JP2006046072A - カムシャフト - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、三次元カムの軸方向両端部に設けたカムプロフィールより径方向に突出した凸部によって、カム移動機構を用いて三次元カムをカムシャフト軸方向に移動させた場合でも、三次元カムが正常な移動範囲を超えて移動せず、システムの信頼性を向上し得ることを目的としている。
【解決手段】このため、カムプロフィールを軸方向に変化させた三次元カムを備えたカムシャフトにおいて、三次元カムは、カムシャフト軸方向に移動可能に設けられ、三次元カムの軸方向両端部には、カムプロフィールより径方向に突出した凸部を設けている。
【選択図】図１

Description

この発明はカムシャフトに係り、特に三次元カムの軸方向両端部に設けたカムプロフィールより径方向に突出した凸部によって、カム移動機構を用いて三次元カムをカムシャフト軸方向に移動させた場合でも、三次元カムが正常な移動範囲を超えて移動せず、システムの信頼性を向上し得るカムシャフトに関するものである。

エンジンの低負荷から高負荷までバルブタイミングとバルブリフト量とを連続的に変化させる可変動弁装置がある。

特開平４−１８７８１７号公報 特開２００１−９０８０８号公報

ところで、従来のカムシャフトにおいては、カムプロフィールが変化するカムをカムシャフトの軸方向に移動させることにより、吸気バルブまたは排気バルブの開閉タイミング及びバルブリフト量を連続的に変更する内燃機関の動弁機構が公知である（上述の特許文献１参照）。

特に、吸気バルブに上述のシステムを応用した場合に、吸気バルブのバルブリフト量を連続的に変化させることにより吸入空気量の制御が可能となり、吸入通路の絞り弁を廃止して吸入抵抗を減少させることにより、エンジンの出力アップが図れる。

また、低負荷域では吸気バルブを早閉じするようにカムプロフィールを設定することで、ポンプ損失を減少させることができ、更にバルブリフト量そのものを小さくすれば、機械損失も減少させることができ、燃費の面で有利である。

しかし、上述したシステムにおいて、三次元カムの軸方向位置を直流モータにより制御する場合に、三次元カムの通常取りうる位置範囲、つまりバルブリフト量が増大する方向、またはバルブリフト量が減少する方向の上限または下限を超えて移動、すなわちオーバシュートすることにより噛み込みが発生し、一度上限または下限に強く噛み込んでしまうと、三次元カムの正常位置範囲への復帰が不可能になってしまうという不都合がある。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、カムプロフィールを軸方向に変化させた三次元カムを備えたカムシャフトにおいて、前記三次元カムは、カムシャフト軸方向に移動可能に設けられ、前記三次元カムの軸方向両端部には、カムプロフィールより径方向に突出した凸部を設けたことを特徴とする。

以上詳細に説明した如くこの本発明によれば、カムプロフィールを軸方向に変化させた三次元カムを備えたカムシャフトにおいて、三次元カムは、カムシャフト軸方向に移動可能に設けられ、三次元カムの軸方向両端部には、カムプロフィールより径方向に突出した凸部を設けたので、カム移動機構を用いた場合でも、凸部によって前記三次元カムが正常な移動範囲を超えて移動することがなく、システムの信頼性の向上に貢献できる。

上述の如く発明したことにより、カム移動機構を用いて三次元カムをカムシャフト軸方向に移動させた場合でも、凸部によって三次元カムが正常な移動範囲を超えて移動することがなく、システムの信頼性の向上に貢献している。

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図３はこの発明の実施例を示すものである。図２において、２はエンジンの可変動弁装置である。

このエンジンの可変動弁装置２は、実際のカム位置を検出するカム位置検出手段（図示せず）や、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段（図示せず）、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段（図示せず）、制御手段（「コントローラ」ともいう）４、後述するカム（「三次元カム」ともいう）１６をカムシャフト軸方向に移動させることによりバルブタイミングとバルブリフト量を連続的に変化させるカムシャフト位置移動手段であるバルブリフト量変更手段６を有している。

そして、前記制御手段４によってバルブリフト量変更手段６を制御し、バルブタイミングとバルブリフト量を変化させるものである。

また、前記制御手段４は、前記エンジン回転速度検出手段及びエンジン負荷検出手段に連絡し、エンジン回転速度検出手段及びエンジン負荷検出手段からの検出信号によって目標となるバルブリフト量を算出し、バルブリフト量に応じて決定されるカム位置を算出する目標カム位置算出手段（図示せず）と、この目標カム位置算出手段及び前記カム位置検出手段、前記エンジン回転速度検出手段に連絡し、カム位置とエンジン回転速度と目標カム位置とからカムシャフト位置移動手段であるバルブリフト量変更手段６に出力する制御量を算出する制御量算出手段（図示せず）とを有している。

更に、前記エンジンの可変動弁装置２のシステム図について説明すると、図２に示す如く、可変動弁機構８をエンジン１０に設け、このエンジン１０のシリンダヘッド１２には、例えば図示しない燃焼室に通じる吸気通路（図示せず）が設けられるとともに、吸気通路には吸気バルブ（図示せず）が設けられている。

前記可変動弁機構８には、カムシャフト１４に取り付けられたカム１６をカムシャフト軸方向へ移動させるカム移動機構である前記バルブリフト量変更手段６が設けられ、カム１６は吸気バルブに接している。カムシャフト１４の回転によりカム１６が吸気バルブに作用し、吸気バルブの開閉を行う。このとき、前記カムシャフト１４には、カムプロフィールを軸方向に変化させた状態で前記カム１６が取り付けられる。

そして、前記カム１６が前記バルブリフト量変更手段６により図２において右側方向に移動すると、吸気バルブのバルブリフト量が大きくなり、燃焼室に吸入される空気量が増加し、逆に前記カム１６がバルブリフト量変更手段６により図２において左側方向に移動すると、吸気バルブのバルブリフト量が小さくなり、燃焼室に吸入される空気量が減少する。

前記バルブリフト量変更手段６には、カム１６のフォークガイド１８に引っ掛けてカム１６をカムシャフト軸方向に移動させるためのフォーク２０と、カムシャフト１４と平行に設けられフォーク２０を螺着させるネジ軸２２と、このネジ軸２２を回転させるための制御モータ２４とが設けられ、前記制御手段４から出力される制御信号により駆動される。

この制御手段４には、エンジン１０の運転状態を検出する各種センサ、例えばエンジン１０のエンジン回転速度を検出するエンジン回転センサ２６やエンジン１０の冷却水温度を検出する水温センサ２８等とともに、カム位置センサ３０及びアクセル開度センサ３２が接続され、これらの信号に基づき前記制御モータ２４を駆動するものである。

なお、符号３４は、前記制御手段４に接続される点火プラグである。

また、前記カム１６は、前記カムシャフト１４の軸方向に移動可能に設けられ、前記カム１６の軸方向両端部には、カムプロフィールより径方向に突出した凸部３６を設ける構成とする。

詳述すれば、前記カム１６は、通常、図３に示す如く、カム面１６Ａに、基礎円面部１６Ｂと、傾斜突部１６Ｃで前記カムシャフト１４の軸心に対して所定に傾斜した突出傾斜面部１６Ｄと、基礎円面部１６Ｂと突出傾斜面部１６Ｄとを連続する側面部１６Ｅとが形成されている。そして、前記突出傾斜面部１６Ｄは、傾斜突部１６Ｃの外周面で、カム１６の一端側（図３（ｃ）において左側）１６−１からカム１６の他端側（図３（ｃ）において右側）１６−２に向かって漸次所定に大きくなるように傾斜して形成されている。

そして、前記カム１６の軸方向両端部に、このカム１６の軸方向中心に向かって低くなるテーパ形状の凸部３６を形成するものである。

つまり、この凸部３６は、図１に示す如く、カム１６の一端側（図１において左側）１６−１の端部外周部位に形成される第１凸部３６−１と、カム１６の他端側（図１において右側）１６−２の端部外周部位に形成される第２凸部３６−２とからなる。

このとき、前記第１凸部３６−１は、図１に示す如く、カム１６の一端側１６−１の端部外周部位においてカムプロフィールより径方向に突出した後に、前記カム１６の軸方向中心に向かって、つまり図１の右側方向に向かって低くなるテーパ形状を有するとともに、前記第２凸部３６−２は、図１に示す如く、カム１６の他端側１６−２の端部外周部位において、カムプロフィールより径方向に突出した後に、前記カム１６の軸方向中心に向かって、つまり図１の左側方向に向かって低くなるテーパ形状を有する。

次に作用を説明する。

先ず、前記カムシャフト１４に、カムプロフィールを軸方向に変化させた状態で前記カム１６を取り付ける。

そして、前記制御手段４に、エンジン１０の運転状態を検出する各種センサ、例えばエンジン１０のエンジン回転速度を検出するエンジン回転センサ２６やエンジン１０の冷却水温度を検出する水温センサ２８等とともに、カム位置センサ３０及びアクセル開度センサ３２からの検出信号を入力し、これらの検出信号に基づいて制御手段４が制御信号を前記バルブリフト量変更手段６の制御モータ２４に出力し、この制御モータ２４を駆動する。

このとき、前記制御手段４によって前記カム１６を前記バルブリフト量変更手段６により図２において右側方向に移動させると、吸気バルブのバルブリフト量が大きくなり、燃焼室に吸入される空気量が増加する。

また、逆に、前記制御手段４によって前記カム１６をバルブリフト量変更手段６により図２において左側方向に移動させると、吸気バルブのバルブリフト量が小さくなり、燃焼室に吸入される空気量が減少する。

これにより、前記カム１６を、前記カムシャフト１４の軸方向に移動可能に設け、前記カム１６の軸方向両端部には、カムプロフィールより径方向に突出した凸部３６を設けたことによって、カム移動機構である前記バルブリフト量変更手段６を用いた場合でも、前記カム１６が正常な移動範囲を超えて移動することがなく、システムの信頼性の向上に貢献できるとともに、移動範囲内におけるカム１６の目標カム位置までの移動時間を短縮することが可能となり、応答性の向上に寄与し得る。

また、前記カム１６の軸方向両端部に、このカム１６の軸方向中心に向かって低くなるテーパ形状の凸部３６を形成したことにより、カム１６の両端側１６−１、１６−２に設けられる凸部３６の第１、第２凸部３６−１、３６−２が、移動範囲を超える異常なカム１６の移動を確実に阻止することができ、上限または下限におけるオーバシュートにより発生する噛み込みを防止し得て、カム１６を凸部３６の第１、第２凸部３６−１、３６−２間の正常な移動範囲内で移動させることができ、実用上有利であるとともに、テーパ形状の凸部３６によって凸部３６の十分な強度を維持し得るものである。

なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。

例えば、この発明の実施例においては、前記カム１６の軸方向両端部に、このカム１６の軸方向中心に向かって低くなるテーパ形状の凸部３６を形成する構成としたが、テーパ形状以外の形状を有する凸部４２を形成する構成とすることも可能である。

すなわち、前記カム１６の軸方向両端部には、図４に示す如く、断面矩形状の凸部４２を形成するものである。

このとき、この凸部４２は、図４に示す如く、カム１６の一端側（図４において左側）１６−１の端部外周部位に形成される第１凸部４２−１と、カム１６の他端側（図４において右側）１６−２の端部外周部位に形成される第２凸部４２−２とからなる。

そして、前記第１凸部４２−１は、図４に示す如く、カム１６の一端側１６−１の端部外周部位においてカムプロフィールより径方向に突出した後に、前記カム１６の軸方向中心に向かって、つまり図４の右側方向に向かって同様な突出量を維持する断面矩形状を有するとともに、前記第２凸部４２−２は、図４に示す如く、カム１６の他端側１６−２の端部外周部位において、カムプロフィールより径方向に突出した後に、前記カム１６の軸方向中心に向かって、つまり図４の左側方向に向かって同様な突出量を維持する断面矩形状を有する。

さすれば、断面矩形状とした第１、第２凸部４２−１、４２−２を前記カム１６の軸方向両端部に形成したことによって、カム１６の両端側１６−１、１６−２に設けられる凸部４２の第１、第２凸部４２−１、４２−２が、移動範囲を超える異常なカム１６の移動を確実に阻止することができ、上限または下限におけるオーバシュートにより発生する噛み込みを防止し得て、カム１６を凸部４２の第１、第２凸部４２−１、４２−２間の正常な移動範囲内で移動させることができ、実用上有利である。

また、カムの軸方向両端部に、テーパ形状以外の形状である断面矩形状の凸部を形成する以外にも、移動範囲側において凹曲面を有する凸部や凸曲面を有する凸部とすることも可能である。

更に、この発明の実施例においては、カムの軸方向両端部に凸部を形成する際に、軸方向両端部の外周全域に凸部を形成したが、外周部位に複数個の断片凸部を形成し、これらの断片凸部によって凸部を構成する特別構成とすることも可能である。

すなわち、カムの軸方向両端部に形成される凸部は、オーバシュートによる噛み込みの発生を防止できればよいため、軸方向両端部の外周全域に凸部を形成しなくとも、外周部位に複数個の断片凸部を形成すれば対処可能である。

さすれば、軸方向両端部に凸部を形成する際の材料費の低減に寄与し得るとともに、任意の位置に断片凸部の形成位置を変更して、カムのバランス調整を行うことも可能であり、実用上有利である。

この発明の実施例を示す三次元カムの概略図である。 エンジンの可変動弁装置のシステム図である。 三次元カムを示し、（ａ）は三次元カムの斜視図、（ｂ）は三次元カムの正面図、（ｃ）は三次元カムの右側面図である。 この発明の他の第１の実施例を示す三次元カムの概略図である。

符号の説明

２ エンジンの可変動弁装置
４ 制御手段（「コントローラ」ともいう）
６ カムシャフト位置移動手段であるバルブリフト量変更手段
８ 可変動弁機構
１０ エンジン
１２ シリンダヘッド
１４ カムシャフト
１６ カム
１６−１ 一端側
１６−２ 他端側
１６Ａ カム面
１６Ｂ 基礎円面部
１６Ｃ 傾斜突部
１６Ｄ 突出傾斜面部
１８ フォークガイド
２０ フォーク
２２ ネジ軸
２４ 制御モータ
２６ エンジン回転センサ
２８ 水温センサ
３０ カム位置センサ
３２ アクセル開度センサ
３４ 点火プラグ
３６ 凸部
３６−１ 第１凸部
３６−２ 第２凸部

Claims (2)

1. カムプロフィールを軸方向に変化させた三次元カムを備えたカムシャフトにおいて、前記三次元カムは、カムシャフト軸方向に移動可能に設けられ、前記三次元カムの軸方向両端部には、カムプロフィールより径方向に突出した凸部を設けたことを特徴とするカムシャフト。
2. 前記凸部は、三次元カムの軸方向中心に向かって低くなるテーパ形状を備えていることを特徴とする請求項１に記載のカムシャフト。

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