JP2020002834A - 可変動弁装置を備えた車両用内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 車両用内燃機関において、可変動弁装置を簡易に後付け可能にすること。【解決手段】 車両用内燃機関１において、カム軸７の中空部に挿入されて支持される中間伝達軸１０を有するものとされ、カム軸７の一端側に位置する中間伝達軸１０の軸端にクランク軸からの回転力伝達部材２１が結合され、カム軸７の他端側に位置する中間伝達軸１０の軸端とカム軸７との間の回転伝達経路に、クランク軸に対するカム軸７の相対回転位相を変化させる位相変換部３０が介装されるもの。【選択図】 図４

Description

本発明は可変動弁装置を備えた車両用内燃機関に関する。

従来、クランク軸からの回転力によってシリンダヘッドに支承したカム軸を回転し、このカム軸の回転により吸排気バルブ（機関バルブ）を開閉する、車両用内燃機関では、効率の良い吸排気を行なうために、特許文献1に記載の如く、機関の負荷領域に応じて、クランク軸に対するカム軸の相対回転位相を進角側又は遅角側に変更し、吸排気バルブの開閉タイミング（バルブタイミング）を可変とする可変動弁装置が用いられている。

特許文献１に記載の可変動弁装置は、カム軸の一端側の軸端まわりに、クランク軸の回転力伝達部材を配置し、この回転力伝達部材とカム軸の上記一端側の軸端との間の回転伝達経路に、クランク軸に対するカム軸の相対回転位相を変化させる位相変化部を設けている。

特開2014-031763号公報

特許文献１に記載の可変動弁装置を備えた車両用内燃機関は、車両の生産工場で予め車両に搭載されたものである。

他方、生産工場から出荷後の市販車両の内燃機関に、可変動弁装置を単に後付けしようとする場合には、カム軸の一端側の軸端に結合されていた、クランク軸からの回転力伝達部材を取外し、この回転力伝達部材とカム軸の該一端側の軸端との間の回転伝達経路に可変動弁装置を構成する位相変換部を介装することが考えられる。

しかしながら、エンジンルーム内でカム軸の一端側まわりに存在する遊休スペースは極めて狭隘で、しかもクランク軸からの回転力を回転力伝達部材に伝えるタイミングチェーンの交換等のための作業スペースに供する必要もあり、このようなスペースに可変動弁装置を構成する位相変換部を新たに配置することは実質的に不可能であった。

本発明の課題は、車両用内燃機関において、可変動弁装置を簡易に後付け可能にすることにある。

請求項１に係る発明は、クランク軸からの回転力によってシリンダヘッドに支承したカム軸を回転し、このカム軸の回転により機関バルブを開閉する車両用内燃機関において、カム軸の中空部に挿入されて支持される中間伝達軸を有するものとされ、カム軸の一端側に位置する中間伝達軸の軸端にクランク軸からの回転力伝達部材が結合され、カム軸の他端側に位置する中間伝達軸の軸端とカム軸との間の回転伝達経路に、クランク軸に対するカム軸の相対回転位相を変化させる位相変換部が介装されるようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記位相変換部が電動モータを有し、電動モータの回転速度の増減速により、クランク軸に対するカム軸の相対回転位相を変化させるようにしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において更に、前記可変動弁装置が後付けされるようにしたものである。

（請求項１乃至３）
(a)生産工場から出荷された後の市販車両の内燃機関に可変動弁装置を後付けしようとするとき、カム軸の中空部に挿入されて支持される中間伝達軸を有するものとし、カム軸の一端側に位置する中間伝達軸の軸端にクランク軸からの回転力伝達部材を結合する。更に、カム軸の他端側に位置する中間伝達軸の軸端とカム軸との間の回転伝達経路に、クランク軸に対するカム軸の相対回転位相を変化させる位相変換部を介装する。

これにより、エンジンルーム内でカム軸の一端側まわりに存在する狭隘で、クランク軸からの回転力を回転力伝達部材に伝えるタイミングチェーンの交換等のための作業スペースに供する必要もある遊休スペースには回転力伝達部材だけが配置される。そして、エンジンルーム内でカム軸の他端側に存在する遊休スペースに、位相変換部が配置される。

従って、エンジンルーム内において、カム軸の一端側と他端側の両方のスペースのそれぞれに回転力伝達部材と位相変換部のそれぞれを分けて配置するものになり、エンジンルーム内の遊休スペースを有効に活用し、可変動弁装置を簡易に後付けできる。

図１は可変動弁装置を備えた車両用内燃機関のヘッドカバーを取外した状態で示す斜視図である。 図２は図１の位相変換部に上カバーを取付けた状態で示す斜視図である。 図３は図１の側面図である。 図４は図１のIV-IV線に沿う断面図である。 図５は図４の要部を取出して示す断面図である。 図６は可変動弁装置を分解して示す斜視図である。

本発明の一実施例に係る内燃機関１は、４サイクル４バルブエンジンであって、図１乃至図４に示す如く、シリンダヘッド２に各気筒当たり各２つの吸気バルブ３（不図示）と排気バルブ４（不図示）が備えられている。

尚、上記シリンダヘッド２は、不図示のシリンダブロックの上部に被着され、その上部には不図示のヘッドカバーが取付けられている。そして、シリンダブロックに形成された各気筒内には不図示のピストンが上下摺動自在に嵌挿され、ピストンは不図示のコンロッドを介して不図示のクランク軸に連結されている。

また、シリンダヘッド２には各気筒当たり各２つの吸気通路と排気通路が形成されており、これらの吸気通路と排気通路が各気筒の燃焼室に開口する吸気ポートと排気ポートは前記吸気バルブ３と排気バルブ４によってそれぞれ適当なタイミングで開閉されて所要のガス交換がなされる。

更に、シリンダヘッド２における各気筒の吸気バルブ３と排気バルブ４を挟んでそれらの長手方向両側に設けられる各軸受５、６には、吸気カム軸７と排気カム軸８が回転自在に支承されている。吸気カム軸７の前記２つの吸気バルブ３に対向する部位には２つの吸気カム７Ａが一体に形成され、同様に排気カム軸８の前記２つの排気バルブ４に対向する部位には２つの排気カム８Ａが一体に形成されている。

内燃機関１では、クランク軸からの回転力によってシリンダヘッド２に支承した吸気カム軸７と排気カム軸８を回転させ、この吸気カム軸７と排気カム軸８の回転により吸気バルブ３と排気バルブ４を開閉する。本実施例では、シリンダヘッド２に支持されるロッカー軸９、９を中心として揺動する各気筒当たり計４つのロッカーアーム９Ａ、９Ａを吸気バルブ３と排気バルブ４の間に配置し、吸気カム軸７と排気カム軸８の回転をロッカーアーム９Ａ、９Ａを介して吸気バルブ３と排気バルブ４の上下運動に変換し、吸気バルブ３と排気バルブ４をそれぞれ適当なタイミングで開閉するものとしている。

しかるに、内燃機関１は、吸気バルブ３の開閉タイミングを可変とする可変動弁装置１００と、排気バルブ４の開閉タイミングを可変とする可変動弁装置２００が後付けされて装備される。可変動弁装置１００と可変動弁装置２００は、同一の構成を有するものであり、以下では可変動弁装置１００について詳述する。

可変動弁装置１００は、吸気カム軸７を中空状にし、吸気カム軸７の中空部７Ｈに挿入されて回転可能に支持される中間伝達軸１０を有する。中間伝達軸１０は、吸気カム軸７の中空部７Ｈの内周面に摺接して相対回転可能に支持される。

吸気カム軸７の中空部７Ｈの一端側（例えば縦置きフロントエンジンでは車体前面側）から外方に突出してその一端側に位置する中間伝達軸１０の軸端には、クランク軸からの回転力伝達部材としての回転力伝達ギヤ２１が固定的に結合される。

ここで、シリンダヘッド２には、クランク軸の回転力を伝達するタイミングチェーンが巻き回されたスプロケット２０が枢支され、このスプロケット２０に同軸結合された中間ギヤ２０Ａが上記回転力伝達ギヤ２１に噛み合いされている。これにより、可変動弁装置１００では、クランク軸の回転力がタイミングチェーン、スプロケット２０、中間ギヤ２０Ａ、回転力伝達ギヤ２１を経て中間伝達軸１０に伝達される。

吸気カム軸７の中空部７Ｈの他端側から外方に突出してその他端側に位置する中間伝達軸１０の軸端と、吸気カム軸７の他端部との間の回転伝達経路には、クランク軸に対する吸気カム軸７の相対回転位相を変化させる位相変換部３０が介装される。

位相変換部３０は、通電制御回路部３１、電動モータ３２及び位相調整機構４０を有して構成され、クランク軸に対する吸気カム軸７の相対回転位相を変化させる。位相調整機構４０は、入力回転体４１、出力回転体４２及び加減速装置５０を有して構成される。

通電制御回路部３１は、駆動ドライバ及びその制御用マイクロコンピュータ等から構成され、電動モータ３２のモータケース３２Ａの外部及び／又は内部に配置されて電動モータ３２と電気的に接続されている。通電制御回路部３１は、電動モータ３２への通電を制御することにより、モータ軸３２Ｓを回転駆動する駆動トルクを発生する。電動モータ３２は、モータケース３２Ａにより覆われた例えばブラシレスモータを採用できる。シリンダヘッド２において吸気カム軸７と排気カム軸８の各他端部が臨む側壁の外面には位相調整機構４０のための下部ケース４０Ａの側壁が取付けられ、この下部ケース４０Ａの上部には上部ケース４０Ｂが被着され、これらのケース４０Ａ、４０Ｂの内部に位相調整機構４０が内蔵される。電動モータ３２のモータケース３２Ａは、位相調整機構４０の下部ケース４０Ａ及び上部ケース４０Ｂにおけるシリンダヘッド２の側壁と反対側に向くフランジ面に取付けられる。

そして、吸気カム軸７と排気カム軸８の他端部はシリンダヘッド２及びヘッドカバーの側壁、並びに下部ケース４０Ａ及び上部ケース４０Ｂの側壁を貫通し、該吸気カム軸７から突出する中間伝達軸１０の他端側の軸端には位相調整機構４０の入力回転体４１が連結されるとともに、中間伝達軸１０まわりに位置する吸気カム軸７の他端部には出力回転体４２が連結される。

このとき、入力回転体４１は、出力回転体４２の内周側の同軸上に配置されている。入力回転体４１は、前述した如くに、中間伝達軸１０の軸端にねじ止めされて該中間伝達軸１０と連動して回転しつつ、出力回転体４２に対して相対回転可能となっている。また、出力回転体４２は、吸気カム軸７の他端部との間に該吸気カム軸７の回転検出リング３３を挟持し、該回転検出リング３３とともに吸気カム軸７の他端フランジ部にねじ止めされて該吸気カム軸７と前述した如くに連結されている。そして、入力回転体４１に対する出力回転体４２の相対回転により、それらの入力回転体４１と出力回転体４２の間の相対位相である回転間位相が変化する。即ち、入力回転体４１と出力回転体４２にはそれらの回転方向で間隔をあけた複数か所にストッパ凸部４１Ｓとストッパ凹部４２Ｓを設け、ストッパ凹部４２Ｓがストッパ凸部４１Ｓの回転方向の一端面に係止することで、回転間位相の進角側変化が規制される一方、ストッパ凹部４２Ｓがストッパ凸部４１Ｓの回転方向の他端面に係止することで、回転体間位相の遅角側変化が規制される。

更に、電動モータ３２のモータ軸３２Ｓと出力回転体４２との間には加減速装置５０が介装される。

加減速装置５０は、本実施例では、以下の如くの遊星歯車機構から構成される。即ち、加減速装置５０は、太陽歯車５１、遊星キャリヤ５２及び遊星歯車５３を有して構成される。太陽歯車５１は、出力回転体４２と同軸上に配置されてねじ止めされ、該出力回転体４２が連結されている吸気カム軸７と一体回転する。太陽歯車５１は、歯底縁の内周側に歯先縁を有する出力側内歯車部５１Ａを、周壁部の内周面に有している。

尚、入力回転体４１は、歯底縁の内周側に歯先縁を有する入力側内歯車部４１Ａを、周壁部の内周面に有している。入力側内歯車部４１Ａは、出力側内歯車部５１Ａに対して軸方向にずれて配置されている。入力側内歯車部４１Ａの歯数は、出力側内歯車部５１Ａの歯数よりも少なく設定されている。

遊星キャリヤ５２は、周壁部の内周面に有する入力部を入力回転体４１、出力回転体４２と太陽歯車５１と電動モータ３２のモータ軸３２Ｓとに対して同軸上に配置し、この入力部と嵌合する嵌合溝を備えた継手５４を介して、電動モータ３２のモータ軸３２Ｓと連結されている。これにより、遊星キャリヤ５２は、電動モータ３２のモータ軸３２Ｓと一体回転しつつ、太陽歯車５１に対して相対回転可能になっている。

遊星キャリヤ５２は更に、その入力部に対して偏心する偏心支持部を、周壁部の内周面に有している。偏心支持部は、遊星歯車５３の中心孔に嵌合することにより、当該歯車５３を遊星運動可能に内周側から支持している。ここで遊星運動とは遊星歯車５３が偏心支持部の偏心軸線まわりに自転しつつ、遊星キャリヤ５２の回転軸線まわりに公転する運動をいう。

段付きの円筒状を呈する遊星歯車５３は、歯底縁の外周側に歯先縁を有する入力側外歯車５３Ｅと出力側外歯車部５３Ｆとを、それぞれ周壁部の外周面に有している。入力側外歯車部５３Ｅ及び出力側外歯車部５３Ｆの歯数は、それぞれ入力側内歯車部４１Ａ及び出力側内歯車部５１Ａの歯数よりも同数ずつ少なくなるように設定されている。入力側外歯車部５３Ｅは、入力側内歯車部４１Ａの内周側に偏心して配置され、当該内歯車部４１Ａと噛み合いしている。出力側外歯車部５３Ｆは、入力側外歯車部５３Ｅから軸方向にずれてかつ出力側内歯車部５１Ａの内周側に偏心して配置され、当該内歯車部５１Ａと噛み合いしている。

従って、内燃機関１に設けた可変動弁装置１００にあっては、通電制御回路部３１が電動モータ３２を制御することにより、位相調整機構４０をして、モータ軸３２Ｓの回転トルクに従って入力回転体４１に対する出力回転体４２の回転体間位相を調整することにより、当該回転体間位相に応じたバルブタイミングを実現する。

位相変換部３０において、通電制御回路部３１は、吸気カム軸７の回転速度がクランク軸からの回転伝達を受けることによって得られる値（以下、基準速度Ｎcという）を演算するとともに、吸気カム軸７の実際の回転速度Ｎsを検出リング３３の検出結果によって把握する。そして、通電制御回路部３１は、電動モータ３２の回転速度を増減速することにより、吸気カム軸７の回転速度Ｎsを基準速度Ｎcに対して増減速し、吸気バルブ３のバルブタイミングを以下の如くに変更する。

(1)吸気カム軸７の回転速度Ｎsが上記基準速度Ｎcと一致するように電動モータ３２の回転速度を調整することにより、クランク軸に対する吸気カム軸７の相対回転位相が一定に保持され、バルブタイミングが保持される。

(2)吸気カム軸７の回転速度Ｎsが上記基準速度Ｎcよりも大きい値となるように電動モータ３２の回転速度を上昇させると、クランク軸に対する吸気カム軸７の相対回転位相が進角側へ変化し、バルブタイミングが進角することになる。このとき、出力回転体４２のストッパ凹部４２Ｓが入力回転体４１のストッパ凸部４１Ｓの回転方向の一端面に係止することで、入力回転体４１と出力回転体４２の回転体間位相の進角側変化が規制される。

(3)吸気カム軸７の回転速度Ｎsが上記基準速度Ｎcよりも小さい値となるように電動モータ３２の回転速度を低下させると、クランク軸に対する吸気カム軸７の相対回転位相が遅角側へ変化し、バルブタイミングが遅角することになる。このとき、出力回転体４２のストッパ凹部４２Ｓが入力回転体４１のストッパ凸部４１Ｓの回転方向の他端面に係止することで、入力回転体４１と出力回転体４２の回転体間位相の遅角側変化が規制される。

従って、内燃機関１に設けた可変動弁装置１００によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)生産工場から出荷された後の市販車両の内燃機関１に可変動弁装置１００を後付けしようとするとき、吸気カム軸７の中空部７Ｈに挿入されて支持される中間伝達軸１０を有するものとし、吸気カム軸７の一端側に位置する中間伝達軸１０の一端側の軸端にクランク軸からの回転力伝達ギヤ２１を結合する。更に、吸気カム軸７の他端側に位置する中間伝達軸１０の他端側の軸端と吸気カム軸７との間の回転伝達経路に、クランク軸に対する吸気カム軸７の相対回転位相を変化させる位相変換部３０を介装する。

これにより、エンジンルーム内で吸気カム軸７の一端側まわりに存在する狭隘で、クランク軸からの回転力を回転力伝達ギヤ２１に伝えるタイミングチェーンの交換等のための作業スペースに供する必要もある遊休スペースには回転力伝達ギヤ２１だけが配置される。そして、エンジンルーム内で吸気カム軸７の他端側に存在する遊休スペースに、位相変換部３０が配置される。

従って、エンジンルーム内において、吸気カム軸７の一端側と他端側の両方のスペースのそれぞれに回転力伝達ギヤ２１と位相変換部３０のそれぞれを分けて配置するものになり、エンジンルーム内の遊休スペースを有効に活用し、可変動弁装置１００を簡易に後付けできる。

尚、内燃機関１にあっては、図１、図５に示す如く、排気バルブ４のための可変動弁装置２００においても、可変動弁装置１００におけると同様に、可変動弁装置１００における中間伝達軸１０に相当する中間伝達軸２１０を排気カム軸８の中空部８Ｈに挿入して支持し、排気カム軸８の一端側に位置する中間伝達軸２１０の軸端に回転力伝達ギヤ２２を結合し、この回転力伝達ギヤ２２をスプロケット２０に同軸結合された中間ギヤ２０Ａに噛み合いさせる。更に、排気カム軸８の他端側に位置する中間伝達軸２１０の軸端と排気カム軸８との間の回転伝達経路に、クランク軸に対する排気カム軸８の相対回転位相を変化させる位相変換部２３０が介装される。位相変換部２３０は、可変動弁装置１００における位相変換部３０に相当し、位相変換部３０における通電制御回路部３１、電動モータ３２、位相調整機構４０（加減速装置５０）に相当する通電制御回路部２３１、電動モータ２３２、位相調整機構２４０（加減速装置２５０）を有して構成される。従って、可変動弁装置２００にあっても、可変動弁装置１００におけると同様の作用効果を奏する。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、本発明の可変動弁装置１００、２００は、必ずしも車両に後付けされるものでなく、場合によっては、例えば車両の生産工場で予め車両に取付けられても良い。

本発明によれば、車両用内燃機関において、可変動弁装置を簡易に後付けできる。

１ 内燃機関
３ 吸気バルブ
４ 排気バルブ
７ 吸気カム軸
８ 排気カム軸
１００、２００ 可変動弁装置
１０、２１０ 中間伝達軸
２１、２２ 回転力伝達ギヤ（回転力伝達部材）
３０、２３０ 位相変換部
３２、２３２ 電動モータ

Claims (3)

1. クランク軸からの回転力によってシリンダヘッドに支承したカム軸を回転し、このカム軸の回転により機関バルブを開閉する車両用内燃機関において、
   カム軸の中空部に挿入されて支持される中間伝達軸を有するものとされ、
   カム軸の一端側に位置する中間伝達軸の軸端にクランク軸からの回転力伝達部材が結合され、
   カム軸の他端側に位置する中間伝達軸の軸端とカム軸との間の回転伝達経路に、クランク軸に対するカム軸の相対回転位相を変化させる位相変換部が介装されることを特徴とする可変動弁装置を備えた車両用内燃機関。
2. 前記位相変換部が電動モータを有し、電動モータの回転速度の増減速により、クランク軸に対するカム軸の相対回転位相を変化させる請求項１に記載の可変動弁装置を備えた車両用内燃機関。
3. 前記可変動弁装置が後付けされた請求項１又は２に記載の可変動弁装置を備えた車両用内燃機関。

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