JPH0245603A - エンジン給排気系の可変バルブタイミング装置 - 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〕 この発明は、エンジンの給排気弁の開閉時期を、エンジ
ンの回転速度（回転数）に応じて常に最適となるように
、自動的に關整するための可変バルブタイミング装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

第１図に従来のＯＨＶ型バルブ機構をもったエンジンＣ
が例示されている。燃焼室に設けられた給気弁又は排気
弁Ｖは、ロッカーアームｒ及びブツシュロッドｐを介し
てバルブリフターβに連結されており、カム軸Ｓに設け
られたカムＣによって開閉操作をするように駆動される
。カム軸Ｓは回転のみを許すように軸受すによって支持
されており、軸方向へは実質的に移動が許されない。カ
ム軸Ｓはクランク軸のギヤｔに噛合うアイドルギヤｌと
、それに噛合うカムギヤＷによって駆動される。給排気
弁の開閉時期すなオつちバルブタイミングは、回転速度
が変わっても一定である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のエンジンｅのギヤトレーン及び動弁系はその用途
に応じて高速型と低速型に分かれ、それぞれに適した設
計及び調整がなされている。そのため、たとえば低速型
のエンジンは高速性能を犠牲にしているのが普通であり
、逆に、高速型のエンジンは低速性能において劣るのが
通例である。

給気弁又は排気弁のタイミングも、そのような結果をも
たらす原因の一つとなっているものとみられ、低速重視
のタイミングにすると高速では不適当となり、逆もまた
同様である。

本発明は、そのエンジンがとり得る回転速度（回転数）
の全域にわたって、常にもっとも適当なバルブタイミン
グが得られるように、バルブタイミングを回転速度に応
じて自動的に変更する機構を提供することを課題とする
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記の課題を解決するために、クランク軸から
ギヤトレーンにより一定の速度比率で回転駆動されるカ
ムギヤと、前記カムギヤの回転軸と同じ軸線上で同じ回
転をするように支持されたバルブ駆動用のカムと、前記
カムに係合するバルブ機構を備えると共に、前記バルブ
駆動用のカムには、エンジンの低速時にはカムノーズの
幅がせまく小さい開弁角度をもたらす部分が前記バルブ
ａ構に係合し、且つ、エンジンの高速時にはそれよりも
カムノーズの幅が広く大きな開弁角度をもたらす部分が
前記バルブ機構に係合するように、軸方向に有効な幅が
無段階に変化する形状の滑らかなカムノーズが形成され
ており、さらに、エンジンの回転速度に応じて、前記の
ようにカムとそれに係合するバルブ機構の軸方向の関係
位置を自動的に変更するために、カムを軸方向に移動さ
せる調整装置が設けられていることを特徴とするエンジ
ン給排気系の可変バルブタイミング装置を提供するもの
である。

〔作　用〕

本発明は上記の如き構成を有するから、第３図に示され
るように、エンジンの回転数Ｎが成る値Ｎ！となったと
きに、給気弁又は排気弁の開く角度θｌがカムの軸上で
ａ、閉じる角度θ２がｂであったとすれば、エンジンの
回転数がＮ１よりも増大するときはθ１がａよりも小さ
くなると共に、θ２はｂよりも大きくなり、カム軸上で
の開弁角度はＮ、のときよりも増大する。逆に、エンジ
ンの回転数ＮがＮ１よりも減少すると、開き角θはａよ
りも大きくなると共に閉じ角θ２がｂよりも小さくなる
から、カム軸上での開弁角度はＮ１のときよりも減少す
る。同様のことは、カムノーズの移１ＩＩｆｆｉ（距ｍ
＞　ｘとバルブの開閉角θ、及びθ２との関係を示す第
４図からも読みとることができる。第４図において、Ｃ
はバルブの開き角θ１がａとなり閉じ角θ２がａとなる
カムノーズの位菅を表わす。また、第５図はエンジン回
転数Ｎとカムノーズの移動ｌｘの関係を示したものであ
って、回転数ＮがＮ、のときカムノーズの移動ｉｘがＣ
であるとすると、前記と同様の関係を読みとることがで
きる。

要するに、本発明の構成によって、エンジンの回転速度
が増大すると、その回転速度に応じた分だけ、調整装置
がカムを軸方向に移動させるので、バルブ機構に係合す
るカムノーズの有効幅が大きくなり、回転速度の増大と
共に開弁時間が短かくなるのを阻止して充分に給排気を
行なわせ、大きな出力を発生させるように作用して、高
速性能を向上させる。また逆に、エンジンの回転速度が
減少すると、その分だけ調整装置がカムを軸方向に前記
と逆の方向に移動させるので、バルブ機構に係合するカ
ムノーズの有効幅が小さくなり、回転速度の減少と共に
開弁時間が不必要に長くなりすぎるのを阻止し、バルブ
オーバラップによる吹き抜けを防止して燃費、出力特性
を改善し、排気の浄化を助けるなど、低速性能も向上さ
せる。

〔実施例〕

本発明の第１実施例を示す第２図において、１はエンジ
ンＥのクランクシャフトに設けられたクランクギヤ、２
はアイドルギヤ、３はカムギヤで、これら１〜３のギヤ
により力！、軸駆動のギヤトレーンを構成する。いう゛
よでもなく、ここに云うギヤトレーンは、歯付ベルトと
それに噛合う歯車や、鎖車とそれに噛合うサイレントチ
ェーンのような公知の力ｌ・軸駆動機構を含むものであ
る。

カムギヤ３と一体化された回転軸４は中空の筒軸部４′
を有し、その軸孔内に軸方向のキー溝又はスプライン溝
４′が設けられている。回転軸４の延長線上には回転軸
５が軸支されており、該軸５も中空の筒袖部５′を有す
ると共に、その軸孔内にキー溝又はスプライン溝５′が
設けられている。

これらの回転軸４及び５の間にはカム６が、その両端の
軸６′及び６′を前記軸４．５の筒軸部４’　　、５’
内にそれぞれ一部を挿入して設けられる。そして、カム
６の軸６′及び６′には、キー又はスプラインが設けら
れ、これらが前記回転軸４及び５０筒袖部４′及び５′
の軸孔内にそれぞれ一部挿入されていることにより、カ
ム６は回転軸４及び５と同一の回転をしながら、軸方向
にもタイミング醐整のために移動ができるように支持さ
れる。

本発明においては、カム６の軸方向位置をエンジンの回
転速度に応じて調整する装置Ｇを備え°Ｃおり、第１実
施例では、該調整装置Ｇとして遠心ガバナ型のものを示
している。すなわち、筒軸部５′の軸孔内には、軸５と
軸６′を軸方向に引き寄せるように、引張りスプリング
７が張設されており、これによって、カム６は常に第２
図において右方へ移動するように付勢される。回転軸５
上の支点８に枢着される適数個のＬ型アーム９，９・・
・の外方端にはそれぞれ遠心錘１０．１０・・・が取付
けられていると共に、それらの内方端はカム６の一方の
軸６′の端部に係合しており、回転軸５０回転速度の増
加に伴なって遠心錘１０が拡開すると、Ｉ７型アーム９
の内方端が軸６′の端部を押圧し、スプリング７の張力
に抗してカム６を、第２図に２おいて左方へ、回転速度
に応じた分だけ移動させるようになっている。

第２図では引張りスプリング７を設ける例を示している
が、それに代えて、回転軸４の軸孔内等に図示しない圧
縮スプリングを設けて、カム６の軸６′を図中右方へ付
勢するように構成してもよい。また、カム６の軸６′及
びＧ′の先端部にストッパーとして図示しない突起部等
を設けて、カム６の軸方向の移動範囲を制限することも
、実施に当っては必要となる。

図示の第１実施例においては、カム６にはエンジンＥの
燃焼室に設けられた給気弁又は排気弁１１を駆動するロ
ッカーアーム１２及びブツシュロッド１３に連なるバル
ブリフタ１４が設けられ、該バルブリフタ１４が前記カ
ム６に当接し、カム６の断面基円上の隆起であるカムノ
ーズ１５によって、弁１１が開弁操作されるようになっ
ている。

しかしながら、公知のように、ロッカーアーム１２又は
バルブ１１が直接カム６に当接されて駆動されるように
構成することもできるから、本発明においてはバルブリ
フター１４、ロッカーアーム１２、バルブ１１等、カム
５の被駆動体となり得るものを総称して、単にバルブ機
構１６と称している。

本発明は前記のように、カム６を前記の調整装［Ｇによ
ってエンジンの回転速度に応じ軸方向に移動させるよう
にしたことと、カム６に特別の形状のカムノーズ１５を
設けた点に特徴がある。

カムノーズ１５．の形状は、第２図（ｉ）に示す断面Ａ
の形状がバルブ開き角θ１とバルブ閉じ角θ２の差であ
るθ２−０１の値（低速時の開弁角）が比較的小さくな
っているのに対し、第２図（目）に示す断面Ｂの形状が
バルブ開き角θＸ′とバルブ閉じ角０２′の差である０
２′−θ、′の値（高速時の開弁角）が大きくなってい
ることかられかるように、軸方向にノーズの有効幅が異
なるごとく設定されている。ノーズの幅のせまい断面Ａ
の部分はエンジンＥの低速時に対応し、幅の広い断面Ｂ
の部分が高速時に対応するものである。

もっとも、エンジンＥの回転数が高くなるとき単にノー
ズの有効幅を前後に同じ角度だけ拡げるとは限らず、必
要に応じて前後いずれかに偏らせて拡げるように設定す
ることもある。断面Ａ及び断面Ｂの中間及びその外側の
カムノーズ１５の形状は、断面Ａ、Ｂの形状に対して滑
らかに且つ無段階に変化する曲面とする。

第２図に示す第１実施例の場合、エンジンＥの回転数が
低いときは、スプリング７の引張力により遠心錘１０は
回転軸５の近くにあり、カム６は図示位置よりも右方に
あって、バルブリフタ１４に代表されるバルブ機構１６
は、カムノーズ１５の断面への付近に係合している。こ
のときは、バルブ１１がカム軸６′に関してθ、−０１
の角度だけ開弁する。エンジンの回転数が増大すると、
遠心錘１０が遠心力により回転軸５の中心から離れる方
向に拡開するから、そのＬ型アーム９は、スプリング７
の張力に抗してカム軸６′を左方へ押し、カム６は回転
数に応じた距離Ｘだけ移動する。したがって、カム６と
バルブ機構１６との係合点は第２図に示したようにカム
ノーズ１５の断面Ｂの付近となり、バルブ１１はカム軸
６′に関して、θ２−０１′の角度だけ開くように、バ
ルブタイミングが無段階に変更され、高速時のエンジン
の燃焼状態に最適のバルブタイミングとなる。もっとも
、カム軸に関する開弁角度θ２−θ１が同θ２′−θ１
′に変わるとは云っても、それに伴って回転速度が大き
くなっているから、バルブ１１の開いている時間が、低
速時よりも高速時の方が長くなるとは限らない。要する
に、本発明によれば、エンジンＥの各回転数に応じて最
適の燃焼状態をとり得るように、バルブタイミングを任
意に設定することが可能になるということである。

次に第２の実施例が第６図に概念的に示されている。こ
の実施例が第１実施例と異なる点は、カム６の軸方向位
置をエンジンＥの回転速度に応じて調整する装置Ｇ′が
電気的要素を含む点だけであり、基本的な機能は同一で
ある。第６図において、２１は回転センサであって、エ
ンジンＥの回転速度（回転数）Ｎを検出し、電気的信号
である回転数信号を発生してそれをコントローラ２２へ
送る。コントローラ２２は設定された数値と回転数信号
を比較し、必要な演算を行ったのち、ステップモータ２
３へ出力信号を送出する。ステップモータ２３はアーム
２４を駆動して与えられた信号に見合うカム軸方向の変
位をカム軸６′に与える。この例では歯車３の回転軸の
筒軸部４′内に圧縮スプリング２５を設けて戻し力を発
生させているが、勿論このような構造に限られる訳では
ない。

〔発明の効果〕

本発明は、前記のような構成及び作用を有するから、単
一のエンジンでありながら、高速域においても、或いは
低速域においても常に最適のバルブタイミングが得られ
るので、常用回転速度の幅が広い高性能の多用途むきエ
ンジンを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のＯＨＶ型エンジンを例示する概念図、第
２図は本発明の第１実施例を示す一部縦断面図で、第２
図の（ｉ）〜（ｉｉｉ　）はその一部分の断面を示す側
断面図、第３図〜第５図は本発明の作用を示すエンジン
の特性図、第６図は本発明の第２実施例を示す一部縦断
面図である。 ｔ・・・クランクギヤ、　　　Ｗ・・・カムギヤ、Ｓ・
・・カム軸、　　　　　　Ｃ・・・カム、ｌ・・・バル
ブリフタ、　　■・・・給気弁又は排気弁、ｅ・・・エ
ンジン、　　　　　１・・・クランクギヤ、３・・・カ
ムギヤ、　　　　　４・・・カムギヤの回転軸、４′・
・・筒軸部、　　　　　６・・・カム、７・・弓１張り
スプリング、訃・・支点、９・・・Ｌ型アーム、　　１
０・・・遠心錘、Ｇ、Ｇ’・・・力ｂ　６の軸方向位置
をエンジンの回転速度に応じて調整する装置、 Ｅ・・・エンジン、　　　　１１・・・給気弁又は排気
弁、１４・・・バルブリフタ、１５・・・カムノーズ、
１６・・・バルブ機構、　　２１・・・回転センサ、２
２・・コントローラ、２３・・・ステップモータ、２４
・・・アーム、　　　　２５・・・圧縮スプリング。 カム 二ノノノ パルブリフタ カム軸 クランクギヤ 吸気弁又（□−ｉ排気弁 カムキ３ヤ 第２回 クランクギヤ ３　カムギヤ ４°゛力ムギヤ回転軸 ４′　筒軸部 ６　カム ７　、引張りスプリング １ｏ・・・遠心錘 １１　　・給気弁又は排気弁 １５・カムノーズ １６　・バルブ慨構 Ｇ−調整装置 Ｅ　エンノン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. クランク軸からギヤトレーンにより一定の速度比率で回
   転駆動されるカムギヤと、前記カムギヤの回転軸と同じ
   軸線上で同じ回転をするように支持されたバルブ駆動用
   のカムと、前記カムに係合するバルブ機構を備えると共
   に、前記バルブ駆動用のカムには、エンジンの低速時に
   はカムノーズの幅がせまく小さい開弁角度をもたらす部
   分が前記バルブ機構に係合し、且つ、エンジンの高速時
   にはそれよりもカムノーズの幅が広く大きな開弁角度を
   もたらす部分が前記バルブ機構に係合するように、軸方
   向に有効な幅が無段階に変化する形状の滑らかなカムノ
   ーズが形成されており、さらに、エンジンの回転速度に
   応じて、前記のようにカムとそれに係合するバルブ機構
   の軸方向の関係位置を自動的に変更するために、カムを
   軸方向に移動させる調整装置が設けられていることを特
   徴とするエンジン給排気系の可変バルブタイミング装置
   。