JPH05118208A - 内燃機関の連続可変バルブタイミング機構 - Google Patents
内燃機関の連続可変バルブタイミング機構Info
- Publication number
- JPH05118208A JPH05118208A JP36094891A JP36094891A JPH05118208A JP H05118208 A JPH05118208 A JP H05118208A JP 36094891 A JP36094891 A JP 36094891A JP 36094891 A JP36094891 A JP 36094891A JP H05118208 A JPH05118208 A JP H05118208A
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- ring
- rotation
- drive shaft
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】内燃機関のバルブの開、閉のタイミングを独立
かつ連続に機関の作動状態に見合った最適タイミングに
コントロールし、出力、トルク、燃料消費率等を向上さ
せる。 【構成】偏心リング６，７の角度位置を、機関の作動状
態に応じギヤ５，４により制御することにより、コネク
ションリング２の回転中心を移動させる。これにより、
ドライブシャフト１に対し１回転を１周期とする相対的
な回転角の変化をカムシャフト（３）に起こすことがで
きる。
かつ連続に機関の作動状態に見合った最適タイミングに
コントロールし、出力、トルク、燃料消費率等を向上さ
せる。 【構成】偏心リング６，７の角度位置を、機関の作動状
態に応じギヤ５，４により制御することにより、コネク
ションリング２の回転中心を移動させる。これにより、
ドライブシャフト１に対し１回転を１周期とする相対的
な回転角の変化をカムシャフト（３）に起こすことがで
きる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、主に４サイクル内燃
焼機関のバルブ開閉タイミングを、機関の作動状態によ
り、変化させる機構に関するものである。
焼機関のバルブ開閉タイミングを、機関の作動状態によ
り、変化させる機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の技術には、１本のシャフトに高速
用と低速用のカムを設け、機関回転速度に応じて切替え
るもの、カムシャフトドライブプーリー又はスプロケッ
トに対するカムシャフトの取りつけ角度を、機関の作動
状態により、変化させることによりバルブタイミングを
可変とする物がある。したがって、前者では、２種類の
バルブタイミングにしか変化させられない、後者では、
バルブの開き側と閉じ側のタイミングを独立に変化させ
ることはできない、等の問題点を有するので、機関のい
ろいろな作動状態に対し理想的なバルブタイミングとす
ることは出来なかった。
用と低速用のカムを設け、機関回転速度に応じて切替え
るもの、カムシャフトドライブプーリー又はスプロケッ
トに対するカムシャフトの取りつけ角度を、機関の作動
状態により、変化させることによりバルブタイミングを
可変とする物がある。したがって、前者では、２種類の
バルブタイミングにしか変化させられない、後者では、
バルブの開き側と閉じ側のタイミングを独立に変化させ
ることはできない、等の問題点を有するので、機関のい
ろいろな作動状態に対し理想的なバルブタイミングとす
ることは出来なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】機関のいろいろな作動
状態に対し理想的なバルブタイミングとするには、開き
側と閉じ側のタイミングを独立に、さらにそのタイミン
グを連続して変化させることが必要である。以上がこの
発明の課題である。
状態に対し理想的なバルブタイミングとするには、開き
側と閉じ側のタイミングを独立に、さらにそのタイミン
グを連続して変化させることが必要である。以上がこの
発明の課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めには図１、又は図３の様な機構を使い、コネクショ
ンリング、又は▲１３▼ドライブアームの回転中心を移
動させることで、図６の様に、ドライブシャフトに対し
１回転を１周期とする相対的な回転角の変化をカムシャ
フトに起こさせる。そして、この回転角の変化は、図５
のＢ−Ｂ断面の様な二つの偏心リングの角度を変え、回
転中心の移動量を調節すと、いろいろな位相と振幅を得
ることが出来、バルブタイミングを図７の様に変化させ
る。
めには図１、又は図３の様な機構を使い、コネクショ
ンリング、又は▲１３▼ドライブアームの回転中心を移
動させることで、図６の様に、ドライブシャフトに対し
１回転を１周期とする相対的な回転角の変化をカムシャ
フトに起こさせる。そして、この回転角の変化は、図５
のＢ−Ｂ断面の様な二つの偏心リングの角度を変え、回
転中心の移動量を調節すと、いろいろな位相と振幅を得
ることが出来、バルブタイミングを図７の様に変化させ
る。
【０００５】
【作用】このようにして位相差を制御したカムシャフト
により駆動されるバルブは、開き側と閉じ側のタイミン
グを独立に、さらにそのタイミングを連続して変化させ
ることが出来、上記の課題は解決される。
により駆動されるバルブは、開き側と閉じ側のタイミン
グを独立に、さらにそのタイミングを連続して変化させ
ることが出来、上記の課題は解決される。
【０００６】
（１）自動車用４サイクルエンジンに当発明を使用する
場合、図２の様になり、エンジン回転速度、スロットル
開度、吸気管圧力、車速、ギアポジション等をセンサー
で感知し、その信号をコンピューターに送り最適なバル
ブタイミングとなるようアクチュエーター（サーボモー
ター、ステッピングモーター、油圧システム等）を駆動
し、、の偏心リングの制御をする。又、遠心ガバナ
ーや油圧を使い、機械的に制御することも考えられる。 （２）図１の機構では偏心リング、の内周をドライ
ブシャフトにより固定し外周でリングを変位させてい
るが、リング、をもう少し大きくして外周を固定
し、内周にリングを入れると、外形は大きくなるが、
ドライブシャフトとリングとの摩擦ロスを無くすこと
が出来る。 （３）図３の機構では偏心リング、の外周を固定
し、内周で▲１４▼ベアリングを変位させる。 （４）この機構を簡単にするため、偏心リングをひとつ
としても、ドライブシャフト対するカムシャフトの角速
度の変化の振幅は変えられないが、位相は調節出来るの
で、これでも可変バルブタイミングとすることが出来
る。 （５）偏心リング、の角度を制御するためには、特
に図の様なギヤで無くとも、ベルトやチェーン等でも可
能である。又、セラシ機構の付いたギヤを用いると、バ
ックラッシュの影響が無くなり、より正確な制御が出来
る。 （６）図３では、わかりやすいよう▲１６▼ユニバーサ
ルジョイントとしたが、オルダム継手を使った方が、簡
単で小型に出来る。 （７）多気筒エンジンであれば、図１の機構をドライ
ブシャフトに気筒数分付ける。また、図３の機構は単気
筒向きである。 （８）ピンをスプラインに、スプラインをピンに換えて
も、同じ様に作動する。
場合、図２の様になり、エンジン回転速度、スロットル
開度、吸気管圧力、車速、ギアポジション等をセンサー
で感知し、その信号をコンピューターに送り最適なバル
ブタイミングとなるようアクチュエーター（サーボモー
ター、ステッピングモーター、油圧システム等）を駆動
し、、の偏心リングの制御をする。又、遠心ガバナ
ーや油圧を使い、機械的に制御することも考えられる。 （２）図１の機構では偏心リング、の内周をドライ
ブシャフトにより固定し外周でリングを変位させてい
るが、リング、をもう少し大きくして外周を固定
し、内周にリングを入れると、外形は大きくなるが、
ドライブシャフトとリングとの摩擦ロスを無くすこと
が出来る。 （３）図３の機構では偏心リング、の外周を固定
し、内周で▲１４▼ベアリングを変位させる。 （４）この機構を簡単にするため、偏心リングをひとつ
としても、ドライブシャフト対するカムシャフトの角速
度の変化の振幅は変えられないが、位相は調節出来るの
で、これでも可変バルブタイミングとすることが出来
る。 （５）偏心リング、の角度を制御するためには、特
に図の様なギヤで無くとも、ベルトやチェーン等でも可
能である。又、セラシ機構の付いたギヤを用いると、バ
ックラッシュの影響が無くなり、より正確な制御が出来
る。 （６）図３では、わかりやすいよう▲１６▼ユニバーサ
ルジョイントとしたが、オルダム継手を使った方が、簡
単で小型に出来る。 （７）多気筒エンジンであれば、図１の機構をドライ
ブシャフトに気筒数分付ける。また、図３の機構は単気
筒向きである。 （８）ピンをスプラインに、スプラインをピンに換えて
も、同じ様に作動する。
【０００７】
【発明の効果】４サイクルエンジンの吸気バルブは、吸
気行程中のピストンが下死点を過ぎてから閉じられる。
これは、ある機関速度で、下死点前後で混合気が吸気管
内のシリンダーに向かう慣性により、押し込まれる効果
があるためである。ところが、この機関速度より速い
と、逆に混合気を十分に吸い込む前に吸気バルブが閉じ
てしまう。又、遅いと慣性効果で高まったシリンダー内
圧とピストンの上昇で、せっかく吸い込んだ混合気を吸
気管に吹き戻してしまうことになる。 （１）そこで本発明を使い、高速では吸気バルブを遅く
閉じ、低速では早く閉じると、全速度域で有効に慣性過
吸効果を使うことが出来、低速時、高速時共にトルクと
出力の大幅な向上が望める。 （２）部分負荷時には普通、スロットルバルブにより吸
気量を制限するが、本発明により、吸気バルブを下死点
以前に閉じることによって吸気量を制限すると、４サイ
クル機関の機械損失のうち、大きな割合を占めるスロッ
トル絞り損失を無くす事が出来る。 （３）又、このとき吸気バルブが閉じられたあと混合気
は膨張させられ、ピストン、シリンダー、バルブ等から
熱を奪う。このことは機関の熱負荷を下げ、信頼性と耐
久性を高める。 （４）固定バルブタイミングでは高速でのブローダウン
の為、排気バルブを早めに開ける。これでは低速時や部
分負荷時にはまだ残っている熱エネルギーを排気ガスと
共に棄ててしまう事になるが、排気バルブのタイミング
を機関速度や負荷によりコントロールすると、この熱エ
ネルギーを有効に使う事が出来、排気温度もさがり、排
気系の熱負荷も下がる。 （５）高速ではオーバーラップを大きくし、吸入効率を
高め、低速ではオーバーラップを少なくし、混合気が排
気管に吹き抜けるのを防ぎ、ＨＣ等の有害なガスの排出
を減少させる事が出来る。 （６）ターボチャージャーでは、過吸圧が上がり過ぎる
とウエイストゲートを使い、排気エネルギーを棄ててノ
ッキングを回避していたが、ウエイストゲートを使わず
過吸圧は上がったままにしておき、インタークーラーを
通った過吸混合気を、吸気バルブを早閉じとする事で吸
気量を制限すると、過吸混合気はシリンダー内で断熱膨
張し、温度が下がりノッキングを回避することができ
る。この方式では、ウエイストゲートを使った時より
も、より多くの混合気をシリンダー内に入れる事が出来
る。（１）、（４）、（５）、（６）、は全速度域でト
ルクと出力の向上効果が有り、（２）、（４）、
（５）、は燃料消費率を改善する。このことから、自動
車では、同じ動力性能でよい場合、排気量を小さくで
き、エンジンを小型にすれば、室内や荷物室を広くとる
事が出来る。又、排気量が小さければ、軽くでき、機械
損夫やポンピングロスも減少するので、さらに燃費が良
くなりＣＯ２の排出も減少する。このように多くの効果
があり、動力性能のみならず、資源問題や、ＨＣ、ＣＯ
２による地球温暖化等の環境問題にも貢献する事が出来
る。
気行程中のピストンが下死点を過ぎてから閉じられる。
これは、ある機関速度で、下死点前後で混合気が吸気管
内のシリンダーに向かう慣性により、押し込まれる効果
があるためである。ところが、この機関速度より速い
と、逆に混合気を十分に吸い込む前に吸気バルブが閉じ
てしまう。又、遅いと慣性効果で高まったシリンダー内
圧とピストンの上昇で、せっかく吸い込んだ混合気を吸
気管に吹き戻してしまうことになる。 （１）そこで本発明を使い、高速では吸気バルブを遅く
閉じ、低速では早く閉じると、全速度域で有効に慣性過
吸効果を使うことが出来、低速時、高速時共にトルクと
出力の大幅な向上が望める。 （２）部分負荷時には普通、スロットルバルブにより吸
気量を制限するが、本発明により、吸気バルブを下死点
以前に閉じることによって吸気量を制限すると、４サイ
クル機関の機械損失のうち、大きな割合を占めるスロッ
トル絞り損失を無くす事が出来る。 （３）又、このとき吸気バルブが閉じられたあと混合気
は膨張させられ、ピストン、シリンダー、バルブ等から
熱を奪う。このことは機関の熱負荷を下げ、信頼性と耐
久性を高める。 （４）固定バルブタイミングでは高速でのブローダウン
の為、排気バルブを早めに開ける。これでは低速時や部
分負荷時にはまだ残っている熱エネルギーを排気ガスと
共に棄ててしまう事になるが、排気バルブのタイミング
を機関速度や負荷によりコントロールすると、この熱エ
ネルギーを有効に使う事が出来、排気温度もさがり、排
気系の熱負荷も下がる。 （５）高速ではオーバーラップを大きくし、吸入効率を
高め、低速ではオーバーラップを少なくし、混合気が排
気管に吹き抜けるのを防ぎ、ＨＣ等の有害なガスの排出
を減少させる事が出来る。 （６）ターボチャージャーでは、過吸圧が上がり過ぎる
とウエイストゲートを使い、排気エネルギーを棄ててノ
ッキングを回避していたが、ウエイストゲートを使わず
過吸圧は上がったままにしておき、インタークーラーを
通った過吸混合気を、吸気バルブを早閉じとする事で吸
気量を制限すると、過吸混合気はシリンダー内で断熱膨
張し、温度が下がりノッキングを回避することができ
る。この方式では、ウエイストゲートを使った時より
も、より多くの混合気をシリンダー内に入れる事が出来
る。（１）、（４）、（５）、（６）、は全速度域でト
ルクと出力の向上効果が有り、（２）、（４）、
（５）、は燃料消費率を改善する。このことから、自動
車では、同じ動力性能でよい場合、排気量を小さくで
き、エンジンを小型にすれば、室内や荷物室を広くとる
事が出来る。又、排気量が小さければ、軽くでき、機械
損夫やポンピングロスも減少するので、さらに燃費が良
くなりＣＯ２の排出も減少する。このように多くの効果
があり、動力性能のみならず、資源問題や、ＨＣ、ＣＯ
２による地球温暖化等の環境問題にも貢献する事が出来
る。
【図１】 断面図及び組立図
【符号の説明】 ドライブシャフト コネクションリング カムシ
ャフトギヤギヤ 偏心リング 偏心リング
ャフトギヤギヤ 偏心リング 偏心リング
【図１の説明】コネクションリングは、ドライブシ
ャフトから出ているアームにより動力を受け、カムシ
ャフトを回転させる。 偏心リングの内側にドライブシャフトが通り、ギ
ヤにより角度をコントロールする。 偏心リングは、偏心リングの外周にはまり、ギヤ
のピンにより角度をコントロールする。 コネクションリングは偏心リングの外周にはまり、
ふたつの偏心リングの角度により回転中心が決まる。
ャフトから出ているアームにより動力を受け、カムシ
ャフトを回転させる。 偏心リングの内側にドライブシャフトが通り、ギ
ヤにより角度をコントロールする。 偏心リングは、偏心リングの外周にはまり、ギヤ
のピンにより角度をコントロールする。 コネクションリングは偏心リングの外周にはまり、
ふたつの偏心リングの角度により回転中心が決まる。
【図２】 立体図
【符号の説明】 ロッカーアーム バルブ ▲１０▼プーリー ▲１
１▼クランクシャフト
１▼クランクシャフト
【図３】 断面図
▲１２▼ドリブンアーム ▲１３▼ドライブアーム ▲
１４▼ベアリング ▲１５▼ドライブシャフト ▲１６
▼ユニバーサルジョイント ▲１７▼コネクションシャ
フト
１４▼ベアリング ▲１５▼ドライブシャフト ▲１６
▼ユニバーサルジョイント ▲１７▼コネクションシャ
フト
【図４】 平面図
【図４の説明】バルブが早開き、遅閉じ、となるよう偏
心させた例。
心させた例。
【図５】 断面図
【図５の説明】は、ギヤのピンの部分。 Ｘは、ドライブシャフトとコネクションリングの回
転中心が、同一の時。 Ｙは、偏心リングを時計回りに４５°、偏心リング
を反時計回りに４５°回転させた例。コネクションリ
ングの回転中心が、右側に移動する。 Ｚは、コネクションリングの回転中心を、右側最大に
移動させた例。
転中心が、同一の時。 Ｙは、偏心リングを時計回りに４５°、偏心リング
を反時計回りに４５°回転させた例。コネクションリ
ングの回転中心が、右側に移動する。 Ｚは、コネクションリングの回転中心を、右側最大に
移動させた例。
【図６】 作動図
【図６の説明】図５のＡ−Ａ断面において、ドライブシ
ャフトが４５°ずつ回転した時の、カムシャフトの位相
を示す図。
ャフトが４５°ずつ回転した時の、カムシャフトの位相
を示す図。
【図７】 表
【図７の説明】Ｅは、バルブが開き始まる時のカムの方
向。Ｇは、バルブが閉じる時のカムの方向。 表は、図中の英文字の方向に、コネクションリング及
び▲１３▼ドライブアームの回転中心を移動させた時の
バルブタイミングを示す。
向。Ｇは、バルブが閉じる時のカムの方向。 表は、図中の英文字の方向に、コネクションリング及
び▲１３▼ドライブアームの回転中心を移動させた時の
バルブタイミングを示す。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成４年７月１５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項２の機構での各構成部品の組立を表す
図である。
図である。
【符号の説明】 偏心リングは、ギヤにより角度をコントロールさ
れ、その内側にはドライブシャフトが通り、偏心リ
ングは、ギヤのピンにより角度をコントロールされ、
偏心リングの外周にはまっている。 コネクションリングは偏心リングの外周にはまり、
ふたつの偏心リングの角度により回転中心が決まる。 コネクションリングは、ドライブシャフトから出て
いるアームにより動力を受け、カムシャフトを回転さ
せる。
れ、その内側にはドライブシャフトが通り、偏心リ
ングは、ギヤのピンにより角度をコントロールされ、
偏心リングの外周にはまっている。 コネクションリングは偏心リングの外周にはまり、
ふたつの偏心リングの角度により回転中心が決まる。 コネクションリングは、ドライブシャフトから出て
いるアームにより動力を受け、カムシャフトを回転さ
せる。
【図２】 実施的な構成の例を表す立体図である。
【符号の説明】 ロッカーアーム バルブ ▲１０▼タイミングベル
ト ▲１１▼クランクシャフト
ト ▲１１▼クランクシャフト
【図３】 請求項１の機構を表す断面図である。
【符号の説明】 ▲１２▼ドリブンアーム ▲１３▼ドライブアーム ▲
１４▼ベアリング▲１５▼ドライブシャフト ▲１６▼
ユニバーサルジョイント ▲１７▼コネクションシャフ
ト
１４▼ベアリング▲１５▼ドライブシャフト ▲１６▼
ユニバーサルジョイント ▲１７▼コネクションシャフ
ト
【図４】 図３の機構を、バルブが早開き、遅閉じ、と
なるよう偏心させた例での平面図である。
なるよう偏心させた例での平面図である。
【図５】 請求項２の機構の各断面をあらわす図であ
る。
る。
【符号の説明】 Ａ−Ａ断面での、は、ドライブシャフトで、ここのア
ームの部分のスプラインで、コネクションリングのピ
ンを駆動する。 は、カムシャフトで、ここのアームの部分のスプライ
ンが、コネクションリングのピンにより駆動される。 又、ギアの部分は省略し、カムの部分は点線で記入して
ある。 Ｂ−Ｂ断面での、Ｘは、ドライブシャフトとコネク
ションリングの回転中心が、同一の時。 Ｙは、偏心リングを時計回りに４５°、偏心リング
を反時計回りに４５°回転させた例。コネクションリ
ングの回転中心が、右側に移動する。 Ｚは、コネクションリングの回転中心を、右側最大に
移動させた例。 又、は、ギヤのピンの部分を示している。
ームの部分のスプラインで、コネクションリングのピ
ンを駆動する。 は、カムシャフトで、ここのアームの部分のスプライ
ンが、コネクションリングのピンにより駆動される。 又、ギアの部分は省略し、カムの部分は点線で記入して
ある。 Ｂ−Ｂ断面での、Ｘは、ドライブシャフトとコネク
ションリングの回転中心が、同一の時。 Ｙは、偏心リングを時計回りに４５°、偏心リング
を反時計回りに４５°回転させた例。コネクションリ
ングの回転中心が、右側に移動する。 Ｚは、コネクションリングの回転中心を、右側最大に
移動させた例。 又、は、ギヤのピンの部分を示している。
【図６】図５のＡ−Ａ断面において、ドライブシャフト
が４５°ずつ回転した時の、カムシャフトの位相を示す
作動図である。
が４５°ずつ回転した時の、カムシャフトの位相を示す
作動図である。
【図７】本発明による、バルブタイミングの変化の様子
を表す図表である。
を表す図表である。
【符号の説明】 Ｅは、バルブが開き始る時のカムの方向。 Ｇは、バルブが閉じる時のカムの方向。 表は、図中の英文字の方向に、コネクションリング又
は、▲１３▼ドライブアームの回転中心を移動させた時
のバルブタイミングを示す。
は、▲１３▼ドライブアームの回転中心を移動させた時
のバルブタイミングを示す。
Claims (3)
- 【請求項１】駆動軸の円周上に作られたピンと、それに
より駆動されるカムシャフトの径方向に作られたスプラ
インに於いて、駆動軸の回転中心を移動させることによ
り、駆動側の１回転を１周期とする相対的な回転角の変
化をカムシャフトに起こさせ、バルブタイミングを可変
とするもの。 - 【請求項２】駆動軸の径方向に作られたスプラインと、
それにより駆動されるピンと反対側にもうひとつのピン
を設け、これによりカムシャフトの径方向に作られたス
プラインを駆動するようにした、二つのピンをもつリン
グの回転中心を移動させることにより、駆動側の１回転
を１周期とする相対的な回転角の変化をカムシャフトに
起こさせ、バルブタイミングを可変とするもの。 - 【請求項３】図１の偏心リングと、偏心リングの様
な、外周に対し偏心された内周をもつリングと、その中
に入り内周の偏心されたリング、この二つの外側、又は
内側の円周を固定し、二つのリングを任意の角度だけ回
転させることにより、請求項１、請求項２、の回転中心
を移動させるもの。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-142313 | 1991-03-29 | ||
| JP14231391 | 1991-03-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05118208A true JPH05118208A (ja) | 1993-05-14 |
| JP2644408B2 JP2644408B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=15312455
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3360948A Expired - Fee Related JP2644408B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-12-14 | 内燃機関の連続可変バルブタイミング機構 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2644408B2 (ja) |
Cited By (10)
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|---|---|---|---|---|
| WO1996018807A1 (de) * | 1994-12-13 | 1996-06-20 | Erwin Korostenski | Ventiltrieb einer brennkraftmaschine |
| DE19539901A1 (de) * | 1995-01-30 | 1996-08-01 | Erwin Korostenski | Brennkraftmaschine |
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Families Citing this family (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN102365429B (zh) * | 2009-03-31 | 2013-07-10 | 日锻汽门株式会社 | 发动机的相位可变装置 |
| KR101220383B1 (ko) | 2010-11-08 | 2013-01-09 | 현대자동차주식회사 | 연속 가변 밸브 타이밍 장치 |
Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPS50113622A (ja) * | 1974-02-20 | 1975-09-05 |
-
1991
- 1991-12-14 JP JP3360948A patent/JP2644408B2/ja not_active Expired - Fee Related
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