(57)【要約】【課題】吸気弁のリフト量と開閉タイミングとが一緒に調節される動弁装置を提供する。【解決手段】カム軸１は中間可動軸受け５で回転自在に保持されており、中間可動軸受け５は固定軸受け６で回転自在に保持されている。カム軸１の軸心１０と中間可動軸受け５の軸心９とは若干の寸法Ｅだけ偏芯している。タイミングチェン１５が巻き掛けられたスプロケット１６には内歯ギア２１が形成されており、これの内歯ギア２１にカム軸１の端部の外歯ギア４が噛合している。スプロケット１６は中間可動軸受け５と同心である。中間可動軸受け５を回転するとカム軸１の軸心１０が上下方向と横方向とに移動し、これにより、吸気弁１ａのリフト量と開閉タイミングとが同時に調節される。【選択図】図４
2014126019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁又は排気弁を押すカムが設けられたカム軸と、前記カム軸を回転させるための駆動輪と、前記カム軸を回転自在に保持しつつ前記駆動輪の軸心回りに移動させ得る移動手段とを備えており、前記駆動輪とカム軸とに、互いに噛合した状態を保持しつつ前記カム軸の移動を許容するギアが設けられている、
内燃機関の動弁装置。
【請求項２】
前記駆動輪のギアは凹所の内周面に歯を形成した内歯ギアである一方、前記カム軸のギアは外周面に歯を形成した外歯ギアであり、前記外歯ギアの外径を前記外歯ギアの内径より小径として、前記駆動輪の回転軸心とカム軸の回転軸心とをずらすことにより、前記外歯ギアが内歯ギアに噛み合った状態を保持しつつカム軸の軸心が駆動輪の軸心回りに移動することが許容されている、
請求項１に記載した内燃機関の動弁装置。
【請求項３】
前記駆動輪のギアとカム軸のギアとのうちいずれか一方又は両方の回転位相を変更できる位相調節手段が設けられている、
請求項１又は２に記載した内燃機関の動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、吸気弁及び排気弁を備えた内燃機関において、これら吸気弁や排気弁を開閉するカム式の動弁装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
よく知られているように、内燃機関の動弁装置はクランク軸に連動して回転するカム軸を備えており、ばねで閉じ方向に付勢された弁をカムで直接に又はロッカーアーム等を介して押すことで、弁の開閉が行われる。そして、機関の制御の一環として、特に吸気弁の開閉タイミングとリフト量とを制御することが行われている。
【０００３】
これら吸気弁の開閉タイミングの制御とリフト量の制御とは別々に行われており、一般に、開閉タイミングはカム軸を油圧機構で進角させたり遅角させたりしている一方、リフトの調節は、例えば吸気弁を伸縮構造にすることで実現している。ロッカーアーム方式の場合は、弁に当たるタイミングを変えることでリフト量と開閉タイミングとを調節している。しかし、いずれにしても、これらの機構は構造が複雑である問題がある。
【０００４】
他方、特許文献１には、カム軸の駆動輪を内歯ギアとして、カム軸の端部に設けた平ギアと内歯ギアとの間に中間ギアを配置し、中間ギアを内歯ギア及びカム軸の軸心回りに移動させることで開閉タイミングを調節することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５９−９０００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は単純な機構で開閉タイミングを調節できる利点があるが、中間歯車を設けねばならないため駆動輪が大型化してしまう問題や、開閉タイミングしか調節できずリフト量の調節には別の機構が必要になるため、動弁装置全体としては構造が複雑化せざるを得ないという問題があった。
【０００７】
本願発明は、このように現状を改善すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明は各請求項で特定されている。このうち請求項１の発明は、吸気弁又は排気弁を押すカムが設けられたカム軸と、前記カム軸を回転させるための駆動輪と、前記カム軸を回転自在に保持しつつ前記駆動輪の軸心回りに移動させ得る移動手段とを備えており、前記駆動輪とカム軸とに、互いに噛合した状態を保持しつつ前記カム軸の移動を許容するギアが設けられている。
【０００９】
請求項２の発明は請求項１を具体化したもので、この発明では、前記駆動輪のギアは凹所の内周面に歯を形成した内歯ギアである一方、前記カム軸のギアは外周面に歯を形成した外歯ギアであり、前記外歯ギアの外径を前記外歯ギアの内径より小径として、前記駆動輪の回転軸心とカム軸の回転軸心とをずらすことにより、前記外歯ギアが内歯ギアに噛み合った状態を保持しつつカム軸の軸心が駆動輪の軸心回りに移動することが許容されている。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記駆動輪のギアとカム軸のギアとのうちいずれか一方又は両方の回転位相を変更できる位相調節手段が設けられている。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明において、カム軸が駆動輪の周方向に移動すると、カム軸は、上下方向（正確には弁軸の軸方向）と横方向に（正確には、カム軸及び弁軸の軸線と直交した方向）移動する。そして、カム軸が上下方向に移動することで弁のリフト量が変化すると共に、駆動輪のギアとカム軸のギアとの噛み合い位置が周方向に移動することで弁の開閉タイミング（押しタイミング）が変化する。
【００１２】
従って、本願発明では、吸気弁又は排気弁の開閉タイミングとリフト量とを同時に調節することができるのであり、このため、動弁装置の構造を簡単化できると共に、吸気又は排気の制御の確実性も向上できる。また、カム軸のギアと駆動輪のギアとは直接噛み合っているため、駆動輪の大型化を防止できる利点もある。
【００１３】
駆動輪に外歯ギアを設けてカム軸を駆動輪の外周回りに周回移動させることも可能であるが、請求項２のように駆動輪に内歯ギアを設けてこれにカム軸の外歯ギアを噛合させると、駆動輪からカム軸への伝動機構を駆動輪に内蔵できるため、コンパクト化できる利点がある。
【００１４】
また、請求項３の構成を採用すると、弁の開閉タイミングとリフト量とを個別に調節できるため、制御の自由性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態を示す図で、（Ａ）は組み立てられた状態での平面図、（Ｂ）は分離平面図である。
【図２】（Ａ）は図１（Ａ）のIIA-IIA 視断面図（断面表示は省略している）、（Ｂ）は図１（Ａ）のIIB-IIB 視断面図である。
【図３】（Ａ）は図１（Ａ）のIIIA-IIIA 視断面図（断面表示は省略している）、（Ｂ）は図１（Ａ）のIIIB-IIIB 視断面図である。
【図４】作用を示す図で、（Ａ）は図２（Ａ）に対応した部分の簡略図、（Ｂ）は図３（Ａ）に対応した部分の簡略図である。
【図５】第２実施形態を示す図である。
【図６】第３実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜４に示す第１実施形態を説明する。本実施形態の動弁装置は、吸気弁と排気弁とを開閉する２本のカム軸を有しているが、図では吸気弁用のカム軸１のみを表示している。以下では、吸気弁用のカム軸１を単にカム軸１と称する。
【００１７】
カム軸１には、吸気弁２を押すカム１ａが複数形成されており、また、その端部寄り部位には大径の軸受けボス部３が形成されている。更に、カム軸１の一端には、外周に歯を形成した外歯ギア４を設けている。なお、外歯ギア４はカム軸１に一体に形成してもよいし、別体に構成して固定してもよい。
【００１８】
図３（Ａ）に示すように、カム軸１の軸受けボス部３は、リング状の中間可動軸受け５を介して固定軸受け６で回転自在に保持されている。固定軸受け６は、シリンダヘッド７にボルト８で固定されている。そして、中間可動軸受け５の外周は真円であって固定軸受け６に回転自在に保持されており、また、カム軸１の軸受けボス部３も当然ながら真円であって中間可動軸受け５に回転自在に嵌まっているが、中間可動軸受け５の軸心９とカム軸１の軸心１０とを、若干の寸法Ｅだけ偏芯させている（オフセットしている。）。
【００１９】
図４では、カム１ａが真下を向いた状態を基準として、この状態でカム軸１の軸心１０が中間可動軸受け５の軸心９の真下に位置するように設定している。
【００２０】
従って、中間可動軸受け５を回転させると、カム軸１は中間可動軸受け５の軸心９まわりに移動する。中間可動軸受け５の回転移動手段として、実施形態では、中間可動軸受け５の外周面にピニオンギア１１を形成して、これにラック１２を噛合させている。ラック１１は固定軸受け６に設けたガイド穴１３にスライド自在でずれ不能に嵌まっている。
【００２１】
ラック１１は、電動モータのような遠隔操作自在なアクチェータでスライド操作することができ、アクチェータの駆動はＥＣＵで制御される。本実施形態では、中間可動軸受け５とラック１２とで請求項に記載した移動手段が構成されている。ラック１２に代えてねじ軸を使用しても良い。
【００２２】
動弁装置はカム軸１を回転駆動する駆動輪の一例として、タイミングチェン１５が巻き掛けされたスプロケット１６を備えている。スプロケット１６は固定軸受け６の方向に突出した筒部１７を設けており、この筒部１７がシリンダヘッド７に専用のスプロケット用軸受け１８を介して回転自在に保持されている。筒部１７にはずれ防止用の２枚のフランジ１９を設けて、２枚のフランジ１９の間をスプロケット用軸受け１８で軸支している。
【００２３】
このため、スプロケット用軸受け１８は、シリンダヘッド７に一体に設けた（別体でもよい）の下キャップ１８ａとこれに上から重なる上キャップ１８ｂとの２つ割方式になっており、上キャップ１８ｂはボルト２０で下キャップ１８ａに固定されている。スプロケット１６の回転軸心は、中間可動軸受け５の回転軸心９と同心になっている。
【００２４】
スプロケット１６はその両端が開口した中空構造になっており、その内部にカム軸１の外歯ギア４が入り込んでいる。そして、スプロケット１６の内周に、カム軸１の外歯ギア４が噛合する内歯ギア２１を形成している。スプロケット１６と中間可動軸受け５とは同心なので、カム軸１が中間可動軸受け５の軸心周りに移動すると、外歯ギア４は、内歯ギア２１に噛合した状態を保持しつスプロケット１６の軸心９の回りに移動し得る。
【００２５】
本実施形態の内燃機関は４サイクルであり、従って、クランク軸が２回転するとカム軸１が１回転する。内歯ギア２１と外歯ギア４との歯数も、このようなクランク軸とカム軸１との回転関係が確保されるように設定している。
【００２６】
以上の構成において、図４に示すように、中間可動軸受け５を例えばθだけ時計周りに回転させると、カム軸１の軸心１０は、Ｅ・ｓｉｎθ（＝Ｅ１）の寸法だけ反時計回り方向の横方向（カム軸１及び弁軸の軸心と直交した方向）に移動すると共に、（Ｅ−Ｅ・ｃｏｓθ＝Ｅ２）だけ上昇し、かつ、内歯ギア２１と外歯ギア４との噛み合い中心位置は反時計回り方向にθだけ移動する。このため、カム軸１が時計回り方向に回転する場合は、カム１ａが吸気弁２に当たる開閉タイミングが早くなると共に、リフト量（吸気弁の開き量）は少なくなる。
【００２７】
このように、簡単な構造により、吸気弁１ａの開閉タイミングとリフト量とを一挙に調節できるのである。本実施形態のようにスプロケット１６に内歯ギア２１を設けてこれに外歯ギア４を噛合させると、スプロケット１６からカム軸１への伝動機構をスプロケット１６に内蔵できるため、全体としてコンパクト化できる利点がある。
【００２８】
(2).他の実施形態
図５に示す実施形態は、請求項３に対応したものである。この実施形態は基本構成は第１実施形態に類似しており、カム軸１は第１実施形態と同じ構造の中間可動軸受け５で回転自在に保持されている。
【００２９】
他方、スプロケット１６は、位相調節手段の一環として内筒１６ａと外筒１６ｂとの二重構造になっており、外筒１６ｂは、図示しないストッパー手段で軸方向に移動不能に保持されている一方、内筒１６ａは、軸受け２３で回転自在かつ軸方向に移動自在に保持されている。そして、内筒１６ａの外周と外筒１６ｂの内周とにギア２４，２５を形成してこれらを互いに噛合させているが、これらギア２４，２５の歯を軸心に対して傾斜させている。これらギア２４，２５も位相調節手段を構成している。
【００３０】
従って、内筒１６ａを軸方向に移動させると、外筒１６ｂは内筒１６ｂに対して相対的に回転する。外筒１６ｂはタイミングチェン１５によって回転が規制されているので、内筒１６ａが軸方向に移動しながら回転する。すると、内歯ギア２１が回転することでカム軸１を回転させ、結果として、クランク軸に対するカム軸１の位相が変化する。
【００３１】
なお、内筒１６ａは回転させずに外筒１６ｂを回転させることも可能である。この場合は、タイミングチェン１５に対する外筒１６ｂの噛合関係が変化し、結果として、クランク軸と外筒１６ｂとの回転位相が変化する。
【００３２】
内筒１６ａをスライドさせる手段としては、ねじ機構を採用している。すなわち、中間可動軸受け５を支持した固定軸受け６の外側面に雄ねじ筒２６を固定し、この雄ねじ筒２６にナット２７を螺合し、スラストベアリング２８を介してナット２７で内筒１６ａを押している。ナット２７の外周にはピニオンギア２９を形成しており、このピニオンギア２９にラック３０を噛合させている。ラック３０は、中間可動軸受け５と同様にもモータ等のアクチェータで回転操作される。雄ねじ筒２６とナット２７、ラック３０も位相調節手段を構成している。
【００３３】
なお、本実施形態では、外筒１６ｂが回転すると内筒１６ａをナット２７に向けて押すように設定している。従って、ナット２７を回転操作するだけで内筒１６ａは軸方向にスライドする。スラストベアリング２８を使用せずに、内筒１６ａの外周に環状溝を形成して、これにナット２７を嵌合させることも可能である。或いは、内筒１６ａの外周に環状溝を形成して、環状溝に回動式のロッドを挿入して、ロッドの回動によって内筒１６ａをスライドさせることも可能である。
【００３４】
本実施形態のようにスプロケット１６の回転位相を変化させると、カム軸１が中間可動軸受け５の軸心回りに移動させずにカム軸１の開閉タイミングを独立して調節できるため、吸気弁１ａをきめ細かく開閉制御することができる。本実施形態ではスプロケット１６の回転位相を変化させたが、同様の機構を使用してカム軸１の回転位相を変化させることも可能である。或いは、スプロケット１６とカム軸１との両方の回転位相を独立して変化させることも可能である。
【００３５】
図６に示す第３実施形態では、スプロケット１６又はギア等の駆動輪３２に主動ギア３３を設けて，カム軸１に設けた従動ギア３４をこれに噛合させると共に、カム軸１を駆動輪３２の軸心３５回りに移動させることで、吸気弁のリフト量と開閉タイミングとを一緒に調節可能としている。
【００３６】
カム軸１を駆動輪３２の軸心３５回りに回転させる手段としては、例えば、カム軸１が軸支された軸受けを、シリンダヘッドに形成した環状溝にスライド自在に嵌め込み、軸受けを電動モータ等のアクチェータによって駆動輪３２の軸心３５回りに移動調節したらよい。
【００３７】
以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば移動手段として中間可動軸受け５を使用する場合、中間可動軸受け５は例えばねじ軸で回転操作してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本願発明は実際に内燃機関に適用できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  カム軸
１ａ  カム
２  吸気弁
３  軸受けボス部
４  外歯ギア
５  移動手段を構成する中間可動軸受け
６  固定軸受け
７  シリンダヘッド
９  中間可動軸受け及びスプロケットの軸心
１０  カム軸の軸心
１２  移動手段を構成するラック
１５  タイミングチェン
１６  駆動輪の一例としてのスプロケット
２１  内歯ギア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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