WO2011070895A1 - 可変バルブタイミング装置 - Google Patents

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正夫 櫻井
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Sakurai Masao
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    • Y10T74/1957—Parallel shafts

Definitions

  • the present invention relates to a variable valve timing device that changes the opening / closing timing of an intake valve and an exhaust valve by changing the rotational phase of a camshaft with respect to an engine crankshaft, for example.
  • the camshaft cam is operated by changing the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft of the engine in order to prevent overlap between the intake valve and exhaust valve, improve output, and achieve low fuel consumption.
  • Many are provided with a variable valve timing device that changes the opening and closing timing of the intake and exhaust valves.
  • variable valve timing device As a conventional variable valve timing device of this type, an outer gear that transmits the rotational power of the crankshaft of the engine, an inner gear that transmits the rotational power to the camshaft, and a state between the outer gear and the inner gear that is engaged with both.
  • a variable valve timing device having a planetary gear that turns around the inner gear and a motor that is a drive source that changes the turning speed of the planetary gear has been proposed (for example, see Patent Document 1).
  • the planetary gear turns around the inner gear while meshing with the outer gear and the inner gear, transmits the rotational power of the outer gear to the inner gear, and uses the motor to turn the planetary gear.
  • the rotational phase of the inner gear with respect to the outer gear is changed, and the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft is changed.
  • the conventional variable valve timing device has the advantage of easily changing the rotational phase of the inner gear with respect to the outer gear if the rotation speed of the planetary gear is changed by a motor.
  • it is necessary to provide an energization control means, a rotation detection means, etc. for the motor as a drive source, and the structure of the apparatus is naturally complicated, and the cost may increase. Yes.
  • the present invention was developed in order to effectively solve the problems of the conventional variable valve timing device, and the camshaft of the camshaft is operated by changing the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft of the engine.
  • a variable valve timing device that changes the opening / closing timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve, wherein an initial motion gear that transmits rotational power from a crankshaft and a rear gear that transmits rotational power to a camshaft can be independently rotated.
  • a first variable gear that meshes with the initial movement gear and a second variable gear that meshes with the rear movement gear are arranged so as to be rotatable integrally with each other on a second axis that is spaced apart and parallel to the first axis.
  • the number of teeth of the first variable gear and the number of teeth of the second variable gear are set different from each other, and the second shaft is held by holding the second shaft.
  • an eccentric plate that rotatably supports the base end of the arm and that rotates in synchronization with the crankshaft, and the second shaft is rotated by the gear case.
  • the rotational phase of the trailing gear with respect to the initial gear is changed to change the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft, and the rotation of the eccentric plate of the rotation control means To displace the base end of the arm and continuously rotate the gear case clockwise or counterclockwise, thereby And wherein the changing the dislocation phase continuously.
  • the first and second variable gears having different numbers of teeth are available. It is possible to easily change the rotational phase of the rear gear relative to the initial gear by simply interposing a so-called differential gear so as to rotate integrally and shifting the positions of the first and second variable gears with the gear case. . Therefore, since complicated control means is not required for the apparatus, the structure of the apparatus can be simplified and the cost can be reduced, and the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft can be reliably changed. Thus, a reliable change in the valve opening / closing timing can be guaranteed.
  • the gear case can be rotated continuously.
  • the rotation phase can be continuously changed.
  • FIG. 1 is a front view showing a state in which the variable valve timing device according to the first embodiment is attached to an engine
  • (B) is a partial cross-sectional view taken along line AA of (A).
  • It is a graph which shows the phase change of valve operation at the time of rotating a gear case.
  • It is a graph which shows the phase change of valve operation by the size of the difference of the number of teeth of the 1st variable gear and the 2nd variable gear.
  • It is explanatory drawing which shows the 1st example of the rotation control means of the gear case in the variable valve timing apparatus which concerns on Example 1.
  • FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a second example of a gear case rotation control unit in the variable valve timing device according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a third example of a gear case rotation control unit in the variable valve timing device according to the first embodiment.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram showing a fourth example of the gear case rotation control means in the variable valve timing device according to the first embodiment.
  • (A) is explanatory drawing which shows the 5th example of the rotation control means of the gear case in the variable valve timing apparatus which concerns on Example 1
  • (B) is explanatory drawing which shows the support position of the arm base end of (A). It is a graph which shows the phase change of valve
  • FIG. 1 is a front view showing a state in which the variable valve timing device according to the second embodiment is attached to an engine, and (B) is a partial cross-sectional view taken along line AA of (A).
  • the present invention relates to a variable valve timing device that changes the rotational phase of a camshaft relative to a crankshaft of an engine and changes the opening / closing timing of at least one of an intake valve and an exhaust valve operated by the cam of the camshaft.
  • An initial gear that can transmit rotational power from the rear shaft and a rear gear that transmits rotational power to the camshaft are arranged on the first shaft so as to be independently rotatable, and the initial motion on a second shaft that is parallel to the first shaft.
  • a first variable gear meshing with the gear and a second variable gear meshing with the rear drive gear are arranged so as to be integrally rotatable, the second shaft is held, and the second shaft is used as the central axis.
  • An adjusting means for rotating is provided, the number of teeth of the first variable gear is set to be different from the number of teeth of the second variable gear, and the second shaft is rotated by the adjusting means.
  • the rotational phase of the rear gear with respect to the initial gear is changed, and the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft is changed. Since no control means is required, the structure of the apparatus can be simplified and the cost can be reduced, and the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft can be reliably changed.
  • a variable valve timing device 1 includes a first shaft 2 having a camshaft 12 extended as shown in FIG.
  • An initial motion gear 3 disposed on the first shaft 2 so as to be idled, a rear motion gear 4 disposed fixedly on the first shaft 2, and a second parallel to the first shaft 2 spaced apart from each other.
  • a shaft 5, a first variable gear 6 and a second variable gear 7 which are disposed on the second shaft 5 so as to be rotatable together; and a gear case 8 which is an adjustment means which is rotatably supported by the first shaft 2.
  • the gear case 8 is configured to hold the second shaft 5 and accommodate the initial gear 3, the rear gear 4, the first variable gear 6, and the second variable gear 7 therein.
  • the timing pulley 9b on the camshaft 12 side and the initial gear 3 are integrally formed, and the rotational power of the crankshaft 11 is transmitted from the timing pulley 9a on the crankshaft 11 side via the timing belt 10.
  • the rotational power is transmitted to the initial gear 3 at the same time.
  • the number of teeth of the first variable gear 6 and the number of teeth of the second variable gear 7 are set to be different.
  • One variable gear 6 has a smaller diameter than the second variable gear 7, and the number of teeth of the first variable gear 6 is set to be smaller than the number of teeth of the second variable gear 7. Therefore, since the distance between the first shaft 2 and the second shaft 5 is constant, the initial movement gear 3 has a larger diameter than the rear movement gear 4.
  • both gears 6 and 7 are integrally formed so that the first variable gear 6 and the second variable gear 7 can be rotated together, but the present invention is not limited to this.
  • the gears 6 and 7 may be formed separately, and the gears 6 and 7 may be connected to each other to connect the gears 6 and 7 integrally.
  • the rotational power is transmitted to the first variable gear 6 meshed with the initial gear 3 and the second variable gear 7 provided integrally with the first variable gear 6, and the rear motion meshed with the second variable gear 7. It is transmitted to the gear 4 and finally transmitted to the camshaft 12 via the first shaft 2 to which the rear drive gear 4 is fixed.
  • the camshaft 12 is configured to open and close intake valves (exhaust valves) 13 and 14 by the cam 12a or the cam 12b, respectively.
  • intake valves exhaust valves
  • the camshaft 12 rotates once while the crankshaft 11 rotates twice, so the rotation ratio between the crankshaft 11 and the camshaft 12 is 2: 1. Therefore, on the assumption that the number of teeth of the first variable gear 6 and the second variable gear 7 is different, the number of teeth of the initial movement gear 3 and the rear movement gear 4 is set so as to achieve the rotation ratio.
  • the gear case 8 is rotated by L ⁇ up to ⁇ 2 in the counterclockwise direction in FIG.
  • the second shaft 5 held in the gear case 8 is also rotated in the same direction, and the first variable gear 6 and the second variable gear 7 are respectively connected to the initial gear 3 and the rear gear 4.
  • the position is shifted.
  • the rotational phase of the trailing gear 4 relative to the initial gear 3 is advanced, and the rotational phase of the camshaft 12 relative to the crankshaft 11 is also advanced.
  • the rotational phase of the camshaft 12 is advanced, and the phase of the valve operation of the intake valves (exhaust valves) 13 and 14 operated by the cam 12a or cam 12b of the camshaft 12 is also advanced, as shown in FIG.
  • the phase of the valve operation when the gear case 8 is at the fixed reference position ⁇ 1 is advanced by t1.
  • the said t1 will change according to rotation amount L (theta) of the gear case 8.
  • the gear case 8 when the gear case 8 is rotated about the first shaft 2 as the central axis in the clockwise direction in FIG. 1A to ⁇ 3 by R ⁇ , the second shaft 5 held by the gear case 8 is also in the same direction.
  • the first variable gear 6 and the second variable gear 7 are shifted in position in a state where the first variable gear 6 and the second variable gear 7 are engaged with the initial movement gear 3 and the rear movement gear 4, respectively. 4 is retarded, and the rotational phase of the camshaft 12 relative to the crankshaft 11 is also retarded.
  • the rotational phase of the camshaft 12 is retarded, and the phase of the valve operation of the intake valves (exhaust valves) 13 and 14 operated by the cam 12a or cam 12b of the camshaft 12 is also retarded.
  • the phase of the valve operation when the gear case 8 is rotated by R ⁇ up to ⁇ 3 is delayed by t2 as compared with the phase of the valve operation when the gear case 8 is at the fixed reference position ⁇ 1.
  • t2 also changes in accordance with the rotation amount R ⁇ of the gear case 8.
  • the rotational phase of the camshaft can be advanced or retarded according to the rotational direction of the gear case 8, and the amount of change in the rotational phase of the camshaft can be adjusted according to the rotational amount of the gear case 8.
  • the amount of change in the rotational phase can be adjusted by the difference in the number of teeth of the first variable gear 6 and the second variable gear 7. The greater the difference in the number of teeth between the second variable gear 7 and the greater the amount of change in the rotational phase. That is, when the gear case 8 is rotated counterclockwise in FIG. 1A to ⁇ 2 by L ⁇ , even if the rotation amount L ⁇ of the gear case 8 is the same, the teeth of the first variable gear 6 and the second variable gear 7 are the same.
  • the phase difference t4 of the valve operation when the difference in the number of teeth between the first variable gear 6 and the second variable gear 7 is larger than the phase difference t3 of the valve operation when the number difference is small. .
  • the first variable gear 6 has a smaller diameter than the second variable gear 7, and the number of teeth of the first variable gear 6 is set to be smaller than the number of teeth of the second variable gear 7. Accordingly, the initial gear 3 has a larger diameter than the rear gear 4, but the present invention is not limited to this, and the reverse configuration, that is, the first variable gear 6 is replaced with the second variable gear 7.
  • the number of teeth of the first variable gear 6 is set to be larger than the number of teeth of the second variable gear 7, and accordingly, the initial gear 3 has a smaller diameter than the rear gear 4. Is also optional depending on implementation. In this case, unlike the case of the present embodiment, when the gear case 8 is rotated counterclockwise in FIG.
  • the number of teeth is different in the process in which the rotational power is transmitted from the initial gear 3 that can transmit the rotational power from the crankshaft 11 to the rear drive gear 4 that transmits the rotational power to the camshaft 12.
  • the first and second variable gears 6 and 7, so-called differential gears, are interposed so as to be integrally rotatable, and the position of the first and second variable gears 6 and 7 can be easily shifted with respect to the initial gear 3. Since the rotation phase of the rear drive gear 4 can be changed, no complicated control means is required for the apparatus, so that the structure of the apparatus can be simplified and the cost can be reduced, and the crankshaft can be reliably connected. 11, the rotational phase of the camshaft 12 with respect to 11 can be changed. As a result, it is possible to reliably change the opening / closing timing of the intake valves (exhaust valves) 13 and 14 to prevent overlap between the intake valves and the exhaust valves, improve engine output and reduce fuel consumption.
  • the rotational phase of the camshaft 12 with respect to the crankshaft 11 can be changed by easily shifting the positions of the first and second variable gears 6 and 7 simply by rotating the gear case 8. If the rotation is continued, the rotation phase can be continuously changed. As a result, as shown in the description with reference to FIGS. 8 to 10 described later, only the opening / closing timing of the intake valves (exhaust valves) 13 and 14 is achieved. In addition, the opening / closing time can be changed.
  • FIG. 4 shows the gear case 8 as the rotation control means of the gear case 8.
  • a projecting plate 15 provided at the upper end
  • a quote spring 17 that draws the projecting plate 15 toward the bracket 16 fixed to the engine frame
  • a stopper bolt 18 that restricts rotation of the gear case 8 provided in the bracket 16, and the projecting plate
  • a rod or wire 19 that draws 15 against the elastic urging force of the cited spring 17, and the rod or wire 19 pulls or loosens in conjunction with the accelerator.
  • FIG. 5 shows a semicircular worm wheel 20 provided at the upper end of the gear case 8, a worm 21 meshing with the worm wheel 20, and a control motor 22 for the worm 21. And a rotation control means configured to rotate the gear case 8 clockwise or counterclockwise in the figure by adjusting the rotation direction of the worm 21 meshed with the worm wheel 20 by the control motor 22. Show.
  • FIG. 6 shows, as a rotation control means for the gear case 8, a projecting plate 15 provided at the upper end of the gear case 8, an arm 23 connected to the projecting plate 15 so as to be able to rotate with each other, and an actuator for controlling the arm 23. 24, and a rotation control means configured to rotate the gear case 8 in the clockwise direction or the counterclockwise direction in the figure by extending and contracting the arm 23 with the control actuator 24.
  • variable valve timing device 1 is attached to each camshaft 12 side of the intake valve side or the exhaust valve side, and the rotation control means of the gear case 8 shown in FIG. An example is shown.
  • a measurement gauge 25 for each rotating means and change the rotation phase of each camshaft 12 on the intake valve side or the exhaust valve side according to the measurement result by the measurement gauge 25.
  • this is effective when used as a test apparatus for measuring output characteristics, fuel consumption, exhaust gas, etc., by changing the opening / closing timing of an intake valve or an exhaust valve.
  • FIG. 8 (A) shows a projecting plate 15 provided on the side surface of the gear case 8 as a rotation control means when the gear case 8 is continuously rotated, and a tip of the projecting plate 15 that can be rotated with respect to each other.
  • An arm 23 to be connected and an eccentric plate 27 that rotatably supports the base end of the arm 23 and rotates synchronously with the timing pulley 9a are provided.
  • the base end of the arm 23 is displaced by the rotation of the eccentric plate 27.
  • the rotation control means is configured to continuously rotate the gear case 8 counterclockwise or clockwise.
  • FIG. 8B shows the support position of the base end of the arm 23 when the gear case 8 is at the fixed reference position ⁇ 1.
  • the gear case 8 can be continuously rotated, and the support position of the base end of the arm 23 when the gear case 8 is at the fixed reference position ⁇ 1 is shown in FIG. If it is possible to adjust each of the positions shown, as shown in FIGS. 9 and 10, the valve operation phases differ depending on the adjusted positions.
  • the gear case 8 is temporarily moved from the fixed reference position ⁇ 1 to ⁇ 2 as shown in FIG. After rotating in the counterclockwise direction by L ⁇ , it is rotated by a large amount in the clockwise direction to rotate to ⁇ 3 by L ⁇ + R ⁇ , and then rotated counterclockwise to return to the fixed reference position ⁇ 1. It is possible to continuously perform a series of rotating operations.
  • valve operation phase in this case changes as shown in the P2 graph in comparison with the P0 graph of FIG. 9 which is the normal valve operation phase, and the valve operation time is changed to the normal valve operation time. It becomes possible to shorten compared with.
  • variable valve timing apparatus 1 is attached to the crankshaft 11 side.
  • the variable valve timing apparatus 1 is provided around the crankshaft 11 as shown in FIG.
  • a second shaft 5 that is spaced apart from and parallel to the first shaft 5, a first variable gear 6 and a second variable gear 7 that are arranged so as to be integrally rotatable on the second shaft 5, and a pivotally supported by the first shaft 2.
  • a gear case 8 serving as an adjusting means.
  • the gear case 8 holds the second shaft 5, and includes the initial gear 3, the rear gear 4, the first variable gear 6, and the second variable gear 7 inside. It is configured to be stored.
  • the first variable gear 6 has a smaller diameter than the second variable gear 7, and the number of teeth of the first variable gear 6 is less than the number of teeth of the second variable gear 7. It shall be set as follows. Therefore, as in the first embodiment, the initial gear 3 has a larger diameter than the rear gear 4.
  • a crank gear 28 that rotates together with the crankshaft 11 is provided on the crankshaft 11 side, and the crank gear 28 and the initial motion gear 3 are engaged with each other, so that the rotation of the crankshaft 11 is engaged with the initial motion gear 3.
  • the rear drive gear 4 and the timing pulley 9a are integrally formed.
  • the timing pulley 9a also rotates at the same time via the timing belt 10 and the timing pulley 9b on the camshaft 12 side. The rotation power is transmitted to the camshaft 12.
  • variable valve timing device 1 Since the operation and effect of the variable valve timing device 1 itself are the same as in the first embodiment, the description of the operation and effect is omitted here, but in this embodiment, the operation around the camshaft 12 side is omitted. This is particularly effective when the mounting space for the variable valve timing device 1 cannot be defined.
  • variable valve timing apparatus does not require complicated control means in the apparatus, so that the structure of the apparatus can be simplified and the cost can be reduced, and the rotational phase of the camshaft with respect to the crankshaft can be reliably and continuously adjusted. It is possible to change not only the opening / closing timing of the valve but also the opening / closing time. Therefore, if this is used for an engine of an automobile for improving output and reducing fuel consumption, it is very advantageous.

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Abstract

　本発明は装置構造の単純化及びコスト低廉化を図ることができると共に、確実且つ連続的にクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させ、バルブの開閉タイミングのみならず開閉時間をも変化させることが可能となる可変バルブタイミング装置を提供する。　クランクシャフト１１から回転動力を伝えられる初動ギヤ３及びカムシャフト１２に回転動力を伝える後動ギヤ４を夫々独立回転可能に第一軸２上に配置し、該第一軸から離間して平行する第二軸５上に上記初動ギヤと噛合する第一可変ギヤ６及び上記後動ギヤと噛合する第二可変ギヤ７を一体回転可能に配置し、上記第二軸を抱持して該第二軸を上記第一軸を中心軸として回動させる調整手段８を設けると共に、上記第一可変ギヤの歯数と上記第二可変ギヤの歯数が異なるように設定することを特徴とする。

Description

可変バルブタイミング装置
　本発明は、例えば、エンジンのクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させて吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング装置に関するものである。
　近年、自動車のエンジンにおいて、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ防止や出力向上及び低燃費を実現するために、エンジンのクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させて、該カムシャフトのカムにより作動する吸気バルブや排気バルブの開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング装置を設けたものが多く採用されている。
　従来のこの種可変バルブタイミング装置として、エンジンのクランクシャフトの回転動力が伝えられるアウタギヤと、カムシャフトに回転動力を伝えるインナギヤと、上記アウタギヤと上記インナギヤとの間に配置されて両者に噛合した状態で上記インナギヤの周りを旋回する遊星ギヤと、該遊星ギヤの旋回速度を変化させる駆動源たるモータを備える構成の可変バルブタイミング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　そして、実際の使用に際しては、上記遊星ギヤが上記アウタギヤと上記インナギヤに噛合した状態で上記インナギヤの周りを旋回し、上記アウタギヤの回転動力を上記インナギヤに伝えると共に、モータを用いて遊星ギヤの旋回速度を変化させることにより、アウタギヤに対するインナギヤの回転位相を変化させて、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることとなる。
特開２００８－２６７１７４号公報
　然し乍ら、従来の可変バルブタイミング装置にあっては、モータで遊星ギヤの旋回速度を変化させれば、容易にアウタギヤに対するインナギヤの回転位相を変化させる利点を有するものであるが、反面、アウタギヤに対するインナギヤの回転位相を適切に変化させるためには、駆動源たるモータの通電制御手段や回転検出手段等が必要となり、装置の構造が自ずと複雑となると共に、コストが高騰してしまう恐れを有している。
　本発明は、斯かる従来の可変バルブタイミング装置が抱える課題を有効に解決するために開発されたもので、エンジンのクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させ、該カムシャフトのカムにより作動する吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング装置であって、クランクシャフトから回転動力を伝えられる初動ギヤ及びカムシャフトに回転動力を伝える後動ギヤを夫々独立回転可能に第一軸上に配置し、該第一軸から離間して平行する第二軸上に上記初動ギヤと噛合する第一可変ギヤ及び上記後動ギヤと噛合する第二可変ギヤを一体回転可能に配置し、該第一可変ギヤの歯数と第二可変ギヤの歯数が異なるように設定し、上記第二軸を抱持して該第二軸を上記第一軸を中心軸として回動させるギヤケースを設け、該ギヤケースの連続回動を制御する回動制御手段を設け、該回動制御手段を上記ギヤケース側面に設けられた突板と該突板に相互に回動可能に先端を連結するアームと該アームの基端を回動可能に支持すると共にクランクシャフトと同期回転する偏心板とで構成して、上記ギヤケースで上記第二軸を回動させて上記第一・第二可変ギヤの位置をずらすことにより、上記初動ギヤに対する上記後動ギヤの回転位相を変化させて、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させると共に、上記回動制御手段の偏心板の回転によってアームの基端を変位させて上記ギヤケースを時計周り方向又は反時計回り方向に連続回動させることにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を連続して変化させることを特徴とする。
　依って、本発明にあっては、クランクシャフトから回転動力を伝えられる初動ギヤからカムシャフトに回転動力を伝える後動ギヤへと回転動力が伝わる過程において、歯数の異なる第一・第二可変ギヤ、所謂差動ギヤを一体回転可能に介在させ、該第一・第二可変ギヤの位置をギヤケースでずらすだけで、容易に初動ギヤに対する後動ギヤの回転位相を変化させることが可能となる。その為、装置に複雑な制御手段を必要としないので、装置構造の単純化及びコスト低廉化を図ることが可能となると共に、確実にクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることが可能となり、確実なバルブの開閉タイミングの変化が保障できることとなる。
　又、ギヤケースを回動させるだけで、容易に第一・第二可変ギヤの位置をずらして、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることができるので、ギヤケースを連続して回動させれば、上記回転位相を連続的に変化させることが可能となり、その結果、バルブの開閉タイミングだけでなく、開閉時間をも変化させることが可能となる。
（Ａ）は実施例１に係る可変バルブタイミング装置をエンジンに取り付けた状態を示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ－Ａ線一部断面図である。 ギヤケースを回動させた場合のバルブ動作の位相変化を示すグラフである。 第一可変ギヤと第二可変ギヤの歯数の差の大小によるバルブ動作の位相変化を示すグラフである。 実施例１に係る可変バルブタイミング装置におけるギヤケースの回動制御手段の第一例を示す説明図である。 実施例１に係る可変バルブタイミング装置におけるギヤケースの回動制御手段の第二例を示す説明図である。 実施例１に係る可変バルブタイミング装置におけるギヤケースの回動制御手段の第三例を示す説明図である。 実施例１に係る可変バルブタイミング装置におけるギヤケースの回動制御手段の第四例を示す説明図である。 （Ａ）は実施例１に係る可変バルブタイミング装置におけるギヤケースの回動制御手段の第五例を示す説明図、（Ｂ）は（Ａ）のアーム基端の支持位置を示す説明図である。 図８におけるアーム基端の支持位置の偏心方向を変化させた場合のバルブ動作の位相変化を示すグラフである。 図８におけるアーム基端の支持位置の偏心距離を変化させた場合のバルブ動作の位相変化を示すグラフである。 （Ａ）は実施例２に係る可変バルブタイミング装置をエンジンに取り付けた状態を示す正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ－Ａ線一部断面図である。
　本発明は、エンジンのクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させ、該カムシャフトのカムにより作動する吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング装置であって、クランクシャフトから回転動力を伝えられる初動ギヤ及びカムシャフトに回転動力を伝える後動ギヤを夫々独立回転可能に第一軸上に配置し、該第一軸から離間して平行する第二軸上に上記初動ギヤと噛合する第一可変ギヤ及び上記後動ギヤと噛合する第二可変ギヤを一体回転可能に配置し、上記第二軸を抱持して該第二軸を上記第一軸を中心軸として回動させる調整手段を設けると共に、上記第一可変ギヤの歯数と上記第二可変ギヤの歯数が異なるように設定し、上記調整手段で上記第二軸を回動させて上記第一・第二可変ギヤの位置をずらすことにより、上記初動ギヤに対する上記後動ギヤの回転位相を変化させて、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させる関係で、装置に複雑な制御手段を必要としないので、装置構造の単純化及びコスト低廉化が図れると共に、確実にクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させることが可能となる。
　以下、本発明を図示する好適な実施例に基づいて詳述すれば、実施例１に係る可変バルブタイミング装置１は、図１に示す如く、カムシャフト１２を延設した第一軸２と、該第一軸２上に空転可能に配置される初動ギヤ３と、上記第一軸２上に固定して配置される後動ギヤ４と、上記第一軸２と離間して平行する第二軸５と、該第二軸５上に一体回転可能に配置される第一可変ギヤ６及び第二可変ギヤ７と、上記第一軸２に回動可能に支持される調整手段たるギヤケース８とを備え、上記ギヤケース８は、上記第二軸５を抱持すると共に上記初動ギヤ３・後動ギヤ４・第一可変ギヤ６及び第二可変ギヤ７を内部に収納する構成となっている。
　尚、本実施例においては、カムシャフト１２側のタイミングプーリー９ｂと上記初動ギヤ３とを一体成形し、クランクシャフト１１の回転動力が該クランクシャフト１１側のタイミングプーリー９ａからタイミングベルト１０を介してタイミングプーリー９ｂに伝えられると、同時に初動ギヤ３にも当該回転動力が伝えられる構成となっている。
　そして、本発明で特に重要となるのは、上記第一可変ギヤ６の歯数と上記第二可変ギヤ７の歯数を異なるように設定する点にあり、本実施例の場合には、第一可変ギヤ６を第二可変ギヤ７よりも小径と成して、第一可変ギヤ６の歯数の方が第二可変ギヤ７の歯数よりも少なくなるように設定するものとする。従って、第一軸２と第二軸５間の距離は一定である関係上、初動ギヤ３を後動ギヤ４よりも大径と成すこととなる。
　又、上記第一可変ギヤ６と上記第二可変ギヤ７とを一体回転可能とするために、本実施例においては、両ギヤ６・７を一体成形しているが、本発明はこれに限られるものではなく、両ギヤ６・７を別体成形し、各ギヤ６・７に連結手段を設けて、両ギヤ６・７を一体に連結することも実施に応じ任意である。
　依って、斯かる可変バルブタイミング装置１にあっては、ギヤケース８が図１（Ａ）中θ１の固定基準位置にある場合には、まず、クランクシャフト１１の回転動力が、タイミングプーリー９ａ及びタイミングベルト１０を介してタイミングプーリー９ｂに伝わり、該タイミングプーリー９ｂと一体成形されている初動ギヤ３にもクランクシャフト１１の回転動力が伝わることとなる。
　次いで、上記回転動力が、初動ギヤ３と噛合する第一可変ギヤ６及び該第一可変ギヤ６と一体に設けられる第二可変ギヤ７に伝えられ、該第二可変ギヤ７と噛合する後動ギヤ４へと伝えられて、最終的には、該後動ギヤ４が固定されている第一軸２を介してカムシャフト１２へと伝えられることとなる。
　ここで、クランクシャフト１１とカムシャフト１２の回転比率について説明すると、カムシャフト１２は、そのカム１２ａ又はカム１２ｂにより夫々吸気バルブ（排気バルブ）１３・１４を開閉動作させるものであり、通常、４サイクルエンジンの場合には、クランクシャフト１１が２回転する間に、カムシャフト１２は１回転することとなるので、クランクシャフト１１とカムシャフト１２の回転比率は、２：１となる。従って、第一可変ギヤ６と第二可変ギヤ７の歯数が異なることを前提として、上記回転比率となるように初動ギヤ３及び後動ギヤ４の歯数を設定するものとする。
　次に、ギヤケース８を第一軸２を中心軸として回動させた場合について説明すると、ギヤケース８を第一軸２を中心軸として図１（Ａ）中の反時計周り方向にθ２までＬθ分回動させたときには、該ギヤケース８に抱持されている第二軸５も同方向に回動して、第一可変ギヤ６及び第二可変ギヤ７が夫々初動ギヤ３及び後動ギヤ４と噛合した状態で位置をずらすこととなるが、この際に、初動ギヤ３に対する後動ギヤ４の回転位相が進角し、クランクシャフト１１に対するカムシャフト１２の回転位相も進角することとなる。
　従って、カムシャフト１２の回転位相が進角し、カムシャフト１２のカム１２ａ又はカム１２ｂによって作動する吸気バルブ（排気バルブ）１３・１４のバルブ動作の位相も進角することとなり、図２に示す如く、ギヤケース８が固定基準位置θ１にある場合のバルブ動作の位相と比較して、ギヤケース８をθ２までＬθ分回動させたときのバルブ動作の位相がｔ１分だけ進角することとなる。尚、当該ｔ１は、ギヤケース８の回動量Ｌθに応じて変化することとなる。
　他方、ギヤケース８を第一軸２を中心軸として図１（Ａ）中の時計周り方向にθ３までＲθ分回動させたときには、該ギヤケース８に抱持されている第二軸５も同方向に回動して、第一可変ギヤ６及び第二可変ギヤ７が夫々初動ギヤ３及び後動ギヤ４と噛合した状態で位置をずらすこととなるが、今度は、初動ギヤ３に対する後動ギヤ４の回転位相が遅角し、クランクシャフト１１に対するカムシャフト１２の回転位相も遅角することとなる。
　従って、カムシャフト１２の回転位相が遅角し、当該カムシャフト１２のカム１２ａ又はカム１２ｂによって作動する吸気バルブ（排気バルブ）１３・１４のバルブ動作の位相も遅角することとなり、図２に示す如く、ギヤケース８が固定基準位置θ１にある場合のバルブ動作の位相と比較して、ギヤケース８をθ３までＲθ分回動させたときのバルブ動作の位相がｔ２分だけ遅角することとなる。尚、この場合も、当該ｔ２は、ギヤケース８の回動量Ｒθに応じて変化することとなる。
　従って、ギヤケース８の回動方向によりカムシャフトの回転位相を進角させたり遅角させたりすることを可能とし、ギヤケース８の回動量に応じてカムシャフトの回転位相の変化量を調整することが可能となるが、図３に示す如く、第一可変ギヤ６と第二可変ギヤ７の歯数の差の大小によっても回転位相の変化量を調整することが可能であり、第一可変ギヤ６と第二可変ギヤ７の歯数の差が大きければ大きいほど回転位相の変化量も大きくなる。即ち、ギヤケース８を図１（Ａ）中の反時計回り方向にθ２までＬθ分回動させる場合に、ギヤケース８の回動量Ｌθが同じでも、第一可変ギヤ６と第二可変ギヤ７の歯数の差が小さい場合のバルブ動作の位相差ｔ３よりも第一可変ギヤ６と第二可変ギヤ７の歯数の差が大きい場合のバルブ動作の位相差ｔ４の方がより大きくなることとなる。
　尚、本実施例においては、第一可変ギヤ６を第二可変ギヤ７よりも小径と成して、第一可変ギヤ６の歯数を第二可変ギヤ７の歯数よりも少なく設定し、それに伴い、初動ギヤ３を後動ギヤ４よりも大径と成すものであるが、本発明はこれに限られるものではなく、その逆の構成、即ち第一可変ギヤ６を第二可変ギヤ７よりも大径と成して、該第一可変ギヤ６の歯数を第二可変ギヤ７の歯数よりも多く設定し、それに伴い、初動ギヤ３を後動ギヤ４よりも小径と成すことも実施に応じ任意である。この場合には、本実施例の場合とは異なり、ギヤケース８を図１（Ａ）中の反時計回り方向に回動させた時には、カムシャフト１２の回転位相が遅角し、ギヤケース８を図１（Ａ）中の時計周り方向に回動させた時には、カムシャフト１２の回転位相が進角すると共に、カムシャフト１２に回転動力を伝える後動ギヤ４が本実施例の場合と比較して大径となり低回転するため、本実施例の場合よりもカムシャフト１２の回転位相の変化量が小さくなることとなる。
　以上のように、本発明にあっては、クランクシャフト１１から回転動力を伝えられる初動ギヤ３からカムシャフト１２に回転動力を伝える後動ギヤ４へと回転動力が伝わる過程において、歯数の異なる第一・第二可変ギヤ６・７、所謂差動ギヤを一体回転可能に介在させ、該第一・第二可変ギヤ６・７の位置をギヤケース８でずらすだけで、容易に初動ギヤ３に対する後動ギヤ４の回転位相を変化させることができる関係で、装置に複雑な制御手段を必要としないので、装置構造の単純化及びコスト低廉化を図ることが可能となると共に、確実にクランクシャフト１１に対するカムシャフト１２の回転位相を変化させることが可能となる。その結果、吸気バルブ（排気バルブ）１３・１４の開閉タイミングを確実に変化させて、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップの防止やエンジンの出力向上及び低燃費を図ることが可能となる。
　又、ギヤケース８を回動させるだけで、容易に第一・第二可変ギヤ６・７の位置をずらして、クランクシャフト１１に対するカムシャフト１２の回転位相を変化させることができるので、ギヤケース８を連続して回動させれば、上記回転位相の連続的な変化が可能となり、その結果、後述する図８乃至図１０による説明で示す如く、吸気バルブ（排気バルブ）１３・１４の開閉タイミングだけでなく、開閉時間をも変化させることが可能となる。
　ここで、本実施例に係る可変バルブタイミング装置１のギヤケース８の回動を制御する手段の例を図４乃至図１０により説明すると、図４は、ギヤケース８の回動制御手段として、ギヤケース８上端に設けられた突板１５と、該突板１５をエンジンフレームに固定されたブラケット１６側に引き寄せる引用スプリング１７と、上記ブラケット１６に設けられるギヤケース８の回動を規制するストッパーボルト１８と、上記突板１５を上記引用スプリング１７の弾性付勢力に抗して引き寄せるロッド又はワイヤー１９とを備え、該ロッド又はワイヤー１９がアクセルと連動して引き動作又は緩め動作をする構成の回動制御手段を示している。従って、図４の例の場合には、アクセルと連動するロッド又はワイヤー１９と引用スプリング１７とでギヤケース８を図中時計周り方向又は反時計周り方向に回動させることが可能となる。
　又、図５は、ギヤケース８の回動制御手段として、ギヤケース８上端に設けられる半円状のウォームホイール２０と、該ウォームホイール２０と噛合するウォーム２１と、該ウォーム２１の制御用モータ２２とを備え、該制御用モータ２２でウォームホイール２０と噛合したウォーム２１の回転方向を調整することにより、ギヤケース８を図中時計周り方向又は反時計周り方向に回動させる構成の回動制御手段を示している。
　又、図６は、ギヤケース８の回動制御手段として、ギヤケース８上端に設けられた突板１５と、該突板１５と相互に回動可能に連結されるアーム２３と、該アーム２３の制御用アクチュエーター２４とを備え、該制御用アクチュエーター２４で上記アーム２３を伸縮させることにより、ギヤケース８を図中時計周り方向又は反時計周り方向に回動させる構成の回動制御手段を示している。
　又、図７は、吸気バルブ側又は排気バルブ側の各カムシャフト１２側に可変バルブタイミング装置１を取り付け、該各可変バルブタイミング装置１に図４で示したギヤケース８の回動制御手段を採用する例を示している。この例の場合には、各回動手段に測定ゲージ２５を設けて、該測定ゲージ２５による測定結果に応じて吸気バルブ側又は排気バルブ側の各カムシャフト１２の回転位相を変化させることが可能となり、特に、吸気バルブ又は排気バルブの開閉タイミングの変化による出力特性・燃料消費量・排気ガス測定等を行う試験装置として使用する場合に有効となる。
　最後に、図８（Ａ）は、ギヤケース８を連続して回動させる場合の回動制御手段として、ギヤケース８側面に設けられた突板１５と、該突板１５に相互に回動可能に先端を連結するアーム２３と、該アーム２３の基端を回動可能に支持すると共にタイミングプーリー９ａと同期回転する偏心板２７とを備え、該偏心板２７の回転により上記アーム２３の基端を変位させてギヤケース８を連続して反時計回り方向又は時計回り方向に回動させる構成の回動制御手段を示している。尚、図８（Ｂ）は、ギヤケース８が固定基準位置θ１にあるときにおけるアーム２３の基端の支持位置を示している。
　従って、この回動制御手段においては、ギヤケース８を連続的に回動させることができ、ギヤケース８が固定基準位置θ１にあるときにおける上記アーム２３の基端の支持位置を図８（Ｂ）に示す各位置に調整可能とすれば、図９・図１０に示す如く、調整した位置により夫々異なるバルブ動作の位相を示すこととなる。
　例えば、ギヤケース８が固定基準位置θ１にあるときにおける上記アーム２３の基端の支持位置をＰ２の位置に調整すると、図８（Ａ）に示す如く、ギヤケース８を固定基準位置θ１からθ２まで一旦反時計回り方向にＬθ分回動させた後に、時計周り方向に大きく回動させてθ３までＬθ＋Ｒθ分回動させ、次いで、反時計回り方向に回動して固定基準位置θ１まで戻すように回動させる一連の回動動作を連続して行うことが可能となる。
　そのため、この場合のバルブ動作の位相は、通常時のバルブ動作の位相である図９のＰ０グラフの場合に比べて、同Ｐ２グラフに示す如く変化し、バルブ動作時間を通常時のバルブ動作時間に比べて短くすることが可能となる。
　依って、本例においては、バルブの開閉タイミングを変化させるだけでなく、バルブ動作時間をも変化させることができるので、特に、バルブの開閉時間の調整が必要な場合に有効となる。
　実施例２における可変バルブタイミング装置１は、上記実施例１とは異なり、クランクシャフト１１側に取り付けるもので、該可変バルブタイミング装置１は、図１１に示す如く、クランクシャフト１１の周辺に突設された第一軸２と、該第一軸２上に空転可能に配置される初動ギヤ３と、上記第一軸２上に空転可能に配置される後動ギヤ４と、上記第一軸２と離間して平行する第二軸５と、該第二軸５上に一体回転可能に配置される第一可変ギヤ６及び第二可変ギヤ７と、上記第一軸２に回動可能に支持される調整手段たるギヤケース８とを備え、上記ギヤケース８は、上記第二軸５を抱持すると共に上記初動ギヤ３・後動ギヤ４・第一可変ギヤ６及び第二可変ギヤ７を内部に収納する構成となっている。
　そして、実施例１と同様に、第一可変ギヤ６を第二可変ギヤ７よりも小径と成して、第一可変ギヤ６の歯数の方が第二可変ギヤ７の歯数よりも少なくなるように設定するものとする。従って、実施例１と同様に、初動ギヤ３を後動ギヤ４よりも大径と成すこととなる。
　尚、本実施例においては、クランクシャフト１１側に該クランクシャフト１１と共に回転するクランクギヤ２８を設け、該クランクギヤ２８と初動ギヤ３とが噛合して、該初動ギヤ３にクランクシャフト１１の回転動力を伝える一方、後動ギヤ４とタイミングプーリー９ａを一体成形し、該後動ギヤ４が回転するとタイミングプーリー９ａも同時に回転して、タイミングベルト１０及びカムシャフト１２側のタイミングプーリー９ｂを介して、回転動力をカムシャフト１２に伝える構成となっている。
　従って、可変バルブタイミング装置１の取付箇所がカムシャフト１２側からクランクシャフト１１側へと変更される関係で、クランクシャフト１１から初動ギヤ３に回転動力が伝えられる構成及び後動ギヤ４からカムシャフト１２に回転動力が伝えられる構成が上記実施例１とは異なることとなる。
　尚、可変バルブタイミング装置１自体の作用及び効果については、上記実施例１と同様となるため、ここでは、作用及び効果に関する説明を省略するが、本実施例においては、カムシャフト１２側周辺に可変バルブタイミング装置１の取付空間が画成できないような場合に特に有効となる。
　本発明に係る可変バルブタイミング装置は、装置に複雑な制御手段を必要としない関係で、装置構造の単純化及びコスト低廉化が図れると共に、確実且つ連続的にクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させ、バルブの開閉タイミングのみならず開閉時間をも変化させることが可能となるので、これを出力向上や低燃費を図る自動車のエンジンに利用すれば、頗る好都合なものとなる。
　　１　　　可変バルブタイミング装置
　　２　　　第一軸
　　３　　　初動ギヤ
　　４　　　後動ギヤ
　　５　　　第二軸
　　６　　　第一可変ギヤ
　　７　　　第二可変ギヤ
　　８　　　ギヤケース（調整手段）
　　９ａ　　タイミングプーリー（クランクシャフト側）
　　９ｂ　　タイミングプーリー（カムシャフト側）
　　１０　　タイミングベルト
　　１１　　クランクシャフト
　　１２　　カムシャフト
　　１２ａ　カム
　　１２ｂ　カム
　　１３　　吸気バルブ（排気バルブ）
　　１４　　吸気バルブ（排気バルブ）
　　１５　　突板
　　１６　　ブラケット
　　１７　　引用スプリング
　　１８　　ストッパーボルト
　　１９　　ロッド又はワイヤー
　　２０　　ウォームホイール
　　２１　　ウォーム
　　２２　　制御用モータ
　　２３　　アーム
　　２４　　制御用アクチュエーター
　　２５　　測定ゲージ
　　２６　　エンジン本体
　　２７　　偏心板
　　２８　　クランクギヤ
　　θ１　　固定基準位置
　　θ２　　反時計回り方向への回動位置
　　θ３　　時計回り方向への回動位置
　　Ｌθ　　反時計周り方向への回動量
　　Ｒθ　　時計周り方向への回動量
　　ｔ１　　ギヤケースをＬθ分回動させたときのバルブ動作の位相差
　　ｔ２　　ギヤケースをＲθ分回動させたときのバルブ動作の位相差
　　ｔ３　　第一可変ギヤと第二可変ギヤの歯数の差が少ない場合のバルブ動作の位相差
　　ｔ４　　第一可変ギヤと第二可変ギヤの歯数の差が大きい場合のバルブ動作の位相差
　　Ｐ０　　偏心板の中心位置
　　Ｐ１　　第一の偏心位置
　　Ｐ２　　第二の偏心位置
　　Ｐ３　　第三の偏心位置
　　Ｐ４　　第四の偏心位置

Claims (1)

  1. 　エンジンのクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させ、該カムシャフトのカムにより作動する吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを変化させる可変バルブタイミング装置であって、クランクシャフトから回転動力を伝えられる初動ギヤ及びカムシャフトに回転動力を伝える後動ギヤを夫々独立回転可能に第一軸上に配置し、該第一軸から離間して平行する第二軸上に上記初動ギヤと噛合する第一可変ギヤ及び上記後動ギヤと噛合する第二可変ギヤを一体回転可能に配置し、該第一可変ギヤの歯数と第二可変ギヤの歯数が異なるように設定し、上記第二軸を抱持して該第二軸を上記第一軸を中心軸として回動させるギヤケースを設け、該ギヤケースの連続回動を制御する回動制御手段を設け、該回動制御手段を上記ギヤケース側面に設けられた突板と該突板に相互に回動可能に先端を連結するアームと該アームの基端を回動可能に支持すると共にクランクシャフトと同期回転する偏心板とで構成して、上記ギヤケースで上記第二軸を回動させて上記第一・第二可変ギヤの位置をずらすことにより、上記初動ギヤに対する上記後動ギヤの回転位相を変化させて、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変化させると共に、上記回動制御手段の偏心板の回転によってアームの基端を変位させて上記ギヤケースを時計周り方向又は反時計回り方向に連続回動させることにより、クランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を連続して変化させることを特徴とする可変バルブタイミング装置。
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