JPH07189624A - バルブのオーバラップ又はタイミング、及びバルブ断面の自動変更装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 内燃機関およびその他のエンジンの動弁機構
のバルブオーバーラップ又はタイミングをエンジン運転
中に変更しうる自動変更装置を提供する。 【構成】 一端にねじ溝４１を持つカムシャフト２′
と、ねじ溝４１に螺合された軸箱３４と、一端部が中空
シャフト４２ｓに螺合されモータの回転によって中空シ
ャフト４２ｓから出入りするスピンドル４４を備えたモ
ータリジューサ４２とから構成され、スピンドル４４の
他端部がカムシャフト２′を長手軸方向に押圧すると、
エンジン軸に対するカムシャフト２′の回転位相が変更
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、乗用車やトラ
ックなどに用いられる内燃機関やその他の機械に使用さ
れる、「倍効率シャフトバルブ」という発明の名称の出
願に開示される倍効率シャフトバルブのような弁式分配
機構（以下、ＳＶＳと称する）、又はキノコ弁分配機構
の動弁用のカムシャフトに用いられる装置に関し、特
に、バルブのオーバラップ又はタイミング、及びバルブ
断面の自動変更装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関のバルブ機能は、ピストンの上
死点もしくは下死点において排気バルブの開弁に連動し
て開く吸気バルブの正確なタイミングに大きく係わって
いる。排気バルブは、ガスを排気するために第３（爆
発）行程の終わりに開き始め、第４（排気）行程中開き
続け、そして吸気バルブは第１（吸気）行程に入る以前
に開き始めるので、このとき吸排気バルブは同時に開い
ていることになる。このバルブが両方とも開いている瞬
間を本説明においては「オーバラップ」又は「タイミン
グ」とする。

【０００３】従来のツイン又はデュアル・オーバ・ヘッ
ド・カムシャフトを持つ動弁機構において、排気バルブ
に対する吸気バルブのオーバラップ、又はタイミングを
変化させるためには、他方のカムシャフトに対する一方
のカムシャフトの角度位置を変えて形成する必要があ
る。そして、一度形成すると、このオーバラップは固定
されたままとなる。

【０００４】エンジンの運転中に、このような各カムシ
ャフトの回転を変化させることによりオーバラップ又は
タイミングを変更する装置は公知である。しかしなが
ら、このような装置は非常に複雑であり、現在において
は高性能エンジンにのみ適用されている。

【０００５】本発明による変更装置は、後述するように
従来式のカムシャフトに所望の回転（２本のカムシャフ
ト間の相対的な角度位置の変化）を与えることができ
る。そして、本発明による変更装置は、後述するように
ＳＶＳに対しても、分配装置におけるガスが流れる空間
を大きくしたり小さくしたりするためのバルブ開口断面
積の変更と共に、上記と同様な回転（ＳＶＳの２本のシ
ャフト部材間の相対的な角度位置の変化）を可能とする
ものである。従来の技術におけるバルブ開口断面積の拡
大は、バルブをより深く押し下げることによってのみ可
能であり、このためにカム及びスプリングの動きが非常
に厳しくなることが分かっている。

【０００６】

【発明の概要】本発明による装置は、従来技術と異な
り、従来式カムシャフトやＳＶＳにおいて、バルブのオ
ーバーラップ及びタイミングを変更させるものである。
さらに、本発明による装置は、従来技術と異なり、倍効
率シャフトバルブにおいて、バルブのオーバラップ及び
タイミング及び開口断面積の変更を可能とするものであ
る。本発明は、カムや分配バルブシャフトを備えたバル
ブ式分配装置を使用する内燃機関及び機械に用いられ
る、バルブオーバラップ及びバルブ断面積の自動変更装
置、もしくはバルブのオーバーラップ及びタイミングの
自動変更装置である。本発明は、タコメータ、又はガス
・アナライザ、又は両者から受けた信号により作動する
マイクロプロセッサにより制御される自動機構を有す
る。この自動機構は所定の回転数もしくはステップ数で
回転するステップモータ又はサーボモータによりモータ
リジューサ(motor reducer) を作動させる。

【０００７】モータリジューサは、内側にねじが切られ
た中空シャフトをその中央部に有するクラウンギヤやウ
ォームギヤなどを介して、スピンドルの端部をベアリン
グに対して前進させる。スピンドルは、歯付きプーリに
対するＳＶＳのシャフト部材又は従来式カムシャフト
（以下、両方を含んでシャフトと称する）の差動的かつ
制御された回転が発生するように、シャフトの一端及び
プーリ内部の軸箱に形成されたマルチエントランスタイ
プのねじ溝に沿わせて、シャフトを歯付きプーリ側に押
圧する。その結果、一方のシャフトの他方のシャフトに
対する角度位置が変化する。これにより、エンジンの回
転中にバルブのオーバラップ及びタイミングが変更され
るようになる。

【０００８】そして、ＳＶＳに用いる場合についてさら
に説明すれば、ＳＶＳのシャフト部材の端部に対してス
ピンドルが押圧する結果、ＳＶＳのシャフト部材の軸長
手方向の変位と共に、角度位置が変化するようにＳＶＳ
のシャフト部材の回転がなされる。このような変位は、
シャフト部材の貫通孔とこのシャフト部材を内挿するジ
ャケット部材の開口の位置関係を変化させ、これによ
り、貫通孔と開口の共通領域は両者が完全に一致する場
合より小さくなる。バルブ領域の変化は、すなわち前記
共通領域の増減によって、両方向可能である。ステップ
モータ又はサーボモータは、分配装置のオーバラップ及
びバルブ開口断面積を同時に変更できるよう正逆に駆動
可能である。上記の効果は吸排気両方のＳＶＳのシャフ
ト部材の整合された変更によって得ることができる。

【０００９】添付図は単一のＳＶＳのシャフト型バルブ
又は従来式カムシャフトに用いられる変更機構を示して
いる。

【００１０】

【実施例】本発明は、図１〜７に示すようにＳＶＳを備
えたエンジンに使用されるもので、エンジンのシリンダ
ヘッドに配置され、一方の吸気用のシャフト型バルブ
と、他方の排気用のシャフト型バルブと共に、歯付きプ
ーリ及びベルト、ギヤ又はチェーンによって駆動され
る。そして、本発明はさらに、図８〜９に示すようにキ
ノコ弁を有する従来式カムシャフトにも使用可能であ
る。

【００１１】先ず、ＳＶＳに用いた場合について説明す
る。上記ＳＶＳは、エンジンの主軸と平行にシリンダヘ
ッド５に配設され、ジャケット部材１と、貫通穴を有す
るシャフト部材２とから構成されるシャフト型バルブａ
及びｂを含んでいる。エンジンは、シリンダヘッド５、
シリンダブロック７、ピストン８、コンロッド１２、回
転力伝達用歯付きベルト９、減速用歯付きプーリ１１、
テンション・プーリ１３、回転力伝達用歯付きプーリ１
４を含んでいる。

【００１２】シャフト型バルブａ及びｂ（吸気用及び排
気用）は以下の説明においては実質的に同じものとみな
せるため、その一方のみについて説明する。シリンダヘ
ッドカバー５内に、２つのジャケット部材１用のハウジ
ングが外側冷却水路と共に設けられている。ジャケット
部材１はシール材と共にハウジング内に圧入されてお
り、ジャケット部材１の垂直な（長手軸と直交する）平
面内において側部から側部へ至る開口２０を備えてい
る。各開口２０はエンジンの各シリンダの燃焼室と一致
している。

【００１３】ジャケット部材１の内側には極めて精密な
公差で、ＳＶＳのシャフト部材２が取りつけられてい
る。このシャフト部材２もまた、その垂直な平面内にお
いて貫通孔２２を有している。各貫通孔２２はシリンダ
間距離に等しい間隔で離れており、吸気又は排気順序及
びエンジンの種類に従って、垂直な平面内において所定
の角度で配置されている。

【００１４】シャフト部材２の貫通孔２２が垂直な平面
内で側部から側部に至っているので、シャフト部材２が
１回転する度に、一つの貫通孔２２がジャケット部材１
の開口２０を介して２回ずつ所定のシリンダの燃焼室３
のヘッド部の開口部２４と連通する。この理由から本発
明のシャフトバルブは「倍効率」と名付けられている。
したがって、クランク軸１回転に対して、倍効率シャフ
トバルブのシャフト部材２は１／４回転すればよいこと
になる。シャフト部材２の回転はクランク軸２５上の回
転力伝達用歯付きプーリ１４から、減速用歯付きプーリ
１１と回転力伝達用歯付きベルト９とによって伝えら
れ、回転数はプーリ１１と１４の直径差により１／４に
減じられる。なお、図２中の符合４は排気又は吸気のマ
ニホールドを示す。

【００１５】次に、図３〜図９を参照して本発明の実施
例を説明する。本実施例は、電子回路により回転制御さ
れるサーボモータ又はステップモータによって制御され
る自動機構である。電子回路は、所定の回転数域に対応
してバルブのオーバラップ、タイミングの変化を指示す
るタコメータ又はガスアナライザから、もしくは両者か
らの命令を受け取る。

【００１６】図３、図４に示したように、モータリジュ
ーサ４２は、ウォームギヤ、エンドレスウォーム、内部
がねじ切りされた中空シャフト４２ｓと一体のボデーを
形成している。モータリジューサ４２の支持板がねじ４
３によってモータ・ボデー３７に連結されている。

【００１７】シャフト部材２はその端部に台形のねじ溝
４１を持ち、ねじ溝４１は複数の導入口を有するマルチ
エントランスタイプとなっている。ねじ溝４１は、内溝
を持つ軸箱３４に螺合している。軸箱３４はピンによっ
て歯付きプーリ４９に結合されている。軸箱３４は止め
環(seeger ring) ３５によって長手方向の動きを抑止さ
れている。プレート２７は全体のユニットを支持してお
り、そして、ねじ３８によってブロックに固定されてい
る。プレート２７は、止め環３５及びゴム製止め具２
８、２９によって固定されたボールベアリング３０を支
持している。

【００１８】歯付きプーリ４９及び軸箱３４は、プーリ
の長手方向の動きを抑止しその回転のみが可能なように
リング３１及びねじ３３によりボールベアリング３０の
外側に固定されている。シャフト部材２の端部にはボー
ルベアリング４０用のハウジングが形成されている。ね
じを備えたキャップ４５及びゴム製止め具４６がハウジ
ングを閉塞している。

【００１９】スピンドル４４が両ボールベアリング３０
間に保持されている。スピンドル４４の一端は、モータ
リジューサ４２のウォームギヤの中空シャフト４２ｓ内
に螺合している。スピンドル４４には、矩形断面の溝が
長尺方向に形成されており、ピン３９がこの溝の中に入
り込んで、スピンドル４４が長手方向に動かされる時に
スピンドル４４の回転を防止する。すなわち、モータに
よってエンドレスウォームが回転すると、ウォームギヤ
及び中空シャフト４２ｓが回転し、これによって、中空
シャフト４２ｓ内に螺合したスピンドル４４が中空シャ
フト４２ｓに対して出入りするようになっている。な
お、ピン３９はねじ３２によってモータボデー３７に固
定されている。

【００２０】モータリジューサ４２のモータは信号を受
け取ると、所定の回転又はステップの量だけ動く。この
モータの回転はスピンドル４４に伝達され、スピンドル
４４はシャフト部材２をねじ溝４１に沿って回転させな
がら押す。それによって、シャフト部材２は前進（軸方
向への移動）に応じてそれ自身が回転する。モータリジ
ューサ４２の回転が完了すると、２つのシャフト部材２
の異なる回転が、シャフト部材２の前進（軸方向への移
動）及び、シャフト部材２の貫通孔２２とジャケット部
材１の開口の間の共通領域の増減を生じさせる。また、
シャフト部材２の回転は他方のシャフトとの関係と、ピ
ストンの上下死点位置に係わるバルブオーバラップをも
変化させる。

【００２１】図７において、符号２４はシリンダヘッド
カバーを通る混合気又はガスの吸排気のための開口、符
号２２はシャフト部材の貫通孔である。一方のシャフト
部材２がジャケット部材１に対して交差する（すなわ
ち、貫通口２２と開口２０が連通しない）ように向いて
いるとき、他方のシャフト部材の貫通孔２２は開口２４
に対して前進している。説明を簡明にするために、図７
における貫通孔の投影はシャフト部材２の回転を考慮せ
ずに示されている。シャフト部材２がジャケットに対し
て前進した後、有効開口度が開口２４と貫通孔２２の共
通領域によって決定される。最大可能開口度は開口領域
Ｘとなる。

【００２２】バルブのオーバラップ及びバルブの開口断
面積の変更はエンジンの運転時においても、そして、い
かなる回転数においても実施可能である。

【００２３】装置全体はねじ３８によってプレート２７
に固定された匡体すなわちハウジング３６によって保護
されている。脱着自在なキャップ４７によって、一点鎖
線で示すように分配用ベルト４８の交換が可能とされて
いる。

【００２４】なお、図５は装置の取付状態を示す正面図
であり、図６は装置の取付状態を示す側面図であり、図
７は図６の平面図である。そして、図８は本発明の変更
装置を用い得る従来式のカムシャフト及びバルブを概略
的に説明する参考としての一部断面図で、本発明の装置
は、少なくとも２本の吸排気用カムシャフト及びこれら
２本のカムシャフトによって独立的に動作される吸排気
用のバルブを有するバルブ分配機構と共に用いられる。
さらに、図９は本発明の変更装置に従来式のカムシャフ
トを組み合わせた場合の断面図である。

【００２５】次に、図８、９を参照して本発明の変更装
置を従来式カムシャフトと共に用いた場合について説明
する。本発明の変更装置は軸方向に正確な距離を動くこ
とのできるカムシャフト２′に用いられる。このカムシ
ャフト２′はマルチエントランスタイプのねじ溝４１を
有し、このカムシャフト２′の端部側にボールベアリン
グ４０用のハウジングが形成されている。そして、キャ
ップ４５とラバーロック４６がハウジングを閉塞してい
る。スピンドル４４はカムシャフト２′をねじ溝４１に
沿って回転させながら押圧する。スピンドル４４に螺合
された内部がねじ切りされた中空シャフト４２ｓの回転
の結果として、中空シャフト４２ｓはその回転方向に従
ってスピンドル４４を前又は後ろに（すなわち、スピン
ドル４４の軸方向に）動かす。カムシャフト２′の軸方
向の移動距離はマルチエントランスタイプのねじ溝４１
のピッチで定まる。このカムシャフト２′の軸方向の移
動は、角度位置を変化させるカムシャフト２′の回転と
共に行われる。結果として、ピストンの上下死点におけ
るバルブロッド５２又はロッカアームに対するカム５１
の位置関係が異なるようになる。バルブ５３のタイミン
グもそれによって変わり、新しいオーバーラップが達成
される。さらにカムシャフト２′の軸方向移動を容易に
ならしめるため、カム５１を幅広のものとしてもよい。
なお、以上では、本発明の装置を吸気側のカムシャフト
２′に用いた場合として説明したが、排気側カムシャフ
トに用いてもよい。

【００２６】本発明の装置は、別体組立式の減速機構に
より、もしくはウォームギヤ又はクラウン及びエンドレ
スウォーム又はスクリューを有するタイプの単体のモー
タリジューサにより、さらにその他の公知の形式により
直接動かすことができる。

【００２７】シャフト部材２、カムシャフト２′の一端
に設けられたねじ山、ねじ溝４１はどのような公知のタ
イプでもよい。軸箱３４及びシャフト部材２、カムシャ
フト２′に切られたねじ溝４１は、シングル又はマルチ
エントランスタイプのいかなるピッチのものでもよい。
換言すれば、ピッチが無限大であるとすると、平行の溝
を持つことになるが、これはスピンドル４４がシャフト
部材２、カムシャフト２′を押したときシャフト部材
２、カムシャフト２′は回転することなく長手方向での
み移動する。ＳＶＳに本装置を適用し、ピッチを無限大
としたときには、バルブのオーバーラップ又はバルブタ
イミングはそのままで、バルブの開口断面積だけを変化
させ得ることになる。

【００２８】軸箱３４は歯付きプーリ４９と別体の要素
でも、一体の要素として形成されていてもよい。歯付き
プーリ４９及びスピンドル４４はどのようなタイプのブ
ッシュ又はベアリングに取付けられてもよい。潤滑は独
立の回路でも、エンジンに依存したものでもよく、又は
自動潤滑機構によりなされてもよい。

【００２９】本発明に係わる装置は、メインエンジンに
より、もしくは独立した電動式、油圧式、空圧式又は公
知のいかなるタイプのモータにより、間接的に動かして
もよい。スピンドル４４は油圧又は空圧装置により直接
的に又は間接的に動かすことができる。

【００３０】本発明は、ひとつ又はそれ以上の変数、又
はそれらを組み合わせたインプットを備えた電子又は電
気回路により制御される。さらに、本発明は、メインエ
ンジンが停止したときにバルブオーバラップの位置及び
バルブ断面がスタート時点の位置に戻るようにセンサを
設けてもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、あるゆる回転数域において、
自動的に獲得される最適な吸排気効率を発揮しうる。そ
の結果、本発明により、（i ）より優れた排気ガスの掃
気効率、（ii）より優れた混合気の吸気効率、（iii ）
燃焼室におけるよりよい燃焼、（iv）所定回転数におけ
るより大きな出力、及び（v ）混合気の良好な燃焼によ
る燃焼残留物の減少、が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に使用された分配装置を示す概略図であ
る。

【図２】図１に示す分配装置の部分詳細図である。

【図３】本発明に係わる変更装置の正面図である。

【図４】図３の線Ａ−Ａに沿った断面側面図である。

【図５】図１に示された分配装置における本発明に係わ
る装置の取付を示す正面図である。

【図６】本発明に係わる装置の取付を示す側面図であ
る。

【図７】本発明に係わる装置の取付を示す平面図であ
る。

【図８】本発明に係わる装置と共に用いることのできる
従来式カムシャフト及びバルブを概略的に示す一部断面
参考図である。

【図９】従来式のカムシャフトと組み合わされた本発明
の変更装置の断面図である。

【符号の説明】

１ ジャケット部材 ２ シャフト部材 ２′カムシャフト ５ シリンダヘッド ３４ 軸箱 ３５ 止め環 ４１ ねじ溝 ４２ モータリジューサ ４２ｓ 中空シャフト ４４ スピンドル ４８ 分配ベルト ５１ カム ５３ バルブ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドに位置する２本のカムシ
   ャフトと複数のバルブとを有し、 エンジンブロックと、エンジンブロック内に形成された
   シリンダヘッド付きのシリンダと、シリンダ内において
   摺動可能なピストンと、シリンダ及びピストンにより形
   成される燃焼室と、を有する内燃機関に使用されるバル
   ブ分配機構のバルブタイミングを変更するための自動変
   更装置であって、 マイクロプロセッサにより制御される自動機構と、 前記カムシャフトの一つを動かすスピンドルと、 自動機構によって駆動され、予め決められた回転数又は
   ステップ数回転して前記スピンドルの端部を前進させて
   カムシャフトを前に押圧するか若しくは後ろに引き戻す
   モータと、 軸箱と、 前記スピンドルがこのカムシャフトを動かす時に、前記
   カムシャフトに差動的かつ制御的な回転を前記軸箱内で
   生じさせて前記カムシャフトの回転と長手方向の変位を
   発生させることによりエンジン回転中にバルブタイミン
   グを変更させるための、前記カムシャフトの一端に形成
   されるマルチエントランスタイプのねじ溝と、を備えて
   なることを特徴とするバルブタイミングを変更するため
   の自動変更装置。
2. 【請求項２】 自動機構は、タコメータ及びガスアナラ
   イザからの信号により作動する請求項１記載の自動変更
   装置。
3. 【請求項３】 軸箱は、スピンドルに対して固定関係と
   され、ねじ溝は該軸箱に螺合されている請求項１記載の
   自動変更装置。
4. 【請求項４】 モータのリジューサは、ウォームギヤを
   有するモータリジューサであり、スピンドルは該ウォー
   ムギヤ内に螺合されている請求項１記載の自動変更装
   置。
5. 【請求項５】 モータは、ステップモータである請求項
   １記載の自動変更装置。
6. 【請求項６】 モータは、サーボモータである請求項１
   記載の自動変更装置。
7. 【請求項７】 シリンダヘッドに位置する２本のカムシ
   ャフトと複数のバルブとを有し、 エンジンブロックと、エンジンブロック内に形成された
   シリンダヘッド付きのシリンダと、シリンダ内において
   摺動可能なピストンと、シリンダ及びピストンにより形
   成される燃焼室と、を有する内燃機関に使用されるバル
   ブ分配機構のバルブタイミングを変更するための自動変
   更装置であって、 タコメータ及びガスアナライザからの信号によって作動
   するマイクロプロセッサにより制御される自動機構と、 前記カムシャフトの一つを動かすスピンドルと、 自動機構によって駆動され、予め決められた回転数又は
   ステップ数回転して前記スピンドルの端部を前進させて
   カムシャフトを前に押圧するか若しくは後ろに引き戻す
   モータリジューサ又はステップモータ又はサーボモータ
   と、 ねじ切りされた鞘体と、 前記スピンドルがこのカムシャフトを動かす時に、前記
   カムシャフトに差動的かつ制御的な回転を前記鞘体内で
   生じさせて前記カムシャフトの回転と長手方向の変位を
   発生させることによりエンジン回転中にバルブタイミン
   グを変更させるための、前記カムシャフトの一端に形成
   されるマルチエントランスタイプのねじ溝と、を備えて
   なることを特徴とするバルブタイミングを変更するため
   の自動変更装置。
8. 【請求項８】 ねじ切りされた鞘体は、スピンドルに対
   して固定関係とされ、ねじ溝は該ねじ切りされた鞘体に
   螺合されている請求項７記載の自動変更装置。
9. 【請求項９】 モータリジューサはウォームギヤを有
   し、スピンドルは該ウォームギヤ内に螺合されている請
   求項７記載の自動変更装置。