JPH02241925A - ロータリバルブ式可変バルブタイミング機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は自動車用エンノンの吸気弁のバルブタイミング
を変化させるロータリバルブ式可変バルブタイミング機
構に関するものである。

従来の技術 自動車用エンジンにおいて、高回転・全負荷域では開弁
時間を長くすると同時に吸気弁と排気弁とのバルブオー
バーラツプを大きくする一方、低回転・部分負荷域では
開弁時間を短くすると同時にバルブオーバーラツプを極
少なくすることにより、エンジン性能を全域において向
上できることは良く知られているところである。

エンジンの運転状態に応じてバルブタイミングを変化さ
せる従来の可変バルブタイミング機構の１つとして、動
弁機構のカム軸と該カム軸を回転駆動するドリブンスプ
ロケットとの間にへりカルスプラインを有する油圧ピス
トンを設け、油圧ピストンへの油圧の給排によりカム軸
をクランク軸に対しその回転位相を直に変化させるもの
があるが、高速回転し高荷重のかがるカム軸を動がすた
め油圧により大きい力を作用させる必要があり、構造上
耐久性及び信頼性の高いものとしなければならず、また
、このような油圧を用いた機械的構造のものでは、実用
上バルブタイミングを高回転域と低回転域との２段階程
度にしか切換えることができない。

このため、吸気通路の吸気弁上流側にロータリバルブを
配設し、吸気弁では通常の開閉作動を行わせる一方、こ
のロータリバルブでバルブタイミングを変化させるよう
にしたロータリバルブ式可変バルブタイミング機構が提
案されている。

従来のロータリバルブ式可変パルプタイミング機構は、
第６図に示すように、吸気通路５の吸気弁７上流側に形
成された絞り部５ａに回転可能に配設され径方向に貫通
する孔１７′を形成したロータリバルブ１３’を備え、
ロータリバルブ１３′は、ロッカアーム１１と１２を介
して吸気弁７と排気弁８を開閉作動させるカム軸ＩＯの
先端に取付けられたドライブスプロケット１８、ローク
リバルブ１３′の先端に取付けられたドリブンスプロケ
ット１９及び両スプロケット１８と１９間に張設された
チェーン又はタイミングベルト２０により、吸気弁７の
開作動と同期して吸気通路５を開くようにカム軸１ｏの
回転速度の１／２の回転速度で回転駆動される。また、
カム軸の回転位相に対しロータリバルブの回転位相を変
化させる位相変換装置（図示しない）が例えばロータリ
バルブ１３′　とドリブンスプロケット１９との間に配
設されていて、カム軸１０に対するロータリバルブ１３
’の回転位相をずらすことにより、吸気弁７の開閉時期
とは独立してロータリバルブ１３’による吸気通路５の
開閉時期を任意に制御しバルブタイミングを実質的に可
変にすることができる。この位相変換装置としてヘリカ
ルスプライン方式、差動歯車方式等が用いられる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、このような従来のロータリバルブ式可変
パルプタイミング機構では、ロークリバルブ１３′のバ
ルブタイミング幅（孔１７′の開期間）を吸気弁７のバ
ルブタイミング幅（開期間）よりら僅かに大きい程度に
設定しようとすると、ロータリバルブがカム軸の１／２
の回転速度で回転するため孔１７’の通路面積を小さく
設定するとともにこれに相応して吸気通路５の通路面積
を絞り部５ａで絞る必要があり、この場合には、吸気抵
抗が増すばかりでなく、第３図に実線で示す吸気弁７の
時間面積特性曲線と一点鎖線で示すロータリバルブ１３
′の時間面積特性曲線との比較から明らかなように、こ
れら特性の違いにより斜線部分で示す面積不足が生じ、
特に高回転・全負荷域において吸入空気量の不足による
エンジン性能の低下を招くこととなる。

この不具合を解消するため、第７図に示すように、通路
面積を絞る吸気通路５の絞り部を無くすとともに、通路
面積の大きい孔１７″を形成したロータリバルブ１３″
を吸気通路に配設すると、第３図に二点鎖線で示すよう
に、バルブタイミング幅と時間面積が増大する。しかし
ながら、このロータリバルブ１３″における時間面積特
性曲線の傾斜はロータリバルブ１３’における時間面積
特性曲線の傾斜と変わらないため、第４図に示すように
エンジンの高回転・全負荷域においてロークリバルブ１
３″の閉時期を吸気弁７の閉時期（ＩＣ）と一致さける
ようにバルブタイミングを早めた場合、また、第５図に
示すようにエンジンの低回転・部分負荷域において内部
ＥＧＲをカットして燃焼を安定させるためロータリバル
ブ１３″の開時期を排気弁８の閉時期（ＥＣ）と一致さ
せるようにバルブタイミングを遅くした場合、斜線部分
で示す面積不足か生じ、いずれの場合にも吸入空気の体
積効率が低下してエンジン性能の低下を招くという問題
が依然として存在する。更に、ロータリバルブ１３″の
バルブタイミング幅が増大すると、バルブタイミングを
変化させる際には位相変換装置によりロークリバルブ１
３″をカム軸１０に対して相当量を回転変位させる必要
があり、エンジンの運転状態に応じたバルブタイミング
の制御が不安定となったり遅れか生じる等の問題が起こ
る。

課題を解決するための手段 本発明は上記課題を解決するために提案されたものであ
って、エンジンの燃焼室に通じる吸気通路を開閉する吸
気弁の上流側で該吸気通路に配設され上記吸気弁の開作
動と同期して上記吸気通路を開くように回転駆動される
ロータリバルブと、上記吸気弁を開閉作動させるカム軸
の回転位相に対し上記ロータリバルブの回転位相を変化
させるように作動する位相変換装置とを備えたロータリ
バルブ式可変バルブタイミング機構において、上記ロー
タリバルブを互いに回転可能に嵌合される外方と内方の
２つの弁部材で構成し、一方の弁部材を上記カム軸の回
転速度の１７２の回転速度で回転駆動するとともに、他
方の弁部材を一方の弁部材とは反対方向に同一の回転速
度で回転駆動するようにしたことを特徴とするロータリ
バルブ式可変バルブタイミング機構を提供している。

作用 本発明の上記構成によると、ロークリバルブが互いに反
対方向に同一の回転速度で回転駆動される外方と内方と
の２つの弁部材から成っているので、吸気弁の開作動と
同期して吸気通路を開く際、これら弁部材によって得ら
れる最大時間面積を大きく維持する一方、ロータリバル
ブのバルブタイミング幅を吸気弁のバルブタイミング幅
と略一致させ、吸入空気量を十分に確保しながらバルブ
タイミングをエンジン運転状態に応じて適切に制御する
ことが可能となるのである。

実施例 以下、本発明の実施例について添付図面を参照して詳細
に説明する。

第１図において、エンジンは、シリンダブロック１１シ
リンダヘツド２及びピストン３によって形成された燃焼
室４に通じる吸気通路５及び排気通路６と、吸気通路５
を開閉する吸気弁７と、排気通路６を開閉する排気弁８
と、吸気弁７及び排気弁８を開閉作動させる動弁機構９
とを備え、動弁機構９はカム軸１０に形成されたカムに
よりロッカアーム１１と１２を介して吸気弁７と排気弁
８をそれぞれ作動させるようになっている。

本発明によるロータリバルブ式可変バルブタイミング機
構は吸気通路５の吸気弁７上流側に配設されたロータリ
バルブ１３を備え、ロータリバルブ１３は、互いに回転
可能に嵌合され等しい通路面積を有する径方向に貫通す
る孔１６と１７をそれぞれ設けた円筒状の外方弁部材１
４と内方弁部材１５とで構成される。弁部材１４と１５
は、吸気弁７の開作動と同期して吸気通路５を開くよう
にカム軸ｌＯの回転速度の１／２の回転速度で互いに反
対方向に回転するようになっている。このため図示の実
施例においては、内方弁部材１５は、カム軸１０の先端
に取付けられたドライブスプロケット１８、内方弁部材
１５の先端に突設されている軸部１５ａに位相変換装置
２１を介して連結されたドリブンスプロケット１９及び
両スプロケット１８と１９間に張設されたチェーン又は
タイミングベルト２０により、カム軸１０の１７２の回
転速度で回転駆動される。他方、外方弁部材１４は、内
方弁部材の軸部１５ａに固着された歯車２２、エンジン
の適宜の場所に回転可能に支承されたアイドル軸２３に
固着され歯車２２と噛合するアイドル歯車２４、アイド
ル軸２３に固着されたアイドルスプロケット２５、外方
弁部材１４の先端に一体に形成された円筒状のスプロケ
ット２６及び両スプロケット２５と２６間に張設された
チェーン又はタイミングベルト２７から成る逆転機構を
介して、内方弁部材１５の回転速度と同一速度で且つ反
対方向に回転されるようになっている。

位相変換装置２１は詳細には図示していないが、内方弁
部材の軸部１５ａとドリブンスプロケット１９に結合さ
れた軸部とに形成されたヘリカルスプラインに噛合する
制御スリーブを有し、該制御スリーブを軸方向に変位さ
せることに上り両軸部間で相対回転を生じさせるヘリカ
ルスプライン方式、あるいは、内方弁部材の軸部１５ａ
とドリブンスプロケット１９に結合された軸部とに固着
された大歯車及び制御軸に回転自在に支承され大歯車に
噛合する小歯車から成り、該制御軸を大歯車の回転方向
に回動させることにより両軸部間で相対回転を生じさせ
る差動歯車方式のものであってよい。この制御スリーブ
あるいは制御軸は例えばステップモータ等のアクチュエ
ータに適宜の方法で連結されていて、エンジンの運転状
態に応じて最適なバルブタイミング指令を発する電子制
御装置にょって制御される。

各弁部材１４．１５は、第７図に関して説明したロータ
リバルブと同様に、バルブタイミング幅と時間面積を十
分大きくするように径及び孔の通路面積の寸法を設定さ
れているが、両弁部材は互いに反対方向に回転されるの
で、第３図に破線で示すように、これらを組合わせたロ
ークリバルブ１３での最大時間面積は変わらないが、バ
ルブタイミング幅（孔１６と１７の開期間）は実質的に
半分となる。

従って、ロークリバルブ１３のバルブタイミング幅を吸
気弁７のバルブタイミング幅（開期間）より僅かに大き
くするように上記寸法を設定すればよい。

この結果、第４図に示すようにエンジンの高回転・全負
荷域においてロータリバルブ１３の閉時期を吸気弁７の
閉時期（Ｉｃ）と一致させるようにバルブタイミングを
早めた場合、破線で示すロータリバルブ１３の時間面積
特性曲線の傾斜は従来のロータリバルブ１３′又は１３
″の時間面積特性曲線の傾斜に比べ大きいので、従来の
ように面積不足を生じることはなく、吸入空気量を十分
に確保することができる。また、第５図に示すようにエ
ンジンの低回転・部分負荷域において内部ＥＧＲをカッ
トして燃焼を安定させるためロークリバルブ１３の開時
期を排気弁８の閉時期（ＥＣ）と一致させるようにバル
ブタイミングを遅くした場合、時間面積特性曲線の傾斜
が大きいため、従来に比べ斜線部分で示す面積不足の領
域が大幅に減少する。この運転域では弁開時間が長いの
で、内部ＥＧＲをカットする一方で、吸入空気量も十分
に確保することができる。

本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく
、本発明の範囲を逸脱することなく幾多の変更及び修正
をなし得る。上記実施例では、内方弁部材１５を位相変
換装置２１を介してカム軸１０により回転駆動するとと
もに、外方弁部材１４を逆転機構を介して内方弁部材と
は反対方向に回転駆動するようにしたが、各弁部材はエ
ンジンクランク軸の１／４の回転速度という遅い速度で
回転されるとともに大きい荷重を受けることはないので
、エンジンの運転状態に応じて出力信号を発する電子制
御装置により制御されるモータによって、弁部材のいず
れか一方を直接に、あるいは両弁部材を独立して、カム
軸と同期させながら回転駆動するとともに、カム軸の回
転位相に対しロータリバルブの回転位相を変化させるよ
うにこのモータの回転速度を制御することが可能である
。

発明の効果 このように、本発明は、ロータリバルブを外方と内方と
の２つの弁部材で構成するとともに、両弁部材を互いに
反対方向に同一の回転速度で回転駆動するようにしたの
で、ロータリバルブのバルブタイミング幅を大幅に減少
させる一方、両弁部材の孔が整合することによって得ら
れるロータリバルブの最大時間面積を十分大きく維持す
ることができ、エンジンのあらゆる運転域において十分
な吸入空気量を常に確保しエンジンの性能を最大限に発
揮させることができる。

また、吸入空気量に悪影響を及ぼすことなくロータリバ
ルブのバルブタイミング幅を小さくして吸気弁のバルブ
タイミング幅と略一致させることができ、遅れ等を生じ
ることなくバルブタイミングをエンジン運転状態に応じ
て素早く且つ確実に制御することができる。

更に、ロータリバルブは動弁機構のように高荷重を受け
ず容易に回転し得るので、位相変換装置を比較的構造が
簡単なものにできるばかりでなく、電子制御装置により
制御されるステップモータ等のアクチュエータによって
、ロークリバルブを位相変換装置を介しあるいは直接に
制御でき、バルブタイミングをエンジンの運転状態に応
じて最適な値に連続的に制御できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるロータリバルブ式可変バルブタイ
ミング機構を備えたエンジンの縦断面図、第２図は第１
図の要部を部分的に断面で示す平面図、第３図は吸気弁
、本発明によるロータリバルブ及び従来のロータリバル
ブの時間面積特性図、第４図はバルブタイミングを早め
た場合の時間面積特性図、第５図はバルブタイミングを
遅くした場合の時間面積特性図、第６図は従来のロータ
リバルブ式可変バルブタイミング機構を備えたエンジン
の縦断面図、第７図は従来の他のロータリバルブ式可変
バルブタイミング機構を示す要部の縦断面図である。 ４・・燃焼室、５・・吸気通路、６・・排気通路、７・
・吸気弁、８・・排気弁、９・・動弁機構、ｌＯ・・カ
ム軸、１３・・ロータリバルブ、１４・・外方弁部材、
１５・・内方弁部材、ｉａ、　１７・・孔、１８−・ド
ライブスプロケット、１９・・ドリブンスプロケット、
２０．２７・・チェーン又はタイミングベルト、２１・
・位相変換装置、２２・・歯車、２３・・アイドル軸、
２４・・アイドル歯車、２５・・アイ（ほか１名） ；、；、ｉ　３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンの燃焼室に通じる吸気通路を開閉する吸気弁の
   上流側で該吸気通路に配設され上記吸気弁の開作動と同
   期して上記吸気通路を開くように回転駆動されるロータ
   リバルブと、上記吸気弁を開閉作動させるカム軸の回転
   位相に対し上記ロータリバルブの回転位相を変化させる
   ように作動する位相変換装置とを備えたロータリバルブ
   式可変バルブタイミング機構において、上記ロータリバ
   ルブを互いに回転可能に嵌合される外方と内方の２つの
   弁部材で構成し、一方の弁部材を上記カム軸の回転速度
   の１／２の回転速度で回転駆動するとともに、他方の弁
   部材を一方の弁部材とは反対方向に同一の回転速度で回
   転駆動するようにしたことを特徴とするロータリバルブ
   式可変バルブタイミング機構。