(57)【要約】【課題】  吸気側および排気側にそれぞれＶＴＣ装置を設けることなく、吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを相互に逆方向に変更可能な内燃機関の可変動弁装置を提供する。【解決手段】  排気カムシャフト１６に設けられた位相変更機構２７が、クランクシャフト１３の回転に連動する入力部材３４の位相に対して、排気カムシャフト１６の回転に連動する第１出力部材３５の位相と、吸気カムシャフト１５の回転に連動する第２出力部材３６の位相とを相互に異なる方向に変更する位相反転手段４８を備えるので、クランクシャフト１３の位相に対して吸気カムシャフト１５の位相を進角して排気カムシャフト１６トの位相を遅角することで任意のバルブオーバーラップ期間を設定し、あるいはその逆に任意のネガティブバルブオーバーラップ期間を設定することが可能となる。位相変更機構２７の数は１個で済むため、部品点数や重量の増加を最小限に抑えることができる。【選択図】        図８
2011052625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフト（１３）により駆動される吸気カムシャフト（１５）および排気カムシャフト（１６）の位相を変更することで吸気バルブ（２３）および排気バルブ（２５）のバルブタイミングを変更する単一の位相変更機構（２７）を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、
前記位相変更機構（２７）は、前記クランクシャフト（１３）の回転に連動する入力部材（３４）と、前記吸気カムシャフト（１５）および前記排気カムシャフト（１６）の一方の回転に連動する第１出力部材（３５）と、前記吸気カムシャフト（１５）および前記排気カムシャフト（１６）の他方の回転に連動する第２出力部材（３６）と、前記入力部材（３４）の位相に対して前記第１出力部材（３５）の位相および前記第２出力部材（３６）の位相を相互に異なる方向に変更する位相反転手段（４８，６７，７１）とを備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
【請求項２】
前記位相反転手段（４８）は、
歯数が相互に異なる第１外歯ギヤ（３７ａ）、第２外歯ギヤ（３７ｂ）および第３外歯ギヤ（３７ｃ）が一体に設けられて駆動源（３３）により偏心回転する中間ギヤ部材（３７）と、
前記入力部材（３４）に設けられて前記第１外歯ギヤ（３７ａ）に噛合する第１内歯ギヤ（３４ｄ）と、
前記第１出力部材（３５）に設けられて前記第２外歯ギヤ（３７ｂ）に噛合する第２内歯ギヤ（３５ａ）と、
前記第２出力部材（３６）に設けられて前記第３外歯ギヤ（３７ｃ）に噛合する第３内歯ギヤ（３６ｄ）と、
を備え、
前記駆動源（３３）で前記中間ギヤ部材（３７）を前記入力部材（３４）に対して正逆両方向に相対偏心回転させることで、前記クランクシャフト（１３）の位相に対して前記第１出力部材（３５）の位相および前記第２出力部材（３６）の位相を相互に異なる方向に変更することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項３】
前記第２外歯ギヤ（３７ｂ）は前記第１外歯ギヤ（３７ａ）よりも小径であって前記第３外歯ギヤ（３７ｃ）は前記第１外歯ギヤ（３７ａ）よりも大径であり、前記入力部材（３４）の駆動力入力部（１８）は前記第２外歯ギヤ（３７ｂ）の径方向外側に配置されることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項４】
前記位相反転手段（６７）は、
前記入力部材（３４）に対する前記第１出力部材（３５）の位相を変更する駆動源（５１）と、
前記入力部材（３４）に径方向に設けた支軸（６４）まわりに回転自在に支持した第１ベベルギヤ（６３）と、
前記第１出力部材（３５）に設けられて前記第１ベベルギヤ（６３）に噛合する第２ベベルギヤ（３５ｂ）と、
前記第２出力部材（３６）に設けられて前記第１ベベルギヤ（６３）に噛合する第３ベベルギヤ（３６ｅ）と、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項５】
前記位相反転手段（７１）は、
前記入力部材（３４）に対する前記第１出力部材（３５）の位相を変更する駆動源（５１）と、
前記入力部材（３４）に軸方向に設けた支軸（７２）まわりに回転自在に支持したピニオン（７３）と、
前記第１出力部材（３５）に設けられて前記ピニオン（７３）に噛合するサンギヤ（３５ｃ）と、
前記第２出力部材（３６）に設けられて前記ピニオン（７３）に噛合するリングギヤ（３６ｆ）と、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【請求項６】
前記吸気カムシャフト（１５）および前記排気カムシャフト（１６）の一方および他方は、同軸であって径方向内外に配置されることを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の内燃機関の可変動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトにより駆動される吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの位相を変更することで吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを変更する単一の位相変更機構を備えた内燃機関の可変動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランクシャフトの回転を第１タイミングチェーンで排気カムシャフトに伝達し、排気カムシャフトの回転を第２タイミングチェーンで吸気カムシャフトに伝達するＤＯＨＣ（ダブル・オーバーヘッド・カムシャフト）型の内燃機関において、第１タイミングチェーンと排気カムシャフトとの間にＶＴＣ（バルブ・タイミング・コントロール）装置を設けることで、クランクシャフトの位相に対して排気カムシャフトの位相および吸気カムシャフトの位相を変化させ、排気バルブおよび吸気バルブのバルブタイミングを変更するものが、下記特許文献１により公知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９５６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図２１（Ａ）は、内燃機関の「基準」のバルブタイミングを示すものである。このバルブタイミングは内燃機関のアイドリング時等に用いられるもので、排気行程の終わりの上死点で排気バルブが閉弁すると同時に吸気バルブが開弁するようになっており、バルブオーバーラップ期間あるいはネガティブバルブオーバーラップ期間は設定されない。これにより、アイドリング時にＥＧＲガスがシリンダ内に導入された場合に燃焼が不安定になるのを防止することができる。
【０００５】
図２１（Ｂ）は、内燃機関の「バルブオーバーラップ」のバルブタイミングを示すものである。このバルブタイミングでは、排気行程の終わりの上死点の後で排気バルブが閉弁し、前記上死点の前で吸気バルブが開弁するようになっており、そこに排気バルブおよび吸気バルブが同時に開弁するバルブオーバーラップ期間が設定される。これにより、高負荷時には、排気脈動を利用して排気を排気管に吸い出す掃気効果を生じさせるとともに、吸気バルブの閉弁タイミングを下死点付近にして吸入空気量を増大させることで、トルクを増大することができる。また低・中負荷時には、排気を吸気側に吸い戻させてシリンダ内に残留させることで、「比熱の増大」→「燃焼温度の低下」→「ＮＯｘ排出量の低減」→「新気が排気に置き換わるためスロットルバルブによる絞りの緩和」の過程を経てポンピングロスを低減することができる。
【０００６】
図２１（Ｃ）は、内燃機関の「ネガティブバルブオーバーラップ」のバルブタイミングを示すものである。このバルブタイミングでは、排気行程の終わりの上死点の前で排気バルブが閉弁し、前記上死点の後で吸気バルブが開弁するようになっており、そこに排気バルブおよび吸気バルブが同時に閉弁するネガティブバルブオーバーラップ期間が設定される。これにより、シリンダ内に排気を残留させて比熱を増大させ、燃焼温度を低下させてＮＯｘを低減することができるだけでなく、特に中負荷の低中速時に、新気を導入する代わりに、上記と同様にＥＧＲガスをシリンダ内に導入し、スロットリングによるポンピングロスを低減することができる。
【０００７】
このように、排気バルブのバルブタイミングを遅角して吸気バルブのバルブタイミングを進角することでバルブオーバーラップ期間を設定し、あるいは排気バルブのバルブタイミングを進角して吸気バルブのバルブタイミングを遅角することでネガティブバルブオーバーラップ期間を設定すれば、上述した種々の効果を得ることができる。
【０００８】
しかしながら上記従来のものは、１個のＶＴＣ装置で吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを変化させているので、吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを同時に進角するか、同時に遅角することしかできず、バルブオーバーラップ期間あるいはネガティブバルブオーバーラップ期間を任意に制御することができないという問題があった。
【０００９】
バルブオーバーラップ期間あるいはネガティブバルブオーバーラップ期間を任意に制御するには、吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトにそれぞれＶＴＣ装置を設ければ良いが、このようにすると部品点数が増加してコストや重量が増加する問題がある。
【００１０】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、吸気側および排気側にそれぞれＶＴＣ装置を設けることなく、吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを相互に逆方向に変更可能な内燃機関の可変動弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、クランクシャフトにより駆動される吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの位相を変更することで吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングを変更する単一の位相変更機構を備えた内燃機関の可変動弁装置であって、前記位相変更機構は、前記クランクシャフトの回転に連動する入力部材と、前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトの一方の回転に連動する第１出力部材と、前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトの他方の回転に連動する第２出力部材と、前記入力部材の位相に対して前記第１出力部材の位相および前記第２出力部材の位相を相互に異なる方向に変更する位相反転手段とを備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置が提案される。
【００１２】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記位相反転手段は、歯数が相互に異なる第１外歯ギヤ、第２外歯ギヤおよび第３外歯ギヤが一体に設けられて駆動源により偏心回転する中間ギヤ部材と、前記入力部材に設けられて前記第１外歯ギヤに噛合する第１内歯ギヤと、前記第１出力部材に設けられて前記第２外歯ギヤに噛合する第２内歯ギヤと、前記第２出力部材に設けられて前記第３外歯ギヤに噛合する第３内歯ギヤとを備え、前記駆動源で前記中間ギヤ部材を前記入力部材に対して正逆両方向に相対偏心回転させることで、前記クランクシャフトの位相に対して前記第１出力部材の位相および前記第２出力部材の位相を相互に異なる方向に変更することを特徴とする内燃機関の可変動弁装置が提案される。
【００１３】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記第２外歯ギヤは前記第１外歯ギヤよりも小径であって前記第３外歯ギヤは前記第１外歯ギヤよりも大径であり、前記入力部材の駆動力入力部は前記第２外歯ギヤの径方向外側に配置されることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置が提案される。
【００１４】
また請求項４に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記位相反転手段は、前記入力部材に対する前記第１出力部材の位相を変更する駆動源と、前記入力部材に径方向に設けた支軸まわりに回転自在に支持した第１ベベルギヤと、前記第１出力部材に設けられて前記第１ベベルギヤに噛合する第２ベベルギヤと、前記第２出力部材に設けられて前記第１ベベルギヤに噛合する第３ベベルギヤとを備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置が提案される。
【００１５】
また請求項５に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記位相変反転手段、前記入力部材に対する前記第１出力部材の位相を変更する駆動源と、前記入力部材に軸方向に設けた支軸まわりに回転自在に支持したピニオンと、前記第１出力部材に設けられて前記ピニオンに噛合するサンギヤと、前記第２出力部材に設けられて前記ピニオンに噛合するリングギヤとを備えることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置が提案される。      
【００１６】
また請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記吸気カムシャフトおよび前記排気カムシャフトの一方および他方は、同軸であって径方向内外に配置されることを特徴とする内燃機関の可変動弁装置が提案される。
【００１７】
尚、実施の形態の第１排気スプロケット１８は本発明の駆動力入力部に対応し、実施の形態の電動モータ３３および油圧アクチュエータ５１は本発明の駆動源に対応する。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の構成によれば、単一の位相変更機構が、クランクシャフトの回転に連動する入力部材の位相に対して、吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの一方の回転に連動する第１出力部材の位相と、他方の回転に連動する第２出力部材の位相とを相互に異なる方向に変更する位相反転手段を備えるので、クランクシャフトの位相に対して吸気カムシャフトの位相を進角して排気カムシャフトの位相を遅角することで任意のバルブオーバーラップ期間を設定し、あるいはクランクシャフトの位相に対して吸気カムシャフトの位相を遅角して排気カムシャフトの位相を進角することで任意のネガティブバルブオーバーラップ期間を設定することが可能となる。また位相変更機構は一個だけ設ければ良いため、部品点数や重量の増加を最小限に抑えることができる。
【００１９】
また請求項２の構成によれば、駆動源で中間ギヤ部材を入力部材に対して正逆両方向に偏心回転させると、入力部材に第１内歯ギヤ、第１外歯ギヤ、第２外歯ギヤおよび第２内歯ギヤを介して連結された第１出力部材が該入力部材に対して一方向に相対回転することで、入力部材の位相に対して第１出力部材の位相が一方向に変化し、かつ入力部材に第１内歯ギヤ、第１外歯ギヤ、第３外歯ギヤおよび第３内歯ギヤを介して連結された第２出力部材が該入力部材に対して他方向に相対回転することで、入力部材の位相に対して第２出力部材の位相が他方向に変化する。これにより、クランクシャフトの位相に対して吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの位相を相互に逆方向に変化させることができる。
【００２０】
また請求項３の構成によれば、中間ギヤ部材の第１〜第３外歯ギヤのうちで最も小径の第２外歯ギヤの径方向外側に入力部材の駆動力入力部を配置したので、位相変更機構の径方向寸法を小型化することができる。
【００２１】
また請求項４の構成によれば、駆動源で入力部材の位相に対する第１出力部材の位相を一方向に変化させると、第１出力部材に第２ベベルギヤ、第１ベベルギヤおよび第３ベベルギヤを介して接続された第２出力部材の位相が、入力部材の位相に対して他方向に変化する。これにより、クランクシャフトの位相に対して吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの位相を相互に逆方向に変化させることができる。
【００２２】
また請求項５の構成によれば、駆動源で入力部材の位相に対する第１出力部材の位相を一方向に変化させると、第１出力部材にサンギヤ、ピニオンおよびリングギヤを介して接続された第２出力部材の位相が、入力部材の位相に対して他方向に変化する。これにより、クランクシャフトの位相に対して吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの位相を相互に逆方向に変化させることができる。
【００２３】
また請求項６の構成によれば、吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの一方および他方を同軸であって径方向内外に配置したので、ＳＯＨＣ型の内燃機関においてクランクシャフトの位相に対して吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトの位相を相互に逆方向に変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ＤＯＨＣ型内燃機関の正面図。（第１の実施の形態）
【図２】図１の２−２線拡大断面図。（第１の実施の形態）
【図３】図２の３−３線断面図。（第１の実施の形態）
【図４】図２の４−４線断面図。（第１の実施の形態）
【図５】図２の５−５線断面図。（第１の実施の形態）
【図６】図２の６−６線断面図。（第１の実施の形態）
【図７】位相変更機構の分解斜視図。（第１の実施の形態）
【図８】位相変更機構のスケルトン図。（第１の実施の形態）
【図９】位相反転手段の作用説明図（その１）。（第１の実施の形態）
【図１０】位相反転手段の作用説明図（その２）。（第１の実施の形態）
【図１１】前記図２に対応する図。（第２の実施の形態）
【図１２】図１１の１２−１２線断面図。（第２の実施の形態）
【図１３】図１１の１３−１３線断面図。（第２の実施の形態）
【図１４】位相変更機構の分解斜視図。（第２の実施の形態）
【図１５】前記図２に対応する図。（第３の実施の形態）
【図１６】図１５の１６−１６線断面図。（第３の実施の形態）
【図１７】位相変更機構の分解斜視図。（第３の実施の形態）
【図１８】カムシャフトおよび位相変更機構の縦断面図。（第４の実施の形態）
【図１９】カムシャフトおよび位相変更機構の斜視図。（第４の実施の形態）
【図２０】図１８の２０−２０線断面図。（第４の実施の形態）
【図２１】本発明により変更可能なバルブタイミングの説明図。
【図２２】本発明を適用可能なタイミングトレーンの説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図１〜図１０に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。
【００２６】
図１に示すように、内燃機関Ｅはシリンダ１１に摺動自在に嵌合するピストン１２を備えており、ピストン１２とクランクシャフト１３とがコネクティングロッド１４を介して接続される。内燃機関ＥはＤＯＨＣ型であって吸気カムシャフト１５および排気カムシャフト１６を備えており、クランクシャフト１３に設けたクランクスプロケット１７と排気カムシャフト１６に設けた第１排気スプロケット１８とが第１タイミングベルト１９で接続され、排気カムシャフト１６上に支持された第２排気スプロケット２０と吸気カムシャフト１６に設けた吸気スプロケット２１とが第２タイミングベルト２２で接続される。吸気バルブ２３は吸気カムシャフト１５に設けた吸気カム２４により開閉駆動され、排気バルブ２５は排気カムシャフト１６に設けた排気カム２６により開閉駆動される。
【００２７】
クランクスプロケット１７の歯数に対して第１排気スプロケット１８の歯数は２倍に設定されており、従って排気カムシャフト１６はクランクシャフト１３の回転数の半分の回転数で回転する。また第２排気スプロケット２０の歯数と吸気スプロケット２１の歯数は同じに設定されており、従って吸気カムシャフト１５および排気カムシャフト１６は同一の回転数で回転する
排気カムシャフト１６の軸端には位相変更機構２７が設けられており、この位相変更機構２７により、クランクシャフト１３の位相に対して吸気カムシャフト１５および排気カムシャフト１６の位相を相互に逆方向に変更することができる。即ち、クランクシャフト１３の位相に対して吸気カムシャフト１５の位相が進角すると排気カムシャフト１６の位相が遅角してバルブオーバーラップ期間が増加する。またクランクシャフト１３の位相に対して吸気カムシャフト１５の位相が遅角すると排気カムシャフト１６の位相が進角してネガティブバルブオーバーラップ期間が増加する。
【００２８】
次に、図２〜図８に基づいて位相変更機構２７の構造を詳述する。
【００２９】
排気カムシャフト１６の軸端に設けられた位相変更機構２７は、チェーンカバー３１にボルト３２…で固定された駆動源たる電動モータ３３と、入力部材３４と、第１出力部材３５と、第２出力部材３６と、中間ギヤ部材３７とを備える。
【００３０】
第１出力部材３５は円環状の部材であって、シリンダヘッド３８から突出する排気カムシャフト１６の軸端に設けた小径の第１支持部１６ａに嵌合し、ピン３９で排気カムシャフト１６に対して相対回転不能に結合された状態で、スペーサカラー４０を介してボルト４１で締結される。第１出力部材３５の外周フランジの内面に、第２内歯ギヤ３５ａが形成される。
【００３１】
第２出力部材３６は、短円筒状のハウジング３６ａと、ハウジング３６ａの前面にボルト４２…で結合された円環状のフロントプレート３６ｂと、ハウジング３６ａの後面に６本のスペーサカラー４３…を挟んでボルト４４…で結合された円環状のリヤプレート３６ｃとを備えており、ハウジング３６ａの内周面に第３内歯ギヤ３６ｄが形成されるとともに、リヤプレート３６ｃに前記第２排気スプロケット２０が設けられる。第２出力部材３６は、そのリヤプレート３６ｃがシリンダヘッド３８から突出する排気カムシャフト１６の第２支持部１６ｂの外周面に相対回転自在に支持される。
【００３２】
入力部材３４は、筒状部３４ａと、筒状部３４ａから径方向外側に延びるフランジ部３４ｂとを備える円環状の部材であって、フランジ部３４ｂの外周に前記第１排気スプロケット１８が形成されるとともに、フランジ部３４ｂに円周方向に延びる６個の長孔３４ｃ…が形成され、かつ筒状部３４ａの内周に第１内歯ギヤ３４ｄが形成される。入力部材３４の筒状部３４ａは、第１出力部材３５の外周面と第２出力部材３６のハウジング３６ａの内周面との間に相対回転自在に支持され、かつ入力部材３４のフランジ部３４ｂは、第２出力部材３６のハウジング３６ａとリヤプレート３６ｃとの間に相対回転自在に支持される。このとき、第２出力部材３６のハウジング３６ａとリヤプレート３６ｃとを接続する６個のスペーサカラー４３…が入力部材３４のフランジ部３４ｂの６個の長孔３４ｃ…に嵌合することで、入力部材３４および第２出力部材３６の相対回転が所定の角度範囲で許容される。
【００３３】
排気カムシャフト１６の軸線Ｌに対して偏心した位置に配置される中間ギヤ部材３７は、中径の第１外歯ギヤ３７ａと、小径の第２外歯ギヤ３７ｂと大径の第３外歯ギヤ３７ｃとを一体に備えており、中径の第１外歯ギヤ３７ａは中径の前記第１内歯ギヤ３４ｄに噛合し、小径の第２外歯ギヤ３７ｂは小径の前記第２内歯ギヤ３５ａに噛合し、大径の第３外歯ギヤ３７ｃは大径の前記第３内歯ギヤ３６ｄに噛合する。
【００３４】
電動モータ３３の回転軸３３ａに固定した棒状の駆動部材４５が、偏心スリーブ４６の一端に形成した２個の切欠き４６ａ，４６ａに嵌合する。偏心スリーブ４６は、厚肉部４６ｂおよび薄肉部４６ｃを備えて内周面４６ｄに対して外周面４６ｅがε（図２参照）だけ偏心している。よって内周面４６ｄの中心が排気カムシャフト１６の軸線Ｌ上に位置することで、外周４６ｅの中心が排気カムシャフト１６の軸線Ｌに対してεだけ偏心し、この外周面４６ｅにニードルベアリング４７を介して支持された中間ギヤ部材３７は、その第１〜第３外歯ギヤ３７ａ，３７ｂ，３７ｃが各々１カ所で第１〜第３内歯ギヤ３４ｄ，３５ａ，３６ｄに噛合した状態で、排気カムシャフト１６の軸線Ｌまわりを偏心回転する。
【００３５】
前記電動モータ３３、前記第１〜第３外歯ギヤ３７ａ，３７ｂ，３７ｃおよび前記第１〜第３内歯ギヤ３４ｄ，３５ａ，３６ｄは、本発明の位相反転手段４８を構成する。
【００３６】
以上説明した位相変更機構２７の構造および作用は、図８のスケルトン図を参照すると理解が容易になるであろう。
【００３７】
即ち、電動モータ３３で偏心回転するスリーブ４６に回転自在に支持された中間ギヤ部材３７は一体に形成された第１〜第３外歯ギヤ３７ａ，３７ｂ，３７ｃを備えており、中径の第１外歯ギヤ３７ａは、クランクシャフト１３の回転がクランクスプロケット１７、第１タイミングベルト１９および第１排気スプロケット１８を介して伝達される入力部材３４の第１内歯ギヤ３４ｄに噛合し、小径の第２外歯ギヤ３７ｂは、排気カムシャフト１６に接続された第１出力部材３５の第２内歯ギヤ３５ａに噛合し、大径の第３外歯ギヤ３７ｃは、吸気カムシャフト１５に吸気スプロケット２１、第２タイミングベルト２２および第２排気スプロケット２０を介して接続された第２出力部材３６の第３内歯ギヤ３６ｄに噛合する。
【００３８】
クランクシャフト１３の回転がクランクスプロケット１７、第１タイミングベルト１９および第１排気スプロケット１８を介して伝達される入力部材３４の回転数と同一回転数で電動モータ３３を駆動すると、入力部材３４の第１内歯ギヤ３４ｄと中間ギヤ部材３７の第１外歯ギヤ３７ａとは、それらの噛合点を変化させることなく実質的に一体となって回転する。このとき中間ギヤ部材３７の第２外歯ギヤ３７ｂに第２内歯ギヤ３５ａを噛合させた第１出力部材３５と、中間ギヤ部材３７の第３外歯ギヤ３７ｃに第３内歯ギヤ３６ｄを噛合させた第２出力部材３６とは、入力部材３４と実質的に一体となって回転するため、入力部材３４の位相に対して第１出力部材３５および第２出力部材３６の位相は進角も遅角もせず、バルブタイミングは変化しない。
【００３９】
それに対し、電動モータ３３を入力部材３４の回転数と異なる回転数で一方向に駆動すると、入力部材３４の第１内歯ギヤ３４ｄと中間ギヤ部材３７の第１外歯ギヤ３７ａとの噛合点は順次変化し、入力部材３４と中間ギヤ部材３７とが相対回転することで、第１出力部材３５の位相および第２出力部材３６の位相が入力部材３４の位相に対して相互に逆方向に変化する。以下、その理由を図９および図１０に基づいて説明する。
【００４０】
図９は中間ギヤ部材３７を固定して偏心スリーブ４６を１回転させたと仮定した場合の、中間ギヤ部材３７を基準とする第２出力部材３６のずれ角θＡ（図９（Ａ）参照）と、中間ギヤ部材３７を基準とする入力部材３４のずれ角θＢ（図９（Ｂ）参照）と、中間ギヤ部材３７を基準とする第１出力部材３５のずれ角θＣ（図９（Ｃ）参照）とを示すものである。
【００４１】
図９（Ａ）において、２個の点は中間ギヤ部材３７および第２出力部材３６の位相を示すもので、回転前には軸線Ｌの上方に整列していた２個の点が、回転後にはずれ角θＡだけずれている。
【００４２】
ずれ角θＡは、中間ギヤ部材３７の第３外歯ギヤ３７ｃおよび第２出力部材３６の第３内歯ギヤ３６ｄの歯数差に相当するもので、実施の形態では、第３内歯ギヤ３６ｄの歯数ＺAOは第３外歯ギヤ３７ｃの歯数ＺAIよりも１だけ大きく設定される。よって、中間ギヤ部材３７に対する第２出力部材３６のずれ角であるθＡ（ｄｅｇ）は
θＡ＝（ＺAO−ＺAI）×（３６０／ＺAO）
で表される。
【００４３】
図９（Ｂ）において、２個の点は中間ギヤ部材３７および入力部材３４の位相を示すもので、回転前には軸線Ｌの上方に整列していた２個の点が、回転後にはずれ角θＢだけずれている。
【００４４】
ずれ角θＢは、中間ギヤ部材３７の第１外歯ギヤ３７ａおよび入力部材３４の第１内歯ギヤ３４ｄの歯数差に相当するもので、実施の形態では、第１内歯ギヤ３４ｄの歯数ＺBOは第１外歯ギヤ３７ａの歯数ＺBIよりも１だけ大きく設定される。よって、中間ギヤ部材３７に対する入力部材３４のずれ角であるθＢ（ｄｅｇ）は
θＢ＝（ＺBO−ＺBI）×（３６０／ＺBO）
で表される。
【００４５】
図９（Ｃ）において、２個の点は中間ギヤ部材３７および第１出力部材３５の位相を示すもので、回転前には軸線Ｌの上方に整列していた２個の点が、回転後にはずれ角θＣだけずれている。
【００４６】
ずれ角θＣは、中間ギヤ部材３７の第２外歯ギヤ３７ｂおよび第１出力部材３５の第２内歯ギヤ３５ａの歯数差に相当するもので、実施の形態では、第２内歯ギヤ３５ａの歯数ＺCOは第２外歯ギヤ３７ｂの歯数ＺCIよりも１だけ大きく設定される。よって、中間ギヤ部材３７に対する第１出力部材３５のずれ角であるθＣ（ｄｅｇ）は、
θＣ＝（ＺCO−ＺCI）×（３６０／ＺCO）
で表される。
【００４７】
第１〜第３外歯ギヤ３７ａ，３７ｂ，３７ｃの歯数ＺAI，ＺBI，ＺCIには、
ＺAI＞ＺBI＞ＺCI
の関係があり、
かつ第１〜第３内歯ギヤ３４ｄ，３５ａ，３６ｄの歯数ＺAO，ＺBO，ＺCOには、
ＺAO＞ＺBO＞ＺCO 
の関係があるため、ずれ角θＡ，θＢ，θＣには、
θＡ＜θＢ＜θＣ
の関係がある。つまり、中間ギヤ部材３７を固定して偏心スリーブ４６を１回転させた場合、中間ギヤ部材３７を基準とする第２出力部材３６のずれ角θＡよりも、入力部材３４のずれ角θＢは大きく、第１出力部材３５のずれ角θＣは更に大きくなる。
【００４８】
図１０は入力部材３４を固定して偏心スリーブ４６を１回転させたと仮定した場合の、入力部材３４を基準とする第２出力部材３６のずれ角θＡ′（図１０（Ａ）参照）と、入力部材３４を基準とする入力部材３４のずれ角θＢ′（図１０（Ｂ）参照）と、入力部材３４を基準とする第１出力部材３５のずれ角θＣ′（図１０（Ｃ）参照）とを示すものである。
【００４９】
図１０（Ａ）において、入力部材３４を基準とする第２出力部材３６のずれ角θＡ′は、
θＡ′＝θＡ−θＢ・・・負値
であり、第２出力部材３６は入力部材３４の対してずれ角θＡ′だけ反時計方向にずれることになる。
【００５０】
図１０（Ｂ）において、入力部材３４を基準とする入力部材３４のずれ角θＢ′は、当然のことながら、
θＢ′＝θＢ−θＢ＝０
である。
【００５１】
図１０（Ｃ）において、入力部材３４を基準とする第１出力部材３５のずれ角θＣ′は、
θＣ′＝θＣ−θＢ・・・正値
であり、第１出力部材３５は入力部材３４の対してずれ角θＣ′だけ時計方向にずれることになる。
【００５２】
尚、電動モータ３３を入力部材３４の回転数と異なる回転数で他方向に駆動すると、上述とは反対に、ずれ角θＡ′が正値になってずれ角θＣ′が負値になり、第１出力部材３５および第２出力部材３６の位相のずれの方向が逆転する。
【００５３】
前記二つのずれ角θＡ′，θＣ′の絶対値の比がエンジン性能から求められる比と一致するように、あるいは概ね一致するように、第１〜第３外歯ギヤ３７ａ，３７ｂ，３７ｃの歯数ＺAI，ＺBI，ＺCIおよび第１〜第３内歯ギヤ３４ｄ，３５ａ，３６ｄの歯数ＺAO，ＺBO，ＺCOを適切に設定する。
【００５４】
従って、クランクシャフト１３により駆動される入力部材３４の回転数に対して電動モータ３３の回転数を増減させ、入力部材３４に対して偏心スリーブ４６（つまり中間ギヤ部材３７）を相対回転させることで、入力部材３４の位相に対して第１出力部材３５の位相および第２出力部材３６の位相を相互に逆方向に変化させることができる。これにより、吸気バルブ２３および排気バルブ２５のバルブタイミングを相互に逆方向に変化させ、任意のバルブオーバーラップ期間あるいは任意のネガティブバルブオーバーラップ期間を設定することができる。しかも、その際に位相変更機構２７を吸気カムシャフト１５および排気カムシャフト１６の両方に設ける必要はなく、その一方（実施の形態では排気カムシャフト１６）だけに設ければ良いため、部品点数やコストの増加を最小限に抑えることができる。
【００５５】
また中間ギヤ部材３７の第１外歯ギヤ３７ａ、第２外歯ギヤ３７ｂおよび第３外歯ギヤ３７ｃのうちで最も小径の第２外歯ギヤ３７ｂの径方向外側に入力部材３４の第１排気スプロケット１８を配置したので、位相変更機構２７の径方向寸法を小型化することができる。
【００５６】
次に、図１１〜図１４に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００５７】
第２の実施の形態は、位相変更機構２７の構造が第１の実施の形態と異なっており、その他の構造は第１の実施の形態と実質的に同じである。
【００５８】
第２の実施の形態の位相変更機構２７は、排気カムシャフト１６の第１支持部１６ｃに支持された入力部材３４と、排気カムシャフト１６の第２支持部１６ｄに支持された第１出力部材３５と、排気カムシャフト１６の第３支持部１６ｅに支持された第２出力部材３６とに加えて、前記第１支持部１６ｃに支持された駆動源たる油圧アクチュエータ５１を備える。入力部材３４には排気第１スプロケット１８が一体に形成され、第１出力部材３５はキー５２を介して排気カムシャフト１６に結合され、第２出力部材３６には第２排気スプロケット２０が一体に形成される。
【００５９】
油圧アクチュエータ５１は周知のＶＴＣ装置より成り、入力部材３４の前面に重ね合わされてボルト５３…で締結された短円筒状のハウジング５４および円環状のフロントプレート５５を備える。入力部材３４はリヤプレートを兼ねるもので、ハウジング５４、フロントプレート５５および入力部材３４に囲まれた空間に、排気カムシャフト１６の軸端にピン５６を介してボルト５７で締結されたロータ５８が収納される。ハウジング５４の内周面から径方向内側に突出する４個の隔壁５４ａ…と、ロータ５８の外周面から径方向外側に突出する４個のベーン５８ａ…とにより、４個の第１油室５９…と４個の第２油室６０…とが円周方向に交互に区画される。
【００６０】
図示せぬ油圧制御回路に連なる第１油路６１…が、シリンダヘッド３８、排気カムシャフト１６およびロータ５８の内部を通って４個の第１油室５９…に連通するとともに、前記油圧制御回路に連なる第２油路６２…が、シリンダヘッド３８、排気カムシャフト１６およびロータ５８の内部を通って４個の第２油室６０…に連通する。
【００６１】
入力部材３４から後方に延びるフランジ部３４ｅに１２０°間隔で３個の貫通孔３４ｆ…が形成されており、これらの貫通孔３４ｆ…に第１ベベルギヤ６３…と一体に形成した支軸６４…が回転自在に嵌合してクリップ６５…で抜け止めされる。３個の第１ベベルギヤ６３…には、第１出力部材３５に一体に形成した第２ベベルギヤ３５ｂと、第２出力部材３６に一体に形成した第３ベベルギヤ３６ｅとが噛合する。このとき、排気カムシャフト１６の第３支持部１６ｅの外周に嵌合するスペーサカラー６６により、第１出力部材３５および第２出力部材３６の軸線Ｌ方向の間隔が規制される。
【００６２】
前記油圧アクチュエータ５１および前記第１〜第３ベベルギヤ６３…，３５ｆ，３６ｅは、本発明の位相反転手段６７を構成する。
【００６３】
従って、第１油路６１…を介して油圧アクチュエータ５１の第１油室５９…に油圧を供給すると、ハウジング５４に対してロータ５８が一方向に回転することで、入力部材３４の位相に対して第１出力部材３５の位相（つまり排気カムシャフト１６の位相）が進角方向に変化する。これと同時に、入力部材３４に対して第１出力部材３５が相対回転することで、第１出力部材３５の第２ベベルギヤ３５ｂにより第１ベベルギヤ６３…を介して第２出力部材３６の第３ベベルギヤ３６ｅが回転し、第１出力部材３５の位相の変化方向と逆方向（遅角方向）に第２出力部材３６の位相が変化する。即ち、入力部材３４の位相に対して、第１出力部材３５の位相を進角させて第２出力部材３６の位相を遅角させることができる。
【００６４】
逆に、第２油路６２…を介して油圧アクチュエータ５１の第２油室６０…に油圧を供給すると、ハウジング５４に対してロータ５８が他方向に回転することで、入力部材３４の位相に対して第１出力部材３５の位相（つまり排気カムシャフト１６の位相）が遅角方向に変化する。これと同時に、入力部材３４に対して第１出力部材３５が相対回転することで、第１出力部材３５の第２ベベルギヤ３５ｂにより第１ベベルギヤ６３…を介して第２出力部材３６の第３ベベルギヤ３６ｅが回転し、第１出力部材３５の位相の変化方向と逆方向（進角方向）に第２出力部材３６の位相が変化する。即ち、入力部材３４の位相に対して、第１出力部材３５の位相を遅角させて第２出力部材３６の位相を進角させることができる。
【００６５】
以上のように、本実施の形態によっても、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。
【００６６】
次に、図１５〜図１７に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００６７】
第３の実施の形態は、位相反転手段７１の構造が第２の実施の形態と異なっており、その他の構造は第２の実施の形態と実質的に同じである。
【００６８】
第３の実施の形態の位相反転手段７１は、排気カムシャフト１６の第２支持部１６ｄに結合された第１出力部材３５の外周に形成されたサンギヤ３５ｃと、排気カムシャフト１６の第３支持部１６ｅに相対回転自在に支持された第２出力部材３６の内周に形成されたリングギヤ３６ｆと、入力部材３４の後面に螺合する５本の支軸７２…に回転自在に支持され、前記サンギヤ３５ｃおよび前記リングギヤ３６ｆに噛合する５個のピニオン７３…とを備える。ＶＴＣ装置よりなる油圧アクチュエータ５１の構造は第２の実施の形態と同じであり、油圧によって入力部材３４の位相に対する第１出力部材３５の位相を任意に変更することが可能である。
【００６９】
従って、油圧アクチュエータ５１のハウジング５４に対してロータ５８を一方向に回転させると、入力部材３４の位相に対して第１出力部材３５の位相（つまり排気カムシャフト１６の位相）が進角方向に変化し、これと同時に入力部材３４に対して第１出力部材３５が相対回転することで、第１出力部材３５のサンギヤ３５ｃによりピニオ７３…を介して第２出力部材３６のリングギヤ３６ｆが回転し、第１出力部材３５の位相の変化方向と逆方向（遅角方向）に第２出力部材３６の位相が変化する。即ち、入力部材３４の位相に対して、第１出力部材３５の位相を進角させて第２出力部材３６の位相を遅角させることができる。
【００７０】
逆に、油圧アクチュエータ５１のハウジング５４に対してロータ５８を他方向に回転させると、入力部材３４の位相に対して第１出力部材３５の位相（つまり排気カムシャフト１６の位相）が遅角方向に変化し、これと同時に入力部材３４に対して第１出力部材３５が相対回転することで、第１出力部材３５のサンギヤ３５ｃによりピニオ７３…を介して第２出力部材３６のリングギヤ３６ｆが回転し、第１出力部材３５の位相の変化方向と逆方向（進角方向）に第２出力部材３６の位相が変化する。即ち、入力部材３４の位相に対して、第１出力部材３５の位相を遅角させて第２出力部材３６の位相を進角させることができる。
【００７１】
よって、本実施の形態によっても、上述した第２の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。
【００７２】
尚、本実施の形態では、入力部材３４と第１出力部材３５との間に配置されたバイアススプリング７４により、入力部材３４の位相に対して第１出力部材３５の位相が進角する方向に、つまり第２出力部材３６の位相が遅角する方向に付勢される。従って、油圧が失陥して油圧アクチュエータ５１が機能しなくなったとき、バイアススプリング７４の弾発力で第２出力部材３６に接続された吸気カムシャフト１５の位相を遅角し、吸気バルブ２３の開弁時期を遅らせて内燃機関Ｅの出力を低減することで、フェールセーフ機能を発揮させることができる。
【００７３】
次に、図１８〜図２０に基づいて本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００７４】
上述した第１〜第３の実施の形態では本発明をＤＯＨＣ型の内燃機関Ｅに適用しているが、第４の実施の形態は本発明をＳＯＨＣ型の内燃機関Ｅに適用するように変形したものである。
【００７５】
即ち、第４の実施の形態は、中空に形成された排気カムシャフト１６の内部に吸気カムシャフト１５が同軸かつ相対回転自在に配置される。排気カムシャフト１６には円周方向に延びる長孔１６ｆ，１６ｆが形成されており、吸気カムシャフト１５に径方向に圧入された連結ピン８１が、前記長孔１６ｆ，１６ｆを貫通して第２出力部材３６のピン孔３６ｇ，３６ｇに圧入される。
【００７６】
排気カム２６…は排気カムシャフト１６と一体に形成されるが、吸気カム２４…は吸気カムシャフト１５と別体に構成され、排気カムシャフト１６の支持面１６ｇ…に相対回転自在に嵌合する。そして吸気カムシャフト１５に径方向に圧入された連結ピン８２が、前記支持面１６ｇ…に円周方向に形成された長孔１６ｈ…を貫通して吸気カム２４…のピン孔２４ａ…に圧入される。
【００７７】
位相変更機構２７の構造は、第１の実施の形態と全く同じであるため、その重複する説明は省略する。
【００７８】
従って、位相変更機構２７により入力部材３４の位相に対して第１出力部材３５の位相および第２出力部材３６の位相を相互に逆方向に変更すると、第１出力部材３５の回転が直接排気カムシャフト１６に伝達され、かつ第２出力部材３６の回転が連結ピン８１を介して吸気カムシャフト１５に伝達されることで、排気カムシャフト１６の位相および吸気カムシャフト１５の位相を相互に逆方向に変更することができる。
【００７９】
よって、本実施の形態によっても、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することができる。
【００８０】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００８１】
例えば、本発明が適用されるタイミングトレーンの形式は、実施の形態に限定されるものではない。
【００８２】
図２２（Ａ）は第１〜第３の実施の形態のタイミングトレーンを示し、図２２（Ｂ）は第４の実施の形態のタイミングトレーンを示しているが、図２２（Ｃ）に示すように、吸気カムシャフト１５側に位相変更機構２７を設け、クランクシャフト１３と位相変更機構２７とを第１タイミングベルト１９で接続しても良く、また図２２（Ｄ）に示すように、中間軸２８に位相変更機構２７を設け、クランクシャフト１３と位相変更機構２７とを第１タイミングベルト１９で接続し、位相変更機構２７と吸気カムシャフト１５とを第２タイミングベルト２２Ａで接続し、位相変更機構２７と排気カムシャフト１６とを第３タイミングベルト２２Ｂで接続しても良い。
【００８３】
また、タイミングベルトの代わりに、タイミングチェーンやギヤトレーンを用いることも可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１３        クランクシャフト
１５        吸気カムシャフト
１６        排気カムシャフト
１８        第１排気スプロケット（駆動力入力部）
２３        吸気バルブ
２５        排気バルブ
２７        位相変更機構
３３        電動モータ（駆動源）
３４        入力部材
３４ｄ      第１内歯ギヤ
３５        第１出力部材
３５ａ      第２内歯ギヤ
３５ｂ      第２ベベルギヤ
３５ｃ      サンギヤ
３６        第２出力部材
３６ｄ      第３内歯ギヤ
３６ｅ      第３ベベルギヤ
３６ｆ      リングギヤ
３７        中間ギヤ部材
３７ａ      第１外歯ギヤ
３７ｂ      第２外歯ギヤ
３７ｃ      第３外歯ギヤ
４８        位相反転手段
５１        油圧アクチュエータ（駆動源）
６４        支軸
６３        第１ベベルギヤ
６７        位相反転手段
７１        位相反転手段
７２        支軸
７３        ピニオン
【図１】
2011052625.tif 000003
【図２】
2011052625.tif 000004
【図３】
2011052625.tif 000005
【図４】
2011052625.tif 000006
【図５】
2011052625.tif 000007
【図６】
2011052625.tif 000008
【図７】
2011052625.tif 000009
【図８】
2011052625.tif 000010
【図９】
2011052625.tif 000011
【図１０】
2011052625.tif 000012
【図１１】
2011052625.tif 000013
【図１２】
2011052625.tif 000014
【図１３】
2011052625.tif 000015
【図１４】
2011052625.tif 000016
【図１５】
2011052625.tif 000017
【図１６】
2011052625.tif 000018
【図１７】
2011052625.tif 000019
【図１８】
2011052625.tif 000020
【図１９】
2011052625.tif 000021
【図２０】
2011052625.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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