋回させて継ぎ手軸３８及びフック継ぎ手４６，４７の接続位置を変更することにより，アーム６２の旋回前においては，次の表１に示すごとき回転角度の変化が，下の縦軸３５と上の縦軸３６との間で生じ，一方，アーム６２の旋回後においては，次の表２に示すごとき回転角度の変化が，下の縦軸３５と上の縦軸３６との間で生じることとなる。
【００２６】
【表１】
【表２】
即ち，これら表１，２に示したように，各交差角度αをそれぞれ３０°に等しく保ちながらアーム６２を９０°旋回させて継ぎ手軸３８及びフック継ぎ手４６，４７の接続位置を変更した場合，アーム６２を旋回させる前においては，下の縦軸３５の回転角度が４５°と２２５°のときに上の縦軸３６は最も進んだ状態（下の縦軸３５の回転角度に比べて上の縦軸３６が約１６°進んだ状態）となり，下の縦軸３５の回転角度が１３５°と３１５°のときに上の縦軸３６は最も遅れた状態（下の縦軸３５の回転角度に比べて上の縦軸３６が約１６°遅れた状態）となる。また一方，アーム６２の旋回後においては，下の縦軸３５の回転角度が１３５°と３１５°のときに上の縦軸３６は最も進んだ状態（下の縦軸３５の回転角度に比べて上の縦軸３６が約１６°進んだ状態）となり，下の縦軸３５の回転角度が４５°と２２５°のときに上の縦軸３６は最も遅れた状態（下の縦軸３５の回転角度に比べて上の縦軸３６が約１６°遅れた状態）となる。
【００２９】
図１に示すように，カム駆動軸２０の前端には，伝達部２７における上の縦軸３６の上端に取り付けられたベベルギヤ５０と同じ歯数のベベルギヤ６５が取り付けてある。そして，これらベベルギヤ３６とベベルギヤ６５との噛み合いにより，カム駆動軸２０には伝達部２７から回転が伝達され，カム駆動軸２０は，クランクシャフト２５の半分の回転数で回転するようになっている。同様に，カム駆動軸２１の前端にも，伝達部２８における上の縦軸３６の上端に取り付けられたベベルギヤ５０と同じ歯数のベベルギヤ６６が取り付けてある。そして，これらベベルギヤ３６とベベルギヤ６６との噛み合いにより，カム駆動軸２１には伝達部２８から回転が伝達され，カム駆動軸２１も，クランクシャフト２５の半分の回転数で回転するようになっている。
【００３０】
カム駆動軸２０には，各気筒１，２，３，４に対応するカム７１，７２，７３，７４が取り付けてあり，カム駆動軸２１にも，各気筒１，２，３，４に対応するカム７６，７７，７８，７９が取り付けてある。
【００３１】
図５に示すように，この内燃機関Ｅにおいて直列に配置された４つの気筒１，２，３，４の上面には，排気ポート８１及び吸気ポート８２，吸気ポート８３及び排気ポート８４，吸気ポート８５及び排気ポート８６，排気ポート８７及び吸気ポート８８がそれぞれ設けてある。これら各吸気ポート８２，８３，８５，８８及び各排気ポート８１，８４，８６，８７のうち，半分の吸気ポート及び排気ポートと，残りの半分の吸気ポート及び排気ポートとの位置関係が，互いに逆の関係になるように配置されている。即ち，図示の例では，気筒１の排気ポート８１と気筒２の吸気ポート８３と気筒３の吸気ポート８５と気筒４の排気ポート８７は同一直線上に配置され，これら排気ポート８１，吸気ポート８３，吸気ポート８５，排気ポート８７のほぼ真上に，前述のカム駆動軸２０が配置されている。また一方，気筒１の吸気ポート８２と気筒２の排気ポート８４と気筒３の排気ポート８６と気筒４の吸気ポート８８は同一直線上に配置され，これら吸気ポート８２，排気ポート８４，排気ポート８６，吸気ポート８８のほぼ真上に，前述のカム駆動軸２１が配置されている。
【００３２】
図１に示すように，気筒１の上面には排気ポート８１を開閉させる排気バルブ１０と吸気ポート８２を開閉させる吸気バルブ１１が装着してあり，気筒２の上面には吸気ポート８３を開閉させる吸気バルブ１２と排気ポート８４を開閉させる排気バルブ１３が装着してあり，気筒３の上面には吸気ポート８５を開閉させる吸気バルブ１４と排気ポート８６を開閉させる排気バルブ１５が装着してあり，気筒４の上面には排気ポート８７を開閉させる排気バルブ１６と吸気ポート８８を開閉させる吸気バルブ１７が装着してある。そして，カム駆動軸２０に取り付けたカム７１により排気バルブ１０を開閉作動させ，カム７２により吸気バルブ１２を開閉作動させ，カム７３により吸気バルブ１４を開閉作動させ，カム７４により排気バルブ１６を開閉作動させるようになっている。また一方，カム駆動軸２１に取り付けたカム７６により吸気バルブ１１を開閉作動させ，カム７７により排気バルブ１３を開閉作動させ，カム７８により排気バルブ１５を開閉作動させ，カム７９により吸気バルブ１７を開閉作動させるようになっている。
【００３３】
図示の形態では，前述のようにカム駆動軸２０及びカム駆動軸２１が，クランクシャフト２５の半分の回転数で回転することにより，クランクシャフト２５が２回転（７２０°回転）する間に，カム駆動軸２０及びカム駆動軸２１が１回転（３６０°回転）するようになっている。
【００３４】
さて，以上のように構成された内燃機関Ｅにあっては，アーム６２を旋回させる前において，クランクシャフト２５の回転角度とカム駆動軸２０及びカム駆動軸２１の回転角度と各カム７１，７２，７３，７４及び各カム７６，７７，７８，７９の作用角との関係が，例えば図６の関係となるように設定する。そして，この図６のように各回転角度と各作用角が設定されていることにより，アーム６２を旋回させる前においては，カム駆動軸２０がほぼ２８０°から３６０（０）°の間にカム７１が作用して，気筒１の排気ポート８１を開き，カム駆動軸２０がほぼ２７０°から３６０（０）°の間にカム７２が作用して，気筒２の吸気ポート８３を開き，カム駆動軸２０がほぼ９０°から１８０°の間にカム７３が作用して，気筒３の吸気ポート８５を開き，カム駆動軸２０がほぼ１００°から１８０°の間にカム７４が作用し，気筒４の排気ポート８７を開くようになる。また同様に，アーム６２を旋回させる前においては，カム駆動軸２１がほぼ０（３６０）°から９０°の間にカム７５が作用して，気筒１の吸気ポート８２を開き，カム駆動軸２１がほぼ１９０°から２７０°の間にカム７６が作用して，気筒２の排気ポート８４を開き，カム駆動軸２１がほぼ１０°から９０°の間にカム７７が作用して，気筒３の排気ポート８６を開き，カム駆動軸２１がほぼ１８０°から２７０°の間にカム７８が作用し，気筒４の吸気ポート８８を開くようになる。
【００３５】
そして，低速域においては，アーム６２を旋回させる前の状態にしておき，吸排気バルブ１０〜１７の開放開始時期をいずれも遅らせ，閉塞時期をいずれも早めることにより，排気の戻りなどの無い状態で内燃機関Ｅを稼動させる。このように，低速域ではオーバーラップを少なくすることにより，混合気が排気となって吹き抜けることを防ぎ，ＨＣ等の有害なガスの排出を減少させることができる。
【００３６】
一方，高速域では，アーム６２を９０°旋回させた状態にする。これにより，クランクシャフト２５の回転角度とカム駆動軸２０及びカム駆動軸２１の回転角度と各カム７１，７２，７３，７４及び各カム７６，７７，７８，７９の作用角との関係は，例えば図７の関係に変化する。こうして，アーム６２を旋回させた後においては，カム駆動軸２０が２８０°よりも数度程度小さい時から３６０（０）°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７１が作用して，気筒１の排気ポート８１を開き，カム駆動軸２０が２７０°よりも数度程度小さい時から３６０（０）°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７２が作用して，気筒２の吸気ポート８３を開き，カム駆動軸２０が９０°よりも数度程度小さい時から１８０°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７３が作用して，気筒３の吸気ポート８５を開き，カム駆動軸２０が１００°よりも数度程度小さい時から１８０°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７４が作用し，気筒４の排気ポート８７を開くようになる。また同様に，アーム６２を旋回させた後においては，カム駆動軸２１が０（３６０）°よりも数度程度小さい時から９０°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７６が作用して，気筒１の吸気ポート８２を開き，カム駆動軸２１が１９０°よりも数度程度小さい時から２７０°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７７が作用して，気筒２の排気ポート８４を開き，カム駆動軸２１が１０°よりも数度程度小さい時から９０°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７８が作用して，気筒３の排気ポート８６を開き，カム駆動軸２１が１８０°よりも数度程度小さい時から２７０°よりも数度程度大きくなるまでの間にカム７９が作用し，気筒４の吸気ポート８８を開くようになる。
【００３７】
こうして，高速域では，アーム６２を９０°旋回させることにより，吸排気バルブ１０〜１７の開放開始時期をいずれも早め，閉塞時期をいずれも遅らせることにより，各気筒１〜４に対する吸排気を円滑にする。このように，高速域ではオーバーラップを大きくし，吸入排出効率を高めることができる。
【００３８】
以上のように構成された内燃機関Ｅにあっては，全速度域で有効に慣性過給効果を行うことができ，低速時，高速時共にトルク及び出力を向上させることができる。その結果，この内燃機関Ｅによれば，比較的簡単な構造でありながら，内燃機関の作動状態に応じて，フック継ぎ手の接続位置を変更するだけで，バルブタイミングを理想的に変化させることが可能となる。
【００３９】
以上，本発明の好ましい実施の形態の一例を説明したが，本発明はここに例示した形態に限定されない。例えば先に説明した伝達部２７，２８に代えて，図８，９に示す如き伝達部２００を構成しても良い。この図８，９に示す伝達部２００では，垂直な同一軸線上に配置された下の縦軸２０１と上の縦軸２０２の間に，３つの継ぎ手軸２０３，２０４，２０５を配置して，回転を伝達させるようになっている。下の縦軸２０１の下端には，ギヤ２０９が取り付けてあり，先に説明した伝達部２７，２８と同様，このギヤ２０９とギヤ３２が噛合し，内燃機関Ｅの出力軸であるクランクシャフト２５の回転が，半分の回転数となって縦軸２０１に伝達されている。下の縦軸２０１の上端と継ぎ手軸２０３の下端，継ぎ手軸２０３の上端と継ぎ手軸２０４の下端，継ぎ手軸２０４の上端と継ぎ手軸２０５の下端，及び，継ぎ手軸２０５の上端と上の縦軸２０２の下端は，フック継ぎ手２１０，２１１，２１２，２１３によってそれぞれ接続されており，これにより，下の縦軸２０１から上の縦軸２０１まで回転を伝達できるようになっている。上の縦軸２０１の上端には，ベベルギヤ２１５が取り付けてある。先に説明した伝達部２７，２８と同様，このベベルギヤ２１５とベベルギヤ６５，６６との噛み合いにより，クランクシャフト２５の半分の回転数の回転が伝達されて，カム駆動軸２０，２１が，それぞれクランクシャフト２５の半分の回転数で回転するようになっている。
【００４０】
フック継ぎ手２１０，２１１，２１２，２１３は，先に図１０で説明したものと同様に，一対の二股部同士を十字軸で係合させた構成を有している。ここで，先に図３で説明した場合と同様，各継ぎ手軸２０３，２０４，２０５の両端に形成された二股部は，いずれも互いに直交する関係になっている。
【００４１】
中段に配置される継ぎ手軸２０４は，軸受け２２０で回転自在に支持されることにより，常に垂直な姿勢を保つようになっている。このように継ぎ手軸２０４を支持する軸受け２２０は，シリンダー２２１のピストンロッド２２２の先端に取り付けられている。そして，シリンダー２２１の稼動によってピストンロッド２２２が伸縮することにより，図８に示すように，継ぎ手軸２０４を下の縦軸２０１及び上の縦軸２０２と同一軸線上に配置させた状態と，図９に示すように，継ぎ手軸２０４を下の縦軸２０１及び上の縦軸２０２を通る軸線上からずれた位置に配置させた状態とに，適宜切り替えることができるようになっている。
【００４２】
これにより，図８に示す状態では，各継ぎ手軸２０３，２０４，２０５と下の縦軸２０１及び上の縦軸２０２がいずれも垂直で同一軸線上に配置させられ，下の縦軸２０１と継ぎ手軸２０３同士，継ぎ手軸２０３と継ぎ手軸２０４同士，継ぎ手軸２０４と継ぎ手軸２０５同士，及び，継ぎ手軸２０５と上の縦軸２０２同士は，いずれも交差角度のない状態（交差角度が０°の状態）となる。一方，図９に示す状態では，下の縦軸２０１と継ぎ手軸２０３同士，継ぎ手軸２０３と継ぎ手軸２０４同士，継ぎ手軸２０４と継ぎ手軸２０５同士，及び，継ぎ手軸２０５と上の縦軸２０２同士は，いずれも等しい交差角度αで，フック継ぎ手２１０，２１１，２１２，２１３を介して接続された状態となる。そして，この等しい交差角度αを常に保った状態で，下の縦軸２０１から上の縦軸２０２まで回転を伝達させるようになっている。なお，この図８，９に示す伝達部２００においては，このような中段の継ぎ手軸２０４の移動を可能にするために，下の縦軸２０１と上の縦軸２０２が伸縮する構成になっている。
【００４３】
この図８，９に示す伝達部２００によれば，図８に示す状態では，下の縦軸２０１から上の縦軸２０２に，遅進を生じることなく回転を伝達させることができる。一方，図９に示すように各交差角度αを等しく保ちながら，下の縦軸２０１から上の縦軸２０２まで回転を伝達させると，下の縦軸２０１及び上の縦軸２０２が１回転する間に，下の縦軸２０１の回転角度に対して，上の縦軸２０２の回転角度に遅進が２回ずつ生じることとなる。
【００４４】
そして，低速域においては，シリンダー２２１の稼動でピストンロッド２２２を短縮させることにより，図８に示すように，各継ぎ手軸２０３，２０４，２０５と下の縦軸２０１及び上の縦軸２０２をいずれも垂直で同一軸線上に配置させ（交差角度が０°の状態にし），吸排気バルブ１０〜１７の開放開始時期をいずれも相対的に遅らせ，閉塞時期をいずれも相対的に早めることにより，排気の戻りなどの無い状態で内燃機関Ｅを稼動させる。このように，低速域ではオーバーラップを少なくすることにより，混合気が排気となって吹き抜けることを防ぎ，ＨＣ等の有害なガスの排出を減少させることができる。
【００４５】
一方，高速域では，シリンダー２２１の稼動でピストンロッド２２２を伸張させることにより，図９に示すように，下の縦軸２０１と継ぎ手軸２０３同士，継ぎ手軸２０３と継ぎ手軸２０４同士，継ぎ手軸２０４と継ぎ手軸２０５同士，及び，継ぎ手軸２０５と上の縦軸２０２同士を，いずれも等しい交差角度αでフック継ぎ手２１０，２１１，２１２，２１３を介して接続させた状態にする。これにより，高速域では，吸排気バルブ１０〜１７の開放開始時期をいずれも相対的に早め，閉塞時期をいずれも相対的に遅らせることにより，各気筒１〜４に対する吸排気を円滑にする。このように，高速域ではオーバーラップを大きくし，吸入排出効率を高めることができる。
【００４６】
本発明は，例えば直列４気筒ＤＯＨＣエンジンに限らず，Ｖ型８気筒ＤＯＨＣエンジンや単気筒ＤＯＨＣエンジンなどにも本発明は好適に適用される。なお，図２，４等で説明したアーム６２の旋回や図８，９で説明したシリンダー２２１の伸縮稼動は，回転数に応じて適当な制御手段により制御し，エンジンの作動状態に応じた最適なバルブタイミングが得られるようにすればよい。アーム６２を旋回させるアクチュエータには，サーボモータの他，ステッピングモータ，油圧システム等を用いてよい。また，制御手段による電子制御に代え，遠心ガバナや油圧を利用した機械的な制御を行なってもよい。また，クランクシャフト２５からカム駆動軸２０，２１に回転を伝達させる際に，ギヤ機構の他，ベルトやチェーン等を利用しても良い。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば，比較的簡単な構造でありながら，内燃機関の作動状態に応じてバルブタイミングを理想的に変化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関の説明図である。
【図２】クランクシャフトからカム駆動軸に回転を伝達する伝達部の説明図である。
【図３】継ぎ手軸の斜視図である。
【図４】図２に示した伝達部の概念的な説明図である。
【図５】直列に配置された気筒の平面図である。
【図６】アームを旋回させる前における，クランクシャフトの回転角度と各カム駆動軸の回転角度と各カムの作用角との関係を示すカム線図である。
【図７】アームを旋回させた後における，クランクシャフトの回転角度と各カム駆動軸の回転角度と各カムの作用角との関係を示すカム線図である。
【図８】クランクシャフトとカム駆動軸の間に介在させたフック継ぎ手の交差角度を変更してバルブタイミングを変更するように構成された可変バルブタイミング機構の説明図であり，各継ぎ手軸と上下の縦軸がいずれも垂直で同一軸線上に配置させられた状態（交差角度が０°の状態）を示している。
【図９】クランクシャフトとカム駆動軸の間に介在させたフック継ぎ手の交差角度を変更してバルブタイミングを変更するように構成された可変バルブタイミング機構の説明図であり，各継ぎ手軸と上下の縦軸がいずれも等しい交差角度でフック継ぎ手を介して接続された状態（交差角度がいずれもαの状態）を示している。
【図１０】フック継ぎ手の説明図である。
【図１１】図１０に示したフック継ぎ手の概念的な説明図である。
【符号の説明】
Ｅ 内燃機関
１，２，３，４ 気筒
１０，１３，１５，１６ 排気バルブ
１１，１２，１４，１７ 吸気バルブ
２０，２１ カム駆動軸
２５ クランクシャフト
２７ ，２８ 伝達部
３５，３６ 縦軸
３７，３８，３９ 継ぎ手軸
４５，４６，４７，４８ フック継ぎ手
６２ アーム
７１，７２，７３，７４，７６，７７，７８，７９ カム
８１，８４，８６，８７ 排気ポート
８２，８３，８５，８８ 吸気ポート
Claims (2)
- 内燃機関のクランクシャフトからカム駆動軸に回転を伝達させ，カム駆動軸に取り付けたカムで吸排気バルブを開閉させるバルブタイミング機構であって，
クランクシャフトとカム駆動軸の間に，同一軸線上に配置された一対の軸と，それら一対の軸の間でフック継ぎ手を介して回転を伝達させる複数の継ぎ手軸を介在させ，フック継ぎ手の位置を一対の軸を中心に回動させることにより，フック継ぎ手の交差角度を一定に保ちつつ，フック継ぎ手の接続位置を変更することにより，バルブタイミングを変更するように構成されていることを特徴とする，内燃機関の可変バルブタイミング機構。 - フック継ぎ手の接続位置を，アームの旋回により変更させるように構成したことを特徴とする，請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング機構。
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Applications Claiming Priority (1)
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