JP5643638B2

JP5643638B2 - 可変動弁機構

Info

Publication number: JP5643638B2
Application number: JP2010289718A
Authority: JP
Inventors: 弘毅山口
Original assignee: Otics Corp
Current assignee: Otics Corp
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2010-12-27
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2030-12-27
Also published as: JP2012137005A

Description

本発明は、内燃機関の運転状態に応じてバルブ特性を制御する可変動弁機構に関するものである。

内燃機関の運転状態に応じてバルブタイミングを変更する可変動弁機構として、特許文献１に記載されているように、二つのバルブが吸気バルブ又は排気バルブとして機能の点で同じ動作をする往復動ピストン燃焼エンジンの動弁機構において、この二つのバルブを駆動する二つのカムが互いに位相調整可能に構成され、このカムを位相調整することで、二つのバルブの少なくとも一方が開いている開弁全期間を変更するものが提案されている。

ところで、内燃機関は、吸入空気量を制御するにあたり、吸気バルブ及び排気バルブの開閉のタイミング、即ち、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングが重要である。特に、アイドリング時等のように、開弁全期間が短いときには、吸気バルブの開弁のタイミングと排気バルブの閉弁のタイミングとが非常に重要になっている。そのため、特許文献１に記載の可変動弁機構は、開弁全期間が最も短いときに、二つのバルブの開閉のタイミングが揃う（二つのバルブの開閉のタイミングが揃うことで、開弁全期間は最短となる）よう、二つのカムを製造段階で調整する必要があると考えられる。

しかし、製造段階におけるカムの調整は、工程での作り込みだけでは十分とはいえない。そのため、特許文献１に記載の可変動弁機構は、二つのカムを組み立てた後に、決められた位置でそれぞれのカムを同時研磨する等の組立後加工を行わなくてはならず、製造工程が繁雑になり、リードタイムも長いものと考えられる。

特表２０１０−５１８３２２号公報

そこで、本発明は、二つのカムを揃えるための調整代を設けることにより、組立後加工をなくし、製造工程を簡素化して、リードタイムを短くした可変動弁機構を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、一のカムがバルブを開けている開弁期間を、他のカムがバルブを開けている開弁期間より期間を短くしたことで、二つの開弁期間に期間の長さの差を生じさせ、この差を二つのカムを揃えるための調整代として用いる。

本発明の可変動弁機構は、一つの気筒の吸気側又は排気側に複数のバルブが配設された内燃機関に用いられる可変動弁機構において、前記内燃機関のクランクシャフトの回転に従って回転して、前記複数のバルブのうちの第一バルブを開閉する第一カムと、前記複数のバルブのうちの第二バルブを開閉する第二カムとを備え、前記第一カムと前記第二カムとが回転位相を互いに相対変位することで、前記第一カムが前記第一バルブを開けている第一開弁期間と、前記第二カムが前記第二バルブを開けている第二開弁期間とが重なる期間が変更され、前記第一バルブ及び第二バルブの少なくとも一方が開いている開弁全期間の変更を行う前記可変動弁機構であって、前記変更により前記開弁全期間が最も短くなる最短開弁全期間が、前記第二開弁期間と同じ期間になるよう、前記第一開弁期間を前記第二開弁期間より短くし、前記第一開弁期間と前記第二開弁期間との差は２〜８°ＣＡ（クランク角）であることを特徴とする。

第一開弁期間の長さは、前記のとおり、第二開弁期間との期間の長さの差が２〜８°ＣＡ（クランク角）であることとする。この差が、２°ＣＡ未満では、最短開弁全期間のときに、第一カムにより第一バルブが開けられるタイミングが、第二カムにより第二バルブが開けられるタイミングより早くなったり、第一カムにより開けられた第一バブルが閉まるタイミングが、第二カムにより開けられた第二バルブが閉まるタイミングより遅くなったりしないようにして、最短開弁全期間が第二開弁期間と同じ期間になるようにするための組立時の調整（この調整が二つのカムを揃える調整である）の調整代が短くなり、この調整が難しくなる。そのため、リードタイムが長くなるおそれがある。一方、この差が８°ＣＡを超えると、アイドリング状態が不安定になる等の内燃機関に体感できる不具合が生じるおそれがある。より好ましいこの差は、２〜４°ＣＡである。

第一カムと第二カムとは、同じ軸線を中心として回転するように設けられていてもよいし、異なる軸線を中心として回転するように設けられていてもよい。同じ軸線を中心として回転するように設けられる態様としては、第一カムと第二カムとが同じカムシャフトに設けられる態様でもよいし、異なるカムシャフトに設けられる態様でもよい。異なるカムシャフトに設けられる態様としては、特に限定はされないが、第一カム及び第二カムの一方のカムが設けられたカムシャフトが他方のカムが設けられたカムシャフトに内設（他方のカムが設けられたカムシャフトの径方向の内方に一方のカムが設けられたカムシャフトが配置されている）態様等が例示できる。

また、第一カム及び第二カムは、両方がそれぞれクランクシャフトに対する回転位相を変位することができてもよいし、一方のみがクランクシャフトに対する回転位相を変位することができ、他方はクランクシャフトに対する回転位相を変位することができなくてもよい。

複数のバルブは、第一バルブ及び第二バルブ以外のバルブを含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。

また、第一バルブは、一つでもよいし、二つ以上でもよい。第二バルブも、一つでもよいし、二つ以上でもよい。

本発明によれば、一のカムがバルブを開けている開弁期間を、他のカムがバルブを開けている開弁期間より短くしたことで、二つのカムの回転位相を揃えるための調整代を設ける。これにより、組立後加工をなくし、製造工程を簡素化して、リードタイムを短くした可変動弁機構を提供することができる。

本発明の実施例の可変動弁機構の斜視図である。同可変動弁機構のカムシャフトの分解斜視図である。同可変動弁機構の第一カムの回転位相変更の説明図である。同可変動弁機構の二つのカムの状態の図と第一吸気バルブ及び第二吸気バルブの開弁状態のグラフである。同可変動弁機構の調整代を示す開弁状態のグラフである。

本発明の実施例の可変動弁機構１０について、図１〜図５を用いて説明する。可変動弁機構１０は、複数気筒の自動車用ガソリンエンジンに装備されている。このガソリンエンジンには、一つの気筒１４に対し二つの吸気バルブ１１、１２と、二つの排気バルブ１３とが配設されている。以下に、吸気バルブ１１、１２用の可変動弁機構１０について説明するが、これと同じ構成を排気バルブ１３用の可変動弁機構に採用することもできる。

図１、図２に示すように、可変動弁機構１０は、ガソリンエンジンのクランクシャフト（図示略）の回転に従って回転駆動されるカムシャフト２０と、カムシャフト２０に設けられた二つのカム３１、３２と、ガソリンエンジンの運転状態により、二つのカム３１、３２の回転位相を相対的に変位させるための位相変更機構（図示略）と、二つのカム３１、３２の回転に従って開閉する二つの吸気バルブ１１、１２とを備えている。

カムシャフト２０は、略円筒状の第二カムシャフト２２と、第二カムシャフト２２に内設され、略円柱状の第一カムシャフト２１とを備えている。第二カムシャフト２２は、クランクシャフトとの間にタイミングベルト（図示略）が掛架されており、クランクシャフトが２回転する間に軸線ｓを中心として１回転するようになっている。第一カムシャフト２１は、位相変更機構を介して第二カムシャフト２２に連結されおり、第二カムシャフト２２の回転に同期して軸線ｓを中心として回転すると共に、位相変更機構によって回動して第二カムシャフト２２に対する回転位相を変位するようになっている。従って、第二カムシャフト２２はクランクシャフトに対する回転位相が変位しないが、第一カムシャフト２１はクランクシャフトに対する回転位相が変位する。

二つのカム３１、３２は、ノーズ部３１ａが第一吸気バルブ１１のステムエンド１１ｂを押圧して、第一吸気バルブ１１を開閉する第一カム３１と、ノーズ部３２ａが第二吸気バルブ１２のステムエンド１２ｂを押圧して、第二吸気バルブ１２を開閉する第二カム３２とからなっている。第一カム３１の作用角は約１５７°ＣＡ（クランク角）となっていることから、第一カム３１が第一バルブ１１を開けている第一開弁期間は約１５７°ＣＡである。第二カム３２の作用角は約１６０°ＣＡとなっていることから、第二カム３２が第二バルブ１２を開けている第二開弁期間は約１６０°ＣＡである。第二カム３２は、第二カムシャフト２２に固着されている。第一カム３１は、第二カムシャフト２２に摺動可能に外嵌し、固定ネジ３３により第一カムシャフト２１に固着されている。固定ネジ３３は、第二カムシャフト２２に周方向に延びるように穿設された開口２３に遊貫し、一端が第一カムシャフト２１に穿設された嵌合孔２４に螺合し、他端が第一カム３１に穿設されたネジ孔３４に螺合している。従って、第二カム３２はクランクシャフトに対する回転位相が変位しないが、第一カム３１はクランクシャフトに対する回転位相が変位する。

図３に示すように、位相変更機構による回動により、第一カムシャフト２１が第二カムシャフト２２に対する回転位相を変位することで、第二カム３２に対する第一カム３１の回転位相が変位する。具体的には、図３のａに示すように、第一カム３１のカムノーズの頂部ｐ１が第二カム３２のカムノーズの頂部ｐ２と同じ回転位相になる位置から、図３のｂに示すように、第一カム３１のカムノーズの頂部ｐ１が第二カム３２のカムノーズの頂部ｐ２から約１１１．５°ＣＡずれた位置まで変位する。また、このように第二カム３２に対する第一カム３１の回転位相が変位することで、図４に示すように、第一開弁期間と第二開弁期間とが重なる期間も変更される。

次に、可変動弁機構１０による吸気バルブの開弁について、図４を用いて説明する。なお、図４のグラフにおいて、実線で描かれた曲線ｃ１は第一吸気バルブ１１の開弁状態を示し、二点鎖線で描かれた曲線ｃ２は第二吸気バルブ１２の開弁状態を示している。

図４のａに示すように、第一カム３１のカムノーズの頂部ｐ１が第二カム３２のカムノーズの頂部ｐ２と同し回転位相の状態では、第一カム３１の作用角は、第二カム３２の作用角より約３°ＣＡ（１６０°ＣＡ−１５７°ＣＡ）短いことから、第一開弁期間は第二開弁期間より期間が約３°ＣＡ短くなっている。このため、第一吸気バルブ１１は、第二吸気バルブ１２より約１．５°ＣＡ遅れて開き、第二吸気バルブ１２より約１．５°ＣＡ早く閉じる。従って、この状態においては、第一吸気バルブ１１及び第二吸気バルブ１２の少なくとも一方が開いている開弁全期間は、曲線ｃ２で示された第二吸気バルブ１２が開いている期間、即ち、第二開弁期間と同じになり、約１６０°ＣＡである。なお、この状態のように、開弁全期間が第二開弁期間と同じになるときが、可変動弁機構１０の開弁全期間が最も短くなる最短開弁全期間である。

一方、図４のｂに示すように、第一カム３１のカムノーズの頂部ｐ１が第二カム３２のカムノーズの頂部ｐ２から約１１１．５°ＣＡ遅れる方向にずれた状態では、第一吸気バルブ１１は、第二吸気バルブ１２が開いてから約１１３°ＣＡ遅れて開くことから、第二吸気バルブ１２が閉じてから約１１０°ＣＡ遅れて閉じる。このため、この状態においては、開弁全期間は、第二吸気バルブ１２が開いてから第一吸気バルブ１１が閉じるまでの期間となり、約２７０°ＣＡである。

可変動弁機構１０によれば、次の効果が得られた。

第一開弁期間を第二開弁期間より期間を約３°ＣＡ短くしたことで、第一カム３１の回転位相を第二カム３２の回転位相に揃えて、図５に示すように、第一開弁期間（曲線ｃ１）が第二開弁期間（曲線ｃ２）内になるようにするための約３°ＣＡの調整代が生じることから、カムの同時研磨等の組立後加工を行わなくても、最短開弁全期間が第二開弁期間と同じ期間になるようにすることができた。

組立後加工がなくなったことで、製造工程を簡素化して、リードタイムを短くすることができた。

最短開弁全期間が、クランクシャフトに対する回転位相が変位しない第二カム３２が第二吸気バルブ１２を開けている第二開弁期間と同じ期間になることから、バルブタイミングが安定し、ガソリンエンジンのアイドリング状態を安定させることができた。

第一開弁期間を第二開弁期間より期間を約３°ＣＡ短くしたことで、第一カム３１の回転位相に多少のずれが生じた場合にも、最短開弁全期間を第二開弁期間と同じ期間にすることができることから、バルブタイミングが安定して、ガソリンエンジンのアイドリング状態を安定させることができた。

第一開弁期間と第二開弁期間との期間の長さの差が約３°ＣＡと短いことから、必要な長さの開弁全期間を得ることができた。また、組立後加工により第一カムと第二カムとの調整が行われたもの（第一開弁期間と第二開弁期間との期間の長さが同じもの）と略同じバルブ特性を得ることができた。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。

１０可変動弁機構
１１第一吸気バルブ
１２第二吸気バルブ
１４気筒
３１第一カム
３２第二カム
ｓ軸線

Claims

一つの気筒（１４）の吸気側又は排気側に複数のバルブ（１１、１２）が配設された内燃機関に用いられる可変動弁機構（１０）において、
前記内燃機関のクランクシャフトの回転に従って回転して、前記複数のバルブ（１１、１２）のうちの第一バルブ（１１）を開閉する第一カム（３１）と、前記複数のバルブ（１１、１２）のうちの第二バルブ（１２）を開閉する第二カム（３２）とを備え、
前記第一カム（３１）と前記第二カム（３２）とが回転位相を互いに相対変位することで、前記第一カム（３１）が前記第一バルブ（１１）を開けている第一開弁期間と、前記第二カム（３２）が前記第二バルブ（１２）を開けている第二開弁期間とが重なる期間が変更され、前記第一バルブ（１１）及び第二バルブ（１２）の少なくとも一方が開いている開弁全期間の変更を行う前記可変動弁機構（１０）であって、
前記変更により前記開弁全期間が最も短くなる最短開弁全期間が、前記第二開弁期間と同じ期間になるよう、前記第一開弁期間を前記第二開弁期間より短くし、前記第一開弁期間と前記第二開弁期間との差は２〜８°ＣＡであることを特徴とする可変動弁機構。
前記第一カム（３１）は前記クランクシャフトに対する回転位相を変位することができ、前記第二カム（３２）は前記クランクシャフトに対する回転位相を変位することができない請求項１記載の可変動弁機構。
前記第一カム（３１）と第二カム（３２）とは同じ軸線（ｓ）を中心として回転する請求項１又は２記載の可変動弁機構。