JP2006105062A - 機関のバルブ動作制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成で複数のバルブを独立して制御できるバルブ動作制御装置を提供する。
【解決手段】 同軸状に配置され、機関と同期して回転する複数のカムシャフト（１０、１１）と、各カムシャフトの位相を独立して制御する制御装置（２１）とを有し、各カムシャフトには少なくとも１つのカム（１５、１６）が設けられている。制御装置は例えば、カムシャフト毎に独立してカムシャフトの位相を制御する複数のコントローラである。これらの複数のコントローラは例えば、各カムシャフトの同軸方向に並んで配置されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は機関のバルブ動作制御装置に関し、より詳細には、吸気弁や排気弁などの開閉タイミングやバルブリフト量を機関の運転状態に応じて制御するバルブ動作制御装置に関する。

従来から、エンジンの燃費改善や高出力化のために、吸気弁や排気弁の開閉タイミングやバルブリフト量をエンジンの回転に同期して制御することが行われている。一般に、一本のカムシャフトに複数のカムを設け、カムで吸気弁や排気弁（以下、単にバルブという）を駆動制御することで、開閉タイミングやバルブリフト量を調整する。カムシャフトには、カムシャフトの位相を制御できる制御装置が取り付けられる。制御装置はカムシャフトの位相を制御することで、バルブの開閉タイミングを進角・遅角方向へ連続的に可変することができる。しかしながら、すべてのバルブの開閉タイミングを一様にしか制御できない。つまり、全ての気筒を一様にしか制御できない。

これに対し、特許文献１には、気筒列の一部の気筒を他の気筒と異なる形で可変制御する構成が開示されている。この構成は、特定の気筒に対するカムの軸心と駆動軸の軸心との距離を変化させるこことで、特定の気筒のバルブ開閉タイミングとバルブリフト量の両方を制御するものである。
特開２０００−３１４３０６

しかしながら、特許文献１に記載の構成は部品点数が多く、構造が複雑であるという課題を有する。

したがって、本発明は上記課題を解決し、簡単な構成で複数のバルブを独立して制御できるバルブ動作制御装置を提供することを目的とする。

本発明は同軸状に配置され、機関と同期して回転する複数のカムシャフトと、各カムシャフトの位相を独立して制御する制御装置とを有し、各カムシャフトには少なくとも１つのカムが設けられていることを特徴とする機関のバルブ動作制御装置である。同軸状に配置された複数のカムシャフトを独立して制御することができるので、簡単な構成により複数のバルブを独立して制御することができる。

前記制御装置は、カムシャフト毎に独立してカムシャフトの位相を制御する複数のコントローラを含む構成とすることができる。カムシャフト毎にコントローラを設けることで、簡単な構成により複数のバルブを独立して制御することができる。この場合、前記複数のコントローラは、各カムシャフトの同軸方向に並んで配置されている構成とすることができる。また、前記複数のコントローラを、各カムシャフトの径方向に同心円状に重ね合わさるように配置することでもよい。この配置は、省スペース化に大きく貢献する。

上記バルブ動作制御装置において、前記複数のカムシャフトと前記制御装置とを複数組設け、各組のカムシャフトは前記機関と同期して回転する構成とすることができる。カムシャフトの機械的強度を保持しつつ、簡単な構成で複数のバルブを独立して制御することができる。

上記バルブ動作制御装置において、前記複数のカムシャフトは内側に配置された第１のカムシャフトと外側に配置された第２のカムシャフトとを含み、前記第１のカムシャフトは前記第２のカムシャフトが露出するように離間配置された第1の部分及び第２の部分を含み、第１の部分及び第２の部分は、前記第２のカムシャフトの露出部分に設けられたカムを貫通する連結部材で連結されている構成とすることができる。いくつかのカムを共通に制御しつつ、簡単な構成で複数のバルブを独立して制御することができる。

本発明は同軸状に配置され、機関と同期して回転する複数のカムシャフトを有し、各カムシャフトに２つ以上のカムが設けられていることを特徴とする機関のバルブ動作制御装置を提供する。２つ以上のカムを選択的に使用することで、カムシャフト単位に独立してバルブを制御することができる。この構成において、前記各カムシャフト毎に設けられた２つ以上のカムは、所定の位相差を有する構成であっても良いし、異なる大きさであってもよい。後者の場合はバルブストロークを可変制御することができる。

本発明は、機関に同期して回転するカムシャフトと、該カムシャフトに設けられた複数のカムと、各カムに内蔵され、対応するカムの位相を制御する制御装置とを有することを特徴とする機関のバルブ動作制御装置を提供する。制御装置がカムに内蔵されているので、簡単な構成で複数のカムシャフトを独立して制御することができ、更に装置を小型化することができる。

上記バルブ動作制御装置において、各カムに内蔵された前記制御装置は油圧で制御され、前記カムシャフト内には前記制御装置に接続されるオイル流路が設けられている構成とすることができる。

また、本発明は、機関と同期して回転するカムシャフトをカム毎に設け、各カムシャフトの位相を制御する制御装置をカムシャフト毎に設けたことを特徴とする機関のバルブ動作制御装置を提供する。特殊な部品を用意することなく、簡単な構成で複数のカムシャフトを独立して制御することができる。

本発明によれば、簡単な構成で複数のバルブを独立して制御できるバルブ動作制御装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例を、添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るバルブ動作制御装置を示す図である。図示するバルブ動作制御装置は、バルブの開閉タイミングを制御できる。バルブタイミング制御装置は、同軸状に配置され、機関と同期して回転する複数のカムシャフト１０、１１と、各カムシャフト１０、１１の位相を独立して制御する制御装置２１とを有する。カムシャフト１０は中空であって、この中にカムシャフト１１の一部が挿入されている。カムシャフト１０の直径はカムシャフト１１の直径よりも大である。カムシャフト１０にはカム１５が設けられ、カムシャフト１１には、カムシャフト１０から露出した部分にカム１６が設けられている。カム１５及びカム１６は、図１には図示しないエンジンのバルブにそれぞれ当接し、バルブの動作を制御する。

制御装置２１は、ケース１４と、この中に設けられたコントローラ１２及び１３を有する。ケース１４は、図１には図示しないタイミングギアに固定されている。コントローラ１２はシャフト１０の一端に取り付けられ、コントローラ１３はシャフト１１の一端に取り付けられている。コントローラ１２と１３はケース１４に固定されているので、駆動力を受けたタイミングギアの回転により一体的に回転する。コントローラ１２はカムシャフト１０の位相を制御することができる。同様に、コントローラ１３はカムシャフト１１の位相を制御することができる。カムシャフト１０と１１の位相を制御することで、それぞれのバルブの開閉タイミングを進角・遅角方向へ制御することができる。

コントローラ１２は、ハウジング１２ａとベーン部１２ｂとを有し、これらにより複数の進角室と遅角室とが形成されている。この種のコントローラは一般に、VVT-I（Variable Valve Timing-intelligent：連続可変タイミング機構）と呼ばれている。進角室と遅角室のそれぞれに連通するオイル流路１７、１８がカムシャフト１０内に形成されている。オイル流路１７と１８は、図示を省略するオイルポンプに接続されている。オイルポンプは、オイル流路１７、１８のいずれか一方を介してベーン部１２ｂ内にオイルを供給し、他方を介してオイルを受け取る。進角室又は遅角室内のオイルの量を制御することで、連続的に遅角・進角を可変することができる。コントローラ１３もコントローラ１２と同様に形成されている。すなわち、コントローラ１３はハウジング１３ａとベーン部１３ｂとを有し、これらにより複数の進角室と遅角室とが形成されている。ベーン部１３ｂの進角室と遅角室のそれぞれに連通するオイル流路１９、２０がカムシャフト１１内に形成されている。オイル流路１９と２０は、図示を省略するオイルポンプに接続されている。オイルポンプは、オイル流路１９、２０を介してベーン部１３ｂ内のオイル量を制御することで、連続的に遅角・進角を可変することができる。

図２は、コントローラ１３の斜視図である。図示するように、コントローラ１３はカムシャフト１１（具体的には、ベーン部１３ｂ）に固定されており、ハウジング１３ａとベーン部１３ｂとを有している。ハウジング１３ａには、タイミングギア２２が固定されている。図３（Ａ）はコントローラ１３がカムシャフト１１を進角方向に位相制御している状態を示し、図３（Ｂ）はコントローラ１３がカムシャフト１１を遅角方向に位相制御している状態を示す。図３（Ａ）に示すように、進角室２３に供給するオイルの量を調整することで、クランクシャフト１１の位相を進角方向に連続的に変化させることができる。また、図３（Ｂ）に示すように、遅角室２４に供給するオイルの量を調整することで、クランクシャフト１１の位相を遅角方向に連続的に変化させることができる。

コントローラ１２も上記コントローラ１３と同様の構成である。但し、カムシャフト１１がコントローラ１２の内部を貫通する構成のため、図２、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すベーン部の中心はカムシャフト１１の直径よりも若干大きな貫通孔が形成されている。

図４は、カム１５又は１６が制御するバルブの一例を示す。１つの気筒に吸気バルブ２７と排気バルブ２８とが形成されている。カムシャフト１０、１１がインテークカムシャフトである場合、カム１５又は１６は吸気バルブ２７を制御する。気筒毎に設けられた吸気バルブをカム１５や１６で制御することで、各吸気バルブの開閉タイミングを独立してかつ連続的に可変することができる。なお、排気バルブ２８は別のカムシャフトで駆動される。このカムシャフトも、必要に応じて上記のように構成することができる。

図１に示す構成は２つのバルブの開閉タイミングを独立して連続的に可変できる基本構成であり、これを拡張して図５に示すように４つのカム１５、１６、３１及び３２を独立に制御可能なバルブ動作制御装置を構成することができる。なお、図５において、図１に示す構成要素と同一のものには同一の参照番号を付けてある。カム３１はカムシャフト３３に取り付けられている。カムシャフト３３はカムシャフト１１の内部に同軸状に設けられている。カムシャフト３３の位相は、コントローラ３５で制御される。コントローラ３５はカム３１が設けられた端部とは反対側の端部に取り付けられている。カムシャフト３３には、２つのオイル流路３７が形成されている。カム３２はカムシャフト３４に取り付けられている。カムシャフト３４はカムシャフト３３の内部に同軸状に設けられている。カムシャフト３４の位相は、コントローラ３６で制御される。コントローラ３６はカム３２が設けられた端部とは反対側の端部に取り付けられている。カムシャフト３４には、２つのオイル流路３８が形成されている。このように、４つのカムシャフト１０、１１、３３及び３４は同軸状に重なり合っており、一方の端部にカム１５、１６、３１及び３２が設けられ、他方の端部にコントローラ１２、１３、３５及び３６がそれぞれ取り付けられている。したがって、カム１５、１６、３１及び３２のバルブ開閉タイミングを独立して連続的に可変することができる。なお、図５では、図１に示すケース１４に相当するケースの図示を省略している。図５のケースはラコントローラ１２、１３、３５及び３６を収容し、一体的に固定する。ケースには図示しないタイミングギアが取り付けられている。

図５に示す構成によれば、４つの気筒毎に独立してバルブ開閉タイミングを制御することができるので、気筒毎のばらつきによる燃費悪化を抑えることができる。

図６は、図１に示す基本構成を２組備えたバルブ動作制御装置を示す。図の左側の構成は図１に示す構成と同様であり、図の右側には左側と同一構成のバルブ動作制御部が設けられている。左側のバルブ動作制御部は、同軸状に配置された２つのシャフト４０、４１、それぞれに取り付けられたカム４５、４６及びコントローラ４２、４４とを含む。クランクシャフト４７の一端に設けられたギア５０とタイミングベルト４８との作用により、コントローラ１２と１３とが回転駆動される。同様に、クランクシャフト４７の他端に設けられたギア５１とタイミングベルト４９との作用により、コントローラ４２と４３とが回転駆動される。上記構成により、４つのカムシャフト１０、１１、４０及び４１の位相を進角方向又は遅角方向に独立して制御することができ、カム１５、１６、４５及び４６のバルブ開閉タイミングをそれぞれ独立にかつ連続的に可変することができる。図５の構成では、比較的小さな直径を有するカムシャフト３３、３４は他のカムシャフト１０、１１に比べて機械的強度が劣るという懸念がある。これに対し、図６の構成では、径が異なる２種類のカムシャフトを用いて構成されているので、図５の構成に比べ高い機械的強度を得ることができる。

図７は、本発明の実施例２に係るバルブ動作制御装置を示す図である。図示する構成は、実施例１を次のように変形したものである。カムシャフト１０はカムシャフト１１が露出するように離間配置された第1の部分１０Ａ及び第２の部分１０Ｂを含み、第１の部分１０Ａ及び第２の部分１０Ｂは、カムシャフト１１の露出部分に設けられたカム１６及び５２を貫通する連結部材５４及び５５で連結されている。連結部材５４と５５の一端は第１の部分１０Ａに固定され、他端は第２の部分１０Ｂに固定されているので、第１の部分１０Ａが回転すると第２の部分１０Ｂも回転する。カム１６と５２にはそれぞれ図８に示すようにスリット５７、５８が形成され、この中を連結部材５４と５５が貫通している。スリット５７と５８はカムシャフト１０の位相を進角方向及び遅角方向に制御できるような長さを有している。連結部材５４と５５はそれぞれ、進角値又は遅角値に応じてスリット５７と５８を移動する。第２の部分１０Ｂにはかむ５３が取り付けられている。カム１５とカム５３とは同期しており、カム１６とカム５２とは同期している。

図７に示す構成によれば、１つのコントローラで複数のカムのバルブ開閉タイミングを制御することができるとともに、複数のカム毎に独立してバルブ開閉タイミングを制御することができる。

図９は、本発明の実施例３を示す図であって、２つのコントローラ６２と６３とを模式的に示す。２つのコントローラ６２と６３は、図１に示す２つのカムシャフト１０と１１にそれぞれ固定されるとともに、カムシャフト１０と１１の径方向に同心円状に重ね合わさるように配置されている。参照番号６４は、それぞれのコントローラ６２と６３のベーン部に連通する２つのオイル流路を示している（進角室や遅角室を含むオイル流路を模式的に示している）。コントローラ６２と６３はそれぞれ図３（Ａ）、（Ｂ）に示す構成を備えているが、コントローラ６２はコントローラ６３を収納できるだけの大きさの中空を有している点で実施例１とは異なる。コントローラ６２と６３は相互に固定されており、コントローラ６２に固定された図示しないタイミングギアが受ける駆動力で回転する。

図９に示す構成によれば、２つのコントローラ１２と１３をカムシャフト１０と１１の軸方向に並んで設けられた構成の実施例１に比べ、省スペース化を図ることができる。

図１０は、本発明の実施例４に係るバルブ動作制御装置を示す図である。実施例４は、同軸状に配置され、機関と同期して回転する２つのカムシャフト６６と６７とを有する。カムシャフト６６と６７は任意の個所で相互に固定されている。外側のカムシャフト６６には、位相が異なる２つのカム６８と６９が取り付けられている。カム６８と６９は同じ大きさで同じ偏心を持つが、取り付け角度が異なる。この角度差が位相差である。同様に、内側のカムシャフト６７には、位相が異なる２つのカム７０と７１が取り付けられている。カム７０と７１は同じ大きさで同じ偏心を持つが、取り付け角度が異なる。例えば、カム６８と６９の位相差と、カム７０と７１の位相差は等しい。カムシャフト６６と６７とを軸方向に移動させることで、カム６８と６９を対応するカムに選択的に係合させることができ、同時にカム７０と７１とを選択的に対応するカムに選択的に係合させることができる。実施例４では、バルブ開閉タイミングの調整は非連続的（図の構成では２段階）ではあるが、カム毎にタイミングを制御することができる。なお、原理的には１つのシャフトに３つ以上のカムを設けて、バルブ開閉タイミングをより細かく制御することができる。

図１１は、バルブリフト量をカム毎に制御する構成を示す。図示するバルブ動作制御装置は、同軸状に配置され、機関と同期して回転する２つのカムシャフト６６と６７とを有する。カムシャフト６６には、カムの大きさが異なる２つのカム７４と７５が取り付けられている。同様に、カムシャフト６７には、カムの大きさが異なる２つのカム７６と７７が取り付けられている。カムの大きさはバルブのリフト量を決める。したがって、カムシャフト６６と６７を軸方向に移動させることで、対応するバルブのリフト量を変化させることができる。

図１２は本発明の実施例５に係るバルブ動作制御装置を示す図である。より特定すれば、図１２（Ａ）に示すように、１本のカムシャフト８０に４つのコントローラ内蔵カム８１、８２、８３及び８４が取り付けられている。カムシャフト８０内には、図示しないポンプに接続されたオイル流路８５、８６、８７及び８８が設けられている。オイル流路８５〜８８はそれぞれコントローラ内蔵カム８１〜８４に接続されている。図１２ではオイル流路８５〜８８を簡略化してあるが、それぞれ往路又は復路として機能する２つのオイル流路を有する。図１２（Ｂ）は、図示しないオイルポンプからオイル流路８５〜８８にオイルを供給する様子を示す。図１２（Ｃ）は、コントローラ内蔵カム８１〜８４を模式的に示す図である。図３（Ａ）、（Ｂ）に示す構成のコントローラのケースはカム形状をしている。コントローラの機能で位相を制御することでカムの位相が変化し、対応するバルブの開閉タイミングをバルブ毎に連続的に可変することができる。コントローラを内蔵したカム構造なので、省スペース化が可能になる。

図１３は、実施例６に係るバルブ動作制御装置を示す図である。図示する構成は４気筒エンジン用であって、カムシャフト９１〜９４をカム９５〜９８毎に設け、各カムシャフト９１〜９４の位相を制御するコントローラ９９〜１０２をカムシャフト９１〜９４毎に設けたものである。コントローラ９９〜１０２には図示を省略するタイミングギアが設けられ、クランクシャフト９０で駆動されるタイミングチェーン１０３〜１０６で回転駆動される。コントローラ９９〜１０２はそれぞれ、例えば図３（Ａ）、（Ｂ）に示す構成である。既存の構成部品を用いてバルブ毎に開閉タイミングを制御することができるとともに、十分な機械的強度を得ることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で様々な変形が可能である。例えば、コントローラは上記のタイプに限定されるものではなく、ヘリカルスプライン式の連続可変バルブタイミング機構を用いてもよい。

本発明の実施例１にかかるバルブ動作制御装置を示す図である。 コントローラを示す斜視図である。 コントローラの位相制御を説明するための図である。 カムとカムシャフトとの関係を示す図である。 図１の構成を４気筒エンジンに適用した場合の構成を示す図である。 図１の構成を４気筒エンジンに適用した場合の別の構成を示す図である。 本発明の実施例２にかかるバルブ動作制御装置を示す図である。 図７に示すカムの構成を示す図である。 本発明の実施例３に係るバルブ動作制御装置で用いられるコントローラの構成を模式的に示す図である。 本発明の実施例４に係るバルブ動作制御装置を示す図である。 図１０に示す構成の変形例を示す図である。 本発明の実施例５に係るバルブ動作制御装置を示す図である。 本発明の実施例６に係るバルブ動作制御装置を示す図である。

符号の説明

１０、１１ カムシャフト
１２、１３ コントローラ
１４ ケース
１５、１６ カム
１７、１８、１９、２０ オイル流路
２１ 制御装置

Claims (12)

1. 同軸状に配置され、機関と同期して回転する複数のカムシャフトと、各カムシャフトの位相を独立して制御する制御装置とを有し、各カムシャフトには少なくとも１つのカムが設けられていることを特徴とする機関のバルブ動作制御装置。
2. 前記制御装置は、カムシャフト毎に独立してカムシャフトの位相を制御する複数のコントローラを含むことを特徴とする請求項１記載の機関のバルブ動作制御装置。
3. 前記複数のコントローラは、各カムシャフトの同軸方向に並んで配置されていることを特徴とする請求項２記載の機関のバルブ動作制御装置。
4. 前記複数のコントローラは、各カムシャフトの径方向に同心円状に重ね合わさるように配置されていることを特徴とする請求項２記載の機関のバルブ動作制御装置。
5. 前記複数のカムシャフトと前記制御装置とを複数組設け、各組のカムシャフトは前記機関と同期して回転することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の機関のバルブ動作制御装置。
6. 前記複数のカムシャフトは内側に配置された第１のカムシャフトと外側に配置された第２のカムシャフトとを含み、前記第１のカムシャフトは前記第２のカムシャフトが露出するように離間配置された第1の部分及び第２の部分を含み、第１の部分及び第２の部分は、前記第２のカムシャフトの露出部分に設けられたカムを貫通する連結部材で連結されていることを特徴とする請求項１記載の機関のバルブ動作制御装置。
7. 同軸状に配置され、機関と同期して回転する複数のカムシャフトを有し、各カムシャフトに２つ以上のカムが設けられていることを特徴とする機関のバルブ動作制御装置。
8. 前記各カムシャフト毎に設けられた２つ以上のカムは、所定の位相差を有することを特徴とする請求項７記載の機関のバルブ動作制御装置。
9. 前記各カムシャフト毎に設けられた２つ以上のカムは、異なる大きさであることを特徴とする請求項８記載の機関のバルブ動作制御装置。
10. 機関に同期して回転するカムシャフトと、該カムシャフトに設けられた複数のカムと、各カムに内蔵され、対応するカムの位相を制御する制御装置とを有することを特徴とする機関のバルブ動作制御装置。
11. 各カムに内蔵された前記制御装置は油圧で制御され、前記カムシャフト内には前記制御装置に接続されるオイル流路が設けられていることを特徴とする請求項１０記載の機関のバルブ動作制御装置。
12. 機関と同期して回転するカムシャフトをカム毎に設け、各カムシャフトの位相を制御する制御装置をカムシャフト毎に設けたことを特徴とする機関のバルブ動作制御装置。
    

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