(57)【要約】  【課題】クランク軸を不等速回転させても、カム軸を等速回転を維持させることで、カム軸、タイミングギヤ、及びタイミングベルトにかかる負担を軽減し、耐久性の向上を図る。  【解決手段】クランク軸６と出力軸２４との間に互いに噛合する一対の楕円歯車２５，２６を配設し、両楕円歯車２５，２６の回転によりクランク軸６の周期的な不等速回転を等速回転に変換して出力軸２４へ伝達するに際し、出力軸２４にカム軸駆動用の駆動側タイミングギヤ２７を軸支し、カム軸２２に従動側タイミングギヤ２８を軸支し、両ギヤ２７，２８間をタイミングベルト２９で連設し、出力軸２４の等速回転によりカム軸２２を駆動させる。【選択図】図３
2007138818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン本体に設けられているクランク軸と出力軸との間に互いに噛合する一対の非円形歯車を配設し、該一対の非円形歯車の回転により、クランク軸の周期的な不等速回転を等速回転に変換して上記出力軸へ伝達する内燃機関において、
上記エンジン本体が動弁機構を有し、該動弁機構に設けられているカム軸の駆動を、等速回転する上記出力軸から取り出す
ことを特徴とする動弁機構付き内燃機関。
【請求項２】
エンジン本体に設けられているクランク軸と出力軸との間に互いに噛合する一対の非円形歯車を配設し、該一対の非円形歯車の回転により、クランク軸の周期的な不等速回転を等速回転に変換して上記出力軸へ伝達する内燃機関において、
上記エンジン本体が動弁機構を有し、
上記動弁機構に設けられているカム軸と上記クランク軸との間に上記一対の非円形歯車と同位相で回転する他の一対の非円形歯車を配設した
ことを特徴とする動弁機構付き内燃機関。
【請求項３】
上記他の一対の非円形歯車が上記クランク軸と他の出力軸との間に互いに噛合した状態で配設されており、
上記カム軸の駆動が上記他の出力軸から取り出される
ことを特徴とする請求項２記載の動弁機構付き内燃機関。
【請求項４】
上記他の一対の非円形歯車の内の一方の歯車が上記クランク軸に設けられ、他方の歯車が上記カム軸に設けられ、
上記両歯車間が無端伝動部材を介して連設されていると共に、
上記カム軸に設けられた一方の非円形歯車の歯数が上記クランク軸に設けられている他方の非円形歯車の歯数の２倍に設定されている
ことを特徴とする請求項２記載の動弁機構付き内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランク軸が不等速回転しても、カム軸は等速回転で駆動するようにした動弁機構付き内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、オットサイクル機関において、熱効率を上昇させて出力を向上させる手段として、圧縮比（≒膨張比）を高めることが知られているが、圧縮比を単に高くするだけでは、ノッキングの発生を招くことになる。特に、高負荷運転状態においては燃焼圧力が高くなるため、ノッキングを生じ易い。
【０００３】
そのため、一般には、点火時期を制御し、ノッキング発生を検知したときは、点火時期を直ちに遅角補正してノッキングの発生を防止するようにしている。しかし、点火時期を遅角させると、燃焼室内の最高燃焼圧力が低くなり、熱効率が低下し、その分、出力が低下する不都合がある。
【０００４】
その対策として、本出願人は、特開２００５−２９１１０３号公報において、クランク軸の軸端とクランク軸に平行な出力軸の軸端とに、互いに噛合する一対の楕円歯車を配設し、この両楕円歯車の相互回転により、クランク軸の回転を上死点を挟む前後において速くする不等速回転とすることで、ノッキングの発生を有効に回避する技術を提案した。
【特許文献１】特開２００５−２９１１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した文献に開示されている技術を、クランク軸からの駆動力でカム軸を回転させる動弁機構付き内燃機関に適用した場合、カム軸の回転が上死点を挟む前後において速くなるため、カム軸の回転が加速と減速とを交互に繰り返すようになり、カム軸の回転が不安定化するばかりでなく、回転の不安定化によりカム軸及び、このカム軸とクランク軸とを連設するタイミングギヤやタイミングベルト等の伝動部材に不要な負担がかかり、各部品の耐久性が低下する問題がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、クランク軸が不等速回転しても、カム軸の回転が不安定化せず、カム軸及び、このカム軸とクランク軸とを連設する伝動部材にかかる負担を軽減して、各部品の耐久性の向上を実現することのできる動弁機構付き内燃機関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】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明による第１の動弁機構付き内燃機関は、エンジン本体に設けられているクランク軸と出力軸との間に互いに噛合する一対の非円形歯車を配設し、該一対の非円形歯車の回転により、クランク軸の周期的な不等速回転を等速回転に変換して上記出力軸へ伝達する内燃機関において、上記エンジン本体が動弁機構を有し、該動弁機構に設けられているカム軸の駆動を、等速回転する上記出力軸から取り出すことを特徴とする。
【０００８】
第２の動弁機構付き内燃機関は、クランク軸と出力軸との間に互いに噛合する一対の非円形歯車を配設し、該一対の非円形歯車の回転により、クランク軸の周期的な不等速回転を等速回転に変換して上記出力軸へ伝達する内燃機関において、上記エンジン本体が動弁機構を有し、上記動弁機構に設けられているカム軸と上記クランク軸との間に上記一対の非円形歯車と同位相で回転する他の一対の非円形歯車を配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、クランク軸が不等速回転しても、カム軸は等速回転するので不安定化せず、カム軸及び、このカム軸とクランク軸とを連設する伝動部材にかかる負担を軽減して、各部品の耐久性の向上を実現することができる。更に、カム軸を安定回転させることで、燃費向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の一形態を説明する。図１〜図３に本発明の第１形態を示す。図１は動弁機構付き内燃機関の概略断面側面図、図２は図1のII-II断面図、図３は図１の一部断面右側面図である。
【００１１】
同図には、動弁機構付き内燃機関の一例として、ＳＯＨＣ型単気筒エンジン(以下、単に「エンジン」と称する)１Ａが示されている。このエンジン１Ａのエンジン本体２に、クランクケース３とシリンダブロック４とが形成され、このシリンダブロック４の上面にシリンダヘッド５が取付けられている。
【００１２】
クランクケース３にはクランク軸６が内装され、その両端に形成されているクランクジャーナル７がクランクケース３に軸受け(図示せず)を介して回動自在に支持されている。クランク軸６は、上述したクランクジャーナル７、クランクピン８、このクランクジャーナル７とクランクピン８とを連設するクランクアーム９とを備えている。又、クランクピン８にコンロッド１０を介してピストン１１が連設され、このピストン１１がシリンダブロック４に形成されているシリンダボアに進退自在に挿通されている。更に、ピストン１１とシリンダボアとシリンダヘッド５とで囲まれた領域に燃焼室１２が形成され、この燃焼室１２に点火プラグ(図示せず)の発火部が臨まされる。
【００１３】
シリンダヘッド５には、燃焼室１２に連通する吸気ポート１３と排気ポート１４とが形成され、この各ポート１３，１４に吸気マニホルド１３ａと排気マニホルド１４ａとが各々接続されている。この各ポート１３，１４の開口端部は、クランク軸６に直交する方向に各々配設されており、この各開口端部に、弁体としての吸気弁１５及び排気弁１６が各々配設されている。
【００１４】
又、シリンダヘッド５の上面に動弁室２０が形成され、この動弁室２０が動弁カバー２１で覆われている。この動弁室２０に吸気弁１５と排気弁１６とを開閉駆動させる動弁機構が設けられている。尚、この動弁機構は、従来と同等の構成であるため図面による記載は省略する。
【００１５】
ここで、動弁機構の構成について簡単に説明する。動弁室２０には、カム軸２２が回動自在に支持されている。このカム軸２２はクランク軸６に沿って平行に配設されており、このカム軸２２に吸気カム、排気カムが各々形成され、この各カムが、吸気弁１５と排気弁１６との各ステムエンドに設けられているタペットに、ロッカアームを介して、或いはダイレクトに連設されている。そして、カム軸２２が回転すると、吸気弁、排気弁が、吸気カム、排気カムに形成されているカムプロフィールに従ったタイミングで開閉動作される。
【００１６】
一方、クランク軸６のクランクジャーナル７の一端に駆動軸７ａが連続形成されており、この駆動軸７ａがクランクケース３の側面から外方へ突出されている。この駆動軸７ａが突出されているクランクケース３の側壁にギヤボックス２３が設けられている。このギヤボックス２３に、出力軸２４が配設されている。この出力軸２４は、駆動軸７ａの下方で、この駆動軸７ａに沿って平行に配設されている。この出力軸２４に発電機、走行負荷等の負荷発生手段が変速機等を介して或いは直接的に連設される。
【００１７】
この駆動軸７ａと出力軸２４とに、互いに噛合する一対の非円形歯車の一例である駆動側楕円歯車２５及び従動側楕円歯車２６の軸芯が各々固定されている。この両楕円歯車２５，２６は同一の形状を有しており、長軸Ｌ１，Ｌ２と短軸Ｓ１，Ｓ２とを互いに直交する方向に位相をずらした状態で噛合されている。尚、本形態における楕円歯車２５，２６の最大角速度比は2.0に設定されている。
【００１８】
クランク軸６を回転させると、駆動側楕円歯車２５の短軸Ｓ１側が従動側楕円歯車２６の長軸Ｌ２側に、又、駆動側楕円歯車の短軸Ｓ１側が従動側楕円歯車２６の長軸Ｌ２側にそれぞれ噛合し、互いに軸間距離を一定に保持した状態で回転する。その際、両楕円歯車２５，２６の軸長さが連続的に変化するため、従動側楕円歯車２６を軸支する出力軸２４は等速回転し、クランク軸６は、１８０°を１周期として不等速回転する。尚、図３はピストン１１が上死点に位置している状態が示されている。
【００１９】
両楕円歯車２５，２６は９０°毎に短軸Ｓ１，Ｓ２と長軸Ｌ１，Ｌ２との噛合位置が連続的に切り替わるため、上死点（或いは下死点）を挟む前後において変位速度（＝変位量／クランク角度）が速くなり、上死点と下死点との中途における変位速度が緩やかになる。
【００２０】
更に、出力軸２４に駆動側タイミングギヤ２７が軸着され、又、カム軸２２の軸端に従動側タイミングギヤ２８が軸着されており、この両タイミングギヤ２７，２８が無端伝動部材の一例であるタイミングベルト２９を介して連設されている。
【００２１】
従動側タイミングギヤ２８の歯数は、駆動側タイミングギヤ２７の歯数の２倍（歯数比2.0）に設定されており、従って、カム軸２２は出力軸２４のほぼ１／２の速度で駆動する。無端伝動部材はタイミングベルト２９に限らず、タイミングチェーン等であっても良い。又、駆動側タイミングギヤ２７と従動側タイミングギヤ２８とが直接噛合されていても良い。
【００２２】
又、図示しないが吸気マニホルド１３ａの下流端には、噴射方向を吸気弁１５に指向するインジェクタが配設されている。このインジェクタから噴射される燃料噴射量、燃料噴射タイミング、及び点火プラグの点火タイミングは、マイクロコンピュータ等で構成された電子制御装置（ＥＣＵ）で制御される。尚、このＥＣＵで実行される燃料噴射制御、点火時期制御は既に知られている技術であるため、ここでの説明は省略する。
【００２３】
次に、このような構成による本形態の作用について説明する。エンジン１Ａが始動すると、ピストン１１の上下運動に伴いクランク軸６が回転し、その回転力が、クランク軸６の駆動軸７ａに軸着されている駆動側楕円歯車２５を介して、出力軸２４に軸着されている従動側楕円歯車２６に伝達される。
【００２４】
この従動側楕円歯車２６を軸支する出力軸２４に、変速機等を介し、或いは直接的に、走行負荷、発電機等の負荷発生手段が連設されており、エンジン１Ａは、負荷発生手段の負荷に抗して駆動される。
【００２５】
同時に、出力軸２４に軸着されている駆動側タイミングギヤ２７が回転し、この駆動力がタイミングベルト２９を介して従動側タイミングギヤ２８に伝達される。すると、この従動側タイミングギヤ２８を軸支するカム軸２２が出力軸２４のほぼ１／２の速度で回転し、動弁室２０に設けられている動弁機構(図示せず)を介して、吸気弁１５と排気弁１６とを、ピストン１１の上下運動に同期させて所定タイミングで開閉動作させる。
【００２６】
図３に示すように、ピストン１１が上死点（或いは下死点）に有るとき、駆動側楕円歯車２５は短軸Ｓ１がコンロッド１０に対してほぼ延長上に配列される。このとき、駆動側楕円歯車２５の短軸Ｓ１部分と、従動側楕円歯車２６の長軸Ｌ２側とが噛合されている。この状態から、従動側楕円歯車２６が、図３の矢印で示すように、時計回り方向へ回転すると、駆動側楕円歯車２５の従動側楕円歯車２６に対する噛合位置が次第に長くなり、相対的に従動側楕円歯車２６の駆動側楕円歯車２５に対する噛合位置が次第に短くなる。
【００２７】
このとき、出力軸２４には負荷が印加されて、ほぼ等速回転しているため、ピストン１１の変位速度が、ピストン１１の上死点（或いは下死点）を挟む前後においては速くなり、上死点と下死点との中途においては緩やかになる。
【００２８】
オットサイクル機関におけるノッキングの発生は、圧縮行程から燃焼工程へ移行する過程におけるピストンの変位速度を速めることで回避することができる。本形態では、一対の楕円歯車２５，２６を組み合わせて、上死点（或いは下死点）の前後においては、ピストン１１の変位速度が速くなるように設定したので、ノッキングの発生を有効に回避することができる。その結果、相対的に圧縮比を高めることができ、点火時期を遅角補正することなく、より高い機関出力を得ることができる。
【００２９】
一方、カム軸２２を駆動する駆動側タイミングギヤ２７が出力軸２４に軸支されているため、ほぼ等速回転し、その回転がタイミングベルト２９を介して従動側タイミングギヤ２８に伝達される。従って、クランク軸６が不等速回転しても、カム軸２２はほぼ、常時等速回転するので、カム軸２２の回転が安定し、又、カム軸２２、両タイミングギヤ２７，２８、及びタイミングベルト２９にかかる負担が軽減され、これら部品の耐久性が向上するばかりでなく、カム軸２２の安定回転により燃費向上を実現することができる。尚、カム軸２２を等速回転さるとカムタイミングが変化してしまうが、吸気弁１５、及び排気弁１６を開閉動作させる吸気カム、及び排気カムのカムプロフィールを、クランク軸６の不等速回転に合わせた形状に形成することで、最適なカムタイミングを設定することができる。
【００３０】
このように、本形態では、クランク軸６を不等速回転させてノッキングの発生を抑制するに際し、カム軸２２を、等速回転する出力軸２４にて駆動させるようにしたので、カム軸２２を等速回転させることができ、その分、両タイミングギヤ２７，２８、及びタイミングベルト２９にかかる負担を軽減して、これら部品の耐久性を向上させることができるばかりでなく、燃費を向上させることができる。更に、カム軸２２が等速回転するので、許容限界回転数を更に高い領域に設定することができる。
【００３１】
又、本形態による一対の楕円歯車２５，２６は、クランク軸６を１８０°周期で不等速回転させるため、行程が１８０°の整数倍で変化する２気筒エンジン、４気筒エンジンに適用することができる。
【００３２】
又、図４に本発明の第２形態によるエンジンの図１相当の断面図を示す。上述した第１形態では、カム軸２２を、負荷発生手段が連設されている出力軸２４にて駆動させるようにしているが、本形態で採用するエンジン１Ｂは、クランク軸６の不等速回転を打ち消すギヤボックス２３’を別途設け、このギヤボックス２３’の出力軸２４’にてカム軸２２を等速回転させるようにしたものである。
【００３３】
すなわち、このギヤボックス２３’を、クランク軸６の他方のクランクジャーナル７’の一端に連続形成されている駆動軸７ａ’が突出されている側のクランクケース３に設け、ギヤボックス２３’から突出されている出力軸２４’に駆動側タイミングギヤ２７を軸支させる。
【００３４】
このギヤボックス２３’には、ギヤボックス２３に内装されている楕円歯車２５，２６と同一の楕円歯車２５’，２６’が内装されている。この各楕円歯車２５’，２６’は、ギヤボックス２３側に内装されている楕円歯車２５，２６と同位相で噛合されている。
【００３５】
従って、ギヤボックス２３’に内装されている従動側楕円歯車２６’は等速回転しており、この従動側楕円歯車２６’を軸支する出力軸２４’に軸着されている駆動側タイミングギヤ２７も等速回転する。そして、この駆動側タイミングギヤ２７の回転をタイミングベルト２９を介して従動側タイミングギヤ２８に伝達することで、この従動側タイミングギヤ２８を軸支するカム軸２２を、出力軸２４’のほぼ１／２の速度で回転させる。
【００３６】
このように、本形態では、エンジン本体２にギヤボックス２３’を新たに設け、このギヤボックス２３’の出力軸２４’にてカム軸２２を駆動させるようにしたので、負荷発生手段に連設する出力軸２４側は何ら改造する必要が無く、従来のまま使用することができるので、高い汎用性を得ることができる。
【００３７】
又、図５に本発明の第３形態によるエンジンの図４の左側面図に相当する側面図を示す。本形態によるエンジン１Ｃは、第２形態によるエンジン１Ｂの変形例である。
【００３８】
上述したエンジン１Ｂでは、ギヤボックス２３’を新たに設け、このギヤボックス２３’の出力軸２４’から出力される等速回転の駆動力でカム軸２２を回転させるようにしたが、本形態では、カム軸２２を駆動する駆動側タイミングギヤ３１を、楕円歯車２５，２６と同一の変位速度特性を有する楕円歯車とし、従動側タイミングギヤ楕円歯車３２を半周期で楕円歯車２５，２６と同一の変位速度特性を有する四葉型歯車としたものである。又、カム軸２２に軸支されている従動側タイミングギヤ３２の歯数は、駆動軸７ａ’に軸支されている駆動側タイミングギヤ３１の歯数の２倍（歯数比2.0）に設定されている。
【００３９】
尚、図においては、タイミングギヤ３１，３２と、駆動側楕円歯車２５、従動側楕円歯車２６とが９０°位相をずらした配列となっているが、タイミングベルト２９に噛合する部位が、図においてはほぼ水平方向であるため、駆動側タイミングギヤ３１と駆動側楕円歯車２５、及び従動側タイミングギヤ３２と従動側楕円歯車２６とは同位相で回転する。又、この場合、タイミングベルト２９はテンションプーリにより緊張方向へ常時付勢するようにしておく。
【００４０】
このように、本形態では、両タイミングギヤ３１，３２自体を非円形の楕円歯車及び四葉型歯車として、クランク軸６の不等速回転を打ち消すような構成としたので、第２形態に示すようなギヤボックス２３’を別途設ける必要が無く、部品点数の削減を図ることができる。
【００４１】
更に、既存のタイミングギヤを、駆動側タイミングギヤ３１と従動側タイミングギヤ３２に代えるだけで適用できるため、より高い汎用性を得ることができる。
【００４２】
尚、本発明は、上述した各形態に限るものではなく、例えば、非円形歯車は、楕円歯車２５，２６，３１，３２に限らず、偏芯歯車対であっても良い。非円形歯車を偏芯歯車とすることで、３６０°周期の不等速回転を得ることができる。この場合、クランク軸を３６０°周期で不等速回転させるため、行程が３６０°毎に変化する２気筒エンジンにも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１形態による動弁機構付き内燃機関の概略断面側面図
【図２】同、図１のII-II断面図
【図３】同、図１の一部断面右側面図
【図４】第２形態によるエンジンの図１相当の断面図
【図５】第３形態によるエンジンの図４の左側面図に相当する側面図
【符号の説明】
【００４４】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…エンジン、
２…エンジン本体、
６…クランク軸、
７ａ，７ａ’…駆動側出力軸、
１５…吸気弁、
１６…排気弁、
２０…動弁室、
２２…カム軸、
２４，２４’…出力軸、
２５，２５’…駆動側楕円歯車、
２６，２６’…従動側楕円歯車、
２７，３１…駆動側タイミングギヤ、
２８，３２…従動側タイミングギヤ、
２９…タイミングベルト、
Ｌ１，Ｌ２…長軸、
Ｓ１，Ｓ２…短軸
【図１】
2007138818.tif 000003
【図２】
2007138818.tif 000004
【図３】
2007138818.tif 000005
【図４】
2007138818.tif 000006
【図５】
2007138818.tif 000007