(57)【要約】　　　（修正有）【課題】吸気弁及び排気弁の開閉タイミング及び開閉時間を可変可能とすることによって機関の低中負荷時の効率、及び燃費の向上をえる。【解決手段】主カム軸と並行に副カム軸を設け、揺動腕を介して副カム軸のリフト量を弁に伝動可能とする。両カム軸間は平歯車によって１対１の回転比によって回転可能に連結し、カム軸に設けられた平歯車は回転力伝達可能としながら軸方向に摺動可能とするために、契合する凹凸部を螺旋状に軸方向に設けた軸とボスの機械要素により軸結する。副カム軸に軸結するヘリカルギヤは同芯で一体として回転可能に軸結する。摺動可能とした平歯車を軸方向に移動させることにより、該平歯車とカム軸の間の位相を変化させ、それによってカム軸に対する副カム軸の位相を可変可能とする。【選択図】　図１
2004100673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
揺動腕を介してカム軸のリフト量を弁に伝動するＯＨＣあるいはＤＯＨＣ機関の動弁機構において、該カム軸と平行に副カム軸を設ける。
該副カム軸においてもカム軸と同様に該揺動腕を介して、カムのリフト量を弁に伝動可能とする。
該カム軸と副カム軸とは平歯車により１対１の回転比で回転可能に連結する。
カム軸と該カム軸に軸結する平歯車は回転力伝達可能としながら軸方向に螺旋状に摺動可能とするために、契合する凹凸部を軸方向に螺旋状に設けた軸とボスにより軸結する。
副カム軸と平歯車は同芯で一体として回転可能に軸結する。
以上のような構成によって、カム軸の平歯車を軸方向に螺旋状に摺動させることにより、該カム軸と平歯車との位相を変化させ、それにより平歯車により連結している副カム軸と該カム軸の間の位相を変化させることにより、該２本のカム軸のカムによって合成された弁リフト時間の長短及び弁開閉タイミングの早い遅いを可変可能とした内燃機関の動弁機構。
【請求項２】
カム軸と平歯車を同芯で一体として回転可能に固定し、副カム軸と該副カム軸に軸結する平歯車は回転力伝達可能としながら軸方向に螺旋状に摺動可能とするために、契合する凹凸部を軸方向に螺旋状に設けた軸とボスにより軸結した請求項１記載の内燃機関の動弁機構。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】本発明は内燃機関の動弁機構に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】従来の内燃機関の動弁機構における可変機構はカム軸に位相差を与えて、弁の開閉タイミングを移動させるだけで、弁の開閉時間の長短を変化させることはできなかった。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】本発明は機関の運転状態に応じて必要とする吸気弁及び排気弁の開閉タイミングの早い遅い、並びに開閉時間の長短を可変可能とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】ロッカーアームあるいはピボットアーム等の揺動腕を介してカム軸のカムのリフト量を弁に伝動するＯＨＣあるいはＤＯＨＣ機関の動弁機構において、該カム軸と平行に副カム軸を設ける。
【０００５】該福カム軸においても、カム軸と同様に該ロッカーアームを介して、カムのリフト量を弁に伝動可能とする。
【０００６】該カム軸と副カム軸において、平歯車によって１対１の回転比によって回転力伝達可能に連結する。
【０００７】副カム軸に設けられた平歯車は同芯で一体として回転可能とする。
【０００８】そして、該カム軸に設けられた平歯車は軸方向に螺旋状に摺動しながら回転力が伝達可能なように、契合する凹凸部を軸方向に螺旋状に設けた軸とボス、たとえばヘリカルスプラインあるいは螺旋状のキー及びキー溝などの機械要素により軸結する。
【０００９】該摺動可能とした平歯車を、アクチエータあるいは手動によって軸方向に移動させ、該カム軸と平歯車との位相を変化させ、それにより平歯車により連結している副カム軸と該カム軸の間の位相を可変可能とする。
【００１０】該カム軸のカムと、副カム軸のカムによって合成されたカムプロフィールにより弁開閉タイミング並びに弁開閉時間を該ロッカーアームあるいはピボットアーム等を介して弁に伝動可能とする。
【００１１】以上のような構成とすることによって弁の開閉タイミングの早い遅い及び開閉時間の長短を可変可能とした内燃機関の動弁機構。
【実施例】
【００１２】以下、実施例について述べれば第１図に示すように、ロッカーアーム４を介して吸気カム軸１のカム８のリフト量を吸気弁３に伝動する動弁機構において、該吸気カム軸１と平行に副吸気カム軸２を配し、吸気カム軸１と同様にロッカーアーム４を介して該副吸気カム軸２のカム９のリフト量が吸気弁３に伝達可能とする。
【００１３】第１図においてはロッカーアーム軸７に近い位置に吸気カム軸１を配し、その外側に副吸気カム軸２を配し、吸気カム軸はタイミングプーリー４６によりタイミングベルトを介してクランク軸回転の二分の一回転で駆動されることは従来４サイクル機関と同じ。
【００１４】該副吸気カム軸２のカム９のカム形状は吸気カム軸１のカム８と相似形になるものを用いている。
【００１５】次に第３図に示すように、軸端において吸気カム軸１と副吸気カム軸２を１対１の回転比を有する平歯車２０及び２１により連結し、相互の回転が伝達可能とし、吸気カム軸１の平歯車２０は該吸気カム軸１と同芯に一体として回転可能とする。
【００１６】また該副吸気カム軸２に用いられた平歯車２１においては、該副吸気カム軸２との結合にはヘリカルスプライン軸２２とヘリカルスプラインボス２４を用いて、軸方向に螺旋状に摺動可能としながら回転力が伝達可能とする。
【００１７】したがって、平歯車２１と副吸気カム軸２との結合は軸方向に螺旋状の摺動可能で回転力伝達可能な機械要素を用いればよくヘリカルスプライン、螺旋状のキー及びキー溝、あるいは第１３図に示す軸方向にねじれを有する切り欠きを設けた軸とボスのように契合する凹凸部を軸方向に設けた軸とボスにより軸結すればよい。
【００１８】平歯車２１と、吸気カム軸１に設けた平歯車２０とにおいては、平歯車２１が軸方向Ｐ又はＱに摺動した時に、かみ合わせが確保出来るように両方あるいは片方の歯幅を十分な厚さを有する様にする。
【００１９】該平歯車２１のヘリカルスプラインボス２４の延長部分を副吸気カム軸２の端部より持ち出し、該ヘリカルスプラインボス２４の端部のめくら部分２９の向う側の位置にアクチエータ２３を配し、該アクチエータ２３はシリンダヘッド１０に固定し、ロッド３０により該めくら部分２９の中心部を副吸気カム軸２の軸方向に押すことを可能とする。
【００２０】また、副吸気カム軸２の端部とヘリカルスプラインボス２４及びめくら部分２９により形成される空間には、バネ２６を内装し副吸気カム軸２の端部とめくら部分２９とを加圧し、該めくら部分２９とロッド３０の端部とが常時接触加圧可能とする。
【００２１】アクチエータ２３においては本実施例では電動直動を用いているがもちろん油圧をもちいてもよい、制御回路２７を介してアクセルペダルあるいは出力調整レバー等の開度に応じた信号により、ロッド３０の伸長短縮を可能とする。
【００２２】以上のような構成において、吸気カム軸１の平歯車２０によって、平歯車２１を介して副吸気カム軸２が駆動される状態において、ヘリカルスプラインにより摺動可能に結合されている平歯車２１をアクチエータ２３により軸方向に移動させることにより、副吸気カム軸２と平歯車２１との間の位相が変化し、それにより吸気カム軸１と副吸気カム軸２との間の位相を変化させることが可能となる。
【００２３】したがって、吸気カム軸１と副吸気カム軸２との間の位相も連続的に変化させることが可能になる。
【００２４】本実施例では、アクチエータ２３によりロッド３０を介して平歯車２１が矢印Ｐの方向に移動することによって、吸気カム軸１のカム８と副吸気カム軸２のカム９との位相差を小さくするように変化する。
【００２５】したがって、第４図に示す低負荷Ａより中負荷Ｂへ、さらに高負荷Ｃの運転状態に適するように変化する弁開閉タイミング並びに弁開閉時間となる。
【００２６】また、平歯車２１が矢印Ｑの方向に移動することによって、吸気カム軸１のカム８と福吸気カム軸２のカム９との間の位相が、吸気カム軸１に対して遅れるように変化する。
【００２７】したがって、第４図に示す高負荷Ｃより中負荷Ｂへ、さらに低負荷Ａの運転状態に適するように変化する弁開閉タイミング並びに弁開閉時間となる。
【００２８】次の実施例について述べればカム軸４７と副カム軸４８及びピボットアーム６２との関係は第１４図に示すように、ピボットアーム６２を介してカム軸４７のカム６０のリフト量を吸気弁３に伝動するＯＨＣあるいはＤＯＨＣ機関の動弁機構において、該カム軸４７と平行に副カム軸４８を配しカム軸４７と同様にピボットアーム６２を介して該副カム軸のカム６１のリフト量を吸気弁３に伝達可能とする。
【００２９】そして第１０図に示すようにタイミングプーリ３２の装着されている軸端より、もう一方の軸端においてカム軸４７と副カム軸４８を１対１の回転比を有する平歯車３４及び３３により連結し相互の回転が伝達可能とし、副カム軸４８の平歯車３３は該副カム軸と同芯に一体として回転可能とする。
【００３０】カム軸４７に設けられた平歯車３４は該カム軸４７とヘルカルスプライン軸２２とヘリカルスプラインボス２４を用いて軸方向に螺旋状に摺動可能とする。
【００３１】平歯車３４を軸方向に摺動させるには、ヘリカルスプラインボス２４の延長部分をカム軸端より持ち出した該ヘリカルスプラインボス２４の軸端部に、軸芯と同芯に回動自在に設けたボール３５により、該ボール３５に一体に連結したロッド３６と、該ロッド３６にピン３９により回転自在に連結したアーム３７を、機関本体に固定した支点３８を中心に手動又はアクチエータにより揺動させて該平歯車３４を矢印Ｐ又はＱの軸方向に摺動させる。
【００３２】該平歯車３４を軸方向に摺動させることにより、該平歯車とカム軸との位相が変化し、カム軸４７に対する副カム軸４８の位相が変化する。
【００３３】第１１図に示す実施例では排気弁にも適用されているもので、ＯＨＣ又はＤＯＨＣ機関でロッカーアーム４５を介して排気カム軸４９のカム５１のリフト量を排気弁４２に伝動する動弁機構において、該排気カム軸４９と平行に副排気カム軸５０を配し、該カム軸４９と同様にロッカーアーム４５を介してカム５２のリフト量を弁４２に伝動可能とし、第３図あるいは第１０図に示す実施例の位相可変機構を用いて副排気カム軸５０の位相を変えればよい。
【本発明の効果】
【００３４】吸気弁の開閉タイミング並びに開閉時間を機関の運転状態に応じて制御可能となる。
【００３５】特に、中低負荷運転時に吸気弁の遅閉制御が可能となるために、一旦シリンダ内に吸入した新気ガスを運転状態に必要な新気ガスを残して吐き出すことが可能となることから、吸気弁による吸気量制御が可能となる。
【００３６】したがって、中低負荷運転時のポンピングロスを低減することが出来るため、機関効率の向上、燃費の向上を可能とするものである。
【００３７】排気弁に本発明を適用した場合、副排気カム軸の位相を排気カム軸に対して進めた場合、弁が早く開き更に弁開時間も長くなり高速高負荷に対応する弁の作動となり、速やかな排気行程が可能となる。
【００３８】排気カム軸と副排気カム軸との位相差を少なくすれば、弁開時間が短くなり低速運転に対応する弁の作動となり燃焼エネルギーを有効に回収できるためトルクが増加し燃費の低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【第１図】本発明の実施例における吸気カム軸と副吸気カム軸とロッカーアームと吸気弁の位置関係を示す、カム軸方向より見た図。
【第２図】第１図による吸気カム軸と副吸気カム軸との位相差を示す例図。
【第３図】吸気カム軸と副吸気カム軸のヘリカルスプラインによる位相可変機構の構成を示す図で軸方向に摺動する構成を副吸気カム軸に設けた実施例。
【第４図】吸気カム軸と副吸気カム軸により合成された弁リフトを示す図である。
Ａは低負荷時で位相差大、　　　　　Ｂは中負荷時で位相差中、
Ｃは高負荷時で位相差なし、
【第５図】吸気カム軸と副吸気カム軸により合成された弁リフト時期及びリフト時間の、クランク軸回転角に対する関係を示す。
Ｄは第４図のＡに対応、　Ｅは第４図のＢに対応、Ｆは第４図のＣに対応
【第６図】本発明の第３の実施例を示す、吸気カム軸と副吸気カム軸とロッカーアーム４−１と吸気弁の位置関係を示す。
【第７図】第６図による吸気カム軸と副吸気カム軸との位相差を示す例図。
【第８図】本発明の第４の実施例を示す、吸気カム軸と副吸気カム軸とロッカーアーム４−２と吸気弁の位置関係を示す。
【第９図】第８図による吸気カム軸と副吸気カム軸との位相差を示す例図。
【第１０図】カム軸と副カム軸のヘリカルスプラインによる位相可変機構の構成を示す図で軸方向に摺動する構成をカム軸に設けた実施例。
【第１１図】本発明の実施例における排気カム軸と副排気カム軸とロッカーアームと排気弁の位置関係を示す、カム軸方向より見た図。
【第１４図】本発明の実施例におけるカム軸と副カム軸とピボットアームと弁の位置関係を示す、カム軸方向より見た図。
【符号の説明】
１　吸気カム軸　　　　　２　副吸気カム軸　　　　　３　吸気弁
４　ロッカーアーム　　４−１　ロッカーアーム　４−２　ロッカーアーム
５　吸気ポート　　　　　　　６　弁バネ
７　ロッカーアーム軸　　　　８　吸気カム　　　　　　　９　副吸気カム
１０　シリンダヘッド
１３　吸気カム軸のカムによる弁リフト
１４　低負荷時の副吸気カム軸のカムによる弁リフト
１５　中負荷時の副吸気カム軸のカムによる弁リフト
１６　高負荷時の副吸気カム軸のカムによる弁リフト
２０　平歯車　　　　　　２１　平歯車
２２　ヘリカルスプライン軸　　　２３　アクチエーター
２４　ヘリカルスプラインボス　　２５　軸受け
２６　バネ　　　　　　　　　　　２７　制御回路
２８　アクセルベダル　　　　　　２９　めくら部分
３０　ロッド　　　　　　　　　　３１　位相差
Ｐ　　平歯車２１の摺動方向
Ｑ　　平歯車２１の摺動方向
Ｒ　　吸気カム軸の回転方向
Ｓ　　副吸気カム軸の回転方向
Ｘ１　吸気カム軸による弁リフト開始時間
Ｘ２　吸気カム軸による弁リフト閉始時間
Ｙ１及びＹ３及びＹ５　　副吸気カム軸による弁リフト開始時期
Ｙ２及びＹ４及びＹ６　　副吸気カム軸による弁リフト閉始時期
３３　平歯車　　　　　　　　　　３４　平歯車
３５　ボール　　　　　　　　　　３６　ロッド
３７　アーム　　　　　　　　　　３８　支点
３９　ピン　　　　　　　　　　　４０　排気ポート
４２　排気弁　　　　　　　　　　４３　弁バネ
４４　ロッカーアーム軸　　　　　４５　ロッカーアーム
４６　タイミングプーリ　　　　　４７　カム軸
４８　副カム軸　　　　　　　　　５１　排気カム
５２　副排気カム　　　　　　　　６０　カム
６１　カム　　　　　　　　　　　６２　ピボットアーム
６３　ピボット　　　　　　　　　６４　平歯車
６５　平歯車　　　　　　　　　　６６　軸
６７　ボス　　　　　　　　　　　６８　切り欠き
Ｍ　　かみ合い位相の変化　　　　Ｎ　　摺動方向
【図１】
2004100673.tif 000003
【図２】
2004100673.tif 000004
【図３】
2004100673.tif 000005
【図４】
2004100673.tif 000006
【図５】
2004100673.tif 000007
【図６】
2004100673.tif 000008
【図７】
2004100673.tif 000009
【図８】
2004100673.tif 000010
【図９】
2004100673.tif 000011
【図１０】
2004100673.tif 000012
【図１１】
2004100673.tif 000013
【図１４】
2004100673.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成14年11月25日(2002.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】側面図、本発明の実施例における吸気カム軸と副吸気カム軸とロッカーアームの位置関係を示す、カム軸方向より見た図。
【図２】側面図、図１による吸気カム軸と副吸気カム軸との位相差を示す例図。
【図３】平面図、吸気カム軸と副吸気カム軸のヘリカルスプラインによる位相可変機構の構成をしめす図で軸方向に摺動する構成を副吸気カム軸に設けた実施例。
【図４】グラフ図、吸気カム軸と副吸気カムにより合成された弁リフトを示す図である。Ａは低負荷時で位相差大、Ｂは中負荷時で位相差中、Ｃは高負荷時で位相差なし、
【図５】グラフ図、吸気カム軸と副吸気カム軸により合成された弁リフト時期及びリフト時間の、クランク軸回転角に対する関係を示す。Ｄは図４のＡに対応、Ｅは図４のＢに対応、Ｆは図４のＣに対応、
【図６】側面図、本発明の第３の実施例を示す、吸気カム軸と副吸気カム軸とロッカーアーム４−１と吸気の位置関係を示す。
【図７】側面図、図６による吸気カムと副吸気カム軸との位相差を示す例図。
【図８】側面図、本発明の第４の実施例を示す、吸気カム軸と副吸気カム軸とロッカーアーム４−２と吸気弁の位置関係を示す。
【図９】側面図、図８による吸気カム軸と副吸気カム軸との位相差を示す例図。
【図１０】平面図、カム軸と副カム軸のヘリカルスプラインによる位相可変機構の構成を示す図で軸方向に摺動構成をカム軸に設けた実施例。
【図１１】側面図、本発明の実施例における排気カム軸と副排気カム軸とロッカーアームと排気弁の位置関係を示す、カム軸方向より見た図。
【図１２】側面図、本発明の実施例におけるカム軸と副カム軸とピボットアームと弁の位置関係を示す、カム軸方向より見た図。
【符号の説明】
１　吸気カム軸、　　２　副吸気カム軸、　　３　吸気弁、　　４　ロッカーアーム、　　４−１　ロッカーアーム、　　４−２　ロッカーアーム、　　５　吸気ポート、　　６　弁バネ、　　７　ロッカーアーム軸、　　８　吸気カム、　９　副吸気カム、　　１０　シリンダヘッド　　　１３　吸気カム軸のカムによる弁リフト、　　１４　低負荷時の副吸気カム軸のカムによる弁リフト、　　１５　中負荷時の副吸気カム軸のカムによる弁リフト、　　１６　高負荷時の副吸気カム軸のカムによる弁リフト、　　２０　平歯車、　　２１　平歯車、　　２２　ヘリカルスプライン軸、　　２３　アクチエーター、　　２４　ヘリカルスプラインボス、　　２５　軸受け、　　２６　バネ、　　２７　制御回路、　２８　アクセルペダル、　　２９　めくら部分、　　３０　ロッド、　　３１位相差、　　Ｐ　平歯車２１の摺動方向、　　Ｑ　平歯車２１の摺動方向、　Ｒ　吸気カム軸の回転方向、　　Ｓ　副吸気カム軸の回転方向、　　Ｘ１　吸気カム軸による弁リフト開始時間、　　Ｘ２　吸気カム軸による弁リフト開始時間、　　Ｙ１及びＹ３及びＹ５　副吸気カム軸による弁リフト開始時期、　　Ｙ２及びＹ４及びＹ６　副吸気カム軸による弁リフト開始時期、　　３３　平歯車、　　３４　平歯車、　　３５　ボール、　　３６　ロッド、　　３７　アーム、　　３８　支点、　　３９　ピン、　　４０　排気ポート、　　４２　排気弁、　　４３　弁バネ、　　４４　ロッカーアーム軸、　　４５　ロッカーアーム、　　４６　タイミングプーリー、　　４７　カム軸、　　４８　副カム軸、　５１　排気カム、　　５２　副排気カム、　　６０　カム、　　６１　カム、６２　ピボットアーム、　　６３　ピボット、　　６４　平歯車、　　６５平歯車、　　６６　軸、　　６７　ボス、　　６８　切り欠き、　　Ｍ　かみ合い位相の変化、　　Ｎ　摺動方向、


【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004100673.tif 000015
【図２】
2004100673.tif 000016
【図３】
2004100673.tif 000017
【図４】
2004100673.tif 000018
【図５】
2004100673.tif 000019
【図６】
2004100673.tif 000020
【図７】
2004100673.tif 000021
【図８】
2004100673.tif 000022
【図９】
2004100673.tif 000023
【図１０】
2004100673.tif 000024
【図１１】
2004100673.tif 000025
【図１２】
2004100673.tif 000026