(57)【要約】【課題】４ストロークサイクル内燃機関のクランクシャフトに同期して回転駆動されるカムシャフトに、動弁カム部材を周方向摺動可能に嵌装し、該カムシャフトに固定された駆動カラーと、上記動弁カム部材との間に、偏心カラーを介在させ、上記駆動カラーに設けられ、上記偏心カラーの一方の挟持部に係合する駆動突起と、上記動弁カム部材に設けられ、上記偏心カラーの他方の挟持部に係合する従動突起とからなる連結機構を介して、上記偏心カラーの偏心により、上記カムシャフトに対する上記動弁カム部材の回転位相を周期的に変化させて弁開閉時期を調整する可変バルブタイミング機構において、駆動カラーの組み付け作業や取り外し作業を容易にし、駆動カラーの円筒部を軸方向に小型化し、かつ、駆動カラーの強度を確保することのできる、駆動カラーの固定手段を提供する。【解決手段】上記駆動カラーとカムシャフトとをキーを介して固定した。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４サイクル内燃機関のクランクシャフトに同期して回転駆動されるカムシャフトに、動弁カム部材を周方向摺動可能に嵌装し、該カムシャフトに固定された駆動カラーと、上記動弁カム部材との間に、偏心カラーを介在させ、該偏心カラーと、上記駆動カラーに設けられ、上記偏心カラーの一方の挟持部に係合する駆動突起と、上記動弁カム部材に設けられ、上記偏心カラーの他方の挟持部に係合する従動突起とからなる連結機構を介して、上記駆動カラーの回転駆動力を上記動弁カム部材に伝達し、上記偏心カラーの偏心により、上記カムシャフトに対する上記動弁カム部材の回転位相を周期的に変化させて弁開閉時期を調整する可変バルブタイミング機構において、上記カムシャフトと駆動カラーとの間にキーを設けて、駆動カラーをカムシャフトに固定したことを特徴とする可変バルブタイミング機構。
【請求項２】
上記駆動カラーは円筒部と、この円筒部から突出する駆動突起とからなり、カムシャフトの軸方向で、上記キーが駆動突起と一部重なる位置にあることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング機構。
【請求項３】
カムシャフトの軸受をカムシャフトに設けた２個のフランジの間に設け、一方のフランジから、軸受のある側とは反対の側へ駆動突起を突出させたことを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング機構。
【請求項４】
偏心カラーの駆動突起挟持部と従動突起挟持部とを、それぞれの挟持部に係合する突起に近づけるよう軸方向に互いにずらして配置したことを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング機構。
【請求項５】
カムシャフトの周囲に設けられた複数の保持窓にそれぞれ装着され、カムシャフトの中心孔に嵌装された偏心シャフトの偏心部の外周面と偏心カラーの内周面とに当接してその間隔を維持する間隔維持部材を、その断面の保持窓と当接する両側部が外周円の一部によって構成され、中央部が偏心部の外周と偏心カラーの内周に接する扇形の一部によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４サイクル内燃機関のバルブの開閉タイミングを変える可変バルブタイミング機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可変バルブタイミング機構は、カムシャフトの回転とは独立の偏心シャフトをカムシャフトの内部に挿入し、中心をはさむ両側に挟持部を備えた偏心カラーを上記偏心シャフトの偏心部の外周で間隔維持部材としてのローラを介して偏心回転可能に支持させ、上記偏心カラーの一方の挟持部に係合する駆動突起を備えた駆動カラーをカムシャフトの外周に一体的に装着し、上記偏心カラーの他方の挟持部に係合する従動突起を備えた動弁カム部材をカムシャフトの外周に周方向摺動可能に装着し、カムシャフトと一体回転する駆動カラーの駆動突起の駆動力を偏心カラーの一対の挟持部を介して動弁カム部材の従動突起に伝達し、動弁カム部材の回転位相を周期的に変化させて駆動するものである。偏心シャフトは、その偏心部を介して偏心カラーの中心位置を調節設定するためのものである（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
従来の可変バルブタイミング機構においては、駆動カラーをカムシャフトと一体回転させるよう固定するためにピンが用いられていた。ピンを用いたものでは、ピンが圧入されるので、カムシャフトへの駆動カラーの組み付け作業や取り外して行うメインテナンス作業が面倒であった。また、ピン孔のスペースを確保するため、駆動カラーの円筒部が軸方向に大型化し、ひいては可変バルブタイミング機構が大型化していた。しかも、孔を開けたことで、駆動カラーの強度を確保するため、駆動カラーが大型化する傾向にあった。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−１７０７号公報（第４図、第６図）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、カムシャフトへの駆動カラーの組み付け作業や取り外し作業を容易にし、駆動カラーの円筒部を軸方向に小型化し、かつ、駆動カラーの強度を確保することのできる、カムシャフトへの駆動カラーの固定手段を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記課題を解決したものであって、請求項１に記載の発明は、４サイクル内燃機関のクランクシャフトに同期して回転駆動されるカムシャフトに、動弁カム部材を周方向摺動可能に嵌装し、該カムシャフトに固定された駆動カラーと、上記動弁カム部材との間に、偏心カラーを介在させ、該偏心カラーと、上記駆動カラーに設けられ、上記偏心カラーの一方の挟持部に係合する駆動突起と、上記動弁カム部材に設けられ、上記偏心カラーの他方の挟持部に係合する従動突起とからなる連結機構を介して、上記駆動カラーの回転駆動力を上記動弁カム部材に伝達し、上記偏心カラーの偏心により、上記カムシャフトに対する上記動弁カム部材の回転位相を周期的に変化させて弁開閉時期を調整する可変バルブタイミング機構において、上記カムシャフトと駆動カラーとの間にキーを設けて、駆動カラーをカムシャフトに固定したことを特徴とする可変バルブタイミング機構に関するものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の可変バルブタイミング機構において、上記駆動カラーは円筒部と、この円筒部から突出する駆動突起とからなり、カムシャフトの軸方向で、上記キーが駆動突起と一部重なる位置にあることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の可変バルブタイミング機構において、カムシャフトの軸受をカムシャフトに設けた２個のフランジの間に設け、一方のフランジから、軸受のある側とは反対の側へ駆動突起を突出させたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の可変バルブタイミング機構において、偏心カラーの駆動突起挟持部と従動突起挟持部とを、それぞれの挟持部に係合する突起に近づけるよう軸方向に互いにずらして配置したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の可変バルブタイミング機構において、カムシャフトの周囲に設けられた複数の保持窓にそれぞれ装着され、カムシャフトの中心孔に嵌装された偏心シャフトの偏心部の外周面と偏心カラーの内周面とに当接してその間隔を維持する間隔維持部材を、その断面の保持窓と当接する両側部が外周円の一部によって構成され、中央部が偏心部の外周と偏心カラーの内周に接する扇形の一部によって構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明において、キーを用いて駆動カラーをカムシャフトに固定したので、駆動カラーの組み付け作業や、取り外して行うメインテナンス作業が行い易くなる。また、ピンを圧入するための孔のスペースが必要なくなるので、駆動カラーの小型化が可能となり、さらに、駆動カラーの周囲に孔を開けないので、強度確保も容易となり、駆動カラーの小型化に寄与することができ、また、全体として可変バルブタイミング機構の小型化を図ることができる。
【００１２】
請求項２の発明において、駆動カラーは、円筒部と、同円筒部から突出する駆動突起とからなり、軸方向で、上記キーが駆動突起と一部重なる位置にあるので、駆動カラーを軸方向に小型化することができる。
【００１３】
請求項３の発明において、カムシャフトの軸受の構造を簡素化できると共に、フランジに駆動突起を設けたので、この部分の駆動カラーが不要となり、可変バルブタイミング機構を軸方向に小型化することができ、また部品点数の削減を図ることができる。
【００１４】
請求項４の発明において、駆動突起挟持部と従動突起挟持部とを、それぞれに係合する突起に近づけるように軸方向に互いにずらすことにより、駆動突起と従動突起とを短くすることができるので、可変バルブタイミング機構の軽量化を図ることができる。
【００１５】
請求項５の発明において、間隔維持部材が円柱状の場合は、間隔維持部材と偏心シャフトの偏心部とが、凸対凸の関係で当接するが、間隔維持部材を扇状にしたことによって、間隔維持部材と偏心シャフトの偏心部とは、凹対凸の関係で当接するので、面圧が低減し、軸方向の小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の第１実施形態に係る４サイクル２気筒内燃機関１のシリンダヘッド２を、カムシャフト３、４の中心を通る面で切断した平面図である。シリンダヘッド２の上面には、吸気系カムシャフト３と排気系カムシャフト４とが互いに平行に配設されている。各気筒にはそれぞれ２個の吸気バルブと２個の排気バルブが設けてある。吸気系カムシャフト３には各気筒の吸気バルブを開閉する２個の同形の動弁カム部材５、５が、カムシャフト３に沿って配列されている。上記２個の動弁カム部材５、５にはそれぞれ２個づつのカム山５ａ、５ｂが形成されている。排気系カムシャフト４にも各気筒の排気バルブを開閉する上記と同形の２個の動弁カム部材５、５が同様に装着されている。各カム部材５、５にはそれぞれ２個づつのカム山５ａ、５ｂが形成されている。
【００１７】
カムシャフト３、４の軸端には、それぞれ２個のフランジ６、７が形成されている。外側フランジ６はカムシャフト３、４と一体に製作されている。内側フランジ７はカムシャフト３、４とは別体に製作され、カムシャフトに圧入されて一体化されている。各カムシャフト３、４は、それぞれのシャフトに嵌装された２箇所の動弁カム部材５、５のそれぞれに２個づつ形成されているカム山５ａ、５ｂの間に設けられた軸受８、９、及び上記２個のフランジ６、７の間に設けられた軸受10で回転可能に支持されている。
【００１８】
上記各カムシャフト３、４の軸端に設けてある外側フランジ６にはそれぞれ従動スプロケット11、11が取り付けられている。図示していないクランクシャフトに設けられた駆動スプロケットと上記従動スプロケット11、11とに掛けまわされたタイミングベルトを介して、カムシャフト３、４はクランクシャフトの半分の回転速度でクランクシャフトによって回転駆動される。
【００１９】
カムシャフト３、４は中空円筒状のもので、その中心孔には、それぞれ偏心シャフト12、12がカムシャフト３、４に対して相対回転可能に嵌装されている。偏心シャフト12、12はそれぞれ２箇所の同形の偏心部12ａ、12ａを備えている。両偏心シャフト12、12の端部にそれぞれ同形の制御用従動ギヤ13、13が一体に嵌着されている。この制御用従動ギヤ13、13は、図示しないギヤ列とサーボモータを介してコントロールユニットによって回動制御され、各偏心シャフト12の各偏心部12ａの中心位置を、目的に合致した位置へ回動させる。
【００２０】
図２は吸気系カムシャフト３の縦断面図である。吸気系カムシャフト３と排気系カムシャフト４とは実質的に同じ構成を有しているので、吸気系カムシャフト３を代表としてカムシャフトの構成について詳細に説明する。以下の説明では、「吸気系カムシャフト」を、単に「カムシャフト」と呼ぶ。また「吸気バルブ」を単に「バルブ」と呼ぶ。
【００２１】
偏心シャフト12の上記２箇所の偏心部12ａ、12ａの外側に位置するカムシャフト３のそれぞれの対応部に、それぞれ周方向に５箇所の長方形の保持窓16が設けてある。各保持窓16には、上記偏心部12ａの外周に当接するようローラ17が挿入され保持されている。上記ローラ群の外側に偏心カラー18、18がそれぞれ装着され、個々のローラ17は偏心カラー18、18の円筒部18ａの内面に周方向相対移動可能に当接している。
【００２２】
２個の偏心カラー18、18のうちの、内側フランジ７から遠い方の偏心カラー18に隣接して、カムシャフト３の外周に駆動カラー19が嵌装され、キー20を介してカムシャフト３と一体回転するよう固定されている。駆動カラーの円筒部19ａの端部外周から偏心カラー18の方へ向けて駆動突起19ｂが一体に突出形成されている。他方の偏心カラー18は内側フランジ７に隣接しており、内側フランジ７には、その外周部から偏心カラー18の方へ向けて駆動突起７ａが一体に突出形成されている。
【００２３】
偏心カラー18、18に隣接して、それぞれ動弁カム部材５、５が設けてあり、その偏心カラー18、18に隣接する方のカム山５ｂ、５ｂの端面から、偏心カラー18の方へ向けて従動突起５ｃ、５ｃが一体に突出形成されている。なお、図にはカム山５ａ、５ｂに当接するバルブ頂部21が４個示してある。偏心シャフト12にはその軸心部に、カムの各部や軸受等を潤滑するためのオイルを供給する油路12ｂが形成されている。
【００２４】
図３は、上記偏心カラー18を軸方向から見た拡大図、図４は、図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。偏心カラー18は、円筒部18ａと、同円筒部18ａの中心を挟む一対の駆動突起挟持部18ｂと従動突起挟持部18ｃとからなっている。各挟持部にはそれぞれ挟持溝18ｄ、18ｅが形成されている。
【００２５】
図４において、偏心カラー18の挟持部18ｂ、18ｃは、互いに軸端側へずらして設けてある。すなわち、図２に見られるように、駆動突起挟持部18ｂは駆動突起19ｂあるいは７ａに近づけて設けてあり、従動突起挟持部18ｃは従動突起５ｃに近づけて設けてある。これは、駆動突起19ｂ、７ａ及び従動突起５ｃの寸法を短くし、各突起に生じる曲げ応力を低減させるためである。
【００２６】
図５は上記駆動カラー19の縦断面図であり、カムシャフト３に対してキー20を介して一体回転するよう固定されている状態を示している。駆動カラー19は円筒部19ａと、同円筒部19ａの偏心カラー18側の端部外周から偏心カラー18の方へ向けて一体に突出形成されている駆動突起19ｂとからなっている。キー20が駆動突起19ｂと一部重なる位置（図のＡ部）に設けてある。これによって、駆動突起19ｂの根もと部19ｃにかかるモーメントをキー20で受けることができるので、円筒部19ａの肉厚を薄くすると共に、カムシャフトの回転駆動力をキーから駆動カラーへ伝達するのに必要なキーと駆動カラーの接触面積を確保しつつ、駆動カラー19の円筒部19ａを軸方向に小型化することが出来る。
【００２７】
図６は図２のＶＩ−ＶＩ断面図であり、偏心カラー18の中央部の断面図である。これは、低速運転状態の図である。カムシャフト３の中心はＯである。偏心シャフト12の偏心部12ａの中心はＥである。偏心カラー18の円筒部18ａの内面は、複数のローラ17を介して偏心部12ａの外周から等距離の位置に支持されているので、偏心カラー18の中心は偏心部12ａの中心Ｅと一致している。上記ローラ17は、偏心部12ａの外面と偏心カラー18の円筒部18ａの内面との間隔を一定に維持するための間隔維持部材として機能している。偏心カラー18には、その中心を挟んで対称の位置に駆動突起挟持部18ｂと従動突起挟持部18ｃが一体に形成され、これらの挟持部の挟持溝18ｄ、18ｅには、それぞれ駆動突起19ｂと従動突起５ｃが挟持されている。内側フランジ７に近い方の偏心カラー18の場合は、駆動カラー19の駆動突起19ｂの代わりに内側フランジ７から突出する駆動突起７ａが挟持溝18ｄに係合する。
【００２８】
上記実施形態は上述のように構成されているので、内燃機関１が低速回転状態で運転されている場合には、コントロールユニットからの制御信号によって、図６に示されるように、偏心シャフト12の偏心部12ａがバルブ頂部21から最も遠く離れた箇所に回動保持され、特開昭６３−１７０７号公報に記載された原理と同様な原理によってバルブの開放開始時期が遅れるとともに、バルブの閉塞時期が早められるので、吸気バルブの開放開始時期を遅くし、排気バルブの閉塞時期を早めることによってバルブオーバーラップ期間を短縮することができる。
【００２９】
図７は図６と同じ位置の断面図である。これは、高速運転状態の図である。内燃機関１の回転速度が増して、最高速回転状態になると、コントロールユニットからの制御信号によって、図７に示されるように、偏心シャフト12の偏心部12ａがバルブ頂部21に最も接近した位置に回動保持され、前記と同様な原理によってバルブの開放開始時期が早められるとともに、バルブの閉塞時期が遅れるので、吸気バルブの開放開始時期を早め、排気バルブの閉塞時期を遅らせることによってバルブオーバーラップ期間を延長することができ、高速性能に適した状態となる。
【００３０】
図８は本発明の第２実施形態に係る可変バルブタイミング機構の、偏心カラーの中央部の断面図である。これは、低速運転状態の図である。本実施形態において、第１実施形態と異なる部分は、カムシャフト25、保持窓26、及び間隔維持部材27である。図８において、上記以外の、偏心シャフト12の偏心部12ａ、偏心カラー18及びその各部分、駆動突起19ｂ、カム山５ｂ、従動突起５ｃ、及びバルブ頂部21は、第１実施形態と同じであるから、同じ符号を用いて示してある。カムシャフト25の中心はＯ、偏心部12ａの中心はＥである。
【００３１】
本実施形態の扇形断面の間隔維持部材27は、その断面の両側部が外周円28の一部によって構成され、中央部が偏心部12ａの外周と偏心カラー18の内周に接する扇形の一部によって構成されている。間隔維持部材27は、１本のパイプ材から切り出し、一部を削り取った形状であるため、間隔維持部材27の外周円の直径は第１実施形態のローラの直径より大きい。このため、カムシャフト25に設けられる保持窓26の幅は大きくなり、間隔維持部材27の個数は減少している。
【００３２】
上記のように構成された間隔維持部材27の内面は偏心部12ａの外面に当接し、間隔維持部材27の外面は偏心カラー18の内面に当接している。このように、扇形断面の間隔維持部材27を用いたことによって、間隔維持部材27の内面の面圧が、間隔維持部材が円柱状の場合よりも減少するので、間隔維持部材27の寸法を短くし、小型化を図ることが出来る。
【００３３】
図９は、上記間隔維持部材27の３面図である。図（ａ）は端面図、図（ｂ）は外面図（図（ａ）のＢ矢視図）、図（ｃ）は側面図（図（ａ）のＣ矢視図）である。間隔維持部材27の断面は、上述のように、両側部が外周円28の一部によって構成され、内側と外側が、それぞれ偏心部12ａの外周と偏心カラー18の内周に接するよう形成されているが、更にその端部は、図（ｂ）、図（ｃ）に見られるように、円錐台形に切削され、端面29は小径の円となっている。
【００３４】
図１０は、図８のＸ−Ｘ断面図、図１１は図１０のＸＩ−ＸＩ断面図である。これらの図に見られるように、間隔維持部材27の端部が円錐台形に切削され、保持窓26の端部内面との間の接触面積が小さくなっているので、この部分のフリクションを緩和することができる。
【００３５】
以上詳述した実施形態においては次の効果がもたらされる。
（１）キー20を用いて駆動カラー19をカムシャフト３に固定したので、駆動カラー19の組み付け作業や、取り外して行うメインテナンス作業が行い易くなる。また、孔のスペースが必要なくなるので、駆動カラー19の小型化が可能となり、さらに、駆動カラー19の周囲に孔を開けないので、強度確保も容易となり、駆動カラー19の小型化に寄与することができ、また、全体として可変バルブタイミング機構の小型化を図ることができる。
（２）駆動カラー19は円筒部19ａと駆動突起19ｂとから構成され、キー20を用いてカムシャフト３に固定してある。シャフト方向で上記キー20を駆動突起19ｂと一部重なる位置に設けてある。これによって、駆動突起19ｂの根もと部19ｃにかかるモーメントをキー20で受けることができるので、円筒部19ａの肉厚を薄くすると共に、カムシャフトの回転駆動力をキーから駆動カラーへ伝達するのに必要なキーと駆動カラーの接触面積を確保しつつ、駆動カラー19の円筒部19ａを軸方向に小型化することが出来る。
（３）カムシャフト３、４の軸受10を、カムシャフト３、４にそれぞれ設けた２個のフランジ６、７の間に設けてあるので、カムシャフトの軸方向の位置決めをするために、カムシャフトに設けたフランジと嵌合する溝を軸受に設ける場合に比べ、二つのフランジに軸受が挟まれ、カムシャフトの軸方向の位置決めができるため、カムシャフトの軸受の構造を簡素化できる。また、内側フランジ７から、軸受10のある側とは反対の側へ駆動突起７ａを突出させたので、この部分では、独立部材としての駆動カラーが不要となり、可変バルブタイミング機構を軸方向に小型化することができ、また部品点数の削減を図ることができる。
（４）偏心カラー18に設けてある駆動突起挟持部18ｂと従動突起挟持部18ｃとを、それぞれ駆動突起19ｂ、７ａと従動突起５ｃに近づけるよう軸方向にずらして配置してあるので、駆動突起19ｂ、７ａと従動突起５ｃとを短くすることができ、可変バルブタイミング機構の軽量化を図ることができる。
（５）第２実施形態において、間隔維持部材27の断面を、両側部を外周円の一部によって構成し、中央部を、偏心部の外周と偏心カラーの内周に接する扇形の一部によって構成したので、間隔維持部材が円柱状の場合よりも、偏心シャフトの偏心部の外面と間隔維持部材との面圧が低減するので、間隔維持部材の軸方向の小型化を図ることができる。更に、間隔維持部材27の端部が円錐台形に切削され、保持窓26の端部内面との間の接触面積が小さくなっているので、この部分のフリクションを緩和することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】４サイクル２気筒内燃機関のシリンダヘッドをカムシャフトの中心を通る面で切断した平面図である。
【図２】カムシャフトの縦断面図である。
【図３】偏心カラーを軸方向から見た拡大図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】駆動カラーの縦断面図である。
【図６】図２のＶＩ−ＶＩ断面図であり、偏心カラーの中央部の断面図である。低速運転状態の図である。
【図７】図６と同じ位置の断面図であり、高速運転状態の図である。
【図８】本発明の第２実施形態に関する偏心カラーの中央部の断面図である。
【図９】間隔維持部材の３面図である。
【図１０】図８のＸ−Ｘ断面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
３…カムシャフト、５…動弁カム部材、５ａ…カム山、５ｂ…カム山、５ｃ…従動突起、６…外側フランジ、７…内側フランジ、７ａ…駆動突起、10…軸受、12…偏心シャフト、12ａ…偏心部、16…保持窓、17…ローラ、18…偏心カラー、18ｂ…駆動突起挟持部、18ｃ…従動突起挟持部、19…駆動カラー、19ｂ…駆動突起、20…キー、25…カムシャフト、26…保持窓、27…扇形断面の間隔維持部材。
【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】
2008208731.tif 000008
【図７】
2008208731.tif 000009
【図８】
2008208731.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008208731.tif 000012
【図１１】
2008208731.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月28日(2007.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2008208731.tif 000014