JPH0617628A - エンジンのバルブタイミング可変装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 開弁角およびバルブリフト量ならびにカムシ
ャフトに対するカムの位相を同時にかつ連続的に変更す
ることができるエンジンのバルブタイミング可変装置を
提供する。 【構成】 カム２がカムシャフト１に対して相対回動可
能にかつ偏心して設けられているとともに、カム２をカ
ムシャフト１のまわりで相対回動させるための中間部材
３と、スプリング８によってカム２に向う方向に付勢さ
れてカム２に常時当接する揺動アーム６とを備えてい
る。そしてカム２が中間部材３によってカムシャフト１
のまわりで相対回動されることにより、カム２のカムシ
ャフト１に対する位相と、カム２のバルブに対する相対
位置とが連続的に変更される。揺動アーム６はその揺動
により、カム２からのバルブ開閉駆動力をバルブに伝達
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸、排気バルブ開閉タ
イミングを可変するエンジンのバルブタイミング可変装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車のエンジンにおける吸、
排気バルブの開閉タイミングは、エンジンの運転状態に
応じて変えることが好ましいため、従来より、種々のバ
ルブタイミング可変装置が提案されている。

【０００３】例えば、本出願人の出願による特開昭59-1
88014 号公報には、カムシャフトのカム面から力を受け
る受圧部と上記カム面からの力をバルブステムへ伝達す
る押圧部とを有するタペットと、該タペットを摺動自在
に嵌装する嵌装孔を有しカムシャフトのまわりに回転自
在に支持された回動部材と、この回動部材をエンジンの
運転状態に応じて回動させる操作装置とからなるエンジ
ンのバルブタイミング制御装置が開示されている。

【０００４】この装置では、上記回動部材が、エンジン
の少なくとも高負荷高回転時にタペットの摺動方向とバ
ルブの運動方向とが一致する規準位置に保持されること
によって、タペットとバルブステムとの間にはすべりが
生ぜず、低速回転時には上記回動部材が規準位置から回
動されることによって、タペットとバルブステムとの間
にすべりが生じ、これによって低速回転時と高速回転時
との間でバルブタイミングが変えられるように構成され
ている。

【０００５】また、特開平3-115714号公報に開示された
バルブタイミング可変装置では、カムシャフトに低速用
カムと高速用カムとが並設され、かつ上記低速用カムと
バルブとの双方に係合する主ロッカーアームと、上記高
速用カムのみに係合する副ロッカーアームとが互いに隣
接してロッカーシャフトに揺動自在に設けられていると
ともに、油圧によって上記ロッカーシャフトの軸線方向
に移動しうるピンの係脱によって上記主、副ロッカーア
ームを連動状態または非連動状態に択一的に切換えうる
切換機構が配設され、エンジンの高速運転時には、上記
主、副ロッカーアームが上記ピンによって結合されるこ
とにより連動状態とされて、上記バルブが高速用カムに
よって駆動され、エンジンの低速運転時には、上記主、
副ロッカーアームが非連動状態とされて、上記バルブが
低速用カムで駆動されるように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前者すなわ
ち特開昭59-188014 号公報に開示された構成では、バル
ブ作動速度の高いエンジンの高速回転時には、タペット
とバルブステムとの間のすべりが生じないためにバルブ
ステムおよびタペットの摩耗が少なくなり、またエンジ
ンの低速回転時には、タペットとバルブステムとの間に
すべりが生じてもバルブ作動速度が低いためにやはりバ
ルブステムおよびタペットの摩耗が少なくなるという優
れた効果を有するものである。

【０００７】但し、この構成では、タペットとバルブス
テムとの間のすべりによってバルブタイミングを遅らせ
ることができるのみであって、例えば開弁タイミングの
進角と閉弁タイミングの遅角とを同時に行なって開弁角
を拡張することは原理上不可能なため、高負荷高回転域
で最大出力を大幅に向上させようとする目的には添え難
いものであった。

【０００８】一方、後者すなわち特開平3-115714号公報
に開示された構造では、エンジンの低回転域と高回転域
とにそれぞれ適合したバルブリフト特性を独立的に選ぶ
ことが可能となり、所期の性能向上を果すことができる
ものの、部品点数が増加し、かつ特殊なカムシャフトと
複雑な油通路を必要とするのみでなく、主、副ロッカー
アームを連動状態と非連動状態との間で切換えるときに
衝撃を伴うおそれがあり、しかも係脱用ピンにせん断応
力が作用することからピンの耐久性に問題があった。

【０００９】さらに高負荷高回転域では、単に軽負荷域
よりも開弁角およびバルブリフト量を増大させるのみで
なく、バルブの閉じ側の領域を開き側よりも拡大するこ
とが、吸気の充填効率を高める上で有利なことが知られ
ているが、そのようなバルブリフト特性に軽負荷域から
高回転高負荷域に向って連続的に変化させることは、従
来の構成によっては得られないものであった。

【００１０】このような課題に鑑み、本発明は、開弁角
およびバルブリフト量ならびにカムシャフトに対するカ
ムの位相を同時にかつ連続的に変化させることができる
エンジンのバルブタイミング可変装置を提供することを
目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるエンジンの
バルブタイミング可変装置は、カムが、カムシャフトに
対して相対回動可能に設けられているとともに、このカ
ムをカムシャフトのまわりで相対回動させる可変機構
と、付勢手段によりカムに向う方向に付勢されてカムに
常時当接する揺動アームとを備えていることを特徴とす
るものである。そして、上記カムが上記可変機構によっ
てカムシャフトのまわりで相対回動されることにより、
カムのカムシャフトに対する位相と、カムのバルブに対
する相対位置とが連続的に変更されるように構成され、
また上記揺動アームは、その揺動により、カムからのバ
ルブ開閉駆動力をバルブに伝達する機能を有する。

【００１２】本発明の１つの態様によれば、カムがカム
シャフトに対して偏心して設けられ、上記可変機構がカ
ムシャフトとカムとの間に介設された中間部材と、この
中間部材をカムとともにカムシャフトのまわりで回動さ
せるアクチュエータとを備えており、上記中間部材は、
上記カムを回動自在に軸支した状態でカムシャトに軸支
されている。

【００１３】

【作用および効果】本発明によれば、カムシャフトに対
して相対回動可能に設けられたカムと、このカムをカム
シャフトのまわりで相対回動させることにより、カムシ
ャフトに対するカムの位相と、カムのバルブに対する相
対位置とを連続的に変更しうる可変機構と、カムとバル
ブとの間に介在する揺動アームとを備えていることによ
り、エンジンの運転状態に応じてカムのカムシャフトに
対する位相を連続的に変化させることができるのみでな
く、それと同時に、カムの開弁角とリフト量をも連続的
に変化させることが可能なバルブタイミング可変装置を
高い信頼性をもって得ることができる効果がある。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１５】図１は、本発明によるエンジンのバルブタ
イミング可変装置の基本的な構成を示す図である。な
お、図１は、そのII-II 線に沿った断面図である図２の
I-I 線に沿った断面図として示されている。また、図３
は図２のIII-III 線に沿った断面図である。

【００１６】図１〜図３において、エンジンのクランク
シャフトの回転同期して回転駆動されるカムシャフト１
がエンジンのシリンダヘッドに回転自在に軸支されてお
り、このカムシャフト１に、その回転軸線Ｌ１に対して
平行でかつ所定距離Ｄだけ離れた回転軸線Ｌ２を有する
カム２がカムシャフト１に対して偏心して設けられてい
る。

【００１７】カム２は、その回転軸線Ｌ２を中心とする
円孔よりなる中心孔2aを備えており、この中心孔2a内を
カムシャフト１が貫通している。カムシャフト１とカム
２とは、両者間に介在する中間部材３によって相互位置
関係を保っている。

【００１８】中間部材３は、カムシャフト１を回転自在
に貫通させた態様でカムシャフト１に軸支されて、カム
シャフト１の回転軸線Ｌ１のまわりに回動可能に設けら
れており、かつカム２の中心孔2aに嵌合する円筒部3aを
備えていて、この円筒部3aにより、カム２をその軸線Ｌ
２のまわりで回転自在に軸支している。

【００１９】カム２の中心孔2aの内周面には、上記中間
部材３の円筒部3aが嵌合している部分を除き、全周に亘
り内歯歯車2bが形成されている。また、カムシャフト１
の外周面には、上記カム２の内歯歯車2bに内接噛合する
外歯歯車1aが形成されて、両歯車1a，2bが差動歯車機構
を構成している。また、カムシャフト１の外歯歯車1aと
カム２の内歯歯車2bとの歯数比が１：２に設定されてい
ることによって、カムシャフト１とカム２とが、減速比
を２とする減速機構をも構成している。したがって、カ
ムシャフト１の一端に取付けられるカムプーリは、これ
とタイミングベルト等を介して回転駆動するクランクシ
ャフトのクランクプーリと同径に形成される。

【００２０】中間部材３には、カムシャフト１に関して
カム２の回転軸線Ｌ２側とは反対側に突出する板部3bが
一体に設けられている。この板部3bは、カムシャフト１
の回転軸線Ｌ１を中心とする円弧面をなす端面を備えて
おり、この端面に沿って外歯歯車3cが形成されている。

【００２１】上記中間部材３を回動させるために、上記
回転軸線Ｌ１，Ｌ２と平行な回転軸線Ｌ４を有するシャ
フト４が設けられており、このシャフト４の外周面に、
上記中間部材３の外歯歯車3cに噛合する外歯歯車4aが形
成されている。シャフト４は、例えばステップモータの
ようなアクチュエータによって回動され、シャフト４が
回動されると、図４に示されているように、中間部材３
がカム２を軸支したままカムシャフト１を軸にして回動
され、これに伴って、カム２がカムシャフト１に対して
相対的に回動されてカム２のカムシャフト１に対する位
相が変更されるとともに、カム２の回転軸線Ｌ２がカム
シャフト１の回転軸線Ｌ１を中心とする円弧上を上下に
移動して、カム２のバルブに対する相対位置も変更され
るように構成されている。

【００２２】一方、上記カム２によって開閉駆動される
バルブとカム２との間には、平坦な頂面5aを有するバケ
ット型のラッシュアジャスタ（ＨＬＡ）５が設けられて
いるが、さらにこのラッシュアジャスタ５との間に、カ
ム２によって揺動されてカム２からの駆動力をラッシュ
アジャスタ５を介してバルブに伝達する揺動アーム６が
設けられている。

【００２３】揺動アーム６は、カムシャフト１の回転軸
線Ｌ１と平行な回転軸線Ｌ７を有するシャフト７に固設
されて揺動自在に設けられており、この揺動アーム６
は、カム２のカム面2cに常時当接する平坦な当接面6aを
上面側に備え、かつラッシュアジャスタ５の頂面5aに常
時当接するなだらかな曲面をなす当接面6bを下面側に備
え、かつスプリング８によって、図１の時計方向、すな
わちカム２のカム面2c上に押接される方向に付勢されて
いる。また揺動アーム６には、そのシャフト７の回転軸
線Ｌ７を中心とする円弧面6cをシャフト７のまわりに備
えており、かつこの円弧面6cが、ラッシュアジャスタ５
の頂面5aに対する当接面6bに点Ｐ１において連続するよ
うに形成されている。

【００２４】次に、図１〜図４に示された装置の動作に
ついて説明する。

【００２５】いま、図１に示されているように、カム２
の回転軸線Ｌ２が、カムシャフト１および中間部材回動
用シャフト４の軸線Ｌ１，Ｌ４を含む平面上に存在して
いる状態を考え、かつ揺動アーム６の上方の当接面6aが
カム２のカム面2cの等径円筒面部分に当接してバルブが
閉弁状態にあるものとする。そして、揺動アーム６は、
その下方の当接面6bにおいてラッシュアジャスタ５の頂
面5aに当接するように設定されているものとする。

【００２６】この状態から、カムシャフト１が図１の時
計方向に回動すると、カム２はカムシャフト１の1/2 の
回転速度をもって時計方向に回動して鎖線で示された位
置（バルブの最大リフト位置）に至り、これに伴って揺
動アーム６は水平状態から下方に向って時計方向に大き
く揺動されて鎖線で示された状態となる。

【００２７】この揺動アーム６の揺動によって、ラッシ
ュアジャスタ５が距離Ｈ１だけ下方へ押下げられるか
ら、バルブは図５の曲線Ａに示すようなリフトカーブを
もって開弁され、続くカム２の時計方向への回動によっ
て閉弁される。この場合のバルブリフト特性は、大開弁
角かつ大リフト量となる。

【００２８】次に、中間部材回動用シャフト４を図１の
状態から時計方向に回動して、中間部材３をカムシャフ
ト１を軸にして反時計方向に回動させると、図４に示さ
れているように、カム２の回転軸線Ｌ２はカム２ととも
に上方へ移動するとともに、カム２のカムシャフト１に
対する位相が進角される。そしてスプリング８によって
カム面2cに向って付勢されている揺動アーム６は時計方
向に回動され、この回動に伴って、バルブ閉弁時におけ
る揺動アーム６のラッシュアジャスタ５に対する当接面
は、面6b上から点Ｐ１を通過して円弧面6c上に移り、円
弧面6c上の点Ｐ２においてラッシュアジャスタ５の頂面
5aに当接した状態となる。

【００２９】次にこの状態から、カムシャフト１が図４
の時計方向に回動されると、カム２は時計方向に回動し
て鎖線で示された位置（バルブの最大リフト位置）に至
り、これに伴って揺動アーム６は反時計方向に揺動され
て鎖線で示された位置となる。

【００３０】この場合は、バルブ閉弁時における揺動ア
ーム６のラッシュアジャスタ５の頂面5aに対する当接位
置が、図４に示されているように、上記したように円弧
面6c上の点Ｐ２にあったため、この状態から、揺動アー
ム６が反時計方向に揺動されても、揺動アーム６のラッ
シュアジャスタ５の頂面5aに対する当接位置が、円弧面
6c上を点Ｐ２から点Ｐ１に達するまでの揺動の初期にお
いては、カム２がラッシュアジャスタ５に作用しないこ
と明らかである。同様にして、バルブ閉弁時において
も、揺動部材６のラッシュアジャスタ５の頂面5aに対す
る当接位置が点Ｐ１から点Ｐ２に至るまでの区間では、
カム２がラッシュアジャスタ５に作用しないことにな
る。

【００３１】また、この場合は、カム２のカム面2aとラ
ッシュアジャスタ５の頂面5aとの間の距離が図１の場合
よりも大きくなっているから、ラッシュアジャスタ５が
下方へ押下げられる距離Ｈ２は、図１における距離Ｈ１
よりも小さいものとなる。したがって、この場合は図５
の曲線Ｂで示されているように、曲線Ａに比較して遅開
き早閉じの特性となり、バルブのリフト特性は、小開弁
角から小リフト量となる。

【００３２】さらに、図４に示された状態は、図１に示
された状態よりもカム２のカムシャフト１に対する位相
が進角されているため、曲線Ｂは曲線Ａよりも左方（進
角方向）に偏位した形状となる。したがって、エンジン
の軽負荷域における吸気バルブのバルブリフト特性を曲
線Ｂのように設定し、かつ高負荷高回転域における吸気
バルブのバルブリフト特性を曲線Ａのように設定すれ
ば、高負荷高回転域では、吸気バルブの遅閉じ傾向が顕
著となるという理想的なバルブリフト特性となり、それ
だけ吸気の充填効率を高めることができることになる。
しかも図１〜図４に示された構成においては、中間部材
回動用シャフト４をアクチュエータによって回動するこ
とにより、曲線Ｂの特性から曲線Ａの特性にまで連続的
に特性変化を達成することができる利点がある。

【００３３】なお、図５の曲線Ａ，Ｂの形状およびリフ
ト量は、カム２のカム面のプロファイルと、揺動アーム
６の当接面6bのプロファイルと、揺動中心であるシャフ
ト７のカム２およびラッシュアジャスタ５の双方に対す
る相対位置等とによって任意に設定することが可能であ
る。

【００３４】以上の説明により、本発明によるエンジン
のバルブタイミング可変装置の構成およびその動作が明
らかとなったが、次に上記装置の揺動アーム６の構成の
みを若干変更してエンジンに適用した場合の実施例を図
６および図７に基づいて説明する。なお、図６，図７に
おいては、図１〜図４に示された部材と同一の機能を有
する部材に対して同一の符号が付されている。

【００３５】シリンダヘッド10には、吸気側カムシャフ
ト１が回転自在に軸支され、かつこのカムシャフト１に
吸気バルブ駆動用カム２が図１〜図４と同様の態様で取
付けられている。

【００３６】カム２によって駆動される１対の吸気バル
ブ11は、バルブガイド12に摺動自在に支承され、バルブ
スプリング13によって図の上方、すなわち閉弁方向に付
勢さされ、かつカム２と吸気バルブ11との間に揺動アー
ム６およびラッシュアジャスタ５が設けられている。

【００３７】図６および図７に示された構成において
は、全体の高さを低くするために、その揺動アーム６
が、カム２に対する当接面6aを備えた１個の部材６Ａ
と、ラッシュアジャスタ５に対する当接面6bを備えた一
対の部材６Ｂ，６Ｂとによって１組をなしており、シリ
ンダヘッド10に回動自在に軸支されたシャフト７に、上
記部材６Ｂ，６Ａ，６Ｂが互いに所定の間隔を介して固
設されている点が、図１〜図４に示された構成と異なる
点である。そして図６および図７に示された構成では、
カム２に当接する揺動アーム６の部材６Ａの先端とシリ
ンダヘッド10との間にスプリング８が縮装されているこ
とによって、部材６Ａがカム２に常時当接するように構
成されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるエンジンのバルブタイミング可変
装置の基本的な構成を図２のI-I 線に沿った断面図とし
て示す図

【図２】図１のII-II 線に沿った断面図

【図３】図２のIII-III 線に沿った断面図

【図４】図１の状態から中間部材が回動された状態を示
す断面図

【図５】バルブリフト特性を示す図

【図６】本発明の実施例の構成を図７のVI-VI 線に沿っ
た断面図として示す図

【図７】図６の装置の断面側面図

【符号の説明】

１ カムシャフト ２ カム ３ 中間部材 ４ 中間部材回動用シャフト ５ ラッシュアジャスタ ６ 揺動部材 ７ 揺動部材のシャフト ８ スプリング 10 シリンダヘッド 11 吸気バルブ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンのクランクシャフトの回転に同
   期して回転駆動されるカムシャフトと、 該カムシャフトに対して相対回動可能に設けられたカム
   と、 該カムを前記カムシャフトのまわりで相対回動させるこ
   とにより、前記カムシャフトに対するカムの位相と、該
   カムのバルブに対する相対位置とを連続的に変更しうる
   可変機構と、 前記カムシャフトと平行な軸線のまわりで揺動自在に設
   けられ、かつ付勢手段により前記カムに向う方向に付勢
   されて該カムに常時当接して揺動され、該揺動により前
   記カムからのバルブ開閉駆動力を前記バルブに伝達する
   揺動アームとを備えてなることを特徴とするエンジンの
   バルブタイミング可変装置。
2. 【請求項２】 前記カムが前記カムシャフトに対して偏
   心して設けられ、前記可変機構が、前記カムを回動自在
   に軸支した状態で前記カムシャフトに軸支された中間部
   材と、該中間部材を前記カムとともに前記カムシャフト
   のまわりで回動させるアクチュエータとを備えてなるこ
   とを特徴とする請求項１記載のエンジンのバルブタイミ
   ング可変装置。