JP6148595B2

JP6148595B2 - 可変バルブタイミング機構

Info

Publication number: JP6148595B2
Application number: JP2013222787A
Authority: JP
Inventors: 人史小山
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2033-10-25
Also published as: JP2015083819A

Description

本発明は、可変バルブタイミング機構の技術に関する。

従来、エンジンの性能を決定づける設計因子として、「圧縮比」と「膨張比」が存在する。圧縮比とは、シリンダ内で空気を圧縮する際の圧縮前後の容積比をいい、膨張比とは、シリンダ内で空気（燃焼ガス）が膨張する際の膨張前後の容積比をいう。一般的なエンジンでは、圧縮比と膨張比が等しい値となっている。

ところで、圧縮比よりも膨張比が大きくなるように設計したエンジンが知られている（例えば特許文献１）。このようなエンジンは、ミラーサイクルエンジンと呼ばれ、一般的に吸気バルブの開閉時期を調節できる。しかし、吸気バルブの開閉時期を調節するには、複雑なリンク機構とアクチュエータが必要とされ、さまざまな要因から最適な開閉時期に調節できない場合があった。つまり、最適なバルブタイミングを実現できない場合があったのである。更に、気筒毎にバルブタイミングがバラついてしまうという問題もあった。

特開２０１２−９２８４１号公報

本発明は、最適なバルブタイミングを実現できる可変バルブタイミング機構を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、カムシャフトの回転に応じて揺動する排気用スイングアームと、同じく前記カムシャフトの回転に応じて揺動する吸気用スイングアームと、前記排気用スイングアーム及び前記吸気用スイングアームを揺動自在に支持するスイングシャフトとで構成された可変バルブタイミング機構において、前記スイングシャフトは、前記排気用スイングアームを支持する主軸部と、前記吸気用スイングアームを支持する偏心軸部とが一体的に形成され、前記スイングシャフトの偏心軸部に隣接された一のシャフトサポータと、前記シャフトサポータから前記吸気用スイングアーム及び前記排気用スイングアームを隔てて配置された他のシャフトサポータとによって、前記スイングシャフトの主軸部が回動自在に支持され、前記可変バルブタイミング機構を複数備え、前記隣接する可変バルブタイミング機構のスイングシャフトを互いに自在継手を介して連結し、前記自在継手は、前記一のシャフトサポータと、隣接するスイングシャフトを支持する前記他のシャフトサポータとの間に配置されるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１に記載の発明によれば、スイングシャフトは、排気用スイングアームを支持する主軸部に吸気用スイングアームを支持する偏心軸部が設けられ、該偏心軸部に隣接された一のシャフトサポータと、該シャフトサポータから吸気用スイングアーム及び排気用スイングアームを隔てて配置された他のシャフトサポータとによって、主軸部が回動自在に支持されている。これにより、スイングシャフトの支持剛性が高まるので、回動時のガタつきを小さくすることができる。従って、最適なバルブタイミングを実現することが可能となる。

また、主軸部と偏心軸部を一体的に形成している。これにより、スイングシャフトの組立作業が不要となるので、該スイングシャフトに個体差が生じない（組立作業による誤差が生じない）。従って、更に最適なバルブタイミングを実現することが可能となる。

また、隣接するスイングシャフトを互いに連結している。これにより、複数の可変バルブタイミング機構を一のリンク機構とアクチュエータで動かせるので、可変バルブタイミング機構に個体差が生じない（リンク機構やアクチュエータの個体差及び組立作業による誤差が生じない）。従って、気筒毎のバルブタイミングのバラつきを低減させることが可能となる。

また、隣接するスイングシャフトを自在継手を介して連結している。これにより、スイングシャフトの回動中心と隣接するスイングシャフトの回動中心のズレを許容して、回動時の振れを小さくすることができる。従って、更に気筒毎のバルブタイミングのバラつきを低減させることが可能となる。

エンジンを示す図。エンジンの内部構造を示す図。エンジンの作動態様を示す図。可変バルブタイミング機構を示す図。排気用スイングアームと吸気用スイングアームの動作を示す図。排気バルブと吸気バルブのバルブタイミングを示す図。可変バルブタイミング機構の仕組工程を示す図。可変バルブタイミング機構の連結工程を示す図。スイングシャフトの連結構造を示す図。可変バルブタイミング機構の駆動構造を示す図。リンク機構及びアクチュエータの動作を示す図。回動角度の制限構造を示す図。スイングシャフトの回動角度を制限している状態を示す図。スイングシャフトの回動角度を調節している状況を示す図。可変バルブタイミング機構の取付位置を示す図。他の実施形態に係るスイングシャフトを示す図。他の実施形態に係る自在継手を示す図。他の実施形態に係る可変バルブタイミング機構の取付位置を示す図。

まず、エンジン１００について簡単に説明する。

図１は、エンジン１００を示している。図２は、エンジン１００の内部構造を示している。

エンジン１００は、主に主体部１と、吸気経路部２と、排気経路部３と、燃料供給部４と、で構成されている。

主体部１は、燃料を燃焼させて得たエネルギーを回転運動に変換する。主体部１は、主にシリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２と、ピストン１３と、クランクシャフト１４と、カムシャフト１５と、で構成される。

主体部１には、シリンダブロック１１に設けられたシリンダ１１ｃと、該シリンダ１１ｃに摺動自在に収納されたピストン１３と、該ピストン１３に対向するように配置されたシリンダヘッド１２と、で燃焼室Ｃが構成されている。つまり、燃焼室Ｃとは、ピストン１３の摺動運動によって容積が変化する内部空間を指す。ピストン１３は、コネクティングロッドによってクランクシャフト１４と連結されており、該ピストン１３の摺動運動によってクランクシャフト１４を回転させる。また、クランクシャフト１４は、複数のギヤを介してカムシャフト１５を回転させる。

吸気経路部２は、外部から吸入された空気を燃焼室Ｃへ導く。吸気経路部２は、空気が流れる方向に沿って、コンプレッサホイル（図示せず）と、吸気マニホールド２１と、吸気パイプ２２と、で構成される。なお、コンプレッサホイルは、ハウジング２３に収納されている。

コンプレッサホイルは、回転することによって空気を圧縮する。本エンジン１００において、吸気マニホールド２１は、シリンダブロック１１と一体的に形成されている。吸気マニホールド２１は、空気室２１ｒを構成し、該空気室２１ｒには、コンプレッサホイルによって加圧された空気が導かれる。吸気パイプ２２は、吸気マニホールド２１の空気室２１ｒとシリンダヘッド１２の吸気ポート１２Ｐｉがつながるように形成されている。

排気経路部３は、燃焼室Ｃから排出された排気を外部へ導く。排気経路部３は、排気の流れる方向に沿って、排気パイプ３１と、排気マニホールド３２と、タービンホイル（図示せず）と、で構成される。なお、タービンホイルは、ハウジング３３に収納されている。

排気パイプ３１は、シリンダヘッド１２の排気ポート１２Ｐｅと排気マニホールド３２の排気路３２ｔがつながるように形成されている。本エンジン１００において、排気マニホールド３２は、シリンダブロック１１の上方に配置されている。排気マニホールド３２は、排気路３２ｔを構成し、該排気路３２ｔには、排気パイプ３１によって案内された排気が導かれる。タービンホイルは、排気を受けることによって回転し、上述したコンプレッサホイルを回転させる。

燃料供給部４は、燃料タンクから供給された燃料を燃焼室Ｃへ導く。燃料供給部４は、燃料が流れる方向に沿って、燃料噴射ポンプ４１と、燃料噴射ノズル４２と、で構成される。

燃料噴射ポンプ４１は、シリンダブロック１１の側部に取り付けられている。燃料噴射ポンプ４１は、カムシャフト１５の回転によって摺動するプランジャを備え、該プランジャの往復運動によって燃料を送り出す。燃料噴射ノズル４２は、シリンダヘッド１２を貫くように取り付けられている。燃料噴射ノズル４２は、ソレノイドバルブを備え、該ソレノイドバルブが作動する時期や期間を調節することによって様々な噴射パターンを実現できる。

次に、エンジン１００の作動態様について簡単に説明する。

図３は、エンジン１００の作動態様を示している。なお、矢印Ｆａは、空気の流れ方向を表し、矢印Ｆｅは、排気の流れ方向を表す。また、矢印Ｓｐは、ピストン１３の摺動方向を表し、矢印Ｒｃは、クランクシャフト１４の回転方向を表す。

本エンジン１００は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の各行程をクランクシャフト１４が二回転する間に完結する４サイクルエンジンである。

吸気行程は、吸気バルブ１２Ｖｉを開弁するとともにピストン１３を下方へ摺動させて、燃焼室Ｃ内に空気を吸い込む行程である。ピストン１３は、回転しているフライホイル１６の慣性モーメントを利用して摺動する。こうして、エンジン１００は、圧縮行程へ移行する。

圧縮行程は、吸気バルブ１２Ｖｉを閉弁するとともにピストン１３を上方へ摺動させて、燃焼室Ｃ内の空気を圧縮する行程である。ピストン１３は、回転しているフライホイル１６の慣性モーメントを利用して摺動する。その後、圧縮されて高温高圧となった空気中に燃料噴射ノズル４２から燃料が噴射される。すると、燃料は、燃焼室Ｃ内で分散して蒸発し、空気と混合して燃焼を開始する。こうして、エンジン１００は、膨張行程へ移行する。なお、圧縮比は、圧縮行程において実際に空気を圧縮できる燃焼室Ｃの容積比といえる。これは、厳密には「実圧縮比」といわれる。

膨張行程は、燃料を燃焼させて得たエネルギーによってピストン１３を押し下げる行程である。ピストン１３は、膨張した空気（燃焼ガス）に押されて摺動する。このとき、ピストン１３の運動エネルギーからクランクシャフト１４の運動エネルギーへ変換が行なわれる。そして、フライホイル１６は、クランクシャフト１４の運動エネルギーを蓄える。こうして、エンジン１００は、排気行程へ移行する。なお、膨張比は、膨張行程において空気の膨張を運動エネルギーに変換できる燃焼室Ｃの容積比といえる。これは、厳密には「実膨張比」といわれる。

排気行程は、排気バルブ１２Ｖｅを開弁するとともにピストン１３を上方へ摺動させて、燃焼室Ｃ内の燃焼ガスを排気として押し出す行程である。ピストン１３は、回転しているフライホイル１６の慣性モーメントを利用して摺動する。こうして、エンジン１００は、再び吸気行程へ移行する。

このように、エンジン１００は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程の各行程を繰り返すことにより、連続して運転できる。

次に、本エンジン１００に採用されている可変バルブタイミング機構５について説明する。可変バルブタイミング機構５は、シリンダブロック１１の内部に納められている。シリンダブロック１１には、可変バルブタイミング機構５の収納室１１ｒが外側に突出するように設けられている（図１及び図２参照）。

図４は、可変バルブタイミング機構５を示している。図５は、排気用スイングアーム５２と吸気用スイングアーム５３の動作を示している。そして、図６は、排気バルブ１２Ｖｅと吸気バルブ１２Ｖｉのバルブタイミングを示している。なお、矢印Ｐｓは、スイングシャフト５１の回動方向を表す。また、矢印Ｓｅは、排気用スイングアーム５２の揺動方向を表し、矢印Ｓｉは、吸気用スイングアーム５３の揺動方向を表す。

可変バルブタイミング機構５は、主にスイングシャフト５１と、排気用スイングアーム５２と、吸気用スイングアーム５３と、で構成されている。また、可変バルブタイミング機構５は、二つのシャフトサポータ５４・５５を備える。ここでは、一方のシャフトサポータ５４を「第一シャフトサポータ５４」、他方のシャフトサポータ５５を「第二シャフトサポータ５５」とする。

スイングシャフト５１は、主体部分である主軸部５１Ｍに偏心軸部５１Ｅが一体的に形成されている。つまり、スイングシャフト５１は、長手方向の途中で一部分だけが偏心した形状となっている。一般的に、かかるスイングシャフト５１の形状を「クランク形状」という。なお、スイングシャフト５１は、カムシャフト１５に対して平行に配置されている。

スイングシャフト５１の主軸部５１Ｍには、排気用スイングアーム５２が嵌められる。そのため、排気用スイングアーム５２は、主軸部５１Ｍを中心として揺動自在となっている。また、排気用スイングアーム５２には、ローラ( 図示せず) が設けられており、該ローラがカムシャフト１５のカムフェースに接した状態となっている。そのため、排気用スイングアーム５２は、カムシャフト１５の回転に応じて揺動する。すると、プッシュロッド１７ｅがロッカーアーム１８ｅを回動させ、該ロッカーアーム１８ｅがバルブブリッジ１９ｅを介して排気バルブ１２Ｖｅを動かすのである（図２参照）。

スイングシャフト５１の偏心軸部５１Ｅには、吸気用スイングアーム５３が嵌められる。そのため、吸気用スイングアーム５３は、偏心軸部５１Ｅを中心として揺動自在となっている。また、吸気用スイングアーム５３には、ローラ５３Ｒが設けられており、該ローラ５３Ｒがカムシャフト１５のカムフェースに接した状態となっている。そのため、吸気用スイングアーム５３は、カムシャフト１５の回転に応じて揺動する。すると、プッシュロッド１７ｉがロッカーアーム１８ｉを回動させ、該ロッカーアーム１８ｉがバルブブリッジ１９ｉを介して吸気バルブ１２Ｖｉを動かすのである（図２参照）。

また、スイングシャフト５１は、第一シャフトサポータ５４と第二シャフトサポータ５５によって主軸部５１Ｍが回動自在に支持されている。そのため、スイングシャフト５１の主軸部５１Ｍは、該スイングシャフト５１が回動しても、その位置は不動のままである。一方、スイングシャフト５１の偏心軸部５１Ｅは、該スイングシャフト５１の回動に伴って移動する（回動中心Ａｐを中心とした円周方向に移動する）。つまり、スイングシャフト５１が回動すると、吸気用スイングアーム５３の揺動中心Ａｓのみが移動するのである。従って、吸気用スイングアーム５３は、スイングシャフト５１の回動前後で揺動運動の位相が変わる。

具体的に説明すると、図５（Ａ）をスイングシャフト５１の回動前とし、図５（Ｂ）をスイングシャフト５１の回動後と定義すれば、スイングシャフト５１の回動に伴って吸気バルブ１２Ｖｉのバルブタイミングのみが遅くなるのである（図６の曲線ＳＵＣ（Ｈ）から曲線ＳＵＣ（Ｌ）に位相が変わる）。反対に、図５（Ｂ）をスイングシャフト５１の回動前とし、図５（Ａ）をスイングシャフト５１の回動後と定義すれば、スイングシャフト５１の回動に伴って吸気バルブ１２Ｖｉのバルブタイミングのみが早くなるのである（図６の曲線ＳＵＣ（Ｌ）から曲線ＳＵＣ（Ｈ）に位相が変わる）。

次に、可変バルブタイミング機構５の仕組工程と連結工程について説明する。

図７は、可変バルブタイミング機構５の仕組工程を示している。図８は、可変バルブタイミング機構５の連結工程を示している。そして、図９は、スイングシャフト５１の連結構造を示したものである。

本エンジン１００は、複数の燃焼室Ｃが設けられた多気筒エンジンであるため、気筒と同じ数の可変バルブタイミング機構５が必要である。そのため、作業者は、一つずつ可変バルブタイミング機構５を仕組み、その後に連結していく。詳細には、互いに隣接するスイングシャフト５１を連結していく。

まず、可変バルブタイミング機構５の仕組工程について説明する。但し、以下に説明する仕組順序に技術的な意義はなく、一つに限定するものではない。

最初に、作業者は、スイングシャフト５１の主軸部５１Ｍに排気用スイングアーム５２を嵌める。作業者は、主軸部５１Ｍの延長線上に排気用スイングアーム５２の軸受５２ｂを重ね、該排気用スイングアーム５２をスライドさせて嵌める（矢印Ａ１参照）。

次に、作業者は、スイングシャフト５１の偏心軸部５１Ｅに吸気用スイングアーム５３を取り付ける。ここで、吸気用スイングアーム５３の軸受５３ｂは、ボディ５３Ｂ側に設けられた半円形状の軸受とキャップ５３Ｃ側に設けられた半円形状の軸受を合わせることによって円形状となる。つまり、吸気用スイングアーム５３は、分割構造を採用している。これは、主軸部５１Ｍと偏心軸部５１Ｅを一体的に形成したことにより、分割構造でなければ、吸気用スイングアーム５３を取り付けることができないからである。作業者は、偏心軸部５１Ｅに対して垂直に交わる線上にボディ５３Ｂとキャップ５３Ｃを重ね、互いをボルトで固定して取り付ける（矢印Ａ２参照）。

次に、作業者は、スイングシャフト５１の主軸部５１Ｍに第一シャフトサポータ５４を嵌める。作業者は、主軸部５１Ｍの延長線上に第一シャフトサポータ５４の軸受５４ｂを重ね、該第一シャフトサポータ５４をスライドさせて嵌める。そして、作業者は、抜止めとしてサークリップ５６を留める（矢印Ａ３参照）。

最後に、作業者は、スイングシャフト５１の主軸部５１Ｍに第二シャフトサポータ５５を嵌める。作業者は、主軸部５１Ｍの延長線上に第二シャフトサポータ５５の軸受５５ｂを重ね、該第二シャフトサポータ５５をスライドさせて嵌める（矢印Ａ４参照）。

このようにして、可変バルブタイミング機構５は仕組まれる。本可変バルブタイミング機構５の特徴をまとめると以下のようになる。

第一の特徴として、スイングシャフト５１は、排気用スイングアーム５２を支持する主軸部５１Ｍに吸気用スイングアーム５３を支持する偏心軸部５１Ｅが設けられ、該偏心軸部５１Ｅに隣接された一のシャフトサポータ５４と、該シャフトサポータ５４から吸気用スイングアーム５３及び排気用スイングアーム５２を隔てて配置された他のシャフトサポータ５５と、によって主軸部５１Ｍが回動自在に支持されている。

即ち、本可変バルブタイミング機構５は、大きな荷重がかかる偏心軸部５１Ｅの近傍にシャフトサポータ５４を配置している。更に、シャフトサポータ５４と他のシャフトサポータ５５で吸気用スイングアーム５３及び排気用スイングアーム５２を挟み込み、両端支持構造としている。これにより、スイングシャフト５１の支持剛性が高まるので、回動時のガタつきを小さくすることができる。従って、最適なバルブタイミングを実現することが可能となる。

また、第二の特徴として、主軸部５１Ｍと偏心軸部５１Ｅを一体的に形成している。

即ち、本可変バルブタイミング機構５は、予めクランク形状のワークを作成し、該ワークから所定の部分のみを切削して形成されたスイングシャフト５１を採用している。これにより、スイングシャフト５１の組立作業が不要となるので、該スイングシャフト５１に個体差が生じない（組立作業による誤差が生じない）。従って、更に最適なバルブタイミングを実現することが可能となる。

次に、可変バルブタイミング機構５の連結工程について説明する。但し、可変バルブタイミング機構５の連結順序に技術的な意義はなく、一つに限定するものではない。ここでは、左右に配置された可変バルブタイミング機構５の間に一の可変バルブタイミング機構５を入れ、これらのスイングシャフト５１を互いに連結する場面を説明する。

最初に、作業者は、スイングシャフト５１の主軸部５１Ｍに延長軸５７を取り付ける。作業者は、主軸部５１Ｍの当接面５１ｆに延長軸５７の当接面５７ｆを合せ、互いをボルトで固定して取り付ける（矢印Ａ５参照）。なお、延長軸５７の端面には、回動中心Ａｐに対して垂直に交わる方向にキー５７ｋが形成されている。

次に、作業者は、延長軸５７の端面に自在継手５８を取り付ける。自在継手５８の一方の端面には、回動中心Ａｐに対して垂直に交わる方向にキー溝５８ｄａが形成されている。作業者は、延長軸５７のキー５７ｋに自在継手５８のキー溝５８ｄａを合せ、該自在継手５８を押し込んで取り付ける（矢印Ａ６参照）。なお、自在継手５８の他方の端面には、回動中心Ａｐに対して垂直に交わる方向、且つキー溝５８ｄａに対しても垂直となる方向にキー溝５８ｄｂが形成されている。

次に、作業者は、左右の可変バルブタイミング機構５を構成するスイングシャフト５１と連結しようとしているスイングシャフト５１の位相を合わせる。スイングシャフト５１の他方の端面には、回動中心Ａｐに対して垂直に交わる方向にキー５１ｋが形成されている。作業者は、これらのスイングシャフト５１を回し、適宜の位相とする（矢印Ａ７参照）。こうすることで、自在継手５８のキー溝５８ｄｂとスイングシャフト５１のキー５１ｋが互いに平行となる。

最後に、作業者は、左右の可変バルブタイミング機構５に対して平行に維持しながら、これらの間に可変バルブタイミング機構５を入れる。このとき、自在継手５８のキー溝５８ｄｂがスイングシャフト５１のキー５１ｋに沿って嵌め込まれる（矢印Ａ８参照）。同時に、スイングシャフト５１のキー５１ｋが自在継手５８のキー溝５８ｄｂに沿って嵌め込まれる（矢印Ａ９参照）。

このようにして、可変バルブタイミング機構５は連結される。本可変バルブタイミング機構５を備えたエンジン１００の特徴をまとめると以下のようになる。

第一の特徴として、隣接するスイングシャフト５１を互いに連結している。

即ち、本エンジン１００は、全ての可変バルブタイミング機構５が連動するように構成されている。これにより、複数の可変バルブタイミング機構５を後述する一のリンク機構６とアクチュエータ７で動かせるので、可変バルブタイミング機構５に個体差が生じない（リンク機構６やアクチュエータ７の個体差及び組立作業による誤差が生じない）。従って、気筒毎のバルブタイミングのバラつきを低減させることが可能となる。

また、第二の特徴として、隣接するスイングシャフト５１を自在継手５８を介して連結している。

即ち、本エンジン１００は、スイングシャフト５１に取り付けられた延長軸５７に対して一方向、隣接するスイングシャフト５１に対してはその９０度方向に滑動する自在継手５８を用いた構造としている。かかる構造は、何らかの原因によって隣接するスイングシャフト５１の回動中心Ａｐがズレたとしても、互いを連結することができる。また、回動時にズレを吸収することができる。これにより、スイングシャフト５１の回動中心Ａｐと隣接するスイングシャフト５１の回動中心Ａｐのズレを許容して、回動時の振れを小さくすることができる。従って、更に気筒毎のバルブタイミングのバラつきを低減させることが可能となる。

次に、可変バルブタイミング機構５を動かすための構造について説明する。

図１０は、可変バルブタイミング機構５の駆動構造を示している。図１１は、リンク機構６及びアクチュエータ７の動作を示している。なお、矢印Ｐｓは、スイングシャフト５１の回動方向を表す。また、他の矢印は、各構成部品の動作方向を表す。

可変バルブタイミング機構５の駆動構造は、主にリンク機構６と、アクチュエータ７と、で構成されている。本エンジン１００において、リンク機構６は、一側（後述するストッパ８と反対側）の最端のスイングシャフト５１に接続されている。

リンク機構６は、後述するピストンロッド７１の飛び出し動作若しくは引き込み動作をスイングシャフト５１の回動動作に変換する。リンク機構６は、リンクシャフト６１と、リンクアーム６２と、リンクプレート６３と、リンクロッド６４と、で構成される。

リンクシャフト６１は、スイングシャフト５１を延長するように取り付けられている。リンクシャフト６１の端部には、回動中心Ａｐに対して平行に当接面６１ｆａが設けられている。従って、リンクシャフト６１は、上述した当接面５１ｆに当接面６１ｆａを合せた状態でボルトによって固定される。なお、リンクシャフト６１の他方の端部には、回動中心Ａｐに対して平行に当接面６１ｆｂが設けられている。

リンクアーム６２は、リンクシャフト６１に対して垂直となる方向に取り付けられている。リンクアーム６２の端部には、回動中心Ａｐに対して平行に当接面６２ｆが設けられている。従って、リンクアーム６２は、上述した当接面６１ｆｂに当接面６２ｆを合せた状態でボルトによって固定される。なお、リンクアーム６２の他方の端部には、ピン６５を挿入するための軸孔が設けられている。

リンクプレート６３は、リンクアーム６２に対して回動できるように取り付けられている。リンクプレート６３の端部には、ピン６５を挿入するための軸孔が設けられている。従って、リンクプレート６３は、上述したリンクアーム６２の軸孔に該リンクプレート６３の軸孔を重ね合わせた状態でピン６５を挿入されることにより、回動自在となっている。なお、リンクプレート６３の他方の端部には、ピン６６を挿入するための軸孔が設けられている。

リンクロッド６４は、リンクプレート６３に対して回動できるように取り付けられている。リンクロッド６４の端部には、ピン６６を挿入するための軸孔が設けられている。従って、リンクロッド６４は、上述したリンクプレート６３の軸孔に該リンクロッド６４の軸孔を重ね合わせた状態でピン６６を挿入されることにより、回動自在となっている。なお、リンクロッド６４の他方の端部には、ピストンロッド７１と連結するための雌ネジ部が設けられている。

アクチュエータ７は、エンジン１００の運転状態に基づいてリンク機構６を動かす。アクチュエータ７は、ピストンロッド７１と、メインボディ７２と、で構成される。

ピストンロッド７１は、リンクロッド６４に連結されている。ピストンロッド７１の端部には、リンクロッド６４と連結するための雄ネジ部が設けられている。従って、ピストンロッド７１は、上述したリンクロッド６４の雌ネジ部に該ピストンロッド７１の雄ネジ部を螺合した状態でナットによって固定される。なお、ピストンロッド７１の他方の端部は、メインボディ７２に挿入されている。

メインボディ７２は、ピストンロッド７１の飛び出し動作若しくは引き込み動作を可能とする。メインボディ７２の内部には、ピストンロッド７１を動かすためのエアシリンダが設けられている。従って、メインボディ７２は、エアシリンダに圧縮した空気を供給したり排出したりすることで、ピストンロッド７１を動かすことができる。なお、本メインボディ７２は、空気圧によって稼動するが、例えば油圧によって稼動するものでもよい。また、電気によって稼動するものでもよい。更に、本メインボディ７２は、ピストンロッド７１を飛び出した状態と引き込んだ状態のいずれかに維持するが、多段階若しくは無段階で維持できるものでもよい。

このような構造としたことにより、例えば図１１（Ａ）をピストンロッド７１の飛び出し動作前とし、図１１（Ｂ）をピストンロッド７１の飛び出し動作後と定義すれば、ピストンロッド７１の飛び出し動作に伴って連結されている全てのスイングシャフト５１が一方に回動する。反対に、図１１（Ｂ）をピストンロッド７１の引き込み動作前とし、図１１（Ａ）をピストンロッド７１の引き込み動作後と定義すれば、ピストンロッド７１の引き込み動作に伴って連結されている全てのスイングシャフト５１が他方に回動する。

このように、本エンジン１００におけるアクチュエータ７は、リンク機構６を介して全てのスイングシャフト５１の回動角度を制御できる。これにより、全ての気筒におけるバルブタイミングを一のリンク機構６を介して一のアクチュエータ７で制御できるので、それぞれのバルブタイミングに差異が生じにくい（リンク機構６やアクチュエータ７の個体差及び組立作業に起因する差異が生じにくい）。従って、気筒毎のバルブタイミングのバラつきを低減させることが可能となる。

次に、スイングシャフト５１の回動角度を制限するための構造について説明する。

図１２は、回動角度の制限構造を示している。図１３は、スイングシャフト５１の回動角度を制限している状態を示している。なお、矢印Ｐｓは、スイングシャフト５１の回動方向を表す。

回動角度の制限構造は、主にストッパ８で構成されている。本エンジン１００において、ストッパ８は、他側（上述したリンク機構６と反対側）の最端のスイングシャフト５１に接触するように配置されている。

ストッパ８は、略五角形のプレート８１がフレーム８２に取り付けられた構造となっている。

プレート８１は、厚み方向の一辺８１ｓが回動中心Ａｐの近傍で、該回動中心Ａｐに対して平行となるように配置されている。そして、プレート８１には、かかる一辺８１ｓを頂部とした斜面８１ｆａと斜面８１ｆｂが形成されている。このため、スイングシャフト５１が一方に回動すると、該スイングシャフト５１のキー５１ｋが斜面８１ｆａに接触することとなる。また、スイングシャフト５１が他方に回動すると、該スイングシャフト５１のキー５１ｋが斜面８１ｆｂに接触することとなる。

このような構造としたことにより、例えば図１３（Ａ）をスイングシャフト５１の回動前とし、図１３（Ｂ）をスイングシャフト５１の回動後と定義すれば、連結されている全てのスイングシャフト５１の回動がキー５１ｋと斜面８１ｆｂの接触によって停止される。反対に、図１３（Ｂ）をスイングシャフト５１の回動前とし、図１３（Ａ）をスイングシャフト５１の回動後と定義すれば、連結されている全てのスイングシャフト５１の回動がキー５１ｋと斜面８１ｆａの接触によって停止される。

このように、本エンジン１００におけるストッパ８は、全てのスイングシャフト５１の回動角度を制限できる。これにより、全ての気筒におけるバルブタイミングの位相変移量を一のストッパ８で制限できるので、それぞれのバルブタイミングに差異が生じにくい（ストッパの個体差及び組立作業に起因する差異が生じにくい）。従って、気筒毎のバルブタイミングのバラつきを低減させることが可能となる。

次に、スイングシャフト５１の回動角度を調節するための構造について説明する。

図１４は、スイングシャフト５１の回動角度を調節している状況を示している。

上述したように、プレート８１は、厚み方向の一辺８１ｓが回動中心Ａｐの近傍で、該回動中心Ａｐに対して平行となるように配置されている。従って、かかる一辺８１ｓから回動中心Ａｐまでの距離を自在に変更できれば、スイングシャフト５１の回動角度が調節可能となる。そのため、本ストッパ８は、プレート８１とフレーム８２の間にシム８３を挟み込める構造となっている。

このように、本エンジン１００におけるストッパ８は、シム８３の枚数が変わることにより、全てのスイングシャフト５１の回動角度を調節できる。これにより、全ての気筒におけるバルブタイミングの位相変移量を一のストッパ８で調節できるので、それぞれのバルブタイミングに差異が生じにくい（調節作業に起因する差異が生じにくい）。従って、気筒毎のバルブタイミングのバラつきを低減させることが可能となる。

加えて、上述したように、本エンジン１００におけるリンク機構６は、一側の最端のスイングシャフト５１に固定される。また、ストッパ８は、他側の最端のスイングシャフト５１に接触するように配置される。これにより、全てのスイングシャフト５１の回動がストッパ８によって制限されている場合に、全てのスイングシャフト５１に一方向のトルクがかかった状態となるので、それぞれのバルブタイミングに差異が生じにくい（ガタつきに起因する差異が生じにくい）。従って、気筒毎のバルブタイミングのバラつきを低減させることが可能となる。

次に、可変バルブタイミング機構５の取付位置について説明する。

図１５は、可変バルブタイミング機構５の取付位置を示している。なお、矢印Ｙは、上下方向を表す。

本エンジン１００において、可変バルブタイミング機構５は、シリンダブロック１１に設けられたトップデッキ１１Ｔの下面に取り付けられる。これは、トップデッキ１１Ｔの上面に潤滑油配管１１Ｏを接続することで、可変バルブタイミング機構５の潤滑油経路を簡単に構成できるからである。つまり、シリンダブロック１１の内部に複雑な油路を形成する必要がなく、シリンダブロック１１の外側に潤滑油が通る配管を這わせればよいので、可変バルブタイミング機構５の潤滑油経路を簡単に構成できるのである。なお、可変バルブタイミング機構５は、トップデッキ１１Ｔを介したボルトＢによって該トップデッキ１１Ｔに固定される。

以上が、本願の実施形態に係る可変バルブタイミング機構５及び可変バルブタイミング機構５を備えたエンジン１００である。以下に、他の実施形態について説明する。

図１６は、他の実施形態に係るスイングシャフト５１を示している。

図１６（Ａ）に示すスイングシャフト５１は、主軸部５１Ｍの一端に偏心軸部５１Ｅが形成されている。そして、偏心軸部５１Ｅに主軸部となるジャーナルが形成された部品５１Ｐｍを取り付ける構造となっている。つまり、かかるスイングシャフト５１は、部品５１Ｐｍを取り付けることによってクランク形状となるのである。このような構造により、吸気用スイングアーム５３を分割構造にする必要がなくなる。部品５１Ｐｍを取り付ける前に、偏心軸部５１Ｅの延長線上に吸気用スイングアーム５３の軸受５３ｂを重ね、該吸気用スイングアーム５３をスライドさせて嵌めればよいからである。なお、部品５１Ｐｍは、ボルトＢによって偏心軸部５１Ｅに固定される。

一方、図１６（Ｂ）に示すスイングシャフト５１は、主軸部５１Ｍを二つに分割した形状とし、その間に偏心軸部５１Ｅとなる部品５１Ｐｅを取り付ける構造となっている。つまり、かかるスイングシャフト５１は、部品５１Ｐｅを取り付けることによってクランク形状となるのである。このような構造により、吸気用スイングアーム５３を分割構造にする必要がなくなる。また、スイングシャフト５１の形状が単純化されるので、コストの低減を図ることが可能となる。なお、部品５１Ｐｅは、ボルトＢによって主軸部５１Ｍに固定される。

図１７は、他の実施形態に係る自在継手を示している。

図１７（Ａ）に示す自在継手５８は、上述した延長軸５７と一体になっている。かかる自在継手５８は、回動中心Ａｐに対して垂直に交わる方向にキー溝５８ｄが形成されている。このような構造により、連結工程の工数が少なくなる。また、部品点数も少なくなるので、コストの低減を図ることが可能となる。

図１７（Ｂ）に示す自在継手５８も、上述した延長軸５７と一体になっている。かかる自在継手５８は、回動中心Ａｐに対して垂直に交わる方向にキー５８ｋが形成されている。そしてキー５８ｋの中央には、ブロック５８Ｂが嵌め込まれている。このような構造により、連結工程の工数が少なくなる。また、部品点数も少なくなるので、コストの低減を図ることが可能となる。

図１８は、他の実施形態に係る可変バルブタイミング機構５の取付位置を示している。なお、矢印Ｙは、上下方向を表す。

図１８（Ａ）に示す取付位置は、シリンダブロック１１に設けられたデッキ１１Ｄの上面である。このような構造により、可変バルブタイミング機構５をデッキ１１Ｄに置くことができるので、組立作業や分解作業が容易となる。この場合、可変バルブタイミング機構５は、デッキ１１Ｄを介したボルトＢによって該デッキ１１Ｄに固定される。

図１８（Ｂ）に示す取付位置は、シリンダブロック１１の側壁１１Ｗである。このような構造により、エンジン１００の側方から可変バルブタイミング機構５の脱着が行なえるので、組立作業や分解作業が容易となる。この場合、可変バルブタイミング機構５は、キャップ１１Ｃを介したボルトＢによって該キャップ１１Ｃとともに側壁１１Ｗに固定される。

１００エンジン
１主体部
１５カムシャフト
２吸気経路部
３排気経路部
４燃料供給部
５可変バルブタイミング機構
５１スイングシャフト
５１Ｍ主軸部
５１Ｅ偏心軸部
５１ｋキー
５２排気用スイングアーム
５２ｂ軸受
５３吸気用スイングアーム
５３Ｂボディ
５３Ｃキャップ
５３ｂ軸受
５４シャフトサポータ
５４ｂ軸受
５５シャフトサポータ
５５ｂ軸受
５６サークリップ
５７延長軸
５７ｋキー
５８自在継手
５８ｄａキー溝
５８ｄｂキー溝
６リンク機構
６１リンクシャフト
６２リンクアーム
６３リンクプレート
６４リンクロッド
７アクチュエータ
７１ピストンロッド
７２メインボディ
８ストッパ
８１プレート
８２フレーム
８３シム

Claims

カムシャフトの回転に応じて揺動する排気用スイングアームと、
同じく前記カムシャフトの回転に応じて揺動する吸気用スイングアームと、
前記排気用スイングアーム及び前記吸気用スイングアームを揺動自在に支持するスイングシャフトとで構成された可変バルブタイミング機構において、
前記スイングシャフトは、前記排気用スイングアームを支持する主軸部と、前記吸気用スイングアームを支持する偏心軸部とが一体的に形成され、
前記スイングシャフトの偏心軸部に隣接された一のシャフトサポータと、前記シャフトサポータから前記吸気用スイングアーム及び前記排気用スイングアームを隔てて配置された他のシャフトサポータとによって、前記スイングシャフトの主軸部が回動自在に支持され、
前記可変バルブタイミング機構を複数備え、
前記隣接する可変バルブタイミング機構のスイングシャフトを互いに自在継手を介して連結し、
前記自在継手は、前記一のシャフトサポータと、隣接するスイングシャフトを支持する前記他のシャフトサポータとの間に配置される
ことを特徴とする可変バルブタイミング機構。