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JP7722315B2 - camshaft - Google Patents

camshaft

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Publication number
JP7722315B2
JP7722315B2 JP2022161555A JP2022161555A JP7722315B2 JP 7722315 B2 JP7722315 B2 JP 7722315B2 JP 2022161555 A JP2022161555 A JP 2022161555A JP 2022161555 A JP2022161555 A JP 2022161555A JP 7722315 B2 JP7722315 B2 JP 7722315B2
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JP
Japan
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intake
valve
cam
camshaft
cylinder
Prior art date
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Application number
JP2022161555A
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Japanese (ja)
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JP2024055005A (en
Inventor
一宣 戸井田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Description

本発明はカムシャフトに関する。 The present invention relates to a camshaft.

内燃機関では、タイミングチェーンのような伝動装置を介してクランクシャフトによって回転駆動されるカムシャフトによって弁(吸気弁及び排気弁)の開閉動作が行われる。カムシャフトのカムが弁を開く位相区間では正のカムトルクが生じ、カムシャフトのカムが弁を閉じる位相区間では負のカムトルクが生じる。 In an internal combustion engine, the valves (intake valves and exhaust valves) are opened and closed by a camshaft, which is rotated by the crankshaft via a transmission device such as a timing chain. Positive cam torque is generated during the phase interval when the cam on the camshaft opens the valve, and negative cam torque is generated during the phase interval when the cam on the camshaft closes the valve.

カムシャフトの回転時におけるカムトルクの変動が大きくなると、伝動装置に掛かる張力の変動が大きくなり、伝動装置のバタつきや耐久性低下を招く。これに対して、特許文献1に記載の内燃機関では、1サイクルにおいてメインリフト及びサブリフトの二回のバルブリフトが一つのカムによって実施され、メインリフトにより生じるカムトルクがサブリフトにより生じる逆方向のカムトルクにより相殺されるようにカムシャフトが形成されている。 When cam torque fluctuates greatly when the camshaft rotates, the tension applied to the transmission fluctuates greatly, leading to fluttering and reduced durability of the transmission. In contrast, in the internal combustion engine described in Patent Document 1, two valve lifts, a main lift and a sub-lift, are performed by a single cam in one cycle, and the camshaft is configured so that the cam torque generated by the main lift is offset by the cam torque in the opposite direction generated by the sub-lift.

特開2000-257408号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-257408

しかしながら、特許文献1に記載の手法では、1サイクルにおける複数回のバルブ開閉が必須となり、バルブ開閉制御の自由度が低下する。 However, the method described in Patent Document 1 requires the valve to be opened and closed multiple times in one cycle, reducing the degree of freedom in valve opening and closing control.

そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、内燃機関において、バルブ開閉制御の自由度を確保しつつ、カムシャフトのトルク変動を抑制することにある。 In view of the above-mentioned problems, the object of the present invention is to suppress camshaft torque fluctuations while ensuring freedom of valve opening and closing control in an internal combustion engine.

本開示の要旨は以下のとおりである。 The gist of this disclosure is as follows:

(1)内燃機関において伝動装置を介してクランクシャフトによって回転駆動されるカムシャフトであって、当該カムシャフトの軸線方向において互いに離間された複数のカムを備え、前記複数のカムは、非対称なリフトカーブを有し、第1の気筒に配置された弁を開閉する第1のカムによって生成された負のカムトルクのピーク位置が、第2の気筒に配置された弁を開閉する第2のカムによって正のカムトルクが生成される位相区間に含まれるように形成され、又は第1の気筒に配置された弁を開閉する第1のカムによって生成された正のカムトルクのピーク位置が、第2の気筒に配置された弁を開閉する第2のカムによって負のカムトルクが生成される位相区間に含まれるように形成されている、カムシャフト。 (1) A camshaft in an internal combustion engine that is rotationally driven by a crankshaft via a transmission, the camshaft comprising a plurality of cams spaced apart in the axial direction of the camshaft, the plurality of cams having asymmetric lift curves, the cams being configured such that the peak position of negative cam torque generated by a first cam that opens and closes a valve located in a first cylinder is included in a phase interval in which positive cam torque is generated by a second cam that opens and closes a valve located in a second cylinder, or the camshaft being configured such that the peak position of positive cam torque generated by the first cam that opens and closes a valve located in a first cylinder is included in a phase interval in which negative cam torque is generated by a second cam that opens and closes a valve located in a second cylinder.

(2)前記複数のカムは、最大リフト位置が開弁開始位置よりも閉弁完了位置に近い非対称なリフトカーブを有し、前記第1のカムによって生成された負のカムトルクのピーク位置が、前記第2のカムによって正のカムトルクが生成される位相区間に含まれるように形成されている、上記(1)に記載のカムシャフト。 (2) The camshaft described in (1) above, wherein the multiple cams have asymmetric lift curves in which the maximum lift position is closer to the valve closing position than the valve opening start position, and the peak position of the negative cam torque generated by the first cam is included in the phase interval in which the positive cam torque is generated by the second cam.

(3)前記複数のカムは、前記第1のカムによって生成された負のカムトルクのピーク位置が、前記第2のカムによって生成された正のカムトルクのピーク位置と略一致するように形成されている、上記(1)又は(2)に記載のカムシャフト。 (3) A camshaft as described in (1) or (2) above, wherein the plurality of cams are formed so that the peak position of the negative cam torque generated by the first cam substantially coincides with the peak position of the positive cam torque generated by the second cam.

本発明によれば、内燃機関において、バルブ開閉制御の自由度を確保しつつ、カムシャフトのトルク変動を抑制することができる。 The present invention makes it possible to suppress camshaft torque fluctuations while ensuring freedom of valve opening and closing control in an internal combustion engine.

図1は、本発明の実施形態に係るカムシャフトが設けられた内燃機関を概略的に示す図である。FIG. 1 is a diagram that schematically shows an internal combustion engine provided with a camshaft according to an embodiment of the present invention. 図2は、内燃機関の概略的な部分断面図である。FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view of an internal combustion engine. 図3は、吸気弁のバルブリフト量と、吸気カムシャフトに生じるカムトルクとのタイミングチャートを示す図である。FIG. 3 is a timing chart showing the valve lift amount of the intake valve and the cam torque generated in the intake camshaft. 図4は、吸気カムのカムプロフィールの一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a cam profile of an intake cam. 図5は、図4に示されるカムプロフィールを有する複数の吸気カムによって生成されるカムトルクの時間変化を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the change over time in cam torque generated by a plurality of intake cams having the cam profile shown in FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Note that in the following description, similar components will be given the same reference numerals.

図1は、本発明の実施形態に係るカムシャフトが設けられた内燃機関1を概略的に示す図である。内燃機関1は、ピストン2、コンロッド3、クランクシャフト4、吸気カムシャフト5、排気カムシャフト6、吸気弁7及び排気弁8を備える。 Figure 1 is a diagram that schematically shows an internal combustion engine 1 provided with a camshaft according to an embodiment of the present invention. The internal combustion engine 1 includes a piston 2, a connecting rod 3, a crankshaft 4, an intake camshaft 5, an exhaust camshaft 6, an intake valve 7, and an exhaust valve 8.

本実施形態では、内燃機関1は直列四気筒エンジンであり、内燃機関1には4つの気筒が形成されている。各気筒には、ピストン2と、2つの吸気弁7と、2つの排気弁8とが配置され、ピストン2の上側には燃焼室9が形成される。ピストン2はコンロッド3を介してクランクシャフト4に連結されている。燃焼室9における混合気の燃焼によりピストン2は気筒の軸線方向に往復運動し、ピストン2の往復運動がコンロッド3によってクランクシャフト4の回転運動に変換される。 In this embodiment, the internal combustion engine 1 is an in-line four-cylinder engine and has four cylinders. Each cylinder is equipped with a piston 2, two intake valves 7, and two exhaust valves 8, and a combustion chamber 9 is formed above the piston 2. The piston 2 is connected to the crankshaft 4 via a connecting rod 3. Combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 9 causes the piston 2 to reciprocate in the axial direction of the cylinder, and the reciprocating motion of the piston 2 is converted into rotational motion of the crankshaft 4 by the connecting rod 3.

吸気カムシャフト5の一端には吸気側タイミングスプロケット10が設けられ、吸気側タイミングスプロケット10は、タイミングチェーン12を介して、クランクシャフト4に設けられたタイミングスプロケット13に連結されている。タイミングスプロケット13、タイミングチェーン12及び吸気側タイミングスプロケット10は、クランクシャフト4の回転運動を吸気カムシャフト5に伝達する伝動装置として機能する。吸気カムシャフト5はこれら伝動装置を介してクランクシャフト4によって回転駆動される。 An intake-side timing sprocket 10 is provided at one end of the intake camshaft 5, and the intake-side timing sprocket 10 is connected to a timing sprocket 13 provided on the crankshaft 4 via a timing chain 12. The timing sprocket 13, timing chain 12, and intake-side timing sprocket 10 function as a transmission device that transmits the rotational motion of the crankshaft 4 to the intake camshaft 5. The intake camshaft 5 is rotated by the crankshaft 4 via these transmission devices.

排気カムシャフト6の一端には排気側タイミングスプロケット11が設けられ、排気側タイミングスプロケット11はタイミングチェーン12を介してタイミングスプロケット13に連結されている。タイミングスプロケット13、タイミングチェーン12及び排気側タイミングスプロケット11は、クランクシャフト4の回転運動を排気カムシャフト6に伝達する伝動装置として機能する。排気カムシャフト6はこれら伝動装置を介してクランクシャフト4によって回転駆動される。なお、内燃機関1は伝動装置としてタイミングチェーン12の代わりにタイミングベルトを備えていてもよい。 An exhaust-side timing sprocket 11 is provided at one end of the exhaust camshaft 6, and the exhaust-side timing sprocket 11 is connected to a timing sprocket 13 via a timing chain 12. The timing sprocket 13, timing chain 12, and exhaust-side timing sprocket 11 function as a transmission device that transmits the rotational motion of the crankshaft 4 to the exhaust camshaft 6. The exhaust camshaft 6 is rotated by the crankshaft 4 via these transmission devices. Note that the internal combustion engine 1 may also be equipped with a timing belt instead of the timing chain 12 as a transmission device.

吸気カムシャフト5は、吸気カムシャフト5の軸線方向に互いに離間された複数の吸気カム51を備える。本実施形態では、4つの気筒に配置された計8つの吸気弁7を開閉するために、8つの吸気カム51が吸気カムシャフト5に設けられている。1番気筒に配置された2つの吸気弁7の上方に配置された2つの吸気カム51は、1番気筒における2つの吸気弁7を同時に開閉する。2番気筒に配置された2つの吸気弁7の上方に配置された2つの吸気カム51は、2番気筒における2つの吸気弁7を同時に開閉する。3番気筒に配置された2つの吸気弁7の上方に配置された2つの吸気カム51は、3番気筒における2つの吸気弁7を同時に開閉する。4番気筒に配置された2つの吸気弁7の上方に配置された2つの吸気カム51は、4番気筒における2つの吸気弁7を同時に開閉する。 The intake camshaft 5 is provided with multiple intake cams 51 spaced apart from one another in the axial direction of the intake camshaft 5. In this embodiment, eight intake cams 51 are provided on the intake camshaft 5 to open and close a total of eight intake valves 7 arranged in four cylinders. Two intake cams 51 arranged above the two intake valves 7 arranged in cylinder No. 1 simultaneously open and close the two intake valves 7 in cylinder No. 1. Two intake cams 51 arranged above the two intake valves 7 arranged in cylinder No. 2 simultaneously open and close the two intake valves 7 in cylinder No. 2. Two intake cams 51 arranged above the two intake valves 7 arranged in cylinder No. 3 simultaneously open and close the two intake valves 7 in cylinder No. 3. Two intake cams 51 arranged above the two intake valves 7 arranged in cylinder No. 4 simultaneously open and close the two intake valves 7 in cylinder No. 4.

排気カムシャフト6は、排気カムシャフト6の軸線方向に互いに離間された複数の排気カム61を備える。本実施形態では、4つの気筒に配置された計8つの排気弁8を開閉するために、8つの排気カム61が排気カムシャフト6に設けられている。1番気筒に配置された2つの排気弁8の上方に配置された2つの排気カム61は、1番気筒における2つの排気弁8を同時に開閉する。2番気筒に配置された2つの排気弁8の上方に配置された2つの排気カム61は、2番気筒における2つの排気弁8を同時に開閉する。3番気筒に配置された2つの排気弁8の上方に配置された2つの排気カム61は、3番気筒における2つの排気弁8を同時に開閉する。4番気筒に配置された2つの排気弁8の上方に配置された2つの排気カム61は、4番気筒における2つの排気弁8を同時に開閉する。 The exhaust camshaft 6 is provided with multiple exhaust cams 61 spaced apart from one another in the axial direction of the exhaust camshaft 6. In this embodiment, eight exhaust cams 61 are provided on the exhaust camshaft 6 to open and close a total of eight exhaust valves 8 arranged in four cylinders. The two exhaust cams 61 arranged above the two exhaust valves 8 arranged in cylinder No. 1 simultaneously open and close the two exhaust valves 8 in cylinder No. 1. The two exhaust cams 61 arranged above the two exhaust valves 8 arranged in cylinder No. 2 simultaneously open and close the two exhaust valves 8 in cylinder No. 2. The two exhaust cams 61 arranged above the two exhaust valves 8 arranged in cylinder No. 3 simultaneously open and close the two exhaust valves 8 in cylinder No. 3. The two exhaust cams 61 arranged above the two exhaust valves 8 arranged in cylinder No. 4 simultaneously open and close the two exhaust valves 8 in cylinder No. 4.

上記のように、本実施形態では、内燃機関1において吸気弁側及び排気弁側のそれぞれにカムシャフトが設けられる。すなわち、内燃機関1はいわゆるDOHC(Double Over Head Camshaft)型の内燃機関である。以下、吸気弁側の動弁機構について詳細に説明するが、排気弁側の動弁機構は吸気弁側の動弁機構と同様の構成を有する。すなわち、排気カムシャフト6は吸気カムシャフト5と同様の構成を有する。 As described above, in this embodiment, internal combustion engine 1 is provided with a camshaft on each of the intake valve side and the exhaust valve side. In other words, internal combustion engine 1 is a so-called DOHC (Double Over Head Camshaft) type internal combustion engine. The intake valve side valve mechanism will be described in detail below, but the exhaust valve side valve mechanism has the same configuration as the intake valve side valve mechanism. In other words, exhaust camshaft 6 has the same configuration as intake camshaft 5.

図2は、内燃機関1の概略的な部分断面図である。図2には、吸気弁7の周囲の断面図が示されている。内燃機関1は、吸気弁7を駆動する動弁機構を備える。動弁機構は、吸気カムシャフト5、バルブリフタ14及びバルブスプリング15を有する。本実施形態では、動弁機構は、吸気カムシャフト5の吸気カム51がバルブリフタ14を直接押圧するように構成された直打式(直動式)動弁機構である。 Figure 2 is a schematic partial cross-sectional view of the internal combustion engine 1. Figure 2 shows a cross-sectional view of the intake valve 7 and its surroundings. The internal combustion engine 1 is equipped with a valve train that drives the intake valve 7. The valve train has an intake camshaft 5, a valve lifter 14, and a valve spring 15. In this embodiment, the valve train is a direct-hit (direct-acting) valve train configured so that the intake cam 51 of the intake camshaft 5 directly presses the valve lifter 14.

バルブリフタ14は、円筒形状を有し、シリンダヘッド16に形成されたガイド穴161に沿って摺動可能である。バルブリフタ14の内面には、吸気弁7のバルブステム71の端部が当接する。また、バルブステム71の端部にはコッタ17によってスプリングリテーナ18が装着される。バルブスプリング15はスプリングリテーナ18とスプリングシート19との間でバルブステム71の軸線方向に延在する。 The valve lifter 14 has a cylindrical shape and is slidable along a guide hole 161 formed in the cylinder head 16. The end of the valve stem 71 of the intake valve 7 abuts against the inner surface of the valve lifter 14. A spring retainer 18 is attached to the end of the valve stem 71 by a cotter 17. The valve spring 15 extends axially of the valve stem 71 between the spring retainer 18 and the spring seat 19.

バルブステム71はバルブガイド20によって摺動自在に支持される。バルブスプリング15は吸気弁7を吸気カムシャフト5側に付勢する。この結果、吸気弁7のバルブヘッド72が、吸気通路と連通する吸気ポート21の端部を閉じる。 The valve stem 71 is slidably supported by the valve guide 20. The valve spring 15 biases the intake valve 7 toward the intake camshaft 5. As a result, the valve head 72 of the intake valve 7 closes the end of the intake port 21 that communicates with the intake passage.

吸気カム51は、吸気カムシャフト5の軸部52に固定され、吸気カムシャフト5の回転運動を吸気弁7の直線運動に変換する。吸気カムシャフト5の回転によって吸気カム51がバルブリフタ14に接触すると、吸気カムシャフト5の回転力が吸気カム51を介してバルブリフタ14に伝達される。この結果、バルブリフタ14及び吸気弁7が吸気カムシャフト5から離れるように直線移動し、バルブヘッド72が吸気ポート21の端部を開く。したがって、クランクシャフト4の回転に伴って吸気カムシャフト5が回転することによって吸気弁7の開閉が行われる。 The intake cam 51 is fixed to the shaft 52 of the intake camshaft 5 and converts the rotational motion of the intake camshaft 5 into linear motion of the intake valve 7. When the intake cam 51 comes into contact with the valve lifter 14 due to the rotation of the intake camshaft 5, the rotational force of the intake camshaft 5 is transmitted to the valve lifter 14 via the intake cam 51. As a result, the valve lifter 14 and intake valve 7 move linearly away from the intake camshaft 5, and the valve head 72 opens the end of the intake port 21. Therefore, the intake camshaft 5 rotates in conjunction with the rotation of the crankshaft 4, opening and closing the intake valve 7.

図3は、吸気弁のバルブリフト量と、吸気カムシャフトに生じるカムトルクとのタイミングチャートを示す図である。図3には、従来技術による比較例(破線)及び本実施形態による実施例(実線)のそれぞれについて、1番気筒(#1)の吸気カムに関するデータと、1番気筒の次の3番気筒(#3)の吸気カムに関するデータとが示されている。なお、バルブリフト量の時間変化はリフトカーブと称される。 Figure 3 shows a timing chart of the valve lift of the intake valve and the cam torque generated on the intake camshaft. Figure 3 shows data related to the intake cam of cylinder 1 (#1) and data related to the intake cam of cylinder 3 (#3), which is next to cylinder 1, for a comparative example (dashed line) based on conventional technology and an example (solid line) based on this embodiment. The change in valve lift over time is called a lift curve.

吸気カムが吸気弁を開いているときには吸気カムシャフトに正のカムトルクが生じ、吸気カムが吸気弁を閉じているときには吸気カムシャフトに負のカムトルクが生じる。正のカムトルクは、吸気弁の開弁が開始される開弁開始位置と、吸気弁のバルブリフト量が最大となる最大リフト位置との間でピークとなる。一方、負のカムトルクは、最大リフト位置と、吸気弁の閉弁が完了する閉弁完了位置との間でピークとなる。なお、正のカムトルクとは、カムシャフトを回転させるのに必要なトルクを意味し、負のカムトルクとは、カムシャフトの回転を促進するトルクを意味する。 When the intake cam opens the intake valve, positive cam torque is generated on the intake camshaft, and when the intake cam closes the intake valve, negative cam torque is generated on the intake camshaft. Positive cam torque peaks between the valve opening position, where the intake valve begins to open, and the maximum lift position, where the intake valve lift is at its maximum. On the other hand, negative cam torque peaks between the maximum lift position and the valve closing position, where the intake valve completely closes. Note that positive cam torque refers to the torque required to rotate the camshaft, and negative cam torque refers to the torque that promotes the rotation of the camshaft.

図3の例では、3番気筒の吸気弁7の開弁が開始するタイミングが、1番気筒の吸気弁7の閉弁が完了するタイミングよりも僅かに早い。図3に示されるように、比較例の吸気カムは、最大リフト位置(クランク角A1)が開弁開始位置と閉弁完了位置との中間に位置する対称なリフトカーブを有し、3番気筒の吸気カムによって正のカムトルクが生成される前のタイミング(クランク角A3)で、1番気筒の吸気カムによって生成される負のカムトルクがピークとなる。この場合、負のカムトルクのピーク位置において、負のカムトルクが正のカムトルクによって相殺されないため、吸気カムシャフトのトルク変動が大きくなる。この結果、タイミングチェーンのような伝動装置のバタつきや耐久性低下が促進される。 In the example shown in Figure 3, the timing at which the intake valve 7 of cylinder 3 begins to open is slightly earlier than the timing at which the intake valve 7 of cylinder 1 completes closing. As shown in Figure 3, the intake cam of the comparative example has a symmetrical lift curve in which the maximum lift position (crank angle A1) is located halfway between the valve opening start position and the valve closing completion position, and the negative cam torque generated by the intake cam of cylinder 1 peaks at the timing (crank angle A3) before positive cam torque is generated by the intake cam of cylinder 3. In this case, at the peak of the negative cam torque, the negative cam torque is not offset by the positive cam torque, resulting in large torque fluctuations in the intake camshaft. This results in increased flutter and reduced durability of transmission devices such as timing chains.

一方、実施例の吸気カムは、最大リフト位置(クランク角A2)が開弁開始位置よりも閉弁完了位置に近い非対称なリフトカーブを有し、3番気筒の吸気カムによって正のカムトルクが生成されているタイミング(クランク角A4)で、1番気筒の吸気カムによって生成される負のカムトルクがピークとなる。この場合、負のカムトルクのピーク位置において、負のカムトルクが正のカムトルクによって相殺されるため、比較例と比べて吸気カムシャフトのトルク変動が小さくなる。 On the other hand, the intake cam of the embodiment has an asymmetric lift curve in which the maximum lift position (crank angle A2) is closer to the valve closing position than the valve opening start position, and the negative cam torque generated by the intake cam of cylinder 1 peaks at the timing (crank angle A4) when positive cam torque is generated by the intake cam of cylinder 3. In this case, the negative cam torque is offset by the positive cam torque at the peak position of the negative cam torque, resulting in smaller torque fluctuations in the intake camshaft compared to the comparative example.

すなわち、本実施形態では、複数の吸気カム51は、最大リフト位置が開弁開始位置よりも閉弁完了位置に近い非対称なリフトカーブを有し、第1の気筒に配置された吸気弁7を開閉する第1の吸気カム51によって生成された負のカムトルクのピーク位置が、第2の気筒に配置された吸気弁7を開閉する第2の吸気カム51によって正のカムトルクが生成される位相区間に含まれるように形成されている。このことによって、負のカムトルクのピーク値(絶対値)を低減することができる。したがって、本実施形態に係る吸気カムシャフト5によれば、バルブ開閉制御の自由度を確保しつつ、吸気カムシャフト5のトルク変動を抑制することができる。 In other words, in this embodiment, the multiple intake cams 51 have asymmetric lift curves in which the maximum lift position is closer to the valve closing position than the valve opening start position, and are configured so that the peak position of the negative cam torque generated by the first intake cam 51 that opens and closes the intake valve 7 arranged in the first cylinder is included in the phase interval in which positive cam torque is generated by the second intake cam 51 that opens and closes the intake valve 7 arranged in the second cylinder. This makes it possible to reduce the peak value (absolute value) of the negative cam torque. Therefore, with the intake camshaft 5 according to this embodiment, torque fluctuations of the intake camshaft 5 can be suppressed while ensuring freedom of valve opening and closing control.

本実施形態では、複数の吸気カム51は、上述したリフトカーブを得るために、以下のようなカムプロフィールを有する。図4は、吸気カム51のカムプロフィールの一例を示す図である。本実施形態では、吸気カムシャフト5に設けられた複数の吸気カム51は同一のカムプロフィールを有する。 In this embodiment, the multiple intake cams 51 have the following cam profile to obtain the above-mentioned lift curve. Figure 4 is a diagram showing an example of a cam profile of the intake cam 51. In this embodiment, the multiple intake cams 51 provided on the intake camshaft 5 have the same cam profile.

図4に示されるように、吸気カム51は、開弁側緩衝部51a、開弁側揚程部51b、閉弁側揚程部51c及び閉弁側緩衝部51dを有する。開弁側緩衝部51a及び開弁側揚程部51bは、最大リフト位置に相当するノーズトップTよりも開弁側(回転方向前側)に位置し、吸気弁7の開弁に寄与する開弁側区間を形成する。一方、閉弁側揚程部51c及び閉弁側緩衝部51dはノーズトップTよりも閉弁側(回転方向後側)に位置し、吸気弁7の閉弁に寄与する閉弁側区間を形成する。開弁側緩衝部51aは回転角θaを有し、開弁側揚程部51bは回転角θbを有し、閉弁側揚程部51cは回転角θcを有し、閉弁側緩衝部51dは回転角θdを有する。 As shown in FIG. 4, the intake cam 51 has a valve-opening side buffer section 51a, a valve-opening side lift section 51b, a valve-closing side lift section 51c, and a valve-closing side buffer section 51d. The valve-opening side buffer section 51a and the valve-opening side lift section 51b are located on the valve-opening side (forward in the direction of rotation) of the nose top T, which corresponds to the maximum lift position, and form a valve-opening side section that contributes to opening the intake valve 7. On the other hand, the valve-closing side lift section 51c and the valve-closing side buffer section 51d are located on the valve-closing side (backward in the direction of rotation) of the nose top T and form a valve-closing side section that contributes to closing the intake valve 7. The valve-opening side buffer section 51a has a rotation angle θa, the valve-opening side lift section 51b has a rotation angle θb, the valve-closing side lift section 51c has a rotation angle θc, and the valve-closing side buffer section 51d has a rotation angle θd.

吸気カム51は、回転角θa及びθbの和が回転角θc及びθdの和よりも大きくなるように形成されている。言い換えれば、吸気カム51は、開弁側区間が閉弁側区間よりも長くなるように形成されている。このため、開弁開始位置から最大リフト位置までのクランク角が最大リフト位置から閉弁完了位置までのクランク角よりも長くなり、最大リフト位置が閉弁側に偏ることになる。したがって、斯かるカムプロフィールを有する吸気カム51によって、最大リフト位置が開弁開始位置よりも閉弁完了位置に近い非対称なリフトカーブが実現される。また、吸気カムシャフト5では、第1の気筒に配置された吸気弁7を開閉する第1の吸気カム51によって生成された負のカムトルクのピーク位置が、第2の気筒に配置された吸気弁7を開閉する第2の吸気カム51によって正のカムトルクが生成される位相区間に含まれるように、複数の吸気カム51の位相が設定される。 The intake cam 51 is configured so that the sum of the rotation angles θa and θb is greater than the sum of the rotation angles θc and θd. In other words, the intake cam 51 is configured so that the valve-opening side interval is longer than the valve-closing side interval. Therefore, the crank angle from the valve-opening start position to the maximum lift position is longer than the crank angle from the maximum lift position to the valve-closing end position, and the maximum lift position is biased toward the valve-closing side. Therefore, an intake cam 51 with such a cam profile achieves an asymmetric lift curve in which the maximum lift position is closer to the valve-closing end position than the valve-opening start position. Furthermore, in the intake camshaft 5, the phases of the multiple intake cams 51 are set so that the peak position of the negative cam torque generated by the first intake cam 51 that opens and closes the intake valve 7 located in the first cylinder is included in the phase interval in which positive cam torque is generated by the second intake cam 51 that opens and closes the intake valve 7 located in the second cylinder.

図5は、図4に示されるカムプロフィールを有する複数の吸気カム51によって生成されるカムトルクの時間変化を示す図である。図5には、1番気筒(#1)~4番気筒(#4)の吸気カム51によって生成されるカムトルクが一点鎖線で示され、これら吸気カム51によって吸気カムシャフト5に生じる合成カムトルクが実線で示されている。また、図5には、参考のために、1番気筒の吸気カム51によって得られるリフトカーブの波形が破線で示されている。 Figure 5 shows the time variation of the cam torque generated by multiple intake cams 51 having the cam profile shown in Figure 4. In Figure 5, the cam torque generated by the intake cams 51 of cylinders 1 (#1) through 4 (#4) is shown by a dashed line, and the composite cam torque generated on the intake camshaft 5 by these intake cams 51 is shown by a solid line. Also, for reference, Figure 5 shows the waveform of the lift curve obtained by the intake cam 51 of cylinder 1 by a dashed line.

図5のデータでは、1番気筒の吸気カム51によって生成された負のカムトルクのピーク位置が、3番気筒の吸気カム51によって生成された正のカムトルクのピーク位置と略一致し、3番気筒の吸気カム51によって生成された負のカムトルクのピーク位置が、4番気筒の吸気カム51によって生成された正のカムトルクのピーク位置と略一致し、4番気筒の吸気カム51によって生成された負のカムトルクのピーク位置が、2番気筒の吸気カム51によって生成された正のカムトルクのピーク位置と略一致し、2番気筒の吸気カム51によって生成された負のカムトルクのピーク位置が、1番気筒の吸気カム51によって生成された正のカムトルクのピーク位置と略一致している。すなわち、複数の吸気カム51は、第1の気筒(例えば、1番気筒、3番気筒、4番気筒又は2番気筒)に配置された吸気弁7を開閉する第1の吸気カム51によって生成された負のカムトルクのピーク位置が、第2の気筒(例えば、3番気筒、4番気筒、2番気筒又は1番気筒)に配置された吸気弁7を開閉する第2の吸気カム51によって生成された正のカムトルクのピーク位置と略一致するように形成されている。このことによって、負のカムトルクのピーク値だけでなく正のカムトルクのピーク値も低減することができ、吸気カムシャフト5のトルク変動をより一層抑制することができる。なお、本明細書において、負のカムトルクのピーク位置が正のカムトルクのピーク位置と略一致するとは、ピーク位置の差が10°以下であることを意味する。 In the data of Figure 5, the peak position of the negative cam torque generated by the intake cam 51 of cylinder 1 approximately coincides with the peak position of the positive cam torque generated by the intake cam 51 of cylinder 3, the peak position of the negative cam torque generated by the intake cam 51 of cylinder 3 approximately coincides with the peak position of the positive cam torque generated by the intake cam 51 of cylinder 4, the peak position of the negative cam torque generated by the intake cam 51 of cylinder 4 approximately coincides with the peak position of the positive cam torque generated by the intake cam 51 of cylinder 2, and the peak position of the negative cam torque generated by the intake cam 51 of cylinder 2 approximately coincides with the peak position of the positive cam torque generated by the intake cam 51 of cylinder 1. That is, the multiple intake cams 51 are configured so that the peak position of the negative cam torque generated by the first intake cam 51 that opens and closes the intake valve 7 located in the first cylinder (e.g., cylinder 1, 3, 4, or 2) approximately coincides with the peak position of the positive cam torque generated by the second intake cam 51 that opens and closes the intake valve 7 located in the second cylinder (e.g., cylinder 3, 4, 2, or 1). This reduces not only the peak value of the negative cam torque but also the peak value of the positive cam torque, thereby further suppressing torque fluctuations in the intake camshaft 5. Note that, in this specification, "approximately coinciding between the peak position of the negative cam torque and the peak position of the positive cam torque" means that the difference between the peak positions is 10° or less.

なお、複数の吸気カム51は、最大リフト位置が閉弁完了位置よりも開弁開始位置に近い非対称なリフトカーブを有し、第1の気筒に配置された吸気弁7を開閉する第1の吸気カム51によって生成された正のカムトルクのピーク位置が、第2の気筒に配置された吸気弁7を開閉する第2の吸気カム51によって負のカムトルクが生成される位相区間に含まれるように形成されてもよい。このことによって、正のカムトルクのピーク値を低減することができる。したがって、このような変形例によってもバルブ開閉制御の自由度を確保しつつ、吸気カムシャフト5のトルク変動を抑制することができる。この場合、例えば、吸気カム51は、閉弁側区間が開弁側区間よりも長くなるように形成される。すなわち、図4に示されるカムプロフィールにおいて、回転角θc及びθdの和が回転角θa及びθbの和よりも大きくされる。 The multiple intake cams 51 may have asymmetric lift curves in which the maximum lift position is closer to the valve opening start position than the valve closing completion position, and the peak position of the positive cam torque generated by the first intake cam 51 that opens and closes the intake valve 7 arranged in the first cylinder may be configured to be included in the phase interval in which the negative cam torque is generated by the second intake cam 51 that opens and closes the intake valve 7 arranged in the second cylinder. This reduces the peak value of the positive cam torque. Therefore, even with this modification, torque fluctuations of the intake camshaft 5 can be suppressed while maintaining the degree of freedom in valve opening and closing control. In this case, for example, the intake cam 51 is configured so that the valve closing side interval is longer than the valve opening side interval. That is, in the cam profile shown in FIG. 4, the sum of the rotation angles θc and θd is greater than the sum of the rotation angles θa and θb.

また、複数の吸気カム51は、最大リフト位置が閉弁完了位置よりも開弁開始位置に近い非対称なリフトカーブを有し、第1の気筒に配置された吸気弁7を開閉する第1の吸気カム51によって生成された正のカムトルクのピーク位置が、第2の気筒に配置された吸気弁7を開閉する第2の吸気カム51によって生成された負のカムトルクのピーク位置と略一致するように形成されてもよい。このことによって、吸気カムシャフト5のトルク変動をより一層抑制することができる。 Furthermore, the multiple intake cams 51 may have asymmetric lift curves in which the maximum lift position is closer to the valve opening start position than the valve closing completion position, and may be configured so that the peak position of the positive cam torque generated by the first intake cam 51 that opens and closes the intake valve 7 arranged in the first cylinder roughly coincides with the peak position of the negative cam torque generated by the second intake cam 51 that opens and closes the intake valve 7 arranged in the second cylinder. This can further suppress torque fluctuations in the intake camshaft 5.

なお、最大リフト位置を開弁開始位置よりも閉弁完了位置に近付けた場合には、最大リフト位置を閉弁完了位置よりも開弁開始位置に近付けた場合と比べて、開弁速度を緩めることができる。このため、前者の場合には、後者の場合と比べて、吸気弁7の実際の開閉動作が設計上のリフトカーブからずれることを抑制することができ、ひいては吸気弁7の開閉制御の安定性を高めることができる。 Furthermore, when the maximum lift position is closer to the valve closing completion position than the valve opening start position, the valve opening speed can be slower than when the maximum lift position is closer to the valve opening start position than the valve closing completion position. Therefore, in the former case, deviation of the actual opening and closing operation of the intake valve 7 from the designed lift curve can be suppressed more effectively than in the latter case, thereby improving the stability of the opening and closing control of the intake valve 7.

以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、吸気弁7及び排気弁8が一つの気筒に一つずつ配置されてもよい。 The above describes preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these embodiments and various modifications and variations can be made within the scope of the claims. For example, one intake valve 7 and one exhaust valve 8 may be provided per cylinder.

また、吸気弁7及び排気弁8の開閉に用いられる動弁機構は、カムシャフトのカムがロッカーアームを介してバルブリフタを押圧するロッカーアーム式動弁機構であってもよい。また、内燃機関1は、1つのカムシャフトで吸気弁7及び排気弁8を開閉するSOHC(Single Over Head Camshaft)型の内燃機関であってもよい。 The valve mechanism used to open and close the intake valve 7 and exhaust valve 8 may be a rocker arm type valve mechanism in which a cam on a camshaft presses a valve lifter via a rocker arm. The internal combustion engine 1 may also be a SOHC (Single Over Head Camshaft) type internal combustion engine in which the intake valve 7 and exhaust valve 8 are opened and closed by a single camshaft.

1 内燃機関
4 クランクシャフト
5 吸気カムシャフト
51 吸気カム
6 排気カムシャフト
61 排気カム
7 吸気弁
8 排気弁
10 吸気側タイミングスプロケット
11 排気側タイミングスプロケット
12 タイミングチェーン
13 タイミングスプロケット
REFERENCE SIGNS LIST 1 Internal combustion engine 4 Crankshaft 5 Intake camshaft 51 Intake cam 6 Exhaust camshaft 61 Exhaust cam 7 Intake valve 8 Exhaust valve 10 Intake side timing sprocket 11 Exhaust side timing sprocket 12 Timing chain 13 Timing sprocket

Claims (1)

内燃機関において伝動装置を介してクランクシャフトによって回転駆動されるカムシャフトであって、
当該カムシャフトの軸線方向において互いに離間された複数のカムを備え、
前記複数のカムは、非対称なリフトカーブを有し、第1の気筒に配置された弁を開閉する第1のカムによって生成された負のカムトルクのピーク位置が、第2の気筒に配置された弁を開閉する第2のカムによって生成された正のカムトルクのピーク位置と略一致するように形成されている、カムシャフト。
1. A camshaft in an internal combustion engine that is rotationally driven by a crankshaft via a transmission,
a plurality of cams spaced apart from one another in the axial direction of the camshaft;
The camshaft has asymmetric lift curves, and the cams are formed so that a peak position of negative cam torque generated by a first cam that opens and closes a valve disposed in a first cylinder substantially coincides with a peak position of positive cam torque generated by a second cam that opens and closes a valve disposed in a second cylinder.
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