JP3357426B2 - バルブタイミング可変装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの運転状態に
応じてバルブの開閉時期，リフト量を変化させて出力の
向上及び燃費の改善を図るようにしたバルブタイミング
可変装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にエンジンの低負荷運転領域では、
吸気弁，排気弁の両者が同時に開くオーバーラップ期間
を短くすることにより、始動性，アイドリング性を安定
化でき、また高負荷運転領域では、上記オーバーラップ
期間を長くしたり，バルブリフト量を大きくしたりする
ことにより、吸気効率を向上でき、出力の増大及び燃費
の改善を図ることができる。

【０００３】このようなエンジンの運転状態に応じてバ
ルブのオーバーラップ期間やリフト量を変化させるよう
にしたバルブタイミング可変装置として、従来、例えば
特開昭５２−４４３１４号公報に提案されたものがあ
る。このバルブタイミング可変装置は、カムシャフト側
のカム外周面にカムプロフィルの異なる２つのグルーブ
（溝）を形成し、該カムの基礎円側にこの両グルーブを
連通するクロス状の転路グルーブを形成する。またバル
ブ側のロッカアームの上記カム外周面に当接するスリッ
パ面に突子を形成し、この突子を上記グルーブ内に摺動
自在に係合した構造となっている。

【０００４】上記バルブタイミング可変装置はエンジン
の負荷状態を検出し、この負荷状態に応じて上記カムシ
ャフトを軸方向に移動させて該カムの何れか一方のグル
ーブに上記バルブ側の突子を係合させ、これによりバル
ブの開閉時期，リフト量を変化させるように構成されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが上記従来のバ
ルブタイミング可変装置では、ロッカアームのスリッパ
面の面圧強度を確保するにはカムの軸方向接触面積を大
きくとる必要があり、またグルーブ内を摺動する突子が
破損しないように該突子をある程度大きく設定するには
グルーブの幅寸法を大きくとる必要がある。このためカ
ムの幅寸法が大きくなることから、それだけ配置スペー
ス，部品重量が増大し、切り換え時の作動が確実に行え
ないという問題がある。

【０００６】また上記従来装置では、転路グルーブを介
して突子の切り換えを行う場合、カムプロフィル特性を
維持するために転路グルーブの出入り口の幅寸法をでき
るだけ小さく設定する必要がある。即ち、上記出入り口
を大きく拡げると該部分が陥没した状態となり、この部
分に上記スリッパ面を接触させるとカムプロフィル特性
が変化するからである。しかしながら上記転路グルーブ
の出入り口を小さくすると突子がスムーズに移行し難く
なり、場合によっては切り換えを失敗したり，グルーブ
を飛び越してしまうおそれがある。

【０００７】本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされ
たもので、必要な面圧強度を確保しながらカムの軸方向
寸法を小さくでき、かつカムプロフィル特性の切り換え
時の移行をスムーズに行えるバルブタイミング可変装置
を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、カムプロフィ
ルの異なる複数の案内溝を有するカムと、該カムの案内
溝に沿って摺接する当接部を有するバルブとからなり、
エンジンの運転状態に応じて上記カムを軸方向に移動さ
せて該案内溝の何れかに上記バルブの当接部を係合さ
せ、これによりバルブの開閉時期，リフト量を可変する
バルブタイミング可変装置において、上記バルブの当接
部を球面とするとともに、上記案内溝を該当接部の球面
に沿うＲ面とし、上記案内溝をカムの基礎円部分の全
部，又は一部を除くカムノーズ部分に形成したことを特
徴としている。

【０００９】

【作用】本発明に係るバルブタイミング可変装置によれ
ば、バルブ側の当接部を球面とするとともにカム側の案
内溝をＲ面とし、これにより両者を円弧状に線接触させ
たので、カムの幅寸法を大きくとることなく、面圧強度
を確保するために必要な接触長さを得ることができる。
その結果、従来のカム軸方向に直線状に接触する場合に
比べてカムの軸方向寸法を小さくでき、それだけ配置ス
ペースを縮小できるとともに部品重量を低減でき、切り
換え時の作動を確実に行うことができる。

【００１０】また本発明によれば、上記案内溝をカムの
基礎円部分を除くカムノーズ部分のみに形成したので、
この基礎円部分でバルブ側の当接部をカム軸方向に略直
線的に、かつスムーズに移行させることができ、カムプ
ロフィル特性の切り換えを確実に行うことができる。そ
の結果、従来の転路グルーブを介して切り換える場合の
ような引っ掛かりや飛び越しの問題を回避できる。

【００１１】さらに本発明では、上記基礎円部分で球面
状の当接部を点接触させながら直線的に移動させて切り
換えることとなるので、例えば３つ以上の案内溝を設け
た場合はこの案内溝の相互間を一気に移動させることが
可能となり、エンジンの運転状態に対する応答性を向上
できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図について説明す
る。図１ないし図６は本発明の第１実施例によるバルブ
タイミング可変装置を説明するための図であり、本第１
実施例では直動式の４サイクル２気筒エンジンに適用し
た場合を例にとって説明する。図１は本実施例装置が搭
載されたエンジンの断面側面図、図２はその動弁機構を
示す断面図、図３はそのカムの案内溝を示す側面図、図
４はそのカムシャフトのスライド機構を示す図、図５は
そのカムシャフトの移動機構を示す図、図６は上記エン
ジンの概略構成図である。

【００１３】図において、１は本実施例装置が搭載され
た４サイクル２気筒エンジンである。このエンジン１
は、図６に示すように、シリンダブロック２の上部にシ
リンダヘッド３を締結し、これの上部にヘッドカバー４
を締結するとともに、上記シリンダブロック２の下面に
オイルパン５を接続した構造のもので、上記シリンダブ
ロック２の後部にはクラッチ，トランスミッション６が
接続されている。

【００１４】上記シリンダヘッド３は、該ヘッド３の下
面に２つの燃焼室３ａを凹設し、該各燃焼室３ａにそれ
ぞれ２つの吸気通路３ｂ，排気通路（図示せず）を開口
するとともに、各吸気通路３ｂに吸気バルブ７，７を配
設し、上記各排気通路に排気バルブを配設した概略構造
のものである。

【００１５】上記各吸気バルブ７は、これの軸部７ａの
上端に固定されたリテーナ９とシリンダヘッド３のばね
座との間に配設されたスプリング１０により上記吸気通
路３ｂの開口を閉じる方向に付勢されている。また上記
各吸気バルブ７の軸部７ａの上端には有底筒状のバルブ
リフタ１１が装着されており、このバルブリフタ１１は
シリンダヘッド３のガイド孔３ｃに摺動自在に支持され
ている。

【００１６】上記ヘッドカバー４内の吸気バルブ７，排
気バルブの上部にはそれぞれ中空状のカムシャフト１２
が平行に配設されており、該シャフト１２はカムキャッ
プ１３で回転自在に支持されている。また上記各カムシ
ャフト１２の一端にはそれぞれスプロケット１４がナッ
ト８を締め付けて固定されており、両スプロケット１４
はタイミングチェン１４ａを介して図示しないクランク
軸に連結されている。

【００１７】上記カムシャフト１２の各バルブリフタ１
１に対応する部分にはそれぞれカム１５が軸方向に摺動
可能に装着されており、このカム１５の回転により上記
各バルブ７を直接開閉駆動するように構成されている。

【００１８】上記カムシャフト１２内にはこれの軸心に
延びるスライドシャフト１６が進退自在に挿入されてい
る。このスライドシャフト１６の上記各カム１５に対応
する部分にはホルダーロックピン３０が軸方向に相対移
動可能に挿入されており、このホルダーロックピン３０
の外周面は上記カムシャフト１２の内周面に当接してい
る。

【００１９】上記各ホルダーロックピン３０にはこれの
半径方向に延びるロック孔３０ａが形成されており、こ
のロック孔３０ａ内にはスプリング３１を介してロック
ピン３２が挿入されている。

【００２０】上記カムシャフト１２の各カム１５を臨む
部分には、該シャフト１２の軸方向に延びる長孔１２ａ
が形成されており、またこの長孔１２ａ内の上記各カム
１５の内周面には嵌合凹部１５ｃが形成されている。そ
して上記ロックピン３０は上記長孔１６ｂを挿通して嵌
合凹部１５ｃに嵌挿されており、これにより各カム１５
はカムシャフト１２とともに一体に回転し、かつ該シャ
フト１２に対して軸方向に摺動するようになっている。

【００２１】また上記スライドシャフト１６の各ホルダ
ーロックピン３０の左右両側にはＣ字状のクリップ３３
が嵌挿固定されており、該各クリップ３３と各ホルダー
ロックピン３０との間にはスプリング３４が挿着されて
いる。この左右両スプリング３４により上記ホルダーロ
ックピン３０は半固定状態に付勢されている。

【００２２】上記スライドシャフト１６の後部は上記カ
ムシャフト１２の他端から上記ヘッドカバー４の後端に
接続されたギアケース１７内に突出しており、この突出
部１６ａの中央部には後述のカムプロフィルに対応する
３つの環状溝１８ａ〜１８ｃが、外端部には嵌合凹溝１
９がそれぞれ形成されている。

【００２３】上記ギアケース１７内の環状溝１８ａ〜１
８ｃに臨む部分にはロックボール２３が配設されてお
り、該ロックボール２３はスプリング２４により上記中
央の環状溝１８ｂ内に押圧されている。このロックボー
ル２３は上記スライドシャフト１６の移動にともなって
何れかの環状溝１８ａ〜１８ｃに嵌合し、これによりシ
ャフト１６の移動量を規制するとともに位置決めを行う
ものである。

【００２４】また上記ギアケース１７内には上記突出部
１６ａと平行をなすよう円筒状のシフトフォークガイド
２０が架設されている。このフォークガイド２０にはラ
ック２１が形成されたシフトフォーク２２が軸方向に移
動自在に挿着されており、該シフトフォーク２２は上記
突出部１６ａの嵌合凹溝１９内に嵌装されている。

【００２５】上記シフトフォーク２２のラック２１には
ピニオンギア２５が噛合しており、該ピニオンギア２５
は上記ギアケース１７の外壁に固定されたサーボモータ
２６に接続されている。また上記シフトフォーク２２に
は、図示しない３つの位置センサが配設されており、こ
の各位置センサは上記スライドシャフト２２の移動位置
を検出して後述するカムプロフィルの何れを選択してい
るかを検知するためのものである。なお、上記位置セン
サはスライドシャフト１６の各環状溝１８ａ〜１８ｃに
設けてもよい。

【００２６】上記サーボモータ２６は、図示しないコン
トロールユニットにより駆動制御されるようになってい
る。このコントロールユニットは、主としてエンジン回
転数，スロットル開度，吸入空気量等を検出し、該検出
値からエンジン負荷状態を検知し、この負荷状態に応じ
た最適カムプロフィルを選定し、該選定信号を上記サー
ボモータ２６に出力するように構成されている。

【００２７】そして、上記各バルブリフタ１１上面のカ
ム１５が当接する部分には半球状の受け部１１ａが形成
されている。この各受け部１１ａ内にはボール３５が回
転自在に配設されており、このボール３５が上記カム１
５に当接している。

【００２８】上記各カム１５の外周面には、カムプロフ
ィルの異なる第１〜第３案内溝３６ａ〜３６ｃが軸方向
に並列形成されている。この各案内溝３６ａ〜３６ｃは
それぞれ各バルブ７の開閉時期，及びリフト量が異なる
形状となっている。

【００２９】また上記各案内溝３６ａ〜３６ｃは、上記
ボール３５の母線に沿って線接触するＲ面となってお
り、かつ上記カム１５の基礎円部分１５ａを除くカムノ
ーズ１５ｂ部分にのみ形成されている。

【００３０】次に本実施例の作用効果について説明す
る。本実施例のバルブタイミング可変装置は、エンジン
回転数，スロットル開度，吸入空気量等からエンジン１
の負荷状態を検出し、この負荷状態に応じた最適カムプ
ロフィルを選定し、該選定信号をサーボモータ２６に出
力する。

【００３１】上記選定信号によってサーボモータ２６が
回転してシフトフォーク２２を介してスライドシャフト
１６を軸方向に移動させる。するとこのスライドシャフ
ト１６の移動にともなってスプリング３４がこれの付勢
力でもってホルダーロックピン３０を介してカム１５を
上記移動方向に摺動させる。これによりボール３５が係
合する案内溝３６ａ〜３６ｃの相対位置が変わり、カム
プロフィルの切り換えが行われる。

【００３２】ここで、図１に示すように、上記カムプロ
フィルの切り換えはバルブ７の閉時，つまりカム基礎円
部分１５ａにボール３５が位置したときに行われる。と
ころで本実施例の２気筒エンジン１は各気筒ごとのバル
ブ開閉時期が異なることから、バルブ７の全開時にスラ
イドシャフト１６の移動が行われたときはカムプロフィ
ルは切り換わらない。この場合は、上記スライドシャフ
ト１６の移動をスプリング３４を圧縮させることにより
吸収し、上記バルブ７が閉じて基礎円部１５ａにボール
３５が位置したときに上記スプリング３４の付勢力によ
りカム１５を移動させ、これによりカムプロフィルの切
り換えが行われることとなる。

【００３３】図７（ａ），図７（ｂ）は、カムプロフィ
ルを切り換えてバルブの開閉タイミング，リフト量を可
変制御する場合の一例を示す特性図である。図７（ａ）
は、主として排気バルブについてはバルブ開タイミング
を、吸気バルブについては閉タイミングを可変にする場
合を示す。また図７（ｂ）は、主として吸気バルブ，排
気バルブのオーバーラップ期間，及びリフト量を可変に
する場合を示す。同図のように、各案内溝３６ａ〜３６
ｃのカムブロフィルを適宜設定することにより、バルブ
タイミングを任意に変化させることができる。

【００３４】このように本実施例のバルブタイミング可
変装置によれば、バルブリフタ１１にボール３５を配設
し、該ボール３５が摺接する第１〜第３案内溝３６ａ〜
３６ｃをＲ面としたので、カムの幅寸法を大きくするこ
となく必要な面圧強度を確保でき、従来のカム軸方向に
直線状に接触する場合に比べてカム寸法を小さくでき
る。その結果、配置スペースを縮小できるとともに部品
重量を低減でき、切り換え時の作動を確実に行うことが
できる。

【００３５】また本実施例によれば、上記各案内溝３６
ａ〜３６ｃをカム基礎円部分１５ａを除くカムノーズ１
５ｂ部分に形成したので、カムプロフィルの切り換えを
行う場合、上記基礎円部分１５ａでボール３５をストレ
ートに、かつスムーズに移行させることができ、従来構
造の引っ掛かりや飛び越しの問題を回避できる。さらに
上記両端の案内溝３６ａ，３６ｃ間を一気に移動させる
ことが可能となることから、エンジンの運転状態に対す
る応答性を向上できる。

【００３６】さらに本実施例では、上記カムプロフィル
の切り換え時に案内溝３６ａ〜３６ｃの入り口溝縁にボ
ール３５が当たっても、該ボール３５の回転により抵抗
なく導かれることから、この点からも引っ掛かりや飛び
越しの問題を回避できる。

【００３７】さらにまた本実施例では、カムシャフト１
２内にスライドシャフト１６を内蔵し、該シャフト１６
を移動させて切り換えを行う構造であるから、従来構造
のようにカムシャフトの外部に移動機構を別途設ける場
合に比べて装置全体をコンパクトにできる。

【００３８】図８及び図９は、本発明の第２実施例によ
るバルブタイミング可変装置を直動式の単気筒エンジン
に適用した場合を説明するための図であり、図中、図１
と同一符号は同一又は相当部分を示す。この第２実施例
では、上記装置を吸気バルブにのみ設け、かつカムシャ
フトを直接移動させてカムプロフィルを切り換えるよう
にした場合を例にとって説明する。

【００３９】本実施例の単気筒エンジン４０は、吸気バ
ルブ７，排気バルブ４１の上部にそれぞれカムシャフト
４２，４３を平行に配設し、該シャフト４２，４３にカ
ム部４２ａ，４３ａを一体形成し、該各カム部４２ａ，
４３ａの回転により上記各バルブ７，４１を直接開閉駆
動するようにした構造となっている。

【００４０】上記吸気バルブ７のバルブリフタ１１には
ボール３５が回転自在に配設されている。また上記カム
シャフト４２の各カム部４２ａには第１〜第３案内溝３
６ａ〜３６ｃが形成されており、基本的構造は上記実施
例と同様である。また上記各カム部４２ａの基礎円部分
４２ｂの両周縁部には凸部４８が形成されており、該凸
部４８により上記ボール３５の移動が規制されている。

【００４１】そして上記カムシャフト４２は回転自在
に、かつ軸方向に移動可能に支持されている。このカム
シャフト４２の一端にはスプロケット４４がスプライン
結合されており、このスプロケット４４はカバーケース
４７により軸方向への移動が規制されている。

【００４２】また上記カムシャフト４２の他端には嵌合
溝４２ｃが形成されており、該嵌合溝４２ｃには駆動ア
ーム４５の一端が係合している。このアーム４５の他端
には図示しないモータに接続されたギア４６が噛合して
おり、該モータが回転することにより上記駆動アーム４
５を回動し、これによりカムシャフト４２は進退移動す
るようになっている。

【００４３】図１０及び図１１は、本発明の第３実施例
を説明するための図であり、図中、図８及び図９と同一
符号は同一又は相当部分を示す。

【００４４】この第３実施例では、吸気バルブ７のバル
ブリフタ１１に円板部材５０を吸気弁７の軸回りに回転
自在に配設し、該円板部材５０の上面に上述のボールよ
り曲率の大きい球面を形成している。またカムシャフト
４２の各カム部４２ａには上記円柱部材５０の球面に沿
う円弧状断面を有する第１〜第３案内溝５１ａ〜５１ｃ
が形成されている。

【００４５】図１２及び図１３は、本発明の第４実施例
を説明するための図であり、この実施例はロッカアーム
式４サイクルエンジンに適用した場合である。これはカ
ムシャフト５４と平行に延びるロッカシャフト５５でロ
ッカアーム５６を回動自在に支持し、このロッカアーム
５６の一端部５６ａを上記カムシャフト５４のカム５７
に当接させるとともに、他端部５６ｂを吸気バルブ５
８，排気バルブ５９の上端に当接させた概略構造のもの
である。

【００４６】そして、上記吸気バルブ５８側のロッカア
ーム５６の一端部５６ａにはボール６０が配設されてお
り、該ボール６０が上記吸気側カム５７の案内溝に係合
している。上記カム５４はカムシャフト５４を軸方向に
直接移動させることにカムプロフィルを切り換えるよう
に構成されている。

【００４７】上記第２〜第４実施例においても、必要な
面圧強度を確保しながらカムの軸方向寸法を小さくでき
るとともに、カムプロフィルの切り換えを支障なくスム
ーズにでき、上記第１実施例と同様の効果が得られる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明に係るバルブタイミ
ング可変装置によれば、バルブ側の当接部を球面とする
とともに、カム側の案内溝を該当接部の球面に沿うＲ面
とし、上記案内溝をカムの基礎円部分を除くカムノーズ
部分に形成したので、カムの幅寸法を大きくすることな
く必要な面圧強度を確保でき、配置スペースを縮小でき
るとともに部品重量を低減できる効果があり、さらにカ
ムプロフィル特性の切り換えをスムーズに行える効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるバルブタイミング可
変装置を説明するための４サイクル２気筒エンジンの断
面側面図である。

【図２】上記実施例の直動弁機構を示す断面図である。

【図３】上記実施例のカムの第１〜第３案内溝を示す図
である。

【図４】上記実施例のカムシャフトの移動機構を示す図
である。

【図５】上記実施例のカムシャフトの移動機構を示す図
である。

【図６】上記実施例エンジンの概略構成図である。

【図７】上記実施例装置におけるバルブタイミング，リ
フト量の可変制御を示す特性図である。

【図８】本発明の第２実施例による単気筒エンジンの断
面側面図である。

【図９】上記実施例エンジンの断面正面図である。

【図１０】本発明の第３実施例によるバルブ側当接部の
他の例を示す断面側面図である。

【図１１】上記実施例の断面正面図である。

【図１２】本発明の第４実施例によるロッカアーム式エ
ンジンの断面正面図である。

【図１３】上記実施例のロッカアームの平面図である。

【符号の説明】

１，４０ エンジン ７，５８ バルブ １５，４２ａ，５７ カム １５ａ 基礎円部 １５ｂ カムノーズ ３５，６０ ボール（当接部） ５０ 円柱部材（当接部） ３６ａ〜３６ｃ，５１ａ〜５１ｃ 案内溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 13/00 301 H01L 1/08 H01L 1/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カムプロフィルの異なる複数の案内溝を
   有するカムと、該カムの案内溝に沿って摺接する当接部
   を有するバルブとからなり、エンジンの運転状態に応じ
   て上記カムを軸方向に移動させて該案内溝の何れかに上
   記バルブの当接部を係合させ、これによりバルブの開閉
   時期，リフト量を可変するようにしたバルブタイミング
   可変装置において、上記バルブの当接部を球面とし、上
   記案内溝を該当接部の球面に沿うＲ面とし、さらに上記
   案内溝をカムの基礎円部分の全部，又は一部を除くカム
   ノーズ部分に形成したことを特徴とするバルブタイミン
   グ可変装置。